WO2019187931A1 - 光変調器 - Google Patents

光変調器 Download PDF

Info

Publication number
WO2019187931A1
WO2019187931A1 PCT/JP2019/007610 JP2019007610W WO2019187931A1 WO 2019187931 A1 WO2019187931 A1 WO 2019187931A1 JP 2019007610 W JP2019007610 W JP 2019007610W WO 2019187931 A1 WO2019187931 A1 WO 2019187931A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
adhesive
adhesive layer
optical modulator
optical waveguide
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/007610
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
有紀 釘本
洋一 細川
Original Assignee
住友大阪セメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友大阪セメント株式会社 filed Critical 住友大阪セメント株式会社
Priority to CN201980022982.5A priority Critical patent/CN111919161A/zh
Priority to US17/042,816 priority patent/US20210026167A1/en
Publication of WO2019187931A1 publication Critical patent/WO2019187931A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/12—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode
    • G02F2201/127—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode travelling wave
    • 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
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/28—Adhesive materials or arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an optical modulator, and more particularly to an optical modulator using a substrate having an electro-optic effect and a thickness of 30 ⁇ m or less.
  • optical communication systems having a communication speed of 100 GHz or more per wavelength have been put into practical use.
  • communication speed 100 GHz or more per wavelength have been put into practical use.
  • broadband optical modulators there will be an even greater demand for broadband optical modulators with key components.
  • a traveling wave type optical modulator is an optical optical effect that interacts between a light wave propagating through an optical waveguide and a microwave propagating through an electrode (traveling wave type electrode) provided along the optical waveguide. Modulated. In particular, widening of the bandwidth can be realized by matching the speed of the light wave and the microwave.
  • FIG. 1 a traveling wave optical modulator in which the optical waveguide substrate as shown in FIG. 1 is thinned has been proposed (see Patent Document 1).
  • an optical waveguide substrate on which an optical waveguide is formed is fixed to a reinforcing substrate by an adhesive layer.
  • a substrate having an electro-optic effect such as lithium niobate is used.
  • the reinforcing substrate is made of a material having a linear expansion coefficient that is the same as or close to that of the optical waveguide substrate, for example, lithium niobate or quartz glass.
  • the thickness of the optical waveguide substrate is 30 ⁇ m or less, which is much thinner than the thickness of about 500 ⁇ m of the substrate used in a normal optical modulator.
  • the adhesive layer it is necessary to use an adhesive having a dielectric constant lower than that of the optical waveguide substrate. Further, the thickness of the adhesive layer is made sufficiently thick (for example, 50 ⁇ m to 200 ⁇ m) so that leakage of an electric field applied from the electrodes (signal electrode and ground electrode) to the adhesive layer becomes large. As described above, the electric field from the electrode leaks into the adhesive layer having a low dielectric constant, so that the equivalent refractive index for microwaves (the value is larger than the equivalent refractive index for light waves) becomes smaller than the thickness of the optical waveguide substrate. Smaller than thicker case.
  • materials used for the adhesive layer for example, glass for bonding such as glass frit and resin materials such as acrylic and epoxy
  • a dielectric constant of about 3 to 8, so that the difference in equivalent refractive index is sufficiently reduced.
  • a certain thickness of about 50 ⁇ m to 200 ⁇ m is required.
  • the first problem is that the adhesive strength is lowered.
  • the adhesive when the adhesive is cured, the temperature rises due to ultraviolet irradiation or heating, and then cures and the temperature is lowered.
  • the adhesive layer is thick, the generated stress increases.
  • a thick adhesive layer is difficult to cut into chips, and the yield decreases.
  • the problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a highly reliable optical modulator that can reduce the thickness of the adhesive layer while realizing a wide band and low voltage driving. is there.
  • an optical modulator of the present invention has the following technical features. (1) In an optical modulator having a substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and a traveling wave electrode formed on the substrate for modulating a light wave propagating through the optical waveguide
  • the substrate has a thickness of 30 ⁇ m or less, and includes a reinforcing substrate that holds the substrate via an adhesive layer, and the adhesive layer has a void portion in which no adhesive is present.
  • the ratio of the gap is 25% by volume to 60% by volume of the whole.
  • the adhesive layer is composed of an adhesive and hollow fine particles.
  • the hollow fine particles are any one of hollow silica, mesoporous silica, hollow alumina, hollow resin beads, or a mixture thereof.
  • the surface of the hollow fine particle is surface-modified with a surface treatment agent.
  • the present invention relates to an optical modulator comprising a substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and a traveling wave electrode formed on the substrate for modulating a light wave propagating through the optical waveguide.
  • the thickness of the substrate is 30 ⁇ m or less, and includes a reinforcing substrate that holds the substrate via an adhesive layer.
  • the adhesive layer has a void portion in which no adhesive is present, so the average of the entire adhesive layer The dielectric constant can be lowered, and as a result, the thickness of the adhesive layer can be made thinner than before.
  • the present invention is formed on a substrate having an electro-optic effect (optical waveguide substrate), an optical waveguide formed on the substrate, and a light wave propagating through the optical waveguide.
  • the thickness of the substrate is 30 ⁇ m or less, and a reinforcing substrate for holding the substrate via an adhesive layer is provided,
  • the layer is characterized by having voids where no adhesive is present. Further, the ratio of the voids is 25% by volume to 60% by volume of the whole.
  • a substrate having an electro-optic effect such as lithium niobate (LN) can be suitably used.
  • the thickness of the substrate is also preferably 30 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less.
  • the voids in the adhesive layer of the present invention hollow fine particles are dispersed in the adhesive.
  • the shape of the adhesive layer is stable unless the shape of the hollow fine particles changes or unless a large amount of air in the hollow fine particles enters the adhesive. Can be maintained.
  • the hollow fine particles used in the present invention may be any type of fine particles such as fine particles A configured so that the shell surrounds the inner cavity, or fine particles B having many internal cavities communicating with the outside such as a porous material. Is possible.
  • the porous fine particle B the air in the cavity expands or contracts due to a temperature change, and there is a possibility that the fine particle B enters and exits around the fine particle (in the adhesive). For this reason, there is a possibility that the volume of the adhesive layer may slightly change due to temperature change, so that it can be said that the fine particles A are more suitable for the present invention than the fine particles B.
  • an inorganic material such as silica or alumina may be used or a resin may be used.
  • the resin having a cavity therein the volume of the fine particles changes when the air in the cavity expands or contracts. Therefore, the material to be used is preferably an inorganic material that is not easily affected by the temperature change.
  • the hollow fine particles that can be used more suitably in the present invention are preferably hollow silica, mesoporous silica, hollow alumina, hollow resin beads, or a mixture thereof.
  • the particle diameter of the hollow fine particles is preferably 1 to 5 ⁇ m or less, preferably 100 to 300 nm or less, considering that the thickness of the adhesive layer is preferably set to 50 ⁇ m or less.
  • the thickness of the shell is preferably 1/5 or less of the particle diameter, more preferably 1/10 or less, in order to form a larger void.
  • a vehicle having a low dielectric constant for example, a dielectric constant of 5 or less
  • a resin material such as acrylic, epoxy, or silicon can be suitably used.
  • the larger the volume of hollow fine particles dispersed in the adhesive the better.
  • the surface of the hollow fine particles may be modified with a surface treatment agent having a functional group that has a good reactivity or affinity with the resin used for the vehicle. preferable.
  • the properties of the adhesive layer change when the configuration of the present invention is used.
  • LN is used as the optical waveguide substrate, and the thickness of the substrate is set to 10 ⁇ m.
  • the adhesive layer is an acrylic adhesive (dielectric constant 3.5)
  • the conditions for the thickness of the adhesive layer necessary for the equivalent refractive index of light and microwave to be substantially equal ( ⁇ ⁇ 0.03) are as follows: It is as Table 1. Note that the porosity in the adhesive layer increases, so that the dielectric constant of the adhesive layer decreases, and the equivalent refractive index of light waves and microwaves can be matched even if the thickness of the adhesive layer is thin.
  • hollow silica is mixed in an adhesive vehicle (binder) as a method for causing voids to exist in the adhesive layer.
  • Table 2 shows the porosity and dielectric constant in the adhesive layer when an acrylic adhesive (dielectric constant 3.5) is used as a vehicle and hollow silica (particle size 100 nm, outer shell thickness 10 nm) is mixed therein.
  • the porosity of the adhesive layer can be sufficiently increased by blending 50 to 90% by volume of hollow silica in the vehicle.
  • hollow silica when hollow silica is simply mixed with an adhesive (vehicle), there may be a problem that sufficient adhesive strength cannot be obtained as the blending ratio of hollow silica increases.
  • a surface treatment agent having a functional group having a good reactivity or affinity with the resin used in the vehicle is not particularly limited as long as it has a functional group having a good reactivity or affinity with the resin used in the vehicle, but a silane coupling agent, titanate coupling agent, isocyanate treatment agent, etc. are preferably used. Is done.
  • surface modification can be easily performed by using a silicon alkoxide modifier such as a silane coupling agent.
  • the dielectric constant of the adhesive layer can be kept low, it is possible to realize a wide band and a low driving voltage, and also because the dielectric constant is lower than that of a conventional resin adhesive. Since the thickness of the layer can be reduced, the stress generated during curing is reduced, and the reliability as an optical waveguide device (optical modulator) can be improved. Further, when the adhesive layer is formed thin, chip cutting and the like are facilitated, so that the yield is improved and the manufacturing cost can be suppressed.
  • the contact bonding layer which can be used with the optical modulator of this invention.
  • the surface modification of the hollow silica was performed with a silane coupling agent having an acryloyl group.
  • Example 1 Preparation of adhesive containing 50% by volume of surface-modified hollow silica
  • the obtained surface-modified hollow silica dispersion No. 1 100 parts by mass, 35 parts by mass of 2-ethylhexyl acrylate, 15 parts by mass of N-vinylpyrrolidone, and 1-hydroxy-cyclohexyl were mixed.
  • the porosity of the adhesive layer when this adhesive was applied was 28%.
  • Example 2 Production of Adhesive with 70% by Volume of Surface-Modified Hollow Silica
  • the obtained surface-modified hollow silica dispersion No. 1 140 parts by mass, 21 parts by mass of 2-ethylhexyl acrylate, 9 parts by mass of N-vinylpyrrolidone, and 1-hydroxy-cyclohexyl were mixed.
  • the porosity of the adhesive layer when this adhesive was applied was 40%.
  • Example 3 Preparation of adhesive containing 90% by volume of surface-modified hollow silica
  • the obtained surface-modified hollow silica dispersion liquid No. 1 180 parts by mass, 7 parts by mass of 2-ethylhexyl acrylate, 3 parts by mass of N-vinylpyrrolidone, and 1-hydroxy-cyclohexyl were mixed.
  • 1.0 part by mass of 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone was added to obtain an adhesive containing hollow silica.
  • the porosity of the adhesive layer when this adhesive was applied was 53%.
  • the adhesive layers obtained between two blue plate glasses having a thickness of 1 mm were each 70 ⁇ m, The shear adhesive strength of a structure formed to 35 ⁇ m and cured by irradiation with 10 mJ / cm 2 UV with a high-pressure mercury lamp was measured. The results are shown in Table 3.
  • ⁇ Nm (Description of each symbol in Table 3)
  • ⁇ indicates 0.05 or less
  • ⁇ indicates 0.05 to 0.10
  • ⁇ indicates 0.10 or more
  • the adhesive strength “ ⁇ ” indicates 7 MPa or more
  • ⁇ indicates 7 to 5 MPa
  • ⁇ indicates 5 or less to 3 MPa
  • x indicates 3 MPa or less.
  • Examples 1 to 3 it can be seen that the adhesive strength can be maintained even when the porosity is increased, while in Comparative Examples 2 to 3, the adhesive strength is extremely decreased when the porosity is increased.
  • the hollow silica dispersions used in Examples 1 to 3 since the acryloyl group was modified on the surface of the particles, they were crosslinked with the resin used for the vehicle at the time of curing, and the resin-particle bonding degree was increased. For this reason, it is thought that sufficient adhesive strength was able to be obtained.
  • the porosity in the adhesive layer can be increased, and the equivalent refractive index of light waves and microwaves can be matched even if the adhesive layer thickness is thin. In addition, it is possible to prevent a decrease in adhesive strength that occurs when the porosity increases.
  • the present invention it is possible to reduce the thickness of the adhesive layer and provide a highly reliable optical modulator while realizing a wide band and low voltage driving.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)

Abstract

広帯域化や低電圧駆動を実現しながら、接着層の厚みを薄くでき、信頼性の高い光変調器を提供すること。　電気光学効果を有する基板（光導波路基板）と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するために該基板に形成された進行波型電極（信号電極と接地電極）とを有する光変調器において、該基板の厚さは、３０μｍ以下であり、該基板を接着層を介して保持する補強基板を備え、該接着層は、接着剤が存在しない空隙部分を有することを特徴とする。

Description

光変調器
　本発明は、光変調器に関し、特に、電気光学効果を有すると共に、３０μｍ以下の厚さを有する基板を用いた光変調器に関する。
　近年、光通信システムの高速大容量化が進んでおり、例えば、１波長当たり１００ＧＨｚ以上の通信速度を有するものも実用化されている。今後は、基幹部品で光変調器の広帯域化がより一層求められている。
　進行波型光変調器は、光導波路を伝播する光波と、光導波路に沿って設けた電極（進行波型電極）を伝播するマイクロ波とが電気光学効果による相互作用をすることで、光波を変調している。特に、光波とマイクロ波との速度整合をとることにより、広帯域化を実現することができる。
　速度整合を実現する方法として、従来、光導波路基板上に設けた低誘電率のバッファ層の上に電極を形成した構成が用いられてきたが、この構成では、光導波路に印加される電界がバッファ層の存在により小さくなってしまうので、駆動電圧を低電圧化できないという問題を生じている。
　この問題を解消するため、図１のような光導波路基板を薄板化した進行波型光変調器が提案されている（特許文献１参照）。図１において、光導波路が形成された光導波路基板は、接着層により補強基板に固着されている。光導波路基板としては、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する基板が利用される。補強基板としては、光導波路基板と同じかもしくは近い線膨張係数を有する材料、例えば、ニオブ酸リチウムや、石英ガラスなどで構成されている。光導波路基板の厚さは３０μｍ以下であり、通常の光変調器に使用される基板の厚さ５００μｍ程度よりも遥かに薄く形成されている。
　接着層については、使用する接着剤は誘電率が光導波路基板よりも低いものを用いる必要がある。また、接着層の厚さは、電極（信号電極と接地電極）から印加される電界の接着層への漏れが大きくなるように、十分に厚く（例えば、５０μｍ～２００μｍ）する。このように電極からの電界が低誘電率の接着層の内部に漏れ出すことにより、マイクロ波に対する等価屈折率（その値は、光波に対する等価屈折率より大きい）が、光導波路基板の厚さが厚い場合と比べて小さくなる。
　このように、光波の等価屈折率とマイクロ波の等価屈折率との値の差が小さくなるので、光波とマイクロ波の速度が整合した状態に近づき、広帯域化が実現される。しかも、この構成では光導波路基板上にバッファ層を設けることなく速度整合が可能なため、光導波路に印加される電界強度の低下を抑制できる。その結果、速度整合と駆動電圧の低電圧化を同時に実現することが可能となる。
　ここで図１の接着層については、次のような問題点が顕在化している。一般的に接着層に用いる材料（例えば、ガラスフリットなどの接着用ガラスやアクリル、エポキシなどの樹脂材料）は誘電率が３～８程度であるので、等価屈折率の差を十分に小さくするためには、例えば、５０μｍ～２００μｍ程度の一定の厚さが必要となる。
　このように接着層の厚みが厚くなると、第１に、接着強度が低下するという問題を生じる。第２に、接着剤の硬化時に紫外線照射や加熱によって温度が上昇し、その後硬化して温度が下がると、光導波路基板や補強基板と接着剤（接着層）の線膨張係数の差による応力が発生し、接着層が厚いと発生する応力も大きくなる。第３に、接着層を厚く形成したものは、チップに切断することが難しくなり、歩留まりが低下する。
特開２００６－３０１６１２号公報
　本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、広帯域化や低電圧駆動を実現しながら、接着層の厚みを薄くでき、信頼性の高い光変調器を提供することである。
　上記課題を解決するため、本発明の光変調器は、以下の技術的特徴を有する。
（１）　電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するために該基板に形成された進行波型電極とを有する光変調器において、該基板の厚さは、３０μｍ以下であり、該基板を接着層を介して保持する補強基板を備え、該接着層は、接着剤が存在しない空隙部分を有することを特徴とする。
（２）　上記（１）に記載の光変調器において、該空隙部分の割合が、全体の２５容量％以上から６０容量％以下であることを特徴とする。
（３）　上記（１）又は（２）に記載の光変調器において、該接着層は、接着剤と中空微粒子とから構成されることを特徴とする。
（４）　上記（３）に記載の光変調器において、該中空微粒子は、中空シリカ、メソポーラス系シリカ、中空アルミナ、中空樹脂ビーズのいずれか、又はこれらの混合物であることを特徴とする。
（５）　上記（３）又は（４）に記載の光変調器において、該中空微粒子の表面は表面処理剤により表面修飾されていることを特徴とする。
　本発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するために該基板に形成された進行波型電極とを有する光変調器において、該基板の厚さは、３０μｍ以下であり、該基板を接着層を介して保持する補強基板を備え、該接着層は、接着剤が存在しない空隙部分を有するので、接着層全体の平均誘電率を低下させることが可能となり、結果として、接着層の厚みを従来よりも薄く形成することが可能となる。
　これにより、接着層の厚みが厚い場合に発生していた、接着強度の低下や、線膨張係数の差に起因する応力の増加、更には、チップに切断する際の歩留まりの低下などを、改善することが可能となる。
本発明が適用される光変調器の概略を示す断面図である。
　以下、本発明の光変調器について、好適例を用いて詳細に説明する。
　本発明は、図１に示すように、電気光学効果を有する基板（光導波路基板）と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するために該基板に形成された進行波型電極（信号電極と接地電極）とを有する光変調器において、該基板の厚さは、３０μｍ以下であり、該基板を接着層を介して保持する補強基板を備え、該接着層は、接着剤が存在しない空隙部分を有することを特徴とする。また、該空隙部分の割合が、全体の２５容量％以上から６０容量％以下であることを特徴とする。
　光導波路基板としては、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）などの電気光学効果を有する基板が好適に利用可能である。基板の厚さも３０μｍ以下が好ましく、より好ましくは１０μｍ以下である。
　接着層に空隙部分を設ける方法として、接着層内に接着剤を設けない空間（領域）を形成することが考えられるが、接着剤がある部分と無い部分とでは光導波路基板に加わる応力が異なり、光導波路基板内に内部歪を生ずることとなる。
　これに対し、本発明の接着層内の空隙を形成する方法としては、中空微粒子を接着剤中に分散して形成する。これにより、空隙は中空微粒子の内部に形成されているため、中空微粒子の形状が変化しない限り、または、中空微粒子内の空気が接着剤中に大量に入り込まない限り、接着層の形状は安定的に維持できる。
　本発明で使用する中空微粒子は、殻が中の空洞を取り囲むように構成した微粒子Ａや、多孔質のように外部に通じる多くの内部空洞を有する微粒子Ｂのいずれのタイプの微粒子を用いることが可能である。多孔質の微粒子Ｂでは、温度変化により空洞内の空気が膨張又は収縮し、微粒子の周囲（接着剤中）に出入りする可能性がある。このため、温度変化で接着層の体積が微妙に変化する可能性があるため、微粒子Ａの方が微粒子Ｂよりも本発明に適した微粒子と言える。
　また、中空微粒子を構成する素材として、シリカやアルミナなどの無機質材料を用いる場合と樹脂で構成する場合がある。中に空洞を有する樹脂は、空洞の空気が膨張又は収縮すると微粒子の体積が変化するため、使用する材料としては、温度変化の影響を受け難い無機質材料が好ましい。
　本発明でより好適に使用できる中空微粒子としては、中空シリカ、メソポーラス系シリカ、中空アルミナ、中空樹脂ビーズのいずれか、又はこれらの混合物が好ましい。
　中空微粒子の粒径としては、接着層の厚みを好ましくは５０μｍ以下に設定することを考慮すると、１～５μｍ以下、好ましくは１００～３００ｎｍ以下であることが好ましい。中に空洞を有する殻の場合は、殻の厚みは、粒径の５分の１以下、より好ましくは１０分の１以下がより大きな空隙を形成できる上で好ましい。
　接着層に使用される接着剤としては、誘電率が低（例えば、誘電率が５以下）く、中空微粒子を分散状態で保持できるビヒクルが好ましい。具体的には、アクリル、エポキシ、シリコンなどの樹脂材料系の接着剤が好適に利用可能である。
　また、接着剤中に分散させる中空微粒子の容量は多いほど良いが、中空微粒子の量を多くすると、逆に接着剤の容量が減少し、接着強度が低下することが懸念される。このため、中空微粒子と接着剤との接着強度を強化するため、中空微粒子の表面をビヒクルに用いる樹脂と反応性もしくは親和性の良い官能基を有する表面処理剤を用いて表面修飾することがより好ましい。
　以下では、本発明の構成を用いた場合、接着層の特性がどのように変化するかを示す。
　例えば、光導波路基板としてＬＮを用い、基板の厚みを１０μｍに設定する。接着層がアクリル系接着剤（誘電率３．５）である場合、光波とマイクロ波の等価屈折率がほぼ等しくなる（Δ≦０．０３）ために必要な接着層の厚みの条件は以下の表１のとおりである。なお、接着層中の空隙率が上がることで、接着層の誘電率が低下し、接着層厚が薄くても光波とマイクロ波の等価屈折率を整合させることが出来る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　接着層中に空隙を存在させる方法として、接着剤ビヒクル（バインダー）中に中空シリカを混合させた例を示す。表２では、アクリル系接着剤（誘電率３．５）をビヒクルとし、そこに中空シリカ（粒径１００ｎｍ、外殻厚１０ｎｍ）を混合した場合の接着層中の空隙率と誘電率を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　ビヒクル中に５０～９０容量％の中空シリカを配合することで、接着層の空隙率を十分に上げることが出来る。
　ただし、中空シリカを単純に接着剤（ビヒクル）に混合した場合、中空シリカの配合比が多くなるに従い、十分な接着強度が得られなくなる問題が発生することがある。これを改善させるため、ビヒクルに用いる樹脂と反応性もしくは親和性の良い官能基を有する表面処理剤で中空シリカ表面を修飾することが好ましい。表面処理剤については、ビヒクルに用いる樹脂と反応性もしくは親和性の良い官能基を有するものであれば特に限定されないが、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤やイソシアネート系処理剤等が好適に使用される。特に、シランカップリング剤などのシリコンアルコキシド系修飾剤を用いることにより、表面修飾を容易に行うことが出来る。
　以上のように、接着層の中に空隙を有することで誘電率＜３．０とした低誘電率な接着層を提供することができる。しかも、低誘電率な接着層中で空隙が大きくなった場合でも、中空微粒子と接着剤との接着強度を高めることで、接着層としても十分な接着強度を維持すること出来る。
　このように、接着層の誘電率を低く抑えることが出来るので、広帯域化と駆動電圧の低電圧化を実現することができるとともに、従来の樹脂系接着剤よりも誘電率が低いことにより、接着層の厚みを薄くすることができるので、硬化の際に発生する応力が低減されて、光導波路デバイス（光変調器）としての信頼性を向上させることができる。また、接着剤層を薄く形成した場合、チップ切断などが容易になるので、歩留まりが向上し、製造コストも抑制することができる。
　以下では、本発明の光変調器で使用可能な接着層について、具体的な製造方法を例示する。
　以下では、ビヒクル樹脂にアクリル系接着剤を使用するので、中空シリカの表面修飾はアクリロイル基を有するシランカップリング剤で行った。
（中空シリカ表面修飾Ｎｏ．１の作製）
　中空シリカ４０質量部と、３－アクリロキシプロピルトリメトキシシラン１０質量部と、硝酸１．５質量部と、水１．５質量部と、イソプロピルアルコール４７質量部と、を混合し、常温にて６時間撹拌して、表面修飾中空シリカ分散を得た。
（中空シリカ表面修飾Ｎｏ．２の作製）
　表面修飾剤を３－メタクリロキシプロピルトリメトキシシランに変えた以外は中空シリカ表面修飾Ｎｏ．１と同じにして、中空シリカ表面修飾Ｎｏ．２を得た。
　中空シリカの修飾状態を２９ＳｉＮＭＲ法を用いて測定したところ、シランカップリング剤は中空シリカと反応していることが確認された。いずれの表面修飾剤でも類似の結果が得られたので、よりアクリルとの反応性の高い、３－アクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いたＮｏ．１の分散液を以降の実験に使用した。
（実施例１）表面修飾中空シリカ５０容量％入り接着剤の作製
　得られた表面修飾中空シリカ分散液Ｎｏ．１　１００質量部と、２－エチルヘキシルアクリレート３５質量部、Ｎ－ビニルピロリドン１５質量部、１－ヒドロキシ－シクロヘキシルを混合し、エバポレータによって中空シリカ分散液Ｎｏ．１に含まれるイソプロピルアルコールを除去したのち、１－ヒドロキシ－シクロヘキシル－フェニル－ケトン　１．０質量部を加えて中空シリカ入り接着剤を得た。この接着剤を塗布した際の接着層の空隙率は２８％であった。
（実施例２）表面修飾中空シリカ７０容量％入り接着剤の作製
　得られた表面修飾中空シリカ分散液Ｎｏ．１　１４０質量部と、２－エチルヘキシルアクリレート２１質量部、Ｎ－ビニルピロリドン９質量部、１－ヒドロキシ－シクロヘキシルを混合し、エバポレータによって中空シリカ分散液Ｎｏ．１に含まれるイソプロピルアルコールを除去したのち、１－ヒドロキシ－シクロヘキシル－フェニル－ケトン　１．０質量部を加えて中空シリカ入り接着剤を得た。この接着剤を塗布した際の接着層の空隙率は４０％であった。
（実施例３）表面修飾中空シリカ９０容量％入り接着剤の作製
　得られた表面修飾中空シリカ分散液Ｎｏ．１　１８０質量部と、２－エチルヘキシルアクリレート７質量部、Ｎ－ビニルピロリドン３質量部、１－ヒドロキシ－シクロヘキシルを混合し、エバポレータによって中空シリカ分散液Ｎｏ．１に含まれるイソプロピルアルコールを除去したのち、１－ヒドロキシ－シクロヘキシル－フェニル－ケトン１．０質量部を加えて中空シリカ入り接着剤を得た。この接着剤を塗布した際の接着層の空隙率は５３％であった。
（比較例１）中空シリカを含まない接着剤の作製
　２－エチルヘキシルアクリレート７０質量部、Ｎ－ビニルピロリドン３０質量部、１－ヒドロキシ－シクロヘキシルを混合し、１－ヒドロキシ－シクロヘキシル－フェニル－ケトン　１．０質量部を加えて接着剤を得た。この接着剤を塗布した際の接着層の空隙率は
０％であった。
（比較例２）未修飾中空シリカ５０容量％入り接着剤の作製
　得られた中空シリカ５０質量部と、２－エチルヘキシルアクリレート３５質量部、Ｎ－ビニルピロリドン１５質量部、１－ヒドロキシ－シクロヘキシルを混合し、ボールミルで６時間分散処理を行ったのち、１－ヒドロキシ－シクロヘキシル－フェニル－ケトン　１．０質量部を加えて中空シリカ入り接着剤を得た。この接着剤を塗布した際の接着層の空隙率は３３％であった。
（比較例３）未修飾中空シリカ７０容量％入り接着剤の作製
　得られた中空シリカ　７０質量部と、２－エチルヘキシルアクリレート２１質量部、Ｎ－ビニルピロリドン９質量部、１－ヒドロキシ－シクロヘキシルを混合し、ボールミルで６時間分散処理を行ったのち、１－ヒドロキシ－シクロヘキシル－フェニル－ケトン　１．０質量部を加えて中空シリカ入り接着剤を得た。この接着剤を塗布した際の接着層の空隙率は４６％であった。
（比較例４）未修飾中空シリカ９０容量％入り接着剤の作製
　得られた中空シリカ９０質量部と、２－エチルヘキシルアクリレート７質量部、Ｎ－ビニルピロリドン３質量部、１－ヒドロキシ－シクロヘキシルを混合し、ボールミルで６時間分散処理を行ったのち、１－ヒドロキシ－シクロヘキシル－フェニル－ケトン　１．０質量部を加えて中空シリカ入り接着剤を得た。この接着剤を塗布した際の接着層の空隙率は５９％であった。
　得られた接着剤を用いて図１の構成（光導波路基板がＬＮで厚さ１０μｍ）の光導波路デバイスを作製した際の誘電率と、光波の等価屈折率とマイクロ波の等価屈折率の差分を整合度（ΔＮｍ）として測定した。また、接着強度に関しては厚さ１ｍｍの２枚の青板ガラスの間に得られた接着層をそれぞれ７０μｍ、
３５μｍ形成し、高圧水銀灯にて１０ｍＪ／ｃｍ２ＵＶ照射して硬化させた構造物のせん断接着力を測定した。結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
（表３内の各記号の説明）
　ΔＮｍについて、「○」は0.05以下、「△」は0.05～0.10、「×」0.10以上を示す。
　接着強度について、「◎」は７ＭＰａ以上、「○」７～５ＭＰａ、「△」は５以下～３ＭＰａ、「×」は３ＭＰａ以下を示す。
　実施例１～３は空隙率が高くなっても接着強度を保つことが出来る一方、比較例２～３は空隙率が高くなると接着強度が極端に低下することが分かる。
　実施例１～３に用いた中空シリカ分散液は、粒子表面にアクリロイル基が修飾されているので、硬化時にビヒクルに用いた樹脂と架橋し、樹脂－粒子の結合度が高くなった。このため、十分な接着強度を得ることが出来たと考えられる。
　この手法によれば、接着層中の空隙率を上げることが出来、接着層厚が薄くても光波とマイクロ波の等価屈折率を整合させることが出来る。また、空隙率が大きくなった際に発生する接着強度の低下も防止することが出来る。
　以上説明したように、本発明によれば、広帯域化や低電圧駆動を実現しながら、接着層の厚みを薄くでき、信頼性の高い光変調器を提供することができる。

Claims (5)

  1. 　電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するために該基板に形成された進行波型電極とを有する光変調器において、
    　該基板の厚さは、３０μｍ以下であり、
    　該基板を接着層を介して保持する補強基板を備え、
    　該接着層は、接着剤が存在しない空隙部分を有することを特徴とする光変調器。
  2. 　請求項１に記載の光変調器において、該空隙部分の割合が、全体の２５容量％以上から６０容量％以下であることを特徴とする光変調器。
  3. 　請求項１又は２に記載の光変調器において、該接着層は、接着剤と中空微粒子とから構成されることを特徴とする光変調器。
  4. 　請求項３に記載の光変調器において、該中空微粒子は、中空シリカ、メソポーラス系シリカ、中空アルミナ、中空樹脂ビーズのいずれか、又はこれらの混合物であることを特徴とする光変調器。
  5. 　請求項３又は４に記載の光変調器において、該中空微粒子の表面は表面処理剤で表面修飾されていることを特徴とする光変調器。
PCT/JP2019/007610 2018-03-29 2019-02-27 光変調器 WO2019187931A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201980022982.5A CN111919161A (zh) 2018-03-29 2019-02-27 光调制器
US17/042,816 US20210026167A1 (en) 2018-03-29 2019-02-27 Optical modulator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018065363A JP7031437B2 (ja) 2018-03-29 2018-03-29 光変調器
JP2018-065363 2018-03-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019187931A1 true WO2019187931A1 (ja) 2019-10-03

Family

ID=68058737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/007610 WO2019187931A1 (ja) 2018-03-29 2019-02-27 光変調器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210026167A1 (ja)
JP (1) JP7031437B2 (ja)
CN (1) CN111919161A (ja)
WO (1) WO2019187931A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102410554B1 (ko) * 2021-04-21 2022-06-22 에너진(주) 도파관 및 이의 제조방법
CN113641011B (zh) * 2021-08-20 2023-08-25 南京南智先进光电集成技术研究院有限公司 一种薄膜电光调制器及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020048728A1 (en) * 2000-10-20 2002-04-25 Feng Zhou Method for the formation of a thin optical crystal layer overlying a low dielectric constant substrate
JP2003215519A (ja) * 2001-11-16 2003-07-30 Ngk Insulators Ltd 光導波路デバイスおよび進行波形光変調器
JP2007133135A (ja) * 2005-11-10 2007-05-31 Ngk Insulators Ltd 光導波路デバイス
JP2007304424A (ja) * 2006-05-12 2007-11-22 Anritsu Corp 光変調器
JP2012119177A (ja) * 2010-12-01 2012-06-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 絶縁フィルム及びそれを用いたフラットケーブル
WO2016117554A1 (ja) * 2015-01-19 2016-07-28 株式会社巴川製紙所 熱硬化性接着剤組成物、熱硬化性接着フィルム、および複合フィルム

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4267544B2 (ja) * 2004-08-27 2009-05-27 アンリツ株式会社 光変調器
JP4847177B2 (ja) * 2006-03-30 2011-12-28 住友大阪セメント株式会社 光変調素子
EP2098550A4 (en) * 2006-12-28 2010-02-03 Zeon Corp POLYMERIZABLE COMPOSITION
JP2013218172A (ja) * 2012-04-10 2013-10-24 Seiko Epson Corp 光学素子、撮像装置、電子機器及び光学素子の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020048728A1 (en) * 2000-10-20 2002-04-25 Feng Zhou Method for the formation of a thin optical crystal layer overlying a low dielectric constant substrate
JP2003215519A (ja) * 2001-11-16 2003-07-30 Ngk Insulators Ltd 光導波路デバイスおよび進行波形光変調器
JP2007133135A (ja) * 2005-11-10 2007-05-31 Ngk Insulators Ltd 光導波路デバイス
JP2007304424A (ja) * 2006-05-12 2007-11-22 Anritsu Corp 光変調器
JP2012119177A (ja) * 2010-12-01 2012-06-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 絶縁フィルム及びそれを用いたフラットケーブル
WO2016117554A1 (ja) * 2015-01-19 2016-07-28 株式会社巴川製紙所 熱硬化性接着剤組成物、熱硬化性接着フィルム、および複合フィルム

Also Published As

Publication number Publication date
US20210026167A1 (en) 2021-01-28
CN111919161A (zh) 2020-11-10
JP7031437B2 (ja) 2022-03-08
JP2019174749A (ja) 2019-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019187931A1 (ja) 光変調器
TW200401139A (en) Liquid crystal display device and method of producing the same
WO2011040436A1 (ja) 光導波路素子
WO2005019913A1 (ja) 光導波路デバイスおよび進行波形光変調器
JPWO2006035992A1 (ja) 光機能デバイス
JP4954958B2 (ja) 光導波路素子
JP6586015B2 (ja) シリコーン粒子、液晶滴下工法用シール剤及び液晶表示素子
CN105676484A (zh) 基于ito材料的吸收型光调制器结构
EP1939669A1 (en) Light modulator and its fabrication method
TW202321351A (zh) 聚矽氧粒子、聚矽氧粒子之製造方法、液晶滴落法用密封劑及液晶顯示元件
EP2703855A1 (en) Optical waveguide device
JP2019164360A (ja) 光ファイバ及びその製造方法
JP2009210634A (ja) 光導波路デバイス
CN109273805A (zh) 一种基于石墨烯的可调滤波器
JPH11109328A (ja) 液晶装置及びその製造方法
JP2007304424A (ja) 光変調器
JP3697132B2 (ja) 有機質無機質複合体粒子
JP3065233B2 (ja) オルガノポリシロキサン微粒子、その製造方法および液晶表示装置
CN116626923B (zh) 波导矩阵薄膜铌酸锂电光调制器
CN110879488A (zh) 基于铌酸锂薄膜的新型光纤在线调制器
JP2005314706A (ja) 有機質無機質複合体粒子、その製造方法およびその用途
JP2000199895A (ja) 高分子分散型液晶表示装置およびその製造方法ならびに投射型ディスプレイ装置
JP2003202533A (ja) 有機導波路型光変調器および有機導波路型光変調器の製造方法
JP2012078507A (ja) 光導波路素子
CN213210644U (zh) 一种单级隔离器芯及其双级隔离器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19774454

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19774454

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1