JP2000275455A - 光導波路素子 - Google Patents
光導波路素子Info
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Abstract
特性を付与することのできる光導波路素子を提供する。 【解決手段】 信号電極26をマッハツエンダー型の光
導波路を構成する2本の分岐光導波路24−1及び24
−2の間に形成し、第1の接地電極27−1及び第2の
接地電極27−2を、分岐光導波路24−1及び24−
2を挟んで信号電極26と対向するように形成する。そ
して、信号電極26の電極幅を光波の導波方向Pに沿っ
て連続的に変化させ、導波方向に沿って電極幅が小さく
なるように形成する。これによって、信号電極26の側
面26Aと第1の接地電極27−1の側面27−1A及
び27−1Bとの間隔、並びに信号電極26の側面26
Bと第2の接地電極27−2の側面27−2A及び27
−2Bとの間隔が、導波方向Pに沿って変化するように
する。
Description
し、さらに詳しくは、光情報伝送、特にアナログ光伝送
に用いられる光変調器、または電界センサなどに好適に
用いることのできる光導波路素子に関する。
どのアナログ情報を光に載せ、光ファイバによって分配
・伝送するシステムが実用化されている。これらのうち
長距離間伝送システムでは、光ファイバの低損失性や光
ファイバ増幅器を利用できるという観点から、1.5μ
m波長帯が用いられる。しかし、1.5μm波長帯伝送
システムでは、光ファイバの分散が問題となるため、チ
ャープの小さい外部変調器が必要とされている。
ム(LiNbO3 :以下、LNと略す場合がある)ある
いはタンタル酸リチウム(LiTaO3 :以下、LTと
略す場合がある)などの強誘電体からなる基板の表面
に、光導波路を形成した光強度変調器が用いられてい
る。また、アナログ伝送システム、例えば、ケーブルテ
レビ光システムでは、40MHzから860MHzの帯
域が用いられ、その帯域内で変調器の応答特性が、リッ
プルを生ずることなく平坦な特性を有することが重要と
なる。
1では、基板上に形成されたバッファ層を省略して描い
ている。図1に示す光強度変調器10は、LNなどの強
誘電体からなる基板1と、この基板の主面1Aに、チタ
ンの熱拡散又は安息香酸などの酸中で熱処理することに
より形成したマッハツエンダー型の光導波路2と、信号
電極6及び第1の接地電極7−1及び第2の接地電極7
−2とを具える。そして、光導波路2は入力光導波路3
と、2本の分岐光導波路4−1及び4−2と、出力光導
波路5とから構成されている。
号電極6と第2の接地電極7−2に外部電源8から逆位
相の高速パルス状の変調信号が印加される。一方、入力
光導波路3に入力した光波は分岐部2Aにおいて分岐光
導波路4−1及び4−2に等しい割合で分岐する。そし
て、この分岐光導波路4−1及び4−2を導波する光波
は、前記変調信号によってそれぞれ逆位相の変調を受け
る。このため、これらの光波が結合部2Bにおいて合波
すると、それぞれの光波の位相変化に対応して強度変調
を受ける。信号電極6に対して第1の接地電極7−1及
び第2の接地電極7−2はそれぞれ対称な位置に形成さ
れ、コプレナー型の電極構成を呈している。
−I線に沿って切った断面図を示したものである。基板
1と信号電極6及び第1の接地電極7−1及び第2の接
地電極7−2との間には、分岐光導波路4−1及び4−
2を導波する光波のエバネッセント成分が信号電極6及
び第1の接地電極7−1及び第2の接地電極7−2で吸
収されるのを防止するために、酸化シリコン(Si
O2 )などからなるバッファ層9を設けている。
ける基板1を構成しているニオブ酸リチウムは、強誘電
体であるとともに圧電体でもある。一方、図1及び2に
示すような光強度変調器10における信号電極6及び第
1の接地電極7−1及び第2の接地電極7−2は、弾性
表面波発生に用いられる櫛形電極の電極対を一対とした
場合に相当する。したがって、高速パルス状の変調信号
が信号電極6及び第1の接地電極7−1又は第2の接地
電極7−2間に印加されると、電気・機械結合により広
い帯域の様々な音波を発生する。
ものは光強度変調器10内において共振状態となり、光
強度変調器10の応答特性において多数のリップルを生
じるため、特性上大きな問題となっていた。
623号公報には、基板の厚さ又は幅を不均一にして音
波の共振を防止することが開示されている。また、特開
平9−211404号公報には、基板の裏面に凹凸加工
を施して音波の共振を防止することが開示されている。
さらに、特開平9−251146号公報には、基板の底
面に音波吸収体を設けたりすることによって音波の共振
を防止することが開示されている。
内部を伝搬するいわゆる弾性バルク波に対しては効果を
有する。しかしながら、基板表面に局在し、光導波路2
を横切って伝搬することにより、応答特性劣化の最大の
原因となる、いわゆる弾性表面波に対してはほとんど効
果を示さない。したがって、上記方法では応答特性の改
善は十分ではなかった。
は、分岐した2つの光導波路の間隔を連続的に変化させ
ることによって音波の弾性表面波による共振を防止する
方法が開示されている。しかしながら、この方法による
弾性表面波の共振防止は十分なものではなかった。
ルス状の変調信号を印加した場合においても、発生する
音波の共振を防止してリップルの発生を抑制し、光導波
路素子に対して優れた応答特性を有する光導波路素子を
提供することを目的とする。
及び圧電効果を有する基板と、この基板の主面に形成さ
れたマッハツエンダー型の光導波路と、この光導波路中
を導波する光波を制御するための信号電極及び接地電極
とを具えた光導波路素子であって、前記信号電極の少な
くとも一つの側面と前記接地電極の少なくとも一つの側
面との間隔を、前記光波の導波方向に沿って変化させた
ことを特徴とする、光導波路素子である。
号電極及び接地電極間に印加した際に発生する音波、な
かでも弾性表面波の共振を防止すべく鋭意検討を続け
た。そして、弾性表面波の共振メカニズムを種々考察
し、このような考察によって導かれた共振メカニズムに
対して、弾性表面波の共振を防止すべく数多くの手段を
試みた。その結果、以下に示す共振メカニズムを考察
し、この考察に対する具体的な手段を試みたところ、驚
くべきことに弾性表面波の共振を効果的に防止できるこ
とを見いだしたものである。以下、図2を用いて考察し
た本共振メカニズムについて説明する。
7−1及び第2の接地電極7−2を形成すると、これら
の荷重によって、基板1の前記電極が形成された部分A
2、A4、及びA6の密度が、前記電極が形成されてい
ない部分A1、A3、A5、及びA7の密度と異なって
くる。したがって、前記電極が形成された部分A2など
の音響インピーダンスと前記電極が形成されない部分A
1などの音響インピーダンスが異なってくる。
した際に発生する弾性表面波が、例えば電極が形成され
た部分A2と電極が形成されない部分A1との境界面B
1で反射される。そして、このようにして反射された弾
性表面波が、例えば、電極が形成された部分A4と電極
が形成されていない部分A5との境界面B4で反射され
る。この結果、境界面B1及びB4での反射が連続して
生じた場合、境界面B1及びB4間において弾性表面波
の共振が発生する。
板1の表面部分に局在するとともに分岐光導波路4−1
を横断して存在する。したがって、分岐光導波路4−1
を導波する光波に対して作用し、光導波路素子の応答特
性に重大な影響を及ぼすものである。
す平面図である。図4は、図3に示す光導波路素子20
をII−II線に沿って切った断面を示すものである。図3
においては、本発明の特徴のみを明確にすべく、光導波
路と信号電極及び接地電極との位置関係及び形態のみを
示している。図3に示す光導波路素子20は、電気光学
効果と共に圧電効果を有するLNなどからなる基板21
と、マッハツエンダー型の光導波路22と、信号電極2
6及び第1の接地電極27−1及び第2の接地電極27
−2を具えている。
24−1及び24−2の間に位置し、第1の接地電極2
7−1及び第2の接地電極27−2は、分岐光導波路2
4−1及び24−2を挟んで信号電極26と対向するよ
うに位置している。信号電極26に対して第1の接地電
極27−1及び第2の接地電極27−2はそれぞれ対称
な位置に形成され、コプレナー型の電極構成を呈してい
る。
波方向Pに沿って連続的に変化させ、導波方向に沿って
電極幅が狭くなるように形成している。これによって、
信号電極26の側面26A及び26Bと第1の接地電極
27−1の側面27−1A及び27−1Bとの間隔、並
びに信号電極26の側面26A及び26Bと第2の接地
電極27−2の側面27−2A及び27−2Bとの間隔
が、導波方向Pに沿って変化するようにしている。
2と電極が形成されていない部分C1との境界面D1
と、電極が形成された部分C4と電極が形成されない部
分C5との境界面D4との間で反射が生じたとしても、
境界面D1とD4との間隔W14は光波の導波方向Pの
各位置において異なるため、弾性表面波の境界面D1と
D4との反射条件は導波方向Pの各位置において異な
る。したがって、境界面D1とD4との間での弾性表面
波の共振を防止することができる。
的に防止することができるので、弾性表面波の光波への
影響を防止することができる。このため、周波数に対す
る応答性の平坦な、周波数特性に優れた光導波路素子を
得ることができる。
は、弾性表面波の共振を防止するために光導波路の間隔
に着目し、この間隔を連続的に変化させることによって
弾性表面波の共振を防止している。すなわち、前記公報
の図1にも示されているように、分岐した2本の光導波
路の間隔を光波の導波方向において常に変化させ、互い
に平行な部分を全く有しないようにして前記2本の光導
波路を形成している。これは、分岐した2本の光導波路
が略平行に形成されている本来的なマッハツエンダー型
の光導波路とは全く異なるものである。
を防止するために信号電極と接地電極との間隔に着目
し、この間隔を光波の導波方向に沿って変化させてい
る。そして、上記のように分岐した光導波路の間隔を変
化させなくとも、弾性表面波の共振を防止できるように
したものである。この結果、本発明は本来的なマッハツ
エンダー型の光導波路を有する光導波路素子に対しても
適用することができるものである。すなわち、特表平7
−503797号公報に記載された発明と本発明とは技
術的思想が異なるとともに、発明の構成においても全く
異なるものである。
に基づいて詳細に説明する。本発明の光導波路素子は、
信号電極の少なくとも一つの側面と接地電極の少なくと
も一つの側面との間隔を、光波の導波方向に沿って変化
させることが必要である。図3に示す光導波路素子で
は、信号電極26の電極幅を光波の導波方向Pにおいて
連続的に狭くするように構成している。これによって、
上述したように、信号電極26の側面26Aと第1の接
地電極27−1の側面27−1A及び27−1Bとの間
隔、並びに信号電極26の側面26Bと第2の接地電極
27−2の側面27−2A及び27−2Bとの間隔が、
導波方向Pに沿って変化するようにしている。
Aと第1の接地電極27−1の信号電極26の側面26
Aと対向する側と反対側の側面27−1Aとの間隔、及
び信号電極26の側面26Bと第2の接地電極27−2
の信号電極26の側面26Bと対向する側と反対側の側
面27−2Bとの間隔を導波方向Pに沿って変化するよ
うにすることが好ましい。
い程、共振する弾性表面波の周波数の自由度が大きくな
り、弾性表面波の共振が生じやすくなる。したがって、
弾性表面波に対し間隔の大きい反射面を形成する可能性
の高い上記側面の間隔を、導波方向Pに沿って変化させ
ることにより、弾性表面波の共振を効果的に防止するこ
とができる。
信号電極26の側面26Aと第1の接地電極27−1の
信号電極26の側面26Aと対向する側の側面27−1
Bとの間隔、及び信号電極26の側面26Bと第2の接
地電極27−2の信号電極26の側面26Bと対向する
側の側面27−2Aとの間隔を導波方向Pに沿って変化
させている。これにより、波長が短く、比較的高い高周
波を有する弾性表面波の共振を効果的に防止することが
できる。
幅を導波方向Pに沿って狭くなるように形成している。
しかしながら図5に示すように、信号電極36の電極幅
を一定にし、第1の接地電極37−1及び第2の接地電
極37−2の電極幅を変化させ、導波方向Pに沿って広
くしても上記同様の効果を得ることができる。また、図
6に示すように、信号電極46及び第1の接地電極47
−1及び第2の接地電極47−2の双方を導波方向Pに
沿って変化させることもできる。
を一定にし、単にそれぞれの電極間隔を変化させること
により、信号電極の少なくとも一つの側面と接地電極の
少なくとも一つの側面との間隔を、光波の導波方向に沿
って変化させることができる。また、上記のように信号
電極などの電極幅を光波の導波方向に沿って連続的に変
化させることなく、信号電極などの側面に凹凸加工など
を施し、これによって、信号電極と接地電極との間隔を
光波の導波方向に沿って変化させることもできる。
場合においては、図4における第1の接地電極27−1
及び第2の接地電極27−2が形成された部分の境界面
D1とD5及びD1とD6、並びに境界面D2とD5及
びD2とD6との間で弾性表面波の反射が生じる可能性
がある。この境界面D1とD5の間隔W15などは、信
号電極26と第1の接地電極27−1などによって形成
される境界面D2とD4の間隔W24に比べて極めて大
きい。このため、このような境界面で共振する弾性表面
波の波長の自由度が増加する。
特には図5に示すような電極形態及び電極配置を採るこ
とが好ましい。これによって、第1の接地電極37−1
の側面37−1Aと第2の接地電極37−2の側面37
−2A及び37−2Bとの間隔、並びに第1の接地電極
37−1の側面37−1Bと第2の接地電極37−2の
側面37−2A及び37−2Bとの間隔を、導波方向に
沿って変化させることができる。すなわち、第1の接地
電極の少なくとも一つの側面と第2の接地電極の少なく
とも一つの側面との間隔を導波方向Pに沿って変化させ
ることができる。
2の接地電極27−2等によって形成される境界面D1
とD5の間隔W15などを、導波方向に沿って変化させ
ることができ、前記したような弾性表面波の共振を効果
的に防止することができる。以上のような効果は、光導
波路をマッハツエンダー型に代えて、方向性結合器にし
た場合においても同様である。
に加えて弾性バルク波を防止するために、例えば、図3
及び5に示す基板21の長手方向の厚さ及び幅方向の厚
さの少なくとも一方を不均一にすることもできる。具体
的には、基板21の厚さを長手方向及び幅方向の少なく
とも一方に対し、連続的に変化させる。
及び24−2、信号電極26、第1の接地電極27−
1、及び第2の接地電極27−2が形成されている基板
21の主面21Aと反対側の裏面21Bに、音波吸収体
を設けることもできる。さらには、図7に示すように、
基板21の裏面21Bに凹凸加工を施すこともできる。
する。 実施例1 本実施例においては、図3及び4に示すような光導波路
素子20を作製した。ニオブ酸リチウムのXカット板を
基板21として用い、この基板上にフォトレジストによ
ってマッハツエンダー型の光導波路パターンを作製し
た。次いで、このパターン上に蒸着法によってチタンを
堆積させた。その後、基板全体を950〜1050℃で
10〜20時間加熱することによって、前記チタンを基
板21内部へ拡散し、マッハツエンダー型の光導波路2
2を作製した。次いで、基板21の主面21A上に酸化
シリコンからなるバッファ層29を厚さ0.5〜1.5
μmに形成した。その後、蒸着法とメッキ法を併用して
金(Au)からなる信号電極26、第1の接地電極27
−1及び第2の接地電極27−2を厚さ10〜20μm
に形成した。
とし、第1の接地電極27−1及び第2の接地電極27
−2の電極幅W3についても200μmで一定とした。
信号電極26の電極幅は、最大電極幅W5を60μmと
し、最小電極幅W4を40μmとして、光波の導波方向
Pに沿って連続的に変化させた。さらに、基板21の裏
面21Bにサンドブラスト法によって、図7に示すよう
な凹凸加工を、ピッチdが100μm、深さDが100
μmとなるように施した。以上のようにして作製した光
導波路素子20に光ファイバを接続し、光導波路素子2
0の周波数応答特性を調べた。測定した結果を図8に示
す。
0を作製した。基板21は実施例1と同じものを用い、
光導波路22、信号電極46、第1の接地電極47−
1、及び第2の接地電極47−2は実施例1と同様にし
て形成した。また、実施例1と同様に、基板21の裏面
21Bに凹凸加工を施した。各電極の長さL3は、30
mmで一定とした。信号電極46の電極幅は、最大電極
幅W9を60μmとし、最小電極幅W8を40μmとし
て光波の導波方向Pに沿って、連続的に変化させた。ま
た、第1の接地電極47−1及び第2の接地電極47−
2についても、最大電極幅W6を300μmとし、最小
電極幅W7を200μmとして、電極幅を導波方向Pに
沿って連続的に変化させた。このようにして作製した光
導波路素子の周波数応答特性を調べたところ、図9に示
すような結果が得られた。
0を作製した。基板1は実施例と同様のものを使用し、
光導波路2、信号電極6、第1の接地電極7−1、及び
第2の接地電極7−2についても実施例と同様にして形
成した。また、実施例と同様に、基板1の裏面1Bに凹
凸加工を施した。各電極の長さL1は30mmで一定と
した。また、信号電極6の電極幅W2を40μmで一定
とし、第1の接地電極7−1及び第2の接地電極7−2
の電極幅W1を200μmで一定とした。このようにし
て作製した光導波路素子の周波数応答特性を調べたとこ
ろ、図10に示すような結果が得られた。
明にしたがって作製した実施例1及び2における光導波
路素子は、平坦な応答特性を示し、優れた応答特性を有
することが分かる。また、図8と図9とを比較すると、
図9の場合において、特に50MHz以下の応答特性が
より平坦になっていることが分かる。したがって、信号
電極幅と接地電極幅の双方を変化させて、これら電極の
側面間隔を光波の導波方向において大きく変化させるこ
とにより、光導波路素子の周波数応答特性がより向上す
ることが分かる。
発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明
は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を
逸脱しない範疇においてあらゆる変形や変更が可能であ
る。
素子は、信号電極の少なくとも一つの側面と接地電極の
少なくとも一つの側面との間隔を、光波の導波方向に沿
って変化させている。このため、圧電性を有する基板に
起因して発生する音波、なかでも特に弾性表面波の共振
を防止することができ、弾性表面波の光波への影響を防
止することができる。この結果、周波数に対する応答性
が平坦な、周波数応答特性に優れた光導波路素子を提供
することが可能である。
る。
切った断面図である。従来の導波路型光変調器の一例を
示す断面図である。
ある。
切った断面図である。
である。
平面図である。
面図である。
性の一例を示すグラフである。
性の他の例を示すグラフである。
性の一例を示すグラフである。
極 7−2、27−2、37−2、47−2 第2の接地電
極 8 外部電源 9、29 バッファ層 10 光強度変調器 20、30、40 光導波路素子 25 凹凸部 B1、B2、B3、B4、B5、B6、D1、D2、D
3、D4、D5、D6電極が形成された部分と電極が形
成されていない部分との境界面(弾性表面波の反射面) 26A、26B 信号電極の側面 27−1A、27−1B、37−1A、37−1B 第
1の接地電極の側面 27−2A、27−2B、37−2A、37−2B 第
2の接地電極の側面
Claims (6)
- 【請求項1】 電気光学効果及び圧電効果を有する基板
と、この基板の主面に形成されたマッハツエンダー型の
光導波路と、この光導波路中を導波する光波を制御する
ための信号電極及び接地電極とを具えた光導波路素子で
あって、 前記信号電極の少なくとも一つの側面と前記接地電極の
少なくとも一つの側面との間隔を、前記光波の導波方向
に沿って変化させたことを特徴とする、光導波路素子。 - 【請求項2】 前記信号電極の少なくとも一つの側面
と、前記接地電極の前記信号電極と対向する側と反対側
の側面との間隔を、前記光波の導波方向に沿って変化さ
せたことを特徴とする、請求項1に記載の光導波路素
子。 - 【請求項3】 前記信号電極の少なくとも一つの側面
と、前記接地電極の前記信号電極と対向する側の側面と
の間隔を、前記光波の導波方向に沿って変化させたこと
を特徴とする、請求項1又は2に記載の光導波路素子。 - 【請求項4】 前記信号電極は前記マッハツエンダー型
の光導波路の2本の分岐光導波路の間に設置し、前記接
地電極は第1の接地電極と第2の接地電極とから構成さ
れ、前記第1の接地電極及び前記第2の接地電極は、前
記分岐光導波路を挟んで前記信号電極と対向するように
それぞれ設置したことを特徴とする、請求項1〜3のい
ずれか一に記載の光導波路素子。 - 【請求項5】 前記第1の接地電極の少なくとも一つの
側面と、前記第2の接地電極の少なくとも一つの側面と
の間隔を、前記光波の導波方向に沿って変化させたこと
を特徴とする、請求項4に記載の光導波路素子。 - 【請求項6】 前記第1の接地電極及び前記第2の接地
電極の互いに対向する側と反対側の側面の間隔を、前記
光波の導波方向に沿って変化させたことを特徴とする、
請求項5に記載の光導波路素子。
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JP (1) | JP4064564B2 (ja) |
Cited By (6)
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