(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ３０μｍ以下の光導波路基板と、
前記光導波路基板を保持する保持基板と、
を有する光導波路デバイスであって、
前記光導波路基板より誘電率が低くかつ１０μｍ以上の厚さを有し、前記光導波路基板と前記保持基板との間に介挿された低誘電率樹脂基板と、
前記光導波路基板と前記低誘電率樹脂基板とを接着する厚さ９μｍ以下の接着剤層と、
前記低誘電率樹脂基板を前記保持基板に固定する固定手段と、
を備えることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】
前記低誘電率樹脂基板の厚さは３０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路デバイス。
【請求項３】
前記接着剤層が前記光導波路基板より高誘電率の材料である場合に、その厚さを１μｍ以下としたことを特徴とする請求項１又は請求項２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】
本発明は光導波路デバイス、特に光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信システムの高速大容量化が進んで１波長当り４０ギガビット／秒以上の通信速度が実用になってきており、これを受けて、基幹部品である光変調器の広帯域化が求められている。進行波型光変調器は、光導波路を進行する光波と光導波路に沿って設けた電極を進行するマイクロ波とが電気光学効果による相互作用をすることで光波を変調する光変調器であり、光波とマイクロ波との速度整合をとることにより、広帯域化を図ることができる。速度整合を実現する方法として、従来、光導波路基板上に設けた低誘電率のバッファ層の上に電極を形成した構成が用いられてきたが、この構成では、光導波路に印加される電界がバッファ層の存在によって小さくなってしまうため、駆動電圧を低電圧化できないという欠点がある。
【０００３】
この欠点を改善するために、図３のような光導波路基板を薄板化した進行波型光変調器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図３において、光導波路１０４が形成された光導波路基板１０１は、接着剤層１０３により保持基板１０２に固着されて保持されている。光導波路基板１０１の厚さは３０μｍ程度以下であり、通常のもの（例えば厚さ０．５ｍｍ）よりも薄型である。接着剤層１０３としては、その誘電率が光導波路基板１０１よりも低いものを用い、その厚さを、電極１０５から印加される電界の接着剤層１０３への漏れが大きくなるよう十分に厚く（例えば１０μｍ〜２００μｍ）する。このような構成では、電極１０５からの電界が低誘電率の接着剤層１０３の内部に漏れ出すことによってマイクロ波に対する等価屈折率（その値は光波に対する等価屈折率より大きい）が光導波路基板１０１の厚さが厚い場合と比べて小さくなる。このように等価屈折率の値の差が小さくなるので、光波とマイクロ波の速度が整合した状態に近付き、広帯域化が実現する。それとともに、この構成では光導波路基板１０１上にバッファ層を設けることなく速度整合が可能なので、光導波路１０４に印加される電界の強度が低下してしまうことがなく、駆動電圧の低電圧化も同時に実現することができる。
【特許文献１】特開２００３−２１５５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図３の構成とした場合、接着剤層１０３の厚さが厚いため次のような点が問題になる。第１に、接着剤層が厚いとその接着強度が低下してしまう。第２に、接着剤の硬化時に紫外線照射や加熱によってその温度が上昇し、その後硬化して温度が下がると応力が発生するが、接着剤層が厚いと発生する応力も大きくなってしまう。第３に、接着剤層を厚く形成することは製造上難しいため、コスト高になってしまう。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、広帯域で動作し低電圧駆動が可能な光導波路デバイスの信頼性を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、厚さ３０μｍ以下の光導波路基板と、前記光導波路基板を保持する保持基板と、を有する光導波路デバイスであって、前記光導波路基板より誘電率が低くかつ１０μｍ以上の厚さを有し、前記光導波路基板と前記保持基板との間に介挿された低誘電率樹脂基板と、前記光導波路基板と前記低誘電率樹脂基板とを接着する厚さ９μｍ以下の接着剤層と、前記低誘電率樹脂基板を前記保持基板に固定する固定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、光導波路基板より誘電率が低くかつ１０μｍ以上の厚さを有する低誘電率樹脂基板を光導波路基板と保持基板との間に介挿したので、広帯域化と駆動電圧の低電圧化を実現することができるとともに、光導波路基板と低誘電率樹脂基板とを接着する接着剤層を厚さ９μｍ以下としたので、接着強度が増大するとともに硬化の際に発生する応力が低減されて、光導波路デバイスとしての信頼性を向上させることができる。また、接着剤層を薄く形成するのは容易であるため、製造コストも抑制することができる。
【０００８】
また、本発明は、上記の光導波路デバイスにおいて、前記低誘電率基板の厚さは３０μｍ以上であることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、低誘電率基板の厚さが十分に厚いので、マイクロ波に対する等価屈折率が小さくなることによって速度整合の状態に近付き、広帯域化の特性に優れる。
【００１０】
また、本発明は、上記の光導波路デバイスにおいて、前記接着剤層が前記光導波路基板より高誘電率の材料である場合にその厚さを１μｍ以下としたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、接着剤層が高誘電率の材料であってもその厚さが１μｍ以下であるので、マイクロ波に対する等価屈折率は接着剤層が低誘電率の材料である場合と同様に小さくなり、その結果として広帯域化が可能であるとともに、接着剤層に用いる接着剤の選定の幅が広がる（低誘電率材料だけでなく高誘電率材料も使用できる）というメリットがある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、広帯域で動作し低電圧駆動が可能な光導波路デバイスの信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１及び図２は、本発明の一実施形態による光導波路デバイスである進行波型の光変調器１０の断面構成図と平面構成図をそれぞれ示したものである。図１の断面構成図は、図２の平面構成図のＡ−Ａ’線に沿って切断した様子を表している。
【００１４】
図１，図２において、光変調器１０は、マッハツェンダー光導波路１５が形成された光導波路基板１１と、光導波路基板１１を保持する保持基板１３と、光導波路基板１１と保持基板１３との間に介挿された樹脂基板１２と、光導波路基板１１と樹脂基板１２とを接着固定する接着剤層１４と、光導波路基板１１上に形成された信号電極１６及び接地電極１７−１，１７−２と、を含んで構成されている。
【００１５】
光導波路基板１１は、電気光学効果を有する母結晶からその主軸Ｐと基板表面Ｓとが平行になるように切り出されたＸカットの基板であり、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板、タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）基板、等を用いることができる。このＸカットの光導波路基板１１に、入力導波路１５−３と分岐光導波路１５−１及び１５−２と出力導波路１５−４とからなるマッハツェンダー光導波路１５が、上記主軸Ｐと分岐光導波路１５−１及び１５−２とが垂直になるように（即ち図１において主軸Ｐが紙面内にくるように）して形成されている。光導波路基板１１の厚さは、例えば３０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下の厚さとする。このように光導波路基板１１を薄板化すると、電極１６，１７−１，１７−２により励起されて光導波路基板１１内を進行するマイクロ波に対する等価屈折率が小さくなって、分岐光導波路１５−１及び１５−２を進行する光波に対する等価屈折率との差が小さくなる。これにより、光波とマイクロ波との速度整合がとれた状態、あるいは速度整合に近い状態となり、光変調器１０の広帯域化が実現される。
【００１６】
樹脂基板１２は、その誘電率が光導波路基板１１の誘電率よりも低い特性を持った樹脂製の基板であり、上記のようにマイクロ波に対する等価屈折率を小さくするために用いられる。このような低誘電率の樹脂材料として、例えば、アクリル樹脂（誘電率ε＝２．７〜４．５）、エポキシ樹脂（誘電率ε＝２．５〜６．０）、等を用いることができるが、できるだけ低誘電率の樹脂材料を用いることが望ましい。樹脂基板１２の厚さは、電極１６，１７−１，１７−２によって発生するマイクロ波の電界が樹脂基板１２の内部に大きく漏れ出すように、十分に厚く、例えば１０μｍ以上、好ましくは３０μｍ以上の厚さとする。これにより、マイクロ波に対する等価屈折率を小さくすることができる。
【００１７】
光導波路基板１１と樹脂基板１２とは、接着剤層１４によって接着固定されている。接着剤層１４を形成する接着剤には、紫外線を照射することによって硬化する紫外線硬化型の接着剤や、加熱によって硬化する熱硬化型の接着剤を用いることができる。
【００１８】
接着剤層１４は、光変調器１０の信頼性を向上させる必要性から、その厚さを十分に薄く、例えば９μｍ以下、好ましくは１μｍ以下の厚さとなるように形成する。一般に接着剤層は薄く形成した方が接着強度は大きくなるので、このように接着剤層１４を薄くすることにより、光導波路基板１１と樹脂基板１２とを信頼性の上で問題がない程度に十分な強度で接着固定することができる。また、接着剤の硬化時に、紫外線照射や加熱によってその温度が上昇しその後硬化して温度が下がり応力が発生するが、接着剤層１４の厚さが薄いと発生する応力を低減することができる。
【００１９】
また、接着剤層１４の厚さが熱ドリフト（測定温度−４０℃〜８５℃での駆動電圧の変化）に与える影響を測定したところ、次の結果を得た。
接着剤層の厚さ（μｍ）    熱ドリフト（Ｖ）    評価
１                      ０．３          ◎
５                      １．５          ○
９                      ２．９          ○
１５                      ４．９          ×
熱ドリフトの一般的な許容値は３．０Ｖ以下であるので、熱ドリフトが問題とならない接着剤層１４の厚さは、９μｍ以下、更に１μｍ以下が好適であることが分かる。
【００２０】
このように、低誘電率の厚い樹脂基板１２を薄い接着剤層１４によって光導波路基板１１に接着固定した構成を採用しているので、光変調器１０の広帯域化及び駆動電圧の低電圧化（後述）と併せて信頼性の向上も同時に実現することが可能であり、熱ドリフトも問題とならない。
【００２１】
接着剤層１４に用いる接着剤の誘電率は、接着剤層１４の厚さを１μｍより厚くする場合には、樹脂基板１２と同様に（マイクロ波に対する等価屈折率を小さくするため）光導波路基板１１の誘電率よりも低いことが必要である。これは、厚さが１μｍより厚いと接着剤層１４がマイクロ波の等価屈折率に与える影響が大きいからである。一方、接着剤層１４の厚さを１μｍ以下とする場合には、接着剤層１４がマイクロ波の等価屈折率に与える影響は無視できる程度となるので、接着剤層１４に用いる接着剤の誘電率は光導波路基板１１の誘電率より高くてもかまわない。
【００２２】
保持基板１３は、樹脂基板１２を介して光導波路基板１１を保持する基板であり、光導波路基板１１をしっかりと保持できるようにするため、その厚さは十分に厚く、例えば２００μｍ以上、好ましくは０．５〜１．０ｍｍ程度とする。保持基板１３の材質には、環境温度が変動した際に光導波路基板１１の内部に応力が発生しないよう、あるいは発生する応力が低減されるよう、その熱膨張係数が光導波路基板１１の熱膨張係数と近い材質のものを使用する。光導波路基板１１と保持基板１３とが同材質であれば尚更好ましい。例えば、光導波路基板１１がＬＮ基板である場合には、保持基板１３の材質として、石英やアルミナ、光導波路基板１１と結晶方位の異なるＬＮ基板を利用することができる。
【００２３】
樹脂基板１２と保持基板１３との固定方法は、本発明では特に限定されるものではなく、例えば、上記接着剤層１４と同様の接着剤を用いて接着固定する方法、樹脂基板１２を加熱によって粘着性が生じる材質からなるものとし、この樹脂基板１２を加熱して保持基板１３に固着させる方法、樹脂基板１２と保持基板１３を機械的に固定（例えばネジ止め）する方法、等を適用することができる。
【００２４】
マッハツェンダー光導波路１５は、例えば、チタン（Ｔｉ）等の金属を光導波路基板１１の内部に熱拡散させる方法、光導波路基板１１内部の原子（ＬＮ基板の場合、リチウム（Ｌｉ）原子）をプロトンと交換する方法、光導波路基板１１をリッジ状に形成し、該リッジ部に光を導波させる方法、等を用いて作製することができる。
【００２５】
光導波路基板１１上に形成される各電極１６，１７−１，１７−２は、光導波路基板１１内にマイクロ波を進行させて分岐光導波路１５−１及び１５−２中を伝搬する光波を変調するための電極であり、信号電極１６が分岐光導波路１５−１と１５−２の間に配置され、接地電極１７−１及び１７−２がそれぞれ分岐光導波路１５−１，１５−２を挟んで信号電極１６と対向するようにして配置される。この配置により、分岐光導波路１５−１及び１５−２の内部では、マイクロ波の電界が主軸Ｐ方向の主成分を持つようになる。上述したとおり、光導波路基板１１の下部に設けられた樹脂基板１２によって速度整合をとる構成であるので、各電極１６，１７−１，１７−２は光導波路基板１１上に直接形成する構成としている。このため、分岐光導波路１５−１及び１５−２に印加されるマイクロ波の電界の強度が低下せず、駆動電圧を低電圧化できる。なお、各電極１６，１７−１，１７−２へ入力する変調電圧は、外部の高周波電源２０から供給される。
【００２６】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【００２７】
例えば、樹脂基板１２を、光導波路基板１１より低い誘電率を持つ樹脂以外の材質からなる基板に置き換えてもよい。一例として、アルミナ（誘電率ε＝６．０〜１０．０）や石英（誘電率ε＝３．５〜４．５）を材料とするガラス基板などを用いることができる。
また、マッハツェンダー光導波路１５や各電極１６，１７−１，１７−２の具体的な構成は、上述したものに限られず、必要に応じて適宜、変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態による進行波型の光変調器の断面構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による進行波型の光変調器の平面構成図である。
【図３】従来の進行波型の光変調器の断面構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０…光変調器  １１…光導波路基板  １２…樹脂基板  １３…保持基板  １４…接着剤層  １５…マッハツェンダー光導波路  １５−１，１５−２…分岐光導波路  １５−３…入力導波路  １５−４…出力導波路  １６…信号電極  １７−１，１７−２…接地電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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