JP2000137128A - 光分岐導波路および光変調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】特性が安定で、小型で製造が容易かつ低コスト
な光分岐導波路を提供する。 【解決手段】光入射口１６より入射された光は、第１の
光導波路１２内をされ、拡幅部１２１で２次モード光に
移行されて、溝１５に対して入射される。溝１５におい
ては、第１の光導波路１２の中心より幅方向にずれた２
箇所をエネルギー中心とする各モードの光が、各々溝１
５の第１の面１５１および第２の面１５２でいわば選択
的に反射され、各々第２の光導波路１３および第３の光
導波路１４に入射される。入射された各光は、第２の光
導波路１３および第３の光導波路１４をシングルモード
光として各々導波され、第１の分岐光出射口１８および
第２の分岐光出射口１９より２つの分岐光として各々出
射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば光通信や
自動車などの光配線部品、あるいは、産業用機器の光制
御、光計測を行うための光信号処理回路として適用して
好適な、光分岐導波路および光変調器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信技術や光信号処理技術の進展によ
り、光ファイバを介した自動車の光配線や、光信号を用
いて各種の産業用機器を制御するための光計測、光信号
処理などが実用化されつつある。そのような光情報伝
送、光信号処理に用いる基本的な部品としては、光変調
器、光分波器、光合波器、光スイッチなど種々の部品が
あるが、これまでのそのような光部品には、図６に示す
ような、入力導波路の先に二本の光導波路を接続した構
造を有するＹ分岐型の光分岐導波路を基本構成としてい
るものが多い。

【０００３】しかしながら、このＹ分岐光導波路は、通
常、シングルモード光を導波するように設計されている
ため、接続部の形状、導波路の曲率、導波路長などの設
計上の制約によりある程度の面積を必要とし、小型化す
るのが難しい。たとえば、ニオブ酸リチウムを使用した
Ｙ分岐光導波路の場合について図６を参照して説明する
と、導波路のコアとクラッドの屈折率の差を小さくして
シングルモード導波路としているため、シングルモード
を維持しながら分岐するための分岐角は約１度と小さ
く、その一度の購買を矩形基板の端面に直交して引き出
すためには、光の導波路外への漏洩を防ぐために、導波
路の曲率Ｒを５０ｍｍ以上にする必要があり、この曲率
部ａを５〜１０ｍｍ必要とする。

【０００４】さらに、導波路の接続部では導波路幅が１
入力導波路側から見て２倍になり、単純に接続すると、
光の反射や伝送モードの変換により伝送損失が増大す
る。そのため、接続部をテーパーにしてゆるやかに伝送
モードを変換するための余分な長さｂが数ｍｍが必要に
なる。さらに、２分岐導波路側から入力直線導波路へ信
号を送るためには、接続点での伝送モードの乱れを緩和
するため、一定以上の直線導波路ｃ（たとえば、３ｍｍ
以上）が必要になる。

【０００５】これらを合計すると、従来のＹ分岐型導波
路は、全長が約１５ｍｍ以上になる。その結果、このよ
うなＹ分岐光導波路を用いた光部品は、その構成が大き
くなり、ひいては装置全体の構成が大きくなり、コスト
も高くなるという問題がある。また、このような精密な
構造が必要となるＹ分岐光導波路は、非常に精度の高い
加工が要求され、製造が難しいという問題もある。

【０００６】そこで、このような問題に対処してより小
型の光部品を提供するための提案も、いくつか行われて
いる。たとえば、本願出願人にらは、特願平９−１１２
２３６号において、２本のほぼ直交する光導波路の交差
部に部分透過・部分反射する光学薄膜を挿入し、入射光
を直交する光導波路に分岐させる小型かつ構成が簡単で
低コストの光分岐器を提案している。より具体的には、
その光分岐器においては、２本の光導波路を数十〜９０
°の比較的大きな角度で交差させ、その交差部に溝を形
成して、その溝に光を部分透過・部分反射する光学薄膜
を挿入し、入射光が導波された直線導波路の交差点を通
る延長方向に入射光の一部を透過するとともに、光学薄
膜による部分反射光を、交差するもう一方の光導波路に
導き、入射光を有効に分岐している。

【０００７】また、特開昭６２−８５２０４号公報に
は、大きな分岐角をより短いディバイス長で得るため
に、Ｙ字状分岐部の後段の２つの分岐導波路部分に、各
々全反射面を形成し、この全反射面により、より大きい
角度で折曲してのびる２つの光導波路に各々分岐光を入
射させるようにした光分岐導波路が開示されている。ま
た、特開平２−２９７５２６号公報には、光スイッチの
構成として、入射光が導波される導波路に対して、その
導波路を導波される光波の中心に頂点を有するような三
角形状の全反射溝を形成し、これにより入射光を２つの
光導波路に選択的に導波させる構成が記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た本願出願に係わる特願平９−１１２２３６号に記載の
光分岐導波路は、光の分岐に部分透過・部分反射の光学
薄膜を用いるために、光分岐器の光分岐特性がこの光学
薄膜の特性に依存し、光学薄膜の特性にばらつきがあっ
た場合には光分岐器の特性にも反映されるという問題が
あった。また、そのため、特性の安定した光分岐器を製
造するためには、生産工程を厳密に管理する必要があ
り、コストの低廉化の妨げになりかねないという問題が
ある。

【０００９】また、前述した特開昭６２−８５２０４号
公報に開示されている記載の光分岐導波路は、結局Ｙ字
形状の分岐部を用いているために、少なくともＹ分岐部
の設計上の制約は前述した従来のＹ分岐光導波路におけ
る制約が残っている。そのため、十分に分岐導波路を十
分に小型にすることができず、また、非常に高精度の加
工が必要という問題も解消されない。

【００１０】また、前述した特開平２−２９７５２６号
公報に記載の構成は、構造的には１つの導波路を２つの
導波路に分割した構成となっているが、いずれか一方の
導波路を実質的に光導波路として機能させないようにす
ることにより他方の導波路に選択的に光を導波させるも
のであり、光スイッチとして用いる場合には有効と思わ
れるが、光分岐器および光分岐器を有する種々の光部品
に対して適用することはできない。

【００１１】したがって、本発明の目的は、特性が安定
し、小型で製造が容易で、かつ低コストな光分岐導波路
を提供することにある。また、本発明の他の目的は、特
性が安定し、小型で製造が容易で、かつ低コストな光変
調器を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の光分岐導波路は、基材と、前記基材上に形
成されるシングルモード光導波路であって、一方の端部
を光入射部とし、他方の端部に当該導波路を導波された
光を２次モード光のような２つのピークを有する擬似２
次モード光に移行させる拡幅部が形成されている第１の
光導波路と、前記第１の光導波路の拡張部に設けられ、
第１の面および第２の面が三角形形状に形成された溝で
あって、前記第１の面および第２の面の交差部である頂
角部が、前記擬似２次モード光の２つのピークの中心の
中間点近傍に設けられ、前記第１の面および前記第２の
面が、前記第１の導波路方向に対して、当該第１の光導
波路を導波される光が全反射されるような角度で各々形
成された溝と、前記基材上に、前記第１の光導波路を導
波され前記溝の第１の面による反射光が入射されるよう
に、一方の端部が前記第１の光導波路の他方の端部と結
合され、前記反射光方向に形成された第２の光導波路
と、前記基材上に、前記第１の光導波路を導波され前記
溝の第２の面による反射光が入射されるように、一方の
端部が前記第１の光導波路の他方の端部と結合され、前
記反射光方向に形成された第３の光導波路とを有する。

【００１３】好適には、前記基材は、導波対象光の波長
に対して光学的に透明な材料により形成される。

【００１４】また、本発明の光変調器は、第１の前記光
分岐導波路と、第２の前記光分岐導波路と、前記第１の
光分岐導波路の前記第２の光導波路に入射され導波され
た光を伝搬し、前記第２の光分岐導波路の前記第２の光
導波路または前記第３の光導波路の一方に入射させる第
１の光伝搬手段と、前記第１の光分岐導波路の前記第３
の光導波路に入射され導波された光を伝搬し、前記第２
の光分岐導波路の前記第２の光導波路または前記第３の
光導波路の他方に入射させる第２の光伝搬手段と、前記
第１の光伝搬手段または前記第２の光伝搬手段の両方ま
たはいずれか一方に対して設けられ、当該光伝搬手段を
伝搬される光の位相を変化させる位相制御手段とを有す
る。

【００１５】好適には、前記第１の光伝搬手段または前
記第２の光伝搬手段の両方またはいずれか一方は、一方
の端部が前記第１の光分岐導波路の前記第２の光導波路
または前記第３の光導波路の他方の端部と当該光導波路
間が所定の角度になるように結合され、他方の端部が前
記第２の光分岐導波路の前記第２の光導波路または前記
第３の光導波路の他方の端部と当該光導波路間が所定の
角度になるように結合された第４の光導波路と、前記第
４の光導波路の一方の端部に形成され、前記第１の光分
岐導波路の前記第２の光導波路または前記第３の光導波
路を導波された光を全反射し、前記第４の光導波路に入
射させる第１の全反射光学部材と、前記第４の光導波路
の他方の端部に形成され、当該第４の光導波路を導波さ
れた光を全反射し、前記第２の光分岐導波路の前記第２
の光導波路または前記第３の光導波路に入射させる第２
の全反射光学部材とを有する。

【００１６】特定的には、前記基材は、電気光学効果を
有する材料により形成され、前記位相制御手段は、前記
第１の光伝搬手段または前記第２の光伝搬手段の両方ま
たはいずれか一方に形成された前記第４の光導波路の一
方または両方に所望の電界を印加する電界印加手段であ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態 本発明の第１の実施の形態として、光分岐導波路につい
て図１〜図３を参照して説明する。図１は、第１の実施
の形態の光分岐導波路の構造を示す上面図である。図２
は、光導波路の幅と光強度の関係を示す図である。

【００１８】まず、光分岐導波路１０の構造について説
明する。光分岐導波路１０は、基材１１上に、光が入射
される第１の光導波路１２、および、各々分岐光を導波
させる第２の光導波路１３および第３の光導波路１４が
形成され、それら第１〜第３の光導波路１２〜１４の連
結部に三角形形状の溝１５が形成された構造である。

【００１９】第１の光導波路１２は、入射された光を第
１〜第３の光導波路１２〜１４の連結部１７まで導波す
るための導波路であり、入射光をシングルモード光とし
て導波する。光分岐導波路１０の側面に露出している方
の端部は、光入射口１６として形成されている。

【００２０】また、第１の光導波路１２の導波路連結部
１７付近には、幅がわずかに拡張された拡幅部１２１が
形成されている。シングルモード光導波路を導波される
光は、図２（Ａ）に示すように、導波路中心部において
最大で、光導波路幅方向へガウス分布で広がっているエ
ネルギー分布を有する。このような状態で導波されてい
る光をより幅の広い導波路に入射すると、その光は高次
モードに移行する。急激な光導波路の拡幅はモードの乱
れを発生させるが、その初期の挙動において、特定の位
置では、図２（Ｂ）に示すような２次モードに近い光強
度分布をとる。拡幅部１２１は、この現象を利用して、
第１の光導波路１２を導波される光を、図２（Ａ）に示
すようなシングルモードの光から、図２（Ｂ）に示すよ
うな擬似２次モードに移行させるものである。

【００２１】第２の光導波路１３は、第１の光導波路１
２の拡幅部１２１の先端に一方の端部が形成され、第１
の光導波路１２と直角をなすように形成された分岐光を
導波するための導波路である。第２の光導波路１３の光
分岐導波路１０の側面に露出している方の端部は、第１
の分岐光出射口１８として形成されている。また、第２
の光導波路１３も、第１の光導波路１２と同様に、光を
シングルモード光として導波する。

【００２２】第３の光導波路１４は、第１の光導波路１
２の拡幅部１２１の先端に一方の端部が形成され、第１
の光導波路１２と直角をなし、第２の光導波路１３とは
同一直線上に配置されるように形成された分岐光を導波
するための導波路である。第３の光導波路１４の光分岐
導波路１０の側面に露出している方の端部は、第２の分
岐光出射口１９として形成されている。また、第３の光
導波路１４も、第１の光導波路１２および第２の光導波
路１３と同様に、光をシングルモード光として導波す
る。

【００２３】溝１５は、その第１の面１５１および第２
の面１５２により、第１の光導波路１２を導波された光
を、第２の光導波路１３および第３の光導波路１４に分
岐するための構造部である。溝１５は、基材１１および
基材１１に形成された第１〜第３の光導波路１２〜１４
を、第１〜第３の光導波路１２〜１４よりも深い位置ま
で切削して形成されたものであり、第１の光導波路１２
と第２の光導波路１３との間で作用する第１の面１５
１、および、第１の光導波路１２と第３の光導波路１４
との間で作用する第２の面１５２を有し、この第１の面
１５１および第２の面１５２により実質的に三角形形状
（図１に示す例においては、ホームベース形状の五角
形）の間隙部分を構成するものである。

【００２４】溝１５の、第１の面１５１と第２の面１５
２の接合部１５３は、第１の光導波路１２の中心上の配
置される。第１の面１５１は、光導波路のコア層と溝１
５内部との屈折率の差に基づいて、第１の光導波路１２
と第２の光導波路１３の間で、一方の光導波路より入射
された光を全反射して他方の光導波路に入射されるよう
に、第１の光導波路１２および第２の光導波路１３に対
して所定の角度で形成される。また、第２の面１５２
は、光導波路のコア層と溝１５内部との屈折率の差に基
づいて、第１の光導波路１２と第３の光導波路１４の間
で、一方の光導波路より入射された光を全反射して他方
の光導波路に入射されるように、第１の光導波路１２お
よび第３の光導波路１４に対して所定の角度で形成され
る。

【００２５】そして、このように、第１の面１５１およ
び第２の面１５２において入射光を全反射できるよう
に、溝１５の内部は、空隙のままにされたり、あるいは
所望の屈折率の液で満たされたりする。なお、本実施の
形態においては、第１の面１５１および第２の面１５２
は第１の光導波路１２および第２の光導波路１３、およ
び、第１の光導波路１２および第３の光導波路１４に対
して、各々４５°に形成されている。

【００２６】次に、このような構成の光分岐導波路１０
における、入射光の分岐動作について図１および図３を
参照して説明する。図３は、図１に示した光分岐導波路
における光の分岐状態を模式的に示す図である。まず、
第１の光導波路１２の光入射口１６より所定の波長の光
が入射されると、その光は、第１の光導波路１２内を導
波路連結部１７方向にシングルモード光として導波され
る。

【００２７】そして、第１の光導波路１２の拡幅部１２
１に達すると、導波光は、図３に示すように、擬似２次
モード光に移行されて、溝１５に対して入射される。こ
の時、溝１５に入射される光のエネルギーの中心は、図
３に示すように、第１の光導波路１２の中心より幅方向
にずれた２箇所に分離している。したがって、それら２
つのエネルギー中心部は、各々溝１５の第１の面１５１
および第２の面１５２に入射されることになる。なお、
第１の面１５１と第２の面１５２の接合部１５３は、こ
のエネルギー中心の間の谷部にあたることになる。

【００２８】このように溝１５に照射された光は、第１
の面１５１および第２の面１５２で各々全反射され、各
々第２の光導波路１３および第３の光導波路１４に入射
される。そして、第２の光導波路１３および第３の光導
波路１４を、シングルモード光として各々導波され、第
１の分岐光出射口１８および第２の分岐光出射口１９よ
り２つの分岐光として各々出射される。

【００２９】このように、光分岐導波路１０において
は、入射された光を、２つの全反射面１５１、１５２で
各々全反射して、２つの出力導波路に分岐しており、入
射光を適切に２つに分岐している。そして、その際に
は、入射光を一旦擬似２次モード光に移行した後に２つ
の全反射面に照射しているので、各モードのエネルギー
中心を各全反射面に実質的に選択して照射することがで
き、エネルギーを適切に分岐することができる。すなわ
ち、入射された光を少ない減衰率で適切に分岐すること
ができる。

【００３０】また、光分岐導波路１０においては、溝１
５により全反射面を形成しており光学薄膜を使用してい
ない。したがって、特性のばらつきを低減することがで
き、安定した光分岐導波路を製造することができる。ま
た、長尺化するテーパ形状の光導波路部分、大半径の曲
線導波路部分などを必要としておらず、大きな角度で交
差する反射面を有する溝１５により大きな角度で光を分
岐するようにしているため、非常に小型に素子を形成す
ることができるとともに、微細な先端形状の光分岐部分
を有していないため、加工も容易になる。その結果、コ
ストも大幅に低廉化される。

【００３１】最後に、光分岐導波路１０の製造方法につ
いて、具体例を挙げて説明する。ここでは、光導波路と
して、Ｓｉ基板上に形成した非線形有機導波路を用いる
場合について説明する。まず、Ｓｉウェハ上に、クラッ
ド層としてコア層より屈折率の低いポリマー、および、
コア層の非線形有機ポリマーを、スピンコートなどによ
り塗布する。それぞれの膜厚は、最終的な導波路幅と膜
厚の関係から、シングルモード導波路となるように制御
する。本実施の形態においては、コア層６μｍ、クラッ
ド層４μｍである。この上に、第１〜第３の導波路１２
〜１４および拡幅部１２１に対応するＴ字形状で、４〜
１０μｍ、好適には６〜８μｍ幅のレジストパターニン
グをフォトリソグラィーにより形成し、これを酸素ガス
中でＲＩＥ処理してコア層のみをエッチングし、レジス
ト形状幅とコア層薄膜の矩形形状の光導波路を形成す
る。そして、その表面に再びクラッド層をスピンコート
などにより形成する。

【００３２】次に、溝１５の加工のための三角形（図１
に示す例ではホームベース形状の五角形）のレジストパ
ターニングをフォトリソグラフィーにより形成し、再び
これを酸素ガス中でＲＩＥ処理して溝を形成する。そし
て、ダイシングソーにより、溝１５部分を含む領域を、
第１〜第３の導波路１２〜１４に各々直角な辺で形成さ
れる矩形形状で切り出し、光分岐導波路１０を取り出
す。なおこの際に、予めＳｉ基板に光ファイバの接続な
どに用いるＶ溝をエッチングにより形成させておくよう
にしてもよい。そのようにしておけば、ファイバの位置
合わせ、部品製造工程の削減、接続工程の簡素化などが
可能となり好適である。

【００３３】第２の実施の形態 次に、第１の実施の形態の光分岐導波路１０を用いて構
成した他の光部品について説明する。まず、本発明の第
２の実施の形態として、１：４光分岐器について図４を
参照して説明する。図４は、第２の実施の形態の１：４
光分岐器の構造を示す上面図である。

【００３４】１：４光分岐器２０は、光分岐導波路１０
を３つ同一基板上に形成した構造である。これら、３つ
の光分岐導波路１０_-1〜１０_-3は、図４に示すように、
第１の光分岐導波路１０_-1の第２の光導波路１３_-1が第
２の光分岐導波路１０_-2の第１の光導波路１２_-2に連結
され、第１の光分岐導波路１０_-1の第３の光導波路１４
_-1がぢ３の光分岐導波路１０_-3の第１の光導波路１２_-3
に連結されている。

【００３５】そして、このような構造の１：４光分岐器
２０においては、光入射口たる第１の光分岐導波路１０
_-1の第１の光導波路１２_-1より入射された光が、まず、
第１の光分岐導波路１０_-1において、第１の実施の形態
として前述したような作用により、第２の光導波路１３
_-1に入射される分岐光と、第３の光導波路１４_-1に入射
される分岐光とに分岐される。そして、第２の光導波路
１３_-1に入射された光が、そのまま第１の光導波路１２
_-2より第２の光分岐導波路１０_-2に入射され、第２の光
分岐導波路１０_-2により、同じく前述したような作用に
より、第２の光導波路１３_-2に入射される分岐光と、第
３の光導波路１４_-2に入射される分岐光とに分岐され
る。

【００３６】一方、第３の光導波路１４_-1に入射された
光は、そのまま第１の光導波路１２ _-3より第３の光分岐
導波路１０_-3に入射され、第３の光分岐導波路１０_-3に
より、同じく前述したような作用により、第２の光導波
路１３_-3に入射される分岐光と、第３の光導波路１４_-3
に入射される分岐光とに分岐される。その結果、入射光
に対して、第２の光分岐導波路１０_-2の第２の光導波路
１３ _-2から出射される第１の分岐出力光、光分岐導波路
１０_-2の第３の光導波路１４ _-2から出射される第２の分
岐出力光、第３の光分岐導波路１０_-3の第２の光導波路
１３_-3から出射される第３の分岐出力光、および、光分
岐導波路１０_-3の第３の光導波路１４_-3から出射される
第４の分岐出力光が得られる。

【００３７】このように本発明の光分岐導波路１０を用
いれば、たとえば１：４であるような、１：Ｎの光分岐
導波路も、安定した特性で、小型かつ簡単に製造するこ
とができる。

【００３８】第３の実施の形態 本発明の第３の実施の形態として、光変調器について図
５を参照して説明する。図５は、第３の実施の形態の光
変調器の構造を示す上面図である。

【００３９】まず、その光変調器３０の構造について説
明する。図示のごとく、光変調器３０は、基板３９上
に、第１の光分岐導波路１０_-1、第１の電界印加部導波
路３１、第２の電界印加部導波路３２、および、第２の
光分岐導波路１０_-2が形成された構成である。

【００４０】第１の光分岐導波路１０_-1は、前述した第
１の実施の形態の光分岐導波路と同じ構成を有するもの
であり、光入射口１６_-1より入射された光を、第２の光
導波路１３_-1および第３の光導波路１４_-1に分岐する。

【００４１】第１の電界印加部導波路３１は、第１の光
分岐導波路１０_-1の第２の光導波路１３_-1、および、第
２の光分岐導波路１０_-2の第３の光導波路１４_-2と、そ
の端部が各々直角に連結された、電気光学材料からなる
光導波路である。この第１の電界印加部導波路３１と、
第１の光分岐導波路１０_-1の第２の光導波路１３_-1との
連結部分には、全反射膜３３が各導波路と４５°になる
ように配置されており、この全反射膜３３により、光導
波路１３_-1を伝搬された光は全反射されて第１の電界印
加部導波路３１に入射される。また、第１の電界印加部
導波路３１と、第２の光分岐導波路１０_-2の第３の光導
波路１４_-2との連結部分には、全反射膜３５が各導波路
と４５°になるように配置されており、この全反射膜３
５により、第１の電界印加部導波路３１を伝搬された光
は全反射されて光導波路１４_-2に入射される。

【００４２】第２の電界印加部導波路３２は、第１の光
分岐導波路１０_-1の第３の光導波路１４_-1、および、第
２の光分岐導波路１０_-2の第２の光導波路１３_-2と、そ
の端部が各々直角に連結された、電気光学材料からなる
光導波路である。この第２の電界印加部導波路３２と、
第１の光分岐導波路１０_-1の第３の光導波路１４_-1との
連結部分には、全反射膜３４が各導波路と４５°になる
ように配置されており、この全反射膜３４により、光導
波路１４_-1を伝搬された光は全反射されて第２の電界印
加部導波路３２に入射される。また、第２の電界印加部
導波路３２と、第２の光分岐導波路１０_-2の第２の光導
波路１３_-2との連結部分には、全反射膜３６が各導波路
と４５°になるように配置されており、この全反射膜３
６により、第２の電界印加部導波路３２を伝搬された光
は全反射されて光導波路１３_-2に入射される。

【００４３】これら、第１の電界印加部導波路３１およ
び第２の電界印加部導波路３２の中央付近は、図示のご
とく、それら各光導波路に所望の電界を加えるための電
極３７が設けられている。この電極３７に、任意の変調
信号に基づいた電圧を印加することにより、第１の電界
印加部導波路３１および第２の電界印加部導波路３２内
を導波される光の位相を、電気光学効果により変化させ
ることができる。

【００４４】第２の光分岐導波路１０_-2は、前述した第
１の実施の形態の光分岐導波路と同じ構成を有するもの
であるが、ここでは光を合成するための導波路として用
いられている。すなわち、第１の電界印加部導波路３１
より第３の光導波路１４_-2に入射された光と、第２の電
界印加部導波路３２より第２の光導波路１３_-2に入射さ
れた光を、図示せぬ第２の面１５２および第１の面１５
１により各々全反射して、第１の光導波路１２_-2に入射
し、２つの光を合成した光、すなわち干渉した光を生成
し、光入射口１６_-2を出射口として、これより出射する
ものである。

【００４５】次に、このような構造の光変調器３０によ
り光変調を行う動作について説明する。第１の光分岐導
波路１０_-1の光入射口１６_-1より入射された光は、第１
の光分岐導波路１０_-1において分岐されて、その分岐光
が第２の光導波路１３_-1および第３の光導波路１４_-1に
入射される。

【００４６】第２の光導波路１３_-1に入射された光は、
全反射膜３３により全反射されて第１の電界印加部導波
路３１に入射され、第１の電界印加部導波路３１内を導
波される。この時に、第１の電界印加部導波路３１に対
しては電極３７により所望の電界が印加されるので、電
気光学効果により導波する光の位相が変化される。そし
て、第１の電界印加部導波路３１を導波された光は、全
反射膜３５により全反射され、第２の光分岐導波路１０
の第３の光導波路１４_-2に入射され、第２の光分岐導波
路１０_-2内の溝１５により全反射されて、第２の光分岐
導波路１０ _-2の第１の光導波路１２_-2に入射される。

【００４７】一方、第１の光分岐導波路１０_-1の第３の
光導波路１４_-1に分岐され入射された光は、全反射膜３
４により全反射されて第２の電界印加部導波路３２に入
射され、第２の電界印加部導波路３２内を導波される。
この時に、第２の電界印加部導波路３２に対しては電極
３７により所望の電界が印加されるので、電気光学効果
により導波する光の位相が変化される。そして、第２の
電界印加部導波路３２を導波された光は、全反射膜３６
により全反射され、第２の光分岐導波路１０の第２の光
導波路１３_-2に入射され、第２の光分岐導波路１０_-2内
の溝１５により全反射されて、第２の光分岐導波路１０
_-2の第１の光導波路１２_-2に入射される。

【００４８】そして、これら第２の光分岐導波路１０_-2
の第１の光導波路１２_-2に入射された、各々位相が変化
された２つの光は、互いに干渉しあいながら第１の光導
波路１２_-2内を伝搬され、光出射口たる端部１６_-2より
変調光として出射される。

【００４９】このように、光変調器３０においては、第
１の光分岐導波路１０_-1により入射光を分岐し、電極３
９に印加した電界により、第１の電界印加部導波路３１
および第２の電界印加部導波路３２を導波される光の位
相を変化させ、第２の光分岐導波路１０_-2によりそれら
分岐光の干渉光を生成することにより、強度が所望の状
態に変化された変調光を生成している。したがって、電
極３７に所望の変調信号からなる電界を印加することに
より、光を所望の状態に変調することが可能となる。

【００５０】このように、本実施の形態の光変調器３０
においては、従来の光変調器における分岐導波路の長尺
化するテーパ形状の光導波路部分、大半径の曲線導波路
部分などを必要としないため、形状が従来の部品に比べ
て大幅に小型になる。また、光分岐部分に光学薄膜を用
いていないので、特性が安定している。また、微細な先
端形状の光分岐部分を有していないため、分岐部を容易
に製造することができる。そしてこれらの結果、高品質
の光変調器の大幅な低コスト化、量産化が可能となる。

【００５１】変形例 なお、本発明は前述した第１〜第３の実施の形態に限ら
れるものではなく、任意好適な種々の改変が可能であ
る。たとえば、本発明に係わる光分岐導波路の適用対象
は、第２の実施の形態および第３の実施の形態に例示し
たものに限られるものではない。他の光導波路回路と複
合した回路、これらに電気光学効果、圧電効果、表面弾
性葉効果を利用した種々の光機能デバイスに利用可能で
ある。

【００５２】光変調器としての構成も、第３の実施の形
態で示したような電気光学材料で形成した光導波路に電
界を印加するような構成に限られるものではない。たと
えば、圧電効果を有する材料で形成した光導波路に、た
とえば圧電アクチュエータにより、あるいは物理的に圧
力を加えることにより、導波される光の位相を変化させ
るようにしてもよい。また、熱光学効果を有する材料で
形成した光導波路に対して、たとえばヒータによりその
温度を制御し、伝搬される光の位相を制御するようにし
てもよい。

【００５３】また、前述した実施の形態においては、光
分岐導波路の製造例として、シリコン基板上に非線形有
機導波路を形成する方法を示したが、光分岐導波路の製
造方法、材料などはこれに限られるものではない。たと
えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃ ）基板上に、Ｔ
ｉ熱拡散法によりシングルモード導波路を形成するよう
にしてもよい。その他、導波路の材料も任意に変更して
よい。また、製造方法や工程順序の変更、導波路形成方
法の変更などは任意に行ってよい。

【００５４】また、本発明に係わる光分岐導波路および
光変調器は、非常に小さいため、取扱いを容易にするた
めに、この基板より大きく、かつ安価な支持基板にこの
素子を固定して、その支持基板にＶ溝を設けてファイバ
ーを接続したり、その支持基板に受光素子や発光素子を
固定して導波路と接続することも可能である。さらに、
外部との接続に、光ファイバを直接接続するようにして
もよい。また、基板端面の導波路開口に直接受光素子や
発光素子を接着するようにしてもよい。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
より小型で、もって生産性が高くコストを低減すること
ができ、また製作の容易な、たとえば光スイッチや光変
調器などの光部品を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態の光変調器
の構造を示す図である。

【図２】図２は、光導波路の幅と光強度の関係を示す図
である。

【図３】図３は、図１に示した光分岐導波路の導波路連
結部における光の分岐状態を模式的に示す図である。

【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態の１：４光
分岐器の構造を示す図である。

【図５】図５は、本発明の第３の実施の形態の光変調器
の構造を示す図である。

【図６】図６は、従来の光分岐導波路の構造を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０…光分岐導波路 １１…基板 １２〜１４…光導波路 １２１…拡幅部 １５…溝 １５１…第１の面 １５２…第２の面 １５３…接合部 １６…光入射口 １８，１９…分岐光出射口 ２０…１：４光分岐器 ３０…光変調器 ３１，３２…電界印加部導波路 ３３〜３６…全反射膜 ３７…電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 靖博 茨城県つくば市和台25 エヌオーケー株式 会社内 Ｆターム(参考） 2H047 KA04 LA14 MA05 QA02 QA03 RA01 RA08 TA02 TA03 TA04 TA18 TA43 2H079 AA02 AA12 BA03 CA05 DA03 DA07 DA22 EA03 EA05 EB04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基材と、 前記基材上に形成されるシングルモード光導波路であっ
   て、一方の端部を光入射部とし、他方の端部に当該導波
   路を導波された光を２つのエネルギーピークを有する擬
   似２次モード光に移行させる拡幅部が形成されている第
   １の光導波路と、 前記第１の光導波路の拡張部に設けられ、第１の面およ
   び第２の面が三角形形状に形成された溝であって、前記
   第１の面および第２の面の交差部である頂角部が、前記
   擬似２次モード光の２つのエネルギーピークの中心の中
   間点近傍に設けられ、前記第１の面および前記第２の面
   が、前記第１の導波路方向に対して、当該第１の光導波
   路を導波される光が全反射されるような角度で各々形成
   された溝と、 前記基材上に、前記第１の光導波路を導波され前記溝の
   第１の面による反射光が入射されるように、一方の端部
   が前記第１の光導波路の他方の端部と結合され、前記反
   射光方向に形成された第２の光導波路と、 前記基材上に、前記第１の光導波路を導波され前記溝の
   第２の面による反射光が入射されるように、一方の端部
   が前記第１の光導波路の他方の端部と結合され、前記反
   射光方向に形成された第３の光導波路とを有する光分岐
   導波路。
2. 【請求項２】前記基材は、導波対象光の波長に対して光
   学的に透明な材料により形成されている請求項１に記載
   の光分岐導波路。
3. 【請求項３】基材と、 前記基材上に形成されるシングルモード光導波路であっ
   て、一方の端部を光入射部とし、他方の端部に当該導波
   路を導波された光を２つのエネルギーピークを有する擬
   似２次モード光に移行させる拡幅部が形成されている第
   １の光導波路と、 前記第１の光導波路の拡張部に設けられ、第１の面およ
   び第２の面が三角形形状に形成された溝であって、前記
   第１の面および第２の面の交差部である頂角部が、前記
   擬似２次モード光の２つのエネルギーピークの中心の中
   間点近傍に設けられ、前記第１の面および前記第２の面
   が、前記第１の導波路方向に対して、当該第１の光導波
   路を導波される光が全反射されるような角度で各々形成
   された溝と、 前記基材上に、前記第１の光導波路を導波され前記溝の
   第１の面による反射光が入射されるように、一方の端部
   が前記第１の光導波路の他方の端部と結合され、前記反
   射光方向に形成された第２の光導波路と、 前記基材上に、前記第１の光導波路を導波され前記溝の
   第２の面による反射光が入射されるように、一方の端部
   が前記第１の光導波路の他方の端部と結合され、前記反
   射光方向に形成された第３の光導波路とを有する第１の
   光分岐導波路と、 前記第１の光分岐導波路と同一の構成を有する第２の光
   分岐導波路と、 前記第１の光分岐導波路の前記第２の光導波路に入射さ
   れ導波された光を伝搬し、前記第２の光分岐導波路の前
   記第２の光導波路または前記第３の光導波路の一方に入
   射させる第１の光伝搬手段と、 前記第１の光分岐導波路の前記第３の光導波路に入射さ
   れ導波された光を伝搬し、前記第２の光分岐導波路の前
   記第２の光導波路または前記第３の光導波路の他方に入
   射させる第２の光伝搬手段と、 前記第１の光伝搬手段または前記第２の光伝搬手段の両
   方またはいずれか一方に対して設けられ、当該光伝搬手
   段を伝搬される光の位相を変化させる位相制御手段とを
   有する光変調器。
4. 【請求項４】前記第１の光伝搬手段または前記第２の光
   伝搬手段の両方またはいずれか一方は、 一方の端部が前記第１の光分岐導波路の前記第２の光導
   波路または前記第３の光導波路の他方の端部と当該光導
   波路間が所定の角度になるように結合され、他方の端部
   が前記第２の光分岐導波路の前記第２の光導波路または
   前記第３の光導波路の他方の端部と当該光導波路間が所
   定の角度になるように結合された第４の光導波路と、 前記第４の光導波路の一方の端部に形成され、前記第１
   の光分岐導波路の前記第２の光導波路または前記第３の
   光導波路を導波された光を全反射し、前記第４の光導波
   路に入射させる第１の全反射光学部材と、 前記第４の光導波路の他方の端部に形成され、当該第４
   の光導波路を導波された光を全反射し、前記第２の光分
   岐導波路の前記第２の光導波路または前記第３の光導波
   路に入射させる第２の全反射光学部材とを有する請求項
   ３に記載の光変調器。
5. 【請求項５】前記基材は、電気光学効果を有する材料に
   より形成され、 前記位相制御手段は、前記第１の光伝搬手段または前記
   第２の光伝搬手段の両方またはいずれか一方に形成され
   た前記第４の光導波路の一方または両方に所望の電界を
   印加する電界印加手段である請求項４に記載の光変調
   器。