JPH02289821A - 光制御素子 - Google Patents
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- 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
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- 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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、光通信分野、光情報処理分野お上び光応用計
測分野に使用する動作速度が速く帯域が広い光制御素子
に関するものである。
測分野に使用する動作速度が速く帯域が広い光制御素子
に関するものである。
［従来の技術Ｊ
第１２図（Ａ）および（Ｂ）に、従来のマツハ．ツエン
ダ形強度光変調器の一例の平面図およびそのＡＡ’線断
面の一部分を拡大した断面図を、それぞれ、示す。この
例では、電気光学効果を有するＺ−ｃｕｔ ＬｉＮｂＯ
，基板１にＴｉ熱拡散によりマツノ％−ツエンダ形光導
波路２が形成されている。その基板１の上には厚さＤの
Ｓ ｉｏ，バツファ層３（一般にはＤは２０００〜３０
００大）が形成され、さらにそのバッファ層３の上に中
心電極４およびアース電極５から構成されるコプレーナ
・ウエーブガイド（ｃｏ−ｐｌａｎａｒ ｗａｖｅｇｕ
ｉｄｅ，ＣＰＷ）が形成されてｌ／１る。６はＣＰＷ電
極４と５との間に接続された終端抵抗、７は電極４およ
び５に接続され、変調用マイクロ波信号をこれら電極４
および５に供給する給電線である。
ダ形強度光変調器の一例の平面図およびそのＡＡ’線断
面の一部分を拡大した断面図を、それぞれ、示す。この
例では、電気光学効果を有するＺ−ｃｕｔ ＬｉＮｂＯ
，基板１にＴｉ熱拡散によりマツノ％−ツエンダ形光導
波路２が形成されている。その基板１の上には厚さＤの
Ｓ ｉｏ，バツファ層３（一般にはＤは２０００〜３０
００大）が形成され、さらにそのバッファ層３の上に中
心電極４およびアース電極５から構成されるコプレーナ
・ウエーブガイド（ｃｏ−ｐｌａｎａｒ ｗａｖｅｇｕ
ｉｄｅ，ＣＰＷ）が形成されてｌ／１る。６はＣＰＷ電
極４と５との間に接続された終端抵抗、７は電極４およ
び５に接続され、変調用マイクロ波信号をこれら電極４
および５に供給する給電線である。
電極４および５はｃｐｗ ｉ極と総称されてお？、進行
波電極として構成されている。これら電極の寸法として
は、電極４および５の厚さは通常１〜３■ｍであり、中
心電極４の輻２Ｗは３５μｍであり、中心電極４とアー
ス電極５とのギャップ２Ｇは６μｍである。このＣＰＷ
ｉ！極の特性インピーダンスは２１０であるので、終
端抵抗６の値としては４２Ωが選ばれる。
波電極として構成されている。これら電極の寸法として
は、電極４および５の厚さは通常１〜３■ｍであり、中
心電極４の輻２Ｗは３５μｍであり、中心電極４とアー
ス電極５とのギャップ２Ｇは６μｍである。このＣＰＷ
ｉ！極の特性インピーダンスは２１０であるので、終
端抵抗６の値としては４２Ωが選ばれる。
変調用マイクロ波信号給電線７から駆動電力が供給され
ると、一般に、光変調器では、中心電極４とアース電極
５との間に電界が加わる。
ると、一般に、光変調器では、中心電極４とアース電極
５との間に電界が加わる。
ＬｉＮｂＯｉ基板１は電気光学効果を有するため、この
電界により屈折率変化が生じる。その結果、２本の光導
波路２を伝搬する光の位相にずれが生じる。このずれが
πになった場合、マツハ・ツエンダ形光導波路の合波部
で光は基板に放射し、オフ状態となる。この光変調器の
場合、ｃｐｗ電極４および５は進行波電極として構成さ
れているので、理想的には電気回路的な帯域幅の制限は
ない。また、ＣＰＷ電極４と５の間を伝搬する変調用マ
イクロ波信号波と光導波路２を伝搬する光との伝搬速度
が一致する限りは、変調帯域の制限もないため、高速の
光変調器として動作可能である。
電界により屈折率変化が生じる。その結果、２本の光導
波路２を伝搬する光の位相にずれが生じる。このずれが
πになった場合、マツハ・ツエンダ形光導波路の合波部
で光は基板に放射し、オフ状態となる。この光変調器の
場合、ｃｐｗ電極４および５は進行波電極として構成さ
れているので、理想的には電気回路的な帯域幅の制限は
ない。また、ＣＰＷ電極４と５の間を伝搬する変調用マ
イクロ波信号波と光導波路２を伝搬する光との伝搬速度
が一致する限りは、変調帯域の制限もないため、高速の
光変調器として動作可能である。
しかし、実際には信号波の速度と光の速度には差があり
、これによって変調帯域が制限される。
、これによって変調帯域が制限される。
信号波に対する基板１のマイクロ波実効屈折率をｎ．、
光に対する光導波路２の実効屈折率をｎ．、光導波路２
と相互作用する部分のｃｐｗ電極４．５の長さをＬ１光
速をＣとすると、この速度差によって生じる３ｄＢ変調
帯域輻Δｆは、 Δｒ＝ｔ．９ｃ／ （πＬＩｎ．−ｎ，Ｉ） （
１）となる（参考文献：電子通信学会論文誌（Ｃ）、Ｊ
６４−Ｃ ， ４、ｐ．２６４−２７１ 、１９８１）
。
光に対する光導波路２の実効屈折率をｎ．、光導波路２
と相互作用する部分のｃｐｗ電極４．５の長さをＬ１光
速をＣとすると、この速度差によって生じる３ｄＢ変調
帯域輻Δｆは、 Δｒ＝ｔ．９ｃ／ （πＬＩｎ．−ｎ，Ｉ） （
１）となる（参考文献：電子通信学会論文誌（Ｃ）、Ｊ
６４−Ｃ ， ４、ｐ．２６４−２７１ 、１９８１）
。
なお、ここで変調帯域輻Δｆは光電力における３ｄＢ変
調帯域輻で示している。上記参考文献では、前記光電力
が受光多により電気に変換されたときの電気レベルにお
ける３ｄＢ変調帯域輻で表わしていたため、′式（１）
の係数１．９は参考文献の係数１．４を変換したもので
ある。
調帯域輻で示している。上記参考文献では、前記光電力
が受光多により電気に変換されたときの電気レベルにお
ける３ｄＢ変調帯域輻で表わしていたため、′式（１）
の係数１．９は参考文献の係数１．４を変換したもので
ある。
上記マイクロ波実効屈折率ｎ．は基板ｌの実効銹電率”
ｏｆｆ （実効比誘電率）に対してｎ．＝ｌ一π
（２） で与えられる。
ｏｆｆ （実効比誘電率）に対してｎ．＝ｌ一π
（２） で与えられる。
電気光学効果を持つ基板材料では、信号波に対するマイ
クロ波実効屈折率ｎ．は、通常光に対する実効屈折率ｎ
．より大きな値になる。基板１の実効誘電率’＊ｔｌは
、主に基板材料の誘電率Ｃｔ２および厚さ、ＣＰＷ電極
４．５のギャップ２Ｇ，動作周波数等によって決まる。
クロ波実効屈折率ｎ．は、通常光に対する実効屈折率ｎ
．より大きな値になる。基板１の実効誘電率’＊ｔｌは
、主に基板材料の誘電率Ｃｔ２および厚さ、ＣＰＷ電極
４．５のギャップ２Ｇ，動作周波数等によって決まる。
基板の厚さは、通常、光変調器製作時における基板の取
扱い易さの点から、０．５〜数ｍｍの厚さである。通常
は、基板の厚さが電極間隔２Ｇよりも充分に大きいため
、’ ａｒｔ 坤（ εｔｚ”）Ｉ２（３）になる。
扱い易さの点から、０．５〜数ｍｍの厚さである。通常
は、基板の厚さが電極間隔２Ｇよりも充分に大きいため
、’ ａｒｔ 坤（ εｔｚ”）Ｉ２（３）になる。
ＬｉＮｂＯ，基板１の誘電率ε，−３５であり、（２）
式と（３）式とよりマイクロ波実効屈折率ｎ ． ｔｈ
４ ． ２となる。光に対する実効屈折率ｎ。＝２．１
であるから、マイクロ波実効屈折率ｎ．は実効屈折率ｎ
．の約２倍の大きさになっている。
式と（３）式とよりマイクロ波実効屈折率ｎ ． ｔｈ
４ ． ２となる。光に対する実効屈折率ｎ。＝２．１
であるから、マイクロ波実効屈折率ｎ．は実効屈折率ｎ
．の約２倍の大きさになっている。
したがって、９ＧＨｚ動作の時、光導波路と相互作用を
する部分のＣＰＷ電極４．５の長さしとしては、（１）
式より１０ｍｍ前後が選ばれる。
する部分のＣＰＷ電極４．５の長さしとしては、（１）
式より１０ｍｍ前後が選ばれる。
第１２図（Ａ）および（Ｂ）に示した従来の光変調器を
高速動作化するには、（１）式から分かるように、動作
周波数に応じて、ｃｐｗ ｔ極４，５の長さＬを短くす
る必要がある。しかし、電極長Ｌを短くすると、光変調
器の駆動電圧が大きくなるため、変調効率が低下する欠
点がある。
高速動作化するには、（１）式から分かるように、動作
周波数に応じて、ｃｐｗ ｔ極４，５の長さＬを短くす
る必要がある。しかし、電極長Ｌを短くすると、光変調
器の駆動電圧が大きくなるため、変調効率が低下する欠
点がある。
第１３図（Ａ）および（Ｂ）は本発明者等が先の出願の
特願昭６２−２０４２５６号において開示した光変調器
の例である。この例では、電極４および５の上にオーバ
レイ層８を配設し、さらにそのオーバレイ層８の上にシ
ールド導体９を配設している。
特願昭６２−２０４２５６号において開示した光変調器
の例である。この例では、電極４および５の上にオーバ
レイ層８を配設し、さらにそのオーバレイ層８の上にシ
ールド導体９を配設している。
オーバレイ層８としてはポリイミドあるいは空気が用い
られる。オーバレイ層８の厚みＨを小さくすることによ
り、すなわちシールド導体９を電極４および５の側に近
づけることにより、マイクロ波実効屈折率ｎ．を小さく
でき、以てマイクロ波と光との速度の差を緩和できる。
られる。オーバレイ層８の厚みＨを小さくすることによ
り、すなわちシールド導体９を電極４および５の側に近
づけることにより、マイクロ波実効屈折率ｎ．を小さく
でき、以てマイクロ波と光との速度の差を緩和できる。
しかしながら、この先願例ではバッファ層３によるマイ
クロ波実効屈折率ｎ。の低減の効果を有効に活用してい
ない。そのため、マイクロ波と光の速度を充分に整合さ
せようとすると、ＣＰＷ電極４，５の特性インピーダン
スが、シールド導体９のない場合と比較して、下がり過
ぎ、ＣＰＷ Ｅ極４，５と外部マイクロ波回路との整合
が取れなくなる。さらにまた、シールド導体９によるこ
のインピーダンス低下を考慮してギャップ２Ｇを広くす
ると（つまり特性インピーダンスを高く設定すると）、
光導波路２に作用するマイクロ波電界強度が弱くなり、
その結果、駆動電圧が高くなってしまう。さらに、シー
ルド導体９がＣＰＷ電極４，５に近接しているので、後
に示すようにマイクロ波伝搬損失も大きくなる。
クロ波実効屈折率ｎ。の低減の効果を有効に活用してい
ない。そのため、マイクロ波と光の速度を充分に整合さ
せようとすると、ＣＰＷ電極４，５の特性インピーダン
スが、シールド導体９のない場合と比較して、下がり過
ぎ、ＣＰＷ Ｅ極４，５と外部マイクロ波回路との整合
が取れなくなる。さらにまた、シールド導体９によるこ
のインピーダンス低下を考慮してギャップ２Ｇを広くす
ると（つまり特性インピーダンスを高く設定すると）、
光導波路２に作用するマイクロ波電界強度が弱くなり、
その結果、駆動電圧が高くなってしまう。さらに、シー
ルド導体９がＣＰＷ電極４，５に近接しているので、後
に示すようにマイクロ波伝搬損失も大きくなる。
第１４図（Ａ）および（Ｂ）は本発明者等が先の出願の
特願昭６３−２０１４９１号において開示した例である
。この例では、中心導体４の輻２Ｗを光導波路２の幅と
ほぼ等しくするとともに、Ｓ ＋Ｏ，バッファ層３の厚
みＤを大きくすることにより、特性の改善を行っている
。
特願昭６３−２０１４９１号において開示した例である
。この例では、中心導体４の輻２Ｗを光導波路２の幅と
ほぼ等しくするとともに、Ｓ ＋Ｏ，バッファ層３の厚
みＤを大きくすることにより、特性の改善を行っている
。
この先願例の特性を第１５図に示す。第１５図はＣＰＷ
Ｗ極４の中心導体輻２Ｗが８μｍでギャ７ブの輻２Ｇが
１５μｍの場合について求めたマイクロ波実効屈折率ｎ
．および特性インピーダンスＺｏとバッファ層３の厚さ
Ｄとの関係の解析結果を示している。この解析では、誘
電体多層構造を厳密に取り扱うことのできるスペクトル
領域法（Ｋａｗａｎｏ ： “Ｈｙｂｒｉｄ−ｍｏｄ
ｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｂｒｏａｄｓｊｄｅ−
ｃｏｕｐｌｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｌｉｎｅ
， ［ＥＥＰｒｏｃ． Ｐｇ． Ｈ、ｖｏｌ．１３１
、ｐｐ．２１ 〜２４、１９８４）を用いて評価してい
る。
Ｗ極４の中心導体輻２Ｗが８μｍでギャ７ブの輻２Ｇが
１５μｍの場合について求めたマイクロ波実効屈折率ｎ
．および特性インピーダンスＺｏとバッファ層３の厚さ
Ｄとの関係の解析結果を示している。この解析では、誘
電体多層構造を厳密に取り扱うことのできるスペクトル
領域法（Ｋａｗａｎｏ ： “Ｈｙｂｒｉｄ−ｍｏｄ
ｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｂｒｏａｄｓｊｄｅ−
ｃｏｕｐｌｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｌｉｎｅ
， ［ＥＥＰｒｏｃ． Ｐｇ． Ｈ、ｖｏｌ．１３１
、ｐｐ．２１ 〜２４、１９８４）を用いて評価してい
る。
第１５図からわかるように、バッファ層３が厚くなると
ともに、マイクロ波実効屈折率ｎｍは小さくなり、した
がってＩｎ，，−ｎ，ｌは小さくなる。その結果、第１
６図に示すように、３ｄＢ変調帯域（Δｆ−Ｌ）を拡大
することができる。
ともに、マイクロ波実効屈折率ｎｍは小さくなり、した
がってＩｎ，，−ｎ，ｌは小さくなる。その結果、第１
６図に示すように、３ｄＢ変調帯域（Δｆ−Ｌ）を拡大
することができる。
なお、第１６図では、縦軸は３ｄＢ変調帯域ΔｆとＣＰ
Ｗ電極の長さしとの積（Δｆ−Ｌ）を表わしている。以
降ではΔｆ・ＬまたはΔｆを適宜（３ｄＢ）変調帯域と
呼ぶ。
Ｗ電極の長さしとの積（Δｆ−Ｌ）を表わしている。以
降ではΔｆ・ＬまたはΔｆを適宜（３ｄＢ）変調帯域と
呼ぶ。
光出力をオンからオフに変えるための電圧つまり半波長
電圧■ は小さい方が効率がよい。第１７図は半波長電
圧（■π）と相互作用長（Ｌ）との積とＶπ・Ｌとバッ
ファ層３の厚みＤとの関係を示している。
電圧■ は小さい方が効率がよい。第１７図は半波長電
圧（■π）と相互作用長（Ｌ）との積とＶπ・Ｌとバッ
ファ層３の厚みＤとの関係を示している。
式（１）に示したように、変調帯域Δｆはマイクロ波の
実効屈折率ｎ．と光の実効屈折率ｎ．どの差に反比例す
る。そのため、第１６図に示したように、バッファ層厚
Ｄが厚くなり、マイクロ波の実効屈折率ｎ．と光の実効
屈折率ｎ０との差が小さくなるにつれ、変調帯域増大の
割合は大きくなる。
実効屈折率ｎ．と光の実効屈折率ｎ．どの差に反比例す
る。そのため、第１６図に示したように、バッファ層厚
Ｄが厚くなり、マイクロ波の実効屈折率ｎ．と光の実効
屈折率ｎ０との差が小さくなるにつれ、変調帯域増大の
割合は大きくなる。
一方、■π・Ｌは、第１７図に示したように、バッファ
層３の厚みＤとともにほぼ直線的に増加する。Δｆ−Ｌ
と■π・Ｌの比（Δ『ｌ■π）は性能指数を表わし、こ
の値は大きい方が望ましい。
層３の厚みＤとともにほぼ直線的に増加する。Δｆ−Ｌ
と■π・Ｌの比（Δ『ｌ■π）は性能指数を表わし、こ
の値は大きい方が望ましい。
Δｆ／Ｖπは、第１８図に示すようにバッファ層３が厚
くなると大きくなる傾向にあるが、光変調効率の大輻な
改善は望めない。
くなると大きくなる傾向にあるが、光変調効率の大輻な
改善は望めない。
また、第１５図に示ルたように、バッファ層３を厚くす
ると、特性インピーダンスＺｏの値が大きくなる性質が
あるため、外部回路との整合が難しくなる。そのため、
外部回路との整合を考慮してＺｏを５０±ＩＯΩ程度に
すると、バッファ居３の厚さＤはｌＩｌｍ程度以下に選
定する必要がある。
ると、特性インピーダンスＺｏの値が大きくなる性質が
あるため、外部回路との整合が難しくなる。そのため、
外部回路との整合を考慮してＺｏを５０±ＩＯΩ程度に
すると、バッファ居３の厚さＤはｌＩｌｍ程度以下に選
定する必要がある。
従って、Δｆ／￥ｙｒは、第１８図から明らかなように
、１．７以下となる。また、長さしを大きくするとマイ
クロ波伝搬損失や直流抵抗の値も大きくなり、良好な変
調特性を得ることが困難となる。
、１．７以下となる。また、長さしを大きくするとマイ
クロ波伝搬損失や直流抵抗の値も大きくなり、良好な変
調特性を得ることが困難となる。
第１９図は三富他による特願昭６２−２４８１５３号に
開示された光変！！ｉｌ器の例を示し、第２０図はＳｅ
ｃｏｎｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅ （ＯＥＣ’ １８１） Ｐｏｓｔ−Ｄ
ｅａｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒｓ Ｔｅｃｈｎｉｃａ
ｌＤｉｇｅｓｔ， ＰＤ−１（Ｏｃｔｏｂｅｒ １９ｇ
ｇ，Ｔｏｋｙｏ）において提案された光変調器゛の例で
ある。
開示された光変！！ｉｌ器の例を示し、第２０図はＳｅ
ｃｏｎｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅ （ＯＥＣ’ １８１） Ｐｏｓｔ−Ｄ
ｅａｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒｓ Ｔｅｃｈｎｉｃａ
ｌＤｉｇｅｓｔ， ＰＤ−１（Ｏｃｔｏｂｅｒ １９ｇ
ｇ，Ｔｏｋｙｏ）において提案された光変調器゛の例で
ある。
第１９図では、進行波電極（ここでは非対称コブレーナ
・ストリップを例として用いた） １０．１１の膜厚を
厚くすることによりマイクロ波実効屈折率ｎ．の低減を
図っている。この構成では、マイクロ波実効屈折率ｎ．
とともに特性インピーダンスＺｏも低下してしまう性質
がある。
・ストリップを例として用いた） １０．１１の膜厚を
厚くすることによりマイクロ波実効屈折率ｎ．の低減を
図っている。この構成では、マイクロ波実効屈折率ｎ．
とともに特性インピーダンスＺｏも低下してしまう性質
がある。
この特性を改善した構成が、第２０図の例である。ここ
では、パッファ層３の厚みＤを約１，７ｍと厚くするこ
とにより、特性インピーダンスＺｏを高くし、電極１０
．１１の厚みを１０／ｉｍ と厚くしたことに伴うＺｏ
の低減を補っている。さらに、バッファ層３を厚くする
ことにより、第１４図の従来例について式（１）と第１
８図を用いて説明したように、Δｆ／Ｖπの値が向上し
ている。しかしながら、光とマイクロ波の整合をとるに
は、電極の厚みを１０μｍ以上の値に定めることが必要
であり、亀極１ｌ間で短絡が生じる等、製作上の困難さ
は避けられない。従って、この技術では、極めて広，ｉ
ｉ′Ｔ域な光変調を行うことは困難である。
では、パッファ層３の厚みＤを約１，７ｍと厚くするこ
とにより、特性インピーダンスＺｏを高くし、電極１０
．１１の厚みを１０／ｉｍ と厚くしたことに伴うＺｏ
の低減を補っている。さらに、バッファ層３を厚くする
ことにより、第１４図の従来例について式（１）と第１
８図を用いて説明したように、Δｆ／Ｖπの値が向上し
ている。しかしながら、光とマイクロ波の整合をとるに
は、電極の厚みを１０μｍ以上の値に定めることが必要
であり、亀極１ｌ間で短絡が生じる等、製作上の困難さ
は避けられない。従って、この技術では、極めて広，ｉ
ｉ′Ｔ域な光変調を行うことは困難である。
【発明が解決しようとする課題１
そこで、本発明の目的は、特性インピーダンスの不整合
，マイクロ波伝搬損失の増大，半波長電圧の増大，光と
マイクロ波との位相速度の不整合の点を解決して、広帯
域で高効率で、しかも製造容易な光変調器を提供するこ
とにある。
，マイクロ波伝搬損失の増大，半波長電圧の増大，光と
マイクロ波との位相速度の不整合の点を解決して、広帯
域で高効率で、しかも製造容易な光変調器を提供するこ
とにある。
１課題を解決するための手段Ｊ
このような目的を達成するために、本発明は、少なくと
も１本の光導波路を備えた電気光学効果を有する基仮と
、この基板の上に配置されたバッファ層と、このバッフ
ァ層の上に配置された進行波電極と、前記光導波路と進
行波電極とが相互作用する領域の近傍にオーバレイ層を
介して配置されたシールド導体とを具え、前記進行波電
極に印加される変調用マイクロ波信号に対する基板のマ
イクロ波実効屈折率が光導波路を伝搬する光の実効屈折
率に近くなるとともに、進行波電極の特性インピーダン
スと外部マイクロ波回路の特性インピーダンスが近くな
．るように、上述したバッファ層の厚さおよびオーバレ
イの厚みを定めた。これらの特徴的な値は、誘ＫＷが約
１（例えば空気）のオーバレイの厚さは３〜１０μｍ１
誘電率が４．５以下（例えば二酸化シリコン、テフロン
等）のバッファ層の厚さは０．５〜２．Ｏｊｔｍである
。
も１本の光導波路を備えた電気光学効果を有する基仮と
、この基板の上に配置されたバッファ層と、このバッフ
ァ層の上に配置された進行波電極と、前記光導波路と進
行波電極とが相互作用する領域の近傍にオーバレイ層を
介して配置されたシールド導体とを具え、前記進行波電
極に印加される変調用マイクロ波信号に対する基板のマ
イクロ波実効屈折率が光導波路を伝搬する光の実効屈折
率に近くなるとともに、進行波電極の特性インピーダン
スと外部マイクロ波回路の特性インピーダンスが近くな
．るように、上述したバッファ層の厚さおよびオーバレ
イの厚みを定めた。これらの特徴的な値は、誘ＫＷが約
１（例えば空気）のオーバレイの厚さは３〜１０μｍ１
誘電率が４．５以下（例えば二酸化シリコン、テフロン
等）のバッファ層の厚さは０．５〜２．Ｏｊｔｍである
。
ところで、前記構成の光制御素子を具現化するためには
、マイクロ波集積回路の製造においてよく使用されるエ
アブリッジ等の公知技術が用いられることになるが、１
０Ｉｌｍ以下のオーバレイ層を数ｃｍの長さに亙って精
度よく形成する必要があるため、製作性が悪くなり、製
造が困難となる。
、マイクロ波集積回路の製造においてよく使用されるエ
アブリッジ等の公知技術が用いられることになるが、１
０Ｉｌｍ以下のオーバレイ層を数ｃｍの長さに亙って精
度よく形成する必要があるため、製作性が悪くなり、製
造が困難となる。
本発明は係る問題をも解決したもので、そのために、本
発明の光制御素子は、前記シールド導体が、前記中心電
極を内包し、かつ前記アース電極に接続されていること
を特徴とする。具体的には、シールド導体として、予め
所定深さの溝を形成した導体を用い、この導体がその溝
により中心電極を内包するようにしてアース電極に固着
された構造を特徴としており、さらに、前記シールド導
体がスベーサを介して前記アース電極に接続されでいる
構造を特徴とする。
発明の光制御素子は、前記シールド導体が、前記中心電
極を内包し、かつ前記アース電極に接続されていること
を特徴とする。具体的には、シールド導体として、予め
所定深さの溝を形成した導体を用い、この導体がその溝
により中心電極を内包するようにしてアース電極に固着
された構造を特徴としており、さらに、前記シールド導
体がスベーサを介して前記アース電極に接続されでいる
構造を特徴とする。
また、本発明では、前記基板とシールド導体である金属
との間の熱膨張係数差による熱応力等に起因する安定性
、信頼性上の諸問題を回避するために、前記導体が、前
記光導波路を形成する基板と同種の材料を金属化したも
のであることを特徴としている。
との間の熱膨張係数差による熱応力等に起因する安定性
、信頼性上の諸問題を回避するために、前記導体が、前
記光導波路を形成する基板と同種の材料を金属化したも
のであることを特徴としている。
［作用］
本発明によれば、バッファ層の厚みを従来と較べて極め
て厚くするとともに、シールド導体を設けたので、駆動
電圧の著しい増加を招くことなく、広帯域な光制御が可
能となる。
て厚くするとともに、シールド導体を設けたので、駆動
電圧の著しい増加を招くことなく、広帯域な光制御が可
能となる。
また、本発明によれば、高度な製作技術を必要とせずに
１０ｐｍ以下のオーバレイ層の厚さを数ｃｍの長さに互
って精度よく形成できるので、製作再現性と信頼性の高
い速度整合形高速広帯域光制御素子を容易に製造するこ
とができる。
１０ｐｍ以下のオーバレイ層の厚さを数ｃｍの長さに互
って精度よく形成できるので、製作再現性と信頼性の高
い速度整合形高速広帯域光制御素子を容易に製造するこ
とができる。
［実施例１
以一下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
（実施例１）
第１図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、本発明の一実
施例を示す平面およびそのＡＡ’線断面の一部拡大断面
図である。なお、第１図（Ａ）の平面図ではシールド導
体９を省略して示している。
施例を示す平面およびそのＡＡ’線断面の一部拡大断面
図である。なお、第１図（Ａ）の平面図ではシールド導
体９を省略して示している。
？実施例では、第１４図（Ａ）および（Ｂ）に示した従
来例と同様に２本の光導波路２を備えた電気光学効果を
有するＬｉＮｂＯ，基板１の上に厚いバッファ層を介し
て進行波電極としての中心電極４およびアース電極５を
配置する。さらに、本実施例では、光導波路２と進行波
電極４．５が相互作用する領域の近傍にオーバレイ層８
を介してシールド導体９を配置する。以上のように構成
した光変Ｗ４５において、進行波電極４，５に給電線７
から印加される変調用マイクロ波信号に対する基板ｌの
マイクロ波実効屈折率ｎ．が光導波路２を伝搬する光の
実効屈折率ｎ．に近くなるとともに、進行波電極４，５
の特性インピーダンスＺｏが外部マイクロ波回路の特性
インピーダンスに近くなるように、バッファ層３の厚さ
とオーバレイ層８の厚さを設定する。
来例と同様に２本の光導波路２を備えた電気光学効果を
有するＬｉＮｂＯ，基板１の上に厚いバッファ層を介し
て進行波電極としての中心電極４およびアース電極５を
配置する。さらに、本実施例では、光導波路２と進行波
電極４．５が相互作用する領域の近傍にオーバレイ層８
を介してシールド導体９を配置する。以上のように構成
した光変Ｗ４５において、進行波電極４，５に給電線７
から印加される変調用マイクロ波信号に対する基板ｌの
マイクロ波実効屈折率ｎ．が光導波路２を伝搬する光の
実効屈折率ｎ．に近くなるとともに、進行波電極４，５
の特性インピーダンスＺｏが外部マイクロ波回路の特性
インピーダンスに近くなるように、バッファ層３の厚さ
とオーバレイ層８の厚さを設定する。
本実施例では、中心電極４の輻２Ｗを８μｍ、電極４と
５とのギャップの輻２Ｇを１５μｍとし、光導波路２の
幅を中心電極４の輻とほぼ等しい６μｍとした。さらに
ＳｉＯ■バッファ層３の厚みＤを１．２ｐｍ とした。
５とのギャップの輻２Ｇを１５μｍとし、光導波路２の
幅を中心電極４の輻とほぼ等しい６μｍとした。さらに
ＳｉＯ■バッファ層３の厚みＤを１．２ｐｍ とした。
本実施例において、マイクロ波実効屈折率ｎおよび特性
インピーダンスＺｏと、オーバレイ層８（ここでは空気
としている）の厚みＨとの関係の解析結果を、第５図で
用いた解析手法により求めると、第２図に示すようにな
る。
インピーダンスＺｏと、オーバレイ層８（ここでは空気
としている）の厚みＨとの関係の解析結果を、第５図で
用いた解析手法により求めると、第２図に示すようにな
る。
本実施例のようにＺ−ｃｕｔ ＬｉＮｂＯ，基板１を用
いた光変調器では、導波路２を伝搬する光が電極４，５
に吸収されることによる損失を少なくするためにバッフ
ァ層３を必らず設ける必要がある。しかしながら、バッ
ファ層３の影響を明らかにするために、ここではＤ＝１
．２μｍとともにＤ＝０μｍの両方の場合についての計
算結果を第２図に示している。
いた光変調器では、導波路２を伝搬する光が電極４，５
に吸収されることによる損失を少なくするためにバッフ
ァ層３を必らず設ける必要がある。しかしながら、バッ
ファ層３の影響を明らかにするために、ここではＤ＝１
．２μｍとともにＤ＝０μｍの両方の場合についての計
算結果を第２図に示している。
第２図よりオーバレイ層８の厚みＨを大きくすると、ｎ
．およびＺｏは一定値に近づくことがわかり、それらの
一定値はシールド導体９がない場合、すなわち第１４（
Ａ）および（Ｂ）の従来例の場合について第５図に示し
た計算値に一致する。第２図において、それらの一定値
をＤ＝１．２μｍのときには○印およびＤ＝０μｍのと
きにはΔ印で示しており、これらに対応する値は第１５
図に同じ記号で示している。
．およびＺｏは一定値に近づくことがわかり、それらの
一定値はシールド導体９がない場合、すなわち第１４（
Ａ）および（Ｂ）の従来例の場合について第５図に示し
た計算値に一致する。第２図において、それらの一定値
をＤ＝１．２μｍのときには○印およびＤ＝０μｍのと
きにはΔ印で示しており、これらに対応する値は第１５
図に同じ記号で示している。
図からわかるように、バッファ層３の厚さＤの如何にか
かわらずオーバレイ層８の厚みＨを薄くすると、マイク
ロ波実効屈折率ｎの値は小さくなり、光導波路２の実効
屈折率ｎ０に近づくとともに特性インピーダンスＺｏも
小さくなる性質がある。
かわらずオーバレイ層８の厚みＨを薄くすると、マイク
ロ波実効屈折率ｎの値は小さくなり、光導波路２の実効
屈折率ｎ０に近づくとともに特性インピーダンスＺｏも
小さくなる性質がある。
しかしながら、バッファ層３の厚さ［）＝Ｑの場合には
、ｎ，．をｎ，（ｚ２．１）に一致させるようにオーバ
レイ層８の厚みＨを選ぶとＺｏは５０±１０Ωより著し
く低下し、１６０程度となるため、インピーダンス不整
合が生じ、その結果、広帯域動作は期待できない。
、ｎ，．をｎ，（ｚ２．１）に一致させるようにオーバ
レイ層８の厚みＨを選ぶとＺｏは５０±１０Ωより著し
く低下し、１６０程度となるため、インピーダンス不整
合が生じ、その結果、広帯域動作は期待できない。
一方、バッファ層３の厚さＤ．１．２μｍの場合、オー
バレイ層８の厚みＨを約５μｍとすれば、Ｚｏを約４２
０とすることができ、外部回路との整合もよく、かつｎ
１とｎ０を互いに近く設定でき、第３図に示すように広
帯域動作が可能となる（なお、第３図はαを考慮してい
ない。）。以上よりバッファ居３の厚さＤおよびオーバ
レイ帰８の厚みＨを適切に設定することにより、所望の
特性インピーダンスＺｏや帯域Δ『・Ｌを実現できるこ
とがわかる。
バレイ層８の厚みＨを約５μｍとすれば、Ｚｏを約４２
０とすることができ、外部回路との整合もよく、かつｎ
１とｎ０を互いに近く設定でき、第３図に示すように広
帯域動作が可能となる（なお、第３図はαを考慮してい
ない。）。以上よりバッファ居３の厚さＤおよびオーバ
レイ帰８の厚みＨを適切に設定することにより、所望の
特性インピーダンスＺｏや帯域Δ『・Ｌを実現できるこ
とがわかる。
第４図は、第１図（Ａ）および（Ｂ）に示した実施例に
ついて、オーバレイ層８の厚みＨに対するマイクロ波伝
搬損失αの計算結果を示す。ここで、パラメータとして
はバツファ層の厚さＤをとっている。第４図からわかる
ように、バツファ層３の厚さＤが厚い方がマイクロ波伝
搬損失αを小さくでき、広帯域動作に有利である。Ｈを
小さくするとαは増大するが、バッファ層が厚い場合は
、その程度は小さいことも第４図より明らかである。
ついて、オーバレイ層８の厚みＨに対するマイクロ波伝
搬損失αの計算結果を示す。ここで、パラメータとして
はバツファ層の厚さＤをとっている。第４図からわかる
ように、バツファ層３の厚さＤが厚い方がマイクロ波伝
搬損失αを小さくでき、広帯域動作に有利である。Ｈを
小さくするとαは増大するが、バッファ層が厚い場合は
、その程度は小さいことも第４図より明らかである。
第５図は、第１図（Ａ）および（Ｂ）に示した実施例に
ついて、オーバレイ層８の厚みＨに対する■π・Ｌの計
算結果を示す。ここではバツファ層３の厚さＤを１．２
μｍとしている。オーバレイ８の厚みＨな小さくして、
シールド導体９を進行波電極４、５に近づけると、電気
力線が吸い上げられ、Ｖｒ・Ｌが増加することが懸念さ
れるが、図からわかるように、■９・Ｌに対するオーバ
レイ８の厚みＨの影響は充分小さいことがわかる。
ついて、オーバレイ層８の厚みＨに対する■π・Ｌの計
算結果を示す。ここではバツファ層３の厚さＤを１．２
μｍとしている。オーバレイ８の厚みＨな小さくして、
シールド導体９を進行波電極４、５に近づけると、電気
力線が吸い上げられ、Ｖｒ・Ｌが増加することが懸念さ
れるが、図からわかるように、■９・Ｌに対するオーバ
レイ８の厚みＨの影響は充分小さいことがわかる。
第６図はオーバレイ８の厚みＨを変数とした場合の性能
指数Δｆ／Ｖπの値を示している。第１８図に示した従
来例ではこの値は２以下と小さかったが、第６図からわ
かるように、本実施例ではΔｆ／■πを極めて大きくす
ることができる。
指数Δｆ／Ｖπの値を示している。第１８図に示した従
来例ではこの値は２以下と小さかったが、第６図からわ
かるように、本実施例ではΔｆ／■πを極めて大きくす
ることができる。
本実施例では、以上説明したように、Ｓｉｎ，バツファ
層３の厚さＤが１．２μｍの場合、オーバレイ層８の厚
みＨを３〜１０μｍ程度に定めると、極めて広帯域な光
変調が可能となる。そのためＣＰＷ電極４，５の長さし
，すなわちマイクロ波と光との相互作用長Ｌを２ｃｍ
とすると、光変調帯域を数１０〜数１００ＧＨｚとして
、半波長電圧を６．７ｖ程度と低く設定できた。また、
特性インピーダンスＺｏを４４〜５５Ωに設定でき、外
部回路との整合をよくすることができる。
層３の厚さＤが１．２μｍの場合、オーバレイ層８の厚
みＨを３〜１０μｍ程度に定めると、極めて広帯域な光
変調が可能となる。そのためＣＰＷ電極４，５の長さし
，すなわちマイクロ波と光との相互作用長Ｌを２ｃｍ
とすると、光変調帯域を数１０〜数１００ＧＨｚとして
、半波長電圧を６．７ｖ程度と低く設定できた。また、
特性インピーダンスＺｏを４４〜５５Ωに設定でき、外
部回路との整合をよくすることができる。
なお、本実施例ではＳ ｉｏ，バッファ層３の厚さＤを
１．２μｍとしたが、所望する変調帯域に応じてＺｏが
５００となるように、Ｄ，Ｈ，２Ｇの値により調整すれ
ばよい。
１．２μｍとしたが、所望する変調帯域に応じてＺｏが
５００となるように、Ｄ，Ｈ，２Ｇの値により調整すれ
ばよい。
また、光導波路２を形成する基板１としては、ＬｉＮｂ
Ｏ，基板以外の電気光学効果を有する基板、例えばＬｉ
ＴａＯ，， ＫＴｉＯＰＯ４等の基板を用いてもよい。
Ｏ，基板以外の電気光学効果を有する基板、例えばＬｉ
ＴａＯ，， ＫＴｉＯＰＯ４等の基板を用いてもよい。
さらにまた、光導波路２として直線光導波路や方向性結
合器を用いることによって位相変調器やスイッチを構成
できる。さらに、光導波路２はＴｉ熱拡散のみでなく、
イオン交換やリツジ形成により形成してもよい。
合器を用いることによって位相変調器やスイッチを構成
できる。さらに、光導波路２はＴｉ熱拡散のみでなく、
イオン交換やリツジ形成により形成してもよい。
（実施例２、３）
前記実施例１では、進行波電極４．５として、ＣＰＷ電
極について説明したが、たとえば第７図（Ａ）および（
Ｂ）に示すように、進行波電極を非対称コプレーナ・ス
トリップ電極ｌＯおよび１ｌとして形成してもよい。電
極ｌＯおよびｌ１は、それぞれ、Ｓｉｎ２バッファ層３
上に配置した非対称コプレーナ・ストリップの中心電極
およびアース電極である。
極について説明したが、たとえば第７図（Ａ）および（
Ｂ）に示すように、進行波電極を非対称コプレーナ・ス
トリップ電極ｌＯおよび１ｌとして形成してもよい。電
極ｌＯおよびｌ１は、それぞれ、Ｓｉｎ２バッファ層３
上に配置した非対称コプレーナ・ストリップの中心電極
およびアース電極である。
ここで、光導波路２として、第７図（Ａ）の実施例２に
おいてはマツハ・ツエンダ形光導波路を用いる。第７図
（Ｂ）の実施例３は２本の光導波路２が近傍して結合し
ている方向性結合器を用いた光変調器および光スイッチ
の例である。
おいてはマツハ・ツエンダ形光導波路を用いる。第７図
（Ｂ）の実施例３は２本の光導波路２が近傍して結合し
ている方向性結合器を用いた光変調器および光スイッチ
の例である。
（実施例４）
この実施例４は、前記実施例エないし３で示した光制御
素子をより具現化した構造の光制御素子を示すものであ
る。この実施例４の光制御素子の構成をその製造工程に
沿い、第８図（Ａ）ないし（Ｃ）を参照して説明する。
素子をより具現化した構造の光制御素子を示すものであ
る。この実施例４の光制御素子の構成をその製造工程に
沿い、第８図（Ａ）ないし（Ｃ）を参照して説明する。
第８図（Ａ）において、２カットＬｉＮｂＯ，基板１表
面に、例えばＴｉ拡散法による光導波路２を形成する。
面に、例えばＴｉ拡散法による光導波路２を形成する。
すなわち、例えば電子ビーム蒸着法とフォトリソグラフ
ィ技術により、例えば輻４ないし９μｍ程度、長さエな
いし６ｃｍのＴｉバタンを形成した後、熱処理によりＬ
ｉＮｂＯ，基板１中にＴｉを拡散させ、光導波路２を形
成する。次いで、第８図（Ｂ）において、ＬｉＮｂＯ，
基板１の光導波路２が形成されている表面上に、バッフ
ァ層３としてプラズマＣＶＤ等によりＳ ｉｏ，を形成
し、その上に真空蒸着法等とメッキ法とフォトリソグラ
フィ技術により、例えば金（Ａｕ）を用いて、３〜４μ
ｍ程度の中心電極４およびアース電極５を形成し、さら
に第８図に示すように、真空蒸着等とメッキ法とフォト
リソグラフイ技術およびエッチング技術のより約０．１
ないし５μｍ程度の深さの溝９ａを形成したシールド導
体９を中心電極４を内包するようにしてアース電極５に
接着剤等で固着し、光制御素子を完成させる。
ィ技術により、例えば輻４ないし９μｍ程度、長さエな
いし６ｃｍのＴｉバタンを形成した後、熱処理によりＬ
ｉＮｂＯ，基板１中にＴｉを拡散させ、光導波路２を形
成する。次いで、第８図（Ｂ）において、ＬｉＮｂＯ，
基板１の光導波路２が形成されている表面上に、バッフ
ァ層３としてプラズマＣＶＤ等によりＳ ｉｏ，を形成
し、その上に真空蒸着法等とメッキ法とフォトリソグラ
フィ技術により、例えば金（Ａｕ）を用いて、３〜４μ
ｍ程度の中心電極４およびアース電極５を形成し、さら
に第８図に示すように、真空蒸着等とメッキ法とフォト
リソグラフイ技術およびエッチング技術のより約０．１
ないし５μｍ程度の深さの溝９ａを形成したシールド導
体９を中心電極４を内包するようにしてアース電極５に
接着剤等で固着し、光制御素子を完成させる。
第９図はオーバレイ層８を形成するための溝９ａを制作
したシールド導体９の例を示した断面図である。すなわ
ち、第９図（Ａ）は、金属にフォトリソグラフィ技術な
らびにエッチング液を使用する湿式あるいはプラズマ法
やイオンビーム法等を使用する乾式のエッチング技術を
適用することにより溝９ａを形成する場合を示したもの
である。
したシールド導体９の例を示した断面図である。すなわ
ち、第９図（Ａ）は、金属にフォトリソグラフィ技術な
らびにエッチング液を使用する湿式あるいはプラズマ法
やイオンビーム法等を使用する乾式のエッチング技術を
適用することにより溝９ａを形成する場合を示したもの
である。
第９図（Ｂ）は、基板１とシールド導体９である金属と
の間の熱膨張係数差による熱応力等に起因する安定性、
信頼性上の諸問題を回避するために溝成された方法を示
すものであり、基板ｌと同一材料、同一結晶方位の支持
基体１２上に、シールド導体９とする金属を真空蒸着法
等およびメッキ法により１０μｍ程度の厚さに形成した
後に、第９図（Ａ） と同様の方法により溝９ａを形成
する場合を示したものである。
の間の熱膨張係数差による熱応力等に起因する安定性、
信頼性上の諸問題を回避するために溝成された方法を示
すものであり、基板ｌと同一材料、同一結晶方位の支持
基体１２上に、シールド導体９とする金属を真空蒸着法
等およびメッキ法により１０μｍ程度の厚さに形成した
後に、第９図（Ａ） と同様の方法により溝９ａを形成
する場合を示したものである。
第９図（Ｃ）は、シールド導体９を形成する前に、予め
支持基体１２の表面にフォトリソグラフィ技術ならびに
エッチング液を使用する湿式あるいはプラズマ法やイオ
ンビーム法等を使用する乾式のエッチング技術を適用す
ることにより溝９ａを形成する場合を示したものである
。
支持基体１２の表面にフォトリソグラフィ技術ならびに
エッチング液を使用する湿式あるいはプラズマ法やイオ
ンビーム法等を使用する乾式のエッチング技術を適用す
ることにより溝９ａを形成する場合を示したものである
。
第１０図は、第８図および第９図（Ｂ）で説明した工程
により製造した光制御素子（光強度変調器）の光一周波
数応答特性例である。この光強度変調器の製造方法は以
下に依った。ＬｉＮｂＯ，基板１上にＴｉ拡散法により
光導波路２を形成した。その後に、厚さ約１．２μｍの
Ｓｉｎ２を用いてバッッファ層３を形成し、このバッフ
ァ府３上に輻２Ｗ＝８μｍの中心電極４とアース電極５
の間のギヤップ輻２Ｇ＝ １ ５μｍと厚さ約４．５μ
ｍを有する進行波電極を形成した。さらに、支持基体１
２であるＬｉＮｂＯ，上に電子ビーム蒸着法およびメッ
キ法により金等の導体層を形成した後に、フォトリング
ラフイ技術とイオンビーム法を用いて精度よく加工した
溝９ａを形成したシールド導体を、中心電極４とアース
電極５を被覆するように設置して接着剤等で固着した。
により製造した光制御素子（光強度変調器）の光一周波
数応答特性例である。この光強度変調器の製造方法は以
下に依った。ＬｉＮｂＯ，基板１上にＴｉ拡散法により
光導波路２を形成した。その後に、厚さ約１．２μｍの
Ｓｉｎ２を用いてバッッファ層３を形成し、このバッフ
ァ府３上に輻２Ｗ＝８μｍの中心電極４とアース電極５
の間のギヤップ輻２Ｇ＝ １ ５μｍと厚さ約４．５μ
ｍを有する進行波電極を形成した。さらに、支持基体１
２であるＬｉＮｂＯ，上に電子ビーム蒸着法およびメッ
キ法により金等の導体層を形成した後に、フォトリング
ラフイ技術とイオンビーム法を用いて精度よく加工した
溝９ａを形成したシールド導体を、中心電極４とアース
電極５を被覆するように設置して接着剤等で固着した。
第ｌＯ図において、口印はシールド導体を被覆する前の
光一周波数応答特性であり、３ｄＢ帯域は約８ＧＨｚで
ある。一方、Ｏ印およびΔ印は、それぞれ溝の深さを０
．５μｍおよび０．９μｍに形成したシールド導体を固
着した光変調器の光一周波数応答特性であり、３ｄＢ帯
域は、それぞれ約１８ＧＨｚおよび約１５ＧＨｚとなり
、広帯域化の効果が明らかになった。
光一周波数応答特性であり、３ｄＢ帯域は約８ＧＨｚで
ある。一方、Ｏ印およびΔ印は、それぞれ溝の深さを０
．５μｍおよび０．９μｍに形成したシールド導体を固
着した光変調器の光一周波数応答特性であり、３ｄＢ帯
域は、それぞれ約１８ＧＨｚおよび約１５ＧＨｚとなり
、広帯域化の効果が明らかになった。
（実施例５）
第１１図は、本発明の実施例５を示す図である。第１１
図（Ａ）および（Ｂ）において、前記実施例４と同様に
製造工程により、ＬｉＮｂＯ，基板ｌに光導波路２とバ
ツファ層３と進行波電極４および５を順次形成した後、
第１１図（Ｃ）に示すように、オーバレイ層８の厚さを
制御するスペーサ１３を、フォトリソグラフイ技術とメ
ッキ法を使用して、所定の高さに形成する。さらに、第
１１図（Ｄ）において、例えば第９図（Ａ）および（Ｂ
）の構造で溝を形成しないシールド導体９を固着して光
制御素千を完成させる。
図（Ａ）および（Ｂ）において、前記実施例４と同様に
製造工程により、ＬｉＮｂＯ，基板ｌに光導波路２とバ
ツファ層３と進行波電極４および５を順次形成した後、
第１１図（Ｃ）に示すように、オーバレイ層８の厚さを
制御するスペーサ１３を、フォトリソグラフイ技術とメ
ッキ法を使用して、所定の高さに形成する。さらに、第
１１図（Ｄ）において、例えば第９図（Ａ）および（Ｂ
）の構造で溝を形成しないシールド導体９を固着して光
制御素千を完成させる。
なお、以上では、オーバレイ層が空気の場合について説
明したが、オーバレイ層としては誘電率が１に近い他の
物質を用いてもよい。
明したが、オーバレイ層としては誘電率が１に近い他の
物質を用いてもよい。
また、本発明は、前記実施例のマッハ・ツ工冫ダ形光強
度変調器に限定されるものではなく、同一原理による光
強度変調器、光位相変調器、光スイッチ等の光制御素子
に適用できる。
度変調器に限定されるものではなく、同一原理による光
強度変調器、光位相変調器、光スイッチ等の光制御素子
に適用できる。
さらに、本発明に用いる電気一光変換効果を有する基板
材料、導波路形状、電極形状および速度整合用シールド
導体材料は前記実施例に限定されるものでなく、電気．
光変換効果を有する基板材料としてはＬｉＮｂＯ，以外
の材料を、導波路形状としては熱拡散導波路以外の埋め
込み形、リッジ形等を、電極形状としては、コブレーナ
・ウエイブガイド形以外のコプレーナ・ストリップ形等
を、速度整合用シールド導体材料としては銅等の導電率
を有する材料を、それぞれ用いることができる。
材料、導波路形状、電極形状および速度整合用シールド
導体材料は前記実施例に限定されるものでなく、電気．
光変換効果を有する基板材料としてはＬｉＮｂＯ，以外
の材料を、導波路形状としては熱拡散導波路以外の埋め
込み形、リッジ形等を、電極形状としては、コブレーナ
・ウエイブガイド形以外のコプレーナ・ストリップ形等
を、速度整合用シールド導体材料としては銅等の導電率
を有する材料を、それぞれ用いることができる。
なお、シールド導体に形成した溝を低誘電率の物質で埋
めて用いることもできる。
めて用いることもできる。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明によれば、バッファ層の厚
みを従来と較べて極めて厚くするとともに、シールド導
体を設けたので、駆動電圧の著しい増加を招くことなく
、広帯域な光制御が可能となる。またマイクロ波伝搬損
失の抑圧や一般に５０オーム系で設計されている外部マ
イクロ波回路とのインピーダンス整合の点で有利である
。
みを従来と較べて極めて厚くするとともに、シールド導
体を設けたので、駆動電圧の著しい増加を招くことなく
、広帯域な光制御が可能となる。またマイクロ波伝搬損
失の抑圧や一般に５０オーム系で設計されている外部マ
イクロ波回路とのインピーダンス整合の点で有利である
。
また、本発明によれば、電気信号波の速度を調整するオ
ーバレイ層の厚さを自由に設定でき、電気信号波に対す
る実行屈折率ｎ．を光波に対する等価屈折率ｎ０と独立
に設定することができるので、容易に速度整合形光制御
素子の製造が可能となる。
ーバレイ層の厚さを自由に設定でき、電気信号波に対す
る実行屈折率ｎ．を光波に対する等価屈折率ｎ０と独立
に設定することができるので、容易に速度整合形光制御
素子の製造が可能となる。
第１図（Ａ）および（Ｂ）は本発明の一実施例を示す、
それぞれ平面図およびそのＡＡ’線断面図、第２図は本
発明実施例におけるマイクロ波実効屈折率ｎ１および特
性インピーダンスＺｏとオーバレイ層の厚みＨとの関係
を示す特性図、 第３図は本発明実施例における光変調帯域Δｆ −Ｌと
オーバレイ層の厚みＨとの関係を示す特性図、 第４図は本発明実施例における進行波電極を伝搬するマ
イクロ波の伝搬損失αとオーバレイの厚みＨとの関係を
示す特性図、 第５図は本発明実施例における■π・Ｌとオーバレイ層
の厚みＨとの関係を示す特性図、第６図は本発明実施例
における性能指数比△ｆ／Ｖπとオーバレイ層の厚みＨ
との関係を示す特性図、 第７図（Ａ）は非対称コブレーナ・ストリップを電極と
して用いた本発明の他の実施例を示す断面図、 第７図（Ｂ）は、方向性結合器を光導波路として用いて
光変調器および光スイッチを構成した本発明の他の実施
例を示す断面図、 第８図は本発明の実施例４の光制御素子を製造第１１図
は本発明の実施例５の光制御素子を製造工程に従って示
した断面構成図、 第１２図（Ａ）および（Ｂ）は従来のマッハ・ツエンダ
形強度光変調器の一例を示す、それぞれ、平面図および
そのＡＡ’線断面図、 第１３図（Ａ）および（Ｂ）は、先願に係る光変調器の
例を示す、それぞれ平面図およびそのＡＡ’！断面図、 第１４図（Ａ）および（Ｂ）は、先願に係る光変調器の
他の例を示す、それぞれ平面図およびＡＡ’線断面図、 第１５図は第１４図（Ａ）および（Ｂ）に示した先願例
について、マイクロ波実効屈折率ｎ．ａおよび特性イン
ピーダンスＺｏとバッファ層の厚みＤとの関係を示す特
性図、 第１６図は第１４図（Ａ）および（Ｂ）に示した先願例
について、３ｄＢ光変調帯域△ｆ−Ｌとバッファ層の厚
さＤとの関係を示す特性図、第１７図は第１４図（Ａ）
および（Ｂ）に示した先願例について、半波長電圧■π
と相互作用長しとの積Ｖπ・Ｌとバッファ層の厚さＤと
の関係を示す特性図、 第１８図は第１４図（Ａ）および（Ｂ）に示した先願例
について、性能指数Δｒ／ｖπとバッファ層の厚さＤと
の関係を示す特性図、 第１９図は先願に係る光変調器の他の例を示す断面図、 第２０図は光変調器の他の従来例を示す断面図である。 １・・・Ｌ ｉ Ｎ ｂ Ｏ ，基板、２・・・光導波
路、 ３・・・Ｓｉｎ２バソファ層、 ４・・・ｃｐｗの中心電極、 ５・・・ｃｐｗのアース電極、 ６・・・終端抵抗、 ７・・・変調用マイクロ波信号給′ＩｌＬ線、８・・・
オーバレイ層、 ９・・・シールド導体、 ９ａ・・・溝、 １０・・・非対称コブレーナ・ストリップの中心電極、
ｌ１・・・非対称コプレーナ・ストリップのアース電極
、 １２・・・支持基体、 ｌ３・・・スベーサ。
それぞれ平面図およびそのＡＡ’線断面図、第２図は本
発明実施例におけるマイクロ波実効屈折率ｎ１および特
性インピーダンスＺｏとオーバレイ層の厚みＨとの関係
を示す特性図、 第３図は本発明実施例における光変調帯域Δｆ −Ｌと
オーバレイ層の厚みＨとの関係を示す特性図、 第４図は本発明実施例における進行波電極を伝搬するマ
イクロ波の伝搬損失αとオーバレイの厚みＨとの関係を
示す特性図、 第５図は本発明実施例における■π・Ｌとオーバレイ層
の厚みＨとの関係を示す特性図、第６図は本発明実施例
における性能指数比△ｆ／Ｖπとオーバレイ層の厚みＨ
との関係を示す特性図、 第７図（Ａ）は非対称コブレーナ・ストリップを電極と
して用いた本発明の他の実施例を示す断面図、 第７図（Ｂ）は、方向性結合器を光導波路として用いて
光変調器および光スイッチを構成した本発明の他の実施
例を示す断面図、 第８図は本発明の実施例４の光制御素子を製造第１１図
は本発明の実施例５の光制御素子を製造工程に従って示
した断面構成図、 第１２図（Ａ）および（Ｂ）は従来のマッハ・ツエンダ
形強度光変調器の一例を示す、それぞれ、平面図および
そのＡＡ’線断面図、 第１３図（Ａ）および（Ｂ）は、先願に係る光変調器の
例を示す、それぞれ平面図およびそのＡＡ’！断面図、 第１４図（Ａ）および（Ｂ）は、先願に係る光変調器の
他の例を示す、それぞれ平面図およびＡＡ’線断面図、 第１５図は第１４図（Ａ）および（Ｂ）に示した先願例
について、マイクロ波実効屈折率ｎ．ａおよび特性イン
ピーダンスＺｏとバッファ層の厚みＤとの関係を示す特
性図、 第１６図は第１４図（Ａ）および（Ｂ）に示した先願例
について、３ｄＢ光変調帯域△ｆ−Ｌとバッファ層の厚
さＤとの関係を示す特性図、第１７図は第１４図（Ａ）
および（Ｂ）に示した先願例について、半波長電圧■π
と相互作用長しとの積Ｖπ・Ｌとバッファ層の厚さＤと
の関係を示す特性図、 第１８図は第１４図（Ａ）および（Ｂ）に示した先願例
について、性能指数Δｒ／ｖπとバッファ層の厚さＤと
の関係を示す特性図、 第１９図は先願に係る光変調器の他の例を示す断面図、 第２０図は光変調器の他の従来例を示す断面図である。 １・・・Ｌ ｉ Ｎ ｂ Ｏ ，基板、２・・・光導波
路、 ３・・・Ｓｉｎ２バソファ層、 ４・・・ｃｐｗの中心電極、 ５・・・ｃｐｗのアース電極、 ６・・・終端抵抗、 ７・・・変調用マイクロ波信号給′ＩｌＬ線、８・・・
オーバレイ層、 ９・・・シールド導体、 ９ａ・・・溝、 １０・・・非対称コブレーナ・ストリップの中心電極、
ｌ１・・・非対称コプレーナ・ストリップのアース電極
、 １２・・・支持基体、 ｌ３・・・スベーサ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）少なくとも一本の光導波路を備えた電気光学効果を
有する基板と、 該基板の上に配置されたバッファ層と、 該バッファ層の上に配置された中心電極およびアース電
極とからなる進行波電極と、 該光導波路と該進行波電極とが相互作用する領域の近傍
にオーバレイ層を介して配置したシールド導体とを具え
、前記電極に印加される変調用マイクロ波信号に対する
前記基板のマイクロ波実効屈折率が前記光導波路を伝搬
する光の実効屈折率に近くなるとともに、前記進行波電
極の特性インピーダンスが外部マイクロ波回路の特性イ
ンピーダンスに近くなるように、前記バッファ層の厚さ
および前記オーバレイ層の厚さを定めたことを特徴とす
る光制御素子。 ２）前記シールド導体が、前記中心電極を内包し、かつ
前記アース電極に固着されていることを特徴とする請求
の範囲第１項に記載の光制御素子。 ３）前記シールド導体がスペーサを介して前記アース電
極に固着されていることを特徴とする請求の範囲第１項
または第２項のいずれかに記載の光制御素子。 ４）前記導体が、前記光導波路を形成する基板と同種の
材料を金属化したものであることを特徴とする請求の範
囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の光制御素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3916289 | 1989-02-17 | ||
| JP1-39162 | 1989-02-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02289821A true JPH02289821A (ja) | 1990-11-29 |
Family
ID=12545429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2029441A Pending JPH02289821A (ja) | 1989-02-17 | 1990-02-13 | 光制御素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5129017A (ja) |
| EP (1) | EP0388637B1 (ja) |
| JP (1) | JPH02289821A (ja) |
| DE (1) | DE69016068T2 (ja) |
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| JP2016071200A (ja) * | 2014-09-30 | 2016-05-09 | 住友大阪セメント株式会社 | 光導波路素子 |
| JP2016109957A (ja) * | 2014-12-09 | 2016-06-20 | 日本電信電話株式会社 | 伝送媒体および光送信器 |
| WO2017171093A1 (ja) * | 2016-04-01 | 2017-10-05 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
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