JP2005331531A - 光導波路デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路デバイスにおいて第一のギャップと第二のギャップとの幅を異ならせる場合に、電極の電極の高周波通過特性(Ｓ_２１特性)におけるリップル発生を抑制し、高周波側へと移行させる。
【解決手段】第一の接地電極１０および信号電極１１によって光導波路の第一の分岐部３ａに対して電圧を印加し、第二の接地電極１２Ａおよび信号電極１１によって第二の分岐部３ｂに対して電圧を印加する。第一の接地電極１０と信号電極１１との間に第一のギャップ１３が形成されており、第二の接地電極１２Ａと信号電極１１との間に第二のギャップ１４が形成されている。第一のギャップ１３および第二のギャップ１４が、電圧印加部１３ａ、１４ａ、フィードスルー部およびこ接続部１３ｂ、１４ｂに分かれている。
【選択図】 図４

Description

本発明は進行波型光変調器等の光導波路デバイスに関するものである

本出願人は、特許文献１、２において、進行波形光変調器の基板の光導波路の下に肉薄部分を設け、この肉薄部分の厚さを例えば１０μｍ以下に薄くすることを開示した。これによって、酸化珪素からなるバッファ層を形成することなしに高速光変調が可能であるし、駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を小さくできるので、有利である。
特開平１０−１３３１５９号公報 特開２００２−１６９１３３号公報

特許文献１、２に記載のような進行波形光変調器においては、例えばニオブ酸リチウム単結晶のＸ板上にＣＰＷ（コプレーナ型）電極およびマッハツェンダー型の光導波路を形成し、光導波路の各分岐部に対して同様の電界を印加すると共に電極相互作用長を等しくし、これによって、０チャープ特性の光変調器を得る。

しかし、実際の光伝送システムにおいては、Ｘ板やＹ板を基板として用いた光変調器についても、所定のチャープ量をもたせることが有利な場合がある。しかし、例えば電気光学結晶のＸ板やＹ板を基板として用いた光変調器について、このような所定のチャープ量をもたせることは、これまで検討されてこなかった。

本出願人は、光変調器に所望のチャープ量を付与するために、後述するように一対のギャップ幅を互いに異ならせることを想到した。しかし、この場合には、変調器のフィードスルー部と電圧印加部との境界（信号電極の曲がり部分）において、電極パターンが略対称形から非対称形へと急激に移行するために、反射が生じ、電極の高周波通過特性(Ｓ_２１特性)にリップルが生ずることが判明してきた。

本発明の課題は、光導波路デバイスにおいて第一のギャップと第二のギャップとの幅を異ならせる場合に、高周波通過特性(Ｓ_２１特性)におけるリップル発生を抑制し、リップルが発生する周波数を高周波側へと移行させることである。

本発明に係る光導波路デバイスは、電気光学材料からなる基板、この基板に形成されており、少なくとも第一の分岐部および第二の分岐部を有する光導波路、信号電極、第一の接地電極および第二の接地電極を備えており、第一の接地電極および信号電極によって第一の分岐部に対して電圧を印加し、第二の接地電極および信号電極によって第二の分岐部に対して電圧を印加し、第一の接地電極と信号電極との間に第一のギャップが形成されており、第二の接地電極と信号電極との間に第二のギャップが形成されている。

ここで、本発明においては、第一のギャップおよび第二のギャップが、電圧印加部、フィードスルー部およびこれらの間の接続部に分かれており、第一のギャップおよび第二のギャップが、下式を満足することを特徴とする（図４参照）。
Ｇ_１２／Ｇ_１１≦Ｇ_２２／Ｇ_２１＜Ｇ_３２／Ｇ_３１
（Ｇ_１１は、接続部１３ｂにおける第一のギャップ１３の幅であり、Ｇ_１２は、接続部１４ｃにおける第二のギャップ１４の幅であり、Ｇ_２１は、電圧印加部１３ａの接続部分側末端１３ｃにおける第一のギャップ１３の幅であり、Ｇ_２２は、電圧印加部１４ａの接続部分側末端１４ｃにおける第二のギャップ１４の幅であり、Ｇ_３１は、電圧印加部１３ａにおける第一のギャップ１３の幅であり、Ｇ_３２は電圧印加部１４ａにおける第二のギャップ１４ａの幅である。）

図３に示すように、チャープ変調特性を付与するために、電圧印加部における第一のギャップ１３の幅Ｇ_２１と第二のギャップ１４の幅Ｇ_２２とを大きく異ならせた場合、Ｓ２１特性上で、図１２に示すようなリップルが発生することが分かった（１５ＧＨｚ以下のリップル）。これは、電圧印加部からフィードスルー部に至る接続部（曲がり部）１３ｂ、１４ｂの周辺で、マイクロ波の電界モード分布が大きく異なるために、Ｓ_２１特性上のリップルとなっていることが判明してきた。

本発明者は、この発見に基づき、図４に示すように、電圧印加部１３ａ、１４ａの末端部分１３ｃ、１４ｃにおいてギャップ幅Ｇ_２１とＧ_２２との比率（Ｇ_２２／Ｇ_２１）が、接続部（曲がり部）１３ｂ、１４ｂにおけるギャップ幅比率（Ｇ_１２／Ｇ_１１）と、電圧印加部１３ａ、１４ａにおけるギャップ幅比率（Ｇ_３２／Ｇ_３１）との間になるように調整した。これによって、電圧印加部からフィードスルー部に至る接続部（曲がり部）１３ｂ、１４ｂの周辺で、マイクロ波の電界モード分布の変動を滑らかにし、図１３に示すように、Ｓ_２１特性のリップルを高周波側へと移行させることに成功し、本発明に到達した。

以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
図１は、本発明を適用可能な光変調器１の全体を概略的に示す断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

光変調器１は、例えば平板形状の基板２を備えている。基板２の一方の主面２ａ側に、光導波路３が設けられており、光導波路３は、第一の分岐部３ａおよび第二の分岐部３ｂを含んでいる。また主面２ａ上に、例えばコプレーナ型の信号電極１１、第一の接地電極１０および第二の接地電極１２が設けられている。第一の分岐部３ａは第一のギャップ１３内に配置されており、第二の分岐部３ｂは第二のギャップ１４内に配置されている。

本例では、いわゆるコプレーナ型（Coplanar waveguide：ＣＰＷ電極) の電極配置を採用しているが、電極の配置形態は特に限定されない。本発明は、いわゆる非対称コプレーナストリップライン（Asymmetric
coplanar strip line：Ａ−ＣＰＳ電極) 型の電極配置にも適用できる。

本例では、第一のギャップ１３内、および第二のギャップ１４内に、それぞれ光導波路の分岐部３ａ、３ｂが形成されており、各分岐部３ａ、３ｂに対して略水平方向に信号電圧を印加するようになっている。光導波路３は、平面的に見るといわゆるマッハツェンダー型の光導波路を構成している。

第一のギャップ１３は、電圧印加部１３ａ、フィードスルー部１３ｄおよび１３ａと１３ｂとの間の接続部１３ｂを含む。接続部１３ｂと電圧印加部１３ａとの間では、例えば直角に折れ曲がっている。また、第二のギャップ１４は、電圧印加部１４ａ、フィードスルー部１４ｄおよび１４ａと１４ｂとの間の接続部１４ｂを含む。接続部１４ｂと電圧印加部１４ａとの間では、例えば直角に折れ曲がっている。

このような設計とすると、相対的に幅Ｇ_３１が狭い電圧印加部１３ａにおいては、分岐部３ａに加わる電界強度Ｅ_ｘが相対的に大きくなるので、電界強度の電極相互作用長による積分値も大きくなる。相対的に幅Ｇ_３２が広い電極ギャップ１４ａにおいては、分岐部３ｂに加わる電界強度は相対的に小さくなる。この結果、光変調器１のチャープ量を所望値に調整することが可能である。

光変調器のチャープ量を大きくするという観点からは、Ｇ_３１とＧ_３２との差は、3μｍ以上であることが好ましく、20μｍ以上であることが更に好ましい。Ｇ_３１は、全体のＶπＬを小さく抑えるためには、100μｍ以下であることが好ましく、40μｍ以下であることが更に好ましい。Ｇ_３１、Ｇ_３２は、信号電極と接地電極との導通を防止するためには1μｍ以上であることが好ましく、3μｍ以上であることが更に好ましい。Ｇ_３２／Ｇ_３１は、1.5以上であることが好ましく、3以上であることが更に好ましい。しかし、望ましいチャープ量は適用される光通信システムによって異なるために、この範囲以外であっても適用は可能である。

次いで、チャープ量について述べる。チャープ量は、「チャープパラメータα」とも呼ばれるものである。

光変調器の２つの分岐部（光導波路）３ａと３ｂとで、それぞれ、電界強度Ｅ_ｘ（ｚ）の電極相互作用長ｚによる各積分値Ａ_１、Ａ_２を算出する。分岐部の電界強度の電極相互作用長とは、分岐部の各点ｚにおける電界強度Ｅ_ｘ（ｚ）を、分岐部の全長Ｌにわたって積分して得られた値である。この積分値は以下のように与えられる。

たとえば特開平07-064031号公報によれば、チャープを表すパラメータαは以下の通りである。

ここで、ΔβLは、通常はπ/4もしくは-π/4であるから、cot(ΔβL)=1もしくは−１である。Δn₁とΔn₂は、それぞれ、導波路３ａ、３ｂでの屈折率変化を表す。この平均的な屈折率変化は

に比例する。従って下式が成り立つ。

デバイス１の信号電極には、筐体への電気的接続を図るための一対のフィードスルー部８Ａ、８Ｂが設けられている。各フィードスルー部において、各接地電極および信号電極が、外部のコネクタピンに対して接続される。ここで、コネクタピンにおける特性インピーダンスが所定値、例えば５０Ωに規定されていることから、各フィードスルー部における電極の特性インピーダンスも所定値に規格化する必要がある。このため、中心電極のフィードスルー部８Ａ、８Ｂの幅を大きくし、またギャップのフィードスルー部１３ｄ、１４ｄを大きくしている。

ここで、図３に示すように、チャープ変調特性を付与するために、電圧印加部１３ａにおける第一のギャップ１３の幅Ｇ_３１と、電圧印加部１４ａにおける第二のギャップ１４の幅Ｇ_３２とを大きく異ならせた場合、Ｓ_２１特性上で、図１２に示すようなリップルが発生する。これは、電圧印加部１３ａ、１４ａからフィードスルー部１３ｄ、１４ｄに至る接続部（曲がり部）１３ｂ、１４ｂの周辺で、マイクロ波の電界モード分布が大きく異なることが原因であった。

図４は、本発明の一実施形態に係る電極パターンを示す平面図である。
本例の電極パターンは、Ｇ_１２／Ｇ_１１≦Ｇ_２２／Ｇ_２１＜Ｇ_３２／Ｇ_３１の関係を満足する。
即ち、電圧印加部１３ａ、１４ａの末端部分１３ｃ、１４ｃにおけるギャップ幅Ｇ_２１とＧ_２２との比率（Ｇ_２２／Ｇ_２１）が、接続部１３ｂ、１４ｂにおけるギャップ幅比率（Ｇ_１２／Ｇ_１１）以上となるようにした。これと共に、末端部分１３ｃ、１４ｃにおけるギャップ幅比率（Ｇ_２２／Ｇ_２１）が、電圧印加部１３ａ、１４ａにおけるギャップ幅比率（Ｇ_３２／Ｇ_３１）よりも小さくなるように調整した。これによって、電圧印加部からフィードスルー部に至る接続部（曲がり部）１３ｂ、１４ｂの周辺で、マイクロ波の電界モード分布の変動を滑らかにし、Ｓ_２１特性のリップルを高周波側へと移行させることができる。

このようなギャップパターンを形成するために、本例においては、第一の接地電極１０には、電圧印加領域において若干の突出部１０ａを設ける。中心の信号電極１１は、略直角に交差する真直部１１ａ（Ａ方向）および真直部１１ｃ（Ｂ方向）、およびこれらを連結する折曲部１１ｂを備えている。第二の接地電極１２Ａは、電圧印加方向Ａに向かって延びる真直部１２ａ、これと略垂直に交差するフィードスルー部１２ｂを備えている。そして、電圧印加部の末端部分において、幅広突出部１２ｃとテーパ部１２ｄとが形成されており、これによって各部分のギャップ幅を調整している。

本発明の好適な実施形態においては、例えば図４に示すように、第一の分岐部が第一のギャップ内に位置しており、第二の分岐部が第二のギャップ内に位置している。

本発明においては、Ｇ_１２／Ｇ_１１≦Ｇ_２２／Ｇ_２１の関係を満足する。ここで、Ｇ_２２／Ｇ_２１は、Ｇ_１２／Ｇ_１１と等しくてもよい。しかし、本発明の観点からは、Ｇ_２２／Ｇ_２１は、Ｇ_１２／Ｇ_１１の5倍以下であることが好ましく、3倍以下であることが更に好ましい。

また、本発明においては、Ｇ_２２／Ｇ_２１＜Ｇ_３２／Ｇ_３１の関係を満足する。ここで、本発明の観点からは、Ｇ_３２／Ｇ_３１はＧ_２２／Ｇ_２１の1.2倍以上であることが好ましく、2倍以上であることが更に好ましい。しかし、Ｇ_３２／Ｇ_３１が大きすぎると、かえって低周波領域でのリップル発生原因となるおそれがあるので、Ｇ_３２／Ｇ_３１はＧ_２２／Ｇ_２１の8倍以下であることが好ましく、5倍以下であることが更に好ましい。

本発明においては、Ｇ_１２／Ｇ_１１は特に限定されないが、フィードスルー部における対称性は高い方が好ましいことから、3以下であることが好ましく、１であることが最も好ましい。

進行波型光変調器においては、中心電極幅は共通(W₂=W₃)として、電圧印加部と接続部で特性インピーダンスが一致するようにＧ_２１とＧ_２２とを決定する。ここで、図４に示すように、末端部１４ｃの幅Ｇ_２２を電圧印加部の幅Ｇ_３２よりも小さくする必要がある。このためには、例えば第二の接地電極１２Ａに幅広突出部１２ｃおよびテーパ部１２ｄを形成する必要があった。

この結果、設計によっては、図４の例のように、光導波路の分岐部３ｂが、電極１２Ａの下に位置することになる。しかし電極下では光導波路の損失が増大する傾向があるので、分岐部３ａと光損失が異なり、消光比、光挿入損失などの特性が劣化する。従って、分岐部３ａ側にも補正用の電極１２ｅを設けることによって、分岐部３ｂにおける電極下部の長さＬＢが、分岐部３ａにおける電極下部の長さＬＡと等しくなるようにする。これによって、分岐部３ａにおける光損失と分岐部３ｂにおける光損失とが同程度となるように調整することが好ましい。

このように分岐部３ｂが第二の接地電極１２Ａ下に位置すると、分岐部３ｂの光損失が増大する。これを防止するためには、ギャップ内において、信号電極に、第二の接地電極へと向かう突出部を設けることができる。

例えば図５に示す例では、第一の接地電極１０Ａは図４と同様のものである。信号電極１１Ａには、接続部１４ｃ内において、第二の接地電極１２Ａ側へと向かって突出する突出部１１ｄが設けられている。真直部１１ａと突出部１１ｄとの間にはテーパ部１１ｅを設ける。これによって、第二の接地電極１２Ａ側の突出部１２ｃの突出高さを小さくすることができ、分岐部３ｂが突出部１２ｃの外側を通過するように設計できる。

以上の各例では、図１において、デバイスのフィードスルー部側の電極ギャップを相対的に小さくし、反対側の電極ギャップを相対的に大きくした。しかし、デバイスのフィードスルー部側の電極ギャップを相対的に大きくし、反対側の電極ギャップを相対的に小さくすることができ、この場合にも本発明を適用できる。図６はこの形態に係る参考例であり、図７〜図９はこの実施形態に係る実施例を示す。図７〜図９の各例においては、第二の接地電極（第二のギャップ）がフィードスルー部側に位置し、第一の接地電極（第一のギャップ）がフィードスルー部とは反対側に位置する。

図６の参考例では、信号電極１１は図４のものと同じである。フィードスルー部とは反対側にある第一の接地電極２０は、光の進行方向（Ａ方向）に向かって延びる真直部２０ａ、およびこれを垂直なＢ方向に向かって延びる真直部２０ｂを備えている。フィードスルー部側に第二の接地電極２２が設けられている。そして、フィードスルー部とは反対側にある第一のギャップ２３は、電圧印加部２３ａ、その末端部２３ｃおよび接続部２３ｂを備えている。また、フィードスルー部側にある第二のギャップ２４は、電圧印加部２４ａ、その末端部２４ｃおよび接続部２４ｂを備えている。

図６の例では、チャープ変調特性を付与するために、電圧印加部２３ａにおける第一のギャップ２３の幅Ｇ_３１と、電圧印加部２４ａにおける第二のギャップ２４の幅Ｇ_３２とを大きく異ならせている。

図７の実施例では、信号電極１１Ｂは、光の進行方向Ａへと向かって延びる真直部１１ａと、接続部内にある肉厚の突出部１１ｆおよびテーパ部１１ｇと、折曲部１１ｂと、矢印Ｂ方向に延びる真直部１１ｃとを備えている。第一の接地電極２０Ａは、矢印Ａ方向に向かって延びる真直部２０ａと、肉厚の突出部２０ｅと、矢印Ｂ方向へと向かって延びる真直部２０ｂとを備えている。また、第二の接地電極２２Ａは、接続部内において、信号電極１１Ｂの方へと向かって突出する突出部２２ｂとテーパ部２２ｃとを備えている。

図７の例の電極パターンは、Ｇ_１２／Ｇ_１１≦Ｇ_２２／Ｇ_２１＜Ｇ_３２／Ｇ_３１の関係を満足する。
即ち、電圧印加部２３ａ、２４ａの末端部分２３ｃ、２４ｃにおけるギャップ幅比率（Ｇ_２２／Ｇ_２１）が、接続部２３ｂ、２４ｂにおけるギャップ幅比率（Ｇ_１２／Ｇ_１１）以上となるようにした。これと共に、末端部分２３ｃ、２４ｃにおけるギャップ幅比率（Ｇ_２２／Ｇ_２１）が、電圧印加部２３ａ、２４ａにおけるギャップ幅比率（Ｇ_３２／Ｇ_３１）よりも小さくなるように調整した。これによって、電圧印加部からフィードスルー部に至る接続部（曲がり部）２３ｂ、２４ｂの周辺で、マイクロ波の電界モード分布の変動を滑らかにし、Ｓ_２１特性のリップルを高周波側へと移行させることができる。

また、本例では、各分岐部３ａ、３ｂが電極下に形成されておらず、従って光損失を防止することができる。

図８の実施例においては、信号電極１１は、光の進行方向Ａへと向かって延びる真直部１１ａと、折曲部１１ｂと、矢印Ｂ方向に延びる真直部１１ｃとを備えている。第一の接地電極２０Ｂは、矢印Ａ方向に向かって延びる真直部２０ａと、肉厚の突出部２０ｅと、矢印Ｂ方向へと向かって延びる真直部２０ｂとを備えており、更に補正用の突出部２０ｆが設けられている。第二の接地電極２２Ｂは、接続部内において、信号電極１１の方へと向かって突出する突出部２２ｂとテーパ部２２ｃとを備えている。

図８の例の電極パターンも、Ｇ_１２／Ｇ_１１≦Ｇ_２２／Ｇ_２１＜Ｇ_３２／Ｇ_３１の関係を満足する。そして、第二の分岐部３ｂが突出部２２ｂ下を通過していることから、第一の接地電極２０Ｂに補正用の突出部２０ｆを設け、第一の分岐部３ｂを突出部２０ｆ下に通過させることによって各分岐部における光損失が同程度となるように調整している。

図９の実施例においては、信号電極１１は、光の進行方向Ａへと向かって延びる真直部１１ａと、折曲部１１ｂと、矢印Ｂ方向に延びる真直部１１ｃとを備えている。第一の接地電極２０Ｃは、矢印Ａ方向に向かって延びる真直部２０ａと、肉厚の突出部２０ｃと、テーパ部２０ｄと、矢印Ｂ方向へと向かって延びる真直部２０ｂとを備えている。本例では突出部２０ｃは接続部２３ｃに設けられている。第二の接地電極２２Ｃは、信号電極１１の方へと向かって突出する突出部２２ａを備えている。突出部２２ａは接続部２４ｃ外に設けられている。図９の例の電極パターンも、Ｇ_１２／Ｇ_１１≦Ｇ_２２／Ｇ_２１＜Ｇ_３２／Ｇ_３１の関係を満足する。

本発明においては、電圧印加部の接続部分側末端における第一のギャップの幅Ｇ_２１と、電圧印加部の接続部分側末端における第二のギャップの幅Ｇ_２２との比率Ｇ_２２／Ｇ_２１は、略一定であってよい。この例は、例えば図４〜図９に例示した。しかし、Ｇ_２２／Ｇ_２１は、電圧印加部末端において略一定であることは要件ではなく、変動していてよい。この実施形態において好ましくは、Ｇ_２２／Ｇ_２１が、電圧印加部の本体部分へと向かって滑らかに増大する。そして、Ｇ_２２／Ｇ_２１は変動するが、Ｇ_１２／Ｇ_１１≦Ｇ_２２／Ｇ_２１＜Ｇ_３２／Ｇ_３１の関係を満足する。

例えば図１０の例では、第一の接地電極１０Ｃには若干の突出部１０ｄが設けられている。信号電極１１Ｄは、接地電極１２Ｃへと向かって突出する突出部１１ｈが形成されており、突出部１１ｈは滑らかに直線的に傾斜している。第二の接地電極１２Ｃは、電圧印加部の末端において突出部１２ｃが形成されている。Ｇ_２２／Ｇ_２１は、電圧印加部１３ａ、１４ａの中心へと向かって滑らかに増大している。このようにＧ_２２／Ｇ_２１は変動するが、Ｇ_１２／Ｇ_１１≦Ｇ_２２／Ｇ_２１＜Ｇ_３２／Ｇ_３１の関係を満足する。

また、本発明においては、電圧印加部の接続部分側末端と、電圧印加部の本体部分との間に、更に中間部を設けることができる。このような中間部の個数は特に限定されない。ただし、この場合においても、本発明に従い、Ｇ_１２／Ｇ_１１≦Ｇ_２２／Ｇ_２１＜Ｇ_３２／Ｇ_３１の関係を満足する必要がある。その上で、Ｇ_4１を中間部における第一のギャップの幅とし、Ｇ_４２を中間部における第二のギャップの幅としたときに、Ｇ_２２／Ｇ_２１≦Ｇ_４２／Ｇ_４１＜Ｇ_３２／Ｇ_３１の関係を満足することが、本発明の作用効果の観点から好ましい。

例えば図１１の例では、第一の接地電極１０Ｄには若干の突出部１０ｅが設けられている。信号電極１１Ｅは、接地電極１２Ｄへと向かって突出する突出部１１ｊ、１１ｋが形成されており、１１ｊの高さは１１ｋの高さよりも大きい。第二の接地電極１２Ｄは、電圧印加部の末端において突出部１２ｃ、１２ｅおよびこれらの間の傾斜部１２ｄが設けられている。突出部１２ｃの高さは突出部１２ｅの高さよりも大きい。

本例では、ギャップ１３に、電圧印加部１３ａ、接続部１３ｂ、末端部１３ｃに加えて中間部１３ｄが設けられており、ギャップ１４に、電圧印加部１４ａ、接続部１４ｂ、末端部１４ｃに加えて中間部１４ｄが設けられている。そして、本発明に従い、Ｇ_１２／Ｇ_１１≦Ｇ_２２／Ｇ_２１＜Ｇ_３２／Ｇ_３１の関係を満足している。更に、Ｇ_４１を中間部１３ｄにおける第一のギャップの幅とし、Ｇ_４２を中間部１４ｄにおける第二のギャップの幅としたときに、Ｇ_２２／Ｇ_２１≦Ｇ_４２／Ｇ_４１＜Ｇ_３２／Ｇ_３１の関係を満足する。

本発明において、光導波路基板を構成する基板は、強誘電性の電気光学材料、好ましくは単結晶からなる。こうした結晶は、光の変調が可能であれば特に限定されないが、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウム、ＫＴＰ、ＧａＡｓ及び水晶などを例示することができる。

電極は、低抵抗でインピーダンス特性に優れる材料であれば特に限定されるものではなく、金、銀、銅などの材料から構成することができる。
基板の表面と信号電極、接地電極との間にはバッファ層を設けることができる。バッファ層は、酸化シリコン、弗化マグネシウム、窒化珪素、及びアルミナなどの公知の材料を使用することができる。

導波路は、基板に形成されており、好ましくは基板の一方の主面側に形成されている。光導波路は、基板の一方の主面に直接形成されたリッジ型の光導波路であってよく、基板の一方の主面の上に他の層を介して形成されたリッジ型の光導波路であってよく、また基板の内部に内拡散法やイオン交換法によって形成された光導波路、例えばチタン拡散光導波路、プロトン交換光導波路であってよい。電極は、基板の一方の主面側に設けられているが、基板の一方の主面に直接形成されていてよく、バッファ層の上に形成されていてよい。

好適な実施形態においては、基板の厚さＴｓｕｂ（図２参照）を２００μｍ以下とし、更に好ましくは１００μｍ以下とする。また、基板に凹部を設ける場合には、凹部の領域の厚さを１００μｍ以下とすることが好ましく、５０μｍ以下、更には３０μｍ以下とすることが好ましい。

基板２の底面は、接合層を介して別体の保持基体に対して接合することもできる。保持基体によるマイクロ波の伝搬速度への影響を最小限とするという観点からは、保持基体の材質は、電気光学単結晶の比誘電率よりも低い比誘電率を有する材質であることが好ましい。こうした材質としては、石英ガラス等のガラスがある。

（比較例）
図１〜図３に示す光変調器１を製造した。
具体的には、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ_３単結晶）を使用し、チタン拡散プロセスとフォトリソグラフィー法とによって、ウエハーの表面にマッハツェンダー型の光導波路３を形成した。光導波路のサイズは、例えば１／ｅ^２で１０μｍとできる。

次いで、メッキプロセスにより、信号電極および接地電極を形成する。次に、研磨定盤に研磨ダミー基板を固定し、その上に変調器用の基板本体を、電極面を下向きにして貼り付ける。次に、横型研磨、ラップおよびポリッシング（ＣＭＰ）にて８μｍ厚みまで変調器用の基板を薄型加工する。次いで、平板状の支持基板上に基板を固定した。接着固定用の樹脂は、樹脂厚５０μｍのフィルム樹脂を使用する。光導波路の端面（光ファイバーへの接続部）を端面研磨し、ダイシングにてウエハーを切断し、各チップを得る。チップの幅を１．５ｍｍとし、デバイスの全厚さを０．６ｍｍとする。

ここで、各パラメーターは以下のように設定した。
基板の厚さＴｓｕｂ：８μｍ 電極の厚さＴｍ：25μｍ 電極長：40ｍｍ
Ｇ_１１：45μｍ Ｇ_１２：45μｍ Ｇ_３１：20μｍ
Ｇ_３２：95μｍ Ｗ_１：３０μｍ： Ｗ_２：３０μｍ

１．５５μｍ用偏波保持光ファイバー、あるいは１．３μｍシングルモードファイバーを保持した単芯ファイバーアレイをそれぞれ作製し、前者を入力側に後者を出力側として光変調器チップ１に結合し、光ファイバーと光導波路とを調芯し、紫外線硬化型樹脂によって接着した。

次いで、ベクトルネットワークアナライザでＳ_２１特性を測定した。使用したプローブは、Cascade 製ＣＰＷプローブ「ACP ５０−２５０」とした。この結果を図１２に示す。この結果、周波数１５ＧＨｚ以下の領域内においてリップルが多数観測された。

（実施例１）
比較例と同様にして、図１、図２および図４に示すような光変調器を作製した。ただし、比較例とは異なり、電極およびギャップのパターンを、図４に示すように変更した。また、各パラメーターは以下のとおりである。
基板の厚さ： ８μｍ 電極の厚さ：25μｍ 電極長：40ｍｍ
Ｇ_１１：４５μｍ Ｇ_１２：４５μｍ Ｇ_２１：３３μｍ
Ｇ_２２：３３μｍ Ｇ_３１：２０μｍ Ｇ_３２：９５μｍ
Ｗ_１：３０μｍ： Ｗ_２：３０μｍ Ｗ_３： ３０μｍ
テーパー部１１ｂのテーパ角度最大３０°

この変調器のＳ_２１特性を、比較例と同様にして測定した。測定結果を図１３に示す。図１２に見られたようなリップルが著しく低減されていることが明らかである。

（実施例２）
比較例と同様にして、図１、図２および図５に示すような光変調器を作製した。ただし、比較例とは異なり、電極およびギャップのパターンを、図５に示すように変更した。また、各パラメーターは以下のとおりである。
基板の厚さ： ８μｍ 電極の厚さ：25μｍ 電極長：40ｍｍ
Ｇ_１１：５５μｍ Ｇ_１２：５５μｍ Ｇ_２１：４５μｍ
Ｇ_２２：４５μｍ Ｇ_３１：２０μｍ Ｇ_３２：９５μｍ
Ｗ_１：６０μｍ： Ｗ_２：６０μｍ Ｗ_３： ３０μｍ
テーパー部１１ｂのテーパ角度最大３０°

この変調器のＳ_２１特性を、比較例と同様にして測定したところ、実施例１と同様に、図１２に見られたようなリップルが著しく低減されていた。

（実施例３）
比較例と同様にして、図１、図２および図１０に示すような光変調器を作製した。ただし、比較例とは異なり、電極およびギャップのパターンを、図１０に示すように変更した。また、各パラメーターは以下のとおりである。
基板の厚さ： ８μｍ 電極の厚さ： 25μｍ 電極長：40ｍｍ
Ｇ_１１：５５μｍ Ｇ_１２：５５μｍ Ｇ_２１：４５μｍ
Ｇ_２２：４５μｍ Ｇ_３１：２０μｍ Ｇ_３２：９５μｍ
Ｗ_１：６０μｍ： Ｗ_２：６０μｍ Ｗ_３： ３０μｍ
テーパー部１１ｈのテーパ角度最大３０°

この変調器のＳ_２１特性を、比較例と同様にして測定したところ、実施例１と同様に、図１２に見られたようなリップルが著しく低減されていた。

（実施例４）
比較例と同様にして、図１、図２および図１１に示すような光変調器を作製した。ただし、比較例とは異なり、電極およびギャップのパターンを、図１１に示すように変更した。また、各パラメーターは以下のとおりである。
基板の厚さ： ８μｍ 電極の厚さ： 25μｍ 電極長：40ｍｍ
Ｇ_１１：５５μｍ Ｇ_１２：５５μｍ Ｇ_２１：４５μｍ
Ｇ_２２：４５μｍ Ｇ_３１：２０μｍ Ｇ_３２：９５μｍ
Ｇ_４１：３５μｍ Ｇ_４２：７０μｍ Ｗ_１：６０μｍ：
Ｗ_２：６０μｍ Ｗ_３: 30μｍ Ｗ_４： 45μｍ
テーパ角度最大３０°

この変調器のＳ_２１特性を、比較例と同様にして測定したところ、実施例１と同様に、図１２に見られたようなリップルが著しく低減されていた。

本発明を適用可能な光導波路デバイス例を概略的に示す平面図である。 図１のデバイスのＩＩ−ＩＩ線断面図である。 比較例の電極およびギャップパターンを示す平面図である。 本発明の実施例に係る電極およびギャップパターンを示す平面図である。 本発明の他の実施例に係る電極およびギャップパターンを示す平面図である。 比較例の電極およびギャップパターンを示す平面図である。 本発明の更に他の実施例に係る電極およびギャップパターンを示す平面図である。 本発明の更に他の実施例に係る電極およびギャップパターンを示す平面図である。 本発明の更に他の実施例に係る電極およびギャップパターンを示す平面図である。 本発明の更に他の実施例に係る電極およびギャップパターンを示す平面図である。 本発明の更に他の実施例に係る電極およびギャップパターンを示す平面図である。 図３のデバイスのＳ_２１特性を示すグラフである。 図４のデバイスのＳ_２１特性を示すグラフである。

符号の説明

１ 光変調器 ２ 基板 ３ 光導波路 ３ａ 第一の分岐部 ３ｂ 第二の分岐部 １０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 第一の接地電極 １１、１１Ａ、１１Ｂ 信号電極 １２、２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ 第二の接地電極 １３、２３ 第一のギャップ １４、２４ 第二のギャップ １３ａ、１４ａ、２４ａ 電圧印加部 １３ｂ、１４ｂ、２３ｂ、２４ｂ 接続部 １３ｃ、１４ｃ、２３ｃ、２４ｃ 電圧印加部の末端部 １３ｄ フィードスルー部 Ａ 光の進行方向 Ｇ_１１ 接続部における第一のギャップの幅 Ｇ_１２ 接続部における第二のギャップの幅 Ｇ_２１ 電圧印加部の接続部分側末端における第一のギャップの幅 Ｇ_２２ 電圧印加部の接続部分側末端における第二のギャップの幅 Ｇ_３１ 電圧印加部における第一のギャップの幅 Ｇ_３２ 電圧印加部における第二のギャップの幅

Claims (5)

1. 電気光学材料からなる基板、この基板に形成されており、少なくとも第一の分岐部および第二の分岐部を有する光導波路、信号電極、第一の接地電極および第二の接地電極を備えており、前記第一の接地電極および前記信号電極によって前記第一の分岐部に対して電圧を印加し、前記第二の接地電極および前記信号電極によって前記第二の分岐部に対して電圧を印加し、前記第一の接地電極と前記信号電極との間に第一のギャップが形成されており、前記第二の接地電極と前記信号電極との間に第二のギャップが形成されている光導波路デバイスであって、
   前記第一のギャップおよび前記第二のギャップが、電圧印加部、フィードスルー部およびこれらの間の接続部に分かれており、前記第一のギャップおよび前記第二のギャップが、下式を満足することを特徴とする、光導波路デバイス。
   Ｇ_１２／Ｇ_１１≦Ｇ_２２／Ｇ_２１＜Ｇ_３２／Ｇ_３１
   （Ｇ_１１は、前記接続部における前記第一のギャップの幅であり、Ｇ_１２は、前記接続部における前記第二のギャップの幅であり、Ｇ_２１は前記電圧印加部の前記接続部分側末端における前記第一のギャップの幅であり、Ｇ_２２は前記電圧印加部の前記接続部分側末端における前記第二のギャップの幅であり、Ｇ_３１は前記電圧印加部における前記第一のギャップの幅であり、Ｇ_３２は前記電圧印加部における前記第二のギャップの幅である。）
2. 前記第一の分岐部が前記第一のギャップ内に位置しており、前記第二の分岐部が前記第二のギャップ内に位置していることを特徴とする、請求項１記載のデバイス。
3. Ｇ_１２／Ｇ_１１が１であることを特徴とする、請求項１または２記載のデバイス。
4. 進行波型光変調器であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載のデバイス。
5. チャープ変調器として使用できることを特徴とする、請求項４記載のデバイス。

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