JP6107331B2

JP6107331B2 - 光導波路素子

Info

Publication number: JP6107331B2
Application number: JP2013075128A
Authority: JP
Inventors: 藤野　哲也; 哲也藤野; 秀樹一明
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014199355A

Description

本発明は、光導波路素子に関し、特に、光導波路が形成された主基板を保持する保持基板を接着層を介して接合すると共に該主基板の端部に他の光学部品を接合した光導波路素子に関する。

光通信や光計測の分野において、光変調器など基板に光導波路を形成した光導波路素子が多用されている。光導波路素子の中で、光変調器は、変調帯域の広帯域化や駆動電圧低減のため、特許文献１に示すように、光導波路が形成された主基板を１０μｍ程度まで薄く加工して、電界効率向上や速度整合条件を合わせ性能の向上を図っている。

薄く加工した主基板を使用する際には、主基板を保持するための保持基板を用意し、両者を接着層を介して接合する構造が採用されている。この場合、接着層の厚さは、主基板と保持基板との距離を確保するため、厚い方が望ましく、例えば、５５μｍ程度の厚さが用いられる。

光導波路素子の端部には、光ファイバ、光ファイバの接続を補助するためのキャピラリ、レンズ、偏光板、偏波変換手段などの各種の光学部品が直接接続されている。

光ファイバなどの光学部品を光導波路素子を構成する主基板の端面に直接接着する場合は、次のような問題が生じる。主基板と接着層との線膨張係数の差が大きく、かつ保持基板との接着層が厚いため、図５に示すように、光導波路素子の温度変化により、接着層が膨張して、光学部品を接続した端面からはみ出し、主基板と光学部品との位置がズレることとなる。このため、光導波路素子の光学特性（損失等）が劣化する等の問題が発生する。

また、レンズ等を光導波路素子の端面に光学接続する際には、主基板と接着層との線膨張係数の差や、主基板と保持基板との線膨張係数の差のため、素子の温度変化により、主基板が反る等の変形が発生する。このため、光学接続される入出力（光ファイバーやレンズ）とのアライメントがズレることとなる。このため、光損失の温度依存性が増大し、安定的に動作させることが出来ないという問題があった。

特開２００１−２３５７１４号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を解決し、主基板と保持基板とを接合する接着層が熱膨張した場合でも、光導波路素子と他の光学部品との接合状態が変化し難い光導波路素子を提供することである。また、主基板の変形がし難い光導波路素子を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の光導波路素子は以下のような技術的特徴を有する。
（１）光導波路と信号電極を含む制御電極が形成された、厚さ２０μｍ以下の主基板と、該主基板を保持するための保持基板と、該主基板と該保持基板とは、互いに対向する面が平面で形成されており、該主基板と該保持基板とが接着層を介して接合されており、該主基板の端部には、他の光学部品が接合された光導波路素子において、該主基板に形成された該信号電極が配置された位置から該主基板の端部までの間で、該主基板の端部の近傍には、該接着層の一部が除去された空間が存在し、該主基板の該端部と異なる側面側で該空間は光導波路素子の外部と連通していることを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の光導波路素子において、該接着層の一部が除去された領域では、該主基板の端部を除き、該主基板の一部が除去されていることを特徴とする。

（３）上記（１）又は（２）に記載の光導波路素子において、該接着層の除去された空間は、該主基板の端部から１０ｍｍ以内に少なくとも１箇所以上設けられていることを特徴とする。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光導波路素子において、該接着層の一部が除去された空間は、該主基板上に信号電極が配置された位置から該主基板の端部までの間に、少なくとも１箇所以上設けられていることを特徴とする。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の光導波路素子において、該主基板の最も厚い部分の厚みが２００μｍ以下であることを特徴とする。

本発明のように、光導波路が形成された主基板と、該主基板を保持するための保持基板と、該主基板と該保持基板とが接着層を介して接合されており、該主基板の端部には、他の光学部品が接合された光導波路素子において、該主基板の端部の近傍には、該接着層の一部が除去された空間が存在し、該空間は光導波路素子の外部と連通しているため、主基板と保持基板とを接合する接着層が熱膨張した場合でも、接着層が除去された空間により、接着剤が主基板の端部から突出する量を抑制でき、光導波路素子と他の光学部品との接合状態が変化するのを抑制することが可能となる。しかも当該空間が外部と連通しているため、当該空間に気体が閉じ込められ、熱膨張や収縮により主基板に余分な応力が加わるのも抑制できる。

また、接着層が除去された空間があるため、主基板と接着層又は主基板と保持基板との線膨張係数が異なる場合でも、接着層や保持基板の変形による応力を主基板に伝えるのを局所的に抑制する部分が確保できるため、主基板の変形を抑制した光導波路素子を提供することができる。

本発明の光導波路素子の一実施例を示す平面図である。図１の光導波路素子における矢印Ａ−Ａでの断面図である。図２の光導波路素子に他の光学部品を接合し、接着層が熱膨張した様子を示す図である。本発明の光導波路素子の他の実施例を示す断面図である。従来の光導波路素子の問題点を説明する断面図である。

以下、本発明について好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、図１乃至３に示すように、光導波路が形成された主基板と、該主基板を保持するための保持基板と、該主基板と該保持基板とが接着層を介して接合されており、該主基板の端部には、他の光学部品が接合された光導波路素子において、該主基板の端部の近傍には、該接着層の一部が除去された空間が存在し、該空間は光導波路素子の外部と連通していることを特徴とする。図１は光導波路素子の平面図であり、図２は、図１の矢印Ａ−Ａにおける断面図である。図３は、図２の光導波路素子に他の光学部品を接続し、接着層が熱膨張した様子を示す。

本発明の光導波路素子に使用される主基板としては、電気光学効果を有する基板を好適に使用する使用することができる。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）等の単結晶材料やこれらの固溶体結晶材料を用いることができる。また、半導体やポリマーも電気光学効果を有する基板として使用することが可能である。また、光変調を行わない場合には、石英等の基板を用いることも可能である。

光導波路は、例えば、チタンなどの高屈折率材料を基板に注入又は熱拡散することで形成することが可能である。また、基板に凹凸を形成し、リッジ型又はリブ型の光導波路を形成することも可能である。光導波路に近接して信号電極や接地（ＧＮＤ）電極などの制御電極が形成されるが、例えばＺカットの基板を用いて、光導波路の直上に電極を形成する場合などは、光導波路を伝播する光波の電極層への吸収を抑制するため、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などからなるバッファ層を、光導波路上又は基板上に形成することが可能である。

制御電極を形成する際には、導電性金属で下地電極パターンを基板上に形成し、金メッキ処理などにより、必要な厚みの制御電極を形成する。

本発明の光導波路素子の特徴は、特に、図２又は３に示すように、主基板の端部の近傍には、接着層の一部が除去された空間（接着剤除去領域）が存在し、該空間は光導波路素子の外部と連通していることである。

この構成により、主基板と保持基板とを接合する接着層が熱膨張した場合でも、接着層が除去された空間により、接着剤が主基板の端部から突出する量を抑制でき、光導波路素子と他の光学部品との接合状態が変化するのを抑制することが可能となる。しかも当該空間が外部と連通しているため、当該空間に気体が閉じ込められ、熱膨張や収縮により主基板に余分な応力が加わるのも抑制できる。

また、接着層が除去された空間があるため、主基板と接着層又は主基板と保持基板との線膨張係数が異なる場合でも、接着層や保持基板の変形による応力を主基板に伝えるのを局所的に抑制する部分が確保できるため、主基板の変形を抑制した光導波路素子を提供することができる。このように、光学的・温度的に安定な光導波路素子を提供することが可能となる。

例えば、主基板にニオブ酸リチウム（ＬＮ）を使用した場合、線膨張係数が１４Ｅ−６であるが、接着剤の線膨張係数が２００Ｅ−６であり、光導波路素子長が９０ｍｍとした条件では、５０℃の温度変化により、最大で端面から接着層が４００μｍ突出する可能性がある。これを、接着層が除去された空間を設置することにより、例えば、素子端面から５ｍｍの位置に当該空間を設置した場合は、５０μｍ程度の突出量に低減することが可能になる。このように、端面から突出する接着剤の量を抑制することで、光学接続部との位置ズレが発生するのを抑制することができる。

また、接着層の一部が除去された領域では、主基板の端部を除き、該主基板の一部を図２又は３のように、除去することができる。これにより、接着剤が除去された空間と外部との連通を確保することができる。また、主基板の一部が切除されているため、主基板の内部応力や主基板に加わった応力が伝搬するのを抑制することも可能となり、主基板の変形をより抑制することができる。

主基板や接着層の一部除去は、酸等のウエットエッチングの他、ドライエッチングのようなドライプロセスを使用することが可能である。

また、接着層の除去された空間は、主基板の端部から１０ｍｍ以内に少なくとも１箇所以上設けられていることが好ましい。基本的には、光導波路素子の任意の場所に接着剤除去領域を１つ以上形成することができるが、他の光学部品が接続される主基板の端部の近傍には、特に、接着剤除去領域を形成することが好ましい。主基板の線膨張係数と接着剤の線膨張係数にも依存するが、主基板の端部から１０ｍｍ以内、より好ましくは５ｍｍ以内には少なくとも１つの接着剤除去領域を設けることで、主基板の端部からの接着剤の突出量を抑制し、また、主基板の端部近傍領域の反りを抑制することができる。

また、接着層の一部が除去された空間は、主基板上に信号電極が配置された位置から該主基板の端部までの間に、少なくとも１箇所以上設けることが好ましい。これは、信号電極にて熱が発生するため、このような範囲の位置に空間を設けることで主基板等の熱膨張の影響を緩和することができる。信号電極に高周波信号を印加する場合や、多値信号を印加する場合には熱が発生し易くなる。特に、多値変調器（ＤＰ−ＱＰＳＫ、ＱＡＭ変調器など）のように電極構成が複雑化し、信号電極による発熱が著しいため、本発明を適用することで、高い効果が期待できる。

さらに、光導波路を形成した主基板の厚みは、２０μｍ以下、より好ましくは、１０μｍ以下の場合には、主基板と光学部品との接合強度が低い上、当該光学部品の接合面が接着層内にはみ出しているため、本発明の光導波路素子を適用する効果が最も高い。なお、Ｚカット型の基板を用いて、薄板構造を成形する場合には、主基板の最も厚い部分の厚さは２００μｍにもなるが、このような場合であっても、本発明は効果的に適用することが可能である。

図４は、本発明の光導波路素子の他の実施例である。接着剤除去領域は、主基板の端部に設けることも可能であり、さらに、接着剤除去領域は、外部と連通しているならば、主基板を切除しないよう構成することも可能である。

本発明の光導波路素子は光変調器であってもよく、多値変調器（ＤＰ−ＱＰＳＫ、ＱＡＭ変調器など）のような場合においては、本発明の課題が顕著に現れるため効果は高い。

本発明によれば、主基板と保持基板とを接合する接着層が熱膨張した場合でも、光導波路素子と他の光学部品との接合状態が変化し難い光導波路素子を提供することができる。また、主基板の変形がし難い光導波路素子を提供することができる。

Claims

光導波路と信号電極を含む制御電極が形成された、厚さ２０μｍ以下の主基板と、
該主基板を保持するための保持基板と、
該主基板と該保持基板とは、互いに対向する面が平面で形成されており、
該主基板と該保持基板とが接着層を介して接合されており、
該主基板の端部には、他の光学部品が接合された光導波路素子において、
該主基板に形成された該信号電極が配置された位置から該主基板の端部までの間で、該主基板の端部の近傍には、該接着層の一部が除去された空間が存在し、該主基板の該端部と異なる側面側で該空間は光導波路素子の外部と連通していることを特徴とする光導波路素子。
請求項１に記載の光導波路素子において、該接着層の一部が除去された領域では、該主基板の端部を除き、該主基板の一部が除去されていることを特徴とする光導波路素子。
請求項１又は２に記載の光導波路素子において、該接着層の除去された空間は、該主基板の端部から１０ｍｍ以内に少なくとも１箇所以上設けられていることを特徴とする光導波路素子。
請求項１乃至３のいずれかに記載の光導波路素子において、該接着層の一部が除去された空間は、該主基板上に信号電極が配置された位置から該主基板の端部までの間に、少なくとも１箇所以上設けられていることを特徴とする光導波路素子。
請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路素子において、該主基板の最も厚い部分の厚みが２００μｍ以下であることを特徴とする光導波路素子。