特許 6288145 光変調器モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6288145

(24)【登録日】2018年2月16日

(45)【発行日】2018年3月7日

(54)【発明の名称】光変調器モジュール

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/035 20060101AFI20180226BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/035

【請求項の数】7

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-73844(P2016-73844)

(22)【出願日】2016年4月1日

(65)【公開番号】特開2017-187522(P2017-187522A)

(43)【公開日】2017年10月12日

【審査請求日】2017年3月31日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度、独立行政法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究／（高い臨時設営性を持つ有無線両用高速光伝送技術の研究開発）」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100116687

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 爾

(74)【代理人】

【識別番号】100098383

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 純子

(74)【代理人】

【識別番号】100155860

【弁理士】

【氏名又は名称】藤松 正雄

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 孝知

(72)【発明者】

【氏名】市川 潤一郎

【審査官】 野口 晃一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−２０２８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０１２０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０１６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭４９−０４４１８９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開平０３−２３３５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５６−００５１１８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１３−１８６２００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００−１／１２５

１／２１−７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

焦電効果を有する基板と、該基板の主面に形成された光導波路と、該基板上に形成された焦電効果を緩和するための導電膜と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光変調器と、該光導波路の入力端部又は出力端部の少なくとも一方の端部に対して配置される空間光学系とを筐体内に配置した光変調器モジュールにおいて、
該光導波路の端部の近傍であり、かつ該基板とは別体に設けられた、気相輸送物質を電気的に吸着するための吸着手段が配置されたことを特徴とする光変調器モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載の光変調器モジュールにおいて、
該吸着手段は、該基板がＺカットの場合は該基板の主面または主面と対向する面に配置され、該基板がＸカットの場合は該基板の主面に接する側面に配置されることを特徴とする光変調器モジュール。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の光変調器モジュールにおいて、
該吸着手段は、該基板に固定された補強部材であることを特徴とする光変調器モジュール。

【請求項4】

請求項３に記載の光変調器モジュールにおいて、
該補強部材の分極方向と該基板の分極方向とを合わせることを特徴とする光変調器モジュール。

【請求項5】

請求項１に記載の光変調器モジュールにおいて、
該吸着手段は、該基板から離間した位置に配置されることを特徴とする光変調器モジュール。

【請求項6】

請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光変調器モジュールにおいて、
該吸着手段は、１．４ｍｍ^２以上の面積を有することを特徴とする光変調器モジュール。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光変調器モジュールにおいて、
該吸着手段の面積は、該光導波路の端部を有する該基板の面の面積以上であることを特徴とする光変調器モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光変調器モジュールに関し、特に、焦電効果を有する基板と、該基板の主面に形成された光導波路と、該基板上に形成された導電膜と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光変調器モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

電子配線を用いる業界では、錫（スズ）ウィスカが時間とともにゆっくり成長し、やがてプリント配線基板上の端子に接触して短絡事故を起こすことが知られている。２０００年代前半まで錫に鉛を添加し、ウィスカの発生を抑えていたが、現在は、ＲｏＨＳ（Restriction on Hazardous Substances）など電子機器の環境対応により、鉛フリーの半田をはじめとする鉛フリーの素材が使用されるようになり、再びウィスカによる短絡が問題視されるようになった。

【0003】

ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）を導波路基板に用いたＬＮ光変調器においては、金錫半田に含まれる錫に起因する別の問題が起こっている。コネクタと筐体の接続部、光ファイバと筐体の封止接続部などの半田から、錫がＬＮ光変調器の電極間に気相輸送され、電極間に析出成長し、バイアス安定の劣化を引き起こす。鉛フリー化に加えて、ＤＰ−ＢＰＳＫ（Dual Polarization - Binary Phase Shift Keying）変調器やＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization - Quadrature Phase Shift Keying）変調器などの電気配線部が増大したこと、筐体内部の空間が狭まったこと等が原因である。更に、２波長対応ＤＰ−ＱＰＳＫにおいては、電気配線数のほか、光ファイバーの接続数も倍増するため、特にその問題が顕著となっている。

【0004】

また、ＤＰ−ＢＰＳＫ変調器やＤＰ−ＱＰＳＫ変調器などの偏波多重方式の光変調器モジュールでは、各変調器の光導波路出力ポートと光ファイバとの接続において、バットジョイントではなくレンズ結合を行うことが一般的である。レンズ結合の構造のモジュールにおいては、パーティクルが光軸を遮ること（以下、光軸遮り）によって起こるエラーバーストを防止するために、クリーンな環境でのモジュール組み立てが行われる。また、ミスト、ゾルなどの気相輸送される物質の光導波路端面への付着や焼き付きによって起こる光透過特性の経年劣化（光損失の増大）を防止するために、各部品が徹底して洗浄され、また筐体内部を乾燥窒素で置換し封止した筐体構造が用いられる。本明細書では、パーティクル、ミスト、ゾルなどの、気体の状態にある物質や空間内に浮遊して輸送される物質を総称して、「気相輸送物質」という。「気相輸送物質」との表現は技術的観点からすると本来の意味とは異なるものであるが、本明細書では上述のように定義する。

【0005】

また、近年では、下記（１）〜（３）が進んでいる。
（１）筐体の小型化による筐体内部空間の大幅な減少
（２）高度集積化による部品点数の増大による気相輸送物質の源となる材料・部材の増大
（３）伝送距離延長、ＯＳＮＲ（Optical Signal to Noise Ratio；光信号雑音比）改善のための光量の増大

【0006】

そのため、パーティクルが光軸を遮る確率が劇的に増大しており、光軸遮りによって起こるエラーバーストが深刻な問題になっている。また、気相輸送物質の劇的な増大のために、それらの付着や焼き付きによって起こる光透過特性の経年劣化（光損失の増大）も顕著となった。更に、光量が増大したことにより、気相輸送物質が光導波路端に近付かなくとも光軸上をよぎるだけでレーザートラップされ、光軸上に固定されたり、導波路端面に付着や焼き付けを起こしたりすることも顕著になった。レーザートラップは、光のパワー密度が１×１０^５Ｗ／ｃｍ^２（＠１．５５μｍ）以上の場合、特に顕著となる。

【0007】

また、ＬＮ結晶自体は強い焦電効果を有し、温度変化により結晶表面が強く帯電する。このため、帯電した気相輸送物質がＬＮ結晶表面に引き付けられやすい。ＬＮ光変調器の基板には、動作安定性確保のため、光導波路の端部を有する面（導波路端部面）を除き、帯電防止膜や金属膜などの導電膜（金属、半導体、抵抗体など）を形成するのが一般的である（例えば、特許文献１，２，３参照）。一方、導波路端部面には、反射防止膜が形成されることはあるが、多くの場合、導波路端部面は裸のままであり、導電膜は形成されない。そのため、帯電したパーティクルなどは、導波路端部面に引き付けられやすい。特に、温度環境変化が激しい環境で使用される場合（例えば、ＲｏＦ（Radio over Fiber）システム、車載ＮＷ（ネットワーク）など）では、深刻な問題である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開昭６２−１７３４２８号公報

【特許文献2】特開平３−２０２８１０号公報

【特許文献3】特開２０１６−１２０３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明が解決しようとする課題は、気相輸送物質に起因するエラーバーストの発生や光損失の増大を効果的に抑制することができる光変調器モジュールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するため、本発明の光変調器モジュールは、以下のような技術的特徴を有する。
（１） 焦電効果を有する基板と、該基板の主面に形成された光導波路と、該基板上に形成された焦電効果を緩和するための導電膜と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光変調器と、該光導波路の入力端部又は出力端部の少なくとも一方の端部に対して配置される空間光学系とを筐体内に配置した光変調器モジュールにおいて、該光導波路の端部の近傍であり、かつ該基板とは別体に設けられた、気相輸送物質を電気的に吸着するための吸着手段が配置されたことを特徴とする。

【0011】

（２） 上記（１）に記載の光変調器モジュールにおいて、該吸着手段は、該基板がＺカットの場合は該基板の主面または主面と対向する面に配置され、該基板がＸカットの場合は該基板の主面に接する側面に配置されることを特徴とする。

【0013】

（３） 上記（１）又は（２）に記載の光変調器モジュールにおいて、該吸着手段は、該基板に固定された補強部材であることを特徴とする。

【0014】

（４） 上記（３）に記載の光変調器モジュールにおいて、該補強部材の分極方向と該基板の分極方向とを合わせることを特徴とする。

【0015】

（５） 上記（１）に記載の光変調器モジュールにおいて、該吸着手段は、該基板から離間した位置に配置されることを特徴とする。

【0016】

（６） 上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の光変調器モジュールにおいて、該吸着手段は、１．４ｍｍ^２以上の面積を有することを特徴とする。

【0017】

（７） 上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の光変調器モジュールにおいて、該吸着手段の面積は、該光導波路の端部を有する該基板の面の面積以上であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明の光変調器モジュールは、焦電効果を有する基板と、該基板の主面に形成された光導波路と、該基板上に形成された導電膜と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有し、該光波が空間光学系により該光導波路の端部へ入力される光変調器モジュールにおいて、該光導波路の端部の近傍に、気相輸送物質を吸着するための吸着手段が配置されたため、気相輸送物質に起因するエラーバーストの発生や光損失の増大を効果的に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係る光変調器モジュールの実施例を示す斜視図である。

【図2】本発明に係る光変調器モジュールの他の実施例を示す斜視図である。

【図3】光導波路端と焦電効果を有する部材との距離について説明する斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明に係る光変調器モジュールについて詳細に説明する。
本発明に係る光変調器モジュールは、図１に示すように、焦電効果を有する基板１と、該基板１の主面に形成された光導波路２と、該基板２上に形成された導電膜（図示略）と、該光導波路２を伝搬する光波を制御するための制御電極（３１〜３３）とを有し、該光波が空間光学系（図示略）により該光導波路の端部２１へ入力（または該光導波路の端部２１から出力）される光変調器モジュールにおいて、該光導波路の端部２１の近傍に、気相輸送物質を吸着するための吸着手段４が配置されたことを特徴とする。

【0021】

図１は、本発明に係る光変調器モジュールの実施例を示す斜視図である。
基板１としては、石英、半導体など光導波路を形成できる基板であれば良く、特に、電気光学効果を有する基板である、ＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム），ＬｉＴａＯ_３（タンタル酸リチウム）又はＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）のいずれかの単結晶が好適に利用可能である。

【0022】

基板１に形成する光導波路２は、例えば、ＬｉＮｂＯ_３基板（ＬＮ基板）上にチタン（Ｔｉ）などの高屈折率物質を熱拡散することにより形成される。また、光導波路となる部分の両側に溝を形成したリブ型光導波路や光導波路部分を凸状としたリッジ型導波路も利用可能である。また、材料が異なる別の導波路基板に光導波路を形成し、これらの導波路基板を貼り合せ集積した光回路にも、本発明を適用することが可能である。

【0023】

基板１には、光導波路２を伝搬する光波を制御するための制御電極が設けられる。制御電極としては、変調電極を構成する信号電極３１やこれを取り巻く接地電極３２，３３があり、ＤＣバイアスを印加するＤＣバイアス電極を設けることもできる。これら制御電極は、基板表面に、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンを形成し、メッキ法などにより積層し形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ_２等のバッファ層を設けることも可能である。

【0024】

基板１は焦電効果を有する材料が用いられるため、焦電効果を緩和するための導電膜が基板表面またはバッファ層表面に設けられ、その上に制御電極が形成される。また、導電膜は、特許文献１や特許文献２のように、基板１の主面（電極形成面）だけでなく、その裏面や側面にも導電膜を形成してもよい。但し、光導波路の端部２１を有する面（導波路端部面）には導電膜を形成しない。導電膜としては、Ｓｉ膜等の帯電防止膜や金属膜を用いることができる。

【0025】

ここで、本発明に係る光変調器モジュールは、空間光学系（図示略）により光波を光導波路の端部２１へ入力する構造であり、光導波路の端部２１の近傍で導波路端部面以外の位置に、気相輸送物質を吸着するための吸着手段４が設けられている。図１の例では、基板１の導波路端部面以外の面（主面や側面）に吸着手段４を配置している。吸着手段４としては、導電膜を形成しない基板部分を用いる構成としてもよく、或いはその部分を誘電体膜（絶縁体膜）で被覆する構成としてもよい。

【0026】

このような吸着手段４を光導波路の端部２１の近傍に設けることで、気相輸送物質が吸着手段４に捕集、吸着されるので、光導波路の端部２１付近の気相輸送物質を減少させることができる。従って、気相輸送物質の光軸遮りによるエラーバーストの発生や、気相輸送物質の光導波路端面への付着や焼き付きによる光損失の増大を効果的に抑制することができる。なお、吸着手段４の光導波路の端部２１からの距離は、１ｍｍ以下にすると効果的であり、０．７ｍｍ以下にすると気相輸送物質を更に効率的に吸着することができるため、気相輸送物質の影響が大きいＤＰ−ＱＰＳＫ変調器などのように集積化された変調器においては更に効果的である。また、吸着手段４の面積は、光導波路端面の面積以上にすることが有効であることが、我々の所見としてある。

【0027】

導電膜を形成しない基板部分を吸着手段４として用いる構成において、吸着手段４は、Ｚカットの基板を用いる場合には、少なくとも基板の主面又はその裏面（主面と対向する面）に配置することが好ましく、Ｘカットの基板を用いる場合には、少なくとも基板の主面に接する側面に配置することが好ましい。

【0028】

また、図１のように基板１自体に吸着手段４を設ける構成に代えて、図２のように、光導波路の端部２１の近傍で導波路端部面以外の位置に、補強部材５を接着・固定して吸着手段として用いるようにしてもよい。補強部材５としては、基板１と同様に、ＬｉＮｂＯ_３，ＬｉＴａＯ_３又はＰＬＺＴなどの焦電効果を有する材料を用いることができる。なお、この場合、補強部材５は、導電膜を形成しない面を持つ必要がある。

【0029】

図２では、補強部材５の一例であるＬＮ結晶細片を基板１の主面に設けているが、基板１の側面や裏面に設けてもよい。基板１に固定する補強部材５は、その分極方向（強誘電分極の主軸（ｃ軸、Ｚ軸））を基板１の分極方向と合わせる方が、発生した焦電気を打ち消すことがなく、温度変化による基板間の熱膨張の差を緩和できるため好ましい。

【0030】

また、ＬＮ結晶細片などの焦電効果を有する部材を、図２のように基板１に補強部材５として固定するのではなく、基板１から離間した位置に配置しても、光導波路の端部２１付近の気相輸送物質を減少させる効果が得られる。ここで、例えば図３に示すように、基板１の側面に吸着手段４を設けると共に、基板１から離間した位置に、焦電効果を有する部材を吸着手段７として配置したとする。この場合、光導波路の端部２１と基板１の側面にある吸着手段４との間の距離をＬとし、導波路の端部２１と吸着手段７との距離をＬ’とすると、Ｌ＞Ｌ’となる配置とすることで、更に高い効果を得ることができる。

【0031】

また、気相輸送物質を強固に固定するために、変成シリコーンや粘着性エラストマーなどの吸着効果を有する部材を補強部材５の表面に部分的に配置してもよい。このような構成により、補強部材５の吸着効果と変成シリコーンや粘着性エラストマーなどの吸着効果とが相乗的に機能するため、気相輸送物質を強固に固定することが可能となる

【0032】

以上のように、種々の形態の吸着手段を光導波路の端部２１の近傍に設けることで、光導波路の端部２１付近の気相輸送物質を減少させることができる。但し、吸着手段は、１．４ｍｍ^２以上の面積を有することが好ましい。ここで、吸着手段の面積は、その合計面積を指す。つまり、吸着手段の個数が複数ある場合や、吸着手段の吸着効果を有する面が複数ある場合は、それらの面積の合計が吸着手段の面積となる。なお、光導波路端面を有する基板１の面（導波路端部面）は通常、導電膜が形成されないため若干の吸着効果を有するが、本発明においては導波路端部面の面積は吸着手段の面積に含まれない。また、導波路端部面における吸着効果は、Ｘカットの基板よりもＺカットの基板の方が小さいため、Ｚカットの基板に吸着手段を設けた方がより高い吸着効果を得ることができる。

【0033】

以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した内容に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能であることはいうまでもない。
本説明では、光波が光導波路の端部に入力される構成について説明したが、光波が光導波路の端部から出力される構成においても同様に本発明を適用することができる。なお、光導波路における光波の入力端部と出力端部では、入力端部の方が光のパワー密度が大きいためレーザートラップの効果が大きくなる。このため、光導波路の入力端部に本発明を適用した場合の方が、より効果的である。

【産業上の利用可能性】

【0034】

以上、説明したように、本発明によれば、気相輸送物質に起因するエラーバーストの発生や光損失の増大を効果的に抑制することができる光変調器モジュールを提供することができる。

【符号の説明】

【0035】

１ 基板
２ 光導波路
４，５，７ 吸着手段
６ 非導電性接着剤
２１ 光導波路の端部
３１ 信号電極
３２ 接地電極

【図1】

【図2】

【図3】