JP4792494B2

JP4792494B2 - 光変調器

Info

Publication number: JP4792494B2
Application number: JP2008276657A
Authority: JP
Inventors: 晃啓井出; 順悟近藤; 修三冨; 康範岩崎; 弘季小林
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2028-10-28
Also published as: JP2009134279A

Description

本発明は、いわゆるマッハツェンダー型の光導波路を使用した光変調器に関するものである。

マッハツェンダー型の光導波路を使用した進行波型高速光変調器は波長帯域が広く、低チャープ特性が得られることから注目されている。このタイプの光変調器においては、一対の分岐型光導波路にそれぞれ光を伝搬させ、各分岐部からの出力を合波部において合流させる。しかし、一対の分岐部の間では、温度差などの原因によって動作点シフトが生ずることがあり、またいわゆるＤＣドリフトが生ずることがある。一般的に、マッハツェンダー（ＭＺ）型ＬＮ光変調器は、温度ドリフト、ＤＣドリフト、および応力などによる経時変化によって動作点がシフトしてしまう。これは消光比が劣化してしまい、変調器を動作させる上で重要な課題であった。

こうした動作点のシフトやＤＣドリフトを制御する方法は幾つか提案されている。代表的なものとして、特許文献１記載の方法では、一対の分岐部の合波部から基板内部に放射される基板放射モードの光に着目している。即ち、オンモードの場合には、光導波路に入射した光は導波路内を伝搬し、導波路の端面から出射する。オフモードの光をガイド光導波路で基板の光出射面へと伝搬させ、光出射面で光ファイバーで受光し、光検知器によって検知する。光検知器からの出力信号を利用し、変調用電極から光導波路に印加される電圧の直流バイアスを変更し、光変調器の動作点を調節している。
ＷＯ２００６／０９０８６３Ａ１

また、本出願人は、薄板構造の光変調器を開発しており、本構造において、ドリフトによる動作点制御を効率的に行う方法として特許文献２を開示した。20μｍ以下に薄板化した基板は、有限の横幅（基板の横方向の幅）を有したスラブ導波路（通常は、デバイス構造設計上、横幅は無限大として取り扱われる）として機能するために、Ｙ分岐の合波部で発生した横方向１次モード光はスラブモードとなり、低損失で薄板基板中を伝搬する。このスラブモード光は従来の変調器とは異なり、薄板基板中（スラブ導波路）に集中するために、十分な放射光強度を得ることが可能になった。
特開２００３−２１５５１８

また、マッハツェンダー型光変調器のＯＦＦモードの漏れ光取り出し手段が特許文献３に記載されている。この方法では、３ｄＢ方向性結合器を設ける。しかし、一般的に、導波路型方向性結合器は波長依存性が大きく、これによりOFFモードとONモードの消光比を得ることが困難である。
特開2007-52465

また、非導波路型として、チップへ接合する光ファイバアレイに、マッハツェンダー光導波路の合波部にて生じたＯＦＦモードの漏れ光を反射させる部位を設ける方式が提案されている（特許文献４）。本方式の場合、消光比等の問題は発生しないが、光ファイバアレイに特殊加工を施す必要が生じ、構成部材のコスト増につながってしまう。
特開2001-215455

さらに、いわゆる方向性結合器やマルチモード干渉カプラ(MMI)の導波光を取り出す手段として、曲がり光導波路によってＯＦＦモードの漏れ光をガイドし、曲がり光導波路の外側に溝形成を行う形態が提案されている（特許文献５）。
特開2007-172000

なお、特許文献６には、光表面実装用光学反射鏡を形成する方法が記載されている。即ち、基板上にチャンネル光導波路を形成し、基板表面に対して傾斜するスリット溝を機械加工およびエッチングによって形成する。光導波路の末端を溝壁面とすることによって、光導波路を伝搬してきた光が溝壁面で反射され、基板表面から上方へと向かって射出する。基板表面に実装した電子部品によって、この反射光を受光する。
特開平５−３４５２６

しかし、従来の方法では、マッハツェンダー型光導波路の合波部から出射するＯＦＦモードの漏れ光を受光器によって受光する際に、ＯＦＦモードの漏れ光の光強度が低く、受光効率を向上させることができないという問題があった。このため、汎用の受光器では、マッハツェンダー型光導波路の動作点の安定な制御に問題が生ずるおそれがあった。

また、特に、特許文献５に記載のように、曲がり光導波路にＯＦＦモードの漏れ光を伝搬させて側面に射出させる方法では、曲がり光導波路の曲率半径を小さくしてカーブを急峻にするとＯＦＦモードの漏れ光の光損失が大きくなり、所望の光強度を安定して受光することがますます困難になる。このため、曲がり光導波路のカーブはある程度緩くする必要があるが、そうすると光導波路基板のサイズが大きくなり、定格寸法を満足することができない。従って、やはりＯＦＦモードの漏れ光の安定な受光が難しい。

本発明の課題は、マッハツェンダー型光導波路の合波部から出射するＯＦＦモードの漏れ光を受光器によって受光する際に、ＯＦＦモードの漏れ光の受光効率を向上させることで、マッハツェンダー型光導波路の動作点の制御を一層安定化させることである。

また、本発明の課題は、マッハツェンダー型光導波路の合波部から出射するＯＦＦモードの漏れ光あるいは信号光を受光器によって受光する際に、その受光効率を向上させることで、マッハツェンダー型光導波路の制御を一層安定化させることである。

第一の発明に係る光変調器は、
強誘電性材料からなり、第一の主面、第二の主面、一対の側面、光の入射面および出射面を備える光導波路基板、
第一の主面に形成されたチャンネル光導波路であって、少なくとも一対の分岐部、分岐部の合波部およびこの合波部の下流側の出射部を含んでいるチャンネル光導波路、
分岐部を伝搬する光を変調する信号電圧を印加するための変調用電極であって、光導波路基板の前記第一の主面に形成された変調用電極、
補強基板、
光導波路基板の第二の主面を補強基板に接着する接着層、
光導波路基板の第一の主面に設けられた受光器、および
合波部からのＯＦＦモードの漏れ光を反射し、第一の主面から出射させるための反射溝を備えており、反射溝が光導波路基板を第一の主面と第二の主面との間で貫通し、かつ接着層内まで延びており、ＯＦＦモードの漏れ光の光出力に基づいて、変調用電極に加わる直流バイアスを変化させることによって、光変調器の動作点を制御することを特徴とする。

第二の発明に係る光変調器は、
強誘電性材料からなり、第一の主面、第二の主面、一対の側面、光の入射面および出射面を備える光導波路基板、
第一の主面に形成されたチャンネル光導波路であって、少なくとも一対の分岐部、分岐部の合波部およびこの合波部の下流側の出射部を含んでいるチャンネル光導波路、
分岐部を伝搬する光を変調する信号電圧を印加するための変調用電極であって、光導波路基板の第一の主面に形成された変調用電極、
合波部からの信号光またはＯＦＦモードの漏れ光を伝搬するガイド光導波路、
補強基板、
光導波路基板の第二の主面を補強基板に接着する接着層、
光導波路基板の第一の主面に設けられた受光器、および
ガイド光導波路の出射端に接するように形成されており、信号光またはＯＦＦモードの漏れ光を第一の主面から光導波路基板外に出射させる反射溝を備えており、反射溝が光導波路基板を第一の主面と第二の主面との間で貫通し、かつ接着層内まで延びており、ＯＦＦモードの漏れ光の光出力に基づいて、変調用電極に加わる直流バイアスを変化させることによって、光変調器の動作点を制御することを特徴とする。

第三の発明に係る光変調器は、
強誘電性材料からなり、第一の主面、第二の主面、一対の側面、光の入射面および出射面を備える光導波路基板、
第一の主面側に形成されたチャンネル光導波路であって、少なくとも一対の分岐部、分岐部の合波部およびこの合波部の下流側の出射部を含んでいるチャンネル光導波路、
分岐部を伝搬する光を変調する信号電圧を印加するための変調用電極であって、光導波路基板の第一の主面に形成された変調用電極、
合波部からの信号光またはＯＦＦモードの漏れ光を伝搬するガイド光導波路、
補強基板、
光導波路基板の第二の主面を補強基板に接着する接着層、
光導波路基板の第一の主面に設けられた受光器、
ガイド光導波路の出射端に接するように形成されている溝であって、光導波路基板を前記第一の主面と前記第二の主面との間で貫通し、かつ前記接着層内まで延びている溝、および
溝に設けられており、信号光またはＯＦＦモードの漏れ光を第一の主面から光導波路基板外に出射させる反射板を備えており、ＯＦＦモードの漏れ光の光出力に基づいて、変調用電極に加わる直流バイアスを変化させることによって、光変調器の動作点を制御することを特徴とする。

第一の発明によれば、基板に反射溝を形成し、反射溝内は、空気もしくは基板屈折率よりも低屈折率の材料を充填する。これによって、マッハツェンダー型光導波路の合波部から基板内部へと出射するＯＦＦモードの漏れ光を反射溝で反射させ、基板の上面から取り出し、基板表面側に実装された光学部品によって受光することができる。この方法によれば、光学部品と光導波路とが近いので、ＯＦＦモードの漏れ光の受光効率が高く、ＯＦＦモードの漏れ光を安定して受光し、動作点の制御に利用できる。
更に、溝が基板を貫通していない場合には、溝の底辺エッヂにおいて、温度環境変動等により応力集中が発生しやすくなる。これにより該応力集中部を起点としたクラック等が伸展し、特性を害する懸念がある。このため、予め溝を基板の厚さ方向にて貫通させておくことで、エッジ部を起点とするクラック発生の可能性を払拭できる。

第二の発明によれば、マッハツェンダー型光導波路の合波部より下流側に出射するＯＦＦモードの漏れ光または信号光を、ガイド光導波路によってガイドする。このガイド光導波路の端面を反射溝に連結し、ガイド光導波路を伝搬してきた光をそのまま反射溝によって反射し、基板側面へと取り出す。この方法では、ガイド光導波路を大きくカーブさせることなく、ＯＦＦモードの漏れ光あるいは信号光を高い効率で側面へと取り出すことができる。

第三の発明によれば、マッハツェンダー型光導波路の合波部より下流側に出射するＯＦＦモードの漏れ光または信号光を、ガイド光導波路によってガイドする。このガイド光導波路を伝搬してきた光を、そのまま溝内の反射板によって反射し、基板側面へと取り出す。この方法では、ガイド光導波路を大きくカーブさせることなく、ＯＦＦモードの漏れ光あるいは信号光を高い効率で側面へと取り出すことができる。

以下、適宜、例示図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
図１（ａ）は、第一の発明の一実施形態に係る光変調器２０の模式的正面図であり、図１（ｂ）は、光変調器２０の模式的平面図である。

光導波路基板１は、一対の主面１ａ、１ｃ、一対の側面１ｂ、光の入射面１ｄ、出射面１ｅを備えている。光導波路基板１の主面１ａ側には、マッハツェンダー型の三次元光導波路４と、変調用電極２、３とが形成されている。光導波路４は、入射部４ａ、一対の分岐部４ｂおよび出射部４ｃを備えている。５は分岐点であり、６は合波部である。光導波路５を伝搬する光の制御方法や変調用電極の構成は周知であるので、説明を省略する。

矢印Ａのように入射面１ｄから入射した光は、分岐点５で分岐し、一対の分岐部４ｂを伝搬する間に変調を受け、合波部６で合波する。そして、得られた信号光は、光導波路の出射部４ｃの端面から出射する。光導波路基板１の出射側端面１ｅに光ファイバアレイを取り付けることによって、信号光を光ファイバーによって伝送する。

一方、ＯＦＦモードの漏れ光Ｂは、合波部６付近から基板内部に射出する。本例では、基板１に反射溝７を形成しておくことによって、基板内部に放射した漏れ光Ｂを反射溝７で反射させ、上面１ａ側へと矢印Ｃのように射出させる。

基板主面１ａには受光素子８が実装されている。受光素子８は、受光した漏れ光Ｃを電気信号に変換し、自動バイアス制御回路１２へと伝送する。自動バイアス制御回路１２においては、漏れ光Ｃの情報から、適切な直流バイアス値を算出し、制御信号を矢印Ｄのようにバイアスティー回路１３へと伝送し、必要に応じて直流バイアス値を変更する。

本例によれば、基板１に反射溝７を形成し、反射溝７内は、空気もしくは基板屈折率よりも低屈折率の材料を充填する。これによって、マッハツェンダー型光導波路の合波部６から基板７内部へと出射するＯＦＦモードの漏れ光Ｂを反射溝７で反射させ、基板の上面から取り出し、基板表面側に実装された光学部品８によって受光することができる。この方法によれば、反射溝と受光素子との間隔が小さく、ＯＦＦモードの漏れ光の受光効率が高く、ＯＦＦモードの漏れ光を安定して受光し、動作点の制御に利用できる。

図２（ａ）は、本発明外の参考例に係る光変調器２１を模式的に示す平面図であり、図２（ｂ）は、光変調器２１の部分拡大図である。

光導波路基板１は、一対の主面１ａ、１ｃ、一対の側面１ｂ、光の入射面１ｄ、出射面１ｅを備えている。光導波路基板１の主面１ａ側には、マッハツェンダー型の三次元光導波路４と、変調用電極２、３とが形成されている。光導波路４は、入射部４ａ、一対の分岐部４ｂおよび出射部４ｃを備えている。５は分岐点であり、６は合波部である。

合波部６の近傍には、合波部６から出射するＯＦＦモードの漏れ光をガイドするためのガイド光導波路９の末端を形成する。ガイド光導波路９と合波部６との間では、ＯＦＦモードの漏れ光のガイド光導波路へのシフトが可能になるように設計する。この結果、ＯＦＦモードの光は、合波部６からガイド光導波路９へと伝搬し、ガイド光導波路９内を矢印Ｂのように伝搬する。そして、基板１に形成された反射溝１０の反射面１１によって反射され、矢印Ｃのように側面１ｂへと伝搬し、側面１ｂから射出する。

基板側面１ｂ側に受光素子８を配置する。受光素子８は、受光した漏れ光Ｃを電気信号に変換し、自動バイアス制御回路１２へと伝送する。自動バイアス制御回路１２においては、漏れ光Ｃの情報から、適切な直流バイアス値を算出し、制御信号を矢印Ｄのようにバイアスティー回路１３へと伝送し、必要に応じて直流バイアス値を変更する。

本例によれば、マッハツェンダー型光導波路４の合波部６からのＯＦＦモードの漏れ光Ｂを、ガイド光導波路９によってガイドする。このガイド光導波路９の端面を反射溝１０に連結し、ガイド光導波路を伝搬してきた光Ｂをそのまま反射溝１０によって反射し、基板側面１ｂへと取り出す。この方法では、ガイド光導波路９を大きくカーブさせることなく、ＯＦＦモードの漏れ光Ｂを高い効率で側面１ｂへと取り出すことができる。

図３は、本発明外の参考例に係る光変調器２２を模式的に示す平面図である。本例では、出射部４ｃからガイド光導波路１２が分岐しており、合波後の信号光は、出射部４ｃからガイド光導波路１２へと伝搬し、ガイド光導波路１２内を矢印Ｅのように伝搬する。そして、基板１に形成された反射溝１０によって反射され、矢印Ｃのように側面１ｂへと伝搬し、側面１ｂから射出する。基板側面１ｂ側に受光素子８を配置し、受光する。

図４（ａ）は、第一の発明および第二の発明に係る光変調器３０を模式的に示す正面図であり、図４（ｂ）は、光変調器３０の平面図である。

本例の光変調器３０は、図１の光変調器２０と同様のものであるが、ただし合波部６から反射溝７へと向かって延びるガイド光導波路２９を備えている。合波部６から射出したＯＦＦモードの漏れ光は、ガイド光導波路２９内を矢印Ｂのようにガイドされて伝搬し、反射溝７によって反射される。そして、基板１の主面１ａに実装された受光素子８に向かって矢印Ｃのように入射し、受光される。

第一の発明、第二の発明、第三の発明において、補強基板、および光導波路基板を他方の主面側で補強基板と接着する接着層を設ける。例えば、図５に示す例では、補強基板１４上に接着層１３を介して光導波路基板１の他方の主面１ｃを支持している。

こうした実施形態においては、光導波路基板1を薄くし、スラブ導波路として機能させ、特にＯＦＦモードの漏れ光を効率的に伝搬することが可能となる。この場合の基板厚さは、波長や周囲材料の誘電率に依存するが、０．５μｍ以上とすることが好ましく、また３０μｍ以下とすることが好ましい。この基板厚さが０．５μｍ未満であると、いわゆるカットオフ状態となり易い。また、基板厚さが３０μｍを超えると、多モード伝搬が顕著となり易く、低損失での伝搬が困難となり易い。

第一の発明、第二の発明において、反射溝は、光導波路基板を貫通している。また、第三の発明において、反射板を設置する溝は、光導波路基板を貫通している。例えば、図６の例では、反射溝７は基板１を貫通しており、反射溝７Ａは基板１を貫通していない。反射溝７Ａが基板１を貫通していない場合には、溝７Ａの底辺エッヂ１５において、温度環境変動等により応力集中が発生しやすくなる。これにより該応力集中部を起点としたクラック等が伸展し、特性を害する懸念がある。このため、反射溝７のように、予め反射溝を基板の厚さ方向にて貫通させておくことで、エッジ部１５を起点とするクラック発生の可能性を払拭できる。

溝形成の方法は限定されないが、機械加工である研削加工によって実施してよい。例えばチップ貼り合わせにより一括研削加工を行うことで、溝形成工数の削減を図ることが可能となる。また、ウエットエッチング、ドライエッチング、イオンミリング、レーザーアブレーション加工によって反射溝を形成できる。

反射溝または反射板設置用の溝の中は空気であってよく、また真空であってよい。あるいは、反射溝の壁面には、光吸収性材料または光反射性材料からなる膜を形成することができる。こうした膜の形成方法は特に限定されず、化学的気相成長、スパッタリング、真空蒸着を例示できる。

また、反射溝中には、低誘電率材料を充填することができる。低誘電率材料としては、ポリイミドなど有機樹脂材料や、無機ガラスを例示できる。

第一の発明、第二の発明、第三の発明において、光検知器においては、光強度を測定することが好ましいが、光の位相や波長を測定することもできる。また、光検知器の種類は限定されないが、例えば、１０Ｇｂ／ｓの電気信号で光の変調を行う場合には、検出するのに充分なバンド幅を持つ応答速度の速いＩｎＧａＡｓ系の光検知器等が用いられる。

第一の発明、第二の発明、第三の発明において、合波部の形態は限定されない。各分岐部は、合波部において交わっていてもよいが、空間的に離れていても良い。ただし、合波部において、各分岐部を伝搬してきた光エネルギーが合流可能なことが必要である。

また、分岐部は、一対は必要であるが、複数対存在していてもよい。いわゆるカスケード型の光導波路であってよい。

チャンネル光導波路、ガイド光導波路は、プロトン交換法、チタン内拡散法、金属イオン拡散法によって形成でき、あるいは、基板の表面を機械加工やレーザーアブレーション加工によって除去することで、リッジ型の三次元光導波路を形成することができる。

好適な実施形態においては、チャンネル光導波路、ガイド導波路が、基板から突出するリッジ型光導波路である。こうした光導波路は、上述の方法で形成できる。あるいは、スラブ型光導波路の表面に、高屈折率膜を、例えば化学的気相成長法、物理的気相成長法、有機金属化学的気相成長法、スパッタリング法、液相エピタキシャル法によって形成し、この高屈折率膜を機械加工やレーザーアブレーション加工することによって、リッジ型の三次元光導波路を形成できる。

光変調器の基板を構成する材料は、強誘電性単結晶が好ましく、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウム、タンタル酸カリウムリチウム、ニオブ酸カリウムリチウム−タンタル酸カリウムリチウム固溶体、ＫＴＰを例示できる。

補強基板を構成する材料としては、前述のような強誘電性単結晶、ガラス、樹脂を好適に使用できる。補強基板と光導波路基板との接着剤としては、ガラスや樹脂が好ましい。

前述のガラスとしては、低誘電率で接着温度（作業温度）が約６００℃以下のものが好ましい。また、加工の際に十分な接着強度が得られるものが好ましい。具体的には、酸化珪素、酸化鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素等の組成を複数組み合わせた、いわゆるはんだガラスが好ましい。前述の樹脂としては、室温硬化、加熱硬化、紫外線硬化型樹脂が好ましく、低誘電率の樹脂が好ましい。実際には、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系の樹脂が特に好ましい。

図７は、ＯＦＦモードの漏れ光をガイドするガイド光導波路９と合波部６の接続部分を拡大して示す模式図である。出射部４ｃとガイド光導波路９との間にはギャップ３５が形成されている。

図７のようなガイド光導波路を形成した場合には、合波部６からのギャップＧ、ガイド光導波路の幅Ｗ、ガイド光導波路の曲率半径Ｒが、設計パラメータとなる。

合波部の下流で信号光を分岐させるためのガイド導波路の例を図８に示す。図８に示すように、分岐したガイド光導波路１２の設計パラメータは、射出部４ｃの中心軸からのガイド光導波路９の傾斜角度θ、およびガイド光導波路の線幅Ｗである。

また、出射部から分岐したガイド導波路の例として、漏れ光導波路にて用いた曲げ導波路を、漏れ光導波路での設計より近づけることで、主導波路からの浸み出し光を伝播させて分岐導波路としても良い。図９に本設計の概念図を示す。基本的に漏れ光導波路のRを用いた導波路と同様であるが、ギャップ２４の寸法Ｇを小さくしていることが特徴である。通常の方向性結合器においては、主導波路と平行の導波路を配置することで、所定の特性を得る。一方本曲げ導波路を用いた設計の場合、R部によって所望の特性を得ることとなる。特徴としては、結合当初から、Rが開始されるため、最終的に主導波路に対して遠い位置に分岐導波路を持っていくことが可能になる。

なお、図１０に示す例では、ガイド光導波路９の末端が反射溝１０に連結しており、ガイド光導波路９を伝搬してきた光Ｂは反射溝１０によって反射される。ここで、第二のガイド光導波路３７を形成し、反射溝１０で反射された光をガイド光導波路３７で側面１ｂへと伝搬させ、側面１ｂへと取り出すことができる。これによって取り出し効率を一層改善できる。

第一の発明、第二の発明、第三の発明において、溝加工部の基板表面にチッピングによるカケがあると光が散乱されてしまい、受光効率が低下することがわかった。この関係を図１１に示す。この観点から、チッピングによるカケは１０μｍ以下が好ましく、さらには、６μｍ以下にすることが好ましぐ、５μｍ以下とすることが特に好ましい。特に、第二の発明、第三の発明においては、ガイド光導波路端部のチッピングによるカケをこの範囲とすることが特に好ましい。

第三の発明においては、光の反射機構について、反射溝でなく、溝（スリット）に設置した反射板を使用する。

図１２（ａ）は、第三の発明に係る光変調器の要部を示す正面図であり、図１２（ｂ）は、溝および反射板の拡大図である。

図１２の例では、反射板による反射光を、図４に示す基板１の主面１ａに実装された受光素子８に受光させる場合である。溝２５は基板１を貫通し、接着層１３内の一部分まで貫通するように設けられている。溝２５の幅は一定であり、かつ溝２５の壁面は、上面１ａに対して傾斜角度θをなしている。溝２５内には反射板２７が設置されており、接着剤２６によって溝内に固定されている。ガイド光導波路からの光Ｂは、反射面２７ａで反射され、矢印Ｃのように上方へと伝搬し、受光素子に入る。

スリットの角度（光導波路基板１の主面１ａに対しての溝の傾斜角度）θは特に制限されず、反射板の位置および形状によって、どのような方向にも反射することができる。

ただし、上記の溝加工時のチッピングによるカケを減少させるためには、溝の傾斜角度θを出来る限り大きくすることが好ましい。この観点からは、θを４０°以上とすることが好ましく、４５°以上とすることが更に好ましい。

一方、傾斜角度θを大きくしすぎると、反射光の光導波路基板からの出射角度が水平面近くになることから、受光素子８の実装が困難になる。このことから傾斜角度の上限値は８６°以下とすることが好ましい。

また、図１３に示すような例では、光導波路基板内において主面に対して垂直な溝を形成する。本構造では、反射板２７を固定するために溝２５Ａが形成されている。溝２５Ａは、光導波路基板１を貫通する溝２５ａと、接着層１３内に形成された溝２５ｂとを備えている。溝２５ａは、上面１ａに対して垂直である。接着層１３内に形成された溝２５ｂは、上面１ａに対して角度φ傾斜している。反射板２７は、溝２５ａおよび溝２５ｂ内も挿入されており、固定されている。

ガイド光導波路からの出射光は、反射板２７の反射面２７ａで反射され、基板１の主面１ａに実装された受光素子８に受光される。また、図１３のように導波路基板部は垂直にスリット加工されており（２５ａ）、スリット加工によるチッピングの影響を受けず高効率で受光素子に光を供給することができる。

反射板は、ガイド光導波路からの出射光を全反射できるものであることが好ましい。反射板の材質は、熱膨張を合わせるという観点では、光導波路基板について前述したような材料であってもよい。具体的には、強誘電性単結晶が好ましく、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウム、タンタル酸カリウムリチウム、ニオブ酸カリウムリチウム−タンタル酸カリウムリチウム固溶体、ＫＴＰを例示できる。

また、反射板の少なくとも反射面側には、反射率の高い材質をコーティングすることができる。このようなコーティング材としては、金、アルミニウムなどの金属膜や誘電体多層膜を例示できる。

溝で反射板を固定するための接着剤としては、光導波路基板よりも低屈折率であれば特に限定されず、前述したガラスや樹脂を例示できる。

（実験Ａ）
以下、図４に示す光変調器を作製し、実験した。
具体的には、光導波路基板１をニオブ酸リチウム単結晶から形成した。基板は3インチ基板を用いた。
先ず厚さ１ｍｍの３インチニオブ酸リチウム基板にチタン拡散導波路４を形成した。Ti線幅は3.6umとし、途中Y型分岐をさせるいわゆるMZ（マッハツェンダー）型導波路とした。さらにMZ導波路合波部６から10um程度ギャップを設け、漏れ光をガイドするガイド光導波路２９を形成した。このチタン導波路パターンを１０３１℃にて熱拡散させ、光導波路とした。次に、電極２、３をめっき加工により形成した。電極ギャップは１５μｍとし、電極厚さは１５μｍとした。

次に、ニオブ酸リチウム単結晶基板の薄板加工を実施した。先ずニオブ酸リチウム基板１の主面１ａにワックスを塗布し、ダミー用ニオブ酸リチウム基板（厚さ１ｍｍ）に貼り付けた。この状態にて、パターン付きニオブ酸リチウム基板１の裏面１ｃを研磨加工にて削り込み、厚さ７μｍまで薄板加工を実施した。さらにこの加工後のパターン付きニオブ酸リチウム基板１の裏面に厚さ約50umのシート樹脂を介して補強用ニオブ酸リチウム基板１４（図５参照）を貼り付け、最後に当初のダミー基板を取り外した。最後にチップ切断及び端面研磨加工を実施し、チップとした。

このチップ上に形成されている漏れ光ガイド導波路２９の終端付近にスリット形状の反射溝７を施した。反射溝７は、幅50umの砥石にて研削加工にて形成した。溝９の方向は、基板１の主面１ａに対して傾斜を付与し、その傾斜角度は45°とした。これによりチップ上面に、漏れ光ガイド導波路２９を伝播してきたＯＦＦモードの漏れ光を取り出し、受光器（Photo
Detector）にて受光し、電流として出力させた。結果として、MZ導波路への光入力に対するＯＦＦモードの漏れ光の受光効率は10mA/Wとなり、現実使用し得るレベルとなった。

（実験Ｂ）
以下、図１２および図４に示す光変調器を作製し、実験した。
具体的には、光導波路基板１をニオブ酸リチウム単結晶から形成した。基板は3インチ基板を用いた。
先ず厚さ１ｍｍの３インチニオブ酸リチウム基板にチタン拡散導波路４を形成した。Ti線幅は3.6umとし、途中Y型分岐をさせるいわゆるMZ（マッハツェンダー）型導波路とした。さらにMZ導波路合波部６から10um程度ギャップを設け、漏れ光をガイドするガイド光導波路２９を形成した。このチタン導波路パターンを１０３１℃にて熱拡散させ、光導波路とした。次に、電極２、３をめっき加工により形成した。電極ギャップは１５μｍとし、電極厚さは１５μｍとした。

このチップ上に形成されている漏れ光ガイド導波路２９の終端付近にスリット形状の溝２５を施した。溝２５は、幅50umの砥石にて研削加工にて形成した。溝２５の傾斜角度θは45°とした。溝２５内に樹脂接着剤によって反射板２７を設置した。反射板２７は石英にTi/Pt/Auを蒸着し、これを45um幅に加工を行ったものを用いて前記スリットに挿入した。これによりチップ上面に、漏れ光ガイド導波路２９を伝播してきたＯＦＦモードの漏れ光を取り出し、受光器（Photo
Detector）にて受光し、電流として出力させた。結果として、MZ導波路への光入力に対するＯＦＦモードの漏れ光の受光効率は10mA/Wとなり、現実使用し得るレベルとなった。

（ａ）は、第一の発明に係る光変調器２０を模式的に示す正面図であり、（ｂ）は、光変調器２０を模式的に示す正面図である。（ａ）は、第二の発明に係る光変調器２１を模式的に示す正面図であり、（ｂ）は、光変調器２１の部分拡大図である。参考例に係る光変調器２２を模式的に示す平面図である。（ａ）は、参考例に係る光変調器３０を模式的に示す正面図であり、（ｂ）は、光変調器３０を模式的に示す正面図である。図１の基板１を接着層１３を介して補強基板１４へと接着した状態を模式的に示す図である。反射溝７、７Ａの断面形状を示す図である。ＯＦＦモードの漏れ光用のガイド光導波路９と光導波路４との位置関係を示す平面図である。分岐型のガイド光導波路１２とチャンネル光導波路との位置関係を示す平面図である。曲折したガイド光導波路２３とチャンネル光導波路４との位置関係を示す平面図である。反射溝１０から側面１ｂへと至る第二のガイド光導波路を形成した状態を示す平面図である。溝のカケと受光感度との関係を示すグラフである。（ａ）は、第三の発明に係る光変調器の構成を示す模式的正面図であり、（ｂ）は、（ａ）の光変調器の溝および反射板を示す断面図である。他の実施形態に係る溝および反射板の形態を示す断面図である。

符号の説明

１光導波路基板１ａ、１ｃ主面１ｂ側面１ｄ入射面１ｅ出射面２接地電極３信号電極４チャンネル光導波路４ａ入射部４ｂ分岐部４ｃ出射部５分岐点６合波部７、７Ａ、１０反射溝８光学素子１２自動バイアス制御回路１３バイアスティー回路２０、２１、２２、３０光変調器２５、２５Ａ溝２７反射板２７ａ反射面Ａ入射光ＢＯＦＦモードの漏れ光Ｃ反射された漏れ光

Claims

強誘電性材料からなり、第一の主面、第二の主面、一対の側面、光の入射面および出射面を備える光導波路基板、
前記第一の主面に形成されたチャンネル光導波路であって、少なくとも一対の分岐部、前記分岐部の合波部およびこの合波部の下流側の出射部を含んでいるチャンネル光導波路、
前記分岐部を伝搬する光を変調する信号電圧を印加するための変調用電極であって、前記光導波路基板の前記第一の主面に形成された変調用電極、
補強基板、
前記光導波路基板の前記第二の主面を前記補強基板に接着する接着層、
前記光導波路基板の前記第一の主面に設けられた受光器、および
前記合波部からのＯＦＦモードの漏れ光を反射し、前記第一の主面から出射させるための反射溝を備えており、前記反射溝が前記光導波路基板を前記第一の主面と前記第二の主面との間で貫通し、かつ前記接着層内まで延びており、前記ＯＦＦモードの漏れ光の光出力に基づいて、前記変調用電極に加わる直流バイアスを変化させることによって、前記光変調器の動作点を制御することを特徴とする、光変調器。
前記光導波路基板の厚さが０．５μｍ以上、３０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載の光変調器。
強誘電性材料からなり、第一の主面、第二の主面、一対の側面、光の入射面および出射面を備える光導波路基板、
前記第一の主面に形成されたチャンネル光導波路であって、少なくとも一対の分岐部、前記分岐部の合波部およびこの合波部の下流側の出射部を含んでいるチャンネル光導波路、
前記分岐部を伝搬する光を変調する信号電圧を印加するための変調用電極であって、前記光導波路基板の前記第一の主面に形成された変調用電極、
前記合波部からの信号光またはＯＦＦモードの漏れ光を伝搬するガイド光導波路、
補強基板、
前記光導波路基板の前記第二の主面を前記補強基板に接着する接着層、
前記光導波路基板の前記第一の主面に設けられた受光器、および
前記ガイド光導波路の出射端に接するように形成されており、前記信号光または前記ＯＦＦモードの漏れ光を前記第一の主面から前記光導波路基板外に出射させる反射溝を備えており、前記反射溝が前記光導波路基板を前記第一の主面と前記第二の主面との間で貫通し、かつ前記接着層内まで延びており、前記ＯＦＦモードの漏れ光の光出力に基づいて、前記変調用電極に加わる直流バイアスを変化させることによって、前記光変調器の動作点を制御することを特徴とする、光変調器。
前記光導波路基板の厚さが０．５μｍ以上、３０μｍ以下であることを特徴とする、請求項３記載の光変調器。
強誘電性材料からなり、第一の主面、第二の主面、一対の側面、光の入射面および出射面を備える光導波路基板、
前記第一の主面側に形成されたチャンネル光導波路であって、少なくとも一対の分岐部、前記分岐部の合波部およびこの合波部の下流側の出射部を含んでいるチャンネル光導波路、
前記分岐部を伝搬する光を変調する信号電圧を印加するための変調用電極であって、前記光導波路基板の前記第一の主面に形成された変調用電極、
前記合波部からの信号光またはＯＦＦモードの漏れ光を伝搬するガイド光導波路、
補強基板、
前記光導波路基板の前記第二の主面を前記補強基板に接着する接着層、
前記光導波路基板の前記第一の主面に設けられた受光器、
前記ガイド光導波路の出射端に接するように形成されている溝であって、前記光導波路基板を前記第一の主面と前記第二の主面との間で貫通し、かつ前記接着層内まで延びている溝、および
前記溝に設けられており、前記信号光または前記ＯＦＦモードの漏れ光を前記第一の主面から前記光導波路基板外に出射させる反射板を備えており、前記ＯＦＦモードの漏れ光の光出力に基づいて、前記変調用電極に加わる直流バイアスを変化させることによって、前記光変調器の動作点を制御することを特徴とする、光変調器。
前記溝が、前記光導波路基板内において前記主面に対して垂直であることを特徴とする、請求項５記載の光変調器。
前記光導波路基板の厚さが０．５μｍ以上、３０μｍ以下であることを特徴とする、請求項５または６記載の光変調器。