(57)【要約】【課題】光導波路デバイスにおいて、高周波特性（Ｓ２１）にリップルが生ずるのを防止する。【解決手段】光導波路１は、電気光学材料からなる基板本体１、光導波路６、および光導波路６に電気信号を印加するための信号電極４、第一の接地電極３Ａおよび第二の接地電極３Ｂを備えている。第一の接地電極３Ａと第二の接地電極３Ｂとを電気的に接続する電気接続部材７が光導波路６の上を通過するように設けられている。【選択図】            図１
2005274889.tif 000002
【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、光導波路、および前記光導波路に電気信号を印加するための信号電極、第一の接地電極および第二の接地電極を備えている光導波路デバイスであって、
前記第一の接地電極と前記第二の接地電極とを電気的に接続する電気接続部材が前記光導波路の上を通過するように設けられていることを特徴とする、光導波路デバイス。
【請求項２】
前記信号電極と前記第一の接地電極との間の第一のギャップの幅と、前記信号電極と前記第二の接地電極との間の第二のギャップの幅とが異な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】
前記電気接続部材がボンディングワイヤからなることを特徴とする、請求項１または２記載の光導波路デバイス。
【請求項４】
前記基板本体の厚さが２００μｍ以下であ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】
進行波型光変調器であ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】
電気光学材料からなる基板本体、光導波路、および前記光導波路に電気信号を印加するための信号電極、第一の接地電極および第二の接地電極を備えている光導波路デバイスであって、
前記信号電極と前記第一の接地電極との間の第一のギャップの幅と、前記信号電極と前記第二の接地電極との間の第二のギャップの幅とが異なっており、前記光導波路デバイスを固定するための筐体に対して前記第一の接地電極と前記第二の接地電極との少なくとも一方を電気的に接続するための電気接続部材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７】
前記電気接続部材が、前記第一の接地電極を前記筐体に接続するための第一の電気接続部材と、前記第二の接地電極を前記筐体に接続するための第二の電気接続部材とを含むことを特徴とする、請求項６記載の光導波路デバイス。
【請求項８】
前記電気接続部材が金属箔またはボンディングワイヤからなることを特徴とする、請求項６または７記載の光導波路デバイス。
【請求項９】
前記基板本体の厚さが２００μｍ以下であることを特徴とする、請求項６〜８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１０】
進行波型光変調器であることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、進行波型光変調器等の光導波路デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、特許文献１、２において、進行波形光変調器の基板の光導波路の下に肉薄部分を設け、この肉薄部分の厚さを例えば１０μｍ以下に薄くすることを開示した。これによって、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るし、駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を小さくできるので、有利である。
【特許文献１】特開平１０−１３３１５９号公報
【特許文献２】特開２００２−１６９１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１、２に記載のような進行波形光変調器においては、例えばニオブ酸リチウム単結晶のＸ板上にＣＰＷ（コプレーナ型）電極およびマッハツェンダー型の光導波路を形成し、光導波路の各分岐部に対して同様の電界を印加すると共に電極相互作用長を等しくし、これによって０チャープ特性の光変調器を得る。
【０００４】
しかし、実際の光伝送システムにおいては、Ｘ板やＹ板を基板として用いた光変調器についても、所定のチャープ量をもたせることが有利な場合がある。しかし、電気光学結晶のＸ板やＹ板を基板として用いた光変調器について、このような所定のチャープ量をもたせることは、これまで検討されてこなかった。
【０００５】
これに対して、本出願人は、特許文献３において、複数の接地電極を設け、信号電極と各接地電極との間の各電極ギャップの幅を異ならせることを開示した。このように、一方の電極ギャップの幅と他方の電極ギャップの幅とを異ならせると、各電極ギャップ下に配置されている各分岐部における電界強度も異なるようになり、チャープ特性が得られる。
【特許文献３】特願２００３−３２４３７３
【０００６】
しかし、従来の光変調器、特にこのように電極ギャップを非対称構造としたチャープ型変調器においては、高周波特性（Ｓ２１）にリップルが生じるという問題があることが判明してきた。これは、電極構造が非対称であるために、CPWモード以外のモードも励振されてしまい、モード同士が互いに干渉を起こすことが理由であることがわかった。
【０００７】
本発明の課題は、光導波路デバイスにおいて、高周波特性（Ｓ２１）にリップルが生ずるのを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第一の態様に係る発明は、電気光学材料からなる基板本体、光導波路、および光導波路に電気信号を印加するための信号電極、第一の接地電極および第二の接地電極を備えている光導波路デバイスであって、第一の接地電極と第二の接地電極とを電気的に接続する電気接続部材が光導波路と信号電極の上を通過するように設けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、第二の態様に係る発明は、電気光学材料からなる基板本体、光導波路、および光導波路に電気信号を印加するための信号電極、第一の接地電極および第二の接地電極を備えている光導波路デバイスであって、信号電極と第一の接地電極との間の第一のギャップの幅と、信号電極と第二の接地電極との間の第二のギャップの幅とが異なっており、光導波路デバイスを固定するための筐体に対して第一の接地電極と第二の接地電極との少なくとも一方を接続するための電気接続部材を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第一の態様に係る発明においては、一対の接地電極を、光導波路側で直接電気的に接続することによって、両側の接地電極が高周波においても等電位になり前記した不要モード放射によるＳ２１特性のリップルを抑圧できることを見いだした。この、電気接続部材でCPWモードが選択的に通過されるようになり、CPWモード以外の不要モードは電気接続部材で反射されるようになるものと考えられる。電気接続部材の個数を増やせば、不要モードの共振器長が短くなり、不要モードによる共振周波数が高くなる。このため、不要モードによるリップルを利用周波数よりも高い周波数へ移動することが可能となるものと考えられる。
【００１１】
第二の態様に係る発明によれば、変調器チップの接地電極と導電性筐体（パッケージ）とをワイヤーや金属箔で結線することによって、第一の態様と同様に一対の接地電極が等電位になることでCPWモードのみ選択的に励振されるようになり、結果としてＳ２１特性のリップルが低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光導波路デバイス１を概略的に示す平面図であり、図２は、図１の光導波路デバイス１の横断面図である。
【００１３】
本例の光導波路デバイス１は基板本体２を備えている。基板本体２は、別体の図示しない支持基板に対して接着されていてもよい。本例では、基板本体２は平板形状をしているが、この形状は平板に限定されない。基板本体２の一方の主面２ａ上には、所定の接地電極３Ａ、３Ｂおよび信号電極４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、隣接する信号電極４と接地電極３Ａとのギャップ５Ａ、信号電極４と接地電極３Ｂとのギャップ５Ｂに、それぞれ分岐光導波路６ａ、６ｂが形成されており，各光導波路６ａ、６ｂ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６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いる。
【００１４】
ここで、本例の光導波路デバイス１においては、第一のギャップ５Ａの幅ＷＡが、第二のギャップ５Ｂの幅ＷＢよりも小さく、これによって所定のチャープ特性を実現している。このように、ギャップ５Ａと５Ｂとの幅が異なる場合には、前述したＳ２１特性のリップルが特に発生しやすい。
【００１５】
ここで、本発明に従い、第一の接地電極３Ａと第二の接地電極３Ｂとを電気接続部材７によって結線する。この電気接続部材７は光導波路６の上を通過する。このように、光導波路の上を通過し、横切るような電気接続部材によって、一対の接地電極を結線し、電気的に接続することは類例がない。
【００１６】
電気接続部材７は特に限定されないが、ボンディングワイヤや金属箔が特に好ましい。ボンディングワイヤや金属箔の材質は限定されないが、導電性材料である必要があり、また柔軟性ないし可撓性を有する材料であることが好ましい。この観点からは、金めっき付銅、金めっき付ニッケル、ニッケル、アルミニウム、金、銅、カーボン、銀が好ましい。
【００１７】
ボンディングワイヤや金属箔の接地電極への接合方法は限定されないが、超音波ボンディング、スポット溶接、導電性接着剤、半田付けが好ましい。
【００１８】
また、電気接続部材７を複数個設けることが好ましく、これによって共振器長を一層短くし、リップルが生ずる周波数を一層高周波側へとシフトさせることができる。この観点からは、隣接する電気接続部材７の間隔は相互作用電極長の半分以下とすることが好ましく、例えば10Gbps用変調器では10ｍｍ以下とすることが更に好ましい。必要な帯域は変調周波数によって異なるために、変調周波数が低い場合はこれより長い間隔で電気接続部材７を設けてもよい。
【００１９】
好ましくは、第一のギャップ５Ａの幅ＷＡと第二のギャップ５Ｂの幅ＷＢとは異なっている。この観点からは、ＷＡ／ＷＢは、0.7以下であることが好ましく、0.4以下であることが更に好ましい。
【００２０】
図３は第二の態様に係る発明の実施例を示し、光導波路デバイス１１を筐体８に取り付けた状態を示す平面図である。図４は、図３の光導波路デバイス１１および筐体８の横断面図である。
【００２１】
本例の光導波路デバイス１１は基板本体２を備えている。基板本体２は、別体の図示しない支持基板に対して接着されていてもよい。本例では、基板本体２は平板形状をしているが、この形状は平板に限定されない。基板本体２の一方の主面２ａ上には、所定の接地電極３Ａ、３Ｂおよび信号電極４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、隣接する信号電極４と接地電極３Ａとのギャップ５Ａ、信号電極４と接地電極３Ｂとのギャップ５Ｂに、それぞれ分岐光導波路６ａ、６ｂが形成されており，各光導波路６ａ、６ｂ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６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いる。
【００２２】
基板本体２の底面２ｃを筐体８の内部９内に入れ、筐体８の底部８ｂ上に載置し、固定する。この状態で、光導波路１１の基板本体２の側面２ｂは筐体８の側壁８ａに対向する。そして、第一の接地電極３Ａを電気接続部材１０Ａによって筐体８の側壁８ａに対して電気的に接続し、第二の接地電極３Ｂを電気接続部材１０Ｂによって筐体８の側壁８ａに対して電気的に接続する。
【００２３】
電気接続部材１０Ａ、１０Ｂの具体的材質は特に限定されないが、ボンディングワイヤや金属箔が特に好ましい。ボンディングワイヤや金属箔の材質は限定されないが、導電性材料である必要があり，また柔軟性ないし可撓性を有する材料であることが好ましい。この観点からは、金めっき付銅、金めっき付ニッケル、ニッケル、アルミニウム、金、銅、カーボン、銀が好ましい。
【００２４】
ボンディングワイヤや金属箔の接地電極および筐体８への接合方法は限定されないが、超音波ボンディング、スポット溶接、銀ペースト、導電性接着剤、半田付けが好ましい。
【００２５】
また、電気接続部材１０Ａ、１０Ｂを、それぞれ、複数個設けることが好ましく、これによって共振器長を一層短くし、リップルが生ずる周波数を一層高周波側へとシフトさせ得る。この観点からは、隣接する電気接続部材１０Ａ、１０Ｂの間隔は相互作用電極長の半分以下とすることが好ましく、10Gbps用の場合で10ｍｍ以下とすることが更に好ましい。必要な帯域は変調周波数によって異なるために、変調周波数が低い場合はこれよりも長い間隔で電気接続部材７を設けてもよい。
【００２６】
第二の態様に係る発明においては、第一のギャップ５Ａの幅ＷＡと第二のギャップ５Ｂの幅ＷＢとは異なっている。この観点からは、ＷＡ／ＷＢは、0.7以下であることが好ましく、0.4以下であることが更に好ましい。
【００２７】
以下、第一、第二の態様に係る発明の好適な実施形態について更に述べる。
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。
【００２８】
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。
【００２９】
基板本体の表面と信号電極、接地電極との間にはバッファ層を設けることができる。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。
【００３０】
好適な実施形態においては、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、基板本体の内部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。電極は、基板本体の一方の主面側に設けられているが、基板本体の一方の主面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。
【００３１】
好適な実施形態においては、光導波路基板の厚さを２００μｍ以下とし、更に好ましくは１００μｍ以下とする。また、光導波路基板に凹部を設ける場合には、凹部の領域の厚さを１００μｍ以下とすることが好ましく、５０μｍ以下、更には３０μｍ以下とすることが好ましい。
【実施例】
【００３２】
（実験Ａ）
第一の態様に係る発明の実施例を述べる。
図１、図２に示す光変調器１を製造した（本発明例）。あるいは、図１、図２に示す光変調器１から、電気接続部材７を取り除いたものを作製した（比較例）。
【００３３】
具体的には、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ３単結晶）を使用し、チタン拡散プロセスとフォトリソグラフィー法とによって、ウエハーの表面にマッハツェンダー型の光導波路６を形成した。光導波路のサイズは、例えば１／ｅ２で１０μｍとできる。次いで、メッキプロセスにより、信号電極４および接地電極３Ａ、３Ｂを形成した。第一のギャップ５Ａの幅ＷＡを20μｍとし、第二のギャップ５Ｂの幅ＷＢを95μｍとし、電極の厚みを25μｍとし、電極長を４０ｍｍとした。
【００３４】
次に、研磨定盤に研磨ダミー基板を固定し、その上に変調器用の基板本体を、電極面を下向きにして貼り付けた。次に、横型研磨、ラップおよびポリッシング（ＣＭＰ）にて8.5μｍ厚みまで変調器用の基板本体２を薄型加工した。次いで、平板状の支持基板上に基板本体２を固定した。接着固定用の樹脂は、樹脂厚50μｍとした。光導波路の端面（光ファイバーへの接続部）を端面研磨し、ダイシングにてウエハーを切断し、各チップを得た。チップの幅を2ｍｍとし、デバイス１の全厚さを0.5ｍｍとした。
【００３５】
本発明例においては、アルミニウムからなるワイヤー７によって、１．２５ｍｍ間隔で接地電極３Ａと３Ｂとを結線した。比較例においては、電気接続部材７を設けなかった。
【００３６】
１．５５μｍ用偏波保持光ファイバー、あるいは１．３μｍシングルモードファイバーを保持した単芯ファイバーアレイをそれぞれ作製し、前者を入力側に後者を出力側として光変調器チップ１Ａに結合し、光ファイバーと光導波路とを調芯し、紫外線硬化型樹脂によって接着した。
【００３７】
次いで、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。この結果を図５（比較例）、図６（本発明例）に示す。
【００３８】
図５においては、３ＧＨｚ以上、１０ＧＨｚ以下の領域において、リップルがいくつか観測された。このため、変調により信号波が歪むという問題が生じる。図６においては、リップルの位置が高周波側に移動し、15GHz以下ではリップルは観測されなくなった。さらに短い間隔でワイヤーを設ければ、さらに高い周波数までリップルフリーとすることができる。
【００３９】
（実験Ｂ）
第二の態様に係る発明の実施例を述べる。
図３、図４に示す光変調器１１を製造し、筐体８に取り付けた（本発明例）。
具体的には、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ３単結晶）を使用し、チタン拡散プロセスとフォトリソグラフィー法とによって、ウエハーの表面にマッハツェンダー型の光導波路６を形成した。光導波路のサイズは、例えば１／ｅ２で１０μｍとできる。次いで、メッキプロセスにより、信号電極４および接地電極３Ａ、３Ｂを形成した。第一のギャップ５Ａの幅ＷＡを20μｍとし、第二のギャップ５Ｂの幅ＷＢを95μｍとし、電極の厚みを25μｍとし、電極長を４０ｍｍとした。
【００４０】
次に、研磨定盤に研磨ダミー基板を固定し、その上に変調器用の基板本体を、電極面を下向きにして貼り付けた。次に、横型研磨、ラップおよびポリッシング（ＣＭＰ）にて8.5μｍ厚みまで変調器用の基板本体２を薄型加工した。次いで、平板状の支持基板上に基板本体２を固定した。接着固定用の樹脂は、樹脂厚50μｍとした。光導波路の端面（光ファイバーへの接続部）を端面研磨し、ダイシングにてウエハーを切断し、各チップを得た。チップの幅を2ｍｍとし、デバイス１の全厚さを0.5ｍｍとした。
【００４１】
本発明例においては、厚さ250μｍの金リボン１０Ａ、１０Ｂによって、5ｍｍ間隔で接地電極３Ａと筐体８、接地電極３Ｂと筐体８とを結線した。
【００４２】
１．５５μｍ用偏波保持光ファイバー、あるいは１．３μｍシングルモードファイバーを保持した単芯ファイバーアレイをそれぞれ作製し、前者を入力側に後者を出力側として光変調器チップ１Ａに結合し、光ファイバーと光導波路とを調芯し、紫外線硬化型樹脂によって接着した。
【００４３】
次いで、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。この結果を図７（比較例）、図８（本発明例）に示す。
【００４４】
光導波路デバイス１１のＳ２１特性を、筐体に取り付ける前に（ベアチップの状態で）測定した（比較例）。この結果、３〜２２ＧＨｚにおいてリップルがいくつも観測された。これに対して、この光導波路デバイス１１を金属パッケージに実装し、接地電極を前述のようして金属筐体８に接続した後のＳ２１特性を図８に示す。図８においては、特に２２GHz以下でリップルが低減されていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第一の態様の発明に係る光導波路デバイス１を概略的に示す平面図である。
【図２】図１の光導波路デバイス１を概略的に示す横断面図である。
【図３】第二の態様の発明に係る光導波路デバイス１１および筐体８を概略的に示す平面図である。
【図４】図３の光導波路デバイス１１および筐体８を概略的に示す横断面図である。
【図５】実験Ａの比較例において、Ｓ２１特性と周波数との関係を示すグラフである。
【図６】図１、図２の光導波路デバイス１を用いた、実験Ａの本発明例において、Ｓ２１特性と周波数との関係を示すグラフである。
【図７】実験Ｂの比較例において、Ｓ２１特性と周波数との関係を示すグラフである。
【図８】図３、図４の光導波路デバイス１１および筐体８を用いた、実験Ｂの本発明例において、Ｓ２１特性と周波数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
１、１１  光導波路デバイス          ２  基板本体          ３Ａ  第一の接地電極          ３Ｂ  第二の接地電極          ４  信号電極          ５Ａ  第一のギャップ          ５Ｂ  第二のギャップ          ６  光導波路          ７  光導波路６上を通過する電気接続部材          ８  筐体          １０Ａ  第一の接地電極３Ａと筐体８とを結線する電気接続部材          １０Ｂ  第二の接地電極３Ｂと筐体８とを結線する電気接続部材          ＷＡ  第一のギャップ５Ａの幅          ＷＢ  第二のギャップ５Ｂの幅
【図１】
2005274889.tif 000003
【図２】
2005274889.tif 000004
【図３】
2005274889.tif 000005
【図４】
2005274889.tif 000006
【図５】
2005274889.tif 000007
【図６】
2005274889.tif 000008
【図７】
2005274889.tif 000009
【図８】
2005274889.tif 000010