JP2821349B2

JP2821349B2 - 光導波路デバイス

Info

Publication number: JP2821349B2
Application number: JP27670193A
Authority: JP
Inventors: 徹菅又; 純一郎箕輪; 伸夫桑原
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JPH07128623A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信用の超高速の外
部変調器、スイッチ、電界センサに利用する光導波路デ
バイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、高速光通信システムにおい
て、例えば１０Ｇビット／秒等の超高速光通信システム
では、電気光学効果を有する強誘電体や半導体材料を用
いた導波路型の外部変調器が用いられている。

【０００３】例えば、ＬｉＮｂＯ₃ を基板にした従来の
光変調器の構成図を、図１及び図３に示す。図１は、従
来の光変調器の上面図であり、図３は、従来の変調器の
斜視図である。この例では、ｚカットのＬｉＮｂＯ₃ 基
板１にＴｉを熱拡散させ、マッハ・ツェンダ型光導波路
２が形成されている。

【０００４】これらには、図示されていないが、各々信
号電極３及び接地電極４と基板１との間には、電極によ
る光の吸収損失を防ぐため、酸化シリコンやアルミナな
どの絶縁体バッファー層が形成されている。このバッフ
ァー層の上に信号電極３及び接地電極４が形成されてい
る。この信号電極３及び接地電極４の形状は、光導波路
デバイスの使用目的や適用領域により、対称型や非対称
型であったり、その他の特殊な構造をとることがある。
この従来の例では、非対称型の電極構造をとっている。
そして、基板の形状は、電極のサイズ等により異なる
が、ここでは、例えば、０．５×１〜１０×５０ｍｍの
直方体となる。

【０００５】信号を伝送する光は、光導波路の端から入
射された後、一度２分岐され、２分岐された光は、信号
電極に印加された電気信号に応じて、各々の光波の位相
差が変化する。これら２分岐された光を合波することに
より、例えば位相差が０度のときは、光強度が最大にな
り、位相差が１８０度のときは、光強度は最小になる。
このようにして、光強度が、印加電気信号に応じて変化
する変調器を構成することができる。また、信号電極
（３）、（４）の給電部に電気信号源を接続するのでは
なくて、アンテナロッドを接続すると、外界の電界の状
態により、光強度が変化する電界センサを構成すること
ができる。

【０００６】一方、信号電極に印加される電気信号の周
波数は、例えば、高速光通信において、１０Ｇビット／
秒のデジタル信号を伝送する場合など、直流に近い周波
数から十数ＧＨｚにまで及ぶこともあり、また、電界セ
ンサとしても、検出する電界の周波数成分は、数ＧＨｚ
にまで及ぶ場合がある。従って、印加した電気信号に対
する光強度変化の応答特性も、直流に近い周波数から数
ＧＨｚにまで、フラットなものが望まれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記のよう
な、従来の光導波路デバイスにおいては、共振現象が生
じ、図６に示すように、変調器の周波数特性に大きなデ
イップ（変動）が出てしまい、光強度変化の応答特性が
直流に近い周波数から数ＧＨｚまでフラットにはならず
実用上大きな問題となっていたが、本発明では、このよ
うな共振現象を低減する構造を有する光導波路デバイス
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の技術的
な課題の解決のために、電気光学効果を有する基板の形
状を少なくとも厚さ方向或いは長手方向に対して不均一
にしたことを特徴とする光導波路デバイスを提供する。
即ち、電気光学効果を有する基板（１）の上に、少なく
とも光導波路（２）と導波光を制御する信号電極（３）
及び接地電極（４）からなる光導波路デバイスであっ
て、基板（１）の形状が、少なくとも厚さ方向或いは長
手方向に対して不均一であることを特徴とする光導波路
デバイスを提供する。更に、基板（１）がＬｉＮｂＯ₃
であるものが、好適である。そして、基板の形状は、台
形で構成されているものが好適である。更に、光導波路
デバイスはマッハ・ツェンダ型光変調器であるものが好
適である。

【０００９】

【作用】本発明者は、以上のように、従来の光導波路で
生じる望ましくない共振現象は、ピエゾ効果、即ち圧電
効果により、励振された弾性波であることを見出した。
従って、この共振現象は、基板の形状に大きく依存する
ことが、明らかである。即ち、印加された電気信号によ
り生じる弾性波は、基板の形状が直方体、即ち、電極を
形成した面が、長方形であると、電極或いは基板の長手
方向に対して、電極から励振された弾性波の共振周波数
が、各基板断面方向の形状が同じであるために、一致し
てしまい、結果として、変調器或いは電界センサの周波
数特性に大きなデイップ（変動）が生じてしまっていた
ことが、分かった。

【００１０】そこで、基板の形状を、少なくとも厚さ方
向或いは長手方向に対して、不均一にすることにより、
弾性波による共振周波数を、各断面方向で分散させ、変
調器或いは電界センサの周波数特性を改善するものであ
る。

【００１１】次に、本発明を具体的に実施例により説明
するが、本発明はそれらによって限定されるものではな
い。

【００１２】以下、各々、図面を参照して、本発明の具
体的な光変調器の構造を、詳細に説明する。ここでは、
ＬｉＮｂＯ₃ 基板にＴｉを熱拡散させたマッハ・ツェン
ダ型光変調器を例示して説明する。

【００１３】

【実施例１】図２は、本発明による光導波路デバイス
を、マッハ・ツェンダー型光変調器を例にして説明する
ための平面図である。即ち、図２に示すように、電気光
学効果を有する基板：ＬｉＮｂＯ₃ ウェーハ１の上に、
フォトレジストをスピンコートにより、５０００〜７０
００Åの厚さに形成し、マッハ・ツェンダ干渉計をなす
ように分岐導波路２を形成する。導波路２の幅は、７μ
ｍであり、分岐された導波路同志の間隔は２５μｍであ
る。ここにＴｉを８００Åの厚さに形成し、リフトオフ
によりＴｉパターンを作成した。これを、１０００℃、
１０時間空気中で熱拡散させ、光導波路を形成した。

【００１４】ここで、図示はないが、光導波路１を伝搬
する光波のエネルギーが電極により吸収されるのを防ぐ
ために、酸化シリコンを５０００ÅＬｉＮｂＯ₃ 基板１
上に成膜した。各々の導波路の上に導波路を伝搬する光
波を制御、変調するための電極３、４を、図示のよう
に、非対称に形成する。この電極の形状は、非対称形で
あるが、対称形或いはその他の特殊な形状のものであっ
ても良い。

【００１５】この電極を形成した後、ＬｉＮｂＯ₃ ウェ
ーハから、図２に示すように、導波路素子を電極面を上
にして、上面から見て、台形の形になるように切り出し
た。導波路素子の寸法は、厚さ０．５ｍｍ、上底の長さ
０．６ｍｍ、下底の長さ１．２ｍｍ、全長を５０ｍｍと
した。基板１の形状を、長手方向に対して、図示のよう
に、長短の電極になるようにすることにより、弾性波に
よる共振周波数は、各断面方向で分散され、減衰され、
変調器或いは電界センサの周波数特性が改善される。

【００１６】次に、光導波路の端面を光学研磨した後、
図２に示していないが、光ファイバーを導波路の入出射
面に紫外線硬化接着剤を用いて、固定した。また信号電
極３と接地電極４は、各々、電気コネクターに接続され
る。コネクターに電気信号源を接続すれば、変調器とし
て働き、また、電界センサ用のアンテナを接続すれば、
電界センサとして働く。

【００１７】そこで、従来の光導波路による光変調器の
周波数特性を測定した結果を、図６に示す。即ち、横軸
に光変調器に印加した電気信号の周波数を示し、縦軸に
は光変調器の光応答をデシベルで表示したものである。
従来の光変調器の周波数特性には、いくつかの周波数に
おいて、共振による大きなスパイクが見られる。これに
対して、本発明による光導波路を使用した光変調器の周
波数特性を測定した結果を、図７に示す。横軸及び縦軸
のスケ−ルは、図６と同じで表わす。図７を見ると、従
来の変調器に見られた大きなスパイクが無くなり、大幅
に変調器の周波数特性が改善されていることが分かる。

【００１８】

【実施例２】図４は、本発明の他の実施例を示す斜視図
である。即ち、実施例１では、基板１の上面の形状を台
形にしていたが、この実施例では、基板１の厚さを不均
一にし、例えば、図４の斜視図に示すように、横方向の
断面が台形になるようにする。このような形状の光導波
路デバイスでは、表面弾性波の共振周波数は、各基板１
の断面方向の形状が異なるために、分散される。即ち、
基板１の形状は、厚さ方向に対して、深浅になり、弾性
波による共振周波数が、各断面方向で分散され、変調器
或いは電界センサの周波数特性は改善される。

【００１９】

【実施例３】また、図５に、その他の実施例を示す。即
ち、基板１の形状を階段状に変化させたものである。即
ち、基板１の形状は、長手方向に対して、階段状になっ
ており、弾性波による共振周波数が、各断面方向で分散
され、変調器或いは電界センサの周波数特性は改善され
る。そして、各々の導波路２の上に導波路２を伝搬する
光波を制御、変調するための電極３、４を、図示のよう
に、非対称に形成する。

【００２０】ここでは、ＬｉＮｂＯ₃ 基板１に、Ｔｉを
熱拡散させたマッハ・ツェンダ型光変調器を例として上
げたが、基板の材料は、ＬｉＮｂＯ₃結晶の他にＬｉＴ
ａＯ₃、ＴａＮｂＯ₃やＰＬＺＴなどの電気光学効果を有
するものならば、どれでも使用できることは言うまでも
ない。また、ＬｉＮｂＯ₃ 等、光導波路を形成すること
ができる材料すべてに対しても利用することができる。
また、実施例で説明した製作工程は、一例であって、本
発明の目的にかなうものであれば、使用する材料、構
成、製作過程など種々を組合わせたり、異なるものを用
いても良い。

【００２１】以上の実施例では、マッハ・ツェンダ型光
変調器を用いて、説明したが、導波路の形が、方向性結
合器や直線導波路であってもよい。また、光スイッチや
導波路型偏光補償器等にも、同様に、利用することがで
きることは、自明である。

【００２２】以上の実施例１、２、３の構造の光導波路
デバイスをケ−スに固定し、信号電極と接地電極を各々
配線し、光の入出力のためのファイバーを取り付け、光
導波路モジュールを完成することができる。このモジュ
ールの入射ファイバー側に、例えば１．５５μｍのＤＦ
Ｂレーザ光を接続し、レーザ光の出力強度は一定にして
おくと、光通信用光導波路を構成することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光導波路
デバイスの構造により、次のような顕著な技術的効果が
得られた。第１に、従来の光変調器の周波数特性にあっ
た大きなデイップが、導波路基板の形状を、少なくとも
厚さ方向或いは長手方向に対し不均一にすることによ
り、大幅に低減させることができる。第２に、従って、
光変調器や電界センサの実用化に大きく貢献することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の変調器の上面の構成を示す平面図であ
る。

【図２】本発明の光導波路デバイスの構造の具体例を示
す平面図である。

【図３】従来のマッハ・ツェンダ型変調器の構造を示す
斜視図である。

【図４】本発明の光導波路デバイスの構造の他の具体例
を示す斜視図である。

【図５】本発明の光導波路デバイスの構造の他の具体例
を示す上面図である。

【図６】従来の変調器の周波数特性を表すグラフであ
る。

【図７】本発明の変調器による周波数特性を表したグラ
フである。

【符号の説明】１ＬｉＮｂＯ₃ 基板２分岐光導波路３信号電極４接地電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桑原伸夫東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/035 G02F 1/313 G01R 29/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電気光学効果を有する基板（１）に、少
なくとも光導波路（２）と導波光を制御する信号電極
（３）及び接地電極（４）からなる光導波路デバイスで
あって、前記基板（１）の形状が、少なくとも厚さ方向或いは長
手方向に対して形状が不均一であることを特徴とする前
記光導波路デバイス。
【請求項２】前記の基板の形状は、台形で構成されて
いることを特徴とする請求項１に記載の光導波路デバイ
ス。
【請求項３】前記の光導波路デバイスはマッハ・ツェ
ンダ型光変調器である請求項１に記載の光導波路デバイ
ス。
【請求項４】前記の光導波路デバイスは、電界センサ
である請求項１に記載の光導波路デバイス。
【請求項５】前記基板（１）が、ＬｉＮｂＯ₃ である
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路デバイス。