JPH03229213A - 光制御素子 - Google Patents
光制御素子Info
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- JPH03229213A JPH03229213A JP2220790A JP2220790A JPH03229213A JP H03229213 A JPH03229213 A JP H03229213A JP 2220790 A JP2220790 A JP 2220790A JP 2220790 A JP2220790 A JP 2220790A JP H03229213 A JPH03229213 A JP H03229213A
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- dielectric constant
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- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
- G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
- G02F1/0356—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide structure
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野1
本発明は、光通信分野、光情報処理分野または光応用計
測分野に使用して好適な、広帯域で動作速度が速(、か
つ駆動電圧が低い光制御素子に関するものである。
測分野に使用して好適な、広帯域で動作速度が速(、か
つ駆動電圧が低い光制御素子に関するものである。
[従来の技術1
従来の光制御素子の一例として、第5図(A)および(
B)に示すマツハ・ツエンダ形光強度変調器について以
下に述べる。
B)に示すマツハ・ツエンダ形光強度変調器について以
下に述べる。
第5図(A)および(B)において、例えばLiNbO
5などの電気光学効果を有する基板1の一方の主面に、
例えばTi拡散法などにより光導波路2を形成し、その
主面の上に、バッファ層3を介在させて中心電極4およ
びアース電極5を形成することにより光変調器が形成さ
れる。これら電極4と5との間に変調用マイクロ波信号
給電線7を通じて電気変調信号を印加することにより、
入力光が変調されて出力光信号が得られる。6は電極4
と5との間に接続した終端抵抗である。
5などの電気光学効果を有する基板1の一方の主面に、
例えばTi拡散法などにより光導波路2を形成し、その
主面の上に、バッファ層3を介在させて中心電極4およ
びアース電極5を形成することにより光変調器が形成さ
れる。これら電極4と5との間に変調用マイクロ波信号
給電線7を通じて電気変調信号を印加することにより、
入力光が変調されて出力光信号が得られる。6は電極4
と5との間に接続した終端抵抗である。
このような構成の光変調器の変調帯域幅(Δf)は、主
に光波と電気信号波との素子通過速度により決まり、例
えば井筒、末日により電子通信学会論文誌Vo1.J6
4−CNo、 4. pp、 264−271.198
1に述べられているように、次式により示される。
に光波と電気信号波との素子通過速度により決まり、例
えば井筒、末日により電子通信学会論文誌Vo1.J6
4−CNo、 4. pp、 264−271.198
1に述べられているように、次式により示される。
Δf=1.9c/(πln+m−nalL)C:光速
n、、:電気信号波に対する実効屈折率n0:光波に対
する等低屈折率 L:電極長 なお、ここで変調帯域幅(Δf)は、光電力における3
dB変調帯域幅で示している。上記参考文献では、前記
光電力が受光器により電気に変換されたときの電気レベ
ルにおける3dB変調帯域幅で表していたため、上式の
係数1.9は参考文献の係数1.4を変換したものであ
る。
する等低屈折率 L:電極長 なお、ここで変調帯域幅(Δf)は、光電力における3
dB変調帯域幅で示している。上記参考文献では、前記
光電力が受光器により電気に変換されたときの電気レベ
ルにおける3dB変調帯域幅で表していたため、上式の
係数1.9は参考文献の係数1.4を変換したものであ
る。
上記従来例のような構造では、一般にn、≠00であり
、速度差による帯域幅制限を受け、例えば、LiNbO
5光変調器では進行波形電極を用いて電極損失を無損失
としても、Δf=8.7GHz/cmとなり、光制御素
子の高速・広帯域化に限界があった。
、速度差による帯域幅制限を受け、例えば、LiNbO
5光変調器では進行波形電極を用いて電極損失を無損失
としても、Δf=8.7GHz/cmとなり、光制御素
子の高速・広帯域化に限界があった。
光制御素子の広帯域・高速化限界を打破するためには、
n、とnoを等しくする、すなわち、完全速度整合を図
る必要がある。第6図(A)および(B)は本発明者等
が先の出願の特願平1−39162号において開示した
完全速度整合を−る光変調器の一実施例である。第6図
(A)および(B)は、それぞれ、この先願例における
平面図およびそのAA’線断面の一部拡大断面図である
。なお、第6図(A)の平面図ではシールド導体9を省
略している。
n、とnoを等しくする、すなわち、完全速度整合を図
る必要がある。第6図(A)および(B)は本発明者等
が先の出願の特願平1−39162号において開示した
完全速度整合を−る光変調器の一実施例である。第6図
(A)および(B)は、それぞれ、この先願例における
平面図およびそのAA’線断面の一部拡大断面図である
。なお、第6図(A)の平面図ではシールド導体9を省
略している。
かかる先願の実施例では、2本の光導波路2を具えた電
気光学効果を有するLiNb0m基板1の一方の主面上
に、厚いバッファ層3を介して進行波電極としての中心
電極4およびアース電極5を配置し、さらに、光導波路
2と進行波電極4,5とが相互作用する領域の近傍にオ
ーバレイ8を介してシールド導体9を配置する。このよ
うな構造の光変調器において、中心電極4の幅2Wを8
μm、電極4と5の間のギャップ幅2Gを15μm、
Sin、であるバッファ層3の厚みDを1.2μmとし
た場合、空気であるオーバレイ8の厚さを10μm以下
の適切な値に設定したときに、数lO〜数100GHz
の広帯域光変調器を実現できることを示した。
気光学効果を有するLiNb0m基板1の一方の主面上
に、厚いバッファ層3を介して進行波電極としての中心
電極4およびアース電極5を配置し、さらに、光導波路
2と進行波電極4,5とが相互作用する領域の近傍にオ
ーバレイ8を介してシールド導体9を配置する。このよ
うな構造の光変調器において、中心電極4の幅2Wを8
μm、電極4と5の間のギャップ幅2Gを15μm、
Sin、であるバッファ層3の厚みDを1.2μmとし
た場合、空気であるオーバレイ8の厚さを10μm以下
の適切な値に設定したときに、数lO〜数100GHz
の広帯域光変調器を実現できることを示した。
〔発明が解決しようとする課題J
このような先願実施例の光制御素子では、速度不整合を
軽減するために厚いバッファ層3が必要となるので、光
波とマイクロ波の相互作用が疎になり、動作波長1.5
μm帯において駆動電圧を5V以下とするために相互作
用長(電極長:L)を2.7cm以上に長くする必要が
あった。したがって、この先願実施例による完全速度整
合形速度・広帯域光制御素子では、駆動電圧を5v以下
とする場合、主に電極長を長くしたことによるマイクロ
波損失の増加に起因する帯域制限を受け、変調帯域は高
々20GHzであった。
軽減するために厚いバッファ層3が必要となるので、光
波とマイクロ波の相互作用が疎になり、動作波長1.5
μm帯において駆動電圧を5V以下とするために相互作
用長(電極長:L)を2.7cm以上に長くする必要が
あった。したがって、この先願実施例による完全速度整
合形速度・広帯域光制御素子では、駆動電圧を5v以下
とする場合、主に電極長を長くしたことによるマイクロ
波損失の増加に起因する帯域制限を受け、変調帯域は高
々20GHzであった。
そこで、本発明の目的は、以上に述べた従来例および先
願例の欠点を解決して、マイクロ波損失の増加に起因す
る帯域制限を緩和した速度整合形超高速・広帯域光制御
素子を提供することにある。
願例の欠点を解決して、マイクロ波損失の増加に起因す
る帯域制限を緩和した速度整合形超高速・広帯域光制御
素子を提供することにある。
[課題を解決するための手段1
このような目的を達成するために、本発明は、少なくと
も1本の光導波路を設けた電気光学効果を有する基板と
、該基板の上に配設されたバッファ層と、該バッファ層
の上に配設された中心電極とアース電極とからなる進行
波電極とを具えて構成された光制御素子において、前記
バッファ層を二酸化シリコンよりも誘電率の低い物質で
構成したことを特徴とする。
も1本の光導波路を設けた電気光学効果を有する基板と
、該基板の上に配設されたバッファ層と、該バッファ層
の上に配設された中心電極とアース電極とからなる進行
波電極とを具えて構成された光制御素子において、前記
バッファ層を二酸化シリコンよりも誘電率の低い物質で
構成したことを特徴とする。
]作 用1
本発明によれば、少なくとも1本の光導波路を設けた電
気光学効果を有する基板の表面上に、該光導波路の近傍
にバッファ層を介して進行波電極を形成して少なくとも
1つの光制御部を配置した光制御素子において、前記バ
ッファ層な、従来用いられている二酸化シリコン(Si
ns:比誘電率ε→3.9)やアルミナ(,11,08
:比誘電率ε≠9.6)に比べて低誘電率(例えばテフ
ロン系樹脂:比誘電率ε→1.9)である物質で構成す
ることによって、バッファ層の厚さを従来の二酸化シリ
コンを用いる場合に比べて大幅に減少させることができ
る。したがって、駆動電圧を従来例と同等にする場合は
、電極長を短(できるので、変調帯域を大幅に広げるこ
とが可能となり、また、電極長を従来例と同等にする場
合は、駆動電圧を大幅に減少させることが可能となる。
気光学効果を有する基板の表面上に、該光導波路の近傍
にバッファ層を介して進行波電極を形成して少なくとも
1つの光制御部を配置した光制御素子において、前記バ
ッファ層な、従来用いられている二酸化シリコン(Si
ns:比誘電率ε→3.9)やアルミナ(,11,08
:比誘電率ε≠9.6)に比べて低誘電率(例えばテフ
ロン系樹脂:比誘電率ε→1.9)である物質で構成す
ることによって、バッファ層の厚さを従来の二酸化シリ
コンを用いる場合に比べて大幅に減少させることができ
る。したがって、駆動電圧を従来例と同等にする場合は
、電極長を短(できるので、変調帯域を大幅に広げるこ
とが可能となり、また、電極長を従来例と同等にする場
合は、駆動電圧を大幅に減少させることが可能となる。
[実施例1
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。
。
第1図(A)および(B)は本発明光制御素子の一実施
例を示す、それぞれ、平面図およびAA’線断面図であ
る。
例を示す、それぞれ、平面図およびAA’線断面図であ
る。
第1図(A)および(B)において、上述した第5図(
A)、(B)および第6図(A)、(B)の構成との差
異は、この実施例では、バッファ層3として、二酸化シ
リコン(Sing:比誘電率εL93.9)を用いる代
りに、二酸化シリコンより誘電率の低い材料、たとえば
テフロン系樹脂(比誘電率841.9)を用いたことに
ある。テフロン系樹脂としては、例えば「日経ニューマ
テリアルJ 、 8−7.p、17(1989)に述べ
られている比誘電率ε岬1.9.屈折率n岬1.3のよ
うな樹脂を、スピンコーティングやスパッタなどの方法
を用いて1μm以下の厚さに形成することにより適用で
きる。
A)、(B)および第6図(A)、(B)の構成との差
異は、この実施例では、バッファ層3として、二酸化シ
リコン(Sing:比誘電率εL93.9)を用いる代
りに、二酸化シリコンより誘電率の低い材料、たとえば
テフロン系樹脂(比誘電率841.9)を用いたことに
ある。テフロン系樹脂としては、例えば「日経ニューマ
テリアルJ 、 8−7.p、17(1989)に述べ
られている比誘電率ε岬1.9.屈折率n岬1.3のよ
うな樹脂を、スピンコーティングやスパッタなどの方法
を用いて1μm以下の厚さに形成することにより適用で
きる。
第2図(A)および(B)は第1図(A)および(B)
に示した実施例において、バッファ層3上に幅2W=8
μlの中心電極4.中心電極4とアース電極5の間のギ
ャップ幅2G= 15μmに定めた進行波電極4.5を
形成したときの深さ方向のマイクロ波電界強度分布を示
したものであり、第2図(A)および(B)は、それぞ
れ、バッファ層の厚さが0.5μmおよび1.2μmに
対応する計算値である。第2図(A)および(B)より
、バッファ層3の厚さがマイクロ波と光波との相互作用
の大きさに影響を及ぼすことが明らかである。
に示した実施例において、バッファ層3上に幅2W=8
μlの中心電極4.中心電極4とアース電極5の間のギ
ャップ幅2G= 15μmに定めた進行波電極4.5を
形成したときの深さ方向のマイクロ波電界強度分布を示
したものであり、第2図(A)および(B)は、それぞ
れ、バッファ層の厚さが0.5μmおよび1.2μmに
対応する計算値である。第2図(A)および(B)より
、バッファ層3の厚さがマイクロ波と光波との相互作用
の大きさに影響を及ぼすことが明らかである。
第3図は半波長電圧(駆動電圧)・電極長積(■π・L
)のバッファ層厚さ依存性に関する計算結果である。本
発明において、従来例と同じnlを得るために必要なバ
ッファ層3の厚さを比誘電率の違いから概算すると、従
来例の厚さから約30%減少させることが可能である。
)のバッファ層厚さ依存性に関する計算結果である。本
発明において、従来例と同じnlを得るために必要なバ
ッファ層3の厚さを比誘電率の違いから概算すると、従
来例の厚さから約30%減少させることが可能である。
したがって、第3図からVπ・Lが従来例の約374と
なること、すなわち、電極長を同一にした時、駆動電圧
を約1/4低下できることが推測される。
なること、すなわち、電極長を同一にした時、駆動電圧
を約1/4低下できることが推測される。
第4図は、第6図(A)、(B)の先願例の構成に本発
明を適用した場合の変調帯域の計算例である。
明を適用した場合の変調帯域の計算例である。
従来例では、動作波長1.5μmにおいて、駆動電圧を
5V以下に設計した場合、2.7cm程度の電極長が必
要であり、変調帯域は20〜30GHzであったが、本
発明を適用することにより、電極長を2.0cm程度に
できるので、変調帯域は50GHz以上となることが推
測できる。
5V以下に設計した場合、2.7cm程度の電極長が必
要であり、変調帯域は20〜30GHzであったが、本
発明を適用することにより、電極長を2.0cm程度に
できるので、変調帯域は50GHz以上となることが推
測できる。
[発明の効果1
以上説明したように、本発明の光制御素子によれば、バ
ッファ層を、二酸化シリコンよりも誘電率の低い物質、
たとえばテフロン系樹脂で構成することによって、マイ
クロ波と光波の完全速度整合性と低駆動電圧性を確保し
ながら、電極長を短(できるので、マイクロ波損失に起
因する帯域制限の軽減が可能となり、50GHz以上の
変調帯域を有する低駆動電圧光制御素子を実現できる。
ッファ層を、二酸化シリコンよりも誘電率の低い物質、
たとえばテフロン系樹脂で構成することによって、マイ
クロ波と光波の完全速度整合性と低駆動電圧性を確保し
ながら、電極長を短(できるので、マイクロ波損失に起
因する帯域制限の軽減が可能となり、50GHz以上の
変調帯域を有する低駆動電圧光制御素子を実現できる。
本発明は上記実施例に示したマツハ・ツエンダ形光強度
変調器に限定されるものではなく、同一原理による光強
度変調器、光位相変調器、光スィッチ等の各種光制御素
子に適用できる。
変調器に限定されるものではなく、同一原理による光強
度変調器、光位相変調器、光スィッチ等の各種光制御素
子に適用できる。
本発明に用いる電気−光変換効果を有する基板材料、導
波路形状、電極形状および速度整合用シールド導体材料
は、上記実施例に限定されるものでな(、電気−光変換
効果を有する基板材料としてはLiNbO5以外の材料
を用い、導波路形状としては熱拡散導波路以外の埋め込
み形、リッジ形等に形成し、電極形状としては、コプレ
ーナ・ウニイブガイド形態外のコプレーナ・ストリップ
形等を用いることもできる。
波路形状、電極形状および速度整合用シールド導体材料
は、上記実施例に限定されるものでな(、電気−光変換
効果を有する基板材料としてはLiNbO5以外の材料
を用い、導波路形状としては熱拡散導波路以外の埋め込
み形、リッジ形等に形成し、電極形状としては、コプレ
ーナ・ウニイブガイド形態外のコプレーナ・ストリップ
形等を用いることもできる。
第1図(A)および(B)は本発明光制御素子の一実施
例の構造を示す、それぞれ、平面図およびAA’線断面
図、 第2図は第1図(A)、(B)に示した実施例における
深さ方向マイクロ波電界強度分布の計算例を示す分布図
、 第3図は第1図(A)、(B)に示した実施例における
半波長電圧(駆動電圧)・電極長積(■π・L)のバッ
ファ層厚さ依存性に関する計算例を示す図、第4図は本
発明を第6図(A)、(B)の先願例に適用して構成し
た光制御素子の変調帯域の計算例を示す図、 第5図(A)および(B)は光制御素子の一従来例を示
す、それぞれ、平面図およびAA’線断面図、第6図(
A)および(B)は先の出願(特願平1−39162号
)の速度整合形光変調器の一実施例を示す、それぞれ、
平面図およびAA’線断面図である。 1・・・基板、 2・・・光導波路、 3・・・バッファ層、 4・・・中心電極、 5・・・アース電極、 6・・・終端抵抗、 8・・・オーバレイ、 9・・・シールド導体。
例の構造を示す、それぞれ、平面図およびAA’線断面
図、 第2図は第1図(A)、(B)に示した実施例における
深さ方向マイクロ波電界強度分布の計算例を示す分布図
、 第3図は第1図(A)、(B)に示した実施例における
半波長電圧(駆動電圧)・電極長積(■π・L)のバッ
ファ層厚さ依存性に関する計算例を示す図、第4図は本
発明を第6図(A)、(B)の先願例に適用して構成し
た光制御素子の変調帯域の計算例を示す図、 第5図(A)および(B)は光制御素子の一従来例を示
す、それぞれ、平面図およびAA’線断面図、第6図(
A)および(B)は先の出願(特願平1−39162号
)の速度整合形光変調器の一実施例を示す、それぞれ、
平面図およびAA’線断面図である。 1・・・基板、 2・・・光導波路、 3・・・バッファ層、 4・・・中心電極、 5・・・アース電極、 6・・・終端抵抗、 8・・・オーバレイ、 9・・・シールド導体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)少なくとも1本の光導波路を設けた電気光学効果を
有する基板と、 該基板の上に配設されたバッファ層と、 該バッファ層の上に配設された中心電極とアース電極と
からなる進行波電極と を具えて構成された光制御素子において、 前記バッファ層を二酸化シリコンよりも誘電率の低い物
質で構成したことを特徴とする光制御素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2220790A JPH03229213A (ja) | 1990-02-02 | 1990-02-02 | 光制御素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2220790A JPH03229213A (ja) | 1990-02-02 | 1990-02-02 | 光制御素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03229213A true JPH03229213A (ja) | 1991-10-11 |
Family
ID=12076350
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2220790A Pending JPH03229213A (ja) | 1990-02-02 | 1990-02-02 | 光制御素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03229213A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07234391A (ja) * | 1994-02-24 | 1995-09-05 | Nec Corp | 光制御デバイス |
JP2016161661A (ja) * | 2015-02-27 | 2016-09-05 | 住友大阪セメント株式会社 | 導波路型光素子 |
-
1990
- 1990-02-02 JP JP2220790A patent/JPH03229213A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07234391A (ja) * | 1994-02-24 | 1995-09-05 | Nec Corp | 光制御デバイス |
JP2016161661A (ja) * | 2015-02-27 | 2016-09-05 | 住友大阪セメント株式会社 | 導波路型光素子 |
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