(57)【要約】【課題】光導波路デバイスにおいて、外部の光伝送部材に対して光導波路を光学的に結合したときに、環境温度変化に伴って光出力の変動を抑制し、透過特性（Ｓ２１）の損失（リップル）の発生確率を低減する。【解決手段】光導波路デバイス１０Ａは、電気光学材料からなる基板本体１、基板本体１の一方の主面１ａ側に設けられている光導波路２、および光導波路に電気信号を印加可能な電極３Ａ〜３Ｃを備えている。支持基体６が基板本体１を支持する。基板本体１の他方の主面１ｂと支持基体６との間に第一の接着層７が設けられている。基板本体１の一方の主面１ａ側に被覆基体８が設けられている。被覆基体８に導電膜９が設けられており、基板本体１の一方の主面１ａと被覆基体８との間に第二の接着層５が設けられている。【選択図】                        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学材料からなる基板本体、この基板本体の一方の主面側に設けられている光導波路、および前記光導波路に電気信号を印加可能な電極を備えている光導波路基板、
前記基板本体を支持する支持基体、
前記基板本体の他方の主面と前記支持基体との間に設けられている第一の接着層、
前記基板本体の前記一方の主面側に設けられている被覆基体、
この被覆基体に設けられている導電膜、
および前記基板本体の前記一方の主面と前記被覆基体との間に設けられている第二の接着層を備えていることを特徴とする、光導波路デバイス。
【請求項２】
前記被覆基体および前記基板本体によって空隙が形成されており、前記光導波路が前記空隙に面していることを特徴とする、請求項１記載の光導波路デバイス。
【請求項３】
前記電極が信号電極および接地電極を備えており、前記信号電極が前記空隙に面していることを特徴とする、請求項２記載の光導波路デバイス。
【請求項４】
前記支持基体の前記基板本体側の表面に形成された導電層を備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
【請求項５】
前記基板本体および前記支持基体の一方の側面に第一の導電層が設けられており、前記基板本体および前記支持基体の他方の側面に第二の導電層が設けられており、前記第一の導電層と前記第二の導電層とが電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
【請求項６】
前記基板本体の基板厚みが３０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス、および前記光導波路と光学的に結合された光伝送部材を備えていることを特徴とする、光導波路デバイスと光伝送部材との結合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路デバイスおよび光導波路デバイスと光伝送部材との結合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】マルチメディアの発展に伴い、通信のブロードバンド化の需要が高まり、１０Ｇｂ／ｓを超える光伝送システムが実用化され、さらに高速化が期待されている。１０Ｇｂ／ｓ以上の電気信号（マイクロ波信号）を光に変調するデバイスとして、ニオブ酸リチウム光変調器、あるいは半導体電界吸収型変調器（ＥＡ変調器）が使用されている。
【０００３】ニオブ酸リチウム光変調器の場合、マッハツェンダー型光導波路および進行波型電極から構成され、１０Ｇｂ／ｓ以上の高速光変調を可能にするための重要条件としてマイクロ波と光波の速度整合条件を満たす必要がある。このために、一般的に電極の厚みを大きくしたり、さらには、基板と電極の間に低誘電率層を形成することでマイクロ波の実効屈折率を下げ上記速度整合条件を満足させている。
【０００４】一方、速度整合を達成する方法として、光導波路基板の厚さを例えば１０μｍと薄くする構造が考えられる。しかし、光導波路部の基板厚みが、光導波路のサイズ（半値全幅：１／ｅ２）と同程度になるために、このスポット形状が偏平化し、例えばファイバとの結合損失が増大したり、さらには薄型加工時の表面ラフネスによる伝搬損失が増大する問題があった。このため、本出願人は、特許文献１において、進行波形光変調器の光導波路基板を２段構造とし、光導波路の直下の肉厚部分と肉薄部分を設け、この肉薄部分の厚さを例えば１０μｍに薄くすることを開示した。これによって、光挿入損失の劣化を改善でき、また酸化珪素からなるバッファ層を形成することなしに高速光変調が可能であり、さらには駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を小さくできる。
【特許文献１】
特開平１０−１３３１５９号公報
【０００５】なお、光導波路基板のサイズを小さくすることで、光導波路基板の共振現象によるリップルを、高周波帯域に移行させることが知られている（特許文献２、特許文献３）。
【特許文献２】
特許第２６６９０９７号
【特許文献３】
特開平５−２４１１１５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】更に、本出願人は、光導波路基板を薄型化すると共に、光導波路基板の裏面側に別体の補強基板を接合し、機械的強度を付与することを開示した（特許文献４）。本発明で用いる薄い光導波路基板のみの光変調器では、従来の数１００〜数ｍｍの厚い基板を用いた光変調器で観測される基板共振による透過特性（Ｓ  ２１）の損失（リップル）の問題を回避できる。
【特許文献４】
特願２００１−１０１７２９明細書
【０００７】しかし、このような光導波路デバイスを、外部の光ファイバーに対して光学的に結合する際に、以下の問題が生ずる場合があることが判明してきた。図８の模式図を参照しつつ説明する。図８においては、薄い光導波路基板１の底面１ｂを接着層７によって支持基体６の表面６ａに接着し、光導波路デバイス２０を作製する。基板本体１の表面１ａ側には、図示しない光導波路および電極が形成されている。一方、光伝送部材１２を保持部材１１によって保持し、保持部材１１の端面１１ａに対して光導波路デバイス２０の端面を接触させ、接着剤２１によって接着する。
【０００８】しかし、このような構造の光導波路デバイスを光ファイバーに対して調芯し、光学結合し、レーザー光を通すと、環境温度変化に伴って光出力が大きく変動することがあった。また、製造時のバラツキにより、透過特性（Ｓ２１）の損失（リップル）の発生確率が増大する傾向が見られた。
【０００９】本発明の課題は、光導波路と電極とを備えている光導波路基板、光導波路基板を支持する支持基体、および光導波路基板と支持基体とを接着する接着層を備えている光導波路デバイスにおいて、外部の光伝送部材に対して光導波路を光学的に結合したときに、環境温度変化に伴う光出力の変動を抑制できるようにすることである。
【００１０】また、本発明の課題は、透過特性（Ｓ２１）の損失（リップル）の発生確率を低減することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気光学材料からなる基板本体、この基板本体の一方の主面側に設けられている光導波路、および光導波路に電気信号を印加可能な電極を備えている光導波路基板、
この光導波路基板を支持する支持基体、
基板本体の他方の主面と支持基体との間に設けられている第一の接着層、
基板本体の一方の主面側に設けられている被覆基体、
被覆基体に設けられている導電膜、
および基板本体の一方の主面と被覆基体との間に設けられている第二の接着層を備えていることを特徴とする、光導波路デバイスに係るものである。
【００１２】また、本発明は、前記光導波路デバイス、および光導波路と光学的に結合された光伝送部材を備えていることを特徴とする結合構造に係るものである。
【００１３】本発明者は、光導波路デバイスを光伝送部材と光学的に結合した後に、環境温度変化に伴って光出力の変動が生ずる原因について検討した。この結果、図８に示すような構造において、接着剤２１、７と保持部材１１の端面１１ａとの接触部分に着目した。ここで、接着剤２１は、いわゆるメニスカス形状を示す。ここで環境温度が変化すると、接着剤２１と７とが非対称であり、また接着剤２１の膜厚が変化していることから、光導波路と光伝送部材１２との結合部分に加わる応力が変化し、光伝搬損失に影響するものと考えられる。そして，接着剤２１の形状をコントロールして、環境温度変化に対する光伝搬損失の変化を小さくすることは、実際上困難であった。
【００１４】そこで、本発明者は、基板本体の一方の主面側（光導波路側）に被覆基体を設け、基板本体の一方の主面と被覆基体とを接着することを想到した。
これによって、接着剤と保持部材１１の端面１１ａとの接触部分およびその周辺において、光導波路に対する接着剤の形状が対称的となる。これによって、環境温度が変化しても、光導波路と光伝送部材との結合部分およびその周辺に加わる不均等な応力を低減でき、環境温度変化に対する光伝搬損失の変化を低減できる。
【００１５】しかし、このままでは、光導波路から被覆基体の方への基板放射モードによって、例えば２０〜４５ＧＨｚにおいてリップルが生ずることがある。
このため、被覆基体の表面に導電膜を設けることによって、被覆基体への基板放射モードに起因するリップルを高周波側にシフトさせる。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１〜図４は、本発明の一実施形態に係る結合構造を示す。図１は、光導波路デバイス１０Ａを模式的に示す横断面図であり、図２は、光導波路デバイス１０Ａと保持部材１１および光伝送部材１２との結合構造を模式的に示す縦断面図である。図３は、被覆基体８の平面図であり、図４は、光導波路基板１０Ａを概略的に示す平面図である。
【００１７】主として図１、図４に示すように、光導波路デバイス１０Ａは、光導波路基板１８、支持基体６および被覆基体８を備えている。本例では、支持基体６、被覆基体８は平板形状をしているが、これらの形状は平板には限定されない。基板本体１の一方の主面１ａ上には、所定の電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃが形成されている。本例では、いわゆるコプレーナ型（Ｃｏｐｌａｎａｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ：ＣＰＷ電極）
の電極配置を採用しているが、電極の配置形態は特に限定されない。本例では、隣接する電極の間に一対の分岐光導波路２が形成されており，各光導波路２に対して略水平方向に信号電圧を印加するようになっている。光導波路２は、平面的に見ると、いわゆるマッハツェンダー型の光導波路を構成しており、この平面的パターンは図４に示す。
【００１８】支持基体６の基板本体１側の表面６ａと、基板本体１の他方の主面１ｂとの間に第一の接着層７が設けられており、支持基体６と基板本体１とを接着している。
【００１９】基板本体１の一方の主面１ａ上に被覆基体８が設けられており、被覆基体８は、電極および光導波路を被覆している。被覆基体８の基板本体側壁面８ｂ側には、主として図１、図３に示すように、細長い矩形溝８ａが設けられている。そして、電極のフィードスルー部に対応する位置に、コネクタ接続用の一対の切り欠き１３が設けられている。被覆基体８の壁面８ｂには、矩形溝を含めて全面にわたって導電膜９が形成されている。矩形溝８ａと基板本体１の一方の主面１ａとの間には空隙４が形成されており、信号電極３Ｂと、接地電極３Ａ、３Ｃの一部とが空隙４に面している。
【００２０】図１、図２に示すように、基板本体１の一方の主面１ａの周縁部分と被覆基体８の壁面８ｂの周縁部分との間には、第二の接着層５が形成されており、これによって基板本体１と被覆基体８とが接着されている。
【００２１】本実施形態によれば、接着剤と保持部材１１の端面１１ａとの接触部分およびその周辺において、光導波路２に対する接着剤の形状が対称的となる。これによって、環境温度が変化しても、光導波路２と光伝送部材１１との結合部分およびその周辺に加わる不均等な応力を低減でき、環境温度変化に対する光伝搬損失の変化を低減できる。しかも、被覆基体８の壁面８ｂに導電膜を設けることによって、被覆基体８への基板放射モードに起因するリップルを高周波側にシフトさせることができる。
【００２２】好適な実施形態においては、被覆基体８および基板本体１によって空隙４が設けられており、光導波路２が空隙４に面している。空隙４に接着剤を充填することも可能であるが、空隙４を設けることによって、マイクロ波の実効屈折率を向上させることができ、速度整合に有利である。
【００２３】また、好適な実施形態においては、少なくとも信号電極３Ｂが空隙４に面している。
【００２４】また、好適な実施形態においては、光伝送部材１２を保持する保持部材１１を備えており、保持部材１１の基板本体１に対向する対向面１１ａに対して、第一の接着層７および第二の接着層５が接触する。これによって、環境温度変化に対する光伝搬損失の変化を一層低減できる。
【００２５】また、好適な実施形態においては、支持基体の基板本体側の表面に、導電層を備えている。これによって、支持基体中への基板放射モードに起因するリップルの発生確率を低減できる。
【００２６】また、好適な実施形態においては、基板本体および支持基体の一方の側面に第一の導電層が設けられており、基板本体および支持基体の他方の側面に第二の導電層が設けられており、第一の導電層と第二の導電層とが電気的に接続されている。これによって、温度変化に伴う焦電に起因する光伝搬損失の変化を低減できる。
【００２７】図５は、この実施形態に係る光導波路デバイス１０Ｂを示す。光伝送部材、保持部材は図２に示すものである。
【００２８】本例の光導波路デバイス１０Ｂにおいては、支持基体６の基板本体１側の表面６ａに、導電層２５を備えている。また、基板本体１および支持基体６の一方の側面１ｃ、６ｂに第一の導電層１５Ａが設けられており、基板本体１および支持基体６の他方の側面１ｄ、６ｃに第二の導電層１５Ｂが設けられている。第一の導電層１５Ａと第二の導電層１５Ｂとが、支持基体６の底面６ｄ上の導電層１４によって電気的に接続されている。
【００２９】なお、本例では、導電層１５Ａが、被覆基体８の側面８ｃまで伸びて被覆しており、導電層１５Ｂが、被覆基体８の側面８ｄまで伸びて被覆している。このような形態が特に好ましい。
【００３０】導電膜９および導電層２５の材質は、マイクロ波電界が実質的に零になるような材料であることが好ましい。具体的には、導電膜９および導電層２５の材質の体積抵抗率は１０−４Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、更には金、銀、銅などの導電率の高い金属材料、特に貴金属が好ましい。
【００３１】導電膜９および導電層２５の厚さは特に限定されないが、マイクロ波電界を低減するという観点からは    動作周波数でのマイクロ波の表皮効果を考慮して設定すればよい。望ましくは、ミリ波帯では０．０５μｍ以上であることが好ましい。またマイクロ波帯では、０．５μｍ以上であることが望ましい。
【００３２】導電膜９および導電層２５は、焦電の影響を抑制することを目的とする導電層ではなく、支持基体または被覆基体内部へのマイクロ波電界の基板放射モードをカットするためのものである。このため、導電膜９および導電層２５は、支持基体または被覆基体の壁面に連続層として形成することが好ましい。
【００３３】光導波路基板を構成する基板本体は、強誘電性の電気光学材料、好ましくは単結晶からなる。こうした結晶は、光の変調が可能であれば特に限定されないが、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウム、ＫＴＰ、ＧａＡｓ及び水晶などを例示することができる。
【００３４】電極は、低抵抗でインピーダンス特性に優れる材料であれば特に限定されるものではなく、金、銀、銅などの材料から構成することができる。
【００３５】支持基体、被覆基体の材質に制限はないが、望ましくは、基板本体の線熱膨張係数と支持基体または被覆基体の線熱膨張係数との差を±５０％以下とすることによって、環境温度が変化したときの光変調の度合いの変化を抑制することができる。この場合には、基板本体の材質と支持基体または被覆基体の材質とは、同種であってもよく、異種であってもよい。
【００３６】また、支持基体または被覆基体を、光導波路基板の電気光学単結晶の誘電率以上の誘電率を有する材質によって形成することができる。この場合には、支持基体または被覆基体を、基板本体を構成する単結晶と同種の単結晶によって形成することが特に好ましい。
【００３７】支持基体または被覆基体を構成する材質、特に単結晶と、基板本体を構成する材質、特に単結晶とが同種のものであるとは、基本組成（例えば全体の８０ｍｏｌ％以上を占める基本組成）が同一であれば足り、他の添加成分には異同があってもよい。
【００３８】電極は、基板本体の一方の主面側に設けることが好ましく、基板本体の一方の主面１ａに直接形成されていてよく、バッファ層の上に形成されていてよい。バッファ層は、酸化シリコン、弗化マグネシウム、窒化珪素、及びアルミナなどの公知の材料を使用することができる。
【００３９】本発明においては、光導波路は、基板本体の一方の主面側に形成されている。光導波路は、基板本体の一方の主面１ａに直接形成されたリッジ型の光導波路であってよく、基板本体の一方の主面１ａの上に他の層を介して形成されたリッジ型の光導波路であってよい。また、基板本体１に内拡散法やイオン交換法によって形成された光導波路、例えばチタン拡散光導波路、プロトン交換光導波路であってよい。
【００４０】接着層５、７を構成する接着剤の屈折率は、基板本体を構成する電気光学材料の屈折率よりも低いことが好ましい。また、前記接着剤の誘電率は、基板本体を構成する電気光学材料の誘電率よりも低いことが望ましい。
【００４１】前記接着剤の具体例は特に限定されないが、エポキシ系接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化性接着剤、ニオブ酸リチウムなどの、電気光学効果を有する材料と比較的近い熱膨張係数を有する「アロンセラミックスＣ」（商品名、東亜合成社製）（熱膨張係数１３×１０−６／Ｋ）を例示できる。また、接着剤が導電性であってよい。こうした導電性接着剤としては、カーボンおよび銀ペースト、さらには異方導電性フィルムを例示できる。
【００４２】本発明は、いわゆる非対称コプレーナストリップライン（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｃｏｐｌａｎａｒ  ｓｔｒｉｐ  ｌｉｎｅ：Ａ−ＣＰＳ電極）  型の電極配置に対しても適用できる。また、本発明は、いわゆる独立変調型の進行波形光変調器に対しても適用できる。
【００４３】第一の導電層と第二の導電層とを電気的に接続する方法は特に限定されない。例えば接続部１４を支持基体６の底面６ｄ上に設けることができる。
また、ボンディングワイヤによって第一の導電層と第二の導電層とを接続することも可能である。
【００４４】光伝送部材は、光導波路と光学的に結合可能であれば限定されないが、光ファイバーが好ましい。また、保持部材１１は、光ファイバアレイやフェルールであってよい。
【００４５】
【実施例】（実施例１）
図１〜図４に示す光変調器１０Ａを製造し、光ファイバーと結合した。具体的には、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ３単結晶：厚さ０．３ｍｍ）を使用した。２枚のＸカットした３インチウエハーを接着した。具体的には、各ウエハーを洗浄し、乾燥した後、ＳＯＧ（ｓｐｉｎ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ）をスピンコートし、コート面同士を重ね合わせて荷重を加えた状態で、水蒸気含有酸素雰囲気中で１０７０℃で保持し、接着した。次いで、接着体を研磨定盤上に載せ、基板本体１側を横型研磨およびポリッシング（ＣＭＰ）にて加工し、厚さ１０μｍとした。次いで接着体を研磨定盤から取り外し、有機溶剤およびＵＶ洗浄した。次いで、チタンをスパッリリングによって厚さ５００〜１０００オングストローム形成した後、フォトリソグラフィー法によってレジストパターンを形成し、反応性イオンエッチングによってチタンパターンを成形し、レジストを有機溶剤によって剥離させた。次いで、水蒸気含有酸素雰囲気中で１０２０℃で保持し、マッハツェンダー型のチタン拡散光導波路を形成した。
【００４６】次いで、メッキプロセスにより、ＣＰＷ電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃを形成した。
【００４７】次に、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ３単結晶：厚さ０．３ｍｍ）をエキシマレーザーによって加工し、幅５００μｍ、深さ１００μｍの溝８ａを形成した。次いで、蒸着法によって厚さ１０００オングストロームの金膜９を形成し、被覆基体８を製造した。
【００４８】次いで、基板本体１の一方の主面１ａと被覆基体８とをエポキシ系接着剤によって接着した。この際、溝８ａ内には接着剤が充填されないようにした。
【００４９】次いで、光導波路デバイス１０Ａの端面を光学研磨し、ダイシングによってチップ切断した。このデバイス１０Ａを、フェルール１１に保持された光ファイバー１２と接続し、光軸調整し、ＵＶ硬化樹脂によって接着固定した。
【００５０】（比較例１）
図８に示すような光導波路デバイスを、被覆基体を除くと実施例１と同様にして製造した。この光導波路デバイスをＵＶ硬化樹脂接着剤２１によってフェルール１１の端面１１ａに接着し、光ファイバーに結合した。
【００５１】各例の構造について、−２０℃から８５℃における光パワー損失の温度特性を評価した。この結果、実施例１における変動量は０．２ｄＢであり、比較例１における変動量は０．６ｄＢであった。実施例１における測定結果を図６に示し、比較例１における測定結果を図７に示す。
【００５２】また、ベクトルネットワークアナライザでＳ２１特性を測定した。
使用したプローブは、Ｃａｓｃａｄｅ  製ＣＰＷプローブ「ＡＣＰ  ５０−２５０」とした。
実施例１、比較例１についてそれぞれ１００個のデバイスを製造し、４５ＧＨｚ以下の周波数領域でのリップルの有無を確認した。実施例１においては、４５ＧＨｚ以下の周波数領域でのリップルが生ずる確率は１％であり、比較例１においては３０％であった。
【００５３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光導波路と電極とを備えている光導波路基板、光導波路基板を支持する支持基体、および光導波路基板と支持基体とを接着する接着層を備えている光導波路デバイスにおいて、外部の光伝送部材に対して光導波路を光学的に結合したときに、環境温度変化に伴って光出力の変動を抑制できる。また、透過特性（Ｓ２１）の損失（リップル）の発生確率を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光導波路デバイス１０Ａを模式的に示す横断面図である。
【図２】光導波路デバイス１０Ａと保持部材１１および光伝送部材１２との結合構造を示す縦断面図である。
【図３】被覆基体８の平面図である。
【図４】光導波路基板１８の平面図である。
【図５】他の実施形態に係る光導波路デバイス１０Ｂを模式的に示す横断面図である。
【図６】本発明の実施例１の構造において、光パワーの温度特性を示すグラフである。
【図７】比較例１の構造において、光パワーの温度特性を示すグラフである。
【図８】比較例に係る光導波路デバイス２０と光伝送部材１２との結合構造を模式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】１  基板本体        １ａ  基板本体１の一方の主面        １ｂ  基板本体１の他方の主面        ２  光導波路        ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ  電極        ４  空隙        ５  第二の接着層        ６  支持基体  ６ａ  支持基体の基板本体側の表面        ７  第一の接着層        ８被覆基体        ８ａ  溝        ８ｂ  被覆基体８の基板本体側の壁面    １０Ａ、１０Ｂ  光導波路デバイス        １１  保持部材        １１ａ保持部材１１の端面        １２  光伝送部材        １８  光導波路基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004245991.tif 000006
【図５】
2004245991.tif 000007
【図６】
2004245991.tif 000008
【図７】
2004245991.tif 000009
【図８】
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