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公開番号2021063951
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210422
出願番号2019189596
出願日20191016
発明の名称光変調器
出願人住友電気工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G02F 1/025 20060101AFI20210326BHJP(光学)
要約【課題】アーム導波路の材料の劣化を抑制しつつ、高次モードの発生を抑制できる光変調器を提供する。
【解決手段】光変調器は、シングルモードの導波を可能にする第1幅を有する入力導波路と、テーパ導波路と、光分波器と、第1アーム導波路と、第2アーム導波路と、第1電極と、第2電極と、を備える。第1アーム導波路は、第1アーム導波路の入力端から出力端まで、第1幅よりも大きい第3幅を有している。第1アーム導波路は、第1アーム導波路の入力端から出力端まで、第3幅の2倍の第4幅を有する第1帯状領域内に位置している。第2アーム導波路は、第2アーム導波路の入力端から出力端まで、第1幅よりも大きい第5幅を有している。第2アーム導波路は、第2アーム導波路の入力端から出力端まで、第5幅の2倍の第6幅を有する第2帯状領域内に位置している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
シングルモードの導波を可能にする第1幅を有する入力導波路と、
前記入力導波路に接続された入力端と、前記第1幅よりも大きい第2幅を有する出力端とを有するテーパ導波路と、
前記出力端に光学的に結合された入力ポートと、第1出力ポートと、第2出力ポートとを有する光分波器と、
前記第1出力ポートに接続された入力端と、出力端とを有する第1アーム導波路と、
前記第2出力ポートに接続された入力端と、出力端とを有する第2アーム導波路と、
前記第1アーム導波路上に設けられた第1電極と、
前記第2アーム導波路上に設けられた第2電極と、
を備え、
前記第1アーム導波路は、前記第1アーム導波路の前記入力端から前記出力端まで、前記第1幅よりも大きい第3幅を有しており、
前記第1アーム導波路は、前記第1アーム導波路の前記入力端から前記出力端まで、前記第3幅の2倍の第4幅を有する第1帯状領域内に位置しており、
前記第2アーム導波路は、前記第2アーム導波路の前記入力端から前記出力端まで、前記第1幅よりも大きい第5幅を有しており、
前記第2アーム導波路は、前記第2アーム導波路の前記入力端から前記出力端まで、前記第5幅の2倍の第6幅を有する第2帯状領域内に位置している、光変調器。
続きを表示(約 280 文字)【請求項2】
前記第3幅は前記第2幅と同じであり、
前記第5幅は前記第2幅と同じである、請求項1に記載の光変調器。
【請求項3】
前記第1アーム導波路は、前記入力端から前記出力端まで直線状に延在しており、
前記第2アーム導波路は、前記入力端から前記出力端まで直線状に延在している、請求項1又は請求項2に記載の光変調器。
【請求項4】
前記第1電極と前記第2電極との間の距離は、前記第1アーム導波路と前記第2アーム導波路との間の距離よりも大きい、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の光変調器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、光変調器に関する。
続きを表示(約 7,200 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1は、マッハツェンダ変調器を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
米国特許第9069223号明細書
【非特許文献】
【0004】
Hiroyasu Mawatari et al.,"Clarification of the degradation modes of an InP-based semiconductor MZmodular", International Reliability Physics Symposium (IRPS), CD.7, IEEE(2012)
田中肇他、「InP系多値変調素子の光損傷メカニズムの検討」、2019年電子情報通信学会総合大会、C-4-4
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1のマッハツェンダ変調器では、入力導波路からの光を多モード干渉(MMI:Multi−Mode Interference)カプラによって2つに分割する。多モード干渉カプラに接続された2つのアーム導波路は、互いに離れるように延在する湾曲部と、互いに平行に延在する直線部とを有している。直線部には、変調のための電圧が印加される。
【0006】
シングルモードの導波を可能にするためには、各導波路の幅を小さくする必要がある。その場合、各導波路を伝搬する光のパワー密度が高くなる。一方、アーム導波路に電圧を印加する時にはコアの光吸収係数が大きくなるので、アーム導波路を構成する材料が劣化するおそれがある(非特許文献1,2参照)。よって、アーム導波路を伝搬する光のパワー密度が高くなると、アーム導波路を構成する材料が劣化する可能性も高くなる。そこで、パワー密度を低くするために、アーム導波路の幅を大きくすることが考えられる。しかし、アーム導波路の幅を大きくすると、湾曲部において高次モードが発生する。
【0007】
本開示は、アーム導波路の材料の劣化を抑制しつつ、高次モードの発生を抑制できる光変調器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の一側面に係る光変調器は、シングルモードの導波を可能にする第1幅を有する入力導波路と、前記入力導波路に接続された入力端と、前記第1幅よりも大きい第2幅を有する出力端とを有するテーパ導波路と、前記出力端に光学的に結合された入力ポートと、第1出力ポートと、第2出力ポートとを有する光分波器と、前記第1出力ポートに接続された入力端と、出力端とを有する第1アーム導波路と、前記第2出力ポートに接続された入力端と、出力端とを有する第2アーム導波路と、前記第1アーム導波路上に設けられた第1電極と、前記第2アーム導波路上に設けられた第2電極と、を備え、前記第1アーム導波路は、前記第1アーム導波路の前記入力端から前記出力端まで、前記第1幅よりも大きい第3幅を有しており、前記第1アーム導波路は、前記第1アーム導波路の前記入力端から前記出力端まで、前記第3幅の2倍の第4幅を有する第1帯状領域内に位置しており、前記第2アーム導波路は、前記第2アーム導波路の前記入力端から前記出力端まで、前記第1幅よりも大きい第5幅を有しており、前記第2アーム導波路は、前記第2アーム導波路の前記入力端から前記出力端まで、前記第5幅の2倍の第6幅を有する第2帯状領域内に位置している。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、アーム導波路の材料の劣化を抑制しつつ、高次モードの発生を抑制できる光変調器が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1は、一実施形態に係る光変調器を模式的に示す平面図である。
図2は、図1のII−II線に沿った断面図である。
図3は、第1変形例に係る光変調器の一部を模式的に示す平面図である。
図4は、第2変形例に係る光変調器の一部を模式的に示す平面図である。
図5は、第3変形例に係る光変調器を模式的に示す断面図である。
図6は、他の実施形態に係る光変調器を模式的に示す平面図である。
図7は、他の実施形態に係る光変調器の一部を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
[本開示の実施形態の説明]
一実施形態に係る光変調器は、シングルモードの導波を可能にする第1幅を有する入力導波路と、前記入力導波路に接続された入力端と、前記第1幅よりも大きい第2幅を有する出力端とを有するテーパ導波路と、前記出力端に光学的に結合された入力ポートと、第1出力ポートと、第2出力ポートとを有する光分波器と、前記第1出力ポートに接続された入力端と、出力端とを有する第1アーム導波路と、前記第2出力ポートに接続された入力端と、出力端とを有する第2アーム導波路と、前記第1アーム導波路上に設けられた第1電極と、前記第2アーム導波路上に設けられた第2電極と、を備え、前記第1アーム導波路は、前記第1アーム導波路の前記入力端から前記出力端まで、前記第1幅よりも大きい第3幅を有しており、前記第1アーム導波路は、前記第1アーム導波路の前記入力端から前記出力端まで、前記第3幅の2倍の第4幅を有する第1帯状領域内に位置しており、前記第2アーム導波路は、前記第2アーム導波路の前記入力端から前記出力端まで、前記第1幅よりも大きい第5幅を有しており、前記第2アーム導波路は、前記第2アーム導波路の前記入力端から前記出力端まで、前記第5幅の2倍の第6幅を有する第2帯状領域内に位置している。
【0012】
アーム導波路が比較的小さい幅を有していると、アーム導波路を伝搬する光のパワー密度が大きくなるので、アーム導波路の材料が劣化するおそれがある。これに対して、上記光変調器では、第1アーム導波路の第3幅を大きくできるので、第1アーム導波路の材料の劣化を抑制できる。さらに、第1アーム導波路が、第3幅の2倍の第4幅を有する第1帯状領域内に位置しているので、第1アーム導波路が大きく曲がることがない。そのため、湾曲部に起因する高次モードの発生を抑制できる。
【0013】
さらに、第2アーム導波路の第5幅を大きくできるので、第2アーム導波路の材料の劣化を抑制できる。さらに、第2アーム導波路が、第5幅の2倍の第6幅を有する第2帯状領域内に位置しているので、第2アーム導波路が大きく曲がることがない。そのため、湾曲部に起因する高次モードの発生を抑制できる。したがって、上記光変調器によれば、第1アーム導波路及び第2アーム導波路の材料の劣化を抑制しつつ、第1アーム導波路及び第2アーム導波路において高次モードの発生を抑制できる。
【0014】
前記第3幅は前記第2幅と同じであり、前記第5幅は前記第2幅と同じであってもよい。この場合、光分波器の第1出力ポート及び第2出力ポートにおける高次モードの発生を抑制できる。
【0015】
前記第1アーム導波路は、前記入力端から前記出力端まで直線状に延在しており、前記第2アーム導波路は、前記入力端から前記出力端まで直線状に延在してもよい。この場合、第1アーム導波路及び第2アーム導波路における高次モードの発生を更に抑制できる。
【0016】
前記第1電極と前記第2電極との間の距離は、前記第1アーム導波路と前記第2アーム導波路との間の距離よりも大きくてもよい。この場合、第1電極と第2電極との間の距離を大きくできるので、第1電極及び第2電極を形成する際の加工性が向上する。
【0017】
[本開示の実施形態の詳細]
以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図面には、互いに交差するX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向が示される。X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は例えば互いに直交している。
【0018】
図1は、一実施形態に係る光変調器を模式的に示す平面図である。図2は、図1のII−II線に沿った断面図である。図1に示される光変調器10は、例えばマッハツェンダ変調器である。光変調器10は、入力導波路12と、テーパ導波路14と、光分波器16と、第1アーム導波路18aと、第2アーム導波路18bとを備える。
【0019】
入力導波路12は、シングルモードの導波を可能にする第1幅W1を有する。入力導波路12は、例えばX軸方向に沿って直線状に延在している。第1幅W1は、Y軸方向における入力導波路12の長さである。第1幅W1は、1μm以上2μm以下であってもよく、例えば1.5μmである。入力導波路12は、入力端12aと出力端12bとを有する。入力端12aは光変調器10の入力端である。入力導波路12は、入力端12aから出力端12bまで、一定の第1幅W1を有する。
【0020】
テーパ導波路14は、入力端14aと出力端14bとを有する。入力端14aは、入力導波路12の出力端12bに光学的に結合される。入力端14aは第1幅W1を有する。出力端14bは、第1幅W1よりも大きい第2幅W2を有する。第2幅W2は、2μm以上4μm以下であってもよく、例えば3μmである。テーパ導波路14の幅は、断熱条件を満たすように、入力端14aから出力端14bまで徐々に大きくなっている。よって、テーパ導波路14において高次モードは発生しない。X軸方向におけるテーパ導波路14の長さは、20μm以上100μm以下であってもよい。
【0021】
光分波器16は、例えば1×2多モード干渉カプラ等の多モード干渉カプラ(MMIカプラ)である。光分波器16は、入力ポート16aと、第1出力ポート16b1と、第2出力ポート16b2とを有する。入力ポート16aは、テーパ導波路14の出力端14bに光学的に結合される。光分波器16は、第2幅W2よりも大きい幅W(Y軸方向における長さ)を有する。幅Wは、3μm以上20μm以下であってもよい。W1/Wの値は、0.2以上0.4以下であってもよい。W1/Wの値を大きくすると、光分波器16の入力ポート16aにおける光の過剰損失を低減できる。X軸方向における光分波器16の長さLは、50μm以上500μm以下であってもよい。W1/Wの値を大きくする場合、光分波器16の長さLも大きくなる。光分波器16の長さLを小さくすると、光分波器16における光の吸収損失を低減できると共に、光変調器10のサイズを小さくできる。
【0022】
第1アーム導波路18aは、入力端18aaと出力端18abとを有する。入力端18aaは、光分波器16の第1出力ポート16b1に光学的に結合される。第1アーム導波路18aは、テーパ導波路を介することなく第1出力ポート16b1に光学的に結合される。第1アーム導波路18aは、入力端18aaから出力端18abまで、一定の第3幅W3を有している。第3幅W3は、第1幅W1よりも大きい。第3幅W3は第2幅W2と同じであってもよい。製造上の誤差は「同じ」に含まれる。第1アーム導波路18aは、入力端18aaから出力端18abまで、第4幅W4を有する第1帯状領域Ra内に位置している。第4幅W4は、第3幅W3の2倍であるが、第3幅W3の1.5倍であってもよいし、1.2倍以下であってもよい。第1アーム導波路18aは、例えば入力端18aaから出力端18abまで直線状に延在している。X軸方向における第1アーム導波路18aの長さは、200μm以上2000μm以下であってもよい。
【0023】
第1アーム導波路18aは、入力端18aaと出力端18abとの間を繋ぐ第1縁18as1及び第2縁18as2を有する。第2縁18as2は、第1縁18as1と第2アーム導波路18bとの間に位置している。第1帯状領域Raは、例えば矩形状である。第1帯状領域Raは、X軸方向に延在する第1縁Ra1及び第2縁Ra2を有する。第2縁Ra2は、第1縁Ra1と第2アーム導波路18bとの間に位置している。本実施形態において、第1帯状領域Raの第2縁Ra2は、第1アーム導波路18aの第2縁18as2と重なっている。
【0024】
第2アーム導波路18bは、入力端18baと出力端18bbとを有する。入力端18baは、光分波器16の第2出力ポート16b2に光学的に結合される。第2アーム導波路18bは、テーパ導波路を介することなく第2出力ポート16b2に光学的に結合される。第2アーム導波路18bは、入力端18baから出力端18bbまで、一定の第5幅W5を有している。第5幅W5は、第1幅W1よりも大きい。第5幅W5は、第3幅W3と同じであってもよいし、第2幅W2と同じであってもよい。製造上の誤差は「同じ」に含まれる。第2アーム導波路18bは、入力端18baから出力端18bbまで、第6幅W6を有する第2帯状領域Rb内に位置している。第6幅W6は、第5幅W5の2倍であるが、第3幅W3の1.5倍であってもよい。第2アーム導波路18bは、例えば入力端18baから出力端18bbまで直線状に延在している。X軸方向における第2アーム導波路18bの長さは、200μm以上2000μm以下であってもよい。
【0025】
第2アーム導波路18bは、入力端18baと出力端18bbとの間を繋ぐ第1縁18bs1及び第2縁18bs2を有する。第2縁18bs2は、第1縁18bs1と第1アーム導波路18aとの間に位置している。第2帯状領域Rbは、例えば矩形状である。第2帯状領域Rbは、X軸方向に延在する第1縁Rb1及び第2縁Rb2を有する。第2縁Rb2は、第1縁Rb1と第1アーム導波路18aとの間に位置している。本実施形態において、第2帯状領域Rbの第2縁Rb2は、第2アーム導波路18bの第2縁18bs2と重なっている。
【0026】
光変調器10は、第1アーム導波路18a上に設けられた第1電極32aと、第2アーム導波路18b上に設けられた第2電極34aと、第3電極36aとを更に備える。第1電極32a、第2電極34a及び第3電極36aは、X軸方向に延在しており、Y軸方向において互いに離間して配置される。Y軸方向において、第2電極34aは、第1電極32aと第3電極36aとの間に配置される。第1電極32aは、第1アーム導波路18aに電圧を印加する。第1電極32aは、第1アーム導波路18aの幅よりも大きい幅を有する。X軸方向において、第1電極32aの長さは、第1アーム導波路18aの長さよりも小さい。第2電極34aは、第2アーム導波路18bに電圧を印加する。第2アーム導波路18bに印加される電圧は、第1アーム導波路18aに印加される電圧とは異なる。第2電極34aは、第2アーム導波路18bの幅よりも大きい幅を有する。X軸方向において、第2電極34aの長さは、第2アーム導波路18bの長さよりも小さい。第3電極36aは、第1アーム導波路18a及び第2アーム導波路18bの幅よりも大きい幅を有する。
【0027】
第1電極32aは、配線32cを介して電極パッド32bに電気的に接続される。第2電極34aは、配線34cを介して電極パッド34bに電気的に接続される。第3電極36aは、配線36cを介して電極パッド36bに電気的に接続される。電極パッド32bには高周波電源42から電圧が印加される。電極パッド34bには高周波電源44から電圧が印加される。電極パッド36bの電位はグランド電位である。
【0028】
光変調器10は、光合波器20と、テーパ導波路22と、出力導波路24とを更に備える。光合波器20、テーパ導波路22及び出力導波路24は、光の伝搬方向が異なること以外、光分波器16、テーパ導波路14及び入力導波路12とそれぞれ同様の構造を有する。
【0029】
光合波器20は、例えば2×1多モード干渉カプラ等の多モード干渉カプラである。光合波器20は、第1入力ポート20a1と、第2入力ポート20a2と、出力ポート20bとを有する。第1入力ポート20a1は、第1アーム導波路18aの出力端18abに光学的に結合される。第2入力ポート20a2は、第2アーム導波路18bの出力端18bbに光学的に結合される。
【0030】
テーパ導波路22は、入力端22aと出力端22bとを有する。入力端22aは、光合波器20の出力ポート20bに光学的に結合される。入力端22aは第2幅W2を有する。出力端22bは、第1幅W1を有する。テーパ導波路22の幅は、断熱条件を満たすように、入力端22aから出力端22bまで徐々に小さくなっている。よって、テーパ導波路22において高次モードは発生しない。
(【0031】以降は省略されています)

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