(57)【要約】【課題】光導波路が形成された光導波路デバイスにおいて、光導波路の駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を制御できるようにし、例えば光導波路デバイスに所望のチャープ量を付与できるようにすることである。【解決手段】光導波路デバイス１は、光学材料からなる基板２、およびこの基板２中に形成されている光導波路３を備えている。基板２が分極反転部４を含んでおり、光導波路３の少なくとも一部３ｃが分極反転部４内に形成されている。【選択図】         図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学材料からなる基板中に形成されている光導波路であって、
前記基板が分極反転部を含んでおり、前記光導波路の少なくとも一部が前記分極反転部内に形成されていることを特徴とする、光導波路。
【請求項２】
前記光導波路が少なくとも一方の分岐部および他方の分岐部を備えており、前記一方の分岐部が前記分極反転部内に設けられていることを特徴とする、請求項１記載の光導波路。
【請求項３】
光学材料からなる基板、およびこの基板中に形成されている光導波路を備えている光導波路デバイスであって、
前記基板が分極反転部を含んでおり、前記光導波路の少なくとも一部が前記分極反転部内に形成されていることを特徴とする、光導波路デバイス。
【請求項４】
前記光導波路が少なくとも一方の分岐部および他方の分岐部を備えており、前記一方の分岐部が前記分極反転部内に設けられていることを特徴とする、請求項３記載のデバイス。
【請求項５】
前記デバイスが、前記基板に設けられた信号電極、第一の接地電極および第二の接地電極を備えており、マイクロ波電界を前記一方の分岐部および前記他方の分岐部に印加し、前記一方の分岐部および前記他方の分岐部を伝搬する光を変調することを特徴とする、請求項４記載のデバイス。
【請求項６】
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に前記一方の分岐部が設けられており、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に前記他方の分岐部が設けられていることを特徴とする、請求項５記載のデバイス。
【請求項７】
前記第一のギャップの幅と前記第二のギャップの幅とが同じであることを特徴とする、請求項６記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路および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、例えば電気光学結晶の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】
本発明の課題は、光導波路が形成された光導波路デバイスにおいて、光導波路の駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を制御できるようにし、例えば光導波路デバイスに所望のチャープ量を付与できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光学材料からなる基板中に形成されている光導波路であって、基板が分極反転部を含んでおり、光導波路の少なくとも一部が分極反転部内に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、光学材料からなる基板、およびこの基板中に形成されている光導波路を備えている光導波路デバイスであって、基板が分極反転部を含んでおり、光導波路の少なくとも一部が分極反転部内に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明者は、基板中に分極反転部を形成し、基板内の光導波路の一部が分極反転部を通過するように設計することを想到した。基本的に同じ材質であっても、分極反転部内においては、駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）が実効的に大きくなる。従って、本発明によれば、光導波路の幾何学長を変更することなく、分極反転部中の長さを制御することによって、光導波路における駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を制御することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
好適な実施形態においては、光導波路が少なくとも一方の分岐部および他方の分岐部を備えており、一方の分岐部が分極反転部内に設けられている。これによって、一方の分岐部の幾何学長を変更することなく、一方の分岐部のＶπ・Ｌを増大させ、制御することができる。また、一方および他方の分岐部の幾何学長が同じときに、一方の分岐部のＶπ・Ｌを他方のＶπ・Ｌ部よりも大きくすることができる。
【００１０】
好適な実施形態においては、光導波路デバイスが、基板の主面側に設けられた信号電極、第一の接地電極および第二の接地電極を備えており、マイクロ波電界を一方の分岐部および他方の分岐部の各電極相互作用部に印加し、一方の分岐部および他方の分岐部を伝搬する光を変調する。
【００１１】
本発明によれば、このような光変調器において、一方の分岐部の幾何学長を変更することなく、一方の分岐部のＶπ・Ｌを増大させ、制御することができる。また、一方および他方の分岐部の幾何学長が同じときに、一方の分岐部のＶπ・Ｌを他方の分岐部のＶπ・Ｌ部よりも大きくすることができる。これによって、一方の分岐部と他方の分岐部との間で、平面的な設計に頼ることなく、両者のＶπ・Ｌを制御し、例えば所望のチャープ特性を発現させることが可能である。
【００１２】
好適な実施形態においては、信号電極と第一の接地電極との第一のギャップに一方の分岐部が設けられており、信号電極と第二の接地電極との間の第二のギャップに他方の分岐部が設けられている。
【００１３】
この場合、特に好適な実施形態においては、第一のギャップの幅と第二のギャップの幅とが同じである。本発明によれば、このような幾何学的対称性の高い電極構造の場合であっても、所望のチャープ特性を得ることが可能である。
【００１４】
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ＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は、図１のデバイス１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００１５】
光変調器１は、例えば平板形状の基板２を備えている。基板２は光学材料からなる。基板２の一方の主面２ａ側に光導波路３が設けられており、また主面２ａ上に、例えばコプレーナ型の信号電極６、第一の接地電極５Ａおよび第二の接地電極５Ｂが設けられている。光導波路３は一対の分岐部３ａと３ｂとに分かれている。分岐部３ａは、信号電極６と第一の接地電極５Ａとのギャップ７Ａに配置されており、分岐部３ｂは、信号電極６と第二の接地電極５Ｂとのギャップ７Ｂに配置されている。これによって、各分岐部に対して略水平方向に電圧を印加するようになっている。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。
【００１６】
ここで、本発明に従い、基板２の一部に分極反転部（ドメイン反転領域）４を形成する。４以外の領域は非反転領域である。そして、一方の分岐部３ａの一部３ｃが分極反転部４内に形成されるようにする。このようにマッハツェンダー干渉系の片側で、部分的にドメイン反転を行い、結晶軸の方向を変えれば、ドメイン反転領域を含む分岐部（アーム）３ａでは全体としてV πL が実効的に大きくなる。
【００１７】
これによって、たとえばギャップ幅ＧＡとＧＢとを等しくした場合であっても、所望のチャープ特性を実現できる。CPW 電極の形状が対称型であってもチャープ特性を実現できるために、Ｓ2 1 特性におけるリップルの問題は生じにくい。さらに非対称電極を用いてチャープ特性を実現すると、残留応力の非対称性から動作点がずれるなどの問題があったが、本構成では電極構造は対称であり、動作点のずれという問題も回避できる。
【００１８】
チャープ量について述べる。チャープ量は、「チャープパラメータα」とも呼ばれるものである。
光変調器の２つの分岐部（光導波路）３ａと３ｂとで、それぞれ、電界強度Ｅx （ｚ）の電極相互作用長ｚによる各積分値Ａ1 、Ａ2 を算出する。  分岐部の電界強度の電極相互作用長とは、分岐部の各点ｚにおける電界強度Ｅx （ｚ）を、分岐部の全長Ｌにわたって積分して得られた値である。この積分値は以下のように与えられる。
【数１】
2005274793.tif 000003
【００１９】
たとえば特開平07-064031 号公報によれば、チャープを表すパラメータαは以下の通りである。
【数２】
2005274793.tif 000004
【００２０】
ここで、ΔβL は、通常はπ/4もしくは- π/4であるから、cot(ΔβL)=1もしくは−１である。Δn 1 とΔn 2 は、それぞれ、導波路３ａ、３ｂでの屈折率変化を表す。この平均的な屈折率変化は
【数３】
2005274793.tif 000005
に比例する。従って下式が成り立つ。
【数４】
2005274793.tif 000006
【００２１】
従来のX-cut LN光変調器では、一般的に中心電極中央で対称構造であり。両アームで光導波路の相互作用長は同じとなっている。このため、A 1 ＝−A 2 であった。従って、ｍ＝−１となり、チャープ量α＝０となっていた。このため、種々の光伝送系において光変調器に所定チャープ量が必要となる場合に対応できなかった。しかし、本実施形態によれば、前述のように分岐部の一方を分極反転部内に形成し、分極反転部内の長さを調整することによって、所望のチャープ量を得ることが可能である。
【００２２】
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) 型等の多入力形の電極配置にも適用できる。
【００２３】
光導波路基板を構成する基板は、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。
【００２４】
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。
【００２５】
基板の表面と信号電極、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。
【００２６】
好適な実施形態においては、光導波路は、基板の一方の主面側に形成されている。光導波路は、基板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、基板の一方の主面側に設けられているが、基板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。
【００２７】
好適な実施形態においては、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、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。
【００２８】
基板２の底面２ｂは、図２、３に示すように、接合層を介して別体の保持基体８に対して接合することもできる。
【００２９】
光導波路の一部を分極反転部内に形成する方法は特に限定されない。
例えば、光導波路を通常法、例えばチタン内拡散法によって形成する。次いで、この光導波路の一部が入るような領域を設定し、分極反転部をこの領域に合わせて形成する。
【００３０】
この分極反転部の形成法は限定されない。電気光学結晶基板、例えばニオブ酸リチウム基板に分極反転構造を形成する方法としては、Ｔｉ内拡散法、Ｌｉ2 Ｏ外拡散法、ＳｉＯ2 装荷熱処理法、Ｔｉ熱酸化法、プロトン交換熱処理法、電子ビーム走査照射法、電圧印加法、コロナ帯電法が好ましい。
【００３１】
Ｘカット板やＹカット板に分極反転部を形成する場合には、例えば図４に示すように、基板材料１１は主面１１ａと略平行に分極している。基板材料１１の主面１１ａ側に一対の電極１２Ａ、１２Ｂを形成し、電極１２Ａと１２Ｂとの間に電圧を印加することによって、分極反転部１３Ａを形成する。次いで電極１２Ａと１２Ｂとをエッチングによって除去し、高周波電圧印加用の信号電極および接地電極を形成する。
【００３２】
また、Ｚカット板に分極反転部を形成する場合には、例えば図５に示すように、基板材料１１は主面１１ａと略垂直な方向に分極している。基板材料１１の主面１１ａと１１ｂとに一対の電極１４Ａ、１４Ｂを形成し、電極１４Ａと１４Ｂとの間に電圧を印加することによって、分極反転部１３Ｂを形成する。次いで電極１４Ａと１４Ｂをとをエッチングによって除去し、高周波電圧印加用の信号電極および接地電極を形成する。
【実施例】
【００３３】
図１〜図３に示す光変調器１を製造した。
具体的には、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ3 単結晶）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３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。
【００３４】
次いで、図４に示した方法によって、電圧印加法によって分極反転部４を形成した。具体的には、電圧印加用の電極をメッキプロセスによって形成し、23kV/mm のパルス電界を印加し、分極反転部４を形成する。次いで、電極をウエットエッチング法によって除去する。
【００３５】
メッキプロセスにより、信号電極６および接地電極５Ａ、５Ｂを形成する。第一のギャップ７Ａの幅ＧＡ、第二のギャップ７Ｂの幅ＧＢを共に３０μｍとし、電極の厚みを２５μｍとし、電極長を４０ｍｍとする。
【００３６】
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る。次に、横型研磨、ラップおよびポリッシング（ＣＭＰ）にて８μｍ厚みまで変調器用の基板２を薄型加工する。次いで、平板状の支持基板８上に基板２を固定した。接着固定用の樹脂は、樹脂厚５０μｍのフィルム樹脂を使用する。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、各チップを得る。チップの幅を１．５ｍｍとし、デバイス１の全厚さを０．６ｍｍとする。
【００３７】
このような進行波型光変調器において、分岐部３ａ、３ｂの全長をＬ2 とし、分極反転部４内の長さをＬ1 とする。このような設計において、Ｌ1 ／Ｌ2 を図６のように０〜０．５の範囲内で変更したときの、チャープ量αをシミュレーションにより求め、結果を図６に示す。このように、Ｌ1 ／Ｌ2 を適宜調整することによって、チャープ量αを広範囲で制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】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る。
【図２】図１の光導波路デバイス１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１の光導波路デバイス１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】分極反転部の形成方法を説明するための模式的斜視図である。
【図５】分極反転部の形成方法を説明するための模式的斜視図である。
【図６】分極反転部内の分岐部３ｃの長さＬ1 の分岐部３ａの全長Ｌ2 に対する比率（Ｌ1 ／Ｌ2 ）と、チャープ量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１  光導波路デバイス         
２  基板         
２ａ、２ｂ  基板本体２の主面         
３  光導波路         
３ａ  分極反転部を通過する分岐部         
３ｂ  分極反転部を通過しない分岐部         
３ｃ  分極反転部内の光導波路         
４、１３Ａ、１３Ｂ  分極反転部         
５Ａ  第一の接地電極         
５Ｂ  第二の接地電極         
６  信号電極         
７Ａ  第一のギャップ         
７Ｂ  第二のギャップ         
ＧＡ  第一のギャップの幅         
ＧＢ  第二のギャップの幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005274793.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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