JP4112111B2 - 光導波路素子 - Google Patents
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Description
本発明は光導波路素子に関し、さらに詳しくは、光情報伝送、特にアナログ光伝送に用いられる光変調器、または電界センサなどに好適に用いることのできる光導波路素子に関する。
【0001】
【従来の技術】
ケーブルテレビ及びアンテナリモートなどのアナログ情報を光に載せ、光ファイバによって分配・伝送するシステムが実用化されている。これらのうち長距離間伝送システムでは、光ファイバの低損失性や光ファイバ増幅器を利用できるという観点から、1.5μm波長帯が用いられる。しかし、1.5μm波長帯伝送システムでは、光ファイバの分散が問題となるため、チャープの小さい外部変調器が必要とされている。
【0002】
この外部変調器としては、ニオブ酸リチウム(LiNbO3 :以下、LNと略す場合がある)あるいはタンタル酸リチウム(LiTaO3 :以下、LTと略す場合がある)などの強誘電体からなる基板の表面に、光導波路を形成した光強度変調器が用いられている。
また、アナログ伝送システム、例えば、ケーブルテレビ光システムでは、40MHzから860MHzの帯域が用いられ、その帯域内で変調器の応答特性が、リップルを生ずることなく平坦な特性を有することが重要となる。
【0003】
図1に上記光強度変調器の一例を示す。図1では、基板上に形成されたバッファ層を省略して描いている。
図1に示す光強度変調器10は、LNなどの強誘電体からなる基板1と、この基板の主面1Aに、チタンの熱拡散又は安息香酸などの酸中で熱処理することにより形成したマッハツエンダー型の光導波路2と、信号電極6及び第1の接地電極7−1及び第2の接地電極7−2とを具える。そして、光導波路2は入力光導波路3と、2本の分岐光導波路4−1及び4−2と、出力光導波路5とから構成されている。
信号電極6と第1の接地電極7−1又は信号電極6と第2の接地電極7−2に外部電源8から逆位相の高速パルス状の変調信号が印加される。一方、入力光導波路3に入力した光波は分岐部2Aにおいて分岐光導波路4−1及び4−2に等しい割合で分岐する。そして、この分岐光導波路4−1及び4−2を導波する光波は、前記変調信号によってそれぞれ逆位相の変調を受ける。このため、これらの光波が結合部2Bにおいて合波すると、それぞれの光波の位相変化に対応して強度変調を受ける。
信号電極6に対して第1の接地電極7−1及び第2の接地電極7−2はそれぞれ対称な位置に形成され、コプレナー型の電極構成を呈している。
【0004】
図2は、図1に示す光強度変調器10をI−I線に沿って切った断面図を示したものである。基板1と信号電極6及び第1の接地電極7−1及び第2の接地電極7−2との間には、分岐光導波路4−1及び4−2を導波する光波のエバネッセント成分が信号電極6及び第1の接地電極7−1及び第2の接地電極7−2で吸収されるのを防止するために、酸化シリコン(SiO2 )などからなるバッファ層9を設けている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
光強度変調器10における基板1を構成しているニオブ酸リチウムは、強誘電体であるとともに圧電体でもある。図1及び2に示すような光強度変調器10における信号電極6及び第1の接地電極7−1及び第2の接地電極7−2は、弾性表面波発生に用いられる櫛形電極の電極対を一対とした場合に相当する。したがって、高速パルス状の変調信号が信号電極6及び第1の接地電極7−1又は第2の接地電極7−2間に印加されると、電気・機械結合により広い帯域の様々な音波を発生する。
このような音波の内、特定の周波数にあるものは光強度変調器10内において共振状態となり、光強度変調器10の応答特性において多数のリップルを生じるため、特性上大きな問題となっていた。
【0006】
かかる問題を解決すべく特開平7−128623号公報には、基板の厚さ又は幅を不均一にして音波の共振を防止することが開示されている。また、特開平9−211404号公報には、基板の裏面に凹凸加工を施して音波の共振を防止することが開示されている。さらに、特開平9−251146号公報には、基板の底面に音波吸収体を設けたりすることによって音波の共振を防止することが開示されている。
これらの方法は、発生する音波の内、基板内部を伝搬するいわゆる弾性バルク波に対しては効果を有する。しかしながら、基板表面に局在し、光導波路2を横切って伝搬することにより応答特性劣化の最大の原因となる、いわゆる弾性表面波に対してはほとんど効果を示さない。したがって、上記方法では応答特性の改善は十分ではなかった。
【0007】
また、特表平7−503797号公報では、分岐した2つの光導波路の間隔を変化させることによって音波の弾性表面波による共振を防止する方法が開示されている。しかしながら、この方法による弾性表面波の共振防止は十分なものではなかった。
【0008】
本発明は、信号電極及び接地電極間に高パルス状の変調信号を印加した場合においても、発生する音波の共振を防止してリップルの発生を抑制し、光導波路素子に対して優れた応答特性を有する光導波路素子を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電気光学効果及び圧電効果を有する基板と、この基板の主面に形成された光導波路と、この光導波路中を導波する光波を制御するための信号電極及び接地電極とを具えた光導波路素子であって、前記信号電極の少なくとも一つの側面と前記接地電極の少なくとも一つの側面との間隔を、前記光波の導波方向に沿って変化させるとともに、前記間隔の最大間隔と最小間隔との差が、前記信号電極と前記接地電極との間に印加される変調信号の最低周波数により励起される弾性表面波の波長の1/2以上であることを特徴とする、光導波路素子である。
より好ましくは、電気光学効果及び圧電効果を有する基板と、この基板の主面に形成された光導波路と、この光導波路中を導波する光波を制御するための信号電極及び接地電極とを具えた光導波路素子であって、前記信号電極の少なくとも一つの側面と、該側面に対向する接地電極の前記信号電極と対向する側と反対側の側面との間隔を、前記光波の導波方向に沿って変化させるとともに、前記間隔の最大間隔と最小間隔との差が、前記信号電極と前記接地電極との間に印加される変調信号の最低周波数により励起される弾性表面波の波長の1/2以上であることを特徴とする。
【0010】
本発明者らは、高パルス状の変調信号を信号電極及び接地電極間に印加した際に発生する音波、なかでも弾性表面波の共振を防止すべく鋭意検討を続けた。そして、弾性表面波の共振メカニズムを種々考察し、このような考察によって導かれた共振メカニズムに対して、弾性表面波の共振を防止すべく数多くの手段を試みた。
その結果、以下に示す共振メカニズムを考察し、この考察に対する具体的な手段を試みたところ、驚くべきことに弾性表面波の共振を効果的に防止できることを見いだしたものである。以下、図2を用いて考察した本共振メカニズムについて説明する。
【0011】
基板1上に、例えば信号電極6及び第1の接地電極7−1及び第2の接地電極7−2を形成すると、これらの荷重によって、基板1の前記電極が形成された部分A2、A4、及びA6の密度が、前記電極が形成されていない部分A1、A3、A5、及びA7の密度と異なってくる。したがって、前記電極が形成された部分A2などの音響インピーダンスと前記電極が形成されない部分A1などの音響インピーダンスが異なってくる。
したがって、高パルス状の変調信号を印加した際に発生する弾性表面波が、例えば電極が形成された部分A2と電極が形成されない部分A1との境界面B1で反射される。そして、このようにして反射された弾性表面波が、例えば、電極が形成された部分A4と電極が形成されていない部分A5との境界面B4で反射される。この結果、境界面B1及びB4での反射が連続して生じた場合、境界面B1及びB4間において弾性表面波の共振が発生する。
このようにして発生した弾性表面波は、基板1の表面部分に局在するとともに分岐光導波路4−1を横断して存在する。したがって、分岐光導波路4−1を導波する光波に対して作用し、光導波路素子の応答特性に重大な影響を及ぼすものである。
【0012】
図3は、本発明の光導波路素子の一例を示す平面図である。図4は、図3に
示す光導波路素子20をII−II線に沿って切った断面を示すものである。図3においては、本発明の特徴のみを明確にすべく、光導波路と信号電極及び接地電極との位置関係及び形態のみを示している。また、バッファ層についても記載を省略している。
図3に示す光導波路素子20は、電気光学効果と共に圧電効果を有するLNなどからなる基板21と、Y型合波部が方向性結合器型を呈するマッハツエンダー型の光導波路22と、信号電極26及び第1の接地電極27−1及び第2の接地電極27−2を具えている。
また信号電極26は、2本の分岐光導波路24−1及び24−2の間に位置し、第1の接地電極27−1及び第2の接地電極27−2は、分岐光導波路24−1及び24−2を挟んで信号電極26と対向するように位置している。
信号電極26に対して第1の接地電極27−1及び第2の接地電極27−2はそれぞれ対称な位置に形成され、コプレナー型の電極構成を呈している。
【0013】
そして、信号電極26の電極幅を光波の導波方向Pに沿って変化させ、導波方向に沿って電極幅が広くなるように形成している。また、第1の接地電極27−1及び第2の接地電極27−2の電極幅を光波の導波方向Pに沿って変化させ、導波方向に沿って電極幅が狭くなるように形成している。
これによって、信号電極26の側面26Aと第1の接地電極27−1の側面27−1Aとの間隔、並びに第2の接地電極27−2の側面27−2A及び27−2Bとの間隔を、導波方向Pに沿って変化させている。同様に、信号電極26の側面26Bと第2の接地電極27−2の側面27−2Bとの間隔、並びに第1の接地電極27−1の側面27−1A及び27−1Bとの間隔を、導波方向Pに沿って変化させている。
【0014】
すると、例えば、電極が形成された部分C2と電極が形成されていない部分C1との境界面D1と、電極が形成されていない部分C3と電極が形成された部分C4との境界面D3との間で反射が生じたとしても、境界面D1とD3との間隔W13は光波の導波方向Pの各位置において異なるため、表面波の境界面D1とD3との反射条件は導波方向Pの各位置において異なる。したがって、境界面D1とD3との間での弾性表面波の共振を防止することができる。
【0015】
また、図3に示す光導波路素子20は、信号電極26の側面26Aと第1の接地電極27−1の側面27−1Aとの最大間隔δmax1及び最小間隔δmin1との差、並びに信号電極26の側面26Bと第2の接地電極27−2の側面27−2Bとの最大間隔δmax2及び最小間隔δmin2との差を、信号電極26と第1の接地電極27−1及び第2の接地電極27−2との間に印加する変調信号の最低周波数により励起される弾性表面波の波長の1/2以上になるように設定している。
これによって、信号電極26と第1の接地電極27−1などの間に印加される変調信号の周波数によって励起される、いかなる波長の弾性表面波の共振及びこの弾性表面波による光波への影響を低減することができる。
【0016】
以下に推察される原因について説明する。
図5は、信号電極26の側面26Bで形成される基板21中の境界面D4と、第2の接地電極27−2の側面27−2Bで形成される基板21中の境界面D6との間における弾性表面波の共振を説明するための概念図である。
例えば、境界面D6が境界面D4と平行である場合(境界面D6に代えて境界面D6−1を有する場合において)、この境界面D4とD6―1との間に、変調信号の最低周波数によって励起された波長λmaxの弾性表面波Qが発生し共振しているとする。
この弾性表面波Qは、実際には境界面D6−1において反射されるが、仮に境界面D6−1において反射されないで振動するとすると、破線に示すような曲線を描く。そして、図5に示すX1〜X4において、1波長すなわち1周期分振動したことになる。
【0017】
したがって、仮に、境界面D4及びD6−1間における弾性表面波の共振を防止するために、図3に示す第2の接地電極27−2の電極幅を光波の導波方向Pに対して狭くし、第2の接地電極27−2の側面27−2Bによって基板21内に境界面D6−2が形成された場合を考える。
するとこの場合、信号電極26の側面26Bと第2の接地電極27−2の側面27−2Bとの最大間隔と最小間隔との差が上記弾性表面波の波長λmaxの1/2より小さいため、弾性表面波Qは光波の導波方向において1周期分振動していないことになる。このような弾性表面波は共振状態ではないが、このような弾性表面波が発生している領域を光波が導波すると、この光波は導波方向において、境界面D4及びD6−2間の各々で発生するこれら弾性表面波総ての影響を受ける。この影響は境界面D4及びD6−2間の各々で発生する弾性表面波が積分された形で現れる。
したがって、この場合においては、導波方向Pにおいて弾性表面波Qの同相成分Q1が逆相成分Q2によって完全に打ち消されることがないため、この間を導波する光波に対して弾性表面波Qの同相成分の影響が強く出現する。
【0018】
これに対し、本発明にしたがって信号電極26の側面26Bと第2の接地電極27−2の側面27−2Bとの最大間隔と最小間隔との差が上記弾性表面波の波長λmaxの1/2以上となるようにし、基板21内に境界面D6を形成すると、弾性表面波Qは境界面D4及びD6間において1周期分以上振動することになる。したがって、この間を導波する光波を考えた場合、弾性表面波Qの同相成分Q1は逆相成分Q2によってほとんどキャンセルされる。このため弾性表面波Qの影響は極めて小さくなる。
【0019】
また、以上のように変調信号の最低周波数により励起される弾性表面波Qを考慮することにより、前記最低周波数よりも高い周波数を有する変調信号により励起された弾性表面波は、その波長が弾性表面波Qの波長よりも総て短くなる。したがって、例えば、前記のように信号電極26の側面26Bと第2の接地電極27−2の側面27−2Bとの最大間隔と最小間隔との差を弾性表面波Qの波長λmaxの1/2以上となるようにしておけば、弾性表面波Qよりも高い周波数の変調信号により励起された弾性表面波は、基板21内に形成された境界面D4及びD6間において、常に1波長分以上振動していることになる。このため、これら弾性表面波の同相成分と逆相成分とは常にキャンセルされることになり、前記弾性表面波Qの場合と同様に光波への影響が極めて小さくなる。
【0020】
本発明によれば、弾性表面波の共振を効果的に防止することができるので、弾性表面波の光波への影響を防止することができる。このため、周波数に対する応答性の平坦な、周波数特性に優れた光導波路素子を得ることができる。
【0021】
なお、特表平7−503797号公報では、弾性表面波の共振を防止するために光導波路の間隔に着目し、この間隔を連続的に変化させることによって弾性表面波の共振を防止している。
これに対して本発明は、弾性表面波の共振を防止するために信号電極と接地電極との間隔に着目し、この間隔を光波の導波方向に沿って変化させている。そしてさらに、前記間隔の最大値と最小値との差に着目し、この差を前記信号電極と前記接地電極との間に印加される変調信号の最低周波数により励起される弾性表面波の波長の1/2以上となるようにしている。この結果、本発明は弾性表面波の共振のみでなく、弾性表面波の同相成分による光波への影響をも防止している。
すなわち、特表平7−503797号公報に記載された発明と本発明とは技術的思想が全く異なるとともに、発明の構成においても全く異なり、格段に優れた効果を呈するものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。本発明の光導波路素子は、信号電極の少なくとも一つの側面と接地電極の少なくとも一つの側面との間隔を、光波の導波方向に沿って連続的に変化させることが必要である。そして、前記信号電極の少なくとも一つの側面と前記接地電極の少なくとも一つの側面との最大間隔と最小間隔との差が、前記信号電極と前記接地電極との間に印加される変調信号の最低周波数により励起される弾性表面波の波長の1/2以上であることが必要である。
より好ましくは、本発明の光導波路素子は、信号電極の少なくとも一つの側面と、該側面に対向する接地電極の前記信号電極と対向する側と反対側の側面との間隔を、前記光波の導波方向に沿って変化させるとともに、前記間隔の最大間隔と最小間隔との差が、前記信号電極と前記接地電極との間に印加される変調信号の最低周波数により励起される弾性表面波の波長の1/2以上であることが必要である。
【0023】
上述したように、図3に示す光導波路素子20では、信号電極26の電極幅を光波の導波方向Pにおいて連続的に広くなるように構成し、第1の接地電極27−1及び第2の接地電極27−2の電極幅を導波方向Pにおいて狭くなるようにしている。これによって、信号電極26の側面26A及び26Bと第1の接地電極27−1の側面27−1Aとの最大間隔及び最小間隔との差、並びに信号電極26の側面26A及び26Bと第2の接地電極27−2の側面27−2Bとの最大間隔及び最小間隔との差が、上記要件を満足するように設定している。
【0024】
図4に示すように信号電極26の側面26A及び26Bによって形成される境界面D3及びD4と、例えば第1の接地電極27−1の信号電極26の対向する側と反対側の側面27−1Aによって形成される境界面D1との間隔W13及びW14は、例えば、側面27−1Bによって形成される境界面D2と側面26Aによって形成される境界面D3との間隔W23などに比較して大きい。このため、境界面D3及びD4と境界面D1との間において、弾性表面波の共振発生の自由度が増大する。
したがって、図3に示すような電極構成を取ることにより、かかる部分での弾性表面波、特に、変調信号の最低周波数によって励起される弾性表面波の共振を低減することができる。
【0025】
さらに図3においては、信号電極26の側面26Aと第1の接地電極27−1の側面27−1Bとの間隔g1、及び信号電極26の側面26Bと第2の接地電極27−2の側面27−2Aとの間隔g2を、導波方向Pにおいて略一定に保っている。このように、信号電極及び接地電極の互いに対向する側の側面の間隔を略一定に保持することにより動作電圧を上げないという効果を得ることができる。
【0026】
図6は、本発明の光導波路素子の他の例を示す平面図である。図6においても、本発明の特徴のみを明確にすべく、光導波路と信号電極及び接地電極との位置関係及び形態のみを示している。また、バッファ層についても記載を省略している。
図6に示す光導波路素子30は、電気光学効果と共に圧電効果を有するLNなどからなる基板31と、マッハツエンダー型の光導波路32と、信号電極36及び第1の接地電極37−1、第2の接地電極37−2とを具えている。
また信号電極36は、2本の分岐光導波路34−1及び34−2の間に位置し、第1の接地電極37−1及び第2の接地電極37−2は、分岐光導波路34−1及び34−2を挟んで信号電極36と対向するように位置している。
信号電極36に対して第1の接地電極37−1及び第2の接地電極37−2はそれぞれ対称な位置に形成され、コプレナー型の電極構成を呈している。
【0027】
そして、信号電極36の電極幅を光波の導波方向Pに沿って変化させ、信号電極36の中心部36Cにおいて電極幅が最大となるようにしている。また、第1の接地電極37−1及び第2の接地電極37−2は、電極幅が一定であり、その中心部37−1C及び37−2Cにおいて折れ曲がった「くの字」状を呈している。
これによって、信号電極36の側面36Aと第2の接地電極37−2の側面37−2A及び37−2Bとの間隔、並びに信号電極36の側面36Bと第1の接地電極37−1の側面37−1A及び37−1Bとの間隔を、導波方向Pに沿って変化させている。そして、例えば側面36Aと側面37−2Aとの最大間隔δmax4及び最小間隔δmin4の差、並びに側面36Aと側面37−2Bとの最大間隔δmax5及びδmin5との差が、変調信号の最低周波数によって励起される弾性表面波の波長の1/2以上となるようにしている。
【0028】
また、上記最大間隔及び最小間隔の要件は、側面36Bと側面37−1A及び37−1Bに適用することもできるし、これら双方に対し同時に適用することもできる。
さらに、信号電極36の側面36Aと第1の接地電極37−1の側面37−1Bとの間隔g3、及び側面36Bと第2の接地電極37−2の側面37−2Aとの間隔g4は、導波方向Pにおいて略一定とすることもできる。これにより、動作電圧を上げないという効果を得ることができる。
【0029】
図7は、本発明の光導波路素子のさらに他の例を示す平面図である。
図7に示す光導波路素子40は、電気光学効果と共に圧電効果を有するLNなどからなる基板41と、マッハツエンダー型の光導波路42と、信号電極46及び第1の接地電極47−1、第2の接地電極47−2とを具えている。
また信号電極46は、2本の分岐光導波路44−1及び44−2の間に位置し、第1の接地電極47−1及び第2の接地電極47−2は、分岐光導波路44−1及び44−2を挟んで信号電極46と対向するように位置している。
信号電極46に対して第1の接地電極47−1及び第2の接地電極47−2はそれぞれ対称な位置に形成され、コプレナー型の電極構成を呈している。
【0030】
そして、信号電極46の電極幅を光波の導波方向Pに沿って変化させ、信号電極46の中心部において電極幅が最大となるようにしている。また、第1の接地電極47−1及び第2の接地電極47−2も導波方向Pに沿って変化させ、中心部で電極幅が最小となるようにしている。さらに、信号電極46及びいずれの接地電極においても、中心部に平坦部46C及び47−1C、47−2Cを形成している。この平坦部により導波路間の結合がスムースに行えるため、導波光の伝搬損失が少なくなるという効果を有する。
これによって、信号電極46の側面46Aと第2の接地電極47−2の側面47−2A及び47−2Bとの間隔、並びに信号電極46の側面46Bと第1の接地電極47−1の側面47−1A及び47−1Bとの間隔を、導波方向Pに沿って変化させている。そして、例えば側面46Aと側面47−2Bとの最大間隔δmax6及び最小間隔δmin6の差が、変調信号の最低周波数によって励起される弾性表面波の波長の1/2以上となるようにしている。
【0031】
また、上記最大間隔及び最小間隔の要件は、側面46Bと側面47−1Aに適用することもできるし、これら双方に対し同時に適用することもできる。
さらに、信号電極46の側面46Aと第1の接地電極47−1の側面47−1Bとの間隔、及び側面46Bと第2の接地電極47−2の側面47−2Aとの間隔は、導波方向Pにおいて略一定とすることもできる。これにより、動作電圧をあげないという効果を得ることができる。
【0032】
図3、6及び7では、光導波路をマッハツエンダー型に構成している。このような場合においては、例えば図4における第1の接地電極27−1及び第2の接地電極27−2が形成された部分の境界面D1とD5及びD1とD6、並びに境界面D2とD5及びD2とD6との間で弾性表面波の反射が生じる可能性がある。この境界面D1とD5の間隔W15及び境界面D1とD6の間隔W16は、信号電極26と第1の接地電極27−1によって形成される境界面D2とD3の間隔W23などに比べて極めて大きい。このため、このような境界面で共振する弾性表面波の波長の自由度が増加する。
【0033】
この場合において、例えば図3に示すような電極形態及び電極配置を採り、例えば、第1の接地電極27−1の側面27−1Aと第2の接地電極27−2の側面27−2Bとの間隔を導波方向Pに沿って変化させる。そしてさらに、それらの最大間隔δmax3及び最小間隔δmin3の差を、変調信号の最低周波数によって励起される弾性表面波の波長の1/2以上とすることにより、前記同様に境界面D1及びD6の間隔W16で発生する弾性表面波の共振及び光波への影響を著しく低減することができる。
これは境界面D1及びD5によって形成される間隔W15の場合においても同様である。
【0034】
また、図3、6及び7に示す光導波路素子は信号電極を単一の電極から構成しているが、光導波路素子の長手方向において2等分割したような2つの電極から構成することもできる。
さらに、図6においては第1の接地電極37−1及び第2の接地電極37−2の幅を一定にしているが、これらの電極幅は必ずしも一定にする必要はない。例えば、中心部37−1C及び37−2Cで電極幅が広くなるように形成してもよい。
【0035】
本発明の光導波路素子は、上記弾性表面波に加えて弾性バルク波の共振を防止するために、基板の長手方向の厚さ及び幅方向の厚さの少なくとも一方を不均一にすることもできる。具体的には、基板の厚さを長手方向及び幅方向の少なくとも一方に対し、連続的に変化させる。
また、光導波路、信号電極、及び接地電極が形成された基板の主面と反対側の裏面に、音波吸収体を設けることもできる。さらには、前記裏面に凹凸加工を施すこともできる。
【0036】
【実施例】
以下、実施例において本発明を具体的に説明する。
実施例
本実施例においては、図3及び4に示すような光導波路素子20を作製した。ニオブ酸リチウムのXカット板を基板21として用い、この基板上にフォトレジストによってマッハツエンダー型の光導波路パターンを作製した。次いで、このパターン上に蒸着法によってチタンを堆積させた。その後、基板全体を950〜1050℃で10〜20時間加熱することによって、前記チタンを基板21内部へ拡散し、Y型合波部が方向性結合器型のマッハツエンダー型の光導波路22を作製した。
次いで、基板21の主面21A上に酸化シリコンからなるバッファ層29を厚さ0.5〜1.5μmに形成した。その後、蒸着法とメッキ法を併用して金(Au)からなる信号電極26、第1の接地電極27−1及び第2の接地電極27−2を厚さ10〜20μmに形成した。
【0037】
また、各電極の長さL2は30mmで一定とし、第1の接地電極27−1及び第2の接地電極27−2の最大電極幅W3及び最小電極幅W4は、それぞれ226μm及び100μmで同一とした。さらに信号電極26の最大電極幅W6及び最小電極幅W5は、それぞれ100μm及び35μmとした。
以上のようにして作製した光導波路素子20に光ファイバを接続し、光導波路素子20の周波数応答特性を調べた。測定した結果を図8に示す。
【0038】
比較例
本比較例では、図1及び2に示すような光導波路素子10を作製した。
基板1は実施例と同様のものを使用し、光導波路2、信号電極6、第1の接地電極7−1、及び第2の接地電極7−2についても実施例と同様にして形成した。
各電極の長さL1は30mmで一定とした。また、信号電極6の電極幅W2を35μmで一定とし、第1の接地電極7−1及び第2の接地電極7−2の電極幅W1を200μmで一定とした。
このようにして作製した光導波路素子の周波数応答特性を調べたところ、図9に示すような結果が得られた。
【0039】
図8及び9を比較すると、本発明にしたがって作製した実施例における光導波路素子は、平坦な応答特性を示し、優れた応答特性を有することが分かる。
【0040】
以上、本発明について具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲においてあらゆる変形や変更が可能である。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光導波路素子は、圧電性を有する基板に起因して発生する音波、なかでも特に弾性表面波の共振を防止することができるとともに、弾性表面波の光波への影響を著しく低減することができる。この結果、周波数に対する応答性が平坦な、周波数応答特性に優れた光導波路素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の光導波路素子の一例を示す平面図である。
【図2】 図1に示す光導波路素子をI−I線に沿って切った断面図である。従来の導波路型光変調器の一例を示す断面図である。
【図3】 本発明の光導波路素子の一例を示す平面図である。
【図4】 図3に示す光導波路素子をII−II線に沿って切った断面図である。
【図5】 本発明の光導波路素子における弾性表面波の共振状態を説明するための概念図である。
【図6】 本発明の光導波路素子の他の例を示す平面図である。
【図7】 本発明の光導波路素子のさらに他の例を示す平面図である。
【図8】 本発明の光導波路素子における周波数応答特性の一例を示すグラフである。
【図9】 従来の光導波路素子における周波数応答特性の他の例を示すグラフである。
【符号の説明】
1、21、31、41 基板
2、22、32、42 光導波路
3 入力光導波路
4―1、4−2、24−1、24−2、34−1、34−2、44−1、44−2 分岐光導波路
5 出力光導波路
6、26、36、46 信号電極
7―1、27−1、37−1、47−1 第1の接地電極
7−2、27−2、37−2、47−2 第2の接地電極
8 外部電源
9、29 バッファ層
10 光強度変調器
20、30、40 光導波路素子
B1、B2、B3、B4、B5、B6、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D6−1、D6−2 電極が形成された部分と電極が形成されていない部分との境界面(表面波の反射面)
26A、26B、36A、36B、46A、46B 信号電極の側面
27−1A、27−1B、37−1A、37−1B、47−1A、47−1B第1の接地電極の側面
27−2A、27−2B、37−2A、37−2B、47−2A、47−2B第2の接地電極の側面
P 光波の導波方向
Q 弾性表面波
Q1 弾性表面波の同相成分
Q2 弾性表面波の逆相成分
δmax1 信号電極26の側面26Aと第1の接地電極27−1の側面27−1Aと最大間隔
δmax2 信号電極26の側面26Bと第2の接地電極27−2の側面27−2Bと最大間隔
δmax3 第1の接地電極27−1の側面27−1Aと第2の接地電極27−2の側面27−1Bとの最大間隔
δmax4 信号電極36の側面36Aと第2の接地電極37−2の側面37−2Aとの最大間隔
δmax5 信号電極36の側面36Aと第2の接地電極37−2の側面37−2Bとの最大間隔
δmin1 信号電極26の側面26Aと第1の接地電極27−1の側面27−1Aと最小間隔
δmin2 信号電極26の側面26Bと第2の接地電極27−2の側面27−2Bと最小間隔
δmin3 第1の接地電極27−1の側面27−1Aと第2の接地電極27−2の側面27−1Bとの最小間隔
δmin4 信号電極36の側面36Aと第2の接地電極37−2の側面37−2Aとの最小間隔
δmin5 信号電極36の側面36Aと第2の接地電極37−2の側面37−2Bとの最小間隔
Claims (5)
- 電気光学効果及び圧電効果を有する基板と、この基板の主面に形成された光導波路と、この光導波路中を導波する光波を制御するための信号電極及び接地電極とを具えた光導波路素子であって、
前記信号電極の少なくとも一つの側面と、該側面に対向する接地電極の前記信号電極と対向する側と反対側の側面との間隔を、前記光波の導波方向に沿って変化させるとともに、前記間隔の最大間隔と最小間隔との差が、前記信号電極と前記接地電極との間に印加される変調信号の最低周波数により励起される弾性表面波の波長の1/2以上であることを特徴とする、光導波路素子。 - 前記信号電極及び前記接地電極の互いに対向する側の側面の間隔が、光波の導波方向において略一定であることを特徴とする、請求項1に記載の光導波路素子。
- 前記光導波路はマッハツエンダー型光導波路であるとともに、前記信号電極は前記マッハツエンダー型光導波路の2本の分岐光導波路の間に設置し、前記接地電極は第1の接地電極と第2の接地電極とから構成され、前記第1の接地電極及び前記第2の接地電極は、前記分岐光導波路を挟んで前記信号電極と対向するようにそれぞれ設置したことを特徴とする、請求項1又は2のいずれか一に記載の光導波路素子。
- 前記第1の接地電極の少なくとも一つの側面と、前記第2の接地電極の少なくとも一つの側面との間隔を、前記光波の導波方向に沿って変化させるとともに、前記間隔の最大間隔及び最小間隔との差が、前記信号電極と前記第1の接地電極及び前記第2の接地電極との間に印加される変調信号の最低周波数により励起される弾性表面波の波長の1/2以上であることを特徴とする、請求項3に記載の光導波路素子。
- 前記第1の接地電極及び前記第2の接地電極の互いに対向する側と反対側の側面同士の間隔を、前記光波の導波方向に沿って変化させたことを特徴とする、請求項4に記載の光導波路素子。
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