JP2014160131A - 光変調器 - Google Patents
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Abstract
【課題】RF駆動電圧とともにDCバイアス電圧が小さい光変調器を提供する。
【解決手段】基板と、基板に形成された2本の光導波路と、高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極と、バイアス電圧を印加するバイアス電極とを有するバイアス分離型構造であり、光導波路には高周波電気信号用相互作用部とバイアス用相互作用部とを具備し、高周波電気信号用相互作用部とDCバイアス用相互作用部の両方にドライエッチング装置によって形成されるリッジ部を具備する光変調器であって、DCバイアス用相互作用部において、対向するバイアス電極の間に複数のリッジ部を有しており、各リッジ部はその側壁が前記ドライエッチング装置で定まる所定角度で傾斜して形成され、隣接するリッジ部間においてその側壁が鋭角で交差してなり、DCバイアス用相互作用部におけるリッジ部の高さが等価的に低くなる。
【選択図】図2
【解決手段】基板と、基板に形成された2本の光導波路と、高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極と、バイアス電圧を印加するバイアス電極とを有するバイアス分離型構造であり、光導波路には高周波電気信号用相互作用部とバイアス用相互作用部とを具備し、高周波電気信号用相互作用部とDCバイアス用相互作用部の両方にドライエッチング装置によって形成されるリッジ部を具備する光変調器であって、DCバイアス用相互作用部において、対向するバイアス電極の間に複数のリッジ部を有しており、各リッジ部はその側壁が前記ドライエッチング装置で定まる所定角度で傾斜して形成され、隣接するリッジ部間においてその側壁が鋭角で交差してなり、DCバイアス用相互作用部におけるリッジ部の高さが等価的に低くなる。
【選択図】図2
Description
本発明は、電気光学効果を利用して、光導波路に入射した光を高周波電気信号で変調して光信号パルスとして出射し、RF駆動電圧とともにDCバイアス電圧が小さい光変調器に関する。
近年、高速、大容量の光通信システムが実用化されている。このような高速、大容量の光通信システムに組込むための高速、小型、低価格、かつ高安定な光変調器の開発が求められている。
このような要望に応える光変調器として、リチウムナイオベート(LiNbO3)のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板(以下、LN基板と略す)に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器(以下、LN光変調器と略す)がある。このLN光変調器は、その優れたチャーピング特性から2.5Gbit/s、10Gbit/sの大容量光通信システムに適用されている。最近はさらに40Gbit/sの超大容量光通信システムにも適用が検討されている。
以下、従来、実用化され、又は提唱されてきたリチウムナイオベートの電気光学効果を利用したLN光変調器について説明する。
(第1の従来技術)
特許文献1に開示された、z−カットLN基板を用いて構成した、いわゆるリッジ型LN光変調器を第1の従来技術の光変調器として図6に、その概略斜視図を示す。ここで、図7は図6の概略上面図であり、図8は図6と図7のA−A´線における概略断面図である。
特許文献1に開示された、z−カットLN基板を用いて構成した、いわゆるリッジ型LN光変調器を第1の従来技術の光変調器として図6に、その概略斜視図を示す。ここで、図7は図6の概略上面図であり、図8は図6と図7のA−A´線における概略断面図である。
z−カットLN基板1上に光導波路3が形成されている。この光導波路3は、金属Tiを1050℃で約10時間熱拡散して形成した光導波路であり、マッハツェンダ干渉系(あるいは、マッハツェンダ光導波路)を構成している。したがって、光導波路3の電気信号と光が相互作用する部位(相互作用部と言う)には2本の相互作用光導波路3a、3b、つまりマッハツェンダ光導波路の2本のアームが形成されている。
この光導波路3の上面にSiO2バッファ層2が形成され、このSiO2バッファ層2の上面に進行波電極4が形成されている。進行波電極4としては、1つの中心導体4aと2つの接地導体4b、4cを有するコプレーナウェーブガイド(CPW)を用いている。なお、通常、進行波電極4は貴金属材料であるAuにより形成されている。5はz−カットLN基板1を用いて製作したLN光変調器に特有の焦電効果に起因する温度ドリフトを抑圧するための導電層であり、通常はSi導電層を用いる。中心導体4aの幅は各種の値をとるが、多くの場合7μm程度であり、中心導体4aと接地導体4b、4cの間のギャップも各種の値をとるが、15μm〜60μm程度であることが多い。なお、説明を簡単にするために、図6では図示した温度ドリフト抑圧のためのSi導電層5を、図7と図8においては省略している。また、以下においてもSi導電層5は省略して議論する。6は高周波電気信号(あるいは、マイクロ波)の給電線であり、高周波コネクタやマイクロ波線路である。7は高周波電気信号の出力線路であり、通常電気的終端が使われるが、高周波コネクタやマイクロ波線路でも良い。
また、図7のIとして示された領域では中心導体4aと接地導体4b、4cとを伝搬する高周波電気信号と2本の相互作用光導波路3a、3bを伝搬する光とが相互作用するので高周波電気信号用相互作用部(あるいは簡単に相互作用部)と呼ばれる。
この第1の従来技術では、図8に示すように、z−カットLN基板1をエッチングなどで掘り込むことにより、凹部9a、9b、及び9c(あるいは、リッジ部8a、8bとも言える)を形成している。
このリッジ部構造を採ることにより、高周波電気信号(あるいは、マイクロ波)の実効屈折率(あるいは、マイクロ波実効屈折率)、特性インピーダンス、変調帯域、駆動電圧などにおいて優れた特性を実現することができる。なお、図8では凹部9a、9b、及び9cの深さ(あるいはリッジ部8a、8bの高さ)を強調して描いているが、実際には数μm程度の深さであり、中心導体4aや接地導体4b、4cの厚みである数十μmに比較すると、その値は小さい。
図8に示した第1の従来技術の光変調器のリッジ部を形成する工程を図9に示す。具体的には下記の通りである。
(a)不図示のフォトレジストをLN基板1の上面全体に塗布した後、フォトワークを行うことによりフォトレジストパターン100a〜100dを形成する。
(b)RIE(反応性イオンエッチング)により、フォトレジストパターン100a〜100dをマスクとしてイオンビーム101でLN基板1を所定時間エッチングする。ここで、図9(b)からわかるように8aと8bは電極間に形成されたリッジ部である。
(c)フォトレジストパターン100a〜100dを除去するとリッジ部8aと8bが形成されている。
(a)不図示のフォトレジストをLN基板1の上面全体に塗布した後、フォトワークを行うことによりフォトレジストパターン100a〜100dを形成する。
(b)RIE(反応性イオンエッチング)により、フォトレジストパターン100a〜100dをマスクとしてイオンビーム101でLN基板1を所定時間エッチングする。ここで、図9(b)からわかるように8aと8bは電極間に形成されたリッジ部である。
(c)フォトレジストパターン100a〜100dを除去するとリッジ部8aと8bが形成されている。
ここで注意すべきは、この従来技術においてはリッジの凹部9a、9b、9cが形成されていることである。そのため、ドライエッチングにおけるエッチングレートが高くなると図8に示したリッジ部の高さHiが高くなり、結果的に製作性にばらつきが出る。なお、このリッジ部の高さHiがばらつくとは、高周波電気信号、及びDCバイアス電圧の駆動電圧がばらつくということを意味している。
次に、この第1の従来技術であるLN光変調器の動作について説明する。このLN光変調器を動作させるには、中心導体4aと接地導体4b、4c間にDCバイアス電圧と高周波電気信号とを印加する必要がある。
図10に示す電圧−光出力特性はLN光変調器の電圧−光出力特性であり、Vbはその際のDCバイアス電圧である。この図10に示すように、通常、DCバイアス電圧Vbは光出力特性の山と底の中点に設定される。この第1の従来技術では、高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用部IにDCバイアス電圧も印加するので、高周波電気信号の出力部に設ける不図示の電気的終端にコンデンサーを具備させることによりバイアスTの機能を持たせる必要があり、構造が複雑となってしまう。この構造はバイアス一体型と呼ばれている。
(第2の従来技術)
図11は第2の従来技術の上面図であって、第1の従来技術において必要であったバイアスTを無くすために、不図示の電気的終端を抵抗のみとし、DCバイアスを新たに設けたDCバイアス部IIに印加する構造とした、いわゆるバイアス分離型構造の光変調器である。この構造では、高周波電気信号が相互作用光導波路3a、3bと相互作用する高周波電気信号用相互作用部Iと、DCバイアス電圧が相互作用光導波路3a、3bに印加されるDCバイアス用相互作用部IIを具備している。その一例が特許文献2に開示されている。
図11は第2の従来技術の上面図であって、第1の従来技術において必要であったバイアスTを無くすために、不図示の電気的終端を抵抗のみとし、DCバイアスを新たに設けたDCバイアス部IIに印加する構造とした、いわゆるバイアス分離型構造の光変調器である。この構造では、高周波電気信号が相互作用光導波路3a、3bと相互作用する高周波電気信号用相互作用部Iと、DCバイアス電圧が相互作用光導波路3a、3bに印加されるDCバイアス用相互作用部IIを具備している。その一例が特許文献2に開示されている。
図11のB−B´線とC−C´線における断面図を、各々図12(a)と(b)に示す。ここで、4a´は中心導体、4b´と4c´は接地導体である。9a´、9b´、及び9c´はDCバイアス用相互作用部の凹部であり、リッジ部8a´、8b´を形成している。11aと11bはDCバイアス電極である。
ここで、図11と図12に示した第2の従来技術の問題点について考察する。これまで、高周波電気信号用相互作用部Iのリッジ部8a、8bとDCバイアス用相互作用部IIのリッジ部8a´、8b´は所定時間のドライエッチングにより同時に形成されて来た。そのため、高周波電気信号用相互作用部Iのリッジ部8a、8bの高さHiとDCバイアス用相互作用部IIのリッジ部8a´、8b´の高さHB´は同じ高さ、
Hi = HB´ (1)
である。つまり、一般的には、高周波電気信号用相互作用部Iのリッジ部の高さHiとDCバイアス用相互作用部のリッジ部の高さHB´とを同じ高さに設定することが、高周波電気信号の電圧(つまり、RF駆動電圧、あるいはRFVπ)とDCバイアス電圧(あるいはDCVπ)の面から最も好適であると考えられていた。
Hi = HB´ (1)
である。つまり、一般的には、高周波電気信号用相互作用部Iのリッジ部の高さHiとDCバイアス用相互作用部のリッジ部の高さHB´とを同じ高さに設定することが、高周波電気信号の電圧(つまり、RF駆動電圧、あるいはRFVπ)とDCバイアス電圧(あるいはDCVπ)の面から最も好適であると考えられていた。
ところが、本出願人は詳細なシミュレーションの結果、一般に高周波電気信号用相互作用部Iに要求される最適リッジ部の高さHi,optとDCバイアス用相互作用部IIに要求される最適リッジ部の高さHB,optとは異なっていることを見出した。従って、高周波電気信号用相互作用部Iのリッジ部8a、8bの高さHiとDCバイアス用相互作用部IIのリッジ部8a´、8b´の高さHBとを同じ高さに設定する第2の従来技術では、RFVπとDCVπとを同時に低減することはできないことがわかった。
(第3の従来技術)
この問題を解決するために、本出願人は第3の従来技術(特許文献3)を提案した。図13にその第3の従来技術の上面図を示す。また図13のB−B´線とD−D´線における断面図を各々図14(a)と(b)に示す。第2の従来技術と同様に、高周波電気信号用相互作用部IとDCバイアス用相互作用部IIIとを別々に備えるバイアス分離型の光変調器である。
この問題を解決するために、本出願人は第3の従来技術(特許文献3)を提案した。図13にその第3の従来技術の上面図を示す。また図13のB−B´線とD−D´線における断面図を各々図14(a)と(b)に示す。第2の従来技術と同様に、高周波電気信号用相互作用部IとDCバイアス用相互作用部IIIとを別々に備えるバイアス分離型の光変調器である。
高周波電気信号用相互作用部Iに対応する図14(a)からわかるように、第1の従来技術や第2の従来技術と同様に、中心導体4a´と接地導体4b´、4c´とからなる進行波電極を伝搬する高周波電気信号の実効屈折率が高周波電気信号用相互作用光導波路3bを伝搬する光の等価屈折率に近くなるように、リッジ部8a、8bの高さHiは従来技術と同じ高さに設定されている。
一方、図14(b)からわかるように、DCバイアス用相互作用部IIIにおけるリッジ部8a´´、8b´´の高さHBは高周波電気信号用相互作用部Iのリッジ部8a、8bの高さHiよりも低く設定されている。つまり、
Hi > HB (2)
としている。
Hi > HB (2)
としている。
次に、この第3の従来技術の原理について説明する。図15には、図14におけるリッジ部8a´´、8b´´の高さHBを変数とした際のDCVπを左縦軸に、またリッジ部8a、8bの高さHiを変数とした際のRFVπを右縦軸にとったグラフを示す。図に示すように、DCVπが最小となるリッジ部8a´´、8b´´の高さHB,optと、RFVπが最小となるリッジ部8a、8bの高さHi,optとは値が異なり、(2)式が成り立っていることがわかる。
この第3の従来技術は、RFVπとDCVπとを独立に制御できるので光変調器を高性能化する上で重要な技術となる。しかしながら、DCバイアス用相互作用部IIIにおけるリッジ部8a´´、8b´´の高さHBを高周波電気信号用相互作用部Iのリッジ部8a、8bの高さHiよりも低くする必要があるために、製作工程がやや複雑となる。
つまり、DCバイアス用相互作用部IIIのリッジ部8a´´、8b´´と高周波電気信号用相互作用部Iのリッジ部8a、8bとを別々に形成する。あるいは、DCバイアス用相互作用部IIIのリッジ部8a´´、8b´´と高周波電気信号用相互作用部Iのリッジ部8a、8bとを同時にドライエッチングにより形成しつつ、DCバイアス用相互作用部IIIのリッジ部8a´´、8b´´の形成が終わった時点で一旦ドライエッチングを停止する。そして再度フォトレジスト工程によりDCバイアス用相互作用部IIIをレジストでカバーした後にドライエッチングを再開して、高周波電気信号用相互作用部Iのリッジ部8a、8bの高さHiがDCバイアス用相互作用部IIIにおけるリッジ部8a´´、8b´´の高さHBよりも高くなるようにドライエッチングを継続する。これにより、高周波電気信号用相互作用部Iのリッジ部8a、8bを完成させる。
以上のように、第2の従来技術では高周波電気信号用相互作用部のリッジ部の高さとDCバイアス用相互作用部のリッジ部の高さとを同じ高さに設定していたので、高周波電気信号の電圧とDCバイアス電圧とを同時に充分に低減することはできなかった。
また、高周波電気信号の電圧とDCバイアス電圧とを同時に充分に低減するために、高周波電気信号用相互作用部のリッジ部の高さとDCバイアス用相互作用部のリッジ部の高さを異ならしめる構造とした第3の従来技術においては、製作が複雑になるという問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な製作工程により高周波電気信号の電圧とDCバイアス電圧とを同時に充分に低減した光変調器を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための少なくとも2本の光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するバイアス電極とを有するバイアス分離型構造であり、前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号が印加されることにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備し、前記高周波電気信号用相互作用部と前記DCバイアス用相互作用部の両方について前記光導波路に沿って前記基板の一部を掘り下げて形成されたリッジ部を具備し、当該リッジ部がドライエッチング装置によって形成される光変調器において、前記DCバイアス用相互作用部にて、対向する前記バイアス電極の間に複数の前記リッジ部を有しており、各リッジ部はその側壁が前記ドライエッチング装置で定まる所定角度で傾斜して形成され、隣接するリッジ部間においてその側壁が鋭角で交差することを特徴としている。
本発明の請求項2に記載の光変調器は、請求項1に記載の光変調器において、前記前記DCバイアス用相互作用部における前記リッジ部の高さが、前記高周波電気信号用相互作用部における前記リッジ部の高さよりも低いことを特徴としている。
本発明の請求項3に記載の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための少なくとも2本の光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するバイアス電極とを有するバイアス分離型構造であり、前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号が印加されることにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備し、前記高周波電気信号用相互作用部についてのみ前記光導波路に沿って前記基板の一部を掘り下げて形成されたリッジ部を具備し、当該リッジ部がドライエッチング装置によって形成される光変調器において、対向する前記中心電極と前記接地電極との間に複数の前記リッジ部を有しており、各リッジ部はその側壁が前記ドライエッチング装置で定まる所定角度で傾斜して形成され、隣接するリッジ部間においてその側壁が鋭角で交差することを特徴としている。
本発明の請求項4に記載の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための少なくとも2本の光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極を有し、該進行波電極にDCバイアス電圧も印加するバイアス一体構造であり、前記高周波電気信号と前記光とが相互作用する領域の前記基板の一部を掘り下げて形成されたリッジ部を具備し、当該リッジ部がドライエッチング装置によって形成される光変調器において、対向する前記中心電極と前記接地電極との間に複数の前記リッジ部を有しており、各リッジ部はその側壁が前記ドライエッチング装置で定まる所定角度で傾斜して形成され、隣接するリッジ部間においてその側壁が鋭角で交差することを特徴としている。
本発明の請求項5に記載の光変調器は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光変調器において、前記基板がz−カットLN基板であることを特徴としている。
本発明に係る光変調器では、ドライエッチングにより形成される所定高さのリッジ部を、再現性良く形成することができる。
また、バイアス分離型構造の光変調器では、高周波電気信号用相互作用部のリッジ部とDCバイアス用相互作用部のリッジ部とを1回のドライエッチング工程により互いに異なる所定のリッジ部高さに形成でき、かつ電気力線にとってDCバイアス用相互作用部のリッジ部を高周波電気信号用相互作用部のリッジ部の高さよりも等価的に低く感じるように設定できる。これを換言すると、高周波電気信号用相互作用部とDCバイアス用相互作用部の各々におけるリッジ部の高さを独立に制御できると表現できる。よって、高周波電気信号の電圧(RFVπ)を充分低くした場合においても、同時にDCバイアス電圧(DCVπ)を充分に低減することが可能となるという優れた利点がある。さらに、本発明ではドライエッチングの際に再現性の良くとなるエッチング角度を利用しているので、エッチングの深さの再現性が極めて良く、製品の歩留まりを高くできるという特徴がある。
以下、本発明の実施形態について説明するが、図6から図15に示した従来技術と同一の符号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一の符号を持つ機能部の説明を省略する。
(実施形態)
図1は本発明における実施形態の上面図である。図1のB−B´線とE−E´線における断面図を各々図2(a)と(b)に示す。第2の従来技術や第3の従来技術と同様に、高周波電気信号用相互作用部IとDCバイアス用相互作用部IVとを備えるバイアス分離型の光変調器である。
図1は本発明における実施形態の上面図である。図1のB−B´線とE−E´線における断面図を各々図2(a)と(b)に示す。第2の従来技術や第3の従来技術と同様に、高周波電気信号用相互作用部IとDCバイアス用相互作用部IVとを備えるバイアス分離型の光変調器である。
高周波電気信号用相互作用部Iは、図2(a)からわかるように、第1の従来技術から第3の従来技術までと同様に、中心導体4a´と接地導体4b´、4c´とからなる進行波電極を伝搬する高周波電気信号の実効屈折率が高周波電気信号用相互作用光導波路3bを伝搬する光の等価屈折率に近くなるように、リッジ部8a、8bの高さHiは従来技術と同じ高さに設定されている。
一方、DCバイアス用相互作用部IVは、図2(b)に示すように、後述する工程によってバイアス電極が形成されたリッジ部間に複数個のリッジ部が形成され、そのリッジ部の高さはHB´´に設定されている。
次に、図3と図4により本発明の製造方法を、また図5により本発明の原理とその効果について説明する。
図3の工程は下記の通りである。
(a)不図示のフォトレジストをLN基板1の上面全体に塗布した後、フォトワークを行うことによりフォトレジストパターン102a〜102jを後述する条件で形成する。
(b)RIE(反応性イオンエッチング)により、フォトレジストパターン102a〜102jをマスクとしてイオンビーム101でLN基板1をエッチングする。ここで、図3(b)からわかるように30〜37は電極間に形成されたリッジ部である。
(c)フォトレジストパターン102a〜102jを除去するとリッジ部30〜37が形成されている。
(a)不図示のフォトレジストをLN基板1の上面全体に塗布した後、フォトワークを行うことによりフォトレジストパターン102a〜102jを後述する条件で形成する。
(b)RIE(反応性イオンエッチング)により、フォトレジストパターン102a〜102jをマスクとしてイオンビーム101でLN基板1をエッチングする。ここで、図3(b)からわかるように30〜37は電極間に形成されたリッジ部である。
(c)フォトレジストパターン102a〜102jを除去するとリッジ部30〜37が形成されている。
次に、本発明の原理について述べる。図4に図3(b)のVの領域について拡大した図を示す。102fと102gはフォトレジストパターン、200fと200gは各々リッジ部33と34の側壁、θはリッジ部の側壁33と34の傾斜角(エッチング角度とも言う)、HB´´はリッジ部33と34の高さ、101はフォトレジストパターン102fと102gをマスクとしてLN基板1をドライエッチングするイオンビームである。
イオンビーム101を用いてLN基板1をドライエッチングする際のリッジ部の側壁34、35のエッチング角度θはドライエッチングの装置に依存するが60度〜80度程度である(以下の議論では70度とする)。
例えば、フォトレジストパターン102fと102gの間のマスクギャップGmが5.8μm以下の場合には、側壁33、34の側壁は鋭角のまま交差し(図2(a)の凹部9aのような平坦な底面が形成されず)、リッジ部33と34の高さHB´´が8μmとなり、それ以上エッチングされない。つまり、リッジ部の高さHB´´がこれ以上高くならない。所望のリッジ部高さHB´´となるようにマスクギャップGmを設定すればよいので、製造の再現性、即ち特性の再現性が極めて良くなるという利点がある。
このように、異なる2つのリッジ部の側壁が鋭角で交差するようになっている。なお、本発明ではドライエッチング技術を用いているので、隣り合うリッジ部の交差点がやや丸みを帯びる(もしくは極僅か平坦になる)こともあるが、ここではこの状態を含めて「鋭角で交差する」と定義する。
図5は図1のDCバイアス用相互作用部IVにおけるリッジ部30〜37の高さHB´´を横軸にとり、縦軸にDCVπをとったグラフである。図からわかるように、リッジ部30〜37の高さHB´´にはDCVπが最小となる最適点HB,opt´´が存在することがわかる。そして、本発明ではリッジ部30〜37の高さHB´´を一定となるエッチング角度θにより制御しているので、これ以上エッチングが進まないため(HB´´が大きくならないため)、極めて再現性良くエッチングを制御できる。
なお、本発明ではリッジ部30〜37を存在させることで等価的に低いリッジ高さとしているので、高周波相互作用部におけるリッジの高さHiとバイアス相互作用部におけるリッジの高さHB´´との間に従来技術のような大小関係はないが、多くは、
Hi ≧ HB´´ (3)
の関係となる。
Hi ≧ HB´´ (3)
の関係となる。
(各実施形態)
以上の説明では、高周波電気信号用相互作用部とDCバイアス用相互作用部とを別々に備えるバイアス分離型の光変調器であり、かつ高周波電気信号用相互作用部とDCバイアス用相互作用部の両方にリッジ部を備える光変調器について説明したが、高周波電気信号用相互作用部にのみリッジ部を有し、DCバイアス用相互作用部にはリッジ部を有さないバイアス分離型の光変調器についても、高周波電気信号用相互作用部におけるリッジ部を所望の高さに形成するに際し、本発明を適用可能である。
以上の説明では、高周波電気信号用相互作用部とDCバイアス用相互作用部とを別々に備えるバイアス分離型の光変調器であり、かつ高周波電気信号用相互作用部とDCバイアス用相互作用部の両方にリッジ部を備える光変調器について説明したが、高周波電気信号用相互作用部にのみリッジ部を有し、DCバイアス用相互作用部にはリッジ部を有さないバイアス分離型の光変調器についても、高周波電気信号用相互作用部におけるリッジ部を所望の高さに形成するに際し、本発明を適用可能である。
さらには、図6に示したようなバイアス一体型の光変調器についても、本発明を適用可能である。
また、以上の説明においては各電極間にあるリッジ部の数を全て2つとして説明したが、これは1つの例であり、これに限るものではない。エッチング角度を利用して形成したリッジ部が電極間にある限りはその数は1つ以上であれば本発明に属するということができる。
分岐光導波路の例としてマッハツェンダ光導波路を用いたが、方向性結合器などその他の分岐合波型の光導波路にも本発明を適用可能であることは言うまでもない。また光導波路の形成法としてはTi熱拡散法の他に、プロトン交換法など光導波路の各種形成法を適用できるし、バッファ層としてAl2O3等のSiO2以外の各種材料も適用できる。
また、本発明はDCバイアス用相互作用部の電極構造に依存せず、CPW構造や非対称コプレーナストリップ(ACPS)構造、あるいは対称コプレーナストリップ(CPS)構造など、各種の電極構造について成り立つことはいうまでもない。
なお、本発明においては光導波路を形成した2つのリッジ部の間に新たにリッジ部を設けるものである。そのため、光導波路を形成したリッジ部間の基板表面での距離が長くなっている。これにより、基板表面方向の抵抗が増したことになり、DCドリフトが小さくなるという利点もある。
1:z−カットLN基板(LN基板)
2:SiO2バッファ層(バッファ層)
3:マッハツェンダ光導波路(光導波路)
3a、3b:マッハツェンダ光導波路を構成する相互作用光導波路
4:進行波電極
4a、4a´:中心導体
4b、4b´、4c、4c´:接地導体
5:Si導電層
6:高周波電気信号給電線
7:高周波電気信号出力線
8a、8a´、8a´´、8b、8b´、8b´´、8c、8d、8e、30、31、32、33、34、35、36、37:リッジ部
9a、9a´、9a´´、9b、9b´、9b´´、9c、9c´、9c´´:凹部
11a、11b:DCバイアス電極
100a、100b、100c、100d、102a、102b、102c、102d、102f、102g、102h、102i、102j:フォトレジストパターン
101:イオンビーム
200f、200g:側壁
I:高周波電気信号用相互作用部
II、III、IV:DCバイアス用相互作用部
V:リッジ部34、35の部分拡大図
Hi:高周波電気信号用相互作用部におけるリッジ部の高さ
HB、HB´、HB´´:DCバイアス用相互作用部におけるリッジ部の高さ
2:SiO2バッファ層(バッファ層)
3:マッハツェンダ光導波路(光導波路)
3a、3b:マッハツェンダ光導波路を構成する相互作用光導波路
4:進行波電極
4a、4a´:中心導体
4b、4b´、4c、4c´:接地導体
5:Si導電層
6:高周波電気信号給電線
7:高周波電気信号出力線
8a、8a´、8a´´、8b、8b´、8b´´、8c、8d、8e、30、31、32、33、34、35、36、37:リッジ部
9a、9a´、9a´´、9b、9b´、9b´´、9c、9c´、9c´´:凹部
11a、11b:DCバイアス電極
100a、100b、100c、100d、102a、102b、102c、102d、102f、102g、102h、102i、102j:フォトレジストパターン
101:イオンビーム
200f、200g:側壁
I:高周波電気信号用相互作用部
II、III、IV:DCバイアス用相互作用部
V:リッジ部34、35の部分拡大図
Hi:高周波電気信号用相互作用部におけるリッジ部の高さ
HB、HB´、HB´´:DCバイアス用相互作用部におけるリッジ部の高さ
Claims (5)
- 電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための少なくとも2本の光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するバイアス電極とを有するバイアス分離型構造であり、
前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号が印加されることにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備し、
前記高周波電気信号用相互作用部と前記DCバイアス用相互作用部の両方について前記光導波路に沿って前記基板の一部を掘り下げて形成されたリッジ部を具備し、当該リッジ部がドライエッチング装置によって形成される光変調器において、
前記DCバイアス用相互作用部にて、対向する前記バイアス電極の間に複数の前記リッジ部を有しており、各リッジ部はその側壁が前記ドライエッチング装置で定まる所定角度で傾斜して形成され、隣接するリッジ部間においてその側壁が鋭角で交差することを特徴とする光変調器。 - 前記前記DCバイアス用相互作用部における前記リッジ部の高さが、前記高周波電気信号用相互作用部における前記リッジ部の高さよりも低いことを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
- 電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための少なくとも2本の光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するバイアス電極とを有するバイアス分離型構造であり、
前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号が印加されることにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備し、
前記高周波電気信号用相互作用部についてのみ前記光導波路に沿って前記基板の一部を掘り下げて形成されたリッジ部を具備し、当該リッジ部がドライエッチング装置によって形成される光変調器において、
対向する前記中心電極と前記接地電極との間に複数の前記リッジ部を有しており、各リッジ部はその側壁が前記ドライエッチング装置で定まる所定角度で傾斜して形成され、隣接するリッジ部間においてその側壁が鋭角で交差することを特徴とする光変調器。 - 電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための少なくとも2本の光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極を有し、該進行波電極にDCバイアス電圧も印加するバイアス一体構造であり、前記高周波電気信号と前記光とが相互作用する領域の前記基板の一部を掘り下げて形成されたリッジ部を具備し、当該リッジ部がドライエッチング装置によって形成される光変調器において、
対向する前記中心電極と前記接地電極との間に複数の前記リッジ部を有しており、各リッジ部はその側壁が前記ドライエッチング装置で定まる所定角度で傾斜して形成され、隣接するリッジ部間においてその側壁が鋭角で交差することを特徴とする光変調器。 - 前記基板がz−カットLN基板であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光変調器。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013030073A JP2014160131A (ja) | 2013-02-19 | 2013-02-19 | 光変調器 |
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JP2013030073A Pending JP2014160131A (ja) | 2013-02-19 | 2013-02-19 | 光変調器 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017161595A (ja) * | 2016-03-07 | 2017-09-14 | 住友大阪セメント株式会社 | 導波路型光素子 |
WO2019069815A1 (ja) * | 2017-10-02 | 2019-04-11 | Tdk株式会社 | 光変調器 |
-
2013
- 2013-02-19 JP JP2013030073A patent/JP2014160131A/ja active Pending
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JP2017161595A (ja) * | 2016-03-07 | 2017-09-14 | 住友大阪セメント株式会社 | 導波路型光素子 |
WO2019069815A1 (ja) * | 2017-10-02 | 2019-04-11 | Tdk株式会社 | 光変調器 |
JPWO2019069815A1 (ja) * | 2017-10-02 | 2020-10-22 | Tdk株式会社 | 光変調器 |
JP7131565B2 (ja) | 2017-10-02 | 2022-09-06 | Tdk株式会社 | 光変調器 |
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