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l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切型的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夹持带状信号电极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10和11，并且在各个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对各个光波导施加电场时，可以使在各个 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 抗反向降低，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30pm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: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解决上述问题，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lO)im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，该第2电
极至少具有接地电极，并且与第1电极的信号电极协作而向该光波导 施加电场，在所述薄板的下方形成有低折射率层，该低折射率层具有 至少比所述第1电极的所述信号电极的宽度大的宽度，并至少沿着所 述信号电极的整个长度方向设置。
本发明中的"共面式的电极"指将信号电极夹在接地电极之间， 例如，包括信号电极和接地电极以相同间隔配置的构造以及间隔不同 的构造、接地电极在信号电极的一侧的构造、将多个信号电极夹在一对接地电极之间的构造、在多个信号电极之间增加配置接地电极的构 造等。
技术方案2的发明的特征在于，在技术方案1的光控制元件中，
所述低折射率层均匀地形成于所述薄板和所述第2电极之间。
技术方案3的发明的特征在于，在技术方案1的光控制元件中， 所述低折射率层埋设在所述第2电极的所述接地电极内。
技术方案4的发明的特征在于，在技术方案1 3中任一方案的光 控制元件中，所述低折射率层包括空气层。
技术方案5的发明的特征在于，在技术方案1 3中任一方案的光 控制元件中，所述低折射率层包括树脂层。
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，所述光波导是脊型光波导。
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，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8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9的发明的特征在于，在技术方案6 8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10的发明的特征在于，在技术方案1 9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。
技术方案11的发明的特征在于，在技术方案1 10中任一方案的 光控制元件中，在将所述低介电常数层的介电常数设为s2、厚度设为 d2，将所述薄板的介电常数设为sl、厚度设为dl时，满足关系d2<s2/sl Xdl。
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(Hmi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，该第2电极至少具有接地电极，并且与第1电极的信 号电极协作而向该光波导施加电场，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。
而且，在所述薄板的下方形成有低折射率层，该低折射率层具有 至少比所述第1电极的所述信号电极的宽度大的宽度，并至少沿着所 述信号电极的整个长度方向设置，所以能够降低电极损耗，增强对光 的封闭。由此，能够实现可以应对高频且高效率的调制器。换言之， 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，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，并能够进 行稳定动作，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。
根据技术方案2的发明，能够将所述低介电常数层更靠近所述信 号电极配置，所以能够更有效地发挥上述的降低电极损耗的效果和光的封闭效果，能够容易实现可以应对高频且高效率的调制器。
根据技术方案3的发明，同样能够将所述低介电常数层更靠近所 述信号电极配置，所以能够更有效地发挥上述的降低电极损耗的效果 和光的封闭效果，能够容易实现可以应对高频且高效率的调制器。
根据技术方案4的发明，所述低介电常数层为空气层，所以能够
进一步促进其低介电常数效果，能够更有效地发挥上述的降低电极损 耗的效果和光的封闭效果，能够容易实现可以应对高频且高效率的调 制器。
根据技术方案5的发明，所述低介电常数层为树脂层，所以能够
进一步促进其低介电常数效果，能够更有效地发挥上述的降低电极损 耗的效果和光的封闭效果，能够容易实现可以应对高频且高效率的调 制器。
根据技术方案6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7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8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9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10的发明，在技术方案1 10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。
根据技术方案11的发明，在技术方案1 10中任一方案的光控制 元件中，能够使施加给光波导的有效电压不会下降到1/2以下，施加给 所述光波导部的有效电压不会过度下降。


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图。
图5同样是表示本发明的光控制元件的示例的图。
图6是表示图4所示的光控制元件的变形例的图。
图7是表示本发明的脊型光控制元件的示例的图。
图8同样是表示本发明的脊型光控制元件的示例的图。
图9同样是表示本发明的脊型光控制元件的示例的图。
图IO是表示具有低介电常数膜的光控制元件的示例的图。
图11同样是表示具有低介电常数膜的光控制元件的示例的图。
图12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13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14是表示采用透明电极的光控制元件的示例的图。
图15同样是表示采用透明电极的光控制元件的示例的图。
10图16同样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是表示第2电极使用图形电极的光控制元件的示例的图。
图19同样是表示第2电极使用图形电极的光控制元件的示例的图。
图20是表示采用极化反转的光控制元件的示例的图。图21同样是表示采用极化反转的光控制元件的示例的图。图22是表示采用通孔的光控制元件的示例的图。图23同样是表示采用通孔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剖视图。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所示，在Z切基板(薄板1)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，作为光波导也可以构成为直线波导或组合了直线波导的马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型干涉系统。
图4所示的光控制元件的特征在于，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，由于控制电极中的微波的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)被配置成为与薄板l之间夹着低折射率层31，该低折射率层31大于第1电极的信号电极4的宽度，并沿着信号电极4的整个长度方向形成。因此，能够降低电极损耗，增强对光的封闭。由此，可以应对高频，实现高效率的调制器。
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。
低折射率层31可以由例如空气层、铁氟龙(亍7 a >，注册商标)等树脂层构成。
另外，在本实施方式中，薄板1的厚度为lO(im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0.7pm，则很难形成足够大的光波导2。
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10pm以下时，也能够作为光控制元件确保足够的机械强度。
图5是使用了 X切LiNb03基板的光控制元件，使用了 X切基板，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。
并且，在图5的示例中，第2电极(接地电极55和56)被配置 成为与薄板1之间夹着低折射率层31，该低折射率层31大于第1电极 的信号电极4的宽度，并沿着信号电极4的整个长度方向形成。因此， 能够降低电极损耗，增强对光的封闭。由此，能够应对高频，实现高 效率的调制器。低折射率层31可以由例如空气层、铁氟龙(注册商标) 等树脂层构成。
另外，在本实施方式中，薄板1的厚度为10nm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0.7jim。如果小于0.7iam，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
13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；形成掩模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iam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10pm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6是表示图4所示的光控制元件的变形例的主要部分剖视图。 在本实施方式中，与图4所示的实施方式相比，不同之处是低折射率 层31埋设在第2电极(接地电极)中。但是，在这种情况下，第2电 极(接地电极54)被配置成为与薄板1之间夹着低折射率层31，该低 折射率层31大于第1电极的信号电极4的宽度，并沿着信号电极4的 整个长度方向形成。因此，能够降低电极损耗，增强对光的封闭。由此，能够应对高频，实现高效率的调制器。
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。低折 射率层31可以由例如空气层、铁氟龙(注册商标)等树脂层构成。
优选将上述低介电常数层的厚度调整成为使施加给光波导部的有 效电压不会过度降低。在本实施方式中，设定成为使施加给光波导部
的有效电压不会达到1/2以下。 d2〈s2/slXdl
其中，s2是低介电常数层的介电常数，d2是低介电常数层的厚度， sl是薄板l的介电常数，dl是薄板l的厚度。例如，在把低介电常数 层设为空气(s2=l) 、 dl = 10|im、薄板1由LiNb03构成时，优选低 介电常数层的厚度d2为0.36pm以下。
另外，关于其他构成要素及对这些构成要素的要求，与图4所示 的实施方式相同。
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所示的实施方式为主的应用示例。
(具有脊型波导的光控制元件)
图7 图9是图4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，可以实现
15驱动电压更低的光控制元件。
如图7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8是使两个光波导2形成为脊型波导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9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10及图11表示本发明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 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10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。
并且，如图11所示，以跨越接地电极5的方式配置信号电极4的 供电部42，在接地电极4和供电部42之间配置低介电常数膜8。由此， 可以实现控制电极的立体布线，控制电极的布线设计的自由度提高。 另外，也可以使接地电极在信号电极的上方(离开薄板的位置)通过。
(在薄板的背面侧形成有光波导的光控制元件) 图12及图13表示图4所示的光控制元件的其他应用示例，表示 在薄板l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10)Lim以下的薄板时，如图12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13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7 图9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12及图13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14 图16表示图4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14是第2电极的接地电极使用透明电极9的示例，图15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 14所示的缓冲层3，可靠近光波导而配置电极。另外，构成图15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16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16是薄板使用Z切LN基板的示例，作为参考，图17 表示薄板使用X切LN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16所示的情况相同。
(第2电极使用图形电极的光控制元件)
图18表示图4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18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 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。
(使用极化反转的光控制元件)
图20和21是图4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20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
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图21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。
(使用通孔的光控制元件)
图22表示本发明的光控制元件的应用示例，表示利用通孔使第1 电极的接地电极与第2电极的接地电极电连接的示例。使第1电极的 接地电极与第2电极的接地电极经由设置于薄板的通孔而电连接，从 而可以简化光控制元件的布线，并且可以抑制在第1电极的接地电极 和第2电极的接地电极产生的浮动电荷的漂移，可以向光波导施加更 合适的电场。图22是使用Z切型的LN薄板1的示例，第1电极的接地电极5 和第2电极的接地电极54通过配置于薄板1的通孔内的连接线路100 保持导通状态。图2 图8示例的第1电极的接地电极和第2电极的接 地电极是在薄板的周围或外部电导通，随着施加给控制电极的调制信 号成为高频，由接地电极诱发的浮动电荷容易产生定时偏差(Timing deviation)。因此，如图22所示，通过使两者在靠近光波导的位置导 通，可以抑制该定时偏差。另外，图22是使用Z切的LN薄板1的示例，作为参考，图23 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22所示的情况相同。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。
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，该第2电极至少具有接地电极，并且与第1电极的信号电极协作而向所述光波导施加电场，在所述薄板的下方形成有低折射率层，该低折射率层具有至少比所述第1电极的所述信号电极的宽度大的宽度，并至少沿着所述信号电极的整个长度方向设置。
2. 根据权利要求l所述的光控制元件，其特征在于， 所述低折射率层均匀地形成于所述薄板和所述第2电极之间。
3. 根据权利要求1所述的光控制元件，其特征在于， 所述低折射率层埋设在所述第2电极的所述接地电极内。
4. 根据权利要求1 3中任一项所述的光控制元件，其特征在于， 所述低折射率层包括空气层。
5. 根据权利要求1 3中任一项所述的光控制元件，其特征在于， 所述低折射率层包括树脂层。
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， 所述光波导是脊型光波导。
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，至少在所述薄板和所述第1电极之间形成有缓冲层。
8. 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。
9. 根据权利要求6 8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。
10. 根据权利要求1 9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。
11. 根据权利要求1 10中任一项所述的光控制元件，其特征在于，在将所述低介电常数层的介电常数设为s2、厚度设为d2，将所述 薄板的介电常数设为sl、厚度设为dl时，满足关系d2々2/slXdl。
全文摘要
本发明提供一种光控制元件，其包括具有电光效应的薄板、形成于所述薄板上的光波导、和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及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，在所述薄板的下侧夹着低介电常数层配置包括接地电极的第2电极，该低介电常数层大于所述信号电极的宽度，并沿着所述信号电极的整个长度方向形成。
文档编号G02F1/035GK101652704SQ200880010950
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, 市川润一郎, 金原勇贵 申请人:住友大阪水泥股份有限公司