光デバイスまたは光変調装置
【課題】印加電界に対して複雑な屈折率特性を有する結晶を用いて、高速な光変調器動作をさせる。
【解決手段】基板と、基板上に形成され、並走する第１光導波路および第２光導波路を有する誘電体膜と、誘電体膜上に形成され、第１光導波路および第２光導波路の間に配置された信号線と、第１光導波路に対する第２光導波路とは反対側の第１領域および第２光導波路に対する第１光導波路とは反対側の第２領域に配置された第１および第２バイアス電極とを有する伝送線路と、第１バイアス電極および第２バイアス電極に互いに異なる第１バイアス電圧および第２バイアス電圧を印加し、信号線に第１バイアス電圧および第２バイアス電圧の間の制御電圧を印加する駆動回路部と、を備える光デバイスを提供する。
【解決手段】基板と、基板上に形成され、並走する第１光導波路および第２光導波路を有する誘電体膜と、誘電体膜上に形成され、第１光導波路および第２光導波路の間に配置された信号線と、第１光導波路に対する第２光導波路とは反対側の第１領域および第２光導波路に対する第１光導波路とは反対側の第２領域に配置された第１および第２バイアス電極とを有する伝送線路と、第１バイアス電極および第２バイアス電極に互いに異なる第１バイアス電圧および第２バイアス電圧を印加し、信号線に第１バイアス電圧および第２バイアス電圧の間の制御電圧を印加する駆動回路部と、を備える光デバイスを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスまたは光変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
印加する電界強度に対して屈折率の変化がＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）とは異なる、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰｂＬａＺｒＴｉＯ系の複合酸化物、ＰＬＺＴと略す）結晶等を用いたマッハツェンダ型光デバイスが知られていた（例えば、特許文献１参照）。このような光デバイスは、マッハツェンダ導波路の外側の２つの電極にバイアス電圧と制御電圧とを印加して、光変調器として動作させることが知られていた（例えば、非特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２００６−５８８３７号公報
非特許文献１ G.H. Jin, et al., "PLZT Film Waveguide Mach-Zehnder Electrooptic Modulator", Journal of Lightwave Technology, Vol. 18, No. 6, June 2000
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような光デバイスは、マッハツェンダ導波路の外側の２つの電極に高速な制御信号を印加する方法がとられていたが、この場合は、複数のバイアスＴ、付加回路、および差動信号ドライバ等が必要になり、複雑な制御回路になっていた。また、この場合、マッハツェンダ導波路の内側の電極をＧＮＤとして用いることになるので、高周波電界を印加して動作させると電極の面積が不十分になってＧＮＤとして機能しないなど、電極の設計が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、基板と、基板上に形成され、並走する第１光導波路および第２光導波路を有する誘電体膜と、誘電体膜上に形成され、第１光導波路および第２光導波路の間に配置された信号線と、第１光導波路に対する第２光導波路とは反対側の第１領域および第２光導波路に対する第１光導波路とは反対側の第２領域に配置された第１および第２バイアス電極とを有する伝送線路と、第１バイアス電極および第２バイアス電極に互いに異なる第１バイアス電圧および第２バイアス電圧を印加し、信号線に第１バイアス電圧および第２バイアス電圧の間の制御電圧を印加する駆動回路部とを備える光デバイスを提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施形態に係る光デバイス部１００の構成例を駆動回路部２００と共に示す。
【図２】図１のＡ−Ａ'断面を、駆動回路部２００と共に示す。
【図３】本実施形態に係る誘電体膜２０の印加電界に対する屈折率の変化の一例を示す。
【図４】本実施形態に係る駆動回路部２００の駆動電圧ＶＲＦの一例を示す。
【図５】本実施形態に係る光デバイス部１００の電極間電圧の一例を示す。
【図６】本実施形態に係る光デバイス部１００の変形例を駆動回路部２００と共に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本実施形態に係る光デバイス部１００の構成例を駆動回路部２００と共に示す。光デバイス部１００は、印加電界強度に対する屈折率の変化がＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）とは異なる強誘電体結晶で形成されるマッハツェンダ型光導波路と、信号線と信号線を挟む２つのバイアス印加電極を有するコプレーナ型電極とを備え、マッハツェンダ光導波路へ効率的に変調電界を印加して、入力された光を変調電界に応じて変調させて出力する。光デバイス部１００は、第１光導波路１１０と、第２光導波路１２０と、信号線１３０と、第１バイアス電極１３２と、第２バイアス電極１３４と、第１光カプラ１４０と、第２光カプラ１４２とを備える。
【０００９】
第１光導波路１１０および第２光導波路１２０は、誘電体材料の断面を凸状にしたリッジ型の構造をとり、入力される光を伝送する。第１光導波路１１０および第２光導波路１２０は、伝送する光の波長に応じた幅および高さで凸状に形成されてよい。
【００１０】
信号線１３０は、第１光導波路１１０および第２光導波路１２０の間に配置される。信号線１３０は、一端が周波数信号源２６０に接続され、他端が終端抵抗２５０に接続され、一端から入力される周波数信号を他端へと伝送する。
【００１１】
第１バイアス電極１３２は、信号線１３０と、第１光導波路１１０に対する第２光導波路１２０とは反対側の領域に配置される。第１バイアス電極１３２は、第１バイアス電圧が印加される。第２バイアス電極１３４は、信号線１３０と、第２光導波路１２０に対する第１光導波路１１０とは反対側の領域に配置される。第２バイアス電極１３４は、第２バイアス電圧が印加される。
【００１２】
ここで、信号線１３０、第１バイアス電極１３２、および第２バイアス電極１３４は、コプレーナ伝送線路を形成する。即ち、信号線１３０の線幅、信号線１３０と第１バイアス電極１３２との間隔、および信号線１３０と第２バイアス電極１３４との間隔は、信号線１３０が伝送する信号周波数に応じて予め定められた値で形成される。これによって、信号線１３０は、数十ＧＨｚに至る高周波信号を伝送することができる。
【００１３】
第１光カプラ１４０は、光デバイス部１００への入力光を分岐して第１光導波路１１０および第２光導波路１２０へと導く。第２光カプラ１４２は、第１光導波路１１０および第２光導波路１２０からの光を合波する。第２光カプラ１４２は、合波した光を光デバイス部１００の出力光として出力する。
【００１４】
第１光カプラ１４０および第２光カプラ１４２は、２つの入力部のいずれの入力部から入力される光を１対１に分岐して２つの出力部からそれぞれ出力する、２入力２出力の３ｄＢ光カプラであってよい。これに代えて、第１光カプラ１４０は１入力２出力の光分岐カプラ、第２光カプラ１４２は２入力１出力の光合波カプラであってよい。第１光カプラ１４０および第２光カプラ１４２は、マルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラであってよい。
【００１５】
ここで、第１光導波路１１０、第２光導波路１２０、第１光カプラ１４０、および第２光カプラ１４２は、マッハツェンダ型光導波路を形成する。即ち、光デバイス部１００は、入力光を第１光カプラ１４０で２つに分岐して第１光導波路１１０および第２光導波路１２０へと伝送させ、第２光カプラ１４２で合波して合波した光を出力する。ここで光デバイス部１００は、駆動回路部２００からコプレーナ伝送路に印加された信号に応じて、第１光導波路１１０および第２光導波路１２０に電界を印加して伝送する光の位相を変調し、第２光カプラ１４２で合波することで位相差に応じて強度変調された光を出力する。
【００１６】
駆動回路部２００は、第１バイアス電極１３２および第２バイアス電極１３４に互いに異なる第１バイアス電圧および第２バイアス電圧を印加し、信号線１３０に第１バイアス電圧および第２バイアス電圧の間の制御電圧を印加する。駆動回路部２００は、基準電圧２１０と、第１電源部２２０と、第２電源部２２２と、第１インダクタ２３０と、第２インダクタ２３２と、第１コンデンサ２４０と、第２コンデンサ２４２と、終端抵抗２５０と、周波数信号源２６０を備える。
【００１７】
基準電圧２１０は、予め定められた電圧を供給する。本実施例において、基準電圧２１０は、ＧＮＤ（０Ｖ）電圧である。
【００１８】
第１電源部２２０は、第１バイアス電圧を、第１インダクタ２３０を介して第１バイアス電極１３２へ供給する。第１インダクタ２３０は、第１バイアス電圧を出力する第１電源部２２０と第１バイアス電極１３２との間に接続される。
【００１９】
第１コンデンサ２４０は、基準電圧２１０と第１バイアス電極１３２との間に接続される。これによって、第１バイアス電極１３２は、直流成分をオープンとしつつ、駆動周波数成分を低抵抗で基準電圧であるＧＮＤ電圧に接続する。
【００２０】
第２電源部２２２は、第２バイアス電圧を、第２インダクタ２３２を介して第２バイアス電極１３４へ供給する。第２インダクタ２３２は、第２バイアス電圧を出力する第２電源部２２２と第２バイアス電極１３４との間に接続される。
【００２１】
第２コンデンサ２４２は、基準電圧２１０と第２バイアス電極１３４との間に接続される。これによって、第２バイアス電極１３４は、直流成分をオープンとしつつ、駆動周波数成分を低抵抗で基準電圧であるＧＮＤ電圧に接続する。
【００２２】
終端抵抗２５０は、信号線１３０を終端する。一例として、信号線１３０は特性インピーダンスが５０Ωの伝送線路であり、終端抵抗２５０の抵抗値は５０Ωである。
【００２３】
周波数信号源２６０は、信号線１３０に予め定められた周波数の周波数信号を制御信号として供給する。ここで、周波数信号源２６０は、数十ＧＨｚに至る周波数信号を供給してよい。
【００２４】
以上のように、第１バイアス電極１３２および第２バイアス電極１３４は、第１バイアス電圧および第２バイアス電圧がそれぞれ供給されつつ、高周波数的にはＧＮＤ電圧に接続され、信号線１３０は、一端が終端され他端から高周波信号が供給される。即ち、信号線１３０、第１バイアス電極１３２、および第２バイアス電極１３４は、周波数信号源２６０が供給する駆動周波数においてコプレーナ伝送路として機能する。
【００２５】
図２は、図１のＡ−Ａ'断面を、駆動回路部２００と共に示す。ここで、本図において、図１に示された本実施形態に係る光デバイス部１００および駆動回路部２００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。光デバイス部１００は、基板１０と、誘電体膜２０と、絶縁膜３０とを備える。
【００２６】
基板１０は、単結晶材料で形成される。例えば、基板１０は、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）基板またはＭｇＯ基板である。一例として、基板１０は、サファイア基板の（１１０２）面が表面になるように切り出されて研磨された、Ｒ−ｃｕｔサファイアと呼ばれる基板である。
【００２７】
これに代えて、基板１０は、何らかの層が基板上に積層されたものでよい。即ち基板１０は、表面上に誘電体膜２０を成膜するので、基板材料が誘電体膜２０へ拡散することの防止および／または誘電体膜２０と格子整合のするためのバッファ層が積層された基板でよい。
【００２８】
誘電体膜２０は、基板１０上に形成され、並走する第１光導波路１１０および第２光導波路１２０を有する。また、誘電体膜２０は、第１光導波路１１０および第２光導波路１２０とそれぞれ接続する第１光カプラ１４０および第２光カプラ１４２を有する。
【００２９】
誘電体膜２０は、強誘電体薄膜である。誘電体膜２０は、エピタキシャル成長で形成されてよい。誘電体膜２０は、例えば１０μｍ以下の厚さの薄膜でよい。また、誘電体膜２０は、８５０ｎｍ帯、１３００ｎｍ帯、および１５００ｎｍ帯といった光通信で用いられる波長の光を伝送する光導波路のコア材料を形成してよい。また、誘電体膜２０は、伝送する光の波長に基づいて、膜厚が設計されてよい。
【００３０】
誘電体膜２０は、ＰＺＴ薄膜、ＰＬＺＴ薄膜、またはＢａＴｉＯ３薄膜といった強誘電体薄膜である。ＰＬＺＴ結晶、ＰＺＴ結晶、およびＢａＴｉＯ３結晶等は、結晶構造の一種であるペロブスカイト構造を有する強誘電体結晶であり、温度および材料組成によって正方晶、斜方晶、菱面体晶、または立方晶等の結晶構造に変化する。しかしながら、ＰＬＺＴ結晶等は、特定の基板上に薄膜として成長させると、基板材料の格子定数とバルクの単結晶基板の格子定数とが異なるので、薄膜に応力が印加されて結晶構造が変化する場合がある。
【００３１】
例えば、誘電体膜２０であるＰＬＺＴ薄膜がサファイア（１１０２）基板上に形成された場合、ＰＬＺＴ薄膜は、 ＰＬＺＴ［１１０］方向に優先配向する。このように、誘電体膜２０は、結晶配列方向を適切に選択した基板１０上に適切な構造の結晶として形成されると、基板１０の表面と並行に結晶が配向するので、自発分極の方向を基板１０の面と並行にすることができる。これにより、光デバイス部１００は、ＰＬＺＴ薄膜の分極容易軸に対して平行に電界を印加するデバイスに適した基板を提供できる。
【００３２】
絶縁膜３０は、誘電体膜２０上に形成される。絶縁膜３０は、ＳｉＯ２またはＳｉＮｘを含む。絶縁膜３０は、誘電体膜２０より比誘電率が低い低誘電率膜でよい。ここで、基板１０も、誘電体膜２０より比誘電率が低くてよい。例えば、絶縁膜３０および基板１０の比誘電率はそれぞれ１０以下、誘電体膜２０の比誘電率は数百から数千程度である。
【００３３】
これによって、比誘電率の高い誘電体膜２０は、比誘電率および屈折率の低い基板１０と絶縁膜３０で挟まれる構造になるので、効率的な光の閉じ込め効果を有する第１光導波路１１０および第２光導波路１２０を形成することができる。また、光デバイス部１００に変調信号を与えて変調器として用いる場合、基板１０および絶縁膜３０の厚みや材質を変えて実効誘電率を調整することで、変調信号の伝送速度と第１光導波路１１０および第２光導波路１２０を伝送する光波の伝送速度とを一致させる速度整合を実現させることができる。また、基板１０と絶縁膜３０は、変調信号を伝送させる伝送ラインの特性インピーダンスを、例えば５０Ωといった予め定められた値にすることができる。
【００３４】
信号線１３０と第１バイアス電極１３２および第２バイアス電極１３４とを有する伝送線路は、絶縁膜上に形成される。伝送線路は、金を含む金属で形成されてよい。伝送線路は、第１光導波路１１０および第２光導波路１２０に対して、基板１０の表面と平行な方向の電界を印加する。例えば、信号線１３０および第１バイアス電極１３２は、図中のＶ１で示したように、第１光導波路１１０に電界を印加し、信号線１３０および第２バイアス電極１３４は、図中のＶ２で示したように、第２光導波路１２０に電界を印加する。
【００３５】
図３は、本実施形態に係る誘電体膜２０の印加電界に対する屈折率の変化の一例を示す。図中の横軸は、誘電体膜２０へ印加する電圧に応じて生じる印加電界強度を示す。縦軸は、誘電体膜２０の印加電界に対する屈折率の変化を示す。
【００３６】
ＰＬＺＴ結晶、ＰＺＴ結晶、およびＢａＴｉＯ３結晶等によって形成される誘電体膜２０は、印加電界に対して分極反転を生じるので、印加電界に対して直線的な屈折率変化を示すＬＮ結晶等とは異なり、印加電界に対して例えばバタフライ形状の複雑な屈折率変化を示す。したがって、誘電体膜２０は、制御信号として正弦波電圧を印加する場合に、オフセット電圧を加えないと、屈折率の変化は正弦波から歪んだ特性となる。ここで、自発分極を有し、印加電界に対して分極が反転する誘電体膜を強誘電体膜と呼ぶ。
【００３７】
一方、正負の印加電界範囲において直線的な屈折率変化を示すＬＮ結晶等は、マッハツェンダ型光導波路を形成して光変調器として用いる場合、Ｇ（グランド）、Ｓ（シグナル）、Ｇ（グランド）電極を備えるコプレーナ伝送線路を形成して変調動作させることが知られている。このようなＬＮ光変調器は、マッハツェンダ型光導波路の並走する２本の光導波路間にＳ電極が配置されて制御信号が印加され、当該並走する２本の光導波路は、互いに逆方向の電界がそれぞれ印加される。即ち、並走する２本の光導波路を通過する光は、逆方向の位相変化を受けて光変調動作する。
【００３８】
しかしながら、ＰＬＺＴ等の強誘電体は、図のように、印加電界強度の絶対値の変化に対して、正の印加電界範囲の屈折率の傾きと、負の印加電界範囲の屈折率の傾きとが、ほぼ一致するように変化する。このような強誘電体を用いた光デバイスは、ＬＮ光変調器と同様のＧＳＧ型のコプレーナ伝送線路を適用する場合、並走する２本の光導波路に同一方向の電界が印加される。即ち、並走する２本の光導波路内を通過する光は、同一方向の位相変化を受けて位相差が得られないので、ＰＬＺＴ等の強誘電体を用いた光デバイスは、光変調器または光スイッチとしての動作が不安定、または動作不能となっていた。
【００３９】
これに対して、本実施例の駆動回路部２００は、オフセット電圧であるバイアス電圧Ｖｂを制御信号に加えて誘電体膜２０に印加する。ここで、バイアス電圧Ｖｂは、バイアス電圧Ｖｂを中心として制御信号の振幅電圧だけ増減しても、誘電体膜２０の屈折率変化がほぼ直線的に変化するように、予め定められてよい。一例として、制御信号の振幅電圧を２０Ｖとすると、８０〜１２０Ｖの範囲でほぼ直線的に変化する誘電体膜２０の屈折率変化を用いるように、Ｖｂは１００Ｖと定められる。
【００４０】
このように、バイアス電圧Ｖｂを印加することによって、誘電体膜２０は、印加された制御信号とほぼ相似な屈折率変化の特性を示すことができる。ここで、図中の例における誘電体膜２０は、印加電界に対して負の傾きの屈折率変化を示すので、印加された正弦波の制御信号に対して位相が反転する。
【００４１】
図４は、本実施形態に係る駆動回路部２００の駆動電圧ＶＲＦの一例を示す。図中の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。ここで、第１バイアス電極１３２は、第１バイアス電圧として正極のバイアスが印加されるバイアス電極であり、第２バイアス電極１３４は、第２バイアス電圧として負極のバイアスが印加されるバイアス電極である。
【００４２】
例えば、第１電源部２２０は、第１バイアス電圧としてＶｂ＋（＝１００Ｖ）を、第１バイアス電極１３２へ供給し、第２電源部２２２は、第２バイアス電圧としてＶｂ−（＝−１００Ｖ）を、第２バイアス電極１３４へ供給する。また、周波数信号源２６０は、第１バイアス電圧Ｖｂ＋および第２バイアス電圧Ｖｂ−の間の制御信号である振幅２０Ｖの正弦波信号ＶＲＦを信号線１３０に印加する。
【００４３】
したがって、第１光導波路１１０は、第１バイアス電圧Ｖｂ＋が印加された第１バイアス電極１３２と、正弦波信号ＶＲＦが印加された信号線１３０との電極間電圧Ｖ１＝Ｖｂ＋−ＶＲＦが印加される。同様に、第２光導波路１２０は、第２バイアス電圧Ｖｂ−が印加された第２バイアス電極１３４と、正弦波信号ＶＲＦが印加された信号線１３０との電極間電圧Ｖ２＝ＶＲＦ−Ｖｂ−が印加される。
【００４４】
図５は、本実施形態に係る光デバイス部１００の電極間電圧の一例を示す。図中の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。電極間電圧Ｖ１＝Ｖｂ＋−ＶＲＦは、Ｖｂ＋（＝１００Ｖ）を中心に、振幅２０Ｖだけ増減する位相が１８０度反転した正弦波信号の波形となる。また、電極間電圧Ｖ２＝ＶＲＦ−Ｖｂ−は、−Ｖｂ−（＝Ｖｂ＋＝１００Ｖ）を中心に、振幅２０Ｖだけ増減する正弦波信号の波形となる。
【００４５】
即ち、駆動回路部２００は、光デバイス部１００の第１光導波路１１０および第２光導波路１２０に対して、逆位相の電界を印加することができる。このように、駆動回路部２００は、第１光導波路１１０および第２光導波路１２０にｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ駆動することで、第１光導波路１１０または第２光導波路１２０の片側だけに電界を印加する片側駆動に比べて、２つの光導波路を伝わる光の位相差を約２倍にすることができる。
【００４６】
このように、駆動回路部２００は、１つの周波数信号源２６０からの制御信号を用いて、ＰＬＺＴ等で形成された第１光導波路１１０および第２光導波路１２０にｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ駆動させる電界を効率的に印加することができる。これによって、光デバイス部１００および駆動回路部２００は、複数のバイアスＴ、付加回路、および差動信号ドライバ等を用いずに光変調動作を実行することができる。
【００４７】
以上の本実施形態に係る光デバイス部１００および駆動回路部２００によれば、印加電界強度に対して屈折率が複雑に変化するＰＬＺＴ結晶等を用いたマッハツェンダ型光デバイスに対して、コプレーナ型電極を形成して高速な制御信号を伝送させつつ、制御信号に応じて２つの光導波路に逆位相の電界を印加することができる。これによって、光デバイス部１００は、数十ＧＨｚの制御信号に追随する光変調器として動作することができる。
【００４８】
以上の本実施形態において、光デバイス部１００は、絶縁膜３０を備え、変調信号の伝送速度と第１光導波路１１０および第２光導波路１２０を伝送する光波の伝送速度とを一致させて速度整合することを説明した。これに代えて、制御信号が数ＧＨｚ程度以下等、速度整合が必要ない場合は、絶縁膜３０は無くてもよい。この場合、信号線１３０と第１バイアス電極１３２および第２バイアス電極１３４とを有する伝送線路は、誘電体膜２０上に形成される。
【００４９】
図６は、本実施形態に係る光デバイス部１００の変形例を駆動回路部２００と共に示す。本図において、図１および図２に示された本実施形態に係る光デバイス部１００および駆動回路部２００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本変形例において、光デバイス部１００は、接地電極６１０、６１２と、外部電極部６２０、６２２と、第３コンデンサ６３０と、第４コンデンサ６３２とを備える。
【００５０】
接地電極６１０は、信号線１３０と、第１光導波路１１０に対する第２光導波路１２０とは反対側の領域において、誘電体膜２０と接してまたは絶縁膜３０の内部に設けられ、予め定められた基準電圧に接続される。接地電極６１２は、信号線１３０と、第２光導波路１２０に対する第１光導波路１１０とは反対側の領域において、誘電体膜２０と接してまたは絶縁膜３０の内部に設けられ、予め定められた基準電圧に接続される。
【００５１】
外部電極部６２０は、絶縁膜３０上に形成され、接地電極６１０と電気的に接続される。外部電極部６２０は、駆動回路部２００の基準電圧２１０に接続される。外部電極部６２２は、絶縁膜３０上に形成され、接地電極６１２と電気的に接続される。外部電極部６２２は、駆動回路部２００の基準電圧２１０に接続される。
【００５２】
第３コンデンサ６３０は、接地電極６１０と第１バイアス電極１３２との間に接続される。第３コンデンサ６３０は、例えば、金属で形成された２枚の電極膜を絶縁膜３０内に有し、当該電極膜内の絶縁物を誘電体としたコンデンサである。これに代えて、第３コンデンサ６３０は、金属で形成された１枚の電極膜を絶縁膜３０内に有し、当該電極膜と接地電極６１０との間の絶縁物を誘電体としたコンデンサであってよい。
【００５３】
第４コンデンサ６３２は、接地電極６１２と第２バイアス電極１３４との間に接続される。第４コンデンサ６３２は、例えば、金属で形成された２枚の電極膜を絶縁膜３０内に有し、当該電極膜内の絶縁物を誘電体としたコンデンサである。これに代えて、第４コンデンサ６３２は、金属で形成された１枚の電極膜を絶縁膜３０内に有し、当該電極膜と接地電極６１２との間の絶縁物を誘電体としたコンデンサであってよい。
【００５４】
このように、本変形例の光デバイス部１００は、絶縁膜３０内に、絶縁膜３０の一部の絶縁物を用いたコンデンサを形成する。これによって、駆動回路部２００の第１コンデンサ２４０および第２コンデンサ２４２を省略することができる。
【００５５】
以上の実施形態において、駆動回路部２００は、周波数信号源２６０を備え、信号線１３０に予め定められた周波数の周波数信号を供給する例を説明した。これに代えて、駆動回路部２００は、パルス信号源またはスイッチ回路等を備え、信号線１３０にパルス信号またはスイッチング制御信号を供給してもよい。これによって、光デバイス部１００は、パルス信号またはスイッチング制御信号に応じて、入力された光を出力するか否かを切り換える光スイッチとして動作することができる。
【００５６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 基板、２０ 誘電体膜、３０ 絶縁膜、１００ 光デバイス部、１１０ 第１光導波路、１２０ 第２光導波路、１３０ 信号線、１３２ 第１バイアス電極、１３４ 第２バイアス電極、１４０ 第１光カプラ、１４２ 第２光カプラ、２００ 駆動回路部、２１０ 基準電圧、２２０ 第１電源部、２２２ 第２電源部、２３０ 第１インダクタ、２３２ 第２インダクタ、２４０ 第１コンデンサ、２４２ 第２コンデンサ、２５０ 終端抵抗、２６０ 周波数信号源、６１０ 接地電極、６１２ 接地電極、６２０ 外部電極部、６２２ 外部電極部、６３０ 第３コンデンサ、６３２ 第４コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスまたは光変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
印加する電界強度に対して屈折率の変化がＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）とは異なる、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰｂＬａＺｒＴｉＯ系の複合酸化物、ＰＬＺＴと略す）結晶等を用いたマッハツェンダ型光デバイスが知られていた（例えば、特許文献１参照）。このような光デバイスは、マッハツェンダ導波路の外側の２つの電極にバイアス電圧と制御電圧とを印加して、光変調器として動作させることが知られていた（例えば、非特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２００６−５８８３７号公報
非特許文献１ G.H. Jin, et al., "PLZT Film Waveguide Mach-Zehnder Electrooptic Modulator", Journal of Lightwave Technology, Vol. 18, No. 6, June 2000
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような光デバイスは、マッハツェンダ導波路の外側の２つの電極に高速な制御信号を印加する方法がとられていたが、この場合は、複数のバイアスＴ、付加回路、および差動信号ドライバ等が必要になり、複雑な制御回路になっていた。また、この場合、マッハツェンダ導波路の内側の電極をＧＮＤとして用いることになるので、高周波電界を印加して動作させると電極の面積が不十分になってＧＮＤとして機能しないなど、電極の設計が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、基板と、基板上に形成され、並走する第１光導波路および第２光導波路を有する誘電体膜と、誘電体膜上に形成され、第１光導波路および第２光導波路の間に配置された信号線と、第１光導波路に対する第２光導波路とは反対側の第１領域および第２光導波路に対する第１光導波路とは反対側の第２領域に配置された第１および第２バイアス電極とを有する伝送線路と、第１バイアス電極および第２バイアス電極に互いに異なる第１バイアス電圧および第２バイアス電圧を印加し、信号線に第１バイアス電圧および第２バイアス電圧の間の制御電圧を印加する駆動回路部とを備える光デバイスを提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施形態に係る光デバイス部１００の構成例を駆動回路部２００と共に示す。
【図２】図１のＡ−Ａ'断面を、駆動回路部２００と共に示す。
【図３】本実施形態に係る誘電体膜２０の印加電界に対する屈折率の変化の一例を示す。
【図４】本実施形態に係る駆動回路部２００の駆動電圧ＶＲＦの一例を示す。
【図５】本実施形態に係る光デバイス部１００の電極間電圧の一例を示す。
【図６】本実施形態に係る光デバイス部１００の変形例を駆動回路部２００と共に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本実施形態に係る光デバイス部１００の構成例を駆動回路部２００と共に示す。光デバイス部１００は、印加電界強度に対する屈折率の変化がＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）とは異なる強誘電体結晶で形成されるマッハツェンダ型光導波路と、信号線と信号線を挟む２つのバイアス印加電極を有するコプレーナ型電極とを備え、マッハツェンダ光導波路へ効率的に変調電界を印加して、入力された光を変調電界に応じて変調させて出力する。光デバイス部１００は、第１光導波路１１０と、第２光導波路１２０と、信号線１３０と、第１バイアス電極１３２と、第２バイアス電極１３４と、第１光カプラ１４０と、第２光カプラ１４２とを備える。
【０００９】
第１光導波路１１０および第２光導波路１２０は、誘電体材料の断面を凸状にしたリッジ型の構造をとり、入力される光を伝送する。第１光導波路１１０および第２光導波路１２０は、伝送する光の波長に応じた幅および高さで凸状に形成されてよい。
【００１０】
信号線１３０は、第１光導波路１１０および第２光導波路１２０の間に配置される。信号線１３０は、一端が周波数信号源２６０に接続され、他端が終端抵抗２５０に接続され、一端から入力される周波数信号を他端へと伝送する。
【００１１】
第１バイアス電極１３２は、信号線１３０と、第１光導波路１１０に対する第２光導波路１２０とは反対側の領域に配置される。第１バイアス電極１３２は、第１バイアス電圧が印加される。第２バイアス電極１３４は、信号線１３０と、第２光導波路１２０に対する第１光導波路１１０とは反対側の領域に配置される。第２バイアス電極１３４は、第２バイアス電圧が印加される。
【００１２】
ここで、信号線１３０、第１バイアス電極１３２、および第２バイアス電極１３４は、コプレーナ伝送線路を形成する。即ち、信号線１３０の線幅、信号線１３０と第１バイアス電極１３２との間隔、および信号線１３０と第２バイアス電極１３４との間隔は、信号線１３０が伝送する信号周波数に応じて予め定められた値で形成される。これによって、信号線１３０は、数十ＧＨｚに至る高周波信号を伝送することができる。
【００１３】
第１光カプラ１４０は、光デバイス部１００への入力光を分岐して第１光導波路１１０および第２光導波路１２０へと導く。第２光カプラ１４２は、第１光導波路１１０および第２光導波路１２０からの光を合波する。第２光カプラ１４２は、合波した光を光デバイス部１００の出力光として出力する。
【００１４】
第１光カプラ１４０および第２光カプラ１４２は、２つの入力部のいずれの入力部から入力される光を１対１に分岐して２つの出力部からそれぞれ出力する、２入力２出力の３ｄＢ光カプラであってよい。これに代えて、第１光カプラ１４０は１入力２出力の光分岐カプラ、第２光カプラ１４２は２入力１出力の光合波カプラであってよい。第１光カプラ１４０および第２光カプラ１４２は、マルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラであってよい。
【００１５】
ここで、第１光導波路１１０、第２光導波路１２０、第１光カプラ１４０、および第２光カプラ１４２は、マッハツェンダ型光導波路を形成する。即ち、光デバイス部１００は、入力光を第１光カプラ１４０で２つに分岐して第１光導波路１１０および第２光導波路１２０へと伝送させ、第２光カプラ１４２で合波して合波した光を出力する。ここで光デバイス部１００は、駆動回路部２００からコプレーナ伝送路に印加された信号に応じて、第１光導波路１１０および第２光導波路１２０に電界を印加して伝送する光の位相を変調し、第２光カプラ１４２で合波することで位相差に応じて強度変調された光を出力する。
【００１６】
駆動回路部２００は、第１バイアス電極１３２および第２バイアス電極１３４に互いに異なる第１バイアス電圧および第２バイアス電圧を印加し、信号線１３０に第１バイアス電圧および第２バイアス電圧の間の制御電圧を印加する。駆動回路部２００は、基準電圧２１０と、第１電源部２２０と、第２電源部２２２と、第１インダクタ２３０と、第２インダクタ２３２と、第１コンデンサ２４０と、第２コンデンサ２４２と、終端抵抗２５０と、周波数信号源２６０を備える。
【００１７】
基準電圧２１０は、予め定められた電圧を供給する。本実施例において、基準電圧２１０は、ＧＮＤ（０Ｖ）電圧である。
【００１８】
第１電源部２２０は、第１バイアス電圧を、第１インダクタ２３０を介して第１バイアス電極１３２へ供給する。第１インダクタ２３０は、第１バイアス電圧を出力する第１電源部２２０と第１バイアス電極１３２との間に接続される。
【００１９】
第１コンデンサ２４０は、基準電圧２１０と第１バイアス電極１３２との間に接続される。これによって、第１バイアス電極１３２は、直流成分をオープンとしつつ、駆動周波数成分を低抵抗で基準電圧であるＧＮＤ電圧に接続する。
【００２０】
第２電源部２２２は、第２バイアス電圧を、第２インダクタ２３２を介して第２バイアス電極１３４へ供給する。第２インダクタ２３２は、第２バイアス電圧を出力する第２電源部２２２と第２バイアス電極１３４との間に接続される。
【００２１】
第２コンデンサ２４２は、基準電圧２１０と第２バイアス電極１３４との間に接続される。これによって、第２バイアス電極１３４は、直流成分をオープンとしつつ、駆動周波数成分を低抵抗で基準電圧であるＧＮＤ電圧に接続する。
【００２２】
終端抵抗２５０は、信号線１３０を終端する。一例として、信号線１３０は特性インピーダンスが５０Ωの伝送線路であり、終端抵抗２５０の抵抗値は５０Ωである。
【００２３】
周波数信号源２６０は、信号線１３０に予め定められた周波数の周波数信号を制御信号として供給する。ここで、周波数信号源２６０は、数十ＧＨｚに至る周波数信号を供給してよい。
【００２４】
以上のように、第１バイアス電極１３２および第２バイアス電極１３４は、第１バイアス電圧および第２バイアス電圧がそれぞれ供給されつつ、高周波数的にはＧＮＤ電圧に接続され、信号線１３０は、一端が終端され他端から高周波信号が供給される。即ち、信号線１３０、第１バイアス電極１３２、および第２バイアス電極１３４は、周波数信号源２６０が供給する駆動周波数においてコプレーナ伝送路として機能する。
【００２５】
図２は、図１のＡ−Ａ'断面を、駆動回路部２００と共に示す。ここで、本図において、図１に示された本実施形態に係る光デバイス部１００および駆動回路部２００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。光デバイス部１００は、基板１０と、誘電体膜２０と、絶縁膜３０とを備える。
【００２６】
基板１０は、単結晶材料で形成される。例えば、基板１０は、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）基板またはＭｇＯ基板である。一例として、基板１０は、サファイア基板の（１１０２）面が表面になるように切り出されて研磨された、Ｒ−ｃｕｔサファイアと呼ばれる基板である。
【００２７】
これに代えて、基板１０は、何らかの層が基板上に積層されたものでよい。即ち基板１０は、表面上に誘電体膜２０を成膜するので、基板材料が誘電体膜２０へ拡散することの防止および／または誘電体膜２０と格子整合のするためのバッファ層が積層された基板でよい。
【００２８】
誘電体膜２０は、基板１０上に形成され、並走する第１光導波路１１０および第２光導波路１２０を有する。また、誘電体膜２０は、第１光導波路１１０および第２光導波路１２０とそれぞれ接続する第１光カプラ１４０および第２光カプラ１４２を有する。
【００２９】
誘電体膜２０は、強誘電体薄膜である。誘電体膜２０は、エピタキシャル成長で形成されてよい。誘電体膜２０は、例えば１０μｍ以下の厚さの薄膜でよい。また、誘電体膜２０は、８５０ｎｍ帯、１３００ｎｍ帯、および１５００ｎｍ帯といった光通信で用いられる波長の光を伝送する光導波路のコア材料を形成してよい。また、誘電体膜２０は、伝送する光の波長に基づいて、膜厚が設計されてよい。
【００３０】
誘電体膜２０は、ＰＺＴ薄膜、ＰＬＺＴ薄膜、またはＢａＴｉＯ３薄膜といった強誘電体薄膜である。ＰＬＺＴ結晶、ＰＺＴ結晶、およびＢａＴｉＯ３結晶等は、結晶構造の一種であるペロブスカイト構造を有する強誘電体結晶であり、温度および材料組成によって正方晶、斜方晶、菱面体晶、または立方晶等の結晶構造に変化する。しかしながら、ＰＬＺＴ結晶等は、特定の基板上に薄膜として成長させると、基板材料の格子定数とバルクの単結晶基板の格子定数とが異なるので、薄膜に応力が印加されて結晶構造が変化する場合がある。
【００３１】
例えば、誘電体膜２０であるＰＬＺＴ薄膜がサファイア（１１０２）基板上に形成された場合、ＰＬＺＴ薄膜は、 ＰＬＺＴ［１１０］方向に優先配向する。このように、誘電体膜２０は、結晶配列方向を適切に選択した基板１０上に適切な構造の結晶として形成されると、基板１０の表面と並行に結晶が配向するので、自発分極の方向を基板１０の面と並行にすることができる。これにより、光デバイス部１００は、ＰＬＺＴ薄膜の分極容易軸に対して平行に電界を印加するデバイスに適した基板を提供できる。
【００３２】
絶縁膜３０は、誘電体膜２０上に形成される。絶縁膜３０は、ＳｉＯ２またはＳｉＮｘを含む。絶縁膜３０は、誘電体膜２０より比誘電率が低い低誘電率膜でよい。ここで、基板１０も、誘電体膜２０より比誘電率が低くてよい。例えば、絶縁膜３０および基板１０の比誘電率はそれぞれ１０以下、誘電体膜２０の比誘電率は数百から数千程度である。
【００３３】
これによって、比誘電率の高い誘電体膜２０は、比誘電率および屈折率の低い基板１０と絶縁膜３０で挟まれる構造になるので、効率的な光の閉じ込め効果を有する第１光導波路１１０および第２光導波路１２０を形成することができる。また、光デバイス部１００に変調信号を与えて変調器として用いる場合、基板１０および絶縁膜３０の厚みや材質を変えて実効誘電率を調整することで、変調信号の伝送速度と第１光導波路１１０および第２光導波路１２０を伝送する光波の伝送速度とを一致させる速度整合を実現させることができる。また、基板１０と絶縁膜３０は、変調信号を伝送させる伝送ラインの特性インピーダンスを、例えば５０Ωといった予め定められた値にすることができる。
【００３４】
信号線１３０と第１バイアス電極１３２および第２バイアス電極１３４とを有する伝送線路は、絶縁膜上に形成される。伝送線路は、金を含む金属で形成されてよい。伝送線路は、第１光導波路１１０および第２光導波路１２０に対して、基板１０の表面と平行な方向の電界を印加する。例えば、信号線１３０および第１バイアス電極１３２は、図中のＶ１で示したように、第１光導波路１１０に電界を印加し、信号線１３０および第２バイアス電極１３４は、図中のＶ２で示したように、第２光導波路１２０に電界を印加する。
【００３５】
図３は、本実施形態に係る誘電体膜２０の印加電界に対する屈折率の変化の一例を示す。図中の横軸は、誘電体膜２０へ印加する電圧に応じて生じる印加電界強度を示す。縦軸は、誘電体膜２０の印加電界に対する屈折率の変化を示す。
【００３６】
ＰＬＺＴ結晶、ＰＺＴ結晶、およびＢａＴｉＯ３結晶等によって形成される誘電体膜２０は、印加電界に対して分極反転を生じるので、印加電界に対して直線的な屈折率変化を示すＬＮ結晶等とは異なり、印加電界に対して例えばバタフライ形状の複雑な屈折率変化を示す。したがって、誘電体膜２０は、制御信号として正弦波電圧を印加する場合に、オフセット電圧を加えないと、屈折率の変化は正弦波から歪んだ特性となる。ここで、自発分極を有し、印加電界に対して分極が反転する誘電体膜を強誘電体膜と呼ぶ。
【００３７】
一方、正負の印加電界範囲において直線的な屈折率変化を示すＬＮ結晶等は、マッハツェンダ型光導波路を形成して光変調器として用いる場合、Ｇ（グランド）、Ｓ（シグナル）、Ｇ（グランド）電極を備えるコプレーナ伝送線路を形成して変調動作させることが知られている。このようなＬＮ光変調器は、マッハツェンダ型光導波路の並走する２本の光導波路間にＳ電極が配置されて制御信号が印加され、当該並走する２本の光導波路は、互いに逆方向の電界がそれぞれ印加される。即ち、並走する２本の光導波路を通過する光は、逆方向の位相変化を受けて光変調動作する。
【００３８】
しかしながら、ＰＬＺＴ等の強誘電体は、図のように、印加電界強度の絶対値の変化に対して、正の印加電界範囲の屈折率の傾きと、負の印加電界範囲の屈折率の傾きとが、ほぼ一致するように変化する。このような強誘電体を用いた光デバイスは、ＬＮ光変調器と同様のＧＳＧ型のコプレーナ伝送線路を適用する場合、並走する２本の光導波路に同一方向の電界が印加される。即ち、並走する２本の光導波路内を通過する光は、同一方向の位相変化を受けて位相差が得られないので、ＰＬＺＴ等の強誘電体を用いた光デバイスは、光変調器または光スイッチとしての動作が不安定、または動作不能となっていた。
【００３９】
これに対して、本実施例の駆動回路部２００は、オフセット電圧であるバイアス電圧Ｖｂを制御信号に加えて誘電体膜２０に印加する。ここで、バイアス電圧Ｖｂは、バイアス電圧Ｖｂを中心として制御信号の振幅電圧だけ増減しても、誘電体膜２０の屈折率変化がほぼ直線的に変化するように、予め定められてよい。一例として、制御信号の振幅電圧を２０Ｖとすると、８０〜１２０Ｖの範囲でほぼ直線的に変化する誘電体膜２０の屈折率変化を用いるように、Ｖｂは１００Ｖと定められる。
【００４０】
このように、バイアス電圧Ｖｂを印加することによって、誘電体膜２０は、印加された制御信号とほぼ相似な屈折率変化の特性を示すことができる。ここで、図中の例における誘電体膜２０は、印加電界に対して負の傾きの屈折率変化を示すので、印加された正弦波の制御信号に対して位相が反転する。
【００４１】
図４は、本実施形態に係る駆動回路部２００の駆動電圧ＶＲＦの一例を示す。図中の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。ここで、第１バイアス電極１３２は、第１バイアス電圧として正極のバイアスが印加されるバイアス電極であり、第２バイアス電極１３４は、第２バイアス電圧として負極のバイアスが印加されるバイアス電極である。
【００４２】
例えば、第１電源部２２０は、第１バイアス電圧としてＶｂ＋（＝１００Ｖ）を、第１バイアス電極１３２へ供給し、第２電源部２２２は、第２バイアス電圧としてＶｂ−（＝−１００Ｖ）を、第２バイアス電極１３４へ供給する。また、周波数信号源２６０は、第１バイアス電圧Ｖｂ＋および第２バイアス電圧Ｖｂ−の間の制御信号である振幅２０Ｖの正弦波信号ＶＲＦを信号線１３０に印加する。
【００４３】
したがって、第１光導波路１１０は、第１バイアス電圧Ｖｂ＋が印加された第１バイアス電極１３２と、正弦波信号ＶＲＦが印加された信号線１３０との電極間電圧Ｖ１＝Ｖｂ＋−ＶＲＦが印加される。同様に、第２光導波路１２０は、第２バイアス電圧Ｖｂ−が印加された第２バイアス電極１３４と、正弦波信号ＶＲＦが印加された信号線１３０との電極間電圧Ｖ２＝ＶＲＦ−Ｖｂ−が印加される。
【００４４】
図５は、本実施形態に係る光デバイス部１００の電極間電圧の一例を示す。図中の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。電極間電圧Ｖ１＝Ｖｂ＋−ＶＲＦは、Ｖｂ＋（＝１００Ｖ）を中心に、振幅２０Ｖだけ増減する位相が１８０度反転した正弦波信号の波形となる。また、電極間電圧Ｖ２＝ＶＲＦ−Ｖｂ−は、−Ｖｂ−（＝Ｖｂ＋＝１００Ｖ）を中心に、振幅２０Ｖだけ増減する正弦波信号の波形となる。
【００４５】
即ち、駆動回路部２００は、光デバイス部１００の第１光導波路１１０および第２光導波路１２０に対して、逆位相の電界を印加することができる。このように、駆動回路部２００は、第１光導波路１１０および第２光導波路１２０にｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ駆動することで、第１光導波路１１０または第２光導波路１２０の片側だけに電界を印加する片側駆動に比べて、２つの光導波路を伝わる光の位相差を約２倍にすることができる。
【００４６】
このように、駆動回路部２００は、１つの周波数信号源２６０からの制御信号を用いて、ＰＬＺＴ等で形成された第１光導波路１１０および第２光導波路１２０にｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ駆動させる電界を効率的に印加することができる。これによって、光デバイス部１００および駆動回路部２００は、複数のバイアスＴ、付加回路、および差動信号ドライバ等を用いずに光変調動作を実行することができる。
【００４７】
以上の本実施形態に係る光デバイス部１００および駆動回路部２００によれば、印加電界強度に対して屈折率が複雑に変化するＰＬＺＴ結晶等を用いたマッハツェンダ型光デバイスに対して、コプレーナ型電極を形成して高速な制御信号を伝送させつつ、制御信号に応じて２つの光導波路に逆位相の電界を印加することができる。これによって、光デバイス部１００は、数十ＧＨｚの制御信号に追随する光変調器として動作することができる。
【００４８】
以上の本実施形態において、光デバイス部１００は、絶縁膜３０を備え、変調信号の伝送速度と第１光導波路１１０および第２光導波路１２０を伝送する光波の伝送速度とを一致させて速度整合することを説明した。これに代えて、制御信号が数ＧＨｚ程度以下等、速度整合が必要ない場合は、絶縁膜３０は無くてもよい。この場合、信号線１３０と第１バイアス電極１３２および第２バイアス電極１３４とを有する伝送線路は、誘電体膜２０上に形成される。
【００４９】
図６は、本実施形態に係る光デバイス部１００の変形例を駆動回路部２００と共に示す。本図において、図１および図２に示された本実施形態に係る光デバイス部１００および駆動回路部２００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本変形例において、光デバイス部１００は、接地電極６１０、６１２と、外部電極部６２０、６２２と、第３コンデンサ６３０と、第４コンデンサ６３２とを備える。
【００５０】
接地電極６１０は、信号線１３０と、第１光導波路１１０に対する第２光導波路１２０とは反対側の領域において、誘電体膜２０と接してまたは絶縁膜３０の内部に設けられ、予め定められた基準電圧に接続される。接地電極６１２は、信号線１３０と、第２光導波路１２０に対する第１光導波路１１０とは反対側の領域において、誘電体膜２０と接してまたは絶縁膜３０の内部に設けられ、予め定められた基準電圧に接続される。
【００５１】
外部電極部６２０は、絶縁膜３０上に形成され、接地電極６１０と電気的に接続される。外部電極部６２０は、駆動回路部２００の基準電圧２１０に接続される。外部電極部６２２は、絶縁膜３０上に形成され、接地電極６１２と電気的に接続される。外部電極部６２２は、駆動回路部２００の基準電圧２１０に接続される。
【００５２】
第３コンデンサ６３０は、接地電極６１０と第１バイアス電極１３２との間に接続される。第３コンデンサ６３０は、例えば、金属で形成された２枚の電極膜を絶縁膜３０内に有し、当該電極膜内の絶縁物を誘電体としたコンデンサである。これに代えて、第３コンデンサ６３０は、金属で形成された１枚の電極膜を絶縁膜３０内に有し、当該電極膜と接地電極６１０との間の絶縁物を誘電体としたコンデンサであってよい。
【００５３】
第４コンデンサ６３２は、接地電極６１２と第２バイアス電極１３４との間に接続される。第４コンデンサ６３２は、例えば、金属で形成された２枚の電極膜を絶縁膜３０内に有し、当該電極膜内の絶縁物を誘電体としたコンデンサである。これに代えて、第４コンデンサ６３２は、金属で形成された１枚の電極膜を絶縁膜３０内に有し、当該電極膜と接地電極６１２との間の絶縁物を誘電体としたコンデンサであってよい。
【００５４】
このように、本変形例の光デバイス部１００は、絶縁膜３０内に、絶縁膜３０の一部の絶縁物を用いたコンデンサを形成する。これによって、駆動回路部２００の第１コンデンサ２４０および第２コンデンサ２４２を省略することができる。
【００５５】
以上の実施形態において、駆動回路部２００は、周波数信号源２６０を備え、信号線１３０に予め定められた周波数の周波数信号を供給する例を説明した。これに代えて、駆動回路部２００は、パルス信号源またはスイッチ回路等を備え、信号線１３０にパルス信号またはスイッチング制御信号を供給してもよい。これによって、光デバイス部１００は、パルス信号またはスイッチング制御信号に応じて、入力された光を出力するか否かを切り換える光スイッチとして動作することができる。
【００５６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 基板、２０ 誘電体膜、３０ 絶縁膜、１００ 光デバイス部、１１０ 第１光導波路、１２０ 第２光導波路、１３０ 信号線、１３２ 第１バイアス電極、１３４ 第２バイアス電極、１４０ 第１光カプラ、１４２ 第２光カプラ、２００ 駆動回路部、２１０ 基準電圧、２２０ 第１電源部、２２２ 第２電源部、２３０ 第１インダクタ、２３２ 第２インダクタ、２４０ 第１コンデンサ、２４２ 第２コンデンサ、２５０ 終端抵抗、２６０ 周波数信号源、６１０ 接地電極、６１２ 接地電極、６２０ 外部電極部、６２２ 外部電極部、６３０ 第３コンデンサ、６３２ 第４コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、並走する第１光導波路および第２光導波路を有する誘電体膜と、
前記誘電体膜上に形成され、前記第１光導波路および前記第２光導波路の間に配置された信号線と、前記第１光導波路に対する前記第２光導波路とは反対側の第１領域および前記第２光導波路に対する前記第１光導波路とは反対側の第２領域に配置された第１および第２バイアス電極とを有する伝送線路と、
前記第１バイアス電極および前記第２バイアス電極に互いに異なる第１バイアス電圧および第２バイアス電圧を印加し、前記信号線に前記第１バイアス電圧および前記第２バイアス電圧の間の制御電圧を印加する駆動回路部と、
を備える光デバイス。
【請求項２】
前記誘電体膜上に形成される絶縁膜を更に備え、
前記伝送線路は、前記絶縁膜上に形成される請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記信号線、前記第１バイアス電極、および前記第２バイアス電極は、コプレーナ伝送線路を形成する請求項２に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記誘電体膜は、
入力光を分岐して前記第１光導波路および前記第２光導波路へと導く第１光カプラと、
前記第１光導波路および前記第２光導波路からの光を合波する第２光カプラと、
を更に有し、
前記第１光導波路、前記第２光導波路、前記第１光カプラ、および前記第２光カプラは、マッハツェンダ型光導波路を形成する請求項２または３に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記駆動回路部は、予め定められた基準電圧と前記第１バイアス電極および前記第２バイアス電極との間に接続される第１、第２コンデンサを有する請求項２から４のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記駆動回路部は、
前記第１バイアス電圧を出力する第１電源部と前記第１バイアス電極との間に接続される第１インダクタと、
前記第２バイアス電圧を出力する第２電源部と前記第２バイアス電極との間に接続される第２インダクタと、
を有する請求項２から５のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記第１バイアス電極は、前記第１バイアス電圧として正極のバイアスが印加されるバイアス電極であり、
前記第２バイアス電極は、前記第２バイアス電圧として負極のバイアスが印加されるバイアス電極である請求項２から６のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項８】
前記基板は、単結晶の絶縁材料で形成される請求項２から７のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記基板は、サファイア基板またはＭｇＯ基板である請求項８に記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記誘電体膜は、強誘電体薄膜である請求項２から９のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項１１】
前記強誘電体薄膜は、ペロブスカイト結晶構造を有するＰＺＴ薄膜、ＰＬＺＴ薄膜、またはＢａＴｉＯ３薄膜である請求項１０に記載の光デバイス。
【請求項１２】
前記絶縁膜は、ＳｉＯ２またはＳｉＮｘを含む請求項２から１１のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項１３】
前記第１領域および前記第２領域において、前記誘電体膜と接してまたは前記絶縁膜の内部に設けられ、予め定められた基準電圧に接続される接地電極と、
前記第１領域の前記接地電極と前記第１バイアス電極との間に接続される第３コンデンサと、
前記第２領域の前記接地電極と前記第２バイアス電極との間に接続される第４コンデンサと、
を更に備える請求項２から１２のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の光デバイスと、
前記信号線に予め定められた周波数の周波数信号を供給する周波数信号源と、
を備える光変調装置。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、並走する第１光導波路および第２光導波路を有する誘電体膜と、
前記誘電体膜上に形成され、前記第１光導波路および前記第２光導波路の間に配置された信号線と、前記第１光導波路に対する前記第２光導波路とは反対側の第１領域および前記第２光導波路に対する前記第１光導波路とは反対側の第２領域に配置された第１および第２バイアス電極とを有する伝送線路と、
前記第１バイアス電極および前記第２バイアス電極に互いに異なる第１バイアス電圧および第２バイアス電圧を印加し、前記信号線に前記第１バイアス電圧および前記第２バイアス電圧の間の制御電圧を印加する駆動回路部と、
を備える光デバイス。
【請求項２】
前記誘電体膜上に形成される絶縁膜を更に備え、
前記伝送線路は、前記絶縁膜上に形成される請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記信号線、前記第１バイアス電極、および前記第２バイアス電極は、コプレーナ伝送線路を形成する請求項２に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記誘電体膜は、
入力光を分岐して前記第１光導波路および前記第２光導波路へと導く第１光カプラと、
前記第１光導波路および前記第２光導波路からの光を合波する第２光カプラと、
を更に有し、
前記第１光導波路、前記第２光導波路、前記第１光カプラ、および前記第２光カプラは、マッハツェンダ型光導波路を形成する請求項２または３に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記駆動回路部は、予め定められた基準電圧と前記第１バイアス電極および前記第２バイアス電極との間に接続される第１、第２コンデンサを有する請求項２から４のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記駆動回路部は、
前記第１バイアス電圧を出力する第１電源部と前記第１バイアス電極との間に接続される第１インダクタと、
前記第２バイアス電圧を出力する第２電源部と前記第２バイアス電極との間に接続される第２インダクタと、
を有する請求項２から５のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記第１バイアス電極は、前記第１バイアス電圧として正極のバイアスが印加されるバイアス電極であり、
前記第２バイアス電極は、前記第２バイアス電圧として負極のバイアスが印加されるバイアス電極である請求項２から６のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項８】
前記基板は、単結晶の絶縁材料で形成される請求項２から７のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記基板は、サファイア基板またはＭｇＯ基板である請求項８に記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記誘電体膜は、強誘電体薄膜である請求項２から９のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項１１】
前記強誘電体薄膜は、ペロブスカイト結晶構造を有するＰＺＴ薄膜、ＰＬＺＴ薄膜、またはＢａＴｉＯ３薄膜である請求項１０に記載の光デバイス。
【請求項１２】
前記絶縁膜は、ＳｉＯ２またはＳｉＮｘを含む請求項２から１１のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項１３】
前記第１領域および前記第２領域において、前記誘電体膜と接してまたは前記絶縁膜の内部に設けられ、予め定められた基準電圧に接続される接地電極と、
前記第１領域の前記接地電極と前記第１バイアス電極との間に接続される第３コンデンサと、
前記第２領域の前記接地電極と前記第２バイアス電極との間に接続される第４コンデンサと、
を更に備える請求項２から１２のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の光デバイスと、
前記信号線に予め定められた周波数の周波数信号を供給する周波数信号源と、
を備える光変調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７９１０（Ｐ２０１３−７９１０Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４０８６１（Ｐ２０１１−１４０８６１）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（３９０００５１７５）株式会社アドバンテスト (1,005)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（３９０００５１７５）株式会社アドバンテスト (1,005)
【Ｆターム（参考）】
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