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JP4908387B2 - Light modulator - Google Patents
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は、光変調器に関し、より詳細には、二次の電気光学効果を有する電気光学結晶を用いた光変調器に関する。   The present invention relates to an optical modulator, and more particularly to an optical modulator using an electro-optic crystal having a secondary electro-optic effect.

現在、光通信システムの大容量、高速化ならびに高機能化に対する要求は、急激に高まっている。このような、光通信システムに用いられる光信号処理デバイスとして期待されているものに1つに光変調器があり、電気光学結晶を用いた光変調器の開発が進められている。   Currently, demands for large capacity, high speed and high functionality of optical communication systems are increasing rapidly. One of the promising optical signal processing devices used in such an optical communication system is an optical modulator, and an optical modulator using an electro-optic crystal is being developed.

電気光学結晶を用いた光位相変調器は、結晶の屈折率の変化により、結晶を通過する光の速度を変化させて、光の位相を変化させる。また、電気光学結晶を、マッハツェンダ干渉計、マイケルソン干渉計の一方の光導波路に設置すると、結晶に印加する電圧に応じて、干渉計の出力の光強度が変化する。これら干渉計は、光スイッチ、光変調器として用いることができる。特許文献1では、電気光学結晶としてKTN(KTa1-xNbx3(0<x<1))及びKLTN(K1-yLiyTa1-xNbx3(0<x<1、0<y<1))を用いた光位相変調器が開示されている。 An optical phase modulator using an electro-optic crystal changes the phase of light by changing the speed of light passing through the crystal by changing the refractive index of the crystal. When the electro-optic crystal is installed in one of the optical waveguides of the Mach-Zehnder interferometer and the Michelson interferometer, the light intensity of the output of the interferometer changes according to the voltage applied to the crystal. These interferometers can be used as optical switches and optical modulators. In Patent Document 1, KTN (KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x <1)) and KLTN (K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1) are used as electro-optic crystals. , 0 <y <1)) is disclosed.

図1(a)および(b)に、特許文献1に開示された、電気光学結晶を用いた光位相変調器の構成を示す。図1(a)、(b)において、光位相変調器は、方形の電気光学結晶1の対向する面に、幅が等しい、正極2と負極3とが形成されている。このような構成において、正極2と負極3との間に電圧Vを印加すると、該電圧Vに応じて、電気光学結晶1を伝搬する光の位相が変化する。   1A and 1B show a configuration of an optical phase modulator using an electro-optic crystal disclosed in Patent Document 1. FIG. 1A and 1B, the optical phase modulator has a positive electrode 2 and a negative electrode 3 that are equal in width on opposite surfaces of a rectangular electro-optic crystal 1. In such a configuration, when a voltage V is applied between the positive electrode 2 and the negative electrode 3, the phase of light propagating through the electro-optic crystal 1 changes according to the voltage V.

国際公開第2006/137408号パンフレットInternational Publication No. 2006/137408 Pamphlet

上記KTNやKLTNは、立方晶かつ大きい2次の電気光学効果を有する誘電体結晶であるので、偏波無依存で低電圧駆動を実現でき、かつ組成に応じて、大きい2次の電気光学効果を発現する温度域を調整できるので、光変調器に用いるのは好ましい。   Since KTN or KLTN is a dielectric crystal having a cubic crystal structure and a large secondary electro-optic effect, low-voltage driving can be realized without depending on polarization, and a large secondary electro-optic effect can be obtained depending on the composition. Therefore, it is preferable to use it for an optical modulator.

特に、強誘電転移近傍において、比誘電率が大きく変化するので、上記相転移近傍を動作温度に設定して動作させることが好ましい。   In particular, since the relative permittivity changes greatly in the vicinity of the ferroelectric transition, it is preferable to operate by setting the vicinity of the phase transition as the operating temperature.

しかしながら、この温度領域では、上述のようにKTNやKLTNの誘電率が高いので、大きな屈折率変化を効率的に起こすことができ、効率的に光変調器を動作させる観点からすると非常に有効であるが、同時に正極、負極間の電気容量が高くなってしまう。例えば、スイッチングを行う際、電気容量に対応する充放電を行うことになるが、このスイッチング速度に対応する電力消費が生じることになる。よって、KTNやKLTNを用いる際、効率良く変調を行うことが可能な動作温度では、電気容量が高くなるため、駆動電源の負担が非常に大きくなり、実用化を困難なものとしている。   However, in this temperature range, the dielectric constant of KTN or KLTN is high as described above, so that a large refractive index change can be caused efficiently, which is very effective from the viewpoint of operating the optical modulator efficiently. At the same time, the electric capacity between the positive electrode and the negative electrode is increased. For example, when switching is performed, charging / discharging corresponding to the electric capacity is performed, but power consumption corresponding to the switching speed is generated. Therefore, when KTN or KLTN is used, the electric capacity becomes high at an operating temperature at which modulation can be performed efficiently, so that the burden on the drive power supply becomes very large, making practical application difficult.

また、KTNやKLTNに限らず、2次の電気光学効果を有する電気光学結晶全般に対して、変調効果を損なわずに、電気容量が高いことによる駆動電源の負担を軽減したい、という要望がある。   In addition to KTN and KLTN, there is a demand for reducing the burden on the driving power source due to the high electric capacity without impairing the modulation effect for all electro-optic crystals having secondary electro-optic effect. .

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、駆動電源の負担を軽減可能な光変調器を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an optical modulator capable of reducing the burden on the drive power supply.

このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、光変調器であって、2次の電気光学効果を有する電気光学結晶と、前記電気光学結晶の第1の面に配置された第1の電極と、前記電気光学結晶の第1の面に対向する第2の面に配置された第2の電極と
前記電気光学結晶の、前記第1の面、前記第2の面、入射光の入射面、および出射面以外の対向する2つの面の少なくとも一方に形成された凹部とを備え、前記電気光学結晶は、少なくとも、前記第1の面の幅よりも狭い幅を有する領域を有し、前記第1の電極の幅および前記第2の面の幅は、前記領域の幅よりも広く、前記領域は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に位置し、前記凹部により前記領域が形成されていることを特徴とする。
In order to achieve such an object, the invention described in claim 1 is an optical modulator, and is arranged on a first surface of an electro-optic crystal having a secondary electro-optic effect and the electro-optic crystal. A first electrode formed, and a second electrode disposed on a second surface opposite to the first surface of the electro-optic crystal ;
A concave portion formed on at least one of the first surface, the second surface, the incident light incident surface, and the two opposing surfaces other than the emitting surface of the electro-optical crystal; Has at least a region having a width narrower than the width of the first surface, and the width of the first electrode and the width of the second surface are wider than the width of the region, The region is formed between the first electrode and the second electrode, and the region is formed by the recess .

請求項4に記載の発明は、請求項に記載の発明において、前記凹部には、前記電気光学結晶の誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率材料が設けられていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the concave portion is provided with a low dielectric constant material having a dielectric constant lower than that of the electro-optic crystal. To do.

請求項6に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記領域の幅は、前記光変調器に入射される入射光の直径よりも大きく、前記入射光は、前記領域に入射されることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the width of the region is larger than the diameter of incident light incident on the optical modulator, and the incident light is incident on the region. It is incident.

請求項7に記載の発明は、請求項1乃至のいずれかに記載の発明において、前記第1の電極および第2の電極の材料は、Pt、Co、Ge、Au、Pd、Ni、Ir、Pt、Se、Cs、Rb、K、Sr、Ba、Na、Ca、Li、Y、Sc、La、Mg、As、Ti、Hf、Zr、Mn、In、Ga、Cd、Bi、Ta、Pb、Ag、Al、V、Nb、Ti、Zn、Sn、B、Hg、Cr、Si、Sb、W、Mo、Cu、Fe、Ru、Os、Te、Re、Be、Rhのいずれかであることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 3 , wherein the material of the first electrode and the second electrode is Pt, Co, Ge, Au, Pd, Ni, Ir , Pt, Se, Cs, Rb, K, Sr, Ba, Na, Ca, Li, Y, Sc, La, Mg, As, Ti, Hf, Zr, Mn, In, Ga, Cd, Bi, Ta, Pb , Ag, Al, V, Nb, Ti, Zn, Sn, B, Hg, Cr, Si, Sb, W, Mo, Cu, Fe, Ru, Os, Te, Re, Be, Rh It is characterized by.

本発明によれば、電気光学結晶の、変調のために電界が印加される領域の一部の幅を、電極が配置される面の少なくとも一方の面よりも狭くしているので、光変調器の電気容量を低減することができ、駆動電源の負担を軽減することが可能となる。   According to the present invention, the width of a part of the region to which the electric field is applied for modulation of the electro-optic crystal is narrower than at least one of the surfaces on which the electrodes are arranged. Therefore, it is possible to reduce the load on the drive power source.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本発明の一実施形態は、KTN(KTa1-xNbx3(0<x<1))やKLTN(K1-yLiyTa1-xNbx3(0<x<1、0<y<1))等、2次の電気光学効果を有する電気光学結晶を用いた光変調器であって、該電気光学結晶の対向する面にそれぞれ電極を配置し、上記電気光学結晶において、上記2つの電極の間の領域の一部の幅を、すなわち該2つの電極により電界が印加される領域の一部の幅を、該電極が配置されている面の少なくとも一方の幅よりも狭くしている。すなわち、上記電気光学結晶の、電極が配置されておらず、かつ光が入射する入射面および出射する出射面以外の対向する2つ面の少なくとも一方において、入射面と出射面との間の、光の通過する方向に沿った領域の一部を除去している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings described below, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
In one embodiment of the present invention, KTN (KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x <1)) and KLTN (K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1, 0 <y <1)), etc., and an optical modulator using an electro-optic crystal having a secondary electro-optic effect, wherein electrodes are arranged on opposite surfaces of the electro-optic crystal, , A width of a part of a region between the two electrodes, that is, a width of a part of a region to which an electric field is applied by the two electrodes is larger than a width of at least one of surfaces on which the electrodes are arranged It is narrow. That is, in the electro-optic crystal, the electrode is not disposed, and at least one of two opposing surfaces other than the incident surface on which light is incident and the emitting surface to be emitted, between the incident surface and the emitting surface, A part of the region along the light passing direction is removed.

本発明の一実施形態では、上記幅が狭くなっている領域を、光が通過する領域(光の変調領域)とすることが好ましい。なお、光の変調領域とは、光変調器を構成する電気光学結晶の、電界が印加されている領域であって、変調させたい光が通過する領域である。この構成の場合は、上記電気光学結晶の、電極が配置されておらず、かつ上記入射面および出射面以外の対向する2つ面の少なくとも一方において、少なくとも入射光の直径よりも大きい領域を残すように、入射面と出射面との間の、光の通過する方向に沿った領域の一部を除去することになる。   In one embodiment of the present invention, it is preferable that the region where the width is narrowed is a region through which light passes (light modulation region). The light modulation region is a region where an electric field is applied to the electro-optic crystal constituting the light modulator and through which light to be modulated passes. In the case of this configuration, the electrode of the electro-optic crystal is not disposed, and at least one of the two opposing surfaces other than the incident surface and the emitting surface is left at least a region larger than the diameter of the incident light. Thus, a part of area | region along the direction through which light passes between an entrance plane and an output surface is removed.

本発明の一実施形態において、電気光学結晶における光が通過する領域の幅が、電極が配置される面の双方の幅よりも狭い場合は(第1および第2の実施形態にて詳述)、上記狭くなっている領域の誘電体である電気光学結晶が取り除かれていることにより、電極の面積を大きくしたり、電極間距離、すなわち電気光学結晶の厚さを小さくしなくても、コンデンサと見立てることができる、電気光学結晶の対向する面に電極を設けた光変調器の電気容量を小さくすることができる。   In one embodiment of the present invention, when the width of the region through which light passes in the electro-optic crystal is narrower than the width of both surfaces on which the electrodes are disposed (detailed in the first and second embodiments) By removing the electro-optic crystal, which is the dielectric in the narrowed region, the capacitor can be obtained without increasing the area of the electrodes or reducing the distance between the electrodes, that is, the thickness of the electro-optic crystal. It is possible to reduce the electric capacity of the optical modulator provided with electrodes on the opposing surfaces of the electro-optic crystal.

また、本発明の別の実施形態において、電気光学結晶における光が通過する領域の幅が、電極が配置される面の一方の幅よりも狭い場合は(第3の実施形態にて詳述)、コンデンサを形成する電極の一方ではあるが、電極の面積を大きくすることができるので、上記電気容量の低減を図ることができる。   In another embodiment of the present invention, when the width of the region through which light passes in the electro-optic crystal is narrower than one width of the surface on which the electrode is disposed (detailed in the third embodiment). Although it is one of the electrodes forming the capacitor, the area of the electrode can be increased, so that the electric capacity can be reduced.

さて、KTNやKLTNは大きな誘電率を有しているので、変調器の電気容量が大きくなり駆動電源に負担をかけてしまうが、該大きな誘電率により効率良く変調動作を行うことができる。よって、KTNやKLTN等の大きな誘電率を有する電気光学結晶は、変調動作の効率化を実現できる反面、変調器の電気容量が大きくなり、駆動電源への負担増に繋がる、という変調動作の効率と駆動電源への負担のトレードオフの関係を有することになる。   Now, since KTN and KLTN have a large dielectric constant, the electric capacity of the modulator increases and places a burden on the drive power supply, but the large dielectric constant allows efficient modulation operation. Therefore, the electro-optic crystal having a large dielectric constant such as KTN or KLTN can realize the efficiency of the modulation operation, but the modulation capacitor has a large electric capacity and leads to an increase in the load on the drive power supply. And the burden on the drive power supply.

そこで、本発明では、大きな誘電率の利点である高い効率の変調動作を発揮しつつ、光変調器の電気容量の低減を達成するために、電気光学結晶の、変調のために電界が印加される領域、すなわち電気光学結晶の対向する面に配置された2つの電極の間の領域において、その一部を取り除いている。すなわち、上記電気光学結晶の、2つの電極の間の領域において、光の進行する方向に沿った一領域を入射面から出射面に向って除去することによって、光の変調領域においては、電界が印加される電気光学結晶を用いることになるので高効率の変調動作が実現でき、かつ電界が印加される電気光学結晶のうち、光が通過しない領域の一部が除去されるので、光変調器の電気容量を低減することができる。従って、変調効率を高めながら、駆動電源への負担を軽減することができるのである。   Therefore, in the present invention, an electric field is applied for modulation of the electro-optic crystal in order to achieve a reduction in the electric capacity of the optical modulator while exhibiting a highly efficient modulation operation which is an advantage of a large dielectric constant. A part of the region to be removed, that is, the region between the two electrodes arranged on the opposite surfaces of the electro-optic crystal is removed. That is, in the region between the two electrodes of the electro-optic crystal, by removing one region along the light traveling direction from the incident surface toward the emitting surface, an electric field is generated in the light modulation region. Since an applied electro-optic crystal is used, a highly efficient modulation operation can be realized, and part of the region through which light does not pass is removed from the electro-optic crystal to which an electric field is applied. The electric capacity of can be reduced. Therefore, the burden on the drive power supply can be reduced while increasing the modulation efficiency.

なお、本明細書において、「幅」とは、光変調器が備える各部材(電気光学結晶や電極等)に対して、該光変調器を通過する光の進行方向、および電極間に発生する電界方向の双方に垂直となる方向の長さと定義する。よって、上記光変調器が備える各部材に対して、「厚さ」とは、電界方向と一致する方向の長さを指すことになる。   In this specification, the “width” is generated between each electrode (electro-optic crystal, electrode, etc.) included in the optical modulator and the traveling direction of light passing through the optical modulator and between the electrodes. It is defined as the length in the direction perpendicular to both the electric field directions. Therefore, for each member included in the optical modulator, the “thickness” refers to the length in the direction matching the electric field direction.

上記KTN、KLTNは、電界を結晶軸方向に印加すると、大きな二次の電気光学効果を示す。その値は(1200〜8000pm/V)であり、1次の電気光学効果を有する材料であるLiNO3(LN)の有する非線形定数30pm/Vに比べて著しく大きい。さらに、KTN、KLTNは、TaとNbの組成比を変化させることにより、常誘電性から強誘電性への相転移温度を、ほぼ絶対零度から400℃まで変化させることが可能である。従って、温度コントローラを用いなくても、動作温度を室温等、所望に設定することができる。このように、KTNやKLTNは、光変調器に対して好ましい材料である。 The above KTN and KLTN exhibit a large secondary electro-optic effect when an electric field is applied in the crystal axis direction. The value is (1200 to 8000 pm / V), which is significantly larger than the nonlinear constant 30 pm / V of LiNO 3 (LN), which is a material having a primary electro-optic effect. Furthermore, KTN and KLTN can change the phase transition temperature from paraelectricity to ferroelectricity from almost absolute zero to 400 ° C. by changing the composition ratio of Ta and Nb. Therefore, the operating temperature can be set as desired, such as room temperature, without using a temperature controller. Thus, KTN and KLTN are preferable materials for the optical modulator.

なお、本発明の一実施形態では、光変調器の変調領域として用いる材料は、KTNやKLTNに限らない。本発明の一実施形態の目的は、低電圧で変調動作を行うことではなく、2次の電気光学効果を有する材料を変調領域に適用した際の、電極の電気容量を低減することである。よって、上記変調材料に用いる材料は、KTN、KLTNに限らず、LiTaO3、LiIO3、KNbO3、KTiOPO4、BaTiO3、SrTiO3、Ba1-xSrxTiO3(0<x<1)、Ba1-xSrxNb26(0<x<1)、Sr0.75Ba0.25Nb26、Pb1-yLayTi1-xZrx3(0<x<1、0<y<1)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3、KH2PO4、KD2PO4、(NH4)H2PO4、BaB24、LiB35、CsLiB610、GaAs、CdTe、GaP、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、およびZnO等、2次の電気光学効果を有する誘電体材料であればいずれを用いても良い。 In one embodiment of the present invention, the material used as the modulation region of the optical modulator is not limited to KTN or KLTN. An object of one embodiment of the present invention is not to perform a modulation operation at a low voltage, but to reduce the capacitance of the electrode when a material having a secondary electro-optic effect is applied to the modulation region. Therefore, the material used for the modulation material is not limited to KTN and KLTN, but LiTaO 3 , LiIO 3 , KNbO 3 , KTiOPO 4 , BaTiO 3 , SrTiO 3 , Ba 1-x Sr x TiO 3 (0 <x <1). , Ba 1-x Sr x Nb 2 O 6 (0 <x <1), Sr 0.75 Ba 0.25 Nb 2 O 6, Pb 1-y La y Ti 1-x Zr x O 3 (0 <x <1,0 <Y <1), Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 —PbTiO 3 , KH 2 PO 4 , KD 2 PO 4 , (NH 4 ) H 2 PO 4 , BaB 2 O 4 , LiB 3 O 5 , CsLiB 6 O 10 , GaAs, CdTe, GaP, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, and ZnO, and any dielectric material having a secondary electro-optic effect may be used.

また、電気光学結晶に電界を印加するための電極の材料は、Pt、Co、Ge、Au、Pd、Ni、Ir、Pt、Se、Cs、Rb、K、Sr、Ba、Na、Ca、Li、Y、Sc、La、Mg、As、Ti、Hf、Zr、Mn、In、Ga、Cd、Bi、Ta、Pb、Ag、Al、V、Nb、Ti、Zn、Sn、B、Hg、Cr、Si、Sb、W、Mo、Cu、Fe、Ru、Os、Te、Re、Be、Rhのいずれかを用いることができる。また、上記材料を複数用いた合金であってもよい。   The material of the electrode for applying an electric field to the electro-optic crystal is Pt, Co, Ge, Au, Pd, Ni, Ir, Pt, Se, Cs, Rb, K, Sr, Ba, Na, Ca, Li Y, Sc, La, Mg, As, Ti, Hf, Zr, Mn, In, Ga, Cd, Bi, Ta, Pb, Ag, Al, V, Nb, Ti, Zn, Sn, B, Hg, Cr , Si, Sb, W, Mo, Cu, Fe, Ru, Os, Te, Re, Be, and Rh can be used. Further, an alloy using a plurality of the above materials may be used.

(第1の実施形態)
本実施形態では、光変調器を構成する電気光学結晶の、電界が印加される領域のうち、幅を狭くする領域を、入射光が通過する領域である光の変調領域としている。すなわち、高い効率の変調動作を発揮しつつ、光変調器の電気容量の低減を達成するために、光の変調領域として実質的に機能する領域については少なくともKTNやKLTN等の電気光学結晶を残し、それ以外の余分な電気光学結晶を取り除いている。
(First embodiment)
In this embodiment, among the regions to which the electric field is applied of the electro-optic crystal constituting the optical modulator, a region whose width is narrowed is a light modulation region that is a region through which incident light passes. That is, in order to achieve a reduction in the electric capacity of the optical modulator while exhibiting a high-efficiency modulation operation, at least an electro-optic crystal such as KTN or KLTN is left in the region that substantially functions as the light modulation region. Other than that, the extra electro-optic crystal is removed.

このように、電気光学結晶の、電極が配置された面の少なくとも一方の幅および該面に配置された電極の幅を、光の変調領域(光が通過する領域)の幅よりも広くすることで、光変調器の電気容量を小さくしつつ、光の変調領域への電界強度を大きくすることができる。これにより、電極への印加電圧を下げることができる。   Thus, the width of at least one of the surfaces on which the electrodes are arranged and the width of the electrodes arranged on the surfaces of the electro-optic crystal are made wider than the width of the light modulation region (region through which light passes). Thus, the electric field strength to the light modulation region can be increased while reducing the electric capacity of the optical modulator. Thereby, the voltage applied to the electrode can be lowered.

図2は、本実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。
図2において、本実施形態に係る光変調器20は、2次の電気光学効果を有する電気光学結晶21を備えている。電気光学結晶21の第1の面には正極22が配置され、該第1の面に対向する第2の面には負極23が配置されている。本実施形態では、電気光学結晶21をKTNとしている。
なお、各部材(電気光学結晶21、正極22、負極23)の「幅」は、各部材について、図2の矢印方向Pの長さを指す。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the optical modulator according to the present embodiment.
In FIG. 2, the optical modulator 20 according to the present embodiment includes an electro-optic crystal 21 having a secondary electro-optic effect. A positive electrode 22 is disposed on the first surface of the electro-optic crystal 21, and a negative electrode 23 is disposed on the second surface opposite to the first surface. In the present embodiment, the electro-optic crystal 21 is KTN.
The “width” of each member (electro-optic crystal 21, positive electrode 22, negative electrode 23) indicates the length in the arrow direction P of FIG.

本実施形態では、電気光学結晶21は、幅l1を有する第1の領域24と、幅l1よりも広い(大きな)幅である幅l2を有する第2の領域25a、25bを有している。これら第1の領域24、第2の領域25a、25bはそれぞれ、電気光学結晶21の、正極22、負極23が配置されておらず、かつ入射光27の入射面および出射面以外の対向する面(電気光学結晶21の側面)の双方において、入射面から出射面に向って凹部26a、26bを形成して、入射光27の直径よりもわずかに大きな幅l1の第1の領域24が残るようにして電気光学結晶21を除去することで形成される。 In the present embodiment, the electro-optic crystal 21 includes a first region 24 having a width l 1 and second regions 25a and 25b having a width l 2 that is wider (larger) than the width l 1. ing. The first region 24 and the second region 25a, 25b are respectively opposed surfaces of the electro-optic crystal 21 where the positive electrode 22 and the negative electrode 23 are not disposed and other than the incident surface and the exit surface of the incident light 27. On both sides (side surfaces of the electro-optic crystal 21), concave portions 26a and 26b are formed from the incident surface to the emission surface, and the first region 24 having a width l 1 slightly larger than the diameter of the incident light 27 remains. In this way, the electro-optic crystal 21 is removed.

また、第1の領域24に入射光27が入射されるので、該第1の領域24が光の変調領域となる。よって、入射光27の全ての第1の領域24への入射を可能にするために、第1の領域24の幅l1を入射光27の直径よりも大きくしている。幅l1をこのように設定することにより、光の変調領域として電気光学結晶を用いつつ、正極22および負極23により電界が印加される電気光学結晶21の領域うち光の変調領域として利用されない部分の少なくとも一部を除去することになるので、高効率の変調を実現しつつ、正極22、負極23および電気光学結晶21により形成されるコンデンサの電気容量の低減を図ることができる。 Further, since the incident light 27 is incident on the first region 24, the first region 24 becomes a light modulation region. Therefore, the width l 1 of the first region 24 is made larger than the diameter of the incident light 27 in order to allow the incident light 27 to enter all the first regions 24. By setting the width l 1 in this way, the portion of the electro-optic crystal 21 to which the electric field is applied by the positive electrode 22 and the negative electrode 23 while the electro-optic crystal is used as the light modulation region is not used as the light modulation region. Therefore, it is possible to reduce the capacitance of the capacitor formed by the positive electrode 22, the negative electrode 23, and the electro-optic crystal 21 while realizing high-efficiency modulation.

上述のように、本実施形態では、第1の領域24が光の変調領域として機能するので、正極22および負極23は、第1の領域24を挟むように配置されることになる。すなわち、正極22と負極23との間の領域に第1の領域24が位置するように、正極22と負極23とを配置して、正極22および負極23に所定の電圧が印加されて発生した電界が、第1の領域24に印加されるようにする。   As described above, in the present embodiment, since the first region 24 functions as a light modulation region, the positive electrode 22 and the negative electrode 23 are disposed so as to sandwich the first region 24. That is, the positive electrode 22 and the negative electrode 23 are arranged so that the first region 24 is located in the region between the positive electrode 22 and the negative electrode 23, and a predetermined voltage is applied to the positive electrode 22 and the negative electrode 23. An electric field is applied to the first region 24.

ここで、正極22、負極23および電気光学結晶21により形成されるコンデンサの電気容量を低減する、という観点からすると、正極22と負極23との間に存在する電気光学結晶21のうち、入射光27を良好に伝搬するための領域(第1の領域24)を少なくとも残して余分な部分を除去する必要がある。このことを考慮して、正極22および負極23の幅は、第1の領域24の幅である幅l1よりも広く(大きく)設定されている。 Here, from the viewpoint of reducing the electric capacity of the capacitor formed by the positive electrode 22, the negative electrode 23, and the electro-optic crystal 21, incident light is included in the electro-optic crystal 21 existing between the positive electrode 22 and the negative electrode 23. Therefore, it is necessary to remove an excessive portion while leaving at least a region (the first region 24) for favorably propagating 27. In consideration of this, the widths of the positive electrode 22 and the negative electrode 23 are set wider (larger) than the width l 1 that is the width of the first region 24.

また、本実施形態では、第2の領域25a、25bは、正極22、負極23を安定に保持するための土台として機能する。本実施形態では、上述のように正極22および負極23の幅を、第1の領域24の幅l1よりも広く設定しているので、少なくとも、電気光学結晶21の正極22および負極23が配置される面内に正極22および負極23が収まるようにしないと、正極22および負極23を電気光学結晶21に安定に配置することが困難となる。そこで、本実施形態では、正極22および負極23の幅以上の大きさの幅l2を有する、第2の領域25aおよび25bを設けることによって、正極22および負極23の配置の安定化を図っている。 In the present embodiment, the second regions 25a and 25b function as a base for stably holding the positive electrode 22 and the negative electrode 23. In this embodiment, since the positive electrode 22 and the negative electrode 23 are set wider than the width l 1 of the first region 24 as described above, at least the positive electrode 22 and the negative electrode 23 of the electro-optic crystal 21 are arranged. If the positive electrode 22 and the negative electrode 23 do not fit within the surface, it will be difficult to stably dispose the positive electrode 22 and the negative electrode 23 on the electro-optic crystal 21. Therefore, in the present embodiment, the arrangement of the positive electrode 22 and the negative electrode 23 is stabilized by providing the second regions 25a and 25b having a width l 2 that is larger than the width of the positive electrode 22 and the negative electrode 23. Yes.

さらに、第2の領域25a、25bの幅l2をそれぞれ、正極22および負極23の幅以上にすることによって、正極22と負極23との間に発生する電界を全て、光の変調領域となる第1の領域24にガイドすることができる。 Further, by setting the width l 2 of the second regions 25a and 25b to be equal to or larger than the widths of the positive electrode 22 and the negative electrode 23, all the electric fields generated between the positive electrode 22 and the negative electrode 23 become light modulation regions. The first region 24 can be guided.

本実施形態では、凹部26aおよび26bには空気が存在することになり、電気光学結晶21であるKTNは空気の誘電率に比べて非常に大きな誘電率を有しているので、電界は第1の領域24から凹部26a、26bへと漏れることはない。上述のように、正極22、負極23の幅は、第1の領域24の幅l1よりも広いので、正極22および負極23の幅が第2の領域25a、25bの幅l2よりも広い場合は、正極22および負極23の双方において電気光学結晶21からはみ出る部分が生じることになり、該はみ出ている電極部分間に生じる電界は、電気光学結晶21が存在しない凹部26a、26b間に発生することになる。従って、正極22、負極23によって発生する電界を効率良く変調動作に用いることができない。 In the present embodiment, air exists in the recesses 26a and 26b, and KTN, which is the electro-optic crystal 21, has a very large dielectric constant compared to the dielectric constant of air. No leakage from the region 24 into the recesses 26a, 26b. As described above, since the positive electrode 22 and the negative electrode 23 are wider than the width l 1 of the first region 24, the positive electrode 22 and the negative electrode 23 are wider than the width l 2 of the second regions 25a and 25b. In this case, a portion protruding from the electro-optic crystal 21 is generated in both the positive electrode 22 and the negative electrode 23, and an electric field generated between the protruding electrode portions is generated between the recesses 26a and 26b where the electro-optic crystal 21 does not exist. Will do. Therefore, the electric field generated by the positive electrode 22 and the negative electrode 23 cannot be efficiently used for the modulation operation.

しかしながら、本実施形態では、第2の領域25a、25bの幅l2をそれぞれ、正極22および負極23の幅以上としているので、正極22、負極23が電気光学結晶21と接することになり、正極22と負極23との間に発生する電界が、電気光学結晶21の大きな誘電率により凹部26a、26bに漏れることが無いので、該電界の全てを第1の領域24に印加することができるのである。 However, in the present embodiment, since the widths l 2 of the second regions 25a and 25b are equal to or larger than the widths of the positive electrode 22 and the negative electrode 23, the positive electrode 22 and the negative electrode 23 are in contact with the electro-optic crystal 21. Since the electric field generated between the electrode 22 and the negative electrode 23 does not leak into the recesses 26 a and 26 b due to the large dielectric constant of the electro-optic crystal 21, all of the electric field can be applied to the first region 24. is there.

このような構成において、変調動作時に、駆動電源から電圧が正極22および負極23に印加されると、正極22から負極23に向って、すなわち、電気光学結晶21に入射した入射光27が伝搬する方向と垂直な方向に電界が発生する。このとき、発生した電界は、第2の領域25a、25bを介して第1の領域24に印加されるので、入射光27は該第1の領域24を通過する際に所定の変調を受ける。   In such a configuration, when a voltage is applied from the drive power source to the positive electrode 22 and the negative electrode 23 during the modulation operation, the incident light 27 incident on the electro-optic crystal 21 propagates from the positive electrode 22 toward the negative electrode 23. An electric field is generated in a direction perpendicular to the direction. At this time, the generated electric field is applied to the first region 24 via the second regions 25 a and 25 b, so that the incident light 27 undergoes predetermined modulation when passing through the first region 24.

本実施形態では、電気光学結晶21が、幅の広い領域である第2の領域25a、25b、および第2の領域25a、25bよりも幅が狭い領域である第1の領域24を有するように凹部26a、26bを形成しているので、電気光学結晶21のうち、正極22と負極23との間の電界が印加される領域において、変調に必要な領域(第1の領域24)を確保しつつ、誘電率の高い電気光学結晶21の量を減らすことができる。すなわち、電界が印加される電気光学結晶21のうち、光の変調領域となる領域以外の領域を減らすことができる。また、電極が配置される面を含む第2の領域25a、25bの幅l2を、光の変調領域である第1の領域24の幅l1よりも広くしているので、正極22および負極23の幅を幅l1以上に設定することができ、電極の面積の増大化を図ることができる。従って、高い効率での変調を実現しつつ、光変調器20の電気容量を低減することができる。 In the present embodiment, the electro-optic crystal 21 has the second regions 25a and 25b which are wide regions and the first region 24 which is a region narrower than the second regions 25a and 25b. Since the recesses 26a and 26b are formed, a region (first region 24) necessary for modulation is secured in the region where the electric field between the positive electrode 22 and the negative electrode 23 is applied in the electro-optic crystal 21. However, the amount of the electro-optic crystal 21 having a high dielectric constant can be reduced. That is, it is possible to reduce the region other than the region serving as the light modulation region in the electro-optic crystal 21 to which the electric field is applied. Further, since the width l 2 of the second regions 25a and 25b including the surface on which the electrodes are disposed is wider than the width l 1 of the first region 24 that is a light modulation region, the positive electrode 22 and the negative electrode The width of 23 can be set to the width l 1 or more, and the area of the electrode can be increased. Accordingly, the electric capacity of the optical modulator 20 can be reduced while realizing modulation with high efficiency.

また、凹部26a、26bを、入射光27の進行方向に沿って、入射面から出射面に一様の深さで形成されているので、第1の領域24の幅l1を一様にすることができ、第1の領域24に印加される電界強度を、第1の領域24の、上記進行方向に沿ったいずれの場所においても一様にすることができる。よって、入射光27に対して良好な変調を施すことができる。 Further, since the recesses 26a and 26b are formed with a uniform depth from the incident surface to the exit surface along the traveling direction of the incident light 27, the width l 1 of the first region 24 is made uniform. The electric field intensity applied to the first region 24 can be made uniform at any location along the traveling direction of the first region 24. Therefore, good modulation can be performed on the incident light 27.

また、上述のように、本実施形態に係る構成にすることで、光の変調領域としての第1の領域24の幅l1よりも広い幅の正極22、負極23から発生する電界を、第1の領域24に印加することができるので、図1(b)に示す構成のように、光の変調領域の幅が正極22および負極23の幅と同じ場合に比べて、第1の領域24に印加される電界強度を大きくすることができる。従って、図1(a)、(b)に示すような従来の構成に比べて、所定の変調のために必要な電圧を低減することができる。すなわち、本実施形態では、凹部26a、26bを設けて第1の領域24を形成して、光の変調に必要な領域以外の領域の電気光学結晶を極力減らすことによって、電気容量の低減を図っているが、これに加えて、第1の領域24、および凹部26a、26bは、光の変調に必要な領域に電界を集中させる機能も果たす。 In addition, as described above, with the configuration according to the present embodiment, the electric field generated from the positive electrode 22 and the negative electrode 23 having a width wider than the width l 1 of the first region 24 as the light modulation region can be reduced. 1, the first region 24 can be applied compared to the case where the width of the light modulation region is the same as the width of the positive electrode 22 and the negative electrode 23 as in the configuration shown in FIG. The electric field strength applied to can be increased. Therefore, compared with the conventional configuration as shown in FIGS. 1A and 1B, the voltage required for the predetermined modulation can be reduced. In other words, in the present embodiment, the concave portions 26a and 26b are provided to form the first region 24, and the electro-optic crystal in the region other than the region necessary for light modulation is reduced as much as possible, thereby reducing the electric capacity. However, in addition to this, the first region 24 and the recesses 26a and 26b also function to concentrate the electric field in a region necessary for light modulation.

さらに、入射光27を第1の領域24に入射するようにする、すなわち、第1の領域24を光の変調領域とすることで、光変調器20の厚さのさらなる低減を図ることができ、電気容量をさらに低減することができる。すなわち、本実施形態では、光変調器20の駆動電圧を低減することが重要であり、そのためには、電気光学結晶21の厚さを小さくすることが好ましい。従って、正極22と負極23とに挟まれた電気光学結晶21の領域のうち、電気容量の低減のために幅を狭くする領域に入射光27を入射して、該領域を光の変調領域とすることによって、該領域を有効に利用することができ、電気光学結晶21の厚さの低減を図ることができる。   Further, by making the incident light 27 incident on the first region 24, that is, by setting the first region 24 as a light modulation region, the thickness of the optical modulator 20 can be further reduced. The electric capacity can be further reduced. That is, in the present embodiment, it is important to reduce the drive voltage of the optical modulator 20, and for that purpose, it is preferable to reduce the thickness of the electro-optic crystal 21. Therefore, the incident light 27 is incident on a region of the electro-optic crystal 21 sandwiched between the positive electrode 22 and the negative electrode 23 and the width thereof is narrowed to reduce the capacitance, and the region is defined as a light modulation region. By doing so, the region can be used effectively, and the thickness of the electro-optic crystal 21 can be reduced.

なお、本実施形態では、入射光27の全てを第1の領域24に入射する形態を説明したが、入射光27を、第1の領域24と第2の領域25a(25b)とをまたがるようにして入射しても良いし(図3(a))、第2の領域25aまたは25bに入射するようにしても良い(図3(b))。   In the present embodiment, the form in which all of the incident light 27 is incident on the first region 24 has been described. However, the incident light 27 extends across the first region 24 and the second region 25a (25b). May be incident (FIG. 3A), or may be incident on the second region 25a or 25b (FIG. 3B).

また、光変調器20の側面の双方に、凹部26aおよび凹部26bが形成されているが、上記側面の一方のみに凹部を形成するようにしても良い。すなわち、本実施形態で重要なことは、電気光学結晶21の電界が印加される領域の一部の幅を、それ以外の領域の幅よりも狭くすることであり、該幅が狭くなる領域を形成するために、光変調器の側面に凹部を形成している。従って、光変調器の側面の少なくとも一方に凹部を形成すれば、上記幅が狭くなる領域を形成することができ、光変調器の電気容量を低減することができるのである。   Moreover, although the recessed part 26a and the recessed part 26b are formed in both the side surfaces of the optical modulator 20, you may make it form a recessed part only in one side of the said side surface. That is, what is important in the present embodiment is that the width of a part of the region to which the electric field of the electro-optic crystal 21 is applied is made narrower than the width of the other region, and the region where the width becomes narrower. In order to form, a concave portion is formed on the side surface of the optical modulator. Therefore, if the concave portion is formed on at least one of the side surfaces of the optical modulator, a region where the width is narrowed can be formed, and the electric capacity of the optical modulator can be reduced.

さらに、本実施形態では、光変調器20の側面に凹部26aおよび凹部26bを1つずつ形成しているが、形成する凹部の数は1つずつに限らず、複数ずつ形成するようにしても良い。   Further, in the present embodiment, one recess 26a and one recess 26b are formed on the side surface of the optical modulator 20, but the number of recesses to be formed is not limited to one, and a plurality of recesses may be formed. good.

次に、本実施形態に係る光変調器20の作製方法を説明する。図4(a)〜(e)は、光変調器20の作製方法を説明するための図である。
厚さl2を有する電気光学結晶41(本実施形態では、KTN)を用意する(図4(a))。該電気光学結晶41の面42aおよび該面42aに対向する面42bが、後に光変調器の側面となる。
Next, a method for manufacturing the optical modulator 20 according to this embodiment will be described. 4A to 4E are diagrams for explaining a method of manufacturing the optical modulator 20.
An electro-optic crystal 41 having a thickness l 2 (in this embodiment, KTN) is prepared (FIG. 4A). The surface 42a of the electro-optic crystal 41 and the surface 42b facing the surface 42a will later become the side surfaces of the optical modulator.

次いで、図4(b)に示すように、電気光学結晶41の面42aに、ダイシングソーを用いて所定の間隔で溝43a、43b、および43cを互いが平行になるようにして形成する。また、電気光学結晶41の面42bについても、ダイシングソーを用いて、所定の間隔で溝44a、44b、および44cを互いが平行になるように形成する。このとき、溝43aと溝44aとが対向するようにし、かつ溝43aと溝44aとの間の領域が幅l1となるように溝43aおよび溝44aを形成する。同様に、溝43bと溝44bとが対向するようにし、かつ溝43bと溝44bとの間の領域が幅l1となるように溝43bおよび溝44bを形成し、溝43cと溝44cとが対向するようにし、かつ溝43cと溝44cとの間の領域が幅l1となるように溝43cおよび溝44cを形成する。 Next, as shown in FIG. 4B, grooves 43a, 43b, and 43c are formed on the surface 42a of the electro-optic crystal 41 using a dicing saw so as to be parallel to each other. Also, on the surface 42b of the electro-optic crystal 41, grooves 44a, 44b, and 44c are formed at a predetermined interval so as to be parallel to each other using a dicing saw. At this time, the groove 43a and the groove 44a are formed so that the groove 43a and the groove 44a face each other and a region between the groove 43a and the groove 44a has the width l 1 . Similarly, the groove 43b and the groove 44b are formed so that the groove 43b and the groove 44b face each other, and the region between the groove 43b and the groove 44b has a width l 1. The grooves 43c and 44c are formed so as to face each other and the region between the grooves 43c and 44c has a width l 1 .

なお、本実施形態では、溝43a〜43c、および溝44a〜44cをダイシングソーを用いて形成しているが、この方法に限定されない。本実施形態では、例えば、ドライエッチングやウェットエッチング等、適切に溝43a〜43c、および溝44a〜44cを形成できる方法であればいずれの方法を用いても良い。   In the present embodiment, the grooves 43a to 43c and the grooves 44a to 44c are formed using a dicing saw, but the present invention is not limited to this method. In the present embodiment, any method may be used as long as it can form the grooves 43a to 43c and the grooves 44a to 44c appropriately, for example, dry etching or wet etching.

次いで、各溝の間(図4(b)中の破線に沿って)をダイシングソーにより、溝の長軸方向に沿って切断して、側面に溝が形成された部分を分離し、光変調器の基体となる、側面に凹部(溝)が形成された電気光学結晶45a、45b、および45cを形成する(図4(c))。   Next, a portion between the grooves (along the broken line in FIG. 4B) is cut along the long axis direction of the groove with a dicing saw to separate the portion where the groove is formed on the side surface, and light modulation is performed. Electro-optic crystals 45a, 45b, and 45c having recesses (grooves) formed on the side surfaces, which are the base of the vessel, are formed (FIG. 4C).

次いで、分離された電気光学結晶45a、45b、および45cをそれぞれ90°回転し(図(4d))、電気光学結晶45a〜45cのそれぞれについて、溝(凹部)が形成されていない、対向する面にそれぞれ電極を蒸着して正極および負極を形成する。すなわち、電気光学結晶45aの、溝43aおよび溝44aが形成されていない面46aに正極48を形成し、該面46aに対向する面47aに負極49を形成する(図4(e))。同様に、電気光学結晶45bの、溝43bおよび溝44bが形成されていない面46bに正極を形成し、該面46bに対向する面47bに負極を形成する。さらに、電気光学結晶45cの、溝43cおよび溝44cが形成されていない面46cに正極を形成し、該面46cに対向する面47cに負極を形成する。このようにして、図2に示す光変調器20が形成される。   Next, the separated electro-optic crystals 45a, 45b, and 45c are each rotated by 90 ° (FIG. (4d)), and each of the electro-optic crystals 45a to 45c has no groove (concave portion) formed on the opposing surface. Electrode is vapor-deposited respectively to form a positive electrode and a negative electrode. That is, the positive electrode 48 is formed on the surface 46a of the electro-optic crystal 45a where the grooves 43a and 44a are not formed, and the negative electrode 49 is formed on the surface 47a opposite to the surface 46a (FIG. 4E). Similarly, a positive electrode is formed on the surface 46b of the electro-optic crystal 45b where the grooves 43b and 44b are not formed, and a negative electrode is formed on the surface 47b opposite to the surface 46b. Further, a positive electrode is formed on the surface 46c of the electro-optic crystal 45c where the grooves 43c and 44c are not formed, and a negative electrode is formed on the surface 47c facing the surface 46c. In this way, the optical modulator 20 shown in FIG. 2 is formed.

(第2の実施形態)
第1の実施形態にて説明した光変調器20において、凹部26a、26bにおけるアスペクト比が高い場合は、第1の領域24が折れやすくなる可能性がある。そこで、本実施形態では、凹部26aおよび26bにサポーターとして低誘電率材料を設けることによって、光変調器20の強度向上を図っている。
(Second Embodiment)
In the optical modulator 20 described in the first embodiment, when the aspect ratio in the recesses 26a and 26b is high, the first region 24 may be easily broken. Therefore, in this embodiment, the strength of the optical modulator 20 is improved by providing a low dielectric constant material as a supporter in the recesses 26a and 26b.

図5は、本実施形態に係る光変調器を説明するための図である。
図5において、光変調器20の凹部26aおよび26bのそれぞれには、低誘電率材料51が設けられている。
なお、本明細書において、「低誘電率材料」とは、用いる電気光学結晶21の誘電率よりも低い誘電率の材料を指す。低誘電率材料の誘電率の値は、低ければ低いほど、すなわち、電気光学結晶21の誘電率との差が大きければ大きいほど好ましいが、該差がそれほど大きくなくても、光変調器20の電気容量を小さくする効果は発揮することができる。すなわち、凹部26aおよび26bに、低誘電率材料51を設けることによって、電気光学結晶21のうち、電界が印加される領域の一部が、電気光学結晶21よりも低い誘電率の材料に置き換わることになるので、光変調器20の電気容量は、全てが電気光学結晶21の場合と比較して小さくなる。
FIG. 5 is a diagram for explaining the optical modulator according to the present embodiment.
In FIG. 5, a low dielectric constant material 51 is provided in each of the recesses 26 a and 26 b of the optical modulator 20.
In the present specification, “low dielectric constant material” refers to a material having a dielectric constant lower than the dielectric constant of the electro-optic crystal 21 to be used. The value of the dielectric constant of the low dielectric constant material is preferably as low as possible, that is, as the difference from the dielectric constant of the electro-optic crystal 21 is large. However, even if the difference is not so large, the optical modulator 20 The effect of reducing the electric capacity can be exhibited. That is, by providing the low dielectric constant material 51 in the recesses 26 a and 26 b, a part of the region to which the electric field is applied in the electro-optic crystal 21 is replaced with a material having a dielectric constant lower than that of the electro-optic crystal 21. Therefore, the electric capacity of the optical modulator 20 is all smaller than that of the electro-optic crystal 21.

なお、上記誘電率の差が大きければ大きいほど、光変調器20の電気容量の低減効果は大きくなり、かつ低誘電率材料51への電界の漏れも低減される。よって、電気容量の低減や電界強度の増加を考慮すると、低誘電率材料としては、電気光学結晶21の誘電率よりも非常に小さい誘電率を有する材料を用いることが好ましく、例えば、多成分酸化物ガラスあるいはポリマー材料を用いることが好ましい。   Note that the greater the difference in the dielectric constant, the greater the effect of reducing the electric capacity of the optical modulator 20, and the electric field leakage to the low dielectric constant material 51 is also reduced. Therefore, in consideration of a reduction in electric capacity and an increase in electric field strength, it is preferable to use a material having a dielectric constant much smaller than that of the electro-optic crystal 21 as the low dielectric constant material. It is preferable to use a glass or polymer material.

このように、本実施形態では、凹部26a、26bにサポーターとして機能する低誘電率材料51を設けているので、凹部26a、26bのアスペクト比が大きい場合であっても、電気光学結晶21の、幅が狭くなる領域(第1の領域24)の外部に低誘電率材料51が存在することになるので、幅が狭い第1の領域24を支点に光変調器20が折れることを防ぐことができる。   Thus, in this embodiment, since the low dielectric constant material 51 which functions as a supporter is provided in the recesses 26a and 26b, even if the aspect ratio of the recesses 26a and 26b is large, Since the low dielectric constant material 51 exists outside the region where the width is narrow (the first region 24), it is possible to prevent the optical modulator 20 from being broken with the first region 24 having the narrow width as a fulcrum. it can.

また、低誘電率材料51の誘電率を電気光学結晶21の誘電率よりも低く設定することにより、電気容量の低減効果を発揮しつつ、光変調器20の強度向上を図ることができる。   Further, by setting the dielectric constant of the low dielectric constant material 51 to be lower than the dielectric constant of the electro-optic crystal 21, it is possible to improve the strength of the optical modulator 20 while exhibiting the effect of reducing the capacitance.

(第3の実施形態)
第1および第2の実施形態では、電気光学結晶において幅を狭くする領域(第1の領域24)の幅l1を、電極が配置されている面の双方の幅l2よりも狭くしているが、本実施形態では、電気光学結晶において幅を狭くする領域の第1の幅を、電気光学結晶の電極が配置された一方の面の第2の幅よりも狭くし、他方の面の幅と等しくしている。そして、第2の幅を有する面に配置された電極の幅を、第1の幅よりも広くすることによって、対向電極により電界が印加される電気光学結晶の量を低減することと等価となり、光変調器の電気容量を低減することができる。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the width l 1 of the region (first region 24) whose width is narrowed in the electro-optic crystal is made smaller than the width l 2 of both surfaces on which the electrodes are arranged. However, in the present embodiment, the first width of the region to be narrowed in the electro-optic crystal is made narrower than the second width of one surface on which the electrode of the electro-optic crystal is arranged, and the other surface It is equal to the width. And, by making the width of the electrode arranged on the surface having the second width wider than the first width, it is equivalent to reducing the amount of the electro-optic crystal to which the electric field is applied by the counter electrode, The electric capacity of the optical modulator can be reduced.

図6は、本実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。
図6において、本実施形態に係る光変調器60は、2次の電気光学効果を有する電気光学結晶61を備えている。電気光学結晶61の第1の面には正極62が配置され、該第1の面に対向する第2の面には負極63が配置されている。本実施形態では、電気光学結晶61をKTNとしている。
本実施形態では、電気光学結晶61は、幅l3を有する第1の領域64と、幅l3よりも大きな幅である幅l4を有する第2の領域65を有している。すなわち、電気光学結晶61において幅を狭くする領域である第1の領域64の幅l3を、電気光学結晶61の電極が配置された一方の面である第2の面の幅l4よりも狭くし、かつ他方の面である第1の面の幅を、上記幅を狭くする領域である第1の領域64の幅l3と等しくしている。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the optical modulator according to the present embodiment.
In FIG. 6, the optical modulator 60 according to the present embodiment includes an electro-optic crystal 61 having a secondary electro-optic effect. A positive electrode 62 is disposed on the first surface of the electro-optic crystal 61, and a negative electrode 63 is disposed on the second surface opposite to the first surface. In the present embodiment, the electro-optic crystal 61 is KTN.
In the present embodiment, the electro-optic crystal 61 has a first region 64 having a width l 3 and a second region 65 having a width l 4 that is larger than the width l 3 . That is, the width l 3 of the first region 64, which is a region whose width is narrowed in the electro-optic crystal 61, is greater than the width l 4 of the second surface, which is one surface on which the electrode of the electro-optic crystal 61 is disposed. The width of the first surface, which is the other surface, is narrowed, and is equal to the width l 3 of the first region 64, which is the region where the width is narrowed.

また、第1の領域64に入射光6を入射することを考慮して、第1の領域64の幅l3を入射光66の直径よりも大きく設定している。 Further, considering that the incident light 6 is incident on the first region 64, the width l 3 of the first region 64 is set larger than the diameter of the incident light 66.

さらに、本実施形態では、正極62の幅を第1の領域64の幅l3と等しくし、負極63の幅を正極62の幅よりも広くしている。従って、光変調器60の電気容量を低減することができる。すなわち、従来の光変調器では、図1(b)に示すように、正極2と負極3との幅が等しいが、本実施形態では、図6の構成にすることによって、電位光学結晶61に配置する対向電極の一方の電極(図6では負極63)の幅を、他方の電極(図6では正極62)の幅よりも広くすることができるので、図1(a)および(b)に示すような従来の光変調器に比べて、光変調器の電気容量を低減することができる。 Furthermore, in the present embodiment, the width of the positive electrode 62 is made equal to the width l 3 of the first region 64, and the width of the negative electrode 63 is made wider than the width of the positive electrode 62. Therefore, the electric capacity of the optical modulator 60 can be reduced. That is, in the conventional optical modulator, as shown in FIG. 1B, the widths of the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are the same. Since the width of one electrode (the negative electrode 63 in FIG. 6) of the counter electrode to be arranged can be made wider than the width of the other electrode (the positive electrode 62 in FIG. 6), FIG. 1 (a) and FIG. Compared to the conventional optical modulator as shown, the electric capacity of the optical modulator can be reduced.

このように、本実施形態では光変調器60の電気容量の低減化を実現できるが、第1の実施形態の方が、電界が印加される電気光学結晶から変調領域として機能しない領域を除去し、かつ対向電極の双方の電極の面積を大きくできるので、より電気容量の低減効果を得ることができる。しかしながら、本実施形態では、電気光学結晶61の第1の面の幅を幅が狭い領域である第1の領域64の幅l3と等しくし、かつ電気光学結晶61の第2の面の幅l4を幅l3よりも広くすることによって、負極63の幅を正極62の幅よりも広くしているので、幅l4を有する第2の領域65を、電気光学結晶61の負極63側にのみ形成すれば良く、第1の実施形態よりも強度の向上を図ることができる。従って、他の部材への実装が容易になる。 As described above, in this embodiment, the electric capacity of the optical modulator 60 can be reduced. However, the first embodiment removes a region that does not function as a modulation region from the electro-optic crystal to which an electric field is applied. And since the area of both electrodes of a counter electrode can be enlarged, the reduction effect of an electrical capacitance can be acquired more. However, in the present embodiment, the width of the first surface of the electro-optic crystal 61 is made equal to the width l 3 of the first region 64, which is a narrow region, and the width of the second surface of the electro-optic crystal 61 is increased. By making l 4 wider than the width l 3 , the width of the negative electrode 63 is made wider than the width of the positive electrode 62, so that the second region 65 having the width l 4 is formed on the negative electrode 63 side of the electro-optic crystal 61. Therefore, the strength can be improved more than in the first embodiment. Therefore, mounting on other members becomes easy.

なお、本実施形態では、第2の領域65は、負極63を安定に保持するための土台として機能する。本実施形態では、上述のように負極63の幅を、第1の領域64の幅l3よりも広く設定しているので、少なくとも、電気光学結晶61の負極63が配置される面内に負極63が収まるようにしないと、負極63を電気光学結晶61に安定に配置することが困難となる。そこで、本実施形態では、負極63の幅以上の大きさの幅l4を有する、第2の領域65を設けることによって、負極63の配置の安定化を図っている。 In the present embodiment, the second region 65 functions as a base for stably holding the negative electrode 63. In the present embodiment, since the width of the negative electrode 63 is set wider than the width l 3 of the first region 64 as described above, at least the negative electrode 63 is disposed in the plane where the negative electrode 63 of the electro-optic crystal 61 is disposed. Unless 63 is accommodated, it is difficult to stably dispose the negative electrode 63 on the electro-optic crystal 61. Therefore, in this embodiment, the arrangement of the negative electrode 63 is stabilized by providing the second region 65 having a width l 4 larger than the width of the negative electrode 63.

次に、本実施形態に係る光変調器60の作製方法を説明する。図7(a)〜(d)は、光変調器70の作製方法を説明するための図である。
まずは、面72aと該72aに対向する面72bとを有する電気光学結晶71(本実施形態では、KTN)を用意する(図7(a))。
次いで、図7(b)に示すように、電気光学結晶71の面72aに、ダイシングソーを用いて所定の間隔で溝73a、73b、および73cを互いが平行になるようにして形成する。このとき、上記所定の間隔が、入射すべき入射光の直径よりも大きくなるようにして溝73a〜73cを形成する。
Next, a method for manufacturing the optical modulator 60 according to this embodiment will be described. 7A to 7D are views for explaining a method for manufacturing the optical modulator 70. FIG.
First, an electro-optic crystal 71 (in this embodiment, KTN) having a surface 72a and a surface 72b opposite to the surface 72a is prepared (FIG. 7A).
Next, as shown in FIG. 7B, grooves 73a, 73b, and 73c are formed on the surface 72a of the electro-optic crystal 71 so as to be parallel to each other at a predetermined interval using a dicing saw. At this time, the grooves 73a to 73c are formed such that the predetermined interval is larger than the diameter of incident light to be incident.

なお、本実施形態では、溝73a〜73cを、ダイシングソーを用いて形成しているが、この方法に限定されない。本実施形態では、例えば、ドライエッチングやウェットエッチング等、適切に溝73a〜73cを形成できる方法であればいずれの方法を用いても良い。   In the present embodiment, the grooves 73a to 73c are formed using a dicing saw, but the present invention is not limited to this method. In the present embodiment, any method may be used as long as the grooves 73a to 73c can be appropriately formed, for example, dry etching or wet etching.

次いで、各溝の中央(図7(b)中の破線に沿って)をダイシングソーにより、溝の長軸方向に沿って切断して、側面に溝が形成された部分を分離し、光変調器の基体となる電気光学結晶74a、および74bを形成する(図7(c))。   Next, the center of each groove (along the broken line in FIG. 7B) is cut along the long axis direction of the groove with a dicing saw, and the portion where the groove is formed on the side surface is separated, and light modulation is performed. Electro-optic crystals 74a and 74b that are the base of the vessel are formed (FIG. 7C).

次いで、電気光学結晶74a、74bのそれぞれについて、対向する面にそれぞれ電極を蒸着して正極および負極を形成する。すなわち、電気光学結晶74aの、面75aに正極77を形成し、該面75aに対向する面76aに負極78を形成する(図7(d))。同様に、電気光学結晶74bの、面75bに正極を形成し、該面75bに対向する面76bに負極を形成する。このようにして、図6に示す光変調器60が形成される。   Next, for each of the electro-optic crystals 74a and 74b, electrodes are vapor-deposited on the opposing surfaces to form a positive electrode and a negative electrode. That is, the positive electrode 77 is formed on the surface 75a of the electro-optic crystal 74a, and the negative electrode 78 is formed on the surface 76a opposite to the surface 75a (FIG. 7D). Similarly, a positive electrode is formed on the surface 75b of the electro-optic crystal 74b, and a negative electrode is formed on the surface 76b facing the surface 75b. In this way, the optical modulator 60 shown in FIG. 6 is formed.

(a)は、従来の電気光学結晶を用いた光位相変調器の構成を示す断面図であり、(b)は、(a)に示す光位相変調器の正面図である。(A) is sectional drawing which shows the structure of the optical phase modulator using the conventional electro-optic crystal, (b) is a front view of the optical phase modulator shown to (a). 本発明の一実施形態に係る光変調器の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a configuration of an optical modulator according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical modulator which concerns on one Embodiment of this invention. (a)〜(e)は、本発明の一実施形態に係る光変調器の作製方法を説明するための図である。(A)-(e) is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical modulator which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る光変調器の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a configuration of an optical modulator according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る光変調器の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a configuration of an optical modulator according to an embodiment of the present invention. (a)〜(d)は、本発明の一実施形態に係る光変調器の作製方法を説明するための図である。(A)-(d) is a figure for demonstrating the manufacturing method of the optical modulator which concerns on one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

20、60 光変調器
21、61 電気光学結晶
22、62 正極
23、63 負極
24、64 第1の領域
25a、25b、65 第2の領域
26a、26b 凹部
27、66 入射光
20, 60 Light modulator 21, 61 Electro-optic crystal 22, 62 Positive electrode 23, 63 Negative electrode 24, 64 First region 25a, 25b, 65 Second region 26a, 26b Recessed portion 27, 66 Incident light

Claims (4)

2次の電気光学効果を有する電気光学結晶と、
前記電気光学結晶の第1の面に配置された第1の電極と、
前記電気光学結晶の第1の面に対向する第2の面に配置された第2の電極と
前記電気光学結晶の、前記第1の面、前記第2の面、入射光の入射面、および出射面以外の対向する2つの面の少なくとも一方に形成された凹部とを備え、
前記電気光学結晶は、少なくとも、前記第1の面の幅よりも狭い幅を有する領域を有し、
前記第1の電極の幅および前記第2の面の幅は、前記領域の幅よりも広く、
前記領域は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に位置し、
前記凹部により前記領域が形成されていることを特徴とする光変調器。
An electro-optic crystal having a secondary electro-optic effect;
A first electrode disposed on a first surface of the electro-optic crystal;
A second electrode disposed on a second surface opposite to the first surface of the electro-optic crystal ;
A concave portion formed on at least one of the first surface, the second surface, the incident light incident surface, and the two opposing surfaces other than the emission surface of the electro-optic crystal ;
The electro-optic crystal has at least a region having a width narrower than the width of the first surface;
The width of the first electrode and the width of the second surface are wider than the width of the region,
The region is located between the first electrode and the second electrode ;
The optical modulator, wherein the region is formed by the concave portion .
前記凹部には、前記電気光学結晶の誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率材料が設けられていることを特徴とする請求項に記載の光変調器。 The optical modulator according to claim 1 , wherein the concave portion is provided with a low dielectric constant material having a dielectric constant lower than that of the electro-optic crystal. 前記領域の幅は、前記光変調器に入射される入射光の直径よりも大きく、
前記入射光は、前記領域に入射されることを特徴とする請求項1または2に記載の光変調器。
The width of the region is larger than the diameter of incident light incident on the light modulator,
The incident light, the light modulator according to claim 1 or 2, characterized in that it is incident on the region.
前記第1の電極および第2の電極の材料は、Pt、Co、Ge、Au、Pd、Ni、Ir、Pt、Se、Cs、Rb、K、Sr、Ba、Na、Ca、Li、Y、Sc、La、Mg、As、Ti、Hf、Zr、Mn、In、Ga、Cd、Bi、Ta、Pb、Ag、Al、V、Nb、Ti、Zn、Sn、B、Hg、Cr、Si、Sb、W、Mo、Cu、Fe、Ru、Os、Te、Re、Be、Rhのいずれかであることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の光変調器。 The materials of the first electrode and the second electrode are Pt, Co, Ge, Au, Pd, Ni, Ir, Pt, Se, Cs, Rb, K, Sr, Ba, Na, Ca, Li, Y, Sc, La, Mg, As, Ti, Hf, Zr, Mn, In, Ga, Cd, Bi, Ta, Pb, Ag, Al, V, Nb, Ti, Zn, Sn, B, Hg, Cr, Si, sb, W, Mo, Cu, Fe, Ru, Os, Te, Re, be, optical modulator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that either Rh.
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