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10|im以下的薄板、形成于所述薄板的光波導(dǎo)、用于控制通過(guò)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(cè)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(kāi)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1上，形成光波導(dǎo)2、信號(hào)電極4和 接地電極5。另外，圖1表示使用Z切LiNb03基板的光調(diào)制器的示例， 標(biāo)號(hào)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(duì)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(hào)。因此，為了使微波在控制電極中 有效傳播，需要實(shí)現(xiàn)將微波導(dǎo)入光調(diào)制器中的同軸線纜等信號(hào)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，采用由與接 地電極5夾持信號(hào)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(chǎng)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LiNb03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基板，而且沿光波導(dǎo)的電極長(zhǎng)度為lcm時(shí)，需要約 10 15V左右的半波長(zhǎng)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(duì)光波的封閉，且將控制電極所生成的電場(chǎng)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(hào)電極4和41。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，雖然可以實(shí)現(xiàn)某種程度上的驅(qū)動(dòng)電壓 的降低，但是尤其在實(shí)現(xiàn)高頻波段的高速調(diào)制時(shí)，進(jìn)一步降低驅(qū)動(dòng)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LiNb03基 板中指上下方向)施加電場(chǎng)。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IOA和IOB，并且在各基板區(qū)域形成有光波導(dǎo)2，在利用 共用的信號(hào)電極42和接地電極53對(duì)各光波導(dǎo)施加電場(chǎng)時(shí)，可以使在 各光波導(dǎo)中傳播的光波產(chǎn)生相反方向的相位變化。通過(guò)上述差分驅(qū)動(dòng)， 可以進(jìn)一步降低驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn) 在光波導(dǎo)中傳播的光波與調(diào)制信號(hào)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(shí)現(xiàn)與微波的信號(hào)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30nm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(duì)微波的有效折射率，實(shí)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(wèn)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(shí)，具有微 波折射率下降的趨勢(shì)，但是難以實(shí)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(shí)，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(shì)，這成為加大阻抗不匹配的原因。
專利文獻(xiàn)1:美國(guó)專利說(shuō)明書(shū)第6580843號(hào) 專利文獻(xiàn)2:專利注冊(cè)第3638300號(hào)說(shuō)明書(shū) 專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)昭64-018121號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2003-215519號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)平6-289341號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的課題是解決上述問(wèn)題，提供一種調(diào)制效率良好的 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(dòng)電壓。
并且，本發(fā)明提供一種光控制元件，通過(guò)降低驅(qū)動(dòng)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(dòng)作，本發(fā)明還提供一種 能夠使用成本更低的低驅(qū)動(dòng)電壓型驅(qū)動(dòng)裝置的光控制元件。
為了解決上述問(wèn)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10pm以下的薄板、形成于所述薄板的光波導(dǎo)、用于 控制通過(guò)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i電極具有至少由第1信號(hào)電極和接地電極構(gòu)成的共面式的電極， 所述第2電極至少具有第2信號(hào)電極，向所述第1電極的所述第1信 號(hào)電極和所述第2電極的所述第2信號(hào)電極輸入相位彼此反轉(zhuǎn)的調(diào)制 信號(hào)，并且所述第1電極與所述第2電極彼此協(xié)作而向所述光波導(dǎo)施 加電場(chǎng)。另外，"相位反轉(zhuǎn)"指電場(chǎng)的符號(hào)的方向相反，振幅的比例 恒定的情況。
本發(fā)明中的"共面式的電極"指將信號(hào)電極夾在接地電極之間， 例如，包括信號(hào)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(hào)電極的一側(cè)的構(gòu)造、將多個(gè)信號(hào)電極夾在一 對(duì)接地電極之間的構(gòu)造、在多個(gè)信號(hào)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， 所述第1電極的所述第1信號(hào)電極和所述第2電極的所述第2信號(hào)電 極被配置成為，所述光波導(dǎo)位于所述第1信號(hào)電極和所述第2信號(hào)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或2的光控制元件 中，所述第2電極具有平板狀的輔助電極，該輔助電極形成于所述第2 信號(hào)電極下面，并與所述第2信號(hào)電極接合。
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，所述控制電極包括位于所述第2電極的下方的接地電位 的第3電極。
技術(shù)方案5的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1 4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，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7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，在所述第1電極和所述第2電極中，所述信號(hào)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8的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案5 7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9的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1 8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)。
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10nm以下的薄板、形成于所述薄板的光波導(dǎo)、用于控制通過(guò)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(hào)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(hào)電極協(xié)作而向該光波導(dǎo)施加電場(chǎng)，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(dòng) 作。
而且，向所述第1電極的所述第1信號(hào)電極和所述第2電極的所 述第2信號(hào)電極輸入振幅彼此反轉(zhuǎn)的調(diào)制信號(hào)，并且所述第1電極與 所述第2電極彼此協(xié)作而向所述光波導(dǎo)施加電場(chǎng)。因此，能夠?qū)υ谒?述光波導(dǎo)內(nèi)導(dǎo)波的光信號(hào)進(jìn)行有效的調(diào)制，能夠提高調(diào)制效率。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(dòng)電壓，能夠以較高的調(diào)制效率進(jìn) 行調(diào)制。并且，能夠提供一種光控制元件，通過(guò)降低驅(qū)動(dòng)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(dòng)作，還能夠提供一種 可使用成本更低的低驅(qū)動(dòng)電壓型驅(qū)動(dòng)裝置的光控制元件。
根據(jù)技術(shù)方案2的發(fā)明，所述第1電極的所述第1信號(hào)電極和所 述第2電極的所述第2信號(hào)電極被配置成為，所述光波導(dǎo)位于所述第1 信號(hào)電極和所述第2信號(hào)電極之間，所以能夠?qū)⒏餍盘?hào)電極更靠近光 波導(dǎo)而配置。因此，能夠?qū)υ谒龉獠▽?dǎo)中導(dǎo)波的光波實(shí)施更高的調(diào) 制效率。換言之，能夠提供一種光控制元件，即使在比較低的驅(qū)動(dòng)電壓下，也能夠以充分高的調(diào)制效率進(jìn)行調(diào)制，通過(guò)進(jìn)一步降低驅(qū)動(dòng)電 壓，能夠抑制光控制元件的溫度上升，并能夠進(jìn)行穩(wěn)定的動(dòng)作，還能 夠提供一種光控制元件，能夠使用成本更低的低驅(qū)動(dòng)電壓型驅(qū)動(dòng)裝置。
根據(jù)技術(shù)方案3的發(fā)明，所述第2電極具有平板狀的輔助電極， 該輔助電極形成于所述第2信號(hào)電極下面，并與所述第2信號(hào)電極接 合。該情況下，所述第2電極可以使所述第2信號(hào)電極和所述輔助電 極形成為一體，因此，例如如下所述的那樣，通過(guò)在支撐基板上放置 所述第2電極后，依次進(jìn)行薄板的形成、光波導(dǎo)的形成以及第1電極 的形成等，能夠獲得滿足技術(shù)方案1或技術(shù)方案2規(guī)定的、信號(hào)電極 與光波導(dǎo)的位置關(guān)系的光控制元件。
根據(jù)技術(shù)方案4的發(fā)明，所述控制電極包括位于所述第2電極下 方的接地電位的第3電極，所以能夠控制對(duì)所述第2電極的所述第2 信號(hào)電極的阻抗和微波折射率，優(yōu)選適當(dāng)調(diào)節(jié)所述第3電極的厚度和 所述第2電極的所述第2信號(hào)電極的寬度及厚度等，從而能夠使第2 電極(及第3電極)的阻抗和微波折射率與第1電極的阻抗和微波折 射率大致相同。因此，只向第1電極的第1信號(hào)電極和第2電極的第2 信號(hào)電極輸入振幅單純地彼此反轉(zhuǎn)的調(diào)制信號(hào)，就能夠以約2倍的調(diào) 制效率對(duì)在光波導(dǎo)內(nèi)導(dǎo)波的光波進(jìn)行調(diào)制。
根據(jù)技術(shù)方案5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(dòng)電壓更低的光控制元件，對(duì)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(chǎng)集中在光波導(dǎo)上。
根據(jù)技術(shù)方案6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7的發(fā)明，信號(hào)電極或接地電極由透明電極或在薄
9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(méi)有緩沖 層時(shí)，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8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9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(guò)簡(jiǎn)單的控制電極和驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)光控制元件的差分驅(qū) 動(dòng)，并且能夠降低驅(qū)動(dòng)電壓。


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。 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是表示采用極化反轉(zhuǎn)的光控制元件的示例的圖。 圖18同樣是表示采用極化反轉(zhuǎn)的光控制元件的示例的圖。
具體實(shí)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LiNb03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?？刂齐姌O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(hào)電極(第1信號(hào)電極) 4和接地電極5，第2電極包括信號(hào)電極(第2信號(hào)電極)54。當(dāng)然可 以對(duì)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?tīng)?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(hào)電極4和接地電極5 的電場(chǎng)之外，向光波導(dǎo)2還施加信號(hào)電極4和54的電場(chǎng)。B口，通過(guò)向 這些信號(hào)電極輸入振幅彼此反轉(zhuǎn)的調(diào)制信號(hào)，能夠以大致相同的相位 同時(shí)向在光波導(dǎo)2中導(dǎo)波的光波施加來(lái)自信號(hào)電極4的電場(chǎng)(調(diào)制) 和來(lái)自信號(hào)電極54的電場(chǎng)(調(diào)制)。因此，能夠?qū)λ龉獠ㄟM(jìn)行更高 效率的調(diào)制。另外，在調(diào)制信號(hào)是單一頻率的正弦波形時(shí)，通過(guò)使信 號(hào)電極4和信號(hào)電極54的相位差反轉(zhuǎn)，能夠?qū)獠▽?dǎo)2進(jìn)行更高效率 的調(diào)制。
另一方面，在本示例中，薄板1的厚度極薄，在10pm以下，所 以能夠增強(qiáng)對(duì)光波導(dǎo)2的縱方向的電場(chǎng)，能夠降低驅(qū)動(dòng)電壓。而且， 由于控制電極中的微波的折射率和阻抗由信號(hào)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。
另外，在本示例中，光波導(dǎo)2位于信號(hào)電極4和54之間，所以信 號(hào)電極4和54處于更靠近光波導(dǎo)2的位置。因此，能夠從信號(hào)電極4 和54向光波導(dǎo)2施加更強(qiáng)的電場(chǎng)，能夠進(jìn)一步降低驅(qū)動(dòng)電壓，并且能 夠以更高的效率進(jìn)行調(diào)制。
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l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之間夾著介 電常數(shù)比基板1低的低介電常數(shù)層31，該低介電常數(shù)層31大于第1電 極的信號(hào)電極4的寬度，并沿著信號(hào)電極4的整個(gè)長(zhǎng)度方向形成。因 此，能夠降低電極損耗，增強(qiáng)對(duì)光的封閉。由此，可以應(yīng)對(duì)高頻，實(shí) 現(xiàn)高效率的調(diào)制器。
換言之，根據(jù)本實(shí)施方式的光控制元件，能夠提供一種調(diào)制效率 良好的光控制元件，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(dòng)電壓。并且，能夠提供一種光控制元件，通過(guò) 降低驅(qū)動(dòng)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(dòng) 作，還能夠提供一種能夠使用成本更低的低驅(qū)動(dòng)電壓型驅(qū)動(dòng)裝置的光 控制元件。
另外，在本實(shí)施方式中，薄板1的厚度為10pm以下，以便除了 信號(hào)電極4和接地電極5的電場(chǎng)之外，信號(hào)電極4和接地電極54的電 場(chǎng)也能夠充分施加給光波導(dǎo)2。并且，薄板1的下限值沒(méi)有特別限定， 例如設(shè)為0.7jam。如果小于0.7^m，則很難形成足夠大的光波導(dǎo)2。
12薄板1在形成第2電極后，通過(guò)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(shí)，也能夠作為光控制元件確保足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
圖5是圖4所示的光控制元件的變形例的剖視圖。在本示例中，第2電極具有平板狀的輔助電極57,該輔助電極形成于信號(hào)電極54下面，并與該信號(hào)電極54接合。該情況下，第2電極可以使信號(hào)電極54和輔助電極57形成為一體，因此如圖5所示，通過(guò)在支撐基板7上放置所述第2電極，然后依次進(jìn)行薄板1的形成和光波導(dǎo)2的形成以及第1電極4、 5的形成等，使光波導(dǎo)2位于信號(hào)電極4和54之間。因此，根據(jù)本示例，能夠獲得可通過(guò)簡(jiǎn)單的形成工序發(fā)揮上述的作用效果的光控制元件。
圖6是圖4所示的光控制元件的其他變形例的剖視圖。在本示例中，在第2電極即信號(hào)電極54的下方，夾著粘結(jié)層6形成接地電位的第3電極58。因此，能夠控制對(duì)信號(hào)電極54的阻抗和微波折射率，優(yōu)選適當(dāng)調(diào)節(jié)第2電極54和第3電極58之間的距離以及信號(hào)電極54的寬度和厚度等，從而能夠使信號(hào)電極54 (及第3電極58)的阻抗和微波折射率與第1電極4、 5的阻抗和微波折射率大致相同。因此，只向第1電極的信號(hào)電極4和第2電極的信號(hào)電極54輸入振幅單純地彼此反轉(zhuǎn)的調(diào)制信號(hào)，就能夠以約2倍的調(diào)制效率對(duì)在光波導(dǎo)內(nèi)導(dǎo)波的光波進(jìn)行調(diào)制。
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，可以通過(guò)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(lái)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(duì)應(yīng)地形成脊，并構(gòu)成光波導(dǎo)。
信號(hào)電極和接地電極等控制電極可以通過(guò)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，可以采用以下方法形成該透明電極通過(guò)光刻法形成電極圖形并通過(guò)剝離法(Liftofftechnique)形成的方法；形成掩膜部件以保留預(yù)定的電極圖形，并通過(guò)千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pm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l(wèi)O)im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(shí)的熱沖擊或因各種處理時(shí)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(xiǎn)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(duì)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(shí)，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。
以下說(shuō)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(shí)，盡可能使用相同標(biāo)號(hào)，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(guò)長(zhǎng)，說(shuō)明以圖4所示的實(shí)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(guò)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(chǎng)集中于光波導(dǎo)，因此可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電壓更低的光控制元件。
如圖7所示，通過(guò)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(duì)脊部20集中施加由信號(hào)電極4和接地電極5形成的電場(chǎng)以及由信號(hào)電極4和54形成的電場(chǎng)，所以有助于降低光控制元件的驅(qū)動(dòng)電壓。
圖8是兩個(gè)光波導(dǎo)2為脊型波導(dǎo)20的示例。與脊型波導(dǎo)對(duì)應(yīng)地配置信號(hào)電極4和41，對(duì)信號(hào)電極施加彼此相反方向的信號(hào)等。例如，左側(cè)的脊部20被集中施加了由信號(hào)電極4和接地電極5形成的電場(chǎng)、由信號(hào)電極4和54形成的電場(chǎng)以及由信號(hào)電極4和信號(hào)電極41形成的電場(chǎng)。
圖9中，兩個(gè)光波導(dǎo)2為脊型波導(dǎo)20，并且在兩個(gè)光波導(dǎo)之間形成與接地電極51對(duì)應(yīng)的脊部。與脊型波導(dǎo)20對(duì)應(yīng)地配置信號(hào)電極4和41，對(duì)信號(hào)電極施加各自獨(dú)立的信號(hào)等。
例如，左側(cè)的脊部20被集中施加了由信號(hào)電極4和接地電極5形成的電場(chǎng)、由信號(hào)電極4和54形成的電場(chǎng)以及由信號(hào)電極4和接地電極51形成的電場(chǎng)。
(具有低介電常數(shù)膜的光控制元件)
圖10及圖11表示圖4所示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(hào)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(guò)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。
15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(hào)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(hào)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(shí)現(xiàn)控制電極的立體布線，控制電極的布線設(shè)計(jì)的自由度提高。另外，也可以使接地電極在信號(hào)電極的上方(離開(kāi)薄板的位置)通過(guò)。
(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l(Him以下的薄板時(shí)，如圖12所示，即使在薄板l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(hào)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(guò)尤其是由信號(hào)電極4和54形成的電場(chǎng)，對(duì)脊部20施加電場(chǎng)。
并且，圖13是使用兩個(gè)信號(hào)電極4和41的示例，通過(guò)尤其由信號(hào)電極4和54形成的電場(chǎng)對(duì)左側(cè)的脊部20施加電場(chǎng)，并通過(guò)尤其由信號(hào)電極41和54形成的電場(chǎng)對(duì)右側(cè)的脊部20施加電場(chǎng)。
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(hào)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(hào)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(shí)，也能夠有效地向脊部施加電場(chǎng)。(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(guò)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(hào)電極或接地電極，即使 在沒(méi)有緩沖層時(shí)，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(dòng)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(shí)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(méi)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(chǎng)非常有效地作用 于波導(dǎo)。
另外，圖16是薄板使用Z切LiNb03基板的示例。 (使用極化反轉(zhuǎn)的光控制元件)
圖17和18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(guò)使包括光波導(dǎo)的至少一部分在內(nèi)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(dòng) 能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的控制電極和驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)，也能夠降低驅(qū)動(dòng)電壓。
圖17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(hào)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(chǎng)。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 化相反，結(jié)果，能夠獲得與差分驅(qū)動(dòng)相同的效果。
圖18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(shí)的示例。向兩個(gè)脊型波導(dǎo)20施加電場(chǎng)的 信號(hào)電極44是相同的，兩個(gè)信號(hào)電極44通過(guò)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(hào)電極和接地電極5之間形成有低 介電常數(shù)膜8。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
根據(jù)本發(fā)明的光控制元件，能夠提供一種調(diào)制效率良好的光控制 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(dòng)電壓。并且，本發(fā)明能夠提供一種光控制元件，通過(guò)降低驅(qū) 動(dòng)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(dòng)作，還 能夠提供一種可使用成本更低的低驅(qū)動(dòng)電壓型驅(qū)動(dòng)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(guò)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電極具有至少由第1信號(hào)電極和接地電極構(gòu)成的共面式的電極，所述第2電極至少具有第2信號(hào)電極，向所述第1電極的所述第1信號(hào)電極和所述第2電極的所述第2信號(hào)電極輸入相位彼此反轉(zhuǎn)的調(diào)制信號(hào)，并且所述第1電極與所述第2電極彼此協(xié)作而向所述光波導(dǎo)施加電場(chǎng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光控制元件，其特征在于，所述第1電極的所述第1信號(hào)電極和所述第2電極的所述第2信 號(hào)電極被配置成為，所述光波導(dǎo)位于所述第1信號(hào)電極和所述第2信 號(hào)電極之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光控制元件，其特征在于， 所述第2電極具有平板狀的輔助電極，該輔助電極形成于所述第2信號(hào)電極下面，并與所述第2信號(hào)電極接合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的光控制元件，其特征在于， 所述控制電極包括位于所述第2電極下方的接地電位的第3電極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)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)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)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。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)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(hào)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。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5 7中任一項(xiàng)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。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)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)。
全文摘要
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(guò)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而配置的第1電極和第2電極，所述第1電極具有至少由第1信號(hào)電極和接地電極構(gòu)成的共面式的電極，所述第2電極至少具有第2信號(hào)電極，向所述第1電極的所述第1信號(hào)電極和所述第2電極的所述第2信號(hào)電極輸入振幅彼此反轉(zhuǎn)的調(diào)制信號(hào)，并且所述第1電極與所述第2電極彼此協(xié)作而向所述光波導(dǎo)施加電場(chǎng)。
文檔編號(hào)G02F1/035GK101669061SQ200880010864
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)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(rùn)一郎, 金原勇貴 申請(qǐng)人:住友大阪水泥股份有限公司