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公開番号2025019820
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-07
出願番号2023123655
出願日2023-07-28
発明の名称光変調器、光送受信器及び光トランシーバ
出願人富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類G02F 1/035 20060101AFI20250131BHJP(光学)
要約【課題】光変調器の動作帯域を確保しながら変調効率の向上を図る光変調器等を提供することを目的とする。
【解決手段】光変調器は、電気光学材料を含む電気光学層と、前記電気光学層の下側に配置され、前記電気光学層に比較して低い誘電率を有する材料層と、を有する。光変調器は、前記材料層の下側に配置され、前記電気光学層及び前記材料層の屈折率に比較して高い屈折率を有するコア層と、前記電気光学層に電気信号を印加する電極と、を有する。前記材料層の屈折率は、前記電気光学層の屈折率の0.85倍以上である。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
電気光学材料を含む電気光学層と、
前記電気光学層の下側に配置され、前記電気光学層に比較して低い誘電率を有する材料層と、
前記材料層の下側に配置され、前記電気光学層及び前記材料層の屈折率に比較して高い屈折率を有するコア層と、
前記電気光学層に電気信号を印加する電極と、を有し、
前記材料層の屈折率は、
前記電気光学層の屈折率の０．８５倍以上であることを特徴とする光変調器。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記電気光学層の電気光学係数は、
前記材料層の電気光学係数に比較して高いことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記電気光学層の比誘電率は、５０に比較して高く、かつ、前記電気光学層の電気光学係数は、５０ｐｍ／Ｖに比較して高く、
前記材料層の比誘電率は、５０以下、かつ、前記材料層の電気光学係数は、５０ｐｍ／Ｖ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項４】
前記電気光学層は、
ＢａＴｉＯ
３
（ＢＴＯ）、ＰｂＬａＺｒＴｉＯ
３
（ＰＬＺＴ）、ＰｂＺｒＴｉＯ
３
（ＰＺＴ）の内、少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項５】
前記電気光学層の内、少なくとも前記コア層上にある前記電気光学層上に配置されたクラッド層をさらに有し、
前記クラッド層の比誘電率は、１５以下、前記クラッド層の屈折率は、１．８以下であることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項６】
前記電気光学層の内、少なくとも前記コア層上にある前記電気光学層上に配置されたクラッド層をさらに有し、
前記クラッド層は、
ＳｉＯ
２
、ＭｇＦ
２
、ＭｇＯ、Ａｌ
２
Ｏ
３
及び屈折率１．８以下の樹脂の内、少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項７】
前記電極と前記電気光学層との間に配置された第１の材料層をさらに有し、
前記第１の材料層の屈折率は、１．８以下であることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項８】
前記電極と前記電気光学層との間に配置された第１の材料層をさらに有し、
前記第１の材料層の比誘電率は、少なくとも８以上であることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項９】
電気信号に応じて導波する光を変調する光変調器素子と、
受光する受信光を電気信号に変換する光受信器素子と、を有し、
前記光変調器素子は、
電気光学材料を含む電気光学層と、
前記電気光学層の下側に配置され、前記電気光学層に比較して低い誘電率を有する材料層と、
前記材料層の下側に配置され、前記電気光学層及び前記材料層の屈折率に比較して高い屈折率を有するコア層と、
前記電気光学層に電気信号を印加する電極と、を有し、
前記材料層の屈折率は、
前記電気光学層の屈折率の０．８５倍以上であることを特徴とする光送受信器。
【請求項１０】
電気信号に応じて導波する光を変調する光変調器素子と、
受光する受信光を電気信号に変換する光受光器素子と、
前記光変調器素子への電気信号を生成すると共に、前記光受信器素子からの前記電気信号を取得する信号処理部と、を有し、
前記光変調器素子は、
電気光学材料を含む電気光学層と、
前記電気光学層の下側に配置され、前記電気光学層に比較して低い誘電率を有する材料層と、
前記材料層の下側に配置され、前記電気光学層及び前記材料層の屈折率に比較して高い屈折率を有するコア層と、
前記電気光学層に電気信号を印加する電極と、を有し、
前記材料層の屈折率は、
前記電気光学層の屈折率の０．８５倍以上であることを特徴とする光トランシーバ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器、光送受信器及び光トランシーバに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、光通信システムの大容量化に伴って光送受信器の通信高速化や低消費電力化が求められている。特に、光送信器では、高効率の光変調器が強く求められている。そして、小型、かつ、高効率の光変調器を実現する手段として、例えば、電気光学係数の高いＰｂＬａＺｒＴｉＯ
３
（ＰＬＺＴ）やＢａＴｉＯ
３
（ＢＴＯ）等の強誘電体電気光学材料を用いたマッハツェンダ型（ＭＺ：Mach-Zehnder）の光変調器がある。例えば、ＰＬＺＴやＢＴＯ等の電気光学係数は、数百ｐｍ／Ｖであるため、従来、光通信用に広く使用されている、例えば、ＬｉＮｂＯ
３
(ＬＮ：Lithium Niobate)の光変調器の電気光学係数の３１ｐｍ／Ｖに比較して著しく高い。従って、ＰＬＺＴやＢＴＯ等の電気光学係数は、小型で高効率な光変調器の材料に適している。
【０００３】
図２２は、従来の光変調器２００の一例を示す略平面模式図である。図２２に示す光変調器２００は、入力部２０１と、分岐部２０２と、２個の平行に配置された変調部２０３と、合波部２０４と、出力部２０５とを有する。光変調器２００は、入力部２０１からの光分岐後の変調部を通過する信号光を電気信号に応じて光位相変調することにより出力部から出射する光信号の強度及び位相を変調する、マッハツェンダ型の光変調器である。分岐部２０２は、入力部２０１からの信号光を光分岐し、光分岐した信号光を各変調部２０３に出力するカプラである。
【０００４】
各変調部２０３は、変調導波路２１１と、電極２１２とを有する。変調導波路２１１は、例えば、ＰＬＺＴやＢＴＯ等の電気光学（ＥＯ）材料を使用した導波路である。変調導波路２１１は、第１の変調導波路２１１Ａと、第２の変調導波路２１１Ｂとを有する。電極２１２は、信号電極２１２Ａと、第１の接地電極２１２Ｂ及び第２の接地電極２１２Ｃとを有する。第１の変調部２０３Ａは、第１の接地電極２１２Ｂと、信号電極２１２Ａと、第１の接地電極２１２Ｂと信号電極２１２Ａとの間に配置された第１の変調導波路２１１Ａとを有する。第２の変調部２０３Ｂは、第２の接地電極２１２Ｃと、信号電極２１２Ａと、第２の接地電極２１２Ｃと信号電極２１２Ａとの間に配置された第２の変調導波路２１１Ｂとを有する。
【０００５】
図２３は、図２２に示すＣ－Ｃ線の略断面模式図である。図２３に示す断面部位は、光変調器２００の第１の変調部２０３Ａの断面部位である。第１の変調部２０３Ａは、図示せぬＳｉ基板と、下部クラッド層２２１と、ＥＯ層２２２と、上部クラッド層２２３と、信号電極２１２Ａと、第１の接地電極２１２Ｂとを有する。下部クラッド層２２１は、Ｓｉ基板上に配置された、例えば、ＳｉＯ
２
等のバッファ層である。ＥＯ層２２２は、電気光学係数の高い、例えば、ＢＴＯやＰＬＺＴ等の強誘電体のＥＯ材料の層である。ＥＯ層２２２は、信号光が導波するように、例えば、リブ型の断面構造に加工され、第１の変調導波路２１１Ａのコア層となる。上部クラッド層２２３は、ＥＯ層２２２上に配置された、ＥＯ層２２２のリブ型の第１の変調導波路２１１Ａのコア２１１Ａ１付近上部を覆う、例えば、ＳｉＯ
２
等のバッファ層である。第１の変調導波路２１１Ａのコア２１１Ａ１は、第１の接地電極２１２Ｂと信号電極２１２Ａとの間で並列に配置されている。
【０００６】
第１の変調部２０３Ａは、信号電極２１２Ａからの高周波の電気信号に応じて信号電極２１２Ａから第１の接地電極２１２Ｂへの電界が発生し、電界に応じて第１の変調導波路２１１Ａの光屈折率を変化させる。第１の変調部２０３Ａは、光屈折率の変化に応じて第１の変調導波路２１１Ａを導波する信号光の位相を変調する。第１の変調部２０３Ａは、変調後の信号光を合波部２０４に出力する。
【０００７】
また、第２の変調部２０３Ｂは、信号電極２１２Ａからの高周波の電気信号に応じて信号電極２１２Ａから第２の接地電極２１２Ｃへの電界が発生し、電界に応じて第２の変調導波路２１１Ｂの光屈折率を変化させる。第２の変調部２０３Ｂは、光屈折率の変化に応じて第２の変調導波路２１１Ｂを導波する信号光の位相を変調する。第２の変調導波路２０３Ｂは、変調後の信号光を合波部２０４に出力する。
【０００８】
合波部２０４は、第１の変調部２０３Ａからの変調後の信号光と、第２の変調部２０３Ｂからの変調後の信号光とを合波し、合波後の信号光を出力部２０５に出力する。合波部において、第１の変調部と第２の変調部の位相の状態に応じて干渉が発生し、その結果、出力部から強度及び位相が変調された信号光が出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開昭６３－０４９７３２号公報
特開２０２２－０３２６８７号公報
米国特許第０７２８３６８９号明細書
特開２００７－３３３７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
次に光変調器２００における電気信号の伝搬特性の誘電率依存性について説明する。図２４は、ＥＯ層２２２の材料で決まる物性定数である比誘電率と特性インピーダンスとの関係の一例を示す説明図である。図２５は、ＥＯ層２２２の比誘電率と電気信号損失との関係の一例を示す説明図である。図２６は、ＥＯ層２２２の比誘電率と電気信号屈折率との関係の一例を示す説明図である。変調導波路２１１のＥＯ層２２２に使用する強誘電体のＥＯ材料は、比誘電率が数百と高い。
（【００１１】以降は省略されています）

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