光変調器
【課題】光変調特性が高性能であるとともに、安定性について改善された光変調器を提供する。
【解決手段】基板１と、第１および第２の光導波路３ａ、３ｂからなる光導波路３と、基板上に形成されたバッファ層２と、バッファ層の上方に配置された中心導体４ａおよび中心導体を挟むよう配置される第１および第２の接地導体４ｂ、４ｃからなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、基板におけるバッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、第１の光導波路の上方に中心導体を、第２の光導波路の上方に第１の接地導体を有し、第１の接地導体が、第２の光導波路直上ではない位置に光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、第２の接地導体が、中心導体の中心線に対して第１の位置と対称となる位置に光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、第１の位置および第２の位置に導体が欠落した部位１１ａ、１１ｂを具備する。
【解決手段】基板１と、第１および第２の光導波路３ａ、３ｂからなる光導波路３と、基板上に形成されたバッファ層２と、バッファ層の上方に配置された中心導体４ａおよび中心導体を挟むよう配置される第１および第２の接地導体４ｂ、４ｃからなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、基板におけるバッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、第１の光導波路の上方に中心導体を、第２の光導波路の上方に第１の接地導体を有し、第１の接地導体が、第２の光導波路直上ではない位置に光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、第２の接地導体が、中心導体の中心線に対して第１の位置と対称となる位置に光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、第１の位置および第２の位置に導体が欠落した部位１１ａ、１１ｂを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学効果を利用して、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】
以下、従来、実用化され、又は提唱されてきたリチウムナイオベートの電気光学効果を利用したＬＮ光変調器について説明する。
【０００５】
（第１の従来技術）
図２５は、ｚ−カットＬＮ基板を用いて構成した特許文献１に開示された第１の従来技術のＬＮ光変調器（あるいは、プレーナ型ＬＮ光変調器）についての斜視図であり、図２６は図２５のＡ−Ａ´線における断面図である。
【０００６】
ｚ−カットＬＮ基板１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、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。従って、光導波路３の電気信号と光が相互作用する部（相互作用部と言う）には２本の相互作用光導波路（あるいは、光導波路）３ａと３ｂ、つまりマッハツェンダ光導波路の２本のアームが形成されている。
【０００７】
この光導波路３の上面に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、通常、進行波電極４はＡｕにより形成されている。５は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のＳｉ導電層である。なお、説明の簡単のために、図２６においては図２５には図示したＳｉ導電層５を省略している。
【０００８】
変調用の高周波（ＲＦ）電気信号をこの光変調器の高周波電気信号給電線６を介して中心導体４ａと接地導体４ｂに供給すると、中心導体４ａと接地導体４ｂの間に電界が印加される。ｚ−カットＬＮ基板１は電気光学効果を有するので、この電界により屈折率変化を生じ、２本の相互作用光導波路３ａ、３ｂ（あるいは、光導波路３ａ、３ｂという）を伝搬する光の位相にずれが発生する。このずれがπになった場合、光導波路３のマッハツェンダ光導波路としての合波部において、高次モードを励振し、光はＯＦＦ状態になる。なお、７は高周波電気信号出力線であり、終端抵抗で置き換えても良い。
【０００９】
図２６からわかるように、図２５に示した特許文献１の光変調器の特徴としては、１）中心導体４ａの幅Ｓを相互作用光導波路３ａ、３ｂの幅とほぼ同じ６μｍ〜１２μｍ程度としている、２）中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間のギャップＷを例えば１５μｍと広くしている、さらに３）相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃからなる進行波電極４を構成する金属による吸収を抑えるためにのみ使用されてきたＳｉＯ２バッファ層２の比誘電率が４〜６と比較的低いことを利用して、ＳｉＯ２バッファ層２の厚みＤを４００ｎｍ〜１．５μｍ程度と厚くすることにより、高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎｍを低減して、相互作用光導波路３ａ、３ｂを導波する光の等価屈折率ｎｏに近づけるとともに、特性インピーダンスをなるべく５０Ωに近づけている。また、図２６に示した第１の従来技術では、特許文献２に開示された進行波電極４の厚みを場合によっては約３０μｍと厚くすることによりマイクロ波等価屈折率ｎｍをよりいっそう低減して、光の等価屈折率ｎｏに近づけている。このように厚い進行波電極４は例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓ、あるいは４０Ｇｂｉｔ／ｓのような高速光変調には必須となる。この第１の従来技術は５０Ω系の特性インピーダンスを有するＬＮ光変調器としてブレークスルーとなり、広く使用されている。
【００１０】
ところが、進行波電極４が例えば３０μｍと極めて厚い場合には、この第１の従来技術は焦電効果に起因する温度ドリフトの対策であるＳｉ導電層５を具備していても、ｚ−カットＬＮ基板１と進行波電極４の熱膨張係数の差による応力に起因する温度ドリフトについて問題があることがわかった。
【００１１】
以下にその原因について詳しく説明する。図２６からわかるように、中心導体４ａの直下の光導波路３ｂについては、接地導体４ｂ、４ｃとは独立しているので、ｚ−カットＬＮ基板１の表面に平行な方向の応力は左右で均衡している。従って光導波路３ｂについて屈折率の変化を引き起こす実質的な応力は発生していないと考えてよい。
【００１２】
ところが、相互作用光導波路３ａについては、前述のように約３０μｍの厚い接地導体４ｂが相互作用光導波路３ａの上方のみでなく、相互作用部から数十〜１００μｍ以上離れた距離にある外周部１０ｂ（そして、外周部１０ａにも）とともに形成されている。そして、接地導体４ｂを構成するＡｕとｚ−カットＬＮ基板１の熱膨張係数は互いに大きく異なる。さらに、ｚ−カットＬＮ基板１の幅は数ミリメートル（例えば、１ｍｍ〜５ｍｍ）と広い。一方、相互作用光導波路３ａ、３ｂのギャップは約１５μｍ程度と狭いので、接地導体４ｂや４ｃの幅は各々ｚ−カットＬＮ基板１の幅の約半分と言えるくらいに広い（換言すると、外周部１０ａや１０ｂが広い）。つまり、図２６の接地導体４ｂの幅も広いので環境変化に起因する熱膨張や熱収縮などの応力が積み重なり、相互作用光導波路３ａへかなり大きな応力がかかる。そしてこの応力は接地導体４ｂの厚みが厚いほど（つまり、接地導体４ｂの上面がｚ−カットＬＮ基板１の上面から離れるほど）、モーメントとしてより大きな応力を作用する。
【００１３】
（第２の従来技術）
この第１の従来技術の問題点を解決するために、特許文献３に開示された第２の従来技術に基づいて実際にＬＮ光変調器を試作した。その試作したＬＮ光変調器についてその上面図を図２７に、またそのＢ−Ｂ´における断面図を図２８に示す。これらの図からわかるように、この第２の従来技術では第１の従来技術として示した図２６における接地導体４ｂをその厚みが厚い接地導体４ｂ´、４ｂ´´と約３００ｎｍと薄い接地導体４ｂ´´´の３分割する構成としている。いわば、厚い接地導体４ｂ´と４ｂ´´を薄い接地導体４ｂ´´´により接続する構造と言える。また、図２８において中心線Ｖは相互作用光導波路３ａと３ｂの中間に設けた中心線である。相互作用光導波路３ａと３ｂは中心線Ｖに対して対称であり、中心線Ｖは中心導体４ａと接地導体４ｂ´に対して対称となっている。以下において、相互作用光導波路３ａと３ｂが中心線Ｖに対称とは、相互作用光導波路３ａと３ｂの中心線が、光導波路３ｂの上の中心導体４ａと相互作用光導波路３ａの上の接地導体（ここでは４ｂ´）の対称軸であることを意味している。
【００１４】
このように接地導体４ｂ´´´の厚みを薄くすることにより接地導体４ｂ´´´の上面とｚ−カットＬＮ基板１の上面との距離が近くなる。従って、広い接地導体４ｂ´´からの応力のモーメントを接地導体４ｂ´に伝えることが少なくなり、相互作用光導波路３ａに与える応力が小さくなる。その結果、温度ドリフトを改善できるという考え方である。
【００１５】
図２９には実際に試作したＬＮ光変調器の環境温度Ｔを２０℃から８０℃まで変化させた場合のこの第２の従来技術による温度ドリフト改善の効果を環境温度Ｔに対するＤＣバイアス電圧の変化ΔＶとして点線で示す。なお、相互作用部（前述のように、相互作用光導波路３ａと３ｂを伝搬する光と高周波電気信号が相互作用する部位）の長さは３ｃｍとした。図中、比較のために第２の従来技術の工夫を施さない第１の従来技術で製作したＬＮ光変調器の温度ドリフト特性を破線で示している。なお、両者とも進行波電極４の厚みは３０μｍとした。
【００１６】
図２９からわかるように、環境温度Ｔを２０℃から８０℃まで変化させると、第１の従来技術では約４Ｖと大きな温度ドリフトを発生する。そして、第２の従来技術では１Ｖ弱の温度ドリフトに抑圧することができた。しかしながら、この第２の従来技術の工夫をしているにも関わらずＬＮ光変調器に要求される温度ドリフトとしては１Ｖという値は実用の観点からまだ大きいと言わざるを得ず、解決すべき問題である。この大きな温度ドリフトは以下の要因により引き起こされていると考えられる。
【００１７】
まず、第１の要因は高周波電気信号と相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光とが速度整合に近づくようにと３０μｍまで厚くしたことにより発生した熱膨張や熱収縮に起因する大きな応力（モーメント）である。熱膨張や熱収縮に起因する応力は進行波電極４の厚みが厚いほど大きくなる。しかしながら、この厚い進行波電極４は高性能な光変調器を実現する上で必要なことであり、避けることはできない。
【００１８】
次に、２つめの要因は接地導体側の相互作用光導波路に関連している。環境温度が変化したことにより面積が広くて厚い接地導体４ｂ´´に生じた応力により、接地導体４ｂ´´´は薄いながらも相互作用の長手方向全体にわたって接地導体４ｂ´´の側面全体を押す。そのため、相互作用光導波路３ａに応力を加えることになるので、その屈折率を変化させてしまう。
【００１９】
そして、第３の要因は中心導体側の相互作用光導波路に関連している。つまり、接地導体４ｃが発生する応力の影響を中心導体４ａの下方にある相互作用光導波路３ｂが受ける。そしてこの応力に起因する応力複屈折率により相互作用光導波路３ｂを伝搬する光の等価屈折率が変化し、熱ドリフトを生じる。
【００２０】
さらに、高周波電気信号の低損失で安定な伝搬の観点からこの第２の従来技術は以下のように問題を有していることがわかる。図２５に示すように、マイクロ波である高周波電気信号は高周波電気信号給電線６や不図示のコネクタを伝搬した後、進行波電極４に印加されるが、高周波電気信号給電線６と不図示のコネクタの電磁界分布は各々の中心導体に対して軸対称である。また、高周波電気信号給電線６に接続される不図示のコネクタと進行波電極４との接続部（入力用フィードスルー部と呼ばれる）においても高周波電磁界の電磁界分布は進行波電極４の中心導体（相互作用部の中心導体４ａを不図示のコネクタの芯線との接続部まで延長した部位）に対して左右対称（つまり、基板表面方向に対して対称）である。
【００２１】
しかしながら、この第２の従来技術では図２８の中心導体４ａの中心線に対して進行波電極の基本的な構成要素である接地導体４ｂ´及び４ｂ´´の組み合わせと接地導体４ｃが構造的に互いに左右非対称である。構造が左右非対称ということは電磁界分布も左右非対称となるので、入力用フィードスルー部における左右対称な電磁界分布と整合性が良くない。その結果、高周波電気信号が中心導体４ａ、接地導体４ｂ´、４ｂ´´´、４ｂ´´、４ｃで構成される進行波電極４を伝搬する際に、対称な電磁界分布から非対称な電磁界分布に変換せねばならず、電磁界分布が安定しない、あるいは放射損失（または伝搬損失）が生じるなどの不都合が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開平２−５１１２３号公報
【特許文献２】特開平１−９１１１１号公報
【特許文献３】特許第３６６０５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
以上のように、プレーナ型ＬＮ光変調器として提案された第１の従来技術では電極を構成するＡｕとｚ−カットＬＮ基板との熱膨張係数の差に起因する接地導体からの応力が温度とともに最適ＤＣバイアス点を変化させる温度ドリフトを生じた。この温度特性を改善するために提案された第２の従来技術においても、環境温度が変化したことにより面積が広くて厚い接地導体４ｂ´´に生じた応力を接地導体４ｂ´´´はその厚みが薄いながらも相互作用の長手方向全体にわたって接地導体４ｂ´´の側面全体を押すので、結果的に相互作用光導波路３ａに応力を加え、その屈折率を変化させてしまっていた。さらに、相互作用光導波路３ａ、３ｂが形成されていない接地導体４ｃが発生する応力が中心導体４ａの下方にある相互作用光導波路４ｂに作用することによっても熱ドリフトが生じていた。さらに、第２の従来技術では進行波電極の相互作用部における進行波電極の構造が中心導体の中心線に対して非対称であった。従って、相互作用部における高周波電気信号の電磁界分布も非対称となった。その結果、入力用フィードスルー部の対称モードから相互作用部の非対称モードへの高周波電気信号のモード変換における安定な伝搬と低損失な伝搬という観点から不利であった。また、第１及び第２の従来技術とも厚くて広い接地導体を有するので、高価なＡｕの使用量が多く、ＬＮ光変調器としてのコストが上昇する一因となっていた。つまり、光変調器として温度安定化を実現でき、かつコストが低い光変調器の開発が急務となっていた。
【００２４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、光変調特性が高性能であるとともに、安定性とコストについて改善された光変調器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、前記第１の位置および前記第２の位置に導体が欠落した部位を具備することを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項２の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、前記第１の位置および前記第２の位置のうちのいずれか一方の位置に導体が欠落した部位を具備し、他方の位置に前記接地導体が前記中心導体の厚みよりも薄い厚さで全面に形成されていることを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項３の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、前記第１の位置および前記第２の位置のうちのいずれか一方の位置に導体が欠落した部位を具備し、他方の位置に前記接地導体が前記中心導体の厚みよりも薄い厚さで少なくとも一部に形成されていることを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項４の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、前記第１の位置および前記第２の位置に前記接地導体が前記中心導体の厚みよりも薄い厚さで全面に形成されていることを特徴とする。
【００２９】
本発明の請求項５の光変調器は、高周波電気信号の電磁界が小さくなった領域における前記接地導体の少なくとも一部の厚みを、当該領域以外の領域における接地導体の厚みよりも少なくとも一部で薄くしたことを特徴とする。
【００３０】
本発明の請求項６の光変調器は、前記中心導体に相対向する接地導体が前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一部とほぼ同じ厚みを持つことを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項７の光変調器は、前記中心導体に相対向する接地導体に隣接する前記接地導体が前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一部とほぼ同じ厚みを持つことを特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項８の光変調器は、高周波電気信号の電磁界が小さくなった領域における前記接地導体の少なくとも一部の厚みを薄くした領域における前記接地導体の体積と面積の比を、前記厚みが厚い部位における前記接地導体の体積と面積の比よりも小さくしたことを特徴とする。
【００３３】
本発明の請求項９の光変調器は、前記基板がリチウムナイオベートからなることを特徴とする。
【００３４】
本発明の請求項１０の光変調器は、前記基板が半導体からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る光変調器では、ＬＮ光変調器の環境温度が変化した際に、２本の相互作用光導波路の上には各々ほぼ同様の構造からなる中心導体と接地導体の一部が形成されており、対称性の観点から温度ドリフト特性が良い。また、電極とＬＮ基板の材料としての熱膨張係数の差に起因する応力が接地導体の下方にある相互作用光導波路のみならず、相互作用光導波路が形成されていない側の接地導体が中心導体側の光導波路に及ぼす応力をも緩和することにより、熱ドリフトが小さなＬＮ光変調器を提供することが可能となるという優れた効果がある。そして、中心導体と接地導体からなる進行波電極を中心導体の中心線に対して対称とすることにより、高周波電気信号が安定で低損失に伝搬することが可能となる。さらに、接地導体において高周波電気信号の電磁界が小さくなった領域の導体の厚みを薄くすることにより、貴金属である高価なＡｕの使用量が少なくて済むのでＬＮ光変調器としてのコストを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図２】図１のＣ−Ｃ´における断面図
【図３】本発明の第１の実施形態の効果を説明する図
【図４】本発明の第２の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図５】図４のＤ−Ｄ´における断面図
【図６】図４のＥ−Ｅ´における断面図
【図７】本発明の第２の実施形態の効果を説明する図
【図８】本発明の第３の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図９】図８のＦ−Ｆ´における断面図
【図１０】図８のＧ−Ｇ´における断面図
【図１１】本発明の第４の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図１２】図１１のＨ−Ｈ´における断面図
【図１３】図１１のＩ−Ｉ´における断面図
【図１４】本発明の第５の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す断面図
【図１５】本発明の第５の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す断面図
【図１６】本発明の第６の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図１７】図１６のＪ−Ｊ´における断面図
【図１８】図１６のＫ−Ｋ´における断面図
【図１９】本発明の第７の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図２０】図１９のＬ−Ｌ´における断面図
【図２１】図１９のＭ−Ｍ´における断面図
【図２２】本発明の第８の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図２３】本発明の第８の実施形態に係わる光変調器の構造を説明する図
【図２４】本発明の第９の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図２５】第１の従来技術の光変調器についての概略構成を示す斜視図
【図２６】図２５のＡ−Ａ´における断面図
【図２７】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２８】図２７のＢ−Ｂ´における断面図
【図２９】第１の従来技術と第２の従来技術についての温度ドリフト特性を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図２５から図２８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。
【００３８】
（第１の実施形態）
図１に本発明の第１の実施形態についてその上面図を示す。また、Ｃ−Ｃ´における断面図を図２に示す。ここで、４ｂ（４）、４ｂ（６）、及び４ｃ（４）、４ｃ（６）はそれらの厚みが約３０μｍと厚い接地導体である。また、接地導体４ｂ（５）と４ｃ（５）はそれらの厚みが３００ｎｍと薄い接地導体（あるいは、接続用接地導体とも言う）である。接地導体４ｂ（５）の厚みが薄い理由は第２の従来技術と同じであり、図２６における厚みが厚い接地導体４ｂが相互作用光導波路３ａに与える応力を緩和するためである。
【００３９】
本実施形態では、中心導体４ａに相対向する接地導体４ｂ（４）、４ｃ（４）が中心導体４ａや接地導体４ｂ（６）、４ｃ（６）とほぼ同じ厚みを有しているが、本発明の原理はこの限りではない場合にも適用可能である。
【００４０】
さらに、本実施形態では相互作用光導波路が形成されていない側の接地導体（図２６に示す第１の従来技術や図２８に示す第２の従来技術における４ｃ）に厚みが薄い接地導体４ｃ（５）を形成している。つまり、厚くて広い接地導体４ｃ（６）が中心導体４ａの下方にある相互作用光導波路３ｂへ及ぼす応力の影響を小さくするために接地導体４ｃ（５）の厚みを薄くしている。ここで、接地導体４ｂ（５）と４ｃ（５）の幅Ｗｗは中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間のギャップＷと同じ１５μｍとした。４ｂ（５）と４ｃ（５）は各々厚い接地導体４ｂ（４）と４ｂ（６）、及び厚い接地導体４ｃ（４）と４ｃ（６）を接続しているので広い意味で接続用接地導体と考えることができる。
【００４１】
ここで、中心線Ｖは相互作用光導波路３ａと３ｂに対する対称軸であり（先に述べたように、中心導体４ａと接地導体４ｂ（４）が中心線Ｖに対し対称であると解釈する）、中心導体４ａの中心線ＶＩは進行波電極の対称軸である。
【００４２】
図３には環境温度Ｔを２０℃から８０℃まで変化させた場合における本発明の第１の実施形態についての実験結果を示す。比較のために、図には第１の従来技術と第２の従来技術についての測定結果も示している。図からわかるように、本実施形態を採用することにより、第２の従来技術よりも温度ドリフトを抑えることができた。
【００４３】
また、進行波電極が中心導体４ａの中心線ＶＩに対して厳密に対称でないと本発明の効果を発揮できないかというとそれは正しくない。接地導体４ｂ（４）と４ｃ（４）の幅はその少なくとも一方が中心導体４ａの幅と異なっていても良く、これを含めて進行波電極に関する構造を中心線ＶＩに対して対称（あるいは、実質的にほぼ対称）としている。そしてこの実質的な対称性については本発明の全ての実施形態について言える。つまり、中心導体４ａと接地導体４ｂ（４）の幅が異なっていても、相互作用光導波路３ａと３ｂにとっては実質的にほぼ対称とみなすことができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
図４に本発明の第２の実施形態についての上面図を示す。ここで、図４のＤ−Ｄ´とＥ−Ｅ´における断面図を図５と図６に示す。また、１１ａと１１ｂは接地導体４ｂ（７）と４ｂ（９）、あるいは４ｃ（７）と４ｃ（９）の間に設けた幅Ｗｗで長さＬｗの空隙部であり、導体が欠落している。また、接地導体４ｂ（７）と４ｂ（９）を電気的に接続する接地導体（あるいは、接続用接地導体）４ｂ（８）の幅と長さは各々幅Ｗｗと長さＬｅである。
【００４５】
接地導体４ｂ（９）はその厚みが例えば３０μｍと厚く、かつその幅も数百ミクロンから数ミリメートルのオーダーと広い。従って、前述のようにＬＮ光変調器の環境温度が変化した場合には接地導体４ｂ（９）とｚ−カットＬＮ基板１の大きな熱膨張係数の差に起因して応力が発生する。ここで、中心線Ｖは相互作用光導波路３ａと３ｂに対する対称軸であり（つまり、中心導体４ａと接地導体４ｂ（７）が中心線Ｖに対し対称であることを意味している）、中心導体４ａの中心線ＶＩは進行波電極の対称軸である。
【００４６】
さて、本実施形態では図４や図５に示すように空隙部１１ａ、１１ｂを設けている。従って、第２の従来技術や本発明における第１の実施形態と異なり、相互作用部の長手方向全域にわたって厚みが薄い接地導体（あるいは、接続用接地導体）４ｂ（８）が厚い接地導体４ｂ（７）を押すことはない。さらに、相互作用光導波路３ａが形成されていない側の接地導体４ｃ（９）に発生した応力が相互作用光導波路３ｂに加わることも抑圧できる。なお、本発明としての効果はやや薄れるものの導体の欠落部１１ｂはなくても良い（つまり、１１ｂの箇所には底面全面に厚みが薄い接地導体４ｃ（８）があっても良い）。
【００４７】
ここで、空隙部１１ａと１１ｂの幅Ｗｗが１５μｍで、それらの長さＬｗと接地導体４ｂ（８）の長さＬｅが各々１ｍｍと１００μｍの場合について環境温度Ｔを２０℃から８０℃まで変化させた場合における本発明の第２の実施形態についての実験結果を図７に示す。同じく比較のために、図７には第１の従来技術と第２の従来技術についての測定結果も示している。図７からわかるように、本実施形態を採用することによりＤＣバイアスの変化が僅か０．１Ｖ以下となり、温度ドリフト特性を大幅に改善することができた。
【００４８】
なお、空隙部１１ａと１１ｂの長さＬｗと接地導体４ｂ（８）の長さＬｅは各々３０μｍ〜３ｍｍ、及び５μｍ〜５００μｍ程度まで変化させても効率よく温度ドリフトを抑圧できた。
【００４９】
先に述べたように図２８に示した第２の従来技術の相互作用部においては、中心導体４ａの中心線に対して中心導体４ａと接地導体４ｂ´４ｂ´´４ｂ´´´からなる進行波電極は非対称に配置されていたため、高周波電気信号はコネクタや入力用フィードスルー部の対称モードから相互作用部の非対称モードにモード変換されねばならず、電磁界の安定性と伝搬損失の観点から問題があった。
【００５０】
一方、本実施形態における進行波電極は中心導体４ａの中心線ＶＩを対称軸とする構造対称性を有しているのでその問題は解決された。つまり、進行波電極の構造が対称であるということは、進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電磁界分布も対称であることを意味している。従って、前述の第２の従来技術では必要であったコネクタや入力用フィードスルー部の対称な高周波電気信号の対称モードから進行波電極の非対称モードへの変換が不要となるので、高周波電気信号を安定、かつ低損失に伝搬することが可能となる。
【００５１】
以上のように、本実施形態では進行波電極に関する構造を中心導体の中心線（あるいは対称軸）ＶＩについて対称とすることにより、第２の従来技術のような非対称な場合と比較して、高周波電気信号のモードを安定させ、かつ低損失に伝搬させている。
【００５２】
（第３の実施形態）
図８に本発明の第３の実施形態についての上面図を示す。また、Ｆ−Ｆ´、Ｇ−Ｇ´における断面図を図９と図１０に示す。同様に、中心線Ｖは相互作用光導波路３ａと３ｂに対する対称軸であり（即ち、中心導体４ａと接地導体４ｂ（７）が中心線Ｖに対して対称であり）、中心導体４ａの中心線ＶＩは進行波電極の対称軸である。図９において厚みが薄い接地導体４ｃ（５）があることからわかるように、本実施形態は第２の実施形態ほどには効果的ではないものの、本発明としての効果を発揮することができる。なお、４ｂ（８）は接続用接地導体である。また、４ｃ（５）も厚い接地導体４ｃ（４）と４ｃ（６）を接続しているので広い意味で接続用接地導体と考えることもできる。
【００５３】
次に、これまでの実施形態と同様に、高周波電気信号の電磁界分布の観点から考察する。進行波電極において重要となる基本的な構成要素は中心導体４ａと接地導体４ｂ（７）、４ｂ（９）、４ｃ（４）、４ｃ（６）である。そして、図９からわかるように、接地導体４ｃ（５）の厚みは薄い。中心導体４ａと接地導体４ｂ（７）、４ｂ（９）、４ｃ（４）、４ｃ（５）、４ｃ（６）からなる進行波電極は中心導体４ａの中心に引いた中心線ＶＩに対して実質的にほぼ対称となっており、この中心線は進行波電極の対称軸と言える。なお、本実施形態の図１０では、この対称性はさらに接地導体４ｂ（８）と４ｃ（５）を含めて考えても成り立っている。このように、本実施形態では進行波電極が中心導体４ａの中心線ＶＩを対称軸とする構造対称性を有しているので、その構造対称性を有しない図２８に示した第２の従来技術よりも、コネクタや入力用フィードスルー部の対称な電磁界を安定、かつ低損失に伝搬することができる。
【００５４】
（第４の実施形態）
図１１に本発明の第４の実施形態についてその上面図を示す。また、Ｈ−Ｈ´、Ｉ−Ｉ´における断面図を各々図１２と図１３に示す。ここで、１１ａと１１ｂは空隙部である。なお、４ｂ（３４）、４ｂ（３５）、４ｂ（３６）、４ｃ（３４）、４ｃ（３５）、４ｃ（３６）は接地導体である。接地導体４ｂ（３５）は接地導体４ｂ（３４）と４ｂ（３６）を、また接地導体４ｃ（３５）は接地導体４ｃ（３４）と４ｃ（３６）を接続している（接地導体４ｂ（３５）と４ｃ（３５）は接続用接地導体とも呼ばれる）。
【００５５】
本実施形態において重要な点は、高周波電気信号としての表皮効果の影響を受けにくいように、接続用接地導体である接地導体４ｂ（３５）と４ｃ（３５）の厚みを厚くしていることである。また、１０ａと１０ｂは接地導体において高周波電気信号の強度が小さくなった部位であり、外周部と呼ぶ。空隙部１１ａと１１ｂは接地導体において導体が欠落した部位（あるいは、接地導体に開けた窓）とも言える。本実施形態では接続用接地導体である接地導体４ｂ（３５）と４ｃ（３５）の厚みを中心導体４ａの程度まで厚くしているが、本発明の原理はこれに限るものではない。
【００５６】
ここで、図１２においてＶは相互作用光導波路３ａと３ｂの中間に設けた中心線であり、相互作用光導波路３ａと３ｂはこの中心線Ｖに対して対称な構造となっている。従って、中心線Ｖは光導波路についての対称軸と言える（つまり、先に述べたように、中心線Ｖは中心導体４ａと４ｂ（３４）に対する対称軸となっている）。これにより、焦電効果による電荷分布、即ち電界分布も中心線Ｖに対して対称となるので、環境変化に伴う温度ドリフトについては極めて安定な特性を実現できる。
【００５７】
そして、実際に本実施形態において、空隙部１１ａと１１ｂの幅Ｗｗと長さＬｗ、及び接地導体４ｂ（３５）の長さＬｅを第２の実施形態と同じにした場合（Ｗｗ＝１５μｍ、Ｌｗ＝１ｍｍ、Ｌｅ＝１００μｍ）、図７に示した本発明の第２の実施形態と同等の優れた温度ドリフト特性を実現できた。なお、空隙部１１ａと１１ｂの長さＬｗと接地導体４ｂ（３５）の長さＬｅは各々３０μｍ〜３ｍｍ、及び５μｍ〜５００μｍ程度まで変化させても効率よく温度ドリフトを抑圧できることも第２の実施形態とほぼ同じであった。
【００５８】
次に、高周波電気信号の電磁界分布の観点から考察する。図１２と図１３からわかるように、中心導体４ａの中心に引いた中心線ＶＩは中心導体４ａと接地導体４ｂ（３４）、４ｂ（３６）、４ｃ（３４）、４ｃ（３６）からなる進行波電極の対称軸となっている。なお、本実施形態では、この対称性はさらに接続用接地導体４ｂ（３５）と４ｃ（３５）を含めて考えても成り立っている。つまり、本実施形態における進行波電極は中心導体４ａの中心に引いた中心線ＶＩに対して完全に対称となっている。なお、接続用接地導体４ｂ（３５）と４ｃ（３５）が図１１において、相互作用光導波路３ａ、３ｂの長手方向に互いにずれていても良いことは言うまでもなく、そのような非対称性を有する構造については後で議論する。
【００５９】
このように、本実施形態における進行波電極は中心導体４ａの中心線ＶＩを対称軸とする構造対称性を有している。進行波電極の構造が対称であるということは、進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電磁界分布も対称であることを意味している。従って、図２８に示した第２の従来技術では必要であったコネクタや入力用フィードスルー部の対称な高周波電気信号の対称モードから進行波電極の非対称モードへの変換が不要となるので、高周波電気信号を安定、かつ低損失に伝搬することが可能となる。
【００６０】
さらに、本実施形態では接続用接地導体である接地導体４ｂ（３５）と４ｃ（３５）の厚みを厚くしているので、高周波電気信号としての表皮効果の影響を受けにくい。従って、図１と図２に示した本発明の第１の実施形態や図４から図６に示した本発明の第２の実施形態、あるいは図８〜図１０に示した本発明の第３の実施形態よりも高速光変調が可能であった。
【００６１】
以上のように、本実施形態では２本の相互作用光導波路に対する中心導体と、接地導体側の光導波路に直近の接地導体を２本の相互作用光導波路の中間に設けた中心線Ｖについて対称とするとともに、進行波電極に関する構造を中心導体の中心線ＶＩについて対称とすることにより、それらの対称性を有しない場合と比較して、環境温度変化に伴う温度ドリフトを抑圧し、かつ高周波電気信号のモードを安定に、かつ低損失に伝搬させている。さらに第２の実施形態よりも高速変調が可能となり、本実施形態により優れた光変調器を実現できた。
【００６２】
さて、進行波電極が相互作用光導波路３ａと３ｂの中間に設けた中心線Ｖに対して厳密に対称でないと本発明の効果を発揮できないかというとそれは正しくない。接地導体４ｂ（３４）の幅は中心導体４ａの幅と数μｍ異なっていても良く、これを含めて相互作用光導波路３ａ、３ｂの中間に設けた中心線Ｖに対して相互作用光導波路３ａ、３ｂの上にある中心導体と接地導体が対称である（あるいは、実質的にほぼ対称）としている。また、同様に進行波電極の構造が中心線ＶＩに対して厳密に対称でなくても本発明の効果を発揮できる。そしてこれらのことは本発明の全ての実施形態について言える。
【００６３】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態について、図１２や図１３の断面図と同様の断面図を図１４と図１５に示す。ここで、１１ａは空隙部である。なお、４ｂ（３４）、４ｂ（３５）、４ｂ（３６）、４ｃ（４）、４ｃ（５）、４ｃ（６）は接地導体である。接地導体４ｂ（３５）は接地導体４ｂ（３４）と４ｂ（３６）を、また接地導体４ｃ（３５）は接地導体４ｃ（４）と４ｃ（６）を接続する接続用接地導体である。進行波電極において重要となる基本的な構成要素は中心導体４ａと接地導体４ｂ（３４）、４ｂ（３６）、４ｃ（４）、４ｃ（６）である。従って、本実施形態においても図１４において相互作用光導波路３ａと３ｂは中心線Ｖに対して対称であり（つまり、中心線Ｖは中心導体４ａと接地導体４ｂ（３４）に対して対称）、進行波電極は中心導体４ａの中心線ＶＩに対してほぼ対称である。なお、接地導体４ｃ（３５）も厚い接地導体４ｃ（４）と４ｃ（６）を接続しているので、接続用接地導体とも言える。なお、図１４において接地導体４ｃ（５）はその厚みが薄いとは言え、その材料は電気抵抗の小さなＡｕであるので、高速光変調の観点からは図１１〜図１３に示した第４の実施形態よりやや有利である。以上のように、この第５の実施形態においても、温度ドリフトを抑圧しつつ、高周波特性の優れたＬＮ光変調器を実現できる。
【００６４】
（第６の実施形態）
図１６には本発明における第６の実施形態の上面図を示す。また、図１６のＪ−Ｊ´とＫ−Ｋ´での断面図を各々図１７と図１８に示す。これらの図からわかるように、この第６の実施形態では第１から第５の実施形態での工夫に加え、使用する貴金属であるＡｕの量を減らしている。
【００６５】
つまり、高周波電気信号の伝搬ロスの増加を防ぐという観点からは、厚みが厚い接地導体４ｂ（１２）や４ｃ（１２）の幅は数十〜１００μｍ程度あれば充分である。従って、それ以上広い領域に相当する外周部１０ａや１０ｂの上方にある接地導体４ｂ（１３）や接地導体４ｃ（１３）の厚みを薄くしている。
【００６６】
そして、外周部１０ａや１０ｂの上方にある接地導体４ｂ（１３）や４ｃ（１３）の厚みを薄くすることにより、２つの利点が生じる。まず、接地導体４ｂ（１３）や４ｃ（１３）からの応力が著しく減るので、温度ドリフトの観点から有利である。次に、高価なＡｕの使用量を減らし、ＬＮ光変調器の原価を低減することができる。なお、厚みは薄いものの面積が広い接地導体４ｂ（１３）と４ｃ（１３）は高周波電気信号の観点からしっかりとした電気的アースの確立と電気的アースである筐体とのワイヤやリボンによる接続の観点から有利である。そして、このことは本発明の全ての実施形態について言える。
【００６７】
この時、外周部１０ａ、１０ｂにおける接地導体の体積と面積の比がその他の領域における接地導体の体積と面積の比よりも小さくなるようにすれば、高価なＡｕの使用量を著しく低減できるのでＬＮ光変調器の原価を低減する効果が著しい。なお、接地導体４ｂ（１３）と接地導体４ｃ（１３）のどちらか一方のみの厚みを薄くしても良いことは言うまでもない。そして、上記の厚みが厚い接地導体の幅や外周部における接地導体の体積と面積の比についての考え方は本発明の全ての実施形態に当てはまる。
【００６８】
（第７の実施形態）
図１９には本発明における第７の実施形態の上面図を示す。また、図１９のＬ−Ｌ´とＭ−Ｍ´での断面図を各々図２０と図２１に示す。ここで、４ｂ（４４）、４ｂ（４５）、４ｂ（４６）、４ｂ（４７）、４ｃ（４４）、４ｃ（４５）、４ｃ（４６）、４ｃ（４７）は接地導体である。また、この中で４ｂ（４５）は接地導体４ｂ（４４）と４ｂ（４６）を接続し、４ｃ（４５）は接地導体４ｃ（４４）と４ｃ（４６）を接続する接続用接地導体である。
【００６９】
これらの図からわかるように、この第７の実施形態では第６の実施形態と同様に、外周部１０ａや１０ｂの上方にある接地導体４ｃ（４７）や接地導体４ｂ（４７）の厚みを薄くしている。そして、これにより第６の実施形態と同じ効果、即ちまず、接地導体４ｂ（４７）や４ｃ（４７）からの応力が著しく減ることによる温度ドリフトの改善と、高価なＡｕの使用量を減らすことによる原価の低減である。
【００７０】
この時、外周部１０ａ、１０ｂにおける接地導体の体積と面積の比がその他の領域における接地導体の体積と面積の比よりも小さくなるようにすれば、高価なＡｕの使用量を著しく低減できるのでＬＮ光変調器の原価を低減する効果が著しい。なお、接地導体４ｃ（４７）と接地導体４ｂ（４７）のどちらか一方のみの厚みを薄くしても良いことは言うまでもない。そして、上記の厚みが厚い接地導体の幅や外周部における接地導体の体積と面積の比についての考え方は本発明の全ての実施形態に当てはまる。
【００７１】
（第８の実施形態）
図２２には本発明における第８の実施形態の上面図を示す。なおこの図２２は図１に示した第１の実施形態、図４に示した第２の実施形態、図８に示した第３の実施形態、図１１に示した第４の実施形態などを含むが、これら以外の構造も示しているので、ここでは第８の実施形態として説明する。図２３（ａ）には図２２における２つの領域４ｂ（５１）と１１ｆを（ａ）〜（ｄ）として示している。図２３（ａ）からわかるように、４ｂ（５１）は厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体を、また１１ｆは薄い接地導体もしくは空隙部を示している。一方、図２３（ｂ）には図２２における２つの領域４ｃ（５１）と１１ｇの形態を（ｅ）〜（ｈ）として示している。図２３（ｂ）からわかるように、４ｃ（５１）は厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体を、また１１ｆは薄い接地導体もしくは空隙部を示している。
【００７２】
つまり、この第８の実施形態は４ｂ（５１）と１１ｆを図２３（ａ）における（ａ）〜（ｄ）の中の（少なくとも）１つから選択し、４ｃ（５１）と１１ｇを図２３（ｂ）における（ｅ）〜（ｈ）の中の（少なくとも）１つから選択し、互いに組み合わせたものである。但し、前述のように第８の実施形態は前述の実施形態を含んでいる。ちなみに、図１〜図３で説明した第１の実施形態は図２３（ａ）の（ａ）と図２３（ｂ）の（ｅ）の組み合わせ、図４〜図６で説明した第２の実施形態は図２３（ａ）の（ｃ）と図２３（ｂ）の（ｇ）の組み合わせ、図８〜図１０で説明した第３の実施形態は図２３（ａ）の（ｃ）と図２３（ｂ）の（ｅ）の組み合わせ、図１１〜図１３で説明した第４の実施形態は図２３（ａ）の（ｄ）と図２３（ｂ）の（ｈ）の組み合わせ、図１４、図１５で説明した第５の実施形態は図２３（ａ）の（ｄ）と図２３（ｂ）の（ｆ）の組み合わせである。
【００７３】
勿論、図２３（ａ）の（ａ）〜（ｄ）と図２３（ｂ）の（ｅ）〜（ｈ）が位置的に入れ替わっても良い（つまり、例えば図９と図１０において、中心導体４ａの中心線ＶＩを対称軸として、進行波電極の構造を左右入れ替えても良い）。また、図２３（ａ）の（ａ）〜（ｄ）の２種類以上と図２３（ｂ）の（ｅ）〜（ｈ）の２種類以上を組み合わせても良いことは言うまでもない。
【００７４】
そして、第８の実施形態は接続用接地導体、空隙部、あるいは薄い接地導体などが中心導体４ａの中心線ＶＩに対して左右が非対称な構造も含んでいる。但し、進行波電極において重要となる基本的な構成要素は中心導体４ａと接地導体４ｂ（４）、４ｂ（６）、４ｃ（４）、４ｃ（６）である。従って、本実施形態においても進行波電極の基本的な構成要素は中心導体４ａの（図２２では不図示の）中心線に対して対称な構造となっている。従って、温度ドリフトを抑圧しつつ、高周波特性の優れたＬＮ光変調器を実現できる。
【００７５】
また、以上の説明においては、本発明の原理の説明を簡単にするために、薄い接地導体もしくは空隙部１１ｆの幅Ｗｗと長さＬｗが、薄い接地導体もしくは空隙部１１ｇの幅Ｗｗ´と長さＬｗ´と各々等しく、また厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体４ｂ（５１）の長さＬｅと厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体４ｃ（５１）の長さＬｅ´も等しいと仮定したが、本発明はこれに限るものではない。
【００７６】
さらに、薄い接地導体もしくは空隙部１１ｆや厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体４ｂ（５１）の個数と、薄い接地導体もしくは空隙部１１ｇや、厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体４ｃ（５１）の個数が各々異なっていても良い。そして、このことは本発明の全ての実施形態について言える。なお、以上に述べた接地導体（あるいは、接続用接地導体）や空隙部の長さや幅は相互作用光導波路３ａ、３ｂの長さ方向に対するものとする。
【００７７】
また、第６の実施形態や第７の実施形態と同じく、不図示の外周部１０ａや１０ｂの上方にある接地導体の厚みを薄くすることにより、これらの実施形態と同じ効果、即ち温度ドリフトの改善と、高価なＡｕの使用量を減らすことによる原価の低減を得ることができる。
【００７８】
この時、不図示の外周部１０ａ、１０ｂにおける接地導体の体積と面積の比がその他の領域における接地導体の体積と面積の比よりも小さくなるようにすれば、高価なＡｕの使用量を著しく低減できるのでＬＮ光変調器の原価を低減する効果が著しい。
【００７９】
（第９の実施形態）
図２４は本発明における第９の実施形態の上面図を示している。図２２に示した第８の実施形態と比較するとわかるように、本実施形態では薄い接地導体もしくは空隙部１１ｆと薄い接地導体もしくは空隙部１１ｇとが、また厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体４ｂ（５１）と４ｃ（５１）とが相互作用光導波路３ａ、３ｂの方向に互いにずれている。
【００８０】
なお、この第９の実施形態のように、中心導体４ａの不図示の中心線ＶＩに対して進行波電極の薄い接地導体や空隙部、あるいは接続用接地導体などの電極構成要素が相互作用光導波路３ａ、３ｂの長手方向にずれても良いという考え方は本発明の全ての実施形態について言うことができる。ここで、相互作用光導波路３ａ、３ｂの長手方向にずれても良い進行波電極の構成要素とは、例えば第９の実施形態では薄い接地導体もしくは空隙部１１ｆ、１１ｇ、あるいは厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体４ｂ（５１）と４ｃ（５１）であるが、本実施形態に限らず本発明では薄い接地導体、空隙部、厚い接続用接地導体、あるいは薄い接続用接地導体などを指すものとする。
【００８１】
また、本発明のその他の実施形態と同じく、この第９の実施形態においても、図２４における中心導体４ａの（図２４では不図示の）中心線の左右で、薄い接地導体もしくは空隙部１１ｆ、１１ｇとを互いに入れ替える、あるいは厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体４ｂ（５１）と４ｃ（５１）とを互いに入れ替えても良いことは言うまでもない。
【００８２】
（各実施形態）
分岐光導波路の例としてマッハツェンダ光導波路を用いたが、方向性結合器などその他の分岐合波型の光導波路にも本発明を適用可能であることは言うまでもなく、考え方は３本以上の光導波路にも適用可能である。また光導波路の形成法としてはＴｉ熱拡散法の他に、プロトン交換法など光導波路の各種形成法を適用できるし、バッファ層としてＡｌ２Ｏ３等のＳｉＯ２以外の各種材料も適用できる。
【００８３】
また、ｚ−カットＬＮ基板について説明したが、ｘ−カットやｙ−カットなどその他の面方位のＬＮ基板でも良いし、リチウムタンタレート基板、さらには半導体基板など異なる材料の基板でも良い。
【００８４】
また、図１３に示した第４の実施形態、図１５に示した第５の実施形態、あるいは図２１に示した第７の実施形態では、接続用接地導体が中心導体の厚み程度に厚いとして説明したが、接続用接地導体の厚みが一様でなくても良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上のように、本発明に係る光変調器は、プレーナ型の光変調器において、中心導体と光導波路に直近の接地導体を光導波路に対称に配置するとともに、進行波電極を中心導体の中心線に対して対称とすることにより、さらには広い面積の接地導体の厚みを薄くすることにより、温度ドリフト特性と高速光変調特性が優れた、またコストを低減した光変調器として有用である。
【符号の説明】
【００８６】
１：ｚ−カットＬＮ基板（ＬＮ基板）
２：ＳｉＯ２バッファ層（バッファ層）
３：マッハツェンダ光導波路（光導波路）
３ａ、３ｂ：マッハツェンダ光導波路を構成する相互作用光導波路
４：進行波電極
４ａ：中心導体
４ｂ、４ｂ´、４ｂ´´、４ｂ´´´、４ｂ（４）、４ｂ（５）、４ｂ（６）、４ｂ（７）、４ｂ（８）、４ｂ（９）、４ｂ（１０）、４ｂ（１１）、４ｂ（１２）、４ｂ（１３）、４ｂ（３４）、４ｂ（３５）、４ｂ（３６）、４ｂ（４４）、４ｂ（４５）、４ｂ（４６）、４ｂ（４７）、４ｂ（５１）、４ｃ、４ｃ（４）、４ｃ（５）、４ｃ（６）、４ｃ（７）、４ｃ（８）、４ｃ（９）、４ｃ（１０）、４ｃ（１１）、４ｃ（１２）、４ｃ（１３）、４ｃ（３４）、４ｃ（３５）、４ｃ（３６）、４ｃ（４４）、４ｃ（４５）、４ｃ（４６）、４ｃ（４７）、４ｃ（５１）：接地導体
５：Ｓｉ導電層
６：高周波（ＲＦ）電気信号給電線
７：高周波（ＲＦ）電気信号出力線
１０ａ、１０ｂ：外周部
１１ａ、１１ｂ：空隙部（導体が欠落した部位）
１１ｆ、１１ｇ：薄い接地導体もしくは空隙部（導体が欠落した部位）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学効果を利用して、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】
以下、従来、実用化され、又は提唱されてきたリチウムナイオベートの電気光学効果を利用したＬＮ光変調器について説明する。
【０００５】
（第１の従来技術）
図２５は、ｚ−カットＬＮ基板を用いて構成した特許文献１に開示された第１の従来技術のＬＮ光変調器（あるいは、プレーナ型ＬＮ光変調器）についての斜視図であり、図２６は図２５のＡ−Ａ´線における断面図である。
【０００６】
ｚ−カットＬＮ基板１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、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。従って、光導波路３の電気信号と光が相互作用する部（相互作用部と言う）には２本の相互作用光導波路（あるいは、光導波路）３ａと３ｂ、つまりマッハツェンダ光導波路の２本のアームが形成されている。
【０００７】
この光導波路３の上面に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、通常、進行波電極４はＡｕにより形成されている。５は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のＳｉ導電層である。なお、説明の簡単のために、図２６においては図２５には図示したＳｉ導電層５を省略している。
【０００８】
変調用の高周波（ＲＦ）電気信号をこの光変調器の高周波電気信号給電線６を介して中心導体４ａと接地導体４ｂに供給すると、中心導体４ａと接地導体４ｂの間に電界が印加される。ｚ−カットＬＮ基板１は電気光学効果を有するので、この電界により屈折率変化を生じ、２本の相互作用光導波路３ａ、３ｂ（あるいは、光導波路３ａ、３ｂという）を伝搬する光の位相にずれが発生する。このずれがπになった場合、光導波路３のマッハツェンダ光導波路としての合波部において、高次モードを励振し、光はＯＦＦ状態になる。なお、７は高周波電気信号出力線であり、終端抵抗で置き換えても良い。
【０００９】
図２６からわかるように、図２５に示した特許文献１の光変調器の特徴としては、１）中心導体４ａの幅Ｓを相互作用光導波路３ａ、３ｂの幅とほぼ同じ６μｍ〜１２μｍ程度としている、２）中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間のギャップＷを例えば１５μｍと広くしている、さらに３）相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃからなる進行波電極４を構成する金属による吸収を抑えるためにのみ使用されてきたＳｉＯ２バッファ層２の比誘電率が４〜６と比較的低いことを利用して、ＳｉＯ２バッファ層２の厚みＤを４００ｎｍ〜１．５μｍ程度と厚くすることにより、高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎｍを低減して、相互作用光導波路３ａ、３ｂを導波する光の等価屈折率ｎｏに近づけるとともに、特性インピーダンスをなるべく５０Ωに近づけている。また、図２６に示した第１の従来技術では、特許文献２に開示された進行波電極４の厚みを場合によっては約３０μｍと厚くすることによりマイクロ波等価屈折率ｎｍをよりいっそう低減して、光の等価屈折率ｎｏに近づけている。このように厚い進行波電極４は例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓ、あるいは４０Ｇｂｉｔ／ｓのような高速光変調には必須となる。この第１の従来技術は５０Ω系の特性インピーダンスを有するＬＮ光変調器としてブレークスルーとなり、広く使用されている。
【００１０】
ところが、進行波電極４が例えば３０μｍと極めて厚い場合には、この第１の従来技術は焦電効果に起因する温度ドリフトの対策であるＳｉ導電層５を具備していても、ｚ−カットＬＮ基板１と進行波電極４の熱膨張係数の差による応力に起因する温度ドリフトについて問題があることがわかった。
【００１１】
以下にその原因について詳しく説明する。図２６からわかるように、中心導体４ａの直下の光導波路３ｂについては、接地導体４ｂ、４ｃとは独立しているので、ｚ−カットＬＮ基板１の表面に平行な方向の応力は左右で均衡している。従って光導波路３ｂについて屈折率の変化を引き起こす実質的な応力は発生していないと考えてよい。
【００１２】
ところが、相互作用光導波路３ａについては、前述のように約３０μｍの厚い接地導体４ｂが相互作用光導波路３ａの上方のみでなく、相互作用部から数十〜１００μｍ以上離れた距離にある外周部１０ｂ（そして、外周部１０ａにも）とともに形成されている。そして、接地導体４ｂを構成するＡｕとｚ−カットＬＮ基板１の熱膨張係数は互いに大きく異なる。さらに、ｚ−カットＬＮ基板１の幅は数ミリメートル（例えば、１ｍｍ〜５ｍｍ）と広い。一方、相互作用光導波路３ａ、３ｂのギャップは約１５μｍ程度と狭いので、接地導体４ｂや４ｃの幅は各々ｚ−カットＬＮ基板１の幅の約半分と言えるくらいに広い（換言すると、外周部１０ａや１０ｂが広い）。つまり、図２６の接地導体４ｂの幅も広いので環境変化に起因する熱膨張や熱収縮などの応力が積み重なり、相互作用光導波路３ａへかなり大きな応力がかかる。そしてこの応力は接地導体４ｂの厚みが厚いほど（つまり、接地導体４ｂの上面がｚ−カットＬＮ基板１の上面から離れるほど）、モーメントとしてより大きな応力を作用する。
【００１３】
（第２の従来技術）
この第１の従来技術の問題点を解決するために、特許文献３に開示された第２の従来技術に基づいて実際にＬＮ光変調器を試作した。その試作したＬＮ光変調器についてその上面図を図２７に、またそのＢ−Ｂ´における断面図を図２８に示す。これらの図からわかるように、この第２の従来技術では第１の従来技術として示した図２６における接地導体４ｂをその厚みが厚い接地導体４ｂ´、４ｂ´´と約３００ｎｍと薄い接地導体４ｂ´´´の３分割する構成としている。いわば、厚い接地導体４ｂ´と４ｂ´´を薄い接地導体４ｂ´´´により接続する構造と言える。また、図２８において中心線Ｖは相互作用光導波路３ａと３ｂの中間に設けた中心線である。相互作用光導波路３ａと３ｂは中心線Ｖに対して対称であり、中心線Ｖは中心導体４ａと接地導体４ｂ´に対して対称となっている。以下において、相互作用光導波路３ａと３ｂが中心線Ｖに対称とは、相互作用光導波路３ａと３ｂの中心線が、光導波路３ｂの上の中心導体４ａと相互作用光導波路３ａの上の接地導体（ここでは４ｂ´）の対称軸であることを意味している。
【００１４】
このように接地導体４ｂ´´´の厚みを薄くすることにより接地導体４ｂ´´´の上面とｚ−カットＬＮ基板１の上面との距離が近くなる。従って、広い接地導体４ｂ´´からの応力のモーメントを接地導体４ｂ´に伝えることが少なくなり、相互作用光導波路３ａに与える応力が小さくなる。その結果、温度ドリフトを改善できるという考え方である。
【００１５】
図２９には実際に試作したＬＮ光変調器の環境温度Ｔを２０℃から８０℃まで変化させた場合のこの第２の従来技術による温度ドリフト改善の効果を環境温度Ｔに対するＤＣバイアス電圧の変化ΔＶとして点線で示す。なお、相互作用部（前述のように、相互作用光導波路３ａと３ｂを伝搬する光と高周波電気信号が相互作用する部位）の長さは３ｃｍとした。図中、比較のために第２の従来技術の工夫を施さない第１の従来技術で製作したＬＮ光変調器の温度ドリフト特性を破線で示している。なお、両者とも進行波電極４の厚みは３０μｍとした。
【００１６】
図２９からわかるように、環境温度Ｔを２０℃から８０℃まで変化させると、第１の従来技術では約４Ｖと大きな温度ドリフトを発生する。そして、第２の従来技術では１Ｖ弱の温度ドリフトに抑圧することができた。しかしながら、この第２の従来技術の工夫をしているにも関わらずＬＮ光変調器に要求される温度ドリフトとしては１Ｖという値は実用の観点からまだ大きいと言わざるを得ず、解決すべき問題である。この大きな温度ドリフトは以下の要因により引き起こされていると考えられる。
【００１７】
まず、第１の要因は高周波電気信号と相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光とが速度整合に近づくようにと３０μｍまで厚くしたことにより発生した熱膨張や熱収縮に起因する大きな応力（モーメント）である。熱膨張や熱収縮に起因する応力は進行波電極４の厚みが厚いほど大きくなる。しかしながら、この厚い進行波電極４は高性能な光変調器を実現する上で必要なことであり、避けることはできない。
【００１８】
次に、２つめの要因は接地導体側の相互作用光導波路に関連している。環境温度が変化したことにより面積が広くて厚い接地導体４ｂ´´に生じた応力により、接地導体４ｂ´´´は薄いながらも相互作用の長手方向全体にわたって接地導体４ｂ´´の側面全体を押す。そのため、相互作用光導波路３ａに応力を加えることになるので、その屈折率を変化させてしまう。
【００１９】
そして、第３の要因は中心導体側の相互作用光導波路に関連している。つまり、接地導体４ｃが発生する応力の影響を中心導体４ａの下方にある相互作用光導波路３ｂが受ける。そしてこの応力に起因する応力複屈折率により相互作用光導波路３ｂを伝搬する光の等価屈折率が変化し、熱ドリフトを生じる。
【００２０】
さらに、高周波電気信号の低損失で安定な伝搬の観点からこの第２の従来技術は以下のように問題を有していることがわかる。図２５に示すように、マイクロ波である高周波電気信号は高周波電気信号給電線６や不図示のコネクタを伝搬した後、進行波電極４に印加されるが、高周波電気信号給電線６と不図示のコネクタの電磁界分布は各々の中心導体に対して軸対称である。また、高周波電気信号給電線６に接続される不図示のコネクタと進行波電極４との接続部（入力用フィードスルー部と呼ばれる）においても高周波電磁界の電磁界分布は進行波電極４の中心導体（相互作用部の中心導体４ａを不図示のコネクタの芯線との接続部まで延長した部位）に対して左右対称（つまり、基板表面方向に対して対称）である。
【００２１】
しかしながら、この第２の従来技術では図２８の中心導体４ａの中心線に対して進行波電極の基本的な構成要素である接地導体４ｂ´及び４ｂ´´の組み合わせと接地導体４ｃが構造的に互いに左右非対称である。構造が左右非対称ということは電磁界分布も左右非対称となるので、入力用フィードスルー部における左右対称な電磁界分布と整合性が良くない。その結果、高周波電気信号が中心導体４ａ、接地導体４ｂ´、４ｂ´´´、４ｂ´´、４ｃで構成される進行波電極４を伝搬する際に、対称な電磁界分布から非対称な電磁界分布に変換せねばならず、電磁界分布が安定しない、あるいは放射損失（または伝搬損失）が生じるなどの不都合が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開平２−５１１２３号公報
【特許文献２】特開平１−９１１１１号公報
【特許文献３】特許第３６６０５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
以上のように、プレーナ型ＬＮ光変調器として提案された第１の従来技術では電極を構成するＡｕとｚ−カットＬＮ基板との熱膨張係数の差に起因する接地導体からの応力が温度とともに最適ＤＣバイアス点を変化させる温度ドリフトを生じた。この温度特性を改善するために提案された第２の従来技術においても、環境温度が変化したことにより面積が広くて厚い接地導体４ｂ´´に生じた応力を接地導体４ｂ´´´はその厚みが薄いながらも相互作用の長手方向全体にわたって接地導体４ｂ´´の側面全体を押すので、結果的に相互作用光導波路３ａに応力を加え、その屈折率を変化させてしまっていた。さらに、相互作用光導波路３ａ、３ｂが形成されていない接地導体４ｃが発生する応力が中心導体４ａの下方にある相互作用光導波路４ｂに作用することによっても熱ドリフトが生じていた。さらに、第２の従来技術では進行波電極の相互作用部における進行波電極の構造が中心導体の中心線に対して非対称であった。従って、相互作用部における高周波電気信号の電磁界分布も非対称となった。その結果、入力用フィードスルー部の対称モードから相互作用部の非対称モードへの高周波電気信号のモード変換における安定な伝搬と低損失な伝搬という観点から不利であった。また、第１及び第２の従来技術とも厚くて広い接地導体を有するので、高価なＡｕの使用量が多く、ＬＮ光変調器としてのコストが上昇する一因となっていた。つまり、光変調器として温度安定化を実現でき、かつコストが低い光変調器の開発が急務となっていた。
【００２４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、光変調特性が高性能であるとともに、安定性とコストについて改善された光変調器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、前記第１の位置および前記第２の位置に導体が欠落した部位を具備することを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項２の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、前記第１の位置および前記第２の位置のうちのいずれか一方の位置に導体が欠落した部位を具備し、他方の位置に前記接地導体が前記中心導体の厚みよりも薄い厚さで全面に形成されていることを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項３の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、前記第１の位置および前記第２の位置のうちのいずれか一方の位置に導体が欠落した部位を具備し、他方の位置に前記接地導体が前記中心導体の厚みよりも薄い厚さで少なくとも一部に形成されていることを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項４の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、前記第１の位置および前記第２の位置に前記接地導体が前記中心導体の厚みよりも薄い厚さで全面に形成されていることを特徴とする。
【００２９】
本発明の請求項５の光変調器は、高周波電気信号の電磁界が小さくなった領域における前記接地導体の少なくとも一部の厚みを、当該領域以外の領域における接地導体の厚みよりも少なくとも一部で薄くしたことを特徴とする。
【００３０】
本発明の請求項６の光変調器は、前記中心導体に相対向する接地導体が前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一部とほぼ同じ厚みを持つことを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項７の光変調器は、前記中心導体に相対向する接地導体に隣接する前記接地導体が前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一部とほぼ同じ厚みを持つことを特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項８の光変調器は、高周波電気信号の電磁界が小さくなった領域における前記接地導体の少なくとも一部の厚みを薄くした領域における前記接地導体の体積と面積の比を、前記厚みが厚い部位における前記接地導体の体積と面積の比よりも小さくしたことを特徴とする。
【００３３】
本発明の請求項９の光変調器は、前記基板がリチウムナイオベートからなることを特徴とする。
【００３４】
本発明の請求項１０の光変調器は、前記基板が半導体からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る光変調器では、ＬＮ光変調器の環境温度が変化した際に、２本の相互作用光導波路の上には各々ほぼ同様の構造からなる中心導体と接地導体の一部が形成されており、対称性の観点から温度ドリフト特性が良い。また、電極とＬＮ基板の材料としての熱膨張係数の差に起因する応力が接地導体の下方にある相互作用光導波路のみならず、相互作用光導波路が形成されていない側の接地導体が中心導体側の光導波路に及ぼす応力をも緩和することにより、熱ドリフトが小さなＬＮ光変調器を提供することが可能となるという優れた効果がある。そして、中心導体と接地導体からなる進行波電極を中心導体の中心線に対して対称とすることにより、高周波電気信号が安定で低損失に伝搬することが可能となる。さらに、接地導体において高周波電気信号の電磁界が小さくなった領域の導体の厚みを薄くすることにより、貴金属である高価なＡｕの使用量が少なくて済むのでＬＮ光変調器としてのコストを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図２】図１のＣ−Ｃ´における断面図
【図３】本発明の第１の実施形態の効果を説明する図
【図４】本発明の第２の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図５】図４のＤ−Ｄ´における断面図
【図６】図４のＥ−Ｅ´における断面図
【図７】本発明の第２の実施形態の効果を説明する図
【図８】本発明の第３の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図９】図８のＦ−Ｆ´における断面図
【図１０】図８のＧ−Ｇ´における断面図
【図１１】本発明の第４の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図１２】図１１のＨ−Ｈ´における断面図
【図１３】図１１のＩ−Ｉ´における断面図
【図１４】本発明の第５の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す断面図
【図１５】本発明の第５の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す断面図
【図１６】本発明の第６の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図１７】図１６のＪ−Ｊ´における断面図
【図１８】図１６のＫ−Ｋ´における断面図
【図１９】本発明の第７の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図２０】図１９のＬ−Ｌ´における断面図
【図２１】図１９のＭ−Ｍ´における断面図
【図２２】本発明の第８の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図２３】本発明の第８の実施形態に係わる光変調器の構造を説明する図
【図２４】本発明の第９の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す上面図
【図２５】第１の従来技術の光変調器についての概略構成を示す斜視図
【図２６】図２５のＡ−Ａ´における断面図
【図２７】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２８】図２７のＢ−Ｂ´における断面図
【図２９】第１の従来技術と第２の従来技術についての温度ドリフト特性を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図２５から図２８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。
【００３８】
（第１の実施形態）
図１に本発明の第１の実施形態についてその上面図を示す。また、Ｃ−Ｃ´における断面図を図２に示す。ここで、４ｂ（４）、４ｂ（６）、及び４ｃ（４）、４ｃ（６）はそれらの厚みが約３０μｍと厚い接地導体である。また、接地導体４ｂ（５）と４ｃ（５）はそれらの厚みが３００ｎｍと薄い接地導体（あるいは、接続用接地導体とも言う）である。接地導体４ｂ（５）の厚みが薄い理由は第２の従来技術と同じであり、図２６における厚みが厚い接地導体４ｂが相互作用光導波路３ａに与える応力を緩和するためである。
【００３９】
本実施形態では、中心導体４ａに相対向する接地導体４ｂ（４）、４ｃ（４）が中心導体４ａや接地導体４ｂ（６）、４ｃ（６）とほぼ同じ厚みを有しているが、本発明の原理はこの限りではない場合にも適用可能である。
【００４０】
さらに、本実施形態では相互作用光導波路が形成されていない側の接地導体（図２６に示す第１の従来技術や図２８に示す第２の従来技術における４ｃ）に厚みが薄い接地導体４ｃ（５）を形成している。つまり、厚くて広い接地導体４ｃ（６）が中心導体４ａの下方にある相互作用光導波路３ｂへ及ぼす応力の影響を小さくするために接地導体４ｃ（５）の厚みを薄くしている。ここで、接地導体４ｂ（５）と４ｃ（５）の幅Ｗｗは中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間のギャップＷと同じ１５μｍとした。４ｂ（５）と４ｃ（５）は各々厚い接地導体４ｂ（４）と４ｂ（６）、及び厚い接地導体４ｃ（４）と４ｃ（６）を接続しているので広い意味で接続用接地導体と考えることができる。
【００４１】
ここで、中心線Ｖは相互作用光導波路３ａと３ｂに対する対称軸であり（先に述べたように、中心導体４ａと接地導体４ｂ（４）が中心線Ｖに対し対称であると解釈する）、中心導体４ａの中心線ＶＩは進行波電極の対称軸である。
【００４２】
図３には環境温度Ｔを２０℃から８０℃まで変化させた場合における本発明の第１の実施形態についての実験結果を示す。比較のために、図には第１の従来技術と第２の従来技術についての測定結果も示している。図からわかるように、本実施形態を採用することにより、第２の従来技術よりも温度ドリフトを抑えることができた。
【００４３】
また、進行波電極が中心導体４ａの中心線ＶＩに対して厳密に対称でないと本発明の効果を発揮できないかというとそれは正しくない。接地導体４ｂ（４）と４ｃ（４）の幅はその少なくとも一方が中心導体４ａの幅と異なっていても良く、これを含めて進行波電極に関する構造を中心線ＶＩに対して対称（あるいは、実質的にほぼ対称）としている。そしてこの実質的な対称性については本発明の全ての実施形態について言える。つまり、中心導体４ａと接地導体４ｂ（４）の幅が異なっていても、相互作用光導波路３ａと３ｂにとっては実質的にほぼ対称とみなすことができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
図４に本発明の第２の実施形態についての上面図を示す。ここで、図４のＤ−Ｄ´とＥ−Ｅ´における断面図を図５と図６に示す。また、１１ａと１１ｂは接地導体４ｂ（７）と４ｂ（９）、あるいは４ｃ（７）と４ｃ（９）の間に設けた幅Ｗｗで長さＬｗの空隙部であり、導体が欠落している。また、接地導体４ｂ（７）と４ｂ（９）を電気的に接続する接地導体（あるいは、接続用接地導体）４ｂ（８）の幅と長さは各々幅Ｗｗと長さＬｅである。
【００４５】
接地導体４ｂ（９）はその厚みが例えば３０μｍと厚く、かつその幅も数百ミクロンから数ミリメートルのオーダーと広い。従って、前述のようにＬＮ光変調器の環境温度が変化した場合には接地導体４ｂ（９）とｚ−カットＬＮ基板１の大きな熱膨張係数の差に起因して応力が発生する。ここで、中心線Ｖは相互作用光導波路３ａと３ｂに対する対称軸であり（つまり、中心導体４ａと接地導体４ｂ（７）が中心線Ｖに対し対称であることを意味している）、中心導体４ａの中心線ＶＩは進行波電極の対称軸である。
【００４６】
さて、本実施形態では図４や図５に示すように空隙部１１ａ、１１ｂを設けている。従って、第２の従来技術や本発明における第１の実施形態と異なり、相互作用部の長手方向全域にわたって厚みが薄い接地導体（あるいは、接続用接地導体）４ｂ（８）が厚い接地導体４ｂ（７）を押すことはない。さらに、相互作用光導波路３ａが形成されていない側の接地導体４ｃ（９）に発生した応力が相互作用光導波路３ｂに加わることも抑圧できる。なお、本発明としての効果はやや薄れるものの導体の欠落部１１ｂはなくても良い（つまり、１１ｂの箇所には底面全面に厚みが薄い接地導体４ｃ（８）があっても良い）。
【００４７】
ここで、空隙部１１ａと１１ｂの幅Ｗｗが１５μｍで、それらの長さＬｗと接地導体４ｂ（８）の長さＬｅが各々１ｍｍと１００μｍの場合について環境温度Ｔを２０℃から８０℃まで変化させた場合における本発明の第２の実施形態についての実験結果を図７に示す。同じく比較のために、図７には第１の従来技術と第２の従来技術についての測定結果も示している。図７からわかるように、本実施形態を採用することによりＤＣバイアスの変化が僅か０．１Ｖ以下となり、温度ドリフト特性を大幅に改善することができた。
【００４８】
なお、空隙部１１ａと１１ｂの長さＬｗと接地導体４ｂ（８）の長さＬｅは各々３０μｍ〜３ｍｍ、及び５μｍ〜５００μｍ程度まで変化させても効率よく温度ドリフトを抑圧できた。
【００４９】
先に述べたように図２８に示した第２の従来技術の相互作用部においては、中心導体４ａの中心線に対して中心導体４ａと接地導体４ｂ´４ｂ´´４ｂ´´´からなる進行波電極は非対称に配置されていたため、高周波電気信号はコネクタや入力用フィードスルー部の対称モードから相互作用部の非対称モードにモード変換されねばならず、電磁界の安定性と伝搬損失の観点から問題があった。
【００５０】
一方、本実施形態における進行波電極は中心導体４ａの中心線ＶＩを対称軸とする構造対称性を有しているのでその問題は解決された。つまり、進行波電極の構造が対称であるということは、進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電磁界分布も対称であることを意味している。従って、前述の第２の従来技術では必要であったコネクタや入力用フィードスルー部の対称な高周波電気信号の対称モードから進行波電極の非対称モードへの変換が不要となるので、高周波電気信号を安定、かつ低損失に伝搬することが可能となる。
【００５１】
以上のように、本実施形態では進行波電極に関する構造を中心導体の中心線（あるいは対称軸）ＶＩについて対称とすることにより、第２の従来技術のような非対称な場合と比較して、高周波電気信号のモードを安定させ、かつ低損失に伝搬させている。
【００５２】
（第３の実施形態）
図８に本発明の第３の実施形態についての上面図を示す。また、Ｆ−Ｆ´、Ｇ−Ｇ´における断面図を図９と図１０に示す。同様に、中心線Ｖは相互作用光導波路３ａと３ｂに対する対称軸であり（即ち、中心導体４ａと接地導体４ｂ（７）が中心線Ｖに対して対称であり）、中心導体４ａの中心線ＶＩは進行波電極の対称軸である。図９において厚みが薄い接地導体４ｃ（５）があることからわかるように、本実施形態は第２の実施形態ほどには効果的ではないものの、本発明としての効果を発揮することができる。なお、４ｂ（８）は接続用接地導体である。また、４ｃ（５）も厚い接地導体４ｃ（４）と４ｃ（６）を接続しているので広い意味で接続用接地導体と考えることもできる。
【００５３】
次に、これまでの実施形態と同様に、高周波電気信号の電磁界分布の観点から考察する。進行波電極において重要となる基本的な構成要素は中心導体４ａと接地導体４ｂ（７）、４ｂ（９）、４ｃ（４）、４ｃ（６）である。そして、図９からわかるように、接地導体４ｃ（５）の厚みは薄い。中心導体４ａと接地導体４ｂ（７）、４ｂ（９）、４ｃ（４）、４ｃ（５）、４ｃ（６）からなる進行波電極は中心導体４ａの中心に引いた中心線ＶＩに対して実質的にほぼ対称となっており、この中心線は進行波電極の対称軸と言える。なお、本実施形態の図１０では、この対称性はさらに接地導体４ｂ（８）と４ｃ（５）を含めて考えても成り立っている。このように、本実施形態では進行波電極が中心導体４ａの中心線ＶＩを対称軸とする構造対称性を有しているので、その構造対称性を有しない図２８に示した第２の従来技術よりも、コネクタや入力用フィードスルー部の対称な電磁界を安定、かつ低損失に伝搬することができる。
【００５４】
（第４の実施形態）
図１１に本発明の第４の実施形態についてその上面図を示す。また、Ｈ−Ｈ´、Ｉ−Ｉ´における断面図を各々図１２と図１３に示す。ここで、１１ａと１１ｂは空隙部である。なお、４ｂ（３４）、４ｂ（３５）、４ｂ（３６）、４ｃ（３４）、４ｃ（３５）、４ｃ（３６）は接地導体である。接地導体４ｂ（３５）は接地導体４ｂ（３４）と４ｂ（３６）を、また接地導体４ｃ（３５）は接地導体４ｃ（３４）と４ｃ（３６）を接続している（接地導体４ｂ（３５）と４ｃ（３５）は接続用接地導体とも呼ばれる）。
【００５５】
本実施形態において重要な点は、高周波電気信号としての表皮効果の影響を受けにくいように、接続用接地導体である接地導体４ｂ（３５）と４ｃ（３５）の厚みを厚くしていることである。また、１０ａと１０ｂは接地導体において高周波電気信号の強度が小さくなった部位であり、外周部と呼ぶ。空隙部１１ａと１１ｂは接地導体において導体が欠落した部位（あるいは、接地導体に開けた窓）とも言える。本実施形態では接続用接地導体である接地導体４ｂ（３５）と４ｃ（３５）の厚みを中心導体４ａの程度まで厚くしているが、本発明の原理はこれに限るものではない。
【００５６】
ここで、図１２においてＶは相互作用光導波路３ａと３ｂの中間に設けた中心線であり、相互作用光導波路３ａと３ｂはこの中心線Ｖに対して対称な構造となっている。従って、中心線Ｖは光導波路についての対称軸と言える（つまり、先に述べたように、中心線Ｖは中心導体４ａと４ｂ（３４）に対する対称軸となっている）。これにより、焦電効果による電荷分布、即ち電界分布も中心線Ｖに対して対称となるので、環境変化に伴う温度ドリフトについては極めて安定な特性を実現できる。
【００５７】
そして、実際に本実施形態において、空隙部１１ａと１１ｂの幅Ｗｗと長さＬｗ、及び接地導体４ｂ（３５）の長さＬｅを第２の実施形態と同じにした場合（Ｗｗ＝１５μｍ、Ｌｗ＝１ｍｍ、Ｌｅ＝１００μｍ）、図７に示した本発明の第２の実施形態と同等の優れた温度ドリフト特性を実現できた。なお、空隙部１１ａと１１ｂの長さＬｗと接地導体４ｂ（３５）の長さＬｅは各々３０μｍ〜３ｍｍ、及び５μｍ〜５００μｍ程度まで変化させても効率よく温度ドリフトを抑圧できることも第２の実施形態とほぼ同じであった。
【００５８】
次に、高周波電気信号の電磁界分布の観点から考察する。図１２と図１３からわかるように、中心導体４ａの中心に引いた中心線ＶＩは中心導体４ａと接地導体４ｂ（３４）、４ｂ（３６）、４ｃ（３４）、４ｃ（３６）からなる進行波電極の対称軸となっている。なお、本実施形態では、この対称性はさらに接続用接地導体４ｂ（３５）と４ｃ（３５）を含めて考えても成り立っている。つまり、本実施形態における進行波電極は中心導体４ａの中心に引いた中心線ＶＩに対して完全に対称となっている。なお、接続用接地導体４ｂ（３５）と４ｃ（３５）が図１１において、相互作用光導波路３ａ、３ｂの長手方向に互いにずれていても良いことは言うまでもなく、そのような非対称性を有する構造については後で議論する。
【００５９】
このように、本実施形態における進行波電極は中心導体４ａの中心線ＶＩを対称軸とする構造対称性を有している。進行波電極の構造が対称であるということは、進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電磁界分布も対称であることを意味している。従って、図２８に示した第２の従来技術では必要であったコネクタや入力用フィードスルー部の対称な高周波電気信号の対称モードから進行波電極の非対称モードへの変換が不要となるので、高周波電気信号を安定、かつ低損失に伝搬することが可能となる。
【００６０】
さらに、本実施形態では接続用接地導体である接地導体４ｂ（３５）と４ｃ（３５）の厚みを厚くしているので、高周波電気信号としての表皮効果の影響を受けにくい。従って、図１と図２に示した本発明の第１の実施形態や図４から図６に示した本発明の第２の実施形態、あるいは図８〜図１０に示した本発明の第３の実施形態よりも高速光変調が可能であった。
【００６１】
以上のように、本実施形態では２本の相互作用光導波路に対する中心導体と、接地導体側の光導波路に直近の接地導体を２本の相互作用光導波路の中間に設けた中心線Ｖについて対称とするとともに、進行波電極に関する構造を中心導体の中心線ＶＩについて対称とすることにより、それらの対称性を有しない場合と比較して、環境温度変化に伴う温度ドリフトを抑圧し、かつ高周波電気信号のモードを安定に、かつ低損失に伝搬させている。さらに第２の実施形態よりも高速変調が可能となり、本実施形態により優れた光変調器を実現できた。
【００６２】
さて、進行波電極が相互作用光導波路３ａと３ｂの中間に設けた中心線Ｖに対して厳密に対称でないと本発明の効果を発揮できないかというとそれは正しくない。接地導体４ｂ（３４）の幅は中心導体４ａの幅と数μｍ異なっていても良く、これを含めて相互作用光導波路３ａ、３ｂの中間に設けた中心線Ｖに対して相互作用光導波路３ａ、３ｂの上にある中心導体と接地導体が対称である（あるいは、実質的にほぼ対称）としている。また、同様に進行波電極の構造が中心線ＶＩに対して厳密に対称でなくても本発明の効果を発揮できる。そしてこれらのことは本発明の全ての実施形態について言える。
【００６３】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態について、図１２や図１３の断面図と同様の断面図を図１４と図１５に示す。ここで、１１ａは空隙部である。なお、４ｂ（３４）、４ｂ（３５）、４ｂ（３６）、４ｃ（４）、４ｃ（５）、４ｃ（６）は接地導体である。接地導体４ｂ（３５）は接地導体４ｂ（３４）と４ｂ（３６）を、また接地導体４ｃ（３５）は接地導体４ｃ（４）と４ｃ（６）を接続する接続用接地導体である。進行波電極において重要となる基本的な構成要素は中心導体４ａと接地導体４ｂ（３４）、４ｂ（３６）、４ｃ（４）、４ｃ（６）である。従って、本実施形態においても図１４において相互作用光導波路３ａと３ｂは中心線Ｖに対して対称であり（つまり、中心線Ｖは中心導体４ａと接地導体４ｂ（３４）に対して対称）、進行波電極は中心導体４ａの中心線ＶＩに対してほぼ対称である。なお、接地導体４ｃ（３５）も厚い接地導体４ｃ（４）と４ｃ（６）を接続しているので、接続用接地導体とも言える。なお、図１４において接地導体４ｃ（５）はその厚みが薄いとは言え、その材料は電気抵抗の小さなＡｕであるので、高速光変調の観点からは図１１〜図１３に示した第４の実施形態よりやや有利である。以上のように、この第５の実施形態においても、温度ドリフトを抑圧しつつ、高周波特性の優れたＬＮ光変調器を実現できる。
【００６４】
（第６の実施形態）
図１６には本発明における第６の実施形態の上面図を示す。また、図１６のＪ−Ｊ´とＫ−Ｋ´での断面図を各々図１７と図１８に示す。これらの図からわかるように、この第６の実施形態では第１から第５の実施形態での工夫に加え、使用する貴金属であるＡｕの量を減らしている。
【００６５】
つまり、高周波電気信号の伝搬ロスの増加を防ぐという観点からは、厚みが厚い接地導体４ｂ（１２）や４ｃ（１２）の幅は数十〜１００μｍ程度あれば充分である。従って、それ以上広い領域に相当する外周部１０ａや１０ｂの上方にある接地導体４ｂ（１３）や接地導体４ｃ（１３）の厚みを薄くしている。
【００６６】
そして、外周部１０ａや１０ｂの上方にある接地導体４ｂ（１３）や４ｃ（１３）の厚みを薄くすることにより、２つの利点が生じる。まず、接地導体４ｂ（１３）や４ｃ（１３）からの応力が著しく減るので、温度ドリフトの観点から有利である。次に、高価なＡｕの使用量を減らし、ＬＮ光変調器の原価を低減することができる。なお、厚みは薄いものの面積が広い接地導体４ｂ（１３）と４ｃ（１３）は高周波電気信号の観点からしっかりとした電気的アースの確立と電気的アースである筐体とのワイヤやリボンによる接続の観点から有利である。そして、このことは本発明の全ての実施形態について言える。
【００６７】
この時、外周部１０ａ、１０ｂにおける接地導体の体積と面積の比がその他の領域における接地導体の体積と面積の比よりも小さくなるようにすれば、高価なＡｕの使用量を著しく低減できるのでＬＮ光変調器の原価を低減する効果が著しい。なお、接地導体４ｂ（１３）と接地導体４ｃ（１３）のどちらか一方のみの厚みを薄くしても良いことは言うまでもない。そして、上記の厚みが厚い接地導体の幅や外周部における接地導体の体積と面積の比についての考え方は本発明の全ての実施形態に当てはまる。
【００６８】
（第７の実施形態）
図１９には本発明における第７の実施形態の上面図を示す。また、図１９のＬ−Ｌ´とＭ−Ｍ´での断面図を各々図２０と図２１に示す。ここで、４ｂ（４４）、４ｂ（４５）、４ｂ（４６）、４ｂ（４７）、４ｃ（４４）、４ｃ（４５）、４ｃ（４６）、４ｃ（４７）は接地導体である。また、この中で４ｂ（４５）は接地導体４ｂ（４４）と４ｂ（４６）を接続し、４ｃ（４５）は接地導体４ｃ（４４）と４ｃ（４６）を接続する接続用接地導体である。
【００６９】
これらの図からわかるように、この第７の実施形態では第６の実施形態と同様に、外周部１０ａや１０ｂの上方にある接地導体４ｃ（４７）や接地導体４ｂ（４７）の厚みを薄くしている。そして、これにより第６の実施形態と同じ効果、即ちまず、接地導体４ｂ（４７）や４ｃ（４７）からの応力が著しく減ることによる温度ドリフトの改善と、高価なＡｕの使用量を減らすことによる原価の低減である。
【００７０】
この時、外周部１０ａ、１０ｂにおける接地導体の体積と面積の比がその他の領域における接地導体の体積と面積の比よりも小さくなるようにすれば、高価なＡｕの使用量を著しく低減できるのでＬＮ光変調器の原価を低減する効果が著しい。なお、接地導体４ｃ（４７）と接地導体４ｂ（４７）のどちらか一方のみの厚みを薄くしても良いことは言うまでもない。そして、上記の厚みが厚い接地導体の幅や外周部における接地導体の体積と面積の比についての考え方は本発明の全ての実施形態に当てはまる。
【００７１】
（第８の実施形態）
図２２には本発明における第８の実施形態の上面図を示す。なおこの図２２は図１に示した第１の実施形態、図４に示した第２の実施形態、図８に示した第３の実施形態、図１１に示した第４の実施形態などを含むが、これら以外の構造も示しているので、ここでは第８の実施形態として説明する。図２３（ａ）には図２２における２つの領域４ｂ（５１）と１１ｆを（ａ）〜（ｄ）として示している。図２３（ａ）からわかるように、４ｂ（５１）は厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体を、また１１ｆは薄い接地導体もしくは空隙部を示している。一方、図２３（ｂ）には図２２における２つの領域４ｃ（５１）と１１ｇの形態を（ｅ）〜（ｈ）として示している。図２３（ｂ）からわかるように、４ｃ（５１）は厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体を、また１１ｆは薄い接地導体もしくは空隙部を示している。
【００７２】
つまり、この第８の実施形態は４ｂ（５１）と１１ｆを図２３（ａ）における（ａ）〜（ｄ）の中の（少なくとも）１つから選択し、４ｃ（５１）と１１ｇを図２３（ｂ）における（ｅ）〜（ｈ）の中の（少なくとも）１つから選択し、互いに組み合わせたものである。但し、前述のように第８の実施形態は前述の実施形態を含んでいる。ちなみに、図１〜図３で説明した第１の実施形態は図２３（ａ）の（ａ）と図２３（ｂ）の（ｅ）の組み合わせ、図４〜図６で説明した第２の実施形態は図２３（ａ）の（ｃ）と図２３（ｂ）の（ｇ）の組み合わせ、図８〜図１０で説明した第３の実施形態は図２３（ａ）の（ｃ）と図２３（ｂ）の（ｅ）の組み合わせ、図１１〜図１３で説明した第４の実施形態は図２３（ａ）の（ｄ）と図２３（ｂ）の（ｈ）の組み合わせ、図１４、図１５で説明した第５の実施形態は図２３（ａ）の（ｄ）と図２３（ｂ）の（ｆ）の組み合わせである。
【００７３】
勿論、図２３（ａ）の（ａ）〜（ｄ）と図２３（ｂ）の（ｅ）〜（ｈ）が位置的に入れ替わっても良い（つまり、例えば図９と図１０において、中心導体４ａの中心線ＶＩを対称軸として、進行波電極の構造を左右入れ替えても良い）。また、図２３（ａ）の（ａ）〜（ｄ）の２種類以上と図２３（ｂ）の（ｅ）〜（ｈ）の２種類以上を組み合わせても良いことは言うまでもない。
【００７４】
そして、第８の実施形態は接続用接地導体、空隙部、あるいは薄い接地導体などが中心導体４ａの中心線ＶＩに対して左右が非対称な構造も含んでいる。但し、進行波電極において重要となる基本的な構成要素は中心導体４ａと接地導体４ｂ（４）、４ｂ（６）、４ｃ（４）、４ｃ（６）である。従って、本実施形態においても進行波電極の基本的な構成要素は中心導体４ａの（図２２では不図示の）中心線に対して対称な構造となっている。従って、温度ドリフトを抑圧しつつ、高周波特性の優れたＬＮ光変調器を実現できる。
【００７５】
また、以上の説明においては、本発明の原理の説明を簡単にするために、薄い接地導体もしくは空隙部１１ｆの幅Ｗｗと長さＬｗが、薄い接地導体もしくは空隙部１１ｇの幅Ｗｗ´と長さＬｗ´と各々等しく、また厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体４ｂ（５１）の長さＬｅと厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体４ｃ（５１）の長さＬｅ´も等しいと仮定したが、本発明はこれに限るものではない。
【００７６】
さらに、薄い接地導体もしくは空隙部１１ｆや厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体４ｂ（５１）の個数と、薄い接地導体もしくは空隙部１１ｇや、厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体４ｃ（５１）の個数が各々異なっていても良い。そして、このことは本発明の全ての実施形態について言える。なお、以上に述べた接地導体（あるいは、接続用接地導体）や空隙部の長さや幅は相互作用光導波路３ａ、３ｂの長さ方向に対するものとする。
【００７７】
また、第６の実施形態や第７の実施形態と同じく、不図示の外周部１０ａや１０ｂの上方にある接地導体の厚みを薄くすることにより、これらの実施形態と同じ効果、即ち温度ドリフトの改善と、高価なＡｕの使用量を減らすことによる原価の低減を得ることができる。
【００７８】
この時、不図示の外周部１０ａ、１０ｂにおける接地導体の体積と面積の比がその他の領域における接地導体の体積と面積の比よりも小さくなるようにすれば、高価なＡｕの使用量を著しく低減できるのでＬＮ光変調器の原価を低減する効果が著しい。
【００７９】
（第９の実施形態）
図２４は本発明における第９の実施形態の上面図を示している。図２２に示した第８の実施形態と比較するとわかるように、本実施形態では薄い接地導体もしくは空隙部１１ｆと薄い接地導体もしくは空隙部１１ｇとが、また厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体４ｂ（５１）と４ｃ（５１）とが相互作用光導波路３ａ、３ｂの方向に互いにずれている。
【００８０】
なお、この第９の実施形態のように、中心導体４ａの不図示の中心線ＶＩに対して進行波電極の薄い接地導体や空隙部、あるいは接続用接地導体などの電極構成要素が相互作用光導波路３ａ、３ｂの長手方向にずれても良いという考え方は本発明の全ての実施形態について言うことができる。ここで、相互作用光導波路３ａ、３ｂの長手方向にずれても良い進行波電極の構成要素とは、例えば第９の実施形態では薄い接地導体もしくは空隙部１１ｆ、１１ｇ、あるいは厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体４ｂ（５１）と４ｃ（５１）であるが、本実施形態に限らず本発明では薄い接地導体、空隙部、厚い接続用接地導体、あるいは薄い接続用接地導体などを指すものとする。
【００８１】
また、本発明のその他の実施形態と同じく、この第９の実施形態においても、図２４における中心導体４ａの（図２４では不図示の）中心線の左右で、薄い接地導体もしくは空隙部１１ｆ、１１ｇとを互いに入れ替える、あるいは厚い接続用接地導体もしくは薄い接続用接地導体４ｂ（５１）と４ｃ（５１）とを互いに入れ替えても良いことは言うまでもない。
【００８２】
（各実施形態）
分岐光導波路の例としてマッハツェンダ光導波路を用いたが、方向性結合器などその他の分岐合波型の光導波路にも本発明を適用可能であることは言うまでもなく、考え方は３本以上の光導波路にも適用可能である。また光導波路の形成法としてはＴｉ熱拡散法の他に、プロトン交換法など光導波路の各種形成法を適用できるし、バッファ層としてＡｌ２Ｏ３等のＳｉＯ２以外の各種材料も適用できる。
【００８３】
また、ｚ−カットＬＮ基板について説明したが、ｘ−カットやｙ−カットなどその他の面方位のＬＮ基板でも良いし、リチウムタンタレート基板、さらには半導体基板など異なる材料の基板でも良い。
【００８４】
また、図１３に示した第４の実施形態、図１５に示した第５の実施形態、あるいは図２１に示した第７の実施形態では、接続用接地導体が中心導体の厚み程度に厚いとして説明したが、接続用接地導体の厚みが一様でなくても良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上のように、本発明に係る光変調器は、プレーナ型の光変調器において、中心導体と光導波路に直近の接地導体を光導波路に対称に配置するとともに、進行波電極を中心導体の中心線に対して対称とすることにより、さらには広い面積の接地導体の厚みを薄くすることにより、温度ドリフト特性と高速光変調特性が優れた、またコストを低減した光変調器として有用である。
【符号の説明】
【００８６】
１：ｚ−カットＬＮ基板（ＬＮ基板）
２：ＳｉＯ２バッファ層（バッファ層）
３：マッハツェンダ光導波路（光導波路）
３ａ、３ｂ：マッハツェンダ光導波路を構成する相互作用光導波路
４：進行波電極
４ａ：中心導体
４ｂ、４ｂ´、４ｂ´´、４ｂ´´´、４ｂ（４）、４ｂ（５）、４ｂ（６）、４ｂ（７）、４ｂ（８）、４ｂ（９）、４ｂ（１０）、４ｂ（１１）、４ｂ（１２）、４ｂ（１３）、４ｂ（３４）、４ｂ（３５）、４ｂ（３６）、４ｂ（４４）、４ｂ（４５）、４ｂ（４６）、４ｂ（４７）、４ｂ（５１）、４ｃ、４ｃ（４）、４ｃ（５）、４ｃ（６）、４ｃ（７）、４ｃ（８）、４ｃ（９）、４ｃ（１０）、４ｃ（１１）、４ｃ（１２）、４ｃ（１３）、４ｃ（３４）、４ｃ（３５）、４ｃ（３６）、４ｃ（４４）、４ｃ（４５）、４ｃ（４６）、４ｃ（４７）、４ｃ（５１）：接地導体
５：Ｓｉ導電層
６：高周波（ＲＦ）電気信号給電線
７：高周波（ＲＦ）電気信号出力線
１０ａ、１０ｂ：外周部
１１ａ、１１ｂ：空隙部（導体が欠落した部位）
１１ｆ、１１ｇ：薄い接地導体もしくは空隙部（導体が欠落した部位）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、
前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、
前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、
前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、
前記第１の位置および前記第２の位置に導体が欠落した部位を具備す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基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、
前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、
前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、
前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、
前記第１の位置および前記第２の位置のうちのいずれか一方の位置に導体が欠落した部位を具備し、他方の位置に前記接地導体が前記中心導体の厚みよりも薄い厚さで全面に形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、
前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、
前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、
前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、
前記第１の位置および前記第２の位置のうちのいずれか一方の位置に導体が欠落した部位を具備し、他方の位置に前記接地導体が前記中心導体の厚みよりも薄い厚さで少なくとも一部に形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項４】
電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、
前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、
前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、
前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、
前記第１の位置および前記第２の位置に前記接地導体が前記中心導体の厚みよりも薄い厚さで全面に形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項５】
高周波電気信号の電磁界が小さくなった領域における前記接地導体の少なくとも一部の厚みを、当該領域以外の領域における接地導体の厚みよりも少なくとも一部で薄くしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の光変調器。
【請求項６】
前記中心導体に相対向する接地導体が前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一部とほぼ同じ厚みを持つことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記中心導体に相対向する接地導体に隣接する前記接地導体が前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一部とほぼ同じ厚みを持つことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の光変調器。
【請求項８】
高周波電気信号の電磁界が小さくなった領域における前記接地導体の少なくとも一部の厚みを薄くした領域における前記接地導体の体積と面積の比を、前記厚みが厚い部位における前記接地導体の体積と面積の比よりも小さくしたことを特徴とする請求項７に記載の光変調器。
【請求項９】
前記基板がリチウムナイオベートからなることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の光変調器。
【請求項１０】
前記基板が半導体からなることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の光変調器。
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、
前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、
前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、
前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、
前記第１の位置および前記第２の位置に導体が欠落した部位を具備す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基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、
前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、
前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、
前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、
前記第１の位置および前記第２の位置のうちのいずれか一方の位置に導体が欠落した部位を具備し、他方の位置に前記接地導体が前記中心導体の厚みよりも薄い厚さで全面に形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、
前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、
前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、
前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、
前記第１の位置および前記第２の位置のうちのいずれか一方の位置に導体が欠落した部位を具備し、他方の位置に前記接地導体が前記中心導体の厚みよりも薄い厚さで少なくとも一部に形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項４】
電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された第１の光導波路と第２の光導波路からなる光導波路と、前記基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上方に配置された中心導体および該中心導体を挟むよう配置される第１の接地導体と第２の接地導体からなる接地導体により構成された進行波電極とを具備し、前記基板における前記バッファ層が形成される側の表面が平坦である光変調器において、
前記第１の光導波路の上方に前記中心導体を、前記第２の光導波路の上方に前記第１の接地導体をそれぞれ有し、
前記第１の接地導体が、前記第２の光導波路直上ではない位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第１の位置を有し、
前記第２の接地導体が、前記中心導体の中心線に対して前記第１の位置と対称となる位置に前記光導波路の光軸方向に延在する第２の位置を有し、
前記第１の位置および前記第２の位置に前記接地導体が前記中心導体の厚みよりも薄い厚さで全面に形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項５】
高周波電気信号の電磁界が小さくなった領域における前記接地導体の少なくとも一部の厚みを、当該領域以外の領域における接地導体の厚みよりも少なくとも一部で薄くしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の光変調器。
【請求項６】
前記中心導体に相対向する接地導体が前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一部とほぼ同じ厚みを持つことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記中心導体に相対向する接地導体に隣接する前記接地導体が前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一部とほぼ同じ厚みを持つことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の光変調器。
【請求項８】
高周波電気信号の電磁界が小さくなった領域における前記接地導体の少なくとも一部の厚みを薄くした領域における前記接地導体の体積と面積の比を、前記厚みが厚い部位における前記接地導体の体積と面積の比よりも小さくしたことを特徴とする請求項７に記載の光変調器。
【請求項９】
前記基板がリチウムナイオベートからなることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の光変調器。
【請求項１０】
前記基板が半導体からなることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１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１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【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１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２０１２−１４１６３４（Ｐ２０１２−１４１６３４Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−６７０５９（Ｐ２０１２−６７０５９）
【出願日】平成２４年３月２３日（２０１２．３．２３）
【分割の表示】特願２００８−２２６２２２（Ｐ２００８−２２６２２２）の分割
【原出願日】平成２０年９月３日（２００８．９．３）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月２３日（２０１２．３．２３）
【分割の表示】特願２００８−２２６２２２（Ｐ２００８−２２６２２２）の分割
【原出願日】平成２０年９月３日（２００８．９．３）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
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