JP2793562B2 - 導波路型光変調器 - Google Patents
導波路型光変調器Info
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- JP2793562B2 JP2793562B2 JP15403096A JP15403096A JP2793562B2 JP 2793562 B2 JP2793562 B2 JP 2793562B2 JP 15403096 A JP15403096 A JP 15403096A JP 15403096 A JP15403096 A JP 15403096A JP 2793562 B2 JP2793562 B2 JP 2793562B2
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- width
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバー通信シス
テムなどに用いられる導波路型光変調器に関して、その
特性インピーダンスやマイクロ波の実効屈折率を所望の
値にし、かつ半波長電圧の増加を抑え、低電圧で高速動
作を可能にする新たな構成を持った光変調器を提供する
ものである。
テムなどに用いられる導波路型光変調器に関して、その
特性インピーダンスやマイクロ波の実効屈折率を所望の
値にし、かつ半波長電圧の増加を抑え、低電圧で高速動
作を可能にする新たな構成を持った光変調器を提供する
ものである。
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速・大容量光フ
ァイバー通信システムに用いられる導波路型光強度変調
器、光位相変調器、偏波スクランブラなどに関するもの
である。
ァイバー通信システムに用いられる導波路型光強度変調
器、光位相変調器、偏波スクランブラなどに関するもの
である。
【０００３】
【従来の技術】近年、高速・大容量光ファイバー通信シ
ステムにおいて、レーザーダイオードの直接変調に代わ
って、ＬｉＮｂＯ3 （以下、ＬＮと言う。）等の電気光
学効果をもった基板に導波路を形成し、進行波型の電極
を採用した外部変調器が用いられるようになってきた。
ステムにおいて、レーザーダイオードの直接変調に代わ
って、ＬｉＮｂＯ3 （以下、ＬＮと言う。）等の電気光
学効果をもった基板に導波路を形成し、進行波型の電極
を採用した外部変調器が用いられるようになってきた。
【０００４】このような変調器は、高い変調周波数で使
用されることが多く、電気信号の反射を抑えるため、駆
動ドライバの特性インピーダンスと変調器の特性インピ
ーダンスを整合させることが必要（通常は、５０Ω）で
あり、また変調帯域を広くするため、信号電極に印加す
るマイクロ波の速度と、導波路を伝搬する光波の速度を
なるべく近づけること、即ち、速度整合をとることが重
要になってくる。しかしながらＬＮ等の材料は誘電率が
非常に大きい為、導波路を伝搬する光波の速度に対して
マイクロ波の速度が遅く速度整合をとることが難しかっ
た。
用されることが多く、電気信号の反射を抑えるため、駆
動ドライバの特性インピーダンスと変調器の特性インピ
ーダンスを整合させることが必要（通常は、５０Ω）で
あり、また変調帯域を広くするため、信号電極に印加す
るマイクロ波の速度と、導波路を伝搬する光波の速度を
なるべく近づけること、即ち、速度整合をとることが重
要になってくる。しかしながらＬＮ等の材料は誘電率が
非常に大きい為、導波路を伝搬する光波の速度に対して
マイクロ波の速度が遅く速度整合をとることが難しかっ
た。
【０００５】従来、このような問題を解決するための幾
つかの提案がなされ、例えば、特公平７−１３７１１号
公報、特開平２−５１１２３号公報及び特開平２−９３
４２３号公報等に示されている。この中では信号電極の
厚さｔを厚くしたり、バッファー層の厚さを厚くした
り、電極の間にある基板に溝を形成したり、電極の表面
にオーバーハング部を設けたりして、マイクロ波の実効
屈折率をなるべく下げて、速度整合条件を満足するよう
にしている。
つかの提案がなされ、例えば、特公平７−１３７１１号
公報、特開平２−５１１２３号公報及び特開平２−９３
４２３号公報等に示されている。この中では信号電極の
厚さｔを厚くしたり、バッファー層の厚さを厚くした
り、電極の間にある基板に溝を形成したり、電極の表面
にオーバーハング部を設けたりして、マイクロ波の実効
屈折率をなるべく下げて、速度整合条件を満足するよう
にしている。
【０００６】図１は、このような従来の外部変調器の一
例を示す。基板（５）は、ＬＮのＺ板が使われ、光導波
路はＴｉ熱拡散によって作られたマッハツェンダー型の
ものが示されている。ＬＮ基板の電気光学定数はｒ33が
最も大きいことが知られており、これは基板のＺ方向に
電界を印加したときに最も有効に働くので、印加電界が
Ｚ方向になるように信号電極（１）は導波路の直上に設
置される。この信号電極の幅は、導波路を伝搬する光波
と信号電極に印加される電界との相互作用を強くするた
め、導波路の幅とほぼ等しい幅になっている。
例を示す。基板（５）は、ＬＮのＺ板が使われ、光導波
路はＴｉ熱拡散によって作られたマッハツェンダー型の
ものが示されている。ＬＮ基板の電気光学定数はｒ33が
最も大きいことが知られており、これは基板のＺ方向に
電界を印加したときに最も有効に働くので、印加電界が
Ｚ方向になるように信号電極（１）は導波路の直上に設
置される。この信号電極の幅は、導波路を伝搬する光波
と信号電極に印加される電界との相互作用を強くするた
め、導波路の幅とほぼ等しい幅になっている。
【０００７】図３、図４は、光波と信号電極に印加され
る電界との相互作用を模式的に示している。変調器の駆
動電圧は、これら光波と電界の重ね合わせの程度によっ
て決まるので、できるだけ効率を良くするためには信号
電極の幅は、導波路の幅とほぼ等しい幅にする。
る電界との相互作用を模式的に示している。変調器の駆
動電圧は、これら光波と電界の重ね合わせの程度によっ
て決まるので、できるだけ効率を良くするためには信号
電極の幅は、導波路の幅とほぼ等しい幅にする。
【０００８】導波光の幅Ｗｆは、導波光の波長や導波路
の製作条件によって変わるが、波長λ＝１．５μm 用の
Ｔｉ拡散型シングルモード導波路では、約１０μm 程度
になる。図９は、代表的な導波光の光強度分布を示した
もので、ＬＮ基板にＴｉを拡散して形成した導波路の場
合、その分布は、ガウス分布となることが知られてい
る。この図から導波光の幅Ｗｆ（光強度が１／ｅ2 にな
る幅）は約１０μm であり、導波光全体の分布は約２０
μm の幅にわたって分布していることが判る。
の製作条件によって変わるが、波長λ＝１．５μm 用の
Ｔｉ拡散型シングルモード導波路では、約１０μm 程度
になる。図９は、代表的な導波光の光強度分布を示した
もので、ＬＮ基板にＴｉを拡散して形成した導波路の場
合、その分布は、ガウス分布となることが知られてい
る。この図から導波光の幅Ｗｆ（光強度が１／ｅ2 にな
る幅）は約１０μm であり、導波光全体の分布は約２０
μm の幅にわたって分布していることが判る。
【０００９】また従来例の信号電極の厚さｔは、マイク
ロ波の速度を光波の速度に近づけるため厚く形成されて
いる。これは信号電極の厚さｔをより厚くして、マイク
ロ波の実効屈折率を下げ速度整合をとるものである。
ロ波の速度を光波の速度に近づけるため厚く形成されて
いる。これは信号電極の厚さｔをより厚くして、マイク
ロ波の実効屈折率を下げ速度整合をとるものである。
【００１０】マイクロ波の実効屈折率ｎｍは、電極厚ｔ
が薄い場合、ＬＮ基板の大きな誘電率の影響を受けて約
４．２になるのに比較して、導波光の実効屈折率ｎｏ
は、約２．２程度の大きさであるので、電極厚を厚くし
てマイクロ波の実効屈折率を４．２からなるべく下げて
２．２に近づけようとするものである。
が薄い場合、ＬＮ基板の大きな誘電率の影響を受けて約
４．２になるのに比較して、導波光の実効屈折率ｎｏ
は、約２．２程度の大きさであるので、電極厚を厚くし
てマイクロ波の実効屈折率を４．２からなるべく下げて
２．２に近づけようとするものである。
【００１１】しかしながら、このような変調器は、マイ
クロ波の実効屈折率を４．２からなるべく下げて２．２
にするために、電極の厚さｔを電極間隔Ｓよりもさらに
厚くするか、信号電極の幅Ｗｅを狭くする必要があっ
た。
クロ波の実効屈折率を４．２からなるべく下げて２．２
にするために、電極の厚さｔを電極間隔Ｓよりもさらに
厚くするか、信号電極の幅Ｗｅを狭くする必要があっ
た。
【００１２】通常、電極間隔Ｓは、変調器のインピーダ
ンスを５０Ωに合わせるため、信号電極幅Ｗｅが１０μ
m のＬＮ基板の場合およそ２０μm から３０μm であ
り、信号電極を電極間隔Ｓより厚くすることは、例え
ば、３０μm 程度までＡｕメッキ等で電極を厚くしなけ
ればならないことになる。
ンスを５０Ωに合わせるため、信号電極幅Ｗｅが１０μ
m のＬＮ基板の場合およそ２０μm から３０μm であ
り、信号電極を電極間隔Ｓより厚くすることは、例え
ば、３０μm 程度までＡｕメッキ等で電極を厚くしなけ
ればならないことになる。
【００１３】しかし、このように電極厚を電極間隔Ｓよ
り厚く形成することは、微細加工上極めて難しく、Ａｕ
メッキの内部応力による電極の剥離の問題ばかりでな
く、信号電極１の断面形状を再現することが難しく、変
調器のインピーダンス、マイクロ波実効屈折率などがば
らつくなどの問題があった。同様に電極の表面にオーバ
ーハング部を設ける方法も、微細加工上難しく、Ａｕメ
ッキの内部応力による電極の剥離の問題、変調器のイン
ピーダンス、マイクロ波実効屈折率などがばらつく問題
があった。
り厚く形成することは、微細加工上極めて難しく、Ａｕ
メッキの内部応力による電極の剥離の問題ばかりでな
く、信号電極１の断面形状を再現することが難しく、変
調器のインピーダンス、マイクロ波実効屈折率などがば
らつくなどの問題があった。同様に電極の表面にオーバ
ーハング部を設ける方法も、微細加工上難しく、Ａｕメ
ッキの内部応力による電極の剥離の問題、変調器のイン
ピーダンス、マイクロ波実効屈折率などがばらつく問題
があった。
【００１４】また、バッファー層の厚さを厚くしてマイ
クロ波の実効屈折率を下げようとすると、駆動電圧が上
がってしまうという問題があった。同様に信号電極１の
幅Ｗｅを狭くしてマイクロ波の実効屈折率を下げようと
すると、駆動電圧が上がってしまう問題がある。
クロ波の実効屈折率を下げようとすると、駆動電圧が上
がってしまうという問題があった。同様に信号電極１の
幅Ｗｅを狭くしてマイクロ波の実効屈折率を下げようと
すると、駆動電圧が上がってしまう問題がある。
【００１５】また、電極の間にある基板に溝を形成しマ
イクロ波の実効屈折率を下げる方法では、大がかりな装
置が必要となり、製作工程も複雑になるだけではなく、
溝を形成するときに基板やバッファー層に与える不純物
やダメージの影響が出る等の問題があった。
イクロ波の実効屈折率を下げる方法では、大がかりな装
置が必要となり、製作工程も複雑になるだけではなく、
溝を形成するときに基板やバッファー層に与える不純物
やダメージの影響が出る等の問題があった。
【００１６】
【発明の目的】本発明の目的は、上記問題を解決し、光
変調帯域が広くインピーダンス整合がとれ、低電圧で駆
動する導波路型光変調器を提供することである。
変調帯域が広くインピーダンス整合がとれ、低電圧で駆
動する導波路型光変調器を提供することである。
【００１７】
【発明の構成】本発明は、電気光学効果を有する基板
に、光波が導波される光導波路と、バッファー層と、導
波光を制御するための進行波型信号電極及び接地電極と
を具えた導波路型光変調器において、前記光導波路の幅
Ｗｆより狭い幅Ｗｅを有する前記信号電極と、前記信号
電極と前記バッファー層との間に、前記信号電極の幅Ｗ
ｅより広い幅ｈを有する信号電界調整領域とを設けたこ
とを特徴とする。本発明は、光導波路を形成した前記基
板が ＬｉＮｂＯ3 から成り、前記光導波路をＴｉの熱
拡散により形成したことを特徴とする。本発明は、前記
信号電界調整領域が、金属あるいは半導体から選ばれた
材料で形成されることを特徴とする。本発明は、前記信
号電界調整領域が、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｕから
成る群より選定されるいずれか１つ、或いはそれらの合
金材料により形成されることを特徴とする。本発明は、
前記信号電界調整領域が、Ｇａ，Ｉｎ，Ａｓ，Ａｌ，
Ｂ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｓｂから成る群より選定される
いずれか１つ、或いはそれらの化合物から形成されるこ
とを特徴とする。
に、光波が導波される光導波路と、バッファー層と、導
波光を制御するための進行波型信号電極及び接地電極と
を具えた導波路型光変調器において、前記光導波路の幅
Ｗｆより狭い幅Ｗｅを有する前記信号電極と、前記信号
電極と前記バッファー層との間に、前記信号電極の幅Ｗ
ｅより広い幅ｈを有する信号電界調整領域とを設けたこ
とを特徴とする。本発明は、光導波路を形成した前記基
板が ＬｉＮｂＯ3 から成り、前記光導波路をＴｉの熱
拡散により形成したことを特徴とする。本発明は、前記
信号電界調整領域が、金属あるいは半導体から選ばれた
材料で形成されることを特徴とする。本発明は、前記信
号電界調整領域が、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｕから
成る群より選定されるいずれか１つ、或いはそれらの合
金材料により形成されることを特徴とする。本発明は、
前記信号電界調整領域が、Ｇａ，Ｉｎ，Ａｓ，Ａｌ，
Ｂ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｓｂから成る群より選定される
いずれか１つ、或いはそれらの化合物から形成されるこ
とを特徴とする。
【００１８】本発明は、前記信号電界調整領域の材料、
厚さｄ、幅ｈが、前記進行波型信号電極のインピーダン
スＺ、マイクロ波実効屈折率ｎｍに実質的に影響を及ぼ
さないようにし、かつ前記信号電極に印加された電気信
号によって生じる信号電界強度分布と、導波光の光強度
分布の相互作用が大きくなるように、選定したことを特
徴とする。本発明は、前記信号電界調整領域の厚さｄが
１５０Åから１μm であり、幅ｈが、２μm から両電極
の間隔Ｓの２倍に信号電極の幅Ｗｅを加えた値より小さ
くしたことを特徴とする。本発明は、前記導波路型光変
調器が、光強度変調器、光位相変調器又は偏波スクラン
ブラのいずれか１つを構成することを特徴とする。
厚さｄ、幅ｈが、前記進行波型信号電極のインピーダン
スＺ、マイクロ波実効屈折率ｎｍに実質的に影響を及ぼ
さないようにし、かつ前記信号電極に印加された電気信
号によって生じる信号電界強度分布と、導波光の光強度
分布の相互作用が大きくなるように、選定したことを特
徴とする。本発明は、前記信号電界調整領域の厚さｄが
１５０Åから１μm であり、幅ｈが、２μm から両電極
の間隔Ｓの２倍に信号電極の幅Ｗｅを加えた値より小さ
くしたことを特徴とする。本発明は、前記導波路型光変
調器が、光強度変調器、光位相変調器又は偏波スクラン
ブラのいずれか１つを構成することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明では、信号電極の幅Ｗｅを
導波路幅Ｗｆより狭くする。マイクロ波の実効屈折率
は、信号電極の幅によって変化する。図７は、信号電極
幅Ｗｅに対するマイクロ波実効屈折率ｎｍの計算例であ
る。信号電極幅Ｗｅが１０μｍから２０μｍの場合マイ
クロ波実効屈折率ｎｍは、約２．５から２．６となり光
波の実効屈折率２．２に比較して大きくなっているのに
対して、例えば信号電極の幅Ｗｅを５μｍとすると、マ
イクロ波実効屈折率ｎｍは約２．２となることが分か
る。これにより光波とマイクロ波の速度が一致し、速度
整合条件を満たすことになる。
導波路幅Ｗｆより狭くする。マイクロ波の実効屈折率
は、信号電極の幅によって変化する。図７は、信号電極
幅Ｗｅに対するマイクロ波実効屈折率ｎｍの計算例であ
る。信号電極幅Ｗｅが１０μｍから２０μｍの場合マイ
クロ波実効屈折率ｎｍは、約２．５から２．６となり光
波の実効屈折率２．２に比較して大きくなっているのに
対して、例えば信号電極の幅Ｗｅを５μｍとすると、マ
イクロ波実効屈折率ｎｍは約２．２となることが分か
る。これにより光波とマイクロ波の速度が一致し、速度
整合条件を満たすことになる。
【００２０】しかも、信号電極幅の厚さｔを、従来例の
ように電極間隔Ｓより厚くしてマイクロ波の実効屈折率
を下げなくても、信号電極の幅Ｗｅを細くする事でマイ
クロ波の実効屈折率を下げているため、厚くメッキした
Ａｕの内部応力による電極の剥離の問題や、信号電極の
断面形状の再現性が劣化し変調器のインピーダンス、マ
イクロ波実効屈折率などがばらつくなどの問題を抑制す
ることが出来る。
ように電極間隔Ｓより厚くしてマイクロ波の実効屈折率
を下げなくても、信号電極の幅Ｗｅを細くする事でマイ
クロ波の実効屈折率を下げているため、厚くメッキした
Ａｕの内部応力による電極の剥離の問題や、信号電極の
断面形状の再現性が劣化し変調器のインピーダンス、マ
イクロ波実効屈折率などがばらつくなどの問題を抑制す
ることが出来る。
【００２１】しかしながら、このままの構成では図４に
模式的に表した様に、導波路を伝搬する光波と信号電極
に印加される電界との相互作用が弱くなり駆動電圧が増
加してしまう。図６は、信号電極幅Ｗｅに対する駆動電
圧（半波長電圧Ｖπと電極長Ｌの積で表している）の計
算例である。信号電極幅Ｗｅが導波路幅Ｗｆと比較して
狭くなっていくと、駆動電圧が増大することがわかる。
模式的に表した様に、導波路を伝搬する光波と信号電極
に印加される電界との相互作用が弱くなり駆動電圧が増
加してしまう。図６は、信号電極幅Ｗｅに対する駆動電
圧（半波長電圧Ｖπと電極長Ｌの積で表している）の計
算例である。信号電極幅Ｗｅが導波路幅Ｗｆと比較して
狭くなっていくと、駆動電圧が増大することがわかる。
【００２２】そこで本発明では、信号電極とバッファー
層の間に、信号電極の幅Ｗｅより広い幅の信号電界調整
領域１ａを設け、その信号電界調整領域１ａが進行波型
電極のインピーダンスＺ、マイクロ波実効屈折率ｎｍに
実質的に影響を及ぼさないような導電率を持った材料
と、厚さｄと、幅ｈを設定する。
層の間に、信号電極の幅Ｗｅより広い幅の信号電界調整
領域１ａを設け、その信号電界調整領域１ａが進行波型
電極のインピーダンスＺ、マイクロ波実効屈折率ｎｍに
実質的に影響を及ぼさないような導電率を持った材料
と、厚さｄと、幅ｈを設定する。
【００２３】図５は、本発明の作用を模式的に示したも
ので、導波路を伝搬する光波と信号電極に印加される電
界との相互作用が、信号電極の幅Ｗｅを導波路幅Ｗｆよ
り狭くしても、図３の様に従来のものと同様に効率よく
相互作用をさせることが出来る。
ので、導波路を伝搬する光波と信号電極に印加される電
界との相互作用が、信号電極の幅Ｗｅを導波路幅Ｗｆよ
り狭くしても、図３の様に従来のものと同様に効率よく
相互作用をさせることが出来る。
【００２４】信号電界調整領域１ａは、進行波型信号電
極のインピーダンスＺ、マイクロ波実効屈折率ｎｍに実
質的に影響を及ぼさない様に、設定しなければならな
い。この様な信号電界調整領域１ａは薄い金属や、半導
体材料を用いれば構成できる。例えば信号電界調整領域
１ａをＴｉやＮｉＣｒの合金などの金属を使用する場
合、厚さｄが厚いと幅の広い信号電極１が有ることと実
質的に変わらなくなるので、信号電界調整領域１ａは例
えば１５０Åから１０００Å程度に薄く設定する。この
場合信号電界調整領域１ａは、その直上にある信号電極
１に比べ極めて薄く導電率が低いため、進行波型電極の
インピーダンスＺ、マイクロ波実効屈折率ｎｍに実質的
に影響を及ぼさない。
極のインピーダンスＺ、マイクロ波実効屈折率ｎｍに実
質的に影響を及ぼさない様に、設定しなければならな
い。この様な信号電界調整領域１ａは薄い金属や、半導
体材料を用いれば構成できる。例えば信号電界調整領域
１ａをＴｉやＮｉＣｒの合金などの金属を使用する場
合、厚さｄが厚いと幅の広い信号電極１が有ることと実
質的に変わらなくなるので、信号電界調整領域１ａは例
えば１５０Åから１０００Å程度に薄く設定する。この
場合信号電界調整領域１ａは、その直上にある信号電極
１に比べ極めて薄く導電率が低いため、進行波型電極の
インピーダンスＺ、マイクロ波実効屈折率ｎｍに実質的
に影響を及ぼさない。
【００２５】また信号電界調整領域１ａに半導体材料を
用いる場合は、導電率が低くなる分信号電界調整領域１
ａの厚さを厚くし幅を広くする事が出来る。しかしこの
部分の厚さｄを厚くしすぎると駆動電圧が増加するの
で、１μｍ以下程度が望ましい。
用いる場合は、導電率が低くなる分信号電界調整領域１
ａの厚さを厚くし幅を広くする事が出来る。しかしこの
部分の厚さｄを厚くしすぎると駆動電圧が増加するの
で、１μｍ以下程度が望ましい。
【００２６】このような場合も、信号電界調整領域１ａ
の導電率がその直上にある信号電極１に比べ極めて低い
ため、進行波型電極のインピーダンスＺ、マイクロ波実
効屈折率ｎｍに実質的に影響を及ぼさない。
の導電率がその直上にある信号電極１に比べ極めて低い
ため、進行波型電極のインピーダンスＺ、マイクロ波実
効屈折率ｎｍに実質的に影響を及ぼさない。
【００２７】また本発明では、信号電界調整領域１ａの
幅ｈは、その直上に有る信号電極の幅Ｗｅより広くする
必要があるため、信号電極の幅Ｗｅを形成する微細加工
上の制限から２μｍ以上の幅であり、接地電極に触れな
いようにするため、電極間隔Ｓの２倍に信号電極の幅Ｗ
ｅを加えた値より小さくする必要がある。
幅ｈは、その直上に有る信号電極の幅Ｗｅより広くする
必要があるため、信号電極の幅Ｗｅを形成する微細加工
上の制限から２μｍ以上の幅であり、接地電極に触れな
いようにするため、電極間隔Ｓの２倍に信号電極の幅Ｗ
ｅを加えた値より小さくする必要がある。
【００２８】
【実施例】次に、本発明の一実施例を説明する。図２
は、マッハツェンダー型の光強度変調器の構成を示し、
導波路を形成している基板５にはＬＮ基板のＺ板ウエハ
を用いる。導波路４ａ，４ｂは、ＬＮ基板上にパターニ
ングしたＴｉを８００Å蒸着した後、１０００℃で１０
時間熱拡散して形成する。さらに、基板上には電極によ
る光波の吸収損失を押さえるため、ＳｉＯ2 バッファー
層３をスパッタリング法で厚さ１．０μm に形成する。
は、マッハツェンダー型の光強度変調器の構成を示し、
導波路を形成している基板５にはＬＮ基板のＺ板ウエハ
を用いる。導波路４ａ，４ｂは、ＬＮ基板上にパターニ
ングしたＴｉを８００Å蒸着した後、１０００℃で１０
時間熱拡散して形成する。さらに、基板上には電極によ
る光波の吸収損失を押さえるため、ＳｉＯ2 バッファー
層３をスパッタリング法で厚さ１．０μm に形成する。
【００２９】この状態で、ウエハ全面にフォトレジスト
をスピンコートし、信号電界調整領域１ａが、パターニ
ングされたフォトマスクを用いて、導波路４ａ上に信号
電界調整領域１ａを露光する。
をスピンコートし、信号電界調整領域１ａが、パターニ
ングされたフォトマスクを用いて、導波路４ａ上に信号
電界調整領域１ａを露光する。
【００３０】この露光された部分は、現像後フォトレジ
ストが無くなるので、ここでＴｉを５００Å蒸着し、リ
フトオフし、信号電界調整領域１ａを形成する。
ストが無くなるので、ここでＴｉを５００Å蒸着し、リ
フトオフし、信号電界調整領域１ａを形成する。
【００３１】本実施例では、信号電界調整領域１ａをＴ
ｉで形成したが、他の金属材料でも良い。ここでは比較
的制御して形成しやすく、薄膜として扱いやすいＴｉ，
Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｕの群より選定されるいずれか１
つ、或いはそれらの合金材料から形成できる。
ｉで形成したが、他の金属材料でも良い。ここでは比較
的制御して形成しやすく、薄膜として扱いやすいＴｉ，
Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｕの群より選定されるいずれか１
つ、或いはそれらの合金材料から形成できる。
【００３２】信号電界調整領域１ａの幅ｈは、導波路を
伝搬する光波の幅と同程度の１０μm 程度が設定され
る。これは信号電界調整領域１ａが導電率の高い金属を
用いているからで、金属より導電率の低い半導体材料を
用いる場合、例えば、Ｓｉを信号電界調整領域１ａとし
て用いる場合は、厚さｄを１０００Å、幅ｈを２０μm
から３０μm など広くする。
伝搬する光波の幅と同程度の１０μm 程度が設定され
る。これは信号電界調整領域１ａが導電率の高い金属を
用いているからで、金属より導電率の低い半導体材料を
用いる場合、例えば、Ｓｉを信号電界調整領域１ａとし
て用いる場合は、厚さｄを１０００Å、幅ｈを２０μm
から３０μm など広くする。
【００３３】半導体材料の場合、金属材料に比較して、
不純物や化合形態や製造方法によって、その導電率の調
整範囲を広くすることができるので、信号電界調整領域
１ａの幅や厚さ等の選択範囲を広くすることができる一
方、金属材料の場合に比べ、より精密な製造装置とより
厳密な生産管理が必要になる。このような信号電界調整
領域１ａ用の膜としては、比較的制御して形成し易く、
扱いが容易で、半導体材料として使用実績が多い、Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ａｓ，Ａｌ、Ｂ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｓｂの
群より選定されるいずれか１つ、或いはそれらの化合物
が好適である。
不純物や化合形態や製造方法によって、その導電率の調
整範囲を広くすることができるので、信号電界調整領域
１ａの幅や厚さ等の選択範囲を広くすることができる一
方、金属材料の場合に比べ、より精密な製造装置とより
厳密な生産管理が必要になる。このような信号電界調整
領域１ａ用の膜としては、比較的制御して形成し易く、
扱いが容易で、半導体材料として使用実績が多い、Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ａｓ，Ａｌ、Ｂ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｓｂの
群より選定されるいずれか１つ、或いはそれらの化合物
が好適である。
【００３４】ここで、信号電界調整領域１ａを形成後、
さらにフォトレジストを塗布し、信号電極１と接地電極
２をパタ─ニングし、厚さ１０μｍまで電界メッキして
電極１、２を形成する。この時、信号電極１の幅Ｗｅ
は、マイクロ波の実効屈折率ｎｍを光波の実効屈折率ｎ
ｏの値２．２になるように、図７より、導波路幅Ｗｆよ
りも狭いＷｅ＝５μm に設定する。
さらにフォトレジストを塗布し、信号電極１と接地電極
２をパタ─ニングし、厚さ１０μｍまで電界メッキして
電極１、２を形成する。この時、信号電極１の幅Ｗｅ
は、マイクロ波の実効屈折率ｎｍを光波の実効屈折率ｎ
ｏの値２．２になるように、図７より、導波路幅Ｗｆよ
りも狭いＷｅ＝５μm に設定する。
【００３５】この様にして形成されたマッハツェンダー
型の光強度変調器は、マイクロ波と光波の変速整合がと
れているため、非常に広い変調帯域を有し、さらに信号
電界調整領域１ａの材料、厚さｄ及び幅ｈが、電極のイ
ンピーダンスＺ、マイクロ波実効屈折率ｎｍに実質的に
影響を及ぼさず、かつ前記信号電極１に印加された電気
信号によって生じる信号電界強度分布と、導波光の光強
度分布の相互作用が大きくなるように形成してあるた
め、駆動電圧を低く押さえることが出来る。
型の光強度変調器は、マイクロ波と光波の変速整合がと
れているため、非常に広い変調帯域を有し、さらに信号
電界調整領域１ａの材料、厚さｄ及び幅ｈが、電極のイ
ンピーダンスＺ、マイクロ波実効屈折率ｎｍに実質的に
影響を及ぼさず、かつ前記信号電極１に印加された電気
信号によって生じる信号電界強度分布と、導波光の光強
度分布の相互作用が大きくなるように形成してあるた
め、駆動電圧を低く押さえることが出来る。
【００３６】図８は、本発明の他の実施例を示す。これ
は、上記Ｚ板のマッハツェンダー型の光強度変調器の基
板をＸ板のＬＮ基板に変更した例である。Ｘ板を使用す
る場合は、ＬＮ最大の電気光学定数ｒ33が基板の水平方
向になるため、導波路４ａ，４ｂは信号電極１と接地電
極２の間に設定し、水平方向の電界を有効に使う構成を
とる。この変調器は、上記Ｚ板の場合と同様の工程によ
り製造されるが、信号電界調整領域１ａは、Ｚ板より広
くする。例えば、ＮｉＣｒを用いる場合は、幅ｈを１５
μｍ、厚さｄを５００Åに選定する。これは、信号電極
１の直下に導波路があるＺ板と比較して、電極間に導波
路があるＸ板の場合は、信号電界調整領域１ａの幅ｈを
広くした方が導波光との相互作用が強くなり駆動電圧を
より低減できるためである。
は、上記Ｚ板のマッハツェンダー型の光強度変調器の基
板をＸ板のＬＮ基板に変更した例である。Ｘ板を使用す
る場合は、ＬＮ最大の電気光学定数ｒ33が基板の水平方
向になるため、導波路４ａ，４ｂは信号電極１と接地電
極２の間に設定し、水平方向の電界を有効に使う構成を
とる。この変調器は、上記Ｚ板の場合と同様の工程によ
り製造されるが、信号電界調整領域１ａは、Ｚ板より広
くする。例えば、ＮｉＣｒを用いる場合は、幅ｈを１５
μｍ、厚さｄを５００Åに選定する。これは、信号電極
１の直下に導波路があるＺ板と比較して、電極間に導波
路があるＸ板の場合は、信号電界調整領域１ａの幅ｈを
広くした方が導波光との相互作用が強くなり駆動電圧を
より低減できるためである。
【００３７】信号電界調整領域１ａに半導体のＳｉを用
いる場合は、厚さｄを１０００Å、幅ｈを３０μｍから
４０μｍに選定する。金属、半導体いずれの材料を用い
た場合でも、信号電極１の幅は光導波の幅Ｗｆより狭い
５μｍに選定する。
いる場合は、厚さｄを１０００Å、幅ｈを３０μｍから
４０μｍに選定する。金属、半導体いずれの材料を用い
た場合でも、信号電極１の幅は光導波の幅Ｗｆより狭い
５μｍに選定する。
【００３８】上記の実施例では、Ｚ板のＬＮ光強度変調
器について説明したが、Ｘ板、Ｙ板でも良く、また光位
相変調器、偏波スクランブラなどのその他の導波路型光
変調器でも良い。
器について説明したが、Ｘ板、Ｙ板でも良く、また光位
相変調器、偏波スクランブラなどのその他の導波路型光
変調器でも良い。
【００３９】また、使用した基板はＬＮを用いている
が、電気光学効果を有する材料なら誘電体材料、半導体
材料の区別無く使用できる。
が、電気光学効果を有する材料なら誘電体材料、半導体
材料の区別無く使用できる。
【００４０】
【発明の効果】本発明は、以上に説明したように構成し
たので、微細加工上、格別の困難を伴うこともなく、厚
くメッキしたＡｕの内部応力による電極の剥離の問題
や、信号電極１の断面形状再現性が劣化するため変調器
のインピーダンス、マイクロ波実効屈折率などがばらつ
くなどの問題が解決できる。そして、光変調帯域が広く
インピーダンス整合がとれ、低電圧で駆動する導波路型
光変調器を提供することができる。
たので、微細加工上、格別の困難を伴うこともなく、厚
くメッキしたＡｕの内部応力による電極の剥離の問題
や、信号電極１の断面形状再現性が劣化するため変調器
のインピーダンス、マイクロ波実効屈折率などがばらつ
くなどの問題が解決できる。そして、光変調帯域が広く
インピーダンス整合がとれ、低電圧で駆動する導波路型
光変調器を提供することができる。
【図１】従来の光変調器の断面図である。
【図２】本発明の一実施例である。
【図３】光波と信号電極に印加される電界との相互作用
を模式的に表したものである。
を模式的に表したものである。
【図４】光波と信号電極に印加される電界との相互作用
を模式的に表したものである。
を模式的に表したものである。
【図５】本発明の作用を模式的に表したものである。
【図６】信号電極幅Ｗｅと駆動電圧との関係を示した図
である。
である。
【図７】信号電極幅Ｗｅとマイクロ波実効屈折率の関係
を示した図である。
を示した図である。
【図８】本発明の他の実施例である。
【図９】導波光の光強度分布を示す図である。
１ 信号電極 １ａ 信号電界調整領域 ２ 接地電極 ３ バッファー層 ４ 光導波路（４ａ，４ｂは、それぞれ左右の光導波路
を示している） ５ 基板 ６ 電気力線
を示している） ５ 基板 ６ 電気力線
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−185025（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−297288（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−268531（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−253815（ＪＰ，Ａ) 昭和63年電子情報通信学会春季全国大 会講演論文集 エレクトロニクス［分冊 Ｃ−１］（昭和63年３月15日発行）Ｐ. １−190 清野實 ＥＴ．ＡＬ．，「Ｃ −485 Ｔｉ：ＬｉＮｂＯ３導波路型変 調器の帯域拡大の検討」 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/00 - 1/035 G02F 1/29 - 1/313 G02B 6/12 - 6/14
Claims (8)
- 【請求項１】 電気光学効果を有する基板に、光波が導
波される光導波路と、バッファー層と、導波光を制御す
るための進行波型信号電極及び接地電極とを具えた導波
路型光変調器において、 前記光導波路の幅Ｗｆより狭い幅Ｗｅを有する前記信号
電極と、 前記信号電極と前記バッファー層との間に、前記信号電
極の幅Ｗｅより広い幅ｈを有する信号電界調整領域とを
設けたことを特徴とする導波路型光変調器。 - 【請求項２】 光導波路を形成した前記基板が ＬｉＮ
ｂＯ3 から成り、前記光導波路をＴｉの熱拡散により形
成したことを特徴とする請求項１に記載の導波路型光変
調器。 - 【請求項３】 前記信号電界調整領域が、金属あるいは
半導体から選ばれた材料で形成されることを特徴とする
請求項１記載の導波路型光変調器。 - 【請求項４】 前記信号電界調整領域が、Ｔｉ，Ｃｒ，
Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｕから成る群より選定されるいずれか１
つ、或いはそれらの合金材料により形成されることを特
徴とする請求項１記載の導波路型光変調器。 - 【請求項５】 前記信号電界調整領域が、Ｇａ，Ｉｎ，
Ａｓ，Ａｌ，Ｂ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｓｂから成る群よ
り選定されるいずれか１つ、或いはそれらの化合物から
形成されることを特徴とする請求項１記載の導波路型光
変調器。 - 【請求項６】 前記信号電界調整領域の材料、厚さｄ、
幅ｈが、前記進行波型信号電極のインピーダンスＺ、マ
イクロ波実効屈折率ｎｍに実質的に影響を及ぼさないよ
うにし、かつ前記信号電極に印加された電気信号によっ
て生じる信号電界強度分布と、導波光の光強度分布の相
互作用が大きくなるように、選定したことを特徴とする
請求項１乃至５のいずか１項記載の導波路型光変調器。 - 【請求項７】 前記信号電界調整領域の厚さｄが１５０
Åから１μm であり、幅ｈが、２μm から両電極の間隔
Ｓの２倍に信号電極の幅Ｗｅを加えた値より小さくした
ことを特徴とする請求項１記載の導波路型光変調器。 - 【請求項８】 前記導波路型光変調器が、光強度変調
器、光位相変調器又は偏波スクランブラのいずれか１つ
を構成することを特徴とする請求項１記載の導波路型光
変調器。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15403096A JP2793562B2 (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 導波路型光変調器 |
| DE69737430T DE69737430T2 (de) | 1996-06-14 | 1997-06-10 | Optischer Wellenleitermodulator mit Wanderwellenelektroden |
| EP97304043A EP0813092B1 (en) | 1996-06-14 | 1997-06-10 | Optical waveguide modulator with travelling-wave type electrodes |
| US08/873,404 US5748358A (en) | 1996-06-14 | 1997-06-11 | Optical modulator with optical waveguide and traveling-wave type electrodes |
| CA002207715A CA2207715C (en) | 1996-06-14 | 1997-06-13 | Optical modulator with optical waveguide and traveling-wave type electrodes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15403096A JP2793562B2 (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 導波路型光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH103065A JPH103065A (ja) | 1998-01-06 |
| JP2793562B2 true JP2793562B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=15575382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15403096A Expired - Fee Related JP2793562B2 (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 導波路型光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2793562B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7509006B2 (en) | 2006-04-27 | 2009-03-24 | Fujitsu Limited | Optical device |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000010052A1 (fr) * | 1998-08-10 | 2000-02-24 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | Modulateur de lumiere du type guide d'ondes |
| JP2002090702A (ja) | 2000-09-18 | 2002-03-27 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 導波路型光変調器およびその製造方法 |
| JP2009145816A (ja) * | 2007-12-18 | 2009-07-02 | Ngk Insulators Ltd | 光変調器 |
| JP7087555B2 (ja) * | 2018-03-29 | 2022-06-21 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
| CN111337732B (zh) * | 2020-03-26 | 2021-08-20 | 清华大学 | 一种基于电场反演的电压测量方法 |
-
1996
- 1996-06-14 JP JP15403096A patent/JP2793562B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 昭和６３年電子情報通信学会春季全国大会講演論文集 エレクトロニクス［分冊Ｃ−１］（昭和６３年３月１５日発行）Ｐ．１−１９０ 清野實 ＥＴ．ＡＬ．，「Ｃ−４８５ Ｔｉ：ＬｉＮｂＯ３導波路型変調器の帯域拡大の検討」 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7509006B2 (en) | 2006-04-27 | 2009-03-24 | Fujitsu Limited | Optical device |
| US7809229B2 (en) | 2006-04-27 | 2010-10-05 | Fujitsu Limited | Optical device |
| US8160416B2 (en) | 2006-04-27 | 2012-04-17 | Fujitsu Limited | Optical device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH103065A (ja) | 1998-01-06 |
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