JPH07181437A - 光制御素子 - Google Patents
光制御素子Info
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- JPH07181437A JPH07181437A JP32702093A JP32702093A JPH07181437A JP H07181437 A JPH07181437 A JP H07181437A JP 32702093 A JP32702093 A JP 32702093A JP 32702093 A JP32702093 A JP 32702093A JP H07181437 A JPH07181437 A JP H07181437A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光制御素子の広帯域化。
【構成】 シールド導体５０４の曲率がＬｉＮｂＯ3 基
板５０１の反りによる曲率と等しくなるように、例えば
シールド導体５０４を、その基板５０５の底面をｚカッ
トＬｉＮｂＯ3 基板５０１と同一の曲率を付けて研摩し
た後、シールド導体となるべき金属膜を蒸着法で形成す
る。このシールド導体５０４を進行波電極５０３と光導
波路とが相互作用する領域の近傍で、ＬｉＮｂＯ3 基板
５０１に設置することにより、オーバーレイの厚みをそ
の長手方向に沿って広帯域化に最適な値にほぼ一定に保
つことができる。
板５０１の反りによる曲率と等しくなるように、例えば
シールド導体５０４を、その基板５０５の底面をｚカッ
トＬｉＮｂＯ3 基板５０１と同一の曲率を付けて研摩し
た後、シールド導体となるべき金属膜を蒸着法で形成す
る。このシールド導体５０４を進行波電極５０３と光導
波路とが相互作用する領域の近傍で、ＬｉＮｂＯ3 基板
５０１に設置することにより、オーバーレイの厚みをそ
の長手方向に沿って広帯域化に最適な値にほぼ一定に保
つことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光波の変調や光路切り替
え等を行う光制御素子に係り、特に、動作速度が極めて
速い光制御素子に関する。
え等を行う光制御素子に係り、特に、動作速度が極めて
速い光制御素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光変調素子に比較して光変調帯域
を大幅に広帯域化したマッハツェンダ形のＴｉ拡散Ｌｉ
ＮｂＯ3 （リチウムナイオベート）光変調器として、図
１及び図２に示されるシールド系速度整合形の光変調器
がある（河野他：ElectronicsLetters,vol.25,PP.1382-
1383,1989；特開昭６４−４８０２１号公報）。図１に
は同光変調器の平面から見た構造が示され、図２には図
１のＡＡ′線に沿う横断面構造が示されている。図１及
び図２に示される光変調器では、電気光学効果を有する
ｚカットＬｉＮｂＯ3 基板１０１にＴｉ熱拡散によりマ
ッハツェンダ型光導波路１０２が形成されている。この
基板１０１上には、厚さＤなるＳｉＯ2 バッファ層１０
３が形成され、更にそのバッファ層１０３の上に、中心
導体（中心電極）１０４及びアース導体（アース電極）
１０５から構成されたコプレーナウェーブガイド（ＣＰ
Ｗ）形の進行波電極が形成されている。抵抗１０６は前
記ＣＰＷ形電極１０４，１０５間に接続された終端抵
抗、線路１０７は変調用マイクロ波信号をこれらのＣＰ
Ｗ形電極１０４，１０５に供給するための変調用マイク
ロ波信号給電線（給電用同軸線）である。更に、光導波
路１０２とＣＰＷ形電極１０４，１０５とが相互作用す
る領域の近傍に、オーバーレイ１０８を介してシールド
導体１０９が配置されている。
を大幅に広帯域化したマッハツェンダ形のＴｉ拡散Ｌｉ
ＮｂＯ3 （リチウムナイオベート）光変調器として、図
１及び図２に示されるシールド系速度整合形の光変調器
がある（河野他：ElectronicsLetters,vol.25,PP.1382-
1383,1989；特開昭６４−４８０２１号公報）。図１に
は同光変調器の平面から見た構造が示され、図２には図
１のＡＡ′線に沿う横断面構造が示されている。図１及
び図２に示される光変調器では、電気光学効果を有する
ｚカットＬｉＮｂＯ3 基板１０１にＴｉ熱拡散によりマ
ッハツェンダ型光導波路１０２が形成されている。この
基板１０１上には、厚さＤなるＳｉＯ2 バッファ層１０
３が形成され、更にそのバッファ層１０３の上に、中心
導体（中心電極）１０４及びアース導体（アース電極）
１０５から構成されたコプレーナウェーブガイド（ＣＰ
Ｗ）形の進行波電極が形成されている。抵抗１０６は前
記ＣＰＷ形電極１０４，１０５間に接続された終端抵
抗、線路１０７は変調用マイクロ波信号をこれらのＣＰ
Ｗ形電極１０４，１０５に供給するための変調用マイク
ロ波信号給電線（給電用同軸線）である。更に、光導波
路１０２とＣＰＷ形電極１０４，１０５とが相互作用す
る領域の近傍に、オーバーレイ１０８を介してシールド
導体１０９が配置されている。
【０００３】図１及び図２に示された光変調器の製造に
際し、シールド導体１０９は、シールド導体の基板１１
０にシールド導体となる金属を蒸着して形成する。そし
て、このように形成したシールド導体１０９を、光導波
路１０２とバッファ層１０３及び進行波電極１０４，１
０５とを配置した基板１０１にかぶせることにより、光
変調器を形成する。
際し、シールド導体１０９は、シールド導体の基板１１
０にシールド導体となる金属を蒸着して形成する。そし
て、このように形成したシールド導体１０９を、光導波
路１０２とバッファ層１０３及び進行波電極１０４，１
０５とを配置した基板１０１にかぶせることにより、光
変調器を形成する。
【０００４】この光変調器の動作として、給電線１０７
から駆動電力として変調用マイクロ波信号が供給される
と、進行波電極の中心導体１０４とアース導体１０５と
の間に電界が加わる。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が生じ
る。その結果、マッハツェンダ形光導波路１０２を各々
伝搬する光間に位相のずれが生じる。この位相ずれが２
ｍπ（ｍは整数）ラジアンになった場合、マッハツェン
ダ形光導波路１０２の合波部で導波モードが励振され、
光はＯＮ（オン）状態になる。一方、位相ずれが（２ｍ
＋１）πラジアンになった場合、マッハツェンダ形光導
波路１０２の合波部で高次モードを励振し、光はＯＦＦ
（オフ）状態になる。
から駆動電力として変調用マイクロ波信号が供給される
と、進行波電極の中心導体１０４とアース導体１０５と
の間に電界が加わる。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が生じ
る。その結果、マッハツェンダ形光導波路１０２を各々
伝搬する光間に位相のずれが生じる。この位相ずれが２
ｍπ（ｍは整数）ラジアンになった場合、マッハツェン
ダ形光導波路１０２の合波部で導波モードが励振され、
光はＯＮ（オン）状態になる。一方、位相ずれが（２ｍ
＋１）πラジアンになった場合、マッハツェンダ形光導
波路１０２の合波部で高次モードを励振し、光はＯＦＦ
（オフ）状態になる。
【０００５】従って、この光調器の場合は、中心導体１
０４及びアース導体１０５が進行波電極として構成され
ているので、この進行波電極を伝搬する変調用マイクロ
波信号と光導波路１０２を伝搬する光との間に速度差が
なければ、理想的には光変調帯域の制限はないはずであ
る。
０４及びアース導体１０５が進行波電極として構成され
ているので、この進行波電極を伝搬する変調用マイクロ
波信号と光導波路１０２を伝搬する光との間に速度差が
なければ、理想的には光変調帯域の制限はないはずであ
る。
【０００６】しかし、実際には、マイクロ波伝搬損失の
他に、マイクロ波信号と光との速度差によって光変調帯
域が制限されている。マイクロ波信号に対する進行波電
極のマイクロ波実効屈折率をｎm とし、光に対する光導
波路１０２の実効屈折率をｎ0 とすると、３ｄＢ光変調
帯域Δｆは１／（ｎm −ｎ0 ）に比例する（但し、この
比例関係の式では、マイクロ波の伝搬損失を無視してい
る。）。従って、光変調帯域Δｆを拡大するためにはマ
イクロ波と光の実効屈折率を近づけること、即ち、マイ
クロ波と光の速度を整合させることが不可欠である。
他に、マイクロ波信号と光との速度差によって光変調帯
域が制限されている。マイクロ波信号に対する進行波電
極のマイクロ波実効屈折率をｎm とし、光に対する光導
波路１０２の実効屈折率をｎ0 とすると、３ｄＢ光変調
帯域Δｆは１／（ｎm −ｎ0 ）に比例する（但し、この
比例関係の式では、マイクロ波の伝搬損失を無視してい
る。）。従って、光変調帯域Δｆを拡大するためにはマ
イクロ波と光の実効屈折率を近づけること、即ち、マイ
クロ波と光の速度を整合させることが不可欠である。
【０００７】そのために、図１及び図２に示された光変
調器では、バッファ層１０３の厚みＤを厚くし、且つ、
シールド導体１０９を用いてマイクロ波と光の実効屈折
率を近づけて、速度の整合をとっている。例えば、中心
導体１０４の幅Ｗが８μｍ、中心導体１０４とアース導
体１０５とのギャップＧが１５μｍ、ＳｉＯ2 バッファ
層１０３の厚みＤが１．２μｍ、オーバーレイ１０８の
厚み（高さ）Ｈが４．３μｍの場合において、マイクロ
波と光の速度の完全整合をとることが可能である。な
お、図２中のＴは電極１０４，１０５の厚みを示してい
る。図４に、オーバーレイ１０８の高さＨに対する
ｎm 、ｚm （特性インピーダンス）、Δｆの計算結果を
示す。図からも判るように、光変調帯域Δｆは上述の如
く速度整合がとれた状態で最大となる。なお、図中のＬ
は相互作用長（電極長）を示している。
調器では、バッファ層１０３の厚みＤを厚くし、且つ、
シールド導体１０９を用いてマイクロ波と光の実効屈折
率を近づけて、速度の整合をとっている。例えば、中心
導体１０４の幅Ｗが８μｍ、中心導体１０４とアース導
体１０５とのギャップＧが１５μｍ、ＳｉＯ2 バッファ
層１０３の厚みＤが１．２μｍ、オーバーレイ１０８の
厚み（高さ）Ｈが４．３μｍの場合において、マイクロ
波と光の速度の完全整合をとることが可能である。な
お、図２中のＴは電極１０４，１０５の厚みを示してい
る。図４に、オーバーレイ１０８の高さＨに対する
ｎm 、ｚm （特性インピーダンス）、Δｆの計算結果を
示す。図からも判るように、光変調帯域Δｆは上述の如
く速度整合がとれた状態で最大となる。なお、図中のＬ
は相互作用長（電極長）を示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の光
変調器では、特性インピーダンスｚm を６０Ωに近づけ
て外部駆動回路とのインピーダンス整合をとってマイク
ロ波の伝搬損失を防ぐためには、ＳｉＯ2 バッファ層１
０３の厚みＤを１．２μｍと厚くする必要がある。Ｓｉ
Ｏ2 バッファ層１０３はプラズマ化学気相堆積法（ＣＶ
Ｄ）等で製作するのであるが、ＬｉＮｂＯ3 基板１０１
との密着性を高めたり、膜を緻密化する等の目的から、
通常、基板１０１を３００℃に加熱して作製したり、作
製後に４００℃程度でアニーリングを行う。しかし、Ｓ
ｉＯ2 の熱膨張係数は０．４８×１０-6／℃、ＬｉＮｂ
Ｏ3 の熱膨張係数は０．１５４×１０-4／℃と大きく異
なる。そのため、実際に出来上った光変調器は図１のＢ
Ｂ′線に沿う断面構造を表わす図３に示すように、素子
の中央部が凸に反っている。一例として、基板１０１の
厚みを０．５ｍｍ、長さを４０ｍｍ、幅を１０ｍｍとし
た通常の光変調器の場合、中央部は端部に比べて２０μ
ｍ程度盛り上がる。一方、シールド導体１０９は加工し
た基板１１０上に金属薄膜を設けているため、反りは殆
どない。従って、シールド導体１０９を進行波電極上に
設置した場合、図３に示すように、シールド導体１０９
はその中央部でのみ基板１０１と接した形状となる。１
１１はアース導体１０５とシールド導体１０９のギャッ
プを示す。そのためオーバーレイ１０８の高さ（厚み）
は、中央部で薄く、端部で厚くなってしまう。
変調器では、特性インピーダンスｚm を６０Ωに近づけ
て外部駆動回路とのインピーダンス整合をとってマイク
ロ波の伝搬損失を防ぐためには、ＳｉＯ2 バッファ層１
０３の厚みＤを１．２μｍと厚くする必要がある。Ｓｉ
Ｏ2 バッファ層１０３はプラズマ化学気相堆積法（ＣＶ
Ｄ）等で製作するのであるが、ＬｉＮｂＯ3 基板１０１
との密着性を高めたり、膜を緻密化する等の目的から、
通常、基板１０１を３００℃に加熱して作製したり、作
製後に４００℃程度でアニーリングを行う。しかし、Ｓ
ｉＯ2 の熱膨張係数は０．４８×１０-6／℃、ＬｉＮｂ
Ｏ3 の熱膨張係数は０．１５４×１０-4／℃と大きく異
なる。そのため、実際に出来上った光変調器は図１のＢ
Ｂ′線に沿う断面構造を表わす図３に示すように、素子
の中央部が凸に反っている。一例として、基板１０１の
厚みを０．５ｍｍ、長さを４０ｍｍ、幅を１０ｍｍとし
た通常の光変調器の場合、中央部は端部に比べて２０μ
ｍ程度盛り上がる。一方、シールド導体１０９は加工し
た基板１１０上に金属薄膜を設けているため、反りは殆
どない。従って、シールド導体１０９を進行波電極上に
設置した場合、図３に示すように、シールド導体１０９
はその中央部でのみ基板１０１と接した形状となる。１
１１はアース導体１０５とシールド導体１０９のギャッ
プを示す。そのためオーバーレイ１０８の高さ（厚み）
は、中央部で薄く、端部で厚くなってしまう。
【０００９】このようにオーバーレイ１０８の高さが不
均一になって最適値より薄く、あるいは厚くなると、図
４から判るように、光とマイクロ波の速度整合や、外部
駆動回路とのインピーダンス整合がとれない。更に、オ
ーバーレイ１０８の厚みが１μｍ以下と極端に薄くなる
と、マイクロ波の伝搬損失αが増大する。同様に、オー
バーレイ１０８の厚みが最適値より厚くなると、ｎm 及
びｚm が増加するので、速度整合やインピーダンス整合
がとれない。つまり、オーバーレイ１０８の厚みを一定
に保つことができないと、平均的なｎm をｎ0 と一致さ
せることができたとしても、マイクロ波の伝搬損失が大
きくなり、光変調帯域Δｆの値は図４で示す極大値より
も小さくなってしまう。
均一になって最適値より薄く、あるいは厚くなると、図
４から判るように、光とマイクロ波の速度整合や、外部
駆動回路とのインピーダンス整合がとれない。更に、オ
ーバーレイ１０８の厚みが１μｍ以下と極端に薄くなる
と、マイクロ波の伝搬損失αが増大する。同様に、オー
バーレイ１０８の厚みが最適値より厚くなると、ｎm 及
びｚm が増加するので、速度整合やインピーダンス整合
がとれない。つまり、オーバーレイ１０８の厚みを一定
に保つことができないと、平均的なｎm をｎ0 と一致さ
せることができたとしても、マイクロ波の伝搬損失が大
きくなり、光変調帯域Δｆの値は図４で示す極大値より
も小さくなってしまう。
【００１０】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は特性インピーダンスの低下、ある
いはマイクロ波伝搬損失の増加を招くことなく、マイク
ロ波と光との速度整合を完全にとれる広帯域な光制御素
子を提供することにある。
のであり、その目的は特性インピーダンスの低下、ある
いはマイクロ波伝搬損失の増加を招くことなく、マイク
ロ波と光との速度整合を完全にとれる広帯域な光制御素
子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光制御素子は、少なくとも１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
れた進行波電極と、前記光導波路と前記進行波電極とが
相互作用する領域の近傍にオーバーレイを介し配置され
たシールド導体とを備えた光制御素子において、前記基
板と前記シールド導体とが同一の曲率を有することを特
徴とする。また、本発明の光制御素子は、前記シールド
導体の背面に薄膜が設けられていることを特徴とする。
め、本発明の光制御素子は、少なくとも１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
れた進行波電極と、前記光導波路と前記進行波電極とが
相互作用する領域の近傍にオーバーレイを介し配置され
たシールド導体とを備えた光制御素子において、前記基
板と前記シールド導体とが同一の曲率を有することを特
徴とする。また、本発明の光制御素子は、前記シールド
導体の背面に薄膜が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
【作用】本発明では、光導波路，バッファ層及び進行波
電極を有する基板と、シールド導体とが同一の曲率を有
するため、オーバーレイの厚み（高さ）が均一に一定と
なる。これにより、進行波電極を伝搬するマイクロ波の
実効屈折率が光導波路を伝搬する光の実効屈折率に近づ
くように、且つ、進行波電極の特性インピーダンスが外
部回路の特性インピーダンスに近づくように、進行波電
極の厚み、バッファ層の厚み、オーバーレイの厚みを定
めることができるので、特性インピーダンスが下がると
か、あるいはマイクロ波の伝搬損失が増加するというこ
とがなくなり、しかも、マイクロ波と光の速度を完全に
整合させることができる。また、シールド導体の背面に
薄膜が存在することにより、薄膜の厚み調整等によっ
て、基板とシールド導体の曲率を容易に同一にすること
ができる。
電極を有する基板と、シールド導体とが同一の曲率を有
するため、オーバーレイの厚み（高さ）が均一に一定と
なる。これにより、進行波電極を伝搬するマイクロ波の
実効屈折率が光導波路を伝搬する光の実効屈折率に近づ
くように、且つ、進行波電極の特性インピーダンスが外
部回路の特性インピーダンスに近づくように、進行波電
極の厚み、バッファ層の厚み、オーバーレイの厚みを定
めることができるので、特性インピーダンスが下がると
か、あるいはマイクロ波の伝搬損失が増加するというこ
とがなくなり、しかも、マイクロ波と光の速度を完全に
整合させることができる。また、シールド導体の背面に
薄膜が存在することにより、薄膜の厚み調整等によっ
て、基板とシールド導体の曲率を容易に同一にすること
ができる。
【００１３】
【実施例】以下、図面を参照して本発明をその実施例と
共に詳細に説明する。
共に詳細に説明する。
【００１４】図５には、本発明の光制御素子の第一実施
例に係るマッハツェンダ形光変調素子の図１のＢＢ′線
断面に相当する縦断面構造が示されている。本実施例の
光制御素子の平面から見た構造は図１と同じである。即
ち図５において、図１に示された光変調器と同様に、電
気光学効果を有するｚカットＬｉＮｂＯ3 基板５０１に
Ｔｉ熱拡散によりマッハツェンダ型光導波路が形成され
ている。この基板５０１上には、ＳｉＯ2 バッファ層５
０２が形成され、更にそのバッファ層５０２の上に、中
心導体（中心電極）及びアース導体（アース電極）から
構成されたコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）形の進
行波電極５０３が形成されている。更に、光導波路とＣ
ＰＷ形進行波電極５０３とが相互作用する領域の近傍
に、オーバーレイを介してシールド導体５０４が配置さ
れている。なお、進行波電極５０３の中心導体とアース
導体間には終端抵抗が接続され、進行波電極５０３には
外部駆動回路から給電用同軸線等により変調用マイクロ
波信号が供給される。
例に係るマッハツェンダ形光変調素子の図１のＢＢ′線
断面に相当する縦断面構造が示されている。本実施例の
光制御素子の平面から見た構造は図１と同じである。即
ち図５において、図１に示された光変調器と同様に、電
気光学効果を有するｚカットＬｉＮｂＯ3 基板５０１に
Ｔｉ熱拡散によりマッハツェンダ型光導波路が形成され
ている。この基板５０１上には、ＳｉＯ2 バッファ層５
０２が形成され、更にそのバッファ層５０２の上に、中
心導体（中心電極）及びアース導体（アース電極）から
構成されたコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）形の進
行波電極５０３が形成されている。更に、光導波路とＣ
ＰＷ形進行波電極５０３とが相互作用する領域の近傍
に、オーバーレイを介してシールド導体５０４が配置さ
れている。なお、進行波電極５０３の中心導体とアース
導体間には終端抵抗が接続され、進行波電極５０３には
外部駆動回路から給電用同軸線等により変調用マイクロ
波信号が供給される。
【００１５】上記シールド導体５０４は、その基板５０
５の底面をｚカットＬｉＮｂＯ3 基板５０１と同一の曲
率を付けて研摩した後、シールド導体となるべき金属膜
を蒸着法で形成してある。これにより、シールド導体５
０４の曲率はＬｉＮｂＯ3 基板５０１の反りによる曲率
と等しくなり、このシールド導体５０４を進行波電極５
０３と光導波路とが相互作用する領域の近傍で、ＬｉＮ
ｂＯ3 基板５０１に設置した際、オーバーレイの厚みを
その長手方向に沿ってほぼ一定に保つことができる。
５の底面をｚカットＬｉＮｂＯ3 基板５０１と同一の曲
率を付けて研摩した後、シールド導体となるべき金属膜
を蒸着法で形成してある。これにより、シールド導体５
０４の曲率はＬｉＮｂＯ3 基板５０１の反りによる曲率
と等しくなり、このシールド導体５０４を進行波電極５
０３と光導波路とが相互作用する領域の近傍で、ＬｉＮ
ｂＯ3 基板５０１に設置した際、オーバーレイの厚みを
その長手方向に沿ってほぼ一定に保つことができる。
【００１６】従って、進行波電極５０３を伝搬するマイ
クロ波の実効屈折率が光導波路を伝搬する光の実効屈折
率に近づくように、且つ、進行波電極５０３の特性イン
ピーダンスが外部回路の特性インピーダンスに近づくよ
うに、進行波電極５０３の厚み、バッファ層５０２の厚
み、オーバーレイの均一な厚みを定めることができるの
で、特性インピーダンスが下がるとか、あるいはマイク
ロ波の伝搬損失が増加するということがなくなり、しか
も、マイクロ波と光の速度を完全に整合させることがで
きる。例えば、中心導体の幅が８μｍ、進行波電極５０
３の中心導体とアース導体とのギャップが１５μｍ、Ｓ
ｉＯ2 バッファ層５０２の厚みが１．２μｍ、オーバー
レイの厚み（高さ）Ｈが４．３μｍ均一の場合におい
て、マイクロ波と光の速度の完全整合をとることが可能
であり、光変調帯域の極大値をとることが可能である。
クロ波の実効屈折率が光導波路を伝搬する光の実効屈折
率に近づくように、且つ、進行波電極５０３の特性イン
ピーダンスが外部回路の特性インピーダンスに近づくよ
うに、進行波電極５０３の厚み、バッファ層５０２の厚
み、オーバーレイの均一な厚みを定めることができるの
で、特性インピーダンスが下がるとか、あるいはマイク
ロ波の伝搬損失が増加するということがなくなり、しか
も、マイクロ波と光の速度を完全に整合させることがで
きる。例えば、中心導体の幅が８μｍ、進行波電極５０
３の中心導体とアース導体とのギャップが１５μｍ、Ｓ
ｉＯ2 バッファ層５０２の厚みが１．２μｍ、オーバー
レイの厚み（高さ）Ｈが４．３μｍ均一の場合におい
て、マイクロ波と光の速度の完全整合をとることが可能
であり、光変調帯域の極大値をとることが可能である。
【００１７】図６には、本発明の光制御素子の第二実施
例に係るマッハツェンダ形光変調素子の図１のＢＢ′線
断面に相当する縦断面構造が示されている。本実施例の
光制御素子の平面から見た構造も図１と同じである。即
ち図６において、図１に示された光変調器と同様に、電
気光学効果を有するｚカットＬｉＮｂＯ3 基板６０１に
Ｔｉ熱拡散によりマッハツェンダ型光導波路が形成され
ている。この基板６０１上には、厚さＤなるＳｉＯ2 バ
ッファ層６０２が形成され、更にそのＳｉＯ2 バッファ
層６０２の上に、中心導体（中心電極）及びアース導体
（アース電極）から構成されたコプレーナウェーブガイ
ド（ＣＰＷ）形の進行波電極６０３が形成されている。
更に、光導波路とＣＰＷ形進行波電極６０３とが相互作
用する領域の近傍に、オーバーレイを介してシールド導
体６０４が配置されている。なお、進行波電極６０３の
中心導体とアース導体間には終端抵抗が接続され、進行
波電極６０３には外部駆動回路から給電用同軸線等によ
り変調用マイクロ波信号が供給される。
例に係るマッハツェンダ形光変調素子の図１のＢＢ′線
断面に相当する縦断面構造が示されている。本実施例の
光制御素子の平面から見た構造も図１と同じである。即
ち図６において、図１に示された光変調器と同様に、電
気光学効果を有するｚカットＬｉＮｂＯ3 基板６０１に
Ｔｉ熱拡散によりマッハツェンダ型光導波路が形成され
ている。この基板６０１上には、厚さＤなるＳｉＯ2 バ
ッファ層６０２が形成され、更にそのＳｉＯ2 バッファ
層６０２の上に、中心導体（中心電極）及びアース導体
（アース電極）から構成されたコプレーナウェーブガイ
ド（ＣＰＷ）形の進行波電極６０３が形成されている。
更に、光導波路とＣＰＷ形進行波電極６０３とが相互作
用する領域の近傍に、オーバーレイを介してシールド導
体６０４が配置されている。なお、進行波電極６０３の
中心導体とアース導体間には終端抵抗が接続され、進行
波電極６０３には外部駆動回路から給電用同軸線等によ
り変調用マイクロ波信号が供給される。
【００１８】上記シールド導体６０４は、その基板６０
５の底面にシールド導体となるべき金属膜を蒸着法で形
成してあるが、シールド導体６０４の背面側で基板６０
５に薄膜６０６を形成し、またアニーリング等の加熱処
理を施してある。そして、この薄膜６０６の材質及び厚
さ等の調整により、薄膜６０６がシールド導体６０４及
びその基板６０５を、ＬｉＮｂＯ3 基板６０１と同じ曲
率半径で反らせている。例えば、薄膜６０６をバッファ
層６０２と等しい材質（ＳｉＯ2）及び厚さＤ（１．２
μｍ）とする。これにより、シールド導体６０４の曲率
はＬｉＮｂＯ3 基板６０１の反りによる曲率と等しくな
り、このシールド導体６０４を進行波電極６０３と光導
波路とが相互作用する領域の近傍で、ＬｉＮｂＯ3 基板
６０１に設置した際、オーバーレイの厚みをその長手方
向に沿ってほぼ一定に保つことができる。
５の底面にシールド導体となるべき金属膜を蒸着法で形
成してあるが、シールド導体６０４の背面側で基板６０
５に薄膜６０６を形成し、またアニーリング等の加熱処
理を施してある。そして、この薄膜６０６の材質及び厚
さ等の調整により、薄膜６０６がシールド導体６０４及
びその基板６０５を、ＬｉＮｂＯ3 基板６０１と同じ曲
率半径で反らせている。例えば、薄膜６０６をバッファ
層６０２と等しい材質（ＳｉＯ2）及び厚さＤ（１．２
μｍ）とする。これにより、シールド導体６０４の曲率
はＬｉＮｂＯ3 基板６０１の反りによる曲率と等しくな
り、このシールド導体６０４を進行波電極６０３と光導
波路とが相互作用する領域の近傍で、ＬｉＮｂＯ3 基板
６０１に設置した際、オーバーレイの厚みをその長手方
向に沿ってほぼ一定に保つことができる。
【００１９】従って、進行波電極６０３を伝搬するマイ
クロ波の実効屈折率が光導波路を伝搬する光の実効屈折
率に近づくように、且つ、進行波電極６０３の特性イン
ピーダンスが外部回路の特性インピーダンスに近づくよ
うに、進行波電極６０３の厚み、バッファ層６０２の厚
みＤ、オーバーレイの均一な厚みを定めることができる
ので、特性インピーダンスが下がるとか、あるいはマイ
クロ波の伝搬損失が増加するということがなくなり、し
かも、マイクロ波と光の速度を完全に整合させることが
できる。例えば、中心導体の幅が８μｍ、進行波電極６
０３の中心導体とアース導体とのギャップが１５μｍ、
ＳｉＯ2 バッファ層６０２の厚みＤが１．２μｍ、Ｓｉ
Ｏ2 薄膜６０６の厚みが１．２μｍ、オーバーレイの厚
み（高さ）Ｈが４．３μｍ均一の場合において、マイク
ロ波と光の速度の完全整合をとることが可能であり、光
変調帯域の極大値をとることが可能である。
クロ波の実効屈折率が光導波路を伝搬する光の実効屈折
率に近づくように、且つ、進行波電極６０３の特性イン
ピーダンスが外部回路の特性インピーダンスに近づくよ
うに、進行波電極６０３の厚み、バッファ層６０２の厚
みＤ、オーバーレイの均一な厚みを定めることができる
ので、特性インピーダンスが下がるとか、あるいはマイ
クロ波の伝搬損失が増加するということがなくなり、し
かも、マイクロ波と光の速度を完全に整合させることが
できる。例えば、中心導体の幅が８μｍ、進行波電極６
０３の中心導体とアース導体とのギャップが１５μｍ、
ＳｉＯ2 バッファ層６０２の厚みＤが１．２μｍ、Ｓｉ
Ｏ2 薄膜６０６の厚みが１．２μｍ、オーバーレイの厚
み（高さ）Ｈが４．３μｍ均一の場合において、マイク
ロ波と光の速度の完全整合をとることが可能であり、光
変調帯域の極大値をとることが可能である。
【００２０】上記第一及び第二いずれの実施例でも、光
導波路とバッファ層５０２，６０２、進行波電極５０
３，６０３を配置したＬｉＮｂＯ3 基板５０１，６０１
上に、これと異なる基板５０５，６０５にシールド導体
となる金属を蒸着して形成したシールド導体５０４，６
０４を重ねて形成した、シールド型光制御素子の特性改
善を目的として、シールド導体５０４，６０４と進行波
電極５０３，６０３のアース導体との間にあるオーバー
レイの厚みを光導波路に沿って均一にするため、シール
ド導体の基板５０５，６０５の曲率を、バッファ層５０
２，６０２の形成により反ってしまったＬｉＮｂＯ3 基
板５０１，６０１の曲率と同一にして、シールド導体５
０４，６０４とアース導体の間にあるオーバーレイの厚
みを光導波路に沿って均一にすると、マイクロ波の実効
屈折率と光の実効屈折率が整合し、広帯域光変調が可能
になる。即ち、光変調素子を形成する基板５０１，６０
１と、シールド導体５０４，６０４とが同一の曲率を有
するような構造にし、また進行波電極５０３，６０３を
伝搬するマイクロ波の実効屈折率が光導波路を伝搬する
光の実効屈折率に近づくように、かつ進行波電極５０
３，６０３の特性インピーダンスが外部回路の特性イン
ピーダンスに近づくように、進行波電極５０３，６０３
の厚み、バッファ層５０２，６０２の厚み、オーバーレ
イの均一な厚みを定めることができるので、特性インピ
ーダンスが下がるとか、あるいはマイクロ波の伝搬損失
が増加するということはなくなり、かつマイクロ波と光
の速度を完全に整合させることができる。この光変調素
子の動作として、給電線から駆動電力として変調用マイ
クロ波信号が供給されると、進行波電極５０３，６０３
の中心導体とアース導体との間に電界が加わる。ＬｉＮ
ｂＯ3 基板５０１，６０１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が生じる。その結果、マ
ッハツェンダ形光導波路を各々伝搬する光間に位相のず
れが生じる。この位相ずれが２ｍπ（ｍは整数）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
導波モードが励振され、光はＯＮ（オン）状態になる。
一方、位相ずれが（２ｍ＋１）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（オフ）状態になる。
導波路とバッファ層５０２，６０２、進行波電極５０
３，６０３を配置したＬｉＮｂＯ3 基板５０１，６０１
上に、これと異なる基板５０５，６０５にシールド導体
となる金属を蒸着して形成したシールド導体５０４，６
０４を重ねて形成した、シールド型光制御素子の特性改
善を目的として、シールド導体５０４，６０４と進行波
電極５０３，６０３のアース導体との間にあるオーバー
レイの厚みを光導波路に沿って均一にするため、シール
ド導体の基板５０５，６０５の曲率を、バッファ層５０
２，６０２の形成により反ってしまったＬｉＮｂＯ3 基
板５０１，６０１の曲率と同一にして、シールド導体５
０４，６０４とアース導体の間にあるオーバーレイの厚
みを光導波路に沿って均一にすると、マイクロ波の実効
屈折率と光の実効屈折率が整合し、広帯域光変調が可能
になる。即ち、光変調素子を形成する基板５０１，６０
１と、シールド導体５０４，６０４とが同一の曲率を有
するような構造にし、また進行波電極５０３，６０３を
伝搬するマイクロ波の実効屈折率が光導波路を伝搬する
光の実効屈折率に近づくように、かつ進行波電極５０
３，６０３の特性インピーダンスが外部回路の特性イン
ピーダンスに近づくように、進行波電極５０３，６０３
の厚み、バッファ層５０２，６０２の厚み、オーバーレ
イの均一な厚みを定めることができるので、特性インピ
ーダンスが下がるとか、あるいはマイクロ波の伝搬損失
が増加するということはなくなり、かつマイクロ波と光
の速度を完全に整合させることができる。この光変調素
子の動作として、給電線から駆動電力として変調用マイ
クロ波信号が供給されると、進行波電極５０３，６０３
の中心導体とアース導体との間に電界が加わる。ＬｉＮ
ｂＯ3 基板５０１，６０１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が生じる。その結果、マ
ッハツェンダ形光導波路を各々伝搬する光間に位相のず
れが生じる。この位相ずれが２ｍπ（ｍは整数）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
導波モードが励振され、光はＯＮ（オン）状態になる。
一方、位相ずれが（２ｍ＋１）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（オフ）状態になる。
【００２１】上記各実施例の説明では、シールド導体の
基板５０５，６０５の厚さは均一であったが、この基板
５０５，６０５の一部分の厚さを掘り下げにより少なく
して基板５０１，６０１と同じ曲率を持たせるようにし
ても良い。また、以上の実施例では、ｚカットＬｉＮｂ
Ｏ3 基板５０１，６０１を用いたが、これの代りにｘカ
ットＬｉＮｂＯ3 基板を用いても良いし、電気光学効果
を有する他の基板を用いても良い。更に、バッファ層５
０２，６０２、あるいはシールド導体背面に配置する薄
膜６０６は、上記各実施例ではＳｉＯ2 薄膜を用いた
が、基板５０１，６０１とシールド導体５０４，６０４
とが同じ曲率半径を持つように、その材質，厚さ，製造
方法を適宜定めても良い。また更に、進行波電極５０
３，６０３としては、上述したコプレーナウェーブガイ
ド（ＣＰＷ）形に限らず、非対称コプレーナストリップ
線路や対称コプレーナストリップ線路など、その他のマ
イクロ波電極を用いても良いことは明白であり、上記の
実施例において進行波電極の種類を入れ替えても良いこ
とは言うまでもない。なお、本発明は光変調素子に限ら
ず、光路切り替え用等各種の光制御素子に適用すること
ができ、光導波路も１本、２本あるいはそれ以上でも良
い。
基板５０５，６０５の厚さは均一であったが、この基板
５０５，６０５の一部分の厚さを掘り下げにより少なく
して基板５０１，６０１と同じ曲率を持たせるようにし
ても良い。また、以上の実施例では、ｚカットＬｉＮｂ
Ｏ3 基板５０１，６０１を用いたが、これの代りにｘカ
ットＬｉＮｂＯ3 基板を用いても良いし、電気光学効果
を有する他の基板を用いても良い。更に、バッファ層５
０２，６０２、あるいはシールド導体背面に配置する薄
膜６０６は、上記各実施例ではＳｉＯ2 薄膜を用いた
が、基板５０１，６０１とシールド導体５０４，６０４
とが同じ曲率半径を持つように、その材質，厚さ，製造
方法を適宜定めても良い。また更に、進行波電極５０
３，６０３としては、上述したコプレーナウェーブガイ
ド（ＣＰＷ）形に限らず、非対称コプレーナストリップ
線路や対称コプレーナストリップ線路など、その他のマ
イクロ波電極を用いても良いことは明白であり、上記の
実施例において進行波電極の種類を入れ替えても良いこ
とは言うまでもない。なお、本発明は光変調素子に限ら
ず、光路切り替え用等各種の光制御素子に適用すること
ができ、光導波路も１本、２本あるいはそれ以上でも良
い。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光制御素子を形成する基板と、シールド導体とが平行に
なるような構造にし、また進行波電極を伝搬するマイク
ロ波の実効屈折率が光導波路を伝搬する光の実効屈折率
に近づくように、かつ進行波電極の特性インピーダンス
が外部回路の特性インピーダンスに近づくように、進行
波電極の厚み、バッファ層の厚み、オーバーレイの均一
な厚みを定めることができるので、特性インピーダンス
が下がるとか、あるいはマイクロ波の伝搬損失が増加す
るということはなくなり、かつマイクロ波と光の速度を
完全に整合させることができる。従って、本発明によれ
ば、マイクロ波と光との完全な速度整合を実現できると
共に、特性インピーダンスを外部回路と整合する例えば
６０Ωに近くすることが可能で、またマイクロ波の伝搬
損失を小さく押さえることができ、従って広帯域光変調
が可能となる。
光制御素子を形成する基板と、シールド導体とが平行に
なるような構造にし、また進行波電極を伝搬するマイク
ロ波の実効屈折率が光導波路を伝搬する光の実効屈折率
に近づくように、かつ進行波電極の特性インピーダンス
が外部回路の特性インピーダンスに近づくように、進行
波電極の厚み、バッファ層の厚み、オーバーレイの均一
な厚みを定めることができるので、特性インピーダンス
が下がるとか、あるいはマイクロ波の伝搬損失が増加す
るということはなくなり、かつマイクロ波と光の速度を
完全に整合させることができる。従って、本発明によれ
ば、マイクロ波と光との完全な速度整合を実現できると
共に、特性インピーダンスを外部回路と整合する例えば
６０Ωに近くすることが可能で、またマイクロ波の伝搬
損失を小さく押さえることができ、従って広帯域光変調
が可能となる。
【図１】従来のシールド形光変調器の平面図。
【図２】従来のシールド形光変調器の横断面図。
【図３】従来のシールド形光変調器の縦断面図。
【図４】シールド形光変調器におけるマイクロ波実効屈
折率ｎm 、特性インピーダンスｚm 、３ｄＢ光変調帯域
Δｆに対するオーバーレイの厚みの影響を説明する図。
折率ｎm 、特性インピーダンスｚm 、３ｄＢ光変調帯域
Δｆに対するオーバーレイの厚みの影響を説明する図。
【図５】本発明の第一の実施例を示す縦断面図。
【図６】本発明の第二の実施例を示す縦断面図。
５０１，６０１ ｚカットＬｉＮｂＯ3 基板 ５０２，６０２ ＳｉＯ2 バッファ層 ５０３，６０３ 進行波電極 ５０４，６０４ シールド導体 ５０５，６０５ シールド導体の基板 ６０６ ＳｉＯ2 薄膜
Claims (2)
- 【請求項１】 少なくとも１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進行波電
極と、前記光導波路と前記進行波電極とが相互作用する
領域の近傍にオーバーレイを介し配置されたシールド導
体とを備えた光制御素子において、 前記基板と前記シールド導体とが同一の曲率を有するこ
とを特徴とする光制御素子。 - 【請求項２】 前記シールド導体の背面に薄膜が設けら
れていることを特徴とする請求項１記載の光制御素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32702093A JPH07181437A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 光制御素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32702093A JPH07181437A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 光制御素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07181437A true JPH07181437A (ja) | 1995-07-21 |
Family
ID=18194416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32702093A Withdrawn JPH07181437A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 光制御素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07181437A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10239648A (ja) * | 1997-02-22 | 1998-09-11 | Tdk Corp | 導波路型光素子及び光デバイス |
| JP2002340953A (ja) * | 2001-05-16 | 2002-11-27 | Nec Tokin Corp | 電界センサ |
| JP2014066941A (ja) * | 2012-09-26 | 2014-04-17 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光変調器 |
| JP2015222439A (ja) * | 2015-08-06 | 2015-12-10 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP32702093A patent/JPH07181437A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10239648A (ja) * | 1997-02-22 | 1998-09-11 | Tdk Corp | 導波路型光素子及び光デバイス |
| JP2002340953A (ja) * | 2001-05-16 | 2002-11-27 | Nec Tokin Corp | 電界センサ |
| JP2014066941A (ja) * | 2012-09-26 | 2014-04-17 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光変調器 |
| US9235066B2 (en) | 2012-09-26 | 2016-01-12 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | Optical modulator |
| JP2015222439A (ja) * | 2015-08-06 | 2015-12-10 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010306 |