JP3398191B2 - 導波路型光制御デバイス - Google Patents
導波路型光制御デバイスInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ通信システ
ムや光ファイバセンサ、光計測等に用いられる導波路型
光制御デバイスに関する。さらに詳しくは、光導波路デ
バイスと偏波面保存光ファイバとの接続時に生じる偏波
面の角度ズレによる消光比の劣化を小さくした（角度ズ
レに対してトレランスの大きい）導波路型光制御デバイ
スに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、小型で集積化が可能な種々の光導
波路デバイスが提案、実用化されている。特に光制御を
目的とした導波路型光制御デバイスにおいては、結晶方
向により光学特性の異なる、異方性結晶材料を基板とし
て用いることが多いため、通常入出射光ファイバ（特に
入射光ファイバ）に偏波面保存光ファイバが用いられて
いる。これは、特定の導波モード（偏光面が基板に水平
なＴＥモード、及び偏光面が基板に垂直なＴＭモード）
に対して所望の光制御を行うために、特定の直線偏光を
入出射する必要があるためである。 【０００３】その一例として、図４にマッハツェンダ干
渉計型光変調器（以下、ＭＺ光変調器と記す）の構成を
示す。基板１としてはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3
；以下ＬＮと略記する）基板等が用いられ、Ｔｉ等の
金属をこの基板１上にパターニングし、１０００℃程度
の高温で拡散することにより、容易に光導波路２を形成
させることができる。この光導波路２上に直接もしくは
バッファ層を介して電極（図示せず）を形成し、光導波
路２の一部分に電界を印加することにより、光パワーの
強度変調を行う。一般に、ＺカットＬＮ基板を用いた場
合はＴＭモードを、またＸカットＬＮ基板を用いた場合
はＴＥモードを用いて動作させるため、入射光ファイバ
３としては偏波面保存光ファイバを用いる必要がある。
なお、図中４は出射光ファイバである。 【０００４】従来、こうした導波路型光制御デバイスと
偏波面保存光ファイバとの接続には、偏波面保存光ファ
イバの端面もしくは側面より応力付与部等を観察するこ
とにより偏波面を幾何学的に決めた後、光導波路との位
置合わせを行い接続・固着する方法と、予め同様の方法
にて、Ｖ溝を形成したシリコンやセラミックの部材に、
偏波面を決めた状態で接着固定しておき、しかる後にこ
の部材とともに光導波路基板と一体固定する方法がとら
れている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように導波路型光制御デバイスに偏波面保存光ファイバ
を接続・固着する際に、光導波路に対する偏波面の角度
ズレが生じると、図２に示すように印加電圧−消光特性
の消光レベルに周期的な変動が生じてしまう。これは偏
波面の角度ズレによって、ＴＥモード成分も励振されこ
れが印加電界によって変調され、ＴＭモードに重ね合わ
せて出力されるためと考えられる。 【０００６】上記のＭＺ型光変調器が理想的に形成され
た場合、すなわち入力側分岐部２１で分岐された導波光
の位相が、出力側Ｙ分岐部２３で合流する際に全く一致
するように光導波路が形成された場合、ＴＭ及びＴＥモ
ードのいずれで動作させても０Ｖで光出力が最大とな
る。結果としてＴＭモードで動作させる場合に、少しで
も角度ズレが生じてしまうと、通常変調器として使用す
る０Ｖ近傍の消光比が特に劣化してしまい、作製歩留ま
りが悪くなるという問題点があった。ちなみに、２０ｄ
Ｂ以上の高消光比を実現するためには、この角度ズレを
±０．５°以内に抑える必要がある。一般に±３°程度
のトレランスがあれば、作製は容易であるが、±０．５
°以内のトレランスに抑えるためには、アライメントに
非常に時間がかかり量産性に乏しくなる。 【０００７】また、これを補償するために出力側導波路
端面や、出力光ファイバに高消光比の偏光子を取り付け
る方法が提案されているが、工程が複雑になるばかりで
なく、位置ズレ量がそのまま損失増加になってしまうと
いう欠点があった。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の導波路型光制御デバイスは、異方性光学
結晶の基板上に拡散させる金属のストライプ幅、膜厚、
拡散時間、及び拡散温度を設定することにより、ＴＭモ
ード又はＴＥモードのいずれか一方のみのモードが導波
され且つ他のモードが略カットオフとなるように形成し
た光導波路と、光導波路上に形成した導波光制御用の金
属電極と、光導波路の一端部に導波光を入出力するため
に配置した少なくとも１本の偏波面保存光ファイバとか
ら成る。すなわち、光導波路はＴＭモード又はＴＥモー
ドのいずれか一方のモードで導波し、且つ他方のモード
で略カットオフになる。ここで、略カットオフとは角度
ズレが生じても所望の消光比が得られる程度にしかＴＥ
モード成分が励振されない条件である。 【０００９】 【作用】上記構成により、偏波面光ファイバと光導波路
を接続する際に、偏波面の角度ズレが生じても、ＴＭモ
ードで導波する場合は、ＴＥモードが略カットオフとな
るので、ＴＥモード成分が励振される割合が少なく、か
つＴＥモード成分の変調効率も悪くなるので、印加電圧
が０Ｖの近傍はもとより、広範囲の印加電圧に対しても
ＴＭモード動作での高消光比を維持することができる。
逆に、ＴＥモードで導波する場合は、ＴＭモードがカッ
トオフとなるのでＴＭモード成分が励振される割合が少
なく、かつＴＭモード成分の変調効率が悪くなるので、
広範囲の印加電圧に対してもＴＥモード動作での高消光
比を維持することができる。 【００１０】 【実施例】以下に、図１乃至図３を用いて本発明の導波
路型光制御デバイスについて詳細に説明する。ここでは
簡単のため、図４に示す従来のＭＺ光変調器を用いて説
明する。先ず図３に基づいて、本発明の導波路型光制御
デバイスの作製条件について説明する。光導波路の製造
方法は公知の技術であるＴｉ拡散により作製し、まず、
デバイスを作製する前にＺカットＬＮ基板上に、光導波
路となるＴｉストライプ幅を変化させた直線導波路を作
製し、ＮＦＰ（ニアーフィールドパターン）測定装置を
用いて、そのスポットサイズの測定を行い、シングルモ
ード導波となる条件を検討した。ここでは、Ｔｉ膜厚１
２００Å、拡散条件は拡散温度１０５０℃、拡散時間
３．５時間とした。 【００１１】図３から判る様に、ＺカットＬＮ基板では
ＴＥモードでのスポットサイズはＴＭモードでのスポッ
トサイズより大きく、シングルモードで導波するＴｉス
トライプ幅も広い。ＴＭモード動作で低駆動電圧を実現
するためには、スポットサイズが最小となる６μｍ幅
で、図４に示すようなデバイスを作製するのが良いとさ
れている。図２はこの条件で作製したＭＺ型光変調器の
印加電圧−光変調特性を示すグラフである。なお、ここ
での偏波面の位置合わせ精度は±３°程度で、基板の垂
直方向に完全に一致していない。先に述べた様に、この
Ｔｉストライプ幅でデバイスを作製すると、ＴＭモード
だけでなく、ＴＥモードでもスポットサイズが小さくな
り、図２にみられる様に、偏波面の角度ズレによるとみ
られる消光特性のバラツキがみられる。特に０Ｖ近傍で
消光比が大きく劣化しているのが判る。 【００１２】これに対して、Ｔｉストライプ幅４μｍで
作製した印加電圧−光変調特性を図１に示す。この条件
では、ＴＭモードのスポットサイズが若干大きくなり、
駆動電圧が少し大きくなっているものの、ＴＥモードが
カットオフ条件に近いために印加電圧による消光比のバ
ラツキが小さく、０Ｖ近傍での消光比も２０ｄＢ以上を
実現している。また、幅広い印加電圧範囲に対して消光
比のバラツキがほとんどみられない。 【００１３】上記実施例においては、ＺカットＬＮ基板
を用いて説明したが、ＸカットＬＮ基板を用いて同様な
導波を行うと、ＺカットＬＮ基板とは逆の結果となる。
すなわち、ＴＭモードでのスポットサイズはＴＥモード
でのスポットサイズより大きくなり、ＴＥモードで導波
し、ＴＭモード成分が励振される割合が少なく、かつＴ
Ｍモード成分の変調効率が悪くなるので、ＴＭモードで
略カットオフとなり、広範囲の印加電圧に対してもＴＥ
モード動作での高消光比を維持することができるのであ
る。 【００１４】なお、上記実施例では一定のＴｉ膜厚、一
定の拡散条件について説明したが、設計上異なるＴｉ膜
厚や、異なる拡散条件でこれを実現できることはいうま
でもない。すなわち、Ｔｉストライプ幅、Ｔｉ膜厚、拡
散温度、拡散時間の４つのパラメータのうち３つを一定
として本発明の導波路型光制御デバイスを作製すること
が可能である。 【００１５】また、ＭＺ型光変調器についての特性例を
用いて本発明の有効性を説明したが、ＴＭモード又はＴ
Ｅモードのみを導波する光制御を行うデバイスであれ
ば、その基板材料等に関係なくどのようなものであって
も、適宜変更等を行い実施することが可能である。 【００１６】 【発明の効果】本発明の導波路型光制御デバイスによ
り、偏波面保存光ファイバとの接続が容易に行え、生産
性に優れた導波路型光制御デバイスを提供することがで
きる。また、広範囲の印加電圧に対してもＴＭモード動
作又はＴＥモード動作での高消光比を維持することが可
能で、しかも、消光比のバラツキがほとんどみられない
優れた導波路型光制御デバイスを提供することができ
る。
ムや光ファイバセンサ、光計測等に用いられる導波路型
光制御デバイスに関する。さらに詳しくは、光導波路デ
バイスと偏波面保存光ファイバとの接続時に生じる偏波
面の角度ズレによる消光比の劣化を小さくした（角度ズ
レに対してトレランスの大きい）導波路型光制御デバイ
スに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、小型で集積化が可能な種々の光導
波路デバイスが提案、実用化されている。特に光制御を
目的とした導波路型光制御デバイスにおいては、結晶方
向により光学特性の異なる、異方性結晶材料を基板とし
て用いることが多いため、通常入出射光ファイバ（特に
入射光ファイバ）に偏波面保存光ファイバが用いられて
いる。これは、特定の導波モード（偏光面が基板に水平
なＴＥモード、及び偏光面が基板に垂直なＴＭモード）
に対して所望の光制御を行うために、特定の直線偏光を
入出射する必要があるためである。 【０００３】その一例として、図４にマッハツェンダ干
渉計型光変調器（以下、ＭＺ光変調器と記す）の構成を
示す。基板１としてはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3
；以下ＬＮと略記する）基板等が用いられ、Ｔｉ等の
金属をこの基板１上にパターニングし、１０００℃程度
の高温で拡散することにより、容易に光導波路２を形成
させることができる。この光導波路２上に直接もしくは
バッファ層を介して電極（図示せず）を形成し、光導波
路２の一部分に電界を印加することにより、光パワーの
強度変調を行う。一般に、ＺカットＬＮ基板を用いた場
合はＴＭモードを、またＸカットＬＮ基板を用いた場合
はＴＥモードを用いて動作させるため、入射光ファイバ
３としては偏波面保存光ファイバを用いる必要がある。
なお、図中４は出射光ファイバである。 【０００４】従来、こうした導波路型光制御デバイスと
偏波面保存光ファイバとの接続には、偏波面保存光ファ
イバの端面もしくは側面より応力付与部等を観察するこ
とにより偏波面を幾何学的に決めた後、光導波路との位
置合わせを行い接続・固着する方法と、予め同様の方法
にて、Ｖ溝を形成したシリコンやセラミックの部材に、
偏波面を決めた状態で接着固定しておき、しかる後にこ
の部材とともに光導波路基板と一体固定する方法がとら
れている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように導波路型光制御デバイスに偏波面保存光ファイバ
を接続・固着する際に、光導波路に対する偏波面の角度
ズレが生じると、図２に示すように印加電圧−消光特性
の消光レベルに周期的な変動が生じてしまう。これは偏
波面の角度ズレによって、ＴＥモード成分も励振されこ
れが印加電界によって変調され、ＴＭモードに重ね合わ
せて出力されるためと考えられる。 【０００６】上記のＭＺ型光変調器が理想的に形成され
た場合、すなわち入力側分岐部２１で分岐された導波光
の位相が、出力側Ｙ分岐部２３で合流する際に全く一致
するように光導波路が形成された場合、ＴＭ及びＴＥモ
ードのいずれで動作させても０Ｖで光出力が最大とな
る。結果としてＴＭモードで動作させる場合に、少しで
も角度ズレが生じてしまうと、通常変調器として使用す
る０Ｖ近傍の消光比が特に劣化してしまい、作製歩留ま
りが悪くなるという問題点があった。ちなみに、２０ｄ
Ｂ以上の高消光比を実現するためには、この角度ズレを
±０．５°以内に抑える必要がある。一般に±３°程度
のトレランスがあれば、作製は容易であるが、±０．５
°以内のトレランスに抑えるためには、アライメントに
非常に時間がかかり量産性に乏しくなる。 【０００７】また、これを補償するために出力側導波路
端面や、出力光ファイバに高消光比の偏光子を取り付け
る方法が提案されているが、工程が複雑になるばかりで
なく、位置ズレ量がそのまま損失増加になってしまうと
いう欠点があった。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の導波路型光制御デバイスは、異方性光学
結晶の基板上に拡散させる金属のストライプ幅、膜厚、
拡散時間、及び拡散温度を設定することにより、ＴＭモ
ード又はＴＥモードのいずれか一方のみのモードが導波
され且つ他のモードが略カットオフとなるように形成し
た光導波路と、光導波路上に形成した導波光制御用の金
属電極と、光導波路の一端部に導波光を入出力するため
に配置した少なくとも１本の偏波面保存光ファイバとか
ら成る。すなわち、光導波路はＴＭモード又はＴＥモー
ドのいずれか一方のモードで導波し、且つ他方のモード
で略カットオフになる。ここで、略カットオフとは角度
ズレが生じても所望の消光比が得られる程度にしかＴＥ
モード成分が励振されない条件である。 【０００９】 【作用】上記構成により、偏波面光ファイバと光導波路
を接続する際に、偏波面の角度ズレが生じても、ＴＭモ
ードで導波する場合は、ＴＥモードが略カットオフとな
るので、ＴＥモード成分が励振される割合が少なく、か
つＴＥモード成分の変調効率も悪くなるので、印加電圧
が０Ｖの近傍はもとより、広範囲の印加電圧に対しても
ＴＭモード動作での高消光比を維持することができる。
逆に、ＴＥモードで導波する場合は、ＴＭモードがカッ
トオフとなるのでＴＭモード成分が励振される割合が少
なく、かつＴＭモード成分の変調効率が悪くなるので、
広範囲の印加電圧に対してもＴＥモード動作での高消光
比を維持することができる。 【００１０】 【実施例】以下に、図１乃至図３を用いて本発明の導波
路型光制御デバイスについて詳細に説明する。ここでは
簡単のため、図４に示す従来のＭＺ光変調器を用いて説
明する。先ず図３に基づいて、本発明の導波路型光制御
デバイスの作製条件について説明する。光導波路の製造
方法は公知の技術であるＴｉ拡散により作製し、まず、
デバイスを作製する前にＺカットＬＮ基板上に、光導波
路となるＴｉストライプ幅を変化させた直線導波路を作
製し、ＮＦＰ（ニアーフィールドパターン）測定装置を
用いて、そのスポットサイズの測定を行い、シングルモ
ード導波となる条件を検討した。ここでは、Ｔｉ膜厚１
２００Å、拡散条件は拡散温度１０５０℃、拡散時間
３．５時間とした。 【００１１】図３から判る様に、ＺカットＬＮ基板では
ＴＥモードでのスポットサイズはＴＭモードでのスポッ
トサイズより大きく、シングルモードで導波するＴｉス
トライプ幅も広い。ＴＭモード動作で低駆動電圧を実現
するためには、スポットサイズが最小となる６μｍ幅
で、図４に示すようなデバイスを作製するのが良いとさ
れている。図２はこの条件で作製したＭＺ型光変調器の
印加電圧−光変調特性を示すグラフである。なお、ここ
での偏波面の位置合わせ精度は±３°程度で、基板の垂
直方向に完全に一致していない。先に述べた様に、この
Ｔｉストライプ幅でデバイスを作製すると、ＴＭモード
だけでなく、ＴＥモードでもスポットサイズが小さくな
り、図２にみられる様に、偏波面の角度ズレによるとみ
られる消光特性のバラツキがみられる。特に０Ｖ近傍で
消光比が大きく劣化しているのが判る。 【００１２】これに対して、Ｔｉストライプ幅４μｍで
作製した印加電圧−光変調特性を図１に示す。この条件
では、ＴＭモードのスポットサイズが若干大きくなり、
駆動電圧が少し大きくなっているものの、ＴＥモードが
カットオフ条件に近いために印加電圧による消光比のバ
ラツキが小さく、０Ｖ近傍での消光比も２０ｄＢ以上を
実現している。また、幅広い印加電圧範囲に対して消光
比のバラツキがほとんどみられない。 【００１３】上記実施例においては、ＺカットＬＮ基板
を用いて説明したが、ＸカットＬＮ基板を用いて同様な
導波を行うと、ＺカットＬＮ基板とは逆の結果となる。
すなわち、ＴＭモードでのスポットサイズはＴＥモード
でのスポットサイズより大きくなり、ＴＥモードで導波
し、ＴＭモード成分が励振される割合が少なく、かつＴ
Ｍモード成分の変調効率が悪くなるので、ＴＭモードで
略カットオフとなり、広範囲の印加電圧に対してもＴＥ
モード動作での高消光比を維持することができるのであ
る。 【００１４】なお、上記実施例では一定のＴｉ膜厚、一
定の拡散条件について説明したが、設計上異なるＴｉ膜
厚や、異なる拡散条件でこれを実現できることはいうま
でもない。すなわち、Ｔｉストライプ幅、Ｔｉ膜厚、拡
散温度、拡散時間の４つのパラメータのうち３つを一定
として本発明の導波路型光制御デバイスを作製すること
が可能である。 【００１５】また、ＭＺ型光変調器についての特性例を
用いて本発明の有効性を説明したが、ＴＭモード又はＴ
Ｅモードのみを導波する光制御を行うデバイスであれ
ば、その基板材料等に関係なくどのようなものであって
も、適宜変更等を行い実施することが可能である。 【００１６】 【発明の効果】本発明の導波路型光制御デバイスによ
り、偏波面保存光ファイバとの接続が容易に行え、生産
性に優れた導波路型光制御デバイスを提供することがで
きる。また、広範囲の印加電圧に対してもＴＭモード動
作又はＴＥモード動作での高消光比を維持することが可
能で、しかも、消光比のバラツキがほとんどみられない
優れた導波路型光制御デバイスを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導波路型光制御デバイスの一実施例を
説明するための、印加電圧−光出力特性図。 【図２】従来の導波路型光制御デバイスの問題点を説明
するための、印加電圧−光出力特性図。 【図３】本発明と従来の導波路型光制御デバイスの作製
条件の違いを説明するための、スポットサイズのＴｉス
トライプ幅依存性を示すグラフ。 【図４】従来の導波路型光制御デバイスの概要を説明す
るための斜視図。 【符号の説明】 １：基板、２：光導波路、３：入射光ファイバ、４：出
射光ファイバ
説明するための、印加電圧−光出力特性図。 【図２】従来の導波路型光制御デバイスの問題点を説明
するための、印加電圧−光出力特性図。 【図３】本発明と従来の導波路型光制御デバイスの作製
条件の違いを説明するための、スポットサイズのＴｉス
トライプ幅依存性を示すグラフ。 【図４】従来の導波路型光制御デバイスの概要を説明す
るための斜視図。 【符号の説明】 １：基板、２：光導波路、３：入射光ファイバ、４：出
射光ファイバ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 6/30
G02B 6/12
G02B 6/14
G02F 1/03
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 異方性光学結晶の基板上に拡散させる金
属のストライプ幅、膜厚、拡散時間、及び拡散温度を設
定することにより、ＴＭモード又はＴＥモードのいずれ
か一方のみのモードが導波され且つ他方のモードが略カ
ットオフになるように形成した光導波路と、該光導波路
上に形成した導波光制御用の金属電極と、前記光導波路
の一端部に導波光を入出力するために配置した少なくと
も１本の偏波面保存光ファイバとから成る導波路型光制
御デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24515493A JP3398191B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 導波路型光制御デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24515493A JP3398191B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 導波路型光制御デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07104145A JPH07104145A (ja) | 1995-04-21 |
| JP3398191B2 true JP3398191B2 (ja) | 2003-04-21 |
Family
ID=17129425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24515493A Expired - Fee Related JP3398191B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 導波路型光制御デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3398191B2 (ja) |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP24515493A patent/JP3398191B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07104145A (ja) | 1995-04-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090214 Year of fee payment: 6 |
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| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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