(57)【要約】【課題】モニタ光を確実に検出でき、温度・ＤＣドリフトを解消でき、低駆動電圧で高速駆動の可能なモニタ付有機導波路型光変調器を実現する。【解決手段】マッハツェンダ型の有機導波路型光変調器であって、光変調の動作点設定のために制御電極２０３〜２０５に印加される直流バイアス電圧を制御する制御回路４０と、位相変調された導波光の合波部で発生する放射光３００を、モニタ用光検出器５０により検出し、放射光の強度に応じて制御回路４０により直流バイアス電圧を制御して光変調の動作点を調整するように構成され、光導波路２００内に、電気光学効果媒体として４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノー４’−Ｎ−メチルスチルバゾリウム  トシレート（ＤＡＳＴ）の結晶を、導波方向がｂ軸となるようにしてコア層として持つ。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マッハツェンダ型の有機導波路型光変調器であって、
導波光の位相を変調するための電場を発生させる制御電極に光変調の動作点を設定するために印加される直流バイアス電圧を制御する制御回路と、
位相変調された導波光が合波される合波部で発生する放射光を、クラッド部を介して検出するモニタ用光検出器を有し、
上記モニタ用光検出器が検出する放射光の強度に応じて、上記制御回路により上記直流バイアス電圧を制御して、光変調の動作点を調整するように構成され、
光導波路内に、上記電場により導波光の位相を変調する電気光学効果媒体として、４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノー４’−Ｎ−メチルスチルバゾリウム  トシレート（４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４’−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ  ｔｏｓｙｌａｔｅ  以下、ＤＡＳＴと略記する）の結晶を、導波方向がｂ軸となるようにして、コア層として持つことを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。
【請求項２】
請求項１記載のモニタ付有機導波路型光変調器において、
位相変調された導波光が合波される合波部で発生する、放射光の向きを変換させる反射ミラーを、上記放射光が伝搬するクラッド部に有することを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。
【請求項３】
請求項２記載のモニタ付有機導波路型光変調器において、
反射ミラーが、放射光の向きを、光導波路の形成されている基板面に交叉する方向へ変換させることを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。
【請求項４】
マッハツェンダ型の有機導波路型光変調器であって、
導波光の位相を変調するための電場を発生させる制御電極に光変調の動作点を設定するために印加される直流バイアス電圧を制御する制御回路と、
位相変調されて合波された信号光の一部を、モニタ光として検出するモニタ用光検出器と、
上記信号光の一部を、モニタ光として分岐するモニタ光分岐手段と、
このモニタ光分岐手段により分岐されたモニタ光の向きを、光導波路の形成されている基板面に交叉する方向へ変換させる光路変換手段とを有し、
上記モニタ用光検出器が検出するモニタ光の強度に応じ、上記制御回路により上記直流バイアス電圧を制御して、光変調の動作点を調整するように構成され、
光導波路内に、上記電場により導波光の位相を変調する電気光学効果媒体として、ＤＡＳＴの結晶を、導波方向がｂ軸となるようにして、コア層として持つことを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。
【請求項５】
請求項４記載のモニタ付有機導波路型光変調器において、
光路変換手段が、反射ミラーであることを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。
【請求項６】
請求項４記載のモニタ付有機導波路型光変調器において、
光路変換手段が、グレーティングカプラであることを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。
【請求項７】
請求項４または５または６記載のモニタ付有機導波路型光変調器において、
信号光からモニタ光を分岐するモニタ光分岐手段が、分岐導波路であることを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。
【請求項８】
請求項４または５または６記載のモニタ付有機導波路型光変調器において、
信号光からモニタ光を分岐するモニタ光分岐手段が、方向性結合器であることを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。
【請求項９】
請求項４または５または６記載のモニタ付有機導波路型光変調器において、
信号光からモニタ光を分岐するモニタ光分岐手段が、２入力２出力のマルチモード干渉型の光導波路であることを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。
【請求項１０】
請求項１〜９の任意の１に記載のモニタ付有機導波路型光変調器を２以上、同一基板上に集積したことを特徴とする光変調装置。
【請求項１１】
請求項１〜９の任意の１に記載のモニタ付有機導波路型光変調器を１以上、同一基板上に有し、電子機器の出力端子と上記モニタ付有機導波路型光変調器の制御電極とを電気的に接続することにより、発光素子からの光を上記出力端子からの電気信号に応じた１以上の変調光として出力し、出力される変調光を光伝送部により伝送するように構成した光集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モニタ付有機導波路型光変調器および光変調装置および光集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大容量且つ高速の光通信の発達に伴い、幹線系のネットワークのみならず、ＬＡＮやネットワーク端末、電子機器間、ボード間、さらにはＬＳＩチップ間にも「光を用いた情報伝達」が提案されている。
電子機器間やボード間、ＬＳＩチップ間を光で結ぶ「光インタコネクション」では、搭載されているＬＳＩチップの電源電圧は低電圧化が進み、ＬＳＩチップにノイズを与えないためにも、光インタコネクションに用いられるデバイスは電源電圧の低電圧化が求められている。
【０００３】
光インタコネクションに用いられるデバイスの１つとして「電気信号に応じて光の強度を変調し、信号光とする光変調器」があるが、システム全体の低消費電力の要求とも相俟って、その駆動電圧の低電圧化が強く要請されている。
【０００４】
光変調器の１つとして「マッハツェンダ型の光変調器」が知られている。
【０００５】
この型の光変調器としては、従来から、無機強誘電性結晶であるＬｉＮｂＯ３（以下、ＬＮ結晶と略記する。）を用いるものが知られているが、ＬＮ結晶の誘電率が略２８と大きいため変調帯域が制限され、高速変調を実現するために高帯域化を図るには、電極長さを小さくして信号マイクロ波と光波の相互作用長を小さくする必要があり、これを行うと変調のための駆動電圧が高くなるので「変調の高速化と駆動電圧の低電圧化の両立」が難しい。
【０００６】
ＬＮ結晶を用いるマッハツェンダ型の光変調器で現在知られているものでは、駆動電圧：５Ｖ、変調周波数：１０Ｇｐｓが一般的であり、駆動電圧はＬＳＩチップの電源電圧に対して２〜３倍の大きさである。
【０００７】
また、ＬＮ結晶を用いる光変調器は、一般にデスクリートデバイスで「高コストデバイス」である。即ち、ＬＮ等の無機材料の処理は高温プロセスで、電気配線と光導波路が組み込まれる光集積回路の構成はハイブリッド実装以外になく、アライメントが複雑で高コストとなり易い。
【０００８】
一方、有機材料は誘電率が無機材料に比べて小さく、薄膜化も容易で、大きな電気光学定数を持つため、有機材料を用いることにより「低電圧駆動で高速変調可能なマッハツェンダ型の光変調器」が実現できるものと期待される。しかし、「有機高分子材料」はガラス転移点が低く、分極が温度や経時変化によって緩和されてしまうため、光変調器に用いた場合、光変調器としての信頼性をどのように確保するかが問題となる。
【０００９】
マッハツェンダ型の光変調器にはまた「ＤＣドリフト」、「温度ドリフト」と呼ばれる問題の存在が知られている。
マッハツェンダ型の光変調器では、変調された光出力の基準となる「動作点」を設定するために直流バイアス電圧が印加される。そして、この直流バイアス電圧に重畳させて高周波信号電圧が「進行波型制御電極」に印加される。
「ＤＣドリフト」は、上記直流バイアス電圧の印加により、動作点が経時的に変動する現象である。
また、「温度ドリフト」は、光変調器における電場を作用させる部分の温度変化により動作点が経時的に変動する現象である。
ＤＣドリフトや温度ドリフトが生じると、変調波形の歪みや、消光比の劣化が生じる。
【００１０】
これらＤＣドリフトや温度ドリフトに対処する方法として、信号光の一部あるいは「マッハツェンダ型の光導波路の合波点から放射される放射光」を、光ファイバにより光検出器へ導光してモニタし、ＤＣドリフトや温度ドリフトによって変化した光出力を補償するように、直流バイアス電圧の大きさを調整する方法が提案されている（特許文献１〜３参照）。
【００１１】
しかし、これらの方法は「信号光が光ファイバを伝搬する従来型のディスクリート光変調器」に関するものであり、複数の光変調器を集積したり光集積回路上にモノリシックに形成したりできる有機導波路型光変調器に適用しても、モニタ光を取り出せなかったり、光検出器を配設できなかったりする場合がある。
【００１２】
【特許文献１】
特許第２７３８０７８号明細書
【特許文献２】
特開平５−１００１９４号公報
【特許文献３】
特開２００１−２０９０１８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、集積が可能な有機導波路型光変調器において、モニタ光を確実に検出でき、温度ドリフトやＤＣドリフトの問題を有効に解消できる、マッハツェンダ型のモニタ付有機導波路型光変調器、あるいはこれを２以上集積した光変調装置、さらにはこれらを用いる光集積回路の実現を課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明のモニタ付有機導波路型光変調器は「マッハツェンダ型の有機導波路型光変調器」である。
【００１５】
請求項１記載のモニタ付有機導波路型光変調器は、制御回路と、モニタ用光検出器とを有する。
「制御回路」は、導波光の位相を変調するための電場を発生させる制御電極に印加される「光変調の動作点を設定するための直流バイアス電圧」を制御する。
【００１６】
「モニタ用光検出器」は、位相変調された導波光が合波される合波部で発生する放射光を、クラッド部を介して検出する。
【００１７】
そして「モニタ用光検出器が検出する放射光の強度に応じ、制御回路により直流バイアス電圧を制御して、光変調の動作点を調整する」ように構成される。
【００１８】
光導波路内には、電場により導波光の位相を変調する電気光学効果媒体としてＤＡＳＴ（４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノー４’−Ｎ−メチルスチルバゾリウム  トシレート）の結晶が、導波方向がｂ軸となるようにして、コア層として配設される。
【００１９】
請求項１記載のモニタ付有機導波路型光変調器は「位相変調された導波光が合波される合波部で発生する放射光」の向きを変換させる反射ミラーを、放射光が伝搬するクラッド部に有することができ（請求項２）、上記反射ミラーは「放射光の向きを、光導波路の形成されている基板面に交叉する方向へ変換させる」ようにできる（請求項３）。
【００２０】
請求項４記載の「モニタ付有機導波路型光変調器」は、制御回路と、モニタ用光検出器と、モニタ光分岐手段と、光路変換手段とを有する。
「制御回路」は、導波光の位相を変調するための電場を発生させる制御電極に印加される「光変調の動作点を設定するための直流バイアス電圧」を制御する。
「モニタ用光検出器」は、位相変調されて合波された信号光の一部を、モニタ光として検出する。
【００２１】
「モニタ光分岐手段」は、信号光の一部をモニタ光として分岐する。
「光路変換手段」は、モニタ光分岐手段により分岐されたモニタ光の向きを、光導波路の形成されている基板面に交叉する方向へ変換させる手段である。
そして「モニタ用光検出器が検出する放射光の強度に応じ、制御回路により直流バイアス電圧を制御して、光変調の動作点を調整する」ように構成される。
【００２２】
光導波路内には、電場により導波光の位相を変調する電気光学効果媒体としてＤＡＳＴの結晶が、導波方向がｂ軸となるようにしてコア層として配設される。
【００２３】
請求項４記載のモニタ付有機導波路型光変調器における「光路変換手段」は、「反射ミラー」であることもできるし（請求項５）、「グレーティングカプラ」であることもできる（請求項６）。
【００２４】
上記請求項４または５または６記載のモニタ付有機導波路型光変調器における「信号光からモニタ光を分岐するモニタ光分岐手段」は、「分岐導波路」であることも（請求項７）、「方向性結合器」であることもでき（請求項８）、「２入力２出力のマルチモード干渉型の光導波路」であることもできる（請求項９）。
【００２５】
この発明の光変調装置は、上記請求項１〜９の任意の１に記載のモニタ付有機導波路型光変調器を２以上、同一基板上に、集積して構成したことを特徴とする（請求項１０）。
【００２６】
この発明の光集積回路は、請求項１〜９の任意の１に記載のモニタ付有機導波路型光変調器を１以上、同一基板上に有し、電子機器の出力端子とモニタ付有機導波路型光変調器の制御電極とを電気的に接続することにより、発光素子からの光を出力端子からの電気信号に応じた１以上の変調光として出力し、出力される変調光を光伝送部により伝送するように構成したものである（請求項１１）。
【００２７】
上記「ＤＡＳＴ」は、図１に示す構造式を持つ「有機結晶」であり、有機結晶であるため「有機高分子には必要となる分極処理」が不要であり、従って「分極緩和による経時変化」がない。また、極めて大きな非線形光学定数（ｄ１１＝１０１０ｐｍ／Ｖ（λ＝１．３μｍ））と電気光学定数（ｒ１１＝７５ｐｍ／Ｖ（λ＝８２０ｎｍ））を有し、有機結晶特有の低い誘電率（ε１＝５．２）を持つ。
【００２８】
この発明は、ＤＡＳＴの持つ上記諸特性が、マッハツェンダ型の光導波路型光変調器に極めて適しており、これを用いることにより低電圧駆動の高速変調が実現できる点に着目してなされたものである。発明者の知る限りにおいて、ＤＡＳＴを用いた光導波路型光変調器は知られていない。
【００２９】
ＤＡＳＴは有機結晶であるから、無機材料に比べて熱膨張係数が大きく、温度の影響を受けやすいため、温度ドリフトが生じ易い。しかし、この発明の光変調器は「モニタ用光検出器により、放射光や信号光の一部を検出し、検出結果に基づき直流バイアス電圧を調整する」ので、上記温度ドリフトやＤＣドリフトの影響を確実に除去できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。
図２は、請求項１〜３に記載されたモニタ付有機導波路型光変調器の実施の１形態を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は反射ミラーを含むモニタ部分の断面図を示している。
【００３１】
このモニタ付有機導波路型光変調器はマッハツェンダ型の光変調器で、（ａ）において左方から入射する入射光を光変調し、信号光として光変調器の右方から射出させる。
【００３２】
モニタ付有機導波路型光変調器は、構造的には、図２（ｂ）に示すように、基板１０上に下部クラッド２０、上部クラッド３０を積層した構造となっており、光導波路は下部クラッド２０に形成されている。上部クラッド３０の上にはモニタ用光検出器５０が設けられ、また下部クラッド２０には反射ミラー６０が設けられている。
【００３３】
図２（ａ）に示すように、光導波路２００は入射側から射出側へ向い、途中でＹ字分岐して２路に分かれ、分かれた各部分は「アーム部」を構成する。アーム部の下流側はＹ字合流して射出部へ向う。上記各アーム部には「電気光学効果」を有するＤＡＳＴ２０１、２０２が配置され、残りの（電気光学効果を必要としない）光導波路部分は「公知の樹脂光導波路」として形成されている。
【００３４】
上部クラッド３０の上面には、図２（ａ）に示すように、制御用電極２０３、２０４、２０５が図示の如く形成されている。制御電極２０３〜２０５は「進行波型電極」であり、制御電極２０４、２０５は接地電位とされ、制御電極２０３は５０Ωの終端抵抗２０６を介して接地される。
【００３５】
信号用電源２０７により、制御電極２０３に高周波の信号電圧（マイクロ波電圧）を印加すると、各ＤＡＳＴ２０１、２０２にマイクロ電磁波が作用する。
【００３６】
ＤＡＳＴ２０１、２０２は、その最も大きな電気光学定数：ｒ１１を有効に利用するため、結晶のｂ軸が導波方向となるように、結晶方位を設定される。また、結晶のａ軸方向に電圧が印加されるようにし、入射光の偏波面もａ軸に平行となるようにする。
【００３７】
図２の実施の形態では、ＤＡＳＴ２０１、２０２の結晶は、ａ軸が基板１０と平行になるように、結晶軸の方向を設定しており、電界も基板と平行になるようにしている。また、両アーム部でのＤＡＳＴ２０１、２０２のａ軸方向が同一方向であるため、制御電極２０４、２０５を接地し、制御電極２０３に信号用電源２０７によりマイクロ波電圧を印加すると、ＤＡＳＴ２０１、２０２に（図２（ａ）の上下方向において）互いに逆向きの電界が作用する。
【００３８】
図示されない光源（半導体レーザ）からの光は光導波路２００に入射すると、Ｙ字分岐部で、各アーム部に等分に分かれて導波する。各アーム部でＤＡＳＴ２０１、２０２を導波される間に上記マイクロ電磁波が作用すると、ＤＡＳＴ２０１、２０２において電気光学効果により屈折率が変化するが、作用する電場の向きがＤＡＳＴ２０１と２０２とで逆向きであるため、ＤＡＳＴ２０１、２０２を導波する光の位相速度が一方は大きく、他方は小さくなり、ＤＡＳＴ２０１、２０２を導波される光に位相差が生じる。
【００３９】
ＤＡＳＴ２０１、２０２の部分で位相変化させられた光が、Ｙ字合流して合波すると、互いに干渉を生じて光強度に強弱を生じる。この光強度の強弱は、制御電極２０３に印加された信号電圧の変化に対応するものであり、光導波路から射出する出力光は「信号電圧に従って光強度を変調された信号光」となる。
【００４０】
電極２０３〜２０５を「進行波型電極」とすることで、容量の影響をなくし、非常に高速な光変調に対応できる。
【００４１】
上記の如く変調されて射出部から射出する信号光の光強度と、制御電極に印加される電圧との間には「図３に実線で示すような関係（このような関係は、マッハツェンダ型の光変調器に共通したものである）」があり、初期動作点は、信号光の最大光出力を与える電圧（図では０Ｖ）と、最小光出力を与える電圧：Ｖπとの中間の電圧：Ｖπ／２に設定することが好ましい。このために、制御電極２０３には、動作点設定用の直流バイアス電圧（上記電圧：Ｖπ／２）が印加される。
【００４２】
しかし、この直流バイアス電圧の印加によって、動作点のＤＣドリフトが生じる。また、ＤＡＳＴの温度変化による影響による温度ドリフトも生じる。
【００４３】
一方、ＤＡＳＴ２０１、２０３により位相変調された各導波光が合波される部分では光導波路からクラッド部へ漏れ出す放射光３００が生じて、これが下部クラッド層２０内を伝搬する。このように生じる放射光３００の光強度は、図３に破線で示すように「信号光の光強度と相補的な関係」にある。即ち、信号光の光強度が最大のときには放射光の光強度は最小であり、信号光の光強度が最小のときには放射光の光強度は最大である。
【００４４】
したがって、放射光３００の一部をモニタすることにより、温度ドリフトやＤＣドリフトによる動作点のずれを制御回路４０で検出し、信号用電源２０７にフィードバックし、直流バイアス電圧を調整することにより常に適切な動作点を保持することができる。
【００４５】
この実施の形態においては、図２（ｂ）に示すように、下部クラッド２０内を伝搬する放射光３００を、下部クラッド２０に設けた反射ミラー６０により、上部クラッド３０の側へ光路転換して、上部クラッド３０上に設けたモニタ用光検出器５０で検出している。
【００４６】
即ち、図２に実施の形態を示す光変調器は、マッハツェンダ型の有機導波路型光変調器であって、導波光の位相を変調するための電場を発生させる電極２０３〜２０５に、光変調の動作点を設定するために印加される直流バイアス電圧を制御する制御回路４０と、位相変調された導波光が合波される合波部で発生する放射光３００を、クラッド部２０を介して検出するモニタ用光検出器５０を有し、モニタ用光検出器５０が検出する放射光の強度に応じて、制御回路４０により直流バイアス電圧を制御して光変調の動作点を調整するように構成され、光導波路内に、電場により導波光の位相を変調する電気光学効果媒体としてＤＡＳＴの結晶２０１、２０２の結晶を、導波方向がｂ軸となるようにしてコア層として持つモニタ付有機導波路型光変調器（請求項１）である。
【００４７】
また、位相変調された導波光が合波される合波部で発生する放射光３００の向きを変換させる反射ミラー６０を、放射光３００が伝搬するクラッド部２０に有し（請求項２）、この反射ミラー６０は、放射光３００の向きを、光導波路の形成されている基板面１０に交叉する方向（上方）へ変換させる（請求項３）。
【００４８】
【実施例】
以下に、図２の実施の形態に関する具体的な例を挙げる。
基板１０として「ポリイミド基板」を用い、この基板１０上に光導波路のクラッドとなる下部クラッド２０を、ポリイミド樹脂のスピンコートで形成する。
さらに、マッハツェンダ型の光導波路２００に対応するパターンマスクを用い、フォトリソグラフィと、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングで「光導波路パターンに従うコア溝」を形成する。
【００４９】
このコア溝部に、コアとなる「屈折率の大きなポリイミド樹脂」を充填し、低損失な光導波路２００を形成する。次いで、「ＤＡＳＴ２０１、２０２を選択的に形成する部分」だけに再度、リソグラフィーとエッチングを行ってコア溝を形成する。
【００５０】
このように再度形成された溝部に「メタノールを溶媒に用いた徐冷法」によりＤＡＳＴを結晶成長させる。このとき、種結晶を用いて「光導波路方向がｂ軸となる」ようにする。このようにして、ｂ軸と略直交する方向がａ軸となるようにコア溝を埋め込んだ形態でＤＡＳＴ単結晶を形成できる。
【００５１】
ＤＡＳＴ結晶を成長させると、ＤＡＳＴが「コア溝以外にも成長」するので、発泡ウレタンパッド：ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡＩＶ（商品名  ロデール製）とシリカの研磨粒子を用いて研磨を行い、コア溝以外の不要ＤＡＳＴを除去し、所望のコア溝にのみＤＡＳＴを残す。
【００５２】
上記「種結晶を用いる徐冷法によるＤＡＳＴ結晶の形成」以外に、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．７４（１９９９）６３５に記載された「改良シェア法」やＭＯＶＰＥ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＤＡＳＴ結晶を形成することもできる。
【００５３】
このようにマッハツェンダ型の光導波路２００を形成した上層に、下部クラッド２０の材料と同じポリイミド樹脂をスピンコートして厚さ：２μｍの上部クラッド３０とし、入力光及び信号光を導く光導波路部分と、電圧印加によって電気光学効果を発生させるＤＡＳＴ２０１、２０２による光導波路部分を形成する。
【００５４】
次いで、ダイシングソーを用いて、基板１０の裏面に、基板面に対して４５度の傾き角を持つＶ字溝を形成して反射ミラー６０とする。マッハツェンダ光導波路の合波点から放射される放射光３００は、スネルの法則に従い、ポリイミド樹脂（下部クラッド２０）と空気との界面で全反射され、上部クラッド３０の上面から射出し、モニタ用光検出器５０により検出される。
【００５５】
反射ミラー６０による「放射光の光路変換」は波長依存性が小さく、設計が容易である。
上部クラッド３０上に、制御用電極２０３〜２０５として「コプレーナ線路型金電極」をスパッタ法で形成し、終端に５０Ωの終端抵抗２０６を取付けて進行波型電極とする。さらに、上部クラッド３０の上面から射出する放射光３００をモニタするモニタ用光検出器５０として「ホトデテクタ」を上部クラッド３０上に実装する。
【００５６】
このようにして得られた構造体における、放射光３００の光出力をモニタ用光検出器５０で検出し、検出出力を制御回路４０に取り込み、光出力が変動した場合に所望の光出力が得られるように直流バイアス電圧を制御する。
【００５７】
波長：１．３μｍのレーザ光を入射させつつ、同軸ケーブルを介して制御電極２０３〜２０５間に変調信号を入力したところ、略１．５Ｖの「低い駆動電圧」で、超高速の光強度変調を実効できた。
【００５８】
光導波路を含む構造体に低コストな有機材料を用いており、低温プロセスで形成できるため、低コストなモニタ付有機導波路型光変調器を実現できる。さらに、信号光を分岐することなく放射光３００をモニタするので、信号光の強度低下を生じることがなく、光変調の動作点をフィードバック制御して、温度ドリフトやＤＣドリフトの影響を受けない安定した光変調を実現できる。
【００５９】
上の例では、マッハツェンダ型の光導波路のパターニング方法として、フォトリソグラフィとエッチングによる半導体微細加工を用いたが、インプリンティングや、スタンパなどの型成形による形成でもよく、ＤＡＳＴ部以外のコア部やクラッド部を感光性樹脂で形成してもよい。
【００６０】
また、基板１０としては、ＳｉＯ２やＳｉ、ＧａＡｓなどの無機材料、マイラー等の有機材料、プリント板に用いられているガラスエポキシなどのハイブリッド材料の基板を用いることもできる。
【００６１】
また、光導波路における「ＤＡＳＴ以外のコア部」は、上記のポリイミド樹脂に限らず、エポキシ樹脂、ＰＭＭＡ、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などの各種樹脂や、ＳｉＯ２やＳｉ、ＳｉＮどの無機膜を用いて構成してもよいし、「周期的な微細構造を形成したフォトニック結晶」を用いた構成としてもよい。
【００６２】
また、反射ミラー６０を形成する方法としては、上記「ダイシングソーを用いてＶ字溝形成する方法」以外にも、スタンパなどによる加工や濃淡マスクを用いたフォトリソグラフィとエッチング、レーザアブレーション等による形成方法も可能である。反射ミラー６０の表面に、ＡｕやＡｇ、Ａｌなどの金属膜を形成して反射率を向上させてもよい。
【００６３】
【発明の実施の形態】
図４は、請求項１０記載の光変調装置の実施の１形態を示している。
この光変調装置は、モニタ付有機導波路型光変調器を２個、同一基板上に集積したものである。集積されている２個のモニタ付有機導波路型光変調器は、請求項４記載のものである。
【００６４】
繁雑をさけるため、混同の虞がないと思われるものについては、図２におけると同一の符号を付する。また、集積されている２個のモニタ付有機導波路型光変調器は「同じもの」であるので、これらの同一部分には「同一の数字とＡ、Ｂの組合せによる符号」を付し、符号中のＡ、Ｂで各光変調器を区別する。これら２つのモニタ付有機導波路型光変調器は同じ構成で、同じ作用をするので、一方の光変調器について、構成・作用を説明する。
【００６５】
図４において、符号２は、図２（ｂ）に即して説明したような、同一の基板に下部クラッドと上部クラッドとを積層した構造体を示す。各光導波路は下部クラッドに形成されている。
【００６６】
光導波路２００Ａは、入射側（図の左方）から射出側（図の右方）へ向って形成され、途中でＹ字分岐して２路に分かれ、分かれた各部分が構成するアーム部は下流側でＹ字合流して射出部へ向う。上記各アーム部には「電気光学効果」を有するＤＡＳＴ２０１Ａ、２０２Ａが配置され、残りの（電気光学効果を必要としない）光導波路部分は「公知の樹脂光導波路」で形成されている。
【００６７】
上部クラッドの上面に図示の如く形成された制御用電極２０３Ａ、２０４Ａ、２０５Ａは「進行波型電極」で、制御電極２０４Ａ、２０５Ａが接地電位とされ、制御電極２０３Ａは５０Ωの終端抵抗２０６Ａを介して接地される。
【００６８】
信号用電源２０７Ａにより、制御電極２０３に高周波の信号電圧（マイクロ波電圧）を印加すると、各ＤＡＳＴ２０１Ａ、２０２Ａにマイクロ電磁波が作用し、図２の光変調器と同様の作用で「信号光」が得られる。
【００６９】
光導波路２００Ｂについても光導波路２００Ａと同様であり、光導波路２００Ｂの側については「制御回路、信号用電源、終端抵抗」の図示を省略している。
【００７０】
２つのモニタ付有機導波路型光変調器と、図２に示すものとの差異は、以下の点にある。
即ち、図４の実施の形態においては、各モニタ付有機導波路型光変調器の光導波路２００Ａ、２００Ｂにおいて、ＤＡＳＴ２０１Ａ（２０１Ｂ）、２０２Ａ（２０２Ｂ）の部分で位相変調された導波光は、合波されて信号光となり、信号光導波路２１１Ａ（２１１Ｂ）を導波して射出するが、「信号光の一部」がモニタ光として分岐導波路２１２Ａ（２１２Ｂ）へ分岐される。
【００７１】
このように分岐されたモニタ光は、分岐導波路２１２Ａ（２１２Ｂ）の端部に形成された反射ミラー６０Ａ、６０Ｂ（これらは、図２に示した反射ミラー６０と同様のものである。）により反射され、上部クラッド表面側へ射出してモニタ用光検出器５０Ａ（５０Ｂ）により検出され、制御回路によりモニタされる。
【００７２】
図２の実施の形態におけるように「放射光３００をモニタする場合」に比べると、図４の実施の形態では、信号光の一部を直接にモニタするため、放射光をモニタする場合よりも「より正確なモニタリング」が可能である。
【００７３】
図４の実施の形態では「信号光の一部をモニタ光として分岐するモニタ光分岐手段」を「非対称２分岐導波路」としており、信号光と「分岐されたモニタ光」との強度比を、信号光用光導波路２１１Ａ（２１１Ｂ）と分岐導波路２１２Ａ（２１２Ｂ）との分岐角度で調整できるため、モニタリングに必要な光量だけ分岐すればよく、使用光波長帯域も比較的広い。
【００７４】
モニタ光のモニタリングにより、制御回路部において温度ドリフトやＤＣドリフトなどによる動作点のずれを検出し、信号用電源２０７Ａ（２０７Ｂ）にフィードバックして常に適切な動作点を保持することができる。
【００７５】
光導波路２００Ａ、２００Ｂ、ＤＡＳＴ２０１Ａ（２０１Ｂ）、２０２Ａ（２０２Ｂ）、制御電極２０３Ａ〜２０５Ａ（２０３Ｂ〜２０５Ｂ）、反射ミラー６０Ａ（６０Ｂ）等は、図２の実施の形態に関する上記実施例と同様にして形成でき、モニタ用光検出器５０Ａ（５０Ｂ）も、上記実施例と同様のものを同様の方法で実装できる。
【００７６】
各部の材料も、前記実施例に記載した各種材料の使用が可能であり、反射ミラーの形成方法や、反射面に金属膜を形成して反射率を向上させてよいことも、前記実施例の場合と同様である。
【００７７】
図４に実施の形態を示す光変調装置の各光変調器を、図２の実施の形態に関する実施例と同様の材料・工法で実際に作製したものに、波長：１．３μｍのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して制御電極に変調信号を入力したところ、略１．５Ｖという低い駆動電圧で超高速の光強度変調を実現できた。
【００７８】
また、モニタリングを行うモニタ光を、上部クラッドの上面から取出すので、モニタ用光検出器を、光導波路や「他の光変調器のモニタ用光検出器」と干渉しないように配置でき、複数の光変調器の集積化が可能となっている。
【００７９】
図５は、図４に示した実施の形態の変形例である。煩雑を避けるため、図４におけると同一の部分に関しては、図４におけると同一の符号を付し、これらの部分については図４に関する説明を援用する。
【００８０】
この実施の形態においては、信号光の一部をモニタ光として分岐するモニタ光分岐手段として「方向性結合器」である分岐導波路（ＤＡＳＴを設ける部分以外の他の光導波路部分と同時に形成された樹脂光導波路である）２１３Ａ（２１３Ｂ）が用いられる。
【００８１】
また、分岐導波路２１３Ａ（２１３Ｂ）を導波するモニタ光は、グレーティングカプラ６１Ａ（６１Ｂ）により、上部クラッド表面側へ射出され、上部クラッド上に実装されたモニタ用光検出器５０Ａ（５０Ｂ）で検出される。
【００８２】
モニタ光のモニタリングにより、制御回路において温度ドリフトやＤＣドリフトなどによる動作点のずれを検出し、信号用電源にフィードバックして常に適切な動作点を保持することができる。
【００８３】
グレーティングカプラには、屈折率変調型やレリーフ型グレーティングがあり、集光機能を持たせた湾曲型のグレーティングを形成することもできる。グレーティングのパターニングは、マスクを用いたフォトリソグラフィとエッチングにより、樹脂光導波路（分岐導波路）の表面をパターニングする。このとき、斜め入射イオンビームを用いることにより、ブレーズ化した高効率のグレーティングカプラを形成することもできる。コヒーレントな二つの光波を干渉させて露光を行う２光束干渉法や、電子ビームを用いてパターンを形成する電子ビーム描画法などもグレーティングのパターニング法として用いることができる。
【００８４】
光導波路２００Ａ、２００Ｂ、ＤＡＳＴ２０１Ａ（２０１Ｂ）、２０２Ａ（２０２Ｂ）、制御電極２０３Ａ〜２０５Ａ（２０３Ｂ〜２０５Ｂ）、反射ミラー６０Ａ（６０Ｂ）等は、図２の実施の形態に関する前記実施例と同様にして形成でき、モニタ用光検出器５０Ａ（５０Ｂ）も、前記実施例と同様のものを同様の方法で実装できる。
【００８５】
各部の材料も、前記実施例に記載した各種材料の使用が可能で、反射ミラーの形成方法や、反射面に金属膜を形成して反射率を向上させてよいことも前記実施例の場合と同様である。
【００８６】
図６は、図４に示した実施の形態の別変形例である。煩雑を避けるため、図４におけると同一の部分に関しては、図４におけると同一の符号を付し、これらの部分については図４に関する説明を援用する。
【００８７】
この実施の形態においては、信号光の一部をモニタ光として分岐する、モニタ光分岐手段として「２入力２出力のマルチモード干渉型の光導波路」が用いられている。
【００８８】
ＤＡＳＴ２０１Ａ（２０１Ｂ）、２０２Ａ（２０２Ｂ）で位相変調された光は合波部に形成された２入力２出力のマルチモード干渉器光導波路２１５Ａ（２１５Ｂ）により、強度比１：１で分岐され、一方は信号光として信号光用光導波路２１１Ａ（２１１Ｂ）を導波されて射出する。
【００８９】
分岐された他方はモニタ光として、分岐導波路２１６Ａ（２１６Ｂ）を導波し、反射ミラー６０Ａ（６０Ｂ）により反射されて上部クラッド表面へ射出し、同表面上に実装されたモニタ用光検出器５０Ａ、５０Ｂにより検出される。
【００９０】
この場合も、放射光をモニタする場合に比べて、信号光を直接モニタするため「より正確なモニタリング」が可能となる。２入力２出力のマルチモード干渉器光導波路２１５Ａ（２１５Ｂ）においては、予め、動作点を「位相：π／２位相だけずらすように制御する」ことも可能であり、図５の実施の形態で用いられている「方向性結合器」に比べ、作製トレランスが緩く、図４の実施の形態で用いられている「分岐導波路」と同様に波長依存性が小さい。
【００９１】
モニタ光をモニタリングしつつ、制御回路において温度ドリフトやＤＣドリフトなどによる動作点のずれを検出し、入力信号にフィードバックして常に適切な動作点を保持することができる。
【００９２】
２入力２出力のマルチモード干渉器光導波路２１５Ａ（２１５Ｂ）、モニタ光用の分岐導波路２１６Ａ（２１８Ｂ）は「ＤＡＳＴを設ける部分以外の他の光導波路部分」と同時に、樹脂光導波路として形成される。
【００９３】
光導波路２００Ａ、２００Ｂ、ＤＡＳＴ２０１Ａ（２０１Ｂ）、２０２Ａ（２０２Ｂ）、制御電極２０３Ａ〜２０５Ａ（２０３Ｂ〜２０５Ｂ）、反射ミラー６０Ａ（６０Ｂ）等は、図２の実施の形態に関する前記実施例と同様にして形成でき、モニタ用光検出器５０Ａ（５０Ｂ）も前記実施例と同様のものを同様の方法で実装できる。
【００９４】
各部の材料も、前記実施例に記載した各種材料を使用でき、反射ミラーの形成方法や、反射面に金属膜を形成して反射率を向上させてよいことも前記実施例の場合と同様である。
【００９５】
図４〜図６の実施の形態に示す光変調装置において、同一の基板に集積されている各「モニタ付有機導波路型光変調器」は、マッハツェンダ型の有機導波路型光変調器であって、導波光の位相を変調するための電場を発生させる電極２０１Ａ〜２０３Ａ（２０１Ｂ〜２０３Ｂ）に、光変調の動作点を設定するために印加される直流バイアス電圧を制御する制御回路４０Ａと、位相変調されて合波された信号光の一部をモニタ光として検出するモニタ用光検出器５０Ａ（５０Ｂ）と、信号光の一部をモニタ光として分岐するモニタ光分岐手段２１２Ａ（２１２Ｂ）、２１３Ａ（２１３Ｂ）、２１５Ａ（２１５Ｂ）、２１６Ａ（２１６Ｂ）と、このモニタ光分岐手段により分岐されたモニタ光の向きを、光導波路の形成されている基板面に交叉する方向へ変換させる光路変換手段６０Ａ（６０Ｂ）、６１Ａ（６１Ｂ）とを有し、モニタ用光検出器５０Ａ（５０Ｂ）が検出する放射光の強度に応じて、制御回路４０Ａにより直流バイアス電圧を制御して、光変調の動作点を調整するように構成され、光導波路２００Ａ（２００Ｂ）内に、電場により導波光の位相を変調する電気光学効果媒体２０１Ａ（２０１Ｂ）、２０２Ａ（２０２Ｂ）として、ＤＡＳＴの結晶を、導波方向がｂ軸となるようにしてコア層として持つものである（請求項４）。
【００９６】
「光路変換手段」は、図４、図６の実施の形態においては、反射ミラー６０Ａ（６０Ｂ）であり（請求項５）、図５の実施の形態においてはグレーティングカプラ６１Ａ（６１Ｂ）である（請求項６）。
【００９７】
「信号光からモニタ光を分岐するモニタ光分岐手段」は、図４の実施の形態では分岐導波路２１２Ａ（２１２Ｂ）であり（請求項７）、図５の実施の形態では方向性結合器２１３Ａ（２１３Ｂ）であり（請求項８）、図６の実施の形態では２入力２出力のマルチモード干渉型の光導波路２１５Ａ（２１５Ｂ）である（請求項９）。
【００９８】
従って、図４〜図６に実施の形態を示した光変調装置は、請求項４〜９のいずれかに記載のモニタ付有機導波路型光変調器を２以上、同一基板上に集積したものである（請求項１０）。
【００９９】
図７は、光集積回路の実施の１形態を示す図である。
この光集積回路は、プリント基板４００上に配置された複数のＩＣ４１０、４２０間の光配線を実現したものである。プリント基板４００は、ガラスもしくはセラミック、あるいは樹脂フィルム等で構成される。「光配線」は速い信号線に用いられ、遅い信号線は電気配線である。発光素子４３１、４３２への電源供給やアレイ配列された各光変調器４４０ｉ等への制御電極への配線など、プリント基板４００上には電気配線と光配線が混在している。
【０１００】
光出力部（発光素子と光変調器アレイで構成される）における光変調器アレイの各光変調器として、図４に示したタイプの「モニタ付有機導波路型光変調器」を用いている。即ち、光変調器アレイは、図５に示すモニタ付有機導波路型光変調器を複数個、同一基板であるプリント基板４００に形成配列した光変調装置である。
【０１０１】
この発明のモニタ付有機導波路型光変調器は、低温での形成が可能であるので、電気配線を形成されたプリント基板４００にモノリシックに形成できる。
【０１０２】
予め電気配線を形成したプリント基板４００上に、ポリイミド樹脂を用いて、前述の実施例と同様にして各光導波路を形成し、メタノールからの徐冷法とそれに引き続いた研磨によってＤＡＳＴをアーム部のみに形成する。モニタ光を分岐するための分岐導波路は、各光導波路の溝を形成するとき同時に溝形成し、樹脂をＤＡＳＴ形成部位外の部分と同じ樹脂を充填される。
【０１０３】
モニタ光をモニタ用光検出器に向けて反射する反射ミラーは、プリント基板４００の裏面の側から４５度の傾斜角のＶ字溝として形成した。また、各制御電極はＡＵ蒸着により形成し、光変調器アレイをモノリシックに形成した。モニタ光を検出するための光検出器は、光出力及び光入力のための発光素子や受光素子とともにハイブリッドに実装した。
【０１０４】
即ち、電気配線上にあるポリイミドを除去し、フリップチップ実装を行い、光集積回路を形成する。モニタ用光検出器からの出力を制御回路に取り込み、光出力の変動した場合、所望の光出力が得られるように、各光変調器のＤＣバイアスを制御する。
【０１０５】
ハイブリッド実装された発光素子４３１、４３２から出た光は、分岐して光導波路を通して各光変調器に導かれる。ここで、ＩＣ４１０、４２０の複数の出力端子からでた電気信号は、図示されないデマルチプレクサによってデータの統合が行われ、光変調器アレイを構成する４つのモニタ付有機導波路型光変調器４４０ｉ等（ｉ＝１〜４）に振り分けられ、図示されない光変調器ドライバにより出力電気信号にしたがって変調され、光導波路４６０を通じて受光素子アレイ４７１、４７２に導かれ、場合によってはアンプを通して、図示されないマルチプレクサに導かれ、再度元のビットに変換されて他のＩＣに伝送される。
この実施の形態では、入出力装置が光出力・光入力の二つを備えて、双方向の光伝送を可能にし、好ましい例ではあるが、この発明の光集積回路はこのような構成に限定されるものではなく、ＤＡＳＴを選択的に配置した光変調器を含む光出力部をもつ構成があれば、光入力部が同一基板上になくてもかまわないし、逆にその他の光学構成要素があっても何ら問題はない。
【０１０６】
図７の実施の形態では、有機光変調器は非常に高速変調が可能であるため、マルチプレクサ、デマルチプレクサを用いて電気信号の処理を行い、光変調器の高速性を利用して、伝送路の帯域を有効に活用しているが、ＩＣの各出力端に各光変調器を対応させて光変調を行ってもかまわない。
このように有機結晶：ＤＡＳＴを用いたモニタ付有機導波路型光変調器を用いることにより、温度ドリフトや変調信号のＤＣドリフト等による動作点の変動を除去し、低電圧駆動を可能とした低コストで安定した光集積回路を実現できる。
【０１０７】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、モニタ付有機導波路型光変調器および光変調装置および光集積回路を実現できる。
この発明のモニタ付有機導波路型光変調器は、ＤＡＳＴをマッハツェンダ型の光導波路型光変調器に用いることにより、高速光変調を低電圧駆動で実現でき、モニタにより放射光や信号光の一部を検出し、検出結果に基づき直流バイアス電圧を調整することにより、温度ドリフトやＤＣドリフトの影響を確実に除去することができ、且つ、低温プロセスで各部を構成・集積できるので低コストで実現できる。従って、この発明のモニタ付有機導波路型光変調器を複数個、同一基板上に集積した光変調装置や、さらに電気素子を集積した光集積回路は、低コストで実現でき、信頼性が高く、低電圧での高速の信号授受が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＤＡＳＴの分子構造を示す図である。
【図２】モニタ付有機導波路型光変調器の実施の１形態を説明するための図である。
【図３】信号光の光出力と放射光の光強度を説明するための図である。
【図４】モニタ付有機導波路型光変調器を２個有する光変調装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図５】モニタ付有機導波路型光変調器を２個有する光変調装置の実施の別形態を説明するための図である。
【図６】モニタ付有機導波路型光変調器を２個有する光変調装置の実施の他の形態を説明するための図である。
【図７】光集積回路の実施の１形態を説明するための図である。
【符号の説明】
２００      マッハツェンダ型の光導波路
２０１、２０２      ＤＡＳＴ
２０３、２０４、２０５      制御電極
２０７        信号用電源
５０        モニタ用光検出器
６０        反射ミラー
【図１】
2004163675.tif 000003
【図２】
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【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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