JPH103064A - 導波路型光デバイス - Google Patents
導波路型光デバイスInfo
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- JPH103064A JPH103064A JP8154029A JP15402996A JPH103064A JP H103064 A JPH103064 A JP H103064A JP 8154029 A JP8154029 A JP 8154029A JP 15402996 A JP15402996 A JP 15402996A JP H103064 A JPH103064 A JP H103064A
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- 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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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、電気光学効果を有する基板の表面
に、光導波路と導波光を制御する電極を有する導波路型
光デバイスにおいて、外部の温度環境変化に対して安定
に動作し、帯電防止膜の導電率のばらつき等が光変調器
の特性に影響を及ぼさないように改善を図った導波路型
光デバイスに関する。 【解決手段】本発明の目的は、上記のような問題を解決
し、電気的変調器特性のばらつきを少なくし、温度特性
が優れ信号電界の低減を抑制した導波路型光デバイスを
提供する。本発明は、電気光学効果を有する基板の表面
に、光波を導波する光導波路と、導波光を制御する少な
くとも一組の信号電極及び接地電極と、両電極と導波路
との間に設けられたバッファ─層を具えた導波路型光デ
バイスにおいて、バッファ─層の上面に、信号電極に接
触して、帯電防止膜を設ける。
に、光導波路と導波光を制御する電極を有する導波路型
光デバイスにおいて、外部の温度環境変化に対して安定
に動作し、帯電防止膜の導電率のばらつき等が光変調器
の特性に影響を及ぼさないように改善を図った導波路型
光デバイスに関する。 【解決手段】本発明の目的は、上記のような問題を解決
し、電気的変調器特性のばらつきを少なくし、温度特性
が優れ信号電界の低減を抑制した導波路型光デバイスを
提供する。本発明は、電気光学効果を有する基板の表面
に、光波を導波する光導波路と、導波光を制御する少な
くとも一組の信号電極及び接地電極と、両電極と導波路
との間に設けられたバッファ─層を具えた導波路型光デ
バイスにおいて、バッファ─層の上面に、信号電極に接
触して、帯電防止膜を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気光学効果を有する
基板の表面に、光導波路と導波光を制御する電極を有す
る導波路型光デバイスにおいて、外部の温度環境変化に
対して安定に動作し、帯電防止膜の導電率のばらつき等
が光変調器の特性に影響を及ぼさないように改善を図っ
た導波路型光デバイスに関する。
基板の表面に、光導波路と導波光を制御する電極を有す
る導波路型光デバイスにおいて、外部の温度環境変化に
対して安定に動作し、帯電防止膜の導電率のばらつき等
が光変調器の特性に影響を及ぼさないように改善を図っ
た導波路型光デバイスに関する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速動作が可能
な、電気光学効果を有する基板を利用した導波路型光デ
バイスで、長距離光ファイバー伝送の特性を向上させる
光位相変調器、光強度変調器、偏波スクランブラ等の構
成に関する。
な、電気光学効果を有する基板を利用した導波路型光デ
バイスで、長距離光ファイバー伝送の特性を向上させる
光位相変調器、光強度変調器、偏波スクランブラ等の構
成に関する。
【０００３】
【従来の技術】近年の光ファイバー通信システムは、数
ＧＨｚから数十ＧＨｚの広帯域、大容量で数千キロの長
距離の伝送が研究され、一部実用化されつつある。この
ような状況の中でキーデバイスとして研究されているの
が、導波路型光デバイスである。導波路型光デバイスは
光波を導波路に閉じこめるため、高効率動作が可能で、
小型化、集積化、複合化などが容易に出来るなどの特徴
があり、光計測器や光情報処理などの応用にも研究され
ている。
ＧＨｚから数十ＧＨｚの広帯域、大容量で数千キロの長
距離の伝送が研究され、一部実用化されつつある。この
ような状況の中でキーデバイスとして研究されているの
が、導波路型光デバイスである。導波路型光デバイスは
光波を導波路に閉じこめるため、高効率動作が可能で、
小型化、集積化、複合化などが容易に出来るなどの特徴
があり、光計測器や光情報処理などの応用にも研究され
ている。
【０００４】導波路型光デバイスの中では、大きな電気
光学効果を持ったＬｉＮｂＯ3 （以下、単にＬＮと言
う。）等の強誘電体基板に、Ｔｉを熱拡散させて導波路
を形成するものが知られており、多くの研究がなされて
いる。このＬＮ導波路を使用した光変調器は、比較的容
易に低損失なものが出来るだけでなく、進行波型の信号
電極にすることで１０ＧＨｚ以上の変調帯域を有するこ
とが示され、超高速光通信システム実現のキーデバイス
と考えられている。
光学効果を持ったＬｉＮｂＯ3 （以下、単にＬＮと言
う。）等の強誘電体基板に、Ｔｉを熱拡散させて導波路
を形成するものが知られており、多くの研究がなされて
いる。このＬＮ導波路を使用した光変調器は、比較的容
易に低損失なものが出来るだけでなく、進行波型の信号
電極にすることで１０ＧＨｚ以上の変調帯域を有するこ
とが示され、超高速光通信システム実現のキーデバイス
と考えられている。
【０００５】図４は、Ｔｉ拡散型ＬＮ導波路光変調器の
一例を示した導波路型光位相変調器の斜視図である。こ
の光変調器では、ＺカットのＬＮ基板の表面にＴｉを拡
散し、その上に進行波型の制御電極（１）が形成されて
いる。図４には記載を省略しているが、導波路と電極の
間には導波光の金属電極による吸収を防ぐため、例え
ば、ＳｉＯ2 よりなるバッファー層が形成されている。
一例を示した導波路型光位相変調器の斜視図である。こ
の光変調器では、ＺカットのＬＮ基板の表面にＴｉを拡
散し、その上に進行波型の制御電極（１）が形成されて
いる。図４には記載を省略しているが、導波路と電極の
間には導波光の金属電極による吸収を防ぐため、例え
ば、ＳｉＯ2 よりなるバッファー層が形成されている。
【０００６】ＬＮ基板は、異方性の大きな結晶なので、
入射光の偏波変動による動作不安定を防ぐため、入射光
は入射側にある微小偏光子（ラミポール）（１１）によ
って一方向の偏光にして、導波路（３）に入射されてい
る。入射された光波は、信号電源（７）から印加される
電気信号によって発生する電界と相互作用をし、導波光
の位相が変化する。
入射光の偏波変動による動作不安定を防ぐため、入射光
は入射側にある微小偏光子（ラミポール）（１１）によ
って一方向の偏光にして、導波路（３）に入射されてい
る。入射された光波は、信号電源（７）から印加される
電気信号によって発生する電界と相互作用をし、導波光
の位相が変化する。
【０００７】一般に、進行波型電極を有する変調器は、
広帯域化を図るため電極を厚膜化している。これは、導
波光の伝搬速度と電極を伝搬する電気信号の速度を一致
させ、両者の速度整合を図り、広帯域化するものであ
る。通常この様な厚膜電極は電界メッキ法によって形成
される。
広帯域化を図るため電極を厚膜化している。これは、導
波光の伝搬速度と電極を伝搬する電気信号の速度を一致
させ、両者の速度整合を図り、広帯域化するものであ
る。通常この様な厚膜電極は電界メッキ法によって形成
される。
【０００８】以上は、導波路型光位相変調器の例である
が、その他、Ｙ分岐導波路を２個組み合わせた分岐干渉
型光強度変調器、光位相変調器の入射側に結晶軸に対し
ておよそ４５度に偏光子を設置した偏波スクランブラ等
がある。
が、その他、Ｙ分岐導波路を２個組み合わせた分岐干渉
型光強度変調器、光位相変調器の入射側に結晶軸に対し
ておよそ４５度に偏光子を設置した偏波スクランブラ等
がある。
【０００９】このようなデバイスでは、基板に強誘電体
が使用されているため、外部の温度変化によって帯電さ
れ易く、しかも、この帯電によってデバイスの動作が不
安定になる。
が使用されているため、外部の温度変化によって帯電さ
れ易く、しかも、この帯電によってデバイスの動作が不
安定になる。
【００１０】図５ａ，図５ｂにより、その原理を説明す
る。図５ａは、帯電防止膜を設けない場合を示し、基板
（６）の表面に帯電した電荷による電界が、導波路
（３）の屈折率を変えることになり、変調器の特性が温
度変化に対して不安定になる。これに対して、図５ｂの
ように帯電防止膜（５）を設けた場合には、帯電した電
荷による電界が導波路（３）を殆んど横切らず、温度変
化に対して極めて安定になる。
る。図５ａは、帯電防止膜を設けない場合を示し、基板
（６）の表面に帯電した電荷による電界が、導波路
（３）の屈折率を変えることになり、変調器の特性が温
度変化に対して不安定になる。これに対して、図５ｂの
ように帯電防止膜（５）を設けた場合には、帯電した電
荷による電界が導波路（３）を殆んど横切らず、温度変
化に対して極めて安定になる。
【００１１】このため、例えば、特公平５−７８０１６
公報において、提案されるものにおいては、図３（ａ）
に示すように、ＬＮ基板（６）の表面に導波路（３）と
バッファー層（４）を形成し、広帯域化のため厚膜の制
御電極（１），（２）を形成した後、その全表面に帯電
防止膜（５）を形成する構成や、図３（ｂ）に示すよう
に、帯電防止膜（５）を制御電極（１），（２）を形成
する前にバッファー層（４）の全表面に形成する構成が
提案されている。
公報において、提案されるものにおいては、図３（ａ）
に示すように、ＬＮ基板（６）の表面に導波路（３）と
バッファー層（４）を形成し、広帯域化のため厚膜の制
御電極（１），（２）を形成した後、その全表面に帯電
防止膜（５）を形成する構成や、図３（ｂ）に示すよう
に、帯電防止膜（５）を制御電極（１），（２）を形成
する前にバッファー層（４）の全表面に形成する構成が
提案されている。
【００１２】この形式に共通する特徴は、帯電防止膜
（５）が必ず信号電極（１）と接地電極（２）に共に接
している構成である。これは、基板表面に発生した帯電
を電極間で均一にするためであり、帯電によって、デバ
イスの動作が不安定になることを防止するためには必要
なものとされているからである。
（５）が必ず信号電極（１）と接地電極（２）に共に接
している構成である。これは、基板表面に発生した帯電
を電極間で均一にするためであり、帯電によって、デバ
イスの動作が不安定になることを防止するためには必要
なものとされているからである。
【００１３】しかしながら、デバイスの動作が不安定に
なるのは、帯電した電荷によるものだけではない。デバ
イスの広帯域化を図るために厚膜化した電極には極めて
大きな応力があり、この応力が温度によって変化するた
めＬＮ基板の持つ光弾性効果を介して導波路に作用した
動作点をシフトさせてしまう。また、基板表面に形成し
たバッファー層等の熱応力等も、光弾性効果を介して導
波路に作用し、動作点をシフトさせてしまう。このた
め、基板表面全体に帯電防止膜を形成する構成にして
も、外部の温度変化に対して安定に動作しないという問
題点があった。
なるのは、帯電した電荷によるものだけではない。デバ
イスの広帯域化を図るために厚膜化した電極には極めて
大きな応力があり、この応力が温度によって変化するた
めＬＮ基板の持つ光弾性効果を介して導波路に作用した
動作点をシフトさせてしまう。また、基板表面に形成し
たバッファー層等の熱応力等も、光弾性効果を介して導
波路に作用し、動作点をシフトさせてしまう。このた
め、基板表面全体に帯電防止膜を形成する構成にして
も、外部の温度変化に対して安定に動作しないという問
題点があった。
【００１４】また、帯電防止膜（５）には、通常ＩＴＯ
やＳｉ等が使われているが、これらは僅かな不純物や製
作条件の差によって導電率が非常に大きく変化し（数百
から数千倍は容易に変わる）、このような膜が信号電極
（１）と接地電極（２）に共に接しているため、変調器
の電極間抵抗が大きく変化し、電気的特性のばらつきを
生む等の問題があった。
やＳｉ等が使われているが、これらは僅かな不純物や製
作条件の差によって導電率が非常に大きく変化し（数百
から数千倍は容易に変わる）、このような膜が信号電極
（１）と接地電極（２）に共に接しているため、変調器
の電極間抵抗が大きく変化し、電気的特性のばらつきを
生む等の問題があった。
【００１５】また、帯電防止膜のような半導電性を持っ
た膜中に電界が入ると、その電界強度が膜の持つ導電性
のため減少することが知られているが、図３ｂのように
電極（１），（２）とバッファー層（４）の間に広く帯
電防止膜が設置されると、信号電極（１）に印加した信
号電界が膜の導電性のため低減してしまうという問題が
あった。
た膜中に電界が入ると、その電界強度が膜の持つ導電性
のため減少することが知られているが、図３ｂのように
電極（１），（２）とバッファー層（４）の間に広く帯
電防止膜が設置されると、信号電極（１）に印加した信
号電界が膜の導電性のため低減してしまうという問題が
あった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題を解決し、電気的変調器特性のばらつきを少なく
し、温度特性が優れ信号電界の低減を抑制した導波路型
光デバイスを提供することにある。
問題を解決し、電気的変調器特性のばらつきを少なく
し、温度特性が優れ信号電界の低減を抑制した導波路型
光デバイスを提供することにある。
【００１７】本発明は、電気光学効果を有する基板の表
面に、光波を導波する光導波路と、導波光を制御する少
なくとも一組の信号電極及び接地電極と、前記両電極と
前記導波路との間に設けられたバッファ─層を具えた導
波路型光デバイスにおいて、前記バッファ─層の上面
に、前記信号電極に接触して、帯電防止膜を設けたこと
を特徴とする。本発明は、光導波路を形成する前記基板
が、ＬｉＮｂＯ3 であり、前記光導波路をTiの熱拡散に
より形成したことを特徴とする。本発明は、前記信号電
極に接触した前記帯電防止膜を半導体により形成したこ
とを特徴とする。本発明は、前記帯電防止膜をGa、In、
As、 Al 、B 、Ge、 Si 、Sn 、Sbから成る群より選定
されるいずれか１つ、或いはそれらの化合物により形成
したことを特徴とする。本発明は、前記帯電防止膜と接
地電極との間隔ｇを、０より大きく且つ両電極間隔Ｓよ
り小さく設定したことことを特徴とする。本発明は、前
記帯電防止膜と接地電極との間隔ｇが、導波路デバイス
の熱応力による動作点シフトと、前記間隔ｇの直下の基
板に発生する電荷による動作点シフトが補償されるよう
に設定されることを特徴とする。本発明は、前記導波路
型光デバイスが光強度変調器、光位相変調器又は偏波ス
クランブラのいずれか１つを構成することを特徴とす
る。
面に、光波を導波する光導波路と、導波光を制御する少
なくとも一組の信号電極及び接地電極と、前記両電極と
前記導波路との間に設けられたバッファ─層を具えた導
波路型光デバイスにおいて、前記バッファ─層の上面
に、前記信号電極に接触して、帯電防止膜を設けたこと
を特徴とする。本発明は、光導波路を形成する前記基板
が、ＬｉＮｂＯ3 であり、前記光導波路をTiの熱拡散に
より形成したことを特徴とする。本発明は、前記信号電
極に接触した前記帯電防止膜を半導体により形成したこ
とを特徴とする。本発明は、前記帯電防止膜をGa、In、
As、 Al 、B 、Ge、 Si 、Sn 、Sbから成る群より選定
されるいずれか１つ、或いはそれらの化合物により形成
したことを特徴とする。本発明は、前記帯電防止膜と接
地電極との間隔ｇを、０より大きく且つ両電極間隔Ｓよ
り小さく設定したことことを特徴とする。本発明は、前
記帯電防止膜と接地電極との間隔ｇが、導波路デバイス
の熱応力による動作点シフトと、前記間隔ｇの直下の基
板に発生する電荷による動作点シフトが補償されるよう
に設定されることを特徴とする。本発明は、前記導波路
型光デバイスが光強度変調器、光位相変調器又は偏波ス
クランブラのいずれか１つを構成することを特徴とす
る。
【００１８】本発明は、帯電防止膜（５）が信号電極
（１）のみに接し、接地電極（２）には接触せず、かつ
接地電極（２）とバッファー層（４）の間には帯電防止
膜（５）が全く存在しないことを特徴とする。また、帯
電防止膜（５）と接地電極（２）の間隔ｇが導波路デバ
イスの熱応力による動作点シフトと、前記間隔ｇの直下
の基板（６）に発生する電荷による動作点シフトが補償
されるように調整することを特徴とする。
（１）のみに接し、接地電極（２）には接触せず、かつ
接地電極（２）とバッファー層（４）の間には帯電防止
膜（５）が全く存在しないことを特徴とする。また、帯
電防止膜（５）と接地電極（２）の間隔ｇが導波路デバ
イスの熱応力による動作点シフトと、前記間隔ｇの直下
の基板（６）に発生する電荷による動作点シフトが補償
されるように調整することを特徴とする。
【００１９】従来の技術とは帯電防止膜（５）が信号電
極（１）と接地電極（２）に共に接していないこと、電
極（１），（２）とバッファー層（４）の間全面に存在
しないことなどが異なる。
極（１）と接地電極（２）に共に接していないこと、電
極（１），（２）とバッファー層（４）の間全面に存在
しないことなどが異なる。
【００２０】僅かな不純物や製作条件の差によって導電
率が非常に大きく変化する帯電防止膜（５）は、光変調
器の電気的特性のばらつきを生む要因になっている。こ
れは、製造条件の差によって導電率が非常に大きく変化
する帯電防止膜（５）が、信号電極（１）と接地電極
（２）の間に共に接するように設置されるため、光変調
器の電極間抵抗が大きく変化してしまうために生じるも
のである。この問題を解決するには、信号電極（１）と
接地電極（２）の電極間で帯電防止膜（５）を図１のよ
うに接触させないようにすればよい。このような構成を
とれば、帯電防止膜（５）の導電率がばらついても、信
号電極（１）と接地電極（２）の電極間で帯電防止膜
（５）が非接触な状態であるため、光変調器の電極間抵
抗は帯電防止膜（５）を接触させた構成に比べ格段に安
定し、電気的特性に与える影響を抑えることが出来る。
率が非常に大きく変化する帯電防止膜（５）は、光変調
器の電気的特性のばらつきを生む要因になっている。こ
れは、製造条件の差によって導電率が非常に大きく変化
する帯電防止膜（５）が、信号電極（１）と接地電極
（２）の間に共に接するように設置されるため、光変調
器の電極間抵抗が大きく変化してしまうために生じるも
のである。この問題を解決するには、信号電極（１）と
接地電極（２）の電極間で帯電防止膜（５）を図１のよ
うに接触させないようにすればよい。このような構成を
とれば、帯電防止膜（５）の導電率がばらついても、信
号電極（１）と接地電極（２）の電極間で帯電防止膜
（５）が非接触な状態であるため、光変調器の電極間抵
抗は帯電防止膜（５）を接触させた構成に比べ格段に安
定し、電気的特性に与える影響を抑えることが出来る。
【００２１】また、帯電防止膜のような半導電性をもっ
た膜が図３ｂのように電極（１），（２）とバッファー
層（４）の間に広く設置されると、信号電極（１）に印
加した信号電界が膜の導電性のため低減してしまうが、
接地電極（２）とバッファー層（４）の間にある帯電防
止膜（５）を無くすことによって、帯電防止膜中に入る
電界が半減するため、印加信号電界の低減を約半分に抑
制することが出来る。
た膜が図３ｂのように電極（１），（２）とバッファー
層（４）の間に広く設置されると、信号電極（１）に印
加した信号電界が膜の導電性のため低減してしまうが、
接地電極（２）とバッファー層（４）の間にある帯電防
止膜（５）を無くすことによって、帯電防止膜中に入る
電界が半減するため、印加信号電界の低減を約半分に抑
制することが出来る。
【００２２】外部の温度変化に対して安定に動作しない
という問題点は、以下のような作用によって解決するこ
が出来る。デバイスの広帯域化を図るために厚膜化した
電極や基板表面に形成したバッファー層等の熱応力が、
光弾性効果を介して導波路に作用し動作点をシフトさせ
るため、帯電防止膜（５）だけでは安定した温度特性が
得られない。そこで熱応力による動作点シフトと帯電に
よる動作点シフトをお互いに補償するような構成を取る
ことによってこの問題を解決する。
という問題点は、以下のような作用によって解決するこ
が出来る。デバイスの広帯域化を図るために厚膜化した
電極や基板表面に形成したバッファー層等の熱応力が、
光弾性効果を介して導波路に作用し動作点をシフトさせ
るため、帯電防止膜（５）だけでは安定した温度特性が
得られない。そこで熱応力による動作点シフトと帯電に
よる動作点シフトをお互いに補償するような構成を取る
ことによってこの問題を解決する。
【００２３】図６は、それぞれ温度に対する熱応力によ
る動作点シフトと温度に対する帯電による動作点シフト
の一例を表している。熱応力による動作点シフトの大き
さと方向（＋方向か或いは−方向か）は、厚膜化した電
極の厚さや基板表面に形成したバッファー層等の応力の
大きさや、それらが圧縮か引張応力かの違い、また基板
（６）を固定するケースの材質、固定方法などによって
変化するが、厚膜化した電極による寄与が大きく、膜厚
に応じて変化する。一方、帯電による動作点シフトの大
きさと方向は、帯電防止膜（５）と接地電極（２）との
間隔ｇの大きさや、導波路（３）と前記間隔ｇの相対的
位置、使用基板（６）の極性（例えば、＋Ｚ面或いは−
Ｚ面）等によって変化するが、間隙ｇの大きさによる寄
与が大きくｇの大きさによって変化する。
る動作点シフトと温度に対する帯電による動作点シフト
の一例を表している。熱応力による動作点シフトの大き
さと方向（＋方向か或いは−方向か）は、厚膜化した電
極の厚さや基板表面に形成したバッファー層等の応力の
大きさや、それらが圧縮か引張応力かの違い、また基板
（６）を固定するケースの材質、固定方法などによって
変化するが、厚膜化した電極による寄与が大きく、膜厚
に応じて変化する。一方、帯電による動作点シフトの大
きさと方向は、帯電防止膜（５）と接地電極（２）との
間隔ｇの大きさや、導波路（３）と前記間隔ｇの相対的
位置、使用基板（６）の極性（例えば、＋Ｚ面或いは−
Ｚ面）等によって変化するが、間隙ｇの大きさによる寄
与が大きくｇの大きさによって変化する。
【００２４】ここで、熱応力による動作点シフトが、図
６のように温度上昇に伴って、例えば、−方向に動く場
合、前記電極間隔ｇの下の基板表面に帯電する電荷によ
る動作点シフトが、この大きさとほぼ同じで＋方向に動
くように間隔ｇの大きさや、導波路（３）と前記間隔ｇ
の相対的位置、使用基板（６）の極性を調整すれば、温
度変化に対する動作点シフトはお互いに補償され、デバ
イスは外部の温度変化に対して安定に動作する。
６のように温度上昇に伴って、例えば、−方向に動く場
合、前記電極間隔ｇの下の基板表面に帯電する電荷によ
る動作点シフトが、この大きさとほぼ同じで＋方向に動
くように間隔ｇの大きさや、導波路（３）と前記間隔ｇ
の相対的位置、使用基板（６）の極性を調整すれば、温
度変化に対する動作点シフトはお互いに補償され、デバ
イスは外部の温度変化に対して安定に動作する。
【００２５】補償する方法は、導波路（３）と前記間隔
ｇの相対的位置等よりは、フォトマスクの設計で調整で
き、再現性良くかつ調整範囲の広い、帯電防止膜（５）
と接地電極（２）との間隔ｇの大きさにより調整するこ
とが好適である。
ｇの相対的位置等よりは、フォトマスクの設計で調整で
き、再現性良くかつ調整範囲の広い、帯電防止膜（５）
と接地電極（２）との間隔ｇの大きさにより調整するこ
とが好適である。
【００２６】これは熱応力による動作点シフトが＋方向
に動く場合でも同様に調整することが出来る。
に動く場合でも同様に調整することが出来る。
【００２７】信号電極（１）近傍においては、図５ｂの
ように、基板（６）の表面に温度変化に伴って発生する
電荷が、帯電防止膜（５）とそれに接した信号電極
（１）から供給される逆電荷により、導波路を横切る電
界が無くなり帯電による動作点シフトを大幅に抑えるこ
とが出来る。
ように、基板（６）の表面に温度変化に伴って発生する
電荷が、帯電防止膜（５）とそれに接した信号電極
（１）から供給される逆電荷により、導波路を横切る電
界が無くなり帯電による動作点シフトを大幅に抑えるこ
とが出来る。
【００２８】このように、導電率の値が大きくばらつき
易い帯電防止膜（５）を信号電極（１）にのみ接触し接
地電極（２）と非接触とし、かつ接地電極（２）とバッ
ファー層（４）の間には帯電防止膜が全くなく、帯電防
止膜（５）と接地電極（２）の間隔ｇを熱応力による動
作点シフトと、前記間隔ｇの直下の基板（６）に発生す
る電荷による動作点シフトが補償されるように調整する
ことで、電気的特性のばらつきを抑えかつ信号電界の低
減を抑え、温度変化に対して安定した動作が実現出来
る。
易い帯電防止膜（５）を信号電極（１）にのみ接触し接
地電極（２）と非接触とし、かつ接地電極（２）とバッ
ファー層（４）の間には帯電防止膜が全くなく、帯電防
止膜（５）と接地電極（２）の間隔ｇを熱応力による動
作点シフトと、前記間隔ｇの直下の基板（６）に発生す
る電荷による動作点シフトが補償されるように調整する
ことで、電気的特性のばらつきを抑えかつ信号電界の低
減を抑え、温度変化に対して安定した動作が実現出来
る。
【００２９】
【実施例】図１は、本発明の一実施例を表す導波路型光
変調器の断面図である。この図はＺカットのＬｉＮｂＯ
3 基板（以下、ＬＮ基板と言う。）（６）にＴｉを熱拡
散し、導波路（３）を形成した導波路型光位相変調器を
示している。
変調器の断面図である。この図はＺカットのＬｉＮｂＯ
3 基板（以下、ＬＮ基板と言う。）（６）にＴｉを熱拡
散し、導波路（３）を形成した導波路型光位相変調器を
示している。
【００３０】まず、ＬＮ基板（６）上にＴｉを厚さ８０
０Å、幅８μｍで、所要の位置にパターン形成した後、
およそ１０００℃で１０時間熱拡散し、導波路（３）を
形成する。その後、基板全面に導波光の金属電極による
吸収を防ぐため、ＳｉＯ2 バッファー層（４）をスパッ
タリング法で、厚さを０．５μｍに形成する。次に接地
電極（２）に接触しない幅、接地電極（２）と帯電防止
膜（５）の間隔ｇが５μｍに設定した帯電防止膜（５）
を形成するため、バッファー層の形成されたＬＮ基板
（６）上にフォトレジストでパターニングをし、帯電防
止膜としてＳｉを１０００Åスパッタリング法で成膜
し、リフトオフする。
０Å、幅８μｍで、所要の位置にパターン形成した後、
およそ１０００℃で１０時間熱拡散し、導波路（３）を
形成する。その後、基板全面に導波光の金属電極による
吸収を防ぐため、ＳｉＯ2 バッファー層（４）をスパッ
タリング法で、厚さを０．５μｍに形成する。次に接地
電極（２）に接触しない幅、接地電極（２）と帯電防止
膜（５）の間隔ｇが５μｍに設定した帯電防止膜（５）
を形成するため、バッファー層の形成されたＬＮ基板
（６）上にフォトレジストでパターニングをし、帯電防
止膜としてＳｉを１０００Åスパッタリング法で成膜
し、リフトオフする。
【００３１】この間隔ｇは、接地電極（２）に接触しな
いように０より大きな値で、電極間隔Ｓより小さな値の
中から選ばれる。特に、厚膜化した電極（１）、（２）
の応力がその電極膜厚に応じて変化するため、図６の様
に、例えば、電極厚ｔがｔ＝１０μｍの場合は、ｇ＝２
μｍ、ｔ＝２０μｍの場合は、ｇ＝５μｍと熱応力によ
る動作点シフトの大きさによって、その動作点シフトを
補償するように間隙ｇの大きさを選定する。
いように０より大きな値で、電極間隔Ｓより小さな値の
中から選ばれる。特に、厚膜化した電極（１）、（２）
の応力がその電極膜厚に応じて変化するため、図６の様
に、例えば、電極厚ｔがｔ＝１０μｍの場合は、ｇ＝２
μｍ、ｔ＝２０μｍの場合は、ｇ＝５μｍと熱応力によ
る動作点シフトの大きさによって、その動作点シフトを
補償するように間隙ｇの大きさを選定する。
【００３２】本実施例では、帯電防止膜としてＳｉを用
いたが、帯電防止機能のあるものであればその他のもの
で良い。例えば、Ｓｎは、Ｓｉに比べて、導電率が低い
ので、Ｓｎを帯電防止膜（５）として用いた場合は、そ
の膜厚を２０００Åと厚くする。半導体材料、特にＧ
ａ，Ｉｎ，Ａｓ，Ａｌ，Ｂ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｓｂか
ら成る群より選定されるいずれか１つ、或いはそれらの
化合物からなるものは、それらの組み合わせや組成など
を変えて、導電率を大きく変化させることができ、膜と
して形成し易くかつ半導体材料として広く用いられてい
るため好適である。この場合の膜厚は、主にその膜の導
電率によって調整することができるが、薄過ぎると膜の
連続性が失われるため１００Åよりは厚くし、厚過ぎる
と信号電界の吸収が大きくなるため２μｍ程度よりは薄
くすることが好適である。
いたが、帯電防止機能のあるものであればその他のもの
で良い。例えば、Ｓｎは、Ｓｉに比べて、導電率が低い
ので、Ｓｎを帯電防止膜（５）として用いた場合は、そ
の膜厚を２０００Åと厚くする。半導体材料、特にＧ
ａ，Ｉｎ，Ａｓ，Ａｌ，Ｂ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｓｂか
ら成る群より選定されるいずれか１つ、或いはそれらの
化合物からなるものは、それらの組み合わせや組成など
を変えて、導電率を大きく変化させることができ、膜と
して形成し易くかつ半導体材料として広く用いられてい
るため好適である。この場合の膜厚は、主にその膜の導
電率によって調整することができるが、薄過ぎると膜の
連続性が失われるため１００Åよりは厚くし、厚過ぎる
と信号電界の吸収が大きくなるため２μｍ程度よりは薄
くすることが好適である。
【００３３】この帯電防止膜を形成した後、厚膜の信号
電極（１）及び接地電極（２）を電界メッキによって形
成するため基板全面にＴｉ，Ａｕを蒸着する。Ｔｉは図
示していないが、Ａｕ電極の付着力を高めるための糊と
して用いるものである。全面にＴｉ，Ａｕを蒸着した基
板に、厚く作った電極パターンのフォトレジストを用
い、電界メッキによって、厚膜の信号電極（１）と接地
電極（２）を１５μｍの厚さに形成する。フォトレジス
トを有機溶媒で落とした後、余分なＴｉ，Ａｕをドライ
エッチング或いはケミカルエッチングして除去する。
電極（１）及び接地電極（２）を電界メッキによって形
成するため基板全面にＴｉ，Ａｕを蒸着する。Ｔｉは図
示していないが、Ａｕ電極の付着力を高めるための糊と
して用いるものである。全面にＴｉ，Ａｕを蒸着した基
板に、厚く作った電極パターンのフォトレジストを用
い、電界メッキによって、厚膜の信号電極（１）と接地
電極（２）を１５μｍの厚さに形成する。フォトレジス
トを有機溶媒で落とした後、余分なＴｉ，Ａｕをドライ
エッチング或いはケミカルエッチングして除去する。
【００３４】このような構成の光変調器は、信号電極
（１）と接地電極（２）の間にある帯電防止膜（５）が
信号電極（１）のみに接し、接地電極（２）には接触し
ていないので、帯電防止膜（５）の導電率がばらついて
も電極間抵抗は変化せず、光変調器の電気的特性に影響
を与えずに済む。
（１）と接地電極（２）の間にある帯電防止膜（５）が
信号電極（１）のみに接し、接地電極（２）には接触し
ていないので、帯電防止膜（５）の導電率がばらついて
も電極間抵抗は変化せず、光変調器の電気的特性に影響
を与えずに済む。
【００３５】図２は、本発明の他の実施例である。これ
は導波路型光強度変調器（マッハツェンダー型）であっ
て、その製作方法は、上記光位相変調器の製作方法と同
じである。この型の光強度変調器は、２個のＹ分岐導波
路を組み合わせて、分波、位相変調、合波干渉し強度変
調するものである。このような導波路型光強度変調器に
おいても、信号電極（１）と接地電極（２）の間にある
帯電防止膜（５）が信号電極（１）のみに接し、接地電
極（２）には接触していない構成をとることで、電気的
な変調器特性のばらつきを少なくし、温度特性の優れた
導波路型光デバイスを提供出来る。
は導波路型光強度変調器（マッハツェンダー型）であっ
て、その製作方法は、上記光位相変調器の製作方法と同
じである。この型の光強度変調器は、２個のＹ分岐導波
路を組み合わせて、分波、位相変調、合波干渉し強度変
調するものである。このような導波路型光強度変調器に
おいても、信号電極（１）と接地電極（２）の間にある
帯電防止膜（５）が信号電極（１）のみに接し、接地電
極（２）には接触していない構成をとることで、電気的
な変調器特性のばらつきを少なくし、温度特性の優れた
導波路型光デバイスを提供出来る。
【００３６】以上の説明では、ＺカットのＬＮ基板にＴ
ｉを熱拡散し導波路を形成した導波路型光位相変調器、
導波路型光強度変調器を例に説明したが、基板は電気光
学効果を有するものであれば良く、導波路の形成方法や
基板のカット面に依らないことは明らかである。また、
導波路型光変調器としては、光位相変調器、光強度変調
器の他偏波スクランブラ等に用いることが出来る。
ｉを熱拡散し導波路を形成した導波路型光位相変調器、
導波路型光強度変調器を例に説明したが、基板は電気光
学効果を有するものであれば良く、導波路の形成方法や
基板のカット面に依らないことは明らかである。また、
導波路型光変調器としては、光位相変調器、光強度変調
器の他偏波スクランブラ等に用いることが出来る。
【００３７】本発明は、以上説明したように、電気的な
変調器特性のばらつきを少なくし、温度特性が優れ信号
電界の低減を抑えた導波路型光デバイスを提供すること
が出来る。
変調器特性のばらつきを少なくし、温度特性が優れ信号
電界の低減を抑えた導波路型光デバイスを提供すること
が出来る。
【図１】本発明の一実施例を表す導波路型光変調器の断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の他の実施例を表す導波路型光変調器の
断面図である。
断面図である。
【図３】ａ，ｂは 従来の導波路型光変調器の断面図で
ある。
ある。
【図４】Ｔｉ拡散型ＬＮ導波路光位相変調器の斜視図で
ある。
ある。
【図５】ａ，ｂは 帯電防止膜の効果を説明する変調器
断面図である。
断面図である。
【図６】温度に対する熱応力による動作点シフトと温度
に対する帯電による動作点シフトを表した図である。
に対する帯電による動作点シフトを表した図である。
１ 信号電極 ２ 接地電極 ３ 導波路 ４ バッファー層 ５ 帯電防止膜 ６ 基板
Claims (7)
- 【請求項１】 電気光学効果を有する基板の表面に、光
波を導波する光導波路と、導波光を制御する少なくとも
一組の信号電極及び接地電極と、前記両電極と前記導波
路との間に設けられたバッファ─層を具えた導波路型光
デバイスにおいて、 前記バッファ─層の上面に、前記信号電極に接触して、
帯電防止膜を設けたことを特徴とする導波路型光デバイ
ス。 - 【請求項２】 光導波路を形成する前記基板が、ＬｉＮ
ｂＯ3 であり、前記光導波路をTiの熱拡散により形成し
たことを特徴とする請求項１に記載の導波路型光デバイ
ス。 - 【請求項３】 前記信号電極に接触した前記帯電防止膜
を半導体により形成したことを特徴とする請求項１又は
請求項２に記載の導波路型光デバイス。 - 【請求項４】 前記帯電防止膜をGa、In、As、 Al 、B
、Ge、 Si 、Sn 、Sbから成る群より選定されるいず
れか１つ、或いはそれらの化合物により形成したことを
特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導波路型光デ
バイス。 - 【請求項５】 前記帯電防止膜と接地電極との間隔ｇ
を、０より大きく且つ両電極間隔Ｓより小さく設定した
ことことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか
１項に記載の導波路型光デバイス。 - 【請求項６】 前記帯電防止膜と接地電極との間隔ｇ
が、導波路デバイスの熱応力による動作点シフトと、前
記間隔ｇの直下の基板に発生する電荷による動作点シフ
トが補償されるように設定されることを特徴とする請求
項１乃至請求項５のいずれか１項記載の導波路型光デバ
イス。 - 【請求項７】 前記導波路型光デバイスが光強度変調
器、光位相変調器又は偏波スクランブラのいずれか１つ
を構成することを特徴とする請求項１に記載の導波路型
光デバイス。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8154029A JP2873203B2 (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 導波路型光デバイス |
| US08/865,683 US5982958A (en) | 1996-06-14 | 1997-05-30 | Optical waveguide modulator device |
| EP97304044A EP0813093B1 (en) | 1996-06-14 | 1997-06-10 | Optical waveguide device |
| DE69731254T DE69731254T2 (de) | 1996-06-14 | 1997-06-10 | Optische Wellenleitervorrichtung |
| CA002207712A CA2207712C (en) | 1996-06-14 | 1997-06-13 | Optical waveguide device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8154029A JP2873203B2 (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 導波路型光デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH103064A true JPH103064A (ja) | 1998-01-06 |
| JP2873203B2 JP2873203B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=15575360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8154029A Expired - Fee Related JP2873203B2 (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 導波路型光デバイス |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5982958A (ja) |
| EP (1) | EP0813093B1 (ja) |
| JP (1) | JP2873203B2 (ja) |
| CA (1) | CA2207712C (ja) |
| DE (1) | DE69731254T2 (ja) |
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