(57)【要約】【課題】本発明は動作点を設定するためにバイアスを印加するデバイス内に埋められたバイアス電極の付加的なセットを含んだ電気光学変調器の構造に関する。【解決手段】したがって、入力光信号を変調するのに用いられるＲＦ電極はゼロＤＣバイアスで動作され得、非密閉パッケージ内に存在し得るガルバニック作用および他の作用による電極腐蝕が低減される。埋められたバイアス電極は、結果的に得られるドリフト特性の向上により電荷蓄積を制御する際にも有利である。このバイアス電極材料は、デバイス内で、特に外部端子にバイアス信号をルートさせることに加え、非密閉環境において動作できるように封入層を形成するのにも有用であり、これにより製造コストが抑えられる。ＸカットおよびＺカット・ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いた実施形態を提供する。後者の場合、バイアス電極は光損を回避するように電極の軸に沿って分割され得る。【選択図】図３ａ
2006039569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学基板の上面に隣接して形成された光導波路を含む電気光学基板と、
前記基板の上面によって支持されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に形成された、間に中間電極ギャップを有する少なくとも１つの信号電極および少なくとも１つの接地電極を含み、前記光導波路内に電界を誘起するＲＦ信号を受け取るように位置決めされた、高導電性のＲＦ電極のセットと、
前記光導波路内に電界を誘起するバイアス信号を受け取るように位置決めされ、前記基板とバッファ層との間でかつ前記基板と電気的に接触した状態で形成された、間に中間電極ギャップを有する少なくとも１つの信号電極および少なくとも１つの接地電極を含む、バイアス電極のセットと
を備えた電気光学デバイス。
【請求項２】
前記バイアス電極は前記ＲＦ電極と実質的に整列された請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項３】
前記バイアス電極は、前記ＲＦ電極の電気抵抗率よりも実質的に高いが、前記基板および前記バッファ層の電気抵抗率よりも実質的に低い電気抵抗率を有する請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項４】
前記バイアス電極の中間電極ギャップは、前記高抵抗率バイアス電極の中間電極ギャップ未満である請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記バイアス電極にバイアス信号を提供する、前記バッファ層を通る少なくとも１つの導電性ビアをさらに備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記バイアス電極の直列抵抗を低減させる、前記バッファ層を通る複数の導電性ビアをさらに備える請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項７】
前記バイアス接地電極および前記ＲＦ接地電極は、共通の接続を形成するように接続された請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記バイアス信号電極および前記ＲＦ信号電極は、共通の接続を形成するように接続された請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記バイアス電極は分離されたセグメントを含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記バイアス電極は、前記ホスト材料の導電率を増大させるドーパント材料のイオン注入により形成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記イオン注入により形成されたバイアス電極は、前記バッファ層の厚さに等しい厚さを有し、これにより前記デバイス表面への導電路が形成される請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記電気光学デバイスはマッハツェンダ光変調器を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記基板材料はニオブ酸リチウムである請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項１４】
前記ニオブ酸リチウムはＸカット・ニオブ酸リチウムである請求項１３に記載の電気光学デバイス。
【請求項１５】
前記バイアス電極は、前記ＲＦ電極によって発生された電界と実質的に平行な電界を発生するような様式で前記ＲＦ電極に対して位置決めされた請求項１４に記載の電気光学デバイス。
【請求項１６】
前記ニオブ酸リチウムはＺカット・ニオブ酸リチウムである請求項１３に記載の電気光学デバイス。
【請求項１７】
前記バイアス電極は、前記光導波路に平行な軸に沿って分離され、かつ前記光導波路のいずれかの側に配置された少なくとも２つの部分電極を備える請求項１５に記載の電気光学デバイス。
【請求項１８】
単一の光導波路出力を有し、光導波路コンバイナに光学的に結合され、１対の電気光導波路に光学的に結合され、光導波路スプリッタに光学的に結合された、単一の光入力導波路を含む、前記基板の上面に隣接する光学回路と、
前記基板の上面に直接形成されたバッファ層と、
前記電気光導波路の対において屈折率の差の変化を導くＲＦ信号を受け取る前記バッファ層の上に位置する、平坦なマイクロ波伝送ラインを形成する接地−信号−接地構成で信号電極および接地電極を含んだ、高導電性のＲＦ電極のセットと、
前記バッファ層と基板との間でかつ前記電気光導波路の対において屈折率の差の変化を導くバイアス信号を受け取る前記基板と接した状態で位置する、前記ＲＦ電極と整列された信号電極および接地電極を含んだバイアス電極のセットと
を備えた電気光学基板上のマッハツェンダ光変調器。
【請求項１９】
マッハツェンダ光干渉計が形成された電気光学基板を有するマッハツェンダ変調器においてバイアス・ドリフトを低減させる方法であって、前記デバイス上のＲＦ電極と前記基板との間のバッファ層であり、前記バッファ層の電荷蓄積の悪影響が、前記バッファ層と前記基板との間に位置するバイアス電極を介して前記基板に直接バイアス電圧を印加することによって緩和される方法。
【請求項２０】
バイアス電極および高周波ＲＦ変調電極に信号を印加することにより、前記導波路において誘起される電界に空間的に重なるように前記ＲＦ電極の下に前記バイアス電極を位置決めすることによって、請求項１８に記載のマッハツェンダ変調器の変調効率を改善する方法。
【請求項２１】
単一の光導波路出力を有し、光導波路コンバイナに光学的に結合され、１対の電気光導波路に光学的に結合され、光導波路スプリッタに光学的に結合された、単一の光入力導波路を含む、前記基板の上面に隣接する光学回路と、
前記基板の上面に直接形成されたバッファ層と、
平坦なマイクロ波伝送ラインを形成する、マイクロストリップまたは共平面ストリップ形態で信号電極および接地電極を含み、ＲＦ信号を受け取るために少なくとも１つの信号電極が
前記バッファ層の上に位置し、かつマイクロストリップ形態が提供される場合には、接地電極が基板の下側に位置し、前記ＲＦ信号は電気光導波路の少なくとも一方において屈折率の差の変化を誘起する、高導電性のＲＦ電極のセットと、
前記ＲＦ電極と整列された信号電極および接地電極を含んだバイアス電極のセットと
を備えた電気光学基板上のマッハツェンダ光変調器。
【請求項２２】
電気光学基板の上面に隣接して形成された光導波路を含む２０μｍ以下の厚さを有する電気光学基板と、
前記基板の上面によって支持されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に形成された、間に中間電極ギャップを有する少なくとも１つの信号電極および少なくとも１つの接地電極を含み、前記光導波路内に電界を誘起するＲＦ信号を受け取るように位置決めされた、高導電性のＲＦ電極のセットと、
前記光導波路内に電界を誘起するバイアス信号を受け取るように位置決めされ、前記基板の底部で、かつ前記基板と電気的に接触した状態で形成された、間に中間電極ギャップを有する少なくとも１つの信号電極および少なくとも１つの接地電極を含むバイアス電極のセットと
を備えた電気光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバ通信用光学デバイスに関し、より具体的には電気的に導電性のない電気光学材料で製造された光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は参照により本願明細書に組み入れた２００４年７月２７日に出願された、「Ｌｏｗ  Ｂｉａｓ  Ｄｒｉｆｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｂｕｆｆｅｒ  Ｌａｙｅｒ」と題する米国特許仮出願第６０／５９１４５８号の優先権を主張する。
【０００３】
レーザ・ダイオード、外部変調器、および光検出器ダイオードを含んだ光ファイバ通信システムは、光ファイバまたは類似する光導波路を用いて光信号を伝送する分野ではよく知られている。光ファイバの色分散は、光ファイバ通信システムが達成可能な伝送距離を変調速度および変調チャープに依存するものにしている。外部変調器はレーザからの連続波（ＣＷ）入力光出力を変調するのに用いられる場合、所定の制御可能な様式で変調チャープ・パラメータを実質的に固定された値に調整できるようにし、これにより色分散によって引き起こされる伝送出力ペナルティーは最小化される。
【０００４】
外部変調は、例えば、実質的に同一の入力光ビームが導波路に供給され、かつ各導波路がそれ自身の個々の制御に供される二重導波路デバイスにおいて達成される。変調信号は別個の制御により各導波路に印加される。さらに、ゼロではない所望の固定された値に変調チャープ・パラメータを調整するために、制御信号は各導波路に印加される。
【０００５】
典型的な高速の電気光学外部変調器は進行波電極を用いて、光導波路の近傍でマイクロ波伝送ラインを形成する。マイクロ波信号は所定の距離を光信号とともに共伝搬し、これによって必要な光変調が達成される。進行波変調器におけるマイクロ波信号と光信号との速度のミスマッチを阻止するために、厚いバッファ層をウエハ上に設けてマイクロ波信号の伝搬速度を高速化する。これまでは、酸化シリコン（ＳｉＯ２）バッファ層は電子ビーム、スパッタリング、または化学気相成長（ＣＶＤ）などの知られた技術で形成されていた。このバッファ層はウエハ全体にわたって平坦化することができるか、または電極構造体でパタン化することができる。
【０００６】
ＳｉＯ２層を使用することは非常に多くの利点がある。ＳｉＯ２バッファ層は、層厚および組成などの製造パラメータを正確に制御できるようにするエバポレータ、スパッタリング装置、ガス供給装置、またはＣＶＤ装置などの装置によって製造される。このようなパラメータはともに電気的ＲＦ信号のほか導波路の光信号の伝搬速度に影響を及ぼす。
【０００７】
高速通信システムなどの多数の用途にとっては、高い変調効率を達成することは重要であり、これはπ（ｐｉ）の光位相シフトを達成するために変調器電極に印加される必要のある一般に電圧の大きさがＶπ（Ｖｐｉと示すこともある）として測定される。典型的な設計目標は５ｖであるが、これは製造業者ごとに変動し得る。ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）はこの設計基準を満たすことのできる電気光学材料である。
【０００８】
ニオブ酸リチウムは主要な２つの結晶方位、つまりＸカットおよびＺカットで使用される。ＸカットまたはＺカットＬｉＮｂＯ３という用語は、それぞれＺまたはＸ結晶方位に対して垂直に切断されたＬｉＮｂＯ３を意味する。Ｙカットは結晶学的にＸカットに等しく、故に、Ｘカットを扱う説明のすべてに含まれる。
【０００９】
大半の用途では経時的、かつ温度、湿度および他の環境条件の変化を通して電気光学変調器の非常に安定した動作を必要とする。
【００１０】
ＬｉＮｂＯ３は、温度の場合、ＬｉＮｂＯ３の焦電効果が移動性の電荷を生成するので、温度変化に反応し易い。移動性の電荷はデバイスの通常の操作の間に強力な電界を生じ得る。そのような強電界は、導波路にわたって互いにマッチしない電界を形成することによってマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）などの電気光学変調器の動作（バイアス）点を変化させ得るので問題である。また、このような強電界によって時間依存性または制御されない電荷の消散が生じることになり、その結果伝送データの損が生じるかもしれない。このような電界によってアークも発生して、その結果伝送データの損が生じるかもしれない。
【００１１】
焦電性電荷を除去するための当該分野において知られた方法が存在する。例えば、ｚカット基板では、変調器平面に対して垂直方向に焦電的に発生した電界である。いくつかの先行技術は、導電路を介してデバイスの底部へ焦電性電荷を除去するために、デバイスの上面に形成された金属酸化物層または半導体層を使用する。アモルファス・シリコンと多結晶シリコン（ポリ−Ｓｉ）の両方の半導体層が焦電性電荷を除去するために使用されている。拡散抑制層が金属電極が半導体ブリードオフ層に拡散するのを妨ぐために含まれる場合もある。
【００１２】
他の先行技術のデバイスはデバイスの底部上に放出経路を提供するように設置電極に電気的に接続された導電層を使用する。このようなデバイスでは、熱い電極に蓄積する電荷の接地への経路を駆動電子機器またはバイアス電子機器に見出すことができる。
【００１３】
ＬｉＮｂＯ３変調器に関連する問題は、バイアス電圧がＬｉＮｂＯ３マッハツェンダ干渉計型変調器の電気入力に印加されるときに生じ得る望ましくない電荷の発生および電荷再分布である。マッハツェンダ干渉計の動作点を制御するために印加されるバイアス電圧は、電子、正孔、またはイオンの形態で移動性の電荷を形成し得る。このような移動性の電荷は正のＤＣドリフトを確立することによって印加された電圧の作用を打ち消すか、または負のＤＣドリフトを確立することによって印加されたバイアス電圧を増強するかのいずれかである。バイアス条件を維持するのに必要な電圧は徐々に増大（「暴走」）して制御システムをリセットし、結果的にデータの損を生じることになるので、正のドリフトは特に問題である。当該分野では、望ましくない電荷発生および電界再分布によって生じるＤＣドリフトを低減させる方法が知られている。
【００１４】
米国特許第５４０４４１２号および第５６８０４９７号の先行技術の設計は、バッファ層をドープしてより導電性のあるものにすることによって、バッファ層充電の影響を低減させる。増大された導電性はバッファ層を実質的にショートさせてバッファ層が充電されないようにする。金電極に印加される電圧をゆっくりと変化させれば、マッハツェンダ干渉計のバイアス点を時間とともに制御することができる。ｘカットニオブ酸リチウムの設計は、工学的にＲＦ電極と直列になった別個の電気的に絶縁された低周波バイアス電極を有し得る。この別個のバイアス電極は電極と基板との間にバッファ層を有していないので、バッファ層に関連する問題は解消されるが、デバイスの長さは大きくなる。
【００１５】
米国特許第５３５９４４９号には別個のバイアス電極を有するｚカット・ニオブ酸リチウムの設計が示されている。電極を常に導波路にわたって位置決めしておかなければならないので、ｚカット・ニオブ酸リチウム設計（バイアスまたはＲＦ）は典型的にはバッファ層を必要とする。いくつかの先行技術のニオブ酸リチウム設計では、バイアス制御は導波路の上部に設置された設置されたインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）などの光学的に透明な導体から作られた別個のバイアス電極を用いて達成される。
【００１６】
典型的にはデバイス全体は湿気が電極に到達しないように、通常は密封パッケージ内に設置される。
【００１７】
米国特許第５８９５７４２号および第６１９８８５５  Ｂ１号は高分子バッファ層を用いた設計を考察している。第６１９８８５５  Ｂ１号は、ブリード層がバッファ層の上部に形成されたか、または直接表面上に形成された、導電率または非導電率バッファ層を備えたｚカット・デバイスを記載している。しかし、ブリード層材料は電極を形成するようにパタン化されていないし、導波路近傍の電位を外的に制御する手段も提供しないことに留意されたい。
【００１８】
米国特許第６１９５１９１  Ｂ１号および第６２８２３５６  Ｂ１号は、導電率を変えるか、または表面損傷を抑えてバイアス安定性を改善するように基板の表面を処理する手段を記載している。ブリード層の使用も記載されている。表面全体は処理されることにも留意されたい。その表面処理を用いて電極を形成しようとする試みについては考察されていない。
【００１９】
他の先行技術には、半導電性電極が主要な信号電極に隣接して側方に設置された米国特許第５２１４７２４号がある。バイアス電極が基板の表面上に存在する本願明細書に記載の発明とは対照的に、すべての電極はバッファ層の上部にあることに留意されたい。［Ｃ１］特許第５２１４７２４号はバイアス点の低周波制御に半導電性電極を使用することができることを教示している。当該特許請求の範囲は全電極とバッファ層との間に「一次半導電性層」と呼ばれるブリード層も含んでいることに留意されたい。
【００２０】
日本国特許第１７８９１７７号（特許付与日１９９３年９月２９日）は、バッファ層が存在しない領域において、半導電性ブリード層がパタン化したバッファ層の上部を覆い、かつ基板の表面の上部にあるパタン化したバッファ層を記載している。
【００２１】
米国特許出願公開公報第２００３／００５３７０  Ａ１号では、高導電性金属電極の下にある透明な導電性フィルムが基板の表面に直接電圧を印加する。この金属電極は光損を最小化するように導波路の中心に対して側方にずらされている。透明な導電性フィルムは高導電性電極から導波路に高周波信号および低周波信号の両方を運ぶことが意図されている。当該特許出願に記載されているように、「金属電極が透明電極の光導波路上に形成された一部分上にできるだけ重ね合わせられないように金属電極を形成することによって、光損を防ぐとともに高速の変調を達成することが可能であるので、本発明は特に有利である」。
【００２２】
米国特許第５４５５８７６号は、浮遊電位以外に、基板の表面上で、バッファ層の下に、高導電性（好適には金）電極を備えた設計を記載している。浮遊電極はバッファ層の上部の電極から絶縁されたＤＣであり、外部ＤＣ接続を有さない。この浮遊電極はバッファ層の上部の電極からのＲＦを容量結合することによって高周波変調効率を改善することが意図されている。浮遊電極がその電極に近接していることにより、結合された電圧の一部に対して効果的な変調が達成される。１９９８年１月発行のＬｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ誌、第１６巻１号、７３〜７７頁のＳａｍｕｅｌ  Ｈｏｐｆｅｒらの「Ａ  ｎｏｖｅｌ  ｗｉｄｅｂａｎｄ，ｌｉｔｈｉｕｍ  ｎｉｏｂａｔｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」と題する学術論文では、その発明者は浮遊電極の目的は「使用可能なＲＦ電圧をチタン非拡散型の光導波路に直接印加するためのものである」と記載している。浮遊電極は外部ＤＣ接続がないのでバッファ層の充電効果に起因するバイアス電圧ドリフトを緩和しないことに留意されたい。
【００２３】
米国特許第６３１０７００号はバッファ層上部に大きな電極のセットがあり、かつ基板の表面上に電極のセットがあるという点で第５４５５８７６号と多少類似している。上部電極から下部電極への信号電圧の容量結合に依存する代わりに、導電性の脚部が前記２セットの電極を接続する。この下部の電極セットは低周波および高周波の両方で上部電極と直接相互接続されていることに留意されたい。この脚部は全周波数に対して上部電極から下部の電極セットまで電圧を運ぶことが意図される。注目すべき重要な特徴は、変調は高周波および低周波において下部の電極セットによって行われることである。当該特許は「バッファ層４００の厚さは伝送ライン３００を伝搬する電気信号によって生成される電界７１０がニオブ酸リチウム基板に到達せずに電気的速度を遅くするように十分な厚さであるべきである」と記載している。伝送ラインからの電界ラインが基板に達しない場合、その電界ラインは高周波および低周波両方の変調に果たす役割は最小である。さらに、当該特許は特に、伝送ライン３００を伝搬する電気信号によって生成される電界のより強い部分（以降「伝搬７１０の電界」と呼ぶ）がニオブ酸リチウム基板１００に到達せずに電気的速度を遅くするように、基板１００から離して伝送ラインを持ち上げるために導電性脚部３５０は十分長くなければならない。伝搬７１０の電界電界（図３に示す）は伝送ライン３００の電極間の空隙にわたって発生されるが、光信号の変調は行わない」、と教示している。したがって、高周波および低周波の変調は「担持（ｌｏａｄｉｎｇ）電極」と呼ばれる基板の表面上の電極のセットによって実行される。当該特許は「対向する導電性脚部の対向担持電極は伝送ラインの電気的速度を低減させて光信号の光学速度をマッチさせる容量を発生し」、故に、担持電極は高周波の伝送ラインに強力に結合されることも記載している。
【特許文献１】米国特許第５４０４４１２号
【特許文献２】米国特許第５６８０４９７号
【特許文献３】米国特許第５３５９４４９号
【特許文献４】米国特許第５８９５７４２号
【特許文献５】米国特許第６１９８８５５  Ｂ１号
【特許文献６】米国特許第６１９５１９１  Ｂ１号
【特許文献７】米国特許第６２８２３５６  Ｂ１号
【特許文献８】米国特許第５２１４７２４号
【特許文献９】［Ｃ１］特許第５２１４７２４号
【特許文献１０】日本国特許第１７８９１７７号
【特許文献１１】米国特許第５４５５８７６号
【特許文献１２】米国特許第６３１０７００号
【非特許文献１】Samuel Hopfer, et. al., entitled "A novel wide band, lithium niobate electrooptic modulator", in the Journal of Light Wave Technology, Vol. 16, No.1, January 1998, 73〜77頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本願の発明の目的は、効果的な高周波および低い光損を維持すると同時にデバイスのバイアス化への充電の影響を低減させて、密閉されていないパッケージングに対してデバイスをより強力なものにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
したがって、本発明は、光信号の高周波変調が、バッファ層上部に伝送ラインとして配置され、かつ所定の動作点が基板と接触する低導電性電極の第２のセットによって維持される高導電性ＲＦ電極の第１のセットを用いて達成される電気光学デバイスに関するものである。
【００２６】
このようにして、デバイスの表面上に設置された高導電性電極間でゼロまたはゼロに近いＤＣ電圧でデバイスを操作することが可能である。その結果、電極を腐蝕させ得るメタル・マイグレーションおよび他の作用が緩和されて、より低い製造および材料コストのために有利である密閉していないパッケージ内でデバイスの信頼できる動作が可能となる。
【００２７】
さらに、外部端子への電気的接続を有する基板の表面上に位置する電極を用いて、除去しない場合にはドリフトなどのデバイスの望ましくない動作を生じるであろう基板充電および同様の作用を除去することができる。
【００２８】
本発明の別の態様は変調効果を最適にするためのＲＦ電極およびバイアス電極の相対的配置に関する。
【００２９】
本発明の別の特徴は高抵抗率のバイアス電極を高導電性電極に接続してバイアス電極の直列抵抗を低減させるためのビアを提供する。
【００３０】
本発明の好適な実施形態を示す添付図面を参照して本発明をさらに詳細に記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１を参照すると、本発明の変調器２４を利用した、単純化した光通信システム１０の実施形態が示されている。この光通信システム１０は、送信機１１、受信機３２、および受信機３２に送信機１１を接続する伝送媒体３０を備えている。伝送媒体３０は典型的には光ファイバである。
【００３２】
送信機１１はレーザ・コントローラ１２から受信されるレーザ制御信号に従って動作するレーザ１４を含んでいる。連続波（ＣＷ）モードまたはパルス・モードで動作し得るレーザ１４は、所定の波長を有する光信号１６を生成する。長波長通信システムでは、レーザ１４は典型的には、１．５μｍ波長の光信号を生成するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体シングル・モード・レーザである。
【００３３】
レンズ付き光ファイバ１８またはファイバ・ピグテールは光信号１６を受信する。レンズ付き光ファイバ１８はレーザ１４に向けられた反射を低減させるアイソレータ２０に結合されている。一実施形態では、アイソレータ２０はレーザ１４への反射をさらに低減させるために偏光器（図示せず）に結合されている。別の実施形態では、レンズ付き光ファイバ１８はアイソレータ２０を介さずに変調器２４に直接結合されている。
【００３４】
外部変調器２４は入力ファイバ２２を介してレーザ１４から光信号１６を受信する。変調器２４は２つの導波路２６および２８を含む。コントローラ３８は各導波路２６、２８を他方とは独立して、または１つの制御信号を用いて制御する。光信号１６は変調器２４の入力２３にて受信され、導波路２６および２８の各々において変調される。導波路２６および２８の各々からの変調された光信号は変調器２４の出力２９において、ある変調光信号へと結合される。変調器２４は振幅変調、位相変調、またはそれを組み合わせたもののいずれかを実行して、受信された光信号１６の光を「チャープ」することができる。この結合された変調された光信号はファイバ３０をわたって受信機３２へ伝送される。
【００３５】
コントローラ３８は伝送ライン４０を介してデータ源４２からデジタル・データ信号を受信し、受信した信号に応答して変調制御信号を生成する。変調制御信号はリード線３４および３６を介して変調器２４に導入される。この変調制御信号は光信号１６の所定の変調および所望の変調チャープ・パラメータを表している。例えば、変調制御信号は変調器２４によって受信され、それに応答して、導波路２６および２８の各々の相対的伝搬速度が変化して所望の変調チャープ・パラメータ値を生成する。単一の制御信号が非対称的に導波路２６および２８と相互に働いて一定量のチャープを生成する。
【００３６】
コントローラ３８も、変調器の動作点を設定するバイアス信号をリード線３５を介して変調器２４に導入する。このバイアス信号は予め設定されるか、または温度、バイアス・ドリフト、または電気光学導波路近傍の電荷蓄積などの環境条件の変化に応じて生成されてよい。
【００３７】
一般的な変調器のデザインは、マッハツェンダ型である。このマッハツェンダ変調器の操作は、米国特許第５４５５８７６号に詳細に記載され、これを本願明細書において参照により組み入れている。マッハツェンダ型変調器は光波を変調するために干渉技術を使用する。マッハツェンダ型変調器は、入力光信号を光導波管に沿って２つの経路に分割し、電磁信号、好適には無線周波数（ＲＦ）信号を利用して、一方または両方の光導波路に存在する分割された光信号を変調する。次に、この２つの分割された光信号は単一の光信号に組み合わせられる。本願明細書では本発明をマッハツェンダ型変調器とともに記載するが、本発明は任意のタイプのエレクトロ光学変調器とともに使用することができる。
【００３８】
図２は図１の光通信システムの従来技術の変調器の上部平面図を示す。光ファイバ・ケーブル４６は、マッハツェンダ型変調器４４の光入力４８と光通信を行う。光ファイバ・ケーブル４６は、光源またはレーザ（図示せず）から入力４８へ光信号を提供する。この光信号はＹ結線５０によって２つの等しい信号に分割される。ＲＦ電極５４および５６は信号発生器５２によって供給されるＲＦ信号を伝える。分割された光信号は、導波路５８および６０に沿って進むが、ＲＦ信号の電界は分割された光信号を変調する。ＲＦ信号が分割された光信号と相互に作用するか、または分割された光信号を変調する距離は、相互作用距離として知られており、主に変調器の設計によって決定される。
【００３９】
第２のＹ結線６２は２つの分割された光信号を結合して単一の変調された光信号にする。変調器４４の光出力６６に接続される光ファイバ・ケーブル６４は、結合された光信号を光通信システムの次のステージ（図示せず）に提供する。
【００４０】
変調器４４は、１つの実施形態において、Ｘカット・ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）から形成され、厚さ約１０００ミクロン（μｍ）の基板６８を備える。別の実施形態において、変調器４４は、ＺカットＬｉＮｂＯ３から形成される。変調効率を最大にするために、導波路はＸカットのための電極の間にあるが、これらはＺカットＬｉＮｂＯ３のための電極の下にある。基板６８の長さおよび幅は、変調器の設計に依存し、そして光学導波管５８および６０ならびにＲＦ電極５４および５６を十分に支持しなければならない。他の電気光学材料も同様に、基板６８のために使用され得る。一実施形態では、光学導波路５８および６０は、完全に基板６８の中に位置される。
【００４１】
導波路５８および６０は、チタンを基板６８内に拡散させることによって形成され得る。一実施形態では、導波路５８および６０は、基板６８にストリップまたはチャネル（図示せず）を形成し、チタンをこのチャネルに挿入し、次にチタンが基板６８中に拡散するように基板６８の温度を上げることによって形成される。一実施形態では、導波路５８および６０は、幅約７ミクロンおよび深さ約３ミクロンである。
【００４２】
一実施形態では、ＲＦ電力電極５４および５６は金から形成されるが、銀または銅などの、任意の導電性金属または金属合金が使用され得る。ＲＦ電極５４および５６は、金属を基板材料に付着させる任意の数の公知の方法を用いて形成される。一実施形態では、金は、電気メッキ技術またはスパッタリング技術を用いて付着される。例えば、５０〜８０Åのチタンの下部層が基板６８への金の付着を向上させるために堆積され得る。高い湿気が存在する場合に金−ニッケル界面の電界腐蝕を低減させるので、ニッケルの下部層が使用されてもよい。
【００４３】
ＲＦ電極５４および５６は、信号発生器５２からＲＦ電力を送り届けるＲＦ伝送ラインに接続される。一実施形態では、ＲＦ伝送ラインは同軸ケーブルを含む。中心ＲＦ電極５６は、信号発生器５２の出力に接続される同軸ケーブルの中心導線に接続される。同軸ケーブルの遮蔽導線または外側導線は、電極５４に電気的に接続される。マッハツェンダ変調器に関しては、ＲＦ電極５４および５６の厚さおよび幅は、変調器の設計によって決定される。
【００４４】
図３ａは本発明の開示による図２の変調器の実施形態のＡ−Ａ’で切った断面図を示している。本願明細書に記載の例は基板材料用のＸカットおよびＺカットＬｉＮｂＯ３に基づいたものであるが、ＹカットＬｉＮｂＯ３などの他の電気光学材料、タンタル酸リチウムのすべての結晶カット、リン化インジウム（ＩｎＰ）および関連する化合物などの半導体が使用されてよい。バッファ層１０４が、上記のように構成された２つの光導波路１０２および１０３を含んだ基板１０１上に存在する。変調器の相互作用距離にわたってＲＦ信号を搬送するマイクロ波伝送ラインを形成する進行波電極構造体は、ＲＦ接地電極１０５およびＲＦ信号電極１０６から構成される。典型的には二酸化シリコンおよびベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの絶縁材料から構成されるバッファ層は、特に、ＲＦ信号および光信号の伝搬速度をマッチさせ、かつ高導電性のＲＦ電極と光導波路を伝搬する電界との間にスペーサを提供するように働くことにより、光信号の損を低減させる。
【００４５】
バイアス接地電極１０７およびバイアス信号電極１０８は基板１０１上に位置する。このバイアス電極に適した材料はタンタル・シリコン窒化物、アモルファス・シリコン、および他の抵抗率の高い材料である。バイアス電極に適した抵抗率の値は、金または他の導電性材料の抵抗率の値と基板の抵抗率の値との間にある。典型的な抵抗率の値はバッファ層に関しては２５℃で１０１８オームセンチ（Ωｃｍ）、ニオブ酸リチウム基板に関しては２５℃で約１．３×１０１７オームセンチ（Ωｃｍ）、バイアス電極に関しては２５℃で約１０４〜１０６オームセンチ（Ωｃｍ）、およびＲＦ（金）電極に関しては２．３×１０−６オームセンチ（Ωｃｍ）の範囲にある。
【００４６】
光導波路１０２、１０３各々の電界は、ＲＦ電極１０５および１０６の信号およびバイアス電極１０７および１０８の信号を結合することによって生成される。ＲＦ電極１０５、１０６およびバイアス電極１０７、１０８に印加される所与の信号に関し、その電極が生成する電界の相対的強度は、中間電極ギャップ１１０および１０９各々の相対的大きさに左右される。
【００４７】
図３ｂは図３ａのデバイスの上部平面図であり、中間電極ギャップ２１０によってそれぞれ分離された高導電性の金製ＲＦ信号および接地電極２０６および２０５、中間電極ギャップ２０９によってそれぞれ分離された高抵抗率の信号電極２０８およびバイアス接地電極２０７、および２つの光導波路１０２および１０３の配置を示している。
【００４８】
図３ｃには、バイアス電極のＲＣ等価回路を示しており、バイアス接地電極２３０の直列抵抗、基板２３５のシャント抵抗、バイアス信号電極２５０の直列抵抗、およびシャント容量２４０を表す集中素子から構成されている。
【００４９】
デバイスの断面を示す図４ａでは、バイアス電極２０７および２０８は、金製のビア（ｖｉａ）２２２および２２０を介して高導電性の電極、例えば、ＲＦ電極２０５および２０６に周期的に接続され得る。ビアの数の少なさは高周波数性能に影響を及ぼさない。このアプローチは実効直列抵抗およびバイアス電極の応答時間を低減させる。ビアはバッファ層をエッチングすることにより形成することができる。エッチャントがバイアス電極を攻撃すれば、バッファ層をエッチングする前に、エッチ・ストップ物質の小さな薄い矩形、例えば、チタン−タングステンまたは他の金属が、ビアが位置する場所に付着またはパタン化されることができる。
【００５０】
図４ｂは図４ａのデバイスの平面図であり、高導電性の金製ＲＦ信号電極および接地電極２０５および２０６に各々金製ビア２２０および２２２を用いて接続された高抵抗率の信号バイアス電極および接地バイアス電極２０８および２０７の配置を示している。金製ビア２２０および２２２はバッファ層のエッチングされた孔に付着され得るので、ビアはデバイス表面への金製電極の結合を高めるようにも働き得る。このアプローチは基板のシャント抵抗に対して影の付いた電極の実効直列抵抗を低減させる。バイアス電極の応答時間はバッファ充電作用からバイアス電圧の暴走を防ぐのに十分速い必要がある。
【００５１】
図４ｃはバイアス電極のＲＣ等価回路を示しており、バイアス接地電極２３０の直列抵抗、基板２３５のシャント抵抗、バイアス信号電極２５０の直列抵抗、シャント容量２４０、および金製ビア２２０、２２２を表す集中素子から構成されている。
【００５２】
複数のＮ個のビアがＮだけ実効直列抵抗を低減させる。また、各セクションのシャント容量はＮだけ減少する。シャント抵抗は同じ係数だけ増大する。時定数はＮ２だけ低減される。時間の時定数は秒まで低減され得る。シャント抵抗に起因する低周波変調効率の損も低減される。典型的には、このビアはデバイスの長さに沿って１ｍｍの間隔が開いている。
【００５３】
金製ビアの別の機能は電気光学デバイスのための所期の用途に応じて、種々の構成の種々の電極間に相互接続を提供し得ることにある。図４ｄはバイアス２０８およびＲＦ信号電極２０６が金製ビア２２０によって共に接続されたある実施形態を断面図で示している。動作中５０Ω負荷インピーダンスを介してＲＦ接地電極２０５に直接接続されているＲＦ信号電極２０６のＤＣ電位は、ゼロ付近に維持される。この場合、バイアス接地電極２０７はＲＦ接地電極２０５から電気的に絶縁されているので、バイアス信号はこのような外部のバイアス電極２０７に印加される。実質的には、バイアス信号および接地電極の機能は入れ替わる。このトポロジーによって、いくらかの光損を導くことがわかっていた導波路１０２および１０３に交わるバイアス電極材料はなくて済む。ＲＦ信号電極およびＲＦ接地電極２０５および２０６は共にＤＣがゼロ電位にあるので、金製電極上で電圧が誘起する腐蝕は除去される。（導波路の外側の）バイアス接地電極２０７の幅は、バイアス接地電極２０７とＲＦ接地電極２０５との間の容量を低減させるように最小化される。バイアス接地電極の容量が増大すれば、バイアス接地電極２０７に印加されるバイアス電圧の応答時間はさらに増大するかもしれず、これは望ましいものではない。
【００５４】
図４ｅは図４ｄのデバイスの配置を示しており、金製バイア２２０はＲＦ信号電極２０６およびバイアス信号電極２０８を接続している。薄い金属性導体２２６はバイアス接地電極２０７と接しており、これにより時定数をできるだけ短く維持するように直列抵抗が低減される。さらに、金属性導体は埋められているので、異なるＤＣ電位を有する導体間に液体用の経路を形成することを必要とする電圧が誘起する著しい腐蝕を被らない。埋められた金属性導体２２６はＲＦ接地電極２０５から離れて接地されているので、ＲＦ電極の性能に影響を及ぼさない。埋められた金属性導体に適した材料構造体は、厚さが１０００〜３０００Åのチタン・タングステン、上部に金属を有するチタン・タングステン、クロム、または他の任意の導電性金属である。バッファ層は埋められた金属性導体２２６を外部端子２２４に外部接続できるように、輪郭２３０に従ってパタン化される。
【００５５】
図５ａは電極の長さに沿ったＲＦ信号の伝搬を抑えることができるようにセグメントにそれぞれ分割されたバイアス接地電極およびバイアス信号電極２１７、２１８を示している。このセグメントはそれぞれ金製ビア２２２および２２０を用いて、ＲＦ接地電極およびＲＦ信号電極２０５、２０６に接続されている。バイアス電極は低周波電圧またはＤＣ電圧のみを運ぶ必要があることに留意されたい。
【００５６】
バイアス電極セグメントが種々の形状、大きさおよび間隔を有する実施形態を図５ｂに示す。例えば、バイアス信号電極セグメントは導波路１０２、１０３において非対称的な電界を発生するように矩形（２２５）または台形（２２８）であり得る。同じく、バイアス接地電極はデバイス設計が必要とする電界分布に応じて、矩形（２１９）または四角形（２１７）であり得る。このセグメントは金製ビア２２２および２２０をそれぞれ用いてＲＦ接地電極およびＲＦ信号電極２０５、２０６に接続される。このビアは金製電極（例えば、２０５、２０６）のデバイス表面へのさらなる接着を提供し得る。
【００５７】
図６ａの平面図に示したような実施形態では、バイアス接地電極セグメント２０７およびＲＦ接地電極２０５が、バイアス接地電極を露出するようにバッファ層が除去された領域２４５において接続されたままで、バイアス信号電極２０８はＲＦ信号電極２０６から電気的に分離されている必要がある。このバッファ層は輪郭２３０に従ってパタン化されている。
【００５８】
高抵抗率のバイアス信号電極２０８は、バッファ層が除去された領域２４０において高導電性のバイアス電極２１６との接触を容易に形成するために、そのセクションがバイアス接地電極セグメント２０７の間に延在し得るようにパタン化されている。バイアス信号電極２０８は、バイアス信号電極が高導電性のバイアス電極２１６に接続されているすべての地点において導波路１０２、１０３の両方と交差しているのがわかる。光出力の釣合いを維持するために導波路当たりの交差数は等しくなっており、各々交差するような導波路１０２、１０３における変調器の消光比が導波路において少量の光損を導入する。典型的には、電極に沿って長さ１ｍｍ毎に交差する。
【００５９】
別の場合には、交差部の半分は図の右側の高導電性の電極２１６のみに接続され、他方では交差部の他方の半分は図の左側の高導電性の電極２１６に接続されてよい。この別の実施形態では、光出力の釣合いは保持されるとともに、交差部に起因する光損は半分に縮小される。
【００６０】
図６ｂは図６ａのデバイスのセクションＡ−Ａ’に沿った断面を示している。バイアス接地電極セグメント２０７およびＲＦ接地電極２０５は、バイアス接地電極セグメント２０７を露出するようにバッファ層１０４が除去された領域２４５において接続された状態である。
【００６１】
図６ｃは図６ａのデバイスのセクションＢ−Ｂ’に沿った断面を示している。高抵抗率のバイアス信号電極２０８は、光導波路１０２および１０３の上で、各々ＲＦ信号電極とＲＦ接地電極２０６および２０５との間に延在して、バッファ層層１０４が除去された領域２４５において高導電性のバイアス電極２１６と接触を成している。
【００６２】
図７ａの平面図に示したような別の実施形態では、バイアス信号電極およびバイアス接地電極（それぞれ２０８および２０７）はＲＦ信号電極および接地電極（それぞれ２０６および２０５）から電気的に分離される必要がある。このために、高抵抗率のバイアス信号電極およびバイアス接地電極（それぞれ２０８および２０７）は区分化され、バッファ層が輪郭２３０にパタン化される。高抵抗率のバイアス信号電極は一方の側まで延びて、バッファ層が除去された領域２４０において高導電性の金製バイアス信号電極２１６と接触を成している。高抵抗率のバイアス接地電極は他方側に延びて、バッファ層がまた除去された領域２１８において高導電性の金製バイアス接地電極２２４と接点を成している。
【００６３】
図７ａに示したものとは別のトポロジーを図７ｂに示している。説明は同じであるが、高導電性の金製電極２１６および２２４は図７ａのようなＲＦ接地電極と平行には走っておらず、デバイス上のある地点にてコンタクト・パッドとして引き出されている。第２の別のトポロジーは、薄い金属層を有するＲＦ接地電極の外部に存在するバイアス信号電極およびバイアス接地電極の長いトレースに及んでおり、これによりそのトレースの直列抵抗は低減される。この長いトレースはバッファ層によってさらに被覆され、湿気による腐蝕を阻止するか、抑制するであろう。
【００６４】
図４に示した金製ビアは、図８に示したように、バイアス電極とＲＦ電極との間で電気接点を形成するように別の様式で製造され得る。この実施形態では、バッファ層１０４の導電率は厚さ全体にわたって適したドーパントをイオン注入することによって増大される。したがってここでは、ＲＦ接地電極２０５がイオン注入されたビア３２０を介して高抵抗率のバイアス接地電極２０７と接触し得る。同じくここでは、ＲＦ信号電極２０６はイオン注入されたビア３２２を介して高抵抗率のバイアス信号電極２０８と接触し得る。
【００６５】
図８ｂはバッファ層１０４が除去された端部３２４においてＲＦ接地電極２０５が高抵抗率のバイアス接地電極と接する別の実施形態を示している。
【００６６】
さらに、図９ａに示したように、バッファ層１０４のイオン注入された導電性ビアの側方範囲は、高抵抗率のバイアス電極領域の一部に限定される必要がないが、それぞれ信号電極およびバイアス接地電極の限界まで延び得る。実質的には、ビアおよび電極は結合して単一の実体を形成する。ここで、ＲＦ接地電極２０５はイオン注入されたバイアス接地電極４２０と直接接することができ、ＲＦ信号電極２０６はイオン注入されたバイアス信号電極４２２と直接接続することができる。
【００６７】
図９ｂは図９ａの断面に相当するデバイスの配置を示している。イオン注入され区分化されたバイアス信号電極およびバイアス接地電極（それぞれ４２２および４２０）は、ＲＦ信号がイオン注された領域内を伝搬するのを防ぐ他の製造プロセスと同様に区分化され得る。
【００６８】
図１０ａはバイアス電極が基板１０１にトレンチをエッチングし、該トレンチをバイアス電極用の高抵抗率の材料で部分的または完全に充填することによって形成された実施形態の断面を示している。導電性ビア４２２は埋められたバイアス信号電極２０８をＲＦ信号電極２０６に接続することができる。ビア４２０もＲＦ接地電極２０５にバイアス接地電極２０７を接続することができ、そこにおいて、図示のように接続部が電極の周縁部に形成され得る。埋められたバイアス電極は表面の変調効率よりも高い変調効率を有するので、所要のバイアス電圧は低減される。
【００６９】
基板にトレンチをエッチングし、かつバイアス電極用の高抵抗率の材料で埋め戻す工程の別の例では、その導電率を増大させる適した材料で基板にイオン注入する工程を用いる。
【００７０】
図１０ｂは図１０ａのデバイスの変形例を示している。この実施形態では、基板１０１のトレンチはより深くなっており、バイアス電極２０７、２０８はトレンチの表面と適合している。バイアス電極２０７、２０８は、トレンチ内の空隙の残りの部分を充填するバッファ材料でトレンチを部分的に充填するだけである。金製ビア４２２は埋められたバイアス信号電極２０８をＲＦ信号電極２０６に接続する。埋められたバイアス電極は他の実施形態で使用することもでき、この場合ＲＦ信号電極はバイアス信号電極からＤＣ絶縁される。
【００７１】
図１１ａに一例を示したＺカット実施形態に関して、バイアス電極は所要の電界構成を達成するために光導波路１０２、１０３の上に位置決めされなければならない。しかし、直接導波路の上に抵抗性のバイアス電極材料があることによって、光損は電極の１〜２ｄＢ／ｍｍ、３０ｍｍの電極については３０〜６０ｄＢ／ｍｍとなる。光導波路のこの光損の量は過剰であるので、バイアス信号電極２０８、２０９は、等しい電位で、導波路１０２、１０３に平行な軸に沿って２つの部分電極に分割される。分割された電極のギャップが増大するにつれて所要のバイアス駆動電圧は増大するので、光損とバイアス電極変調効率（またはＶｐｉ）との間にはトレードオフが存在するであろう。当然、光損は分割された電極のギャップが大きくなるにつれて、減少するであろう。
【００７２】
分割されたバイアス信号電極２０８の一方にバイアス電圧を印加すると同時に、第２の分割された電極２０９をゼロ電位に維持すると、電界の向きの線２１１が得られる。この線は同じ幅の単一の電極によって発生するであろう線と類似する。２つの部分電極の離間距離は、材料パラメータおよび光導波路の設計に左右されるが、典型的には１０〜１４ミクロン（μｍ）である。第１の導波路１０２では電界はほぼ垂直であるが、第２の導波路１０３で電界はほぼ水平であることに注目すべきである。
【００７３】
ｚカット・ニオブ酸リチウムの実施形態に関し、２つの導波路に隣接する分割された電極がバイアス接地電極とＤＣ的に電気絶縁されている場合、差動駆動回路を用いてバイアス電極を駆動することができる。例えば、分割された電極の一方だけが絶縁され、他方の分割された電極が接地され、かつＶｐｉ＝６Ｖである場合、干渉計のバイアス点を設定するためには、バイアス電圧は−６Ｖ〜＋６Ｖのどこかにあることが必要である。差動駆動を用いる場合、分割された電極の各々に別個の電圧を印加して、電圧を半分の−３Ｖ〜＋３Ｖまで縮小する。例えば、一方の分割された電極に＋３Ｖを印加し、他方の分割された電極には−３Ｖを印加する。したがって、必要な電圧数は２倍になるが、必要な電圧の範囲は半分になる。バイアス電極は印加されたＤＣバイアス電界を各導波路を介して集中させ易くするので、バイアス接地電極は依然として必要であることに留意されたい。バイアス接地電極を除去すれば、変調効率が下がるので、バイアス電極のＶｐｉは増大する。
【００７４】
したがって、ＲＦ信号およびバイアス信号を信号電極の各々に、１つずつまたは反対の極性で差動的に印加できるようにするために、２つの信号電極を備えることが有利である。このようにして、所要の絶対的な信号電圧が半分にされ、コントローラ回路および電源を単純化することができる。
【００７５】
図１１ｂは第１の電極２０８をゼロ電位に維持しながらバイアス電圧を第２の電極２０９に印加した、図１１ａと同じデバイスを示している。電界の向きの線２１１によって示す電界の構成が置き換えられている。
【００７６】
図１１ａおよび図１１ｂ両方の実施形態に関し、図１１ｃおよび１１ｄにそれぞれ示した付加的な高抵抗率のブリード層２１５をデバイス構造体に組み込むことができる。
【００７７】
図１１に示したバイアス信号にそのバイアス信号を接続する実施形態はを図１２ａに示す。高抵抗率のビア２４７は、バイアス接地電極２０７の反対側にあるより幅広のバイアス信号電極３０８、３０９に接続される高抵抗率の中間層２１３に、バイアス信号電極２０８、２０９を周期的に接続する。このより幅広の信号電極は、幅の狭い分割された電極２０８、２０９の長い長さによって導かれた直列抵抗を低減させる。高抵抗率層２１５は、湿気が存在する場合の信頼性を向上させるために、両側でバッファ層１０４を封入してよい。
【００７８】
この実施形態の配置を図１２ｂに示しており、参照符号は図１２ａと同じ意味を有する。
【００７９】
図１３ａは、湿気の障壁として働いて、例えば非密閉パッケージのような湿潤環境において電圧が誘起するイオン移入および腐蝕を阻止する高抵抗率層２１５がバッファ層１０４の上部に加えられた実施形態を示している。長期の光位相は基板を通る伝導電流によって決定される。バッファ層１０４の導電率は基板１０１よりも著しく低いので、伝導電流はバッファ層１０４の上部の高抵抗率の封入層２１５による影響を受けない。高速信号からの電界の向きの線は、高抵抗率電極２０７、２０８またはバッファ層１０４の上部の高抵抗率層２１５のいずれによる影響も受けない。ＤＣバイアス制御電圧はバイアス電極２０７、２０８のみに印加される。
【００８０】
図１３ｂは金製ＲＦ信号電極２０６からＤＣ絶縁されたバイアス信号電極２０８の断面を示している（図６ａと類似する）。金製ＲＦ接地電極２０５および信号電極２０６の下の接着層２４９は、ニッケルの薄層から製造される。金−ニッケルＲＦ電極は２つの金属の仕事関数の差がより小さいことに起因する電解作用をあまり受けないであろう。また、ＤＣバイアス電圧はバイアス電極にわたってのみ現れて、電圧が増強する金製電極の腐蝕を除去する。したがって、両方の腐蝕メカニズムが除去されて、低コストの非密閉パッケージの変調器が可能となる。
【００８１】
図１４ａは湿潤条件の作用に対してより大きな不感性が得られるように、バッファ層の上部に封入層を有する実施形態の配置を示している。輪郭２３１を有する封入層はバイアス電極材料またはいくつかの他の材料で製造されてよい。電圧電位は封入層によって一切運ばれない。
【００８２】
図１４ｂはバッファ層１０４の上部に封入層２１５を有する、図１４ａのデバイスのＡ−Ａ’で切った断面を示している。
【００８３】
図１４ｃは図１４ａのデバイスのＡ−Ａ’で切った断面を示している。バッファ層１０４の上部の封入層２１５は、導波路１０２、１０３と交差して端部２４５において外部端子２１６と接続されるときにバイアス信号電極２０８を覆う。
【００８４】
図１５ａでは、高抵抗率ビア２４７および中間高抵抗率層２１３ビアが多層相互接続を可能にしている。例えば、幅狭の狭いバイアス信号電極の直列抵抗を低減させるために、このビアは幅の狭いのバイアス信号電極２０８を基板１０１上の幅広のバイアス電極２５８に接続することができる。バイアス電極は金製ＲＦ電極からＤＣ絶縁されている。電極２０５は、湿気が存在する場合の信頼性を向上させるために、高抵抗率層２１５およびバッファ層を両端部で封入してよい。
【００８５】
この実施形態を図１５ｂに示しており、中間層ブリッジ２１３がビア２４７を介して幅の狭いバイアス信号電極２０８を幅広のバイアス電極２５８に接続しているのがわかる。バイアス電極層すべての抵抗率は、ＲＦ電極間を移動するＲＦ信号のさらなる信号強度の損を阻止するのに十分高いものである。しかし、その抵抗率は十分低いので、時定数はバッファ層の充電に起因するバイアス電圧の暴走を阻止するのに十分短い。
【００８６】
本発明によって提供される付加的な設計の柔軟性を用いれば、２０ｍｍ〜７０ｍｍの典型的な相互作用長にわたって前記光導波路に前記ＲＦ信号を印加するのに使用される、マイクロ波伝送ラインを構成するいくつかの構成が使用可能になる。図１６ａは、マイクロストリップ・ラインが基板１０１の底部に位置するＲＦ接地電極１０５とともに動作するＲＦ信号電極２０６によって形成されるように、基板１０１が薄くされたＸカットＬｉＮｂＯ３の実施形態の断面を示している。  
【００８７】
差動ＲＦ動作のために、図１６ｂに示したように、付加的なＲＦ電極３０６が導入され得る。図１６ｃでは、この実施形態のさらなる変形例は、ＲＦ接地共面電極２０５を加えることによって達成される。
【００８８】
図１６ｄはＲＦ信号がＲＦ電極２０５、２０６、および３０６を備えたマイクロ波伝送ラインに沿って伝搬するように、基板１０１の底部にＲＦ接地電極を含まない図１６ｃに示した実施形態から導いた別の実施形態を示している。この場合、基板の厚さを薄くする必要はない。図１６ｄのデバイスの差動によって、図１６ｅに示したようにＲＦ接地電極を省くことができる。
【００８９】
図１７ａは図３ａの同じであるが、基板１０１は薄く形成されており、バイアス電極１０７、１０８が基板の底部に形成されている。このバイアス電極からの電界は、基板の厚さが薄いので導波路に達することができる。ＲＦ電極と基板との間にはバッファ層１０４ａが存在する。また、保護コーティングとして機能する、バイアス電極を覆う第２のバッファ層１０４ｂが存在する。この実施形態はｘカット・ニオブ酸リチウムに関連する。
【００９０】
図１７ｂは図１１ｃと同様の実施形態を示しているが、図１７ａのように基板１０１は薄く形成されており、バイアス電極２０７、２０８、および２０９は基板の底部に形成されている。このバイアス電極からの電界の向きの線２１１は、基板の厚さが薄いので導波路に達する。ＲＦ電極と基板との間にはバッファ層１０４が存在する。また、保護コーティングとして機能する、バイアス電極を覆う第２のバッファ層１０４ｂが存在する。
【００９１】
図１７ａおよび１７ｂはバッファ層１０４ａに１つの材料の使用を可能にするが、第２のより保護性のある材料１０４ｂを用いてバイアス電極が被覆される。１０４ｂに使用される材料の誘電率および他の特性は、１０４ａに用いられるものと同じである必要はなく、より柔軟性のある設計が可能となる。
【００９２】
添付の特許請求の範囲に定めたように、本発明のさらなる実施形態は当業者には明白となろう。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】光通信システムの実施形態を示す略図である。
【図２】図１の光通信システムの変調器を示す上部平面図である。
【図３ａ】線Ａ−Ａ’で切った図２の変調器を示す断面図である。
【図３ｂ】ＲＦ電極、バイアス電極、および光導波路間の関係を表した電気光学デバイスを示す平面図である。
【図３ｃ】電極構成の同等の電気的モデルを示す電気光学デバイスの平面図である。
【図４ａ】直列抵抗の影響を低減させるビアの場所を示す電気光学デバイスの断面図である。
【図４ｂ】ビアの位置を示す平面図である。
【図４ｃ】バイアスを有する電極構成の同等の電気的モデルを示す電気光学デバイスの平面図である。
【図４ｄ】バイアス電極およびＲＦ信号電極がバッファ層を介してビアと接続された電気光学デバイスを示す断面図である。
【図４ｅ】図４ｄの電気光学デバイスを示す平面図である。
【図５ａ】バイアス電極の矩形セグメントを相互接続するためにビアを用いた電極配置を示す電気光学デバイスの平面図である。
【図５ｂ】形状、大きさ、および間隔が異なるバイアス電極セグメントを用いてバイアス電極およびＲＦ電極の変調効率をマッチさせるのに適した電極配置を示す、電気光学デバイスの平面図である。
【図６ａ】区分化されたバイアス電極が別個の別個の外部コンタクトに相互接続された電気光学デバイスの実施形態を示す平面図である。
【図６ｂ】図６ａをＡ−Ａ’で切った電気光学デバイスを示す断面図である。
【図６ｃ】図６ａをＢ−Ｂ’で切った電気光学デバイスを示す断面図である。
【図７ａ】区分化されたバイアス電極が別個の別個の外部コンタクトに相互接続された別の実施形態を示す、電気光学デバイスの平面図である。
【図７ｂ】区分化されたバイアス電極が別個の別個の外部コンタクトに相互接続された別の電気光学デバイスの実施形態を示す平面図である。
【図８ａ】バイアス電極に接続されるイオン注入したビアを示す、電気光学デバイスの実施形態を示す断面図である。
【図８ｂ】イオン注入されたビアと金製接続部を電極周縁部で組み合わせたものを使用する、図８ａの別の実施形態を示す断面図である。
【図９ａ】ビアも形成するイオン注入したバイアス電極を示す、電気光学デバイスの別の実施形態を示す断面図である。
【図９ｂ】図９ａのデバイスを示す平面図である。
【図１０ａ】バイアス電極が基板にイオン注入された電気光学デバイスの実施形態を示す断面図である。
【図１０ｂ】バイアス電極が基板のトレンチにイオン注入された電気光学デバイスの別の実施形態を示す断面図である。
【図１１ａ】左側の分割されたバイアス信号電極に電圧を印加したときに発生する電界を示す、Ｚカット電気光学デバイスの実施形態を示す断面図である。
【図１１ｂ】右側の分割されたバイアス信号電極に電圧を印加したときに発生する電界を示す、Ｚカット電気光学デバイスの実施形態を示す断面図である。
【図１１ｃ】図１１ａの実施形態と類似するが、ブリード層がバッファ層の上部に位置する電気光学デバイスを示す断面図である。
【図１１ｄ】図１１ｂの実施形態と類似するが、ブリード層がバッファ層の上部に位置する電気光学デバイスを示す断面図である。
【図１２ａ】図１１ｃの実施形態と類似するが、相互接続電極層がバッファ層内に位置する電気光学デバイスを示す断面図である。
【図１２ｂ】電極を相互接続する配置を示す平面図である。
【図１３ａ】図３ａの実施形態と類似するが、付加的な高抵抗率の封入層をバッファ層の表面に組み入れた電気光学デバイスを示す断面図である。
【図１３ｂ】図６ｂの実施形態と類似するが、電極の接着を改善するために接合メタライゼーション層が金製ＲＦ電極の下にある電気光学デバイスを示す断面図である。
【図１４ａ】高抵抗率の封入層をバッファ層の表面に組み入れた電気光学デバイスの実施形態の配置を示す平面図である。
【図１４ｂ】図１４ａをＡ−Ａ’で切った実施形態を示す断面図である。
【図１４ｃ】図１４ａをＢ−Ｂ’で切った実施形態を示す断面図である。
【図１５ａ】バイアス信号電極に接続するために相互接続ブリッジを用いた、図１２ａに類似する実施形態を示す断面図である。
【図１５ｂ】図１５ａの実施形態を示す断面図である。
【図１６ａ】ＲＦ接地電極が基板の底部に位置する電気光学デバイスのＺカット実施形態を示す断面図である。
【図１６ｂ】図１６ａの実施形態に類似するが、ＲＦの差動を可能にする２つのＲＦ信号電極を備えた電気光学デバイスを示す断面図である。
【図１６ｃ】図１６ｂの実施形態に類似するが、ＲＦ接地共面電極を加えた電気光学デバイスを示す断面図である。
【図１６ｄ】図１６ｂの実施形態に類似するが、ＲＦ接地電極が基板の底部に位置する光学デバイスを示す断面図である。
【図１６ｅ】図１６ｄの実施形態に類似するが、金製ＲＦ電極を有さない電気光学デバイスを示す断面図である。
【図１７ａ】図２をＡ−Ａ’で切った変調器を示す断面図である。
【図１７ｂ】Ｚカット電気光学デバイスの実施形態を示すさらなる断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０  光通信システム
１１、１２  レーザ・コントローラ
１１  送信機
１４  レーザ
１６  光信号
１８  レンズ付き光ファイバ
２０  アイソレータ
２２  入力ファイバ
２３  入力
２４  外部変調器
２４  変調器
２６、２８  導波路
２９  出力
３０  伝送媒体
３２  受信機
３４、３６  リード線
３８  コントローラ
４０  伝送ライン
４２  データ源
４６  光ファイバ・ケーブル
４８  光入力
５０  Ｙ結線
５２  信号発生器
５４、５６  ＲＦ電極
５８、６０  導波路
６２  第２のＹ結線
６４  光ファイバ・ケーブル
１０１  基板
１０２、１０３  光導波路
１０４  バッファ層
１０５  ＲＦ接地電極
１０６  ＲＦ信号電極
１０７  バイアス接地電極
１０８  バイアス信号電極
１０９、１１０  中間電極ギャップ
２０４  第２のバッファ層
２０５  ＲＦ電極
２０６  ＲＦ信号電極
２０７  バイアス接地電極
２０８  バイアス電極
２１１  電界の向きの線
２１３  中間高抵抗率層
２１３  中間層
２１５  高抵抗率層
２１６  金製電極
２１６  高導電性のバイアス電極
２１７  バイアス接地電極
２１８  バイアス信号電極
２１８  領域
２２０  ビア
２２２  ビア
２２４  外部端子
２２４  金製電極
２２６  薄い金属性導体
２３０  バイアス接地電極
２３０  輪郭
２３５  基板
２４０  シャント容量
２４０  金製バイアス接地電極
２４０  領域
２４７  ビア
２４７  高抵抗率ビア
２４９  接着層
２５０  バイアス信号電極
２５８  幅広のバイアス電極２５８
３０６  付加的なＲＦ電極
３０８  幅広のバイアス信号電極
３０９  幅広のバイアス信号電極
３２０、３２２  イオン注入されたビア
３２４  端部
４２０  バイアス接地電極
４２２  バイアス信号電極
４２２  金製ビア
【図１】
2006039569.tif 000003
【図２】
2006039569.tif 000004
【図３ａ】
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【図３ｂ】
2006039569.tif 000006
【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
2006039569.tif 000009
【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図５ａ】
2006039569.tif 000013
【図５ｂ】
2006039569.tif 000014
【図６ａ】
2006039569.tif 000015
【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
2006039569.tif 000020
【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１６ｄ】
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【図１６ｅ】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【外国語明細書】
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