JP7037116B2

JP7037116B2 - 光変調器

Info

Publication number: JP7037116B2
Application number: JP2018067836A
Authority: JP
Inventors: 将之本谷; 利夫片岡
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2022-03-16
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: CN110320681A; US10514561B2; US20190302489A1; JP2019179123A; CN110320681B

Description

本発明は、光変調器に関し、特に、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するため、該基板に形成された、高周波信号を印加する制御電極と、該高周波信号を該制御電極に受け渡すため中継線路を備えた中継基板とを有する光変調器に関する。

光通信分野や光計測分野において、ニオブ酸リチウム基板（ＬＮ基板）などの電気光学効果を有する基板に光導波路や制御電極を組み込んだ光変調器が多用されている。これらの光変調器の制御電極に高周波信号を入力したり、制御電極の終端から高周波信号を出力する際に、中継基板や終端基板を用いている。本発明の説明においては、中継基板を中心に説明するが、終端基板であっても全く同様な構成が採用できることから、本発明の「中継基板」は終端基板も含む意味で使用されている。

光変調器の制御電極と、中継基板に形成される中継線路は、高周波信号を伝送するため、コプレーナ線路構造を備えている。そして、制御電極を構成する信号電極と中継線路の信号線路や、制御電極を構成する接地電極と中継線路の接地線路は、お互いに金線や金リボンなどによりワイヤボンディングされている。

中継基板は、通常、アルミナなどの材料が使用されているため、光変調器を構成する基板（ＬＮ基板等）とは、誘電率が異なっている。このため、制御電極と中継線路との電気的接続においては、両者の特性インピーダンスが一致するように調整されているのが一般的である。

特許文献１にも示すように、制御電極と中継線路との電気的接続を行うためには、ワイヤボンディングする領域を確保するために信号電極や信号線路にパッド部を形成することが不可欠である。このため、信号電極のパッド部は、それ以外の信号電極の幅よりも広くなり、これに伴い、信号電極を挟むように配置される接地電極間の距離も広くなる。そして、信号電極の幅の変化に合わせて、接地電極間の距離も変化するように設定されている。

このようなパッド部による電極形状の変化は、特に接地電極の電流経路を大きくするため、放射による高周波信号の伝搬損失を増大させる原因となる。このため、特許文献１では、制御電極と中継線路とを繋ぐワイヤボンディングの位置を調整する方法や、接地電極の信号電極側のエッジ形状を調整する方法を提案している。

しかしながら、これらの構成では、伝搬損失を十分に低減させることが難しく、特に、３０ＧＨｚを超え、さらには１００ＧＨｚにも達する広帯域化が可能な光変調器を提供する上で、高周波信号の伝搬損失の更なる低減が不可欠となっている。

特開２０１５－１９１１３７号公報

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、光変調器の制御電極と中継基板の中継線路との電気的接続における高周波信号の伝搬損失を低減した光変調器を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の光変調器は、以下の技術的特徴を有する。
（１）電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するため、該基板に形成された、高周波信号を印加する制御電極と、該高周波信号を該制御電極に受け渡すため中継線路を備えた中継基板とを有する光変調器において、該制御電極と該中継線路は、少なくとも両者の電気的接続部を含んで、共にコプレーナ線路構造を備え、該制御電極は、該制御電極の電気的接続部と、該制御電極の電気接続部から該光導波路に電界を印加する作用部までの間にある取り回し部とを有し、該取り回し部は、コプレーナ線路構造を備え、該制御電極の電気的接続部における信号電極は、該中継線路から電気的接続が行われ最も幅広いパッド部と、該パッド部から該取り回し部に繋がるテーパー部とを有し、該制御電極の電気的接続部における信号電極を挟む接地電極間の距離Ｇ２は、該取り回し部の信号電極を挟む接地電極間の距離Ｇ１とほぼ等しいことを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の光変調器において、該中継線路の電気的接続部における信号線路を挟む接地線路間の距離Ｇ３は、該制御電極の電気的接続部における信号電極を挟む接地電極間の距離Ｇ２とほぼ等しいことを特徴とする。

（３）上記（１）又は（２）に記載の光変調器において、該パッド部の長さＬは、該高周波信号の波長の１０分の１以下であ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変調器において、該パッド部の幅Ｓ２は、該高周波信号の波長の１０分の１以下であ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変調器において、前記電気光学効果を有する基板の材料は、ニオブ酸リチウム、もしくは、ポリマー系材料であることを特徴とする。

本発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するため、該基板に形成された、高周波信号を印加する制御電極と、該高周波信号を該制御電極に受け渡すため中継線路を備えた中継基板とを有する光変調器において、該制御電極と該中継線路は、少なくとも両者の電気的接続部を含んで、共にコプレーナ線路構造を備え、該制御電極は、該制御電極の電気的接続部と、該制御電極の電気接続部から該光導波路に電界を印加する作用部までの間にある取り回し部とを有し、該取り回し部は、コプレーナ線路構造を備え、該制御電極の電気的接続部における信号電極は、該中継線路から電気的接続が行われ最も幅広いパッド部と、該パッド部から該取り回し部に繋がるテーパー部とを有し、該制御電極の電気的接続部における信号電極を挟む接地電極間の距離Ｇ２は、該取り回し部の信号電極を挟む接地電極間の距離Ｇ１とほぼ等しいため、光変調器の制御電極と中継基板の中継線路との電気的接続における電流経路の不連続性が解消され、高周波信号の伝搬損失を低減することが可能となる。

本発明の光変調器に係る第１の実施例を説明する図である。本発明の光変調器に係る第２の実施例を説明する図である。

以下、本発明の光変調器について、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明の光変調器は、図１に示すように、電気光学効果を有する基板１と、該基板に形成された光導波路（不図示）と、該光導波路を伝播する光波を変調するため、該基板に形成された、高周波信号を印加する制御電極と、該高周波信号を該制御電極に受け渡すため中継線路を備えた中継基板４とを有する光変調器において、該制御電極と該中継線路は、少なくとも両者の電気的接続部を含んで、共にコプレーナ線路構造を備え、該制御電極は、該制御電極の電気的接続部（Ａ）と、該制御電極の電気接続部から該光導波路に電界を印加する作用部までの間にある取り回し部（Ｂ）とを有し、該取り回し部は、コプレーナ線路構造を備え、該制御電極の電気的接続部における信号電極を挟む接地電極間の距離Ｇ２は、該取り回し部の信号電極を挟む接地電極間の距離Ｇ１とほぼ等しいことを特徴とする。

図１において、制御電極は、信号電極３及びそれを挟む接地電極（２０，２１）によりコプレーナ線路構造を備えている。また、中継基板に形成された中継線路も、信号線路６とそれを挟む接地線路（５０，５１）によりコプレーナ線路構造を備えている。本発明において、コプレーナ線路構造は、全ての制御電極や中継線路に必要な構成ではなく、少なくとも、制御電極と中継線路とを電気的接続する部分と、制御電極の電気的接続部Ａに繋がる取り回し部Ｂの一部には、コプレーナ線路構造を備えることが必要となる。

電気光学効果を有する基板の材料としては、公知の技術である、ニオブ酸リチウムやポリマー系材料が使用可能である。また、Ｔｉ拡散やリッジ形成による光導波路の形成や、金（Ａｕ）やチタンなどの下地電極上に金メッキで制御電極を形成する方法など、本発明にも従来より公知の技術が適用できることは言うまでもない。さらに、中継基板にアルミナなどの絶縁材料が利用可能である。

本発明の特徴は、電気的接続部Ａの信号電極のパッド部が形成された領域の接地電極間の距離（Ｇ２）と、取り回し部Ｂの接地電極間の距離（Ｇ１）とを、ほぼ等しくすることである。本発明における「ほぼ等しい」とは、同じであるだけでなく、本発明の効果（伝搬損失の低減効果）を奏する範囲において、同じからズレても良いという意味である。

このように、接地電極（２０，２１）間の距離を、信号電極３の幅の変化とは無関係に一定とすることで、高周波信号の流れがスムーズとなり、伝搬損失が低減できることが確認されている。

さらに、中継線路の電気的接続部における信号線路６を挟む接地線路（５０，５１）間の距離Ｇ３を、制御電極の電気的接続部Ａにおける信号電極３を挟む接地電極（２０，２１）間の距離Ｇ２とほぼ等しくすることで、より一層、伝搬損失を低減することが可能となる。

また、制御信号の電気的接続部Ａにおける信号電極３は、中継線路から電気的接続が行われ、最も幅が広いパッド部と、該パッド部から取り回し部Ｂに繋がるテーパー部（符号Ｔで示す部分）とを有し、該パッド部の長さＬは、高周波信号の波長の４分の１以下、より好ましくは、１０分の１以下とすることで、パッド部による信号電極の幅の変化が伝搬損失に与える影響を、極力抑制することが可能となる。例えば、３２ＧＨｚの高周波信号の場合は、線路の実効的な誘電率を考慮すると１０分の１波長で約０．５ｍｍ程度となる。

さらに、制御信号の電気的接続部Ａにおける信号電極３は、中継線路から電気的接続が行われ、最も幅が広いパッド部と、該パッド部から取り回し部Ｂに繋がるテーパー部とを有し、該パッド部の幅Ｓ２は、高周波信号の波長の４分の１以下、より好ましくは、１０分の１以下とすることで、パッド部による信号電極の幅の変化が伝搬損失に与える影響を、極力抑制することが可能となる。

図２は、制御電極を構成する、パッド部がある電気的接続部Ａ、取り回し部Ｂ、及び光導波路に電界を印加する作用部Ｃを示した図である。本発明の光変調器は図２に限定されるものではないが、電気的接続部Ａ又はパッド部の長さＬは、取り回し部Ｂの接地電極間の距離Ｇ１が、電気接続部Ａの接地電極間の距離Ｇ２と同じとなる部分の長さより、短い方が、電気的接続部Ａの影響は、比較的抑制することが可能となる。

図２では、取り回し部Ｂと作用部Ｃにおける信号電極の幅（Ｓ１，Ｓ０）を同じにしたが、これに限定されず、取り回し部Ｂの途中で信号電極の幅を変更することも可能である。また、取り回し部Ｂの接地電極間の距離Ｇ１は、作用部Ｃに繋がる直前に一度だけ変更しているが、これに限らず、取り回し部Ｂの途中で複数回、距離Ｇ１を変更することも可能である。

以上説明したように、本発明によれば、光変調器の制御電極と中継基板の中継線路との電気的接続における高周波信号の伝搬損失を低減した光変調器を提供することができる。

１変調基板（電気光学効果を有する基板）
２０，２１接地電極
３信号電極
４中継基板（終端基板）
５０，５１接地線路
６信号線路
Ａ電気的接続部
Ｂ取り回し部
Ｃ作用部

Claims

電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するため、該基板に形成された、高周波信号を印加する制御電極と、該高周波信号を該制御電極に受け渡すため中継線路を備えた中継基板とを有する光変調器において、
該制御電極と該中継線路は、少なくとも両者の電気的接続部を含んで、共にコプレーナ線路構造を備え、
該制御電極は、該制御電極の電気的接続部と、該制御電極の電気接続部から該光導波路に電界を印加する作用部までの間にある取り回し部とを有し、
該取り回し部は、コプレーナ線路構造を備え、
該制御電極の電気的接続部における信号電極は、該中継線路から電気的接続が行われ最も幅広いパッド部と、該パッド部から該取り回し部に繋がるテーパー部とを有し、
該制御電極の電気的接続部における信号電極を挟む接地電極間の距離Ｇ２は、該取り回し部の信号電極を挟む接地電極間の距離Ｇ１とほぼ等しいことを特徴とする光変調器。
請求項１に記載の光変調器において、
該中継線路の電気的接続部における信号線路を挟む接地線路間の距離Ｇ３は、該制御電極の電気的接続部における信号電極を挟む接地電極間の距離Ｇ２とほぼ等しいことを特徴とする光変調器。
請求項１又は２に記載の光変調器において、
該パッド部の長さＬは、該高周波信号の波長の１０分の１以下であることを特徴とする光変調器。
請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調器において、
該パッド部の幅Ｓ２は、該高周波信号の波長の１０分の１以下であ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、
前記電気光学効果を有する基板の材料は、ニオブ酸リチウム、もしくは、ポリマー系材料であることを特徴とする光変調器。