(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023099323
(43)【公開日】2023-07-12
(54)【発明の名称】低損失高速電気光変調器用導波路
(51)【国際特許分類】
G02F 1/035 20060101AFI20230705BHJP
G02B 6/12 20060101ALI20230705BHJP
G02B 6/13 20060101ALI20230705BHJP
【ＦＩ】
G02F1/035
G02B6/12 363
G02B6/13
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022205109
(22)【出願日】2022-12-22
(31)【優先権主張番号】21218377
(32)【優先日】2021-12-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(71)【出願人】
【識別番号】521124319
【氏名又は名称】テラ クアンタム アーゲー
【氏名又は名称原語表記】ＴＥＲＲＡ ＱＵＡＮＴＵＭ ＡＧ
(74)【代理人】
【識別番号】100109210
【弁理士】
【氏名又は名称】新居 広守
(72)【発明者】
【氏名】オフリムチュク・アンドレイ
(72)【発明者】
【氏名】レソヴィク・ゴルデイ
(72)【発明者】
【氏名】アラガシェフ・グリゴリー
【テーマコード（参考）】
2H147
2K102
【Ｆターム（参考）】
2H147AB11
2H147AC01
2H147AC12
2H147BA11
2H147CA01
2H147CB01
2H147DA08
2H147EA02A
2H147EA02B
2H147EA02C
2H147FB02
2H147FB03
2H147FC01
2H147FC09
2K102AA21
2K102BA02
2K102BB04
2K102BC04
2K102BD01
2K102CA21
2K102CA28
2K102DA04
2K102DD02
2K102DD10
2K102EA02
2K102EB16
(57)【要約】 （修正有）
【課題】低電圧、低挿入損失の電気光変調器
【解決手段】導波路デバイスは、電気光学材料を含む基材と、電気光学材料に形成された導波路と、導波路の近傍に形成された複数の電極と、を備える。電気光学材料は、第１の屈折率を有する。導波路は、複数のトラックを備える。トラックは、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を含み、導波路の方向を画定する共通の方向で互いに平行であり、導波路の方向に対して垂直な平面内に構成を形成する。この構成は、同一の辺長の少なくとも４０個の正三角形を備え、正三角形のそれぞれの３つの角の全てが、導波路の方向に対して垂直な平面内の複数のトラックの異なるトラックとそれぞれ一致する。
【選択図】図４
【解決手段】導波路デバイスは、電気光学材料を含む基材と、電気光学材料に形成された導波路と、導波路の近傍に形成された複数の電極と、を備える。電気光学材料は、第１の屈折率を有する。導波路は、複数のトラックを備える。トラックは、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を含み、導波路の方向を画定する共通の方向で互いに平行であり、導波路の方向に対して垂直な平面内に構成を形成する。この構成は、同一の辺長の少なくとも４０個の正三角形を備え、正三角形のそれぞれの３つの角の全てが、導波路の方向に対して垂直な平面内の複数のトラックの異なるトラックとそれぞれ一致する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
導波路デバイス（１２０）であって、
第１の屈折率を有する電気光学材料（１０４）を含む基材（１０２）と、
前記電気光学材料（１０４）内に形成された導波路（１００）であって、複数のトラック（１０６）を備える導波路（１００）と、
前記導波路（１００）の近傍に形成された複数（３００）の電極（３０２、３０４）と、を備え、
前記トラック（１０６）が、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を含み、前記導波路（１００）の方向（ｚ）を画定する共通の方向（ｚ）を有して互いに平行であり、前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に対して垂直な平面（１１４）内に構成（１０８）を形成し、
前記構成（１０８）が、同一の辺の長さの少なくとも４０個の正三角形（１１６）を備え、前記正三角形（１１６）のそれぞれの３つの角の全てが、前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に対して垂直な平面（１１４）内の前記複数のトラック（１０６）の異なるトラック（１０６）とそれぞれ一致する、導波路デバイス。
第１の屈折率を有する電気光学材料（１０４）を含む基材（１０２）と、
前記電気光学材料（１０４）内に形成された導波路（１００）であって、複数のトラック（１０６）を備える導波路（１００）と、
前記導波路（１００）の近傍に形成された複数（３００）の電極（３０２、３０４）と、を備え、
前記トラック（１０６）が、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を含み、前記導波路（１００）の方向（ｚ）を画定する共通の方向（ｚ）を有して互いに平行であり、前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に対して垂直な平面（１１４）内に構成（１０８）を形成し、
前記構成（１０８）が、同一の辺の長さの少なくとも４０個の正三角形（１１６）を備え、前記正三角形（１１６）のそれぞれの３つの角の全てが、前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に対して垂直な平面（１１４）内の前記複数のトラック（１０６）の異なるトラック（１０６）とそれぞれ一致する、導波路デバイス。
【請求項2】
前記導波路（１００）がコア（１１０）を備え、
前記コア（１１０）が、前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に対して垂直な前記平面（１１４）内の前記正三角形（１１６）を含む前記トラック（１０６）の前記構成（１０８）の第１の中断部（１１２）によって画定され、
前記コア（１１０）の中心（４０２）と前記複数（３００）の電極（３０２、３０４）の最も近い電極（３０２）との間の最小距離（ｈ）が、最大で６０μｍ、特に最大で４０μｍ、または最大で３０μｍまたは最大で２０μｍである、請求項１に記載の導波路デバイス（１２０）。
前記コア（１１０）が、前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に対して垂直な前記平面（１１４）内の前記正三角形（１１６）を含む前記トラック（１０６）の前記構成（１０８）の第１の中断部（１１２）によって画定され、
前記コア（１１０）の中心（４０２）と前記複数（３００）の電極（３０２、３０４）の最も近い電極（３０２）との間の最小距離（ｈ）が、最大で６０μｍ、特に最大で４０μｍ、または最大で３０μｍまたは最大で２０μｍである、請求項１に記載の導波路デバイス（１２０）。
【請求項3】
前記導波路（１００）が非対称クラッド厚（ｔ、ｔ’）を含み、それにより、最小厚さ（ｔ’）を有する前記導波路（１００）の部分が、前記コア（１１０）と前記複数（３００）の電極（３０２、３０４）のうちの電極（３０２）との間、特に前記コア（１１０）と前記最も近い電極（３０２）との間に構成される、請求項２に記載の導波路デバイス（１２０）。
【請求項4】
前記複数（３００）の電極（３０２、３０４）のうちの少なくとも１つの電極（３０２）が、第１の表面（２０８）上に構成され、前記第１の表面（２０８）が、前記基材（１０２）の表面（２０８）および／または前記電気光学材料（１０４）の表面（２０８）である、請求項１から３のいずれか一項に記載の導波路デバイス（１２０）。
【請求項5】
前記少なくとも１つの電極（３０２）が、前記電気光学材料（１０４）と直接接触している、請求項４に記載の導波路デバイス（１２０）。
【請求項6】
前記少なくとも１つの電極（３０２）が前記最に近い電極（３０２）を備える、請求項２または３と組み合わせた請求項４に記載の導波路デバイス（１２０）。
【請求項7】
前記複数（３００）の電極（３０２、３０４）が、前記少なくとも１つの電極（３０２）とは異なる少なくとも１つの対向電極（３０４）をさらに備え、前記少なくとも１つの対向電極（３０４）が、前記第１の表面（２０８）上に構成される、請求項４に記載の導波路デバイス（１２０）。
【請求項8】
請求項１から３のいずれか一項に記載の導波路デバイス（１２０）を備える電気光変調器であって、特に前記電気光変調器が、位相シフタ、特にπ位相シフタである、電気光変調器。
【請求項9】
導波路デバイスを製造するための方法（２３０）であって、
第１の屈折率を有する電気光学材料（１０４）を含む基材（１０２）を提供すること（２３２）と、
前記電気光学材料（１０４）内に導波路（１００）を形成すること（２３４）と、を含み、
前記導波路（１００）を形成すること（２３４）が、
前記トラック（１０６）が前記導波路（１００）の方向（ｚ）を画定する共通の方向（ｚ）を有して互いに平行であり、前記トラック（１０６）が前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に対して垂直な平面（１１４）内の構成（１０８）を含むように、前記導波路（１００）の複数のトラック（１０６）を形成すること（２３６）であって、前記構成（１０８）が、同一の辺長の少なくとも４０個の正三角形（１１６）を含み、前記正三角形（１１６）のそれぞれの３つの角が、全て、前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に対して垂直な前記平面（１１４）内の前記複数のトラック（１０６）の異なるトラック（１０６）とそれぞれ一致し、
前記複数のトラック（１０６）の各トラック（１０６）を形成すること（２３６）が、
前記電気光学材料（１０４）内にレーザビーム（２０２）を集束させて（２３８）、前記レーザビームの焦点（２０６）における屈折率を前記第１の屈折率から前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率に低減することと、
前記電気光学材料（１０４）内に前記第２の屈折率を有する前記トラック（１０６）を形成するために前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に沿って前記レーザビーム（２０２）の前記焦点（２０６）を伝搬すること（２４０）と、を含む、方法。
第１の屈折率を有する電気光学材料（１０４）を含む基材（１０２）を提供すること（２３２）と、
前記電気光学材料（１０４）内に導波路（１００）を形成すること（２３４）と、を含み、
前記導波路（１００）を形成すること（２３４）が、
前記トラック（１０６）が前記導波路（１００）の方向（ｚ）を画定する共通の方向（ｚ）を有して互いに平行であり、前記トラック（１０６）が前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に対して垂直な平面（１１４）内の構成（１０８）を含むように、前記導波路（１００）の複数のトラック（１０６）を形成すること（２３６）であって、前記構成（１０８）が、同一の辺長の少なくとも４０個の正三角形（１１６）を含み、前記正三角形（１１６）のそれぞれの３つの角が、全て、前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に対して垂直な前記平面（１１４）内の前記複数のトラック（１０６）の異なるトラック（１０６）とそれぞれ一致し、
前記複数のトラック（１０６）の各トラック（１０６）を形成すること（２３６）が、
前記電気光学材料（１０４）内にレーザビーム（２０２）を集束させて（２３８）、前記レーザビームの焦点（２０６）における屈折率を前記第１の屈折率から前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率に低減することと、
前記電気光学材料（１０４）内に前記第２の屈折率を有する前記トラック（１０６）を形成するために前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に沿って前記レーザビーム（２０２）の前記焦点（２０６）を伝搬すること（２４０）と、を含む、方法。
【請求項10】
前記レーザビーム（２０２）を前記電気光学材料（１０４）に集束させること（２３８）が、前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に沿って、且つ前記レーザビームの方向に対して垂直に、前記焦点（２０６）における前記レーザビームの長手方向幅（ｗ１）を生成することと、前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に対して垂直であり、且つ前記レーザビームの方向に対して垂直に、前記焦点（２０６）における前記レーザビームの横方向幅（ｗ２）を生成することと、を含み、前記長手方向幅（ｗ１）が前記横方向幅（ｗ２）よりも大きい、請求項９に記載の方法（２３０）。
【請求項11】
前記集束（２３８）の前に、前記レーザビーム（２０２）を、前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）に沿った第１の延伸部（ｅ１）と、前記導波路（１００）の前記方向（ｚ）および前記レーザビームの方向（ｙ）の双方に対して垂直な方向（ｘ）に沿った第２の延伸部（ｅ２）とを有する略平行なビーム（２２０）として提供することをさらに含み、前記第２の延伸部（ｅ２）が前記第１の延伸部（ｅ１）を超える、請求項９に記載の方法（２３０）。
【請求項12】
前記レーザビーム（２０２）を前記第１の延伸部（ｅ１）および前記第２の延伸部（ｅ２）を有する略平行なビーム（２２０）として提供する前に、
略円形断面（２１８）を有する略平行なビームとしてレーザビーム（２０２）を提供することと、
前記略円形断面（２１８）を有する略平行なビームを、前記第１の延伸部（ｅ１）および前記第２の延伸部（ｅ２）を有する前記略平行なビームに成形することと、をさらに含む、請求項１１に記載の方法（２３０）。
略円形断面（２１８）を有する略平行なビームとしてレーザビーム（２０２）を提供することと、
前記略円形断面（２１８）を有する略平行なビームを、前記第１の延伸部（ｅ１）および前記第２の延伸部（ｅ２）を有する前記略平行なビームに成形することと、をさらに含む、請求項１１に記載の方法（２３０）。
【請求項13】
前記導波路（１００）の近傍に複数（３００）の電極（３０２、３０４）を形成することをさらに含む、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法（２３０）。
【請求項14】
前記電気光学材料（１０４）に前記レーザビーム（２０２）を集束させること（２３８）が、第１の表面（２０８）を通って前記レーザビーム（２０２）を透過させることを含み、前記第１の表面（２０８）が、前記基材（１０２）の表面（２０８）および／または前記電気光学材料（１０４）の表面（２０８）であり、前記複数（３００）の電極（３０２、３０４）を形成することが、前記複数（３００）の電極（３０２、３０４）のうちの少なくとも１つの電極（３０２）を前記第１の表面（２０８）上に形成することをさらに含む、請求項１３に記載の方法（２３０）。
【請求項15】
前記複数（３００）の電極（３０２、３０４）を形成することが、前記複数（３００）の電極（３０２、３０４）のうちの少なくとも１つの対向電極（３０４）を前記第１の表面（２０８）上に形成することをさらに含み、前記少なくとも１つの対向電極（３０４）が前記少なくとも１つの電極（３０２）とは異なる、請求項１４に記載の方法（２３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光導波路デバイス、特に凹型クラッド導波路デバイスに関し、特に、電気光変調器を提供するように適合された電極を有する光導波路デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
低電圧、低挿入損失の電気光変調器（ＥＯＭ）は、高速光スイッチングのための重要な要素である。定量的には、３ｄＢ以下の挿入損失が望ましい。ＧＨｚ周波数範囲における電気光変調器のスイッチングのためには、２０Ｖよりも低い制御電圧が有益であるが、これは、そのような高周波においてより大きな制御電圧を提供することがますます困難になるためである。既知の光－電子材料を使用して２０Ｖ以下の制御電圧を達成するためには、数センチメートルの電気光学材料内の光路およびＥＯＭの電極間の距離ならびに数十マイクロメートルの光路が同時に必要とされる。これらは、電気光変調器のための導波路アーキテクチャを使用して達成されることができる。ＬｉＮｂＯ３膜で製造された平面導波路は、高速変調器における代表的な主要部である。しかしながら、そのような導波路は、典型的には３ｄＢ／ｃｍを超える高い伝搬損失を有する。伝搬損失が０．５ｄＢ／ｃｍ未満の電気光学結晶（または結晶膜）で製造された導波路は、ＧＨｚ周波数範囲における光スイッチング動作のための重要な要素を提供することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上記の技術的課題を考慮して、高速（≧１ＧＨｚ）スイッチングを促進するために、０．５ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失および最大２０Ｖの制御電圧を有する導波路デバイスが必要とされている。特に、これらの動作パラメータは、電気光変調器、例えばπ位相シフタなどの位相シフタにおいて達成されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
この目的は、請求項１に記載の導波路デバイスによって達成される。請求項８は、導波路デバイスを備える電気光変調器を提供する。請求項９は、上記の重要なパラメータを提供するのに適した導波路デバイスを製造する方法に関する。従属請求項は、好ましい実施形態に関する。
【0005】
第１の態様では、導波路デバイスは、電気光学材料を含む基材と、電気光学材料に形成された導波路と、導波路の近傍に形成された複数の電極と、を備える。電気光学材料は、第１の屈折率を有する。導波路は、複数のトラックを備える。トラックは、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を含み、導波路の方向を画定する共通の方向で互いに平行であり、導波路の方向に対して垂直な平面内に構成を形成する。この構成は、同一の辺長の少なくとも４０個の正三角形を備え、正三角形のそれぞれの３つの角の全てが、導波路の方向に対して垂直な平面内の複数のトラックの異なるトラックとそれぞれ一致する。
【0006】
本開示の文脈では、正三角形は、トラックの構成の基準として機能することができるが、導波路デバイスにいかなる物理的構造も追加するものではない。
【0007】
対応する導波路は、π位相シフタを提供するのに適した電気光変調器に典型的に適用される長さに対応する、それぞれ３０ｍｍの長さを有する導波路に対して０．１５ｄＢ／ｃｍまたは０．４５ｄＢの低い伝搬損失を提供することができる。低伝搬損失は、導波路のトラックの構成およびトラック製造方法の結果である。トラックの低屈折率とともに、この構成は、導波路用の埋め込みクラッドを提供する。導波路形状は、実施形態によれば２０Ｖ未満とすることができる低い制御電圧を支持する。電極の特に有益な構成は、制御電圧をさらに低減することができる。
【0008】
正三角形の少なくとも３０個、特に少なくとも４０個、または特に少なくとも５０個、または全てが格子を形成してもよく、格子の各正三角形の少なくとも１つの角は、格子の別の正三角形の角と一致する。格子の任意の三角形は、格子の三角形を介して、特に格子の三角形の辺を介して、格子の任意の他の三角形と相互接続されてもよい。格子の三角形の辺は、格子の三角形の角を接続してもよい。格子は、六角形であってもよく、および／または六角形格子の断面を形成してもよい。特に、格子の各正三角形の少なくとも２つの角は、それぞれ、格子の異なる正三角形の角と一致してもよい。特に、格子の各正三角形の３つの角は、全て、格子の異なる正三角形の角とそれぞれ一致してもよい。
【0009】
２つの異なる正三角形の任意の対は、最大で１つの同じトラックを共有することができる。正三角形の２つの異なる角の任意の対は、最大で１つの同じトラックを共有することができる。実施形態によれば、第１の正三角形の角が第１のトラック、第２のトラック、および第３のトラックと一致するとき、任意の他の正三角形の１つ以下の角が第１のトラック、第２のトラック、または第３のトラックと一致する。
【0010】
構成は、同じ辺の長さを有する正三角形の少なくとも５０個または少なくとも６０個を含んでもよい。
【0011】
同一の辺の長さは、少なくとも２μｍまたは少なくとも３μｍであってもよい。
【0012】
代替的または追加的に、同一の辺の長さは、最大８μｍ、特に最大７μｍまたは最大６μｍであってもよい。
【0013】
実施形態では、正三角形のそれぞれは、空間内でそれらの配向、特に導波路の方向に対して垂直な平面内でそれらの配向を共有する。
【0014】
実施形態によれば、構成内の正三角形のそれぞれは、構成内の任意の他の正三角形のシフト画像として解釈されてもよく、シフトは、導波路の方向に対して垂直な平面内の並進であってもよい。シフトされた画像は、導波路の方向に対して垂直な平面内で直線的に並進される非回転画像であってもよい。
【0015】
導波路の方向に対して垂直な平面内の構成は、導波路の方向に対して垂直な平面内のトラックの断面の中心を指すことができる。
【0016】
構成は、略六角形の外側境界を含むことができる。
【0017】
この構成は、少なくとも３０個、特に少なくとも３５個または少なくとも４０個のトラックを備えることができ、好ましくはそれぞれが、導波路の方向に対して垂直な平面内の他のトラックによって形成された正六角形の中心に位置し、各正六角形は、同一の辺長を有する。
【0018】
実施形態によれば、導波路デバイスは、導波路の方向に沿って並進対称性を有することができる。
【0019】
実施形態によれば、導波路の方向に対して垂直な複数の平面、特に導波路の方向に対して垂直な全ての平面は、上述したまたは以下にさらに詳述する特徴の一部または全てを有する構成を形成する。
【0020】
トラックは、導波路デバイスの長さに沿って導波路の方向に対して垂直な任意の平面内に構成を形成することができる。
【0021】
電気光学材料は、ＲｂＴｉＯＰＯ４またはＫＴｉＯＰＯ４などの反転対称性のない非線形光学材料および／または結晶材料を含むことができるか、またはそれらとすることができる。
【0022】
そのような電気光学材料は、高い電気光学係数を提供することができ、これは、電気光学材料内に短い光路を有するπ位相シフタなどの電気光変調器を確立するために有益であり得る。電気光学材料内の短い光路は、伝搬損失を低減し、導波路デバイスのキャパシタンスを低減することができ、これは高いスイッチング速度を促進することができる。
【0023】
導波路は、シングルモード導波路として動作するように適合されることができる。導波路は、導波路の方向に対して垂直な平面内の少なくとも１つの方向に沿って２００μｍ未満、特に１００μｍ未満または５０μｍ未満の延伸部を有してもよい。特に、導波路の延伸部は、導波路の方向に対して垂直な平面内の任意の方向に沿って２００μｍ未満、特に１００μｍ未満または５０μｍ未満であってもよい。
【0024】
第１の屈折率は、導波路の方向に対して垂直な偏光を有する光に対する電気光学材料の屈折率であってもよい。第１の屈折率は、電気通信波長を有する電磁波、例えば真空中の波長が１．５５μｍまたは１．３μｍの電磁波に対する電気光学材料の屈折率であってもよい。
【0025】
したがって、導波路デバイスを適用する電気光変調器は、通信用途に有益である電気通信波長で動作するように適合されることができる。
【0026】
第２の屈折率は、第１の屈折率よりも少なくとも０．３％、特に少なくとも０．４％、特に少なくとも０．５％または少なくとも０．６％小さくてもよい。
【0027】
第２の屈折率は、電気通信波長を有する電磁波のためのトラックの屈折率であってもよい。
【0028】
第２の屈折率は、導波路の方向に対して垂直な偏光を有する光のためのトラックの屈折率であってもよい。
【0029】
複数のトラックの各トラックは、導波路の方向に対して垂直な平面内の少なくとも１つの方向に沿って５μｍ未満、特に２μｍ未満または１μｍ未満の延伸部を有することができる。複数のトラックの各トラックは、導波路の方向に対して垂直な平面内の第２の方向に沿って少なくとも５μｍ、特に少なくとも６μｍまたは少なくとも７μｍの延伸部を有することができ、導波路の方向に対して垂直な平面内の第２の方向は、導波路の方向に対して垂直な平面内の少なくとも１つの方向に対して垂直である。複数のトラックの各トラックは、導波路の方向に対して垂直な平面内の第２の方向に沿って最大１０μｍ、特に最大９μｍまたは少なくとも最大８μｍの延伸部を有することができる。
【0030】
複数のトラックは、導波路の外側境界の少なくとも一部を形成してもよい。
【0031】
導波路は、第１の端部を備えてもよく、導波路デバイスは、導波路の第１の端部に光学的に結合された第１の光ファイバを備えてもよい。導波路は、第２の端部を備えてもよく、導波路デバイスは、導波路の第２の端部に光学的に結合された第２の光ファイバを備えてもよい。
【0032】
複数の電極の少なくとも１つの電極または複数の電極の全ての電極は、銅または金などの貴金属を含むことができるか、または貴金属から構成されることができる。
【0033】
導波路は、コアを備えることができる。コアは、導波路の方向に対して垂直な平面内の正三角形を含むトラックの構成の第１の中断部によって画定されてもよい。
【0034】
コアの中心と複数の電極の最も近い電極との間の最小距離は、最大６０μｍ、特に最大４０μｍ、特に最大３０μｍまたは最大２０μｍであってもよい。
【0035】
コアの中心と最も近い電極との間の最短距離は、導波路デバイス、例えば、導波路デバイスを有するπ位相シフタなどの位相シフタを有する電気光変調器を確立するために必要な制御電圧を低減することができる。低減された制御電圧は、電気光変調器のスイッチング速度を改善することができる。
【0036】
第１の中断部は、トラックのない電気光学材料を含むことができる。
【0037】
コアの中心は、導波路の方向に対して垂直な平面内のコアの中心を指すことができる。
【0038】
最も近い電極は、導波路の方向に対して垂直な面においてコアの中心からの距離が最も小さい複数の電極のうちの電極とすることができる。
【0039】
コアは、少なくとも２つの側面、特に少なくとも３つの側面で導波路の方向に対して垂直な平面内の構成によって囲まれてもよい。辺は、方向に対応してもよく、方向のうちの任意の２つの間の角度は、９０°の整数倍であってもよい。
【0040】
コアを囲むトラックの構成は、電磁波をコアに閉じ込め、吸収領域および／または金属領域などの散逸が増加した領域への電磁波の漏れに関連する伝搬損失を低減するのに適することができる。
【0041】
コアは、略六角形の外側境界を有することができる。
【0042】
クラッド厚は、導波路の方向に対して垂直な平面におけるトラックの構成の厚さとすることができる。特に、クラッド厚は、導波路のコアからトラックの構成の外側境界までの導波路の方向に対して垂直な平面内の距離を指すことができる。トラックの構成の外側境界は、導波路の方向に対して垂直な平面内の構成の全てのトラックを含む多角形、特に最小サイズの六角形などの最小サイズの多角形として定義されてもよい。
【0043】
クラッド厚は、最小クラッド厚を有する導波路の方向に対して垂直な平面内のトラックの構成の部分が、コアと複数の電極のうちの電極との間、特にコアと最も近い電極との間に構成されるように、非対称であってもよい。最小クラッド厚は、１つのトラックに対応することができる。最小クラッド厚を有する構成の部分は、トラックの構成の六角形対称性の中断部を含むことができるか、または中断部とすることができる。
【0044】
導波路の最小厚さおよび／またはコアと電極との間のトラックの構成の最小厚さは、２つの間の距離を低減することができる。距離が短くなると、大きな電界、したがって、電極に中程度の制御電圧が印加された、例えばπ位相シフタなどの位相シフタとしての導波路デバイスの動作を促進することができる。中程度の制御電圧は、導波路デバイスのスイッチング速度を改善することができる。
【0045】
最小クラッド厚は、３０μｍ未満、特に２５μｍ未満または２０μｍ未満であってもよい。
【0046】
実施形態によれば、最小クラッド厚は、少なくとも１０μｍ、特に少なくとも１２μｍまたは少なくとも１５μｍであってもよい。
【0047】
この厚さ範囲は、導波路および／またはそのコアと最も近い電極との間の短い距離を可能にする一方で、電極への電磁波の漏れに関連する損失を回避するために、導波路および／またはそのコアへの電磁波の十分な閉じ込めを提供することができる。
【0048】
最小クラッド厚はゼロであってもよく、および／またはトラックの構成は、最小クラッド厚を有する構成の部分に存在しなくてもよい。
【0049】
トラックおよび複数の電極の構成は、導波路の方向に対して垂直な平面内でコアをともに囲むことができる。特に、トラックおよび最も近い電極の構成は、導波路の方向に対して垂直な平面内でコアをともに囲むことができる。例えば、コアの中心から始まる導波路の方向に対して垂直な平面内の任意のハーフラインは、複数の電極、特に最も近い電極のトラックまたは電極の構成と交差することができる。
【0050】
導波路クラッドが存在しないこと、および／または最小厚さを有する部分におけるトラックの構成は、導波路および／またはそのコアと最も近い電極との間の距離、したがって制御電圧をさらに低減することができる。しかしながら、そのような実施形態では、導波路および／またはそのコアから電極への電磁波の漏れに起因する伝搬損失が増加する可能性がある。
【0051】
複数の電極のうちの少なくとも１つの電極は、第１の表面上に構成されてもよく、第１の表面は、基材の表面および／または電気光学材料の表面であってもよい。
【0052】
基材および／または電気光学材料の表面上に電極を構成することは、利用可能な技術を使用して容易且つ経済的に実装されることができるデバイス設計を提供することができる。
【0053】
あるいは、複数の電極のうちの少なくとも１つの電極は、基材および／または電気光学材料に少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。そのような実施形態では、少なくとも１つの電極は、第１の表面の下方に少なくとも部分的に構成されてもよく、第１の表面は、基材の表面および／または電気光学材料の表面である。
【0054】
複数の電極のうちの第１の電極および複数の電極のうちの第２の電極は、導波路の両側に構成されてもよい。
【0055】
第１の電極の少なくとも一部、および／または第２の電極の少なくとも一部は、導波路の外形および／またはコアと同心であってもよい。
【0056】
少なくとも１つの電極を基材および／または電気光学材料に埋め込むことは、電極を導波路またはそのコアに近付けることができ、したがって、場合によっては電極のより複雑で潜在的により高価な製造を犠牲にするが、制御電圧をさらに低減することができる。
【0057】
コアの中心と第１の表面との間の最小距離は、最大６０μｍ、特に最大４０μｍ、特に最大３０μｍ、特に最大２０μｍまたは最大１５μｍとすることができる。
【0058】
最小厚さを有する導波路の部分を有する実施形態では、最小厚さを有する導波路の部分は、導波路のコアと第１の表面との間に部分的にまたは完全に構成されてもよい。
【0059】
少なくとも１つの電極は、少なくとも１０ｍｍ、特に少なくとも１５ｍｍ、少なくとも２０ｍｍ、または少なくとも２５ｍｍの導波路の方向に沿った延伸部を有することができる。
【0060】
対応する延伸部は、導波路デバイスの電気光変調器としての、例えばπ位相シフタなどの位相シフタとしての適用を促進することができる。
【0061】
少なくとも１つの電極は、電気光学材料と直接接触していてもよい。
【0062】
直接接触は、電極と導波路および／またはそのコアとの間の距離を最小にすることができ、それによって導波路デバイスを適用する電気光変調器の制御電圧を最小にすることができる。
【0063】
少なくとも１つの電極は、最も近い電極を含んでもよい。
【0064】
複数の電極は、少なくとも１つの電極とは異なる少なくとも１つの対向電極をさらに含んでもよく、少なくとも１つの対向電極は、第１の表面上に構成される。
【0065】
第１の表面上に対向電極も構成することは、既知の技術を使用して容易且つ経済的に実装されることができる装置設計を提供することができる。
【0066】
少なくとも１つの対向電極は、電気光学材料と直接接触していてもよい。
【0067】
少なくとも１つの対向電極は、少なくとも１０ｍｍ、特に少なくとも１５ｍｍ、少なくとも２０ｍｍ、または少なくとも２５ｍｍの導波路の方向に沿った延伸部を有することができる。
【0068】
少なくとも１つの対向電極は、少なくとも１つの電極と平行に構成されてもよい。
【0069】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの対向電極と少なくとも１つの電極との間の最小距離は、３００μｍを超えず、特に１５０μｍを超えず、特に１００μｍまたは８０μｍを超えない。
【0070】
少なくとも１つの対向電極は、少なくとも２つの対向電極を含んでもよい。
【0071】
少なくとも２つの対向電極は、第１の表面上の少なくとも１つの電極の両側に構成されてもよい。代替的または追加的に、少なくとも２つの対向電極は、第１の表面上の少なくとも１つの電極の近傍に、特に導波路の少なくとも１つの電極および／またはコアと交差する鏡面に関して対称的に構成されてもよい。
【0072】
少なくとも２つの対向電極は、互いに平行に構成されてもよい。
【0073】
少なくとも２つの対向電極は、少なくとも１つの電極と平行に構成されてもよい。
【0074】
少なくとも２つの対向電極のいずれかと少なくとも１つの電極との間の最小距離は、３００μｍを超えてはならず、特に１５０μｍを超えてはならず、特に１００μｍまたは８０μｍを超えてはならない。
【0075】
第１の表面は、平面であってもよい。少なくとも１つの電極の表面および少なくとも１つの対向電極の表面は、互いに同一平面上にあってもよく、特に第１の表面と同一平面上にあってもよい。
【0076】
第２の態様では、電気光変調器は、上述したような導波路デバイスを備える。特に、電気光変調器は、位相シフタ、特にπ位相シフタとすることができる。
【0077】
電気光変調器は、少なくとも１ＧＨｚの周波数で動作するように適合されることができる。
【0078】
電気光変調器は、少なくとも１つの電極と少なくとも１つの対向電極との間の制御電圧が最大２０Ｖで動作するように適合されることができる。
【0079】
電気光変調器は、少なくとも１つの電極に接続された第１のリードと、少なくとも１つの対向電極に接続された第２のリードとを備えることができ、第１のリードおよび第２のリードは、少なくとも１つの電極および少なくとも１つの対向電極を、制御電圧を提供するように適合された電圧源に接続するように適合されることができる。
【0080】
第３の態様では、導波路デバイスを製造するための方法は、第１の屈折率を有する電気光学材料を含む基材を提供することと、電気光学材料内に導波路を形成することと、を含む。導波路を形成することは、トラックが導波路の方向を画定する共通の方向で互いに平行であり、トラックが導波路の方向に対して垂直な平面内の構成を含むように、導波路の複数のトラックを形成することを含む。この構成は、同じ辺の長さの正三角形を少なくとも４０個備える。正三角形のそれぞれの３つの角の全てが、導波路の方向に対して垂直な平面内の複数のトラックのうちの異なるトラックとそれぞれ一致する。複数のトラックの各トラックの形成は、レーザビームの焦点における屈折率を第１の屈折率から第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率に恒久的に減少させるためにレーザビームを電気光学材料内に集束させることと、導波路の方向に沿ってレーザビームの焦点を伝搬させて、電気光学材料内に第２の屈折率を有するトラックを形成することと、を含む。
【0081】
本開示の方法は、埋め込みクラッド導波路とも呼ばれる、屈折率が低減されたトラックを有する導波路をレーザ書き込みするための技術を提供することができる。埋め込みクラッド導波路は、低い伝搬損失を提供することができる。正三角形を有するトラックの構成は、伝搬損失をさらに低減することができる。
【0082】
本方法は、レーザを使用してレーザビームを生成することをさらに含むことができる。レーザは、パルスレーザ、特に１ｐｓ未満、特に０．５ｐｓ未満のパルス持続時間を有するレーザビームを提供するパルスレーザであってもよい。レーザは、例えば最大１１μｍ、特に最大１１００ｎｍの波長のレーザビームを提供する赤外線レーザであってもよい。
【0083】
パルスレーザの繰り返し率は、少なくとも１ｋＨｚであってもよい。パルスレーザの繰り返し率は、２００ｋＨｚ以下であってもよい。
【0084】
レーザビームの焦点を伝搬することは、特にレーザの位置を固定したまま基材を並進させることを含むことができる。基材を並進させることは、並進ステージ、特に少なくとも部分的に自動化された並進ステージを使用することができる。代替的または追加的に、レーザビームの焦点を伝搬することは、レーザビームの位置を並進させることを含んでもよい。
【0085】
導波路デバイス、基材、電気光学材料、複数のトラック、および導波路の方向に対して垂直な平面内の構成は、導波路デバイスの文脈において上述したものに対応する特徴によって特徴付けられることができる。
【0086】
レーザビームの偏光は、直線であり、導波路の方向に対して垂直であってもよい。
【0087】
焦点は、レーザビームの方向に対して垂直な平面、特に焦点面を指すことができる。
【0088】
焦点において、レーザビームの幅は、レーザビームの方向に対して垂直な少なくとも１つの方向に沿って最小であってもよい。
【0089】
電気光学材料内にレーザビームを集束させることは、導波路の方向に沿って、レーザビームの方向に対して垂直な焦点内にレーザビームの長手方向幅を生成することと、導波路の方向に対して垂直で、レーザビームの方向に対して垂直な焦点内にレーザビームの横方向幅を生成することと、を含むことができ、長手方向幅は、横方向幅よりも大きい。
【0090】
長手方向幅および横方向幅は、それぞれ、レーザビームの方向に対して垂直なレーザビームの幅を指すことができる。
【0091】
長手方向幅および横方向幅は、それぞれ、焦点、特にレーザビームの方向に対して垂直な焦点面におけるレーザビームの幅を指すことができる。
【0092】
長手方向幅は、導波路の方向に沿ったレーザビームの幅を指すことができる。横方向幅は、導波路の方向に対して垂直なレーザビームの幅を指すことができる。レーザビームは、焦点において非円形または非対称断面を有することができる。
【0093】
特に、レーザビームは、焦点において楕円形断面を有することができる。楕円形断面の長軸は、導波路の方向と平行であってもよい。楕円形断面の短軸は、導波路の方向に対して垂直であってもよい。
【0094】
焦点におけるレーザビームの非円形断面または非対称断面は、形成されたトラックの粗さの低減、および導波路の伝搬損失のさらなる低減をもたらすことができる。
【0095】
長手方向幅および／または横方向幅は、それぞれ、レーザビームの焦点における、レーザビームの方向に対して垂直な延伸部を指すことができる。
【0096】
方法は、集束の前に、レーザビームを、導波路の方向に沿った第１の延伸部と、導波路の方向およびレーザビームの方向の双方に対して垂直な方向に沿った第２の延伸部とを有する略平行なビームとして提供することをさらに含むことができ、第２の延伸部は、第１の延伸部を超える。
【0097】
第１の延伸部および第２の延伸部を有する略平行なビームは、集束によって横方向幅を超える長手方向幅を有する焦点においてレーザビームに容易に変換されることができる。
【0098】
代替的または追加的に、本方法は、横方向幅よりも大きい長手方向幅を生成するために、シリンドリカルレンズまたはミラーおよび／または楕円レンズまたはミラーおよび／または傾斜レンズなどの異方性集束素子をレーザビームに導入することを含んでもよい。そのような実施形態では、本方法は、焦点に加えて第２の焦点を生成することを含むことができる。
【0099】
そのような実施形態では、レーザビームは、導波路の方向に沿った第２の焦点における第２の長手方向幅と、導波路の方向およびレーザビームの方向の双方に対して垂直な方向に沿った第２の焦点における第２の横方向幅とを有することができ、第２の横方向幅は、第２の長手方向幅よりも大きい。
【0100】
本方法は、レーザビームを第１の延伸部および第２の延伸部と略平行なビームとして提供することの前に、レーザビームを略円形断面を有する略平行なビームとして提供することと、略円形断面を有する略平行なビームを、第１の延伸部および第２の延伸部を有する略平行なビームに成形することと、をさらに含むことができる。
【0101】
略平行なビームは、楕円に略対応する断面を含むことができる。第１の延伸部は、楕円の短軸に対応することができ、第２の延伸部は、楕円の長軸に対応することができる。
【0102】
略円形断面を有する略平行なビームを、第１の延伸部および第２の延伸部を有する略平行なビームに成形することは、スリットなどのコリメータを略平行なビームに導入することを含むことができる。コリメータは、略平行なビームの方向に対して垂直な１つの方向に沿って略平行なビームに導入されてもよい。
【0103】
スリットなどのコリメータは、少なくとも０．２ｍｍの幅を有することができる。スリットなどのコリメータは、最大１．５ｍｍの幅を有することができる。
【0104】
本方法は、導波路の近傍に複数の電極を形成することをさらに含むことができる。
【0105】
複数の電極は、導波路デバイスの文脈において上述したものに対応する特徴によって特徴付けられることができる。
【0106】
電気光学材料にレーザビームを集束させることは、レーザビームを第１の表面に透過させることを含んでもよく、第１の表面は、基材の表面および／または電気光学材料の表面である。
【0107】
複数の電極を形成することは、第１の表面上に複数の電極のうちの少なくとも１つの電極を形成することをさらに含むことができる。
【0108】
第１の表面は、導波路デバイスの文脈において上述した特徴に対応する特徴によって特徴付けられることができる。
【0109】
導波路の複数のトラックを形成することは、第１の表面の近くに構成された複数のトラックのトラックの前に、第１の表面からさらに離れて構成された複数のトラックのトラックを形成することを含むことができる。
【0110】
特に、第１の表面からの距離が異なる複数のトラックの任意の対のトラックについて、導波路の複数のトラックを形成することは、第１の表面からの距離がより小さい対のトラックの前に、第１の表面からの距離がより大きい対のトラックを形成することを含むことができる。
【0111】
導波路の複数のトラックを形成することは、第１の表面に平行な平面内の導波路の中心からさらに離れて位置する複数のトラックのトラックの前に、第１の表面に平行な平面内の導波路の中心により近くに位置する複数のトラックのトラックを形成することを含むことができる。
【0112】
特に、第１の表面に平行な平面内の導波路の中心からの距離が異なる複数のトラックの任意の対について、導波路の複数のトラックを形成することは、第１の表面に平行な平面内の導波路の中心からの距離がより大きい対のトラックの前に、第１の表面に平行な平面内の導波路の中心からの距離がより小さい対のトラックを形成することを含むことができる。
【0113】
複数の電極を形成することは、第１の表面上に複数の電極のうちの少なくとも１つの対向電極を形成することをさらに含むことができ、少なくとも１つの対向電極は、少なくとも１つの電極とは異なる。
【0114】
少なくとも１つの対向電極は、導波路デバイスに関して上述したものに対応する特徴によって特徴付けられることができる。
【図面の簡単な説明】
【0115】
本開示の技術およびそれに関連する利点は、添付の図面にかかる例示的な実施形態の説明から最もよく明らかになるであろう。
【図1a】電気光学材料内のトラックの構成を有する導波路を示している。
【図2a】並進方向に沿って見た、実施形態にかかる電気光学材料内のトラックの構成を有する導波路を製造するための装置を示している。
【図2b】並進方向に対して垂直な方向から見た、実施形態にかかる電気光学材料内のトラックの構成を有する導波路を製造するための装置を示している。
【図2c】並進方向に沿って見た、別の実施形態にかかる電気光学材料内のトラックの構成を有する導波路を製造するための装置を示している。
【図2i】実施形態にかかる導波路を製造するための方法を示している。
【図3】異なる実施形態にかかる導波路の製造方法を示す図である。
【図4】実施形態にかかる導波路デバイスを示している。
【図5a】制御電圧を印加することによって導波路デバイス内に誘起される電界を示している。
【図5b】制御電圧を印加することによって導波路デバイス内に誘起される最小電界および最大電界を示している。
【図6】制御電圧を印加することによって導波路デバイスのコア内に誘起される屈折率の変調を示している。
【図7】π位相シフタとして動作するのに適した導波路デバイスの長さを示している。
【図8a】別の実施形態にかかる導波路デバイスを示している。
【図9a】別の実施形態にかかる導波路デバイスを示している。
【図10】導波路デバイスにおける伝搬損失を示している。
【図11】別の実施形態にかかる導波路デバイスを示している。
【図12】異なる実施形態にかかる導波路デバイスを示している。
【発明を実施するための形態】
【0116】
図１ａは、導波路デバイス１２０の概略図である。導波路デバイス１２０は、基材１０２の上および中に形成される。それは、導波路１００および複数３００の電極３０２、３０４を備える。導波路１００は、基材１０２に含まれるチタン酸ルビジウム（ＲＴＰ、ＲｂＴｉＯＰＯ４）などの電気光学材料１０４に形成される。
【0117】
基材１０２は、完全にＲＴＰ１０４から構成されてもよく、または例えば光もしくはプラズモン導波のための、または電子機能を確立するための追加の構造を備えてもよい。この目的のために、追加の構造は、線形誘電体、半導体、および／または金属構造からなる部分を備えることができる。ＲＴＰの代わりに、またはそれに加えて、リン酸チタニルカリウム（ＫＴＰ、ＫＴｉＯＰＯ４）などの他の電気光学材料１０４が基材１０２に適用されることができる。
【0118】
複数３００の電極３０２と対向電極３０４との間に制御電圧を印加することは、導波路１００のコア１１０の屈折率を変調し、導波路デバイス１２０を電気光変調器として動作させることを可能にする。導波路１００および電極３０２、３０４は、導波路デバイス１２０の長さＬを画定する距離Ｌに沿って重なっている。光は、光ファイバ（図示せず）を導波路デバイス１２０の第１の端部１００ａおよび第２の端部１００ｂに結合することによって、導波路デバイス１２０の内外に結合されることができる。
【0119】
図１ａの詳細図は、導波路１００に対して垂直な面における導波路デバイス１２０の導波路１００の断面を示している。導波路１００は、導波路１００に対して垂直な任意の平面において同様の断面を有することができる。特に、導波路１００は、導波路デバイス１２０の長さＬに沿って導波路に対して垂直な任意の平面内に同様の断面を有することができる。断面は、例えば、導波路デバイス１２０が湾曲する場合、または基材１０２の追加の構造が導波路デバイス１２０の近傍に形成される場合、導波路デバイス１２０の長さＬに沿って僅かに逸脱することができる。
【0120】
導波路１００は、電気光学材料１０４内のトラック１０６の構成１０８によって形成される。トラック１０６は、ＲＴＰ１０４の屈折率よりも低い屈折率を有する変更されたＲＴＰを含む。それらの構成１０８は、同一のサイズおよび向きを有する正三角形の角と交差する隣接トラック１０６に関して特徴付けられることができる。したがって、構成１０８および／またはトラック１０６は、六角形格子の部分を形成することができるが、いくつかの実施形態では、完全な六角形格子から逸脱する。導波路の中央領域１１０において、トラックの構成１０８は、トラック１１６が存在しない中断部１１２を有し、中央領域１１０は、略変更されていないＲＴＰ１０４からなる。
【0121】
中央領域１１０は、トラック１０６よりも高い屈折率を有するため、導波路１００は、ｘ－ｙ平面１１４内の中央領域１１０に電磁波を閉じ込めるのに適している。したがって、中央領域は、導波路１００のコア１１０として作用する。導波路１００は、埋め込みクラッド導波路１００と呼ばれる場合がある。埋め込みクラッド導波路１００は、ｘ－ｙ平面１１４に対して垂直な導波路１００の方向ｚに沿って電磁波を誘起する。導波路１００の方向ｚに沿って、導波路１００は、その長さに沿って並進対称性を有し、場合によっては、例えば導波路１００の湾曲または屈曲に起因する僅かな変更を除いて、一定の断面構造を有する。
【0122】
埋め込みクラッド導波路は、Ｙ．Ｊｉａ，Ｃ．Ｃｈｅｎｇ，Ｊ．Ｒ．Ｖaｚｑｕｅｚ ｄｅ Ａｌｄａｎａ，Ｇ．Ｒ．Ｃａｓｔｉｌｌｏ，Ｂ．ｄｅｌ Ｒ．Ｒａｂｅｓ，Ｙ．Ｔａｎ，Ｄ．Ｊａｑｕｅ，およびＦ．Ｃｈｅｎ，「Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ ｇｕｉｄｉｎｇ ａｎｄ ｂｅａｍ ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｐａｓｓｉｖｅ ａｎｄ ａｃｔｉｖｅ ｒｅｇｉｍｅｓ」，Ｓｃｉ．Ｒｅｐ．４，５９８８（２０１４）ならびにＷ．Ｎｉｅ，Ｒ．Ｈｅ，Ｃ．Ｃｈｅｎｇ，Ｕ．Ｒｏｃｈａ，Ｊ．Ｒｏｄｒiｇｕｅｚ Ｖaｚｑｕｅｚ ｄｅ Ａｌｄａｎａ，Ｄ．Ｊａｑｕｅ，およびＦ．Ｃｈｅｎ，「Ｏｐｔｉｃａｌ ｌａｔｔｉｃｅ－ｌｉｋｅ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｂｙ ｄｉｒｅｃｔ ｌａｓｅｒ ｗｒｉｔｉｎｇ：ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ，ａｎｄ ｌａｓｉｎｇ」，Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．４１，２１６９－７２（２０１６）に記載されているように、立方晶ＹＡＧ：Ｎｄ（１０６４ｎｍにおいて０．７ｄＢ／ｃｍの伝搬損失）および斜方晶ＹＡＰ：Ｎｄ（１０６４ｎｍにおいて０．５２ｄＢ／ｃｍの伝搬損失）などのガーネット型構造を有する材料で以前から実装されている。これらの埋め込みクラッド導波路は、低い伝搬損失を提供する。しかしながら、電気光変調器などの導波路デバイスでは、電気光学係数が大きい電気光学材料、したがってＲＴＰまたはＫＴＰなどの反転対称性のない結晶材料の導波路が望ましい。
【0123】
図１ｂおよび図１ｃは、トラック１０６の構成１０８をより詳細に示している。構成１０８は、導波路の方向ｚに沿ってコア１１０内を伝搬する電磁波の伝搬損失に強い影響を及ぼすことができる。この説明にかかる導波路１００は、最小化された伝搬損失を有し、これは、図示されたトラック１０６の構成１０８を使用して達成される。構成１０８は、それぞれ同一のサイズまたは辺の長さの正三角形１１６によって示されてもよい。これらの正三角形１１６は、例示および参照のために導入されており、図１ａの導波路１００にいかなる物理的構造も追加するものではない。
【0124】
正三角形１１６のいずれかは、その角のそれぞれが、導波路の方向ｚに対して垂直なｘ－ｙ平面１１４内の異なるトラック１０６の断面内に位置するように構成される。任意の対の２つの異なる正三角形は、同じトラック１０６の最大で１つの断面を共有する。換言すれば、第１の正三角形１１６の角が第２の正三角形１１６の角と同じトラック１０６の同じ断面に位置する場合、第１の正三角形１０６の他の２つの角は、第２の正三角形の他の２つの角が位置するトラックの断面とは異なるトラックの断面に位置する。
【0125】
図１ｂおよび図１ｃはまた、正三角形１０６の格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄを使用する構成１０８の代替的な特徴を示している。（上記の制限を除いて）構成１０８の任意の位置においてそれぞれ識別されることができる上述した個々の正三角形１１６とは対照的に、格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄは、複数の相互に関連する正三角形１１６を含む。
【0126】
第１の定義によれば、格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄの任意の正三角形１１６は、格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄの隣接する三角形１１６と少なくとも１つの角を共有する。例えば、格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄは、３、６、５２、および１１個のそのような正三角形１１６を含む。
【0127】
あるいは、格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄは、格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄの任意の正三角形１１６が、格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄの隣接する三角形と少なくとも２つの角を共有するように画定されてもよい。この定義によれば、例えば、格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄは、１個、４個、５２個、および９個の正三角形１１６を含む。
【0128】
格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄはまた、格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄの任意の正三角形１１６が、その全ての角を格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄの隣接する三角形と共有するように画定されてもよい。この定義によれば、例えば、格子１１８ｃ、１１８ｄは、３５個および３個の正三角形１１６を含む。図１ｂの構成１０８の部分１１８ａ、１１８ｂは、そのような正三角形１１６を含まず、したがって、この定義にかかる格子ではない。
【0129】
正三角形１１６を有する構成１０８は、少なくとも局所的および／またはほぼ六角形の構成に対応する。換言すれば、構成１０８は、少なくとも局所的におよび／またはほぼ六角形の対称性を示す。特に、格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄとして説明されることができる正三角形１１６の任意のセットは、六角形格子の断面を形成し、正確な局所六角形対称性を示す。したがって、正三角形１１６の格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄのそれぞれは、六角形格子の断面に対応し、局所的な六角形対称性を有する。しかしながら、これは、格子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄに対応するトラック１０６には必ずしも当てはまらない。正三角形１１６の角がトラック１０６の断面内に位置する限り、トラック１０６は、対称性を低減する形状を有してもよく、および／またはトラック１０６の中心は、正三角形１１６の角からオフセットされてもよい。
【0130】
正三角形１１６を有する構成１０８は、導波路の方向ｚに沿って伝搬する電磁波の閉じ込めを最適化し、伝搬損失を最小にする。これは、トラック１０６の変更されたＲＴＰの屈折率と変更されていないＲＴＰ１０４との間の相対差が僅か０．００６～０．００９であるため、埋め込みクラッド導波路１００にとって特に重要である。正三角形１１６を有する構成１１８は、少なくとも局所的および／またはほぼ六角形であるため、トラック１０６の最適化された（ほぼ最密）充填密度を提供する。したがって、構成１０８は、最も強い可能な閉じ込めおよび最も低い可能な伝搬損失を達成するために、制限された屈折率差を最大限に利用することを可能にする。
【0131】
図２ａ、図２ｂ、図２ｃ、図２ｄ、図２ｅ、図２ｆ、図２ｇ、図２ｈ、および図２ｉは、導波路１００を製造するための装置および方法を示している。装置は、レーザを有するレーザシステム２００を備える。レーザ装置２００は、５ｋＨｚの繰り返し率で１８０ｆｓのパルス持続時間、２５０から４００ｎＪの範囲のパルスエネルギーおよび４．５ｍｍの直径を有する１０３０ｎｍの波長で略平行なレーザビーム２０２を放射する。レーザビーム２０２は、開口数０．６５の顕微鏡対物レンズ２０４を使用して、表面２０８を通してＫＴＰ１０４の基材１０２内に集束される。そのような条件下では、トラックのための変更されたＲＴＰは、変更されていないＲＴＰの屈折率に対して０．００６～０．００９だけ減少した屈折率を有するレーザビーム２０２の焦点２０６内に形成される。レーザビーム２０２の方向ｙに沿った焦点２０６の延伸部は、８～１２μｍの範囲内にある。したがって、変更されたＲＴＰの領域、および最終的には図１ａ、図１ｂ、および図１ｃのトラック１０６のこの方向ｙに沿った延伸部もまた、８～１２μｍの範囲内にある。
【0132】
基材１０２は、トラック１０６を書き込むために電気光学材料１０４内で焦点２０６を伝搬するための並進方向２１２、ｚを有する並進ステージ２１０上に構成される。図２ａおよび図２ｃは、並進方向２１２、ｚに沿って見た装置を示し、図２ｂおよび図２ｄは、並進方向２１２、ｚに対して垂直な方向に沿って見た装置を示している。並進ステージ２１０の並進方向２１２、ｚは、生成される導波路１００の方向ｚに対応する。
【0133】
この幾何学的形状は、変更ＲＴＰの屈折率の最も強い減少を与えることがわかっているため、レーザビーム２０２の偏光は、並進方向２１２、ｚに対して垂直である。
【0134】
【0135】
図２ｂおよび図２ｄに示すように、並進ステージ２１０の方向２１２、ｚに平行な方向ｚに沿って、レーザビーム２０２は、焦点２０６において長手方向幅ｗ１に集束される。長手方向幅ｗ１および横方向幅ｗ２は、それぞれ、並進ステージおよび導波路の方向２１２に沿った焦点２０６内のレーザビーム２０２の幅およびそれに対して垂直な幅を指し、双方ともレーザビーム２０２の方向に対して垂直（横方向）である。長手方向幅ｗ１は、横方向幅ｗ２よりも大きい。
【0136】
図２ａおよび図２ｂに示すように、より大きい長手方向幅ｗ１を達成するために、１ｍｍの幅を有する分光スリット２１４が、レーザシステム２００によって放射される略平行なレーザビーム２０２に導入されることができる。分光スリット２１４は、レーザビーム２０２の方向ｙに対して垂直な１つの方向２１２、ｚに沿った略平行なレーザビーム２０２の低減した延伸部をもたらす。その結果、顕微鏡対物レンズ２０４を使用してレーザビーム２０２を集束させると、この方向２１２、ｚに沿ってより大きな長手方向幅ｗ１をもたらす。
【0137】
分光スリット２１４の代替として、シリンドリカルレンズ２２２などの異方性集束素子２２２がレーザビーム、特に略平行なレーザビーム２０２に導入されて、垂直方向ｙに沿った横方向幅ｗ２を超える方向２１２、ｚに沿った長手方向幅ｗ１を生成することができる。
【0138】
対応する実施形態が図２ｃおよび図２ｄに示されている。そのような実施形態では、焦点２０６は、横方向（並進方向２１２、または導波路１００の方向に対して、それぞれ）に沿ったレーザビーム２０２の幅ｗ２が最小であるレーザビーム２０２の方向に沿った位置において、レーザビーム２０２の方向に対して垂直な平面２１６ｇを指す。したがって、焦点において、レーザビーム２０２は、横方向ｘに沿ってビームウエストｗ２を呈する。さらに、第２の焦点２０６’は、レーザビーム２０２の方向に対して垂直な平面２１６ｈに対応して、並進方向２１２に沿ったレーザビーム２０２のウエストの位置ビームに形成される。第２の焦点２０６’では、焦点２０６とは反対に、ビーム幅の順序が反転され、すなわち、レーザビーム２０２の横方向幅は、長手方向幅を超える。横方向幅と比較して焦点内の長手方向幅が大きいことは、より滑らかなトラックの形成および形成された導波路の伝搬損失の低減をもたらし、したがって望ましい。したがって、焦点２０６は、第２の焦点２０６’ではなく導波路を形成するために使用される。シリンドリカルレンズなどの異方性集束素子による集束に関する詳細については、例えば、Ａ．Ｇ．Ｏｋｈｒｉｍｃｈｕｋ「Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｉｎ Ｉｏｎ－Ｄｏｐｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｃｒｙｓｔａｌｓ」，ＤＯＩ：１０．５７７２／１２８８５，ｉｎ：「Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔ Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ」，Ｎｏｖ．２０１０を参照されたい。
【0139】
楕円形断面を有するレーザビームを使用したＹＡＧ：Ｎｄへのトラックの書き込みは、以前にＳ．Ｓ．ＦｅｄｏｔｏｖおよびＡ．Ｇ．Ｏｋｈｒｉｍｃｈｕｋ，「Ｓｍｏｏｔｈ Ｗｒｉｔｉｎｇ Ｉｎ ＹＡＧ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｒｙｓｔａｌ ｗｉｔｈ Ｂｅａｍ Ｗａｉｓｔ ｏｆ ａｎ Ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ Ｃｒｏｓｓ－Ｓｅｃｔｉｏｎ」，Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃｓ／Ｌａｓｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，ｐ．ＪＴｈ４Ｂ．４０（ＯＳＡ，２０２０）において実証されている。しかしながら、そのような技術が電気光学材料に適用されることができるかどうか、および／または三角形の構成を生成するために適用されることができるかどうかの問題は、これまでのところ困難なままである。
【0140】
【0141】
図２ｆは、図２ａ、図２ｂ、図２ｃ、および図２ｄの平面２１６ｆに沿った導波路１００を製造するための装置の断面を示している。この平面２１６ｆにおいて、レーザビーム２０２は、楕円に対応する断面２２０を有する。並進方向２１２、ｚに対して垂直な方向ｘに沿った延伸部ｅ２は、並進方向２１２、ｚに沿った延伸部ｅ１を超える。
【0142】
図２ｇは、図２ａ、図２ｂ、図２ｃ、および図２ｄの平面２１６ｇに沿った導波路１００を製造するための装置の断面を示している。この平面２１６ｇは、レーザビームの焦点２０６に対応する。この平面２１６ｇ、２０６において、レーザビーム２０２は、並進ステージ２１０の方向２１２、ｚに沿った長手方向幅ｗ１と、並進ステージ２１０の方向２１２、ｚに対して垂直な方向ｘに沿った横方向幅ｗ２とを有する。並進ステージ２１０の方向２１２、ｚに沿った長手方向幅ｗ１は、並進ステージ２１０の方向２１２、ｚに対して垂直な方向ｘに沿った横方向幅ｗ２を超える。
【0143】
図２ｈは、図２ｃおよび図２ｄの平面２１６ｈに沿った導波路１００を製造するための装置の断面を示している。この平面２１６ｈは、レーザビームの第２の焦点に対応する。この平面２１６ｈ、２０６’において、レーザビーム２０２は、並進ステージ２１０の方向２１２、ｚに沿った長手方向幅と、並進ステージ２１０の方向２１２、ｚに対して垂直な方向ｘに沿った横方向幅とを有する。並進ステージ２１０の方向２１２、ｚに沿った長手方向幅は、並進ステージ２１０の方向２１２、ｚに対して垂直な方向ｘに沿った横方向幅よりも小さい。
【0144】
図２ｉのフロー図は、導波路デバイスを形成するための方法２３０の本質的なプロセスステップを要約している。本方法は、第１の屈折率を有する電気光学材料１０４を含む基材１０２を提供すること２３２から始まり、電気光学材料１０４内に導波路１００を形成すること２３４に進む。導波路１００を形成すること２３４は、導波路１００の複数のトラック１０６を形成すること２３６を含む。トラック１０６のいずれかを形成すること２３６は、焦点２０６内の屈折率を低減するためにレーザビーム２０２を電気光学材料１０４に集束させること２３８を含む。トラック１０６のいずれかを形成すること２３６は、トラック１０６を形成するために、導波路１００の方向ｚに沿ってレーザビーム２０２の焦点２０６を伝搬すること２４０をさらに含む。
【0145】
図３は、導波路を製造するための方法の好ましい実施形態を示している。図３の数字１０６’は、図２ａから図２ｉの文脈において説明した方法を使用してトラック１０６が書き込まれる順序を与える。より小さい番号のトラック１０６’が最初に書き込まれ、より大きい番号のトラック１０６’が後で書き込まれる。表面２０８からさらに離れて位置するトラックは、表面２０８の近くに位置するトラックの前に書き込まれる。このようにして、基材１０２に既に書き込まれたトラック１０６によるレーザビーム２０２の反射および散乱が最小化される。トラック１０６、１０６’のセットが表面２０８から同じ距離を有するとき、導波路の中心１１０のより近くに位置するセットのトラック１０６、１０６’が最初に書き込まれる。
【0146】
図４は、基材１０２の電気光学材料１０４内の導波路１００を有する導波路デバイスを示している。導波路１００は、図１ａ、図１ｂ、図１ｃ、図２ａから図２ｉおよび／または図３の文脈において説明したものと同様であってもよい。さらに、基材１０２の表面２０８には、複数３００の電極３０２、３０４が形成されている。距離ｈは、導波路１００のコア１１０の中心４０２を、幅ｗを有する最も近い電極３０２から分離する。２つの対向電極３０４は、表面２０８上の電極３０２の近傍に距離ｇで対称に構成されている。導波路１００の方向ｚに沿って、導波路１００および複数３００の電極３０２、３０４は、それらのそれぞれの長さに沿って並進対称性を有し、例えば導波路デバイスの湾曲または曲げによる僅かな変更を除いて、同一の断面を有する。
【0147】
電極３０２と対向電極３０４との間に制御電圧が印加され、導波路デバイスを動作させる。制御電圧を印加することは、コア１１０の位置に電界を誘起し、コア１１０の屈折率を変更する。したがって、導波路デバイスは、コア１１０に閉じ込められ、導波路の方向ｚに沿って伝搬する電磁波を変調するための電気光変調器として機能する。
【0148】
変調の程度は、電極３０２、３０４に制御電圧を印加することによって誘起されるコア１００の位置における電界の大きさに依存する。より短い長さを有する導波路デバイスを使用して、π位相シフトなどの電磁波の予め選択された変更を達成することを可能にするため、変調のより大きな程度が望ましい。導波路デバイスの長さが短いほど、予め選択された変更が実行されている間に電磁波が導波路１００内を伝搬するときに電磁波が被る伝搬損失を低減する。
【0149】
一般に、コア１１０と最も近い電極３００との間の距離ｈがより短い導波路デバイスを提供することは、コア１００の位置における電界および変調の程度を向上させる。トラック１０６の構成１０８によって形成された導波路１００の厚さｔが各方向において略同じ（等方性）である図４の実施形態では、コア１１０の中心４０２と最も近い電極３００との間の最小距離ｈは、導波路１００の厚さｔによって決定される。図示の実施形態によれば、最小の最小距離ｈは、厚さｔとコア１１０の半径との合計によって与えられる。
【0150】
図５ａは、電極３０２と対向電極３０４との間に制御電圧を印加することによって誘起される電界５００を示している。コアの位置１１０において、電界５００は、それぞれ表面２０８および／または電極２０８と基材１０２（または電気光学材料１０４）との間の界面に対してほぼ垂直に向けられる。したがって、コアの位置１１０における電界５００は、そのｙ成分Ｅｙによって特徴付けられることができる。ｙ成分Ｅｙは、電極３０２と基材１０２との界面において最大であり、電極３０２までの距離ｄが長くなるにつれて減少する。
【0151】
図５ｂは、電極３０２の異なる幅ｗについてのコアの領域１１０における電界の最大ｙ成分ｍａｘ（Ｅｙ）および最小ｙ成分ｍｉｎ（Ｅｙ）を示している。最大ｙ成分ｍａｘ（Ｅｙ）と最小ｙ成分ｍｉｎ（Ｅｙ）との間の小さい偏差は、コア１１０内に閉じ込められた電磁波の均一な変調を容易にするために望ましい。図５ｂは、導波路デバイスについて偏差が一般に小さく、約６０から１００μｍの電極３０２の幅ｗを使用してさらに最小化されることができることを示している。
【0152】
図６は、電極３０２と対向電極３０４との間に３７Ｖの制御電圧を印加することによって得られた、表面２０８に対して垂直な方向ｙに沿った偏光を有する光に対する屈折率の変化Δｎｙｙを示している。電極３０２の幅ｗが５０μｍであり、電極３０２と対向電極３０４との間の距離ｇが１０μｍである導波路デバイスについて、屈折率の変化Δｎｙｙを求めた。
【0153】
屈折率の変化を使用して、導波路デバイスをπ位相シフタとして動作させるのに適した導波路デバイスの長さＬが計算される。図７は、電極３０２の異なる幅ｗについて対応する長さＬを示し、電極３０２と対向電極３０４との間の距離ｇは３０μｍであり、コア１１０の中心４０２と最も近い電極３０２との間の距離ｈは５０μｍである。７０μｍなど、約５０から１００μｍの電極の最適化された幅ｗの場合、３０ｍｍの導波路デバイスの長さＬは、π位相シフタを確立するのに十分である。短い長さは、π位相シフトを受けるのに伴ってコア１１０における電磁波の伝搬の光路長を低減するため、電気光変調器の伝搬損失を最小にする。
【0154】
π位相シフタなどの電気光変調器用の導波路デバイスの長さＬは、それぞれ、コア１１０の位置において電界５００を増加させることによって、または電界５００とコアに閉じ込められた電磁波との間の重なりを増加させることによってさらに低減されることができる。
【0155】
図８ａは、導波路１００の中心４０２と最も近い電極３０２との間の低減された距離ｈを有する導波路デバイスの実施形態を示している。低減された距離ｈは、異方性厚さを有する、すなわち、異なる方向に沿って異なる厚さｔ、ｔ’を有するトラック１０６の構成１０８を形成することによって達成される。厚さｔ、ｔ’は、コア１１０と最も近い電極３０２との間の領域において最小である。したがって、導波路１００の最小厚さｔ’は、図４の実施形態のような等方性厚さｔではなく、コア１１０の中心４０２と最も近い電極３０２との間の最小距離ｈを決定付ける。導波路１００の最小厚さｔ’は、図４の実施形態の等方性厚さｔよりも小さい。これは、電極３０２と対向電極３０４との間に制御電圧を印加することにより、コア１１０の位置に誘起される電界を増強する。したがって、π位相シフタなどの電気光変調器は、導波路デバイスの長さＬおよび／または制御電圧を低減して実装されることができる。したがって、電気光変調器の伝搬損失が低減され、および／または電気光変調器のスイッチング周波数が増大される。例えば、図８ａの実施形態にかかる導波路デバイスは、３０ｍｍの長さを有して形成され、１３．５Ｖの制御電圧が印加されると、π位相シフタの形態の電気光変調器として動作可能である。したがって、図８ａの実施形態にかかる導波路デバイスは、低損失で高速な電気光変調器を提供する。
【0156】
図８ｂは、図８ａの実施形態に対応する導波路デバイスについて、導波路１００内を伝搬する電磁波の等電界線６００を示している。この実施形態では、トラック１０６の構成１０８の最小厚さｔ’は、単一のトラックに対応する。この幾何学的形状では、等電界線６００は、コア１１０に限定され、電極３０２との重なりは無視できる。その結果、図８ａ、図８ｂの実施形態にかかるトラック１０６の構成１０８は、距離ｈおよび長さＬが最小化されながら、低伝搬損失の機能導波路を提供する。
【0157】
図９ａおよび図９ｂは、導波路１００の最小厚さｔ’をさらに低減し、その結果、コア１１０と最も近い電極３０２との間の最小距離ｈをさらに低減した実施形態を示している。この実施形態では、最小厚さｔ’は、略ゼロであり、コア１１０と最も近い電極３０２との間の領域にトラックはない。コア１１０の中心４０２と電極３０２との間の距離は最小化され、コア４０２の半径に略対応する。したがって、電極３０２と対向電極３０４との間に制御電圧を印加することにより誘起されるコア１１０の位置における電界５００がさらに増強され、コア１１０を伝搬する電磁波の変調が増強される。
【0158】
しかしながら、コア１１０と最も近い電極３０２との間の領域にトラック１０６が存在しないと、コア１１０から電極３０２への電磁波の漏れをもたらす。これは、そのような実施形態の電磁波の等電界線６００を示す図９ｂに示されている。電磁波と電極３０２との重なりは、電極３０２における電磁波の吸収および伝搬損失の増加をもたらす。
【0159】
要約すると、図９ａおよび図９ｂの実施形態は、場合によっては電磁場のより強い歪みおよびより大きな伝搬損失を犠牲にするが、増強された電界５００およびコア１１０の位置における屈折率の変調を提供することができる。
【0160】
図１０のグラフは、１つのトラック１１６（図８ａ、図８ｂの実施形態）に対応する最小厚さｔ’および略ゼロの最小厚さｔ’（図９ａ、図９ｂの実施形態）を有する導波路デバイスの伝搬損失７００ａ、７００ｂ、７０２ａ、７０２ｂ、７０４ａ、７０４ｂを示している。
【0161】
詳細には、個々のデータセット７００ａ、７００ｂ、７０２ａ、７０２ｂ、７０４ａ、７０４は、以下の特性を有するデバイスの伝搬損失を示している：
７００ａ：１つのトラック１１６の最小厚さｔ’、銅電極、制御電圧３７Ｖ；
７００ｂ：１つのトラック１１６の最小厚さｔ’、銅電極、制御電圧０Ｖ；
７０２ａ：１つのトラック１１６の最小厚さｔ’、金電極、制御電圧３７Ｖ；
７０２ｂ：１つのトラック１１６の最小厚さｔ’、金電極、制御電圧０Ｖ；
７０４ａ：最小厚さｔ’＝０、銅電極、制御電圧３７Ｖ；
７０４ｂ：最小厚さｔ’＝０、銅電極、制御電圧０Ｖ。
７００ａ：１つのトラック１１６の最小厚さｔ’、銅電極、制御電圧３７Ｖ；
７００ｂ：１つのトラック１１６の最小厚さｔ’、銅電極、制御電圧０Ｖ；
７０２ａ：１つのトラック１１６の最小厚さｔ’、金電極、制御電圧３７Ｖ；
７０２ｂ：１つのトラック１１６の最小厚さｔ’、金電極、制御電圧０Ｖ；
７０４ａ：最小厚さｔ’＝０、銅電極、制御電圧３７Ｖ；
７０４ｂ：最小厚さｔ’＝０、銅電極、制御電圧０Ｖ。
【0162】
図１０は、１４μｍのコアの中心４０２と最も近い電極３０２との間の最適化された距離ｈに対して、（図８ａ、図８ｂの実施形態）１つのトラック１１６に対応する最小厚さｔ’を有するデバイスが、０．１５ｄＢ／ｃｍ（銅電極）または０．２ｄＢ／ｃｍ（金電極）という低い伝搬損失を提供することを示している。したがって、長さＬが３ｃｍの対応する導波路デバイスは、０．４５ｄＢ（銅電極）または０．６ｄＢ（金電極）の全伝搬損失を有する。対照的に、略ゼロ（図９ａ、図９ｂの実施形態）の最小厚さｔ’を有するデバイスの場合、伝搬損失は、約０．６５ｄＢ／ｃｍである。
【0163】
図１１および図１２は、代替的な実施形態にかかる導波路デバイスを示している。図１１および図１２に示す実施形態の導波路１００は、図１ａ、図１ｂ、および図１ｃの実施形態の文脈において説明した導波路と同様であり、図２ａから図２ｉおよび図３の文脈において説明した装置および方法を使用して製造される。導波路デバイスのそれぞれはまた、複数３００の電極３０２、３０４を備える。
【0164】
しかしながら、図１１および図１２の実施形態にかかる導波路デバイスは、電極３００、３０２、３０４の幾何学的構成が互いに異なり、上述した実施形態とは異なる。特に、図１１および図１２の実施形態の電極３０２および対向電極３０４は、表面２０８の下方に少なくとも部分的に構成される。換言すれば、表面２０８は、表面２０８に対して垂直な方向ｙに沿った位置であって、電極３０２および電極３０４の少なくとも一部の上方に位置している。
【0165】
図１１の実施形態では、電極３０２および対向電極３０４は、導波路１００の両側に位置する。電極３００、３０２、３０４は、導波路１００に平行であり、表面２０８に対して垂直な平面ｙ，ｚにおいて略平坦である。そのような電極は、図２ａから図２ｉおよび図３の文脈において説明したように、まず基材１０２の電気光学材料１０４内に導波路１００を形成することによって製造される。その後、エッチングまたはレーザ切断ステップが実行されて、基材１０２の一部を選択的に除去し、形成される電極３００、３０２、３０４の形状を有する空隙構造を生成する。エッチングまたはレーザ切断ステップは、フォトリソグラフィエッチングステップ、特に異方性エッチングステップ、またはマスクレスレーザ切断ステップ、またはこれら２つの組み合わせを使用することができる。その後、構造化空隙は、例えば真空チャンバ内の気相から堆積されたチタン、タンタル、金もしくは銅またはそれらの組み合わせなどの導電性材料によって充填される。
【0166】
図１２の実施形態は、図１１の実施形態と同様であるが、湾曲電極３００、３０２、３０４を有する。湾曲電極３００、３０２、３０４は、電極３０２と対向電極３０４との間に印加される制御電圧によって誘起される電界と、コア１１０を伝搬する電磁波との重なりをさらに改善する。湾曲電極３００、３０２、３０４は、少なくとも１つのフォトリソグラフィエッチングステップを使用して、特に異方性エッチングステップと等方性エッチングステップとの組み合わせ、および／またはマスクレスレーザ切断ステップを使用して製造される。上述した電極３００、３０２、３０４と比較して、図１２の実施形態の電極３００、３０２、３０４のより複雑な形状は、図１２の導波路デバイスの製造をより困難且つ高価にする可能性がある。
【0167】
説明および図面は、本開示およびそれに関連する多数の利点を説明するのに役立つにすぎず、いかなる限定も意味すると解釈されるべきではない。本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲から決定されるべきである。
【符号の説明】
【0168】
１００ 導波路
１００ａ，１００ｂ 導波路の第１の端部、導波路の第２の端部
１０２ 基材
１０４ 電気光学材料
１０６，１０６’ トラック
１０８ 導波路の方向に対して垂直な平面内の構成
１１０ 中央領域、導波路のコア
１１２ トラックの構成の第１の中断部
１１４ 導波路の方向に対して垂直な平面（ｘｙ平面）
１１６ 正三角形
１１８ａ－ｄ 正三角形の格子
１２０ 導波路デバイス
ｚ 導波路の方向
ｔ，ｔ’ 導波路の厚さ
２００ レーザを有するレーザ装置
２０２ レーザビーム
２０４ 顕微鏡対物レンズ
２０６ 焦点
２０６’ 第２の焦点
２０８ 第１の表面
２１０ 並進ステージ
２１２ 並進方向
２１４ スリット
２１６ｅ，２１６ｆ，２１６ｇ，２１６ｈ 基準面
２１８ 略円形断面
２２０ 楕円に対応する断面
２２２ 異方性集束素子、シリンドリカルレンズ
ｅ１ 第１の延伸部
ｅ２ 第２の延伸部
２３０ 導波路デバイスの製造方法
２３２ 基材を提供する
２３４ 導波路を形成する
２３６ 複数のトラックを形成する
２３８ レーザビームを電気光学材料内に集束させる
２４０ レーザビームの焦点を伝搬する
ｗ１ 焦点におけるレーザビームの（並進ステージの並進方向に対する）長手方向幅
ｗ２ 焦点におけるレーザビームの（並進ステージの並進方向に対する）横方向幅
３００ 複数の電極
３０２ 電極
３０４ 対向電極
４０２ コアの中心
ｇ 電極と対向電極との間の距離
ｈ コア中心と最も近い電極との間の距離
ｗ 電極の幅
５００ 電界
ｄ 第１の表面からの距離
Ｌ 導波路の方向に沿った電極の延伸部
６００ 等電界線
７００ａ，７００ｂ 伝搬損失
７０２ａ，７０２ｂ 伝搬損失
７０４ａ，７０４ｂ 伝搬損失
１００ａ，１００ｂ 導波路の第１の端部、導波路の第２の端部
１０２ 基材
１０４ 電気光学材料
１０６，１０６’ トラック
１０８ 導波路の方向に対して垂直な平面内の構成
１１０ 中央領域、導波路のコア
１１２ トラックの構成の第１の中断部
１１４ 導波路の方向に対して垂直な平面（ｘｙ平面）
１１６ 正三角形
１１８ａ－ｄ 正三角形の格子
１２０ 導波路デバイス
ｚ 導波路の方向
ｔ，ｔ’ 導波路の厚さ
２００ レーザを有するレーザ装置
２０２ レーザビーム
２０４ 顕微鏡対物レンズ
２０６ 焦点
２０６’ 第２の焦点
２０８ 第１の表面
２１０ 並進ステージ
２１２ 並進方向
２１４ スリット
２１６ｅ，２１６ｆ，２１６ｇ，２１６ｈ 基準面
２１８ 略円形断面
２２０ 楕円に対応する断面
２２２ 異方性集束素子、シリンドリカルレンズ
ｅ１ 第１の延伸部
ｅ２ 第２の延伸部
２３０ 導波路デバイスの製造方法
２３２ 基材を提供する
２３４ 導波路を形成する
２３６ 複数のトラックを形成する
２３８ レーザビームを電気光学材料内に集束させる
２４０ レーザビームの焦点を伝搬する
ｗ１ 焦点におけるレーザビームの（並進ステージの並進方向に対する）長手方向幅
ｗ２ 焦点におけるレーザビームの（並進ステージの並進方向に対する）横方向幅
３００ 複数の電極
３０２ 電極
３０４ 対向電極
４０２ コアの中心
ｇ 電極と対向電極との間の距離
ｈ コア中心と最も近い電極との間の距離
ｗ 電極の幅
５００ 電界
ｄ 第１の表面からの距離
Ｌ 導波路の方向に沿った電極の延伸部
６００ 等電界線
７００ａ，７００ｂ 伝搬損失
７０２ａ，７０２ｂ 伝搬損失
７０４ａ，７０４ｂ 伝搬損失
【図1a】
【図1b】
【図1c】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図2d】
【図2e】
【図2f】
【図2g】
【図2h】
【図2i】
【図3】
【図4】
【図5a】
【図5b】
【図6】
【図7】
【図8a】
【図8b】
【図9a】
【図9b】
【図10】
【図11】
【図12】
【外国語明細書】