DE19649441A1 - Optische Regelvorrichtung - Google Patents
Optische RegelvorrichtungInfo
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Description
Diese Erfindung betrifft eine optische Regelvorrichtung
wie zum Beispiel einen optischen Schalter.
Optische Kommunikationssysteme und optische Meßtechno
logien verwenden in großem Umfang optische Regelvorrichtun
gen wie zum Beispiel optische Modulatoren, optische Schal
ter oder Polarisationsregler, die optische Modulation, op
tisches Schalten oder Polarisationsregelung auf der Grund
lage elektrischer Signale mittels Verwendung ferroelektri
scher Materialien, die einen elektrooptischen Effekt auf
weisen, wie zum Beispiel Kristallen aus Lithiumniobat
(LiNbO₃: LN), durchführen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Beispielskonstruktion
eines optischen Hochgeschwindigkeitsintensitätsmodulators
vom Wanderwellentyp mit der größten Bandbreite, die wir,
die Erfinder, unter Verwendung von LN-Kristallen erforscht
und entwickelt haben. Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen
optischen Modulator, der komplanare Wellenleitermodulati
onselektroden verwendet. Fig. 2 ist eine Schnittansicht ei
nes zentralen Teils des Modulators. In diesem Beispiel sind
die Kerne 102, die optische Wellenleiter vom Mach-Zehnder-
Typ bilden, mittels thermischer Diffusion von Ti in einem
z-Schnitt-LN-Substrat 101, das einen elektrooptischen Ef
fekt aufweist, ausgebildet. Die Umgebung eines jeden Kerns
102 weist eine Stegstruktur auf, die mehrere Mikrometer
tief eingegraben bzw. eingebettet ist. Auf dem Substrat 101
ist eine Pufferschicht 103 (die gleichzeitig als eine Deck
schicht des optischen Wellenleiters fungiert) mit einer
Dicke tb ausgebildet, die ein Dielektrikum wie zum Beispiel
SiO₂ aufweist, um die durch die Modulationselektroden ver
ursachte Ausbreitungsdämpfung des Lichtes zu unterdrücken.
Auf der Pufferschicht 103 sind komplanare Wellenleitermodu
lationselektroden ausgebildet, die aus einer Zentralelek
trode 104 und Erdungselektroden 105, die Au oder Al aufwei
sen, bestehen.
Bei diesem herkömmlichen bzw. konventionellen Modulator
stimmen die Geschwindigkeit des modulierenden Mikrowellen
signals und die Geschwindigkeit der geführten Lichtwelle
nicht notwendigerweise miteinander überein. Die Betriebs
bandbreite des Modulators wird hauptsächlich durch diese
Geschwindigkeitsfehlanpassung zwischen der Mikrowelle und
der Lichtwelle begrenzt. Sei der effektive Index der Elek
trode für das modulierende Mikrowellensignal nm, und der
effektive Index des optischen Wellenleiters sei no (no =
2,15 im Band der Wellenlänge λ = 1,55 µm). Unter der Bedin
gung, daß die Impedanzen übereinstimmen, ist die Bandbreite
des optischen Modulators (elektrisch 3dB) Δf1 bekannterma
ßen durch
Δf₁ = 1,4c/(π|nm - no|L) (1)
gegeben, wobei c die Vakuumlichtgeschwindigkeit und L
die Wechselwirkungslänge bzw. Koppellänge der Modulationse
lektroden ist. Die Größe der Steuerspannung Vπ des Modula
tors ist umgekehrt proportional zu der Länge L der Modula
tionselektrode. Folglich werden, auf der Grundlage der Be
ziehung der Gleichung (1), und um die Bandbreite zu vergrö
ßern, ohne die Steuerspannung zu erhöhen, die Elektroden
dicke tm, die Pufferschichtdicke tb, die Zwischenelektro
denlücke G, die Zentralelektrodenbreite W und die Stegtiefe
tr so gewählt bzw. eingestellt, daß der Wert von nm nahe
dem Wert von no ist.
Gleichzeitig müssen die obigen Parameter so gewählt
bzw. eingestellt werden, daß der Wellenwiderstand der Modu
lationselektroden 50 Ω beträgt und mit der Impedanz des
externen Schaltkreises übereinstimmt.
Durch diese Maßnahmen haben wir die Betriebsbandbreite
der optischen Regelvorrichtung auf 70 GHz verbreitert.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist, sind die Breiten der Zen
tralelektrode und der Erdungselektroden auf der Seite, wo
diese Elektroden in Kontakt mit der Pufferschicht stehen,
klein. Der Grund ist der folgende: Um die Geschwindigkeit
des modulierenden Mikrowellensignals nahe an die Geschwin
digkeit des sich durch den optischen Wellenleiter hindurch
ausbreitenden Lichtes zu bringen, ist es erforderlich, die
Elektrodendicke tm so zu wählen bzw. einzustellen, daß sie
vergleichbar mit der Zwischenelektrodenlücke G
(normalerweise 10 bis 50 µm) ist. Folglich müssen die Zen
tralelektrode und die Erdungselektroden beträchtlich dicker
werden. Zu diesem Zweck werden diese Elektroden mittels
Elektroplattieren unter Verwendung eines Musters aus einer
dicken Schutzschicht als einer Führung ausgebildet. Die Ge
stalt dieser Schutzschicht wird trapezförmig (je näher die
Schutzschicht dem Substrat ist, desto größer ist ihre Brei
te), so daß die Zentralelektrode und die Erdungselektroden
an der Seite schmäler sind, wo diese Elektroden die Puffer
schicht kontaktieren, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist.
In diesem Fall, da die Merkmale bzw. Eigenschaften ei
ner optischen Regelvorrichtung hauptsächlich von ihrer
Breite an der Seite, wo sie die Pufferschicht kontaktiert,
abhängen, ist es von Bedeutung, wie man die Breite der
Elektrode definiert. Folglich sollen die Maßangaben für die
Elektrodenbreiten, die in der Spezifikation und den Zeich
nungen der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, die
Maßangaben bzw. Abmessungen an der Seite sein, wo die Elek
troden mit der Pufferschicht in Kontakt stehen.
In den Fig. 1 und 2 ist die Oberfläche der Puffer
schicht 103 nicht flach bzw. abgeflacht. Deswegen nehmen
die elektrischen Kraftlinien für Mikrowellen mehr Raum ein,
der mit Luft mit einem niedrigeren Brechungsindex gefüllt
ist, und machen es folglich leichter, nm an no anzunähern.
Im Prinzip sollte der Wellenwiderstand der optischen
Regelvorrichtung gleich dem Wellenwiderstand des externen
Schaltkreises (normalerweise 50 Ω) sein. Jedoch kann die
Vorrichtung mit einem kleinen Wellenwiderstand verwendet
werden, um die optische Regelvorrichtung mit einer niedri
geren Spannung zu betreiben. In diesem Fall treten reflek
tierte Wellen auf, da die Frequenzbandbreite kleiner wird.
Die reflektierten Wellen werden mittels eines Isolators
entfernt, um die Betriebsinstabilität der Steuersignalquel
le zu verhindern. In diesem Fall wird der Wellenwiderstand
der optischen Regelvorrichtung auf einen erwünschten Wert
eingestellt, beispielsweise 40 Ω, oder weniger, so daß das
geforderte Leistungsverhalten in Anbetracht des Effekts der
Erniedrigung der Steuerspannung und des Effekts der Verrin
gerung der Bandbreite erhalten werden kann.
Die Vorrichtung von Fig. 1 und 2, die die vorstehenden
Mittel zur Erreichung einer breiten Bandbreite enthält,
bringt noch ungelöste Probleme mit sich. Wir sind auf diese
Tatsache während unserer Forschungs- und Entwicklungsarbei
ten zur Verbreiterung bzw. Vergrößerung der Bandbreite der
Vorrichtung gestoßen.
Das heißt, die Herstellung der Vorrichtung wie in den
Fig. 1 und 2 realisiert nicht immer dieses hohe Lei
stungsverhalten. Die Betriebsbandbreite, die Steuerspannung
und der Wellenwiderstand für die hergestellten jeweiligen
Vorrichtungen sind nicht konstant.
Darüber hinaus sollte gemäß Gleichung (1), falls nm und
no identisch sind, die Bandbreite unendlich sein. Jedoch,
sogar falls nm und no innerhalb eines bestimmten Wertebe
reiches aneinander angenähert werden, wird die Bandbreite
nicht mehr breiter bzw. größer.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
Eigenschaften bzw. Kenndaten einer optischen Regelvorrich
tung konstant zu machen, als ein erster Schritt, und dann
über die oben beschriebenen Einschränkungen bzw. Begrenzun
gen der Bandbreite hinauszugehen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale
der Ansprüche 1 bzw. 11.
Erfindungsgemäß wird ein optisches Regelglied bzw. eine
optische Regelvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: Ein
Substrat mit einem elektrooptischen Effekt und mit darin
ausgebildeten Stegen, die optische Wellenleiter aufweisen;
eine auf der Oberfläche des Substrats ausgebildete Puffer
schicht; und Elektroden, die aus Erdungselektroden, die auf
dem Substrat über der Pufferschicht ausgebildet sind, und
aus einer Zentralelektrode, die auf einem Steg über der
Pufferschicht ausgebildet ist, bestehen; wobei die Oberflä
che der Pufferschicht, die in den Teilbereichen ausgebildet
ist, wo keine Stege sind, so ausgebildet ist, daß sie nied
riger ist als die Oberfläche der Pufferschicht, die auf den
Stegen ausgebildet ist; und wobei die Breite und Tiefe des
Steges, die Dicke der Pufferschicht und die Gestalten und
Abmessungen der Elektroden so gewählt bzw. eingestellt
sind, daß der Mikrowellenverlust bzw. die Mikrowellendämp
fung der Elektroden verringert ist, daß die Geschwindigkeit
der sich in den Elektroden ausbreitenden Mikrowellen und
die Geschwindigkeit des sich durch die optischen Wellenlei
ter hindurch ausbreitenden Lichtes exakt oder nahezu mit
einander übereinstimmen, und daß die Impedanz der Elektro
den exakt oder nahezu mit einer erwünschten Impendanz über
einstimmt; und wobei die Breite der Zentralelektrode an der
Seite, wo die Zentralelektrode die Pufferschicht kontak
tiert bzw. mit der Pufferschicht in Kontakt steht, größer
ist als die Breite des Kerns des optischen Wellenleiters.
Hierbei und im folgenden kann die erwünschte Impedanz
die Wellenimpedanz bzw. der Wellenwiderstand eines externen
Schaltkreises sein.
Bei der obigen Konstruktion bzw. Anordnung kann die
Breite der Zentralelektrode an der Seite, wo die Zentral
elektrode die Pufferschicht kontaktiert, größer als der
Mittelwert aus der Breite des Steges und der Breite des
Kerns in dem optischen Wellenleiter sein. Weiterhin kann
die Breite der Zentralelektrode an der Seite, wo die Zen
tralelektrode die Pufferschicht kontaktiert, größer als die
Breite des Steges sein. Weiterhin kann die Oberfläche der
Pufferschicht direkt unter der Zentralelektrode flach bzw.
nivelliert sein.
Bei der obigen Konstruktion bzw. Anordnung kann die
Zentralelektrode auch aus einer Vielzahl von Schichten ge
bildet sein. Weiterhin kann von der Vielzahl von Schichten
die Schicht, die in Kontakt mit der Pufferschicht steht,
eine Dicke von 1 µm oder weniger aufweisen.
Bei der obigen Konstruktion kann es auch zwischen der
Zentralelektrode und den Erdungselektroden einen Bereich
ohne die Pufferschicht geben.
Bei der obigen Konstruktion kann die instantane opti
sche Regelvorrichtung auch ein optischer Intensitätsmodula
tor vom Mach-Zehnder-Typ sein.
Bei der obigen Anordnung bzw. Konstruktion kann das
Substrat auch aus LiNbO₃, LiTaO₃ oder PLZT (Bleilanthan-
Zirkonattitanat bzw. lanthandotiertes Bleizirkonattitanat)
bestehen.
Um die zuvor erwähnte Aufgabe zu lösen, wird erfin
dungsgemäß ebenfalls ein optisches Regelglied bzw. eine op
tische Regelvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: Ein
Substrat mit einem elektrooptischen Effekt und mit darin
ausgebildeten Stegen, die optische Wellenleiter aufweisen;
eine auf der Oberfläche des Substrates ausgebildete Puffer
schicht; und Elektroden, die aus einer Streifenelektrode,
die auf einem Steg über der Pufferschicht ausgebildet ist,
und aus Erdungselektroden, die hinten auf bzw. auf der
Rückseite des Substrates ausgebildet sind, bestehen; wobei
die Oberfläche der Pufferschicht, die in den Teilbereichen
ausgebildet ist, wo keine Stege sind, so ausgebildet ist,
daß sie niedriger ist als die Oberfläche der Pufferschicht,
die auf den Stegen ausgebildet ist; und wobei die Breite
und Tiefe des Steges, die Dicke der Pufferschicht und die
Gestalten und Abmessungen der Elektroden so gewählt bzw.
eingestellt sind, daß der Mikrowellenverlust bzw. die Mi
krowellendämpfung der Elektroden verringert ist, daß die
Geschwindigkeit der sich in den Elektroden ausbreitenden
Mikrowellen und die Geschwindigkeit des sich durch die op
tischen Wellenleiter hindurch ausbreitenden Lichtes exakt
oder nahezu miteinander übereinstimmen, und daß die Impe
danz der Elektroden exakt oder nahezu mit einer erwünschten
Impendanz übereinstimmt; und wobei die Breite der Streifen
elektrode an der Seite, wo die Streifenelektrode die Puf
ferschicht kontaktiert bzw. mit der Pufferschicht in Kon
takt steht, größer ist als die Breite des Kerns des opti
schen Wellenleiters.
Hierbei und im folgenden kann die erwünschte Impedanz
die Wellenimpedanz bzw. der Wellenwiderstand eines externen
Schaltkreises sein.
Bei der obigen Konstruktion bzw. Anordnung kann die
Breite der Streifenelektrode an der Seite, wo die Streifen
elektrode die Pufferschicht kontaktiert, größer als der
Mittelwert aus der Breite des Kerns und der Breite des Ste
ges in dem optischen Wellenleiter sein. Weiterhin kann die
Breite der Streifenelektrode an der Seite, wo die Streifen
elektrode die Pufferschicht kontaktiert, größer als die
Breite des Steges sein. Weiterhin kann die Oberfläche der
Pufferschicht direkt unter der Streifenelektrode flach bzw.
abgeflacht sein.
Bei der obigen Konstruktion bzw. Anordnung kann die in
stantane optische Regelvorrichtung auch ein optischer In
tensitätsmodulator vom Mach-Zehnder-Typ sein.
Bei der obigen Konstruktion bzw. Anordnung kann das
Substrat auch aus LiNbO₃, LiTaO₃ oder PLZT (Bleilanthan-
Zirkonattitanat bzw. lanthandotiertes Bleizirkonattitanat)
bestehen.
Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Aus
gestaltungen der Erfindung.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfin
dung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Be
schreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeich
nungen; es versteht sich jedoch, daß die detaillierte Be
schreibung und die beschriebenen spezifischen Ausführungs
formen nur der Veranschaulichung dienen, da verschiedene
Änderungen und Modifikationen innerhalb des Anwendungsbe
reiches der Erfindung für Fachleute aus dieser detaillier
ten Beschreibung offensichtlich werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht eines Beispiels eines herkömmli
chen optischen Intensitätsmodulators vom Mach-Zehnder-Typ;
Fig. 2 eine Schnittansicht des Beispiels eines herkömm
lichen optischen Intensitätsmodulators vom Mach-Zehnder-
Typ;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungs
form der Erfindung;
Fig. 5 ein Diagramm von Mikrowellenmerkmalen bzw. Mi
krowellenkenndaten, um das Prinzip und die Effekte und Wir
kungen der Erfindung zu veranschaulichen;
Fig. 6 ein Diagramm von Mikrowellenmerkmalen bzw. Mi
krowellenkenndaten, um das Prinzip und die Effekte und Wir
kungen der Erfindung zu veranschaulichen;
Fig. 7 ein Diagramm von Mikrowellenmerkmalen bzw. Mi
krowellenkenndaten für das herkömmliche bzw. konventionelle
Beispiel;
Fig. 8A eine Ansicht einer dritten Ausführungsform der
Erfindung, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstel
lung der optischen Regelvorrichtung der Erfindung veran
schaulicht;
Fig. 8B eine Ansicht einer dritten Ausführungsform der
Erfindung, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstel
lung der optischen Regelvorrichtung der Erfindung veran
schaulicht;
Fig. 8C eine Ansicht einer dritten Ausführungsform der
Erfindung, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstel
lung der optischen Regelvorrichtung der Erfindung veran
schaulicht;
Fig. 8D eine Ansicht einer dritten Ausführungsform der
Erfindung, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstel
lung der optischen Regelvorrichtung der Erfindung veran
schaulicht;
Fig. 8E eine Ansicht einer dritten Ausführungsform der
Erfindung, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstel
lung der optischen Regelvorrichtung der Erfindung veran
schaulicht;
Fig. 9 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungs
form der Erfindung;
Fig. 10 eine Schnittansicht einer fünften Ausführungs
form der Erfindung;
Fig. 11 eine Schnittansicht einer sechsten Ausführungs
form der Erfindung;
Fig. 12 eine Schnittansicht einer siebten Ausführungs
form der Erfindung;
Fig. 13 eine Schnittansicht einer achten Ausführungs
form der Erfindung, die eine Anwendung der Erfindung auf
einen optischen Modulator mit Mikrostreifen-Wellenleitern
zeigt;
Fig. 14 eine Schnittansicht einer neunten Ausführungs
form der Erfindung;
Fig. 15 eine Schnittansicht einer zehnten Ausführun
gungsform der Erfindung;
Fig. 16 ein Diagramm von Mikrowellenmerkmalen bzw. Mi
krowellenkenndaten, um das Prinzip und die Effekte und Wir
kungen der Erfindung zu veranschaulichen;
Fig. 17 eine Schnittansicht einer elften Ausführungs
form der Erfindung; und
Fig. 18 eine Schnittansicht einer zwölften Ausführungs
form der Erfindung.
Zuerst wird erklärt werden, wie die vorliegende Erfin
dung die Vorrichtungseigenschaften konstant macht. Bei ei
nem herkömmlichen Modulator, wie in den Fig. 1 und 2 ge
zeigt, war die Breite W einer Zentralelektrode 104 so ge
wählt bzw. eingestellt, daß sie kleiner als die Breite wr
eines Steges und gleich der Breite wo eines Kerns 102 eines
optischen Wellenleiters war (zum Beispiel wr = 9 µm, wo = W
= 8 µm). Ein erster Grund dafür ist, daß die Zentralelek
trode 104 auf dem Steg ausgebildet ist, und folglich er
leichtert es ihre Herstellung, wenn ihre Breite kleiner als
die Breite des Steges ist. Zweitens, falls die Breite der
Zentralelektrode 104 groß ist, nimmt die Kapazität zwischen
der Zentralelektrode 104 und der Erdungselektrode 105 zu,
was es schwierig macht, die Impendanzanpassung zu errei
chen; daher wurde die Breite der Zentralelektrode 104 auf
die minimal erforderliche Größe eingestellt, d. h., auf die
Breite des Kerns 102 des optischen Wellenleiters.
Wie später ausführlich in Verbindung mit Fig. 5 disku
tiert werden wird, variieren jedoch die Vorrichtungseigen
schaften einer optischen Regelvorrichtung abrupt in einem
Bereich, wo die Breite W der Zentralelektrode kleiner ist
als die Kernbreite wo des optischen Wellenleiters. Folglich
läßt das Vorhandensein von nur geringen Unterschieden in
der Breite W der Zentralelektrode in den entsprechend her
gestellten Vorrichtungen die Vorrichtungseigenschaften
fluktuieren. Dementsprechend werden die Steuerspannung, die
Betriebsbandbreite und der Wellenwiderstand bzw. die Wel
lenimpedanz stabilisiert, falls die Breite W der Zentral
elektrode größer als die Kernbreite wo des optischen Wel
lenleiters gewählt bzw. eingestellt wird, vorzugsweise bzw.
vorteilhafterweise größer als der Mittelwert aus der Kern
breite wo und der Stegbreite wr in dem optischen Wellenlei
ter, und besser noch größer als die Stegbreite wr.
Als nächstes wird erläutert, wie die vorliegende Erfin
dung die Begrenzungen in Bezug auf die Bandbreite, die in
der herkömmlichen Vorrichtung vorhanden sind, eliminiert.
Wenn nm an no angenähert bzw. herangebracht wird, verbrei
tert sich die Betriebsbandbreite gemäß Gleichung (1), wird
aber nicht über eine bestimmte Breite hinausgehen. Die
Gleichung (1) ist eine theoretische Gleichung, die unter
Vernachlässigung von Verlusten bzw. Dämpfung, die auftritt,
wenn sich Mikrowellen in den Elektroden ausbreiten, abge
leitet wurde. Da die tatsächliche Dämpfung der Elektroden
nicht Null ist, muß sie in Betracht gezogen werden, wenn
sich nm vollständig an no angenähert hat. Wenn nm mit no
übereinstimmt, ist die Breite Δf₂ der Betriebsbandbreite
durch
Δf₂ (GHz) = 40/(αL)² (2)
gegeben, wobei α die Dämpfungskonstante (Leitungsverlust,
dB/cm) bei 1 GHz ist.
Folglich sollte die Mikrowellendämpfungskonstante er
niedrigt werden, um eine breite bzw. große Bandbreite zu
erreichen. Dabei muß die Impendanz der Mikrowellenelektro
den mit dem externen Schaltkreis übereinstimmen bzw. ange
paßt sein.
Zusammengefaßt, die Faktoren, die die Betriebsbandbrei
te einer optischen Regelvorrichtung begrenzen bzw. ein
schränken, sind bisher hauptsächlich die Geschwindigkeits
fehlanpassung zwischen der Mikrowelle und dem Licht und die
Fehlanpassung der Wellenimpedanz zwischen der Modulationse
lektrode und dem externen Schaltkreis gewesen. Die Mikro
wellendämpfung wurde als untergeordnet bzw. unbedeutend be
trachtet.
Jedoch hat eine von uns entwickelte Vorrichtungsstruk
tur, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, es ermög
licht, eine vollständige Geschwindigkeitsanpassung zwischen
der Mikrowelle und dem Licht und eine vollständige Anpas
sung des Wellenwiderstands der Modulationselektroden an den
des externen Schaltkreises zu erreichen. Mit der Vorrich
tungsstruktur der Fig. 1 und 2 haben wir folglich eine
Vorrichtung entwickelt, bei der die Mikrowellendämpfung ei
nen Hauptfaktor bei der Begrenzung der Bandbreite dar
stellt.
Ausgehend von der Erkenntnis, daß die oben beschriebene
Begrenzung der Betriebsbandbreite der optischen Regelvorri
chtung der Dämpfung der Mikrowelle zuzuordnen ist, haben
wir die Maßnahme entwickelt, die Breite W der Zentralelek
trode größer als die Kernbreite wo des optischen Wellenlei
ters zu machen, vorzugsweise bzw. vorteilhafterweise größer
als der Mittelwert aus der Stegbreite wr und der Kernbreite
wo in dem optischen Wellenleiter, und besser noch, größer
als die Stegbreite wr. Die Dämpfung der Mikrowelle, oder
die Dämpfungskonstante, ist durch
gegeben, vorausgesetzt, daß der Leckleitwert zwischen den
Elektroden vernachläßigt werden kann. In der Gleichung (3)
sind R und L der Widerstand bzw. die Induktivität pro Ein
heitslänge der Koppellänge der Elektrode, und C ist die Ka
pazität pro Einheitslänge zwischen den Elektroden.
Die vorliegende Erfindung umfaßt zwei Punkte: Erstens,
die Breite der Zentralelektrode ist groß. Zweitens, wenn
die Breite der Zentralelektrode zunimmt, nimmt die Dicke
der Zentralelektrode ebenfalls zu (aufgrund der Herstel
lungstechnologie ist das Höhe/Breite-Verhältnis, tm/W, auf
höchstens 3 bis 4 beschränkt). Im Hinblick auf diese zwei
Aspekte kann die Querschnittsfläche der Zentralelektrode
groß werden, und somit R erniedrigen. Der Parameter C, der
proportional zu der Breite der Elektrode, wie später disku
tiert werden wird, groß werden sollte, nimmt kaum zu, wie
später diskutiert werden wird. Folglich nimmt die Dämpfung
ab, und die Betriebsfrequenz, die umgekehrt proportional
zu dem Quadrat von α ist, kann dramatisch verbreitert bzw.
erhöht werden.
Bei einer optischen Modulationsvorrichtung mit einem
Steg, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, ist die Breite
der Zentralelektrode so ausgebildet worden, daß sie ver
gleichbar mit der Breite des optischen Wellenleiters ist.
Dies geschah deshalb, weil, wenn die Breite der Zentral
elektrode vergrößert wird, eine Zunahme der Mikrowellen
dämpfung und eine Abnahme des Wellenwiderstands und/oder
eine Zunahme der Steuerspannung erwartet werden kann. Diese
Möglichkeiten bzw. möglichen Effekte werden durch die Er
kenntnisse und Ergebnisse nahegelegt, die man bei bzw. mit
optischen Modulationsvorrichtungen erhielt, die einen opti
schen Wellenleiter, der auf einem flachen Substrat ausge
bildet ist, aufweisen (die Vorrichtungen, die früher als
die optische Modulationsvorrichtung der Fig. 1 und 2
entwickelt wurden).
Der Wellenwiderstand bzw. die Wellenimpedanz Zo der Mo
dulationselektrode ist durch
gegeben, falls der Leckleitwert G zwischen den Elektroden
und der Widerstand R pro Einheitslänge der Koppellänge der
Elektrode vernachläßigt werden kann.
Das heißt, wenn die Breite der Zentralelektrode vergrö
ßert wird, nimmt die Kapazität der Modulationselektroden
zu. Folglich nimmt gemäß Gleichung (3) die Mikrowellendämp
fung zu, und der Wellenwiderstand nimmt nach Gleichung (4)
ab. Um diese Nachteile zu vermeiden, muß die Dicke der Puf
ferschicht oder/und die Lücke zwischen der Zentralelektrode
und der Erdungselektrode vergrößert werden. Wenn man dies
macht, wird jedoch die Intensität des elektrischen Feldes
in dem optischen Wellenleiter verringert. Um ein erwünsch
tes Extinktionsverhältnis zu erhalten, muß folglich die
Steuerspannung erhöht werden.
Wie ausführlich bei den Ausführungsformen beschrieben
werden wird, weist jedoch die vorliegende Erfindung, die
mit einer Stegstruktur ausgebildete optische Wellenleiter
aufweist, die folgende Merkmale auf: (1) Die elektrischen
Kraftlinien konzentrieren sich in den Stegen, die in dem
Substrat ausgebildet sind, das ein ferroelektrisches Mate
rial wie zum Beispiel LN (Lithiumniobat, LiNbO₃) aufweist,
so daß sich die Kapazität der Modulationselektroden nur mi
nimal ändert, selbst wenn die Breite der Zentralelektrode
größer als die Breite des Steges wird. (2) Die elektrischen
Kraftlinien konzentrieren sich in den Stegen. Ferner, auf
grund der Anisotropie des ferroelektrischen Materials, ist
die dielektrische Konstante in einer Richtung parallel zu
dem Substrat viel größer als die dielektrische Konstante in
einer Richtung senkrecht zu dem Substrat. Folglich, selbst
wenn die Lücke zwischen den Elektroden verbreitert bzw.
vergrößert wird, variiert die elektrische Feldstärke in den
Stegen kaum.
Die Mikrowellenelektroden sind in Verbindung mit kom
planaren Wellenleitern beschrieben worden, bei denen die
Erdungselektroden und die Zentralelektrode auf derselben
Ebene bereitgestellt sind. Jedoch können dieselben Wirkun
gen und Effekte gezeigt bzw. erhalten werden, indem man Mi
krostreifen-Wellenleiter verwendet, bei denen die Erdungse
lektroden auf der Rückseite des Substrates ausgebildet
sind, und eine Streifenelektrode anstatt der Zentralelek
trode verwendet wird.
Fig. 3 ist eine Ausführungsform eines optischen Inten
sitätsmodulators vom Mach-Zehnder-Stegstruktur-Typ gemäß
der vorliegenden Erfindung, der ein z-Achsenschnitt(c-Kri
stallachsenschnitt)-LN-Substrat und komplanare Wellenlei
terelektroden verwendet, wobei ein zentraler Teilbereich
des Modulators als Querschnittsansicht gezeigt ist. Ein LN-
Substrat 301 wird mit einer Stegstruktur mittels Ätzen der
Oberfläche des LN-Substrates in der Nachbarschaft von Ker
nen 302 optischer Wellenleiter beaufschlagt. Die Breite W
einer Zentralelektrode 304 wird so ausgebildet, daß sie
größer ist als die Stegbreite wr des unmittelbar darunter
befindlichen Steges. Die Kante einer Erdungselektrode 305
ist so ausgebildet, daß sie einen anderen bzw. weiteren op
tischen Wellenleitersteg bedeckt. Für eine Pufferschicht
303 ist ein Material mit einer kleineren dielektrischen
Konstante als der von LN (LiNbO₃) ausgewählt, beispielswei
se SiO₂ und Polyimid. Die Lücke G zwischen der Zentralelek
trode 304 und der Erdungselektrode 305, die Dicke tb der
Pufferschicht 303, die Tiefe tr des Steges und die Dicke tm
der Elektrode sind so ausgebildet, daß die Geschwindig
keitsanpassung zwischen dem Licht und der Mikrowelle si
chergestellt ist, und daß der Wellenwiderstand Z für seine
Anpassung an die Impendanz eines externen Schaltkreises auf
einen geeigneten Wert (beispielsweise Z = 50 Ω) einge
stellt ist. In der Zeichnung ist die Gestalt der Elektrode
rechteckig, aber derselbe Effekt wird auftreten, falls die
Zentralelektrode 304 und/oder die Erdungselektrode 305 ir
gendeine Form aufweist, beispielsweise eine trapezförmige
Form, eine invertierte trapezförmige Form oder eine Mehr
fachschichtenform.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausfüh
rungsform eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden
Erfindung. Ein Material 409 mit einer niedrigen dielektri
schen Konstante wie zum Beispiel Polyimid ist ausgebildet,
um die Stegbereiche eines LN-Substrates 401 einzubetten, um
so eine flache Gestalt zu erzeugen. Eine Zentralelektrode 404
ist in der Gestalt eines invertierten Trapezes ausge
bildet. Die Lücke G zwischen der Zentralelektrode 404 und
einer Erdungselektrode 405, die Dicke tb einer Puffer
schicht 403, die Tiefe tr des Steges und die Dicke tm der
Elektrode sind so ausgebildet, daß die Geschwindigkeitsan
passung zwischen dem Licht und der Mikrowelle sicherge
stellt ist, und der Wellenwiderstand Z ist, beispielsweise,
auf Z = 50 Ω eingestellt, wie in der ersten Ausführungs
form von Fig. 3.
In der vorliegenden Erfindung kann, was auch immer die
Querschnittsgestalt der Elektrode ist, und was auch immer
das Material und die Gestalt der Pufferschicht und das Ma
terial mit der niedrigen dielektrischen Konstante sind, die
Breite W der Zentralelektrode an der Seite, wo die Zentral
elektrode die Pufferschicht kontaktiert, so gewählt bzw.
eingestellt werden, daß sie größer als die Kernbreite wo
des optischen Wellenleiters ist, vorzugsweise bzw. vorteil
hafterweise größer als der Mittelwert aus der Kernbreite wo
und der Stegbreite wr in dem optischen Wellenleiter, und
noch besser größer als die Stegbreite wr. Dadurch, daß die
Dicke tm der Zentralelektrode größer gewählt bzw. einge
stellt wird als die Breite W der Zentralelektrode, wird der
Effekt bzw. die Wirkung der vorliegenden Erfindung erhöht
bzw. vergrößert. Da das Material 409 mit der niedrigen die
lektrischen Konstante die Oberfläche der Vorrichtung flach
macht bzw. nivelliert, kann ferner die Breite W der Zen
tralelektrode 404 auf einen willkürlichen Wert eingestellt
werden, ohne durch die Größe der Stegbreite wr einge
schränkt zu sein.
Die Fig. 5 und 6 sind Diagramme, um das Prinzip und
die Effekte der vorliegenden Erfindung anhand von Beispie
len zu veranschaulichen, in denen die Steuerspannung und
die Mikrowellenmerkmale bzw. Mikrowellenkenndaten eines Mo
dulators, der ein LN-Substrat (LiNbO₃-Substrat) verwendet,
mittels dem quasistatischen Näherungsverfahren berechnet
wurden.
Fig. 5 zeigt die Modulatoreigenschaften in Abhängigkeit
von der Zentralelektrodenbreite W einer Elektrodenstruktur
gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung, die die folgenden Abmessungen, wie in Fig. 3 angedeu
tet, aufweist: Elektrodendicke tm = 60 µm, G = 70 µm, SiO₂-
Pufferschichtdicke tb = 1,0 µm, Stegtiefe tr = 3 µm, Steg
breite wr = 9 µm und optische Wellenleiterkernbreite wo = 7
µm. Hierbei repräsentiert der Zustand, in dem W kleiner als
7 µm ist, die Kenndaten bzw. -merkmale des herkömmlichen
bzw. konventionellen Beispiels (Fig. 1 und 2). Fig. 5
zeigt, daß, wenn die Zentralelektrodenbreite W allmählich
von 0 an erhöht wird, die Steuerspannung VπL einer Ein
heitslänge der Elektrode abnimmt, während Zunahmen in nm
und Abnahmen im Wellenwiderstand Z deutlich werden. Falls
jedoch die Zentralelektrodenbreite W auf 7 µm oder mehr er
höht wird, vorzugsweise auf 8 µm oder mehr, und besser noch
auf 9 µm oder mehr, sieht man, daß die W-Abhängigkeit von Z
und nm extrem klein wird, und auch die Wachstumstendenz von
VπL ist extrem klein. Dies bedeutet, daß, wenn man die Zen
tralelektrodenbreite W vergrößert, was eines der Merkmale
der vorliegenden Erfindung ist, nachteilige und ungünstige
Einflüsse auf die Eigenschaften bzw. Kenndaten Z, VπL und
nm, wie man sie bei dem herkömmlichen bzw. konventionellen
Beispiel erwartet und fürchtet, nicht auftreten. Der Grund
dafür ist, daß das LN-Substrat eine Stegstruktur aufweist,
wobei der folgende Mechanismus arbeitet: (1) Das LN-
Substrat besteht aus einem ferroelektrischen Material.
Folglich, selbst wenn die Zentralelektrodenbreite W größer
ist als die Stegbreite wr, variiert die Gesamtmenge der
elektrischen Kraftlinien nicht so sehr bzw. nicht viel,
aber diese elektrischen Kraftlinien konzentrieren sich wei
terhin in den Stegbereichen des Substrates. Folglich erhöht
sich die elektrostatische Kapazität zwischen den Elektroden
nicht merklich. Mit anderen Worten, selbst wenn die Zen
tralelektrodenbreite W größer ist als die Stegbreite wr,
nimmt die elektrostatische Kapazität zwischen den Elektro
den nicht viel bzw. stark zu, da die dielektrische Kon
stante der Luft unterhalb des hervorstehenden Teiles der
Elektrode viel kleiner ist als die dielektrische Konstante
des LN. (2) Die dielektrische Konstante des LN weist An
isotropie (ε//<ε⟂) in Richtungen parallel (:ε//) und senk
recht (:ε⟂) zu der Oberfläche des c-Achsenschnitt-Kristalls
auf. Folglich gibt es eine Wirkung bzw. einen Effekt, der
das horizontale elektrische Feld schwächt, so daß, sogar
wenn die optische Mach-Zehnder-Wellenleiterlücke (≈W/2+G)
mit der Zunahme von W zunimmt, es nur eine kleine Änderung
in der elektrischen Feldstärke der Mikrowelle in der Rich
tung der c-Achse (der Richtung senkrecht zu der Substrat
oberfläche) in den Stegbereichen des LN-Substrates gibt.
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden diesen
strukturellen Kunstgriffen und Maßnahmen zugeschrieben.
Diese Merkmale sind einer der strukturellen Vorteile, die
die Effekte und Wirkungen der vorliegenden Erfindung be
reitstellen und die in dem konventionellen Beispiel fehlen.
In Fig. 5 ist die Elektrodendicke tm auf 60 µm fixiert.
In dem herkömmlichen Beispiel mit einer Breite W von 7 µm
oder weniger ist jedoch die Ausbildung solch einer dicken
Elektrode wegen einer Begrenzung des Höhe/Breite-Verhält
nisses der Gestalt der Elektrode unmöglich. Im Gegensatz
dazu kann bei der vorliegenden Erfindung die Breite W der
Zentralelektrode im Vergleich zu der erforderlichen Größe
der Elektrodendicke tm sehr groß gewählt bzw. eingestellt
werden. Folglich unterliegt diese Erfindung nicht dieser
Begrenzung, was es möglich macht, eine hinreichend dicke
Elektrode auszubilden. Dies ist ein weiterer Vorteil der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 zeigt die Merkmale bzw. die Kenndaten, die man
für die Ausführungsform von Fig. 3 erhält, bei der die Ab
messungen so gewählt bzw. eingestellt sind, daß die Breite
W der Zentralelektrode an der Seite, wo die Zentralelektro
de die Pufferschicht kontaktiert, größer ist als die Breite
wr des Steges, und daß die Geschwindigkeit der sich in der
Elektrode ausbreitenden Mikrowelle und die Geschwindigkeit
der sich durch den optischen Wellenleiter hindurch ausbrei
tenden Lichtes einander gleich werden; und zwar: Breite der
Zentralelektrode der Modulationselektroden W = 16 µm
(fixierte Breite), Stegbreite wr = 9 µm, Stegtiefe tr = 3 µm
und optische Wellenleiterkernbreite wo = 7 µm. Zum Vergleich
zeigt Fig. 7 den Fall, bei dem die Abmessungen wie folgt
eingestellt sind: Breite W der Zentralelektrode kleiner als
die Breite wr des Steges, W = 8 µm, Stegbreite wr = 9 µm,
Stegtiefe tr = 3 µm und optische Wellenleiterkernbreite
wo = 7 µm.
Die Fig. 6(i) und Fig. 7(i) zeigt die Größe der Elek
trodendicke tm, die notwendig ist, um die Geschwindigkeits
anpassung zwischen der Mikrowelle und der Lichtwelle si
cherzustellen bzw. zu gewährleisten, aufgetragen gegen die
Pufferdicke tb des Modulators und hinsichtlich der Lücke G
zwischen der Zentralelektrode und der Erdungselektrode. In
diesen Zeichnungen zeigen (ii) bis (v) den Wellenwiderstand
bzw. die Wellenimpendanz Z, die Mikrowellendämpfungskon
stante α (Leitungsverlust bei 1 GHz), die Steuerspannung
VπL und den Leistungsindex p des Modulators, die erhalten
werden, wenn die Elektrodendicke tm auf den in (i) ange
zeigten Wert eingestellt ist. Hierbei liegt die Wellenlänge
der Lichtwelle in dem Band von 1,5 µm. Der Leistungsindex p
ist durch
p = VπL · α (5)
definiert. Wenn die Mikrowelle und die Lichtwelle in ihrer
Geschwindigkeit übereinstimmen, und wenn der Modulator und
die Signalquelle ebenfalls in ihrer Impendanz übereinstim
men, sind die Steuerspannung Vπ(V) und die elektrische 3dB-
Bandbreite Δf (GHz) durch die folgende Beziehung gegeben.
Vπ/Δf1/2 = p/6,4 (6)
Das heißt, je kleiner das p der Elektrodenstruktur ist, de
sto größer ist das Leistungsverhalten (niedrigere Steuer
spannung, größere Bandbreite), das der Modulator erreichen
kann.
Der Vergleich zwischen Fig. 6(ii) und Fig. 7(ii) zeigt,
daß, unter der Bedingung der Geschwindigkeitsanpassung, der
Wellenwiderstand Z minimal von der Größe der Zwischenelek
trodenlücke G und der Zentralelektrodenbreite W abhängt,
aber ansonsten fast uneingeschränkt durch die Puffer
schichtdicke tb bestimmt wird. Die Steuerspannung VπL wird
ebenfalls minimal durch die Größe der Zentralelektroden
breite W und der Zwischenelektrodenlücke G beeinflußt, aber
wird ansonsten fast uneingeschränkt durch die Puffer
schichtdicke tb bestimmt. Folglich sieht man, daß die Zu
nahme bzw. Vergrößerung von W, eines der Merkmale der vor
liegenden Erfindung, minimalen ungünstigen Einfluß auf die
Kenndaten Z und VπL ausübt.
Gemäß Fig. 6(iii) und (v) und Fig. 7(iii) und (v) hän
gen die Dämpfungskonstante α und der Leistungsindex p stark
von der Zwischenelektrodenlücke G ab, und wenn die Zwische
nelektrodenlücke G breiter bzw. größer wird, nimmt die
Dämpfungskonstante α ab und der Leistungsindex p wird
klein.
Die Verwendung von Fig. 6 ermöglicht es, die struktu
rellen Parameter für eine optische Kontrollvorrichtung zu
bestimmen. Zuerst wird die Pufferschichtdicke tb mittels
Fig. 6(ii) bestimmt, derart, daß der Wellenwiderstand 50 Ω
betragen wird. Für diese vorgegebene Pufferschichtdicke
wird die Zwischenelektrodenlücke G und die Elektrodendicke
tm zum Anpassen der Geschwindigkeit des Lichtes an die Ge
schwindigkeit der Mikrowelle mittels Fig. 6(i) bestimmt.
Wie oben festgestellt, wird der Leistungsindex p klein,
wenn die Zwischenelektrodenlücke G breiter wird, und ein
kleineres p wird bevorzugt. Jedoch besitzt die Größe der
Zwischenelektrodenlücke G Grenzen, die durch die Breite W
der Zentralelektrode bestimmt werden. Das heißt, die Ein
schränkungen bei der Herstellung bzw. Produktion beschrän
ken das Verhältnis der Elektrodendicke tm zu der Zentrale
lektrodendicke W (Höhe/Breite-Verhältnis) auf 3 bis 4. So
mit ist die obere Grenze für die Elektrodendicke tm festge
setzt, wobei die oberer Grenze für die Zwischenelektroden
lücke G ebenfalls festgesetzt bzw. bestimmt ist, wenn die
Dicke der Pufferschicht fixiert ist (Fig. 6(i)).
Fig. 6 zeigt die Ergebnisse, die man für eine Berech
nung erhält, wenn die Breite W der Zentralelektrode 16 µm
beträgt. Bei einem Höhe/Breite-Verhältnis von 3,75 kommt
die Elektrodendicke tm auf 60 µm. Für den Wellenwiderstand
Z von 50 Ω beträgt die Pufferschichtdicke tb 1 µm. Unter
diesen Bedingungen zeigt Fig. 6(iii) und (v), daß die Dämp
fungskonstante α und der Leistungsindex p bei der Zwischen
elektrodenlücke von 70 µm 0,1 dB/cm bzw. 1,0 betragen.
Fig. 7 zeigt die Ergebnisse mit einer Zentralelektro
denbreite von 8 µm. Die Dämpfungskonstante α und der Lei
stungsindex p, die bei demselben Höhe/Breite-Verhältnis er
halten werden, betragen 0,23 dB/cm bzw. 2,5. In der in
Fig. 6 gezeigten Ausführungsform (Zentralelektrodenbreite
16 µm) wurde folglich eine mehr als zweifache Verbesserung
im Leistungsindex erreicht, verglichen mit der Ausführungs
form mit der Zentralelektrodenbreite von 8 µm. Als ein Er
gebnis war die Betriebsbandbreite mehr als viermal so
breit.
Fig. 6 zeigt die Ergebnisse mit der Zentralelektroden
breite W von 16 µm. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann W
bis zu einem Grad erhöht werden, bei dem die elektrische
Feldstärke im Stegbereich des ferroelektrischen Substrates
direkt unter der Zentralelektrode nicht merklich abnimmt
(die Größe von VπL kaum variiert). Folglich können die Ef
fekte der vorliegenden Erfindung erhalten werden, falls die
Zentralelektrodenbreite W so eingestellt wird, daß sie in
nerhalb des Bereiches von ungefähr 10 µm bis ungefähr
100 µm fällt, indem man sich entsprechend der Erfindung auf
die Bestandsmaterialien des Modulators und die Größe von G
stützt.
Im Bezug auf die Zentralelektroden-Erdungselektroden-
Lücke G wird der Parameter p desto kleiner je größer der
Wert von G wird. Jedoch ist der Wert von G durch das Hö
he/Breite-Verhältnis begrenzt. Zusätzlich sollte man in Be
tracht ziehen, daß ein Wert von G, der größer als notwendig
ist, die Mikrowelleneigenschaften aufgrund der Frequenzdis
persion nachteilig beeinflussen kann. Das heißt, es sollte
in Betracht gezogen werden, eine hinreichend kleinere Ab
messung zu wählen als die Wellenlänge des Mikrowellensig
nals, entsprechend der oberen Grenze der Betriebsfrequenz,
so daß ihr Einfluß verringert werden wird. In der Tat wird
G auf ungefähr 10 bis 1000 µm eingestellt. Im Bezug auf die
Dicke tm der Modulationselektrode werden die Merkmale bzw.
Kenndaten um so wünschenswerter je größer tm wird. Vorzugs
weise bzw. vorteilhafterweise wird die Elektrodendicke tm
so eingestellt bzw. gewählt, daß sie gleich oder größer als
die Breite der Zentralelektrode ist (tm<∼W). Die Dicke tb
der Pufferschicht wird hauptsächlich in Abhängigkeit von
der Begrenzung der Größe des Wellenwiderstandes eingestellt
bzw. gewählt. Unter Berücksichtigung der Herstellbarkeit
des Modulators, der Ausbreitungsdämpfung des optischen Wel
lenleiters, der Stabilität der Kenndaten bzw. Eigenschaften
oder der Steuerspannung, beträgt tb = 0,1 bis 10 µm.
Die Steggestalt des LiNbO₃ ist konkret für tr = 3 µm
und wr = 9 µm beschrieben worden. Bei dem optischen Modula
tor der vorliegenden Erfindung können jedoch die Stegabmes
sungen normalerweise auch auf tr = 1 bis 10 µm und wr = 5
bis 20 µm eingestellt bzw. gesetzt werden, wie in dem her
kömmlichen Beispiel von Fig. 1 und 2, angesichts des Ef
fekts der Erniedrigung der VπL-Eigenschaft, der Mikrowel
leneigenschaft, der Einfachheit des LiNbO₃-Ätzschrittes,
der optischen Wellenleiterbreite wo und der optischen Aus
breitungsdämpfung.
In Fig. 6 ist der Effekt des Verringerns des Leitungs
verlustes gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben wor
den, aber der Effekt, wie er in Fig. 5 erklärt wurde, ist
natürlicherweise in Fig. 6 gegeben. Bei den herkömmlichen
Beispiel, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, variieren der
Wellenwiderstand Z, der effektive Index nm und die Steuer
spannung VπL entsprechend kleiner Änderungen in der Zentra
lelektrodenbreite W in großem Ausmaß, woraus sich große Va
riationen in den Kenndaten bzw. Eigenschaften der Produkte
ergeben. Indem man jedoch die Zentralelektrodenbreite W so
einstellt, daß sie größer als die Stegbreite wr ist (d. h.,
auf 9 µm oder mehr), kann die Größe der Änderung einer je
den charakteristischen Eigenschaft entsprechend einer Ände
rung in der Zentralelektrodenbreite W verringert werden,
und die Variationen bei den Produkten kann auf ein Minimum
begrenzt werden.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstel
lung eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden Er
findung (Fig. 8(e)). (a) Zuerst werden, wie bei dem her
kömmlichen bzw. konventionellen Beispiel, Kerne 802, die
optische Wellenleiter vom Mach-Zehnder-Typ bilden, auf der
Oberfläche eines LN-Substrates 801 mittels Ti-Diffusion
ausgebildet. Weiterhin wird jene Oberfläche des LN-Substra
tes, die die Kerne 802 dieser optischen Wellenleiter um
gibt, geätzt, um Stege auszubilden. (b) Eine Pufferschicht 803
wird auf der LN-Oberfläche mit einer Dicke tb ausgebil
det. (c) Ein Material 806, wie zum Beispiel ein Fotolack
oder Polyimid, wird auf der Oberfläche des LN-Substrates
ausgebildet, um sie zu glätten bzw. glatt zu machen. (d)
Dann wird das Material 806 über die ganze LN-Oberfläche
hinweg gleichförmig geätzt, bis die Oberfläche der Puffer
schicht 803 bei den Stegbereichen freigelegt ist. Dann wird
eine Metallschicht 807, die eine gute Adhäsion in Bezug auf
die Pufferschicht 803 aufweist, mittels Abscheidung oder
ähnlichem ausgebildet. Weiter wird ein Muster 808 aus einer
Schutzschicht für die Bildung von Elektroden auf der Me
tallschicht 807 ausgebildet, und dicke Schichtelektroden
804, 805 werden mittels Elektroplattieren oder ähnlichem
ausgebildet. (e) Die Schutzschicht 808 und die Metall
schicht 807 zwischen der Zentralelektrode 804 und der Er
dungselektrode 805 werden entfernt, und das Material 806
wird ebenfalls entfernt, um einen optischen Modulator gemäß
der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Fig. 8 zeigt
ein Beispiel für Elektrodenbildung mittels Plattieren. Es
ist jedoch offensichtlich, daß andere Verfahren verwendet
werden können, wie zum Beispiel mechanische Beschichtung
von Drähten, oder verschiedene Ausbildungstechniken für
dicke Schichtelektroden, einschließlich Herstellungstechni
ken für Schaltungsplatinen. Die optische Regelvorrichtung
der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls hergestellt wer
den, indem man verschiedene fotolithographische Technolo
gien oder Schichtbildungstechniken mit dem Prozeß von Fig.
8 kombiniert oder zu diesem hinzufügt.
Fig. 9 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausfüh
rungsform eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Stegbereiche werden so ausgebildet, daß sie
in einem Material 909 mit einer niedrigen dielektrischen
Konstante eingebettet sind. Das Bezugszeichen 903 bezeich
net eine Pufferschicht. Da die dielektrische Konstante des
dielektrischen Materials 909 kleiner ist als die dielektri
sche Konstante eines LN-Substrates 901, können die Effekte
der vorliegenden Erfindung wie in den Ausführungsformen von
Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 8(e) erhalten werden. Die Elektro
den 904, 905 können aus zwei oder mehr Schichten mittels
Verwendung eine Vielzahl von Schritten während der Elektro
denschichtbildung ausgebildet werden, um diese Elektroden
zu effektiven dicken Schichten auszubilden. Weiterhin wer
den die Elektroden, wie in der Zeichnung gezeigt, positiv
geformt, wie invertierte Trapeze, um die elektrische Ver
bindung zwischen der Zentralelektrode 904 und den Erdungse
lektroden 905 zu erhöhen. Dies bringt den Vorteil mit sich,
daß die Elektrodendicke tm im Vergleich zu der Gestalt ei
ner Elektrode, die rechteckig ist, relativ klein gemacht
werden kann.
In Fig. 9 ist ein optischer Wellenleiter 902 unmittel
bar unter der Erdungselektrode 905 in der Stegstruktur ent
halten, die verschieden von jener der Ausführungsform von
Fig. 3 ist. Jedoch ist die elektrische Feldstärke der
Mikrowelle in einem Teilbereich eines Kernes 902 des opti
schen Wellenleiters unmittelbar unter der Zentralelektrode
904 viel größer als die elektrische Feldstärke auf der
Seite der Erdungselektrode 905. Folglich können Effekte
vergleichbar zu den in den Fig. 5 und 6 gezeigten Merkmalen
bzw. Kenndaten wie in Fig. 4 erhalten werden.
Im Gegensatz zu der Pufferschicht des herkömmlichen op
tischen Modulators kommen die Teilbereiche der Puffer
schicht 903, die auf dem Material 909 mit der niedrigen
dielektrischen Konstante lokalisiert sind, mit dem Substrat
901 nicht in Kontakt. Folglich unterscheiden sich die Teil
bereiche der Pufferschicht 903 in ihren Eigenschaften von
der Pufferschicht des herkömmlichen optischen Modulators.
Und zwar kann in Betracht gezogen werden, daß es keine
Schicht in den Räumen der Teilbereiche des optischen Modu
lators dieser Ausführungsform gibt, die der Pufferschicht
des herkömmlichen optischen Modulators entspricht. Folglich
kann der optische Modulator dieser Ausführungsform einen
optischen Modulator aufweisen, der keine Pufferschicht zwi
schen einer Zentralelektrode und Erdungselektroden auf
weist, und die Zentralelektrode kann breit ausgebildet
sein.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausfüh
rungsform eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden
Erfindung. Um große effektive Elektrodendicken wie in der
Ausführungsform von Fig. 9 auszubilden, werden die Elektro
den in einer Vielzahl von Schichten ausgebildet. Die erste
Schicht 1007, die an eine Pufferschicht 1003 angrenzt, wird
mittels, beispielsweise, Vakuumverdampfung oder Beschichten
durch Vakuumzerstäubung ausgebildet und besteht aus einer
Metallschicht mit einem niedrigen Widerstand, wo notwendig,
über einer metallischen Schicht, die eine gute Adhäsion in
Bezug auf die Pufferschicht 1003 aufweist. Die zweiten und
weiteren Schichten können wie in Fig. 9 ausgebildet sein.
Die Breite W der ersten Metallschicht 1007 kann, wo notwen
dig, größer sein als die Stegbreite wr. Falls zusätzlich
die Dicke tm1 der ersten Schicht 1007 auf ungefähr 1 µm
eingestellt wird, kann eine optische Regelvorrichtung auf
der Grundlage des Prinzips der vorliegenden Erfindung mit
einer niedrigen Spannung und einer breiten Bandbreite rea
lisiert werden.
Solche einen Mehrfach-Schichtenstruktur macht die Dicke
der entsprechenden Schichten klein. Folglich können die Ab
messungen der Elektroden präzise gemacht bzw. eingestellt
werden, so daß eine optische Modulationsvorrichtung wie
entworfen erreicht werden kann. Die Breite der ersten Elek
trodenschicht, die die Pufferschicht kontaktiert, beein
flußt insbesondere die Eigenschaften bzw. Kenndaten der
Vorrichtung in großem Ausmaß. Die präzisen Abmessungen der
ersten Elektrodenschicht sind folglich in hohem Ausmaß wir
kungsvoll.
Fig. 11 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausfüh
rungsform eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden
Erfindung. In einem LN-Substrat 1101 sind Stege ausgebil
det, und in den Stegbereichen sind Kerne 1102 optischer
Wellenleiter ausgebildet. Diese Ausführungsform besteht aus
einer Struktur, bei der ein Dielektrikum 1109 bei einer
Lücke zwischen einer Zentralelektrode 1104 und einer Er
dungselektrode 1105 entfernt worden ist. Dies bedeutet, daß
das Dielektrikum 1109 durch Luft mit einer niedrigen die
lektrischen Konstante ersetzt worden ist. Folglich kann die
effektive dielektrische Konstante der Mikrowellenelektrode
relativ klein gemacht werden, und die Elektrodendicke tm,
die erforderlich ist, um die Bedingungen der Geschwindig
keitsanpassung zu erfüllen, kann relativ klein gemacht wer
den. Normalerweise ist die Erdungselektrode 1105 viel grö
ßer im Bezug auf die Breite der Zentralelektrode 1104.
Folglich ist, wie in der Zeichnung gezeigt, selbst wenn die
Erdungselektrodendicke tm, viel kleiner als die Zentral
elektrodendicke tm ist, der Einfluß auf die Stärke der
elektrischen Verbindung zwischen der Zentralelektrode 1104
und der Erdungselektrode 1105 minimal. Folglich können die
Effekte der vorliegenden Erfindung auf ähnliche Weise er
halten werden. Selbst wenn die Erdungselektrode tm, kleiner
oder größer als tm ist, wird es genügen, eine Vorrichtungs
struktur gemäß der vorliegenden Erfindung in Übereinstim
mung mit der Dicke tm zu entwerfen.
Fig. 12 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausfüh
rungsform eines optischen LiNbO₃-Hochgeschwindigkeitsinten
sitätsmodulators gemäß der vorliegenden Erfindung, der
asymmetrische komplanare Streifenleitungs-Wellenleiter
1204, 1205 als Modulationselektroden verwendet. Das Bezugs
zeichen 1201 bezeichnet ein LN-Substrat und das Bezugszei
chen 1202 bezeichnet eine Kern eine optischen Wellenlei
ters, und das Bezugszeichen 1209 bezeichnet ein Dielektri
kum. In diesem Fall kann ebenfalls eine Modulatorkonstruk
tion verwendet werden, bei der die Breite W der Zentral
elektrode 1204 der Modulationselektroden so gewählt bzw.
eingestellt ist, daß sie größer als die Stegbreite wr ist,
wobei die Lücke G zwischen der Zentralelektrode 1204 und
der Erdungselektrode 1205, die Dicke tb einer Pufferschicht
1203, die Stegtiefe tr und die Elektrodendicke tm so einge
stellt werden, daß Geschwindigkeitsanpassung zwischen dem
Licht und der Mikrowelle erreicht wird, und wobei der Wel
lenwiderstand Z auf eine geeignete Größe (zum Beispiel
Z = 50 Ω) eingestellt wird, unter Anwendung desselben
Prinzips wie in der Ausführungsform von Fig. 3. Diese Kon
struktion bzw. Anordnung macht es möglich, die Mikrowellen
dämpfung der Elektrode viel kleiner als in dem herkömmli
chen Beispiel zu machen, und eine niedrige Steuerspannung,
eine große Bandbreite und einen optischen Modulator mit ho
hem Leistungsverhalten zu realisieren.
In der Konstruktion der Ausführungsform 7, selbst wenn
symmetrische complanare Streifenleitungs-Wellenleiter, oder
verschiedene Mikrowellen-Streifenleitungs-Wellenleiter, wie
zum Beispiel Mikrostreifenleitungs-Wellenleiter, die eine
Streifenelektrode 1304 und, wie in Fig. 13 gezeigt, eine
Erdungselektrode 1305 aufweisen, als die Modulationselektro
den verwendet werden, werden dieselben Effekte klarerweise
produziert. In Fig. 13 bezeichnet das Bezugszeichen 1301
ein LN-Substrat, und das Bezugszeichen 1302 bezeichnet eine
Kern eines optischen Wellenleiters, und das Bezugszeichen
1303 bezeichnet eine Pufferschicht. In dieser Anordnung
bzw. Struktur können zwei Zentralelektroden 1304 mittels
einer Mikrowellensignalquelle angesteuert werden, und folg
lich kann die in Fig. 13 gezeigte Vorrichtung, beispiels
weise, im Gegentakt betrieben oder ternär-moduliert werden.
Fig. 14 ist eine Ausführungsform eines optischen Inten
sitätsmodulators vom Mach-Zehnder-Typ gemäß der vorliegen
den Erfindung, der ein z-Achsenschnitt(Kristallachsen
schnitt)-LN-Substrat und komplanare Streifenleitungs-
Wellenleiterelektroden verwendet, wobei eine zentraler
Teilbereich des Modulators als Querschnittsansicht gezeigt
ist. Ein LN-Substrat 1401 wird mit einer Stegstruktur mit
tels Ätzen der Oberfläche des LN-Substrates in der Nachbar
schaft von Kernen 1402 optischer Wellenleiter beaufschlagt.
Eine Zentralelektrode 1404 der Steuerelektroden ist über
dem Kern 1402 eines der optischen Wellenleiter bereitge
stellt, während Erdungselektroden 1405 bereitgestellt sind,
um die Zentralelektrode zwischen sich einzuschließen. Die
Stegseitenbreite W der Zentralelektrode 1404 der Steuer
elektroden ist so ausgebildet, daß sie größer ist als die
Breite wo des Kernes 1402 des optischen Wellenleiters, der
direkt bzw. unmittelbar darunter lokalisiert ist. Die Er
dungselektrode 1405 der Steuerelektroden ist so ausgebil
det, daß sie den Kern des anderen optischen Wellenleiters,
der unmittelbar darunter lokalisiert ist, vollständig be
deckt. Die Lücke G zwischen der Zentralelektrode 1404 und
der Erdungselektrode 1405, die Dicke tb der Pufferschicht
1403, die Stegtiefe tr und die Elektrodendicke tm wird so
ausgebildet, daß die Geschwindigkeitsanpassung zwischen dem
Licht und der Mikrowelle sichergestellt wird, daß der Wel
lenwiderstand Z eine geeignete Größe (beispielsweise
Z = 50 Ω) für seine Anpassung mit der Impendanz des exter
nen Schaltkreises aufweist, und daß ferner der Leitungs
verlust (Dämpfungskonstante (α) der Elektrode klein gemacht
wird.
Der optische Intensitätsmodulator von Fig. 14 wird mit
tels desselben Verfahrens wie in dem herkömmlichen Beispiel
der Fig. 1 und 2 hergestellt, obwohl er nicht darauf be
schränkt ist. Die Querschnittsgestalten der Zentralelektro
de 1404 und der Erdungselektrode 1405 in Fig. 14 sind sche
matisch gezeigt, und dies bedeutet nicht, daß die Quer
schnittsgestalt der Zentralelektrode 1404, beispielsweise,
rechteckig sein sollte. Die Querschnittsgestalt der Zen
tralelektrode 1404 kann invertiert-trapezförmig wie in den
Fig. 1 und 2 sein, oder kann trapezförmig sein, solange wie
die Breite W der Zentralelektrode an der Seite des opti
schen Wellenleiters größer ist als die Breite wo des opti
schen Wellenleiters.
Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren
Ausführungsform eine optischen Modulators gemäß der vorlie
genden Erfindung. Eine Pufferschicht 1503 ist so ausgebil
det, daß sie flach ist, um so ein LN-Substrat 1501 mit ei
ner Stegstruktur zu bedecken. Eine Zentralelektrode 1504
ist in der Gestalt eines Trapezes ausgebildet, bei dem die
Breite W′ seiner oberen Seite verschieden von seiner Breite
W an der Seite der Pufferschicht ist. Die Breite W der Zen
tralelektrode 1504 an der Seite, wo die Zentralelektrode
1504 die Pufferschicht 1503 kontaktiert, ist größer als die
Breite wo eines Kernes 1502 eines optischen Wellenleiters.
Die Lücken G, G′ zwischen der Zentralelektrode 1504 und der
Erdungselektrode 1505, die Dicke tb der Pufferschicht 1503
auf dem Steg, die Tiefe tr des Steges und die Dicke tm der
Elektrode sind so ausgebildet, daß die Geschwindigkeitsan
passung zwischen dem Licht und der Mikrowelle sicherge
stellt wird, und daß der Wellenwiderstand Z, beispielswei
se, Z = 50 Ω wird, wie in der Ausführungsform von Fig.
14.
Fig. 16 ist ein Diagramm, um das Prinzip und die Ef
fekte der vorliegenden Erfindung durch ein Beispiel zu ver
anschaulichen, bei dem die Beziehungen zwischen der Breite
W der Zentralelektrode und den Mikrowellenmerkmalen bzw.
Mikrowellenkenndaten (Wellenwiderstand Z, effektiver Mikro
wellenindex nm, Dämpfungskonstante (α) ebenso wie die Steu
erspannung VπL einer Elektrodeneinheitslänge der Modulati
onselektroden mittels des quasistatischen Näherungsverfah
rens berechnet wurden.
Fig. 16 zeigt die Merkmale bzw. Kenndaten einer Elek
trodenstruktur der Ausführungsform von Fig. 14, die die
folgenden Abmessungen aufweist: W + G = 33 µm (fixierter
Wert), Dicke der Pufferschicht (SiO₂) tb = 1.0 µm, Elektro
dendicke tm = 20 µm, Stegtiefe tr = 3 µm, Stegbreite
wr = 9 µm und optische Wellenleiterbreite wo = 7 µm. In
dieser Ausführungsform, anders als bei der Ausführungsform
2, ist W + G konstant, und je größer die Zentralelektroden
breite W gewählt wird, desto kleiner wird die Zwischenelek
trodenlücke G. Fig. 16 zeigt, daß, wenn die Zentralelek
trodenbreite W kleiner als 7 µm wird, die Steuerspannung
VπL stark zunimmt. Der Wellenwiderstand Z und der effektive
Mikrowellenindex nm verändern sich ebenfalls radikal, wenn
W kleiner wird. Folglich verändern sich die verschiedenen
Eigenschaften bzw. Merkmale deutlich bzw. ausgeprägt in Re
aktion auf kleine Änderungen in der Zentralelektrodenbreite
W, was zu der Verschlechterung der Frequenzeigenschaften
führt. Jedoch verringert eine auf mehr als 7 µm einge
stellte Zentralelektrodenbreite W die Steuerspannung VπL.
Wenn die Zentralelektrodenbreite W größer ist als die Steg
breite wr (9 µm), wird die Größe der Änderungen bei den
verschiedenen Kenndaten entsprechend den Änderungen in der
Zentralelektrodenbreite W besonders klein. Folglich sieht
man, daß die Variationen in den Eigenschaften bzw. Kennda
ten der Produkte reduziert werden können, wenn die Varia
tionen in der Zentralelektrodenbreite W dieselben wie bei
dem herkömmlichen Beispiel sind. Obwohl die Größe der Ände
rung bei der Mikrowellendämpfungskonstante α etwas größer
ist, sind die Einflüsse der Änderung von α auf die Modula
toreigenschaften (Frequenzkenndaten, 3 dB Bandbreite) mini
mal, und verursachen somit in der Praxis keine Probleme.
Fig. 17 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausfüh
rungsform eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden
Erfindung. Kerne 1702 optischer Wellenleiter sind in den
Stegbereichen eines LN-Substrates 1701 ausgebildet. Die
Zentralelektrodenbreite W der Elektroden ist so ausgebil
det, daß sie größer ist als die Breite des Kerns 1702 des
optischen Wellenleiters, und die seitlichen Oberflächenbe
reiche der Elektroden 1704, 1705 sind so ausgebildet, daß
sie über die seitlichen Oberflächen einer Pufferschicht
1703 hinausragen. Die dielektrische Konstante der Luft, die
zwischen der Zentralelektrode 1704 und der Erdungselektrode
1705 lokalisiert ist, ist kleiner als die dielektrischen
Konstanten der Pufferschicht 1703 und des LN-Substrates
1701, so daß die Breite ws des Vorsprungs der Elektrode,
der über die Pufferschicht 1703 hinausragt, einen minimalen
Einfluß auf die verschiedenen Eigenschaften bzw. Kenndaten
ausübt. Daher ist die vorliegende Ausführungsform dadurch
gekennzeichnet, daß die Variationen in den Kenndaten, die
auf Änderungen in der Zentralelektrodenbreite W ansprechen,
viel kleiner als in den Ausführungsformen der Fig. 14
und 15 werden.
Fig. 18 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausfüh
rungsform eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden
Erfindung, der asymmetrische komplanare Streifenleitungs-
Wellenleiter als Modulationselektroden verwendet. Eine Puf
ferschicht 1803 bedeckt die Oberfläche eines LN-Substrates
1801 entlang auf dem Substrat ausgebildeter Stege. Eine Er
dungselektrode 1805 ist auf einem Kern 1802 eines optischen
Wellenleiters und der Pufferschicht 1803 an der Seite die
ses optischen Wellenleiters bereitgestellt. In diesem Fall
werden ebenfalls die Effekte der vorliegenden Erfindung
hervorgerufen, wenigstens dadurch, daß man die Breite W ei
ner Zentralelektrode 1804 größer als die Breite des Kerns
1802 des optischen Wellenleiters macht. Auf ähnliche Weise
können dieselben Effekte erhalten werden, indem man ver
schiedene Mikrowellen-Streifenleitungs-Wellenleiter als Mo
dulationselektroden verwendet, wie z. B. symmetrische kom
planare Streifenleitungs-Wellenleiter.
Im vorhergehenden wies der Wellenleiter die Kernbreite
wo = 7 µm und Stegbreite wr = 9 µm auf. Wenn diese Abmes
sungen verändert werden, können die Effekte der vorliegen
den Erfindung auf ähnliche Weise erhalten werden, falls die
Größe der Zentralelektrodenbreite W gemäß den veränderten
Abmessungen gewählt bzw. eingestellt wird.
Im vorhergehenden sind das Prinzip, die Effekte und
Wirkungen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf einen optischen Hochgeschwindig
keitsintensitätsmodulators beschrieben worden, der LiNbO₃
als ein elektrooptisches Substrat und SiO₂ als eine Puffer
schicht verwendet. Alternativ können ferroelektrische Mate
rialien wie z. B. LiTaO₃ oder PLZT (lanthandotiertes Blei
zirkonattitanat), Halbleiter oder organische Materialien
als Substrate mit elektrooptischen Effekt verwendet werden,
und ein Dielektrikum mit einer niedrigeren dielektrischen
Konstante als der des Substrates, wie z. B. Al₂O₃, ITO oder
Polyimid, können als eine Pufferschicht verwendet werden.
Weiterhin kann die vorliegende Erfindung selbstverständlich
nicht nur auf optische Intensitätsmodulatoren angewendet
werden, sondern auch auf optische Regelvorrichtungen wie
z. B. optische Phasenmodulatoren, optische Schalter oder Po
larisationsregler, die optische Ausgabe unter Verwendung
elektrischer Signale steuern bzw. regeln.
Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung da
durch gekennzeichnet, daß die Breite der Zentralelektrode
oder Streifenelektrode der Steuerelektroden so gewählt bzw.
eingestellt wird, daß sie größer als die Kernbreite wo des
optischen Wellenleiters ist, vorzugsweise bzw. vorteilhaf
terweise größer als der Mittelwert aus der Kernbreite wo
und der Stegbreite wr in dem optischen Wellenleiter, noch
besser, größer als die Stegbreite wr. Diese Merkmale
verhindern, daß die Eigenschaften bzw. Kenndaten der
Vorrichtung infolge von Änderungen bzw. Schwankungen in den
Abmessungen der Zentralelektrode unstabil werden, und
gestatten es somit der Vorrichtung, die Begrenzungen und
Einschränkungen in Bezug auf die Betriebsbandbreite zu
überwinden, die bei den herkömmlichen bzw. konventionellen
Vorrichtungen vorhanden sind.
Die vorliegende Erfindung ist ausführlich unter Bezug
nahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden,
und es ist klar, daß Änderungen und Modifikationen gemacht
werden könne ohne vom Anwendungsbereich der Erfindung abzu
weichen, und es ist folglich unsere Intention, alle diese
Änderungen und Modifikationen einzuschließen, die in den
Anwendungsbereich Erfindung, wie er durch die beigefügten
Ansprüche definiert wird, fallen.
Claims (17)
1. Optische Regelvorrichtung mit:
einem Substrat mit einem elektrooptischen Effekt und mit darin ausgebildeten Stegen, die optische Wellenleiter aufweisen;
einer auf dem Substrat ausgebildeten Pufferschicht;
und Elektroden, die aus Erdungselektroden, die auf dem Substrat über der Pufferschicht ausgebildet sind, und aus einer Zentralelektrode, die auf dem Steg über der Pufferschicht ausgebildet ist, bestehen;
wobei die Oberfläche der Pufferschicht, die in den Teil bereichen ohne die Stege ausgebildet ist, so ausgebildet ist, daß sie niedriger als die Oberfläche der Puffer schicht ist, die auf den Stegen ausgebildet ist;
und wobei die Breite und Tiefe des Steges, die Dicke der Pufferschicht und die Gestalten und Abmessungen der Elektroden so eingestellt sind, daß die Mikrowellen dämpfung der Elektroden verringert ist, daß die Geschwindigkeit der sich in den Elektroden ausbreitenden Mikrowellen und die Geschwindigkeit des sich durch die optischen Wellenleiter hindurch ausbreitenden Lichtes exakt oder nahezu miteinander übereinstimmen, und daß die Impedanz der Elektroden exakt oder nahezu mit einer erwünschten Impedanz übereinstimmt;
dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zentralelek trode an der Seite, wo die Zentralelektrode die Puffer schicht kontaktiert, größer ist als die Breite des Kerns des optischen Wellenleiters.
einem Substrat mit einem elektrooptischen Effekt und mit darin ausgebildeten Stegen, die optische Wellenleiter aufweisen;
einer auf dem Substrat ausgebildeten Pufferschicht;
und Elektroden, die aus Erdungselektroden, die auf dem Substrat über der Pufferschicht ausgebildet sind, und aus einer Zentralelektrode, die auf dem Steg über der Pufferschicht ausgebildet ist, bestehen;
wobei die Oberfläche der Pufferschicht, die in den Teil bereichen ohne die Stege ausgebildet ist, so ausgebildet ist, daß sie niedriger als die Oberfläche der Puffer schicht ist, die auf den Stegen ausgebildet ist;
und wobei die Breite und Tiefe des Steges, die Dicke der Pufferschicht und die Gestalten und Abmessungen der Elektroden so eingestellt sind, daß die Mikrowellen dämpfung der Elektroden verringert ist, daß die Geschwindigkeit der sich in den Elektroden ausbreitenden Mikrowellen und die Geschwindigkeit des sich durch die optischen Wellenleiter hindurch ausbreitenden Lichtes exakt oder nahezu miteinander übereinstimmen, und daß die Impedanz der Elektroden exakt oder nahezu mit einer erwünschten Impedanz übereinstimmt;
dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zentralelek trode an der Seite, wo die Zentralelektrode die Puffer schicht kontaktiert, größer ist als die Breite des Kerns des optischen Wellenleiters.
2. Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die erwünschte Impedanz der Wellen
widerstand eines externen Schaltkreises ist.
3. Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß die Breite der Zentralelektro
de an der Seite, wo die Zentralelektrode die Puffer
schicht kontaktiert, größer ist als der Mittelwert aus
der Breite des Kerns in dem optischen Wellenleiter und
der Breite des Steges.
4. Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Breite der Zentralelektrode an der
Seite, wo die Zentralelektrode die Pufferschicht kontak
tiert, größer ist als die Breite des Steges.
5. Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Oberfläche der Pufferschicht un
mittelbar unter der Zentralelektrode flach ist.
6. Optische Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralelektrode aus
einer Vielzahl von Schichten gebildet ist.
7. Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß von der Vielzahl der Schichten die
Schicht in Kontakt mit der Pufferschicht eine Dicke von
1 µm oder weniger aufweist.
8. Optische Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zentralelek
trode und den Erdungselektroden ein Bereich ohne die
Pufferschicht bereitgestellt ist.
9. Optische Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Regelvor
richtung ein optischer Intensitätsmodulator vom Mach-
Zehnder-Typ ist.
10. Optische Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus
LiNbO₃, LiTaO₃ oder PLZT besteht.
11. Optische Regelvorrichtung mit:
einem Substrat mit einem elektrooptischen Effekt und mit darin ausgebildeten Stegen, die optische Wellenleiter aufweisen,
einer auf der Oberfläche des Substrates ausgebildeten Pufferschicht;
und Elektroden, die aus einer Streifenelektrode, die auf dem Steg über der Pufferschicht ausgebildet ist, und aus Erdungselektroden, die auf der Rückseite des Substrates ausgebildet sind, bestehen;
wobei die Oberfläche der Pufferschicht, die in den Teil bereichen ohne die Stege ausgebildet ist, so ausgebildet ist, daß sie niedriger ist als die Oberfläche der Puf ferschicht, die auf den Stegen ausgebildet ist;
und wobei die Breite und Tiefe des Steges, die Dicke der Pufferschicht und die Gestalten und Abmessungen der Elektroden so eingestellt sind, daß die Mikrowellen dämpfung der Elektroden verringert ist, daß die Geschwindigkeit der sich in den Elektroden ausbreitenden Mikrowellen und die Geschwindigkeit des sich durch die optischen Wellenleiter hindurch ausbreitenden Lichtes exakt oder nahezu miteinander übereinstimmen, und daß die Impedanz der Elektroden exakt oder nahezu mit einer erwünschten Impedanz übereinstimmt;
dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Streifen elektrode an der Seite, wo die Streifenelektrode die Pufferschicht kontaktiert, größer ist als die Breite des Kerns des optischen Wellenleiters.
einem Substrat mit einem elektrooptischen Effekt und mit darin ausgebildeten Stegen, die optische Wellenleiter aufweisen,
einer auf der Oberfläche des Substrates ausgebildeten Pufferschicht;
und Elektroden, die aus einer Streifenelektrode, die auf dem Steg über der Pufferschicht ausgebildet ist, und aus Erdungselektroden, die auf der Rückseite des Substrates ausgebildet sind, bestehen;
wobei die Oberfläche der Pufferschicht, die in den Teil bereichen ohne die Stege ausgebildet ist, so ausgebildet ist, daß sie niedriger ist als die Oberfläche der Puf ferschicht, die auf den Stegen ausgebildet ist;
und wobei die Breite und Tiefe des Steges, die Dicke der Pufferschicht und die Gestalten und Abmessungen der Elektroden so eingestellt sind, daß die Mikrowellen dämpfung der Elektroden verringert ist, daß die Geschwindigkeit der sich in den Elektroden ausbreitenden Mikrowellen und die Geschwindigkeit des sich durch die optischen Wellenleiter hindurch ausbreitenden Lichtes exakt oder nahezu miteinander übereinstimmen, und daß die Impedanz der Elektroden exakt oder nahezu mit einer erwünschten Impedanz übereinstimmt;
dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Streifen elektrode an der Seite, wo die Streifenelektrode die Pufferschicht kontaktiert, größer ist als die Breite des Kerns des optischen Wellenleiters.
12. Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die erwünschte Impedanz der Wellen
widerstand eines externen Schaltkreises ist.
13. Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Streifen
elektrode an der Seite, wo die Streifenelektrode die
Pufferschicht kontaktiert, größer ist als der Mittelwert
aus der Breite des Kernes und der Breite des Steges in
dem optischen Wellenleiter.
14. Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Breite der Streifenelektrode an
der Seite, wo die Streifenelektrode die Pufferschicht
kontaktiert, größer ist als die Breite des Steges.
15. Optische Regelvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Pufferschicht un
mittelbar unter der Streifenelektrode flach ist.
16. Optische Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 11
bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Regel
vorrichtung ein optischer Intensitätsmodulator vom Mach-
Zehnder-Typ ist.
17. Optische Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 11
bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus
LiNbO₃, LiTaO₃ oder PLZT besteht.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: NOGUCHI, KAZUTO, ATSUGI, KANAGAWA, JP Inventor name: MIYAZAWA, HIROSHI, ISEHARA, KANAGAWA, JP Inventor name: MITOMI, OSAMU, ISEHARA, KANAGAWA, JP |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140603 |