JPH0764034A - Travelling wave type optical modulator - Google Patents
Travelling wave type optical modulatorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、高周波帯用としての進
行波形マイクロ波電極を備えた高速光変調器に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high speed optical modulator having a traveling wave microwave electrode for high frequency band.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光通信の高速化の要請から高速光変調技
術も飛躍的に進歩し、これに対応し得るものとして進行
波形マイクロ波電極を備えた高速光変調器が既に提示さ
れている。そして従来、この種の進行波形マイクロ波電
極を備えた高速光変調器の仕様としては、通信波長１.
５５μｍ ，周波数帯域１０ＧＨｚ以上，動作電圧約５
Ｖというのが一般的な規格として用いられている。これ
に対し、Ｔｉ拡散ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）導
波路型光変調器が好適なものとして従来一般に用いられ
てきた。2. Description of the Related Art A high-speed optical modulation technique has been dramatically advanced due to a demand for high-speed optical communication, and a high-speed optical modulator having a traveling-wave microwave electrode has already been proposed as a device capable of coping with this. Conventionally, the specifications of a high-speed optical modulator equipped with this kind of traveling waveform microwave electrode are as follows:
55μm, frequency band 10GHz or more, operating voltage about 5
V is used as a general standard. On the other hand, a Ti diffused lithium niobate (LiNbO 3 ) waveguide type optical modulator has been generally used as a suitable one.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＴ
ｉ拡散ＬｉＮｂＯ3 導波路型光変調器によれば、ＬｉＮ
ｂＯ3 光導波路の結晶性がＴｉ拡散により低下するため
にＤＣドリフト特性が悪くなり、また光源の波長領域が
限定され可視光領域は使用できないという問題があっ
た。本発明はこのような問題点を解決するためになされ
たものであり、その目的とするところは、ＤＣドリフト
特性に優れ、かつ光源波長も限定されず可視光領域の波
長まで使用可能な進行波型高速光変調器を提供すること
にある。However, this T
According to the i-diffused LiNbO 3 waveguide type optical modulator,
Since the crystallinity of the bO 3 optical waveguide is deteriorated by Ti diffusion, the DC drift characteristic is deteriorated, and there is a problem that the wavelength range of the light source is limited and the visible light range cannot be used. The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a traveling wave that has excellent DC drift characteristics and is not limited in light source wavelength and can be used up to a wavelength in the visible light region. Type high speed optical modulator.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明にかかる進行波型光変調器は、タンタル酸リチウ
ム（ＬｉＴａＯ3 ）単結晶基板上に格子整合されたニオ
ブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）単結晶薄膜光導波路が形
成されてなり、該ニオブ酸リチウム単結晶薄膜光導波路
上に進行波電極を配設してなることを要旨とする。To achieve this object, a traveling wave type optical modulator according to the present invention comprises a lithium niobate (LiNbO 3 ) lattice-matched on a lithium tantalate (LiTaO 3 ) single crystal substrate. The gist is that a single crystal thin film optical waveguide is formed and a traveling wave electrode is provided on the lithium niobate single crystal thin film optical waveguide.
【０００５】従来、この種の材料を用いた分岐干渉型光
変調器は、例えば本出願人によるもの（特願平３−２７
６２５９号，平成３年９月３０日提出）が知られている
が、新たに高速通信に適用可能な進行波型光変調器とし
て本発明を提示するものである。Conventionally, a branching interference type optical modulator using this kind of material is, for example, the one by the present applicant (Japanese Patent Application No. 3-27).
No. 6259, filed Sep. 30, 1991), the present invention is newly proposed as a traveling wave type optical modulator applicable to high-speed communication.
【０００６】この場合に、ＬｉＮｂＯ3単結晶薄膜は、
ＬｉＴａＯ3単結晶基板の（０００１）面に形成されて
いることが望ましい。またＬｉＮｂＯ3 のａ軸の格子定
数は、ＬｉＴａＯ3 のそれの９４.８１〜１００.０７
％、好ましくは９９.４２〜１００.０３％にすることが
望ましい。そして格子整合の手段は限定されるものでは
ないが、液相エピタキシャル成長法が望ましい。そして
この液相エピタキシャル結晶成長法（ＬＰＥ法）により
ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜を得るための溶融フラックス浴
組成としては、例えば特開平４−１２０９５号公報に示
されるＬｉ2Ｏ−Ｖ2Ｏ5−Ｎｂ2Ｏ5 系のものが一例とし
て挙げられる。この溶融フラックス浴中にＬｉＴａＯ3
単結晶基板を浸漬し、この基板上に格子整合されたＬｉ
ＮｂＯ3単結晶薄膜をＬＰＥ結晶成長により形成するも
のである。そしてこれにより得られた光変調器は、ドリ
フト特性に優れている。In this case, the LiNbO 3 single crystal thin film is
It is preferably formed on the (0001) plane of the LiTaO 3 single crystal substrate. The lattice constant of the a-axis of LiNbO 3 is 94.81 to 100.07 of that of LiTaO 3.
%, Preferably 99.42 to 100.03%. The means for lattice matching is not limited, but the liquid phase epitaxial growth method is desirable. And, as a composition of a molten flux bath for obtaining a LiNbO 3 single crystal thin film by this liquid phase epitaxial crystal growth method (LPE method), for example, Li 2 O—V 2 O 5 —Nb disclosed in JP-A-4-12095 is disclosed. An example is a 2 O 5 type. In this molten flux bath, LiTaO 3
A single crystal substrate is dipped, and the lattice-matched Li is placed on this substrate.
The NbO 3 single crystal thin film is formed by LPE crystal growth. The optical modulator thus obtained has excellent drift characteristics.
【０００７】また別の溶融フラックス浴組成として、Ｌ
ｉ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−Ｎｂ2Ｏ5 系のものも挙げられる。この
浴組成の溶融フラックスを用いたものは、Ｌｉ2Ｏ−Ｖ2
Ｏ5−Ｎｂ2Ｏ5系溶融フラックスを用いるものよりも更
に可視光領域での光学特性に優れている。As another molten flux bath composition, L
i 2 O-B 2 O 3 -Nb 2 O 5 based ones can be cited. Those using molten flux of the bath composition, Li 2 O-V 2
The optical characteristics in the visible light region are more excellent than those using the O 5 —Nb 2 O 5 based molten flux.
【０００８】一方この場合にＬｉＴａＯ3単結晶基板と
ＬｉＮｂＯ3単結晶とを整合させる方法としては、 ＮａやＭｇをＬｉＮｂＯ3単結晶に含有させる Ｌｉ／Ｎｂの比率を４１／５９〜５６／４４の範囲と
する ＴｉなどをＬｉＴａＯ3単結晶基板中に含有させ格子
定数を小さくする 等の方法がすでに挙げられているが、の方法が最も望
ましい。On the other hand, in this case, as a method for matching the LiTaO 3 single crystal substrate and the LiNbO 3 single crystal, the ratio of Li / Nb in which Na or Mg is contained in the LiNbO 3 single crystal is 41/59 to 56/44. Although a method has been already mentioned in which Ti or the like within a range is contained in the LiTaO 3 single crystal substrate to reduce the lattice constant, the method is most preferable.
【０００９】また、この進行波型光変調器において、進
行波電極の伝送線路厚さ、中心導体の幅および中心導体
・アース導体間のギャップ、およびバッファ層の厚さの
各寸法範囲は、進行波電極の特性インピーダンスを外部
回路のそれにほぼ整合した値とし、かつマイクロ波実行
屈折率を光波実行屈折率に近づけた値に設定することが
望ましい。Further, in this traveling wave type optical modulator, the dimensional ranges of the transmission line thickness of the traveling wave electrode, the width of the central conductor, the gap between the central conductor and the ground conductor, and the thickness of the buffer layer are progressive. It is desirable to set the characteristic impedance of the wave electrode to a value that substantially matches that of the external circuit, and to set the microwave effective refractive index to a value close to the light wave effective refractive index.
【００１０】この場合進行波電極の特性インピーダンス
（Ｚ）は、外部回路のインピーダンスが通常５０オーム
であることを考慮すれば、５０±１０オームの範囲にあ
ることが望ましい。またマイクロ波実行屈折率（ｎｍ）
は、光波実行屈折率（ｎｏ）が通常の設計使用で２.２
か２.３程度であり、何も工夫せず太くて薄い進行波電
極を用いれば計算式より４.２ 程度と遠く離れた値とな
るが、これを細くて厚い進行波電極を使用することによ
り光波実行屈折率（ｎｏ）に近づけることができる。In this case, the characteristic impedance (Z) of the traveling wave electrode is preferably in the range of 50 ± 10 ohms, considering that the impedance of the external circuit is usually 50 ohms. Also the microwave effective refractive index (nm)
Has a light wave effective refractive index (no) of 2.2 in normal design use.
It is about 2.3, and if a thick and thin traveling wave electrode is used without any modification, the value will be as far as 4.2 from the calculation formula, but use a thin and thick traveling wave electrode. Can approach the light wave effective refractive index (no).
【００１１】[0011]
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図１は本発明に係る進行波型高速光変調器
の外観斜視図を、図２はその電気回路を含めた概略構成
図を、図３は図１に示した進行波型高速光変調器の断面
図を示す。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view of a traveling-wave high-speed optical modulator according to the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration diagram including its electric circuit, and FIG. 3 is a traveling-wave high-speed optical modulator shown in FIG. A sectional view is shown.
【００１２】これらの図１ないし図３に示した進行波型
高速光変調器１０は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ
3 ）単結晶基板１２上に液相エピタキシャル結晶成長法
（ＬＰＥ法）によりニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）
単結晶薄膜１４が形成され、このＬｉＮｂＯ3 単結晶薄
膜１４面にリッジ構造のマッハツェンダ（ＭＺ）型光導
波路１６が形成されている。そしてこのＬｉＮｂＯ3 単
結晶薄膜１４上にはＳｉＯ2 材料によるバッファ層１８
が形成され、されにそのバッファ層１８の上に中心導体
２２およびアース導体２４から構成されるコプレーナウ
ェーブガイド（ＣＰＷ）形の進行波電極２０（以下「Ｃ
ＰＷ電極」と称する。）が形成されている。The traveling wave type high speed optical modulator 10 shown in FIGS. 1 to 3 is a lithium tantalate (LiTaO).
3 ) Lithium niobate (LiNbO 3 ) on the single crystal substrate 12 by liquid phase epitaxial crystal growth method (LPE method)
A single crystal thin film 14 is formed, and a Mach-Zehnder (MZ) type optical waveguide 16 having a ridge structure is formed on the surface of the LiNbO 3 single crystal thin film 14. A buffer layer 18 made of a SiO 2 material is formed on the LiNbO 3 single crystal thin film 14.
Is formed, and on the buffer layer 18, a traveling wave electrode 20 (hereinafter referred to as “CW”) of a coplanar waveguide (CPW) type including a center conductor 22 and a ground conductor 24 is formed.
"PW electrode". ) Has been formed.
【００１３】この場合２つの光導波路１６ａ，１６ｂの
うちの一方の光導波路１６ａはバッファ層１８を介して
中心導体２２の真下に配置され、他方の光導波路１６ｂ
はアース導体２４の真下に配置される。次にこの進行波
型光変調器１０の電気回路について説明すれば、ＣＰＷ
電極２０の一端における中心導体２２とアース導体２４
との間には５０Ωの終端抵抗２６が接続され、他端にお
ける中心導体２２とアース導体２４との間には変調用マ
イクロ波信号をこれらの中心導体２２およびアース導体
２４に供給する高周波電源２８が接続されている。In this case, one of the two optical waveguides 16a and 16b is arranged directly below the center conductor 22 via the buffer layer 18, and the other optical waveguide 16b.
Is arranged directly below the ground conductor 24. Next, the electric circuit of the traveling wave type optical modulator 10 will be described.
The center conductor 22 and the ground conductor 24 at one end of the electrode 20
A terminating resistor 26 of 50Ω is connected between the center conductor 22 and the ground conductor 24 at the other end, and a high frequency power supply 28 for supplying a modulating microwave signal to the center conductor 22 and the ground conductor 24 is provided between the center conductor 22 and the ground conductor 24. Are connected.
【００１４】このＣＰＷ電極２０を備えた進行波型光変
調器１０に高周波電源２８から駆動電力が供給される
と、ＣＰＷ電極２０の中心導体２２とアース導体２４と
の間に電界が加わる。そうするとＬｉＮｂＯ3 単結晶薄
膜１４は電気光学効果を有するのでこの電界により屈折
率変化を生じ、光導波路１６を伝搬する光波とＣＰＷ電
極２０の伝送線路を伝搬する変調波との分布定数回路的
な結合により変調が行われることになる。When drive power is supplied from the high frequency power supply 28 to the traveling wave type optical modulator 10 having the CPW electrode 20, an electric field is applied between the center conductor 22 of the CPW electrode 20 and the ground conductor 24. Then, since the LiNbO 3 single crystal thin film 14 has an electro-optical effect, a refractive index change is caused by this electric field, and the optical wave propagating through the optical waveguide 16 and the modulated wave propagating through the transmission line of the CPW electrode 20 are coupled in a distributed constant circuit manner. Will result in modulation.
【００１５】次にこのように構成される進行波型光変調
器１０の概略的な製造工程を図４に示して説明する。初
めにＬｉＴａＯ3単結晶基板１２にＬｉＮｂＯ3単結晶の
光導波路１６（１６ａ，１６ｂ）を形成するまでの工程
［図４（ａ）〜（ｅ）］を説明すると、ＬｉＴａＯ3単
結晶基板１２をＬｉ2Ｏ−Ｖ2Ｏ5−Ｎｂ2Ｏ5系あるいは
Ｌｉ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−Ｎｂ2Ｏ5系溶融フラックス中に浸漬
し、ＬＰＥ法によりＬｉＮｂＯ3単結晶薄膜１４を形成
する（図４（ａ））。次にＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜１４
面にレジストを塗布し（図４（ｂ））、フォトリングラ
フィーにより光導波路パターンを形成する（図４
（ｃ））。そしてドライエッチングにより光導波路１６
ａ，１６ｂを形成し（図４（ｄ））、次いで光導波路パ
ターン面のレジストを剥離することによりＬｉＴａＯ3
単結晶基板１２上にＬｉＮｂＯ3単結晶のリッジ構造Ｍ
Ｚ型光導波路が得られる（図４（ｅ））。Next, a schematic manufacturing process of the traveling wave type optical modulator 10 configured as above will be described with reference to FIG. Describing the LiNbO 3 single crystal optical waveguide 16 to the LiTaO 3 single crystal substrate 12 initially (16a, 16b) process to form the Figure 4 (a) ~ (e) ], a LiTaO 3 single crystal substrate 12 It is immersed in a Li 2 O-V 2 O 5 -Nb 2 O 5 -based or Li 2 O-B 2 O 3 -Nb 2 O 5 -based molten flux, and a LiNbO 3 single crystal thin film 14 is formed by the LPE method (Fig. 4 (a)). Next, a LiNbO 3 single crystal thin film 14
A resist is applied to the surface (FIG. 4B), and an optical waveguide pattern is formed by photolinography (FIG. 4B).
(C)). Then, the optical waveguide 16 is formed by dry etching.
a and 16b are formed (FIG. 4D), and then the resist on the optical waveguide pattern surface is peeled off to form LiTaO 3
LiNbO 3 single crystal ridge structure M on the single crystal substrate 12
A Z-shaped optical waveguide is obtained (FIG. 4 (e)).
【００１６】この場合にＬＰＥ法に用いられるＬｉ2Ｏ
−Ｖ2Ｏ5−Ｎｂ2Ｏ5 系溶融フラックスの浴組成として
は、図５に示した３成分系の三角図において、Ａ（49.4
9，45.46，5.05）、Ｂ（42.81，22.94，34.25）、Ｃ（1
1.11，80.00，8.89） の３組成点で囲まれる組成領域内
にあることが望ましい。またＤ（47.64，46.12，6.2
4），Ｅ（27.01，64.69，8.30），Ｆ（36.71，37.97，2
5.32），Ｇ（44.05，32.97，22.98）の４組成点で囲ま
れる範囲が好ましく、さらにはＨ（45.36，46.45，8.1
9），Ｉ（32.89，57.05，10.06），Ｊ（36.71，44.30，
18.99），Ｋ（44.95，40.54，14.51） の４組成点で囲
まれる範囲が最も好適である。Li 2 O used in the LPE method in this case
As the bath composition of the -V 2 O 5 -Nb 2 O 5 based molten flux, in the triangular diagram of the three-component system shown in FIG.
9, 45.46, 5.05), B (42.81, 22.94, 34.25), C (1
1.11, 80.00, 8.89) It is desirable to be within the composition area surrounded by the three composition points. Also D (47.64, 46.12, 6.2
4), E (27.01, 64.69, 8.30), F (36.71, 37.97, 2)
5.32), G (44.05, 32.97, 22.98) is preferably surrounded by four composition points, and further H (45.36, 46.45, 8.1)
9), I (32.89, 57.05, 10.06), J (36.71, 44.30,
18.99) and K (44.95, 40.54, 14.51) are most preferable in the range surrounded by the four composition points.
【００１７】またＬｉＴａＯ3単結晶基板１２とＬｉＮ
ｂＯ3単結晶薄膜１４との格子整合を図るため溶融フラ
ックス中にＮａ2Ｏ ，ＭｇＯを混合させておくことが有
効である。その組成範囲としては、Ｎａ2Ｏの場合、モ
ル比でＮａ2Ｏ／Ｌｉ2Ｏが、2.0／98.0〜93.5／6.5を満
たす範囲にあり、7.4／92.6〜80.0／20.0を満たす範囲
であることが望ましく、16.7／83.3〜48.4／51.6を満た
す範囲であることが最も好適である。さらにＭｇＯの場
合モル比でＭｇＯ／Ｎｂ2Ｏ5 が、0.2／99.8〜40.0／6
0.0を満たす組成範囲にあり、0.7／50.0〜9.0／50.0を
満たす範囲であることが好ましく、3.5／50.0〜6.0／5
0.0を満たす範囲であることが最も好適である。Further, the LiTaO 3 single crystal substrate 12 and LiN
In order to achieve lattice matching with the bO 3 single crystal thin film 14, it is effective to mix Na 2 O and MgO in the molten flux. As for the composition range, in the case of Na 2 O, the molar ratio of Na 2 O / Li 2 O is within the range of 2.0 / 98.0 to 93.5 / 6.5 and is within the range of 7.4 / 92.6 to 80.0 / 20.0. Is desirable, and the range that satisfies 16.7 / 83.3 to 48.4 / 51.6 is most preferable. Further, in the case of MgO, the molar ratio of MgO / Nb 2 O 5 is 0.2 / 99.8 to 40.0 / 6.
The composition range is 0.0, preferably 0.7 / 50.0 to 9.0 / 50.0, and 3.5 / 50.0 to 6.0 / 5.
Most preferably, the range satisfies 0.0.
【００１８】一方、ＬＰＥ法にＬｉ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−Ｎｂ2
Ｏ5 系溶融フラックスが用いられる場合の浴組成として
は、図６に示した３成分系の三角図において、Ａ（88.9
0，2.22，8.88）、Ｂ(55.00，43.00，2.00）、Ｃ（46.5
0，51.50，2.00）、Ｄ（11.11，80.00，8.89)、Ｅ（37.
50，5.00，57.50）の５組成点で囲まれる組成領域内に
あり、Ｆ（47.64，46.12，6.24）、Ｇ（27.01，64.69，
8.30）、Ｈ（36.71，37.97，25.32），Ｉ（44.05，32.9
7，22.98） の４組成点で囲まれる範囲が特に好適であ
る。On the other hand, the LPE method was applied to Li 2 O--B 2 O 3 --Nb 2
The bath composition in the case of using the O 5 type molten flux is shown in FIG.
0, 2.22, 8.88), B (55.00, 43.00, 2.00), C (46.5
0, 51.50, 2.00), D (11.11, 80.00, 8.89), E (37.
50, 5.00, 57.50) within the composition region surrounded by 5 composition points, F (47.64, 46.12, 6.24), G (27.01, 64.69,
8.30), H (36.71, 37.97, 25.32), I (44.05, 32.9)
The range surrounded by the four composition points (7, 22.98) is particularly preferable.
【００１９】また溶融フラックス組成中には、Ｎａ2Ｏ
がモル比でＮａ2Ｏ／Ｌｉ2Ｏが0.1／99.9〜55.00／50.
0、好ましくはモル比で1.0／99.0〜10.0／90.0を満たす
範囲で混合され、またＭｇＯがニオブ酸リチウム単結晶
薄膜中におけるＭｇＯ／ＬｉＮｂＯ3モル比で0.1／99.9
〜25.0／75.0、好ましくは5.0／95.0〜9.0／91.0を満た
す範囲で混合される。In the molten flux composition, Na 2 O
Is a molar ratio of Na 2 O / Li 2 O of 0.1 / 99.9 to 55.00 / 50.
0, preferably mixed in a molar ratio range of 1.0 / 99.0 to 10.0 / 90.0, and MgO in the lithium niobate single crystal thin film is MgO / LiNbO 3 molar ratio of 0.1 / 99.9.
˜25.0 / 75.0, preferably 5.0 / 95.0 to 9.0 / 91.0.
【００２０】次に前述の図４に示した進行波型光変調器
の製造工程中、ＬｉＮｂＯ3 単結晶光導波路１６上にＣ
ＰＷ電極２０を設けるまでの工程［図４（ｆ）〜
（ｌ）］を説明する。ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜１４上に
光導波路１６を形成した後は、バッファ層１８として例
えばＳｉＯ2 膜をスパッタ形成する（図４（ｆ））。そ
してアニール処理および下地層としてのＣｒスパッタ、
上層としてのＮｉスパッタを施こした（図４（ｇ））
後、金メッキの前工程としてメッキレジストを塗布し
（図４（ｈ））さらにフォトリソグラフィーによりＣＰ
Ｗ電極パターン領域のレジストを除去する（図４
（ｉ））。次いで、そのＣＰＷ電極パターンの領域上に
金メッキを施こし（図４（ｊ））、しかる後ＣＰＷ電極
パターン外領域のレジストを剥離し（図４（ｋ））、さ
らにＣＰＷ電極パターン外領域のＮｉおよびＣｒ層をド
ライエッチングにより除去することにより所望の進行波
型の高速光変調器１０が得られる（図４（ｌ））。Next, C is formed on the LiNbO 3 single crystal optical waveguide 16 during the manufacturing process of the traveling wave type optical modulator shown in FIG.
Processes until the PW electrode 20 is provided [FIG.
(L)] will be described. After forming the optical waveguide 16 on the LiNbO 3 single crystal thin film 14, a SiO 2 film, for example, is formed as the buffer layer 18 by sputtering (FIG. 4F). And annealing treatment and Cr sputter as a base layer,
Ni sputtering was applied as the upper layer (Fig. 4 (g)).
After that, as a pre-process of gold plating, a plating resist is applied (FIG. 4 (h)), and CP is applied by photolithography.
The resist in the W electrode pattern area is removed (see FIG. 4).
(I)). Next, gold plating is applied to the area of the CPW electrode pattern (FIG. 4 (j)), and then the resist in the area outside the CPW electrode pattern is peeled off (FIG. 4 (k)). By removing the Cr layer and the Cr layer by dry etching, a desired traveling wave type high-speed optical modulator 10 is obtained (FIG. 4 (l)).
【００２１】次に本発明に係る進行波型光変調器におい
て、光導波路を伝搬する光波とＣＰＷ電極の伝送線路を
伝搬する変調用マイクロ波との位相整合を図るための各
種寸法パラメータと波長分散について説明する。図３に
おいて、ＬｉＮｂＯ3 薄膜の厚さをＮＴ（μｍ）、リッ
ジ構造光導波路の高さ（エッチング深さ）をＲＴ（μ
ｍ）、光導波路の幅をＷ1（μｍ）、バッファ層の厚さ
をＢＴ（μｍ）、ＣＰＷ電極線路の厚さをＥＴ（μ
ｍ）、中心導体の幅をＷ2 （μｍ）、中心導体・アース
導体間のギャップをＧ（μｍ）とすると、ＬｉＮｂＯ3
／ＬｉＴａＯ3光導波路を用いた高速光変調器の寸法
は、表１に示した数値範囲にあることが望ましい。Next, in the traveling wave type optical modulator according to the present invention, various dimensional parameters and wavelength dispersion for achieving phase matching between the optical wave propagating in the optical waveguide and the modulating microwave propagating in the transmission line of the CPW electrode. Will be described. In FIG. 3, the thickness of the LiNbO 3 thin film is NT (μm) and the height (etching depth) of the ridge structure optical waveguide is RT (μm).
m), the width of the optical waveguide is W 1 (μm), the thickness of the buffer layer is BT (μm), and the thickness of the CPW electrode line is ET (μm).
m), the width of the center conductor is W 2 (μm), and the gap between the center conductor and the ground conductor is G (μm), LiNbO 3
The size of the high-speed optical modulator using the / LiTaO 3 optical waveguide is preferably in the numerical range shown in Table 1.
【００２２】[0022]
【表１】 [Table 1]
【００２３】この表１において、ＣＰＷ電極の形態とし
ては、対称コプレーナ電極（ＣＰＳ），非対称コプレー
ナ電極（ＡＣＰＳ），およびコプレーナ電極（ＣＰＷ）
があるので、それぞれの電極形態に対して適正寸法範囲
を示す。これらの電極形態については、参考までに図７
に示すが、対称コプレーナ電極（ＣＰＳ）は図７（ａ）
に示されるように進行波電極の中心導体とアース導体と
が対称形をなすものを言い、非対称コプレーナ電極（Ａ
ＣＰＳ）は図７（ｂ）に示されるようにその中心導体と
アース導体とが非対称であるものを言う。またコプレー
ナ電極（ＣＰＷ）は図７（ｃ）に示されるように中心導
体とその両サイドのアース導体とが対称形をなすものを
言う。In Table 1, the forms of the CPW electrode are symmetrical coplanar electrode (CPS), asymmetrical coplanar electrode (ACPS), and coplanar electrode (CPW).
Therefore, the appropriate size range is shown for each electrode form. For reference of these electrode configurations, see FIG.
The symmetrical coplanar electrode (CPS) is shown in Fig. 7 (a).
As shown in Fig. 2, the center conductor of the traveling wave electrode and the ground conductor are symmetrical, and the asymmetric coplanar electrode (A
CPS) means that the center conductor and the ground conductor are asymmetrical as shown in FIG. 7 (b). Further, the coplanar electrode (CPW) means that the center conductor and the ground conductors on both sides thereof are symmetrical as shown in FIG. 7C.
【００２４】表１に示した各種パラメータの寸法範囲の
根拠について述べる。設計の指針としては、光波とマイ
クロ波の位相整合を達成しつつ、電極の特性インピーダ
ンスを５０オーム近辺にし、外部回路との電気的整合を
とるような構成の光変調器とすることにある。初めにＬ
ｉＮｂｏ3 単結晶薄膜の厚さ（ＮＴ），リッジ構造光導
波路の高さ（ＲＴ）および光導波路の幅（Ｗ1 ）は、導
波光のシングルモード性の要請から次の数１および数２
の関係を満たすことが必要であることが各種実験で確認
された。The basis of the dimensional ranges of various parameters shown in Table 1 will be described. The design guideline is to provide an optical modulator having a structure in which the characteristic impedance of the electrodes is set to around 50 ohms and electrical matching with an external circuit is achieved while achieving phase matching between light waves and microwaves. First L
The thickness (NT) of the iNbo 3 single crystal thin film, the height (RT) of the ridge structure optical waveguide, and the width (W 1 ) of the optical waveguide are determined by the following formulas 1 and 2 from the requirement of the single mode property of the guided light.
It was confirmed by various experiments that it is necessary to satisfy the relationship of
【００２５】[0025]
【数１】 [Equation 1]
【００２６】[0026]
【数２】 [Equation 2]
【００２７】シングルモード導波路とすることで不要な
モードがなくなり、ゆう乱によるモード変換などの不安
定現象がなくなる。導波光の波長として、現在通信に使
用されている波長１.５５μｍ 、赤外光０.８３μｍ、
赤色光０.６３μｍ、青色光０.４８８μｍをもちいて、
上記寸法（数値）を満たす光導波路を作製し、その諸特
性を評価したので結果を表２に示す。The use of a single mode waveguide eliminates unnecessary modes and eliminates unstable phenomena such as mode conversion due to disturbance. As the wavelength of the guided light, the wavelength 1.55 μm currently used for communication, the infrared light 0.83 μm,
Using red light 0.63μm and blue light 0.488μm,
An optical waveguide satisfying the above-mentioned dimensions (numerical values) was produced and its various characteristics were evaluated. The results are shown in Table 2.
【００２８】[0028]
【表２】 [Table 2]
【００２９】その結果、各波長において、導波モードは
シングルモードを達成し、電気光学定数バルク値並の良
好な結果が得られた。さらに、光の伝搬損失も各波長に
おいて非常に良好であった。As a result, at each wavelength, the guided mode achieved a single mode, and a good result comparable to the bulk value of the electro-optical constant was obtained. Furthermore, the propagation loss of light was also very good at each wavelength.
【００３０】次に可視光領域の導波光の波長においても
高速光変調器が構成できるか否かについて、耐光損傷性
の評価テストを行ったのでそのテスト結果を述べる。こ
の耐光損傷性の評価テストは、入射光波長０.６３３μ
ｍ のＴＭモードの導波光をレーザ光と結合し、出射光
出力の経時変化を測定することにより行った。光損傷が
起きれば、屈折率変化により錯乱が生じて出射光出力が
小さくなり、光損傷が起きなければ出射光出力の変化は
生じない。Next, an evaluation test of light damage resistance was conducted to determine whether or not a high-speed optical modulator can be constructed even at the wavelength of guided light in the visible light region. The test results will be described below. This light damage resistance evaluation test was conducted with an incident light wavelength of 0.633μ.
The measurement was performed by coupling the TM-mode guided light of m 2 with laser light and measuring the change over time in the output light output. If optical damage occurs, confusion occurs due to a change in the refractive index, and the output light output decreases, and if optical damage does not occur, the output light output does not change.
【００３１】このテストの結果を図８に示す。横軸に時
間（測定定数）、縦軸に出射光出力の変化を示してい
る。その結果、従来のＴｉ拡散ＬｉＮｂＯ3 光導波路
は、耐光損傷性が極めて悪く、これに対し本発明のＬｉ
ＮｂＯ3／ＬｉＴａＯ3光導波路は、Ｌｉ2Ｏ−Ｖ2Ｏ5−
Ｎｂ2Ｏ5系溶融フラックスによるものもＬｉ2Ｏ−Ｂ2Ｏ
3ーＮｂ2Ｏ5系溶融フラックスによるものも耐光損傷性
に優れるとの結果が得られた。尚、Ｌｉ2Ｏ−Ｖ2Ｏ5−
Ｎｂ2Ｏ5系とＬｉ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3ーＮｂ2Ｏ5系とを比較し
た場合には、Ｌｉ2Ｏ−Ｂ2Ｏ5ーＮｂ2Ｏ5 系のものの方
が耐光損傷性に優れ、長時間（６００秒）にわたって出
射光出力の経時的変化は生じなかった。The results of this test are shown in FIG. The horizontal axis represents time (measurement constant), and the vertical axis represents changes in the output light output. As a result, the conventional Ti-diffused LiNbO 3 optical waveguide has extremely poor optical damage resistance, whereas the Li of the present invention has
The NbO 3 / LiTaO 3 optical waveguide is composed of Li 2 O-V 2 O 5-.
The one using Nb 2 O 5 system molten flux is also Li 2 O-B 2 O.
It was also obtained that the one produced by the 3 -Nb 2 O 5 system molten flux was also excellent in light damage resistance. Li 2 O-V 2 O 5-
When the Nb 2 O 5 system and the Li 2 O—B 2 O 3 —Nb 2 O 5 system are compared, the Li 2 O—B 2 O 5 —Nb 2 O 5 system is more resistant to light damage. Excellent, there was no change in the output light output over time (600 seconds).
【００３２】また、図８には参考までにプロトン交換法
によるＬｉＴａＯ3 光導波路の耐光損傷性の評価も示し
ている。このプロトン交換法によるＬｉＴａＯ3 光導波
路は、耐光損傷性の評価が最も高いが、非線形光学定
数，電気光学定数が低下し、また耐アニール性の面で光
導波モードの変化や消失あるいはプロファイルの変化が
起こる等により実用的には使用に耐え得ない。For reference, FIG. 8 also shows the evaluation of the optical damage resistance of the LiTaO 3 optical waveguide by the proton exchange method. The LiTaO 3 optical waveguide by this proton exchange method has the highest evaluation of the optical damage resistance, but the nonlinear optical constant and the electro-optical constant are lowered, and the optical waveguide mode changes or disappears or the profile changes in terms of the annealing resistance. It cannot be practically used due to the occurrence of such as.
【００３３】次にバッファ層の厚さ（ＢＴ）は、０.３
〜２μｍの範囲が好ましい。０.３μｍ以下であると金
属のクラッディング効果により、ＴＭモードの伝搬損失
が非常に大きくなるからであり、２μｍ以上とすると印
加電界低減係数（Г）が小さくなり、次の数３より導か
れるように動作電圧が大きくなるために望ましくない。Next, the thickness (BT) of the buffer layer is 0.3.
The range of ˜2 μm is preferable. If it is 0.3 μm or less, the propagation loss of TM mode becomes very large due to the cladding effect of the metal, and if it is 2 μm or more, the applied electric field reduction coefficient (Γ) becomes small, which is derived from the following formula 3. As described above, the operating voltage becomes large, which is not desirable.
【００３４】[0034]
【数３】 [Equation 3]
【００３５】次に電極線路の厚さ（ＥＴ）、ＣＰＷ電極
の中心導体の幅（Ｗ2） および中心導体・アース導体間
のギャップ（Ｇ）は、対称コプレーナ電極（ＣＰＳ），
非対称コプレーナ電極（ＡＣＰＳ），およびコプレーナ
電極（ＣＰＷ）のそれぞれについて適正寸法範囲を表１
に示した。Next, the thickness (ET) of the electrode line, the width (W 2 ) of the center conductor of the CPW electrode, and the gap (G) between the center conductor and the ground conductor are the symmetrical coplanar electrode (CPS),
Table 1 shows the proper size range for each of the asymmetric coplanar electrode (ACPS) and the coplanar electrode (CPW).
It was shown to.
【００３６】電極線路の厚さ（ＥＴ）が厚くなるにした
がってマイクロ波実効屈折率（ｎｍ）は下がり、光波実
効屈折率（ｎｏ）に近づくが、この場合には特性インピ
ーダンス（Ｚ）も低下する傾向にある。一方、マイクロ
波実効屈折率（ｎｍ）と特性インピーダンス（Ｚ）は、
リッジ光導波路の高さ（ＲＴ）の影響も受けることがわ
かっている。すなわちリッジ光導波路の高さ（ＲＴ）が
高くなると、マイクロ波実効屈折率（ｎｍ）が下がり、
特性インピーダンス（Ｚ）の方は上昇する。このような
ことから、表１に示した寸法は、実用的なＭＺ型光導波
路上に作製されるＣＰＷ電極の特性インピーダンスを外
部回路との整合性を図るため５０オームにし、マイクロ
波実効屈折率（ｎｍ）を光波実効屈折率（ｎｏ）に近づ
けるという考えに基づき、各種実験計算より提示するも
のである。As the thickness (ET) of the electrode line increases, the microwave effective refractive index (nm) decreases and approaches the light wave effective refractive index (no), but in this case, the characteristic impedance (Z) also decreases. There is a tendency. On the other hand, the microwave effective refractive index (nm) and the characteristic impedance (Z) are
It is known that the height (RT) of the ridge optical waveguide is also affected. That is, when the height (RT) of the ridge optical waveguide increases, the effective microwave refractive index (nm) decreases,
The characteristic impedance (Z) increases. From the above, the dimensions shown in Table 1 are set to 50 ohms in order to make the characteristic impedance of the CPW electrode fabricated on the practical MZ type optical waveguide compatible with the external circuit, and the effective microwave refractive index. It is presented by various experimental calculations based on the idea of making (nm) close to the effective refractive index (no) of the light wave.
【００３７】さらにこの「近づける」という考えについ
て詳しく説明すると、ここでは導体損失等、他の損失を
無視した理想的な場合について説明するが、変調帯域は
数３の（Ａ）式に示してある通りであるから、実用帯域
をＢ≧１０ＧＨｚとすると、作用長Ｌをパラメータとし
て ｜ｎｍ−ｎｏ｜ ≦ １８／Ｌ となる。したがって例えば、Ｌ＝２５ｍｍとすると、 ｜ｎｍ−ｎｏ｜≦０.７となるから、通常ｎｏ≒２.２で
あるので１.５≦ｎｍ≦２.９となる。The idea of "approaching" will be further described in detail. Here, an ideal case in which other losses such as conductor loss are ignored will be described, but the modulation band is represented by the formula (A) of equation 3. Therefore, assuming that the practical band is B ≧ 10 GHz, | nm−no | ≦ 18 / L with the action length L as a parameter. Therefore, for example, if L = 25 mm, then | nm−no | ≦ 0.7, so normally no≈2.2 and therefore 1.5 ≦ nm ≦ 2.9.
【００３８】何の工夫もせず（太くて薄い電極）を用い
て進行波型電極を作製するとｎｍ≒４.２ 程度となる
（この時Ｂ≒３ＧＨｚ）。これを上記条件範囲内に入れ
るため細くて高い電極を使用しｎｍを４.２ からｎｏに
近づけるのが電極の作製方針となる。そして前述の表１
に記載してある電極作製条件範囲内であれば、上記条件
を満たすことになる。When a traveling wave type electrode is manufactured using no means (thick and thin electrode), nm is about 4.2 (at this time, B is about 3 GHz). In order to put this in the range of the above conditions, it is a policy of manufacturing the electrode to use a thin and high electrode and bring the nm close to 4.2 to no. And Table 1 above
The above condition is satisfied within the range of the electrode production conditions described in.
【００３９】次に波長分散については、ＬｉＮｂＯ3／
ＬｉＴａＯ3光導波路を伝搬する光波の屈折率（ｎｏ）
が短波長になるほど大きくなるため、数３の（Ａ）式か
らわかるように位相整合に関しては有利な方向に働ら
く。したがって上記したパラメータ範囲においては十分
に整合が可能である。Next, regarding wavelength dispersion, LiNbO 3 /
Refractive index (no) of light wave propagating in LiTaO 3 optical waveguide
Becomes larger as the wavelength becomes shorter, so that it works in an advantageous direction for phase matching, as can be seen from the equation (A) of Equation 3. Therefore, sufficient matching is possible within the above parameter range.
【００４０】次にＤＣドリフト特性についての評価テス
トを行ったので、その結果を図９に示して説明する。横
軸に時間、縦軸にＤＣドリフト量の変化を示している。
図中、供試試料Ａは本発明に係るＬｉＮｂＯ3／ＬｉＴ
ａＯ3光導波路を用いた光変調器、供試試料ＢはＴｉ拡
散ＬｉＮｂＯ3 光導波路を用いた光変調器である。供試
試料ＡとＢは同じ材質（ＳｉＯ2 ）、厚み（１μｍ）の
バッファ層を化学的蒸着法（ＣＶＤ法）により形成して
ある。測定方法は、光変調器にＤＣ電圧を印加してお
き、動作点のシフトから、ＤＣドリフト量を求めるもの
である。印加電圧は、Ｖπ（半波長電圧）とする。Next, an evaluation test for the DC drift characteristic was conducted. The results will be described with reference to FIG. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents changes in the DC drift amount.
In the figure, sample A is LiNbO 3 / LiT according to the present invention.
An optical modulator using an aO 3 optical waveguide, a test sample B is an optical modulator using a Ti-diffused LiNbO 3 optical waveguide. The test samples A and B have the same material (SiO 2 ) and a thickness (1 μm) of a buffer layer formed by a chemical vapor deposition method (CVD method). The measurement method is to apply a DC voltage to the optical modulator and obtain the DC drift amount from the shift of the operating point. The applied voltage is Vπ (half-wavelength voltage).
【００４１】その結果、Ｔｉ拡散ＬｉＮｂＯ3 光変調器
（試料Ｂ）のＤＣドリフト量は、時間経過とともに急激
に上昇するのに対し、本発明に係るＬｉＮｂＯ3 ／Ｌｉ
ＴａＯ3 導波路型光変調器（試料Ａ）のＤＣドリフト量
は、時間経過によってもほとんど変化することがなく、
ＤＣドリフトが極めて安定していることが確認された。
これは、Ｔｉ拡散ＬｉＮｂＯ3 光変調器（試料Ｂ）にあ
っては、光導波路内に遷移金属イオン（Ｔｉイオン）が
存在するため、これより余分なキャリアが発生し、ＤＣ
電圧印加によりキャリアが移動し、ドリフトを誘発する
ものと推測される。これに対してＬｉＮｂＯ3／ＬｉＴ
ａＯ3導波路型光変調器（試料Ａ）には、そのようなキ
ャリアが存在せずドリフト特性に優れると言える。As a result, the DC drift amount of the Ti-diffused LiNbO 3 optical modulator (Sample B) sharply rises with the passage of time, whereas the LiNbO 3 / Li according to the present invention is increased.
The DC drift amount of the TaO 3 waveguide type optical modulator (Sample A) hardly changes with time,
It was confirmed that the DC drift was extremely stable.
This is because in the Ti-diffused LiNbO 3 optical modulator (Sample B), since transition metal ions (Ti ions) exist in the optical waveguide, excess carriers are generated from this and DC is generated.
It is presumed that carriers are moved by voltage application and induce drift. On the other hand, LiNbO 3 / LiT
It can be said that the aO 3 waveguide type optical modulator (Sample A) does not have such carriers and has excellent drift characteristics.
【００４２】尚、ＤＣドリフトが、光導波路の結晶構造
の緻密化のほかにバッファ層にも依存するが、試料Ａと
Ｂは同一条件のバッファ層としているのでその影響は無
視できる。次にこの進行波型高速光変調器について、動
作電圧特性についての測定を行なったので、その結果を
図１０に示して説明する。供試した光変調器の寸法パラ
メータは次の表３に示してある。The DC drift depends not only on the densification of the crystal structure of the optical waveguide but also on the buffer layer, but since the samples A and B are buffer layers under the same conditions, their influence can be ignored. Next, the operating voltage characteristics of this traveling wave type high speed optical modulator were measured. The results are shown in FIG. The dimensional parameters of the optical modulators tested are shown in Table 3 below.
【００４３】[0043]
【表３】 [Table 3]
【００４４】測定方法としては、変調器の半波長電圧
（Ｖπ）を測定することにより行なった。その結果、導
波光の入力波形（１Ｖ／ｄｉｖ）に対し、図示のよう
に、動作電圧４.６Ｖ 光強度変更波形（５０ｍＶ／ｄｉ
ｖ）が得られた。そして本発明に係るＬｉＮｂＯ3／Ｌ
ｉＴａＯ3導波路型光変調器によれば、Ｔｉ拡散ＬｉＮ
ｂＯ3 光変調器よりも動作電圧特性がわずかながら良好
であることも確認された。またリッジ構造の光変調器の
方が埋込み構造のものよりも動作電圧特性に優れること
も確認された。The measuring method was performed by measuring the half-wave voltage (Vπ) of the modulator. As a result, with respect to the input waveform (1 V / div) of the guided light, as shown in the figure, the operating voltage is 4.6 V and the light intensity changing waveform (50 mV / di).
v) was obtained. And LiNbO 3 / L according to the present invention
According to the iTaO 3 waveguide type optical modulator, Ti-diffused LiN is used.
It was also confirmed that the operating voltage characteristic was slightly better than that of the bO 3 optical modulator. It was also confirmed that the optical modulator with the ridge structure has better operating voltage characteristics than the embedded structure.
【００４５】次に光応答周波数特性についの測定結果を
図１１に示して説明する。供試した光変調の寸法パラメ
ータは、同じく表３に示したものとする。この測定は、
波長１.５５μｍ 帯用光変調器についてのものであり、
それによれば変調帯域（光３ｄＢ帯域）は１０ＧＨｚ以
上であることがわかった。したがって本発明のＬｉＮｂ
Ｏ3／ＬｉＴａＯ3進行波型光変調器は光応答性も良好で
あると言える。最後に本発明における変調器の総合的な
性能を知るために各波長において本発明を用い、光強度
変調器および位相変調器を構成し、従来技術と比較し
た。各実施例および比較例に用いた変調器の仕様と評価
結果を表４に示す。この際に使用した電極の設計値と特
性評価結果を表３に示す。Next, the measurement result of the optical response frequency characteristic will be described with reference to FIG. The dimensional parameters of the light modulation tested are also shown in Table 3. This measurement is
The optical modulator for the wavelength of 1.55 μm band,
According to it, it was found that the modulation band (optical 3 dB band) was 10 GHz or more. Therefore, the LiNb of the present invention
It can be said that the O 3 / LiTaO 3 traveling wave type optical modulator has a good optical response. Finally, in order to know the overall performance of the modulator of the present invention, the present invention was used at each wavelength to construct a light intensity modulator and a phase modulator, and compared with the prior art. Table 4 shows the specifications and evaluation results of the modulators used in each example and comparative example. Table 3 shows the design values and the characteristic evaluation results of the electrodes used at this time.
【００４６】[0046]
【表４】 [Table 4]
【００４７】これより、各種電極とも、特性インピーダ
ンスが５０Ω近辺であり、１０ＧＨｚにおけるマイクロ
波損失も十分に小さく、マイクロ波帯の変調用電極とし
て十分に実用に耐えることが分かる。表４中の光導波路
Ｎｏ．及び、線路Ｎｏ．はそれぞれ表２、表３のＮｏ．
に対応する。各種特性の評価方法について述べる。位相
変調器の動作電圧は、ヘテロダイン検波を用い測定し
た。それ以外の特性の評価方法は、上述した方法を用い
た。なお、ＤＣドリフト量は、５０時間経過後の値を用
いた。From this, it can be seen that the characteristic impedances of all the electrodes are around 50Ω, the microwave loss at 10 GHz is sufficiently small, and the electrodes are sufficiently practical for use as a microwave band modulation electrode. The optical waveguide No. in Table 4 And the track No. Nos. In Table 2 and Table 3, respectively.
Corresponding to. The evaluation method of various characteristics will be described. The operating voltage of the phase modulator was measured using heterodyne detection. The evaluation method of the other properties used the above-mentioned method. The DC drift amount was a value after 50 hours had elapsed.
【００４８】表４によれば、本発明（実施例１〜８）
は、各波長において強度変調器、位相変調器ともに、非
常に良好な特性評価結果を得ている。これらに比較し、
従来技術（Ｔｉ拡散光導波路を用いた変調器）（比較例
１〜８）では、通信波長 １.５５μｍ、赤外光０.８３
μｍにおいてＤＣドリフト特性が劣悪であった。さら
に、可視光領域０.６３、０.４８８μｍにおいては、光
損傷のため導波光出力が大きく揺らぎ、もはや変調器と
しての機能を果たすことができず、その特性を評価する
までに至らなかった。According to Table 4, the present invention (Examples 1 to 8)
Has obtained very good characteristic evaluation results for both the intensity modulator and the phase modulator at each wavelength. Compare to these,
In the prior art (modulator using Ti diffusion optical waveguide) (Comparative Examples 1 to 8), the communication wavelength was 1.55 μm, and the infrared light was 0.83.
The DC drift characteristic was poor at μm. Further, in the visible light range of 0.63 and 0.488 μm, the guided light output fluctuates greatly due to optical damage, and the function as a modulator can no longer be fulfilled, and the characteristics thereof cannot be evaluated.
【００４９】また、数３から分かるように、変調器特性
の光３ｄＢ帯域と動作電圧は、導波光がより短波長にな
るほど有利になる方向に動くので、長波長を用いた変調
器と同等の特性を出すのにより、作用長が短くて済むこ
とが分かる。（つまり、変調器をより小型化できる。）
これは、短波長が使用できなかった従来技術では、考え
られなかった効果である。Further, as can be seen from the equation 3, the optical 3 dB band of the modulator characteristic and the operating voltage move in a direction that becomes more advantageous as the guided light has a shorter wavelength, so that it is equivalent to a modulator using a long wavelength. It can be seen that the action length can be shortened by providing the characteristics. (That is, the modulator can be made smaller.)
This is an effect that was not considered in the prior art in which short wavelengths could not be used.
【００５０】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変
が可能である。例えば上記実施例ではマッハツェンダ型
光導波路について主に説明してあるが、これは、温度補
償を必要とせずに、比較的容易に強度変調された出力光
を得ることができるからであって、直線光導波路型のも
のにも適用できることは前述の表４の記載からも明らか
であろう。また本発明は、高速光変調器としての仕様
（例えば、変調帯域、外部回路インピーダンス等）が変
更になっても、それに対応して適用されることは勿論で
ある。The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the Mach-Zehnder type optical waveguide is mainly described in the above embodiments, but this is because the intensity-modulated output light can be obtained relatively easily without the need for temperature compensation. It will be apparent from the description in Table 4 above that the optical waveguide type can also be applied. Further, it is needless to say that the present invention is applied correspondingly even if the specifications (eg, modulation band, external circuit impedance, etc.) of the high-speed optical modulator are changed.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上実施例について説明したように、本
発明に係るＬｉＮｂＯ3／ＬｉＴａＯ3進行波型光変調器
によれば、可視光領域での耐光損傷性にも優れ、またＤ
Ｃドリフト特性に優れ、リッジ構造による動作電圧の低
減、大きな電気光学効果による動作電圧の低減も確保さ
れるものである。したがって従来のＴｉ拡散ＬｉＮｂＯ
3 型光変調器に代わるものとして高速光通信用光変調器
としての実益は極めて大きいものである。As described in the above embodiments, the LiNbO 3 / LiTaO 3 traveling wave type optical modulator according to the present invention is excellent in light damage resistance in the visible light region, and
The C drift characteristic is excellent, and the reduction of the operating voltage due to the ridge structure and the reduction of the operating voltage due to the large electro-optical effect are also ensured. Therefore, conventional Ti diffused LiNbO
As an alternative to the type 3 optical modulator, the actual profit as an optical modulator for high-speed optical communication is extremely large.
【図１】 本発明に係る進行波型高速光変調器の外観斜
視図である。FIG. 1 is an external perspective view of a traveling wave high-speed optical modulator according to the present invention.
【図２】 図１に示した進行波型高速光変調器の電気的
回路図である。FIG. 2 is an electrical circuit diagram of the traveling wave type high speed optical modulator shown in FIG.
【図３】 図１に示した進行波型高速光変調器の断面構
造を示した図である。3 is a diagram showing a cross-sectional structure of the traveling-wave high-speed optical modulator shown in FIG.
【図４】 図１に示した進行波型高速光変調器の製造工
程を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a manufacturing process of the traveling wave high-speed optical modulator shown in FIG.
【図５】 図１に示した進行波型高速光変調器を製造す
るに際してＬｉＴａＯ3単結晶基板上にＬＰＥ法により
ＬｉＮｂＯ3単結晶薄膜を形成するために用いられる溶
融フラック浴組成の一例を示した図である。具体的に
は、この一例としての溶融フラックス浴中の、Ｌｉ2Ｏ
−Ｖ2Ｏ5−Ｎｂ2Ｏ5の３成分系の三角図である。5 shows an example of a composition of a molten flake bath used for forming a LiNbO 3 single crystal thin film on a LiTaO 3 single crystal substrate by the LPE method in manufacturing the traveling wave type high speed optical modulator shown in FIG. It is a figure. Specifically, Li 2 O in a molten flux bath as an example of this
Is a triangular diagram of ternary system of -V 2 O 5 -Nb 2 O 5 .
【図６】 同じくＬｉＴａＯ3単結晶基板上にＬＰＥ法
によりＬｉＮｂＯ3単結晶薄膜を形成するため他の溶融
フラックス浴組成として用いられる。Ｌｉ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3
−Ｎｂ2Ｏ5の三成分系の三角図である。FIG. 6 is also used as another molten flux bath composition for forming a LiNbO 3 single crystal thin film on the LiTaO 3 single crystal substrate by the LPE method. Li 2 O-B 2 O 3
FIG. 6 is a triangular diagram of a ternary system of —Nb 2 O 5 .
【図７】 本発明に係る進行波型高速光変調器の各種進
行波電極の形態とその寸法パラメータを説明するために
示した図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the form of various traveling wave electrodes of the traveling wave high-speed optical modulator according to the present invention and the dimension parameters thereof.
【図８】 本発明に係る進行波型高速光変調器と、従来
のＴｉ拡散ＬｉＮｂＯ3型光変調器等との比較における
耐光損傷性（可視光領域での）の評価テスト結果を示し
た図である。FIG. 8 is a diagram showing an evaluation test result of light damage resistance (in a visible light region) in comparison between a traveling-wave high-speed optical modulator according to the present invention and a conventional Ti-diffused LiNbO 3 optical modulator and the like. Is.
【図９】 本発明に係る進行波型高速光変調器のＤＣド
リフト特性の評価テスト結果を示した図である。FIG. 9 is a diagram showing an evaluation test result of DC drift characteristics of the traveling wave type high-speed optical modulator according to the present invention.
【図１０】 本発明に係る進行波型高速光変調器におけ
る動作電圧特性の評価テスト結果を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing an evaluation test result of operating voltage characteristics in the traveling wave high-speed optical modulator according to the present invention.
【図１１】 本発明に係る進行波型高速光変調器の光応
答周波数特性の評価テスト結果を示した図である。FIG. 11 is a diagram showing an evaluation test result of an optical response frequency characteristic of the traveling wave high-speed optical modulator according to the present invention.
１０ 進行波型高速光変調器 １２（１２ａ，１２ｂ） ＬｉＴａＯ3単結晶基板 １４ ＬｉＮｂＯ3単結晶薄膜 １６ 光導波路 １８ バッファ層 ２０ 進行波電極 ２２ 中心導体 ２４ アース導体 ２６ ５０Ω終端抵抗 ２８ 高周波電源10 Traveling wave type high speed optical modulator 12 (12a, 12b) LiTaO 3 single crystal substrate 14 LiNbO 3 single crystal thin film 16 Optical waveguide 18 Buffer layer 20 Traveling wave electrode 22 Center conductor 24 Earth conductor 26 50Ω termination resistance 28 High frequency power supply
Claims (2)
整合されたニオブ酸リチウム単結晶薄膜導波路が形成さ
れてなり、該ニオブ酸リチウム単結晶薄膜光導波路上に
進行波電極を配設してなることを特徴とする進行波型光
変調器。1. A lattice-matched lithium niobate single crystal thin film waveguide is formed on a lithium tantalate single crystal substrate, and a traveling wave electrode is disposed on the lithium niobate single crystal thin film optical waveguide. A traveling wave type optical modulator characterized by:
ェンダ型のものであることを特徴とする請求項１に記載
の進行波型光変調器。2. The traveling wave type optical modulator according to claim 1, wherein the optical waveguide is of a Mach-Zehnder type having a ridge structure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23099593A JPH0764034A (en) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | Travelling wave type optical modulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23099593A JPH0764034A (en) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | Travelling wave type optical modulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0764034A true JPH0764034A (en) | 1995-03-10 |
Family
ID=16916589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23099593A Pending JPH0764034A (en) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | Travelling wave type optical modulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0764034A (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1090302A (en) * | 1996-09-11 | 1998-04-10 | Kiyota Seisakusho:Kk | Probe formed of metallic sheet |
| JPH10197836A (en) * | 1997-01-09 | 1998-07-31 | Nec Corp | Waveguide type optical device |
| US6334008B2 (en) | 1998-02-19 | 2001-12-25 | Nec Corporation | Optical circuit and method of fabricating the same |
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| JP2004219600A (en) * | 2003-01-14 | 2004-08-05 | Ngk Insulators Ltd | Electrode for optical modulation and optical modulator |
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| CN116430515A (en) * | 2023-04-17 | 2023-07-14 | 中山大学 | Waveguide device based on sulfide and lithium niobate |
-
1993
- 1993-08-23 JP JP23099593A patent/JPH0764034A/en active Pending
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| CN116430515B (en) * | 2023-04-17 | 2024-01-19 | 中山大学 | Waveguide device based on sulfide and lithium niobate |
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