JP5374882B2 - 光デバイス - Google Patents
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Description
光導波路は、入射導波路51、平行導波路52a−1、52b−1、折り返し導波路53、平行導波路52a−2、52b−2、出射導波路54からなり、2つのマッハツェンダ変調器5a、5bが折り返し導波路53で接続する。
図6は内溝22がなく、折り返し導波路10と外溝21とにずれがない状態を示す図である。直線導波路11を伝搬する光のモードと、曲がり導波路12を伝搬する光のモードとが、結合部においてほぼ一致するように設計され、折り返し導波路10と外溝21との位置関係が設計値どおりに製造されれば、放射損失は低減できる(なお、光のモードは0次光モードを対象とする)。
図8は内溝22がなく、折り返し導波路10と外溝21とにずれが生じている状態を示す図である。折り返し導波路10と外溝21との間隔が設計値よりも離れてしまった状態を示している。
図10は内溝22がなく、折り返し導波路10と外溝21とにずれが生じている状態を示す図である。折り返し導波路10と外溝21との間隔が設計値よりも近づいてしまった状態を示している。
(a1)基板300(ZカットのLN基板)に、外溝21および内溝22を形成する場合は、基板300の表面に光導波路(折り返し導波路10を含む)を形成した後、ドライエッチング等で基板300に外溝21、内溝22を形成し、さらにバッファ層40を設ける。
(b1)リッジによる水平方向の光の閉じ込めを強くするためには、リッジの両脇の屈折率が小さくなければならない。また、モードフィールド径を小さくするためにはリッジの幅をある程度狭くする必要があるが、リッジ幅が狭くなりすぎるとリッジ側面に加わる応力の影響を受ける可能性がある。
(a2)図17はリッジ上部全体を光導波路とした結合部断面を示す図である。直線導波路11と曲がり導波路12との結合部近傍の断面において、リッジ上部全体を光導波路(折り返し導波路10)とする。
(c2)図18は延伸内溝を示す図である。上述してきた内溝22では、内溝22の角によって散乱損失が発生する可能性がある。これを防ぐため、内溝22が曲がり導波路12の内周側に延伸して、延伸した部分である延伸内溝22−1を構成し、曲がり導波路12の内周から延伸内溝22−1の外周までの距離(幅)が連続的に変化するように形成する。
直線形状または曲率半径が一定値以上の曲線形状を持つ導波路である第1の導波路と、前記第1の導波路よりも曲率半径が小さな曲線形状を持つ導波路である第2の導波路と、から構成されて基板に形成される折り返し導波路と、
前記折り返し導波路の外側に沿って前記基板に形成した溝である外溝と、
前記第1の導波路の内側に設けられ、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光入力側の結合部近傍の前記基板に形成した溝である光入力側内溝と、
前記第1の導波路の内側に設けられ、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光出力側の結合部近傍の前記基板に形成した溝である光出力側内溝と、
を備え、
前記外溝および前記光入力側内溝を形成することで、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光入力側の結合部近傍をリッジ構造とし、
前記外溝および前記光出力側内溝を形成することで、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光出力側の結合部近傍をリッジ構造とする、
ことを特徴とする光デバイス。
前記光出力側の結合部近傍で、前記第1の導波路の外周と前記外溝の内周との間隔と、前記第1の導波路の内周と光出力側内溝の外周との間隔とは、光進行方向に向かって連続的に広くなるように、前記外溝と前記光出力側内溝とを形成する、
ことを特徴とする付記1記載の光デバイス。
前記光出力側の結合部近傍で、前記第1の導波路の外周と前記外溝の内周との間隔と、前記第1の導波路の内周と光出力側内溝の外周との間隔とは、対称的に等しくなるように形成する、
ことを特徴とする付記2記載の光デバイス。
(付記7) 前記第1の導波路と前記第2の導波路との光入力側の結合部近傍および光出力側の結合部近傍のリッジの幅を10μm以下とし、リッジの深さを3μm以下となるように形成することを特徴とする付記1記載の光デバイス。
(付記10) 前記第2の導波路に前記外溝が接することを特徴とする付記1記載の光デバイス。
延伸させた内溝部分である光入力側延伸内溝に対しては、前記第2の導波路の内周から前記光入力側延伸内溝の外周までの幅が、光進行方向に対して連続的に広くなるように形成し、
前記光出力側内溝を前記第2の導波路の内周側へ延伸させ、
延伸させた内溝部分である光出力側延伸内溝に対しては、前記第2の導波路の内周から前記光出力側延伸内溝の外周までの幅が、光進行方向に対して連続的に狭くなるように形成する、
ことを特徴とする付記1記載の光デバイス。
光出力側の前記第1の導波路は、光進行方向に対し、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光出力側の結合部から離れるにつれて連続的に導波路幅が狭くなるように前記第1の導波路の幅をテーパ状に変化させる、
ことを特徴とする付記1記載の光デバイス。
マッハツェンダ干渉計型の光導波路であって、光入力側に位置する光入力側マッハツェンダ干渉計型光導波路と、
マッハツェンダ干渉計型の光導波路であって、光出力側に位置する光出力側マッハツェンダ干渉計型光導波路と、
直線形状または曲率半径が一定値以上の曲線形状を持つ導波路である第1の導波路と、前記第1の導波路よりも曲率半径が小さな曲線形状を持つ導波路である第2の導波路と、から構成され、前記光入力側マッハツェンダ干渉計型光導波路を伝搬する光を、前記光出力側マッハツェンダ干渉計型光導波路へ折り返す折り返し導波路と、
前記折り返し導波路の外側に沿って基板に形成した溝である外溝と、
前記第1の導波路の内側に設けられ、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光入力側の結合部近傍の前記基板に形成した溝である光入力側内溝と、
前記第1の導波路の内側に設けられ、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光出力側の結合部近傍の前記基板に形成した溝である光出力側内溝と、
を有することを特徴とする光デバイス。
入射光を2分岐する入射導波路と、直線形状または曲率半径が一定値以上の曲線形状を持つ導波路である第1の導波路と前記第1の導波路よりも曲率半径が小さな曲線形状を持つ導波路である第2の導波路とから構成され2分岐された内側の導波路である内側導波路と、前記第1の導波路と前記第2の導波路とから構成され2分岐された外側の導波路である外側導波路と、前記内側導波路を伝搬する光と前記外側導波路を伝搬する光とを合波して出射する出射導波路と、を含み、基板に形成されて信号光を伝搬するマッハツェンダ干渉計型折り返し導波路と、
前記外側導波路の上に形成された信号電極と、
前記信号電極の両側に形成された接地電極と、
前記内側導波路の内側に沿って前記基板に形成した溝である第1の溝と、
前記内側導波路の外側および前記外側導波路の内側に沿って前記基板に形成した溝である第2の溝と、
前記外側導波路の外側に沿って前記基板に形成した溝である第3の溝と、
前記第3の溝の外側に沿って前記基板に形成した溝である第4の溝と、
を有することを特徴とする光デバイス。
前記第1の導波路と前記第2の導波路との結合部に対して、前記結合部へ光が到達するまでの平行導波路区域である光入力側導波路区域と、前記結合部から光が伝搬される平行導波路区域である光出力側導波路区域とに存在する、前記第1のリッジ、前記第2のリッジおよび前記第3のリッジのそれぞれのリッジ幅をWaとし、
前記結合部の近傍に存在する前記第1のリッジ、前記第2のリッジおよび前記第3のリッジのそれぞれのリッジ幅をWbとし、
前記第2の導波路が位置する導波路区域である曲がり導波路区域に存在する前記第1のリッジ、前記第2のリッジおよび前記第3のリッジのそれぞれのリッジ幅をWcとした場合、
Wa=Wc>Wbとなるようにリッジ幅を形成することを特徴とする付記15記載の光デバイス。
(付記18) 前記基板上に平行に形成される前記第1の導波路は、リッジ幅よりも前記第1の導波路の導波路幅を小さく形成し、
前記第1の導波路と前記第2の導波路との結合部近傍に位置する、前記第1の導波路の導波路幅と前記第2の導波路の導波路幅は、リッジ幅より大きく形成し、
曲率半径の小さな導波路部分の前記第2の導波路は、リッジ上面の前記基板の外側方向へ片寄らせて形成する、
ことを特徴とする付記15記載の光デバイス。
(付記20) 前記第1の導波路と前記第2の導波路との結合部近傍のみ、前記信号電極と前記接地電極との間隔を狭くすることを特徴とする付記15記載の光デバイス。
10 折り返し導波路
11 第1の導波路
12 第2の導波路
21 外溝
22a 光入力側内溝
22b 光出力側内溝
30 基板
Claims (12)
- 光導波路を有する光デバイスにおいて、
直線形状または曲率半径が一定値以上の曲線形状を持つ導波路である第1の導波路と、前記第1の導波路よりも曲率半径が小さな曲線形状を持つ導波路である第2の導波路と、を備えて基板に形成される折り返し導波路と、
前記折り返し導波路の外側に沿って前記基板に形成した溝である外溝と、
前記第1の導波路の光入力端近傍と、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光入力側の結合部近傍との間のみに設けられ、前記第1の導波路の内側の前記基板に形成した溝である光入力側内溝と、
前記第1の導波路の光出力端近傍と、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光出力側の結合部近傍との間のみに設けられ、前記第1の導波路の内側の前記基板に形成した溝である光出力側内溝と、
を備え、
前記外溝および前記光入力側内溝を形成することで、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光入力側の結合部近傍をリッジ構造とし、
前記外溝および前記光出力側内溝を形成することで、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光出力側の結合部近傍をリッジ構造とし、
前記光入力側の結合部近傍で、前記第1の導波路の外周と前記外溝の内周との間隔と、前記第1の導波路の内周と前記光入力側内溝の外周との間隔とは、光進行方向に向かって連続的に狭くなるように、前記外溝と前記光入力側内溝とを形成し、
前記光出力側の結合部近傍で、前記第1の導波路の外周と前記外溝の内周との間隔と、前記第1の導波路の内周と前記光出力側内溝の外周との間隔とは、光進行方向に向かって連続的に広くなるように、前記外溝と前記光出力側内溝とを形成し、
前記第2の導波路に前記外溝が接する、
ことを特徴とする光デバイス。 - 前記光入力側内溝を前記第2の導波路の内周側へ延伸させ、
延伸させた内溝部分である光入力側延伸内溝に対しては、前記第2の導波路の内周から前記光入力側延伸内溝の外周までの幅が、光進行方向に対して連続的に広くなるように形成し、
前記光出力側内溝を前記第2の導波路の内周側へ延伸させ、
延伸させた内溝部分である光出力側延伸内溝に対しては、前記第2の導波路の内周から前記光出力側延伸内溝の外周までの幅が、光進行方向に対して連続的に狭くなるように形成する、
ことを特徴とする請求項1記載の光デバイス。 - 前記光入力側延伸内溝と前記光出力側延伸内溝との外周の曲率半径が、前記第2の導波路の内周の曲率半径の30%〜60%であることを特徴とする請求項2記載の光デバイス。
- 前記基板の表面にバッファ層を形成する際、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光入力側の結合部近傍および光出力側の結合部近傍のリッジのみ、リッジ側面の前記バッファ層を厚くし、かつ屈折率を大きくすることを特徴とする請求項1記載の光デバイス。
- 前記光入力側の結合部近傍で、前記第1の導波路の外周と前記外溝の内周との間隔と、前記第1の導波路の内周と前記光入力側内溝の外周との間隔とは、対称的に等しくなるように形成し、
前記光出力側の結合部近傍で、前記第1の導波路の外周と前記外溝の内周との間隔と、前記第1の導波路の内周と前記光出力側内溝の外周との間隔とは、対称的に等しくなるように形成する、
ことを特徴とする請求項1記載の光デバイス。 - 前記第1の導波路と前記第2の導波路との光入力側の結合部近傍および光出力側の結合部近傍のリッジの両側を気体で充填することを特徴とする請求項1記載の光デバイス。
- 前記第2の導波路の曲率半径を4mm以下とし、前記第1の導波路の曲率半径は4mmを超えるように形成することを特徴とする請求項1記載の光デバイス。
- 前記第1の導波路と前記第2の導波路との光入力側の結合部近傍および光出力側の結合部近傍のリッジの幅を10μm以下とし、リッジの深さを3μm以下となるように形成することを特徴とする請求項1記載の光デバイス。
- 前記第1の導波路と前記第2の導波路との光入力側の結合部近傍および光出力側の結合部近傍では、前記第2の導波路の幅が前記第1の導波路の幅よりも大きくなるように形成することを特徴とする請求項1記載の光デバイス。
- 前記第1の導波路と前記第2の導波路との結合部近傍のリッジ上部全体を導波路とすることを特徴とする請求項1記載の光デバイス。
- 光入力側の前記第1の導波路は、光進行方向に対し、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光入力側の結合部に近づくにつれて連続的に導波路幅が広くなるように前記第1の導波路の幅をテーパ状に変化させ、
光出力側の前記第1の導波路は、光進行方向に対し、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光出力側の結合部から離れるにつれて連続的に導波路幅が狭くなるように前記第1の導波路の幅をテーパ状に変化させる、
ことを特徴とする請求項1記載の光デバイス。 - 光変調を行う光デバイスにおいて、
マッハツェンダ干渉計型の光導波路であって、光入力側に位置する光入力側マッハツェンダ干渉計型光導波路と、
マッハツェンダ干渉計型の光導波路であって、光出力側に位置する光出力側マッハツェンダ干渉計型光導波路と、
直線形状または曲率半径が一定値以上の曲線形状を持つ導波路である第1の導波路と、前記第1の導波路よりも曲率半径が小さな曲線形状を持つ導波路である第2の導波路と、から構成され、前記光入力側マッハツェンダ干渉計型光導波路を伝搬する光を、前記光出力側マッハツェンダ干渉計型光導波路へ折り返す折り返し導波路と、
前記折り返し導波路の外側に沿って基板に形成した溝である外溝と、
前記第1の導波路の光入力端近傍と、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光入力側の結合部近傍との間のみに設けられ、前記第1の導波路の内側の前記基板に形成した溝である光入力側内溝と、
前記第1の導波路の光出力端近傍と、前記第1の導波路と前記第2の導波路との光出力側の結合部近傍との間のみに設けられ、前記第1の導波路の内側の前記基板に形成した溝である光出力側内溝と、
を有することを特徴とする光デバイス。
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