JP5010559B2 - 光変調器 - Google Patents
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図25は、z−カットLN基板を用いて構成した特許文献1に開示された第1の従来技術のLN光変調器(あるいは、プレーナ型LN光変調器)についての斜視図であり、図26は図25のA−A´線における断面図である。
この第1の従来技術の問題点を解決するために、特許文献3に開示された第2の従来技術に基づいて実際にLN光変調器を試作した。その試作したLN光変調器についてその上面図を図27に、またそのB−B´における断面図を図28に示す。これらの図からわかるように、この第2の従来技術では第1の従来技術として示した図26における接地導体4bをその厚みが厚い接地導体4b´、4b´´と約300nmと薄い接地導体4b´´´の3分割する構成としている。いわば、厚い接地導体4b´と4b´´を薄い接地導体4b´´´により接続する構造と言える。また、図28において中心線Vは相互作用光導波路3aと3bの中間に設けた中心線である。相互作用光導波路3aと3bは中心線Vに対して対称であり、中心線Vは中心導体4aと接地導体4b´に対して対称となっている。以下において、相互作用光導波路3aと3bが中心線Vに対称とは、相互作用光導波路3aと3bの中心線が、光導波路3bの上の中心導体4aと相互作用光導波路3aの上の接地導体(ここでは4b´)の対称軸であることを意味している。
図1に本発明の第1の実施形態についてその上面図を示す。また、C−C´における断面図を図2に示す。ここで、4b(4)、4b(6)、及び4c(4)、4c(6)はそれらの厚みが約30μmと厚い接地導体である。また、接地導体4b(5)と4c(5)はそれらの厚みが300nmと薄い接地導体(あるいは、接続用接地導体とも言う)である。接地導体4b(5)の厚みが薄い理由は第2の従来技術と同じであり、図26における厚みが厚い接地導体4bが相互作用光導波路3aに与える応力を緩和するためである。
図4に本発明の第2の実施形態についての上面図を示す。ここで、図4のD−D´とE−E´における断面図を図5と図6に示す。また、11aと11bは接地導体4b(7)と4b(9)、あるいは4c(7)と4c(9)の間に設けた幅Wwで長さLwの空隙部であり、導体が欠落している。また、接地導体4b(7)と4b(9)を電気的に接続する接地導体(あるいは、接続用接地導体)4b(8)の幅と長さは各々幅Wwと長さLeである。
図8に本発明の第3の実施形態についての上面図を示す。また、F−F´、G−G´における断面図を図9と図10に示す。同様に、中心線Vは相互作用光導波路3aと3bに対する対称軸であり(即ち、中心導体4aと接地導体4b(7)が中心線Vに対して対称であり)、中心導体4aの中心線VIは進行波電極の対称軸である。図9において厚みが薄い接地導体4c(5)があることからわかるように、本実施形態は第2の実施形態ほどには効果的ではないものの、本発明としての効果を発揮することができる。なお、4b(8)は接続用接地導体である。また、4c(5)も厚い接地導体4c(4)と4c(6)を接続しているので広い意味で接続用接地導体と考えることもできる。
図11に本発明の第4の実施形態についてその上面図を示す。また、H−H´、I−I´における断面図を各々図12と図13に示す。ここで、11aと11bは空隙部である。なお、4b(34)、4b(35)、4b(36)、4c(34)、4c(35)、4c(36)は接地導体である。接地導体4b(35)は接地導体4b(34)と4b(36)を、また接地導体4c(35)は接地導体4c(34)と4c(36)を接続している(接地導体4b(35)と4c(35)は接続用接地導体とも呼ばれる)。
本発明の第5の実施形態について、図12や図13の断面図と同様の断面図を図14と図15に示す。ここで、11aは空隙部である。なお、4b(34)、4b(35)、4b(36)、4c(4)、4c(5)、4c(6)は接地導体である。接地導体4b(35)は接地導体4b(34)と4b(36)を、また接地導体4c(35)は接地導体4c(4)と4c(6)を接続する接続用接地導体である。進行波電極において重要となる基本的な構成要素は中心導体4aと接地導体4b(34)、4b(36)、4c(4)、4c(6)である。従って、本実施形態においても図14において相互作用光導波路3aと3bは中心線Vに対して対称であり(つまり、中心線Vは中心導体4aと接地導体4b(34)に対して対称)、進行波電極は中心導体4aの中心線VIに対してほぼ対称である。なお、接地導体4c(35)も厚い接地導体4c(4)と4c(6)を接続しているので、接続用接地導体とも言える。なお、図14において接地導体4c(5)はその厚みが薄いとは言え、その材料は電気抵抗の小さなAuであるので、高速光変調の観点からは図11〜図13に示した第4の実施形態よりやや有利である。以上のように、この第5の実施形態においても、温度ドリフトを抑圧しつつ、高周波特性の優れたLN光変調器を実現できる。
図16には本発明における第6の実施形態の上面図を示す。また、図16のJ−J´とK−K´での断面図を各々図17と図18に示す。これらの図からわかるように、この第6の実施形態では第1から第5の実施形態での工夫に加え、使用する貴金属であるAuの量を減らしている。
図19には本発明における第7の実施形態の上面図を示す。また、図19のL−L´とM−M´での断面図を各々図20と図21に示す。ここで、4b(44)、4b(45)、4b(46)、4b(47)、4c(44)、4c(45)、4c(46)、4c(47)は接地導体である。また、この中で4b(45)は接地導体4b(44)と4b(46)を接続し、4c(45)は接地導体4c(44)と4c(46)を接続する接続用接地導体である。
図22には本発明における第8の実施形態の上面図を示す。なおこの図22は図1に示した第1の実施形態、図4に示した第2の実施形態、図8に示した第3の実施形態、図11に示した第4の実施形態などを含むが、これら以外の構造も示しているので、ここでは第8の実施形態として説明する。図23(a)には図22における2つの領域4b(51)と11fを(a)〜(d)として示している。図23(a)からわかるように、4b(51)は厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体を、また11fは薄い接地導体もしくは空隙部を示している。一方、図23(b)には図22における2つの領域4c(51)と11gの形態を(e)〜(h)として示している。図23(b)からわかるように、4c(51)は厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体を、また11fは薄い接地導体もしくは空隙部を示している。
図24は本発明における第9の実施形態の上面図を示している。図22に示した第8の実施形態と比較するとわかるように、本実施形態では薄い接地導体もしくは空隙部11fと薄い接地導体もしくは空隙部11gとが、また厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体4b(51)と4c(51)とが相互作用光導波路3a、3bの方向に互いにずれている。
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く、考え方は3本以上の光導波路にも適用可能である。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。
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:中心導体
4b、4b´、4b´´、4b´´´、4b(4)、4b(5)、4b(6)、4b(7)、4b(8)、4b(9)、4b(10)、4b(11)、4b(12)、4b(13)、4b(34)、4b(35)、4b(36)、4b(44)、4b(45)、4b(46)、4b(47)、4b(51)、4c、4c(4)、4c(5)、4c(6)、4c(7)、4c(8)、4c(9)、4c(10)、4c(11)、4c(12)、4c(13)、4c(34)、4c(35)、4c(36)、4c(44)、4c(45)、4c(46)、4c(47)、4c(51):接地導体
5:Si導電層
6:高周波(RF)電気信号給電線
7:高周波(RF)電気信号出力線
10a、10b:外周部
11a、11b:空隙部(導体が欠落した部位)
11f、11g:薄い接地導体もしくは空隙部(導体が欠落した部位)
Claims (7)
- 電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第1の光導波路と第2の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第1の接地導体と第2の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、
前記第1の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第2の光導波路の上方に前記第1の接地導体をそれぞれ有し、また、前記第1の接地導体に対し前記中心導体を間に挟んだ反対側に前記第2の接地導体を有し、
前記第1の接地導体が、前記第2の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第1の位置を有し、
前記第2の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第1の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第2の位置を有し、
前記第1の位置および前記第2の位置に導体が欠落した部位を具備することを特徴とする光変調器。 - 前記光導波路と交わる方向であって当該光導波路から所定距離離れた領域における前記接地導体の少なくとも一部の厚みを、当該領域以外の領域における接地導体の厚みよりも少なくとも一部で薄くしたことを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
- 前記中心導体に相対向する接地導体が前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一部とほぼ同じ厚みを持つことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光変調器。
- 前記中心導体に相対向する接地導体に隣接する前記接地導体が前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一部とほぼ同じ厚みを持つことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の光変調器。
- 前記光導波路と交わる方向であって当該光導波路から所定距離離れた領域における、前記接地導体の少なくとも一部の厚みを薄くした領域における前記接地導体の体積と面積の比を、前記厚みが厚い部位における前記接地導体の体積と面積の比よりも小さくしたことを特徴とする請求項4に記載の光変調器。
- 前記基板がリチウムナイオベートからなることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の光変調器。
- 前記基板が半導体からなることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の光変調器。
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