JP4691428B2 - 光変調器 - Google Patents
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チャープとは、光変調器において強度変調した際に、位相差変調成分がどれだけ重畳されるかを表すものであり、チャープ量を表すチャープパラメータαは、次の式1で表現される。
α=(dφ/dt)/(1/2S・dS/dt)・・・・式1
ここで、Sは光強度、φは位相変化量、tは時間を意味する。
α=(φ1+φ2)/(φ1−φ2)・・・・式2
特許文献1では、大きな直流バイアス電圧を印加することなく、極性の異なるチャープを付与することを可能とするため、図2(a)に示すように、第1の接地電極11、信号電極10、並びに光導波路の長さ方向に分断された第1の部分12及び第2の部分13を有する第2の接地電極との配列方向を、基板1の主面15と平行な、基板1の結晶軸方向と逆向きにし、さらに、第1の接地電極、信号電極、及び第2の接地電極は、2つの分岐導波路3の中心に対して、左右対称な変調電極を構成している。なお、第1の部分12及び第2の部分13は、導電性薄膜14により電気的に接続されている。
青木謙治、他,「非対称CPW電極を用いたプリチャープX−cut LiNbO3薄板型光変調器」,電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会予稿集(C-3-103),第235頁,2004年9月
また、請求項2に係る発明では、電気光学効果を有する材料で形成された基板と、該基板の表面又は裏面に形成されたマッハツェンダー型光導波路と、該基板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器において、
該基板の厚みの最小値が50μm以下であり、該マッハツェンダー型光導波路の2つの分岐導波路が形成された少なくとも一部の領域における基板の厚みが、各分岐導波路毎に異なる部分を有するように、該基板表面にリッジが形成されていることを特徴とする。
上記「高屈折率部材」の屈折率は、分岐導波路が形成された領域の基板裏面に配置される該部材とは異なる他の部材、例えば、接着剤層、補強板、誘電体あるいは空孔などの屈折率と比較して、より高い屈折率であることを意味する。
しかも、基板の厚み調整は、変調電極や光導波路を形成した後の工程であっても、研磨・切削等の工程により容易に調整可能であり、光変調器の生産に係る歩留りを向上させることが可能となる。
なお、基板の厚みの最小値は、50μm以下、好ましくは20μm以下である。ただし、これらの数値範囲から外れた厚みを有する基板であっても、本発明のように基板の厚みを変化させることにより、チャープを変化させることができるものであれば、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
接着剤層の厚みについては特に限定されないが、例えば、50μm以下で、接着剤層の厚みによりチャープ量が変化する範囲において調整することが可能とである。
本発明は、電気光学効果を有する材料で形成された基板の厚さの最低値が、50μm以下、特に、マッハツェンダー型光導波路の2つの分岐導波路が形成された領域における基板の厚みが、少なくとも50μm以下の厚みとなる部分を有している薄板を利用するものであり、該50μm以下の厚み部分では、基板の裏面に変調電極が形成する電界が漏れ出しており、該電界の漏出量を調整することで、分岐導波路に印加される電界分布を調整するものである。そして、電界分布が異なることで、分岐導波路で生じる位相変化量(φ1,φ2)が異なり、結果として、チャープを発生及び制御することが可能となるものである。
電気光学効果を有する材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、PLZT(ジルコン酸チタン酸鉛ランタン)、及び石英系の材料及びこれらの組み合わせが利用可能である。特に、電気光学効果の高いニオブ酸リチウム(LN)結晶が好適に利用される。
図4の各図は、図3の光変調器における点線Bでの断面図を示している。以下、図5〜7も同様である。
第1の実施例の特徴は、マッハツェンダー型光導波路2の2つの分岐導波路3が形成された領域の基板の厚さが、各分岐導波路毎に異なっていることである。そして、分岐導波路3が形成された領域の少なくとも一部の基板において、基板の厚さが50μm以下となることにより、2つの分岐導波路に印加される電界の分布が異なり、チャープが発生する。
さらに、図4(d)では、基板表面にリッジ23を形成し、2つの分岐導波路において、異なる基板の厚みを実現している。
なお、本発明の応用として、図4のように、基板1の裏面に傾斜面や凹部を形成した場合には、必要に応じて接着剤等を介し、他のLN基板や、基板1と誘電率が異なる材料で形成される部材などを接合し、基板1の裏面近傍の誘電率調整や基板1の機械的強度の補強などを行うことも可能である。
また溝と切除部を両方配置してチャープを調整することも可能である。
さらに、Xカットの基板を用いる場合には、接着剤などの低誘電率材料を、導波路上または導波路近傍に塗布等により配置し、電極が形成する電界分布を調整することも可能である。
第2の実施例の特徴は、マッハツェンダー型光導波路2の2つの分岐導波路3が形成された領域の基板1の厚さは同じであるが、基板の厚さを50μm以下とし、基板1の裏面に配置される誘電体の誘電率や厚みを調整することにより、2つの分岐導波路に印加される電界の分布を異ならせ、チャープを発生させるものである。
図9の(a)乃至(c)は、図5の(a)乃至(c)に各々対応しており、2つの分岐導波路3’を含むマッハツェンダー型光導波路を基板1の裏面に形成した点に特徴がある。
図9に示す基板1の裏面に導波路を有する光変調器の製造方法は、基板1の一方の面に光導波路を形成した後、他方の面を研磨し、所定の厚さの基板1に加工する。次に、研磨した面にバッファ層や変調電極を形成する。そして、光導波路が形成された一方の面に30,31又は33などの誘電体を配置する。
第3の実施例の特徴は、マッハツェンダー型光導波路2の2つの分岐導波路3が形成された領域の基板1の厚さは同じであるが、基板の厚さを50μm以下とし、基板1の裏面側に、接着剤層41より屈折率(誘電率)の高い部材又は導電性部材を配置することにより、2つの分岐導波路に印加される電界の分布を異ならせ、チャープを発生させるものである。
図10の(a)及び(b)は、図6の(a)及び(b)に各々対応しており、2つの分岐導波路3’を含むマッハツェンダー型光導波路を基板1の裏面に形成した点に特徴がある。
図10に示す基板1の裏面に導波路を有する光変調器の製造方法は、基板1の一方の面に光導波路を形成した後、他方の面を研磨し、所定の厚さに基板1を加工する。次に、研磨した面にバッファ層や変調電極を形成する。そして、光導波路が形成された一方の面に接着剤層41又は43、誘電率の高い部材40、導電性材料42、あるいは補強板44などを配置する。
なお、図10(b)のように補強板44を用いる場合には、上述した製造方法に代えて次のような製造方法も可能である。基板1の一方の面に光導波路を形成した後、該光導波路が形成された一方の面に接着剤層43、導電性材料42、及び補強板44を配置し、その後、該補強板を基板研磨時の保持部材として使用する。もしくは、補強板44に接着剤層43、導電性材料42を形成した後、基板1に配置する。この状態で、基板1の他方の面を研磨し、所定の厚さの基板1に加工する。次に、研磨した面にバッファ層や変調電極を形成する。
第4の実施例の特徴は、マッハツェンダー型光導波路2の2つの分岐導波路3が形成された領域の基板1の厚さは同じであるが、基板の厚さを50μm以下とし、基板1の裏面に、各分岐導波路毎に厚みに異なる接着剤層50を介して補強板51を接着することにより、2つの分岐導波路に印加される電界の分布を異ならせ、チャープを発生させるものである。
図11は、図7と比較して、2つの分岐導波路3’を含むマッハツェンダー型光導波路を基板1の裏面に形成した点に特徴がある。
図11に示す基板1の裏面に導波路を有する光変調器の製造方法は、基板1の一方の面に光導波路を形成した後、他方の面を研磨し、所定の厚さの基板1に加工する。次に、研磨治具に配置した状態で、研磨した面にバッファ層や変調電極を形成する。そして、光導波路が形成された一方の面に接着剤層50及び補強板51を配置する。もしくは、光導波路が形成された一方の面に接着剤層50及び補強板51を配置した後、研磨した面にバッファ層や変調電極を形成する。
また、上述した製造方法に代えて次のような製造方法も可能である。基板1の一方の面に光導波路を形成した後、該一方の面に接着剤層50及び補強板51を配置し、その後、該補強板を基板研磨時の保持部材として使用し、基板1の他方の面を研磨し、所定の厚さの基板1に加工する。次に、研磨した面にバッファ層や変調電極を形成してもよい。
第5の実施例の特徴は、Zカットの基板を用いた光変調器に、上記第1の実施例に係る技術を適用したものである。つまり、従来のZカットの光変調器は、それ自体がチャープ量を有しているが、そのチャープ量をさらに大きくするため、あるいは、チャープ量ゼロに近付けるため、各分岐導波路が形成された基板の厚みを調整するものである。
また、上記各実施例は、各々を単独で実施することも可能であるが、必要に応じて組合わせて利用することも可能である。
さらに、本発明においては、厚さ50μm以下となる部分を有する基板(薄板)を使用するため、光変調器の機械的強度を高めることが必要であり、適宜、光変調素子を形成した基板の裏面に補強板を接着することが好ましい。
薄板の光変調素子は、基板にXカット型のLN基板を使用し、Ti拡散によるマッハツェンダー型光導波路を形成すると共に、Auを用いてメッキプロセスで形成される高さ28μmの変調電極を仮定している。
上記薄板の光変調素子に対し、図4(b)に示すように、基板の厚みを、右側半分を10μm、左側半分を30μmと仮定し、チャープ量を算出したところ、α=0.3が得られた。
上記薄板の光変調素子に対し、基板の厚さを10μmとし、図6(a)に示すように、基板1の裏面にAuの厚さ5μmの金属部材40を配置すると共に、その周囲を誘電率4で厚さ30μmの接着剤層41を配置した場合を仮定した。この場合におけるチャープ量は、α=0.41であった。
2 マッハツェンダー型光導波路
3,3’ 分岐導波路
4 信号電極
5 接地電極
6 電界
7 バッファ層
20 傾斜部
21,22 除去部
23 リッジ部
30,31,33 誘電体
40 高屈折率部材
41,43,50 接着剤層
42 導電性部材
44,51 補強板
Claims (6)
- 電気光学効果を有する材料で形成された基板と、該基板の表面又は裏面に形成されたマッハツェンダー型光導波路と、該基板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器において、
該基板の厚みの最小値が50μm以下であり、該マッハツェンダー型光導波路の2つの分岐導波路が形成された少なくとも一部の領域における基板の厚みが、各分岐導波路毎に異なる部分を有するように、該基板の裏面に傾斜面が形成されていることを特徴とする光変調器。 - 電気光学効果を有する材料で形成された基板と、該基板の表面又は裏面に形成されたマッハツェンダー型光導波路と、該基板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器において、
該基板の厚みの最小値が50μm以下であり、該マッハツェンダー型光導波路の2つの分岐導波路が形成された少なくとも一部の領域における基板の厚みが、各分岐導波路毎に異なる部分を有するように、該基板表面にリッジが形成されていることを特徴とする光変調器。 - 電気光学効果を有する材料で形成された基板と、該基板の表面又は裏面に形成されたマッハツェンダー型光導波路と、該基板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器において、
該基板の厚みの最小値が50μm以下であり、該マッハツェンダー型光導波路の2つの分岐導波路が形成された少なくとも一部の領域における基板の裏面に、各分岐導波路毎に誘電体の厚みが異なる部材が配置されていることを特徴とする光変調器。 - 電気光学効果を有する材料で形成された基板と、該基板の表面又は裏面に形成されたマッハツェンダー型光導波路と、該基板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器において、
該基板の厚みの最小値が50μm以下であり、該マッハツェンダー型光導波路の2つの分岐導波路のうち一方の分岐導波路が形成された領域の基板の裏面の少なくとも一部に、高屈折率部材又は導電性部材を近接して配置したことを特徴とする光変調器。 - 電気光学効果を有する材料で形成された基板と、該基板の表面又は裏面に形成されたマッハツェンダー型光導波路と、該基板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器において、
該基板の厚みの最小値が50μm以下であり、該マッハツェンダー型光導波路の2つの分岐導波路が形成された領域における基板の裏面に、各分岐導波路毎に厚みの異なる接着剤層を介して補強板を接着することを特徴とする光変調器。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の光変調器において、該基板の裏面側に補強板を接着することを特徴とする光変調器。
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