特開 2020-71293 光導波路素子および光変調器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-71293(P2020-71293A)

(43)【公開日】2020年5月7日

(54)【発明の名称】光導波路素子および光変調器

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/035 20060101AFI20200410BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20200410BHJP

   G02B 6/125 20060101ALI20200410BHJP

   G02B 6/30 20060101ALI20200410BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/035

   G02B6/12 363

   G02B6/125

   G02B6/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-203708(P2018-203708)

(22)【出願日】2018年10月30日

(71)【出願人】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100072604

【弁理士】

【氏名又は名称】有我 軍一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100140501

【弁理士】

【氏名又は名称】有我 栄一郎

(72)【発明者】

【氏名】中田 悠

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 徳一

【テーマコード（参考）】

2H137

2H147

2K102

【Ｆターム（参考）】

2H137AA05

2H137AB09

2H137BA01

2H137BA46

2H137BA48

2H137BA54

2H137BA55

2H137BA59

2H137BC02

2H137BC12

2H137BC44

2H137BC50

2H137BC51

2H137CA15A

2H137CA33

2H137DA07

2H137DA39

2H137DB09

2H137EA02

2H137FA05

2H137HA01

2H147AB02

2H147AC01

2H147BD01

2H147BD10

2H147BE01

2H147BE13

2H147CA01

2H147CA08

2H147CA13

2H147CA22

2H147CA23

2H147CB01

2H147CD02

2H147DA02

2H147DA08

2H147DA10

2H147EA05A

2H147EA05B

2H147EA05C

2H147EA06A

2H147EA06B

2H147EA06C

2H147EA14C

2H147EA16A

2H147EA16B

2H147EA16C

2H147EA33A

2H147EA37A

2H147FC08

2H147GA10

2H147GA26

2K102AA21

2K102BA02

2K102BA03

2K102BB01

2K102BB04

2K102BC04

2K102BD01

2K102CA20

2K102DA04

2K102DA07

2K102DB04

2K102DB05

2K102DC05

2K102DC08

2K102DD02

2K102DD05

2K102DD10

2K102EA02

2K102EB10

2K102EB11

2K102EB12

2K102EB16

2K102EB30

(57)【要約】

【課題】安価で効果的に光変調器の短小化を図ることができるとともに、併設する電気部品の設置場所に関する設計の自由度が向上する光導波路素子および光変調器を提供する。
【解決手段】光導波路素子１０は、電気光学効果を有し光導波路１２を有する基板１１と基板１１に形成された信号電極１８および接地電極１９ａ、１９ｂを備える。光導波路１２は、入力側の端部１２１および出力側の端部１２２と、これら端部１２１、１２２間に設けられた光変調部１２３を有する。基板１１は、変調部１２３と平行な側面１１ａを有し、入力側の端部１２１は側面１１ａに向かって屈曲形成されている。基板１１の側面１１ａの一部を光学面１３によって構成し、光学面１３に入力側のポート１２１ａを位置させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気光学効果を有し、光波が伝搬するよう形成された光導波路を有する基板と、
前記基板に形成され、前記光導波路を伝搬する光波に変調信号を印加する制御電極と、を備え、
前記光導波路は、入力側の端部および出力側の端部と、該入力側の端部と該出力側の端部との間に延在する光変調部と、を有し、
前記基板は、前記光変調部を構成する光導波路の延在方向と略平行な側面および該側面に交差する端面を有し、
前記光導波路の前記入力側の端部および前記出力側の端部のうちの少なくともいずれか一方は、前記側面に向かって屈曲形成された屈曲端部を有し、
前記屈曲端部は、その先端に光波の入射および出射のいずれかがなされるポートを有し、
前記基板の前記側面の一部が光学面によって構成され、
前記屈曲端部は前記光学面まで延在しており、該屈曲端部の前記ポートが前記光学面に位置していることを特徴とする光導波路素子。

【請求項2】

前記光学面は、前記基板の前記側面から前記端面にわたり形成された傾斜面で構成されることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。

【請求項3】

前記光学面は、前記基板の前記側面から前記端面にわたり形成された段差面で構成されることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれかに記載の光導波路素子と、
前記光導波路素子を収納する筐体と、
前記光導波路素子に光学的に接続され、該光導波路素子の前記光導波路に光波を入力する入力側の光伝送手段および前記光導波路から光波を出力する出力側の光伝送手段と、を備え、
前記入力側の光伝送手段および前記出力側の光伝送手段が、それぞれ前記筐体に並列接続された入力側の光ファイバおよび出力側の光ファイバを含むことを特徴とする光変調器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光導波路素子および該光導波路素子を備えた光変調器に関する。

【背景技術】

【0002】

光ファイバ通信システム等に用いられる光変調器は、トランスポンダ等の機器に実装されて使用されるが、近年では実装面積の削減のために、筐体への光ファイバの接続部分を含めた光変調器の実質的な長手方向の短縮化すなわち短小化が求められている。そこでこれに応じ、光変調器の光ファイバの入力部を長方形状の基板の長辺側に配置することで短小化を図った光変調器が知られている（例えば、特許文献１等参照）。

【0003】

さらに実装面積の削減に加え、信号処理ＬＳＩと光変調器の高周波配線との接続による性能劣化を抑制するために、変調器の片側の短辺に高周波信号の入力部を設け、他方の短辺に光の入出力を設けた光変調器が提案されている（例えば、特許文献２等参照）。このような光変調器では、光導波路素子の基板に形成する光導波路の一端側をＬ字状に屈曲させて基板の側面に導くことにより、入力側の光ファイバと出力側の光ファイバとを筐体に並列させて接続することを可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−１２５８５４号公報

【特許文献2】特開２０１４−１６４２４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の光導波路素子は、基板内を光が伝搬することから、低損失な構造とするためには、伝搬距離が短くなるような位置に光ファイバを配置する必要があり、光ファイバを直接基板に接続するような場合にしか対応できないという問題がある。また、出力側の短辺に光ファイバを配置するような構造に対応することは困難であるという問題もある。

【0006】

また、特許文献２に記載の光導波路素子は、基板に半導体（ＩｎＰ）が用いられており、その基板の側面に、Ｌ字状に形成された光導波路が導かれている。ここで、半導体基板を用いた光導波路素子に比べ、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）等の電気光学効果を有する基板を用いた光導波路素子のサイズは、一般的に幅が０．５〜数ｍｍ程度であるのに対し側面の長さが数十ｍｍと非常に細長い形状を有している。このため、基板の側面全面を研磨して光学面とするには、基板の固定方法や、側面を所定の面粗さに高精度に仕上げるといった点で困難であり、製造コストの高騰を招くという問題があった。

【0007】

また、一般に光導波路素子においては、基板を研磨する際の端部の欠け防止や、接続させる光ファイバ等の光学部品の十分な接着強度を得るために、補強ブロックを基板の上面に貼り付ける場合がある。このとき、側面を研磨面とするには、補強ブロックを長手方向に延びる側面全面に貼り付けるための余白を基板に確保する必要があり、このため基板の幅が増大する。その結果、光導波路素子は大型化し、１つのウエハから素子を分割して得る場合、素子が得られる数が減少して製造コストの高騰を招くという問題があった。さらに、補強ブロックを貼り付ける部分には制御電極を配線できないため、高周波中継基板やコネクタ・ピン等の併設する電気部品の設置場所が制限されるという問題があった。

【0008】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電気光学効果を有する基板の側面に光学面を形成することにより、安価で効果的に光変調器の短小化を図ることができるとともに、併設する電気部品の設置場所に関する設計の自由度を向上させることができる光導波路素子および光変調器を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る光導波路素子は、（１）電気光学効果を有し、光波が伝搬するよう形成された光導波路を有する基板と、前記基板に形成され、前記光導波路を伝搬する光波に変調信号を印加する制御電極と、を備え、前記光導波路は、入力側の端部および出力側の端部と、該入力側の端部と該出力側の端部との間に延在する光変調部と、を有し、前記基板は、前記光変調部を構成する光導波路の延在方向と略平行な側面および該側面に交差する端面を有し、前記光導波路の前記入力側の端部および前記出力側の端部のうちの少なくともいずれか一方は、前記側面に向かって屈曲形成された屈曲端部を有し、前記屈曲端部は、その先端に光波の入射および出射のいずれかがなされるポートを有し、前記基板の前記側面の一部が光学面によって構成され、前記屈曲端部は前記光学面まで延在しており、該屈曲端部の前記ポートが前記光学面に位置していることを特徴とする。

【0010】

この構成により、本発明に係る光導波路素子は、電気光学効果を有する基板の側面全面を光学面で構成する必要がないため、その光学面の面積を小さくすることができる。その結果、側面を研磨加工して光学面を形成する手間が軽減して光学面を容易かつ安価に形成することができるとともに、光学面の全面を所定の面粗さに高い精度で形成することができる。

【0011】

また、本発明に係る光導波路素子は、光導波路素子の入力側の端部および出力側の端部のうちの少なくともいずれか一方が、側面に向かって屈曲形成された屈曲端部を構成することにより、光導波路が基板内で屈曲した構成を有する。このため、当該光導波路素子を用いた光変調器の短小化を図ることができる。

【0012】

本発明に係る光導波路素子は、（２）前記光学面は、前記基板の前記側面から前記端面にわたり形成された傾斜面で構成される。

【0013】

この構成により、本発明に係る光導波路素子は、基板の側面を研磨加工するなどして傾斜面を形成することにより光学面を容易かつ安価に形成することができるとともに、基板の側面全面に補強ブロックを設置する余白を確保する必要がないため、基板の幅が増大することを抑制することができる。

【0014】

本発明に係る光導波路素子は、（３）前記光学面は、前記基板の前記側面から前記端面にわたり形成された段差面で構成される。

【0015】

この構成により、本発明に係る光導波路素子は、基板の側面をダイサー等で切削加工した後に研磨加工するなどして段差面を形成し、その段差面を光学面として構成することができる。このため、当該光学面を容易かつ安価に形成することができるとともに、基板の側面全面に補強ブロックを設置する余白を確保する必要がないため、基板の幅が増大することを抑制することができる。

【0016】

本発明に係る光変調器は、（４）上記本発明に係る光導波路素子と、前記光導波路素子を収納する筐体と、前記光導波路素子に光学的に接続され、該光導波路素子の前記光導波路に光波を入力する入力側の光伝送手段および前記光導波路から光波を出力する出力側の光伝送手段と、を備え、前記入力側の光伝送手段および前記出力側の光伝送手段が、それぞれ前記筐体に並列接続された入力側の光ファイバおよび出力側の光ファイバを含むことを特徴とする。なお、入力側および出力側の各光ファイバと光導波路素子との光学的な接続の手段としては、直接接続（バットジョイント）してもよいし、レンズ等を使用した空間光学系で光を結合させてもよい。

【0017】

この構成により、本発明に係る光変調器は、電気光学効果を有する基板の側面に光学面を容易かつ安価に形成することができるとともに、光学面の全面を所定の面粗さに高い精度で形成することができる光導波路素子を備えた光変調器を提供することができる。さらに、光学面を形成する部分のみに補強ブロックを貼り付ければよいので、基板の幅が増大することを抑制しつつ制御電極を配線するスペースを確保することができるため、高周波中継基板やコネクタ・ピン等の電気部品の設置場所に関する設計の自由度が向上する。

【0018】

また、本発明に係る光変調器は、光導波路の屈曲端部に対し光波を入力または出力する光伝送手段を備えるため、光伝送手段を直列に接続する構成が回避され、その結果、当該光変調器の短小化を図ることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、電気光学効果を有する基板の側面に光学面を形成することにより、安価で効果的に光変調器の短小化を図ることができるとともに、併設する電気部品の設置場所に関する設計の自由度が向上する光導波路素子および光変調器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る光変調器の平面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る光導波路素子の平面図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る光導波路素子の一部平面図であって、基板の側面の一部を構成する光学面を詳細に示す図である。

【図4】本発明に対する対比例の光導波路素子であって、本発明と異なる光学面の構成を有する光導波路素子を示す平面図である。

【図5】光導波路素子に補強ブロックを設ける場合を示す平面図であって、（ａ）は本発明と異なる構成の光導波路素子、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ本発明の第１の実施形態に係る光導波路素子示す図である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る光変調器の平面図である。

【図7】本発明の第２の実施形態に係る光導波路素子の平面図である。

【図8】本発明の第３の実施形態に係る光変調器の平面図である。

【図9】本発明の第３の実施形態に係る光路変換部からの光波の入力構造を示す図である。

【図10】本発明の第４の実施形態に係る光導波路素子の平面図である。

【図11】本発明の第５の実施形態に係る光導波路素子の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態に係る光導波路素子および光導波路素子を備えた光変調器について、図面を参照しつつ説明する。

【0022】

（第１の実施形態）
まず、構成について説明する。

【0023】

図１に示すように、第１の実施形態に係る光変調器１は、光導波路素子１０と、光導波路素子１０を収納する筐体２０と、を備えている。また、第１の実施形態に係る光変調器１は、後述するように、光導波路素子１０の光導波路１２に光波を入力する入力側の光ファイバ３１と、光導波路１２から光波を出力する出力側の光ファイバ３２と、を備えている。各光ファイバ３１、３２は、本発明の光伝送手段を構成する。

【0024】

第１の実施形態に係る筐体２０は、ステンレス等の金属からなる直方体状の金属製ケースで構成されている。光導波路素子１０は、筐体２０内に収納され、図示せぬ蓋体が筐体２０に装着されて筐体２０内に密封されるようになっている。

【0025】

第１の実施形態に係る光導波路素子１０は、電気光学効果を有し、光波が伝搬するよう形成された光導波路１２を有する基板１１と、基板１１の表面に形成された信号電極１８および接地電極１９ａ、１９ｂと、を備えている。信号電極１８および接地電極１９ａ、１９ｂは、本発明の制御電極を構成する。

【0026】

第１の実施形態に係る基板１１は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、やＥＯポリマー等からなる基板が用いられる。とりわけ、ニオブ酸リチウムの結晶を用いたいわゆるＬＮ基板（Ｘ板、Ｚ板）は、高い電気光学効果を示すことから好適に用いられる。また、基板１１は、制御電極（信号電極１８および接地電極１９ａ、１９ｂ）が配置された後述する光変調部１２３以外の部分については、石英系の材料等の他の材料を用いて構成されてもよい。

【0027】

基板１１は薄板状であって平面視が略長方形状の形状を有する。ここで、図１においてＬ、Ｗは、それぞれ光変調器１および光導波路素子１０の長手方向および幅方向を示している。以下の説明での長手方向および幅方向は、それぞれこれらＬ、Ｗで示す方向をいう。

【0028】

図１に示すように、基板１１は、長手方向に延在する長辺側の一対の側面１１ａ、１１ｂと、該側面１１ａ、１１ｂと交差する短辺側の一対の端面１１ｃ、１１ｄと、を有する。また、筐体２０は、光導波路素子１０の側面１１ａ、１１ｂにそれぞれ対向する側板部２０ａ、２０ｂと、光導波路素子１０の端面１１ｃ、１１ｄにそれぞれ対向する端板部２０ｃ、２０ｄと、を有する。

【0029】

本実施形態に係る光導波路１２は、マッハツェンダ型の配線構造を有する。光導波路１２は、基板１１内の表面近傍に、周囲より屈折率の高い部分を設けることで形成されている。基板１１がＬＮ基板の場合、光導波路１２は、Ｔｉ等の熱拡散法やプロトン交換法等で形成することができる。

【0030】

図２に示すように、本実施形態に係る光導波路１２は、屈曲した入力側の端部１２１および直線状の出力側の端部１２２と、入力側の端部１２１と出力側の端部１２２との間に延在する光変調部１２３と、を有する。

【0031】

光導波路１２は、入力側光導波路と、前記入力側光導波路に接続された入力側分岐光導波路と、前記入力側分岐光導波路と接続され、並行な光導波路を構成する並行光導波路と、前記並行光導波路に接続された出力側分岐光導波路と、前記出力側分岐光導波路に接続された出力側光導波路と、を有する。

【0032】

本実施形態では、光導波路１２の入力側の端部１２１は、上述の入力側光導波路を構成している。また、出力側の端部１２２は、上述の出力側分岐光導波路を構成している。また、光変調部１２３は、上述の入力側分岐光導波路、並行光導波路および出力側分岐光導波路を構成している。

【0033】

光変調部１２３は、互いに平行な並行導波路を構成する第１の光導波路１２４ａおよび第２の光導波路１２４ｂと、入力側の端部１２１から分岐して第１の光導波路１２４ａおよび第２の光導波路１２４ｂにそれぞれ接続する第３の光導波路１２５および第４の光導波路１２６と、出力側の端部１２２から分岐して第１の光導波路１２４ａおよび第２の光導波路１２４ｂにそれぞれ接続する第５の光導波路１２７および第６の光導波路１２８と、を有する。第１の光導波路１２４ａおよび第２の光導波路１２４ｂは、それぞれ長手方向に沿って延在している。

【0034】

屈曲した入力側の端部１２１は、第３の光導波路１２５および第４の光導波路１２６への分岐点１２９ａから端面１１ｄに向かって長手方向に延在する第１の直線光導波路１２１ｂと、側面１１ａに向かって幅方向に延在する第２の直線光導波路１２１ｃと、を有する。この入力側の端部１２１は、本発明の屈曲端部を構成する。

【0035】

入力側の端部１２１の第２の直線光導波路１２１ｃは、基板１１の側面１１ａの一部を構成する後述する光学面１３まで延在し、その光学面１３に、光波の入射がなされる入力側の端部１２１のポート１２１ａが位置している。

【0036】

出力側の端部１２２は、第５の光導波路１２７と第６の光導波路１２８との合流点１２９ｂから長手方向に沿って端面１１ｃまで延在する直線光導波路１２２ｄで構成されている。基板１１の端面１１ｃには、光波の出射がなされる出力側の端部１２２のポート１２２ａが位置している。

【0037】

基板１１の側面１１ａ、１１ｂは、光変調部１２３を構成する第１の光導波路１２４ａおよび第２の光導波路１２４ｂと平行または略平行である。

【0038】

なお、本実施形態においては、入力側の端部１２１を構成する第１の直線光導波路１２１ｂおよび第２の直線光導波路１２１ｃは、上述の入力側光導波路に対応している。また、光変調部１２３を構成する第３の光導波路１２５および第４の光導波路１２６は、上述の入力側分岐光導波路に対応している。また、光変調部１２３を構成する第１の光導波路１２４ａおよび第２の光導波路１２４ｂは、上述の並行光導波路に対応している。また、光変調部１２３を構成する第５の光導波路１２７および第６の光導波路１２８は、上述の出力側分岐光導波路に対応している。また、出力側の端部１２２を構成する直線光導波路１２２ｄは、上述の出力側光導波路に対応している。

【0039】

図１に示すように、基板１１は、その表面に、信号電極１８と、信号電極１８を挟む一対の接地電極１９ａ、１９ｂと、を有する。信号電極１８および接地電極１９ａ、１９ｂは、Ａｕ等の導電材料を基板１１の表面にメッキするなどの方法で基板１１の表面に形成されている。

【0040】

図２に示すように、基板１１の一方の側面１１ａは、その一端部が光学面１３によって構成されている。光学面１３は、基板１１の側面１１ａから端面１１ｄにわたり形成された傾斜面１３ａで構成されている。光導波路１２の入力側のポート１２１ａは、光学面１３に位置している。

【0041】

基板１１の側面１１ａは、傾斜面１３ａで構成された光学面１３と、光学面１３以外の長手方向に沿った部分とを有することになる。したがって以下の説明では、側面１１ａにおいて光学面１３以外の長手方向に沿った部分を主側面１１ｆという。すなわち側面１１ａは、主側面１１ｆと光学面１３とを有する。

【0042】

光学面１３は、図３に示すように、基板１１の角部１１ｅを研磨加工して削除することにより形成することができる。

【0043】

光学面１３を形成する研磨加工の方法としては、例えば、ポリッシャーに基板１１の角部１１ｅを押し当てて研磨するなどの方法が挙げられる。角部１１ｅの削除部分は、本実施形態では側面１１ａ側が長く、端面１１ｄ側が短い三角形状となっている。これにより光学面１３は、主側面１１ｆから端面１１ｄに向かってなだらかに傾斜するように形成されている。

【0044】

また、図２に示すように、基板１１の端面１１ｃは、その全面が上述のようにして研磨加工されることにより、光学面に形成されている。

【0045】

以下、側面１１ａ側の傾斜面１３ａで構成される光学面を入力側の光学面１３といい、端面１１ｃを出力側の光学面１１ｃという。

【0046】

図１および図３に示すように、入力側の光ファイバ３１は、筐体２０の側板部２０ａを略直交して貫通し、その先端が光導波路１２の入力側のポート１２１ａに光学的に接続するように筐体２０に設けられている。図１に示すように、筐体２０の側板部２０ａには、入力側の光ファイバ３１が貫通する保持スリーブ３３ａが設けられている。入力側の光ファイバ３１は、保持スリーブ３３ａによって筐体２０への固定状態が保持されるようになっている。

【0047】

図１および図３に示すように、出力側の光ファイバ３２は、筐体２０の端板部２０ｃを略直交して貫通し、その先端が光導波路１２の出力側のポート１２２ａに光学的に接続するように筐体２０に設けられている。図１に示すように、筐体２０の端板部２０ｃには、出力側の光ファイバ３２が貫通する保持スリーブ３３ｂの一端が固定されている。出力側の光ファイバ３２は、保持スリーブ３３ｂによって筐体２０への固定状態が保持されるようになっている。

【0048】

本実施形態の光導波路素子１０は、入力側の光ファイバ３１から入力側の光学面１３に位置する光導波路１２の入力側のポート１２１ａに向けて光波が出射されて光導波路１２に光波が入力されるようになっている。そして、光導波路１２の光変調部１２３を伝搬する光波に信号電極１８および接地電極１９ａ、１９ｂによって電界が印加されて光波が変調され、変調した光波が変調信号として出力側の光ファイバ３２から出力されるようになっている。

【0049】

図３に示すように、入力側の光学面１３は、基板１１の主側面１１ｆに対し角度φで傾斜している。この主側面１１ｆに対する入力側の光学面１３の傾斜角度φは、該光学面１３で反射した戻り光が入力側の光ファイバ３１に入射しないような角度に設定されている。すなわち本実施形態に係る光導波路素子１０は、光学面１３で反射した戻り光が入力側の光ファイバ３１に入射しないように構成されている。

【0050】

次に、作用について説明する。

【0051】

本実施形態に係る光変調器１では、入力側の光ファイバ３１から光導波路素子１０の入力側のポート１２１ａに向けて光波が出射され、該ポート１２１ａから光波が光導波路１２の入力側の端部１２１に入力される。入力側の端部１２１に入力された光波は、第３および第４の光導波路１２５、１２６を経て第１および第２の光導波路１２４ａ、１２４ｂにそれぞれ分波し、第５および第６の光導波路１２７、１２８を経て出力側の端部１２２に集波する。そしてその光波は、出力側のポート１２２ａから出力側の光ファイバ３２に入射して該出力側の光ファイバ３２から出力される。

【0052】

ここで、光変調部１２３を伝搬する光波には、信号電極１８および接地電極１９ａ、１９ｂによって電界が変調信号として印加される。これにより光変調部１２３を伝搬する光波は変調され、変調した光波が出力側の光ファイバ３２から出力される。光波の変調は、例えば位相変調や強度変調等である。

【0053】

本実施形態の光導波路素子１０は、光導波路１２の入力側においては、入力側の端部１２１が長手方向に延在してから幅方向に向けて屈曲しており、入力側のポート１２１ａが入力側の光学面１３に位置している。一方、光導波路１２の出力側においては、出力側の端部１２２は出力側の光学面１１ｃまで直線状に延在し、出力側のポート１２２ａは該光学面１１ｃに位置している。このような構成により、本実施形態の光導波路１２は、基板１１内において略９０°で屈曲した構成となっている。

【0054】

したがってこのような光導波路素子１０を備えた本実施形態に係る光変調器１は、入力側の光ファイバ３１が筐体２０から長手方向に延出しないため、短小化を図ることができる。

【0055】

また、本実施形態に係る光導波路素子１０は、光導波路１２を屈曲させることによって基板１１の側面１１ａに形成することが必要となった入力側の光学面１３が、側面１１ａの一部に形成されている。

【0056】

ここで、図４に、本実施形態に対する対比例として、基板１１の側面１１ａの全面が入力側の光学面で構成された光導波路素子１０Ｂを示す。この光導波路素子１０Ｂにおいても、光導波路１２の入力側の端部１２１のポート１２１ａが入力側の光学面すなわち側面１１ａに位置している。側面１１ａは、その全面が所定の面粗さになるように研磨加工され、光学面として構成される。

【0057】

これに対し本実施形態に係る光導波路素子１０は、入力側の光学面１３が基板１１の側面１１ａの一部に形成されている。このため、本実施形態に係る光導波路素子１０は、図４に示した対比例のように基板１１の側面１１ａの全面を光学面とする必要がなく、光学面１３の面積を大幅に小さくすることができる。その結果、側面１１ａを研磨加工して光学面１３を形成する手間が軽減し、光学面１３を容易かつ安価に形成することができる。また、光学面１３の全面を所定の面粗さに高い精度で形成することができる。

【0058】

また、前述したように、一般に光導波路素子においては、基板を研磨する際の端部の欠けや、光ファイバ等の光学部品を接続する部分の接着強度を得るために、必要箇所の基板上面に補強ブロックを貼り付ける場合がある。そこで、図４に示したように基板１１の側面１１ａの全面を光学面に構成した場合においては、図５（ａ）に示すように側面１１ａの全域に対応する基板１１の上面に補強ブロック４１を貼り付ける必要がある。しかしこの場合には、補強ブロック４１を貼り付けるための領域を余白として基板１１に確保するために基板１１の幅が増大する。なお、図５（ａ）の基板１１においては、出力側の光ファイバ３２が接続される短辺側の光学面１１ｃに対応する基板１１の上面には、補強ブロック４２を貼り付けている。

【0059】

これに対し、本実施形態では、入力側の光学面１３は側面１１ａの一部に形成されているため、この光学面１３に対応する部分に補強ブロックを設ければよい。例えば、図５（ｂ）に示すように、補強ブロック４３を短辺側の端面１１ｄの全域に対応する基板１１の上面に貼り付けてもよいし、図５（ｃ）に示すように、光学面１３に対応する部分のみに補強ブロック４４を貼り付けてもよい。いずれの補強ブロック４３、４４も、光学面１３の領域をカバーするように設けられる。また、図５（ｂ）、（ｃ）の各基板１１においては、上述の出力側の光ファイバ３２が接続される短辺側の光学面１１ｃに対応する基板１１の上面には、図５（ａ）と同様に補強ブロック４２をそれぞれ貼り付けている。

【0060】

図５（ｂ）の形態では、従来技術を用いて補強ブロック４３を設けることができるため、製造コストの高騰を抑制できるという利点がある。また、図５（ｃ）の形態では、基板１１の端面１１ｄ近傍に高周波部品を配置するにあたって必要な制御電極を光導波路１２の入力側の端部１２１の方向に配設する場合、その制御電極を回避して補強ブロック４４を設けることができる。このため、制御電極の断線のリスクや高周波特性の劣化等の発生が抑制される点で優位である。

【0061】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。

【0062】

以下に説明する第２の実施形態の光導波路素子１０は、上述した第１の実施形態における光導波路１２の出力側の端部１２２も入力側の端部１２１と同様に側面１１ａの方向に屈曲した構成となっている。またこれに加えて、基板１１の側面１１ａには出力側の端部１２２に対応した出力側の光学面１４が形成されている。第２の実施形態はこれらの点で第１の実施形態と相違し、したがって以下の説明では第１の実施形態と同一構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、主に第１の実施形態との相違点を説明する。

【0063】

図６は、第２の実施形態に係る光変調器１を示している。該光変調器１が備える光導波路素子１０は、基板１１の側面１１ａの両端に、入力側の光学面１３と出力側の光学面１４とをそれぞれ有する。第２の実施形態に係る光導波路素子１０においては、入力側の端部１２１および出力側の端部１２２の双方が本発明の屈曲端部を構成する。

【0064】

図７に示すように、出力側の光学面１４は、基板１１の側面１１ａから端面１１ｃにわたり形成された傾斜面１４ａで構成されている。

【0065】

図７に示すように、第２の実施形態に係る光導波路１２の出力側の端部１２２は、第５および第６の光導波路１２７、１２８の合流点１２９ｂから端面１１ｃに向かって長手方向に延在する第１の直線光導波路１２２ｂと、側面１１ａに向かって幅方向に延在する第２の直線光導波路１２２ｃと、を有する。第２の直線光導波路１２２ｃは、基板１１の側面１１ａの一部を構成する光学面１４まで延在し、その光学面１４に、出力側の端部１２２のポート１２２ａが位置している。

【0066】

図６および図７に示すように、第２の実施形態に係る出力側の光ファイバ３２は、筐体２０の側板部２０ａを直交して貫通し、その先端が光導波路１２の出力側の端部１２２のポート１２２ａに光学的に接続するように筐体２０に設けられている。

【0067】

第２の実施形態に係る出力側の光学面１４は、入力側の光学面１３と同様に、主側面１１ｆに対し光学面１４で反射した戻り光が出力側の端部１２２へ入射しないような角度で傾斜している。すなわち第２の実施形態に係る光導波路素子１０においては、光学面１４で反射した戻り光が出力側の端部１２２に入射しないように構成されている。

【0068】

第２の実施形態に係る光導波路素子１０は、光導波路１２が基板１１の側面１１ａから光変調部１２３を経た後に側面１１ａに戻るという構成を有する。このため、光導波路素子１０に接続する入力側の光ファイバ３１および出力側の光ファイバ３２は同一の側面１１ａに並列に設置される。したがってこのような光導波路素子１０を備えた第２の実施形態に係る光変調器１は、入力側の光ファイバ３１および出力側の光ファイバ３２が筐体２０から長手方向に延出しないため、より一層の短小化を図ることができる。

【0069】

また、出力側の光学面１４は、入力側の光学面１３と同様に側面１１ａの一部に形成されており、側面１１ａの全面よりも面積が小さいものとなっている。このため、光学面１４を容易かつ安価に形成することができるとともに、光学面１４の全面を所定の面粗さに高い精度で形成することができる。

【0070】

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。

【0071】

以下に説明する第３の実施形態に係る光変調器１は、上述した第１の実施形態の光導波路素子１０への光波の入力を、光路変換部５０を介して行う点で第１の実施形態と相違している。したがって以下の説明では第１の実施形態と同一構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、主に第１の実施形態との相違点を説明する。

【0072】

図８に示すように、第３の実施形態に係る光変調器１は、筐体２０に並列接続された入力側の光ファイバ３１および出力側の光ファイバ３２を備えている。また、筐体２０内の側板部２０ｂ側の側方には、高周波ドライバアンプ６０が収納されているとともに、これに対応して側板部２０ｂの外面にはＲＦインターフェース４１０が設けられている。ＲＦインターフェース４１０は、同軸コネクタ、ＰＩＮ、ＦＰＣ、フィードスルー等からなる。また、筐体２０内には、入力側の光ファイバ３１から出射された光波の光路を屈折させて光導波路素子１０に導く光路変換部５０が収納されている。

【0073】

第３の実施形態では、入力側の光ファイバ３１は出力側の光ファイバ３２と平行に配されて筐体２０の端板部２０ｃに接続されている。入力側の光ファイバ３１は筐体２０の端板部２０ｃを貫通し、筐体２０内の光導波路素子１０と側板部２０ａとの間において長手方向に延在している。入力側の光ファイバ３１は、その先端が光路変換部５０に近接するように設けられている。第３の実施形態では、光ファイバ３１および光路変換部５０が、本発明の入力側の光伝送手段を構成する。

【0074】

高周波ドライバアンプ６０は、筐体２０内において光導波路素子１０と側板部２０ｂとの間に配置されている。高周波ドライバアンプ６０は、高周波信号を信号電極１８に供給することで光導波路素子１０を駆動する。高周波ドライバアンプ６０は半導体素子単体で実装されていてもよいし、セラミック等の中継基板に実装されたものを使用してもよい。

【0075】

光路変換部５０は、レンズ５１、５２と、プリズム５３と、を有する。レンズ５１、５２およびプリズム５３は、筐体２０内の基板１１の側方に配置されている。

【0076】

第３の実施形態の光変調器１では、光ファイバ３１と筐体２０と光導波路素子１０とは概ね平行である。図９に示すように、光ファイバ３１から出射された光波は、レンズ５１で平行光化されて、境界面で反射した戻り光を抑制できるような傾斜を持ったプリズム５３へ入射する。そして、プリズム５３内において臨界角θ_Ｃで反射され、光導波路素子１０側の境界面から出射する。光導波路素子１０側の境界面から出射した光波は、レンズ５２で集光され、筐体２０となす任意の角度φの傾斜面を持つ光導波路素子１０の光学面１３に位置する入力側のポート１２１ａに入射するようになっている。

【0077】

なお、本実施形態の光路変換部５０は２枚のレンズ５１、５２を用いたコリメート光学系の例を示しているが、１枚のレンズによって光ファイバ３１から出射された光波を光導波路１０の入力側のポート１２１ａに集光するような構成としてもよい。

【0078】

ここで、図９に示すように、光導波路１２の入力側の端部１２１において第１の直線光導波路１２１ｂに対し第２の直線光導波路１２１ｃが角度θ_ＷＧで傾斜するものとした場合、その屈曲角度θ_ＷＧは、光学面１３の傾斜角度φ、プリズム５３を透過する光波の屈折角度および基板１１の屈折率に基づいて決定される。

【0079】

例えば、図９に示すように、基板１１にニオブ酸リチウム(ＬｉＮｂＯ_３)の結晶を用いた場合、第２の直線導波路１２１ｃの屈曲角度θ_ＷＧを８０°〜９０°、光導波路素子１０の光学面１３の傾斜角度φを１°〜１０°とすると、好適に実現することができる。その他のパラメータは下記に示すとおりである。

【0080】

・プリズム５３の材料の屈折率
光学ガラスの場合：ｎ_{ｐｒｉｓｍ}＝１．５
・出射側の屈折率（空気の屈折率）：ｎ_ａｉｒ＝１
・入射側の基板１１（ＬｉＮｂＯ_３）の屈折率：ｎ_ＬＮ＝２．２２
・筐体２０｜｜光ファイバ３１｜｜光導波路素子１０
・第２の直線導波路１２１ｃの屈曲角度：θ_ＷＧ＝８０°〜９０°
・光導波路素子１０の傾斜面角度φ：１°〜１０°

【0081】

第３の実施形態に係る光変調器１は、光導波路素子１０の光導波路１２に対し光波を入力する光路変換部５０が筐体２０内の基板１１の側方に配置されているため、光路変換部５０を含む光変調器１の短小化を図ることができる。

【0082】

また、第３の実施形態に係る光変調器１は、各光ファイバ３１、３２を筐体２０に並列に設置することにより、光路変換部５０および高周波ドライバアンプ６０が筐体２０内に収納された構成であっても短小化を図ることができる。

【0083】

また、第３の実施形態に係る光変調器１は、各光ファイバ３１、３２を筐体２０に並列接続することにより、上述した短小化とあいまって、当該光変調器１を機器に実装する上で実装箇所の選択範囲が広がり、当該機器の設計の自由度が向上する。

【0084】

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。

【0085】

図１０に示す第４の実施形態の光変調器１は、上述の第３の実施形態の光導波路素子１０がネスト型導波路構造を備えたマッハツェンダ光導波路２１０、２２０を有するとともに、光導波路素子１０からの出力光を偏波合成する偏波合成部３００を有している。また、第４の実施形態の光変調器１は、ＲＦインターフェース４１０および高周波中継基板４２０を有している。第４の実施形態の光変調器１はこれらの点で上述の第３の実施形態と相違している。したがって以下の説明では、第３の実施形態と同一構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、主に第３の実施形態との相違点を説明する。

【0086】

図１０に示すように、第４の実施形態に係る光導波路素子１０の光導波路１２は、屈曲する入力側の端部１２１と、互いに平行な並行導波路を構成する第１の光導波路１２４ａおよび第２の光導波路１２４ｂと、を有する。また、光導波路１２は、入力側の端部１２１から分岐して第１の光導波路１２４ａおよび第２の光導波路１２４ｂにそれぞれ接続する第３の光導波路１２５および第４の光導波路１２６と、を有する。そして、第１の光導波路１２４ａおよび第２の光導波路１２４ｂの下流側には、ネスト型導波路構造を備えた第１のマッハツェンダ光導波路２１０および第２のマッハツェンダ光導波路２２０がそれぞれ接続されている。

【0087】

第１のマッハツェンダ光導波路２１０は、２つのサブマッハツェンダ光導波路２１１、２１２を、メインマッハツェンダ光導波路２１３を構成する２つの分岐導波路２１３ａ、２１３ｂにそれぞれ組み込んだ構成を有している。また、第２のマッハツェンダ光導波路２２０は、２つのサブマッハツェンダ光導波路２２１、２２２を、メインマッハツェンダ光導波路２２３を構成する２つの分岐導波路２２３ａ、２２３ｂにそれぞれ組み込んだ構成を有している。

【0088】

第１のマッハツェンダ光導波路２１０の出力側には、基板１１の端面１１ｃまで延在する出力側光導波路２１４が接続されており、端面１１ｃには、出力側光導波路２１４から光波の出射がなされる出力側のポート２１４ａが位置している。また、第２のマッハツェンダ光導波路２２０の出力側には、基板１１の端面１１ｃまで延在する出力側光導波路２２４が接続されており、端面１１ｃには、出力側光導波路２２４から光波の出射がなされる出力側のポート２２４ａが位置している。

【0089】

第４の実施形態では、第１および第２のマッハツェンダ光導波路２１０、２２０の形成領域が、それぞれ光変調部２２５を構成する。すなわち光導波路素子１０は２つの光変調部２２５を有し、当該領域に、これら光導波路２１０、２２０に変調信号を印加する図示せぬ制御電極（信号電極および接地電極）が設けられている。

【0090】

第４の実施形態では、基板１１の端面１１ｃと出力側の光ファイバ３２との間に、偏波合成部３００が配設されている。第４の実施形態は、当該偏波合成部３００を含む偏波多重の構成を有する。

【0091】

偏波合成部３００は、偏波合成素子３１０と、出力側のポート２１４ａからの出射光を平行光化して偏波合成素子３１０に導くレンズ３２０と、出力側のポート２２４ａからの出射光を平行光化して偏波合成素子３１０に導くレンズ３３０と、レンズ３３０からの出射光の偏波を回転させる半波長板３４０と、を有している。

【0092】

偏波合成素子３１０は、出力側のポート２１４ａ、２２４ａからそれぞれ偏波合成素子３１０に入射した２つの光（変調光）を直交させて偏波合成するとともに同一の光路上に集束し、出力側の光ファイバ３２の光軸に沿って出射する機能を有する。偏波合成部３００によれば、例えば５０Ｇｂ／ｓの変調光が偏波合成されて１００Ｇｂ／ｓの変調光が得られるようになっている。

【0093】

また、第４の実施形態では、上述の信号電極に高周波信号を増幅して供給する図示せぬ高周波ドライバアンプに接続されるＲＦインターフェース４１０が、筐体２０の端板部２０ｄの外面に設けられている。ＲＦインターフェース４１０は、同軸コネクタ、ＰＩＮ、ＦＰＣ、フィードスルー等からなる。また、第４の実施形態では、筐体２０内の端板部２０ｄと光導波路素子１０との間に、光導波路素子１０とＲＦインターフェース４１０との接続を中継するための高周波中継基板４２０が配設されている。

【0094】

第４の実施形態に係る光変調器１は、第３の実施形態と同様に、光導波路素子１０の光導波路１２に対し光波を入力する光路変換部５０が筐体２０内の基板１１の側方に配置されているため、光路変換部５０を含む光変調器１の短小化を図ることができる。

【0095】

また、第４の実施形態に係る光変調器１は、各光ファイバ３１、３２を筐体２０に並列に設置することにより、光路変換部５０、偏波合成部３００および高周波中継基板４２０が筐体２０内に収納された構成であっても短小化を図ることができる。

【0096】

また、第４の実施形態に係る光変調器１は、各光ファイバ３１、３２を筐体２０に並列に設置することにより、上述した短小化とあいまって、当該光変調器１を機器に実装する上で実装箇所の選択範囲が広がり、当該機器の設計の自由度が向上する。

【0097】

第４の実施形態では、光学面１３を形成する部分のみに補強ブロック４３を貼り付ければよいので、基板１１の幅が増大することを抑制しつつ制御電極を配線するスペースを確保することができる。このため、電気部品の設置場所に関する設計の自由度が向上する。これにより、ＲＦインターフェース４１０が配された端部側に、信号処理ＬＳＩを配設してもよい。また、筐体２０内において高周波中継基板４２０に高周波ドライバアンプを実装して光導波路素子１０と直接接続してもよい。

【0098】

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。

【0099】

以下に説明する第５の実施形態の光導波路素子１０は、上述した第１の実施形態の光導波路素子１０の光学面１３に代えて光学面１５を有する点で第１の実施形態と相違している。したがって以下の説明では第１の実施形態と同一構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、主に第１の実施形態との相違点を説明する。

【0100】

図１１に示すように、第５の実施形態に係る光導波路素子１０は、側面１１ａの一部が光学面１５で構成されている。光学面１５は、基板１１の側面１１ａから端面１１ｄにわたり形成された段差面１５ａで構成されている。光導波路１２においては、入力側の端部１２１の第２の直線光導波路１２１ｃが光学面１５まで延在しており、入力側のポート１２１ａが光学面１５に位置している。

【0101】

光学面１５は、側面１１ａと端面１１ｄとにより形成されていた基板１１の角部（図３の１１ｅに相当する部分）を、切削加工した後、研磨加工して削除することにより形成することができる。

【0102】

第５の実施形態に係る光導波路素子１０では、光学面１５は、該光学面１５で反射した戻り光が入力側の光ファイバ３１に入射しない角度に形成されている。

【0103】

第５の実施形態に係る光導波路素子１０は、基板１１の側面１１ａをダイサー等で切削加工した後に研磨加工するなどして光学面１５を容易かつ安価に形成することができる。また、光学面１５に対応して補強ブロックを設置する場合には、形成した光学面１５の加工部分のみにその補強ブロックを設置すればよいので、基板１１の幅が増大することを抑制することができる。また、第５の実施形態に係る光導波路素子１０では、光学面１５で透過せずに反射した戻り光を抑制することができる。

【0104】

なお、上記各実施形態では、基板１１の側面１１ａの一部が光学面を構成する形態であるが、基板１１の側面１１ｂの一部が光学面を構成する形態であってもよい。また、双方の側面１１ａ、１１ｂにそれぞれ光学面を形成し、それらの光学面に光導波路１２の端部を導く構成としてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0105】

本発明は、電気光学効果を有する基板の側面に光学面を安価に形成することができ、これによって効果的に短小化を図ることができるとともに、併設する電気部品の設置場所に関する設計の自由度を向上させることができる光導波路素子および光変調器として有用である。

【符号の説明】

【0106】

１ 光変調器
１０ 光導波路素子
１１ 基板
１１ａ、１１ｂ 側面
１１ｃ、１１ｄ 端面
１２ 光導波路
１３、１４、１５ 光学面
１３ａ 傾斜面
１５ａ 段差面
１８ 信号電極（制御電極）
１９ａ、１９ｂ 接地電極（制御電極）
２０ 筐体
３１ 光ファイバ（入力側の光伝送手段）
３２ 光ファイバ（出力側の光伝送手段）
１２１ 入力側の端部（屈曲端部）
１２１ａ 入力側のポート
１２２ 出力側の端部（屈曲端部）
１２２ａ、２１４ａ、２２４ａ 出力側のポート
１２３ ２２５ 光変調部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】