JPWO2008090685A1 - 光制御素子 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)電気光学効果を有する基板に形成された光導波路と、該光導波路に電界を印加して当該光導波路を伝搬する光を制御するための制御用電極と、を備えた光制御素子において、
表面の法線方向および光の伝搬方向の両方に垂直方向に光学軸をもつ第1の基板と、表面の法線方向に光学軸をもつ第2の基板と、の少なくとも二つの基板のそれぞれに、前記光導波路を設けるとともに、第1・第2それぞれの基板の光導波路部分において光学軸方向成分の電界が生じるように前記制御用電極を配置し、第1・第2の基板の光導波路を光の伝搬方向に縦続接続する。
(1)基板表面の法線方向および光の伝搬方向の両方に垂直方向に光学軸をもつ第1の基板と、表面の法線方向に光学軸をもつ第2の基板とを用いて、第1・第2の基板に形成した光導波路の特性が合成されることになるので、定数に異方性のある基板を用いてもTE成分、TM成分の両方に対して同等に効率よく制御できるようになる。
32−第2の基板
33,34−光導波路
33a,33b−分岐光導波路
34a,34b−分岐光導波路
35a,35b,35c−制御電極
36a,36b−制御電極
37−入射ポート
38−出射ポート
39−保持基板
40−第2の基板
41a,41b,42a,42b−制御電極
43a,43b,44a,44b−光導波路
45a,45b,45c−制御電種
47,48−3dBカプラ
50a,50b−入射ポート
51a,51b−出射ポート
第1の実施形態に係る光変調器として用いる光制御素子について図3・図4を参照して説明する。
図3は第1の実施形態に係る光制御素子の構成を示す図である。この光制御素子は光学軸の方向が互いに直交する第1・第2の二つの電気光学基板(以下、単に「基板」という。)を備えている。第1の基板31はXカットのLiNbO3(ニオブ酸リチウム)の単結晶基板(以下、「LN基板」という。)、第2の基板32はZカットのLN基板である。
まず第1の基板31と、第2の基板32のそれぞれに金属イオンの熱拡散などの方法によって所望の形状をした光導波路を形成する。金属イオンとしては例えばTi,Znなどを用いる。ここでは電子ビーム蒸着法により幅7μm、厚さ100nmのTi膜を形成し、1050℃で8時間の熱拡散を行うことにより光導波路を形成する。
光導波路33のY形状部で分岐された光が、光導波路34のY形状部で合波されるまでの間に受ける位相変調量は、第1の基板31の分岐光導波路33a,33bで受けた変調量と第2の基板32の分岐光導波路34a,34b部で受けた変調量の足し合わせとなり、その量は、第1・第2の基板の電気光学定数、電極の長さ、電界効率、および印加電圧のそれぞれに比例する。
Δφte = (r33*Lx*ηx + r13*Lz*ηz)*V
となる。同様にTM光の位相変調量Δφtmは、
Δφtm = (r13*Lx*ηx + r33*Lz*ηz)*V
となる。
図5は第2の実施形態に係る光制御素子の構成を示す図である。この第2の実施形態では、図5に示すように第2の基板40を薄板化し、この第2の基板40を保持する保持基板39を備えている。また、第2の基板40には、上面(表面)側に形成した制御電極41a,41bと下面(裏面)側に形成した制御電極42a,42bとで分岐光導波路34a,34bを挟む構成としている。
図6は第3の実施形態に係る光スイッチとして作用する光制御素子の構成を示す図である。基板構成は第2の実施形態で示したものと同様であるが、光導波路の分岐部をY形状でなく、干渉型の3dBカプラとしている。
Claims (8)
- 電気光学効果を有する基板に形成された光導波路と、該光導波路に電界を印加して当該光導波路を伝搬する光を制御するための制御用電極と、を備えた光制御素子において、
表面の法線方向および光の伝搬方向の両方に垂直方向に光学軸をもつ第1の基板と、表面の法線方向に光学軸をもつ第2の基板と、の少なくとも二つの基板のそれぞれに、前記光導波路を設けるとともに、第1・第2それぞれの基板の光導波路部分において光学軸方向成分の電界が生じるように前記制御用電極を配置し、第1・第2の基板の光導波路を光の伝搬方向に縦続接続してなる光制御素子。 - 前記第1・第2の基板のそれぞれに分岐光導波路構造を有する前記光導波路および前記制御用電極を構成し、第1・第2の基板それぞれの前記分岐光導波路を接続してマッハツェンダー構造とすることにより光変調器または光スイッチを構成した請求項1に記載の光制御素子。
- 前記第1・第2の基板の電気光学定数および電界効率に対応して前記第1・第2の基板での前記制御用電極の長さの比を定めることによって、前記第1・第2の基板の光導波路を伝搬する光のTE成分とTM成分の変調量をほぼ等しくした請求項1または2に記載の光制御素子。
- 前記第1の基板をXカットまたはYカットのLiNbO3基板、前記第2の基板をZカットのLiNbO3基板とし、前記第2の基板の制御用電極の長さを前記第1の基板の制御用電極の長さの約3倍にした請求項3に記載の光制御素子。
- 前記第2の基板を薄板化し、前記制御用電極を制御部の導波路領域で前記第2の基板の表裏を挟むように対向配置した請求項1〜3のいずれかに記載の光制御素子。
- 前記第2の基板の厚さを7〜15μmの範囲内で定め、前記第2の基板の制御用電極の長さの前記第1の基板の制御用電極の長さに対する比を0.8〜1.3の範囲内で定めた請求項5に記載の光制御素子。
- 前記第2の基板の厚さを9μmとし、前記第2の基板の制御用電極の長さと前記第1の基板の制御用電極の長さとをほぼ等しくした請求項5に記載の光制御素子。
- 前記第1・第2の基板の光導波路を伝搬する光のTE成分とTM成分の損失の差が最小となる位置で前記第1・第2の基板の光導波路を接続した請求項1〜7のいずれかに記載の光制御素子。
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