JPH03504899A - 電子・光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電子・光装置 本発明は電子・先導波体装置、特にリチウムニオベイトのような強誘電材料から 形成された干渉計および方向性結合器に関する。

リチウムニオベイト（ＬＮＢ）およびＫＴＰのような電子・光材料は供給された 電界の大きさおよび方向にしたがって変化する屈折率を有する。このような材料 に基づいた導波体装置は光フアイバ通信および信号処理システムに潜在的に有効 である。典型的にこのような装置は０．６乃至１．６μｍの波長の光、特に１． ３乃至１．６μｍの光で動作することが必要である。

基本的装置には、方向性結合器およびマツハツエンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅ ｒ）　　（ＭＺ）干渉計の２タイプがある。これらのうち最初のものは１対の隣 接した導波体の間の結合を制御するために電子・光効果を使用する。それらの屈 折率を制御することによって、１つの導波体から他の導波体へ、またはその逆に 光を結合することができる。ＭＺ干渉計において、入力導波体は１対の導波体ア ームによって出力導波体に結合される。各アームは、２つのアームの屈折率、し たがってそれを伝播する速度を独立的に制御することができる関連した電極を有 する。したがって、供給された電界を制御することによってそれらが結合された とき構成的または破壊的な干渉になる２つのアーム中を進む信号間の位相差を生 成することができる。したがって、電極間の電圧差に応じて入力光信号を振幅変 調することができる。残念ながら、電子・光効果を呈するＬＮＢのような材料は また熱電体である傾向があり、電界が温度変化の結果として材月内に生成される 。特に２カツトしＮＢのようなある種の材料では熱雷効果は非常に強いため、１ 度またはそれより小さい温度変化はその材料がら形成された方向性結合器または ＭＺ干渉計中の状態を切替えさせるために供給された電界に匹敵する電界を生成 するのに十分である。そのような電界は装置の光学状態に強い影響を与える。結 果的に、高い信頼性の反復可能な特性がこのような材料に基づく電子・先導波体 装置から形成される場合、強い熱電効果を示す２カツトＬＮＢのような材料では 非常に正確な温度制御を行う必要がある。明らかに正確な温度制御を行うことが 必要なことは欠点であ６、このような材料の使用を妨げる。２カツトＬＮＢによ るこの妨害は非常に強いため、低い動作電圧および短い装置の使用を可能にする 強い電子・光効果にもかかわらず、あまり強くない後者の内部電子・光特性にか かわらずＸカッ）ＬＮＢの方が好んで使用されている。

残念ながら、ＺカットＬＮＢから形成されるものとは異なって、ＸカットＬＮＢ から形成される電子・光装置は一般に高速動作に適さない複雑な電極構造を必要 とする。

熱不安定性の問題は、特に電極の非対称的な配列がある装置において深刻である 。非対称的な電極配列を持つ装置の例は、進行波電極を有する方向性結合器およ びＭＺ干渉計を含む。進行波電極の使用は潜在的に非常に高速の動作を可能にす る装置（典型的にギガビット速度で切替えできる）を実現できる。このような装 置において、電極配列は装置の第１の導波体アームに重なり、一般に狭いストリ ップの形態で伝送ラインとして構成された第１の電極と、第２の電極と、装置の 第２の導波体アームに重なり、第１の電極より全体的にかなり大きい接地電極か ら成る。

２カツトＬＮＢから構成される装置の熱不安定性の問題は実験されており、例え ばＳ　ｋｅａｔｈ氏他による文献（Ａｐｐｌ、Ｐｂｙｓ、Ｌｅｔｔ、、４９（１ ９）、１９８６年１１月１０日、１２２１乃至１２２３頁）およびＧｅｅ氏他に よる同誌（Ａ　ｐｐｌ、　Ｐ　ｈｙｓ、　Ｌ　ｅｔｔ、　、４７（３）　、　１ ９８５年８月１日、２１１乃至２１３頁）に見られるが、特に電極が導波体ブラ ンチにわたって非対称的に配置されている場合、非常に正確な温度制御を伴わず に２カツトＬＮＢのシステム適用を可能にする実用可能な解決法を発見した者は いない。

本発明によると、第１．および第２の導波体セグメントと、前記第１のセグメン トの第１の細長い部分と整列され、それに重なっている部分を有する進行波電極 と、前記第２のセグメントの第２の細長い部分に重なり、それに沿って延在する 部分を有する接地電極とを具備し、前記接地電極が前記第２の細長い部分を通っ て前記第２の導波体セグメントの幅の一部だけに重なっていることを特徴とする 電子・先導波装置が提供される。

このようにして電極をずらすことによって、２カツトＬＮＢから構成される装置 の温度感応性は著しく減少される。

Ｇｅｅ氏他による上記参照の雑誌の第１図には、一方の干渉計アームのセクショ ンを形成することによって接地電極の下にあり、第２の干渉計アームよりかなり 広い“ｄ、ｅ、バイアス”組込みと呼ばれるマツハツエンダ−干渉計が示されて いる。

しかしながら、干渉計の２つのアームを異なる長さにすることにより組込みバイ アスを提供するこの方法も第２の文献に示された方法も、適切な電気ｄ、ｃ、バ イアスを動作中に適用する簡単な別の方法に対してＧｅｅ氏他により好ましいと されていない。上記に参照された第１図の利点は、“平坦化された”導波体部分 が別の（第２の）干渉計アームの方向に延在する一方で、第２の干渉計アームに 最も近く位置する接地電極の側面が直線であり、第１の干渉計アームのバルクを 形成する導波体領域の適切なエツジと整列される。最終的に、接地電極と関連し た導波体の一部分が実際に接地電極によって波頂されない。示された電極構造が ドラフトエラーの結果であるか否かは、テキストのいずれにも述べられていない ため不明瞭であり、同じ導波体構造を示すが、電極の内部エツジがそれらの各導 波体により隣接する電極構造を有し、Ｃ，Ｍ、Ｇｅｅ氏およびＧ、Ｄ、ＴＩ＋ｕ ｒｍｏｎｄ氏による同雑誌（ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ　４７．０ｐｔｌｃａｌＴｅｃｔ ｕ＋ｏｌｏｇｙ　ｒｏｒ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　（ １９８４）、１７乃至２２頁）における第１図の詳細に述べられた構造とは異な っている。

Ｇｅｅ氏他による雑誌において最初に参照された文献の第１図に示された接地電 極を形成する考えられる理由は、電圧誘導ドリフトを最小にするために縦方向の 抵抗に関して横方向の抵抗の率を最大にすることに関心があったものである。

Ｇｅｅ氏らが、関連した導波体のエツジに関する接Ｊ１！！電極のエツジの位置 が熱電体ドリフトの問題に適切なことを理解していなかったことは明瞭である。

結果的に、Ｇｅｅ氏他による上記に参照された雑誌は本発明には適用できないと 考えられる。

以下、添付の図面を参照した実施例のみによって本発明の好ましい実施例を説明 する。

第１（ａ）図は、低速電極を持つ通常のマツハツエンダ−干渉計の概略的な平面 図である。

第１（ｂ）図は、第１（ａ）図の装置のラインＡ−Ａ　＝における断面を概略的 に示す。

第１　（ｃ）図は、高速動作用の進行波電極構造を持つ通常のマツハツエンダ− 干渉計の概略的な平面図である。

第１（ｄ）図は、低速電極を持つ通常の方向性結合器の概略的な平面図である。

第１（ｅ）図は、高速動作用の進行波電極構造を持つ通常の方向性結合器の概略 的な平面図である。

第２図は、本発明によるマツハツエンダ−干渉計の概略的な平面図である。

第３図は、第２図のラインＡ−Ａにおける概略的な断面図である。

第４図は、本発明による方向性結合器の概略的な平面図である。

第５図はＭＺ干渉計の転送特性を示す。

第１（ａ）図乃至第１（ｅ）図には、２カツトＬＮＢについて使用するのに適し た電極構造を具備している通常の方向性結合器およびＭＺ干渉計が示されている 。光導波体パターン１はチタンの選択的拡散によりリチウムニオベイト基体２に 形成される。二酸化シリコン、アルミナまたは酸化インジウム錫のバッファ層３ は任意に導波体パターン１上に形成される。金、アルミニウムまたはアルミニウ ム合金の電極５および６は導波体１の一部を覆うバッファ層上に形成された。

結晶の切断されて研磨されたスライスである基体２は、典型的に長さが４０＋ｎ ｍであり、幅がｌｏｍｎ＋であり、厚さが１ｍｍである。

基体の下面は、金属被覆４を有している。ＭＺ干渉計としては、導波体の幅はほ ぼ５μｍであり、導波体アーム１７および１８が約１Ωμｍだけ分離されている 。電圧が電極を介して供給されたとき、電界の一部は導波体を通る。２カツトＬ ＮＢ装置に対して、それは材料の屈折率を変化する電界の垂直成分である。

ＭＺ干渉計の転送特性は第５図に示されている。特性は本質的に周期的な余弦平 方関数であり、構成的な干渉が生じるピークおよび破壊的な干渉が生じる谷を有 する。ピークから谷へ出力を駆動するために必要な電極電圧はスイッチング電圧 Ｖ、である。ゼロボルトに最も近い出力ピークを得るために必要な電圧は位相バ イアス電圧Ｖ０である。ＺカットＬＮＢ上の長さが２０ｏｏｎの電極に対する典 型的なスイッチング電圧は約３，５ボルトである。位相バイアス電圧はスイッチ ング電圧までの任意の値である。

第１（ａ）図乃至第１（ｄ）図はそれぞれ低速電極構造を有する装置を示し、変 調信号が供給され、以降“生電極”５゜Ｊ５と呼ばれる電極および地面に接続さ れ、以降“接地電極”６．１６と呼ばれる電極が同じ寸法および形状であり、本 質的に同様にしてそれらの各導波体部分７，１７および８．１８に関して位置さ れている。

対称的に、第１（ｃ）図および第１（ｅ）図は高速動作用に配列された電極を有 する装置を示す。それぞれの場合に、導波体部分の上部に重なりそれに沿って延 在する、関連した導波体部分２７．３７　（典型的に幅９μｍ）よりそれ程広く ない（典型的に１３μｍ）ストリップライン形状の進行波電極２５゜３５があり 、一方接他電極２６．３６は同じ長さでその導波体部分２８、３８に重なるが、 進行波電極よりも基体のかなり大きい領域を被覆するように横方向に延在する。

このような電極構造を持つ装置は特に２カツトＬＮＢから形成された場合に、特 に温度変化に感応する。

第１（Ｃ）図および第１　（ｅ）図に示された電極構造の代わりに、第２図およ び第４図に示されたタイプの電極構造が使用された場合、温度感応度が２カツト ＮＬＢでも著しく減少されることができることを発見した。古い電極構造と本発 明によるものとの相違は関連した導波体部分の幅全体を被覆する代わりに大きい 電極、この場合には接地電極がその関連した導波体部分の一部だけにわたって延 在することである。

典型的に、最適な結果は関連した導波体部分の幅の約半分を露出するように位置 をずらされた接地電極により得られる。

、　　導波体のリムが７乃至８μｍの幅である場合、接地電極は典型的に導波体 の幅の３乃至４μｎ１を露出するように外される。

電極分離を増加する必要はなく（典型的に分離は１０μｍである）、事実上両電 極は導波体に関して同量だけ移動されることが可能である。このような再構成は 、進行波電極が導波体より一般的に広い（整列問題を容品にし、電子移動の危険 を減じるように）ため進行波電極により“予め“覆われた導波体を露出すること なく可能である。進行波電極の下にある導波体がその電極の再配置の結果として 露出される部分である場合、別の導波体を露出する利点のいくつかは両導電体上 に存在するスクリーンされない熱電電荷の結果失われる。さらに進行波電極がそ の関連した導波体の幅の一部だけを被覆する場合、スイッチング電圧は増加され る傾向がある。

以下、本発明による装置の改良された温度安定性の基本的概念を示す。熱電体材 料の表面上の電極は生成された任意の熱電気電界を局部的に変化させる。２カツ トしＮＢにおいて形成された装置において（ＸカットＬＮＢでは一般的ではない ）、電極は導波体の直ぐ上にあり、結果的に導波体は電極の存在と関連した電界 中の局部変化にさらされる傾向がある。

対称的な電極配置の場合、両導波体部分は基体の温度が変化したときに熱電気電 界中の類似した変化を杆験する。

非対称的な電極配置の場合、２つの導波体部分は基体の温度が変化したときに等 しくない熱電気電界にさらされる。熱電気電界中の不均衡は結果的に電子・光転 逆特性の温度誘導シフトを発生させ、したがって温度感応性を高める。

接地電極と関連した導波体の被覆しない部分によって、スクリーンされない電荷 と関連した電界ラインは、それらが別の電極に関連した導波体を通ったときに導 波体を通過させられる。これは、接地電極がその関連した導波体のエツジを被覆 しそれを越えてかなり延在し、その結果スクリーンされない熱電電荷と関連させ られた電界ラインを生じ、かなりまたは完全に導波体をミスする従来技術の装置 の状況と反対である。

明らかに、本発明は電子・光効果および熱電体効果を両方呈し、電極がほぼ導波 体部分上に位置するように配置される任意の材料に適用可能であり、すなわち基 体表面に直角な電界（“垂直′電界）成分が導波体の屈折率に影響を与える。

Ｘカット材料中ではそれは導波体の屈折率に影響を与える基１＋　主面１−　ｍ 　２：　ｆ：　萱ａｃｌ：ハ４７／ｈ−ｎ　　−Ｊ−＋　−、Ｌ　ｒ　ｋＴ　Ｄ 　＜ＩＪ：高’ｌ’！’ＭＦｌ（３，１ａ。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成２年１１月２６日　勺か

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）関連した導波体に重なる接地電極を含む進行波構造を具備している電子・ 光導波体装置において、前記関連した導波体は接地電極によって重畳される部分 にわたって実質的に一定の幅を有し、接地電極が実質的に前記部分全体を通して 前記関連した導波体の幅全体より少なく重なることを特徴とする電子・光導波体 装置。
2. （２）接地電極の部分は前記関連した導波体セグメントの幅の９０％以上重なら ない請求項１記載の装置。
3. （３）接地電極は重畳された部分を通して前記関連した導波体セグメントの幅の ４０乃至６０％だけと重なる請求項１または２記載の装置。
4. （４）進行波電極は第２の導波体の幅全体と重なる請求項１乃至３のいずれか１ 項記載の装置。
5. （５）進行波電極は第２の導波体より幅が広い請求項１乃至４のいずれか１項記 載の装置。
6. （６）第２の導波体に重なる進行波電極の一部は幅が１０μｍ乃至１５μｍであ り、第２の導波体は幅が５乃至１０μｍである請求項５記載の装置。
7. （７）装置はｚカットされたリチウムニオベイト基体に形成される請求項１乃至 ６のいずれか１項記載の装置。
8. （８）装置は干渉計である請求項１乃至７のいずれか１項記載の装置。
9. （９）装置は方向性結合器である請求項１乃至７のいずれか１項記載の装置。
10. （１０）非対称的な平面電極構造を有する電子・光導波体装置において、 大領域の電極がその関連した導波体の幅全体より少なく重なり、それによって熱 電気電界に対する装置の感応性が減少されることを特徴とする装置。
11. （１１）前記関連した電極は大領域の電極によって重畳される部分にわたって実 質的に一定の幅を有する請求項１０記載の電子・光装置。
12. （１２）重畳部分にわたって前記電極は実質的な一定の量だけ前記関連した導波 体に重なる請求項１０または１１記載の電子・光装置。
13. （１３）前記電極は３０乃至７０％の範囲で前記関連した導波体に重なる請求項 １２記載の電子・光装置。