JPH09297289A - 光制御デバイスとその動作方法 - Google Patents
光制御デバイスとその動作方法Info
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- JPH09297289A JPH09297289A JP11377896A JP11377896A JPH09297289A JP H09297289 A JPH09297289 A JP H09297289A JP 11377896 A JP11377896 A JP 11377896A JP 11377896 A JP11377896 A JP 11377896A JP H09297289 A JPH09297289 A JP H09297289A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/01—Devices 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
- G02F1/03—Devices 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
- G02F1/035—Devices 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
- G02F1/0356—Devices 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
Abstract
(57)【要約】
【課題】 速度整合・特性インピーダンス整合をとると
ともに、電極の導体損失を大幅に低減することによっ
て、低駆動電圧で高速動作が可能な光制御バイアス構造
と、従来用いられていたＤＣ電圧バイアス用のバイアス
Ｔを不要とした広帯域動作が可能な光制御デバイスを提
供する。 【解決手段】 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、前記光導波路近傍
に形成された電極より少なくとも構成され、該電極が中
心導体と接地導体を有する光制御デバイスにおいて、前
記電極の中心導体もしくは接地導体の少なくとも一方を
絶縁層を介して２層以上の多層構造に構成する。
ともに、電極の導体損失を大幅に低減することによっ
て、低駆動電圧で高速動作が可能な光制御バイアス構造
と、従来用いられていたＤＣ電圧バイアス用のバイアス
Ｔを不要とした広帯域動作が可能な光制御デバイスを提
供する。 【解決手段】 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、前記光導波路近傍
に形成された電極より少なくとも構成され、該電極が中
心導体と接地導体を有する光制御デバイスにおいて、前
記電極の中心導体もしくは接地導体の少なくとも一方を
絶縁層を介して２層以上の多層構造に構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、周波数特性が極め
て広帯域かつ低駆動電圧特性を有する光変調器、光スイ
ッチ等の光制御デバイスおよびその動作方法に関するも
のである。
て広帯域かつ低駆動電圧特性を有する光変調器、光スイ
ッチ等の光制御デバイスおよびその動作方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムや光応用計測技術におい
ては、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ：Ｌ
Ｎ）結晶のような電気光学効果を有する強誘電体を利用
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の変調、スイッチング、偏波制
御等を行う光制御デバイスが多く用いられている。
ては、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ：Ｌ
Ｎ）結晶のような電気光学効果を有する強誘電体を利用
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の変調、スイッチング、偏波制
御等を行う光制御デバイスが多く用いられている。
【０００３】ＬＮ結晶を用いた従来の進行波形高速光強
度変調器の構成と、その動作方法例を、図１４および図
１５を参照して説明する。図１４は、コプレーナ線路形
変調電極を用いた光変調器の上面図であり、この図面に
は同時にその駆動回路が示されている。図１５は、図１
４のXV−XV´線に沿う断面構成図である。この例では、
電気光学効果を持つｚカット−ＬＮ基板７０１にＴｉ熱
拡散によりマッハ−ツェンダ形光導波路７０２が形成さ
れている。この基板７０１の上には、変調電極による光
の伝搬損失を抑制するために、厚さｔｂの、例えば、Ｓ
ｉＯ2 のような、誘電体よりなるバッファ層（光導波路
のクラッド層）７０３が形成され、そのバッファ層７０
３上にＡｕ，Ａｌ等の中心導体７０４および接地導体７
０５から構成されるコプレーナ線路変調電極が形成され
ている。
度変調器の構成と、その動作方法例を、図１４および図
１５を参照して説明する。図１４は、コプレーナ線路形
変調電極を用いた光変調器の上面図であり、この図面に
は同時にその駆動回路が示されている。図１５は、図１
４のXV−XV´線に沿う断面構成図である。この例では、
電気光学効果を持つｚカット−ＬＮ基板７０１にＴｉ熱
拡散によりマッハ−ツェンダ形光導波路７０２が形成さ
れている。この基板７０１の上には、変調電極による光
の伝搬損失を抑制するために、厚さｔｂの、例えば、Ｓ
ｉＯ2 のような、誘電体よりなるバッファ層（光導波路
のクラッド層）７０３が形成され、そのバッファ層７０
３上にＡｕ，Ａｌ等の中心導体７０４および接地導体７
０５から構成されるコプレーナ線路変調電極が形成され
ている。
【０００４】従来のこのような変調器においては、通
常、電極の寸法は、中心導体７０４の幅Ｗ＝５〜１０μ
ｍ、中心導体７０４と接地導体７０５との間隔Ｇ＝１０
〜５０μｍ程度に設定される。この場合、インピーダン
ス整合ならびに高効率な変調動作を実現するために、中
心導体７０４の幅Ｗは、光導波路７０２の幅Ｗ0 とほぼ
同程度の大きさに設定される。同時に、マイクロ波変調
信号の伝搬速度と光導波路７０２を伝わる光波速度の整
合化を図るために、電極の厚さｔm をギャップＧと同程
度に設定する必要があるので、ｔm が約５〜５０μｍ程
度になる。また、電極の特性インピーダンスＺを、マイ
クロ波信号源等の入出力インピーダンスに整合させる必
要がある。そのため、通常は特性インピーダンスＺを５
０Ωに近い値に設定する。
常、電極の寸法は、中心導体７０４の幅Ｗ＝５〜１０μ
ｍ、中心導体７０４と接地導体７０５との間隔Ｇ＝１０
〜５０μｍ程度に設定される。この場合、インピーダン
ス整合ならびに高効率な変調動作を実現するために、中
心導体７０４の幅Ｗは、光導波路７０２の幅Ｗ0 とほぼ
同程度の大きさに設定される。同時に、マイクロ波変調
信号の伝搬速度と光導波路７０２を伝わる光波速度の整
合化を図るために、電極の厚さｔm をギャップＧと同程
度に設定する必要があるので、ｔm が約５〜５０μｍ程
度になる。また、電極の特性インピーダンスＺを、マイ
クロ波信号源等の入出力インピーダンスに整合させる必
要がある。そのため、通常は特性インピーダンスＺを５
０Ωに近い値に設定する。
【０００５】このような従来の変調器において、変調信
号の伝搬速度と光導波路を伝わる光波速度が一致してい
ない場合、変調器の動作帯域は主にこの速度不整合によ
って制限される。マイクロ波変調信号に対する電極の実
行屈折率をｎm 、光導波路の実行屈折率をｎo （波長λ
＝１．５５μｍ帯ではｎo ＝２．１５）とすると、イン
ピーダンス整合がとれている時、光変調の帯域幅Δｆ1
（エレクトリカル３ｄＢ）は、
号の伝搬速度と光導波路を伝わる光波速度が一致してい
ない場合、変調器の動作帯域は主にこの速度不整合によ
って制限される。マイクロ波変調信号に対する電極の実
行屈折率をｎm 、光導波路の実行屈折率をｎo （波長λ
＝１．５５μｍ帯ではｎo ＝２．１５）とすると、イン
ピーダンス整合がとれている時、光変調の帯域幅Δｆ1
（エレクトリカル３ｄＢ）は、
【０００６】
【数１】 Δｆ1 ＝１．４ｃ／（π｜ｎm −ｎo ｜Ｌ） （１） の関係で与えられることが知られている。ここで、ｃは
真空中の光速、Ｌは変調電極の相互作用長である。変調
器の駆動電圧Ｖπの大きさは変調電極長Ｌに反比例する
関係がある。従って、式（１）の関係から、駆動電圧を
大きくすることなく広帯域化を図るためには、Ｚ＝５０
Ωとし、さらにｎm の大きさをｎo の大きさに近づける
ように、電極厚ｔm ，バッファ層厚ｔb の大きさを設定
している。しかし、ｎm をｎo の値に近づけた場合、主
に電極の抵抗に起因する導体損失の大きさで帯域幅Δｆ
2 が制限されるようになり、この場合（ｎm ＝ｎo の
時）、
真空中の光速、Ｌは変調電極の相互作用長である。変調
器の駆動電圧Ｖπの大きさは変調電極長Ｌに反比例する
関係がある。従って、式（１）の関係から、駆動電圧を
大きくすることなく広帯域化を図るためには、Ｚ＝５０
Ωとし、さらにｎm の大きさをｎo の大きさに近づける
ように、電極厚ｔm ，バッファ層厚ｔb の大きさを設定
している。しかし、ｎm をｎo の値に近づけた場合、主
に電極の抵抗に起因する導体損失の大きさで帯域幅Δｆ
2 が制限されるようになり、この場合（ｎm ＝ｎo の
時）、
【０００７】
【数２】 Δｆ2 （ＧＨｚ）＝４０／（αＬ）2 （２） で与えられる。ここで、αは１ＧＨｚにおける減衰定数
（ｄＢ／ｃｍ）である。
（ｄＢ／ｃｍ）である。
【０００８】従って、より低駆動電圧化や広帯域・高速
化を達成するためには、特性インピーダンス整合，マイ
クロ波−光波速度整合とともに、変調電極の導体損失を
小さくすることが極めて重要な課題になる。また、この
導体損失を低減するために、特に中心導体７０４の厚さ
ｔm を厚く構成することが有効であるが、それに伴って
デバイス製作性に難点が生じる問題がある。
化を達成するためには、特性インピーダンス整合，マイ
クロ波−光波速度整合とともに、変調電極の導体損失を
小さくすることが極めて重要な課題になる。また、この
導体損失を低減するために、特に中心導体７０４の厚さ
ｔm を厚く構成することが有効であるが、それに伴って
デバイス製作性に難点が生じる問題がある。
【０００９】一方、光変調器を動作させる時、図１４に
示すように、マイクロ波信号源７０６とインピーダンス
整合用の負荷抵抗７０７とともに、変調器の適当な動作
点を設定するために、バイアスＴ７０８を介してＤＣバ
イアス電源７０９が接続される。バイアスＴ７０８は通
常コンデンサとコイルより構成される。マイクロ波信号
は、このコンデンサを通して供給されるので、その静電
容量や浮遊容量等の大きさによって、変調器の動作周波
数の下限ならびに上限が制約されることになる。このた
めに、１０ＧＨｚを越える広帯域動作を実現する上で、
バイアスＴの性能が変調器動作上大きな問題になる。
示すように、マイクロ波信号源７０６とインピーダンス
整合用の負荷抵抗７０７とともに、変調器の適当な動作
点を設定するために、バイアスＴ７０８を介してＤＣバ
イアス電源７０９が接続される。バイアスＴ７０８は通
常コンデンサとコイルより構成される。マイクロ波信号
は、このコンデンサを通して供給されるので、その静電
容量や浮遊容量等の大きさによって、変調器の動作周波
数の下限ならびに上限が制約されることになる。このた
めに、１０ＧＨｚを越える広帯域動作を実現する上で、
バイアスＴの性能が変調器動作上大きな問題になる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
の問題点を解決するために、速度整合・特性インピーダ
ンス整合をとるとともに、電極の導体損失を大幅に低減
することによって、低駆動電圧で高速動作が可能な光制
御バイアス構造と、従来用いられていたＤＣ電圧バイア
ス用のバイアスＴを不要とした広帯域動作が可能な光制
御デバイスおよびその動作方法を提供することにある。
の問題点を解決するために、速度整合・特性インピーダ
ンス整合をとるとともに、電極の導体損失を大幅に低減
することによって、低駆動電圧で高速動作が可能な光制
御バイアス構造と、従来用いられていたＤＣ電圧バイア
ス用のバイアスＴを不要とした広帯域動作が可能な光制
御デバイスおよびその動作方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の請求項１の光制御デバイスは、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、前記光導波路近傍に形成された中心導体と接
地導体とからなる電極とによって少なくとも構成された
光制御デバイスにおいて、前記電極の中心導体もしくは
接地導体の少なくとも一方が、少なくとも１層の絶縁層
を介して２層もしくは２層以上の複数の導体層で構成さ
れていることを特徴とする。
に、本発明の請求項１の光制御デバイスは、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、前記光導波路近傍に形成された中心導体と接
地導体とからなる電極とによって少なくとも構成された
光制御デバイスにおいて、前記電極の中心導体もしくは
接地導体の少なくとも一方が、少なくとも１層の絶縁層
を介して２層もしくは２層以上の複数の導体層で構成さ
れていることを特徴とする。
【００１２】また、本発明の請求項２の光制御デバイス
は、前記請求項１の光制御デバイスにおいて、前記光導
波路の近傍の基板が掘込まれて該基板表面にリッジ形状
が形成されていることを特徴とする。
は、前記請求項１の光制御デバイスにおいて、前記光導
波路の近傍の基板が掘込まれて該基板表面にリッジ形状
が形成されていることを特徴とする。
【００１３】また、本発明の請求項３の光制御デバイス
は、前記請求項１または２の光制御デバイスにおいて、
前記電極に供給されるマイクロ波信号波と前記光導波路
を伝搬する光波の伝搬速度が等しくなるように該デバイ
ス構造が設定されていることを特徴とする。
は、前記請求項１または２の光制御デバイスにおいて、
前記電極に供給されるマイクロ波信号波と前記光導波路
を伝搬する光波の伝搬速度が等しくなるように該デバイ
ス構造が設定されていることを特徴とする。
【００１４】また、本発明の請求項４の光制御デバイス
は、前記請求項１ないし３のいずれかの光制御デバイス
において、該光制御デバイスがマッハツェンダ形光強度
変調器であることを特徴とする。
は、前記請求項１ないし３のいずれかの光制御デバイス
において、該光制御デバイスがマッハツェンダ形光強度
変調器であることを特徴とする。
【００１５】また、本発明の請求項５の光制御デバイス
は、前記請求項１ないし４のいずれかの光制御デバイス
において、前記基板をニオブ酸リチウムから構成したこ
とを特徴とする。
は、前記請求項１ないし４のいずれかの光制御デバイス
において、前記基板をニオブ酸リチウムから構成したこ
とを特徴とする。
【００１６】さらに、本発明の請求項６の光制御デバイ
スの動作方法は、前記請求項１ないし５のいずれかに記
載の光制御デバイスの動作方法であって、該光制御デバ
イスの中心導体もしくは接地導体の絶縁層を挟んで構成
された異なる導体層に、マイクロ波信号源とＤＣバイア
ス電源とを別々に接続して、該光制御デバイスを動作さ
せることを特徴とする。
スの動作方法は、前記請求項１ないし５のいずれかに記
載の光制御デバイスの動作方法であって、該光制御デバ
イスの中心導体もしくは接地導体の絶縁層を挟んで構成
された異なる導体層に、マイクロ波信号源とＤＣバイア
ス電源とを別々に接続して、該光制御デバイスを動作さ
せることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態によ
り、さらに詳しく説明する。
り、さらに詳しく説明する。
【００１８】（第１の実施の形態）図１および図２は、
本発明によるｚ軸（結晶ｃ軸）カット−ＬＮ基板とコプ
レーナ線路電極を用いたマッハ−ツェンダ形光強度変調
器の第１の実施の形態を示す図である。図１は、駆動回
路を同時に示した該変調器の上面図であり、図２は、図
１のII−II´線に沿う該変調器の中央断面構成図であ
る。ここで、変調電極は、充分に薄くした（：厚さ
ｔp ）ポリイミド，エポキシあるいはＳｉＯ2 のような
絶縁層１１０を介して２層以上の導体で構成されてい
る。厚さｔm1のＬＮ基板１０１側の下部中心導体１０４
および下部接地導体１０５と、厚さｔm2の上部中心導体
１１１および上部接地導体１１２との間には、絶縁層１
１０が介装され、この絶縁層１１０によって、ＤＣ的に
は電気的絶縁をとっており、マイクロ波的には絶縁層１
１０で形成される下部上部電極間の静電容量Ｃを介して
電気的結合がとられている。バッファ層１０３として
は、ＳｉＯ2 、あるいはポリイミド等のようなＬＮに対
して誘電率，屈折率が小さい材料が、選ばれる。中心導
体１０４と接地導体１０５との間隔Ｇ、バッファ層１０
３の厚さｔb 、絶縁層の厚さｔp 、電極の厚さｔm1，ｔ
m2の大きさは、特に高周波において光とマイクロ波との
速度整合をとり、特性インピーダンスＺを適当な大きさ
（例えば、Ｚ＝５０Ω）にして、外部回路とのインピー
ダンス整合を図るように構成される。
本発明によるｚ軸（結晶ｃ軸）カット−ＬＮ基板とコプ
レーナ線路電極を用いたマッハ−ツェンダ形光強度変調
器の第１の実施の形態を示す図である。図１は、駆動回
路を同時に示した該変調器の上面図であり、図２は、図
１のII−II´線に沿う該変調器の中央断面構成図であ
る。ここで、変調電極は、充分に薄くした（：厚さ
ｔp ）ポリイミド，エポキシあるいはＳｉＯ2 のような
絶縁層１１０を介して２層以上の導体で構成されてい
る。厚さｔm1のＬＮ基板１０１側の下部中心導体１０４
および下部接地導体１０５と、厚さｔm2の上部中心導体
１１１および上部接地導体１１２との間には、絶縁層１
１０が介装され、この絶縁層１１０によって、ＤＣ的に
は電気的絶縁をとっており、マイクロ波的には絶縁層１
１０で形成される下部上部電極間の静電容量Ｃを介して
電気的結合がとられている。バッファ層１０３として
は、ＳｉＯ2 、あるいはポリイミド等のようなＬＮに対
して誘電率，屈折率が小さい材料が、選ばれる。中心導
体１０４と接地導体１０５との間隔Ｇ、バッファ層１０
３の厚さｔb 、絶縁層の厚さｔp 、電極の厚さｔm1，ｔ
m2の大きさは、特に高周波において光とマイクロ波との
速度整合をとり、特性インピーダンスＺを適当な大きさ
（例えば、Ｚ＝５０Ω）にして、外部回路とのインピー
ダンス整合を図るように構成される。
【００１９】ここで、電極形状は、図では矩形を示して
いるが、例えば、中心導体１０４，１１１もしくは接地
導体１０５，１１２が、台形，逆台形あるいは多層の任
意の形状をとっても同様の効果を有する。絶縁層１１０
は、印加されるＤＣバイアス電圧に対して充分な耐圧性
を有する限り、その厚さｔp は出来る限り薄くすること
が望ましい。また絶縁層１１０で形成される静電容量Ｃ
が出来る限り大きいことが望ましいので、誘電率の大き
い材料がより適することになる。絶縁層１１０を挟む下
部・上部電極は、通常の蒸着法、電界メッキ法、機械的
に張り合せる方法、あるいは電気プリント基板製作技術
等の種々の厚膜電極形成技術を用いて、製作できるの
で、必要に応じて充分厚い電極を容易に形成できる。
いるが、例えば、中心導体１０４，１１１もしくは接地
導体１０５，１１２が、台形，逆台形あるいは多層の任
意の形状をとっても同様の効果を有する。絶縁層１１０
は、印加されるＤＣバイアス電圧に対して充分な耐圧性
を有する限り、その厚さｔp は出来る限り薄くすること
が望ましい。また絶縁層１１０で形成される静電容量Ｃ
が出来る限り大きいことが望ましいので、誘電率の大き
い材料がより適することになる。絶縁層１１０を挟む下
部・上部電極は、通常の蒸着法、電界メッキ法、機械的
に張り合せる方法、あるいは電気プリント基板製作技術
等の種々の厚膜電極形成技術を用いて、製作できるの
で、必要に応じて充分厚い電極を容易に形成できる。
【００２０】マイクロ波信号源１０６は、下部中心導体
１０４と上部接地導体１１２との間に接続され、ＤＣバ
イアス電源１０９は、上部接地導体１１２と下部接地導
体１０５との間に接続される。
１０４と上部接地導体１１２との間に接続され、ＤＣバ
イアス電源１０９は、上部接地導体１１２と下部接地導
体１０５との間に接続される。
【００２１】変調器電極のマイクロ波損失の大きさは、
いわゆる表皮効果による導体損失の大きさによって決ま
ることが知られている。このために、通常の電極は、高
周波になる程、その損失が大きくなる傾向を示す。しか
し、本発明による電極構成の場合、高周波になるにした
がって、下部・上部電極間の電気的結合が強くなり、実
効的電極の厚さが、ｔm1から（ｔm1＋ｔm2）になるため
に、導体損失の増大を抑制する効果を生ずることにな
る。一方、変調器駆動回路は、図１に示すように、従来
のマイクロ波回路に挿入されていたバイアスＴが不要に
なるために、このバイアスＴによる周波数特性の制約が
なくなる。一方、図に示した本発明のＤＣバイアス電源
１０９ならびに上部下部接地導体間に接続したコンデン
サ、コイルは、ＤＣ電源の低周波に対するバイパス回路
の役割を持たせるためのものである。このため、これら
は必要に応じて設定すればよいものであり、マイクロ波
の高速動作上には関わりがない。したがって、本発明に
よって極めて広帯域な動作が可能になる。なお、本発明
による光変調器は、絶縁層１１０の厚さｔp を充分薄く
することによって、絶縁層を除去して電極厚を（ｔm1＋
ｔm2）にした変調器と同じ特性を有することになる。
いわゆる表皮効果による導体損失の大きさによって決ま
ることが知られている。このために、通常の電極は、高
周波になる程、その損失が大きくなる傾向を示す。しか
し、本発明による電極構成の場合、高周波になるにした
がって、下部・上部電極間の電気的結合が強くなり、実
効的電極の厚さが、ｔm1から（ｔm1＋ｔm2）になるため
に、導体損失の増大を抑制する効果を生ずることにな
る。一方、変調器駆動回路は、図１に示すように、従来
のマイクロ波回路に挿入されていたバイアスＴが不要に
なるために、このバイアスＴによる周波数特性の制約が
なくなる。一方、図に示した本発明のＤＣバイアス電源
１０９ならびに上部下部接地導体間に接続したコンデン
サ、コイルは、ＤＣ電源の低周波に対するバイパス回路
の役割を持たせるためのものである。このため、これら
は必要に応じて設定すればよいものであり、マイクロ波
の高速動作上には関わりがない。したがって、本発明に
よって極めて広帯域な動作が可能になる。なお、本発明
による光変調器は、絶縁層１１０の厚さｔp を充分薄く
することによって、絶縁層を除去して電極厚を（ｔm1＋
ｔm2）にした変調器と同じ特性を有することになる。
【００２２】（第２の実施の形態）図３は、本発明によ
る光変調器の第２の実施の形態を示す図であり、駆動回
路入力部の接続方法を同時に示した該光変調器の断面構
成図である。この場合、光導波路２０２近傍のＬＮ基板
２０１の表面をエッチングすることにより、ＬＮ基板２
０１をリッジ形状化している。この時、電極は、中心導
体２０４，２１１のみ絶縁層２１０が挿入されており、
接地導体２０５と２１２は電気的に導通がとられてい
る。変調器駆動回路の接続方法は、図１４に示した従来
例と原理は同じであるが、従来のバイアスＴは不要であ
る。この場合も、中心導体２０４および２１１と、接地
導体２０５および２１２との間隔Ｇ、バッファ層２０３
の厚さｔb 、リッジ深さｔr 、リッジ幅ｗr 、絶縁層２
１０の厚さｔp 、電極の厚さｔm1，ｔm2の大きさは、図
１、図２に示した第１の実施の形態と同様に、光とマイ
クロ波との速度整合を図り、特性インピーダンスＺが、
例えばＺ＝５０Ωになるように、構成している。
る光変調器の第２の実施の形態を示す図であり、駆動回
路入力部の接続方法を同時に示した該光変調器の断面構
成図である。この場合、光導波路２０２近傍のＬＮ基板
２０１の表面をエッチングすることにより、ＬＮ基板２
０１をリッジ形状化している。この時、電極は、中心導
体２０４，２１１のみ絶縁層２１０が挿入されており、
接地導体２０５と２１２は電気的に導通がとられてい
る。変調器駆動回路の接続方法は、図１４に示した従来
例と原理は同じであるが、従来のバイアスＴは不要であ
る。この場合も、中心導体２０４および２１１と、接地
導体２０５および２１２との間隔Ｇ、バッファ層２０３
の厚さｔb 、リッジ深さｔr 、リッジ幅ｗr 、絶縁層２
１０の厚さｔp 、電極の厚さｔm1，ｔm2の大きさは、図
１、図２に示した第１の実施の形態と同様に、光とマイ
クロ波との速度整合を図り、特性インピーダンスＺが、
例えばＺ＝５０Ωになるように、構成している。
【００２３】このような本発明によるリッジ形光変調器
では、図１、図２に示した実施の形態と比較して、電極
厚ｔm1，ｔm2一定の下でリッジ深さｔr を大きくする
と、特性インピーダンスＺは大きく、マイクロ波実効屈
折率ｎm ，減衰定数αは小さくなる。これは、ｔr が大
きくなるにつれて、強誘電体のＬｉＮｂＯ3 に代わっ
て、低誘電率のＳｉＯ2 や空気に置き換えられているた
めに、実効的な誘電率が低下するためである。また、駆
動電圧・電極長積ＶπＬについては、ｔr が数μｍ程度
の大きさで最小になり、さらにｔr が大きくなると、微
増する傾向がある。これは、ｔr が０から例えば３〜４
μｍ程度の大きさになると、ＬｉＮｂＯ3 基板中の光導
波路近傍に電気力線が集中することによって、マイクロ
波電界強度が強まり駆動電圧が低下する効果が、現れる
ためである。しかし、ｔr がさらに大きくなると、中心
導体と接地導体間の実効的な距離が大きくなる効果が強
まり、電界強度が低下するために、ＶπＬは逆に大きく
なる。
では、図１、図２に示した実施の形態と比較して、電極
厚ｔm1，ｔm2一定の下でリッジ深さｔr を大きくする
と、特性インピーダンスＺは大きく、マイクロ波実効屈
折率ｎm ，減衰定数αは小さくなる。これは、ｔr が大
きくなるにつれて、強誘電体のＬｉＮｂＯ3 に代わっ
て、低誘電率のＳｉＯ2 や空気に置き換えられているた
めに、実効的な誘電率が低下するためである。また、駆
動電圧・電極長積ＶπＬについては、ｔr が数μｍ程度
の大きさで最小になり、さらにｔr が大きくなると、微
増する傾向がある。これは、ｔr が０から例えば３〜４
μｍ程度の大きさになると、ＬｉＮｂＯ3 基板中の光導
波路近傍に電気力線が集中することによって、マイクロ
波電界強度が強まり駆動電圧が低下する効果が、現れる
ためである。しかし、ｔr がさらに大きくなると、中心
導体と接地導体間の実効的な距離が大きくなる効果が強
まり、電界強度が低下するために、ＶπＬは逆に大きく
なる。
【００２４】一方、リッジ深さｔr ，電極間隔Ｇが一定
で、電極幅Ｗもしくは電極厚ｔm （＝ｔm1＋ｔm2）を大
きくすると、特性インピーダンスＺ，マイクロ波実効屈
折率ｎm ，減衰定数αは小さくなるが、ＶπＬはほとん
ど変化しない。これは、Ｗ，ｔm が大きくなるにしたが
って、中心導体−接地導体間の静電容量が大きくなる
が、光導波路近傍の電界強度の大きさがほとんど変化し
ないためである。
で、電極幅Ｗもしくは電極厚ｔm （＝ｔm1＋ｔm2）を大
きくすると、特性インピーダンスＺ，マイクロ波実効屈
折率ｎm ，減衰定数αは小さくなるが、ＶπＬはほとん
ど変化しない。これは、Ｗ，ｔm が大きくなるにしたが
って、中心導体−接地導体間の静電容量が大きくなる
が、光導波路近傍の電界強度の大きさがほとんど変化し
ないためである。
【００２５】図４から図１０は、本発明の原理と効果を
説明するための図であり、ＬＮ基板を用いた変調器のマ
イクロ波特性を準ＴＥＭ波近似解析法で計算した例を示
す。
説明するための図であり、ＬＮ基板を用いた変調器のマ
イクロ波特性を準ＴＥＭ波近似解析法で計算した例を示
す。
【００２６】高速光変調器を実現するには、マイクロ波
と光波の速度整合をとる必要があり、マイクロ波実効屈
折率ｎm が、光波の等価屈折率ｎo とほぼ等しい大きさ
（波長λ＝１．５５μｍ帯ではｎo ＝２．１５）になる
ように、変調器構造が選ばれる。図４ないし図８は、図
３に示した第２の実施の形態において、絶縁層２１０を
充分薄く構成し、変調電極の中心導体幅Ｗ＝１６μｍ一
定に設定した場合、速度整合条件を得るために必要な電
極厚ｔm （＝ｔm1＋ｔm2）（図４）と、その電極厚ｔm
における特性インピーダンスＺ（図５）、マイクロ波減
衰定数α（１ＧＨｚにおける導体損失）（図６）、単位
長さ電極の駆動電圧ＶπＬ（図７）、変調器の性能指数
ｐ（図８）のそれぞれのＳｉＯ2 バッファ層厚ｔb に対
する関係を示した。ここで、リッジ深さｔr は、ｔr ＝
３μｍ一定の場合であり、中心導体−接地導体間隔Ｇ
は、９０μｍ，７０μｍ，５０μｍの３つの場合につい
て示した。光波の波長は１．５μｍ帯、リッジ幅ｗr ＝
９μｍとしている。また、性能指数ｐは、
と光波の速度整合をとる必要があり、マイクロ波実効屈
折率ｎm が、光波の等価屈折率ｎo とほぼ等しい大きさ
（波長λ＝１．５５μｍ帯ではｎo ＝２．１５）になる
ように、変調器構造が選ばれる。図４ないし図８は、図
３に示した第２の実施の形態において、絶縁層２１０を
充分薄く構成し、変調電極の中心導体幅Ｗ＝１６μｍ一
定に設定した場合、速度整合条件を得るために必要な電
極厚ｔm （＝ｔm1＋ｔm2）（図４）と、その電極厚ｔm
における特性インピーダンスＺ（図５）、マイクロ波減
衰定数α（１ＧＨｚにおける導体損失）（図６）、単位
長さ電極の駆動電圧ＶπＬ（図７）、変調器の性能指数
ｐ（図８）のそれぞれのＳｉＯ2 バッファ層厚ｔb に対
する関係を示した。ここで、リッジ深さｔr は、ｔr ＝
３μｍ一定の場合であり、中心導体−接地導体間隔Ｇ
は、９０μｍ，７０μｍ，５０μｍの３つの場合につい
て示した。光波の波長は１．５μｍ帯、リッジ幅ｗr ＝
９μｍとしている。また、性能指数ｐは、
【００２７】
【数３】 ｐ＝ＶπＬ・α （３） で定義したパラメータである。変調器と信号源とのイン
ピーダンス整合がとれている場合、変調器の駆動電圧Ｖ
π（Ｖ）、エレクトリカル３ｄＢ帯域幅Δｆ（ＧＨｚ）
は、
ピーダンス整合がとれている場合、変調器の駆動電圧Ｖ
π（Ｖ）、エレクトリカル３ｄＢ帯域幅Δｆ（ＧＨｚ）
は、
【００２８】
【数４】 Ｖπ／Δｆ1/2 ＝ｐ／６．４ （４） の関係で与えられる。すなわち、ｐが小さい電極構造ほ
ど、高性能化（低駆動電圧化，広帯域化）が可能にな
る。
ど、高性能化（低駆動電圧化，広帯域化）が可能にな
る。
【００２９】図５より、ｔｍの大きさを適当な値に設定
して速度整合条件を満たした場合、特性インピーダンス
Ｚは、Ｇの大きさにかかわらず、リッジ深さｔr とバッ
ファ層厚ｔb の大きさでほぼ一義的に決まることが分か
る。また、駆動電圧ＶπＬも図７より、Ｇの大きさには
ほとんど影響を受けず、リッジ深さｔr とバッファ層厚
ｔb の大きさでほぼ一義的に決まることが分かる。これ
は、主にＬｉＮｂＯ3基板の誘電率が、結晶のｃ軸に対
して平行方向と垂直方向で異方性を持つことに起因して
いる。
して速度整合条件を満たした場合、特性インピーダンス
Ｚは、Ｇの大きさにかかわらず、リッジ深さｔr とバッ
ファ層厚ｔb の大きさでほぼ一義的に決まることが分か
る。また、駆動電圧ＶπＬも図７より、Ｇの大きさには
ほとんど影響を受けず、リッジ深さｔr とバッファ層厚
ｔb の大きさでほぼ一義的に決まることが分かる。これ
は、主にＬｉＮｂＯ3基板の誘電率が、結晶のｃ軸に対
して平行方向と垂直方向で異方性を持つことに起因して
いる。
【００３０】図８中の波線は、速度整合条件を満たす電
極厚ｔm （図４）が、４０，６０，８０μｍで一定であ
る点を結んだものである。ｔm が一定の時、ｐの大きさ
はバッファ層厚ｔｂの大きさに対する依存性は小さい
が、ｔm を厚くするほどｐパラメータを小さくできるこ
とが分かる。以上のことから、例えば、特性インピーダ
ンスをＺ＝５０Ωにする場合、バッファ層厚ｔb をｔb
＝１．０μｍ程度（リッジ深さｔr ＝３μｍの場合）に
設定すればよい。この時、電極間隔Ｇを大きくする（そ
れに伴って必要な電極厚ｔm は大きくなる）ほど、ｐパ
ラメータは小さくなり、低駆動電圧で広帯域な高性能光
変調器を実現できる。なお、図１４、１５の従来例の変
調器では、例えば、中心導体Ｗ＝８μｍ，ギャップＧ＝
２０μｍ程度の場合、性能指数ｐは５程度の大きさであ
るので、本発明による特性改善効果は極めて大きいこと
が分かる。
極厚ｔm （図４）が、４０，６０，８０μｍで一定であ
る点を結んだものである。ｔm が一定の時、ｐの大きさ
はバッファ層厚ｔｂの大きさに対する依存性は小さい
が、ｔm を厚くするほどｐパラメータを小さくできるこ
とが分かる。以上のことから、例えば、特性インピーダ
ンスをＺ＝５０Ωにする場合、バッファ層厚ｔb をｔb
＝１．０μｍ程度（リッジ深さｔr ＝３μｍの場合）に
設定すればよい。この時、電極間隔Ｇを大きくする（そ
れに伴って必要な電極厚ｔm は大きくなる）ほど、ｐパ
ラメータは小さくなり、低駆動電圧で広帯域な高性能光
変調器を実現できる。なお、図１４、１５の従来例の変
調器では、例えば、中心導体Ｗ＝８μｍ，ギャップＧ＝
２０μｍ程度の場合、性能指数ｐは５程度の大きさであ
るので、本発明による特性改善効果は極めて大きいこと
が分かる。
【００３１】図９および図１０は、図３に示した第２の
実施の形態において、絶縁層２１０をエポキシ樹脂で構
成し、変調器マイクロ波特性インピーダンスＺ（図９）
と、マイクロ波信号源に対する変調器駆動電圧ＶπＬ特
性（図１０）のそれぞれの絶縁層厚さｔp 依存性を示
す。ここでは、バッファ層厚ｔb ＝１μｍ，リッジ深さ
ｔr ＝３μｍ一定としている。これらの図から、ｔp を
１μｍ以下にすると、絶縁層のない変調器（ｔp ＝０）
とほぼ等しい特性を得られることが分かる。ＤＣバイア
ス電源に対する駆動電圧ＶπDC・Ｌは、ｔp の大きさに
よらず、図１０に示すように、ｔp ＝０の時の値にな
る。また、ｔp が厚い場合、その厚さに応じてインピー
ダンス整合，速度整合条件を満たす変調器構造を設計す
ればよいことは、自明である。
実施の形態において、絶縁層２１０をエポキシ樹脂で構
成し、変調器マイクロ波特性インピーダンスＺ（図９）
と、マイクロ波信号源に対する変調器駆動電圧ＶπＬ特
性（図１０）のそれぞれの絶縁層厚さｔp 依存性を示
す。ここでは、バッファ層厚ｔb ＝１μｍ，リッジ深さ
ｔr ＝３μｍ一定としている。これらの図から、ｔp を
１μｍ以下にすると、絶縁層のない変調器（ｔp ＝０）
とほぼ等しい特性を得られることが分かる。ＤＣバイア
ス電源に対する駆動電圧ＶπDC・Ｌは、ｔp の大きさに
よらず、図１０に示すように、ｔp ＝０の時の値にな
る。また、ｔp が厚い場合、その厚さに応じてインピー
ダンス整合，速度整合条件を満たす変調器構造を設計す
ればよいことは、自明である。
【００３２】以上の説明では、電極の中心導体幅はＷ＝
１６μｍの場合を示したが、本発明では、特にリッジ形
変調器の場合、ｔb ，ｗr の大きさを固定してＷをさら
に大きくしても、電極間隔Ｇの大きさに関わらずに、中
心導体直下の強誘電体基板リッジ部の電界強度はさほど
変わらないので、ＶπＬの大きさはほとんど変化しな
い。Ｗを大きくする程、速度整合に必要な電極間隔Ｇ，
電極厚ｔm が大きくなり、電極の断面積が大きくなるの
で、導体損失αは小さくなる（ｐは小さくなる）。すな
わち、より高性能な光変調器が実現可能になる。したが
って、Ｗは、Ｗ＝１０μｍ程度から１００μｍ程度の大
きさの範囲に、設定すれば、本発明の効果を得ることが
できる。また、リッジ幅ｗr 、リッジ深さｔr の大きさ
についても、デバイスの製作性を考慮し、電極寸法・形
状，バッファ層材質・厚さ等のデバイスの構成材料・構
造に合わせて最適な寸法を設定すればよい。
１６μｍの場合を示したが、本発明では、特にリッジ形
変調器の場合、ｔb ，ｗr の大きさを固定してＷをさら
に大きくしても、電極間隔Ｇの大きさに関わらずに、中
心導体直下の強誘電体基板リッジ部の電界強度はさほど
変わらないので、ＶπＬの大きさはほとんど変化しな
い。Ｗを大きくする程、速度整合に必要な電極間隔Ｇ，
電極厚ｔm が大きくなり、電極の断面積が大きくなるの
で、導体損失αは小さくなる（ｐは小さくなる）。すな
わち、より高性能な光変調器が実現可能になる。したが
って、Ｗは、Ｗ＝１０μｍ程度から１００μｍ程度の大
きさの範囲に、設定すれば、本発明の効果を得ることが
できる。また、リッジ幅ｗr 、リッジ深さｔr の大きさ
についても、デバイスの製作性を考慮し、電極寸法・形
状，バッファ層材質・厚さ等のデバイスの構成材料・構
造に合わせて最適な寸法を設定すればよい。
【００３３】なお、中心導体−接地導体間隔Ｇについて
は、Ｇを大きくするほど、ｐパラメータが小さくなる。
しかし、必要以上に大きくすると、構造分散によるマイ
クロ波特性への悪影響が出てくる。このために、動作周
波数に応じて、マイクロ波信号の波長より十分小さい寸
法を選ぶことにより、その影響を軽減できるので、Ｇ＝
１０μｍ〜１０００μｍ程度の大きさを選べばよい。変
調電極の厚さｔm （＝ｔm1＋ｔm2）については、ｔm が
大きいほどマイクロ波特性上は望ましいが、製作性を考
慮して、ｔm はＷと同じ大きさ（ｔm ＝Ｗ）から１０倍
（ｔm ＝１０Ｗ）程度の大きさの範囲に設定すればよ
い。バッファ層の厚さｔb は、主に特性インピーダンス
の大きさの制約から設計されるが、製作性や変調器の光
挿入損失・安定性を考慮して、ｔb ＝０．２μｍ〜５μ
ｍになる。ＬｉＮｂＯ3 基板のリッジ深さｔr について
は、ＶπＬ特性の低減効果と、ＬｉＮｂＯ3 エッチング
工程の容易さを考慮して、通常１〜１０μｍ程度に設定
される。
は、Ｇを大きくするほど、ｐパラメータが小さくなる。
しかし、必要以上に大きくすると、構造分散によるマイ
クロ波特性への悪影響が出てくる。このために、動作周
波数に応じて、マイクロ波信号の波長より十分小さい寸
法を選ぶことにより、その影響を軽減できるので、Ｇ＝
１０μｍ〜１０００μｍ程度の大きさを選べばよい。変
調電極の厚さｔm （＝ｔm1＋ｔm2）については、ｔm が
大きいほどマイクロ波特性上は望ましいが、製作性を考
慮して、ｔm はＷと同じ大きさ（ｔm ＝Ｗ）から１０倍
（ｔm ＝１０Ｗ）程度の大きさの範囲に設定すればよ
い。バッファ層の厚さｔb は、主に特性インピーダンス
の大きさの制約から設計されるが、製作性や変調器の光
挿入損失・安定性を考慮して、ｔb ＝０．２μｍ〜５μ
ｍになる。ＬｉＮｂＯ3 基板のリッジ深さｔr について
は、ＶπＬ特性の低減効果と、ＬｉＮｂＯ3 エッチング
工程の容易さを考慮して、通常１〜１０μｍ程度に設定
される。
【００３４】（第３の実施の形態）図１１は、本発明に
よる光変調器の第３の実施の形態を示す図であり、駆動
回路の接続方法を合わせて示した該光変調器の断面構成
図である。この場合、接地導体４０５、４１２のみ絶縁
層４１０で分離している。図に示したように、上部中心
導体幅Ｗ′を下部中心導体幅Ｗより広く構成することに
より、Ｗ′＝Ｗの場合と比較して、中心導体−接地導体
間の電気的結合を強めることができ、速度整合条件を得
るための全電極厚（ｔm1＋ｔm2）を比較的薄く構成でき
る特長を有する。また、中心導体に絶縁層を用いていな
いために、絶縁層を全く用いていない変調器とほぼ同等
のマイクロ波特性を有することになる。 （第４の実施の形態）図１２は、本発明による光変調器
の第４の実施の形態を示す断面構成図であり、ＳｉＯ2
やポリイミドあるいはレジスト等の低誘電率の材料５１
３で下部電極５０４、５０５が埋め込まれて構成されて
いる。この場合、下部電極５０４、５０５の表面が平坦
化されているので、下部電極幅の制約を受けずに、上部
電極５１１、５１２の幅を任意の大きさに設定できる特
長を有する。
よる光変調器の第３の実施の形態を示す図であり、駆動
回路の接続方法を合わせて示した該光変調器の断面構成
図である。この場合、接地導体４０５、４１２のみ絶縁
層４１０で分離している。図に示したように、上部中心
導体幅Ｗ′を下部中心導体幅Ｗより広く構成することに
より、Ｗ′＝Ｗの場合と比較して、中心導体−接地導体
間の電気的結合を強めることができ、速度整合条件を得
るための全電極厚（ｔm1＋ｔm2）を比較的薄く構成でき
る特長を有する。また、中心導体に絶縁層を用いていな
いために、絶縁層を全く用いていない変調器とほぼ同等
のマイクロ波特性を有することになる。 （第４の実施の形態）図１２は、本発明による光変調器
の第４の実施の形態を示す断面構成図であり、ＳｉＯ2
やポリイミドあるいはレジスト等の低誘電率の材料５１
３で下部電極５０４、５０５が埋め込まれて構成されて
いる。この場合、下部電極５０４、５０５の表面が平坦
化されているので、下部電極幅の制約を受けずに、上部
電極５１１、５１２の幅を任意の大きさに設定できる特
長を有する。
【００３５】（第５の実施の形態）図１３は、本発明に
よる光変調器の第５の実施の形態を示す断面構成図であ
り、ｙ軸もしくはｘ軸カット−ＬＮ基板６０１とコプレ
ーナ線路電極を用いたマッハ−ツェンダ形光強度変調器
の一実施形態であり、変調器中央部の断面構成を示して
いる。図中、６０４は下部中心導体、６０５は接地導
体、６１０は絶縁層、６１１は上部中心導体である。こ
の場合も、前述のｚ軸カット−ＬＮ基板を用いた形態と
同様の原理で、本発明の効果を得ることができる。
よる光変調器の第５の実施の形態を示す断面構成図であ
り、ｙ軸もしくはｘ軸カット−ＬＮ基板６０１とコプレ
ーナ線路電極を用いたマッハ−ツェンダ形光強度変調器
の一実施形態であり、変調器中央部の断面構成を示して
いる。図中、６０４は下部中心導体、６０５は接地導
体、６１０は絶縁層、６１１は上部中心導体である。こ
の場合も、前述のｚ軸カット−ＬＮ基板を用いた形態と
同様の原理で、本発明の効果を得ることができる。
【００３６】以上では、変調電極としてコプレーナ線路
を用いた場合を示したが、例えば、非対象コプレーナス
トリップ線路，対象コプレーナストリップ線路，マイク
ロストリップ線路等の各種マイクロ波線路を用いても、
同様の効果を得ることができることは、自明である。ま
た、以上では、少なくとも中心導体もしくは接地導体を
一つの絶縁層を介して２層の導体で構成する場合を示し
たが、中心導体もしくは接地導体を複数の絶縁層を介し
て複数層の導体で構成してマイクロ波信号源とＤＣバイ
アス電源を分離するように接続すれば、本発明の効果を
得ることが出来る。
を用いた場合を示したが、例えば、非対象コプレーナス
トリップ線路，対象コプレーナストリップ線路，マイク
ロストリップ線路等の各種マイクロ波線路を用いても、
同様の効果を得ることができることは、自明である。ま
た、以上では、少なくとも中心導体もしくは接地導体を
一つの絶縁層を介して２層の導体で構成する場合を示し
たが、中心導体もしくは接地導体を複数の絶縁層を介し
て複数層の導体で構成してマイクロ波信号源とＤＣバイ
アス電源を分離するように接続すれば、本発明の効果を
得ることが出来る。
【００３７】また、以上では、下部電極にマイクロ波信
号源を、上部電極にＤＣバイアス電源を接続した場合を
説明したが、この逆にそれぞれを接続しても同様の原理
で本発明の効果を得ることが出来る。
号源を、上部電極にＤＣバイアス電源を接続した場合を
説明したが、この逆にそれぞれを接続しても同様の原理
で本発明の効果を得ることが出来る。
【００３８】さらに、以上では、電気光学効果を有する
基板としてＬｉＮｂＯ3 を、バッファ層としてＳｉＯ2
を用いた高速光強度変調器を例として本発明の原理・効
果・実施例を述べたが、この他に、電気光学効果を有す
る基板としてＬｉＴａＯ3 やＰＬＺＴ等の強誘電体や半
導体，有機材料等を利用し、バッファ層として例えばＡ
ｌ2 Ｏ3 やＩＴＯ，ポリイミド等の誘電体を利用しても
良い。また、光強度変調器以外に光位相変調器，光スイ
ッチ，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
きることは自明である。
基板としてＬｉＮｂＯ3 を、バッファ層としてＳｉＯ2
を用いた高速光強度変調器を例として本発明の原理・効
果・実施例を述べたが、この他に、電気光学効果を有す
る基板としてＬｉＴａＯ3 やＰＬＺＴ等の強誘電体や半
導体，有機材料等を利用し、バッファ層として例えばＡ
ｌ2 Ｏ3 やＩＴＯ，ポリイミド等の誘電体を利用しても
良い。また、光強度変調器以外に光位相変調器，光スイ
ッチ，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
きることは自明である。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、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、前記光導波路近傍に形成された電極よ
り少なくとも構成され、該電極が中心導体と接地導体を
有する光制御デバイスにおいて、前記電極の中心導体も
しくは接地導体の少なくとも一方が絶縁層を介して２層
以上の多層構造で構成されていることを特徴とする。
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、前記光導波路近傍に形成された電極よ
り少なくとも構成され、該電極が中心導体と接地導体を
有する光制御デバイスにおいて、前記電極の中心導体も
しくは接地導体の少なくとも一方が絶縁層を介して２層
以上の多層構造で構成されていることを特徴とする。
【００４０】また、上記光変調器駆動回路のマイクロ波
信号源とＤＣバイアス電源が該中心導体もしくは接地導
体の異なる導体層にそれぞれ接続して動作させることを
特徴とする。
信号源とＤＣバイアス電源が該中心導体もしくは接地導
体の異なる導体層にそれぞれ接続して動作させることを
特徴とする。
【００４１】これによって、電極を実効的に厚く構成で
きるので、速度整合・特性インピーダンス整合をとると
ともに、電極の導体損失を大幅に低減することが可能に
なり、低駆動電圧で高速動作が可能な光制御デバイスを
実現できる。また、変調器駆動回路にＤＣ電圧バイアス
用のバイアスＴが不要になるために、広帯域な光制御デ
バイス動作を実現できる。
きるので、速度整合・特性インピーダンス整合をとると
ともに、電極の導体損失を大幅に低減することが可能に
なり、低駆動電圧で高速動作が可能な光制御デバイスを
実現できる。また、変調器駆動回路にＤＣ電圧バイアス
用のバイアスＴが不要になるために、広帯域な光制御デ
バイス動作を実現できる。
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すもので、本発
明にかかる光制御デバイスの上面図であり、同時に駆動
回路の接続状態を示している。
明にかかる光制御デバイスの上面図であり、同時に駆動
回路の接続状態を示している。
【図２】図１のII−II´線に沿う断面構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示すもので、本発
明にかかる光制御デバイスの断面構成図であり、同時に
駆動回路の接続状態を示している。
明にかかる光制御デバイスの断面構成図であり、同時に
駆動回路の接続状態を示している。
【図４】本発明の原理と効果を説明するためのグラフで
あり、速度整合条件を得るために必要な電極厚ｔm （＝
ｔm1＋ｔm2）のＳｉＯ2 バッファ層厚ｔb に対する関係
を示すグラフである。
あり、速度整合条件を得るために必要な電極厚ｔm （＝
ｔm1＋ｔm2）のＳｉＯ2 バッファ層厚ｔb に対する関係
を示すグラフである。
【図５】本発明の原理と効果を説明するためのグラフで
あり、速度整合条件を得るために必要な電極厚ｔm にお
ける特性インピーダンスＺのＳｉＯ2 バッファ層厚ｔb
対する関係を示すグラフである。
あり、速度整合条件を得るために必要な電極厚ｔm にお
ける特性インピーダンスＺのＳｉＯ2 バッファ層厚ｔb
対する関係を示すグラフである。
【図６】本発明の原理と効果を説明するためのグラフで
あり、速度整合条件を得るために必要な電極厚ｔm にお
けるマイクロ波減衰定数α（１ＧＨｚにおける導体損
失）のＳｉＯ2 バッファ層厚ｔb に対する関係を示すグ
ラフである。
あり、速度整合条件を得るために必要な電極厚ｔm にお
けるマイクロ波減衰定数α（１ＧＨｚにおける導体損
失）のＳｉＯ2 バッファ層厚ｔb に対する関係を示すグ
ラフである。
【図７】本発明の原理と効果を説明するためのグラフで
あり、速度整合条件を得るために必要な電極厚ｔm にお
ける単位長さ電極の駆動電圧ＶπＬのＳｉＯ2 バッファ
層厚ｔb に対する関係を示すグラフである。
あり、速度整合条件を得るために必要な電極厚ｔm にお
ける単位長さ電極の駆動電圧ＶπＬのＳｉＯ2 バッファ
層厚ｔb に対する関係を示すグラフである。
【図８】本発明の原理と効果を説明するためのグラフで
あり、速度整合条件を得るために必要な電極厚ｔm にお
ける変調器の性能指数ｐのＳｉＯ2 バッファ層厚ｔb に
対する関係を示すグラフである。
あり、速度整合条件を得るために必要な電極厚ｔm にお
ける変調器の性能指数ｐのＳｉＯ2 バッファ層厚ｔb に
対する関係を示すグラフである。
【図９】本発明の原理と効果を説明するためのグラフで
あり、絶縁層厚ｔp に対する特性インピーダンスＺおよ
び実効屈折率の関係を示すグラフである。
あり、絶縁層厚ｔp に対する特性インピーダンスＺおよ
び実効屈折率の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の原理と効果を説明するためのグラフ
であり、絶縁層厚ｔp に対する駆動電圧の関係を示すグ
ラフである。
であり、絶縁層厚ｔp に対する駆動電圧の関係を示すグ
ラフである。
【図１１】本発明の第３の実施の形態を示すもので、本
発明にかかる光制御デバイスの断面構成図であり、同時
に駆動回路の接続状態を示している。
発明にかかる光制御デバイスの断面構成図であり、同時
に駆動回路の接続状態を示している。
【図１２】本発明の第４の実施の形態を示すもので、本
発明にかかる光制御デバイスの断面構成図である。
発明にかかる光制御デバイスの断面構成図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態を示すもので、本
発明にかかる光制御デバイスの断面構成図である。
発明にかかる光制御デバイスの断面構成図である。
【図１４】従来のマッハツェンダ光強度変調器の一例を
示す上面図であり、同時に駆動回路の接続状態を示して
いる。
示す上面図であり、同時に駆動回路の接続状態を示して
いる。
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ´線に沿う断面図であ
る。
る。
１０１，２０１，４０１，５０１，６０１，７０１ Ｌ
ｉＮｂＯ3 基板 １０２，２０２，４０２，５０２，６０２，７０２ Ｔ
ｉ熱拡散光導波路 １０３，２０３，４０３，５０３，７０３ バッファ層 １０４，２０４，４０４，５０４，６０４，７０４ 下
部中心導体 １０５，２０５，４０５，５０５，６０５，７０５ 下
部接地導体 １０６，２０６，４０６，７０６ マイクロ波信号源 １０７，７０７ 負荷抵抗 ７０８ バイアスＴ １０９，２０９，４０９，７０９ ＤＣバイアス電源 １１０，２１０，４１０，５１０，６１０ 絶縁層 １１１，２１１，４１１，５１１，６１１ 上部中心導
体 １１２，２１２，４１２，５１２ 上部接地導体 ５１３ 低誘電率材料
ｉＮｂＯ3 基板 １０２，２０２，４０２，５０２，６０２，７０２ Ｔ
ｉ熱拡散光導波路 １０３，２０３，４０３，５０３，７０３ バッファ層 １０４，２０４，４０４，５０４，６０４，７０４ 下
部中心導体 １０５，２０５，４０５，５０５，６０５，７０５ 下
部接地導体 １０６，２０６，４０６，７０６ マイクロ波信号源 １０７，７０７ 負荷抵抗 ７０８ バイアスＴ １０９，２０９，４０９，７０９ ＤＣバイアス電源 １１０，２１０，４１０，５１０，６１０ 絶縁層 １１１，２１１，４１１，５１１，６１１ 上部中心導
体 １１２，２１２，４１２，５１２ 上部接地導体 ５１３ 低誘電率材料
Claims (6)
- 【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、前記光導波路近傍
に形成された中心導体と接地導体とからなる電極とによ
って少なくとも構成された光制御デバイスにおいて、 前記電極の中心導体もしくは接地導体の少なくとも一方
が、少なくとも１層の絶縁層を介して２層もしくは２層
以上の複数の導体層で構成されていることを特徴とする
光制御デバイス。 - 【請求項２】 前記光導波路の近傍の基板が掘込まれて
該基板表面にリッジ形状が形成されていることを特徴と
する請求項１に記載の光制御デバイス。 - 【請求項３】 前記電極に供給されるマイクロ波信号波
と前記光導波路を伝搬する光波の伝搬速度が等しくなる
ように該デバイス構造が設定されていることを特徴とす
る請求項１または２に記載の光制御デバイス。 - 【請求項４】 該光制御デバイスがマッハツェンダ形光
強度変調器であることを特徴とする請求項１ないし３の
いずれかに記載の光制御デバイス。 - 【請求項５】 前記基板をニオブ酸リチウムから構成し
たことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載
の光制御デバイス。 - 【請求項６】 前記請求項１ないし５のいずれかに記載
の光制御デバイスの動作方法であって、該光制御デバイ
スの中心導体もしくは接地導体の絶縁層を挟んで構成さ
れた異なる導体層に、マイクロ波信号源とＤＣバイアス
電源とを別々に接続して、該光制御デバイスを動作させ
ることを特徴とする光制御デバイス動作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11377896A JPH09297289A (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | 光制御デバイスとその動作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11377896A JPH09297289A (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | 光制御デバイスとその動作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09297289A true JPH09297289A (ja) | 1997-11-18 |
Family
ID=14620884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11377896A Pending JPH09297289A (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | 光制御デバイスとその動作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09297289A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001133641A (ja) * | 1999-11-05 | 2001-05-18 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光導波路素子 |
| WO2004025358A1 (ja) * | 2002-09-12 | 2004-03-25 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd | 光変調器 |
| JP2008171004A (ja) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Jds Uniphase Corp | 耐湿性電気光学デバイス |
| JP2012068679A (ja) * | 2011-12-19 | 2012-04-05 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光導波路素子 |
| WO2019039215A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2019-02-28 | Tdk株式会社 | 光変調器 |
| WO2020194782A1 (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
-
1996
- 1996-05-08 JP JP11377896A patent/JPH09297289A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001133641A (ja) * | 1999-11-05 | 2001-05-18 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光導波路素子 |
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| US7292739B2 (en) | 2002-09-12 | 2007-11-06 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | Optical modulator |
| CN100410732C (zh) * | 2002-09-12 | 2008-08-13 | 住友大阪水泥股份有限公司 | 光调制器 |
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| JPWO2019039215A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2020-09-17 | Tdk株式会社 | 光変調器 |
| US11226531B2 (en) | 2017-08-24 | 2022-01-18 | Tdk Corporation | Optical modulator |
| CN111051970B (zh) * | 2017-08-24 | 2023-08-11 | Tdk株式会社 | 光调制器 |
| WO2020194782A1 (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
| JP2020166053A (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-08 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
| CN113646694A (zh) * | 2019-03-28 | 2021-11-12 | 住友大阪水泥股份有限公司 | 光调制器 |
| CN113646694B (zh) * | 2019-03-28 | 2024-04-09 | 住友大阪水泥股份有限公司 | 光调制器 |
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