JP5742382B2

JP5742382B2 - 進行波型光変調素子

Info

Publication number: JP5742382B2
Application number: JP2011077683A
Authority: JP
Inventors: 加藤　圭; 圭加藤; 徳一宮崎
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: JP2012212028A

Description

本発明は、進行波型光変調素子に関するものであり、特に、マッハツェンダー型光導波路の２つの分岐導波路に別々の変調信号を印加する２つの信号電極を有する進行波型光変調素子に関する。

光通信分野や光計測分野において、マッハツェンダー型光導波路を有する進行波型光変調素子が多用されている。マッハツェンダー型光導波路は、入力導波路を２つに分岐し、２つの分岐導波路を結合して出力導波路につなげる構成を有している。また、光変調素子の種類に応じて、マッハツェンダー型光導波路を一つのみ使用する場合や、一つのマッハツェンダー型光導波路の各分岐導波路の途中に他のマッハツェンダー型光導波路を入れ子状に組み込む場合など、種々の形態が存在する。

マッハツェンダー型光導波路を構成する２つの分岐導波路に、別々の変調信号を印加する際には、各分岐導波路に沿って２つの信号電極が配置され、分岐導波路を伝搬する光波と信号電極を伝搬する変調信号であるマイクロ波とのタイミングを整合させることが不可欠である。特に、基板の同じ辺側に２つの信号電極の入力部が配置される際には、該入力部から各分岐導波路に至るまでの距離が異なるため、タイミング調整を行う工夫が不可欠となる。

特許文献１又は２では、マッハツェンダー型光導波路を有する進行波型光変調素子において、信号電極を光導波路上あるいはその近傍に構成し、２つの信号電極を用いて第１光変調と第２光変調する際、遅延線路を形成し、各変調信号に所定の位相関係を持たせ、任意の光変調を行うことが提案されている。

他方、片側の信号電極に印加した変調信号が、もう一方の信号電極に乗り移る電気のクロストークと呼ばれる現象がある。特許文献１又は２のように光変調のタイミングを同じにしようとすると、２つの信号電極が平行且つ近接して配置される部分が長くなるため、電気のクロストークが発生し易くなる。この電気のクロストークを抑制するために、特許文献３では、電気信号の印加部分を低誘電体で構成することが提案されている。

また、特許文献２の進行波型光変調素子では、一方の信号電極に長さを調整するコの字の電極を配置することで、２つの信号電極の長さが等しくなるようにしている。しかし、電極をコの字に曲げると信号の通り道が不連続となり、マイクロ波のような高周波は信号電極から漏れ易くなる。そこで漏れた高周波が接地電極を経由し、もう一方の信号電極に乗り移ることがある。このため、意図した光変調信号を得ることが出来ないという問題を生じる。さらに、同様のクロストーク現象は、信号入力部のような接続部分でも発生する。

また、特許文献３のように、光変調部分の外部に低誘電体基板を接続した場合、電極を形成する基板材料が異なるため、信号電極の途中で電気の反射や接続損失などが発生し、特性の劣化につながる。また、電気配線と光導波路部を別体にすることにより実装上の工数の増加や、基板材料費用により価格が上昇するなどの課題も発生する。

特許第３５５８５２９号公報特開２００２−１８２１７２号公報特開２０１０−１８１４８９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、基板の同じ側面側に２つの信号電極の入力部がある場合でも、電気のクロストークを抑制し、製造コストの増加も抑えた進行波型光変調素子を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成されたマッハツェンダー型光導波路を含む光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを備え、該変調電極は、該マッハツェンダー型光導波路の２つの分岐導波路に対して、別々の変調信号を印加する第１の信号電極と第２の信号電極とを有し、かつ、該第１の信号電極と該第２の信号電極とは、各々が各分岐導波路に変調信号を印加する作用部において互いに並行に配置され、さらに、該第１の信号電極と該第２の信号電極とは、該基板の同じ側面側に変調信号入力部を有する進行波型光変調素子において、該作用部の少なくとも一部において、該第１の信号電極と該第２の信号電極との間に配置された接地電極が一つの接地電極で構成され、各信号電極の該変調信号入力部から、該変調信号が該分岐導波路に印加される作用部までの少なくとも一部の領域では、該第１の信号電極と該第２の信号電極との間に配置された接地電極が、該第１の信号電極に沿う第１の接地電極と該第２の信号電極に沿う第２の接地電極に分離され、かつ、該第１の接地電極の幅は、該第１の信号電極の幅の２倍以上１０倍以下、該第２の接地電極の幅は、該第２信号電極の幅の２倍以上１０倍以下に設定されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、請求項１に記載の進行波型光変調素子において、該第１の信号電極と該第２の信号電極との間に配置された接地電極が、該作用部においても該第１の接地電極と該第２の接地電極に、少なくとも一部で分離されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成されたマッハツェンダー型光導波路を含む光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを備え、該変調電極は、該マッハツェンダー型光導波路の２つの分岐導波路に対して、別々の変調信号を印加する第１の信号電極と第２の信号電極とを有し、かつ、該第１の信号電極と該第２の信号電極とは、各々が各分岐導波路に変調信号を印加する作用部において互いに並行に配置され、さらに、該第１の信号電極と該第２の信号電極とは、該基板の同じ側面側に変調信号入力部を有する進行波型光変調素子において、各信号電極の該変調信号入力部から、変調信号出力部までの領域で、該第１の信号電極と該第２の信号電極との間に配置された接地電極が、該第１の信号電極に沿う第１の接地電極と該第２の信号電極に沿う第２の接地電極に分離されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の進行波型光変調素子において、該第１の接地電極と該第２の接地電極との間には電気的抵抗体又は溝が配置されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成されたマッハツェンダー型光導波路を含む光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを備え、該変調電極は、該マッハツェンダー型光導波路の２つの分岐導波路に対して、別々の変調信号を印加する第１の信号電極と第２の信号電極とを有し、かつ、該第１の信号電極と該第２の信号電極とは、各々が各分岐導波路に変調信号を印加する作用部において互いに並行に配置され、さらに、該第１の信号電極と該第２の信号電極とは、該基板の同じ側面側に変調信号入力部を有する進行波型光変調素子において、該作用部の少なくとも一部において、該第１の信号電極と該第２の信号電極との間に配置された接地電極が一つの接地電極で構成され、各信号電極の該変調信号入力部から、該変調信号が該分岐導波路に印加される作用部までの少なくとも一部の領域では、該第１の信号電極と該第２の信号電極との間に配置された接地電極が、該第１の信号電極に沿う第１の接地電極と該第２の信号電極に沿う第２の接地電極に分離され、かつ、該第１の接地電極の幅は、該第１の信号電極の幅の２倍以上１０倍以下、該第２の接地電極の幅は、該第２信号電極の幅の２倍以上１０倍以下に設定されているため、第１の信号電極を伝搬する変調信号が第２の信号電極に乗り移る、又はその逆の現象のように、電気のクロストーク現象が発生することを抑制でき、進行波型光変調素子の特性劣化を防止することが可能となる。しかも、本発明は、接地電極の形状を工夫するだけで良いため、製造工程が複雑化及び高コスト化することも無い。また、第１の接地電極の幅は、第１の信号電極の幅の２倍以上１０倍以下、第２の接地電極の幅は、第２信号電極の幅の２倍以上１０倍以下であるため、電気のクロストーク現象を抑制するだけでなく、接地電極としての機能を果たし、信号電極による変調信号の伝搬を安定化することが可能となる。

請求項２に係る発明により、第１の信号電極と第２の信号電極との間に配置された接地電極が、作用部においても第１の接地電極と第２の接地電極に、少なくとも一部で分離されているため、変調信号入力部から作用部に至るまでの領域だけでなく、分離された作用部においても電気のストローク現象の発生を抑制することが可能となる。

請求項３に係る発明により、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成されたマッハツェンダー型光導波路を含む光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを備え、該変調電極は、該マッハツェンダー型光導波路の２つの分岐導波路に対して、別々の変調信号を印加する第１の信号電極と第２の信号電極とを有し、かつ、該第１の信号電極と該第２の信号電極とは、各々が各分岐導波路に変調信号を印加する作用部において互いに並行に配置され、さらに、該第１の信号電極と該第２の信号電極とは、該基板の同じ側面側に変調信号入力部を有する進行波型光変調素子において、各信号電極の該変調信号入力部から、変調信号出力部までの領域で、該第１の信号電極と該第２の信号電極との間に配置された接地電極が、該第１の信号電極に沿う第１の接地電極と該第２の信号電極に沿う第２の接地電極に分離されているため、変調信号入力部から変調信号出力部の全ての領域に渡り、電気のクロストーク現象の発生を抑制することが可能となる。

請求項４に係る発明により、第１の接地電極と第２の接地電極との間には電気的抵抗体又は溝が配置されているため、仮に第１及び第２の接地電極間で変調信号が漏れ出した場合でも、電気的抵抗体により吸収又は溝で放出されるため、電気のクロストーク現象が発生することを、効果的に抑制することが可能となる。

本発明の進行波型光変調素子の第１の実施例を説明する図である。本発明の進行波型光変調素子の第２の実施例を説明する図である。図２の一点鎖線Ａ−Ａ’における断面図である。本発明の進行波型光変調素子の第３の実施例を説明する図である。本発明の進行波型光変調素子の第４の実施例を説明する図である。本発明の進行波型光変調素子の第５の実施例を説明する図である。

以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の進行波型光変調素子の第１の実施例を示す。
本発明は、電気光学効果を有する基板１と、該基板に形成されたマッハツェンダー型光導波路を含む光導波路２と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを備え、該変調電極は、該マッハツェンダー型光導波路の２つの分岐導波路（２１，２２）に対して、別々の変調信号を印加する第１の信号電極３１と第２の信号電極３２とを有し、かつ、該第１の信号電極と該第２の信号電極とは、該基板の同じ側面側に変調信号入力部（Ｔ１，Ｔ２）を有する進行波型光変調素子において、各信号電極の該変調信号入力部（Ｔ１，Ｔ２）から、該変調信号が該分岐導波路に印加される作用部Ｓまでの少なくとも一部の領域では、該第１の信号電極３１と該第２の信号電極３２との間に配置された接地電極が、該第１の信号電極に沿う第１の接地電極４１と該第２の信号電極に沿う第２の接地電極４２に分離されていることを特徴とする。

本発明に利用される電気光学効果を有する基板としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料、並びにこれらの材料を組み合わせた基板が利用可能である。特に、電気光学効果の高いニオブ酸リチウム（ＬＮ）結晶が好適に利用される。

基板に光導波路を形成する方法としては、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させることにより形成することができる。また、光導波路以外の基板をエッチングしたり、光導波路の両側に溝を形成するなど、基板に光導波路に対応する部分を凸状としたリッジ形状の導波路を利用することも可能である。本発明の進行波型光変調素子における光導波路の形状は、少なくとも一つのマッハツェンダー型光導波路を有している。複数のマッハツェンダー型光導波路を並列又は直列に配置したり、一つのメイン・マッハツェンダー型光導波路の各分岐導波路に、２つのサブ・マッハツェンダー型光導波路を組み込んだ入れ子型の光導波路であってもよい。

進行波型光変調素子では、基板上に信号電極や接地電極などの変調電極が形成される。このような電極は、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ_２等のバッファ層を設け、バッファ層の上に変調電極を形成することも可能である。

本発明の進行波型光変調素子の特徴は、図１に示すように、変調信号入力部（Ｔ１，Ｔ２）から作用部Ｓ（図１では、第１の信号電極３１における作用部を符号Ｓで図示している。）までの範囲において、２つの信号電極（３１，３２）の間に配置される接地電極が、分離されている。これにより、第１の信号電極３１を伝搬する変調信号が第２の信号電極３２に乗り移るような、電気のクロストーク現象が発生することを抑制することができる。

図１では、作用部においても接地電極（４１，４２）が分離されているが、本発明では、変調信号入力部から作用部までの少なくとも一部の領域で分離されていれば良い。特に、第１及び第２の信号電極が近接した場所や、図１のように、コの字状の遅延線路３３を形成し、他の信号電極に向かって変調信号であるマイクロ波が放出され易い場所において、接地電極を分離することが好ましい。

また、図１に示すように、作用部Ｓにおいても、接地電極（４１，４２）を分離することで、作用部における電気のクロストーク現象も抑制することが可能となる。特に、変調信号入力部（Ｔ１，Ｔ２）から作用部全体にかけて接地電極を分離することで、接地電極を介したクロストーク現象を効果的に抑制でき、光変調素子の変調特性の劣化を防止することができる。

図２は、本発明の進行波型光変調素子に係る第２の実施例を示す図である。作用部Ｓでの信号電極間の間隔が狭い状況では、図２に示すように、作用部Ｓにおいて、第１の接地電極４１と第２の接地電極４２とを一体化している。また、信号電極については、第２の信号電極の一部に遅延線路部を設けている。

図２の一点鎖線Ａ−Ａ'における断面図を図３に示す。本発明の進行波型光変調素子では、第１の接地電極と第２の接地電極に分離するため、第１又は第２の接地電極の幅が狭くなることが危惧される。接地電極の幅が狭くなると、信号電極を伝搬する変調信号に対して、接地電極の電位が安定せず、変調信号を安定して伝搬することが困難となる。

このため、本発明では、第１の接地電極４１の幅ｗ２は、第１の信号電極３１の幅ｗ１の２倍以上１０倍以下、又は、第２の接地電極４２の幅ｗ３は、第２信号電極３２の幅ｗ４の２倍以上１０倍以下としている。信号電極の幅に対して２倍以上の幅を有することで、接地電極の電位を安定化することが可能であり、１０倍を超えると、接地電極の幅が大きくなりすぎるため、配線に係る設計の自由度が制限されることとなる。

また、本発明では、図４に示すように、第１の接地電極４１と第２の接地電極４２との間に、電気的抵抗体５を配置することが好ましい。仮に、第１及び第２の接地電極（４１，４２）間で変調信号が漏れ出した場合でも、電気的抵抗体５により吸収されるため、電気のクロストーク現象が発生することを抑制することが可能となる。電気的抵抗体としては、フェライト等のマイクロ波を吸収できる素材であれば、特に限定されない。

さらに、図５に示すように、第１の接地電極４１と第２の接地電極４２との間、基板１に溝６を形成することも可能である。この溝６により、各接地電極を超えて伝搬する変調信号を基板外に放出することが可能となり、クロストーク現象の抑制が可能となる。

図６に示すように、信号電極間に配置される接地電極（４１，４２）を分離する領域は、変調信号入力部（Ｔ１，Ｔ２）から変調信号出力部（Ｔ３，Ｔ４）までの全領域に渡っても良い。これにより、信号電極間の電気のクロストーク現象を効果的に抑制することが可能となる。符号Ｌ１は光変調素子に入射する入射光であり、Ｌ２は出射光を示している。

以上のように、本発明に係る進行波型光変調素子によれば、基板の同じ側面側に２つの信号電極の入力部がある場合でも、電気のクロストークを抑制し、製造コストの増加も抑えた進行波型光変調素子を提供することが可能となる。

１電気光学効果を有する基板
２光導波路
２１，２２分岐導波路
３１第１の信号電極
３２第２の信号電極
４１第１の接地電極
４２第２の接地電極
５電気的抵抗体
６溝

Claims

電気光学効果を有する基板と、
該基板に形成されたマッハツェンダー型光導波路を含む光導波路と、
該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを備え、
該変調電極は、該マッハツェンダー型光導波路の２つの分岐導波路に対して、別々の変調信号を印加する第１の信号電極と第２の信号電極とを有し、かつ、該第１の信号電極と該第２の信号電極とは、各々が各分岐導波路に変調信号を印加する作用部において互いに並行に配置され、さらに、該第１の信号電極と該第２の信号電極とは、該基板の同じ側面側に変調信号入力部を有する進行波型光変調素子において、
該作用部の少なくとも一部において、該第１の信号電極と該第２の信号電極との間に配置された接地電極が一つの接地電極で構成され、
各信号電極の該変調信号入力部から、該変調信号が該分岐導波路に印加される作用部までの少なくとも一部の領域では、該第１の信号電極と該第２の信号電極との間に配置された接地電極が、該第１の信号電極に沿う第１の接地電極と該第２の信号電極に沿う第２の接地電極に分離され、かつ、該第１の接地電極の幅は、該第１の信号電極の幅の２倍以上１０倍以下、該第２の接地電極の幅は、該第２信号電極の幅の２倍以上１０倍以下に設定されていることを特徴とする進行波型光変調素子。
請求項１に記載の進行波型光変調素子において、該第１の信号電極と該第２の信号電極との間に配置された接地電極が、該作用部においても該第１の接地電極と該第２の接地電極に、少なくとも一部で分離されていることを特徴とする進行波型光変調素子。
電気光学効果を有する基板と、
該基板に形成されたマッハツェンダー型光導波路を含む光導波路と、
該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを備え、
該変調電極は、該マッハツェンダー型光導波路の２つの分岐導波路に対して、別々の変調信号を印加する第１の信号電極と第２の信号電極とを有し、かつ、該第１の信号電極と該第２の信号電極とは、各々が各分岐導波路に変調信号を印加する作用部において互いに並行に配置され、さらに、該第１の信号電極と該第２の信号電極とは、該基板の同じ側面側に変調信号入力部を有する進行波型光変調素子において、
各信号電極の該変調信号入力部から、変調信号出力部までの領域で、該第１の信号電極と該第２の信号電極との間に配置された接地電極が、該第１の信号電極に沿う第１の接地電極と該第２の信号電極に沿う第２の接地電極に分離されていることを特徴とする進行波型光変調素子。
請求項１乃至３のいずれかに記載の進行波型光変調素子において、該第１の接地電極と該第２の接地電極との間には電気的抵抗体又は溝が配置されていることを特徴とする進行波型光変調素子。