-
(Technischer Bereich)
-
Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Lichtwellenleiterelement, insbesondere
auf ein Lichtwellenleiterelement, das für einen optischen Hochgeschwindigkeits-Modulator
in einem Hochgeschwindigkeits- und Großraumsystem für die Kommunikation über Lichtleitfasern
geeignet ist.
-
(Hintergrund der Erfindung)
-
Mit
dem neuesten Fortschritt eines Hochgeschwindigkeits- und Großraumsystems
die Kommunikation über
Lichtleitfasern hat sich ein optischer Hochgeschwindigkeits-Modulator
weit verbreitet, der aus einem Lichtwellenleiterelement besteht
und der ein typisches Beispiel für
einen externen Modulator darstellt. Solch ein Lichtwellenleiter-Modulator
ist folgendermaßen
aufgebaut.
-
1 ist
eine Querschnittansicht, die schematisch ein Lichtwellenleiterelement
zeigt, das in einem herkömmlichen
Hochgeschwindigkeits-Modulator verwendet wird. 2 ist
eine Querschnittansicht, die schematisch ein weiteres Lichtwellenleiterelement
zeigt, das in einem herkömmlichen
Hochgeschwindigkeits-Modulator verwendet wird.
-
Ein
in 1 beschriebenes Lichtwellenleiterelement 10 beinhaltet
ein Substrat 1, das aus einem Z-Schnitt-Einkristall mit
elektro-optischem Effekt gefertigt ist, und eine Pufferschicht 2,
die auf dem Substrat 1 ausgebildet ist. Darüber hinaus
weist der optische Modulator 10 einen ersten und einen
zweiten verzweigten Lichtwellenleiter 3-1 und 3-2 auf
dem Substrat 1 auf, die durch ein Titan-Inter-Diffusionsverfahren
oder Ähnliches
ausgebildet werden. Die Lichtwellenleiter 3-1 und 3-2 werden
paarweise gefertigt, um einen Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter aufzubauen.
-
Darüber hinaus
ist an der Pufferschicht 2 eine Signalelektrode vorhanden,
um durch den ersten verzweigten Lichtwellenleiter 3-1 ein
Modulationssignal auf eine Lichtwelle anzuwenden, und es sind Erdungselektroden 5-1 und 5-2 vorhanden. Dann
wird in diesem Fall bei der Fertigung des Substrats 1 aus
einem Z-Schnitt-Einkristall, die Signalelektrode 4 unmittelbar
an dem ersten Lichtwellenleiter 3-1 angeordnet. Die Erdungselektroden 5-1 und 5-2 dienen
als der Signalelektrode 4 entgegengesetzte Elektroden,
und sind so nahe wie möglich
bei der Signalelektrode 4 angeordnet, so dass die Gesamtimpedanz
auf die 50 Ω der
externen Impedanz abgestimmt wird, und die Steuerspannung wird verringert.
-
Ein
in 2 beschriebenes Lichtwellenleiterelement 20 beinhaltet
ein Substrat 11, das aus einem Z-Schnitt-Einkristall mit
elektro-optischem Effekt gefertigt ist, und eine Pufferschicht 12,
die auf dem Substrat 11 ausgebildet ist. Darüber hinaus
weist das Lichtwellenleiterelement 20, ähnlich wie das Lichtwellenleiterelement 10,
einen ersten und einen zweiten verzweigten Lichtwellenleiter 13-1 und 13-2 auf, um
einen Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter auf zubauen. Darüber hinaus
sind an der Pufferschicht 12 eine Signalelektrode 14 und
Erdungselektroden 15-1 und 15-2 vorhanden.
-
In
diesem Fall ist der verzweigte Lichtwellenleiter 13-2 unmittelbar
unter der Erdungselektrode 15-2 angeordnet, um so durch
den Lichtwellenleiter 13-2 ein Chirp auf die Lichtwelle
anzuwenden. Die Erdungselektroden 15-1 und 15-2 dienen,
wie oben erwähnt,
als der Signalelektrode entgegengesetzte Elektroden.
-
In
den in 1 und 2 gezeigten Lichtwellenleiterelementen 10 und 20 wird
eine vorgegebene Halbwellenlängen-Spannung
an den Signalelektroden 4 und 14 angelegt, um
die Phasen der Lichtwellen durch die ersten verzweigten Lichtwellenleiter 3-1 und 13-1 um
n zu den Phasen der Lichtwellen durch die zweiten verzweigten Lichtwellenleiter 3-2 und 13-2 zu
verschieben und dadurch ein optisches Signal, das einem Lichtwellenleiter überlagert ist,
ein- und auszuschalten.
-
Die
Halbwellenlängen-Spannung
wird auf Basis einer Spannungsgröße berechnet,
während die
Phase der Lichtwelle um π von
einem Standard-Arbeitspunkt verschoben wird, der auf der Lichtstärke-Modulationskurve
des Lichtwellenleiterelementes vorbestimmt ist.
-
Bei
einem solchen herkömmlichen
Lichtwellenleiterelement, wie es in 1 und 2 gezeigt wird,
kann der Arbeitspunkt jedoch infolge der Veränderung der Umgebungstemperatur
verschoben werden. Deshalb wird die Halbwellenlängen-Spannung von dem vorbestimmten
Wert verschoben, und dadurch kann das Lichtwellenleiterelement nicht
leicht an- und ausgeschaltet werden.
-
In
dem Fall der Verwendung des oben erwähnten Lichtwellenleiterelements
für einen
optischen Modulator eines Hochgeschwindigkeits- und Großraumsystems
für die
Kommunikation über
Lichtleitfasern, kann die hohe Zuverlässigkeit und die hohe Stabilität des Kommunikationssystems über Lichtleitfasern
dementsprechend nicht erfüllt
werden.
-
Das
US-Patent 5.712.933 legt eine Lichtwellenleiter-Vorrichtung für die Modulation
von Lichtwellen offen, die Signale im Mikrowellenbereich verwendet.
Der Lichtwellenleiter ist ein Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter mit
zwei Erdungselektroden und einer Signalelektrode in der oben beschriebenen
Sandwichanordnung, und die verzweigten Lichtwellenleiter sind jeweils
unter der Signalelektrode und der zweiter Erdungselektrode angeordnet.
Um die Vorrichtung weniger empfindlich für Umgebungsveränderungen,
wie Temperaturabweichungen, zu machen, ist in der zweiten Erdungselektrode
parallel zu den Wellenleitern ein Durchgangsloch gefertigt, so dass
dieser Teil der Elektrodenstruktur bezüglich des Wellenleiter-Paares
symmetrisch ist. Da herausgefunden wurde, dass bei einer solchen
Konfiguration die zweiten Erdungselektrode nicht als Erdung für Mikrowellen
fungieren kann, wenn das Durchgangsloch länger ist als die Hälfte der
Wellenlänge
der Mikrowellen, die sich durch die Signalelektrode verbreiten, schlägt
US 5.712.933 eine Vielzahl
von Kontaktbereichen vor, die die zwei Abschnitte der geteilten
zweiten Erdungselektrode verbinden, und die Abstände zwischen ihnen lassen,
die kleiner sind als die Hälfte der
Wellenlänge
des elektrischen Signals in der Signalelektrode. Es wird eine Vielzahl
von Kontaktbereichen offen gelegt, die in dem Durchgangsloch aufgenommen
werden, und die Kontaktbereiche weisen die Form von Antennendrähten auf.
Die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 sind durch dieses Dokument
bekannt.
-
Das
Dokument WO 96/36901 zeigt Beispiele, wie eine Chirp-Steuerung in
einem Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter-Modulator
durch Ersetzen der Elektroden bezüglich der Lichtwellenleiter
erreicht werden kann.
-
(Beschreibung der Erfindung)
-
Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein neuartiges hochzuverlässiges Lichtwellenleiterelement
ohne Arbeitspunktverschiebung bereitzustellen.
-
Um
das obige Ziel zu erreichen, bezieht sich die Erfindung auf ein
Lichtwellenleiterelement (erstes Lichtwellenleiterelement), das
folgendes beinhaltet: ein Substrat, das aus einem Werkstoff mit
elektro-optischem Effekt gefertigt ist; ein Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter,
der an der Hauptfläche
des Substrats ausgebildet ist, und eine Modulationselektrode für die Steuerung
einer Lichtwelle, die durch den Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter führt. Der Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter
beinhaltet einen ersten verzweigten Lichtwellenleiter und einen
zweiten verzweigten Lichtwellenleiter, und die Modulationselektrode
beinhaltet eine Signal elektrode zur Modulation einer Lichtwelle,
die durch den ersten verzweigten Lichtwellenleiter des Mach-Zehnder-Lichtwellenleiters
führt,
und eine Erdungselektrode, die als eine der Signalelektrode entgegengesetzte
Elektrode dient. Die Erdungselektrode besteht aus einer ersten Erdungselektrode
und einer zweiten Erdungselektrode, die sich mit der Signalelektrode
dazwischen gegenüber
liegen. Der erste verzweigte Lichtwellenleiter ist zwischen der
ersten Erdungselektrode und der Signalelektrode angeordnet, und
die zweite verzweigte optische Elektrode ist unter der zweiten Erdungselektrode
angeordnet. Die zweite Erdungselektrode ist in der Längsrichtung
teilweise abgeschnitten und geteilt, um die Modulationselektrode,
die aus der Signalelektrode, der ersten und der zweiten Erdungselektrode
besteht, im Wesentlichen auf der Mittellinie zwischen dem ersten
und zweiten verzweigten Lichtwellenleiter symmetrisch zu gestalten.
Dann wird das Verhältnis
(d2/d1) des Abstandes d2 zwischen der Signalelektrode und dem zweiten
verzweigten Lichtwellenleiter zu dem Abstand d1 zwischen der Signalelektrode
und dem ersten verzweigten Lichtwellenleiter auf 3,5–7,5 festgelegt.
-
Diese
Erfindung bezieht sich auch auf ein Lichtwellenleiterelement (zweites
Lichtwellenleiterelement) das folgendes beinhaltet: ein Substrat,
das aus einem Werkstoff mit elektro-optischem Effekt gefertigt ist; ein
Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter, der an der Hauptfläche des
Substrats ausgebildet ist, und eine Modulationselektrode für die Steuerung
einer Lichtwelle, die durch den Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter führt. Der
Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter
beinhaltet einen ersten verzweigten Lichtwellenleiter und einen
zweiten verzweigten Lichtwellenleiter, und die Modulationselektrode
beinhaltet eine Signalelektrode zur Modulation einer Lichtwelle,
die durch den ersten verzweigten Lichtwellenleiter des Mach-Zehnder-Lichtwellenleiters
führt,
und eine Erdungselektrode, die als eine der Signalelektrode entgegengesetzte
Elektrode dient. Die Erdungselektrode besteht aus einer ersten Erdungselektrode
und einer zweiten Erdungselektrode, die sich mit der Signalelektrode
dazwischen gegenüber
liegen. Der erste verzweigte Lichtwellenleiter ist zwischen der
ersten Erdungselektrode und der Signalelektrode angeordnet, und
die zweite verzweigte optische Elektrode ist unter der zweiten Erdungselektrode
angeordnet. Die zweite Erdungselektrode ist in der Längsrichtung
teilweise abgeschnitten und geteilt, um die Modulationselektrode,
die aus der Signalelektrode, der ersten und der zweiten Erdungselektrode
besteht, im Wesentlichen auf der Mittellinie zwischen dem ersten
und zweiten verzweigten Lichtwellenleiter symmetrisch zu gestalten.
Dann wird das Verhältnis
(Ws/Wg) der Breite Ws der Signalelektrode zu der Breite Wg des Teilabschnitts
der zweiten Erdungselektrode, der sich in der Nähe der Signalelektrode befindet,
auf 0,5–4
festgelegt.
-
Darüber hinaus
bezieht sich diese Erfindung auch auf ein Lichtwellenleiterelement
(drittes Lichtwellenleiterelement) das folgendes beinhaltet: ein Substrat,
das aus einem Werkstoff mit elektro-optischem Effekt gefertigt ist;
ein Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter, der an der Hauptfläche des
Substrats ausgebildet ist, und eine Modulationselektrode für die Steuerung
einer Lichtwelle, die durch den Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter führt. Der Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter
beinhaltet einen ersten verzweigten Lichtwellenleiter und einen
zweiten verzweigten Lichtwellenleiter, und die Modulationselektrode
beinhaltet eine Signalelektrode zur Modulation einer Lichtwelle,
die durch den ersten verzweigten Lichtwellenleiter des Mach-Zehnder-Lichtwellenleiters
führt,
und eine Erdungselektrode, die als eine der Signalelektrode entgegengesetzte
Elektrode dient. Die Erdungselektrode besteht aus einer ersten Erdungselektrode
und einer zweiten Erdungselektrode, die sich mit der Signalelektrode
dazwischen gegenüber
liegen. Der erste verzweigte Lichtwellenleiter ist zwischen der
ersten Erdungselektrode und der Signalelektrode angeordnet, und
die zweite verzweigte optische Elektrode ist unter der zweiten Erdungselektrode
angeordnet. Die zweite Erdungselektrode ist in der Längsrichtung
teilweise abgeschnitten und in drei Abschnitte geteilt, und der
erste Teilabschnitt ist fast auf der Mittellinie zwischen dem ersten und
zweiten verzweigten Lichtwellenleiter angeordnet, und der zweite
und der dritte Teilabschnitt sind in Gestaltung und Abmessung der
Signalelektrode und der ersten Erdungselektrode jeweils fast gleich,
um die Modulationselektrode, die aus der Signalelektrode, der ersten
und der zweiten Erdungs elektrode besteht, im Wesentlichen auf der
Mittellinie zwischen dem ersten und zweiten verzweigten Lichtwellenleiter
symmetrisch zu gestalten. Dann wird die Breite W1 des ersten Teilabschnitts
auf das 0,5–20fache
der Breite Ws der Signalelektrode festgelegt.
-
Die
Erfinder hatten intensiv geforscht, um den Grund der oben erwähnten Arbeitspunktverschiebung
heraus zu finden. Dann achteten sie auf die auf die „Gleichstromdrift" und die „Temperaturdrift", die als die zwei
Arten von Hauptfaktoren für
die Arbeitspunktdrift berechnet wurden und untersuchten aufgrund
der Hauptfaktoren genau die Arbeitspunktverschiebung.
-
Als
ein Ergebnis fanden sie heraus, dass die Arbeitspunktverschiebung
ohne eine Gleichstrom-Vorspannung verursacht wurde, und die Gleichstromdrift
daher nicht zu der Arbeitspunktverschiebung beiträgt. Dann
hatten die Erfinder genau die Arbeitspunktverschiebung aufgrund
der Temperaturdrift untersucht und auf die Konfigurationsunterschiede
der Lichtwellenleiterelemente 10 und 20 um die
ersten verzweigten Lichtwellenleiter 3-1 und 13-1 und
die zweiten verzweigten Lichtwellenleiter 3-2 und 13-2 herum,
geachtet.
-
Als
ein Ergebnis fanden die Erfinder heraus, dass die Arbeitspunktverschiebung
beachtlich verursacht wird, wenn sich die Gestaltungen und Abmessungen
der Signalelektroden 4 und 14 und der Erdungselektroden 5-1, 5-2, 15-1 und 15-2 verändern. Das
heißt,
wenn sich die Gestaltungen und Abmessungen der Signalelektroden
und der Erdungselektroden unterscheiden, werden mit erhöhter Umgebungstemperatur
unterschiedliche mechanischen Spannungen von den Elektroden auf
das Substrat ausgeübt.
Dementsprechend verändert
sich der Brechungsindex um den Lichtwellenleiter herum infolge der
unterschiedlichen mechanischen Spannungen, und der Lichtwellenleiter
leidet unter der Brechungsindex-Veränderung,
wodurch die Arbeitspunktverschiebung verursacht wird.
-
In
dem in 1 gezeigten Lichtwellenleiterelement 10 werden
zum Beispiel jeweils mit erhöhter Umgebungstemperatur
unterschiedliche mechanische Spannungen von den Elektroden auf das
Substrat 1 ausgeübt,
da die Gestaltungen und Abmessungen der Signalelektrode 4 und
der Erdungselektroden 5-1 und 5-2, die als eine „Modulationselektrode" bezeichnet werden,
sich voneinander unterscheiden. Deshalb unterscheidet sich die Brechungsindex-Veränderung
um die Signalelektrode 4 herum von denen um die Erdungselektroden 5-1 und 5-2 herum,
und dadurch leiden die Lichtwellenleiter 3-1 und 3-2 unter
den jeweils unter schiedlichen Brechungsindex-Veränderungen der Elektroden. Dementsprechend
wird in dem Lichtwellenleiterelement 10 die Arbeitspunktverschiebung
infolge der Temperaturdrift verursacht.
-
Nach
diesem Gesichtspunkt haben die Erfinder den Abschnitt hergestellt,
der dem Abstandes W0 zwischen der Erdungselektrode 5-1 und
der Signalelektrode 4 bei der Erdungselektrode 5-2 in 1 entspricht,
um die Erdungselektrode 5-1 und die Signalelektrode 4 für die Erdungselektrode 5-2 auf
der Mittellinie I-I zwischen den verzweigten Lichtwellenleitern 3-1 und 3-2 im
Wesentlichen symmetrisch zu gestalten. Das heißt, die Erdungselektrode 5-2 wird
um eine Breite WO entlang der Längsrichtung
der verzweigten Lichtwellenleiter 3-1 und 3-2 teilweise
abgeschnitten, um wie in 3 gezeigt geteilt zu werden.
Die so erzielte Erdungselektrode 5-3 ist auf der Mittellinie
I-I in der Konfiguration symmetrisch zu der Signalelektrode 4 und
der Erdungselektrode 5-1.
-
In
diesem Fall sind die Gestaltung und die Abmessung der Elektroden
auf beiden Seiten der Mittellinie I-I symmetrisch, somit wird von
jeder Elektrode fast die gleiche mechanische Spannung auf das Substrat
ausgeübt,
und deshalb wird fast die gleiche Brechungsindex-Veränderung
um die verzweigten Lichtwellenleiter 3-1 und 3-2 herum
erzeugt, wenn sich die Umgebungstemperatur erhöht. Als ein Ergebnis wird die
Temperaturdrift wirksam unterdrückt,
und deshalb kann die Arbeitspunktverschiebung vermieden werden.
-
Wenn
jedoch die Lichtleitfasern mit einem solchen Lichtwellenleiterelement
verbunden werden, kann sich die Übertragungseigenschaft
eines optischen Signals in den Lichtleitfasern abhängig von
der Art der Lichtleitfaser verschlechtern, da es eine Signalelektrode
und Erdungselektroden an der Mittellinie der verzweigten Lichtwellenleiter
aufweist, die symmetrisch sind. Daher kann in einigen Fällen solch ein
Lichtwellenleiterelement, wie es in 3 gezeigt wird,
in der Praxis nicht verwendet werden, selbst wenn keine Arbeitspunktverschiebung
in dem Lichtwellenleiterelement verursacht wurde.
-
Die
Erfinder haben auch intensiv geforscht, um die Verschlechterung
der Übertragungseigenschaft
auszubügeln.
Als ein Ergebnis fanden sie heraus, dass die Verschlechterung der Übertragungseigenschaft
auf die Chirp-Charakteristik des Lichtwellenleiterelements zurückzuführen ist.
Bei der Ausgestaltung der Übertragungseigenschaft
der Lichtleitfaser wurde herkömmlich
angenommen, dass, so wie sich die Chirp-Größe des Lichtwellenleiterele ments verringert,
sich die Dispersion der Lichtleitfaser verringert. Die Erfinder
fanden jedoch heraus, dass, abhängig
von der Art und der Länge
der Lichtleitfaser, die verwendet werden soll, die Übertragungseigenschaft
der Lichtleitfaser ausgestaltet werden kann, wenn das Chirp des
Lichtwellenleiterelements auf einen höheren Wert festgelegt wird,
und der bevorzugte Chirp-Wert liegt bei ca. 0,4–1,0 und insbesondere bei ca.
0,6–0,8.
-
Dann
machten die Erfinder einen Versuch, um das Chirp eines solchen Lichtwellenleiterelements,
wie es in 3 gezeigt wird, zu steuern,
in dem die Arbeitspunktverschiebung vermieden werden kann. Wenn
das Verhältnis
des Abstandes zwischen der Signalelektrode und dem ersten verzweigten
Lichtwellenleiter zu dem Abstand zwischen der Signalelektrode und
dem zweiten verzweigten Lichtwellenleiter auf einen vorgegebenen
Wert festgelegt wird, und deshalb die mechanische Spannung die um den
ersten verzweigten Lichtwellenleiter herum ausgeübt wird und die mechanische
Spannung die um den zweiten verzweigten Lichtwellenleiter herum ausgeübt wird,
ausgeglichen und im Wesentlichen auf beiden Seiten der Mitte zwischen
den verzweigten Lichtwellenleitern symmetrisch gestaltet werden, kann
als ein Ergebnis die Chirp-Charakteristik gesteuert werden, wobei
die Arbeitspunktverschiebung vermieden wird. Das erste Lichtwellenleiterelemen der
vorliegenden Erfindung wird auf Basis der oben erwähnten Tatsache
verwirklicht.
-
4 ist
eine Querschnittansicht, die ein Beispiel des ersten Lichtwellenleiterelements
der vorliegenden Erfindung zeigt. Zur Verdeutlichung der Merkmale
des Lichtwellenleiterelements, unterscheiden sich hierin die Abmessungen
und Gestaltungen einiger Abschnitte von den Tatsächlichen.
-
Ein
Lichtwellenleiterelement 30 beinhaltet ein Substrat 21,
das aus einem ferroelektrischen X-Schnitt-Einkristall mit elektro-optischem
Effekt gefertigt ist, eine Pufferschicht 22 und einen ersten
und einen zweiten verzweigten Lichtwellenleiter 23-1 und 23-2,
um einen Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter
auf der Oberfläche
des Substrats 21 aufzubauen. Dann sind auf der Pufferschicht 22 eine
Signalelektrode 24 und eine erste Erdungselektrode 25-1 und
eine zweite Erdungselektrode 25-2 vorhanden. Die zweite
Erdungselektrode 25-2 ist entlang der Längsrichtung teilweise abgeschnitten
und geteilt, um einen Graben 26 darin auszubilden. Als
ein Ergebnis sind die erste Erdungselektrode 25-1, die
Signalelektrode 24 und die zweite Erdungselektrode 25-2 symmetrisch
auf der Mittellinie II-II zwischen den verzweigten Lichtwellenleitern
angeordnet. Deshalb kann die Arbeitspunktverschiebung des Lichtwellenleiterelements 30 vermieden
werden.
-
Dann
wird das Verhältnis
(d2/d1) des Abstandes d2 zwischen der Signalelektrode 24 und
der zweiten verzweigten optischen Elektrode 23-2 zu dem
Abstand d1 zwischen der Signalelektrode 24 und dem ersten
verzweigten Lichtwellenleiter 23-1 nach der vorliegenden
Erfindung auf 3,5–7,5
festgelegt. In diesem Fall wird der Überdeckungsgrad eines elektrischen
Feldes des Signals, das angewendet werden soll, für den ersten
und den zweiten verzweigten Lichtwellenleiter 23-1 und 23-2 asymmetrisch
gestaltet, wobei die mechanischen Spannungen von den Elektroden
auf die Mittellinie II-II ausgeglichen werden. Deshalb kann ein
Chirp in dem Lichtwellenleiterelement 30 bis zu einem bestimmten Grad
erzeugt werden, wobei dessen Temperaturdrift vermieden wird. Konkret
kann ein Chirp von ca. 0,6–0,8
in dem Element 34 erzeugt werden. Deshalb kann in dem Lichtwellenleiterelement 30,
das dem ersten Lichtwellenleiterelement der vorliegenden Erfindung
entspricht, die Arbeitspunktverschiebung vermieden werden, und die Übertragungseigenschaft kann
bis zu der Chirp-Erzeugung von ca. 0,6 0,8 verbessert werden.
-
Die
Erfinder fanden auch heraus, dass in einem solchen Lichtwellenleiterelement,
wie es in 3 gezeigt wird, die Chirp-Charakteristik
des Lichtwellenleiterelements gesteuert werden kann, wenn die Breite
der Signalelektrode sich zu der Breite der zweiten Erdungselektrode
verschiebt und deshalb das Verhältnis
der Breite der Signalelektrode zu der Breite der zweiten Erdungselektrode
auf einen vorgegebenen Wert festgelegt wird, wobei die Signalelektrode
und die Erdungselektroden symmetrisch gestaltet werden. Das zweite
Lichtwellenleiterelement der vorliegenden Erfindung wird auf Basis
dieser Tatsache verwirklicht.
-
5 ist
eine Querschnittansicht, die ein Beispiel des zweiten Lichtwellenleiterelements
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Ein
Lichtwellenleiterelement 40 beinhaltet, wie in 5 gezeigt,
ein Substrat 31, das aus einem ferroelektrischen X-Schnitt-Einkristall
mit elektro-optischem Effekt gefertigt ist, eine Pufferschicht 32 und einen
ersten und einen zweiten verzweigten Lichtwellenleiter 33-1 und 33-2,
um einen Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter auf der Oberfläche des
Substrats 31 aufzubauen. Dann sind auf der Pufferschicht 32 eine
Signalelektrode 34 und eine erste und eine zweite Erdungselektrode 35-1 und 35-2 vorhanden. Die
zweite Erdungselektrode 35-2 ist entlang der Längsrichtung
teilweise abgeschnitten und geteilt. Als ein Ergebnis sind die erste
Erdungselektrode 35-1, die Signalelektrode 34 und
die zweite Erdungselektrode 35-2 im Wesentlichen symmetrisch
auf der Mittellinie III-III zwischen den ersten und dem zweiten verzweigten
Lichtwellenleiter 33-1 und 33-2 angeordnet. Deshalb
kann die Arbeitspunktverschiebung des Lichtwellenleiterelements 40 vermieden
werden.
-
Außerdem wird
das Verhältnis
(Ws/Wg) der Breite Ws der Signalelektrode 34 zu der Breite
Wg der zweiten Erdungselektrode 35-2 auf 0,5–4 festgelegt.
Deshalb wird der Überdeckungsgrad
eines elektrischen Feldes des Signals, das angewendet werden soll,
für den
ersten und den zweiten verzweigten Lichtwellenleiter 33-1 und 33-2 asymmetrisch
gestaltet, wobei die mechanischen Spannungen von den Elektroden
auf die Mittellinie III-III ausgeglichen werden. Deshalb kann ein
Chirp in dem Lichtwellenleiterelement 40 bis zu einem be
stimmten Grad erzeugt werden, wobei dessen Temperaturdrift vermieden wird.
Konkret kann ein Chirp von ca. 0,4–0,9 in dem Element 40 erzeugt
werden. Deshalb kann in dem Lichtwellenleiterelement 40,
das dem zweiten Lichtwellenleiterelement der vorliegenden Erfindung
entspricht, die Arbeitspunktverschiebung vermieden werden, und die Übertragungseigenschaft
kann bis zu der Chirp-Erzeugung von ca. 0,4–0,9 verbessert werden.
-
Die
Erfinder haben auch die Konfiguration der zweiten Erdungselektrode
erfunden, die auf der Mittellinie zwischen den verzweigten Lichtwellenleitern
symmetrisch in die Signalelektrode und die Erdungselektroden geteilt
ist in den obigen Beispielen heißt das, dass die zweite Erdungselektrode
in zwei Abschnitte geteilt ist, um die Elektroden symmetrisch auf
der Mittellinie zu gestalten. Im Gegensatz dazu ist die zweite Erdungselektrode
in drei Abschnitte geteilt, und der erste Teilabschnitt, der sich
nahe bei der Signalelektrode befindet, ist auf der Mittellinie zwischen
den verzweigten Lichtwellenleitern angeordnet. Da in diesem Fall
die Signalelektrode und die Erdungselektroden im Wesentlichen symmetrisch
auf der Mittellinie zwischen den verzweigten Lichtwellenleitern
angeordnet sind, kann die Arbeitspunktverschiebung wirksam vermieden
werden. Wenn die Breite des ersten Abschnitts, verglichen mit der
Breite der Signalelektrode, auf einen vorgegebenen Wert festgelegt
wird, kann die Chirp-Charakteristik dann gesteuert werden. Die dritte
Lichtwellenleiterelektrode wird auf Basis dieser Tatsache verwirklicht.
-
6 ist
eine Querschnittansicht, die ein Beispiel des dritten Lichtwellenleiterelements
der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein in 6 gezeigtes Lichtwellenleiterelement 50 beinhaltet ein
Substrat 41, das aus einem ferroelektrischen X-Schnitt-Einkristall
mit elektro-optischem Effekt gefertigt ist, eine Pufferschicht 42 und
einen ersten und einen zweiten verzweigten Lichtwellenleiter 43-1 und 43-2,
um einen Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter auf der Oberfläche des
Substrats 41 aufzubauen. Dann sind auf der Pufferschicht 42 eine
Signalelektrode 44 und eine erste und eine zweite Erdungselektrode 45-1 und 45-2 vorhanden.
Die zweite Erdungselektrode 45-2 ist entlang der Längsrichtung
teilweise abgeschnitten und in drei Abschnitte geteilt, um die Gräben 46-1 und 46-2 auszubilden.
Als ein Ergebnis ist die zweite Erdungselektrode 45-2 aus
einem ersten Abschnitt 48-1, einem zweiten Abschnitt 48-2 und
einem dritten Abschnitt 48-3 aufgebaut.
-
Da
die Breite W1 des ersten Teilabschnitts 48-1 der zweiten
Erdungselektrode 45-2 auf das 0,5–20fache der Breite Ws der
Signalelektrode 44 festgelegt wird, kann darüber hinaus
ein asymmetrisches Signal auf den ersten und den zweiten verzweigten
Lichtwellenleiter angewendet werden, wobei die mechanischen Spannungen
von den Elektroden für
die Lichtwellenleiter ausgeglichen werden. Als ein Ergebnis kann
ein Chirp in dem Lichtwellenleiterelement erzeugt werden, wobei
die Arbeitspunktverschiebung vermieden wird. Konkret kann ein Chirp
von ca. 0,4–1,0
in dem Lichtwellenleiterelement erzeugt werden. Dementsprechend
kann in dem Lichtwellenleiterelement 50, das dem dritten Lichtwellenleiterelement
der vorliegenden Erfindung entspricht, die Arbeitspunktverschiebung
vermieden werden, und die Übertragungseigenschaft
kann bis zu der Chirp-Erzeugung von ca. 0,4–1,0 verbessert werden.
-
Hierin
beinhaltet der Satz „der
zweite verzweigte Lichtwellenleiter ist unter der zweiten Erdungselektrode
angeordnet" den
Zustand, in dem der zweite verzweigte Lichtwellenleiter unter der
nicht geteilten zweiten Erdungselektrode angeordnet ist, konkret
den Zustand, in dem der zweite verzweigte Lichtwellenleiter, wie
in 5 gezeigt, unter einem Dünnfilm, der bei dem Graben
der geteilten zweiten Erdungselektrode ausgebildet ist, angeordnet
ist.
-
(Kurze Beschreibung der
Zeichnungen)
-
Die
Erfindung wird unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen spezieller
beschrieben, in denen folgendes gilt:
-
1 ist
eine Querschnittansicht, die ein herkömmliches Lichtwellenleiterelement
zeigt,
-
2 ist
eine Querschnittansicht, die ein weiteres Lichtwellenleiterelement
zeigt,
-
3 ist
ein Standardmodell eines Lichtwellenleiterelements auf der Basis,
auf der ein Lichtwellenleiterelement nach der vorliegenden Erfindung verwirklicht
werden kann,
-
4 ist
eine Querschnittansicht, die ein Beispiel des ersten Lichtwellenleiterelements
der vorliegenden Erfindung zeigt,
-
5 ist
eine Querschnittansicht, die ein Beispiel des zweiten Lichtwellenleiterelements
der vorliegenden Erfindung zeigt,
-
6 ist
eine Querschnittansicht, die ein Beispiel des dritten Lichtwellenleiterelements
der vorliegenden Erfindung zeigt, und
-
7 ist
eine Querschnittansicht, die ein modifiziertes Beispiel des ersten
Lichtwellenleiterelements der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
(Beste Methode zur Ausführung der
Erfindung)
-
Die
Erfindung wird unter Bezug auf die obigen Zeichnungen folgendermaßen beschrieben:
In
dem in 4–6 gezeigten
Lichtwellenleiterelement 30, 40 oder 50 ist
die zweite Erdungselektrode teilweise abgeschnitten und entlang
der Längsrichtung
geteilt, um den Graben 26 etc. auszubilden. Die Teilung
der zweiten Erdungselektrode durch die Grabengestaltung kann gleichzeitig
durchgeführt werden
mit dem Ausbilden der Signalelektrode und der Erdungselektroden
durch ein Aufspritzverfahren oder Ähnliches, oder durch eine Belichtungs-
und Entwicklungsbehandlung, unter Verwendung einer vorgegebenen
Maske für
eine ebenere Elektrode, die über
dem Substrat (über
der Pufferschicht in 4–6) ausgebildet
wird.
-
In
dem zweiten Lichtwellenleiterelement der vorliegenden Erfindung
kann ein Chirp einer vorgegebenen Größe in dem Lichtwellenleiterelement
erzeugt werden, da das Verhältnis
der Breite der Signalelektrode zu der Breite des Teilabschnitts
der zweiten Erdungselektro de, der in der Nähe der der Signalelektrode
angeordnet ist, innerhalb des oben erwähnten Bereichs festgelegt wird.
-
Es
ist jedoch wünschenswert,
dass der Abstand zwischen dem ersten verzweigten Lichtwellenleiter
und der Signalelektrode anders festgelegt wird als der Abstand zwischen
dem zweiten verzweigten Lichtwellenleiter und der Signalelektrode.
Das heißt, in
dem in 5 gezeigten Lichtwellenleiterelement 40 wird
das Verhältnis
(d2/d1) des Abstandes d2 zwischen der Signalelektrode 34 und
der zweiten verzweigten optischen Elektrode 33-2 zu dem
Abstand d1 zwischen der Signalelektrode 34 und der ersten verzweigten
optischen Elektrode 33-1 auf 3,5–7,5 festgelegt, insbesondere
auf 5,4–6,0.
-
In
diesem Fall kann in dem Lichtwellenleiterelement 40 leicht
ein relativ großes
Chirp von 0,4–1,0,
insbesondere von 0,6–0,8,
erzeugt werden. Deshalb kann durch Kombinieren der Verhältnisänderung
in dem Lichtwellenleiterelement 40 leicht ein Chirp in
einem großen
Bereich erzeugt werden, und als ein Ergebnis kann die Trennschärfe der
Art und der Abmessung einer Lichtleitfaser, die verwendet werden
soll, erhöht
werden.
-
Ähnlich ist
es, wie oben erwähnt,
in dem dritten Lichtwellenleiterelement der vorliegenden Erfindung
wünschenswert,
dass der Abstand zwischen dem ersten verzweigten Lichtwellenleiter
und der Signalelektrode anders festgelegt wird als der Abstand zwischen
dem zweiten verzweigten Lichtwellenleiter und der Signalelektrode
Das heißt,
in dem in 6 gezeigten Lichtwellenleiterelement 50 wird
das Verhältnis
(d2/d1) des Abstandes d2 zwischen der Signalelektrode 44 und
der zweiten verzweigten optischen Elektrode 43-2 zu dem
Abstand d1 zwischen der Signalelektrode 44 und der ersten
verzweigten optischen Elektrode 43-1 auf 10–27 festgelegt.
-
Außerdem werden
in den in 4–6 gezeigten
Lichtwellenleiterelementen jeweils Dünnfilme aus leitfähigen Werkstoffen
bei den Gräben
ausgebildet, die bei den geteilten zweiten Erdungselektroden ausgebildet
sind. Konkret wird ein Dünnfilm 27 bei dem
Graben 26 des in 4 gezeigten
Lichtwellenleiterelements 30 ausgebildet, und ein Dünnfilm 37 wird
bei dem Graben 36 des in 5 gezeigten
Lichtwellenleiterelements 40 ausgebildet, und die Dünnfilme 47-1 und 47-2 werden
jeweils bei dem Gräben 46-1 und 46-2 des
in 6 gezeigten Lichtwellenleiterelements 50 ausgebildet.
-
In
diesem Fall kann die Abnahme der Leitfähigkeit der geteilten zweiten
Erdungselektrode kompensiert werden, und deshalb kann die Hochfrequenzleistung
wirksam verbessert werden.
-
Da
der Dünnfilm 27 oder Ähnliche
außerdem dünner ausgebildet
werden, und die Steifigkeit der Dünnfilme deshalb sehr klein
ist, kann mit dem Dünnfilm
das Ziel der vorliegenden Erfindung verwirklicht werden.
-
Diese
Dünnfilme
können
jeweils aus einem leitfähigen
Werkstoff, wie Al, Cu, Ni-Cr, Au und Ti, gefertigt sein.
-
Die
Substrate 21 oder Ähnliche
müssen
aus einem elektro-optischen Werkstoff gefertigt sein, konkret können sie
aus einem ferroelektrischen Einkristall, wie Lithiumniobat (LiNbO3), Lithiumtantalat (LiTaO3)
und Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat (PLZT) gefertigt sein. In dem
Lichtwellenleiterelement 30 oder Ähnlichen werden ferroelektrische X-Schnitt-Einkristalle
als das Substrat 21 oder Ähnliche verwendet, aber es
können
auch ferroelektrische Y-Schnitt- oder
Z-Schnitt-Einkristalle verwendet werden.
-
Der
Lichtwellenleiter, der den verzweigten Lichtwellenleiter beinhaltet,
kann durch ein allgemein bekanntes Verfahren, wie ein Ti-Diffusions-Verfahren oder
ein mittels Protonenbeschuss gesteuertes Verfahren, gefertigt werden.
-
Darüber hinaus
können
die Signalelektrode und die Erdungselektrode jeweils unter Verwendung eines
Kombinationsverfahrens aus allgemein bekannten Film-Ausbildungs-Verfahren, wie einem
Vakuumbedampfungs-Verfahren oder einem Aufsprühverfahren und einem Beschichtungsverfahren,
aus einem leitfähigen
Werkstoff, wie Au, Ag oder Cu, gefertigt sein.
-
Beispiele:
-
Diese
Erfindung wird unter Bezug auf die Zeichnungen konkret durch die
Beispiele beschreiben.
-
(Beispiel 1)
-
In
diesem Beispiel wurde ein solches Lichtwellenleiterelement 30,
wie es in 4 beschrieben ist, hergestellt.
-
Das
Substrat 21 wurde aus einem Lithiumniobat-X-Schnitt-Einkristall
gefertigt. Dann wurde aus Fotolack auf dem Substrat 21 ein
Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter-Muster hergestellt. Dann wurde durch
ein Abscheideverfahren Ti-Werkstoff mittels des Musters auf dem
Substrat 21 abgeschieden. Danach wurde das Substrat 21 einschließlich des
abgeschiedenen Ti-Werkstoffs für
10–20
Stunden auf 950–1050°C erhitzt,
um den Ti-Werkstoff in das Substrat 21 einzudiffundieren
und den ersten und den zweiten verzweigten Lichtwellenleiter 23-1 und 23-2 herzustellen,
um den Mach-Zehnder-Lichtwellenleiter zu begründen.
-
Dann
wurde die Pufferschicht 22 aus Siliziumoxid mit einer Stärke von
0,5 μm auf
dem Substrat 21 gefertigt. Danach wurden die Signalelektrode 24, die
erste Erdungselektrode 25-1' und
die geteilte zweite Erdungselektrode 25-2 durch ein Kombinationsverfahren
aus Abscheidung und Beschichtung, unter Verwendung einer Maske,
mit den Öffnungen die
der Signalelektrode und den Erdungselektroden entsprechen, aus Au-Werkstoff
mit einer Stärke
von 15 μm
ausgebildet. Dann wurde der Dünnfilm 27 aus Al-Werkstoff
mit einer Stärke
von 2000 Å bei
dem Graben 26 der zweiten Erdungselektrode 25-2 ausgebildet.
-
Die
Breite D1 des Grabens 26 wurde wie der Spalt L1 zwischen
der Signalelektrode 24 und der ersten Erdungselektrode 25-1 auf
25 μm festgelegt. Darüber hinaus
wurde der Abstand d1 zwischen der Signalelektrode 24 und
der ersten verzweigten optischen Elektrode 23-1 auf 7 μm festgelegt,
und der Abstand d2 zwischen der Signalelektrode 24 und
der zweiten verzweigten optischen Elektrode 23-2 wurde auf
41 μm festgelegt.
-
Danach
wurden die Lichtleitfasern mit dem Eingang und dem Ausgang des Mach-Zehnder-Lichtwellenleiters
verbunden, der die verzweigten Lichtwellenleiter des so erzielten
Lichtwellenleiterelements 30 beinhaltet, und die Arbeitspunktverschiebung
wurde in dem Temperaturbereich von 0–70°C untersucht. Als ein Ergebnis
stellte sich heraus, dass die Arbeitspunktverschiebung bei 0,6 V
lag. Als das Chirp des Lichtwellenleiterelements 30 mit
einem Analysator für
Optikteile untersucht wurde, stellte sich darüber hinaus heraus, dass das
Chirp bei 0,78 lag.
-
(Beispiel 2)
-
In
diesem Beispiel wurde ein solches Lichtwellenleiterelement 40,
wie es in 5 beschrieben ist, hergestellt.
Grundsätzlich
wurde das Lichtwellenleiterelement 40 in derselben Art
wie in Beispiel 1 hergestellt. Der Abstand d1 zwischen der Signalelektrode 34 und
dem ersten verzweigten Lichtwellenleiter 33-1 wurde auf
7 μm festgelegt,
und der Abstand d2 zwischen der Signalelektrode 34 und
dem zweiten verzweigten Lichtwellenleiter 33-2 wurde auf
44 μm festgelegt.
Die Breite Ws der Signalelektrode 34 wurde auf 7 μm festgelegt
und die Breite Wg des Teilabschnitts der zweiten Erdungselektrode 35-2,
der in der Nähe
der Signalelektrode 34 angeordnet ist, wurde auf 10 μm festgelegt.
-
Danach
wurden die Lichtleitfasern mit dem Eingang und dem Ausgang des Mach-Zehnder-Lichtwellenleiters
verbunden, der die verzweigten Lichtwellenleiter des so erzielten
Lichtwellenleiterelements 40 beinhaltet, und die Arbeitspunktverschiebung
wurde in dem Temperaturbereich von 0–70°C untersucht. Als ein Ergebnis
stellte sich heraus, dass die Arbeitspunktverschiebung bei 0,8 V
lag. Als das Chirp des Lichtwellenleiterelements 40 mit
einem Analysator für
Optikteile untersucht wurde, stellte sich darüber hinaus heraus, dass das
Chirp bei 0,83 lag.
-
(Beispiel 3)
-
In
diesem Beispiel wurde ein solches Lichtwellenleiterelement 50,
wie es in 6 beschrieben ist, hergestellt.
Grundsätzlich
wurde das Lichtwellenleiterelement 50 in derselben Art
wie in Beispiel 1 hergestellt. Der Abstand d1 zwischen der Signalelektrode 44 und
dem ersten verzweigten Lichtwellenleiter 43-1 wurde auf
7 μm festgelegt,
und der Abstand d2 zwischen der Signalelektrode 44 und
dem zweiten verzweigten Lichtwellenleiter 43-2 wurde auf
114 μm festgelegt.
Die Breite Ws der Signalelektrode 44 wurde auf 7 μm festgelegt
und die Breite W1 des ersten Teilabschnitts der zweiten Erdungselektrode 45-2 wurde
auf 50 μm
festgelegt.
-
Danach
wurden die Lichtleitfasern mit dem Eingang und dem Ausgang des Mach-Zehnder-Lichtwellenleiters
verbunden, der die verzweigten Lichtwellenleiter des so erzielten
Lichtwellenleiterelements 50 beinhaltet, und die Arbeitspunktverschiebung
wurde in dem Temperaturbereich von 0–70°C untersucht. Als ein Ergebnis
stellte sich heraus, dass die Arbeitspunktverschiebung bei 0,3 V
lag. Als das Chirp des Lichtwellenleiterelements 50 mit
einem Analysator für
Optikteile untersucht wurde, stellte sich darüber hinaus heraus, dass das
Chirp bei 0,95 lag.
-
(Vergleichsbeispiel)
-
In
diesem Vergleichsbeispiel wurde ein Lichtwellenleiterelement 20,
wie es in 2 beschrieben ist, hergestellt.
Mit der Ausnahme, dass die zweite Erdungselektrode nicht geteilt
wurde und kein Dünnfilm
ausgebildet wurde, wurde das Lichtwellenleiterelement 20 in
derselben Art wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Abstände zwischen
der Signalelektrode 14 und der ersten Erdungselektrode 15-1 und
zwischen der Signalelektrode 14 und der zweiten Erdungselektrode 15-2 wurden
jeweils auf 25 μm
festgelegt.
-
Als
die Arbeitspunktverschiebung und das Chirp des so erzielten Lichtwellenleiterelements 20 in derselben
Art wie in den Beispielen untersucht wurden, stellte sich heraus,
dass die Arbeitspunktverschiebung bei 11,0 V und das Chirp bei 0,7
lag.
-
Wie
aus den obigen Beispielen und dem Vergleichsbeispiel ersichtlich,
wird in dem Lichtwellenleiterelement nach der vorliegenden Erfindung
die Arbeitspunktverschiebung verringert, und deshalb kann eine hohe
Stabilität
und Zuverlässigkeit
verwirklicht werden. In dem Lichtwellenleiterelement kann auch ein
Chirp bis zu einem bestimmten Grad erzeugt werden, und als ein Ergebnis
kann die Chirp-Charakteristik des Lichtwellenleiterelements in geeigneter Weise
mit einer Verringerung der Arbeitspunktverschiebung gesteuert werden.
Dementsprechend kann das Lichtwellenleiterelement vorzugsweise mit Lichtleitfasern
kombiniert werden, die ein größeres Chirp
benötigen,
und deshalb kann die Übertragungseigenschaft
verbessert werden, wenn solche Lichtleitfasern verwendet werden.
-
Zusätzlich zu
der Veränderung
des Abstandes zwischen der Signalelektrode und dem ersten verzweigten
Lichtwellenleiter wegen des Abstandes zwischen der Signalelektrode
und dem zweiten verzweigten Lichtwellenleiter, kann das Chirp des
Lichtwellenleiterelements stark erhöht werden, wenn sich die Breite
des Teilabschnitts der zweiten Erdungselektrode, der in der Nähe der Signalelektrode
angeordnet ist, wegen der Breite der Signalelektrode verändert.
-
Als
ein weiteres Beispiel können
ferner in dem in 4 gezeigten Lichtwellenleiterelement 30 die
erste Erdungselektrode und die zweite Erdungselektrode in mehrere
Abschnitte geteilt werden, um ein Lichtwellenleiterelement 60 herzustellen,
wie es in 7 gezeigt wird. Wie oben erwähnt, ist
es in diesem Fall wünschenswert,
dass jeweils Dünnfilme 57-1 bis 57-8 bei
den Gräben 56-1 bis 56-8 ausgebildet
werden.
-
(Industrielle Anwendbarkeit)
-
In
einem Lichtwellenleiterelement nach der vorliegenden Erfindung wird
keine Arbeitspunktverschiebung infolge einer Temperaturdrift verursacht, wenn
sich die Umgebungstemperatur ändert.
Deshalb kann das Lichtwellenleiterelement vorzugsweise für einen
optischen Modulator in einem Hochgeschwindigkeits- und Großraumsystem
für die
Kommunikation über
Lichtleitfasern verwendet werden, das eine langfristige Zuverlässigkeit
und Stabilität
erfordert.
-
Da
in dem Lichtwellenleiterelement ein Chirp bis zu einem bestimmter
Grad erzeugt werden kann, kann außerdem der Umfang der Trennschärfe der Lichtleitfaser
und die Gestaltung für
das Lichtwellenleiterelement erweitert werden. Als ein Ergebnis
kann ein optischer Modulator bereitgestellt werden, der in der Lage
ist, viele Anwendungen zu bewältigen.