JPH09258152A - 導波路型光デバイス - Google Patents
導波路型光デバイスInfo
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- JPH09258152A JPH09258152A JP8990496A JP8990496A JPH09258152A JP H09258152 A JPH09258152 A JP H09258152A JP 8990496 A JP8990496 A JP 8990496A JP 8990496 A JP8990496 A JP 8990496A JP H09258152 A JPH09258152 A JP H09258152A
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- optical waveguide
- waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板の焦電性に起因する誘起電荷によって生
じる電界の光導波路部分への影響をなくし、温度安定性
に優れた導波路型光デバイスを得る。 【解決手段】 焦電効果を持つ基板１の主面に形成され
た光導波路２と、前記主面上に形成された誘電体層３
と、前記光導波路近傍に設けられた制御用の電極４，５
とを有しており、さらに前記電極４，５の少なくとも一
部が前記誘電体層３に埋め込まれており、前記焦電効果
による電荷に起因する電気力線が前記電極側面と前記誘
電体層の外側表面間の誘電体内を通るように構成してい
る。
じる電界の光導波路部分への影響をなくし、温度安定性
に優れた導波路型光デバイスを得る。 【解決手段】 焦電効果を持つ基板１の主面に形成され
た光導波路２と、前記主面上に形成された誘電体層３
と、前記光導波路近傍に設けられた制御用の電極４，５
とを有しており、さらに前記電極４，５の少なくとも一
部が前記誘電体層３に埋め込まれており、前記焦電効果
による電荷に起因する電気力線が前記電極側面と前記誘
電体層の外側表面間の誘電体内を通るように構成してい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、焦電効果を持つ基
板に光導波路を形成し、制御用の電極により前記光導波
路に電界を印加する構造を持つ光変調器、光スイッチ等
の導波路型光デバイスに関する。
板に光導波路を形成し、制御用の電極により前記光導波
路に電界を印加する構造を持つ光変調器、光スイッチ等
の導波路型光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の導波路型光デバイスの従来例と
して、Ｚ-カットのニオブ酸リチウム（ＬiＮbＯ3）基板
を用いたマッハツェンダ型光変調器を例にとって説明す
る。図５は導波路型光デバイスの従来例としてのマッハ
ツェンダ型光変調器の平面図であり、図６はその中央部
分の断面図を示している。この光変調器は、結晶軸のＺ
軸が基板の厚み方向となるようにカットされたニオブ酸
リチウム結晶基板（焦電性を有する電気光学結晶基板）
１の主面上にチタン（Ｔi）の熱拡散によってマッハツ
ェンダ干渉型の光導波路２を形成し、その上に所望の変
調特性が得られるように誘電体層３及び制御用の電極
４，５を配置して構成される。電極４は励起電極であ
り、電極５は接地電極である。
して、Ｚ-カットのニオブ酸リチウム（ＬiＮbＯ3）基板
を用いたマッハツェンダ型光変調器を例にとって説明す
る。図５は導波路型光デバイスの従来例としてのマッハ
ツェンダ型光変調器の平面図であり、図６はその中央部
分の断面図を示している。この光変調器は、結晶軸のＺ
軸が基板の厚み方向となるようにカットされたニオブ酸
リチウム結晶基板（焦電性を有する電気光学結晶基板）
１の主面上にチタン（Ｔi）の熱拡散によってマッハツ
ェンダ干渉型の光導波路２を形成し、その上に所望の変
調特性が得られるように誘電体層３及び制御用の電極
４，５を配置して構成される。電極４は励起電極であ
り、電極５は接地電極である。
【０００３】この種の導波路型光デバイスにおける大き
な問題は、その動作安定性であり、特に直流電圧の印加
や温度の変化に対する変調特性等のドリフトは、デバイ
スの構成要素である結晶基板、誘電体層等の物性やその
構造配置によって左右され、従来からその不安定性の低
減のために様々な提案がなされている。
な問題は、その動作安定性であり、特に直流電圧の印加
や温度の変化に対する変調特性等のドリフトは、デバイ
スの構成要素である結晶基板、誘電体層等の物性やその
構造配置によって左右され、従来からその不安定性の低
減のために様々な提案がなされている。
【０００４】このうち温度に対するドリフトは、ニオブ
酸リチウム結晶基板等の電気光学結晶基板の持つ焦電性
に端を発し、そのメカニズムに関しては以下のように考
えられている。
酸リチウム結晶基板等の電気光学結晶基板の持つ焦電性
に端を発し、そのメカニズムに関しては以下のように考
えられている。
【０００５】上記導波路型光デバイスの温度変化が生じ
ると、結晶基板の焦電効果によって基板表面（光導波路
が形成されている主面）と裏面に電荷が生じる。このう
ち裏面の電荷が作る電界は通常用いられる基板の厚さ
（０．５〜１mm）では小さく、また特公平４−２２４８
５号に開示されている如く、基板裏面に導電性材料を付
加し接地することでこの影響をなくすことができる。一
方、基板の光導波路が形成されている主面に生じた電荷
は、通常基板上に形成された誘電体層の分極を誘起し、
その結果、焦電効果によって生じた電荷は誘電体層表面
に誘起される分極電荷に置き換わることになる。誘電体
表面の電荷は可動性を有しないため、この表面電荷の作
る電界は近傍の電気的配置（特に導体）によって大きく
左右される。通常、光変調器には基板の電気光学効果を
用いて屈折率制御を行うための電極が配置されているた
め、表面近傍には図６中の電気力線で示す如き電界が生
じることになる。この電界は温度変化の状況によって変
動するから、動作点のドリフトを引き起こす。
ると、結晶基板の焦電効果によって基板表面（光導波路
が形成されている主面）と裏面に電荷が生じる。このう
ち裏面の電荷が作る電界は通常用いられる基板の厚さ
（０．５〜１mm）では小さく、また特公平４−２２４８
５号に開示されている如く、基板裏面に導電性材料を付
加し接地することでこの影響をなくすことができる。一
方、基板の光導波路が形成されている主面に生じた電荷
は、通常基板上に形成された誘電体層の分極を誘起し、
その結果、焦電効果によって生じた電荷は誘電体層表面
に誘起される分極電荷に置き換わることになる。誘電体
表面の電荷は可動性を有しないため、この表面電荷の作
る電界は近傍の電気的配置（特に導体）によって大きく
左右される。通常、光変調器には基板の電気光学効果を
用いて屈折率制御を行うための電極が配置されているた
め、表面近傍には図６中の電気力線で示す如き電界が生
じることになる。この電界は温度変化の状況によって変
動するから、動作点のドリフトを引き起こす。
【０００６】このため、特公平４−２２４８５号等で
は、図７のように誘電体層３の上にさらに低抵抗膜６を
形成し、電界分布の不均一さを低減することが開示され
ている（図７中、図６と同一又は相当部分に同一符号を
付した）。例えば、これら低抵抗膜材料として、シリコ
ンやＩＴＯを用いたもの、あるいは特開平５−２２４１
６４号で示された如き金属の部分酸化膜を用いたもの等
が提案されている。
は、図７のように誘電体層３の上にさらに低抵抗膜６を
形成し、電界分布の不均一さを低減することが開示され
ている（図７中、図６と同一又は相当部分に同一符号を
付した）。例えば、これら低抵抗膜材料として、シリコ
ンやＩＴＯを用いたもの、あるいは特開平５−２２４１
６４号で示された如き金属の部分酸化膜を用いたもの等
が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図７に示すよ
うに、低抵抗膜６を一様に付与する構成は、本来絶縁さ
れていなければならない励起電極４と接地電極５の間に
も低抵抗膜６がまたがることになるため、低周波での特
性を劣化させ、電極４，５や誘電体層３、光導波路２の
構成によっては直流電圧印加に対する安定性の点でも悪
影響を与える。また、この低抵抗膜の付与によっても電
極と光導波路の配置の非対称性によるものや、わずかに
残存する電荷分布の不均一さのため、温度による不安定
性を完全になくすことは難しい。
うに、低抵抗膜６を一様に付与する構成は、本来絶縁さ
れていなければならない励起電極４と接地電極５の間に
も低抵抗膜６がまたがることになるため、低周波での特
性を劣化させ、電極４，５や誘電体層３、光導波路２の
構成によっては直流電圧印加に対する安定性の点でも悪
影響を与える。また、この低抵抗膜の付与によっても電
極と光導波路の配置の非対称性によるものや、わずかに
残存する電荷分布の不均一さのため、温度による不安定
性を完全になくすことは難しい。
【０００８】本発明は、上記の点に鑑み、電極と誘電体
層及び光導波路を形成した焦電性基板の配置を最適化す
ることで、基板の焦電性に起因する誘起電荷によって生
じる電界の光導波路部分への影響を実質的になくし、温
度安定性に優れた導波路型光デバイスを提供することを
目的とする。
層及び光導波路を形成した焦電性基板の配置を最適化す
ることで、基板の焦電性に起因する誘起電荷によって生
じる電界の光導波路部分への影響を実質的になくし、温
度安定性に優れた導波路型光デバイスを提供することを
目的とする。
【０００９】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。
の実施の形態において明らかにする。
【００１０】
【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デバイスは、焦電効果を持つ基
板の主面に形成された光導波路と、前記主面上に形成さ
れた誘電体層と、前記光導波路近傍に設けられた制御用
の電極とを有する構成において、前記電極の少なくとも
一部が前記誘電体層に埋め込まれており、前記焦電効果
による電荷に起因する電気力線が前記電極側面と前記誘
電体層の外側表面間の誘電体内を通るようにしている。
に、本発明の導波路型光デバイスは、焦電効果を持つ基
板の主面に形成された光導波路と、前記主面上に形成さ
れた誘電体層と、前記光導波路近傍に設けられた制御用
の電極とを有する構成において、前記電極の少なくとも
一部が前記誘電体層に埋め込まれており、前記焦電効果
による電荷に起因する電気力線が前記電極側面と前記誘
電体層の外側表面間の誘電体内を通るようにしている。
【００１１】また、前記誘電体層が複数種類の誘電体で
構成され、最下層の誘電体が前記主面と前記電極間に介
在する構成としてもよい。
構成され、最下層の誘電体が前記主面と前記電極間に介
在する構成としてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る導波路型光デ
バイスの実施の形態を図面に従って説明する。
バイスの実施の形態を図面に従って説明する。
【００１３】図１は本発明に係る導波路型光デバイスの
実施の形態であって、Ｚ-カットのニオブ酸リチウム
（ＬiＮbＯ3）基板を用いたマッハツェンダ型光変調器
を示す断面図である。平面図は従来例で説明した図５と
同様である。図１において、結晶軸のＺ軸が基板の厚み
方向となるようにカットされたニオブ酸リチウム結晶基
板（焦電性を有する電気光学結晶基板）１の主面上にチ
タン（Ｔi）の熱拡散によってマッハツェンダ干渉型の
光導波路２を形成し、その上に誘電体層３を形成してい
る。そして、制御用の電極としての励起電極４及び接地
電極５の下部は誘電体層３に埋め込まれている。換言す
れば、各電極４，５間の誘電体層３の外側表面を各電極
４，５の底面より高く形成している。この結果、前記基
板１の焦電効果に起因して前記誘電体層３の外側表面に
分極電荷が発生しても、これら分極電荷に起因する電気
力線（図１中実線で示す）は各電極４，５側面と誘電体
層３の外側表面間の誘電体内を通ることになり、それら
の部分の電界が強く、前記分極電荷に起因する光導波路
２の周辺の電界は殆どなくなる。
実施の形態であって、Ｚ-カットのニオブ酸リチウム
（ＬiＮbＯ3）基板を用いたマッハツェンダ型光変調器
を示す断面図である。平面図は従来例で説明した図５と
同様である。図１において、結晶軸のＺ軸が基板の厚み
方向となるようにカットされたニオブ酸リチウム結晶基
板（焦電性を有する電気光学結晶基板）１の主面上にチ
タン（Ｔi）の熱拡散によってマッハツェンダ干渉型の
光導波路２を形成し、その上に誘電体層３を形成してい
る。そして、制御用の電極としての励起電極４及び接地
電極５の下部は誘電体層３に埋め込まれている。換言す
れば、各電極４，５間の誘電体層３の外側表面を各電極
４，５の底面より高く形成している。この結果、前記基
板１の焦電効果に起因して前記誘電体層３の外側表面に
分極電荷が発生しても、これら分極電荷に起因する電気
力線（図１中実線で示す）は各電極４，５側面と誘電体
層３の外側表面間の誘電体内を通ることになり、それら
の部分の電界が強く、前記分極電荷に起因する光導波路
２の周辺の電界は殆どなくなる。
【００１４】従って、前記基板１の焦電効果によって生
ずる電界の変化が光導波路２中を伝搬する光に対して影
響を及ぼすことがなくなり、図７に示した従来構成のよ
うな低抵抗膜の付加を行わなくとも、温度ドリフトを軽
減し、温度安定性の向上を図ることができる。
ずる電界の変化が光導波路２中を伝搬する光に対して影
響を及ぼすことがなくなり、図７に示した従来構成のよ
うな低抵抗膜の付加を行わなくとも、温度ドリフトを軽
減し、温度安定性の向上を図ることができる。
【００１５】
【実施例】図２に本発明による実施例１を示し、図３は
実施例１の場合の光変調器の温度ドリフトのデータを示
し、さらに図４は本発明による実施例２を示す。実施例
１，２共にマッハツェンダ型光変調器を例示している。
実施例１の場合の光変調器の温度ドリフトのデータを示
し、さらに図４は本発明による実施例２を示す。実施例
１，２共にマッハツェンダ型光変調器を例示している。
【００１６】（実施例１）まず、図２の如くＺ-カット
のニオブ酸リチウム（ＬiＮbＯ3）基板１の主面上に膜
厚８００オングストローム、幅６μｍのチタン（Ｔi）
を真空蒸着とリフトオフによって成膜し、１０５０℃の
乾燥酸素（Dry-Ｏ2）雰囲気中にて７．５時間熱拡散さ
せ、光導波路２を形成する。次に、下層誘電体３ａとし
てシリカ（ＳiＯ2）を１μｍ蒸着した後、その上にクロ
ム（Ｃr）５０nm、金（Ａu）５０nmの下地膜の成膜、ガ
イドレジストの形成を経て電界メッキで厚さ８μｍの金
（Ａu）電極を形成して励起電極４及び接地電極５とす
る。最後に電極４，５間に上層誘電体３ｂとしてのエポ
キシ樹脂を７μｍ塗布し、所望の形状を得た。この結
果、電極４，５の下部は下層誘電体３ａと上層誘電体３
ｂとからなる誘電体層３に埋め込まれた状態となる。ま
た、下層誘電体３ａは基板１の主面と電極４，５の間に
介在するバッファ層となるものであって、光吸収のない
特性を有し、光導波路２を伝搬する光の損失防止（電極
４，５の金属による光の吸収を防止）を目的としてい
る。
のニオブ酸リチウム（ＬiＮbＯ3）基板１の主面上に膜
厚８００オングストローム、幅６μｍのチタン（Ｔi）
を真空蒸着とリフトオフによって成膜し、１０５０℃の
乾燥酸素（Dry-Ｏ2）雰囲気中にて７．５時間熱拡散さ
せ、光導波路２を形成する。次に、下層誘電体３ａとし
てシリカ（ＳiＯ2）を１μｍ蒸着した後、その上にクロ
ム（Ｃr）５０nm、金（Ａu）５０nmの下地膜の成膜、ガ
イドレジストの形成を経て電界メッキで厚さ８μｍの金
（Ａu）電極を形成して励起電極４及び接地電極５とす
る。最後に電極４，５間に上層誘電体３ｂとしてのエポ
キシ樹脂を７μｍ塗布し、所望の形状を得た。この結
果、電極４，５の下部は下層誘電体３ａと上層誘電体３
ｂとからなる誘電体層３に埋め込まれた状態となる。ま
た、下層誘電体３ａは基板１の主面と電極４，５の間に
介在するバッファ層となるものであって、光吸収のない
特性を有し、光導波路２を伝搬する光の損失防止（電極
４，５の金属による光の吸収を防止）を目的としてい
る。
【００１７】実施例１の構成による光変調器の温度ドリ
フトのデータを図３中に線（イ）で示す。但し、図３の
横軸は温度（℃）、縦軸は光変調器の動作点変動（Ｖ）
を表している。また、比較のため図６の従来例構造のも
のを別途作製して得たデータも線（ロ）で示す。この実
施例１の構成とすることで、低抵抗膜を電極間に付与す
ることなしに温度ドリフトを低減できていることがわか
る。
フトのデータを図３中に線（イ）で示す。但し、図３の
横軸は温度（℃）、縦軸は光変調器の動作点変動（Ｖ）
を表している。また、比較のため図６の従来例構造のも
のを別途作製して得たデータも線（ロ）で示す。この実
施例１の構成とすることで、低抵抗膜を電極間に付与す
ることなしに温度ドリフトを低減できていることがわか
る。
【００１８】実施例１は誘電体層３を複数種の誘電体で
構成できるため、電極４，５の誘電体層３中への埋め込
み高さを十分大きくすることができ、また最下層誘電体
は光吸収のないバッファ層に適した材質とすることが可
能である。
構成できるため、電極４，５の誘電体層３中への埋め込
み高さを十分大きくすることができ、また最下層誘電体
は光吸収のないバッファ層に適した材質とすることが可
能である。
【００１９】（実施例２）図４の実施例２では、光導波
路２は実施例１と同様な方法によって基板１の主面に形
成している。そして、誘電体層３となるシリカ（Ｓi
Ｏ2）を１μｍ蒸着した後、フォトリソグラフィとイオ
ンミリングによって励起電極４及び接地電極５を埋め込
むための深さ０．６μｍの溝１１と段差１２を形成し
た。後は、実施例１と同様な手法で誘電体層３上の凹部
である溝１１と段差１２に電極４，５を形成した。な
お、溝１１，段差１２の底部に薄肉で残った誘電体部分
は基板主面と電極４，５間に介在するバッファ層とな
る。
路２は実施例１と同様な方法によって基板１の主面に形
成している。そして、誘電体層３となるシリカ（Ｓi
Ｏ2）を１μｍ蒸着した後、フォトリソグラフィとイオ
ンミリングによって励起電極４及び接地電極５を埋め込
むための深さ０．６μｍの溝１１と段差１２を形成し
た。後は、実施例１と同様な手法で誘電体層３上の凹部
である溝１１と段差１２に電極４，５を形成した。な
お、溝１１，段差１２の底部に薄肉で残った誘電体部分
は基板主面と電極４，５間に介在するバッファ層とな
る。
【００２０】実施例２の構成においても、温度ドリフト
について実施例１とほぼ同様の結果であった。
について実施例１とほぼ同様の結果であった。
【００２１】なお、図示は省略したが、基板１の裏側に
導電性材料を付加し接地することで基板裏側の電荷の影
響をなくすことができる。
導電性材料を付加し接地することで基板裏側の電荷の影
響をなくすことができる。
【００２２】また、基板１、光導波路２、誘電体層３、
電極４，５の材質は実施例１，２で例示した材質以外の
ものとすることが可能であり、原理上は電極４，５の上
面まで誘電体層３に埋設されるようにすることも可能で
ある。
電極４，５の材質は実施例１，２で例示した材質以外の
ものとすることが可能であり、原理上は電極４，５の上
面まで誘電体層３に埋設されるようにすることも可能で
ある。
【００２３】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。
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。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光導波路を形成した基板の焦電効果によって生ずる電界
の変化が光導波路中の光に対して影響を与えないように
することができるため、温度安定性に優れた導波路型光
デバイスを実現することができる。
光導波路を形成した基板の焦電効果によって生ずる電界
の変化が光導波路中の光に対して影響を与えないように
することができるため、温度安定性に優れた導波路型光
デバイスを実現することができる。
【図１】本発明に係る導波路型光デバイスの実施の形態
であって、導波路型光デバイスとしての光変調器の断面
及び焦電荷による電界を示す断面図である。
であって、導波路型光デバイスとしての光変調器の断面
及び焦電荷による電界を示す断面図である。
【図２】本発明による実施例１の断面図である。
【図３】実施例１による光変調器の温度特性の測定結果
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図４】本発明による実施例２の断面図である。
【図５】導波路型光デバイスの従来例としての光変調器
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図６】従来例としての光変調器の断面及び焦電荷によ
る電界を示す図５のVI−VI断面図である。
る電界を示す図５のVI−VI断面図である。
【図７】低抵抗膜を付加した他の従来例としての光変調
器の断面と焦電荷による電界を示す断面図である。
器の断面と焦電荷による電界を示す断面図である。
１ 基板 ２ 光導波路 ３ 誘電体層 ３ａ 下層誘電体 ３ｂ 上層誘電体 ４ 励起電極 ５ 接地電極 ６ 低抵抗膜 １１ 溝 １２ 段差
Claims (2)
- 【請求項１】 焦電効果を持つ基板の主面に形成された
光導波路と、前記主面上に形成された誘電体層と、前記
光導波路近傍に設けられた制御用の電極とを有する導波
路型光デバイスにおいて、前記電極の少なくとも一部が
前記誘電体層に埋め込まれており、前記焦電効果による
電荷に起因する電気力線が前記電極側面と前記誘電体層
の外側表面間の誘電体内を通るように構成したことを特
徴とする導波路型光デバイス。 - 【請求項２】 前記誘電体層が複数種類の誘電体で構成
され、最下層の誘電体は前記主面と前記電極間に介在し
ている請求項１記載の導波路型光デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8990496A JPH09258152A (ja) | 1996-03-21 | 1996-03-21 | 導波路型光デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8990496A JPH09258152A (ja) | 1996-03-21 | 1996-03-21 | 導波路型光デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09258152A true JPH09258152A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=13983716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8990496A Withdrawn JPH09258152A (ja) | 1996-03-21 | 1996-03-21 | 導波路型光デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09258152A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000010052A1 (en) * | 1998-08-10 | 2000-02-24 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | Light modulator of waveguide type |
| US6385360B1 (en) * | 1998-08-25 | 2002-05-07 | Nec Corporation | Light control device and a method for manufacturing the same |
| WO2024247269A1 (ja) * | 2023-06-02 | 2024-12-05 | 日本電信電話株式会社 | 光回路 |
-
1996
- 1996-03-21 JP JP8990496A patent/JPH09258152A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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