JP2001174765A - 進行波形光変調器 - Google Patents

進行波形光変調器

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JP2001174765A JP35533599A JP35533599A JP2001174765A JP 2001174765 A JP2001174765 A JP 2001174765A JP 35533599 A JP35533599 A JP 35533599A JP 35533599 A JP35533599 A JP 35533599A JP 2001174765 A JP2001174765 A JP 2001174765A
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optical
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optical modulator
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厚男 近藤
Jungo Kondo
順悟 近藤
Kenji Aoki
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高速光変調が可能であって、かつＤＣドリフト
が低く、駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・
Ｌ）を小さくできる進行波形光変調器において、光導波
路内における光の吸収損失を抑制する。 【解決手段】進行波形光変調器１Ａは、強誘電性の電気
光学単結晶からなり、相対的に厚さの大きい肉厚部分１
０と肉薄部分１２とを備えている光導波路基板２、基板
２の少なくとも肉薄部分１２の上に形成されている光導
波路３、および光導波路３を伝搬する光を変調する電圧
を印加するために、少なくとも肉薄部分１２上に設けら
れている電極６、７を備える。肉薄部分１２において、
光導波路３の一部分を被覆するバッファ層５Ａ、５Ｂ、
５Ｃ、５Ｄを備えている。バッファ層上に電極６、７が
形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、進行波形光変調器
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本出願人は、特開平１０−１３３１５９
号公報において、進行波形光変調器の基板の光導波路の
下に薄肉部分を設け、この薄肉部分の厚さを例えば１０
μｍ以下に薄くすることによって、酸化珪素等からなる
バッファ層を形成することなく、変調器を１０ＧＨｚ以
上で動作させることに成功した。このように、光導波路
基板に肉厚部分と肉薄部分とを設ける場合には、バッフ
ァ層を形成することなしに高速光変調が可能であるし、
バッファ層に起因するＤＣドリフトを回避することがで
き、また駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・
Ｌ）を小さくできるので、有利である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、本出願人がこ
のタイプの進行波形光変調器を更に具体的に検討した結
果、光導波路内において光の吸収損失が発生することが
あった。特に、マッハツェンダー型の光導波路を形成し
た場合には、光導波路を２列に分岐させ、各分岐光導波
路から出射する各光を再び結合させる必要があるので、
各分岐光導波路内における各吸収損失は一致しているこ
とが必要である。しかし、現実には、２列の分岐光導波
路における各吸収損失に偏差が生じ、消光比の低下につ
ながることがあった。
【０００４】本発明の課題は、高速光変調が可能であっ
て、かつＤＣドリフトが低く、駆動電圧Ｖπと電極の長
さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を小さくできる進行波形光変調
器において、光導波路内における光の吸収損失を抑制す
ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、肉厚部分と
相対的に厚さの小さい肉薄部分とを備えている光導波路
基板、少なくとも肉薄部分の上に形成されている光導波
路、および少なくとも肉薄部分上に設けられている電極
を備える進行波形光変調器において、肉薄部分において
光導波路の一部分を被覆するバッファ層を設け、このバ
ッファ層上に電極を形成することによって、光導波路内
における光の吸収損失を抑制することに成功し、本発明
に到達した。
【０００６】図１、図２を適宜参照しつつ、本発明を更
に具体的に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係
る進行波形光変調器１Ａを概略的に示す平面図であり、
図２（ａ）は、図１のＩＩａ−ＩＩａ線断面図であり、
図２（ｂ）は図１のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図である。
【０００７】基板２は、強誘電性の電気光学単結晶から
なる。こうした結晶は、光の変調が可能であれば特に限
定されないが、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。ニ
オブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶およ
びニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶
からなる群より選ばれた一種以上の単結晶が、特に好ま
しい。
【０００８】基板２は、一方の主面２ａおよび他方の主
面２ｂを備えている。一方の主面２ａには、所定形状、
例えばマッハツェンダー型の光導波路３が形成されてい
る。本例の光導波路３は、入り口部分３ａ、分岐部分３
ｂ、３ｃ、および結合部分３ｄを備えている。２ｃ、２
ｄは基板２の光の入出力側の端面である。
【０００９】基板２の中央部には、他方の主面側に開口
する略直方体形状の凹部４が形成されており、凹部４上
には肉薄部分１２が形成されている。凹部および肉薄部
分１２を四方から囲むように肉厚部分１０が形成されて
いる。基板２の主面２ａ上には、所定形状の電極６、
７、８が形成されている。本例においては、基板２とし
て、例えばニオブ酸リチウムのＸ板、Ｙ板を使用してお
り、このため光導波路内にＴＥモードの光を伝搬させ
る。そして、光導波路の分岐部分３ｂ、３ｃを、電極
６、７、８の間のギャップ領域に設ける。
【００１０】本例においては、光導波路３と、電極６、
７とは、平面的に見て６つの交差箇所９Ａ、９Ｂ、９
Ｃ、９Ｄ、９Ｅ、９Ｆで交差している。各交差箇所は、
いずれも肉薄部分１２上に存在する。
【００１１】分岐光導波路３ｂ上には、細長い、あるい
は帯状のバッファ層５Ａ、５Ｂが形成されており、それ
ぞれ分岐光導波路３ｂの一部分を被覆している。バッフ
ァ層５Ａと５Ｂとは離れている。交差箇所９Ａにおい
て、電極６と分岐光導波路３ｂとの間にバッファ層５Ａ
が介在しており、交差箇所９Ｂにおいて、電極６と分岐
光導波路３ｂとの間にバッファ層５Ｂが介在している。
【００１２】分岐光導波路３ｃ上には、帯状のバッファ
層５Ｃ、５Ｄが形成されており、それぞれ分岐光導波路
３ｃの一部分を被覆している。バッファ層５Ｃと５Ｄと
は離れている。交差箇所９Ｃ、９Ｅにおいて、電極６、
７と分岐光導波路３ｃとの間にバッファ層５Ｃが介在し
ており、交差箇所９Ｄ、９Ｆにおいて、電極６、７と分
岐光導波路３ｃとの間にバッファ層５Ｄが介在してい
る。
【００１３】このように、肉薄部分において、光導波路
の一部分のみをバッファ層によって被覆し、バッファ層
上に電極を設けることで、光導波路内を伝搬する光の吸
収損失を抑制することに成功した。その上、光の高速変
調特性については何ら悪影響を与えないし、またバッフ
ァ層に起因するＤＣドリフトも発生しないことを確認し
た。
【００１４】本発明の好適な実施形態においては、肉薄
部分に複数のバッファ層が設けられており、各バッファ
層上にそれぞれ電極が設けられている。
【００１５】また、肉薄部分に複数列の光導波路を形成
し、各列の光導波路をそれぞれバッファ層によって被覆
することができる。これによって、各列の光導波路にお
ける光の吸収損失の量を近づけることができる。
【００１６】この場合に特に好ましくは、各列の光導波
路のバッファ層によって被覆されている各被覆長さの偏
差を、０．２ｍｍ以下とし、更に好ましくは各被覆長さ
を等しくする。例えば、図１の例において、分岐光導波
路３ｂがバッファ層５Ａ、５Ｂによって被覆されている
被覆長さ（ＬＡ＋ＬＢ）と、分岐光導波路３ｃがバッフ
ァ層５Ｃ、５Ｄによって被覆されている被覆長さ（ＬＣ
＋ＬＤ）とを等しくする。これによって、各列の光導波
路３ｂ、３ｃにおける光の吸収損失をほぼ等しくし、消
光比を改善することができる。
【００１７】また、好ましくは、バッファ層が帯状をし
ており、この帯状のバッファ層に対して電極が交差する
ように延びている。このような形態のバッファ層を採用
することによって、バッファ層に起因するＤＣドリフト
などを最小限とすることができる。
【００１８】本発明の特に好適な実施形態においては、
光導波路の長手方向に見たときに、バッファ層の一方の
端部または両方の端部に、バッファ層の厚さが徐々に変
化するテーパー領域を設ける。これによって、特性イン
ピーダンスが急激に変化する不連続点の発生を防止でき
る。また、光がバッファ層の直下を通過するときに、急
激なモード（光電界）の変化が発生しないので、バッフ
ァ層の下における光の反射を防止できる。
【００１９】図３は、この実施形態に係る進行波形光変
調器１Ｂを示す平面図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ
線断面図である。図１、図２に示した構成部分には，図
１、図２と同じ符号を付け、その説明を省略する。
【００２０】本例の進行波形光変調器１Ｂにおいては、
各バッファ層５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ、５Ｈの両方の端部に、
それぞれ、テーパー領域１３が形成されている。テーパ
ー領域１３においては、各バッファ層の厚さが徐々に変
化している。
【００２１】肉厚部分１０の厚さは、光導波路基板に強
度を付与するという観点からは、３００μｍ以上とする
ことが好ましい。
【００２２】肉薄部分１２の厚さは、マイクロ波の実効
屈折率ｎｍｗを顕著に低減するという観点からは、２０
μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であるこ
とが一層好ましい。また、肉薄部分における加工時のク
ラック発生を防止するという観点からは、その厚さは５
μｍ以上とすることが好ましい。
【００２３】光導波路を伝搬する光の吸収損失を抑制す
るという観点からは、，バッファ層の厚さは０．３μｍ
以上とすることが好ましい。また、ＤＣドリフトを抑制
するという観点からは、バッファ層の厚さは１．５μｍ
以下とすることが好ましい。
【００２４】電極は、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。
【００２５】バッファ層は、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。
【００２６】
【実施例】（実験Ａ） （本発明例１の進行波形光変調器の作製）図１、図２に
示す進行波形光変調器１Ａを作製した。具体的には、Ｘ
カットしたＬｉＮｂＯ3 単結晶からなるウエハーの主面
を削り、ウエハーの厚さを３００μｍとした。チタン拡
散プロセスとフォトリソグラフィー法とによって、ウエ
ハーの一方の主面２ａに、マッハツェンダー型の光導波
路３を形成した。次いで、ホトリソグラフィー法によっ
て、酸化珪素からなるバッファ層５Ａ−５Ｄを形成し
た。また、ホトリソグラフィー法によって、金からなる
電極６、７、８をバッファ層上に形成した。こうして作
製したウエハーをダイシングソー加工機で切断し、各進
行波形光変調器に分割し、光導波路３の端面を光学研磨
した。
【００２７】次いで、基板の主面にレジスト膜をコーテ
ィングし、エキシマレーザー加工機にセットし、基板の
オリフラ面を基準にして、加工位置の位置合わせを行っ
た。ＫｒＦエキシマレーザーを光源として使用し、スポ
ットスキャン方式によって露光し、他方の主面２ｂ側を
加工した。照射したスポットのサイズが、走査方向１．
０ｍｍ、幅０．２ｍｍとなり、照射エネルギー密度が
６．０Ｊ／ｃｍ2 となるように光学系を調整した。パル
ス幅１５ｎｓｅｃ、パルス周波数６００Ｈｚ、走査速度
０．１ｍｍ／ｓｅｃで電極の裏側を加工し、凹部４を形
成した。
【００２８】光導波路基板２の肉厚部分１０の厚さは３
００μｍであり、肉薄部分１２の厚さは１０μｍであ
り、電極６、７、８のギャップの大きさは２６μｍであ
る。光導波路３を形成する際のチタンパターンの幅は６
μｍである。各バッファ層の厚さは０．４μｍであり、
幅は１００μｍであり、長さは０．２ｍｍである。電極
６の交差部分９Ａ−９Ｄの幅はそれぞれ５０μｍであ
り、電極７の交差部分９Ｅ、９Ｆの幅はそれぞれ５０μ
ｍである。電極の厚さは３０μｍである。ＬＡ、ＬＢ、
ＬＣ、ＬＤは、それぞれ０．２ｍｍである。従って、
（ＬＡ＋ＬＢ）は（ＬＣ＋ＬＤ）に等しい。
【００２９】（比較例の進行波形光変調器の作製）上記
した本発明例１と同様にして進行波形光変調器を作製し
た。ただし、上記において、バッファ層５Ａ−５Ｄは設
けなかった。
【００３０】（光の挿入損失の測定）本発明例１および
比較例の各進行波形光変調器を、それぞれ２８個ごと作
製した。１．５μｍシングルモード光ファイバーを保持
した単芯ファイバーアレイを作製し、これを各変調器に
結合し、光ファイバーと光導波路とを調芯し、紫外線硬
化型樹脂によって接着した。本発明例と比較例との各変
調器について、挿入損失を測定し、その結果を表１に示
す。
【００３１】
【表１】
【００３２】（実験Ｂ）実験Ａの本発明例１において、
ＬＡを０．１５ｍｍとし、ＬＢを０．２５ｍｍとし、Ｌ
Ｃを０．２５ｍｍとし、ＬＤを０．２５ｍｍとした。従
って、（ＬＡ＋ＬＢ）は０．４ｍｍであり、（ＬＣ＋Ｌ
Ｄ）は０．５ｍｍである。これを本発明例２とする。
【００３３】実験Ａの比較例、本発明例１、および上記
の本発明例２の各進行波形光変調器を、それぞれ１６個
作製した。そして、実験Ａと同様にして光ファイバーを
各変調器に結合し、オン−オフ消光比を測定した。この
結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
【００３５】
【発明の効果】このように、本発明によれば、高速光変
調が可能な、肉薄部分と肉厚部分とを備える進行波形光
変調器において、光導波路内における光の吸収損失を抑
制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る進行波形光変調器１
Ａを概略的に示す平面図である。
【図２】（ａ）は、図１のＩＩａ−ＩＩａ線断面図であ
り、（ｂ）は、図１のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る進行波形光変調器
１Ｂを概略的に示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ 進行波形光変調器 ２ 光導波路基
板 ２ａ、２ｂ 光導波路基板２の主面 ２ｃ、２ｄ
光導波路基板２の端面 ３ 光導波路
３ｂ、３ｃ 分岐光導波路 ４ 凹部 ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ バッファ層 ５Ｅ、５
Ｆ、５Ｇ、５Ｈテーパー領域１３を備えるバッファ層
６、７、８ 電極 ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９
Ｄ、９Ｅ、９Ｆ 光導波路と電極との交差部分
１０ 肉厚部分 １２ 肉薄部分 １３
テーパー領域 ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ、ＬＤ
光導波路がバッファ層によって被覆されている部分の被
覆長さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 謙治 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 Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA12 BA01 BA03 CA05 DA03 EA05 EA08 EB05 HA23

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】強誘電性の電気光学単結晶からなり、相対
    的に厚さの大きい肉厚部分と相対的に厚さの小さい肉薄
    部分とを備えている光導波路基板、 この光導波路基板の少なくとも前記肉薄部分の上に形成
    されている光導波路、および前記光導波路を伝搬する光
    を変調する電圧を印加するために、少なくとも前記肉薄
    部分上に設けられている電極を備える進行波形光変調器
    であって、 前記肉薄部分において前記光導波路の一部分を被覆する
    バッファ層を備えており、このバッファ層上に前記電極
    が形成されていることを特徴とする、進行波形光変調
    器。
  2. 【請求項２】前記肉薄部分に複数の前記バッファ層が設
    けられており、各バッファ層上にそれぞれ前記電極が設
    けられていることを特徴とする、請求項１記載の進行波
    形光変調器。
  3. 【請求項３】前記肉薄部分に複数列の前記光導波路が形
    成されており、各列の前記光導波路がそれぞれ前記バッ
    ファ層によって被覆されており、各列の光導波路がそれ
    ぞれ前記バッファ層によって被覆されている各被覆長さ
    の差が０．２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項
    ２記載の進行波形光変調器。
  4. 【請求項４】前記バッファ層が帯状をしており、この帯
    状のバッファ層に対して前記電極が交差するように延び
    ていることを特徴とする、請求項１−３のいずれか一つ
    の請求項に記載の進行波形光変調器。
  5. 【請求項５】前記光導波路の長手方向に見たときに、前
    記バッファ層の少なくとも一方の端部に、バッファ層の
    厚さが徐々に変化するテーパー領域が設けられているこ
    とを特徴とする、請求項１−４のいずれか一つの請求項
    に記載の進行波形光変調器。
  6. 【請求項６】前記光導波路にＴＥモードの光を伝搬させ
    ることを特徴とする、請求項１−５のいずれか一つの請
    求項に記載の進行波形光変調器。
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