專利名稱：光控制元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光控制元件，尤其涉及包括具有電光效應(yīng)且厚度
為10pm以下的薄板、形成于所述薄板的光波導(dǎo)、用于控制通過所述光 波導(dǎo)的光的控制電極的光控制元件。
背景技術(shù)：
以往，在光通信領(lǐng)域和光測量領(lǐng)域中，多采用在具有電光效應(yīng)的 基板上形成有光波導(dǎo)和控制電極的波導(dǎo)式光調(diào)制器和波導(dǎo)式光開關(guān)等 各種光控制元件。目前利用的光控制元件的方式大多在圖1所示的厚 度0.5 lmm左右的光電晶體基板l上，形成光波導(dǎo)2、信號電極4和 接地電極5。另外，圖1表示使用Z切型的LiNb03基板的光調(diào)制器的 示例，標(biāo)號3表示Si02膜等緩沖層。
尤其在波導(dǎo)式光調(diào)制器中，為了對在光波導(dǎo)中傳播的光波進(jìn)行調(diào) 制控制，向控制電極施加微波信號。因此，為了使微波在控制電極中 有效傳播，需要實現(xiàn)將微波導(dǎo)入光調(diào)制器中的同軸線纜等信號線路與 光調(diào)制器內(nèi)的控制電極的阻抗匹配。因此，如圖1所示，采用由接地 電極5夾持帶狀信號電極4的形狀、即所謂共面式控制電極。
但是，在共面式控制電極中，由于外部電場不能有效作用于基板 1的電光效應(yīng)的效率較高的方向(在圖1所示的Z切基板中指上下方 向)，所以為了獲得必要的光調(diào)制度，需要更大的電壓。具體地講， 在利用LiNb03 (以下稱為"LN")基板，而且沿光波導(dǎo)的電極長度為 lcm時，需要約10 15V左右的半波長電壓。
并且，如圖2所示，專利文獻(xiàn)1提出了如下結(jié)構(gòu)，為了改善光波導(dǎo)對光波的封閉，且將控制電極所生成的電場更有效地施加到光波導(dǎo)，
把光波導(dǎo)設(shè)為脊型波導(dǎo)20，并將接地電極5、 51、 52配置得更靠近信 號電極4和41。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，雖然可以實現(xiàn)某種程度上的驅(qū)動電壓 的降低，但是尤其在實現(xiàn)高頻波段的高速調(diào)制時，進(jìn)一步降低驅(qū)動電 壓是必不可缺的。
此外，專利文獻(xiàn)2提出了如下方案如圖3所示，由控制電極夾 持基板，沿電光效應(yīng)的效率較高的方向(在圖3所示的Z切基板中指 上下方向)施加電場。而且，圖3所示的光調(diào)制器，使具有電光效應(yīng) 的基板極化反轉(zhuǎn)，形成自發(fā)極化的方向(圖中的箭頭方向)不同的基 板區(qū)域10和11，并且在各個基板區(qū)域形成有光波導(dǎo)2，在利用共用的 信號電極42和接地電極53對各個光波導(dǎo)施加電場時，可以使在各個 光波導(dǎo)中傳播的光波產(chǎn)生相反方向的相位變化。通過上述差分驅(qū)動， 可以進(jìn)一步降低驅(qū)動電壓。
但是，在圖3所示的電極構(gòu)造中，微波的折射率提高，難以實現(xiàn) 在光波導(dǎo)中傳播的光波與調(diào)制信號即微波的速度匹配。而且，由于阻 抗反向降低，所以具有難以實現(xiàn)與微波的信號線路的阻抗匹配的缺點(diǎn)。
另一方面，在以下專利文獻(xiàn)3或4中，在具有厚度為30pm以下 的非常薄的基板(以下稱為"薄板")上裝配光波導(dǎo)和調(diào)制電極，接 合介電常數(shù)比該薄板低的其他基板，降低對微波的有效折射率，實現(xiàn) 微波與光波的速度匹配。
但是，即使在使用上述薄板的光調(diào)制器中形成有圖1 圖3所示 結(jié)構(gòu)的控制電極的情況下，依舊不能從根本上解決上述問題。在利用 圖3所示的控制電極夾持基板的情況下，在使基板的厚度變薄時，具 有微波折射率下降的趨勢，但是難以實現(xiàn)光波與微波的速度匹配。雖 然也依賴于電極的寬度，但是例如在使用LN薄板時，有效折射率為約 5左右，達(dá)不到最佳值2.14。另一方面，阻抗具有隨著基板變薄而下降的趨勢，這成為加大阻抗不匹配的原因。
專利文獻(xiàn)l:美國專利說明書第6580843號 專利文獻(xiàn)2:專利注冊第3638300號說明書 專利文獻(xiàn)3:日本特開昭64-018121號公報 專利文獻(xiàn)4:日本特開2003-215519號公報 專利文獻(xiàn)5:日本特開平6-289341號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的課題是解決上述問題，提供一種光控制元件，能 夠?qū)崿F(xiàn)微波與光波的速度匹配及微波的阻抗匹配，而且能夠降低驅(qū)動 電壓。
并且，本發(fā)明提供一種光控制元件，通過降低驅(qū)動電壓，能夠抑 制光控制元件的溫度上升，并能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定動作，本發(fā)明還提供一種 能夠使用成本更低的低驅(qū)動電壓型驅(qū)動裝置的光控制元件。
為了解決上述問題，技術(shù)方案1的發(fā)明的光控制元件，包括具有 電光效應(yīng)且厚度為lO)im以下的薄板、形成于所述薄板的光波導(dǎo)、用于 控制通過所述光波導(dǎo)的光的控制電極，所述光控制元件的特征在于， 所述控制電極包括夾著所述薄板配置的第1電極和第2電極，所述第1 電極具有至少由信號電極和接地電極構(gòu)成的共面式的電極，該第2電
極至少具有接地電極，并且與第1電極的信號電極協(xié)作而向該光波導(dǎo) 施加電場，在所述薄板的下方形成有低折射率層，該低折射率層具有 至少比所述第1電極的所述信號電極的寬度大的寬度，并至少沿著所 述信號電極的整個長度方向設(shè)置。
本發(fā)明中的"共面式的電極"指將信號電極夾在接地電極之間， 例如，包括信號電極和接地電極以相同間隔配置的構(gòu)造以及間隔不同 的構(gòu)造、接地電極在信號電極的一側(cè)的構(gòu)造、將多個信號電極夾在一對接地電極之間的構(gòu)造、在多個信號電極之間增加配置接地電極的構(gòu) 造等。
技術(shù)方案2的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1的光控制元件中，
所述低折射率層均勻地形成于所述薄板和所述第2電極之間。
技術(shù)方案3的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1的光控制元件中， 所述低折射率層埋設(shè)在所述第2電極的所述接地電極內(nèi)。
技術(shù)方案4的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1 3中任一方案的光 控制元件中，所述低折射率層包括空氣層。
技術(shù)方案5的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1 3中任一方案的光 控制元件中，所述低折射率層包括樹脂層。
技術(shù)方案6的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1 5中任一方案的光 控制元件中，所述光波導(dǎo)是脊型光波導(dǎo)。
技術(shù)方案7的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)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電極之間形成有緩沖層。
技術(shù)方案8的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1 6中任一方案的光 控制元件中，在所述第1電極和所述第2電極中，所述信號電極和所 述接地電極由透明電極或在薄板一側(cè)配置有透明電極的電極中的任一 種構(gòu)成。
技術(shù)方案9的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)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導(dǎo)兩側(cè)的槽中填充有低介電常 數(shù)膜。技術(shù)方案10的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1 9中任一方案的 光控制元件中，包括所述光波導(dǎo)的至少一部分在內(nèi)的薄板的自發(fā)極化 反轉(zhuǎn)。
技術(shù)方案11的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1 10中任一方案的 光控制元件中，在將所述低介電常數(shù)層的介電常數(shù)設(shè)為s2、厚度設(shè)為 d2，將所述薄板的介電常數(shù)設(shè)為sl、厚度設(shè)為dl時，滿足關(guān)系d2<s2/sl Xdl。
根據(jù)技術(shù)方案1的發(fā)明，光控制元件，包括具有電光效應(yīng)且厚度 為l(Hmi以下的薄板、形成于所述薄板的光波導(dǎo)、用于控制通過所述光 波導(dǎo)的光的控制電極，所述控制電極包括夾著所述薄板配置的第1電 極和第2電極，所述第1電極具有至少由信號電極和接地電極構(gòu)成的 共面式的電極，該第2電極至少具有接地電極，并且與第1電極的信 號電極協(xié)作而向該光波導(dǎo)施加電場，所以能夠提供一種光控制元件， 能夠?qū)崿F(xiàn)微波與光波的速度匹配以及微波的阻抗匹配，并能夠快速動 作。
而且，在所述薄板的下方形成有低折射率層，該低折射率層具有 至少比所述第1電極的所述信號電極的寬度大的寬度，并至少沿著所 述信號電極的整個長度方向設(shè)置，所以能夠降低電極損耗，增強(qiáng)對光 的封閉。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)可以應(yīng)對高頻且高效率的調(diào)制器。換言之， 能夠提供一種光控制元件，能夠?qū)崿F(xiàn)微波與光波的速度匹配以及微波 的阻抗匹配，而且能夠降低驅(qū)動電壓。并且，能夠提供一種光控制元 件，通過降低驅(qū)動電壓，能夠抑制光控制元件的溫度上升，并能夠進(jìn) 行穩(wěn)定動作，還能夠提供一種可使用成本更低的低驅(qū)動電壓型驅(qū)動裝 置的光控制元件。
根據(jù)技術(shù)方案2的發(fā)明，能夠?qū)⑺龅徒殡姵?shù)層更靠近所述信 號電極配置，所以能夠更有效地發(fā)揮上述的降低電極損耗的效果和光的封閉效果，能夠容易實現(xiàn)可以應(yīng)對高頻且高效率的調(diào)制器。
根據(jù)技術(shù)方案3的發(fā)明，同樣能夠?qū)⑺龅徒殡姵?shù)層更靠近所 述信號電極配置，所以能夠更有效地發(fā)揮上述的降低電極損耗的效果 和光的封閉效果，能夠容易實現(xiàn)可以應(yīng)對高頻且高效率的調(diào)制器。
根據(jù)技術(shù)方案4的發(fā)明，所述低介電常數(shù)層為空氣層，所以能夠
進(jìn)一步促進(jìn)其低介電常數(shù)效果，能夠更有效地發(fā)揮上述的降低電極損 耗的效果和光的封閉效果，能夠容易實現(xiàn)可以應(yīng)對高頻且高效率的調(diào) 制器。
根據(jù)技術(shù)方案5的發(fā)明，所述低介電常數(shù)層為樹脂層，所以能夠
進(jìn)一步促進(jìn)其低介電常數(shù)效果，能夠更有效地發(fā)揮上述的降低電極損 耗的效果和光的封閉效果，能夠容易實現(xiàn)可以應(yīng)對高頻且高效率的調(diào) 制器。
根據(jù)技術(shù)方案6的發(fā)明，光波導(dǎo)是脊型光波導(dǎo)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)一 種驅(qū)動電壓更低的光控制元件，對光波的封閉效率比較高，并且能夠 使控制電極所形成的電場集中在光波導(dǎo)上。
根據(jù)技術(shù)方案7的發(fā)明，至少在薄板和第1電極之間形成有緩沖 層，所以能夠抑制在光波導(dǎo)中傳播的光波的傳播損耗，并將控制電極 配置在更靠近光波導(dǎo)的位置。
根據(jù)技術(shù)方案8的發(fā)明，信號電極或接地電極由透明電極或在薄 板一側(cè)配置了透明電極的電極中的任一種構(gòu)成，所以即使在沒有緩沖 層時，也能夠抑制在光波導(dǎo)中傳播的光波的傳播損耗，并將控制電極 配置在更靠近光波導(dǎo)的位置。
根據(jù)技術(shù)方案9的發(fā)明，至少在配置于脊型波導(dǎo)兩側(cè)的槽中填充有低介電常數(shù)膜，所以能夠調(diào)整控制電極中的微波折射率和阻抗，能 夠獲得更合適的微波折射率和阻抗。
根據(jù)技術(shù)方案10的發(fā)明，在技術(shù)方案1 10中任一方案的光控制 元件中，包括光波導(dǎo)的至少一部分在內(nèi)的薄板的自發(fā)極化反轉(zhuǎn)，所以 能夠容易地通過簡單的控制電極和驅(qū)動電路實現(xiàn)光控制元件的差分驅(qū) 動，并且能夠降低驅(qū)動電壓。
根據(jù)技術(shù)方案11的發(fā)明，在技術(shù)方案1 10中任一方案的光控制 元件中，能夠使施加給光波導(dǎo)的有效電壓不會下降到1/2以下，施加給 所述光波導(dǎo)部的有效電壓不會過度下降。


圖1是表示現(xiàn)有的光控制元件的示例的圖。
圖2同樣是表示現(xiàn)有的光控制元件的示例的圖。
圖3同樣是表示現(xiàn)有的光控制元件的示例的圖。
圖4是表示本發(fā)明的光控制元件的示例的圖。
圖5同樣是表示本發(fā)明的光控制元件的示例的圖。
圖6是表示圖4所示的光控制元件的變形例的圖。
圖7是表示本發(fā)明的脊型光控制元件的示例的圖。
圖8同樣是表示本發(fā)明的脊型光控制元件的示例的圖。
圖9同樣是表示本發(fā)明的脊型光控制元件的示例的圖。
圖IO是表示具有低介電常數(shù)膜的光控制元件的示例的圖。
圖11同樣是表示具有低介電常數(shù)膜的光控制元件的示例的圖。
圖12是表示在薄板的背面?zhèn)刃纬捎泄獠▽?dǎo)的光控制元件的示例的圖。
圖13同樣是表示在薄板的背面?zhèn)刃纬捎泄獠▽?dǎo)的光控制元件的 示例的圖。
圖14是表示采用透明電極的光控制元件的示例的圖。
圖15同樣是表示采用透明電極的光控制元件的示例的圖。
10圖16同樣是表示采用透明電極的光控制元件的示例的圖。
圖17同樣是表示采用透明電極的光控制元件的示例的圖。
圖18是表示第2電極使用圖形電極的光控制元件的示例的圖。
圖19同樣是表示第2電極使用圖形電極的光控制元件的示例的圖。
圖20是表示采用極化反轉(zhuǎn)的光控制元件的示例的圖。圖21同樣是表示采用極化反轉(zhuǎn)的光控制元件的示例的圖。圖22是表示采用通孔的光控制元件的示例的圖。圖23同樣是表示采用通孔的光控制元件的示例的圖。
具體實施例方式
圖4是表示本發(fā)明的光控制元件的一例的剖視圖。在本示例中，表示由Z切基板構(gòu)成用于形成光波導(dǎo)的薄板的情況，并且只示出所述光控制元件的主要部分。
如圖4所示，在Z切基板(薄板1)中形成有光波導(dǎo)2，夾著薄板1配置有控制電極。控制電極包括配置于薄板1的上側(cè)的第1電極和配置于薄板的下側(cè)的第2電極。第1電極包括信號電極4和接地電極5，第2電極包括接地電極54。當(dāng)然可以對第1電極和第2電極適當(dāng)附加除圖示的電極之外的DC電極等需要的電極。并且，作為光波導(dǎo)也可以構(gòu)成為直線波導(dǎo)或組合了直線波導(dǎo)的馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)型干涉系統(tǒng)。
圖4所示的光控制元件的特征在于，除了信號電極4和接地電極5的電場之外，向光波導(dǎo)2還施加信號電極4和接地電極54的電場。由此，能夠增強(qiáng)光波導(dǎo)2中的圖示縱方向的電場，能夠降低驅(qū)動電壓。而且，由于控制電極中的微波的折射率和阻抗由信號電極4和接地電極5及54確定，所以能夠設(shè)定為例如最佳值即微波折射率2.14、阻抗50Q。第1電極被配置成為與薄板1之間夾著Si02膜等緩沖層3。緩沖
層具有防止在光波導(dǎo)中傳播的光波因控制電極而被吸收或散射的效
果。并且，作為緩沖層的結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要也可以加入Si膜等，以緩和薄板1的熱釋電效應(yīng)(Pyroelectric effect)。
并且，第2電極(接地電極54)被配置成為與薄板l之間夾著低折射率層31，該低折射率層31大于第1電極的信號電極4的寬度，并沿著信號電極4的整個長度方向形成。因此，能夠降低電極損耗，增強(qiáng)對光的封閉。由此，可以應(yīng)對高頻，實現(xiàn)高效率的調(diào)制器。
換言之，根據(jù)本實施方式的光控制元件，能夠提供一種光控制元件，能夠?qū)崿F(xiàn)微波與光波的速度匹配及微波的阻抗匹配，而且能夠降低驅(qū)動電壓。并且，能夠提供一種光控制元件，通過降低驅(qū)動電壓，能夠抑制光控制元件的溫度上升，并能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定動作，還能夠提供一種能夠使用成本更低的低驅(qū)動電壓型驅(qū)動裝置的光控制元件。
低折射率層31可以由例如空氣層、鐵氟龍(亍7 a >，注冊商標(biāo))等樹脂層構(gòu)成。
另外，在本實施方式中，薄板1的厚度為lO(im以下，以便除了信號電極4和接地電極5的電場之外，信號電極4和接地電極54的電場也能夠充分施加給光波導(dǎo)2。并且，薄板1的下限值沒有特別限定，例如設(shè)為0.7pm。如果小于0.7pm，則很難形成足夠大的光波導(dǎo)2。
薄板1在形成第2電極后，通過粘結(jié)層6接合在支撐基板7上。由此，即使在薄板1為10pm以下時，也能夠作為光控制元件確保足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
圖5是使用了 X切LiNb03基板的光控制元件，使用了 X切基板，電光效應(yīng)的效率比較高的方向是圖中的橫方向。因此，在第1電極中，在夾著光波導(dǎo)2的位置配置信號電極4和接地電極54，在第2電極中， 以使信號電極4和接地電極55及56形成的電場對光波導(dǎo)2具有橫方 向的成分的方式，確定接地電極55和56的形狀及配置。另外，如后 面所述，通過使第2電極與光波導(dǎo)的形狀對應(yīng)地形成為圖形電極，能 夠形成更合適的電場分布。
并且，在圖5的示例中，第2電極(接地電極55和56)被配置 成為與薄板1之間夾著低折射率層31，該低折射率層31大于第1電極 的信號電極4的寬度，并沿著信號電極4的整個長度方向形成。因此， 能夠降低電極損耗，增強(qiáng)對光的封閉。由此，能夠應(yīng)對高頻，實現(xiàn)高 效率的調(diào)制器。低折射率層31可以由例如空氣層、鐵氟龍(注冊商標(biāo)) 等樹脂層構(gòu)成。
另外，在本實施方式中，薄板1的厚度為10nm以下，以便除了 信號電極4和接地電極5的電場之外，信號電極4和接地電極54的電 場也能夠充分施加給光波導(dǎo)2。并且，薄板1的下限值沒有特別限定， 例如設(shè)為0.7jim。如果小于0.7iam，則很難形成足夠大的光波導(dǎo)2。
作為薄板所使用的具有電光效應(yīng)的晶體基板，例如可以使用鈮酸 鋰、鉭酸鋰、PLZT (鋯鈦酸鉛鑭)、石英類的材料、以及這些材料的 組合。尤其適合使用電光效應(yīng)比較高的鈮酸鋰(LN)和鉭酸鋰(LT) 晶體。
關(guān)于光波導(dǎo)的形成方法，能夠通過熱擴(kuò)散法和質(zhì)子交換法等在基 板表面上擴(kuò)散Ti等來形成。并且，也可以按照專利文獻(xiàn)5所述，在薄 板1的表面上與光波導(dǎo)的形狀對應(yīng)地形成脊，并構(gòu)成光波導(dǎo)。
信號電極和接地電極等控制電極可以通過TiAu電極圖形的形成 及鍍金法等形成。并且，關(guān)于后面敘述的透明電極，可以使用ITO或 作為紅外透明導(dǎo)電膜的In與Ti的復(fù)合氧化物膜等，可以采用以下方法
13形成該透明電極通過光刻法形成電極圖形并通過剝離法(Liftoff
technique)形成的方法；形成掩模部件以保留預(yù)定的電極圖形，并通過 干式蝕刻或濕式蝕刻形成的方法等(參照專利文獻(xiàn)5)。
包括光控制元件的薄板1的制造方法是在具有數(shù)百iam厚度的基板 上形成上述光波導(dǎo)，研磨基板的背面，從而制作具有10pm以下的厚度 的薄板。然后，在薄板的表面制作控制電極。此外，也可以在制作光 波導(dǎo)和控制電極等之后，研磨基板的背面。另外，如果施加形成光波 導(dǎo)時的熱沖擊或因各種處理時的薄膜操作而引起的機(jī)械沖擊等，則存 在薄板破損的危險性，因此優(yōu)選在研磨基板而形成薄板之前，進(jìn)行容 易施加上述熱沖擊或機(jī)械沖擊的步驟。
作為支撐基板7所使用的材料可以采用各種材料，例如除了使用 與薄板相同的材料之外，也可以使用像石英、玻璃、氧化鋁等介電常 數(shù)比薄板低的材料，還可以使用具有與薄板不同的晶向的材料。但是， 在穩(wěn)定光控制元件應(yīng)對溫度變化的調(diào)制特性的方面，優(yōu)選線膨脹系數(shù) 與薄板相同的材料。假設(shè)相同材料的選定比較困難時，用于接合薄板 和支撐基板的粘結(jié)劑選擇具有與薄板相同的線膨脹系數(shù)的材料。
關(guān)于薄板1與支撐基板7的接合，粘結(jié)層6可以使用環(huán)氧類粘結(jié) 劑、熱固性粘結(jié)劑、紫外線固化性粘結(jié)劑、焊接玻璃以及熱固性、光 固性或光敏粘性(Light induced viscosity)的樹脂粘結(jié)劑片等各種粘結(jié) 材料。
圖6是表示圖4所示的光控制元件的變形例的主要部分剖視圖。 在本實施方式中，與圖4所示的實施方式相比，不同之處是低折射率 層31埋設(shè)在第2電極(接地電極)中。但是，在這種情況下，第2電 極(接地電極54)被配置成為與薄板1之間夾著低折射率層31，該低 折射率層31大于第1電極的信號電極4的寬度，并沿著信號電極4的 整個長度方向形成。因此，能夠降低電極損耗，增強(qiáng)對光的封閉。由此，能夠應(yīng)對高頻，實現(xiàn)高效率的調(diào)制器。
換言之，根據(jù)本實施方式的光控制元件，能夠提供一種光控制元 件，能夠?qū)崿F(xiàn)微波與光波的速度匹配及微波的阻抗匹配，而且能夠降 低驅(qū)動電壓。并且，能夠提供一種光控制元件，通過降低驅(qū)動電壓， 能夠抑制光控制元件的溫度上升，并能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定動作，還能夠提供 一種能夠使用成本更低的低驅(qū)動電壓型驅(qū)動裝置的光控制元件。低折 射率層31可以由例如空氣層、鐵氟龍(注冊商標(biāo))等樹脂層構(gòu)成。
優(yōu)選將上述低介電常數(shù)層的厚度調(diào)整成為使施加給光波導(dǎo)部的有 效電壓不會過度降低。在本實施方式中，設(shè)定成為使施加給光波導(dǎo)部
的有效電壓不會達(dá)到1/2以下。 d2〈s2/slXdl
其中，s2是低介電常數(shù)層的介電常數(shù)，d2是低介電常數(shù)層的厚度， sl是薄板l的介電常數(shù)，dl是薄板l的厚度。例如，在把低介電常數(shù) 層設(shè)為空氣(s2=l) 、 dl = 10|im、薄板1由LiNb03構(gòu)成時，優(yōu)選低 介電常數(shù)層的厚度d2為0.36pm以下。
另外，關(guān)于其他構(gòu)成要素及對這些構(gòu)成要素的要求，與圖4所示 的實施方式相同。
以下說明本發(fā)明涉及的光控制元件的應(yīng)用示例。另外，在以下附 圖中，在使用與前述部件相同的部件時，盡可能使用相同標(biāo)號，為了 明確結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)需要省略了粘結(jié)層和支撐基板。并且，為了防止 描述過長，說明以圖4所示的實施方式為主的應(yīng)用示例。
(具有脊型波導(dǎo)的光控制元件)
圖7 圖9是圖4所示的光控制元件的應(yīng)用示例，表示由脊型波 導(dǎo)形成光波導(dǎo)的示例。通過由脊型光波導(dǎo)形成光波導(dǎo)，光波的封閉效 率提高，并且可以使控制電極所形成的電場集中于光波導(dǎo)，可以實現(xiàn)
15驅(qū)動電壓更低的光控制元件。
如圖7所示，通過使光控制元件的光波導(dǎo)形成為脊型波導(dǎo)20，能
夠封閉在脊部20中傳播的光波。由于對脊部20集中施加由信號電極4 和接地電極5形成的電場以及由信號電極4和接地電極54形成的電場， 所以有助于降低光控制元件的驅(qū)動電壓。
圖8是使兩個光波導(dǎo)2形成為脊型波導(dǎo)20的示例。與脊型波導(dǎo)對 應(yīng)地配置信號電極4和41，對信號電極施加彼此相反的信號等。例如， 左側(cè)的脊部20被集中施加了由信號電極4和接地電極5形成的電場、 由信號電極4和接地電極54形成的電場以及由信號電極4和信號電極 41形成的電場。
圖9中，兩個光波導(dǎo)2為脊型波導(dǎo)20，并且在兩個光波導(dǎo)之間形 成與接地電極51對應(yīng)的脊部。與脊型波導(dǎo)20對應(yīng)地配置信號電極4 和41，對信號電極施加各自獨(dú)立的信號等。
例如，左側(cè)的脊部20被集中施加了由信號電極4和接地電極5形 成的電場、由信號電極4和接地電極54形成的電場以及由信號電極4 和接地電極51形成的電場。
(具有低介電常數(shù)膜的光控制元件)
圖10及圖11表示本發(fā)明光控制元件的其他應(yīng)用示例，表示在形 成脊型波導(dǎo)的槽以及構(gòu)成第1電極的信號電極4和接地電極5之間配 置低介電常數(shù)膜的示例。通過配置這種低介電常數(shù)膜，可以調(diào)整控制 電極的微波折射率和阻抗，此外可以提高控制電極的布線自由度。
作為低介電常數(shù)膜的材料可以使用苯并環(huán)丁烯(BCB)等，低介 電常數(shù)膜的制作方法可以采用涂敷法等。如圖10所示，可以形成低介電常數(shù)膜8，以覆蓋形成于脊型波導(dǎo) 20兩側(cè)的槽、信號電極4和接地電極5之間或者第1電極。
并且，如圖11所示，以跨越接地電極5的方式配置信號電極4的 供電部42，在接地電極4和供電部42之間配置低介電常數(shù)膜8。由此， 可以實現(xiàn)控制電極的立體布線，控制電極的布線設(shè)計的自由度提高。 另外，也可以使接地電極在信號電極的上方(離開薄板的位置)通過。
(在薄板的背面?zhèn)刃纬捎泄獠▽?dǎo)的光控制元件) 圖12及圖13表示圖4所示的光控制元件的其他應(yīng)用示例，表示 在薄板l的背面(圖中下側(cè))形成有光波導(dǎo)2 (脊型波導(dǎo)20)的示例。 在使用厚度為10)Lim以下的薄板時，如圖12所示，即使在薄板1的背 面形成光波導(dǎo)2，在薄板的表面形成第1電極即信號電極4和接地電極 5，在薄板1的背面形成第2電極即接地電極54，也可以通過尤其是由 信號電極4和接地電極54形成的電場，對脊部20施加電場。
并且，圖13是使用兩個信號電極4和41的示例，通過尤其由信 號電極4和接地電極54形成的電場對左側(cè)的脊部20施加電場，并通 過尤其由信號電極41和接地電極54形成的電場對右側(cè)的脊部20施加 電場。
另外，在形成脊部20的槽中，根據(jù)需要形成低介電常數(shù)膜81。
在圖7 圖9所示的光控制元件中，需要在脊型波導(dǎo)的脊部頂上 正確配置信號電極4和41，但在圖12及圖13所示的光控制元件中， 具有以下優(yōu)點(diǎn)只要將信號電極4和41的寬度設(shè)定為脊型波導(dǎo)的寬度 以上，則即使在兩者之間略微產(chǎn)生位置偏移時，也能夠有效地向脊部 施加電場。
(使用透明電極的光控制元件)圖14 圖16表示圖4所示的光控制元件的其他應(yīng)用示例，表示 電極使用透明電極(9和91 96)的示例。通過將透明電極或在薄板 一側(cè)配置有透明電極的電極中的任一種用作信號電極或接地電極，即 使在沒有緩沖層時，也能夠抑制在光波導(dǎo)中傳播的光波的傳播損耗， 并且能夠?qū)⒖刂齐姌O配置得更加靠近光波導(dǎo)，可以降低驅(qū)動電壓。
圖14是第2電極的接地電極使用透明電極9的示例，圖15是第 1電極使用透明電極91、 92的示例。在這些情況下，實際上不需要圖 14所示的緩沖層3，可靠近光波導(dǎo)而配置電極。另外，構(gòu)成圖15中第 1電極的接地電極(透明電極91)由于在電極附近沒有光波導(dǎo)，所以 也可以利用普通的金屬電極形成。
圖16表示控制電極的一部分(接觸薄板1或11的一側(cè))使用透 明電極的示例。透明電極的電阻率一般高于Au等金屬電極，所以基于 降低電極的電阻的目的，可以與透明電極9和93 96接觸地配置金屬 電極140、 150、 151。并且，透明電極如93及95、 96所示也可以配置 在脊型波導(dǎo)的附近或脊型光波導(dǎo)的側(cè)面，可以使電場非常有效地作用 于波導(dǎo)。
另外，圖16是薄板使用Z切LN基板的示例，作為參考，圖17 表示薄板使用X切LN基板的示例。各標(biāo)號所指代的部分相同，所得 到的作用效果也與圖16所示的情況相同。
(第2電極使用圖形電極的光控制元件)
圖18表示圖4所示的光控制元件的其他應(yīng)用示例，表示形成第2 電極的接地電極由圖形電極構(gòu)成的示例。通過使第2電極形成為具有 與光波導(dǎo)的形狀對應(yīng)的形狀的圖形電極，可以將施加到光波導(dǎo)的電場 調(diào)整為更合適的形狀，可以進(jìn)一步降低驅(qū)動電壓。
在圖18中，接地電極57形成為沿著光波導(dǎo)2的帶狀電極，使由信號電極4和接地電極57形成的電場更加集中于光波導(dǎo)2。另外，圖 18是薄板使用Z切基板的示例，作為參考，圖19表示薄板使用X切 基板的示例。各標(biāo)號所指代的部分相同，所得到的作用效果也與圖18 所示的情況相同。
(使用極化反轉(zhuǎn)的光控制元件)
圖20和21是圖4所示的光控制元件的其他應(yīng)用示例，表示使薄 板1極化反轉(zhuǎn)的示例。通過使包括光波導(dǎo)的至少一部分的薄板1的自 發(fā)極化(Spontaneous polarization)反轉(zhuǎn)，光控制元件的差分驅(qū)動能夠 通過簡單的控制電極和驅(qū)動電路實現(xiàn)，也能夠降低驅(qū)動電壓。
圖20中，在薄板1的基板區(qū)域12和13中，使自發(fā)極化按彼此不 同的朝向(圖中的箭頭)排列。構(gòu)成第1電極的信號電極43能夠向形 成于各基板區(qū)域12和13的光波導(dǎo)2施加相同的電場。由于在各光波 導(dǎo)中基板的極化方向彼此不同，所以在光波導(dǎo)中傳播的光波的相位變
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圖21表示將薄板1的基板區(qū)域12和13的極化方向調(diào)整為彼此不 同，并且利用了脊型光波導(dǎo)時的示例。向兩個脊型波導(dǎo)20施加電場的 信號電極44是相同的，兩個信號電極44通過連接線路45而導(dǎo)通。并 且，在形成脊型波導(dǎo)的槽上以及信號電極和接地電極5之間形成有低 介電常數(shù)膜8。
(使用通孔的光控制元件)
圖22表示本發(fā)明的光控制元件的應(yīng)用示例，表示利用通孔使第1 電極的接地電極與第2電極的接地電極電連接的示例。使第1電極的 接地電極與第2電極的接地電極經(jīng)由設(shè)置于薄板的通孔而電連接，從 而可以簡化光控制元件的布線，并且可以抑制在第1電極的接地電極 和第2電極的接地電極產(chǎn)生的浮動電荷的漂移，可以向光波導(dǎo)施加更 合適的電場。圖22是使用Z切型的LN薄板1的示例，第1電極的接地電極5 和第2電極的接地電極54通過配置于薄板1的通孔內(nèi)的連接線路100 保持導(dǎo)通狀態(tài)。圖2 圖8示例的第1電極的接地電極和第2電極的接 地電極是在薄板的周圍或外部電導(dǎo)通，隨著施加給控制電極的調(diào)制信 號成為高頻，由接地電極誘發(fā)的浮動電荷容易產(chǎn)生定時偏差(Timing deviation)。因此，如圖22所示，通過使兩者在靠近光波導(dǎo)的位置導(dǎo) 通，可以抑制該定時偏差。另外，圖22是使用Z切的LN薄板1的示例，作為參考，圖23 表示薄板使用X切基板的示例。各標(biāo)號所指代的部分相同，所得到的 作用效果也與圖22所示的情況相同。產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明的光控制元件，能夠提供一種光控制元件，能夠?qū)崿F(xiàn) 微波與光波的速度匹配及微波的阻抗匹配，而且能夠降低驅(qū)動電壓。 并且，本發(fā)明能夠提供一種光控制元件，通過降低驅(qū)動電壓，能夠抑 制光控制元件的溫度上升，并能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定動作，還能夠提供一種可 使用成本更低的低驅(qū)動電壓型驅(qū)動裝置的光控制元件。
權(quán)利要求
1.一種光控制元件，包括具有電光效應(yīng)且厚度為10μm以下的薄板、形成于所述薄板的光波導(dǎo)、用于控制通過所述光波導(dǎo)的光的控制電極，所述光控制元件的特征在于，所述控制電極包括夾著所述薄板而配置的第1電極和第2電極，所述第1電極具有至少由信號電極和接地電極構(gòu)成的共面式的電極，該第2電極至少具有接地電極，并且與第1電極的信號電極協(xié)作而向所述光波導(dǎo)施加電場，在所述薄板的下方形成有低折射率層，該低折射率層具有至少比所述第1電極的所述信號電極的寬度大的寬度，并至少沿著所述信號電極的整個長度方向設(shè)置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光控制元件，其特征在于， 所述低折射率層均勻地形成于所述薄板和所述第2電極之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控制元件，其特征在于， 所述低折射率層埋設(shè)在所述第2電極的所述接地電極內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的光控制元件，其特征在于， 所述低折射率層包括空氣層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的光控制元件，其特征在于， 所述低折射率層包括樹脂層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的光控制元件，其特征在于， 所述光波導(dǎo)是脊型光波導(dǎo)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項所述的光控制元件，其特征在于，至少在所述薄板和所述第1電極之間形成有緩沖層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項所述的光控制元件，其特征在于， 在所述第1電極和所述第2電極中，所述信號電極和所述接地電極由透明電極或在薄板一側(cè)配置有透明電極的電極中的任一種構(gòu)成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6 8中任一項所述的光控制元件，其特征在于， 至少在配置于所述脊型波導(dǎo)的兩側(cè)的槽中填充有低介電常數(shù)膜。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1 9中任一項所述的光控制元件，其特征在于， 包括所述光波導(dǎo)的至少一部分在內(nèi)的薄板的自發(fā)極化反轉(zhuǎn)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 10中任一項所述的光控制元件，其特征在于，在將所述低介電常數(shù)層的介電常數(shù)設(shè)為s2、厚度設(shè)為d2，將所述 薄板的介電常數(shù)設(shè)為sl、厚度設(shè)為dl時，滿足關(guān)系d2々2/slXdl。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光控制元件，其包括具有電光效應(yīng)的薄板、形成于所述薄板上的光波導(dǎo)、和用于控制通過所述光波導(dǎo)的光的控制電極，本發(fā)明能夠解決以下課題，即實現(xiàn)施加給所述控制電極的微波信號與所述光的速度匹配及所述微波的阻抗匹配，降低驅(qū)動電壓，實現(xiàn)快速動作。為了解決所述課題，本發(fā)明的光控制元件的所述控制電極在所述薄板的上側(cè)配置信號電極和接地電極，在所述薄板的下側(cè)夾著低介電常數(shù)層配置包括接地電極的第2電極，該低介電常數(shù)層大于所述信號電極的寬度，并沿著所述信號電極的整個長度方向形成。
文檔編號G02F1/035GK101652704SQ200880010950
公開日2010年2月17日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者及川哲, 市川潤一郎, 金原勇貴 申請人:住友大阪水泥股份有限公司