JP5012624B2 - Optical waveguide device - Google Patents
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Description
本発明は、光導波路素子に関し、特に、電気光学効果を有する材料で形成され、厚みが３０μｍ以下の基板を含む光導波路素子に関する。 The present invention relates to an optical waveguide device, and more particularly to an optical waveguide device including a substrate formed of a material having an electro-optic effect and having a thickness of 30 μm or less.
光通信分野や光計測分野において、光変調器が多用されている。特に、マルチメディアの発展に伴い情報伝達量は増加傾向にあり、光変調器の変調周波数の広帯域化の実現が求められている。これらを実現する手段の一つとして、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）などの電気光学効果を有する基板上に光導波路や変調電極を形成した導波路型光変調器のように、外部変調方式の光導波路素子が利用され、その多様化が進展している。光導波路素子における広帯域の実現には、変調信号であるマイクロ波と光波との速度整合、及び駆動電圧の低減を図る必要がある。 Optical modulators are frequently used in the fields of optical communication and optical measurement. In particular, with the development of multimedia, the amount of information transmission tends to increase, and there is a demand for the realization of a broadband modulation frequency of the optical modulator. As one of means for realizing these, an external modulation type optical waveguide such as a waveguide type optical modulator in which an optical waveguide or a modulation electrode is formed on a substrate having an electrooptic effect such as lithium niobate (LN). Devices are used and their diversification is progressing. In order to realize a wide band in an optical waveguide device, it is necessary to aim at speed matching between a microwave that is a modulation signal and a light wave and to reduce a driving voltage.
このため、従来より電気光学効果を有する基板の厚みを薄くすることにより、マイクロ波と光波の速度との速度整合条件を満足させ、且つ駆動電圧の低減を同時に図ることが試みられている。
以下の特許文献１又は２においては、３０μｍ以下の厚みを有する薄い基板に、光導波路並びに変調電極を組み込み、該基板より誘電率の低い補強板を該基板に接合し、マイクロ波に対する実効屈折率を下げ、マイクロ波と光波との速度整合を図り且つ基板の機械的強度を高めることが行われている。
In the following
しかし、従来から製造されていたＬＮ基板を用いた光導波路素子とＬＮ基板の厚さを薄くした光導波路素子とを比較した場合、基板の厚みが薄くなるに従い、光導波路から放射又は漏出した光や入射用光ファイバーから光導波路以外に入射した光など（以下、「迷光」という）が光導波路以外の基板内を伝播する傾向が強くなる。特に光導波路素子の基板を薄くした場合、基板の厚み方向の光の閉じ込めが強くなるため、光波は基板の幅方向に扁平した状態で光導波路を伝播する。このような状況下で、光ファイバを伝播してきた光波は、入射用光ファイバーから光導波路以外に漏れる迷光が増大することとなる。 However, when comparing an optical waveguide element using an LN substrate manufactured in the past with an optical waveguide element in which the thickness of the LN substrate is reduced, light emitted or leaked from the optical waveguide as the thickness of the substrate decreases. In addition, light or the like (hereinafter referred to as “stray light”) incident from the incident optical fiber other than the optical waveguide is more likely to propagate through the substrate other than the optical waveguide. In particular, when the substrate of the optical waveguide element is thinned, light confinement in the thickness direction of the substrate becomes strong, so that the light wave propagates through the optical waveguide in a flat state in the width direction of the substrate. Under such circumstances, the stray light that has propagated through the optical fiber increases from the incident optical fiber to other than the optical waveguide.
また従来のＬＮ基板は、基板の厚さ（例えば５００〜１０００μｍ）が厚いため、導波路（例えば深さ数μｍ）に影響を及ぼさない領域が十分に有り、迷光となっている光の空間分布密度（以下、「迷光密度」という。）が相対的に低くなり、その結果迷光の影響が特に問題とならなかった。しかし、基板の厚さを導波路の深さ方向の距離と同じ程度に薄くした場合には、基板内における基板表面に沿った方向を伝搬する迷光密度が相対的に高くなるため、迷光が基板内を伝搬し、光導波路に再入射したり、光導波路素子に接続された出射用光ファイバなどに入射するなどの現象が生じ、結果として、出力光のＳ／Ｎ比が著しく劣化する原因となっていた。 In addition, since the conventional LN substrate has a large thickness (for example, 500 to 1000 μm), there is a sufficient area that does not affect the waveguide (for example, a depth of several μm), and the spatial distribution of light that is stray light. The density (hereinafter referred to as “stray light density”) was relatively low, and as a result, the influence of stray light was not particularly problematic. However, if the thickness of the substrate is made as thin as the distance in the depth direction of the waveguide, the density of stray light propagating in the direction along the substrate surface in the substrate becomes relatively high, so stray light is The phenomenon that the light propagates in the light and re-enters the optical waveguide or enters the optical fiber for output connected to the optical waveguide element, and as a result, the S / N ratio of the output light is significantly deteriorated. It was.
本出願人は、特許文献３において、これらの問題を解決する一つの手段として、基板の表面に迷光除去手段を設け、消光比の劣化や光損失の増大などを抑制することを提案した。
なお、迷光は、特許文献３にも開示されているように、フォトリフラクティブ現象を発生させ、光導波路を伝搬する光波を散乱させるなど、光損失の増加の原因でもある。
As disclosed in
また、以下の特許文献４乃至６のように、マッハツェンダー型光導波路の出射側の光導波路を曲げて、マッハツェンダー型光導波路からの放射モード光と光導波路を伝搬する光波とを空間分離する技術も開示されているが、放射モード光が光導波路素子から放射される基板面と出射側光導波路の端部が形成された基板面とが同じ面となっている。このため、光導波路を伝搬する光波と放射モード光との分離が、不十分となっていた。
本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解決し、３０μｍ以下の厚みを有する基板を用いた場合でも、消光比の劣化を改善することが可能な光導波路素子を提供することである。また、本発明に係る他の課題は、光導波路素子全体をより小型化することが可能な光導波路素子を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an optical waveguide device that solves the above-described problems and can improve the deterioration of the extinction ratio even when a substrate having a thickness of 30 μm or less is used. . Another object of the present invention is to provide an optical waveguide element capable of further reducing the size of the entire optical waveguide element.
上述した課題を解決するため、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、光導波路素子に光波が入射する方向の延長線上に、光導波路に変調電極の電界が主として作用する光導波路の作用領域を配置せず、また、光導波路の出射側端部を含む光導波路の延長線上（光導波路素子から光波が出射する方向と向きが逆でほぼ同じ線上となる。）に作用領域を配置しないことにより、迷光の影響を抑制し、消光比の劣化を改善することを可能としたものである。特に、このような配置を可能とするには、光導波路の曲率半径を小さくする必要があるが、本発明者らは３０μｍ以下の厚みを有する基板では、曲率半径をより小さくできることを見出し、また、作用領域に入射する迷光を除去することが、消光比の一層の改善に寄与することに着目し、本発明を完成させたものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted extensive research. In addition, the active region should not be arranged on the extension line of the optical waveguide including the output side end portion of the optical waveguide (the direction is opposite to the direction in which the light wave is emitted from the optical waveguide element and is almost on the same line). Thus, it is possible to suppress the influence of stray light and improve the deterioration of the extinction ratio. In particular, in order to enable such an arrangement, it is necessary to reduce the radius of curvature of the optical waveguide. However, the present inventors have found that the substrate having a thickness of 30 μm or less can further reduce the radius of curvature. The present invention has been completed by paying attention to the fact that removing stray light incident on the action region contributes to further improvement of the extinction ratio.
請求項１に係る発明は、電気光学効果を有する材料で形成され、対向する２つの端面と２つの側面を有する、厚さが３０μｍ以下の基板と、前記基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調する変調電極とを有する光導波路素子において、該光導波路に該変調電極の電界が主として作用する光導波路の作用領域と、該光導波路の入射側端部又は出射側端部の少なくともいずれかとは、該端部を含む光導波路の延長線上に該作用領域が配置されないように構成され、該作用領域は該側面と略平行に配置され、該光導波路の入射側端部又は出射側端部の少なくともいずれかは、該側面に配置されていることを特徴とする。
The invention according to
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光導波路素子において、該光導波路の最小曲率半径は、Ｒ２００〜３０００μｍの範囲であることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the optical waveguide device according to
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の光導波路素子において、該最小曲率半径が設定されている光導波路部分は、該側面に配置された光導波路の端部に繋がる光導波路を、該側面に略平行な方向に曲げる部分に存在することを特徴とする。
The invention according to
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光導波路素子において、該光導波路はマッハツェンダー型光導波路となる部分を有していることを特徴とする。
The invention according to
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路素子において、該光導波路の入射側端部は該側面の一方に配置され、該入射側端部に入射しない非結合光を除去するため、該側面の他方の少なくとも一部に、該非結合光を除去するための除去手段が形成されていることを特徴とする。
The invention according to claim 5, in the optical waveguide device according to any one of
請求項６に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路素子において、該光導波路の出射側端部は該側面に配置され、該出射側端部に導出されない非結合光を除去するため、該側面に配置された該出射側端部に最も近い該端面又は他方の側面に、該非結合光を除去するための除去手段が形成されていることを特徴とする。
The invention according to
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の光導波路素子において、該光導波路はマッハツェンダー型光導波路となる部分を有し、該除去手段は、該マッハツェンダー型光導波路からの放射モード光の一部が光導波路素子外に放出可能なように構成されていることを特徴とする。
The invention according to
請求項８に係る発明は、請求項５乃至７のいずれかに記載の光導波路素子において、該除去手段は光吸収材料で形成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the optical waveguide device according to any one of claims 5 to 7 , characterized in that the removing means is made of a light absorbing material.
請求項９に係る発明は、請求項２乃至８のいずれかに記載の光導波路素子において、該光導波路の最小曲率半径を有する部分はリッジ構造を有していることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the optical waveguide device according to any one of claims 2 to 8 , wherein the portion of the optical waveguide having the minimum radius of curvature has a ridge structure.
請求項１に係る発明により、電気光学効果を有する材料で形成され、厚さが３０μｍ以下の基板と、前記基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調する変調電極とを有する光導波路素子において、該光導波路に該変調電極の電界が主として作用する光導波路の作用領域と、該光導波路の入射側端部又は出射側端部の少なくともいずれかとは、該端部を含む光導波路の延長線上に該作用領域が配置されないように構成するため、入射側端部や出射側端部で発生した迷光が光導波路の作用領域に至るのを抑制することが可能となる。これにより、消光比の劣化を抑制することが可能となる。
According to the invention of
さらに請求項１に係る発明により、基板は、対向する２つの端面と２つの側面を有し、作用領域は、該側面と略平行に配置され、光導波路の入射側端部又は出射側端部の少なくともいずれかは、該側面に配置されているため、入射側端部や出射側端部で発生した迷光が光導波路の作用領域に至るのをより効果的に抑制することが可能となる。これにより、消光比の劣化を抑制することが可能となる。
また、本発明を利用することで、光導波路素子に入射用又は出射用光ファイバを接続する際に、光導波路素子の中で最も広い領域を占める作用領域が配置される方向（作用領域の光波の主な伝搬方向）とほぼ直角に光ファイバを接続できるため、光導波路素子全体を実質的に小型化することが可能となる。
Further, according to the invention of
In addition, by using the present invention, when an incident or outgoing optical fiber is connected to an optical waveguide element, the direction in which the active area occupying the widest area in the optical waveguide element is disposed (the optical wave in the active area). Therefore, the entire optical waveguide element can be substantially reduced in size.
請求項２に係る発明により、光導波路の最小曲率半径は、Ｒ２００〜３０００μｍの範囲であるため、光導波路の曲げに要する長さを短縮でき、光導波路素子全体をより一層小型化することが可能となる。しかも、このような最小曲率半径は、基板の厚さを３０μｍ以下にしたことにより光の閉じ込めが強くなり、その結果、２〜３ｄＢ程度の光損失で光導波路を曲げることができ、光導波路の作用領域への迷光を格段に減らすことが可能となった。 With the invention according to claim 2 , since the minimum radius of curvature of the optical waveguide is in the range of R200 to 3000 μm, the length required for bending the optical waveguide can be shortened, and the entire optical waveguide device can be further miniaturized. It becomes. Moreover, such a minimum radius of curvature increases the confinement of light by making the thickness of the substrate 30 μm or less. As a result, the optical waveguide can be bent with an optical loss of about 2 to 3 dB. It has become possible to significantly reduce stray light to the working area.
請求項３に係る発明により、最小曲率半径が設定されている光導波路部分は、側面に配置された光導波路の端部に繋がる光導波路を、該側面に略平行な方向に曲げる部分に存在するため、光導波路素子の光波の入射又は出射に関わる部分の光導波路の長さをより短くでき、光導波路の作用領域が配置される方向（作用領域の光波の主な伝搬方向）に対する光導波路素子全体のサイズをより小さくすることが可能となる。
According to the invention of
請求項４に係る発明により、光導波路はマッハツェンダー型光導波路となる部分を有しているため、入射側端部で発生した迷光がマッハツェンダー型光導波路の作用領域（分岐導波路部分など）に至ることが抑制され、または、マッハツェンダー型光導波路（特に合分岐導波路が再結合する合波点）から発生される放射モード光が出射用端部に到達することが抑制されるため、消光比の劣化をより一層改善した光導波路素子を提供することが可能となる。 According to the fourth aspect of the invention, since the optical waveguide has a portion that becomes a Mach-Zehnder type optical waveguide, stray light generated at the incident side end portion is a working region of the Mach-Zehnder type optical waveguide (branch waveguide portion, etc.) , Or the radiation mode light generated from the Mach-Zehnder type optical waveguide (particularly, the coupling point where the coupling / branching waveguide is recombined) is suppressed from reaching the emission end, It becomes possible to provide an optical waveguide device in which the deterioration of the extinction ratio is further improved.
請求項５に係る発明により、光導波路の入射側端部が側面の一方に配置された場合に、該入射側端部に入射しない非結合光を除去するため、該側面の他方の少なくとも一部に、該非結合光を除去するための除去手段が形成されているため、非結合光が他方の側面などで反射し、光導波路の作用領域などや他の部分に再入射することが抑制される。 According to the fifth aspect of the present invention, when the incident-side end portion of the optical waveguide is disposed on one of the side surfaces, at least a part of the other side surface is removed in order to remove non-coupled light that is not incident on the incident-side end portion. In addition, since the removing means for removing the non-coupled light is formed, the non-coupled light is reflected from the other side surface and the like, and is prevented from re-entering the working region of the optical waveguide or other parts. .
請求項６に係る発明により、光導波路の出射側端部が側面に配置された場合に、該出射側端部に導出されない非結合光を除去するため、該側面に配置された該出射側端部に最も近い該端面又は他方の側面に、該非結合光を除去するための除去手段が形成されているため、光導波路の作用領域などから発生する迷光が基板の端面で反射し、出射側端部に到達することを効果的に抑制することが可能となる。また、出射側端部で反射した迷光が光導波路の作用領域等に再入射することも抑制される。
According to the invention of
請求項７に係る発明により、光導波路はマッハツェンダー型光導波路となる部分を有し、除去手段は、該マッハツェンダー型光導波路からの放射モード光の一部が光導波路素子外に放出可能なように構成されているため、光導波路素子における駆動状態のモニタリング等で利用される放射モード光までもが除去手段で除去されることを阻止できる。
According to the invention of
請求項８に係る発明により、除去手段は光吸収材料で形成されているため、除去手段に到達した迷光が基板内を再度伝搬することを効果的に抑制できる。 According to the eighth aspect of the present invention, since the removing means is made of a light absorbing material, stray light that reaches the removing means can be effectively prevented from propagating again in the substrate.
請求項９に係る発明により、光導波路の最小曲率半径を有する部分はリッジ構造を有しているため、基板の厚みを３０μｍ以下にすることによる光閉じ込めの効果を、リッジ構造で更に強くすることができ、最小曲率半径をより一層小さくすることが可能となる。 According to the invention of claim 9 , since the portion having the minimum radius of curvature of the optical waveguide has a ridge structure, the effect of optical confinement by making the substrate thickness 30 μm or less is further enhanced by the ridge structure. And the minimum radius of curvature can be further reduced.
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の光導波路素子に係る第１の実施例を示している。
具体的には、電気光学効果を有する材料で形成され、厚さが３０μｍ以下の基板１と、前記基板に形成された光導波路２１〜２８と、該光導波路を伝搬する光波を変調する変調電極（信号電極３）とを有する光導波路素子において、該光導波路に該変調電極の電界が主として作用する光導波路の作用領域と、該光導波路の入射側端部又は出射側端部の少なくともいずれかとは、該端部を含む光導波路の延長線上に該作用領域が配置されないように構成することを特徴とする。具体的には、該基板１は、対向する２つの端面（１０，１１）と２つの側面（１２，１３）を有し、該光導波路に該変調電極の電界が主として作用する光導波路の作用領域は、該側面（１２，１３）と略平行に配置され、該光導波路の入射側端部２１は、該側面１３に配置されていることを特徴とする。
なお、符号Ａは入射光、符号Ｂは出射光、符号Ｃは信号電極３に印加される変調信号を意味する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail using preferred examples.
FIG. 1 shows a first embodiment according to the optical waveguide device of the present invention.
Specifically, a
Reference sign A denotes incident light, reference sign B denotes outgoing light, and reference sign C denotes a modulation signal applied to the
本発明における「光導波路の作用領域」とは、「光導波路に変調電極の電界が主として作用する」部分を少なくとも含む光導波路の領域を意味しており、光導波路素子として機能する主要部分を示す用語として使用されている。このため、「作用領域」は、電界が作用している部分のみに限定されるものではなく、その電界が作用している部分の周辺の導波路の一部を含む場合もある。例えば、図１に示すマッハツェンダー型光導波路の場合に、分岐導波路２５，２６の平行部分に変調電極を構成する信号電極３の電界が主として印加されるが、「光導波路の作用領域」としては分岐導波路の分岐点や合波点までも（図６の領域Ｄ）、さらには光導波路２４，２７の一部までも含んでも良い。
The “operational area of the optical waveguide” in the present invention means an area of the optical waveguide including at least a portion where “the electric field of the modulation electrode mainly acts on the optical waveguide”, and indicates a main part that functions as an optical waveguide element. Used as a term. For this reason, the “action region” is not limited to the portion where the electric field acts, and may include a part of the waveguide around the portion where the electric field acts. For example, in the case of the Mach-Zehnder type optical waveguide shown in FIG. 1, the electric field of the
電気光学効果を有する基板の材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムの材料及びこれらの組み合わせが利用可能である。特に、電気光学効果の高いニオブ酸リチウム（ＬＮ）結晶が好適に利用される。 As the material for the substrate having the electro-optic effect, for example, materials of lithium niobate and lithium tantalate and combinations thereof can be used. In particular, a lithium niobate (LN) crystal having a high electro-optic effect is preferably used.
基板に光導波路を形成する方法としては、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面又は裏面に拡散させる方法があるが、これらの熱拡散法やプロトン交換法を用いることなく、図５に示すように、基板１上にリッジ部を設け、該リッジ部を光を導波する光導波路（４６）として使用することも可能である。さらに、Ｔｉなどの熱拡散法やプロトン交換法とリッジ構造を併用することも可能である。
As a method of forming the optical waveguide on the substrate, there is a method of diffusing Ti or the like on the front surface or the back surface of the substrate by a thermal diffusion method or a proton exchange method, but without using these thermal diffusion method and proton exchange method, FIG. As shown in FIG. 5, it is also possible to provide a ridge portion on the
光導波路上やその周辺の基板上には、信号電極３や接地電極（不図示）などの変調電極が形成され、これらの変調電極は、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。なお、光導波路は、基板１の裏面に形成し、変調電極を同様に裏面又は光導波路と反対側の表面側に形成することも可能である。
Modulation electrodes such as the
また、光導波路などを伝搬する光波が変調電極で吸収・散乱されるのを防止するため、必要に応じて光導波路（又は基板）と電極との間に誘電体ＳｉＯ２等のバッファ層を設けることも可能である。 Further, in order to prevent light waves propagating through the optical waveguide or the like from being absorbed and scattered by the modulation electrode, a buffer layer such as a dielectric SiO 2 is provided between the optical waveguide (or substrate) and the electrode as necessary. It is also possible.
本発明では、電気光学効果を有する材料で形成された基板１は、厚さが３０μｍ以下の薄板であるため、機械的強度が不足する。これを補うため、基板１に接着層を介して補強板を接合している。
In the present invention, since the
補強板に使用される材料としては、種々のものが利用可能であり、例えば、薄板と同様の材料を使用する他に、石英、ガラス、アルミナなどのように薄板より低誘電率の材料を使用したり、薄板と異なる結晶方位を有する材料を使用することも可能である。ただし、線膨張係数が薄板と同等である材料を選定することが、温度変化に対する光変調器の変調特性を安定させる上で好ましい。仮に、同等の材料の選定が困難である場合には、特許文献２のように薄板と補強板とを接合する接着剤に、薄板と同等な線膨張係数を有する材料を選定する。 Various materials can be used as the reinforcing plate. For example, in addition to using the same material as the thin plate, a material having a lower dielectric constant than that of the thin plate such as quartz, glass, and alumina is used. It is also possible to use a material having a crystal orientation different from that of the thin plate. However, it is preferable to select a material having a linear expansion coefficient equivalent to that of the thin plate in order to stabilize the modulation characteristics of the optical modulator with respect to temperature changes. If it is difficult to select an equivalent material, a material having a linear expansion coefficient equivalent to that of the thin plate is selected as an adhesive for joining the thin plate and the reinforcing plate as in Patent Document 2.
基板（薄板）１と補強板との接合には、接着層として、エポキシ系接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化性接着剤、半田ガラス、熱硬化性、光硬化性あるいは光増粘性の樹脂接着剤シートなど、種々の接着材料を使用することが可能である。また、直接接合法により、接着剤を使用せず、薄板と補強板とを直接貼り合わせることも可能である。 For bonding the substrate (thin plate) 1 and the reinforcing plate, as an adhesive layer, an epoxy adhesive, a thermosetting adhesive, an ultraviolet curable adhesive, solder glass, thermosetting, photocuring or photothickening is used. Various adhesive materials such as a resin adhesive sheet can be used. Moreover, it is also possible to directly bond a thin plate and a reinforcing plate by using a direct bonding method without using an adhesive.
光変調器を構成する薄板の製造方法は、数百μｍの厚さを有する基板に上述した光導波路や変調電極を作り込み、基板の裏面を研磨し、例えば、３０μｍ以下の厚みに仕上げる方法がある。なお、光導波路や変調電極などの作り込みは、薄板を作成した後に行うことも可能であるが、光導波路形成時の熱的衝撃や各種処理時の薄膜の取り扱いによる機械的衝撃が加わり、薄板が破損する危険性もあるため、光導波路や変調電極を作り込んだ後に基板の裏面を研磨することが好ましい。 A method of manufacturing a thin plate constituting an optical modulator is a method in which the above-described optical waveguide or modulation electrode is formed on a substrate having a thickness of several hundreds of μm, the back surface of the substrate is polished, and finished to a thickness of, for example, 30 μm or less. is there. The optical waveguide and the modulation electrode can be made after the thin plate is made, but the thin plate is subjected to thermal shock when forming the optical waveguide and mechanical shock due to handling of the thin film during various processing. Therefore, it is preferable to polish the back surface of the substrate after forming the optical waveguide and the modulation electrode.
本発明の第１の実施例の特徴は、図１に示すような光導波路の配置を行なうことにより、同じ形状を示す図６のように、入射側端部２１で、光導波路に結合しない非結合光（迷光Ｅ）が、光導波路素子の動作特性を左右する光導波路の作用領域Ｄに入射しないよう構成することが可能となることである。これにより、消光比の劣化を抑制することが可能となる。
The feature of the first embodiment of the present invention is that the optical waveguide is arranged as shown in FIG. 1 so that the
非結合光Ｅが作用領域Ｄに入射するのをさらに抑制する方法としては、図７に示すように、入射側端部２１が配置された側面と反対側の側面に、非結合光の反射を防止する迷光除去手段７を配置する。
迷光除去手段としては、カーボンブラックなどの光吸収材料を使用することができる。
As a method of further suppressing the uncoupled light E from entering the action region D, as shown in FIG. 7, the reflection of the uncoupled light is reflected on the side surface opposite to the side surface on which the incident
As the stray light removing means, a light absorbing material such as carbon black can be used.
本発明の光導波路素子は、図１のような光導波路の構成を採用することで、光導波路素子の基板側面１３の側に入射用光ファイバの接続部を配置でき、従来のように、入射用光ファイバ、光導波路素子、及び出射用光ファイバを直線状に配置する場合と比較し、光導波路素子全体を小型化することが可能となる。
The optical waveguide device according to the present invention adopts the configuration of the optical waveguide as shown in FIG. 1 so that the connection portion of the optical fiber for incident can be arranged on the
図１又は図６のように入射側端部２１から作用領域Ｄに至る光導波路を形成するには、最小曲率半径を有する曲がり部２３の存在が不可欠である。本発明が利用する３０μｍ以下の基板の場合は光波の閉じ込めが強くなり、基板１の厚みにも依存するが、光損失を２〜３ｄＢ程度に抑制しながら、最小曲率半径Ｒ２００〜３０００μｍの範囲のものが実現可能である。従来の数百μｍ程度の基板を用いた場合は、同程度の光損失で最小曲率半径が１０ｍｍ程度が限界であったことを考慮すると、光導波路を９０°曲げた場合でも、曲げに必要な基板の長さが、従来の約半分近く、場合によっては約３分の１以下で足りることとなる。
当然、曲がり部２３に限らず、分岐導波路２５，２６などの光導波路を曲げることで、光導波路素子全体を小型化することも可能である。
In order to form an optical waveguide extending from the incident
Of course, the entire optical waveguide element can be reduced in size by bending the optical waveguides such as the branching
図２は、本発明の光導波路素子に係る第２の実施例を示す図である。
具体的には、電気光学効果を有する材料で形成され、厚さが３０μｍ以下の基板１と、前記基板に形成された光導波路４１〜４８と、該光導波路を伝搬する光波を変調する変調電極（信号電極３）とを有する光導波路素子において、該基板１は、対向する２つの端面（１０，１１）と２つの側面（１２，１３）を有し、該光導波路に該変調電極の電界が主として作用する光導波路の作用領域は、該側面（１２，１３）と略平行に配置され、該光導波路の出射側端部４８は、該側面１３に配置されていることを特徴とする。
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment according to the optical waveguide element of the present invention.
Specifically, the
光導波路を伝搬する光波の一部は、出射側端部４８で出射用光ファイバなどに入射せず、出射側端部４８で反射し不要光（迷光Ｅ）となるものがある。これに対しても、図８のように出射側端部を配置することにより、このような迷光Ｅが、光導波路の作用領域や他の光導波路に再入射することを抑制できる。そして、このような抑制効果を高めるため、出射側端部４８を設けた側面に対し反対側に位置する側面に、迷光除去手段７−１を設けることも可能である。
Some of the light waves propagating through the optical waveguide are not incident on the outgoing optical fiber or the like at the outgoing
また、図８のような光導波路の配置を採用することで、光導波路の作用領域の一部である分岐導波路４３，４４の合波点などから放出される放射モード光（迷光Ｆ）が、出射側端部４８に到達するのを抑制することも可能となる。このため、出射用光ファイバに迷光Ｆが入射することを阻止でき、消光比の劣化などを抑制することが可能となる。そして、図８に示すように、光導波路の出射側端部４８に近い基板端面に、迷光Ｆの反射を防止する迷光除去手段７−２を設けることで、迷光が出射側端部４８に到達するのより一層抑制することが可能となる。
しかも、第１の実施例と同様に、光導波路素子全体を実質的に小型化することも可能となる。
Further, by adopting the arrangement of the optical waveguide as shown in FIG. 8, the radiation mode light (stray light F) emitted from the multiplexing point of the branching
In addition, as in the first embodiment, the entire optical waveguide device can be substantially reduced in size.
ただし、マッハツェンダー型光導波路を有する光導波路素子の動作状態を監視するため、マッハツェンダー型光導波路からの放射モード光の一部を光導波路素子外で検出する場合には、図８に示すように、迷光除去手段７−２により放射モード光の全部が遮断されないように、迷光除去手段の配置や形状を調整することも可能である。 However, in order to monitor the operating state of an optical waveguide element having a Mach-Zehnder type optical waveguide, when a part of radiation mode light from the Mach-Zehnder type optical waveguide is detected outside the optical waveguide element, as shown in FIG. In addition, it is possible to adjust the arrangement and shape of the stray light removing means so that all of the radiation mode light is not blocked by the stray light removing means 7-2.
図４に示すように、第２の実施例では、光導波路の曲がり部４６で最小曲率半径となる。曲率半径については、第１の実施例と同様であるが、さらに、図５（図４の一点鎖線Ｘ−Ｘ’における断面図）に示すように、光導波路がリッジ構造を有する場合には、最小曲率半径をより一層小さくすることが可能となる。たとえば、リッジ構造の凸状部分の高さにも関係するが、凸状部分の高さが約２μｍのリッジ構造を用いて光導波路を形成した場合には、若干の光損失はあるものの実用可能な範囲として、最小曲率半径Ｒは２００μｍとなる。 As shown in FIG. 4, in the second embodiment, the bending radius of the optical waveguide becomes the minimum radius of curvature. The radius of curvature is the same as in the first embodiment, but when the optical waveguide has a ridge structure as shown in FIG. 5 (cross-sectional view along the dashed line XX ′ in FIG. 4), The minimum curvature radius can be further reduced. For example, although it is related to the height of the convex portion of the ridge structure, when an optical waveguide is formed using a ridge structure having a convex portion height of about 2 μm, there is some light loss, but it is practical. As a small range, the minimum curvature radius R is 200 μm.
リッジ構造の形状としては、図５（ａ）に示すように、光導波路部分４６のみ凸部を形成し、その他の部分を光導波路より低く形成するものだけでなく、図５（ｂ）のように光導波路４６に相当する領域の両側に溝６を形成し、光導波路を設ける方法もある。ただし、符号１は基板を示す。
As the shape of the ridge structure, as shown in FIG. 5A, not only the convex portion is formed only in the
図３は、本発明の光導波路素子に係る第３の実施例を示す図である。
具体的には、電気光学効果を有する材料で形成され、厚さが３０μｍ以下の基板１と、前記基板に形成された光導波路５１〜５９と、該光導波路を伝搬する光波を変調する変調電極（信号電極３）とを有する光導波路素子において、該基板１は、対向する２つの端面（１０,１１）と２つの側面（１２，１３）を有し、該光導波路に該変調電極の電界が主として作用する光導波路の作用領域は、該側面（１２，１３）と略平行に配置され、該光導波路の入射側端部５１及び出射側端部５９は、該側面１３に配置されていることを特徴とする。
これにより、上述した第１及び第２の実施例の機能を併せて実現することが可能となる。
また、必要に応じて、上述した迷光除去手段やリッジ構造も併せて採用することも可能である。
FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment according to the optical waveguide element of the present invention.
Specifically, a
As a result, the functions of the first and second embodiments described above can be realized together.
Further, if necessary, the stray light removing means and the ridge structure described above can also be employed.
上述した実施例では、光導波路の作用領域にマッハツェンダー型光導波路を用いたものを中心に説明したが、本発明はこれに限らず、ＳＳＢ変調器などで多用されている、ネスト型導波路、具体的には、一つのマッハツェンダー導波路（メインＭＺ導波路）の２つの分岐導波路に他のマッハツェンダー導波路（サブＭＺ導波路）を入れ子型に組み込んだ構造の光導波路を採用することも可能である。
また、上述した実施例では、基板は直方体のものを中心に説明したが、光導波路の入射側端部又は出射側端部が配置される基板面を、該基板の端面や側面などに対して傾斜した面とすることも可能である。
In the above-described embodiments, the description has been made centering on the case where the Mach-Zehnder type optical waveguide is used in the active region of the optical waveguide. Specifically, an optical waveguide having a structure in which another Mach-Zehnder waveguide (sub MZ waveguide) is nested in two branching waveguides of one Mach-Zehnder waveguide (main MZ waveguide) is employed. It is also possible.
In the above-described embodiments, the description has been made centering on the substrate having a rectangular parallelepiped shape. It can also be an inclined surface.
本発明によれば、３０μｍ以下の厚みを有する基板を用いた場合でも、消光比の劣化を改善することが可能な光導波路素子を提供することが可能である。また、本発明によれば、光導波路素子全体を、従来のものより小型化することが可能な光導波路素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical waveguide element that can improve the deterioration of the extinction ratio even when a substrate having a thickness of 30 μm or less is used. In addition, according to the present invention, it is possible to provide an optical waveguide element that can make the entire optical waveguide element smaller than the conventional one.
１ 基板
２，４，５ 光導波路
３ 変調電極（信号電極）
６ 溝
７ 迷光除去手段
１０，１１ 基板端面
１２，１３ 基板側面
２１，４１，５１ 光導波路の入射側端部
２８，４８，５９ 光導波路の出射側端部
1
6
Claims (9)
該光導波路に該変調電極の電界が主として作用する光導波路の作用領域と、該光導波路の入射側端部又は出射側端部の少なくともいずれかとは、該端部を含む光導波路の延長線上に該作用領域が配置されないように構成され、
該作用領域は該側面と略平行に配置され、該光導波路の入射側端部又は出射側端部の少なくともいずれかは、該側面に配置されていることを特徴とする光導波路素子。 A substrate made of a material having an electro-optic effect, having two opposing end faces and two side faces, having a thickness of 30 μm or less, an optical waveguide formed on the substrate, and modulating a light wave propagating through the optical waveguide In an optical waveguide device having a modulation electrode
The active region of the optical waveguide in which the electric field of the modulation electrode mainly acts on the optical waveguide, and at least one of the incident side end and the emission side end of the optical waveguide are on an extension line of the optical waveguide including the end. Configured such that the active region is not disposed ;
The working region is disposed substantially parallel to the side surface, and at least one of an incident side end portion and an emission side end portion of the optical waveguide is disposed on the side surface .
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