光波导元件 |
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| 申请号 | CN201380041588.9 | 申请日 | 2013-08-08 | 公开(公告)号 | CN104520758A | 公开(公告)日 | 2015-04-15 |
| 申请人 | 住友大阪水泥股份有限公司; | 发明人 | 近藤胜利; | ||||
| 摘要 | 本 发明 目的在于提供即使在光 波导 的Y分支部中的分支 角 度大的情况下光学特性的劣化也少的光波导元件。光波导元件在 基板 上形成有光波导，其特征在于，该光波导具有分支角度为1/35rad以上且将光分成两个分支的第一分支部，在从该第一分支部分支的2个分支波导分别连接配置有第二分支部(未图示)和第三分支部(未图示)，所述光波导元件具备配置在该第一分支部分支成的2个分支波导之间并对从该第一分支部的分岔部分向该光波导外放射的放射光进行引导的放射光引导波导，在该放射光引导波导的终端部配置有吸收被引导的放射光或将被引导的放射光向基板外放出的光终端部( 电极 )。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种光波导元件，在基板上形成有光波导，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 光波导元件技术领域背景技术[0002] 在光通信或光信息处理中，利用了在铌酸锂(LN)等的具有电光学效果的基板上形成有光波导的光波导元件。 [0003] 作为光波导元件的一例的LN调制器将波导形状设为马赫-曾德尔(MZ)结构。MZ结构的调制器通过向沿着MZ结构的分支光波导配置的控制电极施加的施加电压，来控制光的On/Off(通/断)。具体而言，通过基于MZ结构波导的输出波导为单模波导的情况、因施加电压而光的传播速度发生变化的情况的基本模式·激励模式控制，能够实现光的On/Off。 [0004] LN调制器的特性包括Vπ、光频带。Vπ是使光从On成为Off时所需的施加电压，光频带是能够进行On/Off动作的频率。Vπ越小且光频带越大，作为LN调制器的特性越良好。 [0005] 通常，在向电容器并联电路施加电压时，向介电常数大的电容器侧施加大的电场。如专利文献1那样，当将LN调制器的基板厚度减薄为光分布程度时，微波电场与光波导有效地重合，因此能够以低Vπ进行驱动。 [0006] 然而，在减薄基板的情况下，与厚基板的光调制器相比，光学特性容易劣化(不稳定)。其原因之一包括在光波导以外的基板内传播的漏光。因此，如专利文献2所示，薄板化的LN调制器必须采取漏光对策。 [0007] 近年来，如4值的相位调制(Phase Shift Keying，PSK)方式的光调制器(4值PSK调制器)等那样调制相位的方式成为主流。为了对相位进行操作而需要配置多个MZ结构的光波导。例如，在4值PSK调制器的情况下需要3个MZ结构，在偏振复用4值PSK调制器的情况下需要6个MZ结构。 [0008] 具体而言，如图1所示，在4值PSK调制器中，需要将输入光分成4个分支。在图1中，利用了在一个大的MZ结构(主MZ)的分支波导配置有2个小的MZ结构(副MZ)的嵌套型波导。分离的各波导在作用部被施加相位调制。调制用电极对于各MZ结构，适用共面结构。 [0009] 与图1的副MZ间的最接近的距离对应的、4值PSK调制器的MZ间GND(接地)电极宽度在考虑各MZ结构的电信号的串扰及GND功能时至少需要200μm以上。因此，光4分支部的入射Y分支的分离间隔(Y分支间隔)成为200μm以上。 [0010] 在非专利文献1中，尽管是使用了能够比LN调制器小型化的InP的4值PSK调制器，但是考虑电信号的串扰及GND功能而将Y分支间隔确保为350μm。 [0011] 另外，Y分支的分支角度大的广角Y分支在光电路的集成化中也进行了研究。在非专利文献2或专利文献3中，以实现Y分支部中的损失减少为目的，完全没有考虑从Y分支部泄漏的光的影响。 [0012] 另一方面，从光波导泄漏的光的处理方法在专利文献4或5中被公开，尤其是公开了关于来自光波导的弯曲部或Y字状的合波部的漏光的技术。另外，从S字部发生漏光的光波导由于存在波长依赖性，因此通常无法作为通信领域中的光设备使用。 [0013] 如上所述，在4值PSK调制器等光波导元件中，光4分支部的入射Y分支的分离间隔变宽，相对于此，由于光波导元件的大小的制约而Y分支的长度受到限制，因此Y分支角度与通常相比变大。其结果是，光从Y分支部泄漏，成为使光调制器等的光学特性劣化的原因。此外，在减薄基板的薄板化结构的情况下，如上所述光学特性劣化变得显著。 [0014] 现有技术文献 [0015] 专利文献 [0016] 专利文献1：日本特开2003-215519号公报 [0017] 专利文献2：日本专利第4658658号公报 [0018] 专利文献3：日本特开2000-131544号公报 [0019] 专利文献4：日本特开2004-46021号公报 [0020] 专利文献5：日本专利第3184426号公报 [0021] 非专利文献 [0022] 非 专 利 文 献1：Kelvin Prosyk et al.，"Tunable InP-based Optical IQ Modulator for 160Gb/s"，ECOC PostdeadlinePapers，Th.13.A.5(2011)[0023] 非专利文献2：薮哲郎等，“低损失广角Y分支光波导”，电子信息通信学会论文集C，Vol.J87-C，No.8，pp609-615，2004年8月 [0024] 非专利文献3：皆方诚，“LINbO3光波导器件”，电子信息通信学会论文集C-I，Vol.J77-C-I，No.5，pp194-205，1994年5月 [0025] 非专利文献4：Jungo Kondo et al.，“High-Speedand Low-Driving-Voltage Thin-Sheet X-Cut LiNbO3 Modulator WithLaminated Low-Dielectric-Constant Adhesive”，IEEE Photonics TechnologyLetters，Vol.17，No.10，pp2077-2079，October2005 发明内容[0026] 本发明要解决的课题在于，解决上述那样的问题，提供即使在光波导的Y分支部中的分支角度大的情况下光学特性的劣化也少的光波导元件。 [0027] 为了解决上述课题，本发明的光波导元件具有以下的技术特征。 [0028] (1)光波导元件在基板上形成有光波导，其特征在于，该光波导具有分支角度为1/35rad以上且将光分成两个分支的第一分支部，在从该第一分支部分支的2个分支波导分别连接配置有第二分支部和第三分支部，所述光波导元件具备配置在该第一分支部分支成的2个分支波导之间并对从该第一分支部的分岔部分向该光波导外放射的放射光进行引导的放射光引导波导，在该放射光引导波导的终端部配置有吸收被引导的放射光或将被引导的放射光向基板外放出的光终端部。 [0029] (2)在上述(1)记载的光波导元件中，其特征在于，该光终端部是配置在该基板上的导电性构件。 [0030] (3)在上述(2)记载的光波导元件中，其特征在于，该导电性构件是用于对在该光波导上传播的光进行调制的电极的一部分。 [0031] (4)在上述(1)记载的光波导元件中，其特征在于，该光终端部是在该放射光的主要的传播方向上的宽度为80μm以上的槽。 [0032] (5)在上述(1)至(4)中任一项记载的光波导元件中，其特征在于，所述第二分支部和所述第三分支部分别形成马赫-曾德尔型光波导，且彼此的马赫-曾德尔型光波导的最接近的距离为200μm以上。 [0033] (6)在上述(1)至(5)中任一项记载的光波导元件中，其特征在于，该基板由厚度为20μm以下的铌酸锂或钽酸锂构成。 [0034] 发明效果 [0035] 在本发明的光波导元件中，在基板上形成有光波导的光波导元件中，该光波导具有分支角度为1/35rad以上且将光分成两个分支的第一分支部，在从该第一分支部分支的2个分支波导分别连接配置有第二分支部和第三分支部，所述光波导元件具备配置在该第一分支部分支成的2个分支波导之间并对从该第一分支部的分岔部分向该光波导外放射的放射光进行引导的放射光引导波导，在该放射光引导波导的终端部配置有吸收被引导的放射光或将被引导的放射光向基板外放出的光终端部，因此能够可靠地减少来自第一分支部(入射Y分支部、主MZ的入射侧的Y分支部)的漏光向形成在分支波导上的MZ波导(副MZ)入射的情况，能够改善副MZ结构中的On/Off消光比等抑制光波导元件的光学特性的劣化。 附图说明 [0036] 图1是说明4值PSK调制器所使用的光波导元件的例子的图。 [0037] 图2是说明本发明的光波导元件的第一分支部的附近的结构的图。 [0038] 图3是说明“分支角度”的图。 [0039] 图4是将本发明的光波导元件与以往产品的光学特性(Y分支角度与副MZ的消光比的关系)进行比较的坐标图。 [0040] 图5是将本发明的光波导元件与以往产品的光学特性(使用的光波长与副MZ的消光比的关系)进行比较的坐标图。 [0041] 图6是说明在本发明的光波导元件中使用了利用槽的光终端部的例子的图。 [0042] 图7是说明为了确认仅由槽产生的效果而试验性地制作的光波导元件的例子的图。 具体实施方式[0043] 以下，关于本发明的光波导元件，使用优选例详细进行说明。 [0044] 本发明的光波导元件如图2所示，在基板上形成有光波导，其特征在于，该光波导具有分支角度为1/35rad以上且将光分成两个分支的第一分支部，在从该第一分支部分支的2个分支波导分别连接配置有第二分支部和第三分支部，该光波导元件具备配置在该第一分支部分支成的2个分支波导之间并对从该第一分支部的分岔部分向该光波导外放射的放射光进行引导的放射光引导波导，在该放射光引导波导的终端部配置有吸收被引导的放射光或将被引导的放射光向基板外放出的光终端部。 [0045] 图2是将图1的入射Y分支放大图示的图，在作为第一分支部的入射Y分支之后，在各分支波导连接有副MZ结构的Y分支部(第二及第三分支部)，但是在图2中省略。如图2那样，在采用分支角度大的Y分支部时，从Y分支部的分岔部分容易发生漏光。因此，在本发明中，通过放射光引导波导来抑制漏光的扩散，将漏光向光终端部引导，将放射光吸收或向基板外放出。由此，抑制发生如下等不良情况：漏光向副MZ结构的光波导等混入，副MZ结构中的On/Off消光比劣化，进一步光波导元件的光学特性劣化。 [0046] 如图3所示，在本发明中使用的“分支角度(Y分支角度)”是指通过Y分支而分支的光波导所形成的曲线的切线(虚线)形成的角度中最大的角度。在分支波导的形状在图3的上下不同的情况下(不是线对称的情况下)，在对于各个分支波导的曲线的切线中，选定在附图的作为上半部分的一半中切线形成的角度最大的组合，该角度的值成为“分支角度”。 [0047] 另外，图3所示的“Y分支分离间隔”是指通过Y分支而相互分离的2个分支波导间的最大距离。在本发明的光波导元件中，当假设构成副MZ结构的各马赫-曾德尔型光波导的相互最接近的距离为200μm以上的情况时，作为入射Y分支分离间隔而需要200μm以上。在入射Y分支部的长度(从分支起到成为2个分支波导相互平行的状态为止的长度)为7000μm的情况下，Y分支角度成为约2/35rad。 [0048] 将在入射Y分支长为3500μm下以入射Y分支间隔为参数估算了副MZ的消光比的结果示于图4。商用的调制器(例如，4值PSK调制器)的消光比需要25dB以上，但是如从图4读取的那样，在Y分支角度为1.6/35rad以上时消光比为25dB以下，在Y分支角度为2.4/35rad以上时消光比为20dB以下。如此，当扩大Y分支间隔时，可知副MZ的消光比劣化。 [0049] 基板可以利用铌酸锂或钽酸锂等的具有电光学效果的基板。另外，包含进行光调制的光波导部分的基板和包含除此以外的光波导、例如Y分支部或Y合波部等的波导的基板也可以由不同的材料的基板构成。 [0050] 作为光波导的形成方法，例如通过在LiNbO3基板(LN基板)上使钛(Ti)等高折射率物质热扩散而形成。另外，也可以如脊型波导那样在基板上形成凹凸而形成。 [0051] 本发明的光波导元件优选为使用基板的厚度为20μm以下的铌酸锂或钽酸锂的基板。例如，将形成有Ti扩散波导的LN晶圆研磨至20μm以下，并经由粘接剂而固定于保持基板来使用。Ti扩散工序可以使用非专利文献3记载的已知的技术，薄板调制器形成方法可以使用非专利文献4记载的已知的技术。需要说明的是，基板的薄板化也可以在电极形成后进行。 [0052] 调制用电极或相位偏移用电极等的电极形成中，将籽晶层通过蒸镀·溅射·CVD等而形成为约100nm的厚度，而且通过电镀并利用半加法来形成。在使用导电性构件(膜体)作为本发明的光终端部的情况下，也可以与电极形成同时地进行导电性构件的配置，也可以通过其他制造工艺进行该构件的配置。另外，也可以作为光终端部使构成电极的接地电极的一部分担任其功能。 [0053] 在本发明的光波导元件中，在第一分支部中Y分支角度大，因此光波的波面与波导传播方向不一致。其结果是，不一致的光波的成分向Y分支中央部漏出，给副MZ结构造成影响。尤其是在基板为薄板的情况下，漏光在薄板结构的基板、尤其是基板的垂直方向上光被封闭。因此，漏光仅沿水平方向扩展，容易混入到副MZ结构的Y分支部(光波导)。由此，使副MZ的Y分支部的分支比劣化，On/Off消光比劣化。 [0054] 在将来自第一分支部的漏光以避免扩散的方式引导的目的下，在Y分支部的分岔部分形成宽幅的波导(放射光引导波导)，将光封闭。放射光引导波导与分支波导进行光耦合，可能会产生过度的光损失，因此如图2所示，将放射光引导波导与分支波导的最短距离2 设定为10μm以上。这是分支波导的光分布的大小(1/e值)程度。 [0055] 为了将漏光向放射光引导波导进行导波，存在如下必要条件：(1)传播方向为漏光方向(在对称Y分支的情况下为对称轴的方向)；(2)波导宽度相对于传播方向的微分比Y分支角度小；(3)放射光引导波导宽度的开始宽度尽可能宽。在图2中，将直线平板波导设为放射光引导波导。放射光引导波导可以与包含MZ结构的光波导同时形成。另外，根据需要，也可以通过与通常的光波导的形成不同的工序来形成。 [0056] 在本发明中，为了使在放射光引导波导上传播的光形成终端，而在主MZ结构的中侧设置光终端部。在图2中，作为光终端部，利用接地电极(GND电极)，通过放射光引导波导将漏光引导至该电极。通过GND电极下部的薄板LN的光波由上部的金属(GND电极)吸收、衰减。如此，GND电极兼具光的终端功能。 [0057] 以往的LN调制器通过形成在基板与电极之间的缓冲层(BF)而未吸收光，但是当缓冲层的厚度成为0.2μm以下时，发挥吸收光的功能。其结果是，能够插入0.2μm以下的缓冲层，仅通过光波导和电极的光掩模的变更，就能够改善特性。 [0058] 图5是将具有图2所示的结构的光波导元件与以往的光波导元件的特性进行比较的坐标图。容易理解本发明的光波导元件在测定到的波长域整体上改善了副MZ结构中的On/Off消光比。 [0059] 作为本发明的光波导元件所使用的光终端部，除了图2所示的结构以外，也可以如图6那样，在基板的一部分形成槽(不仅包括基板的凹处，也包括贯通基板的孔)。图6(b)是图6(a)的单点划线a-a的剖视图。 [0060] 槽的形成可以利用干刻、准分子激光器等。通过这样的槽，使在放射光引导波导上传播的光向空间中放射，从而实现光终端功能。根据槽的宽度(放射光的传播方向上的长度)的大小而使放射的光再次向薄板内部入射。当使用光束扩展角(θ～λ/D)来考虑放射的光时，在想要使向薄板的再次入射为1/5以下时，优选将槽的宽度(附图的横向的长度)设定为约80μm以上。实际上，在放射光引导波导的中途，使用准分子激光器实施了200μm的长度的孔加工。其结果是，确认到副MZ结构中的On/Off消光比的改善。 [0061] 此外，如图7所示，对放射光引导波导开始位置实施了80μm的孔加工。其结果是，虽然看到些许的光学特性的改善，但是由于形成孔的侧面上的光波的散射等影响，反之也存在特性劣化的情况，与图5的结构相比，元件间的特性的偏差变大。从该情况也能理解放射光引导波导与光终端部的组合较大地有助于光学特性的改善。 [0062] 产业实用性 [0063] 如以上说明的那样，根据本发明，能够提供即使在光波导的Y分支部中的分支角度大的情况下光学特性的劣化也少的光波导元件。 |
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