JP5162223B2 - 光変調器 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示された、z−カットLN基板を用いる、いわゆるリッジ型LN光変調器を第1の従来技術の光変調器として図12にその斜視図を示す。なお、図13は図12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2に開示された第2の従来技術の相互作用部における断面図を図14に示す。この図14からわかるように、リッジ部8bの上に形成された接地導体4b´と外周部10bの上に形成された接地導体4b´´の厚みは厚いが、凹部9cに形成された接地導体4b´´´の厚みを例えば約300nm以下と薄くしている。このように凹部9cにおける接地導体4b´´´の厚みを薄くすることにより、広い面積を有する接地導体4b´´がリッジ部8bへ与える応力を小さくすることができるので、温度安定性を改善できるという考え方である。
図15に特許文献3に開示された第3の従来技術の上面図を示す。なお、z−カットLN基板1の幅は数ミリメートル(約1mm〜5mm程度)あり、相互作用光導波路3a、3bのギャップは15μm程度である。またz−カットLN基板1の長さは5cm〜7cm程度である。
さて、この第3の従来技術を実際に製作したところ、この構造ではリッジ構造に起因する温度ドリフトを抑圧することができないという重要な問題があることがわかった。以下、その問題点について説明する。
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、D−D´、E−E´における断面図を各々図2と図3に示す。ここで、4b(4)、4b(5)、4b(7)、4b(8)、及び4c(7)、4c(8)は接地導体である。図からわかるように、高周波電気信号としての表皮効果の影響を受けにくいように、つまり高周波電気信号の伝搬損失が小さくなるように厚みを厚くした接地導体4b(5)が接地導体4b(4)と4b(7)とを接続している。また、図中のIは2本の相互作用光導波路3a、3bの間に設けた中心線であり、これは相互作用光導波路3a、3b、及び中心導体4a、接地導体4b(4)、4b(7)、4b(8)、及び4c(7)、4c(8)の対称軸にもなっている。なお、この対称性は接続用の接地導体(接続用の接地導体は接続用接地導体、あるいは簡単に接地導体とも略す。なおこの表現の仕方は以下においても同様である)4b(5)を含めても成立する。また、中心線Iに対して対称であるとはいっても厳密に対称である必要はなく、ある程度は非対称であっても良いことは言うまでもないし、接地導体4b(7)、4b(8)、及び4c(7)、4c(8)の幅はかなり異なっていても良い。
図4に本発明の第2の実施形態についてその上面図を示す。また、F−F´、G−G´における断面図を各々図5と図6に示す。ここで、8cは新たなリッジ部、9dは新たな凹部である。さらに、4c(10)、4c(11)、4c(12)は接地導体である。なお、高周波電気信号としての表皮効果の影響を受けにくいように厚みを厚くした接地導体4c(11)が接地導体4c(10)と4c(12)とを接続している。空隙部11aと11dは接地導体4b(7)と4c(11)において導体が欠落した部位(あるいは、接地導体に開けた窓)とも言える。また、13a、13dは接地導体4b(5)と4c(10)による埋め込み部である。
図7に本発明の第3の実施形態についてその上面図を示す。本実施形態は図1〜図3に示した第1の実施形態を改良した構造である。つまり、本実施形態では、接地導体4b(8)と4c(8)に窓、即ち導体が欠落した部位(あるいは接地導体に開けた窓)12a、12bを設けている。なお、図が煩雑になるので導体が欠落した部位12a、12bへは各々1個に番号を付与した。
図8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9と図10に示す。本実施形態のz−カットLN基板1に関しては、図5と図6において凹部9dを省略した構造、つまり本発明の第1の実施形態である図2や図3と同じ構造である。空隙部11aと11eは接地導体4b(7)と4c(11)に開けた窓である。10bと10dは外周部である。また、接地導体4b(5)は接地導体4b(4)と4b(7)を接続し、また接地導体4c(13)は接地導体4c(9)と4c(11)とを接続している。
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し、光導波路が1本の位相変調器にも適用できる。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、14、15: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)、4c、4c(4)、4c(5)、4c(6)、4c(7)、4c(8)、4c(9)、4c(10)、4c(11)、4c(12)、4c(13):接地導体
5:Si導電層(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
8a:リッジ部(中心導体用リッジ部)
8b、8c:リッジ部(接地導体用リッジ部)
9a、9b、9c、9d:凹部
10a、10b、10c、10d:外周部
11a、11b、11c、11d、11e:空隙部(導体が欠落した部位)
12a、12b:導体が欠落した部位
13a、13d:埋め込み部
Claims (12)
- 電気光学効果を有する基板と、前記基板上に形成された2本の光導波路と、前記基板の上方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と接地導体からなる進行波電極と、前記進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域における前記基板の少なくとも一部を掘り下げることにより形成した凹部により構成されるリッジ部とを具備し、該リッジ部は前記中心導体が上方に形成された中心導体用リッジ部と、前記接地導体が上方に形成された接地導体用リッジ部からなり、少なくとも前記中心導体用リッジ部に前記2本の光導波路のうちの1本が形成された光変調器において、
前記接地導体が、前記凹部で導体が欠落した部位を具備し、前記凹部以外の領域に形成された前記接地導体の体積と前記凹部以外の領域に形成された前記接地導体にかかる領域の面積との比が、前記凹部に形成された前記接地導体の体積と前記接地導体が形成された前記凹部の全体の面積との比よりも小さいことを特徴とする光変調器。 - 前記接地導体が、前記凹部以外において欠落した部位をさらに具備し、前記光導波路の長手方向に、前記凹部以外において欠落した部位に並んで形成された接続用接地導体を有し、前記接続用接地導体の体積と前記接続用接地導体が形成された部分の面積との比が、前記接続用接地導体以外の領域に形成された前記接地導体の体積とかかる領域の面積との比よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
- 前記2本の光導波路の中間に設けた中心線に対して前記凹部が実質的に対称な配置であり、かつ前記進行波電極は前記中心導体の中心線に対して実質的に対称な構造であることを特徴とする請求項1もしくは請求項2の何れか1項に記載の光変調器。
- 前記2本の光導波路の中間に設けた中心線に対して前記凹部と前記進行波電極がともに実質的に対称な構造であることを特徴とする請求項1もしくは請求項2の何れか1項に記載の光変調器。
- 前記凹部における前記接地導体の厚みが前記凹部以外における前記接地導体の少なくとも一部の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の光変調器。
- 前記凹部以外における厚みが薄く形成された前記接地導体の一部が欠落していることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1項に記載の光変調器。
- 前記中心導体に相対向する接地導体が前記凹部以外の少なくとも一部の領域における前記接地導体よりも厚いことを特徴とする請求項1から請求項6の何れか1項に記載の光変調器。
- 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から請求項7の何れか1項に記載の光変調器。
- 前記凹部におけ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から請求項8の何れか1項に記載の光変調器。
- 前記光導波路を下方に具備しない前記接地導体の下方に前記凹部を具備しない構造であることを特徴とする請求項1から請求項8の何れか1項に記載の光変調器。
- 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から請求項10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から請求項10の何れか1項に記載の光変調器。
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