WO2009090687A1 - 光変調器 - Google Patents
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Abstract
Description
図15は、z-カットLN基板を用いて構成した特許文献1に開示された第1の従来技術のLN光変調器についての斜視図であり、図16は図15のA-A’線における断面図である。
第1の従来技術をさらに高性能化するために特許文献3に提案された、いわゆるリッジ構造を第2の従来技術として図17に示す。図17においてBとして示した領域の拡大図を図18に示す。図18において、8aは中心導体4aの下のリッジ、8bは接地導体4bの下のリッジ、8cは接地導体4cの下のリッジである。また、9a、9bはリッジの底部、10a、10b、10cはリッジの頂部、11bはリッジ8a、8b間の空隙、11aはリッジ8a、8c間の空隙である。
2、14、15:SiO2バッファ層
3:マッハツェンダ光導波路
3a、3b:マッハツェンダ光導波路を構成する相互作用光導波路
4:進行波電極
4a:中心導体
4b、4c:接地導体
5:Si導電層
6:高周波(RF)電気信号給電線
7:高周波(RF)電気信号出力線
8a:中心導体4aの下のリッジ
8b:接地導体4bの下のリッジ
8c:接地導体4cの下のリッジ
9a、9b:リッジの底部
10a、10b、10c:リッジの頂部
11a、11b:リッジ間の空隙
12:リッジの側壁に対する法線
13、30:電気力線
16:Si導電層
20:中心導体4aの下側のエッジ
21:リッジ8aの頂部のエッジ
40:接地導体4bの下側のエッジ
41:リッジ8bの頂部のエッジ
図1はSiO2バッファ層14の堆積条件を調整して製作した本発明の第1の実施形態に係わる光変調器の概略構成を模式的に示す断面図である。また、図2は図1のCで示した領域の拡大図である。図1や図2からわかるように、本実施形態ではリッジ8aの側壁におけるSiO2バッファ層14の厚みD’を、リッジの底部9a、9b、あるいはリッジの頂部10a、10b、10cにおけるSiO2バッファ層14の厚みDよりも薄くなるように形成している。なお、説明をわかりやすくするために、この第1の実施形態と次に述べる第2の実施形態については、図19と同様に温度ドリフト抑圧のためのSi導電層を省略している。
図8には、SiO2バッファ層15の堆積条件を調整して製作した本発明の第2の実施形態に係わる光変調器の概略構成についての模式的な断面図を示す。また、図9には図8にEとして示した領域の拡大図を示す。リッジ8a(及び8b、8c)の底部9a(及び9b)とリッジの頂部10a(及び10b、10c)におけるSiO2バッファ層15の厚みを異ならしめるとともに、その厚い方の厚みよりもリッジ8a(及び8b、8c)の側壁におけるSiO2バッファ層の厚みを薄くしている。
図10に、SiO2バッファ層14と温度ドリフト抑圧用のSi導電層16の堆積条件を調整して製作した本発明の第3の実施形態に係わる光変調器の概略構成についての模式的な断面図を示す。また、図11は図10のFで示した領域の拡大図である。これらの図は、図1や図2に示した本発明における第1の実施形態に、実際には使用するが図1や図2では説明の便宜のために省略した温度ドリフト抑圧用のSi導電層16を追加記載してより完全に説明をするものである。
図12には、SiO2バッファ層15と温度ドリフト抑圧用のSi導電層16の堆積条件を調整して製作した本発明の第4の実施形態に係わる光変調器の概略構成についての模式的な断面図を示す。図12は、図8に示した本発明における第2の実施形態に、実際には使用するが図8では説明の便宜のために省略した温度ドリフト抑圧用のSi導電層16を追加記載してより完全に説明をするものである。
図13には、本発明の第5の実施形態に係わる光変調器の概略構成についての模式的な断面図を示す。ここで、Sは中心導体4aの幅、SRはリッジ8aの頂部の幅であり、中心導体4aの幅Sはリッジ8aの頂部の幅SRに等しいかより狭い場合を表している。また、20は中心導体4aの下側のエッジ、21はリッジ8aの頂部のエッジ、40は接地導体4bの下側のエッジ、41はリッジ8bの頂部のエッジである。
図14には、本発明の第6の実施形態に係わる光変調器の概略構成についての模式的な断面図を示す。ここで、Sは中心導体4aの幅、SRはリッジ8aの頂部の幅であり、中心導体4aの幅Sはリッジ8aの頂部の幅SRより広い場合を表している。中心導体4aの幅Sはリッジ8aの頂部の幅SRより広すぎると、高周波電気信号の電気力線のうち、リッジ8a、8bあるいは8cの側壁のバッファ層14やSi導電層16の中に入る、あるいはそれらを通過する長さを低減するという本発明としての効果は薄れるので、中心導体4aの幅Sとリッジ8aの頂部の幅SRとの比は5倍よりは小さい方が望ましく、そうすることにより、リッジ構造の効果と本発明の効果を有効に利用できる。
以上のように、従来、光変調特性に大きな影響を及ぼすリッジの側壁のSiO2バッファ層やSi導電層の影響を無視していたので、リッジの側壁のSiO2バッファ層やSi導電層が厚い場合には光変調帯域、駆動電圧、光パルスのジッタ、及び特性インピーダンス等の光変調器特性に問題が生じていたし、逆に、リッジの側壁にSiO2バッファ層やSi導電層が無い場合にも、光変調特性が劣化していた。しかしながら、本発明ではリッジの側壁にSiO2バッファ層やSi導電層を堆積させるとともに、SiO2バッファ層とSi導電層の厚みを、リッジの頂部やリッジの底部におけるそれらの厚みよりも薄くし、かつそれらの中を通過する電気力線の影響を考慮して変調特性が最適になる(あるいは改善されるように)構造を最適設計する。さらに、リッジの側壁にSiO2バッファ層を形成しているので、光の挿入損失が増加することもないし、温度ドリフトが劣化することもない。
Claims (15)
- 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、該バッファ層の上に形成された導電層と、該導電層の上に配置された中心導体と接地導体からなる進行波電極と、前記進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域における前記基板の一部分の厚さを掘り下げにより少なくして、前記基板に形成したリッジと、該リッジに設けられた少なくとも一本の光導波路とを有する光変調器において、
前記光変調器は、前記リッジの頂部と側壁、及び前記掘り下げにより形成されたリッジの底面に前記バッファ層を具備し、
前記リッジの側壁に対する法線方向における前記バッファ層の厚みが、前記リッジの頂部、もしくは前記リッジの底部における前記バッファ層の厚い方の厚みと等しい場合と比較して、
前記進行波電極に印加される前記高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率が前記光導波路を伝搬する光の等価屈折率に近づくように、
前記リッジの側壁に対する法線方向における前記バッファ層の厚みを、前記リッジの底面、もしくは前記リッジの頂部における前記バッファ層の少なくとも一方の厚みよりも薄く設定したことを特徴とする光変調器。 - 前記リッジの側壁は傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
- 前記リッジの側壁に対する法線方向における前記バッファ層の厚みを、前記掘り下げにより形成されたリッジの底面における前記バッファ層、もしくは前記リッジの頂部における前記バッファ層の少なくとも一方の厚みの3/4以下に設定したことを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記載の光変調器。
- 前記リッジの側壁に対する法線方向における前記バッファ層の厚みを、前記掘り下げにより形成されたリッジの底面における前記バッファ層、もしくは前記リッジの頂部における前記バッファ層の少なくとも一方の2/3以下に設定したことを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記載の光変調器。
- 前記リッジの側壁に対する法線方向における前記バッファ層の厚みを、前記掘り下げにより形成されたリッジの底面における前記バッファ層、もしくは前記リッジの頂部における前記バッファ層の少なくとも一方の1/2以下であることを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記載の光変調器。
- 前記光変調器は、前記リッジの頂部と側壁、及び前記掘り下げにより形成されたリッジの底面に導電層をさらに具備し、
前記リッジの側壁の法線方向における前記導電層の厚みが、前記リッジの頂部もしくは前記リッジの底部における前記導電層の厚い方の厚みと等しい場合と比較して、
前記進行波電極に印加される前記高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率が前記光導波路を伝搬する光の等価屈折率に近づくように、
前記リッジの側壁に対する法線方向における前記導電層の厚みを、前記リッジの底面における前記バッファ層、もしくは前記リッジの頂部における前記導電層の少なくとも一方の厚みよりも薄く設定したことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一つに記載の光変調器。 - 前記リッジの側壁に対する法線方向における前記導電層の厚みを、前記掘り下げにより形成されたリッジの底面における前記導電層、もしくは前記リッジの頂部における前記導電層の少なくとも一方の厚みの3/4以下に設定したことを特徴とする請求項6に記載の光変調器。
- 前記リッジの側壁に対する法線方向における前記導電層の厚みを、前記掘り下げにより形成されたリッジの底面における前記導電層、もしくは前記リッジの頂部における前記導電層の少なくとも一方の2/3以下に設定したことを特徴とする請求項6に記載の光変調器。
- 前記リッジの側壁に対する法線方向における前記導電層の厚みを、前記掘り下げにより形成されたリッジの底面における前記導電層、もしくは前記リッジの頂部における前記導電層の少なくとも一方の1/2以下であることを特徴とする請求項6に記載の光変調器。
- 前記進行波電極の前記中心導体付近に配置された前記光導波路を含む前記リッジの頂部の幅を、前記中心導体の幅とほぼ等しくしたことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一つに記載の光変調器。
- 前記進行波電極の前記中心導体付近に配置された前記光導波路を含む前記リッジの頂部の幅を、前記中心導体の幅よりも広くしたことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一つに記載の光変調器。
- 前記進行波電極の前記中心導体付近に配置された前記光導波路を含む前記リッジの頂部の幅を、前記中心導体の幅よりも狭くしたことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一つに記載の光変調器。
- 前記中心導体の前記幅と前記リッジの頂部の前記幅との比が1/5より大きく1以下であることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一つに記載の光変調器。
- 前記中心導体の前記幅と前記リッジの頂部の前記幅との比が1より大きく5以下であることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一つに記載の光変調器。
- 前記リッジに設けられた少なくとも一本の光導波路を、前記バッファ層を介して前記進行波電極の前記中心導体の真下に配置したことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一つに記載の光変調器。
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