光波导元件及光波导元件的温度串扰抑制方法 【技术领域】
本发明涉及一种光波导元件，尤其涉及在主马赫-曾德尔型光波导中组装了两个子马赫-曾德尔型光波导的、所谓嵌套(Nest)型波导构造的光波导元件。
背景技术
一直以来，在光通信领域、光测定领域中，采用SSB(Single-Sideband：单边带)调制方式、双二进制(duobinary)调制方式等向多个调制用电极施加具有预定相位差(＝时间延迟)的同一调制信号的光调制方式。
在SSB型光调制器中，使用嵌套型波导构造的光波导元件，其具有将两个子马赫-曾德尔型光波导组装到主马赫-曾德尔型光波导的分支波导中的、所谓双子马赫-曾德尔型光波导。在这种光波导元件中，为了获得SSB调制信号，使用90°混合波导将两个分支的调制信号之间的相位差设定为90°，并施加到各子马赫-曾德尔型光波导的调制用电极(参照专利文献1)。
专利文献1：日本专利第3867148号说明书
专利文献2：日本特开平6-289341号公报
并且，在双二进制调制方式中，利用双重电极型马赫-曾德尔光调制器，施加到两个分支波导的各调制用电极上的调制信号使用位延迟电路使两个调制信号之间产生预定的位差。一般情况下，位延迟量在0～2T(T＝1位)的范围内选择。
但是，在上述SSB调制方式中使用的嵌套型波导构造的光波导元件中，在其使用中，各子马赫-曾德尔型光波导的偏置(Bias)点即动作点随时偏移，存在无法确保稳定的动作的问题。
为了抑制这种动作点偏移，例如通过光检测部适当监测来自上述光波导元件的输出信号，当产生动作点偏移时适当使用控制装置等，进行补充该偏移部分的操作。但上述动作点的调整操作极为复杂，因此在上述嵌套型光波导构造的光波导元件的实际应用中成为障碍。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种无需控制装置等的、元件本身具有动作点偏移抑制功能的嵌套型光波导构造的光波导元件。
为了实现上述目的，本发明的一种光波导元件(嵌套型波导构造的光波导元件)，其特征在于，具有：具备电光效应的基板；在上述基板上形成的光波导；以及用于调制在上述光波导内波导的光波的多个调制用电极，上述光波导在上述光波的行进方向上分支为两根而构成两根主光波导，各主光波导在上述光波的上述行进方向上进一步分支为两根而构成两根子光波导，上述两根主光波导构成主马赫-曾德尔型光波导，并且上述两根子光波导组装到上述主马赫-曾德尔型光波导内，构成子马赫-曾德尔型光波导，在上述基板的相对配置的两个上述子马赫-曾德尔型光波导之间，具有热传导抑制区域。
并且，本发明涉及一种光波导元件(嵌套型波导构造的光波导元件)的温度串扰抑制方法，该光波导元件具有：具备电光效应的基板；在上述基板上形成的光波导；以及用于调制在上述光波导内波导的光波的多个调制用电极，上述光波导在上述光波的行进方向上分支为两根而构成两根主光波导，各主光波导在上述光波的上述行进方向上进一步分支为两根而构成两根子光波导，上述两根主光波导构成主马赫-曾德尔型光波导，并且上述两根子光波导组装到上述主马赫-曾德尔型光波导内，构成子马赫-曾德尔型光波导，上述光波导元件的温度串扰抑制方法的特征在于，在上述基板的相对配置的两个上述子马赫-曾德尔型光波导之间，形成由槽部构成的热传导抑制区域，抑制上述两个子马赫-曾德尔型光波导之间的温度串扰。
本发明人为了实现上述目的进行了刻苦钻研。其结果发现了以下事实。在上述嵌套型波导构造的光波导元件中，子马赫-曾德尔型光波导部因调制动作等而发热，彼此产生热干扰。即，第1子马赫-曾德尔型光波导及第2子马赫-曾德尔型光波导在使用中分别被加热，根据其配置位置、周围环境等条件，实际的温度彼此不同。
因此，从一个子马赫-曾德尔型光波导向周围温度低的区域进行热传输，但该热传输也对接近的另一个子马赫-曾德尔型光波导产生影响。例如，第1子马赫-曾德尔型光波导的温度比第2子马赫-曾德尔型光波导的温度高时，从上述第1子马赫-曾德尔型光波导向上述第2子马赫-曾德尔型光波导进行热传输。进一步，该热传输的程度因其使用环境、使用状态等而随时变化。
即，在上述第1子马赫-曾德尔型光波导和上述第2子马赫-曾德尔型光波导之间产生温度串扰，因此由于该温度串扰，上述第2子马赫-曾德尔型光波导受到动作点偏移等特性上的影响。其结果是，在整个光波导元件上也频繁发生动作点偏移。
鉴于这一情况，在本发明中，在构成光波导元件的基板的、相对配置的两个子马赫-曾德尔型光波导之间，形成热传导抑制区域，抑制上述两个子马赫-曾德尔型光波导之间的温度串扰。因此，能够有效抑制各子马赫-曾德尔型光波导地动作点偏移等由温度引起的各特性，有效抑制上述光波导的动作点偏移等由温度引起的各特性。
此外，“热串扰”具体是指将RF信号施加到电极而产生的发热造成的漂移量(以下称为热漂移)。漂移量一般由其驱动电压表示，热漂移的优劣判断一般如下进行：DC电压下为0.5V以下时判断为良，大于0.5V时判断为不良。
此外，在本发明的一个方式中，上述热传导抑制区域可以是形成在上述基板内的槽部。这种情况下，在上述两个子马赫-曾德尔型光波导之间存在空气的隔热层，因此能够有效抑制光波导之间的热干扰即温度串扰。此外，上述槽部可贯通上述基板，并且也可不贯通上述基板而形成为所谓凹型。
并且，在本发明的其他方式中，上述热传导抑制区域可以是形成在上述基板内的槽部内所填充的隔热部件。这种情况下，通过上述隔热部件能够有效抑制上述两个子马赫-曾德尔型光波导的热干扰即温度串扰。此外，上述隔热部件优选使用酚醛树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂及非饱和聚酯树脂等热固化性树脂，也可使用其他树脂，例如热可塑性树脂等。
进一步，在本发明的其他方式中，上述热传导抑制区域可以是金属板。这种情况下，上述金属板也作为散热器而发挥作用，因此能够吸收上述两个子马赫-曾德尔型光波导之间产生的热并有效散热。这样一来，能够有效抑制上述两个子马赫-曾德尔型光波导的热干扰即温度串扰。
并且，上述金属板可以由上述多个调制用电极中的、上述两个子马赫-曾德尔型光波导之间设置的至少一个调制用电极构成。这种情况下，可省去另外制造金属板的步骤，因此能够简化上述光波导元件的制造工艺。
此外，这种情况下，优选上述两个子马赫-曾德尔型光波导之间的距离为0.1mm～0.8mm。这样一来，能够有效实现上述作用效果。
发明效果
如上所述，根据本发明，能够有效抑制构成光波导元件的两个子马赫-曾德尔型光波导之间的温度串扰，因此可提供一种无需控制装置等、元件本身具有动作点偏移抑制功能的嵌套型光波导构造的光波导元件。
【附图说明】
图1是表示本发明的第1实施方式中的光波导元件的构成的俯视图。
图2是沿着图1所示的光波导元件的A-A线切断时的剖视图。
图3是表示第2实施方式中的光波导元件的剖视图。
图4是表示第3实施方式中的光波导元件的剖视图。
图5是表示第4实施方式中的光波导元件的剖视图。
【具体实施方式】
以下参照附图并根据本发明的实施方式来说明本发明的详情。
(第1实施方式)
图1是表示本发明的第1实施方式中的光波导元件的构造的俯视图，图2是沿着图1所示的光波导元件的A-A线切断时的剖视图。此外，图2～图5中，未图示调制用电极153、154、163、164。
本实施方式中的光波导元件10具有：具备电光效应的基板11、在该基板11的表面部分形成的光波导12。光波导12在光波的行进方向上分支为两根，构成两根主光波导141及142，各主光波导141及142分别在上述光波的上述行进方向上进一步分支为两根，构成两根子光波导151及152、161及162。
两根主光波导141及142构成主马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型光波导14。并且，两根子光波导151及152构成第1子马赫-曾德尔型光波导15，两根子光波导161及162构成第2子马赫-曾德尔型光波导16。其结果是，呈现两个子马赫-曾德尔型光波导15及16组装到主马赫-曾德尔型光波导14内的构造。
此外，在子光波导151及152中设置调制用电极153及154，在子光波导161及162中设置调制用电极163及164。在本实施方式中，调制用电极153及163作为施加预定的调制信号的信号电极而发挥作用，调制用电极154及164作为接地电极而发挥作用。调制用电极153由信号电极及DC电极构成，调制用电极154是接地电极。并且，调制用电极163由信号电极及DC电极构成，调制用电极164是接地电极。
并且，第1子马赫-曾德尔型光波导15及第2子马赫-曾德尔型光波导16之间设有热传导抑制区域18。在本实施方式中，热传导抑制区域18由基板11内形成的槽部构成。这种情况下，两个子马赫-曾德尔型光波导15及16之间，存在空气的隔热层，因此可有效抑制这些光波导之间的热干扰即温度串扰。其结果是，可有效抑制光波导元件10整体的、由上述温度串扰引起的动作点偏移及其他影响。
此外，槽部18的深度没有特别限定，但优选与基板11内形成的光波导151及152、161及162的形成深度相同，或大于上述深度，并且优选贯通基板。并且，槽部18的宽度没有特别限定，但因现在的光波导元件的大小是毫米级的，因此只要是毫米级就可充分发挥热传导抑制效果。
此外，基板11例如可使用铌酸锂、钽酸锂、PLZT(锆钛酸铅镧)、石英类的材料和它们的组合。尤其优选使用电光效应强的铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT)晶体。
作为光波导12(141、142、151、152、161及162)的形成方法，可以将Ti等通过热扩散法、质子交换法等扩散到基板表面而形成。并且，如专利文献2所示，在基板11的表面上与光波导的形状对应地形成隆起而构成光波导(参照专利文献2)。
调制用电极153及154、163及164可通过Ti/Au的电极图案的形成及镀金方法等形成。
此外，虽未图示，在基板11和调制用电极153及154、163和164之间可形成缓冲层。这样一来，可有效防止在光波导中传输的光波被调制用电极吸收或散射。并且，也可提高从上述调制用电极施加的调制信号和在上述光波导内波导的光波的速度匹配。
接着说明本实施方式的光波导元件的调制方法的一例。当对光波导元件10输入作为输入光信号的频率ω0的激光时，该光信号在光波导12中传输后，分支到主马赫-曾德尔型光波导14的主光波导141及142。之后，在主光波导141中传输的光波分支到子马赫-曾德尔型光波导15的子光波导151及152，因此施加频率ωc/2的调制信号。并且，在主光波导142中传输的光波分支到子光波导161及162，因此施加频率ω0/2的调制信号。
其结果是，通过上述频率ωc/2的调制信号调制后的光波合流而在光波导12内传输，从光波导元件10输出后，获得彼此频率间隔隔离ωc的两个光信号ω1及ω2。
此外，上述调制方法仅是一例，本实施方式中的光波导元件可根据用途以任意方式使用。
(第2实施方式)
图3是表示第2实施方式中的光波导元件的剖视图。本实施方式中的光波导元件的平面状态和上述第1实施方式时相同，图3相当于上述第1实施方式中的图2，是沿着上述光波导元件的A-A线切断时的剖视图。此外，对于相同及类似的构成要素，使用相同的参照数字表示。
本实施方式中的光波导元件20的不同点在于，在第1实施方式中的槽部填充了隔热部件28，其他构成要素完全相同，因此省略说明。
如图3所示，在本实施方式中，在第1子马赫-曾德尔型光波导15及第2子马赫-曾德尔型光波导16之间设有隔热部件28，因此可有效抑制这些光波导之间的热干扰即温度串扰。其结果是，可有效抑制光波导元件20整体的、由上述温度串扰引起的动作点偏移及其他影响。
此外，隔热部件28优选：其底部与基板11内形成的光波导151及152、161及162的形成深度相同、或位于上述深度的下方。并且，隔热部件28的宽度没有特别限定，但因现在的光波导元件的大小是毫米级的，因此只要是毫米级就可充分发挥热传导抑制效果。
隔热部件28优选使用酚醛树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂及非饱和聚酯树脂等热固化性树脂，也可使用其他树脂，例如热可塑性树脂等。
(第3实施方式)
图4是表示第3实施方式中的光波导元件的剖视图。本实施方式中的光波导元件的平面状态和上述第1实施方式时相同，图4相当于上述第1实施方式中的图2，是沿着上述光波导元件的A-A线切断时的剖视图。此外，对于相同及类似的构成要素，使用相同的参照数字表示。
本实施方式中的光波导元件30和第1实施方式的不同点仅在于热传导抑制区域的构成，其他构成要素完全相同，因此省略说明。
如图4所示，在本实施方式中，在第1子马赫-曾德尔型光波导15及第2子马赫-曾德尔型光波导16之间设有金属板38，因此对上述光波导之间产生的热起到散热器的作用，可有效抑制上述光波导之间的热干扰即温度串扰。其结果是，可有效抑制光波导元件30整体的、由上述温度串扰引起的动作点偏移及其他影响。
此外，优选金属板38配置在基板11上。这样一来，可充分发挥作为上述散热器的功能。
并且，虽未图示，金属板38可用调制用电极153及154、163及164代替。例如，可用接地电极154或164代替。这种情况下，省去了另行制造金属板的步骤，因此可简化上述光波导元件30的制造工艺。
(第4实施方式)
图5是表示第4实施方式中的光波导元件的剖视图。本实施方式中的光波导元件的平面状态和上述第1实施方式中相同，图5相当于上述第1实施方式中的图2，是沿着上述光波导元件的A-A线切断时的剖视图。此外，对相同及类似的构成要素用相同的参照数字表示。
本实施方式中的光波导元件40和第1实施方式的不同点仅在于热传导抑制区域的构造，其他构成要素均相同，因此省略说明。
如图5所示，在本实施方式中，第1子马赫-曾德尔型光波导15及第2子马赫-曾德尔型光波导16之间设有金属板38。并且，使第1子马赫-曾德尔型光波导15及第2子马赫-曾德尔型光波导16之间的距离隔开0.1mm～0.8mm。
因此，通过隔离光波导之间的距离，能够减少这些光波导之间的本来的热干扰即温度串扰。并且，金属板38对上述光波导之间产生的热起到散热器的作用，可有效抑制上述光波导之间的温度串扰。其结果是，可有效抑制光波导元件40整体的、由上述温度串扰引起的动作点偏移及其他影响。
此外，在本例中，优选金属板3 8配置在基板11上。这样一来，可充分发挥作为上述散热器的功能。
并且，虽未图示，金属板38可用调制用电极153及154、163及164代替。例如，可用接地电极154或164代替。这种情况下，省去了另行制造金属板的步骤，因此可简化上述光波导元件30的制造工艺。
实施例
在本实施例中，实际制造第1实施方式到第4实施方式的光波导元件，分析其温度串扰。
具体而言，在第1实施方式中，使第1子马赫-曾德尔型光波导15及第2子马赫-曾德尔型光波导16之间的距离为0.2mm，在其之间形成深度0.2mm、宽度0.1mm的槽部(实施例1)。
并且，在第2实施方式中，使用环氧树脂作为隔热部件。此外，子光波导间距离及槽构造和实施例1相同(实施例2)。
进一步，在第3实施方式中，使用宽度0.1mm、厚度10μm的Al板作为金属板。子光波导间距离及槽构造和实施例1相同(实施例3)。
并且，在实施例3中，使子光波导间距离缩小到0.1mm(实施例4)，同样将子光波导间距离扩大到0.8mm(实施例5)。
在上述情况下，分析温度串扰的抑制程度，根据该程度实施○×评价。表1表示结果。此外，○表示热漂移为0.5V以下，×表示热漂移大于0.5V。
(表1)
对策温度串扰抑制程度 实施例1 ◎ 实施例2 ○ 实施例3 ○ 实施例4 ○ 实施例5 ○
从表1可知，在任意一种情况下均可良好地抑制温度串扰。尤其是通过设置槽部来实现空气隔热时，显现出特别良好的温度串扰抑制效果。
以上根据上述具体例详细说明了本发明，但本发明不限于上述具体例，在不脱离本发明范围的前提下，可进行各种变形、变更。