光変調器
【課題】小型化を図ることによって懸念される電極間の短絡を抑制すると共に、高周波の伝送特性を確保できる光変調器を実現する。
【解決手段】一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、該接地電極は該信号電極の両側に設置され、該両側の一方の第一の接地電極は該一対の光導波路の何れか一方の上に設置され、該バイアス電極が、該第一の接地電極の近傍で該信号電極と異なる側に設置され、該バイアス電極は該基板の表面に直接設置され、該バイアス電極の上にバッファ層が形成され、該第一の接地電極は該バイアス電極を挟んで梯子状の電極を形成する。
【解決手段】一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、該接地電極は該信号電極の両側に設置され、該両側の一方の第一の接地電極は該一対の光導波路の何れか一方の上に設置され、該バイアス電極が、該第一の接地電極の近傍で該信号電極と異なる側に設置され、該バイアス電極は該基板の表面に直接設置され、該バイアス電極の上にバッファ層が形成され、該第一の接地電極は該バイアス電極を挟んで梯子状の電極を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに用いられ、電気光学効果により光位相を制御することによって、データ信号を電気信号から光信号に変調する光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信システムは高速化、大容量化、小型化を目的として様々な分野で進歩を遂げている。光送信用デバイスにおいても、広帯域特性、チャープ特性等の観点から、レーザダイオードの直接変調に代わって、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：以降、ＬＮと記載する場合がある。）基板などの電気光学結晶を用いた光導波路型外部変調器が開発されている。
【０００３】
このような変調器は、ＬＮなどの結晶基板上の一部にチタン（Ｔｉ）などによる金属膜を形成し熱拡散させることによって、あるいは、その金属膜を形成して安息香酸中でプロトン交換することによって、ＬＮなどの電気光学結晶基板にマッハツェンダ型の光導波路が形成されている。光導波路が形成された基板の上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などによるバッファ層を設ける。さらに、ＬＮ基板の結晶軸方向のＺ軸に平行となるようにカットした（Ｚカット）基板の場合、一対のマッハツェンダ型光導波路の直線部分の一方の上に、変調信号を生成するＲＦ（Radio Frequency）信号発生源が接続された信号電極が形成され、他の一方の上には接地電位を与える接地電極が形成される。一般的に、コプレーナ電極の場合、信号電極を軸に対称な電極構造を有しており、接地電極は信号電極を挟んだ側にも形成される。信号電極と接地電極の間に電圧を与えると、光導波路に電界がかかり光導波路の屈折率が変化する。これによって、一対の光導波路を伝播する光の位相差が変わり、位相差がゼロの時は光出力が論理的レベル１、位相差がπの時は光出力が論理レベル０となる。
【０００４】
このような変調を実現するうえで、この信号電極に印加されるＲＦ信号の動作点（直流バイアス成分）を制御するために、バイアスＴを用いて高速のＲＦ信号に直流電圧を重畳させる手段があるがコストアップ等が生じる。また、１０ＧＨｚ以上の高速信号で駆動する光変調器を実現する場合、帯域に制限がかかるバイアスＴの使用は困難になる。よって、この信号電極に印加されるＲＦ信号の動作点（直流バイアス成分）を制御するためのバイアス電圧を印加するバイアス電極を設け、このバイアス電極を、信号電極が設けられるマッハツェンダ型光導波路の直線部分と異なる直線部分の上に設ける光変調器がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、上記構造の場合、バイアス電極を信号電極の横に、光導波路の光の進行方向に設置するので、光変調器のチップ長が長くなってしまう。この解決策として、バイアス電極を信号電極に並行して信号電極の近傍に設置する光変調器が示されている。（例えば、特許文献２参照。）しかし、本光変調器の構造では、バイアス電極と接地電極の短絡する可能性が考えられる。
【特許文献１】特開２００３−２３３０４２号公報
【特許文献２】特開平１０−５４９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上記載したように、高速信号を駆動する光変調器では信号電極とバイアス電極を備える構造が有効である。
【０００７】
本発明では、小型化を図ることによって懸念されるバイアス電極と接地電極の短絡を抑制すると共に、高周波の伝送特性を確保できる光変調器の提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、該接地電極は該信号電極の両側に設置され、該両側の一方の第一の接地電極は該一対の光導波路の何れか一方の上に設置され、該バイアス電極が、該第一の接地電極の近傍で該信号電極と異なる側に設置され、該接地電極の厚さは該信号電極の厚さよりも厚いことを特徴とする光変調器である。
【０００９】
この第１の態様によれば、接地電極をバイアス電極の上方に形成することがないのでバイアス電極と接地電極の短絡する可能性を抑制することができ、また接地電極の厚さを厚くすることにより高周波の伝送特性を確保できる光変調器を提供することが可能となる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、該接地電極は該信号電極の両側に設置され、該両側の一方の第一の接地電極は該一対の光導波路の何れか一方の上に設置され、該バイアス電極が、該第一の接地電極の近傍で該信号電極と異なる側に設置され、該バイアス電極は該基板の表面に設置され、該第一の接地電極は該バイアス電極を挟んで梯子状の電極を、該基板の表面に形成されるバッファ層の上に形成することを特徴とする光変調器である。
【００１１】
この第２の態様によれば、バイアス電極の上にバッファ層を形成しその上に梯子上の接地電極を設けるのでバイアス電極と接地電極の短絡する可能性を抑制することができ、また接地電極を梯子上にすることにより接地電極のバッファ層に接する面積が広くなるので高周波の伝送特性を確保できる光変調器を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光変調器は、光導波路の上に設けられる接地電極とその接地電極の近傍に設けられるバイアス電極の短絡する可能性を抑制することができ、またその接地電極の厚さもしくはバッファ層に接する面積を広くすることができるので高周波の伝送特性を確保できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以降、図面を併用して本発明の詳細を説明する。なお、図面において同一のものまたは類似するものについては同一の符号を記載する。
（実施例１）
図１は本発明の光変調器を説明する図（１）である。例えば、ＬＮをその結晶軸方向のＺ軸に平行となるようにカットした（Ｚカット）基板１１の上に、Ｔｉなどによって金属膜を形成し熱拡散することによって光導波路１２を形成している。このＺカットした基板１１は、電気光学効果により効率的にその表面に垂直な方向に屈折率を変化できる結晶軸を有している。光導波路１２は、光が入射される光導波路１２１、光を分岐するＹ分岐光導波路１２２、分岐された光を伝播する平行な直線光導波路１２３，１２４、直線導波路１２３，１２４からの光を合波するＹ分岐光導波路１２５、そして光が出射される光導波路１２６によりマッハツェンダ型の光導波路１２を構成している。
【００１４】
光導波路１２が形成された基板１１の上の全面に、一般的に０．２〜１μｍの厚さのバッファ層１６を形成する。
【００１５】
直線光導波路１２３のバッファ層１６を介した上には信号電極１４を形成し、直線光導波路１２４のバッファ層１６を介した上には接地電極１３２を形成し、信号電極１４を挟んで対称になるように接地電極１３１を形成する。そして、接地電極１３２の近傍で信号電極１４が形成される領域とは異なる側にバイアス電極１５を形成する。
【００１６】
信号電極１４には変調信号を生成するＲＦ信号源１７を接続する。バイアス電極１５には電源１８を接続し、ＲＦ信号源１７が生成する変調信号の動作点（直流バイアス電圧）を制御することによって、直線導波路１２３，１２４を伝播する光の位相を制御する。
【００１７】
接地電極１３１，１３２には接地電位を与える。
【００１８】
図２は図１の切断面を説明する図（その１）である。図１のＡ−Ｂ間における切断面を表している。
【００１９】
例えば、電気光学効果を有する材料であるＬＮを結晶軸方向であるＺ軸に平行になるようにカットした基板１１に、マッハツェンダ型光導波路の一対の光導波路１２３，１２４が形成されている。光導波路１２３，１２４が形成された基板１１の上にバッファ層１６を設けている。
【００２０】
光導波路１２３の上には信号電極１４を設け、光導波路１２４の上には接地電極１３２を設け、信号電極１４を挟んで対称となるように接地電極１３１を設けている。そして、バイアス電極１５を接地電極１３２の近傍に、信号電極１４が設けられている領域とは異なる側に設けている。
【００２１】
光導波路１２３と光導波路１２４の間にかかる電界は、接地電極１３１，１３２によって与えられる接地電位を基準とした信号電極１４によって与えられる変調信号の電位によって決定される。そして、光導波路１２４にかかる電界には、バイアス電極１５によって直流電位が与えられる。よって、変調信号の動作点（直流バイアス電圧）はバイアス電極１５に印加されるバイアス電圧によって制御できる。
【００２２】
よって、本実施例によれば、一対の光導波路の進行方向に直交する方向において、信号電極とバイアス電極を形成することができるため、光変調器の小型化を実現することができ、信号電極とバイアス電極の短絡を抑制し、小型化を図ることが可能となる。
（実施例２）
図３は図１の切断面を説明する図（その２）である。図１のＡ−Ｂ間における切断面を表している。
【００２３】
この図３に示す光変調器は、前述の実施例１の光変調器に比べて、接地電極１３１，１３２の厚さが信号電極１４の厚さに比べて厚い場合を示している。
【００２４】
本実施例によれば、上述の実施例１に比べて接地電極の厚さが厚くなり接地電極の断面積が広くなったため、光変調器の接地抵抗が小さくなり、光変調器の接地電位における高周波雑音を、接地電極を介して外部に導電し易くなり、高周波の伝送特性を確保することが可能となる。
（実施例３）
図４は本発明の光変調器を説明する図（２）である。
【００２５】
図５は図４の切断面を説明する図である。図４のＡ−Ｂ間における切断面を（ａ）に、Ａ´−Ｂ´間における切断面を（ｂ）に表している。
【００２６】
図４、図５に示す光変調器は、前述の実施例１の図１に比べて接地電極２３１，２３２、およびバイアス電極２５が異なっている。
【００２７】
例えば、接地電極２３２の厚さは信号電極２４の厚さに比べて厚くなっており、接地電極２３２に厚さ方向の力が加わった場合、接地電極２３２が倒壊してバイアス電極２５と短絡することが考えられる。この接地電極２３２とバイアス電極２５の短絡を抑制するために、接地電極２３２のバイアス電極２５側に突起物を設ける。また、バッファ層に接する面積を広くするために、この突起物を複数設ける。
【００２８】
この接地電極２３２の突起物に挟まれた領域に、バイアス電極２５の一部を形成する。
【００２９】
また、接地電極２３２が突起物によりバッファ層に接する面積が広くなったので、接地電極２３１を信号電極２４に対して対称性を持たせるために接地電極２３１のバッファ層に接する面積を広くする。
【００３０】
図５の（１）に示す図４の切断箇所は接地電極２３２に突起物が無くその突起物に挟まれた部分であり、バイアス電極２５が接地電極２３２側にせり出ている。
【００３１】
図５の（２）に示す図４の切断箇所は接地電極２３２に突起物が形成されている部分である。
（実施例４）
図６は本発明の光変調器を説明する図（３）である。
【００３２】
図７は図６の切断面を説明する図である。図６のＡ−Ｂ間における切断面を（ａ）に、Ａ´−Ｂ´間における切断面を（ｂ）に表している。
【００３３】
図６、図７に示す光変調器は、前述の実施例３の図４に比べて接地電極３３２、バイアス電極３５が異なっている。
【００３４】
接地電極３３２の突起物を隣り合う突起物と金属線３３３によって接続している。
【００３５】
図７の（ａ）に示す図６の切断箇所は接地電極３３２に突起物が無くその突起物に挟まれた部分であり、バイアス電極３５が接地電極３３２側にせり出ている。金属線３３３はバイアス電極３５の上において突起物を接続している。
【００３６】
図７の（ｂ）に示す図６の切断箇所は接地電極３３２に突起物が形成されている部分である。
【００３７】
上述の実施例３，４によれば、接地電極２３２，３３２に突起物を形成することによって接地電極２３２，３３２とバイアス電極２５，３５との短絡を抑制することができる。また、接地電極２３２，３３２の厚さ、バッファ層１６と接する面積が広くなり、接地電極２３１，３３１のバッファ層１６と接する面積も広くなるので、光変調器の接地電位における高周波雑音を、接地電極を介して外部に導電し易くなり、高周波の伝送特性を確保することが可能となる。
（実施例５）
図８は本発明の光変調器を説明する図（４）である。例えば、ＬＮをその結晶軸方向のＺ軸に平行となるようにカットした基板１１の上に、Ｔｉなどによって金属膜を形成し熱拡散することによって光導波路１２を形成している。このＺカットした基板１１は、電気光学効果により効率的にその表面に垂直な方向に屈折率を変化できる結晶軸を有している。光導波路１２は、光が入射される光導波路１２１、光を分岐するＹ分岐光導波路１２２、分岐された光を伝播する平行な直線光導波路１２３，１２４、直線導波路１２３，１２４からの光を合波するＹ分岐光導波路１２５、そして光が出射される光導波路１２６によりマッハツェンダ型の光導波路１２を構成している。
【００３８】
光導波路１２が形成された基板１１の上の全面に、一般的に０．２〜１μｍの厚さのバッファ層１６を形成する。
【００３９】
直線光導波路１２３のバッファ層１６を介した上には信号電極４４を形成し、直線光導波路１２４のバッファ層１６を介した上には接地電極４３２を形成し、信号電極１４を挟んで対称になるように接地電極４３１を形成する。そして、直線導波路１２４の近傍で信号電極４４が形成される領域とは異なる側にバイアス電極４５を基板１１の上に形成し、バイアス電極４５の上にバッファ層１６を形成する。バッファ層１６を介した上に形成される接地電極４３２は、バイアス電極４５を挟む様に梯子状の構造にし、梯子状の横木部分の下にバイアス電極４５が在るように設ける。
【００４０】
信号電極４４には変調信号を生成するＲＦ信号源１７を接続する。バイアス電極４５には電源１８を接続し、ＲＦ信号源１７が生成する変調信号の動作点（直流バイアス電圧）を制御することによって、直線導波路１２３，１２４を伝播する光の位相を制御する。
【００４１】
接地電極４３１，４３２には接地電位を与える。
【００４２】
図９は図８の切断面を説明する図（その１）である。図８のＡ−Ｂ間における切断面を（ａ）に、Ａ´−Ｂ´間における切断面を（ｂ）に表している。
【００４３】
例えば、電気光学効果を有する材料であるＬＮを結晶軸方向であるＺ軸に平行になるようにカットした基板１１に、マッハツェンダ型光導波路の一対の光導波路１２３，１２４が形成されている。光導波路１２３，１２４が形成された基板１１の上にバッファ層１６を設けている。
【００４４】
光導波路１２３のバッファ層１６を介した上には信号電極４４を設け、光導波路１２４のバッファ層１６を介した上には接地電極４３２を設け、信号電極４４を挟んで対称となるように接地電極４３１を設けている。そして、光導波路１２４の近傍に、信号電極１４が設けられている領域とは異なる側にバイアス電極４５を設けている。バイアス電極４５は基板１１の上に形成し、その上にバッファ層１６を形成している。
【００４５】
図９の（ａ）に示す図８の切断箇所は梯子状の接地電極４３２の横木部分が無い領域であり、バイアス電極４５を挟んで両側に接地電極４３２を形成している。
【００４６】
図９の（ｂ）に示す図８の切断箇所は梯子状の接地電極４３２の横木部分が有る領域であり、バイアス電極４５の上にも接地電極４３２を形成している。
【００４７】
よって、本実施例によれば、一対の光導波路の進行方向に直交する方向において、信号電極とバイアス電極を形成することができるため、光変調器の小型化を実現することができ、信号電極とバイアス電極の短絡を抑制し、小型化を図ることが可能となる。また、接地電極を梯子状にすることで接地電極の断面積を広くすることができ、光変調器の接地電位における高周波雑音を、接地電極を介して外部に導電し易くなり、高周波の伝送特性を確保することが可能となる。
【００４８】
ここで、梯子状の接地電極４３２の横木部分の幅を小さくすれば、接地電極４３２とバイアス電極４５の短絡の抑制に効果的である。
（実施例６）
図１０は図８の切断面を説明する図（その２）である。図８のＡ−Ｂ間における切断面を（ａ）に、Ａ´−Ｂ´間における切断面を（ｂ）に表している。
【００４９】
この図１０に示す光変調器は、前述の実施例５の変調器に比べて、バイアス電極４５の上のバッファ層１６の厚さが他の領域のバッファ層１６の厚さと同じになるようにバッファ層１６を形成している。
【００５０】
本実施例によれば、上述の実施例５に比べて、バイアス電極４５と梯子状の接地電極４３２の横木部分との短絡の抑制を高めることができる。また、バイアス電極４５の上に絶縁材料を被せることによって、バイアス電極４５と梯子状の接地電極４３２の横木部分との短絡の抑制を更に高めることができる。
（実施例７）
図１１は本発明の光変調器を説明する図（５）である。
【００５１】
図１２は図１１の切断面を説明する図である。図１１のＡ−Ｂ間における切断面を（ａ）に、Ａ´−Ｂ´間における切断面を（ｂ）に表している。
【００５２】
例えば、ＬＮをその結晶軸方向のＺ軸に平行となるようにカットした基板５１の上に、Ｔｉなどによって金属膜を形成し熱拡散することによって光導波路１２を形成している。このＺカットした基板５１は、電気光学効果により効率的にその表面に垂直な方向に屈折率を変化できる結晶軸を有している。光導波路１２は、光が入射される光導波路１２１、光を分岐するＹ分岐光導波路１２２、分岐された光を伝播する平行な直線光導波路１２３，１２４、直線導波路１２３，１２４からの光を合波するＹ分岐光導波路１２５、そして光が出射される光導波路１２６によりマッハツェンダ型の光導波路１２を構成している。
【００５３】
基板５１には溝５１１，５１２，５１３，５１４を形成し、各溝は光の損失を減らすように溝の両端をテーパ状に成型している。これらの溝はパターニングし、エッチングすることによって形成できる。
【００５４】
光導波路１２、溝５１１，５１２，５１３，５１４が形成された基板５１の上に、一般的に０．２〜１μｍの厚さのバッファ層５６を形成する。溝５１１，５１２，５１３，５１４の側面上の荒れによる光の散乱損失を低減するために、これらの溝の側面にもバッファ層５６を形成しており、前記の一般的な厚さよりも厚めにし、０．４〜１．５μｍにすることが望ましい。
【００５５】
直線光導波路１２３のバッファ層５６を介した上には信号電極５４を形成し、直線光導波路１２４のバッファ層５６を介した上には接地電極５３２を形成し、信号電極５４を挟んで対称になるように接地電極５３１を形成する。そして、バイアス電極５５を、直線導波路１２４の近傍で信号電極５４が形成される領域とは異なる側の溝５１１の下で、基板１１の上に形成し、バイアス電極５５の上にバッファ層５６を形成する。バッファ層５６を介した上に形成される接地電極５３２は、バイアス電極５５を挟む様に梯子状の構造にする。また、接地電極５３１も対称性を維持するために梯子状の構造にする。
【００５６】
このように、コプレーナ型の光変調器の場合、電極、溝において信号電極５４に対して対象に配置し、信号電極５４の下の光導波路１２３にかかる電界への印加効率を向上させている。
【００５７】
なお、溝５１１をバイアス電極５５が設置される領域に、溝５１２を一対の光導波路１２３，１２４の間に、溝５１３を光導波路１２３の近傍に、そして溝５１４を梯子状の接地電極５３１の横木部分の領域にそれぞれ形成する。
【００５８】
信号電極５４には変調信号を生成するＲＦ信号源１７を接続する。バイアス電極５５には電源１８を接続し、ＲＦ信号源１７が生成する変調信号の動作点（直流バイアス電圧）を制御することによって、直線導波路１２３，１２４を伝播する光の位相を制御する。
【００５９】
接地電極５３１，５３２には接地電位を与える。
【００６０】
なお、バイアス電極５５はバッファ層５６の下に形成しているので、バッファ層５６の一部にスルーホール５６１を形成し、バイアス電極５５はこのスルーホールを通ってバッファ層５６の表面に出て電源１８と接続される。
【００６１】
図１１、図１２に示す光変調器は、前述の実施例５の図８、図９に示す変調器に比べて、接地電極５３１も接地電極５３２と同様に梯子状の構造を有しており、基板５１に溝５１１，５１２，５１３，５１４を設けている。バイアス電極５５を溝５１１に形成している。
【００６２】
本実施例によれば、上述の実施例５に比べて、溝５１１を設け、そこにバイアス電極５５を形成することによって、バイアス電極５５と梯子状の接地電極５３２の横木部分との短絡の抑制を高めることができる。また、接地電極５３１も梯子状にすることによって、バッファ層５６と接する面積が広くなるので、高周波の伝送特性を確保し易くなる。
【００６３】
また、溝５１１，５１２，５１３，５１４を設けることによって光導波路１２３，１２４にかかる電界への印加効率が向上している。また、信号電極５４に対する接地電極５３１，５３２の対称性が向上し、同様に信号電極５４に対称に形成された溝５１１，５１２，５１３，５１４によって、信号電極５４の下の光導波路１２３にかかる電界への印加効率がさらに向上している。
（実施例８）
図１３は本発明の光変調器を説明する図（６）である。例えば、ＬＮをその結晶軸方向のＺ軸に平行となるようにカットした基板６１の一部に分極反転させた領域（分極反転領域６２）を有する基板６１の上に、Ｔｉなどによって金属膜を形成し熱拡散することによって光導波路１２を形成している。このＺカットした基板６１は、電気光学効果により効率的にその表面に垂直な方向に屈折率を変化できる結晶軸を有している。光導波路１２は、光が入射される光導波路１２１、光を分岐するＹ分岐光導波路１２２、分岐された光を伝播する平行な直線光導波路１２３，１２４、直線導波路１２３，１２４からの光を合波するＹ分岐光導波路１２５、そして光が出射される光導波路１２６によりマッハツェンダ型の光導波路１２を構成している。
【００６４】
直線光導波路１２３，１２４を形成している領域には、分極反転領域６２と分極反転領域６２でない領域の両方になるように、分極反転領域６２を設ける。
【００６５】
直線光導波路１２３，１２４のバッファ層６６を介した上には、信号電極６４が直線光導波路１２３，１２４の両方の上に位置するように形成する。
【００６６】
接地電極６３１，６３２も同様に、直線光導波路１２３，１２４のバッファ層６６を介した上に、直線光導波路１２３，１２４の両方の上に位置するように形成する。接地電極６３１，６３２はバッファ層６６と接する面積を広くして、接地面積の断面積を広くできるように梯子状の構造にする。
【００６７】
信号電極６４には変調信号を生成するＲＦ信号源１７を接続する。
【００６８】
上記により、信号電極６４に印加される変調信号による電界が直線導波路１２３，１２４にかかり、分極反転領域６２と分極反転領域６２でない領域における屈折率の変化が反対向きになる。
【００６９】
バイアス電極６５１，６５２は直線光導波路１２３，１２４の両方において、ＲＦ信号源１７が生成する変調信号の動作点（直流バイアス電圧）を制御し直線導波路１２３，１２４を伝播する光の位相を制御できるように、直線光導波路１２３，１２４の両方の近傍に設ける。また、バイアス電極６５１，６５２は、基板６１、反転分極領域６２に形成する溝６１１，６１２に形成する。溝６１１，６１２に設けたバイアス電極６５１，６５２はバッファ層６６の下に形成しているので、バッファ層６６に設けたスルーホール６６１，６６２を通ってバッファ層６６の上面に出てバイアス電極６５に接続し、電源１８と接続される。
【００７０】
よって、本実施例によれば、反転分極領域を含んだ基板はＺカット基板であるため、信号電極、接地電極、バイアス電極によって印加される一対の光導波路への電界を効果的にかけることができる。また、一対の光導波路を伝播する光の位相変化が、符号が互いに逆になり絶対値が等しくなるのでゼロチャープの変調が可能となる光変調器においても、一対の光導波路の進行方向に直交する方向において、信号電極とバイアス電極を形成することができるため、光変調器の小型化を実現することができ、接地電極を梯子状の構造にすることで、接地電極の断面積が広くなったため、光変調器の接地電位における高周波雑音を、接地電極を介して外部に導電し易くなり、高周波の伝送特性を確保することが可能となる。
【００７１】
図１４は光変調器の高周波特性を説明する図である。横軸に高周波信号周波数を、縦軸に入力側から出力側に向かう光信号の減衰量Ｓ２１を示している。グラフ（ｂ）は接地電極が弱い場合であり、グラフ（ａ）は上記に述べた接地電極を採用した場合であり、広帯域特性の確保が可能となる。
【００７２】
上述の実施例５以降において、梯子状の構造を有した接地電極において、例えば図８の接地電極４３２、図１１の接地電極５３２において、直線光導波路上の接地電極の幅（例えば、図９のｗ１）と他の接地電極の幅（例えば、図９のｗ２）では、ｗ２がｗ１より広いほうが広帯域で接地の効果が大きい。また、この梯子状の横木部分の間隔（例えば、図８のＳ）が広いほうが、そしてこの横木部分の幅（例えば、図８のＰ）が狭いほうがバイアス電極と接地電極の短絡を抑制できる。しかしながら、４０Ｇビット／秒等の超高速な光変調器において高周波特性を確保するためには、この接地電極の梯子状の横木部分の間隔は１０ｍｍ以下とし、この横木部分の幅は５μｍ以上とすることが望ましい。
【００７３】
以上の実施例１〜８を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００７４】
（付記１） 一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、
該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、
該接地電極は該信号電極の両側に設置され、該両側の一方の第一の接地電極は該一対の光導波路の何れか一方の上に設置され、
該バイアス電極が、該第一の接地電極の近傍で該信号電極と異なる側に設置され、
該接地電極の厚さは該信号電極の厚さよりも厚いことを特徴とする光変調器。
【００７５】
（付記２） 一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、
該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、
該接地電極は該信号電極の両側に設置され、該両側の一方の第一の接地電極は該一対の光導波路の何れか一方の上に設置され、
該バイアス電極が、該第一の接地電極の近傍で該信号電極と異なる側に設置され、
該バイアス電極は該基板の表面に設置され、
該第一の接地電極は該バイアス電極を挟んで梯子状の電極を、該基板の表面に形成されるバッファ層の上に形成することを特徴とする光変調器。
【００７６】
（付記３） 付記１の光変調器であって、
前記の接地電極の前記のバッファ層と接する面において、該接地電極は前記のバイアス電極側に突起物を有し、該突起物で挟まれた領域に該バイアス電極の一部が形成されることを特徴とする光変調器。
【００７７】
（付記４） 付記３の光変調器であって、
２以上の前記の突起物は、隣り合う該突起物ごとに金属線によって接続されていることを特徴とする光変調器。
【００７８】
（付記５） 付記２の光変調器であって、
前記の一対の光導波路が形成される基板には、前記のバイアス電極を設置する領域に第一の溝を形成し、該一対の光導波路によって挟まれる領域に第二の溝を形成し、前記の信号電極の近傍で、該第二の溝が形成される領域とは異なる側の領域に第三の溝を形成し、
該バイアス電極は該第一の溝に設置され、
前記の第一の接地電極は該バイアス電極を挟んで梯子状の電極を形成することを特徴とする光変調器。
【００７９】
（付記６） 付記２の光変調器であって、
前記の梯子状の接地電極において、前記の光導波路の上にない接地電極の幅は、該光導波路の上にある該接地電極の幅よりも広いことを特徴とする光変調器。
【００８０】
（付記７） 付記２の光変調器であって、
前記の梯子状の接地電極において、梯子状の横木部分の電極間隔は１０ｍｍ以下であることを特徴とする光変調器。
【００８１】
（付記８） 付記２の光変調器であって、
前記の梯子状の接地電極において、梯子状の横木部分の幅は５μｍ以上であることを特徴とする光変調器。
【００８２】
（付記９） 付記１もしくは付記２の光変調器であって、
前記の基板はＺカット基板であることを特徴とする光変調器。
【００８３】
（付記１０） 付記１もしくは付記２の光変調器であって、
前記の基板はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）であることを特徴とする光変調器。
【００８４】
（付記１１） 電気光学効果を有する基板に一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、
該基板の一部が分極反転した基板であり、
該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、
該接地電極は該バイアス電極を挟んで梯子状の電極を形成することを特徴とする光変調器。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の光変調器を説明する図（１）
【図２】図１の切断面を説明する図（その１）
【図３】図１の切断面を説明する図（その２）
【図４】本発明の光変調器を説明する図（２）
【図５】図４の切断面を説明する図
【図６】本発明の光変調器を説明する図（３）
【図７】図６の切断面を説明する図
【図８】本発明の光変調器を説明する図（４）
【図９】図８の切断面を説明する図（その１）
【図１０】図８の切断面を説明する図（その２）
【図１１】本発明の光変調器を説明する図（５）
【図１２】図１１の切断面を説明する図
【図１３】本発明の光変調器を説明する図（６）
【図１４】光変調器の高周波特性を説明する図
【符号の説明】
【００８６】
１１ 基板
１２，１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６ 光導波路
１３１，１３２ 接地電極
１４ 信号電極
１５ バイアス電極
１６ バッファ層
１７ ＲＦ信号源
１８ 電源
２３１，２３２ 接地電極
２４ 信号電極
２５ バイアス電極
３３１，３３２ 接地電極
３３３ 金属線
３４ 信号電極
３５ バイアス電極
４３１，４３２ 接地電極
４４ 信号電極
４５ バイアス電極
５１ 基板
５１１，５１２，５１３，５１４ 溝
５３１，５３２ 接地電極
５４ 信号電極
５５ バイアス電極
５６ バッファ層
５６１ スルーホール
６１ 基板
６１１，６１２ 溝
６３１，６３２ 接地電極
６４ 信号電極
６５，６５１，６５２ バイアス電極
６６ バッファ層
６６１，６６２ スルーホール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに用いられ、電気光学効果により光位相を制御することによって、データ信号を電気信号から光信号に変調する光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信システムは高速化、大容量化、小型化を目的として様々な分野で進歩を遂げている。光送信用デバイスにおいても、広帯域特性、チャープ特性等の観点から、レーザダイオードの直接変調に代わって、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：以降、ＬＮと記載する場合がある。）基板などの電気光学結晶を用いた光導波路型外部変調器が開発されている。
【０００３】
このような変調器は、ＬＮなどの結晶基板上の一部にチタン（Ｔｉ）などによる金属膜を形成し熱拡散させることによって、あるいは、その金属膜を形成して安息香酸中でプロトン交換することによって、ＬＮなどの電気光学結晶基板にマッハツェンダ型の光導波路が形成されている。光導波路が形成された基板の上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などによるバッファ層を設ける。さらに、ＬＮ基板の結晶軸方向のＺ軸に平行となるようにカットした（Ｚカット）基板の場合、一対のマッハツェンダ型光導波路の直線部分の一方の上に、変調信号を生成するＲＦ（Radio Frequency）信号発生源が接続された信号電極が形成され、他の一方の上には接地電位を与える接地電極が形成される。一般的に、コプレーナ電極の場合、信号電極を軸に対称な電極構造を有しており、接地電極は信号電極を挟んだ側にも形成される。信号電極と接地電極の間に電圧を与えると、光導波路に電界がかかり光導波路の屈折率が変化する。これによって、一対の光導波路を伝播する光の位相差が変わり、位相差がゼロの時は光出力が論理的レベル１、位相差がπの時は光出力が論理レベル０となる。
【０００４】
このような変調を実現するうえで、この信号電極に印加されるＲＦ信号の動作点（直流バイアス成分）を制御するために、バイアスＴを用いて高速のＲＦ信号に直流電圧を重畳させる手段があるがコストアップ等が生じる。また、１０ＧＨｚ以上の高速信号で駆動する光変調器を実現する場合、帯域に制限がかかるバイアスＴの使用は困難になる。よって、この信号電極に印加されるＲＦ信号の動作点（直流バイアス成分）を制御するためのバイアス電圧を印加するバイアス電極を設け、このバイアス電極を、信号電極が設けられるマッハツェンダ型光導波路の直線部分と異なる直線部分の上に設ける光変調器がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、上記構造の場合、バイアス電極を信号電極の横に、光導波路の光の進行方向に設置するので、光変調器のチップ長が長くなってしまう。この解決策として、バイアス電極を信号電極に並行して信号電極の近傍に設置する光変調器が示されている。（例えば、特許文献２参照。）しかし、本光変調器の構造では、バイアス電極と接地電極の短絡する可能性が考えられる。
【特許文献１】特開２００３−２３３０４２号公報
【特許文献２】特開平１０−５４９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上記載したように、高速信号を駆動する光変調器では信号電極とバイアス電極を備える構造が有効である。
【０００７】
本発明では、小型化を図ることによって懸念されるバイアス電極と接地電極の短絡を抑制すると共に、高周波の伝送特性を確保できる光変調器の提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、該接地電極は該信号電極の両側に設置され、該両側の一方の第一の接地電極は該一対の光導波路の何れか一方の上に設置され、該バイアス電極が、該第一の接地電極の近傍で該信号電極と異なる側に設置され、該接地電極の厚さは該信号電極の厚さよりも厚いことを特徴とする光変調器である。
【０００９】
この第１の態様によれば、接地電極をバイアス電極の上方に形成することがないのでバイアス電極と接地電極の短絡する可能性を抑制することができ、また接地電極の厚さを厚くすることにより高周波の伝送特性を確保できる光変調器を提供することが可能となる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、該接地電極は該信号電極の両側に設置され、該両側の一方の第一の接地電極は該一対の光導波路の何れか一方の上に設置され、該バイアス電極が、該第一の接地電極の近傍で該信号電極と異なる側に設置され、該バイアス電極は該基板の表面に設置され、該第一の接地電極は該バイアス電極を挟んで梯子状の電極を、該基板の表面に形成されるバッファ層の上に形成することを特徴とする光変調器である。
【００１１】
この第２の態様によれば、バイアス電極の上にバッファ層を形成しその上に梯子上の接地電極を設けるのでバイアス電極と接地電極の短絡する可能性を抑制することができ、また接地電極を梯子上にすることにより接地電極のバッファ層に接する面積が広くなるので高周波の伝送特性を確保できる光変調器を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光変調器は、光導波路の上に設けられる接地電極とその接地電極の近傍に設けられるバイアス電極の短絡する可能性を抑制することができ、またその接地電極の厚さもしくはバッファ層に接する面積を広くすることができるので高周波の伝送特性を確保できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以降、図面を併用して本発明の詳細を説明する。なお、図面において同一のものまたは類似するものについては同一の符号を記載する。
（実施例１）
図１は本発明の光変調器を説明する図（１）である。例えば、ＬＮをその結晶軸方向のＺ軸に平行となるようにカットした（Ｚカット）基板１１の上に、Ｔｉなどによって金属膜を形成し熱拡散することによって光導波路１２を形成している。このＺカットした基板１１は、電気光学効果により効率的にその表面に垂直な方向に屈折率を変化できる結晶軸を有している。光導波路１２は、光が入射される光導波路１２１、光を分岐するＹ分岐光導波路１２２、分岐された光を伝播する平行な直線光導波路１２３，１２４、直線導波路１２３，１２４からの光を合波するＹ分岐光導波路１２５、そして光が出射される光導波路１２６によりマッハツェンダ型の光導波路１２を構成している。
【００１４】
光導波路１２が形成された基板１１の上の全面に、一般的に０．２〜１μｍの厚さのバッファ層１６を形成する。
【００１５】
直線光導波路１２３のバッファ層１６を介した上には信号電極１４を形成し、直線光導波路１２４のバッファ層１６を介した上には接地電極１３２を形成し、信号電極１４を挟んで対称になるように接地電極１３１を形成する。そして、接地電極１３２の近傍で信号電極１４が形成される領域とは異なる側にバイアス電極１５を形成する。
【００１６】
信号電極１４には変調信号を生成するＲＦ信号源１７を接続する。バイアス電極１５には電源１８を接続し、ＲＦ信号源１７が生成する変調信号の動作点（直流バイアス電圧）を制御することによって、直線導波路１２３，１２４を伝播する光の位相を制御する。
【００１７】
接地電極１３１，１３２には接地電位を与える。
【００１８】
図２は図１の切断面を説明する図（その１）である。図１のＡ−Ｂ間における切断面を表している。
【００１９】
例えば、電気光学効果を有する材料であるＬＮを結晶軸方向であるＺ軸に平行になるようにカットした基板１１に、マッハツェンダ型光導波路の一対の光導波路１２３，１２４が形成されている。光導波路１２３，１２４が形成された基板１１の上にバッファ層１６を設けている。
【００２０】
光導波路１２３の上には信号電極１４を設け、光導波路１２４の上には接地電極１３２を設け、信号電極１４を挟んで対称となるように接地電極１３１を設けている。そして、バイアス電極１５を接地電極１３２の近傍に、信号電極１４が設けられている領域とは異なる側に設けている。
【００２１】
光導波路１２３と光導波路１２４の間にかかる電界は、接地電極１３１，１３２によって与えられる接地電位を基準とした信号電極１４によって与えられる変調信号の電位によって決定される。そして、光導波路１２４にかかる電界には、バイアス電極１５によって直流電位が与えられる。よって、変調信号の動作点（直流バイアス電圧）はバイアス電極１５に印加されるバイアス電圧によって制御できる。
【００２２】
よって、本実施例によれば、一対の光導波路の進行方向に直交する方向において、信号電極とバイアス電極を形成することができるため、光変調器の小型化を実現することができ、信号電極とバイアス電極の短絡を抑制し、小型化を図ることが可能となる。
（実施例２）
図３は図１の切断面を説明する図（その２）である。図１のＡ−Ｂ間における切断面を表している。
【００２３】
この図３に示す光変調器は、前述の実施例１の光変調器に比べて、接地電極１３１，１３２の厚さが信号電極１４の厚さに比べて厚い場合を示している。
【００２４】
本実施例によれば、上述の実施例１に比べて接地電極の厚さが厚くなり接地電極の断面積が広くなったため、光変調器の接地抵抗が小さくなり、光変調器の接地電位における高周波雑音を、接地電極を介して外部に導電し易くなり、高周波の伝送特性を確保することが可能となる。
（実施例３）
図４は本発明の光変調器を説明する図（２）である。
【００２５】
図５は図４の切断面を説明する図である。図４のＡ−Ｂ間における切断面を（ａ）に、Ａ´−Ｂ´間における切断面を（ｂ）に表している。
【００２６】
図４、図５に示す光変調器は、前述の実施例１の図１に比べて接地電極２３１，２３２、およびバイアス電極２５が異なっている。
【００２７】
例えば、接地電極２３２の厚さは信号電極２４の厚さに比べて厚くなっており、接地電極２３２に厚さ方向の力が加わった場合、接地電極２３２が倒壊してバイアス電極２５と短絡することが考えられる。この接地電極２３２とバイアス電極２５の短絡を抑制するために、接地電極２３２のバイアス電極２５側に突起物を設ける。また、バッファ層に接する面積を広くするために、この突起物を複数設ける。
【００２８】
この接地電極２３２の突起物に挟まれた領域に、バイアス電極２５の一部を形成する。
【００２９】
また、接地電極２３２が突起物によりバッファ層に接する面積が広くなったので、接地電極２３１を信号電極２４に対して対称性を持たせるために接地電極２３１のバッファ層に接する面積を広くする。
【００３０】
図５の（１）に示す図４の切断箇所は接地電極２３２に突起物が無くその突起物に挟まれた部分であり、バイアス電極２５が接地電極２３２側にせり出ている。
【００３１】
図５の（２）に示す図４の切断箇所は接地電極２３２に突起物が形成されている部分である。
（実施例４）
図６は本発明の光変調器を説明する図（３）である。
【００３２】
図７は図６の切断面を説明する図である。図６のＡ−Ｂ間における切断面を（ａ）に、Ａ´−Ｂ´間における切断面を（ｂ）に表している。
【００３３】
図６、図７に示す光変調器は、前述の実施例３の図４に比べて接地電極３３２、バイアス電極３５が異なっている。
【００３４】
接地電極３３２の突起物を隣り合う突起物と金属線３３３によって接続している。
【００３５】
図７の（ａ）に示す図６の切断箇所は接地電極３３２に突起物が無くその突起物に挟まれた部分であり、バイアス電極３５が接地電極３３２側にせり出ている。金属線３３３はバイアス電極３５の上において突起物を接続している。
【００３６】
図７の（ｂ）に示す図６の切断箇所は接地電極３３２に突起物が形成されている部分である。
【００３７】
上述の実施例３，４によれば、接地電極２３２，３３２に突起物を形成することによって接地電極２３２，３３２とバイアス電極２５，３５との短絡を抑制することができる。また、接地電極２３２，３３２の厚さ、バッファ層１６と接する面積が広くなり、接地電極２３１，３３１のバッファ層１６と接する面積も広くなるので、光変調器の接地電位における高周波雑音を、接地電極を介して外部に導電し易くなり、高周波の伝送特性を確保することが可能となる。
（実施例５）
図８は本発明の光変調器を説明する図（４）である。例えば、ＬＮをその結晶軸方向のＺ軸に平行となるようにカットした基板１１の上に、Ｔｉなどによって金属膜を形成し熱拡散することによって光導波路１２を形成している。このＺカットした基板１１は、電気光学効果により効率的にその表面に垂直な方向に屈折率を変化できる結晶軸を有している。光導波路１２は、光が入射される光導波路１２１、光を分岐するＹ分岐光導波路１２２、分岐された光を伝播する平行な直線光導波路１２３，１２４、直線導波路１２３，１２４からの光を合波するＹ分岐光導波路１２５、そして光が出射される光導波路１２６によりマッハツェンダ型の光導波路１２を構成している。
【００３８】
光導波路１２が形成された基板１１の上の全面に、一般的に０．２〜１μｍの厚さのバッファ層１６を形成する。
【００３９】
直線光導波路１２３のバッファ層１６を介した上には信号電極４４を形成し、直線光導波路１２４のバッファ層１６を介した上には接地電極４３２を形成し、信号電極１４を挟んで対称になるように接地電極４３１を形成する。そして、直線導波路１２４の近傍で信号電極４４が形成される領域とは異なる側にバイアス電極４５を基板１１の上に形成し、バイアス電極４５の上にバッファ層１６を形成する。バッファ層１６を介した上に形成される接地電極４３２は、バイアス電極４５を挟む様に梯子状の構造にし、梯子状の横木部分の下にバイアス電極４５が在るように設ける。
【００４０】
信号電極４４には変調信号を生成するＲＦ信号源１７を接続する。バイアス電極４５には電源１８を接続し、ＲＦ信号源１７が生成する変調信号の動作点（直流バイアス電圧）を制御することによって、直線導波路１２３，１２４を伝播する光の位相を制御する。
【００４１】
接地電極４３１，４３２には接地電位を与える。
【００４２】
図９は図８の切断面を説明する図（その１）である。図８のＡ−Ｂ間における切断面を（ａ）に、Ａ´−Ｂ´間における切断面を（ｂ）に表している。
【００４３】
例えば、電気光学効果を有する材料であるＬＮを結晶軸方向であるＺ軸に平行になるようにカットした基板１１に、マッハツェンダ型光導波路の一対の光導波路１２３，１２４が形成されている。光導波路１２３，１２４が形成された基板１１の上にバッファ層１６を設けている。
【００４４】
光導波路１２３のバッファ層１６を介した上には信号電極４４を設け、光導波路１２４のバッファ層１６を介した上には接地電極４３２を設け、信号電極４４を挟んで対称となるように接地電極４３１を設けている。そして、光導波路１２４の近傍に、信号電極１４が設けられている領域とは異なる側にバイアス電極４５を設けている。バイアス電極４５は基板１１の上に形成し、その上にバッファ層１６を形成している。
【００４５】
図９の（ａ）に示す図８の切断箇所は梯子状の接地電極４３２の横木部分が無い領域であり、バイアス電極４５を挟んで両側に接地電極４３２を形成している。
【００４６】
図９の（ｂ）に示す図８の切断箇所は梯子状の接地電極４３２の横木部分が有る領域であり、バイアス電極４５の上にも接地電極４３２を形成している。
【００４７】
よって、本実施例によれば、一対の光導波路の進行方向に直交する方向において、信号電極とバイアス電極を形成することができるため、光変調器の小型化を実現することができ、信号電極とバイアス電極の短絡を抑制し、小型化を図ることが可能となる。また、接地電極を梯子状にすることで接地電極の断面積を広くすることができ、光変調器の接地電位における高周波雑音を、接地電極を介して外部に導電し易くなり、高周波の伝送特性を確保することが可能となる。
【００４８】
ここで、梯子状の接地電極４３２の横木部分の幅を小さくすれば、接地電極４３２とバイアス電極４５の短絡の抑制に効果的である。
（実施例６）
図１０は図８の切断面を説明する図（その２）である。図８のＡ−Ｂ間における切断面を（ａ）に、Ａ´−Ｂ´間における切断面を（ｂ）に表している。
【００４９】
この図１０に示す光変調器は、前述の実施例５の変調器に比べて、バイアス電極４５の上のバッファ層１６の厚さが他の領域のバッファ層１６の厚さと同じになるようにバッファ層１６を形成している。
【００５０】
本実施例によれば、上述の実施例５に比べて、バイアス電極４５と梯子状の接地電極４３２の横木部分との短絡の抑制を高めることができる。また、バイアス電極４５の上に絶縁材料を被せることによって、バイアス電極４５と梯子状の接地電極４３２の横木部分との短絡の抑制を更に高めることができる。
（実施例７）
図１１は本発明の光変調器を説明する図（５）である。
【００５１】
図１２は図１１の切断面を説明する図である。図１１のＡ−Ｂ間における切断面を（ａ）に、Ａ´−Ｂ´間における切断面を（ｂ）に表している。
【００５２】
例えば、ＬＮをその結晶軸方向のＺ軸に平行となるようにカットした基板５１の上に、Ｔｉなどによって金属膜を形成し熱拡散することによって光導波路１２を形成している。このＺカットした基板５１は、電気光学効果により効率的にその表面に垂直な方向に屈折率を変化できる結晶軸を有している。光導波路１２は、光が入射される光導波路１２１、光を分岐するＹ分岐光導波路１２２、分岐された光を伝播する平行な直線光導波路１２３，１２４、直線導波路１２３，１２４からの光を合波するＹ分岐光導波路１２５、そして光が出射される光導波路１２６によりマッハツェンダ型の光導波路１２を構成している。
【００５３】
基板５１には溝５１１，５１２，５１３，５１４を形成し、各溝は光の損失を減らすように溝の両端をテーパ状に成型している。これらの溝はパターニングし、エッチングすることによって形成できる。
【００５４】
光導波路１２、溝５１１，５１２，５１３，５１４が形成された基板５１の上に、一般的に０．２〜１μｍの厚さのバッファ層５６を形成する。溝５１１，５１２，５１３，５１４の側面上の荒れによる光の散乱損失を低減するために、これらの溝の側面にもバッファ層５６を形成しており、前記の一般的な厚さよりも厚めにし、０．４〜１．５μｍにすることが望ましい。
【００５５】
直線光導波路１２３のバッファ層５６を介した上には信号電極５４を形成し、直線光導波路１２４のバッファ層５６を介した上には接地電極５３２を形成し、信号電極５４を挟んで対称になるように接地電極５３１を形成する。そして、バイアス電極５５を、直線導波路１２４の近傍で信号電極５４が形成される領域とは異なる側の溝５１１の下で、基板１１の上に形成し、バイアス電極５５の上にバッファ層５６を形成する。バッファ層５６を介した上に形成される接地電極５３２は、バイアス電極５５を挟む様に梯子状の構造にする。また、接地電極５３１も対称性を維持するために梯子状の構造にする。
【００５６】
このように、コプレーナ型の光変調器の場合、電極、溝において信号電極５４に対して対象に配置し、信号電極５４の下の光導波路１２３にかかる電界への印加効率を向上させている。
【００５７】
なお、溝５１１をバイアス電極５５が設置される領域に、溝５１２を一対の光導波路１２３，１２４の間に、溝５１３を光導波路１２３の近傍に、そして溝５１４を梯子状の接地電極５３１の横木部分の領域にそれぞれ形成する。
【００５８】
信号電極５４には変調信号を生成するＲＦ信号源１７を接続する。バイアス電極５５には電源１８を接続し、ＲＦ信号源１７が生成する変調信号の動作点（直流バイアス電圧）を制御することによって、直線導波路１２３，１２４を伝播する光の位相を制御する。
【００５９】
接地電極５３１，５３２には接地電位を与える。
【００６０】
なお、バイアス電極５５はバッファ層５６の下に形成しているので、バッファ層５６の一部にスルーホール５６１を形成し、バイアス電極５５はこのスルーホールを通ってバッファ層５６の表面に出て電源１８と接続される。
【００６１】
図１１、図１２に示す光変調器は、前述の実施例５の図８、図９に示す変調器に比べて、接地電極５３１も接地電極５３２と同様に梯子状の構造を有しており、基板５１に溝５１１，５１２，５１３，５１４を設けている。バイアス電極５５を溝５１１に形成している。
【００６２】
本実施例によれば、上述の実施例５に比べて、溝５１１を設け、そこにバイアス電極５５を形成することによって、バイアス電極５５と梯子状の接地電極５３２の横木部分との短絡の抑制を高めることができる。また、接地電極５３１も梯子状にすることによって、バッファ層５６と接する面積が広くなるので、高周波の伝送特性を確保し易くなる。
【００６３】
また、溝５１１，５１２，５１３，５１４を設けることによって光導波路１２３，１２４にかかる電界への印加効率が向上している。また、信号電極５４に対する接地電極５３１，５３２の対称性が向上し、同様に信号電極５４に対称に形成された溝５１１，５１２，５１３，５１４によって、信号電極５４の下の光導波路１２３にかかる電界への印加効率がさらに向上している。
（実施例８）
図１３は本発明の光変調器を説明する図（６）である。例えば、ＬＮをその結晶軸方向のＺ軸に平行となるようにカットした基板６１の一部に分極反転させた領域（分極反転領域６２）を有する基板６１の上に、Ｔｉなどによって金属膜を形成し熱拡散することによって光導波路１２を形成している。このＺカットした基板６１は、電気光学効果により効率的にその表面に垂直な方向に屈折率を変化できる結晶軸を有している。光導波路１２は、光が入射される光導波路１２１、光を分岐するＹ分岐光導波路１２２、分岐された光を伝播する平行な直線光導波路１２３，１２４、直線導波路１２３，１２４からの光を合波するＹ分岐光導波路１２５、そして光が出射される光導波路１２６によりマッハツェンダ型の光導波路１２を構成している。
【００６４】
直線光導波路１２３，１２４を形成している領域には、分極反転領域６２と分極反転領域６２でない領域の両方になるように、分極反転領域６２を設ける。
【００６５】
直線光導波路１２３，１２４のバッファ層６６を介した上には、信号電極６４が直線光導波路１２３，１２４の両方の上に位置するように形成する。
【００６６】
接地電極６３１，６３２も同様に、直線光導波路１２３，１２４のバッファ層６６を介した上に、直線光導波路１２３，１２４の両方の上に位置するように形成する。接地電極６３１，６３２はバッファ層６６と接する面積を広くして、接地面積の断面積を広くできるように梯子状の構造にする。
【００６７】
信号電極６４には変調信号を生成するＲＦ信号源１７を接続する。
【００６８】
上記により、信号電極６４に印加される変調信号による電界が直線導波路１２３，１２４にかかり、分極反転領域６２と分極反転領域６２でない領域における屈折率の変化が反対向きになる。
【００６９】
バイアス電極６５１，６５２は直線光導波路１２３，１２４の両方において、ＲＦ信号源１７が生成する変調信号の動作点（直流バイアス電圧）を制御し直線導波路１２３，１２４を伝播する光の位相を制御できるように、直線光導波路１２３，１２４の両方の近傍に設ける。また、バイアス電極６５１，６５２は、基板６１、反転分極領域６２に形成する溝６１１，６１２に形成する。溝６１１，６１２に設けたバイアス電極６５１，６５２はバッファ層６６の下に形成しているので、バッファ層６６に設けたスルーホール６６１，６６２を通ってバッファ層６６の上面に出てバイアス電極６５に接続し、電源１８と接続される。
【００７０】
よって、本実施例によれば、反転分極領域を含んだ基板はＺカット基板であるため、信号電極、接地電極、バイアス電極によって印加される一対の光導波路への電界を効果的にかけることができる。また、一対の光導波路を伝播する光の位相変化が、符号が互いに逆になり絶対値が等しくなるのでゼロチャープの変調が可能となる光変調器においても、一対の光導波路の進行方向に直交する方向において、信号電極とバイアス電極を形成することができるため、光変調器の小型化を実現することができ、接地電極を梯子状の構造にすることで、接地電極の断面積が広くなったため、光変調器の接地電位における高周波雑音を、接地電極を介して外部に導電し易くなり、高周波の伝送特性を確保することが可能となる。
【００７１】
図１４は光変調器の高周波特性を説明する図である。横軸に高周波信号周波数を、縦軸に入力側から出力側に向かう光信号の減衰量Ｓ２１を示している。グラフ（ｂ）は接地電極が弱い場合であり、グラフ（ａ）は上記に述べた接地電極を採用した場合であり、広帯域特性の確保が可能となる。
【００７２】
上述の実施例５以降において、梯子状の構造を有した接地電極において、例えば図８の接地電極４３２、図１１の接地電極５３２において、直線光導波路上の接地電極の幅（例えば、図９のｗ１）と他の接地電極の幅（例えば、図９のｗ２）では、ｗ２がｗ１より広いほうが広帯域で接地の効果が大きい。また、この梯子状の横木部分の間隔（例えば、図８のＳ）が広いほうが、そしてこの横木部分の幅（例えば、図８のＰ）が狭いほうがバイアス電極と接地電極の短絡を抑制できる。しかしながら、４０Ｇビット／秒等の超高速な光変調器において高周波特性を確保するためには、この接地電極の梯子状の横木部分の間隔は１０ｍｍ以下とし、この横木部分の幅は５μｍ以上とすることが望ましい。
【００７３】
以上の実施例１〜８を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００７４】
（付記１） 一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、
該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、
該接地電極は該信号電極の両側に設置され、該両側の一方の第一の接地電極は該一対の光導波路の何れか一方の上に設置され、
該バイアス電極が、該第一の接地電極の近傍で該信号電極と異なる側に設置され、
該接地電極の厚さは該信号電極の厚さよりも厚いことを特徴とする光変調器。
【００７５】
（付記２） 一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、
該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、
該接地電極は該信号電極の両側に設置され、該両側の一方の第一の接地電極は該一対の光導波路の何れか一方の上に設置され、
該バイアス電極が、該第一の接地電極の近傍で該信号電極と異なる側に設置され、
該バイアス電極は該基板の表面に設置され、
該第一の接地電極は該バイアス電極を挟んで梯子状の電極を、該基板の表面に形成されるバッファ層の上に形成することを特徴とする光変調器。
【００７６】
（付記３） 付記１の光変調器であって、
前記の接地電極の前記のバッファ層と接する面において、該接地電極は前記のバイアス電極側に突起物を有し、該突起物で挟まれた領域に該バイアス電極の一部が形成されることを特徴とする光変調器。
【００７７】
（付記４） 付記３の光変調器であって、
２以上の前記の突起物は、隣り合う該突起物ごとに金属線によって接続されていることを特徴とする光変調器。
【００７８】
（付記５） 付記２の光変調器であって、
前記の一対の光導波路が形成される基板には、前記のバイアス電極を設置する領域に第一の溝を形成し、該一対の光導波路によって挟まれる領域に第二の溝を形成し、前記の信号電極の近傍で、該第二の溝が形成される領域とは異なる側の領域に第三の溝を形成し、
該バイアス電極は該第一の溝に設置され、
前記の第一の接地電極は該バイアス電極を挟んで梯子状の電極を形成することを特徴とする光変調器。
【００７９】
（付記６） 付記２の光変調器であって、
前記の梯子状の接地電極において、前記の光導波路の上にない接地電極の幅は、該光導波路の上にある該接地電極の幅よりも広いことを特徴とする光変調器。
【００８０】
（付記７） 付記２の光変調器であって、
前記の梯子状の接地電極において、梯子状の横木部分の電極間隔は１０ｍｍ以下であることを特徴とする光変調器。
【００８１】
（付記８） 付記２の光変調器であって、
前記の梯子状の接地電極において、梯子状の横木部分の幅は５μｍ以上であることを特徴とする光変調器。
【００８２】
（付記９） 付記１もしくは付記２の光変調器であって、
前記の基板はＺカット基板であることを特徴とする光変調器。
【００８３】
（付記１０） 付記１もしくは付記２の光変調器であって、
前記の基板はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）であることを特徴とする光変調器。
【００８４】
（付記１１） 電気光学効果を有する基板に一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、
該基板の一部が分極反転した基板であり、
該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、
該接地電極は該バイアス電極を挟んで梯子状の電極を形成することを特徴とする光変調器。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の光変調器を説明する図（１）
【図２】図１の切断面を説明する図（その１）
【図３】図１の切断面を説明する図（その２）
【図４】本発明の光変調器を説明する図（２）
【図５】図４の切断面を説明する図
【図６】本発明の光変調器を説明する図（３）
【図７】図６の切断面を説明する図
【図８】本発明の光変調器を説明する図（４）
【図９】図８の切断面を説明する図（その１）
【図１０】図８の切断面を説明する図（その２）
【図１１】本発明の光変調器を説明する図（５）
【図１２】図１１の切断面を説明する図
【図１３】本発明の光変調器を説明する図（６）
【図１４】光変調器の高周波特性を説明する図
【符号の説明】
【００８６】
１１ 基板
１２，１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６ 光導波路
１３１，１３２ 接地電極
１４ 信号電極
１５ バイアス電極
１６ バッファ層
１７ ＲＦ信号源
１８ 電源
２３１，２３２ 接地電極
２４ 信号電極
２５ バイアス電極
３３１，３３２ 接地電極
３３３ 金属線
３４ 信号電極
３５ バイアス電極
４３１，４３２ 接地電極
４４ 信号電極
４５ バイアス電極
５１ 基板
５１１，５１２，５１３，５１４ 溝
５３１，５３２ 接地電極
５４ 信号電極
５５ バイアス電極
５６ バッファ層
５６１ スルーホール
６１ 基板
６１１，６１２ 溝
６３１，６３２ 接地電極
６４ 信号電極
６５，６５１，６５２ バイアス電極
６６ バッファ層
６６１，６６２ スルーホール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、
該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、
該接地電極は該信号電極の両側に設置され、該両側の一方の第一の接地電極は該一対の光導波路の何れか一方の上に設置され、
該バイアス電極が、該第一の接地電極の近傍で該信号電極と異なる側に設置され、
該接地電極の厚さは該信号電極の厚さよりも厚いことを特徴とする光変調器。
【請求項２】
一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、
該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、
該接地電極は該信号電極の両側に設置され、該両側の一方の第一の接地電極は該一対の光導波路の何れか一方の上に設置され、
該バイアス電極が、該第一の接地電極の近傍で該信号電極と異なる側に設置され、
該バイアス電極は該基板の表面に設置され、
該第一の接地電極は該バイアス電極を挟んで梯子状の電極を、該基板の表面に形成されるバッファ層の上に形成することを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１の光変調器であって、
前記の接地電極の前記のバッファ層と接する面において、該接地電極は前記のバイアス電極側に突起物を有し、該突起物で挟まれた領域に該バイアス電極の一部が形成されることを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項３の光変調器であって、
２以上の前記の突起物は、隣り合う該突起物ごとに金属線によって接続されていることを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項２の光変調器であって、
前記の一対の光導波路が形成される基板には、前記のバイアス電極を設置する領域に第一の溝を形成し、該一対の光導波路によって挟まれる領域に第二の溝を形成し、前記の信号電極の近傍で、該第二の溝が形成される領域とは異なる側の領域に第三の溝を形成し、
該バイアス電極は該第一の溝に設置され、
前記の第一の接地電極は該バイアス電極を挟んで梯子状の電極を形成することを特徴とする光変調器。
【請求項６】
請求項２の光変調器であって、
前記の梯子状の接地電極において、前記の光導波路の上にない接地電極の幅は、該光導波路の上にある該接地電極の幅よりも広いことを特徴とする光変調器。
【請求項７】
請求項２の光変調器であって、
前記の梯子状の接地電極において、梯子状の横木部分の電極間隔は１０ｍｍ以下であることを特徴とする光変調器。
【請求項８】
請求項２の光変調器あって、
前記の梯子状の接地電極において、梯子状の横木部分の幅は５μｍ以上であることを特徴とする光変調器。
【請求項９】
請求項１もしくは請求項２の光変調器であって、
前記の基板はＺカット基板であることを特徴とする光変調器。
【請求項１０】
請求項１もしくは請求項２の光変調器であって、
前記の基板はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）であることを特徴とする光変調器。
【請求項１】
一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、
該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、
該接地電極は該信号電極の両側に設置され、該両側の一方の第一の接地電極は該一対の光導波路の何れか一方の上に設置され、
該バイアス電極が、該第一の接地電極の近傍で該信号電極と異なる側に設置され、
該接地電極の厚さは該信号電極の厚さよりも厚いことを特徴とする光変調器。
【請求項２】
一対の光導波路の上に電極を備えるマッハツェンダ型の光変調器であって、
該電極は該光導波路の伝播する光を変調するための変調信号が印加される信号電極と、接地電位を与える接地電極と、該変調信号の動作点を制御するための電圧が印加されるバイアス電極から構成され、
該接地電極は該信号電極の両側に設置され、該両側の一方の第一の接地電極は該一対の光導波路の何れか一方の上に設置され、
該バイアス電極が、該第一の接地電極の近傍で該信号電極と異なる側に設置され、
該バイアス電極は該基板の表面に設置され、
該第一の接地電極は該バイアス電極を挟んで梯子状の電極を、該基板の表面に形成されるバッファ層の上に形成することを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１の光変調器であって、
前記の接地電極の前記のバッファ層と接する面において、該接地電極は前記のバイアス電極側に突起物を有し、該突起物で挟まれた領域に該バイアス電極の一部が形成されることを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項３の光変調器であって、
２以上の前記の突起物は、隣り合う該突起物ごとに金属線によって接続されていることを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項２の光変調器であって、
前記の一対の光導波路が形成される基板には、前記のバイアス電極を設置する領域に第一の溝を形成し、該一対の光導波路によって挟まれる領域に第二の溝を形成し、前記の信号電極の近傍で、該第二の溝が形成される領域とは異なる側の領域に第三の溝を形成し、
該バイアス電極は該第一の溝に設置され、
前記の第一の接地電極は該バイアス電極を挟んで梯子状の電極を形成することを特徴とする光変調器。
【請求項６】
請求項２の光変調器であって、
前記の梯子状の接地電極において、前記の光導波路の上にない接地電極の幅は、該光導波路の上にある該接地電極の幅よりも広いことを特徴とする光変調器。
【請求項７】
請求項２の光変調器であって、
前記の梯子状の接地電極において、梯子状の横木部分の電極間隔は１０ｍｍ以下であることを特徴とする光変調器。
【請求項８】
請求項２の光変調器あって、
前記の梯子状の接地電極において、梯子状の横木部分の幅は５μｍ以上であることを特徴とする光変調器。
【請求項９】
請求項１もしくは請求項２の光変調器であって、
前記の基板はＺカット基板であることを特徴とする光変調器。
【請求項１０】
請求項１もしくは請求項２の光変調器であって、
前記の基板はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）であることを特徴とする光変調器。
【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】
【公開番号】特開２００８−４６５７３（Ｐ２００８−４６５７３Ａ）
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２４７７８（Ｐ２００６−２２４７７８）
【出願日】平成１８年８月２１日（２００６．８．２１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２１日（２００６．８．２１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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