JP5421595B2

JP5421595B2 - 進行波型光変調器

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Publication number: JP5421595B2
Application number: JP2008558159A
Authority: JP
Inventors: 謙治青木; 修三冨; 順悟近藤; 雄一岩田; 哲也江尻
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2028-02-12
Also published as: JPWO2008099950A1; US7995872B2; US20090274408A1; WO2008099950A1

Description

本発明は、進行波型光変調器に関するものである。

特開平４−３５５７１４では、光制御素子の光導波路を、基板の末端面で折り返すことによって、光波と変調波との相互作用長を長くし、駆動電圧を低下させ、光波と信号波との整合速度差を補償して高速動作を実現している。

「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、特開2005-173162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。

なお，特開2004-245991には、いわゆるヤトイ構造が記載されている。

SSB変調器、DQPSK変調器など、複雑な光導波路構成が必要な光変調器では、相互作用部が大きくなり、長くなるために、変調器が大型化する。大口径の強誘電単結晶ウエハを用いれば、大型の変調器チップを作製することは可能である。しかし、大口径の強誘電体単結晶、例えばニオブ酸リチウム単結晶ウエハを均一に薄片化するのは難しい。また、大口径の単結晶ウエハを加工するためには、高価な設備が必要である。このため、低コストで変調器チップを作製することが難しかった。

特開平４−３５５７１４では、光導波路を折り返すことで変調器を短くすることを提案している。しかし、それでも複雑な構造の光変調器の場合には、変調器チップはかなり長く、解決が必要である。

「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、および特開2005-173162では、二種類の異なる光導波路基板を接合する方法が記載されているが、両基板間での線膨張係数の不一致など、デバイスの信頼性や特性に課題がある。

また、光変調器の高周波相互作用部は、駆動電圧を低減するために、電極ギャップを狭くする必要がある。一方、電極ギャップを狭くしつつ、同時に、特性インピーダンス整合を保ち、光波−マイクロ波速度整合を達成するためには、変調器基板の厚さを５μｍ以下にまで薄くする必要がある。

このような非常に薄いニオブ酸リチウム基板上に例えばチタン拡散光導波路を形成すると、基板の厚さ方向（縦方向）のモードサイズが基板厚さで制約されるために、横に偏平な形状となる。一方、接続するべき光ファイバーのモードフィールド径は１０μｍ程度の円形である。このため、薄いニオブ酸リチウム基板上に形成された光導波路を、外部の光ファイバーに対して接続すると、挿入損失が増加する。

本発明の課題は、分岐型光導波路を伝搬する光に対して電圧を印加し、変調する相互作用部を備えている光変調器において、光変調器を作製するのに必要なウエハサイズを小さくし、製造コストを低減できるようにすることである。

本発明は、光変調器用部品および受動部品を備えている光変調器であって、
前記光変調器用部品が、支持基体、電気光学材料からなる変調用基板、この変調用基板に設けられており、少なくとも一対の分岐部を備えている光導波路、前記各分岐部に対して電圧を印加し、前記分岐部を伝搬する光を変調する高周波相互作用部、および前記支持基体の上面と前記変調用基板の底面とを接着する接着層を備えており、前記変調用基板の接合面に前記光導波路の複数の端面が存在しており、
前記受動部品が、電気光学材料からなる受動部品用基板、およびこの受動部品用基板に形成されている光導波路を備えており、前記受動部品用基板に形成されている光導波路の各端面が接合面に存在しており、
前記受動部品用基板の前記接合面が前記変調用基板の前記接合面、前記接着層および前記支持基体の接合面に対して接着層を介して接合されており、前記変調用基板の前記光導波路の端面と前記受動部品用基板の前記光導波路の端面とが光学的に結合されていることを特徴とする。

また、本発明は、光変調器用部品および光ファイバー伝搬光の接続部品を備えている光変調器であって、
前記光変調器用部品が、支持基体、電気光学材料からなる変調用基板、この変調用基板に設けられており、少なくとも一対の分岐部を備えている光導波路、前記各分岐部に対して電圧を印加し、前記分岐部を伝搬する光を変調する高周波相互作用部、および前記支持基体の上面と前記変調用基板の底面とを接着する接着層を備えており、前記変調用基板の接合面に前記光導波路の複数の端面が存在しており、
前記接続部品が、電気光学材料からなる接続部品用基板、およびこの接続部品用基板に形成されている光導波路を備えており、前記接続部品用基板に形成されている光導波路の各端面が接合面に存在しており、
前記接続部品用基板の前記接合面が前記変調用基板の前記接合面、前記接着層および前記支持基体の接合面に対して接着層を介して接合されており、前記変調用基板の前記光導波路の端面と前記接続部品用基板の前記光導波路の端面とが光学的に結合されていることを特徴とする。

本発明によれば、分岐部型光導波路を伝搬する光を電気的に変調する相互作用部を備えている光変調器において、この相互作用部の設けられた部分を部品として別体に独立させ、光変調器用部品の接合面に光導波路の各端面を形成することを想到した。そして、別体の受動部品を設け、この受動部品を変調用部品と接合することによって、相互作用部の光導波路端面を受動型の光導波路端面へと接続し、これによって光変調器として機能させることを想到した。この結果、相互作用部における光導波路構造および電極構造が複雑な場合であっても、光変調器部品の長さは大きく削減することができる。更に、受動部品を別体に分けた場合であっても、接合部分における光損失は最小限にとどめ得ることを確認し、本発明に到達した。

また、本発明によれば、高周波相互作用を営む部分と、光ファイバー伝搬光を入射または出射させるべき光接続部分とを、上記のように別々のチップによって構成した。そして、光ファイバー伝搬光を接続する接続用部品は、高周波相互作用を営む変調用基板よりも厚くする。これによって、光ファイバー伝搬光を変調器に入射、あるいは変調器から出射させるときの挿入損失を低減できる。また、接続用部品と変調用部品との間でのスポットサイズ変換に伴う結合損失は、それほど大きくない。

なお、「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、および特開2005-173162では、二種類の異なる光導波路基板を結合しているが、これは例えばニオブ酸リチウム光変調器と、ＰＬＣ（石英系平面光回路）とを接合することで、光時分割多重モジュールを製造するものである。しかし、光変調器とＰＬＣとはそれぞれ別個の機能を営むものであり、光変調器それ自体を能動部品（光変調作用部）と受動部品とに分割することは想定されていない。

図１は、本発明の一実施形態に係る光変調器１を概略的に示す平面図である。図２（ａ）は、光変調器用部品２を示す平面図であり、図２（ｂ）は、光変調器用部品２の正面図である。図３（ａ）は、受動部品３の平面図であり、図３（ｂ）は、受動部品３の正面図である。図４は、光変調器１の側面図である。図５は、本発明の光変調器２１の平面図である。図６は、光変調器用部品２２を示す平面図である。図７は、本発明の光変調器３１を示す平面図である。図８は、光変調器用部品３２を示す平面図である。図９は、本発明の光変調器４１を示す平面図である。図１０は、図９の光変調器４１の側面図である。図１１は、本発明の光変調器５１を示す平面図である。図１２は、図１１の光変調器５１の側面図である。

本発明において、「高周波相互作用部」とは、光導波路に高周波電圧が印加され、光が変調される領域のことである。ここで言う高周波電圧とは、1GHz以上の周波数の電圧を意味する。この周波数の上限は特に限定するものではない

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
図１は、光変調器１を概略的に示す平面図である。図２（ａ）は、光変調器用部品２を示す平面図であり、図２（ｂ）は、光変調器用部品２をその端面側から見た正面図である。図３（ａ）は、受動部品３を示す平面図であり、図３（ｂ）は、受動部品３を端面側から見た正面図である。図４は、光変調器１を示す側面図である。

図２の光変調器用部品２は、変調用基板４、支持基体１６および両者を接着する低誘電率層１７を備えている。変調用基板４では、端面４ａから端面４ｂへと向かって光導波路６が延びている。入射側端面４ａには、光導波路の入射側端面１５Ｇ、１５Ｈが形成されており、露出している。また、部品２の出射側端面４ｂ側には、光導波路の各分岐部６ｃ、６ｆの端面１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄが露出している。

図３の受動部品３は基板８からなっている。基板８の表面側には光導波路６ｄ、６ｅが形成されている。基板８の接合面８ａには光導波路の端面１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄが形成されており、基板８の末端面８ｂには反射材７が形成されている。

これらの光変調器用部品と受動部品とを接合することで、図１の光変調器１を作製する。例えば、図４に示すように、光変調器用部品２の基板４の接合面４ｂおよび支持基体１６の接合面を、受動部品３の基板８の接合面８ａに対して、接着層１９を介して接着できる。

この結果、図１に示すように、光変調器用部品側の光導波路と受動部品側の光導波路とが光学的に接合され、光導波路６が形成される。本例では、光導波路６の端部６ａから入射した光は、分岐点で分岐し、分岐部６ｂ、６ｃを通過する。次いで、端部６ｄを通過し、反射材７で反射され、端部６ｅ、分岐部６ｆ、６ｇ、出射部６ｈを通過して端面４ａから出射する。分岐部６ｃ、６ｆにおいて、伝搬光に電圧を印加し、変調する。

本例では、電極はいわゆるＣＰＷ型の電極配置をとっているが、本発明は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、独立変調型の光変調器に対して、適用可能である。

図１の光変調器では、９、１１は接地電極であり、１０は信号電極である。本例では、接地電極９、１１と信号電極１０との間の各ギャップにおいて光導波路６に電圧を印加する。

内側の接地電極９は、図示しないフィードスルーに接続される給電部９ａと、主部と略平行に伸びる１列の電極部９ｂとを備えている。外側の接地電極１１は、光導波路をまたぐ接続部１１ｂ、および分岐部６ｃ、６ｆと平行に伸びる電極部１１ａ、１１ｃを備えている。信号電極１０は、一対の給電部１０ａ、各給電部１０ａから各分岐部６ｃ、６ｆと平行に伸びる電極部１０ｂ、各電極部１０ｂを接続する接続部１０ｃを備えている。

図５、図６は、いわゆるＳＳＢ変調器に対して本発明を適用した例を示すものである。図５は、光変調器２１を示す平面図であり、図６は、本発明に係る光変調器用部品２２を示す平面図である。

図６の光変調器用部品２２は、変調用基板２４、支持基体１６および両者を接着する低誘電率層１７を備えている。変調用基板２４では、端面２４ａから端面２４ｂへと向かって光導波路２６が延びている。部品２２の端面２４ａには、光導波路の端面１５Ｇ、１５Ｈが形成されており、露出している。また、部品２２の反対側の端面２４ｂ側には、光導波路の端面１５Ｅ、１５Ｆが露出している。端面２４ａ側から見て、第一次の分岐部２６ｃ、第二次の分岐部２６ｄ、第一次の分岐部２６ｅが順次形成されている。

図５の受動部品２３Ａ、２３Ｂは、基板２８からなっている。受動部品２３Ａでは、基板２８上に入射部２６ａ、第一次の分岐部２６ｂが形成されている。受動部品２３Ｂでは、基板２８上に出射部２６ｇ、第一次の分岐部２６ｆが形成されている。相互作用部５内において、適当な接地電極、信号電極から所定の信号電圧を印加し、分岐部２６ｄ内を伝搬する光を変調する。

光変調器用部品２２の両端面にそれぞれ受動部品２３Ａ、２３Ｂを接合することで、図５の光変調器２１を作製する。例えば、図４に示すように、光変調器用部品２２の基板２４の接合面２４ａ、２４ｂおよび支持基体１６の接合面を、受動部品２３Ａ、２３Ｂの基板２８の接合面２８ａに対して、接着層１９を介して接着できる。

本例では、光導波路２６の端部２６ａから入射した光は、分岐点で分岐し、第一次の分岐部２６ｂ、２６ｃを通過し、再び分岐し、第二次の分岐部２６ｄに入射する。そして、分岐部２６ｄ内で変調が加えられる。次いで、分岐部２６ｄの光は合波され、第一次の分岐部２６ｅ、２６ｆを通過し、更に合波され、出射部２６ｇを通過して変調器外へと出射する。

前述の各例においては、光変調器用部品の変調用基板の接合面に、光導波路の各分岐部の各端面が露出していた。このように、光導波路の分岐部の端面を接合面に露出させることが好ましい。しかし、変調用基板の接合面に露出させるのは、光導波路の分岐部の端面には限定されない。

図７、図８は、いわゆるＣＳＲＺ変調器に対して本発明を適用した例を示す。図７は、光変調器３１を示す平面図であり、図８は、本発明に係る光変調器用部品３２を示す平面図である。

図８の光変調器用部品３２は、変調用基板３４、支持基体１６および両者を接着する低誘電率層１７を備えている。変調用基板３４では、端面３４ａから接合面３４ｂへと向かって光導波路３６が延びている。部品３２の端面３４ａには、光導波路の端面１５Ｇ、１５Ｈが形成されており、露出している。また、部品３２の反対側の端面３４ｂ側には、光導波路の端面１５Ｅ、１５Ｆが露出している。

図７の受動部品３３は基板３８からなっている。基板３８上には接続部３６ｆおよび反射部３６ｇが形成されている。また部品３３の末端面には反射材７が形成されている。

光変調器用部品３２の端面３４ｂに受動部品３３を接合することで、図７の光変調器３１を作製する。例えば、図４に示すように、光変調器用部品３２の基板３４の接合面３４ｂおよび支持基体１６の接合面を、受動部品３３の基板３８の接合面３８ａに対して、接着層１９を介して接着できる。

本例では、光導波路３６の端部３６ａから入射した光は、分岐点で分岐し、分岐部３６ｂを通過し、分岐部３６ｃで変調が加えられる。次いで、分岐部３６ｄの光は合波され、導波部３６ｅ、３６ｆ、反射部３６ｇを通過し、反射材７で反射される。次いで、反射部３６ｇ、導波部３６ｆ、３６ｅを通過し、分岐し、変調部３６ｃで所定の変調を受ける。次いで、分岐部３６ｂを通過し、合波し、導波部３６ａから出射する。

以下、本発明を、光ファイバー伝搬光の接続用部品と高周波変調用部品との組み合わせに対して適用した実施例について述べる。図９〜図１２はこの実施形態に係るものである。

図９、図１０は、図５、図６と同じく、ＳＳＢ変調器に対して本発明を適用した例を示すものである。

図９は、光変調器４１を示す平面図であり、図１０は、本発明に係る光変調器４１を示す平面図である。

光変調器用部品４２は、変調用基板４４、支持基体１６および両者を接着する低誘電率層１７を備えている。変調用基板４４では、端面４４ａから端面４４ｂへと向かって光導波路２６ｄが延びている。部品４２の端面４４ａには、光導波路の端面５５が形成されており、露出している。また、部品４２の反対側の端面４４ｂ側には、光導波路の端面５６が露出している。端面４４ａと４４ｂとの間には、第二次の分岐部２６ｄが例えば合計４列形成されている。

図９の接続部品４３Ａ、４３Ｂは、それぞれ、基板４８からなっている。光入射側の接続部品４３Ａでは、基板４８上に入射部２６ａ、第一次の分岐部２６ｂ、２６ｃ、第二次の分岐部の末端が形成されている。光出射側の接続部品４３Ｂでは、基板４８上に出射部２６ｇ、第一次の分岐部２６ｅ、２６ｆおよび第二次の分岐部の末端が形成されている。

光変調器用部品４２の両端面にそれぞれ接続部品４３Ａ、４３Ｂを接合することで、図１０の光変調器４１を作製する。例えば、光変調器用部品４２の基板４４の接合面４４ａ、４４ｂおよび支持基体１６の接合面を、各接続部品４３Ａ、４３Ｂの基板４８の接合面４８ｂに対して、図示しない接着層を介して接着できる。

本例では、光ファイバー伝搬光は、矢印Ａのように、光導波路２６の端部２６ａから入射し、分波部３９Ａで分岐し、第一次の分岐部２６ｂ、２６ｃを通過し、再び分波部３９Ｂで分岐し、第二次の分岐部２６ｄに入射する。そして、分岐部２６ｄ内で変調が加えられる。次いで、分岐部２６ｄの光は合波部４０Ｂで合波され、第一次の分岐部２６ｅを通過し、更に合波部４０Ａで合波され、出射部２６ｇを通過し、矢印Ｂのように変調器外へと出射する。

ただし、本例では、矢印Ａの入射光、矢印Ｂの出射光は、いずれも、光ファイバー伝搬光となる。

また、光入射部、光出射部ともに、光ファイバーを直接接続部品４３Ａ、４３Ｂへとピッグテイル接続することができる。あるいは、光ファイバーをレンズ結合を通して各接続部品の光導波路へと結合することができる。いずれも、光ファイバー伝搬光が接続部品に対して接続されている。

図１１、図１２は、いわゆるＣＳＲＺ変調器に対して本発明を適用した例を示す。図１１は、光変調器５１を示す平面図であり、図１２は、光変調器５１を示す側面図である。

光変調器用部品５２は、変調用基板５４、支持基体１６および両者を接着する低誘電率層１７を備えている。変調用基板５４では、接合面５４ａから端面５４ｂへと向かって光導波路３６が延びている。具体的には、４列の第一次の分岐部３６ｃ、３６ｄ、合波部４０Ａ、分波部３９Ｂ、導波部３６ｅ、３６ｆ、反射部３６ｇが設けられている。部品５２の接合面５４ａには、光導波路の端面５５が形成されており、露出している。部品５２の端面５４ｂには反射材７が形成されている。

接続用部品５３は基板５８からなっている。基板５８上には、入射部３６ａ、出射部３６ｈ、分岐部３９Ａ、合波部４０Ｂおよび第一次の分岐部３６ｂが形成されている。

光変調器用部品５２の接合面５４ａに接続用部品５３を接合することで、光変調器５１を作製する。例えば、図１２に示すように、光変調器用部品５２の基板５４の接合面５４ａおよび支持基体１６の接合面を、接続用部品５３の基板５８の接合面５８ｂに対して、図示しない接着層を介して接着できる。

本例では、光導波路３６の入射部３６ａから入射した光は、分波部３９Ａで分岐し、分岐部３６ｂを通過し、分岐部３６ｃで変調が加えられる。次いで、分岐部３６ｄの光は合波部４０Ａで合波され、導波部３６ｅ、３６ｆ、反射部３６ｇを通過し、反射材７で反射される。次いで、反射部３６ｇ、導波部３６ｅを通過し、分波部３９Ｂで分岐し、変調部３６ｃで所定の変調を受ける。次いで、分岐部３６ｂを通過し、合波部４０Ｂで合波し、出射部３６ｈから出射する。

光変調用基板、あるいは接続用基板の中には、バイアス点を移動するために、位相調整用の電極を設けることができる。位相調整用の電極とは、ｄｃバイアス点を調整するために駆動する電極のことである。この駆動電圧の周波数は、例えば1KHz〜400MHzである。

また、光導波路には、前述した各例のように、合波部、分波部を設けることができる。この場合には、合波部、分波部は、光変調用基板に設けても良く、接続用基板に設けても良い。合波部、分波部を接続用基板に設けた場合には、接続用基板の方が厚いので、伝搬光をシングルモード化しやすいという利点がある。

光導波路は、変調用基板、受動部品用基板、接続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、各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、また各基板の内部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。

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。

変調用基板、受動部品用基板、接続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。

支持基体の材質は、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。

また、好適な実施形態においては、変調用基板と受動部品用基板（または接続用基板）とが同種の材質からなる。ここで、同種の材質とは、材質の基本組成が同じであればよく、ドープ成分の有無は問わない。このように同種の材質からなる光変調基板と受動部品用基板（または接続用基板）とを接合することは、異種材料からなる異種機能部品の接合を前提とする特開２００５−１７３１６２からは、不自然であり、想定できないと考えられる。

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。

変調用基板と受動部品用基板（または接続用基板）を接合するためには、サブミクロンの精度で可動できる光学調芯機を用いて実施することができる。変調器基板と受動部品基板（または接続用基板）は、光学調芯機の専用冶具にそれぞれ固定する。最初に、変調器基板上の光導波路３６ａと光ファイバの光軸を光導波路３６ｅから出射する光パワーが最大になる位置に調芯する。次に、受動部品用基板（または接続用基板）の光導波路３６ｆと変調用基板の光導波路３６ｅを調芯する。その後、ＵＶ硬化樹脂を使用して双方を接合する。

なお、チップ間のあおり調整は、調芯機の専用冶具の組み付け精度で調整しなくともよいが、高精度を要求する場合には調芯機のあおり調芯にて調整することもできる。変調用基板と受動部品用基板（または接続用基板）の接合面、および光ファイバとの接合面には、ヤトイ構造を設けてもよい。この場合には、環境温度の変化によって光出力の変動を抑制することが可能となる。このヤトイ構造は、たとえば、特開2004-245991に記載されている。

特に、変調用基板と受動部品用基板とを接着する接着剤は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。

上記した各例では、振幅変調器に発明を適用した場合について述べたが、光導波路配置が異なる位相変調器に対しても本発明を適用できる。

好適な実施形態においては、良好な反射減衰を確保するために、変調用基板の接合面４ｂ、２４ａ、２４ｂ、３４ｂが、分岐部における伝搬光の進行方向に垂直な平面Ｌに対して傾斜している（図１〜図１２参照）。この傾斜角度θは特に限定されないが、光導波路のスポットサイズ直径が10ミクロンの場合、1°以上が好ましく、また、30°以下が好ましい。但し、好適なθは接続する光導波路のスポットサイズに依存するため、スポットサイズが大きければ好適なθはこれより小さくなり、反対にスポットサイズが小さい場合は、好適なθはこれより大きくなる可能性がある。

図１、図２では、チップの幅方向に傾斜角度を設けているが、チップの厚み方向に傾斜角度を設けることもできる。

また、端面に反射防止コートを用いることでも反射減衰を向上することができるため、良好な反射減衰量を確保しつつ、θを0°にすることも可能である。

好適な実施形態においては、例えば図４、図１０、図１２に示すように、受動部品用基板８（または接続用基板）が、変調用基板３、低誘電率層１７および支持基体１６と接合されている。この実施形態によれば、光変調器の全体を薄板加工する場合と比べて、薄板加工する基板面積を著しく削減できるので、生産コストをよりいっそう低減することが可能となる。

こうした観点からは、変調用基板の厚さＴ（図２（ｂ），図１０、図１２参照）は、２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることが更に好ましい。また、受動部品用基板の厚さＶ（図３（ｂ）、図１０、図１２参照）は、１００μｍ以上であることが好ましく、２００μｍ以上であることが更に好ましい。支持基体の厚さＰ（図２（ｂ）、図１０、図１２参照）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。

また、変調用基板上、受動部品側基板上、接続用基板上の各光導波路がチタン内拡散光導波路である場合には、光導波路を形成するためのチタン膜の厚さを、変調用基板側において相対的に小さくし、相互作用部における光の閉じ込めを弱くしてシングルモード化することができる。これによって光消光比が向上する。更に、光導波路を形成するためのチタン膜の厚さを、受動部品側基板（または接続用基板）において相対的に大きくし、光導波路の曲がり部における光の閉じ込めを強くして、曲がり部からの光の放射による損失を低減することができる。

図１、図４に示す光変調器１を製造した。
具体的には、Ｘカットした３インチウエハ（ＬｉＮｂＯ_３単結晶）を使用し、チタン拡散プロセスとフォトリソグラフィー法とによって、ウエハの表面にマッハツェンダー型の光導波路を形成した。光導波路のサイズは、例えば１／ｅ^２で１０μｍとできる。次いで、メッキプロセスにより、信号電極１０および接地電極９、１１を形成した。

次に、研磨定盤に研磨ダミー基板を固定し、その上に変調器用の基板本体を、電極面を下向きにして貼り付けた。次に、横型研磨、ラップおよびポリッシング（ＣＭＰ）にて7.5μｍ厚みまで変調器用基板４を薄型加工した。次いで、平板状の支持基板１６上に基板４を固定した。接着固定用の樹脂は、樹脂厚50μｍとした。光導波路の端面（光ファイバーへの接続部）を端面研磨し、ダイシングにてウエハを切断し、各チップを得た。チップの幅を2ｍｍとし、デバイスの全厚さを0.5ｍｍとした。
RF変調基板の接合部での反射戻り光を抑制するため、端面に角度６°の傾斜を設けた。チップ接合面には端面斜め研磨加工を行い、その後ARコート膜７を蒸着により形成した。

一方、Ｘカットした３インチウエハ（ＬｉＮｂＯ_３単結晶）を使用し、チタン拡散プロセスとフォトリソグラフィー法とによって、ウエハの表面にマッハツェンダー型の光導波路を形成した。光導波路のサイズは、例えば１／ｅ^２で１０μｍとできる。次いで、ウエハを加工し、受動部品を得た。この受動部品の幅を2ｍｍとし、全厚さを0.5ｍｍとした。受動部品の接合面には角度6°の傾斜を設けた。そして、接合面にARコートを施した。光導波路の導波光を観察する事で両基板のアラインメントを行い、紫外線硬化型樹脂を用いて接合し、図１、図４の変調器を得た。

信号電極と接地電極とのギャップは21.5μｍとした。電極の厚みを20μｍとした。各湾曲部の曲率半径は１５ｍｍとし、折り返し部分の全角を１０°とした。

接合した光導波路のチップ接合部での過剰損失を測定したところ、0.2dBであった。また、入射光の反射減衰量も十分に確保されており、光源に影響がない事を確認した。RF変調部５に形成したRF電極９、１０、１１の高周波特性をネットワークアナライザを用いて測定したところ、S21の-6dB帯域として25GHz以上が確保されており、40Gb/s変調が可能である事も確認した。

本発明の特定の実施形態を説明してきたけれども、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の範囲から離れることなく、種々の変更や改変を行いながら実施できる。

Claims

光変調器用部品および受動部品を備えている光変調器であって、
前記光変調器用部品が、支持基体、電気光学材料からなる変調用基板、この変調用基板に設けられており、少なくとも一対の分岐部を備えている光導波路、前記各分岐部に対して電圧を印加し、前記分岐部を伝搬する光を変調する高周波相互作用部、および前記支持基体の上面と前記変調用基板の底面とを接着する接着層を備えており、前記変調用基板の接合面に前記光導波路の複数の端面が存在しており、
前記受動部品が、電気光学材料からなる受動部品用基板、およびこの受動部品用基板に形成されている光導波路を備えており、前記受動部品用基板に形成されている光導波路の各端面が接合面に存在しており、
前記受動部品用基板の前記接合面が前記変調用基板の前記接合面、前記接着層および前記支持基体の接合面に対して接着層を介して接合されており、前記変調用基板の前記光導波路の端面と前記受動部品用基板の前記光導波路の端面とが光学的に結合されていることを特徴とする、進行波型光変調器。
前記高周波相互作用部が、前記分岐部に対して前記電圧を印加するための信号電極および接地電極を備えていることを特徴とする、請求項１記載の光変調器。
前記変調用基板の前記接合面が、前記分岐部における前記伝搬光の進行方向に垂直な平面に対して傾斜し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。
前記変調用基板と前記受動部品用基板とが同種の材質からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の光変調器。
前記受動部品の前記光導波路が折り返し部を備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の光変調器。
光変調器用部品および光ファイバー伝搬光の接続部品を備えている光変調器であって、
前記光変調器用部品が、支持基体、電気光学材料からなる変調用基板、この変調用基板に設けられており、少なくとも一対の分岐部を備えている光導波路、前記各分岐部に対して電圧を印加し、前記分岐部を伝搬する光を変調する高周波相互作用部、および前記支持基体の上面と前記変調用基板の底面とを接着する接着層を備えており、前記変調用基板の接合面に前記光導波路の複数の端面が存在しており、
前記接続部品が、電気光学材料からなる接続部品用基板、およびこの接続部品用基板に形成されている光導波路を備えており、前記接続部品用基板に形成されている光導波路の各端面が接合面に存在しており、
前記接続部品用基板の前記接合面が前記変調用基板の前記接合面、前記接着層および前記支持基体の接合面に対して接着層を介して接合されており、前記変調用基板の前記光導波路の端面と前記接続部品用基板の前記光導波路の端面とが光学的に結合されていることを特徴とする、進行波型光変調器。
前記変調用基板と前記接続部品用基板とが同種の材質からなることを特徴とする、請求項６記載の光変調器。
前記接続部品の前記光導波路が合波部または分波部を有することを特徴とする、請求項６または７記載の光変調器。