CN1295545C - 光调制器 - Google Patents

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Abstract

一种光调制器，是包括由具有电光学效应的材料制成的基板(1)、形成于该基板上的光波导、用于对通过该光波导的光进行调制的电极(3)的光调制器，其特征是，在该电极的局部设有电信号连接延长部(6)，并使得至少位于该电信号连接延长部(6)的下部并且与该电信号连接延长部(6)直接或间接地连接的基板的厚度，要比基板的其他部分的厚度更薄。此光调制器即使对于高频区域的电信号，也可以高效地将电信号搬运至信号电极的与光波导作用的作用部，从而可以进行高频宽频动作。

Description

光调制器
技术领域
本发明涉及一种光调制器，特别涉及能够适用于高速、大容量光纤通信所使用的光强度调制器或相位调制器或者偏振。调制器的光调制器。
背景技术
近年来，随着高速、大容量光纤通信系统的进步，以外部调制器为代表，在基板中使用了铌酸锂等具有电光学效应的材料的高速调制器正被实用化。此种高速调制器如图1所示，在具有电光学效应的基板1上，形成有用于导引光波的光波导2、由用于向所述光波施加微波频带的高速调制信号的信号电极3及接地电极4构成的调制用电极。
光波从被光学研磨的基板端面射入光波导2。光波在通过光波导2时，由于施加在电极上的电信号引起的基板的折射率变化，因此相位发生变化，在图1所示的马赫增德型光调制器中，相位变化成为光的强度调制。此外，产生了对应于电信号的强度变化的光波从光波导2的另一端射出。
考虑到布线等的处理的方便性，光调制器与信号电极3或接地电极4的电连接，通常从基板侧面进行，另外，在信号电极3上，设有用于连接来自同轴电缆的布线的电信号连接延长片6。
作为电信号的微波由同轴电缆供给，穿过电信号连接延长片，搬运至信号电极3，再经过信号电极3的拐角部7，传导至与光波导2作用的作用部8。采用这样的布线时，由于电线路特性的急速变化，形成以下的结果，即，作为电信号的微波的一部分在连接部反射，另外一部分泄漏到基板上，除它们之外还有一部分放射到基板的外部。所以，传导至信号电极3的作用部8的电信号衰减，从而难以对在光波导中搬运的光波进行有效的调制。
虽然为此通过将信号电极3和接地电极4的形状制成使同轴电缆和阻抗整合了的共面型平面电极构造，或者，通过使信号电极3的拐角部平缓等，进行了降低微波的反射或泄漏等的损失的尝试，但是在20GHz以上的高频区域，难以实现有效的降低。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种光调制器，即使对于高频区域的电信号，也可以将电信号高效率地搬运至信号电极的与光波导作用的作用部，从而可以进行高频频带动作。
为了解决所述问题，本发明之一的光调制器是包括由具有电光学效应的材料制成的基板、形成于该基板上的光波导、用于对通过该光波导的光进行调制的电极的光调制器，其特征是，在该电极的局部设有电信号连接延长部，并使得至少位于该电信号连接延长部的下部并且与该电信号连接延长部直接或间接地连接的基板的厚度通过切除基板的一部分而被构成为，要比包含电极作用部的基板的其他部分基板的厚度更薄，且为250微米以下的厚度。
本发明之二的光调制器是根据本发明之一中所述的光调制器，其特征是，通过在该基板的侧面形成沟，使位于该电信号连接延长部的下部并且与该电信号连接延长部直接或间接地连接的基板的厚度变薄。
本发明之三的光调制器是根据本发明之一至之二中任意一项所述的光调制器，其特征是，具有支撑光调制器的筐体，在位于该电信号连接延长部的下部的位置处，并且在从该电信号连接延长部到该筐体表面之间的一部分上设置空间。
本发明之四的光调制器是根据本发明之一至之三中任意一项所述的光调制器，其特征是，由具有电光学效应的材料制成的该基板以LiNbO3结晶、LiTaO3结晶、或由LiNbO3及LiTaO3构成的固溶体结晶中的任意一种为材料。
本发明之五的光调制器是根据本发明之一至之四中任意一项所述的光调制器，其特征是，该光波导被制成马赫增德型，将基板的与该电信号连接延长部直接或间接地连接的一部分制得更薄，同时，在所述基板的一部分以外也设置厚度变薄的部分，使得该基板整体的厚度的变化相对于形成所述马赫增德型光波导的分支导波路之间的中心线，在实质上呈左右对称。
附图说明
图1是以往的光调制器的概略图。
图2是将基板里面的一部分切削掉的光调制器。
图3是表示光调制器的基板里面的切削位置的图。
图4是表示相对于实施例1的微波透过衰减量的图。
图5是在基板侧面上形成了沟槽的光调制器。
图6是相对于实施例1的微波透过衰减量。
图7是表示用于改善温度特性的基板的切削位置的图。
具体实施方式
下面将使用适当的例子对本发明进行详细的说明。
构成光调制器的基板由具有电光学效应的材料，例如，铌酸锂(LiNbO3，以下称为LN)、钽酸锂(LiTaO3)、PLZT(锆酸钛酸铅镧)及石英类材料构成，具体来说，由这些单晶材料的X方向切割板、Y方向切割板及Z方向切割板构成。特别是，基于容易构成光波导装置并且各向异性大的理由，最好使用LiNbO3结晶、LiTaO3结晶、或由LiNbO3及LiTaO3构成的固溶体结晶。在本实施例中，以使用了铌酸锂(LN)的例子为中心进行说明。
作为制造光调制器的方法有以下的方法，即，
在LN基板上使Ti热扩散而形成光波导，然后不用在基板的局部或整体上设置过渡缓冲层，而是直接在LN基板上形成电极的方法，
或为了使光波导中的光的搬运损失降低，在LN基板上设置介电体SiO2等的缓冲层，进而在其上通过Ti·Au的电极图案的形成及镀金方法等而构成数十微米的高度的信号电极及接地电极，从而间接地形成该电极的方法。
也可以在所述缓冲层的SiO2等介电体层上还设有SiN或Si等膜体，使该缓冲层为多层构造。
一般来说，在一张LN片上制作多个光调制器，最后通过在各个光调制器的梢端断开，制造出如图1所示的光调制器。
在本发明中，通过在如图1所示的光调制器上还形成以下的2个构造，对高频特性进行改善。
在实施例1中，对LN基板的里面进行切削加工，使基板的局部的厚度变薄。另外，在实施例2中，通过从LN基板的侧面进行切削加工，形成沟部。
在实施例1中，使用喷砂法或空心钻法，对厚度为1mm的基板1的里面进行切削加工，使之成为厚度为200μm的薄壁(参照图2，A表示切削部)。
然后，在进行切削加工的位置，为了判断最适合的位置，调查了由切削加工位置的不同而产生的频率特性的变化。
对于切削加工部分的种类，准备了以下几种，即，仅在电信号连接延长部下的情况(元件A，参照图3(a))，在该延长部及拐角部下的情况(元件B，参照图3(b))，在该延长部、拐角部及作用部下的情况(元件C，参照图3(c))，仅在作用部下的情况(元件D，参照图3(d))4种和完全未被切削加工的情况(元件E)。
图4表示从各元件A到E的对于各频率的微波透过衰减量的测定结果。
如测定结果所示，对于元件A、B、C，在25GHz以上，与元件D和E的情况比较，衰减量大幅度地降低。而且，在40GHz以上，对于元件B、C，可以看到衰减量进一步降低的效果。
因此，通过使电信号连接延长部下的基板的厚度比基板的其他部分更薄，就可以抑制微波的衰减，特别是，通过在从该延长部到信号电极的拐角部范围内使基板更薄，就可以使高频频带的衰减量进一步降低。
另外，当使基板减薄部分扩展至对在光波导中前进的光波进行调制的作用部时，虽然可以期待一定程度的效果，但是基板整体上薄壁部增加，从而产生机械强度降低、基板破裂等问题。
在实施例2中，如图5所示，在相同厚度的1mm的基板1的侧面上，通过切割锯加工形成沟部B。
加工方法是用夹具将1个以上的梢端(光调制器)固定，使得基板侧面朝上。夹具在Si底座上设置有用Si制成的压靠构件。在梢端和压靠构件之间涂布有固定用石蜡，利用压靠构件推压梢端，将梢端固定在Si底座上。然后，一边旋转加工刀刃，一边使之接触梢端的基板侧面，在基板侧面上形成所需深度、长度的沟。
然后，关于形成了沟的基板部分的厚度(薄壁部的后度)，为了求得合适的厚度值d(参照图5)，通过在不同位置形成沟，对厚度d不同的例子，调查了频率特性。
作为样本，准备了薄壁部的厚度d为150μm(元件F)、200μm(元件G)、250μm(元件H)、300μm(元件I)的4种和未形成沟的元件(元件J)。沟的宽度都设为300μm。
图6表示从元件F到J的相对于各频率的微波透过衰减量的测定结果。
如测定结果所示，对于元件F、G、H，在25GHz以上，与元件I和J(由于元件I和J的频率特性基本显示相同数值，因此在图6中的曲线图上成为同一曲线)的情况相比，衰减量大幅度降低。而且，薄壁部的厚度越薄，其效果越大。
所以，通过使包含电信号连接延长部的基板的一部分的厚度在约250μm以下，就可以抑制高频的微波的衰减。通过将基板的厚度d设定在λ/(10n)(λ为微波的波长，n表示基板的折射率)左右以下，就可以抑制微波向基板外的放射。
而且，对于沟的宽度，在本实施例中，虽然设定为300μm，但是并不限于此值。一般来说，沟的宽度变窄时，就会发生微波穿越沟而泄漏的现象，从而形成沟的效果就变弱。另一方面，当将沟设置过大时，在切割锯加工时，就会造成基板缺口。所以，可以在效果容许的范围内适宜地设定沟的宽度。
另外，在本实施例中，将沟的长度设定为与光调制器的长度方向的整体相同。但是，考虑到对来自信号电极的微波的搬运损失的抑制，也可以仅在包含信号电极的电信号连接延长部或拐角部的特定的区域内，从基板的侧面形成沟。
另外，光调制器多被固定在由黄铜或不锈钢制成的筐体上而利用。如即使像所述那样，对构成光调制器的基板进行加工，在局部形成薄壁的部分，由于筐体包埋此形成的空间，因此微波就会在筐体侧泄漏掉，从而使将基板制成薄壁的效果降低。
所以，从电信号连接延长部下到筐体之间，有必要设置能够使微波不会在筐体侧泄漏的足够的空间。
本发明采用了将与电信号连接延长部关联的基板的一部分的厚度减小的构成。具体来说，如图3(a)到(c)所示那样对基板的里面，或如图5所示那样对基板的侧面进行切削加工的情况下，仅切削基板的一部分。所以，当基板整体的温度变化时，由于施加在基板各处的热应力不均一，因此就形成光调制器的特性很大地依赖温度的变化的结果。特别是，当从夹隔光波导的左右基板施加到光波导上的热应力差别变大时，光调制特性很容易变得不稳定。
所以，在如图1那样的马赫增德型光波导中，最好按照相对于形成马赫增德型的分支导波路间的中心线实质上左右对称的方式形成基板的形状。具体来说，如图7(a)到(c)的斜线部所示，通过按照相对于分支导波路间的中心线(图中显示为“光波导配置的中心”)左右对称的方式切削基板，就可以使施加在光波导上的热应力左右均一。
工业上的利用可能性
如以上说明所示，根据本发明之一的光调制器，由于使设置了电信号连接延长部的基板的厚度减薄，就可以抑制微波在该延长部中向基板内泄漏或向基板外放射等的发生，因此就能够提供在高频频带内可以进行稳定的动作的光调制器。
根据本发明之二的光调制器，由于电信号连接延长部的下面的基板的一部分的厚度约为250μm以下，因此即使在25GHz以上的高频频带内，也可以进行稳定的动作。
根据本发明之三的光调制器，由于通过在基板的侧面形成沟，使得电信号连接延长部的下面的基板的一部分变薄，因此与喷砂法等从基板里面将基板减薄的加工方法比较，不仅加工方法简便，而且能够以正确的厚度在基板上形成薄壁部。
根据本发明之四的光调制器，由于在支撑光调制器的筐体和电信号连接延长部之间设置有空间，因此可以防止微波在筐体侧泄漏，从而可以提供进一步抑制了微波的衰减量的光调制器。
根据本发明之五的光调制器，由于由具有电光学效应的材料制成的基板以LiNbO3结晶、LiTaO3结晶、或由LiNbO3及LiTaO3构成的固溶体结晶中的任意一种为材料，因此可以提供适于高速应答性的光调制器，在与本发明之一至之四中任意一项中所述的光调制器组合而使用的情况下，能够获得可以在更高频频带内使用的光调制器。
根据本发明之六的光调制器，由于按照相对于形成马赫增德型的分支导波路间的中心线实质上左右对称的方式，对基板整体的厚度的变化进行调整，因此使施加在光波导上的热应力也变得左右对称，从而可以抑制光调制器特性对温度变化的依赖现象。

Claims (7)

1.一种光调制器，是包括由具有电光学效应的材料制成的基板、形成于该基板上的光波导、用于对通过该光波导的光进行调制的电极的光调制器，其特征是，在该电极的局部设有电信号连接延长部，至少位于该电信号连接延长部的下部并且与该电信号连接延长部直接或间接连接的基板的厚度通过切除基板的一部分而被构成为比包含电极作用部的其他部分基板的厚度更薄，且为250微米以下的厚度。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征是，通过在该基板的侧面形成沟，使位于该电信号连接延长部的下部并且与该电信号连接延长部直接或间接连接的基板的厚度变薄。
3.根据权利要求1所述的光调制器，其特征是，具有支撑光调制器的筐体，在位于该电信号连接延长部的下部并且在从该电信号连接延长部到该筐体表面之间的一部分上设置空间。
4.根据权利要求2所述的光调制器，其特征是，具有支撑光调制器的筐体，在位于该电信号连接延长部的下部的位置处，并且在从该电信号连接延长部到该筐体表面之间的一部分上设置空间。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的光调制器，其特征是，由具有电光学效应的材料制成的该基板以LiNbO3结晶、LiTaO3结晶、或由LiNbO3及LiTaO3构成的固溶体结晶中的任意一种为材料。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的光调制器，其特征是，该光波导被制成马赫增德型，将基板的与该电信号连接延长部直接或间接连接的一部分制得更薄，同时，在所述基板的一部分以外也设置厚度变薄的部分，使得该基板整体的厚度的变化相对于形成所述马赫增德型光波导的分支导波路之间的中心线，在实质上左右对称。
7根据权利要求5所述的光调制器，其特征是，该光波导被制成马赫增德型，将基板的与该电信号连接延长部直接或间接地连接的一部分制得更薄，同时，在所述基板的一部分以外也设置厚度变薄的部分，使得该基板整体的厚度的变化相对于形成所述马赫增德型光波导的分支导波路之间的中心线，在实质上左右对称。
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