JP2000147444A

JP2000147444A - 光導波路素子

Info

Publication number: JP2000147444A
Application number: JP11249700A
Authority: JP
Inventors: Makoto Minakata; 皆方　　誠; Jungo Kondo; 順悟近藤; Takami Hirai; 隆己平井; Minoru Imaeda; 美能留今枝
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2000-05-26

Abstract

(57)【要約】【課題】光導波路デバイスのインピーダンス整合を図
り、前記光導波路デバイスの高周波損失を低減する。【解決手段】相対向する一対の主面を具え、電気光学効
果を有する基板１と、この基板１の一方の主面１Ａに形
成された光導波路２と、この光導波路２を導波する光波
に変調信号を印加するための電極３とを具えた光導波路
素子であって、前記電極３が位置する部分に薄肉部分５
を形成するとともに、基板１と電極３との間にバッファ
層６を形成し、前記薄肉部分５の厚さを調節することに
より、電極３に印加された変調信号とインピーダンス整
合をとる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路素子に関
し、特に、高速変調が可能な進行波型光導波路デバイス
として好適に使用することのできる光導波路素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、高速・大容量の光ファイバ通信シ
ステムの進歩に伴う外部変調器として光導波路デバイス
が用いられている。このような外部変調器は高速スイッ
チの条件下において使用されるため、前記のような外部
変調器に使用する光導波路デバイスには高速変調特性が
要求される。このため、光導波路デバイスを構成する光
導波路素子の変調信号印加用の電極の形状を特殊な形状
としたり、前記電極と光導波路素子を構成する基板との
間に二酸化ケイ素などのバッファ層を形成したりする試
みがなされていた。

【０００３】しかしながら、前記電極の作製工程の複雑
さに伴うコスト高や、バッファ層を形成した際の電極の
位置合わせ精度が劣化するという理由から、本出願人は
特願平９−８５５７９号において、光導波路素子を構成
する基板の少なくとも電極が形成されている部分の厚さ
を相対的に小さくすることによって、上記のような問題
を伴わない高速変調が可能な光導波路素子が発明された
ことに基づき、この光導波路素子について出願を行って
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにして高速変調を可能にした光導波路素子に光ファ
イバを接続し、さらに電気コネクタを接続して変調信号
を印加し、実際の光導波路デバイスとして使用した場合
に、光導波路デバイスの特性インピーダンスが変調信号
のインピーダンスに比較して小さいためインピーダンス
整合が十分でなく、高周波損失が増大するという問題が
あった。

【０００５】本発明は、高速変調を可能にした光導波路
素子からなる光導波路デバイスのインピーダンス整合を
図り、前記光導波路デバイスの高周波損失を低減するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、相対向する一
対の主面を具え、電気光学効果を有する基板と、この基
板の一方の主面に形成された光導波路と、この光導波路
を導波する光波に変調信号を印加するための電極とを具
えた光導波路素子であって、前記基板の少なくとも前記
電極が位置する部分に相対的に厚さが小さい薄肉部分を
形成するとともに、前記基板と前記電極との間にバッフ
ァ層を形成し、前記薄肉部分の厚さを調節することによ
り、前記電極に印加された変調信号とのインピーダンス
整合をとるようにしたことを特徴とする光導波路素子で
ある。

【０００７】本発明者らは、光導波路素子の高周波損失
を低減すべく研究を重ねた結果、以下の事実を発見し
た。電極厚みと光導波路素子の特性インピーダンスとは
逆比例の関係にあり、バッファ層の厚みと光導波路素子
の特性インピーダンスとは正比例の関係にあることが一
般に知られている。すなわち、電極厚みを大きくすると
特性インピーダンスは減少し、バッファ層の厚みを大き
くすると特性インピーダンスは増加する。

【０００８】これに対し、本発明者らは、光導波路素子
の特性インピーダンスを向上させるべく鋭意検討した結
果、基板と電極との間にＳｉＯ２などからなるバッフ
ァ層を形成し、さらに、光導波路素子の電極部分に薄肉
部分を形成すると、この薄肉部分の厚さに依存して、光
導波路素子の特性インピーダンスとが変化することを見
いだした。すなわち、薄肉部分の厚さを大きくすると光
導波路素子の特性インピーダンスが減少し、薄肉部分の
厚さを小さくすると光導波路素子の特性インピーダンス
は上昇するという、全く予期し得ない現象を見いだし
た。本発明は、上記事実の発見に基づいてなされたもの
である。

【０００９】本発明により、光導波路素子の特性インピ
ーダンスを変調信号、すなわち、外部高周波電源のイン
ピーダンスに極めて近づけることができるため、高周波
損失の低減を達成することができる。

【００１０】図１は本発明の光導波路素子の一例を示す
断面図である。図１に示す光導波路素子では、電気光学
効果を有する基板１の主面１Ａに光導波路２及び電極３
を形成している。また、基板１の主面１Ａと反対側の主
面１Ｂにおいて、電極３が位置する部分に凹部４を形成
し、これにより光導波路素子１０の薄肉部分５を形成す
るようにしている。さらに、基板１の主面１Ａと電極３
との間にバッファ層６を形成している。

【００１１】上述したように、図１に示す本発明の光導
波路素子１０は、電極３が位置する部分において薄肉部
分５が形成され、さらに、基板１と電極３との間にバッ
ファ層６が形成されている。したがって、薄肉部分５の
厚さを変化させることによって、光導波路素子１０の特
性インピーダンスを調節でき、薄肉部分５の厚さを適当
な値に設定することにより、変調信号とのインピーダン
ス整合を図ることができる。したがって、光導波路素子
１０の高周波損失を低減することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光導波路素子を、
図面と関連させながら発明の実施の形態に基づいて詳細
に説明する。図１は上述したように、本発明の光導波路
素子の一例を示す図である。図１では、バッファ層６を
基板１と電極３との間にのみ形成し、基板１の電極３の
存在しない部分１Ｃには形成しない構成を呈している。
このような構成を採ると、電極３に印加される変調信号
であるマイクロ波の、比較的誘電率が高く、屈折率の高
いバッファ層６から、誘電率が低く屈折率の低い空気層
に漏洩する割合が高くなる。その結果、前記マイクロ波
の実効屈折率はさらに低減され、光導波路２中を導波す
る光波との速度整合を高めることができる。

【００１３】但し、バッファ層６を基板１と電極３との
間のみではなく、基板１の主面１Ａ上に均一に形成し
て、基板１の電極３の存在しない部分１Ｃ上に形成する
ようにしても、本発明の目的を十分達成することができ
る。

【００１４】光導波路素子１０において使用するマイク
ロ波変調信号の周波数帯域は１ＭＨｚ〜１００ＧＨｚで
あるため、この周波数帯域において、変調信号、すなわ
ち、外部高周波電源とのインピーダンス整合を図り、高
周波損失をより低減させるためには、バッファ層６の厚
さの下限が０．１μｍであることが好ましく、さらには
０．３μｍであることが好ましい。同様な理由からバッ
ファ層６の厚さの上限が２μｍであることが好ましく、
さらには１．８μｍであることが好ましい。

【００１５】また、上述のような周波数帯域及びバッフ
ァ層６の厚さに対応させて外部高周波電源とのインピー
ダンス整合を図り、高周波損失を低減させるためには、
薄肉部分５の厚さｔの上限が２００μｍであることが好
ましく、さらには１００μｍであることが好ましい。

【００１６】さらに、前記インピーダンス整合による高
周波損失の低減に加えて、光導波路素子１０をハンドリ
ングする際に十分な強度を確保する必要があることか
ら、薄肉部分５の厚さｔの下限が５μｍであることが好
ましく、さらには１０μｍであることが好ましい。

【００１７】基板１として使用できる材料は、電気光学
効果を有すれば特に限定されるものではなく、ニオブ酸
リチウム、ニオブ酸カリウムリチウム、タンタル酸リチ
ウム、ＫＴＰ、ガラス、シリコン、ＧａＡｓ及び水晶な
どを例示することができる。

【００１８】光導波路２は、電気光学効果を有する基板
中に均一に固溶して、基板よりも高屈折率の物質を形成
する、チタン、ニッケル、銅、亜鉛、クロムなどの材料
から形成することができる。また、光導波路は、リッジ
加工によりリブ型に形成することもできる。

【００１９】電極３は、低抵抗でインピーダンス特性に
優れる材料であれば特に限定されるものではなく、金、
銀、銅などの材料から構成することができる。

【００２０】バッファ層６としても、従来、速度整合の
目的で使用されてきた酸化シリコン、弗化マグネシウ
ム、窒化珪素、及びアルミナなどの公知の材料を使用す
ることができる。

【００２１】図１に示す本発明の光導波路素子１０は、
特願平９−８５５７９号に記載されているような公知の
方法を用いて形成することができる。具体的には以下の
ようにして形成する。基板１上にフォトリソグラフィの
技術を用いて導波路パターンマスクを形成した後、蒸着
法などによって、上記チタンなどの物質を前記導波路パ
ターンマスクを介して前記基板上に成膜し、有機溶剤に
よって前記導波路パターンマスクを取り除くことによ
り、導波路パターンを形成する。次いで、導波路パター
ンが形成された基板１を高温電気炉などに設置して加熱
処理を行うことにより、前記導波路パターンを構成する
チタンなどを基板１中に熱拡散させて光導波路２を形成
する。

【００２２】次いで、蒸着法などによって酸化シリコン
などを基板１上に均一に成膜した後、上記同様にフォト
リソグラフィの技術を用いることにより、バッファ層６
を形成し、さらに蒸着法によって金などからなる下地電
極を形成した後、バッファ層６が存在する部分に対応し
た開口部を有する所定のマスクを用い、メッキ法によっ
て金などからなる電極を形成する。次いで、イオンミリ
ングにより下地電極を除去し、電極３を形成する。次い
で、基板１の電極３部分にレジストを塗布した後、基板
１を定盤に接着剤などで固定し、機械加工又はレーザア
ブレーションによって基板１の主面１Ｂ側に凹部４を形
成し、基板１の端面を研磨した後、ダイシングなどによ
って基板１をチップ切断して、図１に示すような光導波
路素子１０を得る。

【００２３】機械加工としては、ダイシングやマイクロ
ブラインドなどの方法を用いて行うことができる。ま
た、レーザアブレーションによって凹部４を形成する場
合は、発振レーザの単位面積当たりの強度が高いＡｒＦ
及びＫｒＦなどのエキシマレーザを使用する。

【００２４】また、図１に示すような基板１と電極３と
の間にのみ形成したバッファ層６の代わりに、基板１の
電極３が存在しない領域１ｃにバッファ層が存在するよ
うに、基板２の正面１Ａ上において均一にバッファ層を
形成する場合においては、上記バッファ層６を形成する
際のフォトリソグラフィの過程が省略される。

【００２５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。実施例１本実施例では、図１に示すような光導波路素子を形成し
た。厚さ１ｍｍのニオブ酸リチウムのＸカット板を基板
１として用い、この基板１の主面１Ａ側に上述したよう
な方法によって、Ｔｉからなる光導波路２を形成した。
次いで、基板１の主面１Ａ上に、蒸着法によって酸化シ
リコンを均一に成膜した後、上述したようなフォトリソ
グラフィの技術を用いることによって、厚さ１．１μｍ
のバッファ層６を形成した。

【００２６】次いで、上述したように、蒸着法及びメッ
キ法を併用することにより、金からなる厚さ１０μｍの
電極３を形成した。次いで、電極３の表面にレジストを
塗布した後、直径０．２ｍｍ、＃４００の砥石（砥石
１）を用い、回転数３００００ｒｐｍ、送り速度１２０
ｍｍ／ｍｉｎの条件で数回研磨してダイシングを行っ
た。その後、直径０．１ｍｍ、＃１０００の砥石（砥石
２）を用い、上記と同じ回転数及び同じ送り速度で数回
研磨してダイシングを行うことにより、深さｄが０．９
９ｍｍ、幅ｗが１００μｍの凹部４を形成し、これによ
り厚さｔが１０μｍの薄肉部分５を形成した。次いで、
ダイシングによって基板１を２×１０×１ｔｍｍにチッ
プ切断し、チップ洗浄を行うことにより、表１に示すよ
うな厚さｔの薄肉部分５を有する光導波路素子１０を形
成した。

【００２７】次いで、ＵＶ硬化性樹脂を用いて、光導波
路素子１０の光導波路２に光ファイバ（図示せず）を光
学調芯して結合するとともに、電極３に電気コネクタ
（図示せず）を接続し、ネットワークアナライザにて、
ＤＣ〜４０ＧＨｚのマイクロ波の周波数帯域における特
性インピーダンスを調べた。結果を表１に示す。

【００２８】比較例１薄肉部分５を形成しなかった以外は、実施例１と同様に
して光導波路素子を作製した。実施例１と同様にしてこ
の光導波路素子の特性インピーダンスを調べたところ、
表１に示すような結果が得られた。

【００２９】

【表１】

【００３０】以上、表１に示す実施例及び比較例から明
らかなように、周波数帯域ＤＣ〜４０ＧＨｚのマイクロ
波を変調信号として光導波路素子に印加した場合、本発
明に従ってバッファ層を有するとともに基板の電極が位
置する部分に薄肉部分が形成された光導波路素子では、
特性インピーダンスの値を、４５Ωから５２Ω程度にま
で向上させることができる。したがって、バッファ層６
の値を適宜に選択することによって、特性インピーダン
スの値を外部回路（ドライバ）のインピーダンスである
５０Ωに近づけることができ、その結果、光導波路素子
の高周波損失を低減できることが分かる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光導波路
素子によれば、少なくとも電極が位置する部分に薄肉部
分を形成するともに、基板と電極との間にバッファ層を
形成しているので、前記薄肉部分の厚さを適宜に調節す
ることにより、前記電極に印加された変調信号とのイン
ピーダンス整合を図ることができ、高周波損失の低減が
可能となる。また、前記バッファ層を基板と電極との間
にのみ形成し、基板のその他の部分には形成しないよう
にすることにより、マイクロ波変調信号と光波との速度
整合をさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光導波路素子の一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１基板、２光導波路、３電極、４凹部、５薄
肉部分、６バッファ層、１０光導波路素子、ｔ薄
肉部分の厚さ、ｄ凹部の深さ、ｗ凹部の幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平井隆己愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者今枝美能留愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対向する一対の主面を具え、電気光学効
果を有する基板と、この基板の一方の主面に形成された
光導波路と、この光導波路を導波する光波に変調信号を
印加するための電極とを具えた光導波路素子であって、
前記基板の少なくとも前記電極が位置する部分に相対的
に厚さが小さい薄肉部分を形成するとともに、前記基板
と前記電極との間にバッファ層を形成し、前記薄肉部分
の厚さを調節することにより、前記電極に印加された変
調信号とのインピーダンス整合をとるようにしたことを
特徴とする光導波路素子。
【請求項２】前記バッファ層の厚さが、０．１〜２μｍ
であることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路素
子。
【請求項３】前記薄肉部分の厚さが、５〜２００μｍで
あることを特徴とする、請求項２に記載の光導波路素
子。
【請求項４】前記バッファ層は、前記基板と前記電極と
の間にのみ形成し、前記電極の存在しない基板上には形
成しないことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一
に記載の光導波路素子。