JP4354464B2 - 光導波路素子 - Google Patents
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Description
光強度変調器20は、LNなどの強誘電体結晶である基板11と、この基板の主面21Aにチタンの熱拡散処理等によって形成したマッハツェンダー型の光導波路12と、信号電極13と、第1および第2接地電極14−1、14−2とを備える。光導波路12は入力導波路121と、2つの分岐光導波路122−1、122−2と、出力導波路123とから構成されている。
第一に、信号電極と接地電極との間隔を光導波路の伝搬方向に沿って変化させると、光導波路と電極との距離が伝搬方向の場所によって異なることとなり、光導波路に印加される電界も異なってしまう。そのため、光波に対する変調の度合いを光導波路全長にわたって最適にすることが不可能となり、その結果、全体としての変調効率(EO(光‐電気)変換効率)が劣化してしまうという問題がある。
なお、上に挙げた特許文献3には、速度整合を達成できると同時に光導波路へ電界を効果的に印加することもできる、信号電極下に薄い電界調整用電極を設けた光変調器が開示されているが、音響波によって生じる上述した特性劣化を回避することが可能な構成とはなっていない。
≪第1の実施形態≫
図1は、本発明の第1の実施形態による光導波路素子の平面構成図、図2は、図1の光導波路素子の断面構成図をそれぞれ示したものである。本実施形態において、光強度変調器用の光導波路素子を取り上げて説明を行う。断面図のうち、図2(a)は図1の平面図のA‐A’線に沿って切断した断面図であり、図2(b)はB‐B’線に沿って切断した断面図である。
また、LN基板11は、Xカットの結晶が使用され、上記のマッハツェンダー光導波路12は、当該基板の主面上に形成されている。
αsig=(Wsig−Wsig’)/L
と第1および第2接地電極における電極幅の変化率
αgnd=(Wgnd−Wgnd’)/L
は、互いに異なる値が選択される。ただし、Lは電極長である。
第1の実施形態では、2つの接地電極14−1、14−2において電極幅Wgndとその変化率αgndはそれぞれ等しいものとした。そのため、図1において、第1接地電極14−1の側面S1と第2接地電極14−2の側面S5、および第1接地電極14−1の側面S2と第2接地電極14−2の側面S6はそれぞれ互いに平行となり、これら側面間の距離d(S1,S5)、d(S2,S6)は、伝搬方向Pに沿って変化しないこととなる。したがって、これらの側面に対応するLN基板11内の境界面間では、音響波の共振が発生する可能性がある。
次に、本発明の第3の実施形態による光導波路素子の平面構成図を図3に示す。
本実施形態の光導波路素子10では、信号電極13は、図1と同じように伝搬方向Pに沿って電極幅Wsigが連続的に変化して段々細くなるような形状に形成される。一方、第1および第2接地電極14−1、14−2は、図1とは反対に、伝搬方向Pに沿って電極幅Wgndが連続的に変化して段々太くなるような形状に形成される。そして、信号電極13と第1および第2接地電極14−1、14−2とのギャップをそれぞれG1、G2
G1=d(S2,S3)、 G2=d(S4,S5)
とした時、信号電極13の電極幅Wsigとの比、G1/WsigとG2/Wsigが、伝搬方向Pに沿って一定値となるように電極形状を設定する。
次に、本発明の第4の実施形態による光導波路素子の平面構成図を図4に示す。
本実施形態の光導波路素子10においては、信号電極13および第1、第2接地電極14−1、14−2の形状を、伝搬方向Pの中央地点を中心として入力側(A‐A’線)と出力側(B‐B’線)に対称な形状とする。すなわち、図4(a)の光導波路素子10では、信号電極13および第1、第2接地電極14−1、14−2ともに、入力側から中央地点までは電極幅が連続的に段々細くなっていき、中央地点から出力側までは電極幅は連続的に段々太くなっていくような形状に形成される。また、図4(b)の光導波路素子10では、第1および第2接地電極14−1、14−2は図4(a)と同様であるが、信号電極13は、接地電極とは逆に、入力側から中央地点までは連続的に段々と電極幅は太くなっていき、中央地点から出力側までは連続的に段々と電極幅は細くなっていくように形成される。そして、図4(a)も(b)も、各電極(信号電極と接地電極)の電極幅および電極間ギャップが入力側端面と出力側端面では等しくなるように設定されている。
さらに、各下層電極15−1〜15−3の形状についても、図1と同様に、電極幅、ギャップともに伝搬方向Pに沿って一定値とする。したがって、EO変換効率も電極全長にわたって最適な条件が実現されている。
例えば、各電極の側面S1〜S6は、このうち少なくとも一組の側面間の距離が伝搬方向Pに沿って変化していれば、音響波の共振による影響を低減することが可能である。その特例として、例えば信号電極13の電極幅を伝搬方向Pに沿って一定としてもよい。こうすることで、マイクロ波と光波の速度整合をとることができるようにもなる。
また、基板には電気光学効果と圧電効果を有したものを等しく利用できる。
XカットのLN基板11を用い、その主面の表面にレジストを塗布し露光現像によりマッハツェンダー型の光導波路パターンを形成する。そして表面全面にチタン(Ti)を蒸着法によって膜厚800Å堆積させ、リフトオフによって光導波路パターンの部分を残してチタンを除去する。その後、基板全体を1000℃で10時間加熱し、光導波路パターンのチタンを基板内部に熱拡散させる。これにより、マッハツェンダー光導波路12が形成される。
その後、上記のチタンのパターン形成と同じ処理によって、金(Au)を膜厚0.1μm形成し、下層電極15−1〜15−3とする。さらにその上に、電解メッキ法により同じく金を膜厚30μm形成して、信号電極13および第1、第2接地電極14−1、14−2とする。なお、電極の材料としては、金のほか、Cu、Al、Ti、Cr、ITO、ITiO等の導電材料を用いることもできる。
まず、信号電極13および第1、第2接地電極14−1、14−2の各側面S1〜S6は、S1とS5、および、S2とS6の組み合わせを除いた全ての組み合わせにおいて、互いに平行とならないように形成されている。そのため、これらの側面に対応するLN基板11内の境界面D1〜D6の間では、電極への変調信号印加によって発生する音響波の共振周波数が伝搬方向Pにおける位置毎に異なることとなる。この結果、光導波路素子10(光強度変調器)の変調時の応答特性劣化が防止される。
なお、下層電極15−1〜15−3の膜厚は0.1μmと薄く、LN基板11に対する荷重の影響が少ないので、これら下層電極が存在することによる音響波の共振は無視することができる。
Claims (6)
- 電気光学効果及び圧電効果を有する基板と、
前記基板の主面に形成された光導波路と、
前記基板の主面上に形成された、前記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、
前記信号電極及び接地電極の少なくとも一方の電極と前記基板との間に形成された下層電極と、
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距離を前記光波の導波方向に沿って変化させ、
前記下層電極と該下層電極に対向する電極との間隔を前記光波の導波方向に沿って一定とした
ことを特徴とする光導波路素子。 - 前記信号電極の幅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1に記載の光導波路素子。 - 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距離を前記光波の導波方向に沿って連続的に滑らかに変化させた
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光導波路素子。 - 前記信号電極の両側に前記接地電極が形成された光導波路素子において、
前記信号電極と前記各接地電極とにおける前記側面間の距離を、該信号電極を中心として略対称に変化させた
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかの項に記載の光導波路素子。 - 前記信号電極および前記接地電極は、前記光波の導波方向における中間地点を中心として略対称な形状をなす
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかの項に記載の光導波路素子。 - 前記下層電極は、Au、Cu、Al、Ti、Cr、ITO、ITiO等の導電材料からなる
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかの項に記載の光導波路素子。
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