JP4354464B2 - Optical waveguide device - Google Patents
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Description
本発明は、光導波路素子に係り、特に、光変調器に用いられる光導波路素子に関する。 The present invention relates to an optical waveguide device, and more particularly to an optical waveguide device used for an optical modulator.
光ファイバを伝送路として光信号を伝送する光通信システムでは、光源から出射された光(レーザ光)を変調して光信号を生成する外部変調器が利用されている。この外部変調器として、ニオブ酸リチウム(LiNbO3;以下LNと略す)あるいはタンタル酸リチウム(LiTaO3;以下LTと略す)などの強誘電体結晶の基板に、光導波路を形成した光強度変調器が用いられる。 In an optical communication system that transmits an optical signal using an optical fiber as a transmission line, an external modulator that modulates light (laser light) emitted from a light source to generate an optical signal is used. As this external modulator, a light intensity modulator in which an optical waveguide is formed on a ferroelectric crystal substrate such as lithium niobate (LiNbO 3 ; hereinafter abbreviated as LN) or lithium tantalate (LiTaO 3 ; hereinafter abbreviated as LT). Is used.
図5に、従来用いられている光強度変調器の構成を示す(但し同図では基板表面に形成されたバッファ層を省略している)。
光強度変調器20は、LNなどの強誘電体結晶である基板11と、この基板の主面21Aにチタンの熱拡散処理等によって形成したマッハツェンダー型の光導波路12と、信号電極13と、第1および第2接地電極14−1、14−2とを備える。光導波路12は入力導波路121と、2つの分岐光導波路122−1、122−2と、出力導波路123とから構成されている。
FIG. 5 shows a configuration of a conventionally used light intensity modulator (however, the buffer layer formed on the substrate surface is omitted in the figure).
The
入力導波路121に入力された光波は、分岐部124において2つの分岐光導波路122−1、122−2に等しい割合で分岐される。また、信号電極13と第1接地電極14−1、および/または信号電極13と第2接地電極14−2には、外部電源30から所定の変調信号電圧が印加される。そして、この信号電極13からの変調電圧による電界が分岐光導波路122−1、122−2に及び、分岐光導波路を導波する光波は、この変調電界で生じた屈折率変化によって位相の変調を受ける。位相変調されたこれらの光波が結合部125において合波すると、それぞれの光波の位相に応じて、出力導波路123に出力される光波に強度変調が与えられる。
The light wave input to the
図6は、図5に示した光強度変調器20を同図のI‐I線に沿って切断した断面図を示したものである。基板11と信号電極13および各接地電極14−1、14−2との間には、光導波路中を導波する光波のエバネッセント成分がこれら電極によって吸収されるのを防ぐために、酸化シリコン(SiO2)などからなるバッファ層16が設けられている。
FIG. 6 shows a cross-sectional view of the
ここで、光強度変調器20を構成する基板11の材料であるニオブ酸リチウムは、強誘電体であるとともに圧電体でもある。また、図5や図6に示すような光強度変調器20における信号電極13および第1、第2接地電極14−1、14−2は、弾性表面波の発生に用いられる櫛形電極の電極対を一対とした構成に相当する。したがって、変調信号として高速なパルス状の電圧が信号電極13と第1および第2接地電極14−1、14−2の間に印加されると、電気・機械結合によって広い周波数帯域に音響波が発生する。このような音響波のうち、特定の周波数を持ったものは光強度変調器20内において共振し、変調器の応答特性(周波数に対する光出力の応答)にリップルを生じさせるため大きな問題となっている。
Here, lithium niobate that is a material of the
図6を用い、音響波発生のメカニズムを説明する。基板11上に信号電極13および第1、第2接地電極14−1、14−2を形成すると、これら電極の荷重によって、各電極が形成された部分A2、A4、およびA6における基板の密度が変化し、電極が形成されていない部分A1、A3、A5、およびA7における密度に対して差異が生じる。この密度の差は、電極が形成された部分と形成されていない部分とで音響インピーダンスが異なることを意味する。そして、音響インピーダンスの不整合によって、高速パルス電圧を印加した際に発生する表面弾性波が、例えば電極が形成された部分A2と電極が形成されていない部分A1との境界面B1で反射されることになる。このような音響波の反射は、基板11内の他の境界面B2、B3、B4、B5、B6でも同様に生じる。その結果、例えば境界面B2とB3との間で、その境界面の距離に応じた周波数の音響波が共振によって増大する。境界面B2とB3の間には分岐光導波路122−1、122−2があるため、共振する音響波と分岐光導波路を導波する光波とが相互作用する。これにより、当該共振周波数において光導波路素子の応答特性に著しい劣化が引き起こされる。
The mechanism of acoustic wave generation will be described with reference to FIG. When the
こうした音響波による特性劣化の問題に対して、従来いくつかの解決方法が提案されている。例えば、特許文献1には、信号電極や接地電極の電極幅、および電極間の間隔を光導波路の伝搬方向に沿って変化させた光導波路素子の構造が示されている。このような電極の構成をとることによって、光導波路の伝搬方向の各点においては、上述した境界面の間の距離が異なるため共振する音響波の周波数も異なることになる。したがって、光導波路の伝搬方向にわたって同一の周波数の音響波が増強されることがなく、音響波の共振が変調器の応答特性に与える影響を緩和することが可能である。 Several solutions to the problem of characteristic deterioration due to acoustic waves have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a structure of an optical waveguide element in which the electrode width of a signal electrode and a ground electrode and the interval between the electrodes are changed along the propagation direction of the optical waveguide. By adopting such an electrode configuration, at each point in the propagation direction of the optical waveguide, the distance between the boundary surfaces described above is different, so the frequency of the acoustic wave that resonates also differs. Therefore, the acoustic wave having the same frequency is not enhanced over the propagation direction of the optical waveguide, and the influence of the resonance of the acoustic wave on the response characteristic of the modulator can be reduced.
また、特許文献2によれば、電極付近の基板表面に溝を形成することによって上記問題の解決が図られている。形成された溝の壁面は、上述した基板密度の差による境界面よりも強く音響波の反射面として作用する。これを利用し、溝を複数設け、各溝間の距離を光導波路の伝搬方向に沿って変化させることで、特許文献1と同様に音響波の影響を緩和することが可能である。
しかしながら、上記の特許文献1に提案されている方法は、次のような欠点を有している。
第一に、信号電極と接地電極との間隔を光導波路の伝搬方向に沿って変化させると、光導波路と電極との距離が伝搬方向の場所によって異なることとなり、光導波路に印加される電界も異なってしまう。そのため、光波に対する変調の度合いを光導波路全長にわたって最適にすることが不可能となり、その結果、全体としての変調効率(EO(光‐電気)変換効率)が劣化してしまうという問題がある。
However, the method proposed in the above-mentioned Patent Document 1 has the following drawbacks.
First, if the distance between the signal electrode and the ground electrode is changed along the propagation direction of the optical waveguide, the distance between the optical waveguide and the electrode varies depending on the location in the propagation direction, and the electric field applied to the optical waveguide is also different. It will be different. Therefore, it becomes impossible to optimize the degree of modulation with respect to the light wave over the entire length of the optical waveguide, and as a result, there is a problem that the modulation efficiency (EO (optical-electrical) conversion efficiency) as a whole deteriorates.
第二に、このような変調効率の劣化を防止するため、光導波路への印加電界が一定となるように光導波路を配置することが考えられるが、そのようにしたとしても、信号電極の電極幅と電極間の間隔が伝搬方向に沿って変化していることによって、この電極幅と電極間隔で規定される変調信号に対する電気インピーダンスが変化してしまう。その結果、高周波の変調電気信号に反射や損失が発生し、やはり変調効率が劣化することになる。 Secondly, in order to prevent such deterioration of the modulation efficiency, it is conceivable to arrange the optical waveguide so that the electric field applied to the optical waveguide is constant. When the width and the distance between the electrodes change along the propagation direction, the electrical impedance with respect to the modulation signal defined by the electrode width and the electrode distance changes. As a result, reflection and loss occur in the high-frequency modulated electric signal, and the modulation efficiency is deteriorated.
第三に、一般的に光強度変調器の変調帯域(動作周波数帯域)を広くするためには、信号電極を進行するマイクロ波の速度と光導波路を導波する光波の速度を近づけ、速度整合をとることが必要であるが、特許文献1に示された電極構造では、マイクロ波の実効屈折率と光波の実効屈折率が大きく異なってしまうため、速度整合を実現できないという問題がある。
なお、上に挙げた特許文献3には、速度整合を達成できると同時に光導波路へ電界を効果的に印加することもできる、信号電極下に薄い電界調整用電極を設けた光変調器が開示されているが、音響波によって生じる上述した特性劣化を回避することが可能な構成とはなっていない。
Third, in general, in order to widen the modulation band (operating frequency band) of the optical intensity modulator, the speed of the microwave traveling through the signal electrode and the speed of the light wave guided through the optical waveguide are brought close to each other to achieve speed matching. However, in the electrode structure shown in Patent Document 1, the effective refractive index of the microwave and the effective refractive index of the light wave are greatly different from each other, so that there is a problem that speed matching cannot be realized.
Patent Document 3 listed above discloses an optical modulator in which a thin electric field adjustment electrode is provided under a signal electrode, which can achieve speed matching and at the same time can effectively apply an electric field to an optical waveguide. However, it is not a configuration capable of avoiding the above-described characteristic deterioration caused by acoustic waves.
また、音響波の問題に対し、上記の特許文献2に示されている方法は、溝形成のための追加プロセスや新たな加工用装置の導入が必要となることから、製造面において必ずしも有効な方法であるとは言えなかった。 In addition, for the problem of acoustic waves, the method disclosed in Patent Document 2 requires an additional process for groove formation and introduction of a new processing apparatus, and thus is not necessarily effective in terms of manufacturing. It could not be said that it was a method.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、音響波の共振を防止することによって優れた応答特性を有するとともに良好な変調効率をも同時に実現することができる光導波路素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an optical waveguide element that has excellent response characteristics and can simultaneously realize good modulation efficiency by preventing resonance of an acoustic wave. Is to provide.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項1に記載の発明は、電気光学効果及び圧電効果を有する基板と、前記基板の主面に形成された光導波路と、前記基板の主面上に形成された、前記光導波路中を導波する光波を制御するための信号電極及び接地電極と、前記信号電極及び接地電極の少なくとも一方の電極と前記基板との間に形成された下層電極と、を具えた光導波路素子であって、前記信号電極の少なくとも一つの側面と前記接地電極の少なくとも一つの側面との距離を前記光波の導波方向に沿って変化させ、前記下層電極と該下層電極に対向する電極との間隔を前記光波の導波方向に沿って一定としたことを特徴とする光導波路素子である。 The present invention has been made to solve the above problems, the invention according to claim 1, a substrate having an electro-optic effect and the piezoelectric effect, an optical waveguide formed on the main surface of the substrate, A signal electrode and a ground electrode formed on a main surface of the substrate for controlling a light wave guided in the optical waveguide, and at least one of the signal electrode and the ground electrode between the substrate and the signal electrode An optical waveguide device comprising: a lower electrode formed; and changing a distance between at least one side surface of the signal electrode and at least one side surface of the ground electrode along a waveguide direction of the light wave, An optical waveguide element characterized in that a distance between the lower electrode and an electrode facing the lower electrode is constant along the waveguide direction of the light wave.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光導波路素子において、前記信号電極の幅を前記光波の導波方向に沿って変化させたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the optical waveguide device according to the first aspect, the width of the signal electrode is changed along the waveguide direction of the light wave.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の光導波路素子において、前記信号電極の少なくとも一つの側面と前記接地電極の少なくとも一つの側面との距離を前記光波の導波方向に沿って連続的に滑らかに変化させたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the optical waveguide device according to the first or second aspect, wherein the distance between the at least one side surface of the signal electrode and the at least one side surface of the ground electrode is determined by the light wave. It is characterized by being continuously and smoothly changed along the waveguide direction.
また、請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれかの項に記載の光導波路素子において、前記信号電極の両側に前記接地電極が形成された光導波路素子において、前記信号電極と前記各接地電極とにおける前記側面間の距離を、該信号電極を中心として略対称に変化させたことを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the optical waveguide element according to any one of claims 1 to 3, wherein the ground electrode is formed on both sides of the signal electrode. The distance between the side surfaces of the signal electrode and each ground electrode is changed substantially symmetrically about the signal electrode.
また、請求項5に記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれかの項に記載の光導波路素子において、前記信号電極および前記接地電極は、前記光波の導波方向における中間地点を中心として略対称な形状をなすことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the optical waveguide device according to any one of the first to fourth aspects, the signal electrode and the ground electrode are arranged at intermediate points in the light wave guiding direction. It is characterized by a substantially symmetrical shape as the center.
また、請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれかの項に記載の光導波路素子において、前記下層電極は、Au、Cu、Al、Ti、Cr、ITO、ITiO等の導電材料からなることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the optical waveguide device according to any one of claims 1 to 5, wherein the lower layer electrode is made of Au, Cu, Al, Ti, Cr, ITO, ITiO, or the like. It is characterized by comprising a conductive material.
本発明によれば、信号電極と接地電極の形状を最適化することによって音響波の共振を効果的に防止し、下層電極を設けることによって光波に対する効果的な変調を行っているので、光変調の周波数応答特性におけるリップルの発生がなく、しかも変調効率の良好な優れた光導波路素子を得ることができる。 According to the present invention, the acoustic wave resonance is effectively prevented by optimizing the shape of the signal electrode and the ground electrode, and the light wave is effectively modulated by providing the lower layer electrode. Thus, it is possible to obtain an excellent optical waveguide device that does not generate ripples in the frequency response characteristics and has good modulation efficiency.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
≪第1の実施形態≫
図1は、本発明の第1の実施形態による光導波路素子の平面構成図、図2は、図1の光導波路素子の断面構成図をそれぞれ示したものである。本実施形態において、光強度変調器用の光導波路素子を取り上げて説明を行う。断面図のうち、図2(a)は図1の平面図のA‐A’線に沿って切断した断面図であり、図2(b)はB‐B’線に沿って切断した断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a plan configuration diagram of an optical waveguide device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional configuration diagram of the optical waveguide device of FIG. In the present embodiment, description will be made by taking up an optical waveguide element for a light intensity modulator. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in the plan view of FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB ′. It is.
図1において、光導波路素子10は、電気光学効果とともに圧電効果を有する基板としてLN基板11と、マッハツェンダー光導波路12と、信号電極13と、第1接地電極14−1と、第2接地電極14−2と、これら各電極の下層にそれぞれ形成された下層電極15−1〜15−3とを有している。
In FIG. 1, an
マッハツェンダー光導波路12は、入力導波路121と、2つの分岐光導波路122−1、122−2と、出力導波路123とから構成される。
また、LN基板11は、Xカットの結晶が使用され、上記のマッハツェンダー光導波路12は、当該基板の主面上に形成されている。
The Mach-Zehnder optical waveguide 12 includes an
The
各電極の配置は、基板内の光導波路に印加される電界が基板表面と平行になるように決められる。すなわち、信号電極13は、2つの分岐光導波路122−1と122−2の間に設置され、第1接地電極14−1および第2接地電極14−2は、それぞれ分岐光導波路122−1、122−2を挟んで信号電極13と対向するようにして設置される。
The arrangement of each electrode is determined so that the electric field applied to the optical waveguide in the substrate is parallel to the substrate surface. That is, the
ここで、図2の断面図において、信号電極13、第1および第2接地電極14−1、14−2の底面は、それぞれ下層電極15−1〜15−3と接している。下層電極15−1〜15−3は、LN基板11の表面に設けられたSiO2のバッファ層16の上に形成される。なお、バッファ層16は、電極による光波の吸収損失を防止するために用いられたものである。
Here, in the cross-sectional view of FIG. 2, the bottom surfaces of the
図1に戻り、信号電極13は、分岐光導波路122−1、122−2を導波する光波の伝搬方向Pに沿って、電極幅Wsig(Pと垂直な方向を幅と定義する)が連続的に変化して段々細くなるような形状に形成される。また、第1および第2接地電極14−1、14−2も同様に、伝搬方向Pに沿って電極幅Wgndが連続的に変化して段々細くなるような形状に形成される。そして、信号電極13における電極幅の変化率
αsig=(Wsig−Wsig’)/L
と第1および第2接地電極における電極幅の変化率
αgnd=(Wgnd−Wgnd’)/L
は、互いに異なる値が選択される。ただし、Lは電極長である。
Returning to FIG. 1, the
And rate of change of electrode width in first and second ground electrodes α gnd = (W gnd −W gnd ′) / L
Different values are selected from each other. Where L is the electrode length.
このような電極形状によって、例えば、伝搬方向Pのある地点における信号電極13の側面S3と第1接地電極14−1の側面S2との距離d(S2,S3)が、伝搬方向Pに沿って連続的に変化している。ただし、距離d(Sa,Sb)は、当該地点において伝搬方向Pに垂直な断面で光導波路素子10を切断したときの当該断面における2つの側面間の距離として定義する(ただし、a、bは1〜6のいずれか)。また、距離d(S1,S3)についても、上記のように電極幅の変化率αsig、αgndが異なることから、伝搬方向Pに沿って連続的に変化する。その他の側面の組み合わせについても、側面間の距離は伝搬方向Pに沿って連続的に変化するようになっている。
With such an electrode shape, for example, the distance d (S2, S3) between the side surface S3 of the
ここで、図2(a)または(b)を参照して、例えば第1接地電極14−1が形成された部分C2と電極が形成されていない部分C3との境界面D2と、このC3と信号電極13が形成された部分C4との境界面D3との間において、音響波の反射が生じた場合を考える。このとき、境界面D2、D3間の距離、すなわち距離d(S2,S3)は、上述のように伝搬方向Pにおける各位置により異なるので、共振により増大する音響波の周波数は伝搬方向Pにおいて逐一異なることになる。これにより、境界面D2とD3間の音響波の共振が全体として緩和される。
Here, referring to FIG. 2A or 2B, for example, a boundary surface D2 between the portion C2 where the first ground electrode 14-1 is formed and the portion C3 where the electrode is not formed, Consider a case where acoustic waves are reflected between the boundary surface D3 and the portion C4 where the
また、他の境界面の組み合わせにおいて生じる音響波の反射についても同様である。したがって、図1のような信号電極13と第1および第2接地電極14−1、14−2の形状によって、音響波の共振による変調器応答特性の劣化が効果的に防止される。
The same applies to the reflection of acoustic waves generated in other combinations of boundary surfaces. Therefore, the shape of the
一方、図1において、各下層電極15−1〜15−3は、その電極幅が伝搬方向Pに沿って一定となるように形成される。また、この電極幅は、入力側端面(A‐A’線)において信号電極13と各接地電極14−1、14−2の電極幅と一致するように設定する。さらに、信号電極13下の下層電極15−1と第1接地電極14−1下の下層電極15−2間のギャップ(間隔)、および前記下層電極15−1と第2接地電極14−2下の下層電極15−3間のギャップについても、伝搬方向Pに沿って一定値が保たれている。また、各下層電極15−1〜15−3の膜厚は、信号電極13や接地電極14−1、14−2の膜厚に比べて十分薄いものとし、当該下層電極の荷重によってその下部のLN基板11の密度が変化しないような値とする。
On the other hand, in FIG. 1, each of the lower layer electrodes 15-1 to 15-3 is formed so that the electrode width is constant along the propagation direction P. The electrode width is set so as to coincide with the electrode width of the
このような下層電極15−1〜15−3の構成によって、LN基板11内の分岐光導波路122−1、122−2に印加される電界が、信号電極13および第1、第2接地電極14−1、14−2の電極幅が伝搬方向Pの全体にわたって各下層電極15−1〜15−3の電極幅と等しいとしたときの電界と同等なものとなる。したがって、分岐光導波路122−1、122−2を導波する光波に対する変調信号のEO変換効率の面から見れば、本光導波路素子10は、電極部分の導波路全長にわたって最適なEO変換効率が得られる構成となっており、変調時の駆動電圧の上昇や変調効率の劣化といった問題が発生しないようになっている。
With such a configuration of the lower layer electrodes 15-1 to 15-3, the electric field applied to the branched optical waveguides 122-1 and 122-2 in the
≪第2の実施形態≫
第1の実施形態では、2つの接地電極14−1、14−2において電極幅Wgndとその変化率αgndはそれぞれ等しいものとした。そのため、図1において、第1接地電極14−1の側面S1と第2接地電極14−2の側面S5、および第1接地電極14−1の側面S2と第2接地電極14−2の側面S6はそれぞれ互いに平行となり、これら側面間の距離d(S1,S5)、d(S2,S6)は、伝搬方向Pに沿って変化しないこととなる。したがって、これらの側面に対応するLN基板11内の境界面間では、音響波の共振が発生する可能性がある。
<< Second Embodiment >>
In the first embodiment, the electrode width W gnd and the rate of change α gnd are equal in the two ground electrodes 14-1 and 14-2. Therefore, in FIG. 1, side surface S1 of first ground electrode 14-1 and side surface S5 of second ground electrode 14-2, and side surface S2 of first ground electrode 14-1 and side surface S6 of second ground electrode 14-2. Are parallel to each other, and the distances d (S1, S5) and d (S2, S6) between these side surfaces do not change along the propagation direction P. Therefore, acoustic wave resonance may occur between the boundary surfaces in the
そこで、第2の実施形態では、これら2つの接地電極14−1、14−2において、入力側端面(A‐A’線)での電極幅を同一としたまま、変化率αgndを異なる値に設定する。こうすることにより、上述した側面S1、S5間、および側面S2、S6間は平行でなくなり、その結果、音響波の共振をさらに緩和することができる。 Therefore, in the second embodiment, in these two ground electrodes 14-1 and 14-2, the change rate α gnd is set to a different value while the electrode width at the input side end face (AA ′ line) is kept the same. Set to. By doing so, the side surfaces S1 and S5 and the side surfaces S2 and S6 described above are not parallel, and as a result, the resonance of the acoustic wave can be further relaxed.
≪第3の実施形態≫
次に、本発明の第3の実施形態による光導波路素子の平面構成図を図3に示す。
本実施形態の光導波路素子10では、信号電極13は、図1と同じように伝搬方向Pに沿って電極幅Wsigが連続的に変化して段々細くなるような形状に形成される。一方、第1および第2接地電極14−1、14−2は、図1とは反対に、伝搬方向Pに沿って電極幅Wgndが連続的に変化して段々太くなるような形状に形成される。そして、信号電極13と第1および第2接地電極14−1、14−2とのギャップをそれぞれG1、G2
G1=d(S2,S3)、 G2=d(S4,S5)
とした時、信号電極13の電極幅Wsigとの比、G1/WsigとG2/Wsigが、伝搬方向Pに沿って一定値となるように電極形状を設定する。
<< Third Embodiment >>
Next, FIG. 3 shows a plan view of an optical waveguide device according to the third embodiment of the present invention.
In the
G1 = d (S2, S3), G2 = d (S4, S5)
, The electrode shape is set so that the ratio of the
ここで、信号電極13と接地電極14−1(または14−2)間で形成されるコンデンサ(の等価回路)の特性インピーダンスは、信号電極13の電極幅と電極間のギャップの比をパラメータとして決定される値である。したがって、図3のような電極の構成においては、変調電気信号に対する特性インピーダンスが伝搬方向Pに沿って一定値を持つようになる。その結果、信号電極13に入力される高周波の変調電気信号に反射や損失が発生しなくなり、変調効率の劣化が防止される。
Here, the characteristic impedance of the capacitor (equivalent circuit thereof) formed between the
また、この構成においても、図1の場合と同様に、側面S1とS5、および側面S2とS6の組み合わせを除いた側面間の距離d(Sa,Sb)は、伝搬方向Pに沿って連続的に変化している。したがって、第1の実施形態と同じく、共振する音響波の周波数が伝搬方向Pの各位置によって異なることになり、共振の影響が緩和されて変調器の応答特性の劣化が防止される。 Also in this configuration, as in the case of FIG. 1, the distance d (Sa, Sb) between the side surfaces excluding the combination of the side surfaces S1 and S5 and the side surfaces S2 and S6 is continuous along the propagation direction P. Has changed. Therefore, as in the first embodiment, the frequency of the resonating acoustic wave differs depending on each position in the propagation direction P, and the influence of resonance is mitigated, thereby preventing the response characteristics of the modulator from deteriorating.
なお、各下層電極15−1〜15−3の形状については、図1と同様に、電極幅、ギャップともに伝搬方向Pに沿って一定値とする。したがって、EO変換効率も電極全長にわたって最適な条件が実現されている。 In addition, about the shape of each lower layer electrode 15-1 to 15-3, it is set as a constant value along the propagation direction P with both electrode width and a gap similarly to FIG. Therefore, the optimum conditions for the EO conversion efficiency are realized over the entire length of the electrode.
≪第4の実施形態≫
次に、本発明の第4の実施形態による光導波路素子の平面構成図を図4に示す。
本実施形態の光導波路素子10においては、信号電極13および第1、第2接地電極14−1、14−2の形状を、伝搬方向Pの中央地点を中心として入力側(A‐A’線)と出力側(B‐B’線)に対称な形状とする。すなわち、図4(a)の光導波路素子10では、信号電極13および第1、第2接地電極14−1、14−2ともに、入力側から中央地点までは電極幅が連続的に段々細くなっていき、中央地点から出力側までは電極幅は連続的に段々太くなっていくような形状に形成される。また、図4(b)の光導波路素子10では、第1および第2接地電極14−1、14−2は図4(a)と同様であるが、信号電極13は、接地電極とは逆に、入力側から中央地点までは連続的に段々と電極幅は太くなっていき、中央地点から出力側までは連続的に段々と電極幅は細くなっていくように形成される。そして、図4(a)も(b)も、各電極(信号電極と接地電極)の電極幅および電極間ギャップが入力側端面と出力側端面では等しくなるように設定されている。
<< Fourth Embodiment >>
Next, FIG. 4 shows a plan view of an optical waveguide device according to the fourth embodiment of the present invention.
In the
こうした電極形状によって、入力側端面と出力側端面とにおいて、変調電気信号に対する特性インピーダンスが一致することとなる。その結果、信号電極13に駆動ドライバを接続して変調信号を入力する際に、駆動ドライバ側の特性インピーダンス(通常50Ωが選択される)と光導波路素子10側の入力インピーダンスおよび出力インピーダンスを同時に整合させることができる。
With such an electrode shape, the characteristic impedance with respect to the modulated electric signal is matched between the input side end face and the output side end face. As a result, when a drive driver is connected to the
また、この構成においても、図1の場合と同様に、側面S1とS5、および側面S2とS6の組み合わせを除いた側面間の距離d(Sa,Sb)は、伝搬方向Pに沿って連続的に変化している。したがって、第1の実施形態と同じく、共振する音響波の周波数が伝搬方向Pの各位置によって異なることになり、共振の影響が緩和されて変調器の応答特性の劣化が防止される。
さらに、各下層電極15−1〜15−3の形状についても、図1と同様に、電極幅、ギャップともに伝搬方向Pに沿って一定値とする。したがって、EO変換効率も電極全長にわたって最適な条件が実現されている。
Also in this configuration, as in the case of FIG. 1, the distance d (Sa, Sb) between the side surfaces excluding the combination of the side surfaces S1 and S5 and the side surfaces S2 and S6 is continuous along the propagation direction P. Has changed. Therefore, as in the first embodiment, the frequency of the resonating acoustic wave differs depending on each position in the propagation direction P, and the influence of resonance is mitigated, thereby preventing the response characteristics of the modulator from deteriorating.
Further, the shape of each of the lower layer electrodes 15-1 to 15-3 is also set to a constant value along the propagation direction P, as in the case of FIG. Therefore, the optimum conditions for the EO conversion efficiency are realized over the entire length of the electrode.
以上、図面を参照してこの発明の実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、各電極の側面S1〜S6は、このうち少なくとも一組の側面間の距離が伝搬方向Pに沿って変化していれば、音響波の共振による影響を低減することが可能である。その特例として、例えば信号電極13の電極幅を伝搬方向Pに沿って一定としてもよい。こうすることで、マイクロ波と光波の速度整合をとることができるようにもなる。
The embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above-described one, and various design changes and the like can be made without departing from the scope of the present invention. Is possible.
For example, as for the side surfaces S1 to S6 of each electrode, if the distance between at least one pair of the side surfaces changes along the propagation direction P, it is possible to reduce the influence due to the resonance of the acoustic wave. As a special example, the electrode width of the
また、本発明による光導波路素子の適用先としては、光強度変調器のほか、光位相変調器や偏波スクランブラ、その他の光変調器など、特に限定されることはない。
また、基板には電気光学効果と圧電効果を有したものを等しく利用できる。
Further, the application destination of the optical waveguide device according to the present invention is not particularly limited to a light intensity modulator, an optical phase modulator, a polarization scrambler, and other light modulators.
Further, the substrate having the electro-optic effect and the piezoelectric effect can be used equally.
以下、図1および図2を参照して、本発明に係る光導波路素子の一実施例を説明する。
XカットのLN基板11を用い、その主面の表面にレジストを塗布し露光現像によりマッハツェンダー型の光導波路パターンを形成する。そして表面全面にチタン(Ti)を蒸着法によって膜厚800Å堆積させ、リフトオフによって光導波路パターンの部分を残してチタンを除去する。その後、基板全体を1000℃で10時間加熱し、光導波路パターンのチタンを基板内部に熱拡散させる。これにより、マッハツェンダー光導波路12が形成される。
Hereinafter, an embodiment of an optical waveguide device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
Using an
さらに、LN基板11の上記表面に、電極によって光波が吸収損失を受けることを防止するためのバッファ層16として、酸化シリコン(SiO2)を膜厚1μm形成する。
その後、上記のチタンのパターン形成と同じ処理によって、金(Au)を膜厚0.1μm形成し、下層電極15−1〜15−3とする。さらにその上に、電解メッキ法により同じく金を膜厚30μm形成して、信号電極13および第1、第2接地電極14−1、14−2とする。なお、電極の材料としては、金のほか、Cu、Al、Ti、Cr、ITO、ITiO等の導電材料を用いることもできる。
Further, a silicon oxide (SiO 2) film having a thickness of 1 μm is formed on the surface of the
Thereafter, gold (Au) is formed to a thickness of 0.1 μm by the same process as the above titanium pattern formation to form lower layer electrodes 15-1 to 15-3. Further thereon, gold is similarly formed to a thickness of 30 μm by electrolytic plating to form the
本実施例では、各電極の形状(平面形状)を次のように設定する。まず、電極長Lは全ての電極について30mmと一定にする。信号電極13の電極幅Wsigは、入力側端面(A‐A’線)で60μm、出力側端面(B‐B’線)で40μmとし、伝搬方向Pに沿って連続的かつ直線的に変化するようにする。信号電極13下の下層電極15−1の電極幅は、60μmで一定である。2つの接地電極14−1、14−2は同一形状であり、その電極幅Wgndは、入力側端面で300μm、出力側端面で200μmとして、信号電極13と同様に伝搬方向Pで連続かつ直線的に変化させる。これら2つの接地電極下の下層電極15−2、15−3の電極幅は、300μmで一定とする。また、信号電極13と各接地電極14−1、14−2とのギャップは、入力側端面において25μmとし、下層電極間のギャップは、10μmとする。
In this embodiment, the shape (planar shape) of each electrode is set as follows. First, the electrode length L is kept constant at 30 mm for all electrodes. The electrode width W sig of the
このような電極の構成によって、本実施例の光導波路素子10は、次に述べる特性を有している。
まず、信号電極13および第1、第2接地電極14−1、14−2の各側面S1〜S6は、S1とS5、および、S2とS6の組み合わせを除いた全ての組み合わせにおいて、互いに平行とならないように形成されている。そのため、これらの側面に対応するLN基板11内の境界面D1〜D6の間では、電極への変調信号印加によって発生する音響波の共振周波数が伝搬方向Pにおける位置毎に異なることとなる。この結果、光導波路素子10(光強度変調器)の変調時の応答特性劣化が防止される。
なお、下層電極15−1〜15−3の膜厚は0.1μmと薄く、LN基板11に対する荷重の影響が少ないので、これら下層電極が存在することによる音響波の共振は無視することができる。
With such an electrode configuration, the
First, the side surfaces S1 to S6 of the
The film thickness of the lower layer electrodes 15-1 to 15-3 is as thin as 0.1 μm, and the influence of the load on the
また、下層電極15−1〜15−3は、その電極幅が伝搬方向Pの全体にわたって一定となるよう形成されている。分岐光導波路122−1、122−2へ印加される変調電界は、これら下層電極によって生じることになるので、光波に対するEO変換効率は伝搬方向Pに沿って一定である。したがって、変調効率を劣化させることなく、光波の変調が実現される。 The lower layer electrodes 15-1 to 15-3 are formed so that the electrode width is constant over the entire propagation direction P. Since the modulated electric field applied to the branched optical waveguides 122-1 and 122-2 is generated by these lower layer electrodes, the EO conversion efficiency for the light wave is constant along the propagation direction P. Therefore, light wave modulation is realized without degrading the modulation efficiency.
このように本光導波路素子10では、音響波の共振による変調応答特性の劣化防止と最適な変調効率の実現とを同時に達成することが可能となっている。
As described above, in the present
10…光導波路素子 11…LN基板 12…マッハツェンダー光導波路 13…信号電極 14−1…第1接地電極 14−2…第2接地電極 15−1〜15−3…下層電極 16…バッファ層 20…光強度変調器 30…外部電源
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基板の主面に形成された光導波路と、
前記基板の主面上に形成された、前記光導波路中を導波する光波を制御するための信号電極及び接地電極と、
前記信号電極及び接地電極の少なくとも一方の電極と前記基板との間に形成された下層電極と、
を具えた光導波路素子であって、
前記信号電極の少なくとも一つの側面と前記接地電極の少なくとも一つの側面との距離を前記光波の導波方向に沿って変化させ、
前記下層電極と該下層電極に対向する電極との間隔を前記光波の導波方向に沿って一定とした
ことを特徴とする光導波路素子。 A substrate having an electro-optic effect and a piezoelectric effect;
An optical waveguide formed on the main surface of the substrate,
A signal electrode and a ground electrode for controlling a light wave guided in the optical waveguide , formed on the main surface of the substrate ;
A lower layer electrode formed between at least one of the signal electrode and the ground electrode and the substrate;
An optical waveguide device comprising:
Changing a distance between at least one side surface of the signal electrode and at least one side surface of the ground electrode along a waveguide direction of the light wave;
An optical waveguide device characterized in that a distance between the lower layer electrode and an electrode facing the lower layer electrode is constant along the waveguide direction of the light wave.
ことを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。 The optical waveguide device according to claim 1, wherein a width of the signal electrode is changed along a waveguide direction of the light wave.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光導波路素子。 The distance between at least one side surface of the signal electrode and at least one side surface of the ground electrode is continuously and smoothly changed along the waveguide direction of the light wave. 2. An optical waveguide device according to 1.
前記信号電極と前記各接地電極とにおける前記側面間の距離を、該信号電極を中心として略対称に変化させた
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかの項に記載の光導波路素子。 In the optical waveguide device in which the ground electrode is formed on both sides of the signal electrode,
The light beam according to any one of claims 1 to 3, wherein the distance between the side surfaces of the signal electrode and each ground electrode is changed substantially symmetrically about the signal electrode. Waveguide element.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかの項に記載の光導波路素子。 5. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the signal electrode and the ground electrode have a substantially symmetric shape with an intermediate point in the waveguide direction of the light wave as a center. .
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかの項に記載の光導波路素子。
The optical waveguide element according to any one of claims 1 to 5, wherein the lower layer electrode is made of a conductive material such as Au, Cu, Al, Ti, Cr, ITO, or ITiO.
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