專利名稱：光控制元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及光控制元件，特別涉及在厚度為10 μ m以下的具有電光效應的薄板上形成光波導以及控制電極，并且在同一薄板上設置有多個光控制部的光控制元件。
背景技術：
在長距離光纖通信或特殊光測量、光控制等技術領域，使用光開關(光路切換、切斷型)，特別是使用利用了鈮酸鋰(LN)等電光效應的光開關。作為光開關等光控制元件， 與機械式開關相比，多使用電子式的波導型光開關，這是因為波導型光開關沒有可動部，所以適合于高速切換(切換速度ns以下)以及集成化。此外，目前，提出了多種利用了鈮酸鋰(LN)等電光(EO)效應的光波導型光開關。關于使用鈮酸鋰的光開關的歷史，在非專利文獻1和2中進行了詳細的記載。在使用EO晶體材料中的介電常數最低，適合于高速工作的LN的超高速光開關的開發中，是可以進行數字開關，有利于小型化的類型。已經提出了內部反射(Total Internal Refection :TIR)型、Y 分支(Y-Branch)型、非對稱 X 公差(Asymmetric X-branch)型的光開關。此外，在非專利文獻3中公開了原理上尺寸變大的平衡橋 (balanced bridge) Μ。例如，圖1 (a)是內部反射型開關，通過在交叉點25配置的控制電極3對在基板1 上形成的交叉的光波導21 M進行開關。圖1 (b)是平衡橋型開關，設置接近2條光波導 41,42的部分43和44，通過對控制電極31、32施加的電壓，調整在光波導中傳播的光波的相位，控制由于接近部分44的光波引起的光波導的改換。在圖1中，省略了構成控制電極的接地電極的記載。并且，圖2是Y分支型開關，(a)是平面圖，(b)是(a)的X-X的剖面圖。在基板1 上形成了脊型光波導51 53，構成Y分支型的光波導。在分支的光波導52以及53中，經由緩沖層71以及72形成了信號電極33以及34。此外，以包圍光波導的方式形成了接地電極61以及62。通過調整對信號電極33以及34施加的電壓，從光波導51入射的光波中，向光波導52以及53分支的光波的強度變化，實現了光開關的功能。作為全體的開發趨勢，光開關的技術開發趨于停滯，其原因在于，在使用現有的以 LN作為材料的光波導結構或電極結構時，為了得到足夠的消光比使驅動電壓過高，無法通過實用級別的高速驅動電路的輸出電壓得到足夠的消光比。在此所說的“消光比高”與“串擾低”為相同含義。此外，作為EO效應大于LN的材料，具有KTN(鉭鈮酸鉀)、PLZT(鋯鈦酸鉛鑭)、 BT(鈦酸鋇)等，這些材料由于在GHz頻帶中的介電常數非常大，所以無論具有怎樣的電極結構，都會由于電極容量導致的工作帶寬限制，難以進行GHz頻帶或其以上速度下的工作。另一方面，本申請人在專利文獻1中，公開了用于劃時代地降低LN光調制器的驅動電壓的結構。該發明在用于LN基板上的光調制器中，能夠實現微波與光波的速度匹配以及微波的阻抗匹配，并且，能夠大幅降低驅動電壓。驅動電壓的降低有利于光波導元件自身的小型化，具有能夠使用成本更低的低電壓型驅動裝置等優點。專利文獻1國際公開W02007/114367號專利文獻2美國專利公開2009-263068號專利文獻3日本特開平6489341號公報非專禾Ij文獻 l0ptical Switching, Springer US, 2006, ISBN978-0-387-26141-6Chapter2禾Iji· 2Electro—optic Switch for Photonic Network, H. Nakajima, Technical Report of IEICE, PS2002-15,200非專利文獻3信學技報，vol. 109、No. 159、0PE2009-63，pp. 181-184,2009 年 7
月
發明內容
本發明要解決的課題在于解決上述問題，提供一種能夠進行高速驅動且能夠進一步降低驅動電壓的光控制元件。為了解決上述課題，權利要求1涉及的發明的特征為在包括具有電光效應且厚度為10 μ m以下的薄板、在該薄板上形成的光波導、以及用于控制在該光波導中傳播的光的多個光控制部的光控制元件中，在該光控制部的至少一部分上，用于對該光波導施加電場的控制電極由夾著該薄板配置的第1電極和第2電極構成，該第1電極具有信號電極和接地電極，并且該第2電極至少具有接地電極，構成為與第1電極的信號電極協作來對該光波導施加電場，多個光控制部之間通過僅在薄板的表面上配置的共面型線路、在薄板的表面上配置的共面型線路和在背面配置的接地電極、或者微帶線中的任意一種構成的控制信號配線來連接，光和電信號的到達時間被設定為大致相同。本發明中的共面型線路(CPW)不僅包含在平面上兩個接地電極夾著信號線而構成的線路，還包含在平面上信號線與接地電極成對的線路(共面帶線CPS)。此外，本發明中的“到達時間大致相同，，是指在驅動光控制元件時，在能夠充分達成作為光控制元件的功能的范圍內，允許達到各光控制部的光與電信號的達到時間的偏差。例如，在控制信號(信號頻率為數GHz 300GHz左右)的相位不產生偏差的范圍內允許。權利要求2的發明在權利要求1的光控制元件中，其特征為該光控制部是光路切換型的光開關、光衰減器、馬赫-曾德爾光調制器中的任意一種。權利要求3的發明在權利要求1或權利要求2記載的光控制元件中，其特征為該光控制部是以hs以下的切換速度或者以IGHz以上的頻率進行工作的電光元件。權利要求4的發明在權利要求1至3的任意一項中記載的光控制元件中，其特征為構成該第1電極的信號電極以及接地電極的厚度大致相同。本發明的“信號電極以及接地電極的厚度大致相同”是指同時形成信號電極和接地電極，結果使各電極的厚度相同，在同時形成時由于制造不均等原因使厚度局部不相同的情況，也包含在本發明的允許范圍內。權利要求5的發明在權利要求1至4的任意一項中記載的光控制元件中，其特征為該薄板為LiNbO3晶體、LiTaO3晶體、或兩者的固溶體晶體中的任意一種。
根據權利要求1的發明，因為在包括具有電光效應且厚度為10 μ m以下的薄板、在該薄板上形成的光波導、以及用于控制在該光波導中傳播的光的多個光控制部的光控制元件中，在該光控制部的至少一部分上，用于對該光波導施加電場的控制電極由夾著該薄板配置的第1電極和第2電極構成，該第1電極具有信號電極和接地電極，并且該第2電極至少具有接地電極，構成為與第1電極的信號電極協作來對該光波導施加電場，多個光控制部之間通過僅在薄板的表面上配置的共面型線路、在薄板的表面上配置的共面型線路以及在背面配置的接地電極、或者微帶線中的任意一種構成的控制信號配線來連接，光和電信號的到達時間被設定為大致相同，所以通過第1電極與第2電極協作，能夠降低光控制部中的驅動電壓，并且通過控制信號配線的結構，能夠確保微波的折射率和阻抗調整的設計自由度，所以能夠通過控制信號配線在低損失的狀態下對于多個光控制部供給控制信號。根據權利要求2的發明，因為光控制部是光路切換型的光開關、光衰減器、馬赫-曾德爾光調制器中的任意一種，所以還能夠組合這些各光控制部來構成集成化的光控制元件。根據權利要求3的發明，因為光控制部是以Ins以下的切換速度或者以IGHz以上的頻率進行工作的電光學元件，所以通過采用上述權利要求的結構，能夠容易地達成適于高速驅動的、驅動電壓的降低以及光和電信號的速度/時機一致等。根據權利要求4的發明，因為構成第1電極的信號電極以及接地電極的厚度大致相同，所以能夠同時形成兩個電極。根據權利要求5的發明，因為薄板為LiNbO3晶體、LiTaO3晶體、或兩者的固溶體晶體中的任意一種，所以能夠容易地實現光和電信號(微波)的速度匹配，并且阻抗調整也變得容易，能夠提供可高速驅動的光控制元件。
圖1表示光開關的例子，(a)是內部反射型，(b)是平衡橋型。圖2說明Y分支型光開關，(a)是平面圖，(b)是剖面圖。圖3說明采用了 G-CPW電極結構的光開關，(a)是剖面圖，(b)是平面圖。圖4表示使光開關多級化的光控制元件的例。圖5是在圖4的光控制元件中表示控制電極配線的圖。圖6表示在光開關的后級配置了多個衰減器的光控制元件的例子。圖7說明具有反射型光波導的光控制元件，(a)是整體的平面圖，(b)或(C)說明反射部附近的控制電極的形狀。
具體實施例方式以下詳細說明本發明的光控制元件。本發明在包括具有電光效應且厚度為10 μ m以下的薄板、在該薄板上形成的光波導、以及用于控制在該光波導中傳播的光的多個光控制部的光控制元件中，在該光控制部的至少一部分上，用于對該光波導施加電場的控制電極由夾著該薄板配置的第1電極和第 2電極構成，該第1電極具有信號電極和接地電極，并且該第2電極至少具有接地電極，構成為與第1電極的信號電極協作來對該光波導施加電場，多個光控制部之間通過僅在薄板的表面上配置的共面型線路、在薄板的表面上配置的共面型線路和在背面配置的接地電極、 或者微帶線中的任意一種構成的控制信號配線來連接，光和電信號的到達時間被設定為大致相同。圖3說明作為在本發明的光控制元件中采用的光控制部的一例的光開關，特別是說明Y分支型光開關的例子。圖3 (a)表示圖3(b)的箭頭X-X’的剖面圖，圖3(b)是僅圖示了光波導部分的平面圖。附圖標記1是具有電光效應且厚度為IOym以下的薄板，在該薄板上形成了脊型的光波導51 53。在薄板1的上表面以及下表面設置有緩沖層73、74， 起到抑制與緩沖層接觸配置的電極吸收光波的作用。用于對光開關的光波導52、53施加電場的控制電極由夾著該薄板1配置的第1電極和第2電極構成，該第1電極至少由信號電極33、34和接地電極61、62構成。在圖3中， 成為通過接地電極夾著信號電極的共面型電極結構，但是還可以是在薄板的表面上僅配置信號電極，在背面配置了接地電極的微帶線。第2電極至少配置接地電極63，構成為與第1 電極的信號電極33、34協作而對光波導52、53施加電場(圖中的實線箭頭)。為了增強薄板1的機械強度，在薄板1的背面側經由粘接層8配置并固定了加強板9。為了驅動圖3的Y分支型光開關，例如，對信號電極33以及34施加驅動電壓(士V)， 從光波導51入射的光波a根據驅動電壓的施加狀態，調整在Y分支部分支后輸出的輸出光 b以及c的強度比。本發明的第1特征在于，如圖3(a)所示，對于在薄板1上形成的光波導52、53，通過由在薄板的一面側配置的第1電極和在另一面側配置的第2電極構成，提高了對光波導施加的電場效率，使光控制部的驅動電壓降低。通過這樣配置電極，能夠改善電光(EO)作用效率，將EO設備的驅動電壓降低至目前的1/2至1/4左右。此外，在構成使光和電信號速度匹配的行波電極時，各元件能夠進行GHz頻帶(切換速度為Ins以下)中的工作，還能夠進行數十GHz (切換速度在數十ps以下)中的工作。并且，如專利文獻1那樣，通過使用脊型波導，能夠進一步提高電場效率。然后，本發明的第2特征在于，使光開關等光控制部多級化，謀求消光比等光學特性的改善。當然，作為波導型光開關的基本元件，可以使用上述的內部反射(TIR)型、Y分支型、X分支型等。例如，如圖4所示，使TIR型光開關為兩級結構。第1光開關(SWl)由光波導的交叉部204以及在該交叉部設置的控制電極301構成。第2光開關(SW2)通過光波導的交叉部207以及在該交叉部設置的控制電極302構成。附圖標記201 209是光波導，光波導 205連接兩個光開關。在圖4中，省略了構成控制電極的接地電極的記載。在圖5以及圖6 中也同樣省略。—般利用電光效應的數字型光開關并非進行閾值的0N/0FF工作，即使是適當電壓以下的電壓，也在消光比不足的情況下進行光路切換工作。因此，在驅動電路的電壓不足時，進行多級化來提高消光比是現實的選擇。多級使用同樣用于改善光開關的消光比的功能元件是公知的手段，例如，在專利文獻2中，表示了在光開關的后級，連接可變光衰減器來實現高消光比的結構。此外，不僅僅是為了補償驅動電路的電壓不足，通過多級使用光學特性差的元件，可以得到高的消光比。
如圖4所示，由于引入光控制部的多級化而產生的制約是各光控制部中的電信號與光信號的同步。為了設備整體的高頻工作、寬帶工作，需要后級的光控制部的與信號光的速度對應的適當的延遲同步驅動。越是高速，該問題的影響越大。例如，即使各光開關執行高速的切換工作，當各光開關的同步產生偏差時，在實效上開關的切換速度變慢，成為在光路切換即刻之前或即刻之后產生信號缺失、衰減或失真的原因。在通過了第1光開關(SWl)的光信號通過后級的第2光開關(SW2)時，按照與SWl 中進行的方向切換操作和所接受的操作完全相同的模式和時機(控制信號的相位)進行光路切換操作，由此來改善上述問題。為了解決問題，原理上能夠采用以下的方法準備多個系列的相同模式的控制信號，與光信號通過SW1、SW2的時間相吻合地控制各光開關。或者， 將一個模式的控制信號進行多路分支，經由適當的延遲時間的信號延遲線等來控制后級的 Sff 2 O但是，這些方法導致控制電路或配線圖形的增加或復雜化，不是現實的方法。在本發明的結構中，串聯連接前后的光開關等光控制部的控制電極，來進行控制。關于前后的光控制部之間的配線電極的結構，使用G-CPW(在基板的表面上通過信號線和夾著信號線的接地電極形成共面型線路，在相反一側的背面配置接地電極的結構)、CPW(僅在基板的表面上配置共面型線路的結構)、微帶線中的任意一種，或者它們的組合。優選在配線的途中線路阻抗不變化的結構，但是在本發明中引入的粘合(脊型)波導基板的結構中，能夠成型的電極的設計自由度極高，容易實現上述條件。在粘合(脊型)波導基板中，在使用相同寬度、高度的熱電極形成了 G-CPW電極、 CPff電極、微帶線電極時，針對電信號(控制信號)的折射率(微波折射率)，為1.5<CPW 的折射率< G-CPW的折射率(約為2、<微帶線的折射率< 5。S卩，可以在需要大的延遲量的配線部中使用微帶線電極，在需要提前量的配線部中使用CPW電極。在此，熱電極的寬度和高度并非在整個配線部中進行了規定，可以適當地變更，但是關于熱電極的高度，從制造工藝上能夠通過一次工序成型的費用方面的觀點出發，希望為相同的高度。在為本發明的構成時，即使規定高度，控制信號的延遲提前量的調整、阻抗的調整也可以通過G-CPW、CPff電極的熱間隙、埋入電極的有無、熱電極寬度的設定來恰當地進行。一般，現有的配線基板上的CPW電極、G-CPW或微帶線的配線與微波傳播的位置 (高度)有很大差異，連接損失大。因此，不同時使用這些配線。即，雖然部分地進行在相同的基板上混合使用不同系列的信號線，但是不會通過同一基板上的相同的配線相互直接接合。
與此相對，如本發明那樣，CPW、G-CPW、微帶線在同一基板上的低損失連接，在LN 基板這樣的高介電常數(相對介電常數觀 48)的IOym以下的極薄的配線基板中，是初次發現的特性。在使用現有的厚基板的構成的情況下，難以得到小于2的折射率，需要采取使熱電極從基板上浮起，或者經由低介電常數的厚膜形成熱電極的結構。在不具有埋入電極層，僅在薄基板上粘合了加強基板的波導基板的情況下，與使用厚基板時相比，雖然能夠改善控制信號的延遲量提前量的調整的自由度，但是因為不能采取折射率大的微帶線的結構，難以在保持阻抗匹配的同時得到大的延遲量。因此，為了得到需要的延遲量而研究使電極迂回、折疊等。如在專利文獻1中記載的那樣，在通過加強板使用LN基板，具有脊型波導和G-CPW 電極結構的光控制元件中，容易得到光的速度和微波的速度的匹配。因此，在圖4那樣的簡單的二級結構中，如果使連接光控制部之間的控制信號配線通過與光波導大致相同的路徑，則控制信號的時機自然而然地吻合。并且，關于今后的設備，預測向同一基板的高度集成化，預想使用將光波導彎曲成 U字型S字型的結構、引入了光波導的反射折返的結構、3級以上多重化的結構，需要能夠實現控制信號的大幅延遲或提前的配線。如本發明那樣，使用薄板，并且適當地組合CPW、 G-CPW、微帶線來使用光控制部之間的配線，由此能夠提高微波速度(微波折射率)以及阻抗的設計自由度，本發明的技術特別是在這樣的復雜結構、高度集成的結構的方面，產業價值高。圖5在圖4的光控制元件上明示配線。例如，在構成光控制元件的薄板上，作為加強板，通過粘接劑粘合了鈮酸鋰基板。IlR型光開關與圖3的Y分支型光開關相同，在薄板上形成脊型波導，進行G-CPW結構的電極配置。通過使用這兩個TIR型光開關(控制電極301、302)，即使在開關元件為一級時以無法得到足夠的消光比的電壓進行驅動，通過使用兩級能夠得到需要的消光比。并且，通過如圖5那樣配線，驅動電路為一個系列即可，不會因為使用兩個開關元件導致耗電上升，所以能夠通過低驅動電壓進行驅動。構成TIR型光開關的各光開關(SWl、SW2)的電極是G-CPW結構(在圖5中，省略了薄板表面的接地電極。此外，在薄板的背面在屬于光開關的區域形成了接地電極)，但是各光開關之間通過CPW電極(省略了薄板表面的接地電極。此外，在薄板的背面，沒有配置接地電極)進行了配線連接。在光控制部彼此的連接之間，為了避免向光波導施加配線電極的信號，對光信號施加相位調制，而使光波導與連接配線成為離開不作用的距離的其他路徑，但是通過采用CPW電極，降低微波的折射率，與光波的傳播速度相比提高了微波的傳播速度。結果，把控制信號從第1光開關(SWl)到達第2光開關(SW2)所需要的時間設定為與光信號所需要的時間相等。S卩，因為配線電極的長度比SWl和SW2的光控制部之間的光波導的長度長，所以需要使相對于電極的微波的折射率Nm小于相對于光波導的光的折射率No，對于元件間連接配線的大部分使用CPW電極。此外，以使配線的各部都為恒定的方式設定阻抗。使用粘接劑在薄板上粘合加強基板，并且在該薄板上形成脊型波導的光控制元件中，光閉鎖強，即使以小半徑彎曲損失也小。因此，還可以采用使光波導迂回、對電極連接配線進行取短的結構。此時，需要使相對于電極的微波的折射率Nm大于相對于光波導的光的折射率No，能夠進行如下的設定對于連接光控制部之間的配線的大部分，使用加大了熱電極與接地電極間隔的G-CPW電極，或者對于配線的一部分使用折射率大的微帶線電極， 來得到恰當的時間延遲量。在本發明的光控制元件中使用的薄板是具有電光效應的晶體基板，具體地說，可以使用鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)、PLZT (鋯鈦酸鉛鑭)以及石英類材料以及它們的組合。特別是由于容易實現高電光效應、光和電信號(微波)的速度匹配，并且還容易調整阻抗，作為能夠高速驅動的基板，優選使用LiNbO3晶體、LiTaO3晶體、或者兩者的固溶體晶體。作為光波導的形成方法，可以采用熱擴散法或質子交換法等使Ti等在基板表面上擴散來形成。此外，可以像專利文獻3那樣，在薄板的表面上與光波導的形狀相符合地形成脊，來構成光波導。可以通過形成Ti -Au的電極圖形以及鍍金方法等來形成信號電極、接地電極等控制電極。此外，還可以根據需要使用透明電極，使用作為ITO或紅外透明導電膜的h和Ti 的復合氧化物膜等。關于透明電極，可以使用通過光刻法形成電極圖形，然后通過剝離法來形成的方法、以使規定的電極圖形殘留的方式形成掩模材料，然后通過干蝕刻或濕蝕刻來形成的方法等。在與薄板間經由SiO2膜等緩沖層配置了各電極。在緩沖層中具有防止在光波導中傳播的光波被控制電極吸收或者散亂的效果。此外，作為緩沖層的結構，根據需要為了緩和薄板1的熱電效應，還能夠加入Si膜等。在接地電極和薄板之間存在的緩沖層能夠省略，但是關于位于薄板的光波導和接地電極之間的緩沖層，隨著薄板變薄，在光波導中傳播的光波的模場直徑變得與薄板的厚度大致相等，由于在薄板背面側形成的第2電極(接地電極)導致光波被吸收或者發生散亂，所以優選保留該部分的緩沖層。此外，在控制信號配線越過光波導的部分，為了抑制對于在光波導中傳播的光波的影響，也能夠配置緩沖層。關于包含光控制元件的薄板的制造方法，在具有數百μ m的厚度的基板上形成上述的光波導，研磨基板的背面，做成具有IOym以下的厚度的薄板。然后在薄板的表面上做出控制電極。此外，還可以在做出了光波導和控制電極等之后，研磨基板的背面。當施加形成光波導時產生的熱沖擊或者由于各種處理時的薄膜處理產生的機械沖擊等時，還存在薄板損壞的危險，所以優選在研磨基板使其變薄之前進行容易施加這些熱沖擊或機械沖擊的工序。對于粘接在薄板上的加強基板，可以使用各種材料，例如除了使用與薄板相同的材料之外，還可以使用石英、玻璃、氧化鋁等介電常數低于薄板的材料，或者還可以使用具有與薄板不同的晶體方位的材料。其中，選擇與薄板同等的線膨脹系數的材料，有助于使光調制元件的調制特性相對于溫度變化穩定。假設在難以選定同等的材料時，對于接合薄板和加強基板的粘接劑選擇具有與薄板同等的線膨脹系數的材料。在薄板與加強基板的接合中，作為粘接劑，可以使用環氧樹脂類粘接劑、熱固化粘接劑、紫外線固化粘接劑、焊料玻璃、熱固化、光固化或者因光增粘性的樹脂粘接劑片等各種粘接材料。光控制部的控制電極、光控制部之間的控制信號配線，選擇CPW、G_CPW、微帶線型， 在調整阻抗、折射率時，熱電極寬度、熱電極與接地電極的間隔、有無埋入電極(在薄板的背面設置的接地電極)等設計上的自由度高，即使在增長光波導、連接配線中的任意一方的情況下，也可以在使無論哪個部分的電極的高度都保持恒定的狀態下使光信號與控制信號的到達時間一致。在使電極的高度恒定時，可以同時形成控制電極、控制信號配線，可以簡化制造工藝的工序。本發明的光控制元件在形成了(脊型)光波導的薄板上粘接了加強基板，能夠形成CPW、G-CPW、微帶線等多樣的電極。并且，在使用鈮酸鋰這樣的高介電常數的薄板時，可以低損失地相互連接這些電極等，發揮了微波的折射率和阻抗的調整的設計自由度高的特征。關于微波的設計自由度，能夠在薄板的背面配置接地電極等電極層這一點是不可或缺的。關于光波導，不必為脊型，非脊型、平板波導均可，在選擇電光(EO)作用部的效率、光波導的彎曲等光學特性時，能夠選擇恰當的波導形狀。在圖5中表示了通過一個控制信號配線連接了兩個光控制部的例子，但是還可以在通過前級的光控制部之后，使控制信號配線分支，在后級并聯連接多個光控制部。這種情況下，為了高速穩定地工作，需要根據分支比恰當地設定各個分支配線的阻抗。此外，在圖5所示的實施例中，前級和后級的光控制部使用了相同的光學元件，但是還可以根據設備的要求功能，恰當地使用具備不同功能的光學元件。圖6是對于配置為 X型的光波導210 213設置了光開關(電極310)，在其后級，配置了折射型光衰減器(電極311、31幻和反射型光衰減器(電極313、314)的例子。這種情況下，也設定各光控制部之間的配線的路徑和延遲/提前時間，與光信號到達各光控制部的時間相吻合地使控制信號到達。在入射角度低的IlR型光開關中，由于光控制部的電極形狀和尺寸，控制信號在光控制部內的延遲成為問題。其原因在于，在IlR型光開關中，需要根據在全反射部中的光的浸出深度來加大電極的寬度，在G-CPW結構或微帶線結構中粗的電極的微波折射率Nm增大。這種情況下，將光控制部之間的配線電極的微波折射率Nm設定為小于光波導的光波的折射率No，在設備整體中使到達時間吻合。圖7是分割配置一個馬赫-曾德爾光調制器的光控制部，通過控制信號配線將其之間連接的例子。此時，構成了光波導220 225通過配置在基板端面的反射部件100被折返的馬赫-增德爾型波導。控制電極由信號電極320和接地電極600以及601形成的共面電極、配置在薄板1的背面上的未圖示的接地電極構成。圖7(b)說明了通過光波導的折返部，短于光波導的長度地使控制信號配線折返的情況。此時，關于附圖標記321表示的部分，為了使控制信號配線的折射率大于光波導的折射率，例如使用微帶線，能夠通過較短的配線確保延遲時間，能夠使到達時間差吻合。此外，圖7(c)說明了在光波導的折返部，與光波導的長度相等或者長于該光波導的長度地使控制信號配線折返的情況。在該情況下，由于對于附圖標記322表示的部分，使控制信號的折射率等于或者小于光波導的折射率，因而例如能夠使用G-CPW結構或COW結構，使光波與微波的達到時間差吻合。在把本發明的光控制元件用于光開關時，可以期待以下多個優點可以實現高速寬帶的光開關，改善(降低)光開關的驅動電壓，消耗電力降低，通過使用低成本的驅動系統來降低用戶的費用，設備尺寸減小改善了元件內的集成度，并且，由于尺寸減小使得從晶圓能取得的設備的數量增加，使成本降低。在本發明的光控制元件中，對于光控制部，如上所述，可以使用光路切換型光開關、光衰減器、馬赫-增德爾光調制器中的任意一種。因此，可以構成組合這些各個光控制部而集成化的光控制元件。此外，在本發明的光控制元件中，光控制部能夠配置以Ins以下的切換速度、或者以IGHz以上的頻率進行工作的電光學元件，特別是在薄板上形成多級的光控制部，在各光控制部的電極和控制信號配線使用CPW、G-CPW、微帶線等結構，能夠容易達成適合于高速驅動的、驅動電壓降低，光和電信號的速度、時機的一致等。工業實用性如上所述，根據本發明，能夠提供一種能夠進行高速驅動，能夠進一步降低驅動電壓的光控制元件。
權利要求
1.一種光控制元件，包括具有電光效應且厚度為10 μ m以下的薄板、在該薄板上形成的光波導、以及用于控制在該光波導中傳播的光的多個光控制部，其特征在于，在該光控制部的至少一部分上，用于對該光波導施加電場的控制電極由夾著該薄板配置的第1電極和第2電極構成，該第1電極具有信號電極和接地電極，并且該第2電極至少具有接地電極，構成為與第 1電極的信號電極協作來對該光波導施加電場，多個光控制部之間通過僅在薄板的表面上配置的共面型線路、在薄板的表面上配置的共面型線路和在背面配置的接地電極、或者微帶線中的任意一種構成的控制信號配線來連接，光和電信號的到達時間被設定為大致相同。
2.根據權利要求1所述的光控制元件，其特征在于，該光控制部是光路切換型的光開關、光衰減器、馬赫-曾德爾光調制器中的任意一種。
3.根據權利要求1或2所述的光控制元件，其特征在于，該光控制部是以Ins以下的切換速度或者IGHz以上的頻率進行工作的電光元件。
4.根據權利要求1至3的任意一項所述的光控制元件，其特征在于， 構成該第1電極的信號電極以及接地電極的厚度大致相同。
5.根據權利要求1至4的任意一項所述的光控制元件，其特征在于，該薄板為LiNbO3晶體、LiTaO3晶體、或兩者的固溶體晶體中的任意一種。
全文摘要
本發明提供一種能夠進行高速驅動，能夠進一步降低驅動電壓的光控制元件。在包括具有電光效應且厚度為10μm以下的薄板(1)、在該薄板上形成的光波導(52、53)、以及用于控制在該光波導中傳播的光的多個光控制部的光控制元件中，在該光控制部的至少一部分上，用于對該光波導施加電場的控制電極由夾著該薄板配置的第1電極和第2電極構成，該第1電極具有信號電極(33、34)和接地電極(61、62)，并且該第2電極至少具有接地電極(63)，構成為與第1電極的信號電極協作來對該光波導施加電場，多個光控制部之間通過僅在薄板的表面上配置的共面型線路、在薄板的表面上配置的共面型線路和在背面配置的接地電極、或者微帶線中的任意一種構成的控制信號配線來連接，光和電信號的到達時間被設定為大致相同。
文檔編號G02F1/035GK102445771SQ20111030697
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者市岡雅之, 市川潤一郎, 須藤正明 申請人:住友大阪水泥股份有限公司