JP5278986B2 - 光変調器 - Google Patents
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Description
光変調器の変調帯域を広帯域化するために、光導波路基板を薄くすることによりマイクロ波と光波の速度整合をとる構造が発明されている(特許文献1:特開2002−169133号公報)。
誘電体基板が光導波路のクラッドとして機能し、この光導波路が強誘電体薄層の深さ方向において多モード導波路として構成され、横方向において単一モード導波路として構成されており、強誘電体薄層が空気層に面しており、強誘電体薄層と同じ前記材質からなりかつ厚さ500μmの強誘電体基板に光導波路を形成したときに光導波路を伝搬する光スポットがカットオフとなり、信号電極と接地電極との間のギャップが25μm以下であり、光導波路の等価屈折率Neffが強誘電体薄層の屈折率Nfsより小さいことを特徴とする。
Hr/Tsub≦3/4(特に好ましくは2/3)
G/Tsub≦2(特に好ましくは1以下)
このようにギャップGを小さくすることによって、光導波路を伝搬する光に印加される電界強度を大きくし、光機能デバイスの駆動電圧を低減することができる。
Tsub/Dyo≦5(特に好ましくは2以下)
図2(a)に示すような光変調器1を製造する。具体的には、Xカットした3インチウエハー(LiNbO3単結晶)からなる基板を使用し、チタン拡散プロセスとフォトリソグラフィー法とによって、ウエハーの表面にマッハツェンダー型の光導波路3を形成する。拡散時のチタン層の厚さTtiは、0.08μmとし、幅Wtiは7μmとして従来例より光閉じ込めを弱い状態にした。またチタン拡散時の処理温度は1050℃とした。
実験1と同様にして、図9の各例に示す条件で、図2(a)の光変調デバイスを作製した。ただし、チタン拡散時のチタン層の厚さTtiを0.06μmとし、幅Wtiを5μmとした。強誘電体薄層の厚さTsubは、500μm以外は15〜2μmで変更した。電極間ギャップGと駆動電圧Vπ・Lとの関係を図9に示す。本例では、チタン拡散時のチタン量が実験1の例よりも少なく、このために光の閉じ込めが相対的に弱い。
実験1と同様にして、図10の各例に示す条件で、図2(a)の光変調デバイスを作製した。ただし、チタン拡散時のチタン層の厚さTtiおよび幅Wtiは、図10に示すように変更した。幅方向Wに見た光スポットサイズと基板厚さTsubとの関係を図10に示し、深さ方向Dに見た光スポットサイズと基板厚さTsubとの関係を図11に示す。
実験1と同様にして、図12の各例に示す条件で、図2(a)の光変調デバイスを作製した。ただし、チタン拡散時のチタン層の厚さTti、幅Wtiは、図12に示すように変更した。幅方向Wに見た光スポットサイズと基板厚さTsubとの関係を図12に示し、深さ方向Dに見た光スポットサイズと基板厚さTsubとの関係を図13に示す。
実験1と同様にして、図14の各例に示す条件で、図2(a)の光変調デバイスを作製した。ただし、チタン拡散時のチタン層の厚さTti、幅Wtiは、図14に示すように変更した。幅方向Wに見た光スポットサイズと基板厚さTsubとの関係を図14に示し、深さ方向Dに見た光スポットサイズと基板厚さTsubとの関係を図15に示す。
実験1と同様にして、図16の各例に示す条件で、図3の光変調デバイスを作製した。ただし、チタン拡散時のチタン層の厚さTtiは0.06μmとし、幅Wtiは5μmとし、強誘電体薄層10の厚さTsubは6μmとし、電極ギャップ幅Gは20μm(G/Tsub=10/3)とする。リッジ部分11は機械加工法とレーザアブレーション法によって形成する。リッジ幅Wrと駆動電圧Vπ・Lとの関係を図16に示す。なお、図中のデバイスは、いずれも深さ方向Dでは多モード化している事を確認している。
実験6と同様にして、図17の各例に示す条件で、図3の光変調デバイスを作製した。チタン拡散時のチタン層の厚さTtiは0.06μmとし、幅Wtiは5μmとし、強誘電体薄層10の厚さTsubは6μmとし、電極ギャップ幅Gは10μm(G/Tsub=5/3)とする。リッジ幅Wrと駆動電圧Vπ・Lとの関係を図17に示す。図中のデバイスは、いずれも深さ方向Dでは多モード化している。
実験6と同様にして、図18の各例に示す条件で、図3の光変調デバイスを作製した。チタン拡散時のチタン層の厚さTtiは0.06μmとし、幅Wtiは5μmとし、強誘電体薄層10の厚さTsubは6μmとし、電極ギャップ幅Gは5μm(G/Tsub=5/6)とする。リッジ幅Wrと駆動電圧Vπ・Lとの関係を図18に示す。図中のデバイスは、いずれも深さ方向Dでは多モード化している。
実験6と同様にして、図19の各例に示す条件で、図3の光変調デバイスを作製した。ただし、チタン拡散時のチタン層の厚さTtiは0.06μmとし、幅Wtiは5μmとし、リッジ幅Wrは8,6,4,1.6μm、リッジ高さHrは1,2,3,3.5,4.5,6μmとし、強誘電体薄層10の厚さTsub、電極ギャップ幅Gを変更する。電極間ギャップGと駆動電圧Vπ・Lとの関係を図19に示す。この場合、図中のデバイスは、いずれも深さ方向Dでは多モード化している事を確認している。
Claims (4)
- 誘電体基板、この誘電体基板上に配置され、前記誘電体基板よりも高い誘電率を有し、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる厚さ15μm以下の強誘電体薄層、前記誘電体基板と前記強誘電体薄層との間に設けられた接着層、この強誘電体薄層上に配置された信号電極および接地電極、および前記強誘電体薄層内かつ前記信号電極と前記接地電極との間にチタン拡散によって形成された光導波路を備えている光変調器であって、
前記誘電体基板が前記光導波路のクラッドとして機能し、この光導波路が前記強誘電体薄層の深さ方向において多モード導波路として構成され、横方向において単一モード導波路として構成されており、前記強誘電体薄層が空気層に面しており、前記強誘電体薄層と同じ前記材質からなりかつ厚さ500μmの強誘電体基板に前記光導波路を形成したときに前記光導波路を伝搬する光スポットがカットオフとなり、前記信号電極と前記接地電極との間のギャップが25μm以下であり、前記光導波路の等価屈折率Neffが前記強誘電体薄層の屈折率Nfsより小さいことを特徴とする、光変調器。 - 前記強誘電体薄層にリッジ部分が形成されており、このリッジ部分に前記光導波路が形成されていることを特徴とする、請求項1記載の光変調器。
- 前記強誘電体薄層の厚さが一定であることを特徴とする、請求項1または2記載の光変調器。
- 前記誘電体基板における熱膨張係数の最小値が前記強誘電体薄層における熱膨張係数の最小値の1/5倍以上であり、かつ前記誘電体基板における熱膨張係数の最大値が前記強誘電体薄層における熱膨張係数の最大値の5倍以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の光変調器。
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