光変調器
【課題】光変調部において厚さ１０μｍ以下の薄板を採用して速度整合を図った光変調器において、光変調器と外側の光ファイバとの間の結合損失および光変調器内部での結合損失を抑制することである。
【解決手段】光変調器１０Ａは、支持基板１、電気光学材料からなる変調用基板３、この変調用基板３の一方の主面側３ａに設けられている光導波路４、変調用基板３の他方の主面３ｂ側に設けられており、光導波路を伝搬する光を変調するための電圧を印加する電極、および変調用基板３の一方の主面３ａを支持基板１へと接着する接着層２を備える。変調用基板３が、少なくとも光導波路４を伝搬する光の変調を行うための厚さ１０μｍ以下の変調部７と、変調部７よりも厚い光ファイバ結合部６とを備える。
【解決手段】光変調器１０Ａは、支持基板１、電気光学材料からなる変調用基板３、この変調用基板３の一方の主面側３ａに設けられている光導波路４、変調用基板３の他方の主面３ｂ側に設けられており、光導波路を伝搬する光を変調するための電圧を印加する電極、および変調用基板３の一方の主面３ａを支持基板１へと接着する接着層２を備える。変調用基板３が、少なくとも光導波路４を伝搬する光の変調を行うための厚さ１０μｍ以下の変調部７と、変調部７よりも厚い光ファイバ結合部６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、進行波型光変調器等の光変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、例えば特許文献１、２に示すような薄板型変調器を開示してきた。薄板LN光変調器においては、駆動電圧Vπの低減と同時に高速動作をするためには、ＬＮ基板厚を薄くする必要がある。
【０００３】
このために基板厚は１０μｍ以下とする必要があるが、１０μｍ以下に薄板化すると、光の閉じ込めが強くなり、深さ方向の光スポットサイズは、拡散源のＴｉの厚みや幅に依存せずに基板厚に比例して小さくなる。通常、光通信用光ファイバは波長1.55μｍ帯では光スポットサイズは10μｍとなる。したがって、Ｔｉ拡散などによって形成される光導波路のスポットサイズと光ファイバのスポットサイズはミスマッチとなり、光結合損失が増大してしまう欠点があった。例えばＬＮ基板厚を５μｍ程度まで薄くすると、光ファイバとの結合による過剰損失は-2.5dB程度となってしまう。
【０００４】
非特許文献１では、PLC光回路とＬＮ導波路デバイスを接続している。また、特許文献３では、PLC光回路とＬＮ導波路デバイスとを接続することが記載されており、この際、二つの基板間で光導波路のモードフィールド径が異なるために、その間にモードフィールド径を調整するためのテーパー部を設けることが記載されている。
【０００５】
また、特許文献４においても、支持基板上に光導波路基板を接着する素子において、高周波相互作用部の厚さを小さくし、入射部または出射部の厚さを大きくすることが記載されている。この場合にも、高周波相互作用部の底面側には凹みを生じさせ、凹みを接着剤で充填する。
【０００６】
なお、本出願人は、特許文献５において、高周波相互作用部を含む光変調用基板と、光ファイバーに接続される厚い受動基板とを別体とし、両者を接着することによって、一体の光変調器を形成することを開示した。
【０００７】
また、本出願人は、特許文献６において、光ファイバとスポットサイズを近似させたTi拡散導波路を形成したスポットサイズ変換用ＬＮチップをLN光変調器チップと光ファイバの間に設け、光結合の過剰損失を-0.8〜-1.2ｄＢに低減させた構造を開示した。
【０００８】
また、特許文献７では、変調器駆動部から光入力部もしくは光出力部にかけて凹型研磨加工によりテーパ型凹形状とすることにより、光ファイバとの結合端部の基板厚を厚くし、スポットサイズを大きくし、双方のスポットサイズ不一致を解消でき、結合による過剰損失を低減できることを明らかにした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2001-235714
【特許文献２】特願2006-537853
【特許文献３】特開2005-173162
【特許文献４】特許第３７６２３２０号
【特許文献５】ＷＯ ２００８／０９９９５０ Ａ１
【特許文献６】特願2008-064101
【特許文献７】特願2009-64070
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「Highly Functional Hybrid Modules Using Low Loss Direct Attachment Technique with Plannar Lightwave Circuit and LiNbO3 Devices 」T. Yamada et al. 「ISMOT-2005」pp. 107-110, 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、スポットサイズ変換用チップと光変調器チップとを接合するときには、光導波路同士の光調芯を行う必要があり、かつ、各光導波路の端面に反射防止膜を形成する必要がある。更に、変調器チップ内部での光多重反射によって、変調動作の安定性を確保することが難しくなることがわかってきた。
本発明の課題は、光変調部において厚さ１０μｍ以下の薄板を採用して速度整合を図った光変調器において、光変調器と外側の光ファイバとの間の結合損失および光変調器内部での結合損失を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、
支持基板、
電気光学材料からなる変調用基板、
この変調用基板の一方の主面側に設けられている光導波路、
変調用基板の他方の主面側に設けられており、光導波路を伝搬する光を変調するための電圧を印加する電極、および
変調用基板の一方の主面を支持基板へと接着する接着層を備えており、
変調用基板が、少なくとも光導波路を伝搬する光の変調を行うための厚さ１０μｍ以下の変調部と、変調部よりも厚い光ファイバ結合部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
薄板の光変調部では、Ｙ分岐部での損失や消光比、さらにそれぞれの波長依存性を低減するために光導波路条件を決める必要があり、基板厚１０μｍ以下の場合、例えばＴｉ幅×厚みは３５００オングストローム・μｍ以下となることがわかった（例．基板厚６μｍのとき、Ｔｉ厚８００オングストローム、幅２μｍ）。一方、基板の厚さが大きいと、光ファイバとの結合損失を低減するために、Ｔｉ厚７５０〜１２００オングストローム、幅５〜８μｍとすることが好ましい。このため、光ファイバ結合部と光変調部との間では結合損失が大きくなる。
【００１４】
この点、本発明によれば、光ファイバ結合部では、速度整合を満足させる必要のある光変調部とは異なり、光導波路の設けられた変調用基板の厚さを大きくすることができるので、光スポットサイズの基板厚に対する依存性がなく、比較的大きなスポットサイズを得ることができる。その上、本発明では、変調用基板中に光変調部と光ファイバ結合部とを形成するので、光変調部と光ファイバ結合部との境界での結合損失が小さく、また反射防止膜を境界に形成する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る光変調器１０Ａの要部を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、光変調器１０Ａの要部を示す正面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る光変調器１０Ｂの要部を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、光変調器１０Ｂの要部を示す正面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の更に他の実施形態に係る光変調器１０Ｃの要部を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、光変調器１０Ｃの要部を示す正面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の更に他の実施形態に係る光変調器１０Ｄの要部を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、光変調器１０Ｄの要部を示す正面図である。
【図５】（ａ）は、対照例に係る光変調器２０の要部を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、光変調器２０の要部を示す正面図である。
【図６】本発明を適用可能な非対称２電極型の光変調器３０Ａを模式的に示す平面図である。
【図７】本発明を適用可能な対称電極型の光変調器３０Ｂを模式的に示す平面図である。
【図８】本発明を適用可能な対称電極型の光変調器３０Ｃを模式的に示す平面図である。
【図９】本発明を適用可能な対称電極型の光位相変調器３０Ｄを模式的に示す平面図である。
【図１０】本発明を適用可能な集積型の光変調器３０Ｅを模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
光変調部では、光導波路に高周波電圧が印加され、光が変調される。高周波電圧とは、1GHz以上の周波数の電圧を意味する。
【００１７】
変調電極は、いわゆるＣＰＷ型光変調器には限定されず、種々の形態の光変調器に対して適用できる。本発明は、例えば、いわゆるＡＣＰＳ型の光変調器やＡＣＰＷ（非対称ＣＰＷ）電極型光変調器、独立変調型の光変調器に対して、適用可能である。
【００１８】
図１〜図４は、それぞれ、本発明の各実施形態に係る光変調器を模式的に示すものである。図５（ａ）は、対照例の光変調器２０を模式的に示す平面図であり、図５（ｂ）は、光変調器２０の正面図である。
【００１９】
図５の光変調器２０においては、支持基板１上に接着層２を介して変調用基板３の一方の主面３ａを接着している。変調用基板７の一方の主面３ａ側には光導波路４、８が形成されており、他方の主面３ｂ側には、図示しない変調用電極が形成されている。変調用電極は、図５で図示された領域よりも左側に存在する。
【００２０】
前述したように、基板３の厚みが小さい場合、従来の厚板構造と比較し、光変調部７のＹ分岐直線光導波路４用の金属膜の線幅が小さく、また金属膜の厚さが小さい条件で、シングルモード条件を満足する。一方、光ファイバ結合部６では、光導波路８の端面１８で外部の光ファイバに結合するので、光導波路８のスポットサイズは光ファイバの大きさに近づける必要がある。しかし、光ファイバ結合部でも基板厚さは小さく深さ方向のスポットサイズは光ファイバよりも小さくなる。深さ方向の光スポットサイズを大きくする方法は、基板３の厚みが小さい場合には、光導波路を形成するための金属膜の線幅を大きくしたり、厚さを大きくすることでは制御できない。このため、光導波路９と外部光ファイバとの間で光スポットサイズのミスマッチが生じ易く、結合損失をもたらす。
【００２１】
光変調部７と光ファイバ結合部６とを別体の基板とし、光ファイバ結合部６を基板３の厚みを厚くすることで外部光ファイバとの結合損失を小さくすることも考えられる。しかし、この場合には、別体の光変調部と光ファイバ結合部との境界面における結合損失が大きく、かつ両者の光導波路の端面に反射防止膜を形成する必要がある。
【００２２】
図１（ａ）は、本発明例に係る光変調器１０Ａを模式的に示す平面図であり、図１（ｂ）は、光変調器１０Ａの正面図である。
【００２３】
図１の光変調器においては、支持基板１上に接着層２を介して、厚さ１０μｍ以下の薄板３の一方の主面３ａを接着している。薄板３の一方の主面３ａ側には光導波路４、８が形成されており、他方の主面３ｂ側には、図示しない変調用電極が形成されている。変調用電極は、図１で図示された領域よりも左側に存在する。
【００２４】
光変調部７では光導波路４用の金属膜の線幅はシングルモード条件を得るために決定される。一方、光ファイバ結合部６では、光導波路８の端面１８で外部の光ファイバに結合するので、光導波路８のスポットサイズは光ファイバに近づける必要がある。このため、光導波路４、８では線幅の最適値は異なる。本例では、光フイァバ結合部６において、薄板３の他方の主面３ｂ側が基板５に接合されており、一体化しており、これによって一体の変調用基板１１Ａを形成している。
【００２５】
この結果、光ファイバ結合部６内では、光モードフィールド径が基板厚さによって制約を受けないように調整することができる。これによって、光ファイバ結合部６内の光導波路と外部光ファイバとの結合損失を小さくすることができる。しかも、光変調部と光ファイバ結合部とは一体の薄板３内に形成されて連続しているので、この境界における光結合損失は小さくすることができ、かつ反射防止膜も必要ない。
【００２６】
本例では、更に、光導波路４と光導波路８との境界に、スポットサイズが徐々に変化するテーパ部９を設けることによって、この境界における結合損失を更に低減できる。
【００２７】
図２（ａ）は、本発明例に係る光変調器１０Ｂを模式的に示す平面図であり、図２（ｂ）は、光変調器１０Ｂの正面図である。
【００２８】
図２の光変調器１０Ｂは、図１の光変調器１０Ａとほぼ同様の構成のものである。ただし、図２においては、光変調部７のうちファイバ結合部６側の末端において、光導波路１２およびテーパ部９を設けた。前述のように、光導波路４ではシングルモード条件を満足する必要があるが、テーパ部を設けずに基板５を接合すると、カットオフモードとなり光が放射する場合があり、テーパ部を設けて線幅を大きくすることにより光の閉じ込めを強くしカットオフを防止する。ここで、光変調部側にある光導波路１２の金属膜の線幅は光導波路８の金属膜の線幅と同じにし、光導波路１２と４との間に、徐々に線幅が変化するテーパ部９を設けた。１１Ｂは変調用基板である。
【００２９】
このように、光変調部とファイバ結合部との境界において光導波路のスポットサイズが変わらないようにし、光変調部７内にスポットサイズの変化部９を移動させることで、結合損失を一層低減できる。
【００３０】
図３（ａ）は、本発明例に係る光変調器１０Ｃを模式的に示す平面図であり、図３（ｂ）は、光変調器１０Ｃの正面図である。
【００３１】
図３の光変調器１０Ｃは、図２の光変調器１０Ｂとほぼ同様の構成ものである。ただし、図３においては、接合基板１５が、厚さ一定の平板部１５ａと、厚さが０へと向かって徐々に減少するテーパ部１５ｃとを備えている。この結果、ファイバ結合部６のうち、外部ファイバとの結合部側には厚さ一定の平板部１５ａが存在するようにし、変調部７側の末端にはテーパ部１５ｃが位置するようにする。１１Ｃは変調用基板である。
【００３２】
光変調器１０ｃの光導波路１２と厚さ一定の平板部１５ａでは、深さ方向のスポットサイズが異なりこれに起因する結合損失が発生する。前述のように、深さ方向の金属膜の厚さや線幅が変化してもほとんど変化しない。このように、ファイバ結合部内の変調器側末端において、接合基板１５に、厚さの減少するテーパ部１５ｃを設けることによって、スポットサイズは徐々に減少するようになる。これによって、光導波路８と４との結合損失を一層低減できる。
【００３３】
図４（ａ）は、本発明例に係る光変調器１０Ｄを模式的に示す平面図であり、図４（ｂ）は、光変調器１０Ｄの正面図である。
【００３４】
図４の光変調器１０Ｄは、図２の光変調器１０Ｂとほぼ同様の構成のものである。ただし、図４においては、ファイバ結合部６内において、末端側の光導波路８と変調部側の光導波路８Ａとの間に、光スポットサイズが徐々に小さくなるテーパ部９Ａを設けた。これと共に、光変調部７のファイバ結合部側の末端にも、変調部側の光導波路４と結合部側の光導波路８Ａとの間に、光スポットサイズが徐々に小さくなるテーパ部９を設けた。
【００３５】
変調用基板１１Ａ〜１１Ｄの厚さは、特性インピーダンス整合と光波とマイクロ波との速度整合という観点から１０μｍ以下とするが、８μｍ以下が好ましく、５μｍ以下であることが更に好ましい。
【００３６】
支持基板の厚さは特に限定されないが、部品の取り扱いという観点からは、１００μｍ以上が好ましく、５００μｍ以上が更に好ましい。
【００３７】
接着層の厚さは特に限定されないが、光波とマイクロ波との速度整合という観点からは、１０μｍ以上であることが好ましい。また、接合部での線膨張係数差に伴う応力緩和という観点からは、１０００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることが更に好ましい。
【００３８】
変調用基板の厚さを、光変調部７において小さくし、結合部６において大きくする方法は、特に限定されず、以下の形態が挙げられる。
【００３９】
（１） 厚さ１０μｍ以下の薄板３に対して、別体の接合基板５、１５の接合面５ｂ、１５ｂを接合する。５ａ、１５ａは外側面である。このとき、薄板３と接合基板５、１５とは直接接合し、それらの間に接着層が残らないようにすることが好ましい。こうした接合方法としては。Ａｒイオンビームを用いた常温接合、プラズマ照射による（プラズマアシスト）接合、高温アニールが例示できる。
【００４０】
（２） 厚い基板を準備し、変調部のみを研削、研磨加工することによって、薄板部３を形成し、厚さの大きい光ファイバ結合部を残す。
【００４１】
光ファイバ結合部における変調用基板の厚さは、光ファイバとの結合損失低減という観点からは、８μｍ以上が好ましく、９μｍ以上が更に好ましい。一方、光変調部における光導波路との結合損失を低減するという観点からは、特には制限されないが、光ファイバ結合部における変調用基板の厚さを１５μｍ以下とし、更には１３μｍ以下とすることにより従来の厚板構造よりも結合損失を低減できる。
【００４２】
光導波路は、変調用基板の一方の主面に直接形成されたリッジ型の光導波路であってよく、変調用基板の一方の主面の上に他の層を介して形成されたリッジ型の光導波路であってよく、また変調用基板に内拡散法やイオン交換法によって形成された光導波路、例えばチタン拡散光導波路、プロトン交換光導波路であってよい。具体的には、光導波路が、基板表面から突出するリッジ型光導波路であってよい。リッジ型の光導波路は、レーザー加工、機械加工によって形成可能である。あるいは、高屈折率膜を基板上に形成し、この高屈折率膜を機械加工やレーザーアブレーション加工することによって、リッジ型の三次元光導波路を形成できる。高屈折率膜は、例えば化学的気相成長法、物理的気相成長法、有機金属化学的気相成長法、スパッタリング法、液相エピタキシャル法によって形成できる。
【００４３】
上記の各例では、電極は変調用基板の表面に設けられているが、変調用基板の表面に直接形成されていてよく、低誘電率層ないしバッファ層の上に形成されていてよい。低誘電率層は、酸化シリコン、弗化マグネシウム、窒化珪素、及びアルミナなどの公知の材料を使用することができる。ここで言う低誘電率層とは、基板本体を構成する材質の誘電率よりも低い誘電率を有する材料からなる層を言う。
【００４４】
変調用基板を構成する材料は、強誘電性の電気光学材料、好ましくは単結晶からなる。こうした結晶は、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、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウム、ＫＴＰ、ＧａＡｓ及び水晶などを例示することができる。
【００４５】
基板５、１５を薄板３に対して直接接合する場合には、両者の材質は同種とする。
【００４６】
支持基板の材質は、上記した強誘電性の電気光学材料に加えて、更に石英ガラス等のガラスであってもよい。
【００４７】
変調用基板と支持基体とを接着する接着剤は、変調用基板よりも低誘電率である材料からなる。その具体例は、前記の条件を満足する限り特に限定されないが、エポキシ系接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化性接着剤、アロンセラミックスＣ（商品名、東亜合成社製）（熱膨張係数１３×１０−６／Ｋ）を例示できる。
【００４８】
本発明は、変調のタイプに関わらず、種々の振幅変調器、位相変調器に対して適用できる。
【００４９】
例えば、図６に示す非対照２電極型変調器３０Ａでは、高周波印加部において、光導波路４が４ａと４ｂとに分岐している。各分岐部４ａ、４ｂを伝搬する光に対して、それぞれ、信号電極２３Ａ、２３Ｂと接地電極２２、２２Ａ、２２Ｂとから高周波電圧を印加する。これと共に、本例ではＤＣバイアス電極２４を設けている。この変調器３０Ａの入射側末端および出射側末端の各ファイバ結合部６に対して本発明を適用し、それぞれ接合基板５（１５）を設ける。
【００５０】
例えば、図７に示す対称電極型変調器３０Ｂでは、高周波印加部において、光導波路４が４ａと４ｂとに分岐している。各分岐部４ａ、４ｂを伝搬する光に対して、それぞれ、信号電極２３と接地電極２２Ａ、２２Ｂとから高周波電圧を印加する。この変調器３０Ｂの入射側末端および出射側末端の各ファイバ結合部６に対して本発明を適用し、それぞれ接合基板５（１５）を設ける。
【００５１】
図８に示す対称電極型変調器３０Ｃでは、高周波印加部において、光導波路４が分岐している。各分岐部を伝搬する光に対して、それぞれ、信号電極２３と接地電極２２Ａ、２２Ｂとから高周波電圧を印加する。また、これと共に、本例ではＤＣバイアス電極２４を設けている。この変調器３０Ｃの入射側末端および出射側末端の各ファイバ結合部６に対して本発明を適用し、それぞれ接合基板５（１５）を設ける。
【００５２】
図９に示す対称電極型変調器３０Ｄでは、高周波印加部において、光導波路４が分岐していない。高周波印加部においては、信号電極２３と接地電極２２Ｂとから、伝搬光に対して高周波電圧を印加し、伝搬光の位相を変調する。２２Ａは接地電極である。この変調器３０Ｄの入射側末端および出射側末端の各ファイバ結合部６に対して本発明を適用し、それぞれ接合基板５（１５）を設ける。
【００５３】
図１０に示す対称電極型変調器３０Ｅでは、高周波印加部において、光導波路４が分岐しており、かつ、一方の光導波路４が４ａと４ｂとに分岐している。各分岐部４ａ、４ｂを伝搬する光に対して、それぞれ、信号電極２３Ａと接地電極２２、２２Ａとから高周波電圧を印加する。また、これと共に、もう一方の光導波路４を伝搬する光に対して、信号電極２３Ｂと接地電極２２Ｂから電圧を印加する。この変調器３０Ｅの一方の末端の各ファイバ結合部６に対して本発明を適用し、接合基板５（１５）を設ける。
【実施例】
【００５４】
〔比較例１〕
図５および図７に示すような光変調器を作製した。
具体的には、ニオブ酸リチウム単結晶のＸ板からなるウエハに、チタン拡散導波路（光導波路基板）４、８を形成した。光導波路４および８において、Ｔｉ厚を８００オングストロームとした。そして、光導波路８においては、Ｔｉ線幅を６μｍとし、その長さを２ｍｍとした。光導波路４においてはＴｉ線幅を２μｍとし、その分岐部までの長さを５ｍｍとした。光導波路４と８との間では、Ｔｉ線幅をテーパ状に減少させた。チタンは約１０００℃で熱拡散した。
【００５５】
次に、光導波路４、８側を貼り合わせ面にして、低誘電率接着剤３を介して、同じニオブ酸リチウム単結晶のＸ板からなる支持基板１（１ｍｍ厚）に対して接着固定した。その後、光導波路基板の裏面を横型研磨、ラップおよびポリッシング（ＣＭＰ）にて６μｍまで薄板研磨加工を実施し、薄板３を形成した。その後、薄板上に電極を形成し、光導波路デバイスを製造した（図７）。
Ｔｉ線幅パラメーターは以下のとおりである（図５参照）。
Ｗ１：２ミクロン
Ｗ２：６ミクロン
Ｌ１：５ｍｍ
Ｌ２：２ｍｍ
【００５６】
偏波保持光ファイバーを光導波路の入射側端面、シングルモード光ファイバーを出射側端面に光学結合した。光導波路と光ファイバとの結合損失を測定したところ、スポットサイズの不一致による光結合の過剰損失が−１．６ｄＢであった。
【００５７】
（実施例１）
図１および図７に示すような形態の光変調器を作製した。
具体的には、まず比較例１と同様にして、図５および図７に示すような形態のチップが設けられたウエハを得た。次いで、ウエハの光ファイバ結合部６に、図１に示すように、ニオブ酸リチウムのＸ板からなるブロック５を、Ａrイオン照射によって真空中にて常温接合した。ブロック５の厚さは５００μｍであり、チップ末端からの長さは２ｍｍである。最後に切断及び端面研磨加工（端面に角度６°）を実施して、光変調器チップとした。
Ｔｉ線幅パラメーターは以下のとおりである（図１参照）。
Ｗ１：２ミクロン
Ｗ２：６ミクロン
Ｌ１：５ｍｍ
Ｌ２：２ｍｍ
【００５８】
偏波保持光ファイバを光導波路の入射側端面、シングルモード光ファイバーを出射側端面に光学結合した。光挿入損失を測定した結果、光導波路と光ファイバとの結合損失を測定したところ、０．５ｄＢ（片側端）であった。消光比は２３ｄＢと良好な特性を得た。
【００５９】
〔実施例２〕
図２および図７に示すような形態の光変調器を作製した。
具体的には、まず比較例１と同様にして、図５および図７に示すような形態のチップが設けられたウエハを得た。次いで、ウエハの光ファイバ結合部６に、図２に示すように、ニオブ酸リチウムのＸ板からなるブロック５を、Ａrイオン照射によって真空中にて常温接合した。ブロック５の厚さは５００μｍであり、チップ末端からの長さは０．５ｍｍである。最後に切断及び端面研磨加工（端面に角度６°）を実施して、光変調器チップとした。
Ｔｉ線幅パラメーターは以下のとおりである。
Ｗ１：２ミクロン
Ｗ２：６ミクロン
Ｌ１：５ｍｍ
Ｌ２：２ｍｍ
Ｌtp：０．５ｍｍ
Ｌ３：０．５ｍｍ
【００６０】
偏波保持光ファイバーを光導波路の入射側端面、シングルモード光ファイバーを出射側端面に光学結合した。直接接合部と光導波路と光ファイバとの結合損失を測定したところ、０．４ｄＢ（片側端）となった。本例では、Ｔｉパターンにテーパ部９を設けることによって、直接接合部での双方のモードミスマッチによる損失を、実施例１に比べてさらに低減できた。消光比は２３ｄＢと良好な特性を得た。
【００６１】
〔実施例３〕
図３および図７に示すような形態の光変調器を作製した。
具体的には、まず比較例１と同様にして、図５および図７に示すような形態のチップが設けられたウエハを得た。次いで、ウエハの光ファイバ結合部６に、図３に示すように、ニオブ酸リチウムのＸ板からなるブロック５を、Ａrイオン照射によって真空中にて常温接合した。ブロック５の厚さは５００μｍであり、チップ末端からの長さは０．５ｍｍである。最後に切断及び端面研磨加工（端面に角度６°）を実施して、光変調器チップとした。
Ｔｉ線幅パラメーターは以下のとおりである。
Ｗ１：２ミクロン
Ｗ２：６ミクロン
Ｌ１：５ｍｍ
Ｌ２：２ｍｍ
Ｌtp：０．５ｍｍ
Ｌ３：０．５ｍｍ
θ ：４５°
【００６２】
偏波保持光ファイバを光導波路の入射側端面、シングルモード光ファイバーを出射側端面に光学結合した。光挿入損失を測定した結果、結合損失は測定は0.3dB（片側端）となり、実施例２に比べて更に結合損失を低減できた。これは、ブロック１５にテーパ部１５ｃを形成し、ブロックの厚さを徐々に低減させたからである。また、消光比は２３ｄＢと良好な特性を得た。
【００６３】
（実施例４）
図４および図７に示すような形態の光変調器を作製した。
具体的には、まず比較例１と同様にして、図５および図７に示すような形態のチップが設けられたウエハを得た。次いで、ウエハの光ファイバ結合部６に、図４に示すように、ニオブ酸リチウムのＸ板からなるブロック５を、Ａrイオン照射によって真空中にて常温接合した。ブロック５の厚さは５００μｍであり、チップ末端からの長さは２ｍｍである。最後に切断及び端面研磨加工（端面に角度６°）を実施して、光変調器チップとした。
Ｔｉ線幅パラメーターは以下のとおりである。
Ｗ１：２ミクロン
Ｗ２：６ミクロン
Ｗ３：４ミクロン
【００６４】
偏波保持光ファイバを光導波路の入射側端面、シングルモード光ファイバーを出射側端面に光学結合した。光挿入損失を測定した。この結果、結合損失の測定値は０．３５ｄＢであった（片側端）。また、消光比は２３ｄＢと良好な特性を得た。
【符号の説明】
【００６５】
１ 支持基板 ２ 接着層 ３ 薄板 ３ａ 一方の主面 ３ｂ 他方の主面 ４ 光導波路（変調部側） ５、１５ 接合基板 ５ａ 外側面 ５ｂ 結合面 ６ 光ファイバ結合部 ７ 光変調部 ８ 光結合部側の光導波路 ９ 光導波路のテーパ部 １０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ 光変調器 １１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ 変調用基板 １５ テーパ面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、進行波型光変調器等の光変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、例えば特許文献１、２に示すような薄板型変調器を開示してきた。薄板LN光変調器においては、駆動電圧Vπの低減と同時に高速動作をするためには、ＬＮ基板厚を薄くする必要がある。
【０００３】
このために基板厚は１０μｍ以下とする必要があるが、１０μｍ以下に薄板化すると、光の閉じ込めが強くなり、深さ方向の光スポットサイズは、拡散源のＴｉの厚みや幅に依存せずに基板厚に比例して小さくなる。通常、光通信用光ファイバは波長1.55μｍ帯では光スポットサイズは10μｍとなる。したがって、Ｔｉ拡散などによって形成される光導波路のスポットサイズと光ファイバのスポットサイズはミスマッチとなり、光結合損失が増大してしまう欠点があった。例えばＬＮ基板厚を５μｍ程度まで薄くすると、光ファイバとの結合による過剰損失は-2.5dB程度となってしまう。
【０００４】
非特許文献１では、PLC光回路とＬＮ導波路デバイスを接続している。また、特許文献３では、PLC光回路とＬＮ導波路デバイスとを接続することが記載されており、この際、二つの基板間で光導波路のモードフィールド径が異なるために、その間にモードフィールド径を調整するためのテーパー部を設けることが記載されている。
【０００５】
また、特許文献４においても、支持基板上に光導波路基板を接着する素子において、高周波相互作用部の厚さを小さくし、入射部または出射部の厚さを大きくすることが記載されている。この場合にも、高周波相互作用部の底面側には凹みを生じさせ、凹みを接着剤で充填する。
【０００６】
なお、本出願人は、特許文献５において、高周波相互作用部を含む光変調用基板と、光ファイバーに接続される厚い受動基板とを別体とし、両者を接着することによって、一体の光変調器を形成することを開示した。
【０００７】
また、本出願人は、特許文献６において、光ファイバとスポットサイズを近似させたTi拡散導波路を形成したスポットサイズ変換用ＬＮチップをLN光変調器チップと光ファイバの間に設け、光結合の過剰損失を-0.8〜-1.2ｄＢに低減させた構造を開示した。
【０００８】
また、特許文献７では、変調器駆動部から光入力部もしくは光出力部にかけて凹型研磨加工によりテーパ型凹形状とすることにより、光ファイバとの結合端部の基板厚を厚くし、スポットサイズを大きくし、双方のスポットサイズ不一致を解消でき、結合による過剰損失を低減できることを明らかにした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2001-235714
【特許文献２】特願2006-537853
【特許文献３】特開2005-173162
【特許文献４】特許第３７６２３２０号
【特許文献５】ＷＯ ２００８／０９９９５０ Ａ１
【特許文献６】特願2008-064101
【特許文献７】特願2009-64070
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「Highly Functional Hybrid Modules Using Low Loss Direct Attachment Technique with Plannar Lightwave Circuit and LiNbO3 Devices 」T. Yamada et al. 「ISMOT-2005」pp. 107-110, 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、スポットサイズ変換用チップと光変調器チップとを接合するときには、光導波路同士の光調芯を行う必要があり、かつ、各光導波路の端面に反射防止膜を形成する必要がある。更に、変調器チップ内部での光多重反射によって、変調動作の安定性を確保することが難しくなることがわかってきた。
本発明の課題は、光変調部において厚さ１０μｍ以下の薄板を採用して速度整合を図った光変調器において、光変調器と外側の光ファイバとの間の結合損失および光変調器内部での結合損失を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、
支持基板、
電気光学材料からなる変調用基板、
この変調用基板の一方の主面側に設けられている光導波路、
変調用基板の他方の主面側に設けられており、光導波路を伝搬する光を変調するための電圧を印加する電極、および
変調用基板の一方の主面を支持基板へと接着する接着層を備えており、
変調用基板が、少なくとも光導波路を伝搬する光の変調を行うための厚さ１０μｍ以下の変調部と、変調部よりも厚い光ファイバ結合部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
薄板の光変調部では、Ｙ分岐部での損失や消光比、さらにそれぞれの波長依存性を低減するために光導波路条件を決める必要があり、基板厚１０μｍ以下の場合、例えばＴｉ幅×厚みは３５００オングストローム・μｍ以下となることがわかった（例．基板厚６μｍのとき、Ｔｉ厚８００オングストローム、幅２μｍ）。一方、基板の厚さが大きいと、光ファイバとの結合損失を低減するために、Ｔｉ厚７５０〜１２００オングストローム、幅５〜８μｍとすることが好ましい。このため、光ファイバ結合部と光変調部との間では結合損失が大きくなる。
【００１４】
この点、本発明によれば、光ファイバ結合部では、速度整合を満足させる必要のある光変調部とは異なり、光導波路の設けられた変調用基板の厚さを大きくすることができるので、光スポットサイズの基板厚に対する依存性がなく、比較的大きなスポットサイズを得ることができる。その上、本発明では、変調用基板中に光変調部と光ファイバ結合部とを形成するので、光変調部と光ファイバ結合部との境界での結合損失が小さく、また反射防止膜を境界に形成する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る光変調器１０Ａの要部を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、光変調器１０Ａの要部を示す正面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る光変調器１０Ｂの要部を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、光変調器１０Ｂの要部を示す正面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の更に他の実施形態に係る光変調器１０Ｃの要部を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、光変調器１０Ｃの要部を示す正面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の更に他の実施形態に係る光変調器１０Ｄの要部を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、光変調器１０Ｄの要部を示す正面図である。
【図５】（ａ）は、対照例に係る光変調器２０の要部を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、光変調器２０の要部を示す正面図である。
【図６】本発明を適用可能な非対称２電極型の光変調器３０Ａを模式的に示す平面図である。
【図７】本発明を適用可能な対称電極型の光変調器３０Ｂを模式的に示す平面図である。
【図８】本発明を適用可能な対称電極型の光変調器３０Ｃを模式的に示す平面図である。
【図９】本発明を適用可能な対称電極型の光位相変調器３０Ｄを模式的に示す平面図である。
【図１０】本発明を適用可能な集積型の光変調器３０Ｅを模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
光変調部では、光導波路に高周波電圧が印加され、光が変調される。高周波電圧とは、1GHz以上の周波数の電圧を意味する。
【００１７】
変調電極は、いわゆるＣＰＷ型光変調器には限定されず、種々の形態の光変調器に対して適用できる。本発明は、例えば、いわゆるＡＣＰＳ型の光変調器やＡＣＰＷ（非対称ＣＰＷ）電極型光変調器、独立変調型の光変調器に対して、適用可能である。
【００１８】
図１〜図４は、それぞれ、本発明の各実施形態に係る光変調器を模式的に示すものである。図５（ａ）は、対照例の光変調器２０を模式的に示す平面図であり、図５（ｂ）は、光変調器２０の正面図である。
【００１９】
図５の光変調器２０においては、支持基板１上に接着層２を介して変調用基板３の一方の主面３ａを接着している。変調用基板７の一方の主面３ａ側には光導波路４、８が形成されており、他方の主面３ｂ側には、図示しない変調用電極が形成されている。変調用電極は、図５で図示された領域よりも左側に存在する。
【００２０】
前述したように、基板３の厚みが小さい場合、従来の厚板構造と比較し、光変調部７のＹ分岐直線光導波路４用の金属膜の線幅が小さく、また金属膜の厚さが小さい条件で、シングルモード条件を満足する。一方、光ファイバ結合部６では、光導波路８の端面１８で外部の光ファイバに結合するので、光導波路８のスポットサイズは光ファイバの大きさに近づける必要がある。しかし、光ファイバ結合部でも基板厚さは小さく深さ方向のスポットサイズは光ファイバよりも小さくなる。深さ方向の光スポットサイズを大きくする方法は、基板３の厚みが小さい場合には、光導波路を形成するための金属膜の線幅を大きくしたり、厚さを大きくすることでは制御できない。このため、光導波路９と外部光ファイバとの間で光スポットサイズのミスマッチが生じ易く、結合損失をもたらす。
【００２１】
光変調部７と光ファイバ結合部６とを別体の基板とし、光ファイバ結合部６を基板３の厚みを厚くすることで外部光ファイバとの結合損失を小さくすることも考えられる。しかし、この場合には、別体の光変調部と光ファイバ結合部との境界面における結合損失が大きく、かつ両者の光導波路の端面に反射防止膜を形成する必要がある。
【００２２】
図１（ａ）は、本発明例に係る光変調器１０Ａを模式的に示す平面図であり、図１（ｂ）は、光変調器１０Ａの正面図である。
【００２３】
図１の光変調器においては、支持基板１上に接着層２を介して、厚さ１０μｍ以下の薄板３の一方の主面３ａを接着している。薄板３の一方の主面３ａ側には光導波路４、８が形成されており、他方の主面３ｂ側には、図示しない変調用電極が形成されている。変調用電極は、図１で図示された領域よりも左側に存在する。
【００２４】
光変調部７では光導波路４用の金属膜の線幅はシングルモード条件を得るために決定される。一方、光ファイバ結合部６では、光導波路８の端面１８で外部の光ファイバに結合するので、光導波路８のスポットサイズは光ファイバに近づける必要がある。このため、光導波路４、８では線幅の最適値は異なる。本例では、光フイァバ結合部６において、薄板３の他方の主面３ｂ側が基板５に接合されており、一体化しており、これによって一体の変調用基板１１Ａを形成している。
【００２５】
この結果、光ファイバ結合部６内では、光モードフィールド径が基板厚さによって制約を受けないように調整することができる。これによって、光ファイバ結合部６内の光導波路と外部光ファイバとの結合損失を小さくすることができる。しかも、光変調部と光ファイバ結合部とは一体の薄板３内に形成されて連続しているので、この境界における光結合損失は小さくすることができ、かつ反射防止膜も必要ない。
【００２６】
本例では、更に、光導波路４と光導波路８との境界に、スポットサイズが徐々に変化するテーパ部９を設けることによって、この境界における結合損失を更に低減できる。
【００２７】
図２（ａ）は、本発明例に係る光変調器１０Ｂを模式的に示す平面図であり、図２（ｂ）は、光変調器１０Ｂの正面図である。
【００２８】
図２の光変調器１０Ｂは、図１の光変調器１０Ａとほぼ同様の構成のものである。ただし、図２においては、光変調部７のうちファイバ結合部６側の末端において、光導波路１２およびテーパ部９を設けた。前述のように、光導波路４ではシングルモード条件を満足する必要があるが、テーパ部を設けずに基板５を接合すると、カットオフモードとなり光が放射する場合があり、テーパ部を設けて線幅を大きくすることにより光の閉じ込めを強くしカットオフを防止する。ここで、光変調部側にある光導波路１２の金属膜の線幅は光導波路８の金属膜の線幅と同じにし、光導波路１２と４との間に、徐々に線幅が変化するテーパ部９を設けた。１１Ｂは変調用基板である。
【００２９】
このように、光変調部とファイバ結合部との境界において光導波路のスポットサイズが変わらないようにし、光変調部７内にスポットサイズの変化部９を移動させることで、結合損失を一層低減できる。
【００３０】
図３（ａ）は、本発明例に係る光変調器１０Ｃを模式的に示す平面図であり、図３（ｂ）は、光変調器１０Ｃの正面図である。
【００３１】
図３の光変調器１０Ｃは、図２の光変調器１０Ｂとほぼ同様の構成ものである。ただし、図３においては、接合基板１５が、厚さ一定の平板部１５ａと、厚さが０へと向かって徐々に減少するテーパ部１５ｃとを備えている。この結果、ファイバ結合部６のうち、外部ファイバとの結合部側には厚さ一定の平板部１５ａが存在するようにし、変調部７側の末端にはテーパ部１５ｃが位置するようにする。１１Ｃは変調用基板である。
【００３２】
光変調器１０ｃの光導波路１２と厚さ一定の平板部１５ａでは、深さ方向のスポットサイズが異なりこれに起因する結合損失が発生する。前述のように、深さ方向の金属膜の厚さや線幅が変化してもほとんど変化しない。このように、ファイバ結合部内の変調器側末端において、接合基板１５に、厚さの減少するテーパ部１５ｃを設けることによって、スポットサイズは徐々に減少するようになる。これによって、光導波路８と４との結合損失を一層低減できる。
【００３３】
図４（ａ）は、本発明例に係る光変調器１０Ｄを模式的に示す平面図であり、図４（ｂ）は、光変調器１０Ｄの正面図である。
【００３４】
図４の光変調器１０Ｄは、図２の光変調器１０Ｂとほぼ同様の構成のものである。ただし、図４においては、ファイバ結合部６内において、末端側の光導波路８と変調部側の光導波路８Ａとの間に、光スポットサイズが徐々に小さくなるテーパ部９Ａを設けた。これと共に、光変調部７のファイバ結合部側の末端にも、変調部側の光導波路４と結合部側の光導波路８Ａとの間に、光スポットサイズが徐々に小さくなるテーパ部９を設けた。
【００３５】
変調用基板１１Ａ〜１１Ｄの厚さは、特性インピーダンス整合と光波とマイクロ波との速度整合という観点から１０μｍ以下とするが、８μｍ以下が好ましく、５μｍ以下であることが更に好ましい。
【００３６】
支持基板の厚さは特に限定されないが、部品の取り扱いという観点からは、１００μｍ以上が好ましく、５００μｍ以上が更に好ましい。
【００３７】
接着層の厚さは特に限定されないが、光波とマイクロ波との速度整合という観点からは、１０μｍ以上であることが好ましい。また、接合部での線膨張係数差に伴う応力緩和という観点からは、１０００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることが更に好ましい。
【００３８】
変調用基板の厚さを、光変調部７において小さくし、結合部６において大きくする方法は、特に限定されず、以下の形態が挙げられる。
【００３９】
（１） 厚さ１０μｍ以下の薄板３に対して、別体の接合基板５、１５の接合面５ｂ、１５ｂを接合する。５ａ、１５ａは外側面である。このとき、薄板３と接合基板５、１５とは直接接合し、それらの間に接着層が残らないようにすることが好ましい。こうした接合方法としては。Ａｒイオンビームを用いた常温接合、プラズマ照射による（プラズマアシスト）接合、高温アニールが例示できる。
【００４０】
（２） 厚い基板を準備し、変調部のみを研削、研磨加工することによって、薄板部３を形成し、厚さの大きい光ファイバ結合部を残す。
【００４１】
光ファイバ結合部における変調用基板の厚さは、光ファイバとの結合損失低減という観点からは、８μｍ以上が好ましく、９μｍ以上が更に好ましい。一方、光変調部における光導波路との結合損失を低減するという観点からは、特には制限されないが、光ファイバ結合部における変調用基板の厚さを１５μｍ以下とし、更には１３μｍ以下とすることにより従来の厚板構造よりも結合損失を低減できる。
【００４２】
光導波路は、変調用基板の一方の主面に直接形成されたリッジ型の光導波路であってよく、変調用基板の一方の主面の上に他の層を介して形成されたリッジ型の光導波路であってよく、また変調用基板に内拡散法やイオン交換法によって形成された光導波路、例えばチタン拡散光導波路、プロトン交換光導波路であってよい。具体的には、光導波路が、基板表面から突出するリッジ型光導波路であってよい。リッジ型の光導波路は、レーザー加工、機械加工によって形成可能である。あるいは、高屈折率膜を基板上に形成し、この高屈折率膜を機械加工やレーザーアブレーション加工することによって、リッジ型の三次元光導波路を形成できる。高屈折率膜は、例えば化学的気相成長法、物理的気相成長法、有機金属化学的気相成長法、スパッタリング法、液相エピタキシャル法によって形成できる。
【００４３】
上記の各例では、電極は変調用基板の表面に設けられているが、変調用基板の表面に直接形成されていてよく、低誘電率層ないしバッファ層の上に形成されていてよい。低誘電率層は、酸化シリコン、弗化マグネシウム、窒化珪素、及びアルミナなどの公知の材料を使用することができる。ここで言う低誘電率層とは、基板本体を構成する材質の誘電率よりも低い誘電率を有する材料からなる層を言う。
【００４４】
変調用基板を構成する材料は、強誘電性の電気光学材料、好ましくは単結晶からなる。こうした結晶は、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、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウム、ＫＴＰ、ＧａＡｓ及び水晶などを例示することができる。
【００４５】
基板５、１５を薄板３に対して直接接合する場合には、両者の材質は同種とする。
【００４６】
支持基板の材質は、上記した強誘電性の電気光学材料に加えて、更に石英ガラス等のガラスであってもよい。
【００４７】
変調用基板と支持基体とを接着する接着剤は、変調用基板よりも低誘電率である材料からなる。その具体例は、前記の条件を満足する限り特に限定されないが、エポキシ系接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化性接着剤、アロンセラミックスＣ（商品名、東亜合成社製）（熱膨張係数１３×１０−６／Ｋ）を例示できる。
【００４８】
本発明は、変調のタイプに関わらず、種々の振幅変調器、位相変調器に対して適用できる。
【００４９】
例えば、図６に示す非対照２電極型変調器３０Ａでは、高周波印加部において、光導波路４が４ａと４ｂとに分岐している。各分岐部４ａ、４ｂを伝搬する光に対して、それぞれ、信号電極２３Ａ、２３Ｂと接地電極２２、２２Ａ、２２Ｂとから高周波電圧を印加する。これと共に、本例ではＤＣバイアス電極２４を設けている。この変調器３０Ａの入射側末端および出射側末端の各ファイバ結合部６に対して本発明を適用し、それぞれ接合基板５（１５）を設ける。
【００５０】
例えば、図７に示す対称電極型変調器３０Ｂでは、高周波印加部において、光導波路４が４ａと４ｂとに分岐している。各分岐部４ａ、４ｂを伝搬する光に対して、それぞれ、信号電極２３と接地電極２２Ａ、２２Ｂとから高周波電圧を印加する。この変調器３０Ｂの入射側末端および出射側末端の各ファイバ結合部６に対して本発明を適用し、それぞれ接合基板５（１５）を設ける。
【００５１】
図８に示す対称電極型変調器３０Ｃでは、高周波印加部において、光導波路４が分岐している。各分岐部を伝搬する光に対して、それぞれ、信号電極２３と接地電極２２Ａ、２２Ｂとから高周波電圧を印加する。また、これと共に、本例ではＤＣバイアス電極２４を設けている。この変調器３０Ｃの入射側末端および出射側末端の各ファイバ結合部６に対して本発明を適用し、それぞれ接合基板５（１５）を設ける。
【００５２】
図９に示す対称電極型変調器３０Ｄでは、高周波印加部において、光導波路４が分岐していない。高周波印加部においては、信号電極２３と接地電極２２Ｂとから、伝搬光に対して高周波電圧を印加し、伝搬光の位相を変調する。２２Ａは接地電極である。この変調器３０Ｄの入射側末端および出射側末端の各ファイバ結合部６に対して本発明を適用し、それぞれ接合基板５（１５）を設ける。
【００５３】
図１０に示す対称電極型変調器３０Ｅでは、高周波印加部において、光導波路４が分岐しており、かつ、一方の光導波路４が４ａと４ｂとに分岐している。各分岐部４ａ、４ｂを伝搬する光に対して、それぞれ、信号電極２３Ａと接地電極２２、２２Ａとから高周波電圧を印加する。また、これと共に、もう一方の光導波路４を伝搬する光に対して、信号電極２３Ｂと接地電極２２Ｂから電圧を印加する。この変調器３０Ｅの一方の末端の各ファイバ結合部６に対して本発明を適用し、接合基板５（１５）を設ける。
【実施例】
【００５４】
〔比較例１〕
図５および図７に示すような光変調器を作製した。
具体的には、ニオブ酸リチウム単結晶のＸ板からなるウエハに、チタン拡散導波路（光導波路基板）４、８を形成した。光導波路４および８において、Ｔｉ厚を８００オングストロームとした。そして、光導波路８においては、Ｔｉ線幅を６μｍとし、その長さを２ｍｍとした。光導波路４においてはＴｉ線幅を２μｍとし、その分岐部までの長さを５ｍｍとした。光導波路４と８との間では、Ｔｉ線幅をテーパ状に減少させた。チタンは約１０００℃で熱拡散した。
【００５５】
次に、光導波路４、８側を貼り合わせ面にして、低誘電率接着剤３を介して、同じニオブ酸リチウム単結晶のＸ板からなる支持基板１（１ｍｍ厚）に対して接着固定した。その後、光導波路基板の裏面を横型研磨、ラップおよびポリッシング（ＣＭＰ）にて６μｍまで薄板研磨加工を実施し、薄板３を形成した。その後、薄板上に電極を形成し、光導波路デバイスを製造した（図７）。
Ｔｉ線幅パラメーターは以下のとおりである（図５参照）。
Ｗ１：２ミクロン
Ｗ２：６ミクロン
Ｌ１：５ｍｍ
Ｌ２：２ｍｍ
【００５６】
偏波保持光ファイバーを光導波路の入射側端面、シングルモード光ファイバーを出射側端面に光学結合した。光導波路と光ファイバとの結合損失を測定したところ、スポットサイズの不一致による光結合の過剰損失が−１．６ｄＢであった。
【００５７】
（実施例１）
図１および図７に示すような形態の光変調器を作製した。
具体的には、まず比較例１と同様にして、図５および図７に示すような形態のチップが設けられたウエハを得た。次いで、ウエハの光ファイバ結合部６に、図１に示すように、ニオブ酸リチウムのＸ板からなるブロック５を、Ａrイオン照射によって真空中にて常温接合した。ブロック５の厚さは５００μｍであり、チップ末端からの長さは２ｍｍである。最後に切断及び端面研磨加工（端面に角度６°）を実施して、光変調器チップとした。
Ｔｉ線幅パラメーターは以下のとおりである（図１参照）。
Ｗ１：２ミクロン
Ｗ２：６ミクロン
Ｌ１：５ｍｍ
Ｌ２：２ｍｍ
【００５８】
偏波保持光ファイバを光導波路の入射側端面、シングルモード光ファイバーを出射側端面に光学結合した。光挿入損失を測定した結果、光導波路と光ファイバとの結合損失を測定したところ、０．５ｄＢ（片側端）であった。消光比は２３ｄＢと良好な特性を得た。
【００５９】
〔実施例２〕
図２および図７に示すような形態の光変調器を作製した。
具体的には、まず比較例１と同様にして、図５および図７に示すような形態のチップが設けられたウエハを得た。次いで、ウエハの光ファイバ結合部６に、図２に示すように、ニオブ酸リチウムのＸ板からなるブロック５を、Ａrイオン照射によって真空中にて常温接合した。ブロック５の厚さは５００μｍであり、チップ末端からの長さは０．５ｍｍである。最後に切断及び端面研磨加工（端面に角度６°）を実施して、光変調器チップとした。
Ｔｉ線幅パラメーターは以下のとおりである。
Ｗ１：２ミクロン
Ｗ２：６ミクロン
Ｌ１：５ｍｍ
Ｌ２：２ｍｍ
Ｌtp：０．５ｍｍ
Ｌ３：０．５ｍｍ
【００６０】
偏波保持光ファイバーを光導波路の入射側端面、シングルモード光ファイバーを出射側端面に光学結合した。直接接合部と光導波路と光ファイバとの結合損失を測定したところ、０．４ｄＢ（片側端）となった。本例では、Ｔｉパターンにテーパ部９を設けることによって、直接接合部での双方のモードミスマッチによる損失を、実施例１に比べてさらに低減できた。消光比は２３ｄＢと良好な特性を得た。
【００６１】
〔実施例３〕
図３および図７に示すような形態の光変調器を作製した。
具体的には、まず比較例１と同様にして、図５および図７に示すような形態のチップが設けられたウエハを得た。次いで、ウエハの光ファイバ結合部６に、図３に示すように、ニオブ酸リチウムのＸ板からなるブロック５を、Ａrイオン照射によって真空中にて常温接合した。ブロック５の厚さは５００μｍであり、チップ末端からの長さは０．５ｍｍである。最後に切断及び端面研磨加工（端面に角度６°）を実施して、光変調器チップとした。
Ｔｉ線幅パラメーターは以下のとおりである。
Ｗ１：２ミクロン
Ｗ２：６ミクロン
Ｌ１：５ｍｍ
Ｌ２：２ｍｍ
Ｌtp：０．５ｍｍ
Ｌ３：０．５ｍｍ
θ ：４５°
【００６２】
偏波保持光ファイバを光導波路の入射側端面、シングルモード光ファイバーを出射側端面に光学結合した。光挿入損失を測定した結果、結合損失は測定は0.3dB（片側端）となり、実施例２に比べて更に結合損失を低減できた。これは、ブロック１５にテーパ部１５ｃを形成し、ブロックの厚さを徐々に低減させたからである。また、消光比は２３ｄＢと良好な特性を得た。
【００６３】
（実施例４）
図４および図７に示すような形態の光変調器を作製した。
具体的には、まず比較例１と同様にして、図５および図７に示すような形態のチップが設けられたウエハを得た。次いで、ウエハの光ファイバ結合部６に、図４に示すように、ニオブ酸リチウムのＸ板からなるブロック５を、Ａrイオン照射によって真空中にて常温接合した。ブロック５の厚さは５００μｍであり、チップ末端からの長さは２ｍｍである。最後に切断及び端面研磨加工（端面に角度６°）を実施して、光変調器チップとした。
Ｔｉ線幅パラメーターは以下のとおりである。
Ｗ１：２ミクロン
Ｗ２：６ミクロン
Ｗ３：４ミクロン
【００６４】
偏波保持光ファイバを光導波路の入射側端面、シングルモード光ファイバーを出射側端面に光学結合した。光挿入損失を測定した。この結果、結合損失の測定値は０．３５ｄＢであった（片側端）。また、消光比は２３ｄＢと良好な特性を得た。
【符号の説明】
【００６５】
１ 支持基板 ２ 接着層 ３ 薄板 ３ａ 一方の主面 ３ｂ 他方の主面 ４ 光導波路（変調部側） ５、１５ 接合基板 ５ａ 外側面 ５ｂ 結合面 ６ 光ファイバ結合部 ７ 光変調部 ８ 光結合部側の光導波路 ９ 光導波路のテーパ部 １０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ 光変調器 １１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ 変調用基板 １５ テーパ面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板、
電気光学材料からなる変調用基板、
この変調用基板の一方の主面側に設けられている光導波路、
前記変調用基板の他方の主面側に設けられており、前記光導波路を伝搬する光を変調するための電圧を印加する電極、および
前記変調用基板の前記一方の主面を前記支持基板へと接着する接着層を備えており、
前記変調用基板が、少なくとも前記光導波路を伝搬する光の変調を行うための厚さ１０μｍ以下の変調部と、前記変調部よりも厚い光ファイバ結合部とを備えていることを特徴とする、光変調器。
【請求項２】
前記変調用基板が、厚さ１０μｍ以下の薄板と、この薄板に対して直接接合された接合板とからなり、前記薄板と前記積層板とが前記電気光学材料からなることを特徴とする、請求項１記載の光変調器。
【請求項３】
前記変調部と前記光ファイバ結合部との間に、厚さが徐々に変化するテーパ部が設けられていることを特徴とする、請求項１または２記載の光変調器。
【請求項４】
前記光ファイバ結合部における前記光導波路用の金属膜の線幅が、前記変調部における前記光導波路用の金属膜の線幅よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の光変調器。
【請求項５】
前記光ファイバ結合部における前記光導波路用の金属膜の厚さが、前記変調部における前記光導波路用の金属膜の厚さよりも大きいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の光変調器。
【請求項１】
支持基板、
電気光学材料からなる変調用基板、
この変調用基板の一方の主面側に設けられている光導波路、
前記変調用基板の他方の主面側に設けられており、前記光導波路を伝搬する光を変調するための電圧を印加する電極、および
前記変調用基板の前記一方の主面を前記支持基板へと接着する接着層を備えており、
前記変調用基板が、少なくとも前記光導波路を伝搬する光の変調を行うための厚さ１０μｍ以下の変調部と、前記変調部よりも厚い光ファイバ結合部とを備えていることを特徴とする、光変調器。
【請求項２】
前記変調用基板が、厚さ１０μｍ以下の薄板と、この薄板に対して直接接合された接合板とからなり、前記薄板と前記積層板とが前記電気光学材料からなることを特徴とする、請求項１記載の光変調器。
【請求項３】
前記変調部と前記光ファイバ結合部との間に、厚さが徐々に変化するテーパ部が設けられていることを特徴とする、請求項１または２記載の光変調器。
【請求項４】
前記光ファイバ結合部における前記光導波路用の金属膜の線幅が、前記変調部における前記光導波路用の金属膜の線幅よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の光変調器。
【請求項５】
前記光ファイバ結合部における前記光導波路用の金属膜の厚さが、前記変調部における前記光導波路用の金属膜の厚さよりも大きいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の光変調器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２３０７４１（Ｐ２０１０−２３０７４１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７５３９０（Ｐ２００９−７５３９０）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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