光波导设备

摘要

提供一种光波导设备，相对于形成在电介质基板上的扩散波导，能够高精度地配置受光元件，实现倏逝波耦合型的受光元件。该光波导设备具有：电介质基板(1)；扩散波导(2)，在该电介质基板上热扩散高折射率材料而形成；以及受光元件(4)，配置在上述扩散波导的上方，接收在该扩散波导中传输的光波的一部分，上述光波导设备的特征在于，在形成上述扩散波导时，以预定图案在上述扩散波导的附近配置与上述高折射率材料相同的高折射率材料，并进行热扩散，从而形成用于将上述受光元件支撑在上述电介质基板上的底座(3、5)的至少一部分(3)。

权利要求

1.一种光波导设备，具有：电介质基板；扩散波导，在该电介质基板上热扩散高折射率材料而形成；以及受光元件，配置在上述扩散波导的上方，接收在上述扩散波导中传输的光波的一部分，上述光波导设备的特征在于，在形成上述扩散波导时，以预定图案在上述扩散波导的附近配置与上述高折射率材料相同的高折射率材料，并进行热扩散，从而形成用于将上述受光元件支撑在上述电介质基板上的底座的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的光波导设备，其特征在于，

上述电介质基板是铌酸锂，上述高折射率材料是钛。

3.根据权利要求1或2所述的光波导设备，其特征在于，上述预定图案是在上述扩散波导的至少一侧隔着间隙而配置的岛状图案，能够从该间隙排出或导入将上述受光元件粘合到上述电介质基板上的粘合剂。

4.根据权利要求1或2所述的光波导设备，其特征在于，上述预定图案被设置为，与上述受光元件的下部接触的底座部分的总面积为受光元件的下部的整体面积的60%以下。

5.根据权利要求1或2所述的光波导设备，其特征在于，在由高折射率材料形成的底座或上述受光元件的朝向底座的相对面中的任意一方或双方上，配置有用于调整波导与受光元件下表面的间隙的膜体。

说明书

光波导设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种光波导设备，尤其涉及如下的光波导设备，其具有：扩散波导，在电介质基板上热扩散高折射率材料而形成；和受光元件，配置在该扩散波导的上方，接收在该扩散波导中传输的光波的一部分。

背景技术

[0002] 通过具有光波导的光调制器等光波导设备，直接监视在光波导中传输的光波的一部分(称为“直接监视方式”)，或监视从光波导的合波部等光波导放出的放射模式光。例如，为了使光调制器的输出光保持为恒定输出的状态，监视光调制器的输出光，与输出光的变化对应地控制施加到光调制器的调制电压、直流偏压等的大小。

[0003] 在具有马赫-曾德尔型光波导的光调制器中，监视调制器的偏压点时一直使用的、监视从光合波部放射的放射模式光的方式，虽然具有抑制信号光的损失的优点，但有以下缺点：(1)信号光和监视光反相，且相位差偏离π；(2)为了高效取出放射模式光，结构变得复杂，难于在基板上配置受光元件，难于实现小型化及低成本化；(3)配置有多个光调制部的多段型光调制器中，除了最终段的光合波部以外，难于正确监视放射模式光。

[0004] 而直接监视在光波导中传输的光波的一部分的同相监视方式下，不仅没有与信号光的相位差，而且通过多段型光调制器也可在最终段的光合波部以外监视光调制部的信号光。

[0005] 作为同相监视方式的例子包括以下方法：如专利文献1所示，在光波导的一部分形成切口作为反射镜，接收反射光；如专利文献2所示，在S字光波导中产生放射光，并接收该放射光；如专利文献3所示，在光波导上形成圆锥状等孔，向该孔中填充高折射率材料，将光波导出到光波导的上方，并接收该光波。

[0006] 这些方法中，从波导光取出的光在原理上无法全部接收，因此受光元件可接收的光的光功率较小，波导光的损失也较大，即产生多余损失较大的问题。

[0007] 另一方面，提出了倏逝波耦合型的受光元件。其将折射率比光波导(实际折射率为nf)高的受光元件(构成受光元件的高折射率基板，折射率为np)靠近光波导而配置，从-1而倏逝波与波导形成角度sin (nf/np)而入射到受光元件。通过在入射光的光路上配置受光元件的受光部，可检测出倏逝波。

[0008] 倏逝波耦合型的受光元件的优点是，通过受光元件的设计，理论上可将多余损失降低至0％并受光。受光灵敏度(受光元件的接收光功率÷在波导中传输的光功率)取决于和光波导接触的部分的长度、光波导与受光元件的间隙。因此，如果受光元件的形状确定，则可通过调整光波导和受光部(受光元件)的间隙来调整接收光功率。

[0009] 作为倏逝波耦合型的受光元件的例子，如专利文献4所示，提出了使用半导体波导设备的受光元件。在半导体波导设备中，通过晶体生长形成光波导及受光元件，因此可高精度地控制各层的厚度，并且可提高结构的重现性，能够确保稳定的接收光功率。

[0010] 而为了通过形成在电介质基板上的扩散波导实现倏逝波耦合型的受光元件，可考虑使用粘合剂或直接结合而将受光元件粘贴到光波导表面。但如上所述，受光灵敏度取决于光波导和用于吸收光的高折射材料即受光元件的间隙。因此，为了稳定确保受光灵敏度，必须进行高精度的间隙调整。并且，在扩散波导的情况下，光波导的表面突起，不平坦。因此扩散波导与受光元件的间隙控制变得更困难。并且，为了确保可靠性而将受光元件以足够的强度粘合到电介质基板时，需要一定程度的粘合剂的厚度和面积。

[0011] 专利文献1：日本特开2006-047894号公报

[0012] 专利文献2：日本特开平5-224044号公报

[0013] 专利文献3：日本特开平11-194237号公报

[0014] 专利文献4：日本特开2005-129628号公报

发明内容

[0015] 本发明要解决的课题是解决上述问题，提供一种光波导设备，相对于形成在电介质基板上的扩散波导，能够高精度地配置受光元件，实现倏逝波耦合型的受光元件。

[0016] 为了解决上述课题，技术方案1涉及的发明是一种光波导设备，具有：电介质基板；扩散波导，在该电介质基板上热扩散高折射率材料而形成；以及受光元件，配置在上述扩散波导的上方，接收在上述扩散波导中传输的光波的一部分，上述光波导设备的特征在于，在形成上述扩散波导时，以预定图案在上述扩散波导的附近配置与上述高折射率材料相同的高折射率材料，并进行热扩散，从而形成用于将上述受光元件支撑在上述电介质基板上的底座的至少一部分。

[0017] 技术方案2涉及的发明的特征在于，技术方案1所述的光波导设备中，上述电介质基板是铌酸锂，上述高折射率材料是钛。

[0018] 技术方案3涉及的发明的特征在于，技术方案1或2所述的光波导设备中，上述预定图案是在上述扩散波导的至少一侧隔着间隙而配置的岛状图案，能够从该间隙排出或导入将上述受光元件粘合到上述电介质基板上的粘合剂。

[0019] 技术方案4涉及的发明的特征在于，技术方案1至3中任一项所述的光波导设备中，上述预定图案被设置为，与上述受光元件的下部接触的底座部分的总面积为受光元件的下部的整体面积的60％以下。

[0020] 技术方案5涉及的发明的特征在于，技术方案1至4中任一项所述的光波导设备中，在由高折射率材料形成的底座或上述受光元件的朝向底座的相对面中的任意一方或双方上，配置有用于调整波导与受光元件下表面的间隙的膜体。

[0021] 根据技术方案1涉及的发明，光波导设备具有：电介质基板；扩散波导，在该电介质基板上热扩散高折射率材料而形成；以及受光元件，配置在上述扩散波导的上方，接收在上述扩散波导中传输的光波的一部分，在形成上述扩散波导时，以预定图案在上述扩散波导的附近配置与上述高折射率材料相同的高折射率材料，并进行热扩散，从而形成用于将上述受光元件支撑在上述电介质基板上的底座的至少一部分，因此，底座的高度能够被正确地控制为与扩散波导的表面的突起相同的高度，能够相对于扩散波导高精度地配置受光元件。这样一来，在使用扩散波导的光波导设备中，也能够实现倏逝波耦合型的受光元件。

[0022] 根据技术方案2涉及的发明，电介质基板是铌酸锂，高折射率材料是钛，因此使用在光调制器等光波导设备中普遍使用的材料，能够实现倏逝波耦合型的受光元件。

[0023] 根据技术方案3涉及的发明，底座的预定图案是在扩散波导的至少一侧隔着间隙而配置的岛状图案，能够从该间隙排出或导入将受光元件粘合到电介质基板上的粘合剂，因此能够抑制粘合剂存在于底座和受光元件之间，防止因粘合剂的厚度而引起扩散波导与受光元件的间隙变动。因此，能够相对于扩散波导高精度地配置受光元件。

[0024] 根据技术方案4涉及的发明，底座的预定图案被设置为，与上述受光元件的下部接触的底座部分的总面积为受光元件的下部的整体面积的60％以下，因此能够确保足够的受光灵敏度，并且确保受光元件和电介质基板之间所需的粘合面积，以足够的机械强度粘合两者。

[0025] 根据技术方案5涉及的发明，在由高折射率材料形成的底座或上述受光元件的朝向底座的相对面中的任意一方或双方上，配置有用于调整波导与受光元件下表面的间隙的膜体，因此能够通过其他的膜体高精度地弥补与扩散波导同时形成的底座的高度中不足的高度，能够正确地控制扩散波导与受光元件的间隙。

附图说明

[0026] 图1是表示本发明涉及的光波导设备的概要的俯视图。

[0027] 图2是图1中的箭头A-A’剖视图，是表示本发明的第1实施例的图。

[0028] 图3是图1中的箭头A-A’剖视图，是表示本发明的第2实施例的图。

[0029] 图4是图1中的箭头A-A’剖视图，是表示本发明的第3实施例的图。

[0030] 图5是用于说明本发明涉及的光波导设备中的扩散波导与受光元件的间隙等的图。

具体实施方式

[0031] 以下详细说明本发明的光波导设备。

[0032] 图1表示本发明涉及的光波导设备的俯视图，图2是图1中的箭头A-A’剖视图，表示本发明的第1实施例。

[0033] 本发明涉及的光波导设备具有：电介质基板1；扩散波导2，在该电介质基板上热扩散高折射率材料而形成；以及受光元件4，配置在上述扩散波导的上方，接收在该扩散波导中传输的光波的一部分，上述光波导设备的特征在于，在形成上述扩散波导时，以预定图案在上述扩散波导的附近配置与上述高折射率材料相同的高折射率材料，并进行热扩散，从而形成用于将上述受光元件支撑在上述电介质基板上的底座(3、5)的至少一部分(3)。

[0034] 作为光波导设备中使用的电介质基板，优选使用铌酸锂、铌酸钛等。并且，作为形成扩散波导的高折射率材料，优选使用Ti。

[0035] 在本发明中，形成扩散波导时，形成支撑受光元件的底座的全部或一部分。形成方法是，在电介质基板的表面形成光掩模图案，溅射Ti，形成与图1所示的光波导2及底座3对应的图案。接着，去除光掩模后，在约1000℃的高温下热扩散Ti，形成扩散波导2和底座3。

[0036] 底座3的高度与扩散波导2的表面的突起大致相同，通过使用该底座，可相对于扩散波导高精度地配置受光元件。仅靠底座3的高度，几乎没有扩散波导2的表面和受光元件4的间隙，取出光功率可能过强(损失过大)。这种情况下，如图2所示，将用于调整高度的膜体5形成在Ti扩散的底座3上。此外，在受光元件4中，受光部40配置在高折射率材料的基板42的预定位置。

[0037] 这种情况下，膜体使用SiO2。SiO2作为缓冲层通常用作附着于电极下方的膜体，由于可用相同的装置形成，因此方便。膜体的材料可以是任意的，需要形成用于覆盖波导部分的图案，以使膜体不覆盖扩散波导的部分，或者在不形成图案时设置低折射率的膜体，以不对光波导的光造成影响。前一情况下，当然可以采用在底座3上进一步形成Ti膜，使底座3的高度高于扩散波导2的方法，但这种情况下需要考虑热扩散造成的高度变动。

[0038] 优选的是，底座3的预定图案是在扩散波导的至少一侧隔着间隙配置的岛状图案。在图1中，在扩散波导的两侧形成有岛状图案。将受光元件粘合到电介质基板上时，在受光元件和电介质基板之间夹入粘合剂7，尤其是从岛状图案的间隙排出不需要的粘合剂，在受光元件4和底座(3、5)之间不存在粘合剂，可相对于扩散波导高精度地配置受光元件。

[0039] 并且，底座部分的总面积限制为受光元件的下部面积的60％以下，确保足够的受光灵敏度，并且通过流入到间隙部分的粘合剂，在受光元件和电介质基板之间可确保所需的粘合面积，以足够的机械强度粘合。

[0040] 作为在扩散波导与受光元件之间夹入粘合剂的方法，不仅有向扩散波导2上涂敷粘合剂并配置受光元件4的方法，还包括以下方法：在底座上配置受光元件，利用受光元件和电介质基板的间隙所具有的毛细管现象，向两者的间隙导入粘合剂。

[0041] 接着，参照图3说明调整扩散波导与受光元件的间隙的其他实施例。图3是图1中的箭头A-A’剖视图，是表示本发明的第2实施例的图。

[0042] 在第2实施例中，在受光元件4的朝向底座3的相对面上，形成氮化物膜作为低折射率材料的模体6。在图3中，由于不形成膜体图案，因此需要所使用的膜体是低折射率的膜体。协调底座3及膜体6而形成扩散波导2的表面和受光元件4的间隙。此外，在标号8所示的空间，可以与图2同样配置粘合剂。

[0043] 接着，参照图4说明用于调整扩散波导与受光元件的间隙的其他实施例。图4是图1中的箭头A-A’剖视图，是表示本发明的第3实施例的图。

[0044] 在第3实施例中，受光元件由高折射率材料42和受光部40构成，该高折射率材料42在与扩散波导2相对的部分形成有凹部。根据该结构，可使扩散波导2和高折射率材料
42的间隔保持预定的距离。此外，标号8所示的空间，可以与图2同样配置粘合剂。

[0045] 图5是说明本发明涉及的光波导设备中的扩散波导与受光元件的间隙等的图。标号d表示扩散波导2的表面与受光元件4的表面的距离。通常需要使距离d保持适当的间隔，但在受光元件4的表面层41为低折射率膜、标号42的层配置为高折射率膜时，扩散波导2和层42的距离h成为决定光波的吸收状态的重要因素。在监视用途中需要接收数％的光的情况下，受光部沿着扩散波导的长度为1000μm以下时，距离h是2000～2500 的范围，小于该范围时，在扩散波导中传输的光波的大部分被过度吸取，光损失变大。此外，大于该范围时，接收光功率变小，难于进行适当的监视。

[0046] 并且，对于扩散波导2和底座3的距离s，需要将两者分离为，在扩散波导中传输的光波不靠向底座3的程度，因此优选确保50μm以上的距离。

[0047] 如上所述，根据本发明涉及的光波导设备，可提供一种光波导设备，相对于形成在电介质基板上的扩散波导，能够高精度地配置受光元件，实现倏逝波耦合型的受光元件。