JP5332665B2 - 光導波路デバイスおよびその製造方法,光変調器,偏波モード分散補償器ならびに光スイッチ - Google Patents
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Description
コプレーナ電極構造のほかには、光導波路直下に電極を形成することにより、光導波路に電気力線を集中させる構造も提案されている(例えば、下記の特許文献1)。
そこで、本案件の目的の一つは、駆動電圧を低減させ省電力化を図ることにある。
(1)電気光学効果を有する基板と、該基板の第1表面および/又は該基板内に設けられた光導波路と、該基板内に空洞を形成した後に、該空洞に金属を充填することにより形成された基板内電極と、をそなえ、該基板は単一の電気光学結晶であり、該第1表面に対して垂直方向の電界変化が該光導波路の屈折率変化をもたらす、光導波路デバイスを用いることができる。
(2)(1)の光導波路デバイスを製造する方法であって、該基板内電極を形成すべき箇所について空洞を形成する工程と、該空洞に前記金属を充填する工程と、を含む光導波路デバイスの製造方法を用いることができる。
(4)(1)の光導波路デバイスを含む偏波モード分散補償器を用いることができる。
(5)(1)の光導波路デバイスを含む光スイッチを用いることができる。
〔A〕第1実施形態の説明
図1(a)〜図1(d)は第1実施形態を示す図であり、この図1(a)〜図1(d)において、1は光導波路デバイスである。尚、図1(a)は光導波路デバイス1の上面図であり、図1(b)は図1(a)の部分的拡大図であり、図1(c)は図1(b)のA断面図であり、図1(d)は図1(b)のB断面図である。
第1内部電極部7aは、分岐導波路部3cと基板2の第1表面S1の裏面である第2表面との間に形成され、信号電極5が第1表面S1に対して垂直方向の電界(電気力線)を与える面に対応する面をそなえる。即ち、図1(c),図1(d)に例示するように、第1内部電極部7aは、第1表面S1に実質的に平行な面を有するように形成される。
ビア部(導通ビア)7bは、内部電極部7aおよび接地電極6を電気的に接続する第1接続部の一例である。図1(c)に例示するように、ビア部7bは、第1内部電極部7aの幅方向の両縁に沿って形成される。本例においては、内部電極部7aにおける上述した延在して形成される領域7eに沿い、間隔を置いて複数個が形成されて、内部電極部7aと接地電極6をなす第1電極部6aとを導通させる。
つぎに、図1に例示する光導波路デバイス1の製造工程の一例を、図2(a)〜図2(f)を用いて説明する。まず、図2(a)に示すように、LN基板2の第1表面S1に、Ti(チタン)拡散法などにより、光導波路3を形成してから、バッファ層4を形成する。
具体的には、第1表面S1側からみて分岐導波路部3cの下の第1内部電極部7aを形成すべき箇所、および、ビア部7bを形成すべき箇所10に、超短パルスレーザの一例であるフェムト秒レーザを照射し、基板2をアモルファス化する(図2(b)参照)。
つぎに、図2(c)に例示するように、上述のフェムト秒レーザを照射した箇所10aを酸、または例えば水酸化カリウム(KOH)でウェットエッチングする。尚、ビア部7bの形成箇所に相当するアモルファス化領域は、エッチャント(エッチング液)が、第1内部電極部7a形成部に浸透するための進入路として作用する。これにより、第1内部電極部7aを形成する箇所、および、ビア部7bを形成する箇所を空洞化することができる。図2(c)の10bは、上述の空洞化の工程により形成される空洞である。
このため、コプレーナ電極構造と比較すると、信号電極5および第1内部電極部7aに与えられる電位差によって生じる電気力線のうち、分岐導波路部3cを表面S1について垂直な方向で通過するものをより集中させることができる。換言すれば、垂直な方向で通過する電気力線の本数を多くすることができる。これにより、駆動電圧の印加効率を改善できる。そして、駆動電圧の印加効率の改善により、必要な屈折率変化を生じさせるために要する電力についても抑制させることができる。
このように、第1実施形態においては、導電性結晶材料を電極に採用する技術に比して、駆動電圧を低減して省電力化を実現することができる。
図4(a)〜図4(d)は第2実施形態を示す図であり、この図4(a)〜図4(d)において、10は光導波路デバイスである。尚、図4(a)は光導波路デバイス10の上面図であり、図4(b)は図4(a)の部分的拡大図であり、図4(c)は図4(b)のA断面図であり、図4(d)は図4(b)のB断面図である。
ここで、接地電極16については、後述のビア部17bとともに形成されうる第1電極部16aとともに第2電極部16bとをそなえるが、第1電極部16aについては、一部を除いて第2電極部16bに覆われる。尚、図4(a)の符号16a′は、第1電極部16aが第2電極部16bに覆われていない箇所を示す。尚、接地電極16のパターンについては適宜変形することが可能である。
このように、第2実施形態においても、駆動電圧を低減して省電力化を実現することができる。
図5(a)〜図5(d)は第3実施形態を示す図であり、この図5(a)〜図5(d)において、20は光導波路デバイスである。尚、図5(a)は光導波路デバイス20の上面図であり、図5(b)は図5(a)の部分的拡大図であり、図5(c)は図5(b)のA断面図であり、図5(d)は図5(b)のB断面図である。
基板内電極27は、第2実施形態の基板内電極17と異なるパターンを有する第1内部電極部27aおよびビア部27bをそなえる。第1内部電極部27aは、光伝搬方向の上流側および下流側の端部27a−1については前述の第2実施形態の電極17と同等の幅を有しているが、端部27a−1の間の中流部27a−2については幅が狭められている。換言すれば、第1内部電極部27aは、分岐導波路部3cにおける光伝搬方向の上流側から下流側の両端位置の幅を他の位置の幅よりも幅広にするパターンを有している。
このように、第3実施形態においても、前述の各実施形態の場合と同様に、駆動電圧を低減して省電力化を実現することができる。
図6(a)〜図6(d)は第4実施形態を示す図であり、この図6(a)〜図6(d)において、30は光導波路デバイスである。尚、図6(a)は光導波路デバイス30の上面図であり、図6(b)は図6(a)の部分的拡大図であり、図6(c)は図6(b)のA断面図であり、図6(d)は図6(b)のB断面図である。
基板内電極37は、前述の各実施形態の基板内電極と異なるパターンを有する第1内部電極部37aをそなえているが、ビア部17bについては第2実施形態におけるものと基本的に同様である。第4実施形態における第1内部電極部37aは、第2実施形態における第1内部電極部17aに比して、ビア部17bが接続されていない箇所にについて幅が狭くなるように形成される。換言すれば、第1内部電極部37aは、分岐導波路部3cにおける下部位置に幹部37a−1をそなえるとともに光伝搬方向に対して左右に櫛枝部37a−2を有する櫛型のパターンを有している。尚、本例においては、第1内部電極部37aにおける光伝搬方向の上流側および下流側の端部に形成される櫛枝部37a−2について、図6(a)に示すように、他の櫛枝部37a−2に比して比較的太く形成することができる。
このように、第4実施形態においても、前述の各実施形態の場合と同様に、駆動電圧を低減して省電力化を実現することができる。
図7(a)〜図7(d)は第5実施形態を示す図であり、この図7(a)〜図7(d)において、40は光導波路デバイスである。尚、図7(a)は光導波路デバイス40の上面図であり、図7(b)は図7(a)の部分的拡大図であり、図7(c)は図7(b)のA断面図であり、図7(d)は図7(b)のB断面図である。
このように、第5実施形態においても、前述の各実施形態の場合と同様に、駆動電圧を低減して省電力化を実現することができる。
〔F〕第6実施形態の説明
図8(a)〜図8(d)は第6実施形態を示す図であり、この図8(a)〜図8(d)において、50は光導波路デバイスである。尚、図8(a)は光導波路デバイス50の上面図であり、図8(b)は図8(a)の部分的拡大図であり、図8(c)は図8(b)のA断面図であり、図8(d)は図8(b)のB断面図である。
ここで、接地電極56については、基板2の側面に形成されている。本例においては、基板2の長手方向に沿った基板2の長側面の一方に、分岐導波路部3cにおける光伝搬方向の上流側から下流側にわたって形成される。更に、基板内電極57は、信号電極5が基板2の表面S1に対し垂直方向の電界を与える面に対応する面領域を有する第2内部電極部57aとともに、第2内部電極部57aおよび接地電極56を電気的に接続する第2接続部の一例である複数の枝部57bをそなえている。
このため、コプレーナ電極構造と比較すると、信号電極5および第1内部電極部57aに与えられる電位差によって生じる電気力線のうち、分岐導波路部3cを表面S1について垂直な方向で通過するものをより集中させることができる。換言すれば、垂直な方向で通過する電気力線の本数を多くすることができる。これにより、駆動電圧の印加効率を改善できる。そして、駆動電圧の印加効率の改善により、必要な屈折率変化を生じさせるために要する電力についても抑制させることができる。
このように、第6実施形態においても、前述の各実施形態の場合と同様に、駆動電圧を低減して省電力化を実現することができる。
図9(a)〜図9(d)は第7実施形態を示す図であり、この図9(a)〜図9(d)において、60は光導波路デバイスである。尚、図9(a)は光導波路デバイス50の上面図であり、図9(b)は図9(a)の部分的拡大図であり、図9(c)は図9(b)のA断面図であり、図9(d)は図9(b)のB断面図である。
ここで、基板内電極67は、信号電極5が基板2の表面S1に対し垂直方向の電界を与える面に対応する面領域を有する第2内部電極部67aとともに、第2内部電極部67aおよび接地電極56を電気的に接続する第2接続部の一例である延在電極部67bをそなえている。
第7実施形態においても、基板2の内部に設けられた金属からなる基板内電極67をそなえているので、前述の各実施形態の場合と同様に、駆動電圧を低減して省電力化を実現することができる。
図10は第8実施形態における光導波路デバイス70の断面図である。この光導波路デバイス70は、基板72,光導波路73,電極75,76および基板内電極77a,77bを含む。基板72は、電気光学結晶の一例であるLNからなり、前述の各実施形態と異なり、第1表面S1に対して水平方向の電界変化が光導波路73の屈折率変化をもたらすようになっている。具体的には、LN基板72はXカットのものが用いることができる。
また、電極75は、金属層である第2電極部75bと、第2電極部75bに接続された第1電極部75aと、をそなえる。第1電極部75aは、基板内電極77aと当該電極75をなす第2電極部75bとの電気的導通を図るためのものであり、前述の図2に示す第1電極部6aと同様に、後述の基板内電極77aと一体として形成することができる。
なお、74は基板72と電極75,76との間に積層されるバッファ層である。
このとき、基板内電極77a,77bを形成するための金属の充填と併せて、基板72の表面に充填する金属を露出させる箇所を形成することにより、当該箇所を第1電極部76a,76bとすることができる。
また、光導波路73を前述の各実施形態にて例示したマッハツェンダ干渉計のパターンとする場合には、基板内電極77a,77bは、2つの分岐導波路部(符号3c,3d)の例えば一方(符号3c参照)を挟むように間隔を置いて形成することができる。この場合においては、基板内電極77aは、電極75と協働して、分岐導波路部3cに電界を印加するための進行波電極として動作させることができ、一端から送信データに従う高周波電気信号を供給するとともに他端は終端するようにしてもよい。
このように、第8実施形態においても、前述の各実施形態の場合と同様に、駆動電圧を低減して省電力化を実現することができる。
図11は第9実施形態における光導波路デバイス80の断面図である。第9実施形態における光導波路デバイス80は、第8実施形態における光導波路デバイス70に比して、光導波路83が基板72の内部に形成されている点が異なっているが、その他については基本的に同様である。尚、図11中において、図10と同一の符号はほぼ同様の部分を示している。
〔J〕第10実施形態の説明
図12は第10実施形態における光導波路デバイス90の断面図である。第10実施形態における光導波路デバイス90は、第9実施形態における光導波路デバイス80の変形に相当する。即ち、光導波路デバイス90は、図11に示す光導波路デバイス80とは異なる電極95,96および基板内電極97a,97bをそなえている。尚、既述の符号はほぼ同様の部分を示す。
なお、接続部97a−2,97b−2については、図示の断面図ではL字形状を有しているが、他の形状を有することとしてもよい。また、接続部97b−2の光導波路83の長手方向に渡る形状については、適宜形成することが可能であり、たとえば、連続する形状としてもよいし、櫛型状に形成することとしてもよい。
上述した実施形態にかかわらず、開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々変形することが可能である。
たとえば、第1〜第7実施形態においては、光導波路3を基板2の内部に形成されるようにしてもよい。又、ビア部7b,17b,27bについては、基板表面S1に対して垂直な方向に形成されているが、基板表面S1に対して斜めに形成するようにしてもよい。
また、上述したように、各実施形態における光導波路デバイス1,10,20,30,40,50,60,70,80,90を含んで、光変調器として適用できるが、その他、種々の光装置への適用が可能である。
以上の実施形態に関し、下記の付記を更に開示する。
(付記1)
電気光学効果を有する基板と、
該基板の第1表面および/又は該基板内に設けられた光導波路と、
該基板内部に設けられた金属からなる基板内電極と、をそなえた光導波路デバイス。
該基板は単一の電気光学結晶であり、該基板内電極は、該基板内電極を形成すべき箇所に空洞を形成して、前記形成された空洞に前記金属を充填して形成された、付記1記載の光導波路デバイス。
(付記3)
該基板内電極を形成すべき箇所について超短パルスのレーザ集光照射を行なって、前記箇所についてアモルファス化した後に選択エッチングを行なうことにより、又は、前記箇所についてのアブレーションにより、前記空洞が形成された、付記2記載の光導波路デバイス。
該基板は、該第1表面に対して垂直方向の電界変化が該光導波路の屈折率変化をもたらす、付記1〜3のいずれか1項記載の光導波路デバイス。
(付記5)
該光導波路の上部において、該光導波路に沿って形成された信号電極と、
前記第1表面の上部において該信号電極に間隔を隔てて形成された接地電極と、をそなえ、
該基板内電極は、
該光導波路と該基板の前記第1表面の裏面である第2表面との間に形成された、該信号電極と協働して前記垂直方向の電界を与える第1内部電極部と、
該第1内部電極部および該接地電極を電気的に接続する第1接続部と、をそなえた、付記4記載の光導波路デバイス。
該第1内部電極部は、該光導波路における光伝搬方向の上流側および下流側にわたり、該信号電極の幅よりも幅広に形成されるとともに、
該第1接続部は、該第1内部電極部に接続されて、該第1内部電極部と該接地電極とを導通させる複数の導通ビアを含む、付記5記載の光導波路デバイス。
該接地電極は、該信号電極を挟んで対向する電極領域を含み、
該第1内部電極部の幅は、該信号電極における前記対向する電極領域の間の距離に相当する幅を有し、
かつ、該導通ビアは、該第1内部電極部の幅方向の両縁に沿って形成された、付記6記載の光導波路デバイス。
該第1内部電極部は、
該光導波路における光伝搬方向の上流側から下流側の両端位置の幅を他の位置の幅よりも幅広にするパターンを有し、
該第1接続部は、該第1内部電極部における前記幅広となる領域に接続されて、該第1内部電極部と該接地電極とを導通させる複数の導通ビアを含む、付記5記載の光導波路デバイス。
該第1内部電極部は、
該光導波路における下部に幹部をそなえるとともに光伝搬方向に対して左右に櫛枝部を有する櫛型のパターンを有し、
該第1接続部は、該第1内部電極部における前記櫛枝部に接続されて、該第1内部電極部と該接地電極とを導通させる導通ビアを複数個含む、付記5記載の光導波路デバイス。
該光導波路は、リッジ導波路である、付記4〜9のいずれか1項記載の光導波路デバイス。
(付記11)
該光導波路の上部において、該光導波路に沿って形成された信号電極と、
該基板の側面に形成された接地電極と、をそなえ、
該基板内電極は、該信号電極が前記垂直方向の電界を与える面に対応する面領域を有する第2内部電極部とともに、
該第2内部電極部および該接地電極を電気的に接続する第2接続部をそなえた、付記4記載の光導波路デバイス
(付記12)
該第2接続部は、該基板内電極の一部として該第2内部電極部とともに形成された枝部であって、該光導波路における光伝搬方向の上流側および下流側に対応する両端部にわたり、間隔を置いて、前記第2内部電極部から該接地電極が形成される前記側面箇所まで延在して形成される複数の枝部を含む、付記11記載の光導波路デバイス。
該第2接続部は、該基板内電極の一部として該第2内部電極部とともに形成された延在領域であって、該光導波路における光伝搬方向の上流側および下流側にわたる箇所に、該第2内部電極部から該接地電極が形成される前記側面箇所まで延在して形成された延在電極部を含む、付記11記載の光導波路デバイス。
該基板は、該第1表面に対して水平方向の電界変化が該光導波路の屈折率変化をもたらす、付記1〜3のいずれか1項記載の光導波路デバイス。
(付記15)
該基板内電極は、該第1表面に対して垂直方向の面を有して対向するとともに、該光導波路を挟むように形成された一対の第3内部電極部を含む、付記14記載の光導波路デバイス。
前記第1表面上において該光導波路の上部を隔てて形成された信号電極および接地電極をそなえ、
前記一対の第3内部電極部のうちの一方は、該信号電極に接続され、前記一対の第3内部電極部のうちの他方が該接地電極に接続された、付記14記載の光導波路デバイス。
付記1〜17のいずれか1項記載の光導波路デバイスを製造する方法であって、
該基板内電極を形成すべき箇所について空洞を形成する工程と、
該空洞に前記金属を充填する工程と、を含む、光導波路デバイスの製造方法。
(付記18)
該空洞を形成する工程は、
該基板内電極を形成すべき箇所について超短パルスのレーザ集光照射を行なって、前記箇所についてアモルファス化した後に選択エッチングを行なうことにより、又は、前記箇所についてのアブレーションにより、行なう、付記17記載の光導波路デバイスの製造方法。
付記1〜16のいずれか1項記載の光導波路デバイスを含む、光変調器。
(付記20)
付記1〜16のいずれか1項記載の光導波路デバイスを含む、偏波モード分散補償器。
(付記21)
付記1〜16のいずれか1項記載の光導波路デバイスを含む、光スイッチ。
2,72 基板
2a 溝
3,73,83 光導波路
3a 入射導波路部
3b 出射導波路部
3c,3d 分岐導波路部
4 バッファ層
5 信号電極
6,56 接地電極
6a,16a,75a,76a,95a,96a 第1電極部
6b,16b,75b,76b,95b,96b 第2電極部
7,17,27,37,57,67,77a,77b,97a,97b 基板内電極
7a,17a,27a 第1内部電極部
7b,17b,27b ビア部(第1接続部)
7e 領域
8 信号源
9 終端抵抗
27a−1 端部
27a−2 中流部
37a−1 幹部
37a−2 櫛枝部
57a,67a 第2内部電極部
57b 枝部(第2接続部)
67b 延在電極部(第2接続部)
73 光導波路
75,76 電極
97a−1,97b−1 第3内部電極部
97a−2,97b−2 接続部
Claims (7)
- 電気光学効果を有する基板と、
該基板の第1表面および/又は該基板内に設けられた光導波路と、
該基板内に空洞を形成した後に、該空洞に金属を充填することにより形成された基板内電極と、をそなえ、
該基板は単一の電気光学結晶であり、該第1表面に対して垂直方向の電界変化が該光導波路の屈折率変化をもたらす、光導波路デバイス。 - 単一の電気光学結晶であり、且つ、電気光学効果を有する基板と、
該基板の第1表面および/又は該基板内に設けられた光導波路と、
該基板内部に設けられた金属からなる基板内電極と、
該光導波路の上部において、該光導波路に沿って形成された信号電極と、
前記第1表面の上部において該信号電極に間隔を隔てて形成された接地電極と、をそなえ、
該基板は、該第1表面に対して垂直方向の電界変化が該光導波路の屈折率変化をもたらし、
該基板内電極は、
該光導波路と該基板の前記第1表面の裏面である第2表面との間に形成された、該信号電極と協働して前記垂直方向の電界を与える第1内部電極部と、
該第1内部電極部および該接地電極を電気的に接続する第1接続部と、をそなえた、光導波路デバイス。 - 単一の電気光学結晶であり、且つ、電気光学効果を有する基板と、
該基板の第1表面および/又は該基板内に設けられた光導波路と、
該基板内部に設けられた金属からなる基板内電極と、
該光導波路の上部において、該光導波路に沿って形成された信号電極と、
該基板の側面に形成された接地電極と、をそなえ、
該基板は、該第1表面に対して垂直方向の電界変化が該光導波路の屈折率変化をもたらし、
該基板内電極は、
該信号電極が前記垂直方向の電界を与える面に対応する面領域を有する第2内部電極部と、
該第2内部電極部および該接地電極を電気的に接続する第2接続部と、をそなえた、光導波路デバイス。 - 請求項1〜3のいずれか1項記載の光導波路デバイスを製造する方法であって、
該基板内電極を形成すべき箇所について空洞を形成する工程と、
該空洞に前記金属を充填する工程と、を含む、光導波路デバイスの製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項記載の光導波路デバイスを含む、光変調器。
- 請求項1〜3のいずれか1項記載の光導波路デバイスを含む、偏波モード分散補償器。
- 請求項1〜3のいずれか1項記載の光導波路デバイスを含む、光スイッチ。
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