JPH10213784A - Integration type optical modulator - Google Patents
Integration type optical modulatorInfo
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- JPH10213784A JPH10213784A JP1813497A JP1813497A JPH10213784A JP H10213784 A JPH10213784 A JP H10213784A JP 1813497 A JP1813497 A JP 1813497A JP 1813497 A JP1813497 A JP 1813497A JP H10213784 A JPH10213784 A JP H10213784A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光交換、
光計測のような分野で高速動作が必要な光制御デバイス
を実現するための光変調器に係わり、特に導波路型光変
調器に光源を一体化した集積型の光変調器に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to optical communication, optical switching,
The present invention relates to an optical modulator for realizing an optical control device that requires high-speed operation in a field such as optical measurement, and more particularly to an integrated optical modulator in which a light source is integrated with a waveguide optical modulator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】画像、音声、データ等の多種多様なサー
ビスを行う通信ネットワークの進展と共に大容量の光信
号の伝送の要請が高まっている。これと共に光送信器に
は高速光変調器が必要とされている。高速光変調器に
は、導波路型光変調器が使用されることが多い。導波路
型光変調器は、電気光学効果を有する基板の表面に光導
波路を形成し、この光導波路の上面にバッファ層を介し
て信号電極と接地電極を備えた進行波電極を形成したも
のである。導波路型光変調器に光源を集積一体化したも
のは、集積型光変調器と呼ばれている。2. Description of the Related Art With the development of communication networks for providing various services such as image, voice, data, etc., demands for transmission of large-capacity optical signals are increasing. At the same time, a high-speed optical modulator is required for an optical transmitter. A waveguide type optical modulator is often used for a high-speed optical modulator. A waveguide type optical modulator is a device in which an optical waveguide is formed on a surface of a substrate having an electro-optic effect, and a traveling wave electrode having a signal electrode and a ground electrode is formed on a top surface of the optical waveguide via a buffer layer. is there. A light source integrated with a waveguide-type optical modulator is called an integrated optical modulator.
【０００３】ところで、電気光学効果を有する基板を形
成するための光制御デバイスや非線形材料としては、Ｌ
ｉＮｂＯ3 （ニオブ酸リチウム）やＬｉＴａＯ3 （リチ
ウムタンタレート）の結晶が注目されている。そして最
近では、高速変調器が大容量光通信用の外部変調器とし
て実用化されつつある。現状では、外部変調器として広
帯域化が図られている。しかしながら、その一方で、光
通信分野のシステムが高密度化するのに伴なうデバイス
の小型化や操作性の向上といった要求に対して十分応え
ていない状況である。この種の光変調器としては、従来
から、マッハツェンダ型変調器が知られている。マッハ
ツェンダ型変調器は、誘電体結晶基板上に分岐光導波路
を設け、進行波電極で駆動する変調器である。[0003] Optical control devices and non-linear materials for forming a substrate having an electro-optical effect include L-type materials.
Crystals of iNbO 3 (lithium niobate) and LiTaO 3 (lithium tantalate) have attracted attention. Recently, high-speed modulators have been put into practical use as external modulators for large-capacity optical communication. At present, a wider band is being used as an external modulator. However, on the other hand, the situation has not yet been fully satisfied with demands for miniaturization of devices and improvement in operability as systems in the optical communication field increase in density. As this type of optical modulator, a Mach-Zehnder modulator has been conventionally known. A Mach-Zehnder modulator is a modulator in which a branch optical waveguide is provided on a dielectric crystal substrate and driven by traveling-wave electrodes.
【０００４】図４は、従来のこのような光変調器の一例
を表わしたものである。この光変調器は、電気光学効果
を有するＬｉＮｂＯ3 基板１０１の上面に分岐干渉型光
導波路１０２を有する構造となっている。ここで分岐干
渉型光導波路１０２は、Ｔｉ熱拡散によって形成される
もので、その中央部には２つの平行した光導波路１０２
1 、１０２2 が配置されている。これらの平行した２つ
の光導波路１０２1 、１０２2 の面上には、ＳｉＯ
2 （二酸化シリコン）等の材料によって、バッファ層１
０３が形成されている。また、バッファ層１０３の更に
上には、進行波電極としての信号波電極１０４1 および
接地電極１０４2 から構成された非対象コプレーナ線路
が形成されており、変調素子１０５ととなっている。FIG. 4 shows an example of such a conventional optical modulator. This optical modulator has a structure in which a branch interference optical waveguide 102 is provided on an upper surface of a LiNbO 3 substrate 101 having an electro-optic effect. Here, the branch interference optical waveguide 102 is formed by thermal diffusion of Ti, and has two parallel optical waveguides 102 at the center thereof.
1 , 102 2 are arranged. On the surface of these two parallel optical waveguides 102 1 , 102 2 , SiO
2 The buffer layer 1 is made of a material such as (silicon dioxide).
03 is formed. Further, an asymmetric coplanar line including a signal wave electrode 104 1 as a traveling wave electrode and a ground electrode 104 2 is formed further above the buffer layer 103, and serves as a modulation element 105.
【０００５】信号波電極１０４1 は、分岐された一方の
光導波路１０２1 上に位置しており、図示しない変調用
マイクロ波信号給電部と接続されている。接地電極１０
４2は分岐された他方の光導波路１０２2 上に位置して
おり、接地されている。変調素子１０５の両端部には、
２ｍｍ角程度のＬｉＮｂＯ3 ブロック１０６1 、１０６
2 が接着されている。これらのブロック１０６1 、１０
６2 は、光学レンズを介さないバットカップリグにおけ
る接着面積を大きくして、確実な光軸固着を確保するた
めである。変調素子１０５とファイバ１０７1 、１０７
2 とは、これらのファイバのフェルール１０８1 、１０
８2 とＬｉＮｂＯ3 ブロック１０６1 、１０６2 との光
軸を調整した後、光学系の接着剤で接続している。[0005] The signal wave electrode 104 1 is positioned on one of the optical waveguide 102 1 that is branched, and is connected to the modulating microwave signal feed (not shown). Ground electrode 10
4 2 is situated over the other of the optical waveguide 102 2 which is branched, and is grounded. At both ends of the modulation element 105,
LiNbO 3 blocks 106 1 , 106 of about 2 mm square
2 are glued. These blocks 106 1 , 10
6 2, to increase the bonding area in the butt cup rig without passing through the optical lens, in order to ensure a reliable optical axis fixation. Modulation element 105 and fibers 107 1 and 107
2 is the ferrules 108 1 , 10
82 and after adjusting the optical axis of the LiNbO 3 block 106 1, 106 2, are connected with an adhesive in the optical system.
【０００６】このような光変調器では、実装された変調
素子１０５の信号電極１０４1 に電圧を印加すると、こ
の信号電極１０４1 と接地電極１０４2 の間に電界が加
わる。このため、電気光学的効果によってＬｉＮｂＯ3
基板１０１に屈折率の変化が生じる。この結果、分岐さ
れた２つの光導波路１０２1 、１０２2 を伝搬する光に
位相差が生じる。これら位相差が生じた光は、その後、
合波されることで変調した光が出力されることになる。[0006] In such an optical modulator, when a voltage is applied to the signal electrodes 104 1 of the implemented modulation element 105, an electric field is applied between the signal electrodes 104 1 and the ground electrode 104 2. For this reason, LiNbO 3 is used due to the electro-optical effect.
The refractive index of the substrate 101 changes. As a result, a phase difference occurs in the light propagating through the two branched optical waveguides 102 1 and 102 2 . The light with these phase differences is then
The modulated light is output by the multiplexing.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】図４に示したような導
波路型光変調器は、デバイスとして小型化されておら
ず、高密度実装に適していないという問題があった。す
なわち、進行波形の光変調器では変調帯域Δｆを向上さ
せる必要があり、このためにマイクロ波の等価屈折率ｎ
m を光波の等価屈折率ｎ0 に近づけるかその電極長Ｌを
短くすることが要求されている。しかしながら、電極長
Ｌを短くすると動作電圧Ｖπの増加が予測される。そこ
で現状ではマイクロ波の等価屈折率ｎm を光波の等価屈
折率ｎ0 に近づける方策が採られている。この結果とし
て、電極長は４０ｍｍ程度となり、ＬｉＮｂＯ3 基板１
０１接着部分や接着作業を考慮すると、光変調器の素子
自体の長さは６０ｍｍ程度必要となる。更に、現状の素
子の実装形態を考えると、光軸調整したファイバの環境
温度の変化による伸縮やパッケージの気密工事の点か
ら、ある程度余裕を持たせた実装が必要となる。この結
果として、素子を実装したデバイスとしてのサイズは、
１２０ｍｍ程度になってしまい、高密度実装に適さない
ということになる。The waveguide type optical modulator as shown in FIG. 4 has a problem that it is not miniaturized as a device and is not suitable for high-density mounting. That is, it is necessary to improve the modulation band Δf in an optical modulator having a traveling waveform, and therefore, the equivalent refractive index n
It is required that m be closer to the equivalent refractive index n 0 of the light wave or the electrode length L be shortened. However, when the electrode length L is shortened, an increase in the operating voltage Vπ is expected. So at present measures to bring the equivalent refractive index n m of the microwave equivalent refractive index n 0 of the light wave is adopted. As a result, the electrode length becomes about 40 mm, and the LiNbO 3 substrate 1
In consideration of the 01 bonding portion and the bonding operation, the length of the element itself of the optical modulator needs to be about 60 mm. Further, in consideration of the current mounting form of the element, it is necessary to provide a certain amount of margin from the viewpoint of expansion and contraction due to a change in the environmental temperature of the optical axis adjusted fiber and airtight construction of the package. As a result, the size of the device on which the element is mounted is
It becomes about 120 mm, which is not suitable for high-density mounting.
【０００８】また、光変調器は、発光モジュールと共に
プリント基板上に実装されるようになっている。この際
に、例えば特開平４−９９０８１号公報や特開平５−２
３２４１２号公報等に見られるように、プリント基板上
には表面実装部品が搭載された後に光変調器等の光部品
が搭載され、更にファイバとファイバの接続のためのス
プライスといった作業が行われている。このような作業
の際に、光部品の特性が劣化したり接続損失が発生した
り、あるいは実装されている他の電気部品に悪影響を与
えることもあった。The light modulator is mounted on a printed circuit board together with the light emitting module. At this time, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-99081 and Japanese Patent Application Laid-Open
As shown in Japanese Patent No. 32412 or the like, optical components such as an optical modulator are mounted on a printed circuit board after surface mount components are mounted thereon, and further, operations such as splicing for connecting fibers are performed. I have. At the time of such an operation, the characteristics of the optical component may be degraded, a connection loss may occur, or an adverse effect may be exerted on other mounted electrical components.
【０００９】また、特開平４−１２１８３９号公報では
ＧＧＧ（Ｇｄ3 Ｇａ5 Ｏ12）等の基板上に磁性薄膜を形
成してリッジ型導波路を形成し、基板側面に発光素子や
受光素子を配置することで導波路との光学的な結合を行
うようにしたものがある。しかしながら、このような技
術では、発光素子や受光素子を基板側面に固定する必要
があり、光学的な位置合わせが困難であるという問題が
あった。In Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-121839, a magnetic thin film is formed on a substrate such as GGG (Gd 3 Ga 5 O 12 ) to form a ridge-type waveguide, and a light emitting element and a light receiving element are provided on the side of the substrate. There is one in which optical coupling with a waveguide is performed by arranging them. However, in such a technique, it is necessary to fix the light emitting element and the light receiving element to the side surface of the substrate, and there is a problem that optical alignment is difficult.
【００１０】そこで本発明の目的は、シリコン基板上に
形成することのできる集積型光変調器を提供することに
ある。An object of the present invention is to provide an integrated optical modulator which can be formed on a silicon substrate.
【００１１】本発明の他の目的は、光部品の高密度化を
達成することのできる集積型光変調器を提供することに
ある。Another object of the present invention is to provide an integrated optical modulator capable of achieving high density of optical components.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、（イ）シリコン基板と、（ロ）このシリコン基板上
に配置され、光導波路が形成された誘電体結晶からなる
変調素子とを集積型光変調器に具備させる。According to the first aspect of the present invention, (a) a silicon substrate and (b) a modulation element made of a dielectric crystal having an optical waveguide formed on the silicon substrate and having an optical waveguide formed thereon. An integrated optical modulator is provided.
【００１３】すなわち、請求項１記載の発明では、シリ
コン基板上に誘電体結晶を設け、従来の光変調器では基
板としていたこの誘電体結晶に変調素子の光導波路を形
成することにした。したがって、同一のシリコン基板上
に他のモジュールの性能を有する素子を搭載することが
可能になり、デバイスの集積化による高密度実装部品を
実現することができる。したがって、集積型光変調器の
小型化に寄与することになる。That is, according to the first aspect of the present invention, a dielectric crystal is provided on a silicon substrate, and an optical waveguide of a modulation element is formed on the dielectric crystal which has been used as a substrate in a conventional optical modulator. Therefore, it is possible to mount an element having the performance of another module on the same silicon substrate, and it is possible to realize a high-density mounting component by integrating devices. Therefore, this contributes to downsizing of the integrated optical modulator.
【００１４】請求項２記載の発明では、（イ）シリコン
基板と、（ロこのシリコン基板上に配置され、光導波路
が形成された誘電体結晶からなる変調素子と、（ハ）シ
リコン基板上における変調素子の入射側に配置され、こ
れに光を入射させる発光素子とを集積型光変調器に具備
させる。According to a second aspect of the present invention, there are provided (a) a silicon substrate, (b) a modulation element formed of a dielectric crystal having an optical waveguide formed thereon and (c) a silicon substrate. A light emitting element which is disposed on the incident side of the modulation element and allows light to enter the modulation element is provided in the integrated optical modulator.
【００１５】すなわち請求項２記載の発明では、変調素
子をシリコン基板上に配置すると共に、このシリコン基
板上で変調素子の入射側に発光素子を配置することにし
た。このため、従来、プリント基板上で行われていた発
光素子のモジュールと変調素子のモジュールとの間での
ファイバ接続作業が不要となる。That is, in the invention according to claim 2, the modulation element is arranged on the silicon substrate, and the light emitting element is arranged on the silicon substrate on the incident side of the modulation element. For this reason, the fiber connection work between the light emitting element module and the modulation element module conventionally performed on the printed circuit board becomes unnecessary.
【００１６】請求項３記載の発明では、請求項２記載の
集積型光変調器でシリコン基板はその両側部が中央部よ
りも一段と高くなった凸部を形成しており、シリコン基
板の中央部には誘電体結晶が成膜され、これに光導波路
が形成されており、前記凸部のうちこの光導波路の入射
側に発光素子が配置されていることを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, in the integrated type optical modulator according to the second aspect, the silicon substrate has a convex portion whose both sides are higher than the central portion. Is characterized in that a dielectric crystal is formed thereon, an optical waveguide is formed on the dielectric crystal, and a light emitting element is arranged on the incident side of the optical waveguide among the convex portions.
【００１７】すなわち請求項３記載の発明では、発光素
子の高さに対する調整を不要にすることができ、実装作
業の簡素化を図ることができる。That is, according to the third aspect of the invention, it is not necessary to adjust the height of the light emitting element, and the mounting operation can be simplified.
【００１８】また請求項４記載の集積型光変調器では、
請求項３記載の光変調器で光導波路の射出側に位置する
前記凸部には光軸に沿ってＶ溝が設けられ、このＶ溝に
沿って配置された光ファイバの上側にこれを固定するた
めのガラスカバーが配置されており、出力側のフェルー
ルを省略することができる。In the integrated optical modulator according to the fourth aspect,
4. The optical modulator according to claim 3, wherein the convex portion located on the emission side of the optical waveguide has a V-groove provided along the optical axis, and the V-groove is fixed above the optical fiber disposed along the V-groove. A glass cover is provided so that the ferrule on the output side can be omitted.
【００１９】更に請求項５記載の発明では、請求項３記
載の光変調器で光導波路の入射側に位置する凸部には発
光素子の出力する光をモニタするためのフォトダイオー
ドが配置されており、出力レベルの安定化を図ることが
できる。According to a fifth aspect of the present invention, in the optical modulator according to the third aspect, a photodiode for monitoring light output from the light emitting element is disposed on the convex portion located on the incident side of the optical waveguide. Therefore, the output level can be stabilized.
【００２０】[0020]
【００２１】[0021]
【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to embodiments.
【００２２】図１は本発明の一実施例における集積型光
変調器の外観を表わしたものである。本実施例の集積型
光変調器は、上面の中央部を両側部よりも一段低い凹部
１１としたシリコン（Ｓｉ）基板１２を備えている。凹
部１１には、シリコン基板１２の両側部からわずかの間
隔を置いて、電気光学効果を有する誘電体結晶１３が、
成膜あるいは成長によって形成されている。この誘電体
結晶１３としては、ＬｉＮｂＯ3 （ニオブ酸リチウム）
あるいはＬｉＴａＯ3 （リチウムタンタレート）等の電
気光学結晶が望ましい。FIG. 1 shows the appearance of an integrated optical modulator according to an embodiment of the present invention. The integrated optical modulator according to the present embodiment includes a silicon (Si) substrate 12 in which a central portion of an upper surface is formed as a concave portion 11 one step lower than both side portions. A dielectric crystal 13 having an electro-optical effect is provided in the recess 11 at a slight distance from both sides of the silicon substrate 12.
It is formed by film formation or growth. As the dielectric crystal 13, LiNbO 3 (lithium niobate)
Alternatively, an electro-optic crystal such as LiTaO 3 (lithium tantalate) is desirable.
【００２３】誘電体結晶１３には、２つの平行な光導波
路１４1 、１４2 を備えた分岐干渉型光導波路としての
マッハツェンダ型光導波路１４が形成されており、この
上には広帯域での動作を実現するためのバッファ層１６
が形成されている。バッファ層１６の上には温度変化時
の特性を安定化させるためにＳｉ帯電防止膜１７が形成
されている。更にＳｉ帯電防止膜１７の上には、一方の
光導波路１４1 上に信号電極１８が形成されており、他
方の光導波路１４2 上には接地電極１９が形成されてい
る。これらは、厚膜Ａｕ電極２１によって構成されてい
る。マッハツェンダ型光導波路１４、バッファ層１６お
よび信号電極１８と接地電極１９は、それぞれ拡散、成
膜と蒸着の技術を使用して形成されたものである。誘電
体結晶１３上に形成されたこれらの部分は全体として変
調素子２２を構成している。The dielectric crystal 13 is provided with a Mach-Zehnder optical waveguide 14 as a branching interference optical waveguide having two parallel optical waveguides 14 1 and 14 2. Buffer layer 16 for realizing
Are formed. An Si antistatic film 17 is formed on the buffer layer 16 to stabilize the characteristics when the temperature changes. Further, on the Si antistatic film 17 is one of the signal electrodes 18 on the optical waveguide 14 1 is formed, on the other optical waveguide 14 2 are formed a ground electrode 19. These are constituted by the thick film Au electrodes 21. The Mach-Zehnder optical waveguide 14, the buffer layer 16, the signal electrode 18, and the ground electrode 19 are formed using techniques of diffusion, film formation, and vapor deposition, respectively. These portions formed on the dielectric crystal 13 constitute the modulation element 22 as a whole.
【００２４】本実施例では、シリコン基板１２がヒート
シンクに優れている性質を利用して、このシリコン基板
１２上の変調素子２２の入射側に配置された凸部（図で
左側）１２1 に２方向からレーザビームを出力するＬＤ
ベアチップ３１と、このＬＤベアチップ３１の一方から
出力されるレーザビームをモニタするためのフォトダイ
オード（ＰＤ）キャリア３２を搭載している。フォトダ
イオードキャリア３２上におけるＬＤベアチップ３１と
対向する面にはモニタ用のフォトダイオード３３が配置
されている。ＬＤベアチップ３１は、シリコン基板１２
の上に半導体の製造工程で作成されており、フォトダイ
オード３３は導波路の光軸と一致するように位置決めさ
れてフォトダイオードキャリア３２の上に固定されてい
る。In the present embodiment, by utilizing the property that the silicon substrate 12 is excellent in heat sink, two protrusions (left side in the figure) 12 1 disposed on the incident side of the modulation element 22 on the silicon substrate 12 are provided. LD that outputs laser beam from direction
A bare chip 31 and a photodiode (PD) carrier 32 for monitoring a laser beam output from one of the LD bare chips 31 are mounted. A monitoring photodiode 33 is disposed on a surface of the photodiode carrier 32 facing the LD bare chip 31. The LD bare chip 31 is mounted on the silicon substrate 12
The photodiode 33 is positioned so as to coincide with the optical axis of the waveguide and is fixed on the photodiode carrier 32.
【００２５】シリコン基板１２上の変調素子２２の射出
側に配置された凸部（図で右側）１２2 の上面には、光
軸に沿ってＶ溝３５が切られている。この上には、同じ
くＶ溝３６を切ったガラスカバー３７が、これらのＶ溝
３５、３６で光ファイバ３８を挟持するようにして載
置、固定されている。[0025] arranged protrusions on the exit side of the modulation device 22 on the silicon substrate 12 (the right figure) 12 2 of the upper surface is, V grooves 35 along the optical axis is cut. On this, a glass cover 37 also having a V-shaped groove 36 is placed and fixed such that the optical fiber 38 is sandwiched between the V-shaped grooves 35 and 36.
【００２６】このように本実施例のシリコン基板１２に
は、図１の左側から順に発光素子４１と変調素子２２が
集積されており、変調後の光信号が光ファイバ３８に入
射することになる。シリコン基板１２は、この図に示し
ていないパッケージに搭載され、ワイヤボンディング等
の手法によって、変調素子２２、ＬＤベアチップ３１お
よびモニタ用のフォトダイオード３３に対する電気的な
接続が行われることになる。このような本実施例の集積
型光変調器の製造方法を次に説明する。As described above, the light emitting element 41 and the modulating element 22 are integrated on the silicon substrate 12 of this embodiment in order from the left side of FIG. 1, and the modulated optical signal enters the optical fiber 38. . The silicon substrate 12 is mounted on a package (not shown), and electrical connection to the modulation element 22, the LD bare chip 31, and the monitoring photodiode 33 is made by a method such as wire bonding. A method of manufacturing such an integrated optical modulator according to the present embodiment will be described below.
【００２７】まず、所定の凹凸を表面に有する厚さ２
ｍｍのシリコン基板１２上の変調素子２２の射出側に位
置する凸部１２2 の表面には、反対側の凸部１２1 に搭
載するＬＤベアチップ３１およびフォトダイオードキャ
リア３２と光軸を一致させる形で、マーカ、ウェットエ
ッチングで光ファイバ３８を搭載するためのＶ溝３５を
形成する。First, the thickness 2 having predetermined irregularities on the surface
The convex portion 12 2 of the surface located on the exit side of mm of the silicon substrate 12 on the modulation device 22, the shape to match the optical axis LD bare chip 31 and the photodiode carrier 32 is mounted to the convex portion 12 1 of the opposite Then, a V-groove 35 for mounting the optical fiber 38 is formed by marker and wet etching.
【００２８】次に、シリコン基板１２の中央に位置す
る凹部１１に、スパッタリングあるいはＣＶＤによっ
て、厚さ０．８ｍｍのＬｉＮｂＯ3 からなる誘電体結晶
１３を成膜する。Next, a dielectric crystal 13 made of LiNbO 3 having a thickness of 0.8 mm is formed in the concave portion 11 located at the center of the silicon substrate 12 by sputtering or CVD.
【００２９】このようにして成膜された誘電体結晶１
３上にＴｉをスパッタリングして、厚さ０．１５μｍだ
け成膜する。この状態で、ＬＤベアチップ３１の実装箇
所の光軸に合わせて、レジストをパターニングして、エ
ッチングを行い、１０５０°Ｃで８時間だけ熱拡散す
る。これにより、２つ平行な光導波路１４1 、１４2 を
有する分岐干渉型のマッハツェンダ型光導波路１４が形
成される。拡散された互いに平行な光導波路１４1 、１
４2 の幅はそれぞれ７μｍであり、これらの間隔は２３
μｍとなった。The thus formed dielectric crystal 1
3 is sputtered on Ti to form a film having a thickness of 0.15 μm. In this state, the resist is patterned and etched in accordance with the optical axis of the mounting position of the LD bare chip 31, and thermally diffused at 1050 ° C. for 8 hours. Thus, a Mach-Zehnder optical waveguide 14 of a branch interference type having two parallel optical waveguides 14 1 and 14 2 is formed. The diffused parallel optical waveguides 14 1 , 1
4 2 of wide and 7μm, respectively, these intervals 23
μm.
【００３０】更に、誘電体結晶１３上には、広帯域で
の動作を実現するためにバッファ層１６が設けられる。
これは、ＳｉＯ2 をスパッタリングで厚さ１μｍ成膜す
ることによって作成する。バッファ層１６の上には、Ｓ
ｉ帯電防止膜１７が０．１μｍの厚さで成膜される。こ
の上には、下地電極としてそれぞれＴｉを１５ｎｍ、Ｃ
ｒを３ｎｍ、Ａｕを０．１μｍの厚さで成膜する。高速
動作を可能にするために、このような下地電極の上に厚
膜Ａｕ電極２１を１２μｍの厚さでメッキする。Further, a buffer layer 16 is provided on the dielectric crystal 13 in order to realize a broadband operation.
This is created by forming a film of SiO 2 to a thickness of 1 μm by sputtering. On the buffer layer 16, S
An i antistatic film 17 is formed with a thickness of 0.1 μm. On top of this, 15 nm of Ti is used as a base electrode,
r is formed to a thickness of 3 nm and Au is formed to a thickness of 0.1 μm. In order to enable high-speed operation, a thick film Au electrode 21 is plated on such a base electrode with a thickness of 12 μm.
【００３１】分岐された光導波路１４1 上に位置する信
号電極１８は導波路の幅と同様に７μｍであり、信号電
極１８と接地電極１９とのギャップは２３μｍに設定さ
れている。また、分岐された光導波路１４1 に電圧を印
加する図示しない電極の長さは４０ｍｍになっており、
素子全体の長さは４４ｍｍになっている。The signal electrodes 18 positioned on the branched optical waveguides 14 1 is 7μm like the width of the waveguide, the gap between the signal electrode 18 and the ground electrode 19 is set to 23 .mu.m. The length of the electrodes (not shown) for applying a voltage to the optical waveguide 14 1 which is branched is turned 40 mm,
The length of the entire device is 44 mm.
【００３２】ＬＤベアチップ３１は０．３ｍｍ角であ
り、これにもマーカが付けられ、シリコン基板１２上で
光軸を一致させるために付けられたマーカと位置合わせ
を行って実装する。ＬＤベアチップ３１と変調素子２２
のギャップは２５μｍ程度に設定する。モニタ用のフォ
トダイオード３３は０．４ｍｍ角であり、これを実装し
たフォトダイオードキャリア３２も、同様にしてＬＤベ
アチップ３１のモニタとして機能するようにシリコン基
板１２上に搭載される。ＬＤベアチップ３１とフォトダ
イオードキャリア３２のギャップは、０．５ｍｍ程度に
設定する。The LD bare chip 31 has a size of 0.3 mm square, is also provided with a marker, and is mounted on the silicon substrate 12 by aligning the marker with the marker provided to match the optical axis. LD bare chip 31 and modulation element 22
Is set to about 25 μm. The monitoring photodiode 33 is 0.4 mm square, and the photodiode carrier 32 on which the photodiode 33 is mounted is also mounted on the silicon substrate 12 so as to function as a monitor for the LD bare chip 31. The gap between the LD bare chip 31 and the photodiode carrier 32 is set to about 0.5 mm.
【００３３】シリコン基板１２上の一方の凸部１２1
にＬＤベアチップ３１とフォトダイオードキャリア３２
が搭載され、凹部１１に変調素子２２が形成された状態
で、ワイヤボンディングでパッケージに電気接続を行
う。One protrusion 12 1 on the silicon substrate 12
LD chip 31 and photodiode carrier 32
Are mounted, and in a state where the modulation element 22 is formed in the concave portion 11, an electric connection is made to the package by wire bonding.
【００３４】図２は、パッケージにボンディングが行わ
れた状態を示したものであり、図３はこの図２における
Ａ−Ａ′断面を示したものである。パッケージ５１内に
実装されたシリコン基板１２上の各電気的接続箇所とパ
ッケージ５１の各端子５２のパターン５３との間にワイ
ヤによるボンディング（図示せず）が行われる。FIG. 2 shows a state in which bonding has been performed on the package, and FIG. 3 shows a cross section taken along line AA 'in FIG. Wire bonding (not shown) is performed between each electrical connection point on the silicon substrate 12 mounted in the package 51 and the pattern 53 of each terminal 52 of the package 51.
【００３５】最後に、変調素子２２とのギャップが２
５μｍとなるように、変調素子２２の射出側に位置する
凸部１２2 のＶ溝３５に光ファイバ３８を配置し、図１
に示したようにその上にガラスカバー３７を固定し、光
学系接着剤で光軸上での固着を行う。本実施例ではＴｉ
による拡散導波路を使用しているので、導波路径が大き
い。したがって、レンズ等の特別の光学部品を使用する
ことなく変調素子２２の射出側と光ファイバ３８を光学
的に結合させることができる。Finally, the gap with the modulation element 22 is 2
As will be 5 [mu] m, the optical fiber 38 is disposed on the convex portion 12 2 of the V-groove 35 located on the exit side of the modulation device 22, FIG. 1
As shown in (1), the glass cover 37 is fixed thereon and fixed on the optical axis with an optical adhesive. In this embodiment, Ti
, The diameter of the waveguide is large. Therefore, the optical fiber 38 can be optically coupled to the exit side of the modulation element 22 without using a special optical component such as a lens.
【００３６】このようにして製造された集積型光変調器
のシリコン基板１２には、変調素子２２と発光素子４１
がシリコン基板１２上に一体化されており、５０ｍｍ程
度の長さとなっている。したがって、パッケージ５１に
実装された状態でデバイス全体の長さを６０ｍｍ程度に
することができる。これは、従来の同等の機能を有する
デバイスの約半分の大きさとなる。On the silicon substrate 12 of the integrated optical modulator manufactured as described above, the modulation element 22 and the light emitting element 41 are provided.
Are integrated on the silicon substrate 12 and have a length of about 50 mm. Therefore, the overall length of the device mounted on the package 51 can be reduced to about 60 mm. This is about half the size of a conventional device having the same function.
【００３７】本実施例の発光素子付きの光変調器では、
シリコン基板１２上に実装されたＬＤベアチップ３１か
ら出力されるレーザ光のパワーをモニタ用のフォトダイ
オード３３でモニタしながら、レーザ光が変調素子２２
に入射される。変調素子２２には、図示しないドライバ
に電気的に接続された所定の端子５２を介して変調用の
電圧が印加される。この印加電圧によって、信号電極１
８と接地電極１９との間に電界が発生する。誘電体結晶
１３は電気光学効果によってマッハツェンダ型光導波路
１４内の屈折率を変化させる。これにより、２つの互い
に平行な光導波路１４1 、１４2 を伝搬する光に位相差
が生じ、変調素子２２の射出側からは変調された光が射
出する。この変調された光は光ファイバ３８を介して外
部に出力されることになる。In the optical modulator with a light emitting element of this embodiment,
While monitoring the power of the laser light output from the LD bare chip 31 mounted on the silicon substrate 12 with the monitoring photodiode 33, the laser light is
Is incident on. A modulation voltage is applied to the modulation element 22 via a predetermined terminal 52 that is electrically connected to a driver (not shown). By this applied voltage, the signal electrode 1
An electric field is generated between the electrode 8 and the ground electrode 19. The dielectric crystal 13 changes the refractive index in the Mach-Zehnder optical waveguide 14 by an electro-optic effect. As a result, a phase difference is generated in the light propagating through the two parallel optical waveguides 14 1 and 14 2 , and the modulated light is emitted from the emission side of the modulation element 22. The modulated light is output to the outside via the optical fiber 38.
【００３８】なお、以上説明した実施例ではシリコン基
板上に変調素子２２のみならず発光素子４１を形成ある
いは搭載することにしたが、シリコン基板上に変調素子
２２のみを形成してもよいことはもちろんである。ま
た、実施例ではマッハツェンダ型光導波路１４の上の信
号電極１８と接地電極１９以外の領域に厚膜Ａｕ電極２
１を残しているが、これを省略してもよい。また、この
信号電極１８と接地電極１９以外の領域の厚膜Ａｕ電極
２１を実施例のように存置し、これを接地することも有
効である。In the embodiment described above, not only the modulation element 22 but also the light emitting element 41 is formed or mounted on the silicon substrate. However, it is possible that only the modulation element 22 may be formed on the silicon substrate. Of course. In the embodiment, the thick film Au electrode 2 is formed on the Mach-Zehnder type optical waveguide 14 in a region other than the signal electrode 18 and the ground electrode 19.
Although 1 is left, this may be omitted. It is also effective to leave the thick-film Au electrode 21 in a region other than the signal electrode 18 and the ground electrode 19 as in the embodiment, and to ground this.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、シリコン基板上に誘電体結晶を設け、従来の
光変調器では基板としていたこの誘電体結晶に変調素子
の光導波路を形成することにした。したがって、同一の
シリコン基板上に他のモジュールの性能を有する素子を
搭載することが可能になり、デバイスの集積化による高
密度実装部品を実現することができる。したがって、変
調素子を使用した各種のデバイスの小型化を実現するこ
とができる。また、デバイス間での実装作業の簡素化を
図ることができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, a dielectric crystal is provided on a silicon substrate, and an optical waveguide of a modulation element is provided on the dielectric crystal which has been used as a substrate in a conventional optical modulator. Decided to form. Therefore, it is possible to mount an element having the performance of another module on the same silicon substrate, and it is possible to realize a high-density mounting component by integrating devices. Therefore, miniaturization of various devices using the modulation element can be realized. Further, the mounting operation between devices can be simplified.
【００４０】また、請求項２記載の発明によれば、変調
素子をシリコン基板上に配置すると共に、このシリコン
基板上で変調素子の入射側に発光素子を配置することに
した。このため、従来、プリント基板上で行われていた
発光素子のモジュールと変調素子のモジュールとの間で
のファイバ接続作業が不要となる。According to the second aspect of the present invention, the modulation element is disposed on the silicon substrate, and the light emitting element is disposed on the silicon substrate on the incident side of the modulation element. For this reason, the fiber connection work between the light emitting element module and the modulation element module conventionally performed on the printed circuit board becomes unnecessary.
【００４１】更に請求項３記載の発明によれば、シリコ
ン基板はその両側部が中央部よりも一段と高くなった凸
部を形成しており、その一方に発光素子が配置されるよ
うになっている。したがって、シリコン基板の凸部を所
定の高さに設定しておけば、これに発光素子を直接搭載
してその出力光をシリコン基板上の変調素子にそのまま
入射させることができ、実装作業の簡素化を図ることが
できる。また、変調素子と発光素子の間をファイバで接
続する必要がないので、光変調器の小型化を図ることが
できる。Further, according to the third aspect of the present invention, the silicon substrate has a convex portion whose both sides are higher than the central portion, and the light emitting element is arranged on one of the convex portions. I have. Therefore, if the convex portion of the silicon substrate is set at a predetermined height, the light emitting element can be directly mounted on the silicon substrate and the output light can be directly incident on the modulation element on the silicon substrate, thereby simplifying the mounting operation. Can be achieved. Further, since there is no need to connect the modulation element and the light emitting element with a fiber, the size of the optical modulator can be reduced.
【００４２】また、請求項４記載の発明によれば、光導
波路の射出側に位置する凸部には光軸に沿ってＶ溝が設
けられており、このＶ溝に沿って光ファイバが配置さ
れ、その上をガラスカバーが配置されている。したがっ
て、光ファイバには従来必要とされたフェルールが不要
となり、この分だけ集積型光変調器の長さを短くするこ
とができる。変調素子にはニオブ酸リチウムのブロック
が必要とされないので、変調素子自体の長さも短縮する
ことができる。According to the fourth aspect of the present invention, a V-groove is provided along the optical axis at the projection located on the emission side of the optical waveguide, and the optical fiber is arranged along the V-groove. And a glass cover is placed on it. Therefore, the ferrule conventionally required for the optical fiber is not required, and the length of the integrated optical modulator can be shortened accordingly. Since the modulation element does not require a block of lithium niobate, the length of the modulation element itself can be reduced.
【００４３】更に請求項５記載の発明よれば、光導波路
の入射側に位置する凸部に発光素子の出力する光をモニ
タするためのフォトダイオードが配置されるので、出力
光のレベルが安定するだけでなく、シリコン基板上に変
調素子のみならず発光素子およびモニタ用の素子を配置
することにしたので、高密度化によって集積型光変調器
の一層の小型化を図ることができる。According to the fifth aspect of the present invention, since the photodiode for monitoring the light output from the light emitting element is arranged on the projection located on the incident side of the optical waveguide, the level of the output light is stabilized. In addition, since not only the modulation element but also the light-emitting element and the monitoring element are arranged on the silicon substrate, it is possible to further reduce the size of the integrated optical modulator by increasing the density.
【図１】本発明の一実施例における集積型光変調器の要
部を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a main part of an integrated optical modulator according to an embodiment of the present invention.
【図２】本実施例のパッケージに収容された集積型光変
調器の組立状態を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an assembled state of the integrated optical modulator housed in the package of the embodiment.
【図３】図２の集積型光変調器のＡ−Ａ′断面図であ
る。FIG. 3 is a sectional view of the integrated optical modulator taken along line AA ′ of FIG. 2;
【図４】従来の集積型光変調器の要部を示す斜視図であ
る。FIG. 4 is a perspective view showing a main part of a conventional integrated optical modulator.
１１ 凹部 １２ シリコン基板 １２1 、１２2 凸部 １３ 誘電体結晶 １４ 光導波路 １８ 信号電極 １９ 接地電極 ２２ 変調素子 ３１ ＬＤベアチップ ３３ フォトダイオード ３５ Ｖ溝 ３７ ガラスカバー ３８ 光ファイバ ４１ 発光素子 ５１ パッケージDESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Concave part 12 Silicon substrate 12 1 , 12 2 Convex part 13 Dielectric crystal 14 Optical waveguide 18 Signal electrode 19 Ground electrode 22 Modulation element 31 LD bare chip 33 Photodiode 35 V groove 37 Glass cover 38 Optical fiber 41 Light emitting element 51 Package
Claims (5)
誘電体結晶からなる変調素子とを具備することを特徴と
する集積型光変調器。1. An integrated optical modulator comprising: a silicon substrate; and a modulation element disposed on the silicon substrate and formed of a dielectric crystal on which an optical waveguide is formed.
誘電体結晶からなる変調素子と、 前記シリコン基板上における変調素子の入射側に配置さ
れ、これに光を入射させる発光素子とを具備することを
特徴とする集積型光変調器。2. A silicon substrate, a modulation element disposed on the silicon substrate and formed of a dielectric crystal on which an optical waveguide is formed, and a modulation element disposed on the incident side of the modulation element on the silicon substrate and receiving light therefrom. An integrated optical modulator, comprising: a light emitting element to be incident.
よりも一段と高くなった凸部を形成しており、シリコン
基板の中央部には誘電体結晶が成膜され、これに光導波
路が形成されており、前記凸部のうちこの光導波路の入
射側に発光素子が配置されていることを特徴とする請求
項２記載の集積型光変調器。3. The silicon substrate has convex portions on both sides thereof which are higher than the central portion. A dielectric crystal is formed on the central portion of the silicon substrate, and an optical waveguide is formed on the dielectric crystal. 3. The integrated optical modulator according to claim 2, wherein a light emitting element is disposed on the incident side of the optical waveguide in the convex portion.
部には光軸に沿ってＶ溝が設けられ、このＶ溝に沿って
配置された光ファイバの上側にこれを固定するためのガ
ラスカバーが配置されていることを特徴とする請求項３
記載の光変調器。4. A V-groove is provided along the optical axis at the convex portion located on the emission side of the optical waveguide, and a V-groove for fixing the V-groove above an optical fiber arranged along the V-groove. 4. A glass cover is arranged.
An optical modulator as described.
部には発光素子の出力する光をモニタするためのフォト
ダイオードが配置されていることを特徴とする請求項３
記載の集積型光変調器。5. The photodiode according to claim 3, wherein a photodiode for monitoring light output from the light emitting element is arranged on the projection located on the incident side of the optical waveguide.
An integrated optical modulator as described.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1813497A JPH10213784A (en) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | Integration type optical modulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1813497A JPH10213784A (en) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | Integration type optical modulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10213784A true JPH10213784A (en) | 1998-08-11 |
Family
ID=11963140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1813497A Pending JPH10213784A (en) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | Integration type optical modulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10213784A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000065884A (en) * | 1999-04-10 | 2000-11-15 | 이계철 | Apparatus and method of fabricating optical transceiver module |
| WO2002067041A3 (en) * | 2001-02-13 | 2002-12-27 | Codeon Corp | Loss prevention structures for optical modulation applications |
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| KR101876949B1 (en) * | 2015-07-10 | 2018-07-11 | 한양대학교 에리카산학협력단 | Optical module, optical transceiver and communication system including the same |
| US10451905B2 (en) | 2015-07-10 | 2019-10-22 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Erica Campus | Optical transmission module, optical transceiver, and optical communication system including same |
-
1997
- 1997-01-31 JP JP1813497A patent/JPH10213784A/en active Pending
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| US10451905B2 (en) | 2015-07-10 | 2019-10-22 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Erica Campus | Optical transmission module, optical transceiver, and optical communication system including same |
| US10663774B2 (en) | 2015-07-10 | 2020-05-26 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Erica Campus | Optical transmission module, optical transceiver, and optical communication system including same |
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