JP2847660B2 - 導波路型光変調器 - Google Patents
導波路型光変調器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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- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
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- G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
- G02F1/0356—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide structure
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- G—PHYSICS
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は導波路型光変調器、さら
に詳細には電気光学効果を応用し、特に低電圧で駆動す
る光変調器に関するものである。
に詳細には電気光学効果を応用し、特に低電圧で駆動す
る光変調器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電気光学効果は、光学媒体に電界を印加
した場合に、この媒体の屈折率が変化する現象であり、
二次の光非線形性に起因する線形電気光学効果（ポッケ
ルス効果）と、三次の光非線形性に起因する二次電気光
学効果（カー効果）とがある。実用的には、二次の非線
形定数の方が三次の非線形定数に比べて数桁も大きいた
め、二次の非線形性を利用した電気光学効果が多く用い
られている。この効果を利用した導波路型光変調器は光
集積回路に組み入れられ、半導体レーザなどの高速外部
変調に応用できるため、動作速度の速い（変調帯域の広
い）光変調器が強く求められている。この種の外部変調
器としては、光強度変調器、光位相変調器などがある。
した場合に、この媒体の屈折率が変化する現象であり、
二次の光非線形性に起因する線形電気光学効果（ポッケ
ルス効果）と、三次の光非線形性に起因する二次電気光
学効果（カー効果）とがある。実用的には、二次の非線
形定数の方が三次の非線形定数に比べて数桁も大きいた
め、二次の非線形性を利用した電気光学効果が多く用い
られている。この効果を利用した導波路型光変調器は光
集積回路に組み入れられ、半導体レーザなどの高速外部
変調に応用できるため、動作速度の速い（変調帯域の広
い）光変調器が強く求められている。この種の外部変調
器としては、光強度変調器、光位相変調器などがある。
【０００３】従来の外部変調器の例として、図５にその
斜視図を示す無機強誘電性結晶ＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）を
用いた光強度変調器（文献：井筒ら、電子通信学会論文
誌、J64-C巻、４号、２６４頁、１９８１年）がある。
ここで、変調用電極１はＡｕもしくはＣｕなどの金属層
からなる進行波電極であり、対称もしくは非対称平面ス
トリップ線路が使用されている。光導波路部分２は、適
当な方位で切り出されたＬＮ結晶３に、Ｔｉイオンなど
を内部拡散させて屈折率を増加させた部分である。入射
光は入口付近のＹ分岐で２つのボートに分岐され、片方
のボートを伝搬する光は電極１により印加されるマイク
ロ波と相互作用して位相変化を起こす。この位相変化を
生じた光波は他のボートを伝搬してきた（位相変化のな
い）光波と出口付近のＹ分岐で合流し、重ね合わせられ
た光波は位相変化に起因する強度変化を引き起こす。
斜視図を示す無機強誘電性結晶ＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）を
用いた光強度変調器（文献：井筒ら、電子通信学会論文
誌、J64-C巻、４号、２６４頁、１９８１年）がある。
ここで、変調用電極１はＡｕもしくはＣｕなどの金属層
からなる進行波電極であり、対称もしくは非対称平面ス
トリップ線路が使用されている。光導波路部分２は、適
当な方位で切り出されたＬＮ結晶３に、Ｔｉイオンなど
を内部拡散させて屈折率を増加させた部分である。入射
光は入口付近のＹ分岐で２つのボートに分岐され、片方
のボートを伝搬する光は電極１により印加されるマイク
ロ波と相互作用して位相変化を起こす。この位相変化を
生じた光波は他のボートを伝搬してきた（位相変化のな
い）光波と出口付近のＹ分岐で合流し、重ね合わせられ
た光波は位相変化に起因する強度変化を引き起こす。
【０００４】この光変調器の場合、電極１は進行波電極
として構成されているため、理想的には電気回路的な帯
域幅の制限はない。また、電極１を伝搬するマイクロ波
と光波の伝搬速度が一致する限りは、入射光が光導波路
２を走行する時間の影響による帯域幅の制限もないの
で、一般に高速動作の光変調器に使用される。
として構成されているため、理想的には電気回路的な帯
域幅の制限はない。また、電極１を伝搬するマイクロ波
と光波の伝搬速度が一致する限りは、入射光が光導波路
２を走行する時間の影響による帯域幅の制限もないの
で、一般に高速動作の光変調器に使用される。
【０００５】しかし、実際にはマイクロ波と光の速度差
があり、これによって帯域幅が制限される。マイクロ波
と光に対するＬＮ結晶の等価屈折率をそれぞれｎm、
ｎo、導波路上の電極の長さをｌと表すと、この速度差
によって生じる帯域幅ＢＷは、
があり、これによって帯域幅が制限される。マイクロ波
と光に対するＬＮ結晶の等価屈折率をそれぞれｎm、
ｎo、導波路上の電極の長さをｌと表すと、この速度差
によって生じる帯域幅ＢＷは、
【０００６】 ＢＷ＝１．４ｃ／（π１｜ｎm−ｎo｜） （１） ただし、ｃは光速
【０００７】となる。ここでｎoは１．３μｍ帯で約
２．３であり、ｎmは近似的に次式で見積ることができ
約４．２である。
２．３であり、ｎmは近似的に次式で見積ることができ
約４．２である。
【０００８】 ｎm＝［（１＋εg）／２］1/2 （２） ただし、εgは導波路を構成する結晶の誘電率
【０００９】このように従来の光変調器では導波路を構
成する結晶自体の誘電率（約３４）が大きいために、マ
イクロ波の等価屈折率が結晶の屈折率を大きく上回り、
マイクロ波と光波の位相速度差による帯域制限を受け
る。また、この速度不整合を改善するには、（１）式か
らわかるように、マイクロ波と光波の相互作用長（電極
長）ｌを短くする必要がある。しかし、電極長ｌを短く
すると、駆動電圧が大きくなるため変調効率が低下する
という欠点を有していた。
成する結晶自体の誘電率（約３４）が大きいために、マ
イクロ波の等価屈折率が結晶の屈折率を大きく上回り、
マイクロ波と光波の位相速度差による帯域制限を受け
る。また、この速度不整合を改善するには、（１）式か
らわかるように、マイクロ波と光波の相互作用長（電極
長）ｌを短くする必要がある。しかし、電極長ｌを短く
すると、駆動電圧が大きくなるため変調効率が低下する
という欠点を有していた。
【００１０】これに対し、有機高分子材料からなる非線
形光学材料は、誘電率が無機材料に比べて小さく、上記
の速度不整合の問題を大幅に改善できる見込がある上
に、薄膜化などの加工性に富み、しかも広い波長域で二
次の非線形光学系数χ（２）が大きいなど、高性能な光
変調器用材料として期待されている。
形光学材料は、誘電率が無機材料に比べて小さく、上記
の速度不整合の問題を大幅に改善できる見込がある上
に、薄膜化などの加工性に富み、しかも広い波長域で二
次の非線形光学系数χ（２）が大きいなど、高性能な光
変調器用材料として期待されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、光変調
器用材料として有機高分子材料は種々の利点を有する
が、現実には変調効率の向上に有効な単一モード導波路
構造を有し、マイクロ波と光の速度整合が達成されるよ
うに電極構造を最適化した光変調器について、有機高分
子材料を用いた例はほとんどない。さらに、このような
有機高分子材料を用いた低損失で５Ｖ以下の低い電圧で
駆動する導波路型光変調器は報告されていない。
器用材料として有機高分子材料は種々の利点を有する
が、現実には変調効率の向上に有効な単一モード導波路
構造を有し、マイクロ波と光の速度整合が達成されるよ
うに電極構造を最適化した光変調器について、有機高分
子材料を用いた例はほとんどない。さらに、このような
有機高分子材料を用いた低損失で５Ｖ以下の低い電圧で
駆動する導波路型光変調器は報告されていない。
【００１２】本発明はこのような背景の下になされたも
のであり、その目的は現状の光変調器が抱える上記の問
題点を解決し、低損失で低電圧駆動の光変調器を提供す
ることにある。
のであり、その目的は現状の光変調器が抱える上記の問
題点を解決し、低損失で低電圧駆動の光変調器を提供す
ることにある。
【００１３】
【問題点を解決するための手段】本発明においては、最
上部（もしくは下部の酸化シリコン膜）上に金属からな
るコプレーナ電極を配した構造をとる光変調器におい
て、一次電気光学効果を示す有機高分子材料をコア層材
料に用い、周囲のクラッド層材料との比屈折率差を最適
化して単一モード導波路とし、かつ下部の酸化シリコン
膜（もしくは上部クラッド層）上に別の接地電極を設け
ることで電界の閉じ込めを強くして、低電圧で変調動作
を行なうことを特徴とする。
上部（もしくは下部の酸化シリコン膜）上に金属からな
るコプレーナ電極を配した構造をとる光変調器におい
て、一次電気光学効果を示す有機高分子材料をコア層材
料に用い、周囲のクラッド層材料との比屈折率差を最適
化して単一モード導波路とし、かつ下部の酸化シリコン
膜（もしくは上部クラッド層）上に別の接地電極を設け
ることで電界の閉じ込めを強くして、低電圧で変調動作
を行なうことを特徴とする。
【００１４】従来の技術とは、大きな一次電気光学効果
を示す有機高分子材料からなる単一モード導波路構造を
有している点と、コプレーナ線路型電極とは別に下部の
酸化シリコン膜（もしくは上部クラッド層）上に接地電
極を配した点が異なる。
を示す有機高分子材料からなる単一モード導波路構造を
有している点と、コプレーナ線路型電極とは別に下部の
酸化シリコン膜（もしくは上部クラッド層）上に接地電
極を配した点が異なる。
【００１５】
【作用】本発明のコプレーナ線路型電極と接地電極の両
方を配した構造をとる光変調器では、図５に記載したよ
うな従来の対称もしくは非対称のコプレーナ電極のみを
有する光変調器に比べて、変調用電気信号の電界の閉じ
込めが大きく、電界と導波光との重なりが大きいため、
駆動電圧の低減化が容易である。
方を配した構造をとる光変調器では、図５に記載したよ
うな従来の対称もしくは非対称のコプレーナ電極のみを
有する光変調器に比べて、変調用電気信号の電界の閉じ
込めが大きく、電界と導波光との重なりが大きいため、
駆動電圧の低減化が容易である。
【００１６】図１はコプレーナ線路型電極を伝搬するマ
イクロ波と光波の重なり積分Γと、上部クラッド層と上
部接地電極とのエアギャップｇの関係を計算した結果で
ある。計算に際しては、該コプレーナ電極は下部の酸化
シリコン膜上に形成し、導波路の膜厚を２μｍ、該導波
路と上下のクラッド層を併せた膜厚を１０μｍと仮定し
ている。図から明らかなように、ギャップｇが小さくな
るにつれてΓは大きくなり、上部クラッド層上に接地電
極を形成した場合（ｇ＝０μｍ）に最もΓが大きくな
る。重なり積分Γは駆動電圧と逆比例の関係にあるた
め、Γが大きいほうが駆動電圧は低くなる。同様な駆動
電圧低減の効果は、コプレーナ電極を上部クラッド層上
に形成し、接地電極を下部の酸化シリコン膜上に形成し
ても認められる。
イクロ波と光波の重なり積分Γと、上部クラッド層と上
部接地電極とのエアギャップｇの関係を計算した結果で
ある。計算に際しては、該コプレーナ電極は下部の酸化
シリコン膜上に形成し、導波路の膜厚を２μｍ、該導波
路と上下のクラッド層を併せた膜厚を１０μｍと仮定し
ている。図から明らかなように、ギャップｇが小さくな
るにつれてΓは大きくなり、上部クラッド層上に接地電
極を形成した場合（ｇ＝０μｍ）に最もΓが大きくな
る。重なり積分Γは駆動電圧と逆比例の関係にあるた
め、Γが大きいほうが駆動電圧は低くなる。同様な駆動
電圧低減の効果は、コプレーナ電極を上部クラッド層上
に形成し、接地電極を下部の酸化シリコン膜上に形成し
ても認められる。
【００１７】また、本発明の光変調器では、一次電気光
学効果を示す有機高分子材料をコア層材料に用い、周囲
のクラッド層材料との比屈折率差を最適化して単一モー
ド導波路としている。このため上下の電極間隔を狭くし
ても、電極を構成する金属による光損失を実用上問題に
ならない範囲に抑えることが可能となり、本発明の目的
である低電圧駆動を行なうことができるようになる。本
発明の光変調器では、該有機高分子からなる導波路の膜
厚を２μｍ以下、該導波路と上下のクラッド層を併せた
膜厚を１０μｍ以下とする。図２は単一モード条件を満
たす方形光導波路の寸法ｗおよびｄと、導波路とそれに
接する上下クラッド層の比屈折率差Δｎ2との関係を、
等価屈折率法で計算した結果である。ここでΔｎ3は該
導波路とそれに接する左右クラッド層の比屈折率差であ
る。図からわかるように、導波路の膜厚を２μｍ以下、
該導波路と上下クラッド層を併せた膜厚を１０μｍ以下
とする場合には、該導波路と左右のクラッド層の比屈折
率差Δｎ3を０．５％以下、該導波路と上下のクラッド
層の比屈折率差Δｎ2を２％とすれば、導波路幅ｗが細
径（５μｍ径）偏波保持ファイバとのモードマッチング
が最適となる４〜６μｍで、単一モード導波路となる。
学効果を示す有機高分子材料をコア層材料に用い、周囲
のクラッド層材料との比屈折率差を最適化して単一モー
ド導波路としている。このため上下の電極間隔を狭くし
ても、電極を構成する金属による光損失を実用上問題に
ならない範囲に抑えることが可能となり、本発明の目的
である低電圧駆動を行なうことができるようになる。本
発明の光変調器では、該有機高分子からなる導波路の膜
厚を２μｍ以下、該導波路と上下のクラッド層を併せた
膜厚を１０μｍ以下とする。図２は単一モード条件を満
たす方形光導波路の寸法ｗおよびｄと、導波路とそれに
接する上下クラッド層の比屈折率差Δｎ2との関係を、
等価屈折率法で計算した結果である。ここでΔｎ3は該
導波路とそれに接する左右クラッド層の比屈折率差であ
る。図からわかるように、導波路の膜厚を２μｍ以下、
該導波路と上下クラッド層を併せた膜厚を１０μｍ以下
とする場合には、該導波路と左右のクラッド層の比屈折
率差Δｎ3を０．５％以下、該導波路と上下のクラッド
層の比屈折率差Δｎ2を２％とすれば、導波路幅ｗが細
径（５μｍ径）偏波保持ファイバとのモードマッチング
が最適となる４〜６μｍで、単一モード導波路となる。
【００１８】本発明の光変調器では導波路を構成する有
機高分子自体の誘電率（約３．６）が小さいために、マ
イクロ波の等価屈折率が有機高分子の屈折率とほぼ等し
くなり、マイクロ波と光波の位相速度差による帯域制限
を受けない。このため、マイクロ波と光波の相互作用長
（電極長）ｌを短くする必要がない。
機高分子自体の誘電率（約３．６）が小さいために、マ
イクロ波の等価屈折率が有機高分子の屈折率とほぼ等し
くなり、マイクロ波と光波の位相速度差による帯域制限
を受けない。このため、マイクロ波と光波の相互作用長
（電極長）ｌを短くする必要がない。
【００１９】さらに、本発明の光変調器ではコプレーナ
線路型電極の中心導体幅と、水平方向の接地電極とのギ
ャップを最適化して、同軸ケーブルとのインピーダンス
整合をとることができ、広い周波数帯域のマイクロ波を
変調用電気信号として使用することができる。
線路型電極の中心導体幅と、水平方向の接地電極とのギ
ャップを最適化して、同軸ケーブルとのインピーダンス
整合をとることができ、広い周波数帯域のマイクロ波を
変調用電気信号として使用することができる。
【００２０】本発明の用いる二次光非線形感受率の大き
な物質が溶解している、もしくは結合している高分子材
料としては、低損失化が容易で加工の自由度が大きいと
いう理由から、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）
を代表とするアクリル酸エステル系樹脂、ポリスチレン
系樹脂、これらの樹脂の重水素置換体、あるいは特願平
３−２６９７２８号の記載されているようなフッ素原子
を含有する樹脂に、特願平３−１８４０８０号もしくは
特願平４−２００７４号に記載されているようなスチル
ベン化合物、アゾ化合物あるいはアゾメチン化合物から
なる有機色素化合物を高分子中に分散、もしくは高分子
の側鎖に結合させた材料を用いることができる。
な物質が溶解している、もしくは結合している高分子材
料としては、低損失化が容易で加工の自由度が大きいと
いう理由から、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）
を代表とするアクリル酸エステル系樹脂、ポリスチレン
系樹脂、これらの樹脂の重水素置換体、あるいは特願平
３−２６９７２８号の記載されているようなフッ素原子
を含有する樹脂に、特願平３−１８４０８０号もしくは
特願平４−２００７４号に記載されているようなスチル
ベン化合物、アゾ化合物あるいはアゾメチン化合物から
なる有機色素化合物を高分子中に分散、もしくは高分子
の側鎖に結合させた材料を用いることができる。
【００２１】本発明の光変調器において、導波路の上下
左右のクラッド層に使用される材料としては、コア層を
構成する上記のような有機高分子材料よりも屈折率の小
さいものであれば特に限定するものでないが、例えばエ
ポキシ系あるいはアクリル系の紫外線硬化樹脂を挙げる
ことができる。
左右のクラッド層に使用される材料としては、コア層を
構成する上記のような有機高分子材料よりも屈折率の小
さいものであれば特に限定するものでないが、例えばエ
ポキシ系あるいはアクリル系の紫外線硬化樹脂を挙げる
ことができる。
【００２２】本発明の光変調器に使用される上記の有機
高分子に分極処理を施す場合には、光変調器を一対の電
極間に挟み込み、該有機高分子のガラス転移温度（約１
００〜１５０℃）以上に加熱し、電極間に高電圧を印加
して、該有機高分子の電場配向を行なう。その後、高電
圧を印加したまま徐々に冷却して配向を凍結させる。こ
のようにすることにより、導波路のコア部に一次電気化
学効果を付与、発現させることができる。
高分子に分極処理を施す場合には、光変調器を一対の電
極間に挟み込み、該有機高分子のガラス転移温度（約１
００〜１５０℃）以上に加熱し、電極間に高電圧を印加
して、該有機高分子の電場配向を行なう。その後、高電
圧を印加したまま徐々に冷却して配向を凍結させる。こ
のようにすることにより、導波路のコア部に一次電気化
学効果を付与、発現させることができる。
【００２３】次に実施例に従い、本発明の導波路型光変
調器を具体的に説明する。
調器を具体的に説明する。
【００２４】
【実施例１】図３は本発明の導波路型光強度変調器の断
面図である。図３に示すように、酸化シリコン膜５を熱
酸化法で形成したシリコン基板４上に、金からなる下部
接地電極６をメッキ法で該酸化シリコン膜５上に形成し
た後、エポキシ系紫外線硬化樹脂を４μｍ厚に塗布し
て、下部クラッド層７を形成した。この上に化１の有機
高分子をスピンコート法により２μｍ厚に塗布した後、
マッハツェンダー干渉計型の導波路パターンマスクを用
いて、特願平３−２５４３５２号に記載の手法により、
２×５μｍの寸法を有するチャネル導波路層８を形成し
た。次に、この上にエポキシ系紫外線硬化樹脂を厚めに
塗布した後、反応性イオンエッチングにより導波路と同
じ高さまでエッチングし、導波路の左右のクラッド層９
を形成した。この時、左右のクラッド層に用いたエポキ
シ系紫外線硬化樹脂は、チャネル導波路層８との比屈折
率差が０．３％のものを用いた。この上にエピキシ系紫
外線硬化樹脂を４μｍ厚に塗布して上部クラッド層１０
を形成した。ここで、上下のクラッド層７および１０に
用いたエポキシ系紫外線硬化樹脂は、チャネル導波路層
８との比屈折率差が２％のものを用いた。さらに、該上
部クラッド層１０の上に、マッハツェンダー干渉計型チ
ャネル導波路８の一方のアームの上に重なるように、金
からなる中心導体幅２０μｍ、厚さ５μｍ、ギャップ１
０μｍのコプレーナ線路型電極１１をメッキ法で形成し
た。チャネル導波路と重なったコプレーナ線路型電極１
１の長さは１５ｍｍとした。
面図である。図３に示すように、酸化シリコン膜５を熱
酸化法で形成したシリコン基板４上に、金からなる下部
接地電極６をメッキ法で該酸化シリコン膜５上に形成し
た後、エポキシ系紫外線硬化樹脂を４μｍ厚に塗布し
て、下部クラッド層７を形成した。この上に化１の有機
高分子をスピンコート法により２μｍ厚に塗布した後、
マッハツェンダー干渉計型の導波路パターンマスクを用
いて、特願平３−２５４３５２号に記載の手法により、
２×５μｍの寸法を有するチャネル導波路層８を形成し
た。次に、この上にエポキシ系紫外線硬化樹脂を厚めに
塗布した後、反応性イオンエッチングにより導波路と同
じ高さまでエッチングし、導波路の左右のクラッド層９
を形成した。この時、左右のクラッド層に用いたエポキ
シ系紫外線硬化樹脂は、チャネル導波路層８との比屈折
率差が０．３％のものを用いた。この上にエピキシ系紫
外線硬化樹脂を４μｍ厚に塗布して上部クラッド層１０
を形成した。ここで、上下のクラッド層７および１０に
用いたエポキシ系紫外線硬化樹脂は、チャネル導波路層
８との比屈折率差が２％のものを用いた。さらに、該上
部クラッド層１０の上に、マッハツェンダー干渉計型チ
ャネル導波路８の一方のアームの上に重なるように、金
からなる中心導体幅２０μｍ、厚さ５μｍ、ギャップ１
０μｍのコプレーナ線路型電極１１をメッキ法で形成し
た。チャネル導波路と重なったコプレーナ線路型電極１
１の長さは１５ｍｍとした。
【００２５】この導波路型光変調器に平行平板電極によ
る分極処理を施した後、波長１．５５μｍのレーザ光を
端面より入射して出射光の近視野像を測定したところ、
単一モードのみが伝搬していることが確認できた。さら
に、同軸ケーブルを介してマイクロ波を入力したとこ
ろ、２０ＧＨｚまで約４Ｖの駆動電圧で光強度変調がで
きることがわかった。
る分極処理を施した後、波長１．５５μｍのレーザ光を
端面より入射して出射光の近視野像を測定したところ、
単一モードのみが伝搬していることが確認できた。さら
に、同軸ケーブルを介してマイクロ波を入力したとこ
ろ、２０ＧＨｚまで約４Ｖの駆動電圧で光強度変調がで
きることがわかった。
【００２６】
【化１】
【００２７】
【実施例２】図４は本発明の導波路型光強度変調器の断
面図である。図４に示すように、酸化シリコン膜１３を
熱酸化法で形成したシリコン基板１２上に、金からなる
中心導体幅７μｍ、厚さ５μｍ、ギャップ８μｍのコプ
レーナ線路型電極１４をメッキ法で形成した。この上に
エポキシ系紫外線硬化樹脂を４μｍ厚に塗布して、下部
クラッド層１５を形成した。この上に化２の有機高分子
をスピンコート法により２μｍ厚に塗布した後、マッハ
ツェンダー干渉計型の導波路パターンマスクを上から重
ねて紫外線で露光し、２×５μｍの寸法を有するチャネ
ル導波路層１６と、この導波路層の左右のクラッド層１
７とを形成した。この時、紫外線の露光量を調整して、
チャネル導波路層１６と左右のクラッド層１７との比屈
折率差が、０．２％〜０．５％になるようにした。ま
た、チャネル導波路と重なったコプレーナ線路型電極１
４の長さは１５ｍｍとした。次に、この上にエポキシ系
紫外線硬化樹脂を４μｍ厚に塗布して上部クラッド層１
８を形成した。ここで、上下のクラッド層１５および１
８に用いたエポキシ系紫外線硬化樹脂は、チャネル導波
路層１６との比屈折率差が２％のものを用いた。さら
に、該上部クラッド層１８の上に、上部接地電極１９を
メッキ法で形成した。
面図である。図４に示すように、酸化シリコン膜１３を
熱酸化法で形成したシリコン基板１２上に、金からなる
中心導体幅７μｍ、厚さ５μｍ、ギャップ８μｍのコプ
レーナ線路型電極１４をメッキ法で形成した。この上に
エポキシ系紫外線硬化樹脂を４μｍ厚に塗布して、下部
クラッド層１５を形成した。この上に化２の有機高分子
をスピンコート法により２μｍ厚に塗布した後、マッハ
ツェンダー干渉計型の導波路パターンマスクを上から重
ねて紫外線で露光し、２×５μｍの寸法を有するチャネ
ル導波路層１６と、この導波路層の左右のクラッド層１
７とを形成した。この時、紫外線の露光量を調整して、
チャネル導波路層１６と左右のクラッド層１７との比屈
折率差が、０．２％〜０．５％になるようにした。ま
た、チャネル導波路と重なったコプレーナ線路型電極１
４の長さは１５ｍｍとした。次に、この上にエポキシ系
紫外線硬化樹脂を４μｍ厚に塗布して上部クラッド層１
８を形成した。ここで、上下のクラッド層１５および１
８に用いたエポキシ系紫外線硬化樹脂は、チャネル導波
路層１６との比屈折率差が２％のものを用いた。さら
に、該上部クラッド層１８の上に、上部接地電極１９を
メッキ法で形成した。
【００２８】この導波路型光変調器に平行平板電極によ
る分極処理を施した後、波長１．５５μｍのレーザ光を
端面より入射して出射光の近視野像を測定したところ、
単一モードのみが伝搬していることが確認できた。さら
に、同軸ケーブルを介してマイクロ波を入力したとこ
ろ、２０ＧＨｚまで約３Ｖの駆動電圧で光強度変調がで
きることがわかった。
る分極処理を施した後、波長１．５５μｍのレーザ光を
端面より入射して出射光の近視野像を測定したところ、
単一モードのみが伝搬していることが確認できた。さら
に、同軸ケーブルを介してマイクロ波を入力したとこ
ろ、２０ＧＨｚまで約３Ｖの駆動電圧で光強度変調がで
きることがわかった。
【００２９】
【化２】
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による導波
路型光変調器は、一次電気光学効果が大きな有機高分子
材料をチャネル導波路層材料に用い、周囲のクラッド層
材料との比屈折率差を最適化して単一モード導波路と
し、かつコプレーナ線路型電極の電界の閉じ込めを大き
くするために、別に接地電極を設けている。さらに、上
下の電極間を狭くしているために、極めて低い駆動電圧
で変調動作を実現できる。
路型光変調器は、一次電気光学効果が大きな有機高分子
材料をチャネル導波路層材料に用い、周囲のクラッド層
材料との比屈折率差を最適化して単一モード導波路と
し、かつコプレーナ線路型電極の電界の閉じ込めを大き
くするために、別に接地電極を設けている。さらに、上
下の電極間を狭くしているために、極めて低い駆動電圧
で変調動作を実現できる。
【図１】本発明導波路型光変調器のマイクロ波・光波の
重なり特性図。
重なり特性図。
【図２】本発明導波路型光変調器の単一モード条件を与
える導波路パラメータ特性図。
える導波路パラメータ特性図。
【図３】本発明による導波路型光強度変調器の構成。
【図４】本発明による導波路型光強度変調器の構成。
【図５】従来の導波路型光強度変調器の斜視図。
１ 変調用電極 ２ 光導波路部 ３ ＬＮ結晶 ４ シリコン基板 ５ 酸化シリコン膜 ６ 下部接地電極 ７ 下部クラッド層 ８ チャネル導波路層 ９ クラッド層 １０ 上部クラッド層 １１ コプレーナ導波路型電極 １２ シリコン基板 １３ 酸化シリコン膜 １４ コプレーナ線路型電極 １５ 下部クラッド層 １６ チャネル導波路層 １７ クラッド層 １８ 上部クラッド層 １９ 上部接地電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小沢口 治樹 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−60510（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖ ｏｌ．３ Ｎｏ．11 ｐｐ．1003−1006 （Ｎｏｖｅｍｂｅｒ 1991）Ｙ．Ｓｕｔ ｏ ｅｔ．ａｌ．「Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐ ｔｉｃ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｉ ｏｎ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄ−ｈａｒｍ ｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｎｏｖｅｌ ｄｉａｚｏ−ｄｙｅ−ｓ ｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ ｐｏｌｅｄｐｏ ｌｙｍｅｒｓ」 ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖ ｏｌ．１ Ｎｏ．２ ｐｐ．33−34 （1989年２月) Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．1337，Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏ ｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｍａｔｅｒ ｉ ａｌｓ ＩＩＩ，ｐｐ．23−34（Ｊｕｌ ｙ 1990），Ｇ．Ｆ．Ｌｉｐｓｃｏｍｂ ｅｔ．ａｌ．，「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅ ｎｔｓ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅ ｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｔ Ｌｏｃｋｈｅｅｄ」 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/01
Claims (2)
- 【請求項１】酸化シリコン膜を上部に形成したシリコン
基板上に、二次光非線形感受率の大きな物質が溶解して
いる、もしくは結合している高分子を分極処理した材料
からなるチャネル導波路層と、この導波路層の左右およ
び上下に、導波路層よりも低屈折率なクラッド層を配
し、該上部クラッド層の上に金属からなるコプレーナ線
路型電極を配した構造をとる導波路型光変調器におい
て、下部の酸化シリコン膜上に、金属からなる下部接地
電極を配するとともに、該導波路層の膜厚を２μｍ以
下、該導波路層と上下のクラッド層を併せた膜厚を１０
μｍ以下とし、該導波路層と左右のクラッド層の比屈折
率差を０．２％〜０．５％、該導波路層と上下のクラッ
ド層の比屈折率差を２％以上とし、下部のコプレーナ線
路型電極の中心体の幅を該導波路層とクラッド層を併せ
た膜厚の約２倍にすることを特徴とする導波路型光変調
器。 - 【請求項２】 酸化シリコン膜を上部に形成したシリコン
基板上に、金属からなるコプレーナ線路型電極を配し、
この上に二次光非線形感受率の大きな物質が溶解してい
る、もしくは結合している高分子を分極処理した材料か
らなるチャネル導波路層と、この導波路層の左右および
上下に、導波路層よりも低屈折率なクラッド層を配した
構造をとる導波路型光変調器において、該上部クラッド
層の上に金属からなる上部接地電極を配するとともに、
該導波路層の膜厚を２μｍ以下、該導波路層と上下のク
ラッド層を併せた膜厚を１０μｍ以下とし、該導波路層
と左右のクラッド層の比屈折率差を０．２％〜０．５
％、該導波路層と上下のクラッド層の比屈折率差を２％
以上とし、下部のコプレーナ線路型電極の中心体の幅を
該導波路層とクラッド層を併せた膜厚の約２倍にするこ
とを特徴とする導波路型光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25067492A JP2847660B2 (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 導波路型光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25067492A JP2847660B2 (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 導波路型光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0675256A JPH0675256A (ja) | 1994-03-18 |
| JP2847660B2 true JP2847660B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=17211363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25067492A Expired - Fee Related JP2847660B2 (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 導波路型光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2847660B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002071960A (ja) * | 2000-08-29 | 2002-03-12 | Institute Of Tsukuba Liaison Co Ltd | ホログラム光拡散体及びその作製方法 |
| JP3929844B2 (ja) | 2002-02-19 | 2007-06-13 | 株式会社フジクラ | 光スイッチ、光アドドロップモジュール及び光通信システム |
| JP4892840B2 (ja) * | 2005-03-01 | 2012-03-07 | 富士ゼロックス株式会社 | 垂直積層型導波路デバイスのポーリング方法及び垂直積層型導波路デバイスの駆動方法 |
| EP1861701A1 (en) * | 2005-03-25 | 2007-12-05 | University Of Dayton | Characterization technique for dielectric properties of polymers |
| JP2007293239A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-11-08 | Hitachi Chem Co Ltd | 光モジュール |
| JP4589354B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2010-12-01 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調素子 |
| JP4187771B2 (ja) | 2007-03-30 | 2008-11-26 | 住友大阪セメント株式会社 | 光制御素子 |
| US7922975B2 (en) * | 2008-07-14 | 2011-04-12 | University Of Dayton | Resonant sensor capable of wireless interrogation |
-
1992
- 1992-08-26 JP JP25067492A patent/JP2847660B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１ Ｎｏ．２ ｐｐ．３３−３４（１９８９年２月） |
| ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３ Ｎｏ．１１ ｐｐ．１００３−１００６（Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９１）Ｙ．Ｓｕｔｏ ｅｔ．ａｌ．「Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄ−ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｎｏｖｅｌ ｄｉａｚｏ−ｄｙｅ−ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ ｐｏｌｅｄｐｏｌｙｍｅｒｓ」 |
| Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１３３７，Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｍａｔｅｒ ｉａｌｓ ＩＩＩ，ｐｐ．２３−３４（Ｊｕｌｙ １９９０），Ｇ．Ｆ．Ｌｉｐｓｃｏｍｂ ｅｔ．ａｌ．，「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｔ Ｌｏｃｋｈｅｅｄ」 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0675256A (ja) | 1994-03-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |