(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学結晶よりなる基板の主面に形成された光導波路と、前記主面上で前記光導波路近傍に設けられた励起電極及び接地電極とを有する導波路型光素子において、
前記基板の光入出力端面と、前記基板各面の前記光入出力端面に近い領域と、前記主面の前記励起電極と前記接地電極との間の電極間ギャップと、前記基板における前記主面の反対面のうち前記励起電極両端寄り部分のテーパー部に対応した部分と、前記基板側面のうち前記テーパー部端縁のフィーダー部の近傍部分とを除き、前記基板表面を金属膜で被覆したことを特徴とする導波路型光素子。
【請求項２】
電気光学結晶よりなる基板の主面に形成された光導波路と、前記主面上で前記光導波路近傍に設けられた励起電極及び接地電極とを有する導波路型光素子を、金属筺体に装着してなる導波路型光デバイスにおいて、
前記導波路型光素子は、前記基板の光入出力端面と、前記基板各面の前記光入出力端面に近い領域と、前記主面の前記励起電極と前記接地電極との間の電極間ギャップと、前記基板における前記主面の反対面のうち前記励起電極両端寄り部分のテーパー部に対応した部分と、前記基板側面のうち前記テーパー部端縁のフィーダー部の近傍部分とを除き、前記基板表面を金属膜で被覆してなり、該金属膜を前記金属筺体にはんだ付けすることで前記導波路型光素子を前記金属筺体に固定したことを特徴とする導波路型光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信における光変調器等に用いられる導波路型光素子及び光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の導波路型光デバイスとして、例えばニオブ酸リチウム（ＬiＮbＯ3）結晶基板を用いたマッハツェンダ型光変調器が知られている。
【０００３】
ニオブ酸リチウム結晶基板上に形成された光導波路と制御用電極とからなるこのデバイスは、近年、その広帯域性、チャーピングが小さい（パルス波形が歪み難い）等の優れた変調特性が得られることから、光通信システムにおいて幅広く使用されている。
【０００４】
図６は従来のマッハツェンダ型光変調器として用いられる導波路型光素子、図７は該導波路型光素子を金属筺体に装着した導波路型光デバイスを示す。これらの図において、１は焦電性を有する電気光学結晶基板としてのニオブ酸リチウム結晶基板、２はその基板の主面に形成された光導波路であり、該光導波路近傍の主面上に複数の制御用電極を構成する励起電極３及び接地電極４が平面電極として設けられている。ここで、一方の制御用電極である励起電極３の両端寄り部分はテーパー部３ａとなっており、該テーパー部３ａの端縁が高周波信号を印加するフィーダー部３ｂとなっている。
【０００５】
図６のような導波路型光素子１０を、図７に示す如く金属筺体２０に装着することで導波路型光デバイスが構成される。光素子１０の金属筺体２０への装着は、他方の制御用電極としての平面電極の接地電極４を側縁部分にてはんだ付けで金属筺体２０に固定することで行われる。また、励起電極３はＲＦコネクタ２１のセンターピン２１ａとはんだ付けで接続される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、１ＧＨｚ以上の高周波での光変調は良好な電気的周波数特性が得られていることがその前提条件となるため、インピーダンスマッチング、接地の安定性といった純電気的な特性を考慮した光素子構成、及びその実装方法をとる必要がある。
【０００７】
接地の安定化のためには、導波路型光素子の基板上に形成された平面電極の接地電極と金属筺体とをできるだけ広い面積で接続することが好ましいが、導波路型光素子を細形化した場合、ワイヤボンディングではサイズ的に難しく、導電性樹脂ではその抵抗によって高周波で損失が増大したり、信頼性の問題が生じる。
【０００８】
また、図６及び図７に示した従来例の如くはんだによる接続では、光素子１０の電極３，４以外の部分（結晶表面）ははんだの濡れ性が極めて小さくその作業性が悪く、図７の円Ｐ内の拡大断面図からわかるように、平面電極の接地電極４と金属筺体２０とを接続するはんだ溶融部２２は基板側面に回り込むことはできず、接地電極４と金属筺体２０との接地の接続の再現性が得られないという問題がある。さらに、この接地の不安定性に起因して図８の高周波電気特性（透過パワー（Ｓ21）の周波数特性）の如く、伝送特性にディップが生じてしまう問題があった。
【０００９】
また、特開平５−１５８００２号では、接地（アース）強化の為に導電性材料で光素子のほぼ全体をコートする構造が提案されているが、この場合には、光素子と金属筺体との接続作業性の問題は改善されるが、制御用電極のフィーダー部でマイクロ波の高次モードが発生し高周波特性を著しく損なってしまうという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記の点に鑑み、主面に光導波路を形成した電気光学結晶基板の側面、裏面の適切な領域を金属膜で被覆することで、はんだに対する濡れ性を大きくし、安定した接地を可能とするとともに高次モードの発生のない導波路型光素子及び光デバイスを提供することにある。
【００１１】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の導波路型光素子は、電気光学結晶よりなる基板の主面に形成された光導波路と、前記主面上で前記光導波路近傍に設けられた励起電極及び接地電極とを有していて、前記基板の光入出力端面と、前記基板各面の前記光入出力端面に近い領域と、前記主面の前記励起電極と前記接地電極との間の電極間ギャップと、前記基板における前記主面の反対面のうち前記励起電極両端寄り部分のテーパー部に対応した部分と、前記基板側面のうち前記テーパー部端縁のフィーダー部の近傍部分とを除き、前記基板表面を金属膜で被覆した構成としている。
【００１３】
また、本発明の導波路型光デバイスは、電気光学結晶よりなる基板の主面に形成された光導波路と、前記主面上で前記光導波路近傍に設けられた励起電極及び接地電極とを有する導波路型光素子を、金属筺体に装着した構成において、
前記導波路型光素子は、前記基板の光入出力端面と、前記基板各面の前記光入出力端面に近い領域と、前記主面の前記励起電極と前記接地電極との間の電極間ギャップと、前記基板における前記主面の反対面のうち前記励起電極両端寄り部分のテーパー部に対応した部分と、前記基板側面のうち前記テーパー部端縁のフィーダー部の近傍部分とを除き、前記基板表面を金属膜で被覆してなり、該金属膜を前記金属筺体にはんだ付けすることで前記導波路型光素子を前記金属筺体に固定したことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る導波路型光素子及び光デバイスの実施の形態を図面に従って説明する。
【００１５】
図１は本発明に係る導波路型光素子の実施の形態であって基板の主面（上面）及び右側面を見た斜視図、図２は基板の裏面（主面の反対面）を見た斜視図、図３は基板の主面及び左側面を見た斜視図である。これらの図に示される導波路型光素子３０は、マッハツェンダ型光変調器としての構造を持ち、１は焦電性を有する電気光学結晶基板としてのニオブ酸リチウム結晶基板、２はその基板の主面１ａに形成された光導波路であり、該光導波路近傍の主面上に複数の制御用電極を構成する励起電極３３及び接地電極３４が設けられている。ここで、一方の制御用電極である励起電極３３の両端寄り部分はテーパー部３３ａとなっており、該テーパー部３３ａの端縁が高周波信号を印加するフィーダー部３３ｂとなっている。
【００１６】
前記接地電極３４の延長部３４ａは基板１の左側面１ｂ、右側面１ｃ、裏面１ｄに金属膜として延在し、基板表面を被覆している。但し、基板１の両端面である光入出力端面１ｅ，１ｆには延長部３４ａは設けられていない。また、光入出力端面１ｅ，１ｆに近い基板各面の領域Ａにも延長部３４ａは設けられていない。この金属膜の無い領域Ａは、図２の基板裏面を示す斜視図のように、裏面１ｄにおいてはテーパー部３３ａに対応する部分にも広がっている。つまり、基板１を挟んでテーパー部３３ａに対向する基板裏面部分には金属膜が存在しないようにしている。さらに、図３の如く左側面１ｂのうち前記テーパー部端縁のフィーダー部３３ｂの近傍部分となる領域Ｂにも延長部３４ａは設けられていない。
【００１７】
なお、基板１の主面１ａにおいて、励起電極３３と接地電極３４との間は電極間ギャップＧであり、当然金属膜は無い部分である。
【００１８】
前記光導波路２、励起電極３３、接地電極３４及びその延長部３４ａの作製方法は、例えば以下の工程で行われる。
【００１９】
まず、ｚ-cutＬiＮbＯ3基板（例えば直径３インチ、厚み０.５mm）の主面上に膜厚８００オングストロームで幅６μｍのＴiを真空蒸着とリフトオフによって成膜し、７.５時間１０５０℃の乾燥-Ｏ2中にて熱拡散させ光導波路２を形成する。
【００２０】
次に、基板主面にＳiＯ2を1μｍ蒸着した後、Ｃrを５０nm、Ａuを５０nm順に下地膜の成膜を行い、ガイドレジスト（電解メッキ不要部分に塗布）の形成を経て電解メッキで厚さ１５μｍのＡu電極を前記ガイドレジストの無い部分に形成する。
【００２１】
ガイドレジスト及びその下層の下地膜をエッチングで除去してから、所定の基板１の形状に切断、端面研磨を行う。
【００２２】
そして、基板１の光入出力端面１ｅ，１ｆとなる研磨端面と、電極が形成された主面１ａと、前記領域Ａ（テーパー部に対応した裏面部分等）と、領域Ｂ（左側面１ｂのうちテーパー部端縁のフィーダー部の近傍部分）とにフォトレジスト（無電解メッキ不要部分に塗布）を筆で塗布した後、電解液に浸漬し無電解Ｎiメッキを行いレジストを剥離して図１乃至図３の導波路型光素子を作製することができる。
【００２３】
この導波路型光素子によれば、基板１に形成された接地電極３４の延長部３４ａは基板１の左側面１ｂ、右側面１ｃ、裏面１ｄに金属膜として延在して基板表面を被覆しており、左右側面の金属膜部分を利用して安定した接地を広い面積で実行できるとともに、無用な結合を避けることができる。
【００２４】
また、基板裏面１ｄ（主面の反対面）のうち励起電極３３のテーパー部３３ａに対応した部分（つまり領域Ａ）と、基板側面のうちテーパー部端縁のフィーダー部３３ｂの近傍部分（つまり領域Ｂ）には金属膜は形成されていないため、マイクロ波の高次モードの発生を無くし、高周波特性を良好に維持することができる。
【００２５】
図４は図１乃至図３の導波路型光素子を金属筺体に装着してなる導波路型光デバイスの実施の形態を示す。前記導波路型光素子３０の金属筺体２０への装着は、接地電極３４及びその延長部３４ａの両側面部分をはんだ付けで金属筺体２０に固定することで行われる。また、励起電極３３はＲＦコネクタ２１のセンターピン２１ａとはんだ付けで直接的に接続される。
【００２６】
前記導波路型光素子３０のはんだ付けは、例えば、金属筺体２０を真鍮とし、該筺体２０の素子固定部分にペーストはんだを塗布してから素子３０を置き加熱することで行うことができる。
【００２７】
この構造によれば、図１乃至図３の光素子３０の両側面の大部分が金属膜としての延長部３４ａで覆われており、光素子３０の表面と金属筺体２０の固定面とは、はんだに対して良好な濡れ性を持つことになるため、図４の円Ｑ内の拡大断面図からわかるように、溶融に伴い接続固定部に入り込んだはんだ溶融部３２は自然に均一になり、簡単に安定した接地性を得ることができる。つまり、はんだ付けの作業性は良好となり、接地電極３４及び延長部３４ａと金属筺体２０とを接続するはんだ付け面積は十分広く、両者の接続面積を十分大きくして、接地の不安定性に起因する不都合を除去できる。
【００２８】
また、前記導波路型光素子３０の金属筺体２０への実装固定後、光変調器としての高周波特性を測定したところ、図５の高周波電気特性（透過パワー（Ｓ21）の周波数特性）の如く伝送特性のばらつき（ディップ）の殆どない良好な特性が得られた。
【００２９】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、その実装の作業性にすぐれ高周波特性も良好な導波路型光素子及び光デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る導波路型光素子の実施の形態であって基板の主面及び右側面を見た斜視図である。
【図２】同じく基板の裏面（主面の反対面）を見た斜視図である。
【図３】同じく基板の主面及び左側面を見た斜視図である。
【図４】本発明に係る導波路型光デバイスの実施の形態を示す横断面図である。
【図５】本発明に係る導波路型光デバイスの実施の形態の場合の高周波電気特性図である。
【図６】従来の導波路型光素子を示す斜視図である。
【図７】従来の導波路型光デバイスを示す横断面図である。
【図８】従来の場合の高周波電気特性図である。
【符号の説明】
１  基板
２  光導波路
３，３３  励起電極
３ａ，３３ａ  テーパー部
３ｂ，３３ｂ  フィーダー部
４，３４  接地電極
１０，３０  導波路型光素子
２０  金属筺体
２１  ＲＦコネクタ
２２，３２  はんだ溶融部
３４ａ  延長部
【図１】
0003738107.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003738107.tif 000005
【図５】
0003738107.tif 000006
【図８】
0003738107.tif 000007
【図６】
0003738107.tif 000008
【図７】
0003738107.tif 000009