(57)【要約】【課題】出力光の状態をモニタするためのモニタ光を、出力光が出力される面とは異なる側面から出力する光変調器であって、基板の寸法が小さく、かつ製造を容易にする。【解決手段】半導体積層基板２０の一方の主表面２０ａ側に、光導波路３０と、反射用導波路５０とを備えて構成される。光導波路は、さらに、入力導波部３０ａ、変調導波部３０ｂ及び出力導波部３０ｃを備えている。入力導波部は、半導体積層基板の一方の第１端面２０ｂ側から入力された入力光を導波する。変調導波部は、入力導波部から受け取った入力光を変調して変調光を生成する。出力導波部は、変調導波部から受け取った変調光を第１出力光と第２出力光とに２分岐して、その結果得られた第１出力光を信号光として第１端面に対向する第２端面２０ｃ側から出力する。反射用導波路は、出力導波部から受け取った第２出力光を、半導体積層基板の第１端面及び第２端面とは異なる側面２０ｄに導く。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層上に、下部クラッド層、光導波路層及び上部クラッド層を順次に積層して形成された半導体積層基板の一方の主表面側に、
該半導体積層基板の一方の第１端面から入力された入力光を導波する入力導波部、
前記入力光を変調して変調光を生成する変調導波部、及び
前記変調光を第１出力光と第２出力光とに２分岐して、前記第１出力光を信号光として前記第１端面に対向する第２端面側から出力する出力導波部
を備える光導波路と、
前記第２出力光を、前記半導体積層基板の前記第１端面及び第２端面とは異なる側面に導く反射用導波路と
を備えることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記入力導波部が、入力導波路を備え、
前記変調導波部が、
前記入力導波路に接続されていて、前記入力光を第１分岐光と第２分岐光とに２分岐する分波器と、
前記分波器に接続されていて、前記第１分岐光を導波する第１分岐導波路と、
前記分波器に接続されていて、前記第２分岐光を導波する第２分岐導波路と
を備え、
前記出力導波部が、
前記第１分岐導波路及び第２分岐導波路に接続されていて、前記第１分岐光及び第２分岐光を合波した後、第１出力光と第２出力光とに２分岐する合分波器と、
前記合分波器に接続されていて、前記第１出力光を導波する第１出力導波路と、
前記合分波器に接続されていて、前記第２出力光を前記反射用導波路に導く第２出力導波路と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記反射用導波路は、Ｎ段反射面（Ｎは１以上の整数）及び初段反射面を備え、
前記初段反射面は、前記第２出力導波路から受け取った前記第２出力光を反射させて、前記Ｎ段反射面に送り、
前記Ｎ段反射面は、前記初段反射面で反射された第２出力光をＮ回反射させて前記側面に導く
ことを特徴とする請求項２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記第２出力光の前記初段反射面に対する入射角が、最小でも前記初段反射面での臨界角である
ことを特徴とする請求項３に記載の光変調器。
【請求項５】
前記初段反射面に、反射ミラーが設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載の光変調器。
【請求項６】
前記初段反射面が、前記第２端面に設けられている
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記Ｎ段反射面が、前記第２端面から前記側面に渡って、前記主表面に垂直な曲面状に形成されている
ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項８】
前記Ｎ段反射面が、前記第２端面から前記側面に渡って、前記主表面に垂直であり、前記第２端面に対する角度が順次に変化する複数の平面を有する
ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項９】
前記第２出力導波路の幅が、前記合分波器から前記反射用導波路に向かって順次に広くなる
ことを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項１０】
前記反射用導波路が平面導波路である
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項１１】
前記反射用導波路が多モード導波路である
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項１２】
前記側面にモニタ用の受光素子を備える
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光変調器、特に出力光をモニタするのに好適な光変調器の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光変調器では、例えば出力の信号光の振幅や、オン状態とオフ状態とにおける信号光の強度の比である消光比が、駆動電圧によって変動する。このため、出力される信号光を常時検知し、駆動電圧を最適な値に保つ必要がある。
【０００３】
例えば、マッハツェンダ型の光変調器では、当該光変調器の出力側において、信号光と相補的に生成される光のモニタが、一般に行われている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００４】
これら特許文献１又は２に記載の光変調器では、変調器の出力側の端面でモニタを行っている。また、特許文献３では、モニタ用の受光素子を、変調器が形成された、基板の一方の主表面上に置く構造が提案されている。さらに、特許文献４では、ドライエッチングを用いて基板の主表面に垂直なミラーを形成し、モニタ光を直角方向に曲げる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−４４８６７号公報
【特許文献２】特開２００５−３１６０４１号公報
【特許文献３】米国特許６６４７１８５号明細書
【特許文献４】特開２００４−２９４７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１又は２に記載の光変調器の構造では、モニタ用の受光素子を、信号光を伝播する光ファイバと並置する必要がある。このため、小型のパッケージやモジュール内に、受光素子を配置するのは困難になる。特に、半導体材料で実現されたマッハツェンダ型の光変調器は、小型化できることが特徴であるので、この特徴を生かすためには上述の問題点は、解決すべき重要な課題となる。
【０００６】
また、上述の特許文献３に記載の光変調器の構造では、受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）のモジュールへの固定及び組立など、３次元的に配置する工程が必要になる。一般に、光素子集積モジュールは、一つの基板上に光学部品を平面的に配置して固定している。このため、上述の特許文献３に記載の配置では、３次元的に配置するための新たな工程が必要になるなど、工程数の増加を引き起こす恐れがある。また、光学部品の３次元的な配置により、モジュールの厚みが増してしまう。
【０００７】
このため、理想的には、変調器が形成される基板の、入出力面とは異なる側面に受光素子を配置するのが良い。受光素子を側面に配置するためには、マッハツェンダ型の光変調器の信号光とは相補的に出力される光であるモニタ光を、曲がり導波路を用いて側面に導く方法が考えられる。
【０００８】
しかし、導波路を急激に曲げると光の損失が大きくなるため、曲がり導波路の曲率半径は１ｍｍ程度が下限である。このため、モニタ光を信号光が出力される端面とは異なる側面に導くための曲がり導波路の基板上での占有面積が１ｍｍ角程度になってしまう。マッハツェンダ型の光変調器の全長が１〜１．５ｍｍ、幅は２００〜３００μｍ程度であるので、曲がり導波路を用いると基板寸法の増大につながる。
【０００９】
一方、例えば、上述の特許文献４に開示されている、ドライエッチングを用いて基板の主表面に垂直なミラーを形成し、モニタ光を直角方向に曲げる技術には、反射面の垂直性が問題となり作成が困難であるという課題がある。
【００１０】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、出力光の状態をモニタするためのモニタ光を、信号光が出力される面とは異なる側面から出力する光変調器であって、基板の寸法が小さく、かつ製造が容易な光変調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するために、この発明の光変調器は、半導体積層基板の一方の主表面側に、光導波路と、反射用導波路とを備えて構成される。ここで半導体積層基板とは、下地層上に、下部クラッド層、光導波路層及び上部クラッド層が順次に積層された基板である。
【００１２】
光導波路は、さらに、入力導波部、変調導波部及び出力導波部を備えている。入力導波部は、半導体積層基板の一方の第１端面から入力された入力光を導波する。変調導波部は、入力導波部から受け取った入力光を変調して変調光を生成する。出力導波部は、変調導波部から受け取った変調光を第１出力光と第２出力光とに２分岐して、その結果得られた第１出力光を信号光として第１端面に対向する第２端面側から出力する。
【００１３】
反射用導波路は、出力導波部から受け取った第２出力光を、半導体積層基板の第１端面及び第２端面とは異なる側面に導く。
【００１４】
上述した光変調器の好適な実施形態によれば、光導波路をマッハツェンダ型導波路にするのが良い。この場合、入力導波部が、入力導波路を備え、変調導波部が、分波器と、第１分岐導波路と、第２分岐導波路とを備え、出力導波部が、合分波器と、第１出力導波路と、第２出力導波路とを備える。
【００１５】
分波器は、入力導波路に接続されていて、入力光を第１分岐光と第２分岐光とに２分岐する。第１分岐導波路は、分波器に接続されていて、第１分岐光を導波する。また、第２分岐導波路は、分波器に接続されていて、第２分岐光を導波する。第１分岐光及び第２分岐光のいずれか一方及び双方は、外部から印加された電界により位相変調を受ける。
【００１６】
合分波器は、第１分岐導波路及び第２分岐導波路に接続されていて、変調導波部で変調を受けた第１分岐光及び第２分岐光を合波した後、第１出力光と第２出力光とに２分岐する。第１出力導波路は、合分波器に接続されていて、第１出力光を導波する。また、第２出力導波路は、合分波器に接続されていて、第２出力光を反射用導波路に導く。
【００１７】
上述した光変調器の実施にあたり、好ましくは、反射用導波路が、Ｎ段反射面（Ｎは１以上の整数）及び初段反射面を備えるのが良い。
【００１８】
ここで、初段反射面は、第２出力導波路から受け取った第２出力光を反射させて、Ｎ段反射面に送る。また、Ｎ段反射面は、初段反射面で反射された第２出力光をＮ回反射させて側面に導く。
【００１９】
また、この発明の光変調器の好適な実施形態によれば、第２出力光の初段反射面に対する入射角が、最小でも初段反射面での臨界角であるのが良い。
【００２０】
また、好ましくは、初段反射面に、反射ミラーを設けるのが良い。
【００２１】
さらに好ましくは、初段反射面が、半導体積層基板の第２端面に設けられているのが良い。
【００２２】
上述した光変調器の好適な実施形態によれば、Ｎ段反射面が、第２端面から側面に渡って、半導体積層基板の一方の主表面に垂直な曲面状に形成されているのが良い。また、Ｎ段反射面が、第２端面から側面に渡って、半導体積層基板の一方の主表面に垂直であって、第２端面に対する角度が順次に変化する複数の平面を有する構成としても良い。
【００２３】
また、この発明の光変調器は、反射用導波路が、平面導波路又は多モード導波路であるのが良い。
【００２４】
また、この発明の光変調器の実施にあたり、さらに好ましくは、第２出力導波路の幅が、合分波器から反射用導波路に向かって順次に広くなるのが良い。
【発明の効果】
【００２５】
この発明の光変調器によれば、モニタ光として用いられる第２出力光は、信号光が出力される第２端面とは異なる側面に導かれる。このため、モニタ用の受光素子を信号光が伝播する光ファイバと並置する必要がなくなり、モジュールの小型化につながる。
【００２６】
また、受光素子を、光変調器と同じ基板上に平面的に並べて配置できるので、３次元的に配置するための新たな工程が不要になるとともに、モジュールの厚みの増加を防ぐことができる。さらに、モニタ光を側面に導くにあたり、反射用導波路を用いることで、曲がり導波路を用いるのに比べて、光損失を減らしつつ、モジュールの小型化が可能となる。
【００２７】
ここで、第２出力光の初段反射面に対する入射角を、初段反射面での臨界角以上にすることにより、第２出力光は初段反射面で、全反射を起こすため、モニタ光の強度の低下を防ぐことができる。
【００２８】
また、初段反射面に、反射ミラーを設ける構成とすれば、入射角が臨界角以下であるなど、第２出力光が全反射しない場合に、モニタ光の強度の低下を防ぐことができる。
【００２９】
また、初段反射面を、第２端面に設ける構成にすると、半導体積層基板の劈開による第２端面の形成と同時に、初段反射面が形成されるので垂直性が容易に得られる。
【００３０】
また、反射用導波路として、平面導波路又は多モード導波路構造を用いて、Ｎ段反射面での反射回数を多くすると、Ｎ段反射面の垂直性からのずれ角度の許容度が高まり、製造が容易になる。
【００３１】
さらに、第２出力導波路の幅が、合分波器から反射用導波路に向かって順次に広くなる構成にすると、反射用導波路に入力された第２出力光の広がり角を小さくすることができる。この結果、初段反射面での入射角を小さくすることが可能になり、寸法の小型化と損失の低減につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び位置についてはこの発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の形状及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。
【００３３】
図１及び図２を参照して、この発明の光変調器について説明する。図１は、光変調器の一構成例を示す平面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った面で切った断面の切り口を示す図である。
【００３４】
この発明の光変調器１０は、半導体積層基板２０の一方の主表面である第１主表面２０ａ側に、光導波路３０及び反射用導波路５０を備えて構成されていて、全体的にほぼ直方体の形態となっている。ここでは、半導体積層基板２０として、下地層２１上に、下部クラッド層２２、光導波路層２４及び上部クラッド層２６が順に積層されたものを用いる。
【００３５】
下地層２１として、例えば、化合物半導体基板であるｎ型のＩｎＰ基板を用いる。下部クラッド層２２は、下地層２１と同じ材料のｎ型のＩｎＰ層として形成される。また、光導波路層２４は、例えばＩｎＧａＡｓＰ層として形成される。さらに、上部クラッド層２６は、ｐ型のＩｎＰ層として形成される。これら、下部クラッド層２２、光導波路層２４及び上部クラッド層２６は、任意好適な方法、例えば分子線エピタキシャル法により下地層２１上に結晶成長させることで形成できる。下部クラッド層２２、光導波路層２４及び上部クラッド層２６の厚みは、それぞれ０．２μｍ、０．４μｍ及び２．０μｍ程度にすることができる。
【００３６】
光導波路３０は、半導体積層基板２０を、半導体積層基板２０の第１主表面２０ａ側からドライエッチングすることにより、リッジ型構造の導波路として形成される。ドライエッチングは、例えば、下部クラッド層２２、光導波路層２４及び上部クラッド層２６の厚みの合計と同じ深さまで行えばよい。ここでは上部クラッド層２６の上面である半導体積層基板２０の第１主表面２０ａから２．６μｍの深さまでエッチングする。このエッチングによる光導波路３０の形成とともに反射用導波路５０も形成される。ここで、光導波路層２４のエッチングにより残存した部分は光導波路３０及び反射用導波路５０のコアとして機能する。
【００３７】
光導波路３０は、さらに、入力導波部３０ａ、変調導波部３０ｂ及び出力導波部３０ｃを備えている。入力導波部３０ａは、半導体積層基板２０の一方の第１端面２０ｂから入力された入力光（図中、矢印Ｓ１０１で示す。）を導波して変調導波部３０ｂへ送る。
【００３８】
変調導波部３０ｂは、入力導波部３０ａから受け取った入力光を変調して変調光を生成する。変調光の生成は、例えば、電極６２あるいは６４に外部から電圧を印加することにより行われ、変調導波部３０ｂを伝播する光は強度や位相の変調を受ける。変調導波部３０ｂで生成された変調光は出力導波部３０ｃへ送られる。
【００３９】
出力導波部３０ｃは、変調導波部３０ｂから受け取った変調光を第１出力光（図中、矢印Ｓ１２１で示す。）と第２出力光（図中、矢印Ｓ１２３で示す。）とに２分岐する。２分岐の結果生成された一方の第１出力光Ｓ１２１は、半導体積層基板２０の第１端面２０ｂに対向する第２端面２０ｃから、信号光（図中、矢印Ｓ１３１で示す。）として出力される。また、２分岐の結果生成された他方の第２出力光Ｓ１２３は反射用導波路５０に送られる。
【００４０】
反射用導波路５０は、出力導波部３０ｃから受け取った第２出力光Ｓ１２３を、半導体積層基板２０の第１端面２０ｂ及び第２端面２０ｃとは異なる側面２０ｄに導き、モニタ光（図中、矢印Ｓ１３３で示す。）として出力する。このモニタ光Ｓ１３３が出力される側面２０ｄに、例えばフォトダイオード（ＰＤ）などの受光素子７０を設けておけば、ＰＤの出力から信号光の状態を知ることができる。ＰＤではモニタ光が電気信号に変換されて、モニタ用電気信号が出力される。このモニタ用電気信号を測定する回路等については、任意好適な従来周知のものを用いれば良く、ここでは図示及びその説明を省略する。
【００４１】
以下の説明では、光変調器として、マッハツェンダ（ＭＺ：Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型の光変調器を例にとって説明する。
【００４２】
ＭＺ型の光変調器では、入力導波部３０ａが入力導波路３２を備え、変調導波部３０ｂが分波器３４と、第１分岐導波路３６と、第２分岐導波路３８とを備え、及び出力導波部３０ｃが、合分波器４０と、第１出力導波路４２と、第２出力導波路４４とを備えている。
【００４３】
入力導波路３２は、半導体積層基板２０の第１端面２０ｂから入力された入力光Ｓ１０１を導波して、分波器３４へ送る。
【００４４】
分波器３４は、例えば、多モード光導波路構造を有する光カプラとして形成される。分波器３４は、入力導波路３２に接続されていて、入力導波路３２から受け取った入力光Ｓ１０１を第１分岐光（図中、矢印Ｓ１１１で示す。）と第２分岐光（図中、矢印Ｓ１１３で示す。）とに２分岐する。第１分岐光Ｓ１１１及び第２分岐光Ｓ１１３は、それぞれ第１分岐導波路３６及び第２分岐導波路３８へ送られる。
【００４５】
第１分岐導波路３６及び第２分岐導波路３８は、分波器３４に接続されている。第１分岐導波路３６は、分波器３４から受け取った第１分岐光Ｓ１１１を導波して、合分波器４０へ送る。また、第２分岐導波路３８は、分波器３４から受け取った第２分岐光Ｓ１１３を導波して、合分波器４０へ送る。
【００４６】
ここで、半導体積層基板２０の第１主表面２０ａに対向する主表面である第２主表面２０ｅの全面には、裏面電極６０が形成されている。裏面電極６０は、任意好適な材質で形成することができ、ここでは金（Ａｕ）系の材料を用いる。第１分岐導波路３６及び第２分岐導波路３８上には、それぞれ第１電極６２及び第２電極６４が設けられている。第１電極６２及び第２電極６４には、裏面電極６０と同一の材料を用いれば良い。例えば、裏面電極６０を接地電位とし、第１電極６２及び第２電極６４に電圧を印加すると、第１分岐光と第２分岐光が位相変調を受ける。
【００４７】
なお、第１電極６２及び第２電極６４は、光導波路３０及び反射用導波路５０を形成する際に行われるエッチングで形成された溝６７を、ポリイミド６８で埋め込んだ後、金属材料を蒸着し、さらにフォトリソグラフィ及びリフトオフを行うことによって、形成することができる。
【００４８】
合分波器４０は、例えば、多モード光導波路構造を有する光カプラとして形成できる。合分波器４０は、第１分岐導波路３６及び第２分岐導波路３８に接続されている。合分波器４０は、第１分岐導波路３６及び第２分岐導波路３８からそれぞれ受け取った第１分岐光Ｓ１１１及び第２分岐光Ｓ１１３を合波した後、第１出力光Ｓ１２１及び第２出力光Ｓ１２３に２分岐する。ＭＺ型の光変調器では、信号光及びモニタ光としてそれぞれ出力される、第１出力光Ｓ１２１及び第２出力光Ｓ１２３は、互いに相補的な関係にある。すなわち、第１出力光Ｓ１２１及び第２出力光Ｓ１２３の一方がオン状態であるとき、他方はオフ状態である。ここでオフ状態とは、合分波器４０で合波される際の第１分岐光Ｓ１１１と第２分岐光Ｓ１１３の位相が揃っている状態であり、オン状態とは、位相が反転している状態である。第１出力光Ｓ１２１及び第２出力光Ｓ１２３は、それぞれ第１出力導波路４２及び第２出力導波路４４に送られる。
【００４９】
第１出力導波路４２は、合分波器４０から受け取った第１出力光Ｓ１２１を導波して、第２端面２０ｃから、信号光Ｓ１３１として出力する。
【００５０】
第２出力導波路４４は、合分波器４０から受け取った第２出力光Ｓ１２３を導波して、反射用導波路５０へ送る。
【００５１】
入力導波路３２、第１分岐導波路３６、第２分岐導波路３８、第１出力導波路４２及び第２出力導波路４４は、例えば、２μｍ以下の幅の単一モード導波路構造で形成される。
【００５２】
反射用導波路５０は、第２出力導波路４４から受け取った第２出力光Ｓ１２３を、モニタ光Ｓ１３３として受光素子７０に送る。反射用導波路５０は、例えば、マッハツェンダ型の導波路と同時に形成された平面導波路構造を有している。
【００５３】
反射用導波路５０は、Ｎ段反射面５０ａ（Ｎは１以上の整数）及び初段反射面５０ｂを備えている。初段反射面５０ｂは、半導体積層基板２０の第２端面２０ｃに設けられ、チップの劈開と同時に形成される。
【００５４】
反射用導波路５０の平面形状は、円から、円周の一部と、直交する２本の線分とで囲まれる部分を取り出した形状である。円周の一部がＮ段反射面５０ａに対応し、直交する線分の一方が初段反射面５０ｂに対応する。また、直交する線分の他方は、半導体積層基板２０の側面２０ｄに設けられた、モニタ光が出力されるモニタ出力面５０ｃに対応する。初段反射面５０ｂは、例えば８０μｍ程度の長さで形成され、モニタ出力面５０ｃは、例えば６０μｍ程度の長さで形成される。また、Ｎ段反射面５０ａは、半径１００μｍの円周状に形成される。このとき、Ｎ段反射面５０ａがその一部を構成する円の中心は、半導体積層基板２０の外側に位置することになる。
【００５５】
初段反射面５０ｂ、Ｎ段反射面５０ａ及びモニタ出力面５０ｃはいずれも、半導体積層基板２０の第１主表面２０ａに垂直に形成される。
【００５６】
反射用導波路５０に入力された第２出力光Ｓ１２３は、初段反射面５０ｂで反射して、Ｎ段反射面５０ａに送られる。ここで、初段反射面５０ｂで反射された光を、第２出力導波路４４に戻さずに、反射用導波路５０内を伝播させるため、第２出力導波路４４は、初段反射面５０ｂに対して直角からずれた方向に曲げられている。つまり、第２出力光Ｓ１２３の初段反射面５０ｂに対する入射角は、０度よりも大きい。
【００５７】
初段反射面５０ｂにおけるコアと空気との屈折率差により第２出力光Ｓ１２３を全反射させるために、第２出力光Ｓ１２３の初段反射面５０ｂへの入射角θ０は、最小でも初段反射面５０ｂにおける臨界角θｃ、すなわち臨界角θｃ以上の角度にするのが良い。
【００５８】
ここで、臨界角θｃは、全反射が起こる最小の入射角度である。反射用導波路５０のコアを構成する材料、すなわち光導波路層２４の材料がＩｎＧａＡｓＰであって、コアの屈折率ｎｃが３．３２である場合、空気の屈折率ｎ０を１とすると、初段反射面５０ｂにおける臨界角θｃは、ｓｉｎθｃ＝ｎ０／ｎｃで与えられ、およそ１７度である。
【００５９】
なお、入射角θ０の大きさが臨界角θｃ以下であっても、初段反射面５０ｂにおける反射はゼロではないので、使用可能である。この場合、初段反射面５０ｂに、反射率を高めるための反射ミラーを設けても良い。反射ミラーとして、例えば誘電体多層膜で形成された、その厚みが誘電体多層膜内での波長の１／４である、従来周知の誘電体多層膜ミラーを用いることができる。
【００６０】
入射角θ０として臨界角θｃ以上の角度として２０度にする場合について説明する。入射角θ０は、第２出力導波路４４の第２端面２０ｃに対する方向で与えられる。第２出力導波路４４での損失を防ぐために、第２出力導波路４４の曲率半径は１ｍｍ以上にするのが良い。
【００６１】
例えば、例えば半径１ｍｍの円周に沿って形成された導波路を伝播する光について、当該光の進行方向を２０度変化させるのに必要な長さは３００μｍ程度である。また、このときの、進行方向に直角方向の幅は４５μｍ程度である。従って、全長が１〜１．５ｍｍ、幅は２００〜３００μｍ程度であるマッハツェンダ型の光変調器に対して、第２出力導波路４４を充分収めることができる。
【００６２】
初段反射面５０ｂで反射された第２出力光は、Ｎ段反射面５０ａで反射を繰り返し、側面２０ｄへと導かれる。Ｎ段反射面５０ａでの反射回数をＮ回とすると、Ｎ段反射面５０ａへの入射角θは、θ＝π／２−π／（４×Ｎ）＋θ０／（２×Ｎ）で与えられる。Ｎが大きいほど、Ｎ段反射面５０ａへの入射角θが大きくなる。すなわちＮ段反射面５０ａへの入射が浅くなる。
【００６３】
図３を参照して、反射用導波路５０での光の伝播について説明する。図３は、反射用導波路５０での光の伝播を説明するための概略図であって、第１主表面２０ａに垂直な面での断面を示す図である。なお、図３では、断面を示すハッチングを省略している。
【００６４】
ここで、光導波路層２４と、下部クラッド層２２及び上部クラッド層２６との界面で全反射を生じて、光を導波させるためには、光導波路層２４の厚み方向での反射角度γが大きい必要がある。ここで、反射角度γ、Ｎ段反射面５０ａの第１主表面２０ａに対する垂線からのずれ角度αと、入射角θの間には、
ｃｏｓγ＝ｃｏｓθｓｉｎ２α
の関係が成立する。入射角θが大きくなるほど、ずれ角度αによる影響が小さくなる。例えば、コアの屈折率が３．３２、クラッドの屈折率が３．１７であるとき、厚み方向での反射に対する臨界角γｃは約７３度になる。
【００６５】
ここで、第２出力光の初段反射面５０ｂへの入射角θ０が２０度で、かつＮ＝１である場合、Ｎ段反射面５０ａへの入射角θは６５度程度になる。このとき、ずれ角度αは１５度程度まで許される。一方、同じ入射角θ０で、かつＮ＝２とすると、Ｎ段反射面５０ａへの入射角θは７２．５度程度になり、ずれ角度αは３８度まで許される。このずれ角度αは、ドライエッチングの工程で左右され、一般に垂直を確保するのは難しい。このため、許容されるずれ角度αが大きいほど作成が容易になる。
【００６６】
一方、初段反射面５０ｂを半導体積層基板２０の第２端面２０ｃ内に設ける構成とすれば、第２端面２０ｃを劈開により作成する際に同時に形成できる。この結果、半導体積層基板２０の結晶軸で面の角度が定まるので、初段反射面５０ｂの半導体積層基板２０の第１主表面２０ａに対する、垂直性は比較的容易に得られる。
【００６７】
図４は、ビーム伝播法（ＢＰＭ：Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）により、シミュレーションを行った結果を示す図である。ここでは、第２出力導波路４４を初段反射面５０ｂで展開、すなわち、初段反射面５０ｂ側の仮想導波路４５から入射した形式で示している。なお、反射用導波路５０の形状は、図１を参照して既に説明したのと同じ形状及び大きさであり、入射角θ０を１７度とし、反射回数Ｎを２としている。なお、図４の横軸及び縦軸に付した目盛りの間隔は１０μｍである。図２に示されるように、仮想導波路４５から初段反射面５０ｂに入力された光が、Ｎ段反射面５０ａで２回反射集光されて、モニタ出力面５０ｃから出力されている。
【００６８】
ここでは、反射用導波路を平面導波路構造とした例について説明したが、この例に限定されない。図５を参照して、反射用導波路を多モード導波路とした例について説明する。
【００６９】
図５は、マッハツェンダ型の光変調器の他の構成例の平面図である。ここでは、反射用導波路の構造を除いては、図１を参照して説明した光変調器と同様なので、重複する部分の説明を省略する。
【００７０】
この光変調器１２では、多モード導波路である反射用導波路５２の一方の側面は、Ｎ段反射面５２ａを構成する。このＮ段反射面５２ａに対向する側面での反射による干渉を防ぐため、Ｎ段反射面５２ａと対向する側面との間隔は、１０μｍ以上にするのが良い。
【００７１】
また、反射用導波路５２の幅が狭いと、劈開による初段反射面５２ｂの作成の際に生じる位置ずれにより、第２出力光の初段反射面５２ｂでの反射光が反射用導波路５２に入らない恐れがある。このように、第２出力光Ｓ１２３を反射用導波路５２内を伝播させるためにも、反射用導波路５２の幅は広い必要がある。
【００７２】
図１及び図５を参照して説明した光変調器では、Ｎ段反射面５０ａが曲面状の例を示しているが、この例に限定されない。Ｎ段反射面５０ａが、平面を含む構成、例えば、第２端面２０ｃに対する角度が順次に変化する複数の平面を有する構成としても良い。
【００７３】
上述の光変調器の実施に当たり、第２出力導波路４４の幅を、合分波器４０から反射用導波路５０又は５２に向かって、広げる構成とするのが好適である。第２出力導波路４４の幅を広げていくことにより、反射用導波路５０又は５２内に入力される第２出力光Ｓ１２３の広がり角を小さくすることができる。この結果、初段反射面５０ｂ又は５２ｂでの入射角θ０を小さくすることができるなど、寸法の小型化と損失の低減につながる。
【００７４】
この発明の光変調器によれば、モニタ光として用いられる第２出力光が、信号光が出力される第２端面とは異なる側面に導かれる。このため、モニタ用の受光素子を信号光が伝播する光ファイバと並置する必要がなくなり、モジュールの小型化につながる。
【００７５】
また、受光素子を、光変調器と同じ基板上に平面的に並べて配置できるので、３次元的に配置するための新たな工程が不要になるとともに、モジュールの厚みの増加を防ぐことができる。さらに、モニタ光を側面に導くにあたり、反射用導波路を用いることで、曲がり導波路を用いるのに比べて、光損失を減らしつつ、モジュールの小型化が可能となる。
【００７６】
ここで、第２出力光の初段反射面に対する入射角を、初段反射面での臨界角以上にすることにより、第２出力光は初段反射面で、全反射を起こすため、モニタ光の強度の低下を防ぐことができる。また、初段反射面に、反射ミラーを設ける構成とすれば、入射角が臨界角以下であるなど、第２出力光が全反射しない場合に、モニタ光の強度の低下を防ぐことができる。
【００７７】
また、初段反射面を、第２端面と同一平面内に設ける構成にすると、初段反射面の形成を、半導体積層基板の劈開による第２端面の形成と同時に行うことができ、垂直性が容易に得られる。
【００７８】
また、反射用導波路として、平面導波路又は多モード導波路構造を用いて、Ｎ段反射面での反射回数を多くすると、Ｎ段反射面の垂直性からのずれ角度の許容度が高まり、製造が容易になる。
【００７９】
さらに、第２出力導波路の幅が、合分波器から反射用導波路に向かって順次に広くなる構成にすると、反射用導波路に入力された第２出力光の広がり角を小さくすることができる。この結果、初段反射面での入射角を小さくすることが可能になり、寸法の小型化と損失の低減に寄与する。
【００８０】
ここでは、変調器としてＭＺ型の光変調器を用いた例について説明したが、この例に限定されない。半導体積層基板に形成され、導波路構造を有する光変調器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】光変調器の一構成例を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った面で切った断面の切り口を示す図である。
【図３】反射用導波路での光の伝播を説明するための概略図である。
【図４】ＢＰＭによるシミュレーションを行った結果を示す図である。
【図５】光変調器の他の構成例の平面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０、１２    光変調器
２０    半導体積層基板
２０ａ    第１主表面
２０ｂ    第１端面
２０ｃ    第２端面
２０ｄ    側面
２０ｅ    第２主表面
２１    下地層
２２    下部クラッド層
２４    光導波路層
２６    上部クラッド層
３０    光導波路
３０ａ    入力導波部
３０ｂ    変調導波部
３０ｃ    出力導波部
３２    入力導波路
３４    分波器
３６    第１分岐導波路
３８    第２分岐導波路
４０    合分波器
４２    第１出力導波路
４４    第２出力導波路
５０、５２    反射用導波路
５０ａ、５２ａ    Ｎ段反射面
５０ｂ、５２ｂ    初段反射面
５０ｃ、５２ｃ    モニタ出力面
６０    裏面電極
６２    第１電極
６４    第２電極
６７    溝
６８    ポリイミド
７０    受光素子
【図１】
2008170831.tif 000003
【図２】
2008170831.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008170831.tif 000006
【図５】
2008170831.tif 000007