光控制元件的制作方法

专利名称：光控制元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光控制元件，尤其涉及包括具有电光效应且厚度
为10nm以下的薄板、形成于所述薄板的光波导、用于控制通过所述光 波导的光的控制电极的光控制元件。
背景技术：
以往，在光通信领域和光测量领域中，多采用在具有电光效应的 基板上形成有光波导和控制电极的波导式光调制器和波导式光开关等 各种光控制元件。目前利用的光控制元件的方式大多在图1所示的厚 度0.5 lmm左右的光电晶体基板1上，形成光波导2、信号电极4和 接地电极5。另外，图1表示使用Z切LiNb03基板的光调制器的示例， 标号3表示Si02膜等缓冲层。
尤其在波导式光调制器中，为了对在光波导中传播的光波进行调 制控制，向控制电极施加微波信号。因此，为了使微波在控制电极中 有效传播，需要实现将微波导入光调制器中的同轴线缆等信号线路与 光调制器内的控制电极的阻抗匹配。因此，如图1所示，采用由接地 电极5夹持信号电极4的形状、即所谓共面式控制电极。
但是，在共面式控制电极中，由于外部电场不能有效作用于基板 1的电光效应的效率较高的方向(在图1所示的Z切LiNb03基板中指 上下方向)，所以为了获得必要的光调制度，需要更大的电压。具体 地讲，在利用LiNb03 (以下称为"LN")基板，而且沿光波导的电极 长度为lcm时，需要约10 15V左右的半波长电压。
并且，如图2所示，专利文献1提出了如下结构，为了改善光波导对光波的封闭，且将控制电极所生成的电场更有效地施加到光波导，
把光波导设为脊型波导20，并将接地电极5、 51、 52配置得更靠近信 号电极4和41。根据这种结构，虽然可以实现某种程度上的驱动电压 的降低，但是尤其在实现高频波段的高速调制时，进一步降低驱动电 压是必不可缺的。
此外，专利文献2提出了如下方案如图3所示，由控制电极夹 持基板，沿电光效应的效率较高的方向(在图3所示的Z切LiNb03基 板中指上下方向)施加电场。而且，图3所示的光调制器，使具有电 光效应的基板极化反转，形成自发极化的方向(图中的箭头方向)不 同的基板区域IOA和IOB，并且在各基板区域形成有光波导2，在利用 共用的信号电极42和接地电极53对各光波导施加电场时，可以使在 各光波导中传播的光波产生相反方向的相位变化。通过上述差分驱动， 可以进一步降低驱动电压。
但是，在图3所示的电极构造中，微波的折射率提高，难以实现 在光波导中传播的光波与调制信号即微波的速度匹配。而且，由于阻 抗反而降低，所以具有难以实现与微波的信号线路的阻抗匹配的缺点。
另一方面，在以下专利文献3或4中，在具有厚度为3(Him以下 的非常薄的基板(以下称为"薄板")上装配光波导和调制电极，接 合介电常数比该薄板低的其他基板，降低对微波的有效折射率，实现 微波与光波的速度匹配。
但是，即使在使用上述薄板的光调制器中形成有图1 图3所示 结构的控制电极的情况下，依旧不能从根本上解决上述问题。在利用 图3所示的控制电极夹持基板的情况下，在使基板的厚度变薄时，具 有微波折射率下降的趋势，但是难以实现光波与微波的速度匹配。虽 然也依赖于电极的宽度，但是例如在使用LN薄板时，有效折射率为约 5左右，达不到最佳值2.14。另一方面，阻抗具有随着基板变薄而下降的趋势，这成为加大阻抗不匹配的原因。
专利文献l:美国专利说明书第6580843号 专利文献2:日本专利注册第3638300号说明书 专利文献3:日本特开昭64-018121号公报 专利文献4:日本特开2003-215519号公报 专利文献5:日本特开平6-289341号公报

发明内容
本发明要解决的课题是提供一种光控制元件，能够实现微波与光 波的速度匹配及微波的阻抗匹配，尤其能够实现将微波导入光调制器 中的同轴线缆等信号线路与光调制器内的控制电极的阻抗匹配，能够 降低驱动电压。
并且，本发明提供一种光控制元件，通过降低驱动电压，能够抑 制光控制元件的温度上升，并能够实现稳定动作，本发明还提供一种 能够使用成本更低的低驱动电压型驱动装置的光控制元件。
为了解决上述问题，技术方案1的发明的光控制元件，包括具有 电光效应且厚度为10pm以下的薄板、形成于所述薄板的光波导、用于 控制通过所述光波导的光的控制电极，所述光控制元件的特征在于， 所述控制电极包括夹着所述薄板而配置的第1电极和第2电极，所述 第i电极具有至少由信号电极和接地电极构成的共面式的电极，在调 制区域部，所述第2电极至少具有接地电极，并且与所述第1电极的 信号电极协作而向所述光波导施加电场，在信号输入输出部，至少所 述第1电极的所述信号电极下方没有所述第2电极。
在技术方案2的发明中，所述薄板夹着低介电常数层被支撑在支 撑基板上，所述信号输入输出部中，在从所述第2电极朝向支撑基板 的方向分离的位置，夹着所述低介电常数层具有增设的接地电极。结果，所述第2电极能够作为接地电极发挥作用，能够容易进行阻抗调 整。并且，这种接地电极具有屏蔽来自外部的电信号的效果，所以不 易受到与外部的连接(芯片的设置状况等)的影响。
另外，所述第2电极与所述增设的接地电极的距离例如可以设为 50lam以上(技术方案3)。
在技术方案4的发明中，光控制元件包括具有电光效应且厚度为 10pm以下的薄板、形成于所述薄板的光波导、用于控制通过所述光波 导的光的控制电极，所述光控制元件的特征在于，所述控制电极包括 夹着所述薄板而配置的第1电极和第2电极，所述第1电极具有至少 由信号电极和接地电极构成的共面式的电极，在调制区域部，所述第2 电极至少具有接地电极，并且与所述第1电极的信号电极协作而向所 述光波导施加电场，在信号输入输出部，所述第2电极在从所述薄板 朝向所述支撑基板的方向分离的位置夹着低介电常数层而配置。
技术方案5的发明的特征在于，在技术方案1 4中任一方案的光 控制元件中，所述光波导是脊型光波导。
技术方案6的发明的特征在于，在技术方案1 5中任一方案的光 控制元件中，至少在所述薄板和所述第1电极之间形成有缓冲层。
技术方案7的发明的特征在于，在技术方案1 6中任一方案的光 控制元件中，在所述第1电极和所述第2电极中，所述信号电极和所 述接地电极由透明电极或在薄板一侧配置有透明电极的电极中的任一 种构成。
技术方案8的发明的特征在于，在技术方案5 7中任一方案的光 控制元件中，至少在配置于所述脊型波导两侧的槽中填充有低介电常 数膜。技术方案9的发明的特征在于，在技术方案1 8中任一方案的光 控制元件中，包括所述光波导的至少一部分在内的薄板的自发极化反 转。
根据技术方案1的发明，光控制元件包括具有电光效应且厚度为 l(Him以下的薄板、形成于所述薄板的光波导、用于控制通过所述光波 导的光的控制电极，所述控制电极包括夹着所述薄板而配置的第1电 极和第2电极，所述第1电极具有至少由信号电极和接地电极构成的 共面式的电极，在调制区域部，所述第2电极至少具有接地电极，并 且与所述第1电极的信号电极协作而向所述光波导施加电场，所以能 够提供一种光控制元件，能够实现微波与光波的速度匹配以及微波的 阻抗匹配，并能够快速动作。
并且，在信号输入输出部，至少所述第1电极的所述信号电极下 方没有所述第2电极。该情况下，由于不存在所述电极，所述信号输 入输出部中的所述控制电极的电容增大，结果能够实现阻抗的增大， 能够实现将微波导入光控制元件中的同轴线缆等信号线路与光调制器 内的控制电极的阻抗匹配。
另外，本发明能够提供一种光控制元件，通过降低上述的驱动电 压，能够抑制光控制元件的温度上升，并能够实现稳定动作，还提供 一种能够使用成本更低的低驱动电压型驱动装置的光控制元件。
根据技术方案2和3的发明，所述薄板夹着低介电常数层支撑在 支撑基板上，所述信号输入输出部中，在从所述第2电极朝向支撑基 板的方向分离的位置，夹着所述低介电常数层具有增设的接地电极。 结果，所述第2电极能够作为接地电极发挥作用，能够容易进行阻抗 调整。并且，这种接地电极具有屏蔽来自外部的电信号的效果，所以 不易受到与外部的连接(芯片的设置状况等)的影响。根据技术方案4的发明，光控制元件包括具有电光效应且厚度为 10pm以下的薄板、形成于所述薄板的光波导、用于控制通过所述光波 导的光的控制电极，所述控制电极包括夹着所述薄板而配置的第1电 极和第2电极，所述第1电极具有至少由信号电极和接地电极构成的 共面式的电极，在调制区域部，所述第2电极至少具有接地电极，并 且与所述第1电极的信号电极协作而向所述光波导施加电场，在信号 输入输出部，所述第2电极在从所述薄板朝向所述支撑基板的方向分 离的位置夹着低介电常数层而配置。因此，能够提供一种光控制元件， 能够实现微波与光波的速度匹配以及微波的阻抗匹配，并能够快速动 作。
并且，在信号输入输出部，所述第2电极在从所述薄板朝向所述 支撑基板的方向分离的位置夹着低介电常数层而配置。该情况下，所 述信号输入输出部中的所述控制电极的电容增大，结果能够实现阻抗 的增大，能够实现将微波导入光控制元件中的同轴线缆等信号线路与 光调制器内的控制电极的阻抗匹配。
另外，本发明能够提供一种光控制元件，通过降低上述的驱动电 压，能够抑制光控制元件的温度上升，并能够实现稳定动作，还提供 一种能够使用成本更低的低驱动电压型驱动装置的光控制元件。
根据技术方案5的发明，光波导是脊型光波导，所以能够实现一 种驱动电压更低的光控制元件，对光波的封闭效率比较高，并且能够 使控制电极所形成的电场集中在光波导上。
根据技术方案6的发明，至少在薄板和第1电极之间形成有缓冲 层，所以能够抑制在光波导中传播的光波的传播损耗，并将控制电极 配置在更靠近光波导的位置。根据技术方案7的发明，信号电极或接地电极由透明电极或在薄 板一侧配置了透明电极的电极中的任一种构成，所以即使在没有缓冲 层时，也能够抑制在光波导中传播的光波的传播损耗，并将控制电极 配置在更靠近光波导的位置。
根据技术方案8的发明，至少在配置于脊型波导两侧的槽中填充 有低介电常数膜，所以能够调整控制电极中的微波折射率和阻抗，能 够获得更合适的微波折射率和阻抗。
根据技术方案9的发明，在技术方案1 7中任一方案的光控制元 件中，包括光波导的至少一部分在内的薄板的自发极化反转，所以能 够容易地通过简单的控制电极和驱动电路实现光控制元件的差分驱 动，并且能够降低驱动电压。


图1是表示现有的光控制元件的示例的图。 图2同样是表示现有的光控制元件的示例的图。 图3同样是表示现有的光控制元件的示例的图。 图4是表示本发明的光控制元件的示例的俯视图。 图5是将图4所示的光控制元件沿A-A线切断时的剖视图。 图6是将图4所示的光控制元件沿B-B线切断时的剖视图。 图7是表示图4 图6所示的光控制元件的变形例的图。 图8同样是表示图4 图6所示的光控制元件的变形例的图。 图9同样是表示图4 图6所示的光控制元件的变形例的图。 图IO是表示本发明的脊型光控制元件的示例的图。 图11同样是表示本发明的脊型光控制元件的示例的图。 图12同样是表示本发明的脊型光控制元件的示例的图。 图13是表示具有低介电常数膜的光控制元件的 例的图。 图14是表示在薄板的背面侧形成有光波导的光控制元件的示例 的图。图15同样是表示在薄板的背面侧形成有光波导的光控制元件的 示例的图。
图16是表示采用透明电极的光控制元件的示例的图。
图17同样是表示采用透明电极的光控制元件的示例的图。
图18同样是表示采用透明电极的光控制元件的示例的图。
图19同样是表示采用透明电极的光控制元件的示例的图。
图20是表示第2电极采用图形电极的光控制元件的示例的图。
图21同样是表示第2电极采用图形电极的光控制元件的示例的图。
图22是表示采用极化反转的光控制元件的示例的图。
图23同样是表示采用极化反转的光控制元件的示例的图。
具体实施例方式
图4是表示本发明的光控制元件的一例的俯视图。图5是所述光 控制元件的调制区域部中沿A-A线切断时的剖视图，图6是所述光控 制元件的信号输入输出部中沿B-B线切断时的剖视图。另外，所述调 制区域部是大致将信号电极和接地电极相对着排列配置，对在光波导 内传播的光波(光信号)进行实质性调制的区域部，所述信号输入输 出部例如是图中虚线所示的区域，是实现与外部的同轴线缆等接合的 区域。
另外，在本示例中，表示由Z切基板构成用于形成光波导的薄板 的情况，并且只示出所述光控制元件的主要部分。
如图4 图6所示，在Z切基板(薄板l)中形成有光波导2，夹 着薄板1配置有控制电极。控制电极包括配置于薄板1的上侧的第1 电极和配置于薄板的下侧的第2电极。第1电极包括信号电极4和接 地电极5，第2电极包括接地电极54。当然可以对第1电极和第2电 极适当附加除图示的电极之外的DC电极等需要的电极。并且，薄板l 夹着粘结层6支撑在支撑基板7上。图4 图6所示的光控制元件的特征在于，在调制区域部中，除 了信号电极4和接地电极5的电场之外，向光波导2还施加信号电极4 和接地电极54的电场。由此，能够增强光波导2中的图示纵方向的电 场，能够降低驱动电压。而且，由于控制电极的微波折射率和阻抗由 信号电极4和接地电极5及54确定，所以能够设定为例如最佳值即微 波折射率2.14、阻抗50Q。
第1电极被配置成为与薄板1之间夹着Si02膜等缓冲层3。缓冲 层具有防止在光波导中传播的光波因控制电极而被吸收或散射的效 果。并且，作为缓冲层的结构，根据需要也可以加入Si膜等，以缓和 薄板1的热释电效应(Pyroelectric effect)。
并且，第2电极(接地电极54)，在信号输入输出部中，把包括 第1电极的信号电极4正在下方部分的区域作为空隙部，在该区域没 有接地电极54。从而，由于粘结层6代替接地电极54存在于所述空隙 部中，所以所述信号输入输出部中包括第1电极和第2电极在内的控 制电极的电容增大，结果阻抗增大。因此，能够使所述信号输入输出 部中的阻抗无限接近通用的阻抗值即50Q。因此，能够容易实现采用 了与外部同轴线缆等的阻抗匹配的接合。
另外，所述空隙部的宽度需要相当于信号电极4的至少正下方部 分，也可以根据阻抗匹配的程度适当增大所述宽度。
换言之，根据本实施方式的光控制元件，能够提供一种光控制元 件，能够实现微波与光波的速度匹配及微波的阻抗匹配，而且能够降 低驱动电压。并且，能够提供一种光控制元件，通过降低驱动电压， 能够抑制光控制元件的温度上升，并能够实现稳定动作，还能够提供 一种能够使用成本更低的低驱动电压型驱动装置的光控制元件。另外， 能够实现将微波导入光控制元件的同轴线缆等信号线路与光调制器内的控制电极的阻抗匹配。
薄板1在形成第2电极后，通过粘结层6接合在支撑基板7上。 由此，即使在薄板1为l(Him以下时，也能够作为光控制元件确保足够 的机械强度。另外，粘结层6也可作为低介电常数层发挥作用。因此， 在粘结层(低介电常数层)6变厚时，信号电极与接地电极的间隔变宽， 所以电极间电容减小，阻抗增大。例如，在信号电极宽度为100pm、 接地电极为140pm时，阻抗为30 60Q范围的厚度为25jam以下。并 且，低介电常数层使用除粘结层之外的例如Si02等时也相同。
图7是使用X切基板时的相当于图5的剖视图，电光效应的效率 比较高的方向是图中的横方向。因此，在第1电极中，在夹着光波导2 的位置配置信号电极4和接地电极54，在第2电极中，以使信号电极 4和接地电极55及56形成的电场对光波导2具有横方向的成分的方式， 确定接地电极55和56的形状及配置。另外，如后面所述，通过使第2 电极与光波导的形状对应地形成为图形电极，能够形成更合适的电场 分布。
另外，在本实施方式中，薄板1的厚度为l(Him以下，以便除了 信号电极4和接地电极5的电场之外，信号电极4和接地电极54的电 场也能够充分施加给光波导2。并且，薄板1的下限值没有特别限定， 例如设为0.7pm。如果小于0.7nm，则很难形成足够大的光波导2。
作为薄板所使用的具有电光效应的晶体基板，例如可以使用铌酸 锂、钽酸锂、PLZT (锆钛酸铅镧)、石英类的材料、以及这些材料的 组合。尤其适合使用电光效应比较高的铌酸锂(LN)和钽酸锂(LT) 晶体。
关于光波导的形成方法，能够通过热扩散法和质子交换法等在基 板表面上扩散Ti等来形成。并且，也可以按照专利文献5所述，在薄板1的表面上与光波导的形状对应地形成脊，并构成光波导。
信号电极和接地电极等控制电极可以通过TiAu电极图形的形成 及镀金法等形成。并且，关于后面叙述的透明电极，可以使用ITO或 作为红外透明导电膜的In与Ti的复合氧化物膜等，可以采用以下方法 形成该透明电极通过光刻法形成电极图形并通过剥离法(Liftoff technique)形成的方法；形成掩膜部件以保留预定的电极图形，并通过 干式蚀刻或湿式蚀刻形成的方法等(参照专利文献5)。
包括光控制元件的薄板1的制造方法是在具有数百pm厚度的基板 上形成上述光波导，研磨基板的背面，从而制作具有l(Him以下的厚度 的薄板。然后，在薄板的表面制作控制电极。此外，也可以在制作光 波导和控制电极等之后，研磨基板的背面。另外，如果施加形成光波 导时的热冲击或因各种处理时的薄膜操作而引起的机械冲击等，则存 在薄板破损的危险性，因此优选在研磨基板而形成薄板之前，进行容 易施加上述热冲击或机械冲击的步骤。
作为支撑基板7所使用的材料可以采用各种材料，例如除了使用 与薄板相同的材料之外，也可以使用像石英、玻璃、氧化铝等介电常 数比薄板低的材料，还可以使用具有与薄板不同的晶向的材料。但是， 在稳定光控制元件应对温度变化的调制特性的方面，优选线膨胀系数 与薄板相同的材料。假设相同材料的选定比较困难时，用于接合薄板 和支撑基板的粘结剂选择具有与薄板相同的线膨胀系数的材料。
关于薄板1与支撑基板7的接合，粘结层6可以使用环氧类粘结 剂、热固性粘结剂、紫外线固化性粘结剂、焊接玻璃以及热固性、光 固性或光敏粘性(Light induced viscosity)的树脂粘结剂片等各种粘结 材料。
图8是表示图4 图6所示的光控制元件的变形例的主要部分剖视图。图8所示的剖视图相当于上述实施方式的信号输入输出部的剖 视图即图6。本示例中，在信号输入输出部中，在支撑基板7和粘结层 6之间具有接地电极54。因此，在所述信号输入输出部中，由于粘结 层6在第1电极和第2电极之间，所以由这些电极构成的控制电极的 电容增大，结果能够实现阻抗的增大，能够实现将微波导入光控制元 件的同轴线缆等信号线路与光调制器内的控制电极的阻抗匹配。
另外，为了更有效地发挥上述作用效果，优选粘结层6的厚度为 50pm以上。并且，粘结层6的厚度的上限没有特别限定，例如可以设 为200(am。
图9是表示图4 图6所示的光控制元件的其他变形例的主要部 分剖视图。图9所示的剖视图相当于上述实施方式的信号输入输出部 的剖视图即图6。本示例中，在信号输入输出部中，把包括第1电极的 信号电极4的正下方部分的区域作为空隙部，在该区域中没有接地电 极54。并且，在支撑基板7和粘结层6之间具有增设的接地电极57。
从而，在所述信号输入输出部中，粘结层6取代接地电极54位于 所述空隙部中，并且粘结层6还在增设的接地电极和第1电极之间， 所以所述信号输入输出部中的包括第1电极和第2电极在内的控制电 极的电容增大，结果阻抗增大。因此，能够使所述信号输入输出部中 的阻抗无限接近通用的阻抗值即50Q。因此，能够容易实现采用了与 外部同轴线缆等的阻抗匹配的接合。
以下说明本发明涉及的光控制元件的应用示例。另外，在以下附 图中，在使用与前述部件相同的部件时，尽可能使用相同标号，为了 明确结构特征，根据需要省略了粘结层和支撑基板。并且，为了防止 描述过长，说明以图4 图6所示的实施方式为主的应用示例。并且， 以下的应用示例是关于光控制元件的调制区域部的示例，以下示出的 附图是与上述实施方式的图5相当的剖视图。(具有脊型波导的光控制元件)
图10 图12是图4 图6所示的光控制元件的应用示例，表示由 脊型波导形成光波导的示例。通过由脊型光波导形成光波导，光波的 封闭效率提高，并且可以使控制电极所形成的电场集中于光波导，因 此可以实现驱动电压更低的光控制元件。
如图10所示，通过使光控制元件的光波导形成为脊型波导20， 能够封闭在脊部20中传播的光波。由于对脊部20集中施加由信号电 极4和接地电极5形成的电场以及由信号电极4和接地电极54形成的 电场，所以有助于降低光控制元件的驱动电压。
图11是两个光波导2为脊型波导20的示例。与脊型波导对应地 配置信号电极4和41,对信号电极施加彼此相反的信号等。例如，左 侧的脊部20被集中施加了由信号电极4和接地电极5形成的电场、由 信号电极4和接地电极54形成的电场以及由信号电极4和信号电极41 形成的电场。
图12中，两个光波导2为脊型波导20，并且在两个光波导之间 形成与接地电极51对应的脊部。与脊型波导20对应地配置信号电极4 和41，对信号电极施加各自独立的信号等。
例如，左侧的脊部20被集中施加了由信号电极4和接地电极5形 成的电场、由信号电极4和接地电极54形成的电场以及由信号电极4 和接地电极51形成的电场。
(具有低介电常数膜的光控制元件)
图13表示图4 图6所示光控制元件的其他应用示例，表示在形 成脊型波导的槽以及构成第1电极的信号电极4和接地电极5之间配 置低介电常数膜的示例。通过配置这种低介电常数膜，可以调整控制
16电极的微波折射率和阻抗，此外可以提高控制电极的布线自由度。
作为低介电常数膜的材料可以使用苯并环丁烯(BCB)等，低介 电常数膜的制作方法可以采用涂敷法等。
如图13所示，可以形成低介电常数膜8，以覆盖形成于脊型波导 20两侧的槽、信号电极4和接地电极5之间或者第1电极。
(在薄板的背面侧形成有光波导的光控制元件) 图14及图15表示图4 图6所示的光控制元件的其他应用示例， 表示在薄板1的背面(图中下侧)形成有光波导2 (脊型波导20)的 示例。在使用厚度为l(Him以下的薄板时，如图14所示，即使在薄板 1的背面形成光波导2，在薄板的表面形成第1电极即信号电极4和接 地电极5，在薄板1的背面形成第2电极即接地电极54，也可以通过 尤其是由信号电极4和接地电极54形成的电场，对脊部20施加电场。
并且，图15是使用两个信号电极4和41的示例，通过尤其由信 号电极4和接地电极54形成的电场对左侧的脊部20施加电场，并通 过尤其由信号电极41和接地电极54形成的电场对右侧的脊部20施加 电场。
另外，在形成脊部20的槽中，根据需要形成低介电常数膜81。
在图10 图12所示的光控制元件中，需要在脊型波导的脊部顶 上正确配置信号电极4和41，但在图14及图15所示的光控制元件中， 具有以下优点只要将信号电极4和41的宽度设定为脊型波导的宽度 以上，则即使在两者之间略微产生位置偏移时，也能够有效地向脊部 施加电场。
(使用透明电极的光控制元件)图16 图19表示图4 图6所示的光控制元件的其他应用示例， 表示电极使用透明电极(9和91 96)的示例。通过将透明电极或在 薄板一侧配置有透明电极的电极中的任一种用作信号电极或接地电 极，即使在没有缓冲层时，也能够抑制在光波导中传播的光波的传播 损耗，并且能够将控制电极配置得更加靠近光波导，可以降低驱动电 压。
图16是第2电极的接地电极使用透明电极9的示例，图17是第 1电极使用透明电极91、 92的示例。在这些情况下，实际上不需要图 16所示的缓冲层3，可靠近光波导而配置电极。另外，构成图17中第 1电极的接地电极(透明电极91)由于在电极附近没有光波导，所以 也可以利用普通的金属电极形成。
图18表示控制电极的一部分(接触薄板1或11的一侧)使用透 明电极的示例。透明电极的电阻率一般高于Au等金属电极，所以基于 降低电极的电阻的目的，可以与透明电极9和93 96接触地配置金属 电极140、 150、 151。并且，透明电极如93及95、 96所示也可以配置 在脊型波导的附近或脊型光波导的侧面，可以使电场非常有效地作用 于波导。
另外，图18是薄板使用Z切基板的示例，作为参考，图19表示 薄板使用X切基板的示例。各标号所指代的部分相同，所得到的作用 效果也与图18所示的情况相同。
(第2电极使用图形电极的光控制元件)
图20表示图4 图6所示的光控制元件的其他应用示例，表示形 成第2电极的接地电极由图形电极构成的示例。通过使第2电极形成 为具有与光波导的形状对应的形状的图形电极，可以将施加到光波导
的电场调整为更合适的形状，可以进一步降低驱动电压。在图20中，接地电极57形成为沿着光波导2的带状电极，使由 信号电极4和接地电极57形成的电场更加集中于光波导2。另外，图 20是薄板使用Z切基板的示例，作为参考，图20表示薄板使用X切 基板的示例。各标号所指代的部分相同，所得到的作用效果也与图20 所示的情况相同。
(使用极化反转的光控制元件)
图22和23是图4 图6所示的光控制元件的其他应用示例，表 示使薄板1极化反转的示例。通过使包括光波导的至少一部分在内的 薄板1的自发极化(Spontaneous polarization)反转，光控制元件的差 分驱动能够通过简单的控制电极和驱动电路实现，也能够降低驱动电 压。
图22中，在薄板1的基板区域12和13中，使自发极化按彼此不 同的朝向(图中的箭头)排列。构成第1电极的信号电极43能够向形 成于各基板区域12和13的光波导2施加相同的电场。由于在各光波 导中基板的极化方向彼此不同，所以在光波导中传播的光波的相位变 化相反，结果，能够获得与差分驱动相同的效果。
图23表示将薄板1的基板区域12和13的极化方向调整为彼此不 同，并且利用了脊型光波导时的示例。向两个脊型波导20施加电场的 信号电极44是相同的，两个信号电极44通过连接线路45而导通。并 且，在形成脊型波导的槽上以及信号电极和接地电极5之间形成有低 介电常数膜8。
实施例
在本实施例中，制作了图4 图6所示的光控制元件。另外，该 情况下，在信号输入输出部中完全没有形成接地电极54。信号输入输 出部中的信号电极4的宽度为lOOpm,与接地电极5的间隙为140pm。 并且，薄板1的厚度为4pm，缓冲层3的厚度为3|nm。另外，各电极由金构成，薄板1由Z切铌酸锂(LiNb03)构成，缓冲层3由Si02构 成。结果，所述信号输入输出部中的阻抗值为约43Q。
另外，在所述信号输入输出部中，在所述接地电极形成为包括信 号电极4的正下方区域时，阻抗值为约4Q。因此，在本实施例的光控 制元件中，能够容易得到实现了与外部同轴线缆等的阻抗匹配的连接。
产业上的可利用性
根据本发明的光控制元件，能够提供一种光控制元件，能够实现 微波与光波的速度匹配及微波的阻抗匹配，而且能够降低驱动电压。 并且，本发明能够提供一种光控制元件，通过降低驱动电压，能够抑 制光控制元件的温度上升，并能够实现稳定动作，还能够提供一种可 使用成本更低的低驱动电压型驱动装置的光控制元件。并且，能够实 现将微波导入光控制元件中的同轴线缆等信号线路与光调制器内的控 制电极的阻抗匹配。
权利要求
1.一种光控制元件，包括具有电光效应且厚度为10μm以下的薄板、形成于所述薄板上的光波导、用于控制通过所述光波导的光的控制电极，所述光控制元件的特征在于，所述控制电极包括夹着所述薄板而配置的第1电极和第2电极，所述第1电极具有至少由信号电极和接地电极构成的共面式的电极，在调制区域部，所述第2电极至少具有接地电极，并且与所述第1电极的信号电极协作而向所述光波导施加电场，在信号输入输出部，至少所述第1电极的所述信号电极下方没有所述第2电极。
2. 根据权利要求l所述的光控制元件，其特征在于， 所述薄板夹着低介电常数层被支撑在支撑基板上， 所述信号输入输出部中，在从所述第2电极朝向支撑基板的方向分离的位置，夹着所述低介电常数层具有增设的接地电极。
3. 根据权利要求2所述的光控制元件，其特征在于， 所述第2电极与所述增设的接地电极分离5(Him以上。
4. 一种光控制元件，包括具有电光效应且厚度为l(Him以下的薄 板、形成于所述薄板上的光波导、用于控制通过所述光波导的光的控 制电极，所述光控制元件的特征在于，所述控制电极包括夹着所述薄板而配置的第1电极和第2电极， 所述第1电极具有至少由信号电极和接地电极构成的共面式的电极，在调制区域部，所述第2电极至少具有接地电极，并且与所述第 1电极的信号电极协作而向所述光波导施加电场，在信号输入输出部， 所述第2电极在从所述薄板朝向所述支撑基板的方向分离的位置夹着 低介电常数层而配置。
5. 根据权利要求1 4中任一项所述的光控制元件，其特征在于， 所述光波导是脊型光波导。
6. 根据权利要求1 5中任一项所述的光控制元件，其特征在于， 至少在所述薄板和所述第1电极之间形成有缓冲层。
7. 根据权利要求1 6中任一项所述的光控制元件，其特征在于， 在所述第1电极和所述第2电极中，所述信号电极和所述接地电极由透明电极或在薄板一侧配置有透明电极的电极中的任一种构成。
8. 根据权利要求5 7中任一项所述的光控制元件，其特征在于， 至少在配置于所述脊型波导的两侧的槽中填充有低介电常数膜。
9. 根据权利要求1 8中任一项所述的光控制元件，其特征在于， 包括所述光波导的至少一部分在内的薄板的自发极化反转。
全文摘要
本发明提供一种光控制元件，包括具有电光效应的薄板、形成于所述薄板的光波导、用于控制通过所述光波导的光的控制电极，本发明能够解决以下课题，即实现施加给所述控制电极的微波信号与所述光的速度匹配、所述微波的阻抗匹配、降低驱动电压、实现快速动作。为了解决所述课题，本发明的光控制元件的所述控制电极在所述薄板的上侧配置信号电极和接地电极，在所述薄板的下侧配置包括接地电极的第2电极。并且，使所述第2电极不位于所述信号电极的下方，以实现阻抗匹配。
文档编号G02F1/035GK101652703SQ20088001090
公开日2010年2月17日 申请日期2008年3月28日 优先权日2007年3月30日
发明者及川哲, 山根裕治, 市川润一郎, 金原勇贵 申请人:住友大阪水泥股份有限公司