JP4137983B1 - 光変調器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電気光学効果を有する基板12と、基板に形成された光を導波するための光導波路3と、基板の一方の面側に形成され、光の位相を変調する高周波電気信号を印加するための中心導体4a及び接地導体4bからなる電極4とを有し、電極に高周波電気信号を印加することにより光の位相を変調する相互作用部3a、3bと、基板を固定する固定部20と、少なくとも外部回路から相互作用部に高周波電気信号を印加するための入力用フィードスルー部とを具備する光変調器において、基板は少なくとも一つの別体の基板13とともに固定部に並置されて固定されており、基板の厚みと別体の基板の厚みとから決定される誘電体共振の共振周波数が高周波電気信号の周波数よりも高くなるように、基板の厚みと別体の基板の厚みとを設定する。
【選択図】図1
Description
このLN光変調器にはz−カットLN基板を使用するタイプとx−カットLN基板(あるいはy−カットLN基板)を使用するタイプがある。ここでは、第1の従来技術としてz−カットLN基板と2つの接地導体を有し、基本モードの伝搬に有利なコプレーナウェーブガイド(CPW)進行波電極を使用したz−カットLN基板LN光変調器をとり上げ、その斜視図を図12に示す。図13は図12のA−A'線における断面図である。なお、以下の議論はx−カットLN基板やy−カットLN基板でも同様に成り立つ。
図16に示したように、z−カットLN光変調器のチップ11における横幅のサイズが大きいと1枚のウェーハ当たりにとれるz−カットLN光変調器のチップ11の数が少なくなってしまった。そこで、z−カットLN光変調器のチップ11の横幅を狭くした第2の従来技術を図21に示す。こうすることにより、1枚のウェーハ当たりに数多くのチップ11を得ることができ、プロセスにおける生産性が著しく向上する。このように、生産性の観点からはz−カットLN光変調器のチップ11の横幅を狭くすることは大変望ましい。
fc = c0/(2n・d) (1)
で与えられるとのことである。ここで、c0は真空中の光速、nは高周波電気信号の等価屈折率、そして重要な物理量であるdは図22に示す横断面図において最も長くなる長さ(通常は、対角線の長さ)である。
さらに誘電体からなる別体の基板を前記基板の前記入力用フィードスルー部が形成された側に並置して有しており、前記別体の基板には中心導体および接地導体からなる電極パターンが形成され、前記基板に形成された前記中心導体および前記接地導体にそれぞれ電気的に接続されており、かつ、前記別体の基板の、前記基板に接する側とは反対側の端面における前記中心導体から前記高周波電気信号が入力されるようになっており、前記基板の幅と前記別体の基板の幅との和が、前記基板もしくは前記別体の基板の少なくとも一方の厚みの約1.4倍以上あり、前記基板は少なくとも一つの前記別体の基板とともに前記固定部に接着固定されており、前記別体の基板が無い場合と比較して、前記基板の前記固定部への接着強度が大きいことを特徴とする。
本発明では、LN光変調器としてのエンジンの部分に高価なオプティカルグレードのz−カットLN基板をその横幅が狭い形状で使用し、機械的な強度は安価な例えばSAWグレードLN基板を併用することにより確保する。なお、オプティカルグレードのLN基板とSAWグレードLN基板の比誘電率は互いにほぼ等しい。そのため、後で詳しく議論するように、本発明のようにオプティカルグレードのLN基板と、それとは別体のSAWグレードLN基板を横方向に並べて(即ち、並置して)用いると、電磁界的にはオプティカルグレードの一体のLN基板と見なすことができる。
fc = (c0/2)・{(mx/(nx・Lx)) 2+(my/(ny・Ly))2+(mz/(nz・Lz))2}1/2 (2)
また、一体のLN基板15の上面には金属があり、下面の下方には充分に深い空隙があるとすると
fc = (c0/2)・{(mx/(nx・Lx)) 2+(my/(ny・Ly))2+((mz−1/2)/(nz・Lz))2}1/2 (3)
となる。
Lz<<Ly、Lx (4)
と仮定すると、(2)式と(3)式は各々
fc = (c0/2)・mz/(nz・Lz) (5)
fc = (c0/2)・(mz−1/2)/(nz・Lz) (6)
と表現でき、一体のLN基板15の最も短くなる辺の長さ(ここでは、LN基板の厚みLz)により周波数ディップfcが決定できる。
図4に、本発明の第2の実施形態を示す。この第2の実施形態の基本構造は図1に示した第1の実施形態と同様であるが、例えばAuなどの金属からなる電極16をSAWグレードLN基板13に形成している。そして、電極16は不図示のAuワイヤや不図示の導電性を有する接着剤などにより不図示の金属筐体にアースするか、あるいは図4のように接地導体4bとAuワイヤ17a、17b、17cにより電気的に接続しても良いし、さらには接地導体4bとAuワイヤ17a、17b、17cにより電気的に接続した後、電極16を不図示の金属筐体にアースしても良い。ここで、金属筐体にアースしたのは、この実施形態ではSAWグレードLN基板13としてz−カットLN基板を用いたので、焦電効果について配慮したためである。なお、Auワイヤ17a、17b、17cはそのうちの1本のみを使用しても良く、このことは本発明のその他の実施形態についても言える。
一般的に光導波路へ光を入出力する単一モード光ファイバの位置はほぼ決まっているので、LN変調器モジュールのパッケージである金属筐体の中においてz−カットLN基板の幅方向の位置もほぼ決まっている。そのため、LN変調器チップであるz−カットLN基板の幅を狭くした場合にはマイクロ波コネクタの芯線がLN変調器チップに届かない、あるいはマイクロ波コネクタの芯線が長くなりすぎて電気的反射を生じてしまうなどの不具合が生じる可能性がある。
図6に本発明の第4の実施形態を示す。この第4の実施形態ではSAWグレードLN基板からなる第1の別体の基板13’’と、同じくSAWグレードLN基板からなる第2の別体の基板13’’’の2つの別体の基板を使用する。ここで、z−カットLN基板12と第1の別体の基板13’’との接触面を14’’、z−カットLN基板12と第2の別体の基板13’’’との接触面を14’’’とする。第1の別体の基板13’’に形成した電極パターン16’はAuワイヤ25a、25b、25cによりz−カットLN基板の進行波電極4の接地導体4bと電気的に接続されている。第2の別体の基板13’’’には中心導体21a、21a’、接地導体21b、21b’、21cからなる電極パターンを形成し、不図示のマイクロ波コネクタの芯線を中心導体21a、21a’に、また接地導体21b、21b’、21cを不図示の金属筐体に接続する。第2の別体の基板13’’’に形成した電極パターンはAuワイヤ22a、22b、22c、22d、22eによりz−カットLN基板12の進行波電極4と電気的に接続されている。
図7に本発明における第5の実施形態の斜視図を示す。説明を簡単にするために、進行波電極を省略している。また、光導波路もz−カットLN基板12の端面にのみ3として示している。図7のC−C´における断面図を図8に示す。33はSAWグレードLN基板からなる別体の基板、30は厚みGの接着剤層である。なお、通常、z−カットLN基板12と別体の基板33をほぼ完全には密着させないときにも接着剤層30の厚みは約5〜10μm程度と薄いが、この第5の実施形態は30〜50μm程度さらには100μmと厚い場合についても含んでいる。
以上においては、進行波電極としてはCPW電極を例にとり説明したが、非対称コプレーナストリップ(ACPS)や対称コプレーナストリップ(CPS)などの各種進行波電極、あるいは集中定数型の電極でも良いことは言うまでもない。また、光導波路としてはマッハツェンダ型光導波路の他に、方向性結合器や直線など、その他の光導波路でも良いことは言うまでもない。
2:SiO2バッファ層(バッファ層)
3:光導波路
3a、3b:相互作用光導波路(光導波路、相互作用部)
4:進行波電極(電極)
4a:中心導体
4b、4c:接地導体
5:金属筐体
6a、6b:マイクロ波コネクタの芯線
7a、7b:マイクロ波コネクタの芯線の周囲にある空洞
8:金属のふた
10:LNウェーハ
11:LN光変調器のチップ
13、13’、33:SAWグレードLN基板(別体の基板)
13’’:SAWグレードLN基板(第1の別体の基板)
13’’’:SAWグレードLN基板(第2の別体の基板)
14、14’、14’’、14’’’:接触面
15:一体のLN基板
16:電極
16’:電極パターン
17a、17b、17c、19a、19b、19c、19d、19e、22a、22b、22c、22d、22e、25a、25b、25c:Auワイヤ
18a、18a’、21a、21a’:中心導体
18b、18b’、18c、21b、21b’、21c:接地導体
20:台座(固定部)
30:接着剤層
31:空気層
Claims (9)
- 筐体内に、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光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光の位相を変調する高周波電気信号を印加するための中心導体及び接地導体からなる進行波電極とを有し、
前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調する相互作用部と、前記基板を前記筐体に固定する固定部と、少なくとも外部回路から前記相互作用部に前記高周波電気信号を印加するための入力用フィードスルー部とを具備する光変調器において、
さらに誘電体からなる別体の基板を前記基板の前記入力用フィードスルー部が形成された側に並置して有しており、
前記別体の基板には中心導体および接地導体からなる電極パターンが形成され、前記基板に形成された前記中心導体および前記接地導体にそれぞれ電気的に接続されており、かつ、前記別体の基板の、前記基板に接する側とは反対側の端面における前記中心導体から前記高周波電気信号が入力されるようになっており、
前記基板の厚みと前記別体の基板の厚みとから決定される誘電体共振の共振周波数が前記高周波電気信号の周波数よりも高くなるように、前記基板の前記厚みと前記別体の基板の前記厚みとを設定し、また、前記基板は少なくとも一つの前記別体の基板とともに前記固定部に接着固定されており、前記別体の基板が無い場合と比較して、前記基板の前記固定部への接着強度が大きいことを特徴とする光変調器。 - 前記基板の厚みと前記別体の基板の厚みをLz、前記誘電体共振の共振周波数をfc、前記基板と前記別体の基板の厚み方向の共振の次数をmz、前記高周波電気信号の前記基板における厚み方向の等価屈折率をnz、真空中の光速をcoとするとき、前記誘電体共振の共振周波数に対して前記基板の厚みと前記別体の基板の厚みが、
fc = (c0/2)・mz/(nz・Lz)
によって定まることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。 - 筐体内に、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光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光の位相を変調する高周波電気信号を印加するための中心導体及び接地導体からなる進行波電極とを有し、
前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調する相互作用部と、前記基板を前記筐体に固定する固定部と、少なくとも外部回路から前記相互作用部に前記高周波電気信号を印加するための入力用フィードスルー部とを具備する光変調器において、
さらに誘電体からなる別体の基板を前記基板の前記入力用フィードスルー部が形成された側に並置して有しており、
前記別体の基板には中心導体および接地導体からなる電極パターンが形成され、前記基板に形成された前記中心導体および前記接地導体にそれぞれ電気的に接続されており、かつ、前記別体の基板の、前記基板に接する側とは反対側の端面における前記中心導体から前記高周波電気信号が入力されるようになっており、
前記基板の厚みとその厚み方向における前記高周波電気信号の等価屈折率との積、もしくは前記別体の基板の厚みとその厚み方向における前記高周波電気信号の等価屈折率との積の少なくとも一方が0.4mmより大きく、かつ15mmよりも小さくなるように、前記基板の前記厚みと前記別体の基板の前記厚みとを設定し、
前記基板は少なくとも一つの前記別体の基板とともに前記固定部に接着固定されており、前記別体の基板が無い場合と比較して、前記基板の前記固定部への接着強度が大きいことを特徴とする光変調器。 - 筐体内に、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光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光の位相を変調する高周波電気信号を印加するための中心導体及び接地導体からなる進行波電極とを有し、
前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調する相互作用部と、前記基板を前記筐体に固定する固定部と、少なくとも外部回路から前記相互作用部に前記高周波電気信号を印加するための入力用フィードスルー部とを具備する光変調器において、
さらに誘電体からなる別体の基板を前記基板の前記入力用フィードスルー部が形成された側に並置して有しており、
前記別体の基板には中心導体および接地導体からなる電極パターンが形成され、前記基板に形成された前記中心導体および前記接地導体にそれぞれ電気的に接続されており、かつ、前記別体の基板の、前記基板に接する側とは反対側の端面における前記中心導体から前記高周波電気信号が入力されるようになっており、
前記基板の幅と前記別体の基板の幅との和が、前記基板もしくは前記別体の基板の少なくとも一方の厚みの約1.4倍以上あり、
前記基板は少なくとも一つの前記別体の基板とともに前記固定部に接着固定されており、前記別体の基板が無い場合と比較して、前記基板の前記固定部への接着強度が大きいことを特徴とする光変調器。 - 前記別体の基板が前記基板と同じ材料の誘電体からなることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の光変調器。
- 前記別体の基板が前記基板と異なる材料の誘電体からなることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の光変調器。
- 前記基板がオプティカルグレードのリチウムナイオベート基板でなり、前記別体の基板がSAWグレードのリチウムナイオベート基板でなることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の光変調器。
- 前記基板および前記別体の基板がそれぞれオプティカルグレードのリチウムナイオベート基板でなることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の光変調器。
- 前記基板の側面と前記別体の基板の側面との少なくとも一部が接着手段により互いに固定されていることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の光変調器。
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