JP2002040381A - 進行波型光変調器 - Google Patents

進行波型光変調器

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JP2002040381A JP2000226425A JP2000226425A JP2002040381A JP 2002040381 A JP2002040381 A JP 2002040381A JP 2000226425 A JP2000226425 A JP 2000226425A JP 2000226425 A JP2000226425 A JP 2000226425A JP 2002040381 A JP2002040381 A JP 2002040381A
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optical modulator
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Abstract

(57)【要約】 【課題】強誘電性単結晶中に光導波路が形成されてお
り、光導波路を伝搬する光に対して電極を介してマイク
ロ波信号を印加する進行波型光変調器において、マイク
ロ波信号との速度整合および外部回路とのインピーダン
ス整合を保持しつつ、光の挿入損失を低減できるような
構造を提供する。 【解決手段】進行波型光変調器は、基板１Ｂ；強誘電性
単結晶からなり、基板上に形成されており、肉厚部分５
と肉薄部分６とを備えている強誘電性単結晶層１６；肉
厚部分５内に形成されている光導波路２；および肉薄部
分６上に形成されており、光導波路２を伝搬する光を変
調する電圧を印加するための複数の電極１１Ａ、１１
Ｂ、１１Ｃを備える。隣接する電極の間に肉厚部分が存
在する。

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、本発明者がこ
うした肉薄部分を有する進行波型光変調器を更に検討し
たところ、以下の問題点が未だ存在することを発見し
た。即ち、この進行波型光変調器の光導波路を外部の光
ファイバーと結合したところ、光の挿入損失が上昇する
場合があった。また、マイクロ波信号との速度整合およ
び外部回路インピーダンス整合を保持しつつ、駆動電圧
Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を一層低くする
ことが望まれる。
【０００４】本発明の課題は、強誘電性単結晶中に光導
波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に対して
電極を介してマイクロ波信号を印加する進行波型光変調
器において、マイクロ波信号との速度整合および外部回
路とのインピーダンス整合を保持しつつ、光の挿入損失
を低減できるような構造を提供することである。
【０００５】また、本発明の課題は、強誘電性単結晶中
に光導波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に
対して電極を介してマイクロ波信号を印加する進行波型
光変調器において、マイクロ波信号との速度整合および
外部回路とのインピーダンス整合を保持しつつ、駆動電
圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を一層低くで
きるような構造を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第一の発明は、強誘電性
単結晶中に光導波路が形成されており、光導波路を伝搬
する光に電圧を印加してこの光を変調する変調領域を備
えた進行波型光変調器であって、基板；強誘電性単結晶
からなり、基板上に形成されており、前記変調領域を前
記光導波路に対して垂直な断面で見たときに肉厚部分と
肉薄部分とを備えている強誘電性単結晶層；肉厚部分内
に形成されている光導波路；および肉薄部分上に形成さ
れており、光導波路を伝搬する光を変調する電圧を印加
するための複数の電極を備えており、隣接する電極の間
に肉厚部分が存在することを特徴とする。
【０００７】また、本発明は、強誘電性単結晶中に光導
波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に電圧を
印加してこの光を変調する変調領域を備えた進行波型光
変調器を製造する方法であって、支持基板と、強誘電性
単結晶基板との積層体を設け、強誘電性単結晶基板中に
光導波路が形成されており、この積層体の強誘電性単結
晶基板を加工することによって、変調領域を光導波路に
対して垂直な断面で見たときに肉厚部分と肉薄部分とを
形成し、肉厚部分内に光導波路を位置させ、次いで光導
波路を伝搬する光を変調する電圧を印加するための複数
の電極を肉薄部分上に形成し、隣接する電極の間に肉厚
部分を存在させることを特徴とする。
【０００８】こうした進行波型光変調器によれば、後述
するように、マイクロ波信号との速度整合および外部回
路とのインピーダンス整合を保持しつつ、光の挿入損失
を低減できる。
【０００９】ここで、肉厚部分内のどの部分にも光導波
路を形成することが可能である。しかし、一般的には肉
厚部分のうち上面側に光導波路を形成するか、あるいは
肉厚部分の基板に接する底面側に光導波路を形成するこ
とが好ましい。肉厚部分の基板に接する底面側に光導波
路を形成することによって、駆動電圧Ｖπと電極の長さ
Ｌとの積（Ｖπ・Ｌ）が更に低くなる。
【００１０】特に好ましくは、基板が、硬質材料からな
る基板本体と、この基板本体と強誘電性単結晶層とを接
着する接着材層とを備えている。こうした硬質材料とし
ては、後述するような強誘電性単結晶の他、ガラス、樹
脂を好適に使用できる。ガラスとしては、低誘電率で接
着温度（作業温度）が約６００℃以下のものが好まし
い。また、加工の際に十分な接着強度が得られるものが
好ましい。具体的には、酸化珪素、酸化鉛、酸化アルミ
ニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ
素等の組成を複数組み合わせた、いわゆるはんだガラス
が好ましい。
【００１１】樹脂としては、室温硬化、加熱硬化、紫外
線硬化型樹脂が好ましく、低誘電率の樹脂が好ましい。
実際には、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系の樹脂
が特に好ましい。
【００１２】また、第二の発明は、強誘電性単結晶中に
光導波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に電
圧を印加してこの光を変調する変調領域を備えた進行波
型光変調器であって、基板；強誘電性単結晶からなり、
基板上に形成されており、変調領域を光導波路に対して
垂直な断面で見たときに互いに空間的に離れている複数
の強誘電性単結晶部；強誘電性単結晶部内に形成されて
いる光導波路；および光導波路を伝搬する光を変調する
電圧を印加するための複数の電極であって、基板上にお
いて少なくとも隣接する強誘電性単結晶部の間に形成さ
れている電極を備えていることを特徴とする。
【００１３】また、本発明は、強誘電性単結晶中に光導
波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に電圧を
印加してこの光を変調する変調領域を備えた進行波型光
変調器を製造する方法であって、支持基板と強誘電性単
結晶基板との積層体を得、この強誘電性単結晶基板中に
光導波路が形成されており、この積層体の前記強誘電性
単結晶基板を加工することによって、強誘電性単結晶か
らなり、変調領域を光導波路に対して垂直な断面で見た
ときに互いに空間的に離れている複数の強誘電性単結晶
部を形成し、強誘電性単結晶部内に前記光導波路を位置
させ、次いで光導波路を伝搬する光を変調する電圧を印
加するための複数の電極を、それぞれ支持基板上におい
て少なくとも隣接する強誘電性単結晶部の間に形成する
ことを特徴とする。
【００１４】こうした進行波型光変調器によれば、後述
するように、マイクロ波信号との速度整合および外部回
路とのインピーダンス整合を保持しつつ、駆動電圧Ｖπ
と電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を一層低くできる。
【００１５】各強誘電性単結晶部の形態は特に限定され
ないが、隣り合う強誘電性単結晶部が接触しておらず、
これらの間に電極が介在していることが必要である。ま
た、特に好ましくは、強誘電性単結晶部が、基板に接す
る底面と、基板とは反対側の上面と、上面と底面との間
に存在する側面とを備えている。この場合には、隣り合
う二つの強誘電性単結晶部の間の電極が、各強誘電性単
結晶部の各側面に接触する。特に好ましくは、上面と底
面とが互いに略平行である。
【００１６】強誘電性単結晶部が底面、上面および側面
を有している場合には、電極が上面に対しても接触して
いることが好ましい。
【００１７】また、強誘電性単結晶部中のどの部分に光
導波路を設けても良い。例えば、強誘電性単結晶部の上
面側あるいは底面側に光導波路を形成できる。ただし、
強誘電性単結晶部の底面側に光導波路を形成することに
より、駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）
が更に低くなる。
【００１８】この発明においては、基板が、硬質材料か
らなる基板本体と、この基板本体と強誘電性単結晶層と
を接着する接着材層とを備えていてよい。硬質材料や接
着材としては、前述のものを例示できる。あるいは、基
板の全体がガラスまたは樹脂からなっていてよい。
【００１９】前述した強誘電性単結晶は、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
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。
【００２０】図１（ａ）−（ｄ）および図２（ｃ）は、
第一の発明に係る進行波型光変調器の製造プロセスの各
工程を示す模式的断面図である。
【００２１】図１（ａ）のように、強誘電性単結晶のｘ
カット基板１Ａ上に光導波路２を形成する。この際、光
導波路の伝搬方向がＹ方向になるように、あらかじめ光
導波路と単結晶の方位とをアライメントしておく。この
光導波路２内にはＴＥモードの光を伝搬させる。
【００２２】基板１Ａ上に接着材層を形成する。また、
硬質材料からなる支持基板本体１Ｂ上に接着材層３を形
成する。そして、図１（ｂ）に示すように基板１Ａの接
着材層３と基板１Ｂの接着材層３とを接触させ、荷重を
加えながら熱処理し、図１（ｃ）に示すように基板同士
を接着する。３Ａは接着剤層である。次いで、基板１Ａ
を切削、研磨加工し、４に示すように薄くする。次い
で、フォトリソグラフィー法によって強誘電性単結晶層
４をエッチングし、マスク材を除去し、図１（ｄ）のよ
うに強誘電性単結晶層１６を形成する。強誘電性単結晶
層１６は、肉薄部分６と肉厚部分５とを備えている。５
ａは肉厚部分５の上面であり、５ｂは側面であり、５ｃ
は底面である。
【００２３】次いで、図示しないメッキ下地層を形成し
た後、図２（ａ）のように、強誘電性単結晶層１６の表
面を被覆するように厚膜レジスト７を形成する。次い
で、メッキ法によって電極１１Ａ−１１Ｃを形成し（図
２（ｂ））、厚膜レジスト７を除去し、図２（ｃ）の進
行波型光変調器を得る。図２（ｃ）には本進行波型光変
調器の変調領域２０を、光導波路に垂直な方向に切って
みた断面を示す。１５は基板である。
【００２４】光導波路の形成方法は限定されず、例えば
チタン拡散法、プロトン交換法であってよい。電極の材
質は、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。電極の形成方法も限定され
ず、メッキ法の他、蒸着法、スパッタリング法を採用で
きる。酸化シリコン、弗化マグネシウム、窒化珪素、及
びアルミナなどからなるバッファ層を併用できる。
【００２５】（実施例１）以下、更に具体的な実験結果
を示す。図１−図２を参照しつつ説明したプロセスに従
って、図２（ｃ）および図３の形態の進行波型光変調器
を製造した。ただし、具体的にはニオブ酸リチウム単結
晶のｘカット基板１Ａ、１Ｂを使用した。基板１Ａに、
フォトリソグラフィー法および電子ビーム蒸着法によっ
てチタンパターンを形成した後に、水蒸気を含有させた
酸素雰囲気炉内にて、１０００−１０５０℃の温度で熱
拡散を行い、チタン拡散型の光導波路２を形成した。
【００２６】次いで、基板１Ａおよび１Ｂ上に、スパッ
タ法もしくは電子ビーム蒸着法によってはんだガラスを
約５μｍの厚さに成膜した。次いで、図１（ｂ）のよう
に各はんだガラス層３を合わせた状態で荷重を加え、５
００℃にて加熱処理し、基板１Ａと１Ｂとを接着した。
はんだガラスの変形温度は５００℃以下である。
【００２７】次いで、基板１Ａを切削加工および研磨加
工した。次いで、コロイダルシリカからなる研磨砥粒を
用いてＣＭＰを行い、表面仕上げした。次に、チタン拡
散導波路の直上部にアライメントするように、アルミニ
ウムパターンを、フォトリソグラフィー法および電子ビ
ーム蒸着法によって形成した。このアルミニウムパター
ンをマスク材とし、ニオブ酸リチウムを反応性イオンエ
ッチング法によってエッチングした。エッチング終了後
にマスク材（アルミニウム）を除去した。
【００２８】次いで、金メッキ形成用の下地膜をスパッ
タリング法によって形成した。密着層としてクロムを形
成し、クロム層の上に金層を厚さ５０００オングストロ
ーム成膜した。この上に市販の厚膜レジストを使用し、
フォトリソグラフィー法によって金メッキ用のガイドを
形成し、電解メッキによって金電極を形成した。次いで
有機溶剤を用いてレジストを除去し、ウエットエッチン
グによってメッキ用のクロム層と金層とを除去した。
【００２９】次いで、得られたウエハーを切断して進行
波型光変調器の各チップを得た。各チップの光導波路の
端面を光学研磨し、光ファイバーと光軸調芯し、紫外線
硬化型樹脂によって光ファイバーと各チップとを固定し
た。ネットワークアナライザによって、透過特性（Ｓ２
１）および反射特性（Ｓ１１）を測定し、マイクロ波屈
折率ｎｍ、特性インピーダンスＺ、電極損失αを求め
た。また、電気光学特性として半波長電圧Ｖπを測定し
た。更に、光ファイバーの光軸調芯後の挿入損失を求め
た。
【００３０】図３において、中心電極１１Ｂの幅Ｗを８
μｍとし、肉厚部分５の幅Ｗ（ＯＰ）を８μｍとし、肉
厚部分５の厚さｔ（ＯＰ）を６μｍとし、電極ギャップ
Ｇを１５、２０または２５μｍとした。接着材層３Ａの
厚さｔ（ｇ）、肉薄部分６の厚さｔ（ｓｕｂ）、電極の
厚さｔ（ｍ）、マイクロ波屈折率ｎｍ、特性インピーダ
ンスＺ、電極損失α、半波長電圧と電極の長さとの積Ｖ
π．Ｌに与える影響を検証した。この結果を図４に示
す。
【００３１】図４から分かるように、本構造によって、
マイクロ波屈折率を光波屈折率と一致させることが可能
である。特に、電極ギャップＧ＝２０μｍ、ガラスの厚
さｔｇ＝１０μｍ、肉薄部分の厚さｔ（ｓｕｂ）＝３μ
ｍ、電極の厚さｔ（ｍ）＝１９μｍのときに、速度整合
条件を満足し、かつ特性インピーダンスＺ＝４５Ω、電
極損失α＝０．３ｄＢ／ｃｍ．（ＧＨｚ）1/2 となっ
た。本試料の変調帯域を測定した結果、４０ＧＨｚに達
した。このときの半波長電圧と電極の長さとの積Ｖπ．
Ｌは８．２Ｖ．ｃｍ（電極長さ＝４ｃｍ、Ｖπ＝２．０
５Ｖ）となった。このときの光ファイバーとの結合後の
挿入損失は４ｄＢであった。
【００３２】（実施例２）実施例１において、はんだガ
ラスの代わりに樹脂を用いて基板１Ａと１Ｂとを接着し
た。樹脂としては、エポキシ系の樹脂フィルム（比誘電
率＝３．８）を使用した。接着時には５０ｋｇｆ／ｃｍ
２の荷重を加え、１７０℃で熱処理した。
【００３３】実施例１と同様にして進行波型光変調器を
評価したところ、電極ギャップＧ＝２０μｍ、樹脂の厚
さｔ（ｇ）＝２５μｍ、肉薄部分の厚さｔ（ｓｕｂ）＝
３μｍ、電極の厚さｔ（ｍ）＝１９μｍのときに速度整
合条件を満足し、かつ特性インピーダンスＺ＝４５Ω、
電極損失α＝０．３ｄＢ／ｃｍ・（ＧＨｚ）1/2 となっ
た。本試料の変調帯域を測定した結果、変調帯域が４０
ＧＨｚに達した。このときの半波長電圧と電極の長さと
の積Ｖπ．Ｌ＝８．２Ｖ．ｃｍ（電極長さＬ＝４ｃｍ、
Ｖπ＝２．０５Ｖ）であった。この進行波型光変調器に
おいて光ファイバーと結合した後の挿入損失は４ｄＢで
あった。
【００３４】（比較例１）実施例１と同様の進行波型光
変調器を製造した。ただし、肉厚部分５は一切設けず、
強誘電性単結晶層の全体を肉薄部分のみによって形成し
た。この強誘電性単結晶層の厚さｔ（ｓｕｂ）は３μｍ
である。この結果、変調帯域は４０ＧＨｚになったが、
光ファイバーとの結合後の挿入損失が１０ｄＢに達し
た。
【００３５】（実施例２）実施例１と同様にして進行波
型光変調器を製造した。ただし、中心電極１１Ｂの幅Ｗ
＝８μｍとし、肉厚部分５の幅Ｗ（ＯＰ）＝１０μｍ、
肉厚部分５の厚さｔ（ＯＰ）＝６μｍとし、電極ギャッ
プＧ＝２０μｍ、ガラスの厚さｔ（ｇ）＝１０μｍ、電
極の厚さｔ（ｍ）＝１９μｍとした。肉薄部分の厚さｔ
（ｓｕｂ）は、図５に示すように変化させた。また、光
導波路は、図３に示すように肉厚部分５の底面５ｃ側に
形成するか、あるいは肉厚部分５の上面５ａ側に形成し
た。Ｖπ．Ｌを図５のグラフに示す。
【００３６】グラフＢは、光導波路を肉厚部分５の底面
５ｃ側に形成した場合であり、グラフＡは、光導波路を
肉厚部分５の上面５ａ側に形成した場合である。明らか
に、光導波路を肉厚部分５の底面側に形成することによ
って、Ｖπ．Ｌが小さくなっている。
【００３７】第二の発明の実施形態について図面を参照
しつつ更に述べる。
【００３８】強誘電性単結晶からなるｘカット基板１Ａ
上に光導波路２を形成する。この際には、光導波路２の
伝搬方向がＹ方向になるように、あらかじめ光導波路と
強誘電性単結晶の方位とをアライメントしておく。
【００３９】次いで、光導波路の形成された基板１Ａに
はんだガラス３を成膜する。また、別に支持基板１Ｂ上
にはんだガラス３を形成する。基板１Ａのはんだガラス
と基板１Ｂのはんだガラスとを互いに合わせ、荷重をか
けて熱処理し、図６（ｂ）に示すように、両基板をガラ
ス接着する。
【００４０】次いで、光導波路２の形成された基板１Ａ
の裏面より切削加工、及び研磨加工し、薄い強誘電性単
結晶層４を形成する（図６（ｃ））。次いで、強誘電性
単結晶４および接着剤層３Ａの一部を除去し、図６
（ｄ）のように、複数の強誘電性単結晶部８と、強誘電
性単結晶部８間の隙間９とを形成する。図７（ａ）に示
すように、各強誘電性単結晶部８の表面および支持基板
１Ｂの表面を被覆するように、アモルファスシリコン膜
を形成する。
【００４１】次いで、図示しないメッキ下地層を形成し
た後、厚膜レジストを形成し、メッキ法によって電極２
１Ａ−２１Ｃを形成する。次いで、有機溶剤を用いてレ
ジストを除去し、ウエットエッチングによってメッキ用
下地膜を除去する。得られた進行波型光変調器の概略的
斜視図を図８に示す。この例では、マッハツェンダー型
の光導波路を形成している。なお、図７（ｂ）は、本進
行波型変調器の変調領域２０（図８参照）を、光導波路
に垂直な方向に切って見た断面を示す。
【００４２】図９を見ると分かるように、電極２１Ａ、
２１Ｂ、２１Ｃが光導波路から見て水平部分にある（基
板表面から見て同じ高さにある）ので、各電極から各強
誘電性単結晶部８へと印加される電圧のうち、光導波路
２に対して加わる実効電圧が高い。このため、Ｖπ．Ｌ
を著しく低減できる。
【００４３】（実施例３）図６、図７を参照しつつ説明
した前記プロセスに従い、図９の進行波型光変調器を製
造した。ただし、具体的には、ニオブ酸リチウムの単結
晶のｘカット基板１Ａ上にフォトリソグラフィー及び電
子ビーム蒸着法によりチタンパターンを形成した後に、
水蒸気を含有させた酸素雰囲気炉にて、１０００−１０
５０℃の温度にて熱拡散を行ない、チタン拡散型の光導
波路を形成した。
【００４４】次いで、光導波路の形成された基板に、ス
パッタ法を用いてアモルファスシリコン膜を厚さ５００
オングストローム形成した後に、同一の真空チャンバ内
にてはんだガラスを厚さ１０００オングストローム成膜
した。アモルファスシリコン膜とハンダガラスとは同一
チャンバー内で連続的に形成することが好ましい。ま
た、あらかじめガラス製の支持基板１Ｂ上にスパッタリ
ング法を用いてはんだガラスを厚さ１０００オングスト
ロームに成膜した。その後に、両基板をはんだガラスの
成膜された面を互いに合わせ、荷重をかけた状態で５０
０℃の温度にて加熱処理を行ない、両基板をガラス接着
した。はんだガラスとしては、変形温度500 ℃以下のも
のを用いた。また支持基板１Ｂとしては、ニオブ酸リチ
ウムのｘカット基板１Ａの熱膨張に比較的近い「Bk-7」
ガラス製の基板を用いた。はんだガラスを強誘電性単結
晶基板と支持基板との双方に付着させ、この後で両方の
基板をはんだガラスを介して接着することによって、後
の強誘電性単結晶基板の加工に耐えるような接着力が得
られる。
【００４５】ガラス接着された両基板を、光導波路の形
成された基板１Ａの裏面より切削加工及び研磨加工によ
り薄板化した。この際、基板１Ａの表面の加工変質層を
除去するために、コロイダルシリカからなる研磨砥粒を
用いてＣＭＰを行ない、表面仕上げした。次に、KrF エ
キシマレーザーを用いて、電極を形成する部分のニオブ
酸リチウムを除去した。その後に、スパッタリング法を
用いて、アモルファスシリコン膜をニオブ酸リチウムの
薄板を包むように厚さ１５００オングストロームまで形
成した後に、同一の真空チャンバ内にてクロム層を成膜
した。次いで、密着層として厚さ５００オングストロー
ムのクロム膜を成膜した後に、金を厚さ３００オングス
トローム成膜した。この上に、市販の厚膜レジスト用い
てフォトリソグラフィーを用いて、金メッキ用のガイド
とし、電解メッキにて金電極を形成した。その後に、有
機溶剤を用いてレジストを除去し、ウエットエッチング
によってメッキ用下地用の金層とクロム層とを除去し
た。
【００４６】次いで、得られたウエハーを切断して進行
波型光変調器の各チップを得た。各チップの光導波路の
端面を光学研磨し、光ファイバーと光軸調芯し、紫外線
硬化型樹脂によって光ファイバーと各チップとを固定し
た。ネットワークアナライザによって、透過特性（Ｓ２
１）および反射特性（Ｓ１１）を測定し、マイクロ波屈
折率ｎｍ、特性インピーダンスＺ、電極損失αを求め
た。また、電気光学特性として半波長電圧Ｖπを測定し
た。
【００４７】図９において、中心電極２１Ｂの幅Ｗを３
０−４０μｍとし、各強誘電性単結晶部８の厚さｔ（ｓ
ｕｂ）を６−１０μｍとし、電極ギャップＧを３０−４
０μｍとし、電極の質さｔ（ｍ）を１５−４５μｍとし
たときに、マイクロ波屈折率ｎｍと光波屈折率ｎｏとを
一致させることができた（ｎｍ＝ｎｏ＝２．１５）。
【００４８】特に、中心電極２１Ｂの幅Ｗを４０μｍと
し、各強誘電性単結晶部８の厚さｔ（ｓｕｂ）を６μｍ
とし、電極と強誘電性単結晶層との重なり部分の長さｐ
を１０μｍとし、電極ギャップＧを３０μｍとし、電極
の質さｔ（ｍ）を１９μｍとしたときに、速度整合条件
を満足し、かつ特性インピーダンスＺ＝４７Ω、電極損
失α＝０．１８ｄＢ／ｃｍ．（ＧＨＺ）1/2 となり、電
極損失を飛躍的に低減できた。また、本試料の変調帯域
を測定した結果、８０ＧＨｚに達した。このときの半波
長電圧と電極の長さとの積Ｖπ．Ｌは９Ｖ・ｃｍ（電極
長さ＝４ｃｍ、Ｖπ＝２．２５Ｖ）となった。このとき
の光ファイバーとの結合後の挿入損失は５ｄＢであっ
た。
【００４９】更に、第二の発明の好適な実施形態におい
ては、強誘電性単結晶部が肉厚部分と肉薄部分とを備え
ており、電極が肉薄部分上に形成されており、隣接する
電極の間に肉厚部分が設けられている。これによって、
光の挿入損失を一層低減できる。
【００５０】図１０は、この実施形態に係る進行波型光
変調器を概略的に示す断面図である。図９と類似の構造
であるが、ただし各強誘電性単結晶層８Ａは、それぞれ
肉厚部分１８と肉薄部分１９とを備えている。
【００５１】（実施例４）実施例３とほぼ同様にして、
図１０の進行波型光変調器を製造した。ただし、ガラス
接着された後の両基板を、光導波路の形成された基板１
Ａの裏面より切削加工及び研磨加工により、基板１Ａの
厚さが１０μｍとなるまで切削した。次いで、ＫｒＦエ
キシマレーザーを用いてニオブ酸リチウムう除去し、各
強誘電性単結晶層８Ａを形成した。肉厚部分および肉薄
部分は、レーザーの出力およびスキャン回数を調節する
ことによって形成した。次いで、実施例３と同様にして
アモルファスシリコン層および金電極を形成した。
【００５２】次いで、得られたウエハーを切断して進行
波型光変調器の各チップを得た。各チップの光導波路の
端面を光学研磨し、光ファイバーと光軸調芯し、紫外線
硬化型樹脂によって光ファイバーと各チップとを固定し
た。ネットワークアナライザによって、透過特性（Ｓ２
１）および反射特性（Ｓ１１）を測定し、マイクロ波屈
折率ｎｍ、特性インピーダンスＺ、電極損失αを求め
た。また、電気光学特性として半波長電圧Ｖπを測定し
た。
【００５３】図１０において、中心電極２１Ｂの幅Ｗを
３０−４０μｍとし、肉薄部分１９の厚さｔ（ｓｕｂ）
を６−１０μｍとし、電極ギャップＧを３０−４０μｍ
とし、電極の質さｔ（ｍ）を１５−４５μｍとしたとき
に、マイクロ波屈折率ｎｍと光波屈折率ｎｏとを一致さ
せることができた（ｎｍ＝ｎｏ＝２．１５）。
【００５４】特に、中心電極２１Ｂの幅Ｗを４０μｍと
し、肉薄部分１９の厚さｔ（ｓｕｂ）を６μｍとし、肉
厚部分１８の厚さｔ（ＯＰ）を１０μｍとし、電極と強
誘電性単結晶層との重なり部分の長さｐを１０μｍと
し、電極ギャップＧを３０μｍとし、電極の厚さｔ
（ｍ）を１９μｍとしたときに、速度整合条件を満足
し、かつ特性インピーダンスＺ＝４５Ω、電極損失α＝
０．１８ｄＢ／ｃｍ．（ＧＨＺ）1/2 となり、電極損失
を飛躍的に低減できた。また、本試料の変調帯域を測定
した結果、８０ＧＨｚに達した。このときの半波長電圧
と電極の長さとの積Ｖπ．Ｌは９．５Ｖ．ｃｍとなっ
た。このときの光ファイバーとの結合後の挿入損失は４
ｄＢであった。
【００５５】
【発明の効果】本発明によれば、強誘電性単結晶中に光
導波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に対し
て電極を介してマイクロ波信号を印加する進行波型光変
調器において、マイクロ波信号との速度整合および外部
回路とのインピーダンス整合を保持しつつ、光の挿入損
失を低減できるような構造を提供することである。ま
た、本発明によれば、駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの
積（Ｖπ・Ｌ）を一層低くできるような構造を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）−（ｄ）は、第一の発明の実施形態に係
る進行波型光変調器を製造する差異の各工程を模式的に
示す断面図である。
【図２】（ａ）−（ｃ）は、第一の発明の実施形態に係
る進行波型光変調器を製造する差異の各工程を模式的に
示す断面図である。
【図３】第一の発明の実施形態に係る進行波型光変調器
の拡大断面図である。
【図４】図３の進行波型光変調器において各パラメータ
ーを変化させたときのＶπ．Ｌ、Ｚおよびｎｍ＝２．１
５で速度整合するときのｔ（ｍ）の値の変化を示すグラ
フである。
【図５】図３の進行波型光変調器において、光導波路が
肉厚部分の上面側にある場合（Ａ）と底面側にある場合
（Ｂ）とのそれぞれにおけるＶπ．Ｌとｔ（ｓｕｂ）と
の関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）−（ｄ）は、第二の発明に係る進行波型
光変調器を製造する際の各工程を概略的に示す断面図で
ある。
【図７】（ａ）−（ｂ）は、第二の発明に係る進行波型
光変調器を製造する際の各工程を概略的に示す断面図で
ある。
【図８】図７（ｂ）の進行波型光変調器の一形態を示す
斜視図である。
【図９】図８の進行波型光変調器の拡大断面図である。
【図１０】第二の発明の他の実施形態に係る進行波型光
変調器の拡大断面図である。
【符号の説明】
１Ｂ 基板（基板本体） ２ 光導波路
３、３Ａ、３Ｂ 接着材層 ５ 強誘電性単結晶
層１６の肉厚部分 ５ａ肉厚部分の上面
５ｂ 肉厚部分の側面 ５ｃ 肉厚部分の底面 ６ 肉薄部分 ８、８Ａ 強誘電性単結晶部
９ 強誘電性単結晶部の隙間 １１Ａ、１１
Ｂ、１１Ｃ、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ 電極 １
５ 基板 １６ 強誘電性単結晶層 １８
強誘電性単結晶部８Ａの肉厚部分 １９ 強誘
電性単結晶部８Ａの肉薄部分 ２０ 変調領域 Ｇ 電極ギャップ Ｗ
中央電極１１Ｂ、２１Ｂの幅 Ｗ（ＯＰ） 肉厚
部分の幅 ｐ 電極と強誘電性単結晶部との重な
り部分の長さ ｔ（ｍ） 電極の厚さ ｔ
（ｓｕｂ） 強誘電性単結晶部の厚さまたは肉薄部分の
厚さ ｔ（ＯＰ） 肉厚部分の厚さ
───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 三富 修 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） 2H047 KA03 NA01 PA01 PA24 QA01 QA07 RA08 TA31 2H079 AA02 AA12 BA01 DA03 EB05 JA02 JA04 JA08

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】強誘電性単結晶中に光導波路が形成されて
    おり、光導波路を伝搬する光に電圧を印加してこの光を
    変調する変調領域を備えた進行波型光変調器であって、 支持基板、 強誘電性単結晶からなり、前記支持基板上に形成されて
    おり、前記変調領域を前記光導波路に対して垂直な断面
    で見たときに肉厚部分と肉薄部分とを備えている強誘電
    性単結晶層、 前記肉厚部分内に形成されている前記光導波路、および
    前記肉薄部分上に形成されており、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の複数の電極を備
    えており、 隣接する前記電極の間に前記肉厚部分が存在することを
    特徴とする、進行波型光変調器。
  2. 【請求項２】前記肉厚部分のうち前記支持基板に接する
    底面側に前記光導波路が形成されていることを特徴とす
    る、請求項１記載の進行波型光変調器。
  3. 【請求項３】前記支持基板が、硬質材料からなる基板本
    体と、この基板本体と前記強誘電性単結晶層とを接着す
    る接着材層とを備えていることを特徴とする、請求項１
    または２記載の進行波型光変調器。
  4. 【請求項４】前記接着材層がガラスまたは樹脂からなる
    ことを特徴とする、請求項３記載の進行波型光変調器。
  5. 【請求項５】強誘電性単結晶中に光導波路が形成されて
    おり、光導波路を伝搬する光に電圧を印加してこの光を
    変調する変調領域を備えた進行波型光変調器を製造する
    方法であって、 支持基板と、強誘電性単結晶基板との積層体を設け、前
    記強誘電性単結晶基板中に光導波路が形成されており、
    この積層体の前記強誘電性単結晶基板を加工することに
    よって、前記変調領域を前記光導波路に対して垂直な断
    面で見たときに肉厚部分と肉薄部分とを形成し、前記肉
    厚部分内に前記光導波路を位置させ、次いで前記光導波
    路を伝搬する光を変調する電圧を印加するための複数の
    電極を前記肉薄部分上に形成し、隣接する前記電極の間
    に前記肉厚部分を存在させることを特徴とする、進行波
    型光変調器の製造方法。
  6. 【請求項６】前記肉厚部分のうち前記支持基板に接する
    底面側に前記光導波路を位置させることを特徴とする、
    請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】前記支持基板が、硬質材料からなる基板本
    体と接着材層とを備えており、前記支持基板と前記強誘
    電性単結晶基板とを前記接着材層によって接着すること
    によって前記積層体を生成させることを特徴とする、請
    求項５または６記載の方法。
  8. 【請求項８】前記接着材層がガラスまたは樹脂からなる
    ことを特徴とする、請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】前記接着材層がはんだガラスからなり、前
    記強誘電性単結晶基板の前記支持基板との接合面側には
    んだガラスを付着させ、前記支持基板と前記強誘電性単
    結晶基板とを前記はんだガラスを介して接着することを
    特徴とする、請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】強誘電性単結晶中に光導波路が形成され
    ており、光導波路を伝搬する光に電圧を印加してこの光
    を変調する変調領域を備えた進行波型光変調器であっ
    て、 支持基板、 強誘電性単結晶からなり、前記支持基板上に形成されて
    おり、前記変調領域を前記光導波路に対して垂直な断面
    で見たときに互いに空間的に離れている複数の強誘電性
    単結晶部、 前記強誘電性単結晶部内に形成されている前記光導波
    路、および前記光導波路を伝搬する光を変調する電圧を
    印加するための複数の電極であって、前記支持基板上に
    おいて少なくとも隣接する前記強誘電性単結晶部の間に
    形成されている電極を備えていることを特徴とする、進
    行波型光変調器。
  11. 【請求項１１】前記強誘電性単結晶部のうち前記支持基
    板側に前記光導波路が形成されていることを特徴とす
    る、請求項１０記載の進行波型光変調器。
  12. 【請求項１２】前記強誘電性単結晶部が、前記支持基板
    側の底面と側面と上面とを備えており、前記電極が少な
    くとも前記強誘電性単結晶部の前記側面に対して接触し
    ていることを特徴とする、請求項１０または１１記載の
    進行波型光変調器。
  13. 【請求項１３】前記電極が、前記強誘電性単結晶部の前
    記上面に対して接触していることを特徴とする、請求項
    １２記載の進行波型光変調器。
  14. 【請求項１４】前記強誘電性単結晶部が肉厚部分と肉薄
    部分とを備えており、前記電極が前記肉薄部分上に形成
    されており、隣接する前記電極の間に前記肉厚部分が設
    けられていることを特徴とする、請求項１０−１３のい
    ずれか一つの請求項に記載の進行波型光変調器。
  15. 【請求項１５】前記支持基板が、硬質材料からなる基板
    本体と、この基板本体と前記強誘電性単結晶層とを接着
    する接着材層とを備えていることを特徴とする、請求項
    １０−１４のいずれか一つの請求項に記載の進行波型光
    変調器。
  16. 【請求項１６】前記接着材層がガラスまたは樹脂からな
    ることを特徴とする、請求項１５記載の進行波型光変調
    器。
  17. 【請求項１７】前記支持基板がガラスまたは樹脂からな
    ることを特徴とする、請求項１０−１４のいずれか一つ
    の請求項に記載の進行波型光変調器。
  18. 【請求項１８】強誘電性単結晶中に光導波路が形成され
    ており、光導波路を伝搬する光に電圧を印加してこの光
    を変調する変調領域を備えた進行波型光変調器を製造す
    る方法であって、 支持基板と強誘電性単結晶基板との積層体を得、この強
    誘電性単結晶基板中に光導波路が形成されており、この
    積層体の前記強誘電性単結晶基板を加工することによっ
    て、強誘電性単結晶からなり、前記変調領域を前記光導
    波路に対して垂直な断面で見たときに互いに空間的に離
    れている複数の強誘電性単結晶部を形成し、前記強誘電
    性単結晶部内に前記光導波路を位置させ、次いで前記光
    導波路を伝搬する光を変調する電圧を印加するための複
    数の電極を、それぞれ前記支持基板上において少なくと
    も隣接する前記強誘電性単結晶部の間に形成することを
    特徴とする方法。
  19. 【請求項１９】前記積層体において、前記強誘電性単結
    晶基板の前記支持基板側に前記光導波路を形成すること
    を特徴とする、請求項１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】前記強誘電性単結晶部に、前記支持基板
    側の底面と側面と上面とを形成し、前記電極を少なくと
    も前記強誘電性単結晶部の前記側面に対して接触するよ
    うに形成することを特徴とする、請求項１８または１９
    記載の方法。
  21. 【請求項２１】前記電極を、前記強誘電性単結晶部の前
    記上面に対して接触させることを特徴とする、請求項２
    ０記載の方法。
  22. 【請求項２２】前記強誘電性単結晶基板を加工する際
    に、前記強誘電性単結晶部に肉厚部分と肉薄部分とを形
    成し、前記電極を前記肉薄部分上に形成し、隣接する前
    記電極の間に前記肉厚部分を設けることを特徴とする、
    請求項１８−２１のいずれか一つの請求項に記載の方
    法。
  23. 【請求項２３】前記支持基板が、硬質材料からなる基板
    本体と、この基板本体と前記強誘電性単結晶層とを接着
    する接着材層とを備えていることを特徴とする、請求項
    １８−２２のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  24. 【請求項２４】前記接着材層がガラスまたは樹脂からな
    ることを特徴とする、請求項２３記載の進行波型光変調
    器。
  25. 【請求項２５】前記接着材層がはんだガラスからなり、
    前記強誘電性単結晶基板の前記支持基板との接合面画に
    はんだガラスを付着させ、前記支持基板と前記強誘電性
    単結晶基板とを前記はんだガラスを介して接着すること
    を特徴とする、請求項２４記載の方法。
  26. 【請求項２６】前記強誘電性単結晶基板中に前記光導波
    路を形成した後に、前記強誘電性単結晶基板の表面にア
    モルファスシリコン膜を形成し、次いでアモルファスシ
    リコン膜上に前記はんだガラスの膜を形成することを特
    徴とする、請求項２５記載の方法。
  27. 【請求項２７】前記アモルファスシリコン膜と前記はん
    だガラスの膜とを同一チャンバー内で成膜することを特
    徴とする、請求項２６記載の方法。
  28. 【請求項２８】前記強誘電性単結晶基板をエキシマレー
    ザーで加工することによって前記強誘電性単結晶部を形
    成することを特徴とする、請求項１８−２７のいずれか
    一つの請求項に記載の方法。
  29. 【請求項２９】前記強誘電性単結晶部のエキシマレーザ
    ーによる加工面に金メッキを形成し、この金メッキを加
    工することによって前記電極を形成することを特徴とす
    る、請求項２８記載の方法。
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