(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、この基板の表面部分に形成された光波を導波させるための光導波路と、前記基板上に形成された前記光導波路を導波する前記光波を変調するための変調用電極と、前記基板と前記変調用電極との間に形成されたバッファ層とを具え、
前記バッファ層は、ＲＦ電圧のみが印加される前記変調用電極に対応する領域に形成された第１の膜体と、ＤＣ電圧のみが印加される前記変調用電極に対応する領域に形成された第２の膜体とを、前記光導波路の長手方向に沿って異なる場所に配置し、前記第１の膜体の密度を前記第２の膜体の密度よりも高くしたことを特徴とする、光導波路素子。
【請求項２】
前記第１の膜体の波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎ１と、前記第２の膜体の波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎ２との比ｎ１／ｎ２が、１．０１０以上であることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
前記第１の膜体及び前記第２の膜体は酸化珪素からなり、前記第１の膜体の波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎ１が１．４５５以上であり、前記第２の膜体の波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎ２が１．４４０以下であることを特徴とする、請求項２に記載の光導波路素子。
【請求項４】
前記第１の膜体はスパッタリング法により形成し、前記第２の膜体は蒸着法により形成することを特徴とする、請求項２又は３に記載の光導波路素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光導波路素子に関し、さらに詳しくは、異なる機能を有する複数の要素を集積してなる、長距離、大容量の光ファイバ通信システムや光計測器などに好適に用いることのできる光導波路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ニオブ酸リチウム（ＬＮ）などの電気光学効果を有する基板上に光導波路やバッファ層、進行波型電極などを集積して構成した光導波路素子は、長距離、大容量の光ファイバ通信システムや光計測器などに広く用いられるようになってきた。特に、基板としてＬＮを用いた光強度変調器や光位相変調器、偏波スクランブラなどは光ファイバ通信システムにおけるキーデバイスとして数多く用いられるに至っている。
【０００３】
近年、インターネットの急速な進展によるトラフィックの増大に対応するため、光ファイバ通信システムは一層の高速化、大容量化を求められるようになってきている。そして、このような光ファイバ通信システムを実現させるためには、伝送線路である光ファイバが有するわずかな分散に起因した光パルスの広がりを抑制する必要があることが明らかとなっている。
【０００４】
その抑制手段としては、例えば電気信号を光のパルスに置き換える光強度変調器の後段に光位相変調器を用いてチャープ量をコントロールし、伝送特性を向上させるなどといった試みが提案されている。
【０００５】
このように一つのシステムに用いられる光変調器の台数は増える傾向にあるが、それに伴ってシステム全体における挿入損失が増大してしまうという問題が生じる。そこで近年では複数の変調器をファイバ融着によってつなげる従来型の構成に代わり、それらを同一基板上に集積化することによって変調器の台数を減らし、システム全体としての挿入損失を低減するという要求が高まってきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような集積化させた素子を作製するに際しては、電気光学効果を有する所定の基板に、光強度変調及び光位相変調などの用途に応じた光導波路を形成した後、この基板上においてバッファ層を一様に形成する。そして、電極を前記基板上に作製することによって、同一基板上に光強度変調器と光位相変調器とが集積されてなる光導波路素子を完成させる。
すなわち、光導波路を除いて、前記光導波路素子を構成する前記光強度変調器と前記光位相変調器とは同一の条件で作製される。
【０００７】
しかしながら、この場合においては、各変調器の特性が十分に発揮されず目的とする特性を有する光導波路素子を得ることができない場合があった。例えば、上記光強度変調器に対し動作点を制御する目的でＤＣ電圧を印加すると、この強度変調器の作製条件によっては、比較的大きなＤＣドリフトを生じ、長期信頼性に欠ける場合があった。このため、長期安定性などの優れた特性を有する光導波路素子を得ることができないなど、同一基板上に複数の素子を形成すると問題が生じる場合があった。
【０００８】
本発明は、同一基板上に複数の素子が形成されてなる光導波路素子において、各素子の特性を十分に発揮することを可能にした光導波路素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明の光導波路素子は、電気光学効果を有する基板と、この基板の表面部分に形成された光波を導波させるための光導波路と、前記基板上に形成された前記光導波路を導波する前記光波を変調するための変調用電極と、前記基板と前記変調用電極との間に形成されたバッファ層とを具え、前記バッファ層は、ＲＦ電圧のみが印加される前記変調用電極に対応する領域に形成された第１の膜体と、ＤＣ電圧のみが印加される前記変調用電極に対応する領域に形成された第２の膜体とを、前記光導波路の長手方向に沿って異なる場所に配置し、前記第１の膜体の密度を前記第２の膜体の密度よりも高くしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明者らは、上述したような光強度変調器と光位相変調器とを具えた光導波路素子を従来のように一括して形成した場合の、各変調器の特性が十分発揮されない原因について鋭意検討を実施した。
その結果、上記各変調器の特性に対してバッファ層の物理特性が重大な影響を及ぼしていることを見出した。すなわち、従来は集積化された各変調器はそれぞれ共通の基板と共通のバッファ層を有していたが、この共通のバッファ層は各変調器に必要とされる物理特性を満足していないことを見出した。
【００１１】
例えば、光強度変調器に対しては、上述したように動作点制御の目的でＤＣ電圧を印加するが、この光強度変調器を構成するバッファ層の密度が比較的高くなると、ＤＣドリフトの発生が顕著になってしまうことが判明した。したがって、光強度変調器を構成するバッファ層の密度は低い方が好ましいことを見出した。
【００１２】
また、光位相変調器に対してはＤＣ電圧を印加する必要がないこと、及び電極を伝搬するマイクロ波の損失を低減させることから、この光位相変調器を構成するバッファ層の密度は高い方が好ましいことを見出した。
したがって、従来のようにＤＣ印加型の光強度変調器と光位相変調器とを同じバッファ層から構成すると、各変調器は十分な特性を発揮することができないことを見出した。
【００１３】
本発明は上記のような膨大かつ長期に渡る研究の結果としてなされたものである。
本発明の光導波路素子は、例えば、ＤＣ印加型の光強度変調器と光位相変調器とを集積させて光導波路素子を作製する場合に、バッファ層を各変調器に適した密度を有する第１の膜体と第２の膜体とから構成するようにしたので、前記各変調器は本来的に有する特性を十分に発揮することができるようになる。したがって、目的とする特性を十分に発揮することができる集積型の光導波路素子を提供することができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様においては、前記第１の膜体の波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎ１と、前記第２の膜体の波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎ２との比ｎ１／ｎ２が、１．０１０以上であることが好ましい。一般的に、同一材料からなる膜の場合においては、屈折率と密度とは極めて強い相関を有し、膜の密度が増大すれば膜の屈折率も増大する。
【００１５】
したがって、上記屈折率の関係式は、第１の膜体の密度が第２の膜体の密度よりも所定の値だけ大きいことを示すものである。このため、例えば、バッファ層を構成する第１の膜体上に光位相変調器を形成し、バッファ層を構成する第２の膜体上にＤＣ印加型の光強度変調器を形成することにより、これら変調器の特性を十分に発揮することができ、目的とする特性を十分に発揮することのできる光導波路素子を提供することができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様において、前記第１の膜体及び前記第２の膜体を酸化珪素から構成する場合は、前記第１の膜体の波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎ１が１．４５５以上であり、前記第２の膜体の波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎ２が１．４４０以下であることが好ましい。
【００１７】
この場合において、前記第１の膜体は、前記第２の膜体に対して十分高い密度を有するようになるため、例えば、前記第１の膜体上に光位相変調器を形成し、前記第２の膜体上にＤＣ印加型の光強度変調器を形成することにより、目的とする特性を十分に発揮することのできる光導波路素子を提供することができる。
【００１８】
上記のような屈折率の関係式及び屈折率値を有する前記第１の膜体及び前記第２の膜体は、それぞれスパッタリング法及び蒸着法を用いて形成することができる。前記第１の膜体をスパッタリング法を用いて通常の条件で成膜すると、一般にその密度が高くなり、前記第２の膜体を蒸着法を用いて通常の条件で成膜すると、一般にその密度が低くなる。したがって、上記屈折率に関する関係式及び屈折率値の第１の膜体及び第２の膜体を容易に作製することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光導波路素子の一例を示す斜視図である。
図１に示す光導波路素子１０は、電気光学効果を有する材料からなる基板１と、この基板１の表層部分に形成された光導波路２と、信号電極３及び４と、接地電極５、６及び７とを具えている。また、基板１と信号電極３及び接地電極５及び６との間には第１の膜体８が形成されており、基板１と信号電極４及び接地電極６及び７との間には第２の膜体９が形成されている。
【００２０】
基板１、光導波路２、信号電極３、接地電極５、６、及び第１の膜体８は光位相変調器１０Ａを構成し、基板１、光導波路２、信号電極４、接地電極６、７、及び第２の膜体９はＤＣ印加型の光強度変調器１０Ｂを構成している。そして、光導波路素子１０は、光位相変調器１０ＡとＤＣ印加型の光強度変調器１０Ｂとが集積されて構成されている。
なお、第１の膜体８及び第２の膜体９は、それぞれ光位相変調器１０Ａ及び光強度変調器１０Ｂのバッファ層として作用する。
【００２１】
図１に示す光導波路素子１０においては、光位相変調器１０Ａを構成する第１の膜体８の波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎ１と、光強度変調器１０Ｂを構成する第２の膜体９の波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎ２との比ｎ１／ｎ２が、１．０１０以上であることが好ましく、さらには１．０２１以上であることが好ましい。
【００２２】
第１の膜体８の屈折率ｎ１及び第２の膜体９の屈折率ｎ２が上記関係式を満足することにより、第１の膜体８は第２の膜体９に対して相対的に高い密度を有するようになる。すなわち、光位相変調器１０Ａを構成する第１の膜体８は比較的高い密度を有するようになるため、信号電極３に印加されたマイクロ波の損失を効果的に防止することができる。一方、光強度変調器１０Ｂを構成する第２の膜体９は比較的小さい密度を有するようになるため、信号電極４にＤＣ電圧を印加した際にＤＣドリフトの増大を効果的に防止することができる。
【００２３】
第１の膜体８及び第２の膜体９を酸化珪素から構成する場合、第１の膜体８の屈折率ｎ１は１．４５５以上であることが好ましく、さらには１．４６０以上であることが好ましい。これによって、マイクロ波の損失を効果的に防止することができる。
【００２４】
また、第２の膜体９の屈折率ｎ２は１．４４０以下であることが好ましく、さらには１．４３０以下であることが好ましい。これによって、ＤＣ電圧を印加した際のＤＣドリフトの増大を効果的に防止することができる。
【００２５】
上述したように、高屈折率、すなわち高密度の第１の膜体８は、スパッタリング法を用いて簡易に形成することができる。そして、上述のような屈折率の酸化珪素から第１の膜体８を形成する場合は、例えば、スパッタリング装置内の真空度が１０−７Ｔｏｒｒ以下となるまで排気した後、アルゴンガス及び酸素ガスをガス圧力が１０−３Ｔｏｒｒ程度となるように導入した後、酸化珪素ターゲットに高周波電力を導入してスパッタリングを行い、スパッタされた酸化珪素粒子を基板上に堆積させることによって作製することができる。
【００２６】
一方、低屈折率、すなわち低密度の第２の膜体９は、蒸着法を用いて簡易に形成することができる。そして、上述のような屈折率の酸化珪素から第２の膜体９を形成する場合は、通常のＣｕるつぼなどに酸化珪素のペレットを充填し、このペレットに対して電子線を照射して蒸発させ、蒸発させた酸化珪素粒子を基板上に堆積させることによって形成することができる。
【００２７】
第１の膜体８と第２の膜体９とは、例えば、基板１上に所定のマスクを貼付し、上記スパッタリング法又は蒸着法を別工程で形成する。また、どちらか一方の膜体を基板全面に形成した後、ドライエッチング法により余分な膜体を除去し、その部分にもう一方の膜体を形成する工程によっても作製することができる。
【００２８】
なお、上記のようにしてバッファ層を形成した後に、バッファ層の機械的特性を向上させるとともに、酸素欠陥部分に対する酸素補償の目的で、酸素含有雰囲気中でアニーリング処理を行うこともできる。
但し、膜体の形成方法は上記スパッタリング法や蒸着法に限定されるものではなく、ＣＶＤ法などを用いることもできる。
【００２９】
基板１は、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）やジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）などの電気光学効果を有する誘電体単結晶から作製することができる。そして、これら単結晶のＸカット板、Ｙカット板、Ｚカット板などから構成することができる。
また光導波路２は、Ｔｉ熱拡散法、プロトン交換法、イオン注入法、エピタキシャル成長法などによって形成することができる。
さらに、信号電極３、４、及び接地電極５、６、７については、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属から蒸着法あるいはメッキ法、さらにはこれらを併用することによって形成することができる。
【００３０】
なお、上記においては、各変調器のバッファ層を構成する第１の膜体８及び第２の膜体９を酸化珪素から構成する場合について詳述したが、酸化珪素の代わりに酸化アルミニウムや窒化珪素を用いたり、これらを適宜に組み合わせて用いることもできる。
【００３１】
図２は、本発明の光導波路素子の他の例を示す斜視図である。
図２に示す光導波路素子２０は、電気光学効果を有する材料からなる基板１１と、この基板１１の表層部分に形成された光導波路１２と、信号電極１３及び１４と、接地電極１５、１６及び１７とを具えている。また、基板１１と信号電極１３及び接地電極１５、１６との間には第１の膜体１８が形成されており、基板１１と信号電極１４及び接地電極１７との間には第２の膜体１９が形成されている。
【００３２】
基板１１、光導波路１２、信号電極１３、接地電極１５、１６、及び第１の膜体１８はＲＦ印加型光強度変調器２０Ａを構成し、基板１１、光導波路１２、信号電極１４、接地電極１７、及び第２の膜体１９は動作点制御のためのＤＣ電極部２０Ｂを構成している。そして、光導波路素子２０は、光強度変調器２０ＡとＤＣ電極部２０Ｂとが集積されて構成されている。
なお、第１の膜体１８及び第２の膜体１９は、それぞれ光強度変調器２０Ａ及びＤＣ電極部２０Ｂのバッファ層として作用する。
【００３３】
この場合においても、上記同様に、第１の膜体１８の波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎ１と、第２の膜体１９の波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎ２との比ｎ１／ｎ２は１．０１０以上であることが好ましく、さらには１．０２１以上であることが好ましい。これによって、光強度変調器２０Ａの信号電極１３に印加されるマイクロ波の損失を効果的に防止することができるとともに、ＤＣ電極部２０Ｂの信号電極１４に印加されるＤＣ電圧に起因したＤＣドリフトの増大を効果的に防止することができる。
【００３４】
また、第１の膜体１８及び第２の膜体１９を酸化珪素から作製する場合は、屈折率ｎ１が１．４５５以上であることが好ましく、屈折率ｎ２が１．４４０以下であることが好ましい。
【００３５】
上記第１の膜体１８及び第２の膜体１９は、上述した条件に従い、それぞれスパッタリング法及び蒸着法によって作製することができる。また、基板１１、光導波路１２、信号電極１３、１４、及び接地電極１５、１６、１７についても上記同様の材料を用い、上記同様にして作製することができる。
【００３６】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明したが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
例えば、上記においては、ＲＦを印加する光位相変調器とＤＣ印加型の光強度変調器とが集積した光導波路素子、及びＲＦ印加型の光強度変調器及びＤＣ印加型の光強度変調器とＤＣ印加型の光強度変調器が集積された光導波路素子について述べてきたが、ＲＦ印加型位相変調器及び強度変調器に加え、ＤＣ印加型光強度変調器までもが集積された光導波路素子に対しても、当然に適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光導波路素子によれば、例えば、光位相変調器や光強度変調器などの各素子を、これら素子の特性を最大限に引き出せるようにして集積させることができる。したがって、目的とする特性を十分に発揮することのできる集積型の光導波路素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光導波路素子の一例を示す斜視図である。
【図２】  本発明の光導波路素子の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、１１            基板
２、１２            光導波路
３、４、１３、１４  信号電極
５、６、７、１５、１６、１７  接地電極
８、１８  第１の膜体
９、１９  第２の膜体
１０、２０  光導波路素子
１０Ａ  光位相変調器
１０Ｂ、２０Ａ  光強度変調器
２０Ｂ  ＤＣ電極部
【図１】
0004309571.tif 000002
【図２】
0004309571.tif 000003