(57)【要約】【課題】低電圧で駆動し、他のデバイスへのノイズ源とならず、低コストで信頼性の高い導波路型光変調器を提供する。【解決手段】電気光学効果を示す光導波路１２と、光導波路１２の表面のうち少なくとも一部に接して設けられ、光導波路１２よりも低屈折率を示す低屈折率光学層２０と、低屈折率光学層２０を介して光導波路１２に変調電界を印加する変調電極１４とを有する導波路型光変調器１００において、光導波路１２は有機媒体で形成され、光導波路１２と変調電極１４との間に設けられた低屈折率光学層２０の少なくとも一部に、低屈折率光学層２０の誘電率を低下させる低誘電率層３０が形成されている。【選択図】　　　図１
2004045891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を示す光導波路と、前記光導波路の表面のうち少なくとも一部に接して設けられ、光導波路よりも低屈折率を示す低屈折率光学層と、前記低屈折率光学層を介して前記光導波路に変調電界を印加する変調電極とを有する導波路型光変調器において、
前記光導波路は有機媒体で形成され、
前記光導波路と前記変調電極との間に設けられた前記低屈折率光学層の少なくとも一部に、当該低屈折率光学層の誘電率を低下させる低誘電率層が形成されていることを特徴とする導波路型光変調器。
【請求項２】
電気光学効果を示す光導波路と、前記光導波路の表面のうち少なくとも一部に接して設けられ、光導波路よりも低屈折率を示す低屈折率光学層と、前記低屈折率光学層を介して前記光導波路に変調電界を印加する変調電極と、前記光導波路を挟んで前記変調電極と対向する位置に前記低屈折率光学層を介して設けられた接地電極とを有する導波路型光変調器において、
前記光導波路は有機媒体で形成され、
前記光導波路と前記変調電極との間および前記光導波路と前記接地電極との間に設けられた前記低屈折率光学層の少なくとも一方の少なくとも一部に、当該低屈折率光学層の誘電率を低下させる低誘電率層が形成されていることを特徴とする導波路型光変調器。
【請求項３】
前記低誘電率層は、気体を含む一定の隙間を介在させた気体層、または気泡を含む気泡層であることを特徴とする請求項１または２に記載の導波路型光変調器。
【請求項４】
前記気泡層の少なくとも外部側界面に吸湿防止層が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の導波路型光変調器。
【請求項５】
前記光導波路と前記気体層との間に吸湿防止層が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の導波路型光変調器。
【請求項６】
前記有機媒体は、
４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−４−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ　ｔｏｓｙｌａｔｅであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の導波路型光変調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、導波路型光変調器に関し、特に、電気光学効果を示す光導波路と、前記光導波路の表面のうち少なくとも一部に接して設けられ、光導波路よりも低屈折率を示す低屈折率光学層と、前記低屈折率光学層を介して前記光導波路に変調電界を印加する変調電極とを有する導波路型光変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットに代表される情報化社会の急速な進展によって、大容量高速の光通信の要求が高まっている。そのため、幹線系のネットワークばかりでなく、ＬＡＮ、ネットワーク端末や電子機器、ボード間、ＬＳＩチップ間にも光を用いた情報伝達が提案されている。特に、機器間やボード間、ＬＳＩチップ間を結ぶ光インタコネクションにおいては、そこに搭載されているＬＳＩチップの電源電圧が低電圧化の一途を辿っているが、それらにノイズを与えないためにも、光インタコネクションに用いられるデバイスはさらなる低電圧化が求められている。また、電気信号に応じて光を変調するドライバも低電圧化しており、システム全体の低消費電力の要求ともあいまって、低電圧化の要求は高い。
【０００３】
光インタコネクションの構成要素の一つとして、導波路型光変調器が知られている。図９に、外部変調器の一例を示す。図９は、無機強誘電性結晶ＬｉＮｂＯ３（以下、「ＬＮ結晶」と称す）を用いたマッハツェンダ型の光強度変調器２００を示している。光強度変調器１００は、ＬＮ結晶にＴｉイオンなどを拡散させることにより屈折率を高くしたコア層、すなわち光導波路１１０と、Ｔｉの拡散のないＬＮ結晶で形成されているクラッド層１２０を主に備えている。
【０００４】
入射光は、光導波路１１０の入り口側のＹ分岐１１２で２つのポートに分岐され、ポートを伝搬する光は、電気光学効果によって、電極１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃに印加されたマイクロ波と相互作用して位相変化を起こす。この位相変化を生じた光は、他方を伝搬してきた光と出口側のＹ分岐１１４で重ね合わされ、合成波は位相変化に起因して強度変化を引き起こす。
【０００５】
電気光学効果は、光学媒体に電界を印加した場合、この媒体の屈折率が変化する現象で、そのため光の位相を変化させることができる。電気光学効果は、電界に比例する屈折率変化であるポッケルス効果と電界の２乗に比例するカー効果とがある。一般には、ポッケルス効果の方がカー効果より大きいために、ポッケルス効果が用いられている。
【０００６】
また有機結晶や有機高分子材料は、誘電率が無機材料に比べて小さく、薄膜化が可能で、大きな電気光学定数を持つので、低電圧で高速な光変調器を実現する材料として期待されている。有機結晶としては、例えば下記に示す構造式を示す４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−４−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ　ｔｏｓｙｌａｔｅ（以下、「ＤＡＳＴ」と称す）が知られている。ＤＡＳＴは、東北大学中西研究室において開発され、極めて大きな非線形光学定数ｄ１１＝１０１０ｐｍ／Ｖ（λ＝１．３μｍ）と電気光学定数ｒ１１＝７５ｐｍ／Ｖ（λ＝８２０ｎｍ）を有し、有機結晶特有の低い誘電率（ε１＝５．２）をもつ。ＤＡＳＴ結晶の薄膜を形成し、光変調を行った報告（Ｍ．Ｔｈａｋｕｒ他、Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４（１９９９）６３５）はあるものの、バルクとして用いており、ＤＡＳＴを用いた導波路型光変調器を作成した例はない。また有機高分子材料としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）にアゾ色素をドープしたもの（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ，　Ｂ４（１９８７）９６８）が知られている。
【化１】
2004045891.tif 000003
【０００７】
また、電気光学材料を利用した例としては、特開平８−２６２１１７号公報では、電気光学材料を結合させた導体に信号線を接触させることにより、測定対象の信号線を伝播する電気信号を測定する電気信号測定装置を開示している。また、特開平６−７５２５６号公報は、有機高分子材料で形成されたコア層を有する導波路型光変調器を開示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなマッハツェンダ型の光強度変調器では、進光波型の電極構成なので、理想的には、電気回路的帯域の制限はない。しかし、実際には、変調信号と光伝搬速度に差があると、この電極構成でも帯域の制限を受ける。
【０００９】
マイクロ波に対する実効屈折率をｎｍ、光に対する実効屈折率をｎ０、マイクロ波と光の相互作用長Ｌとすると、帯域幅ＢＷは、
【数１】
2004045891.tif 000004
【数２】
2004045891.tif 000005
の関係がある（“光集積回路”オーム社発行、西原ら著ｐ１１６）。
【００１０】
そしてこのＬＮ結晶の誘電率は約２８と大きいため、マイクロ波の実効屈折率ｎｍが光の実効屈折率ｎ０に対して大きくなり、マイクロ波と光波の位相速度差による帯域制限を受けることが上記式（１）および式（２）よりわかる。したがって、より高帯域化することによって高速変調できるようにするには、電極の長さを小さくして、マイクロ波と光波の相互作用長を小さくする必要がある。
【００１１】
しかし、電極の長さを小さくすると、変調のための駆動電圧が高くなって、高速化と低電圧化を両立させることが難しいという問題があった。実際、現状のＬＮ変調器の一例を示すと１０Ｇｂｐｓで５Ｖ駆動と、ＬＳＩチップの電源電圧に比べて、２，３倍の大きさとなっている。
【００１２】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、低電圧で駆動し、他のデバイスへのノイズ源とならず、低コストで信頼性の高い導波路型光変調器を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１にかかる発明は、電気光学効果を示す光導波路と、前記光導波路の表面のうち少なくとも一部に接して設けられ、光導波路よりも低屈折率を示す低屈折率光学層と、前記低屈折率光学層を介して前記光導波路に変調電界を印加する変調電極とを有する導波路型光変調器において、前記光導波路は有機媒体で形成され、前記光導波路と前記変調電極との間に設けられた前記低屈折率光学層の少なくとも一部に、当該低屈折率光学層の誘電率を低下させる低誘電率層が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この請求項１の発明によれば、変調電極と光動波路との間に低屈折率光学層の誘電率を低下させる低誘電率層が形成されている。ここで、低誘電率層とは、低屈折率光学層よりも低い誘電率を示す層である。低誘電率層により低屈折率光学層全体の誘電率が下がるため、変調電極からコア層に対して、より効率的に変調電界を印加することができる。
【００１５】
このため、高速性を維持しつつ、低電圧で駆動することができる。また、これにより、他のデバイスへのノイズ源となることを避けることができる。このように、低電圧で駆動可能な導波路型光変調器を提供することができる。また、比較的低コストで形成することができる。
【００１６】
また、請求項２にかかる発明は、電気光学効果を示す光導波路と、前記光導波路の表面のうち少なくとも一部に接して設けられ、光導波路よりも低屈折率を示す低屈折率光学層と、前記低屈折率光学層を介して前記光導波路に変調電界を印加する変調電極と、前記光導波路を挟んで前記変調電極と対向する位置に前記低屈折率光学層を介して設けられた接地電極とを有する導波路型光変調器において、前記光導波路は有機媒体で形成され、前記光導波路と前記変調電極との間および前記光導波路と前記接地電極との間に設けられた前記低屈折率光学層の少なくとも一方の少なくとも一部に、当該低屈折率光学層の誘電率を低下させる低誘電率層が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
この請求項２の発明によれば、変調電極とコア層の間および接地電極とコア層の間のうちいずれか一方に低屈折率光学層の誘電率を低下させる低誘電率層が形成されているので、変調電極からコア層に対して、より効率的に変調電界を印加することができる。
【００１８】
このため、高速性を維持しつつ、低電圧で駆動することができる。また、これにより、他のデバイスへのノイズ源となることを避けることができる。このように、低電圧で駆動可能な導波路型光変調器を提供することができる。また、比較的低コストで形成することができる。
【００１９】
また、請求項３にかかる発明は、請求項１または２に記載の導波路型光変調器において、前記低誘電率層は、気体を含む一定の隙間を介在させた気体層、または気泡を含む気泡層であることを特徴とする。
【００２０】
この請求項３の発明によれば、低誘電率層は、気体層または気泡層であるので、比較的容易にかつ安価で作成することができる。
【００２１】
また、請求項４にかかる発明は、請求項３に記載の導波路型光変調器において、前記気泡層の少なくとも外部側界面に吸湿防止層が形成されていることを特徴とする。
【００２２】
この請求項４の発明によれば、吸湿防止層が気泡層を外部から遮断するので、気泡層が外部の水分により吸湿し、誘電率が変化するのを避けることができる。これにより、誘電率の変化のない、安定した信頼性の高い導波路型光変調器を得ることができる。また、比較的低コストで形成することができる。
【００２３】
また、請求項５にかかる発明は、請求項３に記載の導波路型光変調器において、前記光導波路と前記気体層との間に吸湿防止層が形成されていることを特徴とする。
【００２４】
この請求項５の発明によれば、光導波路は、吸湿防止層により気体層から遮断されているので、気体層に含まれる水分によって光導波路が劣化するのを避けることができる。これにより、誘電率の変化のない、安定した信頼性の高い導波路型光変調器を得ることができる。また、比較的低コストで形成することができる。
【００２５】
また、請求項６にかかる発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の導波路型光変調器において、前記有機媒体は、４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−４−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ　ｔｏｓｙｌａｔｅであることを特徴とする。
【００２６】
この請求項６の発明によれば、光導波路は、極めて大きな非線形光学定数と電気光学定数を有し、かつ低誘電率を示すＤＡＳＴで形成されているので、より低電圧で高速な導波路型光変調器を得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる導波路型光変調器の好適な実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
式（１）に示すように、電気光学媒体を誘電率５．２と小さなＤＡＳＴにすることで、低電圧で高速の光変調が可能となる。しかし、光クラッド層に用いているポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などの樹脂の誘電率は、一般的に３〜５であり、また、無機膜であるＳｉＯ２は約４、ＳｉＮは約７と大きいため、実効的にＤＡＳＴに印加される電界強度は小さくなる。本発明においては、変調電極または接地電極とＤＡＳＴ間に、気泡を持つ構造にすることで、誘電率を低下させ、ＤＡＳＴに印加される電界強度を大きくするために、より低電圧での駆動が可能となる。また、変調電極または接地電極とＤＡＳＴ間に、空気や窒素、不活性ガスなど気体で満たされた、もしくは低真空状態のギャップを持つ構造にすることで、誘電率を低下させ、ＤＡＳＴに印加される電界強度を大きくするために、より低電圧での駆動が可能となる。
【００２８】
樹脂中に気泡を形成する方法としては、塩化メチレン、クロロホルム、トリクロロエタンに代表されるクロロフルオロカーボン類などの低沸点液体（発泡剤）を樹脂中に分散させた後、加熱して発泡剤を揮発させることにより、気泡を生じさせ、これによって発泡体を得る方法や、樹脂に発泡体を添加して、これを熱分解することによって生じるガスによりセルを形成し、これによって発泡体を形成する。また、窒素や乾燥空気、二酸化炭素などの気体を高圧にて樹脂中に溶解させた後に、圧力を開放し、気泡を発生することもできる。
【００２９】
また、中空のマイクロカプセルを分散させる方法や、半導体で用いられるリソグラフィーとエッチングやインプリンティング技術によって微細パターンを形成し、そこに粘性の高い樹脂を塗布することによっても、十分な埋め込みができずに、微細パターン間に気泡を発生させることができる。同様に、微細パターンを形成した部分をＳｉＯ２やＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤなどで、成膜することによっても、十分な埋め込みができずに、ボイドと呼ばれる気泡が発生する。
【００３０】
一方、ギャップを形成する方法としては、スクリーン印刷やリソグラフィーなどによって形成したスペーサーにより、電極パターンを形成した基板を張り合わせることで形成してもよい。また、犠牲層を形成した後、犠牲層を除去することによって、ギャップを形成してもよい。
【００３１】
この光変調器を形成するため、ＳｉＯ２やＳｉ、ＧａＡｓなどの無機材料またはポリイミドなどの有機材料、及びプリント板に用いられているガラスエポキシなどのハイブリッド材料の基板を用いることができる。
【００３２】
クラッド層としては、ＤＡＳＴより屈折率の低いポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などの樹脂やＳｉＯ２などの無機膜を用いることができる。
【００３３】
本発明におけるＤＡＳＴの吸湿性を防止するための吸湿防止層は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどの無機膜やポリイミド、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。
【００３４】
図１を参照しつつ実施の形態１にかかる導波路型光変調器１００の構成について説明する。図１は、導波路型光変調器１００の断面図である。
【００３５】
導波路型光変調器１００は、基板１０と、基板１０上に設けられた低屈折率光学層２０と、低屈折率光学層２０内に設けられた光導波路１２と、低屈折率光学層２０上に設けられた変調電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃとを備えている。
【００３６】
コア層である光導波路１２は、比較的屈折率の高い第１の有機媒体で形成されている。光導波路１２の上下左右には、低屈折率光学層２０が設けられている。低屈折率光学層２０は、光導波路１２よりも屈折率の低い第２の有機媒体で形成されている。すなわち、低屈折率光学層２０は、クラッド層である。低屈折率光学層２０は、下部低屈折率光学層２２と、上部低屈折率光学層２４と、第２の有機媒体で形成され、かつ気泡３１を含む気泡層３０とを有している。下部低屈折率光学層２２は、基板１０の主面１０ａ上に形成されている。
【００３７】
また、下部低屈折率光学層２２の上面２２ａ側には光導波路１２が形成されている。光導波路１２の上面１２ａは、下部低屈折率光学層２２の上面２２ａと同一面を形成している。上部低屈折率光学層２４は、下部低屈折率光学層２２の上面２２ａと光導波路１２の上面１２ａとで形成される面上に形成されている。気泡層３０は、上部低屈折率光学層２４の上面２４ａ上に形成されている。
【００３８】
このように、低屈折率光学層２０は、第２の有機媒体よりも誘電率の低い気泡層３０を有しているので、第２の有機媒体のみで形成された低屈折率光学層に比べて低い誘電率を示す。すなわち、実施の形態１にかかる導波路型光変調器１００は、第２の有機媒体のみで形成された低屈折率光学層を備える導波路型光変調器に比べてより効率的に、変調電極１４から光導波路１２に変調電界を印加することができる。
【００３９】
なお、基板１０は、ポリイミド基板であってもよい。変調電極１４は、コプレーナ線路型金電極であってもよい。光導波路１２を形成する第１の有機媒体は、ＤＡＳＴであることが好ましい。また、下部低屈折率光学層２２および上部低屈折率光学層２４を形成する第２の有機媒体は、いずれもＰＭＭＡ樹脂であってもよい。
【００４０】
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２にかかる導波路型光変調器１００の断面図である。実施の形態２にかかる導波路型光変調器１００は、実施の形態１において説明した導波路型光変調器１００の構成に加えて接地電極１６をさらに備えている。すなわち、変調電極１４は、マイクロストリップ電極を形成している。接地電極１６は、基板１０と下部低屈折率光学層２２の間に設けられている。具体的には、下部低屈折率光学層２２の下面２２ｂと接地電極１６の上面１６ａとが接している。この点で、実施の形態１にかかる導波路型光変調器１００と異なる。
【００４１】
このように、接地電極１６をさらに備えることによって、接地電極を備えない場合に比べて、変調電極１４と接地電極１６の間における電界の封じ込めをより効率的に行うことができる。
【００４２】
なお、実施の形態２にかかる導波路型光変調器１００における上記構成以外の構成は、実施の形態１にかかる導波路型光変調器１００の構成と同様である。
【００４３】
また、他の例としては、変調電極をコプレーナ型の電極にしてもよい。これにより、さらに効率的な電界を封じ込めができる。
【００４４】
また、他の例としては、実施の形態２においては、接地電極１６は、基板１０の主面１０ａ上に設けられ、かつ変調電極１４は、光導波路１２よりも上部に設けられていたが、変調電極１４と接地電極１６とが入れ替わってもよい。すなわち、基板１０の主面１０ａ上に変調電極１４が設けられ、光導波路１２よりも上部に接地電極１６が設けられてもよい。
【００４５】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる導波路型光変調器１００について説明する。実施の形態３にかかる導波路型光変調器１００は、変調電極１４と光導波路１２の間に気泡層を備える代わりに、接地電極１６と光導波路１２の間に気泡層を備えている。この点で他の実施の形態にかかる導波路型光変調器１００と異なる。
【００４６】
図３に実施の形態３にかかる導波路型光変調器１００の一例を示す。図３に示す導波路型光変調器１００の低屈折率光学層２０は、上部低屈折率層２５と、気泡層３２とを有している。気泡層３２は、接地電極１６の上面１６ａ上に設けられている。
【００４７】
このように、接地電極１６の上面１６ａに、第２の有機媒体よりも低い誘電率を示す気泡層３２を形成することにより、低屈折率光学層２０全体の誘電率を下げることができる。このように、実施の形態３にかかる導波路型光変調器１００は、接地電極１６と光導波路１２の間に低誘電率の低屈折率光学層２０を有するので、変調電極１４から光導波路１２に変調電界を効率的に印加することができる。
【００４８】
なお、実施の形態３にかかる導波路型光変調器１００における上記構成以外の構成は、実施の形態２にかかる導波路型光変調器１００の構成と同様である。
【００４９】
他の例としては、図３を参照しつつ説明した導波路型光変調器１００の構成に加えて、さらに、変調電極１４と光導波路１２の間に気泡層を備えてもよい。これにより、低屈折率光学層２０全体の誘電率をさらに下げることができる。
【００５０】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４にかかる導波路型光変調器１００について説明する。実施の形態４にかかる導波路型光変調器１００は、上部低屈折率層を備えない点で、他の実施にかかる導波路型光変調器１００と異なる。図４に実施の形態４にかかる導波路型光変調器１００の一例を示す。図４に示す導波路型光変調器１００においては、基板１０上に、接地電極１６、低屈折率光学層２０としての下部低屈折率光学層２２および気泡層３４、および変調電極１４がこの順で積層されている。光導波路１２は、下部低屈折率光学層２２の上部に設けられている。
【００５１】
このように、実施の形態１にかかる導波路型光変調器１００と同様に、変調電極１４と光導波路１２との間に気泡層３４を備えているので、変調電極１４から光導波路１２に、効率的に変調電界を印加することができる。
【００５２】
また、このように、気泡層は、低屈折率光学層の役割を兼ねることができる。すなわち、実施の形態４にかかる導波路型光変調器１００は、上部低屈折率層を備えないので、上部低屈折率層を備える導波路型光変調器を製造する場合に比べて、少ない工程で製造することができる。
【００５３】
なお、実施の形態４にかかる導波路型光変調器１００における上記構成以外の構成は、実施の形態２にかかる導波路型光変調器１００の構成と同様である。
【００５４】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５にかかる導波路型光変調器１００について説明する。実施の形態５にかかる導波路型光変調器１００は、気泡層を外部から遮断する吸湿防止層を備えている。吸湿防止層は、気泡層の表面を保護する保護膜である。吸湿防止層は、気泡層とこの導波路型光変調器１００の外部との間に設けられ、気泡層を外部から遮断する。この点で他の実施の形態にかかる導波路型光変調器１００と異なる。
【００５５】
図５に実施の形態５にかかる導波路型光変調器１００の一例を示す。図５に示す導波路型光変調器１００は、光導波路１２の下に低屈折率光学層としての気泡層３４が形成されている。すなわち、導波路型光変調器１００においては、基板１０上に、接地電極１６、気泡層３６、吸湿防止層４０、上部低屈折率光学層２４、および変調電極１４がこの順で積層されている。光導波路１２は、気泡層３６の上部に設けられている。このように、吸湿防止層４０は、気泡層３４と上部低屈折率光学層２４および光導波路１２との間に設けられ、気泡層３４を外部から遮断している。
【００５６】
これにより、外部の水分により気泡層３４が吸湿し、気泡層３４における誘電率が変化するのを避けることができる。
【００５７】
なお、実施の形態５にかかる導波路型光変調器１００における上記構成以外の構成は、実施の形態３にかかる導波路型光変調器１００の構成と同様である。
【００５８】
他の例としては、図５に示した導波路型光変調器１００は、光導波路１２と接地電極１６の間に気泡層３４を備えていたが、これに代えて、光導波路１２と変調電極１４との間に気泡層を備えてもよい。この場合、吸湿防止層は気泡層の上面に形成される。この場合も、吸湿防止層により、気泡層３４が外部の水分により吸湿するのを避けることができる。
【００５９】
（実施の形態６）
次に、実施の形態６にかかる導波路型光変調器１００について説明する。実施の形態６にかかる導波路型光変調器１００は、気泡層にかえて気体層を備えている。この点で他の実施の形態にかかる導波路型光変調器１００と異なっている。
【００６０】
図６に実施の形態６にかかる導波路型光変調器１００の一例を示す。図６に示す導波路型光変調器１００は、実施の形態４にかかる気泡層３４にかえて気体層５４を備えている。下部低屈折率光学層２２の上面２２ａには、複数のスペーサー５２ａ，５２ｂ，５２ｃが分散して配置されている。さらにスペーサー５２を介して電極保持基板６０が積層されている。スペーサー５２により、下部低屈折率光学層２２および電極保持基板６０の間に気体層５４が形成されている。すなわち、気体層５４は空間である。また、気体層５４内に変調電極１４が配置されている。なお、変調電極１４は、電極保持基板６０の下面６０ｂに接した状態で設けられている。
【００６１】
このように、実施の形態６における導波路型光変調器１００は、気泡層にかえて気体層を備えている。気体層を備えることにより、気泡層の場合と同様に、低屈折率光学層における誘電率を下げることができる。
【００６２】
基板１０は、表面を熱酸化したシリコンウェハーであってもよい。下部低屈折率光学層２２は、エポキシ系紫外線硬化樹脂で形成されてもよい。スペーサー５２は、球状のシリカであってもよい。また、気体層５４を形成する気体は、窒素であってもよい。
【００６３】
なお、実施の形態６にかかる導波路型光変調器１００における上記構成以外の構成は、実施の形態２にかかる導波路型光変調器１００の構成と同様である。
【００６４】
他の例としては、図６に示した導波路型光変調器１００は、変調電極１４と光導波路１２の間に気体層を備えていたが、導波路型光変調器１００は、さらに接地電極１６と光導波路１２の間に気体層を備えてもよい。
【００６５】
また他の例としては、導波路型光変調器１００は、変調電極１４と光導波路１２の間に気体層を備えず、これにかえて接地電極１６と光導波路１２の間にのみ気体層を備えてもよい。
【００６６】
（実施の形態７）
次に、実施の形態７にかかる導波路型光変調器１００について説明する。実施の形態７にかかる導波路型光変調器１００は、実施の形態６において説明した導波路型光変調器１００の構成に加えて光導波路１２を気体層５４から遮断する吸湿防止層７０をさらに備えている。この点で、他の実施の形態にかかる導波路型光変調器１００と異なる。
【００６７】
図７に実施の形態７にかかる導波路型光変調器１００の一例を示す。吸湿防止層７０は、導波路型光変調器１００における下部低屈折率光学層２２と気体層５４の間に形成されている。吸湿防止層７０は、下部低屈折率光学層２２および光導波路１２の表面を保護する保護膜である。
【００６８】
このように、保護膜としての吸湿防止層７０が下部低屈折率光学層２２および光導波路１２と気体層５４との間に設けられているので、下部低屈折率光学層２２および光導波路１２において、気体層５４からの吸湿により結晶劣化が起きるのを避けることができる。また、気体層に不活性ガスを充填する必要がなく、より信頼性の高い光変調器を形成できる。
【００６９】
（実施例１）
実施の形態１において説明した導波路型光変調器を作成した。図８を参照しつつ、導波路型光変調器の形成方法について説明する。基板には、ポリイミド基板を用いた。基板上に光導波路用ＰＭＭＡ樹脂をスピンコートすることにより、下部低屈折率光学層２２を形成した。次に、マッハツェンダ干渉計の導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いて反応性イオンエッチングを行い、下部低屈折率光学層２２の上面２２ａ側にコア溝１３を形成した。
【００７０】
次に、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、コア溝１３を含む上面２２ａ上に光導波路１２としてのＤＡＳＴを結晶成長させた。このとき、成長した結晶の結晶方位のｂ軸が、導波路方向となるよう種結晶を配置した。次に、研磨によりコア溝１３内に形成されたＤＡＳＴ以外、すなわち不要部分のＤＡＳＴを除去した。このとき、ＤＡＳＴが不溶であるヘキサンに、ＤＡＳＴが可溶であるジメチルスルホキシドを少量混合したものを滴下しながら、発泡ウレタンパッドＩＣ−１０００／ＳＵＢＡＩＶ（ロデール製）を用いて研磨した。これにより、下部
低屈折率光学層２２の上面２２ａと同一平面となるような光導波路１２の上面１２ａを形成した。さらに、下部低屈折率光学層２２の上面２２ａの上に、ＰＭＭＡ樹脂をスピンコートし、２μｍ厚さの上部低屈折率光学層２４を形成した。
【００７１】
次に、中空のマイクロカプセルを分散させたＰＭＭＡを、上部低屈折率光学層２４の上面２４ａ上にスピンコートし、４μｍ厚さの気泡層３０を形成した。さらに、気泡層３０の上面３０ａ上に、変調電極１４をスパッタ法で形成した。以上の形成方法により、導波路型光変調器１００を作成した。
【００７２】
また、この導波路型光変調器の４μｍ厚さの気泡層３０および２μｍ厚さの上部低屈折率光学層２４にかえて６μｍ厚さの上部低屈折率光学層を有する導波路型光変調器を、比較のために作成した。すなわち、比較のために作成された導波路型光変調器は気泡層３０を有さない。
【００７３】
これらの導波路型光変調器それぞれに対して、波長１．３μｍのレーザ光を入射し、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力した。この結果、気泡層を含む導波路型光変調器は、気泡層を含まない導波路型光変調器に比べて低い駆動電圧で光強度変調できることがわかった。
【００７４】
なお、マッハツェンダ型の導波路型光変調器１００を形成したが、これに限定されるものではなく、方向性結合型等でもかまわない。また、パターニングの方法としては、フォトリソとエッチングによる半導体微細加工を用いたが、インプリンティングやスタンパ−などの型成形によるもの、低屈折率光学層を感光性樹脂によるものなどでもよい。
【００７５】
（実施例２）
実施例１と同様の形成方法により、実施の形態２において説明した導波路型光変調器を作成した。なお、接地電極は、金メッキ法により形成し、変調電極は、金のスパッタ法にて形成した。これ以外の構造および形成方法は、実施例１において説明した導波路型光変調器の構造および形成方法と同様である。
【００７６】
波長１．３μｍのレーザ光を入射し、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力した。この結果、実施例１において形成した導波路型光変調器に比べて、より低い駆動電圧で光強度変調できることがわかった。
【００７７】
（実施例３）
実施例１と同様の形成方法により、実施の形態４において説明した導波路型光変調器を作成した。なお、ＰＭＭＡの屈折率およびマイクロカプセルの含有量を制御して、６μｍ厚の層を形成した。これ以外の構造および形成方法は、実施例１および実施例２において説明した導波路型光変調器の構造および形成方法と同様である。
【００７８】
この導波路型光変調器に対して、波長１．３μｍのレーザ光を入射し、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力した。この結果、実施例１において比較のために作成した導波路型光変調器に比べて低い駆動電圧で光強度変調できることがわかった。
【００７９】
（実施例４）
実施例１と同様の形成方法により、実施の形態５にかかる導波路型光変調器を作成した。なお、接地電極が形成された基板上に、高圧下で窒素をエポキシ系紫外線硬化樹脂に溶解させ、大気圧に戻した。これにより、気泡層を形成し、さらにコア溝を形成した。この上層に、低温プラズマＣＶＤにより０．２μｍ厚のＳｉＮ膜を吸湿防止層として形成した。
【００８０】
次に、光導波路としてのＤＡＳＴを結晶成長させた後、研磨によって不要部分を除去した。この上に、エポキシ系紫外線硬化樹脂をスピンコートし上部低屈折層を形成した。これ以外の構造および形成方法は、実施例１および実施例３において説明した導波路型光変調器の構造および形成方法と同様である。
【００８１】
こうして作成した導波路型光変調器は、実施例１において比較のために作成した導波路型光変調器１００に比べて長期間使用することができた。また、このように、他の実施の形態にかかる導波路型光変調器に比べて少ない工程で導波路型光変調器を形成することができた。
【００８２】
（実施例５）
以下の方法により、実施の形態６にかかる導波路型光変調器１００を作成した。基板には、表面を熱酸化したシリコンウェハーを用いた。基板上に、接地電極および下部低屈折率層をこの順で積層し、コア溝を形成した。そして、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴを結晶成長させた。結晶方位については種結晶によって、導波路方向をｂ軸となるようにした。そして、発泡ウレタンパッドＩＣ−１０００／ＳＵＢＡＩＶ（ロデール製）を用いて、粒径０．３μｍのアルミナ研磨剤とヘキサンを用いて、表面を研磨し、その後布織布パッドＳｕｐｒｅｍｅ（ロデール製）とヘキサンのみを用いて仕上げの研磨を行い、コア溝以外のＤＡＳＴを除去し、光導波路を形成した。この上に、エポキシ系紫外線効果樹脂をスピンコートし、低屈折率光学層を形成した。
【００８３】
次に、１０μｍ径のシリカからなる球状のスペーサーを分散させた接着剤をスクリーン印刷し、電極保持基板としてＰＥＴ上に、変調電極を形成したものをはり合わせ、気体層を形成した。また、同時に変調電極と接地電極によってマイクロストリップ電極を形成している。このとき、乾燥窒素雰囲気下で張り合わせ、ＤＡＳＴの吸湿による劣化を防いだ。また、この窒素雰囲気の気体層を上部低屈折率光学層とした。
【００８４】
なお、これ以外の形成方法、および各層のサイズなどは、実施例１において作成した導波路型光変調器と同様である。
【００８５】
この導波路型光変調器に対して、波長１．３μｍのレーザ光を入射し、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力した。この結果、実施例１において比較のために作成した導波路型光変調器に比べて非常に低い駆動電圧で光強度変調できることがわかった。
【００８６】
（実施例６）
実施例５において説明した形成方法で、実施の形態７にかかる導波路型光変調器１００を形成した。なお、ＤＡＳＴで光導波路を形成した後に、低温プラズマＣＶＤにより厚さ０．２μｍのＳｉＮ膜を吸湿防止層として形成した。これ以外の形成方法、および各層のサイズなどは、実施例５において作成した導波路型光変調器の形成方法および各層のサイズなどと同様である。
【００８７】
こうして作成した、導波路型光変調器１００においては、実施例１において比較のために作成した導波路型光変調器１００に比べて長期間使用することができた。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる発明によれば、変調電極と光動波路との間に低屈折率光学層の誘電率を低下させる低誘電率層が形成されている。ここで、低誘電率層とは、低屈折率光学層よりも低い誘電率を示す層である。低誘電率層により低屈折率光学層全体の誘電率が下がるため、変調電極からコア層に対して、より効率的に変調電界を印加することができる。
【００８９】
このため、高速性を維持しつつ、低電圧で駆動することができる。また、これにより、他のデバイスへのノイズ源となることを避けることができる。このように、低電圧で駆動可能な導波路型光変調器を提供することができる。また、比較的低コストで形成することができるという効果を奏する。
【００９０】
また、請求項２にかかる発明によれば、変調電極とコア層の間および接地電極とコア層の間のうちいずれか一方に低屈折率光学層の誘電率を低下させる低誘電率層が形成されているので、変調電極からコア層に対して、より効率的に変調電界を印加することができる。
【００９１】
このため、高速性を維持しつつ、低電圧で駆動することができる。また、これにより、他のデバイスへのノイズ源となることを避けることができる。このように、低電圧で駆動可能な導波路型光変調器を提供することができる。また、比較的低コストで形成することができるという効果を奏する。
【００９２】
また、請求項３にかかる発明によれば、低誘電率層は、気体層または気泡層であるので、比較的容易にかつ安価で作成することができるという効果を奏する。
【００９３】
また、請求項４にかかる発明によれば、吸湿防止層が気泡層を外部から遮断するので、気泡層が外部の水分により吸湿し、誘電率が変化するのを避けることができる。これにより、誘電率の変化のない、安定した信頼性の高い導波路型光変調器を得ることができる。また、比較的低コストで形成することができるという効果を奏する。
【００９４】
また、請求項５にかかる発明によれば、光導波路は、吸湿防止層により気体層から遮断されているので、気体層に含まれる水分によって光導波路が劣化するのを避けることができる。これにより、誘電率の変化のない、安定した信頼性の高い導波路型光変調器を得ることができる。また、比較的低コストで形成することができるという効果を奏する。
【００９５】
また、請求項６にかかる発明によれば、光道波路は、極めて大きな非線形光学定数と電気光学定数を有し、かつ低誘電率を示すＤＡＳＴで形成されているので、より低電圧で高速な導波路型光変調器を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる導波路型光変調器１００の断面図である。
【図２】実施の形態２にかかる導波路型光変調器１００の断面図である。
【図３】実施の形態３にかかる導波路型光変調器１００の断面図である。
【図４】実施の形態４にかかる導波路型光変調器１００の断面図である。
【図５】実施の形態５にかかる導波路型光変調器１００の断面図である。
【図６】実施の形態６にかかる導波路型光変調器１００の断面図である。
【図７】実施の形態７にかかる導波路型光変調器１００の断面図である。
【図８】実施の形態１にかかる導波路型光変調器１００の形成途中を示す断面図である。
【図９】従来の外部変調器を示す図である。
【符号の説明】
１０　基板
１２　光導波路
１３　コア溝
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ　変調電極
１６　接地電極
２０　低屈折率光学層
２２　下部低屈折率光学層
２４　上部低屈折率光学層
３０　気泡層
３１　気泡
３２，３４，３６　気泡層
４０，７０　吸湿防止層
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ　スペーサー
５４　気体層
６０　電極保持基板
１００　導波路型光変調器
１１０　光導波路
１１２，１１４　分岐
１２０　クラッド層
１３０　電極
【図１】
2004045891.tif 000006
【図２】
2004045891.tif 000007
【図３】
2004045891.tif 000008
【図４】
2004045891.tif 000009
【図５】
2004045891.tif 000010
【図６】
2004045891.tif 000011
【図７】
2004045891.tif 000012
【図８】
2004045891.tif 000013
【図９】
2004045891.tif 000014