JP2663486B2 - 光導波路型変調器 - Google Patents
光導波路型変調器Info
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 光通信システム等に利用される導波路型光変調器に関
し、 簡単な製造プロセスを用いて、変調帯域の広帯域化を
実現できることを目的とし、 導波路の形成されたリチウムナイオベート基板上に、
該導波路に対応して進行波電極を設けてなる導波路型光
変調器において、信号用電極の外側近傍に溝を設けるよ
うに構成する。
し、 簡単な製造プロセスを用いて、変調帯域の広帯域化を
実現できることを目的とし、 導波路の形成されたリチウムナイオベート基板上に、
該導波路に対応して進行波電極を設けてなる導波路型光
変調器において、信号用電極の外側近傍に溝を設けるよ
うに構成する。
本発明は、光通信システム等に利用される導波路型光
変調器に関する。
変調器に関する。
近年、数Gb/s以上の変調速度を持つ光通信システムが
活発に研究されており、例えばLiNbO3導波路を用いた導
波路型光変調器は上記のような高速変調に有望と考えら
れている。
活発に研究されており、例えばLiNbO3導波路を用いた導
波路型光変調器は上記のような高速変調に有望と考えら
れている。
従来の導波路型光変調器の一例として、マッハツェン
ダ型光変調器の構成を第３図に示す。同図（ａ）は斜視
図であり、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ拡大断面図である。
同図において、基板１はＺ板LiNbO3からなり、その所定
領域にTi拡散を施すことにより導波路２が形成されてい
る。更に、基板１上には、導波路２のうちの分岐された
平行な２本の導波路2a,2bに対応して、一対の非対称な
電極3a,3bからなる進行波電極が配設されている。
ダ型光変調器の構成を第３図に示す。同図（ａ）は斜視
図であり、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ拡大断面図である。
同図において、基板１はＺ板LiNbO3からなり、その所定
領域にTi拡散を施すことにより導波路２が形成されてい
る。更に、基板１上には、導波路２のうちの分岐された
平行な２本の導波路2a,2bに対応して、一対の非対称な
電極3a,3bからなる進行波電極が配設されている。
ここに示した光変調器では、上記進行波電極の長さｌ
が例えば2cmと長く形成されており、一方の電極3aに対
し導波路２中の光波の進行方向と同一方向にマイクロ波
を伝播させて光変調を行う。すなわち、上記のマイクロ
波に含まれる変調信号に応じて、２本の導波路2a,2b中
を伝播する光波に「０」もしくは「π」の位相差を生じ
させ、これらの光波が合流（干渉）して得られる強弱の
光を変調光として出力するものである。
が例えば2cmと長く形成されており、一方の電極3aに対
し導波路２中の光波の進行方向と同一方向にマイクロ波
を伝播させて光変調を行う。すなわち、上記のマイクロ
波に含まれる変調信号に応じて、２本の導波路2a,2b中
を伝播する光波に「０」もしくは「π」の位相差を生じ
させ、これらの光波が合流（干渉）して得られる強弱の
光を変調光として出力するものである。
第３図に示したようなLiNbO3導波路を利用した光変調
器では、光波の屈折率が約2.14であるのに対し、マイク
ロ波の屈折率は約４と大きい。ここでマイクロ波の屈折
率を問題にするのは、マイクロ波が電極から基板内へ深
く染み出しているためである。すると、上記の屈折率差
から、光波とマイクロ波の間には速度差が生じることに
なる。このような速度差があると、特に、上述したよう
な進行波電極を持つものでは、その長い電極下において
光波が変調信号を追い越してしまうような場合が考えら
れるため、このようなことのないように変調速度には限
界を設けらければならなかった。すなわち、変調帯域が
狭く限定されるという問題点があった。
器では、光波の屈折率が約2.14であるのに対し、マイク
ロ波の屈折率は約４と大きい。ここでマイクロ波の屈折
率を問題にするのは、マイクロ波が電極から基板内へ深
く染み出しているためである。すると、上記の屈折率差
から、光波とマイクロ波の間には速度差が生じることに
なる。このような速度差があると、特に、上述したよう
な進行波電極を持つものでは、その長い電極下において
光波が変調信号を追い越してしまうような場合が考えら
れるため、このようなことのないように変調速度には限
界を設けらければならなかった。すなわち、変調帯域が
狭く限定されるという問題点があった。
なお、マイクロ波に対するLiNbO3導波路の屈折率を小
さくする目的で、基板全体の厚さを数10μｍ程度に薄く
しようとする提案もなされている。しかし、基板全体を
このように薄く形成することは製造上極めて困難であ
り、しかも機械的強度が非常に弱くなるため通常の使用
に耐えうるものでなくなってしまう。
さくする目的で、基板全体の厚さを数10μｍ程度に薄く
しようとする提案もなされている。しかし、基板全体を
このように薄く形成することは製造上極めて困難であ
り、しかも機械的強度が非常に弱くなるため通常の使用
に耐えうるものでなくなってしまう。
本発明は、上記問題点に鑑み、簡単な製造プロセスを
用いて、変調帯域の広帯域化を実現できる導波路型光変
調器を提供することを目的とする。
用いて、変調帯域の広帯域化を実現できる導波路型光変
調器を提供することを目的とする。
第１図は本発明を説明する原理的な図であって光導波
路２が形成されたリチウムナイオベート基板11上にバッ
ファ層４を介してその一部にアース用電極3b、信号用電
極3aが形成され、信号用電極3aの近傍でアース電極と反
対側の位置に、信号電極の長手方向に沿って基板が欠除
する空間部11aが設けられている。
路２が形成されたリチウムナイオベート基板11上にバッ
ファ層４を介してその一部にアース用電極3b、信号用電
極3aが形成され、信号用電極3aの近傍でアース電極と反
対側の位置に、信号電極の長手方向に沿って基板が欠除
する空間部11aが設けられている。
基板に対し、上記のように空間部を形成した場合、電
極下を取りまく媒体は溝の部分が誘電率の大きいリチウ
ムナイオベートに代わり誘電率の小さい空気層となる。
すると、マイクロ波の実効屈折率が、空間部（空気層）
のある分だけ小さくなり、光波の屈折率に近づく。よっ
て、光波とマイクロ波の間に生じる速度差は極めて小さ
くなるため、変調速度を上げることができ、すなわち変
調帯域の広帯域化が可能になる。上記の空間部に代わ
り、この空間部の位置で基板を切断すれば、この効果は
一層大きくなる。
極下を取りまく媒体は溝の部分が誘電率の大きいリチウ
ムナイオベートに代わり誘電率の小さい空気層となる。
すると、マイクロ波の実効屈折率が、空間部（空気層）
のある分だけ小さくなり、光波の屈折率に近づく。よっ
て、光波とマイクロ波の間に生じる速度差は極めて小さ
くなるため、変調速度を上げることができ、すなわち変
調帯域の広帯域化が可能になる。上記の空間部に代わ
り、この空間部の位置で基板を切断すれば、この効果は
一層大きくなる。
しかも、上記のような空間部は、カッティングソーを
用いれば簡単に形成できるので、製造プロセスも非常に
単純で済む。
用いれば簡単に形成できるので、製造プロセスも非常に
単純で済む。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら
説明する。
説明する。
第１図（ａ）及び（ｂ）は、本発明の導波路型光変調
器の一実施例の斜視図及にそのＢ−Ｂ拡大断面図であ
る。同図には、マッハツェンダ型の光変調器を示した。
器の一実施例の斜視図及にそのＢ−Ｂ拡大断面図であ
る。同図には、マッハツェンダ型の光変調器を示した。
同図において、基板11はＺ板LiNbO3からなり、その所
定領域には、第３図に示したのと同様な導波路２がTi拡
散により形成されている。また、基板11上には、厚さ約
3500Åのバッファ層二酸化シリコン（SiO2）４を介し
て、やはり第３図に示したのと同様な一対の非対称な電
極3a,3bからなる進行波電極が配設されている。この電
極の寸法は、後述するマイクロ波の実効屈折率が小さく
なるように設定されており、例えば、長さｌが約2cm程
度、幅ｗが数10μｍ、ギャップ長ｄが約15μｍ、高さｈ
が数μｍから10μｍ程度である。
定領域には、第３図に示したのと同様な導波路２がTi拡
散により形成されている。また、基板11上には、厚さ約
3500Åのバッファ層二酸化シリコン（SiO2）４を介し
て、やはり第３図に示したのと同様な一対の非対称な電
極3a,3bからなる進行波電極が配設されている。この電
極の寸法は、後述するマイクロ波の実効屈折率が小さく
なるように設定されており、例えば、長さｌが約2cm程
度、幅ｗが数10μｍ、ギャップ長ｄが約15μｍ、高さｈ
が数μｍから10μｍ程度である。
更に、基板11は、電極3aに対し例えば１〜30μｍ程度
まで近接した位置に空間部11aを有している。この空間
部11aは、例えば第３図に示した基板１の端部（端面1a
側）を、同図（ｂ）の一点鎖線Ｄに沿ってカッティング
ソーで切削することにより得られる。また、カッティン
グソーの代わりにリアクティブイオンエッチング法、イ
オンミリング法などによるドライエッチング法を用いて
も良い。ここで、空間部11aの深さｆは、例えば数μｍ
〜数10μｍ程度であり、空間部11aの幅ｇは例えば10μ
ｍ〜数100μｍ程度である。また電極3aから空間部11aま
での距離Ｑは例えば数μｍから数十μｍ程度である。さ
らに、導波路2aから空間部11aまでの間隔は、導波路2a
を伝播する光に影響がない程度にはなして設定されてい
る。このような空間部11aは、カッティングソーを用い
ることにより簡単に形成できる。
まで近接した位置に空間部11aを有している。この空間
部11aは、例えば第３図に示した基板１の端部（端面1a
側）を、同図（ｂ）の一点鎖線Ｄに沿ってカッティング
ソーで切削することにより得られる。また、カッティン
グソーの代わりにリアクティブイオンエッチング法、イ
オンミリング法などによるドライエッチング法を用いて
も良い。ここで、空間部11aの深さｆは、例えば数μｍ
〜数10μｍ程度であり、空間部11aの幅ｇは例えば10μ
ｍ〜数100μｍ程度である。また電極3aから空間部11aま
での距離Ｑは例えば数μｍから数十μｍ程度である。さ
らに、導波路2aから空間部11aまでの間隔は、導波路2a
を伝播する光に影響がない程度にはなして設定されてい
る。このような空間部11aは、カッティングソーを用い
ることにより簡単に形成できる。
上記構成からなる本実施例の導波路型光変調器では、
電極3aを伝播されるマイクロ波が、従来と同様に基板11
に対して比較的深くまで染み出すことになる。その場
合、上記のように空間部11aが形成されていることか
ら、電極3a近傍の基板が欠除し、しかもその分だけ空気
層が生じている。すると、LiNbO3の基板11の誘電率が30
〜40程度と大きいのに比べ、空間部11a（空気層）の誘
電率が１と小さいので、この空間部11aのある分だけマ
イクロ波の実効屈折率が小さくなる。よって、マイクロ
波の速度が光速に近づき、すなわちマイクロ波と光波の
速度差が極めて小さくなる。このことから、変調速度を
従来の限界を越えて向上させることができ、従って変調
帯域の広帯域化が可能になる。
電極3aを伝播されるマイクロ波が、従来と同様に基板11
に対して比較的深くまで染み出すことになる。その場
合、上記のように空間部11aが形成されていることか
ら、電極3a近傍の基板が欠除し、しかもその分だけ空気
層が生じている。すると、LiNbO3の基板11の誘電率が30
〜40程度と大きいのに比べ、空間部11a（空気層）の誘
電率が１と小さいので、この空間部11aのある分だけマ
イクロ波の実効屈折率が小さくなる。よって、マイクロ
波の速度が光速に近づき、すなわちマイクロ波と光波の
速度差が極めて小さくなる。このことから、変調速度を
従来の限界を越えて向上させることができ、従って変調
帯域の広帯域化が可能になる。
しかも、空間部11aは、上述したようにカッティング
ソーを用いることにより簡単に形成できるので、製造プ
ロセスが非常に単純なものとなる。
ソーを用いることにより簡単に形成できるので、製造プ
ロセスが非常に単純なものとなる。
また、従来のように基板全体を薄くしたものと比べ、
本実施例は電極近傍に空間部を形成するだけであるた
め、機械的強度が強く、通常の使用に十分に耐えうるこ
とができる。
本実施例は電極近傍に空間部を形成するだけであるた
め、機械的強度が強く、通常の使用に十分に耐えうるこ
とができる。
次に、本発明の導波路型光変調器の他の実施例を第２
図（ａ）及び（ｂ）に示す。
図（ａ）及び（ｂ）に示す。
ここに示した実施例は、第１図の構成において、第３
の電極3cがある場合の本発明の構成例である。この場合
には空間部11aが導波路２が存在しない電極3c側と中央
の電極3aとの隙間に形成されている。導波路２の存在す
る電極同志の隙間に空間部を形成した場合には空気層の
電気抵抗がリチウムナイオベートに比較して非常に大き
いため、この部分に電界が集中し、導波路部に有効な電
界がかからない事となる。
の電極3cがある場合の本発明の構成例である。この場合
には空間部11aが導波路２が存在しない電極3c側と中央
の電極3aとの隙間に形成されている。導波路２の存在す
る電極同志の隙間に空間部を形成した場合には空気層の
電気抵抗がリチウムナイオベートに比較して非常に大き
いため、この部分に電界が集中し、導波路部に有効な電
界がかからない事となる。
なお、第１図に示したl,w,d,h,f,g,Q等の各寸法は、
前述した数値に限定されるものではなく、光変調器の各
特性等を考慮して適宜設定されるものである。
前述した数値に限定されるものではなく、光変調器の各
特性等を考慮して適宜設定されるものである。
また、基板11と電極3a,3bの間には、SiO2等からなる
バッファ層４を数1000Å程度形成してあるが、このよう
なバッファ層はLiNbO3基板と比べ屈折率が非常に小さい
ので、上述した空間部11aとの相乗作用により、マイク
ロ波の実効屈折率を一段と低減させることができる。な
お、実験結果によれば、マイクロ波の実効屈折率を低減
させるためには、上記のようにバッファ層を設けると共
に、電極を厚くし、かつ電極幅を狭くすればよいことが
確認された。
バッファ層４を数1000Å程度形成してあるが、このよう
なバッファ層はLiNbO3基板と比べ屈折率が非常に小さい
ので、上述した空間部11aとの相乗作用により、マイク
ロ波の実効屈折率を一段と低減させることができる。な
お、実験結果によれば、マイクロ波の実効屈折率を低減
させるためには、上記のようにバッファ層を設けると共
に、電極を厚くし、かつ電極幅を狭くすればよいことが
確認された。
更に、上述した各実施例ではマッハツェンダ型を採用
したが、本発明はこれに限らず各種の導波路型光変調器
に適用でき、特には進行波電極を用いたもので大きな効
果が期待できる。
したが、本発明はこれに限らず各種の導波路型光変調器
に適用でき、特には進行波電極を用いたもので大きな効
果が期待できる。
以上説明したように、本発明によれば、屈折率の小さ
な空気層を電極近傍に設けることができるので、その分
だけマイクロ波の実効屈折率を低減でき、従って変調速
度の向上が可能になり、すなわち変調帯域の広帯域化が
実現される。しかも、基板の一部にのみ溝を形成するだ
けで済むことから、製造プロセスは極めて簡単であり、
機械的強度も十分である。
な空気層を電極近傍に設けることができるので、その分
だけマイクロ波の実効屈折率を低減でき、従って変調速
度の向上が可能になり、すなわち変調帯域の広帯域化が
実現される。しかも、基板の一部にのみ溝を形成するだ
けで済むことから、製造プロセスは極めて簡単であり、
機械的強度も十分である。
第１図（ａ）は本発明の導波路型光変調器の一実施例の
斜視図、 第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけるＢ−Ｂ拡大断面
図、 第２図（ａ）は本発明の導波路型光変調器の他の実施例
の斜視図、 第２図（ｂ）は第２図（ａ）におけるＣ−Ｃ拡大断面
図、 第３図（ａ）は従来の導波路型光変調器の斜視図、 第３図（ｂ）は第３図（ａ）におけるＡ−Ａ拡大断面図
である。 2,2a,2b……導波路、 3a,3b,3c……電極、 ４……バッファ層 11……基板、 11a……空間部
斜視図、 第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけるＢ−Ｂ拡大断面
図、 第２図（ａ）は本発明の導波路型光変調器の他の実施例
の斜視図、 第２図（ｂ）は第２図（ａ）におけるＣ−Ｃ拡大断面
図、 第３図（ａ）は従来の導波路型光変調器の斜視図、 第３図（ｂ）は第３図（ａ）におけるＡ−Ａ拡大断面図
である。 2,2a,2b……導波路、 3a,3b,3c……電極、 ４……バッファ層 11……基板、 11a……空間部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−234219（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑ ｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｖｏｌ．ＱＥ−22 Ｎｏ．６ ｐ. 902〜ｐ．906（1986)
Claims (1)
- 【請求項１】光導波路（２）が形成されたリチウムナイ
オベート基板（11）上の全域にバッファー層（４）上の
一部に光制御用進行波電極が形成された光変調器におい
て、 前記進行波電極は少なくとも幅広のアース電極（3b）に
対向して位置する幅狭の信号用電極（3a）とから成り、 該信号用電極（3a）の近傍で該アース電極と反対側の位
置に、該信号電極の長手方向に沿って前記バッファー層
（４）および該基板（11）が欠除した空間部（11a）が
形成されていることを特徴とする光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63058850A JP2663486B2 (ja) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | 光導波路型変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63058850A JP2663486B2 (ja) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | 光導波路型変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01232323A JPH01232323A (ja) | 1989-09-18 |
| JP2663486B2 true JP2663486B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=13096153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63058850A Expired - Fee Related JP2663486B2 (ja) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | 光導波路型変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2663486B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6873748B2 (en) | 2002-02-07 | 2005-03-29 | Fujitsu Limited | Optical modulator module and optical modulator |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2550730B2 (ja) * | 1989-12-29 | 1996-11-06 | 富士通株式会社 | 光導波路デバイスおよびその製造方法 |
| JP2728150B2 (ja) * | 1991-03-18 | 1998-03-18 | 日本電信電話株式会社 | 光変調素子 |
| US5886807A (en) * | 1997-01-24 | 1999-03-23 | California Institute Of Technology | Traveling-wave reflective electro-optic modulator |
| JP4471520B2 (ja) | 2000-09-22 | 2010-06-02 | 日本碍子株式会社 | 進行波形光変調器 |
| EP1193536B1 (en) * | 2000-09-22 | 2004-11-24 | Ngk Insulators, Ltd. | A travelling wave-type optical modulator |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63234219A (ja) * | 1987-03-20 | 1988-09-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光変調器 |
-
1988
- 1988-03-11 JP JP63058850A patent/JP2663486B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｖｏｌ．ＱＥ−２２ Ｎｏ．６ ｐ．９０２〜ｐ．９０６（１９８６） |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6873748B2 (en) | 2002-02-07 | 2005-03-29 | Fujitsu Limited | Optical modulator module and optical modulator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01232323A (ja) | 1989-09-18 |
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