JP2801900B2 - 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、光ファイバ通信シ
ステムなどに用いられる導波路型光変調器に係り、より
低電圧で、高速動作を可能にする新たな光変調器を提供
するものである。本発明は、特に、高速・大容量光ファ
イバ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。
ステムなどに用いられる導波路型光変調器に係り、より
低電圧で、高速動作を可能にする新たな光変調器を提供
するものである。本発明は、特に、高速・大容量光ファ
イバ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と称する。）等の電気光学効果
を持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。この様
な光変調器は、高い変調周波数で用いられることが多
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（通常は50Ω）が必要であり、また広帯域化
のため、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、速度整合を取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、速度整合を取ることが困難であるうえ、速度整合
を取るような電極構成をとると、光変調器の特性インピ
ーダンスがずれて電気信号の反射が増したり、駆動電圧
が増大したりする等の問題点があった。
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と称する。）等の電気光学効果
を持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。この様
な光変調器は、高い変調周波数で用いられることが多
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（通常は50Ω）が必要であり、また広帯域化
のため、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、速度整合を取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、速度整合を取ることが困難であるうえ、速度整合
を取るような電極構成をとると、光変調器の特性インピ
ーダンスがずれて電気信号の反射が増したり、駆動電圧
が増大したりする等の問題点があった。
【０００３】図１は、この従来の光変調器を示してい
る。基板には、ＬＮのＺ板が使われ、光導波路は、Tiの
熱拡散によって作られたマッハツェンダ型の変調器であ
る。ＬＮの電気光学定数は、ｒ33が最も大きく、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方向になるように電極は、導波路の直上に
設置される。
る。基板には、ＬＮのＺ板が使われ、光導波路は、Tiの
熱拡散によって作られたマッハツェンダ型の変調器であ
る。ＬＮの電気光学定数は、ｒ33が最も大きく、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方向になるように電極は、導波路の直上に
設置される。
【０００４】導波光のスポットサイズＷｆは、通信で良
く用いられる波長λ=1.55 μm の場合、Wf=10 μm 程度
となるため、信号電極幅Weも変調効率を良くするために
導波光の幅とほぼ同じWe=10 μm 程度が選定される。こ
の場合、光変調器のインピーダンスを50Ωとするために
電極間隔Ｓは、例えば、S=30μm などが選定される。こ
の電極間隔Ｓを狭くすると光変調器の駆動電圧をより低
くすることが出来るが、インピーダンスは50Ωより小さ
くなってしまう。また接地電極は高周波での電気特性を
安定させるために、信号電極に比べて非常に広くとるこ
とが必要であり、通常、その幅は、300 μm 以上であ
る。
く用いられる波長λ=1.55 μm の場合、Wf=10 μm 程度
となるため、信号電極幅Weも変調効率を良くするために
導波光の幅とほぼ同じWe=10 μm 程度が選定される。こ
の場合、光変調器のインピーダンスを50Ωとするために
電極間隔Ｓは、例えば、S=30μm などが選定される。こ
の電極間隔Ｓを狭くすると光変調器の駆動電圧をより低
くすることが出来るが、インピーダンスは50Ωより小さ
くなってしまう。また接地電極は高周波での電気特性を
安定させるために、信号電極に比べて非常に広くとるこ
とが必要であり、通常、その幅は、300 μm 以上であ
る。
【０００５】この様な構成においては、信号電極下の導
波路には有効に電界をかけることが出来るが、図２に示
すように、信号電極に比べて、接地電極が著しく広いた
め、接地電極側の導波路では、電気力線が広がって、電
界密度が、信号電極側に比べて低くなってしまう。マッ
ハツェンダ型の光変調器では、両導波路において、プッ
シュ・プル動作を行うことにより、駆動電圧を下げるこ
とが出来るが、一方の導波路の変調効率が低下すると光
変調器全体の駆動電圧が十分に下がらないという問題点
が生じる。このような問題を解決するために接地電極を
狭くしたり、信号電極と接地電極の間隔を狭くすること
が出来るが、高周波での周波数特性が劣化したり、特性
インピーダンスがずれて電気信号の反射が増大する等の
問題が生じてしまう。
波路には有効に電界をかけることが出来るが、図２に示
すように、信号電極に比べて、接地電極が著しく広いた
め、接地電極側の導波路では、電気力線が広がって、電
界密度が、信号電極側に比べて低くなってしまう。マッ
ハツェンダ型の光変調器では、両導波路において、プッ
シュ・プル動作を行うことにより、駆動電圧を下げるこ
とが出来るが、一方の導波路の変調効率が低下すると光
変調器全体の駆動電圧が十分に下がらないという問題点
が生じる。このような問題を解決するために接地電極を
狭くしたり、信号電極と接地電極の間隔を狭くすること
が出来るが、高周波での周波数特性が劣化したり、特性
インピーダンスがずれて電気信号の反射が増大する等の
問題が生じてしまう。
【０００６】一方、図３に示すＸ板のように信号電極と
接地電極の間に導波路が設置される構成においても、接
地電極が信号電極に比べて著しく広いことによる電界の
広がりが両導波路に作用する電界効率を低下させ、光変
調器の駆動電圧の上昇を招いていた。
接地電極の間に導波路が設置される構成においても、接
地電極が信号電極に比べて著しく広いことによる電界の
広がりが両導波路に作用する電界効率を低下させ、光変
調器の駆動電圧の上昇を招いていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の問題点を解決し、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
提供することにある。
の問題点を解決し、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
提供することにある。
【０００８】
【発明の実施の形態】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た導波路型光変調器におい
て、前記接地電極と前記バッファ層との間に接地電界調
整領域と該接地電界調整領域に隣接した接地電界補助調
整領域とを設けたことを特徴とする。本発明は、前記光
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。
基板に光波が導波される光導波路とバッファ層とが形成
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た導波路型光変調器におい
て、前記接地電極と前記バッファ層との間に接地電界調
整領域と該接地電界調整領域に隣接した接地電界補助調
整領域とを設けたことを特徴とする。本発明は、前記光
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。
【０００９】本発明は、前記接地電界調整領域が、金属
又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、かつ前記接地電界補助調整領域
が、金属又は半導体、或いは誘電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、前記接地電界調整領域及び接地電
界補助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、
前記接地電界調整領域及び接地電界補助調整領域の半導
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。
又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、かつ前記接地電界補助調整領域
が、金属又は半導体、或いは誘電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、前記接地電界調整領域及び接地電
界補助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、
前記接地電界調整領域及び接地電界補助調整領域の半導
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。
【００１０】本発明は、前記接地電界調整領域及び接地
電界補助調整領域が、金属材料又は半導体材料、或いは
それらの組み合わせ材料により形成され、かつ接地電界
調整領域に用いられる材料の導電率が、接地電界補助調
整領域に用いられる材料の導電率より大きいことを特徴
とする。本発明は、前記接地電界調整領域及び接地電界
補助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選定され、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
強度分布並びに接地電界強度分布と、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、前記接地電界調整領域が金属材料又は
半導体材料或いはそれらの組み合わせ材料により形成さ
れ、かつ導電率分布が、幅方向に変化していることを特
徴とする。本発明は、前記接地電界補助調整領域が誘電
体から形成され、かつその誘電率が、前記信号電極に印
加された電気信号によって生じる接地電界強度分布と、
導波光の光強度分布の相互作用が大きくなるように調整
されたことを特徴とする。本発明は、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。本発明は、前記接地電界補助調整領域をエアギ
ャップと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、光位相変調器或いは偏波
スクランブラのいずれか１つを構成する。
電界補助調整領域が、金属材料又は半導体材料、或いは
それらの組み合わせ材料により形成され、かつ接地電界
調整領域に用いられる材料の導電率が、接地電界補助調
整領域に用いられる材料の導電率より大きいことを特徴
とする。本発明は、前記接地電界調整領域及び接地電界
補助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選定され、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
強度分布並びに接地電界強度分布と、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、前記接地電界調整領域が金属材料又は
半導体材料或いはそれらの組み合わせ材料により形成さ
れ、かつ導電率分布が、幅方向に変化していることを特
徴とする。本発明は、前記接地電界補助調整領域が誘電
体から形成され、かつその誘電率が、前記信号電極に印
加された電気信号によって生じる接地電界強度分布と、
導波光の光強度分布の相互作用が大きくなるように調整
されたことを特徴とする。本発明は、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。本発明は、前記接地電界補助調整領域をエアギ
ャップと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、光位相変調器或いは偏波
スクランブラのいずれか１つを構成する。
【００１１】本発明では、接地電極(2) とバッファ層
(3) との間に、接地電界調整領域(2a)及び接地電界補助
調整領域(2b)を設ける。これらの電界調整領域は、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
的な影響を及ぼさない様に、電極に対して十分に薄く形
成する。
(3) との間に、接地電界調整領域(2a)及び接地電界補助
調整領域(2b)を設ける。これらの電界調整領域は、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
的な影響を及ぼさない様に、電極に対して十分に薄く形
成する。
【００１２】図４は、本発明の作用を説明する一実施例
である。接地電界補助調整領域(2b)としてエアギャップ
(7) を用いて、誘電率を調整した構成となっている。こ
の様な構成をとると、接地電極側の導波路(4b)に対する
電界がより強くなり、マッハツェンダ型の導波路におけ
るプッシュ・プルの効率が高まって、光変調器の駆動電
圧を低減することが可能である。
である。接地電界補助調整領域(2b)としてエアギャップ
(7) を用いて、誘電率を調整した構成となっている。こ
の様な構成をとると、接地電極側の導波路(4b)に対する
電界がより強くなり、マッハツェンダ型の導波路におけ
るプッシュ・プルの効率が高まって、光変調器の駆動電
圧を低減することが可能である。
【００１３】図５は、本発明の作用を説明する他の一実
施例である。Ｘ板のＬＮ光変調器のように、導波路(4a)
(4b)が信号電極(1) と接地電極(2)の間にある場合を示
している。この様な構成においても、接地電界調整領域
(2a)及びエアギャップ(7) を設けることによって、両導
波路への電界強度を改善し、より高効率な構成とするこ
とが可能となる。
施例である。Ｘ板のＬＮ光変調器のように、導波路(4a)
(4b)が信号電極(1) と接地電極(2)の間にある場合を示
している。この様な構成においても、接地電界調整領域
(2a)及びエアギャップ(7) を設けることによって、両導
波路への電界強度を改善し、より高効率な構成とするこ
とが可能となる。
【００１４】この様に接地電界調整領域を設けることに
より、光変調器全体の特性インピーダンスに影響を与え
ることなく導波光に作用する電界を改善することが可能
であるが、先に出願した特願平８−１５４０３０号によ
り、光導波路の幅Ｗｆより狭い幅Ｗｅを有する信号電極
と、信号電極とバッファー層との間に、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るこ
とを提案したが、この信号電極と信号電界調整領域(1a)
とを併せて設置すれば、電界の効率を更に高めることが
出来、より好ましい。図６は、そのような構成の一実施
例である。
より、光変調器全体の特性インピーダンスに影響を与え
ることなく導波光に作用する電界を改善することが可能
であるが、先に出願した特願平８−１５４０３０号によ
り、光導波路の幅Ｗｆより狭い幅Ｗｅを有する信号電極
と、信号電極とバッファー層との間に、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るこ
とを提案したが、この信号電極と信号電界調整領域(1a)
とを併せて設置すれば、電界の効率を更に高めることが
出来、より好ましい。図６は、そのような構成の一実施
例である。
【００１５】上記いずれの場合においても、電界調整領
域の材料や幅、厚さを適宜調整することにより、インピ
ーダンスＺやマイクロ波実効屈折率ｎｍに影響を及ぼす
電極間隔や電極の幅を変えることなく導波光に作用する
電界の効率を高めることが可能で、従って、狭い信号電
極を用いても変調帯域が広く、かつ駆動電圧のより低い
光変調器が実現出来る。
域の材料や幅、厚さを適宜調整することにより、インピ
ーダンスＺやマイクロ波実効屈折率ｎｍに影響を及ぼす
電極間隔や電極の幅を変えることなく導波光に作用する
電界の効率を高めることが可能で、従って、狭い信号電
極を用いても変調帯域が広く、かつ駆動電圧のより低い
光変調器が実現出来る。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。図７は、本発明の一実施例である。これはマッ
ハツェンダ型の光強度変調器の断面を表していて、導波
路(4a)(4b)を形成している基板(5) にはＬＮのＺ板を用
いている。導波路は、ＬＮ上にパターニングしたTiを80
0 Å蒸着した後、1000℃で10時間熱拡散して形成してい
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バッファ層(3) をスパッタリング法によっ
て、厚さ1.0 μm に形成する。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、まず接地電界調整領
域(2a)がパターニングされたフォトマスクを用いて、導
波路上に接地電界調整領域(2a)を露光する。ここにNiCr
を500 Å蒸着し、リフトオフして接地電界調整領域(2a)
を形成する。接地電界調整領域(2a)の幅は、導波光の幅
とほぼ同程度の10μm に形成する。続いて、接地電界補
助調整領域(2b)がパターニングされたフォトマスクを用
い、接地電界調整領域(2a)に接して、接地電界補助調整
領域(2b)を露光する。ここにTiを蒸着により500 Å成膜
し、リフトオフして接地電界補助調整領域(2b)を形成す
る。この接地電界補助調整領域(2b)の幅は、300 μm に
設定した。その後、更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
まで厚くした。なお信号電極(1) の幅は、マイクロ波と
光波の速度整合が取れるように導波路幅より狭い５μm
に設定した。
明する。図７は、本発明の一実施例である。これはマッ
ハツェンダ型の光強度変調器の断面を表していて、導波
路(4a)(4b)を形成している基板(5) にはＬＮのＺ板を用
いている。導波路は、ＬＮ上にパターニングしたTiを80
0 Å蒸着した後、1000℃で10時間熱拡散して形成してい
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バッファ層(3) をスパッタリング法によっ
て、厚さ1.0 μm に形成する。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、まず接地電界調整領
域(2a)がパターニングされたフォトマスクを用いて、導
波路上に接地電界調整領域(2a)を露光する。ここにNiCr
を500 Å蒸着し、リフトオフして接地電界調整領域(2a)
を形成する。接地電界調整領域(2a)の幅は、導波光の幅
とほぼ同程度の10μm に形成する。続いて、接地電界補
助調整領域(2b)がパターニングされたフォトマスクを用
い、接地電界調整領域(2a)に接して、接地電界補助調整
領域(2b)を露光する。ここにTiを蒸着により500 Å成膜
し、リフトオフして接地電界補助調整領域(2b)を形成す
る。この接地電界補助調整領域(2b)の幅は、300 μm に
設定した。その後、更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
まで厚くした。なお信号電極(1) の幅は、マイクロ波と
光波の速度整合が取れるように導波路幅より狭い５μm
に設定した。
【００１７】Ｚ板の強度変調器においては、接地電界調
整領域(2a)及び接地電界補助調整領域(2b)は、導波路(4
b)のある側の接地電極下にのみ設置すれば十分な電界の
改善効果があるが、高周波での周波数特性や温度変化に
対する特性を高めるため、基板の断面は、左右対称であ
ることが好ましく、そのため導波路のない側の接地電極
下にも接地電界調整領域及び接地電界補助調整領域を設
置するほうがより好ましい。上記接地電界調整領域(2a)
のNiCrは、接地電界補助調整領域(2b)のTiより導電率が
高いため、接地電極下の導波路(4b)付近における電界強
度がより強くなり、駆動電圧を低減させる効果を持つ。
このように電界調整領域の幅や導電率を調整することに
よって、電極間隔を変えることなく駆動電圧を低減でき
るため、信号電極幅や電極間隔といった電極のインピー
ダンスＺ、マイクロ波実効屈折率ｎｍに影響を及ぼすパ
ラメータの選択範囲をも広げることが可能となる。
整領域(2a)及び接地電界補助調整領域(2b)は、導波路(4
b)のある側の接地電極下にのみ設置すれば十分な電界の
改善効果があるが、高周波での周波数特性や温度変化に
対する特性を高めるため、基板の断面は、左右対称であ
ることが好ましく、そのため導波路のない側の接地電極
下にも接地電界調整領域及び接地電界補助調整領域を設
置するほうがより好ましい。上記接地電界調整領域(2a)
のNiCrは、接地電界補助調整領域(2b)のTiより導電率が
高いため、接地電極下の導波路(4b)付近における電界強
度がより強くなり、駆動電圧を低減させる効果を持つ。
このように電界調整領域の幅や導電率を調整することに
よって、電極間隔を変えることなく駆動電圧を低減でき
るため、信号電極幅や電極間隔といった電極のインピー
ダンスＺ、マイクロ波実効屈折率ｎｍに影響を及ぼすパ
ラメータの選択範囲をも広げることが可能となる。
【００１８】本実施例では、接地電界調整領域をNiCr及
び接地電界補助調整領域をTiで形成したが、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のいずれかから選択されたもの、或いはそれらの
合金材料からなるものが好適である。
び接地電界補助調整領域をTiで形成したが、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のいずれかから選択されたもの、或いはそれらの
合金材料からなるものが好適である。
【００１９】接地電界調整領域(2a)及び接地電界補助調
整領域(2b)には、金属材料の他に半導体材料を用いるこ
とも可能である。半導体材料の場合、不純物や化合形
態、製作方法によってその導電率が大きく異なるため、
電界調整領域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のいずれかから
選択されたもの、或いはそれらの化合物からなるものが
好適である。
整領域(2b)には、金属材料の他に半導体材料を用いるこ
とも可能である。半導体材料の場合、不純物や化合形
態、製作方法によってその導電率が大きく異なるため、
電界調整領域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のいずれかから
選択されたもの、或いはそれらの化合物からなるものが
好適である。
【００２０】これらの半導体材料と金属材料を合わせて
電界調整領域を形成することも可能で、用いる材料の組
み合わせかたによって一層電界の効率を高めることが出
来る。
電界調整領域を形成することも可能で、用いる材料の組
み合わせかたによって一層電界の効率を高めることが出
来る。
【００２１】また、接地電界調整領域(2a)は、必ずしも
単一の材料で構成する必要は無く、基板の幅方向に、導
電率の異なるいくつかの材料を組み合わせて構成し、導
波光への電界効率を一層高めるような構成も可能で、そ
の一実施例を図８に示す。これは接地電界調整領域(2a)
の中央部分をNiCr、それに隣接した部分にTiを用い、接
地電界補助調整領域(2b)にはSiを用いた例である。導波
光の電界強度分布は、ガウス分布であり、その電界強度
は、導波光の中心付近で高いため、実施例に示すよう
に、接地電界調整領域(2a)の中央に導電率の高いNiCr、
それに隣接する部分にNiCrより導電率の低いTiを用い、
接地電界補助調整領域(2b)には、半導体のSiを用いるこ
とによって導電率の異なる分布を作り、導波光の中心付
近の電界強度をより高くして、更に電界の効率を高める
ことが可能である。
単一の材料で構成する必要は無く、基板の幅方向に、導
電率の異なるいくつかの材料を組み合わせて構成し、導
波光への電界効率を一層高めるような構成も可能で、そ
の一実施例を図８に示す。これは接地電界調整領域(2a)
の中央部分をNiCr、それに隣接した部分にTiを用い、接
地電界補助調整領域(2b)にはSiを用いた例である。導波
光の電界強度分布は、ガウス分布であり、その電界強度
は、導波光の中心付近で高いため、実施例に示すよう
に、接地電界調整領域(2a)の中央に導電率の高いNiCr、
それに隣接する部分にNiCrより導電率の低いTiを用い、
接地電界補助調整領域(2b)には、半導体のSiを用いるこ
とによって導電率の異なる分布を作り、導波光の中心付
近の電界強度をより高くして、更に電界の効率を高める
ことが可能である。
【００２２】本実施例では、接地電界調整領域(2a)を３
分割した構成を採用したが、分割数や導電率の組み合わ
せは、同様の効果が得られる構成であれば良く、また先
に出願した特願平８−２０８１３０により、信号電極の
幅が導波路の幅より狭く、信号電界調整領域の幅が、信
号電極の幅より広く、かつ信号電界調整領域が幅方向に
異なった導電率を有する光変調器において、信号電界調
整領域を、金属同志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せることを提案した
が、そのような金属と半導体との合金反応などによっ
て、導電率を連続的に変化させても良い。接地電界補助
調整領域(2b)についても、導波光と電界の相互作用を高
めることが出来るならば、同様の構成を用いることが出
来る。
分割した構成を採用したが、分割数や導電率の組み合わ
せは、同様の効果が得られる構成であれば良く、また先
に出願した特願平８−２０８１３０により、信号電極の
幅が導波路の幅より狭く、信号電界調整領域の幅が、信
号電極の幅より広く、かつ信号電界調整領域が幅方向に
異なった導電率を有する光変調器において、信号電界調
整領域を、金属同志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せることを提案した
が、そのような金属と半導体との合金反応などによっ
て、導電率を連続的に変化させても良い。接地電界補助
調整領域(2b)についても、導波光と電界の相互作用を高
めることが出来るならば、同様の構成を用いることが出
来る。
【００２３】接地電界補助調整領域(2b)の幅について
は、本実施例では、接地電界調整領域(2a)に接していな
い接地電極(2) 下の全面に形成したが、電界調整領域に
用いる材料の導電率の組み合わせによっては、必ずしも
全面に形成する必要性はなく、図９に示すように、接地
電極(2) の一部分に形成する構成も可能である。
は、本実施例では、接地電界調整領域(2a)に接していな
い接地電極(2) 下の全面に形成したが、電界調整領域に
用いる材料の導電率の組み合わせによっては、必ずしも
全面に形成する必要性はなく、図９に示すように、接地
電極(2) の一部分に形成する構成も可能である。
【００２４】さらに、この接地電界補助調整領域(2b)に
誘電体を用いて接地電界を調整するように構成する。そ
の一実施例を図１０に示す。本実施例では、接地電界調
整領域(2a)として、NiCrを用いた。また接地電界補助調
整領域(2b)として、誘電体、具体的には、接地電極(2)
とバッフア層(3) との間に空気の層、即ち、エアギャッ
プ(7）を形成した。エアギャップ(7) の厚さは、0.1 μ
m とした。空気の誘電率は、ε＝１と小さく、この様な
構成をとれば、接地電界は、導波路(4b)付近に集中し、
光波と電界の相互作用が強くなって変調器の駆動電圧を
低減することができる。エアギャップ(7) の厚さは、き
わめて薄くても十分効果的であるが、微細加工上の制約
から、エアギャップ(7) の厚さは、0.1 μm 以上が好適
である。この様に、接地電極下にエアギャップを形成す
ることは、バッフア層より誘電率の低い層を接地電極下
に挿入することとなるため、マイクロ波の実効屈折率に
も好適な影響を与える。
誘電体を用いて接地電界を調整するように構成する。そ
の一実施例を図１０に示す。本実施例では、接地電界調
整領域(2a)として、NiCrを用いた。また接地電界補助調
整領域(2b)として、誘電体、具体的には、接地電極(2)
とバッフア層(3) との間に空気の層、即ち、エアギャッ
プ(7）を形成した。エアギャップ(7) の厚さは、0.1 μ
m とした。空気の誘電率は、ε＝１と小さく、この様な
構成をとれば、接地電界は、導波路(4b)付近に集中し、
光波と電界の相互作用が強くなって変調器の駆動電圧を
低減することができる。エアギャップ(7) の厚さは、き
わめて薄くても十分効果的であるが、微細加工上の制約
から、エアギャップ(7) の厚さは、0.1 μm 以上が好適
である。この様に、接地電極下にエアギャップを形成す
ることは、バッフア層より誘電率の低い層を接地電極下
に挿入することとなるため、マイクロ波の実効屈折率に
も好適な影響を与える。
【００２５】エアギャップの幅は、接地電極側の導波路
に対する電界の効果を十分高める程度に選定する。従っ
て、図１１に示すように、接地電極(2) が基板の端部で
バッファ層(3) に接する構成も可能である。
に対する電界の効果を十分高める程度に選定する。従っ
て、図１１に示すように、接地電極(2) が基板の端部で
バッファ層(3) に接する構成も可能である。
【００２６】図１２は、本発明の他の一実施例である。
接地電界補助調整領域(2b)として、接地電極下(2) のバ
ッファ層(3) を厚く形成したもので、このような構成を
とっても、エアギャップを設けた場合と同様の効果があ
る。このように接地電界補助調整領域(2b)に設置される
誘電体の種類によらず、接地電界調整領域(2a)と誘電体
とを組み合わせて、接地電極下に設置することにより、
接地電極側の導波光と電界の相互作用を強め、変調器の
駆動電圧を低減することが可能である。
接地電界補助調整領域(2b)として、接地電極下(2) のバ
ッファ層(3) を厚く形成したもので、このような構成を
とっても、エアギャップを設けた場合と同様の効果があ
る。このように接地電界補助調整領域(2b)に設置される
誘電体の種類によらず、接地電界調整領域(2a)と誘電体
とを組み合わせて、接地電極下に設置することにより、
接地電極側の導波光と電界の相互作用を強め、変調器の
駆動電圧を低減することが可能である。
【００２７】また、接地電界調整領域及び接地電界補助
調整領域に加えて、信号電極側の導波路についても、信
号電界調整領域(1a)を併せて設置すれば、導波光に作用
する電界の効率を更に高めることが出来る。このような
構成の例を図１３に示す。本実施例では、信号電界調整
領域(1a)及び接地電界調整領域(2a)には、NiCr、接地電
界補助調整領域(2b)には、Tiを用いた。信号電界調整領
域(1a)及び接地電界調整領域(2a)の幅は、導波光の幅と
ほぼ同程度の10μm 、接地電界補助調整領域(2b)の幅
は、300 μm とし、信号電極(1) の幅は、5 μm とし
た。この様な構成により、信号電極下、接地電極下の導
波路ともに導波光に作用する電界の効率が高まり、かつ
信号電極の幅が狭いため、速度整合が十分にとれた変調
器を提供することができる。
調整領域に加えて、信号電極側の導波路についても、信
号電界調整領域(1a)を併せて設置すれば、導波光に作用
する電界の効率を更に高めることが出来る。このような
構成の例を図１３に示す。本実施例では、信号電界調整
領域(1a)及び接地電界調整領域(2a)には、NiCr、接地電
界補助調整領域(2b)には、Tiを用いた。信号電界調整領
域(1a)及び接地電界調整領域(2a)の幅は、導波光の幅と
ほぼ同程度の10μm 、接地電界補助調整領域(2b)の幅
は、300 μm とし、信号電極(1) の幅は、5 μm とし
た。この様な構成により、信号電極下、接地電極下の導
波路ともに導波光に作用する電界の効率が高まり、かつ
信号電極の幅が狭いため、速度整合が十分にとれた変調
器を提供することができる。
【００２８】上記実施例では、Ｚ板のＬＮ光強度変調器
を中心に説明したが、Ｘ板、Ｙ板でも良く、また位相変
調器、偏波スクランブラなどのその他の導波路型光変調
器でも良いことは言うまでもない。また基板は、ＬＮを
使用しているが、電気光学効果を持った材料ならば誘電
体材料、半導体材料の区別無く使える。
を中心に説明したが、Ｘ板、Ｙ板でも良く、また位相変
調器、偏波スクランブラなどのその他の導波路型光変調
器でも良いことは言うまでもない。また基板は、ＬＮを
使用しているが、電気光学効果を持った材料ならば誘電
体材料、半導体材料の区別無く使える。
【００２９】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は、これらの実施例に限定されるものではな
い。
が、本発明は、これらの実施例に限定されるものではな
い。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば広
い変調帯域を持ち、インピーダンス整合が取れ、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。
い変調帯域を持ち、インピーダンス整合が取れ、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を示したものである。
【図２】従来の光変調器における光波に対する電界の作
用を模式的に示した図である。
用を模式的に示した図である。
【図３】従来の光変調器における光波に対する電界の作
用を模式的に示した図である。
用を模式的に示した図である。
【図４】本発明の実施例における作用を模式的に表した
図である。
図である。
【図５】本発明の実施例における作用を模式的に表した
図である。
図である。
【図６】本発明の実施例における作用を模式的に表した
図である。
図である。
【図７】本発明の一実施例である。
【図８】本発明の他の一実施例である。
【図９】本発明の他の一実施例である。
【図１０】本発明の他の一実施例である。
【図１１】本発明の他の一実施例である。
【図１２】本発明の他の一実施例である。
【図１３】本発明の他の一実施例である。
１ 信号電極 1a 信号電界調整領域 ２ 接地電極 2a 接地電界調整領域 2b 接地電界補助調整領域 ３ バッファ層 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 ７ エアギャップ
している） ５ 基板 ６ 電気力線 ７ エアギャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−48583（ＪＰ，Ａ) 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 (12)
- 【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
極を具えた導波路型光変調器において、前記接地電極と
前記バッファ層との間に接地電界調整領域と該接地電界
調整領域に隣接した接地電界補助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】 前記光導波路を形成した前記基板が、Li
NbO3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】 前記接地電界調整領域が、金属又は半導
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、かつ前記接地電界補助調整領域が、金属又
は半導体或いは誘電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及び２いずれか記載の導波路型光変調器。 - 【請求項４】 前記接地電界調整領域及び接地電界補助
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請求項１及至３のい
ずれか１項記載の導波路型光変調器。 - 【請求項５】 前記接地電界調整領域及び接地電界補助
調整領域の半導体材料が、Ga、In、As、Al、Ｂ、Ge、S
i、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
及至３のいずれか１項記載の導波路型光変調器。 - 【請求項６】 前記接地電界調整領域及び接地電界補助
調整領域が、金属材料又は半導体材料、或いはそれらの
組み合わせ材料により形成され、かつ接地電界調整領域
に用いられる材料の導電率が、接地電界補助調整領域に
用いられる材料の導電率より大きいことを特徴とする請
求項１及至５のいずれか１項記載の導波路型光変調器。 - 【請求項７】 前記接地電界調整領域及び接地電界補助
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選定され、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
分布並びに接地電界強度分布と、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及至６のいずれか１項記載の導波路型光変調
器。 - 【請求項８】 前記接地電界調整領域が金属材料又は半
導体材料、或いはそれらの組み合わせ材料により形成さ
れ、かつ導電率分布が、幅方向に変化していることを特
徴とする請求項１及至７のいずれか１項記載の導波路型
光変調器。 - 【請求項９】 前記接地電界補助調整領域が誘電体から
形成され、かつその誘電率が、前記信号電極に印加され
た電気信号によって生じる接地電界強度分布と、導波光
の光強度分布の相互作用が大きくなるように調整された
ことを特徴とする請求項１、２、３、７、８のいずれか
１項記載の導波路型光変調器。 - 【請求項１０】 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請求項１及至
９のいずれか１項記載の導波路型光変調器。 - 【請求項１１】 前記接地電界補助調整領域をエアギャ
ップと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１２】 前記導波路型光変調器が、光強度変調
器、光位相変調器あるい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 |
|---|---|---|---|
| JP29010196A JP2801900B2 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 導波路型光変調器 |
| EP97304043A EP0813092B1 (en) | 1996-06-14 | 1997-06-10 | Optical waveguide modulator with travelling-wave type electrodes |
| DE69737430T DE69737430T2 (de) | 1996-06-14 | 1997-06-10 | Optischer Wellenleitermodulator mit Wanderwellenelektroden |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP29010196A JP2801900B2 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 導波路型光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10133158A JPH10133158A (ja) | 1998-05-22 |
| JP2801900B2 true JP2801900B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=17751814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29010196A Expired - Fee Related JP2801900B2 (ja) | 1996-06-14 | 1996-10-31 | 導波路型光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2801900B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6583480B1 (en) | 1999-06-28 | 2003-06-24 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | Electro-optical element having protective film on top and side surfaces of buffer layer |
| 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 |
| CN110275328A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-09-24 | 北京工业大学 | 极间厚缓冲层调制器芯片结构 |
-
1996
- 1996-10-31 JP JP29010196A patent/JP2801900B2/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 |
|---|---|
| JPH10133158A (ja) | 1998-05-22 |
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