光调制器的制作方法

1.本发明涉及光调制器，特别是涉及具备形成于基板的光波导具有光分支部或光合成部且构成调制电极的信号电极横穿该光分支部或该光合成部的结构的光调制器。


背景技术：

2.在光通信领域、光计测领域中，多使用在铌酸锂(ln)等的具有电光效应的基板上形成有光波导和用于对在该光波导中传播的光波进行调制的调制电极的光调制器。
3.图1是表示dp
‑
qpsk(双极化四相相移键控)调制器等光调制器的一例的俯视图，形成有光波导、调制电极的ln基板收容于壳体内。通过光纤向ln基板的入射侧输入的光波经由入射准直仪等向ln基板的光波导导入。而且，在ln基板的出射侧，调制后的光波经由偏振波合成光学系统、出射准直仪等向出射侧的光纤导入，作为光输出而输出。
4.经由设置于壳体侧面的rf连接器等导入的电信号向ln基板的调制电极施加。当向ln基板输入电信号时，也可以利用形成于中继基板的电气配线。而且，形成于ln基板的电极也包括用于施加dc偏压的dc电极。经由形成于壳体侧面的dc管脚将dc偏压向ln基板的dc电极供给。
5.图2是表示ln基板的一例的俯视图。在图2中，为了简化说明，在形成于ln基板上的光波导中，形成并配置有一个马赫
‑
曾德型光波导。光波导的形状并不局限于此，也使用在构成一个主马赫
‑
曾德型光波导的各分支波导呈嵌套状地装入有副马赫
‑
曾德型光波导的所谓嵌套型光波导。此外，在图1的dp
‑
qpsk调制器等中，也采用将一个光波导分支成两个并在分支的各波导连接有嵌套型光波导的光波导的结构。
6.在图1、图2所示那样的光调制器中，从外部向光波导供给的入射光(光输入)的位置和通过从外部向调制电极供给的电信号调制后的光波射出的出射光(光输出)的位置配置在基板的长度方向的两端(长方形的基板的短边部分)。在图2的ln基板上形成有光波导和调制电极。调制电极具有信号电极和接地电极，特别是信号电极从基板的沿长度方向的侧面侧(长方形的基板的长边部分。图2的ln基板的下边侧)导入并从相同的侧面侧或相对的侧面侧导出。在信号电极的端部连接有以电信号(调制信号)为终端的终端器。
7.在从图2那样的基板的长边部分导入信号电极的情况下，如专利文献1所示，信号电极多避开马赫
‑
曾德型光波导的光分支部、光合成部而在分支波导的直线部分附近、输入波导等横穿配置。在该情况下，在信号电极横穿光波导时，不会对y分支部等光分支部的光的强度比(分支比)造成影响。而且，同样，也不会对光合成部处的合成的光波的强度比(合成比)造成影响。
8.另一方面，传输的电信号越高速(例如，50ghz以上)，则传输损失越大，因此需要缩短从能够以规定的相位、定时产生电信号的数字信号处理器(digital signal processor，dsp)向放大信号并用于驱动调制器的驱动器，进而从驱动器向ln调制元件(ln基板的信号电极)传输电信号的电信号线路。
9.为了减少传输损失，如图3所示，要求将dsp、驱动器、光调制元件大致配置成一直
线状，并极力减少信号线路的长度、弯曲。而且，在光调制器的壳体内，也进行不仅装入作为光调制元件的ln基板，而且也一并装入驱动器元件的所谓集成化。
10.在实施上述工序的情况下，与图2所示那样的光调制器不同，将电信号不是从ln基板的沿长度方向的长边部分而是如图4的(a)所示从ln基板的短边部分输入，由此能够缩短信号线路，并能够直线性地配置信号线路。
11.在如专利文献2、图4的(a)那样从ln基板的短边部分(图4的(a)的ln基板的右侧的短边)输入电信号的情况下，信号电极在马赫
‑
曾德型光波导等的光分支部横穿配置的情况增多。因此，在信号电极横穿光波导时，例如图4的(b)所示，向构成y分支部等光分支部的两个分支用波导的一方施加电场，对光的分支比造成影响。图4的(b)是图4的(a)的虚线a
‑
a’处的剖视图。
12.另外，即使在如后所述沿着连接于光分支部的输入用波导的正上方配置信号电极且信号电极横穿y分支部的中央的情况下，在构成y分支部的两个分支用波导的刚分支之后附近，也向各分支用波导施加不同的方向的调制电场，在两个分支用波导产生不同的折射率变化。因此，成为向两个分支用波导分支的光波的分支比变化的原因。
13.在dp
‑
qpsk调制器的情况下，如果在向x偏振波和y偏振波分支的初段的y分支部而分支比变动，则x偏振波与y偏振波的损失差变化。而且，在嵌套型光波导的y分支部的情况下，输出的信号光的消光比变化，无论在何种情况下都会成为传输特性的劣化的原因。
14.专利文献1：日本特开2016
‑
194577号公报
15.专利文献2：日本特开2014
‑
112219号公报


技术实现要素：

16.发明要解决的课题
17.本发明要解决的课题在于提供一种解决上述那样的问题，即使在信号电极横穿光分支部或光合成部的情况下也抑制了传输特性的劣化的光调制器。
18.用于解决课题的方案
19.为了解决上述课题，本发明的光调制器具有以下的技术特征。
20.(1)一种光调制器，通过在基板上形成光波导和对在该光波导中传播的光波进行调制的调制电极，并将该基板收容于壳体内而构成，其特征在于，该光波导至少具备将一个光波分支成两个的光分支部或将两个光波合成为一个的光合成部，该调制电极具有信号电极和接地电极，并且该信号电极的一部分以横穿该光分支部或该光合成部的方式配置，所述光调制器具备抑制单元，该抑制单元用于抑制由于横穿该光分支部或该光合成部的该信号电极而导致在该光分支部分支的光波的强度比或在该光合成部合成的光波的强度比发生变化。
21.(2)根据上述(1)所述的光调制器，其特征在于，设置于该壳体并向该调制电极供给电信号的接口部形成于在通过该光分支部或该光合成部的光波的传播方向上的该光分支部或该光合成部的线对称轴的延长线与该壳体的侧面交叉的位置的附近。
22.(3)根据上述(1)或(2)所述的光调制器，其特征在于，该光分支部或该光合成部由y分支部构成，该y分支部具有：一根输入输出用波导，具有与单模对应的波导宽度w；转换用波导，连接于该输入输出用波导，且以波导宽度比所述w宽的波导宽度形成；及两个分支用
波导，连接于该转换用波导，该信号电极横穿该光分支部或该光合成部的位置是该转换用波导，或者是从该转换用波导至下述位置为止的范围以内的两个该分支用波导中的任一个，该位置是两个该分支用波导分隔至两个该分支用波导之间的距离为在该分支用波导中传播的光波的模场直径的三倍的位置。
23.(4)根据上述(3)所述的光调制器，其特征在于，该抑制单元是设置在该光分支部或该光合成部与该调制电极之间的树脂层。
24.(5)根据上述(4)所述的光调制器，其特征在于，调制电极与树脂层重叠的部分的长度被设定为调制信号的波长的十分之一以下。
25.(6)根据上述(3)～(5)中任一项所述的光调制器，其特征在于，该抑制单元沿着在通过该光分支部或该光合成部的光波的传播方向上的该光分支部或该光合成部的线对称轴配置，相对于该线对称轴具有对称的形状，在该信号电极横穿该光分支部或该光合成部的位置，该信号电极的宽度为在该分支用波导中传播的光波的模场直径的三倍以上。
26.发明效果
27.本发明涉及一种光调制器，通过在基板上形成光波导和对在该光波导中传播的光波进行调制的调制电极，并将该基板收容于壳体内而构成，其特征在于，该光波导至少具备将一个光波分支成两个的光分支部或将两个光波合成为一个的光合成部，该调制电极具有信号电极和接地电极，并且该信号电极的一部分以横穿该光分支部或该光合成部的方式配置，所述光调制器具备抑制单元，该抑制单元用于抑制由于横穿该光分支部或该光合成部的该信号电极而导致在该光分支部分支的光波的强度比或在该光合成部合成的光波的强度比发生变化，因此，能够提供一种抑制了传输特性的劣化的光调制器。
附图说明
28.图1是表示以往的光调制器的概略的俯视图。
29.图2是表示以往的光调制元件的概略的俯视图。
30.图3是说明dsp、驱动器元件、光调制元件大致配置成直线状的情形的图。
31.图4是说明信号电极横穿光波导的光分支部的光调制元件的一例的图，(a)是俯视图，(b)是(a)的虚线a
‑
a’处的剖视图。
32.图5是说明光分支部使用的y分支部的一形状的图。
33.图6是说明本发明的光调制器使用的光调制元件的一例(其1)的图，(a)是俯视图，(b)是(a)的虚线a
‑
a’处的剖视图。
34.图7是说明本发明的光调制器使用的光调制元件的一例(其2)的图，(a)是俯视图，(b)是(a)的虚线a
‑
a’处的剖视图。
35.图8是说明本发明的光调制器的壳体内的情形的俯视图。
36.图9是说明本发明的光调制器使用的光调制元件的一例(其3)的图。
37.图10是说明本发明的光调制器的壳体内的另一情形的俯视图。
38.图11是说明本发明的光调制器使用的光调制元件的一例(其4)的图。
39.图12是说明本发明的光调制器使用的光调制元件的一例(其5)的图。
具体实施方式
40.以下，关于本发明的光调制器，使用优选例进行详细说明。
41.本发明的光调制器以图6、7、9、11或12所示那样的以信号电极横穿光波导的光分支部或光合成部的方式构成的光调制器为对象。
42.具体而言，一种光调制器，通过如图6等所示地在基板上形成光波导和对在该光波导中传播的光波进行调制的调制电极，并如图8或10所示地将该基板收容于壳体内而构成，其特征在于，该光波导至少具备将一个光波分支成两个的光分支部或将两个光波合成为一个的光合成部，该调制电极具有信号电极和接地电极，并且该信号电极的一部分以横穿该光分支部或该光合成部的方式配置，该光调制器具备抑制单元，该抑制单元用于抑制由于横穿该光分支部或该光合成部的该信号电极而导致在该光分支部分支的光波的强度比或在该光合成部合成的光波的强度比发生变化。
43.作为本发明的光调制器使用的基板，可以利用铌酸锂(ln)等的具有电光效应的基板、半导体基板等。关于光波导，例如，可以利用通过ln晶体生长、ln基板加工来形成波导，或者在ln基板上使ti等金属进行热扩散而形成光波导等公知的技术。而且，关于电极，例如，可以利用通过镀金处理形成电极等公知的技术。在本发明的说明中，将形成有光波导、电极的基板(芯片)有时也称为“光调制元件”。
44.在本发明的光调制器中，如图3、8或10所示，为了向配置在壳体内的光调制元件的调制电极供给电信号，设置于该壳体的接口部(图8或10的rf/dc连接器的特别是rf连接器)形成于在通过光分支部或光合成部的光波的传播方向(各附图的左右方向)上的该光分支部或该光合成部的线对称轴的延长线与该壳体的侧面交叉的位置的附近。其结果是，能够在接口部的外侧附近配置dsp，在壳体内的接口部的内侧附近配置驱动器元件，而且，在驱动器元件的与接口部相反的一侧配置光调制元件。并且，从dsp至光调制元件(调制电极)能够以更短的配线大致连接成直线状，能够将电信号的传输损失限制为最小限度。
45.在图8或10中，作为接口部的rf/dc连接器配置于壳体的短边侧，在相反的短边侧配置光输入/光输出部。光输入部也可以配置在壳体的长边侧(附图的下侧的长边侧)。图8的情况下，将向光调制元件自身的光输入部分配置在基板的长边侧，从壳体的光输入部导入的光波经由空间光学系统向构成光调制元件的基板的光波导入射。而且，也可以如图10那样，将光输入部和光输出部配置在相同的基板的短边侧，如后述的图11或12那样，由在基板内形成有从光输入部至光调制部(通过调制信号而光波接受调制作用的光波导的部分)的折回光路的光波导构成。
46.在基板内的光调制部中，光波从图8或10的右向左传播，接受到光调制作用之后，从基板端部射出，并由包含偏振波合成部的空间光学系统进行偏振波合成，从光输出部射出。电信号也在基板内的调制电极(信号电极)中从图8或10的右向左传播。在壳体内的接口部附近配置包含驱动器元件的中继基板，从接口部向中继基板，从中继基板向光调制元件(基板)以最短路径传输调制信号。
47.为了抑制传播电信号的信号电极中的传输损失，如图4所示，从信号电极的输入端子至光波导与调制电极的相互作用部需要呈大致直线形状。其结果是，信号电极横穿光波导的光分支部。
48.图5是表示利用了y分支部的光分支部的一例的放大图，通过从虚线c1向右侧的输
入用波导、处于从虚线c1至c2的区间的转换用波导、从虚线c2向左侧的分支用波导构成光分支部。光合成部的结构也可以采用y分支部，此时，两个分支用波导连接于转换用波导，经由转换用波导而连结于一个输出用波导。例如，成为使图5的y分支部的光传播方向为反方向(图中的从左朝右的方向)的形状。以下，以光分支部为中心进行说明，但是即使在信号电极横穿光合成部的一部分的情况下，通过应用本发明，也能够抑制合成的光波的强度比的变化。需要说明的是，在图5中示出了y分支部，但是在其他的光合分支单元即mmi(多模干涉用波导)、耦合器等中也可以应用本发明。
49.光分支部包括：输入用波导，具有与单模对应的波导宽度w；转换用波导，连接于该输入用波导且形成于从波导宽度与所述w相同的一方的端部至具有比所述w宽的波导宽度的另一方的端部之间；及两个分支用波导，连接于该转换用波导。在本发明中，发现了在信号电极横穿光分支部的位置是转换用波导，或者是从转换用波导至下述位置为止的范围以内的两个该分支用波导中的任一个的情况下，光分支部的光波的分支比从所希望的设定值，例如，1比1进行变化，从而完成本发明的光调制器，该位置是两个分支用波导分隔至两个分支用波导之间的距离d为在分支用波导中传播的光波的模场直径的三倍的位置。
50.在图5所示的从虚线c1至虚线c3的范围(距离d为在分支用波导中传播的光波的单模的模场直径的三倍)以内而信号电极横穿光波导的情况下，光分支部的光波的分支比从设定值(例如，1比1)容易变化。需要说明的是，在本发明中，“信号电极横穿光分支部或光合成部”是指在图5所示的y分支部的从虚线c1至虚线c3的范围内配置信号电极的情况。
51.为了抑制分支比的变化，如图6所示，在构成光分支部的光波导与调制电极(信号电极与接地电极(gnd))之间设有树脂层作为抑制单元。作为树脂层，为热塑性树脂或热固化性树脂等树脂，作为一例，存在聚酰胺系树脂、三聚氰胺系树脂、酚醛系树脂、氨基系树脂、环氧系树脂等。而且，树脂层可以使用例如永久抗蚀剂，可以利用以热固化型的树脂为材料的光致抗蚀剂材料。在光调制元件的制造工序中，通过旋涂向基板上涂布树脂层，通过通常的光刻工艺进行了制图之后使其热固化，由此能够在调制电极与基板之间配置树脂层。此外，树脂层的折射率需要选择为比光波导的芯部的光折射率低。
52.另外，通过利用永久抗蚀剂，存在能够容易制图，能够较厚地成膜为厚度3～5μm等的优点。在本发明的结构中，可以向基板表面加入缓冲层(sio2膜)，但是缓冲层薄至厚度1μm左右，无法得到本发明那样的效果。
53.图6的(b)表示图6的(a)的虚线a
‑
a’处的剖视图。如图6的(b)所示，通过配置作为抑制单元的树脂层，能抑制形成于信号电极与接地电极之间的电场向一方的分支用波导(图6的(b)的右侧的光波导)施加的情况。由此，向构成光分支部的分支用波导不会施加多余的电场，能抑制分支的光波的分支比发生变化。需要说明的是，树脂层可以局部性地设置于信号电极、或信号电极和接地电极横穿光波导的部位，除了调制电极、dc电极等电极形成的电场与光波导相互作用的作用部之外，也可以广泛地形成于基板表面。
54.如图6那样在包含信号电极的调制电极的传输路的中途配置树脂层的情况下，在树脂层存在的部分与树脂层不存在的部分，调制电极的特性阻抗发生变化。如果调制电极与树脂层重叠的部分的长度为调制信号的波长的十分之一以下，则特性阻抗的变化的影响极少，但是在比之长的情况下，需要想办法抑制特性阻抗的变化。具体而言，可考虑使树脂层上的信号电极的宽度比其他的部分宽，或者使树脂层上的信号电极与接地电极的间隔宽
度比其他的部分窄。而且，在使信号电极的宽度、间隔宽度变化的情况下，可以将变化的部分以锥形形状连续地调整。
55.图7示出以与图6的马赫
‑
曾德型光波导的输入用波导重叠的方式配置有信号电极的情况。而且，图7的(b)示出图7的(a)的虚线a
‑
a’处的剖视图，特别是图7的(b)示出构成光分支部的分支用波导刚分支之后的情形。即使在这样的分支用波导接近配置的状况下，通过配置作为抑制单元的树脂层，也能抑制在两个分支用波导分别作用有不同的电场(包括作用有不同的方向的电场的情况)的情况，能防止在两个分支用波导中发生不同的折射率变化。其结果是，能抑制向两个分支用波导分支的光波的分支比发生变化。
56.图9是本发明的光调制器能够使用的光调制元件的另一例。需要说明的是，在图9的基板上形成的光波导的输入部设置于基板的长边侧，能够良好地使用于如图8那样在基板的长边侧具备光波的输入部的光调制器。
57.图9的光调制元件的主要特征是与光分支部重叠地配置的信号电极的形状。图9示出使用了沿着在通过光分支部的光波的传播方向上的该光分支部的线对称轴e配置且相对于该线对称轴e具有对称的形状的信号电极的例子。信号电极相对于上述的线对称轴具有对称的形状，因此对光分支部的分支比造成的影响也隔着线对称轴而大致相同，因此能抑制分支比从例如1比1变化的情况。需要说明的是，在图9中，图示出在中继基板配置有驱动器元件(drv)的情形。
58.在图9中，信号电极的宽度变化，与光波导的作用部比输入用波导上设定得窄。作为信号电极的形状，特别重要的情况是在信号电极横穿光分支部的位置，信号电极的宽度为图5所示的在分支用波导中传播的光波的模场直径的三倍(符号d)以上。通过使用这样宽度宽的信号电极而横穿光分支部(y分支部)，向波导施加的电场被分散，因此能够作为抑制分支比等的变化的抑制单元发挥功能。
59.另外，也可以构成为将信号电极在中途分为两个之后汇合，在分为两个的部分以绕过光分支部(y分支部)的转换用波导等的方式配置信号电极。当然，横穿光分支部的分支的信号电极的间隔优选比图5的符号d宽。
60.即便在使用图9那样的信号电极的情况下，在光波导与调制电极重叠的部位也能够配置图6或7所示那样的树脂层。由此，能够进一步抑制对光分支部的分支比造成的影响。
61.在图7或图9中，相对于马赫
‑
曾德型光波导的特别是输入用光波导及与之连续的分支用波导的一部分，将信号电极、接地电极对称地配置。这样，相对于光波导将信号电极等电极(包括dc偏压电极)对称地配置，由此，向光波导施加的内部应力均匀化或对称化，能够抑制光调制元件的温度变动引起的dc漂移的发生。
62.如图10所示，更详细地说明从构成光调制元件的基板的一方的短边侧输入输出光波的情况。图11及12是图10的光调制元件的具体例，使用将四个马赫
‑
曾德型光波导并列配置的两个嵌套型光波导作为光波导。而且，由各嵌套型光波导调制的光波经由基板外的偏振波合成部进行偏振波合成而输出。
63.在图11及12中，在基板的相同短边侧配置光波的输入输出部，因此形成有将向基板内输入的光波折回用的光波导。而且，在图11及12中，从基板的另一短边侧输入多个电信号(调制信号)。而且，在信号电极的终端部连接包含终端电阻等的终端器，抑制电信号的反射。终端器向基板的两个长边侧分开配置，但是也可以向一方的长边侧集中。此外，也可以
利用倒装芯片绑定等来配置于基板上。
64.在图11的光调制元件中，与图6同样，示出对于四个马赫
‑
曾德型光波导，避免光分支部的输入用波导与信号电极(rf信号电极)重叠且信号电极横穿光分支部的情况。而且，在图12的光调制元件中，与图7同样，对于四个马赫
‑
曾德型光波导，示出光分支部的输入用波导与信号电极(rf信号电极)重叠配置且信号电极横穿光分支部的情况。在图11及12中，也是在信号电极(rf信号电极)横穿光分支部的位置配置树脂层，抑制分支比的变化。需要说明的是，也可以在rf信号电极、dc信号电极横穿光波导的其他的位置也配置树脂层，抑制在不无用部位将信号电极的电场向光波导施加的情况、在光波导中传播的光波被信号电极吸收的情况。
65.工业实用性
66.如以上说明所述，根据本发明，能够提供一种即使在信号电极横穿光分支部或光合成部的情况下也抑制了传输特性的劣化的光调制器。