(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚカットのニオブ酸リチウムから成る基板の−Ｃ面の表層に所定濃度のＴｉ原子を含有させて、光入射部と、分波部と、位相変調部と、合波部と、光出射部とを備えた導波路を形成するとともに、前記光入射部もしくは前記光出射部に、ＴＭモードを励起してＴＥモードをカットオフ状態とする、Ｔｉ原子濃度の小さい領域を形成したことを特徴とする分岐変調型光変調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は分岐変調型光変調器（マッハツェンダー型光変調器）の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のマッハツェンダー型光変調器においては、Ｔｉ熱拡散ＬｉＮｂＯ３チャンネル型導波路が、そのＬｉＮｂＯ３自体の大きな電気光学定数ならびに駆動電圧が小さくできるという点で、提案されている。
【０００３】
図７はこのマッハツェンダー型光変調器１であり、２はＺカットニオブ酸リチウム板（ＬｉＮｂＯ３のＺ板）から成る基板、３はこの基板２上に設けたＳｉＯ２バッファ層、４は電気光学効果のある基板表層に設けられた導波路、５は電極、６は偏光板である。
【０００４】
この光変調器１によれば、上記導波路４は、光入射部４ａと、分波部４ｂと、位相変調部４ｃと、合波部４ｄと、光出射部４ｅとから成り、偏光板６を通して光入射部４ａに入射した光は分波部４ｂにより分波し、次いで位相変調部４ｃを伝搬し、合波部４ｄを介して合成されて光出射部４ｅに到る。
【０００５】
各位相変調部４ｃ上には電極５を形成して、この電極５に印加すると非対称電界が発生し、この電界により各位相変調部４ｃの屈折率を変化させ、更にこの屈折率の変化に応じて、それぞれの光に位相差が生じる。そして、上記電界強度の大きさにより位相変調部４ｃの屈折率の変化量が決まるので、かかる位相差により合成後の出射光の強度制御ができる。
【０００６】
このＬｉＮｂＯ３結晶には、光学的に異方性があり、ＺカットＬｉＮｂＯ３基板の表層において、ｘ方向に光が伝搬するように導波路を作製した場合では、光の偏光方向により屈折率が異なるので、ＴＥモード光が常光線、ＴＭモードが異常光となる。そこで、電界をｚ軸方向に印加したときの常光線および異常光の屈折率の変化はそれぞれ、
ΔｎＯ＝ｒ１３ｎＯ３ＥＺ／２
Δｎｅ＝ｒ３３ｎｅ３ＥＺ／２
となって、ｒ３３がｒ１３に比べて数倍程度の大きくなるので、ＴＭモードの方がＴＥモードに比べ、電界の影響を大きく受けることになる。したがって、変調動作に用いるに際しては、ＴＭモードの方が印加効率が大きい点で望ましいので、ＴＭモード光のみを導波させるために、前記のように偏光板６を設けて、その偏光板６の偏光方向と結晶の光学軸（ｚ軸）を一致させて、偏光板６を介して光の入射を行なっている。
【０００７】
【従来技術の問題点】
しかしながら、上記構成のマッハツェンダー型光変調器１においては、導波路４の作製条件（Ｔｉ拡散前のＴｉ拡散源の幅、膜厚、拡散時間、拡散温度等）、並びに導波路４と電極５との配置関係を、駆動電圧が最小化するとともに、ＴＭ最低次モードがカットオフにならない範囲内で、最適設計しているが、偏光板６の偏光方向を基板２の結晶軸に対して正確に設定することが難しく、よって入射した光は、ＴＭモードのみならず、ＴＥモードが励起される場合があり、これにより、そのＴＥモードも電界により変調を受け、その結果、これらＴＭ、ＴＥの両モードの重ね合わせによって図３の消光比特性図が示す通り、各ピークにおいて消光比にばらつきが生じるという問題があった。
【０００８】
この問題点を解決するためには、入射光の偏光方向と結晶の光学軸を精度よく一致させることが重要であるが、実際上その精度を高めることは難しく、熟練した技術が要する。
【０００９】
しかも、その光変調器１の構成が複雑になり、コストの増大を招いていた。
【００１０】
更にＴＭモードのみを励起させ、ＴＥモード成分をカットオフする導波路の条件を選択すると、駆動電圧を下げるための最適化の設定が難しくなるという問題点があった。
【００１１】
したがって、本発明の目的は構成が複雑にならないようにして、駆動電圧の特性を損なわず、しかも、消光比特性の良好な分岐変調型光変調器（マッハツェンダー型光変調器）を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の分岐変調型光変調器は、Ｚカットのニオブ酸リチウムから成る基板の−Ｃ面の表層に所定濃度のＴｉ原子を含有させて、光入射部と、分波部と、位相変調部と、合波部と、光出射部とを備えた導波路を形成するとともに、前記光入射部もしくは前記光出射部に、ＴＭモードを励起してＴＥモードをカットオフ状態とする、Ｔｉ原子濃度の小さい領域を形成したことを特徴とする。
【００１３】
【作用】
上記構成の分岐変調型光変調器によれば、前記光入射部もしくは光出射部において、ＴＭモードが励起されＴＥモードをカットオフの状態となる屈折率分布とすることができ、これにより、出射光においてＴＥモード成分が混在しないか、もしくはその成分を相当程度にまで減少でき、その結果、偏光板を配置しなくても、消光比特性の良好な分岐変調型光変調器が得られる。
【００１４】
また、上記構成のように導波路のうち光入射部もしくは光出射部にＴｉ原子濃度の小さい領域を設けるのであれば、その導波路をＴｉ熱拡散法により作製する場合に、そのフォトリソ技術において所定のマスク形状にするだけで容易に形成することができる。したがって、その製造コストが低減し、低コストな分岐変調型光変調器が得られる。
【００１５】
【実施例】
図１は実施例のマッハツェンダー型光変調器７である。なお、図７と同一箇所には同一符号を付す。２ａはｚカットニオブ酸リチウム板（ＬｉＮｂＯ３のＺ板）から成る基板であり、この基板２ａに幅５μｍ程度の導波路８をＴｉ熱拡散法により作製した。このＴｉ熱拡散法は１０００℃もしくはそれよりも僅かに高い温度でＴｉ熱拡散を行なって、Ｔｉ原子をドープした。そのドープの際には、フォトリソ技術により所定形状のマスクを用いて、レジストパターンを形成し、リフトオフ法によりＴｉパターンを作製した後、Ｔｉ熱拡散を行なった。
【００１６】
そして、このＴｉ熱拡散法は非常に高温で行なうので、基板２ａの＋Ｃ面のＴｉ拡散した領域では分極反転が生じる場合があり、このような影響を避けるために、この導波路８を−Ｃ面の表層９に作製した。
【００１７】
この導波路８上に設けた電極５については、図１に示すようなＣＰＳ構造の他に、ＣＰＷ構造であってもよい。
【００１８】
また、この電極５を導波路８上に設けると、導波光の伝搬損失が生じ易くなり、特にＴＭモード光にその現象が顕著である。そこで、この伝搬損失を低減するために基板２ａ上にＳｉＯ２バッファ層３を設けている。
【００１９】
この導波路８についても、光入射部８ａと、分波部８ｂと、位相変調部８ｃと、合波部８ｄと、光出射部８ｅとから成り、そして、光入射部８ａに入射した光は分波部８ｂにより分波し、次いで位相変調部８ｃを伝搬し、合波部８ｄを介して合成されて光出射部８ｅに到り、出射する構成であり、この構成によれば、各位相変調部８ｃ上に形成した両電極５の間に高周波電力を印加すると電界が発生し、この電界により各位相変調部８ｃの屈折率が変化し、更にこの屈折率の変化に応じて、それぞれの光に位相差が生じ、そして、上記電界強度の大きさにより位相変調部８ｃの屈折率の程度が決まるので、かかる位相差により合成後の出射光の強度制御ができた。
【００２０】
次に導波路８に設けたＴｉ原子濃度の小さい領域を説明する。本実施例においては、この導波路８を作製するに当たって、光入射部８ａもしくは光出射部８ｅに、Ｔｉ原子濃度の小さい領域を設けている。以下、この領域はＴＥモードをカットオフの状態となるように設定するためのものであるので、ＴＥモードカットオフ領域１０を称する。
【００２１】
このＴＥモードカットオフ領域１０を図２〜図５に示す。なお、これらの図中、矢印は光の伝搬方向である。図２のＴＥモードカットオフ領域１０ａでは、拡散前のＴｉ幅を導波路８における拡散前のＴｉ幅に比べて２０〜５０％程度にまで小さくし、そして、その領域１０ａの厚み（深度）が導波路８と同じになるように設けた。
【００２２】
また、図３のＴＥモードカットオフ領域１０ｂのように、Ｔｉ幅の変化による拡散Ｔｉ原子濃度の調節を行なうのと同様な効果を得るために、導波路８ａもしくは８ｅの内部にＴｉの未ドープ領域を設けたり、図４のＴＥモードカットオフ領域１０ｃのように、ドット状に形成してもよい。
【００２３】
あるいは、上記のようなＴｉ厚みを変えない各ＴＥモードカットオフ領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃ以外に、図５に示すように２層構成の導波路８の一部に１層構成にしたＴＥモードカットオフ領域１０ｄを設けて、Ｔｉ厚みをその領域で小さくしてもよい。
【００２４】
かくして上記各構成のＴＥモードカットオフ領域１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）を設けたことにより、各領域１０の屈折率の分布が、導波路８のものと比べて異なり、これにより、ＴＭモードを励起してＴＥモードをカットオフの状態に設定することができ、その結果、図６に示す通りの消光比特性図が得られた。同図によれば、横軸が電極５に印加する電圧であり、出射光の強弱が理想的に形態となって、各ピークにおける消光比が一定となった。
【００２５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改良等は何ら差し支えない。たとえば、ＴＥモードカットオフ領域１０については実施例の他に各種形状や構造を採用することができ、ＴＥモードカットオフ領域１０ｃにおいては、その球状のドットの他に、任意形状のドット状点源であってもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、Ｚカットのニオブ酸リチウムから成る基板の−Ｃ面の表層に所定濃度のＴｉ原子を含有させて、光入射部と、分波部と、位相変調部と、合波部と、光出射部とを備えた導波路を形成するとともに、前記光入射部もしく前記光出射部に、ＴＭモードを励起してＴＥモードをカットオフとする、Ｔｉ原子濃度の小さい領域を形成したので、出射光においてＴＥモード成分が混在しないか、もしくはその成分を相当程度にまで減少でき、その結果、偏光板を配置しなくても、駆動電圧の特性を損なわず、消光比特性の良好な分岐変調型光変調器が得られた。
【００２７】
また、本発明によれば、導波路をＴｉ熱拡散法により作製する場合に、そのフォトリソ技術において所定のマスク形状にするだけでＴｉ原子濃度の小さい領域を容易に形成することができ、これにより、製造コストが低減し、低コストな分岐変調型光変調器を得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の分岐変調型光変調器の斜視図である。
【図２】実施例の分岐変調型光変調器における導波路の要部を示す概略図である。
【図３】実施例の分岐変調型光変調器における導波路の要部を示す概略図である。
【図４】実施例の分岐変調型光変調器における導波路の要部を示す概略図である。
【図５】実施例の分岐変調型光変調器における導波路の要部を示す概略図である。
【図６】実施例の分岐変調型光変調器の消光比特性を示す線図である。
【図７】従来の分岐変調型光変調器の斜視図である。
【図８】従来の分岐変調型光変調器のの消光比特性を示す線図である。
【符号の説明】
７：マッハツェンダー型光変調器
２ａ：Ｚカットニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板
８：導波路
５：電極
３： ＳｉＯ２バッファ層
８ａ：光入射部
８ｂ：分波部
８ｃ：位相変調部
８ｄ：合波部
８ｅ：出射部
１０：ＴＥモードカットオフ領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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