WO2023199441A1 - 光回路 - Google Patents

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WO2023199441A1
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waveguide
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optical
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arm waveguides
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百合子 川村
雄一郎 伊熊
雅之 高橋
陽介 雛倉
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日本電信電話株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 

Definitions

  • the present invention relates to an optical circuit, and more particularly to an optical modulator.
  • a Mach-Zehnder (MZ) type optical modulator has a structure in which light incident on an optical waveguide is split into two waveguides with an intensity of 1:1, the split light is propagated for a certain length, and then recombined.
  • MZ Mach-Zehnder
  • a phase modulation unit installed in an optical waveguide that is split into two, the interference conditions when the lights are combined are changed, thereby modulating the intensity and phase of the light. be able to.
  • By inputting a modulated electrical signal to a phase modulation electrode placed near the optical waveguide and applying a voltage to the optical waveguide the phase of light propagating through the optical waveguide can be changed.
  • a dielectric such as LiNbO 3 or a semiconductor such as InP, GaAs, or Si is used as a material constituting the optical waveguide.
  • traveling-wave electrodes are used to match the speed of the electrical signal and the light propagating through the phase modulator, allowing the light and electrical signals to interact as they propagate. There is.
  • the shape of the optical circuit of an MZ type optical modulator manufactured on a dielectric or semiconductor substrate has very high symmetry.
  • Each element of the optical circuit is arranged symmetrically with respect to a center line connecting the input waveguide and the output waveguide.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional MZ type optical modulator fabricated on a Si substrate.
  • FIG. 1(a) shows a top view of the substrate surface
  • FIG. 1(b) shows a cross-sectional view taken perpendicular to the Si substrate along line Ib-Ib'.
  • the MZ type optical modulator 20 includes an input waveguide 1, an optical demultiplexer 2, two arm waveguides 3a and 3b, an optical multiplexer 4, and an output waveguide 5 arranged in this order.
  • the arm waveguides 3a and 3b are configured as rib-type waveguides.
  • a p-type semiconductor region 11a, an n-type semiconductor region 12, and a p-type semiconductor region 11b are formed on the Si substrate 10 so that a pn junction is formed at each position of the arm waveguides 3a and 3b.
  • the refractive index of the arm waveguide 3a can be changed and the phase of light can be modulated.
  • an electric signal is applied to the arm waveguide 3b so that the pn junction between the signal electrode 7b and the ground electrode 6 becomes reverse biased.
  • FIG. 1 shows an MZ type optical modulator fabricated on a Si substrate, for example, in an MZ type optical modulator fabricated on a LiNbO 3 substrate, the optical waveguide is configured within the LiNbO 3 substrate. It should also be noted that it does not have a rib-like shape as shown in FIG. 1(b).
  • each component of the optical circuit from the input waveguide to the output waveguide is formed symmetrically with respect to a straight line connecting input and output. Therefore, it is difficult to distinguish between the input side and the output side based on the shape visible on the board.
  • the symmetry of the shape of the MZ type optical modulator can cause various errors in the design stage of the MZ type optical modulator, the characteristic inspection, and the assembly process after cutting out from the wafer. In particular, there is a possibility that errors may occur during the assembly and inspection processes in which the MZ type optical modulator is cut out from the wafer and the chip is mounted on other modules.
  • the layout of the MZ type optical modulator alone makes it difficult to correctly identify the input and output directions of light and electricity. If the direction of the input and output of the optical modulator is incorrect, the original performance may not be achieved.
  • the direction of input and output can be easily identified, and errors in the design and manufacturing processes can be avoided.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional MZ type optical modulator fabricated on a substrate.
  • 1 is a diagram showing the configuration of Example 1 of an MZ type optical modulator, which is an optical circuit of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of Example 2 of an MZ type optical modulator, which is an optical circuit of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of Example 3 of an MZ type optical modulator, which is an optical circuit of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of Example 4 of an MZ type optical modulator, which is an optical circuit of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of Example 5 of an MZ type optical modulator, which is an optical circuit of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating various forms of the optical circuit of the present disclosure.
  • each of the two arm waveguides has a first region in which the waveguide width gradually increases toward the output waveguide, and a length different from the first region, A second portion is provided in which the waveguide width gradually increases toward the output waveguide. Since the lengths of the first region and the second region are different, the direction of input and output of the optical circuit can be accurately identified.
  • the optical circuit of the present disclosure will be explained using an MZ type optical modulator as an example.
  • the two arm waveguides are arranged symmetrically with respect to the line connecting the input waveguide and the output waveguide, and there is no difference in function and performance as an MZ type optical modulator compared to the configuration of conventional technology. do not have.
  • an optical modulator whose input/output directions can be easily identified will be described.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of Example 1 of an MZ type optical modulator, which is an optical circuit of the present disclosure.
  • FIG. 1(a) shows a top view of the substrate surface
  • FIG. 1(b) shows a cross-sectional view taken perpendicularly to the substrate along line IIb-IIb'.
  • (c) shows a cross-sectional view taken perpendicular to the substrate along line IIc-IIc'.
  • an input waveguide 1, an optical demultiplexer 2, two arm waveguides 101a and 101b, an optical multiplexer 4, and an output waveguide 5 are arranged in this order.
  • the signal electrodes 7a, 7b and the ground electrode 6 have the same configuration as in the prior art.
  • the optical waveguide is configured within the LiNbO 3 substrate. Therefore, it should also be noted that the three-dimensional structure of the optical waveguide may not necessarily have a rib-like shape as shown in FIGS. 2(b) and 2(c). Even in such a case, when looking at the top surface of the optical circuit, the optical circuit pattern of the MZ type optical modulator is the same as that in FIG. 2(a), and has high symmetry.
  • a second region 104 having a length different from that of the first region 103 and whose waveguide width gradually increases toward the output waveguide 5 is provided.
  • the first region 103 and the second region 104 are arranged in this order toward the output waveguide 5, and the waveguide width is widened and then narrowed.
  • the second region 104 is shorter than the first region 103, the waveguide width widens slowly and narrows quickly.
  • the output port of the optical demultiplexer 2 is connected by two bent waveguides 102 to the first region 103 of the corresponding arm waveguide.
  • the second regions 104 of the arm waveguides are connected to the input ports of the optical multiplexer 4 by two bent waveguides 105, respectively.
  • the arm waveguides 101a and 101b are each formed continuously and integrally by the above-described bent waveguide 102, first region 103, second region 104, and bent waveguide 105. Comparing FIGS. 2(b) and 2(c), the waveguides 103-1a and 103-1b on the input waveguide side of the first region 103 are compared with the waveguide 103-2a on the output waveguide side. , 103-2b is wider.
  • the arm waveguide As a whole, it has an asymmetric configuration with respect to a line passing through the midpoint between the input and output of the optical modulator 100 and perpendicular to the arm waveguide. Therefore, the direction of input and output of the optical modulator can be easily and clearly understood.
  • the configuration is symmetrical with respect to a line connecting the input waveguide 1 and the output waveguide 2 and parallel to the arm waveguide.
  • the two arm waveguides have a symmetrical structure along the light propagation direction, and are still a symmetrical MZ type optical modulator.
  • the waveguide width in the first region 102 increases linearly.
  • a configuration example in which the waveguide width in the second region 103 decreases linearly is shown.
  • the manner in which the waveguide width increases and decreases does not have to be linear as in FIG. 2.
  • the waveguide width may change in a curved manner or in a stepwise manner, and the increase and decrease in the waveguide width may or may not be uniform.
  • the width of the arm waveguide changes and the entire optical circuit has an asymmetric structure, so the direction of input and output can be easily identified. Since inputs and outputs can be easily identified just by looking at the optical circuit pattern, various errors in the mounting and testing processes can be easily avoided.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of Example 2 of an MZ type optical modulator, which is an optical circuit of the present disclosure.
  • FIG. 3 shows a top view of the substrate surface of the optical modulator 200, and the structure is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 2, except for the structure of the arm waveguides 201a and 201b. Since the structural features are clear from the pattern of the optical circuit in the top view, a cross-sectional view will be omitted.
  • the arm waveguides 201a and 201b have a first region 203 where the waveguide width gradually increases toward the output waveguide 5, and a length different from the first region.
  • the second region 204 has a waveguide width gradually increasing toward the output waveguide. The difference from the configuration of Example 1 in FIG. 2 is that the second region 204 is longer than the first region 203, so the waveguide width widens quickly and narrows slowly.
  • the arm waveguides 201a and 201b are formed continuously and integrally by a bent waveguide 202, a first region 203, a second region 204, and a bent waveguide 205, respectively.
  • a bent waveguide 202 a first region 203, a second region 204, and a bent waveguide 205, respectively.
  • the entire arm waveguide it has an asymmetric configuration with respect to a line passing through the midpoint between the input and output of the optical modulator 200 and perpendicular to the arm waveguide. Therefore, the direction of input and output of the optical modulator can be easily and clearly understood.
  • the present invention includes an input waveguide 1, an optical demultiplexer 2, two arm waveguides 101a and 101b connected to the optical demultiplexer, and an optical multiplexer connected to the two arm waveguides.
  • a waveguide 4 and an output waveguide 5 are provided, and each of the two arm waveguides has a first region 103 in which the waveguide width gradually increases toward the output waveguide, and a first region 103 in which the waveguide width gradually increases toward the output waveguide;
  • a second region 104 has a length different from that of the first region, and the waveguide width gradually increases toward the output waveguide, and the same guide is provided at the boundary between the first region and the second region.
  • the two arm waveguides can be implemented as optical circuits arranged symmetrically with respect to a line connecting the input waveguide and the output waveguide.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of Example 3 of an MZ type optical modulator, which is an optical circuit of the present disclosure.
  • (a) of FIG. 4 shows a top view of the optical modulator 300 when looking at the substrate surface, and the configuration is similar to that of the optical modulator 100 of Example 1 in FIG. 2 except for the configuration of the arm waveguides 301a and 301b. The same is true.
  • FIG. 4B is an enlarged view of the first region and second region of the arm waveguide.
  • the arm waveguides 301a and 301b have a first region 303 where the waveguide width gradually increases toward the output waveguide 5, and a length different from the first region.
  • a second region 304 is provided in which the waveguide width gradually increases toward the output waveguide.
  • the second region 304 is shorter than the first region 303, so the waveguide width widens slowly and narrows quickly.
  • the arm waveguides 301a and 301b are continuously formed as one body by a bent waveguide 302, a first region 303, a second region 304, and a bent waveguide 305. It is.
  • Example 1 The differences from Example 1 are the boundary position between the bent waveguide 302 and the first region 303, the boundary position between the first region 303 and the second region 304, and the boundary between the second region 304 and the bent waveguide 305.
  • the point is that the inclination of the waveguide changes continuously and the width of the waveguide changes smoothly depending on the position.
  • the width of the waveguide changes continuously, but the tangent slope at the end of the waveguide in the width direction changes from positive to negative. It is changing continuously.
  • the boundary position between the first region 103 and the second region 104 was "pointed," in this example, the edge in the width direction of the waveguide was "pointed" as shown in FIG. 4(b).
  • the tangent slope changes continuously after passing through 0. This also applies to the boundary positions between the bent waveguide 302 and the first region 303 and between the second region 304 and the bent waveguide 305.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of Example 4 of an MZ type optical modulator, which is an optical circuit of the present disclosure.
  • (a) of FIG. 5 shows a top view of the optical modulator 400 when looking at the substrate surface, and the configuration is similar to that of the optical modulator 200 of the second embodiment of FIG. 3 except for the configuration of the arm waveguides 401a and 401b. The same is true.
  • FIG. 4B is an enlarged view of the first region 403 and second region 404 of the arm waveguide.
  • the arm waveguides 401a and 401b have a first region 403 where the waveguide width gradually increases toward the output waveguide 5, and a length different from the first region.
  • a second region 404 is provided in which the waveguide width gradually increases toward the output waveguide. As in Example 2 of FIG. 3, the second region 404 is longer than the first region 403, so the waveguide width widens quickly and narrows slowly.
  • the arm waveguides 401a and 401b are formed as a continuous and integrated unit by the bent waveguide 402, the first region 403, the second region 404, and the bent waveguide 405. The same is true.
  • the difference from the second embodiment is that, like the third embodiment, the widths of the first region 403 and the second region 404 change smoothly in a curved manner.
  • the tangent slope changes continuously after passing through 0. This also applies to each boundary position between the curved waveguide 402 and the first region 403, and between the second region 404 and the curved waveguide 405. As a result, as in the third embodiment, it is possible to suppress the generation of higher-order modes and reduce optical loss.
  • the curved waveguide 402 on the input side and the curved waveguide 405 on the output side are single mode waveguides.
  • optical modulator 400 of this embodiment when looking at the entire arm waveguide, it has an asymmetric configuration with respect to a line passing through the midpoint between the input and output of the optical modulator 400 and perpendicular to the arm waveguide. There is. Therefore, the direction of input and output of the optical modulator can be easily and clearly understood.
  • the second region 504 and the first region 503 are arranged in this order toward the output waveguide 5, and the waveguide width is narrowed and then widened. Therefore, in the optical modulators of Examples 1 to 4, the width was widest at a position shifted from the midpoint of the arm waveguide. In contrast, the optical modulator 500 of this embodiment is different in that the width is narrowest at a position shifted from the midpoint of the arm waveguide.
  • the entire arm waveguide has an asymmetrical configuration with respect to a line passing through the midpoint between the input and output of the optical modulator 500 and perpendicular to the arm waveguide. Therefore, the direction of input and output of the optical modulator can be easily and clearly understood.
  • the second region 504 where the waveguide width gradually increases on the input waveguide 1 side is shorter than the first region 503, and the position where the waveguide width is minimum is on the input waveguide 1 side.
  • the second region 504, in which the waveguide width gradually increases may be longer than the first region 503, and the position where the waveguide width is minimum is located on the output waveguide 5 side.
  • the input-side bent waveguide 502 and the output-side bent waveguide 505 may be single-mode waveguides. Even in the optical modulator 500 of this embodiment, when looking at the entire arm waveguide, it has an asymmetric configuration with respect to a line passing through the midpoint between the input and output of the optical modulator 500 and perpendicular to the arm waveguide. There is. Therefore, the direction of input and output of the optical modulator can be easily and clearly understood.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating various forms of the optical circuit of the present disclosure.
  • the optical circuits of Examples 1 to 5 are fabricated in a plurality of sections 600-1 on a wafer 610 such as a Si substrate, as shown in FIG. 7(a).
  • the manufactured optical circuit is cut out by a dicing process and distributed as a rectangular optical circuit chip 600-2, or incorporated into other devices in the next process of assembling an optical modulator module or the like.
  • the optical circuit chip 600-2 includes arm waveguides 601a and 601b with an asymmetric configuration, has a thickness of about 0.7 ⁇ m, and has a rectangular shape with sides of about several mm.
  • the optical circuit patterns shown in FIGS. 2 to 6 are visible on the top surface of the optical circuit chip.
  • the four sides of the optical circuit chip 600-2 have a height of about 0.2 ⁇ m, so it is difficult to visually recognize the structure of the optical waveguide, and the four sides are rectangular. The cut surface of the shaped chip will be visible.
  • the four side surfaces of the optical circuit chip become rectangular chip cut surfaces.
  • the optical circuit of the present invention makes it possible to easily identify the direction of input and output in optical circuits that are inherently highly symmetrical, and can be used in all processes of design, manufacturing, and assembly. Errors can be prevented.
  • the present invention can be used in optical communication devices.

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Abstract

本開示の光回路は、２本のアーム導波路（１０１ａ、１０１ｂ）の各々が、出力導波路（５）に向かって導波路幅が徐々に広まる第１の領域（１０３）、および、第１の領域（１０３）とは異なる長さを有し、出力導波路（５）に向かって導波路幅が徐々に狭まる第２の領域（１０４）を備える。第１の領域（１０３）および第２の領域（１０４）の長さが異なるため、光回路の入出力の向きを正確に識別できる。２本のアーム導波路（１０１ａ、１０１ｂ）は、入力導波路（１）と出力導波路（５）とを結ぶ線に対して対称に配置されており、例えばＭＺ型光変調器としての機能・性能には、従来技術の構成と何ら変わりはない。

Description

光回路
　本発明は、光回路に関し、より詳細には光変調器に関する。
　光通信システムや光情報処理システムでは、様々な光回路が幅広く利用されている。送信側の基幹部品である光変調器は、最も重要な光回路の１つである。マッハツェンダ（ＭＺ）型光変調器は、光導波路に入射した光を２つの導波路に１：１の強度で分岐し、分岐した光を一定の長さ伝搬させた後に、再度合波させる構造を持つ。２つに分岐された光導波路に設けられた位相変調部により２つの光の位相を変化させることで、光が合波されるときの干渉条件を変え、それにより光の強度や位相を変調することができる。光導波路近傍に配置された位相変調電極に変調電気信号を入力して光導波路に電圧を印加することで、光導波路を伝搬する光の位相を変化させることができる。
　ＭＺ型光変調器では、光導波路を構成する材料として、ＬｉＮｂＯ３等の誘電体、またはＩｎＰ、ＧａＡｓ、Ｓｉ等の半導体が用いられている。高速で低消費電力な動作のため、電気信号と位相変調器の中を伝搬する光の速度を整合させ、光および電気信号を伝搬させながら相互作用を行うようにする進行波電極が用いられている。
特許第６５８６２２３号
　誘電体または半導体の基板の上に作製されたＭＺ型光変調器の光回路の形状は、対称性が非常に高い。入力導波路と出力導波路を結ぶ中心線に対して、光回路の各要素が対称に配置されている。
　図１は、Ｓｉ基板上に作製された従来技術のＭＺ型光変調器の構成を示した図である。図１の（ａ）は基板面を見た上面図を示し、（ｂ）は、Ｉｂ－Ｉｂ´線でＳｉ基板に垂直に切った断面図を示している。ＭＺ型光変調器２０は、入力導波路１、光分波器２、２本のアーム導波路３ａ、３ｂ、光合波器４および出力導波路５がこの順に配置されている。図１の（ｂ）の断面図を参照すれば、アーム導波路３ａ、３ｂは、リブ型導波路として構成されている。Ｓｉ基板１０には、アーム導波路３ａ、３ｂのそれぞれの位置においてｐｎ接合が形成されるように、ｐ型半導体領域１１ａ、ｎ型半導体領域１２およびｐ型半導体領域１１ｂが構成されている。信号電極７ａとグランド電極６間でｐｎ接合が逆バイアスとなるように電気信号を加えることで、アーム導波路３ａの屈折率を変えて、光の位相を変調することができる。アーム導波路３ｂについても同様に、信号電極７ｂとグランド電極６間でｐｎ接合が逆バイアスとなるように電気信号が印可される。
　尚、図１の（ｂ）の断面図では、縦方向に著しく拡大して表示されており、実際のアーム導波路３ａ、３ｂの高さは０．２μｍ程度であって、Ｓｉ基板１０の厚さ７００μｍに対して極めて小さい。したがって、Ｓｉ基板の断面としては、リブ型形状の導波路構造を視認することは難しい。また、図１では、Ｓｉ基板上に作成されたＭＺ型光変調器を示しているが、例えばＬｉＮｂＯ３基板に作成されたＭＺ型光変調器では、光導波路はＬｉＮｂＯ３基板内に構成されており、図１の（ｂ）のようなリブ型形状でないことにも留意されたい。
　図１に示したように、入力導波路から出力導波路までの光回路は、入出力を結ぶ直線に対して、各構成要素が対称に形成されている。したがって、基板上で視認できる形状によって入力側と出力側を識別することは難しい。ＭＺ型光変調器の形状の対称性は、ＭＺ型光変調器の設計段階、特性検査、ウェファから切り出した後の組み立て工程のいずれにおいても、様々なエラーの原因となり得る。特に、ウェファからＭＺ型光変調器を切り出して、他のモジュールなどにチップを搭載する組み立てや、検査工程におけるエラーを生じる可能性があった。ＭＺ型光変調器の単体では光や電気の入出力方向を正しく識別しづらいレイアウトになっている。光変調器の入出力の向きを誤れば、本来の性能が発揮されない場合が生じる。
　本発明はこのような光回路形状の対称性のために起こり得るエラーを防止する、新規な構成の光回路を提供する。
　本発明の１つの態様は、入力導波路と、光分波器と、前記光分波器に接続された２本のアーム導波路と、前記２本のアーム導波路に接続された光合波器と、出力導波路とを備え、前記２本のアーム導波路の各々は、前記出力導波路に向かって導波路幅が徐々に広まる第１の領域、および、前記第１の領域とは異なる長さを有し、前記出力導波路に向かって導波路幅が徐々に広まる第２の領域を含み、前記第１の領域と前記第２の領域の境界において同じ導波路幅を有し、前記２本のアーム導波路は、前記入力導波路と前記出力導波路とを結ぶ線に対して、対称に配置されている光回路である。
　本発明の光回路によって、入力出力の向きを簡単に識別可能となり、設計から製造工程のエラーを回避できる。
基板上に作製された従来技術のＭＺ型光変調器の構成を示した図である。 本開示の光回路であるＭＺ型光変調器の実施例１の構成を示した図である。 本開示の光回路であるＭＺ型光変調器の実施例２の構成を示した図である。 本開示の光回路であるＭＺ型光変調器の実施例３の構成を示した図である。 本開示の光回路であるＭＺ型光変調器の実施例４の構成を示した図である。 本開示の光回路であるＭＺ型光変調器の実施例５の構成を示した図である。 本開示の光回路の様々な形態を説明する図である。
　本開示の光回路は、２本のアーム導波路の各々が、出力導波路に向かって導波路幅が徐々に広まる第１の領域、および、第１の領域とは異なる長さを有し、出力導波路に向かって導波路幅が徐々に広まる第２の部分を備える。第１の領域および第２の領域の長さが異なるため、光回路の入出力の向きを正確に識別できる。以下の説明では、本開示の光回路は、ＭＺ型光変調器を例として説明される。２本のアーム導波路は、入力導波路と出力導波路とを結ぶ線に対して対称に配置されており、ＭＺ型光変調器としての機能・性能には、従来技術の構成と何ら変わりがない。以下、入出力の向きを簡単に識別可能な光変調器の構成例を説明する。
　図２は、本開示の光回路であるＭＺ型光変調器の実施例１の構成を示した図である。図１の（ａ）は基板面を見た上面図を示し、（ｂ）は、IIｂ－IIｂ´線で基板に垂直に切った断面図を示している。（ｃ）は、IIｃ－IIｃ´線で基板に垂直に切った断面図を示している。ＭＺ型光変調器１００は、入力導波路１、光分波器２、２本のアーム導波路１０１ａ、１０１ｂ、光合波器４および出力導波路５がこの順に配置されている。信号電極７ａ、７ｂおよびグランド電極６は、従来技術の構成と同じである。また、図２の（ｂ）および（ｃ）に示したアーム導波路に垂直に切った断面図においても、ｐｎ接合を形成するための、ｐ型半導体領域およびｎ型半導体領域を含む基板構成は、図１の（ｂ）の従来技術と同様である。図２の（ｂ）および（ｃ）の断面図では、縦方向に著しく拡大して表示されており、実際のアーム導波路１０１ａ、１０１ｂの高さは０．２μｍ程度であって、Ｓｉ基板の厚さ７００μｍに対して極めて小さい。図２では、Ｓｉ基板上に作成されたＭＺ型光変調器を示しているが、例えばＬｉＮｂＯ３基板に作成されたＭＺ型光変調器では、光導波路はＬｉＮｂＯ３基板内に構成される。したがって、光導波路の立体的な構造は、必ずしも図２の（ｂ）および（ｃ）に示したようなリブ型の形状ではない場合があることにも留意されたい。このような場合であっても、光回路の上面を見た場合には、ＭＺ型光変調器の光回路パターンは図２の（ａ）と同じであり、対称性が高い。
　図２のＭＺ型光変調器１００と図１の従来技術との構成上の相違点は、各アーム導波路が、出力導波路５に向かって導波路幅が徐々に広まる第１の領域１０３、および、第１の領域１０３とは異なる長さを有し、出力導波路５に向かって導波路幅が徐々に広まる第２の領域１０４を備えることである。本実施例では、出力導波路５に向かって、第１の領域１０３、第２の領域１０４の順に配置されており、導波路幅が広まった後で、狭まっている。また、第２の領域１０４は、第１の領域１０３よりも短いため、導波路幅は、ゆっくりと広まって早く狭まっている。光分波器２の出力ポートからは、２本の曲げ導波路１０２によって、それぞれ対応するアーム導波路の第１の領域１０３に接続されている。また、アーム導波路の第２の領域１０４は、それぞれ２本の曲げ導波路１０５によって光合波器４の入力ポートへ接続されている。
　光分波器２の出力ポートと光合波器４の入力ポートの間の上述の領域は、形状を明示するために、別個の部分のようにも説明しているが、別々の部分が接続されているものでは無いことに留意されたい。アーム導波路１０１ａ、１０１ｂは、それぞれ、上述の曲げ導波路１０２、第１の領域１０３、第２の領域１０４および曲げ導波路１０５によって、連続的に一体のものとして形成されている。図２の（ｂ）および（ｃ）を比較すれば、第１の領域１０３の入力導波路側にある導波路１０３－１ａ、１０３－１ｂと比べ、出力導波路側にある導波路１０３－２ａ、１０３－２ｂは幅がより広くなっている。アーム導波路の全体を見れば、光変調器１００の入力および出力の間の中間点を通りアーム導波路に垂直な線に対して、非対称構成となっている。したがって、光変調器の入出力の向きを簡単に、一目瞭然に把握できる。一方、入力導波路１と出力導波路２とを結び、アーム導波路に平行な線に対しては、対称構成となっている。２つのアーム導波路は、光の伝搬方向に沿って対称構造となっており、対称ＭＺ型光変調器であることに変わりはない。
　図２の実施例では、第１の領域１０２における導波路幅は直線的に増加する構成例を示した。同様に、第２の領域１０３における導波路幅は直線的に減少する構成例を示した。しかしながら、導波路幅の増加および減少の態様は、図２のように線形的でなくても良い。例えば、曲線的に変化したり、ステップ状に導波路幅が変化したりしても良く、導波路幅の増加および減少が一様であっても、一様でなくても良い。
　図２に示したように、本開示の光変調器では、アーム導波路の幅が変化して光回路全体が非対称な構造となっているため、入出力の向きを簡単に識別可能となる。光回路のパターンだけで、入力と出力を容易に識別できるため、実装や検査工程における様々なエラーを簡単に回避できる。
　図３は、本開示の光回路であるＭＺ型光変調器の実施例２の構成を示した図である。図３は光変調器２００の基板面を見た上面図を示しており、アーム導波路２０１ａ、２０１ｂの構成を除いて、図２の実施例１の構成と同様である。上面図の光回路のパターンにより構成上の特徴は明確なので、断面図は省略する。
　本実施例の光変調器２００でも、アーム導波路２０１ａ、２０１ｂは、それぞれ、出力導波路５に向かって導波路幅が徐々に広まる第１の領域２０３、および、第１の領域とは異なる長さを有し、出力導波路に向かって導波路幅が徐々に広まる第２の領域２０４を備える。図２の実施例１の構成との相違点は、第２の領域２０４が、第１の領域２０３よりも長いため、導波路幅は、早く広まってゆっくりと狭まっている点である。
　アーム導波路２０１ａ、２０１ｂが、それぞれ、曲げ導波路２０２、第１の領域２０３、第２の領域２０４および曲げ導波路２０５によって、連続的に一体のものとして形成されているのは実施例１と同様である。アーム導波路の全体を見れば、光変調器２００の入力および出力の間の中間点を通りアーム導波路に垂直な線に対して、非対称構成となっている。したがって、光変調器の入出力の向きを簡単に、一目瞭然に把握できる。
　従って本発明は、入力導波路１と、光分波器２と、前記光分波器に接続された２本のアーム導波路１０１ａ、１０１ｂと、前記２本のアーム導波路に接続された光合波器４と、出力導波路５とを備え、前記２本のアーム導波路の内の各々は、前記出力導波路に向かって導波路幅が徐々に広まる第１の領域１０３、および、前記第１の領域とは異なる長さを有し、前記出力導波路に向かって導波路幅が徐々に広まる第２の領域１０４を含み、前記第１の領域と前記第２の領域の境界において同じ導波路幅を有し、前記２本のアーム導波路は、前記入力導波路と前記出力導波路とを結ぶ線に対して、対称に配置されている光回路として実施できる。
　本実施例では、入力側の曲げ導波路２０２および出力側の曲げ導波路２０５が、シングルモード導波路となっている。すなわち、コアおよびクラッドの屈折率に応じて、所定のモードの光のみが伝搬するコアサイズ以下の光導波路となっている。これによって、アーム導波路において高次モードが発生しない条件を満たし、高次モード発生による損失や変調効率低下を防ぐことができる。
　図４は、本開示の光回路であるＭＺ型光変調器の実施例３の構成を示した図である。図４の（ａ）は光変調器３００の基板面を見た上面図を示しており、アーム導波路３０１ａ、３０１ｂの構成を除いて、図２の実施例１の光変調器１００の構成と同様である。図４の（ｂ）は、アーム導波路の第１の領域および第２の領域を拡大して示した図である。
　本実施例の光変調器３００でも、アーム導波路３０１ａ、３０１ｂは、それぞれ、出力導波路５に向かって導波路幅が徐々に広まる第１の領域３０３、および、第１の領域とは異なる長さを有し、出力導波路に向かって導波路幅が徐々に広まる第２の領域３０４を備える。図２の実施例１と同様に、第２の領域３０４は、第１の領域３０３よりも短いため、導波路幅は、ゆっくりと広まって早く狭まっている。またアーム導波路３０１ａ、３０１ｂが、曲げ導波路３０２、第１の領域３０３、第２の領域３０４および曲げ導波路３０５によって、連続的に一体のものとして形成されているのも実施例１と同様である。
　実施例１との相違点は、曲げ導波路３０２と第１の領域３０３の境界位置、第１の領域３０３と第２の領域３０４の境界位置、第２の領域３０４と曲げ導波路３０５の境界位置で、導波路の傾きが連続的に変化しており、導波路の幅が滑らかに変化している点である。図２における第１の領域１０３と第２の領域１０４の境界位置では、導波路の幅は連続的に変化しているが、導波路の幅方向の端における接線傾きは、プラスからマイナスへ不連続に変化している。すなわち、第１の領域１０３と第２の領域１０４の境界位置では「尖がっていた」のに対して、本実施例では図４の（ｂ）のように導波路の幅方向の端における接線傾きが０を経て連続的に変化している。これは、曲げ導波路３０２と第１の領域３０３、第２の領域３０４と曲げ導波路３０５の境界位置でも同様である。
　言い換えると、アーム導波路の幅方向の端部の形状を関数とみた場合、この関数の微分値が連続的に変化している。アーム導波路の幅方向の端部形状をこのようにすることで、高次モードの発生を抑制や光損失を低減することができる。
　図５は、本開示の光回路であるＭＺ型光変調器の実施例４の構成を示した図である。図５の（ａ）は光変調器４００の基板面を見た上面図を示しており、アーム導波路４０１ａ、４０１ｂの構成を除いて、図３の実施例２の光変調器２００の構成と同様である。図４の（ｂ）は、アーム導波路の第１の領域４０３および第２の領域４０４を拡大して示した図である。
　本実施例の光変調器４００でも、アーム導波路４０１ａ、４０１ｂは、それぞれ、出力導波路５に向かって導波路幅が徐々に広まる第１の領域４０３、および、第１の領域とは異なる長さを有し、出力導波路に向かって導波路幅が徐々に広まる第２の領域４０４を備える。図３の実施例２と同様に、第２の領域４０４は、第１の領域４０３よりも長いため、導波路幅は、早く広まってゆっくりと狭まっている。また、曲げ導波路４０２、第１の領域４０３、第２の領域４０４、曲げ導波路４０５によって、連続的に一体のものとしてアーム導波路４０１ａ、４０１ｂがそれぞれ形成されているのも実施例２と同様である。
　実施例２との相違点は、まず、第１の領域４０３および第２の領域４０４の幅の変化が、実施例３と同様に曲線的に滑らかに変化している点である。
　また、曲げ導波路４０２と第１の領域４０３、第１の領域４０３と第２の領域４０４、第２の領域４０４と曲げ導波路４０５における各境界位置で、導波路の傾きが連続的に変化しており、導波路の幅の接線傾きも滑らかに変化している。図３における第１の領域２０３と第２の領域２０４の境界位置では、導波路の幅は連続的に変化しているが、導波路の幅方向の端における接線傾きは、プラスからマイナスへ不連続に変化している。すなわち、第１の領域２０３と第２の領域２０４の境界位置では「尖がっていた」のに対して、本実施例では図５の（ｂ）のように導波路の幅方向の端における接線傾きが０を経て連続的に変化している。これは、曲げ導波路４０２と第１の領域４０３、第２の領域４０４と曲げ導波路４０５の各境界位置でも同様である。これによって、実施例３と同様に高次モードの発生を抑制や光損失を低減することができる。
　本実施例でも、入力側の曲げ導波路４０２および出力側の曲げ導波路４０５が、シングルモード導波路となっている。これによって、実施例２と同様に高次モードの発生を抑制や光損失を低減することができる。
　本実施例の光変調器４００でも、アーム導波路の全体を見れば、光変調器４００の入力および出力の間の中間点を通りアーム導波路に垂直な線に対して、非対称構成となっている。したがって、光変調器の入出力の向きを簡単に、一目瞭然に把握できる。
　図６は、本開示の光回路であるＭＺ型光変調器の実施例５の構成を示した図である。図５は光変調器５００の基板面を見た上面図を示しており、アーム導波路５０１ａ、５０１ｂの構成を除いて、上述の実施例１～４の各構成と同様である。各アーム導波路が、出力導波路５に向かって導波路幅が徐々に広まる第１の領域５０３、および、第１の領域５０３とは異なる長さを有し、出力導波路に向かって導波路幅が徐々に広まる第２の領域５０４を備えることも同様である。しかしながら本実施例では、出力導波路５に向かって、第２の領域５０４、第１の領域５０３の順に配置されており、導波路幅が狭まった後で、広まっている。したがって実施例１～４の光変調器では、アーム導波路の中間点からいずれかにずれた位置で最も幅が広くなっていた。これに対して、本実施例の光変調器５００では、アーム導波路の中間点からいずれかにずれた位置で最も幅が狭くなっている点で相違している。
　アーム導波路の全体を見れば、光変調器５００の入力および出力の間の中間点を通りアーム導波路に垂直な線に対して、非対称構成となっている。したがって、光変調器の入出力の向きを簡単に、一目瞭然に把握できる。
　図６の例では、入力導波路１の側の導波路幅が徐々に広まる第２の領域５０４が、第１の領域５０３よりも短く、導波路幅が最小となる位置が入力導波路１側にある例を示した。これとは逆に、導波路幅が徐々に広まる第２の領域５０４が、第１の領域５０３よりも長く、導波路幅が最小となる位置が出力導波路５側にある場合でも良い。
　また、実施例２および実施例４で示したように、入力側の曲げ導波路５０２および出力側の曲げ導波路５０５を、シングルモード導波路としても良い。本実施例の光変調器５００でも、アーム導波路の全体を見れば、光変調器５００の入力および出力の間の中間点を通りアーム導波路に垂直な線に対して、非対称構成となっている。したがって、光変調器の入出力の向きを簡単に、一目瞭然に把握できる。
　また、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）が入れ子になっている構成の光回路においても本発明を適用できる。親ＭＺＩ構成のアーム導波路に子ＭＺＩ構成が入れ子になっており、この光回路の入力導波路と出力導波路とを結ぶ線に対して対称に配置されている場合にも、子ＭＺＩのアーム導波路に対して、上述の非対称構成を適用できる。
　図７は、本開示の光回路の様々な形態を説明する図である。実施例１～実施例５の光回路は、図７の（ａ）に示したように、Ｓｉ基板などのウェファ６１０上の複数の区画６００－１内に作製される。作製された光回路はダイシング工程によって切り出されて、矩形状の光回路チップ６００－２として流通したり、次工程の光変調器モジュール等の組み立て工程で他の装置に組み込まれたりする。光回路チップ６００－２は、非対称構成のアーム導波路６０１ａ、６０１ｂを含み、厚さが０．７μｍ程度で、数ｍｍ程度の辺を持つ矩形状の形状を有する。光回路チップの上面は図２～図６に示した光回路パターンが見えることになる。光回路チップ６００－２の４つの側面は、Ｓｉ基板にリブ型の導波路が形成されている場合でも、その高さは０．２μｍ程度なので、光導波路の構造を視認することは難しく、矩形状のチップの切断面が見えることになる。断面が矩形状のコアからなる導波路が基板内に構成される場合には、光回路チップの４つの側面は、矩形状のチップ切断面となる。
　以上詳細に述べたように、本発明の光回路によって、本来的に対称性の高い光回路において、入出力の向きを簡単に識別することが可能となり、設計、製造、組み立ての全ての工程におけるエラーを防止することができる。
　本発明は、光通信装置に利用できる。

Claims (7)

  1. 　入力導波路と、
    　光分波器と、
    　前記光分波器に接続された２本のアーム導波路と、
    　前記２本のアーム導波路に接続された光合波器と、
    　出力導波路と
    　を備え、
    　前記２本のアーム導波路の各々は、
    　　前記出力導波路に向かって導波路幅が徐々に広まる第１の領域、および、
    　　前記第１の領域とは異なる長さを有し、前記出力導波路に向かって導波路幅が徐々に広まる第２の領域を含み、
    　前記第１の領域と前記第２の領域の境界において同じ導波路幅を有し、
    　前記２本のアーム導波路は、前記入力導波路と前記出力導波路とを結ぶ線に対して、対称に配置されている
    　光回路。
  2. 　前記２本のアーム導波路の各々は、前記入力導波路の側から、前記第１の領域および前記第２の領域の順に配置されており、前記境界において導波路幅が最も広くなっている請求項１に記載の光回路。
  3. 　前記２本のアーム導波路の各々は、前記入力導波路の側から、前記第２の領域および前記第１の領域の順に配置されており、前記境界において導波路幅が最も狭くなっている請求項１に記載の光回路。
  4. 　前記光分波器と前記２本のアーム導波路との間または前記２本のアーム導波路と前記光合波器との間の少なくとも一部は、曲げ導波路によって接続されている請求項１乃至３いずれかに記載の光回路。
  5. 　前記光分波器と前記２本のアーム導波路の間または前記２本のアーム導波路と前記光合波器との間は、シングルモード導波路によって接続されている請求項１乃至３いずれかに記載の光回路。
  6. 　前記第１の領域および前記第２の領域の導波路幅は、滑らかに変化する請求項１乃至３いずれかに記載の光回路。
  7. 　マッハツェンダ型光変調器である請求項１乃至３いずれかに記載の光回路。
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