JP2005055774A

JP2005055774A - 光強度変調器

Info

Publication number: JP2005055774A
Application number: JP2003288170A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Kosho; 英高古庄
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】低電圧で効率的に光強度の変調が可能な光強度変調器を提供する。
【解決手段】基板１１の中央で光導波路１２が２本に平行して形成された部分には、光導波路１２の上部にバッファ層１３を介して上部電極１５が形成されている。上部電極１５は、バッファ層１３と接する下端１５ａから遠ざかった幅広部１５ｂで光導波路１２の平均幅Ｍよりも広い幅Ｌで形成され、幅広部１５ｂから下端１５ａに向けて鋭角に窄まる。そして、下端１５ａでは光導波路１２の平均幅Ｍよりも狭い幅Ｗに形成されている。また、幅広部１５ｂから更に上方、すなわち光導波路１２から遠ざかる方向に向けて、上部電極１５は鈍角に窄まるように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光導波路とこの光導波路を挟んで上下方向に電極を有する光強度変調器に関するものである。

ＬｉＮｂＯ_３などの電気光学効果を有する材料に導波路および電極を形成した光デバイスは、光通信などの分野で広く用いられている。こうした光デバイスのうち、光強度変調器は電極にパルス信号を入力すると高速で光をオン・オフして光信号を発生する素子であり、光通信システムの中心的な構成部品として用いられている。

こうした光強度変調器は、電気光学効果を有する基板に光導波路を形成し、この基板上面に沿って並列するように電極を配置した、いわゆるコプレナー（ＣＰＬ）タイプが従来より知られている。こうしたＣＰＬタイプの光強度変調器の改良型として、基板の厚み方向に沿って光導波路の上下に電極を形成した光強度変調器が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
特許第２８０５０２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような構成の光強度変調器の場合、光導波路の下側に形成された下部電極が、光導波路の上部の上部電極よりも幅が広く形成されているために電界が拡散し易く、効率的に光強度を変調するのに難があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、低電圧で効率的に光強度の変調が可能な光強度変調器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、屈折率を上昇させる拡散物質を基板の上面の一部に拡散形成された導波路と、前記導波路の両側で該導波路に沿って前記基板に掘り込まれた溝と、該基板の下面に形成された下部電極と、下端が前記導波路に接続されるとともに前記導波路の幅よりも狭く形成され、上端に向かって前記導波路の幅よりも広く広げられた上部電極とを備えたことを特徴とする光強度変調器が提供される。

このような光強度変調器によれば、上部電極の電界を光導波路に向けて集中させることが可能になる。さらに光導波路の両側に溝を形成して、光導波路を基板の上面から突出させることで上部電極の電界の拡散が更に抑制され、光導波路に効率よく電界を集中できる。こうして光導波路に向けて電界を効率よく集中させることができれば、低電圧で光導波路を流れる光の強度を変調することができる。よって、低電圧動作の光強度変調器を実現できる。

前記上部電極は、前記導波路に向けて鋭角に窄まり、前記導波路から遠ざかる方向に向けて鈍角、または円弧状に窄まる形状に形成されていれば好ましい。

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、上部電極の電界を光導波路に向けて集中させることが可能になる。さらに光導波路の両側に溝を形成して、光導波路を基板の上面から突出させることで上部電極の電界の拡散が更に抑制され、光導波路に効率よく電界を集中できる。こうして光導波路に向けて電界を効率よく集中させることができれば、低電圧で光導波路を流れる光の強度を変調することができる。よって、低電圧動作の光強度変調器を実現できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の光強度変調器の概略を示す外観斜視図である。光強度変調器１０は、例えばＬｉＮｂＯ_３などの電気光学効果を有する材料から形成されてなる基板１１を備えている。この基板１１には、屈折率を上昇させるＴｉなどの拡散物質を表面に堆積し、基板１１の厚み方向に拡散させて形成された、３次元の光導波路１２が形成されている。

光導波路１２は、両端で１本の光導波路が途中で２つに分岐され、中央部分では２本の光導波路１２が平行して形成された構造を成している。こうした光導波路１２の上面には、光導波路１２に沿って誘電体薄膜からなるバッファ層１３が形成されている。こうしたバッファ層１３は、例えばＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３などで形成されていれば良い。

図２は、図１に示す光強度変調器の断面Ｓでの形状を示した断面図である。基板１１の中央で光導波路１２が２本に平行して形成された部分には、光導波路１２の上部にバッファ層１３を介して上部電極１５が形成されている。

上部電極１５は、バッファ層１３と接する下端１５ａから遠ざかった幅広部１５ｂで光導波路１２の平均幅Ｍよりも広い幅Ｌで形成され、幅広部１５ｂから下端１５ａに向けて鋭角に窄まる。そして、下端１５ａでは光導波路１２の平均幅Ｍよりも狭い幅Ｗに形成されている。また、幅広部１５ｂから更に上方、すなわち光導波路１２から遠ざかる方向に向けて、上部電極１５は鈍角に窄まるように形成されている。なお、上部電極１５の周囲は絶縁材等で覆われているのが好ましい。

基板１１には、光導波路１２の両側に沿って溝１６が形成されている。こうした溝１６によって、光導波路１２の上部は基板１１の上面で突条を成して延びる形状を成す。なお溝１６は、基板１１上にバッファ層１３を形成した後、光導波路１２に相当する部分をレジストで覆ってからエッチングを行なって基板１１を掘り下げることで形成すれば良い。

光導波路１２の下側には、基板１１を介して下部電極１８が形成されている。こうした下部電極１８は、例えば光導波路１２の平均幅Ｍとほぼ同じ幅ｍで形成されれば好ましい。

このように、上部電極１５を略水滴状の多角形に形成し、かつ、下部電極１８を光導波路１２の平均幅とほぼ同じ幅に形成することによって、上部電極１５の電界を光導波路１２に向けて集中させることが可能になる。さらに光導波路１２の両側に溝１６を形成して、光導波路１２を基板１１の上面から突出させることで上部電極１５の電界の拡散が更に抑制され、光導波路１２に効率よく電界を集中できる。こうして光導波路１２に向けて電界を効率よく集中させることができれば、低電圧で光導波路１２を流れる光の強度を変調することができる。よって、低電圧動作の光強度変調器を実現できる。

なお、こうした上部電極１５の形状は、図２に示したもの以外にも、例えば、図３に示すように、断面が略逆三角形の上部電極２１であっても良い。こうした上部電極２１においても、バッファ層１３と接する下端１５ａから遠ざかった幅広部２１ｂで光導波路１２の平均幅Ｍよりも広い幅Ｌで形成され、幅広部２１ｂから下端２１ａに向けて鋭角に窄まる。そして、下端２１ａで光導波路１２の平均幅Ｍよりも狭い幅Ｗに形成されている。また、幅広部２１ｂから更に上方に向けて、上部電極２１は円弧状に窄まるように形成されている。これにより、上部電極２１の電界を光導波路１２に向けて集中させ、低電圧で光導波路１２を流れる光の強度を変調することができる。

本出願人は、本発明の光強度変調器の効果を検証した。まず、上部電極１５がバッファ層１３を介して光導波路１２に対面する先端形状を段階的に変化させた複数の光強度変調器を作成して、電界強度を測定した。検証にあたって、図４に示す各形状のサンプルを準備した。各サンプルは上部電極１５の下端１５ａを全て７μｍとして、この下端１５ａから遠ざかる方向の上部電極１５の角度を０°（傾斜なし），１１°，２０°，２９°，４０°にそれぞれ形成したサンプルＮｏ．１〜５を準備した。なお、図中の寸法表示の単位はμｍとした。

そして、上述した各サンプル１〜５の上部電極１５の下端１５ａにおける電界強度をそれぞれ測定した。これら上部電極１５の角度を変えた電界強度の測定結果を図５に示す。図５に示す結果によれば、上部電極１５が下端１５ａから遠ざかる方向の角度を１０°〜３０°に設定すれば、上部電極１５の下端１５ａでの電界強度を３５００００（Ｖ／ｍ）以上の高いレベルに保てることが判明した。また、上部電極１５が下端１５ａから遠ざかる方向の角度を１０°〜４０°に設定すれば、上部電極１５の下端１５ａでの電界強度を３４００００（Ｖ／ｍ）以上のレベルに保てることが判明した。

次に、図６に示す各形状のサンプル、すなわち上部電極１５の幅広部１５ｂでの幅を２７μｍに揃えてた上で、下端１５ａから幅広部１５ｂに向かう角度を０°（傾斜なし），１１°，２２°，３１°，３９°，４５°にそれぞれ形成したサンプルＮｏ．６〜１１を準備した。なお、図中の寸法表示の単位はμｍとした。

そして、上述した各サンプル６〜１１の上部電極１５の下端１５ａにおける電界強度をそれぞれ測定した。これら上部電極１５の角度を変えた電界強度の測定結果を図７に示す。図７に示す結果によれば、幅広部１５ｂの幅が一定であれば、上部電極１５が下端１５ａから遠ざかる方向の角度を４０°近傍に設定すれば、上部電極１５の下端１５ａでの電界強度を最も強い３７００００（Ｖ／ｍ）以上の高いレベルに保てることが判明した。また、例えば２５°〜４５°の範囲にすれば、上部電極１５の下端１５ａでの電界強度を３４００００（Ｖ／ｍ）以上に保てることが判明した。

更に、図２に示す光導波路１２の両側に沿って基板１１に形成された溝１６の深さＤを０〜７μｍに１μｍ毎に設定して、上部電極１５の下端１５ａにおけるそれぞれの電界強度を測定した（深さＤ＝０μｍは溝を形成しない場合）。これら溝１６の効果を検証した測定結果を図８に示す。図８によれば、溝を３μｍ以上深く、例えば３〜７μｍの範囲に形成することによって、上部電極１５の下端１５ａにおける電界強度を５００００００（Ｖ／ｍ）以上の高いレベルに保てることが判明した。

図１は、本発明の光強度変調器を示す外観斜視図である。図２は、図１に示す光強度変調器の断面図である。図３は、本発明の光強度変調器の他の実施形態を示す断面図である。図４は、実施例として検証に用いた光強度変調器のサンプルを示す説明図である。図５は、光強度変調器の第１の検証結果を示すグラフである。図６は、実施例として検証に用いた光強度変調器のサンプルを示す説明図である。図７は、光強度変調器の第２の検証結果を示すグラフである。図８は、光強度変調器の第３の検証結果を示すグラフである。

符号の説明

１０光強度変調器
１１基板
１２光導波路（導波路）
１３バッファ層
１５上部電極
１５ａ下端
１６溝
１８下部電極

Claims

屈折率を上昇させる拡散物質を基板の上面の一部に拡散形成された導波路と、前記導波路の両側で該導波路に沿って前記基板に掘り込まれた溝と、該基板の下面に形成された下部電極と、下端が前記導波路に接続されるとともに前記導波路の幅よりも狭く形成され、上端に向かって前記導波路の幅よりも広く広げられた上部電極とを備えたことを特徴とする光強度変調器。
前記上部電極は、前記導波路に向けて鋭角に窄まり、前記導波路から遠ざかる方向に向けて鈍角、または円弧状に窄まる形状に形成されたことを特徴とする光強度変調器。