JP6911329B2 - 光変調器および光モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、光信号を光変調する光変調器および光変調器を有する光モジュールに関する。
光変調器として例えば、LN導波路型変調器の製造方法は、LN(LiNbO3)ウェハ上にチタン(Ti)でマッハ・ツェンダー干渉計(Mach Zehnder Interferometer:MZI)型導波路パターンを形成する。その後、ウェハ上のTiを熱拡散して製造する方法が一般的である。LNウェハは、焦電体であるため、ウェハを加熱することで、ウェハ全体に焦電による電荷が帯電する。
上記変調器の製造方法では、帯電した電荷が導波路パターンで放電し、導波路が損傷された状態で形成される問題がある。従来、Tiの導波路パターン転写時に入出力側に細線ダミーパターンを入出力導波路に沿うように配置することで電荷を拡散させ、導波路損傷を抑える技術が開示されている(例えば、下記特許文献1参照。)。また、Tiを熱拡散させる際に、イオン化ガスにより放電を生じにくくし導波路損傷を抑える技術が開示されている(例えば、下記特許文献2参照。)。また、MZI内部にベタパターンを配置することで放電を抑制する技術が開示されている(例えば、下記特許文献3参照。)。
国際公開第1994/010592号 特開平04−289804号公報 特開2015−111193号公報
近年の光通信方式ではDP−QPSK(Dual Polarization−Quadrature Phase Shift Keying)方式が主に用いられている。それまでのLN変調器では、1チップにつき単一のMZIが配置されているが、DP−QPSK変調器では、1チップに多数のMZIが配置され、導波路構成が複雑化するとともにチップサイズが大型化している。例えば、DP−QPSK変調器の場合は、計6つのMZIが1チップに配置されている。LNウェハの焦電による電荷は、ウェハが高温に加熱されることでウェハ全体に溜まる。
図17は、既存のDP−QPSK変調器の導波路パターンを示す図である。一つの導波路パターン1000あたり、入力導波路1001が1ポートに対し、出力導波路1002はX偏波、Y偏波で信号ポート、モニタ光ポートをそれぞれ持つため、4ポートを有する。図示のように、入力導波路1001と出力導波路1002は、チップ連結パターン(グランドパターン)1005に連結されており、Tiで形成した導波路パターンを熱拡散する際、Tiパターンを通じて電荷は入出力側のチップ連結パターン1005へ流れればパターンの損傷を防ぐことができる。
しかし、図17の導波路パターン1000では、出力側と比較して入力側は、Tiパターンの密度が疎となっている。さらに、変調器構成の複雑化によりチップのサイズが大きくなっている。これらにより、DP−QPSK変調器では、単一のMZIの変調器よりも入力側の導波路1001でのTiパターンの密度が疎となっているため、焦電による電荷を逃がし切れず、入力側の導波路1001のパターンの損傷が発生した。
DP−QPSK変調器等のような複数のMZIが集積されているチップは、構造の複雑化によりチップのサイズが大きくなることで、Tiパターンの無いスペースが増えるため、上記従来の技術では放電を防ぐことができない。
一つの側面では、本発明は、光導波路製造時の光導波路の損傷を防止できることを目的とする。
一つの案では、光変調器は、電気光学効果を有する基板と、前記基板上に設けられ、光の変調を行う導波路パターンと、所定の電位を有し、前記導波路パターンの長さ方向と直交する方向にそれぞれ設けられ、前記導波路パターンの入力側が接続されている連結パターンと、前記導波路パターンの出力側が接続されている連結パターンからなる、一対の連結パターンと、一対の前記連結パターンに両端が接続され、前記導波路パターンの最外部の位置に、当該導波路パターンの入力側から出力側に沿って当該導波路パターンと所定の距離を有して設けられるダミーパターンと、前記導波路パターンの入力側および出力側に、隣接する前記導波路パターン間の空きスペースにそれぞれ所定面積を有して形成され、入力側と出力側の空きスペースに形成された前記所定面積を有するパターンが互いに連結され、かつ、前記所定面積を有するパターンが一対の前記連結パターンにそれぞれ接続される内部ダミーパターンと、を有し、前記導波路パターン、前記連結パターン、前記ダミーパターンおよび前記内部ダミーパターンは、いずれも光導波可能な材質からなることを要件とする。
一つの実施形態によれば、光導波路製造時の光導波路の損傷を防止できるという効果を奏する。
図1は、光変調器の実施の形態1の構成例を示す平面図である。 図2は、光変調器の実施の形態2の構成例を示す平面図である。 図3は、光変調器の実施の形態3の構成例を示す平面図である。 図4は、各実施の形態と従来構成による放電発生率を示す対比の図表である。 図5は、光変調器の実施の形態4の構成例を示す平面図である。 図6は、光変調器の実施の形態5の構成例を示す平面図である。 図7は、既存のDC DP−QPSK変調器の導波路パターンを示す図である。 図8は、実施の形態6にかかるDC DP−QPSK光変調器の構成例を示す平面図である。 図9は、実施の形態7にかかるDC DP−QPSK光変調器の構成例を示す平面図である。 図10は、実施の形態8にかかるDC DP−QPSK光変調器の構成例を示す平面図である。 図11は、実施の形態9にかかるDC DP−QPSK光変調器の構成例を示す平面図である。 図12は、実施の形態10にかかるDC DP−QPSK光変調器の構成例を示す平面図である。 図13は、実施の形態の光モジュールの構成例を示すブロック図である。 図14は、実施の形態の光変調器の製造工程を説明する図である。(平面図) 図15は、実施の形態の光変調器の製造工程を説明する図である。(断面図) 図16は、実施の形態の光変調器の製造工程を説明する図である。(LNウェハの平面図) 図17は、既存のDP−QPSK変調器の導波路パターンを示す図である。
(実施の形態1)
図1は、光変調器の実施の形態1の構成例を示す平面図である。以下の各実施の形態では、DP−QPSK方式の光変調器への適用例を説明する。光変調器100は、電気光学効果を有するニオブ酸リチウム(LN:LiNbO3)の基板(LNウェハ)101上に、複数の導波路パターン102を有する。一つの導波路パターン102は、一つのチップに相当し、内部に複数の導波路パターンを有する。図1には、光変調器100の導波路パターン102に関連する構成のみを記載し、信号電極等の記載は省略している。
DP−QPSK方式では、複数のMZIで構成されており、一つの導波路パターン102あたり、入力導波路111が1ポートに対し、出力導波路112は4ポートを有する。入力導波路111は、分岐部121でX偏波とY偏波に分岐された後、X偏波側とY偏波側にそれぞれ図示しない信号電極と長さ方向Xに所定長を有する相互作用部122を経由し、結合部123で結合される。一つの導波路パターン102あたり、相互作用部122では、幅方向Yに8本の導波路パターン102が形成されている。
そして、出力導波路112部分は、X偏波、Y偏波でそれぞれ信号ポート112x,112yと、モニタ光ポート112xm,112ymをそれぞれ有するため、4ポートとなっている。
ここで、導波路パターン102は、Tiなどを用いて複数のMZIに対応して複数パターン形成する。その後、例えば熱拡散によって導波路パターン102を熱拡散させた光導波路を基板101上に形成する。導波路パターン102は熱拡散により光導波路として形成されるものであり、これらは共通する符号102を付している。
導波路パターン102の形成を説明すると、Tiなどが蒸着されているLNウェハ101上に、フォトマスクなどを用いてフォトリソグラフィなどの手法にて、図1に示すような複数の導波路パターン102を転写する。その後、導波路パターン102以外の不要なTiをウェットエッチングなどで除去する。
この導波路パターン102の形成時、複数の導波路パターン102の入力導波路111側に、長さ方向Xと直交する幅方向Yに各入力導波路111の端部が連結されるチップ連結パターン131を形成する。同様に、複数の導波路パターン102の出力導波路112側に、幅方向Yに各出力導波路112(112x,112xm,112y,112ym)の端部が連結されるチップ連結パターン132を形成する。チップ連結パターン131,132は、複数のチップ(導波路パターン102)間を連結するグランドパターンであり、所定の電位、例えばグランド電位を有する。
そして、実施の形態1では、フォトマスクなどに、導波路損傷対策の線状のダミーパターン141を各導波路パターン102を囲むように最外部に位置する導波路パターン102の外側に形成する。そして、導波路パターン102およびダミーパターン141が形成されたフォトマスクを用いて、導波路パターン102およびダミーパターン141を同時にウェハ101に転写する。
図1に示すように、ダミーパターン141は、1本の入力導波路111の幅方向Yの両側部にそれぞれ形成され、入力側のチップ連結パターン131に連結されている。また、ダミーパターン141は、一つの導波路パターン102あたり4本の出力導波路112の幅方向Yの最外部の外側にそれぞれ形成され、出力側のチップ連結パターン132に連結されている。そして、ダミーパターン141は、導波路パターン102最外部を介して入力側のチップ連結パターン131と出力側のチップ連結パターン132との間を連結する。
図1の例では、一対のダミーパターン141は、入力側のチップ連結パターン131部分から入力導波路111〜分岐部121にかけて導波路パターン102の最外部に沿って次第に幅広となるように形成されている。この後、一対のダミーパターン141は、導波路パターン102に沿った幅方向Yでの位置を有したまま(導波路パターン102が有する最も幅広の間隔を有する直線状に)、出力側のチップ連結パターン132に接続される。
これら導波路パターン102およびダミーパターン141は、いずれも熱拡散後は光導波路の機能を持つため、光変調器100の導波路パターン102を導波する光に光結合することが考えられる。そのため、ダミーパターン141は導波路パターン102から50μm以上(好ましくは100μm以上)離しておくことが望ましい(図中距離d)。
このようなフォトマスク等のパターンを用いて、LNウェハ101に、Tiをパターニングして導波路パターン102と、放電対策用のダミーパターン141とを同時に形成する。その後、熱拡散によって光導波路102が形成される際、ダミーパターン141がLNウェハ101の焦電効果による電荷を拡散させる。これにより、導波路パターン102の放電発生が抑制されるため、損傷の無い導波路パターン102をLNウェハ101に形成することができる。
ここで、図1に示したように、導波路パターン102は、出力導波路112側と比較して入力導波路111は、Tiパターンの密度が疎となっている。ここで、線状のダミーパターン141は入力側と出力側のチップ連結パターン131,132に接続されている。これにより、入力導波路111部分でのパターンの密度が高くなっている。また、ダミーパターン141は、出力側のチップ連結パターン132にも電荷を逃がすことができる。
したがって、ダミーパターン141は、入力導波路111部分で大きな電荷の拡散効果を持ち、放電による入力導波路111部分の損傷を防ぐことができるようになる。なお、ダミーパターン141は、入力導波路111部分に限らず、入力導波路111から出力導波路112に至るまでの長さ方向X全体の導波路パターン102での放電発生を抑制し、導波路パターン102全体の損傷を防止できる。
なお、導波路パターンの熱拡散後、LNウェハ上に信号電極、およびグランド電極を形成し、その後、図1の分割線A〜Dに示すように、一つの導波路パターン102ごとにダイシング等で分割(カット)して導波路パターン102単位のチップを形成する。この際、入力側および出力側のチップ連結パターン131,132部分についても分割線E,F部分で分割することで、一つの導波路パターン102あたり一つの入力導波路111と4つの出力導波路112とを有するチップを形成する。
このように実施の形態1によれば、ダミーパターンを設けることにより、導波路パターンを熱拡散させて光導波路を形成する際、導波路パターンでの放電発生を抑制でき、導波路パターンの損傷を防止できる。また、ダミーパターンは、導波路パターンと同時にパターン形成でき、容易に作成できる。
(実施の形態2)
図2は、光変調器の実施の形態2の構成例を示す平面図である。図2において図1と同様の構成部には同一の符号を付している。実施の形態2では、実施の形態1と同様に導波路パターン102の最外部から外側の位置にメッシュ状に所定の面積を持つダミーパターン201を設ける。導波路パターン102およびダミーパターン201はいずれもTiをパターニングして形成する。
例えば、ダミーパターン201は、実施の形態1と同様に導波路パターン102の最外部を囲み、入力側のチップ連結パターン131と出力側のチップ連結パターン132との間を結ぶ線状のダミーパターン141を設ける。また、導波路パターン102からみて一対のダミーパターン141よりも外側の位置に、入力側のチップ連結パターン131と出力側のチップ連結パターン132との間を直線で結ぶ線状のダミーパターン202を設ける。そして、これらダミーパターン141,202の間の領域にメッシュ状のパターンを形成する。メッシュの形状は、互いに交差する複数の線で構成すればよく、互いが直交したり所定角度を有して交差する形状など各種メッシュ形状とすることができる。
ダミーパターン201は、入力導波路111側に所定の面積のメッシュ領域211を有する。
このダミーパターン201は、LNウェハ101に導波路パターン102を転写するフォトマスクなどに、特にTiパターンの密度が疎となる入力導波路111側の空いたスペースにメッシュ状にパターンを配置する。メッシュ状のダミーパターン201は、入力側の各チップ間を連結するベタパターン(グランドパターン)131に幅方向Yで多数の箇所で接続されており、導波路パターン102に沿うようにして出力側のチップ連結パターン132に連結されている。
このダミーパターン201についても、実施の形態1と同様に、熱拡散後は光導波路の機能を持ち、光変調器100の導波路パターン102を導波する光に光結合することが考えられる。そのため、メッシュのダミーパターン201(最も近接する線状のダミーパターン141)と導波路パターン102との間は50μm程度離しておくことが望ましい(図中距離d)。
なお、実施の形態2において、導波路パターン102の熱拡散後、LNウェハ上に信号電極、およびグランド電極を形成し、その後、図1同様に分割線でダイシングして導波路パターン102単位のチップを形成する。
上述した実施の形態2によれば、実施の形態1の線状のダミーパターンに比して、より入力導波路側のパターン密度が高く、電荷を拡散させる効果が大きくでき、線状のダミーパターンよりも放電を防ぐ効果を高めることができる。
(実施の形態3)
図3は、光変調器の実施の形態3の構成例を示す平面図である。図3において図1と同様の構成部には同一の符号を付している。実施の形態2では、ダミーパターン201を説明したメッシュとしたが、実施の形態3では、導波路パターン102の外側に所定の面積を持つベタのダミーパターン301とする。導波路パターン102およびベタのダミーパターン301はいずれもTiをパターニングして形成する。
例えば、ベタのダミーパターン301の内縁部301aは、導波路パターン102の最外部から距離dだけ離した位置に設ける。ベタのダミーパターン301の外延部301bは、入力側のチップ連結パターン131と出力側のチップ連結パターン132との間を直線で結ぶ。これら内縁部301aと外縁部301bとの間の全領域をTiとするベタ面のパターンを形成する。
ダミーパターン301は、入力導波路111側に所定の面積のベタ領域311を有する。
実施の形態3の製造方法についても実施の形態1と同様に行える。LNウェハ101にチップパターン(導波路パターン102)を転写するフォトマスクなどに、ベタのダミーパターン301を形成する。ベタのダミーパターン301は幅方向Yの両側に内縁部301aを距離dで近づけて設け、入力導波路111の付近のベタの面積を大きくとっている。そして、このベタのダミーパターン301は、入力側のチップ連結パターン131に接続され、出力側方向に導波路パターン102の最外部に距離dを有して沿いつつ、出力側のチップ連結パターン132に接続されている。
ベタのダミーパターン301は、実施の形態1と同様に熱拡散後は光導波路の機能を持ち、光変調器100の導波路パターン102を導波する光に光結合することが考えられる。そのため、ベタのダミーパターン201(最も近接する内縁部301a)と導波路パターン102との間を距離d(50μm程度)離しておくことでこの光結合を防ぐことができる。
なお、実施の形態3において、導波路パターン102の熱拡散後、LNウェハ上に信号電極、およびグランド電極を形成し、その後、図1同様に分割線でダイシングして導波路パターン102単位のチップを形成する。
実施の形態3によれば、放電による導波路パターン102の損傷が発生しやすい入力導波路111側のスペースをTiのベタのダミーパターン301を埋める形で設ける。これにより、実施の形態1、2に比して、より強力に焦電効果による電荷を拡散させ、放電の発生を抑制でき、損傷の無い導波路パターン102をLNウェハ101に形成することができる。
図4は、各実施の形態と従来構成による放電発生率を示す対比の図表である。実施の形態1,3で説明したダミーパターン141,301を有する導波路パターン102と、ダミーパターンを有さない従来の導波路パターンの構成におけるTiの熱拡散時の放電発生率を示している。
より具体的には、この放電発生率は、後述するDual Carrier DP−QPSK変調器への適用例(図7,図8,図10参照)について試験したものであり、従来および実施の形態で用いた導波路パターンの形状は同一である。
図4に示す放電発生率は、放電対策のダミーパターンを有さない従来の導波路パターン(図7参照)では10%であった。また、実施の形態1(図1、図8参照)に示した線状のダミーパターン141では3%、実施の形態3(図3、図10参照)に示したベタのダミーパターン301では0%であった。放電発生率は、導波路損傷発生率に相当する。
図4に示すように、放電対策のダミーパターンが無い従来の導波路パターンが最も放電発生率が高く、線状のダミーパターン141、ベタのダミーパターン301の順に放電発生率が低くなっている。これは、導波路パターン102と同様にTiで形成したダミーパターン141,302の面積がより大きい方が焦電によって溜まる電荷を拡散させてチップ連結用のグランド(チップ連結パターン131,132)に逃がし、放電が抑えられることを示している。
このことから、ダミーパターンは、実施の形態1の線状(図1)、実施の形態2のメッシュ(図2)よりも、実施の形態3のベタ(図3)のダミーパターンとすることで、密度がより高くさらに強力に電荷を拡散させる効果があることが分かる。
(実施の形態4)
図5は、光変調器の実施の形態4の構成例を示す平面図である。実施の形態4は、実施の形態3(図3)の変形例である。導波路パターン102の転写手法については、上述した各実施の形態と同様に導波路パターン102とともにダミーパターン301をTiでパターニングして形成する。
実施の形態4では、実施の形態3で説明したベタのダミーパターン301と同様に、入力導波路111側に沿って大きなベタパターン(ベタ領域311)を有する。さらに、実施の形態4では、出力導波路112側にも導波路パターン102が形成されていないスペースにベタパターン(ベタ領域511)を設ける。
具体的には、図5に示すように、DP−QPSKの光変調器100の出力側には4本のポート(出力導波路)112が設けられている。このため、一方のベタ領域511aは、導波路パターン102を中心に最も最外部に位置するX偏波の出力導波路112xに沿って距離d離した位置にベタのダミーパターン301の内縁部301aが位置するように設ける。同様に、他方のベタ領域511bは、導波路パターン102を中心に最も最外部に位置するY偏波のモニタ光ポート112ymに沿って距離d離した位置にベタのダミーパターン301の内縁部301aが位置するように設ける。
図5に示す出力導波路112側は、入力導波路111側と比較して、電荷を拡散させる能力は高いが、さらに、この出力導波路112部分に近接させたベタのダミーパターン511を設けることで、電荷を拡散させる能力をさらに高くすることができる。
(実施の形態5)
図6は、光変調器の実施の形態5の構成例を示す平面図である。実施の形態5は、実施の形態4(図5)の変形例である。導波路パターン102の転写手法については、上述した各実施の形態と同様に導波路パターン102とともにダミーパターン301をTiでパターニングして形成する。
実施の形態5では、実施の形態4同様にベタのダミーパターン301について、入力導波路111側に沿って大きなベタ領域311を形成する。また、出力導波路112側にも導波路パターン102が形成されていないスペースに大きなベタ領域511(511a,511b)を設ける。
さらに、実施の形態5では、X,Y偏波の導波路パターン102の間に、ベタ領域611を設ける。具体的には、図6に示すように、分岐部121の中心部のスペースに導波路パターン102から距離dだけ離してベタ領域611aを設ける。同様に、結合部123の中心部のスペースに導波路パターン102から距離dだけ離してベタ領域611bを設ける。そして、ベタ領域611aを連結パターン611cを介してベタ領域611bに接続する。ベタ領域611bは、出力導波路112側のチップ連結パターン132に接続されており、分岐部121のベタ領域611aはグランドのチップ連結パターン132に接続される。
このように、導波路パターン102のX,Y偏波の分岐箇所(分岐部121)の外部および内部にそれぞれベタ領域311,611aを設ける。また、導波路パターン102のX,Y偏波の結合箇所(結合部123)の外部および内部にそれぞれベタ領域511(511a,511b),611bを設ける。これにより、特に、入力導波路111近傍の分岐部121の両側で電荷を拡散できるようになり、実施の形態4よりもより強力に放電を防止することができる。
なお、導波路パターン102の分岐部121部分から放射する漏れ光や、導波路パターン102下部のLNウェハ101のバルク部分を通る不要光などがベタのダミーパターン(ベタ領域611a,611b)等に光結合し、光学特性に影響を与える可能性がある。このため、ベタ領域611a,611bの大きさを限定すること等の適当な不要光遮蔽を行ってもよい。
(DC−DP−QPSK変調器への適用例)
次に、上述した各実施の形態1〜5の構成をDC(DualCarrier) DP−QPSK変調器に適用した場合の各実施の形態について説明する。
図7は、既存のDC DP−QPSK変調器の導波路パターンを示す図である。図7は、上述した実施の形態1〜5のダミーパターンを有さない構成である。ダイシングによる分割後の1チップ701上に2つ(2チャネル:2ch)のDP−QPSK変調器700の導波路パターン102を有し、3つのチップ701をLNウェハ101上に設けた例を示している。702は、Tiのパターンにより設けるチップ701分割用のダイシング用パターンである。
(実施の形態6)
図8は、実施の形態6にかかるDC DP−QPSK光変調器の構成例を示す平面図である。各実施の形態1〜5で説明した箇所と同様の箇所には同一の符号を付してある。DC DP−QPSK変調器700は、1チップ上に2つのDP−QPSK光変調器100が並列に配置された構成に相当する。このため、通常のDP−QPSK光変調器100よりもチップサイズが大きくなり、入力側のTiパターン(入力導波路111)の密度はさらに疎となっている。
そして、実施の形態6では、1チップのDP−QPSK光変調器100に相当する導波路パターン102の最外部を囲むように線状のダミーパターン141を配置する。すなわち、実施の形態6の構成は、図7に示した導波路パターン102を有するとともに、実施の形態1(図1)で説明した線状のダミーパターン141を設けている。
線状のダミーパターン141は、実施の形態1と同様に入力側のチップ連結のグランドパターン(チップ連結パターン131)から導波路パターン102に距離dを有して沿う。そして、この線状のダミーパターンは、出力側のチップ連結のグランドパターン(チップ連結パターン132)に接続されるように設ける。
実施の形態6によれば、DC DP−QPSK光変調器の構成においても、各チャネルのDP−QPSK変調器ごとに、導波路パターン102に沿って入力側と出力側のチップ連結パターン131,132間を接続する線状のダミーパターン141を設けている。これにより、各チャネルのDP−QPSK変調器の導波路パターン102部分での放電の発生を防止でき、特に、入力導波路111部分での放電の発生による損傷を防止できるようになる。
(実施の形態7)
図9は、実施の形態7にかかるDC DP−QPSK光変調器の構成例を示す平面図である。各実施の形態1〜6で説明した箇所と同様の箇所には同一の符号を付してある。実施の形態7の構成は、図7に示した導波路パターン102を有するとともに、実施の形態2(図2)で説明したメッシュ状のダミーパターン201を設けている。
メッシュ状のダミーパターン201は、実施の形態2と同様に入力側のチップ連結のグランドパターン(チップ連結パターン131)から導波路パターン102に距離dを有して沿うように線状のダミーパターン141を設ける。また、導波路パターン102からみて一対のダミーパターン141よりも外側の位置に、入力側のチップ連結パターン131と出力側のチップ連結パターン132との間を直線で結ぶ線状のダミーパターン202を設ける。そして、これらダミーパターン141,202の間の領域にメッシュ状のパターンを形成する。メッシュ状のダミーパターン201は、入力導波路111側に所定の面積のメッシュ領域211を有する。
実施の形態7によれば、DC DP−QPSK光変調器の構成においても、各チャネルのDP−QPSK変調器ごとに、導波路パターン102に沿って入力側と出力側のチップ連結パターン131,132間を接続するメッシュ状のダミーパターン201を設ける。これにより、各チャネルのDP−QPSK変調器の導波路パターン102部分での放電の発生を防止でき、特に、入力導波路111部分での放電の発生による損傷を防止できるようになる。メッシュ状のダミーパターン201は、線状のダミーパターン141に比して、より入力導波路側のパターン密度が高く、電荷を拡散させる効果を大きくでき、実施の形態6の線状のダミーパターン141よりも放電を防ぐ効果を高めることができる。
(実施の形態8)
図10は、実施の形態8にかかるDC DP−QPSK光変調器の構成例を示す平面図である。各実施の形態1〜7で説明した箇所と同様の箇所には同一の符号を付してある。実施の形態8の構成は、図7に示した導波路パターン102を有するとともに、実施の形態3(図3)で説明したベタ状のダミーパターン301を設けている。
実施の形態8では、実施の形態7のメッシュのダミーパターン201をベタのダミーパターン301に変えた点が異なる。ベタ状のダミーパターン301は、実施の形態3と同様に入力側のチップ連結のグランドパターン(チップ連結パターン131)から導波路パターン102に距離dを有して沿うように内縁部301aを設ける。また、導波路パターン102からみて一対のダミーパターン141よりも外側の位置に、入力側のチップ連結パターン131と出力側のチップ連結パターン132との間を直線で結ぶ外縁部301bを設ける。そして、これら内縁部301aと外縁部301bとの間の領域にベタ状のパターンを形成する。ベタ状のダミーパターン301は、入力導波路111側に所定の面積のベタ領域311を有する。
実施の形態8によれば、DC DP−QPSK光変調器の構成においても、各チャネルのDP−QPSK変調器ごとに、導波路パターン102に沿って入力側と出力側のチップ連結パターン131,132間を接続するベタ状のダミーパターン301を設けている。これにより、各チャネルのDP−QPSK変調器の導波路パターン102部分での放電の発生を防止でき、特に、入力導波路111部分での放電の発生による損傷を防止できるようになる。実施の形態8によれば、実施の形態6,7に比して、より強力に焦電効果による電荷を拡散させ、放電の発生を抑制でき、損傷の無い導波路パターン102をLNウェハ101に形成することができる。
(実施の形態9)
図11は、実施の形態9にかかるDC DP−QPSK光変調器の構成例を示す平面図である。実施の形態1〜8で説明した箇所と同様の箇所には同一の符号を付してある。実施の形態9の構成は、実施の形態8(図10)の変形例である。
具体的には、実施の形態8で説明したベタのダミーパターン301と同様に、入力導波路111側に沿って大きなベタパターン(ベタ領域311)を有する。さらに、実施の形態9では、出力導波路112側にも導波路パターン102が形成されていないスペースにベタパターン(ベタ領域511)を設ける(実施の形態4(図5)参照)。
図11に示すように、ベタ状のダミーパターン301は、入力導波路111側において幅方向に3分割されたベタ領域311を有する。これに対応して、出力導波路112側にも幅方向に3分割されたベタ領域511(511a〜511c)を設ける。出力導波路112側の各ベタ領域511は、入力導波路111側の各ベタ領域311と接続する。
このように、実施の形態9では、DC DP−QPSK変調器700の導波路パターン102の、入力側と出力側のTiの導波路パターン102が形成されていないスペースにベタ領域311,511を配置する。ベタ状のダミーパターン301は、実施の形態4で説明したのと同様に、それぞれ入力側、出力側のチップ結合用のグランドパターン(ベタパターン)131,132に接続し、かつ、導波路パターン102に沿うように配置する。
実施の形態9によれば、DC DP−QPSK光変調器の構成においても、各チャネルのDP−QPSK変調器ごとに、導波路パターン102に沿って入力側と出力側のチップ連結パターン131,132間を接続するベタ状のダミーパターン301を設けている。さらに、ダミーパターン301として入力側および出力側の導波路パターン102に沿ったベタ領域311,511を設ける。これにより、各チャネルのDP−QPSK変調器の導波路パターン102部分での放電の発生を防止でき、特に、入力導波路111部分での放電の発生による損傷を防止できるようになる。実施の形態9によれば、実施の形態8の構成にベタパターン511を加えたものとなり、実施の形態8よりも強力に焦電効果による電荷を拡散させ、放電の発生を抑制でき、損傷の無い導波路パターン102をLNウェハ101に形成することができる。
(実施の形態10)
図12は、実施の形態10にかかるDC DP−QPSK光変調器の構成例を示す平面図である。実施の形態1〜9で説明した箇所と同様の箇所には同一の符号を付してある。実施の形態10の構成は、実施の形態9(図11)の変形例である。
具体的には、実施の形態8で説明したベタのダミーパターン301と同様に、入力導波路111側に沿って大きなベタパターン(ベタ領域311)を有する。また、実施の形態9で説明した出力導波路112側にも導波路パターン102が形成されていないスペースにベタパターン(ベタ領域511)を設ける(実施の形態4(図5)参照)。さらに、実施の形態5(図6参照)で説明したX,Y偏波の導波路パターン102の間に、ベタ領域611を設ける。
ベタ領域611は、図6で説明したように、分岐部121の中心部のスペースに導波路パターン102から距離dだけ離してベタ領域611aを設ける。同様に、結合部123の中心部のスペースに導波路パターン102から距離dだけ離してベタ領域611bを設ける。そして、ベタ領域611aを連結パターン611cを介してベタ領域611bに接続する。ベタ領域611bは、出力導波路112側のチップ連結パターン132に接続されており、分岐部121のベタ領域611aはグランドのチップ連結パターン132に接続される。
実施の形態10では、DC DP−QPSK導波路パターンの、入力側と出力側のTiの導波路パターン102の無いスペース、およびX,Y偏波の分岐部121の内部および結合部123の内部にそれぞれベタパターン611(611a,611b)を設ける。入力側と出力側のベタパターン611a,611bは、それぞれ入力側、出力側のチップ結合用のグランドパターン(チップ連結パターン131,132)に接続する。また、X,Y偏波の分岐部121および結合部123内部のベタパターン611a,611bは導波路パターンに沿う連結パターン611cで互いに接続され、出力側のチップ結合用のグランドパターン(チップ連結パターン132)に接続されている。
実施の形態10によれば、DC DP−QPSK光変調器の構成においても、各チャネルのDP−QPSK変調器ごとに、導波路パターン102に沿って入力側と出力側のチップ連結パターン131,132間を接続するベタ状のダミーパターン301を設けている。また、ダミーパターン301として入力側および出力側の導波路パターン102に沿ったベタ領域311,511を設ける。さらに、入力側の分岐部121内部と、出力側の結合部123内部にもベタパターン611a,611bを設け、出力側のチップ連結パターン132に接続させている。
これにより、各チャネルのDP−QPSK変調器の導波路パターン102部分での放電の発生を防止でき、特に、入力導波路111部分での放電の発生による損傷を防止できるようになる。実施の形態10によれば、実施の形態9の構成にベタパターン611を加えたものとなり、実施の形態9よりも強力に焦電効果による電荷を拡散させ、放電の発生を抑制でき、損傷の無い導波路パターン102をLNウェハ101に形成することができる。
(光モジュールの構成例)
図13は、実施の形態の光モジュールの構成例を示すブロック図である。上述した各実施の形態の光変調器が適用される光モジュールの構成例を示す。図13の光モジュール1300は、送信側と受信側の構成を有する。
送信側は、波長可変レーザ光源1301と、LN変調器モジュール1302と、ドライバ1303と、出力ポート1304と、光ファイバ1305と、制御部1306と、コネクタ1308と、を含む。
コネクタ1308を介して送信用のデータが入力され、DSP(Digital Signal Processor)等からなる制御部1306がデータを送信処理し、ドライバ1303を介してLN変調器モジュール1302に供給される。波長可変レーザ光源1301は光をLN変調器モジュール1302に出力し、ドライバ1303がLN変調器モジュール1302を駆動し、データを光変調した光信号を出力ポート1304を介して光ファイバ1305に出力する。
波長可変レーザ光源1301が出力する光は、上述した光変調器100,700の導波路パターン102の入力導波路111に入力される。ドライバ1303が出力する電気信号は、上述した光変調器100,700の導波路パターン102に沿って設けられる信号電極、およびグランド電極に供給される。出力導波路112から出力される変調後のX偏波、Y偏波の光信号は、図示しない合波器で合波された後に出力ポート1304に出力される。
受信側は、光ファイバ1311と、入力ポート1312と、波長可変レーザ光源1313と、受信モジュール1314と、制御部1306と、コネクタ1308と、を含む。
光ファイバ1311を介して受信用の光信号が入力され、受信モジュール1314は、波長可変レーザ光源1313の光源を用いて光信号を復調し、制御部1306に出力する。制御部1306は、データを復号しコネクタ1308を介して出力する。
上記構成の制御部1306は、DSPに限らずCPU(Central Processing Unit)を用いて構成することもできる。この場合、CPUは、メモリに格納されたプログラムを実行し、メモリの一部を作業領域に用いることで制御部1306の機能を実現することができる。
図13に示したLN変調器モジュール1302は、上述した各実施の形態で説明した光変調器100,700の構成を含む。このLN変調器モジュール1302として、上記実施の形態で説明したように、導波路パターン102形成の熱拡散時における放電を抑え、入力導波路111等の損傷を防止できる。そして、光変調器100,700のチップ歩留まりを向上させることができるため、製造コストを低く抑え信頼性を向上できるようになる。
(光変調器の製造工程)
図14〜図16は、実施の形態の光変調器の製造工程を説明する図である。図14は、一つのチップ上のDP−QPSK方式の光変調器100を示す図である。図14に記載したダミーパターンは、実施の形態3(図3参照)で説明したベタのダミーパターン301である。図15は、図14のa−b線で裁断した各製造工程を示す断面図である。図16は、加熱直前のLNウェハ101の全体を示す平面図である。
図15を用いて光変調器100の製造工程を順に説明する。はじめに、図15の(a)に示すように、基板(LNウェハ)101上に、Ti等の金属を蒸着して、図14に示す導波路パターン102の形状をパターニングする。このパターニングは、フォトマスクなどを用いてフォトリソグラフィなどの手法にて、LNウェハ101上に導波路パターン102を転写し、その後、導波路パターン102以外の不要なTiをウェットエッチングなどで除去する。
この際、導波路パターン102とともに、ダミーパターン301を同時にパターニングする。さらに、図15には不図示であるが、チップの分割用のダイシングパターン(例えば図7の702)を同時にパターニングしておく。なお、ダミーパターン301は、上述したように、最も近接する導波路パターン102と距離dを有するように形成する。
次に、図15の(b)に示すように、LNウェハ101を拡散炉に入れ、高温で数時間加熱する。例えば、1000℃で8時間加熱する。これにより、Tiの金属をLNウェハ101内部に拡散させて光導波路(導波路パターン102)を形成する。この際、同時にTiの金属のダミーパターン301についてもLNウェハ101内部に拡散される。
次に、図15の(c)に示すように、LNウェハ101(導波路パターン102)上にバッファ層1501を形成する。次に、図15の(d)に示すように、導波路パターン102に沿って信号電極の下地となる金属(例えばTi/金(Au))膜1502aを所定の電極形状にパターニングする。この際、ダミーパターン301部分にも同様に、グランド電極の下地の金属膜1502bを形成しておく。
次に、図15の(e)に示すように、信号電極の下地となる金属膜1502a部分に信号電極1503をメッキにて複数段積層して形成する。同時に、グランド電極の下地となる金属膜1502b部分に信号電極1504をメッキにて複数段積層して形成する。
図16に示すように、LNウェハ101上には、一方の長さ方向Xに1列、他方の幅方向Yに複数列を有して、複数のチップ(図14の一つの導波路パターン102に相当)がパターニングにより形成される。
そして、図16に示す例では、このLNウェハ101上の複数の導波路パターン102を囲む全面に、ダミーパターン1601となるTiの金属をベタで形成した状態を示す。このダミーパターン1601は、上述した各実施の形態で説明したダミーパターン(線状のダミーパターン141、メッシュ状のダミーパターン201、ベタのダミーパターン301)と、チップ連結パターン131,132とを含む構成である。図中点線にチップ連結パターン131,132に相当する位置を示してある。
図16に示すLNウェハ101を加熱処理した後、長さ方向Xに沿った各ダイシング位置A〜Nでダイシングし、幅方向Yに沿った各ダイシング位置E,Fでダイシングすることにより、複数のチップ(図14の一つの導波路パターン102に相当)を切り出せる。
上述した各実施の形態では、変調器の基板にLNウェハを用いた構成例を説明し、導波路パターンにTiを用いる構成例を説明したが、他の構成例としてはLNにドープするTi以外の他の金属材料、例えばマグネシウム(Mg)等を用いる構成としてもよい。また、本発明は金属の熱拡散により基板に光導波路を形成する構成であり、金属についてもTiに限らず熱拡散に適用できる他の金属を用いることができる。
以上説明した実施の形態によれば、導波路パターンの周囲にダミーパターンを形成し、ダミーパターンを導波路パターンの入力側および出力側のチップ連結パターンにそれぞれ接続する構成とした。これにより、基板加熱時における導波路パターンでの放電を抑制し導波路パターンの損傷を防ぐことができる。
ダミーパターンは、導波路パターンを囲むように最外部に位置する導波路パターンの外側に線状に形成するほかに、導波路パターンの外側に所定の面積を持つメッシュ状やベタ状に形成できる。ダミーパターンは、導波路パターンから所定の距離、例えば50μm以上離して設けることで、導波路パターンを通過する光信号に影響を与えない。このダミーパターンは、導波路パターンの入力側から出力側までの間で所定距離を有して導波路パターンに沿った形状で設けてもよい。さらには、導波路パターンの分岐部や結合部の内部にもダミーパターンを形成し、ダミーパターンを出力側のチップ連結パターンに接続する構成としてもよい。これらにより、基板上におけるダミーパターンの面積を増やすことで、より導波路パターンでの放電の発生を防止できるようになる。
実施の形態によれば、従来の入出力側の導波路近辺のみに設置されていた細線等のパターンと比べて、ダミーパターンが導波路パターンを囲むように入力側と出力側のチップ連結パターンをつなげて構成している。これにより、入力導波路の密度をより密にでき、かつ、ダミーパターンは出力側へも電荷を逃がすことができるため、従来よりも大きな電荷の拡散効果が得られる。したがって、より大きなLNチップ、例えば、DC DP−QPSK変調器のチップにおいても電荷の放電を抑制し、導波路損傷を防ぐことができるようになる。
そして、基板加熱時の導波路パターンでの放電を抑制できることで、導波路パターンを損傷することなく製造の歩留まりを向上できるようになる。そして、導波路パターンが形成された基板チップを用いた光変調器の製造コストを下げることができるとともに、信頼性を向上できるようになる。
上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)電気光学効果を有する基板と、
前記基板上に設けられ、光の変調を行う導波路パターンと、
前記導波路パターンの入力側から出力側に沿って所定の電位を有するダミーパターンと、
を有することを特徴とする光変調器。
(付記2)前記ダミーパターンは、前記導波路パターンの入力側と出力側が接続され、所定の電位を有する連結パターンにそれぞれ接続されたことを特徴とする付記1に記載の光変調器。
(付記3)前記ダミーパターンは、前記導波路パターンと所定の距離を有して設けられたことを特徴とする付記1または2に記載の光変調器。
(付記4)前記ダミーパターンは、前記導波路パターンの最外部に沿って線状に形成されたことを特徴とする付記1〜3のいずれか一つに記載の光変調器。
(付記5)前記ダミーパターンは、前記導波路パターンの最外部に沿う線状と、前記導波路パターンから離れた線状とで囲まれた領域に所定面積を有するメッシュ状に形成されたことを特徴とする付記1〜3のいずれか一つに記載の光変調器。
(付記6)前記ダミーパターンは、前記導波路パターンの最外部に沿う内縁部と、前記導波路パターンから離れた外縁部とで囲まれた領域に所定面積を有するベタ状に形成されたことを特徴とする付記1〜3のいずれか一つに記載の光変調器。
(付記7)さらに、前記ダミーパターンは、前記導波路パターンの入力側の外部の空きスペースに所定面積を有して設けられたことを特徴とする付記5または6に記載の光変調器。
(付記8)さらに、前記ダミーパターンは、前記導波路パターンの出力側の外部の空きスペースに所定面積を有して設けられたことを特徴とする付記5〜7のいずれか一つに記載の光変調器。
(付記9)さらに、前記ダミーパターンは、前記導波路パターンの入力側および出力側の内部の空きスペースに所定面積を有して設けられ、他の前記ダミーパターンに接続され所定の電位を有することを特徴とする付記8に記載の光変調器。
(付記10)付記1〜9のいずれか一つに記載の前記基板上に前記導波路パターンを熱拡散させてなる光導波路と、信号変調用の電極と、を有する光変調器と、
前記光変調器の前記光導波路に光を出力する光源と、
送信するデータを前記光変調器の前記電極に出力させ、前記光変調器による変調された光信号の出力を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする光モジュール。
(付記11)さらに、外部から受信した光信号を復調する受信部を備えたことを特徴とする付記10に記載の光モジュール。
(付記12)電気光学効果を有する基板上に、光の変調を行う導波路パターンとともに、前記導波路パターンの入力側から出力側に沿って所定の電位を有するダミーパターンを金属のパターニングにより形成する工程と、
前記基板を加熱し前記金属を熱拡散させて、前記導波路パターンにより光導波路を形成する工程と、
を含むことを特徴とする光変調器の製造方法。
100,700 光変調器
101 基板(LNウェハ)
102 導波路パターン(光導波路)
111 入力導波路
112 出力導波路
112x,112y 信号ポート
112xm,112ym モニタ光ポート
121 分岐部
122 相互作用部
123 結合部
131,132 チップ連結パターン(グランドパターン)
141,201,202,301,611 ダミーパターン
211 メッシュ領域
311,511,611 ベタ領域
1300 光モジュール
1302 LN変調器モジュール
1306 制御部

Claims (7)

  1. 電気光学効果を有する基板と、
    前記基板上に設けられ、光の変調を行う導波路パターンと、
    所定の電位を有し、前記導波路パターンの長さ方向と直交する方向にそれぞれ設けられ、前記導波路パターンの入力側が接続されている連結パターンと、前記導波路パターンの出力側が接続されている連結パターンからなる、一対の連結パターンと、
    一対の前記連結パターンに両端が接続され、前記導波路パターンの最外部の位置に、当該導波路パターンの入力側から出力側に沿って当該導波路パターンと所定の距離を有して設けられるダミーパターンと、
    前記導波路パターンの入力側および出力側に、隣接する前記導波路パターン間の空きスペースにそれぞれ所定面積を有して形成され、入力側と出力側の空きスペースに形成された前記所定面積を有するパターンが互いに連結され、かつ、前記所定面積を有するパターンが一対の前記連結パターンにそれぞれ接続される内部ダミーパターンと、
    を有し、前記導波路パターン、前記連結パターン、前記ダミーパターンおよび前記内部ダミーパターンは、いずれも光導波可能な材質からなることを特徴とする光変調器。
  2. 前記ダミーパターンは、前記導波路パターンの最外部に沿って線状に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
  3. 前記ダミーパターンは、前記導波路パターンの最外部に沿う線状と、前記導波路パターンから離れた線状とで囲まれた領域に所定面積を有するメッシュ状に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
  4. 前記ダミーパターンは、前記導波路パターンの最外部に沿う内縁部と、前記導波路パターンから離れた外縁部とで囲まれた領域に所定面積を有するベタ状に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
  5. さらに、前記ダミーパターンは、前記導波路パターンの入力側の外部の空きスペースに所定面積を有して設けられたことを特徴とする請求項3または4に記載の光変調器。
  6. さらに、前記ダミーパターンは、前記導波路パターンの出力側の外部の空きスペースに所定面積を有して設けられたことを特徴とする請求項3〜5のいずれか一つに記載の光変調器。
  7. 請求項1〜6のいずれか一つに記載の前記基板上に導波路パターンを熱拡散させてなる光導波路と、信号変調用の電極と、を有する光変調器と、
    前記光変調器の前記光導波路に光を出力する光源と、
    送信するデータを前記光変調器の前記電極に出力させ、前記光変調器による変調された光信号の出力を制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする光モジュール。
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