本発明は、処理、装置、システム、物質の組成、コンピュータ読み取り可能な格納媒体上に具現化されたコンピュータプログラム製品、および/または、プロセッサ(プロセッサに接続されたメモリに格納および/またはそのメモリによって提供される命令を実行するよう構成されたプロセッサ)を含め、様々な形態で実施されうる。本明細書では、これらの実施例または本発明が取りうる任意の他の形態が、技術と呼ばれうる。一般に、開示されている処理の工程の順序は、本発明の範囲内で変更されてもよい。特に言及しない限り、タスクを実行するよう構成されるものとして記載されたプロセッサまたはメモリなどの構成要素は、或る時間にタスクを実行するよう一時的に構成された一般的な構成要素として、または、タスクを実行するよう製造された特定の構成要素として実装されてよい。本明細書では、「プロセッサ」という用語は、1または複数のデバイス、回路、および/または、コンピュータプログラム命令などのデータを処理するよう構成された処理コアを指すものとする。
以下では、本発明の原理を示す図面を参照しつつ、本発明の1または複数の実施形態の詳細な説明を行う。本発明は、かかる実施形態に関連して説明されているが、どの実施形態にも限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものであり、本発明は、多くの代替物、変形物、および、等価物を含む。以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細事項が記載されている。これらの詳細事項は、例示を目的としたものであり、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも特許請求の範囲に従って実施可能である。簡単のために、本発明に関連する技術分野で周知の技術事項については、本発明が必要以上にわかりにくくならないように、詳細には説明していない。
電気光変調器などの電気光学デバイス(光学デバイスとも呼ばれる)の基本的な要素は、導波管と、導波管の周りの電極とを含む。導波管は、光信号を伝達する。電極は、導波管でまたはその近くで電場または電圧差を生成するために用いられる。この電場は、導波管の屈折率の変化を引き起こし、その結果として、光信号が変調される。例えば、電極信号(例えば、マイクロ波信号)が、電極に印加されてよい。電極は、伝送線路として機能する。電極信号は、導波管を通して伝搬する光信号と同じ方向に伝わる。電極信号は、導波管において対応する電場を生成し、導波管の屈折率を変調する。したがって、光信号は、光信号が導波管を通る時に変調される。そのため、光信号の所望の変調は、電極を通して適切な電極信号を駆動することによって達成されうる。
電気光学デバイスが機能するが、それらの性能は、多数の要因によって制限されうる。例えば、電極は、導波管で電場の強度を増すために、導波管に近接していることが望ましい。より高い電場は、導波管の屈折率の変化を高め、光信号の変調を増大させる。しかしながら、電極は、マイクロ波信号が電極を通る時に電極(例えば、マイクロ波)信号損失を受けうる。かかる損失は、導波管への近接によって増大されうる。これらの損失は、電極が導波管で所望の電場を提供する能力に悪影響を与えうる。周囲の構造によるマイクロ波信号の吸収および電極における抵抗損失が、これらの損失を悪化させる。さらに、電極に必要な駆動電圧は、変調の周波数が増大するのに伴って増大する。例えば、光信号は、2ボルト未満の電極電圧を用いて1GHzの周波数で容易に変調されうる。しかしながら、より高い周波数(例えば、100GHz以上の帯域)では、必要な電極電圧は、かなり高くなりうる(例えば、5ボルト以上)。より高い電圧が、屈折率の所望の変化を得るために電極へ印加される。したがって、光変調器は、より大きい電極への入力電圧を必要とし、望ましい電力よりも大きい電力を消費しうる。そのため、性能を改善した電気光学デバイスが、まだ望まれている。
多くの技術が、光変調器を改善するために提案されてきた。これらの技術は、半導体(例えば、シリコンおよび/またはリン化インジウム)、バルクニオブ酸リチウム(LN)、チタン酸バリウム(BTO)、および/または、プラズモニクスを用いた導波管を含む。しかしながら、これらの技術およびその他の技術は、上述した特徴の内の1以上で重大な欠点を有する。例えば、いくつかの変調器は、所与の領域で所望の変調を提供することができない場合があり、弱い電場(ひいては、より小さい電気光学応答)のみが提供されるほど大きい場合があり、および/または、許容できない電極または光信号損失を受ける。光変調器の性能における信号制限要因が、光変調器が所望の通りに機能することを妨げうる。例えば、許容できない電極(マイクロ波)損失は、電極が低電圧で駆動可能である場合でも、変調器を特定の用途に利用できなくしうる。そのため、低い光信号損失、低い電極信号損失を有し、制御された量の面積を消費し、および/または、低い電圧で所望の光変調を提供する光変調器を提供するためのメカニズムが、まだ望まれている。
性能が改善しうる光学デバイスについて記載する。光学デバイスは、導波管および電極を備える。導波管は、電気光学効果を有する少なくとも1つの光学材料を含む。いくつかの実施形態において、導波管は、リッジ部および薄膜部を備える。電極は、チャネル領域と、チャネル領域から突出している伸長部と、を備える。伸長部は、チャネル領域よりも導波管の一部に近い。いくつかの実施形態において、伸長部はピッチを有しており、ピッチは、電極におけるマイクロ波の波長をπで割ったものより短くてよい。いくつかの実施形態において、伸長部は、電極におけるマイクロ波の波長をπで割ったものより短い長さを有する。導波管は、光信号を伝達するよう構成されており、一方、電極は、電極信号を伝達するよう構成されている。いくつかのかかる実施形態において、1または複数の光学材料は、光信号および電極信号に対する光学的誘電率の少なくとも1.5倍のマイクロ波誘電率を有する。本明細書で用いられているように、「誘電率」は、比誘電率に対応し、これは、材料の誘電率を真空誘電率で割ったものに等しい。マイクロ波誘電率とは、対象となるマイクロ波周波数での誘電率のことである。光学的誘電率とは、対象となる光周波数での誘電率のことであり、屈折率の二乗に等しいか、または、およそ等しい。いくつかの実施形態において、伸長部の各々は、チャネル領域に接続されている接続部と、逆行部と、を備える。接続部は、逆行部とチャネル領域との間にある。いくつかの実施形態において、光学デバイスは、さらなるチャネル領域およびさらなる複数の伸長部を有するさらなる電極を備える。さらなる伸長部は、さらなるチャネル領域よりも導波管の一部に近い。いくつかの実施形態において、導波管は、導波管の一部に沿って10dB以下の総光損失を有する。
したがって、光学デバイスは、マイクロ構造(すなわち、伸長部)を有するように製造された1または複数の電極を備える。1または複数の電極の1または複数のチャネル領域は、電流のバルクを伝導するよう構成されているが、電流は、伸長部を通してはほとんどまたは全く駆動されえない。したがって、電極が導波管に近接していることに起因する損失が緩和されうる。しかしながら、伸長部が導波管に近いので、導波管での電場の大きさが維持または増大されうる。したがって、電極は、より低い電極電圧で光信号に十分な変調を提供できうる。
いくつかの実施形態において、光学性能も改善されうる。導波管は、低い光損失(例えば、1dB/cm以下の光損失)を有しうる。いくつかのかかる実施形態において、導波管は、いくつかの場合に(例えば、平均で)0.5dB/cm以下の光損失を有する。いくつかの実施形態において、導波管は、4dB以下の総光損失をオンチップで有する。いくつかの実施形態において、1または複数の電極に近接する導波管の部分は、3dB以下の総光損失を有する。デバイスの光学効率が改善されうる。したがって、光変調器は、より長く(例えば、2cmより長く、および、いくつかの実施形態においては3cm以上)されてよく、入力光信号の変調が強化される。また、導波管は、例えば、薄膜技術を用いて、比較的小さくされてよい。いくつかの実施形態において、導波管は、1または複数の非線形光学材料における光信号の波長の二乗(例えば、λ2)より小さい光モード断面積を有する。いくつかの実施形態において、光モード断面積は、λ2の3倍より小さく、ここで、λは、導波管における光信号の波長である。導波管が小さいので、電極は、導波管のより近くに配置されてよい。これは、導波管での電場の増大および電気光学効果の強化を可能にしうる。いくつかの実施形態において、1または複数の導波管屈曲部分は、500μm以下の曲げ半径を有してよい。いくつかの実施形態において、導波管屈曲部分は、0.5dB以下の屈曲部分光損失を有する。存在する場合、導波管および電極の屈曲部分は、デバイスが消費する長さおよび/または面積を制御しつつ、電極が導波管に近接している領域を長くするために用いられてよい。つまり、屈曲部分の利用は、光変調器の最大寸法の削減を可能にする。光変調器の最大寸法は、光変調器がその中に提供されうるパッケージのサイズの削減を制限する。電極および導波管の屈曲部分は、光変調器の最大寸法を削減しつつ、光路と、電極が導波管に近接している領域とを長くすることを可能にする。例えば、4センチメートルの長さおよび0.2ミリメートルの幅を有する直線状の光変調器が、おおよそ1センチメートルの長さおよび0.8mmの幅の面積を占める3つの屈曲部分(および4つの直線部)を持つ光変調器と同じ長さの光路を有する。この第2光変調器は、より小さいアスペクト比を有し、よりコンパクトであり、はるかに小さいパッケージに収まることが可能であり、これは、望ましい。いくつかの実施形態において、導波管および電極は、50平方ミリメートル以下の面積を占めうる。導波管および電極は、いくつかの実施形態において、20平方ミリメートル以下の面積を占める。いくつかの実施形態において、導波管および電極は、32ミリメートル以下の長さを有する集積回路上に存在する。したがって、より大きい光信号変調が、より小さいフットプリントで達成されうる。いくつかの実施形態において、1以上の電極屈曲部分および1以上の導波管屈曲部分は、導波管のための光信号と電極のための電極信号との間の経路差を提供するよう構成されている。導波管および電極の屈曲部分は、電極(マイクロ波)信号および光信号の速度の不整合を考慮するために用いられてよい。このように、デバイスの効率が改善されうる。チャネル領域および伸長部を備えた1または複数の電極の利用は、高い電場が電極によって導波管で提供されることを可能にする。また、伸長部は、チャネル領域のエッジを導波管から分離する。したがって、電流が、チャネル領域により良好に閉じ込められうることで、電極における電極損失を低減させ、電極のための駆動電圧を低くすることが可能になる。光損失および電極(例えば、マイクロ波)損失の低減と、電極信号と光信号との間の速度整合の改善と、光信号が変調されうる経路の延長とを組み合わせることで、1または複数の電極へ入力される電圧振幅の低減が可能になる。例えば、いくつかの実施形態において、0.5~1.5Vの振幅のマイクロ波信号が、1または複数の電極に入力され、50~100GHz範囲の信号に対して屈折率の所望の変調を提供しうる。したがって、デバイスの性能が改善されうる。
導波管は、光信号を伝達し、一方、電極は、電極信号を伝達する。いくつかの実施形態において、伸長部は、光信号と電極信号との間の速度不整合を低減するよう構成されている。いくつかの実施形態において、伸長部は、総光損失が8dB未満になるように、導波管から少なくとも1つの距離を有する。電極は、DCから500GHz以下までの周波数範囲における周波数窓に対する周波数依存電極損失を有してよい。この周波数依存電極損失は、いくつかの実施形態において、センチメートルあたり電極信号周波数の平方根あたり0.8dB未満である。電極信号周波数は、GHzで測定され、周波数窓は、少なくとも10GHzであってよい。周波数依存電極損失は、他の実施形態において、センチメートルあたり電極信号周波数の平方根あたり0.5dB未満である。電極信号周波数は、GHzで測定され、周波数窓は、少なくとも10GHzであってよい。周波数依存電極損失は、他の実施形態において、センチメートルあたり電極信号周波数の平方根あたり0.3dB未満である。電極信号周波数は、GHzで測定され、周波数窓は、少なくとも10GHzであってよい。いくつかの実施形態において、電極は、DCから500GHz以下まで電極信号周波数の周波数窓に対する吸収電極損失を有する。いくつかの実施形態において、吸収電極損失は、センチメートルあたりGHzあたり0.005dB未満であり、周波数窓は、少なくとも10GHzである。
導波管および電極は、基板上にあってよい。伸長部は、いくつかの実施形態において、基板とチャネル領域との間にある。いくつかの実施形態において、チャネル領域は、基板と複数の伸長部との間にある。いくつかの実施形態において、基板は、その中に空間を有する。空間は、導波管の一部および複数の伸長部と整列されている。いくつかの実施形態において、導波管および電極は、基板構造上にある。基板構造は、低い基板マイクロ波誘電率(例えば、11未満)を有する第1基板、基板と導波管との間の下層と組み合わせた第1基板、および、下層と組み合わせた11より大きい高いマイクロ波誘電率を有する第2基板、から選択される。かかる実施形態において、下層は、低い下層マイクロ波誘電率(例えば、11未満)を有する。
電極は、電極屈曲部分を備えてよい。導波管は、導波管屈曲部分を備えてよい。電極屈曲部分および導波管屈曲部分は、導波管のための光信号と電極のための電極信号との間の経路差を提供するよう構成されている。
いくつかの実施形態において、光送信サブアセンブリ(TOSA)などのサブアセンブリについて記載されている。かかるサブアセンブリは、光変調器と、光変調器に接続されているドライバと、を備える。光変調器は、導波管および電極を備える。導波管は、電気光学効果を有する少なくとも1つの光学材料を含む。電極は、チャネル領域および複数の伸長部を備える。伸長部は、チャネル領域と導波管との間にある。ドライバは、電極を電気的に駆動するよう構成されている。
いくつかの実施形態において、光学デバイスを提供する方法が記載されている。方法は、導波管を提供する工程と、電極を提供する工程と、を備える。導波管は、電気光学効果を有する1または複数の光学材料を含む。電極を提供する工程は、チャネル領域を提供する工程と、チャネル領域から突出している伸長部を提供する工程と、を含む。伸長部は、チャネル領域よりも導波管の一部に近い。いくつかの実施形態において、伸長部を提供する工程は、電極におけるマイクロ波の波長をπで割ったものより短いピッチを有する伸長部を加工する工程を含む。導波管は、光信号を伝達し、一方、電極は、電極信号を伝達する。いくつかの実施形態において、伸長部を提供する工程は、光信号と電極信号との間の速度不整合を低減するように伸長部を構成する工程を含む。いくつかの実施形態において、電極は、DCから500GHz以下までの周波数範囲における周波数窓に対する周波数依存電極損失を有する。周波数依存電極損失は、センチメートルあたり電極信号周波数の平方根あたり0.8dB未満であってよく、ここで、電極信号周波数は、GHzで測定され、周波数窓は、少なくとも10GHzである。周波数依存電極損失は、他の実施形態において、センチメートルあたり電極信号周波数の平方根あたり0.5dB未満である。電極信号周波数は、GHzで測定され、周波数窓は、少なくとも10GHzであってよい。周波数依存電極損失は、他の実施形態において、センチメートルあたり電極信号周波数の平方根あたり0.3dB未満である。電極信号周波数は、GHzで測定され、周波数窓は、少なくとも10GHzであってよい。いくつかの実施形態において、電極は、DCから500GHz以下まで電極信号周波数の周波数窓に対する吸収電極損失を有する。いくつかの実施形態において、吸収電極損失は、センチメートルあたりGHzあたり0.005dB未満であり、周波数窓は、少なくとも10GHzである。
図1A~図1Eは、改良電極を有する光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および、100’’’’の実施形態を示す。図1Aは、導波管110と電極120および130とを備えた光学デバイス(すなわち、電気光学デバイス)を示す平面図である。図1B、図1C、図1D、および、図1Eは、光学デバイス100と類似する光学デバイス100’、100’’、100’’’、および、100’’’’を示す斜視図である。
光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および、100’’’’は、薄膜平面(例えば、xカットまたはyカットのニオブ酸リチウム)内にまたは薄膜平面と垂直に電気光学応答(例えば、ボルト毎ピコメートル)を有する光変調器の一部であってよい。光学デバイス100’’は、薄膜平面(例えば、zカットのニオブ酸リチウム)の面外に電気光学応答(例えば、ボルト毎ピコメートル)を有する光変調器の一部であってよい。本明細書で用いられているように、xカットまたはyカットの変調器は、(例えば、ニオブ酸リチウムなどの材料が用いられていない場合でも)薄膜平面内に電気光学効果を有する変調器である。同様に、本明細書で用いられているように、zカットの光変調器は、(例えば、ニオブ酸リチウムなどの材料が用いられない場合であっても)薄膜平面の外に(例えば、薄膜平面と垂直に)電気光学効果を有する。図1A~図1Eは、正確な縮尺ではない。他の構成も可能である。例えば、異なる数の導波管、その他および/または追加の導波管構成要素(スプリッタおよびブランチなど)、ならびに/もしくは、異なる数の電極を有する光学デバイスが可能である。図1Aを参照すると、光信号が、光学デバイス100へ入力される。例えば、光信号は、1または複数のレーザによって提供されてよい。電圧を有する電極信号も、光学デバイス100へ入力される。いくつかの実施形態において、電極信号の周波数は、マイクロ波領域にある。そのため、マイクロ波信号および電極信号という用語は、本明細書では同義的に用いられる。光学デバイス100は、電極信号を利用して光信号を変調し、変調された光信号を出力する。
図1Aを参照すると、光学デバイス100は、導波管110と、電極120および130と、を備える。導波管110は、光信号を伝送するために用いられる。より具体的には、導波管110は、入力光信号を受信し、変調された光信号を出力する。電極120および/または130は、時間変動電場を導波管110へ印加する電極信号を伝達する。この電場は、導波管110の屈折率を変化させる。いくつかの実施形態において、電極120は、電極信号(マイクロ波信号など)を伝達し、一方、電極130は接地である。いくつかの実施形態において、電極130は、電極(例えば、マイクロ波)信号を伝達し、一方、電極120は接地である。いくつかの実施形態において、電極120および130は両方とも、電極信号を伝達する。他の構成も可能である。このように、電極120および130は、導波管110と共に、変調光信号を提供する。電極120および130は、導波管110が120および130の間に印加された電場を受けることを示すために、導波管110の周りに描かれているが、それは、電極120および130の物理的な位置を示すものではない。例えば、電極120を導波管のすぐ上または下に配置して、130をその片側に配置することが可能である。
導波管110は、長方形のフットプリントを有し、電極120および130の間にのみ伸びているように図示されている。導波管110は、その他の構成を有してもよい。例えば、導波管110は、電極120および/または130の下で広がりうる薄膜部と、電極120および130の間のリッジ112と、を備えてよい。導波管110は、電気光学効果を有する少なくとも1つの光学材料を含む。いくつかの実施形態において、光学材料は、非線形材料である。本明細書で用いられているように、非線形光学材料は、電気光学効果を示し、少なくとも5ピコメートル/ボルト(例えば、5ピコメートル/ボルト以上)の効果を有する。いくつかの実施形態において、非線形光学材料は、少なくとも10ピコメートル/ボルトの効果を有する。いくつかのかかる実施形態において、非線形光学材料は、少なくとも20ピコメートル/ボルトの効果を有する。非線形光学材料は、印加された電場に応じて屈折率の変化を受ける。いくつかの実施形態において、非線形光学材料は、強誘電体である。いくつかの実施形態において、電気光学材料の効果は、ポッケルス効果による印加電場内での屈折率の変化を含む。したがって、いくつかの実施形態において、本明細書に記載されている範囲の1または複数において電気光学効果を有する光学材料は、効果が印加電場に線形的に依存するか非線形的に依存するかに関わらず、非線形光学材料と見なされる。非線形光学材料は、非中心対称材料であってよい。したがって、非線形光学材料は、圧電材料であってよい。
いくつかの実施形態において、導波管110は、低光損失導波管である。例えば、導波管110は、電極120および130に近接して(例えば、最大伝送で最大損失としてバイアスされた時)導波管110の一部を通して10dB以下の総光損失を有しうる。総光損失は、(例えば、共にカスケード接続された複数のデバイスとは対照的に)単一の連続的な電極領域(図1Aに示すような領域)を通しての導波管における光損失である。いくつかの実施形態において、導波管110は、8dB以下の総光損失を有する。いくつかの実施形態において、総光損失は、4dB以下である。いくつかの実施形態において、総光損失は、3dB未満である。いくつかの実施形態において、総光損失は、2dB未満である。いくつかの実施形態において、導波管110は、(例えば、平均で)3dB/cm以下の光損失を有する。いくつかの実施形態において、導波管110における非線形材料は、2.0dB以下の光損失を有する。いくつかのかかる実施形態において、導波管110は、1.0dB/cm以下の光損失を有する。いくつかの実施形態において、導波管110は、0.5dB/cm以下の光損失を有する。いくつかの実施形態において、導波管110における非線形光学材料は、ニオブ酸リチウム(LN)および/またはタンタル酸リチウム(LT)を含む。いくつかの実施形態において、導波管110の非線形光学材料は、LNからなる。いくつかの実施形態において、導波管110の非線形光学材料は、LTからなる。かかる非線形光学材料は、フッ素、塩素、または、臭素の化合物などの化学物質を用いた従来のエッチングのための不活性化学エッチング反応を有してよい。いくつかの実施形態において、非線形光学材料は、LN、LT、ニオブ酸カリウム、ガリウムヒ素、チタンリン酸カリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、および、チタン酸バリウム、の内の1または複数を含む。他の実施形態において、類似の光学特性を有する他の非線形光学材料が用いられてもよい。
様々な他の光学構成要素が、所望の位相変調、偏光変調、強度変調、IQ変調、その他の変調、および/または、その他の機能を提供するために、導波管110に組み込まれてよい。例えば、導波管110は、複数のモードに対応するために1または複数のより広い部分(図1Aには図示せず)を有してもよい。いくつかの実施形態(図1Aには図示せず)において、導波管110は、変調に向けて光信号を複数のブランチに分割するためのスプリッタを備え、出力に向けて変調光信号を再合成してよい。このように、導波管110ならびに電極120および130は、所望の機能を提供するよう構成されてよい。
導波管110の一部が、光信号の伝送方向に沿って(例えば、光信号の入力から導波管110を通して変調光信号出力まで)電極120および130に近接している。導波管のこの部分は、様々な長さを有してよい。いくつかの実施形態において、電極120および130に近い導波管110の部分は、少なくとも2ミリメートルの長さである。いくつかの実施形態において、導波管110のこの部分は、5ミリメートル以上10ミリメートル以下の長さである。他の実施形態が、より長い導波管110のこの部分を有してもよい。電極120および130に近接する導波管110の部分は、2センチメートルより長い長さを有してもよい。いくつかの実施形態において、電極120および130に近接する導波管110の部分の長さは、少なくとも2.5cmである。いくつかの実施形態において、導波管110のこの部分の長さは、少なくとも3センチメートルである。かかる長さは、少なくとの部分的には、上述した導波管110に対する単位長さあたりの光損失が低いために可能である。導波管110をより長くすることができるので、電極120および130によって生成される電場を通して提供されうる総光変調は、より大きくなりうる。さらに、光損失が低く、マイクロ波損失が低い(後述する)ので、所望の光変調(例えば、屈折率の変化)が、より低い電圧を有する電極120および/または130への信号入力で達成されうる。例えば、Vπは、半波長電圧、すなわち、πだけ光信号の位相をシフトするのに必要な入力電極信号の振幅である。いくつかの実施形態において、Vπは、50~100GHzの範囲の信号に対して6ボルト以下である。いくつかの実施形態において、Vπは、50~100GHzの範囲の信号に対して3ボルト以下である。いくつかの実施形態において、Vπは、CMOS回路を介して提供される電圧のオーダーであり、例えば、50~100GHzの信号に対して0.5ボルト~1.5ボルトの範囲にある。例えば、Vπは、10GHzで1.5ボルト以下であってよい。このように、Vπは、いくつかの実施形態において、1.5ボルト以下である。いくつかのかかる実施形態において、Vπは、50~100GHzの範囲の信号に対して1ボルト以下である。他の周波数範囲に対する他の電圧も可能である。このように、光変調器110の性能が改善されうる。
さらに、電極120および130に近接する導波管110の部分は、小さい光モード断面積を有してよい。いくつかの実施形態において、光モード断面積は、1または複数の非線形光学材料における光信号の波長の二乗(例えば、λ2)の3倍より小さい。いくつかの実施形態において、光モード断面積は、1または複数の非線形光学材料における光信号の波長の二乗の2倍より小さい。いくつかの実施形態において、光モード断面積は、1または複数の非線形光学材料における光信号の波長の二乗の1.5倍より小さい。いくつかの実施形態において、光モード断面積は、4μm2より小さい。いくつかのかかる実施形態において、光モード断面積は、3μm2以下である。いくつかの実施形態において、かかる小さい光モード断面積は、本明細書に記載の薄膜および製造技術を用いて提供されうる。また、光モード断面積は、本明細書に記載の低光損失を可能にしうる。
電極120および130は、導波管110に電場を印加する。電極120は、チャネル領域122と、伸長部124(図1Aで、その内の1つのみに符号が付されている)と、を備える。電極130は、チャネル領域132と、伸長部134(図1Aで、その内の1つのみに符号が付されている)と、を備える。いくつかの実施形態において、伸長部124または134は、それぞれ、電極120または電極130から省略されてもよい。伸長部124および134は、それぞれ、チャネル領域122および132から突出している。したがって、伸長部124および134は、それぞれ、チャネル領域122および132よりも導波管110に近い。図1Aに示す伸長部124および134は、単純な長方形の突起である。いくつかの実施形態において、伸長部124および134は、別の形状を有してもよい。例えば、伸長部124および/または134は、L字形のフットプリント、T字形のフットプリント、および/または、別の形状のフットプリントを有してもよい。形状に関わらず、伸長部124および134の各々の少なくとも一部は、それぞれ、チャネル領域122および132よりも導波管110に近い。また、伸長部124および134の分布(例えば、ピッチ)および幅は、不規則である。いくつかの実施形態において、伸長部124および/または134の分布および/または幅は、規則的であってもよい。導波管110と伸長部124および134との間の距離は、一定として図示されている。いくつかの実施形態において、この距離は、変化してもよい。同様に、導波管110とチャネル122および132との間の距離は、一定として図示されている。いくつかの実施形態において、この距離は、変化してもよい。電極120および130は、対称として図示されている。いくつかの実施形態において、電極120および130は、非対称である。例えば、伸長部124が存在する状態で、伸長部134が省略されてもよい。
伸長部124および134は、それぞれチャネル領域122および132から突出し、それぞれチャネル領域122および132と、導波管との110の間に存在する。結果として、伸長部124および134は、増強された電場を導波管110に提供するのに十分に導波管110に近い。したがって、電場によって引き起こされる屈折率の変化が大きくなる。対照的に、チャネル領域122および132は、伸長部124および134よりも導波管110からさらに離れている。したがって、チャネル領域122は、電極130/伸長部134によって生成された電場によってあまり影響を受けない。電荷が電極130に最も近いチャネル領域122のエッジに集まる傾向が低減される。したがって、電流が、中央部分のチャネル領域122を通してより容易に駆動され、チャネル領域122(および電極120)における電極損失が低減されうる。同様に、チャネル領域132は、電極120から離れている。チャネル領域132は、電極120/伸長部124によって生成された電場によってあまり影響を受けない。電荷が電極120に最も近いチャネル領域132のエッジに集まる傾向が低減される。したがって、電流が、チャネル領域132を通してより容易に駆動され、チャネル領域132(および電極130)における電極損失が低減されうる。電極120および130を通してのマイクロ波信号損失が低減されうるので、より小さい駆動電圧が、電極120および/または130に用いられてよく、光学デバイス100によって消費される電力は小さくなりうる。さらに、電極120のインピーダンスを入力電圧デバイス(図1Aには図示せず)と整合させる能力が改善されうる。かかるインピーダンス整合は、光学デバイス100の電極信号損失をさらに低減させうる。さらに、伸長部124および134は、電極120および130を通る電極信号の速度に影響しうる。したがって、伸長部124および134は、導波管110における光信号の速度と一致するように電極信号の速度を調整するよう構成されていてよい。したがって、光学デバイス100の性能が改善されうる。
電極120および/または130は、電極120および/または130の伸長部124および/または134を成形するために、堆積技術(蒸着および/または電気メッキなど)およびフォトリソグラフィを用いて製造されてよい。結果として得られる電極120および/または130は、より低い周波数依存電極損失を有しうる。いくつかの実施形態において、DC~500GHzの間の周波数範囲における特定の周波数窓(例えば、少なくとも10GHz)に対する周波数依存電極電力損失は、センチメートルあたり電極信号周波数の平方根あたり0.8dBまで下がりうる。ここで、電極信号周波数は、GHzで測定される。周波数依存電極損失は、他の実施形態において、センチメートルあたり電極信号周波数の平方根あたり0.5dB未満である。電極信号周波数は、GHzで測定され、周波数窓は、少なくとも10GHzであってよい。周波数依存電極損失は、他の実施形態において、センチメートルあたり電極信号周波数の平方根あたり0.3dB未満である。電極信号周波数は、GHzで測定され、周波数窓は、少なくとも10GHzであってよい。いくつかの実施形態において、電極は、DCから500GHz以下まで電極信号周波数の周波数窓に対する吸収電極損失を有する。いくつかの実施形態において、吸収電極損失は、センチメートルあたりGHzあたり0.005dB未満であり、周波数窓は、少なくとも10GHzである。いくつかの実施形態において、同じ周波数窓および周波数範囲に対する周波数依存電極電力損失は、特定の周波数窓(例えば、10GHz以上)に対してセンチメートルあたり電極信号周波数の平方根あたり0.75dBまで下がりうる。いくつかの実施形態において、電極は、吸収電極損失を有する。いくつかの実施形態において、DC~500GHzの間の周波数範囲における特定の周波数窓(例えば、10GHz以上)に対する吸収電極損失は、センチメートルあたりGHzあたり0.02dB未満である。いくつかの実施形態において、同じ周波数窓および周波数範囲に対する吸収電極損失は、DC~500GHzの間の周波数範囲における周波数窓に対してセンチメートルあたりGHzあたり0.005dB未満である。いくつかの実施形態において、光学デバイス100は、DC電極(図1Aには図示せず)など、さらなる電極を備えてもよい。かかるさらなる電極は、低周波数応答について光学デバイス100を最適化するために用いられてよい。この電極は、電気光学、熱位相シフタ、および/または、MEMSシフタ、の内の1または複数を備えてよい。
動作中、変調される光信号が、導波管110に入力される。また、電極信号(例えば、マイクロ波信号)が、電極120および/または130に印加される。説明の目的で、マイクロ波信号は電極120に印加され、一方、電極130は接地されているとする。電極120を通る時間変動マイクロ波信号により、特定の符号の電荷が伸長部124に急速に蓄積して、伸長部124でゼロまで減少し、反対の符号の電荷が伸長部124に急速に蓄積する。特定の伸長部124に負電荷がないことは、伸長部124に正電荷が蓄積していることと同じと見なされ、その逆も成り立つ。このサイクルは、マイクロ波信号の周波数でまたはその付近で繰り返される。伸長部124における電荷の蓄積の結果として、反対の電荷が、近くの対応する伸長部134に蓄積する。比較的大きい時間変動電場が、伸長部124および134の間に生成される。導波管110の電気光学材料は、より大きい時間変動電場に暴露されるので、導波管110の屈折率は、伸長部124および134の近くでより大きい変化を受ける。光信号は、導波管110を通って、伸長部124および134を通過する時に、より大きい屈折率の変動にさらされる。したがって、電極120に印加される所与の電圧振幅のマイクロ波信号に対して、光信号のより大きい変調が達成されうる。例えば、光学デバイス100は、電極120に提供される1ボルト以下の電圧振幅で、100~300GHz以上までの周波数で十分な光変調を提供しうる。さらに、上述のように、伸長部124の存在は、導波管110に近いチャネル領域122のエッジの近くに電流が集まる傾向を低減し、電極120における損失を緩和する。電流が、より低い電圧でチャネル領域122を通してより容易に駆動されるため、マイクロ波損失が低減されうる。したがって、光学デバイス100の性能が改善されうる。
さらに、上述のように、光学デバイス100は、導波管110を通した光損失を低減するだけでなく、より長い導波管110の利用によって光信号の変調を増大させうる。伸長部124および134をそれぞれ有する電極120および130の利用は、マイクロ波損失を低減させ、導波管110/リッジ112における大きい電場を可能にし、それぞれ電極120および130を通るマイクロ波信号の伝搬を改善しうる。また、電極120および130は、速度および位相の整合によって性能を改善しうる。したがって、光学デバイス100の性能が大幅に改善されうる。
図1Bは、光学デバイス100’の斜視図である。光学デバイス100’は、光学デバイス100と類似している。したがって、光学デバイス100’の類似部分には同様の符号が付されている。光学デバイス100’は、導波管110、電極120、および、電極130とそれぞれ類似する導波管110’、電極120’、および、電極130’を備える。基板/下層101も示されている。いくつかの実施形態において、基板101は、シリコン基板と、シリコン基板および導波管110の間の二酸化シリコン層と、を含む。その他の基板が、他の実施形態で用いられてもよい。いくつかの実施形態において、基板101は、低いマイクロ波誘電率(例えば、11未満のマイクロ波誘電率)を有する誘電体である。いくつかの実施形態において、基板は、8未満のマイクロ波誘電率を有する。いくつかのかかる実施形態において、基板は、5未満のマイクロ波誘電率を有する。例えば、基板101は、サファイア、石英、および/または、溶融石英を含んでよい。いくつかの実施形態において、低いマイクロ波誘電率を有する1または複数の下層(二酸化シリコンなど)が、マイクロ波誘電率基板101の上に用いられてよい。その他および/または追加の下層が、他の実施形態において用いられてもよい。さらに、1または複数の低マイクロ波誘電率下層は、より大きいマイクロ波誘電率を有する他の基板と併せて用いられてもよい。例えば、二酸化シリコンの低マイクロ波誘電率下層が、11より大きいマイクロ波誘電率を有する基板101(シリコンまたはLNなど)上に設けられてもよい。いくつかの実施形態において、提供される下層は、厚いことが望ましい。例えば、下層は、3マイクロメートル以上100マイクロメートル以下の厚さであってよい。さらに、基板および/または下層の他の幾何構成が、いくつかの実施形態において用いられてもよい。
導波管110’は、光信号を伝送するために用いられる。導波管110’は、リッジ112および薄膜部114を備える。図1Bに示す実施形態において、薄膜部114およびリッジ部は、同じ材料から(例えば、同じ薄膜から)形成されている。導波管110’は、導波管110と類似の材料から形成されてよく、類似の性能を有しうる。
導波管110’は、いくつかの実施形態において、異なる構成を有してもよい。例えば、導波管110’は、薄膜部114を省略してもよいし、薄膜部114のサイズを削減してもよい。リッジ112は、別の構成を有してもよい。例えば、リッジ112は、台形、半円形、積層長方形、および/または、本明細書に記載されているものと類似の方法で光信号を導く別の幾何形状を有してもよい。その他および/または追加の材料が用いられてもよい。いくつかの実施形態において、導波管110’の異なる部分が、異なる材料から形成される。例えば、薄膜部114およびリッジ112は、異なる材料で形成されてよい。薄膜114は、非線形光学材料(LNおよび/またはLTなど)を含んでよく、一方、リッジ112は、受動材料(シリコンおよび/または窒化シリコンなど)で形成されてよい。いくつかの実施形態において、リッジ112は、薄膜部114の下方に配置されてよい(例えば、リッジ112は、薄膜部分114と下層基板101との間にあってよい)。同様に、様々な他の光学構成要素が、所望の位相変調、偏光変調、強度変調、IQ変調、その他の変調、および/または、その他の機能を提供するために、導波管110に組み込まれてよい。いくつかの実施形態(図1B~図1Cには図示せず)において、導波管110は、変調に向けて光信号を複数のブランチに分割するためのスプリッタを備え、出力に向けて変調光信号を再合成してよい。このように、導波管110ならびに電極120および130は、所望の機能を提供するよう構成されてよい。
いくつかの実施形態において、導波管110’の非線形光学材料は、薄膜として形成される。例えば、薄膜は、処理前に導波管110’で伝達される光信号の光波長の3倍以下の(例えば、薄膜部114およびリッジ部112の)厚さを有してよい。いくつかの実施形態において、薄膜は、光波長の2倍以下の(例えば、薄膜部114およびリッジ部112の)厚さを有する。いくつかの実施形態において、非線形光学材料は、光波長の1倍以下の厚さを有する。いくつかの実施形態において、非線形光学材料は、光波長の0.5倍以下の厚さを有する。例えば、薄膜は、成膜直後に3マイクロメートル以下の総厚さを有してよい。いくつかの実施形態において、薄膜は、2マイクメートル以下の総厚さを有する。薄膜非線形光学材料は、フォトリソグラフィを用いて、導波管110’に加工されてよい。例えば、紫外線(UV)および/または深紫外線(DUV)フォトリソグラフィが、非線形光学材料のためのマスクをパターニングするために用いられてよい。DUVフォトリソグラフィについて、利用される光の波長は、典型的には、250ナノメートル未満である。導波管を製造するために、薄膜非線形光学材料は、例えば、ドライエッチング、反応性イオンエッチング(RIE)、誘導結合プラズマRIEを用いて、物理エッチングを受けてよい。いくつかの実施形態において、化学エッチングおよび/または電子ビームエッチングが用いられてもよい。したがって、導波管110’は、改善した表面粗さを有しうる。例えば、リッジ112の1以上の側壁は、低減された表面粗さを有してよい。例えば、リッジ112の側壁の短期二乗平均平方根表面粗さは、10ナノメートル未満である。いくつかの実施形態において、この二乗平均平方根表面粗さは、5ナノメートル以下である。いくつかの場合に、短期二乗平均平方根表面粗さは、2ナノメートル以下である。したがって、導波管110’は、上述した範囲において、光損失を有しうる。いくつかの実施形態において、リッジ112の高さは、リッジ112の中心から10マイクロメートルの位置でリッジ112の中心における強度から10dBの強度の減少が存在するように、光モードの閉じ込めを提供するよう選択される。例えば、リッジ112の高さは、いくつかの場合において、数百ナノメートルのオーダーである。ただし、その他の高さが、他の実施形態において可能である。
導波管110’の一部が、光信号の伝送方向に沿って(例えば、光信号の入力から導波管110’を通して変調光信号出力まで)電極120および130に近接している。電極120および130に近接する導波管110’の部分は、上述した長さ(例えば、いくつかの実施形態において2ミリメートルより長い長さ、そして、いくつかのかかる実施形態において2センチメートル以上より長い長さ)であってよい。かかる長さは、少なくとの部分的には、上述した導波管110に対する単位長さあたりの光損失が低いために可能である。さらに、導波管110についして上述したように、電極120および130に’近接する導波管110’の部分は、小さい光モード断面積を有する。
電極120’および130’は、導波管110に電場を印加する。電極120’および/または130’は、電極120および/または130を成形するために、堆積技術(電気メッキなど)およびフォトリソグラフィを用いて製造されてよい。結果として得られる電極120’および/または130’は、電極120および130に関して上述した範囲で、より低い周波数依存電極損失を有しうる。電極120’は、チャネル領域122’と、伸長部124’(図1Bで、その内の1つのみに符号が付されている)と、を備える。電極130’は、チャネル領域132’と、伸長部134’(図1Bで、その内の1つのみに符号が付されている)と、を備える。いくつかの実施形態において、伸長部124’または134’は、それぞれ、電極120’または電極130’から省略されてもよい。伸長部124’および134’は、それぞれ、チャネル領域122’および132’よりも導波管110’に近い。例えば、伸長部124’および134’から導波管リッジ112までの距離sは、チャネル122’および132’から導波管リッジ112までの距離wより短い。図1Bに示す実施形態において、伸長部124’および134’は、それぞれ、チャネル領域122’および132’と実質的に同じ高さにある。いくつかの実施形態において、伸長部は、同じ高さにあることに加えて、または、その代わりに、チャネル領域の上方および/または下方に突出していてもよい。
伸長部124’および134’は、導波管110’に近接している。例えば、伸長部124’および134’は、導波管110’から垂直距離dにある。導波管110’までの垂直距離は、用いられるクラッディング材(図1Bには図示せず)に依存しうる。距離dは、いくつかの場合に、高度にカスタマイズ可能である。例えば、dは、ゼロ(電極120’および130’が薄膜部114に接触しまたは埋め込まれている場合には、ゼロ未満)からリッジ112の高さを超える値までの範囲であってよい。ただし、dは、一般に、電極120’および130’が導波管110’に所望の電場を印加できるのに十分小さいことが望ましい。また、伸長部124’および134’は、リッジ112から距離sにある。伸長部124’および134’は、所望の電場および屈折率変化を達成できるのに十分、導波管110’に近い(例えば、リッジ112に近い)ことが望ましい。ただし、伸長部124’および134’は、それらの存在が過度の光損失をもたらさないのに十分、導波管110’から(例えば、リッジ112から)離れていることが望ましい。距離sは、一般に、導波管110’の特定の幾何形状または厚さに依存しないが、sは、導波管110’内に異なって閉じ込められる横電気モードおよび横光モードの両方を可能にするように選択されてよい。ただし、伸長部124’および134’における(さらに具体的には、部分124Bおよび134Bにおける)光場強度は、伸長部124’および134’における導体による光場の吸収に起因する光損失を制限するために低減されることが望ましい。したがって、sは、伸長部124’および134’における吸収に起因する損失を含む、導波管110’の総光損失が、上述の範囲(例えば、いくつかの実施形態においては10dB以下、いくつかの実施形態においては8dB以下、いくつかの実施形態においては4dB以下)より大きくならないように十分に大きい。いくつかの実施形態において、sは、伸長部124’および134’における光場強度が導波管110における最大光場強度の-10dB未満になるように選択される。いくつかの実施形態において、sは、伸長部124’および134’における光場強度が導波管におけるその最大値の-40dB未満になるように選択される。例えば、伸長部124’および/または134’は、いくつかの実施形態において、リッジ112から2マイクロメートル以上2.5マイクロメートル以下にあってよい。
図1Bに示す実施形態において、伸長部124は、接続部124Aおよび逆行部124Bを有する。逆行部124Bは、逆行部の一部が電極120を通る信号伝送の方向と逆平行でありうるので、そのように呼ばれる。同様に、伸長部134は、接続部1234Aおよび逆行部134Bを有する。したがって、伸長部124および134は、「T」字形状を有する。いくつかの実施形態において、その他の形状も可能である。例えば、伸長部124および/または134は、「L」字形状を有してよく、逆行部を省略してよく、長方形、台形、平行四辺形であってよく、導波管110の一部の周りを部分的または完全に包んでよく、および/または、別の形状を有してもよい。同様に、チャネル領域122’および/または132’は、長方形の断面を有するように示されているが、別の形状を有してもよい。さらに、伸長部124’および/または134’は、図1Aによって示されているように、様々なサイズであってよい。すべての伸長部124’および134’がリッジ122から同じ距離にあるように示されているが、伸長部124’の一部および/または伸長部134’の一部が、リッジ112から異なる距離にあってもよい。また、チャネル領域122’および/または132’も、様々なサイズを有してよい。いくつかの実施形態において、伸長部124’および134’は、それぞれ、電極120’および130’のための信号のブラッグ周波数より小さい周波数に対応する長さl(例えば、l=w-s)を有することが望ましい。したがって、伸長部124’および134’の長さは、電極信号のマイクロ波の波長を電極120’および130’の最大動作周波数におけるπで割った値以下であることが望ましい場合がある。いくつかの実施形態において、伸長部124’および134’の長さは、マイクロ波の波長を12で割った値未満であることが望ましい。例えば、最大動作周波数が300GHz(これは、基板における440マイクロメートルのマイクロ波の波長に対応する)である場合、伸長部124’および134’は、約37マイクロメートル未満であることが望ましい。個々の伸長部124’および/または134’は、不規則に離間されていてもよいし、周期的であってもよい。周期的な伸長部は、一定のピッチを有する。いくつかの実施形態において、ピッチpは、伸長部124’および134’の長さに関して上述したように、ブラッグ周波数未満の周波数に対応する距離であることが望ましい。したがって、伸長部124’および134’のピッチは、電極信号のマイクロ波の波長を電極120’および130’の最大動作周波数におけるπで割った値以下であることが望ましい場合がある。いくつかの実施形態において、ピッチは、マイクロ波の波長を12で割った値未満であることが望ましい。いくつかの実施形態において、ピッチは、マイクロ波の波長を72で割った値未満であることが望ましく、群速度における低リプルを可能にする。
伸長部124’および134’は、それぞれ、チャネル122’および132”よりもリッジ112に近い(例えば、s<w)。いくつかの実施形態において、誘電体クラッディング材(図1Bには明示的に図示せず)が、電極120’および130’と導波管110’との間に存在する。上述のように、伸長部124’および134’は、それぞれ、電極120’および130’のための信号のブラッグ周波数より小さい周波数に対応する長さl(w-s)を有することが望ましい。また、伸長部124’および134’は、(例えば、導波管110’における吸収損失が所望のレベル(10dB以下など)に維持されうるように)、上述のようにリッジ112から離間されていることが望ましい。伸長部124’および134’の長さ、ならびに、リッジ112からの所望の分離(例えば、s)は、wを決定する際に考慮される。図1A~図1Cについて水平距離の文脈で記載されているが、電極構造と導波管との間の距離は、垂直構成についても当てはまる。導波管110/リッジ112とチャネル領域122および/または132との間のその他の距離も可能である。
電極120’および130’の幾何形状は、電極120および130に関して記載されている形状と類似している。伸長部124’および134’の特定の部分のサイズは、様々であってよい。例えば、接続部124Aおよび/または134Aの長さd2は、それぞれ電極120’および130’のインピーダンスが、ドライバ(図示せず)のインピーダンス(例えば、50Ω)と整合されるように選択されてよい。いくつかの実施形態において、(導波管リッジ112が存在する)伸長部134’および124’の間のギャップは、導波管リッジ112における電場を増大させるよう構成されていてよい。いくつかの実施形態において、伸長部124’および134’の間のギャップは、導波管110’によって伝達される光信号の光波長の1倍以上10倍以下である。しかしながら、小さすぎるギャップは、電極120’および/または130’における電流集中およびマイクロ波損失を引き起こしうる。いくつかの実施形態において、チャネル領域122’および/または132’の幅は、マイクロ波(電極信号)速度を導波管110における光信号速度と整合させようと試みつつマイクロ波損失を低減するように選択される。例えば、電極チャネル領域122’および/または132’は、2マイクロメートル以上500マイクロメートル以下の幅を有してよい。逆行部124Bおよび/または134Bの幅は、速度整合および高周波数応答範囲を維持しつつ低いマイクロ波損失を可能にするように微調整されてよい。例えば、逆行部124Bおよび/または134Bは、10ナノメートル以上10マイクロメートル以下の幅(lーd2)を有してよい。各逆行部124Bおよび/または134Bの長さd3、ならびに、隣接する逆行部124Bおよび/または134の間のギャップは、効率的な変調と低いマイクロ波損失とを可能にするように選択される。例えば、0.5以上0.9999以下のデューティサイクルd3/(d3+d4)が、いくつかの実施形態において選択されてよい。その他の寸法(本明細書に記載されている寸法を含むがそれらに限定されない)が、いくつかの実施形態において選択されてもよい。
光学デバイス100’は、光学デバイス100と同様に動作する。したがって、光学デバイス100’は、光学デバイス100の利点を共有しうる。導波管110’における非線形光学材料の利用および導波管110’の構成(例えば、リッジ112のより滑らかな側壁)は、電気光学効果を高める(例えば、屈折率のより大きい変調を提供する)だけでなく、光損失を低減しうる。したがって、より長い導波管110、屈折率のより大きい総変化、ひいては、光信号の強化された変調が達成されうる。伸長部124’および134’をそれぞれ有する電極120’および130’の利用は、マイクロ波損失を低減させ、導波管110’/リッジ112’における大きい電場を可能にし、それぞれ電極120’および130’を通るマイクロ波信号の伝搬を改善しうる。したがって、光学デバイス100’の性能が大幅に改善されうる。
この性能の改善は、設計マイクロ波周波数および光周波数で利用された場合に、導波管110および/または110’が、光学的誘電率を大幅に超えるマイクロ波誘電率を有する電気光学材料を含みまたはそれらの材料からなる光学デバイス(例えば、100および/または100’)に対して達成されうる。ここで、非磁性材料について、光学指数は、光学的誘電率の平方根に等しいか、または、おおよそ等しい。マイクロ波誘電率が光学的誘電率を大幅に超えている電気光学材料(例えば、LNおよびLT)については、マイクロ波誘電率は、光学的誘電率の1.5以上である。いくつかの場合に、マイクロ波誘電率は、光学的誘電率の2倍以上である。いくつかの例において、マイクロ波誘電率は、光学的誘電率の5倍以上である。いくつかのかかる材料において、マイクロ波誘電率は、光学的誘電率の10倍以上である。したがって、いくつかの実施形態において、かかる材料を含む(または、かかる材料からなる)導波管110’は、光学的誘電率を超える(例えば、少なくとも1.5倍、2倍、5倍、10倍、または、それより大きい)マイクロ波誘電率を有する。光学的誘電率およびマイクロ波誘電率は、それぞれ、光信号およびマイクロ波信号の伝送速度に影響する。光学的誘電率が高いほど、光信号の伝送速度が低くなる。同様に、マイクロ波誘電率が高いほど、マイクロ波信号の伝送速度が低くなる。
光モードは、一般に、導波管によく閉じ込められるが、マイクロ波モードは、電極の外側に大きく広がりうる。例えば、マイクロ波モードは、導波管の中に及びうる。光学的誘電率に比べて大きいマイクロ波誘電率を有する材料(例えば、LNおよび/またはLT)で形成された導波管を備えるバルク光学デバイスおよびその他の光学デバイスについては、導波管材料におけるマイクロ波信号の伝送速度は、光信号の速度よりも大きく低減される。電極における特徴部(伸長部など)も、電極における電極信号の伝送を遅くしうる。したがって、光信号と電極信号との間の速度の不整合は、伸長部などの特徴部を有する電極によって悪化すると予想される。一般に、伸長部などの特徴部の利用は、導波管材料が光学的誘電率よりも大幅に大きいマイクロ波誘電率を有する状況では(例えば、バルクLNおよび/またはLT導波管では)、好ましくない。つまり、電極上に特徴部を利用するのは、一般に、導波管材料のマイクロ波誘電率が、導波管材料(例えば、リン化インジウムおよびガリウムヒ素などのIII-V化合物材料)の光学的誘電率より著しく大きくなく(例えば1.5倍未満)、ほぼ同じであり、または、小さい場合に限定される。
対照的に、光学デバイス100’(および100)に対して、薄膜導波管110’が用いられる。一般に、光モードは、導波管110’に(例えば、リッジ部112に)よく閉じ込める。これは、図2に示す光モードのサイズによってわかりうる。したがって、図1Bに戻ると、導波管110’の光学的誘電率は、導波管110’における光信号の速度を決定する。しかしながら、電極120’および/または130’におけるマイクロ波信号に対するマイクロ波モードは、多くの構造に広がりうる。これは、図2に示すマイクロ波モードのサイズおよび位置によってわかりうる。したがって、図1Bに戻ると、電極120’および130’を通るマイクロ波信号の速度は、複数の構造(電極120’および130’、導波管110’、基板/下層101と電極120’および130’との間のクラッディング材(図1Bには図示せず)、基板/下層101、ならびに、電極120’および130’の上方の空気または任意の構造(図示せず)、など)のマイクロ波誘電率を用いてわかりうる。したがって、導波管110’の材料(例えば、LTおよびLN)の(高い)マイクロ波誘電率の寄与は、周囲の構造の(より低い)マイクロ波誘電率によって緩和されうる。このように、伸長部124’および/または134’の他の利点を達成しても、導波管110’における光信号と電極120’および/または130’のための電極信号との間の速度不整合を緩和できる。
図1Cは、光学デバイスの別の実施形態100’’を示す。光学デバイス100’’は、光学デバイス100および/または100’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス100’ ’は、導波管110ならびに電極120および130とそれぞれ類似する導波管110’ならびに電極120’および130’を備える。同様に、電極120’および130’は、それぞれ、電極120および130のチャネル領域122および132とそれぞれ類似するチャネル領域122’および132’を備える。電極120’および130’は、それぞれ、電極120および130の伸長部124および134とそれぞれ類似する伸長部124’および134’を備える。伸長部124’および134’は、接続部124Aおよび134Aならびに逆行部124Bおよび134Bと類似する接続部124A’および134A’ならびに逆行部124B’および134B’を備える。
いくつかの実施形態において、光学デバイス100および100’は、薄膜領域114の平面内に電気光学効果を有する(例えば、xカットまたはyカット変調器である)。光学デバイス100’’は、薄膜領域114’’の平面外に電気光学効果を有する(例えば、zカット光変調器である)。そのため、垂直電場が、導波管110’’に印加されることが望ましい。したがって、光学デバイス100’’は、接続部144A’および逆行部144B’を有する伸長部144’を備えた電極140’を備える。伸長部144’は、伸長部124、134、124’、および、134’と類似している。したがって、伸長部124および134に関する本明細書の議論は、伸長部144’にも当てはまる。例えば、距離s’およびw’は、それぞれ、距離sおよびwに対応する。したがって、面外の電気光学効果を有し、性能を改善された光学デバイスも提供されうる。
図1Dは、光学デバイスの一実施形態100’’’を示す。光学デバイス100’’’は、光学デバイス100、100’、および/または、100’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス100’’’は、導波管110/110’ならびに電極120/120’および130/130’とそれぞれ類似する導波管110’ならびに電極120’および130’を備える。同様に、電極120’および130’は、それぞれ、光学デバイス100/100’のそれぞれ電極120/120’および130/130’のチャネル領域122/122’および132/132’にそれぞれ類似するチャネル領域122’および132’を備える。電極120’および130’は、それぞれ、光学デバイス100/100’のそれぞれ電極120/120’および130/130’の伸長部124/124’および134/134’にそれぞれ類似する伸長部124’および134’を備える。伸長部124’および134’は、それぞれ、光学デバイス100/100’のそれぞれ接続部124A/124A’および134A/134A’ならびに逆行部124B/124’および134B/134B’と類似する接続部124A’および134A’ならびに逆行部124B’および134B’を備える。
また、光学デバイス100’ ’は、さらなる導波管150と、チャネル領域142および伸長部144を有するさらなる電極140と、を備える。電極150ならびに伸長部154は、それぞれ、電極120、120’、130’、および、130’、ならびに、伸長部124、124’、134、および、134’と類似している。同様に、導波管150は、導波管110および110’と類似している。いくつかの実施形態において、光学デバイス100’’’は、変調器または干渉計などの光学デバイスの一部であってよい。例えば、導波管110’および150は、図に示す光学デバイス100’’’の部分より上流で単一の導波管から分岐されてよく、図に示す光学デバイス100’’’の示した部分より下流で合流してよい。
光学デバイス100’’’は、光学デバイス100、100’、および/または、100’’と同様に動作する。したがって、光学デバイス100’’’は、光学デバイス100、100’、および/または、100’’の利点を共有しうる。導波管110’および/または150における非線形光学材料の利用ならびに導波管110’および/または150の構成(例えば、リッジ112のより滑らかな側壁)は、電気光学効果を高めるだけでなく、光損失を低減しうる。したがって、より長い導波管110’および150、屈折率のより大きい総変化、ひいては、光信号の強化された変調が達成されうる。それぞれ伸長部124’、134’、および、144を有する電極120’、130’、および、140の利用は、マイクロ波損失を低減させ、導波管110’および140における大きい電場を可能にしうる。これは、電極120’、130’、および、140を通したマイクロ波信号の伝搬を改善しうる。したがって、光学デバイス100’’’の性能が大幅に改善されうる。
図1Eは、光学デバイスの一実施形態100’’’’を示す。光学デバイス100’’’’は、光学デバイス100、100’、100’’、および/または、100’’’と類似している。したがって、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス100’’’’は、導波管110/110’ならびに電極120/120’および130/130’とそれぞれ類似する導波管110’ならびに電極120’’および130’’を備える。同様に、電極120’’および130’’は、それぞれ、光学デバイス100/100’のそれぞれ電極120/120’および130/130’のチャネル領域122/122’および132/132’にそれぞれ類似するチャネル領域122’’および132’’を備える。電極120’’および130’’は、それぞれ、光学デバイス100/100’のそれぞれ電極120/120’および130/130’の伸長部124/124’および134/134’にそれぞれ類似する伸長部124’’および134’’を備える。伸長部124’’および134’’は、それぞれ、光学デバイス100/100’のそれぞれ接続部124A/124A’および134A/134A’ならびに逆行部124B/124’および134B/134B’と類似する接続部124A’’および134A’’ならびに逆行部124B’’および134B’’を備える。
電極120’’および130’’は、それぞれ、さらなる導電層126および136を各々備える。したがって、電極120’’および130’’は、導電層126および136においてさらなる電流を伝達できてよい。
光学デバイス100’’’’は、光学デバイス100、100’、100’’、および/または、100’’’と同様に動作する。したがって、光学デバイス100’’’’は、光学デバイス100、100’、100’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。導波管110’における非線形光学材料の利用および導波管110’の構成(例えば、リッジ112のより滑らかな側壁)は、電気光学効果を高めるだけでなく、光損失を低減しうる。したがって、より長い導波管110’、屈折率のより大きい総変化、ひいては、光信号の強化された変調が達成されうる。それぞれ伸長部124’’および134’’を有する電極120’’および130’’の利用は、マイクロ波損失を低減させ、導波管110’における大きい電場を可能にしうる。これは、電極120’’および130’’を通したマイクロ波信号の伝搬を改善しうる。したがって、光学デバイス100’’’’の性能が大幅に改善されうる。
図2は、性能を改善されうる光学デバイスの一実施形態200の一部を示す断面図である。光学デバイス200は、基板201上にある導波管210ならびに電極220および230を備える。中間層202およびクラッディング材204も示されている。図の実施形態において、基板201は、シリコンであり、中間層202は二酸化シリコンであり、クラッディング材204は二酸化シリコンである。いくつかの実施形態において、その他および/または追加の材料が、基板201および/または中間層202に用いられてもよい。図の導波管210の部分は、LNを含む。ただし、その他および/または追加の電気光学材料(LTなど)が用いられてもよい。導波管210は、リッジ212および薄膜部214を備える。電極220および230のチャネル領域および伸長部は図示されていない。光学デバイス200は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。したがって、導波管210と、電極220ならびに230とは、それぞれ、導波管110および/または110’と、電極120、120’、および/または、120’’、ならびに、130、130’、および/または、130’’とそれぞれ類似している。
図2は、光信号に対する光モードとマイクロ波に対する高周波(RF)モード(またはマイクロ波モード)との相対的なサイズを示している。図2は縮尺通りではなく、光学デバイス200の一部のみが示されている。図2に示すように、光モードは、主に、導波管210、中間層202、および、クラッディング材204に閉じ込められうる。対照的に、マイクロ波モードは、複数のスタック201、202、210、220、230、および、204を通して広がる。したがって、マイクロ波モードは、複数のスタック201、202、204、210、220、および、230からの吸収損失を受ける。シリコン基板201からの吸収は、特に高くなりうる。また、シリコン基板201の利用は、電極220および230を通るマイクロ波信号の速度に影響しうる。薄膜導波管210のサイズが小さいので、マイクロ波吸収損失を低減するように光学デバイス200のその他の部分を設計することが可能である。例えば、シリコン基板201の一部が除去または置換されてよく、電極220および/または230が移動されてよく、導波管210がサイズを削減されてよく、1または複数のその他の基板が用いられてよく、ならびに/もしくは、その他の変更が可能である。例えば、中間層202は、いくつかの実施形態において、3マイクロメートル以上の厚さなど、厚くてよい。
例えば、図3~図5は、マイクロ波吸収損失をさらに低減されうる光学デバイスの実施形態300、400、および、500を示す。図3は、性能を改善されうる光学デバイスの一実施形態300の一部を示す断面図である。図3は縮尺通りではなく、光学デバイス300の一部のみが示されている。光学デバイス300は、基板301上にある導波管310ならびに電極320および330を備える。中間層302およびクラッディング材304も示されている。図の実施形態において、基板301は、シリコンであり、中間層302は二酸化シリコンであり、クラッディング材304は二酸化シリコンである。いくつかの実施形態において、その他のおよび/または追加の材料が用いられてもよい。図の導波管310の部分は、LNを含む。ただし、その他および/または追加の材料(LTなど)が用いられてもよい。導波管310は、リッジ312および薄膜部314を備える。電極320および330のチャネル領域および伸長部は図示されていない。光学デバイス300は、光学デバイス200と類似している。したがって、導波管310ならびに電極320および330は、それぞれ、導波管210ならびに電極220および230と類似している。また、基板301、中間層302、および、クラッディング材304は、それぞれ、基板201、中間層202、および、クラッディング材204と類似している。ただし、光学デバイス300では、電極320および330が、下層のシリコン基板301からさらに遠くに移動されている。いくつかの実施形態において、電極320および330は、中間層302の厚さを増すことによってシリコン基板301からさらに遠くに移動されてもよい。例えば、中間層302は、いくつかの実施形態において、3マイクロメートル以上の厚さであってよい。これは、薄膜部314からさらに遠くに電極を移動させるのに加えて、または、その代わりになされてよい。さらに、導波管310の薄膜部314は、サイズが削減されている。したがって、シリコン基板301および導波管310による吸収が低減されうる。さらに、マイクロ波信号の速度の変化も低減されうる。
図4は、性能を改善されうる光学デバイスの一実施形態400の一部を示す断面図である。図4は縮尺通りではなく、光学デバイス400の一部のみが示されている。光学デバイス400は、基板401上にある導波管410ならびに電極420および430を備える。中間層402およびクラッディング材404も示されている。図の実施形態において、基板401は、シリコンであり、中間層402は二酸化シリコンであり、クラッディング材404は二酸化シリコンである。いくつかの実施形態において、その他のおよび/または追加の材料が用いられてもよい。図の導波管410の部分は、LNを含む。ただし、その他および/または追加の材料(LTなど)が用いられてもよい。導波管410は、リッジ412および薄膜部414を備える。電極420および430のチャネル領域および伸長部は図示されていない。光学デバイス400は、光学デバイス200と類似している。したがって、導波管410ならびに電極420および430は、それぞれ、導波管210ならびに電極220および230と類似している。また、基板401、中間層402、および、クラッディング材404は、それぞれ、基板201、中間層202、および、クラッディング材204と類似している。ただし、光学デバイス400では、電極420および430が、下層のシリコン基板401からさらに遠くに移動されている。いくつかの実施形態において、電極420および430は、中間層402の厚さを増すことによってシリコン基板401からさらに遠くに移動されてもよい。これは、薄膜部414からさらに遠くに電極を移動させるのに加えて、または、その代わりになされてよい。したがって、シリコン基板401による吸収が低減されうる。さらに、マイクロ波信号の速度の変化も低減されうる。
図5は、性能を改善されうる光学デバイスの一実施形態500の一部を示す断面図である。図5は縮尺通りではなく、光学デバイス500の一部のみが示されている。光学デバイス500は、基板501上にある導波管510ならびに電極520および530を備える。中間層502およびクラッディング材504も示されている。図の実施形態において、基板501は、シリコンであり、中間層502は二酸化シリコンであり、クラッディング材504は二酸化シリコンである。いくつかの実施形態において、その他のおよび/または追加の材料が用いられてもよい。図の導波管510の部分は、LNを含む。ただし、その他および/または追加の材料(LTなど)が用いられてもよい。導波管510は、リッジ512および薄膜部514を備える。電極520および530のチャネル領域および伸長部は図示されていない。光学デバイス500は、光学デバイス200と類似している。したがって、導波管510ならびに電極520および530は、それぞれ、導波管210ならびに電極220および230と類似している。基板501、中間層502、および、クラッディング材504は、それぞれ、基板201、中間層202、および、クラッディング材204と類似している。ただし、光学デバイス500では、電極520および530が、下層のシリコン基板301からさらに遠くに移動されている。さらに、リッジ512の下方のシリコン基板501の部分が除去されている。したがって、シリコン基板501による吸収が低減されうる。さらに、マイクロ波信号の速度の変化も低減されうる。いくつかの実施形態において、基板の一部を除去することに加えてまたはその代わりに、別の基板が選択されてもよい。
このように、マイクロ波損失が、さらに緩和されうる。したがって、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’の利点に加えて、光学デバイス300、400、および、500は、マイクロ波吸収損失をさらに低減しうる。その結果、光学デバイス300、400、および、500の性能が改善されうる。
図6、図7、図8、図9、図10、および、図11は、それぞれ、性能を改善されうる光学デバイス600、700、800、900、1000、および、1100を示す。図6~図11は、様々な電極構成を図示している。図6~図11は縮尺通りではなく、光学デバイス600、700、800、900、1000、および、1100の一部のみが示されている。光学デバイス600、700、800、900、1000、および、1100は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’と類似している。類似した構成要素は、同様の符号を有する。
図6を参照すると、電極620および630、ならびに、リッジ612を有する導波管610が示されている。図6には、伸長部624および634(各々1つのみに符号が付されている)も示されている。上述のように、電極620および630の伸長部624および634は、性能を改善しうる。図6に示す実施形態において、伸長部624および634は、規則的に離間されている。したがって、伸長部624および634は周期的であり、一定のピッチを有する。また、伸長部624および634はすべて同じサイズである。ただし、他の構成も可能である。例えば、伸長部624および634は、異なるサイズおよび異なるピッチを有してもよい。したがって、光学デバイス600は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。
図7は、光学デバイス700を示す。わかりやすいように、電極720、730、および、740のみが示されている。一般に、導波管/リッジが、電極720と電極730との間にある。別の導波管/リッジ(または導波管/リッジブランチ)が、電極720と電極740との間にある。いくつかの実施形態において、電極720は、マイクロ波信号を伝達し、一方、電極730および740は接地である。ただし、他の構成も可能である。図の実施形態において、電極720のみが、チャネル領域722および伸長部724を有する。伸長部724は、長方形である。しかしながら、電極730および740には、伸長部がない。伸長部724が存在するため、電流が、チャネル領域722を通してより容易に駆動されうる。したがって、光学デバイス700は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。
図8は、光学デバイス800を示す。わかりやすいように、電極820、830、および、840のみが示されている。一般に、導波管/リッジが、電極820と電極830との間にある。別の導波管/リッジ(または導波管/リッジブランチ)が、電極820と電極840との間にある。いくつかの実施形態において、電極820は、マイクロ波信号を伝達し、一方、電極830および840は接地である。ただし、他の構成も可能である。図の実施形態において、電極820のみが、チャネル領域822および伸長部824を有する。伸長部824は、「T」字形状である。したがって、伸長部824は、接続部824Aおよび逆行部824Bを有する。電極830および840には、伸長部がない。伸長部824が存在するため、電流が、チャネル領域822を通してより容易に駆動されうる。したがって、光学デバイス800は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。
図9は、光学デバイス900を示す。電極920、930、および、940が示されている。導波管/リッジ910が、電極920と電極930との間にある。別の導波管/リッジ(または導波管/リッジブランチ)950が、電極920と電極940との間にある。いくつかの実施形態において、電極920は、マイクロ波信号を伝達し、一方、電極930および940は接地である。ただし、他の構成も可能である。図の実施形態において、電極920は、チャネル領域922および伸長部924を有する。同様に、電極930は、チャネル領域932および伸長部934を有する。電極940は、チャネル領域942および伸長部944を有する。伸長部924、934、および、944は、一般に「T」字形状であるが、異なる長さを有し、周期的ではない(例えば、不規則に離間され、様々なピッチを有する)。伸長部924、934、および、944が存在するため、電流が、チャネル領域922、932、および、942を通してより容易に駆動されうる。したがって、光学デバイス900は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。
図10は、光学デバイス1000を示す。電極1020、1030、および、1040が示されている。導波管/リッジ1010が、電極1020と電極1030との間にある。別の導波管/リッジ(または導波管/リッジブランチ)1050が、電極1020と電極1040との間にある。いくつかの実施形態において、電極1020は、マイクロ波信号を伝達し、一方、電極1030および1040は接地である。ただし、他の構成も可能である。図の実施形態において、電極1020は、チャネル領域1022および伸長部1024を有する。電極1030は、チャネル領域1032および伸長部1034を有する。電極1040は、チャネル領域1042および伸長部1044を有する。伸長部1024、1034、および、1044は、様々な形状を有し、不規則に離間されている。さらに、チャネル1022は、切り欠きを有する。ただし、それでも、チャネル1022は、電流を伝達できる直線中央領域を有する。伸長部1024、1034、および、1044が存在するため、電流が、それぞれチャネル領域1022、1032、および、1042を通してより容易に駆動されうる。したがって、光学デバイス1000は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。
図11は、光学デバイス1100を示す。電極1120、1130、および、1140が示されている。導波管/リッジ1110が、電極1120と電極1130との間にある。別の導波管/リッジ(または導波管/リッジブランチ)1150が、電極1120と電極1140との間にある。いくつかの実施形態において、電極1120は、マイクロ波信号を伝達し、一方、電極1130および1140は接地である。ただし、他の構成も可能である。図の実施形態において、電極1120は、チャネル領域1122および伸長部1124を有する。電極1130は、チャネル領域1132および伸長部1134を有する。電極1140は、チャネル領域1142および伸長部1144を有する。伸長部1124、1134、および、1144は、様々な形状を有し、不規則に離間されている。伸長部1124、1134、および、1144が存在するため、電流が、それぞれチャネル領域1122、1132、および、1142を通してより容易に駆動されうる。したがって、光学デバイス1100は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。したがって、光学デバイス600、700、800、900、1000、および、1100によって示されるように、様々な構成の伸長部が電極に用いられてよい。
図12A~図12Dは、性能を改善されうる光学デバイスの実施形態1200A、1200B、1200C、および、1200Dの一部を示す図において、様々な電極構成を示す。図12A~図12Dは縮尺通りではなく、光学デバイス1200A、1200B、1200C、および、1200Dの一部のみが示されている。光学デバイス1200A、1200B、1200C、および、1200Dは、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’と類似している。そのため、類似した構成要素は、同様のラベルを有する(例えば、導波管1210は、導波管110’と類似している)。図12Aは、光学デバイス1200Aの平面図である。図12B~12Dは、光学デバイス1200B、1200C、および、1200Dの一部を示す断面図である。図12A~図12Dは、いくつかの光学デバイスの断面図が異なっていても、それらのデバイスが同じ平面図を共有しうることを示している。逆に、断面図が同様でありえても、いくつかの光学デバイスは、異なる平面図を有しうる。
図12Aを参照すると、電極1220A、1230A、および、1240A、ならびに、導波管1210Aおよび1250Aが示されている。図12Aに示されている導波管1210Aおよび1250Aの一部は、いくつかの実施形態において、リッジに対応する。電極1220A、1230A、および、1240Aは、それぞれ、チャネル領域1222A、1232A、および、1242Aを有する。また、電極1220A、1230A、および、1240Aは、伸長部1224A、1234A、および、1244Aを備える。上述のように、電極1220A、1230A、および、1240Aの伸長部1224A、1234A、および、1244Aは、性能を改善しうる。いくつかの実施形態において、チャネル1222A、1232A、および、1242Aは、それぞれ、伸長部1224A、1234A、および、1244Aと同じ高さにある。
図12Bは、光学デバイス1200Aの平面図を共有する光学デバイス1200Bを示している。したがって、光学デバイス1200Bは、電極1220B、1230B、および、1240Bと、導波管1210Bおよび1250Bと、を備える。導波管1210Bおよび1250Bは、それぞれ、リッジ1222Bおよび1252Bを備える。導波管1210Bおよび1250Bは、共通の薄膜部1214Cを共有している。電極1220B、1230B、および、1240Bは、それぞれ、チャネル領域1222B、1232B、および、1242Bを有する。また、電極1220B、1230B、および、1240Bは、伸長部1224B、1234B、および、1244Bを備える。上述のように、電極1220B、1230B、および、1240Bの伸長部1224B、1234B、および、1244Bは、性能を改善しうる。光学デバイス1200Aと同じ平面図を共有しているが、チャネル領域1222B、1232B、および、1242Bは、伸長部1224B、1234B、および、1244Bよりも高い高さへ(基板からさらに離れるように)上げられている。光学デバイス1200Bは、光学デバイス1200Aと同様に機能し、したがって、光学デバイス100の利点を共有しうる。
図12Cは、光学デバイス1200Bと非常によく似た断面図を有する光学デバイス1200Cを示している。光学デバイス1200Cは、電極1220C、1230C、および、1240Cと、導波管1210Cおよび1250Cと、を備える。導波管1210Cおよび1250Cは、それぞれ、リッジ1222Cおよび1252Cを備える。導波管1210Bおよび1250Bは、共通の薄膜部1214Cを共有している。電極1220C、1230C、および、1240Cは、それぞれ、チャネル領域1222C、1232C、および、1242Cを有する。また、電極1220C、1230C、および、1240Cは、伸長部1224C、1234C、および、1244Cを備える。上述のように、電極1220C、1230C、および、1240Cの伸長部1224C、1234C、および、1244Cは、性能を改善しうる。同様の断面図を共有しているが、光学デバイス1200Cは、光学デバイス1200Aおよび1200Bとは異なる平面図を有する。図12Cの点線で分かるように、伸長部1224C、1234C、および、1244Cの外縁は、それぞれ、チャネル領域1222C、1232C、および、142Cの外縁と整列している。したがって、電極1220C、1230C、および、1240Cは、上から見ると長方形に見える。つまり、伸長部1224C、1234C、および、1244Cは、平面図では見えない。しかしながら、それでも、伸長部1224C、1234C、および、1244Cは、対応するチャネル領域1222C、1232C、および、1242Cよりも導波管1210C/リッジ1212Cおよび導波管1250C/リッジ1252Cに近い。光学デバイス1200Cは、光学デバイス1200Aおよび1200Bと同様に機能する。したがって、異なる平面図を有するにも関わらず、光学デバイス1200Cは、光学デバイス100、1200A、および/または、1200Bの利点を共有しうる。
図12Dは、光学デバイス1200Aの平面図を共有する光学デバイス1200Dを示している。したがって、光学デバイス1200Dは、電極1220D、1230D、および、1240Bと、導波管1210Dおよび1250Dと、を備える。導波管1210Dおよび1250Dは、それぞれ、リッジ1222Dおよび1252Dを備える。導波管1210Dおよび1250Dは、それぞれ、薄膜部1214Dおよび1254Dを各々備える。電極1220D、1230D、および、1240Dは、それぞれ、チャネル領域1222D、1232D、および、1242Dを有する。また、電極1220D、1230D、および、1240Dは、伸長部1224D、1234D、および、1244Dを備える。上述のように、電極1220D、1230D、および、1240Dの伸長部1224D、1234D、および、1244Dは、性能を改善しうる。光学デバイス1200Aと同じ平面図を共有しているが、導波管1210Dおよび1250Dの薄膜部1214Dおよび1254Dは、それぞれ、サイズが縮小している。光学デバイス1200Dは、光学デバイス1200A、1200B、および、1200Cと同様に機能する。したがって、光学デバイス1200Dは、光学デバイス100、1200A、1200B、および/または、1200Cの利点を共有しうる。
図13A~図13Jは、性能を改善されうる光学デバイス1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I、および、1300Jの実施形態の一部を示す図において、様々な電極構成を示す。図13A~図13Jは縮尺通りではなく、光学デバイス1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I、および、1300Jの一部のみが示されている。図13A~図13Jは、xカットまたはyカットの導波管構造に利用できる電極の様々な構成を示している。光学デバイス1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I、および、1300Jは、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様のラベルを有する(例えば、導波管リッジ1312Aは、導波管リッジ112と類似している)。わかりやすいように、電極は、一般に、図13A~図13Iでは、長方形として図示されている。ただし、かかる電極は、本明細書に記載のチャネル領域、伸長部、および/または、その他の特徴部を備えてよい。したがって、図13A~図13Iに示す電極は、主に、電極の位置を示している。
図13Aは、リッジ1312Aおよび薄膜部1314Aを有する導波管と、電極1320Aおよび1330Aとを備えた光学デバイス1300Aを示している。基板1301Aおよび中間層1302Aも示されている。電極の伸長部は、対応する導波管に近接していることが望ましい。いくつかの実施形態において、電極の伸長部の一部が、導波管のリッジの上端および薄膜部の上端の間にあることが望ましい。したがって、電極1320Aおよび1330Aは、導波管の薄膜部1314Aとの接触面を共有する。より具体的には、電極1320Aおよび1330Aは、薄膜部1314Aの上面と接触する。
図13Bは、リッジ1312Bおよび薄膜部1314Bを有する導波管と、電極1320Bおよび1330Bとを備えた光学デバイス1300Bを示している。基板1301Bおよび中間層1302Bも示されている。電極の伸長部は、対応する導波管に近接していることが望ましい。電極1320Bおよび1330Bは、導波管リッジ1312Bの上端よりも上方から導波管の薄膜部1314Bを通って中間層1302Bの中へ伸びている。
図13Cは、リッジ1312Cおよび薄膜部1314Cを有する導波管と、電極1320Cおよび1330Cとを備えた光学デバイス1300Cを示している。基板1301Cおよび中間層1302Cも示されている。電極の伸長部は、対応する導波管に近接していることが望ましい。電極1320Cおよび1330Cは、導波管リッジ1312Cの上端よりも上方から導波管の薄膜部1314Cを通って基板1301Cの中へ伸びている。
図13Dは、リッジ1312Dおよび薄膜部1314Dを有する導波管と、電極1320Dおよび1330Dとを備えた光学デバイス1300Dを示している。基板1301Dおよび中間層1302Dも示されている。電極の伸長部は、対応する導波管に近接していることが望ましい。電極伸長部1320Dおよび1330Dは、導波管リッジ1312Dの上端と導波管薄膜部1314Dの上端との間から、薄膜部1314Dを通って、基板1301Dの中へ伸びている。
図13Eは、リッジ1312Eおよび薄膜部1314Eを有する導波管と、電極1320Eおよび1330Eとを備えた光学デバイス1300Eを示している。基板1301Eおよび中間層1302Eも示されている。電極の伸長部は、対応する導波管に近接していることが望ましい。電極1320Eおよび1330Eは、導波管リッジ1312Eの上端の上方から、導波管リッジ1312Eの上端と導波管薄膜部1314Eの上端との間まで延びている。
図13Fは、構造1312Fおよび薄膜部1314Fを有する導波管と、電極1320Fおよび1330Fとを備えた光学デバイス1300Fを示している。基板1301Fおよび中間層1302Fも示されている。電極の伸長部は、対応する導波管に近接していることが望ましい。電極1320Fおよび1330Fは、構造1312Fの上端の上方から、導波管の構造1312Fの上端と導波管薄膜部1314Fの上端との間まで延びている。さらに、構造1312Fは、導波管リッジに対応する。ただし、図の実施形態において、構造1312は、別の構成要素(ヒータなど)であってよい。
図13Gは、リッジ1312Gおよび薄膜部1314Gを有する導波管と、電極1320Gおよび1330Gとを備えた光学デバイス1300Gを示している。基板1301Gおよび中間層1302Gも示されている。電極の伸長部は、対応する導波管に近接していることが望ましい。電極1320Gおよび1330Gは、薄膜部1314Gの上方から導波管薄膜部1314Gの中まで伸びている。さらに、導波管リッジ1312Gは、導波管薄膜部1314Gの下にある。
図13Hは、構造1312Hおよび薄膜部1314Hを有する導波管と、電極1320Hおよび1330Hとを備えた光学デバイス1300Hを示している。基板1301Hおよび中間層1302Hも示されている。電極の伸長部は、対応する導波管に近接していることが望ましい。電極1320Hおよび1330Hは、薄膜部1314Hの上端の上方から導波管薄膜部1314Hの中まで伸びている。構造1312Hは、ヒータ、または、導波管リッジに対応する類似の構成要素であってよい。さらに、構造1312Hは、導波管薄膜部1314Hの下にある。
図13Iは、構造1312Iおよび薄膜部1314Iを有する導波管と、電極1320Iおよび1330Iとを備えた光学デバイス1300Iを示している。基板1301Iおよび中間層1302Iも示されている。電極の伸長部は、対応する導波管に近接していることが望ましい。電極1320Iおよび1330Iは、構造1312Iの下端よりも下方から導波管薄膜部1314Iの底面まで伸びている。構造1312iは、ヒータ、または、導波管リッジに対応する類似の構成要素であってよく、導波管薄膜部1314Iの下にある。
図13Jは、リッジ1312Jおよび薄膜部1314Jを有する導波管と、電極1320Jおよび1330IJとを備えた光学デバイス1300Jを示している。基板1301Iおよび中間層1302Iも示されている。電極1320Jは、チャネル領域1322Jおよび伸長部1324Jを備える。電極1330Jは、チャネル領域1332Jおよび伸長部1334Jを備える。光学デバイス1330Jに見られるように、チャネル領域1322Jおよび/または1332Jは、長方形断面を有する必要はない。
このように、様々な電極および導波管の構成に関わらず、光学デバイス1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I、および、1300Jは、光学デバイス100と類似している。したがって、光学デバイス1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I、および、1300Jは、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。
図14A~14Kは、性能を改善されうる光学デバイスの実施形態1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400I、1400J、および、1400Kの一部を示す図において、様々な電極構成を示す。図14A~図14Kは縮尺通りではなく、光学デバイス1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400I、1400J、および、1400Kの一部のみが示されている。光学デバイス1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400I、1400J、および、1400Kは、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様のラベルを有する(例えば、導波管リッジ1412Aは、導波管リッジ112と類似している)。存在しているが、チャネル領域および伸長部は、図14A~図14Dでは別個に図示されていない。図14A~図14Kは、電気光学効果が薄膜平面の外で起きる導波管構造(例えば、zカット導波管)に利用できる電極の様々な構成を示している。わかりやすいように、電極は、一般に、図14A~図14Dでは、長方形として図示されている。ただし、かかる電極は、本明細書に記載のチャネル領域、伸長部、および/または、その他の特徴部を備えてよい。したがって、図14A~図14Dに示す電極は、主に、電極の位置を示している。いくつかの実施形態の伸長部およびその他の特徴部は、図14E~図14Kでより明確に示されている。
図14Aは、リッジ1412Aおよび薄膜部1414Aを有する導波管と、電極1420Aおよび1430Aとを備えた光学デバイス1400Aを示している。基板1401Aおよび中間層1402Aも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、リッジ1412Aの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Aは、リッジ1412Aの上方にあり、一方、電極1430Aは、リッジ1412Aの下方の膜であり、水平に伸びている。
図14Aは、リッジ1412Aおよび薄膜部1414Aを有する導波管と、電極1420Aおよび1430Aとを備えた光学デバイス1400Aを示している。基板1401Aおよび中間層1402Aも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、リッジ1412Aの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Aは、リッジ1412Aの上方にあり、一方、電極1430Aは、リッジ1412Aの下方の膜であり、水平に伸びている。
図14Bは、リッジ1412Bおよび薄膜部1414Bを有する導波管と、電極1420B、1430B、および、1440Bとを備えた光学デバイス1400Bを示している。基板1401Bおよび中間層1402Bも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、リッジ1412Bの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Bは、リッジ1412Bの上方にあり、一方、電極1430Bおよび1440Bは、リッジ1412Cの側方にあり、その下方に伸びている。電極1430Bおよび1440Bは、薄膜部1414Bの近くまたはその中を終端としている。したがって、リッジ1412Bの領域における電場は、実質的に垂直(z方向)である。
図14Cは、リッジ1412Cおよび薄膜部1414Cを有する導波管と、電極1420C、1430C、および、1440Cとを備えた光学デバイス1400Cを示している。基板1401Cおよび中間層1402Cも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、リッジ1412Cの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Cは、リッジ1412Cの上方にあり、一方、電極1430Cおよび1440Cは、リッジ1412Cの側方にあり、その下方に伸びている。電極1430Cおよび1440Cは、導波管薄膜部1414Cを通して伸びている。したがって、リッジ1412Cの領域における電場は、実質的に垂直(z方向)である。
図14Dは、構造1412Dおよび薄膜部1414Dを有する導波管と、電極1420Dおよび1430Dとを備えた光学デバイス1400Dを示している。基板1401Dおよび中間層1402Dも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、構造1412Dの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Dは、構造1412Dの上方にあり、一方、電極1430Dは、構造1412Dの下方の膜であり、水平に伸びている。構造1412Dは、導波管薄膜部1414Dの下方にあり、ヒータまたは類似の構成要素であってよい。
図14Eは、リッジ1412Eおよび薄膜部1414Eを有する導波管1410Eと、電極1420Eおよび1430Eとを備えた光学デバイス1400Eを示している。基板1401Eおよび中間層1400Eも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、構造1412Eの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Eは、構造1412Dの上方にあり、一方、電極1430Eおよび1440Eは、構造1412Eの側方にある。図の実施形態において、電極1430Eおよび1440Eは、接地電極であり、一方、電極1420Eは、信号を伝達する。接地電極1430Eおよび1440Eの位置は例示である。垂直電場が導波管1412E内で確立される限りは、その他の接地の位置が用いられてもよい。それぞれ、電極1420E、1430E、および、1440Eのチャネル領域1422E、1432E、および、1442E、ならびに、伸長部1424E、1434E、および、1444Eも示されている。チャネル領域1422E、1432E、および、1442E、ならびに、伸長部1424E、1434E、および、1444Eは、上述したチャネル領域および伸長部と類似している。したがって、光学デバイス1400Eは、伸長部を利用する光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。
図14Fは、リッジ1412Fおよび薄膜部1414Fを有する導波管1410Fと、電極1420Fおよび1430Fとを備えた差動光学デバイス1400Fを示している。基板1401Fおよび中間層1400Fも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、構造1412Fの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Fは、構造1412Fの上方にあり、一方、電極1430Fおよび1440Fは、構造1412Fの側方にある。光学デバイス1400Fは差動変調器であるため、さらなる導波管1460F(例えば、さらなるリッジ)およびさらなる電極1450Fが存在する。図の実施形態において、電極1430Fおよび1440Fは、接地電極であり、一方、電極1420Fおよび1450Fは、信号を伝達する。接地電極1430Fおよび1440Fの位置は例示である。垂直電場が導波管1412Fおよび1460F内で確立される限りは、その他の接地の位置が用いられてもよい。それぞれ、電極1420F、1430F、1440F、および、1450Fのチャネル領域1422F、1432F、1442F、および、1452F、ならびに、伸長部1424F、1434F、1444F、および、1454Fも示されている。チャネル領域1422F、1432F、1442F、および、1452F、ならびに、伸長部1424F、1434F、1444F、および、1454Fは、上述したチャネル領域および伸長部と類似している。したがって、光学デバイス1400Fは、伸長部を利用する光学デバイス100、100’、および/または、150の利点を共有しうる。
図14Gは、リッジ1412Gおよび薄膜部1414Gを有する導波管1410Gと、電極1420Gおよび1430Gとを備えた差動光学デバイス1400Gを示している。基板1401Gおよび中間層1400Gも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、構造1412Gの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Gは、構造1412Gの上方にあり、一方、電極1430Gおよび1440Gは、構造1412Gの側方にある。光学デバイス1400Gは差動変調器であるため、さらなる導波管1460G(例えば、さらなるリッジ)およびさらなる電極1450Gが存在する。図の実施形態において、電極1430Gおよび1440Gは、接地電極であり、一方、電極1420Gおよび1450Gは、信号を伝達する。接地電極1430Gおよび1440Gの位置は例示である。垂直電場が導波管1412Gおよび1460G内で確立される限りは、その他の接地の位置が用いられてもよい。それぞれ、電極1420G、1430G、1440G、および、1450Gのチャネル領域1422G、1432G、1442G、および、1452G、ならびに、伸長部1424G、1434G、1444G、および、1454Gも示されている。チャネル領域1422G、1432G、1442G、および、1452G、ならびに、伸長部1424G、1434G、1444G、および、1454Gは、上述したチャネル領域および伸長部と類似している。光学デバイス1400Gは、光学デバイス1400Fと類似している。しかしながら、伸長部1424Gおよび1454Gは、それぞれ、チャネル領域1422Gおよび1452Gからオフセットされている。結果として、チャネル領域1422Gおよび1452Gの間の相互作用が低減されうる。したがって、光学デバイス1400Gは、伸長部を利用する光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。
図14Hは、構造1412Hおよび薄膜部1414Hを有する導波管1410Hと、電極1420Hおよび1430Hとを備えた光学デバイス1400Hを示している。基板1401Hおよび中間層1400Hも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、構造1412Hの領域に垂直場を提供することが望ましい。構造1412Hは、本明細書に記載の受動材料またはヒータなど、非線形光学材料以外の材料であってよい。任意選択的なバッファ層が、非線形光学材料を含む薄膜領域1414Hと、構造1412Hとの間に存在してよい。いくつかの実施形態において、構造1412Hは、単に、非線形光学材料を含む埋め込みリッジであってもよい。電極1420Hは、構造1412Hの下方にあり、一方、電極1430Hおよび1440Hは、構造1412Hの側方にある。図の実施形態において、電極1430Hおよび1440Hは、接地電極であり、一方、電極1420Hは、信号を伝達する。接地電極1430Hおよび1440Hの位置は例示である。垂直電場が導波管1412H内で確立される限りは、その他の接地の位置が用いられてもよい。それぞれ、電極1420H、1430H、および、1440Hのチャネル領域1422H、1432H、および、1442H、ならびに、伸長部1424H、1434H、および、1444Hも示されている。チャネル領域1422H、1432H、および、1442H、ならびに、伸長部1424H、1434H、および、1444Hは、上述したチャネル領域および伸長部と類似している。したがって、光学デバイス1400Hは、伸長部を利用する光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。
図14Iは、構造1412Iおよび薄膜部1414Iを有する導波管1410Iと、電極1420Iおよび1430Iとを備えた差動光学デバイス1400Iを示している。基板1401Iおよび中間層1400Iも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、構造1412Iの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Iは、構造Iの下方にあり、一方、電極1430Iおよび1440Iは、構造1412Iの側方にある。構造1412Iは、本明細書に記載の受動材料またはヒータなど、非線形光学材料以外の材料であってよい。いくつかの実施形態において、構造1412Iは、単に、非線形光学材料を含む埋め込みリッジであってもよい。光学デバイス1400Iは差動変調器であるため、さらなる導波管/構造1460I(例えば、さらなるリッジ、受動材料、または、ヒータ)およびさらなる電極1450Iが存在する。図の実施形態において、電極1430Iおよび1440Iは、接地電極であり、一方、電極1420Iおよび1450Iは、信号を伝達する。接地電極1430Iおよび1440Iの位置は例示である。垂直電場が導波管1412Iおよび1460I内で確立される限りは、その他の接地の位置が用いられてもよい。任意選択的なバッファ層が、非線形光学材料を含む薄膜領域1414Iと、構造1412Iおよび1460Iとの間に存在してよい。それぞれ、電極1420I、1430I、1440I、および、1450Iのチャネル領域1422I、1432I、1442F、および、1452I、ならびに、伸長部1424I、1434I、1444I、および、1454Iも示されている。チャネル領域1422I、1432I、1442I、および、1452I、ならびに、伸長部1424I、1434I、1444I、および、1454Iは、上述したチャネル領域および伸長部と類似している。したがって、光学デバイス1400Iは、伸長部を利用する光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。
図14Jは、リッジ1412Jおよび薄膜部1414Jを有する導波管1410Jと、電極1420Jおよび1430Jとを備えた光学デバイス1400Jを示している。基板1401Jおよび中間層1400J)も示されている。電極は、対応する導波管に近接し、構造1412Jの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Jは、構造1412Jの上方にあり、一方、電極1430Jおよび1440Jは、構造1412Jの側方にある。図の実施形態において、電極1430Jおよび1440Jは、接地電極であり、一方、電極1420Jは、信号を伝達する。接地電極1430Jおよび1440Jの位置は例示である。垂直電場が導波管1412J内で確立される限りは、その他の接地の位置が用いられてもよい。それぞれ、電極1430Jおよび1440Jのチャネル領域1432Jおよび1442J、ならびに、伸長部1434Jおよび1444Jも示されている。このように、信号電極1420Jは、この実施形態においては、伸長部を備えていない。チャネル領域1432Jおよび1442J、ならびに、伸長部1434Jおよび1444Jは、上述したチャネル領域および伸長部と類似している。したがって、光学デバイス1400Jは、伸長部を利用する光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。さらに、必ずしもすべての電極が、性能を改善するために伸長部を備える必要はない。
図14Kは、リッジ1412Kおよび薄膜部1414Kを有する導波管1410Kと、電極1420Kおよび1430Kとを備えた差動光学デバイス1400Kを示している。基板1401Kおよび中間層1400Kも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、構造1412Kの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Kは、構造1412Kの上方にあり、一方、電極1430Kおよび1440Kは、構造1412Kの側方にある。光学デバイス1400Kは差動変調器であるため、さらなる導波管1460K(例えば、さらなるリッジ)およびさらなる電極1450Kが存在する。図の実施形態において、電極1430FKおよび1440Kは、接地電極であり、一方、電極1420Kおよび1450Kは、信号を伝達する。接地電極1430Kおよび1440Kの位置は例示である。垂直電場が導波管1412Kおよび1460K内で確立される限りは、その他の接地の位置が用いられてもよい。それぞれ、電極1430Kおよび1440Kのチャネル領域1432Kおよび1442K、ならびに、伸長部1434Kおよび1444Kも示されている。チャネル領域1432Kおよび1442K、ならびに、伸長部1434Kおよび1444Kは、上述したチャネル領域および伸長部と類似している。ただし、信号電極1420Kおよび1450Kは、伸長部を備えていない。光学デバイス1400Kは、伸長部を利用する光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。さらに、必ずしもすべての電極が、性能を改善するために伸長部を備える必要はない。
このように、様々な電極および導波管の構成に関わらず、光学デバイス1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400I、1400J、および、1400Kは、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’と類似している。したがって、光学デバイス1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400J、および、1400Kは、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’の利点を共有しうる。
図15Aおよび図15Bは、それぞれ、光学デバイスの実施形態1500Aおよび1500Bの一部を示す。光学デバイス1500Aおよび1500Bは、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。図15Aおよび図15Bは縮尺通りではなく、光学デバイス1500Aおよび1500Bの一部のみが示されている。光学デバイス1500Aおよび1500Bは、光学デバイス100、100’、100’’、および/または、100’’’’と類似している。そのため、類似した構成要素は、同様の符号を有する。光学デバイス1500Aは、リッジ112を有する導波管110/110’、ならびに、電極120、120’、120’’、130、130’、および、130’と類似している、リッジ1512を有する導波管1510、ならびに、電極1520および1530を備える。電極1520ならびに1530は、それぞれ、電極120、120’、および、120’’、ならびに、130、130’、および、130’’のチャネル領域122、122’、122’’、ならびに、132、132’、132’’にそれぞれ類似するチャネル領域1522ならびに1532を備える。電極1520および1530は、それぞれ、電極120、120’、120’’、および、130、130’、130’’の伸長部124、124’、124’’、および、134、134’、134’’と類似する伸長部1524および1534をそれぞれ備える。伸長部1524および1534は、接続部124A、124A’、124A’ ’、および、134A、134A’、134A’’、ならびに、逆行部124B、124B’、124B’ ’、および、134B、134B’、134B’ ’と類似する接続部1524Aおよび1534A、ならびに、逆行部1524Bおよび1534Bを備える。
また、導波管1510は、導波管屈曲部分1515を備える。複数の導波管屈曲部分が図15Aに示されているが、1つの導波管屈曲部分1515にのみ符号が付されている。各導波管屈曲部分1515は、1mm以下の曲げ半径を有してよい。いくつかの実施形態において、各導波管屈曲部分1515は、も500μm以下の曲げ半径を有する。いくつかの実施形態において、各導波管屈曲部分1515は、0.5dB以下の屈曲部分光損失を有する。導波管(および電極)の屈曲部分は、光学デバイス1500Aを組み込むデバイスのサイズを抑えつつ、電極1520および1530が導波管1510に近接する領域を長くするために用いられてよい。例えば、導波管1510ならびに電極1520および1530は、50平方ミリメートル以下の面積を占めてよい。導波管1510ならびに電極1520および1530は、いくつかの実施形態において、20平方ミリメートル以下の面積を占める。いくつかの実施形態において、導波管1510ならびに電極1520および1530は、32ミリメートル以下の長さを有する集積回路上に存在する。いくつかのかかる実施形態において、導波管1510ならびに電極1520および1530は、22ミリメートル以下の長さを有する集積回路上に存在する。これは、導波管1510の長さがより長くても成り立つ。したがって、より大きい光信号変調が、より小さい全デバイスで達成されうる。
電極1520は、電極屈曲部分1525を備えてよい(図15Aで、その内の1つのみに符号が付されている)。同様に、電極1530は、電極屈曲部分1535を備えてよい(図15Aで、その内の1つのみに符号が付されている)。導波管1510の導波管屈曲部分1515と同様に、電極屈曲部分1525および1535は、より小さいフットプリントで、それぞれ、より長い電極1520および1530を可能にする。したがって、光学デバイス1500Aは、パッケージにおいて、特定の長さで、より少ない空間を消費しうる。
いくつかの実施形態において、電極屈曲部分1525および1535は、性能を改善するために用いられてもよい。より具体的には、電極屈曲部分1525および1535ならびに導波管屈曲部分1515は、導波管1510のための光信号と、電極1520および/または1530のための電極信号との間の経路差を提供するよう構成可能である。かかる経路差は、電極1520および/または1530におけるマイクロ波信号と、導波管1510における光信号の伝送速度との間の伝送速度の差を補償するために用いられてよい。導波管1510を通る光信号の速度は、導波管1510の屈折率によって影響される。電極1520および/または1530におけるマイクロ波信号の速度は、伸長部1524および/または1534の存在によって影響される。伸長部1524および/または1534は、電極1520および/または1530を通るマイクロ波信号の伝搬を遅くする傾向がある。基板/下層(図15A~図15Bには図示せず)などの周囲の材料も、電極信号の速度に影響を与えうる。導波管1510ならびに電極1520および/または1530に用いられる材料と、導波管1510ならびに電極1520および/または1530に用いられる加工技術と、クラッディング材および基板/下層と、伸長部1524および/または1534の構成は、導波管1510における光信号と電極1520および/または1530における電極信号との速度の差を低減するように選択されてよい。
さらに、リッジ1512から比較的遠くてよい(例えば、チャネル1522および/または1532よりもリッジ152から遠くてよい)さらなる伸長部が追加されてもよい。かかる伸長部(図15A~図15Bには図示せず)は、導波管1510における光信号と電極1520および/または1530における電極信号との間の速度の整合を改善しうる。しかしながら、光信号速度と電極信号速度にはまだいくらかの不整合が存在しうる。屈曲部分1515、1525、および、1535は、これらの不整合を補償しうる。例えば、いくつかの実施形態において、導波管屈曲部分1515は、マイクロ波信号が電極1520および/または1530内で通る経路よりも長い経路を光信号が導波管1510内で通るように構成されてよい。この経路差は、マイクロ波信号が電極1520および/または1530内を移動するよりも速く、光信号が導波管1510内を移動することを補償しうる。いくつかの実施形態において、導波管屈曲部分1515は、マイクロ波信号が電極1520および/または1530内で通る経路よりも短い経路を光信号が導波管1510内で通るように構成されてもよい。この経路差は、マイクロ波信号が電極1520および/または1530内を移動するよりも遅く、光信号が導波管1510内を移動することを補償しうる。かかる経路差は、導波管の蛇行経路(後述する)に加えてまたはその代わりに用いられてよい。したがって、マイクロ波(電極)信号と光(導波管)信号との間の所与の速度不整合に対して、直線部分において異なる速度で進む電極信号および光信号によってもたらされる差を緩和するように、屈曲部分1515、1525、および、1535の長さを計算することができる。直線部分および屈曲部分を構成することにより、速度不整合を緩和し、所望の性能を得ることができる。このように、導波管屈曲部分1515ならびに電極屈曲部分1525および1535は、電極(マイクロ波)信号および光信号の速度の不整合を考慮するために利用されうる。したがって、光学デバイス100、100’、100’’ 、100’’’、および/または、100’’’’などの光学デバイスに関して本明細書に記載されている利点に加えて、光学デバイス1500Aは、改善された速度整合を有するため、改善された性能を有しうる。
光学デバイス1500Bは、光学デバイス1500Aと類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス1500Bは、リッジ1512を有する導波管1510、ならびに、電極1520および1530と類似している、リッジ1512’を有する導波管1510’、ならびに、電極1520’および1530’を備える。電極1520’および1530’は、伸長部1524および1534と類似する伸長部1524’および1534’をそれぞれ備える。伸長部1524および1534は、接続部1524Aおよび1534Aならびに逆行部1524Bおよび1534Bと類似する接続部1524Aおよび1534Aならびに逆行部1524Bおよび1534Bを備える。導波管110’ならびに電極120’および130’の屈曲部分115’、125’、および、135’は、それぞれ、屈曲部分115、125、および、135と類似している。いくつかの実施形態において、導波管1510’ならびに電極1520’および1530’が直線になるように、屈曲部分が省略されてもよい。
光学デバイス1500Bは、薄膜領域の平面外に電気光学効果を有する(例えば、zカット光学デバイスである)。そのため、垂直電場が、導波管1510’に印加されることが望ましい。したがって、電極1540も示されている。図示されていないが、電極1540は、伸長部を有してよい。電極屈曲部分1525’、1535’、および、1545、ならびに、導波管屈曲部分1515’および1545も示されている。したがって、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、100’’’’、および/または、1500Aなどの光学デバイスに関して本明細書に記載されている利点に加えて、利点に加えて、光学デバイス1500Bは、改善された速度整合を有するため、改善された性能を有しうる。
図16は、導波管1610と、電極1620および1630とを備えた光学デバイス1600の一部を示す。電極1620および1630は、それぞれ、伸長部1624および1634を備える。1つの伸長部1624および1つの伸長部1634のみに、符号が付されている。電極1620および1630のチャネル領域には、符号が付されていない。導波管1610は、屈曲部分1615を備えており、その内の1つのみに符号が付されている。同様に、電極1620および1630は、屈曲部分1625および1635を備えており、その内、電極あたりに1つの屈曲部分のみに符号が付されている。屈曲部分1615、1625、および、1635は、長い導波管1610ならびに長い電極1620および1630が占める面積を小さくすることを可能にする。さらに、後に説明するように、屈曲部分1615、1625、および、1635は、電極1620および/または1630によって伝達されるマイクロ波信号と、導波管1610によって伝達される光信号との間の速度不整合ひては位相不整合を緩和するために用いられてよい。図に示す1624および1634の位置は、物理的な位置に対応していなくてもよい。例えば、zカット変調器デバイスにおいて、1624または1634は、導波管1610の上部に配置されてよく、さらなる電極が、必要な電場プロファイルを提供するために導入されてもよい。
図17は、導波管1710と、電極1720および1730とを備えた光学デバイス1700の一部を示す。光学デバイス1700は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス1700は、リッジ112および薄膜部114を有する導波管110’、ならびに、電極120および電極130とそれぞれ類似している、リッジ1712および薄膜部1714を有する導波管1710、ならびに、電極1720および電極1730を備える。電極1720および1730は、伸長部124、124’、124’’、および、134,134’、134’’と類似する伸長部1724および1734をそれぞれ備える。伸長部1724および1734は、導波管1712の薄膜部1714の上に、部分的に中に、完全に中に、または、貫通して、エッチングされていてよい。光学デバイス1700は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’の利点を共有しうる。
図18は、導波管1810と、電極1820および1830とを備えた光学デバイス1800の一部を示す。光学デバイス1800は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス1800は、リッジ112および薄膜部114を有する導波管110’、ならびに、電極120および電極130とそれぞれ類似している、リッジ1812および薄膜部1814を有する導波管1810、ならびに、電極1820および電極1830を備える。電極1820および1830は、伸長部124、124’、124’’、および、134,134’、134’’と類似する伸長部1824および1834をそれぞれ備える。基板1801は、基板101と類似している。基板1801内の空間1802、および、さらなる層1803も示されている。空間1801は、少なくとも部分的に層1803で満たされている。層1803は、いくつかの実施形態において、誘電体であってよい。いくつかの実施形態において、層1803は、金属層またはその他の層であってよい。層1803は、光学デバイス1800の機械的完全性またはマイクロ波特性を設計するために用いられてよい。いくつかの実施形態において、基板1802は、完全に除去されてもよい。かかる実施形態において、層1803は、存在すれば、光学デバイス1800にわたって広がってよい。いくつかの実施形態において、空間1802は、異なる形状(例えば、半円筒形など)を有してもよく、複数の空間1802が形成されてもよく、および/または、層1803が省略されてもよい。さらに、空間1802は、基板の全高にわたっていなくてよい。いくつかの実施形態において、空間1802は、例えば、導波管1810と同じ側から基板1801をエッチングすることによって、基板1801の前側から形成される。また、空間1802は、いくつかの実施形態において、複数の導波管および/または電極にわたって伸びていてよい。光学デバイス1800は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’の利点を共有しうる。
図19は、導波管1910と、電極1920および1930とを備えた光学デバイス1900の一部を示す。光学デバイス1900は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス1900は、リッジ112および薄膜部114を有する導波管110’、ならびに、電極120および電極130とそれぞれ類似している、リッジ1912および薄膜部1914を有する導波管1910、ならびに、電極1920および電極1930を備える。電極1920および1930は、伸長部124、124’、124’’、および、134,134’、134’’と類似する伸長部1924および1934をそれぞれ備える。基板1901は、基板101と類似している。また、基板1801内の空間1802、および、さらなる層1803と類似する基板1901内の空間1902、および、さらなる層1903も示されている。また、第2層1904が提供されており、これは金属支持層またはその他の層であってよい。層1903および1904は、光学デバイス1900の機械的完全性またはマイクロ波特性を設計するために用いられてよい。光学デバイス1900は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’の利点を共有しうる。
図20は、導波管2010と、電極2020および2030とを備えた光学デバイス2000の一部を示す。光学デバイス2000は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス2000は、リッジ112および薄膜部114を有する導波管110’、ならびに、電極120および電極130とそれぞれ類似している、リッジ2012および薄膜部2014を有する導波管2010、ならびに、電極2020および電極2030を備える。電極2020および2030は、伸長部124、124’、124’’、および、134,134’、134’’と類似する伸長部2024および2034をそれぞれ備える。基板2005は、基板101と類似していてよく、および/または、二酸化シリコンなどの下層であってよい。光学デバイスは、Siなど別の材料プラットフォーム上での大規模な処理に向けて、別の基板2006上に移動されている。この場合、元の光学デバイスは、ひっくり返されて、第2基板206上に取り付けられる。さらに、第2基板2006は、さらなる処理を受けてよい。例えば、空間1802と類似した空間が形成され、完全にまたは部分的に再充填されてよい。さらに、下層/基板2005は、いくつかの実施形態において除去されてもよい。光学デバイス2000は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’の利点を共有しうる。
図21は、導波管2110および電極(図示せず)を備えた光学デバイス2100の一部を示す背面図である。光学デバイス2100は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス2100は、リッジ112および薄膜部114を有する導波管110’、ならびに、電極120および電極130とそれぞれ類似している、リッジ2112および薄膜部(図示せず)を有する導波管2110、ならびに、電極(図示せず)を備える。基板2001は、基板101と類似している。また、基板2001内の空間2002が示されている。また、構造的特徴部2160、2162、および、2164が示されている。図21に示すように、かかる構造的特徴部は、空間2002を完全にまたは部分的に横切って伸びていてよく、他の構造的特徴部の一部または全部と平行であってよく、パターンに配列されていてよく、および/または、光信号の伝送方向と直角または別の角度をなしてよい。例えば、構造的特徴部2160、2162、および、2164は、空間2002を10%以上90%以下だけ横切って伸びていてよい。いくつかのかかる実施形態において、構造的特徴部2160、2162、および、2164は、空間2002を30%以上80%以下だけ横切って伸びていてよい。支持構造2160、2162、および、2164が、空間2102を形成する時に基板2101を部分的に除去することによって形成されてよい。したがって、構造的特徴部2160、2162、および/または、2164は、空間2106の形成後に残っていてよい。いくつかの実施形態において、構造的特徴部2160、2162、および、2164は、他の材料で形成されてもよい。光学デバイス2100は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’の利点を共有しうる。
図22は、光学デバイス2200の一部を示す平面図である。光学デバイス2100は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。光学デバイス2200は、導波管110’および150、ならびに、電極120、130、および、電極150とそれぞれ類似する導波管2210および2250、ならびに、電極2220、2230、および、2240を備える。電極2220、2230、および、2240は、それぞれ、チャネル部122、132、および、142、ならびに、伸長部224、234、および、244と類似する、チャネル部2222、2232、および、2242、ならびに、伸長部2224、2234、2244を備える。また、スプリッタ2216およびコンバイナ2218が示されている。したがって、光学デバイス2200は、干渉計として構成されていると考えられうる。このように、本明細書に記載の光学デバイスは、様々なデバイスに組み込み可能である。かかるデバイス(光学デバイス2200など)は、光学デバイス100、100’、100’’、および、100’’’の利点を共有しうる。
図23は、光学デバイス2300の一部を示す平面図である。光学デバイス2300は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。光学デバイス2300は、導波管110’および150ならびに電極120および130とそれぞれ類似する導波管2310および2350(例えば、導波管のアーム)ならびに電極2320および2330を備える。電極2320および2330は、それぞれ、チャネル部122、132、および、142、ならびに、伸長部224、234、および、244と類似する、チャネル部2322および2332、ならびに、伸長部2324および2334を備える。図23に見られるように、伸長部2334および2324は、導波管2310および2350上の場がより対称になるように伸長部2324および2334を配置するために、導波管2310および2350の上部を超えて伸びる金属ブリッジを備える。光学デバイス2300は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’の利点を共有しうる。
図24は、光学デバイス2400の一部を示す平面図である。光学デバイス2400は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。光学デバイス2400は、導波管110’および150、ならびに、電極120および130とそれぞれ類似する導波管2410および2450、ならびに、電極2420および2430を備える。電極2420および2430は、それぞれ、チャネル部122および132、ならびに、伸長部224および234と類似する、チャネル部2422および2432、ならびに、伸長部2424および2434を備える。図24に見られるように、伸長部2434および2424は、導波管2410および2450上の場がより対称になるように伸長部2424および2434を配置および構成するために、導波管2410および2550の上部を超えて伸びる金属ブリッジと、さらなる逆行特徴部と、を備える。
より具体的には、導波管2410および2450に反対のシフトを誘導するために、伸長部2424および2434は、それぞれ、導波管2450および2410の上部を超えて伸びる第1正金属ブリッジによって反対極性で接続されている。金属ブリッジは、導波管2410および2450において最小限の光損失を引き起こしつつ、それぞれ、伸長部2424および2434の逆行部をチャネル領域2422および2432と接続している。さらに、光学デバイス2400の幾何形状が対称になるように、伸長部2424および2434のための第2セットの逆行部が、導波管2410および2450を挟んで反対側に提供されている。光学デバイス2400は、設計の複雑さが増大し、おそらくマイクロ波帯域幅が狭くなるという代償を払って、光学デバイス2300よりも小さい変調器チャープ(2つの導波管2410および2450における変調強度の差)を有する。光学デバイス2400は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’の利点を共有しうる。
図25は、光学デバイス2500の一部を示す平面図である。光学デバイス2500は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。光学デバイス2500は、導波管110’および150、ならびに、電極120、130、および、140とそれぞれ類似する導波管2510および2550、ならびに、電極2520、2530、および、2254を備える。電極2520、2530、および、2540は、それぞれ、チャネル部122、132、および、142、ならびに、伸長部224、234、および、244と類似する、チャネル部2522、2532、および、2542、ならびに、伸長部2524、2534、および、2544を備える。さらに、電極2520、2530、および、2540は、導波管2510および2550に沿って3つのセグメントに分割されている。また、分割された電極2520、2530、および、2540は、各電極ペア(2520および2530、もしくは、2530および2540)が複数の電極セクションを含む分散ドライバスキームで用いられてもよい。各セットのセグメントは、共通のソースと信号電極2530との間に接続されている別個のドライバ増幅器2570、2572、および、2574で駆動される。物理的または電子的110a~110cのいずれかの電気遅延2580、2582、および、2584が、導波管2510および2550内の光信号と、電極2520、2530、および、2540内の電極信号との間の速度不整合を緩和するために、各別個のドライバ2570、2572、および、2574の間に導入されてよい。光学デバイス2500は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’の利点を共有しうる。
このように、光学デバイスのための特徴部の様々な組みあわせについて、図1A~図25の文脈で説明した。これらの特徴部は、多くの方法で組み合わせられてよい。したがって、本明細書に記載されているように加工された薄膜非線形光学材料を含む低損失導波管、伸長部およびチャネル領域を有する電極、マイクロ波信号と光信号との速度整合、低マイクロ波損失特性、低電圧電極信号、低光損失、より小さい面積を占めるより長い導波管を可能にする導波管屈曲部分および電極屈曲部分、および/または、本明細書に記載されているその他の特徴が、明確に示されていない方法で組み合わせられてよい。その結果として、光変調器などの高性能光学デバイスが提供されうる。
例えば、図26は、光変調器2610を用いて形成されたデバイス2600の一実施形態例を示すブロック図である。いくつかの実施形態において、デバイス2600は、光送信サブアセンブリ(TOSA)である。TOSA2600は、光変調器2610および任意選択的なドライバ2620を備える。また、光信号源2602(1または複数のレーザなど)も示されている。光変調器2610は、図1A~図25に示した光学デバイスの内の1または複数と類似している。したがって、本明細書に記載されているように加工された薄膜非線形光学材料を含む低損失導波管、伸長部およびチャネル領域を有する電極、マイクロ波信号と光信号との速度整合、低マイクロ波損失特性、低電圧電極信号、低光損失、より小さい面積を占めるより長い導波管を可能にする導波管屈曲部分および電極屈曲部分、および/または、本明細書に記載されているその他の特徴、の内の1または複数を有する光変調器2610が、明確に示されていない方法で組み合わせられてよい。その結果、高性能光変調器2610が、デバイス2600において利用されうる。
また、光変調器2610の電極を駆動するために用いられる任意選択的なドライバ2620も示されている。したがって、ドライバ2620は、高周波ドライバであってよい。光変調器2610のための電極は、より低い電圧を用いて駆動されてよいので、ドライバ2620は、省略されてもよい。したがって、いくつかの実施形態において、光変調器2610は、TOSA2600のための入力データ信号によって駆動されてよい。他の実施形態において、ドライバ2620が利用されてもよい。ただし、より低い電圧が用いられてよい。同様に、光変調器2610は、低損失導波管を利用するので、入力光信号(例えば、1または複数のレーザから信号)は、より低い電力を有してよい。このように、本明細書に記載されているような光変調器を用いて、性能を改善されたデバイスが提供されうる。
図27は、改善された性能を有する光変調器を形成するための方法2700の一実施形態を示すフローチャートである。方法2700は、サブ処理を有してもよい処理の文脈で説明されている。特定の順序で記載されているが、本明細書の記載と一致しない別の順序が用いられてもよい。
光学導波管が、工程2702で提供される。いくつかの実施形態において、非線形光学材料(LNおよび/またはLTなど)の薄膜が提供され、低損失導波路を形成するようにパターニングされる。いくつかの実施形態において、紫外線(UV)および/または深紫外線(DUV)フォトリソグラフィが、非線形光学材料のためのマスクをパターニングするために用いられてよい。例えば、ハードマスク層が、非線形光学薄膜上に提供される。UVまたはDUVマスク層が、ハードマスク層上に提供され、UVまたはDUVフォトリソグラフィを用いてパターニングされる。ハードマスクが、マスクのパターンをハードマスク層へ転写することによって、ハードマスク層から形成される。例えば、マスクの開口部によって露出したハードマスク層の部分が、選択的にエッチングされてよい。ハードマスクは、ハードマスク層がエッチングされた領域に陥凹部または開口部を有してよい。ハードマスクのパターンは、例えば物理エッチングを用いて、非線形光学材料薄膜層に転写されてよい。いくつかの場合に、その加工は、少なくとも10ミリメートル×10ミリメートルのステッチ領域で実行される。いくつかの実施形態において、ステッチ領域は、少なくとも15ミリメートル×15ミリメートルであってもよい。いくつかの実施形態において、各ステッチ領域は、少なくとも20ミリメートル×20ミリメートルである。いくつかの実施形態において、屈曲部分も提供される。このように、屈曲部分を有しうる高電気光学効果導波管が提供されてよい。
所望の構成を有する電極が、工程2704で提供される。例えば、電極は、工程2704で蒸着または電気メッキされてよい。いくつかの実施形態において、工程2704は、チャネル領域および伸長部を有する1または複数の電極を提供する工程を含む。伸長部は、本明細書に記載されているように構成されてよい。いくつかの実施形態において、1または複数の電極は、さらに、屈曲部分を有するよう構成される。次いで、光変調器の製造は、完了しうる。
例えば、光変調器100’が、方法2700を用いて提供されてよい。導波管110’が、工程2702で加工されてよい。非線形光学材料の薄膜が提供され、リッジ112を形成するためにエッチングされる。さらに、屈曲部分(屈曲部分1515など)も、工程2202でエッチングによって提供される。電極120および130が、工程2704で形成される。したがって、チャネル領域122および132ならびに伸長部124および134が形成される。電極屈曲部分(部分1525など)も、工程2704で加工される。
例えば、方法2700を用いて、伸長部を有する電極を利用し、図1A~図25のものに類似する光変調器が製造されてよい。かかる変調器の例は、石英ウェハ上の600nm厚のxカット薄膜LNに300nmのエッチング深さで加工されたものである。いくつかの実施形態において、1GHzで測定されたRF Vπは、5マイクロメートルの電極ギャップ(例えば、伸長部124および134の間の距離)を用いる、10ミリメートルおよび20ミリメートルの長さの変調器について、2.3Vおよび1.3Vであり、それぞれ、2.3および2.6V・cmのRF電圧-長積(Vπ・L)となる。かかる変調器のいくつかの実施形態の減衰は、25dB超と測定され、オンチップ損失は、1dB未満と推定される。いくつかの実施形態において、伸長部を備えた電極を用いて提供される光学デバイスは、電極について同じ厚さ(例えば800nm)および利用材料(例えばAu)を有する通常の電極設計(例えば、伸長部なし)の7dB/cmと比較して、50GHzでわずか2dB/cmのRF損失(マイクロ波損失)を有する。電極での抵抗損失α0は、金属の表皮効果の結果として∝L-1f-1/2となり、ここで、Lは、電極の長さ、fは、マイクロ波の周波数である。LN薄膜上の従来の電極は、α0,reg=0.69dBcm-1GHz-1/2を有するのに対し、伸長部を有する加工電極では、α0,ext=0.26dBcm-1GHz-1/2である。いくつかの実施形態において、超低RF損失は、1GHzでの基準Vπと比較して、50GHzで10mm(20mm)変調器についてわずか0.8(1.7)dBの減衰の測定EO応答を可能にした。換言すると、50GHzでのRF Vπは、分割された電極を利用する10mm(20mm)光変調器の実施形態については、2.5V(1.6V)である。電極からの電気反射は、すべての周波数に対して-15dB未満に維持される。いくつかの実施形態において、より低指数の基板(溶融シリカまたは空気など)を利用することで、光信号との速度整合を維持しつつ、伸長部のさらなる分離を実現できる。
このように、方法2700を用いて、屈曲を含む低損失、薄膜、非線形光学材料の導波管を有する光変調器が提供される。さらに、チャネル領域、伸長部、および、屈曲部分を備えた電極も加工される。その結果、低い光信号損失、低い電極信号損失を有し、制御された量の面積を消費し、および/または、低い電圧で所望の光変調を提供する光変調器が、提供されうる。したがって、光変調器の性能が改善されうる。
上述の実施形態は、理解しやすいようにいくぶん詳しく説明されているが、本発明は、提供されている詳細事項に限定されるものではない。本発明を実施する多くの代替方法が存在する。開示されている実施形態は、例示であり、限定を意図するものではない。
図1Bは、光学デバイス100’の斜視図である。光学デバイス100’は、光学デバイス100と類似している。したがって、光学デバイス100’の類似部分には同様の符号が付されている。光学デバイス100’は、導波管110、電極120、および、電極130とそれぞれ類似する導波管110’、電極120’、および、電極130’を備える。基板/下層101も示されている。いくつかの実施形態において、基板101は、シリコン基板と、シリコン基板および導波管110の間の二酸化シリコン層と、を含む。その他の基板が、他の実施形態で用いられてもよい。いくつかの実施形態において、基板101は、低いマイクロ波誘電率(例えば、11未満のマイクロ波誘電率)を有する誘電体である。いくつかの実施形態において、基板は、8未満のマイクロ波誘電率を有する。いくつかのかかる実施形態において、基板は、5未満のマイクロ波誘電率を有する。例えば、基板101は、サファイア、石英、および/または、溶融石英を含んでよい。いくつかの実施形態において、低いマイクロ波誘電率を有する1または複数の下層(二酸化シリコンなど)が、低マイクロ波誘電率基板101の上に用いられてよい。その他および/または追加の下層が、他の実施形態において用いられてもよい。さらに、1または複数の低マイクロ波誘電率下層は、より大きいマイクロ波誘電率を有する他の基板と併せて用いられてもよい。例えば、二酸化シリコンの低マイクロ波誘電率下層が、11より大きいマイクロ波誘電率を有する基板101(シリコンまたはLNなど)上に設けられてもよい。いくつかの実施形態において、提供される下層は、厚いことが望ましい。例えば、下層は、3マイクロメートル以上100マイクロメートル以下の厚さであってよい。さらに、基板および/または下層の他の幾何構成が、いくつかの実施形態において用いられてもよい。
導波管110’の一部が、光信号の伝送方向に沿って(例えば、光信号の入力から導波管110’を通して変調光信号出力まで)電極120および130に近接している。電極120’および130’に近接する導波管110’の部分は、上述した長さ(例えば、いくつかの実施形態において2ミリメートルより長い長さ、そして、いくつかのかかる実施形態において2センチメートル以上より長い長さ)であってよい。かかる長さは、少なくとの部分的には、上述した導波管110に対する単位長さあたりの光損失が低いために可能である。さらに、導波管110についして上述したように、電極120’および130’に近接する導波管110’の部分は、小さい光モード断面積を有する。
図1Bに示す実施形態において、伸長部124は、接続部124Aおよび逆行部124Bを有する。逆行部124Bは、逆行部の一部が電極120を通る信号伝送の方向と逆平行でありうるので、そのように呼ばれる。同様に、伸長部134は、接続部134Aおよび逆行部134Bを有する。したがって、伸長部124および134は、「T」字形状を有する。いくつかの実施形態において、その他の形状も可能である。例えば、伸長部124および/または134は、「L」字形状を有してよく、逆行部を省略してよく、長方形、台形、平行四辺形であってよく、導波管110の一部の周りを部分的または完全に包んでよく、および/または、別の形状を有してもよい。同様に、チャネル領域122’および/または132’は、長方形の断面を有するように示されているが、別の形状を有してもよい。さらに、伸長部124’および/または134’は、図1Aによって示されているように、様々なサイズであってよい。すべての伸長部124’および134’がリッジ122から同じ距離にあるように示されているが、伸長部124’の一部および/または伸長部134’の一部が、リッジ112から異なる距離にあってもよい。また、チャネル領域122’および/または132’も、様々なサイズを有してよい。いくつかの実施形態において、伸長部124’および134’は、それぞれ、電極120’および130’のための信号のブラッグ周波数より小さい周波数に対応する長さl(例えば、l=w-s)を有することが望ましい。したがって、伸長部124’および134’の長さは、電極信号のマイクロ波の波長を電極120’および130’の最大動作周波数におけるπで割った値以下であることが望ましい場合がある。いくつかの実施形態において、伸長部124’および134’の長さは、マイクロ波の波長を12で割った値未満であることが望ましい。例えば、最大動作周波数が300GHz(これは、基板における440マイクロメートルのマイクロ波の波長に対応する)である場合、伸長部124’および134’は、約37マイクロメートル未満であることが望ましい。個々の伸長部124’および/または134’は、不規則に離間されていてもよいし、周期的であってもよい。周期的な伸長部は、一定のピッチを有する。いくつかの実施形態において、ピッチpは、伸長部124’および134’の長さに関して上述したように、ブラッグ周波数未満の周波数に対応する距離であることが望ましい。したがって、伸長部124’および134’のピッチは、電極信号のマイクロ波の波長を電極120’および130’の最大動作周波数におけるπで割った値以下であることが望ましい場合がある。いくつかの実施形態において、ピッチは、マイクロ波の波長を12で割った値未満であることが望ましい。いくつかの実施形態において、ピッチは、マイクロ波の波長を72で割った値未満であることが望ましく、群速度における低リプルを可能にする。
図1Dは、光学デバイスの一実施形態100’’’を示す。光学デバイス100’’’は、光学デバイス100、100’、および/または、100’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス100’’’は、導波管110/110’ならびに電極120/120’および130/130’とそれぞれ類似する導波管110’ならびに電極120’および130’を備える。同様に、電極120’および130’は、それぞれ、光学デバイス100/100’のそれぞれ電極120/120’および130/130’のチャネル領域122/122’および132/132’にそれぞれ類似するチャネル領域122’および132’を備える。電極120’および130’は、それぞれ、光学デバイス100/100’のそれぞれ電極120/120’および130/130’の伸長部124/124’および134/134’にそれぞれ類似する伸長部124’および134’を備える。伸長部124’および134’は、それぞれ、光学デバイス100/100’のそれぞれ接続部124A/124A’および134A/134A’ならびに逆行部124B/124B’および134B/134B’と類似する接続部124A’および134A’ならびに逆行部124B’および134B’を備える。
また、光学デバイス100’ ’は、さらなる導波管150と、チャネル領域142および伸長部144を有するさらなる電極140と、を備える。電極150ならびに伸長部154は、それぞれ、電極120、120’、130、および、130’、ならびに、伸長部124、124’、134、および、134’と類似している。同様に、導波管150は、導波管110および110’と類似している。いくつかの実施形態において、光学デバイス100’’’は、変調器または干渉計などの光学デバイスの一部であってよい。例えば、導波管110’および150は、図に示す光学デバイス100’’’の部分より上流で単一の導波管から分岐されてよく、図に示す光学デバイス100’’’の示した部分より下流で合流してよい。
図1Eは、光学デバイスの一実施形態100’’’’を示す。光学デバイス100’’’’は、光学デバイス100、100’、100’’、および/または、100’’’と類似している。したがって、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス100’’’’は、導波管110/110’ならびに電極120/120’および130/130’とそれぞれ類似する導波管110’ならびに電極120’’および130’’を備える。同様に、電極120’’および130’’は、それぞれ、光学デバイス100/100’のそれぞれ電極120/120’および130/130’のチャネル領域122/122’および132/132’にそれぞれ類似するチャネル領域122’’および132’’を備える。電極120’’および130’’は、それぞれ、光学デバイス100/100’のそれぞれ電極120/120’および130/130’の伸長部124/124’および134/134’にそれぞれ類似する伸長部124’’および134’’を備える。伸長部124’’および134’’は、それぞれ、光学デバイス100/100’のそれぞれ接続部124A/124A’および134A/134A’ならびに逆行部124B/124B’および134B/134B’と類似する接続部124A’’および134A’’ならびに逆行部124B’’および134B’’を備える。
図5は、性能を改善されうる光学デバイスの一実施形態500の一部を示す断面図である。図5は縮尺通りではなく、光学デバイス500の一部のみが示されている。光学デバイス500は、基板501上にある導波管510ならびに電極520および530を備える。中間層502およびクラッディング材504も示されている。図の実施形態において、基板501は、シリコンであり、中間層502は二酸化シリコンであり、クラッディング材504は二酸化シリコンである。いくつかの実施形態において、その他のおよび/または追加の材料が用いられてもよい。図の導波管510の部分は、LNを含む。ただし、その他および/または追加の材料(LTなど)が用いられてもよい。導波管510は、リッジ512および薄膜部514を備える。電極520および530のチャネル領域および伸長部は図示されていない。光学デバイス500は、光学デバイス200と類似している。したがって、導波管510ならびに電極520および530は、それぞれ、導波管210ならびに電極220および230と類似している。基板501、中間層502、および、クラッディング材504は、それぞれ、基板201、中間層202、および、クラッディング材204と類似している。ただし、光学デバイス500では、電極520および530が、下層のシリコン基板501からさらに遠くに移動されている。さらに、リッジ512の下方のシリコン基板501の部分が除去されている。したがって、シリコン基板501による吸収が低減されうる。さらに、マイクロ波信号の速度の変化も低減されうる。いくつかの実施形態において、基板の一部を除去することに加えてまたはその代わりに、別の基板が選択されてもよい。
図6、図7、図8、図9、図10、および、図11は、それぞれ、性能を改善されうる光学デバイス600、700、800、900、1000、および、1100を示す。図6~図11は、様々な電極構成を図示している。図6~図11は縮尺通りではなく、光学デバイス600、700、800、900、1000、および、1100の一部のみが示されている。光学デバイス600、700、800、900、1000、および、1100は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。類似した構成要素は、同様の符号を有する。
図6を参照すると、電極620および630、ならびに、リッジ612を有する導波管610が示されている。図6には、伸長部624および634(各々1つのみに符号が付されている)も示されている。上述のように、電極620および630の伸長部624および634は、性能を改善しうる。図6に示す実施形態において、伸長部624および634は、規則的に離間されている。したがって、伸長部624および634は周期的であり、一定のピッチを有する。また、伸長部624および634はすべて同じサイズである。ただし、他の構成も可能である。例えば、伸長部624および634は、異なるサイズおよび異なるピッチを有してもよい。したがって、光学デバイス600は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’の利点を共有しうる。
図8は、光学デバイス800を示す。わかりやすいように、電極820、830、および、840のみが示されている。一般に、導波管/リッジが、電極820と電極830との間にある。別の導波管/リッジ(または導波管/リッジブランチ)が、電極820と電極840との間にある。いくつかの実施形態において、電極820は、マイクロ波信号を伝達し、一方、電極830および840は接地である。ただし、他の構成も可能である。図の実施形態において、電極820のみが、チャネル領域822および伸長部824を有する。伸長部824は、「T」字形状である。したがって、伸長部824は、接続部824Aおよび逆行部824Bを有する。電極830および840には、伸長部がない。伸長部824が存在するため、電流が、チャネル領域822を通してより容易に駆動されうる。したがって、光学デバイス800は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’の利点を共有しうる。
図9は、光学デバイス900を示す。電極920、930、および、940が示されている。導波管/リッジ910が、電極920と電極930との間にある。別の導波管/リッジ(または導波管/リッジブランチ)950が、電極920と電極940との間にある。いくつかの実施形態において、電極920は、マイクロ波信号を伝達し、一方、電極930および940は接地である。ただし、他の構成も可能である。図の実施形態において、電極920は、チャネル領域922および伸長部924を有する。同様に、電極930は、チャネル領域932および伸長部934を有する。電極940は、チャネル領域942および伸長部944を有する。伸長部924、934、および、944は、一般に「T」字形状であるが、異なる長さを有し、周期的ではない(例えば、不規則に離間され、様々なピッチを有する)。伸長部924、934、および、944が存在するため、電流が、チャネル領域922、932、および、942を通してより容易に駆動されうる。したがって、光学デバイス900は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’の利点を共有しうる。
図10は、光学デバイス1000を示す。電極1020、1030、および、1040が示されている。導波管/リッジ1010が、電極1020と電極1030との間にある。別の導波管/リッジ(または導波管/リッジブランチ)1050が、電極1020と電極1040との間にある。いくつかの実施形態において、電極1020は、マイクロ波信号を伝達し、一方、電極1030および1040は接地である。ただし、他の構成も可能である。図の実施形態において、電極1020は、チャネル領域1022および伸長部1024を有する。電極1030は、チャネル領域1032および伸長部1034を有する。電極1040は、チャネル領域1042および伸長部1044を有する。伸長部1024、1034、および、1044は、様々な形状を有し、不規則に離間されている。さらに、チャネル1022は、切り欠きを有する。ただし、それでも、チャネル1022は、電流を伝達できる直線中央領域を有する。伸長部1024、1034、および、1044が存在するため、電流が、それぞれチャネル領域1022、1032、および、1042を通してより容易に駆動されうる。したがって、光学デバイス1000は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’の利点を共有しうる。
図11は、光学デバイス1100を示す。電極1120、1130、および、1140が示されている。導波管/リッジ1110が、電極1120と電極1130との間にある。別の導波管/リッジ(または導波管/リッジブランチ)1150が、電極1120と電極1140との間にある。いくつかの実施形態において、電極1120は、マイクロ波信号を伝達し、一方、電極1130および1140は接地である。ただし、他の構成も可能である。図の実施形態において、電極1120は、チャネル領域1122および伸長部1124を有する。電極1130は、チャネル領域1132および伸長部1134を有する。電極1140は、チャネル領域1142および伸長部1144を有する。伸長部1124、1134、および、1144は、様々な形状を有し、不規則に離間されている。伸長部1124、1134、および、1144が存在するため、電流が、それぞれチャネル領域1122、1132、および、1142を通してより容易に駆動されうる。したがって、光学デバイス1100は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’の利点を共有しうる。したがって、光学デバイス600、700、800、900、1000、および、1100によって示されるように、様々な構成の伸長部が電極に用いられてよい。
図12A~図12Dは、性能を改善されうる光学デバイスの実施形態1200A、1200B、1200C、および、1200Dの一部を示す図において、様々な電極構成を示す。図12A~図12Dは縮尺通りではなく、光学デバイス1200A、1200B、1200C、および、1200Dの一部のみが示されている。光学デバイス1200A、1200B、1200C、および、1200Dは、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。そのため、類似した構成要素は、同様のラベルを有する(例えば、導波管1210は、導波管110’と類似している)。図12Aは、光学デバイス1200Aの平面図である。図12B~12Dは、光学デバイス1200B、1200C、および、1200Dの一部を示す断面図である。図12A~図12Dは、いくつかの光学デバイスの断面図が異なっていても、それらのデバイスが同じ平面図を共有しうることを示している。逆に、断面図が同様でありえても、いくつかの光学デバイスは、異なる平面図を有しうる。
図12Bは、光学デバイス1200Aの平面図を共有する光学デバイス1200Bを示している。したがって、光学デバイス1200Bは、電極1220B、1230B、および、1240Bと、導波管1210Bおよび1250Bと、を備える。導波管1210Bおよび1250Bは、それぞれ、リッジ1212Bおよび1252Bを備える。導波管1210Bおよび1250Bは、共通の薄膜部1214Bを共有している。電極1220B、1230B、および、1240Bは、それぞれ、チャネル領域1222B、1232B、および、1242Bを有する。また、電極1220B、1230B、および、1240Bは、伸長部1224B、1234B、および、1244Bを備える。上述のように、電極1220B、1230B、および、1240Bの伸長部1224B、1234B、および、1244Bは、性能を改善しうる。光学デバイス1200Aと同じ平面図を共有しているが、チャネル領域1222B、1232B、および、1242Bは、伸長部1224B、1234B、および、1244Bよりも高い高さへ(基板からさらに離れるように)上げられている。光学デバイス1200Bは、光学デバイス1200Aと同様に機能し、したがって、光学デバイス100の利点を共有しうる。
図12Cは、光学デバイス1200Bと非常によく似た断面図を有する光学デバイス1200Cを示している。光学デバイス1200Cは、電極1220C、1230C、および、1240Cと、導波管1210Cおよび1250Cと、を備える。導波管1210Cおよび1250Cは、それぞれ、リッジ1212Cおよび1252Cを備える。導波管1210Cおよび1250Cは、共通の薄膜部1214Cを共有している。電極1220C、1230C、および、1240Cは、それぞれ、チャネル領域1222C、1232C、および、1242Cを有する。また、電極1220C、1230C、および、1240Cは、伸長部1224C、1234C、および、1244Cを備える。上述のように、電極1220C、1230C、および、1240Cの伸長部1224C、1234C、および、1244Cは、性能を改善しうる。同様の断面図を共有しているが、光学デバイス1200Cは、光学デバイス1200Aおよび1200Bとは異なる平面図を有する。図12Cの点線で分かるように、伸長部1224C、1234C、および、1244Cの外縁は、それぞれ、チャネル領域1222C、1232C、および、1242Cの外縁と整列している。したがって、電極1220C、1230C、および、1240Cは、上から見ると長方形に見える。つまり、伸長部1224C、1234C、および、1244Cは、平面図では見えない。しかしながら、それでも、伸長部1224C、1234C、および、1244Cは、対応するチャネル領域1222C、1232C、および、1242Cよりも導波管1210C/リッジ1212Cおよび導波管1250C/リッジ1252Cに近い。光学デバイス1200Cは、光学デバイス1200Aおよび1200Bと同様に機能する。したがって、異なる平面図を有するにも関わらず、光学デバイス1200Cは、光学デバイス100、1200A、および/または、1200Bの利点を共有しうる。
図12Dは、光学デバイス1200Aの平面図を共有する光学デバイス1200Dを示している。したがって、光学デバイス1200Dは、電極1220D、1230D、および、1240Bと、導波管1210Dおよび1250Dと、を備える。導波管1210Dおよび1250Dは、それぞれ、リッジ1212Dおよび1252Dを備える。導波管1210Dおよび1250Dは、それぞれ、薄膜部1214Dおよび1254Dを各々備える。電極1220D、1230D、および、1240Dは、それぞれ、チャネル領域1222D、1232D、および、1242Dを有する。また、電極1220D、1230D、および、1240Dは、伸長部1224D、1234D、および、1244Dを備える。上述のように、電極1220D、1230D、および、1240Dの伸長部1224D、1234D、および、1244Dは、性能を改善しうる。光学デバイス1200Aと同じ平面図を共有しているが、導波管1210Dおよび1250Dの薄膜部1214Dおよび1254Dは、それぞれ、サイズが縮小している。光学デバイス1200Dは、光学デバイス1200A、1200B、および、1200Cと同様に機能する。したがって、光学デバイス1200Dは、光学デバイス100、1200A、1200B、および/または、1200Cの利点を共有しうる。
図13A~図13Jは、性能を改善されうる光学デバイス1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I、および、1300Jの実施形態の一部を示す図において、様々な電極構成を示す。図13A~図13Jは縮尺通りではなく、光学デバイス1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I、および、1300Jの一部のみが示されている。図13A~図13Jは、xカットまたはyカットの導波管構造に利用できる電極の様々な構成を示している。光学デバイス1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I、および、1300Jは、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様のラベルを有する(例えば、導波管リッジ1312Aは、導波管リッジ112と類似している)。わかりやすいように、電極は、一般に、図13A~図13Iでは、長方形として図示されている。ただし、かかる電極は、本明細書に記載のチャネル領域、伸長部、および/または、その他の特徴部を備えてよい。したがって、図13A~図13Iに示す電極は、主に、電極の位置を示している。
このように、様々な電極および導波管の構成に関わらず、光学デバイス1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I、および、1300Jは、光学デバイス100と類似している。したがって、光学デバイス1300A、1300B、1300C、1300D、1300E、1300F、1300G、1300H、1300I、および、1300Jは、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’の利点を共有しうる。
図14A~14Kは、性能を改善されうる光学デバイスの実施形態1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400I、1400J、および、1400Kの一部を示す図において、様々な電極構成を示す。図14A~図14Kは縮尺通りではなく、光学デバイス1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400I、1400J、および、1400Kの一部のみが示されている。光学デバイス1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400I、1400J、および、1400Kは、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様のラベルを有する(例えば、導波管リッジ1412Aは、導波管リッジ112と類似している)。存在しているが、チャネル領域および伸長部は、図14A~図14Dでは別個に図示されていない。図14A~図14Kは、電気光学効果が薄膜平面の外で起きる導波管構造(例えば、zカット導波管)に利用できる電極の様々な構成を示している。わかりやすいように、電極は、一般に、図14A~図14Dでは、長方形として図示されている。ただし、かかる電極は、本明細書に記載のチャネル領域、伸長部、および/または、その他の特徴部を備えてよい。したがって、図14A~図14Dに示す電極は、主に、電極の位置を示している。いくつかの実施形態の伸長部およびその他の特徴部は、図14E~図14Kでより明確に示されている。
図14Bは、リッジ1412Bおよび薄膜部1414Bを有する導波管と、電極1420B、1430B、および、1440Bとを備えた光学デバイス1400Bを示している。基板1401Bおよび中間層1402Bも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、リッジ1412Bの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Bは、リッジ1412Bの上方にあり、一方、電極1430Bおよび1440Bは、リッジ1412Bの側方にあり、その下方に伸びている。電極1430Bおよび1440Bは、薄膜部1414Bの近くまたはその中を終端としている。したがって、リッジ1412Bの領域における電場は、実質的に垂直(z方向)である。
図14Eは、リッジ1412Eおよび薄膜部1414Eを有する導波管1410Eと、電極1420Eおよび1430Eとを備えた光学デバイス1400Eを示している。基板1401Eおよび中間層1400Eも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、構造1412Eの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Eは、構造1412Eの上方にあり、一方、電極1430Eおよび1440Eは、構造1412Eの側方にある。図の実施形態において、電極1430Eおよび1440Eは、接地電極であり、一方、電極1420Eは、信号を伝達する。接地電極1430Eおよび1440Eの位置は例示である。垂直電場が導波管1412E内で確立される限りは、その他の接地の位置が用いられてもよい。それぞれ、電極1420E、1430E、および、1440Eのチャネル領域1422E、1432E、および、1442E、ならびに、伸長部1424E、1434E、および、1444Eも示されている。チャネル領域1422E、1432E、および、1442E、ならびに、伸長部1424E、1434E、および、1444Eは、上述したチャネル領域および伸長部と類似している。したがって、光学デバイス1400Eは、伸長部を利用する光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’の利点を共有しうる。
図14Gは、リッジ1412Gおよび薄膜部1414Gを有する導波管1410Gと、電極1420Gおよび1430Gとを備えた差動光学デバイス1400Gを示している。基板1401Gおよび中間層1400Gも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、構造1412Gの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Gは、構造1412Gの上方にあり、一方、電極1430Gおよび1440Gは、構造1412Gの側方にある。光学デバイス1400Gは差動変調器であるため、さらなる導波管1460G(例えば、さらなるリッジ)およびさらなる電極1450Gが存在する。図の実施形態において、電極1430Gおよび1440Gは、接地電極であり、一方、電極1420Gおよび1450Gは、信号を伝達する。接地電極1430Gおよび1440Gの位置は例示である。垂直電場が導波管1412Gおよび1460G内で確立される限りは、その他の接地の位置が用いられてもよい。それぞれ、電極1420G、1430G、1440G、および、1450Gのチャネル領域1422G、1432G、1442G、および、1452G、ならびに、伸長部1424G、1434G、1444G、および、1454Gも示されている。チャネル領域1422G、1432G、1442G、および、1452G、ならびに、伸長部1424G、1434G、1444G、および、1454Gは、上述したチャネル領域および伸長部と類似している。光学デバイス1400Gは、光学デバイス1400Fと類似している。しかしながら、伸長部1424Gおよび1454Gは、それぞれ、チャネル領域1422Gおよび1452Gからオフセットされている。結果として、チャネル領域1422Gおよび1452Gの間の相互作用が低減されうる。したがって、光学デバイス1400Gは、伸長部を利用する光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’の利点を共有しうる。
図14Hは、構造1412Hおよび薄膜部1414Hを有する導波管1410Hと、電極1420Hおよび1430Hとを備えた光学デバイス1400Hを示している。基板1401Hおよび中間層1400Hも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、構造1412Hの領域に垂直場を提供することが望ましい。構造1412Hは、本明細書に記載の受動材料またはヒータなど、非線形光学材料以外の材料であってよい。任意選択的なバッファ層が、非線形光学材料を含む薄膜領域1414Hと、構造1412Hとの間に存在してよい。いくつかの実施形態において、構造1412Hは、単に、非線形光学材料を含む埋め込みリッジであってもよい。電極1420Hは、構造1412Hの下方にあり、一方、電極1430Hおよび1440Hは、構造1412Hの側方にある。図の実施形態において、電極1430Hおよび1440Hは、接地電極であり、一方、電極1420Hは、信号を伝達する。接地電極1430Hおよび1440Hの位置は例示である。垂直電場が導波管1412H内で確立される限りは、その他の接地の位置が用いられてもよい。それぞれ、電極1420H、1430H、および、1440Hのチャネル領域1422H、1432H、および、1442H、ならびに、伸長部1424H、1434H、および、1444Hも示されている。チャネル領域1422H、1432H、および、1442H、ならびに、伸長部1424H、1434H、および、1444Hは、上述したチャネル領域および伸長部と類似している。したがって、光学デバイス1400Hは、伸長部を利用する光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’の利点を共有しうる。
図14Iは、構造1412Iおよび薄膜部1414Iを有する導波管1410Iと、電極1420Iおよび1430Iとを備えた差動光学デバイス1400Iを示している。基板1401Iおよび中間層1400Iも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、構造1412Iの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Iは、構造1412Iの下方にあり、一方、電極1430Iおよび1440Iは、構造1412Iの側方にある。構造1412Iは、本明細書に記載の受動材料またはヒータなど、非線形光学材料以外の材料であってよい。いくつかの実施形態において、構造1412Iは、単に、非線形光学材料を含む埋め込みリッジであってもよい。光学デバイス1400Iは差動変調器であるため、さらなる導波管/構造1460I(例えば、さらなるリッジ、受動材料、または、ヒータ)およびさらなる電極1450Iが存在する。図の実施形態において、電極1430Iおよび1440Iは、接地電極であり、一方、電極1420Iおよび1450Iは、信号を伝達する。接地電極1430Iおよび1440Iの位置は例示である。垂直電場が導波管1412Iおよび1460I内で確立される限りは、その他の接地の位置が用いられてもよい。任意選択的なバッファ層が、非線形光学材料を含む薄膜領域1414Iと、構造1412Iおよび1460Iとの間に存在してよい。それぞれ、電極1420I、1430I、1440I、および、1450Iのチャネル領域1422I、1432I、1442F、および、1452I、ならびに、伸長部1424I、1434I、1444I、および、1454Iも示されている。チャネル領域1422I、1432I、1442I、および、1452I、ならびに、伸長部1424I、1434I、1444I、および、1454Iは、上述したチャネル領域および伸長部と類似している。したがって、光学デバイス1400Iは、伸長部を利用する光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’の利点を共有しうる。
図14Jは、リッジ1412Jおよび薄膜部1414Jを有する導波管1410Jと、電極1420Jおよび1430Jとを備えた光学デバイス1400Jを示している。基板1401Jおよび中間層1402J)も示されている。電極は、対応する導波管に近接し、構造1412Jの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Jは、構造1412Jの上方にあり、一方、電極1430Jおよび1440Jは、構造1412Jの側方にある。図の実施形態において、電極1430Jおよび1440Jは、接地電極であり、一方、電極1420Jは、信号を伝達する。接地電極1430Jおよび1440Jの位置は例示である。垂直電場が導波管1412J内で確立される限りは、その他の接地の位置が用いられてもよい。それぞれ、電極1430Jおよび1440Jのチャネル領域1432Jおよび1442J、ならびに、伸長部1434Jおよび1444Jも示されている。このように、信号電極1420Jは、この実施形態においては、伸長部を備えていない。チャネル領域1432Jおよび1442J、ならびに、伸長部1434Jおよび1444Jは、上述したチャネル領域および伸長部と類似している。したがって、光学デバイス1400Jは、伸長部を利用する光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’の利点を共有しうる。さらに、必ずしもすべての電極が、性能を改善するために伸長部を備える必要はない。
図14Kは、リッジ1412Kおよび薄膜部1414Kを有する導波管1410Kと、電極1420Kおよび1430Kとを備えた差動光学デバイス1400Kを示している。基板1401Kおよび中間層1402Kも示されている。電極は、対応する導波管に近接し、構造1412Kの領域に垂直場を提供することが望ましい。したがって、電極1420Kは、構造1412Kの上方にあり、一方、電極1430Kおよび1440Kは、構造1412Kの側方にある。光学デバイス1400Kは差動変調器であるため、さらなる導波管1460K(例えば、さらなるリッジ)およびさらなる電極1450Kが存在する。図の実施形態において、電極1430FKおよび1440Kは、接地電極であり、一方、電極1420Kおよび1450Kは、信号を伝達する。接地電極1430Kおよび1440Kの位置は例示である。垂直電場が導波管1412Kおよび1460K内で確立される限りは、その他の接地の位置が用いられてもよい。それぞれ、電極1430Kおよび1440Kのチャネル領域1432Kおよび1442K、ならびに、伸長部1434Kおよび1444Kも示されている。チャネル領域1432Kおよび1442K、ならびに、伸長部1434Kおよび1444Kは、上述したチャネル領域および伸長部と類似している。ただし、信号電極1420Kおよび1450Kは、伸長部を備えていない。光学デバイス1400Kは、伸長部を利用する光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’の利点を共有しうる。さらに、必ずしもすべての電極が、性能を改善するために伸長部を備える必要はない。
このように、様々な電極および導波管の構成に関わらず、光学デバイス1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400I、1400J、および、1400Kは、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。したがって、光学デバイス1400A、1400B、1400C、1400D、1400E、1400F、1400G、1400H、1400I、1400J、および、1400Kは、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’の利点を共有しうる。
光学デバイス1500Bは、光学デバイス1500Aと類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス1500Bは、リッジ1512を有する導波管1510、ならびに、電極1520および1530と類似している、リッジ1512’を有する導波管1510’、ならびに、電極1520’および1530’を備える。電極1520’および1530’は、伸長部1524および1534と類似する伸長部1524’および1534’をそれぞれ備える。伸長部1524’および1534’は、接続部1524Aおよび1534Aならびに逆行部1524Bおよび1534Bと類似する接続部1524A’および1534A’ならびに逆行部1524B’および1534B’を備える。導波管110’ならびに電極120’および130’の屈曲部分115’、125’、および、135’は、それぞれ、屈曲部分115、125、および、135と類似している。いくつかの実施形態において、導波管1510’ならびに電極1520’および1530’が直線になるように、屈曲部分が省略されてもよい。
光学デバイス1500Bは、薄膜領域の平面外に電気光学効果を有する(例えば、zカット光学デバイスである)。そのため、垂直電場が、導波管1510’に印加されることが望ましい。したがって、電極1540も示されている。図示されていないが、電極1540は、伸長部を有してよい。電極屈曲部分1525’、1535’、および、1545、ならびに、導波管屈曲部分1515’および1545も示されている。したがって、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、100’’’’、および/または、1500Aなどの光学デバイスに関して本明細書に記載されている利点に加えて、光学デバイス1500Bは、改善された速度整合を有するため、改善された性能を有しうる。
図17は、導波管1710と、電極1720および1730とを備えた光学デバイス1700の一部を示す。光学デバイス1700は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス1700は、リッジ112および薄膜部114を有する導波管110’、ならびに、電極120および電極130とそれぞれ類似している、リッジ1712および薄膜部1714を有する導波管1710、ならびに、電極1720および電極1730を備える。電極1720および1730は、伸長部124、124’、124’’、および、134,134’、134’’と類似する伸長部1724および1734をそれぞれ備える。伸長部1724および1734は、導波管1712の薄膜部1714の上に、部分的に中に、完全に中に、または、貫通して、エッチングされていてよい。光学デバイス1700は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’’の利点を共有しうる。
図18は、導波管1810と、電極1820および1830とを備えた光学デバイス1800の一部を示す。光学デバイス1800は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス1800は、リッジ112および薄膜部114を有する導波管110’、ならびに、電極120および電極130とそれぞれ類似している、リッジ1812および薄膜部1814を有する導波管1810、ならびに、電極1820および電極1830を備える。電極1820および1830は、伸長部124、124’、124’’、および、134,134’、134’’と類似する伸長部1824および1834をそれぞれ備える。基板1801は、基板101と類似している。基板1801内の空間1802、および、さらなる層1803も示されている。空間1801は、少なくとも部分的に層1803で満たされている。層1803は、いくつかの実施形態において、誘電体であってよい。いくつかの実施形態において、層1803は、金属層またはその他の層であってよい。層1803は、光学デバイス1800の機械的完全性またはマイクロ波特性を設計するために用いられてよい。いくつかの実施形態において、基板1802は、完全に除去されてもよい。かかる実施形態において、層1803は、存在すれば、光学デバイス1800にわたって広がってよい。いくつかの実施形態において、空間1802は、異なる形状(例えば、半円筒形など)を有してもよく、複数の空間1802が形成されてもよく、および/または、層1803が省略されてもよい。さらに、空間1802は、基板の全高にわたっていなくてよい。いくつかの実施形態において、空間1802は、例えば、導波管1810と同じ側から基板1801をエッチングすることによって、基板1801の前側から形成される。また、空間1802は、いくつかの実施形態において、複数の導波管および/または電極にわたって伸びていてよい。光学デバイス1800は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’’の利点を共有しうる。
図19は、導波管1910と、電極1920および1930とを備えた光学デバイス1900の一部を示す。光学デバイス1900は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス1900は、リッジ112および薄膜部114を有する導波管110’、ならびに、電極120および電極130とそれぞれ類似している、リッジ1912および薄膜部1914を有する導波管1910、ならびに、電極1920および電極1930を備える。電極1920および1930は、伸長部124、124’、124’’、および、134,134’、134’’と類似する伸長部1924および1934をそれぞれ備える。基板1901は、基板101と類似している。また、基板1801内の空間1802、および、さらなる層1803と類似する基板1901内の空間1902、および、さらなる層1903も示されている。また、第2層1904が提供されており、これは金属支持層またはその他の層であってよい。層1903および1904は、光学デバイス1900の機械的完全性またはマイクロ波特性を設計するために用いられてよい。光学デバイス1900は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’の利点を共有しうる。
図20は、導波管2010と、電極2020および2030とを備えた光学デバイス2000の一部を示す。光学デバイス2000は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス2000は、リッジ112および薄膜部114を有する導波管110’、ならびに、電極120および電極130とそれぞれ類似している、リッジ2012および薄膜部2014を有する導波管2010、ならびに、電極2020および電極2030を備える。電極2020および2030は、伸長部124、124’、124’’、および、134,134’、134’’と類似する伸長部2024および2034をそれぞれ備える。基板2005は、基板101と類似していてよく、および/または、二酸化シリコンなどの下層であってよい。光学デバイスは、Siなど別の材料プラットフォーム上での大規模な処理に向けて、別の基板2006上に移動されている。この場合、元の光学デバイスは、ひっくり返されて、第2基板206上に取り付けられる。さらに、第2基板2006は、さらなる処理を受けてよい。例えば、空間1802と類似した空間が形成され、完全にまたは部分的に再充填されてよい。さらに、下層/基板2005は、いくつかの実施形態において除去されてもよい。光学デバイス2000は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’の利点を共有しうる。
図21は、導波管2110および電極(図示せず)を備えた光学デバイス2100の一部を示す背面図である。光学デバイス2100は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。したがって、光学デバイス2100は、リッジ112および薄膜部114を有する導波管110’、ならびに、電極120および電極130とそれぞれ類似している、リッジ2112および薄膜部(図示せず)を有する導波管2110、ならびに、電極(図示せず)を備える。基板2101は、基板101と類似している。また、基板2101内の空間2102が示されている。また、構造的特徴部2160、2162、および、2164が示されている。図21に示すように、かかる構造的特徴部は、空間2002を完全にまたは部分的に横切って伸びていてよく、他の構造的特徴部の一部または全部と平行であってよく、パターンに配列されていてよく、および/または、光信号の伝送方向と直角または別の角度をなしてよい。例えば、構造的特徴部2160、2162、および、2164は、空間2002を10%以上90%以下だけ横切って伸びていてよい。いくつかのかかる実施形態において、構造的特徴部2160、2162、および、2164は、空間2002を30%以上80%以下だけ横切って伸びていてよい。支持構造2160、2162、および、2164が、空間2102を形成する時に基板2101を部分的に除去することによって形成されてよい。したがって、構造的特徴部2160、2162、および/または、2164は、空間2102の形成後に残っていてよい。いくつかの実施形態において、構造的特徴部2160、2162、および、2164は、他の材料で形成されてもよい。光学デバイス2100は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’の利点を共有しうる。
図22は、光学デバイス2200の一部を示す平面図である。光学デバイス2100は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。光学デバイス2200は、導波管110’および150、ならびに、電極120、130、および、電極140とそれぞれ類似する導波管2210および2250、ならびに、電極2220、2230、および、2240を備える。電極2220、2230、および、2240は、それぞれ、チャネル部122、132、および、142、ならびに、伸長部224、234、および、244と類似する、チャネル部2222、2232、および、2242、ならびに、伸長部2224、2234、2244を備える。また、スプリッタ2216およびコンバイナ2218が示されている。したがって、光学デバイス2200は、干渉計として構成されていると考えられうる。このように、本明細書に記載の光学デバイスは、様々なデバイスに組み込み可能である。かかるデバイス(光学デバイス2200など)は、光学デバイス100、100’、100’’、および、100’’’の利点を共有しうる。
図23は、光学デバイス2300の一部を示す平面図である。光学デバイス2300は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。光学デバイス2300は、導波管110’および150ならびに電極120および130とそれぞれ類似する導波管2310および2350(例えば、導波管のアーム)ならびに電極2320および2330を備える。電極2320および2330は、それぞれ、チャネル部122、132、および、142、ならびに、伸長部224、234、および、244と類似する、チャネル部2322および2332、ならびに、伸長部2324および2334を備える。図23に見られるように、伸長部2334および2324は、導波管2310および2350上の場がより対称になるように伸長部2324および2334を配置するために、導波管2310および2350の上部を超えて伸びる金属ブリッジを備える。光学デバイス2300は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’の利点を共有しうる。
図24は、光学デバイス2400の一部を示す平面図である。光学デバイス2400は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。光学デバイス2400は、導波管110’および150、ならびに、電極120および130とそれぞれ類似する導波管2410および2450、ならびに、電極2420および2430を備える。電極2420および2430は、それぞれ、チャネル部122および132、ならびに、伸長部224および234と類似する、チャネル部2422および2432、ならびに、伸長部2424および2434を備える。図24に見られるように、伸長部2434および2424は、導波管2410および2450上の場がより対称になるように伸長部2424および2434を配置および構成するために、導波管2410および2450の上部を超えて伸びる金属ブリッジと、さらなる逆行特徴部と、を備える。
図25は、光学デバイス2500の一部を示す平面図である。光学デバイス2500は、光学デバイス100、100’、100’’、100’’’、および/または、100’’’’と類似している。そのため、同様の構造は、同様の符号を有する。光学デバイス2500は、導波管110’および150、ならびに、電極120、130、および、140とそれぞれ類似する導波管2510および2550、ならびに、電極2520、2530、および、2540を備える。電極2520、2530、および、2540は、それぞれ、チャネル部122、132、および、142、ならびに、伸長部224、234、および、244と類似する、チャネル部2522、2532、および、2542、ならびに、伸長部2524、2534、および、2544を備える。さらに、電極2520、2530、および、2540は、導波管2510および2550に沿って3つのセグメントに分割されている。また、分割された電極2520、2530、および、2540は、各電極ペア(2520および2530、もしくは、2530および2540)が複数の電極セクションを含む分散ドライバスキームで用いられてもよい。各セットのセグメントは、共通のソースと信号電極2530との間に接続されている別個のドライバ増幅器2570、2572、および、2574で駆動される。物理的または電子的110a~110cのいずれかの電気遅延2580、2582、および、2584が、導波管2510および2550内の光信号と、電極2520、2530、および、2540内の電極信号との間の速度不整合を緩和するために、各別個のドライバ2570、2572、および、2574の間に導入されてよい。光学デバイス2500は、光学デバイス100、100’、100’’、および100’’’の利点を共有しうる。
例えば、光変調器100’が、方法2700を用いて提供されてよい。導波管110’が、工程2702で加工されてよい。非線形光学材料の薄膜が提供され、リッジ112を形成するためにエッチングされる。さらに、屈曲部分(屈曲部分1515など)も、工程2702でエッチングによって提供される。電極120および130が、工程2704で形成される。したがって、チャネル領域122および132ならびに伸長部124および134が形成される。電極屈曲部分(部分1525など)も、工程2704で加工される。