JPS63261220A - 光変調素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 本発明による光変調素子は、導波路型であって、導波路
上に対向電極を設けた構造を有し、その際、電極は、そ
れぞれ、その下方の導波路の全体を覆い、また、電極の
間隔は、導波路の間隔よりも短い。本発明による光変調
素子では、低い駆動電圧でもって素子を動かすことがで
きる、等の長所がある。

〔産業上の利用分野〕

本発明は光変調素子に関する。本発明は、さらに詳しく
述べると、導波路型あるいは光導波路型の、すなわち、
光導波路（光ガイド）に光ビームを閉じ込めて伝送する
構造の光変調素子に関する。

かかる光変調素子としては、例えば、光変調器、光スィ
ッチなどがある。

〔従来の技術〕

従来の光変調器、光スィッチ等は、それらの多くが電気
光学効果を利用している。これらの光変調素子は、した
がって、印加された電流の電界によって、媒質の屈折率
が変化する現象である電気光学効果をもつ結晶、いわゆ
る電気光学結晶、具体的にはニオブ酸リチウム（ＬｉＮ
ｂ０３）などを基板として用いている。このような電気
光学効果を利用した光変調素子のなかで、とりわけ導波
路型光度ｉ１Ｊ素子が注目されている。なぜなら、かか
る光変調素子は、光ビームを自由伝播させる構造のバル
ク型光変調素子と比較して、低電圧で高速動作が可能で
あり、小形で広帯域であり、個別素子として優れている
からである。

上記のように電気光学効果を利用した光変調素子では、
結晶に加える電界と信号光との結合量が素子の性能を決
定する重要なファクターとなっている。特に、導波路型
の素子では、電界を印加する電極と導波路の構造が重要
となっている。したがって、従来の導波路型光変調器は
、例えば第５図及び第６図に断面で示すような電極−導
波路構造を有した。図示の光変調器は、ＬｉＮｂ０−Ｊ
のような集電効果、すなわち、自然分極を有する結晶を
基板１として用いていて、その基板にチタン（Ｔｉ）等
の拡散層を形成して光導波路３Ａ及び３Ｂを構成してい
る。基板１の光導波路３Ａ及び３Ｂの上面には、直接に
（第５図）あるいは例えばＳｉＯ□のようなバッファ層
２を介して（第６図）、例えばアルミニウム（１）から
なる電極４Ａ及び４Ｂが形成されている。電極と導波路
の配置についてみると、両者はほぼ同じ幅を有し、電極
間隔は導波路間隔より大きくなっている。これは、第７
図に示す電極の電界分布から理解されるように、電界は
電極の端部４ａ及び４ｂの真下で最大となり、したがっ
て、導波路３Ａ及び３Ｂの中心、すなわち、光波の中心
が、電極４ａ及び４ｂの下になるように配置が行われて
いるからである。また、導波路間隔は、一般に、素子の
消光比等の制約により決定される。これに従って、低電
圧となる電極間隔も一意的に定められている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

導波路型光変調素子は、しかし、上記したような電極−
導波路構成を有する場合、バルク型の素子に比較して低
電圧で動作するというものの、近年の広帯域通信等に対
処するのに十分な程度に低電圧で動作可能となっていな
い。したがって、現在、導波路型の光変調素子であって
、より低電圧で駆動可能なものを提供することが望まれ
ている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、このたび、例えばＬｉＮｂ０．のような
結晶からなる基板に形成された対向せる導波路上にそれ
らに対応する電極が配設されておりかつ、その際、前記
対向電極は、それぞれ、その下方の導波路よりも幅広で
あり、そして導波路間隔よりも狭い電極間隔を有してい
ることを特徴とする導波路型光変調素子によって、上述
の問題点を解決し得るということを見い出した。

本発明による光変調素子において、従来層々用いられて
いる例えば５ｉＯｚのようなバッファ層は、電極と導波
路の中間に介在せしめられていなくても、あるいは介在
せしめられていてもよい。しかし、本発明者らの知見に
よれば、バッファ層は、もしもそれが存在するならば、
従来とかく十分に利用されなかった電極の電界分布の効
果をより有効に利用することができるから有利である。

本発明による光変調素子は、有利には、対向電極に電圧
をかけるプッシュプル変調方式に基づくことができる。

すなわち、入射光を２本の平行導波路に等分割し、差動
位相変調を行った後に再び合成して出力する光変調を本
発明の素子構成に利用することができる。

〔作　用〕

本発明による光変調素子では、電極の幅が比較的に大き
く、また、電極間隔は、導波路間隔に比べて小さくなっ
ている。この構造をもった素子は、電極間隔を導波路間
隔より狭くするほど、より低電圧で駆動可能である。こ
の理由を添付の第４図で説明する。

第４図は、本発明の素子における電極の電界分布を示し
たもので、図中の１が基板、３Ａ及び３Ｂが導波路、そ
して４Ａ及び４Ｂが電極である。

電極４Ａ及び４Ｂの幅を大きくすることにより、電極下
の電界は一様に広がった分布をもっことになる。さらに
また、電極間隔を小さくすると、電異強度は全体として
増加する。従って、本発明の素子は、導波路上の電極間
隔を導波路間隔よりも狭くするほど、導波路内の電界が
強くなり、従来の導波路上に電極の端がくる場合よりも
低電圧で駆動する。

〔実施例〕

第１図は、本発明による光変調器の一例を示した斜視図
である。この光変調器は、線分ｎ−ｎにそって見た場合
、第２図に示すような断面を有する。Ｚ板ＬｉＮｂＯ３
からなる基板１はＴｉ拡散層からなる光導波路３Ａ及び
３Ｂを有する。これらの導波路は、図示の干渉型（マツ
ハフェンダ型）のほかに、直線型、方向性結合器型等の
形をとることができる。ＳｉＯ□バッファ層２は、必要
に応じて不存在であってもよい。バッファ層２の上面に
は電極４Ａ及び４Ｂがある。これらの電極は、対称形あ
るいは非対称形のいずれであってもよい。

図示の変調器において、電極４Ａ及び４Ｂの幅Ｗは導波
路３Ａ及び３Ｂの幅Ｔよりも大であり、また、電極間隔
Ｓは導波路間隔（Ｇ　−Ｔ）よりも小である。

図示の光変調器において、電極間隔と平均電界の関係を
評価するために、Ｇ−２２μｍにおいて、電極間隔Ｓに
対する導波路内の平均電界を調べたところ、第３図に示
すようなグラフが得られた。

このグラフから、電極間隔が狭くなればなるほど平均電
界が大きくなることが判る。

〔発明の効果〕

従来の光変調素子では、導波路間隔が定まると電極間隔
が決まり、満足し得る低電圧化を達成できなかったけれ
ども、本発明の光変調素子では、従来の構成で決まる電
極間隔より電極の幅を狭くできる自由度があり、したが
って、その駆動電圧を低くできる。また、素子長が短く
なり、素子の広帯域化、集積化、低消費電力を導くこと
ができる。また、電極は幅が広く、導波路全体を覆って
いるので、焦電などに対して良好である。さらにまた、
たとえ導波路が電極からずれたとしても、電界のピーク
が急峻でないため、動作電圧のシフト、歩留りの低下等
の不都合が発生しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による導波路型光変調器の一例を示し
た斜視図、 第２図は、第１図の線分■−■にそった断面図、第３図
は、第１図の変調器の電極間隔と平均電界の関係を示し
たグラフ、 第４図は、本発明の光変調素子における電極の電界分布
を示したグラフ、 第５図及び第６図は、従来の光変調器の一例を示した断
面図、そして 第７図は、従来の光変調素子における電極の電界分布を
示したグラフである。 図中、１はＬｉＮｂＯ３結晶基板、２はバッファ層、３
．３Ａ及び３Ｂは光導波路、そして４Ａ及び４Ｂは電極
である。 変調器の斜視図 第１図　　１°°°１″ゝ゛０・粘靭 ２・・・バッファ層 変調器の断面図 第２図 電極の電界分布 第７図 ＩＡＩ□

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導波路型光変調素子において、対向せる導波路上に
   それらに対応する電極が配設されておりかつ、その際、
   前記対向電極は、それぞれ、その下方の導波路よりも幅
   広であり、そして導波路間隔よりも狭い電極間隔を有し
   ていることを特徴とする光変調素子。 ２、前記電極と導波路の間にバッファ層が介在せしめら
   れている、特許請求の範囲第１項に記載の光変調素子。 ３、プッシュプル変調方式に基づく、特許請求の範囲第
   １項又は第２項に記載の光変調素子。