WO2004092792A1

WO2004092792A1 - 光導波路デバイス

Info

Publication number: WO2004092792A1
Application number: PCT/JP2003/004845
Authority: WO
Inventors: Yasuhiro Ohmori; Shinji Maruyama; Tetsuo Ishizaka; Masaharu Doi
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-10-28
Also published as: US7787717B2; JPWO2004092792A1; US20060051011A1; US20080247708A1; US7386198B2; JP3967356B2

Abstract

本発明は、光導波路を伝搬した光を限られた基板サイズの範囲内で十分なパワーを保って所望の基板側面から導き出すことのできる光導波路デバイスを提供すること目的とする。このため、本発明の光導波路デバイスは、光導波路の形成された基板に対して、光導波路の光出力側の端部近傍に溝を形成し、その溝の側壁を反射面として光導波路から出力される光を反射して、当該反射光が所望の基板側面から出射されるようにしたものである。

Description

明細書光導波路デバイス技術分野

本発明は、光通信システムに用いられる光導波路デバイスに関し、特に、光出力をモニタするための光回路の小型化などに有効な光導波路の構造に関する。背景技術

光導波路デバイスは、誘電体媒質中に形成された屈折率の高い部分に光を閉じ込めて伝搬させる光導波路を使用して様々な機能を実現したデバイスである。例えば、ニオブ酸リチウム（L i Nb〇₃ ：以下 LNと表記する）等の誘電体を使用してマッハツエンダ干渉計を構成した光導波路デバィスは、電気光学定数が非常に高く、熱光学（Thermal Optic： TO) 効果をもつデバイスと比較して応答速度が速いため、光変調器や光スィッチ、可変光アツテネ一夕などとして広く用いられている。

しかし、上記のような LN等の誘電体基板を用いた光導波路デバイスは、温度変化により動作点がシフトする温度ドリフトと呼ばれる現象や、直流信号を流すことにより動作点がシフ卜する D Cドリフトと呼ばれる現象が潜在的に発生することが知られている。温度ドリフ卜や D Cドリフトの発生により動作点がシフトすると、光導波路デバイスの光出力特性が変動してしまうため、例えば光変調器においては常に一定な状態で変調を行うことができなくなる。

具体的に、マッハツエンダ型の光変調器の光出力は c o s ² (Δφ/2) に従つて変化する。上記のパラメ一夕 Δφは、マッハツェング干渉計の相互作用部で与えられる位相変化量であり、 Z—カツ卜の LN基板を用いた場合には Δ φ = {π · n e³ · r₃₃ * 1/ · d)} · Vの関係で表される。ただし、 n eは光導波路の屈折率、ァ₃₃は電気光学定数、 1は 2本の平行な光導波路上に設けられた電極の長さ、 λは光波長、 dは電極間の距離、 Vは印加電圧である。この光変調器の光出力特性は、横軸を印加電圧 Vとすると図 19に示すような曲線となる。

上記のような光変調器については、通常、電極への印加電圧が 0 Vの時にオンとオフの中間の状態となるように動作点を設定することが望まれる。しかし、実際の動作点は、製造誤差や様々な応力などが原因で所望の動作点からずれてしまうことが多い。この動作点のずれに対しては、直流バイアスを印加することによつて所望の動作点への調整が行われることが一般的であるが、直流バイアスにより調整された動作点は前述したような D Cドリフトによりシフトしてしまう。このため、所望の動作点を安定して実現するには、光出力を常にモニタしてその結果を基に直流バイァスを制御することが必要となる。このような光出力のモニタは、光変調器の用途だけに限られるものではなく、例えばマッハツェング型の可変光アツテネ一夕などでも、温度変化等に対応して光減衰量を調整するために必要となる。

上記のような光出力モニタの必要性に対応して、従来、光導波路デバイスの内部に光出力モニタ用の受光素子を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献 1参照)。

特許文献 1

特開 2 0 0 2— 1 8 2 0 5 0号公報

ところで、従来の光導波路デバイスは、光導波路の端面から出射される主信号光をレンズ結合系を介して出力光ファイバに導く構成のものや、光導波路の端面と出力光ファイバとを直接突き合わせるバットジョイント（but t joint) 型のものが知られている。レンズ結合系を用いた構成では、光導波路デバイスの主信号光が出力される基板側面とレンズ結合系との間には所要のスペースが存在するため、そのスペースを利用して光出力モニタ用の受光素子を配置することができ、十分なモニタ光を受光することが可能である。

一方、バッ卜ジョイント型の場合では、出力光ファイバが非常に細いので光導波路の端面にファイバを単純に接着しただけでは強度が不足するため、例えば図 2 0 (A) に示すように、 V溝ファイバプロックやガラスフェル一ル等のフアイバ固定部材 1 2 0を使用して、出力光ファイバ 1 1 0を主信号光出力側の光導波路 1 0 1 Aの端面に固定させる必要がある。このようなファイバ固定部材 1 2 0 を使用した構成において、光出力モニタ用の受光素子 1 3 0をファイバ固定部材 1 2 0の裏側（光導波路デバイスとは反対側）に配置すると、ファイバ固定部材 1 2 0が邪魔になってモニタ側の光導波路 1 0 1 Bから出射されるモニタ光を十分に受光することが難しくなつてしまう。これを回避するためには、例えば図 2 0 ( B ) に示すように、ファイバ固定部材 1 2 0の形状等を複雑なものにしなければならない。前述した特許文献 1に示されている補強用キヤビラリは、より複雑な形状のファィバ固定部材の一例と考えられる。このようなフアイパ固定部材の複雑化は、光導波路デバイスのコスト上昇を招いてしまうなどの問題点がある。上記のようなバットジョイント型の構成における問題点を解消して光出力モニ夕を確実に行うための 1つの方策として、光導波路デバイスの主信号光が出力される基板側面とは異なる基板側面（具体的に図 2 0に示した構成では手前または奥に位置する側面）からモニタ光を導き出すようにするのが有効である。しかし、このような構成を実現するためには、次のような課題を解決する必要がある。第 1の課題は、例えば図 2 1に示したように、曲がり導波路を使用してモニタ光を導き出した場合に、基板側面での反射および放射損失が問題となることである。すなわち、具体例として L N変調器を考えると、通常使用される L N変調器の基板 1 0 0の幅 wは l mm〜2 mm程度である。このため、モニタ側の曲がり導波路 1 0 1 Bを伝搬した光が基板側面で全反射しない角度で導き出されるようにするためには、曲がり導波路 1 0 1 Bの曲率半径 R cを l mm〜2 mm前後とする必要がある。一方、曲がり導波路 1 0 1 Bにおいて放射損失の発生しない曲率半径 R cは 3 0 mm以上が必要である。このため、図 2 1 (A) に示したように、曲がり導波路 1 0 1 Bでの放射損失を防ぐために 3 0 mm以上の曲率半径 R cを確保すると、モニタ光が基板側面で全反射してしまうと共に、基板サイズの大型化を招くことにもなる。また、図 2 1 (B ) に示したように、基板側面での全反射を防ぐために曲がり導波路 1 0 1 Bの曲率半径 R cを 2 mm以下に設定すると、モニタ光が曲がり導波路 1 0 1 Bの途中で導波路外に放射されてしまう。従って、単純に曲がり導波路を形成したのでは十分なモニタ光を受光することが困難となる。

第 2の課題は、例えば図 2 2に示すように、基板の表面に発生したチッビングが原因となってモニタ光の受光が難しくなることである。すなわち、 L N変調器等を形成するチップは、ダイシング装置などを利用して基板材料を力ットして得られるが、そのカツトの際にチップの上面や下面に数十/ の凹凸が発生する。この凹凸はチッピングとも言われる。 L N変調器チップは、 T i等の拡散処理によりチップの上面に光導波路が形成されており、モニタ光が導き出される基板側面にチッビングが発生していると、十分なモニタ光を得ることが難しくなる。従つて、モニタ光を取り出す基板側面についてチッピング対策等を行う必要がある。第 3の課題は、モニタ光を受光するための受光素子を確実に搭載することが困難な場合が生じることである。すなわち、モニタ光用の受光素子の搭載方法の 1 つとして、モニタ光を導き出す基板側面に受光素子を張り付ける方法が考えられるが、受光素子の大きさが 3 0 0 以上あるため、前述したように光導波路が基板上部に形成されている場合に受光素子を基板側面に張り付けると、図 2 3に示すように受光素子がチップの上面からはみ出してしまう。このため、受光素子の張り付けが非常に難しくなり信頼度を含めた問題が発生する。

本発明は上記の各課題に着目してなされたもので、光導波路を伝搬した光を限られた基板サイズの範囲内で十分なパワーを保って所望の基板側面から導き出すことのできる光導波路デバイスを提供することを第 1の目的とする。また、基板表面に発生するチッビングの影響を抑えた光導波路デバイスを提供することを第 2の目的とする。さらに、基板から導き出される光を受ける受光素子を基板に確実に搭載することのできる光導波路デバィスを提供することを第 3の目的とする。発明の開示

このため、本発明に係る光導波路デバイスの 1つの態様は、基板に形成した光導波路を備えて構成される光導波路デバイスにおいて、前記基板に対して前記光導波路の光出力側の端部近傍に形成した溝を有し、該溝の側壁を反射面として前記光導波路から出力される光を反射し、当該反射光が基板側面から出射されるものである。

上記のような構成の光導波路デバイスでは、基板に形成された光導波路の端部から出力される光が溝の反射面で反射されて伝搬方向が切り替えられ、その反射光が基板内を伝搬して基板側面から出射されるようになる。これにより、前述した曲がり導波路を用いる場合のような基板側面での反射や放射損失の問題を回避して、基板サイズの大型化を招くことなく所望の基板側面に十分なパヮ一の光を導き出すことが可能になる。

上記の光導波路デバイスについて、溝の反射面は、基板の表面に垂直な方向に対して斜めに形成され、光導波路から出力された後に基板表面に沿って伝搬する光を、基板表面の下方に逸れた方向に反射するようにしてもよい。これにより、光導波路を伝搬した光が出射される基板側面近くの表面に凹 ώ (チッビング）が発生していても、そのチッピングよりも下方の基板側面から光が出射されるようになるため、チッビングの影響による光パワーの低下を回避することが可能になる。

また、本発明に係る光導波路デバイスの他の態様は、基板に形成した光導波路を備えて構成される光導波路デバイスにおいて、前記光導波路の一部に基板側面まで達する曲がり導波路を有すると共に、該曲がり導波路の少なくとも半径方向外側に位置し、かつ、前記曲がり導波路の長手方向に沿って形成した溝部を備え、該溝部内の屈折率が、前記基板の光導波路以外の部分の屈折率よりも小さくなるように設定されたものである。

上記のような構成の光導波路デバイスでは、光導波路を伝搬する光は曲がり導波路を通って所望の基板側面から出射されるようになる。この曲がり導波路には、少なくとも半径方向外側に、基板の屈折率よりも小さな屈折率をもつ溝部が長手方向に沿って形成されていて、この溝部による光の閉じ込め効果によって曲がり導波路を伝搬する光の放射損失が抑えられる。これにより、曲率半径の小さな曲がり導波路を用いても十分なパワーの光を所望の基板端面に導き出すことが可能になる。

また、上記の光導波路デバイスについては、曲がり導波路を伝搬した光が出射される基板側面の上部に、基板表面でのチッビングの発生を防ぐブロック材を備えるようにしてもよい。これにより、チッビングの影響による光パワーの低下を回避することが可能になる。さらに、基板側面から出射される光を受光するための受光素子を上記のブロック材を利用して基板側面に張り付けるようにしてもよい。これにより、基板側面への受光素子の搭載を容易かつ確実に行うことができるようになる。

また、本発明に係る光導波路デバイスの別の態様は、基板上に形成されている第 1光導波路と、前記基板の端面の上部で前記第 1光導波路上に設けたプロック材と、前記第 1光導波路から分岐すると共に、前記第 1光導波路の端部が位置する前記基板の端面とは異なる端面で、かつ、前記ブロック材の下に、光導波路の端部を有する第 2光導波路と、を備えて構成されるものである。

上記のような構成の光導波路デバイスでは、第 1光導波路の端部が位置する基板端面でのチッビングの発生と、それとは異なる第 2光導波路の端部が位置する基板端面でのチッビングの発生とが共通のブロック材によりそれぞれ防止されるようになるため、第 1および第 2光導波路から出力される光に対するチッピングの影響を簡略な構成により抑えることが可能になる。

なお、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面に関連する実施態様についての以下の説明で明らかになるであろう。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1実施形態による光導波路デバイスの構成を示す斜視図である。

図 2は、図 1の A— A，断面を拡大して示した図である。

図 3は、第 1実施形態における光導波路の形成工程を示す図である。

図 4は、第 1実施形態における反射溝の形成工程を示す図である。

図 5は、第 1実施形態における電極の形成工程を示す図である。

図 6は、第 1実施形態において L Nチップをカットする前の基板材料を示す図である。

図 7は、第 1実施形態に関連した反射溝の他の構成例を示す断面図である。図 8は、図 7の反射溝に関連した光導波路デバイスの応用例を示す斜視図である。

図 9は、図 8の応用例に関連した改良例を示す斜視図である。

図 1 0は、第 1実施形態に関連して Y分岐力ブラを使用した場合の構成例を示す斜視図である。

図 1 1は、本発明の第 2実施形態による光導波路デバイスの構成を示す斜視図である。

図 1 2は、図 1 1の出力側力ブラおよびモニタ光出力導波路付近を拡大して示した上面図である。

図 1 3は、図 1 2の B— B ' 断面を拡大して示した図である。

図 1 4は、第 2実施形態におけるモニタ光の閉じ込め効果を確認するためのシミュレーション結果を示す図である。

図 1 5は、第 2実施形態におけるモニタ光の閉じ込め効果を確認するための実験結果を示す図である。

図 1 6は、第 2実施形態に関連した光導波路デバイスの応用例を示す斜視図である。

図 1 7は、図 1 6の応用例に関連した改良例を示す斜視図である。

図 1 8は、第 2実施形態に関連して Y分岐力ブラを使用した場合の構成例を示す斜視図である。

図 1 9は、一般的なマッハツエンダ型光変調器の光出力特性を示す図である。図 2 0は、従来のパットジョイント型についての問題点を説明する図である。図 2 1は、曲がり導波路を適用した場合の課題を説明する図である。

図 2 2は、モニタ光に対するチッビングの影響を説明する図である。

図 2 3は、従来のモニタ光用受光素子の搭載方法の問題点を説明する図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明に係る光導波路デバイスの実施形態について添付図面に基づいて説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。

図 1において、本実施形態の光導波路デバイスは、例えば、基板 1 0の表面に形成したマッハツェング型の光導波路 1 1と、その光導波路 1 1に沿って基板 1 0の表面に形成した電極 1 2と、光導波路 1 1のモニタ光出力側の端部近傍に形成した反射溝 1 3と、その反射溝 1 3で反射され基板 1 0の側面から出射されるモニタ光を受光する受光素子 1 4と、光入出力端でのチッビングの影響を防ぐプロック材 1 5と、を備えて構成される。

基板 1 0は、例えば Z—カツ卜の L N基板等が使用される。光導波路 1 1は、入力導波路 1 1 A、入力側力ブラ 1 1 B、平行導波路 1 1 C , 1 1 D、出力側力ブラ 1 1 E、主信号光出力導波路 1 1 Fおよびモニタ光出力導波路 1 1 Gからなり、マッハツエンダ干渉計を構成している。入力導波路 1 1 Aは、基板 1 0の一側面（図 1中の左側側面）に臨む一端から光 Lが入力され、他端が入力側力ブラ 1 1 Bの 2つの入力ポートうちの一方に接続されている。入力側力ブラ 1 1 Bは、入力導波路 1 1 Aからの光 Lを 2つに分岐して各平行導波路 1 1 C， 1 I Dに与える。出力側力ブラ 1 1 Eは、各々の平行導波路 1 1 C， 1 I Dを合波した後に主信号光 L sおよびモニタ光 L mに分岐して主信号光出力導波路 1 1 Fおよびモ二夕光出力導波路 1 1 Gにそれぞれ与える。ここでは、入力側および出力側の力ブラ 1 1 B， 1 I Eとして、例えば方向性結合器またはマルチモード干渉（MM I ) 力ブラが使用される。

電極 1 2は、例えば、電極パターン 1 2 A， 1 2 Bおよび電極パッド 1 2 Cから構成される。電極パターン 1 2 Aは、平行導波路 1 1 D上を通る所要の形状にパ夕一ニングされている。一方、電極パターン 1 2 Bは、電極パターン 1 2 Aとは一定の距離を隔てて、平行導波路 1 1 C上を通る所要の形状にパターニングされている。電極パッド 1 2 Cは、各電極パターン 1 2 A， 1 2 Bに高周波電気信号を印加するための端子に相当するものであり、ここではモニタ光が導き出される基板側面（図 1中の奥側に位置する側面）の近くに配置されている。なお、一方の電極パターンを接地電極として使用する場合には、その電極パッドを接地端子に接続する。

反射溝 1 3は、例えばフオトリソグラフィ一法などを利用して、基板 1 0表面の所定の位置に所望の形状の溝を設けることによって、モニタ光出力導波路 1 1 Gの終端から基板 1 0内に放射されるモニタ光 L mを反射する反射面 1 3 Aを形成し、その反射光 L m' が基板側面（図 1中の奥側に位置する側面）に向けて伝搬するようにしたものである。この反射溝 1 3は、例えば図 2の A— A ' 断面図に示すように、反射面 1 3 Aが基板 1 0の垂直方向に対して斜めに傾いており、基板 1 0の表面に沿って伝搬するモニタ光 L mの反射光 L m ' が基板 1 0の下方に若干逸れて伝搬するようになっている。

なお、図 2中の符号 1 6は、基板 1 0の表面全体に形成したバッファ層を示しており、符号 1 7は、バッファ層 1 6上に形成した S i膜を示している。バッファ層 1 6は、電極 1 2による光の吸収損失防止とインピーダンス整合とを実現するためのものであり、具体的には S i 0₂等からなる。また、 S i膜 1 7は、温度ドリフトを抑圧するためのものである。

受光素子 1 4は、反射溝 1 3で反射されて基板側面から出射されるモニタ光 L m' を受光し、モニタ光 Lm' のパワーに応じて変化する電気信号を発生する。この受光素子 1 4は、基板側面から出射されるモニタ光 L m ' を受光可能な任意の位置に配置することができ、例えば、基板側面に張り付けてもよく、また、基板側面から所要の距離隔てた位置に取り付けてもよい。

ブロック材 1 5は、上述したような基板 1 0の表面に発生するチッビングが入出力光に影響を与えないようにするために、基板 1 0の対向する両側面（図 1中の左側および右側の各側面）の上部にガラスや L Nブロック等を張り付けたものである。ただし、このブロック材 1 5は、入出力光に対するチッピングの影響が小さい場合には省略することも可能である。

なお、主信号光 L sが出力される基板 1 0の側面には、図示を省略したが、主信号光出力導波路 1 1 Fの一端にパットジョイントされる出力光ファイバを固定するためのファイバ固定部材（例えば、 V溝ファイバプロックやガラスフェルール等）が設けられている（図 2 0参照）。

ここで、上記のような光導波路デバイスの製造方法について具体的に説明する。まず、例えば図 3に示す各工程に従って、 L N基板 1 0に対する光導波路 1 1 の形成を行う。具体的には、 L N基板 1 0に対して光導波路 1 1となるべきチタン（T i ) 等の蒸着を行い、 1 0 0 0 A程度の T i膜を形成する（図 3 (A) および (B ))。そして、その T i層上にフォトレジストを 1 m前後塗布した後、一般的なフォトリソグラフィ一法によりマッハツエンダ干渉計に対応させてレジストをパ夕一ニングし、さらに、そのレジストをマスクとして T i膜のパターン化を行う (図 3 (C))。なお、上記のパターン化に際しては、ドライエッチングを適用してもゥエツ卜エッチングを適用してもよい。 T i膜のパターン化が終わると、 T iを 1000°C〜1100°CにてLN基板10内に拡散して表面近傍にマッハツエンダ型の光導波路 1 1を形成する（図 3 (D))。

なお、上記の工程では、 T iを熱拡散させて LN基板 10に光導波路 11を形成する一例を示したが、例えば、 T iに代えて Mgを用いてもよい。また、 T i 膜をパターン化した後にプロトン交換法を用いて光導波路 11を形成することも可能である。

次に、例えば図 4に示す各工程に従って反射溝 13の形成を行う。まず、上記光導波路 11の形成の場合と同様にして、フォトリソグラフィ一法により基板 1 0上の所定の位置に反射溝形成用のパターンを作成する。その際、反射溝 13の反射面 13 Aを基板 10の垂直方向に対して斜めに形成するべく、例えば、レジストを段階状にずらしてパターニングして斜めのレジストを実現する（図 4 (A))。そして、このレジス卜をマスクとして、ドライエッチングにより基板 1 0に対して反射溝 13を形成する（図 4 (B))。このとき、レジストが斜めに形成されているので反射溝 13の側壁は斜めに形成されるようになる（図 4 (C))。光導波路 1 1および反射溝 13の形成が終わると、次に、例えば図 5に示す各工程に従って電極 12の形成を行う。まず、電極による光の吸収損失を防止すると共にインピーダンスの整合をとるためのバッファ層 16を、スパッ夕や電子ビ —ム（EB) 蒸着器等を使用して、基板 10の表面に形成する（図 5 (A) および（B))。このバッファ層の厚さは、必要帯域や電気反射量に応じて最適化されるが、 0. 5 Π！〜 1. 0 mが一般的である。バッファ層 16が形成されると、温度ドリフトを抑圧するための S i膜 17を、スパッ夕等にてバッファ層 16上に蒸着する（図 5 (C))。 S i膜 17の厚さは、 0. 1 m前後とするのがよレ^ 次に、電極形成用の下地として金 (Au) の蒸着を行う。この金の蒸着は EB蒸着器等を用いて 0. 1 m程度の厚さで行う。そして、前述の光導波路 11の形成の場合と同様にしてレジストのパターン化後にエッチングを行い、さらに、電極用の金メッキを行う（図 5 (D))。この金メッキの厚さも、バッファ層の厚さと同様に、必要帯域や電気反射量に応じて最適化されるが、 5〜2 0 /x m程度が一般的である。

上記のようにして基板 1 0に対する光導波路 1 1、反射溝 1 3、バッファ層 1 6、 S i膜 1 7および電極 1 2の形成が終わると、次に、基板 1 0の光入出力端の上部にチッビング防止用のブロック材 1 5を張り付ける。図 6は、プロック材 1 5が張り付けられた基板材料の上面図である。この基板材料のブロック材上の点線部分と各 L Nチップの境界部とをダイシング装置などを利用して力ットした後、モニタ光が導き出される基板側面の所定の位置に受光素子 1 4を取り付ける。上述したような一連の工程により製造された光導波路デバイスでは、基板 1 0 の光入力側面に与えられた光 Lが、入力導波路 1 1 Aを伝搬して入力側力ブラ 1 1 Bで 2分岐され、各平行導波路 1 1 C， 1 I Dをそれぞれ伝搬する。このとき、電極パターン 1 2 A， 1 2 Bに印加される電気信号に応じて、各平行導波路 1 1 C , 1 1 Dを伝搬する光に位相差が与えられ、出力側力ブラ 1 1 Eで各々の光が合波された後に主信号光 L sおよびモニタ光 Lmにそれぞれ分岐される。主信号光 L sは、主信号光導波路 1 1 Fを伝搬して基板 1 0の側面から出射され、主信号光導波路 1 1 Fの端面にバットジョイントされた出力光ファイバに導かれる。一方、出力側力ブラ 1 1 Eで分岐されたモニタ光 L mは、モニタ光出力導波路 1 1 Gを伝搬して、その端面から基板 1 0内に放射され、反射溝 1 3の反射面 1 3 Aに到達して反射される。反射面 1 3 Aで反射されたモニタ光 L m' は、前述の図 2に示したように反射面 1 3 Aが基板 1 0の垂直方向に対して斜めになつているので、基板 1 0の表面に対して下方に逸れた方向に向けて基板 1 0内を伝搬し、主信号光 L sの出射側面とは異なる基板側面に導き出される。このため、基板側面に到達したモニタ光 L m' は、基板表面に発生するチッビングよりも下方の位置から出射されるようになり、チッビングの影響を受けることなく受光素子 1 4で受光されるようになる。なお、チッピングは基板の表面だけでなく裏面にも発生するため、基板側面に到達するモニタ光 L m ' が表裏面のチッビングの中間の位置から導き出されるように、反射面 1 3 Aの傾斜角度を設定するのが望ましい。

そして、受光素子 1 4では、受光したモニタ光 L m' が電気信号に変換され、その電気信号が図示しない制御部等に送られて光導波路デバイスの動作点などのフィードバック制御に利用される。

このように第 1実施形態の光導波路デバイスによれば、モニタ光出力導波路の先に反射溝 1 3を設けてモニタ光 L mを反射させるようにしたことで、基板サイズの大型化を招くことなく主信号光 L sの出射側面とは異なる基板側面にモニタ光 L m 'を導き出すことができるようになる。これにより、バットジョイント型の場合においても受光素子 1 4で十分なモニタ光を受光することができ、光導波路デバイスの動作点などのフィードバック制御を確実に行うことが可能になる。また、基板 1 0の表面に垂直な方向に対して斜めの反射面 1 3 Aを形成したことで、モニタ光が導き出される基板側面にチッビングが発生していても、そのチッビングよりも下方からモニタ光が出射されるようになるため、チッビングの影響によるモニタ光の低下を回避することができる。さらに、電極 1 2の電極パッド 1 2 Cが配置される側と同じ側に位置する基板側面にモニタ光を導き出すようにしたことで、電気信号配線の外部とのインタ一フェースを基板 1 0の 1つの側面に集めることができるため、光導波路デバイスを外部回路等に効率的に搭載することが可能になる。このような光導波路デバイスは、例えば光変調器ゃ光スイツチ、可変光アツテネ一夕などの用途に有用である。

なお、上記の第 1実施形態では、モニタ光を導き出す基板側面でのチッピングの影響を考慮して斜めの反射面 1 3 Aを設けるようにしたが、チッビングの影響が小さい場合には、例えば図 7の A— A ' 断面図に示すように基板 1 0の表面に垂直となるような反射面 1 3 Aを形成して、反射面 1 3 Aで反射されたモニタ光 Lm' が基板表面に沿って伝搬されるようにしても構わない。また、図 7のような垂直な反射面 1 3 Aを設けた場合の応用例として、例えば図 8に示すように、モニタ光が導き出される基板側面の上部にブロック材 1 6を張り付けるようにすれば、主信号光 L sの出力側面と同様にして、モニタ光に対するチッビングの影響を抑えることが可能である。この場合、プロック材 1 6を利用して受光素子 1 4を基板側面に張り付けることが可能になるため、受光素子 1 4の搭載を容易に行うことができ信頼度の向上を図ることも可能になる。さらに、例えば図 9に示すように、主信号光 L sの出力側面の上部に設けたブロック材 1 5の下方に位置する基板側面からモニタ光が導き出されるように、ブロック材 1 5の形状や反射溝 1 3の配置などを設計することにより、プロック材の部品点数を減らしてコス卜の削減を図ることが可能になる。加えて、上記図 8や図 9の構成において、厚さが 3 0 0 m以上のブロック材を使用するようにすれば、基板側面およびプロック材に対して受光素子 1 4の全面を張り付けることができるため、一層安定した受光素子 1 4の取り付けが可能になる。

また、上記の第 1実施形態では、マッハツエンダ型の光導波路 1 1を構成する入力側および出力側の各力ブラ 1 1 B , 1 1 Eとして方向性結合器または MM I 力ブラを使用する場合を説明したが、例えば図 1 0に示すように、 Y分岐型カブラ 1 1 B '， 1 1 E ' を用いてマッハツェング型の光導波路 1 1を構成したときにも本発明は有効である。この場合、各平行導波路 1 1 C， 1 I Dを伝搬する光に 7tの奇数倍の位相差が与えられると、各々の光は出力側力ブラ 1 1 E，で合波されることで互いに打ち消し合って主信号光 L sがオフ状態となる。このとき、打ち消し合った光は出力導波路 1 1 Fの外に漏れ出して基板 1 0内に放射されることになる。この出力導波路 1 1 F外の基板 1 0内を伝搬する放射モード光の一部（図 1 0では出力導波路 1 1 Fよりも奥側の基板内に放射された光）をモニタ光 L mとして反射溝 1 3で反射させ、その反射光 L m' を主信号光 L sの出力側面とは異なる基板側面に導き出すことで、前述の第 1実施形態の場合と同様の作用効果を得ることが可能になる。

次に、本発明の第 2実施形態について説明する。

図 1 1は、第 2実施形態の光導波路デバイスの構成を示す斜視図である。図 1 1において、本実施形態の光導波路デバイスの構成が上述の図 1に示した第 1実施形態の場合と異なる部分は、モニタ光出力導波路 1 1 Gに曲率半径の小さな曲がり導波路を適用すると共に、その曲がり導波路の半径方向外側に溝部 2 0を形成した部分である。上記以外の他の部分の構成は第 1実施形態の場合と同様である。このため、ここではモニタ光出力導波路 1 1 Gおよび溝部 2 0の構成について詳しく説明する。

図 1 2は、図 1 1における出力側力ブラ 1 1 Eおよびモニタ光出力導波路 1 1 G付近を拡大して示した上面図である。また、図 1 3は、図 1 2の B— B ' 断面を示す図である。

モニタ光出力導波路 1 1 Gは、図 1 2に示すように、出力側力ブラ 1 1 Eの一方の出力ポー卜に繋がる直線部分と、その直線部分の先に繋がる曲がり部分とから構成される。モニタ光出力導波路 1 1 Gの曲がり部分は、ここでは一定の曲率半径 R cを有し、その先端が主信号光の出力側面とは異なる基板側面まで伸びている。上記の曲率半径 R cは、例えば 0 . 5〜 5 mm程度の小さな値に設定され、幅の狭い基板 1 0でも基板サイズの大型化を招くことなく基板側面でモニタ光が全反射しないようになっている。

溝部 2 0は、上記曲がり導波路の半径方向外側に位置する周囲の基板 1 0を曲がり導波路の長手方向に沿って除去したものである。この溝部 2 0は、例えば図 1 3の8—；6 ' 断面図に示すように、基板 1 0を取り除いて形成した一方の側壁の上端がモニタ光出力導波路 1 1 Gに接するようになつている。このような溝部 2 0は、曲率半径 R cの小さな曲がり導波路を伝搬するモニタ光の閉じ込め効果を増大させる。

ここで、上記の溝部 2 0によるモニタ光の閉じ込め効果について具体的に説明する。

上述の図 2 1 (B ) に示したような曲率半径 R cの小さな曲がり導波路については、放射損失の発生を限りなく小さくすることが重要となる。放射損失の低減を図るための 1つの手段として、曲がり導波路の周囲の屈折率を小さくして曲がり導波路における光の閉じ込め効果を大きくすることが有効である。具体的に、 L N基板上に形成された曲がり導波路の場合、曲がり導波路の周りを囲む L N基板の屈折率は一般的に 2 . 1〜2 . 2であり、この屈折率をできるだけ小さくすることで放射損失を低減させることが可能となる。このため、第 2実施形態では、曲がり導波路の周囲の L N基板、特に、曲がり導波路の半径方向外側に位置する L N基板を除去して溝部 2 0を形成することで、その溝部 2 0の屈折率が理想的には空気の屈折率 1 . 0にまで小さくなるようにして、曲がり導波路を伝搬するモニタ光 L mの閉じ込め効果を増大させている。実際には、図 1 3の断面図に示したように、溝部 2 0の上部にはバッファ層 1 6や接着剤が存在することになるが、これらの屈折率は 1 . 4〜1 . 5程度であり L N基板の屈折率に比べて十分に小さいため、光の閉じ込め効果は大きい。上記の内容をシミュレーションにより確認した一例を図 14に示す。

上記のシミュレーションでは、図 14の上段に示すように、曲がり導波路を、それと等価な屈折率分布 (a— a' 断面における屈折率の変化を参照) を有する直線導波路に見立てて、導波路を伝搬する光の強度を計算している。図 14の中段に示すシミユレーション結果は、上述した図 21 (B) に示したような従来の曲がり導波路について、曲率半径を lmm、導波路の幅 wを 7 m、導波路周囲の屈折率を 2. 2に設定して計算を行った一例である。このシミュレーション結果に示すように、従来の曲がり導波路では、光の伝搬後 10 m程度で殆ど全ての光が導波路外に漏れ出していることが分かる。一方、図 14の下段に示すシミユレーシヨン結果は、曲がり導波路の周囲の屈折率を小さくした場合の一例として、曲率半径を 0. 5mm、導波路の幅 wを 5^m、導波路周囲の屈折率を 1. 0に設定して計算を行った一例である。このシミュレーション結果に示すように、曲率半径を 0. 5mmまで小さくした場合でも、曲がり導波路に沿って光が伝搬しており、十分な光の閉じ込め効果が得られることが分かる。

また、図 15に示す実験結果は、曲がり導波路の半径方向外側における溝部 2 0の形成位置を変化させた場合に放射損失がどのように変化するかを測定した一例である。ここでの実験は、図 15の上段に示すように、曲がり導波路の中心と溝部 20の側壁の上端との間の距離を Rwsとし、その Rwsの値および曲がり導波路の曲率半径 Rcを変化させて、曲がり導波路の損失の測定を行っている。具体的に、図 15の中段に示した測定データは、曲がり導波路の幅 Dを 6 mに固定し、曲がり導波路と溝部 20の間の距離 Rwsを 0 m〜3 の範囲で段階的に設定したときに得られる、曲率半径 Rcに対する損失をまとめたものである。この測定データより、 Rwsを 3 mに設定したとき、すなわち、溝部 20 の側壁の上端が曲がり導波路に接するような位置関係の場合に損失が最も減少することが分かる。また、 Rwsを 3 mよりも短くしたとき、すなわち、曲がり導波路の一部を除去した状態においても、曲率半径 R cの設定によっては損失を比較的小さな値に抑えることができることも分かる。さらに、図 15の下段に示した測定データは、曲率半径 Rcを lmmに固定し、曲がり導波路の幅 Dを 6 m〜l 0 i mの範囲で段階的に設定したときに得られる、 Rw sに対する損失をまとめたものである。この測定データからは、例えば曲がり導波路の幅を 6 t m とした場合に顕著なように、尺3 が3 111を超ぇる、すなわち、曲がり導波路と溝部 2 0が接した状態（R s w- S ^ m) から離れて行くと、損失が増大する傾向にあることが分かる。

上記のようなシミュレ一ションおよび実験の結果より、第 2実施形態の光導波路デバイスによれば、モニタ光出力導波路 1 1 Gの後半に配置された曲率半径の小さな曲がり導波路に対して溝部 2 0を形成することによって、曲がり導波路を伝搬するモニタ光 L mを導波路内に効果的に閉じ込めておくことができ、特に、曲がり導波路に接するような位置に溝部 2 0を設けるようにすれば、モニタ光出力導波路 1 1 Gの曲がり部分での放射損失をより効果的に低減することが可能になる。従って、第 1実施形態の場合に得られる効果と同様に、基板サイズの大型化を招くことなく主信号光 L sの出射側面とは異なる基板側面にモニタ光を導き出すことができ、バットジョイント型の場合においても受光素子 1 4で十分なモ二夕光を受光することが可能になる。また、電極 1 2の電極パッド 1 2 Cが配置される側と同じ側に位置する基板側面にモニタ光を導き出すようにしたことで、電気信号配線の外部とのィン夕ーフェースを基板 1 0の 1つの側面に集めることができるため、光導波路デバイスを外部回路等に効率的に搭載することが可能になる。このような光導波路デバイスは、例えば光変調器や光スィッチ、可変光ァッテネー夕などの用途に有用である。

なお、上記の第 2実施形態では、モニタ光に対するチッビングの影響について特に考慮していないが、上述の図 8に示した場合と同様にして、モニタ光が導き出される基板側面の上部にブロック材 1 6を張り付けて、モニタ光に対するチッビングの影響を抑えるようにすることも勿論可能である。また、上述の図 9に示した場合と同様にして、主信号光 L sの出力側面の上部に設けたブロック材 1 5 の下方に位置する基板側面からモニタ光が導き出されるように、ブロック材 1 5 およびモニタ光出力導波路 1 1 Gの形状を設計することにより、ブロック材の部品点数を減らしてコストの削減を図ることが可能になる。上記の図 8および図 9 に対応した第 2実施形態の応用例の構成を図 1 6および図 1 7にそれぞれ示しておく。

また、上記の第 2実施形態では、曲がり導波路の半径方向外側にだけ溝部 2 0 を形成するようにしたが、曲がり導波路の半径方向内側についても、外側と同様の溝部を形成するようにして、いわゆるリッジ導波路と同様な断面形状を有する曲がり導波路とすることも可能である。

加えて、上記のような曲がり導波路の両側に溝部を形成する構成を応用することにより、マッハツエンダ型の光導波路 1 1を構成する入力側および出力側の各力ブラとして Y分岐型力ブラを用いた光導波路デバイスについても対応することが可能である。具体的には、例えば図 1 8に示すように、 Y分岐型力ブラ 1 1 Β ' , 1 1 E ' を用いてマッハツエンダ型の光導波路 1 1を構成した光導波路デバイスについて、主信号光 L sがオフ状態となるときに出力導波路 1 1 Fの外に漏れ出す放射モード光の一部をモニタ光として基板側面に導き出すための 1組の曲がり溝部 2 0 Α， 2 0 Βを L N基板 1 0に形成する。曲がり溝部 2 0 A, 2 0 Bによって挟まれた L N基板部分は、曲がり溝部 2 0 A， 2 0 Bに比べて高い屈折率（2 . 1〜2 . 2 ) を有するため、モニタ光用の曲がり導波路として機能するようになり、前述した第 2実施形態の場合と同様の作用効果を得ることが可能になる。

また、上述した第 1および第 2実施形態では、十分なモニタ光を所望の基板側面に導き出すために、基板 1 0に対して反射溝 1 3を形成したり、曲がり導波路の外側に溝部 2 0を設けたりしたが、このような反射溝 1 3や溝部 2 0を利用した構成は、モニタ光以外の光を限られた基板サイズの範囲内で所望の基板側面に導き出す場合にも応用可能である。例えば、上述した各実施形態の主信号光 L s 側の出力導波路についてモニタ光側と同様の構成を適用することにより、幅の狭い L N基板内の長手方向の側面から主信号光 L sを取り出すことが可能になる。加えて、上述した第 1および第 2実施形態では、 Z—カットの L N基板を使用した一例について説明したが、本発明はこれに限らず、 X—カットの L N基板を使用した光導波路デバイスに対しても有効であり、さらには、 L N基板以外の各種の基板を用いた光導波路デバイスについても適用することが可能である。産業上の利用可能性

本発明は、基板に対して溝を設けて反射面を形成し、あるいは、曲がり導波路の少なくとも半径方向外側に溝部を設けるようにしたことで、基板サイズの大型化を招くことなく所望の基板側面に十分なパワーの光を導き出すことの可能な光導波路デバイスを提供することができ、また、基板側面付近に発生するチッピングの影響も簡略な構成によつて回避することが可能な光導波路デバイスが実現され、このような光導波路デバイスは、例えば、光通信システムに用いられる光変調器や光スィッチ、可変光アツテネ一夕などとして有用であり、産業上の利用可能性が大である。

Claims

請求の範囲

1 . 基板に形成した光導波路を備えて構成される光導波路デバイスにおいて、前記基板に対して前記光導波路の光出力側の端部近傍に形成した溝を有し、該溝の側壁を反射面として前記光導波路から出力される光を反射し、当該反射光が基板側面から出射されることを特徴とする光導波路デバイス。

2 . 請求項 1に記載の光導波路デバイスであって、

前記光導波路は、入力導波路と、該入力導波路を伝搬した光を 2つに分岐する入力側力ブラと、該入力側力ブラで分岐された各光が与えられる一対の平行導波路と、該各平行導波路を伝搬した光を合波する出力側力ブラと、該出力側力ブラを伝搬した光が与えられる出力導波路とを備え、マッハツエンダ干渉計を構成し、前記溝は、前記出力導波路のモニタ光が出力される端部近傍に形成され、前記反射面で反射したモニタ光を基板側面に導き出すことを特徴とする光導波路デバイス。

3 . 請求項 1に記載の光導波路デバイスであつて、

前記溝の反射面は、前記基板の表面に垂直な方向に対して斜めに形成され、前記光導波路から出力された後に基板表面に沿って伝搬する光を、基板表面の下方に逸れた方向に反射することを特徴とする光導波路デバイス。

4. 請求項 3に記載の光導波路デバイスであって、

前記溝の反射面は、基板表面および基板裏面から予め設定した距離だけそれぞれ離れた領域内に位置する前記基板側面から反射光が出射されるように、前記基板の表面に垂直な方向に対して斜めに形成されることを特徴とする光導波路デバイス。

5 . 請求項 1に記載の光導波路デバイスであって、

前記光導波路から出力され前記溝で反射された光が出射される基板側面の上部に、基板表面でのチッビングの発生を防ぐブロック材を備えたことを特徴とする光導波路デバイス。

6 . 請求項 2に記載の光導波路デバィスであって、

前記出力導波路から出力され前記溝で反射されたモニタ光が出射される基板側面の上部と、前記出力導波路を伝搬した主信号光が出射される基板側面の上部とに、基板表面でのチッビングの発生を防ぐブロック材をそれぞれ備えたことを特徵とする光導波路デパイス。

7 . 請求項 6に記載の光導波路デバイスであって、

前記溝で反射されたモニタ光が、主信号光側に対応する前記プロック材の下方に位置する基板側面から出射されるようにして、モニタ光側に対応する前記プロック材を主信号光側と共通化したことを特徴とする光導波路デバイス。

8 . 請求項 6に記載の光導波路デバイスであって、

モニタ光を受光するための受光素子を備え、該受光素子が、前記ブロック材を利用してモニタ光が出射される基板側面に張り付けられたことを特徴とする光導波路デバイス。

9 . 請求項 2に記載の光導波路デバィスであって、

前記出力側力ブラが、方向性結合器およびマルチモード干渉力ブラのいずれかであり、

前記出力導波路は、前記出力側力ブラの主信号光が出力されるポートに接続する主信号光出力導波路と、前記出力側力ブラのモニタ光が出力されるポートに接続するモニタ光出力導波路と、を有することを特徴とする光導波路デバイス。

1 0 . 請求項 2に記載の光導波路デバイスであって、

前記出力側力ブラが、 Y分岐力ブラであり、該 Y分岐力ブラの合波ポー卜に前記出力導波路が接続し、主信号光がオフ状態になるときに前記出力導波路外に漏れ出す光をモニタ光として使用することを特徴とする光導波路デバイス。

1 1 . 請求項 2に記載の光導波路デバイスであって、

前記平行導波路に対応させて設けられた電極を有し、該電極に外部より電気信号を印加するための電極パッドが配置される側の基板側面に、前記溝で反射された光が出射されることを特徴とする光導波路デバイス。

1 2 . 基板に形成した光導波路を備えて構成される光導波路デバイスにおいて、前記光導波路の一部に基板側面まで達する曲がり導波路を有すると共に、該曲がり導波路の少なくとも半径方向外側に位置し、かつ、前記曲がり導波路の長手方向に沿って形成した溝部を備え、該溝部内の屈折率が、前記基板の光導波路以外の部分の屈折率よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする光導波路デバイス。

1 3 . 請求項 1 2に記載の光導波路デバイスであって、

前記光導波路は、入力導波路と、該入力導波路を伝搬した光を 2つに分岐する入力側力ブラと、該入力側力ブラで分岐された各光が与えられる一対の平行導波路と、該各平行導波路を伝搬した光を合波する出力側力ブラと、該出力側力ブラから出力される主信号光が与えられる主信号光出力導波路と、前記出力側力ブラから出力されるモニタ光が与えられるモニタ光出力導波路と、を備え、マツハツエング干渉計を構成し、

前記モニタ光出力導波路の一部に前記曲がり導波路を有し、該曲がり導波路を伝搬したモニタ光が基板側面から出射されることを特徴とする光導波路デバイス。

1 4 . 請求項 1 2に記載の光導波路デバイスであって、

前記溝部は、その側壁が前記曲がり導波路に接する位置に形成されることを特徵とする光導波路デバイス。

1 5 . 請求項 1 2に記載の光導波路デバイスであって、

前記曲がり導波路を伝搬した光が出射される基板側面の上部に、基板表面でのチッビングの発生を防ぐブロック材を備えたことを特徴とする光導波路デバイス。

1 6 . 請求項 1 3に記載の光導波路デバイスであって、

前記モニタ光出力導波路を伝搬したモニタ光が出射される基板側面の上部と、前記主信号光出力導波路を伝搬した主信号光が出射される基板側面の上部とに、基板表面でのチッピングの発生を防ぐブロック材をそれぞれ備えたことを特徴とする光導波路デバイス。

1 7 . 請求項 1 6に記載の光導波路デバイスであって、

前記モニタ光出力導波路を伝搬したモニタ光が、主信号光側に対応する前記ブロック材の下方に位置する基板側面から出射されるようにして、モニタ光側に対応する前記プロック材を主信号光側と共通化したことを特徴とする光導波路デバイス。

1 8 . 請求項 1 6に記載の光導波路デバイスであって、

1 9 . 請求項 1 3に記載の光導波路デバィスであって、

前記出力側力ブラが、方向性結合器およびマルチモード干渉力ブラのいずれかであることを特徴とする光導波路デバイス。

2 0 . 請求項 1 3に記載の光導波路デバイスであって、

前記平行導波路に対応させて設けられた電極を有し、該電極に外部より電気信号を印加するための電極パッドが配置される側の基板側面に、前記曲がり導波路を伝搬したモニタ光が出射されることを特徴とする光導波路デバイス。

2 1 . 基板に形成した光導波路を備えて構成される光導波路デバイスにおいて、前記光導波路は、入力導波路と、該入力導波路を伝搬した光を 2つに分岐する入力側力ブラと、該入力側力ブラで分岐された各光が与えられる一対の平行導波路と、該各平行導波路を伝搬した光を合波する Y分岐力ブラと、該 Y分岐力ブラから出力される主信号光が与えられる出力導波路と、を備え、マッハツェング干渉計を構成し、

前記出力導波路から漏れ出す光をモニタ光として、前記出力導波路を伝搬した主信号光が出射される基板側面とは異なる基板側面に前記モニタ光を導き出すための 1組の曲がり溝部を前記基板に形成し、該各曲がり溝部内の屈折率が、各々の曲がり溝部の間に位置する前記基板の屈折率よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする光導波路デバイス。

2 2 . 基板上に形成した第 1光導波路と、

前記基板の端面の上部で前記第 1光導波路上に設けたプロック材と、

前記第 1光導波路から分岐すると共に、前記第 1光導波路の端部が位置する前記基板の端面とは異なる端面で、かつ、前記ブロック材の下に、光導波路の端部を有する第 2光導波路と、を備えて構成されることを特徴とする光導波路デバィス。