JP2004245991A - Optical waveguide device and structure combining the same and optical transmission member - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路デバイスおよび光導波路デバイスと光伝送部材との結合構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】マルチメディアの発展に伴い、通信のブロードバンド化の需要が高まり、10Gb/sを超える光伝送システムが実用化され、さらに高速化が期待されている。10Gb/s以上の電気信号(マイクロ波信号)を光に変調するデバイスとして、ニオブ酸リチウム光変調器、あるいは半導体電界吸収型変調器(EA変調器)が使用されている。
【0003】ニオブ酸リチウム光変調器の場合、マッハツェンダー型光導波路および進行波型電極から構成され、10Gb/s以上の高速光変調を可能にするための重要条件としてマイクロ波と光波の速度整合条件を満たす必要がある。このために、一般的に電極の厚みを大きくしたり、さらには、基板と電極の間に低誘電率層を形成することでマイクロ波の実効屈折率を下げ上記速度整合条件を満足させている。
【0004】一方、速度整合を達成する方法として、光導波路基板の厚さを例えば10μmと薄くする構造が考えられる。しかし、光導波路部の基板厚みが、光導波路のサイズ(半値全幅:1/e2)と同程度になるために、このスポット形状が偏平化し、例えばファイバとの結合損失が増大したり、さらには薄型加工時の表面ラフネスによる伝搬損失が増大する問題があった。このため、本出願人は、特許文献1において、進行波形光変調器の光導波路基板を2段構造とし、光導波路の直下の肉厚部分と肉薄部分を設け、この肉薄部分の厚さを例えば10μmに薄くすることを開示した。これによって、光挿入損失の劣化を改善でき、また酸化珪素からなる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り、さらには駆動電圧Vπと電極の長さLとの積(Vπ・L)を小さくできる。
【特許文献1】
特開平10−133159号公報
【0005】なお、光導波路基板のサイズを小さくすることで、光導波路基板の共振現象によるリップルを、高周波帯域に移行させることが知られている(特許文献2、特許文献3)。
【特許文献2】
特許第2669097号
【特許文献3】
特開平5−241115号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】更に、本出願人は、光導波路基板を薄型化すると共に、光導波路基板の裏面側に別体の補強基板を接合し、機械的強度を付与することを開示した(特許文献4)。本発明で用いる薄い光導波路基板のみの光変調器では、従来の数100〜数mmの厚い基板を用いた光変調器で観測される基板共振による透過特性(S 21)の損失(リップル)の問題を回避できる。
【特許文献4】
特願2001−101729明細書
【0007】しかし、このような光導波路デバイスを、外部の光ファイバーに対して光学的に結合する際に、以下の問題が生ずる場合があることが判明してきた。図8の模式図を参照しつつ説明する。図8においては、薄い光導波路基板1の底面1bを接着層7によって支持基体6の表面6aに接着し、光導波路デバイス20を作製する。基板本体1の表面1a側には、図示しない光導波路および電極が形成されている。一方、光伝送部材12を保持部材11によって保持し、保持部材11の端面11aに対して光導波路デバイス20の端面を接触させ、接着剤21によって接着する。
【0008】しかし、このような構造の光導波路デバイスを光ファイバーに対して調芯し、光学結合し、レーザー光を通すと、環境温度変化に伴って光出力が大きく変動することがあった。また、製造時のバラツキにより、透過特性(S21)の損失(リップル)の発生確率が増大する傾向が見られた。
【0009】本発明の課題は、光導波路と電極とを備えている光導波路基板、光導波路基板を支持する支持基体、および光導波路基板と支持基体とを接着する接着層を備えている光導波路デバイスにおいて、外部の光伝送部材に対して光導波路を光学的に結合したときに、環境温度変化に伴う光出力の変動を抑制できるようにすることである。
【0010】また、本発明の課題は、透過特性(S21)の損失(リップル)の発生確率を低減することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気光学材料からなる基板本体、この基板本体の一方の主面側に設けられている光導波路、および光導波路に電気信号を印加可能な電極を備えている光導波路基板、
この光導波路基板を支持する支持基体、
基板本体の他方の主面と支持基体との間に設けられている第一の接着層、
基板本体の一方の主面側に設けられている被覆基体、
被覆基体に設けられている導電膜、
および基板本体の一方の主面と被覆基体との間に設けられている第二の接着層を備えていることを特徴とする、光導波路デバイスに係るものである。
【0012】また、本発明は、前記光導波路デバイス、および光導波路と光学的に結合された光伝送部材を備えていることを特徴とする結合構造に係るものである。
【0013】本発明者は、光導波路デバイスを光伝送部材と光学的に結合した後に、環境温度変化に伴って光出力の変動が生ずる原因について検討した。この結果、図8に示すような構造において、接着剤21、7と保持部材11の端面11aとの接触部分に着目した。ここで、接着剤21は、いわゆるメニスカス形状を示す。ここで環境温度が変化すると、接着剤21と7とが非対称であり、また接着剤21の膜厚が変化していることから、光導波路と光伝送部材12との結合部分に加わる応力が変化し、光伝搬損失に影響するものと考えられる。そして,接着剤21の形状をコントロールして、環境温度変化に対する光伝搬損失の変化を小さくすることは、実際上困難であった。
【0014】そこで、本発明者は、基板本体の一方の主面側(光導波路側)に被覆基体を設け、基板本体の一方の主面と被覆基体とを接着することを想到した。
これによって、接着剤と保持部材11の端面11aとの接触部分およびその周辺において、光導波路に対する接着剤の形状が対称的となる。これによって、環境温度が変化しても、光導波路と光伝送部材との結合部分およびその周辺に加わる不均等な応力を低減でき、環境温度変化に対する光伝搬損失の変化を低減できる。
【0015】しかし、このままでは、光導波路から被覆基体の方への基板放射モードによって、例えば20〜45GHzにおいてリップルが生ずることがある。
このため、被覆基体の表面に導電膜を設けることによって、被覆基体への基板放射モードに起因するリップルを高周波側にシフトさせる。
【0016】
【発明の実施の形態】図1〜図4は、本発明の一実施形態に係る結合構造を示す。図1は、光導波路デバイス10Aを模式的に示す横断面図であり、図2は、光導波路デバイス10Aと保持部材11および光伝送部材12との結合構造を模式的に示す縦断面図である。図3は、被覆基体8の平面図であり、図4は、光導波路基板10Aを概略的に示す平面図である。
【0017】主として図1、図4に示すように、光導波路デバイス10Aは、光導波路基板18、支持基体6および被覆基体8を備えている。本例では、支持基体6、被覆基体8は平板形状をしているが、これらの形状は平板には限定されない。基板本体1の一方の主面1a上には、所定の電極3A、3B、3Cが形成されている。本例では、いわゆるコプレーナ型(Coplanar waveguide:CPW電極)
の電極配置を採用しているが、電極の配置形態は特に限定されない。本例では、隣接する電極の間に一対の分岐光導波路2が形成されており,各光導波路2に対して略水平方向に信号電圧を印加するようになっている。光導波路2は、平面的に見ると、いわゆるマッハツェンダー型の光導波路を構成しており、この平面的パターンは図4に示す。
【0018】支持基体6の基板本体1側の表面6aと、基板本体1の他方の主面1bとの間に第一の接着層7が設けられており、支持基体6と基板本体1とを接着している。
【0019】基板本体1の一方の主面1a上に被覆基体8が設けられており、被覆基体8は、電極および光導波路を被覆している。被覆基体8の基板本体側壁面8b側には、主として図1、図3に示すように、細長い矩形溝8aが設けられている。そして、電極のフィードスルー部に対応する位置に、コネクタ接続用の一対の切り欠き13が設けられている。被覆基体8の壁面8bには、矩形溝を含めて全面にわたって導電膜9が形成されている。矩形溝8aと基板本体1の一方の主面1aとの間には空隙4が形成されており、信号電極3Bと、接地電極3A、3Cの一部とが空隙4に面している。
【0020】図1、図2に示すように、基板本体1の一方の主面1aの周縁部分と被覆基体8の壁面8bの周縁部分との間には、第二の接着層5が形成されており、これによって基板本体1と被覆基体8とが接着されている。
【0021】本実施形態によれば、接着剤と保持部材11の端面11aとの接触部分およびその周辺において、光導波路2に対する接着剤の形状が対称的となる。これによって、環境温度が変化しても、光導波路2と光伝送部材11との結合部分およびその周辺に加わる不均等な応力を低減でき、環境温度変化に対する光伝搬損失の変化を低減できる。しかも、被覆基体8の壁面8bに導電膜を設けることによって、被覆基体8への基板放射モードに起因するリップルを高周波側にシフトさせることができる。
【0022】好適な実施形態においては、被覆基体8および基板本体1によって空隙4が設けられており、光導波路2が空隙4に面している。空隙4に接着剤を充填することも可能であるが、空隙4を設けることによって、マイクロ波の実効屈折率を向上させることができ、速度整合に有利である。
【0023】また、好適な実施形態においては、少なくとも信号電極3Bが空隙4に面している。
【0024】また、好適な実施形態においては、光伝送部材12を保持する保持部材11を備えており、保持部材11の基板本体1に対向する対向面11aに対して、第一の接着層7および第二の接着層5が接触する。これによって、環境温度変化に対する光伝搬損失の変化を一層低減できる。
【0025】また、好適な実施形態においては、支持基体の基板本体側の表面に、導電層を備えている。これによって、支持基体中への基板放射モードに起因するリップルの発生確率を低減できる。
【0026】また、好適な実施形態においては、基板本体および支持基体の一方の側面に第一の導電層が設けられており、基板本体および支持基体の他方の側面に第二の導電層が設けられており、第一の導電層と第二の導電層とが電気的に接続されている。これによって、温度変化に伴う焦電に起因する光伝搬損失の変化を低減できる。
【0027】図5は、この実施形態に係る光導波路デバイス10Bを示す。光伝送部材、保持部材は図2に示すものである。
【0028】本例の光導波路デバイス10Bにおいては、支持基体6の基板本体1側の表面6aに、導電層25を備えている。また、基板本体1および支持基体6の一方の側面1c、6bに第一の導電層15Aが設けられており、基板本体1および支持基体6の他方の側面1d、6cに第二の導電層15Bが設けられている。第一の導電層15Aと第二の導電層15Bとが、支持基体6の底面6d上の導電層14によって電気的に接続されている。
【0029】なお、本例では、導電層15Aが、被覆基体8の側面8cまで伸びて被覆しており、導電層15Bが、被覆基体8の側面8dまで伸びて被覆している。このような形態が特に好ましい。
【0030】導電膜9および導電層25の材質は、マイクロ波電界が実質的に零になるような材料であることが好ましい。具体的には、導電膜9および導電層25の材質の体積抵抗率は10−4Ω・cm以下であることが好ましく、更には金、銀、銅などの導電率の高い金属材料、特に貴金属が好ましい。
【0031】導電膜9および導電層25の厚さは特に限定されないが、マイクロ波電界を低減するという観点からは 動作周波数でのマイクロ波の表皮効果を考慮して設定すればよい。望ましくは、ミリ波帯では0.05μm以上であることが好ましい。またマイクロ波帯では、0.5μm以上であることが望ましい。
【0032】導電膜9および導電層25は、焦電の影響を抑制することを目的とする導電層ではなく、支持基体または被覆基体内部へのマイクロ波電界の基板放射モードをカットするためのものである。このため、導電膜9および導電層25は、支持基体または被覆基体の壁面に連続層として形成することが好ましい。
【0033】光導波路基板を構成する基板本体は、強誘電性の電気光学材料、好ましくは単結晶からなる。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、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウム、KTP、GaAs及び水晶などを例示することができる。
【0034】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。
【0035】支持基体、被覆基体の材質に制限はないが、望ましくは、基板本体の線熱膨張係数と支持基体または被覆基体の線熱膨張係数との差を±50%以下とすることによって、環境温度が変化したときの光変調の度合いの変化を抑制することができる。この場合には、基板本体の材質と支持基体または被覆基体の材質とは、同種であってもよく、異種であってもよい。
【0036】また、支持基体または被覆基体を、光導波路基板の電気光学単結晶の誘電率以上の誘電率を有する材質によって形成することができる。この場合には、支持基体または被覆基体を、基板本体を構成する単結晶と同種の単結晶によって形成することが特に好ましい。
【0037】支持基体または被覆基体を構成する材質、特に単結晶と、基板本体を構成する材質、特に単結晶とが同種のものであるとは、基本組成(例えば全体の80mol%以上を占める基本組成)が同一であれば足り、他の添加成分には異同があってもよい。
【0038】電極は、基板本体の一方の主面側に設けることが好ましく、基板本体の一方の主面1aに直接形成されていてよく、バッファ層の上に形成されていてよい。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。
【0039】本発明においては、光導波路は、基板本体の一方の主面側に形成されている。光導波路は、基板本体の一方の主面1aに直接形成されたリッジ型の光導波路であってよく、基板本体の一方の主面1aの上に他の層を介して形成されたリッジ型の光導波路であってよい。また、基板本体1に内拡散法やイオン交換法によって形成された光導波路、例えばチタン拡散光導波路、プロトン交換光導波路であってよい。
【0040】接着層5、7を構成する接着剤の屈折率は、基板本体を構成する電気光学材料の屈折率よりも低いことが好ましい。また、前記接着剤の誘電率は、基板本体を構成する電気光学材料の誘電率よりも低いことが望ましい。
【0041】前記接着剤の具体例は特に限定されないが、エポキシ系接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化性接着剤、ニオブ酸リチウムなどの、電気光学効果を有する材料と比較的近い熱膨張係数を有する「アロンセラミックスC」(商品名、東亜合成社製)(熱膨張係数13×10−6/K)を例示できる。また、接着剤が導電性であってよい。こうした導電性接着剤としては、カーボンおよび銀ペースト、さらには異方導電性フィルムを例示できる。
【0042】本発明は、いわゆる非対称コプレーナストリップライン(Asymmetric coplanar strip line:A−CPS電極) 型の電極配置に対しても適用できる。また、本発明は、いわゆる独立変調型の進行波形光変調器に対しても適用できる。
【0043】第一の導電層と第二の導電層とを電気的に接続する方法は特に限定されない。例えば接続部14を支持基体6の底面6d上に設けることができる。
また、ボンディングワイヤによって第一の導電層と第二の導電層とを接続することも可能である。
【0044】光伝送部材は、光導波路と光学的に結合可能であれば限定されないが、光ファイバーが好ましい。また、保持部材11は、光ファイバアレイやフェルールであってよい。
【0045】
【実施例】(実施例1)
図1〜図4に示す光変調器10Aを製造し、光ファイバーと結合した。具体的には、Xカットした3インチウエハー(LiNbO3単結晶:厚さ0.3mm)を使用した。2枚のXカットした3インチウエハーを接着した。具体的には、各ウエハーを洗浄し、乾燥した後、SOG(spin on glass)をスピンコートし、コート面同士を重ね合わせて荷重を加えた状態で、水蒸気含有酸素雰囲気中で1070℃で保持し、接着した。次いで、接着体を研磨定盤上に載せ、基板本体1側を横型研磨およびポリッシング(CMP)にて加工し、厚さ10μmとした。次いで接着体を研磨定盤から取り外し、有機溶剤およびUV洗浄した。次いで、チタンをスパッリリングによって厚さ500〜1000オングストローム形成した後、フォトリソグラフィー法によってレジストパターンを形成し、反応性イオンエッチングによってチタンパターンを成形し、レジストを有機溶剤によって剥離させた。次いで、水蒸気含有酸素雰囲気中で1020℃で保持し、マッハツェンダー型のチタン拡散光導波路を形成した。
【0046】次いで、メッキプロセスにより、CPW電極3A、3B、3Cを形成した。
【0047】次に、Xカットした3インチウエハー(LiNbO3単結晶:厚さ0.3mm)をエキシマレーザーによって加工し、幅500μm、深さ100μmの溝8aを形成した。次いで、蒸着法によって厚さ1000オングストロームの金膜9を形成し、被覆基体8を製造した。
【0048】次いで、基板本体1の一方の主面1aと被覆基体8とをエポキシ系接着剤によって接着した。この際、溝8a内には接着剤が充填されないようにした。
【0049】次いで、光導波路デバイス10Aの端面を光学研磨し、ダイシングによってチップ切断した。このデバイス10Aを、フェルール11に保持された光ファイバー12と接続し、光軸調整し、UV硬化樹脂によって接着固定した。
【0050】(比較例1)
図8に示すような光導波路デバイスを、被覆基体を除くと実施例1と同様にして製造した。この光導波路デバイスをUV硬化樹脂接着剤21によってフェルール11の端面11aに接着し、光ファイバーに結合した。
【0051】各例の構造について、−20℃から85℃における光パワー損失の温度特性を評価した。この結果、実施例1における変動量は0.2dBであり、比較例1における変動量は0.6dBであった。実施例1における測定結果を図6に示し、比較例1における測定結果を図7に示す。
【0052】また、ベクトルネットワークアナライザでS21特性を測定した。
使用したプローブは、Cascade 製CPWプローブ「ACP 50−250」とした。
実施例1、比較例1についてそれぞれ100個のデバイスを製造し、45GHz以下の周波数領域でのリップルの有無を確認した。実施例1においては、45GHz以下の周波数領域でのリップルが生ずる確率は1%であり、比較例1においては30%であった。
【0053】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光導波路と電極とを備えている光導波路基板、光導波路基板を支持する支持基体、および光導波路基板と支持基体とを接着する接着層を備えている光導波路デバイスにおいて、外部の光伝送部材に対して光導波路を光学的に結合したときに、環境温度変化に伴って光出力の変動を抑制できる。また、透過特性(S21)の損失(リップル)の発生確率を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光導波路デバイス10Aを模式的に示す横断面図である。
【図2】光導波路デバイス10Aと保持部材11および光伝送部材12との結合構造を示す縦断面図である。
【図3】被覆基体8の平面図である。
【図4】光導波路基板18の平面図である。
【図5】他の実施形態に係る光導波路デバイス10Bを模式的に示す横断面図である。
【図6】本発明の実施例1の構造において、光パワーの温度特性を示すグラフである。
【図7】比較例1の構造において、光パワーの温度特性を示すグラフである。
【図8】比較例に係る光導波路デバイス20と光伝送部材12との結合構造を模式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】1 基板本体 1a 基板本体1の一方の主面 1b 基板本体1の他方の主面 2 光導波路 3A、3B、3C 電極 4 空隙 5 第二の接着層 6 支持基体 6a 支持基体の基板本体側の表面 7 第一の接着層 8被覆基体 8a 溝 8b 被覆基体8の基板本体側の壁面 10A、10B 光導波路デバイス 11 保持部材 11a保持部材11の端面 12 光伝送部材 18 光導波路基板[0001]
BACKGROUND OF THE
[0002]
2. Description of the Related Art With the development of multimedia, the demand for broadband communication has increased, and optical transmission systems exceeding 10 Gb / s have been put to practical use, and further speeding up is expected. As a device for modulating an electric signal (microwave signal) of 10 Gb / s or more into light, a lithium niobate optical modulator or a semiconductor electroabsorption modulator (EA modulator) is used.
In the case of a lithium niobate optical modulator, a Mach-Zehnder optical waveguide and a traveling-wave electrode are used. As an important condition for enabling high-speed optical modulation of 10 Gb / s or more, speed matching between microwave and light wave is required. It is necessary to meet the conditions. For this reason, generally, the thickness of the electrode is increased, and furthermore, the effective refractive index of the microwave is reduced by forming a low dielectric constant layer between the substrate and the electrode, thereby satisfying the above speed matching condition. .
On the other hand, as a method for achieving speed matching, a structure in which the thickness of the optical waveguide substrate is reduced to, for example, 10 μm can be considered. However, since the thickness of the substrate of the optical waveguide portion is substantially equal to the size of the optical waveguide (full width at half maximum: 1 / e 2 ), the spot shape is flattened, and for example, the coupling loss with the fiber increases, and furthermore, However, there is a problem in that propagation loss due to surface roughness during thin processing increases. For this reason, the present applicant has disclosed in
[Patent Document 1]
[0005] It is known that the ripple caused by the resonance phenomenon of the optical waveguide substrate is shifted to a high frequency band by reducing the size of the optical waveguide substrate (
[Patent Document 2]
Patent No. 2669097 [Patent Document 3]
JP-A-5-241115
Further, the present applicant discloses that the thickness of the optical waveguide substrate is reduced, and that a separate reinforcing substrate is joined to the back surface of the optical waveguide substrate to impart mechanical strength. (Patent Document 4). In the optical modulator having only a thin optical waveguide substrate used in the present invention, the loss (ripple) of the transmission characteristic (S21) due to substrate resonance observed in a conventional optical modulator using a thick substrate having a thickness of several hundreds to several mm is used. Avoid problems.
[Patent Document 4]
[0007] However, it has been found that the following problems may occur when such an optical waveguide device is optically coupled to an external optical fiber. This will be described with reference to the schematic diagram of FIG. In FIG. 8, the bottom surface 1 b of the thin
However, when an optical waveguide device having such a structure is aligned with an optical fiber, optically coupled to the optical fiber, and passes laser light, the optical output sometimes fluctuates greatly with a change in environmental temperature. In addition, the occurrence probability of the loss (ripple) of the transmission characteristics (S21) tended to increase due to the variation at the time of manufacturing.
An object of the present invention is to provide an optical waveguide substrate having an optical waveguide and an electrode, a support base for supporting the optical waveguide substrate, and an optical waveguide having an adhesive layer for bonding the optical waveguide substrate to the support base. In a device, when an optical waveguide is optically coupled to an external optical transmission member, it is possible to suppress a change in optical output due to a change in environmental temperature.
Another object of the present invention is to reduce the probability of occurrence of a loss (ripple) in the transmission characteristic (S21).
[0011]
According to the present invention, there is provided a substrate body made of an electro-optical material, an optical waveguide provided on one main surface side of the substrate body, and an electrode capable of applying an electric signal to the optical waveguide. An optical waveguide substrate,
A support base for supporting the optical waveguide substrate,
A first adhesive layer provided between the other main surface of the substrate body and the support base,
A coating substrate provided on one main surface side of the substrate body,
A conductive film provided on the coated substrate,
And a second adhesive layer provided between one main surface of the substrate main body and the covering base, and relates to an optical waveguide device.
Further, the present invention relates to a coupling structure comprising the optical waveguide device and an optical transmission member optically coupled to the optical waveguide.
The present inventor has studied the cause of a change in optical output due to a change in environmental temperature after optically coupling an optical waveguide device with an optical transmission member. As a result, in the structure as shown in FIG. 8, attention was paid to the contact portion between the
The inventor of the present invention has conceived of providing a coated base on one main surface side (optical waveguide side) of the substrate main body and bonding the one main surface of the substrate main body to the coated base.
Accordingly, the shape of the adhesive with respect to the optical waveguide becomes symmetrical at the contact portion between the adhesive and the end surface 11a of the holding member 11 and the periphery thereof. Thus, even when the environmental temperature changes, the uneven stress applied to the coupling portion between the optical waveguide and the optical transmission member and its surroundings can be reduced, and the change in light propagation loss due to the environmental temperature change can be reduced.
However, in this state, ripples may occur at, for example, 20 to 45 GHz due to the substrate radiation mode from the optical waveguide toward the coated substrate.
Therefore, by providing the conductive film on the surface of the coated substrate, the ripple due to the substrate radiation mode to the coated substrate is shifted to the high frequency side.
[0016]
1 to 4 show a connecting structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating an optical waveguide device 10A, and FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view schematically illustrating a coupling structure of the optical waveguide device 10A, a holding member 11, and an
As mainly shown in FIGS. 1 and 4, the optical waveguide device 10A includes an
Although the electrode arrangement described above is adopted, the arrangement of the electrodes is not particularly limited. In this example, a pair of branch
A first
A
As shown in FIGS. 1 and 2, a second
According to the present embodiment, the shape of the adhesive with respect to the
In a preferred embodiment, a
In a preferred embodiment, at least the
In a preferred embodiment, a holding member 11 for holding the
In a preferred embodiment, a conductive layer is provided on the surface of the support base on the substrate main body side. As a result, the probability of occurrence of ripples due to the substrate radiation mode in the support base can be reduced.
In a preferred embodiment, a first conductive layer is provided on one side surface of the substrate body and the support base, and a second conductive layer is provided on the other side surface of the substrate body and the support base. And the first conductive layer and the second conductive layer are electrically connected. Thereby, it is possible to reduce a change in light propagation loss due to pyroelectricity due to a temperature change.
FIG. 5 shows an optical waveguide device 10B according to this embodiment. The light transmitting member and the holding member are as shown in FIG.
In the optical waveguide device 10 B of the present embodiment, a
In this embodiment, the
The materials of the
The thicknesses of the
The
The substrate body constituting the optical waveguide substrate is made of a ferroelectric electro-optic material, preferably a single crystal. Such a crystal is not particularly limited as long as light can be modulated. Examples thereof include lithium niobate, lithium tantalate, lithium niobate-lithium tantalate solid solution, potassium lithium niobate, KTP, GaAs, and quartz. it can.
The electrode is not particularly limited as long as it is a material having low resistance and excellent impedance characteristics, and may be made of a material such as gold, silver, or copper.
The material of the supporting substrate and the covering substrate is not limited, but preferably, the difference between the linear thermal expansion coefficient of the substrate body and the linear thermal expansion coefficient of the supporting substrate or the covering substrate is set to ± 50% or less. It is possible to suppress a change in the degree of light modulation when the environmental temperature changes. In this case, the material of the substrate body and the material of the supporting base or the covering base may be the same or different.
Further, the supporting base or the covering base can be formed of a material having a dielectric constant higher than that of the electro-optic single crystal of the optical waveguide substrate. In this case, it is particularly preferable that the supporting substrate or the covering substrate is formed of a single crystal of the same kind as the single crystal constituting the substrate body.
The material constituting the supporting substrate or the coated substrate, particularly a single crystal, and the material constituting the substrate main body, particularly the single crystal, are of the same kind. It is sufficient if the composition is the same, and the other added components may be different.
The electrode is preferably provided on one main surface side of the substrate main body, may be formed directly on one main surface 1a of the substrate main body, or may be formed on the buffer layer. Known materials such as silicon oxide, magnesium fluoride, silicon nitride, and alumina can be used for the buffer layer.
In the present invention, the optical waveguide is formed on one main surface side of the substrate main body. The optical waveguide may be a ridge-type optical waveguide formed directly on one main surface 1a of the substrate main body, and a ridge-type optical waveguide formed on one main surface 1a of the substrate main body via another layer. It may be an optical waveguide. Further, an optical waveguide formed on the
The refractive index of the adhesive forming the
Specific examples of the adhesive are not particularly limited, but a thermal expansion relatively close to a material having an electro-optical effect, such as an epoxy adhesive, a thermosetting adhesive, an ultraviolet curable adhesive, and lithium niobate. "Aron Ceramics C" (trade name, manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.) having a coefficient of thermal expansion (13 × 10 −6 / K) can be exemplified. Also, the adhesive may be conductive. Examples of such a conductive adhesive include carbon and silver pastes, and further, an anisotropic conductive film.
The present invention can also be applied to an electrode arrangement of a so-called asymmetric coplanar strip line (A-CPS electrode) type. Further, the present invention can be applied to a so-called independent modulation type traveling waveform optical modulator.
The method for electrically connecting the first conductive layer and the second conductive layer is not particularly limited. For example, the connection portion 14 can be provided on the
Further, the first conductive layer and the second conductive layer can be connected by a bonding wire.
The optical transmission member is not limited as long as it can be optically coupled to the optical waveguide, but an optical fiber is preferable. Further, the holding member 11 may be an optical fiber array or a ferrule.
[0045]
Example (Example 1)
The optical modulator 10A shown in FIGS. 1 to 4 was manufactured and coupled to an optical fiber. Specifically, an X-cut 3-inch wafer (LiNbO 3 single crystal: thickness 0.3 mm) was used. Two X-cut 3-inch wafers were bonded. Specifically, after each wafer is washed and dried, SOG (spin on glass) is spin-coated, and the coated surfaces are superimposed on each other and a load is applied thereto, and the coated surface is maintained at 1070 ° C. in an oxygen atmosphere containing water vapor. And glued. Next, the bonded body was placed on a polishing platen, and the
Next,
Next, the X-cut 3-inch wafer (LiNbO 3 single crystal: thickness 0.3 mm) was processed by an excimer laser to form a
Next, one main surface 1a of the substrate
Next, the end face of the optical waveguide device 10A was optically polished and cut into chips by dicing. The device 10A was connected to the
(Comparative Example 1)
An optical waveguide device as shown in FIG. 8 was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the coated substrate. This optical waveguide device was adhered to the end face 11a of the ferrule 11 with a UV curable resin adhesive 21 and bonded to an optical fiber.
With respect to the structure of each example, the temperature characteristics of the optical power loss from −20 ° C. to 85 ° C. were evaluated. As a result, the variation in Example 1 was 0.2 dB, and the variation in Comparative Example 1 was 0.6 dB. The measurement results in Example 1 are shown in FIG. 6, and the measurement results in Comparative Example 1 are shown in FIG.
The S21 characteristic was measured with a vector network analyzer.
The probe used was a Cascade CPW probe “ACP 50-250”.
For each of Example 1 and Comparative Example 1, 100 devices were manufactured, and the presence or absence of a ripple in a frequency region of 45 GHz or less was confirmed. In Example 1, the probability of occurrence of a ripple in a frequency region of 45 GHz or less was 1%, and in Comparative Example 1, it was 30%.
[0053]
As described above, according to the present invention, an optical waveguide substrate having an optical waveguide and an electrode, a supporting base for supporting the optical waveguide substrate, and bonding the optical waveguide substrate to the supporting base. In an optical waveguide device having an adhesive layer, when an optical waveguide is optically coupled to an external optical transmission member, a change in optical output due to a change in environmental temperature can be suppressed. Further, the probability of occurrence of loss (ripple) in the transmission characteristics (S21) can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an optical waveguide device 10A according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a coupling structure of an optical waveguide device 10A, a holding member 11, and an
FIG. 3 is a plan view of a
FIG. 4 is a plan view of the
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an optical waveguide device 10B according to another embodiment.
FIG. 6 is a graph showing temperature characteristics of optical power in the structure of the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing temperature characteristics of optical power in the structure of Comparative Example 1.
FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view schematically illustrating a coupling structure between an
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記基板本体を支持する支持基体、
前記基板本体の他方の主面と前記支持基体との間に設けられている第一の接着層、
前記基板本体の前記一方の主面側に設けられている被覆基体、
この被覆基体に設けられている導電膜、
および前記基板本体の前記一方の主面と前記被覆基体との間に設けられている第二の接着層を備えていることを特徴とする、光導波路デバイス。A substrate main body made of an electro-optical material, an optical waveguide provided on one main surface side of the substrate main body, and an optical waveguide substrate including an electrode capable of applying an electric signal to the optical waveguide;
A support base supporting the substrate body,
A first adhesive layer provided between the other main surface of the substrate body and the support base,
A coating substrate provided on the one main surface side of the substrate body,
A conductive film provided on the coated substrate,
An optical waveguide device, comprising: a second adhesive layer provided between the one main surface of the substrate main body and the coating substrate.
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