JPH11101962A - 光変調器 - Google Patents
光変調器Info
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- JPH11101962A JPH11101962A JP9263331A JP26333197A JPH11101962A JP H11101962 A JPH11101962 A JP H11101962A JP 9263331 A JP9263331 A JP 9263331A JP 26333197 A JP26333197 A JP 26333197A JP H11101962 A JPH11101962 A JP H11101962A
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- 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
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- 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
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光を信号電圧の印加によって変調する光変調器
において、従来の光変調器よりも高い周波数で光と変調
波との速度整合を実現し、これによって数十ＧＨｚ以上
もの周波数でも動作可能な新規な構造の光変調器を提供
する。 【解決手段】光変調器１は、基体２、基体２の表面側に
形成されている光導波路７、および光導波路７中に伝搬
する光に対して信号電圧を印加するための一方の電極８
および他方の電極５Ａ、５Ｂを備える。一方の電極８が
光導波路７の表面側に形成されており、一方の電極８
が、少なくとも、光導波路７の表面側を覆う本体部分８
ｃと、本体部分８ｃから一方の側面側に張り出している
一方の張出部分８ａとを備える。
において、従来の光変調器よりも高い周波数で光と変調
波との速度整合を実現し、これによって数十ＧＨｚ以上
もの周波数でも動作可能な新規な構造の光変調器を提供
する。 【解決手段】光変調器１は、基体２、基体２の表面側に
形成されている光導波路７、および光導波路７中に伝搬
する光に対して信号電圧を印加するための一方の電極８
および他方の電極５Ａ、５Ｂを備える。一方の電極８が
光導波路７の表面側に形成されており、一方の電極８
が、少なくとも、光導波路７の表面側を覆う本体部分８
ｃと、本体部分８ｃから一方の側面側に張り出している
一方の張出部分８ａとを備える。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、進行波型光変調器等の光
変調器に関するものである。
変調器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信分野においては、通信容量の飛躍
的な増大が予測されており、このために光伝送系の容量
の増大が必要である。現状では、１．６ＧＢ／秒の伝送
速度が実用化されつつあるが、光ファイバーの伝送可能
な周波数帯域（約２００ＴＨｚ）と比較すると、高々１
０万分の一程度しか実用化されていない。伝送容量を飛
躍的に増大させるのに重要なことは、光変調技術を進展
させることである。
的な増大が予測されており、このために光伝送系の容量
の増大が必要である。現状では、１．６ＧＢ／秒の伝送
速度が実用化されつつあるが、光ファイバーの伝送可能
な周波数帯域（約２００ＴＨｚ）と比較すると、高々１
０万分の一程度しか実用化されていない。伝送容量を飛
躍的に増大させるのに重要なことは、光変調技術を進展
させることである。
【０００３】ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）、タン
タル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）、ニオブ酸カリウムリ
ウチム（ＫＬＮ）、チタニルリン酸カリウム（ＫＴ
Ｐ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）を光導波路に適用した
進行波形光変調器は、優れた特性を備えており、高能率
で高帯域化を達成できる可能性がある。ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウムは、強誘電体として非常に優れ
た材料であり、電気光学定数が大きく、短い光路で光の
制御が可能であるという利点を有している。
タル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）、ニオブ酸カリウムリ
ウチム（ＫＬＮ）、チタニルリン酸カリウム（ＫＴ
Ｐ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）を光導波路に適用した
進行波形光変調器は、優れた特性を備えており、高能率
で高帯域化を達成できる可能性がある。ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウムは、強誘電体として非常に優れ
た材料であり、電気光学定数が大きく、短い光路で光の
制御が可能であるという利点を有している。
【０００４】進行波形光変調器の変調速度を制限する要
因としては、速度不整合、分散および電極損失などが挙
げられる。このうち、速度不整合および分散について
は、主として進行波形光変調器の構造によって決定され
るので、構造の解析および設計が重要である。一方、電
極損失については、材料の導電率や表皮効果が重要であ
る。
因としては、速度不整合、分散および電極損失などが挙
げられる。このうち、速度不整合および分散について
は、主として進行波形光変調器の構造によって決定され
るので、構造の解析および設計が重要である。一方、電
極損失については、材料の導電率や表皮効果が重要であ
る。
【０００５】速度不整合について、更に説明する。進行
波形電極においては、光導波路中を進行する光と、電極
中を伝搬する電気信号（マイクロ波）との速度は、大き
く異なっている。結晶中を伝搬する光の速度をＶｏと
し、マイクロ波の速度をＶｍとする。例えば、プレーナ
型電極を有するＬｉＮｂＯ3 光変調器の場合には、次の
ようになる。まず、ＬｉＮｂＯ3 単結晶の屈折率は２．
１５（波長１．５μｍ）であり、光導波路中を進行する
光の速度は、これに反比例する。一方、マイクロ波の実
効屈折率は、導体近傍の誘電率の平方根によって与えら
れる。ＬｉＮｂＯ3 単結晶の誘電率は、一軸性であり、
Ｚ軸方向が２８、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向が４３である。従
って、誘電率が１である空気の影響を考慮しても、従来
の構造のＬｉＮｂＯ3 光変調器におけるマイクロ波の実
効屈折率は約４となり、２．１４の約１．９倍になる。
従って、光波の速度はマイクロ波の速度よりも約１．９
倍大きい。
波形電極においては、光導波路中を進行する光と、電極
中を伝搬する電気信号（マイクロ波）との速度は、大き
く異なっている。結晶中を伝搬する光の速度をＶｏと
し、マイクロ波の速度をＶｍとする。例えば、プレーナ
型電極を有するＬｉＮｂＯ3 光変調器の場合には、次の
ようになる。まず、ＬｉＮｂＯ3 単結晶の屈折率は２．
１５（波長１．５μｍ）であり、光導波路中を進行する
光の速度は、これに反比例する。一方、マイクロ波の実
効屈折率は、導体近傍の誘電率の平方根によって与えら
れる。ＬｉＮｂＯ3 単結晶の誘電率は、一軸性であり、
Ｚ軸方向が２８、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向が４３である。従
って、誘電率が１である空気の影響を考慮しても、従来
の構造のＬｉＮｂＯ3 光変調器におけるマイクロ波の実
効屈折率は約４となり、２．１４の約１．９倍になる。
従って、光波の速度はマイクロ波の速度よりも約１．９
倍大きい。
【０００６】光変調帯域幅ｆｍないし変調速度の上限
は、光波とマイクロ波との速度差の逆数に比例する。即
ち、ｆｍ＝１／（Ｖｏ−Ｖｍ）が成立する。従って、電
極損失を０と仮定すると、帯域幅ｆｍ×電極長Ｍ＝９．
２ＧＨｚ・ｃｍが限界となる。実際に、電極長Ｍ＝２．
５ｍｍの光変調器において、ｆｍ＝４０ＧＨｚという値
が報告されている。この動作速度の限界による影響は、
電極が長いほど、顕著になる。従って、広帯域であっ
て、高能率特性を有する光変調器の実現が強く望まれて
いる。
は、光波とマイクロ波との速度差の逆数に比例する。即
ち、ｆｍ＝１／（Ｖｏ−Ｖｍ）が成立する。従って、電
極損失を０と仮定すると、帯域幅ｆｍ×電極長Ｍ＝９．
２ＧＨｚ・ｃｍが限界となる。実際に、電極長Ｍ＝２．
５ｍｍの光変調器において、ｆｍ＝４０ＧＨｚという値
が報告されている。この動作速度の限界による影響は、
電極が長いほど、顕著になる。従って、広帯域であっ
て、高能率特性を有する光変調器の実現が強く望まれて
いる。
【０００７】最近、光導波路型高速変調器や高速スイッ
チ等の光導波路デバイスにおいて、基板の上部の電極の
形状を特殊な形状としたり、ガラス堆積層を形成したり
することによって、光導波路の内部を進行する光と、外
部から印加される変調電圧との間での位相整合周波数を
数十ＧＨｚへと高広帯域化することが提案されている
（「Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ」１９９５年５月号第９１頁〜９
７頁、「ＬＮを用いたＥＯデバイス」）。
チ等の光導波路デバイスにおいて、基板の上部の電極の
形状を特殊な形状としたり、ガラス堆積層を形成したり
することによって、光導波路の内部を進行する光と、外
部から印加される変調電圧との間での位相整合周波数を
数十ＧＨｚへと高広帯域化することが提案されている
（「Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ」１９９５年５月号第９１頁〜９
７頁、「ＬＮを用いたＥＯデバイス」）。
【０００８】この文献によれば、マイクロ波の速度は、
細い信号電極とアース電極とを結ぶ電気力線が通る領域
の誘電率の平均値によって決まるため、電極の厚さを大
きくし、ＳｉＯ2 からなるバッファー層の厚さを大きく
することによって、変調速度が向上するとされている。
また、進行波電極は伝送経路であり、その特性インピー
ダンスを５０Ωに近づける必要がある。これらの条件を
満足する設計として、せり出し形、ひさし形、溝堀り
形、シールド形といった種々の形態の電極およびバッフ
ァー層を形成することが提案されている。
細い信号電極とアース電極とを結ぶ電気力線が通る領域
の誘電率の平均値によって決まるため、電極の厚さを大
きくし、ＳｉＯ2 からなるバッファー層の厚さを大きく
することによって、変調速度が向上するとされている。
また、進行波電極は伝送経路であり、その特性インピー
ダンスを５０Ωに近づける必要がある。これらの条件を
満足する設計として、せり出し形、ひさし形、溝堀り
形、シールド形といった種々の形態の電極およびバッフ
ァー層を形成することが提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
造の進行波形光変調器においては、製造プロセスが複雑
であり、工程数が多く、コストが高い。しかも、光導波
路の部分と、複雑な形状のバッファー層および電極との
間で、高い位置合わせの精度を保持する必要がある。更
に、加工ダメージによる加工変質層の生成によって、光
屈折率等の特性が変化し易く、光導波路デバイスのシュ
ミレーションの結果から見て特性が劣化し、光吸収特性
や消光比特性が不十分になる。しかも、こうした困難な
製造上の問題点を解決できたとしても、依然として１０
ＧＨｚ・ｃｍ以上の高速変調は困難であった。
造の進行波形光変調器においては、製造プロセスが複雑
であり、工程数が多く、コストが高い。しかも、光導波
路の部分と、複雑な形状のバッファー層および電極との
間で、高い位置合わせの精度を保持する必要がある。更
に、加工ダメージによる加工変質層の生成によって、光
屈折率等の特性が変化し易く、光導波路デバイスのシュ
ミレーションの結果から見て特性が劣化し、光吸収特性
や消光比特性が不十分になる。しかも、こうした困難な
製造上の問題点を解決できたとしても、依然として１０
ＧＨｚ・ｃｍ以上の高速変調は困難であった。
【００１０】本発明の課題は、光を信号電圧の印加によ
って変調するための光変調器において、従来の光変調器
よりも高い周波数で光と変調波との速度整合を実現する
ことができ、これによって数十ＧＨｚ以上もの周波数で
も動作可能な新規な構造の光変調器を提供することであ
る。
って変調するための光変調器において、従来の光変調器
よりも高い周波数で光と変調波との速度整合を実現する
ことができ、これによって数十ＧＨｚ以上もの周波数で
も動作可能な新規な構造の光変調器を提供することであ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、光を信号電圧
の印加によって変調するための光変調器であって、基
体、基体の表面側に形成されている光導波路、および光
導波路中に伝搬する光に対して信号電圧を印加するため
の一方の電極および他方の電極を備えており、一方の電
極が光導波路の表面側に形成されており、かつこの一方
の電極が、少なくとも、光導波路の表面側を覆う本体部
分と、この本体部分から一方の側面側に張り出している
一方の張出部分とを備えていることを特徴とする、光変
調器に係るものである。
の印加によって変調するための光変調器であって、基
体、基体の表面側に形成されている光導波路、および光
導波路中に伝搬する光に対して信号電圧を印加するため
の一方の電極および他方の電極を備えており、一方の電
極が光導波路の表面側に形成されており、かつこの一方
の電極が、少なくとも、光導波路の表面側を覆う本体部
分と、この本体部分から一方の側面側に張り出している
一方の張出部分とを備えていることを特徴とする、光変
調器に係るものである。
【００１２】本発明者は、例えばニオブ酸リチウム等の
誘電率の高い材質によって基体を形成して光変調器を製
造した場合に、数十ＧＨｚ以上もの従来実現不能であっ
たきわめて高い周波数領域で動作可能な光変調器を提供
するために、長年にわたって各種のシュミレーション、
実験を行なってきた。この結果、光導波路上に設ける一
方の電極の幅を、光導波路の幅よりも大きくし、一方の
電極の一部を光導波路から少なくとも一方の側面方向に
張り出させることによって、光導波路内を伝搬する光の
伝搬速度と変調波の速度とをきわめて高い周波数で整合
させ得ることを発見し、本発明に到達した。これによっ
て、数十ＧＨｚ帯、さらに１００ＧＨｚ帯での光変調、
光伝送が初めて実現可能となった点で、本発明は画期的
であり、産業上多大な貢献をなすものである。
誘電率の高い材質によって基体を形成して光変調器を製
造した場合に、数十ＧＨｚ以上もの従来実現不能であっ
たきわめて高い周波数領域で動作可能な光変調器を提供
するために、長年にわたって各種のシュミレーション、
実験を行なってきた。この結果、光導波路上に設ける一
方の電極の幅を、光導波路の幅よりも大きくし、一方の
電極の一部を光導波路から少なくとも一方の側面方向に
張り出させることによって、光導波路内を伝搬する光の
伝搬速度と変調波の速度とをきわめて高い周波数で整合
させ得ることを発見し、本発明に到達した。これによっ
て、数十ＧＨｚ帯、さらに１００ＧＨｚ帯での光変調、
光伝送が初めて実現可能となった点で、本発明は画期的
であり、産業上多大な貢献をなすものである。
【００１３】前述のように一方の電極を光導波路の上に
オーバーハングさせた状態とし、一方の電極と他方の電
極との間に所定の信号電圧を印加することによって、一
方の電極と他方の電極との間の空隙、即ち空気層（図１
の４Ａ、４Ｂ、図６の２４Ａ、２４Ｂを参照）ないし低
誘電材質の充填層（図１１の３１Ａ、３１Ｂ）にも電圧
が加わることになる。この影響で、変調波が進行する領
域の誘電率が全体として低くなり、変調波の速度が上昇
したものと考えられる。
オーバーハングさせた状態とし、一方の電極と他方の電
極との間に所定の信号電圧を印加することによって、一
方の電極と他方の電極との間の空隙、即ち空気層（図１
の４Ａ、４Ｂ、図６の２４Ａ、２４Ｂを参照）ないし低
誘電材質の充填層（図１１の３１Ａ、３１Ｂ）にも電圧
が加わることになる。この影響で、変調波が進行する領
域の誘電率が全体として低くなり、変調波の速度が上昇
したものと考えられる。
【００１４】また、前述のように一方の電極の一部分を
少なくとも一方の側面側に張り出させる構造を採用する
ことによって、結果的に電極の表面積が増大し、電極損
失が大幅に低減することも判明した。
少なくとも一方の側面側に張り出させる構造を採用する
ことによって、結果的に電極の表面積が増大し、電極損
失が大幅に低減することも判明した。
【００１５】基板は、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタ
ル酸リチウム単結晶およびニオブ酸リチウム−タンタル
酸リチウム固溶体単結晶、ニオブ酸カリウムリウチム単
結晶、ニオブ酸カリウムリチウム−タンタル酸カリウム
リチウム固溶体単結晶、チタニルリン酸カリウム単結晶
およびガリウム−砒素単結晶からなる群より選ばれた一
種以上の単結晶によって形成することが好ましく、ニオ
ブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶および
ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶か
らなる群より選ばれた一種以上の単結晶によって形成す
ることが特に好ましい。
ル酸リチウム単結晶およびニオブ酸リチウム−タンタル
酸リチウム固溶体単結晶、ニオブ酸カリウムリウチム単
結晶、ニオブ酸カリウムリチウム−タンタル酸カリウム
リチウム固溶体単結晶、チタニルリン酸カリウム単結晶
およびガリウム−砒素単結晶からなる群より選ばれた一
種以上の単結晶によって形成することが好ましく、ニオ
ブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶および
ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶か
らなる群より選ばれた一種以上の単結晶によって形成す
ることが特に好ましい。
【００１６】また、基板の方位は、Ｚ、Ｘ、Ｙのいずれ
の方向でも良く、従来のチタン拡散による光導波路とそ
の上への電極形成の手段を、そのまま採用できる。
の方向でも良く、従来のチタン拡散による光導波路とそ
の上への電極形成の手段を、そのまま採用できる。
【００１７】本発明においては、一方の電極において、
他方の側面側にも張出部分を設けることが好ましい。
他方の側面側にも張出部分を設けることが好ましい。
【００１８】本発明においては、他方の電極を一方の電
極よりも基体の内側に形成させ、一方の電極と他方の電
極との間の領域に光導波路を位置させることが好まし
い。これによって一方の電極と他方の電極との間で光導
波路の全体に均一に信号電圧を印加しやすくなる。
極よりも基体の内側に形成させ、一方の電極と他方の電
極との間の領域に光導波路を位置させることが好まし
い。これによって一方の電極と他方の電極との間で光導
波路の全体に均一に信号電圧を印加しやすくなる。
【００１９】また、特に好適な実施形態においては、基
体にリッジ構造部分を設け、リッジ構造部分の中に光導
波路を設け、リッジ構造部分の一方の側面側に一方の凹
部を設け、リッジ構造部分の他方の側面側に他方の凹部
を設け、一方の凹部および他方の凹部内にそれぞれ他方
の電極を設け、一方の張出部分および他方の張出部分を
それぞれ他方の電極と対向させる。この構造によって、
光と変調波とが速度整合する周波数を、一層高くでき
る。
体にリッジ構造部分を設け、リッジ構造部分の中に光導
波路を設け、リッジ構造部分の一方の側面側に一方の凹
部を設け、リッジ構造部分の他方の側面側に他方の凹部
を設け、一方の凹部および他方の凹部内にそれぞれ他方
の電極を設け、一方の張出部分および他方の張出部分を
それぞれ他方の電極と対向させる。この構造によって、
光と変調波とが速度整合する周波数を、一層高くでき
る。
【００２０】この実施形態においては、一方の凹部内お
よび他方の凹部内の各他方の電極は、それぞれ基体の表
面上に直接設けることができる。また、一方の凹部およ
び他方の凹部内において、基体の材質の誘電率よりも低
い誘電率を有する材質からなる下地層をそれぞれ設け、
各下地層の上に他方の電極をそれぞれ設けることができ
る。これによって、光と変調波とが速度整合する周波数
を、高くすることができる。
よび他方の凹部内の各他方の電極は、それぞれ基体の表
面上に直接設けることができる。また、一方の凹部およ
び他方の凹部内において、基体の材質の誘電率よりも低
い誘電率を有する材質からなる下地層をそれぞれ設け、
各下地層の上に他方の電極をそれぞれ設けることができ
る。これによって、光と変調波とが速度整合する周波数
を、高くすることができる。
【００２１】また、一方の電極の幅Ｌを光導波路の幅Ｗ
によって除した値Ｌ／Ｗは１．５以上、５０以下とする
ことが好ましい。
によって除した値Ｌ／Ｗは１．５以上、５０以下とする
ことが好ましい。
【００２２】本発明の光変調器を製造する方法は特に制
限されない。基体の表面側に光導波路や電極を設ける技
術は、公知の方法を採用できる。また、基体の形態も特
に限定されないが、一方の主面と他方の主面とを備えて
いる平板形状の基板が特に好ましい。
限されない。基体の表面側に光導波路や電極を設ける技
術は、公知の方法を採用できる。また、基体の形態も特
に限定されないが、一方の主面と他方の主面とを備えて
いる平板形状の基板が特に好ましい。
【００２３】また、基体にリッジ構造部分を設ける方法
は、従来のエッチング法によることもできるが、以下の
方法も採用できる。
は、従来のエッチング法によることもできるが、以下の
方法も採用できる。
【００２４】（１）アブレーション加工法の応用 この加工には、各種レーザーを使用できるが、エキシマ
レーザーが特に好ましい。アブレーション加工とは、エ
キシマレーザー光のような高エネルギーの光を加工対象
の材質に照射することによって、光の当たった部分を瞬
時に分解および気化させ、目的の形状を得る加工方法で
ある。エキシマレーザーとは、波長が１５０〜３００ｎ
ｍである紫外領域のレーザー光であり、封入するガスの
種類によって波長を選択できるという特徴がある。
レーザーが特に好ましい。アブレーション加工とは、エ
キシマレーザー光のような高エネルギーの光を加工対象
の材質に照射することによって、光の当たった部分を瞬
時に分解および気化させ、目的の形状を得る加工方法で
ある。エキシマレーザーとは、波長が１５０〜３００ｎ
ｍである紫外領域のレーザー光であり、封入するガスの
種類によって波長を選択できるという特徴がある。
【００２５】本発明者は、強誘電性基板を加工したリッ
ジ構造部分を形成するのに際して、エキシマレーザーを
使用したアブレーション加工によると、極めて高い生産
性でリッジ構造部分を形成できることを発見した。しか
も、得られたリッジ構造部分について、著しい光学特性
の安定性と形状の安定性とが得られる。
ジ構造部分を形成するのに際して、エキシマレーザーを
使用したアブレーション加工によると、極めて高い生産
性でリッジ構造部分を形成できることを発見した。しか
も、得られたリッジ構造部分について、著しい光学特性
の安定性と形状の安定性とが得られる。
【００２６】ここで、光学特性の安定性については、ア
ブレーション加工では、光の照射された部分において、
基板の材質が瞬時に分解および気化するので、光が直接
には当たらない周辺部分には、熱・応力等の影響がほと
んどなく、このため肉薄部分に加工変質層が生じないた
めと考えられる。
ブレーション加工では、光の照射された部分において、
基板の材質が瞬時に分解および気化するので、光が直接
には当たらない周辺部分には、熱・応力等の影響がほと
んどなく、このため肉薄部分に加工変質層が生じないた
めと考えられる。
【００２７】アブレーション加工用の光源としては、基
板の材質の吸収端よりも短波長側の光を使用する必要が
ある。しかし、通常は、３５０ｎｍ以下の波長を有する
光が好ましい。
板の材質の吸収端よりも短波長側の光を使用する必要が
ある。しかし、通常は、３５０ｎｍ以下の波長を有する
光が好ましい。
【００２８】アブレーション加工用の光の波長は、３０
０ｎｍ以下とすることが一層好ましい。ただし、実用的
な観点からは、１５０ｎｍ以上とすることが好ましい。
また、現実の光源としては、エキシマレーザー光源の他
に、ＹＡＧの四次高調波（２６６ｎｍのレーザー光）、
エキシマランプ等が、現在のところ実用的である。
０ｎｍ以下とすることが一層好ましい。ただし、実用的
な観点からは、１５０ｎｍ以上とすることが好ましい。
また、現実の光源としては、エキシマレーザー光源の他
に、ＹＡＧの四次高調波（２６６ｎｍのレーザー光）、
エキシマランプ等が、現在のところ実用的である。
【００２９】アブレーション加工用の光照射装置として
は、いわゆる一括露光方式の装置と多重反射方式の装置
とが知られているが、いずれも使用できる。
は、いわゆる一括露光方式の装置と多重反射方式の装置
とが知られているが、いずれも使用できる。
【００３０】（２）高精度の機械加工によっても、基体
の表面側にリッジ構造部分を形成することが可能であっ
た。この場合には、切削加工法が最も好ましい。また、
機械加工装置としては、スライシング装置のＺ方向の位
置精度を向上させたものを好ましく使用できる。
の表面側にリッジ構造部分を形成することが可能であっ
た。この場合には、切削加工法が最も好ましい。また、
機械加工装置としては、スライシング装置のＺ方向の位
置精度を向上させたものを好ましく使用できる。
【００３１】以下、図面を参照しつつ、本発明をさらに
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る光
変調器１の横断面図であり、図２は、図１の光変調器１
の斜視図である。光変調器１は、平板形状の基体２と、
基体２の表面２ａ側に形成されている光導波路７、光導
波路７中に伝搬する光に対して信号電圧を印加するため
の一方の電極８および他方の電極５Ａ、５Ｂを備えてい
る。
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る光
変調器１の横断面図であり、図２は、図１の光変調器１
の斜視図である。光変調器１は、平板形状の基体２と、
基体２の表面２ａ側に形成されている光導波路７、光導
波路７中に伝搬する光に対して信号電圧を印加するため
の一方の電極８および他方の電極５Ａ、５Ｂを備えてい
る。
【００３２】基体２は、リッジ構造部分６を備えてお
り、リッジ構造部分６の上部に光導波路７が設けられて
いる。光導波路７の下にはリッジ構造部分の基部６ａが
設けられている。なお、６ｂはリッジ構造部分６の側面
であり、６ｃはリッジ構造部分６の上面である。リッジ
構造部分６の一方の側面側に一方の凹部３Ａが設けられ
ており、リッジ構造部分６の他方の側面側に他方の凹部
３Ｂが設けられている。一方の凹部３Ａおよび他方の凹
部３Ｂ内にそれぞれ他方の電極５Ａ、５Ｂが設けられて
いる。従って、他方の電極５Ａ、５Ｂは、一方の電極６
よりも基体２の内側に形成されており、一方の電極６と
他方の電極との間の領域に光導波路７が位置している。
り、リッジ構造部分６の上部に光導波路７が設けられて
いる。光導波路７の下にはリッジ構造部分の基部６ａが
設けられている。なお、６ｂはリッジ構造部分６の側面
であり、６ｃはリッジ構造部分６の上面である。リッジ
構造部分６の一方の側面側に一方の凹部３Ａが設けられ
ており、リッジ構造部分６の他方の側面側に他方の凹部
３Ｂが設けられている。一方の凹部３Ａおよび他方の凹
部３Ｂ内にそれぞれ他方の電極５Ａ、５Ｂが設けられて
いる。従って、他方の電極５Ａ、５Ｂは、一方の電極６
よりも基体２の内側に形成されており、一方の電極６と
他方の電極との間の領域に光導波路７が位置している。
【００３３】リッジ構造部分６の上面６ｃに、一方の電
極８が設けられている。一方の電極８は、光導波路７の
表面側を覆う本体部分８ｃと、本体部分８ｃから一方の
側面側に張り出している一方の張出部分８ａと、本体部
分８ｃから他方の側面側に張り出している他方の張出部
分８ｂとを備えている。この結果、一方の張出部分８ａ
および他方の張出部分８ｂが、それぞれ他方の電極５
Ａ、５Ｂと対向している。
極８が設けられている。一方の電極８は、光導波路７の
表面側を覆う本体部分８ｃと、本体部分８ｃから一方の
側面側に張り出している一方の張出部分８ａと、本体部
分８ｃから他方の側面側に張り出している他方の張出部
分８ｂとを備えている。この結果、一方の張出部分８ａ
および他方の張出部分８ｂが、それぞれ他方の電極５
Ａ、５Ｂと対向している。
【００３４】発振器９が接点１０を介して各電極の一方
の端部に接続されており、終端抵抗１２が接点１１を介
して各電極の他方の端部に接続されている。１３は光で
ある。
の端部に接続されており、終端抵抗１２が接点１１を介
して各電極の他方の端部に接続されている。１３は光で
ある。
【００３５】図１、図２に概略的に示した光変調器１を
作製し、実験およびシミュレーションした結果を示す。
作製し、実験およびシミュレーションした結果を示す。
【００３６】Ｚカットしたウエハー（ＬｉＮｂＯ3 単結
晶、厚さ１ｍｍ）からなる基板に、液相エピタキシャル
法によってニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶
体単結晶膜を形成し（厚さ１０μｍ）、その上にさらに
ニオブ酸リチウム膜（厚さ１０μｍ）を形成した。次い
で、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を光源
として使用し、アブレーション加工を行なった。照射エ
ネルギー密度が６Ｊ／ｃｍ2 となるように光学系を調節
し、パルス幅を１５ｎｓｅｃとし、パルス周波数を６０
０Ｈｚとし、走査速度を１．２ｍｍ／ｓｅｃとした。こ
れにより、マッハツェンダー型のリッジ構造部分６を作
製した。リッジ構造部分６の横断面形状は台形をしてお
り、リッジ構造部分６の側面６ｂの基板主面２ａに対す
る傾斜角度は９０度であった。
晶、厚さ１ｍｍ）からなる基板に、液相エピタキシャル
法によってニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶
体単結晶膜を形成し（厚さ１０μｍ）、その上にさらに
ニオブ酸リチウム膜（厚さ１０μｍ）を形成した。次い
で、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を光源
として使用し、アブレーション加工を行なった。照射エ
ネルギー密度が６Ｊ／ｃｍ2 となるように光学系を調節
し、パルス幅を１５ｎｓｅｃとし、パルス周波数を６０
０Ｈｚとし、走査速度を１．２ｍｍ／ｓｅｃとした。こ
れにより、マッハツェンダー型のリッジ構造部分６を作
製した。リッジ構造部分６の横断面形状は台形をしてお
り、リッジ構造部分６の側面６ｂの基板主面２ａに対す
る傾斜角度は９０度であった。
【００３７】各凹部３Ａ、３Ｂ内に、蒸着法によって金
電極５Ａ、５Ｂを形成した（厚さ１μｍ）。また、ガラ
ス基板にフォトリソグラフィー法によって金電極８（厚
さ１μｍ）を形成し、図示しないガラス基板および電極
８を、リッジ構造部分６の上面６ｃに対して接着した。
一方の電極と他方の電極とのギャップｄを５μｍとし
た。
電極５Ａ、５Ｂを形成した（厚さ１μｍ）。また、ガラ
ス基板にフォトリソグラフィー法によって金電極８（厚
さ１μｍ）を形成し、図示しないガラス基板および電極
８を、リッジ構造部分６の上面６ｃに対して接着した。
一方の電極と他方の電極とのギャップｄを５μｍとし
た。
【００３８】こうした型の光変調器１について、ｄを５
μｍに固定し、光導波路７の幅Ｗおよび一方の電極８の
幅Ｌを、図３、図４、図５に示すように変更したケース
について、変調波の実効屈折率ｎｍ、変調帯域幅ｆｍ、
電界補正係数Γをシュミレーションした。これらの結果
を図３、４、５に示す。
μｍに固定し、光導波路７の幅Ｗおよび一方の電極８の
幅Ｌを、図３、図４、図５に示すように変更したケース
について、変調波の実効屈折率ｎｍ、変調帯域幅ｆｍ、
電界補正係数Γをシュミレーションした。これらの結果
を図３、４、５に示す。
【００３９】図３から分かるように、ＬをＷに比べて大
きくすることによって、変調波の実効屈折率ｎｍが著し
く低下してくることが判明した。この作用効果は、Ｌを
Ｗの２倍以上とすることによってもっとも顕著となる。
ニオブ酸リチウム単結晶の場合には、光の実効屈折率が
約２．１５であるが、ＬをＷの３．５倍以上、４．５倍
以下とすることによって、特に良好に速度整合を図れる
ことが判明した。例えば、ＬをＷの３．９倍とし、ｄ／
Ｗを０．５とすることによって、変調波の実効屈折率を
光と整合させ得る。
きくすることによって、変調波の実効屈折率ｎｍが著し
く低下してくることが判明した。この作用効果は、Ｌを
Ｗの２倍以上とすることによってもっとも顕著となる。
ニオブ酸リチウム単結晶の場合には、光の実効屈折率が
約２．１５であるが、ＬをＷの３．５倍以上、４．５倍
以下とすることによって、特に良好に速度整合を図れる
ことが判明した。例えば、ＬをＷの３．９倍とし、ｄ／
Ｗを０．５とすることによって、変調波の実効屈折率を
光と整合させ得る。
【００４０】図４は、Ｌ／Ｗを３．９とした場合に、ｄ
／Ｗを変更したときの変調帯域幅ｆｍの変化を示すグラ
フである。ｄ／Ｗを０．４−０．６とすることによっ
て、変調帯域幅ｆｍが著しく向上することが判明した。
ｄ／Ｗを０．５としたときに変調帯域幅ｆｍがもっとも
大きくなる。
／Ｗを変更したときの変調帯域幅ｆｍの変化を示すグラ
フである。ｄ／Ｗを０．４−０．６とすることによっ
て、変調帯域幅ｆｍが著しく向上することが判明した。
ｄ／Ｗを０．５としたときに変調帯域幅ｆｍがもっとも
大きくなる。
【００４１】図５は、Ｌ／Ｗを３．９に固定し、光の周
波数λを１．５μｍとし、ｄ／Ｗを変化させたときの、
変調波の実効屈折率ｎｍと電界補正係数Γとの変化を示
すグラフである。これによると、ｄ／Ｗを０．３−０．
７とすることによって電界補正係数Γが大きく、１．０
以上となり、ｄ／Ｗを０．４−０．６とすることによっ
て電界補正係数Γが一層顕著に向上する。
波数λを１．５μｍとし、ｄ／Ｗを変化させたときの、
変調波の実効屈折率ｎｍと電界補正係数Γとの変化を示
すグラフである。これによると、ｄ／Ｗを０．３−０．
７とすることによって電界補正係数Γが大きく、１．０
以上となり、ｄ／Ｗを０．４−０．６とすることによっ
て電界補正係数Γが一層顕著に向上する。
【００４２】また、本発明においては、一方の凹部およ
び他方の凹部内において、基体の材質の誘電率よりも低
い誘電率を有する材質からなる下地層をそれぞれ設け、
下地層の上に他方の電極をそれぞれ設けることができ
る。こうした下地層の材質としては、ポリイミド、テフ
ロン、シリコーン、エポキシ、ウレタン等の有機樹脂の
ように、各凹部内に液状の形態で充填した後、固化でき
るものが特に好ましい。
び他方の凹部内において、基体の材質の誘電率よりも低
い誘電率を有する材質からなる下地層をそれぞれ設け、
下地層の上に他方の電極をそれぞれ設けることができ
る。こうした下地層の材質としては、ポリイミド、テフ
ロン、シリコーン、エポキシ、ウレタン等の有機樹脂の
ように、各凹部内に液状の形態で充填した後、固化でき
るものが特に好ましい。
【００４３】図６は、本発明の他の実施形態に係る光変
調器２１の横断面図であり、図７は、図６の光変調器２
１の斜視図である。光変調器２１は、平板形状の基体２
２と、基体２２の表面２２ａ側に形成されている光導波
路７、光導波路７中に伝搬する光に対して信号電圧を印
加するための一方の電極８および他方の電極５Ａ、５Ｂ
を備えている。
調器２１の横断面図であり、図７は、図６の光変調器２
１の斜視図である。光変調器２１は、平板形状の基体２
２と、基体２２の表面２２ａ側に形成されている光導波
路７、光導波路７中に伝搬する光に対して信号電圧を印
加するための一方の電極８および他方の電極５Ａ、５Ｂ
を備えている。
【００４４】基体２２は、リッジ構造部分２６を備えて
おり、リッジ構造部分２６の上部に光導波路７が設けら
れている。光導波路７の下にはリッジ構造部分の基部２
６ａが設けられている。なお、２６ｂはリッジ構造部分
２６の側面であり、２６ｃはリッジ構造部分２６の上面
である。リッジ構造部分２６の一方の側面側に一方の凹
部２３Ａが設けられており、リッジ構造部分２６の他方
の側面側に他方の凹部２３Ｂが設けられている。一方の
凹部２３Ａおよび他方の凹部２３Ｂ内には、それぞれ下
地層２５Ａ、２５Ｂが設けられており、各下地層２５
Ａ、２５Ｂ上に、それぞれ他方の電極５Ａ、５Ｂが設け
られている。
おり、リッジ構造部分２６の上部に光導波路７が設けら
れている。光導波路７の下にはリッジ構造部分の基部２
６ａが設けられている。なお、２６ｂはリッジ構造部分
２６の側面であり、２６ｃはリッジ構造部分２６の上面
である。リッジ構造部分２６の一方の側面側に一方の凹
部２３Ａが設けられており、リッジ構造部分２６の他方
の側面側に他方の凹部２３Ｂが設けられている。一方の
凹部２３Ａおよび他方の凹部２３Ｂ内には、それぞれ下
地層２５Ａ、２５Ｂが設けられており、各下地層２５
Ａ、２５Ｂ上に、それぞれ他方の電極５Ａ、５Ｂが設け
られている。
【００４５】リッジ構造部分２６の上面２６ｃに、一方
の電極８が設けられている。一方の電極８は、光導波路
７の表面側を覆う本体部分８ｃと、本体部分８ｃから一
方の側面側に張り出している一方の張出部分８ａと、本
体部分８ｃから他方の側面側に張り出している他方の張
出部分８ｂとを備えている。この結果、一方の張出部分
８ａおよび他方の張出部分８ｂが、それぞれ他方の電極
５Ａ、５Ｂと対向している。
の電極８が設けられている。一方の電極８は、光導波路
７の表面側を覆う本体部分８ｃと、本体部分８ｃから一
方の側面側に張り出している一方の張出部分８ａと、本
体部分８ｃから他方の側面側に張り出している他方の張
出部分８ｂとを備えている。この結果、一方の張出部分
８ａおよび他方の張出部分８ｂが、それぞれ他方の電極
５Ａ、５Ｂと対向している。
【００４６】図７に示すように、発振器９が接点１０を
介して各電極の一方の端部に接続されており、終端抵抗
１２が接点１１を介して各電極の他方の端部に接続され
ている。１３は光である。
介して各電極の一方の端部に接続されており、終端抵抗
１２が接点１１を介して各電極の他方の端部に接続され
ている。１３は光である。
【００４７】図６、図７に概略的に示した光変調器２１
を作製し、実験およびシミュレーションした結果を示
す。
を作製し、実験およびシミュレーションした結果を示
す。
【００４８】Ｚカットしたウエハー（ＬｉＮｂＯ3 単結
晶、厚さ１ｍｍ）からなる基板に、液相エピタキシャル
法によってニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶
体単結晶膜を形成し（厚さ１０μｍ）、その上にさらに
ニオブ酸リチウム膜（厚さ１０μｍ）を形成した。次い
で、マイクログラインダーを用いて切削加工してリッジ
型の直線光導波路を形成した。このリッジ角はほぼ９０
度であった。
晶、厚さ１ｍｍ）からなる基板に、液相エピタキシャル
法によってニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶
体単結晶膜を形成し（厚さ１０μｍ）、その上にさらに
ニオブ酸リチウム膜（厚さ１０μｍ）を形成した。次い
で、マイクログラインダーを用いて切削加工してリッジ
型の直線光導波路を形成した。このリッジ角はほぼ９０
度であった。
【００４９】各凹部２３Ａ、２３Ｂ内に、厚さ４μｍの
ポリイミド膜（比誘電率イコール３．３）を形成し、下
地層２５Ａ、２５Ｂとした。この上に、蒸着法によって
金電極５Ａ、５Ｂを形成した（厚さ１μｍ）。また、ガ
ラス基板にフォトリソグラフィー法によって金電極８
（厚さ１μｍ）を形成し、図示しないガラス基板および
電極８を、リッジ構造部分２６の上面２６ｃに対して接
着した。一方の電極と他方の電極とのギャップｄを５μ
ｍとした。
ポリイミド膜（比誘電率イコール３．３）を形成し、下
地層２５Ａ、２５Ｂとした。この上に、蒸着法によって
金電極５Ａ、５Ｂを形成した（厚さ１μｍ）。また、ガ
ラス基板にフォトリソグラフィー法によって金電極８
（厚さ１μｍ）を形成し、図示しないガラス基板および
電極８を、リッジ構造部分２６の上面２６ｃに対して接
着した。一方の電極と他方の電極とのギャップｄを５μ
ｍとした。
【００５０】さらに、基体上に平面的に見てＹ字形状の
光導波路を形成した部品を、上記リッジ型直線光導波路
と接続することによって、マッハツェンダー型の光変調
器を形成した。
光導波路を形成した部品を、上記リッジ型直線光導波路
と接続することによって、マッハツェンダー型の光変調
器を形成した。
【００５１】こうした型の光変調器２１について、ｄを
５μｍに固定し、光導波路７の幅Ｗおよび一方の電極８
の幅Ｌを、図８、図９、図１０に示すように変更したケ
ースについて、変調波の実効屈折率ｎｍ、変調帯域幅ｆ
ｍ、電界補正係数Γをシュミレーションした。これらの
結果を図８、９、１０に示す。
５μｍに固定し、光導波路７の幅Ｗおよび一方の電極８
の幅Ｌを、図８、図９、図１０に示すように変更したケ
ースについて、変調波の実効屈折率ｎｍ、変調帯域幅ｆ
ｍ、電界補正係数Γをシュミレーションした。これらの
結果を図８、９、１０に示す。
【００５２】図８から分かるように、ＬをＷに比べて大
きくすることによって、変調波の実効屈折率ｎｍが著し
く低下してくることが判明した。この作用効果は、Ｌを
Ｗの１．５倍以上とすることによってもっとも顕著とな
る。
きくすることによって、変調波の実効屈折率ｎｍが著し
く低下してくることが判明した。この作用効果は、Ｌを
Ｗの１．５倍以上とすることによってもっとも顕著とな
る。
【００５３】図９は、Ｌ／Ｗを３．０とした場合に、ｄ
／Ｗを変更したときの変調帯域幅ｆｍの変化を示すグラ
フである。ｄ／Ｗを０．４−０．６とすることによっ
て、変調帯域幅ｆｍが著しく向上することが判明した。
ｄ／Ｗを０．５としたときに変調帯域幅ｆｍがもっとも
大きくなる。
／Ｗを変更したときの変調帯域幅ｆｍの変化を示すグラ
フである。ｄ／Ｗを０．４−０．６とすることによっ
て、変調帯域幅ｆｍが著しく向上することが判明した。
ｄ／Ｗを０．５としたときに変調帯域幅ｆｍがもっとも
大きくなる。
【００５４】図１０は、Ｌ／Ｗを３．０に固定し、光の
周波数λを１．５μｍとし、ｄ／Ｗを変化させたとき
の、変調波の実効屈折率ｎｍと電界補正係数Γとの変化
を示すグラフである。これによると、ｄ／Ｗを０．３−
０．７とすることによって電界補正係数Γが大きく、
０．６以上となり、ｄ／Ｗを０．４−０．６とすること
によって電界補正係数Γが一層顕著に向上する。
周波数λを１．５μｍとし、ｄ／Ｗを変化させたとき
の、変調波の実効屈折率ｎｍと電界補正係数Γとの変化
を示すグラフである。これによると、ｄ／Ｗを０．３−
０．７とすることによって電界補正係数Γが大きく、
０．６以上となり、ｄ／Ｗを０．４−０．６とすること
によって電界補正係数Γが一層顕著に向上する。
【００５５】図１１は、本発明のさらに他の実施形態に
係る光変調器３２を概略的に示す断面図である。なお、
図１１において、図１に示した構成部分と同じ構成部分
には同じ符号を付け、その説明を省略する。
係る光変調器３２を概略的に示す断面図である。なお、
図１１において、図１に示した構成部分と同じ構成部分
には同じ符号を付け、その説明を省略する。
【００５６】本実施形態においては、一方の凹部および
他方の凹部内において、他方の電極を基体上に設け、各
他方の電極の上にそれぞれ基体の材質の誘電率よりも低
い誘電率を有する材質からなる充填層を設けている。即
ち、一方の凹部３Ａにおいては、基体上に他方の電極５
Ａが設けられており、他方の凹部３Ｂにおいては他方の
電極５Ｂが設けられている。そして、前述した下地層と
同種の材質からなる充填層３１Ａ、３１Ｂが、各電極５
Ａ、５Ｂの上に設けられている。
他方の凹部内において、他方の電極を基体上に設け、各
他方の電極の上にそれぞれ基体の材質の誘電率よりも低
い誘電率を有する材質からなる充填層を設けている。即
ち、一方の凹部３Ａにおいては、基体上に他方の電極５
Ａが設けられており、他方の凹部３Ｂにおいては他方の
電極５Ｂが設けられている。そして、前述した下地層と
同種の材質からなる充填層３１Ａ、３１Ｂが、各電極５
Ａ、５Ｂの上に設けられている。
【００５７】以下、図１１の光変調器３２を作製し、シ
ミュレーションした結果について説明する。
ミュレーションした結果について説明する。
【００５８】Ｚカットしたウエハー（ＬｉＮｂＯ3 単結
晶、厚さ１ｍｍ）からなる基板に、液相エピタキシャル
法によってニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶
体単結晶膜を形成し（厚さ１０μｍ）、その上にさらに
ニオブ酸リチウム膜（厚さ１０μｍ）を形成した。次い
で、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を光源
として使用し、アブレーション加工を行なった。照射エ
ネルギー密度が６Ｊ／ｃｍ2 となるように光学系を調節
し、パルス幅を１５ｎｓｅｃとし、パルス周波数を６０
０Ｈｚとし、操作速度を１．２ｍｍ／ｓｅｃとした。こ
れにより、マッハツェンダー型のリッジ構造部分６を作
製した。リッジ構造部分６の横断面形状は台形をしてお
り、リッジ構造部分６の側面６ｂの基板主面２ａに対す
る傾斜角度は９０度であった。
晶、厚さ１ｍｍ）からなる基板に、液相エピタキシャル
法によってニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶
体単結晶膜を形成し（厚さ１０μｍ）、その上にさらに
ニオブ酸リチウム膜（厚さ１０μｍ）を形成した。次い
で、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を光源
として使用し、アブレーション加工を行なった。照射エ
ネルギー密度が６Ｊ／ｃｍ2 となるように光学系を調節
し、パルス幅を１５ｎｓｅｃとし、パルス周波数を６０
０Ｈｚとし、操作速度を１．２ｍｍ／ｓｅｃとした。こ
れにより、マッハツェンダー型のリッジ構造部分６を作
製した。リッジ構造部分６の横断面形状は台形をしてお
り、リッジ構造部分６の側面６ｂの基板主面２ａに対す
る傾斜角度は９０度であった。
【００５９】各凹部３Ａ、３Ｂ内に、蒸着法によって金
電極５Ａ、５Ｂを形成した（厚さ１μｍ）。次いで、各
凹部３Ａ、３Ｂ内に、ポリイミド膜からなる充填層３１
Ａ、３１Ｂを形成した。各充填層の上側表面は光導波路
７の上面と同一面となるようにした。この上に蒸着法に
よって金電極８（厚さ１μｍ）を形成した。一方の電極
と他方の電極とのギャップｄを５μｍとした。
電極５Ａ、５Ｂを形成した（厚さ１μｍ）。次いで、各
凹部３Ａ、３Ｂ内に、ポリイミド膜からなる充填層３１
Ａ、３１Ｂを形成した。各充填層の上側表面は光導波路
７の上面と同一面となるようにした。この上に蒸着法に
よって金電極８（厚さ１μｍ）を形成した。一方の電極
と他方の電極とのギャップｄを５μｍとした。
【００６０】こうした型の光変調器３１について、光導
波路７の幅Ｗおよび一方の電極８の幅Ｌを、図１２に示
すように変更したケースについて、変調波の実効屈折率
ｎｍをシュミレーションした。この結果を図１２に示
す。
波路７の幅Ｗおよび一方の電極８の幅Ｌを、図１２に示
すように変更したケースについて、変調波の実効屈折率
ｎｍをシュミレーションした。この結果を図１２に示
す。
【００６１】図１２から分かるように、ＬをＷに比べて
大きくすることによって、変調波の実効屈折率ｎｍが著
しく低下してくることが判明した。この作用効果は、Ｌ
をＷの３倍以上とすることによってもっとも顕著とな
る。ニオブ酸リチウム単結晶の場合には、光の実効屈折
率が約２．１５であるが、ＬをＷの７倍以上、３０倍以
下とすることによって、特に良好に速度整合を図れるこ
とが判明した。
大きくすることによって、変調波の実効屈折率ｎｍが著
しく低下してくることが判明した。この作用効果は、Ｌ
をＷの３倍以上とすることによってもっとも顕著とな
る。ニオブ酸リチウム単結晶の場合には、光の実効屈折
率が約２．１５であるが、ＬをＷの７倍以上、３０倍以
下とすることによって、特に良好に速度整合を図れるこ
とが判明した。
【００６２】また、充填層を設けることによって、この
ように速度整合を図れるＬ／Ｗが大きくなるので、それ
だけ電極の幅Ｌが大きくなることを意味している。従っ
て、本実施形態においては、速度整合を実現しつつ、同
時に電極損失を一層小さくすることができる。
ように速度整合を図れるＬ／Ｗが大きくなるので、それ
だけ電極の幅Ｌが大きくなることを意味している。従っ
て、本実施形態においては、速度整合を実現しつつ、同
時に電極損失を一層小さくすることができる。
【００６３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
を信号電圧の印加によって変調するための光変調器にお
いて、従来の光変調器よりも高い周波数で光と変調波と
の速度整合を実現することができ、これによって数十Ｇ
Ｈｚ以上もの周波数でも動作可能な新規な構造の光変調
器を提供することができる。
を信号電圧の印加によって変調するための光変調器にお
いて、従来の光変調器よりも高い周波数で光と変調波と
の速度整合を実現することができ、これによって数十Ｇ
Ｈｚ以上もの周波数でも動作可能な新規な構造の光変調
器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光変調器１の横断面
図である。
図である。
【図２】図１の光変調器１の斜視図である。
【図３】図１、図２の光変調器について、Ｌ／Ｗおよび
ｄ／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍとの関係を示すグラフ
である。
ｄ／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍとの関係を示すグラフ
である。
【図４】図１、図２の光変調器について、Ｌ／Ｗを３．
９としたときの、ｄ／Ｗと変調帯域幅ｆｍとの関係を示
すグラフである。
９としたときの、ｄ／Ｗと変調帯域幅ｆｍとの関係を示
すグラフである。
【図５】図１、図２の光変調器について、Ｌ／Ｗを３．
９としたときの、ｄ／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍおよ
び電界補正係数Γとの関係を示すグラフである。
９としたときの、ｄ／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍおよ
び電界補正係数Γとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施形態に係る光変調器２１の横
断面図である。
断面図である。
【図７】図６の光変調器２１の斜視図である。
【図８】図６、図７の光変調器について、Ｌ／Ｗおよび
ｄ／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍとの関係を示すグラフ
である。
ｄ／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍとの関係を示すグラフ
である。
【図９】図６、図７の光変調器について、Ｌ／Ｗを３．
０としたときの、ｄ／Ｗと変調帯域幅ｆｍとの関係を示
すグラフである。
０としたときの、ｄ／Ｗと変調帯域幅ｆｍとの関係を示
すグラフである。
【図１０】図６、図７の光変調器について、Ｌ／Ｗを
３．０としたときの、ｄ／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍ
および電界補正係数Γとの関係を示すグラフである。
３．０としたときの、ｄ／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍ
および電界補正係数Γとの関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る光変調器３２の
横断面図である。
横断面図である。
【図１２】図１１の光変調器について、Ｌ／Ｗおよびｄ
／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍとの関係を示すグラフで
ある。
／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍとの関係を示すグラフで
ある。
１、２１、３２ 光変調器 ２、２２ 平板形状の
基体 ３Ａ、２３Ａ 一方の凹部 ３Ｂ、２３Ｂ 他方の
凹部 ５Ａ、５Ｂ他方の電極 ６、２６ リッ
ジ構造部分 ６ａ、２６ａ リッジ構造部分６、２
６の基部 ７ 光導波路７ ８ 一方の電極
８ａ一方の張出部分 ８ｂ 他方の張出部
分 ８ｃ 一方の電極８の本体部分 ９ 発振
器 １２ 終端抵抗 １３ 光 ２５Ａ、
２５Ｂ 下地層 ３１Ａ、３１Ｂ 充填層 Ｌ
一方の電極８の幅 Ｗ 光導波路７の幅 ｎｍ 変調波の実効屈折率
ｆｍ 変調帯域幅 Γ 電界補正係数
基体 ３Ａ、２３Ａ 一方の凹部 ３Ｂ、２３Ｂ 他方の
凹部 ５Ａ、５Ｂ他方の電極 ６、２６ リッ
ジ構造部分 ６ａ、２６ａ リッジ構造部分６、２
６の基部 ７ 光導波路７ ８ 一方の電極
８ａ一方の張出部分 ８ｂ 他方の張出部
分 ８ｃ 一方の電極８の本体部分 ９ 発振
器 １２ 終端抵抗 １３ 光 ２５Ａ、
２５Ｂ 下地層 ３１Ａ、３１Ｂ 充填層 Ｌ
一方の電極８の幅 Ｗ 光導波路７の幅 ｎｍ 変調波の実効屈折率
ｆｍ 変調帯域幅 Γ 電界補正係数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今枝 美能留 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】光を信号電圧の印加によって変調するため
の光変調器であって、基体、この基体の表面側に形成さ
れている光導波路、および前記光導波路中に伝搬する光
に対して前記信号電圧を印加するための一方の電極およ
び他方の電極を備えており、前記一方の電極が前記光導
波路の表面側に形成されており、かつこの一方の電極が
前記光導波路の表面側を覆う本体部分と、この本体部分
から少なくとも一方の側面側に張り出している一方の張
出部分を備えていることを特徴とする、光変調器。 - 【請求項２】前記一方の電極が、前記本体部分から他方
の側面側に張り出している他方の張出部分を備えている
ことを特徴とする、請求項１記載の光変調器。 - 【請求項３】前記他方の電極が前記一方の電極よりも前
記基体の内側に形成されており、前記一方の電極と前記
他方の電極との間の領域に前記光導波路が位置している
ことを特徴とする、請求項１または２記載の光変調器。 - 【請求項４】前記基体がリッジ構造部分を備えており、
前記リッジ構造部分の中に前記光導波路が設けられてお
り、前記リッジ構造部分の一方の側面側に一方の凹部が
設けられており、前記リッジ構造部分の他方の側面側に
他方の凹部が設けられており、前記一方の凹部および前
記他方の凹部内にそれぞれ前記他方の電極が設けられて
おり、前記一方の張出部分が前記他方の電極と対向して
いることを特徴とする、請求項１−３のいずれか一つの
請求項に記載の光変調器。 - 【請求項５】前記一方の凹部および前記他方の凹部内に
おいて、前記基体の材質の誘電率よりも低い誘電率を有
する材質からなる下地層がそれぞれ設けられており、こ
の下地層の上に前記他方の電極がそれぞれ設けられてい
ることを特徴とする、請求項４記載の光変調器。 - 【請求項６】前記一方の凹部および前記他方の凹部内に
おいて、前記他方の電極が前記基体上に設けられてお
り、前記他方の電極の上にそれぞれ前記基体の材質の誘
電率よりも低い誘電率を有する材質からなる充填層が設
けられていることを特徴とする、請求項４記載の光変調
器。 - 【請求項７】前記一方の電極の幅Ｌを前記光導波路の幅
Ｗによって除した値Ｌ／Ｗが１．５以上、５０以下であ
ることを特徴とする、請求項１−６のいずれか一つの請
求項に記載の光変調器。 - 【請求項８】前記基板が、ニオブ酸リチウム単結晶、タ
ンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル
酸リチウム固溶体単結晶、ニオブ酸カリウムリウチム単
結晶、ニオブ酸カリウムリチウム−タンタル酸カリウム
リチウム固溶体単結晶、チタニルリン酸カリウム単結晶
およびガリウム−砒素単結晶からなる群より選ばれた一
種以上の材質からなることを特徴とする、請求項１−７
のいずれか一つの請求項に記載の光変調器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26333197A JP3723333B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 光変調器 |
| US09/158,718 US6111682A (en) | 1997-09-29 | 1998-09-22 | Light modulators |
| DE69837870T DE69837870T2 (de) | 1997-09-29 | 1998-09-28 | Lichtmodulatoren |
| EP98307847A EP0905543B1 (en) | 1997-09-29 | 1998-09-28 | Light modulators |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26333197A JP3723333B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11101962A true JPH11101962A (ja) | 1999-04-13 |
| JP3723333B2 JP3723333B2 (ja) | 2005-12-07 |
Family
ID=17387996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26333197A Expired - Lifetime JP3723333B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 光変調器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6111682A (ja) |
| EP (1) | EP0905543B1 (ja) |
| JP (1) | JP3723333B2 (ja) |
| DE (1) | DE69837870T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6400494B1 (en) | 1999-08-27 | 2002-06-04 | Ngk Insulators, Ltd. | Traveling wave optical modulator |
| JP2002350915A (ja) * | 2001-05-30 | 2002-12-04 | Ngk Insulators Ltd | 波長変換素子、波長変換用光導波路デバイス、高調波発生装置および波長変換素子の製造方法 |
| US7099524B2 (en) | 2004-08-05 | 2006-08-29 | Fujitsu Limited | Optical modulator |
| WO2014156459A1 (ja) * | 2013-03-26 | 2014-10-02 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
| JP2015099384A (ja) * | 2015-01-30 | 2015-05-28 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
| WO2019039215A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2019-02-28 | Tdk株式会社 | 光変調器 |
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| US7009750B1 (en) | 2002-10-25 | 2006-03-07 | Eclipse Energy Systems, Inc. | Apparatus and methods for modulating refractive index |
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| JPS5336255A (en) * | 1976-09-16 | 1978-04-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Waveguide type light modulator |
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| JP2800339B2 (ja) * | 1990-01-06 | 1998-09-21 | 富士通株式会社 | 光変調器の製造方法 |
| JP3628342B2 (ja) * | 1993-09-17 | 2005-03-09 | 富士通株式会社 | 誘電体光導波路デバイス |
| JPH07230066A (ja) * | 1994-02-18 | 1995-08-29 | Hitachi Ltd | 半導体光変調器 |
| US5790719A (en) * | 1995-11-28 | 1998-08-04 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical control device |
-
1997
- 1997-09-29 JP JP26333197A patent/JP3723333B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-09-22 US US09/158,718 patent/US6111682A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-09-28 DE DE69837870T patent/DE69837870T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-09-28 EP EP98307847A patent/EP0905543B1/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2002350915A (ja) * | 2001-05-30 | 2002-12-04 | Ngk Insulators Ltd | 波長変換素子、波長変換用光導波路デバイス、高調波発生装置および波長変換素子の製造方法 |
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| WO2014156459A1 (ja) * | 2013-03-26 | 2014-10-02 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
| JP2014191096A (ja) * | 2013-03-26 | 2014-10-06 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光変調器 |
| US9551887B2 (en) | 2013-03-26 | 2017-01-24 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | Optical modulator |
| JP2015099384A (ja) * | 2015-01-30 | 2015-05-28 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
| WO2019039215A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2019-02-28 | Tdk株式会社 | 光変調器 |
| JPWO2019039215A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2020-09-17 | Tdk株式会社 | 光変調器 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US6111682A (en) | 2000-08-29 |
| JP3723333B2 (ja) | 2005-12-07 |
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| DE69837870D1 (de) | 2007-07-19 |
| EP0905543B1 (en) | 2007-06-06 |
| EP0905543A3 (en) | 2000-07-05 |
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