JP7172803B2

JP7172803B2 - 光デバイス及びそれを用いた光送受信装置

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Publication number: JP7172803B2
Application number: JP2019067753A
Authority: JP
Inventors: 孝知伊藤; 真悟高野
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2022-11-16
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP2020166166A

Description

本発明は、光デバイス及びそれを用いた光送受信装置に関し、特に、光導波路や制御電極を形成した電気光学基板に反射部材を接合した光デバイス及びそれを用いた光送受信装置に関する。

光通信分野や光計測分野において、種々の光変調器などの光デバイスが多用されている。図１に示す従来の光デバイスでは、特許文献１に示す光変調器のように、平面視した形状が略長方形の電気光学基板１（基板１）に光導波路２や制御電極（不図示）が形成されており、略長方形の両短辺に光波の入力用及び出力用の２つの光ファイバ（３１，３２）が直接接続されている。符号４は基板１を収容する筐体である。

図１のような光デバイスは、両端から光ファイバが導出されているため、デバイス自体のサイズが大きくなるだけでなく、光デバイスを光送受信装置などのユニットに組み込む際には、筐体４の外部の光ファイバ（３１，３２）を曲げて実装することが行われており、光デバイスの実装に係る面積が大きくなるという問題を生じている。

光デバイスの実装面積を削減するため、特許文献２では図２に示すように、光デバイスに接続される入力用又は出力用の光ファイバ（図２では入力用光ファイバ３１）を、レンズ付きの光路変換素子（反射部材）５０を使用して任意の角度、例えば９０度に曲げる方法が提案されている。符号５１は、光ファイバ３１を光路変換素子５０に直接接合するためのフェルールであり、符号５２は、光導波路２から出射される複数の光波を偏波合成するための偏波合成手段である。

また、特許文献３では図３に示すように、入力用光ファイバ３１と出力用光ファイバ３２を筐体４に対して同じ側壁に配置している。筐体内では２つのプリズム（Ｒ１，Ｒ２）を用いて光路を折り返す方法が提案されている。符号Ｌ１～Ｌ３は集光又はコリメート用のレンズであり、符号５３は偏波合成手段を示している。

図２のような光デバイスでは、レンズ付き光路変換素子５０と角度や位置を正確に調整し、光ファイバ３１の出射端部と光導波路２の入射端部２１の光軸を合わせることが必要となる。しかしながら、この調整に係る作業は極めて煩雑であり、多くの労力と時間を必要とする。

しかも、筐体４内で基板１と光路変換素子５０とを接着剤などで接合した場合、温度変化により発生する内部応力は、基板１と光路変換素子５０との接合部分に集中しやすい。特に基板１と光路変換素子５０とが異なる材料の場合は顕著である。このため当該内部応力が光導波路の端部に伝わり、結果的に光導波路の屈折率変化による偏波歪みの発生や、光軸のズレなどの不具合を生じる。

また、図３のような光デバイスでは、光路変換手段である２つのプリズム（Ｒ１，Ｒ２）の位置及び角度を正確に合わせる必要があり、多くの労力や時間を要する。しかも、反射面がプリズム毎に独立しており、各プリズムは筐体４に接着固定されているため、温度変化により光学部品の位置や角度が微妙に変化し、光損失変動なども発生し易くなる。

しかも、光変調器などの光デバイスにおいては、複数のマッハツェンダー型光導波路を入れ子状に組み合わせた、所謂、ネスト型光導波路のように、光導波路の集積化が進んでおり、しかも光変調素子を構成する基板１のサイズをより小さくするため、基板１の短辺側端部から光変調器のマッハツェンダー干渉計部（以下ＭＺ部）や、ＭＺ部への入射前で単に光を分岐する分岐部などまでの距離も極めて短くなっている。このため、基板１の短辺側端部で発生する内部応力は、該端部に留まらず、ＭＺ部や分岐部にまでその影響が及んでいる。

特開２００４－１２５８５４号公報特開２０１８－５５０１７号公報特開２０１８－７２６０５号公報

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、電気光学基板と反射部材とを接合した際でも、両者の接合部分に発生する内部応力の影響を抑制し、光損失等の変動の少ない光デバイスを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の光デバイスは、以下の技術的特徴を有する。
（１）電気光学効果を有する基板と、該基板は、平面視した形状が対向する長辺と対向する短辺とを有する第１の面を備え、該第１の面上には、少なくとも一方の該短辺に接する入射用又は出射用の端部を有する光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とが形成され、該光導波路の該端部が配置される該短辺に沿って該基板上に配置される補強部材と、該光導波路の該端部に対向して該基板の外部に配置される反射部材とを有する光デバイスにおいて、該反射部材は、該光導波路に入射又は該光導波路から出射する光波を、該基板の長辺方向に対して折り返す方向に光路を変換して該基板の外部を伝搬するよう構成しており、さらに、該反射部材は、該短辺に位置する該基板の端面と該補強部材の端面に接合領域で接合され、該長辺の延伸方向から平面視した場合、該反射部材と該基板の端面とが接合される該接合領域の形状は、該短辺上における該光導波路の該端部の配置形状の中心点、又は該光導波路で該端部に近い分岐用又は合波用の分岐導波路部の配置形状の対称軸であり、該長辺と同じ方向に延びる該対称軸が該短辺と交差する点に対して短辺の延伸方向に対称となるよう設定されていることを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の光デバイスにおいて、該長辺の延伸方向から平面視した場合、該反射部材と該基板又は該補強部材との接合部分では、該接合領域を取り囲む該反射部材の外周面の少なくとも一部と、該接合領域を取り囲む該基板又は該補強部材の外周面の少なくとも一部とは、連続した面となるように設定されていることを特徴とする。

（３）上記（１）に記載の光デバイスにおいて、該反射部材の接合領域の面積が、該基板の端面と該補強部材の端面とが形成する端面領域の面積より小さいことを特徴とする。

（４）上記（１）乃至（３）に記載の光デバイスにおいて、該反射部材は少なくとも２つの反射面を有し、該光導波路に入射又は該光導波路から出射する光波を、該基板の長辺方向に対して折り返す方向に光路を変換するよう構成されていることを特徴とする。

（５）上記（４）に記載の光デバイスにおいて、該光導波路から出射された後に該反射部材で折り返された光路、または該光導波路に入射される光路であって該反射部材で折り返される前の光路は、該基板の第１の面が形成する平面よりも上方を通過するよう設定されていることを特徴とする。

（６）上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の光デバイスにおいて、該基板と該反射部材は筐体内に収容され、該筐体に対して、該基板は固定されるが、該反射部材は固定されていないことを特徴とする。

（７）上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の光デバイスにおいて、該基板と該反射部材及び中継基板は筐体内に収容され、該制御電極の高周波信号を入力する電気信号入力部が、該基板に対して該反射部材が配置された側の筐体側壁に配置され、該高周波信号は、該中継基板に形成された中継線路を介して、該電気信号入力部から該基板の長辺側に設けられた該制御電極の入力部に伝送されていることを特徴とする。

（８）上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の光デバイスは光変調器であり、さらに光受信器を備えたことを特徴とする光送受信装置である。

本発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板は、平面視した形状が対向する長辺と対向する短辺とを有する第１の面を備え、該第１の面上には、少なくとも一方の該短辺に接する入射用又は出射用の端部を有する光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とが形成され、該光導波路の該端部が配置される該短辺に沿って該基板上に配置される補強部材と、該光導波路の該端部に対向して該基板の外部に配置される反射部材とを有する光デバイスにおいて、該反射部材は、該光導波路に入射又は該光導波路から出射する光波を、該基板の長辺方向に対して折り返す方向に光路を変換して該基板の外部を伝搬するよう構成しており、さらに、該反射部材は、該短辺に位置する該基板の端面と該補強部材の端面に接合領域で接合され、該長辺の延伸方向から平面視した場合、該反射部材と該基板の端面とが接合される該接合領域の形状は、該短辺上における該光導波路の該端部の配置形状の中心点、又は該光導波路で該端部に近い分岐用又は合波用の分岐導波路部の配置形状の対称軸であり、該長辺と同じ方向に延びる該対称軸が該短辺と交差する点に対して短辺の延伸方向に対称となるよう設定されているため、以下のような効果が期待できる。
基板と反射部材との接合部に発生する内部応力が、基板端部の光導波路の配置の中心点に対して対称に分布することとなるため、該光導波路端部における光導波路に伝わる内部応力が光導波路端部に対して左右均等となり、光波の偏波の変化が抑制され変調光の品質劣化を低減することができる。
また、光導波路のＭＺ部や分岐部に達する内部応力に対しても、ＭＺ部や分岐部を構成する分岐導波路部の配置形状の対称軸に対して略対称に分布することとなるため、変調光の品質の劣化等を抑制することが可能となる。

従来の光デバイス（入出力用光ファイバを直線状に配置）を示す図である。従来の光デバイス（入出力用光ファイバを直角に配置）を示す図である。従来の光デバイス（入出力用光ファイバを折り返して配置）を示す図である。本発明の光デバイスに係る第１実施例を説明する図である。本発明の光デバイスにおける基板と反射部材との接合状況を説明する図である。本発明の光デバイスの基板と反射部材との接合を説明する平面図である。図６の光デバイスの一点鎖線Ｘ－Ｘ’における断面図である。図６の光デバイスの一点鎖線Ｙ－Ｙ’における断面図である。図８に係る応用例（その１）を示す図である。図８に係る応用例（その２）を示す図である。光導波路の端部等が基板の短辺方向の中心からずれた場合を説明する図である。図１１の光デバイスの一点鎖線Ｙ－Ｙ’における断面図である。反射部材の他の形状（その１）を説明する図である。図１３の基板と反射部材との接合状況を説明する図である。図１３に用いた反射部材に目印を設けた例を説明する図である。反射部材の他の形状（その２）を説明する図である。図１６に用いた反射部材の切り欠きを説明する図である。本発明の光デバイスに係る第２実施例を説明する図である。図１８の光デバイスの一点鎖線Ｘ－Ｘ’における断面図である。図１８の光デバイスの一点鎖線Ｙ－Ｙ’における断面図である。図２０に係る応用例（その１）を示す図である。図２０に係る応用例（その２）を示す図である。本発明の光デバイスに係る第３実施例を説明する図である。図２３に用いた反射部材の切り欠きを説明する図である。本発明の光デバイスに係る第４実施例を説明する図である。本発明の光デバイスに係る第５実施例を説明する図である。本発明の光デバイスに係る第６実施例を説明する図である。

以下、本発明の光デバイスについて、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明の光デバイスは、図４及び５に示すように、電気光学効果を有する基板１と、該基板は、平面視した形状が対向する長辺と対向する短辺とを有する第１の面を備え、該第１の面上には、少なくとも一方の該短辺に接する入射用又は出射用の端部を有する光導波路２と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極（不図示）とが形成され、該光導波路の該端部が配置される該短辺に沿って該基板上に配置される補強部材１０と、該光導波路の該端部に対向して該基板の外部に配置される反射部材Ｒとを有する光デバイスにおいて、該反射部材Ｒは、該短辺に位置する該基板の端面と該補強部材の端面に接合領域で接合され、該長辺の延伸方向から平面視した場合、該反射部材と該基板の端面とが接合される該接合領域の形状は、該短辺上における該光導波路の該端部の配置形状の中心点Ｃ１、又は該光導波路で該端部に近い分岐用又は合波用の分岐導波路部の配置形状の対称軸であり、該長辺と同じ方向に延びる該対称軸が該短辺と交差する点Ｃ２に対して短辺の延伸方向に対称となるよう設定されていることを特徴とする。

本発明の光デバイスで使用する電気光学効果を有する基板１としては、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）やタンタル酸リチウム、ジルコン酸チタン酸ランタン（ＰＬＺＴ）などの結晶材料や、ＩｎＰなどの半導体基板、ＥＯポリマー材料などを用いることができる。光導波路の形成方法としては、例えば、ニオブ酸リチウム基板（ＬＮ基板）上にチタン（Ｔｉ）などの高屈折率物質を熱拡散する方法やプロトン交換法などにより形成される。また、基板１に凹凸を形成してリッジ型導波路を形成することも可能である。

制御電極には、光導波路に変調信号による電界を印加する変調電極や、ＤＣバイアス電圧による電界を印加するＤＣ電極がある。これら制御電極は、基板表面に、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンを形成し、金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ_２等のバッファ層を設けることも可能である。

図４は本発明の光デバイスの一例を示す平面図である。図４の光デバイスでは、入力用光ファイバ３１と出力用光ファイバ３２とは筐体４の同じ側壁から筐体内に導入され、筐体内で折り返し光路を形成している。光ファイバ３１からの出射光は、集光レンズＬにより、基板１に形成された光導波路２の入射端部に集光されている。また、折り返し光路を形成するため、反射部材Ｒを設けている。基板１の短辺側の端部には、基板上に補強部材１０が接合固定され、さらに、基板１と補強部材１０の同一端面に反射部材Ｒが接着剤で接合されている。以下では補強部材１０を利用する例を中心に説明するが、補強部材が無い場合であっても、本発明の基本的な考え方が適用できることは、言うまでもない。また、光路の向き（光波の伝搬方向）は図４と逆の方向としてもよい。

図４における反射部材Ｒは、２つの反射面を形成したものであるが、反射面の数は、２つに限定されるものではなく、３つ以上又は１つであっても良い。なお、複数の反射面を有する反射部材を用いることで、個々の反射面を別個の反射部材で形成する場合と比較し、温度変化に起因する光損失変動を低減することが可能となる。
また、２つ又はそれ以上の反射面を有する反射部材は１つのプリズムで形成してもよいし、もしくは１つの反射面を持つ２つ又はそれ以上のプリズムを筐体とは別に用意された共通の固定部材に固定配置したものを用いてもよい。これにより、光軸の角度ズレへの許容度が増すことが可能となる。
さらに、図２の従来例に示すように、反射部材Ｒは、反射面の一部にレンズ機能を付加することも可能である。

図５は、基板１と反射部材Ｒとの接合部分を拡大して示したものである。図５では、光導波路２の配置等を見易くするため、補強部材の図示を省略している。点線Ａの部分は、基板１と反射部材Ｒとを光学接着剤等で接合する部分を示している。本発明では、基板（補強部材）と反射部材とが互いに接合している点線Ａの領域を「接合部分」と称している。点線Ａの部分では、接合領域内で接着剤が硬化収縮することにより内部応力が発生する。また、接合領域の外周付近にも接着剤がはみ出し、その接着剤が硬化収縮することにより内部応力が発生することとなる。内部応力は、接合面に露出した光導波路２の入射端部に加わり、光導波路の屈折率変化（偏波の歪みや偏光状態の変化など）を発生させる。これにより消光比や変調効率が劣化し変調光の品質の劣化が生じる。
また、複数の光導波路の端部が接合面に露出している場合（例えば、図２７参照）には、光導波路毎の屈折率の変化が異なるため光導波路間の相対的な偏波状態が大きく異なり更なる変調光の品質の劣化を発生する可能性がある。

また、近年の光変調器などでは、光デバイスの小型化に関するニーズを反映して、図５のように、基板１の短辺端部の近くに配置される、光導波路のＭＺ部の分岐部や合波部、あるいは光導波路のＹ字型分岐部やＹ字型合波部などの分岐導波路部と、該短辺端部との距離Ｓが小さくなっている。なお、「Ｙ字型分岐部」の一例としては、ネスト型導波路の最初の分岐部や、ＤＰ-ＱＰＳＫ変調器のようにＸ偏波用ＭＺ部とＹ偏波用ＭＺ部への入射前で単にＸ偏波用とＹ偏波用に光を分岐する分岐部などが該当する。このため、接合部分Ａではみ出した接着剤による内部応力は、分岐導波路部まで到達する可能性がある。このため、分岐導波路部に対してアンバランスな内部応力が加わると、分岐比が非対称となったり、変調部毎に異なった位相差が発生し、変調信号の歪みなどの悪影響を生じる。このような悪影響は、基板が複数のＭＺ部からなる変調部を備え、複数の変調信号で異なった変調を行っている場合には、特に顕著となる。

接合部分Ａにおける上述した不具合を解消するため、本発明の光デバイスでは、反射部材Ｒと基板１の端面とが接合される接合領域の形状は、該基板１の上面（第１の面）の短辺（図５の点ａ１と点ａ２を結ぶ線は、該短辺の一部となる）上において、接合面に露出している光導波路の端部の配置形状の中心点Ｃ１に対して、該短辺の延伸方向に対称となるよう設定している。

また、該接合領域の形状は、該短辺上において、平面視した際の基板１の長辺と同じ方向に延びる対称軸（光導波路の端部に近い分岐用又は合波用の分岐導波路部の配置形状の対称軸。図５の二点鎖線参照）が該短辺と交差する点Ｃ２に対して、該短辺の延伸方向に対称となるよう設定しても良い。

上述した中心点Ｃ１と交点Ｃ２が一致している場合は、対称の基準となる点は同一点となるが、図５のように両者の位置が異なる場合には、光導波路の端部に加わる内部応力と、ＭＺ部や分岐部の分岐導波路部に加わる内部応力のいずれを重視するかによって、中心点Ｃ１または交点Ｃ２のどちらかの基準点を選択することが可能である。

このように設定すると、点Ｃ１又はＣ２に対して内部応力を対称に分布させることが可能となり、光導波路の端部やＭＺ部や分岐部の分岐導波路部に対する内部応力のアンバランスを解消することが可能となる。その結果、接着剤の硬化時や硬化後の環境温度の変動時における光導波路の端部での屈折率変化（偏波の歪みなど）や分岐導波路部へのアンバランスな応力による光デバイスの変調特性の劣化などを抑制することができる。

分岐導波路部については、ネスト型光導波路やＤＰ-ＱＰＳＫ変調器の光導波路では、複数段の分岐導波路部が設けられている。本発明では、基板の短辺側に最も近い分岐導波路部に着目し、対称軸を設定している。
ただし、ネスト型光導波路や多波長用変調器（ＭＺ部間で使用波長が異なる）のように複数のＭＺ部が並列に配置されている場合には、上記接合領域の短辺方向の中心は複数のＭＺ部の配置形状の対称軸上に配置してもよい。
また、ネスト型光導波路のように基板の短辺側の近くに親ＭＺ部の分岐部が配置されている場合には、上記接合領域の短辺方向の中心は光導波路端部に対し最も近傍の親ＭＺ部の対称軸上に配置してもよい。
これにより複数のＭＺ部に影響する応力は上記対称軸に対してほぼ対称となるため変調特性劣化の偏りを小さくすることができる。

基板１や反射部材Ｒは、図４に示すように、筐体４内に収容されている。筐体内では、基板１は筐体４に固定されるが、反射部材Ｒは筐体４に固定されていない。このため筐体内の温度が変化した場合でも、反射部材Ｒを筐体４に固定した場合と比較してその固定部から生じる応力がなくなるため、反射部材Ｒを介して基板１に加わる応力源を減少することができる。

また、特に筐体４と反射部材Ｒの線膨張率が異なる場合には、温度変化により反射部材Ｒが伸縮した場合でも、反射部材Ｒが筐体４に固定されていないため、伸縮による内部応力が基板１に加わることを抑制することが可能となる。このため筐体４内の温度が変化した場合でも、光デバイスの変調特性の劣化などを抑制することができる。

さらに、集光レンズＬを収容するレンズ鏡筒を反射部材Ｒに接合し、該レンズ鏡筒を筐体４の所定位置に固定することで、基板１とレンズ鏡筒の両者で反射部材Ｒを支持するよう構成することも可能である。
また筐体４内の温度変化時における変調特性の劣化抑制の観点から、該レンズ鏡筒及び反射部材Ｒを筐体４に固定しない構成は該筐体４から該レンズ鏡筒及び反射部材Ｒへの応力の影響をなくすことができるためより好適である。
なお、集光レンズＬとしては屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズを用いることもできる。特に光ファイバの外径に近い外径を有する小型の屈折率分布型レンズは軽量なため、集光レンズＬを筐体４に固定せず反射部材Ｒのみに固定する場合により好適である。
屈折率分布型レンズはレンズ鏡筒を用いずに光ファイバと融着して固定してもよいし、レンズ鏡筒を用いて光ファイバと固定してもよい。

以下に、基板１や補強部材１０と反射部材Ｒとの接合領域の形状について、詳細に説明する。図６は、図４の光デバイスにおける基板１、補強部材１０及び反射部材Ｒを抜き出して示した平面図である。
ただし、図４では、基板１に形成された光導波路２の端部（基板１の左端側の端部）の位置が、基板１の短辺の中央とほぼ一致しているのに対し、図６では、光導波路２の端部の位置Ｃ１が、基板１の短辺の中央と一致していない点で異なっている。
また、図７は図６の一点鎖線Ｘ－Ｘ’における断面図、図８は図６の一点鎖線Ｙ－Ｙ’における断面図を各々示す。図６乃至８では、光導波路２の端部Ｃ１を基準点として接合領域の形状を設定している。

図８の例では、反射部材Ｒの厚み（図面の縦方向の厚み）は、基板１の厚みと補強部材１０の厚みを合わせたものと一致している。このため、反射部材Ｒの上面は補強部材１０の上面と連続した同一平面を形成している。また、反射部材Ｒの下面は、基板１の下面と連続した同一平面を形成している。このように、図８では、反射部材Ｒの２つの辺に沿って連続した面を形成している。

このように、反射部材Ｒと基板１又は補強部材１０との接合部分では、該反射部材の該接合領域（斜線部分）を取り囲む外周面の少なくとも一部と、該基板又は該補強部材の該接合領域を取り囲む外周面の少なくとも一部とは、連続した面となるように設定している。このような連続した面を設けることにより、接合部分ではみ出した接着剤を拭き取り易くなる。はみ出した接着剤を拭き取ることは、接着剤の硬化収縮による内部応力の発生を、より少なくすることに繋がる。

また連続した面を形成するよう設計することは、反射部材Ｒと基板１又は補強部材１０との位置合わせを、各部材の辺を基準に行うことができ、組み立て作業の容易化にも寄与する。

図９は、図８よりも反射部材の厚みｄ（図面の縦方向）を薄くした場合の例である。この場合は反射部材Ｒの一面（ここでは反射部材Ｒの下面）は、基板１の一面（ここでは基板１の下面）と連続した面を形成している。

図１０は、図８よりも反射部材Ｒの厚みｄを厚くした場合の例である。この場合も反射部材Ｒの下面は基板１の一面と一致している。よって、１つの辺に沿って連続した面を形成している。

図８乃至１０のいずれにおいても、接合領域（斜線部分）の形状は、基板１の上面（第１の面）の短辺（図面の基板１と補強部材１０との境界線）上において、光導波路２の中心点に対して対称となるように設定されている。当然、短辺の延伸方向に対する対称の基準点を、光導波路の端部に近い分岐導波路部の対称軸が短辺と交差する点に設定することも可能である。

図６では、基板１に形成された光導波路２の端部（基板１の左端側の端部）の位置が、基板１の該短辺の中央から外れる例を示した。本発明は、このような基板に限らず、図１の従来例に示すように、光導波路の端部の位置や上述した対称軸と短辺とが交差する点の位置が、基板１の該短辺の中央に位置するものも採用できることは、言うまでもない。

図１１は、基板１に形成された光導波路２の分岐部の対称軸（二点鎖線）が、基板１の短辺の中央から外れている例を示している。図１２は、図１１の一点鎖線Ｙ－Ｙ’における断面図である。

図１１及び１２においては、接合領域（図１２の斜線部分）の形状は、基板１の短辺の延伸方向（図面の左右方向）の中央に、上述した対称軸（二点鎖線）と短辺との交点（Ｃ２）が配置されている。当然、上記接合領域の形状を、光導波路の端部（Ｃ１）が当該短辺の延伸方向の中央に位置するよう構成することも可能である。

また、図１１に示すように光導波路の端部の位置（Ｃ１）や上述した対称軸と短辺とが交差する点の位置（Ｃ２）が基板１の該短辺の中央から短辺方向にずれている基板１を採用する場合は、反射部材Ｒを前記交差する点等の位置のずれている方向にシフトして配置されるため、反射部材Ｒの幅ｗを狭くすることができ、結果として反射部材Ｒの全体のサイズもコンパクト化することが可能となる。

図１３乃至１５は、反射部材の他の形状（その１）を説明する図である。反射部材Ｒの接合領域（図１４の斜線部分）が、基板１の端面と補強部材１０の端面とが形成する端面領域の範囲内に収まるように、該反射部材Ｒの接合領域の面積が該端面領域の面積より小さくなるように設定されている。図１３の反射部材Ｒの場合には、接着剤が接合領域の周囲にはみ出すが、接合領域の面積が小さくなるため、接着剤の硬化収縮や硬化後の環境温度の変化による内部応力の影響を少なくすることが可能となる。

図１３の反射部材Ｒの他の特徴として、反射部材による折り返し光路が、光導波路を光波が伝搬する方向と平行ではなく、角度θだけ広がるように構成していることである。このような構成は、図６の反射部材Ｒでも採用することができる。この構成により、反射部材Ｒのサイズを大きくすることなく反射部材Ｒ付近にコリメータレンズや偏光子などの光学部品を実装するスペースを確保することができる。

反射部材Ｒは、図１５に示すように接合領域の長さＴ１よりも、Ｔ１を除く全体の長さ（基板１と接合しない領域の長さ）Ｔ２の方が長くなる場合が多い、このような非対称性を有する形状の反射部材では、接合時の位置決めがより難しくなる。このため、図１５に示すように符号７のようなケガキ線等の目印を設けることにより、反射部材の目印７を、基板１の光導波路２の端部や補強部材１０の上面に別途形成した目印に、合わせることで、光学部品の位置決めを容易に行うことができる。

図１６は他の形状（その２）を有する反射部材Ｒと基板１、補強部材１０の配置図であり、図１７は、当該反射部材Ｒの他の形状（その２）を説明する図である。
反射部材Ｒには、切り欠き状の段差８を形成し、該段差を基板１又は補強部材１０の角に当接させて反射部材Ｒを基板１等に接合する。このように段差８を目印として使用することにより、機械的に反射部材Ｒの位置決めができる。

図１８乃至２２は、本発明の光デバイスに係る第２実施例を説明する図である。図１８及び図１９が示すように、反射部材Ｒが形成する折り返し光路（図１９の点線矢印）は、基板１の第１の面（上面）が形成する平面よりも上方を通過するよう設定されている。
また、図１８乃至２２では、接合領域の形状（図２０乃至２２の斜線部分）が、光導波路の分岐部の対称軸（図１８の二点鎖線）と基板１の短辺との交点（Ｃ２）が、基板１の短辺の延伸方向の中央に位置するよう配置されている。

図２０乃至２２は、反射部材Ｒと基板１等との接合部分の配置を図示したものである。
図２０は、基板１（補強部材１０）の幅と反射部材Ｒの厚み（図面の横方向の厚み）が同じとなる場合を示している。そして、接合領域（斜線部分）を取り囲む外周面が、基板１（補強部材１０）左右の側面の辺と基板１の下面の辺の３つの辺で、連続した面を形成している。このような連続面が多い場合は、接合領域から基板１の外周付近にはみ出した接着剤を拭き取ることが容易に行え、接着剤の硬化収縮による内部応力の影響を抑制することが可能となる。

図２１のように反射部材Ｒの厚みｄ（図面横方向の厚み）を薄くすると、反射部材Ｒの左右に接着剤がはみ出すが、接合部分の面積が小さくなるため、接着剤の硬化収縮による内部応力の影響を少なくすることが可能となる。
また、図２２のように反射部材Ｒの厚みｄ（図面横方向の厚み）を厚くすると、基板１（補強部材１０）の左右側面に接着剤がはみ出す。しかしながら、これらの接着剤のはみだし部分は、接合部分における外周部の左右辺であるため、光導波路の端部へ加わる接着剤のはみだし部分からの応力をほぼ同じにすることができる。
さらに、図２１の構成と比較して接着剤のはみだし部分は、光導波路のＭＺ部や分岐導波路部より離れているため、接着剤の内部応力による影響を減少させさせることが可能である。

さらに反射部材Ｒが形成する折り返し光路（点線矢印）は、基板１の第１の面（上面）が形成する平面よりも上方を通過するよう設定されているため、図４のように入力用光ファイバ３１が基板１の側面に配置される構成と比較して光デバイスの面積を小さく（小型化）することができる。
なお、基板１の長辺の延伸方向から基板１の短辺側を見た際に、反射部材Ｒにおける反射方向は、基板１の上下や左右でなく斜め方向としてもよい。

図２３及び２４は、本発明の光デバイスに係る第３実施例を説明する図である。ここでは、光導波路や制御電極（不図示）を形成した２つの基板１を、反射部材Ｒを介して光学的に結合している。反射部材Ｒと各基板１との接合領域が、上述した種々の条件を満足するよう設定することは言うまでもない。また、図２４に示すように、反射部材Ｒに切り欠き部である溝部８０を設けることで、基板１と反射部材Ｒの接合部分からはみ出した接着剤を溝部８０に逃がすことができ、基板１の側面への接着剤の拡がりを抑えることができる。
このため、はみ出した接着剤の硬化収縮により発生する応力の光導波路端部への影響が減少し、光導波路の屈折率変化による偏波歪みの発生や、光軸のズレなどの不具合を抑制することができる。

図２５は、本発明の光デバイスに係る第４実施例を説明する図である。ここでは、基板１の端部近傍に光変調に係るＭＺ部や分岐導波路部が２個形成されている。このような複数の変調部を有するＭＺ部や分岐導波路部が基板１の端部近傍にある場合には、端部に最も近いＭＺ部や分岐導波路部に着目し、該ＭＺ部や分岐導波路部における光導波路の配置形状の対称軸（光波の伝搬方向又は基板の長辺方向の対称軸。図２５の二点鎖線）を特定し、該対称軸と接合領域の交点（対称軸と基板の短辺との交点）Ｃ２に基づき、上述したように接合領域の形状を設定することが好ましい。なお、図２５の場合は、光導波路の端部も複数あることから、該端部の配置形状の中心点Ｃ１を特定し、接合領域の形状を設定することも可能である。

図２６は、本発明の光デバイスに係る第５実施例を説明する図である。ここでは、図２５と同様に、基板１の端部近傍に光変調に係るＭＺ部や分岐導波路部が２個形成されている。図２６では、反射部材Ｒと基板１との接合領域を２つに分割するため、反射部材Ｒの接合面の一部に凹部を形成している。そして、図２６の上側の接合領域の形状の設定は、上側の光導波路２に係る分岐導波路部の対称軸と接合領域の交点（対称軸と基板の短辺との交点）Ｃ２に基づき行われている。また、図２６の下側の接合領域の形状の設定は、下側の光導波路２’の端部の配置形状の中心点Ｃ１’に基づき行われている。当然、下側の接合領域の形状の設定も、下側の光導波路２’に係る分岐導波路部の対称軸と接合領域の交点Ｃ２’に基づき行っても良い。

図２７は、本発明の光デバイスに係る第６実施例を説明する図である。ここでは、上述した本発明の光デバイスの折り返し光路の特徴を生かして、反射部材Ｒの基板１側とは反対側となる筐体４の側壁に、電気信号入出力端子を配置している。具体的には、基板１と反射部材Ｒ及び中継基板９は筐体４内に収容され、基板１上の制御電極に高周波信号を入力する電気信号入力部４０が、基板１に対して反射部材Ｒが配置された側の筐体４の側壁に配置されている。そして、電気信号入力部４０に入力された高周波信号は、中継基板９（アルミナ等）に形成された中継線路（不図示）を介して、該基板１の長辺側（図の上側）に設けられた制御電極の入力部（不図示）に伝送されている。必要に応じて、ＤＣバイアス電圧を供給する電気信号入力部や、光導波路２の伝搬光や放射光を検知した検知信号を出力する電気信号出力部を付加することも可能である。

中継基板９がアルミナなどで形成された場合、高周波信号の伝送損失は基板１上における伝送損失よりも小さい。
このため、図２７のように中継基板９をＬ字状とし、該基板１から反射部材Ｒが突出しない該基板１の長辺側（図の上側）まで中継線路（不図示）を配置することで、各構成部品を効率的に配置できるとともに高周波信号を少ない伝送損失で効率よく該基板１の長辺側（図の上側）に設けられた制御電極まで伝送することができる。
なお、図１８から図２２のように反射部材Ｒでの折り返し光路が該基板１の長辺側の側面を通らない場合、Ｌ字形状の中継基板９及び中継線路（不図示）は該基板１のどちらの長辺側（図２７の上側や下側）に配置してもよい。

上述した光デバイスを光変調器として構成し、さらに光受信器を同じ装置に組み込むことで、光送受信装置を構成することも可能である。

以上説明したように、本発明によれば、電気光学基板と反射部材とを接合した際でも、両者の接合部分に発生する内部応力の影響を抑制し、光損失等の変動の少ない光デバイスや変調光の品質の劣化等を抑制した光デバイスを提供することができる。

１電気光学基板
２光導波路
４筐体
１０補強部材
３１，３２光ファイバ
Ｌ，Ｌ１～Ｌ３レンズ
Ｒ反射部材

Claims

電気光学効果を有する基板と、
該基板は、平面視した形状が対向する長辺と対向する短辺とを有する第１の面を備え、
該第１の面上には、少なくとも一方の該短辺に接する入射用又は出射用の端部を有する光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とが形成され、
該光導波路の該端部が配置される該短辺に沿って該基板上に配置される補強部材と、
該光導波路の該端部に対向して該基板の外部に配置される反射部材とを有する光デバイスにおいて、
該反射部材は、該光導波路に入射又は該光導波路から出射する光波を、該基板の長辺方向に対して折り返す方向に光路を変換して該基板の外部を伝搬するよう構成しており、
さらに、該反射部材は、該短辺に位置する該基板の端面と該補強部材の端面に接合領域で接合され、
該長辺の延伸方向から平面視した場合、該反射部材と該基板の端面とが接合される該接合領域の形状は、該短辺上における該光導波路の該端部の配置形状の中心点、又は該光導波路で該端部に近い分岐用又は合波用の分岐導波路部の配置形状の対称軸であり、該長辺と同じ方向に延びる該対称軸が該短辺と交差する点に対して短辺の延伸方向に対称となるよう設定されていることを特徴とする光デバイス。
請求項１に記載の光デバイスにおいて、該長辺の延伸方向から平面視した場合、該反射部材と該基板又は該補強部材との接合部分では、該接合領域を取り囲む該反射部材の外周面の少なくとも一部と、該接合領域を取り囲む該基板又は該補強部材の外周面の少なくとも一部とは、連続した面となるように設定されていることを特徴とする光デバイス。
請求項１に記載の光デバイスにおいて、該反射部材の接合領域の面積が、該基板の端面と該補強部材の端面とが形成する端面領域の面積より小さいことを特徴とする光デバイス。
請求項１乃至３に記載の光デバイスにおいて、該反射部材は少なくとも２つの反射面を有し、該光導波路に入射又は該光導波路から出射する光波を、該基板の長辺方向に対して折り返す方向に光路を変換するよう構成されていることを特徴とする光デバイス。
請求項４に記載の光デバイスにおいて、該光導波路から出射された後に該反射部材で折り返された光路、または該光導波路に入射される光路であって該反射部材で折り返される前の光路は、該基板の第１の面が形成する平面よりも上方を通過するよう設定されていることを特徴とする光デバイス。
請求項１乃至５のいずれかに記載の光デバイスにおいて、該基板と該反射部材は筐体内に収容され、該筐体に対して、該基板は固定されるが、該反射部材は固定されていないことを特徴とする光デバイス。
請求項１乃至６のいずれかに記載の光デバイスにおいて、該基板と該反射部材及び中継基板は筐体内に収容され、該制御電極の高周波信号を入力する電気信号入力部が、該基板に対して該反射部材が配置された側の筐体側壁に配置され、該高周波信号は、該中継基板に形成された中継線路を介して、該電気信号入力部から該基板の長辺側に設けられた該制御電極の入力部に伝送されていることを特徴とする光デバイス。
請求項１乃至７のいずれかに記載の光デバイスは光変調器であり、さらに光受信器を備えたことを特徴とする光送受信装置。