DE19649441B4

DE19649441B4 - Optische Regelvorrichtung

Info

Publication number: DE19649441B4
Application number: DE19649441A
Authority: DE
Inventors: Osamu Isehara Mitomi; Hiroshi Isehara Miyazawa; Kazuto Atsugi Noguchi
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: DE19649441A1; US5790719A

Abstract

Optische Regelvorrichtung mit:
einem Substrat (301; 401; 801; 901; 1001; 1101; 1201; 1401; 1501; 1701; 1801), das den elektrooptischen Effekt zeigt und Stege aufweist, die optische Wellenleiter enthalten;
einer auf dem Substrat ausgebildeten Pufferschicht (303; 403; 803; 1003; 1109; 1203; 1303; 1403; 1703; 1803);
und Elektroden, die über der Pufferschicht ausgebildet sind,
wobei
die Elektroden mindestens eine Erdungselektrode (305; 405; 805; 1005, 1007; 1105; 1205; 1405; 1705; 1805), und eine über einem der Stege ausgebildete Zentralelektrode (304; 404; 804; 1004, 1007; 1104; 1204; 1404; 1704; 1804) umfassen; und
die Oberfläche der Pufferschicht (303; 403; 803; 1003; 1109; 1203; 1303; 1403; 1703; 1803) in den Teilbereichen ohne die Stege niedriger als die Oberfläche der Pufferschicht (303; 403; 803; 1003; 1109; 1203; 1303; 1403; 1703; 1803) auf den Stegen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (W) der Zentralelektrode (304; 404; 804; 1004, 1007; 1104;...

Description

Diese Erfindung betrifft eine optische Regelvorrichtung wie zum Beispiel einen optischen Schalter.
Optische Kommunikationssysteme und optische Meßtechnologien verwenden in großem Umfang optische Regelvorrichtungen wie zum Beispiel optische Modulatoren, optische Schalter oder Polarisationsregler, die optische Modulation, optisches Schalten oder Polarisationsregelung auf der Grundlage elektrischer Signale mittels Verwendung ferroelektrischer Materialien, die einen elektrooptischen Effekt aufweisen, wie zum Beispiel Kristallen aus Lithiumniobat (LiNbO₃: LN), durchführen.
Die 1 und 2 zeigen eine Beispielskonstruktion eines optischen Hochgeschwindigkeitsintensitätsmodulators vom Wanderwellentyp mit der größten Bandbreite, die wir, die Erfinder, unter Verwendung von LN-Kristallen erforscht und entwickelt haben. 1 ist eine Draufsicht auf einen optischen Modulator, der komplanare Wellenleitermodulationselektroden verwendet. 2 ist eine Schnittansicht eines zentralen Teils des Modulators. In diesem Beispiel sind die Kerne 102, die optische Wellenleiter vom Mach-Zehnder-Typ bilden, mittels thermischer Diffusion von Ti in einem z-Schnitt-LN-Substrat 101, das einen elektrooptischen Effekt aufweist, ausgebildet. Die Umgebung eines jeden Kerns 102 weist eine Stegstruktur auf, die mehrere Mikrometer tief eingegraben bzw. eingebettet ist. Auf dem Substrat 101 ist eine Pufferschicht 103 (die gleichzeitig als eine Deckschicht des optischen Wellenleiters fungiert) mit einer Dicke t_b ausgebildet, die ein Dielektrikum wie zum Beispiel SiO₂ aufweist, um die durch die Modulationselektroden verursachte Ausbreitungsdämpfung des Lichtes zu unterdrücken.
Auf der Pufferschicht 103 sind komplanare Wellenleitermodulationselektroden ausgebildet, die aus einer Zentralelektrode 104 und Erdungselektroden 105, die Au oder Al aufweisen, bestehen.
Bei diesem herkömmlichen bzw. konventionellen Modulator stimmen die Geschwindigkeit des modulierenden Mikrowellensignals und die Geschwindigkeit der geführten Lichtwelle nicht notwendigerweise miteinander überein. Die Betriebsbandbreite des Modulators wird hauptsächlich durch diese Geschwindigkeitsfehlanpassung zwischen der Mikrowelle und der Lichtwelle begrenzt. Sei der effektive Index der Elektrode für das modulierende Mikrowellensignal n_m, und der effektive Index des optischen Wellenleiters sei n_o (n_o = 2,15, bei einer Wellenlänge λ = 1,55 μm). Unter der Bedingung, daß die Impedanzen übereinstimmen, ist die Bandbreite des optischen Modulators (elektrisch 3dB) Δf₁ bekanntermaßen durch Δf1 = 1,4c/(π|nm – no|L) (1)gegeben, wobei c die Vakuumlichtgeschwindigkeit und L die Wechselwirkungslänge bzw. Koppellänge der Modulationselektroden ist. Die Größe der Steuerspannung Vπ des Modulators ist umgekehrt proportional zu der Länge L der Modulationselektrode. Folglich werden, auf der Grundlage der Beziehung der Gleichung (1), und um die Bandbreite zu vergrößern, ohne die Steuerspannung zu erhöhen, die Elektrodendicke t_m, die Pufferschichtdicke t_b, die Zwischenelektrodenlücke G, die Zentralelektrodenbreite W und die Stegtiefe t_r so gewählt bzw. eingestellt, daß der Wert von n_m nahe dem Wert von n_o ist.
Gleichzeitig müssen die obigen Parameter so gewählt bzw. eingestellt werden, daß der Wellenwiderstand der Modulationselektroden 50 Ω beträgt und mit der Impedanz des externen Schaltkreises übereinstimmt.
Durch diese Maßnahmen haben wir die Betriebsbandbreite der optischen Regelvorrichtung auf 70 GHz verbreitert.
Wie in 2 zu sehen ist, sind die Breiten der Zentralelektrode und der Erdungselektroden auf der Seite, wo diese Elektroden in Kontakt mit der Pufferschicht stehen, klein. Der Grund ist der folgende: Um die Geschwindigkeit des modulierenden Mikrowellensignals nahe an die Geschwindigkeit des sich durch den optischen Wellenleiter hindurch ausbreitenden Lichtes zu bringen, ist es erforderlich, die Elektrodendicke t_m so zu wählen bzw. einzustellen, daß sie vergleichbar mit der Zwischenelektrodenlücke G (normalerweise 10 bis 50 μm) ist. Folglich müssen die Zentralelektrode und die Erdungselektroden beträchtlich dicker werden. Zu diesem Zweck werden diese Elektroden mittels Elektroplattieren unter Verwendung eines Musters aus einer dicken Schutzschicht als einer Führung ausgebildet. Die Gestalt dieser Schutzschicht wird trapezförmig (je näher die Schutzschicht dem Substrat ist, desto größer ist ihre Breite), so daß die Zentralelektrode und die Erdungselektroden an der Seite schmäler sind, wo diese Elektroden die Pufferschicht kontaktieren, wie in 2 veranschaulicht ist.
In diesem Fall, da die Merkmale bzw. Eigenschaften einer optischen Regelvorrichtung hauptsächlich von ihrer Breite an der Seite, wo sie die Pufferschicht kontaktiert, abhängen, ist es von Bedeutung, wie man die Breite der Elektrode definiert. Folglich sollen die Maßangaben für die Elektrodenbreiten, die in der Spezifikation und den Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, die Maßangaben bzw. Abmessungen an der Seite sein, wo die Elektroden mit der Pufferschicht in Kontakt stehen.
In den 1 und 2 ist die Oberfläche der Pufferschicht 103 nicht flach bzw. abgeflacht. Deswegen nehmen die elektrischen Kraftlinien für Mikrowellen mehr Raum ein, der mit Luft mit einem niedrigeren Brechungsindex gefüllt ist, und machen es folglich leichter, n_m an n_o anzunähern.
Im Prinzip sollte der Wellenwiderstand der optischen Regelvorrichtung gleich dem Wellenwiderstand des externen Schaltkreises (normalerweise 50 Ω) sein. Jedoch kann die Vorrichtung mit einem kleinen Wellenwiderstand verwendet werden, um die optische Regelvorrichtung mit einer niedrigeren Spannung zu betreiben. In diesem Fall treten reflektierte Wellen auf, da die Frequenzbandbreite kleiner wird. Die reflektierten Wellen werden mittels eines Isolators entfernt, um die Betriebsinstabilität der Steuersignalquelle zu verhindern. In diesem Fall wird der Wellenwiderstand der optischen Regelvorrichtung auf einen erwünschten Wert eingestellt, beispielsweise 40 Ω, oder weniger, so daß das geforderte Leistungsverhalten in Anbetracht des Effekts der Erniedrigung der Steuerspannung und des Effekts der Verringerung der Bandbreite erhalten werden kann.
Die Vorrichtung von 1 und 2, die die vorstehenden Mittel zur Erreichung einer breiten Bandbreite enthält, bringt noch ungelöste Probleme mit sich. Wir sind auf diese Tatsache während unserer Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Verbreiterung bzw. Vergrößerung der Bandbreite der Vorrichtung gestoßen.
Das heißt, die Herstellung der Vorrichtung wie in den 1 und 2 realisiert nicht immer dieses hohe Leistungsverhalten. Die Betriebsbandbreite, die Steuerspannung und der Wellenwiderstand für die hergestellten jeweiligen Vorrichtungen sind nicht konstant.
Darüber hinaus sollte gemäß Gleichung (1), falls n_m und n_o identisch sind, die Bandbreite unendlich sein. Jedoch, sogar falls n_m und n_o innerhalb eines bestimmten Wertebereiches aneinander angenähert werden, wird die Bandbreite nicht mehr breiter bzw. größer.

Die JP 0 4288518 A offenbart eine Zentralelektrode mit einer mehr oder weniger zufällig gewählten Stegbreite, die durch Ätzen und Abtragen hergestellt wird, wobei darauf geachtet wird, dass der effektive Brechungsindex für die sich in der Elektrode fortpflanzenden Mikrowelle sich dem effektiven Brechungsindex von Licht in einem zugehörigen Lichtleiter annähert.

Die DE 43 27 638 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Anpassung der Geschwindigkeit zwischen optischen und elektrischen Signalen in einer Wellenleiterstruktur, bei der sich der Querschnitt der Wellenleiterstruktur in der Ausbreitungsrichtung dielektrisch ändert.

Die EP 0 662 628 A1 zeigt einen optischen Modulator vom Mach-Zehnder-Typ mit einer steifen Struktur, der eine Multi-Quantentopfschicht aufweist, die sich sowohl in eine passive Region als auch in eine aktiv phasenmodulierende Region erstreckt, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Modulators.

Auch die EP 0 710 868 A1 lehrt einen optischen Wellenleiter, bei dem untere Elektroden auf einer Pufferschicht gebildet werden und eine zusätzliche Elektrodenstruktur auf einer Zwischensignalelektrode gebildet wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Eigenschaften bzw. Kenndaten einer optischen Regelvorrichtung konstant zu machen, als ein erster Schritt, und dann über die oben beschriebenen Einschränkungen bzw. Begrenzungen der Bandbreite hinauszugehen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 11.

Erfindungsgemäß wird ein optisches Regelglied bzw. eine optische Regelvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: Ein Substrat mit einem elektrooptischen Effekt und mit darin ausgebildeten Stegen, die optische Wellenleiter aufweisen; eine auf der Oberfläche des Substrats ausgebildete Pufferschicht; und Elektroden, die aus Erdungselektroden, die auf dem Substrat über der Pufferschicht ausgebildet sind, und aus einer Zentralelektrode, die auf einem Steg über der Pufferschicht ausgebildet ist, bestehen; wobei die Oberfläche der Pufferschicht, die in den Teilbereichen ausgebildet ist, wo keine Stege sind, so ausgebildet ist, daß sie niedriger ist als die Oberfläche der Pufferschicht, die auf den Stegen ausgebildet ist; und wobei die Breite und Tiefe des Steges, die Dicke der Pufferschicht und die Gestalten und Abmessungen der Elektroden so gewählt bzw. eingestellt sind, daß der Mikrowellenverlust bzw. die Mikrowellendämpfung der Elektroden verringert ist, daß die Geschwindigkeit der sich in den Elektroden ausbreitenden Mikrowellen und die Geschwindigkeit des sich durch die optischen Wellenleiter hindurch ausbreitenden Lichtes exakt oder nahezu miteinander übereinstimmen, und daß die Impedanz der Elektroden exakt oder nahezu mit einer erwünschten Impendanz übereinstimmt; und wobei die Breite der Zentralelektrode an der Seite, wo die Zentralelektrode die Pufferschicht kontaktiert bzw. mit der Pufferschicht in Kontakt steht, größer ist als die Breite des Kerns des optischen Wellenleiters.

Hierbei und im folgenden kann die erwünschte Impedanz die Wellenimpedanz bzw. der Wellenwiderstand eines externen Schaltkreises sein.

Bei der obigen Konstruktion bzw. Anordnung kann die Breite der Zentralelektrode an der Seite, wo die Zentralelektrode die Pufferschicht kontaktiert, größer als der Mittelwert aus der Breite des Steges und der Breite des Kerns in dem optischen Wellenleiter sein. Weiterhin kann die Breite der Zentralelektrode an der Seite, wo die Zentralelektrode die Pufferschicht kontaktiert, größer als die Breite des Steges sein. Weiterhin kann die Oberfläche der Pufferschicht direkt unter der Zentralelektrode flach bzw. nivelliert sein.

Bei der obigen Konstruktion bzw. Anordnung kann die Zentralelektrode auch aus einer Vielzahl von Schichten gebildet sein. Weiterhin kann von der Vielzahl von Schichten die Schicht, die in Kontakt mit der Pufferschicht steht, eine Dicke von 1 μm oder weniger aufweisen.

Bei der obigen Konstruktion kann es auch zwischen der Zentralelektrode und den Erdungselektroden einen Bereich ohne die Pufferschicht geben.

Bei der obigen Konstruktion kann die instantane optische Regelvorrichtung auch ein optischer Intensitätsmodulator vom Mach-Zehnder-Typ sein.

Bei der obigen Anordnung bzw. Konstruktion kann das Substrat auch aus LiNbO₃, LiTaO₃ oder PLZT (Bleilanthan-Zirkonattitanat bzw. lanthandotiertes Bleizirkonattitanat) bestehen.

Um die zuvor erwähnte Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß ebenfalls ein optisches Regelglied bzw. eine optische Regelvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: Ein Substrat mit einem elektrooptischen Effekt und mit darin ausgebildeten Stegen, die optische Wellenleiter aufweisen; eine auf der Oberfläche des Substrates ausgebildete Pufferschicht; und Elektroden, die aus einer Streifenelektrode, die auf einem Steg über der Pufferschicht ausgebildet ist, und aus Erdungselektroden, die hinten auf bzw. auf der Rückseite des Substrates ausgebildet sind, bestehen; wobei die Oberfläche der Pufferschicht, die in den Teilbereichen ausgebildet ist, wo keine Stege sind, so ausgebildet ist, daß sie niedriger ist als die Oberfläche der Pufferschicht, die auf den Stegen ausgebildet ist; und wobei die Breite und Tiefe des Steges, die Dicke der Pufferschicht und die Gestalten und Abmessungen der Elektroden so gewählt bzw. eingestellt sind, daß der Mikrowellenverlust bzw. die Mikrowellendämpfung der Elektroden verringert ist, daß die Geschwindigkeit der sich in den Elektroden ausbreitenden Mikrowellen und die Geschwindigkeit des sich durch die optischen Wellenleiter hindurch ausbreitenden Lichtes exakt oder nahezu miteinander übereinstimmen, und daß die Impedanz der Elektroden exakt oder nahezu mit einer erwünschten Impendanz übereinstimmt; und wobei die Breite der Streifenelektrode an der Seite, wo die Streifenelektrode die Pufferschicht kontaktiert bzw. mit der Pufferschicht in Kontakt steht, größer ist als die Breite des Kerns des optischen Wellenleiters.

Bei der obigen Konstruktion bzw. Anordnung kann die Breite der Streifenelektrode an der Seite, wo die Streifenelektrode die Pufferschicht kontaktiert, größer als der Mittelwert aus der Breite des Kerns und der Breite des Steges in dem optischen Wellenleiter sein. Weiterhin kann die Breite der Streifenelektrode an der Seite, wo die Streifenelektrode die Pufferschicht kontaktiert, größer als die Breite des Steges sein. Weiterhin kann die Oberfläche der Pufferschicht direkt unter der Streifenelektrode flach bzw. abgeflacht sein.

Bei der obigen Konstruktion bzw. Anordnung kann die instantane optische Regelvorrichtung auch ein optischer Intensitätsmodulator vom Mach-Zehnder-Typ sein.

Bei der obigen Konstruktion bzw. Anordnung kann das Substrat auch aus LiNbO₃, LiTaO₃ oder PLZT (Bleilanthan-Zirkonattitanat bzw, lanthandotiertes Bleizirkonattitanat) bestehen.

Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnungen; es versteht sich jedoch, daß die detaillierte Beschreibung und die beschriebenen spezifischen Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Anwendungsbereiches der Erfindung für Fachleute aus dieser detaillierten Beschreibung offensichtlich werden. Es zeigen:
1 eine Draufsicht eines Beispiels eines herkömmlichen optischen Intensitätsmodulators vom Mach-Zehnder-Typ;
2 eine Schnittansicht des Beispiels eines herkömmlichen optischen Intensitätsmodulators vom Mach-Zehnder-Typ;
3 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5 ein Diagramm von Mikrowellenmerkmalen bzw. Mikrowellenkenndaten, um das Prinzip und die Effekte und Wirkungen der Erfindung zu veranschaulichen;
6 ein Diagramm von Mikrowellenmerkmalen bzw. Mikrowellenkenndaten, um das Prinzip und die Effekte und Wirkungen der Erfindung zu veranschaulichen;
7 ein Diagramm von Mikrowellenmerkmalen bzw. Mikrowellenkenndaten für das herkömmliche bzw. konventionelle Beispiel;
8A eine Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der optischen Regelvorrichtung der Erfindung veranschaulicht;
8B eine Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der optischen Regelvorrichtung der Erfindung veranschaulicht;
8C eine Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der optischen Regelvorrichtung der Erfindung veranschaulicht;
8D eine Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der optischen Regelvorrichtung der Erfindung veranschaulicht;
8E eine Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstel lung der optischen Regelvorrichtung der Erfindung veranschaulicht;
9 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
10 eine Schnittansicht einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
11 eine Schnittansicht einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
12 eine Schnittansicht einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
13 eine Schnittansicht einer achten Ausführungsform der Erfindung, die eine Anwendung der Erfindung auf einen optischen Modulator mit Mikrostreifen-Wellenleitern zeigt;
14 eine Schnittansicht einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
15 eine Schnittansicht einer zehnten Ausführungungsform der Erfindung;
16 ein Diagramm von Mikrowellenmerkmalen bzw. Mikrowellenkenndaten, um das Prinzip und die Effekte und Wirkungen der Erfindung zu veranschaulichen;
17 eine Schnittansicht einer elften Ausführungsform der Erfindung; und
18 eine Schnittansicht einer zwölften Ausführungsform der Erfindung.
Zuerst wird erklärt werden, wie die vorliegende Erfindung die Vorrichtungseigenschaften konstant macht. Bei einem herkömmlichen Modulator, wie in den 1 und 2 gezeigt, war die Breite W einer Zentralelektrode 104 so gewählt bzw. eingestellt, daß sie kleiner als die Breite w_r eines Steges und gleich der Breite w_o eines Kerns 102 eines optischen Wellenleiters war (zum Beispiel w_r = 9 μm, w_o = W = 8 μm). Ein erster Grund dafür ist, daß die Zentralelektrode 104 auf dem Steg ausgebildet ist, und folglich erleichtert es ihre Herstellung, wenn ihre Breite kleiner als die Breite des Steges ist. Zweitens, falls die Breite der Zentralelektrode 104 groß ist, nimmt die Kapazität zwischen der Zentralelektrode 104 und der Erdungselektrode 105 zu, was es schwierig macht, die Impendanzanpassung zu erreichen; daher wurde die Breite der Zentralelektrode 104 auf die minimal erforderliche Größe eingestellt, d.h., auf die Breite des Kerns 102 des optischen Wellenleiters.
Wie später ausführlich in Verbindung mit 5 diskutiert werden wird, variieren jedoch die Vorrichtungseigenschaften einer optischen Regelvorrichtung abrupt in einem Bereich, wo die Breite W der Zentralelektrode kleiner ist als die Kernbreite w_o des optischen Wellenleiters. Folglich läßt das Vorhandensein von nur geringen Unterschieden in der Breite W der Zentralelektrode in den entsprechend hergestellten Vorrichtungen die Vorrichtungseigenschaften fluktuieren. Dementsprechend werden die Steuerspannung, die Betriebsbandbreite und der Wellenwiderstand bzw. die Wellenimpedanz stabilisiert, falls die Breite W der Zentralelektrode größer als die Kernbreite w_o des optischen Wellenleiters gewählt bzw. eingestellt wird, vorzugsweise bzw. vorteilhafterweise größer als der Mittelwert aus der Kernbreite w_o und der Stegbreite w_r in dem optischen Wellenleiter, und besser noch größer als die Stegbreite w_r.
Als nächstes wird erläutert, wie die vorliegende Erfindung die Begrenzungen in Bezug auf die Bandbreite, die in der herkömmlichen Vorrichtung vorhanden sind, eliminiert. Wenn n_m an n_o angenähert bzw. herangebracht wird, verbreitert sich die Betriebsbandbreite gemäß Gleichung (1), wird aber nicht über eine bestimmte Breite hinausgehen. Die Gleichung (1) ist eine theoretische Gleichung, die unter Vernachlässigung von Verlusten bzw. Dämpfung, die auftritt, wenn sich Mikrowellen in den Elektroden ausbreiten, abgeleitet wurde. Da die tatsächliche Dämpfung der Elektroden nicht Null ist, muß sie in Betracht gezogen werden, wenn sich n_m vollständig an n_o angenähert hat. Wenn n_m mit n_o übereinstimmt, ist die Breite Δf₂ der Betriebsbandbreite durch Δf2 (GHz) = 40/(αL)2 (2)gegeben, wobei α die Dämpfungskonstante (Leitungsverlust, dB/cm) bei 1 GHz ist.
Folglich sollte die Mikrowellendämpfungskonstante erniedrigt werden, um eine breite bzw. große Bandbreite zu erreichen. Dabei muß die Impendanz der Mikrowellenelektroden mit dem externen Schaltkreis übereinstimmen bzw. angepaßt sein.
Zusammengefaßt, die Faktoren, die die Betriebsbandbreite einer optischen Regelvorrichtung begrenzen bzw. einschränken, sind bisher hauptsächlich die Geschwindigkeitsfehlanpassung zwischen der Mikrowelle und dem Licht und die Fehlanpassung der Wellenimpedanz zwischen der Modulationselektrode und dem externen Schaltkreis gewesen. Die Mikrowellendämpfung wurde als untergordnet bzw. unbedeutend betrachtet.
Jedoch hat eine von uns entwickelte Vorrichtungsstruktur, wie sie in den 1 und 2 gezeigt ist, es ermöglicht, eine vollständige Geschwindigkeitsanpassung zwischen der Mikrowelle und dem Licht und eine vollständige Anpas sung des Wellenwiderstands der Modulationselektroden an den des externen Schaltkreises zu erreichen. Mit der Vorrichtungsstruktur der 1 und 2 haben wir folglich eine Vorrichtung entwickelt, bei der die Mikrowellendämpfung einen Hauptfaktor bei der Begrenzung der Bandbreite darstellt.
Ausgehend von der Erkenntnis, daß die oben beschriebene Begrenzung der Betriebsbandbreite der optischen Regelvorrichtung der Dämpfung der Mikrowelle zuzuordnen ist, haben wir die Maßnahme entwickelt, die Breite W der Zentralelektrode größer als die Kernbreite w_o des optischen Wellenleiters zu machen, vorzugsweise bzw. vorteilhafterweise größer als der Mittelwert aus der Stegbreite w_r und der Kernbreite w_o in dem optischen Wellenleiter, und besser noch, größer als die Stegbreite w_r. Die Dämpfung der Mikrowelle, oder die Dämpfungskonstante, ist durch α = (R/2)√C/L (3)gegeben, vorausgesetzt, daß der Leckleitwert zwischen den Elektroden vernachläßigt werden kann. In der Gleichung (3) sind R und L der Widerstand bzw. die Induktivität pro Einheitslänge der Koppellänge der Elektrode, und C ist die Kapazität pro Einheitslänge zwischen den Elektroden.
Die vorliegende Erfindung umfaßt zwei Punkte: Erstens, die Breite der Zentralelektrode ist groß. Zweitens, wenn die Breite der Zentralelektrode zunimmt, nimmt die Dicke der Zentralelektrode ebenfalls zu (aufgrund der Herstellungstechnologie ist das Höhe/Breite-Verhältnis, t_m/W, auf höchstens 3 bis 4 beschränkt). Im Hinblick auf diese zwei Aspekte kann die Querschnittsfläche der Zentralelektrode groß werden, und somit R erniedrigen. Der Parameter C, der proportional zu der Breite der Elektrode, wie später diskutiert werden wird, groß werden sollte, nimmt kaum zu, wie später diskutiert werden wird. Folglich nimmt die Dämpfung α ab, und die Betriebsfrequenz, die umgekehrt proportional zu dem Quadrat von α ist, kann dramatisch verbreitert bzw. erhöht werden.
Bei einer optischen Modulationsvorrichtung mit einem Steg, wie in den 1 und 2 gezeigt, ist die Breite der zentralelektrode so ausgebildet worden, daß sie vergleichbar mit der Breite des optischen Wellenleiters ist. Dies geschah deshalb, weil, wenn die Breite der Zentralelektrode vergrößert wird, eine Zunahme der Mikrowellendämpfung und eine Abnahme des Wellenwiderstands und/oder eine Zunahme der Steuerspannung erwartet werden kann. Diese Möglichkeiten bzw. möglichen Effekte werden durch die Erkenntnissse und Ergebnisse nahegelegt, die man bei bzw. mit optischen Modulationsvorrichtungen erhielt, die einen optischen Wellenleiter, der auf einem flachen Substrat ausgebildet ist, aufweisen (die Vorrichtungen, die früher als die optische Modulationsvorrichtung der 1 und 2 entwickelt wurden).
Der Wellenwiderstand bzw. die Wellenimpedanz Z_o der Modulationselektrode ist durch Zo = √L/C (4)gegeben, falls der Leckleitwert G zwischen den Elektroden und der Widerstand R pro Einheitslänge der Koppellänge der Elektrode vernachlässigt werden kann.
Das heißt, wenn die Breite der Zentralelektrode vergrößert wird, nimmt die Kapazität der Modulationselektroden zu. Folglich nimmt gemäß Gleichung (3) die Mikrowellendämpfung zu, und der Wellenwiderstand nimmt nach Gleichung (4) ab. Um diese Nachteile zu vermeiden, muß die Dicke der Pufferschicht oder/und die Lücke zwischen der Zentralelektrode und der Erdungselektrode vergrößert werden. wenn man dies macht, wird jedoch die Intensität des elektrischen Feldes in dem optischen Wellenleiter verringert. Um ein erwünschtes Extinktionsverhältnis zu erhalten, muß folglich die Steuerspannung erhöht werden.
Wie ausführlich bei den Ausführungsformen beschrieben werden wird, weist jedoch die vorliegende Erfindung, die mit einer Stegstruktur ausgebildete optische Wellenleiter aufweist, die folgende Merkmale auf: (1) Die elektrischen Kraftlinien konzentrieren sich in den Stegen, die in dem Substrat ausgebildet sind, das ein ferroelektrisches Material wie zum Beispiel LN (Lithiumniobat, LiNbO₃) aufweist, so daß sich die Kapazität der Modulationselektroden nur minimal ändert, selbst wenn die Breite der Zentralelektrode größer als die Breite des Steges wird. (2) Die elektrischen Kraftlinien konzentrieren sich in den Stegen. Ferner, aufgrund der Anisotropie des ferroelektrischen Materials, ist die dielektrische Konstante in einer Richtung parallel zu dem Substrat viel größer als die dielektrische Konstante in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat. Folglich, selbst wenn die Lücke zwischen den Elektroden verbreitert bzw. vergrößert wird, variiert die elektrische Feldstärke in den Stegen kaum.
Die Mikrowellenelektroden sind in Verbindung mit komplanaren Wellenleitern beschrieben worden, bei denen die Erdungselektroden und die Zentralelektrode auf derselben Ebene bereitgestellt sind. Jedoch können dieselben Wirkungen und Effekte gezeigt bzw. erhalten werden, indem man Mikrostreifen-Wellenleiter verwendet, bei denen die Erdungselektroden auf der Rückseite des Substrates ausgebildet sind, und eine Streifenelektrode anstatt der Zentralelektrode verwendet wird.
Ausführungsform 1
3 ist eine Ausführungsform eines optischen Intensitätsmodulators vom Mach-Zehnder-Stegstruktur-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung, der ein z-Achsenschnitt(c-Kristallachsenschnitt)-LN-Substrat und komplanare Wellenleiterelektroden verwendet, wobei ein zentraler Teilbereich des Modulators als Querschnittsansicht gezeigt ist. Ein LN-Substrat 301 wird mit einer Stegstruktur mittels Ätzen der Oberfläche des LN-Substrates in der Nachbarschaft von Kernen 302 optischer Wellenleiter beaufschlagt. Die Breite W einer Zentralelektrode 304 wird so ausgebildet, daß sie größer ist als die Stegbreite w_r des unmittelbar darunter befindlichen Steges. Die Kante einer Erdungselektrode 305 ist so ausgebildet, daß sie einen anderen bzw. weiteren optischen Wellenleitersteg bedeckt. Für eine Pufferschicht 303 ist ein Material mit einer kleineren dielektrischen Konstante als der von LN (LiNbO₃) ausgewählt, beispielsweise SiO₂ und Polyimid. Die Lücke G zwischen der Zentralelektrode 304 und der Erdungselektrode 305, die Dicke t_b der Pufferschicht 303, die Tiefe t_r des Steges und die Dicke t_m der Elektrode sind so ausgebildet, daß die Geschwindigkeitsanpassung zwischen dem Licht und der Mikrowelle sichergestellt ist, und daß der Wellenwiderstand Z für seine Anpassung an die Impendanz eines externen Schaltkreises auf einen geeigneten Wert (beispielsweise Z = 50 Ω) eingestellt ist. In der Zeichnung ist die Gestalt der Elektrode rechteckig, aber derselbe Effekt wird auftreten, falls die Zentralelektrode 304 und/oder die Erdungselektrode 305 irgendeine Form aufweist, beispielsweise eine trapezförmige Form, eine invertierte trapezförmige Form oder eine Mehrfachschichtenform.
Ausführungsform 2
4 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Material 409 mit einer niedrigen dielektrischen Konstante wie zum Beispiel Polyimid ist ausgebildet, um die Stegbereiche eines LN-Substrates 401 einzubetten, um so eine flache Gestalt zu erzeugen. Eine Zentralelektrode 404 ist in der Gestalt eines invertierten Trapezes ausgebildet. Die Lücke G zwischen der Zentralelektrode 404 und einer Erdungselektrode 405, die Dicke t_b einer Pufferschicht 403, die Tiefe t_r des Steges und die Dicke t_m der Elektrode sind so ausgebildet, daß die Geschwindigkeitsanpassung zwischen dem Licht und der Mikrowelle sichergestellt ist, und der Wellenwiderstand Z ist, beispielsweise, auf Z = 50 Ω eingestellt, wie in der ersten Ausführungsform von 3.
In der vorliegenden Erfindung kann, was auch immer die Querschnittsgestalt der Elektrode ist, und was auch immer das Material und die Gestalt der Pufferschicht und das Material mit der niedrigen dielektrischen Konstante sind, die Breite W der Zentralelektrode an der Seite, wo die Zentralelektrode die Pufferschicht kontaktiert, so gewählt bzw. eingestellt werden, daß sie größer als die Kernbreite w_o des optischen Wellenleiters ist, vorzugsweise bzw. vorteilhafterweise größer als der Mittelwert aus der Kernbreite w_o und der Stegbreite w_r in dem optischen Wellenleiter, und noch besser größer als die Stegbreite w_r. Dadurch, daß die Dicke t_m der Zentralelektrode größer gewählt bzw. eingestellt wird als die Breite W der Zentralelektrode, wird der Effekt bzw. die Wirkung der vorliegenden Erfindung erhöht bzw. vergrößert. Da das Material 409 mit der niedrigen dielektrischen Konstante die Oberfläche der Vorrichtung flach macht bzw. nivelliert, kann ferner die Breite W der Zentralelektrode 404 auf einen willkürlichen Wert eingestellt werden, ohne durch die Größe der Stegbreite w_r eingeschränkt zu sein.
Die 5 und 6 sind Diagramme, um das Prinzip und die Effekte der vorliegenden Erfindung anhand von Beispielen zu veranschaulichen, in denen die Steuerspannung und die Mikrowellenmerkmale bzw. Mikrowellenkenndaten eines Modulators, der ein LN-Substrat (LiNbO₃-Substrat) verwendet, mittels dem quasistatischen Näherungsverfahren berechnet wurden.
5 zeigt die Modulatoreigenschaften in Abhängigkeit von der Zentralelektrodenbreite W einer Elektrodenstruktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die die folgenden Abmessungen, wie in 3 angedeutet, aufweist: Elektrodendicke t_m = 60 μm, G = 70 μm, SiO₂-Pufferschichtdicke t_b = 1,0 μm, Stegtiefe t_r = 3 μm, Stegbreite w_r = 9 μm und optische Wellenleiterkernbreite w_o = 7 μm. Hierbei repräsentiert der Zustand, in dem W kleiner als 7 μm ist, die Kenndaten bzw. -merkmale des herkömmlichen bzw. konventionellen Beispiels (1 und 2). 5 zeigt, daß, wenn die Zentralelektrodenbreite W allmählich von 0 an erhöht wird, die Steuerspannung VπL einer Einheitslänge der Elektrode abnimmt, während Zunahmen in n_m und Abnahmen im Wellenwiderstand Z deutlich werden. Falls jedoch die Zentralelektrodenbreite W auf 7 μm oder mehr erhöht wird, vorzugsweise auf 8 μm oder mehr, und besser noch auf 9 μm oder mehr, sieht man, daß die W-Abhängigkeit von Z und n_m extrem klein wird, und auch die Wachstumstendenz von VπL ist extrem klein. Dies bedeutet, daß, wenn man die Zentralelektrodenbreite W vergrößert, was eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung ist, nachteilige und ungünstige Einflüsse auf die Eigenschaften bzw. Kenndaten Z, VπL und n_m, wie man sie bei dem herkömmlichen bzw. konventionellen Beispiel erwartet und fürchtet, nicht auftreten. Der Grund dafür ist, daß das LN-Substrat eine Stegstruktur aufweist, wobei der folgende Mechanismus arbeitet: (1) Das LN-Substrat besteht aus einem ferroelektrischen Material. Folglich, selbst wenn die Zentralelektrodenbreite W größer ist als die Stegbreite w_r, variiert die Gesamtmenge der elektrischen Kraftlinien nicht so sehr bzw. nicht viel, aber diese elektrischen Kraftlinien konzentrieren sich weiterhin in den Stegbereichen des Substrates. Folglich erhöht sich die elektrostatische Kapazität zwischen den Elektroden nicht merklich. Mit anderen Worten, selbst wenn die Zen tralelektrodenbreite W größer ist als die Stegbreite w_r, nimmt die elektrostatische Kapazität zwischen den Elektroden nicht viel bzw. stark zu, da die dielektrische Konstante der Luft unterhalb des hervorstehenden Teiles der Elektrode viel kleiner ist als die dielektrische Konstante des LN. (2) Die dielektrische Konstante des LN weist Anisotropie (ε//>ε⊥) in Richtungen parallel (:ε//) und senkrecht (:ε⊥) zu der Oberfläche des c-Achsenschnitt-Kristalls auf. Folglich gibt es eine Wirkung bzw. einen Effekt, der das horizontale elektrische Feld schwächt, so daß, sogar wenn die optische Mach-Zehnder-Wellenleiterlücke (≈ W/2 + G) mit der Zunahme von W zunimmt, es nur eine kleine Änderung in der elektrischen Feldstärke der Mikrowelle in der Richtung der c-Achse (der Richtung senkrecht zu der Substratoberfläche) in den Stegbereichen des LN-Substrates gibt. Die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden diesen strukturellen Kunstgriffen und Maßnahmen zugeschrieben. Diese Merkmale sind einer der strukturellen Vorteile, die die Effekte und Wirkungen der vorliegenden Erfindung bereitstellen und die in dem konventionellen Beispiel fehlen.
In 5 ist die Elektrodendicke t_m auf 60μm fixiert. In dem herkömmlichen Beispiel mit einer Breite W von 7μm oder weniger ist jedoch die Ausbildung solch einer dicken Elektrode wegen einer Begrenzung des Höhe/Breite-Verhältnisses der Gestalt der Elektrode unmöglich. Im Gegensatz dazu kann bei der vorliegenden Erfindung die Breite W der Zentralelektrode im Vergleich zu der erforderlichen Größe der Elektrodendicke t_m sehr groß gewählt bzw. eingestellt werden. Folglich unterliegt diese Erfindung nicht dieser Begrenzung, was es möglich macht, eine hinreichend dicke Elektrode auszubilden. Dies ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt die Merkmale bzw. die Kenndaten, die man für die Ausführungsform von 3 erhält, bei der die Abmessungen so gewählt bzw. eingestellt sind, daß die Breite W der Zentralelektrode an der Seite, wo die Zentralelektrode die Pufferschicht kontaktiert, größer ist als die Breite w_r des Steges, und daß die Geschwindigkeit der sich in der Elektrode ausbreitenden Mikrowelle und die Geschwindigkeit des sich durch den optischen Wellenleiter hindurch ausbreitenden Lichtes einander gleich werden; und zwar: Breite der Zentralelektrode der Modulationselektroden W = 16 μm (fixierte Breite), Stegbreite w_r = 9 μm, Stegtiefe t_r = 3 μm und optische Wellenleiterkernbreite w_o = 7 μm. Zum Vergleich zeigt 7 den Fall, bei dem die Abmessungen wie folgt eingestellt sind: Breite W der Zentralelektrode kleiner als die Breite w_r des Steges, W = 8 μm, Stegbreite w_r = 9 μm, Stegtiefe t_r = 3 μm und optische Wellenleiterkernbreite w_o = 7 μm.
Die 6(i) und 7(i) zeigt die Größe der Elektrodendicke t_m, die notwendig ist, um die Geschwindigkeitsanpassung zwischen der Mikrowelle und der Lichtwelle sicherzustellen bzw. zu gewährleisten, aufgetragen gegen die Pufferdicke t_b des Modulators und hinsichtlich der Lücke G zwischen der Zentralelektrode und der Erdungselektrode. In diesen Zeichnungen zeigen (ii) bis (v) den Wellenwiderstand bzw. die Wellenimpendanz Z, die Mikrowellendämpfungskonstante α (Leitungsverlust bei 1 GHz), die Steuerspannung VπL und den Leistungsindex p des Modulators, die erhalten werden, wenn die Elektrodendicke t_m auf den in (i) angezeigten Wert eingestellt ist. Hierbei liegt die Wellenlänge der Lichtwelle in dem Band von 1,5 μm. Der Leistungsindex p ist durch p = VπL·α (5)definiert. Wenn die Mikrowelle und die Lichtwelle in ihrer Geschwindigkeit übereinstimmen, und wenn der Modulator und die Signalquelle ebenfalls in ihrer Impendanz übereinstimmen, sind die Steuerspannung Vπ(V) und die elektrische 3dB-Bandbreite Δf (GHz) durch die folgende Beziehung gegeben. Vπ/Δf1/2 = p/6,4 (6)
Das heißt, je kleiner das p der Elektrodenstruktur ist, desto größer ist das Leistungsverhalten (niedrigere Steuerspannung, größere Bandbreite), das der Modulator erreichen kann.
Der Vergleich zwischen 6(ii) und 7(ii) zeigt, daß, unter der Bedingung der Geschwindigkeitsanpassung, der Wellenwiderstand Z minimal von der Größe der Zwischenelektrodenlücke G und der Zentralelektrodenbreite W abhängt, aber ansonsten fast uneingeschränkt durch die Pufferschichtdicke t_b bestimmt wird. Die Steuerspannung vπL wird ebenfalls minimal durch die Größe der Zentralelektrodenbreite W und der zwischenelektrodenlücke G beeinflußt, aber wird ansonsten fast uneingeschränkt durch die Pufferschichtdicke t_b bestimmt. Folglich sieht man, daß die Zunahme bzw. Vergrößerung von W, eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung, minimalen ungünstigen Einfluß auf die Kenndaten Z und vπL ausübt.
Gemäß 6(iii) und (v) und 7(iii) und (v) hängen die Dämpfungskonstante α und der Leistungsindex p stark von der Zwischenelektrodenlücke G ab, und wenn die Zwischenelektrodenlücke G breiter bzw. größer wird, nimmt die Dämpfungskonstante α ab und der Leistungsindex p wird klein.
Die Verwendung von 6 ermöglicht es, die strukturellen Parameter für eine optische Kontrollvorrichtung zu bestimmen. Zuerst wird die Pufferschichtdicke t_b mittels 6(ii) bestimmt, derart, daß der Wellenwiderstand 50 Ω betragen wird. Für diese vorgegebene Pufferschichtdicke wird die zwischenelektrodenlücke G und die Elektrodendicke t_m zum Anpassen der Geschwindigkeit des Lichtes an die Geschwindigkeit der Mikrowelle mittels 6(i) bestimmt.
Wie oben festgestellt, wird der Leistungsindex p klein, wenn die Zwischenelektrodenlücke G breiter wird, und ein kleineres p wird bevorzugt. Jedoch besitzt die Größe der Zwischenelektrodenlücke G Grenzen, die durch die Breite W der Zentralelektrode bestimmt werden. Das heißt, die Einschränkungen bei der Herstellung bzw. Produktion beschränken das Verhältnis der Elektrodendicke t_m zu der Zentralelektrodendicke W (Höhe/Breite-Verhältnis) auf 3 bis 4. Somit ist die obere Grenze für die Elektrodendicke t_m festgesetzt, wobei die oberer Grenze für die Zwischenelektrodenlücke G ebenfalls festgesetzt bzw. bestimmt ist, wenn die Dicke der Pufferschicht fixiert ist (6(i)).
6 zeigt die Ergebnisse, die man für eine Berechnung erhält, wenn die Breite W der Zentralelektrode 16 μm beträgt. Bei einem Höhe/Breite-Verhältnis von 3,75 kommt die Elektrodendicke t_m auf 60 μm. Für den Wellenwiderstand Z von 50 Ω beträgt die Pufferschichtdicke t_b 1 μm. Unter diesen Bedingungen zeigt 6(iii) und (v), daß die Dämpfungskonstante α und der Leistungsindex p bei der Zwischenelektrodenlücke von 70 μm 0,1 dB/cm bzw. 1,0 betragen.
7 zeigt die Ergebnisse mit einer Zentralelektrodenbreite von 8 μm. Die Dämpfungskonstante α und der Leistungsindex p, die bei demselben Höhe/Breite-Verhältnis erhalten werden, betragen 0,23 dB/cm bzw. 2,5. In der in 6 gezeigten Ausführungsform (Zentralelektrodenbreite 16 μm) wurde folglich eine mehr als zweifache Verbesserung im Leistungsindex erreicht, verglichen mit der Ausführungsform mit der Zentralelekrodenbreite von 8 μm. Als ein Ergebnis war die Betriebsbandbreite mehr als viermal so breit.
6 zeigt die Ergebnisse mit der Zentralelektrodenbreite W von 16 μm. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann W bis zu einem Grad erhöht werden, bei dem die elektrische Feldstärke im Stegbereich des ferroelektrischen Substrates direkt unter der Zentralelektrode nicht merklich abnimmt (die Größe von VπL kaum variiert). Folglich können die Effekte der vorliegenden Erfindung erhalten werden, falls die Zentralelektrodenbreite w so eingestellt wird, daß sie innerhalb des Bereiches von ungefähr 10 μm bis ungefähr 100 μm fällt, indem man sich entsprechend der Erfindung auf die Bestandsmaterialien des Modulators und die Größe von G stützt.
Im Bezug auf die Zentralelektroden-Erdungselektroden-Lücke G wird der Parameter p desto kleiner je größer der Wert von G wird. Jedoch ist der Wert von G durch das Höhe/Breite-Verhältnis begrenzt. Zusätzlich sollte man in Betracht ziehen, daß ein Wert von G, der größer als notwendig ist, die Mikrowelleneigenschaften aufgrund der Frequenzdispersion nachteilig beeinflussen kann. Das heißt, es sollte in Betracht gezogen werden, eine hinreichend kleinere Abmessung zu wählen als die Wellenlänge des Mikrowellensignals, entsprechend der oberen Grenze der Betriebsfrequenz, so daß ihr Einfluß verringert werden wird. In der Tat wird G auf ungefähr 10 bis 1000 μm eingestellt. Im Bezug auf die Dicke t_m der Modulationselektrode werden die Merkmale bzw. Kenndaten um so wünschenswerter je größer t_m wird. Vorzugsweise bzw. vorteilhafterweise wird die Elektrodendicke t_m so eingestellt bzw. gewählt, daß sie gleich oder größer als die Breite der Zentralelektrode ist (t_m>= W). Die Dicke t_b der Pufferschicht wird hauptsächlich in Abhängigkeit von der Begrenzung der Größe des Wellenwiderstandes eingestellt bzw. gewählt. Unter Berücksichtigung der Herstellbarkeit des Modulators, der Ausbreitungsdämpfung des optischen Wellenleiters, der Stabilität der Kenndaten bzw. Eigenschaften oder der Steuerspannung, beträgt t_b = 0,1 bis 10 μm.
Die Steggestalt des LiNbO₃ ist konkret für t_r = 3 μm und w_r = 9 μm beschrieben worden. Bei dem optischen Modulator der vorliegenden Erfindung können jedoch die Stegabmes sungen normalerweise auch auf t_r = 1 bis 10 μm und w_r = 5 bis 20 μm eingestellt bzw. gesetzt werden, wie in dem herkömmlichen Beispiel von 1 und 2, angesichts des Effekts der Erniedrigung der VπL-Eigenschaft, der Mikrowelleneigenschaft, der Einfachheit des LiNbO₃-Ätzschrittes, der optischen Wellenleiterbreite w_o und der optischen Ausbreitungsdämpfung.
In 6 ist der Effekt des Verringerns des Leitungsverlustes gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, aber der Effekt, wie er in 5 erklärt- wurde, ist natürlicherweise in 6 gegeben. Bei den herkömmlichen Beispiel, wie aus 5 ersichtlich ist, variieren der Wellenwiderstand Z, der effektive Index n_m und die Steuerspannung VπL entsprechend kleiner Änderungen in der Zentralelektrodenbreite W in großem Ausmaß, woraus sich große Variationen in den Kenndaten bzw. Eigenschaften der Produkte ergeben. Indem man jedoch die Zentralelektrodenbreite W so einstellt, daß sie größer als die Stegbreite w_r ist (d.h., auf 9 μm oder mehr), kann die Größe der Änderung einer jeden charakteristischen Eigenschaft entsprechend einer Änderung in der Zentralelektrodenbreite W verringert werden, und die Variationen bei den Produkten kann auf ein Minimum begrenzt werden.
Ausführungsform 3
8 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden Erfindung (8(e)). (a) Zuerst werden, wie bei dem herkömmlichen bzw. konventionellen Beispiel, Kerne 802, die optische Wellenleiter vom Mach-Zehnder-Typ bilden, auf der Oberfläche eines LN-Substrates 801 mittels Ti-Diffusion ausgebildet. Weiterhin wird jene Oberfläche des LN-Substrates, die die Kerne 802 dieser optischen Wellenleiter umgibt, geätzt, um Stege auszubilden. (b) Eine Pufferschicht 803 wird auf der LN-Oberfläche mit einer Dicke t_b ausgebildet. (c) Ein Material 806, wie zum Beispiel ein Fotolack oder Polyimid, wird auf der Oberfläche des LN-Substrates ausgebildet, um sie zu glätten bzw. glatt zu machen. (d) Dann wird das Material 806 über die ganze LN-Oberfläche hinweg gleichförmig geätzt, bis die Oberfläche der Pufferschicht 803 bei den Stegbereichen freigelegt ist. Dann wird eine Metallschicht 807, die eine gute Adhäsion in Bezug auf die Pufferschicht 803 aufweist, mittels Abscheidung oder ähnlichem ausgebildet. Weiter wird ein Muster 808 aus einer Schutzschicht für die Bildung von Elektroden auf der Metallschicht 807 ausgebildet, und dicke Schichtelektroden 804, 805 werden mittels Elektroplattieren oder ähnlichem ausgebildet. (e) Die Schutzschicht 808 und die Metallschicht 807 zwischen der Zentralelektrode 804 und der Erdungselektrode 805 werden entfernt, und das Material 806 wird ebenfalls entfernt, um einen optischen Modulator gemäß der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. 8 zeigt ein Beispiel für Elektrodenbildung mittels Plattieren. Es ist jedoch offensichtlich, daß andere Verfahren verwendet werden können, wie zum Beispiel mechanische Beschichtung von Drähten, oder verschiedene Ausbildungstechniken für dicke Schichtelektroden, einschließlich Herstellungstechniken für Schaltungsplatinen. Die optische Regelvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls hergestellt werden, indem man verschiedene fotolithographische Technologien oder Schichtbildungstechniken mit dem Prozeß von 8 kombiniert oder zu diesem hinzufügt.
Ausführungsform 4
9 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Stegbereiche werden so ausgebildet, daß sie in einem Material 909 mit einer niedrigen dielektrischen Konstante eingebettet sind. Das Bezugszeichen 903 bezeich net eine Pufferschicht. Da die dielektrische Konstante des dielektrischen Materials 909 kleiner ist als die dielektrische Konstante eines LN-Substrates 901, können die Effekte der vorliegenden Erfindung wie in den Ausführungsformen von 3, 4 und 8(e) erhalten werden. Die Elektroden 904, 905 können aus zwei oder mehr Schichten mittels Verwendung eine Vielzahl von Schritten während der Elektrodenschichtbildung ausgebildet werden, um diese Elektroden zu effektiven dicken Schichten auszubilden. Weiterhin werden die Elektroden, wie in der Zeichnung gezeigt, positiv geformt, wie invertierte Trapeze, um die elektrische Verbindung zwischen der Zentralelektrode 904 und den Erdungselektroden 905 zu erhöhen. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß die Elektrodendicke t_m im Vergleich zu der Gestalt einer Elektrode, die rechteckig ist, relativ klein gemacht werden kann.
In 9 ist ein optischer Wellenleiter 902 unmittelbar unter der Erdungselektrode 905 in der Stegstruktur enthalten, die verschieden von jener der Ausführungsform von 3 ist. Jedoch ist die elektrische Feldstärke der Mikrowelle in einem Teilbereich eines Kernes 902 des optischen Wellenleiters unmittelbar unter der Zentralelektrode 904 viel größer als die elektrische Feldstärke auf der Seite der Erdungselektrode 905. Folglich können Effekte vergleichbar zu den in den 5 und 6 gezeigten Merkmalen bzw. Kenndaten wie in 4 erhalten werden.
Im Gegensatz zu der Pufferschicht des herkömmlichen optischen Modulators kommen die Teilbereiche der Pufferschicht 903, die auf dem Material 909 mit der niedrigen dielektrischen Konstante lokalisiert sind, mit dem Substrat 901 nicht in Kontakt. Folglich unterscheiden sich die Teilbereiche der Pufferschicht 903 in ihren Eigenschaften von der Pufferschicht des herkömmlichen optischen Modulators. Und zwar kann in Betracht gezogen werden, daß es keine Schicht in den Räumen der Teilbereiche des optischen Modu lators dieser Ausführungsform gibt, die der Pufferschicht des herkömmlichen optischen Modulators entspricht. Folglich kann der optische Modulator dieser Ausführungsform einen optischen Modulator aufweisen, der keine Pufferschicht zwischen einer Zentralelektrode und Erdungselektroden aufweist, und die Zentralelektrode kann breit ausgebildet sein.
Ausführungsform 5
10 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden Erfindung. Um große effektive Elektrodendicken wie in der Ausführungsform von 9 auszubilden, werden die Elektroden in einer Vielzahl von Schichten ausgebildet. Die erste Schicht 1007, die an eine Pufferschicht 1003 angrenzt, wird mittels, beispielsweise, Vakuumverdampfung oder Beschichten durch Vakuumzerstäubung ausgebildet und besteht aus einer Metallschicht mit einem niedrigen Widerstand, wo notwendig, über einer metallischen Schicht, die eine gute Adhäsion in Bezug auf die Pufferschicht 1003 aufweist. Die zweiten und weiteren Schichten können wie in 9 ausgebildet sein. Die Breite W der ersten Metallschicht 1007 kann, wo notwendig, größer sein als die Stegbreite w_r. Falls zusätzlich die Dicke t_m1 der ersten Schicht 1007 auf ungefähr 1 μm eingestellt wird, kann eine optische Regelvorrichtung auf der Grundlage des Prinzips der vorliegenden Erfindung mit einer niedrigen Spannung und einer breiten Bandbreite realisiert werden.
Solche einen Mehrfach-Schichtenstruktur macht die Dicke der entsprechenden Schichten klein. Folglich können die Abmessungen der Elektroden präzise gemacht bzw. eingestellt werden, so daß eine optische Modulationsvorrichtung wie entworfen erreicht werden kann. Die Breite der ersten Elektrodenschicht, die die Pufferschicht kontaktiert, beein flußt insbesondere die Eigenschaften bzw. Kenndaten der Vorrichtung in großem Ausmaß. Die präzisen Abmessungen der ersten Elektrodenschicht sind folglich in hohem Ausmaß wirkungsvoll.
Ausführungsform 6
11 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden Erfindung. In einem LN-Substrat 1101 sind Stege ausgebildet, und in den Stegbereichen sind Kerne 1102 optischer Wellenleiter ausgebildet. Diese Ausführungsform besteht aus einer Struktur, bei der ein Dielektrikum 1109 bei einer Lücke zwischen einer Zentralelektrode 1104 und einer Erdungselektrode 1105 entfernt worden ist. Dies bedeutet, daß das Dielektrikum 1109 durch Luft mit einer niedrigen dielektrischen Konstante ersetzt worden ist. Folglich kann die effektive dielektrische Konstante der Mikrowellenelektrode relativ klein gemacht werden, und die Elektrodendicke t_m, die erforderlich ist, um die Bedingungen der Geschwindigkeitsanpassung zu erfüllen, kann relativ klein gemacht werden. Normalerweise ist die Erdungselektrode 1105 viel größer im Bezug auf die Breite der Zentralelektrode 1104. Folglich ist, wie in der Zeichnung gezeigt, selbst wenn die Erdungselektrodendicke t_m, viel kleiner als die Zentralelektrodendicke t_m ist, der Einfluß auf die Stärke der elektrischen Verbindung zwischen der Zentralelektrode 1104 und der Erdungselektrode 1105 minimal. Folglich können die Effekte der vorliegenden Erfindung auf ähnliche Weise erhalten werden. Selbst wenn die Erdungselektrode t_m, kleiner oder größer als t_m ist, wird es genügen, eine Vorrichtungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung mit der Dicke t_m zu entwerfen.
Ausführungsform 7
12 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen LiNbO₃-Hochgeschwindigkeitsintensitätsmodulators gemäß der vorliegenden Erfindung, der asymmetrische komplanare Streifenleitungs-Wellenleiter 1204, 1205 als Modulationselektroden verwendet. Das Bezugszeichen 1201 bezeichnet ein LN-Substrat und das Bezugszeichen 1202 bezeichnet einen Kern eines optischen Wellenleiters, und das Bezugszeichen 1209 bezeichnet ein Dielektrikum. In diesem Fall kann ebenfalls eine Modulatorkonstruktion verwendet werden, bei der die Breite W der Zentralelektrode 1204 der Modulationselektroden so gewählt bzw. eingestellt ist, daß sie größer als die Stegbreite w_r ist, wobei die Lücke G zwischen der Zentralelektrode 1204 und der Erdungselektrode 1205, die Dicke t_b einer Pufferschicht 1203, die Stegtiefe t_r und die Elektrodendicke t_m so eingestellt werden, daß Geschwindigkeitsanpassung zwischen dem Licht und der Mikrowelle erreicht wird, und wobei der Wellenwiderstand Z auf eine geeignete Größe (zum Beispiel z = 50 Ω) eingestellt wird, unter Anwendung desselben Prinzips wie in der Ausführungsform von 3. Diese Konstruktion bzw. Anordnung macht es möglich, die Mikrowellendämpfung der Elektrode viel kleiner als in dem herkömmlichen Beispiel zu machen, und eine niedrige Steuerspannung, eine große Bandbreite und einen optischen Modulator mit hohem Leistungsverhalten zu realisieren.
Ausführungsform 8
In der Konstruktion der Ausführungsform 7 werden klarerweise dieselben Effekte produziert, selbst wenn symmetrische complanare Streifenleitungs-Wellenleiter, oder verschiedene Mikrowellen-Streifenleitungs-Wellenleiter, wie zum Beispiel Mikrostreifenleitungs-Wellenleiter, die eine Streifenelektrode 1304 und, wie in 13 gezeigt, eine Erdungselekrode 1305 aufweisen, als die Modulationselektro den verwendet werden. In 13 bezeichnet das Bezugszeichen 1301 ein LN-Substrat, und das Bezugszeichen 1302 bezeichnet einen Kern eines optischen Wellenleiters, und das Bezugszeichen 1303 bezeichnet eine Pufferschicht. In dieser Anordnung bzw. Struktur können zwei Zentralelektroden 1304 mittels einer Mikrowellensignalquelle angesteuert werden, und folglich kann die in 13 gezeigte Vorrichtung, beispielsweise, im Gegentakt betrieben oder ternär-moduliert werden.
Ausführungsform 9
14 ist eine Ausführungsform eines optischen Intensitätsmodulators vom Mach-Zehnder-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung, der ein z-Achsenschnitt(Kristallachsenschnitt)-LN-Substrat und komplanare Streifenleitungs-Wellenleiterelektroden verwendet, wobei ein zentraler Teilbereich des Modulators als Querschnittsansicht gezeigt ist. Ein LN-Substrat 1401 wird mit einer Stegstruktur mittels Ätzen der Oberfläche des LN-Substrates in der Nachbarschaft von Kernen 1402 optischer Wellenleiter beaufschlagt. Eine Zentralelektrode 1404 der Steuerelektroden ist über dem Kern 1402 eines der optischen Wellenleiter bereitgestellt, während Erdungselektroden 1405 bereitgestellt sind, um die Zentralelektrode zwischen sich einzuschließen. Die Stegseitenbreite W der Zentralelektrode 1404 der Steuerelektroden ist so ausgebildet, daß sie größer ist als die Breite w_o des Kernes 1402 des optischen Wellenleiters, der direkt bzw. unmittelbar darunter lokalisiert ist. Die Erdungselektrode 1405 der Steuerelektroden ist so ausgebildet, daß sie den Kern des anderen optischen Wellenleiters, der unmittelbar darunter lokalisiert ist, vollständig bedeckt. Die Lücke G zwischen der Zentralelektrode 1404 und der Erdungselektrode 1405, die Dicke t_b der Pufferschicht 1403, die Stegtiefe t_r und die Elektrodendicke t_m wird so ausgebildet, daß die Geschwindigkeitsanpassung zwischen dem Licht und der Mikrowelle sichergestellt wird, daß der Wel lenwiderstand Z eine geeignete Größe (beispielsweise Z = 50 Ω) für seine Anpassung mit der Impendanz des externen Schaltkreises aufweist, und daß ferner der Leitungsverlust (Dämpfungskonstante α) der Elektrode klein gemacht wird.
Der optische Intensitätsmodulator von 14 wird mittels desselben Verfahrens wie in dem herkömmlichen Beispiel der 1 und 2 hergestellt, obwohl er nicht darauf beschränkt ist. Die Querschnittsgestalten der Zentralelektrode 1404 und der Erdungselektrode 1405 in 14- sind schematisch gezeigt, und dies bedeutet nicht, daß die Querschnittsgestalt der Zentralelektrode 1404, beispielsweise, rechteckig sein sollte. Die Querschnittsgestalt der Zentralelektrode 1404 kann invertiert-trapezförmig wie in den 1 und 2 sein, oder kann trapezförmig sein, solange wie die Breite W der Zentralelektrode an der Seite des optischen Wellenleiters größer ist als die Breite w_o des optischen Wellenleiters.
Ausführungsform 10
15 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eine optischen Modulators gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine Pufferschicht 1503 ist so ausgebildet, daß sie flach ist, um so ein LN-Substrat 1501 mit einer Stegstruktur zu bedecken. Eine Zentralelektrode 1504 ist in der Gestalt eines Trapezes ausgebildet, bei dem die Breite W' seiner oberen Seite verschieden von seiner Breite W an der Seite der Pufferschicht ist. Die Breite W der Zentralelektrode 1504 an der Seite, wo die Zentralelektrode 1504 die Pufferschicht 1503 kontaktiert, ist größer als die Breite w_o eines Kernes 1502 eines optischen Wellenleiters. Die Lücken G, G' zwischen der Zentralelektrode 1504 und der Erdungselektrode 1505, die Dicke t_b der Pufferschicht 1503 auf dem Steg, die Tiefe t_r des Steges und die Dicke t_m der Elektrode sind so ausgebildet, daß die Geschwindigkeitsanpassung zwischen dem Licht und der Mikrowelle sichergestellt wird, und daß der Wellenwiderstand Z, beispielsweise, Z = 50 Ω wird, wie in der Ausführungsform von 14.
16 ist ein Diagramm, um das Prinzip und die Effekte der vorliegenden Erfindung durch ein Beispiel zu veranschaulichen, bei dem die Beziehungen zwischen der Breite W der Zentralelektrode und den Mikrowellenmerkmalen bzw. Mikrowellenkenndaten (Wellenwiderstand Z, effektiver Mikrowellenindex n_m, Dämpfungskonstante α) ebenso wie die Steuerspannung VπL einer Elektrodeneinheitslänge der Modulationselektroden mittels des quasistatischen Näherungsverfahrens berechnet wurden.
16 zeigt die Merkmale bzw. Kenndaten einer Elektrodenstruktur der Ausführungsform von 14, die die folgenden Abmessungen aufweist: W + G = 33 μm (fixierter Wert), Dicke der Pufferschicht (SiO₂) t_b = 1.0 μm, Elektrodendicke t_m = 20 μm, Stegtiefe t_r = 3 μm, Stegbreite w_r = 9 μm und optische Wellenleiterbreite w_o = 7 μm. In dieser Ausführungsform, anders als bei der Ausführungsform 2, ist W + G konstant, und je größer die Zentralelektrodenbreite W gewählt wird, desto kleiner wird die Zwischenelektrodenlücke G. 16 zeigt, daß, wenn die Zentralelektrodenbreite W kleiner als 7 μm wird, die Steuerspannung VπL stark zunimmt. Der Wellenwiderstand Z und der effektive Mikrowellenindex n_m verändern sich ebenfalls radikal, wenn W kleiner wird. Folglich verändern sich die verschiedenen Eigenschaften bzw. Merkmale deutlich bzw. ausgeprägt in Reaktion auf kleine Änderungen in der Zentralelektrodenbreite W, was zu der Verschlechterung der Frequenzeigenschaften führt. Jedoch verringert eine auf mehr als 7 μm eingestellte Zentralelektrodenbreite W die Steuerspannung VπL. Wenn die Zentralelektrodenbreite W größer ist als die Stegbreite w_r (9 μm), wird die Größe der Änderungen bei den verschiedenen Kenndaten entsprechend den Änderungen in der Zentralelektrodenbreite W besonders klein. Folglich sieht man, daß die Variationen in den Eigenschaften bzw. Kenndaten der Produkte reduziert werden können, wenn die Variationen in der Zentralelektrodenbreite W dieselben wie bei dem herkömmlichen Beispiel sind. Obwohl die Größe der Änderung bei der Mikrowellendämpfungskonstante α etwas größer ist, sind die Einflüsse der Änderung von α auf die Modulatoreigenschaften (Frequenzkenndaten, 3 dB Bandbreite) minimal, und verursachen somit in der Praxis keine Probleme.
Ausführungsform 11
17 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden Erfindung. Kerne 1702 optischer Wellenleiter sind in den Stegbereichen eines LN-Substrates 1701 ausgebildet. Die Zentralelektrodenbreite W der Elektroden ist so ausgebildet, daß sie größer ist als die Breite des Kerns 1702 des optischen Wellenleiters, und die seitlichen Oberflächenbereiche der Elektroden 1704, 1705 sind so ausgebildet, daß sie über die seitlichen Oberflächen einer Pufferschicht 1703 hinausragen. Die dielektrische Konstante der Luft, die zwischen der Zentralelektrode 1704 und der Erdungselektrode 1705 lokalisiert ist, ist kleiner als die dielektrischen Konstanten der Pufferschicht 1703 und des LN-Substrates 1701, so daß die Breite w_s des Vorsprungs der Elektrode, der über die Pufferschicht 1703 hinausragt, einen minimalen Einfluß auf die verschiedenen Eigenschaften bzw. Kenndaten ausübt. Daher ist die vorliegende Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die Variationen in den Kenndaten, die auf Änderungen in der Zentralelektrodenbreite W ansprechen, viel kleiner als in den Ausführungsformen der 14 und 15 werden.
Ausführungsform 12
18 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden Erfindung, der asymmetrische komplanare Streifenleitungs-Wellenleiter als Modulationselektroden verwendet. Eine Pufferschicht 1803 bedeckt die Oberfläche eines LN-Substrates 1801 entlang auf dem Substrat ausgebildeter Stege. Eine Erdungselektrode 1805 ist auf einem Kern 1802 eines optischen Wellenleiters und der Pufferschicht 1803 an der Seite dieses optischen Wellenleiters bereitgestellt. In diesem Fall werden ebenfalls die Effekte der vorliegenden Erfindung hervorgerufen, wenigstens dadurch, daß man die Breite W einer Zentralelektrode 1804 größer als die Breite des Kerns 1802 des optischen Wellenleiters macht. Auf ähnliche Weise können dieselben Effekte erhalten werden, indem man verschiedene Mikrowellen-Streifenleitungs-Wellenleiter als Modulationselektroden verwendet, wie z.B. symmetrische komplanare Streifenleitungs-Wellenleiter.
Im vorhergehenden wies der Wellenleiter die Kernbreite w_o = 7 μm und Stegbreite w_r = 9 μm auf. Wenn diese Abmessungen verändert werden, können die Effekte der vorliegenden Erfindung auf ähnliche Weise erhalten werden, falls die Größe der Zentralelektrodenbreite W gemäß den veränderten Abmessungen gewählt bzw. eingestellt wird.
Im vorhergehenden sind das Prinzip, die Effekte und Wirkungen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf einen optischen Hochgeschwindigkeitsintensitätsmodulators beschrieben worden, der LiNbO₃ als ein elektrooptisches Substrat und SiO₂ als eine Pufferschicht verwendet. Alternativ können ferroelektrische Materialien wie z.B. LiTaO₃ oder PLZT (lanthandotiertes Bleizirkonattitanat), Halbleiter oder organische Materialien als Substrate mit elektrooptischen Effekt verwendet werden, und ein Dielektrikum mit einer niedrigeren dielektrischen Konstante als der des Substrates, wie z.B. Al₂O₃, ITO oder Polyimid, können als eine Pufferschicht verwendet werden.
Weiterhin kann die vorliegende Erfindung selbstverständlich nicht nur auf optische Intensitätsmodulatoren angewendet werden, sondern auch auf optische Regelvorrichtungen wie z.B. optische Phasenmodulatoren, optische Schalter oder Polarisationsregler, die optische Ausgabe unter Verwendung elektrischer Signale steuern bzw. regeln.
Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zentralelektrode oder Streifenelektrode der Steuerelektroden so gewählt bzw. eingestellt wird, daß sie größer als die Kernbreite w_o des optischen Wellenleiters ist, vorzugsweise bzw. vorteilhafterweise größer als der Mittelwert aus der Kernbreite w_o und der Stegbreite w_r in dem optischen Wellenleiter, noch besser, größer als die Stegbreite w_r. Diese Merkmale verhindern, daß die Eigenschaften bzw. Kenndaten der Vorrichtung infolge von Änderungen bzw. Schwankungen in den Abmessungen der Zentralelektrode unstabil werden, und gestatten es somit der Vorrichtung, die Begrenzungen und Einschränkungen in Bezug auf die Betriebsbandbreite zu überwinden, die bei den herkömmlichen bzw. konventionellen Vorrichtungen vorhanden sind.

Claims

Optische Regelvorrichtung mit: einem Substrat (301; 401; 801; 901; 1001; 1101; 1201; 1401; 1501; 1701; 1801), das den elektrooptischen Effekt zeigt und Stege aufweist, die optische Wellenleiter enthalten; einer auf dem Substrat ausgebildeten Pufferschicht (303; 403; 803; 1003; 1109; 1203; 1303; 1403; 1703; 1803); und Elektroden, die über der Pufferschicht ausgebildet sind, wobei die Elektroden mindestens eine Erdungselektrode (305; 405; 805; 1005, 1007; 1105; 1205; 1405; 1705; 1805), und eine über einem der Stege ausgebildete Zentralelektrode (304; 404; 804; 1004, 1007; 1104; 1204; 1404; 1704; 1804) umfassen; und die Oberfläche der Pufferschicht (303; 403; 803; 1003; 1109; 1203; 1303; 1403; 1703; 1803) in den Teilbereichen ohne die Stege niedriger als die Oberfläche der Pufferschicht (303; 403; 803; 1003; 1109; 1203; 1303; 1403; 1703; 1803) auf den Stegen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (W) der Zentralelektrode (304; 404; 804; 1004, 1007; 1104; 1204; 1404; 1704; 1804) an der Seite, wo die Zentralelektrode die Pufferschicht (303; 403; 803; 1003; 1109; 1203; 1303; 1403; 1703; 1803) kontaktiert, größer als die Breite (w_r) des Stegs ist.
Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz der Elektroden exakt oder nahezu dem Wellenwiderstand eines externen Schaltkreises entspricht.
Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Pufferschicht (303; 403; 803; 1003; 1109; 1203; 1303; 1403; 1703; 1803) unmittelbar unter der Zentralelektrode (304; 404; 804; 1004, 1007; 1104; 1204; 1404; 1704; 1804) flach ist.
Optische Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralelektrode (804, 1004, 1007) aus einer Vielzahl von Schichten gebildet ist.
Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von der Vielzahl der Schichten die Schicht (807; 1007) in Kontakt mit der Pufferschicht (803; 1003) eine Dicke (t_m1) von 1 μm oder weniger aufweist.
Optische Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine Erdungselektrode (1105) vorhanden ist und zwischen der Zentralelektrode (1104) und den Erdungselektroden ein Bereich ohne die Pufferschicht (1109) bereitgestellt ist.
Optische Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Regelvorrichtung ein optischer Intensitätsmodulator vom Mach-Zehnder-Typ ist.
Optische Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (301; 401; 801; 1001; 1101; 1201; 1401; 1701; 1801) aus LiNbO₃, LiTaO₃ oder PLZT besteht.
Optische Regelvorrichtung mit: einem Substrat (1301), das den elektrooptischen Effekt zeigt und Stege aufweist, die optische Wellenleiter enthalten; einer auf dem Substrat (1301) ausgebildeten Pufferschicht; einer Streifenelektrode (1304), die über der Pufferschicht (1303) ausgebildet ist, einer Erdungselektrode (1305), die auf der Rückseite des Substrates ausgebildet ist, wobei die Oberfläche der Pufferschicht (1303) in den Teilbereichen ohne die Stege niedriger ist als die Oberfläche der Pufferschicht (1303), die auf den Stegen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (W) der Streifenelektrode (1304) an der Seite, wo die Streifenelektrode die Pufferschicht (1303) kontaktiert, größer als die Breite (w_r) des Stegs ist.
Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz der Elektroden exakt oder nahezu dem Wellenwiderstand eines externen Schaltkreises entspricht.
Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Pufferschicht (1303) unmittelbar unter der Streifenelektrode (1304) flach ist.
Optische Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Regelvorrichtung ein optischer Intensitätsmodulator vom Mach-Zehnder-Typ ist.
Optische Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1301) aus LiNTbO₃, LiTaO₃ oder PLZT besteht.
Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 2 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mit dem externen Schaltkreis verbunden sind.