申请/专利权人：住友大阪水泥股份有限公司

申请日：2019-03-06

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN110320682B

主分类号：G02F1/035

分类号：G02F1/035;G02B6/12

优先权：["20180328 JP 2018-061211"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2021.03.02#实质审查的生效;2019.10.11#公开

摘要：本发明提供一种光波导元件，其改进了高频区域的频率响应性。该光波导元件具有：基板10，具有电光效应；光波导11，形成于该基板；及控制电极12，用于对在该光波导中传输的光波进行调制，该光波导元件的特征在于，具备经由粘接层20保持该基板的加强基板30，该加强基板在俯视观察该加强基板时的至少一部分区域，以对该加强基板在厚度方向上进行划分的方式，具有介电常数比该基板的介电常数低的低介电常数部31。

主权项：1.一种光波导元件，具有：基板，具有电光效应；光波导，形成于该基板；及控制电极，用于对在该光波导中传输的光波进行调制，该光波导元件的特征在于，具备经由粘接层保持该基板的加强基板，该加强基板在俯视观察该加强基板时的至少一部分区域，以对该加强基板在厚度方向上进行划分的方式，具有介电常数比该基板的介电常数低的低介电常数部，不是在该加强基板的表面和背面，而是在该加强基板的厚度方向上的中间部分设置该低介电常数部。

全文数据：光波导元件技术领域本发明涉及光波导元件，具有：基板，具有电光效应；光波导，形成于该基板；及控制电极，用于对在该光波导中传输的光波进行调制。背景技术在光通信领域和光测量领域中，大多使用波导型光调制器等光波导元件，其具有：基板，具有电光效应；光波导，形成于该基板；及控制电极，用于对在该光波导中传输的光波进行调制。在光波导元件中，通过在石英、铌酸锂、半导体、高分子材料等基板中添加不同的材料来形成比基板材料高的折射率或者形成脊型的凸状部而具备光波导。近年来，开发出如下构造的光波导元件，即，将形成有光波导的波导基板薄板化，并且在波导基板的背面侧通过粘接剂层接合有加强基板来进行加强。根据这样光波导元件，能够避免在现有的使用几百μm～几mm厚的波导基板的光波导元件中观测到的因基板共振引起的透过特性S21的损失波纹Ripple。但是，判明在毫米波区域出现S21波纹。这是因为毫米波向加强基板侧泄漏。作为应对方案，在专利文献1中公开了如下的方法，即，在加强基板的上表面即粘接剂层的下侧设置金属层金、铜，避免毫米波信号泄漏。但是，为了在加强基板形成金属层，需要复杂的工艺。另外，在专利文献1中，只设想到50GHz为止的特性，在5G技术等中设想的更高的频率区域中残留有问题。另外，将波导基板变薄有利于低Vπ化，但若变薄，则也具有如下的问题，即，因背面的金属层导致电磁场紊乱，频率响应更劣化。【现有技术文献】【专利文献】专利文献1：日本特许第3963313号公报发明内容【发明要解决的技术问题】本发明要解决的技术问题在于，解决上述的问题，提供改进了高频区域中的频率响应性的光波导元件。【用于解决技术问题的技术方案】为了解决上述技术问题，本发明的光波导元件具有下面那样的技术特征。1一种光波导元件，具有：基板，具有电光效应；光波导，形成于该基板；及控制电极，用于对在该光波导中传输的光波进行调制，该光波导元件的特征在于，具备经由粘接层保持该基板的加强基板，该加强基板在俯视观察该加强基板时的至少一部分区域，以对该加强基板在厚度方向上进行划分的方式，具有介电常数比该基板的介电常数低的低介电常数部。2根据上述1所述的光波导元件，其特征在于，该低介电常数部至少设置于该控制电极的输入端部或输出端部的下方的区域。3根据上述1或2所述的光波导元件，其特征在于，该控制电极具有对在该光波导中传输的光波发挥调制作用的作用区间，该低介电常数部至少设置于该作用区间的下方的区域。4根据上述1～3中任一项所述的光波导元件，其特征在于，该低介电常数部通过向从该加强基板的侧面朝向内部形成的凹部填充介电常数比该基板的介电常数低的低介电常数材料而形成。5根据上述1～4中任一项所述的光波导元件，其特征在于，该低介电常数部设置于将该加强基板在厚度方向上大致等分的位置。【发明的效果】根据本发明，对形成有光波导的基板进行保持的加强基板在俯视观察该加强基板时的至少一部分区域，以对该加强基板在厚度方向上进行划分的方式，具有介电常数比该基板的介电常数低的低介电常数部，因此该加强基板中的由共振引起的波纹的频率向更高频侧偏移。因此，能够提供改进了高频区域中的频率响应性的光波导元件。附图说明图1是示出本发明的一个实施方式的光波导元件的例子的图。图2是示出本发明的一个实施方式的光波导元件的另一例子的图。图3是说明加强构件的厚度方向上的低介电常数部的位置的图。图4是说明加强构件的厚度方向上的低介电常数部的位置的图。图5是将本发明结构的频率响应性与现有结构1进行比较的图。图6是将本发明结构的频率响应性与现有结构2进行比较的图。【标号说明】10基板11光波导12控制电极20粘接层30加强基板31低介电常数部具体实施方式使用适当的例子详细说明本发明的光波导元件。需要说明的是，并不是通过下面所示的例子限定本发明。图1是示出本发明的一个实施方式的光波导元件的例子的图。图2是示出本发明的一个实施方式的光波导元件的另一例子的图。如图1、图2所示，本发明的光波导元件具有：基板10，具有电光效应；光波导11，形成于该基板；及控制电极12，用于对在该光波导中传输的光波进行调制，该光波导元件特征在于，具备经由粘接层20保持该基板的加强基板30，该加强基板在俯视观察该加强基板时的至少一部分区域，以对该加强基板在厚度方向上进行划分的方式，具有介电常数比该基板的介电常数低的低介电常数部31。作为基板10，只要是石英、铌酸锂、半导体材料等能够在基板形成光波导的材料即可，未特别限定。在通过光调制器等的电极形成的电场对在光波导中传输的光波进行调制的情况下，优选使用铌酸锂、碳酸锂等具有电光效应的基板。另外，在使用30μm以下的薄的基板的情况下，能够更有效地应用本发明。具有电光效应的基板还包括在结晶基板上例如通过外延生长等而形成有具有电光效应的膜的结构。作为光波导11的形成方法，能够应用如下等方法：使Ti等金属在基板中热扩散，形成折射率比基板材料高的部分；及在基板表面形成凹凸，构成脊型波导。作为光波导11，能够使用马赫·桑德斯型波导、将马赫·桑德斯型波导组合为套入状的嵌套型波导等。作为控制电极12，有被施加高频信号RF信号的调制电极、包围该调制电极的接地电极、被施加DC信号的偏压电极等。需要说明的是，在图1、图2中，仅图示了调制电极。上述的控制电极在基板表面形成TiAu的电极图案，能够通过镀金方法等形成。而且，还能够按照需要在形成光波导后的基板表面设置电介质SiO2等缓冲层。为了提高光波导元件的机械强度，在基板10的背面下侧经由粘接层20接合有加强基板30。加强基板30与基板10同样，能够使用各种材料形成。加强基板30选优使用与基板10相同的材料，但也可以使用不同的材料。优选粘接层20的折射率比构成基板10的电光材料小。另外，优选粘接层20的介电常数比构成基板10的电光材料小。作为粘接层20例如能够使用环氧体类粘接剂、热固化型粘接剂、紫外线固化性粘接剂等各种粘接剂。本发明的主要特征在于，加强基板30在俯视观察加强基板时的至少一部分区域，具有以对加强基板在厚度方向上进行划分的方式形成的低介电常数部31。也就是说，不是在加强基板30的表面上侧和背面下侧，而是在加强基板的厚度方向上的中间部分设置低介电常数部31。若这样在加强基板的一部分夹有低介电常数部，则加强基板的实际有效的介电常数变小，所以加强基板中的共振频率向更高频侧偏移。其结果是，使由上述共振现象引起的S21波纹向各更高频侧偏移，能够改进毫米波区域的频率响应性。低介电常数部31具有比基板10的介电常数低的介电常数即可，也可以仅是空腔。但是，为了提高机械强度，优选填充介电常数比基板的介电常数低的低介电常数材料。作为低介电常数材料，与粘接层20同样，能够使用各种材料形成。低介电常数材料优选使用与粘接层20相同的材料，但也可以使用不同的材料。作为在加强基板30设置低介电常数部31的区域，只要是易于表现出施加于控制电极12的高频控制信号的影响的区域即可。具体地说，如图1所示，优选设置于控制电极12的输入端部或输出端部的下方区域。而且，如图2所示，低介电常数部31优选设置于控制电极12的作用区间即对在光波导12中传输的光波具有调制作用的区间的下方区域。需要说明的是，在图1、图2中所示的低介电常数部31通过使用能够利用切割机Dicer等从加强基板30的侧面朝向内部进行槽加工而形成的凹部，从而能够简单地制造。如上所示，优选对凹部的空腔部分填充低介电常数材料来加强。当然，也可以通过其他方法形成低介电常数部。例如，将在至少一方设置有凹部的两张基板以凹部处于内侧的配置方式接合，从而也能够形成仅在控制电极的作用区间的下方区域具有低介电常数部的加强基板。如图3所示，低介电常数部31设置于将加强基板30在厚度方向上大致等分的位置A1≈A2。另外，低介电常数部31可以在加强基板30的厚度方向上设置多个。在该情况下，如图4所示，优选由多个低介电常数部31在厚度方向上划分加强基板30而形成的各区域的厚度分别大致相同B1≈B2≈B3。接着，参照图5、图6说明基于本发明结构的频率响应性的改进效果。在此，在将基板10的厚度设为T的情况下，在粘接层20的厚度约为5T、加强基板30的厚度约为50T的条件下，验证频率响应性。在图5中示出只不过在基板10经由粘接层20接合有加强基板30的现有结构1的频率响应性虚线和在该加强基板30设置有低介电常数部31的本发明结构的频率响应性实线。需要说明的是，本发明结构为，将加强基板30的厚度方向三等分为低介电常数部31的上侧区间、低介电常数部31的区间和低介电常数部31的下侧区间的构造。根据图5能够理解，在现有结构1中，从超过50GHz的附近开始出现S21波纹，相对于此，根据本发明结构，到85GHz附近都获得稳定的频率响应性。在图6中示出在加强基板30的表面即在粘接层20与加强基板30之间设置有金属膜Au的现有结构2的频率响应性虚线和本发明结构的频率响应性实线。需要说明的是，现有结构2对应于背景技术中说明的专利文献1的结构。根据图6能够理解，在现有结构2中，从70GHz的后半部附近开始出现S21波纹，相对于此，根据本发明结构，到85GHz附近都获得稳定的频率响应性。如上述那样，可知根据本发明，与现有方式相比，能够改进高频区域的频率响应性。另外，不需要专利文献1那样的在加强基板的表面形成金属膜的工艺，能够简单地提供高频区域的频率响应性优异的光波导元件。以上，基于实施例说明了本发明，但本发明不限于上述的内容，能够在不脱离本发明的宗旨的范围内适当地进行设计变更。另外，当然能够适当组合各实施例。【工业实用性】根据本发明，能够提供改进了高频区域的频率响应性的光波导元件。

权利要求：1.一种光波导元件，具有：基板，具有电光效应；光波导，形成于该基板；及控制电极，用于对在该光波导中传输的光波进行调制，该光波导元件的特征在于，具备经由粘接层保持该基板的加强基板，该加强基板在俯视观察该加强基板时的至少一部分区域，以对该加强基板在厚度方向上进行划分的方式，具有介电常数比该基板的介电常数低的低介电常数部。2.根据权利要求1所述的光波导元件，其特征在于，该低介电常数部至少设置于该控制电极的输入端部或输出端部的下方的区域。3.根据权利要求1或2所述的光波导元件，其特征在于，该控制电极具有对在该光波导中传输的光波发挥调制作用的作用区间，该低介电常数部至少设置于该作用区间的下方的区域。4.根据权利要求1～3中任一项所述的光波导元件，其特征在于，该低介电常数部通过向从该加强基板的侧面朝向内部形成的凹部填充介电常数比该基板的介电常数低的低介电常数材料而形成。5.根据权利要求1～4中任一项所述的光波导元件，其特征在于，该低介电常数部设置于将该加强基板在厚度方向上大致等分的位置。

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