JP5369883B2 - 光制御素子 - Google Patents

Description

本発明は光制御素子に関し、特に、光変調器や光スイッチなどの電気光学効果を有する基板と、該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制御するための制御電極とを有する光制御素子に関する。

光通信分野や光計測分野においては、光変調器や光スイッチなどのように、電気光学効果を有する基板に光導波路や、該光導波路を伝搬する光波を制御する制御電極を設けた光制御素子が多用されている。

また、光制御素子の動作状態を検出するため、例えば、特許文献１に示すように、光変調器から放出される放射モード光を基板に設けた溝で反射させて光検知器でモニタする方法や、特許文献２又は３に示すように、放射モード光などの高次モード光をモニタ用光導波路を用いて基板外に導出する方法などが提案されている。

光制御素子では、信号光である基本モード光と、光変調器の放射モード光や光スイッチのＯＦＦ光などの高次モード光とを適正に分離する必要があり、また、分離された高次モード光が、基本モード光が伝搬する光導波路に再入射したり、上述のように光制御素子の動作状態をモニタするモニタ手段に必要以上の高次モード光が迷光として入射しないよう構成することなどが不可欠である。

このため、放射モード光などの高次モード光が伝搬する領域に、遮蔽手段を設けることが行われている。しかしながら、遮蔽手段として、基板に溝などの凹部を形成し、該凹部に光吸収物質を埋め込む方法は、製造工程が複雑化し、厚みが薄い基板では、基板の機械的強度が低下する原因ともなる。また、基板中に高屈折率領域を形成したり、基板表面に光吸収物質膜を形成するなどの方法も開示されているが、基板表面には、光導波路や制御電極など多くの構成を組み込む必要があり、予め不要な高次モード光を除くため、これらの遮蔽手段の設置領域を十分に確保することは、光制御素子の設計の自由度を制限し、また、光制御素子の小型化などの阻害要因ともなる。

特開平４−２４６１０号公報 特開２００６−３０１６１２号公報 特開２００８−４６５８９号公報

本発明は、上述した問題を解消し、光制御素子の製造工程を複雑化させず、不要な高次モード光を効率良く除去することが可能な光制御素子を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電気光学効果を有する基板と、該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制御するための制御電極とを有する光制御素子において、該光導波路は、基本モード光を導出する出力用導波路部と該出力用導波路部に接続され高次モード光を導出する副導波路部とを有し、該出力用導波路部は、マッハツェンダー型干渉計を構成する光導波路の出力用導波路、又は光スイッチの出力用導波路のいずれかであり、該副導波路部に接触して形成され、該副導波路部を伝搬する高次モード光を除去するための除去手段が設けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光制御素子において、該副導波路部の入射側の導波路幅は、該出力用導波路部の幅より狭く、該除去手段と接触している領域では、該副導波路部の幅は、該出力用導波路部の幅より広い部分を有することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の光制御素子において、該除去手段は、該光導波路より屈折率の高い高屈折率膜又は金属膜であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の光制御素子において、該金属膜は、該制御電極の一部であることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、電気光学効果を有する基板と、該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制御するための制御電極とを有する光制御素子において、該光導波路は、基本モード光を導出する出力用導波路部と該出力用導波路部に接続され高次モード光を導出する副導波路部とを有し、該出力用導波路部は、マッハツェンダー型干渉計を構成する光導波路の出力用導波路、又は光スイッチの出力用導波路のいずれかであり、該副導波路部に接触して形成され、該副導波路部を伝搬する高次モード光を除去するための除去手段が設けられているため、高次モード光のみを選択的に除去することが可能となる。しかも、除去手段は、高次モード光が導出される副導波路上に設けるだけで良く、除去手段が光制御素子の基板上に占める領域も極めて限定的となる。また、副導波路部は、出力用導波路部を含む通常の光導波路の形成時に、同時に形成することが可能であるため、製造工程が複雑化することも無い。

さらに、出力用導波路は、マッハツェンダー型干渉計を構成する光導波路の出力用導波路、又は光スイッチの出力用導波路のいずれかであるため、高次モード光が発生し易い光変調器や光スイッチに対しても、本発明を用いることで、効率良く、不要な高次モード光を除去することが可能となる。

請求項２に係る発明により、副導波路部の入射側の導波路幅は、出力用導波路部の幅より狭く、除去手段と接触している領域では、該副導波路部の幅は、該出力用導波路部の幅より広い部分を有するため、高次モード光を選択的に副導波路部に導入することができ、除去手段が配置された領域ではマルチモードで伝搬させ、除去手段による除去効果をより一層高めることが可能となる。

請求項３に係る発明により、除去手段は、光導波路より屈折率の高い高屈折率膜又は金属膜であるため、高屈折率膜の場合には、光制御素子の外部に高次モード光を効率良く導出することができ、金属膜の場合には、高次モード光を効率良く吸収することができるため、除去効率を高めることが可能である。しかも、従来例のように、溝などの凹部を形成しないため、薄い基板を用いた光制御素子に対しても機械的強度の低下を来すことが無い。

請求項４に係る発明により、金属膜は、制御電極の一部であるため、制御電極を形成する際に、同時に除去手段を形成することが可能となり、製造工程の煩雑化を避けることができる。特に、制御電極を構成する接地電極の一部を除去手段として利用することで、除去手段の設置場所を比較的自由に選択することも可能となる。

本発明の光制御素子に係る第１の実施例を示す平面図である。 図１の矢印Ａ−Ａ’における断面図である。 本発明の光制御素子における出力用導波路部と副導波路部との関係を説明する図である。 本発明の光制御素子に係る第２の実施例を示す平面図である。 本発明の光制御素子に係る第３の実施例を示す平面図である。 本発明の光制御素子に係る第４の実施例を示す平面図である。 本発明の光制御素子に係る第５の実施例を示す平面図である。

本発明の光制御素子について、以下に詳細に説明する。
本発明の光制御素子は、図１の第１の実施例で示すように、電気光学効果を有する基板１と、該基板に形成された光導波路（２〜５）と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極（不図示）とを有する光制御素子において、該光導波路は、基本モード光を導出する出力用導波路部４と該出力用導波路部４に接続され高次モード光を導出する副導波路部５と有し、該副導波路部５に接触して形成され、該副導波路部５を伝搬する高次モード光を除去するための除去手段６が設けられていることを特徴とする。

本発明の光制御素子によれば、副導波路部５により、高次モード光のみを選択的に除去することが可能となる。図２に図１の矢印Ａ−Ａ’における断面図を示す。図２に示すように、除去手段６は、高次モード光が導出される副導波路５上に設けるだけで良く、除去手段が光制御素子の基板上に占める領域も極めて限定的で良く、従来のように基板の多くの箇所に遮光手段を設ける必要もない。

電気光学効果を有する基板１としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料などが利用することが可能である。光導波路（２〜５）を形成するには、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に光導波路を形成する方法や、導波路に対応したリッジ形状により光導波路を形成する方法などがある。制御電極（不図示）は、信号電極や接地電極から構成され、基板表面に、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンを形成し、金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ_２等のバッファ層を設けることも可能であるが、除去手段６に接触する光導波路５の表面には、バッファ層などの低屈折率層を設けると光除去効果が低減するため、当該領域にはこれらの膜体を形成しない方が好ましい。

出力用導波路部４及び副導波路部５は共に光導波路の一部であるため、上述したように光制御素子を構成する光導波路と同様に、Ｔｉなどの熱拡散法等により形成できる。しかも、通常の光導波路の形成時に同時に形成することが可能であるため、製造工程が複雑化することも無い。図１の第１の実施例では、光導波路２は、マッハツェンダー型干渉計を構成し、本発明に係る副導波路部５は、出力用導波路部４を構成する該マッハツェンダー型干渉計の出力用導波路に接続して配置されている。

出力用導波路部４には、当該干渉計の合波部３から出射されるＯＮモード光となる基本モード光が伝搬し、副導波路部５には、該合波部３から出射されるＯＦＦモード光となる放射モード光などの高次モード光が伝搬される。

図３は、図１の出力用導波路部４及び副導波路部５との関係を示す一例であり、各導波路部の接続状況及び各導波路の幅を例示している。本発明における出力用導波路部４は、基本モード光を導出する際に利用され、該出力用導波路部４の幅Ｗ１を基準として、副導波路部５は、出力用導波路部４に接続される部分の幅Ｗ２が、条件「Ｗ２＜Ｗ１」であり、除去手段６に接触する部分の幅Ｗ３は、条件「Ｗ３＞Ｗ１」を満足するよう設定されている。

幅Ｗ２に関する条件設定により、高次モード光のみを選択的に副導波路部へと導入することができる。また、幅Ｗ３に関する条件設定により、除去手段が配置された領域ではマルチモードで伝搬させ、除去手段による除去効果をより一層高めることが可能となる。つまり、光導波路の幅が広くなるにしたがい、伝搬するモード光の重心がより表面側になり、モード光が表面側に偏在することとなる。このため、除去手段６で副導波路部５を伝搬する光波を除去し易くなる。

除去手段６としては、光導波路５より屈折率の高い高屈折率膜又は金属膜が選択可能である。高屈折率膜を利用する場合には、光制御素子の外部に高次モード光を効率良く導出することができる。また、金属膜の場合には、高次モード光を効率良く吸収することができるため、除去効率を高めることが可能である。しかも、従来の遮蔽手段などのように、溝などの凹部を形成しないため、薄い基板を用いた光制御素子に対しても機械的強度の低下を来すことが無い。

しかも、除去手段６を金属膜で形成する場合には、光制御素子を構成する制御電極（不図示）の一部、例えば、制御電極を構成する接地電極の一部を除去手段として利用することで、制御電極を形成する際に、同時に除去手段６を形成することが可能となり、製造工程の煩雑化を避けることができる。しかも、接地電極は基板表面の比較的広い領域に設置されているため、除去手段６の設置位置の自由度を高めることも可能となる。

図４乃至７には、本発明の光制御素子に関する他の実施例について説明する。
図４は、図１の副導波路部５の一方は、光制御素子から放射光（モニタ光）１０として導出させ、光検出器などでモニタし、光制御素子の駆動制御に利用することが可能である。また、モニタ光を導出しない副導波路部５には、除去手段６を設置している。

図５では、副導波路部５を伝搬する光波をモニタするため、副導波路部５を伝搬する光波の一部を検出する光検出器２０を基板１上に形成している。そして、光検出器２０に導出されなかった残光を、除去手段６により除去するよう構成されている。

図６では、光導波路の出射側に光カプラ７を配置するものであり、信号光３０は、出力用導波路部８を経て素子外に導出される。信号光以外の高次モード光は、副導波路部９を経て除去手段６に案内されるよう構成されている。

図７では、光導波路４０を複数の分岐部から構成したものであり、光分岐部には、適宜、光スイッチなどが形成できる。図７では、光分岐部又は光スイッチにより導出される光波、特に、利用しない光波を案内するための導波路部４１を設け、除去手段６を用いて除去している。図７では、除去部が１ポートのみだが、複数部に設けることができる。

上述した図４乃至７に係る各種実施例（第２乃至第５の実施例）においても、第１の実施例に示した出力用導波路部や副導波路部の構成や、除去手段の構成などが同様に適用できることは言うまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、光制御素子の製造工程を複雑化させず、不要な光を効率良く除去することが可能な光制御素子を提供することが可能となる。

１ 基板
２ マッハツェンダー型干渉計に係る光導波路
３ 合波部
４ 出力用導波路部
５ 副導波路部
６ 除去手段

Claims (4)

1. 電気光学効果を有する基板と、該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制御するための制御電極とを有する光制御素子において、
   該光導波路は、基本モード光を導出する出力用導波路部と該出力用導波路部に接続され高次モード光を導出する副導波路部とを有し、
   該出力用導波路部は、マッハツェンダー型干渉計を構成する光導波路の出力用導波路、又は光スイッチの出力用導波路のいずれかであり、
   該副導波路部に接触して形成され、該副導波路部を伝搬する高次モード光を除去するための除去手段が設けられていることを特徴とする光制御素子。
2. 請求項１に記載の光制御素子において、該副導波路部の入射側の導波路幅は、該出力用導波路部の幅より狭く、該除去手段と接触している領域では、該副導波路部の幅は、該出力用導波路部の幅より広い部分を有することを特徴とする光制御素子。
3. 請求項１又は２に記載の光制御素子において、該除去手段は、該光導波路より屈折率の高い高屈折率膜又は金属膜であることを特徴とする光制御素子。
4. 請求項３に記載の光制御素子において、該金属膜は、該制御電極の一部であることを特徴とする光制御素子。

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