CN101416098A - 光调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光调制器，其目的在于提供一种抑制在粘接层传播的杂散光再入射至薄板内、同时薄板和增强板的粘接强度得到提高的光调制器。其包括：厚度20μm以下的薄板(1)，其由具有电光效应的材料所形成；光波导(2)，其形成在该薄板的表面或背面；调制电极(3)，其形成在该薄板的表面，用于对通过该光波导内的光进行调制，其特征在于，具有通过粘接层(4)与该薄板接合的增强板(5)，该增强板的与该薄板相对的面被形成为粗糙面(10)。优选该粗糙面的粗糙度为在该粘接层内传播的杂散光的波长的十分之一以上。

Description

光调制器
技术领域
本发明涉及一种光调制器，尤其涉及使用由具有电光效应的材料形成的薄板的光调制器。
背景技术
以往，在光通信领域及光测量领域中，经常采用在具有电光效应的基板上形成有光波导或调制电极的波导型光调制器。
尤其，随着多媒体的发展，信息的传递量也有增加的倾向，要求光调制频率的宽带化。作为实现此的方法，提供使用LiNbO3(以下称为“LN”)的LN调制器等的外部调制方式。但是，为了实现宽带LN调制器，需要谋求调制信号的微波和光波的速度匹配及驱动电压的减低。
作为解决上述课题的方法，公知的有通过将基板的厚度比以往弄薄，使其满足微波和光波的速度的速度匹配条件，且同时谋求减低驱动电压。
在以下的专利文献1或2中，在具有30μm以下的厚度的薄板(以下，称为“第1基板”)组装光波导及调制电极，并接合介电常数比第1基板低的其他的基板(以下，称为“第2基板”)，降低对微波的等效折射率，谋求微波和光波的速度匹配，并且维持基板的机械强度。
【专利文献1】专利公开昭64-18121号公报
【专利文献2】专利公开2003-215519号公报
专利文献1或2中，第1基板主要使用LiNbO3，而第2基板主要使用介电常数比LN低的石英、玻璃、氧化铝等的材料。这些材料的组合，由于线膨胀系数不同，因此，发生伴随温度变化的温度偏差或DC偏差。专利文献2公开了为除去这种不良情况，利用具有接近于第1基板的线膨胀系数的粘接剂来进行第1基板和第2基板的接合。
然而，比较以往制造的使用LN基板的调制器和减薄LN基板的厚度的调制器时，随着基板的厚度变薄，从光波导放射或泄漏的光或从入射用光纤入射至光波导以外的光等(以下称为“杂散光”)被约束在基板内的倾向变强。这是因为以往的LN基板，由于基板厚度(例如500～1000μm)厚，所以不对波导(例如深度数μm)波及影响的区域充分，成为杂散光的光空间分布密度(以下称为“杂散光密度”)变低，其结果，杂散光的影响不大成问题。但是，将基板厚度设为与波导的深度方向的距离相同的情况，在基板内的与基板表面平行的方向传播的杂散光密度变高，所以，杂散光在基板内传播或再入射于光波导或入射至连接在光调制器的出射用光纤等的现象发生，其结果，成为输出光的S/N比恶化的原因。
而且，将薄板使用于光调制器时，因仅为薄板而机械强度不足，所以，如上述需要用粘接剂等接合第1基板的薄板和第2基板的增强板。此时，粘接剂的折射率比薄板的折射率低时，上述杂散光的约束更加显著。为此，本申请人，在专利文献3中提出在薄板的除光波导及其附近外的区域形成光吸收部或高折射率部、或者光导部或凹部，由此除去薄板内的杂散光。
【专利文献3】专利申请2005-96447号(申请日：平成17年3月29日)
然而，如专利文献2，在增强板的粘接层使与该薄板相对的面平坦化时，可以观测到向薄板外放出的杂散光由增强板表面反射而再入射至薄板内的现象，还发生此杂散光与光波导再耦合的问题。
发明内容
本发明要解决的课题是，提供一种解决上述的问题，抑制在粘接层传播的杂散光再入射至薄板内、同时薄板和增强板的粘接强度得到提高的光调制器。
为解决上述课题，权利要求1所涉及的发明，一种光调制器，包括：厚度20μm以下的薄板，其由具有电光效应的材料所形成；光波导，其形成在该薄板的表面或背面；和调制电极，其形成在该薄板的表面，用于对通过该光波导内的光进行调制，其特征在于，具有通过粘接层与该薄板接合的增强板，该增强板的接合面与该薄板的接合面相比而被形成为粗糙面。
权利要求2所涉及的发明，在权利要求1所述的光调制器，其特征在于，该粗糙面的粗糙度为在该粘接层传播的杂散光的波长的10分之1以上。
权利要求3所涉及的发明，一种光调制器，包括：厚度20μm以下的薄板，其由具有电光效应的材料所形成；光波导，其形成在该薄板的表面或背面；和调制电极，其形成在该薄板的表面，用于对通过该光波导内的光进行调制，其特征在于，具有通过粘接层与该薄板接合的增强板，该增强板的接合面被形成为凹凸结构。
权利要求4所涉及的发明，在权利要求3所述的光调制器，其特征在于，该凹凸结构的凸部高度为在该粘接层内传播的杂散光的波长的10分之1以上。
权利要求5所涉及的发明，一种光调制器，包括：厚度20μm以下的薄板，其由具有电光效应的材料所形成；光波导，其形成在该薄板的表面或背面；和调制电极，其形成在该薄板的表面，用于对通过该光波导内的光进行调制，其特征在于，具有通过粘接层与该薄板接合的增强板，该增强板的接合面是相对该薄板的接合面倾斜的倾斜面。
权利要求6所涉及的发明，在权利要求1至5中任一项所述的光调制器，其特征在于，该光波导按照在该光波导上传播的光波的传播常数局部地不同的方式设定。
根据权利要求1所涉及的发明，一种光调制器，包括：厚度20μm以下的薄板，其由具有电光效应的材料所形成；光波导，其形成在该薄板的表面或背面；和调制电极，其形成在该薄板的表面，用于对通过该光波导内的光进行调制，该光调制器，具有通过粘接层与该薄板接合的增强板，由于该增强板的接合面与该薄板的接合面相比而被形成为粗糙面，因此，从薄板入射至粘接层的杂散光可以由增强板的接合面散射，并且可以抑制杂散光从粘接层再入射至薄板。而且，通过增强板的接合面被形成为粗糙面，与粘接层的接触面积得到增加，并可以提高薄板和增强板的粘接强度。
根据权利要求2所涉及的发明，由于粗糙面的粗糙度为在粘接层传播的杂散光的波长的10分之1以上，因此，可通过增强板的接合面使杂散光有效地散射。
根据权利要求3所涉及的发明，一种光调制器，包括：厚度20μm以下的薄板，其由具有电光效应的材料所形成；光波导，其形成在该薄板的表面或背面；调制电极，其形成在该薄板的表面，用于对通过该光波导内的光进行调制，该光调制器，具有通过粘接层与该薄板接合的增强板，由于该增强板的接合面被形成为凹凸结构，因此，可通过增强板的接合面的凹凸结构使从薄板入射至粘接层的杂散光被散射，并且可以抑制杂散光从粘接层再入射至薄板。而且，通过增强板的接合面被形成为凹凸结构，由此与粘接层的接触面积得到增加，并可以提高薄板和增强板的粘接强度。
根据权利要求4所涉及的发明，由于凹凸结构的凸部高度为在粘接层内传播的杂散光的波长的10分之1以上，因此，可通过增强板的接合面使杂散光有效地散射。
根据权利要求5所涉及的发明，一种光调制器，包括：厚度20μm以下的薄板，其由具有电光效应的材料所形成；光波导，其形成在该薄板的表面或背面；和调制电极，其形成在该薄板的表面，用于对通过该光波导内的光进行调制，该光调制器，具有通过粘接层与该薄板接合的增强板，由于该增强板的接合面是相对于该薄板的接合面倾斜的倾斜面，因此，可以使从薄板入射至粘接层的杂散光通过增强板的接合面的倾斜面向薄板以外的或光波导以外的方向反射，并且可以抑制杂散光从粘接层再入射至薄板或光波导。而且，由于增强板的接合面为倾斜面，因此增加与粘接层的接触面积，并可以提高薄板和增强板的粘接强度。
根据权利要求6所涉及的发明，由于光波导按照在该光波导传播的光波的传播常数局部地不同的方式设定，因此，传播常数的调整所产生的杂散光再耦合防止效果和增强板所产生的杂散光去除效果相互起作用，可以有效地抑制杂散光再耦合到光波导。
附图说明
图1是表示有关本发明的光调制器的实施例1的剖面图。
图2是表示有关本发明的光调制器的实施例2的剖面图。
图3是表示有关本发明的光调制器的实施例3的剖面图。
图中：
1-薄板，2-光波导，3-调制电极，4-粘接层，5-增强板，10-粗糙面，11-凹凸结构，12-倾斜面
具体实施方式
以下，使用优选例详细说明本发明。
图1表示本发明的光调制器所涉及的实施例1。图1为光调制器的剖面图，该光调制器包括：厚度20μm以下的薄板1，其由具有电光效应的材料形成；光波导2，其形成在该薄板的表面；和调制电极3，其形成在该薄板的表面，用于对通过该光波导内的光进行调制。需要说明的是，光波导2也可形成在薄板1的背面。
而且，在薄板1上介由粘接剂4接合有增强板5。
就光波导2的形成方法而言，通过利用热扩散法和质子交换法等使Ti等在基板表面扩散来形成光波导2。而且，也可以如专利文献4所述那样在薄板1的表面按照与光波导的形状吻合的方式形成脊来构成光波导。
信号电极或接地电极等的调制电极3可利用Ti·Au的电极图形的形成及镀金方法来形成。进一步，根据需要，也可在形成光波导后的基板表面设置介质SiO2等缓冲层(未图示)并且在缓冲层上形成调制电极。
专利文献4：专利公开平6-289341号公报
作为具有电光效应的材料，例如可以使用铌酸锂、钽酸锂、PLZT(钛酸锆酸镧铅)以及石英类材料及它们的组合。尤其，优选使用电光效应高的铌酸锂(LN)结晶。
就包括光调制器的薄板1的制造方法而言，在具有几百μm的厚度的基板上形成上述的光波导，研磨基板背面，制作具有20μm以下的厚度的薄板。然后在薄板的表面作成调制电极。而且，也可以在光波导或调制电极作成后，研磨基板背面。需要说明的是，若施加光波导形成时的热冲击和在进行各种处理时的对薄膜的操作而导致的机械冲击等，则还存在薄板破损的危险，所以，优选在对基板进行研磨而薄板化之前，进行容易施加这些热冲击或机械冲击的工序。
作为增强板5所使用的材料，可以使用各种材料，例如除了使用与薄板相同的材料以外，还可以使用如石英、玻璃、氧化铝等介电常数比薄板低的材料，或者，还可以如上述专利文献4所述，使用具有与薄板不同的结晶方位的材料。然而，在使光调制器对温度变化的调制特性稳定的方面上，优选选择线膨胀系数与薄板相同的材料。假设，当难以选择相同的材料时，如专利文献2所述，在接合薄板和增强板的粘接剂，选择线膨胀系数与薄板相同的材料。
在薄板1和增强板5的接合中，作为粘接层4，可以使用环氧类粘接剂、热固化型粘接剂、紫外线固化性粘接剂、焊料玻璃、热固化性、光固化性或者光增稠性的树脂粘接剂片材等各种粘接材料。
在如图1所示的光调制器中，从形成于薄板的光波导的光分波部或合波部、或未图示的入射用光纤和光调制器的接合部等，在光波导以外的薄板内发生杂散光。而且，在薄板的厚度薄且尤其被设定为20μm以下时，容易发生该杂散光在薄板内传播且入射至光波导或出射用光纤的不良情况。尤其，在本发明中主要关注防止从薄板1入射至粘接层的光波被再次入射至薄板且与光波导等再耦合。
为了抑制这种在粘接层4传播的光波再入射至薄板1内，如图1所示，在本发明的光调制器中，将增强板5的与薄板1接合的接合面形成为：与该薄板1的接合面(图1的薄板1的下侧的面)相比呈粗糙面10。
通过形成这种粗糙面10，可以抑制粘接层内的杂散光在该粗糙面散射而再入射至薄板1。而且，通过增强板的接合面被形成为粗糙面，使其与粘接层的接触面积增加，可提高薄板和增强板的粘接强度。
需要说明的是，粗糙面不仅在图1的横方向也在与剖面图垂直的方向延伸。
粗糙面10有必要作为对杂散光的散射面起作用，因此，该粗糙面的粗糙度d1优选为相对在粘接层内传播的杂散光的波长λ为十分之一(λ/10)以上的值。
在假设粗糙面的粗糙度小于λ/10时，不能将杂散光有效地散射。
接着，说明本发明的光调制器所涉及的实施例2。
图2是说明光调制器的实施例2的图，对与图1相同的构成的部分使用同样的符号。
实施例2的特征是将增强板5的与薄板1接合的接合面形成为凹凸结构11。
通过形成这种凹凸结构11，粘接层内的杂散光被该凹凸结构散射，从而抑制再入射至薄板1。另外，通过增强板的接合面被形成为凹凸结构，与粘接层的接触面积增加，可提高薄板和增强板的粘接强度。
需要说明的是，凹凸结构不仅在图2的横方向还在与剖面图垂直的方向延伸。
凹凸结构11也与图1的粗糙面10同样，有必要作为对杂散光的散射面起作用，因此，该凹凸结构的凸部的高度d2优选相对在粘接层内传播的杂散光的波长λ为十分之一(λ/10)以上的值。
在假设凸部的高度小于λ/10时，不能有效地散射杂散光。
接着，说明本发明的光调制器所涉及的实施例3。
图3是说明光调制器的实施例3的图，对与图1或图2相同构成的部分使用同样的符号。
实施例3的特征是：增强板5的与薄板1接合的接合面具有相对薄板1、尤其相对薄板1的接合面(图3的薄板1的下侧的面)倾斜的倾斜面12。
通过形成这种倾斜面12，粘接层内的杂散光被该倾斜面12反射，而朝向薄板1以外方向成杂散光，由此，抑制再入射至薄板1。另外，由于增强板的接合面为倾斜面，因此，与粘接层的接触面积增加，可提高薄板和增强板的粘接强度。
在图3中，作为倾斜面12的形状，表示了在相对光波导2的光波的传播方向为垂直的面内、相对薄板1以倾斜角δ倾斜的形状，但是，本发明不限定于此，也可以按照在相对光波导的光波的传播方向为平行的面内相对薄板1倾斜的方式构成。
另外，不仅可形成如图3所示那样相对薄板1的接合面仅向一定方向倾斜的倾斜面12，例如，也可以形成为随着从图3的中央向左右行进而变低的山形的倾斜面。
作为倾斜面12的倾斜角δ的大小只要是由增强板的接合面反射的杂散光的大部分不再入射至薄板1或光波导2的范围就可以设定任意值。
如本发明的光调制器所涉及的实施例1乃至3所示，在本发明中，增强板5的接合面的形状与通过相同的粘接层接合的薄板1的接合面的形状大大不同。为此，在增强板5因热膨胀而变形时，增强板5的热应力不均匀地附加在薄板1的接合面，有局部集中的可能性。这种热应力的集中，会成为使光调制器恶化的光学特性的原因。
从而，为了缓和增强板5的热应力，优选将粘接层的厚度设为10μm以上。
进一步地，在本发明的光调制器中，即使在假设杂散光从粘接层再入射至薄板内时，也如专利文献5所示那样通过设计·调整光波导以使在光波导上传播的光波的传播常数局部不同，可以抑制杂散光和光波导的再耦合。由此，传播常数的调整所产生的杂散光的再耦合防止效果和实施例1乃至3的增强板所产生的杂散光去除效果相互起作用，可以有效地抑制杂散光再耦合到光波导。
作为传播常数的调整方法，有以下方法，即，调整光波导的宽度的方法、在光波导或其附近扩散或装置使MgO、SiO2、TiO2或ZnO等的传播常数变化的物质的方法，由此，光波导的折射率被改变。
专利文献5：专利申请2005-104307号(申请日：平成17年3月31日)工业上的利用可能性
如以上说明，根据本发明，可提供抑制在粘接层传播的杂散光再入射至薄板内、同时薄板和增强板的粘接强度得到提高的光调制器。

Claims (6)

1.一种光调制器，包括：厚度20μm以下的薄板，其由具有电光效应的材料形成；光波导，其形成在该薄板的表面或背面；和调制电极，其形成在该薄板的表面，用于对通过该光波导内的光进行调制，其特征在于，
具有通过粘接层与该薄板接合的增强板，
该增强板的接合面与该薄板的接合面相比而被形成为粗糙面。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，该粗糙面的粗糙度为在该粘接层内传播的杂散光的波长的十分之一以上。
3.一种光调制器，包括：厚度20μm以下的薄板，其由具有电光效应的材料形成；光波导，其形成在该薄板的表面或背面；和调制电极，其形成在该薄板的表面，用于对通过该光波导内的光进行调制，其特征在于，
具有通过粘接层与该薄板接合的增强板，
该增强板的接合面被形成为凹凸结构。
4.根据权利要求3所述的光调制器，其特征在于，该凹凸结构的凸部高度为在该粘接层内传播的杂散光的波长的十分之一以上。
5.一种光调制器，包括：厚度20μm以下的薄板，其由具有电光效应的材料形成；光波导，其形成在该薄板的表面或背面；和调制电极，其形成在该薄板的表面，用于对通过该光波导内的光进行调制，其特征在于，
具有通过粘接层与该薄板接合的增强板，
该增强板的接合面是相对该薄板的接合面倾斜的倾斜面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光调制器，其特征在于，该光波导按照在该光波导传播的光波的传播常数局部不同的方式设定。
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