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JP7849690B2 - Optical phase modulator - Google Patents
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JP7849690B2 - Optical phase modulator - Google Patents

Optical phase modulator

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JP7849690B2 JP2022039192A JP2022039192A JP7849690B2 JP 7849690 B2 JP7849690 B2 JP 7849690B2 JP 2022039192 A JP2022039192 A JP 2022039192A JP 2022039192 A JP2022039192 A JP 2022039192A JP 7849690 B2 JP7849690 B2 JP 7849690B2
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Description

本発明は、光位相変調器に関する。 This invention relates to an optical phase modulator.

従来、スロット導波路のスリット部に電気光学材料を埋め込んだ構成の光変調素子が知られている。図2Aおよび2Bは、そのような従来構成による光位相変調器の一例(例えば、非特許文献1参照)を示す図である。スロット導波路120には、その長手方向に沿って周期的に配列された複数の引出電極130が接続され、この引出電極130を介して、スロット導波路120を構成する半導体電極122に金属電極150から高周波電圧が印加される。これに応じて、スリット部123の電気光学材料の屈折率が変化し、スロット導波路120の伝搬光が位相変調される。 Conventionally, optical modulation elements are known in which electro-optic material is embedded in the slit portion of a slot waveguide. Figures 2A and 2B show an example of such a conventional optical phase modulator (see, for example, Non-Patent Document 1). Multiple extraction electrodes 130, periodically arranged along its longitudinal direction, are connected to the slot waveguide 120. A high-frequency voltage is applied from a metal electrode 150 to the semiconductor electrode 122 constituting the slot waveguide 120 via these extraction electrodes 130. In response, the refractive index of the electro-optic material in the slit portion 123 changes, and the light propagating through the slot waveguide 120 is phase-modulated.

Antao Chen他、”Achieving Higher Modulation Efficiency in Electrooptic Polymer Modulator With Slotted Silicon Waveguide”、Journal of Lightwave Technology, Vol. 29, No. 21、2011年11月1日、p.3310-3318Antao Chen et al., “Achieving Higher Modulation Efficiency in Electrooptic Polymer Modulator With Slotted Silicon Waveguide”, Journal of Lightwave Technology, Vol. 29, No. 21, November 1, 2011, p.3310-3318

上記のような構成の光位相変調器では、光電界が金属電極150の近傍まで広がるため、スリット部123への光の閉じ込めが弱くなり、変調効率が低下する。また、金属電極150において光吸収が生じることにより、光損失が増大する。さらに、金属電極150における光吸収を小さくするには引出電極130の長さLを長くする必要があることから、半導体電極122と金属電極150間の電気抵抗が大きくなり、高速変調動作させることが困難である。 In an optical phase modulator with the above configuration, the optical field extends to the vicinity of the metal electrode 150, weakening the confinement of light in the slit portion 123 and reducing modulation efficiency. Furthermore, optical absorption occurs at the metal electrode 150, increasing optical loss. Additionally, to minimize optical absorption at the metal electrode 150, the length L of the extraction electrode 130 must be increased, which increases the electrical resistance between the semiconductor electrode 122 and the metal electrode 150, making high-speed modulation difficult.

上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、基板上に互いに近接して配置された複数の半導体電極と、前記複数の半導体電極の間に配置された電気光学材料とから構成される光導波路と、前記光導波路の光伝搬方向に沿って配列され、各々が前記半導体電極に電気的に接続された、複数の第1引出電極と、前記光導波路の光伝搬方向に沿って配列され、各々が、前記第1引出電極に電気的に接続され、前記第1引出電極に対して前記光伝搬方向にオフセットして配置された、複数の第2引出電極と、を備える光位相変調器である。 To solve the above-mentioned problems, one aspect of the present invention is an optical phase modulator comprising: an optical waveguide composed of a plurality of semiconductor electrodes arranged in close proximity to each other on a substrate and an electro-optic material disposed between the plurality of semiconductor electrodes; a plurality of first extraction electrodes arranged along the optical propagation direction of the optical waveguide, each electrically connected to the semiconductor electrodes; and a plurality of second extraction electrodes arranged along the optical propagation direction of the optical waveguide, each electrically connected to the first extraction electrodes, and offset from the first extraction electrodes in the optical propagation direction.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記複数の第2引出電極の各々は、前記複数の第1引出電極のうちの隣り合う2つの引出電極の中央に位置するようにオフセットして配置される。 Furthermore, in another aspect of the present invention, in the above-described embodiment, each of the plurality of second extraction electrodes is offset so as to be located midway between two adjacent extraction electrodes among the plurality of first extraction electrodes.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記第1および第2引出電極はそれぞれ等間隔に配置される。 Furthermore, in another aspect of the present invention, the first and second extraction electrodes are arranged at equal intervals.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記第1引出電極は、連続する3以上の引出電極が繰り返し単位となるように周期的に配置される。 Furthermore, in another aspect of the present invention, in the above-described aspect, the first extraction electrodes are arranged periodically such that three or more consecutive extraction electrodes form a repeating unit.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記第1引出電極はそれぞれ不等間隔に配置される。 Furthermore, in another aspect of the present invention, the first extraction electrodes are arranged at unequal intervals.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記第1および第2引出電極の厚さは、前記半導体電極の厚さと等しい。 Furthermore, in another aspect of the present invention, in the above-described embodiment, the thicknesses of the first and second extraction electrodes are equal to the thickness of the semiconductor electrode.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記第1および第2引出電極の厚さは、前記半導体電極の厚さよりも薄い。 Furthermore, in another aspect of the present invention, in the above-described embodiment, the thicknesses of the first and second extraction electrodes are thinner than the thickness of the semiconductor electrode.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記第2引出電極の厚さは、前記半導体電極および前記第1引出電極の厚さよりも薄い。 Furthermore, in another aspect of the present invention, in the above-described embodiment, the thickness of the second extraction electrode is thinner than the thickness of the semiconductor electrode and the first extraction electrode.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記第1および第2引出電極は半導体で構成される。 Furthermore, in another aspect of the present invention, the first and second extraction electrodes are made of semiconductors.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記第2引出電極は、前記第1引出電極より電気伝導度が高い半導体で構成される。 Furthermore, in another aspect of the present invention, the second extraction electrode is made of a semiconductor with higher electrical conductivity than the first extraction electrode.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記複数の第2引出電極と前記複数の第1引出電極の間に、前記複数の第2引出電極を前記複数の第1引出電極に連続的に接続する接続電極をさらに備える。 Furthermore, in another aspect of the present invention, in the above-described aspect, a connecting electrode is further provided between the plurality of second extraction electrodes and the plurality of first extraction electrodes, for continuously connecting the plurality of second extraction electrodes to the plurality of first extraction electrodes.

本発明によれば、スロット導波路を用いた光位相変調器において、変調効率を向上させることができる。また、光損失の低減および高速変調が可能となる。 According to the present invention, modulation efficiency can be improved in an optical phase modulator using a slot waveguide. Furthermore, optical loss can be reduced and high-speed modulation can be enabled.

本発明の第1実施形態に係る光位相変調器の概略構成図である。This is a schematic diagram of an optical phase modulator according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る光位相変調器の概略構成図である。This is a schematic diagram of an optical phase modulator according to the first embodiment of the present invention. 従来構成による光位相変調器の概略構成図である。This is a schematic diagram of a conventional optical phase modulator. 従来構成による光位相変調器の概略構成図である。This is a schematic diagram of a conventional optical phase modulator. 本実施形態による光位相変調器と従来構成による光位相変調器の各々における光電界分布のシミュレーション結果を示す。The simulation results of the optical electric field distribution in the optical phase modulator according to this embodiment and the optical phase modulator according to a conventional configuration are shown. 本実施形態による光位相変調器と従来構成による光位相変調器の各々における光伝搬損失のシミュレーション結果を示す。The simulation results of optical propagation loss in the optical phase modulator according to this embodiment and in the optical phase modulator according to a conventional configuration are shown. 本実施形態による光位相変調器と従来構成による光位相変調器の周波数応答特性のシミュレーション結果を示す。The simulation results of the frequency response characteristics of the optical phase modulator according to this embodiment and the optical phase modulator according to a conventional configuration are shown. 本発明の第2実施形態に係る光位相変調器の概略構成図である。This is a schematic diagram of an optical phase modulator according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態に係る光位相変調器の概略構成図である。This is a schematic diagram of an optical phase modulator according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態に係る光位相変調器の概略構成図である。This is a schematic diagram of an optical phase modulator according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態に係る光位相変調器の概略構成図である。This is a schematic diagram of an optical phase modulator according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第5実施形態に係る光位相変調器の概略構成図である。This is a schematic diagram of an optical phase modulator according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の第5実施形態に係る光位相変調器の概略構成図である。This is a schematic diagram of an optical phase modulator according to a fifth embodiment of the present invention.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。 The embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

図1Aおよび1Bは、本発明の第1実施形態に係る光位相変調器の概略構成図である。図1Aは、光位相変調器の上面図を示し、図1Bは、図1A中のAA、BB、CC線による光位相変調器の断面図を示す。本発明の第1実施形態に係る光位相変調器100は、スロット導波路120を備える。スロット導波路120は、基板110上に近接して配置された一対の半導体電極122と、半導体電極122間のスリット123に埋設された電気光学ポリマー124とから構成される。電気光学ポリマー以外の電気光学材料が用いられてもよい。 Figures 1A and 1B are schematic diagrams of an optical phase modulator according to the first embodiment of the present invention. Figure 1A shows a top view of the optical phase modulator, and Figure 1B shows a cross-sectional view of the optical phase modulator using lines AA, BB, and CC in Figure 1A. The optical phase modulator 100 according to the first embodiment of the present invention includes a slot waveguide 120. The slot waveguide 120 consists of a pair of semiconductor electrodes 122 arranged in close proximity on a substrate 110, and an electro-optic polymer 124 embedded in a slit 123 between the semiconductor electrodes 122. Other electro-optic materials may be used.

図1Aにおいて、半導体電極122は、基板110上において一方向(Z軸)に沿って長く線状に延びている。2本の半導体電極122は狭いスリット123を介して平行に配置され、このスリット123に電気光学ポリマー124が充填されている。光はこの2本の半導体電極122間のスリット123付近に局在して、スリット123の長手方向に伝搬する。すなわち、スロット導波路120の光伝搬方向は図1AのZ軸方向である。電気光学ポリマー124は、電界に応答して電気光学効果を発現する。2本の半導体電極122間に電界(高周波電界)が印加されることで、半導体電極122間のスリット123に充填された電気光学ポリマー124の屈折率が変化する。これにより、スロット導波路120を伝搬する光に位相変調が加えられる。 In Figure 1A, the semiconductor electrode 122 extends linearly in one direction (Z-axis) on the substrate 110. Two semiconductor electrodes 122 are arranged parallel to each other via a narrow slit 123, which is filled with an electro-optic polymer 124. Light is localized near the slit 123 between the two semiconductor electrodes 122 and propagates along the longitudinal direction of the slit 123. That is, the direction of light propagation in the slot waveguide 120 is the Z-axis direction in Figure 1A. The electro-optic polymer 124 exhibits an electro-optic effect in response to an electric field. When an electric field (high-frequency electric field) is applied between the two semiconductor electrodes 122, the refractive index of the electro-optic polymer 124 filling the slit 123 between the semiconductor electrodes 122 changes. This causes phase modulation in the light propagating through the slot waveguide 120.

2本の半導体電極122間に電界を印加するために、各半導体電極122は、複数の第1引出電極130および複数の第2引出電極140を介して、金属電極150に電気的に接続されている。複数の第1引出電極130および複数の第2引出電極140もまた、半導体材料で構成された電極である。一対の金属電極150には、不図示の駆動回路から、スロット導波路120を伝搬する光を位相変調するための変調信号が入力される。 To apply an electric field between the two semiconductor electrodes 122, each semiconductor electrode 122 is electrically connected to a metal electrode 150 via a plurality of first extraction electrodes 130 and a plurality of second extraction electrodes 140. The plurality of first extraction electrodes 130 and the plurality of second extraction electrodes 140 are also electrodes made of semiconductor material. A modulation signal for phase-modulating light propagating through the slot waveguide 120 is input to the pair of metal electrodes 150 from a drive circuit (not shown).

複数の第1引出電極130は、半導体電極122の長手方向に沿って所定の間隔で配列されている。各第1引出電極130は、半導体電極122の側面に接続され、半導体電極122の長手方向と垂直な方向(X軸方向)に沿って延びている。平面視において、各第1引出電極130は、例えば、幅(Z軸方向の寸法)W1、長さ(X軸方向の寸法)L1の矩形形状であってよい。各第1引出電極130間の間隔d1は、等間隔であってよい。 Multiple first extraction electrodes 130 are arranged at predetermined intervals along the longitudinal direction of the semiconductor electrode 122. Each first extraction electrode 130 is connected to the side surface of the semiconductor electrode 122 and extends along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the semiconductor electrode 122 (the X-axis direction). In a plan view, each first extraction electrode 130 may have a rectangular shape, for example, with a width (dimension in the Z-axis direction) W1 and a length (dimension in the X-axis direction) L1. The spacing d1 between each first extraction electrode 130 may be equal.

複数の第2引出電極140も、同様に半導体電極122の長手方向に沿って所定の間隔で配列されている。各第2引出電極140は、第1引出電極130の端部に接続され、第1引出電極130と同方向(X軸方向)に沿って延びている。各第2引出電極140の反対側の端部は、金属電極150に接続されている。平面視において、各第2引出電極140は、例えば、幅W2、長さL2の矩形形状であってよい。各第2引出電極140間の間隔d2は、等間隔であってよい。 Multiple second extraction electrodes 140 are similarly arranged at predetermined intervals along the longitudinal direction of the semiconductor electrode 122. Each second extraction electrode 140 is connected to the end of the first extraction electrode 130 and extends in the same direction as the first extraction electrode 130 (X-axis direction). The opposite end of each second extraction electrode 140 is connected to the metal electrode 150. In a plan view, each second extraction electrode 140 may have a rectangular shape, for example, with a width W2 and a length L2. The spacing d2 between each second extraction electrode 140 may be equal.

図1Aに示されるように、本発明の第1実施形態に係る光位相変調器100において、複数の第1引出電極130および複数の第2引出電極140は、ともにスロット導波路120の光伝搬方向に沿って周期的に配置されているが、各第2引出電極140は、第1引出電極130に対して、スロット導波路120の光伝搬方向にオフセットしている。より具体的には、各第2引出電極140は、隣り合う2つの第1引出電極130と接続され、Z軸方向において当該2つの第1引出電極130のちょうど真ん中に配置されている。換言すると、複数の第1引出電極130と複数の第2引出電極140は互いに半周期ずれて配置されており、第2引出電極140間のギャップ142(引出電極の存在しない部分)が、各第1引出電極130に隣接している。 As shown in Figure 1A, in the optical phase modulator 100 according to the first embodiment of the present invention, the plurality of first extraction electrodes 130 and the plurality of second extraction electrodes 140 are both periodically arranged along the optical propagation direction of the slot waveguide 120, but each second extraction electrode 140 is offset from the first extraction electrode 130 in the optical propagation direction of the slot waveguide 120. More specifically, each second extraction electrode 140 is connected to two adjacent first extraction electrodes 130 and is positioned exactly in the middle of the two first extraction electrodes 130 in the Z-axis direction. In other words, the plurality of first extraction electrodes 130 and the plurality of second extraction electrodes 140 are arranged with a half-period offset from each other, and the gap 142 between the second extraction electrodes 140 (the portion where no extraction electrodes exist) is adjacent to each first extraction electrode 130.

スロット導波路120には半導体で構成された第1引出電極130が接続されているので、スロット導波路120を伝搬する光の電界は、この第1引出電極130を伝ってスロット導波路120から横方向(X軸方向)にはみ出して広がる。しかし、各第1引出電極130には第2引出電極140間のギャップ142が隣接していることにより、光電界が第1引出電極130の端部を越えてさらに横方向に(すなわちギャップ142の部分にまで)広がることが抑制される。つまり、スロット導波路120を伝搬する光の電界の横方向への広がりは、おおよそ第1引出電極130が存在する範囲(図1Bにおいて2つの縦の破線で挟まれた範囲)と同程度となる。 Since a first extraction electrode 130 made of semiconductor material is connected to the slot waveguide 120, the electric field of light propagating through the slot waveguide 120 spreads laterally (in the X-axis direction) beyond the slot waveguide 120 via the first extraction electrode 130. However, because each first extraction electrode 130 is adjacent to a gap 142 between second extraction electrodes 140, the spread of the optical electric field beyond the end of the first extraction electrode 130 in the lateral direction (i.e., into the gap 142) is suppressed. In other words, the lateral spread of the electric field of light propagating through the slot waveguide 120 is approximately the same as the area where the first extraction electrode 130 exists (the area enclosed by the two vertical dashed lines in Figure 1B).

このように光電界の横方向への広がりが抑えられる結果、光は、スロット導波路120のスリット123により強く閉じ込められることとなる。したがって、スロット導波路120を伝搬する光とスリット123内の電気光学ポリマー124との相互作用がより大きくなり、光位相変調器100における変調効率を向上させることができる。 As a result of suppressing the lateral spread of the optical field, the light is strongly confined by the slits 123 of the slot waveguide 120. Therefore, the interaction between the light propagating through the slot waveguide 120 and the electro-optic polymer 124 within the slits 123 becomes greater, improving the modulation efficiency in the optical phase modulator 100.

また、光電界が第2引出電極140まで広がらないため、金属電極150に光が吸収されることによる光位相変調器100の光損失の増大を防止することができる。さらに、金属電極150による光吸収を増大させることなく、金属電極150をよりスロット導波路120の近くに配置して、第2引出電極140の長さL2を短くすることができる。これにより、半導体電極122と金属電極150との間の電気抵抗が小さくなることで回路のCR時定数が小さくなり、その結果、光位相変調器100において高速な変調動作を行うことが可能となる。 Furthermore, since the optical field does not extend to the second extraction electrode 140, it is possible to prevent an increase in optical loss in the optical phase modulator 100 due to light absorption by the metal electrode 150. Moreover, without increasing light absorption by the metal electrode 150, the metal electrode 150 can be positioned closer to the slot waveguide 120, thereby shortening the length L2 of the second extraction electrode 140. This reduces the electrical resistance between the semiconductor electrode 122 and the metal electrode 150, lowering the CR time constant of the circuit, and consequently enabling high-speed modulation in the optical phase modulator 100.

ここで、本実施形態による光位相変調器100の特性を従来構成による光位相変調器と比較する。図2Aおよび2Bは、従来構成による光位相変調器900(例えば非特許文献1参照)の概略構成図である。図2Aは光位相変調器の上面図であり、図2Bは図2A中のAA線による光位相変調器の断面図を示している。 Here, the characteristics of the optical phase modulator 100 according to this embodiment are compared with those of a conventional optical phase modulator. Figures 2A and 2B are schematic diagrams of a conventional optical phase modulator 900 (see, for example, Non-Patent Document 1). Figure 2A is a top view of the optical phase modulator, and Figure 2B shows a cross-sectional view of the optical phase modulator along line AA in Figure 2A.

光位相変調器900は、1段の引出電極130のみによって半導体電極122と金属電極150が接続された構成を有し、第2引出電極を備えていない。このような構成では、長い引出電極130が半導体電極122から金属電極150まで延びているので、光電界がこの長い引出電極130を伝って横方向(X軸方向)に大きく広がり、スロット導波路120のスリット123への光の閉じ込めが弱くなる。図3は、本実施形態による光位相変調器100と従来構成による光位相変調器900の各々における、光電界分布のシミュレーション結果を示す。図3の横軸と縦軸は、それぞれ図1Aおよび2AにおけるX軸とZ軸に対応している。図3に示されるように、本実施形態による光位相変調器100においては、光位相変調器900よりも光電界の横方向への広がりが抑えられており、その分、スロット導波路120のスリット123への光の閉じ込めが強い。したがって、本実施形態による光位相変調器100は、従来の光位相変調器900よりも高い変調効率を実現することが可能である。 The optical phase modulator 900 has a configuration in which the semiconductor electrode 122 and the metal electrode 150 are connected by only one extraction electrode 130, and does not have a second extraction electrode. In this configuration, since the long extraction electrode 130 extends from the semiconductor electrode 122 to the metal electrode 150, the optical electric field spreads widely in the lateral direction (X-axis direction) along this long extraction electrode 130, and the confinement of light into the slit 123 of the slot waveguide 120 is weakened. Figure 3 shows the simulation results of the optical electric field distribution for the optical phase modulator 100 according to this embodiment and the optical phase modulator 900 according to a conventional configuration. The horizontal and vertical axes in Figure 3 correspond to the X-axis and Z-axis in Figures 1A and 2A, respectively. As shown in Figure 3, in the optical phase modulator 100 according to this embodiment, the lateral spread of the optical electric field is suppressed more than in the optical phase modulator 900, and as a result, the confinement of light into the slit 123 of the slot waveguide 120 is stronger. Therefore, the optical phase modulator 100 according to this embodiment can achieve a higher modulation efficiency than the conventional optical phase modulator 900.

図4は、本実施形態による光位相変調器100と従来構成による光位相変調器900の各々における光伝搬損失のシミュレーション結果を示す。図4の横軸は、半導体電極122と金属電極150間の距離L(図2A参照)を示し、縦軸は、スロット導波路120の単位長さ当りの光伝搬損失を示している。従来構成の光位相変調器900では、光電界が金属電極150の近くにまで広がるため光損失が大きいが、本実施形態による光位相変調器100においては、光電界が広がる範囲は第1引出電極130が存在している領域付近までである(光電界は金属電極150の近くまでは広がらない)ため、光損失が低減されている。 Figure 4 shows the simulation results of optical propagation loss for the optical phase modulator 100 according to this embodiment and the optical phase modulator 900 with a conventional configuration. The horizontal axis in Figure 4 represents the distance L between the semiconductor electrode 122 and the metal electrode 150 (see Figure 2A), and the vertical axis represents the optical propagation loss per unit length of the slot waveguide 120. In the conventional optical phase modulator 900, the optical loss is large because the optical field extends close to the metal electrode 150. However, in the optical phase modulator 100 according to this embodiment, the range in which the optical field extends is limited to the vicinity of the first extraction electrode 130 (the optical field does not extend close to the metal electrode 150), thus reducing the optical loss.

図5は、本実施形態による光位相変調器100と従来構成による光位相変調器900の周波数応答特性のシミュレーション結果を示す。本実施形態の光位相変調器100では、半導体電極122と金属電極150間の電気抵抗の低減によりCR時定数が小さくなることで、従来の光位相変調器900よりも高速な変調動作が実現されている。 Figure 5 shows the simulation results of the frequency response characteristics of the optical phase modulator 100 according to this embodiment and the optical phase modulator 900 with a conventional configuration. In the optical phase modulator 100 of this embodiment, the CR time constant is reduced by decreasing the electrical resistance between the semiconductor electrode 122 and the metal electrode 150, thereby achieving faster modulation operation than the conventional optical phase modulator 900.

図6は、本発明の第2実施形態に係る光位相変調器の概略構成図である。図6において、前述の第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。本発明の第2実施形態に係る光位相変調器200は、第1引出電極130と第2引出電極140の間に接続電極135を備える。接続電極135は、スロット導波路120と平行に長く線状に延びて配置され、第1引出電極130と第2引出電極140を接続している。接続電極135の幅W3は、例えば第1引出電極130の幅W1と同程度であってよい。このような接続電極135を用いて第1引出電極130と第2引出電極140を接続することにより、半導体電極122と金属電極150間の電気抵抗を低減することができる。 Figure 6 is a schematic diagram of the optical phase modulator according to the second embodiment of the present invention. In Figure 6, the same reference numerals are used for components identical to those in the first embodiment described above, and their descriptions are omitted below. The optical phase modulator 200 according to the second embodiment of the present invention includes a connecting electrode 135 between the first extraction electrode 130 and the second extraction electrode 140. The connecting electrode 135 is arranged in a long, linear manner parallel to the slot waveguide 120, connecting the first extraction electrode 130 and the second extraction electrode 140. The width W3 of the connecting electrode 135 may be, for example, approximately the same as the width W1 of the first extraction electrode 130. By connecting the first extraction electrode 130 and the second extraction electrode 140 using such a connecting electrode 135, the electrical resistance between the semiconductor electrode 122 and the metal electrode 150 can be reduced.

図7は、本発明の第3実施形態に係る光位相変調器の概略構成図である。図7において、前述の第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。本発明の第3実施形態に係る光位相変調器300において、各第2引出電極140は、第1実施形態の光位相変調器100と同様、第1引出電極130に対してスロット導波路120の光伝搬方向にオフセットしているが、隣り合う2つの第1引出電極130の真ん中には配置されていない。より具体的には、光位相変調器100の各第2引出電極140は隣り合う2つの第1引出電極130と接続されていたが、本実施形態の光位相変調器300では、各第2引出電極140は、1つの第1引出電極130とのみ接続され、当該1つの第1引出電極130の側に偏って配置されている。 Figure 7 is a schematic diagram of the optical phase modulator according to the third embodiment of the present invention. In Figure 7, the same reference numerals are used for components identical to those in the first embodiment described above, and their descriptions are omitted below. In the optical phase modulator 300 according to the third embodiment of the present invention, each second extraction electrode 140 is offset in the optical propagation direction of the slot waveguide 120 relative to the first extraction electrode 130, similar to the optical phase modulator 100 of the first embodiment, but it is not positioned in the middle of two adjacent first extraction electrodes 130. More specifically, while each second extraction electrode 140 of the optical phase modulator 100 was connected to two adjacent first extraction electrodes 130, in the optical phase modulator 300 of this embodiment, each second extraction electrode 140 is connected to only one first extraction electrode 130 and is positioned biased toward that single first extraction electrode 130.

しかし、図7に示されるように、この光位相変調器300においても、各第1引出電極130には、第2引出電極140間のギャップ142(引出電極の存在しない部分)が隣接している。そのため、第1実施形態の場合と同様に、光電界が第1引出電極130の端部を越えてギャップ142の部分にまで広がることを抑制することができる。したがって、第1引出電極130と第2引出電極140のオフセットが図7に示されるようなものであっても、高い変調効率、低光損失、高速変調動作を実現することが可能である。 However, as shown in Figure 7, in this optical phase modulator 300 as well, each first extraction electrode 130 is adjacent to the gap 142 between the second extraction electrodes 140 (the portion where no extraction electrode exists). Therefore, similar to the first embodiment, it is possible to suppress the optical field from extending beyond the end of the first extraction electrode 130 into the gap 142. Consequently, even if the offset between the first extraction electrode 130 and the second extraction electrode 140 is as shown in Figure 7, it is possible to achieve high modulation efficiency, low optical loss, and high-speed modulation operation.

図8および9は、本発明の第4実施形態に係る光位相変調器の概略構成図である。図8および9において、前述の第2実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。本発明の第4実施形態に係る光位相変調器400において、複数の第1引出電極130は、等間隔ではなく、第1引出電極130間の間隔がd1、d3、d1、d3、…(但しd1≠d3)と繰り返すように、配置される。また本発明の第4実施形態に係る光位相変調器500において、複数の第1引出電極130は、第1引出電極130間の間隔がd1、d1、d3、d1、d1、d3、…(但しd1≠d3)と繰り返すように、配置される。このように、本実施形態では、第1引出電極130間の間隔が不等間隔となっている。第1引出電極130間の間隔は、図8および9に示されるのとは異なる任意の態様の不等間隔であってもよい。 Figures 8 and 9 are schematic diagrams of an optical phase modulator according to the fourth embodiment of the present invention. In Figures 8 and 9, the same reference numerals are used for components identical to those in the second embodiment described above, and their descriptions are omitted below. In the optical phase modulator 400 according to the fourth embodiment of the present invention, the multiple first extraction electrodes 130 are not spaced equally, but are arranged such that the spacing between the first extraction electrodes 130 repeats as d1, d3, d1, d3, ... (where d1 ≠ d3). Similarly, in the optical phase modulator 500 according to the fourth embodiment of the present invention, the multiple first extraction electrodes 130 are arranged such that the spacing between the first extraction electrodes 130 repeats as d1, d1, d3, d1, d1, d3, ... (where d1 ≠ d3). Thus, in this embodiment, the spacing between the first extraction electrodes 130 is unequal. The spacing between the first extraction electrodes 130 may be any unequal spacing different from that shown in Figures 8 and 9.

既述した実施形態の光位相変調器のように第1引出電極130間の間隔が等間隔である場合、スロット導波路120を伝搬する光は、そのような周期的構造(すなわち等間隔配置された第1引出電極130)によって多重反射されて、減衰することが起こり得る。第4実施形態に係る光位相変調器では、第1引出電極130間の間隔が不等間隔であることにより、複数の第1引出電極130が連なった構造からの多重反射を抑制し、光損失をさらに低減することができる。 In the optical phase modulator of the previously described embodiment, when the spacing between the first extraction electrodes 130 is equal, light propagating through the slot waveguide 120 may be attenuated by multiple reflections due to such a periodic structure (i.e., the equally spaced first extraction electrodes 130). In the optical phase modulator of the fourth embodiment, by having unequal spacing between the first extraction electrodes 130, multiple reflections from a structure in which multiple first extraction electrodes 130 are connected can be suppressed, further reducing optical loss.

図10および11は、本発明の第5実施形態に係る光位相変調器の概略構成図である。図10および11において、前述の第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。本発明の第5実施形態に係る光位相変調器600において、第1引出電極130および第2引出電極140は、半導体電極122よりも薄い厚さを有する。第1引出電極130が薄く形成されていることにより、第1引出電極130の内部の光電界が小さくなり、スロット導波路120のスリット123への光の閉じ込めをより強くすることができる。また、本発明の第5実施形態に係る光位相変調器700において、半導体電極122および第1引出電極130は同じ厚さを有し、第2引出電極140は、それらよりも薄い厚さを有する。第2引出電極140が第1引出電極130よりも薄いことで、光電界の横方向(ギャップ142側)への広がりがさらに抑制される。これにより、図10の光位相変調器600と同様に、スロット導波路120のスリット123への光の閉じ込めをより強くすることができる。 Figures 10 and 11 are schematic diagrams of an optical phase modulator according to a fifth embodiment of the present invention. In Figures 10 and 11, the same reference numerals are used for components identical to those in the first embodiment described above, and their descriptions are omitted below. In the optical phase modulator 600 according to the fifth embodiment of the present invention, the first extraction electrode 130 and the second extraction electrode 140 have a thinner thickness than the semiconductor electrode 122. Because the first extraction electrode 130 is formed thinly, the optical electric field inside the first extraction electrode 130 is reduced, and the confinement of light into the slit 123 of the slot waveguide 120 can be strengthened. Furthermore, in the optical phase modulator 700 according to the fifth embodiment of the present invention, the semiconductor electrode 122 and the first extraction electrode 130 have the same thickness, and the second extraction electrode 140 has a thinner thickness than them. Because the second extraction electrode 140 is thinner than the first extraction electrode 130, the spread of the optical electric field in the lateral direction (towards the gap 142) is further suppressed. This allows for stronger confinement of light into the slit 123 of the slot waveguide 120, similar to the optical phase modulator 600 in Figure 10.

いくつかの実施形態において、半導体電極122、第1引出電極130、第2引出電極140、および接続電極135は、種々の半導体材料で構成されてよい。例えば、半導体電極122および第1引出電極130はInP(インジウムリン)で構成され、第2引出電極140はSi(シリコン)で構成されてよい。InPに代えて、他のIII-V族半導体が用いられてもよい。光電界が比較的大きい部分(すなわち半導体電極122および第1引出電極130)の材料をInPとすることで、光損失を低く抑えることができる。また、光電界がほぼ存在しない部分(すなわち第2引出電極140)の材料を電気伝導度の高いSiとすることで、半導体電極122と金属電極150間の全体としての電気抵抗を低減することができる。なお、各電極122、130、140、135は同一の半導体材料で構成されるのであってもよい。 In some embodiments, the semiconductor electrode 122, the first extraction electrode 130, the second extraction electrode 140, and the connecting electrode 135 may be composed of various semiconductor materials. For example, the semiconductor electrode 122 and the first extraction electrode 130 may be composed of InP (indium phosphide), and the second extraction electrode 140 may be composed of Si (silicon). Other III-V semiconductors may be used instead of InP. By using InP for the material in the region with a relatively large photoelectric field (i.e., the semiconductor electrode 122 and the first extraction electrode 130), optical loss can be kept low. Furthermore, by using Si, which has high electrical conductivity, for the material in the region where the photoelectric field is almost nonexistent (i.e., the second extraction electrode 140), the overall electrical resistance between the semiconductor electrode 122 and the metal electrode 150 can be reduced. Note that each electrode 122, 130, 140, and 135 may be composed of the same semiconductor material.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、その要旨を逸脱しない範囲内において様々な変更が可能である。 Although embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications are possible without departing from its essence.

100 光位相変調器
110 基板
120 スロット導波路
122 半導体電極
123 スリット
124 電気光学ポリマー
130 第1引出電極
135 接続電極
140 第2引出電極
142 ギャップ
150 金属電極
100 Optical phase modulator 110 Substrate 120 Slot waveguide 122 Semiconductor electrode 123 Slit 124 Electro-optic polymer 130 First extraction electrode 135 Connecting electrode 140 Second extraction electrode 142 Gap 150 Metal electrode

Claims (11)

基板上に互いに近接して配置された複数の半導体電極と、前記複数の半導体電極の間に配置された電気光学材料とから構成される光導波路と、
前記光導波路の光伝搬方向に沿って前記光導波路の側方に配列され、各々が前記半導体電極に電気的に接続された、複数の第1引出電極と、
前記光導波路の光伝搬方向に沿って前記複数の第1引出電極の前記光導波路と反対側の側方に配列され、各々が、前記第1引出電極に電気的に接続され、前記第1引出電極に対して前記光伝搬方向にオフセットして配置された、複数の第2引出電極と、
を備える光位相変調器。
An optical waveguide comprising a plurality of semiconductor electrodes arranged in close proximity to each other on a substrate, and an electro-optic material disposed between the plurality of semiconductor electrodes,
A plurality of first extraction electrodes are arranged to the side of the optical waveguide along the optical propagation direction of the optical waveguide , and each is electrically connected to the semiconductor electrode,
A plurality of second extraction electrodes are arranged on the side opposite to the optical waveguide of the plurality of first extraction electrodes along the optical propagation direction of the optical waveguide, each of which is electrically connected to the first extraction electrode and positioned offset from the first extraction electrode in the optical propagation direction,
An optical phase modulator equipped with the following features.
前記複数の第2引出電極の各々は、前記複数の第1引出電極のうちの隣り合う2つの引出電極の中央に位置するようにオフセットして配置される、請求項1に記載の光位相変調器。 The optical phase modulator according to claim 1, wherein each of the plurality of second extraction electrodes is offset so as to be located midway between two adjacent extraction electrodes among the plurality of first extraction electrodes. 前記第1および第2引出電極はそれぞれ等間隔に配置される、請求項1または2に記載の光位相変調器。 The optical phase modulator according to claim 1 or 2, wherein the first and second extraction electrodes are each arranged at equal intervals. 前記第1引出電極は、連続する3以上の引出電極が繰り返し単位となるように周期的に配置される、請求項1または2に記載の光位相変調器。 The optical phase modulator according to claim 1 or 2, wherein the first extraction electrodes are arranged periodically so that three or more consecutive extraction electrodes form a repeating unit. 前記第1引出電極はそれぞれ不等間隔に配置される、請求項1または2に記載の光位相変調器。 The optical phase modulator according to claim 1 or 2, wherein the first extraction electrodes are arranged at unequal intervals. 前記第1および第2引出電極の厚さは、前記半導体電極の厚さと等しい、請求項1から5のいずれか1項に記載の光位相変調器。 The optical phase modulator according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the first and second extraction electrodes is equal to the thickness of the semiconductor electrode. 前記第1および第2引出電極の厚さは、前記半導体電極の厚さよりも薄い、請求項1から5のいずれか1項に記載の光位相変調器。 The optical phase modulator according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the first and second extraction electrodes is thinner than the thickness of the semiconductor electrode. 前記第2引出電極の厚さは、前記半導体電極および前記第1引出電極の厚さよりも薄い、請求項1から5のいずれか1項に記載の光位相変調器。 The optical phase modulator according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the second extraction electrode is thinner than the thickness of the semiconductor electrode and the first extraction electrode. 前記第1および第2引出電極は半導体で構成される、請求項1から8のいずれか1項に記載の光位相変調器。 The optical phase modulator according to any one of claims 1 to 8, wherein the first and second extraction electrodes are made of semiconductors. 前記第2引出電極は、前記第1引出電極より電気伝導度が高い半導体で構成される、請求項9に記載の光位相変調器。 The optical phase modulator according to claim 9, wherein the second extraction electrode is made of a semiconductor with higher electrical conductivity than the first extraction electrode. 前記複数の第2引出電極と前記複数の第1引出電極の間に、前記複数の第2引出電極を前記複数の第1引出電極に連続的に接続する接続電極をさらに備える、請求項1から10のいずれか1項に記載の光位相変調器。 The optical phase modulator according to any one of claims 1 to 10, further comprising connecting electrodes between the plurality of second extraction electrodes and the plurality of first extraction electrodes, for continuously connecting the plurality of second extraction electrodes to the plurality of first extraction electrodes.
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