JP4443011B2

JP4443011B2 - 進行波型光変調器

Info

Publication number: JP4443011B2
Application number: JP2000226425A
Authority: JP
Inventors: 厚男近藤; 順悟近藤; 謙治青木; 修三富
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: JP2002040381A; DE60127903D1; EP1176455A1; US20020048076A1; EP1722266B1; DE60127903T2; EP1176455B1; EP1722266A3; DE60133498D1; DE60133498T2; US6674565B2; EP1722266A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、進行波形光変調器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特開平１０−１３３１５９号公報において、進行波形光変調器の基板の光導波路の下に薄肉部分を設け、この薄肉部分の厚さを例えば１０μｍ以下に薄くすることによって、酸化珪素等からなるバッファ層を形成することなく、変調器を１０ＧＨｚ以上で動作させることに成功した。このように、光導波路基板に肉厚部分と肉薄部分とを設ける場合には、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、バッファ層に起因するＤＣドリフトを回避することができ、また駆動電圧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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者がこうした肉薄部分を有する進行波型光変調器を更に検討したところ、以下の問題点が未だ存在することを発見した。即ち、この進行波型光変調器の光導波路を外部の光ファイバーと結合したところ、光の挿入損失が上昇する場合があった。また、マイクロ波信号との速度整合および外部回路インピーダンス整合を保持しつつ、駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を一層低くすることが望まれる。
【０００４】
本発明の課題は、強誘電性単結晶中に光導波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に対して電極を介してマイクロ波信号を印加する進行波型光変調器において、マイクロ波信号との速度整合および外部回路とのインピーダンス整合を保持しつつ、光の挿入損失を低減できるような構造を提供することである。
【０００５】
また、本発明の課題は、強誘電性単結晶中に光導波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に対して電極を介してマイクロ波信号を印加する進行波型光変調器において、マイクロ波信号との速度整合および外部回路とのインピーダンス整合を保持しつつ、駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を一層低くできるような構造を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第一の発明は、強誘電性単結晶中に光導波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に電圧を印加してこの光を変調する変調領域を備えた進行波型光変調器であって、支持基板、強誘電性単結晶からなり、前記支持基板上に形成されており、前記変調領域を前記光導波路に対して垂直な断面で見たときに肉厚部分と肉薄部分とを備えている強誘電性単結晶層、前記肉厚部分内に形成されている前記光導波路、および前記肉薄部分上に形成されており、前記光導波路を伝搬する光を変調する電圧を印加するための複数の電極を備えており、隣接する前記電極の間に前記肉厚部分が存在していると共に、前記電極の厚みが前記肉厚部分の厚みよりも厚く形成され、かつ、前記電極は前記肉厚部分から離れた位置に設けてあり、更に前記肉厚部分のうち前記支持基板に接する底面側に前記光導波路が形成されていると共に、当該光導波路はチタン拡散法およびプロトン交換法のいずれかを用いて形成したものであることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、強誘電性単結晶中に光導波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に電圧を印加してこの光を変調する変調領域を備えた進行波型光変調器を製造する方法であって、支持基板と、強誘電性単結晶基板との積層体を設け、前記強誘電性単結晶基板中に光導波路が形成されており、この積層体の前記強誘電性単結晶基板を加工することによって、前記変調領域を前記光導波路に対して垂直な断面で見たときに肉厚部分と肉薄部分とを形成し、前記肉厚部分内に前記光導波路を位置させ、次いで前記光導波路を伝搬する光を変調する電圧を印加するための複数の電極を前記肉薄部分上に形成し、隣接する前記電極の間に前記肉厚部分が存在するようにすると共に、前記電極の厚みが前記肉厚部分の厚みよりも厚くなるように形成し、かつ、前記電極を前記肉厚部分から離れた位置に設けてあり、更に前記肉厚部分のうち前記支持基板に接する底面側に前記光導波路が形成されていると共に、当該光導波路はチタン拡散法およびプロトン交換法のいずれかを用いて形成したものであることを特徴とする。
【０００８】
こうした進行波型光変調器によれば、後述するように、マイクロ波信号との速度整合および外部回路とのインピーダンス整合を保持しつつ、光の挿入損失を低減できる。
【０００９】
ここで、肉厚部分内のどの部分にも光導波路を形成することが可能である。しかし、一般的には肉厚部分のうち上面側に光導波路を形成するか、あるいは肉厚部分の基板に接する底面側に光導波路を形成することが好ましい。肉厚部分の基板に接する底面側に光導波路を形成することによって、駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）が更に低くなる。
【００１０】
特に好ましくは、基板が、硬質材料からなる基板本体と、この基板本体と強誘電性単結晶層とを接着する接着材層とを備えている。こうした硬質材料としては、後述するような強誘電性単結晶の他、ガラス、樹脂を好適に使用できる。ガラスとしては、低誘電率で接着温度（作業温度）が約６００℃以下のものが好ましい。また、加工の際に十分な接着強度が得られるものが好ましい。具体的には、酸化珪素、酸化鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素等の組成を複数組み合わせた、いわゆるはんだガラスが好ましい。
【００１１】
樹脂としては、室温硬化、加熱硬化、紫外線硬化型樹脂が好ましく、低誘電率の樹脂が好ましい。実際には、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系の樹脂が特に好ましい。
【００１２】
また、第二の発明は、強誘電性単結晶中に光導波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に電圧を印加してこの光を変調する変調領域を備えた進行波型光変調器であって、基板；強誘電性単結晶からなり、基板上に形成されており、変調領域を光導波路に対して垂直な断面で見たときに互いに空間的に離れている複数の強誘電性単結晶部；強誘電性単結晶部内に形成されている光導波路；および光導波路を伝搬する光を変調する電圧を印加するための複数の電極であって、基板上において少なくとも隣接する強誘電性単結晶部の間に形成されている電極を備えていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、強誘電性単結晶中に光導波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に電圧を印加してこの光を変調する変調領域を備えた進行波型光変調器を製造する方法であって、支持基板と強誘電性単結晶基板との積層体を得、この強誘電性単結晶基板中に光導波路が形成されており、この積層体の前記強誘電性単結晶基板を加工することによって、強誘電性単結晶からなり、変調領域を光導波路に対して垂直な断面で見たときに互いに空間的に離れている複数の強誘電性単結晶部を形成し、強誘電性単結晶部内に前記光導波路を位置させ、次いで光導波路を伝搬する光を変調する電圧を印加するための複数の電極を、それぞれ支持基板上において少なくとも隣接する強誘電性単結晶部の間に形成することを特徴とする。
【００１４】
こうした進行波型光変調器によれば、後述するように、マイクロ波信号との速度整合および外部回路とのインピーダンス整合を保持しつつ、駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を一層低くできる。
【００１５】
各強誘電性単結晶部の形態は特に限定されないが、隣り合う強誘電性単結晶部が接触しておらず、これらの間に電極が介在していることが必要である。また、特に好ましくは、強誘電性単結晶部が、基板に接する底面と、基板とは反対側の上面と、上面と底面との間に存在する側面とを備えている。この場合には、隣り合う二つの強誘電性単結晶部の間の電極が、各強誘電性単結晶部の各側面に接触する。特に好ましくは、上面と底面とが互いに略平行である。
【００１６】
強誘電性単結晶部が底面、上面および側面を有している場合には、電極が上面に対しても接触していることが好ましい。
【００１７】
また、強誘電性単結晶部中のどの部分に光導波路を設けても良い。例えば、強誘電性単結晶部の上面側あるいは底面側に光導波路を形成できる。ただし、強誘電性単結晶部の底面側に光導波路を形成することにより、駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）が更に低くなる。
【００１８】
この発明においては、基板が、硬質材料からなる基板本体と、この基板本体と強誘電性単結晶層とを接着する接着材層とを備えていてよい。硬質材料や接着材としては、前述のものを例示できる。あるいは、基板の全体がガラスまたは樹脂からなっていてよい。
【００１９】
前述した強誘電性単結晶は、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、ニオブ酸カリウムリチウム、タンタル酸リチウム、ＫＴＰなどを例示することができる。ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶およびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶からなる群より選ばれた一種以上の単結晶が、特に好ましい。
【００２０】
図１（ａ）−（ｄ）および図２（ｃ）は、第一の発明に係る進行波型光変調器の製造プロセスの各工程を示す模式的断面図である。
【００２１】
図１（ａ）のように、強誘電性単結晶のｘカット基板１Ａ上に光導波路２を形成する。この際、光導波路の伝搬方向がＹ方向になるように、あらかじめ光導波路と単結晶の方位とをアライメントしておく。この光導波路２内にはＴＥモードの光を伝搬させる。
【００２２】
基板１Ａ上に接着材層を形成する。また、硬質材料からなる支持基板本体１Ｂ上に接着材層３を形成する。そして、図１（ｂ）に示すように基板１Ａの接着材層３と基板１Ｂの接着材層３とを接触させ、荷重を加えながら熱処理し、図１（ｃ）に示すように基板同士を接着する。３Ａは接着剤層である。次いで、基板１Ａを切削、研磨加工し、４に示すように薄くする。次いで、フォトリソグラフィー法によって強誘電性単結晶層４をエッチングし、マスク材を除去し、図１（ｄ）のように強誘電性単結晶層１６を形成する。強誘電性単結晶層１６は、肉薄部分６と肉厚部分５とを備えている。５ａは肉厚部分５の上面であり、５ｂは側面であり、５ｃは底面である。
【００２３】
次いで、図示しないメッキ下地層を形成した後、図２（ａ）のように、強誘電性単結晶層１６の表面を被覆するように厚膜レジスト７を形成する。次いで、メッキ法によって電極１１Ａ−１１Ｃを形成し（図２（ｂ））、厚膜レジスト７を除去し、図２（ｃ）の進行波型光変調器を得る。図２（ｃ）には本進行波型光変調器の変調領域２０を、光導波路に垂直な方向に切ってみた断面を示す。１５は基板である。
【００２４】
光導波路の形成方法は限定されず、例えばチタン拡散法、プロトン交換法であってよい。電極の材質は、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。電極の形成方法も限定されず、メッキ法の他、蒸着法、スパッタリング法を採用できる。酸化シリコン、弗化マグネシウム、窒化珪素、及びアルミナなどからなるバッファ層を併用できる。
【００２５】
（実施例１）
以下、更に具体的な実験結果を示す。図１−図２を参照しつつ説明したプロセスに従って、図２（ｃ）および図３の形態の進行波型光変調器を製造した。ただし、具体的にはニオブ酸リチウム単結晶のｘカット基板１Ａ、１Ｂを使用した。基板１Ａに、フォトリソグラフィー法および電子ビーム蒸着法によってチタンパターンを形成した後に、水蒸気を含有させた酸素雰囲気炉内にて、１０００−１０５０℃の温度で熱拡散を行い、チタン拡散型の光導波路２を形成した。
【００２６】
次いで、基板１Ａおよび１Ｂ上に、スパッタ法もしくは電子ビーム蒸着法によってはんだガラスを約５μｍの厚さに成膜した。次いで、図１（ｂ）のように各はんだガラス層３を合わせた状態で荷重を加え、５００℃にて加熱処理し、基板１Ａと１Ｂとを接着した。はんだガラスの変形温度は５００℃以下である。
【００２７】
次いで、基板１Ａを切削加工および研磨加工した。次いで、コロイダルシリカからなる研磨砥粒を用いてＣＭＰを行い、表面仕上げした。次に、チタン拡散導波路の直上部にアライメントするように、アルミニウムパターンを、フォトリソグラフィー法および電子ビーム蒸着法によって形成した。このアルミニウムパターンをマスク材とし、ニオブ酸リチウムを反応性イオンエッチング法によってエッチングした。エッチング終了後にマスク材（アルミニウム）を除去した。
【００２８】
次いで、金メッキ形成用の下地膜をスパッタリング法によって形成した。密着層としてクロムを形成し、クロム層の上に金層を厚さ５０００オングストローム成膜した。この上に市販の厚膜レジストを使用し、フォトリソグラフィー法によって金メッキ用のガイドを形成し、電解メッキによって金電極を形成した。次いで有機溶剤を用いてレジストを除去し、ウエットエッチングによってメッキ用のクロム層と金層とを除去した。
【００２９】
次いで、得られたウエハーを切断して進行波型光変調器の各チップを得た。各チップの光導波路の端面を光学研磨し、光ファイバーと光軸調芯し、紫外線硬化型樹脂によって光ファイバーと各チップとを固定した。ネットワークアナライザによって、透過特性（Ｓ２１）および反射特性（Ｓ１１）を測定し、マイクロ波屈折率ｎｍ、特性インピーダンスＺ、電極損失αを求めた。また、電気光学特性として半波長電圧Ｖπを測定した。更に、光ファイバーの光軸調芯後の挿入損失を求めた。
【００３０】
図３において、中心電極１１Ｂの幅Ｗを８μｍとし、肉厚部分５の幅Ｗ（ＯＰ）を８μｍとし、肉厚部分５の厚さｔ（ＯＰ）を６μｍとし、電極ギャップＧを１５、２０または２５μｍとした。接着材層３Ａの厚さｔ（ｇ）、肉薄部分６の厚さｔ（ｓｕｂ）、電極の厚さｔ（ｍ）、マイクロ波屈折率ｎｍ、特性インピーダンスＺ、電極損失α、半波長電圧と電極の長さとの積Ｖπ．Ｌに与える影響を検証した。この結果を図４に示す。
【００３１】
図４から分かるように、本構造によって、マイクロ波屈折率を光波屈折率と一致させることが可能である。特に、電極ギャップＧ＝２０μｍ、ガラスの厚さｔｇ＝１０μｍ、肉薄部分の厚さｔ（ｓｕｂ）＝３μｍ、電極の厚さｔ（ｍ）＝１９μｍのときに、速度整合条件を満足し、かつ特性インピーダンスＺ＝４５Ω、電極損失α＝０．３ｄＢ／ｃｍ．（ＧＨｚ）^1/2 となった。本試料の変調帯域を測定した結果、４０ＧＨｚに達した。このときの半波長電圧と電極の長さとの積Ｖπ．Ｌは８．２Ｖ．ｃｍ（電極長さ＝４ｃｍ、Ｖπ＝２．０５Ｖ）となった。このときの光ファイバーとの結合後の挿入損失は４ｄＢであった。
【００３２】
（実施例２）
実施例１において、はんだガラスの代わりに樹脂を用いて基板１Ａと１Ｂとを接着した。樹脂としては、エポキシ系の樹脂フィルム（比誘電率＝３．８）を使用した。接着時には５０ｋｇｆ／ｃｍ２の荷重を加え、１７０℃で熱処理した。
【００３３】
実施例１と同様にして進行波型光変調器を評価したところ、電極ギャップＧ＝２０μｍ、樹脂の厚さｔ（ｇ）＝２５μｍ、肉薄部分の厚さｔ（ｓｕｂ）＝３μｍ、電極の厚さｔ（ｍ）＝１９μｍのときに速度整合条件を満足し、かつ特性インピーダンスＺ＝４５Ω、電極損失α＝０．３ｄＢ／ｃｍ・（ＧＨｚ）^1/2 となった。本試料の変調帯域を測定した結果、変調帯域が４０ＧＨｚに達した。このときの半波長電圧と電極の長さとの積Ｖπ．Ｌ＝８．２Ｖ．ｃｍ（電極長さＬ＝４ｃｍ、Ｖπ＝２．０５Ｖ）であった。この進行波型光変調器において光ファイバーと結合した後の挿入損失は４ｄＢであった。
【００３４】
（比較例１）
実施例１と同様の進行波型光変調器を製造した。ただし、肉厚部分５は一切設けず、強誘電性単結晶層の全体を肉薄部分のみによって形成した。この強誘電性単結晶層の厚さｔ（ｓｕｂ）は３μｍである。この結果、変調帯域は４０ＧＨｚになったが、光ファイバーとの結合後の挿入損失が１０ｄＢに達した。
【００３５】
（実施例２）
実施例１と同様にして進行波型光変調器を製造した。ただし、中心電極１１Ｂの幅Ｗ＝８μｍとし、肉厚部分５の幅Ｗ（ＯＰ）＝１０μｍ、肉厚部分５の厚さｔ（ＯＰ）＝６μｍとし、電極ギャップＧ＝２０μｍ、ガラスの厚さｔ（ｇ）＝１０μｍ、電極の厚さｔ（ｍ）＝１９μｍとした。肉薄部分の厚さｔ（ｓｕｂ）は、図５に示すように変化させた。また、光導波路は、図３に示すように肉厚部分５の底面５ｃ側に形成するか、あるいは肉厚部分５の上面５ａ側に形成した。Ｖπ．Ｌを図５のグラフに示す。
【００３６】
グラフＢは、光導波路を肉厚部分５の底面５ｃ側に形成した場合であり、グラフＡは、光導波路を肉厚部分５の上面５ａ側に形成した場合である。明らかに、光導波路を肉厚部分５の底面側に形成することによって、Ｖπ．Ｌが小さくなっている。
【００３７】
第二の発明の実施形態について図面を参照しつつ更に述べる。
【００３８】
強誘電性単結晶からなるｘカット基板１Ａ上に光導波路２を形成する。この際には、光導波路２の伝搬方向がＹ方向になるように、あらかじめ光導波路と強誘電性単結晶の方位とをアライメントしておく。
【００３９】
次いで、光導波路の形成された基板１Ａにはんだガラス３を成膜する。また、別に支持基板１Ｂ上にはんだガラス３を形成する。基板１Ａのはんだガラスと基板１Ｂのはんだガラスとを互いに合わせ、荷重をかけて熱処理し、図６（ｂ）に示すように、両基板をガラス接着する。
【００４０】
次いで、光導波路２の形成された基板１Ａの裏面より切削加工、及び研磨加工し、薄い強誘電性単結晶層４を形成する（図６（ｃ））。次いで、強誘電性単結晶４および接着剤層３Ａの一部を除去し、図６（ｄ）のように、複数の強誘電性単結晶部８と、強誘電性単結晶部８間の隙間９とを形成する。図７（ａ）に示すように、各強誘電性単結晶部８の表面および支持基板１Ｂの表面を被覆するように、アモルファスシリコン膜を形成する。
【００４１】
次いで、図示しないメッキ下地層を形成した後、厚膜レジストを形成し、メッキ法によって電極２１Ａ−２１Ｃを形成する。次いで、有機溶剤を用いてレジストを除去し、ウエットエッチングによってメッキ用下地膜を除去する。得られた進行波型光変調器の概略的斜視図を図８に示す。この例では、マッハツェンダー型の光導波路を形成している。なお、図７（ｂ）は、本進行波型変調器の変調領域２０（図８参照）を、光導波路に垂直な方向に切って見た断面を示す。
【００４２】
図９を見ると分かるように、電極２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが光導波路から見て水平部分にある（基板表面から見て同じ高さにある）ので、各電極から各強誘電性単結晶部８へと印加される電圧のうち、光導波路２に対して加わる実効電圧が高い。このため、Ｖπ．Ｌを著しく低減できる。
【００４３】
（実施例３）
図６、図７を参照しつつ説明した前記プロセスに従い、図９の進行波型光変調器を製造した。ただし、具体的には、ニオブ酸リチウムの単結晶のｘカット基板１Ａ上にフォトリソグラフィー及び電子ビーム蒸着法によりチタンパターンを形成した後に、水蒸気を含有させた酸素雰囲気炉にて、１０００−１０５０℃の温度にて熱拡散を行ない、チタン拡散型の光導波路を形成した。
【００４４】
次いで、光導波路の形成された基板に、スパッタ法を用いてアモルファスシリコン膜を厚さ５００オングストローム形成した後に、同一の真空チャンバ内にてはんだガラスを厚さ１０００オングストローム成膜した。アモルファスシリコン膜とハンダガラスとは同一チャンバー内で連続的に形成することが好ましい。また、あらかじめガラス製の支持基板１Ｂ上にスパッタリング法を用いてはんだガラスを厚さ１０００オングストロームに成膜した。その後に、両基板をはんだガラスの成膜された面を互いに合わせ、荷重をかけた状態で５００℃の温度にて加熱処理を行ない、両基板をガラス接着した。はんだガラスとしては、変形温度500 ℃以下のものを用いた。また支持基板１Ｂとしては、ニオブ酸リチウムのｘカット基板１Ａの熱膨張に比較的近い「Bk-7」ガラス製の基板を用いた。はんだガラスを強誘電性単結晶基板と支持基板との双方に付着させ、この後で両方の基板をはんだガラスを介して接着することによって、後の強誘電性単結晶基板の加工に耐えるような接着力が得られる。
【００４５】
ガラス接着された両基板を、光導波路の形成された基板１Ａの裏面より切削加工及び研磨加工により薄板化した。この際、基板１Ａの表面の加工変質層を除去するために、コロイダルシリカからなる研磨砥粒を用いてＣＭＰを行ない、表面仕上げした。次に、KrF エキシマレーザーを用いて、電極を形成する部分のニオブ酸リチウムを除去した。その後に、スパッタリング法を用いて、アモルファスシリコン膜をニオブ酸リチウムの薄板を包むように厚さ１５００オングストロームまで形成した後に、同一の真空チャンバ内にてクロム層を成膜した。次いで、密着層として厚さ５００オングストロームのクロム膜を成膜した後に、金を厚さ３００オングストローム成膜した。この上に、市販の厚膜レジスト用いてフォトリソグラフィーを用いて、金メッキ用のガイドとし、電解メッキにて金電極を形成した。その後に、有機溶剤を用いてレジストを除去し、ウエットエッチングによってメッキ用下地用の金層とクロム層とを除去した。
【００４６】
次いで、得られたウエハーを切断して進行波型光変調器の各チップを得た。各チップの光導波路の端面を光学研磨し、光ファイバーと光軸調芯し、紫外線硬化型樹脂によって光ファイバーと各チップとを固定した。ネットワークアナライザによって、透過特性（Ｓ２１）および反射特性（Ｓ１１）を測定し、マイクロ波屈折率ｎｍ、特性インピーダンスＺ、電極損失αを求めた。また、電気光学特性として半波長電圧Ｖπを測定した。
【００４７】
図９において、中心電極２１Ｂの幅Ｗを３０−４０μｍとし、各強誘電性単結晶部８の厚さｔ（ｓｕｂ）を６−１０μｍとし、電極ギャップＧを３０−４０μｍとし、電極の質さｔ（ｍ）を１５−４５μｍとしたときに、マイクロ波屈折率ｎｍと光波屈折率ｎｏとを一致させることができた（ｎｍ＝ｎｏ＝２．１５）。
【００４８】
特に、中心電極２１Ｂの幅Ｗを４０μｍとし、各強誘電性単結晶部８の厚さｔ（ｓｕｂ）を６μｍとし、電極と強誘電性単結晶層との重なり部分の長さｐを１０μｍとし、電極ギャップＧを３０μｍとし、電極の質さｔ（ｍ）を１９μｍとしたときに、速度整合条件を満足し、かつ特性インピーダンスＺ＝４７Ω、電極損失α＝０．１８ｄＢ／ｃｍ．（ＧＨＺ）^1/2 となり、電極損失を飛躍的に低減できた。また、本試料の変調帯域を測定した結果、８０ＧＨｚに達した。このときの半波長電圧と電極の長さとの積Ｖπ．Ｌは９Ｖ・ｃｍ（電極長さ＝４ｃｍ、Ｖπ＝２．２５Ｖ）となった。このときの光ファイバーとの結合後の挿入損失は５ｄＢであった。
【００４９】
更に、第二の発明の好適な実施形態においては、強誘電性単結晶部が肉厚部分と肉薄部分とを備えており、電極が肉薄部分上に形成されており、隣接する電極の間に肉厚部分が設けられている。これによって、光の挿入損失を一層低減できる。
【００５０】
図１０は、この実施形態に係る進行波型光変調器を概略的に示す断面図である。図９と類似の構造であるが、ただし各強誘電性単結晶層８Ａは、それぞれ肉厚部分１８と肉薄部分１９とを備えている。
【００５１】
（実施例４）
実施例３とほぼ同様にして、図１０の進行波型光変調器を製造した。ただし、ガラス接着された後の両基板を、光導波路の形成された基板１Ａの裏面より切削加工及び研磨加工により、基板１Ａの厚さが１０μｍとなるまで切削した。次いで、ＫｒＦエキシマレーザーを用いてニオブ酸リチウムう除去し、各強誘電性単結晶層８Ａを形成した。肉厚部分および肉薄部分は、レーザーの出力およびスキャン回数を調節することによって形成した。次いで、実施例３と同様にしてアモルファスシリコン層および金電極を形成した。
【００５２】
次いで、得られたウエハーを切断して進行波型光変調器の各チップを得た。各チップの光導波路の端面を光学研磨し、光ファイバーと光軸調芯し、紫外線硬化型樹脂によって光ファイバーと各チップとを固定した。ネットワークアナライザによって、透過特性（Ｓ２１）および反射特性（Ｓ１１）を測定し、マイクロ波屈折率ｎｍ、特性インピーダンスＺ、電極損失αを求めた。また、電気光学特性として半波長電圧Ｖπを測定した。
【００５３】
図１０において、中心電極２１Ｂの幅Ｗを３０−４０μｍとし、肉薄部分１９の厚さｔ（ｓｕｂ）を６−１０μｍとし、電極ギャップＧを３０−４０μｍとし、電極の質さｔ（ｍ）を１５−４５μｍとしたときに、マイクロ波屈折率ｎｍと光波屈折率ｎｏとを一致させることができた（ｎｍ＝ｎｏ＝２．１５）。
【００５４】
特に、中心電極２１Ｂの幅Ｗを４０μｍとし、肉薄部分１９の厚さｔ（ｓｕｂ）を６μｍとし、肉厚部分１８の厚さｔ（ＯＰ）を１０μｍとし、電極と強誘電性単結晶層との重なり部分の長さｐを１０μｍとし、電極ギャップＧを３０μｍとし、電極の厚さｔ（ｍ）を１９μｍとしたときに、速度整合条件を満足し、かつ特性インピーダンスＺ＝４５Ω、電極損失α＝０．１８ｄＢ／ｃｍ．（ＧＨＺ）^1/2 となり、電極損失を飛躍的に低減できた。また、本試料の変調帯域を測定した結果、８０ＧＨｚに達した。このときの半波長電圧と電極の長さとの積Ｖπ．Ｌは９．５Ｖ．ｃｍとなった。このときの光ファイバーとの結合後の挿入損失は４ｄＢであった。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、強誘電性単結晶中に光導波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に対して電極を介してマイクロ波信号を印加する進行波型光変調器において、マイクロ波信号との速度整合および外部回路とのインピーダンス整合を保持しつつ、光の挿入損失を低減できるような構造を提供することである。また、本発明によれば、駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を一層低くできるような構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）−（ｄ）は、第一の発明の実施形態に係る進行波型光変調器を製造する差異の各工程を模式的に示す断面図である。
【図２】（ａ）−（ｃ）は、第一の発明の実施形態に係る進行波型光変調器を製造する差異の各工程を模式的に示す断面図である。
【図３】第一の発明の実施形態に係る進行波型光変調器の拡大断面図である。
【図４】図３の進行波型光変調器において各パラメーターを変化させたときのＶπ．Ｌ、Ｚおよびｎｍ＝２．１５で速度整合するときのｔ（ｍ）の値の変化を示すグラフである。
【図５】図３の進行波型光変調器において、光導波路が肉厚部分の上面側にある場合（Ａ）と底面側にある場合（Ｂ）とのそれぞれにおけるＶπ．Ｌとｔ（ｓｕｂ）との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）−（ｄ）は、第二の発明に係る進行波型光変調器を製造する際の各工程を概略的に示す断面図である。
【図７】（ａ）−（ｂ）は、第二の発明に係る進行波型光変調器を製造する際の各工程を概略的に示す断面図である。
【図８】図７（ｂ）の進行波型光変調器の一形態を示す斜視図である。
【図９】図８の進行波型光変調器の拡大断面図である。
【図１０】第二の発明の他の実施形態に係る進行波型光変調器の拡大断面図である。
【符号の説明】
１Ｂ基板（基板本体）２光導波路３、３Ａ、３Ｂ接着材層５強誘電性単結晶層１６の肉厚部分５ａ肉厚部分の上面５ｂ肉厚部分の側面５ｃ肉厚部分の底面６肉薄部分８、８Ａ強誘電性単結晶部９強誘電性単結晶部の隙間１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ電極１５基板１６強誘電性単結晶層１８強誘電性単結晶部８Ａの肉厚部分１９強誘電性単結晶部８Ａの肉薄部分２０変調領域Ｇ電極ギャップＷ中央電極１１Ｂ、２１Ｂの幅Ｗ（ＯＰ）肉厚部分の幅ｐ電極と強誘電性単結晶部との重なり部分の長さｔ（ｍ）電極の厚さｔ（ｓｕｂ）強誘電性単結晶部の厚さまたは肉薄部分の厚さｔ（ＯＰ）肉厚部分の厚さ

Claims

強誘電性単結晶中に光導波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に電圧を印加してこの光を変調する変調領域を備えた進行波型光変調器であって、
支持基板、
強誘電性単結晶からなり、前記支持基板上に形成されており、前記変調領域を前記光導波路に対して垂直な断面で見たときに肉厚部分と肉薄部分とを備えている強誘電性単結晶層、
前記肉厚部分内に形成されている前記光導波路、および
前記肉薄部分上に形成されており、前記光導波路を伝搬する光を変調する電圧を印加するための複数の電極を備えており、
隣接する前記電極の間に前記肉厚部分が存在していると共に、
前記電極の厚みが前記肉厚部分の厚みよりも厚く形成され、かつ、前記電極は前記肉厚部分から離れた位置に設けてあり、更に前記肉厚部分のうち前記支持基板に接する底面側に前記光導波路が形成されていると共に、当該光導波路はチタン拡散法およびプロトン交換法のいずれかを用いて形成したものであることを特徴とする、進行波型光変調器。
前記支持基板が、硬質材料からなる基板本体と、この基板本体と前記強誘電性単結晶層とを接着する接着材層とを備えていることを特徴とする、請求項１記載の進行波型光変調器。
前記接着材層がガラスまたは樹脂からなることを特徴とする、請求項２記載の進行波型光変調器。
強誘電性単結晶中に光導波路が形成されており、光導波路を伝搬する光に電圧を印加してこの光を変調する変調領域を備えた進行波型光変調器を製造する方法であって、
支持基板と、強誘電性単結晶基板との積層体を設け、前記強誘電性単結晶基板中に光導波路が形成されており、この積層体の前記強誘電性単結晶基板を加工することによって、前記変調領域を前記光導波路に対して垂直な断面で見たときに肉厚部分と肉薄部分とを形成し、前記肉厚部分内に前記光導波路を位置させ、次いで前記光導波路を伝搬する光を変調する電圧を印加するための複数の電極を前記肉薄部分上に形成し、隣接する前記電極の間に前記肉厚部分が存在するようにすると共に、
前記電極の厚みが前記肉厚部分の厚みよりも厚くなるように形成し、かつ、前記電極を前記肉厚部分から離れた位置に設けてあり、更に前記肉厚部分のうち前記支持基板に接する底面側に前記光導波路が形成されていると共に、当該光導波路はチタン拡散法およびプロトン交換法のいずれかを用いて形成したものであることを特徴とする、進行波型光変調器の製造方法。
前記支持基板が、硬質材料からなる基板本体と接着材層とを備えており、前記支持基板と前記強誘電性単結晶基板とを前記接着材層によって接着することによって前記積層体を生成させることを特徴とする、請求項４記載の方法。
前記接着材層がガラスまたは樹脂からなることを特徴とする、請求項５記載の方法。
前記接着材層がはんだガラスからなり、前記強誘電性単結晶基板の前記支持基板との接合面側にはんだガラスを付着させ、前記支持基板と前記強誘電性単結晶基板とを前記はんだガラスを介して接着することを特徴とする、請求項６記載の方法。