光変調デバイス
【課題】バイアスフリーで高効率であり、かつ歩留まりの良い安価な光変調デバイスを提供する。
【解決手段】
光弾性効果を有する基板１上の一面に形成された少なくとも２本の光導波路２を有し、該基板の少なくとも一箇所が固定され、前記基板の少なくとも一箇所が固定されておらず、前記基板の固定されていない箇所に応力を付与することにより、前記基板を前記光導波路が形成されている方向、もしくはその反対方向に変形させ、前記少なくとも２本の光導波路の光学的な長さを所望の長さに調整する手段２１を備える。
【解決手段】
光弾性効果を有する基板１上の一面に形成された少なくとも２本の光導波路２を有し、該基板の少なくとも一箇所が固定され、前記基板の少なくとも一箇所が固定されておらず、前記基板の固定されていない箇所に応力を付与することにより、前記基板を前記光導波路が形成されている方向、もしくはその反対方向に変形させ、前記少なくとも２本の光導波路の光学的な長さを所望の長さに調整する手段２１を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイアス電圧を印加する必要がなく、かつ歩留まりの良い低コストな光変調器や電界センサなどの光変調デバイスの分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板（以下、リチウムナイオベート基板をＬＮ基板と略す）に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器（以下、ＬＮ光変調器と略す）は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓの大容量光伝送システムに広く適用されている。最近はさらに、空間を伝搬してくる電界をキャッチする電界センサとしても応用されつつある。これらの光変調器や電界センサを光変調デバイスと呼ぶ。
【０００３】
光変調デバイスであるこのＬＮ光変調器や電界センサにはｚ−カット基板を使用するタイプとｘ−カット基板（あるいはｙ−カット基板）を使用するタイプがある。ここではｘ−カット基板として説明するが、本明細書での議論は基板のカットの種類に依存しない、あらゆるタイプのカットの基板に適用できる。
【０００４】
［第１の従来技術］
光変調デバイスとして、まずＬＮ光変調器について考える。図７にＬＮ光変調器の第１の従来技術についてその概念的な上面図を示す。ここで、１はｘ−カットＬＮ基板、２はｘ−カット基板１に例えばＴｉを熱拡散、あるいはプロトン交換により製作した２本のアームを持ち、マッハツェンダ干渉系を構成する光導波路、３は光導波路２に光を入力するための入力光用光ファイバ、４は入力光用光ファイバ３の芯線であり、その端面から出射された光が光導波路２に入射する。５は光導波路２から出射される光を外部に伝えるための出力光用光ファイバである。６は出力光用光ファイバ５の芯線であり、光導波路２から光を取り出す役割をする。７はｘ−カットＬＮ基板１を内蔵するパッケージとしての筐体、９は高周波電気信号（マイクロ波）を入力するためのマイクロ波入力用コネクタ、１０は高周波電気信号を出力するためのマイクロ波出力用コネクタであり、通常はここに例えば５０Ωの特性インピーダンスを有する終端を接続するが、筐体７の内部に終端を内蔵することによりマイクロ波出力用コネクタ１０を省略することができる。４０ａは高周波電気信号を伝搬するＣＰＷ進行波電極の中心導体、４０ｂと４０ｃはその接地導体である。
【０００５】
なお、図７では説明を簡単にするために、ＣＰＷ進行波電極の中心導体４０ａ及び接地導体４０ｂ、４０ｃと、マイクロ波入力用コネクタ９及びマイクロ波出力用コネクタ１０との電気的接続の様子を省略した。
【０００６】
さて、製作したＬＮ光変調器にＤＣバイアス電圧を印加せずに（バイアスフリーと呼ぶ）、高周波電気信号による高い変調効率を得るには、例えば図８における点線のように印加電圧が零の場合に印加電圧に対する光出力の微係数が大きくなる光出力―印加電圧特性が望ましい。
【０００７】
しかしながら、実際には、印加電圧が零の場合に印加電圧に対する光出力の微係数が大きくない実線のような光出力特性となるため、バイアスフリーでは高い変調効率を得ることは難しい。このようにバイアスフリーにおける光出力と印加電圧の特性はｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎでランダムとなってしまう。そこで、ＬＮ光変調器の場合には光出力―印加電圧特性の山から谷までを有効に使用するために、通常、ＤＣバイアスを印加しており、このＤＣバイアスの制御がＬＮ光変調器を適用する際の大きなコスト上昇の一因となっている。また、ＤＣバイアスを印加するのでＤＣドリフトも生じ、信頼性上の問題も発生する。
【０００８】
なお、印加するＤＣバイアス電圧が零の場合における光出力と印加電圧の特性がｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎでランダムとなってしまう原因としては、マッハツェンダ干渉系からなる光導波路２を構成する２本のアームの微細な非対称性もあるが、何よりもｘ−カットＬＮ基板１を筐体７に固定する際のストレスの影響が最も大きい。
【０００９】
つまり、一般にＬＮ基板には機械的なストレスが加わると、屈折率変化や複屈折が生じる光弾性効果が有る。図７の例ではｘ−カットＬＮ基板１をパッケージの筐体７に固定する際に使用する不図示の接着剤が固化する際に発生する不均一な内部ストレス（結果的に、光導波路２に作用する機械的なストレス）のために、光導波路２を構成する２本のアームの屈折率が不均一に、かつｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎでランダムになってしまうためである。
【００１０】
さらに、ｘ−カットＬＮ基板１の上面にはＳｉＯ２からなる不図示のバッファ層を電子ビーム蒸着、プラズマＣＶＤ、あるいはスパッタなどにより堆積するが、このＳｉＯ２バッファ層をｘ−カットＬＮ基板１の上に堆積する際に生じる機械的なストレスもランダムに生じてしまい、光導波路２の２本のアームにランダムかつ不均一なストレスを与える。このバッファ層が光導波路２の２本のアームに与える機械的なストレスをｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎで制御することは事実上不可能である。
【００１１】
なお、これらのことはｘ−カットに留まらずｚ−カットを含む全てのＬＮ基板、あるいはリチウムタンタレートや半導体など電圧を印加して屈折率を変化させる全ての材料について言うことができる。また、以上のことは、通常、バイアスフリーで使用する電界センサの場合においては、極めて悪い歩留まりにつながっており、事態は大変深刻であり、ＤＣバイアスを印加しなくても印加電圧に対する光出力の微係数が大きくなる光出力―印加電圧特性を得る（バイアスフリー化と言う）技術を開発することは急務である。
【００１２】
［第２の従来技術］
この問題を解決するために、図９に示す〔特許文献１〕の構造が提案されている。この第２の従来技術ではｘ−カットＬＮ基板１の一端のみが固定台座８により固定されており、他端はフリーとなっている。そして、１１はｘ−カットＬＮ基板１をｘ−カットＬＮ基板１の幅方向（つまり、光導波路２が形成された面に水平な方向）に押すネジである。図１０は図９のＡ−Ａ'から見た図である。さらにわかりやすいように、図１１にはｘ−カットＬＮ基板１、固定台座８、ネジ１１の関係を示している。また、図１１のＢ−Ｂ'から見た図を図１２に示す。
【００１３】
図１１からわかるように、ｘ−カットＬＮ基板１の固定台座８に固定されていない他端をネジ１１により、押すことによりｘ−カットＬＮ基板１にストレスを加える構造としている。
【００１４】
このネジ１１により加えられたストレスによりｘ−カットＬＮ基板１の中に機械的な歪が生じる。その結果、光導波路２を構成する２本のアームに異なった歪が加わり、２本のアームに異なった屈折率変化が生じる。こうして、図８における点線の光―印加電圧特性を実現している。
【００１５】
我々もこの第２の従来技術を試み、この技術がバイアスフリー化に有効であることを確認したが、実験を行うにつれて大きな問題に遭遇した。次に、これについて説明する。
【００１６】
図１３に示すように、この第１の従来技術ではｘ−カットＬＮ基板１の外側では引っ張りストレス（その結果、原子間の距離が伸びる）、内側では圧縮ストレス（その結果、原子間の距離が縮む）が発生している。そして、ＬＮ光変調器の場合にも電界センサの場合にも、ｘ−カットＬＮ基板１の表面には電極を形成するので、通常、ｘ−カットＬＮ基板１の横幅は数ミリ（例えば２ｍｍ〜６ｍｍ程度）と大きい。そのため、ｘ−カットＬＮ基板１の外側において生じる引っ張りストレスによる伸びと内側において生じる圧縮ストレスによる縮みの差は大きく、ウェーハプロセスの後に切断・チップ化する際にｘ−カットＬＮ基板１の側面に形成された微細な傷からクラックが広がり、ｘ−カットＬＮ基板１そのものが破損・破壊してしまう場合が生じた。
【００１７】
また、前述のように電極を形成するためにｘ−カットＬＮ基板１の幅方向の寸法が大きく、この方向の機械的剛性は極めて高いので、ネジ１１に大きな力を加える必要がある。この大きな力と幅方向の高い機械的剛性のために、ｘ−カットＬＮ基板１を固定台座８に固定している不図示の接着剤がはがれてしまい、ｘ−カットＬＮ基板１そのものが固定台座８から外れる場合もあった。
【００１８】
さらに、この第２の従来技術では原理的にネジ１１とｘ−カットＬＮ基板１は機械的に互いに固定されていないので、振動・衝撃試験の際にｘ−カットＬＮ基板１が鞭のようにしなった後に、ネジ１１に激突し、ｘ−カットＬＮ基板１が破壊される場合もあった。このように、この第２の従来技術は機械的強度に弱い構造と言える。
【００１９】
［第３の従来技術］
図１４には第２の従来技術である図９の考え方を電界センサに適用した例である。ここで、１２ａと１２ｂはアンテナ、１３ａと１３ｂはアンテナ１２ａと１２ｂと不図示の電極とを電気的に接続する線路である。この第３の従来技術でも第２の従来技術において述べた問題は解決すべき大きな問題である。特に、バイアスフリーが前提である電界センサの極めて悪い歩留まりは製造コストの観点から深刻な問題となっている。
【００２０】
［第４の従来技術］
図１５には〔特許文献２〕に開示された第４の従来技術を示す。この第４の従来技術ではｘ−カットＬＮ基板１の上にＳｉＯ２バッファ層１４が形成されている。そして、ｘ−カットＬＮ基板１の裏面は金属などからなる台座１５に不図示の接着剤により固定されている。なお、説明を簡単にするために光導波路や電極などは省略した。
【００２１】
この従来技術では、ｘ−カットＬＮ基板１とＳｉＯ２バッファ層１４の熱膨張係数の違いからＳｉＯ２バッファ層１４の成膜条件やＳｉＯ２バッファ層１４の厚みを調整することによって、ｘ−カットＬＮ基板１にストレスを与える試みである。
【００２２】
しかしながら、先に述べたように、図８に実線として示した光出力―印加電圧特性のように、光出力―印加電圧特性がｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎでほば完全にランダムになる主要因はｘ−カットＬＮ基板１を不図示の接着剤により台座１５に固定した際に発生するストレスであるので、この第４の従来技術では問題の解決にならない。
【００２３】
［第５の従来技術］
図１６には〔特許文献３〕に開示された第５の従来技術では、ｘ−カットＬＮ基板１を台座１６に固定した後に、ネジ１７をｘ−カットＬＮ基板１に押し当てることにより機械的なストレスを与え、不図示のマッハツェンダ干渉系を構成する光導波路の屈折率を調整しようとしている。なお、説明の簡単のために図１６ではバッファ層や電極などの構成要素を省略している。
【００２４】
そしてこの第５の従来技術では、ネジ１７のｘ−カットＬＮ基板１への接触面積が小さいので、不図示のマッハツェンダ干渉系を構成する光導波路の屈折率の変化量が小さいためバイアスフリー化は達成できなかった。さらに何よりも、ｘ−カットＬＮ基板１は硬い台座１６に固定されており、ネジ１７と台座１６に挟まれているので、ネジ１７をねじ込むとバイアスフリー化を達成する前にｘ−カットＬＮ基板１が頻繁に割れてしまった。このように、この第５の従来技術では問題の解決にならない。
【特許文献１】特許３０４９１９０号公報
【特許文献２】特許３０９０１７６号公報
【特許文献３】特開平７−２１８８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
以上のように、第１の従来技術の問題を解決しようとする第２の従来技術ではバイアスフリー化を達成できるものの、ＬＮ基板を剛性の高い幅方向に無理に曲げるので、ウェーハからチップ化する際の切断時にＬＮ基板の側面に形成された細かな傷の箇所からクラックが入り、ＬＮ基板そのものが破壊される、あるいはＬＮ基板の横方向の高い剛性のためにＬＮ基板そのものが固定台座から外れてしまうという問題があった。一方、第４の従来技術ではバイアスフリー化そのものが実現できず、さらに第５の従来技術ではバイアスフリー化も実現できないばかりか、ＬＮ基板が簡単に破壊されてしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光変調デバイスは、光弾性効果を有する基板上の一面に形成された少なくとも２本の光導波路を有し、該基板の少なくとも一箇所が固定され、前記基板の少なくとも一箇所が固定されておらず、前記基板の固定されていない箇所に応力を付与することにより、前記基板を前記光導波路が形成されている方向、もしくはその反対方向に変形させ、前記少なくとも２本の光導波路の光学的な長さを所望の長さに調整する手段を備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項２の光変調デバイスは、光弾性効果を有する基板上の一面に形成された少なくとも２本の光導波路を有し、該基板が保持台座に固定されており、該保持台座の少なくとも一箇所が固定され、前記保持台座の少なくとも一箇所が固定されておらず、前記保持台座の固定されていない箇所、もしくは前記基板に応力を付与することにより、前記基板を前記光導波路が形成されている方向、もしくはその反対方向に変形させ、前記少なくとも２本の光導波路の光学的な長さを所望の長さに調整する手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明ではＬＮ基板を機械的な剛性の小さな厚み方向に曲げるので、バイアスフリー化を達成してもＬＮ基板が破壊されることはないという優れた利点がある。また、ＬＮ基板を薄い保持台座に固定し、保持台座もいっしょに反らせる場合には、ＬＮ基板の機械的強度をより高く確保できるばかりでなく、さらにはその保持台座にネジの受け材を設けるなどして固定することが可能となるので、振動・衝撃試験の際にＬＮ基板が鞭のようにしなって破壊されることがない。従って、本発明により機械的強度を著しく向上できるという利点がある。このように、本発明では、ほぼ１００％と極めて高い歩留まりでバイアスフリー化を達成しつつ、機械的な強度を極めて改善できた高効率な変調器や電界センサなどの光変調デバイスを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図７から図１６に示した従来の実施形態と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を省略する。
【００３０】
［第１の実施形態］
図１に本発明における第１の実施形態についてその横断面図を示す。なお、上面図は図７に示した第１の従来技術の場合とほぼ同じであるが、本発明の特徴としてｘ−カットＬＮ基板１の幅は広くても狭くても良い。また、図１のＣ−Ｃ'から見た図を図２に示す。
【００３１】
ｘ−カットＬＮ基板１は熱膨張係数がｘ−カットＬＮ基板１に近い、例えば金属の保持台座１８に固定されている（なお、この保持台座１８は金属でなくても良い）。そして、この保持台座１８は厚み方向に機械的な弾性を有するように数百ミクロン程度と全体もしくはその一部の厚みを薄くしている。この保持台座１８は図の１９の固定部においてパッケージの筐体２０にしっかりと固定されている。なお、保持台座１８の機械的な弾性を確保するには保持台座１８の一部を切り欠いていても良い。
【００３２】
２１はネジであり、このネジ２１をねじ込む（押し込む）ことにより金属の保持台座１８、従って、ｘ−カットＬＮ基板１も上方に反ることになる。説明を簡単にするために、図１においてＣ−Ｃ'から見た際のｘ−カットＬＮ基板１を固定した保持台座１８とネジ２１の関係を図２に示す。図１のように、ネジ２１をねじ込むことにより、図７からもわかるように不図示のマッハツェンダ干渉系を構成する２本の光導波路も当然上方に反ることになり、機械的な内部ストレスが発生し、それらの屈折率が変化する。
【００３３】
なお、もし２本の光導波路に全く同じ機械的歪が加われば、２本の光導波路において生じる屈折率の変化の差はほぼ無視できるので、図８の実線から点線へ変化するようなバイアスの調整はできない。
【００３４】
しかしながら、ＬＮ光変調器や電界センサにおいては、マッハツェンダ干渉系を構成する２本の光導波路である高周波電気信号が光に作用する相互作用部の長さは２０ｍｍから５０ｍｍと波長（波長を１．５５μｍとすると、ｘ−カットＬＮ基板１の屈折率は約２であるから、不図示の光導波路の中における波長は約０．８μｍと相互作用部の長さに比べて極端に短い）と比較して大変長いので、幸いにもマッハツェンダ干渉系を構成する２本の光導波路に完全に同じ機械的なストレスが加わることはなく、バイアスフリー化を実現できる。
【００３５】
従って、図２の（ａ）のように保持台座１８の幅方向のほぼ真ん中に、ネジを当てても結果的にバイアスフリー化を達成することが可能であった。また、図２の（ｂ）のように幅方向のほぼ真ん中以外にネジを当てて、ｘ−カットＬＮ基板１をひねると、マッハツェンダ干渉系を構成する２本の光導波路に異なるひねりの機械的なストレスも付加されてより効果的であった。
【００３６】
なお、ネジ２１と保持台座１８の接触面に熱可塑性の接着剤を付けておき、バイアスフリー化の調整後に加熱することにより、ネジ２１と保持台座１８を接着しておけば、振動・衝撃試験に対してさらに強固になる。このことは、ネジ２１とパッケージ筐体２０との接触部についても言える。また、接着剤が熱硬化型でない場合はポットライフの長さがＬＮ光変調器の製作に適した接着剤を選ぶ必要がある。なお、図２の３０は押す力（押し応力）である。
【００３７】
図３にはｘ−カットＬＮ基板１をネジ２１により上方に変位量ｄだけ反らせた様子を示す。また、図４には図２（ａ）の場合について、変位量ｄと２本の光導波路２を伝搬する光の位相差を測定した結果を示す。図４からわかるように、変位量ｄを大きくすると光の位相差を大きくできるので、２本の光導波路２を伝搬する光の位相差を調整することが可能である。原理的には０からπまで変化できれば充分であるが、図からわかるように０から２πまでも変えることが可能であった。ここで、２本の光導波路２のギャップは２０μｍで、ｘ−カットＬＮ基板１の厚みは５００μｍとした。また１ｍｍ程度の厚みでも本発明の効果を確認できた。これらのことから、ｘ−カットＬＮ基板１の厚みとしては１ｍｍ程度以下が好適と考えられる。
【００３８】
以上のように、本発明を使用することにより、２本の光導波路２を伝搬する光の位相差（２本の光導波路２における光学的長さの差）を調整できるので、第１の従来技術におけるｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎでの光出力―電圧印加特性のランダムなばらつきに起因する極めて低い歩留まりをほぼ１００％へと飛躍的に改善できた。また、第２の従来技術と異なり、バイアスフリー化の工程、あるいはその後においてｘ−カットＬＮ基板１が破壊されることもなかった。また、本実施形態やその他の実施形態についての本発明の考え方は光変調器や電界センサなどの全ての光変調デバイスに適用可能である。
【００３９】
［第２の実施形態］
図５に本発明における第２の実施形態の横断面図を示す。また、図５のＤ−Ｄ'から見た図を図６に示す。本実施形態においては金属の保持台座１８にネジ２１が入る受け材２２を固定している。受け材２２があることによりネジ２１は保持台座１８に対して位置決めができるので、振動・衝撃試験に対してより強固となる。
【００４０】
また、図６の（ｂ）では２本のネジ２１を保持台座１８の幅方向のなるべく端に当て、保持台座１８の幅方向の片方は押し込み、残りの片方の押し込み量を少なくする、さらには引っ張ることのできる構造を付与することにより、ｘ−カットＬＮ基板１に幅方向のねじれによる機械的ストレスをより効率的に与えることが可能となるのでバイアスフリー化がより容易となる。
【００４１】
なお、ネジ２１の先端と受け材２２、さらにネジ２１と筐体２０の接触部に熱可塑性の接着剤を使用しておき、バイアスフリー化の工程の後に加熱することによりこれらを完全に固定しても良いことは言うまでもない。なお、図６において、３０は押す力（押し応力）、３１は引っ張る力（引っ張り応力）である。
【００４２】
［各実施形態について］
また、以上の実施形態では筐体の底面にネジを設け、ＬＮ基板の下方から上方に向かってネジを押し込む実施形態について説明したが、逆にＬＮ基板の上方からネジをＬＮ基板に向かって押し込むことができるように、パッケージの筐体内部もしくは、不図示の蓋に工夫をしても良い。その場合にも図１６に示した第５の従来技術と異なり、本発明ではＬＮ基板が下方に反ることができるのでＬＮ基板が破損することなく、バイアスフリー化を実現できる。なお、その際に保持台座の幅をＬＮ基板の幅よりも広くしておき、上方から保持台座を下方に押し下げるようにすれば基板の破損を防ぐという観点からより安全である。
【００４３】
また、ＬＮ基板を保持台座に固定し、保持台座をネジで押す構造として来た。これに比べるとやや機械的な強度は落ちるものの、保持台座はなくても本発明の効果を発揮できる。つまり、ＬＮ基板の厚みは数１００μｍ、あるいは高々１ｍｍ程度と薄く、基板の厚み方向に反らせてもＬＮ基板は容易にしなるので機械的な強度は高く、バイアスフリー化とともに高い機械的強度を保つという本発明としての効果を発揮できる。なお、ネジとＬＮ基板との接触面に例えば熱可塑性（あるいは、紫外線硬化）の接着剤を塗布しておき、バイアスフリー化後に、熱もしくは紫外線を照射することによりネジとＬＮ基板とを互いに固定しても良い。あるいは、ＬＮ基板のネジの当たる箇所にのみネジによる傷が入らないように保護用の小さな板を接着しておけば、より機械的強度を確保できる。
【００４４】
また、保持台座もしくはＬＮ基板の長手方向の一端を固定部に固定し、他端に近い箇所をネジで押して反らせる構造として説明して来たが、例えば長手方向の両端近傍に固定部を設けて固定するとともに、保持台座もしくはＬＮ基板の長手方向の真ん中付近にネジを当てて機械的ストレスを加える、あるいは保持台座もしくはＬＮ基板の長手方向の真ん中付近に固定部を設けて固定し、長手方向の両端近傍にネジを当てて機械的ストレスを加えるなど、本発明では光導波路を形成した面の上方もしくは下方に基板を反らせることにより光導波路に機械的ストレスを与える限り、保持台座、もしくはＬＮ基板を固定する固定部の数や場所に依存しない。
【００４５】
さらには、ＬＮ基板の幅方向においてＬＮ基板の片側を下方から押し上げ、他の片方をＬＮ基板の上方から押し下げた形となっても良いことは言うまでもない。また、バイアスフリー化を確認できたら、ネジを接着剤などで筐体、保持台座、あるいは受け材に固定することにより振動・衝撃試験においてより強固になる。
【００４６】
これまでの説明においては、ｘ−カット基板を例にとり議論したが、ｙ−カットもしくはｚ−カットの面方位、即ち、基板表面（カット面）に対して垂直な方向に結晶のｘ軸、ｙ軸もしくはｚ軸を持つ基板でも良いし、以上に述べた各実施形態での面方位を主たる面方位とし、これらに他の面方位が副たる面方位として混在しても良いし、ＬＮ基板のみでなく、リチウムタンタレートなどその他の基板でも良いことは言うまでもないし、さらには電圧をかけて屈折率を変化させる半導体光導波路型のデバイスにも適用可能である。
【００４７】
電極としては、ＣＰＷ電極、非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）や対称コプレーナストリップ（ＣＰＳ）などの各種の進行波電極、あるいは集中定数型の電極、共振型でも良いことは言うまでもない。また、光導波路としてはマッハツェンダ型光導波路の他に、方向性結合器など、その他の光導波路でも良いことは言うまでもない。
【００４８】
また、バイアスフリー化に当たっては、印加電圧が零の場合に、光出力−印加電圧の特性における光の出力の山と谷の真ん中付近に合わせるとして説明をしてきたが、本発明では光の出力における任意の所望の位置に合わせることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明に係る光変調器は、充分な機械的強度を保ちつつ極めて高い歩留まりでバイアスフリー化を達成できるので、安価で特性の優れた光変調器や電界センサとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態の横断面図
【図２】図１のＣ−Ｃ'から見た断面図
【図３】本発明の原理を説明する図
【図４】変位量に対する光の位相差を測定した結果を示す図
【図５】本発明の第２の実施形態の横断面図
【図６】図５のＤ−Ｄ'から見た断面図
【図７】第１の従来技術の概念的な上面図
【図８】光出力―印加電圧の特性を示す図
【図９】第２の従来技術の概念的な上面図
【図１０】図９のＡ−Ａ'から見た断面図
【図１１】第２の従来技術の原理を説明する図
【図１２】図１１のＢ−Ｂ'から見た断面図
【図１３】第２の従来技術の問題点を説明する図
【図１４】第３の従来技術の概念的な上面図
【図１５】第４の従来技術の問題点を説明する図
【図１６】第５の従来技術の問題点を説明する斜視図
【符号の説明】
【００５１】
１：ｘ−カットＬＮ基板（基板）
２：光導波路
３：入力光用光ファイバ
４：入力光用光ファイバの芯線
５：出力光用光ファイバ
６：出力光用光ファイバの芯線
７、２０：筐体
８：固定台座
９：マイクロ波入力用コネクタ
１０：マイクロ波出力用コネクタ
１１、１７、２１：ネジ
１２ａ、１２ｂ：アンテナ
１３ａ、１３ｂ：電気的な線路
１４：ＳｉＯ２バッファ層
１５、１６：台座
１８：保持台座
１９：固定部
２１：ネジ（調整する手段）
２２：受け材
３０：押す力（押し応力）
３１：引っ張る力（引っ張り応力）
４０ａ：ＣＰＷ進行波電極の中心導体
４０ｂ、４０ｃ：ＣＰＷ進行波電極の接地導体
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイアス電圧を印加する必要がなく、かつ歩留まりの良い低コストな光変調器や電界センサなどの光変調デバイスの分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板（以下、リチウムナイオベート基板をＬＮ基板と略す）に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器（以下、ＬＮ光変調器と略す）は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓの大容量光伝送システムに広く適用されている。最近はさらに、空間を伝搬してくる電界をキャッチする電界センサとしても応用されつつある。これらの光変調器や電界センサを光変調デバイスと呼ぶ。
【０００３】
光変調デバイスであるこのＬＮ光変調器や電界センサにはｚ−カット基板を使用するタイプとｘ−カット基板（あるいはｙ−カット基板）を使用するタイプがある。ここではｘ−カット基板として説明するが、本明細書での議論は基板のカットの種類に依存しない、あらゆるタイプのカットの基板に適用できる。
【０００４】
［第１の従来技術］
光変調デバイスとして、まずＬＮ光変調器について考える。図７にＬＮ光変調器の第１の従来技術についてその概念的な上面図を示す。ここで、１はｘ−カットＬＮ基板、２はｘ−カット基板１に例えばＴｉを熱拡散、あるいはプロトン交換により製作した２本のアームを持ち、マッハツェンダ干渉系を構成する光導波路、３は光導波路２に光を入力するための入力光用光ファイバ、４は入力光用光ファイバ３の芯線であり、その端面から出射された光が光導波路２に入射する。５は光導波路２から出射される光を外部に伝えるための出力光用光ファイバである。６は出力光用光ファイバ５の芯線であり、光導波路２から光を取り出す役割をする。７はｘ−カットＬＮ基板１を内蔵するパッケージとしての筐体、９は高周波電気信号（マイクロ波）を入力するためのマイクロ波入力用コネクタ、１０は高周波電気信号を出力するためのマイクロ波出力用コネクタであり、通常はここに例えば５０Ωの特性インピーダンスを有する終端を接続するが、筐体７の内部に終端を内蔵することによりマイクロ波出力用コネクタ１０を省略することができる。４０ａは高周波電気信号を伝搬するＣＰＷ進行波電極の中心導体、４０ｂと４０ｃはその接地導体である。
【０００５】
なお、図７では説明を簡単にするために、ＣＰＷ進行波電極の中心導体４０ａ及び接地導体４０ｂ、４０ｃと、マイクロ波入力用コネクタ９及びマイクロ波出力用コネクタ１０との電気的接続の様子を省略した。
【０００６】
さて、製作したＬＮ光変調器にＤＣバイアス電圧を印加せずに（バイアスフリーと呼ぶ）、高周波電気信号による高い変調効率を得るには、例えば図８における点線のように印加電圧が零の場合に印加電圧に対する光出力の微係数が大きくなる光出力―印加電圧特性が望ましい。
【０００７】
しかしながら、実際には、印加電圧が零の場合に印加電圧に対する光出力の微係数が大きくない実線のような光出力特性となるため、バイアスフリーでは高い変調効率を得ることは難しい。このようにバイアスフリーにおける光出力と印加電圧の特性はｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎでランダムとなってしまう。そこで、ＬＮ光変調器の場合には光出力―印加電圧特性の山から谷までを有効に使用するために、通常、ＤＣバイアスを印加しており、このＤＣバイアスの制御がＬＮ光変調器を適用する際の大きなコスト上昇の一因となっている。また、ＤＣバイアスを印加するのでＤＣドリフトも生じ、信頼性上の問題も発生する。
【０００８】
なお、印加するＤＣバイアス電圧が零の場合における光出力と印加電圧の特性がｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎでランダムとなってしまう原因としては、マッハツェンダ干渉系からなる光導波路２を構成する２本のアームの微細な非対称性もあるが、何よりもｘ−カットＬＮ基板１を筐体７に固定する際のストレスの影響が最も大きい。
【０００９】
つまり、一般にＬＮ基板には機械的なストレスが加わると、屈折率変化や複屈折が生じる光弾性効果が有る。図７の例ではｘ−カットＬＮ基板１をパッケージの筐体７に固定する際に使用する不図示の接着剤が固化する際に発生する不均一な内部ストレス（結果的に、光導波路２に作用する機械的なストレス）のために、光導波路２を構成する２本のアームの屈折率が不均一に、かつｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎでランダムになってしまうためである。
【００１０】
さらに、ｘ−カットＬＮ基板１の上面にはＳｉＯ２からなる不図示のバッファ層を電子ビーム蒸着、プラズマＣＶＤ、あるいはスパッタなどにより堆積するが、このＳｉＯ２バッファ層をｘ−カットＬＮ基板１の上に堆積する際に生じる機械的なストレスもランダムに生じてしまい、光導波路２の２本のアームにランダムかつ不均一なストレスを与える。このバッファ層が光導波路２の２本のアームに与える機械的なストレスをｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎで制御することは事実上不可能である。
【００１１】
なお、これらのことはｘ−カットに留まらずｚ−カットを含む全てのＬＮ基板、あるいはリチウムタンタレートや半導体など電圧を印加して屈折率を変化させる全ての材料について言うことができる。また、以上のことは、通常、バイアスフリーで使用する電界センサの場合においては、極めて悪い歩留まりにつながっており、事態は大変深刻であり、ＤＣバイアスを印加しなくても印加電圧に対する光出力の微係数が大きくなる光出力―印加電圧特性を得る（バイアスフリー化と言う）技術を開発することは急務である。
【００１２】
［第２の従来技術］
この問題を解決するために、図９に示す〔特許文献１〕の構造が提案されている。この第２の従来技術ではｘ−カットＬＮ基板１の一端のみが固定台座８により固定されており、他端はフリーとなっている。そして、１１はｘ−カットＬＮ基板１をｘ−カットＬＮ基板１の幅方向（つまり、光導波路２が形成された面に水平な方向）に押すネジである。図１０は図９のＡ−Ａ'から見た図である。さらにわかりやすいように、図１１にはｘ−カットＬＮ基板１、固定台座８、ネジ１１の関係を示している。また、図１１のＢ−Ｂ'から見た図を図１２に示す。
【００１３】
図１１からわかるように、ｘ−カットＬＮ基板１の固定台座８に固定されていない他端をネジ１１により、押すことによりｘ−カットＬＮ基板１にストレスを加える構造としている。
【００１４】
このネジ１１により加えられたストレスによりｘ−カットＬＮ基板１の中に機械的な歪が生じる。その結果、光導波路２を構成する２本のアームに異なった歪が加わり、２本のアームに異なった屈折率変化が生じる。こうして、図８における点線の光―印加電圧特性を実現している。
【００１５】
我々もこの第２の従来技術を試み、この技術がバイアスフリー化に有効であることを確認したが、実験を行うにつれて大きな問題に遭遇した。次に、これについて説明する。
【００１６】
図１３に示すように、この第１の従来技術ではｘ−カットＬＮ基板１の外側では引っ張りストレス（その結果、原子間の距離が伸びる）、内側では圧縮ストレス（その結果、原子間の距離が縮む）が発生している。そして、ＬＮ光変調器の場合にも電界センサの場合にも、ｘ−カットＬＮ基板１の表面には電極を形成するので、通常、ｘ−カットＬＮ基板１の横幅は数ミリ（例えば２ｍｍ〜６ｍｍ程度）と大きい。そのため、ｘ−カットＬＮ基板１の外側において生じる引っ張りストレスによる伸びと内側において生じる圧縮ストレスによる縮みの差は大きく、ウェーハプロセスの後に切断・チップ化する際にｘ−カットＬＮ基板１の側面に形成された微細な傷からクラックが広がり、ｘ−カットＬＮ基板１そのものが破損・破壊してしまう場合が生じた。
【００１７】
また、前述のように電極を形成するためにｘ−カットＬＮ基板１の幅方向の寸法が大きく、この方向の機械的剛性は極めて高いので、ネジ１１に大きな力を加える必要がある。この大きな力と幅方向の高い機械的剛性のために、ｘ−カットＬＮ基板１を固定台座８に固定している不図示の接着剤がはがれてしまい、ｘ−カットＬＮ基板１そのものが固定台座８から外れる場合もあった。
【００１８】
さらに、この第２の従来技術では原理的にネジ１１とｘ−カットＬＮ基板１は機械的に互いに固定されていないので、振動・衝撃試験の際にｘ−カットＬＮ基板１が鞭のようにしなった後に、ネジ１１に激突し、ｘ−カットＬＮ基板１が破壊される場合もあった。このように、この第２の従来技術は機械的強度に弱い構造と言える。
【００１９】
［第３の従来技術］
図１４には第２の従来技術である図９の考え方を電界センサに適用した例である。ここで、１２ａと１２ｂはアンテナ、１３ａと１３ｂはアンテナ１２ａと１２ｂと不図示の電極とを電気的に接続する線路である。この第３の従来技術でも第２の従来技術において述べた問題は解決すべき大きな問題である。特に、バイアスフリーが前提である電界センサの極めて悪い歩留まりは製造コストの観点から深刻な問題となっている。
【００２０】
［第４の従来技術］
図１５には〔特許文献２〕に開示された第４の従来技術を示す。この第４の従来技術ではｘ−カットＬＮ基板１の上にＳｉＯ２バッファ層１４が形成されている。そして、ｘ−カットＬＮ基板１の裏面は金属などからなる台座１５に不図示の接着剤により固定されている。なお、説明を簡単にするために光導波路や電極などは省略した。
【００２１】
この従来技術では、ｘ−カットＬＮ基板１とＳｉＯ２バッファ層１４の熱膨張係数の違いからＳｉＯ２バッファ層１４の成膜条件やＳｉＯ２バッファ層１４の厚みを調整することによって、ｘ−カットＬＮ基板１にストレスを与える試みである。
【００２２】
しかしながら、先に述べたように、図８に実線として示した光出力―印加電圧特性のように、光出力―印加電圧特性がｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎでほば完全にランダムになる主要因はｘ−カットＬＮ基板１を不図示の接着剤により台座１５に固定した際に発生するストレスであるので、この第４の従来技術では問題の解決にならない。
【００２３】
［第５の従来技術］
図１６には〔特許文献３〕に開示された第５の従来技術では、ｘ−カットＬＮ基板１を台座１６に固定した後に、ネジ１７をｘ−カットＬＮ基板１に押し当てることにより機械的なストレスを与え、不図示のマッハツェンダ干渉系を構成する光導波路の屈折率を調整しようとしている。なお、説明の簡単のために図１６ではバッファ層や電極などの構成要素を省略している。
【００２４】
そしてこの第５の従来技術では、ネジ１７のｘ−カットＬＮ基板１への接触面積が小さいので、不図示のマッハツェンダ干渉系を構成する光導波路の屈折率の変化量が小さいためバイアスフリー化は達成できなかった。さらに何よりも、ｘ−カットＬＮ基板１は硬い台座１６に固定されており、ネジ１７と台座１６に挟まれているので、ネジ１７をねじ込むとバイアスフリー化を達成する前にｘ−カットＬＮ基板１が頻繁に割れてしまった。このように、この第５の従来技術では問題の解決にならない。
【特許文献１】特許３０４９１９０号公報
【特許文献２】特許３０９０１７６号公報
【特許文献３】特開平７−２１８８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
以上のように、第１の従来技術の問題を解決しようとする第２の従来技術ではバイアスフリー化を達成できるものの、ＬＮ基板を剛性の高い幅方向に無理に曲げるので、ウェーハからチップ化する際の切断時にＬＮ基板の側面に形成された細かな傷の箇所からクラックが入り、ＬＮ基板そのものが破壊される、あるいはＬＮ基板の横方向の高い剛性のためにＬＮ基板そのものが固定台座から外れてしまうという問題があった。一方、第４の従来技術ではバイアスフリー化そのものが実現できず、さらに第５の従来技術ではバイアスフリー化も実現できないばかりか、ＬＮ基板が簡単に破壊されてしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光変調デバイスは、光弾性効果を有する基板上の一面に形成された少なくとも２本の光導波路を有し、該基板の少なくとも一箇所が固定され、前記基板の少なくとも一箇所が固定されておらず、前記基板の固定されていない箇所に応力を付与することにより、前記基板を前記光導波路が形成されている方向、もしくはその反対方向に変形させ、前記少なくとも２本の光導波路の光学的な長さを所望の長さに調整する手段を備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項２の光変調デバイスは、光弾性効果を有する基板上の一面に形成された少なくとも２本の光導波路を有し、該基板が保持台座に固定されており、該保持台座の少なくとも一箇所が固定され、前記保持台座の少なくとも一箇所が固定されておらず、前記保持台座の固定されていない箇所、もしくは前記基板に応力を付与することにより、前記基板を前記光導波路が形成されている方向、もしくはその反対方向に変形させ、前記少なくとも２本の光導波路の光学的な長さを所望の長さに調整する手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明ではＬＮ基板を機械的な剛性の小さな厚み方向に曲げるので、バイアスフリー化を達成してもＬＮ基板が破壊されることはないという優れた利点がある。また、ＬＮ基板を薄い保持台座に固定し、保持台座もいっしょに反らせる場合には、ＬＮ基板の機械的強度をより高く確保できるばかりでなく、さらにはその保持台座にネジの受け材を設けるなどして固定することが可能となるので、振動・衝撃試験の際にＬＮ基板が鞭のようにしなって破壊されることがない。従って、本発明により機械的強度を著しく向上できるという利点がある。このように、本発明では、ほぼ１００％と極めて高い歩留まりでバイアスフリー化を達成しつつ、機械的な強度を極めて改善できた高効率な変調器や電界センサなどの光変調デバイスを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図７から図１６に示した従来の実施形態と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を省略する。
【００３０】
［第１の実施形態］
図１に本発明における第１の実施形態についてその横断面図を示す。なお、上面図は図７に示した第１の従来技術の場合とほぼ同じであるが、本発明の特徴としてｘ−カットＬＮ基板１の幅は広くても狭くても良い。また、図１のＣ−Ｃ'から見た図を図２に示す。
【００３１】
ｘ−カットＬＮ基板１は熱膨張係数がｘ−カットＬＮ基板１に近い、例えば金属の保持台座１８に固定されている（なお、この保持台座１８は金属でなくても良い）。そして、この保持台座１８は厚み方向に機械的な弾性を有するように数百ミクロン程度と全体もしくはその一部の厚みを薄くしている。この保持台座１８は図の１９の固定部においてパッケージの筐体２０にしっかりと固定されている。なお、保持台座１８の機械的な弾性を確保するには保持台座１８の一部を切り欠いていても良い。
【００３２】
２１はネジであり、このネジ２１をねじ込む（押し込む）ことにより金属の保持台座１８、従って、ｘ−カットＬＮ基板１も上方に反ることになる。説明を簡単にするために、図１においてＣ−Ｃ'から見た際のｘ−カットＬＮ基板１を固定した保持台座１８とネジ２１の関係を図２に示す。図１のように、ネジ２１をねじ込むことにより、図７からもわかるように不図示のマッハツェンダ干渉系を構成する２本の光導波路も当然上方に反ることになり、機械的な内部ストレスが発生し、それらの屈折率が変化する。
【００３３】
なお、もし２本の光導波路に全く同じ機械的歪が加われば、２本の光導波路において生じる屈折率の変化の差はほぼ無視できるので、図８の実線から点線へ変化するようなバイアスの調整はできない。
【００３４】
しかしながら、ＬＮ光変調器や電界センサにおいては、マッハツェンダ干渉系を構成する２本の光導波路である高周波電気信号が光に作用する相互作用部の長さは２０ｍｍから５０ｍｍと波長（波長を１．５５μｍとすると、ｘ−カットＬＮ基板１の屈折率は約２であるから、不図示の光導波路の中における波長は約０．８μｍと相互作用部の長さに比べて極端に短い）と比較して大変長いので、幸いにもマッハツェンダ干渉系を構成する２本の光導波路に完全に同じ機械的なストレスが加わることはなく、バイアスフリー化を実現できる。
【００３５】
従って、図２の（ａ）のように保持台座１８の幅方向のほぼ真ん中に、ネジを当てても結果的にバイアスフリー化を達成することが可能であった。また、図２の（ｂ）のように幅方向のほぼ真ん中以外にネジを当てて、ｘ−カットＬＮ基板１をひねると、マッハツェンダ干渉系を構成する２本の光導波路に異なるひねりの機械的なストレスも付加されてより効果的であった。
【００３６】
なお、ネジ２１と保持台座１８の接触面に熱可塑性の接着剤を付けておき、バイアスフリー化の調整後に加熱することにより、ネジ２１と保持台座１８を接着しておけば、振動・衝撃試験に対してさらに強固になる。このことは、ネジ２１とパッケージ筐体２０との接触部についても言える。また、接着剤が熱硬化型でない場合はポットライフの長さがＬＮ光変調器の製作に適した接着剤を選ぶ必要がある。なお、図２の３０は押す力（押し応力）である。
【００３７】
図３にはｘ−カットＬＮ基板１をネジ２１により上方に変位量ｄだけ反らせた様子を示す。また、図４には図２（ａ）の場合について、変位量ｄと２本の光導波路２を伝搬する光の位相差を測定した結果を示す。図４からわかるように、変位量ｄを大きくすると光の位相差を大きくできるので、２本の光導波路２を伝搬する光の位相差を調整することが可能である。原理的には０からπまで変化できれば充分であるが、図からわかるように０から２πまでも変えることが可能であった。ここで、２本の光導波路２のギャップは２０μｍで、ｘ−カットＬＮ基板１の厚みは５００μｍとした。また１ｍｍ程度の厚みでも本発明の効果を確認できた。これらのことから、ｘ−カットＬＮ基板１の厚みとしては１ｍｍ程度以下が好適と考えられる。
【００３８】
以上のように、本発明を使用することにより、２本の光導波路２を伝搬する光の位相差（２本の光導波路２における光学的長さの差）を調整できるので、第１の従来技術におけるｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎでの光出力―電圧印加特性のランダムなばらつきに起因する極めて低い歩留まりをほぼ１００％へと飛躍的に改善できた。また、第２の従来技術と異なり、バイアスフリー化の工程、あるいはその後においてｘ−カットＬＮ基板１が破壊されることもなかった。また、本実施形態やその他の実施形態についての本発明の考え方は光変調器や電界センサなどの全ての光変調デバイスに適用可能である。
【００３９】
［第２の実施形態］
図５に本発明における第２の実施形態の横断面図を示す。また、図５のＤ−Ｄ'から見た図を図６に示す。本実施形態においては金属の保持台座１８にネジ２１が入る受け材２２を固定している。受け材２２があることによりネジ２１は保持台座１８に対して位置決めができるので、振動・衝撃試験に対してより強固となる。
【００４０】
また、図６の（ｂ）では２本のネジ２１を保持台座１８の幅方向のなるべく端に当て、保持台座１８の幅方向の片方は押し込み、残りの片方の押し込み量を少なくする、さらには引っ張ることのできる構造を付与することにより、ｘ−カットＬＮ基板１に幅方向のねじれによる機械的ストレスをより効率的に与えることが可能となるのでバイアスフリー化がより容易となる。
【００４１】
なお、ネジ２１の先端と受け材２２、さらにネジ２１と筐体２０の接触部に熱可塑性の接着剤を使用しておき、バイアスフリー化の工程の後に加熱することによりこれらを完全に固定しても良いことは言うまでもない。なお、図６において、３０は押す力（押し応力）、３１は引っ張る力（引っ張り応力）である。
【００４２】
［各実施形態について］
また、以上の実施形態では筐体の底面にネジを設け、ＬＮ基板の下方から上方に向かってネジを押し込む実施形態について説明したが、逆にＬＮ基板の上方からネジをＬＮ基板に向かって押し込むことができるように、パッケージの筐体内部もしくは、不図示の蓋に工夫をしても良い。その場合にも図１６に示した第５の従来技術と異なり、本発明ではＬＮ基板が下方に反ることができるのでＬＮ基板が破損することなく、バイアスフリー化を実現できる。なお、その際に保持台座の幅をＬＮ基板の幅よりも広くしておき、上方から保持台座を下方に押し下げるようにすれば基板の破損を防ぐという観点からより安全である。
【００４３】
また、ＬＮ基板を保持台座に固定し、保持台座をネジで押す構造として来た。これに比べるとやや機械的な強度は落ちるものの、保持台座はなくても本発明の効果を発揮できる。つまり、ＬＮ基板の厚みは数１００μｍ、あるいは高々１ｍｍ程度と薄く、基板の厚み方向に反らせてもＬＮ基板は容易にしなるので機械的な強度は高く、バイアスフリー化とともに高い機械的強度を保つという本発明としての効果を発揮できる。なお、ネジとＬＮ基板との接触面に例えば熱可塑性（あるいは、紫外線硬化）の接着剤を塗布しておき、バイアスフリー化後に、熱もしくは紫外線を照射することによりネジとＬＮ基板とを互いに固定しても良い。あるいは、ＬＮ基板のネジの当たる箇所にのみネジによる傷が入らないように保護用の小さな板を接着しておけば、より機械的強度を確保できる。
【００４４】
また、保持台座もしくはＬＮ基板の長手方向の一端を固定部に固定し、他端に近い箇所をネジで押して反らせる構造として説明して来たが、例えば長手方向の両端近傍に固定部を設けて固定するとともに、保持台座もしくはＬＮ基板の長手方向の真ん中付近にネジを当てて機械的ストレスを加える、あるいは保持台座もしくはＬＮ基板の長手方向の真ん中付近に固定部を設けて固定し、長手方向の両端近傍にネジを当てて機械的ストレスを加えるなど、本発明では光導波路を形成した面の上方もしくは下方に基板を反らせることにより光導波路に機械的ストレスを与える限り、保持台座、もしくはＬＮ基板を固定する固定部の数や場所に依存しない。
【００４５】
さらには、ＬＮ基板の幅方向においてＬＮ基板の片側を下方から押し上げ、他の片方をＬＮ基板の上方から押し下げた形となっても良いことは言うまでもない。また、バイアスフリー化を確認できたら、ネジを接着剤などで筐体、保持台座、あるいは受け材に固定することにより振動・衝撃試験においてより強固になる。
【００４６】
これまでの説明においては、ｘ−カット基板を例にとり議論したが、ｙ−カットもしくはｚ−カットの面方位、即ち、基板表面（カット面）に対して垂直な方向に結晶のｘ軸、ｙ軸もしくはｚ軸を持つ基板でも良いし、以上に述べた各実施形態での面方位を主たる面方位とし、これらに他の面方位が副たる面方位として混在しても良いし、ＬＮ基板のみでなく、リチウムタンタレートなどその他の基板でも良いことは言うまでもないし、さらには電圧をかけて屈折率を変化させる半導体光導波路型のデバイスにも適用可能である。
【００４７】
電極としては、ＣＰＷ電極、非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）や対称コプレーナストリップ（ＣＰＳ）などの各種の進行波電極、あるいは集中定数型の電極、共振型でも良いことは言うまでもない。また、光導波路としてはマッハツェンダ型光導波路の他に、方向性結合器など、その他の光導波路でも良いことは言うまでもない。
【００４８】
また、バイアスフリー化に当たっては、印加電圧が零の場合に、光出力−印加電圧の特性における光の出力の山と谷の真ん中付近に合わせるとして説明をしてきたが、本発明では光の出力における任意の所望の位置に合わせることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明に係る光変調器は、充分な機械的強度を保ちつつ極めて高い歩留まりでバイアスフリー化を達成できるので、安価で特性の優れた光変調器や電界センサとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態の横断面図
【図２】図１のＣ−Ｃ'から見た断面図
【図３】本発明の原理を説明する図
【図４】変位量に対する光の位相差を測定した結果を示す図
【図５】本発明の第２の実施形態の横断面図
【図６】図５のＤ−Ｄ'から見た断面図
【図７】第１の従来技術の概念的な上面図
【図８】光出力―印加電圧の特性を示す図
【図９】第２の従来技術の概念的な上面図
【図１０】図９のＡ−Ａ'から見た断面図
【図１１】第２の従来技術の原理を説明する図
【図１２】図１１のＢ−Ｂ'から見た断面図
【図１３】第２の従来技術の問題点を説明する図
【図１４】第３の従来技術の概念的な上面図
【図１５】第４の従来技術の問題点を説明する図
【図１６】第５の従来技術の問題点を説明する斜視図
【符号の説明】
【００５１】
１：ｘ−カットＬＮ基板（基板）
２：光導波路
３：入力光用光ファイバ
４：入力光用光ファイバの芯線
５：出力光用光ファイバ
６：出力光用光ファイバの芯線
７、２０：筐体
８：固定台座
９：マイクロ波入力用コネクタ
１０：マイクロ波出力用コネクタ
１１、１７、２１：ネジ
１２ａ、１２ｂ：アンテナ
１３ａ、１３ｂ：電気的な線路
１４：ＳｉＯ２バッファ層
１５、１６：台座
１８：保持台座
１９：固定部
２１：ネジ（調整する手段）
２２：受け材
３０：押す力（押し応力）
３１：引っ張る力（引っ張り応力）
４０ａ：ＣＰＷ進行波電極の中心導体
４０ｂ、４０ｃ：ＣＰＷ進行波電極の接地導体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光弾性効果を有する基板上の一面に形成された少なくとも２本の光導波路を有し、該基板の少なくとも一箇所が固定され、前記基板の少なくとも一箇所が固定されておらず、前記基板の固定されていない箇所に応力を付与することにより、前記基板を前記光導波路が形成されている方向、もしくはその反対方向に変形させ、前記少なくとも２本の光導波路の光学的な長さを所望の長さに調整する手段を備えることを特徴とする光変調デバイス。
【請求項２】
光弾性効果を有する基板上の一面に形成された少なくとも２本の光導波路を有し、該基板が保持台座に固定されており、該保持台座の少なくとも一箇所が固定され、前記保持台座の少なくとも一箇所が固定されておらず、前記保持台座の固定されていない箇所、もしくは前記基板に応力を付与することにより、前記基板を前記光導波路が形成されている方向、もしくはその反対方向に変形させ、前記少なくとも２本の光導波路の光学的な長さを所望の長さに調整する手段を備えることを特徴とする光変調デバイス。
【請求項１】
光弾性効果を有する基板上の一面に形成された少なくとも２本の光導波路を有し、該基板の少なくとも一箇所が固定され、前記基板の少なくとも一箇所が固定されておらず、前記基板の固定されていない箇所に応力を付与することにより、前記基板を前記光導波路が形成されている方向、もしくはその反対方向に変形させ、前記少なくとも２本の光導波路の光学的な長さを所望の長さに調整する手段を備えることを特徴とする光変調デバイス。
【請求項２】
光弾性効果を有する基板上の一面に形成された少なくとも２本の光導波路を有し、該基板が保持台座に固定されており、該保持台座の少なくとも一箇所が固定され、前記保持台座の少なくとも一箇所が固定されておらず、前記保持台座の固定されていない箇所、もしくは前記基板に応力を付与することにより、前記基板を前記光導波路が形成されている方向、もしくはその反対方向に変形させ、前記少なくとも２本の光導波路の光学的な長さを所望の長さに調整する手段を備えることを特徴とする光変調デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−２１６４６３（Ｐ２００８−２１６４６３Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１５４４（Ｐ２００７−５１５４４）
【出願日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【特許番号】特許第４１２８６０３号（Ｐ４１２８６０３）
【特許公報発行日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【特許番号】特許第４１２８６０３号（Ｐ４１２８６０３）
【特許公報発行日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
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