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公開番号2025035308
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023142267
出願日2023-09-01
発明の名称光デバイス、光送信器、光受信器及び光トランシーバ
出願人富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類G02F 1/035 20060101AFI20250306BHJP(光学)
要約【課題】ヒータ電極による光の損失を軽減できる光デバイス等を提供することを目的とする。
【解決手段】光デバイスは、光が導波する、電気光学効果及び熱光学効果を有する導波路と、前記導波路の一方の側面に配置され、前記導波路を加熱するヒータ電極と、を有する。光デバイスは、前記導波路の他方の側面に配置され、前記ヒータ電極と電気的に接続し、前記ヒータ電極に比較して高抵抗の並列電極を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
光が導波する、電気光学効果及び熱光学効果を有する導波路と、
前記導波路の一方の側面に配置され、前記導波路を加熱するヒータ電極と、
前記導波路の他方の側面に配置され、前記ヒータ電極と電気的に接続し、前記ヒータ電極に比較して高抵抗の並列電極と、
を有することを特徴とする光デバイス。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記並列電極は、
当該並列電極の入力端と前記ヒータ電極の入力端との間を電気的に接続すると共に、当該並列電極の出力端と前記ヒータ電極の出力端との間を電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記並列電極は、
前記ヒータ電極と異なる材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記並列電極は、
前記ヒータ電極と同一材料で構成し、前記ヒータ電極の電極幅に比較して狭くした構造を有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記並列電極は、
前記ヒータ電極と同一材料で構成し、前記ヒータ電極の電極長に比較して電極長を長くする蛇行構造を有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記導波路は、
第１の導波路と、
前記第１の導波路に並列に配置された第２の導波路と、
前記第１の導波路の一方の側面と前記第２の導波路の一方の側面との間に並列に配置された第３の導波路と、を有し、
前記ヒータ電極は、
前記第３の導波路の一方の側面に配置された第１のヒータ電極と、
前記第３の導波路の他方の側面に配置された第２のヒータ電極と、を有し、
前記並列電極は、
前記第１の導波路の他方の側面に配置され、前記第１のヒータ電極と電気的に接続する第１の並列電極と、
前記第２の導波路の他方の側面に配置され、前記第２のヒータ電極と電気的に接続する第２の並列電極と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記導波路は、
前記第１の導波路の出力端と前記第３の導波路の入力端との間を接続する第１の折り返し導波路と、
前記第３の導波路の出力端と前記第２の導波路の入力端との間を接続する第２の折り返し導波路と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の光デバイス。
【請求項８】
光を発光する光源と、
前記光源からの光を電気信号に応じて変調する光デバイスと、を有する光送信器であって、
前記光デバイスは、
光が導波する、電気光学効果及び熱光学効果を有する導波路と、
前記導波路の一方の側面に配置され、前記導波路を加熱するヒータ電極と、
前記導波路の他方の側面に配置され、前記ヒータ電極と電気的に接続し、前記ヒータ電極に比較して高抵抗の並列電極と
を有することを特徴とする光送信器。
【請求項９】
光を発光する光源と、
前記光源から発生する光を用いて、受信光から電気信号に変換する光デバイスと、を有する光受信器であって、
前記光デバイスは、
光が導波する、電気光学効果及び熱光学効果を有する導波路と、
前記導波路の一方の側面に配置され、前記導波路を加熱するヒータ電極と、
前記導波路の他方の側面に配置され、前記ヒータ電極と電気的に接続し、前記ヒータ電極に比較して高抵抗の並列電極と
を有することを特徴とする光受信器。
【請求項１０】
電気信号に対する信号処理を実行するプロセッサと、
光を発生させる光源と、
前記プロセッサから出力される電気信号を用いて、前記光源から発生する光を変調する光送信器と、
前記光源から発生する光を用いて、受信光から電気信号に変換する光受信器と、を有する光トランシーバであって、
前記光トランシーバは、
光が導波する、電気光学効果及び熱光学効果を有する導波路と、
前記導波路の一方の側面に配置され、前記導波路を加熱するヒータ電極と、
前記導波路の他方の側面に配置され、前記ヒータ電極と電気的に接続し、前記ヒータ電極に比較して高抵抗の並列電極とを有する光デバイスを含むことを特徴とする光トランシーバ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイス、光送信器、光受信器及び光トランシーバに関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の光変調器は、例えば、基板上に設けられた光導波路と、光導波路の近傍に配置された信号電極及び接地電極とを有し、信号電極に電圧を与えると、光導波路内に電界が発生し、光導波路内の電界によって光導波路の屈折率が変化し、光の位相が変化する。光導波路はマッハツェンダ干渉計を構成し、光導波路間の光の位相の差により光出力が変化することになる。
【０００３】
光変調器では、例えば、マッハツェンダ変調器である。図２１は、従来の光変調器２００の一例を示す平面模式図である。光変調器２００は、例えば、薄膜ＬＮ（Lithium Niobate：ニオブ酸リチウム：ＬｉＮｂＯ
３
）チップで構成する。光変調器２００は、１本の第１の入力導波路２０１と、１個の第１の分岐部２０２と、２本の第２の入力導波路２０３と、２個の第２の分岐部２０４と、４本の第３の入力導波路２０５と、４個の第３の分岐部２０６と、を有する。光変調器２００は、８本の第１の導波路２０７と、４個のＲＦ(Radio Frequency)変調部２０８と、４個の第１のＤＣ(Direct Current)変調部２０９と、４個の第１の合波部２１０と、を有する。光変調器２００は、４本の第２の導波路２１１と、２個の第２のＤＣ変調部２１２と、第２の合波部２１３と、２本の第１の出力導波路２１４と、を有する。光変調器２００は、１個のＰＲ（Polarization Rotator）２１５と、１個のＰＢＣ（Polarization Beam Combiner）２１６と、１本の第２の出力導波路２１７とを有する。
【０００４】
第１の入力導波路２０１は、信号光を導波する、例えば、ＬＮ導波路である。第１の分岐部２０２は、第１の入力導波路２０１からの信号光を２本の第２の入力導波路２０３に分岐する。第２の入力導波路２０３は、第１の分岐部２０２からの信号光を導波する、例えば、ＬＮ導波路である。第２の分岐部２０４は、第２の入力導波路２０３からの信号光を２本の第３の入力導波路２０５に分岐する。第３の分岐部２０６は、第３の入力導波路２０５からの信号光をＲＦ変調部２０８内の２本の第１の導波路２０７Ａに分岐する。
【０００５】
ＲＦ変調部２０８は、２本の第１の導波路２０７Ａを導波する信号光を高速変調する変調部である。ＲＦ変調部２０８は、平行に配置された２本の第１の導波路２０７Ａ（２０７）と、２本の第１の導波路２０７Ａに平行に配置された複数のＲＦ電極２２１とを有する。２本の第１の導波路２０７Ａは、ＬＮ導波路である。ＲＦ電極２２１は、２本の第１の導波路２０７Ａの外側に平行に配置された２本の接地電極２２１Ｂと、２本の第１の導波路２０７Ａ間に、第１の導波路２０７Ａと平行に配置された１本の信号電極２２１Ａとを有する。ＲＦ変調部２０８は、信号電極２２１Ａに、例えば、数１０ＧＨｚの帯域を有する高周波信号を入力した場合、高周波信号に応じて第１の導波路２０７Ａを導波する信号光を高速変調できる。
【０００６】
第１のＤＣ変調部２０９は、平行に配置された２本の第１の導波路２０７Ｂ（２０７）と、２本の第１の導波路２０７Ｂ上に平行に配置された複数のヒータ電極２２２とを有する。２本の第１の導波路２０７Ｂは、例えば、ＬＮ導波路である。第１のＤＣ変調部２０９は、ＲＦ変調部２０８内の２本の第１の導波路２０７Ａと第１のＤＣ変調部２０９内の２本の第１の導波路２０７Ｂとを接続し、第１のＤＣ変調部２０９内の２本の第１の導波路２０７Ｂを導波する信号光を変調する変調部である。第１のＤＣ変調部２０９は、ヒータ電極２２２に電流を流すと、ヒータ電極２２２で発生した熱により第１の導波路２０７Ｂを加熱する。その結果、熱光学効果により第１の導波路２０７Ｂの屈折率が変化するので、第１の導波路２０７Ｂを導波する信号光の位相を調整できる。第１の合波部２１０は、第１のＤＣ変調部２０９内の２本の第１の導波路２０７Ｂからの信号光を合波し、合波後の信号光を第２の導波路２１１に出力する。
【０００７】
第２のＤＣ変調部２１２は、平行に配置された２本の第２の導波路２１１と、２本の第２の導波路２１１上に配置されたヒータ電極２２３とを有する。２本の第２の導波路２１１は、例えば、ＬＮ導波路である。第２のＤＣ変調部２１２は、２個の第１の合波部２１０と第２のＤＣ変調部２１２内の２本の第２の導波路２１１とを接続し、第２のＤＣ変調部２１２内の２本の第２の導波路２１１を導波する信号光を変調する変調部である。第２のＤＣ変調部２１２は、ヒータ電極２２３に電流を流すと、ヒータ電極２２３で発生した熱により第２の導波路２１１を加熱する。その結果、熱光学効果により第２の導波路２１１の屈折率が変化するので、第２の導波路２１１を導波する信号光の位相を調整できる。第２のＤＣ変調部２１２は、第２の導波路２１１を導波する信号光を変調し、変調後の信号光を第２の合波部２１３に出力する。第２の合波部２１３は、第２のＤＣ変調部２１２内の２本の第２の導波路２１１からの変調後の信号光を合波し、合波後の信号光を第１の出力導波路２１４に出力する。
【０００８】
一方の第２の合波部２１３は、一方の第２のＤＣ変調部２１２内の２本の第２の導波路２１１からの信号光を合波し、合波後の信号光を一方の第１の出力導波路２１４を介してＰＲ２１５に出力する。他方の第２の合波部２１３は、他方の第２のＤＣ変調部２１２内の２本の第２の導波路２１１からの信号光を合波し、合波後の信号光を他方の第１の出力導波路２１４を介してＰＢＣ２１６に出力する。
【０００９】
ＰＲ２１５は、一方の第２の合波部２１３からの信号光を偏波回転し、偏波回転後の信号光をＰＢＣ２１６に出力する。ＰＢＣ２１６は、ＰＲ２１５からの偏波回転後の信号光と、他方の第２の合波部２１３からの信号光とを偏波多重し、偏波多重後の信号光を第２の出力導波路２１７に出力する。
【００１０】
図２２は、図２１に示すＡ－Ａ線断面の一例を示す断面模式図である。Ａ－Ａ線の断面部位は、光変調器のＲＦ変調部２０８である。図２２に示すＲＦ変調部２０８は、Ｓｉ等の支持基板２３１と、支持基板２３１上に形成された第１のバッファ層２３２と、第１のバッファ層２３２上に形成された薄膜ＬＮ基板２３３と、薄膜ＬＮ基板２３３上に形成された第２のバッファ層２３４と、を有する。ＲＦ変調部２０８は、第２のバッファ層２３４上に形成されたＲＦ電極２２１を有する。薄膜ＬＮ基板２３３は、上方へ突起する凸形状の薄膜のリブ型導波路である第１の導波路２０７Ａを有する。ＲＦ電極２２１は、信号電極２２１Ａと、一対の接地電極２２１Ｂとを有する。そして、スラブ上の第２のバッファ層２３４には、コプレーナ（ＣＰＷ：Coplanar Waveguide）構造のＲＦ電極２２１、すなわち、信号電極２２１Ａと、信号電極２２１Ａを挟む一対の接地電極２２１Ｂとが配置されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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