專利名稱：光開關(guān)、光調(diào)制器和波長可變?yōu)V光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在光通信用部件上使用的光開關(guān)、光調(diào)制器和波長可變?yōu)V光器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，對于光通信系統(tǒng)的大容量、高速化以及高性能化的要求正迅速增高。作為這樣的光通信系統(tǒng)所使用的光信號處理器件所期待的是光開關(guān)或光調(diào)制器。特別是面向近年來的網(wǎng)絡(luò)高性能化的光交叉連接用的開關(guān)的重要性正迅速增高。作為這樣的光開關(guān)，已經(jīng)開發(fā)出了使用被稱為MEMS(Micro Electro Mechanical System)的微型機械技術(shù)的光開關(guān)和使用石英類光波導的熱光效應(yīng)的光開關(guān)。此外，還開發(fā)出了在波導交叉部分填充具有與波導相等的折射率的油并利用過熱產(chǎn)生氣泡，利用在交叉部分產(chǎn)生光的反射來切換光路的光開關(guān)等。
但是，這些光開關(guān)的動作速度在msec范圍。而下一代光網(wǎng)絡(luò)所要求的光分組的路由選擇所需要的動作速度是1～10nsec。作為能夠?qū)崿F(xiàn)1～10nsec的動作速度的光開關(guān)，有使用LiNbO3(也稱為LN)的電光效應(yīng)的開關(guān)。該光開關(guān)通過利用LN所具有的1次電光效應(yīng)使波導折射率改變來實現(xiàn)。
作為制作使用LN的電光效應(yīng)的光開關(guān)的方法，是通過在LN基板上利用Ti熱擴散法形成具有Y分支形態(tài)的波導圖形。已知有在其上形成緩沖層，進而在其上配置與波導圖形對應(yīng)的電極的方法(參照西原、春名、棲原共著“光集成電路”，歐姆公司，PP.310-326(1985))。
可是，LN是三方晶的晶體，為了使用最大的電光常數(shù)r33，需要在具有雙折射性的方位上引導光。因此，光開關(guān)對于光的偏振具有動作不同的偏振依賴性。由于偏振依賴性在光的傳送中成為導致錯誤的原因，所以在光開關(guān)上無偏振依賴是重要的。因此，正在研究在LN中也進行無偏振依賴動作的光開關(guān)的制作。但是，在具有無雙折射性的晶體方位的情況下，則利用小的電光常數(shù)r13，因而存在驅(qū)動電壓成為40V或40V以上的問題。
作為高速動作的光開關(guān)，提出了使用由半導體材料構(gòu)成的對稱馬赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉儀的光開關(guān)。但是，馬赫-曾德干涉儀需要在進行開關(guān)時使用控制光取得同步等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因而缺乏實用性。
此外，還提出了控制模式分布的數(shù)字型光開關(guān)。但是，與其它種類的光開關(guān)相比存在驅(qū)動電壓高的問題。
另外，由于電光效應(yīng)是構(gòu)成晶體的原子的電子狀態(tài)因電場而變化的現(xiàn)象，所以對于電場變化的響應(yīng)速度極快。因此，可以說是在作為用于對飛(母托)秒級的電場變化瞬間地進行響應(yīng)的超高速用光調(diào)制器利用上的最佳的物理現(xiàn)象。特別是LN能夠通過Ti等的雜質(zhì)的擴散或離子交換等的方法比較容易地制作光波導。因此，作為利用一次電光效應(yīng)的光調(diào)制器也是最廣泛使用的材料(參照西原、春名、棲原共著“光集成電路”，歐姆公司，PP.310-326(1985)，特開昭53-6054號公報、特開昭53-54040號公報)。
通常，電光效應(yīng)具有與晶體方位對應(yīng)的依賴性，在具有最大的電光常數(shù)的晶體軸上施加電場來調(diào)制折射率。在LN的情況下，利用上述的r33(30pm/V)。此外，在實現(xiàn)光調(diào)制器的情況下，重要的性能參數(shù)是動作速度和調(diào)制電壓。由于相位調(diào)制量與電極長度成比例，所以電極長度越長調(diào)制電壓越低。但是，當電極長度大于等于1cm時，由于調(diào)制信號的周期與電場在電極內(nèi)從端到端的時間是同等程度，所以使用集中常數(shù)型電極均勻地施加GHz程度的高頻變得困難。相反，在要提高響應(yīng)速度而縮短電極長度的情況下，需要高電壓電源。因此，在這種情況下，現(xiàn)有的能夠利用的電源價格非常高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供簡單的構(gòu)成的低驅(qū)動電壓的無偏振依賴并且高速的光開關(guān)、光調(diào)制器和波長可變?yōu)V光器。
本發(fā)明的一種實施方式是一種光波導器件，具備由立方晶并且具有2次電光效應(yīng)的電介質(zhì)晶體構(gòu)成的傳播光的三維光波導；以及向上述三維光波導施加電場的電極。只要三維光波導是相對于基板表面不僅在垂直的方向上而且在平行的方向上能夠封閉光的光波導即可。例如，可以是埋入型光波導或隆起狀光波導。
另一種實施方式是一種波導電光移相器，具備由KTa1-xNbxO3(0＜x＜1)(也稱為KTN)和K1-yLiyTa1-xNbxO3(0＜x＜1，0＜y＜1)(也稱為KLTN)、或者KTN或者KLTN組成的晶體材料的傳播光的三維光波導；以及向上述三維光波導施加電場的電極。
另一種實施方式是一種光開關(guān)，具備由設(shè)置在輸入側(cè)的3dB耦合器和設(shè)置在輸出側(cè)的3dB耦合器和連接輸入側(cè)3dB耦合器和輸出側(cè)3dB耦合器的2條光波導構(gòu)成的馬赫-曾德干涉儀；以及向2條三維光波導的一方或者雙方施加電場的電極。在該光開關(guān)中，至少2條三維光波導是由KTN和KLTN、或者KTN或者KTLN組成的晶體材料。
另一種實施方式，是在由KTaO3、KNbO3、或者KTN的任意一種材料構(gòu)成的基板上配置由KLTN或者KTN的任意一種材料構(gòu)成的芯波導。具備向在將與該芯波導比較折射率稍低的KLTN作為包層的三維光波導的下部包層的下方或者上部包層的上方的至少一方上形成的芯波導施加電場的電極。具備Y分支型波導，該Y分支型波導由三維光波導構(gòu)成，其包含具有用于接收發(fā)送來的光信號的輸入端的第1輸入光波導和從該第1輸入波導分支的第2輸出光波導和第3輸出光波導，在第2輸出光波導和第3輸出光波導上具備上述電極。
另一種實施方式是一種馬赫-曾德型的光調(diào)制器，其將由KTN和KLTN組成的晶體材料用于波導材料，具有至少1個輸入波導、1個輸出波導、與輸入波導連接的3dB耦合器、與輸出波導連接的3dB耦合器、連接2個3dB耦合器的2個三維光波導。在該三維光波導的至少一方具有配置了電極的電光移相器。
另一種實施方式是一種寬帶光調(diào)制器，具備由KTN或者KLTN的任意一種材料構(gòu)成的基板、由KTN或者KLTN的任意一種材料構(gòu)成的三維光波導。此外，具備由沿著三維光波導形成的取得微波和光波的速度匹配的行波電極構(gòu)成的多個電極。
另一種實施方式是一種波導電光移相器，具備三維光波導，該三維光波導具備由KTN和KLTN組成的第1晶體材料的具有芯厚度的芯、以及由具有與第1晶體材料不同的折射率的KTN和KLTN組成的第2晶體材料的包層。此外，具備夾著三維光波導平行相對的2個電極。該芯以芯的下面相對于包層的下面為第1距離而芯的上面相對于包層的上面為第2距離的方式被埋入包層。包層具有0≤第1距離、第2距離≤3×芯厚度的范圍的包層厚度。
另一種實施方式是一種波導電光移相器，具備三維光波導，該三維光波導具備由KTN和KLTN組成的第1晶體材料的具有芯厚度的芯、以及由具有與第1晶體材料不同的折射率的KTN和KLTN組成的第2晶體材料的包層。此外，具備夾著三維光波導平行相對的2個電極。該芯以芯的上面相對于包層的上面為第1距離的方式被埋入包層。包層具有0≤第1距離≤3×芯厚度的范圍的包層厚度。
另一種實施方式是一種陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器，具有由多個三維光波導、設(shè)置在三維光波導之上的電極構(gòu)成的陣列光波導。陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器對于通道光波導的1條具有配置了夾著三維光波導平行相對的2個電極的波導電光移相器。
另一種實施方式是一種陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器具備至少1條輸入端口通道光波導；由光程相互不同的通道光波導構(gòu)成的通道光波導陣列；至少1條輸出端口通道光導波；連接輸入端口通道光波導和通道光波導陣列的第1板式光波導；連接輸出端口通道光波導和通道光波導陣列的第2板式光波導。此外，具備由通道光波導陣列的一部分構(gòu)成的、包括由KTN和KLTN組成的第1晶體材料的具有芯厚度的芯和由具有與第1晶體材料不同的折射率的KTN和KLTN組成的第2晶體材料的包層的三維光波導；以及夾著三維光波導平行相對的2個電極。此外，具備芯以芯的下面相對于包層的下面為第1距離而芯的上面相對于包層的上面為第2距離的方式被埋入包層的、包層具有0≤第1距離、第2距離≤3×芯厚度的范圍的包層厚度的波導電光移相器。
另一種實施方式是一種陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器具備至少1條輸入端口通道光波導；由光程相互不同的通道光波導構(gòu)成的通道光波導陣列；至少1條輸出端口通道光導波；連接輸入端口通道光波導和通道光波導陣列的第1板式光波導；連接輸出端口通道光波導和通道光波導陣列的第2板式光波導。此外，具備包括由KTN和KLTN組成的第1晶體材料的具有芯寬度的芯和由具有與第1晶體材料不同的折射率的KTN和KLTN組成的第2晶體材料的包層的三維光波導；以及夾著三維光波導平行相對的2個電極。此外，具備芯以芯的上面相對于包層的上面為第1距離的方式被埋入包層的、包層具有0≤第1距離≤3×芯寬度的范圍的包層厚度的波導電光移相器。


圖1是本發(fā)明的一種實施方式的光開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示在圖1的光開關(guān)的馬赫-曾德干涉儀的一方的光波導上形成的相位調(diào)制部分的結(jié)構(gòu)圖。
圖3A是圖2的IIIA-IIIA線按箭頭方向看的剖面圖。
圖3B是圖2的IIIB-IIIB線按箭頭方向看的剖面圖。
圖4是表示在圖3A和B的相位調(diào)制部中由于電場的施加引起的折射率變化的圖。
圖5是表示本發(fā)明一種實施方式的光開關(guān)的動作特性的曲線圖。
圖6是表示本發(fā)明的本實施方式的光開關(guān)的相位調(diào)制部分的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7相當于圖6的VII-VII線按箭頭方向看的剖面，是表示使用了梳子形電極的相位調(diào)制部分的電場方向的圖。
圖8是表示圖7的相位調(diào)制部分中由于電場的施加引起的折射率變化的圖。
圖9是本發(fā)明的一種實施方式的光開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是表示本發(fā)明的一種實施方式的方向性耦合型光分支元件的分支比是1∶1的典型的條件的曲線圖。
圖11是本發(fā)明的一種實施方式的分支比可變波導型分支元件的結(jié)構(gòu)圖。
圖12是表示在圖11中的方向性耦合器一方的光波導上形成的相位調(diào)制部分的結(jié)構(gòu)圖。
圖13A是圖12的XIIIA-XIIIA剖面圖。
圖13B是圖12的XIIIB-XIIIB剖面圖。
圖14是表示本發(fā)明的一種實施方式的光開關(guān)的動作特性的曲線圖。
圖15是本發(fā)明的一種實施方式的16×16的矩陣開關(guān)的概要圖。
圖16是表示本發(fā)明的一種實施方式的波導的結(jié)構(gòu)圖。
圖17是本發(fā)明的一種實施方式的1×2數(shù)字光開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖。
圖18A是圖17的XVIIIA-XVIIIA線剖面圖。
圖18B是圖17中的梳子形電極的平面圖。
圖19是表示本發(fā)明的一種實施方式的電場施加方法(平行基板)的說明圖。
圖20是本發(fā)明的一種實施方式的1×2偏振分離器(電場平行基板施加)的結(jié)構(gòu)圖。
圖21A是本發(fā)明的一種實施方式的1×2無偏振依賴光開關(guān)(3段連接，電場平行基板施加)的說明圖。
圖21B是本發(fā)明的一種實施方式的1×2無偏振依賴光開關(guān)(3段連接，電場平行基板施加)的說明圖。
圖22A是本發(fā)明的一種實施方式的1×2無偏振依賴光開關(guān)(5段連接，電場平行基板施加)的說明圖。
圖22B是本發(fā)明的一種實施方式的1×2無偏振依賴光開關(guān)(5段連接，電場平行基板施加)的說明圖。
圖23是表示本發(fā)明的一種實施方式的電場施加方法(垂直基板)的說明圖。
圖24是本發(fā)明的一種實施方式的1×2偏振分離器(電場垂直基板施加)的結(jié)構(gòu)圖。
圖25A是本發(fā)明的一種實施方式的1×2無偏振依賴光開關(guān)(3段連接，電場垂直基板施加)的說明圖。
圖25B是本發(fā)明的一種實施方式的1×2無偏振依賴光開關(guān)(3段連接，電場垂直基板施加)的說明圖。
圖26A是本發(fā)明的一種實施方式的1×2無偏振依賴光開關(guān)(5段連接，電場垂直基板施加)的說明圖。
圖26B是本發(fā)明的一種實施方式的1×2無偏振依賴光開關(guān)(5段連接，電場垂直基板施加)的說明圖。
圖27是表示本發(fā)明的一種實施方式的波導的結(jié)構(gòu)圖。
圖28A是本實施方式的波導的立體圖。
圖28B是圖28A的XXVIIIB-XXVIIIB線的切斷剖面圖。
圖29A是本發(fā)明的一種實施方式的波導的立體圖。
圖29B是圖29A的XXIXB-XXIXB線的切斷剖面圖。
圖30A是本發(fā)明的一種實施方式的波導的立體圖。
圖30B是圖29A的XXXB-XXXB線的切斷剖面圖。
圖31是本發(fā)明的一種實施方式的光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)圖。
圖32是本發(fā)明的一種實施方式的光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)圖。
圖33是本發(fā)明的一種實施方式的光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)圖。
圖34是本發(fā)明的一種實施方式的光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)圖。
圖35A是用于說明本發(fā)明的一種實施方式的波導電光移相器的立體圖。
圖35B是圖35A的XXXVB-XXXVB線剖面圖。
圖36A是用于說明本發(fā)明的一種實施方式的波導電光移相器的立體圖。
圖36B是圖36A的XXXVIB-XXXVIB線剖面圖。
圖37A是用于說明本發(fā)明的一種實施方式的波導電光移相器的立體圖。
圖37B是圖37A的XXXVIIB-XXXVIIB線剖面圖。
圖38A是用于說明本發(fā)明的一種實施方式的波導電光移相器的立體圖。
圖38B是圖38A的XXXVIIIB-XXXVIIIB線剖面圖。
圖39是本發(fā)明的一種實施方式的光調(diào)制器的剖面圖。
圖40是本發(fā)明的一種實施方式的光調(diào)制器的剖面圖。
圖41是本發(fā)明的一種實施方式的光調(diào)制器的剖面圖。
圖42是本發(fā)明的一種實施方式的光調(diào)制器的剖面圖。
圖43是具備本發(fā)明的一種實施方式的波導電光移相器的波長可變?yōu)V光器的結(jié)構(gòu)圖。
圖44是表示本發(fā)明的一種實施方式的波長可變?yōu)V光器用的電光移相器的電極結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖45是表示本發(fā)明的一種實施方式的波長可變?yōu)V光器用的電光移相器的電極結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖46是表示本發(fā)明的一種實施方式的波長可變?yōu)V光器用的電光移相器的電極結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
為了更詳細地說明本發(fā)明，按照附圖對其進行說明。
在本實施方式的光開關(guān)和光調(diào)制器中，使用立方晶并且具有大的2次電光效應(yīng)的電介質(zhì)晶體。具體地說，使用由KTN(KTa1-xNbxO3(0＜x＜1))以及KLTN(K1-yLiyTa1-xNbxO3(0＜x＜1，0＜y＜1))、或者KTN或者KLTN組成的晶體材料。本發(fā)明的一種實施方式的特征在于使用由這些晶體材料構(gòu)成的光波導器件。其中，X是對于Ta和Nb的Nb的組成比，Y是對于K和Li的Li的組成比。
當對于KTN將外部電極施加在晶體軸方向上時，則KTN表示2次電光效應(yīng)。其值為(1200～8000pm/V)，與LN所具有的非線性常數(shù)30pmN相比明顯大。
此外，KTN依賴于構(gòu)成，在-273℃～400℃的居里轉(zhuǎn)移溫度下產(chǎn)生鐵電轉(zhuǎn)移。以該居里溫度為臨界，相對介電常數(shù)在約3000～約20000之間大幅度變化?；诜蔷€性效應(yīng)的折射率變化與相對介電常數(shù)的平方成比例。因此，在轉(zhuǎn)移溫度附近，能夠以更低的電壓控制折射率。而且，雖然居里溫度根據(jù)KTa1-xNbxO3的組成x的值變化，但也可以通過在KTN中摻入Li來調(diào)整其溫度范圍。
另外，除了KTN、KLTN晶體外，也可以與KTN、KLTN晶體同樣地使用立方晶并且具有大的2次電光效應(yīng)的電介質(zhì)晶體。例如，作為用Ba置換KTN晶體的K、用Ti置換Ta和Nb雙方的晶體材料的BaTiO3(BTO)在室溫下呈正方晶結(jié)構(gòu)。但是，BTO在約100℃或100℃以上結(jié)構(gòu)相轉(zhuǎn)移而成為立方晶。因此，如果在這種狀態(tài)下，則能夠通過使用本發(fā)明的KTN、KLTN晶體的方法構(gòu)成本發(fā)明的光開關(guān)和光調(diào)制器。此外，雖然在動作溫度等的使用上存在差異，但用Sr置換了KTN晶體的K后的STO或用Ca置換后的CTO都具有同樣的性質(zhì)。而且，混合BTO和STO和CTO這3種材料中的2種或2種以上的材料而得到的材料也一樣。作為進一步的變形，也可以是用Pb和La置換BTO的Ba、用Zr置換Ti的一部分的材料。換言之，用Pb和La置換KTN晶體的K、用Ti和Zr置換Ta和Nb的材料(一般稱為PLZT的晶體材料)也完全可以同樣使用。另外，與KTN晶體一樣，上述變形也能夠適用于KLTN晶體，在這種情況下，將Li置換為Ba、Sr、Ca或Pb、La。
KTN、KLTN晶體具有利用溫度從立方晶到正方晶再到菱面體晶改變晶系的性質(zhì)。這些晶體，已知在立方晶中具有大的2次電光效應(yīng)。特別是在從立方晶到正方晶的相轉(zhuǎn)移溫度附近的區(qū)域中，導致相對介電常數(shù)發(fā)散的現(xiàn)象，與相對介電常數(shù)的平方成比例的2次電光效應(yīng)成為極大的值。因此，驅(qū)動光開關(guān)的電壓也能夠設(shè)為小于等于1V，對電源的負荷小，能夠用IC驅(qū)動。
此外，優(yōu)選地利用2次電光效應(yīng)的光開關(guān)和光調(diào)制器的動作溫度在從KTN、KLTN晶體的立方晶向正方晶的相轉(zhuǎn)移附近。KTN、KLTN晶體，通過改變Ta和Nb的組成比，可以使從順電性向鐵電性(晶系從立方晶向正方晶轉(zhuǎn)移)的相轉(zhuǎn)移溫度在大致絕對零度到400℃之間變化。因此，使用KTN、KLTN晶體制作的光開關(guān)和光調(diào)制器還具有容易將其動作溫度設(shè)定在室溫附近的優(yōu)點。此外，本發(fā)明的光開關(guān)和光調(diào)制器，由于將立方晶區(qū)域的晶體用于光波導，所以作為光波導沒有雙折射性，作為光開關(guān)也能夠進行無偏振依賴動作。
作為最能發(fā)揮上述特征的KTN、KLTN晶體材料的組成比，對于KTN來說只要是0＜x＜1即可，此外，對于KLTN來說只要是0＜x＜1、0＜y＜1即可。但是，優(yōu)選地組成比X(對于Ta和Nb的Nb的比)在大于等于0.55且小于等于0.90的范圍，而優(yōu)選地組成比Y(對于K和Li的Li的比)在大于0且小于0.1的范圍。當組成比X在0.55～0.90的范圍以外時，由于晶體的相轉(zhuǎn)移溫度過高或者過低所以不適宜，當組成比Y大于等于0.1時，由于晶體構(gòu)造改變所以不適宜。
(實施方式1)實施方式1的光開關(guān)具有傳播光的光波導和在光波導上施加電場的電極。作為該光波導使用KTN、KLTN晶體等立方晶并且具有大的2次電光效應(yīng)的電介質(zhì)晶體。
作為具體的結(jié)構(gòu)，有能夠在較小的折射率變化下進行開關(guān)的、即能夠在低驅(qū)動電壓下進行開關(guān)的馬赫-曾德干涉儀型的光開關(guān)。由于使在該光開關(guān)中進行無偏振依賴動作，所以需要由2次電光效應(yīng)產(chǎn)生的折射率變化在TE方向上、TM方向上準確地相等。在本實施方式中使用的KTN、KLTN晶體，在TE方向和TM方向上的折射率變化原理上存在相等的電場方位。即，通過構(gòu)成施加與光的傳播方向平行的電場的電極，能夠?qū)崿F(xiàn)無偏振依賴動作的光開關(guān)(參照后述的實施例3)。此外，在本實施方式中，在同一光波中，組合多個而構(gòu)成施加與光的傳播方向正交的電場的電極。按照這種結(jié)構(gòu)，即使假設(shè)在對于電場的折射率變化相對于TE方向和TM方向具有各向異性的方位上施加電場，也能夠?qū)崿F(xiàn)無偏振依賴動作的光開關(guān)(參照后述的實施例1)。
本實施方式的光開關(guān)，作為其動作使用2次電光效應(yīng)，并使用具有高相對介電常數(shù)的材料。因此，必須考慮由于CR時間常數(shù)引起的速度限制。但是，在本發(fā)明的光開關(guān)中，由于其2次電光效應(yīng)高，因而能夠使元件的尺寸極小。此外，能夠?qū)⒃撛糠值撵o電容量設(shè)計得小。其結(jié)果，除了上述無偏振依賴動作外，進一步還能夠?qū)崿F(xiàn)1～10nsec的高速動作。
由此，本實施方式的光開關(guān)能夠以簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)1～10nsec的高速、小于等于1V的低驅(qū)動電壓、無偏振依賴動作這些在現(xiàn)有的光開關(guān)中不能實現(xiàn)的高性能。因此，這樣的光開關(guān)能夠用于光分組路由選擇。并且，雖然使用幾個實施例說明具有上述特征的本發(fā)明的光開關(guān)的實施方式，但本發(fā)明并不限于以下的實施例。
(實施例1)圖1是表示本發(fā)明的實施方式的一例的光開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖。光開關(guān)具有馬赫-曾德干涉儀。光開關(guān)的光波導用電介質(zhì)晶體制作。另外，在本實施方式的其它實施例中，也以具有圖1所示的馬赫-曾德干涉儀的光開關(guān)為基礎(chǔ)進行說明。
如圖1所示，本發(fā)明的光開關(guān)是包含設(shè)置在輸入側(cè)的3dB耦合器16、設(shè)置在輸出側(cè)的3dB耦合器17、連接輸入側(cè)3dB耦合器16和輸出側(cè)3dB耦合器17的2條光波導(支路波導)而構(gòu)成的馬赫-曾德干涉儀。此外，作為相位調(diào)整部分18具備在2條光波導的一方上施加電場的電極。另外，輸入側(cè)3dB耦合器16和輸出側(cè)3dB耦合器17的耦合常數(shù)被精密地設(shè)計成3dB。
在本實施例的光開關(guān)中，在芯14、包層15使用的電介質(zhì)晶體材料都是KLTN晶體，通過調(diào)整Li濃度和Nb濃度而實現(xiàn)了相對折射率差0.75％的光波導。另外，如后述的圖2所示，光波導的剖面，成為芯14被包層15所包圍的埋入波導。芯14、包層15的電介質(zhì)晶體的相轉(zhuǎn)移溫度分別是10℃、7℃，本實施例的光開關(guān)的動作溫度是12℃。12℃時的芯14、包層15的電介質(zhì)晶體的相對介電常數(shù)分別是18000和15000。
在本實施例的光開關(guān)中，如圖1所示，從輸入端口11輸入光。當在相位調(diào)制部分18中未在光波導上施加電場的情況下(OFF的情況下)，向輸出端口12輸出全部的光。當在相位調(diào)制部分18中在光波導上施加電場的情況下(ON的情況下)，通過由相位調(diào)制部分18使相位變化π而使光的輸出切換到輸出端口13。
圖2是表示形成在圖1的光開關(guān)的馬赫-曾德干涉儀一方的光波導上的相位調(diào)制部分18的結(jié)構(gòu)圖。此外，圖3A是圖2的IIIA-IIIA線按箭頭方向看的剖面圖，圖3B是圖2的IIIB-IIIB線按箭頭方向看的剖面圖。
如圖2、圖3A和B所示，相位調(diào)制部分18由相位調(diào)制單元24、相位調(diào)制單元25這2個相位調(diào)制單元構(gòu)成。這2種相位調(diào)制單元具有各自不同的電極結(jié)構(gòu)。具體地說，在相位調(diào)制單元24中，在芯14正上方設(shè)置有透明電極22，在其兩側(cè)配置有包層電極23。如圖3A所示，在該電極結(jié)構(gòu)中，在從芯14向基板方向上(與傳播的光的TM方向平行的方向)上施加電場。另一方面，在相位調(diào)制單元25中，以夾著芯14的方式配置了透明電極22、包層電極23。由此，如圖3B所示，在與基板平行的方向(與傳播的光的TE方向平行的方向)上施加了電場。利用這樣的電極結(jié)構(gòu)，能夠在相對于光的傳播方向正交且相互正交的2個方向上施加電場。
其中，KTN、KLTN晶體的2次電光效應(yīng)可以根據(jù)其對稱性表示如下。
Δn∥＝-1/2×n03×ε02×εr2×g11×E2(1)[式2]Δn＝-1/2×n03×ε02×εr2×g12×E2(2)在以上的式子中，Δn∥是與施加電場平行方向的折射率變化，Δn是與施加電場垂直方向的折射率變化，n0是KTN、KITN的電場施加前的折射率，g11和g12是KTN、KLTN的非線性常數(shù)，ε0是真空的介電常數(shù)，εa是晶體的相對介電常數(shù)，E是施加電場。KTN、KLTN晶體的電光常數(shù)分別是g11)0.136m4/C2，g12＝-0.038m4/C2。因此，與電場平行的折射率通過電場的施加而減小，與電場垂直方向的折射率通過電場的施加而增大。此外，可知與電場平行的折射率的變化量增大到電場垂直方向的折射率的變化量的3～4倍左右。如果圖示這樣的電場施加前、施加后的與光傳播方向正交的折射率，則可知如圖4所示地進行變化。因此，在圖2所示的相位調(diào)制部分18中，根據(jù)式(1)、(2)，在相互正交的2個電場相等的情況下，式(1)和(2)的加算量的折射率變化在TE方向、TM方向的兩偏振上相等地產(chǎn)生。因此可知，在相位調(diào)制部分18中相位調(diào)制量不依賴于偏振，本發(fā)明的光開關(guān)在無偏振依賴下進行動作。
在本實施方式的光開關(guān)中，為了使從電極施加的電場在光波導的芯中有效地作用，使電極之下的包層厚度極薄。此外，考慮到光電場的封閉，將電極的一部分或者全部、特別是芯正上方的電極用相對于1.55μm波長的光成為透明的材料(例如，ITOIndium Tin Oxide)構(gòu)成。由此，能夠使施加電場基本沒有損耗地施加在芯上。
此外，圖2所示的2種電極的長度分別是4mm，兩電極約為8mm。該光開關(guān)的插入損耗約為3dB，包含使用KLTN晶體制作的馬赫-曾德干涉儀的光波導損耗極低。
圖5是表示本發(fā)明的光開關(guān)的動作特性的曲線圖。
是在相位調(diào)制單元24、25上施加相等的偏置電場(電壓)1V，在施加了進行開關(guān)需要的電場時，測定的輸出到輸出端口12、13的光功率的結(jié)果。如圖5所示，可知光輸出通過電場(電壓)的施加而切換。在本實施例的光開關(guān)的情況下，由于使用2次電光效應(yīng)，所以隨著施加電場(電壓)增大折射率變化增大。因此，可知為使相位變化π所需要的電場(電壓)逐漸減小的情況。在本實施例的光開關(guān)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動條件下，動作所需要的電壓(Vπ)是0.85V，開關(guān)的消光比顯示32dB的良好的值。而且，在開關(guān)上施加矩形波的電場而測定的開關(guān)速度約為1.5nsec，分組開關(guān)所需要的高速動作也是可能的。
另外，在本實施例中，為了容易進行折射率控制而使用了KLTN晶體。但即使使用KTN晶體也能夠制作同樣的光開關(guān)，證實了0.87V的驅(qū)動電壓、1.2nsec的開關(guān)速度、還有無偏振依賴動作。
(實施例2)本實施例的光開關(guān)的結(jié)構(gòu)是在馬赫-曾德干涉儀的光波導(支路波導)的一側(cè)設(shè)置了圖2所示的相位調(diào)制部分18的相位調(diào)制單元24，在另一側(cè)設(shè)置了相位調(diào)制部分8的相位調(diào)制單元25。除此之外的結(jié)構(gòu)是與實施例1的光開關(guān)大致相同的結(jié)構(gòu)。本實施例制作這樣結(jié)構(gòu)的光開關(guān)并確認了其動作。
在實施例1的光開關(guān)的結(jié)構(gòu)中，由于只在馬赫-曾德干涉儀一方的支路波導上施加電場，所以折射率變化是式(1)、(2)的加算。如在實施例1中說明的那樣，KTN、KLTN晶體的2次電光常數(shù)在正交的方向上符號相反。因此，雖然通過式(1)、(2)的加算沒有對于偏振的折射率依賴性，但折射率變化量向減小的方向變化。
因此，在實施例2的光開關(guān)中，由于對施加電場進一步有效地進行開關(guān)動作，所以在雙方的支路波導上分別制作了相位調(diào)整部分18(參照圖2)。而后，在一方的支路波導的相位調(diào)制單元24和另一方的支路波導的相位調(diào)制單元25上施加相同的電場。當對光輸出進行開關(guān)時，相反，向一方的支路波導的相位調(diào)制單元25和另一方的支路波導的相位調(diào)制單元24施加相同的電場。由此，能夠進行推拉動作，折射率變化成為(1)和(2)的差，進而能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓下的開關(guān)。這種情況下的驅(qū)動電壓Vπ是0.53V，其它的開關(guān)特性與實施例1的光開關(guān)一樣。即，利用本實施例的結(jié)構(gòu)可知，在保持光開關(guān)的高速、無偏振依賴的特性的同時能夠進一步以低電壓進行驅(qū)動。
(實施例3)圖6是本實施方式的光開關(guān)的實施方式的另一例子，是表示其相位調(diào)制部分結(jié)構(gòu)的圖。此外，圖7相當于圖6的VII-VII線按箭頭方向看的剖面圖，是表示使用梳子形電極的相位調(diào)制部分的電場方向的圖。
雖然實施例3的光開關(guān)的結(jié)構(gòu)是與實施例1的光開關(guān)同樣地使用馬赫-曾德干涉儀的結(jié)構(gòu)，但在馬赫-曾德干涉儀的光波導(支路波導)的相位調(diào)制部分使用圖6所示的梳子形電極結(jié)構(gòu)是大的不同點。
如圖6、7所示，本實施例的相位調(diào)制部分是在形成于基板61上的包層63上以包圍芯62的方式形成的埋入波導。在芯62的上部，在其長度方向上形成梳子形狀的梳子形電極64和包層電極65使得相互的電極交替地配置。此外，如圖7所示(在圖6中未圖示)，以在上部側(cè)的梳子形電極64和包層電極65上分別相對的方式在基板61與包層17的界面上分別形成下部側(cè)的梳子形電極64和包層電極65。
由梳子形電極64和包層電極65施加的電場，如圖7所示的電場E1、E2，在與光傳播方向平行的方向上形成多個。并且，相鄰的電場E1、E2的方向具有交替地反轉(zhuǎn)的方向。以相對的梳子形電極64、包層電極65的極性相同的方式制作電極。因此，消除了與芯62正交的方向的電場，只剩下與芯62平行的電場。
與這樣的電場施加前、施加后的光傳播方向正交的折射率如圖8的圖示那樣地變化。在實施例3的情況下，與光的傳播方向正交的方向的折射率變化與式(2)的折射率變化相對應(yīng)。即，從圖8可知，該折射率變化的方向是各向同性的，相對于偏振各向同性地產(chǎn)生折射率變化。因此可知，成為無偏振依賴。
在實施例3的梳子形狀的電極結(jié)構(gòu)中，如圖7所示，具有盡管電場E1、E2的方向交替地反轉(zhuǎn)而不依賴于電場方向得到一定方向的折射率變化的特征。這是因為，由于使用2次電光效應(yīng)，所以與電場的符號(電場的方向)無關(guān)，能夠得到與該絕對值的平方成比例的折射率變化。這是利用2次電光效應(yīng)的大的優(yōu)點，從而能夠使用梳子形電極。
而且，在使用梳子形電極的情況下，具有通過改變梳子形電極的間隙而能夠改變電場大小的優(yōu)點。在三明治型的電極結(jié)構(gòu)的情況下，無法使電極間隙減小到小于等于光波導的厚度，因而為了增大電場只能施加大的電壓。但是，在梳子形電極的情況下，正負電極在同一平面上，因而能夠任意地改變其間隙。因此，通過減小其間隙，能夠在同樣的施加電壓下得到大的電場。即，通過在具有2次電光效應(yīng)的電介質(zhì)晶體上使用梳子形電極，能夠以小的施加電壓施加大的電場。而且，由于即使電場方向交替地變化也能夠使折射率在一定方向上變化，所以能夠得到折射率在光的傳播方向上均勻地大的變化的光波導。因此，通過將使用了實施例3的梳子形狀的電極結(jié)構(gòu)的相位調(diào)制部分用于馬赫-曾德干涉儀一方(或者雙方)的支路波導，能夠容易地實現(xiàn)無偏振依賴且低驅(qū)動電壓的光開關(guān)。
另外，并不限于實施例3那樣的梳子形狀的電極結(jié)構(gòu)，在形成與光的傳播方向平行的方向且只是光的傳播方向的順方向或者逆方向的電場的電極結(jié)構(gòu)的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)無偏振依賴的光開關(guān)。
在實施例3中，用具有與實施例1大致相等的相轉(zhuǎn)移溫度的KTN晶體制作包含馬赫-曾德干涉儀的光波導。此外，在下部電極上使用白金、在上部電極上使用ITO制作光開關(guān)。只要電極是導電性的就能夠進行開關(guān)動作。在減小上部和下部的包層厚度提高電場施加效率的情況下，使用透明電極能夠抑制由電極材料產(chǎn)生的光吸收的影響。其結(jié)果能夠使插入損耗降低。此外，當將相位調(diào)制部分的長度設(shè)為1cm，將偏置電壓設(shè)為1V時，本實施例的光開關(guān)的驅(qū)動電壓Vπ是0.98V，消光比表現(xiàn)為35aB良好的特性，在無偏振依賴下進行動作。
另外，在實施例1至實施例3的光開關(guān)中，施加偏置電壓使其動作。在該偏置電壓上重疊進行開關(guān)所需要的調(diào)制電壓，作為電路結(jié)構(gòu)是容易的。此外，由于使用2次電光效應(yīng)，所以通過施加偏置電壓能夠使對于電場變化的折射率變化量增大。由此可見，通過施加對電源電路不施加負荷的程度的偏置電壓能夠進一步高效率地進行開關(guān)。
(實施例4)實施例4的光開關(guān)的結(jié)構(gòu)是與實施例1的光開關(guān)同樣地使用了馬赫-曾德干涉儀的結(jié)構(gòu)。利用KLTN晶體形成2條支路波導，將與實施例1一樣的相位調(diào)制部分制作在雙方的支路波導上。但是，輸入側(cè)3dB耦合器和輸出側(cè)3dB耦合器由石英類波導制作。使用這些材料，在研磨相位調(diào)制部分側(cè)的KLTN晶體的端面并施加AR涂層后，將該端面與輸入側(cè)3dB耦合器和輸出側(cè)3dB耦合器用光學粘接劑粘接而構(gòu)成光開關(guān)。
實施例4的光開關(guān)，其驅(qū)動電壓或開關(guān)速度與實施例1大致一樣。但是，插入損耗和消光比得到改善，分別為2.4dB、42dB。這表示用石英類波導制作的3dB耦合器比用KLTN晶體制作的3dB耦合器損耗低精度高。由此可見，即使只在相位調(diào)制部分使用KTN、KLTN晶體的光波導，而用石英類等其它的光波導構(gòu)成其它的部分，也能夠制作同樣的光開關(guān)。
(實施例5)雖然實施例5的光開關(guān)是與實施例1的光開關(guān)同等的結(jié)構(gòu)，但光波導由BTO晶體等制作這一點不同。制作這樣構(gòu)成的光開關(guān)，并確認了其動作。
在實施例5的光開關(guān)中，當將BTO波導部分控制在110℃進行動作時，則驅(qū)動電壓Vπ需要1.5V。但得到了與實施例1的光開關(guān)同樣的性能，而且，開關(guān)速度小于等于1ns。此外，將BTO和STO以0.73∶0.27的比例混和。制作由Ba0.73Sr0.27TiO3的單晶體構(gòu)成的波導，并用它制作同樣的光開關(guān)。在這種情況下，在波導溫度10℃下，得到了與使用BTO波導的情況一樣的特性。另外，將PLZT作為波導材料的光開關(guān)也能夠進行同樣的動作。
(實施例6)在實施例6中，通過在4英寸的基板上高密度地集成實施例2的光開關(guān)，制作16×16矩陣開關(guān)。制作的光開關(guān)是非阻塞結(jié)構(gòu)，其數(shù)量是256個。光開關(guān)以無偏振依賴進行動作，插入損耗是8.5dB，消光比是43dB，驅(qū)動電壓0.9V，進行開關(guān)所使用的消耗功率是0.8W。在實施例6的光開關(guān)的情況下，由于在進行開關(guān)時重復(fù)與開關(guān)部分的電容量對應(yīng)的充放電，所以產(chǎn)生與開關(guān)速度對應(yīng)的功率消耗。具體地說，當在1GHz下連續(xù)地進行開關(guān)動作時，其最大消耗功率是0.8W。由此可見，與現(xiàn)有的光開關(guān)相比功率消耗極小。
(實施例7)在本實施方式中，說明了馬赫-曾德干涉型的光開關(guān)。在實施例7中說明方向性耦合器。
如圖9所示，在實施例7的波導型器件中，在芯91、包層92所使用的波導材料都是KLTN晶體。通過對于這些材料調(diào)整Li的濃度和Nb的濃度而實現(xiàn)了相對折射率差0.5％的光波導。芯隆起利用光刻和干蝕刻加工成大致6μm×6μm的尺寸。
實施例7具備方向性耦合型光分支元件96，當從輸入端口93輸入光后，則在相互作用區(qū)域上在2個波導間產(chǎn)生模式耦合而能量轉(zhuǎn)移。通過調(diào)節(jié)芯間的間隙G和相互作用區(qū)域L能夠?qū)崿F(xiàn)具有1∶1分支比的元件、即3dB耦合器。
制作多個使芯間隙G和相互作用長度L變化的方向性耦合型光分支元件。圖10是表示從輸入端口93輸入波長1.55μm的光，測定來自輸出端口94、95的輸出光的強度，分支比成為1∶1的典型條件的曲線。由圖10表示出制作的方向性耦合型光分支元件的過剩損耗為大致小于等于0.1dB的優(yōu)異的光學特性。
(實施例8)在實施例7中的方向性耦合器中，在一方的光波導正上方形成電極(未圖示)，制作分支比可變波導型分支元件。其結(jié)構(gòu)如圖11所示。
在實施例8的波導型分支元件中，如圖11所示，當從輸入端口111輸入光后，在相位調(diào)制部分112中，輸入的光一旦轉(zhuǎn)移到另一方的光波導后再次向原來的光波導轉(zhuǎn)移。此時，以向輸出端口114輸出全部的光的方式施加了偏置電壓。當在相位調(diào)制單元112中在光波導上施加分支比控制用電場的情況下(ON的情況)，通過相位調(diào)制部分112的電場的施加，單側(cè)波導的有效折射率發(fā)生變化。其結(jié)果，2個波導間的傳播常數(shù)產(chǎn)生差而產(chǎn)生相位不匹配。通過用分支比控制用電場使該相位不匹配量變化，光的輸出向輸出端口113轉(zhuǎn)移而分支比變化。
圖12是表示形成在圖11中的方向性耦合器一方的光波導上的相位調(diào)整部分112的結(jié)構(gòu)圖。此外，圖13A是圖12的XIIA-XIIA剖面圖，圖13B是圖12的XIIB-XIIB剖面圖。
如圖12、圖13A和B所示，相位調(diào)制部分112由相位調(diào)制單元121、相位調(diào)制單元122這2個相位調(diào)制單元構(gòu)成。各個相位調(diào)制單元具有2種各自不同的電極結(jié)構(gòu)。具體地說，在相位調(diào)制單元121中，在芯91正上方配置了電極123，在其兩側(cè)配置了包層電極124。在該電極結(jié)構(gòu)中，如圖13A所示，在從芯91朝向基板的方向(與傳播的光的TM方向平行的方向)上施加電場。另一方面，在相位調(diào)制單元122中，以夾著芯91的方式配置了電極123、包層電極124。因此，如圖13B所示，在與基板平行的方向(與傳播的光的TE方向平行的方向)上施加電場。利用這樣的電極結(jié)構(gòu)，能夠在對于光傳播方向正交且彼此正交的2個方向上施加電場。
即，通過式(1)-(2)，在圖11所示的相位調(diào)整部分112中，在相互直行的2個電場相等的情況下，式(1)和(2)的加算量的折射率變化在TE方向、TM方向的兩變更上相等地產(chǎn)生。由此可見，在相位調(diào)制部分112中，相位調(diào)制量不依賴于偏振，本實施方式的光開關(guān)以無偏振依賴進行分支比可變動作。
圖12所示的2種電極的長度分別設(shè)為4mm，而兩電極設(shè)為約8mm。該光開關(guān)的插入損耗約為2.5dB，包含使用KLTN晶體的方向性耦合器的波導器件損耗極低。
圖14是表示本實施方式的光開關(guān)的分支特性的曲線圖。如上所述，是在相位調(diào)制單元121、122施加相等的偏置電場(電壓)3V，在施加了用于使分支比變化所需要的電場時，測定輸出到輸出端口113、114的光功率的結(jié)果。如圖14所示，可知光輸出通過電場的施加而切換?？芍緦嵤├?的波導型器件分支比可變，還具有開關(guān)功能。在實施例8中，由于使用了2次電光效應(yīng)，所以隨著施加電場變大而折射率變化增大。因此，可見開關(guān)動作所需要的電場逐漸減小。在本實施例的光開關(guān)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動條件下，進行開關(guān)動作所需要的電壓為0.95V，開關(guān)的消光比顯示30dB的良好的值。而且，在開關(guān)上施加矩形波的電場并測定的開關(guān)速度約為2nsec。因此，利用本實施例的光開關(guān)，也能夠?qū)崿F(xiàn)進行分組開關(guān)所需要的高速動作。
另外，在實施例8中，雖然使用了KLTN晶體，但使用KTN晶體也能夠制作同樣的光開關(guān)，并確認了0.97V的驅(qū)動電壓、1.7nsec的開關(guān)速度，還有無偏振依賴動作。此外，雖然用于實施相位調(diào)制的電極結(jié)構(gòu)使用了由圖13A和B所示的2個相位調(diào)制單元構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，但即使使用梳子形電極等的結(jié)構(gòu)也確認了無偏振依賴操作。
(實施例9)在實施例9中，通過在4英寸的基板上高密度地集成實施例8的光開關(guān)制作16×16矩陣開關(guān)。制作的光開關(guān)是非阻塞結(jié)構(gòu)，其數(shù)量是256個。圖15表示其中16個單元151。各單元151是使用圖11所示的方向性耦合器的光開關(guān)。該光開關(guān)在無偏振依賴下進行動作，插入損耗是8.0dB，消光比是45dB，驅(qū)動電壓0.90V，進行開關(guān)所使用的消耗功率是0.83W。
在本開關(guān)的情況下，由于在進行開關(guān)時反復(fù)進行與開關(guān)部分的電容量對應(yīng)的充放電，所以產(chǎn)生與開關(guān)速度對應(yīng)的功率消耗。具體地說，當在1GHz下連續(xù)地進行開關(guān)動作時，其最大消耗功率是0.8W，與現(xiàn)有的光開關(guān)相比消耗功率極小。
在實施方式1的光開關(guān)中，為了對于KTN和KLTN等使其在居里轉(zhuǎn)移溫度附近進行動作，可以具備溫度控制器。溫度控制器可以是珀耳貼元件。
如以上的說明，按照實施方式1，通過將KTN、KLTN晶體等作為光波導使用，能夠?qū)崿F(xiàn)在以往無法實現(xiàn)的高速、低電壓驅(qū)動、無偏振依賴的光開關(guān)。由于能夠以低電壓進行驅(qū)動，所以不需要使用高價的高速動作的電源，而代之能夠用IC等進行直接驅(qū)動。此外，實施方式1的光開關(guān)，使用集成電路和板安裝等能夠作為高密度的開關(guān)板廉價地進行制作。而且，構(gòu)成矩陣容易，能夠構(gòu)成大規(guī)模的矩陣開關(guān)。因此，實施方式1的光開關(guān)作為光分組路由器的芯開關(guān)是有用的。
(實施方式2)
實施方式2用以KTN晶體為基礎(chǔ)的光波導構(gòu)成數(shù)字光開關(guān)。例如，如圖16所示，使用將KTN或者KLTN作為芯161，將折射率比它稍低的KTN或者KLTN作為包層162的埋入型三維光波導。雖然在圖16中省略，但該埋入型三維光波導設(shè)置在KTaO3(KT)、KNbO3(KN)或者KTN基板上。
圖17表示利用了這樣的埋入型三維光波導的1×2數(shù)字光開關(guān)。該光開關(guān)，由于只在光的波導方向上施加電場E1，所以在下層包層下方并且在上層包層上方具備梳子形電極。
即，在基板173上，作為由芯178和包層174構(gòu)成的埋入型三維光波導，構(gòu)成從-個輸入光波導(輸入端口)175向二個輸出波導(輸出端口)176、177分支的Y分支型波導。在下側(cè)的包層174的下方和上側(cè)的包層174的上方的Y分支附近的輸出波導176、177上配置了用于向芯178施加電場的梳子形電極171、172。
這樣的數(shù)字光開關(guān)，如后述，能夠接受TE、TM雙方的折射率變化相等的折射率變化，從而能夠消除偏振依賴性。在本實施方式中使用的KTN是電介質(zhì)晶體材料，在居里溫度或居里溫度以上具有立方晶結(jié)構(gòu)。對此，如圖16所示，當在晶體軸方向a1、a2、a3上施加外部電場E1、E2、E3時，顯示二次電光效應(yīng)。
在立方晶的TE、TM各模式的折射率的電場依賴性，當E2或者E3是0時可以如以下那樣記述。
nTE＝n0-0.5n03ε02εa2(g12E12+g11E22)-0.5n03g12ε02εa2E32nTM＝n0-0.5n03ε02εa2g12(E12+E22)-0.5n03g11ε02εa2E32(3)(g11＞0，g12＜0)在上式中，n0是KTN或者KLTN的電場施加前的折射率，g11和g12是KTN、KLTN的非線性常數(shù)，εa是KTN、KLTN的相對介電常數(shù)。其中，E1、E2、E3的電場方向與圖16所示的芯108的主軸方向的電場各自對應(yīng)。當E2或者E3是0時，折射率橢圓體的主軸沒有變化，不發(fā)生模式變換。此外，當E3不是0時，由于g11和g12的符號不同，所以折射率變化的方向不同。
并且，nTE隨著E3的增加而減小。另一方面，由于nTM隨著E3的增加而增加，所以產(chǎn)生開關(guān)動作的偏振依賴性。因此，當只施加光的波導方向的電場E1時，則折射率變化兩模式都如下式那樣用同一式子賦予，從而能夠消除偏振依賴性。
nTE＝n0-0.5n03ε02εa2g12E12nTM＝n0-0.5n03ε02εa2g12E12(4)(g11＞0，g12＜0)因此，如圖17，為了只施加光的波導方向的電場E1，在作為芯178的輸出端口176、177的上下配置了梳子形電極171、172。
圖18A表示配置了梳子形電極171、172的Y分支波導的剖面圖，圖18B表示梳子形電極的平面圖。
如圖18A所示，在基板183上設(shè)置了由包層184和芯182構(gòu)成的埋入型三維光波導。此外，在上側(cè)的包層184的上方和下側(cè)的包層184的下側(cè)分別配置了梳子型電極181。如圖18B所示，梳子型電極181，以一定間隙交替地配置了+極181a和-極181b。并且，以上下的梳子型的電極181的同極性相對的方式配置。
因此，上下貫穿芯182的電場E3通過來自上下梳子型電極181的電場成分的抵消作用理想的是成為0。因此，利用本實施例的梳子型電極181能夠有效地只在光波導方向上施加電場E1。此外，本發(fā)明的電場效應(yīng)，由于利用2次電光效應(yīng)，所以與電場的平方成比例。因此，在二個輸出端口176、177上預(yù)先施加DC偏置電壓，通過只在要利用開關(guān)動作切換光路的二個輸出端口176或者輸出端口177上施加電壓，能夠以更低的消耗功率進行開關(guān)動作。
另一方面，如圖19所示，在上側(cè)的包層193的表面上，在芯192的左右配置+極、-極的電極191，在相對于光波導方向在垂直方向上施加電壓的情況下，主要產(chǎn)生與基板平行的橫切芯192的方向的電場E2。在這種情況下，折射率變化用以下的式子表示，nTE減小，nTM增大。
nTE＝n0-0.5n03ε02εa2g11E22nTM＝n0-0.5n03ε02εa2g12E22(5)(g11＞0，g12＜0)圖20表示利用這樣的原理的1×2偏振分離器。即，如圖20所示，在基板203上，作為由芯208和包層204構(gòu)成的埋入型三維光波導設(shè)置了從一個輸入端口205向二個輸出端口206、207分支的Y分支型波導。在包層204表面上，在Y分支附近的輸出端口206、207各自的左右兩側(cè)配置了開關(guān)用電極201、202。
因此，如果使TM光、TE光入射到輸入端口205上，當向一方的開關(guān)用電極201上施加電壓時，則產(chǎn)生與基板平行的橫切芯208的方向的電場E2。因此，TM光向輸出端口206輸出，TE光向輸出端口207輸出。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)可以將TE模式和TM模式分離的偏振分離器。
此外，圖21A和B是表示將該Y分支型波導5個組合成樹形的1×2無偏振依賴光開關(guān)的示意圖。即，用第一Y分支型波導211將一個波導分支為二個波導。用第二、第三Y分支型波導212、213將二個波導分支為四個。用第四、第五Y分支型波導214、215使交叉的波導和直線的波導分別結(jié)合成二個波導。此外，在各Y分支型波導211～215的輸出波導上分別配置了開關(guān)用電極。在圖21A和B中，在用黑色表示的電極上實際地施加電壓。
在圖21A的情況下，TM光、TE光分別傳播在用箭頭所示的光路上，最終都向圖中上側(cè)的輸出端口輸出。另一方面，在圖21B的情況下，TM光、TE光分別在箭頭所示的光路上傳播，最終都向圖中下側(cè)的輸出端口輸出。
此外，圖22A和B是表示將該Y分支型波導7個組合成樹形的1×2無偏振依賴光開關(guān)的示意圖。即，用第一Y分支型波導221將一個波導分支為二個波導。用第二、第三Y分支型波導222、223將二個波導進一步分支為四個波導。用第四Y分支型波導224將二個波導結(jié)合成一個波導并用第五Y分支型波導225將一個波導分支為二個波導。進而，用第六、第七分支型波導226、227將四個波導結(jié)合成二個波導。在這些各Y分支型波導221～227的輸出波導上分別配置了開關(guān)用電極。在圖22A和B中，在用黑色表示的電極上實際地施加電壓。
在圖22A的情況下，TM光、TE光在分別用箭頭表示的光路上傳播，最終都向圖中上側(cè)的輸出端口輸出。另一方面，在圖22B的情況下，TM光、TE光在用箭頭表示的光路上傳播，最終都向下側(cè)的輸出端口輸出。
如上所述，通過多段地連接Y分支型波導能夠?qū)崿F(xiàn)無偏振依賴型的光開關(guān)。如圖21A和B、以及圖22A和B所示，通過將Y分支型波導5～7個連接成樹形，能夠?qū)崿F(xiàn)最小的小型的無偏振依賴型的開關(guān)。
另一方面，如圖23所示，在下側(cè)的包層233的下方并且在上側(cè)的包層233的上方雙方配置了+電極231和-電極231.在相對于光波導方向在垂直方向上施加電壓的情況下，主要產(chǎn)生與基板垂直的橫切芯波導232方向的電場E3。
nTE＝n0-0.5n03g12ε02εa2E32nTM＝n0-0.5n03g11ε02εa2E32(6)(g11＞0，g12＜0)在這種情況下，在電壓施加時nTE增大，nTM減小。
圖24表示利用這樣的原理的1×2偏振分離器。如圖24所示，在基板248上，作為由芯241和包層244構(gòu)成的埋入型三維光波導，設(shè)置了由一個輸入端口245向二個輸出端口246、247分支的Y分支型波導。在包層244的上面及其下面，沿著在Y分支附近的輸出端口246、247各自配置了開關(guān)用電極242、243。
用這樣的結(jié)構(gòu)，當使TM光、TE光入射到輸入端口245，在一方的開關(guān)用電極242上施加電壓時，則產(chǎn)生與基板垂直的橫切芯246方向的電場E3。因此，TE光向輸出端口246輸出，而TM光向輸出端口247輸出。因此，同樣地能夠?qū)崿F(xiàn)可以將TE模式和TM模式分離的偏振分離器。
此外，圖25A和B是表示將該Y分支型波導5個組合成樹形的1×2無偏振依賴光開關(guān)的示意圖。即，用第一分支型波導251將一個波導分支為二個波導。用第二、第三Y分支型波導252、253將二個波導分支為四個。用第四、第五Y分支型波導254、255使交叉的波導和直線的波導分別結(jié)合成二個波導。在這些各Y分支型波導251～255的輸出端口上分別配置了開關(guān)用電極。在圖25A、B中，在用黑色表示的電極上實際地施加電壓。
在圖25A的情況下，TM光、TE光分別在用箭頭表示的光路上傳播，最終都向圖中上側(cè)的輸出端口輸出。另一方面，在圖25B的情況下，TM光、TE光分別在用箭頭表示的光路上傳播，最終都向下側(cè)的輸出端口輸出。
此外，圖26A和B是表示將該Y分支型波導7組組合的1×2無偏振依賴光開關(guān)的示意圖。即，用第一Y分支型波導261將一個波導分支為二個波導。用第二、第三Y分支型波導262、263將二個波導進一步分支為四個波導。用第四Y分支型波導264將二個波導結(jié)合為一個波導并用第五Y分支型波導265將一個波導分支為二個波導。進而，用第六、第七Y分支型波導266、267將四個波導結(jié)合為二個波導。
在各Y分支型波導261～267的輸出端口上分別配置了開關(guān)用電極。在圖26A和B中，在用黑色表示的電極上實際地施加電壓。
在圖26A的情況下，TM光、TE光分別在用箭頭表示的光路上傳播，最終都向圖中上側(cè)的輸出端口輸出。另一方面，在圖26B的情況下，TM光、TE光分別在用箭頭表示的光路上傳播，最終都向圖中下側(cè)的輸出端口輸出。如上所述，通過多段地連接Y分支型波導能夠?qū)崿F(xiàn)無偏振依賴型的光開關(guān)。
以下，表示利用上述的方法制作的光開關(guān)的實施例，但開關(guān)制作方法并不限于所述內(nèi)容。
(實施例1)
用光刻等方法在KTN晶體的表面上制作了白金梳子形電極。而后，調(diào)整Li濃度來制作將折射率高的KLTN作為Y分支型的芯、將折射率低的KLTN作為包層的Y分支埋入波導。因此，將芯和包層的相對折射率差設(shè)為Δn＝0.3％。設(shè)芯尺寸是8×8μm2。進而，利用光刻等方法在上層包層晶體的表面上制作白金梳子形電極作為驅(qū)動用電極。
電極長度越短對于由CR常數(shù)決定的響應(yīng)速度越有利。但是，交調(diào)失真是電極長度越長越有利。因此，用具有改變了電極長度的方式的多個光開關(guān)評價其光學特性而得到最佳值。由于在居里轉(zhuǎn)移溫度附近進行動作，所以用珀耳貼元件對該光開關(guān)進行溫度調(diào)整。將DC偏置電壓3V施加給雙方的開關(guān)用電極，在ON端口側(cè)的開關(guān)用電極上施加調(diào)制電壓，使其進行開關(guān)動作。該1×2數(shù)字型EO開關(guān)顯示出動作電壓＜1V(DC偏置電壓3V)、交調(diào)失真＜-30dB、響應(yīng)速度＜1ns的光學特性。
(實施例2)利用光刻等方法，在KTN晶體表面上制作白金的梳子形電極。而后，調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將折射率高的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的Y分支埋入波導。將芯和包層的相對折射率差設(shè)為Δn＝0.3％。設(shè)芯尺寸是8×8μm2。進而，利用光刻等的方法，在上層包層晶體的表面上制作白金梳子形電極作為驅(qū)動用電極。
電極長度越短對于由CR常數(shù)決定的響應(yīng)速度越有利。但是，交調(diào)失真是電極長度越長越有利。因此，由于交調(diào)失真是電極長度越長越有利，所以用具有改變了電極長度的方式的多個光開關(guān)評價其光學特性而得到最佳值。由于在居里轉(zhuǎn)移溫度附近進行動作，所以用珀耳貼元件對該光開關(guān)進行溫度調(diào)整。將DC偏置電壓3V施加給雙方的開關(guān)用電極，在一方的開關(guān)用電極上施加調(diào)制電壓使其進行開關(guān)動作。該1×2數(shù)字型EO開關(guān)顯示出動作電壓＜1V(DC偏置電壓3V)、交調(diào)失真＜-30dB、響應(yīng)速度＜1ns的光學特性。
(實施例3)調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將折射率高的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的波導。如圖22A和B所示，使用該波導制作具有將Y分支型波導221～227連接7段的結(jié)構(gòu)的埋入波導。將芯和包層的相對折射率差設(shè)為Δ＝0.3％。設(shè)芯尺寸是8×8μm2。進而，利用光刻等方法，在上層包層晶體的表面制作白金表面電極作為開關(guān)用電極。為了在居里轉(zhuǎn)移溫度附近進行動作，用珀耳貼元件對該光開關(guān)進行溫度調(diào)整。
對圖22A和B的用黑色表示的電極施加調(diào)制電壓，使其進行開關(guān)動作。該1×2數(shù)字型EO開關(guān)顯示出動作電壓＜1V(DC偏置電壓3V)、交調(diào)失真＜-30dB、響應(yīng)速度＜1ns的光學特性。
(實施例4)調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將折射率高的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的波導。如圖21A和B所示，使用該波導制作具有將Y分支型波導211～215連接5段的結(jié)構(gòu)的埋入波導。將芯和包層的相對折射率差設(shè)為Δ＝0.3％。設(shè)芯尺寸是8×8μm2。進而，利用光刻等方法，在上層包層晶體的表面制作白金表面電極作為驅(qū)動用電極。為了在居里轉(zhuǎn)移溫度附近進行動作，用珀耳貼元件對該光開關(guān)進行溫度調(diào)整。
在圖21A和B的用黑色表示的電極上施加調(diào)制電壓使其進行開關(guān)動作。該1×2數(shù)字型EO開關(guān)顯示出動作電壓＜1V(DC偏置電壓3V)、交調(diào)失真＜-30dB、響應(yīng)速度＜1ns的光學特性。
(實施例5)利用光刻等方法，在KTN晶體表面上制作白金的開關(guān)用電極。而后，調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將折射率高的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的波導。如圖25A和B所示，使用該波導制作具有將Y分支型波導251～255連接5段的結(jié)構(gòu)的埋入波導。因此，將芯和包層的相對折射率差設(shè)為Δn＝0.3％。設(shè)芯尺寸是8×8μm2。進而，利用光刻等方法，在上層包層晶體的表面和下層包層晶體下部制作白金電極作為開關(guān)用電極。為了在居里轉(zhuǎn)移溫度附近進行動作，用珀耳貼元件對該開關(guān)進行溫度調(diào)整。
在圖25A和B的用黑色表示的電極上施加調(diào)制電壓使其進行開關(guān)動作。該1×2數(shù)字型EO開關(guān)顯示出動作電壓＜1V(DC偏置電壓3V)、交調(diào)失真＜-30dB、響應(yīng)速度＜1ns的光學特性。
(實施例6)利用光刻等方法，在KTN晶體表面上制作白金的開關(guān)用電極。而后，調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將折射率高的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的波導。如圖26A和B所示，使用該波導制作具有將Y分支型波導261～267連接7段的結(jié)構(gòu)的埋入波導。因此，將芯和包層的相對折射率差設(shè)為Δn＝0.3％。設(shè)芯尺寸是8×8μm2。進而，利用光刻等方法，在上層包層晶體的表面和下層包層晶體下部制作白金電極作為驅(qū)動用電極。為了在居里轉(zhuǎn)移溫度附近進行動作，用珀耳貼元件對該開關(guān)進行溫度調(diào)整。
在圖26A和B的用黑色表示的電極上施加調(diào)制電壓使其進行開關(guān)動作。該1×2數(shù)字型EO開關(guān)顯示出動作電壓＜1V(DC偏置電壓3V)、交調(diào)失真＜-30dB、響應(yīng)速度＜1ns的光學特性。
(實施例7)實施例7的光開關(guān)，雖然是與實施例1的光開關(guān)同等的結(jié)構(gòu)，但在光波導用BTO晶體等制作這一點上不同。制作這樣的結(jié)構(gòu)的光開關(guān)并確認了其動作。
在實施例7的光開關(guān)中，當將BTO波導部分控制在110℃使其進行動作時，則動作電壓需要1.5V。但是，得到了與實施例1的光開關(guān)同樣的性能，而且，開關(guān)速度小于等于1ns。此外，用0.73∶0.27的比例混和了BTO和STO，制作由Ba0.73Sr0.27TiO3的單晶體構(gòu)成的波導，并用它制作同樣的光開關(guān)。在這種情況下，在波導溫度10℃下，得到了與使用BTO波導的情況同樣的特性。此外，將PLZT作為波導材料的光開關(guān)也能夠進行同樣的動作。
在實施方式2的光開關(guān)中，為了對于KTN和KLTN等使其在居里轉(zhuǎn)移溫度附近進行動作，可以具備溫度控制器。溫度控制器可以是珀耳貼元件。
如以上的說明，本實施方式涉及使用電介質(zhì)晶體基板和電介質(zhì)晶體波導的光器件，具體地說，是具備KTaO3或者KNbO3或者KTN基板；在該基板上將KLTN作為芯、將比芯折射率稍低的KLTN波導作為包層的埋入型光波導；施加電場的電極的光器件。
如以上的說明，按照實施方式2，能夠?qū)崿F(xiàn)能夠進行無偏振依賴動作的光開關(guān)等的波導型器件。即，在實施方式2中，由于在使用KTN/KLTN晶體材料的埋入型波導上具備開關(guān)用電極，所以具有能夠使用小型廉價的高速電源進行開關(guān)動作的效果。
而且，由于能夠?qū)崿F(xiàn)無偏振依賴、集成化，所以能夠作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用的高速開關(guān)，例如光分組開關(guān)使用，具有能夠提供新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的效果。
(實施方式3)實施方式3的特征是使用以電光常數(shù)極大的立方晶并且具有2次電光常數(shù)的電介質(zhì)晶體為基礎(chǔ)的移相器構(gòu)成的光調(diào)制器。在本實施方式中，作為上述的電介質(zhì)晶體使用KTN、KLTN。
立方晶的TE、TM各模式的折射率的電場依賴性，當E2或者E3是0時，可以記述如下。即，TE、TM各模式的折射率的電場依賴性，當E2或者E3是0時，可以如下地記述。
ΔnTE＝-0.5n03ε02εa2(g12E12+g11E22)-0.5n03g12ε02εa2E32(7)[式8]ΔnTM＝-0.5n03ε02εa2g12(E12+E22)-0.5n03g11ε02εa2E32(8)在上式中，n0是KTN或者KLTN的電場施加前的折射率，g11和g12是KTN、KLTN的非線性常數(shù)，εa是KTN、KLTN的相對介電常數(shù)。此外，g11)0.136，g12＝-0.038。
圖27是表示電介質(zhì)晶體材料的波導的晶體方位和電場方向的立體圖，圖中符號271表示芯，符號272表示包層。其中，E1、E2、E3的電場方向與KTN波導的主軸方向的電場各自對應(yīng)。當E2或者E3是0時，折射率橢圓形的主軸不變化，不發(fā)生模式變換。
圖28A、B是具有梳子形電極的光波導的結(jié)構(gòu)圖。圖28A是具有梳子形電極的光波導的立體圖，圖28B是圖28A的XXVIIIB-XXVIIIB線切斷剖面圖。圖中符號281表示芯，符號282表示包層，符號283表示基板，符號284表示梳子型電極。以夾著芯281的上下的方式配置了梳子型電極284。該梳子型電極284在長方向上交替地配置了正極和負極。即，在基板283上，形成了包層282，在該包層282中埋入了芯281.在包層282的上下配置了梳子形狀的電極284。
如圖28A和B所示，當通過電極284只在E1上施加電場時，則折射率變化在兩模式中都可以如以下式子那樣用相同的式子給出。因此，能夠消除偏振依賴性。
ΔnTE＝-0.5n03ε02εa2g12E12(9)[式10]ΔnTM＝-0.5n03ε02εa2g12E12(10)圖29A和B是具有電極的光波導的結(jié)構(gòu)圖。圖29A是具有電極的波導的立體圖，圖29B是圖29A的XXIXB-XXIXB線切斷剖面圖。圖中符號291表示芯，292表示包層，293表示基板，294表示電極。該電極294，在芯291的上方在包層292面上在其正上方及其兩側(cè)配置了3個。
如圖29A和B所示，當通過電極294只在E2上施加電場，則折射率變化如下式那樣給出。
ΔnTE＝-0.5n03ε02εa2g11E22(11)[式12]ΔnTM＝-0.5n03ε02εa2g12E22(12)圖30A和B是具有電極的光波導的結(jié)構(gòu)圖。圖30A是具有電極的波導的立體圖，圖30B是圖30A的XXXB-XXXB線切斷剖面圖。圖中符號301表示芯，302表示包層，303表示基板，304表示電極。該電極304，在芯301的上方在包層302面上在其正上方和兩側(cè)配置了2個。
如圖30A和B所示，當通過電極304只在E3上施加電場，則折射率變化如下式那樣給出。
ΔnTE＝-0.5n03ε02εa2g12E32(13)[式14]ΔnTM＝-0.5n03ε02εa2g11E32(14)在后者的2個電場施加配置中，折射率的變化在兩模式中成為相反符號。在圖31(在實施例15中詳細說明)中，表示馬赫-曾德型的光調(diào)制器的基本結(jié)構(gòu)。入射光由3dB耦合器312分成2部分，被引導到Y(jié)分支光波導314。該Y分支光波導314的一方作為光相位調(diào)制器動作，調(diào)制通過它的光的相位。
當來自Y分支光波導314的光波以同相位入射時，2個光波原樣地一致地被引導到輸出端口。但是，在兩者的相位相差180度的情況下，由于光作為發(fā)射模式從Y分支光波導314向外部發(fā)射，所以沒有被導向輸出端口316。由于KTN具有大的2次電光效應(yīng)，所以即使縮短電流長度，通過與從式(7)或者(8)、或者(11)至式(14)推導的折射率變化對應(yīng)的變化，能夠有效地實現(xiàn)光強度調(diào)制。
雖然使用圖31所示的電極結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)無偏振依賴動作，但如果使用與圖32(在實施例16中詳細說明)和圖33(在實施例17中詳細說明)對應(yīng)的電極則成為偏振依賴動作。但是，當使用與圖32和圖33對應(yīng)的電極時，則能夠使用更大的非線性常數(shù)(g11)，從而能夠進行更低電壓的強度調(diào)制。通常，作為強度調(diào)制的光源，多是調(diào)制偏振的激光。因此，認為即使是偏振依賴動作，只要能夠調(diào)制與激光偏振對應(yīng)的光，則在實用上就沒有問題。
而且，如圖34(在實施例18中詳細說明)所示，當在一方的Y分支光波導344上使用圖29A和B的電極、在另一方的Y分支光波導344上使用圖30A和B的電極時，由于非線性常數(shù)是相反符號，所以利用使相位調(diào)制的方向相互反相的推拉動作也能夠增加調(diào)制效率。
可是，相轉(zhuǎn)移附近的KTN的介電常數(shù)與其它材料相比非常大。因此，需要用于減小電容量的設(shè)計。當使用表面電極時，認為電極間間隙越小并且光波導層的厚度越大器件的電容量越大。電極間間隙越窄在芯上越能夠施加強電場。因此，優(yōu)選地電極間間隙盡可能窄。因此，經(jīng)過確認當設(shè)芯厚度為hc時，下層包層厚度hu和上層包層厚度ho在0≤hu、ho≤3hc的范圍內(nèi)的埋入波導，由于是大于等于1GHz的高速動作，所以是充分低的電容量。
但是，當包層是小于等于1μm的薄層時，在使用單純的金屬電極的情況下，TM模式的波導光因金屬包層的影響產(chǎn)生大于等于100dB/cm的大的損耗。因此，將在通信波段中具有高透明性的ITO和ZnO用于電極材料，實現(xiàn)低損耗的移相器。此外，在超過1μm的包層厚度的情況下，也可以將單純的金屬、例如將Pt、Au、Pd、Ti、Cu為代表的金屬或它們的合金作為電極材料使用。
此外，通過增大芯和包層的相對折射率使芯層的厚度薄層化，也能夠減小電容量。例如，如果使折射率差為1.5％，則使用于單模式波導的芯厚度減小到4μm。通過使用折射率差大的芯和包層，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電容量的器件。作為基板所使用的晶體材料，如果是具有比構(gòu)成波導的晶體材料的相對介電常數(shù)還低一位數(shù)或一位數(shù)以上的相對介電常數(shù)的材料，則對于進一步降低電容量具有效果。當使用以上所示的低電壓驅(qū)動移相器時，則在寬頻帶下能夠?qū)崿F(xiàn)具有高調(diào)制指數(shù)的光強度調(diào)制器。
而且，作為更有效的驅(qū)動電壓的降低方法，確認芯上的包層厚度是重要的參數(shù)。包層厚度越小越能夠降低驅(qū)動電壓。因此，確認了當將芯寬度設(shè)為W時，如果芯上的包層的厚度h和電極的間隙g在0≤h≤3W，0≤g≤3W的范圍內(nèi)，則由于是大于等于1GHz的高速動作，所以是充分低的驅(qū)動電壓。但是，當包層是小于等于1μm的薄層時，在使用單純的金屬電極的情況下，TM模式的波導光因金屬包層的影響產(chǎn)生大于等于100dB/cm的大的損耗。因此，將在通信波段中具有高透明性的ITO和ZnO用于電極材料，實現(xiàn)低損耗的移相器。
而且，由于KTN材料顯示出2次電光效應(yīng)，所以如果施加偏置電壓則能夠降低驅(qū)動電壓。一般，驅(qū)動電壓用移相器中的波導的相位變化π的Vπ定義。Vπ與偏置電壓Vb施加時的驅(qū)動電壓Vm具有以下的關(guān)系。
(Vb+Vm)2-Vb2＝Vπ2(15)按照上式能夠降低驅(qū)動電壓。例如，在無偏置時的Vπ是2.5V的移相器中，當施加了6V的偏置電壓后驅(qū)動電壓降低到0.5V。
此外，當是超過1μm的包層厚度的情況下，也可以將單純的金屬、例如以Pt、Au、Pd、Ti、Cu為代表的金屬或它們的合金作為電極用材料使用。當使用以上所示的低電壓驅(qū)動移相器時，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高的調(diào)制指數(shù)的光強度調(diào)制器。
以下雖然表示了實施例，但本發(fā)明并不局限于這些實施例。
下面，參照

本發(fā)明的實施例。
(實施例1)實施例1是使用了圖30A和B的電極的情況下的波導電光移相器的實施例。
本實施方式的波導電光移相器使用立方晶并具有2次電光效應(yīng)的晶體。是具備具有芯寬度w的芯301之上的外(上層)包層厚度h具有0≤h≤3W的范圍的厚度的埋入型的通道光波導的波導電光移相器。配置有夾著通道光波導而平行相對的2個電場施加用薄膜電極(也只稱為電極)304。
此外，電極間的間隙g具有0≤h≤3w范圍的長度。此外，作為晶體，使用由KTN和KLTN構(gòu)成的晶體材料。并且，作為電極將摻雜了Al、Ga、In和B中的至少1種的ZnO或者摻雜了Sn、Ti、Zr、Hf、Nb、Ra、W、Ge、Mo、Sb、Te、Au、Pt和Pg中的至少一種的ITO作為電極材料使用。
下面，說明實施例1的波導電光移相器的制造方法。
首先，調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將具有折射率2.184的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的埋入型光波導。此外，作為更精密的折射率的調(diào)整方法，將Li摻雜在包層、芯各層中進行控制。光波導的芯剖面尺寸設(shè)為6μm×6μm。將芯之上的包層厚度設(shè)為0μm。
進而，在光波導之上用濺射法形成ITO膜，使用光刻和干蝕刻法制作由間隙寬度6μm、電極寬度100μm、厚度1μm、間隙寬度6μm的摻雜了Sn的ITO構(gòu)成的電場施加用電極。電極長度設(shè)為1mm。為了抑制施加電壓的反射，使電極設(shè)定為終端50歐姆。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并使用示波器測定了調(diào)制特性。在驅(qū)動時，將器件溫度控制在相轉(zhuǎn)移附近。當無偏置時，調(diào)制動作電壓小于等于2.5V。此外，當施加6V的偏置電壓時，調(diào)制動作電壓小于等于0.5V。
(實施例2)本實施例2是使用圖29A和B的電極時的波導電光移相器的實施例。下面，說明實施例2的波導電光移相器的制作方法。
首先，調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將具有折射率2.184的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的埋入型光波導。此外，作為更精密的折射率的調(diào)整方法，將Li摻雜在包層、芯各層中進行控制。光波導的芯剖面尺寸設(shè)為6μm×6μm。將芯上的包層厚度設(shè)定為0μm。
而且，在光波導上用濺射法形成ITO膜，使用光刻和干蝕刻法制作由間隙寬度6μm、電極寬度100μm、厚度1μm、間隙寬度6μm的摻雜了Al的ITO構(gòu)成的電場施加用電極。電極長度設(shè)為1mm。為了抑制施加電壓的反射，使電極終端為50歐姆。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并使用示波器測定了調(diào)制特性。在驅(qū)動時，將器件溫度控制在相轉(zhuǎn)移附近。當無偏置時，調(diào)制動作電壓小于等于2.5V。此外，當施加6V的偏置電壓時，調(diào)制動作電壓小于等于0.5V。
(實施例3)本實施例3是將單純的金屬用于電極材料并使用了圖30A和B的電極時的波導電光移相器的實施例。調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將具有折射率2.184的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的埋入型光波導。此外，作為更精密的折射率的調(diào)整方法，將Li摻雜在包層、芯各層中進行控制。光波導的芯剖面尺寸設(shè)為6μm×6μm。將芯上的包層厚度設(shè)定為6μm。
進而，在光波導上用濺射法形成金薄膜，使用光刻和干蝕刻法制作由間隙寬度6μm、電極寬度100μm、厚度1μm、間隙寬度6μm的Au構(gòu)成的電場施加用電極。電極長度設(shè)為3mm。為了抑制施加電壓的反射，使電極終端為50歐姆。在驅(qū)動時，將器件溫度控制在相轉(zhuǎn)移附近。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并用示波器測定了調(diào)制特性。當無偏置時，調(diào)制動作電壓小于等于6V。
(實施例4)本實施例4是將單純的金屬用于電極材料并使用圖29A和B的電極時的波導電光移相器的實施例。調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將具有折射率2.184的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的埋入型光波導。此外，作為更精密的折射率的調(diào)整方法，將Li摻雜在包層、芯各層中進行控制。光波導的芯剖面尺寸設(shè)為6μm×6μm。將芯上的包層厚度設(shè)定為6μm。
進而，在光波導上用濺射法形成金薄膜，使用光刻和干蝕刻法制作由間隙寬度6μm、電極寬度100μm、厚度1μm、間隙寬度6μm的Pt構(gòu)成的電場施加用電極。電極長度設(shè)為3mm。為了抑制施加電壓的反射，使電極終端為50歐姆。在驅(qū)動時，將器件溫度控制在相轉(zhuǎn)移附近。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并用示波器測定了調(diào)制特性。TE、TM兩模式都是調(diào)制指數(shù)降低到直流值的1/2的頻帶寬度為5GHz，當無偏置時，調(diào)制動作電壓小于等于6V。對電阻使用終端電阻調(diào)整到50歐姆。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并用示波器測定了調(diào)制特性。調(diào)制動作電壓小于等于6V。
(實施例5)圖34是表示將圖29A和B以及圖30A和B所示的電極作為波導電光移相器使用情況下的本實施方式的馬赫-曾德光強度調(diào)制器的實施例的結(jié)構(gòu)圖。圖中符號340表示包層，符號341表示輸入端口，符號342表示3dB耦合器，符號343a、b和c表示電極(電場施加單元)，符號344表示Y分支光波導(三維光波導)，符號345表示3dB耦合器，符號346表示輸出端口，符號347表示施加用電源。該馬赫-曾德光強度調(diào)制器提供1個輸入端口341、與該輸入端口341連接的3dB耦合器342、與該3dB耦合器342連接的三維光波導344、與該三維光波導344連接的3dB耦合器345、與該3dB耦合器345連接的輸出波導346。此外，其結(jié)構(gòu)是在面前的通道波導上配置了圖30A和B所示的電極，在里面的通道波導上配置了圖29A和B所示的電極。
按照這樣的結(jié)構(gòu)，則對于具有圖29A和B以及圖30A和B所示的電極的移相器的TE模式和TM模式的移相器是互補的。因此，這種結(jié)構(gòu)的光強度調(diào)制器能夠進行無偏振依賴動作。實際上，TE、TM兩模式都是調(diào)制指數(shù)降低到直流值的1/2的頻帶寬度為5GHz，無偏置時的調(diào)制動作電壓是小于等于2.5V。
但是，如果偏振被固定，則只要根據(jù)入射光是TE模式還是TM模式，在2個通道波導的任意一方上配置圖29A和B或者圖30A和B所示的電極，當然也可以起到同樣的效果。
(實施例6)圖35A和B是用于說明使用本發(fā)明的電極時的波導電光移相器的實施例6的結(jié)構(gòu)圖。圖35A是用于說明波導電光移相器的立體圖，圖35B是圖39A的XXXVB-XXXVB線剖面圖。圖中符號350表示芯，符號351表示包層，符號352表示基板，符號353表示電極。
本實施方式的波導電光移相器使用立方晶并具有2次電光效應(yīng)的晶體。是具備具有當將該晶體的芯厚度設(shè)為hc時，下層包層厚度hu和上層包層厚度ho在0≤hu、ho≤3hc范圍的厚度的埋入型的三維光波導的波導電光移相器。在該移相器上配置了夾著三維光波導而平行相對的2個電極353。
此外，在作為晶體使用了由KTN和KLTN組成的晶體材料的基板上，將由KTN和KLTN組成的晶體材料作為波導使用。
此外，作為晶體材料的組成比，將組成比X設(shè)為大于等于0且小于等于1，將組成比Y設(shè)為大于0且小于0.1。此外，作為波導的材料KTN和KLTN的相對介電常數(shù)比基板所使用的晶體材料的相對介電常數(shù)大一位數(shù)或一位數(shù)以上。
而且，芯和包層的相對折射率差大于0％且小于等于1.5％。此外，作為電極使用了摻雜了Al、Ga、In和B中的至少1種的ZnO或者摻雜了Sn、Ti、Zr、Hf、Nb、Ra、W、Ge、Mo、Sb、Te、Au、Pt和Pg中的至少一種的ITO。
下面，說明實施例6的波導電光移相器的制作方法。
首先，調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將具有折射率2.184的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的埋入型光波導。確認波導層的相對介電常數(shù)比基板352的相對介電常數(shù)大一位數(shù)或一位數(shù)以上。作為更精密的折射率的調(diào)整方法，將Li摻雜在包層、芯各層中進行控制。作為芯350和包層351的折射率差設(shè)為0.5％，光波導的芯剖面尺寸設(shè)為6μm×6μm。將芯350下的下層包層厚度hu設(shè)為6μm，將芯350上的上層包層厚度ho設(shè)為1μm。
進而，在光波導上用濺射法形成金薄膜，使用光刻和干蝕刻法制作由間隙寬度6μm、電極寬度100μm、厚度1μm、間隙寬度6μm的摻雜了Sn的ITO構(gòu)成的電場施加用電極。電極長度設(shè)為1mm。為了抑制施加電壓的反射，使電極終端為50歐姆。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并用示波器測定了調(diào)制特性。在驅(qū)動時，將器件溫度控制在相轉(zhuǎn)移附近。當無偏置時，調(diào)制動作電壓小于等于2.5V。此外，當施加6V的偏置電壓時，調(diào)制動作電壓小于等于0.5V。此外，確認了直至10GHz左右響應(yīng)特性沒有劣化。
(實施例7)圖36A和B是用于說明在使用本實施方式的電極的情況下的波導電光移相器的實施例7的結(jié)構(gòu)圖。圖36A是用于說明波導電光移相器的立體圖，圖36B是圖36A的XXXVIB-XXXVIB線剖面圖。圖中符號360表示芯，符號361表示包層，符號362表示基板，符號363表示電極。該實施例7的移相器，配置了夾著三維光波導而平行相對的2個電極363，并且在通道波導上配置了1個電極363。
下面，說明實施例7的波導電光移相器的制作方法。
首先，調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將具有折射率2.184的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的埋入型光波導。確認波導層的相對介電常數(shù)比基板362大一位數(shù)或一位數(shù)以上。此外，作為更精密的折射率的調(diào)整方法，將Li摻雜在包層、芯各層中進行控制。芯360與包層361的折射率差設(shè)為0.5％，光波導的芯剖面尺寸設(shè)為6μm×6μm。將芯360下的下層包層厚度hu設(shè)定為6μm，將芯360上的上層包層厚度ho設(shè)定為1μm。
進而，在光波導上用濺射法形成ITO膜，使用光刻和干蝕刻法制作由間隙寬度6μm、電極寬度100μm、厚度1μm、間隙寬度6μm的摻雜了Sn的ITO構(gòu)成的電場施加用電極。電極長度設(shè)為1mm。為了抑制施加電壓的反射，使電極終端為50歐姆。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并用示波器測定了調(diào)制特性。在驅(qū)動時，將器件溫度控制在相轉(zhuǎn)移附近。當無偏置時，調(diào)制動作電壓小于等于2.5V。此外，當施加6V的偏置電壓時，調(diào)制動作電壓小于等于0.5V。此外，確認了直至10GHz左右響應(yīng)特性沒有劣化。
(實施例8)本實施例8是將單純的金屬用于電極材料并使用圖35A和B的電極時的波導電光移相器的實施例。
下面，說明實施例8的波導電光移相器的制作方法。
首先，調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將具有折射率2.184的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的埋入型光波導。作為更精密的折射率的調(diào)整方法，將Li摻雜在包層、芯各層中進行控制。芯350和包層351的折射率差設(shè)為0.5％，光波導的芯剖面尺寸設(shè)為6μm×6μm。將芯350下的下層包層厚度hu設(shè)定為1μm，將芯350上的上層包層厚度ho設(shè)定為6μm。
進而，在光波導上用濺射法形成金薄膜，使用光刻和干蝕刻法制作由間隙寬度6μm、電極寬度100μm、厚度1μm、間隙寬度6μm的Au構(gòu)成的電場施加用電極。電極長度設(shè)為3mm。為了抑制施加電壓的反射，使電極終端為50歐姆。在驅(qū)動時，將器件溫度控制在相轉(zhuǎn)移附近。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并用示波器測定了調(diào)制特性。當無偏置時，調(diào)制動作電壓小于等于6V。此外，確認了直至10GHz左右響應(yīng)特性沒有劣化。
(實施例9)本實施例9是將單純的金屬用于電極材料并使用圖36A和B的電極時的波導電光移相器的實施例。
下面，說明實施例9的波導電光移相器的制作方法。
首先，調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將具有折射率2.184的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的埋入型光波導。作為更精密的折射率的調(diào)整方法，將Li摻雜在包層、芯各層中進行控制。芯360和包層361的折射率差設(shè)為0.5％，光波導的芯剖面尺寸設(shè)為6μm×6μm。將芯360下的下層包層厚度hu設(shè)定為1μm，將芯360上的上層包層厚度ho設(shè)定為6μm。
進而，在光波導上用濺射法形成金薄膜，使用光刻和干蝕刻法制作由間隙寬度6μm、電極寬度100μm、厚度1μm、間隙寬度6μm的Pt構(gòu)成的電場施加用電極。電極長度設(shè)為3mm。為了抑制施加電壓的反射，使電極終端為50歐姆。在驅(qū)動時，將器件溫度控制在相轉(zhuǎn)移附近。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并用示波器測定了調(diào)制特性。當無偏置時，調(diào)制動作電壓小于等于6V。此外，確認了直至10GHz左右響應(yīng)特性沒有劣化。
(實施例10)圖37A和B是用于說明在使用本實施方式的電極的情況下的波導電光移相器的實施例10的結(jié)構(gòu)圖。圖37A是用于說明波導電光移相器的立體圖，圖37B是圖37A的XXXVIIB-XXXVIIB線剖面圖。圖中符號370表示芯，符號371表示包層，符號372表示基板，符號373表示電極。該實施例10的移相器，配置了夾著三維光波導而平行相對的2個電極373。表示不使用圖35A和B中的下層包層而在基板372上直接形成芯370并使用電極373的情況。
下面，說明實施例10的波導電光移相器的制作方法。
首先，調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將具有折射率2.184的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的埋入型光波導。確認波導層的相對介電常數(shù)比基板372大一位數(shù)或一位數(shù)以上。作為更精密的折射率的調(diào)整方法，將Li摻雜在包層、芯各層中進行控制。芯370和包層371的折射率差設(shè)為1.5％，光波導的芯剖面尺寸設(shè)為6μm×6μm。將芯370上的上層包層厚度ho設(shè)定為1μm。
進而，在光波導上用濺射法形成金薄膜，使用光刻和干蝕刻法制作由間隙寬度6μm、電極寬度100μm、厚度1μm、間隙寬度6μm的摻雜了Sn的ITO構(gòu)成的電極。電極長度設(shè)為1mm。為了抑制施加電壓的反射，使電極終端為50歐姆。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并用示波器測定了調(diào)制特性。在驅(qū)動時，將器件溫度控制在相轉(zhuǎn)移附近。當無偏置時，調(diào)制動作電壓小于等于2.5V。此外，當施加6V的偏置電壓時，調(diào)制動作電壓小于等于0.5V。此外，確認了直至10GHz左右響應(yīng)特性沒有劣化。
(實施例11)圖38A和B是用于說明在使用本實施方式的電極的情況下的波導電光移相器的實施例11的結(jié)構(gòu)圖。圖38A是用于說明波導電光移相器的立體圖，圖38B是圖38A的XXXVIIIB-XXXVIIIB線剖面圖。圖中符號380表示芯，符號381表示包層，符號382表示基板，符號383表示電極。該實施例11的移相器，配置了夾著三維光波導而平行相對的2個電極383，并且在通道波導上配置了1個電場施加用薄膜電極423。而且，表示不使用下層包層而在基板382上直接形成芯380并使用電極383的情況。
下面，說明實施例11的波導電光移相器的制作方法。
首先，調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將具有折射率2.184的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的埋入型光波導。確認波導層的相對介電常數(shù)比基板382大一位數(shù)或一位數(shù)以上。作為更精密的折射率的調(diào)整方法，將Li摻雜在包層、芯各層中進行控制。芯380和包層381的折射率差設(shè)為1.5％，光波導的芯剖面尺寸設(shè)為4μm×4μm。將芯420上的包層厚度ho設(shè)定為0μm。
進而，在光波導上用濺射法形成ITO膜，使用光刻和干蝕刻法制作由間隙寬度6μm、電極寬度100μm、厚度1μm、間隙寬度6μm的摻雜了Sn的ITO構(gòu)成的電場施加用電極。電極長度設(shè)為1mm。為了抑制施加電壓的反射，使電極終端為50歐姆。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并用示波器測定了調(diào)制特性。在驅(qū)動時，將器件溫度控制在相轉(zhuǎn)移附近。當無偏置時，調(diào)制動作電壓小于等于2.5V。此外，當施加6V的偏置電壓時，調(diào)制動作電壓小于等于0.5V。此外，確認了直至10GHz左右響應(yīng)特性沒有劣化。
(實施例12)圖31是用于說明本實施方式的光調(diào)制器的實施例12的結(jié)構(gòu)圖。是表示將圖28A和B所示的具有電極的光波導的電極作為電光移相器使用時的光調(diào)制器的實施例的圖。
圖中符號310表示包層，符號311表示輸入端口，符號312表示3dB耦合器，符號313表示電極(電場施加單元)，符號314表示Y分支光波導(三維光波導)，符號315表示3dB耦合器，符號316表示輸出端口，符號317表示施加用電源。另外，電極313的長方向的剖面與圖28B對應(yīng)。
如圖31所示，本實施方式的光調(diào)制器由1個輸入端口311；與該輸入端口311連接的3dB耦合器312；與該3dB耦合器321連接的Y分支光波導314；與該Y分支光波導314連接的3dB耦合器315；與該3dB耦合器315連接的輸出端口316；配置在Y分支光波導314的至少一方上的1個電場施加單元313構(gòu)成。
即，本實施方式的光調(diào)制器將立方晶并且具有2次電光效應(yīng)的晶體用于波導材料，是具有至少1個輸入端口311；2個3dB耦合器312、315；2個三維光波導(Y分支光波導)314；1個輸出端口316的馬赫-曾德型光調(diào)制器。并且，在三維光波導314的至少一方上具有配置了電極313的電光移相器。該電極313在通道波導314上配置1個。此外，電極313在相對于三維光波導314的垂直方向上分別交替地配置了正極和負極。
3dB耦合器312、315，其形狀是具有指定的曲率半徑的扇形。調(diào)整Ta/Nb濃度比來制作將具有折射率2.184的KTN作為芯、將折射率低的KTN作為包層的埋入型光波導。作為更精密的折射率的調(diào)整方法，將Li摻雜在包層、芯各層中進行控制。
作為電介質(zhì)晶體使用由KTN和KLTN組成的晶體材料。此外，作為晶體材料的組成比，將組成比X設(shè)為大于等于0且小于等于1，將組成比Y設(shè)為大于0且小于0.1。
Y分支光波導314的芯剖面尺寸設(shè)為6μm×6μm。在Y分支光波導314上用濺射法形成金薄膜，使用光刻和干蝕刻法制作設(shè)計的寬度10μm、厚度1μm的電場施加用電極313。電極長度設(shè)為1mm。為了抑制反射，在電極的電阻使用終端電阻調(diào)整到50歐姆。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并用示波器測定了調(diào)制特性。TE、TM兩模式都是調(diào)制指數(shù)降低到直流值的1/2的帶寬為5GHz，調(diào)制動作電壓小于等于5V。
(實施例13)圖32是用于說明使用本發(fā)明的電介質(zhì)晶體的光調(diào)制器的實施例13的結(jié)構(gòu)圖。是表示將圖30A和B所示的具有電極的光波導的電極作為電光移相器使用時的光調(diào)制器的實施例的圖。
圖中符號320表示包層，符號321表示輸入端口，符號322表示3dB耦合器，符號323表示電極(電場施加單元)，符號324表示Y分支光波導(三維光波導)，符號325表示3dB耦合器，符號326表示輸出端口，符號327表示施加用電源。另外，電極323的剖面與圖30B對應(yīng)。
在該實施例13中，電極323夾著一方的三維光波導324而平行相對地配置了2個。此外，電極323在相對于三維光波導324的垂直方向上分別交替地配置了正極和負極。
本實施例13的光調(diào)制器的制作方法，按照上述的實施例12，電極長度設(shè)為1mm。為了抑制反射，在電極的電阻使用終端電阻調(diào)整到50歐姆。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并用示波器測定了調(diào)制特性。對于TM模式，調(diào)制指數(shù)降低到直流值的1/2的帶寬是5GHz，調(diào)制動作電壓小于等于3V。
(實施例14)圖33是用于說明本實施方式的光調(diào)制器的實施例14的結(jié)構(gòu)圖。是表示將圖29A和B所示的具有電極的光波導的電極作為電光移相器使用時的光調(diào)制器的實施例的圖。
圖中符號330表示包層，符號33表示輸入端口，符號332表示3dB耦合器，符號333a和73b表示電極(電場施加單元)，符號334表示Y分支光波導(三維光波導)，符號335表示3dB耦合器，符號336表示輸出端口，符號337表示施加用電源。另外，電極333a和333b的剖面與圖29B對應(yīng)。
在該實施例14中，電極333b夾著一方的三維光波導334平行相對地配置了2個，并且電極333a在通道波導334上配置了1個。此外，電極333a和333b在相對于三維光波導334的垂直方向上分別交替地配置了正極和負極。
本實施例14的光調(diào)制器的制作方法，按照上述的實施例12，電極長度設(shè)為1mm。為了抑制反射，將電極的電阻用于終端電阻并調(diào)整到50歐姆。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并用示波器測定了調(diào)制特性。對于TM模式，調(diào)制指數(shù)降低到直流值的1/2的帶寬是5GHz，調(diào)制動作電壓小于等于3V。
(實施例15)本實施例15是表示將圖29A和B以及圖30A和B所示的具有電極的光波導的電極作為電光移相器使用時的光調(diào)制器的實施例的圖。
本實施例15的光調(diào)制器的制作方法，按照上述的實施例12，電極長度設(shè)為1mm。為了抑制反射，在電極的電阻使用終端電阻調(diào)整到50歐姆。將波長1.55μm的激光光源連接在輸入端口上并用示波器測定了調(diào)制特性。關(guān)于TE、TM兩模式，調(diào)制指數(shù)降低到直流值的1/2的帶寬是5GHz，調(diào)制動作電壓小于等于2.5V。
在圖34中，表示在面前的通道波導上配置了圖30A和B所示的電極，在里面的通道波導上配置了圖29A和B所示的電極的情況。但是，并不限于此，即使代替圖30A和B所示的電極而配置圖37A和B所示的電極，或者代替圖29A和B所示的電極而配置圖38A和B所示的電極，當然也能夠起到同樣的效果。
按照這樣的構(gòu)成，由于對于具有圖30A和B(或者圖37A和B)以及圖29A和B(或者圖38A和B)所示的電極的移相器的TE模式和TM模式的移相器成為互補，所以能夠進行無偏振依賴動作。但是，如果偏振被固定，則只要根據(jù)入射光是TE模式還是TM模式，在2個通道波導的任意一方上配置圖30A和B(或者圖37A和B)或者圖29A和B(或者圖38A和B)所示的電極，當然也能夠起到同樣的效果。
(實施例16)雖然實施例16的光調(diào)制器是與實施例12的光調(diào)制器同等的構(gòu)成，但光波導用BTO晶體等制作這一點不同。制作這樣結(jié)構(gòu)的光調(diào)制器并確認了其動作。
在實施例16的光開關(guān)中，當將BTO波導部分控制在110℃使其動作時，得到了與實施例12的光調(diào)制器一樣的調(diào)制特性。此外，以0.73∶0.27的比例混和的BTO和STO，制作由Ba0.73Sr0.27TiO3的單晶體構(gòu)成的波導，并用它制作同樣的光調(diào)制器。在這種情況下，在波導溫度10℃下，得到了與使用BTO波導的情況同樣的特性。此外，即使是將PLZT作為波導材料的光調(diào)制器也能夠進行同樣的動作。
下面，在實施方式3的光調(diào)制器中，說明使用行波電極的光調(diào)制器。
在使用上述的KTN和KLTN，使用行波電極要實現(xiàn)光調(diào)制器的情況下，在光波導中行進的光與在電極中傳播的微波的速度大不相同。雖然作為立方晶的KTN中的光的折射率是約2.14，而介電常數(shù)如上所述達到了20000。因此，微波的有效折射率約為141，達到了光的折射率的約70倍。這樣，當微波和光波通過KTN時，產(chǎn)生速度不匹配，從而在光調(diào)制器的動作速度上產(chǎn)生限制。因此，行波電極以及使用KTN和KLTN的光器件，雖然具有高的電光常數(shù)，但由于介電常數(shù)也高，所以實現(xiàn)大于等于GHz的高速調(diào)制器是困難的。
使用實施方式3的行波電極的光調(diào)制器(寬帶光調(diào)制器)，具有傳播光的光波導和向光波導施加電場的電極。作為該光波導，使用KTN、KLTN晶體等的立方晶并且具有大的2次電光效應(yīng)的電介質(zhì)晶體。此外，作為該電極，使用行波電極。實施方式3的寬帶光調(diào)制器的特征在于，將調(diào)制用的電極作為行波電極來使微波和光波的速度匹配。更具體地說，通過使電極厚膜化，使微波對于KTN和KLTN的有效折射率變小，從而實現(xiàn)了微波和光波的速度匹配。
(實施例17)圖39是實施方式3的實施例17的光調(diào)制器的剖面圖。在圖39中，在KTN基板390上形成了由KTN構(gòu)成的埋入光波導391。進而，將厚度約20μm的Au電極392形成在基板390上。作為其制作方法，是將厚度25μm左右的光刻膠形成在埋入波導上。接著，將該圖形作為導標利用電場電鍍法形成厚度約25μm的Au電極圖形。在電極間凹陷內(nèi)配置了介電常數(shù)小于等于10的結(jié)構(gòu)保持用電介質(zhì)393。通過測定該光調(diào)制器的3dB頻帶確認約為10GHz。
(實施例18)圖40是實施方式3的實施例18的光調(diào)制器的剖面圖。在實施例18中，通過使光波導隆起并具備電極，使微波的有效折射率接近光的有效折射率。在KTN基板400上形成了由KTN構(gòu)成的隆起狀光波導401。進而，以夾著該隆起狀光波導401的方式制作調(diào)制用的Au電極403。利用該構(gòu)成，能夠?qū)τ诼∑馉罟獠▽?01在與基板400平行的方向上施加電壓。其制作方法與實施例17一樣。在圖40的符號402所示的區(qū)域埋入了介電常數(shù)小于等于10的低電介質(zhì)材料。通過測定該光調(diào)制器的3dB頻帶確認約為10GHz。
(實施例19)圖41是實施方式3的實施例19的光調(diào)制器的剖面圖。在KTN基板410上形成了由KTN構(gòu)成的隆起狀光波導411。進而，為了對于基板410垂直地施加電場，在該凸起狀光波導的上面和410基板的正上制作調(diào)制用的Au電極412和413。利用該構(gòu)成，能夠相對于隆起狀光波導411在與基板410垂直的方向上施加電壓。通過測定該光調(diào)制器的3dB頻帶確認約為10GHz。
(實施例20)圖42是實施方式3的實施例20的光調(diào)制器的剖面圖。在KTN基板420上形成了由KTN構(gòu)成的埋入光波導421和調(diào)制用的Au電極422。而且，在Au電極422上，以具有在Au電極中傳播的微波的有效折射率接近在光波導421中傳播的光的有效折射率條件的厚度的空氣介于中間而固定接地電極423。在接地電極424的制作時，在利用電場電鍍法制作電極后，利用光刻膠形成接地電極的圖形，利用干蝕刻法以使空氣層的厚度成為所希望的厚度的方式加工電極層。通過測定該光調(diào)制器的3dB頻帶確認約為10GHz。
(實施例21)雖然實施例21的光調(diào)制器是與實施例17的光調(diào)制器同等的結(jié)構(gòu)，但在光波導用BTO晶體等制作這一點上不同。制作這樣結(jié)構(gòu)的光調(diào)制器并確認了其動作。
在實施例21的光開關(guān)中，當將BTO波導部分控制在110℃使其動作時，得到了與實施例17的光調(diào)制器同樣的調(diào)制特性。此外，以0.73∶0.27的比例混和BTO和STO，制作由Ba0.73Sr0.27TiO3的單晶體構(gòu)成的波導，并用它制作同樣的光調(diào)制器。在這種情況下，在波導溫度10℃下，得到了與使用BTO波導的情況同樣的特性。此外，即使是將PLZT作為波導材料的光調(diào)制器也能夠進行同樣的動作。
在上述的實施例17～20中，雖然作為基板和光波導的材料說明了KTN，但并不限于此，作為基板也可以使用KLTN。
在實施方式3的移相器和光調(diào)制器中，為了相對于KTN或KLTN等使其在居里轉(zhuǎn)移溫度附近動作，可以具備溫度控制器。溫度控制器也可以是珀耳貼元件。
如以上的說明，按照實施方式3，使用以由作為立法晶并具有2次電光效應(yīng)的電介質(zhì)晶體的KTN和KLTN組成的晶體材料為基礎(chǔ)的光波導，能夠?qū)崿F(xiàn)高速低電壓驅(qū)動的移相器以及使用它的光調(diào)制器。由此，具有能夠?qū)崿F(xiàn)以短的電極且低電壓可以調(diào)制的光調(diào)制器的效果。
此外，即使在作為光調(diào)制器的電極使用行波電極的情況下，也能夠使微波和光波的速度匹配。
(實施方式4)實施方式4的特征是，使用實施方式3詳細說明的移相器構(gòu)成的陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器(也只稱為波長可變?yōu)V光器)。
在圖43所示的陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器中(具體地后述)，輸入的信號光經(jīng)由第1板式光波導430分配給各陣列光波導。波導光通過具有等差數(shù)列的光程差(ΔL)的移相器437，經(jīng)由第2板式光波導432向分支端口光波導434聚光。其透過中心波長λcen由以下給出。
λcen＝n×ΔL/m(16)其中，n表示陣列波導的透過折射率，m表示衍射次數(shù)。對于該陣列波導上的各波導配置了電場施加用電極。當使用2次電光效應(yīng)使具有等差數(shù)列的光程差(ΔLh)的陣列波導上的各波導的折射率改變Δn時，波長濾光器其透過中心波長從上述的中心透過波長偏移以下所示的Δλ。
Δλ＝Δn×ΔLh/m(17)如圖44至圖46所示(具體的后述)，當將電場施加用電極在陣列波導上相對地配置時，在第1和第2電極中，由于式(17)所示的ΔLh符號相反，所以透過波長向反方向偏移。因此，在切換兩電極進行使用的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)2倍的波長可變波段。在圖44所示的電極結(jié)構(gòu)中，可以只在E1上施加電場。因此，波長可變?yōu)V光器能夠?qū)崿F(xiàn)無偏振依賴動作。另一方面，在圖45和圖46所示的電極結(jié)構(gòu)的情況下，在兩模式之間透過波長不同。
雖然使用幾個實施例說明具有上述特征的實施方式4的波長可變?yōu)V光器的實施方式，但本發(fā)明并不局限于以下的實施例。
(實施例1)圖43是具備實施方式3說明的波導電光移相器的波長可變?yōu)V光器的結(jié)構(gòu)圖。圖中符號430表示第1板式光波導，符號431表示通道光波導陣列，符號432表示第2板式光波導，符號433表示輸入端口通道光波導，符號434表示輸出端口通道光波導，符號435表示第1電場施加單元，符號436表示第2電場施加單元，符號437表示波導電光移相器。
實施方式4的陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器，具備至少一條輸入端口通道光波導433；由光程相互不同的通道光波導構(gòu)成的通道光波導陣列431；至少1條輸出端口通道光波導434；連接輸入端口通道光波導433和通道光波導陣列431的第1板式光波導430；連接輸出端口通道光波導434和通道光波導陣列431的第2板式光波導432；由通道光波導陣列431的一部分構(gòu)成的電光移相器437。該電光移相器437具備第1電場施加單元435和第2電場施加單元436。光波導使用顯示上述的特性的KTN、KLTN晶體制作。
圖44是表示本實施方式的波長可變?yōu)V光器用的電光移相器的電極結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。在圖44中，表示對于陣列波導上的各波導具有等差數(shù)列的長度的電場施加用電極結(jié)構(gòu)。圖中符號440和441表示電極，符號442表示共用的接地，符號443表示波導。
波導443和電極440、441構(gòu)成電極移相器用通道光波導陣列。以中央為界設(shè)置成上下對稱。此外，電極440、441對于每條光波導以每個ΔLh的方式改變長度，由電極440與接地442的組合構(gòu)成第1電極，由電極441和接地442構(gòu)成第2電極。
另外，在由圖28A和B所示的具有梳子形電極的光波導實現(xiàn)上述的可變?yōu)V光器的情況下，在包層282中埋入了陣列光波導的芯。
如圖43所示，具備2個輸入輸出波導433和434、2個板式光波導430和432、移相器用通道光波導陣列431、1個第1電場施加單元435、1個第2電場施加單元436。板式光波導430和432，其形狀是具有指定的曲率半徑的扇形。第1電場施加單元435、第2電場施加單元436如圖44所示。電極442成為共用的接地，電極440和441成為電場施加用電極。
陣列光波導的條數(shù)設(shè)為120條，陣列光波導的間隔設(shè)為25μm，相鄰的陣列光波導長度差設(shè)為35.5μm，衍射次數(shù)設(shè)為50，設(shè)相鄰陣列光波導加熱器長度差ΔLh＝300μm。將折射率2.184的KTN晶體作為芯，制作上述的設(shè)計的光波導。KTN光波導的制作方法以“強電介質(zhì)膜的加工方法”(特愿2002-215779號)為基準。芯剖面尺寸設(shè)為6μm×6μm。用濺射法在光波導上形成金薄膜，使用光刻和干蝕刻法制作上述的設(shè)計的寬度10μm、厚度1μm的電場施加用電極。
將波長1.55μm段的ASE寬帶光源和光譜分析器分別連接在輸入輸出端口上對濾光器特性進行測定。未在電極上施加電場時的波長濾光器特性是通過中心波長1550nm，插入損耗5.5dB，交調(diào)失真30dB(1550±0.8nm)。當在第1電極440上施加電壓時，透過中心波長與施加的電壓的平方成比例地進行長波長偏移。另一方面，當在第2電極441上施加電壓時，進行短波長偏移。通過向芯施加0～0.5V/μm的電場，透過中心波長在TE模式、TE模式雙方都在1.545～1.565nm的范圍內(nèi)可變。此外，未發(fā)現(xiàn)伴隨透過中心波長變化的插入損耗和交調(diào)失真的顯著的增加。
(實施例2)與上述的實施例1一樣，制作了圖43的波長可變?yōu)V光器。作為移相器用電極使用了圖45所示的結(jié)構(gòu)的電極。該圖45是表示本發(fā)明的波長可變?yōu)V光器用的電光移相器的電極結(jié)構(gòu)的另一實施例的結(jié)構(gòu)圖。圖中符號450和451表示電極，符號452表示共用的接地，符號453表示波導。
作為TE模式，當向第1電極450施加電壓時，透過中心波長與施加的電壓的平方成比例地進行短波長偏移。另一方面，當向第2電極451施加電壓時，進行長波長偏移。作為TM模式，透過中心波長向反方向偏移。TM模式，通過將0～0.17V/μm的電場施加給芯，透過中心波長在1545～1656nm范圍內(nèi)可變。此外，未發(fā)現(xiàn)伴隨透過中心波長變化的插入損耗和交調(diào)失真的顯著的增加。
(實施例3)與上述的實施例2同樣地制作圖43的波長可變?yōu)V光器。作為移相器用電極使用圖46所示的結(jié)構(gòu)的電極。圖46是表示本發(fā)明的波長可變?yōu)V光器用的電光移相器的電極結(jié)構(gòu)的另一實施例的平面圖。圖中符號460和461表示電極，符號462表示共用的接地，符號463表示波導。
作為TE模式，當向第1電極460施加電壓時，透過中心波長與施加的電壓的平方成比例地進行短波長偏移。另一方面，當向第2電極461施加電壓時，進行長波長偏移。作為TM模式，向反方向偏移。TM模式，通過將0～0.17V/μm的電場施加給芯，透過中心波長在1545～1565nm范圍內(nèi)可變。此外，未發(fā)現(xiàn)伴隨透過中心波長變化的插入損耗和交調(diào)失真的顯著的增加。
(實施例4)雖然實施例4的波長可變?yōu)V光器是與實施例1的波長可變?yōu)V光器同等的結(jié)構(gòu)，但在光波導用BTO晶體等制作這一點上不同。制作這樣結(jié)構(gòu)的波長可變?yōu)V光器并確認了其動作。
在實施例4的波長可變?yōu)V光器中，當將BTO波導部分控制在110℃使其動作時，得到了與實施例1的波長可變?yōu)V光器同樣的濾光器特性。此外，以0.73∶0.27的比例混和BTO和STO，制作由Ba0.73Sr0.27TiO3的單晶體構(gòu)成的波導，并用它制作同樣的波長可變?yōu)V光器。在這種情況下，在波導溫度10℃下，得到了與使用BTO波導時同樣的濾光器特性。此外，即使是將PLZT作為波導材料的波長可變?yōu)V光器也能夠進行同樣的動作。
在實施方式4的波長可變?yōu)V光器中，對于KTN和KLTN等為了使其在居里轉(zhuǎn)移溫度附近動作，可以具備溫度控制器。溫度控制器可以是珀耳貼元件。
如以上的說明，按照實施方式4，使用以由作為立法晶的具有2次電光效應(yīng)的電介質(zhì)晶體的KTN和KLTN組成的晶體材料為基礎(chǔ)的光波導，能夠?qū)崿F(xiàn)高速低電壓驅(qū)動的陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器。
權(quán)利要求
1.一種光波導器件，其特征在于，具備由立方晶并且具有2次電光效應(yīng)的電介質(zhì)晶體構(gòu)成的傳播光的三維光波導；以及向上述三維光波導施加電場的電極。
2.如權(quán)利要求1所述的光波導器件，其特征在于上述電極以與上述三維光波導的指定的晶體軸方向垂直或者平行地施加電場的方式配置。
3.如權(quán)利要求1所述的光波導器件，其特征在于上述電極，夾著上述三維光波導平行相對地配置了2個。
4.如權(quán)利要求1所述的光波導器件，其特征在于上述電極，夾著上述三維光波導平行相對地配置了2個并且在上述三維光波導之上配置了1個。
5.如權(quán)利要求1所述的光波導器件，其特征在于上述電極，沿著上述三維光波導交替地配置了正極和負極。
6.如權(quán)利要求3至5的任意一項所述的光波導器件，其特征在于由上述電極產(chǎn)生的電場施加方向相對于上述三維光波導是指定的晶體軸方向。
7.如權(quán)利要求1至5的任意一項所述的光波導器件，其特征在于上述電介質(zhì)晶體是由KTa1-xNbxO3(0＜x＜1)以及K1-yLiyTa1-xNbxO3(0＜x＜1，0＜y＜1)、或者KTa1-xNbxO3或者K1-yLiyTa1-xNbxO3組成的晶體材料。
8.如權(quán)利要求1至5的任意一項所述的光波導器件，其特征在于還具備將上述電介質(zhì)晶體的溫度控制為對于該電介質(zhì)晶體的從正方晶向立方晶的相轉(zhuǎn)移溫度的溫度控制器。
9.一種波導電光移相器，其特征在于，具備是由KTa1-xNbxO3(0＜x＜1)以及K1-yLiyTa1-xNbxO3(0＜x＜1，0＜y＜1)、或者KTa1-xNbxO3或者K1-yLiyTa1-xNbxO3組成的晶體材料的傳播光的三維光波導；以及向上述三維光波導施加電場的電極。
10.如權(quán)利要求9所述的波導電光移相器，其特征在于上述電極以與上述三維光波導的指定的晶體軸方向垂直或者平行地施加電場的方式配置。
11.如權(quán)利要求9所述的波導電光移相器，其特征在于上述電極，夾著上述三維光波導平行相對地配置了2個。
12.如權(quán)利要求9所述的波導電光移相器，其特征在于上述電極，夾著上述三維光波導平行相對地配置了2個并且在上述三維光波導之上配置了1個。
13.如權(quán)利要求9所述的波導電光移相器，其特征在于上述電極，沿著上述三維光波導交替地配置了正極和負極。
14.如權(quán)利要求11至13的任意一項所述的波導電光移相器，其特征在于由上述電極產(chǎn)生的電場施加方向相對于上述三維光波導是指定的晶體軸方向。
15.如權(quán)利要求9至13的任意一項所述的波導電光移相器，其特征在于還具備將上述電介質(zhì)晶體的溫度控制為對于該電介質(zhì)晶體的從正方晶向立方晶的相轉(zhuǎn)移溫度的溫度控制器。
16.一種光開關(guān)，其特征在于，具備由設(shè)置在輸入側(cè)的3dB耦合器和設(shè)置在輸出側(cè)的3dB耦合器和連接上述輸入側(cè)3dB耦合器和上述輸出側(cè)3dB耦合器的2條三維光波導構(gòu)成的馬赫-曾德干涉儀；以及向上述2條三維光波導的一方或者雙方施加電場的電極；其中，至少上述2條三維光波導是由KTa1-xNbxO3(0＜x＜1)以及K1-yLiyTa1-xNbxO3(0＜x＜1，0＜y＜1)、或者KTa1-xNbxO3或者K1-yLiyTa1-xNbxO3組成的晶體材料。
17.如權(quán)利要求16所述的光開關(guān)，其特征在于構(gòu)成上述輸入側(cè)3dB耦合器和上述輸出側(cè)3dB耦合器的三維光波導由石英類光波導構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求16所述的光開關(guān)，其特征在于向上述2條三維光波導的一方或者雙方施加電場的電極，具有形成與傳播的光的TE方向和TM方向分別平行的方向的電場的2種電極結(jié)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求16所述的光開關(guān)，其特征在于向上述2條三維光波導的一方或者雙方施加電場的電極，夾著上述三維光波導平行相對地配置了2個。
20.如權(quán)利要求16所述的光開關(guān)，其特征在于向上述2條三維光波導的一方或者雙方施加電場的電極，夾著上述三維光波導平行相對地配置了2個并且在上述三維光波導之上配置了1個。
21.如權(quán)利要求16所述的光開關(guān)，其特征在于向上述2條三維光波導的一方或者雙方施加電場的電極，沿著上述三維光波導交替地配置了正極和負極。
22.如權(quán)利要求19至21的任意一項所述的光開關(guān)，其特征在于由上述電極產(chǎn)生的電場施加方向相對于上述三維光波導是指定的晶體軸方向。
23.如權(quán)利要求16所述的光開關(guān)，其特征在于上述電極的一部分或者全部由在1.55μm波長對于光透明的材料構(gòu)成。
24.如權(quán)利要求16所述的光開關(guān)，其特征在于作為上述晶體材料的組成比，將組成比X設(shè)為大于等于0.55且小于等于0.90，將組成比Y設(shè)為大于0且小于0.1，其中，設(shè)X是對于Ta和Nb的Nb的組成比，設(shè)Y是對于K和Li的Li的組成比。
25.如權(quán)利要求16至21的任意一項所述的光開關(guān)，其特征在于還具備將上述KTa1-xNbxO3或者K1-yLiyTa1-xNbxO3的溫度控制為對于該KTa1-xNbxO3或者K1-yLiyTa1-xNbxO3的從正方晶向立方晶的相轉(zhuǎn)移溫度的溫度控制器。
26.一種光開關(guān)，其特征在于，具備由KTaO3、KNbO3或者KTaxNb1-xO3(0＜x＜1)的任意一種材料構(gòu)成的基板；在上述基板上由KxLi1-xTayNb1-yO3(0＜x＜1，0＜y＜1)或者TaxNb1-xO3(0＜x＜1)的任意一種材料構(gòu)成的芯波導；將與該芯波導比較折射率稍低的KxLi1-xTayNb1-yO3作為包層的三維光波導；用于向在上述三維光波導的下部包層的下方或者上部包層的上方的至少一方上形成的芯波導施加電場的電極；以及Y分支型波導，該Y分支型波導由上述三維光波導構(gòu)成，其包含具有用于接收發(fā)送來的光信號的輸入端的第1輸入光波導和從該第1輸入波導分支的第2輸出光波導和第3輸出光波導，在上述第2輸出光波導和上述第3輸出光波導上具備上述電極。
27.如權(quán)利要求26所述的光開關(guān)，其特征在于上述電極是正極和負極交替地排列的梳子型電極。
28.如權(quán)利要求26所述的光開關(guān)，其特征在于為了光路的切換，上述電極在上述Y分支型波導的上部包層表面或者下部包層的下方并且上部包層上方的雙方，設(shè)置在Y分支附近的第2輸出光波導和第3輸出光波導上。
29.如權(quán)利要求27或者28所述的光開關(guān)，其特征在于由上述電極產(chǎn)生的電場施加方向相對于上述三維光波導是指定的晶體軸方向。
30.如權(quán)利要求28所述的光開關(guān)，其特征在于將上述Y分支型波導3個至5個連接成樹狀態(tài)。
31.如權(quán)利要求26至28的任意一項所述的光開關(guān)，其特征在于還具備將上述KTaxNb1-xO3或者KxLi1-xTayNb1-yO3的溫度控制為對于該KTaxNb1-xO3或者KxLi1-xTayNb1-yO3的從正方晶向立方晶的相轉(zhuǎn)移溫度附近的溫度控制器。
32.如權(quán)利要求26所述的光開關(guān)，其特征在于上述Y分支型波導，是將1個輸入分支為2個輸出的結(jié)構(gòu)，并且，具有改變施加在上述電極上的電壓而控制分支比的功能。
33.如權(quán)利要求32所述的光開關(guān)，其特征在于將上述1個輸入分支為2個輸出的結(jié)構(gòu)是光方向性耦合器。
34.如權(quán)利要求32或者33所述的光開關(guān)，其特征在于具備1個或1個以上的用于分支比控制的電極。
35.如權(quán)利要求34所述的光開關(guān)，其特征在于在單一基板上被集成為矩陣狀。
36.一種使用電介質(zhì)晶體的光調(diào)制器，其特征在于是馬赫-曾德型的光調(diào)制器，其將由KTaxNb1-xO3(0＜x＜1)和KxLi1-xTayNb1-yO3(0＜x＜1，0＜y＜1)組成的晶體材料用于波導材料，具有至少1個輸入波導、1個輸出波導、與上述輸入波導連接的3dB耦合器、與上述輸出波導連接的3dB耦合器、連接2個上述3dB耦合器的2個三維光波導，其中，在上述三維光波導的至少一方具有配置了電極的電光移相器。
37.如權(quán)利要求36所述的光調(diào)制器，其特征在于上述電極，夾著上述一方的三維光波導平行相對地配置了2個。
38.如權(quán)利要求36所述的光調(diào)制器，其特征在于上述電極，夾著上述一方的三維光波導平行相對地配置了2個并且在上述一方的三維光波導之上配置了1個。
39.如權(quán)利要求36所述的光調(diào)制器，其特征在于在上述三維光波導的一方，配置了夾著該通道波導平行相對的2個電極和在上述一方的三維光波導之上的1個電極，并且在上述三維光波導的另一方，夾著該三維光波導平行相對地配置了2個電極。
40.如權(quán)利要求36所述的光調(diào)制器，其特征在于上述電極，沿著上述三維光波導交替地配置了正極和負極。
41.如權(quán)利要求37至39的任意一項所述的光調(diào)制器，其特征在于由上述電極產(chǎn)生的電場施加方向相對于上述三維光波導是指定的晶體軸方向。
42.如權(quán)利要求36至40的任意一項所述的光調(diào)制器，其特征在于還具備將上述KTaxNb1-xO3和KxLi1-xTayNb1-yO3的溫度控制為對于該KTaxNb1-xO3和KxLi1-xTayNb1-yO3的從正方晶向立方晶的相轉(zhuǎn)移溫度附近的溫度控制器。
43.一種寬帶光調(diào)制器，其特征在于，具備由KTaxNb1-xO3(0＜x＜1)或者KxLi1-xTayNb1-yO3(0＜x＜1，0＜y＜1)的任意一種材料構(gòu)成的基板；由KTaxNb1-xO3或者KxLi1-xTayNb1-yO3的任意一種材料構(gòu)成的三維光波導；以及沿著該三維光波導形成的由取得微波和光波的速度匹配的行波電極構(gòu)成的多個電極。
44.如權(quán)利要求43所述的寬帶光調(diào)制器，其特征在于上述電極，厚度是20μm，以在上述電極間形成凹部的方式形成在上述基板上，在上述凹部內(nèi)埋入了介電常數(shù)小于等于10的以結(jié)構(gòu)保持為目的的電介質(zhì)材料。
45.如權(quán)利要求44所述的寬帶光調(diào)制器，其特征在于上述基板具有隆起結(jié)構(gòu)，在上述隆起結(jié)構(gòu)中設(shè)置了上述三維光波導，上述電極相對于上述隆起結(jié)構(gòu)中的三維光波導的指定的晶體軸方向在平行的方向上施加電壓。
46.如權(quán)利要求44所述的寬帶光調(diào)制器，其特征在于上述基板具有隆起結(jié)構(gòu)，在上述隆起結(jié)構(gòu)中設(shè)置了上述三維光波導，上述電極以相對于上述隆起結(jié)構(gòu)中的三維光波導的指定的晶體軸方向在垂直的方向上施加電壓的方式配置。
47.如權(quán)利要求45所述的寬帶光調(diào)制器，其特征在于在上述電極上以空氣層介于中間設(shè)置了接地電極。
48.如權(quán)利要求43至47所述的寬帶光調(diào)制器，其特征在于還具備將上述KTaxNb1-xO3或者KxLi1-xTayNb1-yO3的溫度控制為對于該KTaxNb1-xO3或者KxLi1-xTayNb1-yO3的從正方晶向立方晶的相轉(zhuǎn)移溫度附近的溫度控制器。
49.一種波導電光移相器，其特征在于，具備三維光波導，該三維光波導具備由KTaxNb1-xO3(0＜x＜1)和KxLi1-xTayNb1-yO3(0＜x＜1，0＜y＜1)組成的第1晶體材料的具有芯厚度的芯、以及由具有與上述第1晶體材料不同的折射率的KTaxNb1-xO3(0＜x＜1)和KxLi1-xTayNb1-yO3(0＜x＜1，0＜y＜1)組成的第2晶體材料的包層；以及夾著上述三維光波導平行相對的2個電極；其中，上述芯以上述芯的下面相對于上述包層的下面為第1距離而上述芯的上面相對于上述包層的上面為第2距離的方式被埋入上述包層，上述包層具有0≤第1距離、第2距離≤3×芯厚度的范圍的包層厚度。
50.一種光波導電光移相器，其特征在于，具備三維光波導，該三維光波導具備由KTaxNb1-xO3(0＜x＜1)和KxLi1-xTayNb1-yO3(0＜x＜1，0＜y＜1)組成的第1晶體材料的具有芯厚度的芯、以及由具有與上述第1晶體材料不同的折射率的KTaxNb1-xO3(0＜x＜1)和KxLi1-xTayNb1-yO3(0＜x＜1，0＜y＜1)組成的第2晶體材料的包層；以及夾著上述三維光波導平行相對的2個電極；其中，上述芯以上述芯的上面相對于上述包層的上面為第1距離的方式被埋入上述包層，上述包層具有0≤第1距離≤3×芯厚度的范圍的包層厚度。
51.如權(quán)利要求49或者50所述的波導電光移相器，其特征在于由上述電極產(chǎn)生的電場施加方向相對于上述三維光波導是指定的晶體軸方向。
52.如權(quán)利要求49或者50所述的波導電光移相器，其特征在于在上述三維光波導之上配置了1個電極。
53.如權(quán)利要求52所述的波導電光移相器，其特征在于由上述電極產(chǎn)生的電場施加方向相對于上述三維光波導是指定的晶體軸方向。
54.如權(quán)利要求50所述的波導電光移相器，其特征在于上述平行相對的2個電極間的間隙具有0≤間隙≤3×芯寬度的范圍的長度。
55.如權(quán)利要求49或者50所述的波導電光移相器，其特征在于作為上述電極將摻雜了Al、Ga、In和B中的至少1種的ZnO或者摻雜了Sn、Ti、Zr、Hf、Nb、Ra、W、Ge、Mo、Sb、Te、Au、Pt和Pg中的至少一種的ITO作為電極材料使用。
56.如權(quán)利要求49或者50所述的波導電光移相器，其特征在于上述包層形成在使用由KTa1-xNbxO3和K1-yLiyTa1-xNbxO3組成的第3晶體材料的基板上。
57.如權(quán)利要求56所述的波導電光移相器，其特征在于作為上述第3晶體材料的組成比，將組成比X設(shè)為大于等于0且小于等于1，將組成比Y設(shè)為大于0且小于0.1。
58.如權(quán)利要求49或者50所述的波導電光移相器，其特征在于上述芯與上述包層的相對折射率差是大于0％且小于等于1.5％。
59.如權(quán)利要求49或者50所述的波導電光移相器，其特征在于還具備將上述KTaxNb1-xO3或者KxLi1-xTayNb1-yO3的溫度控制為對于該KTaxNb1-xO3或者KxLi1-xTayNb1-yO3的從正方晶向立方晶的相轉(zhuǎn)移溫度附近的溫度控制器。
60.一種陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器，是具有由KTaxNb1-xO3(0＜x＜1)和KxLi1-xTayNb1-yO3(0＜x＜1，0＜y＜1)組成的晶體材料的多個三維光波導、設(shè)置在該三維光波導之上的電極構(gòu)成的陣列光波導的陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器，其特征在于具有對于上述三維光波導的1條配置了夾著該三維光波導平行相對的2個電極的波導電光移相器。
61.如權(quán)利要求60所述的陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器，其特征在于具有在上述三維光波導之上配置了1個電極的波導電光移相器。
62.如權(quán)利要求60所述的陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器，其特征在于具有沿著上述三維光波導交替地配置了電極的正極和負極的波導電光移相器。
63.一種陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器，其特征在于，具備至少1條輸入端口通道光波導；由光程相互不同的通道光波導構(gòu)成的通道光波導陣列；至少1條輸出端口通道光導波；連接上述輸入端口通道光波導和上述通道光波導陣列的第1板式光波導；連接上述輸出端口通道光波導和上述通道光波導陣列的第2板式光波導；波導電光移相器，該波導電光移相器由上述通道光波導陣列的一部分構(gòu)成，其包括具備由KTaxNb1-xO3(0＜x＜1)和KxLi1-xTayNb1-yO3(0＜x＜1，0＜y＜1)組成的第1晶體材料的具有芯厚度的芯和由具有與上述第1晶體材料不同的折射率的KTaxNb1-xO3(0＜x＜1)和KxLi1-xTayNb1-yO3(0＜x＜1，0＜y＜1)組成的第2晶體材料的包層的三維光波導、以及夾著上述三維光波導平行相對的2個電極，其中，上述芯以上述芯的下面相對于上述包層的下面為第1距離而上述芯的上面相對于上述包層的上面為第2距離的方式被埋入上述包層，上述包層具有0≤第1距離、第2距離≤3×芯厚度的范圍的包層厚度。
64.一種陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器，其特征在于，具備至少1條輸入端口通道光波導；由光程相互不同的通道光波導構(gòu)成的通道光波導陣列；至少1條輸出端口通道光導波；連接上述輸入端口通道光波導和上述通道光波導陣列的第1板式光波導；連接上述輸出端口通道光波導和上述通道光波導陣列的第2板式光波導；波導電光移相器，該波導電光移相器包括具備由KTaxNb1-xO3(0＜x＜1)和KxLi1-xTayNb1-yO3(0＜x＜1，0＜y＜1)組成的第1晶體材料的具有芯厚度的芯和由具有與上述第1晶體材料不同的折射率的KTaxNb1-xO3(0＜x＜1)和KxLi1-xTayNb1-yO3(0＜x＜1，0＜y＜1)組成的第2晶體材料的包層的三維光波導、以及夾著上述三維光波導平行相對的2個電極，其中，上述芯以上述芯的上面相對于上述包層的上面為第1距離的方式被埋入上述包層，上述包層具有0≤第1距離≤3×芯厚度的范圍的包層厚度。
65.如權(quán)利要求60至64所述的陣列光波導柵格波長可變?yōu)V光器，其特征在于還具備將上述KTaxNb1-xO3或者KxLi1-xTayNb1-yO3的溫度控制為對于該KTaxNb1-xO3或者KxLi1-xTayNb1-yO3的從正方晶向立方晶的相轉(zhuǎn)移溫度附近的溫度控制器。
66.如權(quán)利要求60至62的任意一項所述的陣列光波導柵格可變?yōu)V光器，其特征在于由上述電極產(chǎn)生的電場施加方向相對于上述三維光波導是指定的晶體軸方向。
全文摘要
提供單純的結(jié)構(gòu)的低驅(qū)動電壓的無偏振依賴并且高速的光開關(guān)、光調(diào)制器和波長可變?yōu)V光器。具備設(shè)置在輸入側(cè)的3dB耦合器(16)和設(shè)置在輸出側(cè)的3dB耦合器(17)和連接輸入側(cè)3dB耦合器以及輸出側(cè)3dB耦合器的2條光波導。此外，具備向2條光波導的一方或者雙方施加電場的相位調(diào)制單元(18)。至少2條的光波導是由KTa
文檔編號G02F1/313GK1705908SQ20048000141
公開日2005年12月7日 申請日期2004年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月19日
發(fā)明者豐田誠治, 藤浦和夫, 笹浦正弘, 圓佛晃次, 下小園真, 今井飲之, 館彰之, 松浦徹, 栗原隆, 伏見浩 申請人:日本電信電話株式會社