專利名稱：光調(diào)制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高速、驅(qū)動電壓低、且DC偏壓小、制作成品率高的光調(diào) 制器的領域。
背景技術：
象鈮酸鋰(LiNb03)那樣，通過施加電場改變折射率，在所謂的具有 光電效應的基板(以下，將鈮酸鋰基板簡稱為LN基板)上形成光導和行波 電極的行波電極型鈮酸鋰光調(diào)制器(以下，簡稱為LN光調(diào)制器)，因其良 好的線性調(diào)頻脈沖特性而適用于2.5Gbit/s、 10Gbit/s的大容量光傳送系統(tǒng)。 最近，正在研究應用于更大容量的40Gbit/s的超大容量光傳送系統(tǒng)，有望作 為關鍵設備而使用。(第一現(xiàn)有技術)該LN光調(diào)制器具有使用z -切割基板的類型和使用x -切割基板的類 型(或y-切割基板)。在此，作為第一現(xiàn)有技術，例舉使用x-切割LN基 板和共面波導(CPW)行波電極的x-切割基板LN光調(diào)制器，其立體圖如 圖3所示。圖4是圖3的A-A，的剖面圖。另外，以下的論述對z-切割基 4反也同才羊成立。如圖所示，LN光調(diào)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長區(qū)域，厚度為200nm~ lpm左右透明的Si02緩沖層 2;以及在x-切割LN基板1上蒸鍍Ti后，在1050。C熱擴散大約10小時 而形成的、構成馬赫-澤德干涉系(或馬赫-澤德光導)的光導3。另外， 光導3具有在電信號和光相互作用的部位(稱為相互作用部)的光導(或 相互作用光導)、即馬赫-澤德光導的兩條支路3a、 3b。 CPW行波電極4 由中心導體4a、接地導體4b、 4c構成。在該第一現(xiàn)有技術中，因中心導體4a和接地導體4b、 4c之間重疊加 載偏置電壓(通常是DC偏置電壓)和高頻電信號(也稱為RF電信號)， 所以，在相互作用光導，不僅RF電信號，而且DC偏置電壓也改變光的相位。另外，由于電信號的微波有效折射率nm接近在光導3a、 3b傳播的光的 有效折射率n。，所以緩沖層2起到擴大光調(diào)制區(qū)域的重要作用。接著，說明這樣構成的LN光調(diào)制器的動作。在使該LN光調(diào)制器動作 中，必需在中心導體4a和接地導體4b、 4c之間加載DC偏置電壓和RF電 信號。圖5所示的電壓-光輸出特性是某狀態(tài)下LN光調(diào)制器的電壓-光輸 出特性，Vb是此時的DC偏置電壓。如圖5所示，通常DC偏置電壓Vb 設定在光輸出特性的峰和谷的中點上。圖6詳細地表示第一現(xiàn)有技術的實際安裝形態(tài)和電連接。在此，安裝 的LN光調(diào)制器具有由金屬形成的框體5;用于將RF電信號即微波從外 部電路輸入到LN光調(diào)制器的、RF電信號輸入用的連接器6; RF電信號輸 入用的連接器6的芯線7;用于取出RF電信號的RF電信號輸出用的連接 器8; RF電信號輸出用的連接器8的芯線9。并且，還具有將內(nèi)置于電 信號源11中的DC成分截止的電容器10;電氣終端12;去除DC成分的電 容器13;用于加載DC偏置電壓的DC電源14。因具有兩個電容器10和 13，所以來自DC電源14的DC成分不會作為電流流動。通常，為了小型化和降低成本，多數(shù)情況下終端12、電容器13內(nèi)置于 框體5中，并且，來自DC電源14的DC偏置電壓經(jīng)由替換RF電信號輸出 用連接器8的、簡單的插頭、導線供給。在此，有重要的地方需要注意。在光通信中，LN光調(diào)制器用于稱為發(fā) 送應答器的發(fā)送接收裝置中，但因該發(fā)送應答器上搭載有很多機器，所以 LN光調(diào)制器和其它機器之間的相對位置被固定。換句話說，用于將RF電 信號輸入到LN光調(diào)制器中的連接器6的位置相對于框體5不能任意設定， 大致唯一地確定。另 一方面，框體5內(nèi)的x -切割LN基板1的位置也大致 確定。即，為了輸入RF電信號而使用的連接器6的芯線7的位置大致唯一地 確定在x-切割LN基板1上、圖6中B所示的位置。圖7表示從第一現(xiàn)有實施例的上面看到的示意圖。如前所述，在LN 光調(diào)制器中，在x-切割LN基板1上，為了輸入RF電信號而固定使用的 連接器6的芯線7的位置在圖中作為B位置大致自動確定。因此，對行波 電極4的中心導體4a和接地導體4b、4c加載的RF電信號和DC偏置電壓，與光相互作用的相互作用部15的長度L,也自動確定。另外，從為了輸入RF電信號而使用的連接器6的芯線7的位置B到 光和RF電信號的相互作用部的電極(在圖6和圖7所示的區(qū)域部40稱為 饋通部)，通常為了抑制RF電信號的反射，相對于x -切割LN基板1的長 度方向的側(cè)面大致垂直地設定。因此，在馬赫-澤德光導的兩條光導3a、 3b中，從芯線7的位置B開始的位于光輸入側(cè)的區(qū)域通常不改變光的相位。并且，在該第一現(xiàn)有技術中，長度L,的相互作用部15具有圖4所示的 Si02緩沖層2，對該Si02緩沖層2加載DC偏置電壓Vb。但是，眾所周知 的是，因該Si02緩沖層2電阻高，所以通過此處的電壓下降而產(chǎn)生所謂的 DC漂移。該DC漂移對LN光調(diào)制器的可靠性產(chǎn)生惡劣影響。 (第二現(xiàn)有技術)圖8表示第二現(xiàn)有技術的、試圖解決第一現(xiàn)有技術中的DC漂移問題 而從上方看到的示意圖。如前所述，第一現(xiàn)有技術中的大問題即DC漂移是如下所述的原因引 起的，即，對第一現(xiàn)有技術的Si02緩沖層2加載DC偏置電壓，在此處因 存在DC電壓下降。因此，在該第二現(xiàn)有技術中，首先，由于具有被加載 RF電信號的長度乙2的RF電信號相互作用部17;具有由被加載DC偏置電 壓的長度L3的中心導體16a、接地導體16b、 16c構成的偏置電極的DC偏 壓用相互作用部18，從而，將加載RF電信號的區(qū)域(17)和加載DC偏置 電壓的區(qū)域(18)分離。并且，由表示圖8的C-C，線剖面圖的圖9可知， DC偏壓用相互作用部18沒有作為第一現(xiàn)有#_術所示的圖4中存在的Si02 緩沖層2。因此，在該第二現(xiàn)有技術中，不存在因Si02緩沖層2而導致的DC漂 移，作為有效提高LN光調(diào)制器可靠性的方法而被采用。但是，即便是圖8所示的第二現(xiàn)有技術的情況，未圖示的為了輸入RF 電信號而使用連接器6的芯線7的位置B與圖7所示的第一現(xiàn)有技術的情 況相同。即，加載RF電信號的RF電信號用相互作用部17的長度L2和加載DC 偏置電壓的DC偏壓用相互作用部18的長度L3構成為，把第一現(xiàn)有技術所 示的圖7中的RF電信號和DC偏置電壓與光相互作用的相互作用部15的 長度L,進行分割。因此，如果增長加載RF電信號的RF電信號用相互作用部17的長度L2，則加載DC偏置電壓的DC偏壓用相互作用部18的長度 L3變短，與此相反，如果增長fc)C偏莊用相互作用部18的長度L3，則RF 電信號用相互作用部17的長度L2變短。如果DC偏壓用相互作用部18的長度L3短，則必需增大加載到DC偏 壓用相互作用部18的中心導體16a和接地導體16b、16c上的DC偏置電壓。 這樣，中心導體16a與接地導體16b、 16c之間的電場強度增高，從而產(chǎn)生 因LN基板1中的高內(nèi)部電場強度而引起的LN基板內(nèi)的DC漂移。另一方面，如果RF電信號用相互作用部17的長度L2短，則RF驅(qū)動 電壓增高。為了避免這種情況，不得不設定厚度薄的RF電信號用相互作用 部17的Si02緩沖層2 (未圖示)，從RF電信號和光的速度匹配、以及特性 阻抗來看，導致不利。另外，即便在第二現(xiàn)有技術中，從為了輸入RF電信號而使用的未圖示 的連接器6的芯線7的位置B到光和RF電信號的相互作用部(RF電信號 用相互作用部17)的、饋通部的電極(圖8所示的區(qū)域部41),通常為了 抑制RF電信號的反射，相對于x-切割LN基板1的長度方向的側(cè)面大致 垂直地設定。因此，即便是第二現(xiàn)有技術，在馬赫-澤德光導的兩條光導 3a、 3b中，從位置B開始的位于光輸入側(cè)的區(qū)域不用于改變光的相位。如上所述，在第一現(xiàn)有技術中，因?qū)F電信號與光相互作用的相互作 用部也加載DC電壓，所以，產(chǎn)生由Si02緩沖層引起的DC漂移。另一方 面，為了避免第一現(xiàn)有技術的問題而設計的第二現(xiàn)有技術中，RF電信號用 相互作用部雖然僅向獨立設置的DC偏壓用相互作用部加載DC偏置電壓， 但在LN光調(diào)制器中為了供給RF信號而使用的連接器的芯線的位置是相對 于LN基板而確定的。因此，可對光進行RF調(diào)制和DC調(diào)制的長度，即， RF電信號用相互作用部的長度與DC偏壓用相互作用部的長度之和也確 定。其結(jié)果，因為不能充分得到DC偏壓用相互作用部的長度或RF電信號 用相互作用部的長度，所以存在如下所述的問題，即，由LN基板內(nèi)的高內(nèi) 部電場強度引起的可靠性惡化、或作為LN光調(diào)制器的RF調(diào)制性能惡化等 問題。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述課題，本發(fā)明第一方面的光調(diào)制器具有基板，其具有光電效應；光導，其形成在該基板上，用于對光進行導波；行波電極，其 形成在所述基板的一側(cè)面、由用于加載調(diào)制所述光的高頻電信號的高頻電 信號用中心導體及接地導體構成；偏置電極，其由用于對所述光加載偏置 電壓的中心導體及接地導體構成，在所述光導上，具有高頻電信號用相 互作用部，其通過對所述行波電極加載所述高頻電信號來調(diào)制所述光的相 位；偏壓用相互作用部，其通過對所述偏置電極加載偏置電壓來調(diào)整所述 光的相位，該光調(diào)制器的特征在于，隔著所述高頻電信號用相互作用部， 在所述光傳播方向的前后具有所述偏壓用相互作用部。在第一方面所述的光調(diào)制器中，本發(fā)明第二方面的光調(diào)制器的特征在 于，構成所述偏壓用相互作用部的所述偏置電極的至少兩個所述中心導體 電連接。在第一方面或第二方面所述的光調(diào)制器中，本發(fā)明第三方面的光調(diào)制 器的特征在于，在所述偏壓用相互作用部中的所述中心導體的、所述光導 側(cè)的邊緣下方具有緩沖層。在第一方面的發(fā)明中，通過在現(xiàn)有技術中為了將光的相位進行RF或 DC變換而未使用部分的光導上重新設置偏壓用相互作用部，相比現(xiàn)有的偏 壓分離型情況，增長RF電信號用相互作用部的長度與偏壓用相互作用部的 長度之和。因此，與現(xiàn)有的偏壓分離型相比，本發(fā)明中可以分別將RF電信 號用相互作用部的長度和偏壓用相互作用部的長度的雙方進一步增長，所 以，能夠大幅度改善作為LN光調(diào)制器的RF調(diào)制性能和DC漂移特性。在 第二方面的發(fā)明中，能夠?qū)C偏壓電源設為一個。在第三方面的發(fā)明中， 因DC偏壓用相互作用部中的中心導體的、光導側(cè)的邊緣下方使用緩沖層， 所以，可以使中心導體與光導靠近，從而可減少DC偏置電壓，并且顯著改 善制作的成品率。


圖1是本發(fā)明的第一實施例的光調(diào)制器的示意性上面圖;圖2是說明本發(fā)明第二實施例的光調(diào)制器的圖；圖3是第一現(xiàn)有技術的立體圖；圖4是第一現(xiàn)有技術的A-A，線剖面圖；圖5是說明第一現(xiàn)有技術動作的圖；圖6是表示第 一現(xiàn)有技術詳細安裝狀態(tài)和電氣結(jié)構的圖；圖7是第一現(xiàn)有技術的示意性上面圖； 圖8是第二現(xiàn)有技術的示意性上面圖； 圖9是第二現(xiàn)有技術的C-C，線剖面圖。附圖標記說明1: x-切割LN基板(基板、LN基板)2: Si02緩沖層(緩沖層) 3:光導3a、 3b:相互作用部的光導(光導)4:行波電極 4a:中心導體4b、 4c:接地導體 5:框體6: RF電信號輸入用連接器(連接器)7: RF電信號輸入用連接器6的芯線(芯線)8: RJF電信號輸出用連接器(連接器)9: RF電信號輸出用連接器8的芯線(芯線)10:電容器 11:電信號源12:電氣終端(終端) 13:電容器14: DC電源 15:相互作用部16a:中心導體 16b、 16c:接地導體17: RF電信號用相互作用部18: DC偏壓用相互作用部19:第一DC偏壓用相互作用部(偏壓用相互作用部) 20: RF電信號用相互作用部(高頻電信號用相互作用部) 21:第二DC偏壓用相互作用部(偏壓用相互作用部) 22a:中心導體 22b、 22c:接地導體23a:中心導體 23b、 23c:接地導體24a、 24b、 24c、 24d: Si02緩沖層(緩沖層) B:為了輸入RF電信號而使用的連接器6的芯線7的位置 40、 41、 42:々貴通部(區(qū)i戈部)具體實施方式
下面，說明本發(fā)明的實施例，因與圖3~圖9所示的現(xiàn)有實施例相同的 符號對應同 一功能部，所以在此省略同 一符號表示的功能部的說明。 (第一實施例)圖1表示本發(fā)明的第一實施例。與圖8所示的第二現(xiàn)有技術同樣地，具有由中心導體4a、接地導體4b、 4c構成并且加載RF電信號的長L4的 RF電信號用相互作用部20;在偏壓用相互作用部19(在此稱為第一DC偏 壓用相互作用部)具有由中心導體22a、接地導體22b、 22c構成并且加載 DC偏置電壓的長L5的偏置電極，但在本發(fā)明中，進一步在偏壓用相互作 用部21 (稱為第二DC偏壓用相互作用部)也具有由中心導體23a、接地導 體23b、 23c構成、并且加載DC偏置電壓的長L6的第二偏置電極。另外， 第一DC偏壓用相互作用部19的D-D，的剖面圖與圖9相同。第二DC偏 壓用相互作用部21的也是這種情況。如果構成第一 DC偏壓用相互作用部19和第二 DC偏壓用相互作用部 21的各自的偏置電極的中心導體22a和23a電連接，因僅使用一個DC電 源14即可完成，所以是優(yōu)選的。另外，當?shù)谝?DC偏壓用相互作用部19 和第二 DC偏壓用相互作用部21的偏置電極的中心導體22a和23a電連接 時，優(yōu)選為了避免RF電信號相互作用部的中心導體4a與接地導體4b、 4c 之間的間隙而進行配線。另夕卜，接地導體22b、 22c、 23b、 23c相互電連接后，或直接將框體(例 如圖6所示的框體5)作為地線連接即可。通常偏壓為DC或極低頻，所以， 即便象這樣將電極回繞連接也不會產(chǎn)生任何問題。但，不言而喻，也可對 中心導體22a、 23a供給來自不同電源的偏置電壓。在圖8所示的第二現(xiàn)有技術中，RF電信號用相互作用部17和DC偏壓 用相互作用部18的合計長度為L2+L3,但在圖1所示的本發(fā)明中，因靈活 運用現(xiàn)有技術中未使用的區(qū)域的光導，所以，RF電信號用相互作用部20 和第一、第二DC偏壓用相互作用部19、 21的合計長度為L4+L5+L6，與第 二現(xiàn)有技術的情況相比可大幅度增長。因此，既可與第二現(xiàn)有技術的RF電信號用相互作用部17的長度L2相 比，增長本發(fā)明的RF電信號用相互作用部20的長度L4，同時，也可與第 二現(xiàn)有技術中DC偏壓用相互作用部18的長度L3相比，增長本發(fā)明中的第 一 DC偏壓用相互作用部19和第二 DC偏壓用相互作用部21的合計長度L5+L6。如前所述， 一般地，如果可增長'RF電信號用相互作用部的長度，則可 增加在行波電極4正下方形成的緩沖層的厚度。因此，可接近微波和光的速度，并且可使特性阻抗接近驅(qū)動器的阻抗，從而提高調(diào)制性能。另外，如果增長具有偏置電極的DC偏壓用相互作用部的總和，則因可以降低x -切割LN基板1內(nèi)的DC電場強度，所以，可減少x -切割LN基板1中的 DC漂移。另夕卜，從為了輸入RF電信號而使用的未圖示的連接器6的芯線7的位 置B到光和RF電信號的相互作用部的、饋通部的電極(圖l所示的區(qū)域部 42)與圖6或圖7所示的第一現(xiàn)有技術或圖8所示的第二現(xiàn)有技術相同， 因可以相對于x-切割LN基板1的長度方向的側(cè)面大致垂直地設定，所以， 不會產(chǎn)生RF電信號的反射。因此，與現(xiàn)有技術同樣地，因可以抑制RF電可以改善LN光調(diào)制器的特性。另外，在使用z -切割LN基板替代x -切割LN基板時，在DC偏壓用 相互作用部，必需在光導的正上方設置緩沖層。在本發(fā)明中，因可增長DC 偏壓用相互作用部的總和，所以，可設定低的DC偏置電壓。即，因也可降 低援沖層內(nèi)的電場強度，所以，不僅可減少z-切割LN基板內(nèi)的DC漂移， 而且也可減少因緩沖層而引起的DC漂移。 (第二實施例)在圖1所示的本發(fā)明的第一實施例中，第一DC偏壓用相互作用部19 的中心導體22a、接地導體22b、 22c和第二偏壓用相互作用部21的中心導 體23a、接地導體23b、 23c,與圖9所示的第二現(xiàn)有技術的說明同樣地，直 接形成在x -切割LN基板1上。但是，因中心導體、接地導體通常由金(Au)構成，所以， 一旦由中 心導體、接地導體構成的偏置電極過分靠近相互作用光導3a和3b,則在它 們中傳播的光被吸收，從而產(chǎn)生插入損失增加或消光比惡化的問題。在本發(fā)明的第二實施例中，圖1所示的構成本發(fā)明第一實施例的第一 DC偏壓用相互作用部19的D-D，剖面圖中，如圖2所示，通過使用由Si02 等形成的緩沖層24a、 24b、 24c、 24d，可使中心導體16a和接地導體16b、 16c與x-切割LN基板1直接接觸，并且，可進一步與相互作用光導3a、3b接近而不會增大因偏置電極導致的光的吸收損失，可降低偏置電壓。另外，因中心導體16a、接地導體導體16b、 16c和x -切割LN基板1 直接接觸，所以，即便局部存在緩沖層，電阻抗減小到大致可以忽視的程 度(原因是，例如，中心導體16a與x-切割LN基板1之間的電阻抗成為 中心導體16a和x-切割LN基板1直接接觸時的電阻抗和連接中心導體 16a、緩沖層24b、 24c以及x -切割LN基板1的電阻抗之間的并列連結(jié)， 大小由前者決定)，即便使用緩沖層24a、 24b、 24c、 24d也不會產(chǎn)生因緩沖 層24a、 24b、 24c、 24d引起的DC漂移。 (關于各實施例)以上，作為行波電極以CPW電極為例進行了說明，但不言而喻也可是 非對稱共面帶線(ACPS)或?qū)ΨQ共面帶線(CPS)等各種行波電極、或集 中常數(shù)型電極。另外，作為光導，除馬赫-澤德型光導之外，不言而喻也 可是方向性結(jié)合器、直線等其它光導。另外，因DC偏壓相互作用部未加載RF電場，所以，不用考慮DC偏 壓相互作用部的特性阻抗，不言而喻可以比RF電信號用相互作用部的中心 導體的寬度，增大DC偏壓相互作用部的中心導體的寬度，或相對于RF電 信號用相互作用部中的中心導體和接地導體之間的間隙，減小DC偏壓相互 作用部中的中心導體和接地導體之間的間隙。另外，在上述實施例中，既可以是在相對于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晶軸、y晶軸或z晶 軸的基板，也可是以上述各實施例中的面方位為主要面方位，其它面方位 作為副面方位混在主要面方位中，不言而喻，不僅是LN基板，也可是鉭酸 鋰、半導體等其它基板。另外，在上述實施例中，設為如下所述的形態(tài)，即，隔著高頻電信號 用相互作用部，在光傳播方向的前后分別具有一個偏壓用相互作用部，但 本發(fā)明并不限于此，也可在各側(cè)或單側(cè)設置多個偏壓用相互作用部。工業(yè)實用性如上所述，本發(fā)明的光調(diào)制器具有可以大幅度改善RF調(diào)制性能和DC 漂移的效果，作為高速、驅(qū)動電壓低、且DC偏置電壓小、制作成品率高的 光調(diào)制器很有用。
權利要求
1. 一種光調(diào)制器，具有基板，其具有光電效應；光導，其形成在該基板上，用于對光進行導波；行波電極，其形成在所述基板的一側(cè)面、并且有用于加載調(diào)制所述光的高頻電信號的高頻電信號用中心導體及接地導體；偏置電極，其具有用于對所述光加載偏置電壓的中心導體及接地導體，在所述光導上，具有高頻電信號用相互作用部，其通過對所述行波電極加載所述高頻電信號來調(diào)制所述光的相位；偏壓用相互作用部，其通過對所述偏置電極加載偏置電壓來調(diào)整所述光的相位，其特征在于，隔著所述高頻電信號用相互作用部，在所述光傳播方向的前后具有所述偏壓用相互作用部。
2. 如權利要求1所述的光調(diào)制器，其特征在于，構成所述偏壓用相互 作用部的所述偏置電極的至少兩個所述中心導體電連接。
3. 如權利要求1或2所述的光調(diào)制器，其特征在于，在所述偏壓用相 互作用部中的所述中心導體的、所述光導側(cè)的邊緣下方具有緩沖層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光調(diào)制器，具有光導(3)，其形成在具有光電效應的基板(1)上；行波電極(4)，其形成在基板(1)的一側(cè)面、由用于加載對光進行調(diào)制的高頻電信號的高頻電信號用的中心導體(4a)及接地導體(4b)、(4c)構成；偏置電極，其由用于對光加載偏置電壓的中心導體(22a)、(23a)及接地導體(22b)、(22c)、(23b)、(23c)構成，在光導(3)上，具有高頻電信號用相互作用部(20)，其通過對行波電極(4)加載高頻電信號來調(diào)制光的相位；偏壓用相互作用部(19)、(21)，其通過對偏置電極加載偏置電壓來調(diào)整光的相位，該光調(diào)制器隔著高頻電信號用相互作用部(20)，在光傳播方向的前后具有偏壓用相互作用部(19)、(21)。
文檔編號G02F1/035GK101238405SQ200680029079
公開日2008年8月6日 申請日期2006年7月5日 優(yōu)先權日2005年7月7日
發(fā)明者中平徹, 五十嵐信弘, 仙田宏明, 佐藤勇治, 內(nèi)田靖二, 名波雅也, 河野健治 申請人:安立股份有限公司