JP4454301B2 - 光変調器並びに光変調器の製造方法 - Google Patents

光変調器並びに光変調器の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4454301B2
JP4454301B2 JP2003418365A JP2003418365A JP4454301B2 JP 4454301 B2 JP4454301 B2 JP 4454301B2 JP 2003418365 A JP2003418365 A JP 2003418365A JP 2003418365 A JP2003418365 A JP 2003418365A JP 4454301 B2 JP4454301 B2 JP 4454301B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
dielectric constant
optical modulator
dielectric layer
recess
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2003418365A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2004233976A (ja
Inventor
謙治 青木
順悟 近藤
厚男 近藤
修 三冨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2003418365A priority Critical patent/JP4454301B2/ja
Publication of JP2004233976A publication Critical patent/JP2004233976A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4454301B2 publication Critical patent/JP4454301B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は、高速・大容量光ファイバ通信システムなどに好適に用いることのできる光変調器、光変調器の速度及びインピーダンス整合方法、並びに光変調器の製造方法に関する。
近年、高速・大容量光ファイバ通信システムの進歩に伴い、外部変調器に代表されるように、光導波路素子を用いた高速光変調器が実用化され、広く用いられるようになってきている。このような光変調器においては、光導波路中を導波する光波を、例えばマイクロ波領域の変調信号を用いて変調するため、前記光波と前記変調信号との速度整合及びインピーダンス整合を図ることが重要となる。
かかる観点に鑑み、特開平9−211402号公報などには、光変調素子を構成する基板の裏面側に支持基板を設けるとともに、前記支持基板の、前記光変調素子の変調領域に相当する位置に空洞部を設け、前記変調信号に対する実効屈折率を低下させて、前記変調信号の位相速度低減を抑制し、前記光変調素子の光導波路中を導波する光波と、前記光変調素子の変調電極から印加される変調信号との速度整合を図ること、並びにインピーダンス整合を図ることが試みられている。
しかしながら、上記の方法においては、十分な速度整合及びインピーダンス整合を実現するためには、光変調素子を構成する基板の厚さを例えば数μmにまで薄くする必要がある。このような薄板化工程には十分な加工精度が要求されるために、前述のような前記光変調素子を含む光変調器の製造は困難を極めていた。また、空洞部などを設けた場合においては、かかる部分に応力が集中し、DCドリフトや温度ドリフトが生じてしまい光変調器の安定動作が困難となる場合がある。さらには、前述した応力集中によって光変調素子、すなわち光変調器が破壊してしまう場合がある。
本発明は、光変調器の強度及び安定性を十分確保した上で、速度整合及びインピーダンス整合を簡易に図り、さらには前記光変調器の製造工程を簡易化することを目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明は、
電気光学効果を有する材料からなる基板と、この基板の主面側に設けられた光導波路と、前記基板の前記主面上に設けられた、前記光導波路中を導波する光波に対して変調信号を印加するための変調電極とを有する光変調素子と、
前記光変調素子の、前記基板の裏面側に主面が接触するようにして設けられた誘電体層と、
前記誘電体層の裏面側に設けられた、前記光変調素子の、少なくとも変調領域に相当する位置に凹部を有する支持基板とを具え、
前記支持基板の誘電率をεr、及び前記凹部内の誘電率をεsとした場合において、
εr>εs
なる関係を満足すると共に、
前記誘電体層は、前記電気光学基板を構成する材料よりも誘電率の小さい材料から構成したことを特徴とする、光変調器に関する。
さらに、本発明は、
電気光学効果を有し、誘電率がεLNである材料からなる基板と、この基板の主面側に設けられた光導波路と、前記基板の前記主面上に設けられた、前記光導波路中を導波する光波に対して変調信号を印加するための変調電極とを有する光変調素子を準備する工程と、
前記光変調素子の、前記基板の裏面側に主面が接触するようにして該基板を構成する材料よりも誘電率の小さい材料から構成した誘電体層を設ける工程と、
前記誘電体層の裏面側において、前記光変調素子の、少なくとも変調領域に相当する位置に、内部空間の誘電率がεsである凹部を有し、誘電率がεrであって、εr>εsなる関係を満足する支持基板を設ける工程と、
を具えることを特徴とする、光変調器の製造方法に関する。
本発明によれば、光変調素子の裏面側において、誘電体層と、支持基板とを設け、この支持基板において、その誘電率よりも小さい誘電率を有する凹部を設けて、目的とする光変調器を作製している。光変調器の速度整合を図るためには、前記光変調素子の前記基板の厚さをある程度薄くして、変調信号に対する実効屈折率を低減させなければならないが、前記支持基板に設けた凹部内の低誘電率に起因して、その厚さを比較的厚く設定しても前記実効屈折率を十分に低減できるようになる。
さらには、前記誘電体層を低誘電率材料から構成することにより、基板をさらに厚く設定しても、前記実効屈折率を十分に小さくすることができるとともに、前記低誘電率層によって薄板化された前記基板の強度補強をすることができるようになる。
したがって、光変調器の強度を十分に確保し、さらにはDCドリフトや温度ドリフトなどをも十分に抑制して安定性を十分確保した上で、速度整合及びインピーダンス整合を簡易に図ることができ、さらには前記光変調器の製造工程を簡易化することができるようになる。
以上説明したように、本発明によれば、光変調器の強度及び安定性を十分確保した上で、速度整合及びインピーダンス整合を簡易に図り、さらには前記光変調器の製造工程を簡易化することができる。
以下、本発明を発明の実施の形態に即して詳細に説明する。
図1は、本発明の光変調器の一例を示す平面図であり、図2は、図1に示す光変調器をA−A線に沿って切った場合の断面図である。なお、これらの図においては本発明の特徴を明確にすべく、各構成要素の大きさなどについては実際のものと異なるようにして描いている。
図1及び図2に示す光変調器10においては、電気光学効果を有する材料からなる基板11の主面11A側においてマッハツエンダー型の光導波路12を有するとともに、主面11A上において信号電極13及びこの信号電極13の両側において接地電極14を有している。信号電極13及び接地電極14は、いわゆるコプレナー(CPW)型の変調電極を構成する。また、基板11、光導波路12、並びに信号電極13及び接地電極14からなる変調電極は、光変調素子15を構成する。なお、破線で囲った領域Pは、光導波路12中を導波する光波と、前記変調電極からの変調信号が互いに作用して前記光波の変調を行う変調領域である。
基板11の裏面11B側には、主面が接触するようにして設けられた誘電体層16と、この誘電体層16と接触するようにして設けられた支持基板17とが設けられている。支持基板17の、変調領域Pが位置する領域には凹部18が設けられている。
図1及び図2に示す光変調器10においては、支持基板17の誘電率をε、及び凹部18の内部空間の誘電率をεとした場合において、ε>εなる関係を満足する。
図1及び図2に示す光変調器10においては、上述した基板11、誘電体層16及び凹部内空間の誘電率や、信号電極13の高さh及び幅d、並びに信号電極13と接地電極14とのギャップgなどを考慮した上で、基板11の厚さt、誘電体層16の厚さT、並びに凹部18の幅W及び深さDなどを変化させることによって、速度整合及びインピーダンス整合を図るようにする。
速度整合やインピーダンス整合を図るためには、基板11の厚さを薄くして、変調電極から印加される変調信号に対する実効屈折率を低下させる必要がある。図1及び図2に示す光変調器10においては、光変調素子15の下方に設けた支持基板17内に、上記誘電率の関係式を満足する空間を有する凹部18が設けられている。前記変調信号は基板11から外部へ漏洩して凹部18へも至るようになるため、凹部18の内部空間の誘電率もその伝搬状態に影響を与えるようになり、前記内部空間の低誘電率に基づいて前記変調信号に対する実効屈折率を低減できるようになる。
したがって、基板11の厚さを比較的厚くした場合においても、凹部18内部の低誘電率に起因して、前記変調信号に対する実効屈折率を低減できるようになる。
また、基板11の裏面11B側には、誘電体層16が直接的に設けられており、薄板化された基板11を補強することができる。さらには、前記変調信号は基板11内から外部へ漏洩するため、誘電体層16の低誘電率に起因して前記変調信号に対する実効屈折率を低減することができる。したがって、基板11の厚さを比較的大きくした場合においても、前記変調信号に対する実効屈折率を十分に小さく保持することができるようになる。
具体的には、図1及び図2に示すような構成を採用することにより、基板11の厚さを30μm程度まで厚くした場合においても、速度整合及びインピーダンス整合を十分に達成することができるようになる。
このように、図1及び図2に示す光変調器10においては、光変調器の強度を十分に確保し、その結果DCドリフトや温度ドリフトなどをも十分に抑制して安定性を十分確保した上で、速度整合及びインピーダンス整合を簡易に図ることができる。さらには前記光変調器の製造工程を簡易化することができるようになる。
上述したように、基板11は電気光学効果を有する材料から構成することが要求され、例えばニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウムリチウム、タンタル酸リチウム、KTP、ガラス、シリコン、GaAs及び水晶などから構成することができ、特にはニオブ酸リチウムから構成することが好ましい。
また、誘電体層16は、低誘電率であるガラス、エポキシ樹脂、及びポリイミドなどの材料から構成することができる。これらの材料は上述した基板11の材料と比較して十分低い誘電率を有するため、上述したような誘電率に関する関係式を満足するとともに、上述した作用効果を実現できるようになる。
さらに、誘電体層16の厚さTについては特に限定されるものではないが、本発明においては0.1μm〜200μmの範囲に設定することにより、光変調器の強度及び安定性を確保した上で、速度整合及びインピーダンス整合の向上を図ることができる。
誘電体層16は、基板11の裏面11B側に形成することが必要であるが、その形成方法については特に限定されるものではなく、それを構成する材料の種類などに応じて適宜選択する。例えば、誘電体層16の厚さを比較的大きくするような場合においては、上述したような材料からなるシート状部材を別途準備し、これを基板11の裏面11A側に貼り付けることなどによって形成することができる。この場合は、誘電体層16を複雑な成膜装置などを用いることなく、簡易に形成することができる。
支持基板17内に形成された凹部18の内部空間は、空洞の状態に設定することもできるし、何らかの低誘電率物質を充填して埋設することもできる。この場合、前記低誘電率物質の誘電率をε2、基板11の誘電率をεLN、及び誘電体層16の誘電率をεとした場合において、εLN>ε>εなる関係を満足することが必要である。
凹部18内を空洞の状態に保持する場合は、凹部18内には空気が充填されていることになる。したがって、凹部18の内部空間における誘電率は約1となり、十分に低誘電率化を達成することができる。
一方、凹部18内に低誘電率物質を埋設する場合は、前記低誘電率物質の誘電率は空気の誘電率(1)よりも一般的には大きいため、凹部18内を空洞に保持する場合に比較して低誘電率化の効果は低減する。しなしながら、光変調器10自体の強度を増大させることができ、光変調器10の強度及び安定性をより十分に確保できるようになる。
前記低誘電率物質としては、ガラス、エポキシ樹脂及びポリイミドを例示することができる。
なお、光導波路12はチタン拡散法やプロトン交換法などの公知の方法を用いて形成することができる。また、信号電極13及び接地電極14は、金、銀、銅などの材料からメッキ法及び蒸着法などを併用することによって形成することができる。また、支持基板17は、好ましくは基板11及び低誘電率層16の線膨張係数と近接した線膨張係数を有する材料から形成する。
(実施例)
本実施例においては、図1及び図2に示すような光変調器を作製した。基板11としてXカットのニオブ酸リチウム単結晶(図2、X方向LN誘電率εLNx=28、Y方向LN誘電率εLNy=43)を用い、チタン拡散法により光導波路12を形成するとともに、メッキ法及び蒸着法を併用することにより、信号電極13及び接地電極14を形成し、光変調素子15を作製した。なお、これら電極の高さhは20μmとし、信号電極13の幅dは30μmとし、信号電極13及び接地電極14のギャップgは30μmとした。
次いで、基板11の裏面11B側に、エポキシ樹脂からなるシート状部材(誘電率ε=3.8)を貼り付けて誘電体層16を形成し、光変調素子15の変調領域に位置する領域に凹部18を有するニオブ酸リチウムからなる支持基板17を形成し、光変調器10を作製した。なお、凹部18内は空洞の状態(誘電率ε=1)で保持した。
上述のようにして得た光変調器10においては、基板11の厚さを10μm、誘電体層16の厚さを5μm、凹部18の幅Wを500μm、及び凹部18の深さDを500μmとすることによって、速度整合及びインピーダンス整合を実現できた。
(比較例)
支持基板内に凹部を設けない以外は、実施例と同様にして光変調器を作製した。この場合においては、基板11の厚さを0.3μm、並びに低誘電率層16の厚さを5μmとした場合において、速度整合及びインピーダンス整合を実現することができた。
以上、実施例及び比較例から明らかなように、本発明の光変調器においては、基板11の厚さを十分に大きくした場合においても、速度整合及びインピーダンス整合が実現できることが分かる。すなわち、本発明によれば、光変調器の強度及び安定性をより十分に確保した上で、速度整合及びインピーダンス整合を実現できることが分かる。また、基板11の厚さが比較的大きいために加工が容易となり、目的とする光変調器を簡易に作製することができるようになる。
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してたが、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、あらゆる変更や変形が可能である。例えば、上記実施例においては、CPW型の変調電極を配置しているが、ACPS型の変調電極を配置することもできる。また、基板11には、耐光損傷性を向上させるべく、Mg、Zn、Sc、及びInなどの元素を添加することができる。さらに、基板11と信号電極13及び接地電極14との間にバッファ層を設けることもできる。
本発明の光変調器の一例を示す平面図である。 図1に示す光変調器のA−A線に沿って切った断面図である。
符号の説明
10 光変調器、11 基板、12 光導波路、13 信号電極、14 接地電極、15 光変調素子、16 誘電体層、17 支持基板、18 凹部

Claims (9)

  1. 電気光学効果を有する材料からなる基板と、この基板の主面側に設けられた光導波路と、前記基板の前記主面上に設けられた、前記光導波路中を導波する光波に対して変調信号を印加するための変調電極とを有する光変調素子と、
    前記光変調素子の、前記基板の裏面側に主面が接触するようにして設けられた誘電体層と、
    前記誘電体層の裏面側に設けられた、前記光変調素子の、少なくとも変調領域に相当する位置に凹部を有する支持基板とを具え、
    前記支持基板の誘電率をεr、及び前記凹部内の誘電率をεsとした場合において、
    εr>εs
    なる関係を満足すると共に、
    前記誘電体層は、前記電気光学基板を構成する材料よりも誘電率の小さい材料から構成したことを特徴とする、光変調器。
  2. 前記誘電体層はシート状を呈することを特徴とする、請求項1に記載の光変調器。
  3. 前記凹部内は空洞であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光変調器。
  4. 前記電気光学基板の誘電率をεLN、及び前記誘電体層の誘電率をε1とした場合において、誘電率ε2を有し、
    εLN>ε1>ε2
    なる関係を満足する低誘電率物質を前記凹部内に埋設したことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記載の光変調器。
  5. 前記電気光学基板はニオブ酸リチウムから構成されることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一に記載の光変調器。
  6. 前記電気光学基板の変調部又はその変調部の少なくとも一部の厚さが30μm以下であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一に記載の光変調器。
  7. 電気光学効果を有し、誘電率がεLNである材料からなる基板と、この基板の主面側に設けられた光導波路と、前記基板の前記主面上に設けられた、前記光導波路中を導波する光波に対して変調信号を印加するための変調電極とを有する光変調素子を準備する工程と、
    前記光変調素子の、前記基板の裏面側に主面が接触するようにして該基板を構成する材料よりも誘電率の小さい材料から構成した誘電体層を設ける工程と、
    前記誘電体層の裏面側において、前記光変調素子の、少なくとも変調領域に相当する位置に、内部空間の誘電率がεsである凹部を有し、誘電率がεrであって、εr>εsなる関係を満足する支持基板を設ける工程と、
    を具えることを特徴とする、光変調器の製造方法
  8. 前記凹部内は空洞であることを特徴とする、請求項7に記載の光変調器の製造方法
  9. 前記誘電体層の誘電率をε1とした場合において、誘電率ε2を有し、
    εLN>ε1>ε2
    なる関係を満足する低誘電率物質を前記凹部内に埋設することを特徴とする、請求項8に記載の光変調器の製造方法
JP2003418365A 2003-01-07 2003-12-16 光変調器並びに光変調器の製造方法 Expired - Lifetime JP4454301B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003418365A JP4454301B2 (ja) 2003-01-07 2003-12-16 光変調器並びに光変調器の製造方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003000845 2003-01-07
JP2003418365A JP4454301B2 (ja) 2003-01-07 2003-12-16 光変調器並びに光変調器の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004233976A JP2004233976A (ja) 2004-08-19
JP4454301B2 true JP4454301B2 (ja) 2010-04-21

Family

ID=32964575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003418365A Expired - Lifetime JP4454301B2 (ja) 2003-01-07 2003-12-16 光変調器並びに光変調器の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4454301B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110297338A (zh) * 2019-06-28 2019-10-01 北京工业大学 一种提高电光调制器带宽的电极结构
CN112415786A (zh) * 2019-08-22 2021-02-26 苏州旭创科技有限公司 一种硅基电光调制器
US11624965B2 (en) * 2020-08-13 2023-04-11 Fujitsu Optical Components Limited Optical waveguide device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004233976A (ja) 2004-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7382942B2 (en) Optical waveguide devices
US7447389B2 (en) Optical modulator
US7389030B2 (en) Optically functional device
EP1892559B1 (en) Optical functional devices
US20060228065A1 (en) Optical modulator with coupled coplanar strip electrode and domain inversion
US10921682B1 (en) Integrated optical phase modulator and method of making same
JP2008089936A (ja) 光制御素子
US20060029319A1 (en) Optical modulator
CA2081090A1 (en) Integrated electrooptic modulator and process for the production thereof
CN113534563B (zh) 光波导装置
Gheorma et al. Thin layer design of X-cut LiNbO 3 modulators
JP2005091698A (ja) 光変調器
US8233752B2 (en) Curved optical waveguide in gap between electrodes device
JP4454301B2 (ja) 光変調器並びに光変調器の製造方法
JP2001051244A (ja) フォトニックバンドギャップ構造を用いた光変調器及び光変調方法
US6958852B2 (en) Optical modulator, method of achieving velocity matching and impedance matching of optical modulator, and method of manufacturing optical modulator
JP2004070136A (ja) 光導波路デバイスおよび進行波形光変調器
JP7052477B2 (ja) 光導波路素子
EP0905543B1 (en) Light modulators
US7218819B2 (en) Electrode systems for optical modulation and optical modulators
JP2006065044A (ja) 光変調器
CN114185186A (zh) 包括光调制器的光器件及光收发器
JP2001004967A (ja) 光導波路素子
JP7526583B2 (ja) 光導波路デバイスおよび光導波路デバイスの製造方法
JP7526584B2 (ja) 光導波路デバイス

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061110

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20091023

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091110

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091222

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20091222

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100202

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100202

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130212

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4454301

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130212

Year of fee payment: 3

EXPY Cancellation because of completion of term