JPH04288531A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低駆動電圧で作動する
広帯域な光スイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な光変調器と比較して光変
調帯域を大幅に広帯域化したＴｉ熱拡散ＬｉＮｂＯ３　
（リチウムナイオベート）光変調器として、図１の平面
図および図２の横断面図に示すようなシールド形速度整
合光変調器がある（河野他：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔ
ｔ．，ｖｏｌ．２５，ｐｐ．１３８２−１３８３，１９
８９）。この例では、電気光学効果を有するｚカットＬ
ｉＮｂＯ３　基板１にＴｉ熱拡散によりマッハツェンダ
形光導波路２が形成されている。その基板１の上には厚
さＤのＳｉＯ２　バッファ層３が形成され、さらにその
バッファ層３の上に中心導体（中心電極）およびアース
導体（アース電極）５から構成されたコプレーナウェー
ブガイド（ＣＰＷ）形の進行波電極が形成されている。 ６はＣＰＷ電極４と５の間に接続された終端抵抗、７は
電極４と５に接続され、変調用マイクロ波信号をこれら
電極４および５に供給する給電用同軸線である。さらに
、光導波路２とＣＰＷ進行波電極とが相互作用する領域
の近傍において、例えば空気などによる、誘電率の低い
オーバーレイ８を介して、シールド導体９が中心導体４
を内包するようにしてアース導体５に固着されている。 なお、この例では、例えば中心導体４の幅２Ｗは８μｍ
、導体４と５とのギャップ２Ｇは１５μｍ、ＳｉＯ２バ
ッファ層３の厚みＤは１．２μｍ、進行波電極を構成す
る導体４および５の厚みＴは４μｍとしている。

【０００３】変調用マイクロ波信号給電線７から駆動電
力が供給されると、この光変調器では中心導体４とアー
ス導体５との間に電界が加わる。ＬｉＮｂＯ３　基板１
は電気光学効果を有するので、この電界により屈折率変
化を生じる。その結果、２本の光導波路２を伝搬する光
の位相にずれが生じる。このずれがπになった場合、マ
ッハツェンダ形光導波路２の合波部で高次モードを励振
し、光はＯＦＦ状態となる。

【０００４】この光変調器の場合、ＣＰＷ電極４および
５は進行波電極として構成されているので、ＣＰＷ電極
を伝搬する変調用マイクロ波信号と光導波路２を伝搬す
る光との間に速度の差がなければ、理想的には光変調帯
域の制限はない。

【０００５】しかしながら、実際にはマイクロ波伝搬損
失の他、マイクロ波信号波と光との間の速度の差によっ
て変調帯域が制限される。信号波に対するＣＰＷ電極の
マイクロ波実効屈折率をｎｍ　、光に対する光導波路２
の実効屈折率をｎ０　とすると、３ｄＢ光変調帯域Δｆ
は１／（ｎｍ　−ｎ０　）に反比例する。但し、この比
例関係の式では、マイクロ波の伝搬損失を無視している
。従って、光変調の帯域を拡大するためには、マイクロ
波と光の実効屈折率を近づけること、すなわち、マイク
ロ波と光の速度を整合させることが不可欠である。

【０００６】そのために、図１および図２の従来例では
、ＳｉＯ２　バッファ層３の厚みＤを厚くすることによ
り、マイクロ波と光との実効屈折率を近づけている。さ
らに、オーバーレイ８を設けたシールド導体９を用いる
ことにより、そのオーバーレイ８の厚みを厚くしてマイ
クロ波と光との完全な速度整合の実現を図っている。こ
のように、この光変調器は厚いバッファ層３とシールド
導体９を用いてマイクロ波と光との速度整合を図ってお
り、マイクロ波の伝搬損失が低く押えられて大幅な広帯
域化は図られるものの駆動電圧は他の従来のものとほぼ
同じであった。

【０００７】そこで、広帯域化と低駆動電圧化の両方を
実現するために、シールド形光変調器にリッジ構造を採
用した図３および図４に示すようなシールド形リッジ光
変調器が提案されている（河野他、光変調素子：特願平
２−２２２０８号）。この例では、図１および図２に示
した構成に加えて、基板１のうちで進行波電極の近傍の
部分の厚さを少なくして少なくとも１本の光導波路２を
基板１に形成された突起部分２Ａに配置し、これにより
進行波電極間の近傍におけるバッファ層３の厚さを厚く
し、および光とマイクロ波が相互作用する領域において
、進行波電極が基板１に接触しないように進行波電極４
，５と基板１とを配置している。また、少なくとも光導
波路２のうちの少なくとも１本の光導波路２をバッファ
層３を介して中心導体４の真下に配置するとともに、中
心導体４の幅をこの中心導体４の真下に配置された少な
くとも１本の光導波路２に対応する突起部分２Ａの幅に
ほぼ等しいかあるいはごく僅かに広く定めている。この
構造において、１０はエッチング加工により基板１上に
掘り込まれたエッチング溝である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３お
よび図４に示した光変調器は駆動電圧も低く光変調帯域
も十分に広いが、２本の光導波路２間のギャップもエッ
チングしているため、２本の光導波路２間の結合が極め
て疎になるという点があった。従って、この光変調器は
マッハツェンダ形光導波路を用いた強度光変調器や位相
変調器には適用できても、方向性結合器を用いた光スイ
ッチには実際上適用できなかった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、以上に述べた従
来例および先願例の欠点を解決し、駆動電圧と光変調帯
域の特性を大幅に改善した光スイッチを提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明は、少なくとも２本以上の光導波路から
なる方向性結合器を備えた電気光学効果を有する基板と
、前記基板の上に配置されたバッファ層と、前記バッフ
ァ層の上に配置された進行波電極とを有する光スイッチ
において、前記基板部分の前記方向性結合器の外側のみ
がエッチングされて薄くなり、２本の光導波路間はエッ
チングされないか、もしくはエッチングされても前記方
向性結合器の外側のエッチング溝の深さと比較して、そ
のエッチングが浅くされていることを特徴とする。

【００１１】ここで、前記光導波路を伝搬する光と前記
進行波電極に印加されるマイクロ波とが相互作用する領
域の近傍に、オーバーレイを介してシールド導体を配置
することができる。

【００１２】

【作用】本発明では、方向性結合器等の２本の光導波路
のそれぞれの片側のみにエッチング加工を施すので、２
本の光導波路の結合を損なうことなく低駆動電圧化と広
帯域化の両方が図られ、これにより光スイッチを構成で
きる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１４】本発明の第１の実施例の平面図および横断
面図を図５および図６にそれぞれ示す。ここで、図１な
いし図４と同様の個所には同一符号を付す。１２は互い
に交わらない２本の方向性結合器形光導波路であり、１
４は非対称コプレーナストリップの中心電極、１５は非
対称コプレーナストリップのアース導体である。図６に
示すように、本実施例では、２本の光導波路１２のそれ
ぞれの片側のみにエッチング加工を施して、単一の突起
部分１２Ａを中心電極１４とアース導体１５間の近傍の
基板１上に形成している。２本の方向性結合器形光導波
路１２をこの１個の突起部分１２Ａ上に配置し、かつそ
の光導波路１２のうちの１本の光導波路１２をバッファ
層３を介して上記中心電極１４の真下に配置するととも
に、残りの光導波路１２をアース導体１５の真下に配置
している。なお、中心電極１４の幅は光導波路１２の幅
と同程度でもよい。このように、本実施例では方向性結
合器の片側のみをエッチングしていて、方向性結合器を
構成する２本の光導波路１２，１２間をエッチングして
いないので、その光導波路間は互いに結合している。こ
のため、方向性結合器形光スイッチを実現できる。

【００１５】本実施例において、そのエッチング溝１０
の深さＴを変数とした時の駆動電圧（Ｖπ）と光導波路
の結合長Ｌの積（Ｖπ・Ｌ）を計算した結果を図７に示
す。図７から、図６に示すような態様でエッチング加工
を行うことにより駆動電圧（Ｖπ）を低減できることが
わかる。

【００１６】また、図８は本実施例においてそのエッチ
ング溝１０の深さＴを変数とした時のマイクロ波の実効
屈折率ｎｍ　の計算結果を示している。図８に示すよう
に、図６のエッチング加工を行うことによりマイクロ波
の実効屈折率ｎｍ　を低減できる。従って、本実施例で
はマイクロ波と光との速度不整合が緩和され、光スイッ
チの広帯域化を図ることができる。

【００１７】図９および図１０は本発明の第２実施例の
平面図と横断面図を示す。本実施例では図５および図６
に示した第１の実施例の構成に加えてシールド導体９を
配置している。すなわち、光導波路１２と進行波電極１
４，１５とが相互作用する領域の近傍において、例えば
空気などによる、誘電率の低いオーバーレイ８を介して
、シード導体９を中心電極１４を内包するようにして一
端をアース導体１５に他端を基板１上のバッファ層３に
固着している。残余部分は第１の実施例と同じである。 なお、中心電極１４の幅は光導波路１２の幅と同程度で
もよい。

【００１８】第２の実施例では第１の実施例と同様にエ
ッチング溝１０を設けることにより、マイクロ波実効屈
折率を低減しているので、シールド導体９により容易に
マイクロ波と光との速度整合を図ることができる。従っ
て、本実施例によれば低駆動電圧で広帯域の光スイッチ
をより容易に実現することが可能となる。特にこの場合
、エッチング溝１０を形成することにより特性インピー
ダンスを高くできるので、シールド導体９を設けること
による特性インピーダンスの低下を抑える上で好都合で
ある。

【００１９】上記の第１と第２の実施例では２本の光導
波路間１２，１２はエッチングされていないが、その２
本の光導波路間がエッチングされた場合でもそのエッチ
ングが方向性結合器の外側のエッチング溝１０の深さと
比較してかなり浅ければ、本発明の効果を得ることがで
きるので、このような場合も本発明に包含されることは
明白である。

【００２０】なお、進行波電極としては、上述した非対
称コプレーナストリップに限られず、対象コプレーナス
トリップあるいはコプレーナウエーブガイドなどその他
のマイクロ波電極を用いてもよいことは明白である。ま
た、以上の実施例では基板としてｚカットのＬｉＮｂＯ
３　基板を用いたが、本発明ではｘカットのＬｉＮｂＯ
３　基板等のその他の方位の基板、さらには電気光学効
果を有するその他の基板でもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、方向
性結合器等の光導波路の片側のみにエッチング加工を施
すことにより、２本の光導波路間にギャップを生じさせ
ないようにしたので２本の光導波路の結合を損なうこと
がなく、これにより低駆動電圧化、広帯域化を図った光
スイッチを実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のシールド形速度整合光変調器の平面図で
ある。

【図２】従来のシールド形速度整合光変調器の断面図で
ある。

【図３】先願の実施例であるリッジ構造を有するシール
ド形光変調器の平面図である。

【図４】先願のリッジ構造を有するシールド形光変調器
の平面図である。

【図５】本発明の第１の実施例を示す平面図である。

【図６】本発明の第１の実施例を示す横断面図である。

【図７】本発明の第１の実施例におけるエッチング溝の
深さと駆動電圧との関係を示す図である。

【図８】本発明の第１の実施例におけるエッチング深さ
とマイクロ波実効屈折率の関係を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施例を示す平面図である。

【図１０】本発明の第２の実施例を示す横断面図である
。

【符号の説明】

１　　ｚカットＬｉＮｂＯ３　基板 ２　　Ｔｉ熱拡散光導波路 ２Ａ　　基板の突起部分 ３　　ＳｉＯ２　バッファ層 ４　　コプレーナウエーブガイドの中心導体５　　コプ
レーナウエーブガイドのアース導体６　　終端抵抗 ７　　変調用マイクロ波信号給電線 ８　　オーバーレイ ９　　シールド導体 １０　　エッチング溝 １２　　方向性結合器形光導波路 １２Ａ　　基板の突起部分

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも２本以上の光導波路からな
   る方向性結合器を備えた電気光学効果を有する基板と、
   前記基板の上に配置されたバッファ層と、前記バッファ
   層の上に配置された進行波電極とを有する光スイッチに
   おいて、前記基板部分の前記方向性結合器の外側のみが
   エッチングされて薄くなり、２本の光導波路間はエッチ
   ングされないか、もしくはエッチングされても前記方向
   性結合器の外側のエッチング溝の深さと比較して、その
   エッチングが浅くされていることを特徴とする光スイッ
   チ。
2. 【請求項２】　　前記光導波路を伝搬する光と前記進行
   波電極に印加されるマイクロ波とが相互作用する領域の
   近傍に、オーバーレイを介してシールド導体を配置した
   ことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。