CN110320683A - 光调制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光调制器，其能够在抑制在光波导中传播的光波被电极吸收的情况的同时，有效地进行光控制。一种光调制器，具有：基板(1)，具有电光效应；光波导(2)，形成于该基板；以及信号电极(30)和接地电极(40)，以夹着该光波导的方式形成在该基板上，其特征在于，该信号电极及该接地电极分别具有多层的电极层，在最靠近该基板的第一层的电极层中，该信号电极与该接地电极之间的间隔比该光波导的模场直径大，在第二层以后的至少任一电极层中，该信号电极与该接地电极之间的间隔比所述第一层的电极层中的所述间隔窄。
Description
技术领域
本发明涉及一种光调制器，具有：基板，具有电光效应；光波导，形成于该基板；以及信号电极和接地电极，以夹着该光波导的方式形成在该基板上。
背景技术
在光通信等领域中，利用对输入的光波实施调制而输出的光调制器。关于光调制器的概略性的构造，参照图1进行说明。
图1A是表示光调制器的概略结构的俯视图，图1B是图1A的A-A线的剖视图。如这些图所示，光调制器具有：基板1，具有电光效应；光波导2，形成于基板1；以及控制用电极，用于控制在光波导2中传播的光波。此外，图1C示出图1A中的基板的厚度薄(10μm以下)时的A-A线的剖视图。
光波导2成为包含具有马赫-曾德尔干涉计结构的马赫-曾德尔型波导的结构。控制用电极由在马赫-曾德尔型波导的各支路部之间配置的信号电极3和在各支路部的外侧分别配置的接地电极4构成。光调制器利用通过向信号电极3施加控制信号(例如，高频信号)而产生的电场，控制在光波导2中传播的光波。在基板1的厚度薄的情况下，如图1C所示，基板1经由粘接层5而粘贴于加强基板6。作为加强基板，使用例如LN基板。
以往，为了实现光调制器的特性的改善或高速的传送速度等而提出了各种发明。例如，专利文献1涉及一种光调制器，具有：基板，具有电光效应；光波导，形成于该基板的；以及控制用电极，对应于该光波导而形成在该基板上，并公开了控制用电极沿厚度方向形成为多层的结构。
在使用沿基板截面的横向上具有强的电光效应的材料，例如X板的LN基板的情况下，为了高效地进行光控制，希望在光波导的附近配置信号电极和接地电极，缩窄信号电极与接地电极之间的间隔。然而，当电极与光波导过于靠近时(或重叠时)，产生在光波导中传播的光波被电极吸收而引起的光损失。因此，通过形成缓冲层(例如，0.5～1.5μm的SiO2膜)，来避免光损失的发生。然而，当形成缓冲层时，电场效率下降，因此需要延长电极长度(作用长度)等，在光调制器的小型化、宽频带化的设计中会带来障碍。因此，关于在光调制器的基板形成的电极的结构，要求进一步的改善。
【在先技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开平8-271844号公报
发明内容
【发明要解决的课题】
本发明要解决的课题在于提供一种解决上述那样的问题，能够在抑制在光波导中传播的光波被电极吸收的情况的同时，有效地进行光控制的光调制器。
【用于解决课题的方案】
为了解决上述课题，本发明的光调制器具有以下那样的技术特征。
(1)一种光调制器，具有：基板，具有电光效应；光波导，形成于该基板；以及信号电极和接地电极，以夹着该光波导的方式形成在该基板上，其特征在于，该信号电极及该接地电极分别具有多层的电极层，在最靠近该基板的第一层的电极层中，该信号电极与该接地电极的间隔比该光波导的模场直径大，在第二层以后的至少任一电极层中，该信号电极与该接地电极的间隔比所述第一层的电极层中的所述间隔窄。
(2)根据上述(1)所述的光调制器，其特征在于，该信号电极及该接地电极中，所述第一层的电极层由第一金属形成，所述第二层以后的至少任一电极层由与该第一金属不同的第二金属形成。
(3)根据上述(1)或(2)所述的光调制器，其特征在于，该信号电极及该接地电极将所述第一层的电极层形成为0.5μm以下。
【发明效果】
根据本发明，在最靠近基板的第一层的电极层中，使信号电极与接地电极之间的间隔比光波导的模场直径大，在第二层以后的至少任一电极层中，使信号电极与接地电极之间的间隔比第一层的电极层中的所述间隔窄，因此能够提供一种能够在抑制在光波导中传播的光波被电极吸收的情况的同时，有效地进行光控制的光调制器。
附图说明
图1A是表示光调制器的概略结构的俯视图。
图1B是图1A的A-A线的剖视图。
图1C是图1A中的基板的厚度薄时的A-A线的剖视图。
图2是表示本发明的一个实施方式的光调制器的例子的剖视图。
图3是表示本发明的一个实施方式的光调制器的变形例的剖视图。
图4是说明在本发明的一个实施方式的光调制器中使用的电极的形成步骤的图。
标号说明
1 基板
2 光波导
3、30 信号电极
4、40 接地电极
5 粘接层
6 加强基板
31、41 第一层的电极层
32、42 第二层的电极层
33、43 第三层的电极层
51 第一层的金属膜
52 第二层的光致抗蚀剂膜
53 第三层的光致抗蚀剂膜
具体实施方式
关于本发明的光调制器，使用优选例进行详细说明。此外，没有通过以下所示的例子来限定本发明。以下，作为形成光波导的基板，说明如图1B那样使用厚基板的结构，但是本发明也可以适用于如图1C那样使用薄基板的结构。
如图2所示，本发明的光调制器具有：基板1，具有电光效应；光波导2，形成于该基板；以及信号电极30和接地电极40，以夹着该光波导的方式形成在该基板上，其特征在于，该信号电极及该接地电极分别具有多层的电极层，在与该基板最靠近的第一层的电极层中，该信号电极与该接地电极之间的间隔比该光波导的模场直径大，在第二层以后的至少任一电极层中，该信号电极与该接地电极之间的间隔比所述第一层的电极层中的所述间隔窄。图2的Dm表示截面横向的模场直径，表示自光强度最大的点起成为1/e2的宽度。
作为具有电光效应的基板1，可以使用例如由铌酸锂形成的LN基板。而且，由钽酸锂形成的基板可以使用由锆钛酸铅镧形成的基板等。
在基板1形成有传播光波的光波导2。光波导2例如通过在LN基板上将Ti(钛)等高折射率物质进行热扩散而形成。光波导2可以设为包含具有马赫-曾德尔干涉计结构的马赫-曾德尔型波导的结构。而且，光波导2可以设为将马赫-曾德尔型波导呈套匣型(嵌套型)地多重包含的结构。
在基板1还配置有用于控制在光波导2中传播的光波的控制用电极。控制用电极由以夹着光波导2的方式配置的信号电极30及接地电极40构成。在使用马赫-曾德尔型波导的本例中，在马赫-曾德尔型波导的各支路部之间配置信号电极30，在各支路部的外侧分别配置接地电极40。光调制器利用通过向信号电极3施加控制信号(例如，高频信号)而产生的电场，控制在光波导2中传播的光波。
上述的控制用电极分别具有多层的电极层。在图2中，信号电极30由3层的电极层31～33构成，接地电极40也同样地由3层的电极层41～43构成。此外，电极层的层数随意，可以为2层，也可以为4层以上。以下，将各电极层按照距基板面由近及远的顺序区分成第一层、第二层、第三层来进行说明。
最靠近基板面的第一层的电极层31、41以从光波导2尽可能分离的方式形成。更具体而言，第一层的电极层31、41以电极间的间隔G1比光波导2的模场直径Dm大的方式形成(即，Dm<G1)。
第二层的电极层32、42以尽可能靠近光波导2的方式形成。更具体而言，第二层的电极层32、42以电极间的间隔G2比第一层的电极层中的信号电极与接地电极之间的间隔G1窄的方式形成(即，G2<G1)。
第三层的电极层33、43形成为将电极间的间隔扩宽一定程度(例如，第二层的电极间的间隔G2的2倍左右)。
根据这样的结构，第一层的电极层从光波导分离地形成，因此能够抑制在光波导中传播的光波被控制用电极吸收的情况。而且，第二层的电极层靠近光波导地形成，因此能够使从控制用电极产生的电场高效率地作用于在光波导中传播的光波。因此，能够有效地进行光控制。而且，通过使第三层的电极间隔比第二层宽，能够减少电极的导体损失，能够使调制频带为宽频带。而且，通过变更各电极层的间隔，能够进行电极的阻抗或电信号的传播速度的调整，因此不使高频特性劣化，而能够实现通过厚电极化来减少电气损失的结构。
为了提高光控制的效率，优选尽可能减薄第一层的电极层，使对于光控制的贡献度高的第二层的电极层靠近光波导。在本例中，将第一层的电极层设为约0.1μm，将第二层的电极层设为约5μm，将第三层的电极层设为约40μm，但是第一层的电极层优选为0.5μm以下。第三层的电极层通过增厚而能够减少电气损失，因此优选增厚至30μm～80μm左右。
另外，在本例中，第一层的电极层由Ti(钛)形成，第二层以后的电极层由Au(金)形成。通过第一层的电极层由Ti(钛)形成，能够确保基板与第二层的电极层的Au(金)的紧贴性。而且，通过进行能够选择性地蚀刻的湿刻，能够控制第一层的电极宽度。
第一层的电极层的材料只要能够确保基板与第二层的电极层的Au(金)的紧贴性即可，没有特别限定，但是优选使用Ti(钛)、Cr(铬)、Ni(镍)、Al(铝)。第二层以后的电极材料只要是能抑制电气损失的导电率高的材料即可，没有特别限定，但是优选使用Au(金)、Ag(银)、Cu(铜)。
第一层的电极层的厚度为了抑制在光波导中传播的光波被电极吸收的情况而优选为50nm～200nm。
另外，第一层的电极层中的电极间的间隔G1和第一层的电极层中的电极间的间隔G2优选满足下述(条件1)～(条件3)。
(条件1)G1>G2
(条件2)G1/Dm为1.2～1.8
(条件3)G2/Dm为1.0～1.6
在此，在上述的说明中，在第二层以后的电极层中的最靠近基板面的第二层的电极层中，设为比第一层的电极层中的电极间隔窄的电极间隔，但是也可以在第三层以后的电极层中，设为比第一层的电极层中的电极间隔窄的电极间隔。在图3所示的变形例中，在第三层的电极层中，设为比第一层的电极层中的电极间隔窄的电极间隔。
图4是说明在本发明的一个实施方式的光调制器中使用的电极的形成步骤的图。
(1)在形成有光波导2的基板1上蒸镀第一层的金属膜51。第一层的金属膜51例如是厚度约100nm的Ti(钛)膜。
(2)在第一层的金属膜51上通过旋涂而形成第二层的光致抗蚀剂膜52。
(3)通过光刻，在第二层的光致抗蚀剂膜52上形成抗蚀剂图案。
(4)通过电镀法形成第二层的电极层32、42。
(5)通过剥离液将第二层的光致抗蚀剂膜52除去。
(6)在第二层的电极层32、42(及光致抗蚀剂膜52)上通过旋涂来形成第三层的光致抗蚀剂膜53。
(7)通过光刻，在第三层的光致抗蚀剂膜53上形成抗蚀剂图案。
(8)通过电镀法形成第三层的电极层33、43。
(9)通过剥离液将第三层的光致抗蚀剂膜53除去。
(10)在成为所希望的层数之前反复进行上述(6)～(9)的步骤，在基板1上形成了具有多层的电极层的控制电极30、40之后，通过湿刻从第一层的金属膜51将电极形成区域以外的部分除去，形成第一层的电极层31、41。此时，使第一层的电极层中的电极间隔G1比光波导的模场直径Dm大。
通过以上的步骤，能够生成由第一层由Ti形成且第二层以后由Au形成的多层的电极层构成的控制电极。此外，能够使第一层的电极层中的电极间隔G1比光波导的模场直径Dm大，而且，使第二层的电极层中的电极间隔G2比第一层的电极层中的电极间隔G1形成得窄。
以上，基于实施例而说明了本发明，但是本发明没有限定为上述的内容，在不脱离本发明的主旨的范围内可以适当设计变更。
【产业实用性】
根据本发明，能够提供一种抑制在光波导中传播的光波被电极吸收的情况，并且能够有效地进行光控制的光调制器。
Claims (3)
1.一种光调制器，具有：基板，具有电光效应；光波导，形成于该基板；以及信号电极和接地电极，以夹着该光波导的方式形成在该基板上，其特征在于，
该信号电极及该接地电极分别具有多层的电极层，
在最靠近该基板的第一层的电极层中，该信号电极与该接地电极之间的间隔比该光波导的模场直径大，在第二层以后的至少任一电极层中，该信号电极与该接地电极之间的间隔比所述第一层的电极层中的所述间隔窄。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，
该信号电极及该接地电极中，所述第一层的电极层由第一金属形成，所述第二层以后的至少任一电极层由与该第一金属不同的第二金属形成。
3.根据权利要求1或2所述的光调制器，其特征在于，
该信号电极及该接地电极将所述第一层的电极层形成为0.5μm以下。
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