光変調器
【課題】小型で高性能な光変調器を提供する。
【解決手段】分極を反転しない領域と反転する領域を有する基板と、その側部に溝部が形成された第１及び第２の光導波路とを備えた光導波路を具備し、第１及び第２の光導波路を伝搬する光と、中心導体及び接地導体からなる進行波電極を伝搬する電気信号が相互作用する相互作用部が、互いに異なる方向に分極した第１及び第２の相互作用部を含み、中心導体は第１及び第２の相互作用部で第１もしくは第２の光導波路に対向し、第１及び第２の相互作用部で第１及び第２の光導波路を伝搬する光の位相を変調する光変調器であって、第１及び第２の相互作用部の間に光導波路シフト部を設け、第１及び第２の相互作用部にて、中心導体及び接地導体と、第１及び第２の光導波路の相対位置が入れ替わるようにし、相互作用部における中心導体は直線でなり、光導波路シフト部にて中心導体の下方以外に溝部が形成される。
【解決手段】分極を反転しない領域と反転する領域を有する基板と、その側部に溝部が形成された第１及び第２の光導波路とを備えた光導波路を具備し、第１及び第２の光導波路を伝搬する光と、中心導体及び接地導体からなる進行波電極を伝搬する電気信号が相互作用する相互作用部が、互いに異なる方向に分極した第１及び第２の相互作用部を含み、中心導体は第１及び第２の相互作用部で第１もしくは第２の光導波路に対向し、第１及び第２の相互作用部で第１及び第２の光導波路を伝搬する光の位相を変調する光変調器であって、第１及び第２の相互作用部の間に光導波路シフト部を設け、第１及び第２の相互作用部にて、中心導体及び接地導体と、第１及び第２の光導波路の相対位置が入れ替わるようにし、相互作用部における中心導体は直線でなり、光導波路シフト部にて中心導体の下方以外に溝部が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型で低損失な光導波路を含むリッジ光導波路を含むマッハツェンダ光導波路を具備し、光導波路に入射した光を高周波電気信号で変調して光信号パルスとして出射する光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速、大容量の光通信システムが実用化されている。このような高速、大容量の光通信システムに組込むための高速、小型、低価格、かつ高安定な光変調器の開発が求められている。
【０００３】
このような要望に応える光変調器として、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、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）がある。このＬＮ光変調器は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓの大容量光通信システムに適用されている。最近はさらに４０Ｇｂｉｔ／ｓの超大容量光通信システムにも適用が検討されている。
【０００４】
（第１の従来技術）
特許文献１にはｚ−カットＬＮ基板に分極反転を適用してゼロチャープ光変調器を実現した、いわゆる分極反転ゼロチャープ光変調器が開示されている。また、特許文献２にはｚ−カットＬＮ基板にプレーナ光導波路を形成した、いわゆるプレーナ型ＬＮ変調器が開示されている。そしてこのプレーナ型ＬＮ変調器を例として用いて構成した分極反転ゼロチャープＬＮ変調器を第１の従来技術として、図６にその上面図を示す。また、図６のＡ−Ａ´における断面図を図７に示す。
【０００５】
ここで、１ａは分極反転をしていないｚ−カット基板（あるいは非分極反転領域）、１ｂは分極反転をしたｚ−カット基板（あるいは分極反転領域）である（１ａと１ｂを総称してｚ−カット基板１と呼ぶ）。ｚ−カット基板１の上に光導波路３が形成されている。この光導波路３は、金属Ｔｉを１０５０℃で約１０時間熱拡散して形成した光導波路であり、分岐光導波路、２本のアーム、合波光導波路からなるマッハツェンダ干渉系（あるいは、マッハツェンダ光導波路）を構成している。３ａと３ｂはマッハツェンダ光導波路を構成する２本のアームであり、高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用光導波路ともいう。３ａと３ｂを各々第１の光導波路と第２の光導波路と呼ぶ。なお、４０は分極反転領域１ａと非分極反転領域１ｂの境界である。
【０００６】
ｚ−カット基板１の上にＳｉＯ2バッファ層２が形成され、このＳｉＯ2バッファ層２の上面に進行波電極４が形成されている。進行波電極４としては、１つの中心導体４ａと２つの接地導体４ｂ、４ｃを有するコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を用いている。なお、ｚ−カットＬＮ基板１を用いて製作したＬＮ光変調器に特有の焦電効果に起因する温度ドリフトを抑圧するためにＳｉＯ2バッファ層２の上面全面にＳｉ導電層を用いるが、本明細書では説明を簡単にするためにＳｉ導電層については省略して議論する。
【０００７】
図６に示した第１の従来技術において特徴的なことは、充分に広い光変調帯域を実現するために、光変調帯域を決定する電気信号の特性を最大限に生かす構造としていることである。つまり、光変調特性を決める相互作用部において、幅やギャップなど寸法が小さい中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃは不連続部が生じないようにまっすぐ、あるいはほぼまっすぐとし、その代わりに第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂに曲がり部３ａ´、３ｂ´（ベンド光導波路）を設けて各光導波路をシフトさせている。
【０００８】
ここで、５ａは非分極反転領域１ａにおける電気信号と光との相互作用部で、長さがＬ1でなり、第１の相互作用部と呼ぶ。５ｂは分極反転領域１ｂにおける電気信号と光との相互作用部で、長さがＬ2でなり、第２の相互作用部と呼ぶ。５ｃは第１の相互作用部５ａと第２の相互作用部５ｂの間に設けた光導波路シフト部で、長さがＬ3でなる。
【０００９】
第１の相互作用部５ａの長さＬ1と第２の相互作用部５ｂの長さＬ2については、Ｌ1＝Ｌ2とすれば生成した光パルスにある程度はゼロチャーピングの特性を与えることができる。しかしながら高周波電気信号が中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃを伝搬するとともに減衰するので、第１の相互作用部５ａにおける変調効率の方が第２の相互作用部５ｃにおける変調効率よりも高いことを考慮すると、Ｌ1＜Ｌ2が好ましいことは明らかである。
【００１０】
図６からわかるように、分極が反転していない第１の相互作用部５ａにおいては、第１の光導波路３ａの上に中心導体４ａがあり、第２の光導波路３ｂの上に接地導体４ｃがある。一方、分極が反転した第２の相互作用部５ｂにおいては、第１の光導波路３ａの上に接地導体４ｂがあり、第２の光導波路３ｂの上に中心導体４ａがある。
【００１１】
つまり、第１の従来技術では、ｚ−カットＬＮ基板の表面方向に第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂを第１の相互作用部５ａと第２の相互作用部５ｂの間で位置的にシフトさせることにより、中心導体４ａ及び接地導体４ｂ、４ｃと第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂとの相対位置を入れ替えている。この構造を採用することにより、ＬＮ光変調器により生成する光信号パルスのチャーピングを極めて小さくすることが可能である。
【００１２】
この第１の従来技術では、進行波電極をまっすぐ、あるいはほぼまっすぐとしているので、その幅Ｓが６〜１１μｍ程度と狭い中心導体４ａと、中心導体４ａから１５〜５０μｍ程度のギャップＷを介して形成した接地導体４ｂ、４ｃには光と電気信号が相互作用する領域において電気的な不連続部はない。従って、その製作の歩留まりが格段に向上する。また、電気信号と光との相互作用部５ａ、５ｂに電気的な不連続部がないので、電気信号の透過特性であるＳ21について不連続部に起因した伝搬損失や、電気信号の反射特性であるＳ11に劣化がないという特徴を有している。
【００１３】
（第２の従来技術）
特許文献１では分極反転ゼロチャープを実現するための考え方を提案しているだけであり、光導波路の構造に依存しているわけではない。つまり、適用する光導波路としてはプレーナ型でもリッジ型でもよい。
【００１４】
そして、特許文献３に開示されたリッジ構造は特許文献２に開示されたプレーナ構造よりも高性能であることが知られている。リッジ構造を用いた場合における分極反転ゼロチャープ光変調器の光導波路３と、ＬＮ基板１の一部が掘り下げられて形成された溝部８ａ、８ｂ、及び８ｃの構成について、その上面図を第２の従来技術として図８に示す。なお、図９に図８のＢ−Ｂ´における断面を示している。
【００１５】
また、図１０に図８のＣ−Ｃ´における断面図を示す。但し、説明を簡単にするために、図１０においては第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂを省略した。さらに、光導波路シフト部５ｃとその近傍のみを図示している。図１０からわかるように、リッジの溝部８ａが形成されているために、中心導体に４ａ´、４ａ´´、４ａ´´´のような電気的な不連続、即ち断切れを生じている。
【００１６】
この中心導体の断切れはかなり高い確率で発生するために、リッジ構造を有する分極反転ゼロチャープ型のＬＮ光変調器の歩留まりを大きく制限する要因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００６−２５９６８６号公報
【特許文献２】特開平２−５１１２３号公報
【特許文献３】特開平４−２８８５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
リッジ構造を適用した光導波路で、当該光導波路をシフトする構成の分極反転ゼロチャープ型のＬＮ光変調器においては、光導波路シフト部において中心導体に断切れが生じることが多く、ＬＮ光変調器としての歩留まりを大きく制限していたため、これを解決するための技術の開発が強く望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の光変調器は、電気光学効果を有する材料からなるとともに、分極を反転しない領域と分極を反転する領域を有する基板と、前記基板の一面側に形成され、入射した光を分岐するための分岐光導波路と、分岐された前記光を伝搬するための第１の光導波路及び第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光を合波するための合波光導波路を備え、前記第１および第２の光導波路に沿って前記基板の一部が掘り下げられた溝部が形成されたリッジ型の光導波路を具備し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する光と、中心導体及び接地導体からなる進行波電極を伝搬する電気信号が相互作用する相互作用部が、互いに異なる方向に分極した第１の相互作用部と第２の相互作用部を含み、前記中心導体は前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路もしくは前記第２の光導波路に対向し、前記第１の相互作用部及び前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光の位相を変調して光信号パルスを生成する光変調器であって、前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部の間に光導波路シフト部を設けることにより、前記第１の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸とを異ならしめるとともに、前記第１の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸とを異ならしめ、前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部にて、前記中心導体及び前記接地導体と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の相対位置が入れ替わっており、前記相互作用部における前記中心導体は直線でなっており、前記相互作用部では前記進行波電極に電気的な不連続部を有さないように、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の下方以外の所定の箇所に前記溝部が形成されていることを特徴としている。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項２に記載の光変調器は、電気光学効果を有する材料からなるとともに、分極を反転しない領域と分極を反転する領域を有する基板と、前記基板の一面側に形成され、入射した光を分岐するための分岐光導波路と、分岐された前記光を伝搬するための第１の光導波路及び第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光を合波するための合波光導波路を備え、前記第１および第２の光導波路に沿って前記基板の一部が掘り下げられた溝部が形成されたリッジ型の光導波路を具備し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する光と、中心導体及び接地導体からなる進行波電極を伝搬する電気信号が相互作用する相互作用部が、互いに異なる方向に分極した第１の相互作用部と第２の相互作用部を含み、前記中心導体は前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路もしくは前記第２の光導波路に対向し、前記第１の相互作用部及び前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光の位相を変調して光信号パルスを生成する光変調器であって、前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部の間に光導波路シフト部を設けることにより、前記第１の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸とを異ならしめるとともに、前記第１の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸とを異ならしめ、前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部にて、前記中心導体及び前記接地導体と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の相対位置が入れ替わっており、前記相互作用部における前記中心導体は略直線でなっており、また、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の一部が前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の少なくとも一方と略平行に形成されており、前記相互作用部では前記進行波電極に電気的な不連続部を有さないように、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の下方以外の所定の箇所に前記溝部が形成されていることを特徴としている。
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の請求項３に記載の光変調器は、請求項１または２に記載の光変調器において、前記第１の相互作用部の長さと前記第２の相互作用部の長さが略等しいことを特徴としている。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項４に記載の光変調器は、請求項１または２に記載の光変調器において、前記第１の相互作用部の長さが前記第２の相互作用部の長さよりも短いことを特徴としている。
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明の請求項５に記載の光変調器は、請求項１または２に記載の光変調器において、前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の少なくとも一方が複数個あり、該それぞれの領域の境界に前記光導波路シフト部を設けたことを特徴としている。
【００２４】
上記課題を解決するために、本発明の請求項６に記載の光変調器は、請求項５に記載の光変調器において、前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の数の和が奇数個であることを特徴としている。
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明の請求項７に記載の光変調器は、請求項６に記載の光変調器において、前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の各々の長さの和が互いに略等しいことを特徴としている。
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明の請求項８に記載の光変調器は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光変調器において、前記基板が前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域のどちらか一方である場合よりも、前記光信号パルスのチャーピングが小さくなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２７】
本発明にかかるリッジ構造を有する分極反転ゼロチャープ型ＬＮ光変調器では、光導波路シフト部において中心導体の下方に前記溝部が形成されておらず、非分極反転領域と分極反転領域をまたいで直線状、もしくは略直線状のリッジが形成されている。これにより、電気的な不連続、即ち中心導体の断切れを防ぐことができ、リッジ構造を有する分極反転ゼロチャープ型ＬＮ光変調器の歩留まりを大幅に改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成を示す上面図
【図２】図１の領域Ｉにおける拡大した上面図
【図３】図１と図２のＥ−Ｅ´における断面図
【図４】本発明の第２の実施形態の概略構成を示す上面図
【図５】本発明の第３の実施形態の概略構成を示す上面図
【図６】第１の従来技術の光変調器についての概略構成を示す上面図
【図７】図６のＡ−Ａ´における断面図
【図８】第２の従来技術の光変調器についての概略構成を示す上面図
【図９】図８のＢ−Ｂ´における断面図
【図１０】図８のＣ−Ｃ´における断面図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図６から図１０に示した従来技術と同一の符号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一の符号を持つ機能部の説明を省略する。
【００３０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図１に示す。本発明では高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用部には第２の従来技術として示した図９のリッジ構造を適用する。つまり図１のＤ−Ｄ´における断面図は図９と同じである。図１の領域Ｉに相当する箇所を拡大した上面図を図２に示す。
【００３１】
ここで、従来技術と同じく、５ａは非分極反転領域１ａにおいて長さがＬ1でなる電気信号と光との相互作用部、つまり第１の相互作用部である。５ｂは分極反転領域１ｂにおいて長さがＬ2でなる電気信号と光との相互作用部、つまり第２の相互作用部である。５ｃは第１の相互作用部５ａと第２の相互作用部５ｂの間に設けた、長さがＬ3でなる光導波路シフト部である。第２の従来技術においてはこの光導波路シフト部５ｃにおいて長さＬ3にわたって中心導体の断切れが生じ、問題となっていた。第１の相互作用部５ａの長さＬ1と第２の相互作用部５ｂの長さＬ2についてはＬ1＜Ｌ2が好ましい。
【００３２】
さらに従来技術と同じく、分極が反転していない第１の相互作用部５ａにおいては、第１の光導波路３ａの上に中心導体４ａがあり、第２の光導波路３ｂの上に接地導体４ｃがある。一方、分極が反転した第２の相互作用部５ｂにおいては、第１の光導波路３ａの上に接地導体４ｂがあり、第２の光導波路３ｂの上に中心導体４ａがある。また、ｚ−カットＬＮ基板の表面方向に第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂを第１の相互作用部５ａと第２の相互作用部５ｂの間で位置的にシフトさせることにより、中心導体４ａ及び接地導体４ｂ、４ｃと第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂとの相対位置を入れ替えている。これにより、ＬＮ光変調器により生成する光信号パルスのチャーピングを極めて小さくすることが可能である。
【００３３】
図２からわかるように、本発明では図８に示した第２の従来技術におけるリッジの溝部８ａが９ａ、９ｂのように２つに分割（あるいは分断）されている。そして、リッジ部１０は分極反転領域１ａと非分極反転領域１ｂの間を橋渡しし（あるいは、境界４０をまたいで）、まっすぐに形成されている。換言すれば、光導波路シフト部５ｃにおいて、中心導体４ａの下方に溝部が形成されておらず中心導体４ａの下方以外の所定の箇所に溝部が形成されている。
【００３４】
図１と図２のＥ−Ｅ´における断面図を図３に示す。このように、本発明では分極反転領域と非分極反転領域の境界４０をまたいでほぼまっすぐなリッジ部１０が形成されているので、ｚ−カットＬＮ基板１の厚み方向に対して中心導体４ａに不連続部分が生じることはない。
【００３５】
実際の製造においては、リッジの溝部９ａ、９ｂがあっても中心導体４ａのいわば台座となるリッジ部１０がほぼまっすぐに存在するため、数十ミクロンもの厚さが要求される進行波電極を製作するのに大変都合の良い構造というこができる。本発明を適用することにより工程において、ほぼ１００％の高い歩留まりを実現することが可能となった。
【００３６】
なお、分極反転領域１ａと非分極反転領域１ｂの間を橋渡しするリッジ部１０はほぼ真っ直ぐとして説明したが、もちろん完全に真っ直ぐである必要はなく、特許文献１に説明しているように電気的な不連続が生じない程度であれば曲がっていてもよいことはいうまでもない。これについては後に述べる。
【００３７】
また、図１では非分極反転領域１ａと分極反転領域１ｂの境界４０が光導波路シフト部５ｃの領域内に存在するが、変調の効率に与える影響が小さいならば、境界４０の位置が光導波路シフト部５ｃの領域から少し程度外れた位置（あるいは、リッジ部１０から外れた位置）としてもよい。そして、このことは本発明の全ての実施形態について言うことができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
図４に本発明の第２実施形態の上面図を示す。また、図４では進行波電極を省略して示している。図中、１ａと１ｃはｚ−カットＬＮ基板の分極を反転していない領域（非分極反転領域）、１ｂはｚ−カットＬＮ基板の分極を反転した領域（分極反転領域）である。３０はマッハツェンダ光導波路、３０ａ、３０ｂはマッハツェンダ光導波路を構成する２本のアーム（第１の光導波路と第２の光導波路）である。１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆはリッジの溝部である。本発明においてもリッジの溝部１２ａ、１２ｄ、１２ｅが一続きではなく、互いに分断されている。
【００３９】
図４に示した本発明の第２実施形態においても、不図示の中心導体と接地導体に不連続部が生じないようにほぼ真っ直ぐに構成し、その代わりに第１の光導波路３０ａと第２の光導波路３０ｂを位置的に２回シフトさせている。ここで、１１ａは分極を反転していない領域１ａにおける電気信号と光との相互作用部であり、第１の相互作用部と呼ぶ。１１ｂは分極を反転した領域１ｂにおける電気信号と光との相互作用部であり、第２の相互作用部と呼ぶ。１１ｃは分極を反転していない領域１ｃにおける電気信号と光との相互作用部であり、第３の相互作用部と呼ぶ。１１ｄは第１の相互作用部１１ａと第２の相互作用部１１ｂの間に設けた光導波路シフト部、１１ｅは第２の相互作用部１１ｂと第３の相互作用部１１ｃの間に設けた光導波路シフト部である。リッジ部１０´と１０´´の上にバッファ層２などを介して不図示の中心導体を形成する。
【００４０】
電気信号の周波数が高くなると進行波電極を構成する金属が持つ導体損失が増加する。従って、第１の光導波路３０ａと第２の光導波路３０ｂに作用する電気信号の電界の強度は、第１の相互作用部１１ａにおいて最も強く、第３の相互作用部１１ｃで最も弱く、また第２の相互作用部１１ｂでは第１の相互作用部と第３の相互作用部の中間となる。
【００４１】
従って、チャーピングを小さくするためのＬ4、Ｌ5、Ｌ6の決定の仕方については、Ｌ4＝Ｌ6＝Ｌ5／２としても効果があるが、さらに改善するには図１の第１の実施形態と同様の考え方を適用できる。
【００４２】
つまり、分極を反転していない領域における第１の相互作用部１１ａの長さＬ4と、分極を反転した領域における第２の相互作用部１１ｂの長さＬ5と、分極を反転していない領域における第３の相互作用部１１ｃの長さＬ6とを適切に設定することにより、ＤＣ付近の低周波領域と高周波領域においてチャーピング量を表すαパラメータの符号が入れ替わり、所定の周波数においてαパラメータをゼロとすることができる。
【００４３】
なお、分極反転をした領域の数と分極反転をしない領域の数の和は偶数個であってもよいが奇数個であることが好適である。また、分極反転をした領域の数と分極反転をしない領域の数の和が３個以上の場合（特に奇数個の場合）には、分極反転をした領域の長さの和と分極反転をしない領域の長さの和を略等しくすることにより、簡易な設計により良好なゼロチャーピングを実現することができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
図５に本発明における第３の実施形態の上面図を示す。これまでの実施形態における説明では、進行波電極４を省いて説明してきたが、説明をわかりやすくするためにこの第３の実施形態では逆に中心導体４ａ´、接地導体４ｂ´、４ｃ´を描いている。
【００４５】
先に述べたように、図１に示した本発明の第１の実施形態では相互作用部において進行波電極はまっすぐとし、光導波路のみ光導波路シフト部５ｃにおいて位置的にずらしている。しかしながら、この第３の実施形態においては、第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂをシフトするとともに、電極の製作性とマイクロ波の透過特性（Ｓ21）や反射特性（Ｓ11）の観点から、実用上問題がない程度に中心導体４ａ´、接地導体４ｂ´、４ｃ´からなる進行波電極をシフトさせている。なお、中心導体４ａ´のシフト量は第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂの中心間距離よりも小さくすることにより、優れた電気的特性を実現できる。
【００４６】
図５のように構成することにより、光導波路シフト部５ｃの一部においても光変調を行うことができるので、事実上、第１の相互作用部５ａの長さＬ1と第２の相互作用部５ｂの長さＬ2をより長くすることが可能となる。換言すると、光導波路シフト部５ｃの長さＬ3の一部を光変調に利用している。従って、進行波電極が真っ直ぐな本発明の第１実施形態と比較してより効率の良い光変調を実現できることになる。
【００４７】
（各実施形態）
以上においては、リッジ構造を有する分極反転ゼロチャープ型の光変調器として、第１の光導波路と第２の光導波路が長手方法に光導波路シフト部（曲がり部）を各々１つもしくは２つ持つ構造について説明したが、３つあるいはそれ以上光導波路シフト部があってもよいことは言うまでもない。電極としてはＣＰＷ構造のほかに非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）などその他の構造でもよい。
【００４８】
また、ｚ−カットＬＮ基板について説明したが、リチウムタンタレート基板など異なる材料の基板でも良い。さらに、電極は進行波電極として説明してきたが、原理的には集中定数電極でも良いので、本明細書における電極は集中定数電極も含むものとする。
【符号の説明】
【００４９】
１：ｚ−カットＬＮ基板（ＬＮ基板）
１ａ、１ｃ：非分極反転領域
１ｂ：分極反転領域
２：ＳｉＯ2バッファ層（バッファ層）
３、３０：マッハツェンダ光導波路（光導波路）
３ａ、３０ａ：マッハツェンダ光導波路を構成する第１の光導波路
３ｂ、３０ｂ：マッハツェンダ光導波路を構成する第２の光導波路
３ａ´、３ｂ´：曲がり部（ベンド光導波路）
４：進行波電極
４ａ、４ａ´、４ａ´´、４ａ´´´：中心導体
４ｂ、４ｃ、４ｂ´、４ｃ´：接地導体
５ａ、１１ａ、１１ｃ：非分極反転領域の相互作用部
５ｂ、１１ｂ：分極反転領域の相互作用部
５ｃ、１１ｄ、１１ｅ：光導波路シフト部
７ａ、１０、１０´、１０´´：リッジ部
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、９ａ、９ｂ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ：溝部
４０：分極反転領域と非分極反転領域の境界
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型で低損失な光導波路を含むリッジ光導波路を含むマッハツェンダ光導波路を具備し、光導波路に入射した光を高周波電気信号で変調して光信号パルスとして出射する光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速、大容量の光通信システムが実用化されている。このような高速、大容量の光通信システムに組込むための高速、小型、低価格、かつ高安定な光変調器の開発が求められている。
【０００３】
このような要望に応える光変調器として、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、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）がある。このＬＮ光変調器は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓの大容量光通信システムに適用されている。最近はさらに４０Ｇｂｉｔ／ｓの超大容量光通信システムにも適用が検討されている。
【０００４】
（第１の従来技術）
特許文献１にはｚ−カットＬＮ基板に分極反転を適用してゼロチャープ光変調器を実現した、いわゆる分極反転ゼロチャープ光変調器が開示されている。また、特許文献２にはｚ−カットＬＮ基板にプレーナ光導波路を形成した、いわゆるプレーナ型ＬＮ変調器が開示されている。そしてこのプレーナ型ＬＮ変調器を例として用いて構成した分極反転ゼロチャープＬＮ変調器を第１の従来技術として、図６にその上面図を示す。また、図６のＡ−Ａ´における断面図を図７に示す。
【０００５】
ここで、１ａは分極反転をしていないｚ−カット基板（あるいは非分極反転領域）、１ｂは分極反転をしたｚ−カット基板（あるいは分極反転領域）である（１ａと１ｂを総称してｚ−カット基板１と呼ぶ）。ｚ−カット基板１の上に光導波路３が形成されている。この光導波路３は、金属Ｔｉを１０５０℃で約１０時間熱拡散して形成した光導波路であり、分岐光導波路、２本のアーム、合波光導波路からなるマッハツェンダ干渉系（あるいは、マッハツェンダ光導波路）を構成している。３ａと３ｂはマッハツェンダ光導波路を構成する２本のアームであり、高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用光導波路ともいう。３ａと３ｂを各々第１の光導波路と第２の光導波路と呼ぶ。なお、４０は分極反転領域１ａと非分極反転領域１ｂの境界である。
【０００６】
ｚ−カット基板１の上にＳｉＯ2バッファ層２が形成され、このＳｉＯ2バッファ層２の上面に進行波電極４が形成されている。進行波電極４としては、１つの中心導体４ａと２つの接地導体４ｂ、４ｃを有するコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を用いている。なお、ｚ−カットＬＮ基板１を用いて製作したＬＮ光変調器に特有の焦電効果に起因する温度ドリフトを抑圧するためにＳｉＯ2バッファ層２の上面全面にＳｉ導電層を用いるが、本明細書では説明を簡単にするためにＳｉ導電層については省略して議論する。
【０００７】
図６に示した第１の従来技術において特徴的なことは、充分に広い光変調帯域を実現するために、光変調帯域を決定する電気信号の特性を最大限に生かす構造としていることである。つまり、光変調特性を決める相互作用部において、幅やギャップなど寸法が小さい中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃは不連続部が生じないようにまっすぐ、あるいはほぼまっすぐとし、その代わりに第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂに曲がり部３ａ´、３ｂ´（ベンド光導波路）を設けて各光導波路をシフトさせている。
【０００８】
ここで、５ａは非分極反転領域１ａにおける電気信号と光との相互作用部で、長さがＬ1でなり、第１の相互作用部と呼ぶ。５ｂは分極反転領域１ｂにおける電気信号と光との相互作用部で、長さがＬ2でなり、第２の相互作用部と呼ぶ。５ｃは第１の相互作用部５ａと第２の相互作用部５ｂの間に設けた光導波路シフト部で、長さがＬ3でなる。
【０００９】
第１の相互作用部５ａの長さＬ1と第２の相互作用部５ｂの長さＬ2については、Ｌ1＝Ｌ2とすれば生成した光パルスにある程度はゼロチャーピングの特性を与えることができる。しかしながら高周波電気信号が中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃを伝搬するとともに減衰するので、第１の相互作用部５ａにおける変調効率の方が第２の相互作用部５ｃにおける変調効率よりも高いことを考慮すると、Ｌ1＜Ｌ2が好ましいことは明らかである。
【００１０】
図６からわかるように、分極が反転していない第１の相互作用部５ａにおいては、第１の光導波路３ａの上に中心導体４ａがあり、第２の光導波路３ｂの上に接地導体４ｃがある。一方、分極が反転した第２の相互作用部５ｂにおいては、第１の光導波路３ａの上に接地導体４ｂがあり、第２の光導波路３ｂの上に中心導体４ａがある。
【００１１】
つまり、第１の従来技術では、ｚ−カットＬＮ基板の表面方向に第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂを第１の相互作用部５ａと第２の相互作用部５ｂの間で位置的にシフトさせることにより、中心導体４ａ及び接地導体４ｂ、４ｃと第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂとの相対位置を入れ替えている。この構造を採用することにより、ＬＮ光変調器により生成する光信号パルスのチャーピングを極めて小さくすることが可能である。
【００１２】
この第１の従来技術では、進行波電極をまっすぐ、あるいはほぼまっすぐとしているので、その幅Ｓが６〜１１μｍ程度と狭い中心導体４ａと、中心導体４ａから１５〜５０μｍ程度のギャップＷを介して形成した接地導体４ｂ、４ｃには光と電気信号が相互作用する領域において電気的な不連続部はない。従って、その製作の歩留まりが格段に向上する。また、電気信号と光との相互作用部５ａ、５ｂに電気的な不連続部がないので、電気信号の透過特性であるＳ21について不連続部に起因した伝搬損失や、電気信号の反射特性であるＳ11に劣化がないという特徴を有している。
【００１３】
（第２の従来技術）
特許文献１では分極反転ゼロチャープを実現するための考え方を提案しているだけであり、光導波路の構造に依存しているわけではない。つまり、適用する光導波路としてはプレーナ型でもリッジ型でもよい。
【００１４】
そして、特許文献３に開示されたリッジ構造は特許文献２に開示されたプレーナ構造よりも高性能であることが知られている。リッジ構造を用いた場合における分極反転ゼロチャープ光変調器の光導波路３と、ＬＮ基板１の一部が掘り下げられて形成された溝部８ａ、８ｂ、及び８ｃの構成について、その上面図を第２の従来技術として図８に示す。なお、図９に図８のＢ−Ｂ´における断面を示している。
【００１５】
また、図１０に図８のＣ−Ｃ´における断面図を示す。但し、説明を簡単にするために、図１０においては第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂを省略した。さらに、光導波路シフト部５ｃとその近傍のみを図示している。図１０からわかるように、リッジの溝部８ａが形成されているために、中心導体に４ａ´、４ａ´´、４ａ´´´のような電気的な不連続、即ち断切れを生じている。
【００１６】
この中心導体の断切れはかなり高い確率で発生するために、リッジ構造を有する分極反転ゼロチャープ型のＬＮ光変調器の歩留まりを大きく制限する要因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００６−２５９６８６号公報
【特許文献２】特開平２−５１１２３号公報
【特許文献３】特開平４−２８８５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
リッジ構造を適用した光導波路で、当該光導波路をシフトする構成の分極反転ゼロチャープ型のＬＮ光変調器においては、光導波路シフト部において中心導体に断切れが生じることが多く、ＬＮ光変調器としての歩留まりを大きく制限していたため、これを解決するための技術の開発が強く望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の光変調器は、電気光学効果を有する材料からなるとともに、分極を反転しない領域と分極を反転する領域を有する基板と、前記基板の一面側に形成され、入射した光を分岐するための分岐光導波路と、分岐された前記光を伝搬するための第１の光導波路及び第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光を合波するための合波光導波路を備え、前記第１および第２の光導波路に沿って前記基板の一部が掘り下げられた溝部が形成されたリッジ型の光導波路を具備し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する光と、中心導体及び接地導体からなる進行波電極を伝搬する電気信号が相互作用する相互作用部が、互いに異なる方向に分極した第１の相互作用部と第２の相互作用部を含み、前記中心導体は前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路もしくは前記第２の光導波路に対向し、前記第１の相互作用部及び前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光の位相を変調して光信号パルスを生成する光変調器であって、前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部の間に光導波路シフト部を設けることにより、前記第１の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸とを異ならしめるとともに、前記第１の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸とを異ならしめ、前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部にて、前記中心導体及び前記接地導体と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の相対位置が入れ替わっており、前記相互作用部における前記中心導体は直線でなっており、前記相互作用部では前記進行波電極に電気的な不連続部を有さないように、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の下方以外の所定の箇所に前記溝部が形成されていることを特徴としている。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項２に記載の光変調器は、電気光学効果を有する材料からなるとともに、分極を反転しない領域と分極を反転する領域を有する基板と、前記基板の一面側に形成され、入射した光を分岐するための分岐光導波路と、分岐された前記光を伝搬するための第１の光導波路及び第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光を合波するための合波光導波路を備え、前記第１および第２の光導波路に沿って前記基板の一部が掘り下げられた溝部が形成されたリッジ型の光導波路を具備し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する光と、中心導体及び接地導体からなる進行波電極を伝搬する電気信号が相互作用する相互作用部が、互いに異なる方向に分極した第１の相互作用部と第２の相互作用部を含み、前記中心導体は前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路もしくは前記第２の光導波路に対向し、前記第１の相互作用部及び前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光の位相を変調して光信号パルスを生成する光変調器であって、前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部の間に光導波路シフト部を設けることにより、前記第１の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸とを異ならしめるとともに、前記第１の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸とを異ならしめ、前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部にて、前記中心導体及び前記接地導体と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の相対位置が入れ替わっており、前記相互作用部における前記中心導体は略直線でなっており、また、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の一部が前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の少なくとも一方と略平行に形成されており、前記相互作用部では前記進行波電極に電気的な不連続部を有さないように、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の下方以外の所定の箇所に前記溝部が形成されていることを特徴としている。
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の請求項３に記載の光変調器は、請求項１または２に記載の光変調器において、前記第１の相互作用部の長さと前記第２の相互作用部の長さが略等しいことを特徴としている。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項４に記載の光変調器は、請求項１または２に記載の光変調器において、前記第１の相互作用部の長さが前記第２の相互作用部の長さよりも短いことを特徴としている。
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明の請求項５に記載の光変調器は、請求項１または２に記載の光変調器において、前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の少なくとも一方が複数個あり、該それぞれの領域の境界に前記光導波路シフト部を設けたことを特徴としている。
【００２４】
上記課題を解決するために、本発明の請求項６に記載の光変調器は、請求項５に記載の光変調器において、前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の数の和が奇数個であることを特徴としている。
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明の請求項７に記載の光変調器は、請求項６に記載の光変調器において、前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の各々の長さの和が互いに略等しいことを特徴としている。
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明の請求項８に記載の光変調器は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光変調器において、前記基板が前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域のどちらか一方である場合よりも、前記光信号パルスのチャーピングが小さくなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２７】
本発明にかかるリッジ構造を有する分極反転ゼロチャープ型ＬＮ光変調器では、光導波路シフト部において中心導体の下方に前記溝部が形成されておらず、非分極反転領域と分極反転領域をまたいで直線状、もしくは略直線状のリッジが形成されている。これにより、電気的な不連続、即ち中心導体の断切れを防ぐことができ、リッジ構造を有する分極反転ゼロチャープ型ＬＮ光変調器の歩留まりを大幅に改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成を示す上面図
【図２】図１の領域Ｉにおける拡大した上面図
【図３】図１と図２のＥ−Ｅ´における断面図
【図４】本発明の第２の実施形態の概略構成を示す上面図
【図５】本発明の第３の実施形態の概略構成を示す上面図
【図６】第１の従来技術の光変調器についての概略構成を示す上面図
【図７】図６のＡ−Ａ´における断面図
【図８】第２の従来技術の光変調器についての概略構成を示す上面図
【図９】図８のＢ−Ｂ´における断面図
【図１０】図８のＣ−Ｃ´における断面図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図６から図１０に示した従来技術と同一の符号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一の符号を持つ機能部の説明を省略する。
【００３０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図１に示す。本発明では高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用部には第２の従来技術として示した図９のリッジ構造を適用する。つまり図１のＤ−Ｄ´における断面図は図９と同じである。図１の領域Ｉに相当する箇所を拡大した上面図を図２に示す。
【００３１】
ここで、従来技術と同じく、５ａは非分極反転領域１ａにおいて長さがＬ1でなる電気信号と光との相互作用部、つまり第１の相互作用部である。５ｂは分極反転領域１ｂにおいて長さがＬ2でなる電気信号と光との相互作用部、つまり第２の相互作用部である。５ｃは第１の相互作用部５ａと第２の相互作用部５ｂの間に設けた、長さがＬ3でなる光導波路シフト部である。第２の従来技術においてはこの光導波路シフト部５ｃにおいて長さＬ3にわたって中心導体の断切れが生じ、問題となっていた。第１の相互作用部５ａの長さＬ1と第２の相互作用部５ｂの長さＬ2についてはＬ1＜Ｌ2が好ましい。
【００３２】
さらに従来技術と同じく、分極が反転していない第１の相互作用部５ａにおいては、第１の光導波路３ａの上に中心導体４ａがあり、第２の光導波路３ｂの上に接地導体４ｃがある。一方、分極が反転した第２の相互作用部５ｂにおいては、第１の光導波路３ａの上に接地導体４ｂがあり、第２の光導波路３ｂの上に中心導体４ａがある。また、ｚ−カットＬＮ基板の表面方向に第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂを第１の相互作用部５ａと第２の相互作用部５ｂの間で位置的にシフトさせることにより、中心導体４ａ及び接地導体４ｂ、４ｃと第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂとの相対位置を入れ替えている。これにより、ＬＮ光変調器により生成する光信号パルスのチャーピングを極めて小さくすることが可能である。
【００３３】
図２からわかるように、本発明では図８に示した第２の従来技術におけるリッジの溝部８ａが９ａ、９ｂのように２つに分割（あるいは分断）されている。そして、リッジ部１０は分極反転領域１ａと非分極反転領域１ｂの間を橋渡しし（あるいは、境界４０をまたいで）、まっすぐに形成されている。換言すれば、光導波路シフト部５ｃにおいて、中心導体４ａの下方に溝部が形成されておらず中心導体４ａの下方以外の所定の箇所に溝部が形成されている。
【００３４】
図１と図２のＥ−Ｅ´における断面図を図３に示す。このように、本発明では分極反転領域と非分極反転領域の境界４０をまたいでほぼまっすぐなリッジ部１０が形成されているので、ｚ−カットＬＮ基板１の厚み方向に対して中心導体４ａに不連続部分が生じることはない。
【００３５】
実際の製造においては、リッジの溝部９ａ、９ｂがあっても中心導体４ａのいわば台座となるリッジ部１０がほぼまっすぐに存在するため、数十ミクロンもの厚さが要求される進行波電極を製作するのに大変都合の良い構造というこができる。本発明を適用することにより工程において、ほぼ１００％の高い歩留まりを実現することが可能となった。
【００３６】
なお、分極反転領域１ａと非分極反転領域１ｂの間を橋渡しするリッジ部１０はほぼ真っ直ぐとして説明したが、もちろん完全に真っ直ぐである必要はなく、特許文献１に説明しているように電気的な不連続が生じない程度であれば曲がっていてもよいことはいうまでもない。これについては後に述べる。
【００３７】
また、図１では非分極反転領域１ａと分極反転領域１ｂの境界４０が光導波路シフト部５ｃの領域内に存在するが、変調の効率に与える影響が小さいならば、境界４０の位置が光導波路シフト部５ｃの領域から少し程度外れた位置（あるいは、リッジ部１０から外れた位置）としてもよい。そして、このことは本発明の全ての実施形態について言うことができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
図４に本発明の第２実施形態の上面図を示す。また、図４では進行波電極を省略して示している。図中、１ａと１ｃはｚ−カットＬＮ基板の分極を反転していない領域（非分極反転領域）、１ｂはｚ−カットＬＮ基板の分極を反転した領域（分極反転領域）である。３０はマッハツェンダ光導波路、３０ａ、３０ｂはマッハツェンダ光導波路を構成する２本のアーム（第１の光導波路と第２の光導波路）である。１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆはリッジの溝部である。本発明においてもリッジの溝部１２ａ、１２ｄ、１２ｅが一続きではなく、互いに分断されている。
【００３９】
図４に示した本発明の第２実施形態においても、不図示の中心導体と接地導体に不連続部が生じないようにほぼ真っ直ぐに構成し、その代わりに第１の光導波路３０ａと第２の光導波路３０ｂを位置的に２回シフトさせている。ここで、１１ａは分極を反転していない領域１ａにおける電気信号と光との相互作用部であり、第１の相互作用部と呼ぶ。１１ｂは分極を反転した領域１ｂにおける電気信号と光との相互作用部であり、第２の相互作用部と呼ぶ。１１ｃは分極を反転していない領域１ｃにおける電気信号と光との相互作用部であり、第３の相互作用部と呼ぶ。１１ｄは第１の相互作用部１１ａと第２の相互作用部１１ｂの間に設けた光導波路シフト部、１１ｅは第２の相互作用部１１ｂと第３の相互作用部１１ｃの間に設けた光導波路シフト部である。リッジ部１０´と１０´´の上にバッファ層２などを介して不図示の中心導体を形成する。
【００４０】
電気信号の周波数が高くなると進行波電極を構成する金属が持つ導体損失が増加する。従って、第１の光導波路３０ａと第２の光導波路３０ｂに作用する電気信号の電界の強度は、第１の相互作用部１１ａにおいて最も強く、第３の相互作用部１１ｃで最も弱く、また第２の相互作用部１１ｂでは第１の相互作用部と第３の相互作用部の中間となる。
【００４１】
従って、チャーピングを小さくするためのＬ4、Ｌ5、Ｌ6の決定の仕方については、Ｌ4＝Ｌ6＝Ｌ5／２としても効果があるが、さらに改善するには図１の第１の実施形態と同様の考え方を適用できる。
【００４２】
つまり、分極を反転していない領域における第１の相互作用部１１ａの長さＬ4と、分極を反転した領域における第２の相互作用部１１ｂの長さＬ5と、分極を反転していない領域における第３の相互作用部１１ｃの長さＬ6とを適切に設定することにより、ＤＣ付近の低周波領域と高周波領域においてチャーピング量を表すαパラメータの符号が入れ替わり、所定の周波数においてαパラメータをゼロとすることができる。
【００４３】
なお、分極反転をした領域の数と分極反転をしない領域の数の和は偶数個であってもよいが奇数個であることが好適である。また、分極反転をした領域の数と分極反転をしない領域の数の和が３個以上の場合（特に奇数個の場合）には、分極反転をした領域の長さの和と分極反転をしない領域の長さの和を略等しくすることにより、簡易な設計により良好なゼロチャーピングを実現することができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
図５に本発明における第３の実施形態の上面図を示す。これまでの実施形態における説明では、進行波電極４を省いて説明してきたが、説明をわかりやすくするためにこの第３の実施形態では逆に中心導体４ａ´、接地導体４ｂ´、４ｃ´を描いている。
【００４５】
先に述べたように、図１に示した本発明の第１の実施形態では相互作用部において進行波電極はまっすぐとし、光導波路のみ光導波路シフト部５ｃにおいて位置的にずらしている。しかしながら、この第３の実施形態においては、第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂをシフトするとともに、電極の製作性とマイクロ波の透過特性（Ｓ21）や反射特性（Ｓ11）の観点から、実用上問題がない程度に中心導体４ａ´、接地導体４ｂ´、４ｃ´からなる進行波電極をシフトさせている。なお、中心導体４ａ´のシフト量は第１の光導波路３ａと第２の光導波路３ｂの中心間距離よりも小さくすることにより、優れた電気的特性を実現できる。
【００４６】
図５のように構成することにより、光導波路シフト部５ｃの一部においても光変調を行うことができるので、事実上、第１の相互作用部５ａの長さＬ1と第２の相互作用部５ｂの長さＬ2をより長くすることが可能となる。換言すると、光導波路シフト部５ｃの長さＬ3の一部を光変調に利用している。従って、進行波電極が真っ直ぐな本発明の第１実施形態と比較してより効率の良い光変調を実現できることになる。
【００４７】
（各実施形態）
以上においては、リッジ構造を有する分極反転ゼロチャープ型の光変調器として、第１の光導波路と第２の光導波路が長手方法に光導波路シフト部（曲がり部）を各々１つもしくは２つ持つ構造について説明したが、３つあるいはそれ以上光導波路シフト部があってもよいことは言うまでもない。電極としてはＣＰＷ構造のほかに非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）などその他の構造でもよい。
【００４８】
また、ｚ−カットＬＮ基板について説明したが、リチウムタンタレート基板など異なる材料の基板でも良い。さらに、電極は進行波電極として説明してきたが、原理的には集中定数電極でも良いので、本明細書における電極は集中定数電極も含むものとする。
【符号の説明】
【００４９】
１：ｚ−カットＬＮ基板（ＬＮ基板）
１ａ、１ｃ：非分極反転領域
１ｂ：分極反転領域
２：ＳｉＯ2バッファ層（バッファ層）
３、３０：マッハツェンダ光導波路（光導波路）
３ａ、３０ａ：マッハツェンダ光導波路を構成する第１の光導波路
３ｂ、３０ｂ：マッハツェンダ光導波路を構成する第２の光導波路
３ａ´、３ｂ´：曲がり部（ベンド光導波路）
４：進行波電極
４ａ、４ａ´、４ａ´´、４ａ´´´：中心導体
４ｂ、４ｃ、４ｂ´、４ｃ´：接地導体
５ａ、１１ａ、１１ｃ：非分極反転領域の相互作用部
５ｂ、１１ｂ：分極反転領域の相互作用部
５ｃ、１１ｄ、１１ｅ：光導波路シフト部
７ａ、１０、１０´、１０´´：リッジ部
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、９ａ、９ｂ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ：溝部
４０：分極反転領域と非分極反転領域の境界
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する材料からなるとともに、分極を反転しない領域と分極を反転する領域を有する基板と、
前記基板の一面側に形成され、入射した光を分岐するための分岐光導波路と、分岐された前記光を伝搬するための第１の光導波路及び第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光を合波するための合波光導波路を備え、前記第１および第２の光導波路に沿って前記基板の一部が掘り下げられた溝部が形成されたリッジ型の光導波路を具備し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する光と、中心導体及び接地導体からなる進行波電極を伝搬する電気信号が相互作用する相互作用部が、互いに異なる方向に分極した第１の相互作用部と第２の相互作用部を含み、
前記中心導体は前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路もしくは前記第２の光導波路に対向し、
前記第１の相互作用部及び前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光の位相を変調して光信号パルスを生成する光変調器であって、
前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部の間に光導波路シフト部を設けることにより、
前記第１の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸とを異ならしめるとともに、前記第１の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸とを異ならしめ、
前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部にて、前記中心導体及び前記接地導体と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の相対位置が入れ替わっており、
前記相互作用部における前記中心導体は直線でなっており、
前記相互作用部では前記進行波電極に電気的な不連続部を有さないように、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の下方以外の所定の箇所に前記溝部が形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
電気光学効果を有する材料からなるとともに、分極を反転しない領域と分極を反転する領域を有する基板と、
前記基板の一面側に形成され、入射した光を分岐するための分岐光導波路と、分岐された前記光を伝搬するための第１の光導波路及び第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光を合波するための合波光導波路を備え、前記第１および第２の光導波路に沿って前記基板の一部が掘り下げられた溝部が形成されたリッジ型の光導波路を具備し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する光と、中心導体及び接地導体からなる進行波電極を伝搬する電気信号が相互作用する相互作用部が、互いに異なる方向に分極した第１の相互作用部と第２の相互作用部を含み、
前記中心導体は前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路もしくは前記第２の光導波路に対向し、
前記第１の相互作用部及び前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光の位相を変調して光信号パルスを生成する光変調器であって、
前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部の間に光導波路シフト部を設けることにより、
前記第１の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸とを異ならしめるとともに、前記第１の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸とを異ならしめ、
前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部にて、前記中心導体及び前記接地導体と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の相対位置が入れ替わっており、
前記相互作用部における前記中心導体は略直線でなっており、
また、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の一部が前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の少なくとも一方と略平行に形成されており、
前記相互作用部では前記進行波電極に電気的な不連続部を有さないように、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の下方以外の所定の箇所に前記溝部が形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
前記第１の相互作用部の長さと前記第２の相互作用部の長さが略等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記第１の相互作用部の長さが前記第２の相互作用部の長さよりも短いことを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項５】
前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の少なくとも一方が複数個あり、該それぞれの領域の境界に前記光導波路シフト部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項６】
前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の数の和が奇数個であることを特徴とする請求項５に記載の光変調器。
【請求項７】
前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の各々の長さの和が互いに略等しいことを特徴とする請求項６に記載の光変調器。
【請求項８】
前記基板が前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域のどちらか一方である場合よりも、前記光信号パルスのチャーピングが小さくなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項１】
電気光学効果を有する材料からなるとともに、分極を反転しない領域と分極を反転する領域を有する基板と、
前記基板の一面側に形成され、入射した光を分岐するための分岐光導波路と、分岐された前記光を伝搬するための第１の光導波路及び第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光を合波するための合波光導波路を備え、前記第１および第２の光導波路に沿って前記基板の一部が掘り下げられた溝部が形成されたリッジ型の光導波路を具備し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する光と、中心導体及び接地導体からなる進行波電極を伝搬する電気信号が相互作用する相互作用部が、互いに異なる方向に分極した第１の相互作用部と第２の相互作用部を含み、
前記中心導体は前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路もしくは前記第２の光導波路に対向し、
前記第１の相互作用部及び前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光の位相を変調して光信号パルスを生成する光変調器であって、
前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部の間に光導波路シフト部を設けることにより、
前記第１の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸とを異ならしめるとともに、前記第１の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸とを異ならしめ、
前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部にて、前記中心導体及び前記接地導体と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の相対位置が入れ替わっており、
前記相互作用部における前記中心導体は直線でなっており、
前記相互作用部では前記進行波電極に電気的な不連続部を有さないように、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の下方以外の所定の箇所に前記溝部が形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
電気光学効果を有する材料からなるとともに、分極を反転しない領域と分極を反転する領域を有する基板と、
前記基板の一面側に形成され、入射した光を分岐するための分岐光導波路と、分岐された前記光を伝搬するための第１の光導波路及び第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光を合波するための合波光導波路を備え、前記第１および第２の光導波路に沿って前記基板の一部が掘り下げられた溝部が形成されたリッジ型の光導波路を具備し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する光と、中心導体及び接地導体からなる進行波電極を伝搬する電気信号が相互作用する相互作用部が、互いに異なる方向に分極した第１の相互作用部と第２の相互作用部を含み、
前記中心導体は前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路もしくは前記第２の光導波路に対向し、
前記第１の相互作用部及び前記第２の相互作用部で前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を伝搬する前記光の位相を変調して光信号パルスを生成する光変調器であって、
前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部の間に光導波路シフト部を設けることにより、
前記第１の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第１の光導波路の光軸とを異ならしめるとともに、前記第１の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸と前記第２の相互作用部における前記第２の光導波路の光軸とを異ならしめ、
前記第１の相互作用部と前記第２の相互作用部にて、前記中心導体及び前記接地導体と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の相対位置が入れ替わっており、
前記相互作用部における前記中心導体は略直線でなっており、
また、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の一部が前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の少なくとも一方と略平行に形成されており、
前記相互作用部では前記進行波電極に電気的な不連続部を有さないように、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の下方以外の所定の箇所に前記溝部が形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
前記第１の相互作用部の長さと前記第２の相互作用部の長さが略等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記第１の相互作用部の長さが前記第２の相互作用部の長さよりも短いことを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項５】
前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の少なくとも一方が複数個あり、該それぞれの領域の境界に前記光導波路シフト部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項６】
前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の数の和が奇数個であることを特徴とする請求項５に記載の光変調器。
【請求項７】
前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の各々の長さの和が互いに略等しいことを特徴とする請求項６に記載の光変調器。
【請求項８】
前記基板が前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域のどちらか一方である場合よりも、前記光信号パルスのチャーピングが小さくなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光変調器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１９１３４６（Ｐ２０１１−１９１３４６Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５５２２０（Ｐ２０１０−５５２２０）
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
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