(57)【要約】      （修正有）【課題】案内されるモード及び案内されないモードを有する光を受ける光導波管装置は、ほぼ対向する第１表面と第２表面、入力端、及び出力端を有する光学的に透明な基板を有し、光学的導波領域が、基板内に配置され、入力端から出力端へ伸長する複数の電極が、光学的導波領域に関する第２表面上の所定の位置に配置される。該光導波管装置において、案内されないモードを遮断する既知の空間フィルタ構成は効率的ではなく、最適な価格／性能比を提供していない。【解決手段】導波管装置は、複数の光学バリアを有する。各光学バリアは、第１表面及び第２表面の１方に近接して位置され、案内されないモードの異なる光学経路を遮断するように配置される。【選択図】図７
2008216304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質上案内される第１のモード及び実質上案内されない第２のモードを有する光を受け取るための光学導波管装置（２００）であって、
長さＸを有し、実質上対向する第１の表面（１４８）及び第２の表面（１５８）、入力端部、並びに出力端部を備えた光透過性の基体（１１８）；
第２の表面の近傍で基体内に位置し、入力端部から出力端部へ延びる光学導波管区域（１２２）；
導波管区域（１２２）に関して所定の位置で第２の表面（１５８）上に位置する複数の電極（１２８、１３０、１３２、１３４）；並びに
空間フィルタ；を有し、
前記空間フィルタが：
入力端部から実質上（１／２）Ｘの距離において第１の表面（１４８）の近傍で基体（１１８）内に位置する第１の光学バリヤ（１７８）；
入力端部から実質上（１／４）Ｘの距離において第１の表面（１４８）の近傍で基体（１１８）内に位置する第２の光学バリヤ（１７６）；及び
入力端部から実質上（ｎ／８）Ｘの距離において第１の表面（１４８）の近傍で基体（１１８）内に位置する第３の光学バリヤ（１７４）；を有し、
ｎが８より小さい奇数整数であることを特徴とする光学導波管装置。
【請求項２】
案内されるモード及び案内されないモードを有し、入力端部、出力端部、上方の表面（１５８）、及び下方の表面（１４８）を備えた光透過性の基体（１１８）；
基体（１１８）へ光を送給するための、入力端部に結合された入力光ファイバ（１０４）；
基体（１１８）から光を受け取るための、出力端部に結合された出力光ファイバ（１０８、１１０）；
上方の表面（１５８）の近傍に位置し、第１の端部から第２の端部へ延びる導波管（１２２）；及び
各々上方の表面（１５８）及び下方の表面（１５６）のうちの一方の近傍に位置し、基体（１１８）を通して案内されないモードの光が進行するような異なる光学経路を遮断する、複数のバッフル（１７４、１７６、１７８）；を有することを特徴とする導波管装置。
【請求項３】
前記基体（１１８）がＸの長さを有し、少なくとも１つのバッフルが入力端部からほぼ（１／２）Ｘの距離において下方の表面（１４８）の近傍に位置することを特徴とする請求項２の光学導波管装置。
【発明の詳細な説明】
【関連事項】
【０００１】
本発明は海軍省により与えられた契約Ｎ０００３０−０５−Ｃ−０００７の下に政府の支援により行われた。政府はこの発明についてある権利を有する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は一般に電子光学導波管装置（electro-optic waveguide devices）に関し、特に、反射光を遮断するための改善された空間フィルタ（spatial filter）を有する導波管装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、光学通信装置（例えば、集積光学又は多機能チップ）は、光透過性の基体（optically transmissive substrate）内に形成され、入力光ファイバと１又はそれ以上の出力光ファイバとの間で光学的に結合された導波管を通って伝播する光信号を変調するために電極を利用する電子光学装置を日常的に使用している。基体は典型的にはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のような電子光学結晶を有し、この結晶は実質上偏光された光を伝達し、電圧に曝された場合にその屈折率が変化する。一般に、このような光学変調器においては、１又はそれ以上の導波管を基体の上表面近傍に形成することができ、１又はそれ以上の表面電極を導波管近傍の表面上に設けられる。表面電極を介して基体に電圧が加えられたとき、基体を通って伝播する光はそれに従って変調され、位相変調光信号を生じさせる。
【０００４】
[0004]導波管装置が放出する光信号の質は、伝播する光を単一の偏光モード（例えば、横磁気モード又は横電気モード）に制限する装置の能力及び一般に偏光消光比（polarization extinction ratio;ＰＥＲ）として参照される特性により強く影響を受ける。１つの既知の導波管装置特に陽子交換偏光子においては、ＰＥＲは、（そこを通って）案内されない横磁気（ＴＭ）モードの光が進行でき、出力ファイバで受け取られ、従って所望の光信号と干渉するような２つの光学経路（即ち、主要な光学経路及び補助的な光学経路）を遮断するように、空間フィルタを使用して、増大される。空間フィルタはその光学経路を実質上遮断するように基体の底部において主要な及び補助的な反射地点に位置するバリヤ（例えば、バッフル、又は、例えばダイスソーにより基体内に切削された溝）を利用することができる。
【０００５】
代わりに、バリヤは、そこを通過する横磁気（ＴＭ）モードの光が導波管から離れるように導かれるように、異なる屈折率を有する材料で構成された区域とすることができる。上述の導波管装置においては、３つのバリヤは、互いに関して及び基体の両端に関して等距離の位置において基体の底表面に沿って位置する；すなわち、Ｘの長さを有する基体に対しては、第１のフィルタは基体の第１の端部から（１／４）Ｘの距離で位置し、第２のフィルタは第１のフィルタから（１／４）Ｘ及び第１の端部から（１／２）Ｘの距離で位置し、第３のフィルタは第２のフィルタから（１／４）Ｘ及び第１の端部から（３／４）Ｘの距離で位置する。
【０００６】
[0005]不運にも、上述の形式の空間フィルタ構成は典型的には案内されない光が進行するたった２つの光学経路（即ち、主要な経路及び補助的な経路）しか遮断しない。したがって、案内されない光は多数の別の経路により導波管の出力に依然として到達することがある。導波管が二股である（単一の入力ファイバ及び２つの出力ファイバを有する）場合は、これらの別の経路は入力ファイバから各出力ファイバへ直接進行する２つの経路を含む。更に、既知の空間フィルタ構成は使用されるバリヤの数に関して遮断される光学経路の数を最大にしない；すなわち、既知の装置に利用される３つのバリヤは２つの案内されない光モード即ち主要なモード及び補助的なモードを遮断する。フィルタは、第１及び第３のバリヤが補助的な光学経路の２つの異なる反射地点に位置するという点で、余分である。その結果、既知の空間フィルタ構成は効率的ではなく、最適な価格／性能比を提供しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
[0006]従って、３つ以上の案内されない光学経路を遮断できる空間フィルタ構成を有する導波管装置を提供することが望ましいことを認識すべきである。また、導波管は使用されるバリヤの数に関して遮断される案内されない光学経路の数を最大にするように形状づけられることが望ましいことを認識すべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
[0007]案内されるモード及び案内されないモードを有する、光を受け取るための光学導波管装置が提供される。この導波管装置は第１及び第２の実質上対向する表面と、入力端部と、出力端部とを備えた光透過性の基体を有する。光学導波管区域は基体内に位置し、入力端部から出力端部へ延びる。複数の電極は導波管区域に関して所定の位置で第１の表面上に位置する。装置は、各々第１及び第２の表面のうちの一方の近傍に位置し、案内されないモードの異なる光学経路を遮断するように位置決めされた複数の光学バリヤを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
[0008]以下、同様の符号で同様の素子を示す添付図面に関連して本発明を説明する。本発明の次の詳細な説明は本質的に単なる例示であって、本発明又は本発明の応用及び使用を限定する意図のものではない。更に、本発明の上述の背景技術又は本発明の以下の詳細な説明において提示したいかなる理論にも限定されることを意図するものではない。
【００１０】
[0021]図１は、入力光ファイバ１０４に光学的に結合された第１の端部１０２と、第１の出力光ファイバ１０８及び第２の出力光ファイバ１１０に光学的に結合された第２の端部１０６とを備えた既知の電子光学装置（例えば、光学変調器）１００の斜視図である。光ファイバ１０４、１０８、１１０はそれぞれフェルール１１２、１１４、１１６を介して電子光学装置１００に結合される。電子光学結晶（例えば、ニオブ酸リチウム）で構成され、装置１００の第１の端部１０２から第２の端部１０６へ延びる光透過性の基体１１８は、その中に形成された光学導波管１２２と、その上に位置するバッファ層１２０（例えば、ＳｉＯ２、常温加硫ポッチング材料等）を有する。図１に明示するように、導波管１２２は二股となって第１の導波管区分１２４及び第２の導波管区分１２６を提供し、これらの区分は基体１１８を通して光を案内するためのもので、最終的にはそれぞれ出力ファイバ１０８、１１０に接続する。導波管区分１２４、１２６は基体１１８の上表面に設けた第１及び第２の対の電極間を通過するように形状づけられる。更に詳細には、導波管区分１２４は電極１２８、１３０間を通過し、導波管区分１２６は電極１３２、１３４間を通過する。
【００１１】
[0022]入力ファイバ１０４は、実質上案内されるモード及び案内されないモード（例えば案内されない横磁気（transverse magnetic;ＴＭ）モード及び案内される横電気（transverse electric;ＴＥ）モード）に分割する基体１１８内へ光を送給する。導波管区分１２４、１２６に沿って伝播するときに、案内される横電気（ＴＥ）モードの光はそれぞれ対をなす電極１２８、１３０及び対をなす電極１３２、１３４間を通過し、各電極はそこを横切って電圧が適用されるように形状づけられる。例えば、各対内の一方の電極は接地することができ、一方、他方の電極はこれに電圧を適用することができる。特に図１を参照すると、電極１２８、１３４は接地することができ、電極１３０は第１の電圧Ｖ１に結合することができ、電極１３２は第２の電圧Ｖ２に結合することができる。基体１１８の屈折率は、電極１３０、１３２に適用される電圧に応答して変化し、電極対間を進行する光信号の位相はそれに従って変調される。
【００１２】
[0023]図２は、図１の２−２線における電子光学装置１００の代表的な断面図である。導波管区分１２６、フェルール１１６及び出力ファイバ１１０は明瞭のために図示省略してある。図２を参照すると、入力ファイバ１０４により基体１１８に結合された光は横磁気（ＴＭ）モード１３６及び横電気（ＴＥ）モード１３８を有する。基体１１８へ入ったとき、横電気（ＴＥ）モード１３８の光は導波管１２２により出力ファイバ１０８、１１０（図１）へ案内される。逆に、横磁気（ＴＭ）モード１３６の光は、符号１４０で示すように、部分的に基体１１８を出て装置１００の上方の領域に入り、符号１４２で示すように、案内されない状態で基体１１８を通って部分的に伝播する。上述のように、案内されない状態で基体１１８を通って伝播する横磁気（ＴＭ）モード１３６の光の一部は、出力ファイバ１１８、１１０（図１)により受け取られることがあり、それによって、光学変調器の信号の質を劣化させることがある。しかし、すべての案内されない横磁気（ＴＭ）モード１３６の光がそのように受け取られるわけではないことを認識すべきである；すなわち、基体１１８内である光学経路に沿って進行する光のみが、光学的な受け取りを許容するファイバの長手軸線に関して適当な角度で出力ファイバ１０８、１１０（図１）に到達する。例えば、主要な経路及び補助的な経路に沿って進行する案内されないモード１３６の光は出力ファイバ１１４、１１６（図１）において受け取られることがある。
【００１３】
[0024]図３は、また電子光学装置１００の横断面図であり、基体１１８内で案内されない横磁気（ＴＭ）モード１３６の光が進行できるような４つの可能な経路を示す。このような経路は：（１）底表面１４８からの１つの横反射地点１４６を有する主要な光学反射経路１４４；（２）底表面１４８からの２つの横反射地点１５２、１５４と、基体１１８の頂表面１５８からの１つの横反射地点１５６とを有する補助的な光学反射経路１５０；（３）底表面１４８からの４つの横反射地点１６２、１６４、１６６、１６８と、頂表面１５８からの３つの横反射地点１７０、１５６、１７２とを有する第３の光学経路１６０；及び（４）底表面１４８又は頂表面１５８からの反射なしに、入力ファイバ１０４から出力ファイバ１０８、１１０（図１）への直接伝播を行う直接光学経路１８０、１８１（図３には経路１８１のみを示す）である。
【００１４】
[0025]本発明によれば、バリヤは、案内されないモードの光が１又はそれ以上の出力ファイバに到達するのを妨害又は完全に阻止するように、図３に関連して上述した種々の横反射地点のうちの任意の地点及び案内される光信号と干渉することのある他の光学経路の反射地点に対応する任意の他の横反射地点において、基体１１８内に位置することができる。このようなバリヤは種々の形（例えば、案内されないモードの光を基体外へ導くような屈折率を有する実質上不透明な堆積物又は光学区域）をとることができるが、好ましくはバッフル（例えば、基体１１８内に生じた空間的な空隙）である。バッフルはダイアモンドソー又はダイスソーでの切削を含む種々の方法で所望の反射地点において生じさせることができる。更に、以下で更に説明するが、基体１１８内に位置するバッフルの横断面は矩形形状、鋸歯形状、ナイフエッジ形状等を含む種々の形状をとることができる。
【００１５】
[0026]図４−６は、本発明の第１の実施の形態、即ち、実質上矩形の横断面を有する３つのバッフル１７４、１７６、１７８が底表面１４８に沿った異なる位置で基体１１８内に設けられるような光学変調器２００を示す。特に、図４、５、６はそれぞれ変調器２００の頂面図、図４の５−５線における側断面図及び底面図である。図４−６を参照すると、基体１１８がＸの長さを有すると仮定すれば、バッフル１７４、１７６、１７８はそれぞれ基体１１８の第１の端部１０２からほぼ（１／８）Ｘ、（１／４）Ｘ、（１／２）Ｘの距離に位置することができる。別の方法で述べれば、バッフル１７４、１７６、１７８は図3に関連して上述したそれぞれの横反射地点１６２、１５２、１４６の近傍に位置する。図5に示すように、バッフル１７４、１７６、１７８をこのような方法で位置決めすることにより、変調器２００のこの実施の形態は主要な、補助的な及び第３の反射光学経路１７４、１７６、１７８を実質上遮断する。この空間フィルタ構成は、ファイバ１０８の入力に到達しそこで受け取られる案内されない光の量を実質上減少させ、従って、出力信号の質を大幅に改善する。
【００１６】
[0027]図７−９は、それぞれ本発明の第２の実施の形態の頂面図、（図７の８−８線における）側断面図及び底面図である。光学変調器２１０においては、実質上矩形の横断面を有する２つのバッフル２１２、２１４は底表面１４８に沿って基体１１８内に設けられる。更に、鋸歯状の横断面を有する２つの狭いバッフル２１６、２１８は上表面１５８に沿って基体１１８内に設けられる。図７−９と図４−６との比較により認識できるように、バッフル２１２、２１４は光学変調器２１０内でのバッフル１７６、１７８と実質上同じ位置において光学変調器２００内に位置し、従って、上述のように、光学経路１５０、１４４を実質上遮断する。しかし、変調器２００と対比して、光学経路１６０は狭いバッフル２１６、２１８（図８）により実質上遮断される。更に、狭いバッフル２１６、２１８は直接光学経路１８０、１８１（図７、８）を実質上遮断する。
【００１７】
基体１１８がＸの長さを有する場合、バッフル２１６、２１８は基体１１８の第１の端部１０２からほぼ（３／４）Ｘだけ離れた距離で頂表面１５８内に位置する。狭いバッフル２１６、２１８は細長いバッフル２１２、２１４が行うような基体１１８の幅を跨がない；その理由は、バッフル２１６、２１８が、そこを通しての光の伝達を混乱させることなく、導波管１２２を横切ることができないからである。しかし、所望なら、バッフル２１２、２１４は単一の溝穴様の空隙を形成するように結合することができる。この形式のバッフルは図１０−１２に関連して後に一層詳細に説明する。光学変調器２１０の空間フィルタ構成は主要な反射光学経路１４４、補助的な反射光学経路１５０、第３の反射光学経路１６０及び直接光学経路１８０を実質上遮断する。先の場合のように、これは、出力ファイバ１０８、１１０において受け取られる案内されない光の量を減少させ、その結果、伝達される信号の光学的な質を改善する。
【００１８】
[0028]図１０−１２は、それぞれ本発明の第３の実施の形態の頂面図、（図１０の１１−１１線における）側断面図及び底面図である。光学変調器２２０においては、実質上矩形の横断面を有する第１のバッフル２２２は底表面１４８の近傍で基体１１８内に設けられ、第２のバッフル２２４は上表面１５８の近傍で基体１１８内に設けられる。長手方向においては、バッフル２２２、２２４は各々基体１１８のほぼ中間区域に位置する。バッフル２２４は、光学反射経路１５０、１６０に加えて、入力ファイバ１０４から出力ファイバ１０８、１１０へ直接進行する光学経路（即ち、光学経路１８０、１８１）を遮断するように位置する。バッフル２２２は上述した方法で光学経路１４４を遮断するように位置する。従って、図１０−１２に示す実施の形態は、最少の数のバリヤにより、出力ファイバにおいて受け取られることのある案内されない光がそれに沿って進行するような実質上すべての重要な光学経路（即ち、主要な経路、補助的な経路、第３の経路及び直接光学経路）を妨害又は遮断するように形状づけられることを認識すべきである。
【００１９】
[0029]以上の本発明の詳細な説明において、少なくとも１つの例示的な実施の形態を提示したが、多数の変形が存在することを認識すべきである。また、例示的な実施の形態（単数又は複数）は単なる例であり、いかなる意味においても本発明の要旨、応用性又は形状を限定することを意図するものではないことを認識すべきである。むしろ、上述の詳細な説明は本発明の例示的な実施の形態を履行するための便利なロードマップを当業者に提供する。特許請求の範囲に規定されるような本発明の要旨から逸脱することなく、例示的な実施の形態において述べた素子の機能及び配列について種々の変更が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】二重出力の光学変調器の斜視図である。
【図２】図１の２−２線における光学変調器の側断面図である。
【図３】図１の２−２線における光学変調器の側断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光学変調器の頂面図である。
【図５】図４の５−５線における光学変調器の側断面図である。
【図６】図４、図５に示す光学変調器の底面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る光学変調器の頂面図である。
【図８】図７の８−８線における光学変調器の側断面図である。
【図９】図７、図８に示す光学変調器の底面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る光学変調器の頂面図である。
【図１１】図１０の１１−１１線における光学変調器の側断面図である。
【図１２】図１０、図１１に示す光学変調器の底面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０４：入力光ファイバ、１０８、１１０：出力光ファイバ、１１８：基体、１２２：導波管、１２８、１３０、１３２、１３４：電極、１４８：底表面、１５８：上（頂）表面、１７４、１７６、１７８、２１２、２１４、２２２：バッフル、２００、２１０、２２０：導波管装置（光学変調器）。
【図１】
2008216304.tif 000003
【図２】
2008216304.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2008216304.tif 000013
【図１２】
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【外国語明細書】
2008216304000001.pdf