JPH06250131A - Optical control element - Google Patents

Optical control element

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JPH06250131A
JPH06250131A JP3998893A JP3998893A JPH06250131A JP H06250131 A JPH06250131 A JP H06250131A JP 3998893 A JP3998893 A JP 3998893A JP 3998893 A JP3998893 A JP 3998893A JP H06250131 A JPH06250131 A JP H06250131A
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JP
Japan
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substrate
optical
stress
control element
film
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Application number
JP3998893A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuto Noguchi
一人 野口
Hiroshi Miyazawa
弘 宮沢
Osamu Mitomi
修 三冨
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPH06250131A publication Critical patent/JPH06250131A/en
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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
    • G02F2203/00Function characteristic
    • G02F2203/20Intrinsic phase difference, i.e. optical bias, of an optical modulator; Methods for the pre-set thereof

Abstract

PURPOSE:To provide the optical control element having a desired operating point by providing the rear surface side of a substrate with a stress adjusting film applying a desired stress on the substrate. CONSTITUTION:A pair of optical waveguides 2 and 3 of several to several tens mum width and several to several tens mm length in proximity to each other at several tens mum are installed on a Z-cut LiNbO3 substrate 1 having an electrooptical effect. Input and output waveguides 6 and 7 are connected respectively via Y-branch optical waveguide 4 and 5 at both ends thereof. A pair of electrodes 11, 12 are formed via a buffer layer (SiO2 film) 10 provided in order to prevent light absorption on the optical waveguides 2, 3. The two- phase modulation type optical control elements are constituted of these optical waveguides 2, 3 and the electrodes 11, 12. The rear surface of the LiNbO3 substrate 1 is provided with the stress adjusting film 13 consisting of SiO2 and the adjustment of the value of the stress acting on the substrate is executed by adjusting the thickness and arrangement of the stress adjusting film and the depth, width, etc., of the stress adjusting grooves and, therefore, the operating point of the optical control element can be arbitrarily adjusted in compliance with driving conditions.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光波の変調、光路切り替
え等を行う光制御素子に関し、特に基板中に設けた光導
波路を用いて制御を行う導波形の光制御素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical control element for modulating a light wave, switching an optical path, etc., and more particularly to a waveguide type optical control element for controlling using an optical waveguide provided in a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信システムの実用化が進むにつれ
て、さらに大容量、高機能のシステムが要求されてい
る。より高速の光信号の発生や光伝送路の切り替え、交
換等の新たな機能の付加が必要とされている。現在の実
用システムでは光信号は半導体レーザや発光ダイオード
の注入電流を直接変調することによって得られている
が、将来的には、高速の光変調器や光スイッチ等の光制
御素子が必要となっている。高速の光制御素子としては
電気光学効果を利用する光制御素子が代表的であり、方
向性結合器形光変調器またはスイッチ、全反射形光スイ
ッチ、マッハツェンダ形光変調器またはスイッチに関す
る報告がなされている。
2. Description of the Related Art As an optical communication system is put into practical use, a system having a larger capacity and a higher function is required. It is necessary to add new functions such as generation of higher-speed optical signals, switching of optical transmission lines, and exchange. In current practical systems, optical signals are obtained by directly modulating the injection current of semiconductor lasers and light emitting diodes, but in the future, optical control elements such as high-speed optical modulators and optical switches will be required. ing. As a high-speed optical control element, an optical control element utilizing an electro-optic effect is typical, and there are reports on a directional coupler type optical modulator or switch, a total reflection type optical switch, a Mach-Zehnder type optical modulator or switch. ing.

【0003】例えば10Gb/s以上の超高速信号の変
調器、あるいはスイッチング素子としては、ニオブ酸リ
チウム:LiNbO3 結晶中にTiを拡散して形成した
光導波路を利用する素子が有り、マイクロ波と光波との
速度整合を行った進行波形電極を用いることにより変調
帯域として20GHz程度の値が得られている。
For example, as a modulator or switching element for ultra-high speed signals of 10 Gb / s or more, there is an element that uses an optical waveguide formed by diffusing Ti in lithium niobate: LiNbO 3 crystal, which is called microwave. A value of about 20 GHz is obtained as a modulation band by using a traveling waveform electrode that is velocity-matched with a light wave.

【0004】図4に、従来の光制御素子の一例として、
LiNbO3 結晶中にTiを拡散して形成したマッハツ
ェンダ形光強度変調器の平面図およびそのC−C線断面
図を示す。
FIG. 4 shows an example of a conventional light control element.
FIG. 1 shows a plan view of a Mach-Zehnder type optical intensity modulator formed by diffusing Ti in a LiNbO 3 crystal and a sectional view taken along the line CC.

【0005】図4(a)および(b)に示すように、電
気光学効果を有するzカットLiNbO3 基板101上
には、互いに数十μmの間隔で近接した幅数〜数十μ
m、長さ数〜数十mmの一対の光導波路102および1
03が設置され、その両端にはそれぞれY分岐光導波路
104および105を介して入出力光導波路106およ
び107が接続されており、入出力導波路106および
107の端部はそれぞれ入射端108および出射端10
9となっている。そして、この例では、光導波路102
および103の上に光吸収を防ぐために設けたバッファ
層(SiO2 膜)110を介して一対の電極111およ
び112が形成され、これらの光導波路102および1
03と電極111および112とにより2つの位相変調
形光制御素子が構成されている。3dB分岐部となるY
分岐光導波路104は入力光Y分岐光導波路であり、そ
の開き角は数mradとし、2本の位相変調部光導波路
102および103の間隔は数十μmとする。合流部と
なるY分岐光導波路105もY分岐光導波路104と同
様開き角数mradのY分岐光導波路である。なお、入
射端108および出射端109は、それぞれ基板101
の相対向する端面に形成されており、各光導波路パター
ンの幅は、5〜10μmである。
As shown in FIGS. 4A and 4B, on a z-cut LiNbO 3 substrate 101 having an electro-optical effect, a width of several tens of μm and a width of several tens of μm which are close to each other at intervals of several tens μm.
m, a pair of optical waveguides 102 and 1 having a length of several to several tens of mm
03 is installed, and input / output optical waveguides 106 and 107 are connected to both ends thereof via Y-branch optical waveguides 104 and 105, respectively, and the ends of the input / output waveguides 106 and 107 are respectively an incident end 108 and an emission end. Edge 10
It is 9. Then, in this example, the optical waveguide 102
And 103, a pair of electrodes 111 and 112 are formed via a buffer layer (SiO 2 film) 110 provided to prevent light absorption, and these optical waveguides 102 and 1 are formed.
03 and the electrodes 111 and 112 form two phase modulation type light control elements. Y becomes a 3 dB branch
The branch optical waveguide 104 is an input light Y-branch optical waveguide, the opening angle of which is several mrad, and the interval between the two phase modulator optical waveguides 102 and 103 is several tens of μm. Similarly to the Y-branch optical waveguide 104, the Y-branch optical waveguide 105 serving as the confluent portion is also a Y-branch optical waveguide having an opening angle of mrad. The entrance end 108 and the exit end 109 are respectively connected to the substrate 101.
Are formed on the end faces facing each other, and the width of each optical waveguide pattern is 5 to 10 μm.

【0006】また、図4に示した構造において、半波長
電圧Vπを小さくするため、電気光学定数が最大となる
ようにデバイスを構成している。すなわち、光導波路を
伝搬する光の偏光をz方向とし、印加する電界の方向も
z方向としているため、図4(b)に示したように、電
極111および112を、それぞれ光導波路102およ
び103の直上に配置している。さらに、電極111お
よび112による光吸収を防ぐため、電極111および
112と光導波路102および103との間にSiO2
膜からなるバッファ層110を形成している。
Further, in the structure shown in FIG. 4, the device is constructed so that the electro-optic constant is maximized in order to reduce the half-wave voltage Vπ. That is, since the polarization of the light propagating through the optical waveguide is in the z direction and the direction of the applied electric field is also in the z direction, the electrodes 111 and 112 are connected to the optical waveguides 102 and 103, respectively, as shown in FIG. 4B. It is located directly above. Further, in order to prevent light absorption by the electrodes 111 and 112, SiO 2 is provided between the electrodes 111 and 112 and the optical waveguides 102 and 103.
A buffer layer 110 made of a film is formed.

【0007】次に、図4に示した光変調器の動作を説明
する。入射端108へ入射した入射光113は、入力光
導波路106を通過してY分岐光導波路104へ導か
れ、光導波路102および103に分岐する。ここで、
光導波路102および103は、設計上、幅および長さ
が全く等しい導波路であるので、光変調器に駆動電力を
供給しない場合、分岐した光は合波部であるY分岐光導
波路105において合波し、出力光導波路107を通っ
て出射光109から出射光114として出射する。この
とき、光はON状態となる。一方、この光変調器に駆動
電力が供給されると、この光変調器では電極111およ
び112間に電界が加わる。LiNbO3基板101は
電気光学効果を有するので、この電界により屈折率変化
を生じる。この結果、2本の光導波路102および10
3を伝搬する光の位相にずれが生じる。このずれがπ
(ラジアン)になった場合、マッハツェンダ形光導波路
の合波部で高次モードを励振し、光はOFF状態とな
る。したがって、出力光114は印加電圧に対して正弦
波状に変化し、図5(a)に示すような特性を示す。な
お、図5(a)において、光出力をON/OFFさせる
のに必要な電圧を半波長電圧Vπとしている。
Next, the operation of the optical modulator shown in FIG. 4 will be described. Incident light 113 incident on the incident end 108 passes through the input optical waveguide 106, is guided to the Y branch optical waveguide 104, and is branched into the optical waveguides 102 and 103. here,
By design, the optical waveguides 102 and 103 are waveguides having exactly the same width and length. Therefore, when drive power is not supplied to the optical modulator, the branched light is combined in the Y-branch optical waveguide 105 which is a combining unit. The light is emitted from the outgoing light 109 as outgoing light 114 through the output optical waveguide 107. At this time, the light is turned on. On the other hand, when drive power is supplied to this optical modulator, an electric field is applied between the electrodes 111 and 112 in this optical modulator. Since the LiNbO 3 substrate 101 has an electro-optic effect, this electric field causes a change in the refractive index. As a result, the two optical waveguides 102 and 10
The phase of the light propagating through 3 is shifted. This deviation is π
When it becomes (radian), the higher-order mode is excited in the combining portion of the Mach-Zehnder type optical waveguide, and the light is turned off. Therefore, the output light 114 changes sinusoidally with respect to the applied voltage and exhibits the characteristics shown in FIG. In FIG. 5A, the voltage required to turn ON / OFF the light output is set to the half-wave voltage Vπ.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
分岐干渉形光変調器では、分岐した2つの位相変調器部
の光導波路102および103において、光導波路製作
時にTiの厚さや幅が数%部分的に変化することによっ
て生じる屈折率の違いやマスク製作時における0.1μ
m程度の誤差、あるいはバッファ層の厚みや電極構造の
不均一性・歪み等により、位相変調器部の実効的な光路
長に僅かな違いが生じる。このため、分岐した2つの光
波の間に定常的な位相差が生じて変調器の動作点がシフ
トしてしまう。製作時において、このような光路長の変
化をなくすことは不可能であるため、設計通りの動作点
を有する変調器を製作することは事実上不可能である。
従って、従来の変調器を駆動するためには、変調方式や
素子に応じて直流バイアス電圧を変調信号に重畳しなけ
ればならないという問題がある。また、必要な直流バイ
アス電圧の値は素子によって異なるため、同一の駆動回
路を使用することができないという問題もある。
However, in the conventional branching interferometer type optical modulator, in the optical waveguides 102 and 103 of the two branched phase modulator sections, the thickness and width of Ti are several percent when the optical waveguides are manufactured. Difference in the refractive index caused by the change in the mask
A slight difference occurs in the effective optical path length of the phase modulator portion due to an error of about m, nonuniformity / distortion of the buffer layer thickness, electrode structure, and the like. For this reason, a stationary phase difference occurs between the two branched light waves, and the operating point of the modulator shifts. Since it is impossible to eliminate such a change in optical path length during manufacturing, it is virtually impossible to manufacture a modulator having an operating point as designed.
Therefore, in order to drive the conventional modulator, there is a problem that the DC bias voltage must be superimposed on the modulation signal according to the modulation method and the element. Further, since the value of the required DC bias voltage differs depending on the element, there is a problem that the same drive circuit cannot be used.

【0009】このように従来の光制御素子では、動作特
性の再現性に関しては十分な特性は得られていない。
As described above, the conventional light control element has not obtained sufficient characteristics with respect to reproducibility of operating characteristics.

【0010】そこで、本発明の目的は、上述の従来の光
制御デバイスの欠点を除き、所望の動作点を有する光制
御素子を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an optical control element having a desired operating point, excluding the above-mentioned drawbacks of the conventional optical control device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明に係る光制御素子は、少なくとも一本の
光導波路を備えた電気光学効果を有する基板と、前記基
板の上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上
に配置された電極とを具備した光制御素子において、前
記基板の裏面側に、当該基板に所望の応力を与える応力
調整膜を具備することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a light control element according to the present invention is formed on a substrate having at least one optical waveguide and having an electro-optical effect, and formed on the substrate. An optical control element comprising a buffer layer formed on the substrate and an electrode arranged on the buffer layer, the substrate comprising a stress adjusting film for applying a desired stress to the substrate on the back surface side of the substrate. To do.

【0012】また、本発明に係る光制御素子は、少なく
とも一本の光導波路を備えた電気光学効果を有する基板
と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、前記バッ
ファ層の上に配置された電極とを具備した光制御素子に
おいて、前記基板に、当該基板に所望の値の応力を与え
る応力調整溝が形成されていることを特徴とする。
Further, the light control element according to the present invention includes a substrate having at least one optical waveguide and having an electro-optical effect, a buffer layer formed on the substrate, and arranged on the buffer layer. In the light control element including the formed electrode, a stress adjusting groove for applying a stress of a desired value to the substrate is formed in the substrate.

【0013】[0013]

【作用】本発明の光制御素子は、応力調整膜の厚みや配
置等、または応力調整溝の深さや幅等を調整することに
より、基板に作用する応力の値を調整できるので、光制
御素子の動作点を駆動条件に合わせて任意に設定するこ
とができる。
In the light control element of the present invention, the value of the stress acting on the substrate can be adjusted by adjusting the thickness and arrangement of the stress adjustment film or the depth and width of the stress adjustment groove. The operating point of can be set arbitrarily according to the driving conditions.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0015】図1は本発明による光制御素子の一実施例
を説明するためのマッハツェンダ形光変調素子を示し、
図1(a)は平面図、図1(b)はそのA−A線断面図
である。
FIG. 1 shows a Mach-Zehnder type optical modulator for explaining an embodiment of the optical control element according to the present invention.
FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA.

【0016】図1に示すように、電気光学効果を有する
zカットLiNbO3 基板1の上に、互いに数十μmの
間隔で近接した幅数〜数十μm、長さ数〜数十mmの一
対の光導波路2および3が設置され、その両端にはそれ
ぞれY分岐光導波路4および5を介して入出力光導波路
6および7が接続されており、入出力導波路6および7
の端部はそれぞれ入射端8および出射端9となってい
る。そして、この例では、光導波路2および3の上に光
吸収を防ぐために設けたバッファ層(SiO2 膜)10
を介して一対の電極11および12が形成され、これら
の光導波路2および3と電極11および12とにより2
つの位相変調形光制御素子が構成されている。3dB分
岐部となるY分岐光導波路4は入力光Y分岐光導波路で
あり、その開き角は数mradとし、2本の位相変調部
光導波路2および3の間隔は数十μmとする。合流部と
なるY分岐光導波路5もY分岐光導波路4と同様開き角
数mradのY分岐光導波路である。なお、入射端8お
よび出射端9は、それぞれ基板1の相対向する端面に形
成されており、各光導波路パターンの幅は、5〜10μ
mである。
As shown in FIG. 1, on a z-cut LiNbO 3 substrate 1 having an electro-optical effect, a pair of several tens of μm wide and several tens of mm long, which are close to each other at intervals of several tens μm. Optical waveguides 2 and 3 are installed, and input / output optical waveguides 6 and 7 are connected to both ends thereof via Y branch optical waveguides 4 and 5, respectively.
The end portions of are the entrance end 8 and the exit end 9, respectively. In this example, the buffer layer (SiO 2 film) 10 provided on the optical waveguides 2 and 3 to prevent light absorption.
A pair of electrodes 11 and 12 is formed via the optical waveguides 2 and 3 and the electrodes 11 and 12
Two phase modulation type light control elements are configured. The Y-branch optical waveguide 4 serving as a 3 dB branch portion is an input light Y-branch optical waveguide, the opening angle thereof is several mrad, and the interval between the two phase modulation portion optical waveguides 2 and 3 is several tens μm. Similarly to the Y-branch optical waveguide 4, the Y-branch optical waveguide 5 serving as the confluent portion is also a Y-branch optical waveguide having an opening angle of mrad. The entrance end 8 and the exit end 9 are formed on opposite end faces of the substrate 1, and the width of each optical waveguide pattern is 5 to 10 μm.
m.

【0017】以上の構成は、図4に示したものと同様で
あるが、LiNbO3 基板1の裏面に材質がSiO2
応力調整膜13を設けている点が図4の従来例と異な
る。
The above structure is similar to that shown in FIG. 4, but is different from the conventional example of FIG. 4 in that the stress adjusting film 13 made of SiO 2 is provided on the back surface of the LiNbO 3 substrate 1.

【0018】一般に、プラズマ化学気相堆積法(PCV
D法)等で応力調整膜(SiO2 膜)13を形成する際
に、通常、薄膜内に109 dyne/cm2 程度の内部
応力が発生する。この内部応力によってLiNbO3
板1が応力を受けるため、実際の素子の断面を拡大する
と、図2に示したように、曲率半径rをもってLiNb
3 基板1が反っている。一例として、基板の厚さ0.
5mm、幅10mm、長さ40mmとした光変調器で
は、バッファ層の影響で中央部が周辺部に比べて20μ
m程度凸になっている。
In general, plasma chemical vapor deposition (PCV)
When the stress adjusting film (SiO 2 film) 13 is formed by the D method) or the like, an internal stress of about 10 9 dyne / cm 2 is usually generated in the thin film. Since the LiNbO 3 substrate 1 is stressed by this internal stress, when the cross section of the actual device is enlarged, as shown in FIG.
The O 3 substrate 1 is warped. As an example, the thickness of the substrate is 0.
In an optical modulator with a width of 5 mm, a width of 10 mm, and a length of 40 mm, the central portion is 20 μm smaller than the peripheral portion due to the influence of the buffer layer.
It is convex about m.

【0019】図2において、バッファ層10の影響を無
視すると、反りによって生じるLiNbO3 基板1中の
応力σLNは、応力調整膜13中の応力をσS とすると次
式で与えられる。
In FIG. 2, when the influence of the buffer layer 10 is ignored, the stress σ LN in the LiNbO 3 substrate 1 caused by the warp is given by the following equation when the stress in the stress adjusting film 13 is σ S.

【0020】[0020]

【数1】 [Equation 1]

【0021】ここでaは比例定数、dLNはLiNbO3
基板1の厚み、dS は応力調整膜13の厚みである。
Where a is a proportional constant and d LN is LiNbO 3
The thickness of the substrate 1 and d S are the thickness of the stress adjusting film 13.

【0022】LiNbO3 基板1が反ると歪みを受ける
ため、圧電効果により基板内に分極Pが誘起される。こ
こで、図1に示した例では、zカットのLiNbO3
板1を用いており、z方向の電界を利用して光の制御を
行っているので、ひずみによって誘起された分極のうち
z方向の成分Pzが印加電圧−光出力特性に影響を与え
る。LiNbO3 基板1の圧電定数をdzとし、素子の
形状を考慮するとPzは次式で与えられる。
When the LiNbO 3 substrate 1 is warped, it is strained, so that polarization P is induced in the substrate by the piezoelectric effect. Here, in the example shown in FIG. 1, since the z-cut LiNbO 3 substrate 1 is used and the light is controlled by using the electric field in the z direction, the z direction of the polarization induced by the strain is the z direction. Component Pz affects the applied voltage-optical output characteristics. When the piezoelectric constant of the LiNbO 3 substrate 1 is dz and the shape of the device is considered, Pz is given by the following equation.

【0023】[0023]

【数2】Pz=dzσLN ここでσLNはz軸に垂直な面に働く引っ張り応力であ
る。この誘起された分極Pzにより、実効的に電極間に
一定バイアス電圧が印加されたのと等価になる。実際
は、バッファ層10の影響でさらに複雑な関係になる
が、本発明においては、光制御素子の印加電圧−光出力
特性を測定することにより確認しながら応力調整膜13
の厚みを変えるようにする。すなわち、その都度特性を
確認しながら応力調整膜13を徐々に堆積したり、その
都度特性を確認しながらエッチングにより応力調整膜1
3の厚みを徐々に小さくしたりする。これにより、基板
1に加わる応力を調整して、分極Pzの大きさを調整す
ることができ、実効的に電極間に印加される電圧を調整
して光導波路の光路長を変化させることができる。つま
り、応力調整膜の厚み等を調整することにより、光制御
素子の動作点を駆動条件に合わせて任意に設定すること
ができる。
[Number 2] Pz = dzσ LN where sigma LN is tensile stress acting on a plane perpendicular to the z-axis. This induced polarization Pz is equivalent to effectively applying a constant bias voltage between the electrodes. In reality, the stress adjustment film 13 has a more complicated relationship due to the influence of the buffer layer 10. However, in the present invention, the stress adjustment film 13 is checked while measuring the applied voltage-light output characteristics of the light control element.
Change the thickness of. That is, the stress adjustment film 13 is gradually deposited while checking the characteristics each time, or the stress adjustment film 1 is etched by etching while checking the characteristics each time.
The thickness of 3 is gradually reduced. Thereby, the stress applied to the substrate 1 can be adjusted to adjust the magnitude of the polarization Pz, and the voltage applied between the electrodes can be adjusted effectively to change the optical path length of the optical waveguide. . That is, the operating point of the light control element can be arbitrarily set according to the driving condition by adjusting the thickness of the stress adjusting film.

【0024】なお、図1に示す光変調器の動作は、図4
に示したものと同じであるので、ここでの説明は省略す
る。
The operation of the optical modulator shown in FIG. 1 is as shown in FIG.
The description is omitted here because it is the same as that shown in FIG.

【0025】図3は本発明による光制御素子の他の実施
例を説明するためのマッハツェンダ形光変調素子を示す
図である。図3(a)は平面図、図3(b)はそのB−
B線断面図である。
FIG. 3 is a diagram showing a Mach-Zehnder type optical modulation element for explaining another embodiment of the optical control element according to the present invention. FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is its B-
It is a B line sectional view.

【0026】光制御素子の構成は図1の例と同様である
が、図1と異なるのはLiNbO3基板1の裏面に、光
導波路2および3の長手方向に延びる応力調整溝14お
よび15を設けていることである。この応力調整溝14
および15の幅、深さを変えることにより、LiNbO
3 基板1の反りの量を調整することができる。これによ
り、基板1に加わる応力を調整することによって圧電効
果によって生じる分極Pzの大きさを調整し、実効的に
電極間に印加される電圧を調整して光導波路の光路長を
変化させることができる。すなわち、応力調整溝14の
幅や深さを調整することにより、光制御素子の動作点を
駆動条件に合わせて任意に設定することができる。な
お、応力調整溝は、光導波路に影響を与えない位置であ
れば基板の表面に形成してもよい。
The structure of the light control element is similar to that of the example of FIG. 1, except that stress adjusting grooves 14 and 15 extending in the longitudinal direction of the optical waveguides 2 and 3 are provided on the back surface of the LiNbO 3 substrate 1. It is provided. This stress adjusting groove 14
And 15 by changing the width and depth of LiNbO
3 The amount of warpage of the substrate 1 can be adjusted. As a result, the magnitude of the polarization Pz generated by the piezoelectric effect can be adjusted by adjusting the stress applied to the substrate 1, and the voltage applied between the electrodes can be effectively adjusted to change the optical path length of the optical waveguide. it can. That is, by adjusting the width and depth of the stress adjustment groove 14, the operating point of the light control element can be arbitrarily set according to the driving conditions. The stress adjusting groove may be formed on the surface of the substrate as long as it does not affect the optical waveguide.

【0027】なお、図3に示す光変調器の動作は、図4
に示したものと同じであり、ここでの説明は省略する。
The operation of the optical modulator shown in FIG. 3 is as shown in FIG.
The description is omitted here because it is the same as that shown in FIG.

【0028】上述した実施例では、同様に、応力調整膜
の厚み、あるいは応力調整溝の幅や深さを調整したが、
応力調整膜の面積,パターン形状,配置あるいは材質、
または応力調整溝の面積,パターン形状あるいは配置を
調整することにより同じ効果を実現できる。
Similarly, in the above-mentioned embodiment, the thickness of the stress adjusting film or the width and depth of the stress adjusting groove is adjusted.
Area, pattern shape, arrangement or material of stress adjustment film,
Alternatively, the same effect can be achieved by adjusting the area, pattern shape or arrangement of the stress adjusting groove.

【0029】以上のように、本発明では、合波部におけ
る位相差を任意に設定し、光変調器の動作点を所望の位
置に設定することができる。例えば、図5(b)は、応
力調整膜の厚み等、あるいは応力調整溝の深さ等を調整
する前の状態を示し、この状態から応力調整膜の厚み
等、あるいは応力調整溝の深さ等を調整することによ
り、図5(a)あるいは図5(c)の状態とすることが
できる。すなわち、図5(a)に示すように、印加電圧
0の時に光出力が最大となるように設定することがで
き、あるいは、図5(c)に示すように、印加電圧0の
時光出力が最大値の1/2になるように設定することも
可能である。
As described above, according to the present invention, it is possible to set the phase difference in the multiplexing section arbitrarily and set the operating point of the optical modulator to a desired position. For example, FIG. 5B shows a state before adjusting the thickness of the stress adjusting film or the depth of the stress adjusting groove, and from this state, the thickness of the stress adjusting film or the depth of the stress adjusting groove. It is possible to obtain the state of FIG. 5A or FIG. That is, as shown in FIG. 5A, the light output can be set to be maximum when the applied voltage is 0, or, as shown in FIG. 5C, the light output can be set when the applied voltage is 0. It is also possible to set it to be half the maximum value.

【0030】以上のように本発明によれば、光変調器の
動作点を駆動条件に合わせて任意に設定することが可能
であり、特性の良い光変調器を歩留り良く製作できる。
As described above, according to the present invention, the operating point of the optical modulator can be arbitrarily set according to the driving condition, and the optical modulator having good characteristics can be manufactured with a high yield.

【0031】さらに本発明によれば、光変調器を駆動す
る際に、印加される実効的な直流電圧成分が0になるよ
うに光変調器の動作点を設定できるため、LiNbO3
等の強誘電体結晶材料を用いた光制御素子で問題になっ
ているDCドリフトの無い素子を製作できる。
Further, according to the present invention, when the optical modulator is driven, the operating point of the optical modulator can be set so that the effective DC voltage component applied becomes 0. Therefore, LiNbO 3
It is possible to manufacture an element without the DC drift which is a problem in the light control element using the ferroelectric crystal material such as.

【0032】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、光波の位相を制御することを利用するいかなる方
式の光制御素子、例えばバランスブリッジ形光強度変調
器や方向性結合器型スイッチ等に対しても適用できる。
本発明に用いる基板の材料、光導波路の形状、電極の形
状等は上記実施例に限定されるものではなく、例えば基
板材料としてLiTaO3 等の強誘電体結晶を用いるこ
とができる。光導波路としてリッジ形光導波路等を用い
ることができる。電極形状としては、高速化に適した進
行波形の電極等を用いることができる。さらに、応力調
整膜は上記実施例に限定されず、窒化シリコン膜等の誘
電体薄膜、金属膜等、あるいはこれらの複合膜を用いる
ことができる。
The present invention is not limited to the above embodiments, but any type of light control element utilizing the control of the phase of a light wave, such as a balance bridge type light intensity modulator or a directional coupler type switch, is used. Can also be applied to.
The material of the substrate, the shape of the optical waveguide, the shape of the electrodes and the like used in the present invention are not limited to those in the above-mentioned embodiment, and for example, a ferroelectric crystal such as LiTaO 3 can be used as the substrate material. A ridge type optical waveguide or the like can be used as the optical waveguide. As the electrode shape, an electrode having a traveling waveform suitable for increasing the speed can be used. Further, the stress adjusting film is not limited to the above-mentioned embodiment, but a dielectric thin film such as a silicon nitride film, a metal film, or a composite film of these can be used.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、応力
調整膜や応力調整溝により光制御素子の動作点を駆動条
件に合わせて任意に設定することが可能である。
As described above, according to the present invention, the operating point of the light control element can be arbitrarily set by the stress adjusting film and the stress adjusting groove according to the driving condition.

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

【図1】本発明の光制御素子の一実施例を示し、(a)
は平面図、(b)はそのA−A線断面図である。
FIG. 1 shows an embodiment of a light control element of the present invention, (a)
Is a plan view and (b) is a sectional view taken along line AA.

【図2】本発明の光制御素子において、基板の歪みを示
す断面の拡大図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing distortion of the substrate in the light control element of the present invention.

【図3】本発明の光制御素子の他の実施例を示し、
(a)は平面図、(b)はそのB−B線断面図である。
FIG. 3 shows another embodiment of the light control element of the present invention,
(A) is a top view and (b) is the BB sectional view taken on the line.

【図4】従来の光制御素子の一例を示し、(a)は平面
図、(b)はそのC−C線断面図である。
4A and 4B show an example of a conventional light control element, FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a sectional view taken along the line CC.

【図5】マッハツェンダ形光変調素子において、電極に
電圧を印加した場合の、印加電圧対光出力の特性図であ
る。
FIG. 5 is a characteristic diagram of applied voltage vs. optical output when a voltage is applied to electrodes in a Mach-Zehnder interferometer type optical modulator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2,3 光導波路 4,5 Y分岐光導波路 6,7 入出力光導波路 10 バッファ層 11,12 電極 13 応力調整膜 14 応力調整溝 1 substrate 2,3 optical waveguide 4,5 Y branch optical waveguide 6,7 input / output optical waveguide 10 buffer layer 11,12 electrode 13 stress adjusting film 14 stress adjusting groove

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも一本の光導波路を備えた電気
光学効果を有する基板と、前記基板の上に形成されたバ
ッファ層と、前記バッファ層の上に配置された電極とを
具備した光制御素子において、前記基板の裏面側に、当
該基板に応力を与えるための応力調整膜を具備すること
を特徴とする光制御素子。
1. A light control device comprising: a substrate having at least one optical waveguide and having an electro-optic effect; a buffer layer formed on the substrate; and an electrode arranged on the buffer layer. An optical control element, comprising a stress adjusting film for applying stress to the substrate on the back surface side of the substrate.
【請求項2】 少なくとも一本の光導波路を備えた電気
光学効果を有する基板と、前記基板の上に形成されたバ
ッファ層と、前記バッファ層の上に配置された電極とを
具備した光制御素子において、前記基板に、当該基板に
応力を与えるための応力調整溝が形成されていることを
特徴とする光制御素子。
2. An optical control comprising a substrate having at least one optical waveguide and having an electro-optical effect, a buffer layer formed on the substrate, and an electrode arranged on the buffer layer. In the element, the light control element is characterized in that a stress adjustment groove for applying stress to the substrate is formed in the substrate.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06289239A (en) * 1993-03-31 1994-10-18 Sumitomo Cement Co Ltd Optical waveguide type optical element chip which has warpage deformation and is subjected to light phase adjustment
WO2009122852A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-08 住友大阪セメント株式会社 Mach-zehnder waveguide type optical modulator
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