CN108227245A - 薄板ln光控制器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种薄板LN光控制器件，其抑制DC漂移的发生且量产性优异。薄板LN光控制器件具备薄板LN光波导元件和壳体，该薄板LN光波导元件在使用了铌酸锂的基板上设置有使Ti进行热扩散而形成的光波导和用于控制在该光波导中传播的光波的控制电极，且该基板的至少一部分被进行薄板化，该壳体将该薄板LN光波导元件进行气密密封而收容，所述薄板LN光控制器件的特征在于，在该壳体内部的封入气体中包含氧。

Description

薄板LN光控制器件
技术领域
本发明在具备LN光波导元件和壳体的LN光控制器件中特别涉及使用了将该LN光波导元件薄板化的结构的LN光控制器件(称为薄板LN光控制器件)，该LN光波导元件在使用了铌酸锂(LN)的基板上形成有光波导和用于控制在光波导中传播的光波的控制电极，该壳体对该LN光波导元件进行气密密封。
背景技术
在光通信领域或光计测领域中，存在能够进行高速响应的使用了具有电光效应的LN的光控制器件。作为LN光控制器件之一，存在有将LN光波导元件收容于壳体的LN光调制器，该LN光波导元件形成有在LN基板上使Ti(钛)进行热扩散而形成的马赫-曾德尔型光波导和用于控制在光波导中传播的光波的控制电极。
作为LN光调制器的性能之一的光带域与驱动电压存在此消彼长(trade-off)的关系。作为用于在更宽的带域上实现具有低驱动电压的性能的LN光调制器的方法之一，存在对形成光波导的LN基板或LN光波导元件进行薄板化的方法(参照专利文献1)。
LN光波导元件使用粘结剂而固定于壳体内部。而且，LN光波导元件的包含控制电极的电气配线使用金属。粘结剂那样的有机物如果在包含水分的气氛下放任不管，则附着力有时会下降。而且，电气配线如果在含有水分的气氛下持续施加电压，则有时会产生由迁移(migration)引起的断线或短路。
另外，作为LN光调制器固有的现象，已知有DC漂移。DC漂移是指向LN光调制器的控制电极持续施加DC电压时，用于驱动LN光调制器的动作点的电压(称为控制电压)伴随着DC电压施加时间的经过而变化的现象(参照专利文献2)。
为了解决这样的与LN光调制器的可靠性相关的课题，在收容有LN光波导元件的壳体的内部，为了利用不包含水分的不活泼气体(例如氮、氦)进行置换而将壳体外部的气氛隔断，使用进行气密密封的结构(参照非专利文献1)。
本发明人制作了如下的薄板LN光调制器：将薄板化的LN光波导元件(薄板LN光波导元件)收容于利用不包含水分的不活泼气体进行了置换的气密密封结构的壳体内。在实施与该薄板LN光调制器的DC漂移相关的评价后，确认了以下情况：与未实施薄板化的LN光调制器的DC漂移相比，DC漂移量(以规定的温度、初始控制电压经过了一定时间后的控制电压的变动量)变大；样品间的DC漂移量的偏差变大；以及再现性(使用同一样品对DC漂移进行了多次测定时的DC漂移的量、特性的再现性)低。
另外，关于LN基板，将晶体生长后的晶锭切片成几百μm至1mm左右的厚度，对LN基板的表面进行研磨而使其平滑化。LN基板的厚度为几百μm左右的情况下，在LN基板表面形成的加工损伤能够通过药液或热退火除去或恢复。
然而，由于薄板化至几十μm以下的LN基板可能会破损，因此使用粘结剂而固定于加强用基板。因此，上述的化学处理及热处理不容易进行。此外，避免发生加工损伤的机械加工条件的量产性低且需要检查工序。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2010-85738号公报
【专利文献2】日本特开平7-152007号公报
【非专利文献】
【非专利文献1】Hiroshi NAGATA and Naoki MITSUGI,"Mechanical Reliabiltyof LiNbO3Optical Modulators Hermetically Sealed in Stainless Steel Packages",OPTICAL FIBER TECHNOLOGY,Volume2,page216-224(1996)
发明内容
【发明的概要】
【发明要解决的课题】
本发明要解决的课题在于改善在薄板LN光控制器件中产生的DC漂移量变大、样品间偏差大及再现性低的问题，所述薄板LN光控制器件是将上述的薄板化的LN光波导元件使用气密密封结构收容于利用不包含水分的不活泼气体进行了置换的壳体内而成。并且，提供一种低驱动电压、宽光带域且可靠性高、量产性优异的薄板LN光控制器件。
【用于解决课题的方案】
为了解决上述课题，本发明的薄板LN光控制器件具有以下的技术特征。
(1)一种薄板LN光控制器件，具备薄板LN光波导元件和壳体，该薄板LN光波导元件在使用了铌酸锂的基板上设置有使Ti进行热扩散而形成的光波导和用于控制在该光波导中传播的光波的控制电极，且该基板的至少一部分被进行薄板化，该壳体将该薄板LN光波导元件进行气密密封而收容，所述薄板LN光控制器件的特征在于，在该壳体内部的封入气体中包含氧。
(2)在上述(1)记载的薄板LN光控制器件中，其特征在于，该封入气体中的氧的摩尔浓度为3％以上。
(3)在上述(1)或(2)记载的薄板LN光控制器件中，其特征在于，该薄板LN光波导元件的该基板的厚度为10μm以下。
(4)在上述(1)或(2)记载的薄板LN光控制器件中，其特征在于，该薄板LN光波导元件在该基板的表面或背面形成有脊部。
【发明效果】
根据本发明，在薄板LN光控制器件中，在壳体内部的封入气体中包含氧，因此可以得到能够抑制DC漂移量的增大、样品间偏差小、且能得到良好的再现性、量产性优异的薄板LN光控制器件，其中，该薄板LN光控制器件具备薄板LN光波导元件和壳体，该薄板LN光波导元件在LN基板上设置有使Ti进行热扩散而形成的光波导和用于控制在该光波导中传播的光波的控制电极，且该基板的至少一部分被进行薄板化，该壳体将该薄板LN光波导元件进行气密密封而收容。
附图说明
图1是表示作为薄板LN光控制器件之一的薄板LN光调制器的薄板LN光波导元件的剖视图的图。
图2是表示在将图1的薄板LN光波导元件使用气密密封结构收容于壳体内的薄板LN光调制器中，将壳体内部的气氛从真空切换为空气时的DC漂移量的时间变化的坐标图。
图3是表示在将图1的薄板LN光波导元件使用气密密封结构收容于壳体的薄板LN光调制器中，将壳体内部的气氛形成为不包含水分的氮气氛和不包含水分的空气气氛时的控制电极间电流的时间变化的坐标图。
图4A是说明为了确定控制电极间电流的时间变化的发生原因而使用的试验体1的截面结构的图。
图4B是说明为了确定控制电极间电流的时间变化的发生原因而使用的试验体2(实施了Ti热扩散处理的试验体)的截面结构的图。
图4C是说明为了确定控制电极间电流的时间变化的发生原因而使用的试验体3(实施了研磨加工处理的试验体)的截面结构的图。
图5是表示关于图4A的试验体1，在不包含水分的氮气氛和不包含水分的空气气氛的情况下电极间电流的时间变化的坐标图。
图6是表示关于图4B的试验体2，在不包含水分的氮气氛和不包含水分的空气气氛的情况下电极间电流的时间变化的坐标图。
图7是表示关于图4C的试验体3，在不包含水分的氮气氛和不包含水分的空气气氛的情况下电极间电流的时间变化的坐标图。
图8是表示关于图4C的试验体3，在不包含水分的氮气氛中，在中途导入了不包含水分的氧时的电极间电流的时间变化的坐标图。
图9是表示关于图4C的试验体3，与不包含水分的氧的摩尔浓度相对的电极间电流值的坐标图。
具体实施方式
以下，详细说明本发明的薄板LN光控制器件。
本发明涉及一种薄板LN光控制器件，具备薄板LN光波导元件和壳体，该薄板LN光波导元件在使用了铌酸锂的基板上设有使Ti进行热扩散而形成的光波导和用于控制在该光波导中传播的光波的控制电极，且该基板的至少一部分被进行薄板化，该壳体将该薄板LN光波导元件进行气密密封而收容，所述薄板LN光控制器件的特征在于，在该壳体内部的封入气体中包含氧。
本发明中的“薄板化”是指通过研磨或切削等机械加工而将基板的至少一部分的厚度加工得较薄的状态。不仅是使基板整体变薄，而且也包括在基板的表面或背面形成脊部的情况。加工后的基板部分的厚度为30μm以下，更优选为10μm以下时，能有效地应用本发明。而且，基板中的变薄的部分存在于光波导附近或与通过控制电极施加电场的基板部分接近的部位的情况下，进而在暴露于气氛中的基板表面存在加工损伤的情况下，本发明的效果更高。而且，对于因机械加工而残留于基板的加工损伤，即使未实施通过药液或热退火将其除去的处理的情况下，更适合应用本发明。
本发明人仔细研究的结果是发现了如下情况：在薄板LN光调制器中，根据壳体内部的封入气体而DC漂移的特性差异较大，在密封气体中包含氧的情况下，能抑制相当于DC漂移量的参数即控制电极间电流值的增大，样品间偏差减小，且得到良好的再现性。而且，关于密封气体，从防止粘结剂的附着力下降、电气配线的断线或短路的观点出发，更优选使用不包含水分的气体。
首先，薄板LN光调制器的DC漂移根据壳体内部的气氛而表现出不同的特性，因此准备了具有图1所示那样的截面形状的薄板LN光波导元件。
薄板LN光波导元件如下制作。首先，使用光刻技术，在X切LN基板的一方的表面上形成图形化为马赫-曾德尔结构的Ti膜。然后，通过使Ti膜向LN基板内进行热扩散而形成了Ti扩散光波导。
与形成了Ti扩散光波导的面相反的面(背面)通过研磨而薄板化成为9μm的LN基板的厚度，为了加强而经由粘结剂粘贴于厚度为500μm的X切LN基板。
接下来，对于在Ti扩散光波导中传播的光波进行控制的控制电极在形成有Ti扩散光波导的面上作为籽层而按照Ti、Au的顺序通过真空蒸镀法成膜，并使用半加成法和电镀金而形成。
控制电极使用了共平面结构。信号电极(图1的中央的电极)形成在具有马赫-曾德尔结构的Ti扩散光波导的支路之间，接地电极形成在两支路的外侧。信号电极与接地电极的间隔为14μm。而且，在控制电极中，对于在Ti扩散光波导中传播的光波进行控制的部分的长度(与附图的纸面垂直的方向)形成为10mm。控制电极的厚度形成为40μm。然后，进行切断而成为芯片。
薄板LN光波导元件经由粘结剂而固定、收容在不锈钢的金属壳体内，并将光纤利用对接接头而结合于薄板LN光波导元件的两端面的光波导端。在壳体设有能够对气体进行导入及置换的结构。具体而言，在壳体侧面设有气压焊接头。收容有薄板LN光波导元件的壳体通过对盖进行缝焊而进行密封。需要说明的是，光纤的向壳体的导入部也使用了能够进行密封的结构及施工方法。
将图1的薄板LN光波导元件收容于上述的壳体的薄板LN光调制器在85℃的试验环境温度下，向控制电极施加初始控制电压3.5V的DC电压，计测了控制电压的时间变化。
壳体内部的气氛从测定开始至17小时为止是真空，然后，从真空置换为不包含水分的合成空气(氧20％、氮80％)。图2是表示上述的气氛下的薄板LN光调制器的控制电压的时间变化的坐标图。
从图2的坐标图可知，在壳体内部的气氛为真空下，控制电压从3.5V至5.0V左右向正方向变化，在将壳体内的气氛刚置换为干燥空气之后，控制电压急剧地向负方向变化。该情况表示薄板LN光调制器的DC漂移受到壳体内部的气氛的较强影响。
关于薄板LN光调制器的DC漂移的气氛依赖性，可推测为由于形成有控制电极的LN基板表面所暴露的气氛而信号电极与接地电极之间的电阻发生时效变化，此时的变化(电阻的绝对值或时效变化的时间常数等)不同可能是原因所在。因此，从测定的容易度出发，取代薄板LN光调制器的控制电压的时间变化的测定而实施了控制电极间电流(在夹着光波导的控制电极(信号电极与接地电极)之间流动的电流)的测定。
首先，使用上述的薄板LN光调制器，测定了壳体内部的气氛为不包含水分的氮的情况和不包含水分的空气(合成空气)的情况下的控制电极间的电流的时间变化。试验环境温度设为85℃，向控制电极间施加的电压设为100V。在氮气氛中测定的个体数为12个，在合成空气气氛中测定的个体数为5个。
图3是表示上述的气氛下的薄板LN光调制器的控制电极间的电流的时间变化的坐标图。在图3中，实线是氮气氛下的控制电极间的电流的时间变化，粗线表示平均值，上下的细线表示“平均值+标准偏差”(上线)、“平均值-标准偏差”(下线)。而且，在图3中，虚线是合成空气气氛下的控制电极间的电流的时间变化，粗线及细线等与氮气氛下的情况相同。
从图3的坐标图可知，与氮气氛相比，合成空气气氛下的控制电极间电流小，合成空气气氛下的偏差小。
作为上述的控制电极间电流的时间变化依赖于气氛的结论，可以想到与合成空气气氛相比氮气氛的DC漂移量增大且偏差变大。
接下来，为了分析控制电极间电流依赖于气氛的原因，准备图4A至图4C这3种试验体，与得到图3的结果同样地，在壳体内部的气氛及测定条件下，测定了电极间电流(在未形成光波导的试验体的电极间流动的电流)的时间变化。
图4A的试验体1是在厚度1mm的X切LN基板上形成了具有与图1相同的结构的电极的试验体。
图4B的试验体2是在厚度1mm的X切LN基板的一方的表面上成膜出厚度100nm的Ti，进行了热扩散之后，形成有与试验体1相同的电极结构的试验体。
图4C的试验体3是利用图1的背面的研磨方法对厚度1mm的X切LN基板的一方的表面进行了研磨之后，在研磨后的LN基板的表面形成有与试验体1相同的电极结构的试验体。
图5至图7分别是表示试验体1、试验体2及试验3的壳体内部的气氛为不包含水分的氮气氛的情况和不包含水分的合成空气的情况下的电极间电流的时间变化的图。
观察图5的坐标图可知，虽然在试验刚开始之后能观察到电极间电流的些许的变动，但是之后变化停止，维持大致恒定的状态。而且，几乎未观察到由气氛引起的电极间电流的差异。
观察图6的坐标图可知，随着时间而电极间电流逐渐增加。虽然电极间电流的时间变化与试验体1不同，但是未观察到由气氛引起的电极间电流的差异。
观察图7的坐标图可知，在氮气氛的情况下，在试验刚开始之后电极间电流急剧增加，然后，变化成为恒定。相对于此，可知在合成空气气氛的情况下，在试验刚开始之后电极间电流平缓减少，变化成为恒定。而且，关于电极间电流的变化成为恒定的经过时间中的电极间电流值，氮气氛的该值远大于空气气氛的该值。此外也可知，在空气气氛下，电极间电流值成为与试验体1的电极间电流值相同的程度。
根据上述的结果可想到的是，在实施了研磨加工的薄板LN光波导元件中，也是在氮气氛下，DC漂移量容易变大，另一方面，在合成空气气氛下，DC漂移量减小。
根据壳体内部的气氛而DC漂移的特性及控制电极间电流变化的本质原因到目前还无法确定。然而，可想到的是，由于因研磨加工处理而在LN基板表面附近产生的研磨损伤，LN基板表面的频带结构发生了变化。
可认为，频带结构的变化不均匀地分布于LN基板表面的情况下，会产生带隙的变化或不均匀的空间电荷或缺陷能级，因此会影响控制电极间电流值。此外，可想到，存在研磨损伤的LN基板表面暴露于包含氧的气氛下时，氧或氧离子吸附于空间电荷或缺陷能级，由此对变化了的频带结构进行补偿。
在图4C的试验体3中，研磨后的面暴露在壳体内部的气氛下。另一方面，图1的薄板LN光波导元件中，研磨后的面(LN基板的背面)由于粘结剂层而未暴露在壳体内部的气氛下，可认为DC漂移的特性及控制电极间电流不依赖于气氛。
然而，如图2所示，动作点的时间变化依赖于气氛。可想到其原因是，由于研磨而在LN基板的背面产生的研磨损伤到达LN基板的形成有光波导的面(表面)附近的缘故。
接下来，根据图3及图5至图7的测定结果，着眼于作为封入气体的成分的氧，使用试验体3，进行了以下的2个试验。
首先，最初的试验是在以85℃的试验温度向试验体3的电极间施加了100V的DC电压的状态下，测定由封入气体的差异引起的电极间电流的时间变化的试验。
封入气体最初是氮，在中途导入氧(氧摩尔浓度为23％)，然后再次利用氮进行了置换。图8是表示其测定结果的坐标图。
从图8可知，在最初的氮气氛下，与图7的氮气氛的结果同样，电极间电流增加，然后成为稳定状态。然后，当导入氧时，电极间电流减少，当再次利用氮进行置换时，能够确认到电极间电流的增加。
根据该试验结果可知，电极间电流由于氧而减少。
因此，在接下来的试验中，研究了电极间电流值的对于氧摩尔浓度的依赖性。试验条件是在以85℃的试验温度向电极间施加了100V的DC电压的状态下，在不同的氧摩尔浓度的气氛下，测定电极间电流值的试验。关于电极间电流值的测定，在经过电极间电流从电压施加开始至大致成为恒定值的3小时后进行了测定。
图9是表示其结果的坐标图。根据图9可知，随着氧摩尔浓度增加而电极间电流值减小。而且可知，在3％的氧摩尔浓度下，电极间电流成为10-11(A)以下，尤其是氧浓度为5％以上的话，电极间电流无论氧摩尔浓度如何都成为大致恒定的值。
根据以上可知，在将LN光波导元件进行了薄板化的薄板LN光波导元件气密密封于壳体内部的结构中，通过使壳体内的封入气体含有氧，能够有效地抑制DC漂移，其中，LN光波导元件在使用了LN的基板上形成有通过使Ti进行热扩散而形成的光波导和对于在该光波导中传播的光波进行控制的控制电极。
尤其是薄板LN光波导元件的厚度通过研磨而薄板化至10μm左右的情况下，由氧产生的DC漂移的抑制效果变得显著。在上述试验中，作为机械加工，以研磨加工为中心进行了说明，但是在LN基板上形成的Ti扩散光波导为脊形结构，因此可想到将光波导的两侧附近除去时的等离子体蚀刻加工、喷砂加工等也同样会在LN基板表面产生损伤，因此可以期待基于氧的DC漂移的抑制。
另外，根据图6，可预想到，Ti热扩散时的电极间电流值从10-11(A)开始，随着电压施加时间的经过而增加，因此DC漂移量增加。因此，对于形成有通过使Ti进行热扩散而形成的光波导的LN光波导元件进一步实施机械加工的情况下，通过应用本发明，能够期待DC漂移的抑制。
在本实施例中，作为薄板LN光控制器件，以薄板LN光调制器为例进行了说明，但是本发明当然也能抑制例如使用了定向耦合器或Y分支结构的薄板LN光开关中的DC漂移量。
【产业上的可利用性】
如以上说明所述，根据本发明，能够提供一种抑制DC漂移的发生且量产性优异的薄板LN光控制器件。

Claims (4)

1.一种薄板LN光控制器件，具备薄板LN光波导元件和壳体，该薄板LN光波导元件在使用了铌酸锂的基板上设置有使Ti进行热扩散而形成的光波导和用于控制在该光波导中传播的光波的控制电极，且该基板的至少一部分被进行薄板化，该壳体将该薄板LN光波导元件进行气密密封而收容，所述薄板LN光控制器件的特征在于，
在该壳体内部的封入气体中包含氧。
2.根据权利要求1所述的薄板LN光控制器件，其特征在于，
该封入气体中的氧的摩尔浓度为3％以上。
3.根据权利要求1或2所述的薄板LN光控制器件，其特征在于，
该薄板LN光波导元件的该基板的厚度为10μm以下。
4.根据权利要求1或2所述的薄板LN光控制器件，其特征在于，
该薄板LN光波导元件在该基板的表面或背面形成有脊部。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113168070A (zh) * 2018-11-20 2021-07-23 日本电信电话株式会社 波长转换装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11366344B2 (en) * 2017-10-02 2022-06-21 Tdk Corporation Optical modulator
JP7070063B2 (ja) * 2018-05-11 2022-05-18 日本電信電話株式会社 波長変換素子および波長変換素子の作製方法
JP7073963B2 (ja) * 2018-07-24 2022-05-24 住友大阪セメント株式会社 光導波路素子
JP7151593B2 (ja) * 2019-03-29 2022-10-12 住友大阪セメント株式会社 光導波路素子、及び光導波路デバイス
JP7467919B2 (ja) * 2020-01-10 2024-04-16 住友大阪セメント株式会社 光変調器とそれを用いた光送信装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0961769A (ja) * 1995-08-25 1997-03-07 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 導波路型低ｄｃドリフト性光変調器およびその製造方法
CN1406404A (zh) * 2000-12-28 2003-03-26 松下电器产业株式会社 短波长激光模件及其制造方法
US8070368B1 (en) * 2010-07-20 2011-12-06 L-3 Communications Corporation Hermetically packaged LiNbO3 optical circuit with oxidizing fill gas
CN103713402A (zh) * 2012-09-28 2014-04-09 住友大阪水泥股份有限公司 光调制器
US20150110438A1 (en) * 2013-10-23 2015-04-23 Honeywell International Inc. Treatment and/or stabilizing gases in an optical gyro based on an inorganic waveguide

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2798350B2 (ja) 1993-11-30 1998-09-17 住友大阪セメント株式会社 直流電圧のドリフトが制御されている導波路型電気光学素子の選別方法
JP4954958B2 (ja) 2008-09-30 2012-06-20 住友大阪セメント株式会社 光導波路素子
JP6144685B2 (ja) * 2012-09-24 2017-06-07 日本碍子株式会社 テラヘルツ波検出素子とその作製方法および観察装置
JP2016161654A (ja) * 2015-02-27 2016-09-05 住友大阪セメント株式会社 補強部材を用いた基板加工方法、及び補強部材により補強された基板より成る機能素子

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0961769A (ja) * 1995-08-25 1997-03-07 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 導波路型低ｄｃドリフト性光変調器およびその製造方法
CN1406404A (zh) * 2000-12-28 2003-03-26 松下电器产业株式会社 短波长激光模件及其制造方法
US8070368B1 (en) * 2010-07-20 2011-12-06 L-3 Communications Corporation Hermetically packaged LiNbO3 optical circuit with oxidizing fill gas
CN103713402A (zh) * 2012-09-28 2014-04-09 住友大阪水泥股份有限公司 光调制器
US20150110438A1 (en) * 2013-10-23 2015-04-23 Honeywell International Inc. Treatment and/or stabilizing gases in an optical gyro based on an inorganic waveguide

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113168070A (zh) * 2018-11-20 2021-07-23 日本电信电话株式会社 波长转换装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10359653B2 (en) 2019-07-23
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