JP6107867B2 - 導波路型光素子 - Google Patents
導波路型光素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6107867B2 JP6107867B2 JP2015071159A JP2015071159A JP6107867B2 JP 6107867 B2 JP6107867 B2 JP 6107867B2 JP 2015071159 A JP2015071159 A JP 2015071159A JP 2015071159 A JP2015071159 A JP 2015071159A JP 6107867 B2 JP6107867 B2 JP 6107867B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- electrode
- disposed
- voltage
- conductive layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
- G02F1/00—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
- 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
- G02F1/03—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
- G02F1/0327—Operation of the cell; Circuit arrangements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
- G02F1/00—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
- 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
- G02F1/03—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
- G02F1/0305—Constructional arrangements
- G02F1/0316—Electrodes
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
- G02F1/00—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
- 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
- G02F1/03—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
- 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
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
- G02F1/00—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
- 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
- G02F1/21—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 by interference
- G02F1/225—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 by interference in an optical waveguide structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
- G02F1/00—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
- 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
- G02F1/21—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 by interference
- G02F1/212—Mach-Zehnder type
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
- G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
- G02F2201/12—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
- G02F2202/00—Materials and properties
- G02F2202/20—LiNbO3, LiTaO3
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
本発明は、光導波路と当該光導波路を伝搬する光波を制御するための電極とを備えた導波路型光素子の駆動方法に関し、特に、いわゆるドリフトを補償するためのバイアス電極を備えた導波路型光素子に関する。
近年、光通信や光計測の分野においては、電気光学効果を有する基板上に光導波路を配置した、光変調器などの導波路型光素子が多く用いられている。導波路型光素子は、一般に、上記光導波路と共に当該光導波路内を伝搬する光波を制御するための電極を備える。
このような導波路型光素子として、例えば強誘電体結晶であるニオブ酸リチウム(LiNbO3)(「LN」とも称する)を基板に用いたマッハツェンダ型光変調器が広く用いられている。マッハツェンダ型光変調器は、外部から光を導入するための入射導波路と、当該入射導波路により導入された光を2つの経路に分けて伝搬させるための分岐部と、分岐部の後段に分岐されたそれぞれの光を伝搬させる2本の並行導波路と、当該2本の並行導波路を伝搬した光を合波して外部へ出力するための出射導波路とにより構成されるマッハツェンダ型光導波路を備える。また、マッハツェンダ型光変調器は、電圧を印加することで、電気光学効果を利用して上記並行導波路内を伝搬する光波の位相を変化させて制御するための電極を備える。当該電極は、一般に、上記並行導波路の上部又はその近傍に配置されたRF(高周波)信号電極(以下、「RF電極」と称する)と、当該RF電極に離間して配置された接地電極とで構成されている。
LNを基板に用いたマッハツェンダ型光変調器では、いわゆるDCドリフト現象や温度ドリフト現象により、印加電圧に対する光出力特性がシフトするため、例えば変調器から出力される光変調波形に歪等が発生し、変調特性の変化(例えば、波形品質の劣化)が生じ得る。
このようなドリフト現象に起因した変調特性の変化を防止する方法として、高周波信号電圧を印加するための上記RF電極および接地電極のほかに、並行導波路に沿ってバイアス電極を配置し、当該バイアス電極に適切な電圧を適宜印加することにより上記ドリフト現象による電圧シフト量(以下、「DCドリフト電圧」とも称する)を補償する方法が知られている(特許文献1)。
すなわち、バイアス電極に電圧を印加して、当該2つの並行導波路間に適切な屈折率差を発生させることで、上記電圧シフト量を調整する。
また、ドリフト現象を軽減する技術として、バッファ層を、酸化シリコンと周期律表の三〜八族、一b族および二b族の金属元素およびシリコンを除く半導体元素から選ばれる1種またはそれ以上の元素の酸化物の少なくとも1種との混合物、またはシリコンと前記金属元素および半導体元素から選ばれる1種またはそれ以上の元素との酸化物の透明絶縁体で構成することが知られている(特許文献2)。この構成では、時間の経過に従い、初期には負のDCドリフト特性を示し、また可動電子やイオンの動きに添加物が影響を及ぼして、DCドリフト増加が従来に比べ平坦化することができ、長期に渡ってDCドリフト特性を改善することができる、有用な技術である。
しかしながら、上述したこれらの従来技術では、当該導波路型光素子のサイズが大きさなどから制限を受けた長さの並行導波路に沿ってRF電極とバイアス電極とを個別に配置する場合、マッハツェンダ型光変調器において、半波長電圧(Vπ)を小さくするためにRF電極長を長くすることになり、結果としてバイアス電極の長さが短くなってしまう場合がある。このような場合には、並行導波路間に所望の屈折率差を発生させるため必要な電界は大きくなり、従ってバイアス電極への印加電圧も高くなる。
その結果、上記バイアス電極を介したLN基板への高電界印加により上記ドリフト現象が加速されるという現象が生じ得る。
上記背景より、バイアス電極を有する導波路型光素子において、当該バイアス電極を介して基板に高電界が印加されることにより発生するドリフト現象の加速を、効果的に防止することでのきる構成の実現が望まれている。
本発明の一の態様は、導波路型光素子であり、当該導波路型光素子は、電気光学効果を有する基板と、前記基板表面に配置された2つの光導波路と、前記基板上に配置された、当該基板より誘電率の低い材料から成る非導電層と、前記非導電層上に配置された、前記2つの光導波路に電界をそれぞれ印加して当該2つの光導波路間に屈折率差を発生させるための制御電極と、を備え、前記非導電層は、酸化シリコンとインジウムの酸化物とチタンの酸化物とを含み、チタン酸化物モル濃度とインジウム酸化物モル濃度との比が1.2以上である材料により構成されている。
本発明の他の態様によると、前記制御電極は、前記非導電層上に配置される下地層と、当該下地層上に配置される上部層と、により構成されている。
本発明の他の態様によると、前記基板はニオブ酸リチウムから成り、前記2つの光導波路は、マッハツェンダ型光導波路を構成する2つの並行導波路であって、前記制御電極は、ドリフト現象を補償するためのバイアス電極である。
本発明の他の態様によると、前記制御電極は、前記非導電層上に配置される下地層と、当該下地層上に配置される上部層と、により構成されている。
本発明の他の態様によると、前記基板はニオブ酸リチウムから成り、前記2つの光導波路は、マッハツェンダ型光導波路を構成する2つの並行導波路であって、前記制御電極は、ドリフト現象を補償するためのバイアス電極である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る導波路型光素子の構成を示す図である。
本導波路型光素子10は、基板100上にマッハツェンダ(MZ、Mach-Zehnder)型光導波路102が配置された、マッハツェンダ型光変調器である。
本導波路型光素子10は、基板100上にマッハツェンダ(MZ、Mach-Zehnder)型光導波路102が配置された、マッハツェンダ型光変調器である。
基板100は、電気光学材料であるニオブ酸リチウム(LN)から成る基板であり、例えばZカットのLN基板である。基板100上には、非導電性の材料から成る非導電層120が配置されている。この非導電層120は、例えば、MZ型光導波路102を伝搬する光波が後述する電極108等により吸収されて光損失を生ずるのを避けること等を目的として設けられる、いわゆるバッファ層であるものとすることができ、例えば基板100よりも誘電率の低い材料(具体的な材料については後述する)により構成される。
MZ型光導波路102は、並行導波路104、106を有する。並行導波路104、106の直上部には、それぞれ、当該並行導波路104、106に沿って高周波(RF)電極108、110が配置されており、RF電極108、110のそれぞれから所定の離間距離だけ離れて当該RF電極108、110を挟むように、接地電極112、114、116が配置されている。RF電極108と接地電極112、114との間、及びRF電極110と接地電極114、116との間には、並行導波路104、106を伝搬する光波を制御するための高周波信号がそれぞれ印加される。これらの高周波信号により、MZ型光導波路102の図示左端から入力された光が変調(例えば、強度変調)されて、図示右端から出力される。
また、基板100上には、2つの並行導波路104、106にそれぞれ電界を印加して並行導波路104、106間の屈折率差を制御するための制御電極であるバイアス電極150が配置されている。バイアス電極150は、並行導波路104、106の直上部に、それぞれ、当該並行導波路104、106に沿って配置された動作電極152、154と、当該動作電極152、154のそれぞれから所定の離間距離だけ離れて当該動作電極152、154を挟むように設けられた基準電極160、162、164とで構成されている。
基準電極160、162、164には、基準となる電位が印加され、動作電極152、154には、当該基準となる電位に対する正電圧又は負電圧が印加される。これにより、並行導波路104、106の間に屈折率差を発生させて、上述したドリフト現象により生ずる電圧シフト量(すなわち、RF電極108、110による光変調動作に必要な電圧のシフト量)が補償される。
なお、上述した各電極108、110、112、114、116、152、154、160、162、164は、非導電層120上に配置されている。
図2は、図1に示す導波路型光素子10のAA断面矢視図である。バイアス電極150を構成する動作電極152、154及び基準電極160、162、164のそれぞれは、上部層252a、254a、260a、262a、264aと、これらの上部層のそれぞれと非導電層120との間に配置された下地層252b、254b、260b、262b、264bとにより構成されている。上部層252a、254a、260a、262a、264aは、例えば金(Au)で構成され、下地層252b、254b、260b、262b、264bは、例えばチタン(Ti)で構成される。
本願発明の発明者の知見によると、バイアス電極を介したLN基板等への高電界印加に起因するドリフト現象の加速の要因の一つは、バイアス電極への高電圧印加により、バイアス電極から、当該バイアス電極下に存在するバッファ層(本実施形態では非導電層120に対応する)又はLN基板にキャリヤが注入されることであると考えられる。
そして、本願発明の発明者は、上述した知見に基づき、バッファ層の素材を種々変更してバイアス電極を介したLN基板への高電界印加に起因するドリフト現象の加速の程度を評価した。その結果、バッファ層を、酸化シリコンとインジウムの酸化物とチタンの酸化物とを含む構成とし、且つ当該バッファ層におけるチタン酸化物モル濃度とインジウム酸化物モル濃度との比が1.2以上となる構成とすることで、基板におよそ1V/μm以上の電界(ここで電界は、印加電圧/電極間隔で算出される平均的な電界である)を印加した際のバッファ層へのキャリヤ注入を有効に抑制することができる、との更なる知見を得た。
本願発明は、上記知見に基づくものであり、本実施形態においては、特に、上記バッファ層に対応する非導電層120が、SiO2と、インジウムの酸化物であるIn2O3と、チタンの酸化物であるTiO2とを含んで構成されており、チタン酸化物モル濃度とインジウム酸化物モル濃度との比が1.2以上となるように、例えばチタンモル濃度が9.0mol%、インジウムモル濃度が3.4mol%で構成されている。
上記知見を得る際に用いた実験サンプルの一例を表1に示す。各サンプルの構成は、図1、図2に示す導波路型光素子10と同様であり、表1には、SiO2を主材料とする非導電層120に添加したIn2O3及びTiO2のモル濃度比(単位:mol%)と、In2O3とTiO2TiO2とのモル濃度比の濃度比率(=[TiO2のモル濃度比]/[In2O3のモル濃度比])とが示されている。
サンプルa〜fのそれぞれについて、DCドリフト電圧の時間変化を以下の手順で測定した。
まず、MZ型光導波路102の一端から光を入射し、基準電極160、162、164を接地電位として、動作電極152にのみ、正の初期電圧を印加する。この状態で、MZ型光導波路102の他端から出力される光の強度が一定となるように、動作電極152に印加されている電圧を調整し、当該調整後の動作電極152への印加電圧の上記初期電圧からの変動量を、当該初期電圧の印加後の時間の経過と共に記録する。
まず、MZ型光導波路102の一端から光を入射し、基準電極160、162、164を接地電位として、動作電極152にのみ、正の初期電圧を印加する。この状態で、MZ型光導波路102の他端から出力される光の強度が一定となるように、動作電極152に印加されている電圧を調整し、当該調整後の動作電極152への印加電圧の上記初期電圧からの変動量を、当該初期電圧の印加後の時間の経過と共に記録する。
次に、サンプルの電圧印加履歴を初期状態に戻すために、基準電極160,162、164と動作電極152を短絡し高温下で、長時間放置した後、上記同様にMZ型光導波路102の一端から光を入射し、基準電極160、162、164を接地電位として、動作電極152にのみ負の初期電圧を印加する。この状態で、MZ型光導波路102の他端から出力される光の強度が一定となるように、動作電極152に印加されている電圧を調整し、当該調整後の動作電極152への印加電圧の上記初期電圧からの変動量を、当該初期電圧の印加後の時間の経過と共に記録する。
図3は、代表例として、サンプルb及びサンプルeについての、DCドリフト電圧の時間変化の測定結果である。図3(a)は、サンプルbにおけるバイアス電圧の時間変化、図3(b)はサンプルeにおける時間変化を示している。
図3(a)、(b)において、縦軸は、DCドリフト電圧(単位:V)、横軸は経過時間(単位:時間)である。図3(a)に示す曲線300は、サンプルbについての、動作電極152に+3.5Vの初期電圧を加えて測定したDCドリフト電圧の時間変化を示し、曲線302は、サンプルの電圧印加履歴を初期状態に戻した後、動作電極152に−3.5Vの初期電圧を加えて測定したDCドリフト電圧の時間変化を示している。また、曲線304は、サンプルの電圧印加履歴を初期状態に戻した後、動作電極152に+10.0Vの初期電圧を加えて測定したDCドリフト電圧の時間変化を示し、曲線306は、サンプルの電圧印加履歴を初期状態に戻した後、動作電極152に−10.0Vの初期電圧を加えて測定したDCドリフト電圧の時間変化を示している。また、これらのサンプルのDCバイアス印加用の電極の間隔は14μmであり、バッファ層の厚さは0.6μmである。
同様に、図3(b)に示す曲線310は、サンプルeについての、動作電極152に+3.5Vの初期電圧を加えて測定したDCドリフト電圧の時間変化を示し、曲線312は、サンプルの電圧印加履歴を初期状態に戻した後、動作電極152に−3.5Vの初期電圧を加えて測定したDCドリフト電圧の時間変化を示している。また、曲線314は、サンプルの電圧印加履歴を初期状態に戻した後、動作電極152に+10.0Vの初期電圧を加えて測定したDCドリフト電圧の時間変化を示し、曲線316は、サンプルの電圧印加履歴を初期状態に戻した後、動作電極152に−10.0Vの初期電圧を加えて測定したDCドリフト電圧の時間変化を示している。
図3(a)においては、曲線300〜306は、ドリフト電圧の絶対値が緩やかに増加するか(300、302)、又は或る一定値の電圧に向かって漸近していくような傾向(304、306)を示す。
これに対し図3(b)においては、曲線310〜314は、図3(a)の曲線300〜304とほぼ同じ傾向を示すが、曲線316が示す負の初期電圧−10.0Vでのドリフト電圧については、時間経過と共にその絶対値が急激に増大していく。
印加電圧が±14Vの範囲では、正の印加、負の印加ともに同じような傾向をしめすが、負の初期電圧の場合、印加電圧が−15V付近からその絶対値が急激に変化しており、ドリフト現象が加速している。おそらくは、電極からバッファ層への電子注入によりバッファ層中のキャリアが増加し、バッファ層中の空間電荷が電極間の電位差による外部電界を打ち消す働きが強まるためと考えられる。サンプルの変調器の電極間隔は14μmであり、このときの印加電界はおよそ1.1V/μmである。
正の印加においても、図3(a)の場合より、変化が大きいが、負の印加の場合ほどの大きな差は無い。なお、バッファ層がないタイプのLN光変調器において、正の印加と負の印加で、DCドリフトの挙動に差が顕著に見られるようになるのは、おおむね2V/μm程度であり、この電界強度で金属電極からLN結晶中へのキャリア注入、極性から判断しておそらくは電子注入が起こりはじめると考えられる。
TiO2、In203を含んだバッファ層のある変調器では、バイアス電極間に、2V/μmあるいはそれ以上の電界をかけても、明確な変化は見られない。これは、バッファ層を有する変調器のバイアスドリフトは、おもにバッファ層中のキャリアの空間電荷によってもたらされること、また、金属電極からのLNへのキャリア注入と誘電体であるバッファ層からLNへのキャリア注入は、起こりやすさが異なることが、原因と推定される。
このような1V/μm程度の電界の負の印加におけるDCドリフト電圧の急激な増加は、上述したIn2O3とTiO2とのモル濃度比の濃度比率(=[TiO2のモル濃度比]/[In2O3のモル濃度比])に依存して変化する。上記のようなDCドリフトの増加量について、実用に供し得る特性としての良否判定基準を、例えば経過時間500時間において、バイアス電圧初期値が正及び負である場合のそれぞれのDCドリフト電圧の変化量(絶対値)の比(変化比)が、2以下であること、とすれば、表1に示すサンプルa〜fは、表2のように表され(表中の「小」は上記変化比が2より小さいことを、「大」は当該変化比が2以上であることを示す)、ドリフト電圧変化の小さいサンプルa〜cの群と、当該変化の大きいサンプルd〜fの群にグループ化される(それぞれ点線で囲まれた2つのグループ)。
そして、表1及び表2の比較から、これら2つのグループの境界値として、In2O3とTiO2とのモル濃度比の濃度比率=1.2を得ることができる。図4は、サンプルa〜fの非導電層120の組成を、SiO2、In2O3、TiO2の組成比をそれぞれ示す3つの辺で構成された三角形の中にプロットした図である。図中の白丸がプロットであり、白丸の中に対応するサンプルの名前(a〜f)が示されている。同図においても、サンプルa〜cとサンプルd〜fの群が、濃度比率=1.2を示す直線400を境界として2つの群に分かれることが判る。本願発明は、このような知見を基に、特に当該濃度比率が>1.2となるように非導電層120を構成することで、ドリフト電圧の経時的な変動を軽減するものである。
なお、負の初期電圧の際にドリフトが急激に加速される電圧は、バッファ層の厚さにも依存する。電極間隔が同じでバッファ層が同じ組成であっても、バッファ層が薄いと、ドリフトが増大する電圧が低くなる、厚いと高くなる傾向があることが体験的にわかっている。バッファ層が0.55μmの場合と1.0μmの場合、ドリフトが急激に増大する電圧は、それぞれおよそ14V、17V程度であり、電界はそれぞれおよそ1.0V/μm、1.2V/μmである。
バッファ層中にIn、Tiに加えて、すず(Sn)を適量ドープしても良い。LNにTi拡散導波路を形成する際の雰囲気条件、リッジ導波路化する際の加工条件、加工後のアニール処理条件、バッファ層の形成条件、バッファ層のアニール条件などとの組合わせ条件組み合わせ次第では、正の印加、負の印加ともにドリフト抑制効果が高まる。ただし、Snあるいは酸化すず(SnO2)の蒸気圧が高いためのバッファ層組成の再現性確保は難しくなるため、1.5モル%以下に抑えておくのが良い。
以上、説明したように、本実施形態に示す導波路型光素子10では、非導電層120が、酸化シリコンとインジウムの酸化物とチタンの酸化物とを含み、且つチタン酸化物モル濃度とインジウム酸化物モル濃度との比が1.2以上となっているので、基板に1V/μm以上の電界を印加した際のバッファ層へのキャリヤ注入を有効に抑制することができる。
10・・・導波路型光素子、100・・・基板、102・・・MZ型光導波路、104、106・・・並行導波路、108、110・・・RF電極、112、114、116・・・接地電極、120・・・非導電層、150・・・バイアス電極、152、154・・・動作電極、160、162、164・・・基準電極、252a、254a、260a、262a、264a・・・上部層、252b、254b、260b、262b、264b・・・下地層。
Claims (5)
- 電気光学効果を有する基板と、
前記基板表面に配置された2つの光導波路と、
前記基板上に配置された、当該基板より誘電率の低い材料から成る非導電層と、
前記非導電層上に配置された、前記2つの光導波路に電界をそれぞれ印加して当該2つの光導波路間に屈折率差を発生させるための制御電極と、を備え、
前記非導電層は、酸化シリコンとインジウムの酸化物とチタンの酸化物とを含み、インジウム酸化物モル濃度に対するチタン酸化物モル濃度の比が1.2以上である材料により構成され、
前記制御電極は、ドリフト現象を補償するためのバイアス電極であって、前記光導波路上に配された動作電極と、前記基板表面のうち前記光導波路が設けられた領域以外の部分に配された基準電極とにより構成され、
前記動作電極には、前記基準電極の電位に対する負電圧であって、且つ前記基板に1V/μm以上の電界を発生させる電圧が印加される、
導波路型光素子。 - 電気光学効果を有する基板と、
前記基板表面に配置された2つの光導波路と、
前記基板上に配置された、当該基板より誘電率の低い材料から成る非導電層と、
前記非導電層上に配置された、前記2つの光導波路に電界をそれぞれ印加して当該2つの光導波路間に屈折率差を発生させるための制御電極と、を備え、
前記非導電層は、酸化シリコンとインジウムの酸化物とチタンの酸化物とを含み、チタン酸化物モル濃度が5.0mol%でない範囲においてインジウム酸化物モル濃度に対するチタン酸化物モル濃度の比が1.2以上である材料により構成され、
前記制御電極はドリフト現象を補償するためのバイアス電極であって、
前記制御電極には、前記基板に1V/μm以上の電界を発生させる電圧が印加される、
導波路型光素子。 - 電気光学効果を有する基板と、
前記基板表面に配置された2つの光導波路と、
前記基板上に配置された、当該基板より誘電率の低い材料から成る非導電層と、
前記非導電層上に配置された、前記2つの光導波路に電界をそれぞれ印加して当該2つの光導波路間に屈折率差を発生させるための制御電極と、を備え、
前記非導電層は、酸化シリコンとインジウムの酸化物とチタンの酸化物とを含み、インジウム酸化物モル濃度に対するチタン酸化物モル濃度の比が1.2以上である材料により構成され、
前記制御電極はドリフト現象を補償するためのバイアス電極であって、
前記制御電極には、前記基板に1.2V/μm以上の電界を発生させる電圧が印加される、
導波路型光素子。 - 前記制御電極は、前記非導電層上に配置される下地層と、当該下地層上に配置される上部層と、により構成され、
前記下地層はチタンである、
請求項1ないし3のいずれか一項に記載の導波路型光素子。 - 前記基板はニオブ酸リチウムから成り、
前記2つの光導波路は、マッハツェンダ型光導波路を構成する2つの並行導波路である、
請求項1ないし4のいずれか一項に記載の導波路型光素子。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015071159A JP6107867B2 (ja) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | 導波路型光素子 |
US15/516,196 US9946100B2 (en) | 2015-03-31 | 2016-03-24 | Waveguide type optical element |
PCT/JP2016/059334 WO2016158650A1 (ja) | 2015-03-31 | 2016-03-24 | 導波路型光素子 |
CN201680002932.7A CN106716235B (zh) | 2015-03-31 | 2016-03-24 | 波导型光元件 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015071159A JP6107867B2 (ja) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | 導波路型光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016191798A JP2016191798A (ja) | 2016-11-10 |
JP6107867B2 true JP6107867B2 (ja) | 2017-04-05 |
Family
ID=57005048
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015071159A Active JP6107867B2 (ja) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | 導波路型光素子 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9946100B2 (ja) |
JP (1) | JP6107867B2 (ja) |
CN (1) | CN106716235B (ja) |
WO (1) | WO2016158650A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7131565B2 (ja) * | 2017-10-02 | 2022-09-06 | Tdk株式会社 | 光変調器 |
JP2021051269A (ja) | 2019-09-26 | 2021-04-01 | Tdk株式会社 | 光変調器 |
CN110927995A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-03-27 | 西南大学 | 一种基于金属-介质-金属波导的电光调制器 |
CN113467109A (zh) * | 2020-03-31 | 2021-10-01 | Tdk株式会社 | 光调制器 |
JP7526584B2 (ja) | 2020-04-21 | 2024-08-01 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光導波路デバイス |
JP7526583B2 (ja) | 2020-04-21 | 2024-08-01 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光導波路デバイスおよび光導波路デバイスの製造方法 |
CN115145063A (zh) | 2021-03-30 | 2022-10-04 | Tdk株式会社 | 光学器件 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2630536B2 (ja) | 1992-02-14 | 1997-07-16 | 富士通株式会社 | 光送信装置 |
EP0553568B1 (en) * | 1991-12-27 | 1998-08-26 | Fujitsu Limited | Optical waveguide device with reduced DC drift |
KR20070036058A (ko) * | 2004-06-30 | 2007-04-02 | 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 | 도파로형 광제어 소자와 그 제조방법 |
US7231101B2 (en) * | 2005-04-18 | 2007-06-12 | Jds Uniphase Corporation | Electro-optic waveguide device capable of suppressing bias point DC drift and thermal bias point shift |
JP4936838B2 (ja) * | 2005-09-29 | 2012-05-23 | 住友大阪セメント株式会社 | 光制御デバイス |
JP2008242042A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Anritsu Corp | 光変調器 |
JP5792702B2 (ja) * | 2012-09-26 | 2015-10-14 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
-
2015
- 2015-03-31 JP JP2015071159A patent/JP6107867B2/ja active Active
-
2016
- 2016-03-24 CN CN201680002932.7A patent/CN106716235B/zh active Active
- 2016-03-24 US US15/516,196 patent/US9946100B2/en active Active
- 2016-03-24 WO PCT/JP2016/059334 patent/WO2016158650A1/ja active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US9946100B2 (en) | 2018-04-17 |
CN106716235B (zh) | 2018-07-10 |
JP2016191798A (ja) | 2016-11-10 |
WO2016158650A1 (ja) | 2016-10-06 |
CN106716235A (zh) | 2017-05-24 |
US20180011348A1 (en) | 2018-01-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6107867B2 (ja) | 導波路型光素子 | |
JP5233911B2 (ja) | 電気光学素子 | |
US8909001B2 (en) | Optical modulator | |
JP5853880B2 (ja) | 光変調器 | |
JP5007629B2 (ja) | 光導波路素子 | |
JPH05257105A (ja) | 光導波路デバイス | |
WO2019069815A1 (ja) | 光変調器 | |
US8774565B2 (en) | Electro-optic device | |
JP5077480B2 (ja) | 光導波路素子 | |
US7627200B2 (en) | Optical device | |
JP2006301593A (ja) | バイアス点直流電圧ドリフトおよび熱偏移抑制式の電気光学導波路素子とその製造方法 | |
US7460739B2 (en) | Lithium niobate optical modulator | |
JP2007199500A (ja) | 光変調器 | |
JP2012068679A (ja) | 光導波路素子 | |
JP2008233513A (ja) | 光変調器 | |
JP5573855B2 (ja) | 光デバイス | |
US9348156B2 (en) | Optical waveguide element and method for manufacturing optical waveguide element | |
JP6578995B2 (ja) | 導波路型光素子 | |
US20210199996A1 (en) | Optical waveguide device | |
US20230022900A1 (en) | Electro-optic plasmonic devices | |
JP2008242042A (ja) | 光変調器 | |
JPH06160788A (ja) | 光変調器 | |
Shi et al. | Efficient Electro-Optical Modulation Based on Indium Tin Oxide | |
JP2007187893A (ja) | 光変調器 | |
JP2012155045A (ja) | 電気光学素子及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160810 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170207 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170220 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6107867 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |