专利名称：光调制器的制作方法
技术领域：
本发明属于高速、驱动电压低、且DC偏压小、制作成品率高的光调 制器的领域。
背景技术：
象铌酸锂(LiNb03)那样，通过施加电场改变折射率，在所谓的具有 光电效应的基板(以下，将铌酸锂基板简称为LN基板)上形成光导和行波 电极的行波电极型铌酸锂光调制器(以下，简称为LN光调制器)，因其良 好的线性调频脉冲特性而适用于2.5Gbit/s、 10Gbit/s的大容量光传送系统。 最近，正在研究应用于更大容量的40Gbit/s的超大容量光传送系统，有望作 为关键设备而使用。(第一现有技术)该LN光调制器具有使用z -切割基板的类型和使用x -切割基板的类 型(或y-切割基板)。在此，作为第一现有技术，例举使用x-切割LN基 板和共面波导(CPW)行波电极的x-切割基板LN光调制器，其立体图如 图3所示。图4是图3的A-A，的剖面图。另外，以下的论述对z-切割基 4反也同才羊成立。如图所示，LN光调制器具有x-切害']LN基板1;在1.3^1或1.55jim 等光通信所使用的波长区域，厚度为200nm~ lpm左右透明的Si02緩沖层 2;以及在x-切割LN基板1上蒸镀Ti后，在1050。C热扩散大约10小时 而形成的、构成马赫-泽德干涉系(或马赫-泽德光导)的光导3。另外， 光导3具有在电信号和光相互作用的部位(称为相互作用部)的光导(或 相互作用光导)、即马赫-泽德光导的两条支路3a、 3b。 CPW行波电极4 由中心导体4a、接地导体4b、 4c构成。在该第一现有技术中，因中心导体4a和接地导体4b、 4c之间重叠加 载偏置电压(通常是DC偏置电压)和高频电信号(也称为RF电信号)， 所以，在相互作用光导，不仅RF电信号，而且DC偏置电压也改变光的相位。另外，由于电信号的微波有效折射率nm接近在光导3a、 3b传播的光的 有效折射率n。，所以緩冲层2起到扩大光调制区域的重要作用。接着，说明这样构成的LN光调制器的动作。在使该LN光调制器动作 中，必需在中心导体4a和接地导体4b、 4c之间加载DC偏置电压和RF电 信号。图5所示的电压-光输出特性是某状态下LN光调制器的电压-光输 出特性，Vb是此时的DC偏置电压。如图5所示，通常DC偏置电压Vb 设定在光输出特性的峰和谷的中点上。图6详细地表示第一现有技术的实际安装形态和电连接。在此，安装 的LN光调制器具有由金属形成的框体5;用于将RF电信号即微波从外 部电路输入到LN光调制器的、RF电信号输入用的连接器6; RF电信号输 入用的连接器6的芯线7;用于取出RF电信号的RF电信号输出用的连接 器8; RF电信号输出用的连接器8的芯线9。并且，还具有将内置于电 信号源11中的DC成分截止的电容器10;电气终端12;去除DC成分的电 容器13;用于加载DC偏置电压的DC电源14。因具有两个电容器10和 13，所以来自DC电源14的DC成分不会作为电流流动。通常，为了小型化和降低成本，多数情况下终端12、电容器13内置于 框体5中，并且，来自DC电源14的DC偏置电压经由替换RF电信号输出 用连接器8的、简单的插头、导线供给。在此，有重要的地方需要注意。在光通信中，LN光调制器用于称为发 送应答器的发送接收装置中，但因该发送应答器上搭载有很多机器，所以 LN光调制器和其它机器之间的相对位置被固定。换句话说，用于将RF电 信号输入到LN光调制器中的连接器6的位置相对于框体5不能任意设定， 大致唯一地确定。另 一方面，框体5内的x -切割LN基板1的位置也大致 确定。即，为了输入RF电信号而使用的连接器6的芯线7的位置大致唯一地 确定在x-切割LN基板1上、图6中B所示的位置。图7表示从第一现有实施例的上面看到的示意图。如前所述，在LN 光调制器中，在x-切割LN基板1上，为了输入RF电信号而固定使用的 连接器6的芯线7的位置在图中作为B位置大致自动确定。因此，对行波 电极4的中心导体4a和接地导体4b、4c加载的RF电信号和DC偏置电压，与光相互作用的相互作用部15的长度L,也自动确定。另外，从为了输入RF电信号而使用的连接器6的芯线7的位置B到 光和RF电信号的相互作用部的电极(在图6和图7所示的区域部40称为 馈通部)，通常为了抑制RF电信号的反射，相对于x -切割LN基板1的长 度方向的侧面大致垂直地设定。因此，在马赫-泽德光导的两条光导3a、 3b中，从芯线7的位置B开始的位于光输入侧的区域通常不改变光的相位。并且，在该第一现有技术中，长度L,的相互作用部15具有图4所示的 Si02緩冲层2，对该Si02緩冲层2加载DC偏置电压Vb。但是，众所周知 的是，因该Si02緩沖层2电阻高，所以通过此处的电压下降而产生所谓的 DC漂移。该DC漂移对LN光调制器的可靠性产生恶劣影响。 (第二现有技术)图8表示第二现有技术的、试图解决第一现有技术中的DC漂移问题 而从上方看到的示意图。如前所述，第一现有技术中的大问题即DC漂移是如下所述的原因引 起的，即，对第一现有技术的Si02緩沖层2加载DC偏置电压，在此处因 存在DC电压下降。因此，在该第二现有技术中，首先，由于具有被加载 RF电信号的长度乙2的RF电信号相互作用部17;具有由被加载DC偏置电 压的长度L3的中心导体16a、接地导体16b、 16c构成的偏置电极的DC偏 压用相互作用部18，从而，将加载RF电信号的区域(17)和加载DC偏置 电压的区域(18)分离。并且，由表示图8的C-C，线剖面图的图9可知， DC偏压用相互作用部18没有作为第一现有#_术所示的图4中存在的Si02 緩冲层2。因此，在该第二现有技术中，不存在因Si02缓沖层2而导致的DC漂 移，作为有效提高LN光调制器可靠性的方法而被采用。但是，即便是图8所示的第二现有技术的情况，未图示的为了输入RF 电信号而使用连接器6的芯线7的位置B与图7所示的第一现有技术的情 况相同。即，加载RF电信号的RF电信号用相互作用部17的长度L2和加载DC 偏置电压的DC偏压用相互作用部18的长度L3构成为，把第一现有技术所 示的图7中的RF电信号和DC偏置电压与光相互作用的相互作用部15的 长度L,进行分割。因此，如果增长加载RF电信号的RF电信号用相互作用部17的长度L2，则加载DC偏置电压的DC偏压用相互作用部18的长度 L3变短，与此相反，如果增长fc)C偏庄用相互作用部18的长度L3，则RF 电信号用相互作用部17的长度L2变短。如果DC偏压用相互作用部18的长度L3短，则必需增大加载到DC偏 压用相互作用部18的中心导体16a和接地导体16b、16c上的DC偏置电压。 这样，中心导体16a与接地导体16b、 16c之间的电场强度增高，从而产生 因LN基板1中的高内部电场强度而引起的LN基板内的DC漂移。另一方面，如果RF电信号用相互作用部17的长度L2短，则RF驱动 电压增高。为了避免这种情况，不得不设定厚度薄的RF电信号用相互作用 部17的Si02緩沖层2 (未图示)，从RF电信号和光的速度匹配、以及特性 阻抗来看，导致不利。另外，即便在第二现有技术中，从为了输入RF电信号而使用的未图示 的连接器6的芯线7的位置B到光和RF电信号的相互作用部(RF电信号 用相互作用部17)的、馈通部的电极(图8所示的区域部41),通常为了 抑制RF电信号的反射，相对于x-切割LN基板1的长度方向的侧面大致 垂直地设定。因此，即便是第二现有技术，在马赫-泽德光导的两条光导 3a、 3b中，从位置B开始的位于光输入侧的区域不用于改变光的相位。如上所述，在第一现有技术中，因对RF电信号与光相互作用的相互作 用部也加载DC电压，所以，产生由Si02緩沖层引起的DC漂移。另一方 面，为了避免第一现有技术的问题而设计的第二现有技术中，RF电信号用 相互作用部虽然仅向独立设置的DC偏压用相互作用部加载DC偏置电压， 但在LN光调制器中为了供给RF信号而使用的连接器的芯线的位置是相对 于LN基板而确定的。因此，可对光进行RF调制和DC调制的长度，即， RF电信号用相互作用部的长度与DC偏压用相互作用部的长度之和也确 定。其结果，因为不能充分得到DC偏压用相互作用部的长度或RF电信号 用相互作用部的长度，所以存在如下所述的问题，即，由LN基板内的高内 部电场强度引起的可靠性恶化、或作为LN光调制器的RF调制性能恶化等 问题。发明内容为了解决上述课题，本发明第一方面的光调制器具有基板，其具有光电效应；光导，其形成在该基板上，用于对光进行导波；行波电极，其 形成在所述基板的一侧面、由用于加载调制所述光的高频电信号的高频电 信号用中心导体及接地导体构成；偏置电极，其由用于对所述光加载偏置 电压的中心导体及接地导体构成，在所述光导上，具有高频电信号用相 互作用部，其通过对所述行波电极加载所述高频电信号来调制所述光的相 位；偏压用相互作用部，其通过对所述偏置电极加载偏置电压来调整所述 光的相位，该光调制器的特征在于，隔着所述高频电信号用相互作用部， 在所述光传播方向的前后具有所述偏压用相互作用部。在第一方面所述的光调制器中，本发明第二方面的光调制器的特征在 于，构成所述偏压用相互作用部的所述偏置电极的至少两个所述中心导体 电连接。在第一方面或第二方面所述的光调制器中，本发明第三方面的光调制 器的特征在于，在所述偏压用相互作用部中的所述中心导体的、所述光导 侧的边缘下方具有緩沖层。在第一方面的发明中，通过在现有技术中为了将光的相位进行RF或 DC变换而未使用部分的光导上重新设置偏压用相互作用部，相比现有的偏 压分离型情况，增长RF电信号用相互作用部的长度与偏压用相互作用部的 长度之和。因此，与现有的偏压分离型相比，本发明中可以分别将RF电信 号用相互作用部的长度和偏压用相互作用部的长度的双方进一步增长，所 以，能够大幅度改善作为LN光调制器的RF调制性能和DC漂移特性。在 第二方面的发明中，能够将DC偏压电源设为一个。在第三方面的发明中， 因DC偏压用相互作用部中的中心导体的、光导侧的边缘下方使用緩沖层， 所以，可以使中心导体与光导靠近，从而可减少DC偏置电压，并且显著改 善制作的成品率。
图1是本发明的第一实施例的光调制器的示意性上面图;图2是说明本发明第二实施例的光调制器的图；图3是第一现有技术的立体图；图4是第一现有技术的A-A，线剖面图；图5是说明第一现有技术动作的图；图6是表示第 一现有技术详细安装状态和电气结构的图；图7是第一现有技术的示意性上面图； 图8是第二现有技术的示意性上面图； 图9是第二现有技术的C-C，线剖面图。附图标记说明1: x-切割LN基板(基板、LN基板)2: Si02緩沖层(緩沖层) 3:光导3a、 3b:相互作用部的光导(光导)4:行波电极 4a:中心导体4b、 4c:接地导体 5:框体6: RF电信号输入用连接器(连接器)7: RF电信号输入用连接器6的芯线(芯线)8: RJF电信号输出用连接器(连接器)9: RF电信号输出用连接器8的芯线(芯线)10:电容器 11:电信号源12:电气终端(终端) 13:电容器14: DC电源 15:相互作用部16a:中心导体 16b、 16c:接地导体17: RF电信号用相互作用部18: DC偏压用相互作用部19:第一DC偏压用相互作用部(偏压用相互作用部) 20: RF电信号用相互作用部(高频电信号用相互作用部) 21:第二DC偏压用相互作用部(偏压用相互作用部) 22a:中心导体 22b、 22c:接地导体23a:中心导体 23b、 23c:接地导体24a、 24b、 24c、 24d: Si02缓沖层(緩沖层) B:为了输入RF电信号而使用的连接器6的芯线7的位置 40、 41、 42:々贵通部(区i戈部)具体实施方式
下面，说明本发明的实施例，因与图3~图9所示的现有实施例相同的 符号对应同 一功能部，所以在此省略同 一符号表示的功能部的说明。 (第一实施例)图1表示本发明的第一实施例。与图8所示的第二现有技术同样地，具有由中心导体4a、接地导体4b、 4c构成并且加载RF电信号的长L4的 RF电信号用相互作用部20;在偏压用相互作用部19(在此称为第一DC偏 压用相互作用部)具有由中心导体22a、接地导体22b、 22c构成并且加载 DC偏置电压的长L5的偏置电极，但在本发明中，进一步在偏压用相互作 用部21 (称为第二DC偏压用相互作用部)也具有由中心导体23a、接地导 体23b、 23c构成、并且加载DC偏置电压的长L6的第二偏置电极。另外， 第一DC偏压用相互作用部19的D-D，的剖面图与图9相同。第二DC偏 压用相互作用部21的也是这种情况。如果构成第一 DC偏压用相互作用部19和第二 DC偏压用相互作用部 21的各自的偏置电极的中心导体22a和23a电连接，因仅使用一个DC电 源14即可完成，所以是优选的。另外，当第一 DC偏压用相互作用部19 和第二 DC偏压用相互作用部21的偏置电极的中心导体22a和23a电连接 时，优选为了避免RF电信号相互作用部的中心导体4a与接地导体4b、 4c 之间的间隙而进行配线。另夕卜，接地导体22b、 22c、 23b、 23c相互电连接后，或直接将框体(例 如图6所示的框体5)作为地线连接即可。通常偏压为DC或极低频，所以， 即便象这样将电极回绕连接也不会产生任何问题。但，不言而喻，也可对 中心导体22a、 23a供给来自不同电源的偏置电压。在图8所示的第二现有技术中，RF电信号用相互作用部17和DC偏压 用相互作用部18的合计长度为L2+L3,但在图1所示的本发明中，因灵活 运用现有技术中未使用的区域的光导，所以，RF电信号用相互作用部20 和第一、第二DC偏压用相互作用部19、 21的合计长度为L4+L5+L6，与第 二现有技术的情况相比可大幅度增长。因此，既可与第二现有技术的RF电信号用相互作用部17的长度L2相 比，增长本发明的RF电信号用相互作用部20的长度L4，同时，也可与第 二现有技术中DC偏压用相互作用部18的长度L3相比，增长本发明中的第 一 DC偏压用相互作用部19和第二 DC偏压用相互作用部21的合计长度L5+L6。如前所述， 一般地，如果可增长'RF电信号用相互作用部的长度，则可 增加在行波电极4正下方形成的緩沖层的厚度。因此，可接近微波和光的速度，并且可使特性阻抗接近驱动器的阻抗，从而提高调制性能。另外，如果增长具有偏置电极的DC偏压用相互作用部的总和，则因可以降低x -切割LN基板1内的DC电场强度，所以，可减少x -切割LN基板1中的 DC漂移。另夕卜，从为了输入RF电信号而使用的未图示的连接器6的芯线7的位 置B到光和RF电信号的相互作用部的、馈通部的电极(图l所示的区域部 42)与图6或图7所示的第一现有技术或图8所示的第二现有技术相同， 因可以相对于x-切割LN基板1的长度方向的侧面大致垂直地设定，所以， 不会产生RF电信号的反射。因此，与现有技术同样地，因可以抑制RF电可以改善LN光调制器的特性。另外，在使用z -切割LN基板替代x -切割LN基板时，在DC偏压用 相互作用部，必需在光导的正上方设置緩沖层。在本发明中，因可增长DC 偏压用相互作用部的总和，所以，可设定低的DC偏置电压。即，因也可降 低援沖层内的电场强度，所以，不仅可减少z-切割LN基板内的DC漂移， 而且也可减少因緩沖层而引起的DC漂移。 (第二实施例)在图1所示的本发明的第一实施例中，第一DC偏压用相互作用部19 的中心导体22a、接地导体22b、 22c和第二偏压用相互作用部21的中心导 体23a、接地导体23b、 23c,与图9所示的第二现有技术的说明同样地，直 接形成在x -切割LN基板1上。但是，因中心导体、接地导体通常由金(Au)构成，所以， 一旦由中 心导体、接地导体构成的偏置电极过分靠近相互作用光导3a和3b,则在它 们中传播的光被吸收，从而产生插入损失增加或消光比恶化的问题。在本发明的第二实施例中，图1所示的构成本发明第一实施例的第一 DC偏压用相互作用部19的D-D，剖面图中，如图2所示，通过使用由Si02 等形成的緩沖层24a、 24b、 24c、 24d，可使中心导体16a和接地导体16b、 16c与x-切割LN基板1直接接触，并且，可进一步与相互作用光导3a、3b接近而不会增大因偏置电极导致的光的吸收损失，可降低偏置电压。另外，因中心导体16a、接地导体导体16b、 16c和x -切割LN基板1 直接接触，所以，即便局部存在緩冲层，电阻抗减小到大致可以忽视的程 度(原因是，例如，中心导体16a与x-切割LN基板1之间的电阻抗成为 中心导体16a和x-切割LN基板1直接接触时的电阻抗和连接中心导体 16a、緩沖层24b、 24c以及x -切割LN基板1的电阻抗之间的并列连结， 大小由前者决定)，即便使用缓冲层24a、 24b、 24c、 24d也不会产生因緩沖 层24a、 24b、 24c、 24d引起的DC漂移。 (关于各实施例)以上，作为行波电极以CPW电极为例进行了说明，但不言而喻也可是 非对称共面带线(ACPS)或对称共面带线(CPS)等各种行波电极、或集 中常数型电极。另外，作为光导，除马赫-泽德型光导之外，不言而喻也 可是方向性结合器、直线等其它光导。另外，因DC偏压相互作用部未加载RF电场，所以，不用考虑DC偏 压相互作用部的特性阻抗，不言而喻可以比RF电信号用相互作用部的中心 导体的宽度，增大DC偏压相互作用部的中心导体的宽度，或相对于RF电 信号用相互作用部中的中心导体和接地导体之间的间隙，减小DC偏压相互 作用部中的中心导体和接地导体之间的间隙。另外，在上述实施例中，既可以是在相对于x-切割、y-切割或z切 割的面方位即基板表面(切割面)垂直的方向上具有x晶轴、y晶轴或z晶 轴的基板，也可是以上述各实施例中的面方位为主要面方位，其它面方位 作为副面方位混在主要面方位中，不言而喻，不仅是LN基板，也可是钽酸 锂、半导体等其它基板。另外，在上述实施例中，设为如下所述的形态，即，隔着高频电信号 用相互作用部，在光传播方向的前后分别具有一个偏压用相互作用部，但 本发明并不限于此，也可在各侧或单侧设置多个偏压用相互作用部。工业实用性如上所述，本发明的光调制器具有可以大幅度改善RF调制性能和DC 漂移的效果，作为高速、驱动电压低、且DC偏置电压小、制作成品率高的 光调制器很有用。
权利要求
1. 一种光调制器，具有基板，其具有光电效应；光导，其形成在该基板上，用于对光进行导波；行波电极，其形成在所述基板的一侧面、并且有用于加载调制所述光的高频电信号的高频电信号用中心导体及接地导体；偏置电极，其具有用于对所述光加载偏置电压的中心导体及接地导体，在所述光导上，具有高频电信号用相互作用部，其通过对所述行波电极加载所述高频电信号来调制所述光的相位；偏压用相互作用部，其通过对所述偏置电极加载偏置电压来调整所述光的相位，其特征在于，隔着所述高频电信号用相互作用部，在所述光传播方向的前后具有所述偏压用相互作用部。
2. 如权利要求1所述的光调制器，其特征在于，构成所述偏压用相互 作用部的所述偏置电极的至少两个所述中心导体电连接。
3. 如权利要求1或2所述的光调制器，其特征在于，在所述偏压用相 互作用部中的所述中心导体的、所述光导侧的边缘下方具有緩沖层。
全文摘要
本发明提供一种光调制器，具有光导(3)，其形成在具有光电效应的基板(1)上；行波电极(4)，其形成在基板(1)的一侧面、由用于加载对光进行调制的高频电信号的高频电信号用的中心导体(4a)及接地导体(4b)、(4c)构成；偏置电极，其由用于对光加载偏置电压的中心导体(22a)、(23a)及接地导体(22b)、(22c)、(23b)、(23c)构成，在光导(3)上，具有高频电信号用相互作用部(20)，其通过对行波电极(4)加载高频电信号来调制光的相位；偏压用相互作用部(19)、(21)，其通过对偏置电极加载偏置电压来调整光的相位，该光调制器隔着高频电信号用相互作用部(20)，在光传播方向的前后具有偏压用相互作用部(19)、(21)。
文档编号G02F1/035GK101238405SQ200680029079
公开日2008年8月6日 申请日期2006年7月5日 优先权日2005年7月7日
发明者中平彻, 五十岚信弘, 仙田宏明, 佐藤勇治, 内田靖二, 名波雅也, 河野健治 申请人:安立股份有限公司