專利名稱：光波導(dǎo)器件以及行波型光學(xué)調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光波導(dǎo)器件以及利用了它的行波型光學(xué)調(diào)制器。
背景技術(shù)：
把鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)、砷化鎵(GaAs)應(yīng)用于光波導(dǎo)的光學(xué)調(diào)制器、特別是行波型光學(xué)調(diào)制器具備優(yōu)良的特性，具有能夠以高能效實(shí)現(xiàn)高帶寬化的可能性。鈮酸鋰、鉭酸鋰作為鐵電體是非常優(yōu)良的材料，它具有電光學(xué)常數(shù)大，可以短的光路進(jìn)行光的控制的優(yōu)點(diǎn)。作為限制行波型光學(xué)調(diào)制器的調(diào)制速度的主要原因，比如有速度不匹配、分散以及電極損耗、介電損耗、阻抗不匹配等。
這種通常類型的光學(xué)調(diào)制器具有基板、光波導(dǎo)、由信號(hào)電極以及接地電極做成的調(diào)制電極、緩沖層，是比較復(fù)雜的形態(tài)。對(duì)于這些各要素的尺寸，提出了各種方案并進(jìn)行了各種討論。
本申請(qǐng)人在特開平10-133159號(hào)公報(bào)、特開2002-169133號(hào)公報(bào)中公布了在行波型光學(xué)調(diào)制器的基板在光波導(dǎo)之下設(shè)置薄壁部，使該薄壁部分的厚度薄至例如10μm以下。這樣，不形成由氧化硅做成的緩沖層也可以進(jìn)行高速光學(xué)調(diào)制，由于能夠減小驅(qū)動(dòng)電壓Vπ與電極長(zhǎng)度L之積(Vπ·L)，從而有利。
此外，伴隨著多媒體的發(fā)展，對(duì)通信寬帶化的需求增高，期待超過(guò)10Gb/s的光傳播系統(tǒng)的實(shí)用化和進(jìn)一步高速化。作為把10Gb/s以上的電信號(hào)(微波信號(hào))調(diào)制成光的器件使用的是LN光學(xué)調(diào)制器。
為了增加光學(xué)調(diào)制器的調(diào)制帶寬，發(fā)明了通過(guò)使光波導(dǎo)基板變薄來(lái)得到微波和光波的速度匹配的結(jié)構(gòu)。此外，在使光波導(dǎo)變薄的結(jié)構(gòu)中，為了滿足速度匹配條件，需要使光波導(dǎo)周邊的基板厚度為10μm左右，為了防止光學(xué)模式濾波器圖案的扁平化，抑制因基板減薄以及槽加工帶來(lái)的表面粗糙、損傷的影響而產(chǎn)生的光的傳播損耗，在特開2002-169133號(hào)公報(bào)中申請(qǐng)了2段背面槽結(jié)構(gòu)，并且，在2段背面槽結(jié)構(gòu)的制作中，還可以在使基板均一地減薄后形成槽結(jié)構(gòu)，在特愿2001-101729號(hào)公報(bào)中申請(qǐng)了為了在該場(chǎng)合保持器件的機(jī)械強(qiáng)度而設(shè)置輔助加強(qiáng)基板的結(jié)構(gòu)。
在特開平9-211402號(hào)公報(bào)中記載的器件中，通過(guò)在輔助加強(qiáng)基板上設(shè)置空氣層，而成為滿足速度匹配條件的結(jié)構(gòu)。此外，在特開2001-235714號(hào)公報(bào)中記載的器件中，光波導(dǎo)在與保持基體的粘接面上。
但是，在特開2002--169133號(hào)公報(bào)、特愿2001-101729號(hào)記載的器件中，在調(diào)制器基板的背面?zhèn)仍O(shè)置槽，通過(guò)以低介電材料形成的粘接層粘接該調(diào)制器基板和輔助加強(qiáng)基板。這種結(jié)構(gòu)在熱沖擊試驗(yàn)或溫度循環(huán)試驗(yàn)等可靠性試驗(yàn)中施加過(guò)大的負(fù)荷時(shí)，溫度漂移和DC漂移會(huì)變大。
在特開平10-133159號(hào)公報(bào)、特開2002-169133號(hào)公報(bào)記載的那種薄型調(diào)制器中，測(cè)定消光比曲線時(shí)，通過(guò)詳細(xì)的研究發(fā)現(xiàn)，與通常類型的調(diào)制器比較消光比變差。例如，如圖11所示，消光比、或消光比曲線的頂點(diǎn)(ON時(shí)的輸出功率)隨施壓電壓而顯示不同的值。這使得在檢測(cè)偏壓的動(dòng)作點(diǎn)(通常是V(π/2)的施加電壓)時(shí)，檢測(cè)消光曲線的峰值和谷值，如上述那樣各峰值的光量因電壓而產(chǎn)生不同，而不能檢測(cè)出。此外，如圖13所示，波長(zhǎng)變化的話，由于ON/OFF的電平、或消光比特性不同，從而作為D-WDM(例如，C帶、或L帶)不能在大的波長(zhǎng)帶寬區(qū)域工作。通常，這對(duì)窄波帶動(dòng)作的EA調(diào)制器的LN調(diào)制器有利，但有該優(yōu)點(diǎn)被抵消的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題是在具備電光學(xué)單晶基板、光波導(dǎo)以及調(diào)制電極、使至少調(diào)制電極施加電場(chǎng)的區(qū)域的基板的厚度在30μm或其以下的光波導(dǎo)器件中，改善消光比特性和ON時(shí)功率輸出特性。
此外，為了解決上述問(wèn)題，本申請(qǐng)人在特愿2002-330325號(hào)公報(bào)中想到了在厚度30μm或其以下的薄的光波導(dǎo)基板的背面?zhèn)仍O(shè)置厚度大致不變的粘接層來(lái)粘接保持基板。
但是，因光波導(dǎo)基板與保持基板的熱膨脹差產(chǎn)生的應(yīng)力而產(chǎn)生DC漂移，在消光比曲線上出現(xiàn)回滯。圖21表示使用LN基板作為光波導(dǎo)基板，以熱膨脹差大的石英玻璃作為保持基板時(shí)的消光比曲線。在施加1kHz、峰值電壓10V的正弦波信號(hào)時(shí)的光功率表現(xiàn)出圖21所示的回滯。圖20表示完全沒有回滯的狀態(tài)。
在驅(qū)動(dòng)光學(xué)調(diào)制器的場(chǎng)合，一般來(lái)說(shuō)，用自偏壓控制器回路把偏壓點(diǎn)移動(dòng)到光功率的最大值和最小值的中間點(diǎn)(V(π/2))來(lái)驅(qū)動(dòng)。但是，有圖21那種回滯現(xiàn)象的話，就不能把偏壓移動(dòng)到該中間點(diǎn)，從而不能使光學(xué)調(diào)制器動(dòng)作。
并且，發(fā)生長(zhǎng)期DC漂移，上述偏壓點(diǎn)漂移，有時(shí)以自偏壓控制回路不能跟上。
本發(fā)明的課題是在光波導(dǎo)器件中，防止施加信號(hào)電壓時(shí)的光功率中的回滯現(xiàn)象，并且抑制長(zhǎng)期DC漂移。
第一方式的發(fā)明的光波導(dǎo)器件，其具有以下特征具備電光學(xué)單晶基板、光波導(dǎo)以及調(diào)制電極，至少調(diào)制電極施加電場(chǎng)的區(qū)域的電光學(xué)晶體基板的厚度在30μm或其以下，在形成光波導(dǎo)時(shí)產(chǎn)生的凸部的高度H(埃)和凸部的寬度(μm)之積(H·W)在7150?！う蘭或其以下。
此外，第一方式的發(fā)明的光波導(dǎo)器件，其具有以下特征具備電光學(xué)單晶基板、光波導(dǎo)以及調(diào)制電極，至少調(diào)制電極施加電場(chǎng)的區(qū)域的電光學(xué)晶體基板的厚度在30μm或其以下，至少上述光波導(dǎo)的出口部的至少水平方向單模化。
本發(fā)明者對(duì)上述波長(zhǎng)導(dǎo)致的消光比變動(dòng)的原因進(jìn)行了詳細(xì)研究，得到以下發(fā)現(xiàn)。即，在基板的厚度例如薄至30μm或其以下時(shí)，或進(jìn)一步薄至15μm或其以下時(shí)，光波導(dǎo)多?；绕涫歉唠A模式導(dǎo)波光在水平方向(與LN基板表面平行的方向)的光斑尺寸表現(xiàn)出變小的傾向，它們成為施加電壓的動(dòng)作點(diǎn)的變動(dòng)或波長(zhǎng)導(dǎo)致的消光比的變動(dòng)的原因。
基于本發(fā)明者的認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)在電光學(xué)晶體基板的厚度在30μm或其以下時(shí)，通過(guò)使至少光波導(dǎo)的出口部的至少水平方向單?；軌蛞种剖┘与妷旱膭?dòng)作點(diǎn)的變動(dòng)和波長(zhǎng)導(dǎo)致的消光比的變動(dòng)。在此，出口部是指從Y分支光波導(dǎo)合波后的直線部分的光波導(dǎo)。
原來(lái)，在光波導(dǎo)的厚度在30μm或其以下時(shí)，產(chǎn)生施加電壓的動(dòng)作點(diǎn)的變動(dòng)和波長(zhǎng)導(dǎo)致的消光比的變動(dòng)，不知道其原因是光波導(dǎo)的多模化、尤其光波導(dǎo)在水平方向的光斑尺寸的縮小。
本發(fā)明基于這種問(wèn)題點(diǎn)和其原因的發(fā)現(xiàn)最先使其成為可能，在產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值大。
并且，本發(fā)明者為了使光波導(dǎo)至少在水平方向單?；芯抗獠▽?dǎo)的制作條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在形成光波導(dǎo)時(shí)擴(kuò)散部分成凸?fàn)钕蛏瞎捌?，凸部的形狀與光波導(dǎo)的模式條件有相關(guān)性。具體地，光波導(dǎo)以及凸部的形狀利用激光顯微鏡來(lái)進(jìn)行檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)使光波導(dǎo)的至少水平方向單模化的條件如下。
(在形成光波導(dǎo)時(shí)產(chǎn)生的凸部的高度H(埃)和凸部的寬度(μm)之積(H·W)≤7150埃·μm)這樣，成功地改善了消光比特性。
根據(jù)此觀點(diǎn)，H×W更好是在6900埃·μm或其以下，最好是在6000?！う蘭或其以下。
H×W過(guò)小的話，模式直徑變大，與外部的光纖的耦合損耗變大。根據(jù)減小該耦合損耗的觀點(diǎn)，H×W更好是在3000埃·μm或其以上，最好是在3400埃·μm或其以上。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，滿足H≤1100埃、以及W≤6.5μm的條件。這樣，能夠減小消光比曲線的峰值以及谷值的位置對(duì)電壓的依賴性。
本發(fā)明還進(jìn)一步得到以下發(fā)現(xiàn)。即，在使光波導(dǎo)至少在水平方向單?；瘯r(shí)，模式尺寸變大，在馬赫-曾德干涉波導(dǎo)部(與電極的相互作用部)中，與光波導(dǎo)間的模式耦合變大。結(jié)果，在合波時(shí)分支比發(fā)生偏離，消光比變差。這樣，消光比的波長(zhǎng)依賴性變大。
對(duì)此，通過(guò)使分支光波導(dǎo)間的間隔大至46μm或其以上，能夠使消光比在20dB或其以上，還能夠減小消光比對(duì)波長(zhǎng)的依賴性。
第二方式的發(fā)明是具備光波導(dǎo)基板、保持該光波導(dǎo)基板的保持基體、以及粘接光波導(dǎo)基板和保持基體的粘接層的光波導(dǎo)器件中，其具有以下特征，光波導(dǎo)基板由電光學(xué)材料做成，具備具有相互面對(duì)的一個(gè)主面和另一個(gè)主面的厚度在30μm或其以下的平板狀基板主體、在基板主體上設(shè)置的光波導(dǎo)、以及在基板主體上設(shè)置的電極，利用粘接層粘接保持基體與基板主體的另一個(gè)主面，保持基體的熱膨脹系數(shù)的最小值是基板主體的熱膨脹系數(shù)的最小值的1/5倍以上，并且，保持基體的熱膨脹系數(shù)的最大值是基板主體的熱膨脹系數(shù)的5倍或其以下。
在本發(fā)明中，使用厚度30μm或其以下的平板狀的基板主體，利用粘接層粘接保持基體和基板主體。這樣，由于在光波導(dǎo)基板上沒有應(yīng)力集中的地方，所以，應(yīng)力分散，能夠減小施加在光波導(dǎo)基板上的最大應(yīng)力。并且，由于能夠?qū)鍦p薄加工使用研磨，從而可以用適當(dāng)?shù)姆椒焖俚爻ゼ庸p傷，同時(shí)防止破壞強(qiáng)度的降低。
與此同時(shí)，通過(guò)使保持基體的熱膨脹系數(shù)的最小值是光波導(dǎo)基板的熱膨脹系數(shù)的最小值的1/5倍或其以上，并且，保持基體的熱膨脹系數(shù)的最大值是光波導(dǎo)基板的熱膨脹系數(shù)的5倍或其以下，能夠防止施加信號(hào)電壓時(shí)光功率中的回滯現(xiàn)象，并且抑制長(zhǎng)期DC漂移。
得到這種作用效果的理由并不明確。但是，在NTT宮澤、三富等[1994年電子信息通信學(xué)會(huì)SA-9-3]中，指出了畸變和DC漂移的相關(guān)性。因此，對(duì)于本結(jié)構(gòu)，我們認(rèn)為因基板主體與光波導(dǎo)基板間的熱膨脹差導(dǎo)致的內(nèi)部畸變產(chǎn)生DC漂移。


圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的器件4的俯視圖。
圖2是示意器件4的橫截面圖。
圖3是表示在分支部間在基板上設(shè)有槽5c的器件的橫截面圖。
圖4是表示光波導(dǎo)2b、2c的狀態(tài)的放大圖。
圖5是表示各種形態(tài)的凸部和高度H以及寬度W的關(guān)系的示意圖。
圖6是示意本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的器件11的截面圖。
圖7是示意本發(fā)明的別的實(shí)施方式的器件11A的截面圖。
圖8是示意本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的器件11B的截面圖。
圖9是示意本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的器件11C的截面圖。
圖10是示意本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的器件11D的截面圖。
圖11是表示比較例的器件中消光比對(duì)施加電壓的依賴性的曲線圖。
圖12是表示比較例的器件中消光比對(duì)施加電壓的依賴性的曲線圖。
圖13是表示比較例的器件中消光比對(duì)波長(zhǎng)的依賴性的曲線圖。
圖14是表示比較例的器件中消光比對(duì)波長(zhǎng)的依賴性的曲線圖。
圖15是用于說(shuō)明P值的計(jì)算方法的曲線圖。
圖16是表示波導(dǎo)臂部間距離(L)與消光比的關(guān)系的曲線圖。
圖17是表示波導(dǎo)臂部間距離(L)與ΔP的關(guān)系的曲線圖。
圖18是表示波導(dǎo)臂部間距離(L)與消光比的關(guān)系的曲線圖。
圖19是表示波導(dǎo)臂部間距離(L)與ΔP的關(guān)系的曲線圖。
圖20是表示本發(fā)明的實(shí)施例的器件中光功率與電壓的關(guān)系的曲線圖。
圖21是比較例的器件中的光功率與電壓的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。圖1以及圖2是表示第一方式的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的器件4的示意圖。
基板主體5為平板狀。在基板5的一個(gè)主面5a上形成有接地電極1A、1C以及信號(hào)電極1B。在本例中，采用所謂的共平面型(Coplanar waveguideCPW電極)的電極配置。光波導(dǎo)2具備入口部2a、出口部2d以及一對(duì)分支部2b、2c。在電場(chǎng)施加區(qū)域10，在相鄰的電極間配置一對(duì)光波導(dǎo)分支部2b、2c，對(duì)各光波導(dǎo)2b、2c在大致水平方向施加信號(hào)電場(chǎng)。光波導(dǎo)2從平面上看構(gòu)成所謂的馬赫-曾德型光波導(dǎo)。分支部2b和2c的間隔L較好是在46μm或其以上。
本發(fā)明者進(jìn)一步得到了以下發(fā)現(xiàn)。在馬赫-曾德干涉波導(dǎo)部(與電極的相互作用部)，對(duì)于與光波導(dǎo)間的模式耦合變大的問(wèn)題，通過(guò)圖3所示那樣在分支光波導(dǎo)間形成槽5c，能夠抑制光波導(dǎo)間的模式耦合。結(jié)果，在使光波導(dǎo)至少在水平方向單模化的場(chǎng)合，能夠使消光比在20dB以上，能夠減小消光比對(duì)波長(zhǎng)的依賴性。
圖4是表示光波導(dǎo)2b、2c的放大截面圖。在形成光波導(dǎo)2b、2c時(shí)，在主面5a上放置鈦等適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散劑，進(jìn)行加熱處理。此時(shí)，在主面5a上，擴(kuò)散時(shí)形成有凸部6。凸部的形狀圖案有圖5所示的各種，凸部的高度H定義為隆起的峰值，寬度W定義為連接高度H的5％的值的點(diǎn)的最長(zhǎng)距離?；诖?，凸部6的寬度W與高度H之積根據(jù)本發(fā)明使之在7150埃·μm或其以下。
可以在基板主體和電極之間設(shè)置緩沖層。此外，本發(fā)明還可應(yīng)用于電極配置為非對(duì)稱的共平面?zhèn)鬏斁€型的場(chǎng)合。
基板主體由鐵電性電光學(xué)材料、較好是單晶做成。這種單晶只要可以進(jìn)行光的調(diào)制并沒有特別限定，能夠以鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體、鈮酸鉀鋰、KTP、以及水晶等為例。
接地電極、信號(hào)電極只要是低電阻、阻抗特性優(yōu)良的材料的話，沒有特別限定，能夠由金、銀、銅等材料構(gòu)成。
緩沖層能夠使用氧化硅、氟化鎂、氮化硅、以及氧化鋁等眾所周知的材料。
光波導(dǎo)是在基板主體上利用內(nèi)擴(kuò)散法或離子交換法形成的光波導(dǎo)，較好是鈦擴(kuò)散光波導(dǎo)、質(zhì)子交換光波導(dǎo)，特別好是鈦擴(kuò)散光波導(dǎo)。電極設(shè)在基板主體的一個(gè)主面?zhèn)?，可以在基板主體的一個(gè)主面上直接形成，也可以在緩沖層上形成。
光波導(dǎo)的特別好的形成條件在以下范圍。
Ti厚度450～1000埃擴(kuò)散溫度950～1100°擴(kuò)散時(shí)間4～11小時(shí)波導(dǎo)掩膜圖形的寬度3～7μm在基板主體上，最好是晶體的極化軸大致與基板的一個(gè)主面5a平行。在該場(chǎng)合，較好是由鈮酸鋰單晶、鉭酸鋰單晶、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體單晶做成的X板或Y板。在圖1～圖5中給出了把本發(fā)明應(yīng)用于X板或Y板的例子。
此外，在其它優(yōu)選的實(shí)施方式中，晶體的極化軸大致與基板的一個(gè)主面5a垂直。在該場(chǎng)合，較好是由鈮酸鋰單晶、鉭酸鋰單晶、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體單晶做成的Z板。在使用Z板的場(chǎng)合，光波導(dǎo)需要設(shè)置在電極的正下方，為了減小光的傳播損耗，較好是在基板的表面和電極之間設(shè)置緩沖層。
在本發(fā)明中，如圖2所示，能夠使基板主體5與別體的保持基體7接合起來(lái)。根據(jù)使保持基體7對(duì)微波的傳播速度的影響為最小限的觀點(diǎn)，保持基體7的材質(zhì)可以是具有比電光學(xué)單晶的介電常數(shù)更低的介電常數(shù)的材質(zhì)，作為這種材質(zhì)，有石英玻璃等玻璃。
光波導(dǎo)基板5與保持基體7的接合方法并無(wú)限定。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，粘接兩者。在該場(chǎng)合，粘接劑的折射率較好是比構(gòu)成基板主體5的電光學(xué)材料的折射率更低。
粘接劑的具體例子是環(huán)氧樹脂系粘接劑、熱硬化型粘接劑、紫外線硬化型粘接劑等，較好是有與鈮酸鋰等具有電光學(xué)效應(yīng)的材料比較接近的熱膨脹系數(shù)的粘接劑。
以下，參照適當(dāng)?shù)母綀D對(duì)第二方式的發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
圖6主要是示意第一發(fā)明的實(shí)施方式的光調(diào)制器11的截面圖。在圖6中，給出了行波型光學(xué)調(diào)制器中大致垂直于光的前進(jìn)方向的橫截面。
光學(xué)調(diào)制器11具備光波導(dǎo)基板29和保持基體12?；逯黧w14和基體12都為平板狀?；逯黧w14的厚度在30μm或其以下。在基板主體14的一個(gè)主面14a上形成有所定電極17A、17B、17C。在本例中，采用所謂的共平面型(Coplanar waveguideCPW電極)電極配置，但電極的配置方式并不特別限定。也可以是例如ACPS(非對(duì)稱共平面?zhèn)鬏斁€)型。在本例中，在相鄰的電極間形成有一對(duì)光波導(dǎo)15b、15c，對(duì)各光波導(dǎo)15b、15c在大致水平方向施加信號(hào)電場(chǎng)。該光波導(dǎo)從平面上看構(gòu)成所謂的馬赫-曾德型光波導(dǎo)。該平面圖形本身是眾所周知的(后述)。厚度大致不變的粘接層13介于基板主體14的另一個(gè)主面14d和保持基體12的粘接面12a之間。粘接基板主體14和保持基體12。
在本光波導(dǎo)器件11中，使用厚度30μm或其以下的平板狀的基板主體，利用粘接層粘接保持基體和基板主體，并且使保持基體的粘接面12a大致為平坦面。這樣，由于粘接層13的厚度大致一定，在光波導(dǎo)基板29上沒有應(yīng)力集中的地方，所以，應(yīng)力分散，能夠減小施加在光波導(dǎo)基板29上的最大應(yīng)力。并且，由于能夠?qū)?減薄到30μm或其以下的加工時(shí)使用平面研磨，從而可以用適當(dāng)?shù)姆椒焖俚爻ゼ庸p傷，同時(shí)可以防止破壞強(qiáng)度的降低。
在本發(fā)明中，基板主體14由厚度30μm或其以下的平板做成。在此所謂的平板是指在主面14d上沒有形成凹部或槽的平板，也就是另一個(gè)主面14d(粘接面)大致平坦。但是，所謂主面14d大致平坦是指伴隨著加工殘留在表面的表面粗糙在容許的范圍的意思，或者伴隨著加工的彎曲和翹起也在容許的范圍。
在本發(fā)明中，在基板主體14的一個(gè)主面14a側(cè)設(shè)置光波導(dǎo)15b、15c。光波導(dǎo)可以是在基板主體的一個(gè)主面上直接形成的脊型光波導(dǎo)，或通過(guò)其它層在基板主體的一個(gè)主面上形成的脊型光波導(dǎo)，或者也可以是利用內(nèi)擴(kuò)散法或離子交換法在基板主體內(nèi)部形成的光波導(dǎo)，例如鈦擴(kuò)散光波導(dǎo)、質(zhì)子交換光波導(dǎo)。具體地，光導(dǎo)波是從主面14a突出的脊型光波導(dǎo)即可。脊型光波導(dǎo)可利用激光加工、機(jī)械加工形成?；蛘?，在基板主體14上形成高折射率膜，通過(guò)對(duì)該高折射率膜進(jìn)行機(jī)械加工或激光蒸發(fā)加工，能夠形成脊型的三維光波導(dǎo)。高折射率膜可由例如化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法、有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法、濺射法、液相外延法形成。
構(gòu)成光波導(dǎo)基板的基板主體由鐵電性電光學(xué)材料、較好是單晶做成。這種單晶只要可以進(jìn)行光的調(diào)制并沒有特別限定，能夠以鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體、鈮酸鉀鋰、KTP、GaAs以及水晶等為例。特別好的是鈮酸鋰單晶、鉭酸鋰單晶、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體單晶。
對(duì)于基板主體來(lái)說(shuō)，特別好是晶體的極化軸大致與基板的一個(gè)主面(表面)平行。在該場(chǎng)合，較好是由鈮酸鋰單晶、鉭酸鋰單晶、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體單晶做成的X板或Y板。在圖6～圖10中給出了把本發(fā)明應(yīng)用于X板或Y板的例子。
此外，在其它優(yōu)選的實(shí)施方式中，晶體的極化軸大致與基板的一個(gè)主面(表面)垂直。在該場(chǎng)合，較好是由鈮酸鋰單晶、鉭酸鋰單晶、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體單晶做成的Z板。在使用Z板的場(chǎng)合，光波導(dǎo)需要設(shè)置在電極的正下方，為了減小光的傳播損耗，較好是在基板的表面和電極之間設(shè)置緩沖層。
在本發(fā)明中，保持基體的熱膨脹系數(shù)的最小值是光波導(dǎo)基板的熱膨脹系數(shù)的最小值的1/5倍或其以上，并且，保持基體的熱膨脹系數(shù)的最大值是光波導(dǎo)基板的熱膨脹系數(shù)的5倍或其以下。
在此，在分別構(gòu)成基板主體和保持基體的各電光學(xué)材料沒有熱膨脹系數(shù)的各向異性時(shí)，使基板主體和保持基體中最小的熱膨脹系數(shù)與最大的熱膨脹系數(shù)一致。構(gòu)成基板主體和保持基體的各電光材料有熱膨脹系數(shù)的各向異性時(shí)，有時(shí)各軸的熱膨脹系數(shù)改變。例如，在構(gòu)成基板主體的各電光學(xué)材料是鈮酸鋰時(shí)，X軸方向、Y軸方向的熱膨脹系數(shù)為16×10-6/℃，這是最大值。Z軸方向的熱膨脹系數(shù)為5×10-6/℃，這是最小值。因此，使保持基體的熱膨脹系數(shù)的最小值為1×10-6/℃或其以上，使保持基體的熱膨脹系數(shù)的最大值為80×10-6/℃或其以下。還有，例如石英玻璃的熱膨脹系數(shù)為0.5×10-6/℃，例如不到1×10-6/℃。
根據(jù)本發(fā)明的作用效果的觀點(diǎn)，更好是使保持基體的熱膨脹系數(shù)的最小值為基板主體的熱膨脹系數(shù)的最小值的1/2倍或其以上。此外，使保持基體的熱膨脹系數(shù)的最大值為光波導(dǎo)基板的基板主體的熱膨脹系數(shù)的最大值的2倍或其以下。
保持基體的具體材質(zhì)只要滿足上述條件，沒有特別限定。在對(duì)基板主體使用鈮酸鋰單晶的場(chǎng)合，保持基體可以以鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體、鈮酸鉀鋰等為例。該場(chǎng)合，根據(jù)熱膨脹差的觀點(diǎn)，特別好的是與基板主體的熱膨脹系數(shù)相同的鈮酸鋰單晶。
電極設(shè)在基板主體的一個(gè)主面?zhèn)龋梢栽诨逯黧w的一個(gè)主面上直接形成，也可以在低介電常數(shù)層或緩沖層上形成。低介電常數(shù)層能夠使用氧化硅、氟化鎂、氮化硅、以及氧化鋁等眾所周知的材料。在此，所謂低介電常數(shù)層是指由具有比構(gòu)成基板主體的材質(zhì)的介電常數(shù)更小的介電常數(shù)的材料做成的層，根據(jù)滿足光與微波的速度匹配條件的觀點(diǎn)，介電常數(shù)低的材料較好。在沒有該低介電常數(shù)層時(shí)，更好是基板主體的厚度在20μm或其以下。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，保持基體12的粘接面12a大致為平坦的。但是，所謂粘接面12a大致平坦是指伴隨著加工殘留在表面的表面粗糙在容許的范圍的意思，此外，伴隨著加工的彎曲和翹起也在容許的范圍。
根據(jù)本發(fā)明的觀點(diǎn)，粘接層13的厚度T1較好是在1000μm或其以下，更好是在300μm或其以下，最好是在100μm或其以下。此外，粘接層13的厚度T1的沒有下限，但根據(jù)降低微波有效折射率的觀點(diǎn)，較好是在10μm或其以上。
再有，根據(jù)速度匹配的觀點(diǎn)，粘接層需要比作為基板主體的電光學(xué)材料的介電常數(shù)更低，介電常數(shù)在5或其以下比較好。
圖7是示意本發(fā)明的其它實(shí)施方式的光波導(dǎo)器件11A的截面圖。在圖7中，給出了行波型光學(xué)調(diào)制器中大致垂直于光的前進(jìn)方向的橫截面。
光學(xué)調(diào)制器11A具備光波導(dǎo)基板29和保持基體32。基板主體14和基體12都為平板狀。基板主體14的厚度在30μm或其以下。光波導(dǎo)基板29的結(jié)構(gòu)與圖6所示的光波導(dǎo)基板29的結(jié)構(gòu)相同。在基板主體32的粘接面32a側(cè)至少在與電極相互作用部形成有凹部或槽32b。槽32b向光的前進(jìn)方向(垂直于紙面的方向)延伸。
在本例中，粘接層33介于基板主體14的另一個(gè)主面14d和保持基體32的粘接面32a之間。粘接基板主體14和保持基體32。與此同時(shí)，在光波導(dǎo)15b、15c的形成區(qū)域，在主面14d下形成有槽32b，在槽32b內(nèi)填充由粘接劑做成的低介電常數(shù)部分36。
在本光波導(dǎo)器件11A中，使用厚度30μm或其以下的平板狀的基板主體14，利用粘接層33粘接保持基體32和基板主體14，并且使粘接層33的厚度T1在200μm或其以下。這樣，能夠促進(jìn)在光波導(dǎo)基板29中應(yīng)力的分散，降低施加在光波導(dǎo)基板29上的最大應(yīng)力。
但是，在本實(shí)施方式中，與粘接層33的厚度T1相比，由粘接劑做成的低介電常數(shù)部分36的厚度T2變大，因此，對(duì)粘接劑的厚度產(chǎn)生(T2-T1)的臺(tái)階差。因此，粘接層的厚度與整體大致不變的場(chǎng)合不同，在臺(tái)階差的周圍應(yīng)力向基板主體14易于應(yīng)力集中。為了減少這種應(yīng)力集中導(dǎo)致的DC漂移和溫度漂移，較好是使粘接層33的厚度T1在200μm或其以下。根據(jù)此觀點(diǎn)，粘接層33的厚度T1需要在200μm或其以下，但更好是在150μm或其以下，最好是在110μm或其以下。此外，粘接層33的厚度T1沒有下限，但根據(jù)減小施加在基板主體14上的應(yīng)力的觀點(diǎn)，在0.1μm或其以上即可。
在本發(fā)明中，粘接層可以在光波導(dǎo)的形成區(qū)域粘接另一個(gè)主面和保持基體。例如，圖6、圖7的光波導(dǎo)器件11、11A即屬于此實(shí)施方式。在此場(chǎng)合，如圖6所示，最好是粘接層的厚度大致不變。這里，所謂粘接層的厚度大致不變是指制造上的誤差在容許的范圍內(nèi)。
此外，在本發(fā)明中，較好是在光波導(dǎo)的形成區(qū)域，在另一個(gè)主面和保持基體之間設(shè)置具有介電常數(shù)比構(gòu)成在基板主體的電光學(xué)材料的介電常數(shù)更低的低介電常數(shù)部分。這樣，容易實(shí)現(xiàn)上述那種速度匹配。
低介電常數(shù)部分的種類沒有特別限定。在優(yōu)選實(shí)施方式中，低介電常數(shù)部分為空氣層，此外，在其它實(shí)施方式中，低介電常數(shù)部分由粘接劑做成(圖6、圖7的例)。在該場(chǎng)合，需要使用介電常數(shù)比上述電光學(xué)材料的介電常數(shù)更低的粘接劑。
此外，在其它實(shí)施方式中，低介電常數(shù)部分由介電常數(shù)比上述電光學(xué)材料的介電常數(shù)更低的低介電常數(shù)材料做成，該低介電常數(shù)材料不屬于粘接劑。
圖8是示意光波導(dǎo)器件11B的截面圖。光學(xué)調(diào)制器11B具備光波導(dǎo)基板29和保持基體32。基板主體14為平板狀?；逯黧w14的厚度在30μm或其以下。在基板主體32的粘接面32a側(cè)，與圖7同樣形成凹部或槽32b。槽32b向光的前進(jìn)方向(垂直于紙面的方向)延伸。
在本例中，粘接層43A、43B介于基板主體14的另一個(gè)主面14d和保持基體32的粘接面32a之間，粘接基板主體14和保持基體32。與此同時(shí)，在光波導(dǎo)15b、15c的形成區(qū)域，在主面14d下形成有槽32b，設(shè)有低介電常數(shù)部分30。本例的低介電常數(shù)部分30由與粘接劑43A、43B不同的低介電常數(shù)材料做成。
圖9是示意光波導(dǎo)器件11C的截面圖。光學(xué)調(diào)制器11C具備光波導(dǎo)基板29和保持基體12。基板主體14為平板狀，基板主體14的厚度在30μm或其以下。保持基體12的粘接面12a為大致平坦的。
在本例中，粘接層43A、43B介于基板主體14的另一個(gè)主面14d和保持基體12的粘接面12a之間，粘接基板主體14和保持基體12。與此同時(shí)，在光波導(dǎo)15b、15c的形成區(qū)域，在主面14d下形成有空氣層31?？諝鈱?1起低介電常數(shù)部分的作用。
圖10是示意光波導(dǎo)器件11D的截面圖。光學(xué)調(diào)制器11D具備光波導(dǎo)基板29和保持基體32?；逯黧w14為平板狀，基板主體14的厚度在30μm或其以下。在基板主體32的粘接面32a側(cè)形成凹部或槽32b。
在本例中，粘接層43A、43B介于基板主體14的另一個(gè)主面14d和保持基體32的粘接面32a之間，粘接基板主體14和保持基體32。粘接層43A、43B的厚度T1在200μm或其以下。與此同時(shí)，在光波導(dǎo)15b、15c的形成區(qū)域，在主面14d下形成有空氣層35。空氣層35起低介電常數(shù)部分的作用。
根據(jù)速度匹配的觀點(diǎn)，低介電常數(shù)部分30、35、36的厚度T2較好是在10μm或其以上，更好是在30μm或其以上。根據(jù)控制應(yīng)力向光波導(dǎo)基板集中的觀點(diǎn)，低介電常數(shù)部分30、35、36的厚度T2較好是在0.5μm或其以下，更好是在1000μm或其以下。
本發(fā)明還能夠應(yīng)用于所謂的獨(dú)立調(diào)制型行波型光學(xué)調(diào)制器。
電極只要是低電阻、阻抗特性優(yōu)良的材料的話，沒有特別限定，能夠由金、銀、銅等材料構(gòu)成。
粘接劑的具體例子是環(huán)氧樹脂系粘接劑、熱硬化型粘接劑、紫外線硬化型粘接劑等，較好是具有與鈮酸鋰等具有電光學(xué)效應(yīng)的材料比較接近的熱膨脹系數(shù)的アロン陶瓷C(商品名稱，東亞合成公司制)(熱膨脹系數(shù)13×10-6/K)。
此外，作為粘接用玻璃較好是介電常數(shù)小、粘接溫度(作業(yè)溫度)大約在600℃以下的玻璃。此外，較好是在加工時(shí)能夠得到足夠的粘接強(qiáng)度的玻璃。具體地，較好是組合了氧化硅、氧化鉛、氧化鋁、氧化鎂、氧化鉀、氧化硼等之中的幾種的所謂的玻璃焊藥。
此外，能夠使粘接劑片介于基板主體14的背面和保持基板之間來(lái)粘接。較好的是，使由熱硬化性、光硬化性或光增粘性樹脂粘接劑做成的薄片介于基板主體4的背面和保持基板之間，使薄片硬化。
實(shí)施例(實(shí)施例1)在X切割的鈮酸鋰基板上形成Ti擴(kuò)散波導(dǎo)以及CPW電極(參照?qǐng)D1、圖2)。使中心電極1B與接地電極1A、1C的間隙為25μm，中心電極1B的寬度為30μm，各電極的厚度為28μm，電極長(zhǎng)度為32μm。其次，進(jìn)行減薄研磨，制作了由低介電常數(shù)層和支撐基板(X切割的鈮酸鋰基板)做成的薄型調(diào)制器。使調(diào)制器基板5的厚度為8.5μm，低介電常數(shù)層6的介電常數(shù)為3.8，厚度為50μm。然后，對(duì)光纖的連接部進(jìn)行端面研磨，用鑄模切斷成芯片。上述調(diào)制器芯片與光纖進(jìn)行光軸調(diào)整，用UV硬化樹脂粘接固定。在制作器件后，測(cè)定的光波導(dǎo)2的凸部6的高度H以及寬W如表1所示那樣改變，此外，在表1中還給出積H×W的值。對(duì)于得到的各器件，進(jìn)行模式觀察。表1給出其結(jié)果。
表1

上段使1.55μm帶光纖的水平方向(slow軸方向)模式尺寸為1時(shí)在光波導(dǎo)的水平方向的模式尺寸下段W×Hμm·此外，對(duì)使電光學(xué)單晶基板的厚度為1mm的場(chǎng)合，與上述同樣，如表2所示那樣改變光波導(dǎo)隆起的高度H以及寬W，進(jìn)行了模式觀察，表2給出其結(jié)果。
表2

※1表示使1.55μm帶光纖的水平方向(slow軸方向)模式尺寸為1時(shí)在光波導(dǎo)的水平方向的模式尺寸從比較表1、表2可知，在電光學(xué)晶體基板的厚度大的場(chǎng)合(表2)，在單模的尺寸條件下，在表1中在大范圍多?；?。
此外，在基板厚度為1mm的場(chǎng)合，在光波導(dǎo)的隆起的高度在1000或其以下時(shí)，光波導(dǎo)寬度在6μm或其以下的話，光波導(dǎo)被截止，光不能被導(dǎo)波。但是，還可知道，通過(guò)使基板厚度為30μm或其以下，光波導(dǎo)寬度在6μm或其以下，例如3μm，光也以單式(單一模式)導(dǎo)波。并且，通過(guò)這樣滿足光以單模傳播的條件，能夠抑制施加電壓的動(dòng)作點(diǎn)的變動(dòng)和因波長(zhǎng)導(dǎo)致的消光比的變動(dòng)。
并且，對(duì)于電光學(xué)晶體基板的厚度在30μm或其以下的薄型調(diào)制器，使H×W在7150?！う蘭或其以下對(duì)于得到單模式是必要的。
(實(shí)施例2)在實(shí)施例1中，使光波導(dǎo)的臂部之間的距離L為55μm，光波導(dǎo)2的凸部6的高度H為860埃，寬度W為6μm，兩者之積為5160?！う蘭。
對(duì)于器件，在測(cè)定S21時(shí)，在50GHz以下的波長(zhǎng)范圍沒有波動(dòng)，表現(xiàn)為平滑的曲線，超過(guò)30GHz后降低到-6dB。此外，S11一直到測(cè)量頻率50GHz都為-10dB或其以下。再有，作為光學(xué)特性，進(jìn)行模式觀察的結(jié)果，是單模，消光比從1530nm到1610nm為20dB或其以上，消光比曲線的電壓依賴性小至±5％或其以下。
圖12給出本例中的消光比與施加電壓的關(guān)系。各峰值的高度幾乎不變，此外消光比曲線的峰值以及谷值的位置不變。
此外，圖14表示消光比凹凸的波長(zhǎng)依賴性。在此，所說(shuō)的[ON光強(qiáng)度](ΔP)如以下所述測(cè)定。即，在圖15中，測(cè)量3個(gè)相鄰的峰值P1、P2、P3的高度，在施加電壓接近0V，相鄰的P1與P3對(duì)于P2之比，例如作為(P1-P2)×100/P2(％)計(jì)算出。結(jié)果，如圖14所示，ON光強(qiáng)度的波長(zhǎng)依賴性小至±5％或其以下。
(實(shí)施例3)在實(shí)施例1中，使中心電極1B與接地電極1A、1C的間隙為40μm，中心電極1B的寬度為30μm，各電極的厚度為28μm，電極長(zhǎng)度為40mm。使光波導(dǎo)的臂部之間的距離L為70μm，光波導(dǎo)2的凸部6的高度H為860埃，寬度W為6μm，兩者之積為5160?！う蘭。
對(duì)于器件，在測(cè)定S21時(shí)，在50GHz以下的波長(zhǎng)范圍沒有波動(dòng)，表現(xiàn)為平滑的曲線，超過(guò)30GHz后降低到-6dB。此外，S11一直到測(cè)量頻率50GHz都為-10dB或其以下。再有，作為光學(xué)特性，進(jìn)行模式觀察的結(jié)果，是單模，消光比從1530nm到1610nm為20dB或其以上，消光比曲線的電壓依賴性小至±5％或其以下。
(實(shí)施例4)與實(shí)施例2同樣制作了薄型調(diào)制器。但是，使光波導(dǎo)間的臂部之間的距離為55μm。使光波導(dǎo)2的凸部6的寬度W為6μm，高度H為1150埃，兩者之積為6900?！う蘭。
對(duì)于器件，在測(cè)定S21時(shí)，在50GHz以下的波長(zhǎng)范圍沒有波動(dòng)，表現(xiàn)為平滑的曲線，超過(guò)30GHz后降低到-6dB。此外，S11一直到測(cè)量頻率50GHz都為-10dB或其以下。再有，作為光學(xué)特性，進(jìn)行模式觀察的結(jié)果，是單模，消光比從1530nm到1610nm為20dB或其以上。但是，消光比曲線的電壓依賴性大，在±5％或其以上。
(實(shí)施例5)與實(shí)施例2同樣制作了薄型調(diào)制器。但是，使中心電極為20μm，光波導(dǎo)間的臂部之間的距離小至45μm。使光波導(dǎo)2的凸部6的高度H為860埃，寬度W為6μm，兩者之積為6900埃·μm。對(duì)于器件，在測(cè)定S21時(shí)，在50GHz以下的波長(zhǎng)范圍沒有波動(dòng)，表現(xiàn)為平滑的曲線，超過(guò)30GHz后降低到-6dB。此外，S11一直到測(cè)量頻率50GHz都為-10dB或其以下。再有，作為光學(xué)特性，進(jìn)行模式觀察的結(jié)果，是單模，消光比從1530nm到1610nm降低到不到20dB，消光比曲線的電壓依賴性在±5％或其以上。
(實(shí)施例6)與實(shí)施例2同樣制作了薄型調(diào)制器。與實(shí)施例5同樣，使中心電極為20μm，光波導(dǎo)間的臂部之間的距離小至45μm。使光波導(dǎo)2的凸部6的高度H為860埃，寬度W為6μm，兩者之積為6900?！う蘭。其次，如圖3所示，橫跨中心電極1B正下方全長(zhǎng)從調(diào)制器基板5的背面5b形成寬20μm、深3μm的槽5c。對(duì)槽加工使用準(zhǔn)分子激光器。對(duì)于器件，在測(cè)定S21時(shí)，在50GHz以下的波長(zhǎng)范圍沒有波動(dòng)，表現(xiàn)為平滑的曲線，超過(guò)30GHz后降低到-6dB。此外，S11一直到測(cè)量頻率50GHz都為-10dB或其以下。再有，作為光學(xué)特性，進(jìn)行模式觀察的結(jié)果，是單模，消光比從1530nm到1610nm之間在20dB或其以上，消光比曲線的電壓依賴性也在±5％或其以下。
(比較例1)與實(shí)施例2同樣制作了薄型調(diào)制器。但是，使光波導(dǎo)間的臂部之間的距離為55μm。使光波導(dǎo)2的凸部6的寬度W為6.5μm，高度H為1150埃，兩者之積為7475?！う蘭。對(duì)于器件，在測(cè)定S21時(shí)，在50GHz以下的波長(zhǎng)范圍沒有波動(dòng)，表現(xiàn)為平滑的曲線，超過(guò)30GHz后降低到-6dB。此外，S11一直到測(cè)量頻率50GHz都為-10dB或其以下。
再有，作為光學(xué)特性，進(jìn)行模式觀察的結(jié)果，是多模，消光比從1530nm到1610nm之間不到20dB，消光比曲線的電壓依賴性大，在±5％以上。
圖11表示本例中的消光比與施加電壓的關(guān)系。各峰值的高度不等，此外消光比曲線的峰值以及谷值的位置不一定。
此外，圖13表示消光比凹凸的波長(zhǎng)依賴性。結(jié)果，ON光強(qiáng)度的波長(zhǎng)依賴性大，上升至±15％。
(實(shí)施例7)與實(shí)施例2同樣制作了薄型調(diào)制器。但是，使凸部6的高度為860埃，寬度為5μm，兩者之積為4300?！う蘭。如圖16、圖17所示那樣改變波導(dǎo)臂部之間的距離(分支部2b與2c之間的距離L)。圖16給出消光比對(duì)L的依賴性，圖17給出ΔP對(duì)L的依賴性。從該結(jié)果可知，通過(guò)使臂部之間距離L在46μm或其以上，在很寬的波長(zhǎng)范圍消光比在20dB或其以上，此外還可把ΔP控制在±5％或其以下。根據(jù)此觀點(diǎn)，L在50μm或其以上更好。
(實(shí)施例8)與實(shí)施例2同樣制作了薄型調(diào)制器。但是，使凸部的高度為1150埃，寬度為5μm，兩者之積為5750?！う蘭。并且，如圖18、圖19所示那樣改變波導(dǎo)臂部之間的距離(分支部2b與2c之間的距離L)。圖18給出消光比對(duì)L的依賴性，圖19給出ΔP對(duì)L的依賴性。從該結(jié)果可知，通過(guò)使臂部之間距離L在46μm或其以上，在很寬的波長(zhǎng)范圍消光比在20dB或其以上。但在本例中，不能把ΔP控制在±5％或其以下。
(實(shí)施例9圖6的器件11)制造圖6的光學(xué)調(diào)制器。具體地說(shuō)，使用X切割的3英寸晶圓(LiNbO3單晶)做成的基板，利用鈦擴(kuò)散工藝和光刻蝕法，在晶圓的表面形成馬赫-曾德型光波導(dǎo)15b、15c。光波導(dǎo)的尺寸例如在1/e2可為10μm。其次，利用電鍍工藝形成CPW電極。使中心電極17B與接地電極17A、17C的間隙為40μm，電極厚度為28μm，電極長(zhǎng)度為40μm。其次，為了進(jìn)行減薄研磨，在研磨盤上粘貼研磨虛擬基板，使電極面朝下以熱可塑性樹脂把調(diào)制器基板粘貼在其上。再有，用橫向研磨以及拋光(CMP)把基板主體14減薄加工到10μm厚。然后，把平板狀保持基板12粘接固定在基板主體14上，對(duì)光纖的連接部進(jìn)行端面研磨，用鑄模切斷成芯片。粘接固定用的樹脂使用的是樹脂厚50μm的環(huán)氧樹脂膜。芯片的寬度以及包括加強(qiáng)基板的總厚度分別為4.4mm和1mm。在輸入側(cè)，使保持了1.55μm帶寬光纖的單芯光纖陣列與行波型光學(xué)調(diào)制器11耦合；在輸出側(cè)，使保持了單模光纖的單芯光纖陣列與行波型光學(xué)調(diào)制器11耦合，對(duì)光線和光波導(dǎo)進(jìn)行調(diào)芯，利用紫外硬化型樹脂粘接。
在本例中，使用了X切割的3英寸晶圓(LiNbO3單晶)做成的基板。其X軸方向、Y軸方向的熱膨脹系數(shù)為16×10-6/℃，Z軸方向的熱膨脹系數(shù)為5×10-6/℃。保持基體2的材質(zhì)為X切割的鈮酸鋰單晶。
圖20給出對(duì)1kHz的信號(hào)的消光比曲線。從該結(jié)果可知，光功率沒有出現(xiàn)回滯。此外，在100℃考察DC漂移特性的結(jié)果，DC偏壓的漂移量對(duì)初始施加電壓有50％以內(nèi)的變動(dòng)。
(實(shí)施例10圖9的器件11C)制造圖9的器件11C。具體地說(shuō)，與實(shí)施例9同樣制造光波導(dǎo)基板29。使基板主體14的厚度為12μm。但是，如圖9所示那樣設(shè)置空氣層31。在本例中，使用X切割的LiNbO3單晶做成的基板主體，保持基體12的材質(zhì)為X切割的鈮酸鋰單晶。
對(duì)1kHz的信號(hào)消光比曲線沒有出現(xiàn)回滯。此外，在100℃考察DC漂移特性的結(jié)果，DC偏壓的漂移量相對(duì)初始施加電壓有50％以內(nèi)的變動(dòng)。
(實(shí)施例11圖7的器件11A)制造圖7的器件11A。具體地說(shuō)，與實(shí)施例9同樣制造光波導(dǎo)基板29。然后，把光波導(dǎo)基板29粘接固定在形成有寬0.3mm以及深0.2mm的槽32b的保持基體32上，對(duì)光纖的連接部進(jìn)行端面研磨，以方形切斷成芯片。此時(shí)，在保持基體32的槽32b內(nèi)填充粘接樹脂36。因此，T1為50μm，T2為250μm。在本例中，使用X切割的LiNbO3單晶做成的基板主體。保持基體12的材質(zhì)為X切割的鈮酸鋰單晶。
對(duì)1kHz的信號(hào)消光比曲線沒有出現(xiàn)回滯。此外，在100℃考察DC漂移特性的結(jié)果，DC偏壓的漂移量相對(duì)初始施加電壓有50％以內(nèi)的變動(dòng)。
(實(shí)施例12圖10的器件11D)制造圖10的器件11D。具體地說(shuō)，與實(shí)施例1同樣制造光波導(dǎo)基板29?；逯黧w14的厚度為12μm。然后，把光波導(dǎo)基板29粘接固定在形成有寬0.3mm以及深0.2mm的槽32b的保持基體32上，對(duì)光纖的連接部進(jìn)行端面研磨，以方形切斷成芯片。此時(shí)，保持基體32的槽32b內(nèi)是空氣層35。T1為50μm，T2為250μm。在本例中，使用X切割的LiNbO3單晶做成的基板主體。保持基體12的材質(zhì)為X切割的鈮酸鋰單晶。
對(duì)1kHz的信號(hào)消光比曲線沒有出現(xiàn)回滯。此外，在100℃考察DC漂移特性的結(jié)果，DC偏壓的漂移量相對(duì)初始施加電壓有50％以內(nèi)的變動(dòng)。
(實(shí)施例13圖6的器件11)在與圖6同樣的結(jié)構(gòu)中，使保持基板12的材質(zhì)為鉭酸鋰單晶。在本例中，使用了X切割的3英寸晶圓(LiNbO3單晶)做成的基板。其X軸方向、Y軸方向的熱膨脹系數(shù)為16×10-6/℃，Z軸方向的熱膨脹系數(shù)為5×10-6/℃。構(gòu)成保持基體2的鉭酸鋰單晶在X軸方向、Y軸方向的熱膨脹系數(shù)為15×10-6/℃，Z軸方向的熱膨脹系數(shù)為1.2×10-6/℃。
對(duì)1kHz的信號(hào)消光比曲線沒有出現(xiàn)回滯。此外，在100℃考察DC漂移特性的結(jié)果，DC偏壓的漂移量相對(duì)初始施加電壓有50％以內(nèi)的變動(dòng)。
(比較例2圖6的器件11)在本例中，使用了X切割的3英寸晶圓(LiNbO3單晶)做成的基板。其X軸方向、Y軸方向的熱膨脹系數(shù)為16×10-6/℃，Z軸方向的熱膨脹系數(shù)為5×10-6/℃。保持基體2的材質(zhì)為石英玻璃。石英玻璃的熱膨脹系數(shù)為50×10-6/℃。
結(jié)果，對(duì)1kHz的信號(hào)消光比曲線出現(xiàn)了回滯(參照?qǐng)D21)。此外，在100℃考察DC漂移特性的結(jié)果，DC偏壓的漂移量相對(duì)初始施加電壓有50％以上的變動(dòng)。
根據(jù)第二方式的發(fā)明，在光波導(dǎo)器件中，能夠防止施加信號(hào)電壓時(shí)的光功率中的回滯，并且抑制長(zhǎng)期DC漂移。
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)器件，其特征在于具備，電光學(xué)晶體基板、光波導(dǎo)以及調(diào)制電極，至少由上述調(diào)制電極施加電場(chǎng)的區(qū)域的上述光學(xué)晶體基板的厚度在30μm或其以下，形成上述光波導(dǎo)時(shí)產(chǎn)生的凸部的高度H(埃)與凸部的寬度W(μm)之積(H·W)在7150?！う蘭或其以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于上述凸部的高度H在1100埃或其以下，上述凸部的寬度W在6.5μm或其以下。
3.一種光波導(dǎo)器件，其特征在于具備，電光學(xué)晶體基板、光波導(dǎo)以及調(diào)制電極，至少由上述調(diào)制電極施加電場(chǎng)的區(qū)域的上述光學(xué)晶體基板的厚度在30μm或其以下，至少上述光波導(dǎo)出口部的至少水平方向單?；?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于在上述電場(chǎng)施加區(qū)域，上述光波導(dǎo)具有分支部，在上述分支部的上述光波導(dǎo)的間隔在46μm或其以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任意一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于在上述電場(chǎng)施加區(qū)域，上述光波導(dǎo)具有分支部，在上述分支部間，在上述電光學(xué)晶體基板上形成有槽。
6.一種光波導(dǎo)器件，其特征在于具備，電光學(xué)晶體基板、光波導(dǎo)以及調(diào)制電極，在上述調(diào)制電極施加電場(chǎng)的區(qū)域，上述光波導(dǎo)具有分支部，在上述分支部間，在上述電光學(xué)晶體基板上形成有槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6任意一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于具備保持上述電光學(xué)單晶基板的保持基體以及粘接上述電光學(xué)晶體基板和上述保持基體的粘接層，上述保持基體中的熱膨脹系數(shù)的最小值是上述電光學(xué)晶體基板中的熱膨脹系數(shù)的最小值的1/5倍或其以上，并且，上述保持基體中的熱膨脹系數(shù)的最大值是上述電光學(xué)晶體基板中的熱膨脹系數(shù)的最大值的5倍或其以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于上述保持基體是從由鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體以及鈮酸鉀鋰組成的組中選取的一種或一種以上的材質(zhì)做成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于上述保持基體由鈮酸鋰單晶做成。
10.一種光波導(dǎo)器件，具備光波導(dǎo)基板、保持該光波導(dǎo)基板的保持基體以及粘接上述光波導(dǎo)基板和上述保持基體的粘接層，其特征在于上述光波導(dǎo)基板由電光學(xué)材料做成，具備具有相互面對(duì)的一個(gè)主面和另一個(gè)主面的厚度在30μm或其以下的平板狀基板主體、在該基板主體上設(shè)置的光波導(dǎo)以及在上述基板主體上設(shè)置的電極，利用上述粘接層粘接上述保持基體與上述基板主體的上述另一個(gè)主面，上述保持基體中的熱膨脹系數(shù)的最小值是上述基板主體中的熱膨脹系數(shù)的最小值的1/5倍或其以上，并且，上述保持基體中的熱膨脹系數(shù)的最大值是上述基板主體中的熱膨脹系數(shù)的5倍或其以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于上述保持基體的粘接面為大致平坦的面，上述粘接層具有比上述電光學(xué)材料的介電常數(shù)更低的介電常數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于上述粘接層的厚度在200μm或其以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求10～12任意一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于上述粘接層在上述光波導(dǎo)的形成區(qū)域粘接上述另一個(gè)主面和上述保持基體。
14.根據(jù)權(quán)利要求10～13任意一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于上述粘接層的厚度大致不變。
15.根據(jù)權(quán)利要求10～14任意一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于在上述光波導(dǎo)的形成區(qū)域，在上述另一個(gè)主面和上述保持基體之間設(shè)有低介電常數(shù)部分，該低介電常數(shù)部分具有比上述電光學(xué)材料的介電常數(shù)更低的介電常數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10～15任意一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于上述保持基體由電光學(xué)材料做成。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于上述保持基體是從由鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體以及鈮酸鉀鋰組成的組中選取的一種或一種以上的材質(zhì)做成。
18.一種行波型光學(xué)調(diào)制器，其特征在于具備權(quán)利要求10～17任意一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)器件，利用上述電極施加用于調(diào)制在上述光波導(dǎo)中傳播的光的電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及光波導(dǎo)器件以及利用了它的行波型光學(xué)調(diào)制器。器件(4)具有電光學(xué)單晶基板(5)、光波導(dǎo)(2)以及調(diào)制電極(1A、1B、1C)，電光學(xué)單晶基板(5)在由至少調(diào)制電極施加電場(chǎng)的區(qū)域(10)的厚度在30μm或其以下。通過(guò)使在形成光波導(dǎo)時(shí)產(chǎn)生的凸部的高度H(埃)和凸部的寬度W(μm)之積(H·W)在7150?！う蘭或其以下，在光波導(dǎo)中傳播的光能夠形成單模。并且，在上述電場(chǎng)施加區(qū)域，上述光波導(dǎo)具有分支部，通過(guò)使上述分支部的上述光波導(dǎo)的間隔在46μm或其以上，能夠使消光比曲線的峰和谷的起伏小至±5％以內(nèi)。
文檔編號(hào)G02F1/035GK1839336SQ20048002389
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2004年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月21日
發(fā)明者近藤順悟, 近藤厚男, 青木謙治, 三富修 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社