1.本实用新型涉及一种光波导元件以及使用此光波导元件的光调制器件与光发送装置,特别涉及一种抑制了高频特性的波谷(dip)现象的光波导元件。
背景技术:2.在光测量技术领域或光通信技术领域中,多使用光调制器等使用形成有光波导的基板的光波导元件。近年来,为了应对移动通信的流量的增大,要求以更高频段(例如30ghz~300ghz)使用光调制器。
3.图1为表示以往的光波导元件的一例的截面图。图1中,在铌酸锂(ln)等的具有电光效应的基板1,使钛(ti)等进行热扩散而形成光波导2。在基板1上,形成有用于对光波导施加电场的控制电极,具体而言,形成有信号电极s及以夹持此信号电极s的方式形成的接地电极g。
4.接地电极的下部呈向信号电极侧突出的形状。其原因在于,通过在光波导的附近缩窄信号电极与接地电极的间隔,从而增强对光波导施加的电场。另一方面其原因在于,电极上部通过扩大信号电极与接地电极的间隔,从而实现光波导中传播的光波、与信号电极中传播的微波的速度匹配,并且增加控制电极的阻抗,例如接近输入阻抗的50ω。
5.而且,图1中通过减薄基板1的厚度,从而提高对光波导施加的电场效率。为了补强作为薄板的基板1的机械强度,经由胶粘层3接合有保持基板4。
6.将图1那样的光波导元件的频率特性示于图2。图2的横轴为对光波导元件施加的微波的频率,纵轴表示光波导元件的透过特性(s21)的损耗(插入损耗)。观看图2的频率特性,高频段中产生波形大幅度地凹陷(下降)的所谓波谷现象。
7.其原因在于,如图1那样,控制电极所形成的电场(电力线ef)不仅扩展至基板1,而且扩展至包含保持基板4的全体,对信号电极施加的高频的微波与基板内的共振模式(基板模式)结合。
8.专利文献1中公开了下述内容,即:为了抑制此种波谷(纹波(ripple))现象,在保持基板(补强基板)局部地形成低介电常数部。专利文献1所示的方法中,产生保持基板4的制造工序变复杂,而且制造成本增加等问题。
9.[现有技术文献]
[0010]
[专利文献]
[0011]
[专利文献1]日本专利特开2019-174588号公报
[0012]
[专利文献2]日本专利特开平5-196902号公报
技术实现要素:[0013]
[实用新型所要解决的问题]
[0014]
本实用新型所要解决的问题在于提供一种光波导元件,此光波导元件解决了如上所述的问题,抑制了频率特性的波谷现象,而且也抑制了制造成本的增加。而且,本实用新
型提供一种利用所述光波导元件的光调制器件与光发送装置。
[0015]
[解决问题的技术手段]
[0016]
为了解决所述问题,本实用新型的光波导元件以及使用此光波导元件的光调制器件与光发送装置具有以下的技术特征。
[0017]
(1)一种光波导元件,具有:基板,具有电光效应;光波导,形成于所述基板;以及控制电极,配置于所述基板上,用于对所述光波导中传播的光波进行调制,且所述光波导元件的特征在于,所述控制电极具有信号电极和接地电极,沿着所述光波导的进行调制的调制作用部分配置有所述信号电极和所述接地电极,所述接地电极的与所述基板相向的底面的形状中,将所述接地电极分离为靠近所述信号电极的第一接地电极与远离所述信号电极的第二接地电极的狭缝形成于与所述调制作用部分对应的范围。
[0018]
(2)所述(1)所记载的光波导元件中,和所述调制作用部分延伸的方向垂直的方向的、所述狭缝的宽度为40μm以上。
[0019]
(3)所述(1)或(2)所记载的光波导元件中,和所述调制作用部分延伸的方向垂直的方向的、所述第一接地电极的底面部分的宽度为100μm以下。
[0020]
(4)所述(1)至(3)中任一项所记载的光波导元件中,和所述调制作用部分延伸的方向垂直的方向的所述狭缝的宽度(wsl)、与和所述调制作用部分延伸的方向垂直的方向的所述第一接地电极的底面部分的宽度(wg1)之比(wsl/wg1)为0.4以上。
[0021]
(5)所述(1)至(4)中任一项所记载的光波导元件中,所述第一接地电极的形状包括下侧部分比上侧部分更接近所述信号电极的、l字形状的多段结构,和所述调制作用部分延伸的方向垂直的方向的、所述下侧部分比所述上侧部分更向信号电极侧突出的宽度,设定于所述信号电极的宽度的20%~70%的范围。
[0022]
(6)所述(1)至(5)中任一项所记载的光波导元件中,所述第一接地电极的形状包括下侧部分比上侧部分更接近所述信号电极的、l字形状的多段结构,所述下侧部分的高度为2μm~10μm,所述下侧部分与所述上侧部分的总体的高度为20μm~50μm。
[0023]
(7)所述(1)至(6)中任一项所记载的光波导元件中,所述第一接地电极与所述第二接地电极在与所述光波导的所述调制作用部分对应的范围以外,相互电连接。
[0024]
(8)所述(1)至(7)中任一项所记载的光波导元件中,所述基板为20μm以下的厚度,在所述基板的背面侧经由胶粘层配置有保持基板。
[0025]
(9)一种光调制器件,其特征在于,所述(1)至(8)中任一项所记载的光波导元件收容于框体内,且所述光调制器件包括:光纤,对所述光波导输入或输出光波。
[0026]
(10)所述(9)所记载的光调制器件中,在所述框体的内部具有电子电路,所述电子电路将输入至所述光波导元件的所述信号电极的调制信号放大。
[0027]
(11)一种光发送装置,具有:所述(9)或(10)所记载的光调制器件;以及电子电路,输出使所述光调制器件进行调制动作的调制信号。
[0028]
[实用新型的效果]
[0029]
本实用新型可提供下述光波导元件,即具有:基板,具有电光效应;光波导,形成于所述基板;以及控制电极,配置于所述基板上,用于对所述光波导中传播的光波进行调制,并且所述控制电极具有信号电极和接地电极,沿着所述光波导的进行调制的调制作用部分配置有所述信号电极和所述接地电极,所述接地电极的与所述基板相向的底面的形状中,
将所述接地电极分离为靠近所述信号电极的第一接地电极与远离所述信号电极的第二接地电极的狭缝形成于与所述调制作用部分对应的范围,因而抑制了与基板模式的耦合,且抑制了频率特性的波谷现象。而且,仅变更控制电极的形状,因而也可抑制制造成本的增加。
附图说明
[0030]
图1为说明以往的光波导元件的结构的截面图。
[0031]
图2为表示图1的光波导元件的频率特性的图表。
[0032]
图3为说明本实用新型的光波导元件的实施例的截面图。
[0033]
图4为说明图3的光波导元件的电力线(电场分布)的状况的图。
[0034]
图5为表示本实用新型的光波导元件的频率特性的图表。
[0035]
图6为说明本实用新型的光波导元件的模拟模型的图。
[0036]
图7为图6的信号电极s的附近的放大图。
[0037]
图8a及图8b为说明评价频率特性的方法的图表,图8a表示合适的频率特性及其近似曲线(拟合曲线),图8b表示图8a的近似曲线及所评价的对象的频率特性。
[0038]
图9为说明本实用新型的光波导元件中使用的狭缝的宽度、与自近似曲线(拟合曲线)的偏移量的关系的图表。
[0039]
图10为说明本实用新型的光波导元件中使用的第一接地电极的宽度、与自近似曲线(拟合曲线)的偏移量的关系的图表。
[0040]
图11为说明本实用新型的光波导元件的调制作用部分与狭缝的配置关系的图。
[0041]
图12为说明本实用新型的光波导元件的第一接地电极g1与第二接地电极g2的其他电连接的状况的图。
[0042]
图13为说明本实用新型的光波导元件中设置多个马赫-曾德尔(mach-zehnder)型光波导的情况下的应用例的图。
[0043]
图14为说明本实用新型的光调制器件和光发送装置的平面图。
[0044]
[符号的说明]
[0045]
1:基板
[0046]
2:光波导
[0047]
3:胶粘层
[0048]
4:保持基板
[0049]
sl:狭缝
[0050]
g1:第一接地电极
[0051]
g2:第二接地电极
[0052]
oe:光波导元件
[0053]
md:光调制器件
[0054]
ota:光发送装置
具体实施方式
[0055]
以下,使用合适例对本实用新型的光波导元件进行详细说明。
[0056]
如图3所示,本实用新型的光波导元件具有:基板1,具有电光效应;光波导2,形成于所述基板;以及控制电极,配置于所述基板1上,用于对所述光波导中传播的光波进行调制,且所述光波导元件的特征在于,所述控制电极具有信号电极s和接地电极,沿着所述光波导的进行调制的调制作用部分配置有所述信号电极s和所述接地电极,所述接地电极的与所述基板相向的底面的形状中,将所述接地电极分离为靠近所述信号电极s的第一接地电极g1与远离所述信号电极s的第二接地电极g2的狭缝sl形成于与所述调制作用部分对应的范围。
[0057]
关于本实用新型的光波导元件中使用的基板1的材料,可利用具有电光效应的强介电质材料,具体而言,可利用铌酸锂(ln)或钽酸锂(lt)、锆钛酸铅镧(plzt)等的基板或者由这些材料所得的气相成长膜等。而且,半导体材料或有机材料等各种材料也可用作光波导元件的基板。
[0058]
关于形成有光波导的基板1的厚度,为了提高对光波导施加的电场效率,有时设定为20μm以下,优选为10μm以下,更优选为5μm以下或2μm以下。此种情况下,为了补强基板1的机械强度,经由例如20μm~80μm左右的厚度的胶粘层(胶粘剂)贴合0.2mm~1mm厚的保持基板4,或者进行保持基板与基板的直接接合。关于保持基板,可利用ln等。
[0059]
关于在基板1形成光波导的方法,有下述方法等:利用使ti等高折射率材料在基板进行热扩散的方法或质子交换法形成高折射率型的光波导;或者进行基板的蚀刻或在光波导的两侧形成槽,形成将基板的与光波导对应的部分设为凸状的肋(rib)型光波导。
[0060]
如图3所示,本实用新型的光波导元件的特征在于,使用狭缝将与信号电极s相向的接地电极分离为第一接地电极g1与第二接地电极g2。关于狭缝的形状,如图3所示,有时狭缝sl贯穿接地电极。
[0061]
通过如本实用新型那样将接地电极分离为第一接地电极与第二接地电极,从而如图4所示,信号电极s和接地电极所形成的电场(电力线ef)集中于第一接地电极,抑制下述情况,即:包含保持基板4的基板总体(包含基板1、胶粘层3、保持基板4)的共振模式即基板模式、与调制信号的频率耦合。
[0062]
图5为将图3的第一接地电极g1的宽度设为48μm且狭缝宽度设为410μm的情况下的本实用新型的频率特性的模拟结果、与图1的以往结构的频率特性(模拟结果)重合表示的图表。观看图5的图表可容易地理解,本实用新型的光波导元件的情况下,可有效地抑制波谷现象。
[0063]
为了探索适于本实用新型的光波导元件的控制电极的形状,设定图6及图7所示的模型,进行模拟。
[0064]
图6以夹持信号电极s的方式设有第一接地电极g1,在第一接地电极g1的与信号电极s相反的一侧设有第二接地电极g2。将位于第一接地电极g1与第二接地电极g2之间的狭缝sl的宽度设为wsl。而且,将第一接地电极g1的宽度与狭缝sl的宽度的合计宽度(长度)设为w。
[0065]
图7为说明规定信号电极s及第一接地电极g1的形状的各种参数的图。
[0066]
各参数的定义如下。
[0067]
·
ws:信号电极的宽度
[0068]
·
wg1:第一接地电极的宽度
[0069]
·
w1:在第一接地电极的下侧部分向信号电极侧突出的部分(g1t)的宽度
[0070]
·
h1:在第一接地电极的下侧部分向信号电极侧突出的部分(g1t)的高度
[0071]
·
h2:第一接地电极的高度
[0072]
·
gp1:信号电极与第一接地电极的突出的部分(g1t)之间的距离(间距)
[0073]
·
gp2:信号电极与第一接地电极的上侧部分之间的距离(间距)
[0074]
·
wsl:狭缝的宽度
[0075]
·
w:wg1+wsl
[0076]
(关于狭缝的宽度)
[0077]
关于狭缝sl的宽度,为了研究最优值,进行以下模拟。
[0078]
如以下那样设定各参数,使狭缝宽度wsl在0μm~80μm的范围变化。
[0079]
·
ws:30μm
[0080]
·
wg1:48μm
[0081]
·
w1:18μm
[0082]
·
h1:4.5μm
[0083]
·
h2:40μm
[0084]
·
gp1:20μm
[0085]
·
gp2:38μm
[0086]
而且,将基板1的厚度设定为9μm,胶粘层3的厚度设定为55μm,保持基板4的厚度设定为500μm。
[0087]
为了评价频率特性,如图8a及图8b所示,使用近似曲线(拟合曲线),测量波谷的大小。具体而言,图8a为wsl=80μm的频率特性,根据此图表来设定近似曲线。接下来,如图8b所示,针对使狭缝宽度wsl变化的情况的频率特性,代入图8a中求出的近似曲线,自所述近似曲线测量频率特性的最大的偏移量(δmax)。此偏移量(δmax)越多,则成为频率特性的改善效果越低的评价。
[0088]
图9为表示相对于狭缝宽度wsl的偏移量的图表,随着狭缝宽度wsl变大,偏移量有减小倾向。具体而言可知,若狭缝宽度wsl成为20μm以上,则减小倾向变明显,尤其在狭缝宽度wsl为40μm以上的情况下,偏移量几乎无变化,效果稳定。设想其原因在于,若狭缝宽度变窄,则将第一接地电极与第二接地电极分离的效果减弱。
[0089]
根据以上内容,优选为狭缝宽度wsl设定为20μm以上,更优选为设定为40μm以上。
[0090]
(关于第一接地电极的宽度)
[0091]
接下来,关于第一接地电极的宽度wg1,为了研究最优值,按以下条件进行模拟。使第一接地电极的宽度wg1在48(30+18)μm~418(400+18)μm的范围变化。
[0092]
·
ws:30μm
[0093]
·
w1:18μm
[0094]
·
h1:4.5μm
[0095]
·
h2:40μm
[0096]
·
gp1:20μm
[0097]
·
gp2:38μm
[0098]
·
wsl:80μm
[0099]
而且,将基板1的厚度设定为9μm,胶粘层3的厚度设定为55μm,保持基板4的厚度设定为500μm。
[0100]
进而,关于所得的频率特性的评价,与上文所述的使用近似曲线(拟合曲线)的评价同样地进行。
[0101]
图10为表示相对于第一接地电极的宽度wg1的偏移量的图表,关于第一接地电极(gnd)的宽度,在横轴表示去掉突出的部分g1t的、底面部分的宽度(wg1-w1)的值。
[0102]
观看图10,从底面部分的宽度(wg1-w1)为150μm(wg1=168μm)的附近开始有偏移量减小的倾向,尤其在80μm(wg1=98μm)以下的情况下,可更有效地将偏移量抑制得低,期待频率特性的改善效果。设想其原因在于,为了抑制电力线的扩展而局部地形成电场,第一接地电极的宽度也优选为设定得更窄。
[0103]
根据以上内容,优选为第一接地电极的宽度(第一接地电极的底面部分的宽度)wg1设定为170μm以下,更优选为设定为100μm以下。
[0104]
以上,分别研究了狭缝宽度(wsl)和第一接地电极的底面部分的宽度(wg1),但通常狭缝宽度相对于第一接地电极的宽度越大,则电场越集中于第一接地电极,狭缝宽度相对于第一接地电极的宽度越小,则电场也越分布于第二接地电极。因此,在狭缝宽度(wsl)与第一接地电极的底面部分的宽度(wg1)之间,存在一定的相关关系,若参考所述模拟结果来计算两者之比(wsl/wg1),则可理解,0.4以上时开始表现出狭缝的效果,若成为0.8以上则所述效果变得更明显。
[0105]
此外,专利文献2中公开了下述内容,即:为了实现速度匹配或低切换电压(低驱动电压)、阻抗匹配,将接地电极(earth electrode)的宽度设定为热电极(信号电极)的宽度的3倍以下。但是,专利文献2中,关于作为本实用新型的光波导元件的课题的波谷现象的抑制、或者本实用新型的构成所必需的第二接地电极或第一接地电极与第二接地电极之间的狭缝,则完全未提及。
[0106]
而且,ln等的基板在切断时容易产生裂缝。尤其在使用薄板的ln基板的情况下,所述现象变明显。为了防止产生裂缝,优选为如图1所示那样,在基板的整个表面而且直到基板的端部为止设置电极。本实用新型中,通过在接地电极设置狭缝,从而抑制波谷现象,也实现裂缝产生的防止。
[0107]
(关于第一接地电极的其他形状)
[0108]
如图7所示,第一接地电极的形状优选为,包括下侧部分比上侧部分更接近所述信号电极的、l字形状的多段结构,和所述调制作用部分延伸的方向垂直的方向的、所述下侧部分比所述上侧部分更向所述信号电极侧突出的部分g1t的宽度w1,设定于所述信号电极的宽度ws的20%~70%的范围。
[0109]
而且,如图7所示,第一接地电极的形状优选为,包括下侧部分比上侧部分更接近所述信号电极的、l字形状的多段结构,所述下侧部分的高度h1为2μm~10μm,所述下侧部分与所述上侧部分的总体的高度为20μm~50μm。
[0110]
如图11所示,在光波导为马赫-曾德尔型光波导的情况下,信号电极与两条分支波导相互成平行的部分成为“调制作用部分(fp)”。接地电极的狭缝优选跨调制作用部分的全域而形成。通过跨调制作用部分的全域形成接地电极的狭缝,从而可提供一种抑制了与基板模式的耦合且抑制了频率特性的波谷现象的、光波导元件。
[0111]
接地电极如上文所述,优选为由狭缝分离为第一接地电极与第二接地电极,但两者进行电连接,保持于相同电位。因此,如图11所示,也可将第一接地电极与第二接地电极的电连接部分(图11的虚线的框a)设于与光波导的调制作用部分对应的范围fp以外。而且,如图12所示,也可通过打线接合(wb)将第一接地电极g1与第二接地电极g2电连接。除了打线接合以外,也可利用将第一接地电极g1与第二接地电极g2在至少一部分相互电连接的各种结构。
[0112]
在基板内排列配置多个光波导的情况、或排列配置多个马赫-曾德尔型光波导的情况下,有时如图13所示,在光波导间(22与23之间)配置有接地电极(g31、g32)。此种情况下,从信号电极s1观看,接地电极g31为第一接地电极,接地电极g32发挥第二接地电极的作用。另外,设有狭缝sl3。另一方面,若从信号电极s2观看,则接地电极g32为第一接地电极,接地电极g31发挥第二接地电极的作用。因此,狭缝sl的宽度优选为40μm以上,各接地电极(g31、g32)的宽度优选为100μm以下。此外,关于图13的其他符号,g11和g12为第一接地电极,g21和g22为第二接地电极。sl1和sl2为狭缝。光波导为21~24,例如21和22表示一个马赫-曾德尔型光波导的分支波导,23和24表示另一个马赫-曾德尔型光波导的分支波导。
[0113]
如图14所示,本实用新型的光波导元件oe在基板设置对光波导ow中传播的光波进行调制的调制电极(控制电极,未图示),收容于框体cs内。进而,通过设置对光波导ow输入输出光波(输入光lin、输出光lout)的光纤fb,从而可构成光调制器件md。光纤也可不仅如图14那样配置于框体cs的外侧,而且经由贯穿框体的侧壁的贯通孔导入至框体内而配置固定。符号pc表示偏振合束部件。
[0114]
通过将输出使光调制器件md进行调制动作的调制信号so的电子电路(数字信号处理器dsp)连接于光调制器件md,从而可构成光发送装置ota。施加于光波导元件的调制信号sin需要放大,因而使用驱动器电路drv。驱动器电路drv或数字信号处理器dsp也可配置于框体cs的外部,但也可配置于框体cs内。尤其通过将驱动器电路drv配置于框体内,从而可进一步减少来自驱动器电路的调制信号的传播损耗。
[0115]
[工业上的可利用性]
[0116]
如以上所说明,根据本实用新型,可提供一种光波导元件,此光波导元件抑制了频率特性的波谷现象,而且也抑制了制造成本的增加。而且,可提供一种利用所述光波导元件的光调制器件与光发送装置。