JP2801894B2 - 導波路型光変調器 - Google Patents
導波路型光変調器Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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規な構成を持った光変調器を提供
するものである。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。
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規な構成を持った光変調器を提供
するものである。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。
【０００２】
【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っ
て、ＬｉＮｂＯ3 （以下、ＬＮと略す。）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っ
て、ＬｉＮｂＯ3 （以下、ＬＮと略す。）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。
【０００３】このような光変調器は、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光変調器の特性イ
ンピーダンスを整合させることが必要（通常は、５０
Ω）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ため、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
が困難であった。
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光変調器の特性イ
ンピーダンスを整合させることが必要（通常は、５０
Ω）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ため、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
が困難であった。
【０００４】このような問題を解決するため発明者等
は、先に特許出願した特願平８−１５４０３０号で提案
しているように、導波光よりも狭い幅の信号電極と信号
電界調整領域とを組み合わせた構成を提案している。
は、先に特許出願した特願平８−１５４０３０号で提案
しているように、導波光よりも狭い幅の信号電極と信号
電界調整領域とを組み合わせた構成を提案している。
【０００５】図１は、先に提案した光変調器の断面図を
示している。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、導波路の直上に配設され
る。
示している。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、導波路の直上に配設され
る。
【０００６】信号電極１は、信号電極に印加するマイク
ロ波の速度を、導波路を伝搬する光波の速度になるべく
近づけるように、即ち、速度整合がとれるように導波光
の幅Ｗｆよりも狭い幅Ｗｅが選ばれている。さらにこの
信号電極１とバッファー層３の間に、信号電極に印加さ
れた信号電界と導波光の相互作用を強くするための信号
電界調整領域１ａが形成してある。
ロ波の速度を、導波路を伝搬する光波の速度になるべく
近づけるように、即ち、速度整合がとれるように導波光
の幅Ｗｆよりも狭い幅Ｗｅが選ばれている。さらにこの
信号電極１とバッファー層３の間に、信号電極に印加さ
れた信号電界と導波光の相互作用を強くするための信号
電界調整領域１ａが形成してある。
【０００７】図５は、信号電極１の幅Ｗｅに対するマイ
クロ波実効屈折率の計算例である。導波光の波長が通信
でよく使われるλ＝１．５μｍ帯であれば、導波光の実
効屈折率がおよそ２．２であるので、マイクロ波実効屈
折率もまた２．２になる場合、速度整合条件が満たされ
る。この計算例では、およそＷｅ＝５μｍの時、整合条
件が満たされる。
クロ波実効屈折率の計算例である。導波光の波長が通信
でよく使われるλ＝１．５μｍ帯であれば、導波光の実
効屈折率がおよそ２．２であるので、マイクロ波実効屈
折率もまた２．２になる場合、速度整合条件が満たされ
る。この計算例では、およそＷｅ＝５μｍの時、整合条
件が満たされる。
【０００８】一方、導波光の幅Ｗｆは導波路の製作条件
や導波光の波長によって変化するが、λ＝１．５μｍ帯
であればおよそ１０μｍになる。図６は、導波光の幅Ｗ
ｆを測定した例であるが、導波光はガウス分布をする事
が一般に知られており導波光の幅Ｗｆは光強度が１／ｅ
2 に減少する幅を指し示している。
や導波光の波長によって変化するが、λ＝１．５μｍ帯
であればおよそ１０μｍになる。図６は、導波光の幅Ｗ
ｆを測定した例であるが、導波光はガウス分布をする事
が一般に知られており導波光の幅Ｗｆは光強度が１／ｅ
2 に減少する幅を指し示している。
【０００９】このように例えば、導波光の幅１０μｍよ
り狭い信号電極の幅５μｍを用いて光変調器を構成する
場合、図２に模式的に示したように導波光と信号電界の
相互作用が弱くなってしまい、光変調器の駆動電圧が上
昇してしまう。図４は、信号電極の幅Ｗｅと駆動電圧
（半波長電圧Ｖπと電極長の積で表している）の計算例
であるが、信号電極が狭くなるほど駆動電圧が大きくな
ってしまうことが判る。
り狭い信号電極の幅５μｍを用いて光変調器を構成する
場合、図２に模式的に示したように導波光と信号電界の
相互作用が弱くなってしまい、光変調器の駆動電圧が上
昇してしまう。図４は、信号電極の幅Ｗｅと駆動電圧
（半波長電圧Ｖπと電極長の積で表している）の計算例
であるが、信号電極が狭くなるほど駆動電圧が大きくな
ってしまうことが判る。
【００１０】かかる問題を解決するため従来例では図３
に模式的に示したように、信号電極１とバッファー層３
の間に信号電界調整領域１ａを設置し、実質的に電極の
インピーダンスＺ、マイクロ波実効屈折率ｎｍに影響を
及ぼさないようにし、信号電界と導波光の相互作用を強
くし、狭い信号電極であっても光変調器の駆動電圧が上
昇しないようにしている。
に模式的に示したように、信号電極１とバッファー層３
の間に信号電界調整領域１ａを設置し、実質的に電極の
インピーダンスＺ、マイクロ波実効屈折率ｎｍに影響を
及ぼさないようにし、信号電界と導波光の相互作用を強
くし、狭い信号電極であっても光変調器の駆動電圧が上
昇しないようにしている。
【００１１】しかし、駆動電圧は導波光の光強度分布と
信号電界の重ね合わせ積分の大きさによって決まるの
で、両者の相互作用がより強いことが望まれるが、光強
度分布は図６にあるようにガウス分布をしており、図３
に示した従来のような一様な電界調整領域では、導波光
の強度が中心で強く両端で弱くなるガウス分布との相互
作用が必ずしも効率的でなかった。
信号電界の重ね合わせ積分の大きさによって決まるの
で、両者の相互作用がより強いことが望まれるが、光強
度分布は図６にあるようにガウス分布をしており、図３
に示した従来のような一様な電界調整領域では、導波光
の強度が中心で強く両端で弱くなるガウス分布との相互
作用が必ずしも効率的でなかった。
【００１２】また、Ｘ板のＬＮ変調器等のように導波路
が信号電極の真下にない場合なども、信号電界と導波光
の相互作用は必ずしも効率的でなく、光変調器の駆動電
圧が下がりきっていないという問題があった。
が信号電極の真下にない場合なども、信号電界と導波光
の相互作用は必ずしも効率的でなく、光変調器の駆動電
圧が下がりきっていないという問題があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、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、より低電圧で駆動する導波路型光変調器を提供
することを目的としたものである。
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、より低電圧で駆動する導波路型光変調器を提供
することを目的としたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電気光学効果を持った基板に光波が導波
される光導波路とバッファー層とが形成され、その近傍
に導波光を制御するための進行波型の信号電極及び接地
電極を具えるとともに、前記信号電極と前記バッファー
層との間に、信号電界調整領域を具えた導波路型光変調
器において、前記信号電極の幅が前記導波路の幅より狭
く、前記信号電界調整領域の幅が、前記信号電極の幅よ
り広く、かつ前記信号電界調整領域が幅方向に異なった
導電率を有することを特徴とする。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、中央部材料と
その両端に形成された外周部材料とからなり、該外周部
材料は中央部材料と導電率が異なることを特徴とする。
本発明は、前記信号電界調整領域が、金属或いは半導体
から選ばれた材料、或いはそれらの組み合わせ材料から
形成されることを特徴とする。本発明は、前記信号電界
調整領域の金属材料が、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の半導体材料が、Ｇａ，Ｉ
ｎ，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
からなることを特徴とする。本発明は、前記信号電界調
整領域が、幅方向に連続的に異なった導電率を有するこ
とを特徴とする。本発明は、前記信号電界調整領域が、
金属同士の熱拡散又は合金反応或いは金属と半導体との
合金反応によって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の材料及び厚さｄ又は幅ｈ
が、前記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。
に、本発明は、電気光学効果を持った基板に光波が導波
される光導波路とバッファー層とが形成され、その近傍
に導波光を制御するための進行波型の信号電極及び接地
電極を具えるとともに、前記信号電極と前記バッファー
層との間に、信号電界調整領域を具えた導波路型光変調
器において、前記信号電極の幅が前記導波路の幅より狭
く、前記信号電界調整領域の幅が、前記信号電極の幅よ
り広く、かつ前記信号電界調整領域が幅方向に異なった
導電率を有することを特徴とする。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、中央部材料と
その両端に形成された外周部材料とからなり、該外周部
材料は中央部材料と導電率が異なることを特徴とする。
本発明は、前記信号電界調整領域が、金属或いは半導体
から選ばれた材料、或いはそれらの組み合わせ材料から
形成されることを特徴とする。本発明は、前記信号電界
調整領域の金属材料が、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の半導体材料が、Ｇａ，Ｉ
ｎ，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
からなることを特徴とする。本発明は、前記信号電界調
整領域が、幅方向に連続的に異なった導電率を有するこ
とを特徴とする。本発明は、前記信号電界調整領域が、
金属同士の熱拡散又は合金反応或いは金属と半導体との
合金反応によって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の材料及び厚さｄ又は幅ｈ
が、前記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。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明では、信号電極１と前記バ
ッファー層３の間に、信号電極１の幅Ｗｅより幅の広い
信号電界調整領域１ａを設け、その信号電界調整領域１
ａが実質的に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に影響を及ぼさないように信号電極
に比べ充分薄くし、かつその信号電界調整領域１ａの導
電率を幅方向に変化させる。
ッファー層３の間に、信号電極１の幅Ｗｅより幅の広い
信号電界調整領域１ａを設け、その信号電界調整領域１
ａが実質的に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に影響を及ぼさないように信号電極
に比べ充分薄くし、かつその信号電界調整領域１ａの導
電率を幅方向に変化させる。
【００１６】図７は、本発明の作用を説明する一実施例
である。この例では信号電界調整領域１ａの中央が導電
率の高い材料で、その端が中央より導電率の低い材料で
形成されている。この様な構成を取ると、電極の中央部
に信号電界の密度が高く端では弱くなる分布となり、図
６に示したような中心で光強度が強く端にゆくに従って
光強度が弱まる導波光の分布（ガウス分布）との相互作
用が、図３の一様な信号電界調整領域を設置した従来の
ものと比べより強くなる。この結果、光変調器の駆動電
圧を従来のものより下げることができる。
である。この例では信号電界調整領域１ａの中央が導電
率の高い材料で、その端が中央より導電率の低い材料で
形成されている。この様な構成を取ると、電極の中央部
に信号電界の密度が高く端では弱くなる分布となり、図
６に示したような中心で光強度が強く端にゆくに従って
光強度が弱まる導波光の分布（ガウス分布）との相互作
用が、図３の一様な信号電界調整領域を設置した従来の
ものと比べより強くなる。この結果、光変調器の駆動電
圧を従来のものより下げることができる。
【００１７】図８は、本発明の作用を説明する他の実施
例である。この例では、Ｘ板のＬＮ変調器などのよう
に、導波路が信号電極の下に無く、横にずれた位置にあ
る場合を示している。電界調整領域は上記例とは逆に、
中央が導電率の低い材料で、その端が中央より導電率の
高い材料で形成されている。この様な構成を取ると、信
号電極の直下では信号電界の密度が低く、その両端の信
号電界の密度が高くなり、導波光との相互作用が強くな
る。この結果、一様な信号電界調整領域を設置した従来
のものと比べ、光変調器の駆動電圧を従来のものより下
げることができる。図１２は、本発明の他の実施例であ
る。この例では、信号電界調整領域にＡｕとＳｉを用
い、両者を加熱し合金反応させ、信号電界調整領域の幅
方向に導電率の連続的な分布を持たせているので、ガウ
ス分布している光波との相互作用を更に強くすることが
できる。
例である。この例では、Ｘ板のＬＮ変調器などのよう
に、導波路が信号電極の下に無く、横にずれた位置にあ
る場合を示している。電界調整領域は上記例とは逆に、
中央が導電率の低い材料で、その端が中央より導電率の
高い材料で形成されている。この様な構成を取ると、信
号電極の直下では信号電界の密度が低く、その両端の信
号電界の密度が高くなり、導波光との相互作用が強くな
る。この結果、一様な信号電界調整領域を設置した従来
のものと比べ、光変調器の駆動電圧を従来のものより下
げることができる。図１２は、本発明の他の実施例であ
る。この例では、信号電界調整領域にＡｕとＳｉを用
い、両者を加熱し合金反応させ、信号電界調整領域の幅
方向に導電率の連続的な分布を持たせているので、ガウ
ス分布している光波との相互作用を更に強くすることが
できる。
【００１８】上記いずれの場合も、電界調整領域の厚さ
は信号電極に比べ充分薄いので、インピーダンスＺやマ
イクロ波実効屈折率ｎｍに実質的に影響を及ぼさず、狭
い幅の信号電極を用いても、変調帯域が広くかつ駆動電
圧のより低い光変調器が実現できる。
は信号電極に比べ充分薄いので、インピーダンスＺやマ
イクロ波実効屈折率ｎｍに実質的に影響を及ぼさず、狭
い幅の信号電極を用いても、変調帯域が広くかつ駆動電
圧のより低い光変調器が実現できる。
【００１９】このように信号電極とバッファー層の間に
信号電界調整領域を設け、その導電率を幅方向に調整す
ることによって、変調帯域が広くかつ駆動電圧のより低
い光変調器が実現できる。
信号電界調整領域を設け、その導電率を幅方向に調整す
ることによって、変調帯域が広くかつ駆動電圧のより低
い光変調器が実現できる。
【００２０】
【実施例】図９は、本発明の一実施例である。これはマ
ッハツェンダー型の光強度変調器の断面を表している。
導波路を形成している基板５にはＬＮのＺ板のウェハを
用いる。導波路４ａ，４ｂは、ＬＮ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。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
リング法で厚さ約１．０μｍに形成する。
ッハツェンダー型の光強度変調器の断面を表している。
導波路を形成している基板５にはＬＮのＺ板のウェハを
用いる。導波路４ａ，４ｂは、ＬＮ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。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
リング法で厚さ約１．０μｍに形成する。
【００２１】この状態でウェハ全面にフォトレジストを
スピンコートし、まず信号電界調整領域１ａの中心部が
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の中心部を露光する。ここに
ＮｉＣｒを１０００Å真空蒸着で成膜した後、リフトオ
フし、信号電界調整領域１ａの中心部を幅５μｍに形成
する。続いて、信号電界調整領域１ａの外周部がパター
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の外周部を露光する。ここにＴｉを
１０００Åスパッタリングで成膜した後、リフトオフし
て信号電界調整領域１ａの外周部を幅１０μｍに形成す
る。
スピンコートし、まず信号電界調整領域１ａの中心部が
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の中心部を露光する。ここに
ＮｉＣｒを１０００Å真空蒸着で成膜した後、リフトオ
フし、信号電界調整領域１ａの中心部を幅５μｍに形成
する。続いて、信号電界調整領域１ａの外周部がパター
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の外周部を露光する。ここにＴｉを
１０００Åスパッタリングで成膜した後、リフトオフし
て信号電界調整領域１ａの外周部を幅１０μｍに形成す
る。
【００２２】その後さらに基板全面にフォトレジストを
塗布し信号電極１及び接地電極２をパターニングする。
それぞれの電極は、Ａｕメッキによって厚さ１０μｍま
で厚くする。なお、信号電極１の幅は、マイクロ波と光
波の速度整合がとれるように導波路幅Ｗｆより狭い５μ
ｍに設定した。
塗布し信号電極１及び接地電極２をパターニングする。
それぞれの電極は、Ａｕメッキによって厚さ１０μｍま
で厚くする。なお、信号電極１の幅は、マイクロ波と光
波の速度整合がとれるように導波路幅Ｗｆより狭い５μ
ｍに設定した。
【００２３】上記信号電界調整領域１ａの中心部のＮｉ
Ｃｒは、その外側に設置されたＴｉに比べ導電率が高い
ため、一様な材料で形成したものと比べ、信号電界の分
布は、電極の中央部に電界の密度が高く、端部では弱く
なる。
Ｃｒは、その外側に設置されたＴｉに比べ導電率が高い
ため、一様な材料で形成したものと比べ、信号電界の分
布は、電極の中央部に電界の密度が高く、端部では弱く
なる。
【００２４】この結果信号電界と信号電極の直下にあり
ガウス分布をしている導波光との相互作用が強まり、駆
動電圧のより低い光変調器を実現できる。
ガウス分布をしている導波光との相互作用が強まり、駆
動電圧のより低い光変調器を実現できる。
【００２５】この信号電界調整領域１ａの中心部及び外
周部の幅は、導波光と信号電界の相互作用が強くなるよ
うに、図８及び図１０に示されるように、それぞれの幅
を変えることもできる。また、本実施例では、ＴｉとＮ
ｉＣｒを使用したが、導電率の差をもっと大きくする場
合には、ＮｉＣｒの代わりに半導体を用いても良い。こ
の場合、例えば信号電界調整領域１ａの中心部にＴｉを
用い、外周部にＳｉを用いる。ＳｉはＮｉＣｒに比べ導
電率が小さいので外周部の幅はＮｉＣｒを用いた場合よ
り広くすることが有効であり、幅２０μｍなどが選ばれ
る。厚さはいずれも１０００Åに設定した。
周部の幅は、導波光と信号電界の相互作用が強くなるよ
うに、図８及び図１０に示されるように、それぞれの幅
を変えることもできる。また、本実施例では、ＴｉとＮ
ｉＣｒを使用したが、導電率の差をもっと大きくする場
合には、ＮｉＣｒの代わりに半導体を用いても良い。こ
の場合、例えば信号電界調整領域１ａの中心部にＴｉを
用い、外周部にＳｉを用いる。ＳｉはＮｉＣｒに比べ導
電率が小さいので外周部の幅はＮｉＣｒを用いた場合よ
り広くすることが有効であり、幅２０μｍなどが選ばれ
る。厚さはいずれも１０００Åに設定した。
【００２６】このように中心部と外周部に金属と半導体
を使用すると、導電率の差を大きく取ることができ、信
号電界分布の調整範囲をさらに広くすることができる。
を使用すると、導電率の差を大きく取ることができ、信
号電界分布の調整範囲をさらに広くすることができる。
【００２７】ここでは信号電界調整領域１ａの中心部を
Ｔｉで形成しているが、他の金属材料でも良いことは言
うまでもない。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
合金材料からなるものが好適である。
Ｔｉで形成しているが、他の金属材料でも良いことは言
うまでもない。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
合金材料からなるものが好適である。
【００２８】導電率の低い半導体材料を用いる場合は不
純物や化合形態や製作方法によってその導電率が大きく
異なる。従って信号電界調整領域１ａ用の膜としては、
制御して形成しやすく、扱いが比較的容易であり、半導
体材料として使用実績が多い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なるものが好
適である。
純物や化合形態や製作方法によってその導電率が大きく
異なる。従って信号電界調整領域１ａ用の膜としては、
制御して形成しやすく、扱いが比較的容易であり、半導
体材料として使用実績が多い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なるものが好
適である。
【００２９】図８は、本発明の他の実施例である。本実
施例は、Ｘ板のＬＮを用いた例を示している。Ｘ板を使
用する場合、ＬＮ最大の電気光学定数ｒ33は基板の水平
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、水平方向の信号電界を有効に使う
構成をとる。従ってＸ板を用いる場合は図８の様に信号
電極１の直下には導波路が無く、横にずれた位置に導波
路が設置される。
施例は、Ｘ板のＬＮを用いた例を示している。Ｘ板を使
用する場合、ＬＮ最大の電気光学定数ｒ33は基板の水平
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、水平方向の信号電界を有効に使う
構成をとる。従ってＸ板を用いる場合は図８の様に信号
電極１の直下には導波路が無く、横にずれた位置に導波
路が設置される。
【００３０】この製作手順は、前記実施例と同一である
が、信号電界調整領域１ａの中心部は半導体材料のＳｉ
で幅が４μｍ、その外周部にはそれぞれＮｉＣｒで幅１
０μｍの電界調整領域が形成される。また、信号電極１
の幅は５μｍとしている。
が、信号電界調整領域１ａの中心部は半導体材料のＳｉ
で幅が４μｍ、その外周部にはそれぞれＮｉＣｒで幅１
０μｍの電界調整領域が形成される。また、信号電極１
の幅は５μｍとしている。
【００３１】信号電界調整領域１ａの中心部の幅が信号
電極１の幅より狭いのは、信号電界調整領域１ａの外周
部と信号電極１が直接接触するようにして、信号電界が
有効に信号電極の端にかかるようにするためである。
電極１の幅より狭いのは、信号電界調整領域１ａの外周
部と信号電極１が直接接触するようにして、信号電界が
有効に信号電極の端にかかるようにするためである。
【００３２】実施例では、信号電界調整領域１ａの導電
率は中心部で小さく、外周部で大きいので、信号電界の
密度は従来の一様な導電率のものに比べ、信号電極の端
で高くなり、その結果信号電極１と接地電極２の間にあ
る導波路と、信号電界の相互作用がより強くなり、駆動
電圧のより低減された光変調器を実現することができ
る。
率は中心部で小さく、外周部で大きいので、信号電界の
密度は従来の一様な導電率のものに比べ、信号電極の端
で高くなり、その結果信号電極１と接地電極２の間にあ
る導波路と、信号電界の相互作用がより強くなり、駆動
電圧のより低減された光変調器を実現することができ
る。
【００３３】上記実施例では、いずれも信号電界調整領
域１ａを３分割にする例を示しているが、分割数はその
ほかの数でも良い。
域１ａを３分割にする例を示しているが、分割数はその
ほかの数でも良い。
【００３４】図１２は、本発明の他の実施例であり、こ
の実施例では信号電界調整領域１ａの導電率を幅方向に
連続的に変化させている。このように導電率を幅方向に
連続的に変化させることによって、信号電界と導波光の
相互作用を更に強くすることができる。
の実施例では信号電界調整領域１ａの導電率を幅方向に
連続的に変化させている。このように導電率を幅方向に
連続的に変化させることによって、信号電界と導波光の
相互作用を更に強くすることができる。
【００３５】このような導電率が連続的に変化する信号
電界調整領域１ａの製造方法を以下に示す。
電界調整領域１ａの製造方法を以下に示す。
【００３６】図１１は、導電率が連続的に変化する信号
電界調整領域１ａの製造工程の一部を表している。ここ
では信号電極１としてＡｕが使われている。この電極の
外周部に信号電界調整領域としてＳｉが１０００Åの厚
さで、幅が左右にそれぞれ１０μｍづつ成膜されてい
る。
電界調整領域１ａの製造工程の一部を表している。ここ
では信号電極１としてＡｕが使われている。この電極の
外周部に信号電界調整領域としてＳｉが１０００Åの厚
さで、幅が左右にそれぞれ１０μｍづつ成膜されてい
る。
【００３７】ここでこれを約３５０℃で３時間加熱する
とＳｉとＡｕが一部合金を形成し、図１２のように幅方
向に導電率の異なる分布をもった信号電界調整領域を形
成することができる。連続的に変化する導電率分布を持
った膜を形成するのは容易でないので、上記合金反応を
利用する事で、容易に幅方向に連続的に異なった導電率
を有する信号電界調整領域を形成することができる。こ
の分布は熱処理の温度、時間などで調整することができ
るので、基板内の導波路の位置や幅の違いによって変え
ることができる。
とＳｉとＡｕが一部合金を形成し、図１２のように幅方
向に導電率の異なる分布をもった信号電界調整領域を形
成することができる。連続的に変化する導電率分布を持
った膜を形成するのは容易でないので、上記合金反応を
利用する事で、容易に幅方向に連続的に異なった導電率
を有する信号電界調整領域を形成することができる。こ
の分布は熱処理の温度、時間などで調整することができ
るので、基板内の導波路の位置や幅の違いによって変え
ることができる。
【００３８】この他、半導体と金属の合金反応だけでは
なくそれらの熱拡散或いは金属と金属の合金反応や熱拡
散を利用することにより、連続的な導電率を具えた信号
電界調整領域を形成することができる。そして、より駆
動電圧の低い光変調器を構成することができる。
なくそれらの熱拡散或いは金属と金属の合金反応や熱拡
散を利用することにより、連続的な導電率を具えた信号
電界調整領域を形成することができる。そして、より駆
動電圧の低い光変調器を構成することができる。
【００３９】以上の実施例では、主にＬＮのマッハツェ
ンダー型の光強度変調器を用いて説明したが、本発明の
趣旨に合えば、その他光位相変調器、偏波スクランブラ
などにも適用できるのは明らかである。また、基板の材
料としてはＬＮの他ＬｉＴａＯ3 などの誘電体材料の他
半導体材料など電気光学効果を持つものであればいずれ
でもよい。以上、本発明について、幾つかの実施例につ
いて説明したが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。
ンダー型の光強度変調器を用いて説明したが、本発明の
趣旨に合えば、その他光位相変調器、偏波スクランブラ
などにも適用できるのは明らかである。また、基板の材
料としてはＬＮの他ＬｉＴａＯ3 などの誘電体材料の他
半導体材料など電気光学効果を持つものであればいずれ
でもよい。以上、本発明について、幾つかの実施例につ
いて説明したが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光変調帯域が広くインピーダンス整合がとれ、より低電
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。
光変調帯域が広くインピーダンス整合がとれ、より低電
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を表したものである。
【図２】光波と信号電極に印加される電界との相互作用
を模式的に表した図である。
を模式的に表した図である。
【図３】従来の光変調器の作用を模式的に表す光変調器
の断面図である。
の断面図である。
【図４】信号電極の幅Ｗｅと駆動電圧の関係を示した図
である。
である。
【図５】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６】代表的な導波光の強度分布の一例である。
【図７】本発明の実施例の作用を模式的に示した図であ
る。
る。
【図８】本発明の他の実施例の作用を模式的に示した図
である。
である。
【図９】本発明の一実施例である。
【図１０】本発明の他の実施例である。
【図１１】信号電界調整領域１ａの製造工程の一部を表
わす図である。
わす図である。
【図１２】本発明の他の実施例である。
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10−3065（ＪＰ，Ａ) 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：ＬｉＮＢ03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 (10)
- 【請求項１】 電気光学効果を持った基板に光波が導波
される光導波路とバッファー層とが形成され、その近傍
に導波光を制御するための進行波型の信号電極及び接地
電極を具えるとともに、前記信号電極と前記バッファー
層との間に、信号電界調整領域を具えた導波路型光変調
器において、前記信号電極の幅が前記導波路の幅より狭
く、前記信号電界調整領域の幅が、前記信号電極の幅よ
り広く、かつ前記信号電界調整領域が幅方向に異なった
導電率を有する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、中央部材料と
その両端に形成された外周部材料とからなり、該外周部
材料は中央部材料と導電率が異な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、金属或いは半
導体から選ばれた材料、或いはそれらの組み合わせ材料
から形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいず
れか１項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の金属材料が、Ｔ
ｉ，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乃至４のいずれか１項記載
の導波路型光変調器。 - 【請求項６】 前記信号電界調整領域の半導体材料が、
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
の化合物からなることを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれか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が、幅方向に連続
的に異なった導電率を有することを特徴とする請求項１
乃至６のいずれか１項記載の導波路型光変調器。 - 【請求項８】 前記信号電界調整領域が、金属同士の熱
拡散又は合金反応或いは金属と半導体との合金反応によ
って形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいず
れか１項記載の導波路型光変調器。 - 【請求項９】 前記信号電界調整領域の材料及び厚さｄ
又は幅ｈが、前記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記載の導波路型光変調器。 - 【請求項１０】 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 |
|---|---|---|---|
| JP20813096A JP2801894B2 (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP20813096A JP2801894B2 (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 導波路型光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1048583A JPH1048583A (ja) | 1998-02-20 |
| JP2801894B2 true JP2801894B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=16551139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20813096A Expired - Fee Related JP2801894B2 (ja) | 1996-06-14 | 1996-08-07 | 導波路型光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2801894B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
-
1996
- 1996-08-07 JP JP20813096A patent/JP2801894B2/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：ＬｉＮＢ０３導波路型変調器の帯域拡大の検討」 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1048583A (ja) | 1998-02-20 |
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