(57)【要約】【課題】  電気光学定数が極めて大きい立方晶かつ２次の電気光学定数を有する誘電体結晶を基本とした光導波路を用いて、電極部を薄層化することにより高速光変調器を実現すること。【解決手段】  ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３導波路基板２４に、埋め込み導波路２３及び変調用電極２１，２２を形成する（ａ）。次に、第１の石英基板２５に変調用電極２１，２２を、接着剤を用いて貼り付け（ｂ）、基板裏面２４ｂを薄さ１０μｍ程度にまで薄層化する（ｃ）。次に、第１の石英基板２５を取り外し、薄層化された基板裏面２４ｂを第２の石英基板２６に貼り付け、変調信号が印加可能な光変調器として実現した（ｄ）。基板裏面２４ｂは研磨により薄層化され、導波路基板２４の組成比として、Ｙを０以上で０．１未満とした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板と、該導波路基板内に設けられたＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる埋め込み導波路と、前記導波路基板上で、かつ前記埋め込み導波路の近傍に設けられた変調用電極と、該変調用電極を有する前記導波路基板の基板表面と反対側の基板裏面が薄層化され、該薄層化された前記基板裏面が貼り付けられた他の基板とを備えたことを特徴とする導波路型光変調器。
【請求項２】
前記埋め込み導波路又は前記変調用電極に対応する前記基板裏面の領域部分に溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光変調器。
【請求項３】
ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板内にＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる埋め込み導波路を形成し、前記導波路基板上で、かつ前記埋め込み導波路の近傍に変調用電極を形成してなる導波路型光変調器の製造方法において、
前記導波路基板上に形成された前記変調用電極を第１の基板上に貼り付ける工程と、
前記変調用電極の形成された前記導波路基板の基板表面と反対側の基板裏面を薄層化する工程と、
該薄層化された前記基板裏面を第２の基板上に貼り付ける工程と
を有することを特徴とする導波路型光変調器の製造方法。
【請求項４】
前記基板裏面を研磨により薄層化す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の製造方法。
【請求項５】
前記埋め込み導波路又は前記変調用電極に対応する前記基板裏面の領域部分を局部的に薄層化す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の製造方法。
【請求項６】
前記領域部分にエキシマレーザ光を用いて溝を形成することを特徴とする請求項５に記載の導波路型光変調器の製造方法。
【請求項７】
前記溝をレーザアブレーション法により形成することを特徴とする請求項６に記載の導波路型光変調器の製造方法。
【請求項８】
前記導波路基板の組成比として、Ｙを０以上で０．１未満とすることを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の導波路型光変調器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路型光変調器及びその製造方法に関し、より詳細には、光通信及び光信号処理において、電気信号の形で供給される情報をキャリアである光の強度、周波数，位相の変化に変換する電気光学位相シフタ及びこの電気光学位相シフタを用いた導波路型光変調器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの長距離化・高速化が進むに伴って、チャーピングの少ない外部光変調器が求められている。高速光変調器の実現に利用される典型的な物理現象としては、電気光学効果，磁気光学効果，音響光学効果，電界吸収効果が知られているが、電気光学効果は、結晶を構成する原子の電子状態が電界によって変化する現象であるから、電界の変化に対する応答速度は極めて速く、フェムト秒レベルの電界変化に瞬時に応答するため超高速用光変調器として利用するのに最も適した物理現象といえる。
【０００３】
特に、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）は、Ｔｉなどの不純物の拡散やイオン交換などの方法により、光導波路を比較的容易に作製できるため、一次の電気光学効果を利用した光変調器として最も広く用いられている材料である（例えば、非特許文献１参照)。
【０００４】
一般に、電気光学定数は結晶の方位に応じた依存性があり、最も大きい電気光学定数を有する結晶軸に電界を印加して屈折率を変調する。ＬＮの場合は、ｒ３３（３０ｐｍ／Ｖ）を利用するが、ＬＮを用いた場合でも、電極長は５ｃｍにおよび変調電圧は１Ｖ程度であるのでより大きな電気光学定数が大きい材料が望まれていた。
【０００５】
また、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（ＫＴＮ）は誘電体結晶材であり、キュリー温度以上で立方晶構造を有する。ＫＴＮに対して、外部電場を結晶軸方向に印加すると、ＫＴＮに二次の光学非線形効果を示す。その値は（１２００〜８０００ｐｍ／Ｖ）であり、ＬＮの有する非線形定数３０ｐｍ／Ｖに比べて著しく大きい。また、ＫＴＮは、組成に依存した−２７３℃〜４００℃のキュリー転移温度で強誘電転移を生じる。このキュリー温度を境に、比誘電率が約３０００から約２００００に大きく変化する。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２３２４１６号公報
【非特許文献１】光集積回路、西原浩他、オーム社、pp.111-117(ISBN 4-274-03064-4
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このＫＴＮ材料を高速光変調器に用いる場合、ＣＲ定数により律速される帯域をのばすために、電気容量を抑えることが問題となっている。この問題を解決するために、変調用電極部の基板を薄くして電気容量を減少させる方法が考えられている。すでに、レーザアブレーションを用いてＬＮに溝を作製する方法が報告されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、８００μｍの厚みのＬＮ基板に対して５００〜７００μｍの深さの溝を形成している。
【０００８】
しかしながら、ＫＴＮの場合は誘電率が大きいため溝を形成した残りの厚さを１０μｍ以下、望ましくは５μｍ以下まで薄くする必要がある。８００μｍの厚さからアブレーションのみで７９０μｍの溝を形成しようとしてもアブレーションによる溝の作製時に、回折効果によりエッジの部分がより深く掘れてしまう問題が生じる。
【０００９】
図１は、レーザアブレーション法により導波路基板を加工する様子を示す図で、図中符号１１は加工前のＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板、１２はエキシマレーザ光、１３は残渣、１４は未照射部のＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板を示している。
【００１０】
図１から分かるように、加工前のＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板１１に、エキシマレーザ光１２を照射すると、回折効果によりエッジの部分がより深く掘れてしまうため、残りの部分は残渣１３として凸状の形状となるクラックが発生するという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電気光学定数が極めて大きい立方晶かつ２次の電気光学定数を有する誘電体結晶を基本とした光導波路を用いて、電極部を薄層化することにより高速光変調器を実現するための導波路型光変調器及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板と、該導波路基板内に設けられたＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる埋め込み導波路と、前記導波路基板上で、かつ前記埋め込み導波路の近傍に設けられた変調用電極と、該変調用電極を有する前記導波路基板の基板表面と反対側の基板裏面が薄層化され、該薄層化された前記基板裏面が貼り付けられた他の基板とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記埋め込み導波路又は前記変調用電極に対応する前記基板裏面の領域部分に溝が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板内にＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる埋め込み導波路を形成し、前記導波路基板上で、かつ前記埋め込み導波路の近傍に変調用電極を形成してなる導波路型光変調器の製造方法において、前記導波路基板上に形成された前記変調用電極を第１の基板上に貼り付ける工程と、前記変調用電極の形成された前記導波路基板の基板表面と反対側の基板裏面を薄層化する工程と、該薄層化された前記基板裏面を第２の基板上に貼り付ける工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記基板裏面を研磨により薄層化することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記埋め込み導波路又は前記変調用電極に対応する前記基板裏面の領域部分を局部的に薄層化することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記領域部分にエキシマレーザ光を用いて溝を形成することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記溝をレーザアブレーション法により形成することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、請求項３乃至７のいずれかに記載の発明において、前記導波路基板の組成比として、Ｙを０以上で０．１未満とすることを特徴とする。
【００２０】
つまり、本発明は、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板と、この導波路基板上に作製されたＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる埋め込み導波路と、この埋め込み導波路の近傍に形成された変調用の電極を有する導波路型光変調器において、ＬＮよりも物理的に柔軟なＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板を機械的な研磨により、１０μｍ程度にまで薄層化して電気容量の低減を図るようにしたものである。
【００２１】
また、レーザアブレーション法を用いて溝を形成することにより、クラック無しで変調電極部を４μｍの厚さにまで薄層化することができるようにしたものである。これによって、電気容量の低容量化が図れ、広帯域な光変調器が実現できる。また、導波路基板の組成比Ｙを０より大きく０．１未満にすると、導波路を構成するのに適した屈折率をもつことになる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板内にＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる埋め込み導波路を形成し、導波路基板上で、かつ埋め込み導波路の近傍に変調用電極を形成してなる導波路型光変調器の製造方法において、導波路基板上に形成された変調用電極を第１の基板上に貼り付ける工程と、変調用電極の形成された導波路基板の基板表面と反対側の基板裏面を薄層化する工程と、薄層化された基板裏面を第２の基板上に貼り付ける工程とを有するので、導波路基板上に設けられた変調用電極と反対側の基板面を薄層化して他の基板に貼り付け、電気光学定数が極めて大きい立方晶かつ２次の電気光学定数を有する誘電体結晶を基本とした光導波路を用いて、変調用電極の基板を薄層化することにより高速光変調器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。  
【実施例１】
【００２４】
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る導波路型光変調器の製造方法の実施例１を説明するための工程図で、図中符号２１，２２は変調用電極、２３はＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる埋め込み導波路、２４はＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板、２４ａは基板表面、２４ｂは基板裏面、２５は第１の石英基板、２６は他の基板である第２の石英基板を示している。
【００２５】
実施例１の導波路型光変調器の製造方法は、まず、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板２４内にＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる埋め込み導波路２３を形成し、次に、導波路基板２４上で、かつ埋め込み導波路２３の近傍に変調用電極２１，２２を形成する。
【００２６】
次に、導波路基板２４上に形成された変調用電極２１，２２を第１の石英基板２５上に貼り付け、次に、変調用電極２１，２２の形成された導波路基板２４の基板表面２４ａと反対側の基板裏面２４ｂを薄層化し、次に、変調用電極に貼り付けられていた第１の石英基板２５を取り外し、薄層化された基板裏面２４ｂを第２の石英基板２６上に貼り付ける。また、導波路基板２４の基板裏面は研磨により薄層化されている。また、導波路基板２４の組成比として、Ｙを０以上で０．１未満とした。
【００２７】
つまり、厚さ５００μｍのＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板２４に、埋め込み導波路２３を形成し、次に、導波路基板２４上に変調用電極２１，２２を形成する（図２（ａ））。次に、第１の石英基板２５に変調用電極２１，２２を、接着剤を用いて貼り付け（図２（ｂ））、次に、変調用電極２１，２２を設けた導波路基板２４の基板裏面２４ｂを薄さ１０μｍ程度にまで薄層化した（図２（ｃ））。薄層化した後も物理的に破壊されることはなく、容易にハンドリング可能であった。次に、変調用電極に貼り付けられていた第１の石英基板２５を取り外し、変調用電極２１，２２と反対側の基板裏面を第２の石英基板２６に貼り付け、変調信号が印加可能な導波路型光変調器として実現した（図２（ｄ））。
【００２８】
このような製造方法により、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板２４と、この導波路基板２４内に設けられたＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる埋め込み導波路２３と、導波路基板２４上で、かつ埋め込み導波路２３の近傍に設けられた変調用電極２１，２２と、この変調用電極２１，２２を有する導波路基板２４の基板表面２４ａと反対側の基板裏面２４ｂが薄層化され、この薄層化された基板裏面２４ｂが貼り付けられた第２の石英基板２６とを備えた導波路型光変調器が実現される。
【実施例２】
【００２９】
図３は、本発明に係る導波路型光変調器の製造方法の実施例２を説明するための構成図で、エキシマレーザ光による溝加工の様子を示した図である。図中符号３１はエキシマレーザ光、３２は集光用レンズ、３３はＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板、３３ａは基板表面、３３ｂは基板裏面、３４はレーザアブレーション法により形成された溝、３５は変調用電極、３６はＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる埋め込み導波路、３７は移動ステージを示している。
【００３０】
実施例２の導波路型光変調器の製造方法は、導波路基板３３に形成された埋め込み導波路３６又は変調用電極３５に対応する導波路基板３３の基板裏面３３ｂの領域部分を局部的に薄層化したもので、領域部分にエキシマレーザ光を用いて溝３４を形成したものである。
【００３１】
この溝３４を形成するに際しては、出力エネルギー３００ｍＪ程度のＫｒＦエキシマレーザをパルス繰り返し１００〜２００Ｈｚで発振させて、厚さ５００μｍのＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる導波路基板３３が載った移動ステージ３７を移動させて、エキシマレーザ光３１を収差の少ない集光用レンズ３２を用いて集光し、深さ４８０μｍの溝２４を、照射時間を制御して形成した。変調用電極３５の近傍のみ削れるようにマスクを予め設け、ステップ状にスキャンした。
【実施例３】
【００３２】
上述した実施例１に示した製造方法に従って、まず最初に、第１の石英基板２５に変調用電極２１，２２を、接着剤を用いて貼り付け、導波路基板３３の基板裏面３３ｂを薄さ１０μｍ程度にまで薄層化する。次に、実施例２に示した製造方法に従って、レーザアブレーション法により基板裏面３３ｂに溝３４を形成する。このようにして、照射時間を制御することにより、約６μｍ深さの溝３４を形成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来のレーザアブレーション法により導波路基板を加工する様子を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る導波路型光変調器の製造方法の実施例１を説明するための工程図である。
【図３】本発明に係る導波路型光変調器の製造方法の実施例２を説明するための構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１  加工前の導波路基板
１２  エキシマレーザ光
１３  残渣
１４  未照射部の導波路基板
２１，２２  変調用電極
２３  埋め込み導波路
２４  導波路基板
２４ａ  基板表面
２４ｂ  基板裏面
２５  第１の石英基板
２６  第２の石英基板
３１  エキシマレーザ光
３２  集光用レンズ
３３  導波路基板
３３ａ  基板表面
３３ｂ  基板裏面
３４  溝
３５  変調用電極
３６  埋め込み導波路
３７  移動ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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