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JP6394244B2 - Light control element - Google Patents

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JP6394244B2 JP2014201320A JP2014201320A JP6394244B2 JP 6394244 B2 JP6394244 B2 JP 6394244B2 JP 2014201320 A JP2014201320 A JP 2014201320A JP 2014201320 A JP2014201320 A JP 2014201320A JP 6394244 B2 JP6394244 B2 JP 6394244B2
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徳一 宮崎
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は、光制御素子に関し、特に、同一基板上に複数の導波路型光素子を集積した集積型光制御素子に関する。   The present invention relates to an optical control element, and more particularly to an integrated optical control element in which a plurality of waveguide optical elements are integrated on the same substrate.

近年、光通信や光計測の分野においては、電気光学効果を有する基板上に光導波路を形成した、光変調器などの導波路型光素子が多く用いられている。導波路型光素子は、一般に、上記光導波路と共に当該光導波路内を伝搬する光波を制御するための制御電極を備える。   In recent years, in the fields of optical communication and optical measurement, a waveguide type optical element such as an optical modulator in which an optical waveguide is formed on a substrate having an electro-optic effect is often used. A waveguide-type optical element generally includes a control electrode for controlling a light wave propagating through the optical waveguide together with the optical waveguide.

このような導波路型光素子として、例えば強誘電体結晶であるニオブ酸リチウム(LiNbO3)(「LN」とも称する)を基板に用いたマッハツェンダ型光変調器が広く用いられている。マッハツェンダ型光変調器は、外部から光を導入するための入射導波路と、当該入射導波路により導入された光を2つの経路に分けて伝搬させるための分岐部と、分岐部の後段に分岐されたそれぞれの光を伝搬させる2本の並行導波路と、当該2本の並行導波路を伝搬した光を合波して外部へ出力するための出射導波路とにより構成されるマッハツェンダ型光導波路を備える。また、マッハツェンダ型光変調器は、電圧を印加することで、電気光学効果を利用して、上記並行導波路内を伝搬する光波の位相を変化させて制御するための制御電極を備える。当該制御電極は、一般に、上記並行導波路の上部又はその近傍に形成されたRF(高周波)信号電極(以下、「RF電極」と称する)と、当該RF電極に離間して配置された接地電極とで構成されている。 As such a waveguide type optical element, for example, a Mach-Zehnder type optical modulator using a ferroelectric crystal lithium niobate (LiNbO 3 ) (also referred to as “LN”) as a substrate is widely used. The Mach-Zehnder type optical modulator includes an incident waveguide for introducing light from the outside, a branching unit for propagating the light introduced by the incident waveguide in two paths, and a branching unit after the branching unit. Mach-Zehnder type optical waveguide composed of two parallel waveguides for propagating each of the generated light and an output waveguide for combining the light propagated through the two parallel waveguides and outputting them to the outside Is provided. In addition, the Mach-Zehnder optical modulator includes a control electrode for applying a voltage to change the phase of the light wave propagating in the parallel waveguide using the electro-optic effect. The control electrode generally includes an RF (high frequency) signal electrode (hereinafter referred to as an “RF electrode”) formed on or near the parallel waveguide, and a ground electrode spaced apart from the RF electrode. It consists of and.

LNを基板に用いたマッハツェンダ型光変調器では、いわゆるDCドリフト現象や温度ドリフト現象により、印加電圧に対する光出力特性がシフトするため、例えば変調器から出力される光変調波形に歪等が発生し、変調特性の変化(例えば、波形品質の劣化)が生じ得る。   In a Mach-Zehnder optical modulator using LN as a substrate, the optical output characteristics with respect to the applied voltage shift due to the so-called DC drift phenomenon and temperature drift phenomenon. For example, distortion occurs in the optical modulation waveform output from the modulator. Changes in modulation characteristics (for example, deterioration in waveform quality) may occur.

このようなドリフト現象に起因した変調特性の変化を防止する方法として、高周波信号電圧を印加するための、RF電極および接地電極のほかに、DC電圧を印加するための電極(以下、「DCバイアス電極」と称する)を並行導波路の上部、またはその近傍に配置して、ドリフト現象による電圧シフト量を補償する方法が知られている(特許文献1)。   As a method for preventing a change in modulation characteristics due to such a drift phenomenon, in addition to an RF electrode and a ground electrode for applying a high-frequency signal voltage, an electrode for applying a DC voltage (hereinafter referred to as “DC bias”). There is known a method in which a voltage shift amount due to a drift phenomenon is compensated by disposing an electrode (referred to as “electrode”) on or near the parallel waveguide (Patent Document 1).

また、上記の構成において、電圧シフト量を検出してDCバイアス電極に印加するDC電圧にフィードバック制御するために、光変調器から出力される変調光の品質に影響を与えない程度の小さな振幅及び低い周波数のディザー信号を重畳し、2本の並行導波路間に印加されるDC電圧の相対的電位差(以下、「DCバイアス電圧」と称する)を制御することが知られている(特許文献1)。   Further, in the above configuration, in order to detect the voltage shift amount and perform feedback control to the DC voltage applied to the DC bias electrode, the amplitude is small enough not to affect the quality of the modulated light output from the optical modulator, and It is known to superimpose a low-frequency dither signal and control the relative potential difference (hereinafter referred to as “DC bias voltage”) of a DC voltage applied between two parallel waveguides (Patent Document 1). ).

また、上記のDCバイアス電圧は、いずれの並行導波路側が高電位であってもよい。このため、2本の並行導波路(したがって、2つのDCバイアス電極)に印加するDC電圧の一方の電位を正電位とし、他方の電位を負電位とするプッシュプル動作を行う場合もある。この場合、所要のDCバイアス電圧に対して必要となるDC電源電圧を低減することができる。   Further, the DC bias voltage may have a high potential on any parallel waveguide side. For this reason, a push-pull operation may be performed in which one potential of the DC voltage applied to the two parallel waveguides (and thus two DC bias electrodes) is set to a positive potential and the other potential is set to a negative potential. In this case, the DC power supply voltage required for the required DC bias voltage can be reduced.

ところで、近年、光通信分野では、大容量高速光伝送のニーズに応えるべく、位相変調を用いた多値変調方式が検討され、一部商用化している。例えば、QPSK(四位相偏移変調、Quadrature Phase Shift Keying)や16QAM(直角位相振幅変調、Quadrature Amplitude Modulation)と称される光変調方式では、複数のマッハツェンダ型光変調器で構成されるネスト型光変調器が用いられている。   Incidentally, in recent years, in the field of optical communication, in order to meet the needs for large-capacity high-speed optical transmission, a multi-level modulation method using phase modulation has been studied and partially commercialized. For example, in an optical modulation system called QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) or 16 QAM (Quadrature Amplitude Modulation), a nested type light composed of a plurality of Mach-Zehnder optical modulators is used. A modulator is used.

このようなネスト型光変調器のサイズを小さくするためには、複数のマッハツェンダ型光変調器を同一基板上に集積することが考えられる。しかしながら、同一基板上において、複数のマッハツェンダ型光変調器が近接すると、一つのマッハツェンダ型光変調器のDCバイアス電極が他のマッハツェンダ型光変調器のDCバイアス電極に近接することとなる。この場合、例えば一つのマッハツェンダ型光変調器のDCバイアス電極と他のマッハツェンダ型光変調器のDCバイアス電極との間に電位差が存在する場合には、当該DCバイアス電極間において基板内部を通る電気力線が無視できなくなりそれぞれのマッハツェンダ型光変調器に適切なDCバイアス電圧が生じず、変調動作が不安定になるという問題が生ずる。   In order to reduce the size of such a nested optical modulator, it is conceivable to integrate a plurality of Mach-Zehnder optical modulators on the same substrate. However, when a plurality of Mach-Zehnder optical modulators are close to each other on the same substrate, the DC bias electrode of one Mach-Zehnder optical modulator is close to the DC bias electrode of another Mach-Zehnder optical modulator. In this case, for example, when a potential difference exists between the DC bias electrode of one Mach-Zehnder type optical modulator and the DC bias electrode of another Mach-Zehnder type optical modulator, the electric current passing through the inside of the substrate between the DC bias electrodes. Since the force lines cannot be ignored, an appropriate DC bias voltage is not generated in each Mach-Zehnder type optical modulator, and the modulation operation becomes unstable.

また、隣接するマッハツェンダ型光変調器のDCバイアス電極間において、空間を介した放射雑音による影響も無視できなくなる。   In addition, the influence of radiation noise through the space between the DC bias electrodes of adjacent Mach-Zehnder optical modulators cannot be ignored.

同一基板上に複数のマッハツェンダ型光変調器が形成される場合、隣接するマッハツェンダ型光変調器のDCバイアス電極間の干渉による変調動作の不安定現象を防止する一つの方法として、従来、隣接するDCバイアス電極を所定の距離以上離して形成する方法や、各マッハツェンダ型光変調器のディザー信号の周波数を異なるものとしたり、ディザー信号の振幅を極力小さくする方法が知られている。   In the case where a plurality of Mach-Zehnder type optical modulators are formed on the same substrate, as a method for preventing unstable phenomenon of modulation operation due to interference between DC bias electrodes of adjacent Mach-Zehnder type optical modulators, conventionally adjacent There are known a method of forming the DC bias electrodes at a predetermined distance or more, a method of making the frequency of the dither signal of each Mach-Zehnder type optical modulator different, and a method of reducing the amplitude of the dither signal as much as possible.

また、上記DCバイアス電極間の干渉による変調動作の不安定現象を防止する他の方法として、従来、隣接するマッハツェンダ型光変調器のDCバイアス電極間の基板部分に、溝を設ける方法(特許文献2)やグランドパターンを設ける方法(特許文献3)が知られている。   As another method for preventing the unstable phenomenon of the modulation operation due to the interference between the DC bias electrodes, conventionally, a method of providing a groove in the substrate portion between the DC bias electrodes of adjacent Mach-Zehnder optical modulators (Patent Document) 2) and a method of providing a ground pattern (Patent Document 3) are known.

しかしながら、隣接するマッハツェンダ型光変調器をDCバイアス電極を所定の距離以上離して形成する方法では、これら複数のマッハツェンダ型光変調器を集積化した光制御素子のサイズが大型化してしまう。また、当該大型化に伴って、1枚の基板ウェハ上に作製することのできる光制御素子の数が少なくなり、コストが増加してしまうという問題も生ずる。また、ディザー信号の周波数や振幅に制限を設ける方法では、光変調器を駆動する制御回路が複雑化したり、制御精度が厳しくなるという問題がある。   However, in the method of forming adjacent Mach-Zehnder type optical modulators with DC bias electrodes separated by a predetermined distance or more, the size of the light control element in which the plurality of Mach-Zehnder type optical modulators are integrated is increased. In addition, with the increase in size, the number of light control elements that can be manufactured on one substrate wafer is reduced, resulting in an increase in cost. Further, the method of limiting the frequency and amplitude of the dither signal has a problem that the control circuit for driving the optical modulator becomes complicated and the control accuracy becomes severe.

また、光変調器間の基板部分に溝を設ける方法やグランドパターンを設ける方法では、基板を通過する電気力線を介した干渉を緩和することはできるものの、上述した空間を介した電磁放射による干渉を十分に抑圧することはできない。特に、xPSKやQAM等の多値変調やアナログ変調、計測用途の高純度信号発生など高い変調精度が要求される用途においては、バイアス制御信号の干渉は深刻な問題である。たとえば、ネスト形マッハツェンダー干渉計構成の変調器を用いて光2トーン信号発生させる場合(特許文献4)、DCバイアス信号の干渉により、主マッハツェンダー変調器のバイアス電圧が最適状態から0.01%(半波長電圧比)の変動しただけでも、不要な光キャリア成分が6dB以上増大する。   In addition, the method of providing a groove in the substrate portion between the optical modulators and the method of providing a ground pattern can alleviate interference through electric lines of force that pass through the substrate, but by electromagnetic radiation through the space described above. The interference cannot be sufficiently suppressed. In particular, in applications requiring high modulation accuracy, such as multi-level modulation such as xPSK and QAM, analog modulation, and high-purity signal generation for measurement applications, interference of the bias control signal is a serious problem. For example, when an optical two-tone signal is generated using a modulator having a nested Mach-Zehnder interferometer (Patent Document 4), the bias voltage of the main Mach-Zehnder modulator is 0.01% from the optimum state due to interference of the DC bias signal ( Even if the half-wave voltage ratio is changed, an unnecessary optical carrier component is increased by 6 dB or more.

特開平5−224163号公報JP-A-5-224163 特開2009−053444号公報JP 2009-053444 A 特開2011−028014号公報JP 2011-028014 A 国際公開第2013/047829(A1)号パンフレットInternational Publication No. 2013/047829 (A1) Pamphlet

上記背景より、DCバイアス電極を備えた複数の導波路型光素子(例えば光変調器)を集積化した光制御素子において、隣接するDCバイアス電極間の干渉を有効に防止して集積度を向上することのできる構成の実現が望まれている。   Based on the above background, in a light control element in which a plurality of waveguide type optical elements (for example, optical modulators) equipped with DC bias electrodes are integrated, interference between adjacent DC bias electrodes is effectively prevented and the degree of integration is improved. Realization of a configuration that can be performed is desired.

本発明の一の態様は、電気光学効果を有する基板と、当該基板上に形成された、複数の光導波路と、を有する制御素子であって、当該光導波路を伝搬する光波を制御するRF電極と当該RF電極に離間して配置された第1の接地電極と、DC電圧を印加するためのDCバイアス電極とを備え、前記DCバイアス電極の延在方向の両側には、第2及び第3の接地電極があり、前記第2及び第3の接地電極は、前記DCバイアス電極を前記基板上方にて空間を介して覆うように接続されている。
本発明の他の態様によると、前記基板上に形成された複数の導波路型光素子の少なくとも一つは、マッハツェンダ型光導波路を備えた光変調器である。
本発明の他の態様によると、前記基板は、Xカット又はZカットのニオブ酸リチウムである。
本発明の他の態様によると、前記基板の厚さは、50μm以下であり、前記基板のうち、前記導波路型光素子が形成されている面と対向する面は、当該基板より低い誘電率を持つ材料又は空気に接触するよう構成される。
本発明の他の態様によると、前記第1、第2、及び第3の接地電極は、前記RF電極を形成する工程と同一の工程において形成され、かつ、メッキ法により形成される。
本発明の他の態様によると、前記第2及び第3の接地電極は、相異なる幅の開口を有する複数の金属膜を前記基板上に順次積層することにより、前記各DCバイアス電極を跨ぐように形成される。
本発明の他の態様によると、前記第2及び第3の接地電極は、前記基板上に前記各DCバイアス電極から所定距離離れて当該各DCバイアス電極と並走するように設けられた金属膜と、略板状の導電性部材とを接合して形成される。
本発明の他の態様では、前記接合は、フリップチップボンディングにより行われる。
本発明の他の態様によると、前記導電性部材は、前記DCバイアス電極を跨ぐように形成されたV溝を有する。
本発明の他の態様によると、前記導電性部材は、半導体材料の板である。
本発明の他の態様によると、前記第2及び第3の接地電極が前記各DCバイアス電極を跨ぐ部分の寸法は、前記第2及び第3の接地電極が前記基板に接触する部分と前記DCバイアス電極との間の基板面に沿面放電が生じないように定められる。
本発明の他の態様によると、前記寸法は、さらに、前記第2及び第3の接地電極が前記基板に接触する部分により、前記光導波路を伝搬する光が吸収されて損失を生じないように定められる。
One aspect of the present invention is a control element having a substrate having an electro-optic effect and a plurality of optical waveguides formed on the substrate, and an RF electrode for controlling a light wave propagating through the optical waveguide And a first ground electrode spaced apart from the RF electrode, and a DC bias electrode for applying a DC voltage, the second and third sides on both sides of the DC bias electrode in the extending direction. The second and third ground electrodes are connected so as to cover the DC bias electrode above the substrate through a space.
According to another aspect of the present invention, at least one of the plurality of waveguide type optical elements formed on the substrate is an optical modulator including a Mach-Zehnder type optical waveguide.
According to another aspect of the invention, the substrate is X-cut or Z-cut lithium niobate.
According to another aspect of the present invention, the substrate has a thickness of 50 μm or less, and a surface of the substrate that faces the surface on which the waveguide optical element is formed has a lower dielectric constant than the substrate. Configured to contact material or air with
According to another aspect of the present invention, the first, second, and third ground electrodes are formed in the same step as the step of forming the RF electrode, and are formed by a plating method.
According to another aspect of the present invention, the second and third ground electrodes are formed so as to straddle the DC bias electrodes by sequentially laminating a plurality of metal films having openings having different widths on the substrate. Formed.
According to another aspect of the present invention, the second and third ground electrodes are provided on the substrate so as to run in parallel with the DC bias electrodes at a predetermined distance from the DC bias electrodes. And a substantially plate-like conductive member.
In another aspect of the invention, the joining is performed by flip chip bonding.
According to another aspect of the present invention, the conductive member has a V-groove formed so as to straddle the DC bias electrode.
According to another aspect of the invention, the conductive member is a plate of semiconductor material.
According to another aspect of the present invention, the size of the portion where the second and third ground electrodes straddle each DC bias electrode is the same as the portion where the second and third ground electrodes contact the substrate and the DC. It is determined so that creeping discharge does not occur on the surface of the substrate between the bias electrode.
According to another aspect of the present invention, the dimension is further set such that the light propagating through the optical waveguide is not absorbed by the portion where the second and third ground electrodes are in contact with the substrate to cause loss. Determined.

本発明の第1の実施形態に係る光制御素子の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the light control element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示す光制御素子のAA断面矢視図である。It is an AA cross-sectional arrow view of the light control element shown in FIG. 金属層を積層することにより形成される接地電極の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the ground electrode formed by laminating | stacking a metal layer. 導電性部材の接合により形成される接地電極の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the ground electrode formed by joining of a conductive member. V溝を形成したシリコン板を用いた接地電極の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the ground electrode using the silicon plate in which V groove | channel was formed. 本発明の第2の実施形態に係る光制御素子の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the light control element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図6に示す光制御素子のBB断面矢視図である。FIG. 7 is a BB cross-sectional view of the light control element shown in FIG. 6.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

〔第1の実施形態〕
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光制御素子の構成を示す平面図である。
本光制御素子100は、例えば集積型光変調器であり、複数の導波路型光素子として2つのマッハツェンダ型の光変調器110a及び110b(それぞれ細い破線で図示した部分)が同一の基板102上に形成されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the light control element according to the first embodiment of the present invention.
The present light control element 100 is, for example, an integrated optical modulator, and two Mach-Zehnder optical modulators 110a and 110b (parts shown by thin broken lines) as a plurality of waveguide optical elements on the same substrate 102. Is formed.

光制御素子100は、例えばQPSK変調を行うものであり、同じ波長であって互いに対し90度だけ位相の異なる光が光変調器110a及び110bにそれぞれ入射し、光変調器110a及び110bにおいてそれぞれ位相変調され、それらの変調光の合波光がQPSK変調光として出力される。   The light control element 100 performs, for example, QPSK modulation, and lights having the same wavelength and different phases by 90 degrees with respect to each other are incident on the optical modulators 110a and 110b, respectively. Modulated and the combined light of these modulated lights is output as QPSK modulated light.

光変調器110aは、外部から光を導入するための入射導波路120aと、当該入射導波路120aにより導入された光を2つの経路に分けて伝搬させる2本の並行導波路122a及び124aと、当該並行導波路122a及び124aを伝搬した光を合波して出力するための出射導波路126aと、を備える(各導波路は、太い破線で図示されている)。また、光変調器110aは、並行導波路122a及び124aの、互いに隣接する部分に、所定の長さにわたってそれぞれ設けられたバイアス電極130a及び132a(いずれも図示点線部分)を備える。さらに、光変調器110aは、並行導波路122a上の、バイアス電極130aから所定距離離れた位置に、所定の長さにわたって設けられたRF電極134aを備える。   The optical modulator 110a includes an incident waveguide 120a for introducing light from the outside, two parallel waveguides 122a and 124a for propagating the light introduced by the incident waveguide 120a in two paths, And an output waveguide 126a for combining and outputting the light propagated through the parallel waveguides 122a and 124a (each waveguide is indicated by a thick broken line). In addition, the optical modulator 110a includes bias electrodes 130a and 132a (both indicated by dotted lines) provided over a predetermined length in adjacent portions of the parallel waveguides 122a and 124a. Furthermore, the optical modulator 110a includes an RF electrode 134a provided over a predetermined length at a position on the parallel waveguide 122a at a predetermined distance from the bias electrode 130a.

すなわち、バイアス電極130a、132aと、RF電極134aとは、光変調器110aが備える導波路(特に、並行導波路122a及び124a)を伝搬する光を制御するための制御電極を構成しており、これら制御電極により並行導波路122a及び124aにおいてそれぞれ制御された光が、出射導波路126aにおいて合波されて変調光となる。尚、図1では、バイアス電極130a、132a、及びRF電極134aは、それぞれ、図示縦方向に描かれた引き出しラインと繋がっており、それぞれの引き出しラインを介して外部の制御回路に接続される。   That is, the bias electrodes 130a and 132a and the RF electrode 134a constitute a control electrode for controlling light propagating through the waveguide (particularly the parallel waveguides 122a and 124a) included in the optical modulator 110a. The lights controlled in the parallel waveguides 122a and 124a by these control electrodes are combined in the output waveguide 126a to become modulated light. In FIG. 1, the bias electrodes 130a and 132a and the RF electrode 134a are connected to lead lines drawn in the vertical direction in the drawing, and are connected to an external control circuit via the lead lines.

同様に、光変調器110bは、外部から光を導入するための入射導波路120bと、当該入射導波路120bにより導入された光を2つの経路に分けて伝搬させる2本の並行導波路122b及び124bと、当該並行導波路122b及び124bを伝搬した光を合波して出力するための出射導波路126bと、を備える。また、光変調器110bは、並行導波路122bと124bの、互いに隣接する部分に、所定の長さにわたってそれぞれ設けられたバイアス電極130b及び132b(いずれも図示点線部分)を備える。さらに、光変調器110bは、並行導波路122b上の、バイアス電極130bから所定距離離れた位置に、所定の長さにわたって設けられたRF電極134bを備える。   Similarly, the optical modulator 110b includes an incident waveguide 120b for introducing light from the outside, two parallel waveguides 122b for propagating the light introduced by the incident waveguide 120b in two paths, and 124b, and an output waveguide 126b for combining and outputting the light propagated through the parallel waveguides 122b and 124b. In addition, the optical modulator 110b includes bias electrodes 130b and 132b (both indicated by dotted lines) provided over a predetermined length in adjacent portions of the parallel waveguides 122b and 124b. Further, the optical modulator 110b includes an RF electrode 134b provided over a predetermined length on the parallel waveguide 122b at a position away from the bias electrode 130b by a predetermined distance.

すなわち、バイアス電極130b、132bと、RF電極134bとは、光変調器110bの導波路部分(特に、並行導波路122b及び124b)を伝搬する光を制御する制御電極を構成しており、これら制御電極により並行導波路122b及び124bにおいてそれぞれ制御された光が、出射導波路126bにおいて合波されて変調光となる。尚、図1では、バイアス電極130b、132b、及びRF電極134bは、それぞれ、図示縦方向に描かれた引き出しラインと繋がっており、それぞれの引き出しラインを介して外部の制御回路に接続される。   That is, the bias electrodes 130b and 132b and the RF electrode 134b constitute a control electrode that controls light propagating through the waveguide portion (particularly, the parallel waveguides 122b and 124b) of the optical modulator 110b. The lights controlled by the electrodes in the parallel waveguides 122b and 124b are combined in the output waveguide 126b to become modulated light. In FIG. 1, the bias electrodes 130b and 132b and the RF electrode 134b are connected to lead lines drawn in the vertical direction in the drawing, and are connected to an external control circuit via the lead lines.

また、光制御素子100は、光変調器110aの出射導波路126aからの変調光と、光変調器110bの出射導波路126bからの変調光と、を合波して外部へ出力するための出力導波路128を備える。   In addition, the light control element 100 combines the modulated light from the output waveguide 126a of the optical modulator 110a and the modulated light from the output waveguide 126b of the optical modulator 110b and outputs the output to the outside. A waveguide 128 is provided.

基板102は、例えばLN(ニオブ酸リチウム、LiNbO)基板であり、各導波路120a〜126a、120b〜126b、128は、例えば基板102上においてフォトリソグラフィとスパッタリング等の手法により所望の導波路パターンを形成するように堆積された金属チタン(Ti)を、基板102内部へ熱拡散させることにより形成することができる。なお、LNを用いた基板102への上記導波路の形成は、上述のTi熱拡散法に限らず、プロトン交換法等の他の公知の手法により行うことができる。また、基板102としては、上記LNのほか、タンタル酸リチウムや、PLZT(ジルコン酸チタン酸鉛ランタン)、電気光学ポリマー等、電界印加により所要の屈折率変化を誘起することのできる電気光学定数を持った素材とすることができる。 The substrate 102 is, for example, an LN (lithium niobate, LiNbO 3 ) substrate, and each of the waveguides 120a to 126a, 120b to 126b, and 128 has a desired waveguide pattern on the substrate 102 by a technique such as photolithography and sputtering. The metal titanium (Ti) deposited to form the film can be formed by thermally diffusing into the substrate 102. The formation of the waveguide on the substrate 102 using LN is not limited to the Ti thermal diffusion method described above, and can be performed by other known methods such as a proton exchange method. In addition to the above LN, the substrate 102 has an electro-optic constant capable of inducing a required refractive index change by applying an electric field, such as lithium tantalate, PLZT (lead lanthanum zirconate titanate), and an electro-optic polymer. It can be used as a material.

バイアス電極130a、132a、130b、132b、及びRF電極134a、134bは、例えばTi又はCrを下地としてAu又はAl等の金属により形成した金属電極とすることができる。   The bias electrodes 130a, 132a, 130b, and 132b and the RF electrodes 134a and 134b can be metal electrodes formed of a metal such as Au or Al with Ti or Cr as a base, for example.

また、本実施形態において基板102に用いたLN基板はZカット基板であり、導波路に対し基板深さ方向に電界を印加する必要があるため、バイアス電極130a、132a、及びRF電極134a、並びにバイアス電極130b、132b、及びRF電極134bは、対応する並行導波路122a、124a、122b、又は124bの直上部に、バッファ層104を介して形成されている(図2参照)。バッファ層104は、導波路(122a等)を伝搬する光が、その上部の電極(130a等)の金属により吸収されて損失を受けるのを防止するためのものであり、例えばSiO等の誘電体により構成される。また、長期的に徐々におこるバイアスドリフト(いわゆるDCドリフト現象)を低減するために、バッファ層104のSiOには、通常、In、TiやSnなどの不純物をドープして電気抵抗値を小さくすることが行われる(例えば、特許第3001027号公報参照)。さらに、温度変化に伴って発生するバイアスドリフト(いわゆる温度ドリフト現象)を抑圧するために、バッファ層104の表層には、通常、電荷分散効果を有するシリコンなどの半導電性の薄膜が形成される(例えば、特公平4−22485号公報参照)。 In this embodiment, the LN substrate used as the substrate 102 is a Z-cut substrate, and it is necessary to apply an electric field in the substrate depth direction to the waveguide. Therefore, the bias electrodes 130a and 132a, the RF electrode 134a, and The bias electrodes 130b and 132b and the RF electrode 134b are formed directly above the corresponding parallel waveguides 122a, 124a, 122b, or 124b via the buffer layer 104 (see FIG. 2). Buffer layer 104, the light propagating through the waveguide (122a, etc.) is provided for preventing the receiving loss is absorbed by the metal of the upper electrode (130a, etc.), for example a dielectric such as SiO 2 Consists of the body. In addition, in order to reduce bias drift (so-called DC drift phenomenon) that gradually occurs in the long term, the SiO 2 of the buffer layer 104 is usually doped with impurities such as In, Ti, Sn, etc. to reduce the electric resistance value. (For example, refer to Japanese Patent No. 3001027). Further, in order to suppress a bias drift (so-called temperature drift phenomenon) that occurs with a temperature change, a semiconductive thin film such as silicon having a charge dispersion effect is usually formed on the surface layer of the buffer layer 104. (For example, see Japanese Patent Publication No. 4-22485).

また、基板102上のバッファ層104の上には、RF電極134a及び134bをそれぞれ挟むように接地電極140、142、144が形成されている(図1参照)。これにより、RF134aは、接地電極140、142と共にコプレーナ電極を構成しており、RF134bは、接地電極142、144と共にコプレーナ電極を構成している。   Also, ground electrodes 140, 142, and 144 are formed on the buffer layer 104 on the substrate 102 so as to sandwich the RF electrodes 134a and 134b, respectively (see FIG. 1). Accordingly, the RF 134a constitutes a coplanar electrode together with the ground electrodes 140 and 142, and the RF 134b constitutes a coplanar electrode together with the ground electrodes 142 and 144.

さらに、基板102上のバッファ層104上には、バイアス電極130a、132a、130b、及び132bを覆い、且つこれらのバイアス電極をそれぞれ跨ぐように形成された、接地電極146が設けられている。   Further, on the buffer layer 104 on the substrate 102, a ground electrode 146 is provided so as to cover the bias electrodes 130a, 132a, 130b, and 132b and to straddle the bias electrodes.

図2は、図1に示す光制御素子100のAA断面の矢視図である。接地電極146は、バッファ層104を介して基板102上に形成されている。また接地電極146は、光変調器110a、110bの並行導波路122a、124a、122b、124の上に形成されたバイアス電極130a、132a、130b、132bを覆うように形成され、且つこれらのバイアス電極をそれぞれ跨ぐように、ブリッジ150a、152a、150b、及び152bが形成されている。   FIG. 2 is an arrow view of the AA cross section of the light control element 100 shown in FIG. The ground electrode 146 is formed on the substrate 102 via the buffer layer 104. The ground electrode 146 is formed so as to cover the bias electrodes 130a, 132a, 130b, 132b formed on the parallel waveguides 122a, 124a, 122b, 124 of the optical modulators 110a, 110b, and these bias electrodes. Bridges 150a, 152a, 150b, and 152b are formed so as to straddle each.

これにより、光制御素子100は、隣接する光変調器110aと110bとの間のバイアス電極間において、基板102内部を通る電気力線による干渉が防止されるのみならず、空間を伝搬する電磁放射による干渉も効果的に防止されることとなる。   As a result, the light control element 100 not only prevents interference due to electric lines of force passing through the substrate 102 between the bias electrodes between the adjacent light modulators 110a and 110b, but also electromagnetic radiation propagating in space. Interference due to the above is effectively prevented.

すなわち、基板102内部を通る電気力線による干渉は、各バイアス電極130a、132a、130b、132bを一端とする各電気力線が、当該各バイアス電極に隣接する接地電極146と基板102(より正確にはバッファ層104)との接触部分により終端されることにより、防止される。そして、これと同時に、空間を伝搬する電磁放射による干渉は、各バイアス電極130a、132a、130b、132bからの電磁放射が、当該各バイアス電極を跨ぐように形成されたブリッジ150a、152a、150b、及び152bによりそれぞれシールドされることにより、防止される。   In other words, the interference due to the electric lines of force passing through the inside of the substrate 102 is caused by the electric lines of force having one end of each bias electrode 130a, 132a, 130b, 132b as the ground electrode 146 adjacent to each bias electrode and the substrate 102 (more accurately This is prevented by being terminated at the contact portion with the buffer layer 104). At the same time, the interference caused by electromagnetic radiation propagating in the space is caused by the bridges 150a, 152a, 150b formed so that the electromagnetic radiation from each bias electrode 130a, 132a, 130b, 132b straddles each bias electrode. And 152b are prevented by being shielded respectively.

なお、図2では、ブリッジ150a、152a、150b、及び152bの形状を半円で示しているが、これらのブリッジの形状はこれに限らず任意の形状とすることができ、例えば半長丸、長半楕円、あるいは任意の多角形とすることができる。   In FIG. 2, the shapes of the bridges 150a, 152a, 150b, and 152b are shown as semicircles. However, the shape of these bridges is not limited to this, and may be any shape. It can be a long semi-ellipse or an arbitrary polygon.

接地電極146は、例えばMMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuits)の製造工程において回路素子間の空中接続配線(エアブリッジ)の形成に用いられるプロセスと同様のプロセスにより実現することができる。この場合、ブリッジ部分を構成するための犠牲層(金属堆積後に除去されてブリッジを構成する部分)の素材としては、フォトレジストや、ニッケル、クロム、ニクロムなどの金属を用いることができる。   The ground electrode 146 can be realized, for example, by a process similar to the process used to form an air connection wiring (air bridge) between circuit elements in a manufacturing process of MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits). In this case, as a material for the sacrificial layer (portion that is removed after metal deposition to form the bridge) for forming the bridge portion, a photoresist or a metal such as nickel, chromium, or nichrome can be used.

また、バイアス電極130a、132a、130b、及び132bは、RF電極134a、134bのように数十GHzに及ぶ信号周波数を扱うものではないため、アスペクト比の大きい背の高い電極とする必要はなく、その厚さは例えば500Å〜5μm程度であれば十分である。このため、ブリッジ150a、152a、150b、及び152bの高さも、これに応じて低くすることができ、その結果、接地電極146の厚さは、例えば50〜100μm程度であればよい。   In addition, the bias electrodes 130a, 132a, 130b, and 132b do not handle signal frequencies extending to several tens of GHz unlike the RF electrodes 134a and 134b, and therefore do not need to be tall electrodes with a large aspect ratio. For example, a thickness of about 500 to 5 μm is sufficient. For this reason, the height of the bridges 150a, 152a, 150b, and 152b can be lowered accordingly, and as a result, the thickness of the ground electrode 146 may be about 50 to 100 μm, for example.

この厚さは、上述した背の高いセンタストリップとして形成されるRF電極材料の堆積厚さと同等であり、したがって、接地電極146の材料堆積は、RF電極材料の堆積に用いるものと同じメッキプロセス(メッキ法)を用いて、例えばRF電極材料を堆積する工程と同一の工程において行うことができる。例えば、ブリッジ部分となる上述の犠牲層(フォトレジスト等)をバッファ層104上に堆積した後、RF電極134a、134bの材料を堆積する際に、これと同じ材料により接地電極146も堆積させ、その後に犠牲層をエッチング除去することで、ブリッジ150a、152a、150b、及び152bを容易に形成することができる。この場合には、接地電極146の素材や犠牲層に用いる素材に制限があるものの、少ない工程で接地電極146を形成することができ、製造コストの点で有利である。   This thickness is equivalent to the deposition thickness of the RF electrode material formed as a tall center strip as described above, and therefore the material deposition of the ground electrode 146 is the same plating process as used for the deposition of the RF electrode material ( For example, in the same step as the step of depositing the RF electrode material, a plating method can be used. For example, after depositing the sacrificial layer (photoresist etc.) to be the bridge portion on the buffer layer 104, when depositing the material of the RF electrodes 134a, 134b, the ground electrode 146 is also deposited by the same material, Thereafter, the sacrificial layer is removed by etching, whereby the bridges 150a, 152a, 150b, and 152b can be easily formed. In this case, although the material of the ground electrode 146 and the material used for the sacrificial layer are limited, the ground electrode 146 can be formed with a small number of steps, which is advantageous in terms of manufacturing cost.

また、接地電極146の形成は、所定の幅の開口を有する少なくとも一つの金属層を含む、複数の金属膜を基板102上に積層して、各バイアス電極130a、132a、130b、132bを跨ぐように構成するものとすることもできる。   The ground electrode 146 is formed by stacking a plurality of metal films including at least one metal layer having an opening having a predetermined width on the substrate 102 so as to straddle the bias electrodes 130a, 132a, 130b, and 132b. It can also be configured as follows.

図3は、金属層を積層することにより形成される接地電極の例を示す断面図である。図示の接地電極346は、図2の接地電極146に代えて光制御素子100に用いることができる。本接地電極346は、バイアス電極130a、132a、130b、及び132bをそれぞれ跨ぐブリッジ350a、352a、350b、及び352bを構成するための開口を有する2つの金属層360a、360bと、開口を有さない金属層360cとを、基板102上にバッファ層104を介して積層させることで形成されている。なお、積層する金属層の数は3に限らず、ブリッジ350a、352a、350b、352bについて所望される形状に応じて、4つ以上の金属層を積層するものとすることができる。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a ground electrode formed by laminating metal layers. The illustrated ground electrode 346 can be used in the light control element 100 in place of the ground electrode 146 of FIG. The ground electrode 346 has two metal layers 360a and 360b having openings for forming the bridges 350a, 352a, 350b, and 352b straddling the bias electrodes 130a, 132a, 130b, and 132b, respectively, and has no openings. The metal layer 360 c is formed by being stacked on the substrate 102 with the buffer layer 104 interposed therebetween. Note that the number of metal layers to be stacked is not limited to three, and four or more metal layers can be stacked in accordance with a desired shape for the bridges 350a, 352a, 350b, and 352b.

さらに、図1及び図2において、接地電極146は、ブリッジ150a、152a、150b、及び152bによりバイアス電極を跨ぐように形成された導電材料であればよく、必ずしもその全体がバッファ層104上への材料堆積により形成される必要はない。したがって、例えば、バイアス電極130a、132a、130b、132bをそれぞれ跨ぐように構成された4つの溝を形成した略板状または溝を形成した導電性部材を、各バイアス電極130a、132a、130b、132bから所定距離離れて並走するように設けられた金属膜に対し、例えばフリップチップボンディングにより接合して、接地電極146を構成するものとすることもできる。この場合には、上記メッキプロセスとは異なり犠牲層を用いる必要は無い。   Further, in FIGS. 1 and 2, the ground electrode 146 may be a conductive material formed so as to straddle the bias electrode by the bridges 150 a, 152 a, 150 b, and 152 b, and the entirety thereof is not necessarily formed on the buffer layer 104. It need not be formed by material deposition. Therefore, for example, a substantially plate-like or four-groove conductive member formed so as to straddle the bias electrodes 130a, 132a, 130b, and 132b is replaced with each bias electrode 130a, 132a, 130b, and 132b. The ground electrode 146 may be configured by bonding to a metal film provided so as to run in parallel at a predetermined distance from, for example, by flip chip bonding. In this case, unlike the plating process, it is not necessary to use a sacrificial layer.

図4は、導電性部材の接合により形成される接地電極の例を示す断面図である。図4に示す接地電極446は、図2に示す接地電極146に代えて光制御素子100に用いることができる。本接地電極446は、バイアス電極130a、132a、130b、及び132bをそれぞれ跨ぐブリッジ450a、452a、450b、及び452bを構成するための4つの溝部を設けた略板状の導電性部材460(例えばアルミニウム板)と、各バイアス電極130a、132a、130b、132bから所定の距離だけ離れて並走するように設けられた金属膜462a、462b、462c、462d、462eとにより構成される。導電性部材460の、金属膜462a、462b、462c、462d、462eと対向する部分には、ハンダバンプ464a、464b、464c、464d、464eが設けられており、これらのハンダバンプを用いて、導電性部材460が、フリップチップボンディングにより金属膜462a、462b、462c、462d,462eに接合されて、基板102に固定される。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a ground electrode formed by joining conductive members. The ground electrode 446 shown in FIG. 4 can be used for the light control element 100 in place of the ground electrode 146 shown in FIG. The ground electrode 446 is a substantially plate-like conductive member 460 (for example, aluminum) provided with four grooves for constituting the bridges 450a, 452a, 450b, and 452b straddling the bias electrodes 130a, 132a, 130b, and 132b, respectively. Plate) and metal films 462a, 462b, 462c, 462d, and 462e provided so as to run parallel to each bias electrode 130a, 132a, 130b, and 132b by a predetermined distance. Solder bumps 464a, 464b, 464c, 464d, and 464e are provided on portions of the conductive member 460 that face the metal films 462a, 462b, 462c, 462d, and 462e. Using these solder bumps, the conductive member is provided. 460 is bonded to the metal films 462a, 462b, 462c, 462d, and 462e by flip chip bonding and fixed to the substrate 102.

接地電極146の他の代替例として、ブリッジ150a、152a、150b、及び152bを逆V字型の形状とするものとし、バイアス電極130a、132a、130b、132bをそれぞれ跨ぐように構成された4つのV溝を形成した導電性部材(例えば、シリコン板)を、各バイアス電極130a、132a、130b、132bを挟んで並走するように設けられた金属膜と接合することにより、接地電極146を形成するものとすることができる。   As another alternative example of the ground electrode 146, the bridges 150a, 152a, 150b, and 152b are formed in an inverted V shape, and are configured to straddle the bias electrodes 130a, 132a, 130b, and 132b, respectively. A grounding electrode 146 is formed by bonding a conductive member (for example, a silicon plate) having a V-groove to a metal film provided so as to run in parallel across the bias electrodes 130a, 132a, 130b, and 132b. Can be.

図5は、V溝を形成したシリコン板を用いた接地電極の例を示す断面図である。図5に示す接地電極546は、図2に示す接地電極146に代えて光制御素子100に用いることができる。本接地電極546は、バイアス電極130a、132a、130b、及び132bをそれぞれ跨ぐブリッジ550a、552a、550b、及び552bを構成するための4つのV溝部を設けた導電性部材であるシリコン板560と、各バイアス電極130a、132a、130b、132bから所定の距離だけ離れて並走するように設けられた金属膜562a、562b、562c、562d、562eとにより構成されている。シリコン板560のうちV溝が形成されていない平坦部分には、例えばAu等の薄膜が堆積されており、当該平坦部と金属膜562a、562b、562c、562d、562eとが(ハンダ等により)接合されることにより、シリコン板560が基板102に固定される。なお、シリコン板560にハンダバンプを設けて、シリコン板560と金属膜562a、562b、562c、562d、562eとをフリップチップボンディングにより接合することもできる。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a ground electrode using a silicon plate in which a V-groove is formed. The ground electrode 546 shown in FIG. 5 can be used for the light control element 100 in place of the ground electrode 146 shown in FIG. The ground electrode 546 includes a silicon plate 560 that is a conductive member provided with four V-groove portions for constituting the bridges 550a, 552a, 550b, and 552b over the bias electrodes 130a, 132a, 130b, and 132b, respectively. Each of the bias electrodes 130a, 132a, 130b, and 132b includes metal films 562a, 562b, 562c, 562d, and 562e provided so as to run in parallel at a predetermined distance. For example, a thin film such as Au is deposited on the flat portion of the silicon plate 560 where the V-groove is not formed, and the flat portion and the metal films 562a, 562b, 562c, 562d, 562e (with solder or the like). By bonding, the silicon plate 560 is fixed to the substrate 102. Note that a solder bump may be provided on the silicon plate 560, and the silicon plate 560 and the metal films 562a, 562b, 562c, 562d, and 562e may be joined by flip chip bonding.

上述した多層金属膜や導電性部材を用いて接地電極146を形成する構成では、RF電極134a、134bのための材料堆積とは異なる工程を用いて接地電極146を形成することとなるため、接地電極146の材料をRF電極134a、134bの材料と同一とする必要はなく、材料選択の自由度が増す。   In the configuration in which the ground electrode 146 is formed using the multilayer metal film or the conductive member described above, the ground electrode 146 is formed using a process different from the material deposition for the RF electrodes 134a and 134b. The material of the electrode 146 does not need to be the same as that of the RF electrodes 134a and 134b, and the degree of freedom in material selection is increased.

なお、本実施形態に係る光制御素子100の基板102の厚さに制限はないが、例えば基板102の厚さを50μm以下とし、光制御素子100が形成されている面(すなわち、導波路型光素子である光変調器110a、110bが形成されている面)と対向する面を、基板102より低い誘電率を持つ材料又は空気と接触するように構成すれば、隣接するバイアス電極132aと130bとの間に発生する基板102内部を通る電気力線を更に低減させて、当該電気力線を介した光変調器110a、110b間の干渉を更に有効に低減することができる。   The thickness of the substrate 102 of the light control element 100 according to the present embodiment is not limited. For example, the thickness of the substrate 102 is 50 μm or less, and the surface on which the light control element 100 is formed (that is, the waveguide type). If the surface opposite to the surface on which the optical modulators 110a and 110b, which are optical elements) are formed so as to be in contact with a material having a dielectric constant lower than that of the substrate 102 or air, the adjacent bias electrodes 132a and 130b are adjacent to each other. The electric lines of force passing through the substrate 102 generated between the optical modulators 110a and 110b through the electric lines of force can be further reduced.

〔第2の実施形態〕
本発明の第2の実施形態に係る光制御素子は、基板としてXカットのLNを用いる点が第1の実施形態における光制御素子100と異なる。
図6は、本発明の第2の実施形態に係る光制御素子の構成を示す平面図である。また、図7は、図6に示す光制御素子600のBB断面の矢視図である。
[Second Embodiment]
The light control element according to the second embodiment of the present invention is different from the light control element 100 according to the first embodiment in that X-cut LN is used as a substrate.
FIG. 6 is a plan view showing the configuration of the light control element according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view of the light control element 600 shown in FIG.

なお、図6、図7に示す光制御素子600の構成要素のうち、図1、図2に示す光制御素子100と同一の構成要素については、図1、図2における符号と同じ符号を用いて示すものとし、当該構成要素についての上述の説明を援用するものとする。   Of the components of the light control element 600 shown in FIGS. 6 and 7, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 are used for the same components as those of the light control element 100 shown in FIGS. The above description of the component is incorporated herein by reference.

光制御素子600は、基板602としてXカットのLNを用いている。このため、導波路に対し基板面に並行に電界を印加する必要があることから、バイアス電極630a、632a、630b、632b(いずれも図示点線部分)、及びRF電極634a、634bは、並行導波路122a、124a、122b、124bの直上部ではなく、対応する並行導波路122a、124a、122b、又は124bの側方(図示上下方向にずれた位置)においてそれぞれ所定の距離に亘って並走するように形成されている。   The light control element 600 uses X-cut LN as the substrate 602. For this reason, since it is necessary to apply an electric field in parallel to the substrate surface with respect to the waveguide, the bias electrodes 630a, 632a, 630b, 632b (all shown with dotted lines) and the RF electrodes 634a, 634b Rather than directly above 122a, 124a, 122b, 124b, they run in parallel over a predetermined distance on the side of the corresponding parallel waveguides 122a, 124a, 122b, or 124b (positions shifted in the vertical direction in the figure). Is formed.

導波路の直上部に電極が形成されないことから、並行導波路122a、124a、122b、124を伝搬する光は、バイアス電極130a、132a、130b、132b及びRF電極634a、634bにより吸収されないため、基板602上にはバッファ層は設けられていない。ただし、基板602上にSiO等のバッファ層を設けるものとしてもよい。バッファ層を設けた場合には、例えば並行導波路122aを伝搬する光が、当該並行導波路122aと交差するバイアス電極632aの部分により吸収されて損失を受けるのを回避することができる等、細かな光損失の発生を回避することができる。 Since no electrode is formed immediately above the waveguide, the light propagating through the parallel waveguides 122a, 124a, 122b, 124 is not absorbed by the bias electrodes 130a, 132a, 130b, 132b and the RF electrodes 634a, 634b. A buffer layer is not provided on 602. However, a buffer layer such as SiO 2 may be provided on the substrate 602. When the buffer layer is provided, for example, it is possible to prevent light propagating through the parallel waveguide 122a from being absorbed by the portion of the bias electrode 632a intersecting with the parallel waveguide 122a and receiving loss. Generation of light loss can be avoided.

基板602上には、RF電極634a及び634bをそれぞれ挟むように接地電極640、642、644が形成されている(図3参照)。これにより、RF634aは、接地電極640、642と共にコプレーナ電極を構成しており、RF634bも、接地電極642、644と共にコプレーナ電極を構成している。   On the substrate 602, ground electrodes 640, 642, and 644 are formed so as to sandwich the RF electrodes 634a and 634b, respectively (see FIG. 3). As a result, the RF 634a constitutes a coplanar electrode together with the ground electrodes 640 and 642, and the RF 634b constitutes a coplanar electrode together with the ground electrodes 642 and 644.

さらに、基板602上には、バイアス電極630a、632a、630b、及び632bを覆い、且つこれらのバイアス電極をそれぞれ跨ぐように形成された、接地電極646が設けられている。   Furthermore, a ground electrode 646 is provided on the substrate 602 so as to cover the bias electrodes 630a, 632a, 630b, and 632b and to straddle the bias electrodes.

図7に示すように、接地電極646は、基板602上に形成されている。また、接地電極646は、光変調器610a、610bの並行導波路122a、124a、122b、124の近傍に形成されたバイアス電極630a、632a、630b、632bを覆うように形成され、且つこれらのバイアス電極をそれぞれ跨ぐように、ブリッジ650a、652a、650b、及び652bが形成されている。   As shown in FIG. 7, the ground electrode 646 is formed on the substrate 602. The ground electrode 646 is formed so as to cover the bias electrodes 630a, 632a, 630b, and 632b formed in the vicinity of the parallel waveguides 122a, 124a, 122b, and 124 of the optical modulators 610a and 610b. Bridges 650a, 652a, 650b, and 652b are formed so as to straddle the electrodes, respectively.

これにより、光制御素子600は、第1の実施形態に係る光制御素子100と同様に、隣接する光変調器610aと610bとの間のバイアス電極間において、基板602内部を通る電気力線による干渉が防止されるのみならず、空間を伝搬する電磁放射による干渉も効果的に防止されることとなる。   Thereby, the light control element 600 is caused by the lines of electric force passing through the substrate 602 between the bias electrodes between the adjacent light modulators 610a and 610b, similarly to the light control element 100 according to the first embodiment. This not only prevents interference, but also effectively prevents interference due to electromagnetic radiation propagating in space.

すなわち、基板602内部を通る電気力線による干渉は、各バイアス電極630a、632a、630b、632bを一端とする各電気力線が当該各バイアス電極に隣接する接地電極646と基板602との接触部分により終端されることにより、防止される。そして、これと同時に、空間を伝搬する電磁放射による干渉は、各バイアス電極630a、632a、630b、632bからの電磁放射が、当該各バイアス電極を跨ぐように形成されたブリッジ650a、652a、650b、及び652bによりそれぞれシールドされることにより、防止される。   That is, the interference due to the electric lines of force passing through the inside of the substrate 602 is caused by the contact portion between the ground electrode 646 adjacent to each bias electrode and the substrate 602 with each electric line of force having each bias electrode 630a, 632a, 630b, 632b as one end. It is prevented by terminating by. At the same time, interference caused by electromagnetic radiation propagating in the space is caused by the bridges 650a, 652a, 650b formed so that the electromagnetic radiation from each bias electrode 630a, 632a, 630b, 632b straddles each bias electrode. And 652b are prevented by being shielded respectively.

なお、基板602への各導波路120a〜126a、120b〜126b、128の作製方法(プロセス)、電極630a〜634a、630b〜634bの作製方法、接地電極640〜646の作製方法は、上述した第1の実施形態に係る光制御素子における対応する各導波路、各電極、及び各接地電極の作製方法と同様である。   In addition, the manufacturing method (process) of each waveguide 120a-126a, 120b-126b, 128 to the board | substrate 602, the manufacturing method of electrode 630a-634a, 630b-634b, and the manufacturing method of the ground electrodes 640-646 are mentioned above. This is the same as the manufacturing method of each corresponding waveguide, each electrode, and each ground electrode in the light control element according to the embodiment.

また、接地電極646のブリッジ650a、652a、650b、650bの寸法については、バイアス電極630a、632a、630b、632bと、各バイアス電極に隣接するブリッジ650a、652a、650b、650bとの間の、基板602の表面に沿った沿面放電を回避できる寸法とすることに加えて、各並行導波路122a、124a,122b、124bを伝搬する光についての接地電極646による吸収損失が生じない寸法とする必要がある。例えば、並行導波路122a、124a,122b、124bを通る光のフィールド径を10μmとする場合には、当該光フィールドの縁部と、隣接するブリッジ(650a、652a、650b、又は650b)と基板602との接触部までの距離は、少なくとも2.5μm程度確保されている必要がある(上記光フィールドの縁部と、隣接するバイアス電極630a、632a、630b、又は632bまでの距離も、同様に、少なくとも2.5μm程度確保されている必要がある)。   In addition, regarding the dimensions of the bridges 650a, 652a, 650b, and 650b of the ground electrode 646, the substrate between the bias electrodes 630a, 632a, 630b, and 632b and the bridges 650a, 652a, 650b, and 650b adjacent to each bias electrode is used. In addition to the dimension capable of avoiding creeping discharge along the surface of 602, it is necessary to have a dimension that does not cause absorption loss due to the ground electrode 646 for light propagating through each parallel waveguide 122a, 124a, 122b, 124b. is there. For example, when the field diameter of light passing through the parallel waveguides 122a, 124a, 122b, and 124b is 10 μm, the edge of the light field, the adjacent bridge (650a, 652a, 650b, or 650b), and the substrate 602 are used. It is necessary that the distance to the contact portion is at least about 2.5 μm (the distance between the edge of the optical field and the adjacent bias electrodes 630a, 632a, 630b, or 632b is similarly It is necessary to secure at least about 2.5 μm).

基板としてXカットのLNを用いた場合、Zカットを用いた場合と異なり、バッファー層や電荷分散膜が不要である。LN結晶からなる基板302は高抵抗の絶縁体であり、電気抵抗が小さい材料の膜がないため、バイアス電極130a、132a、130b、132bと接地電極646と間の電気抵抗値は、ZカットのLNを用いた場合より格段に大きい。電極間の距離や電極の形状にも依存するが、長さ10mm程度のバイアス電極の場合、ZカットのLNを用いた変調器のバイアス電極間抵抗は、数10〜数100Ωであるのに対し、バッファー層のないXカットのLNを用いた変調器のバイアス電極間抵抗は、数M(メガ)Ω以上である。これは、Xカットを用いたLNでは、小さな電力の干渉ノイズであっても、バイアス電極630a、632a、630b、632bと接地電極646と間には、大きな電圧がかかることも意味する。   When X-cut LN is used as the substrate, a buffer layer and a charge dispersion film are not required, unlike when Z-cut is used. Since the substrate 302 made of LN crystal is a high-resistance insulator and there is no film of a material with low electrical resistance, the electrical resistance value between the bias electrodes 130a, 132a, 130b, 132b and the ground electrode 646 is Z-cut. It is much larger than when LN is used. Depending on the distance between the electrodes and the shape of the electrodes, in the case of a bias electrode having a length of about 10 mm, the resistance between the bias electrodes of the modulator using the Z-cut LN is several tens to several hundreds Ω. The resistance between the bias electrodes of the modulator using X-cut LN without a buffer layer is several M (mega) Ω or more. This also means that a large voltage is applied between the bias electrodes 630a, 632a, 630b, and 632b and the ground electrode 646 in the LN using the X cut, even if the interference noise is small power.

薄い基板を用いた場合、基板を通る電気力線の割合よりバイアス電極の上方、側方の空間を通る電気力線の割合が多いため、空間部分にブリッジを形成して、空間を介した干渉を抑圧することが有効である。LNを基板とする光変調器の場合、バイアス印加電極のノイズ耐性を高めるために接地を強化し、接地電極部は50μm以上の幅にすることが一般的である。バイアス印加電極間に接地電極が存在し、その幅が基板の厚さ以上であれば、バイアス電極から生じる電気力線が基板を経由して他の光変調器の光導波路やバイアス電極に与える影響を緩和する効果は特に高い。基板の厚さが、バイアス印加電極間に存在する接地電極の幅の1/5以下の場合、つまり、基板の厚さが10μm以下の場合、バイアス電極から生じる電気力線が基板を経由して他の光変調器の光導波路やバイアス電極に与える影響は、―50dB以下であり無視できる。換言すれば、厚さ10μm以下の基板をもちいて、バイアス電極を跨ぐように接地電極を形成すれば、バイアス信号の干渉波ほぼ完全に抑圧することができる。   When a thin substrate is used, the ratio of the electric lines of force that pass through the space on the side of the bias electrode is larger than the ratio of electric lines of force that pass through the substrate. It is effective to suppress this. In the case of an optical modulator using LN as a substrate, in general, grounding is strengthened in order to increase noise resistance of the bias application electrode, and the ground electrode portion has a width of 50 μm or more. If a ground electrode exists between the bias application electrodes and the width is equal to or greater than the thickness of the substrate, the influence of the electric lines of force generated from the bias electrode on the optical waveguides and bias electrodes of other optical modulators via the substrate The effect of relaxing is particularly high. When the thickness of the substrate is 1/5 or less of the width of the ground electrode existing between the bias application electrodes, that is, when the thickness of the substrate is 10 μm or less, the electric lines of force generated from the bias electrode pass through the substrate. The influence on the optical waveguide and bias electrode of other optical modulators is −50 dB or less and can be ignored. In other words, if a substrate having a thickness of 10 μm or less is used and the ground electrode is formed so as to straddle the bias electrode, the interference wave of the bias signal can be suppressed almost completely.

以上、説明したように、本実施形態の光制御素子は、同一基板上に形成された隣接する2つの光変調器がそれぞれ有する複数のバイアス電極の全体を覆うように、且つ各バイアス電極を個別に跨ぐように形成された、接地電極を備える。これにより、本光制御素子は、接地電極と基板との接触部が、隣接するバイアス電極間の間隙部分に設けられると共に、各バイアス電極が当該接地電極によりシールドされることから、隣接する上記2つの光変調器間におけるバイアス電極間の、基板内部を通る電気力線による干渉のみならず、各バイアス電極から生じる電磁放射による干渉も、効果的に防止される。したがって、基板上における光変調器間の距離を低減して集積度を向上することができる。   As described above, the light control element of this embodiment covers each of the bias electrodes individually so as to cover the whole of the plurality of bias electrodes respectively included in two adjacent light modulators formed on the same substrate. A ground electrode is provided so as to straddle. As a result, in the present light control element, the contact portion between the ground electrode and the substrate is provided in the gap portion between the adjacent bias electrodes, and each bias electrode is shielded by the ground electrode. Interference due to electromagnetic radiation generated from each bias electrode as well as interference between the bias electrodes between the two optical modulators as well as electric field lines passing through the inside of the substrate is effectively prevented. Accordingly, it is possible to improve the degree of integration by reducing the distance between the optical modulators on the substrate.

なお、上述の実施形態では、光制御素子として、同一基板上に2つの光変調器が設けられる構成を示したが、本発明は当該構成に限定されるものではなく、同一基板上に設けられた複数の任意の数の光変調器の複数のバイアス電極の全体に対し、各バイアス電極を跨ぐ接地電極を設けても、上記と同様の効果を得ることができる。   In the above-described embodiment, the configuration in which two light modulators are provided on the same substrate as the light control element has been described. However, the present invention is not limited to this configuration, and is provided on the same substrate. Even if a ground electrode straddling each bias electrode is provided for the entire plurality of bias electrodes of any number of optical modulators, the same effect as described above can be obtained.

また、本実施形態では、同一基板上に設けられる複数の導波路型光素子としてマッハツェンダ型光変調器を示したが、これに限らず、本発明は、光波制御の基準電圧たる動作点電圧を制御するためのバイアス電極がRF電極とは別に設けられた、他のタイプの導波路型光変調器や、他の導波路型光機能素子(光スイッチ、光周波数シフタ、光位相シフタ等)、若しくはこれらの任意の組み合わせを集積した光制御素子にも同様に適用することができる。   In the present embodiment, a Mach-Zehnder type optical modulator is shown as a plurality of waveguide type optical elements provided on the same substrate. However, the present invention is not limited to this, and the present invention uses an operating point voltage as a reference voltage for optical wave control. Other types of waveguide-type optical modulators and other waveguide-type optical functional elements (optical switches, optical frequency shifters, optical phase shifters, etc.) in which bias electrodes for controlling are provided separately from RF electrodes, Alternatively, the present invention can be similarly applied to a light control element in which any combination thereof is integrated.

100、300・・・光制御素子、102、302・・・基板、104・・・バッファ層、110a、110b、610a、610b・・・光変調器、120a、120b・・・入射導波路、122a、122b、124a、124b・・・並行導波路、126a、126b・・・出射導波路、128・・・出力導波路、130a、130b、132a、132b、630a、630b、632a、632b・・・バイアス電極、134a、134b、634a、634b・・・RF電極、140、142、144、146、346、446、546、640、642、644、646・・・接地電極、150a、150b、152a、152b、350a、350b、352a、352b、450a、450b、452a、452b、550a、550b、552a、552b、650a、650b、652a、652b・・・ブリッジ、360a、360b、360c・・・金属層、460・・・導電性部材、462a、462b、462c、462d、462e、562a、562b、562c、562d、562e・・・金属膜、464a、464b、464c、464d、464e・・・ハンダバンプ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,300 ... Light control element, 102, 302 ... Board | substrate, 104 ... Buffer layer, 110a, 110b, 610a, 610b ... Optical modulator, 120a, 120b ... Incident waveguide, 122a 122b, 124a, 124b ... Parallel waveguide, 126a, 126b ... Outgoing waveguide, 128 ... Output waveguide, 130a, 130b, 132a, 132b, 630a, 630b, 632a, 632b ... Bias Electrode, 134a, 134b, 634a, 634b ... RF electrode, 140, 142, 144, 146, 346, 446, 546, 640, 642, 644, 646 ... Ground electrode, 150a, 150b, 152a, 152b, 350a, 350b, 352a, 352b, 450a, 450b, 452a, 452b, 55 a, 550b, 552a, 552b, 650a, 650b, 652a, 652b ... bridge, 360a, 360b, 360c ... metal layer, 460 ... conductive member, 462a, 462b, 462c, 462d, 462e, 562a , 562b, 562c, 562d, 562e... Metal film, 464a, 464b, 464c, 464d, 464e,.

Claims (11)

電気光学効果を有する基板と、
当該基板上に形成された複数の光導波路と、
当該光導波路を伝搬する光波を制御するRF電極と、
当該RF電極に離間して配置された第1の接地電極と、
DC電圧を印加するためのDCバイアス電極と、
を備え、
前記DCバイアス電極の延在方向の両側には、第2及び第3の接地電極があり、前記第2及び第3の接地電極は、前記DCバイアス電極を前記基板上方にて空間を介して覆うように接続されている、
光制御素子。
A substrate having an electro-optic effect;
A plurality of optical waveguides formed on the substrate;
An RF electrode for controlling a light wave propagating through the optical waveguide;
A first ground electrode spaced apart from the RF electrode;
A DC bias electrode for applying a DC voltage;
With
There are second and third ground electrodes on both sides in the extending direction of the DC bias electrode, and the second and third ground electrodes cover the DC bias electrode with a space above the substrate. Connected so that
Light control element.
前記基板上に形成された複数の導波路型光素子の少なくとも一つは、マッハツェンダ型の光導波路を備えた光変調器である、請求項1に記載の光制御素子。   The light control element according to claim 1, wherein at least one of the plurality of waveguide type optical elements formed on the substrate is an optical modulator including a Mach-Zehnder type optical waveguide. 前記基板は、XカットもしくはZカットのニオブ酸リチウムである、請求項1又は2に記載の光制御素子。   The light control element according to claim 1, wherein the substrate is X-cut or Z-cut lithium niobate. 前記基板の厚さは、50μm以下であり、
前記基板のうち、前記導波路型光素子が形成されている面と対向する面は、当該基板より低い誘電率を持つ材料又は空気に接触するよう構成される、
請求項3に記載の光制御素子。
The thickness of the substrate is 50 μm or less,
Of the substrate, a surface facing the surface on which the waveguide optical element is formed is configured to contact a material having a dielectric constant lower than that of the substrate or air.
The light control element according to claim 3.
前記第2及び第3の接地電極は、相異なる幅の開口を有する複数の金属膜を前記基板上に順次積層することにより、前記各DCバイアス電極を跨ぐように形成される、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の光制御素子。   The second and third ground electrodes are formed so as to straddle the DC bias electrodes by sequentially laminating a plurality of metal films having openings with different widths on the substrate. 5. The light control element according to any one of 4 above. 前記第2及び第3の接地電極は、前記基板上に前記各DCバイアス電極から所定距離離れて当該各DCバイアス電極と並走するように設けられた金属膜と、略板状の導電性部材とを接合して形成される、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の光制御素子。   The second and third ground electrodes include a metal film provided on the substrate so as to run in parallel with the DC bias electrodes at a predetermined distance from the DC bias electrodes, and a substantially plate-like conductive member. The light control element according to claim 1, wherein the light control element is formed by bonding together. 前記接合は、フリップチップボンディングにより行われる、請求項に記載の光制御素子。 The light control element according to claim 6 , wherein the bonding is performed by flip chip bonding. 前記導電性部材は、前記DCバイアス電極を跨ぐように形成されたV溝を有する、請求項又はに記載の光制御素子。 The conductive member has a formed V-shaped groove so as to straddle the DC bias electrode, the light control device according to claim 6 or 7. 前記導電性部材は、半導体材料の板である請求項に記載の光制御素子。 The light control element according to claim 8 , wherein the conductive member is a plate of a semiconductor material. 前記第2及び第3の接地電極が前記各DCバイアス電極を跨ぐ部分の寸法は、前記第2及び第3の接地電極が前記基板に接触する部分と前記DCバイアス電極との間の基板面に沿面放電が生じないように定められる、請求項1ないしのいずれか一項に記載の光制御素子。 The dimension of the portion where the second and third ground electrodes straddle each DC bias electrode is the surface of the substrate between the portion where the second and third ground electrodes are in contact with the substrate and the DC bias electrode. creeping discharge is determined so as not to cause the light control device according to any one of claims 1 to 7. 前記寸法は、さらに、前記第2及び第3の接地電極が前記基板に接触する部分により、前記光導波路を伝搬する光が吸収されて損失を生じないように定められる、請求項10に記載の光制御素子。
The dimensions, further, the portion where the second and third ground electrode is in contact with the substrate, the light propagating through the optical waveguide is determined so as not to cause loss is absorbed, according to claim 10 Light control element.
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