JPH05264937A - Light control device - Google Patents

Light control device

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JPH05264937A
JPH05264937A JP6532592A JP6532592A JPH05264937A JP H05264937 A JPH05264937 A JP H05264937A JP 6532592 A JP6532592 A JP 6532592A JP 6532592 A JP6532592 A JP 6532592A JP H05264937 A JPH05264937 A JP H05264937A
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JP
Japan
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substrate
electrode
optical
control device
refractive index
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Application number
JP6532592A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Mitomi
修 三冨
Kazuto Noguchi
一人 野口
Hiroshi Miyazawa
弘 宮沢
Mitsuaki Yanagibashi
光昭 柳橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/03Devices 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
    • G02F1/035Devices 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
    • G02F1/0356Devices 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 controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide structure

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Abstract

PURPOSE:To provide the light control device of extremely high speed without receiving the restriction of the operating speed by the mismatching of the phase velocity of a modulation signal wave and the phase velocity of the light transmitted in an optical waveguide. CONSTITUTION:A reinforcing plate 12 consisting of a dielectric substrate is disposed in the upper part of the central electrode 14 and grounding electrode 15 of an optical modulator constituted of an LiNbO3 substrate 10 having thermal diffusing optical waveguides 11 near the surface and having an electrooptical effect, the central electrode 14 and grounding electrode 15 disposed on the surface of the LiNbO3 substrate 10. The dielectric constant of the reinforcing plate 12 and the thickness h of the LiNbO3 substrate 10 are so set that the effective refractive index nm of the central electrode 14 to the microwaves impressed to the central electrode 14 and the effective refractive index no to the light of the thermally diffusing optical waveguides 11 are nearly equaled.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、動作速度が極めて速い
光変調器、光スイッチ等の光制御デバイスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical control device such as an optical modulator or an optical switch which operates at an extremely high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、光通信システムにおいては、電気
光学効果を有する強誘電体、半導体、あるいは、有機材
料等を利用し、電気信号によって光の変調やスイッチン
グ、あるいは、偏波制御等を行う光変調器や光スイッ
チ、あるいは、偏波制御器等の光制御デバイスが多く用
いられている。
2. Description of the Related Art At present, in an optical communication system, a ferroelectric material, a semiconductor material, an organic material or the like having an electro-optical effect is used to modulate or switch light by an electric signal, or control polarization. Optical control devices such as optical modulators, optical switches, and polarization controllers are often used.

【0003】ここで、図8および図9に、進行波電極が
形成されたLiNbO3基板からなり、動作速度が速い
従来の光変調器の構成例を示す。これらの図において、
図8は光変調器の平面図、図9は図8のA−A’断面図
である。この光変調器においては、電気光学効果を有す
るz板LiNbO3基板(厚さh=1mm)1上にTi
を熱拡散することにより、マッハツェンダ形の熱拡散光
導波路2が形成されている。
Here, FIG. 8 and FIG. 9 show an example of the configuration of a conventional optical modulator which is composed of a LiNbO 3 substrate on which traveling wave electrodes are formed and which has a high operation speed. In these figures,
8 is a plan view of the optical modulator, and FIG. 9 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. In this optical modulator, Ti is formed on a z-plate LiNbO 3 substrate (thickness h = 1 mm) 1 having an electro-optical effect.
The Mach-Zehnder type heat diffusion optical waveguide 2 is formed by heat-diffusing.

【0004】また、LiNbO3基板1上には、中心電
極4およびアース電極5から構成される進行波電極によ
る光の伝搬損失を抑制するために、図9に示すように、
SiO2などの絶縁体からなるバッファ層(光導波路の
クラッド層)3が厚さd(1μm程度)形成され、その
バッファ層3上に進行波電極として中心電極4およびア
ース電極5から構成されるコプレーナウェーブガイド電
極(Co-Planer Waveguide:CPW電極)が形成されて
いる。
On the LiNbO 3 substrate 1, as shown in FIG. 9, in order to suppress the propagation loss of light due to the traveling wave electrode composed of the center electrode 4 and the earth electrode 5,
A buffer layer (a clad layer of an optical waveguide) 3 made of an insulator such as SiO 2 is formed with a thickness d (about 1 μm), and a center electrode 4 and a ground electrode 5 are formed on the buffer layer 3 as traveling wave electrodes. A Co-Planer Waveguide (CPW electrode) is formed.

【0005】中心電極4およびアース電極5は、通常、
それぞれの厚さが1〜10μmであり、中心電極4の幅
eが10μm、中心電極4とアース電極5との間のギ
ャップgeが15μm程度である。また、中心電極4と
熱拡散光導波路2との結合部分の長さLは、通常、数m
m〜数cm程度である。なお、中心電極4およびアース
電極5には、CPW電極以外に、非対称コプレーナスト
リップ線路やマイクロストリップ線路等のマイクロ波線
路が用いられる。
The center electrode 4 and the ground electrode 5 are usually
Are each of a thickness of 1 to 10 [mu] m, a width w e of the center electrode 4 is 10 [mu] m, a gap g e between the center electrode 4 and the ground electrode 5 is about 15 [mu] m. The length L of the coupling portion between the center electrode 4 and the thermal diffusion optical waveguide 2 is usually several meters.
It is about m to several cm. For the center electrode 4 and the ground electrode 5, a microwave line such as an asymmetrical coplanar strip line or a microstrip line is used in addition to the CPW electrode.

【0006】さらに、6は終端抵抗、7はマイクロ波信
号源8において発生されたマイクロ波によってDCバイ
アス電源9の直流電圧が変調されて生成されたマイクロ
波変調信号を中心電極4に入力する給電線である。
Further, 6 is a terminating resistor, and 7 is a feed for inputting a microwave modulation signal generated by modulating the DC voltage of the DC bias power supply 9 by the microwave generated in the microwave signal source 8 to the center electrode 4. It is an electric wire.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の光変調器においては、マイクロ波変調信号に対する
実効屈折率neと熱拡散光導波路2の実効屈折率noとが
異なるために、マイクロ波変調信号の位相速度と熱拡散
光導波路2を伝わる光の位相速度とが異なってしまう。
たとえば、LiNbO3基板からなる光変調器におい
て、マイクロ波変調信号および光の波長λがともに1.
5μm帯である場合、マイクロ波変調信号に対する実効
屈折率neが3〜4であるのに対して、熱拡散光導波路
2の実効屈折率noが〜2.2であるため、マイクロ波
変調信号の位相速度と熱拡散光導波路2を伝わる光の位
相速度とは、2倍程度異なってしまう。したがって、こ
の位相速度の不整合が、光変調器の動作速度の上限、あ
るいは、動作帯域を制限してしまうという欠点があっ
た。本発明は、このような背景の下になされたもので、
マイクロ波変調信号の位相速度と光導波路を伝わる光の
位相速度との不整合による動作速度の制限を取り除い
て、高速動作が可能な光制御デバイスを提供することを
目的とする。
By the way, in the above-mentioned conventional optical modulator, since the effective refractive index n e for the microwave modulation signal and the effective refractive index n o of the heat diffusion optical waveguide 2 are different, The phase velocity of the wave modulation signal and the phase velocity of the light transmitted through the thermal diffusion optical waveguide 2 are different.
For example, in an optical modulator made of a LiNbO 3 substrate, both the microwave modulation signal and the light wavelength λ are 1.
If it is 5μm band, while the effective refractive index n e is 3-4 for a microwave modulation signal, since the effective refractive index n o of the thermal diffusion optical waveguide 2 is to 2.2, the microwave modulation The phase velocity of the signal and the phase velocity of the light propagating through the thermal diffusion optical waveguide 2 differ by about twice. Therefore, there is a drawback that the mismatch of the phase velocities limits the upper limit of the operating speed or the operating band of the optical modulator. The present invention has been made under such a background,
An object of the present invention is to provide an optical control device capable of high-speed operation by removing the limitation of the operation speed due to the mismatch between the phase speed of the microwave modulation signal and the phase speed of the light transmitted through the optical waveguide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
少なくとも1本の光導波路を表面近傍に備えた電気光学
効果を有する基板と、該基板表面上に配置された電極と
で構成される光制御デバイスにおいて、前記電極上部に
誘電体からなる補強板を配置し、前記電極に印加される
変調信号波に対する前記電極の実効屈折率が前記光導波
路の光に対する実効屈折率とほぼ等しくなるように、前
記補強板の誘電率と前記基板の厚さを設定したことを特
徴としている。
The invention according to claim 1 is
In a light control device comprising a substrate having at least one optical waveguide near the surface and having an electro-optical effect, and an electrode arranged on the surface of the substrate, a reinforcing plate made of a dielectric material is provided above the electrode. And the dielectric constant of the reinforcing plate and the thickness of the substrate are set so that the effective refractive index of the electrode with respect to the modulated signal wave applied to the electrode is substantially equal to the effective refractive index of the light of the optical waveguide. It is characterized by doing.

【0009】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記補強板の誘電率を前記基板の誘電率よ
り小さくしたことを特徴としている。請求項3記載の発
明は、請求項1または2記載の発明において、前記基板
と前記電極との間に、前記基板の誘電率より低い誘電率
を有するバッファ層を形成したことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the dielectric constant of the reinforcing plate is smaller than the dielectric constant of the substrate. The invention according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 1 or 2, a buffer layer having a dielectric constant lower than that of the substrate is formed between the substrate and the electrode.

【0010】請求項4記載の発明は、請求項1ないし3
いずれかに記載の発明において、前記基板に形成した前
記光導波路の近傍をリッジ形状にしたことを特徴として
いる。請求項5記載の発明は、請求項1ないし4いずれ
かに記載の発明において、前記光導波路のコア部に前記
基板の屈折率より高い屈折率を有する装荷材を用いたこ
とを特徴としている。
The invention according to claim 4 is the invention according to claims 1 to 3.
In any one of the inventions, the vicinity of the optical waveguide formed on the substrate is formed into a ridge shape. According to a fifth aspect of the invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, a loading material having a refractive index higher than that of the substrate is used for the core portion of the optical waveguide.

【0011】[0011]

【作用】上記構成によれば、電気光学効果を有する基板
の表面上に配置された電極上に補強板を配置したので、
基板の厚さに対する自由度が増加する。また、補強板の
誘電率と基板の厚さとを適宜設定することにより、電極
に印加される変調信号波に対する電極の実効屈折率を光
導波路の光に対する実効屈折率とほぼ等しくすることが
できるので、この光制御デバイスは、変調信号波の位相
速度と光導波路を伝わる光の位相速度との不整合による
動作速度の制限を受けることなく、極めて高速に動作す
る。
According to the above construction, since the reinforcing plate is arranged on the electrode arranged on the surface of the substrate having the electro-optical effect,
The degree of freedom with respect to the thickness of the substrate is increased. Further, by appropriately setting the dielectric constant of the reinforcing plate and the thickness of the substrate, the effective refractive index of the electrode with respect to the modulated signal wave applied to the electrode can be made substantially equal to the effective refractive index of the optical waveguide with respect to the light. The optical control device operates at an extremely high speed without being restricted by the operation speed due to the mismatch between the phase speed of the modulated signal wave and the phase speed of the light transmitted through the optical waveguide.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。図1は本発明の第1の実施例によるx板
LiNbO3基板10からなる光変調器の構成を示す断
面図である。なお、光変調器の平面図は、図8と同様で
あり、後述する他の実施例においても同様である。この
光変調器においても、LiNbO3基板10上にTiを
熱拡散することにより、熱拡散光導波路11が形成され
ている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an optical modulator including an x-plate LiNbO 3 substrate 10 according to the first embodiment of the present invention. The plan view of the optical modulator is the same as that of FIG. 8 and is the same in other embodiments described later. Also in this optical modulator, the thermal diffusion optical waveguide 11 is formed by thermally diffusing Ti on the LiNbO 3 substrate 10.

【0013】また、LiNbO3基板10上には、直
接、中心電極14およびアース電極15から構成される
CPW電極が形成されている。そして、LiNbO3
板10は、その厚さhが従来例より薄いので、その機械
的強度を保つために、SiO2等の誘電体で構成される
補強板12に、たとえば、光学接着剤13等によって貼
合わされている。
A CPW electrode composed of the center electrode 14 and the ground electrode 15 is directly formed on the LiNbO 3 substrate 10. Since the thickness h of the LiNbO 3 substrate 10 is thinner than that of the conventional example, in order to maintain its mechanical strength, for example, an optical adhesive 13 or the like is added to the reinforcing plate 12 made of a dielectric material such as SiO 2. Pasted together by.

【0014】ここで、図2および図3は、それぞれ本発
明の原理を説明するための図であり、図1の第1の実施
例において、光学接着剤13と補強板12の誘電率がと
もに3.8の場合について、中心電極14の幅we、中
心電極14とアース電極15との間のギャップge、中
心電極14およびアース電極15の厚さteをパラメー
タとしたときのLiNbO3基板10の厚さhに対する
中心電極14およびアース電極15のマイクロ波特性を
等角写像法で計算した結果を示している。図2は特性イ
ンピーダンスZに関するものであり、図3はマイクロ波
実効屈折率nmに関するものである。
2 and 3 are diagrams for explaining the principle of the present invention. In the first embodiment of FIG. 1, the optical adhesive 13 and the reinforcing plate 12 both have the same dielectric constant. In the case of 3.8, LiNbO 3 with the width w e of the center electrode 14, the gap g e between the center electrode 14 and the ground electrode 15, and the thickness t e of the center electrode 14 and the ground electrode 15 as parameters. The result of having calculated the microwave characteristic of the center electrode 14 and the earth electrode 15 with respect to the thickness h of the board | substrate 10 by the conformal mapping method is shown. Figure 2 is related to the characteristic impedance Z, FIG. 3 relates to a microwave effective index n m.

【0015】図3からわかるように、LiNbO3基板
10の厚さhが薄くなればなるほど、マイクロ波実効屈
折率nmが小さくなるため、LiNbO3基板10の厚さ
hを適当に選ぶことより、マイクロ波実効屈折率nm
光の実効屈折率no(〜2.2)とほぼ等しく(0.5
倍から2倍)なるようにすることができる。しかも、図
2からわかるように、補強板12の誘電率や、中心電極
14の幅we、中心電極14とアース電極15との間の
ギャップge、中心電極14およびアース電極15の厚
さteを選ぶことにより、特性インピーダンスZの大き
さも適当な大きさ(たとえば、50Ω)に設定すること
が可能である。
[0015] As can be seen from FIG. 3, the thinner the thickness h of the LiNbO 3 substrate 10, since the effective microwave refractive index n m is smaller than choosing the thickness h of the LiNbO 3 substrate 10 appropriately substantially equal to the effective microwave refractive index n m of the light of the effective refractive index n o (~2.2) (0.5
Double to double). Moreover, as can be seen from FIG. 2, the dielectric constant of the reinforcing plate 12, the width w e of the center electrode 14, the gap g e between the center electrode 14 and the ground electrode 15, the thickness of the center electrode 14 and the ground electrode 15. By selecting t e , it is possible to set the magnitude of the characteristic impedance Z to an appropriate magnitude (for example, 50Ω).

【0016】図2および図3によると、たとえば、中心
電極14の幅weを8μm、中心電極14とアース電極
15との間のギャップgeを30μm、中心電極14お
よびアース電極15の厚さteを20μm、LiNbO3
基板10の厚さhを3μm程度に設定することにより、
マイクロ波実効屈折率nmが光の実効屈折率noとほぼ同
じ大きさになり、特性インピーダンスZの大きさも約5
0Ωになるので、従来のマイクロ波変調信号の位相速度
と光導波路を伝わる光の位相速度との不整合の問題は解
消され、高速の光変調器が実現できる。
2 and 3, for example, the width w e of the center electrode 14 is 8 μm, the gap g e between the center electrode 14 and the ground electrode 15 is 30 μm, and the thicknesses of the center electrode 14 and the ground electrode 15 are 30 μm. t e is 20 μm, LiNbO 3
By setting the thickness h of the substrate 10 to about 3 μm,
It becomes substantially the same size as the microwave effective index n m is the effective refractive index n o of the light, about also the magnitude of the characteristic impedance Z 5
Since it becomes 0Ω, the problem of mismatch between the conventional phase velocity of the microwave modulation signal and the phase velocity of the light transmitted through the optical waveguide is solved, and a high-speed optical modulator can be realized.

【0017】等角写像法による計算結果によると、中心
電極14およびアース電極15に金を用いた場合、1G
Hzにおけるマイクロ波減衰定数αは、〜0.3dB/
cm程度になるので、中心電極14と熱拡散光導波路1
1との結合部分の長さLを1cmとすると、この光変調
器の動作帯域(3dB帯域)は、400GHz以上にな
り、極めて広帯域な特性となる。
According to the calculation result by the conformal mapping method, when gold is used for the center electrode 14 and the ground electrode 15, 1G
The microwave attenuation constant α at Hz is ~ 0.3 dB /
Since it is about cm, the center electrode 14 and the thermal diffusion optical waveguide 1
When the length L of the coupling portion with 1 is 1 cm, the operating band (3 dB band) of this optical modulator is 400 GHz or more, which is an extremely wide band characteristic.

【0018】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。図4は本発明の第2の実施例による光変調器の構
成を示す断面図である。図4において、図1の各部に対
応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略す
る。図4に示す光変調器においては、図1の熱拡散光導
波路11に代えて、LiNbO3基板10より屈折率が
高い装荷材料17が光導波路16のコア部として新たに
設けられている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a sectional view showing the structure of the optical modulator according to the second embodiment of the present invention. 4, parts corresponding to the respective parts in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In the optical modulator shown in FIG. 4, a loading material 17 having a higher refractive index than the LiNbO 3 substrate 10 is newly provided as the core portion of the optical waveguide 16 instead of the thermal diffusion optical waveguide 11 of FIG.

【0019】このような構成によれば、装荷材料17の
材質や幅woおよび厚さtoを適当に選ぶことにより、図
1に示す熱拡散導波路11を用いた第1の実施例と比較
して、閉じ込めの強い光導波路16を製作できるので、
LiNbO3基板10の厚さhが数μm程度の場合で
も、単一モード(0次モード)の伝搬性がよく、モード
変換損失の小さい特性を得ることが可能である。
With such a configuration, by appropriately selecting the material of the loading material 17, the width w o and the thickness t o , the first embodiment using the thermal diffusion waveguide 11 shown in FIG. In comparison, since the optical waveguide 16 with strong confinement can be manufactured,
Even when the thickness h of the LiNbO 3 substrate 10 is about several μm, single mode (zero-order mode) propagation is good, and it is possible to obtain characteristics with small mode conversion loss.

【0020】しかも、補強板12、光学接着剤13、L
iNbO3基板10、装荷材料17の屈折率をそれぞれ
ro、nao、no、ncoとした場合、nro,nao<no
coの関係になるように、それぞれの材質を選ぶことに
より、光導波路16中の光パワーの多くをLiNbO3
基板10内に分布させることも可能であるので、LiN
bO3基板10の実効的な電気光学効果は、ほとんど低
下しない。また、モードサイズを小さくできるので、駆
動電圧も比較的小さくできるという特長がある。
Moreover, the reinforcing plate 12, the optical adhesive 13, L
When the refractive indices of the iNbO 3 substrate 10 and the loading material 17 are n ro , n ao , n o , and n co , respectively, n ro , n ao <n o <
By selecting the respective materials so that they have the relationship of n co , most of the optical power in the optical waveguide 16 is LiNbO 3
Since it is possible to distribute in the substrate 10, LiN
The effective electro-optical effect of the bO 3 substrate 10 is hardly reduced. Further, since the mode size can be reduced, the drive voltage can be relatively reduced.

【0021】次に、本発明の第3の実施例について説明
する。図5は本発明の第3の実施例による光変調器の構
成を示す断面図である。図5において、図1の各部に対
応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略す
る。図5に示す光変調器においては、図1のLiNbO
3基板10に代えて、−z板LiNbO3基板18が新た
に使用され、LiNbO3基板18上にTiを熱拡散す
ることにより、熱拡散光導波路11が形成されている。
また、LiNbO3基板18上には、SiO2、あるい
は、テフロンなどのLiNbO3基板18より誘電率が
低い絶縁体からなるバッファ層19が形成されている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a sectional view showing the structure of the optical modulator according to the third embodiment of the present invention. 5, parts corresponding to the respective parts in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the optical modulator shown in FIG. 5, the LiNbO of FIG.
The −z plate LiNbO 3 substrate 18 is newly used instead of the 3 substrate 10, and the thermal diffusion optical waveguide 11 is formed by thermally diffusing Ti on the LiNbO 3 substrate 18.
Further, on the LiNbO 3 substrate 18, a buffer layer 19 made of SiO 2 or an insulator such as Teflon having a dielectric constant lower than that of the LiNbO 3 substrate 18 is formed.

【0022】このような構成によれば、図1に示す第1
の実施例の場合と比較して、中心電極14およびアース
電極15の寸法、すなわち、中心電極14の幅we、中
心電極14とアース電極15との間のギャップge、中
心電極14およびアース電極15の厚さteが同じ場合
において、マイクロ波実効屈折率nmを同じ値とするた
めには、LiNbO3基板18の厚さhを比較的大きく
することができるので、製作性が良い。
According to this structure, the first unit shown in FIG.
The dimensions of the center electrode 14 and the ground electrode 15, that is, the width w e of the center electrode 14, the gap g e between the center electrode 14 and the ground electrode 15, the center electrode 14 and the ground, as compared with the embodiment of FIG. When the thickness t e of the electrode 15 is the same, the thickness h of the LiNbO 3 substrate 18 can be made relatively large in order to make the microwave effective refractive index n m the same value, so that the manufacturability is good. ..

【0023】次に、本発明の第4の実施例について説明
する。図6は本発明の第4の実施例による光変調器の構
成を示す断面図である。図6において、図5の各部に対
応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略す
る。図6に示す光変調器においては、図5の熱拡散光導
波路11に代えて、LiNbO3基板18より屈折率が
高い装荷材料21が光導波路20のコア部として新たに
設けられている。なお、この実施例の効果については、
上述した第2の実施例と同様であるので、その説明を省
略する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a sectional view showing the structure of an optical modulator according to the fourth embodiment of the present invention. 6, parts corresponding to the respective parts in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In the optical modulator shown in FIG. 6, a loading material 21 having a higher refractive index than the LiNbO 3 substrate 18 is newly provided as a core portion of the optical waveguide 20 in place of the thermal diffusion optical waveguide 11 of FIG. Regarding the effect of this embodiment,
Since it is the same as the above-mentioned second embodiment, its explanation is omitted.

【0024】次に、本発明の第5の実施例について説明
する。図7は本発明の第5の実施例による光変調器の構
成を示す断面図である。図7において、図6の各部に対
応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略す
る。図7に示す光変調器においては、LiNbO3基板
18がリッジ形状にされている。このような構成によれ
ば、リッジ部周辺に低誘電率の光学接着剤13およびバ
ッファ層22が配置されるので、マイクロ波実効屈折率
mを上述した他の実施例と同じ値とするためには、他
の実施例よりLiNbO3基板18の厚さhを比較的大
きくすることができる。また、補強板12の誘電率をL
iNbO3基板18の誘電率より小さくすることによっ
て、マイクロ波実効屈折率nmが上述した他の実施例と
同じ値でありながら、LiNbO3基板18の厚さhを
さらに大きくできるので、製作性が良くなる。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a sectional view showing the arrangement of an optical modulator according to the fifth embodiment of the present invention. 7, parts corresponding to the respective parts in FIG. 6 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In the optical modulator shown in FIG. 7, the LiNbO 3 substrate 18 has a ridge shape. According to such a configuration, since the low-dielectric constant optical adhesive 13 and the buffer layer 22 are arranged around the ridge portion, the microwave effective refractive index nm is set to the same value as in the other embodiments described above. In addition, the thickness h of the LiNbO 3 substrate 18 can be made relatively large as compared with the other embodiments. In addition, the dielectric constant of the reinforcing plate 12 is L
By smaller than the dielectric constant of the LiNbO 3 substrate 18, while the same value as the other embodiments microwave effective index n m is described above, since the thickness h of the LiNbO 3 substrate 18 can be further increased, manufacturability Will get better.

【0025】なお、上述した各実施例においては、中心
電極14およびアース電極15として、CPW電極から
なる進行波形電極を用いた例を説明したが、これらの電
極以外に非対称コプレーナストリップ線路やスロット線
路等のマイクロ波線路を用いても上述した各実施例と同
様の効果を得ることができる。
In each of the above-mentioned embodiments, an example in which a traveling waveform electrode made of a CPW electrode is used as the center electrode 14 and the ground electrode 15 has been described. Even if microwave lines such as the above are used, the same effects as those of the above-described respective embodiments can be obtained.

【0026】また、電極を集中定数形で構成した光制御
デバイスにおいても、基板の厚さを薄くすることによ
り、電極の単位長当りの静電容量を小さくできるので、
動作の高速化が可能であることはもちろんである。さら
に、上述した各実施例においては、LiNbO3基板を
用いた光変調器を例として本発明の原理および効果につ
いて説明したが、このほか、電気光学効果を有する強誘
電体、半導体、あるいは、有機材料等を利用して、光変
調器や光スイッチ、あるいは、偏波制御器等のような、
電気信号によって光出力を制御するあらゆる光制御デバ
イスに、本発明を適用できることはもちろんである。
Further, also in the light control device in which the electrodes are formed in the lumped constant type, the capacitance per unit length of the electrodes can be reduced by reducing the thickness of the substrate.
Needless to say, the operation speed can be increased. Furthermore, in each of the above-described embodiments, the principle and effect of the present invention have been described by taking an optical modulator using a LiNbO 3 substrate as an example. However, in addition to this, a ferroelectric substance, a semiconductor, or an organic substance having an electro-optical effect is used. Utilizing materials etc., such as optical modulators, optical switches, polarization controllers, etc.
Of course, the present invention can be applied to any optical control device that controls an optical output by an electric signal.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電極上の補強板の誘電率と、電気光学効果を有する基板
の厚さを適当な大きさに設定することによって、変調信
号波の実効屈折率の値を光の実効屈折率の値に合わせる
ことができるので、変調信号波の位相速度と光導波路を
伝わる光の位相速度との不整合による動作速度の制限を
受けることなく、極めて高速の光制御デバイスが実現で
きるという効果がある。
As described above, according to the present invention,
Adjust the effective refractive index of the modulated signal wave to the effective refractive index of the light by setting the dielectric constant of the reinforcing plate on the electrode and the thickness of the substrate that has the electro-optical effect to appropriate values. Therefore, there is an effect that an extremely high-speed optical control device can be realized without being restricted by the operation speed due to the mismatch between the phase speed of the modulated signal wave and the phase speed of the light transmitted through the optical waveguide.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例による光変調器の構成を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an optical modulator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】LiNbO3基板10の厚さhに対する中心電
極14およびアース電極15の特性インピーダンスZの
特性の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the characteristic impedance Z of the center electrode 14 and the ground electrode 15 with respect to the thickness h of the LiNbO 3 substrate 10.

【図3】LiNbO3基板10の厚さhに対する中心電
極14およびアース電極15のマイクロ波実効屈折率n
mの特性の一例を示す図である。
FIG. 3 shows the effective microwave refractive index n of the center electrode 14 and the ground electrode 15 with respect to the thickness h of the LiNbO 3 substrate 10.
It is a figure which shows an example of the characteristic of m .

【図4】本発明の第2の実施例による光変調器の構成を
示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a configuration of an optical modulator according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例による光変調器の構成を
示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of an optical modulator according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施例による光変調器の構成を
示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of an optical modulator according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施例による光変調器の構成を
示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a configuration of an optical modulator according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】従来の光変調器の構成例を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing a configuration example of a conventional optical modulator.

【図9】図8のA−A’断面図である。9 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,10,18 LiNbO3基板 2,11 熱拡散光導波路 3,19 バッファ層 4,14 中心電極 5,15 アース電極 6 終端抵抗 7 給電線 8 マイクロ波信号源 9 DCバイアス電源 12 補強板 13 光学接着剤 16,20 光導波路 17,21 装荷材料1,10,18 LiNbO 3 substrate 2,11 thermal diffusion optical waveguide 3,19 buffer layer 4,14 center electrode 5,15 earth electrode 6 termination resistance 7 feeder line 8 microwave signal source 9 DC bias power supply 12 reinforcing plate 13 optics Adhesive 16,20 Optical waveguide 17,21 Loading material

フロントページの続き (72)発明者 柳橋 光昭 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内Continuation of the front page (72) Inventor Mitsuaki Yanagibashi 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも1本の光導波路を表面近傍に
備えた電気光学効果を有する基板と、該基板表面上に配
置された電極とで構成される光制御デバイスにおいて、 前記電極上部に誘電体からなる補強板を配置し、前記電
極に印加される変調信号波に対する前記電極の実効屈折
率が前記光導波路の光に対する実効屈折率とほぼ等しく
なるように、前記補強板の誘電率と前記基板の厚さを設
定したことを特徴とする光制御デバイス。
1. A light control device comprising a substrate having at least one optical waveguide near the surface and having an electro-optical effect, and an electrode arranged on the surface of the substrate, wherein a dielectric is provided on the electrode. And a dielectric constant of the reinforcing plate and the substrate such that the effective refractive index of the electrode with respect to the modulated signal wave applied to the electrode is substantially equal to the effective refractive index of the optical waveguide with respect to the light. A light control device characterized in that the thickness of the light control device is set.
【請求項2】 前記補強板の誘電率を前記基板の誘電率
より小さくしたことを特徴とする請求項1記載の光制御
デバイス。
2. The light control device according to claim 1, wherein the dielectric constant of the reinforcing plate is smaller than that of the substrate.
【請求項3】 前記基板と前記電極との間に、前記基板
の誘電率より低い誘電率を有するバッファ層を形成した
ことを特徴とする請求項1または2記載の光制御デバイ
ス。
3. The light control device according to claim 1, wherein a buffer layer having a dielectric constant lower than that of the substrate is formed between the substrate and the electrode.
【請求項4】 前記基板に形成した前記光導波路の近傍
をリッジ形状にしたことを特徴とする請求項1ないし3
いずれかに記載の光制御デバイス。
4. The ridge shape is formed in the vicinity of the optical waveguide formed on the substrate.
The light control device according to any one of the claims.
【請求項5】 前記光導波路のコア部に前記基板の屈折
率より高い屈折率を有する装荷材を用いたことを特徴と
する請求項1ないし4いずれかに記載の光制御デバイ
ス。
5. The light control device according to claim 1, wherein a loading material having a refractive index higher than that of the substrate is used for a core portion of the optical waveguide.
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