[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2004233976A - Optical modulator, matching method of impedance and speed of optical modulator, and producing method of optical modulator - Google Patents

Optical modulator, matching method of impedance and speed of optical modulator, and producing method of optical modulator Download PDF

Info

Publication number
JP2004233976A
JP2004233976A JP2003418365A JP2003418365A JP2004233976A JP 2004233976 A JP2004233976 A JP 2004233976A JP 2003418365 A JP2003418365 A JP 2003418365A JP 2003418365 A JP2003418365 A JP 2003418365A JP 2004233976 A JP2004233976 A JP 2004233976A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
dielectric constant
optical modulator
epsilon
dielectric layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003418365A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4454301B2 (en
Inventor
Kenji Aoki
謙治 青木
Jungo Kondo
順悟 近藤
Atsuo Kondo
厚男 近藤
Osamu Mitomi
修 三冨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2003418365A priority Critical patent/JP4454301B2/en
Publication of JP2004233976A publication Critical patent/JP2004233976A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4454301B2 publication Critical patent/JP4454301B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify the matching of impedance and speed with a sufficient intensity and stability of an optical modulator so that a producing process of the optical modulator can be simplified. <P>SOLUTION: A Mach-Zehnder type optical waveguide 12 is formed on a main face 11A of a substrate 11 made of materials having electrooptic effects, and a coplanar (CPW) type modulators 13 and 14 are formed on the main face 11A. On a backside 11B of the substrate 11, a low dielectric constant layer 16 is formed as to contact with the main face, and a support substrate 17 is formed as to contact with the low dielectric constant layer 16. A concave part 18 is set on the area on which a modulation region P is laid. When a dielectric constant of a body of the support substrate is ε<SB>r</SB>, and the dielectric constant of an internal space of the concave part 18 is ε<SB>S</SB>, a relational expression ε<SB>r</SB>>ε<SB>S</SB>is satisfied. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高速・大容量光ファイバ通信システムなどに好適に用いることのできる光変調器、光変調器の速度及びインピーダンス整合方法、並びに光変調器の製造方法に関する。   The present invention relates to an optical modulator, a speed and impedance matching method of the optical modulator, and a method of manufacturing the optical modulator, which can be suitably used in a high-speed, large-capacity optical fiber communication system.

近年、高速・大容量光ファイバ通信システムの進歩に伴い、外部変調器に代表されるように、光導波路素子を用いた高速光変調器が実用化され、広く用いられるようになってきている。このような光変調器においては、光導波路中を導波する光波を、例えばマイクロ波領域の変調信号を用いて変調するため、前記光波と前記変調信号との速度整合及びインピーダンス整合を図ることが重要となる。   In recent years, with the progress of high-speed, large-capacity optical fiber communication systems, high-speed optical modulators using optical waveguide elements, such as external modulators, have been put to practical use and are being widely used. In such an optical modulator, a light wave guided in an optical waveguide is modulated using, for example, a modulation signal in a microwave region. Therefore, speed matching and impedance matching between the light wave and the modulation signal can be achieved. It becomes important.

かかる観点に鑑み、特開平9−211402号公報などには、光変調素子を構成する基板の裏面側に支持基板を設けるとともに、前記支持基板の、前記光変調素子の変調領域に相当する位置に空洞部を設け、前記変調信号に対する実効屈折率を低下させて、前記変調信号の位相速度低減を抑制し、前記光変調素子の光導波路中を導波する光波と、前記光変調素子の変調電極から印加される変調信号との速度整合を図ること、並びにインピーダンス整合を図ることが試みられている。   In view of such a viewpoint, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-211402 and the like disclose a support substrate provided on the back surface side of a substrate constituting a light modulation element, and at a position on the support substrate corresponding to a modulation region of the light modulation element. Providing a cavity, reducing the effective refractive index for the modulation signal, suppressing a reduction in the phase velocity of the modulation signal, a light wave guided in the optical waveguide of the light modulation element, and a modulation electrode of the light modulation element Attempts have been made to achieve speed matching with a modulation signal applied from a device and impedance matching.

しかしながら、上記の方法においては、十分な速度整合及びインピーダンス整合を実現するためには、光変調素子を構成する基板の厚さを例えば数μmにまで薄くする必要がある。このような薄板化工程には十分な加工精度が要求されるために、前述のような前記光変調素子を含む光変調器の製造は困難を極めていた。また、空洞部などを設けた場合においては、かかる部分に応力が集中し、DCドリフトや温度ドリフトが生じてしまい光変調器の安定動作が困難となる場合がある。さらには、前述した応力集中によって光変調素子、すなわち光変調器が破壊してしまう場合がある。   However, in the above-mentioned method, in order to realize sufficient speed matching and impedance matching, it is necessary to reduce the thickness of the substrate constituting the light modulation element to, for example, several μm. Since a sufficient processing accuracy is required for such a thinning process, it has been extremely difficult to manufacture an optical modulator including the above-described optical modulator. In the case where a cavity or the like is provided, stress concentrates on such a portion, causing a DC drift or a temperature drift, which may make stable operation of the optical modulator difficult. Further, the light modulation element, that is, the light modulator may be broken by the stress concentration described above.

本発明は、光変調器の強度及び安定性を十分確保した上で、速度整合及びインピーダンス整合を簡易に図り、さらには前記光変調器の製造工程を簡易化することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to easily achieve speed matching and impedance matching while ensuring sufficient strength and stability of an optical modulator, and to further simplify a manufacturing process of the optical modulator.

上記目的を達成すべく、本発明は、
電気光学効果を有する材料からなる基板と、この基板の主面側に設けられた光導波路と、前記基板の前記主面上に設けられた、前記光導波路中を導波する光波に対して変調信号を印加するための変調電極とを有する光変調素子と、
前記光変調素子の、前記基板の裏面側に主面が接触するようにして設けられた誘電体層と、
前記誘電体層の裏面側に設けられた、前記光変調素子の、少なくとも変調領域に相当する位置に凹部を有する支持基板とを具え、
前記支持基板の誘電率をε、及び前記凹部内の誘電率をεとした場合において、
ε>ε
なる関係を満足することを特徴とする、光変調器に関する。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A substrate made of a material having an electro-optic effect, an optical waveguide provided on the main surface side of the substrate, and a light wave guided on the optical waveguide provided on the main surface of the substrate and modulated in the optical waveguide; A light modulation element having a modulation electrode for applying a signal,
The light modulation element, a dielectric layer provided such that the main surface is in contact with the back surface side of the substrate,
Provided on the back side of the dielectric layer, the light modulation element, comprising a support substrate having a concave portion at least at a position corresponding to the modulation region,
When the dielectric constant of the support substrate is ε r , and the dielectric constant in the concave portion is ε S ,
ε r > ε S
The present invention relates to an optical modulator characterized by satisfying the following relationship:

また、本発明は、
電気光学効果を有し、誘電率がεLNである材料からなる基板と、この基板の主面側に設けられた光導波路と、前記基板の前記主面上に設けられた、前記光導波路中を導波する光波に対して変調信号を印加するための変調電極とを有する光変調素子を準備する工程と、
前記光変調素子の、前記基板の裏面側に主面が接触するようにして誘電体層を設ける工程と、
前記誘電体層の裏面側において、前記光変調素子の、少なくとも変調領域に相当する位置に、内部空間の誘電率がεである凹部を有し、誘電率がεであって、ε>εなる関係を満足する支持基板を設ける工程と、
を具えることを特徴とする、光変調器の速度及びインピーダンス整合方法に関する。
Also, the present invention
A substrate made of a material having an electro-optic effect and having a dielectric constant of ε LN; an optical waveguide provided on the main surface side of the substrate; and an optical waveguide provided on the main surface of the substrate. A step of preparing a light modulation element having a modulation electrode for applying a modulation signal to a light wave guided through,
A step of providing a dielectric layer such that the main surface of the light modulation element is in contact with the back surface of the substrate,
Wherein the back surface side of the dielectric layer, said light modulation element, in a position corresponding to at least the modulation region, the dielectric constant of the internal space has a recess which is epsilon S, the dielectric constant is a epsilon r, epsilon r > comprising: providing a supporting substrate that satisfies epsilon S the relationship,
And a method for matching the speed and impedance of the optical modulator.

さらに、本発明は、
電気光学効果を有し、誘電率がεLNである材料からなる基板と、この基板の主面側に設けられた光導波路と、前記基板の前記主面上に設けられた、前記光導波路中を導波する光波に対して変調信号を印加するための変調電極とを有する光変調素子を準備する工程と、
前記光変調素子の、前記基板の裏面側に主面が接触するようにして誘電体層を設ける工程と、
前記誘電体層の裏面側において、前記光変調素子の、少なくとも変調領域に相当する位置に、内部空間の誘電率がεである凹部を有し、誘電率がεであって、ε>εなる関係を満足する支持基板を設ける工程と、
を具えることを特徴とする、光変調器の製造方法に関する。
Further, the present invention provides
A substrate made of a material having an electro-optic effect and having a dielectric constant of ε LN; an optical waveguide provided on the main surface side of the substrate; and an optical waveguide provided on the main surface of the substrate. A step of preparing a light modulation element having a modulation electrode for applying a modulation signal to a light wave guided through,
A step of providing a dielectric layer such that the main surface of the light modulation element is in contact with the back surface of the substrate,
Wherein the back surface side of the dielectric layer, said light modulation element, in a position corresponding to at least the modulation region, the dielectric constant of the internal space has a recess which is epsilon S, the dielectric constant is a epsilon r, epsilon r > comprising: providing a supporting substrate that satisfies epsilon S the relationship,
And a method of manufacturing an optical modulator.

本発明によれば、光変調素子の裏面側において、誘電体層と、支持基板とを設け、この支持基板において、その誘電率よりも小さい誘電率を有する凹部を設けて、目的とする光変調器を作製している。光変調器の速度整合を図るためには、前記光変調素子の前記基板の厚さをある程度薄くして、変調信号に対する実効屈折率を低減させなければならないが、前記支持基板に設けた凹部内の低誘電率に起因して、その厚さを比較的厚く設定しても前記実効屈折率を十分に低減できるようになる。   According to the present invention, a dielectric layer and a support substrate are provided on the back surface side of the light modulation element, and a concave portion having a dielectric constant smaller than that of the dielectric layer is provided on the support substrate so that a desired light modulation We are making vessels. In order to achieve speed matching of the optical modulator, the thickness of the substrate of the optical modulator must be reduced to some extent to reduce the effective refractive index for a modulation signal. Due to the low dielectric constant, the effective refractive index can be sufficiently reduced even if the thickness is set relatively large.

さらには、前記誘電体層を低誘電率材料から構成することにより、基板をさらに厚く設定しても、前記実効屈折率を十分に小さくすることができるとともに、前記低誘電率層によって薄板化された前記基板の強度補強をすることができるようになる。   Further, by configuring the dielectric layer from a low dielectric constant material, the effective refractive index can be sufficiently reduced even if the substrate is set to be thicker, and the dielectric constant is reduced by the low dielectric constant layer. In addition, the strength of the substrate can be reinforced.

したがって、光変調器の強度を十分に確保し、さらにはDCドリフトや温度ドリフトなどをも十分に抑制して安定性を十分確保した上で、速度整合及びインピーダンス整合を簡易に図ることができ、さらには前記光変調器の製造工程を簡易化することができるようになる。   Therefore, the speed matching and the impedance matching can be easily achieved after sufficiently securing the intensity of the optical modulator, and further sufficiently suppressing the DC drift and the temperature drift and securing the stability. Further, the manufacturing process of the optical modulator can be simplified.

以上説明したように、本発明によれば、光変調器の強度及び安定性を十分確保した上で、速度整合及びインピーダンス整合を簡易に図り、さらには前記光変調器の製造工程を簡易化することができる。   As described above, according to the present invention, while sufficiently securing the strength and stability of the optical modulator, speed matching and impedance matching are easily achieved, and further, the manufacturing process of the optical modulator is simplified. be able to.

以下、本発明を発明の実施の形態に即して詳細に説明する。
図1は、本発明の光変調器の一例を示す平面図であり、図2は、図1に示す光変調器をA−A線に沿って切った場合の断面図である。なお、これらの図においては本発明の特徴を明確にすべく、各構成要素の大きさなどについては実際のものと異なるようにして描いている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention.
FIG. 1 is a plan view showing an example of the optical modulator of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical modulator shown in FIG. 1 taken along line AA. In these figures, in order to clarify the features of the present invention, the size of each component and the like are drawn so as to be different from actual ones.

図1及び図2に示す光変調器10においては、電気光学効果を有する材料からなる基板11の主面11A側においてマッハツエンダー型の光導波路12を有するとともに、主面11A上において信号電極13及びこの信号電極13の両側において接地電極14を有している。信号電極13及び接地電極14は、いわゆるコプレナー(CPW)型の変調電極を構成する。また、基板11、光導波路12、並びに信号電極13及び接地電極14からなる変調電極は、光変調素子15を構成する。なお、破線で囲った領域Pは、光導波路12中を導波する光波と、前記変調電極からの変調信号が互いに作用して前記光波の変調を行う変調領域である。   The optical modulator 10 shown in FIGS. 1 and 2 has a Mach-Zehnder optical waveguide 12 on the main surface 11A side of a substrate 11 made of a material having an electro-optical effect, and a signal electrode 13 on the main surface 11A. And a ground electrode 14 on both sides of the signal electrode 13. The signal electrode 13 and the ground electrode 14 constitute a so-called coplanar (CPW) type modulation electrode. The modulation electrode including the substrate 11, the optical waveguide 12, and the signal electrode 13 and the ground electrode 14 constitute a light modulation element 15. Note that a region P surrounded by a broken line is a modulation region in which a light wave guided through the optical waveguide 12 and a modulation signal from the modulation electrode act on each other to modulate the light wave.

基板11の裏面11B側には、主面が接触するようにして設けられた誘電体層16と、この誘電体層16と接触するようにして設けられた支持基板17とが設けられている。支持基板17の、変調領域Pが位置する領域には凹部18が設けられている。   On the back surface 11B side of the substrate 11, a dielectric layer 16 provided so that the main surface is in contact, and a support substrate 17 provided so as to be in contact with the dielectric layer 16 are provided. A concave portion 18 is provided in a region of the support substrate 17 where the modulation region P is located.

図1及び図2に示す光変調器10においては、支持基板17の誘電率をε、及び凹部18の内部空間の誘電率をεとした場合において、ε>εなる関係を満足する。 In the optical modulator 10 shown in FIGS. 1 and 2, when the dielectric constant of the support substrate 17 is ε r and the dielectric constant of the internal space of the concave portion 18 is ε S , the relationship of ε r > ε S is satisfied. I do.

図1及び図2に示す光変調器10においては、上述した基板11、誘電体層16及び凹部内空間の誘電率や、信号電極13の高さh及び幅d、並びに信号電極13と接地電極14とのギャップgなどを考慮した上で、基板11の厚さt、誘電体層16の厚さT、並びに凹部18の幅W及び深さDなどを変化させることによって、速度整合及びインピーダンス整合を図るようにする。   In the optical modulator 10 shown in FIGS. 1 and 2, the dielectric constant of the substrate 11, the dielectric layer 16 and the space in the recess, the height h and the width d of the signal electrode 13, and the signal electrode 13 and the ground electrode By changing the thickness t of the substrate 11, the thickness T of the dielectric layer 16, and the width W and the depth D of the concave portion 18 in consideration of the gap g with respect to the speed 14, the speed matching and the impedance matching. So that

速度整合やインピーダンス整合を図るためには、基板11の厚さを薄くして、変調電極から印加される変調信号に対する実効屈折率を低下させる必要がある。図1及び図2に示す光変調器10においては、光変調素子15の下方に設けた支持基板17内に、上記誘電率の関係式を満足する空間を有する凹部18が設けられている。前記変調信号は基板11から外部へ漏洩して凹部18へも至るようになるため、凹部18の内部空間の誘電率もその伝搬状態に影響を与えるようになり、前記内部空間の低誘電率に基づいて前記変調信号に対する実効屈折率を低減できるようになる。   In order to achieve speed matching and impedance matching, it is necessary to reduce the thickness of the substrate 11 to reduce the effective refractive index for the modulation signal applied from the modulation electrode. In the optical modulator 10 shown in FIGS. 1 and 2, a concave portion 18 having a space that satisfies the above-described relational expression of the dielectric constant is provided in a support substrate 17 provided below the optical modulation element 15. Since the modulation signal leaks from the substrate 11 to the outside and reaches the concave portion 18, the dielectric constant of the internal space of the concave portion 18 also affects the propagation state, and the low dielectric constant of the internal space is reduced. Accordingly, the effective refractive index for the modulation signal can be reduced.

したがって、基板11の厚さを比較的厚くした場合においても、凹部18内部の低誘電率に起因して、前記変調信号に対する実効屈折率を低減できるようになる。   Therefore, even when the thickness of the substrate 11 is relatively large, the effective refractive index for the modulation signal can be reduced due to the low dielectric constant inside the concave portion 18.

また、基板11の裏面11B側には、誘電体層16が直接的に設けられており、薄板化された基板11を補強することができる。さらには、前記変調信号は基板11内から外部へ漏洩するため、誘電体層16の低誘電率に起因して前記変調信号に対する実効屈折率を低減することができる。したがって、基板11の厚さを比較的大きくした場合においても、前記変調信号に対する実効屈折率を十分に小さく保持することができるようになる。   Further, the dielectric layer 16 is directly provided on the back surface 11B side of the substrate 11, so that the thinned substrate 11 can be reinforced. Furthermore, since the modulation signal leaks from inside the substrate 11 to the outside, the effective refractive index for the modulation signal can be reduced due to the low dielectric constant of the dielectric layer 16. Therefore, even when the thickness of the substrate 11 is relatively large, the effective refractive index for the modulation signal can be kept sufficiently small.

具体的には、図1及び図2に示すような構成を採用することにより、基板11の厚さを30μm程度まで厚くした場合においても、速度整合及びインピーダンス整合を十分に達成することができるようになる。   Specifically, by adopting the configuration shown in FIGS. 1 and 2, even when the thickness of the substrate 11 is increased to about 30 μm, it is possible to sufficiently achieve the speed matching and the impedance matching. become.

このように、図1及び図2に示す光変調器10においては、光変調器の強度を十分に確保し、その結果DCドリフトや温度ドリフトなどをも十分に抑制して安定性を十分確保した上で、速度整合及びインピーダンス整合を簡易に図ることができる。さらには前記光変調器の製造工程を簡易化することができるようになる。   As described above, in the optical modulator 10 shown in FIGS. 1 and 2, the intensity of the optical modulator is sufficiently secured, and as a result, DC drift, temperature drift, and the like are sufficiently suppressed, and the stability is sufficiently secured. Above, speed matching and impedance matching can be easily achieved. Further, the manufacturing process of the optical modulator can be simplified.

上述したように、基板11は電気光学効果を有する材料から構成することが要求され、例えばニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウムリチウム、タンタル酸リチウム、KTP、ガラス、シリコン、GaAs及び水晶などから構成することができ、特にはニオブ酸リチウムから構成することが好ましい。   As described above, the substrate 11 is required to be made of a material having an electro-optical effect, and is made of, for example, lithium niobate, potassium lithium niobate, lithium tantalate, KTP, glass, silicon, GaAs, and quartz. In particular, it is preferable to use lithium niobate.

また、誘電体層16は、低誘電率であるガラス、エポキシ樹脂、及びポリイミドなどの材料から構成することができる。これらの材料は上述した基板11の材料と比較して十分低い誘電率を有するため、上述したような誘電率に関する関係式を満足するとともに、上述した作用効果を実現できるようになる。   The dielectric layer 16 can be made of a material having a low dielectric constant, such as glass, epoxy resin, and polyimide. Since these materials have a sufficiently low dielectric constant as compared with the above-described material of the substrate 11, the above-described relational expression regarding the dielectric constant is satisfied, and the above-described effects can be realized.

さらに、誘電体層16の厚さTについては特に限定されるものではないが、本発明においては0.1μm〜200μmの範囲に設定することにより、光変調器の強度及び安定性を確保した上で、速度整合及びインピーダンス整合の向上を図ることができる。   Further, the thickness T of the dielectric layer 16 is not particularly limited, but in the present invention, by setting the thickness T in the range of 0.1 μm to 200 μm, the strength and stability of the optical modulator are secured. Thus, speed matching and impedance matching can be improved.

誘電体層16は、基板11の裏面11B側に形成することが必要であるが、その形成方法については特に限定されるものではなく、それを構成する材料の種類などに応じて適宜選択する。例えば、誘電体層16の厚さを比較的大きくするような場合においては、上述したような材料からなるシート状部材を別途準備し、これを基板11の裏面11A側に貼り付けることなどによって形成することができる。この場合は、誘電体層16を複雑な成膜装置などを用いることなく、簡易に形成することができる。   The dielectric layer 16 needs to be formed on the back surface 11B side of the substrate 11, but the formation method is not particularly limited, and is appropriately selected according to the type of material constituting the dielectric layer. For example, when the thickness of the dielectric layer 16 is relatively large, a sheet-like member made of the above-described material is separately prepared, and the sheet-like member is formed by attaching the sheet-like member to the back surface 11A of the substrate 11. can do. In this case, the dielectric layer 16 can be easily formed without using a complicated film forming apparatus.

支持基板17内に形成された凹部18の内部空間は、空洞の状態に設定することもできるし、何らかの低誘電率物質を充填して埋設することもできる。この場合、前記低誘電率物質の誘電率をε2、基板11の誘電率をεLN、及び誘電体層16の誘電率をεとした場合において、εLN>ε>εなる関係を満足することが必要である。 The internal space of the concave portion 18 formed in the support substrate 17 can be set in a hollow state, or can be buried by filling with some low dielectric constant material. In this case, the dielectric constant of the low dielectric constant material .epsilon.2, the dielectric constant epsilon LN substrate 11, and in the case where the dielectric constant of the dielectric layer 16 was set to epsilon 1, the ε LN> ε 1> ε 2 the relationship It is necessary to be satisfied.

凹部18内を空洞の状態に保持する場合は、凹部18内には空気が充填されていることになる。したがって、凹部18の内部空間における誘電率は約1となり、十分に低誘電率化を達成することができる。   When the inside of the concave portion 18 is maintained in a hollow state, the inside of the concave portion 18 is filled with air. Therefore, the dielectric constant in the internal space of the concave portion 18 is about 1, and a sufficiently low dielectric constant can be achieved.

一方、凹部18内に低誘電率物質を埋設する場合は、前記低誘電率物質の誘電率は空気の誘電率(1)よりも一般的には大きいため、凹部18内を空洞に保持する場合に比較して低誘電率化の効果は低減する。しなしながら、光変調器10自体の強度を増大させることができ、光変調器10の強度及び安定性をより十分に確保できるようになる。   On the other hand, when the low dielectric material is buried in the concave portion 18, the dielectric constant of the low dielectric material is generally higher than the dielectric constant (1) of air. The effect of lowering the dielectric constant is reduced as compared with the case of (1). However, the intensity of the optical modulator 10 itself can be increased, and the intensity and stability of the optical modulator 10 can be more sufficiently ensured.

前記低誘電率物質としては、ガラス、エポキシ樹脂及びポリイミドを例示することができる。   Examples of the low dielectric substance include glass, epoxy resin, and polyimide.

なお、光導波路12はチタン拡散法やプロトン交換法などの公知の方法を用いて形成することができる。また、信号電極13及び接地電極14は、金、銀、銅などの材料からメッキ法及び蒸着法などを併用することによって形成することができる。また、支持基板17は、好ましくは基板11及び低誘電率層16の線膨張係数と近接した線膨張係数を有する材料から形成する。   The optical waveguide 12 can be formed by using a known method such as a titanium diffusion method or a proton exchange method. The signal electrode 13 and the ground electrode 14 can be formed from a material such as gold, silver, or copper by using a plating method, a vapor deposition method, or the like. The support substrate 17 is preferably formed of a material having a linear expansion coefficient close to that of the substrate 11 and the low dielectric constant layer 16.

(実施例)
本実施例においては、図1及び図2に示すような光変調器を作製した。基板11としてXカットのニオブ酸リチウム単結晶(図2、X方向LN誘電率εLNx=28、Y方向LN誘電率εLNy=43)を用い、チタン拡散法により光導波路12を形成するとともに、メッキ法及び蒸着法を併用することにより、信号電極13及び接地電極14を形成し、光変調素子15を作製した。なお、これら電極の高さhは20μmとし、信号電極13の幅dは30μmとし、信号電極13及び接地電極14のギャップgは30μmとした。
(Example)
In this example, an optical modulator as shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured. An X-cut lithium niobate single crystal (FIG. 2, LN dielectric constant ε LNx = 28 in the X direction, LN dielectric constant ε LNy = 43 in the Y direction) is used as the substrate 11, and the optical waveguide 12 is formed by a titanium diffusion method. By using the plating method and the vapor deposition method together, the signal electrode 13 and the ground electrode 14 were formed, and the light modulation element 15 was manufactured. The height h of these electrodes was 20 μm, the width d of the signal electrode 13 was 30 μm, and the gap g between the signal electrode 13 and the ground electrode 14 was 30 μm.

次いで、基板11の裏面11B側に、エポキシ樹脂からなるシート状部材(誘電率ε=3.8)を貼り付けて誘電体層16を形成し、光変調素子15の変調領域に位置する領域に凹部18を有するニオブ酸リチウムからなる支持基板17を形成し、光変調器10を作製した。なお、凹部18内は空洞の状態(誘電率ε=1)で保持した。 Next, a sheet-like member (dielectric constant ε 1 = 3.8) made of epoxy resin is attached to the back surface 11B side of the substrate 11 to form a dielectric layer 16, and a region located in the modulation region of the light modulation element 15 is formed. Then, a supporting substrate 17 made of lithium niobate having a concave portion 18 was formed, and the optical modulator 10 was manufactured. The interior of the recess 18 was kept in a hollow state (dielectric constant ε S = 1).

上述のようにして得た光変調器10においては、基板11の厚さを10μm、誘電体層16の厚さを5μm、凹部18の幅Wを500μm、及び凹部18の深さDを500μmとすることによって、速度整合及びインピーダンス整合を実現できた。   In the optical modulator 10 obtained as described above, the thickness of the substrate 11 is 10 μm, the thickness of the dielectric layer 16 is 5 μm, the width W of the concave portion 18 is 500 μm, and the depth D of the concave portion 18 is 500 μm. As a result, speed matching and impedance matching were realized.

(比較例)
支持基板内に凹部を設けない以外は、実施例と同様にして光変調器を作製した。この場合においては、基板11の厚さを0.3μm、並びに低誘電率層16の厚さを5μmとした場合において、速度整合及びインピーダンス整合を実現することができた。
(Comparative example)
An optical modulator was manufactured in the same manner as in the example except that no concave portion was provided in the supporting substrate. In this case, when the thickness of the substrate 11 was 0.3 μm and the thickness of the low dielectric constant layer 16 was 5 μm, speed matching and impedance matching could be realized.

以上、実施例及び比較例から明らかなように、本発明の光変調器においては、基板11の厚さを十分に大きくした場合においても、速度整合及びインピーダンス整合が実現できることが分かる。すなわち、本発明によれば、光変調器の強度及び安定性をより十分に確保した上で、速度整合及びインピーダンス整合を実現できることが分かる。また、基板11の厚さが比較的大きいために加工が容易となり、目的とする光変調器を簡易に作製することができるようになる。   As is clear from the examples and the comparative examples, it can be seen that in the optical modulator of the present invention, even when the thickness of the substrate 11 is sufficiently large, speed matching and impedance matching can be realized. That is, according to the present invention, it is understood that the speed matching and the impedance matching can be realized while securing the strength and the stability of the optical modulator more sufficiently. Further, since the thickness of the substrate 11 is relatively large, processing becomes easy, and a target optical modulator can be easily manufactured.

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てたが、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範囲において、あらゆる変更や変形が可能である。例えば、上記実施例においては、CPW型の変調電極を配置しているが、ACPS型の変調電極を配置することもできる。また、基板11には、耐光損傷性を向上させるべく、Mg、Zn、Sc、及びInなどの元素を添加することができる。さらに、基板11と信号電極13及び接地電極14との間にバッファ層を設けることもできる。   As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention by giving specific examples. However, the present invention is not limited to the above contents, and may be any form within the scope of the present invention. Changes and modifications are possible. For example, in the above embodiment, the CPW type modulation electrode is arranged, but an ACPS type modulation electrode may be arranged. Elements such as Mg, Zn, Sc, and In can be added to the substrate 11 in order to improve the light damage resistance. Furthermore, a buffer layer may be provided between the substrate 11 and the signal electrode 13 and the ground electrode 14.

本発明の光変調器の一例を示す平面図である。It is a top view showing an example of the optical modulator of the present invention. 図1に示す光変調器のA−A線に沿って切った断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical modulator shown in FIG. 1 taken along line AA.

符号の説明Explanation of reference numerals

10 光変調器、11 基板、12 光導波路、13 信号電極、14 接地電極、15 光変調素子、16 誘電体層、17 支持基板、18 凹部   Reference Signs List 10 light modulator, 11 substrate, 12 optical waveguide, 13 signal electrode, 14 ground electrode, 15 light modulation element, 16 dielectric layer, 17 support substrate, 18 recess

Claims (13)

電気光学効果を有する材料からなる基板と、この基板の主面側に設けられた光導波路と、前記基板の前記主面上に設けられた、前記光導波路中を導波する光波に対して変調信号を印加するための変調電極とを有する光変調素子と、
前記光変調素子の、前記基板の裏面側に主面が接触するようにして設けられた誘電体層と、
前記誘電体層の裏面側に設けられた、前記光変調素子の、少なくとも変調領域に相当する位置に凹部を有する支持基板とを具え、
前記支持基板の誘電率をε、及び前記凹部内の誘電率をεとした場合において、
ε>ε
なる関係を満足することを特徴とする、光変調器。
A substrate made of a material having an electro-optic effect, an optical waveguide provided on the main surface side of the substrate, and a light wave provided on the main surface of the substrate and modulated on a light wave guided through the optical waveguide; A light modulation element having a modulation electrode for applying a signal,
The light modulation element, a dielectric layer provided such that the main surface is in contact with the back surface side of the substrate,
Provided on the back side of the dielectric layer, the light modulation element, comprising a support substrate having a concave portion at least at a position corresponding to the modulation region,
When the dielectric constant of the support substrate is ε r , and the dielectric constant in the concave portion is ε S ,
ε r > ε S
An optical modulator characterized by satisfying the following relationship:
前記誘電体層はシート状を呈することを特徴とする、請求項1に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein the dielectric layer has a sheet shape. 前記凹部内は空洞であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein the inside of the recess is a cavity. 前記誘電体層は、前記電気光学基板を構成する材料よりも誘電率の小さい材料から構成したことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein the dielectric layer is made of a material having a smaller dielectric constant than a material of the electro-optic substrate. 前記電気光学基板の誘電率をεLN、及び前記誘電体層の誘電率をεとした場合において、誘電率εを有し、
εLN>ε>ε
なる関係を満足する低誘電率物質を前記凹部内に埋設したことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一に記載の光変調器。
The dielectric constant of the electro-optical substrate is ε LN , and the dielectric constant of the dielectric layer is ε 1, and the dielectric constant is ε 2 ,
ε LN > ε 1 > ε 2
The optical modulator according to claim 1, wherein a low dielectric constant material satisfying the following relationship is buried in the concave portion.
前記電気光学基板はニオブ酸リチウムから構成されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein the electro-optic substrate is made of lithium niobate. 前記電気光学基板の変調部又はその変調部の少なくとも一部の厚さが30μm以下であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一に記載の光変調器。   The optical modulator according to any one of claims 1 to 6, wherein a thickness of a modulation part of the electro-optical substrate or at least a part of the modulation part is 30 m or less. 電気光学効果を有し、誘電率がεLNである材料からなる基板と、この基板の主面側に設けられた光導波路と、前記基板の前記主面上に設けられた、前記光導波路中を導波する光波に対して変調信号を印加するための変調電極とを有する光変調素子を準備する工程と、
前記光変調素子の、前記基板の裏面側に主面が接触するようにして誘電体層を設ける工程と、
前記誘電体層の裏面側において、前記光変調素子の、少なくとも変調領域に相当する位置に、内部空間の誘電率がεである凹部を有し、誘電率がεであって、ε>εなる関係を満足する支持基板を設ける工程と、
を具えることを特徴とする、光変調器の速度及びインピーダンス整合方法。
A substrate made of a material having an electro-optic effect and having a dielectric constant of ε LN; an optical waveguide provided on the main surface side of the substrate; and an optical waveguide provided on the main surface of the substrate. A step of preparing a light modulation element having a modulation electrode for applying a modulation signal to a light wave guided through,
A step of providing a dielectric layer such that the main surface of the light modulation element is in contact with the back surface of the substrate,
Wherein the back surface side of the dielectric layer, said light modulation element, in a position corresponding to at least the modulation region, the dielectric constant of the internal space has a recess which is epsilon S, the dielectric constant is a epsilon r, epsilon r > comprising: providing a supporting substrate that satisfies epsilon S the relationship,
A method for matching the speed and impedance of an optical modulator, comprising:
前記凹部内は空洞であることを特徴とする、請求項9に記載の光変調器の速度及びインピーダンス整合方法。   The method of claim 9, wherein the recess is a cavity. 前記誘電体層の誘電率をεとした場合において、誘電率εを有し、
εLN>ε>ε
なる関係を満足する低誘電率物質を前記凹部内に埋設することを特徴とする、請求項9に記載の光変調器の速度及びインピーダンス整合方法。
In the case where the dielectric constant of the dielectric layer was set to epsilon 1, having a dielectric constant epsilon 2,
ε LN > ε 1 > ε 2
10. The speed and impedance matching method of an optical modulator according to claim 9, wherein a low dielectric constant material satisfying the following relationship is embedded in the concave portion.
電気光学効果を有し、誘電率がεLNである材料からなる基板と、この基板の主面側に設けられた光導波路と、前記基板の前記主面上に設けられた、前記光導波路中を導波する光波に対して変調信号を印加するための変調電極とを有する光変調素子を準備する工程と、
前記光変調素子の、前記基板の裏面側に主面が接触するようにして誘電体層を設ける工程と、
前記誘電体層の裏面側において、前記光変調素子の、少なくとも変調領域に相当する位置に、内部空間の誘電率がεである凹部を有し、誘電率がεであって、ε>εなる関係を満足する支持基板を設ける工程と、
を具えることを特徴とする、光変調器の製造方法。
A substrate made of a material having an electro-optic effect and having a dielectric constant of ε LN; an optical waveguide provided on the main surface side of the substrate; and an optical waveguide provided on the main surface of the substrate. A step of preparing a light modulation element having a modulation electrode for applying a modulation signal to a light wave guided through,
A step of providing a dielectric layer such that the main surface of the light modulation element is in contact with the back surface of the substrate,
Wherein the back surface side of the dielectric layer, said light modulation element, in a position corresponding to at least the modulation region, the dielectric constant of the internal space has a recess which is epsilon S, the dielectric constant is a epsilon r, epsilon r > comprising: providing a supporting substrate that satisfies epsilon S the relationship,
A method for manufacturing an optical modulator, comprising:
前記凹部内は空洞であることを特徴とする、請求項12に記載の光変調器の製造方法。   The method according to claim 12, wherein the inside of the recess is a cavity. 前記誘電体層の誘電率をεとした場合において、誘電率εを有し、
εLN>ε>ε
なる関係を満足する低誘電率物質を前記凹部内に埋設することを特徴とする、請求項12に記載の光変調器の製造方法。
In the case where the dielectric constant of the dielectric layer was set to epsilon 1, having a dielectric constant epsilon 2,
ε LN > ε 1 > ε 2
13. The method of manufacturing an optical modulator according to claim 12, wherein a low dielectric constant material satisfying the following relationship is embedded in the recess.
JP2003418365A 2003-01-07 2003-12-16 Optical modulator and method for manufacturing optical modulator Expired - Lifetime JP4454301B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003418365A JP4454301B2 (en) 2003-01-07 2003-12-16 Optical modulator and method for manufacturing optical modulator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003000845 2003-01-07
JP2003418365A JP4454301B2 (en) 2003-01-07 2003-12-16 Optical modulator and method for manufacturing optical modulator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004233976A true JP2004233976A (en) 2004-08-19
JP4454301B2 JP4454301B2 (en) 2010-04-21

Family

ID=32964575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003418365A Expired - Lifetime JP4454301B2 (en) 2003-01-07 2003-12-16 Optical modulator and method for manufacturing optical modulator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4454301B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110297338A (en) * 2019-06-28 2019-10-01 北京工业大学 A kind of electrode structure improving electrooptic modulator bandwidth
CN112415786A (en) * 2019-08-22 2021-02-26 苏州旭创科技有限公司 Silicon-based electro-optic modulator
CN114077009A (en) * 2020-08-13 2022-02-22 富士通光器件株式会社 Optical waveguide device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110297338A (en) * 2019-06-28 2019-10-01 北京工业大学 A kind of electrode structure improving electrooptic modulator bandwidth
CN112415786A (en) * 2019-08-22 2021-02-26 苏州旭创科技有限公司 Silicon-based electro-optic modulator
CN114077009A (en) * 2020-08-13 2022-02-22 富士通光器件株式会社 Optical waveguide device
CN114077009B (en) * 2020-08-13 2024-02-13 富士通光器件株式会社 Optical waveguide device

Also Published As

Publication number Publication date
JP4454301B2 (en) 2010-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7382942B2 (en) Optical waveguide devices
US7447389B2 (en) Optical modulator
US11366344B2 (en) Optical modulator
US20070147722A1 (en) Optical waveguide devices and travelling wave type optical modulators
US7400787B2 (en) Optical modulator with coupled coplanar strip electrode and domain inversion
US20060120654A1 (en) Optical modulators
JP2008089936A (en) Optical control element
US7099524B2 (en) Optical modulator
EP1795946B1 (en) Optically functional device
JPH09211402A (en) Broad-band light modulator
CN211786458U (en) Thin-film electro-optic modulator chip and modulator
JP5166450B2 (en) Optical waveguide device
JP2001051244A (en) Optical modulator using photonic band gap structure and optical modulation method
EP1752817B1 (en) Optical waveguide device
US6958852B2 (en) Optical modulator, method of achieving velocity matching and impedance matching of optical modulator, and method of manufacturing optical modulator
JP4454301B2 (en) Optical modulator and method for manufacturing optical modulator
JP7052477B2 (en) Optical waveguide element
JP2006065044A (en) Optical modulator
JP2013186200A (en) Optical module and optical transmitter
JP2010230741A (en) Optical modulator
JP3660529B2 (en) Optical waveguide device
JP2004219600A (en) Electrode for optical modulation and optical modulator
JP2004341147A (en) Optical waveguide device and traveling waveform optical modulator
US20030099420A1 (en) Electro-optic modulator
JP2021105658A (en) Optical waveguide device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061110

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20091023

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091110

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091222

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20091222

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100202

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100202

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130212

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4454301

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130212

Year of fee payment: 3

EXPY Cancellation because of completion of term