JP2006259543A - 光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】光デバイスにおいて、相互作用長を長くしてもそれに見合った変調指数を得て（増大させて）、駆動電圧を低減できるようにする。
【解決手段】電気光学効果を有する基板１と、この基板１に形成された光導波路６と、電界放射側電極１５と、この電界放射側電極１５から放射される電界が収束される電界収束側電極１７とを備え、光導波路６を伝播する光が、電界放射側電極１５の下又は電界収束側電極１７の下のいずれか一方を通った後に、いずれか他方を通るように、光導波路６を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光通信で用いられる光デバイスに関し、特に、光導波路構造を有する光変調器等の光デバイスに用いて好適な技術に関する。

ＬｉＮｂＯ₃〔ニオブ酸リチウム、リチウムナイオベート（ＬＮ）〕結晶基板やＬｉＴａＯ₂〔タンタル酸リチウム（ＬＴ）〕結晶基板などの電気光学結晶を用いた光変調器に代表される光通信デバイスは、結晶基板上の一部に金属膜を形成し熱拡散させる、あるいは、金属膜をパターニングした後に安息香酸中でプロトン交換するなどして光導波路を形成した後、光導波路近傍に電極を設けることで形成される。

光導波路は、例えば、強度変調器の場合は、入射導波路、入射側Ｙ分岐導波路、強度変調用導波路（並行導波路）、出射側Ｙ分岐導波路、出射導波路からなり、位相変調器の場合は、入射導波路、位相変調用導波路（直線導波路）、出射側導波路からなり、前記変調用導波路上に信号電極（ホット電極ともいう）、接地電極（グランド電極ともいう）が設けられてコプレーナ電極を形成する。結晶方位のＺ軸方向にカットして切り出された基板（Ｚカット基板）を用いる場合は、Ｚ方向の電界による屈折率変化を利用するため、導波路の真上に電極を配置する。

このとき、強度変調器の場合は、変調用導波路（並行導波路）の一方の上に信号電極をパターニングし、他方に接地電極をパターニングし、位相変調器の場合は、変調用導波路の上に信号電極をパターニングし、これと並行して接地電極をパターニングするが、変調用導波路中を伝搬する光が信号電極、接地電極によって吸収されるのを防ぐために、ＬＮ基板と信号電極、接地電極との間に誘電体層（バッファ層）を介する。バッファ層としては、例えば厚さ０．２〜１．０μｍのＳｉＯ₂を用いる。

このような光通信デバイスを高速で駆動する場合は、信号電極と接地電極の終端を抵抗で接続して進行波電極とし、入力側からマイクロ波電気信号を印加する。強度変調器の場合、このとき、電界によって２本の並行導波路（仮にＡ，Ｂとする）の屈折率がそれぞれ＋Δｎa、−Δｎbのように変化し、並行導波路Ａ，Ｂ間の位相差が変化するため出射導波路から強度変調された信号光が出力される。ここで、電極の断面形状を変化させることで、マイクロ波の実効屈折率を制御し、光とマイクロ波の速度を整合させることによって広帯域の光応答特性を得ることができる。

そして、例えば図９に示すように、こうした強度変調器１００−１と位相変調器１００−２とを直列に接続し（順序は不問）、両者を同じ周波数ｆ０のマイクロ波で駆動すると、光周波数コム発生器となる。すなわち、単一波長（周波数）のレーザ光を光源（レーザダイオード：ＬＤ）２００から入力すると、複数波長からなる光出力を得ることができる。この光出力の波長間隔は、入力電気信号の周波数ｆ０に相当する。したがって、周波数ｆ０を１２．５ＧＨｚの整数倍とすることで、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）光伝送用の多波長光源として使用することができる。また、例えば図１０に示すように、位相変調器１００−２及び強度変調器１００−１の後段に、波長軸上でガウシアン型のフィルタ特性を有する波長フィルタ（バンドパスフィルタ）３００を直列に接続し、単一波長のＣＷ光を光源２００から入力すると、周波数ｆ０の光パルス波を得ることができる。なお、光周波数コム発生器の詳細については、例えば後記の非特許文献１，２に記載がある。

図１１はこのような光周波数コム発生器の詳細構成例を示す模式的平面図で、この図１１に示す光周波数コム発生器は、ＬＮ基板１００に、強度変調器１００−１の構成要素として、入射導波路１０１、入射側Ｙ分岐導波路１０２、並行導波路１０３Ａ，１０３Ｂ、出射側Ｙ分岐導波路１０４、一部が並行導波路１０３Ａ，１０３Ｂの一方（１０３Ａ）の上で重なるように配置された信号電極１０９、一部が並行導波路１０３Ａ，１０３Ｂの他方（１０３Ｂ）の上で重なるように配置された接地電極１１０をそなえて構成されるとともに、位相変調器１００−２の構成要素として、位相変調用導波路１０５、一部がこの位相変調用導波路１０５の上で重なるように配置された信号電極１１２、この信号電極１１２（位相変調用導波路１０５）の両サイドに当該信号電極１１２と並行して配置された接地電極１１３，１１４をそなえて構成されている。

ただし、本例の場合、位相変調器１００−２の構成要素である位相変調用導波路１０５，信号電極１１２及び接地電極１１３，１１４は、光と電気（マイクロ波）の相互作用長をできるだけ長く確保して必要な駆動電圧を低減するために、ＬＮ基板１００の長手方向について折り返し構造となっており、ＬＮ基板１００の入射光が入力される側と同じ側から出射光が出力されるようになっている。また、図１２は図１１におけるＡ−Ａ部分拡大断面図であり、上述したように、ＬＮ基板１００と信号電極１０５、接地電極１１３，１１４との間には、誘電体層（バッファ層）１１６が設けられている。

なお、光導波路を用いた光デバイスの従来技術としては、他に、例えば下記特許文献１〜４により提案されている技術がある。
特許文献１の技術は、光変調器、特にマッハツェンダ型変調器に関し、小型で取り扱いが容易なことを目的とし、マッハツェンダ型変調器の平行導波路を、基板端面で折り返して複数対設けることにより、基板の長さを小さくして小型の矩形にすることができ、取り扱いが容易で、且つ、基板損傷を生じにくくすることができるようになっている。

また、特許文献２の技術は、光強度の変調波形が歪むことなく波長チャーピングを制御することによって高性能な伝送特性を実現することが可能であり、さらに電気的クロストークを抑制した高性能な光変調器を提供することを目的としており、少なくとも２つの変調電極と光導波路とで構成され、電気光学効果を利用した光変調器において、前記２つの変調電極を光導波路の導波方向に縦列に構成することで、電気的クロストークを充分低減できるようになっている。

さらに、特許文献３は、波長チャーピングの殆どない２つの出力光を得るとともに、波長依存性の少ないかつ集積化の容易な光導波路素子を提供することを目的としており、そのために、平行する２本の中間光導波路の入力側に１×２のＹ分岐導波路を接続し、出力側に２×２の３ｄＢカプラを接続するとともに、前記２本の中間光導波路それぞれの上または近傍に上記光導波路の屈折率を変化させるための２組の電極を設け、これら２組の電極に相補的な電気信号を印加するようになっている。かかる構成の光導波路素子では、スイッチあるいは変調器動作させる場合に、２本の中間光導波路屈折率変化の変化率を逆符号で、大きさを等しくすることができる。従って、出力光の波長チャーピングを何れの出力光に対しても０とすることができ、これらを合流させた場合にも、波形の乱れを生じさせない良好な合流信号を得ることができる。その結果、ファイバ中を伝送させた場合に波長チャーピングが無いため、ファイバの分散による波形劣化の影響を受けにくい効果が得られる。

また、特許文献４の技術は、導波形マッハツェンダ光干渉計に関し、２本の単一モード光導波路の複屈折値を特定長にわたり、応用調節溝の作用で局所的に制御することにより、入射光の偏波方向に依存しない安定な光干渉計動作を可能とするものである。
特開平５−２３２４１７号公報 特開平７−６４０３１号公報 特開平９−２８８２５５号公報 特開昭６３−１４７１４５号公報 杉山他、「LiNbO3変調器を用いた光周波数コム発生(2)」、２００４年 秋季電子情報通信学会 M.Sugiyama,et al.，"A low drive voltage LiNbO3 phase and intensity integrated modulater for optical frequency comb generation and short pulse generation"，ECOC 2004.

上述した光周波数コム発生器から出力される波長数を増やしたり、パルス発生時のパルス幅を小さくしたりするためには、位相変調器１００−２の入力電圧（駆動電圧）を高くし、変調指数を上げる必要がある。しかしながら、電気アンプの出力には限界があるため、波長数が制限されてしまう。そこで、位相変調器１００−２の駆動電圧（半波長電圧）Ｖπの低減が課題となる。駆動電圧Ｖπを低減するには、相互作用長をできるだけ長くすればよいが、基板サイズの制約があるため長くするのにも限界があり、また、信号電極１０５を進行するマイクロ波の減衰により相互作用長を長くしてもそれに見合った変調指数を得ることができず、駆動電圧Ｖπの低減にも限界がある。この点は、上述したいずれの従来技術においても同様である。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、相互作用長を長くしてもそれに見合った変調指数を得て（増大させて）、駆動電圧を低減できるようにした、光デバイスを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の光デバイスは、
（１）電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光の位相を制御すべく該光導波路に対して電界を加えるための信号電極及び接地電極から成る電極部とをそなえ、該光導波路を伝播する光が、該電極部の該信号電極から放射される上記電界を受ける位置と、該電極部の該接地電極に収束する上記電界を受ける位置との双方を所定の順で経由するように、該光導波路が形成されたことを特徴としている。

（２）ここで、該光導波路は、該信号電極の下部と、該接地電極の下部とをそれぞれ経由するように形成されてもよい。
（３）また、該電極部は、該信号電極と該信号電極の両サイドに位置する２つの接地電極とを有するとともに、該光導波路が、該信号電極の下部と上記各接地電極の下部とをそれぞれ経由するように形成されてもよい。

（４）さらに、該光導波路は、該信号電極の下部を経由した後、該接地電極の下部を経由すべく、該基板上において該基板の長手方向について複数回折り返されて形成されてもよい。
（５）また、本発明の光デバイスは、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された強度変調用の光導波路対と、該光導波路対と連通する位相変調用の光導波路と、該強度変調用の光導波路対を伝搬する光の位相を制御すべく該強度変調用の光導波路に対して強度変調用の電界を加えるための信号電極及び接地電極から成る強度変調用の電極部と、該位相変調用の光導波路を伝播する光の位相を制御すべく該位相変調用の光導波路に対して位相変調用の電界を加えるための信号電極及び接地電極から成る位相変調用の電極部とをそなえ、該位相変調用の光導波路が、該位相変調用の電極部の該信号電極から放射される上記位相変調用の電界を受ける位置と、該位相変調用の電極部の該接地電極に収束する上記位相変調用の電界を受ける位置および該強度変調用の電極部の該接地電極に収束する強度変調用の電界を受ける位置のいずれか一方又は双方とを経由するように形成されたことを特徴としている。

（６）さらに、本発明の光デバイスは、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、電界放射側電極と、該電界放射側電極から放射される電界が収束される電界収束側電極とを備え、該光導波路を伝播する光が、前記電界放射側電極の下及び前記電界収束側電極の下のいずれか一方を通った後に、他方を通るように、該光導波路が形成された、ことを特徴としている。

上記本発明によれば、主に次のような効果ないし利点が得られる。
（１）基板１において、光導波路を伝播する光が、電極部の信号電極から放射される上記電界を受ける位置と、当該電極部の接地電極に収束する上記電界を受ける位置との双方を所定の順で経由する、換言すれば、電界放射側電極の下及び電界収束側電極の下のいずれか一方を通った後に、他方を通るように形成されているので、信号電極近傍から放射される電界と接地電極近傍へ収束する電界の双方を光位相変調に利用することができ、導波路長（光と電気の相互作用長）を長くしても、接地電極下部の電界を使って変調指数を増大させて、長くした分に見合った変調指数を得る（増大させる）ことができる。したがって、多波長光源としての出力波長数を増やしたり、パルス光源としてのパルス幅を狭くしたり、あるいは、それぞれの場合の駆動電圧（半波長電圧）を低減することが可能となる。

（２）また、信号電極の両サイドに２つの接地電極がそなえられる場合には、光導波路が、信号電極の下部と各接地電極の下部とをそれぞれ経由するように形成することにより、相互作用長をより長く確保しつつ上記変調指数を増大させることが可能となる。
（３）さらに、光導波路を、信号電極の下部を経由した後、接地電極の下部を経由すべく、基板上において当該基板の長手方向について複数回折り返して形成すれば、基板サイズに制限がある場合においても、相互作用長をできるだけ長く確保しつつ変調指数を増大させることが可能である。

〔Ａ〕第１実施形態の説明
図１は本発明の第１実施形態に係る光デバイスとしての光変調器（光周波数コム発生器）の構成を示す模式的平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面を印加電界の電気力線も併せて示す模式的断面図であり、図１に示すように、本実施形態の光周波数コム発生器は、例えば、ＬＮ結晶やＬＴ結晶等の電気光学効果を有する基板１に、導波路構造の第１の光変調器（強度変調器）１−１と、当該強度変調器１−１と直列に接続された第２の光変調器（位相変調器）１−２とが形成（集積化）されており、多波長光源（図９参照）として、あるいは、図１０により前述したごとく波長フィルタを付加することでパルス光源として応用することができる。

具体的には、図１に示すように、基板１上には、強度変調器１−１を構成する要素として、入力光を伝播する入射導波路２、入力光を分岐する入射側Ｙ分岐導波路（分岐部）３、光と電気（マイクロ波）の相互作用領域となる並行導波路（アーム部、強度変調用の導波路部）４Ａ，４Ｂ、出射側Ｙ分岐導波路５が形成されるとともに、位相変調器１−２を構成する要素として、前記出射側Ｙ分岐導波路５と連通し相互作用領域を形成する位相変調用の導波路であって、ここでは相互作用長をできるだけ長く確保すべく、基板１の長手方向について符号６２，６４，６６で示すごとく３箇所の折り返し部（湾曲した曲がり導波路部）で３回折り返された形状を有する光導波路６が形成されている。なお、光導波路６の他端は出射導波路７として構成されている。

本実施形態においても、上記各光導波路（符号省略）は、基板１上の一部に金属膜を形成し熱拡散させる、あるいは、金属膜をパターニングした後に安息香酸中でプロトン交換するなどして形成される。また、結晶方位のＺ軸方向にカットして切り出された基板（Ｚカット基板）１を用いる場合は、Ｚ方向の電界による屈折率変化を利用するため、導波路の真上に電極（光導波路を伝搬する光の位相を制御すべく当該光導波路に対して電界を加えるための電極）を配置する。

即ち、強度変調器１−１において、１本ずつの並行導波路４Ａ，４Ｂの上にそれぞれ強度変調用の信号電極（ホット電極）１１、接地電極（グランド電極）１２をパターニングする。これにより、一部が強度変調器１−１における並行導波路４Ａ，４Ｂの一方（４Ｂ）の上で重なるように配置された信号電極１１と、一部が当該並行導波路４Ａ，４Ｂの他方（４Ａ）の上で重なるように配置された接地電極１２とが基板１上にそなえられる。なお、符号１３も接地電極を表す。

一方、位相変調器１−２においては、光導波路６の上に信号電極１５をパターニングするとともに、この信号電極１５を挟む形で並行する接地電極１６，１７をそれぞれパターニングする。これにより、一部が位相変調器１−２における光導波路６の上で重なるように配置された信号電極１５が基板１上にそなえられる。
具体的に、位相変調用の電極セット（電極部）１５，１６，１７は、基板１の長手方向に直線状に延在する直線電極部（第１電極部）２１と、一端がこの直線電極部２１と連通し半円状に湾曲した折り返し形状を有する曲がり（湾曲）電極部２２と、この曲がり電極部２２の他端と連通し基板１の長手方向に直線状に延在する直線電極部（第２電極部）２３とを有して構成されている。

そして、光導波路６は、下記の各導波路部６１〜６７を含んで構成されている。
(1)直線電極部２１の信号電極１５下部に沿って、基板１の長手方向に直線状に延在する直線導波路部６１
(2)この直線導波路部６１と連通し曲がり電極部２２の信号電極１５下部に沿って半円状に湾曲した折り返し形状を有する曲がり導波路部６２
(3)この曲がり導波路部６２と連通し基板１の長手方向に直線電極部２３の信号電極１５下部に沿って直線状に延在する直線導波路部６３
(4)この直線導波路部６３と連通し半円状に湾曲した折り返し形状を有する曲がり導波路部６４
(5)この曲がり導波路部６４と連通し基板１の長手方向に直線導波路部６３と並行して延在しその一部（符号６５ａ参照）が接地電極１７下部に沿って設けられた直線導波路部６５
(6)この直線導波路部６５と連通し一方（内側）の接地電極１７の曲がり電極部２２に沿って半円状に湾曲した折り返し形状を有し曲がり導波路部６２よりも曲率半径の小さい曲がり導波路部６６
(7)この曲がり導波路部６６と連通し接地電極１７の直線電極部２３の下部に沿って基板１の長手方向に直線導波路部６３と直線導波路部６５との間を並行（直線状）に延在する直線導波路部６７
つまり、光導波路６は、信号電極１５の下部を経由した後、各接地電極１６，１７のうち一方（内側）の接地電極１７下部を経由することにより、信号電極１５下部と内側の接地電極１７下部とをそれぞれこれらの順序で経由する、換言すれば、電極セット１５，１７の信号電極（電界放射側電極）１５から放射される電界を受ける位置と、同じ電極セット１５，１７の接地電極（電界収束側電極）１７に収束する前記電界を受ける位置とのいずれか一方を通った後に、他方を通るように形成されており、そのために、基板１の長手方向について曲がり導波路部６２，６４，６６により複数回（図１では３回）折り返されて基板１上を外側から内側に向かって周回（２周）する形状を有しているのである。

さらにいえば、光導波路６は、上記の各電極部２１，２２，２３の信号電極１５下部に沿って延在する導波路部（第１光導波路部）６１，６２，６３と、この導波路部６１，６２，６３と連通し上記の各電極部２１，２２，２３の接地電極１７下部に沿って延在する導波路部（第２光導波路部）６５ａとを含んで構成されているのである。したがって、位相変調器１−２において、相互作用領域は、光導波路６全長のうち導波路部６１，６２，６３及び６５ａとなる。

なお、本例では、光導波路６を曲がり導波路部６４，６６で折り返すために信号電極１５を経由する直線導波路部６３と接地電極１７を経由する直線導波路部６７とが交差する部分が生じている。これらの間は光ファイバを用いて接続することもできるが、ここでは、チップ内での接続のために当該部分にクロスカプラ（交差導波路部）６８を適用している。このクロスカプラ６８は、信号電極１５下部の直線導波路部６３を伝搬してきた光をすべて曲がり導波路部６４へ導くとともに、接地電極１７下部の直線導波路部６７を伝搬してきた光をすべて出射導波路７へ導く機能を有するものである。このクロスカプラ６８としては、例えば、ＭＭＩ（多モード干渉）カプラを適用することができ、２入力の光が干渉せずにクロスポートから出力されるカプラ長に設定すればよい。

また、上記曲がり導波路部６４の外側の基板１には、当該曲がり導波路部６４の外周に沿ってエッチング加工等による溝部８が設けられており、この溝部８によって、曲がり導波路部６４への光の閉じ込め効果を強くして曲がり導波路部６４での漏洩（放射）光による損失を抑制できるようにしている。
さらに、本例においても、導波路４Ａ，４Ｂ，６中を伝搬する光が信号電極１１，１５、接地電極１２，１７によって吸収されるのを防ぐために、基板１と信号電極１１，１５、接地電極１２，１７との間には誘電体層（バッファ層）３０（図２参照）が介装されている。バッファ層３０としては、この場合も、例えば厚さ０．２〜１．０μｍのＳｉＯ₂を用いることができる。電極１１，１２，１３，１５，１６，１７及びバッファ層３０は、上述したごとく熱拡散やプロトン交換などにより光導波路を形成した後、例えばドライエッチング加工によって形成することができる。

また、マイクロ波の伝搬速度、特性インピーダンスを考慮すると、光と電気の相互作用領域では断面形状が一定であるのが望ましい。したがって、上述のごとく曲がり導波路部６２，６６が相互作用領域に含まれる場合は、相互作用領域全域にわたりエッチング加工により溝部３１（図２参照）を形成する、つまり、信号電極１１，１５及び接地電極１２，１６，１７のいずれか一方又は双方の下部に位置する光導波路４Ａ，４Ｂ，６の両側の基板１に溝部３１を設けて、断面形状を一定にするのが好ましい。こうすることでインピーダンスの不連続によるマイクロ波の反射を抑えられ、また、光とマイクロ波の速度を一致させることにより高周波での動作が可能となる。

上述の構成により、入射導波路２へ入力された光は、強度変調器１−１で強度変調を受けた後、位相変調器１−２の光導波路６に入射し、光導波路６の形状に沿って光導波路６内を伝搬してゆく。
即ち、上記入射光は、まず、信号電極１５下部の直線導波路部６１，曲がり導波路部６２及び直線導波路部６３を伝搬してゆき、クロスカプラ６８でクロスポート（曲がり導波路部６４）へ導かれる。ついで、当該入射光は、曲がり導波路部６４から直線導波路部６５及び接地電極１７下部の直線導波路部６５ａを伝搬し、以降、接地電極１７下を曲がり導波路部６６及び直線導波路部６７を経由してクロスカプラ６８で出射導波路７へ導かれる。

このように、強度変調器１−１を通過した光は、位相変調器１−２の信号電極１５下を通過した後、位相変調器１−２の接地電極１７下部を通過してゆく。この際、強度変調器１−１と位相変調器１−２とを同じ周波数ｆ０で駆動する（信号電極１１，１５にそれぞれ同じ周波数ｆ０のマイクロ波を印加する）ことで、前述したように周波数間隔ｆ０のコム波形が出射導波路７から出力されることになる。このとき、信号電極１５に印加する信号周波数ｆ０を１２．５ＧＨｚ又はその近傍の周波数の整数倍とすることで、本光周波数コム発生器をＷＤＭ光伝送用の多波長光源として使用することが可能である。

また、この場合、強度変調器１−１から入射された光は、位相変調器１−２を信号電極１５下と接地電極１７下とで同じ方向に２回通ることになるので、１回目と２回目とで変調の向きが同じになるように１周（信号電極１５下部の光導波路６の始点から接地電極１７下部の光導波路６の始点まで）の導波路長を信号電極１５に印加するマイクロ波の波長に応じて調節しておく必要がある。

即ち、図２に示すように、信号電極１５を伝搬するマイクロ波により放射される電界は両サイドに隣接する接地電極１６，１７に向けて収束するが、このとき信号電極１５下部の電界と接地電極１７下部の電界とではその向きが逆になるので、位相変調器１−２の信号電極１５の始点でのマイクロ波と接地電極１７の始点でのマイクロ波の位相がπだけずれていないと変調効率が低下するため、例えば、位相変調器１−２の信号電極１５の始点から接地電極１７の始点までの光導波路６の長さがマイクロ波の波長（つまり、相互作用領域での波長）の（Ｎ＋１／２）倍（Ｎは整数）になるように導波路長を設定（設計）しておくのである。なお、接地電極１７〔又は１６（以下、同じ）〕下部の電界は、接地電極１７の信号電極１５側端部に集中しやすいので、接地電極１７下部を経由する光導波路６は図２に示すごとく接地電極１７の信号電極１５側端部よりに偏って位置するよう形成した方が好ましい。この点は以降の実施形態や変形例においても同様である。

これにより、本実施形態の位相変調器１−２は、信号電極１５近傍から放射される電界と接地電極１７近傍へ収束する電界の双方を光位相変調に有効に利用することができるので、導波路長（相互作用長）を長くしても、接地電極１７下部の電界を使って変調指数を増大させて、長くした分に見合った変調指数を得る（増大させる）ことができる。したがって、多波長光源としての出力波長数を増やしたり、パルス光源としてのパルス幅を狭くしたり、あるいは、それぞれの場合の駆動電圧（半波長電圧Ｖπ）を低減することが可能となる。具体的には、図２中に示すように、接地電極１７（１６）下部の電界強度Ｅｇは、信号電極１５下部の電界強度Ｅｓの１／４程度であるので、半波長電圧Ｖπであれば従来よりも２０％程度の低減が可能である。

なお、接地電極１７下部の光導波路６に対する電界の印加効率を高めるためには接地電極１７の幅を狭くすることが望ましく、例えば、２０μｍ以下にすることで効果が得られる。
また、上述したごとく位相変調器１−２を構成する電極長を長くして相互作用長を長くした場合、マイクロ波と光の速度整合に対する要求が厳しくなる。図３に半波長電圧Vπの電極長依存性を示す。電極長は例えば５０〜１５０ｍｍの範囲で設計されるが、図３に示すように、光導波路６と電極１５，１６，１７との実効屈折率差が２％を超えると急激に半波長電圧Vπが増加することが実験的に分かっている。そこで、実効屈折率差が±２％の範囲（理想的には０％）となるように電極１５，１６，１７を設計することが望ましい。なお、実効屈折率は電極断面形状（電極間距離、厚み、溝深さ等）によって決まる（制御できる）。

さらに、上述した例では、光導波路６の折り返し（折り返し導波路部）に、曲がり導波路部６２，６４，６６を適用しているが、例えば、基板１の一辺側（端面）に前記第１光導波路部からの光を前記第２光導波路部へ反射するミラー（端面ミラー）を適用して伝搬光の折り返しを実現することも可能である。
（Ａ１）第１実施形態の第１変形例
上述した実施形態では、光導波路６が、強度変調器１−１側の接地電極１２の下部は経由せずに、位相変調器１−２側の接地電極１７の下部を経由するよう形成されているが、強度変調器１−１の信号電極１１に印加される駆動電圧が大きい場合などにおいては、例えば図４に示すように、強度変調器１−１側の接地電極１２の下部も経由するように形成してもよい。つまり、この場合、位相変調器１−２において、相互作用領域は、光導波路６全長のうち導波路部６１，６２，６３，６５及び６５ａとなる。

なお、この図４において、既述の符号と同一符号を付した部分は既述のものと同一若しくは同様の部分である。ただし、この場合は、信号電極１１が並行導波路４Ａ，４Ｂの一方（４Ａ）の上に形成されるとともに、接地電極１３が並行導波路４Ａ，４Ｂの他方（４Ｂ）の上に形成される。
このような構成とすることで、位相変調器１−２の各電極１５，１７下部の位相変調用の電界のみならず、強度変調器１−１の接地電極１２下部の強度変調用の電界をも利用して変調指数をさらに増大させることができるので、多波長光源としての出力波長数をさらに増やしたり、パルス光源としてのパルス幅をさらに狭くしたり、あるいは、それぞれの場合の駆動電圧（半波長電圧Ｖπ）をさらに低減することが可能となる。

なお、上述した実施形態及び第１変形例では、位相変調器１−２側の接地電極１７下部のみ、あるいは、強度変調器１−１側の接地電極１２及び位相変調器１−２側の接地電極１７の双方の下部を光導波路６が経由するようになっているが、例えば、強度変調器１−１側の接地電極１２のみを経由するように光導波路６を形成してもよい。
（Ａ２）第１実施形態の第２変形例
図５は図１に示す光デバイス（光周波数コム発生器）の第２変形例を示す模式的平面図で、この図５に示す光周波数コム発生器は、図１に示すものに比して、位相変調器１−２を構成する各電極１５，１６，１７が基板１の長手方向についてその両端付近の２箇所（符号２２，２４参照）で折り返した形状を有するとともに、位相変調用の光導波路６が、信号電極１５の下部を信号電極１５に沿って経由した後、外側の接地電極１６の下部を接地電極１６に沿って経由するよう形成されている点が基本的に異なる。

より詳細には、各電極（電極セット）１５，１６，１７は、基板１の長手方向に直線状に延在する直線電極部（第１電極部）２１と、一端がこの直線電極部２１と連通し半円状に湾曲した折り返し形状を有する曲がり（第１湾曲）電極部２２と、この曲がり電極部２２の他端と連通し基板１の長手方向に直線状に延在する直線電極部（第２電極部）２３と、この直線電極部２３と連通し半円状に湾曲した折り返し形状を有する曲がり（第２湾曲）電極部２４と、この曲がり湾曲電極部２４と連通し基板１の長手方向に直線状に延在する直線電極部（第３電極部）２５とを有して構成されている。

そして、光導波路６は、下記の各導波路部６１〜６７を含んで構成されている。
(1)クロスカプラ６０により強度変調器１−１の出射側Ｙ分岐導波路５と連通し直線電極部２１の信号電極１５下部に沿って基板１の長手方向に直線状に延在する直線導波路部６１
(2)この直線導波路部６１と連通し曲がり電極部２２の信号電極１５下部に沿って半円状に湾曲した折り返し形状を有する曲がり導波路部６２
(3)この曲がり導波路部６２と連通し基板１の長手方向に直線電極部２３の信号電極１５下部に沿って直線状に延在する直線導波路部６３
(4)この直線導波路部６３と連通し曲がり電極部２４の信号電極１５下部に沿って半円状に湾曲した折り返し形状を有し曲がり導波路部６２よりも曲率半径の小さい曲がり導波路部６４
(5)この曲がり導波路部６４と連通し基板１の長手方向に直線電極部２５の信号電極１５下部に沿って直線状に延在する直線導波路部６５
(6)クロスカプラ６０を介して上記直線導波路部６５と連通し直線電極部２１の外側の接地電極１６下部に沿って基板１の長手方向に直線状に延在する直線導波路部６５ａ
(7)この直線導波路部６５ａと連通し曲がり電極部２２の接地電極１６下部に沿って半円状に湾曲した折り返し形状を有し曲がり導波路部６２よりも曲率半径の大きい曲がり導波路部６６
(8)この曲がり導波路部６６と連通し直線電極部２３の接地電極２３下部に沿って基板１の長手方向に延在する直線導波路部６７（この直線導波路部６７の他端は出射導波路７として機能する）
つまり、本例の光導波路６も、信号電極１５の下部を経由した後、各接地電極１６，１７の一方（外側）の接地電極１６下部を経由することにより、信号電極１５下部と外側の接地電極１６の下部とをそれぞれ経由する、換言すれば、電極セット１５，１６の信号電極１５から放射される電界を受ける位置と、同じ電極セット１５，１６の接地電極１６に収束する前記電界を受ける位置とをそれぞれ経由するように形成されており、そのために、基板１の長手方向について曲がり導波路部６２，６４，６６により複数回（図５では３回）折り返されて基板１上を内側から外側に向かって周回（２周）する形状を有しているのである。

さらにいえば、本例の光導波路６は、上記各導波路部６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７を含んで構成され、各導波路部６１，６２，６３，６４，６５が、各電極部２１，２２，２３，２４，２５の信号電極１５下部に沿って延在する第１光導波路部として機能し、各導波路部６５ａ，６６，６７が、この第１光導波路部６１，６２，６３，６４，６５と連通し上記の各電極部２１，２２，２３，２４，２５の接地電極１７下部に沿って延在する第２光導波路部として機能するのである。したがって、本例の場合、位相変調器１−２の相互作用領域は、光導波路６全長のうち導波路部６１，６２，６３，６５，６５ａ，６６及び６７となる。

なお、クロスカプラ（交差導波路部）６０は、強度変調器１−１の出射側Ｙ分岐導波路５から入力される光のすべてを位相変調器１−２の信号電極１５下部の光導波路６（導波路部６１）に導く一方、信号電極１５下部の光導波路６（導波路部６１，６２，６３，６４，６５）を経由して入力される光のすべてを接地電極１６下部の光導波路６（導波路部６５ａ）に導く機能を有するものである。本例においても、例えば、ＭＭＩカプラを適用することができ、２入力の光が干渉せずにクロスポートから出力されるカプラ長に設定すればよい。

また、曲がり導波路部６６の外側の基板１には、本例においても、当該曲がり導波路部６４の外周に沿ってエッチング加工等による溝部８が設けられており、この溝部８によって、曲がり導波路部６６への光の閉じ込め効果を強くして曲がり導波路部６６での漏洩（放射）光による損失を抑制できるようにしている。
上述の構成により、入射導波路２へ入力された光は、強度変調器１−１で強度変調を受けた後、クロスカプラ６０経由で位相変調器１−２の光導波路６に入射し、当該光導波路６の形状に沿って光導波路６内を伝搬してゆく。

即ち、上記入射光は、まず、信号電極１５下部の直線導波路部６１，曲がり導波路部６２，直線導波路部６３，曲がり導波路部６４及び直線導波路部６５を伝搬してゆき、クロスカプラ６０でクロスポート（接地電極１６下部の直線導波路部６５ａ）へ導かれる。ついで、当該入射光は、直線導波路部６５ａから曲がり導波路部６６及び直線導波路部６７を伝搬してゆき、出射導波路７へ導かれる。

このように、強度変調器１−１を通過した光は、位相変調器１−２の信号電極１５の下を通過した後、位相変調器１−２の外側の接地電極１６の下を通過してゆく。この際、本例においても、強度変調器１−１と位相変調器１−２とを同じ周波数ｆ０で駆動する（信号電極１１，１５にそれぞれ同じ周波数ｆ０のマイクロ波を印加する）ことで、周波数間隔ｆ０のコム波形が出射導波路７から出力されることになる。

また、この場合も、強度変調器１−１からの光は、位相変調器１−２を信号電極１５下部と接地電極１６下部とで同じ方向に２回通ることになるので、１回目と２回目とで変調の向きが同じになるように１周（信号電極１５下部の光導波路６の始点から接地電極１６下部の光導波路６の始点まで）の長さを信号電極１５に印加するマイクロ波の波長に応じて調節しておく必要がある。

即ち、図２により前述したのと同様に、信号電極１５下部の電界と接地電極１６下部の電界とではその向きが逆になるので、位相変調器１−２の信号電極１５の始点から接地電極１６の始点までの光導波路６の長さがマイクロ波の波長（つまり、相互作用領域での波長）の（Ｎ＋１／２）倍（Ｎは整数）になるように導波路長を設定（設計）しておくのである。

これにより、本例においても、位相変調器１−２は、信号電極１５近傍から放射される電界と接地電極１６近傍へ収束する電界の双方を光位相変調に利用することができるので、導波路長（相互作用長）を長くしても、接地電極１６下部の電界を使って変調指数を増大させて、長くした分に見合った変調指数を得る（増大させる）ことができる。特に、本例では、位相変調器１−２の電極１５，１６，１７を基板１長手方向の両端近傍の２箇所（曲がり電極部２２，２４）で折り返す構造とし、信号電極１５及び外側の接地電極１６それぞれの下に光導波路６を周回させるように形成しているので、相互作用長をより長くとることができる。

したがって、図１及び図２の構成に比して、相互作用長をより長く確保しつつ変調指数を増大させることができ、多波長光源としての出力波長数をさらに増やしたり、パルス光源としてのパルス幅をさらに狭くしたり、あるいは、それぞれの場合の駆動電圧（半波長電圧Ｖπ）をさらに低減することが可能となる。また、よりコンパクトなチップ設計が可能となる。

なお、本例においても、接地電極１６下部の光導波路６に対する電界の印加効率を高めるためには接地電極１６の幅を狭くすることが望ましく、例えば、２０μｍ以下にすることで効果が得られる。また、本例においても、図３により前述したように、光導波路６と電極１５，１６，１７との実効屈折率差が２％を超えると急激に半波長電圧Vπが増加することが実験的に分かっているので、実効屈折率差が±２％の範囲となるように電極１５，１６，１７を設計することが望ましい。さらに、本例においても、光導波路６の折り返しに、曲がり導波路部６２，６４，６６ではなく、例えば、基板１の一辺側（端面）に前記第１光導波路部からの光を前記第２光導波路部へ反射するミラー（端面ミラー）を適用して伝搬光の折り返しを実現することが可能である。

〔Ｂ〕第２実施形態の説明
図６は本発明の第２実施形態に係る光デバイスとしての光変調器（位相変調器）の構成を示す模式的平面図で、この図６に示す位相変調器は、例えば、ＬＮ結晶やＬＴ結晶等の電気光学効果を有する基板１に、平行又は略平行する２本の位相変調用の導波路（並行導波路）６Ａ，６Ｂと、並行導波路６Ａ，６Ｂの一方（６Ｂ）の上に信号電極（ホット電極）１５をパターニングするとともに、この信号電極１５の両サイドを挟む形で信号電極１５と並行する接地電極（グランド電極）１６，１７をパターニングする。この際、並行導波路６Ａ，６Ｂの他方（６Ａ）の上に接地電極（グランド電極）１７をパターニングする。

これにより、一部が並行導波路６Ａ，６Ｂの一方（６Ｂ）の上で重なるように配置された信号電極１５と、一部が並行導波路６Ａ，６Ｂの他方（６Ａ）の上で重なるように配置された接地電極１７とが基板１にそなえられる。
なお、本実施形態においても、並行導波路６Ａ，６Ｂは、基板１上の一部に金属膜を形成し熱拡散させる、あるいは、金属膜をパターニングした後に安息香酸中でプロトン交換するなどして形成される。また、結晶方位のＺ軸方向にカットして切り出された基板（Ｚカット基板）１を用いる場合は、Ｚ方向の電界による屈折率変化を利用するため、導波路の真上に電極を配置する。

また、信号電極１５下部の並行導波路６Ｂの出力端は、光ファイバ９により接地電極１７下部の並行導波路６Ａの入力端と接続されており、これにより、並行導波路６Ｂに入射した光は、並行導波路６Ｂを通過した後、光ファイバ９を経由して並行導波路６Ａを通過し、出射される。
つまり、本実施形態においても、光導波路が、信号電極１５から放射される電界を受ける位置と、当該信号電極１５から接地電極１７に収束する前記電界を受ける位置とを経由する、即ち、信号電極１５下部を経由した後、光ファイバ９を経由で、接地電極１７下部を経由するように形成されているのである。

これにより、本実施形態においても、位相変調器に入射した光は、並行導波路６Ｂを伝搬することにより信号電極１５下を通過した後、光ファイバ９経由で並行導波路６Ａに入射し、当該並行導波路６Ａを並行導波路６Ｂの伝搬光と同じ方向に伝搬することにより接地電極１７下を通過してゆく。この際、本例においても、入射光は、位相変調器を信号電極１５下と接地電極１７下とで同じ方向に２回通ることになるので、１回目と２回目とで変調の向きが同じになるように１周（信号電極１５下部の導波路６Ｂの始点から接地電極１７下部の導波路６Ａの始点まで）の長さを信号電極１５に印加するマイクロ波の波長に応じて調節しておく必要がある。

即ち、図２により前述したのと同様に、信号電極１５下部の電界と接地電極１７下部の電界とではその向きが逆になるので、信号電極１５の始点から接地電極１７の始点までの導波路（並行導波路６Ａ，６Ｂ及び光ファイバ９）の長さがマイクロ波の波長（つまり、相互作用領域での波長）の（Ｎ＋１／２）倍になるように導波路長を設定（設計）しておくのである。

これにより、本例においても、位相変調器は、信号電極１５近傍から放射される電界と接地電極１７近傍へ収束する電界の双方を光位相変調に利用することができるので、導波路長（相互作用長）を長くしても、接地電極１７下部の電界を使って変調指数を増大させて、長くした分に見合った変調指数を得る（増大させる）ことができる。
なお、本例においても、接地電極１７下部の並行導波路６Ａに対する電界の印加効率を高めるためには接地電極１７の幅を狭くすることが望ましく、例えば、２０μｍ以下にすることで効果が得られる。また、本例においても、図３により前述したように、並行導波路６Ａ，６Ｂと電極１５，１６，１７との実効屈折率差が２％を超えると急激に半波長電圧Vπが増加することが実験的に分かっているので、実効屈折率差が±２％の範囲となるように電極１５，１６，１７を設計することが望ましい。

（Ｂ１）第２実施形態の第１変形例
図７は第２実施形態の第１変形例に係る光デバイスとしての光変調器（位相変調器）の構成を示す模式的平面図で、この図７に示す位相変調器は、例えば、ＬＮ結晶やＬＴ結晶等の電気光学効果を有する基板１に、入射光を伝搬する入射導波路２と、この入射導波路２とクロスカプラ（交差導波路部）６０により連通し相互作用領域を形成する位相変調用の導波路であって、相互作用長をできるだけ長く確保すべく、基板１の長手方向について符号６２，６４，６６で示すごとく３箇所の折り返し部（湾曲した曲がり導波路部）で３回折り返された形状を有する光導波路６が形成されている。なお、光導波路６の他端は出射導波路７として構成されている。

この場合も、上記各導波路２，６（７）及びクロスカプラ６０は、基板１上の一部に金属膜を形成し熱拡散させる、あるいは、金属膜をパターニングした後に安息香酸中でプロトン交換するなどして形成される。また、結晶方位のＺ軸方向にカットして切り出された基板（Ｚカット基板）１を用いる場合は、Ｚ方向の電界による屈折率変化を利用するため、導波路の真上に電極を配置する。

即ち、光導波路６の上に信号電極１５をパターニングするとともに、この信号電極１５を挟む形で並行する接地電極１６，１７をそれぞれパターニングする。これにより、一部が光導波路６の上で重なるように配置された信号電極１５が基板１上にそなえられる。
具体的に、位相変調用の電極１５，１６，１７は、基板１の長手方向に直線状に延在する直線電極部（第１電極部）２１と、一端がこの直線電極部２１と連通し湾曲した折り返し形状を有する曲がり（湾曲）電極部２２と、この曲がり電極部２２の他端と連通し基板１の長手方向に直線状に延在する直線電極部（第２電極部）２３とを有して構成されている。

また、光導波路６は、下記の各導波路部６１〜６７を含んで構成されている。
(1)直線電極部２１の信号電極１５下部に沿って、クロスカプラ６０経由で入射導波路２と連通し基板１の長手方向に直線状に延在する直線導波路部６１
(2)この直線導波路部６１と連通し曲がり電極部２２の信号電極１５下部に沿って半円状に湾曲した折り返し形状を有する曲がり導波路部６２
(3)この曲がり導波路部６２と連通し基板１の長手方向に直線電極部２３の信号電極１５に沿って直線状に延在する導波路部６３
(4)この直線導波路部６３と連通し半円状に湾曲した折り返し形状を有する曲がり導波路部６４
(5)この曲がり導波路部６４とクロスカプラ６０経由で連通し接地電極１６下部に沿って基板１の長手方向に直線状に延在する直線導波路部６５
(6)この直線導波路部６５と連通し外側の接地電極１６の曲がり電極部２２に沿って半円状に湾曲した折り返し形状を有し曲がり導波路部６２よりも曲率半径の大きい曲がり導波路部６６
(7)この曲がり導波路部６６と連通し直線電極部２３の接地電極１６に沿って直線導波路部６３の外側を基板１の長手方向に直線状に延在する直線導波路部６７
つまり、本例の光導波路６も、信号電極１５下部を経由した後、各接地電極１６，１７のうち一方（外側）の接地電極１６下部を経由することにより、信号電極１５下部と外側の接地電極１６下部とをそれぞれ経由する、換言すれば、電極セット１５，１６の信号電極１５から放射される電界を受ける位置と、同じ電極セット１５，１６の接地電極１６に収束する前記電界を受ける位置とをそれぞれ経由するように形成されており、そのために、基板１の長手方向について曲がり導波路部６２，６４，６６により複数回（図７では３回）折り返されて基板１上で内側から外側に向けて周回（２周）する形状を有しているのである。

さらにいえば、光導波路６は、上記の各電極部２１，２２，２３の信号電極１５の下部に沿って延在する導波路部（第１光導波路部）６１，６２，６３と、この第１光導波路部６１，６２，６３と連通し上記の各電極部２１，２２，２３の接地電極１７の下部に沿って延在する導波路部（第２光導波路部）６５，６６，６７とを含んで構成されているのである。したがって、位相変調器１−２において、相互作用領域は、光導波路６全長のうち導波路部６１，６２，６３，６４，６５，６６及び６７となる。

なお、光導波路６が曲がり導波路部６４により信号電極１５下から接地電極１６へ移る位置で交差部分が生じている。これらの間は光ファイバを用いて接続することもできるが、ここでは、チップ内での接続のために当該部分に上記クロスカプラ（交差導波路部）６０を適用している。このクロスカプラ６０は、入射導波路２からの光を全て信号電極１５下部の導波路部６１へ導くとともに、曲がり導波路部６４からの光をすべて接地電極１６下部の導波路部６５へ導く機能を有するものである。この場合も、例えば、ＭＭＩ（多モード干渉）カプラを適用することができ、２入力の光が干渉せずにクロスポートから出力されるカプラ長に設定すればよい。

また、上記曲がり導波路部６４の外側の基板１には、当該曲がり導波路部６４の外周に沿ってエッチング加工等による溝部を設けてもよい。このようにすれば、曲がり導波路部６４への光の閉じ込め効果を強くして曲がり導波路部６４での漏洩（放射）光による損失を抑制することができる。
さらに、本例においても、光導波路６中を伝搬する光が信号電極１５、接地電極１６（１７）によって吸収されるのを防ぐために、基板１と信号電極１５、接地電極１６（１７）との間には誘電体層（バッファ層）３０（図２参照）が介装されている。バッファ層３０としては、この場合も、例えば厚さ０．２〜１．０μｍのＳｉＯ₂を用いることができる。電極１５，１６，１７及びバッファ層３０は、上述したごとく熱拡散やプロトン交換などにより光導波路を形成した後、例えばドライエッチング加工によって形成することができる。

また、マイクロ波の伝搬速度、特性インピーダンスを考慮すると、光と電気の相互作用領域では断面形状が一定であるのが望ましい。したがって、上述のごとく曲がり導波路部６２，６６が相互作用領域に含まれる場合は、その全域にわたりエッチング加工を施して、断面形状を一定にするのが好ましい。こうすることでインピーダンスの不連続によるマイクロ波の反射を抑えられ、また、光とマイクロ波の速度を一致させることにより高周波での動作が可能となる。

上述の構成により、入射導波路２へ入力された光は、クロスカプラ６０経由で信号電極１５下部の光導波路６に入射し、当該光導波路６の形状に沿って光導波路６内を伝搬してゆく。
即ち、上記入射光は、まず、信号電極１５下部の直線導波路部６１，曲がり導波路部６２及び直線導波路部６３，曲がり導波路部６４を伝搬してゆき、クロスカプラ６０でクロスポートに連通した接地電極１６下部の直線導波路部６５へ導かれる。ついで、当該入射光は、接地電極１６下を直線導波路部６５，曲がり導波路部６６及び直線導波路部６７を経由して出射導波路７から出射される。

このように、位相変調器への入射光は、信号電極１５下部を通過した後、接地電極１６下部を通過してゆく。この際、信号電極１５にマイクロ波を印加することで、光導波路６を伝搬する光に位相変調が施される。また、この場合も、入射光は、信号電極１５下部と接地電極１７下部とで同じ方向に２回通ることになるので、１回目と２回目とで変調の向きが同じになるように１周（信号電極１５下部の光導波路６の始点から接地電極１６下部の光導波路６の始点まで）の長さを信号電極１５に印加するマイクロ波の波長に応じて調節しておく必要がある。

即ち、図２により前述したように、信号電極１５を伝搬するマイクロ波により放射される電界は両サイドに隣接する接地電極１６，１７に向けて収束するが、このとき信号電極１５下部の電界と接地電極１６（１７）下部の電界とではその向きが逆になるので、信号電極１５の始点から接地電極１６の始点までの光導波路６の長さがマイクロ波の波長（つまり、相互作用領域での波長）の（Ｎ＋１／２）倍になるように導波路長を設定（設計）しておくのである。

これにより、本例の位相変調器は、信号電極１５近傍から放射される電界と接地電極１６近傍へ収束する電界の双方を光位相変調に利用することができるので、導波路長（相互作用長）を長くしても、接地電極１６下部の電界を使って変調指数を増大させて、長くした分に見合った変調指数を得る（増大させる）ことができ、駆動電圧（半波長電圧Ｖπ）を低減することが可能となる。

なお、この場合も、接地電極１６下部の光導波路６に対する電界の印加効率を高めるためには接地電極１６の幅を狭くすることが望ましく、例えば、２０μｍ以下にすることで効果が得られる。
また、本例においても、図３により前述したごとく、光導波路６と電極１５，１６，１７との実効屈折率差が２％を超えると急激に半波長電圧Vπが増加することが実験的に分かっているので、実効屈折率差が±２％の範囲となるように電極１５，１６，１７を設計することが望ましい。

さらに、本例においても、光導波路６の折り返しに、曲がり導波路部６２，６４，６６ではなく、例えば、基板１の一辺側（端面）に前記第１光導波路部からの光を前記第２光導波路部へ反射するミラーを適用して伝搬光の折り返しを実現することも可能である。
（Ｂ２）第２実施形態の第２変形例
図８は第２実施形態の第２変形例に係る光デバイスとしての光変調器（位相変調器）の構成を示す模式的平面図で、この図８に示す位相変調器は、例えば、ＬｉＮｂＯ₃（ＬＮ）結晶やＬｉＴａＯ₂（ＬＴ）結晶等の電気光学効果を有する基板１に、入射光を伝搬する入射導波路２と、この入射導波路２とクロスカプラ６０Ａにより連通し相互作用領域を形成する位相変調用の導波路であって、相互作用長をできるだけ長く確保すべく、基板１の長手方向について符号６２，６４，６６，６８，７０で示すごとく５箇所の折り返し部（湾曲した曲がり導波路部）で５回折り返された形状を有する光導波路６が形成されている。なお、光導波路６の他端は出射導波路７として構成されている。

この場合も、上記各光導波路２，６（７）は、基板１上の一部に金属膜を形成し熱拡散させる、あるいは、金属膜をパターニングした後に安息香酸中でプロトン交換するなどして形成される。また、結晶方位のＺ軸方向にカットして切り出された基板（Ｚカット基板）１を用いる場合は、Ｚ方向の電界による屈折率変化を利用するため、光導波路６の真上に電極を配置する。

即ち、光導波路６の上に信号電極１５をパターニングするとともに、この信号電極１５を挟む形で並行する接地電極１６，１７をそれぞれパターニングする。これにより、一部が光導波路６の上で重なるように配置された信号電極１５が基板１上にそなえられる。
具体的に、位相変調用の電極部（電極セット）１５，１６，１７は、この場合も、基板１の長手方向に直線状に延在する直線電極部（第１電極部）２１と、一端がこの直線電極部２１と連通し湾曲した折り返し形状を有する曲がり（湾曲）電極部２２と、この曲がり電極部２２の他端と連通し基板１の長手方向に直線状に延在する直線電極部（第２電極部）２３とを有して構成されている。

また、光導波路６は、以下の各導波路部６１〜７１を含んで構成されている。
(1)一方（内側）の接地電極１７（直線電極部２１）下部に沿って、クロスカプラ６０Ａ経由で入射導波路２と連通し基板１の長手方向に直線状に延在する直線導波路部６１
(2)この直線導波路部６１と連通し接地電極１７（曲がり電極部２２）下部に沿って半円状に湾曲した折り返し形状を有する曲がり導波路部６２
(3)この曲がり導波路部６２と連通し基板１の長手方向に接地電極１７（直線電極部２３）下部に沿って直線状に延在する直線導波路部６３
(4)この直線導波路部６３と連通し半円状に湾曲した折り返し形状を有する曲がり導波路部６４
(5)この曲がり導波路部６４とクロスカプラ６０Ｂ経由で連通し基板１の長手方向に信号電極１５下部に沿って延在する直線導波路部６５
(6)この直線導波路部６５と連通し信号電極１５（曲がり電極部２２）下部に沿って半円状に湾曲した折り返し形状を有し曲がり導波路部６２よりも曲率半径の大きい曲がり導波路部６６
(7)この曲がり導波路部６６と連通し信号電極１５（直線電極部２３）下部に沿って導波路部６３の外側を基板１の長手方向に直線状に延在する直線導波路部６７
(8)この直線導波路部６７と連通し半円状に湾曲した折り返し形状を有し曲がり導波路部６４よりも曲率半径の大きい曲がり導波路部６８
(9)クロスカプラ６０Ａ経由で当該曲がり導波路部６８と連通し他方の接地電極１６に沿って直線導波路部６５の外側を基板１の長手方向に直線状に延在する直線導波路部６９
(10)この直線導波路部６９と連通し接地電極１６（曲がり電極部２２）下部に沿って半円状に湾曲した折り返し形状を有する曲がり導波路部７０
(11)この曲がり導波路部７０と連通し直線電極部２３の接地電極１６下部に沿って直線導波路部６７の外側を基板１の長手方向に直線状に延在する直線導波路部７１
つまり、本例の光導波路６は、一方の接地電極１７下部を経由（周回）した後、信号電極１５下部を経由（周回）し、さらに、他方の接地電極１６下部を経由（周回）することにより、信号電極１５下部と接地電極１６，１７下部とをそれぞれ経由する、換言すれば、電極セット１５，１６（１７）の信号電極１５から放射される電界を受ける位置と、同じ電極セット１５，１６（１７）の接地電極１６（１７）に収束する前記電界を受ける位置とをそれぞれ経由するように形成されており、そのために、基板１の長手方向について曲がり導波路部６２，６４，６６，６８，７０により複数回（図８では５回）折り返されて基板１上で内側から外側へ向けて周回（３周）する形状を有しているのである。

さらにいえば、光導波路６は、上記の各電極部２１，２２，２３の一方の接地電極１７下部に沿って延在する第１光導波路部６１，６２，６３と、この第１光導波路部６１，６２，６３と連通し上記の各電極部２１，２２，２３の信号電極１５下部に沿って延在する第２光導波路部６５，６６，６７と、この第２光導波路部６５，６６，６７と連通し上記の各電極部２，２２，２３の他方の接地電極１６下部に沿って延在する第３光導波路部６９，７０，７１とを含んで構成されている。したがって、本位相変調器において、相互作用領域は、光導波路６全長のうち導波路部６１，６２，６３，６５，６６，６７，６９，７０及び７１となる。

なお、光導波路６が曲がり導波路部６４及び６８により接地電極１７又は信号電極１５下から信号電極１５又は接地電極１６へ移る位置で交差部分がそれぞれ生じている。これらの間は光ファイバを用いてそれぞれ接続することもできるが、ここでは、チップ内での接続のために当該部分、即ち、前記の第１光導波路部と第２光導波路部との交差部及び前記の第２光導波路部と第３光導波路部との交差部にそれぞれ上記クロスカプラ６０Ａ，６０Ｂを適用している。

ここで、クロスカプラ（第１交差導波路部）６０Ａは、入射導波路２からの光をすべて接地電極１７下部の直線導波路部６１へ導くべくクロスカプラ６０Ｂの一方の入力ポートへ導くとともに、曲がり導波路部６８からの光をすべて接地電極１６下部の直線導波路部６５へ導く機能を有するものであり、クロスカプラ（第２交差導波路部）６０Ｂは、上記クロスカプラ６０Ａから入射した光を接地電極１７下部の直線導波路部６１へ導くとともに、曲がり導波路部６４からの光をすべて信号電極１５下部の直線導波路部６５へ導く機能を有するものである。いずれも、例えば、ＭＭＩカプラを適用することができ、２入力の光が干渉せずにクロスポートから出力されるカプラ長に設定すればよい。

また、上記曲がり導波路部６４，６８の外側の基板１には、当該曲がり導波路部６４，６８の外周に沿ってエッチング加工等による溝部を設けてもよい。このようにすれば、曲がり導波路部６４，６８への光の閉じ込め効果を強くして曲がり導波路部６４，６８での漏洩（放射）光による損失を抑制することができる。
さらに、本例においても、光導波路６中を伝搬する光が信号電極１５、接地電極１６，１７によって吸収されるのを防ぐために、基板１と信号電極１５、接地電極１６，１７との間には誘電体層（バッファ層）３０（図２参照）が介装されている。バッファ層３０としては、この場合も、例えば厚さ０．２〜１．０μｍのＳｉＯ₂を用いることができる。電極１５，１６，１７及びバッファ層３０は、上述したごとく熱拡散やプロトン交換などにより光導波路を形成した後、例えばドライエッチング加工によって形成することができる。

また、マイクロ波の伝搬速度、特性インピーダンスを考慮すると、光と電気の相互作用領域では断面形状が一定であるのが望ましい。したがって、上述のごとく曲がり導波路部６２，６６，７０が相互作用領域に含まれる場合は、その全域にわたりエッチング加工を施して、断面形状を一定にするのが好ましい。こうすることでインピーダンスの不連続によるマイクロ波の反射を抑えられ、また、光とマイクロ波の速度を一致させることにより高周波での動作が可能となる。

上述の構成により、入射導波路２へ入力された光は、クロスカプラ６０Ａ経由で一方の接地電極１７下部の光導波路６に入射し、当該光導波路６の形状に沿って光導波路６内を伝搬してゆく。
即ち、上記入射光は、まず、一方の接地電極１７下部の直線導波路部６１，曲がり導波路部６２及び直線導波路部６３，曲がり導波路部６４を伝搬してゆき、クロスカプラ６０Ｂでクロスポートに連通した信号電極１５下部の直線導波路部６５へ導かれる。ついで、当該入射光は、信号電極１５下部を直線導波路部６５，曲がり導波路部６６，直線導波路部６７及び曲がり導波路部６８を経由してクロスカプラ６０Ａの一方の入力ポートに入射する。

クロスカプラ６０Ａに入射した光は、クロスカプラ６０Ａのクロスポートへ導かれることにより他方の接地電極１６下部を直線導波路部６９，曲がり導波路部７０及び直線導波路部７１を伝搬してゆき、出射導波路７から出射される。
即ち、位相変調器への入射光は、まず、一方の接地電極１７下部を通過した後、信号電極１５下部を通過し、さらに、他方の接地電極１６下部を通過してゆく。この際、信号電極１５にマイクロ波を印加することで、光導波路６を伝搬する光に位相変調が施される。また、この場合も、入射光は、信号電極１５下部と接地電極１６，１７下部とで同じ方向に３回通ることになるので、図２により前述したのと同様に、１回目と２回目、および、２回目と３回目とで変調の向きが同じになるように、接地電極１７下部の光導波路６の始点から信号電極１５下部の光導波路６の始点までの長さ、および、信号電極１５下部の光導波路６の始点から接地電極１６下部の光導波路６の始点までの長さを信号電極１５に印加するマイクロ波の波長に応じて調節しておく必要がある。

これにより、本例の位相変調器は、信号電極１５近傍から放射される電界と接地電極１６，１７近傍へ収束する電界のいずれをも光位相変調に利用することができるので、導波路長（相互作用長）さらに長くしても、接地電極１６下部の電界を使って変調指数を増大させて、長くした分に見合った変調指数を得る（増大させる）ことができ、駆動電圧（半波長電圧Ｖπ）を低減（従来に比べて約３０％低減）することが可能となる。

なお、この場合も、接地電極１６，１７下部の光導波路６に対する電界の印加効率を高めるためには接地電極１６，１７の幅を狭くすることが望ましく、例えば、それぞれ２０μｍ以下にすることで効果が得られる。
また、本例においても、図３により前述したごとく、光導波路６と電極１５，１６，１７との実効屈折率差が２％を超えると急激に半波長電圧Vπが増加することが実験的に分かっているので、実効屈折率差が±２％の範囲となるように電極１５，１６，１７を設計することが望ましい。

さらに、本例においても、光導波路６の折り返しに、曲がり導波路部６２，６４，６６，６８，７０ではなく、例えば、基板１の一辺側（端面）に前記第１光導波路部からの光を前記第２光導波路部へ反射するミラーを適用して伝搬光の折り返しを実現することも可能である。
また、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

例えば、上述した各実施形態において、基板１としてＺカット基板を適用しているが、Ｘカット基板を適用しても、導波路が、電極部の信号電極（電界放射側電極）から放射される電界を受ける位置と、同じ電極部の接地電極（電界収束側電極）に収束する前記電界を受ける位置とのいずれか一方を通った後に、他方を通るように形成されていれば、上記各実施形態と同様の作用効果が期待できる。

また、上述した例では、折り返し部分（曲がり導波路部６２，６４，６６，６８，７０）以外の導波路部（電極部）を直線導波路部６１，６３，６５，６５ａ，６７，６９，７１としているが、必ずしも直線形状でなくてもよく、例えば、波状やジグザグ状等の湾曲形状としてもよく、この場合は、より相互作用長を長くとることが可能となる。
〔Ｃ〕付記
（付記１）
電気光学効果を有する基板と、
該基板に形成された光導波路と、
該光導波路を伝搬する光の位相を制御すべく該光導波路に対して電界を加えるための信号電極及び接地電極から成る電極部とをそなえ、
該光導波路が、該電極部の該信号電極から放射される上記電界を受ける位置と、該電極部の該接地電極に収束する上記電界を受ける位置とを経由するように形成されたことを特徴とする、光デバイス。

（付記２）
該光導波路が、該信号電極の下部と、該接地電極の下部とをそれぞれ経由するように形成されたことを特徴とする、付記１記載の光デバイス。
（付記３）
該電極部が、該信号電極と該信号電極の両サイドに位置する２つの接地電極とを有するとともに、
該光導波路が、該信号電極の下部と上記各接地電極の下部とをそれぞれ経由するように形成されたことを特徴とする、付記１記載の光デバイス。

（付記４）
該光導波路が、該信号電極の下部を経由した後、該接地電極の下部を経由すべく、該基板上において該基板の長手方向について複数回折り返されて形成されていることを特徴とする、付記２記載の光デバイス。
（付記５）
該光導波路が、一方の上記接地電極の下部を経由した後、該信号電極の下部を経由し、さらに他方の上記接地電極の下部を経由すべく、該基板上において該基板の長手方向について複数回折り返されて形成されていることを特徴とする、付記３記載の光デバイス。

（付記６）
該電極部が、該基板の長手方向に延在する第１電極部と、一端が該第１電極部と連通し湾曲した折り返し形状を有する湾曲電極部と、該湾曲電極部の他端と連通し該基板の長手方向に延在する第２電極部とを有して構成されるとともに、
該光導波路が、上記の各電極部の信号電極の下部に沿って延在する第１光導波路部と、該第１光導波路部と連通し上記の各電極部の接地電極の下部に沿って延在する第２の光導波路部とを含んで構成されたことを特徴とする、付記１，２，４のいずれか１項に記載の光デバイス。

（付記７）
該第１の光導波路部と該第２の光導波路部とが、折り返し導波路部を介して連通していることを特徴とする、付記６記載の光デバイス。
（付記８）
該電極部が、該基板の長手方向に延在する第１電極部と、一端が該第１電極部と連通し湾曲した折り返し形状を有する第１湾曲電極部と、該第１湾曲電極部の他端と連通し該基板の長手方向に延在する第２電極部と、該第２電極部と連通し湾曲した折り返し形状を有する第２湾曲電極部と、該第２湾曲電極部と連通し該基板の長手方向に延在する第３電極部とを有して構成されるとともに、
該光導波路が、上記の各電極部の信号電極の下部に沿って延在する第１光導波路部と、該第１光導波路部と連通し上記の各電極部の接地電極の下部に沿って延在する第２光導波路部とを含んで構成されたことを特徴とする、付記１，２，４のいずれか１項に記載の光デバイス。

（付記９）
該第１光導波路部と該第２光導波路部との交差部に交差導波路部が形成されていることを特徴とする、付記６〜８のいずれか１項に記載の光デバイス。
（付記１０）
該電極部が、該基板の長手方向に延在する第１電極部と、一端が該第１電極部と連通し湾曲した折り返し形状を有する第１湾曲電極部と、該第１湾曲電極部の他端と連通し該基板の長手方向に延在する第２電極部と、該第２電極部と連通し湾曲した折り返し形状を有する第２湾曲電極部と、該第２湾曲電極部と連通し該基板の長手方向に延在する第３電極部とを有して構成されるとともに、
該光導波路が、上記の各電極部の一方の上記接地電極の下部に沿って延在する第１光導波路部と、該第１光導波路部と連通し上記の各電極部の信号電極の下部に沿って延在する第２光導波路部と、該第２光導波路部と連通し上記の各電極部の他方の上記接地電極の下部に沿って延在する第３光導波路部とを含んで構成されたことを特徴とする、付記３又は５に記載の光デバイス。

（付記１１）
該第１光導波路部と該第２光導波路部との交差部に第１交差導波路部が形成されるとともに、
該第２光導波路部と該第３光導波路部との交差部に第２交差導波路部が形成されていることを特徴とする、付記１０記載の光デバイス。

（付記１２）
該電極部が、該基板の長手方向に延在して形成されるとともに、
該光導波路が、該電極部の該信号電極の下部に沿って延在する第１光導波路部と、該電極部の該接地電極の下部に沿って延在する第２光導波路部とをそなえて構成され、かつ、
該第１光導波路部の出力と該第２光導波路部の入力とが光ファイバにより接続されていることを特徴とする、付記１記載の光デバイス。

（付記１３）
該光導波路において、該電極部の該信号電極から放射される上記電界を受ける位置と、該電極部の該接地電極に収束する上記電界を受ける位置とで同一方向に光が伝搬することを特徴とする、付記１〜１２のいずれか１項に記載の光デバイス。
（付記１４）
該折り返し導波路部が、該第１光導波路部からの光を該第２光導波路部へ反射するミラーを用いて構成されたことを特徴とする、付記７記載の光デバイス。

（付記１５）
該折り返し導波路部が、半円状に湾曲した曲がり導波路により構成されたことを特徴とする、付記７記載の光デバイス。
（付記１６）
該曲がり導波路の外周部の該基板に溝部が設けられたことを特徴とする、付記１５記載の光デバイス。

（付記１７）
該信号電極及び該接地電極のいずれか一方又は双方の下部に位置する該光導波路の両側の該基板に溝部が設けられたことを特徴とする、付記２〜１６のいずれか１項に記載の光デバイス。
（付記１８）
該信号電極に印加する信号周波数が１２．５ＧＨｚ又はその近傍の周波数の整数倍であることを特徴とする、付記１〜１７のいずれか１項に記載の光デバイス。

（付記１９）
該電極部の該信号電極から放射される上記電界を受ける位置から、該電極部の該接地電極に収束する上記電界を受ける位置までの該光導波路の長さが該信号電極に印加される信号波長の（Ｎ＋１／２）倍（Ｎは整数）に設定されていることを特徴とする、付記１〜１８のいずれか１項に記載の光デバイス。

（付記２０）
該光導波路の実効屈折率が、該電極部の実効屈折率の±２％の範囲にあることを特徴とする、付記１〜１９のいずれか１項に記載の光デバイス。
（付記２１）
該接地電極の幅が２０μｍ以下に設定されていることを特徴とする、付記１〜２０のいずれか１項に記載の光デバイス。

（付記２２）
電気光学効果を有する基板と、
該基板に形成された強度変調用の光導波路対と、
該光導波路対と連通する位相変調用の光導波路と、
該強度変調用の光導波路対を伝搬する光の位相を制御すべく該強度変調用の光導波路に対して強度変調用の電界を加えるための信号電極及び接地電極から成る強度変調用の電極部と、
該位相変調用の光導波路を伝播する光の位相を制御すべく該位相変調用の光導波路に対して位相変調用の電界を加えるための信号電極及び接地電極から成る位相変調用の電極部とをそなえ、
該位相変調用の光導波路が、該位相変調用の電極部の該信号電極から放射される上記位相変調用の電界を受ける位置と、該位相変調用の電極部の該接地電極に収束する上記位相変調用の電界を受ける位置および該強度変調用の電極部の該接地電極に収束する強度変調用の電界を受ける位置のいずれか一方又は双方とを経由するように形成されたことを特徴とする、光デバイス。

（付記２３）
電気光学効果を有する基板と、
該基板に形成された光導波路と、
電界放射側電極と、該電界放射側電極から放射される電界が収束される電界収束側電極とを備え、
該光導波路を伝播する光が、前記電界放射側電極の下及び前記電界収束側電極の下のいずれか一方を通った後に、他方を通るように、該光導波路が形成された、
ことを特徴とする、光デバイス。

本発明の第１実施形態に係る光デバイスとしての光変調器（光周波数コム発生器）の構成を示す模式的平面図である。 図１のＡ−Ａ断面を印加電界の電気力線も併せて示す模式的断面図である。 本実施形態に係る半波長電圧の電極長依存性を示す図である。 第１実施形態の第１変形例に係る光デバイスとしての光変調器（光周波数コム発生器）の構成を示す模式的平面図である。 第１実施形態の第２変形例に係る光デバイスとしての光変調器（光周波数コム発生器）の構成を示す模式的平面図である。 本発明の第２実施形態に係る光デバイスとしての光変調器（位相変調器）の構成を示す模式的平面図である。 第２実施形態の第１変形例に係る光デバイスとしての光変調器（位相変調器）の構成を示す模式的平面図である。 第２実施形態の第２変形例に係る光デバイスとしての光変調器（位相変調器）の構成を示す模式的平面図である。 従来の光周波数コム発生器（多波長光源）の構成例を示すブロック図である。 従来の光周波数コム発生器を利用したパルス光源の構成例を示すブロック図である。 図９に示す光周波数コム発生器の構造を示す模式的平面図である。 図１１におけるＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１ 基板
１−１ 第１の光変調器（強度変調器）
１−２ 第２の光変調器（位相変調器）
２ 入射導波路
３ 入射側Ｙ分岐導波路
４Ａ，４Ｂ 並行導波路（強度変調用の光導波路）
５ 出射側Ｙ分岐導波路
６ 位相変調用の光導波路
６Ａ，６Ｂ 並行導波路（位相変調用）
６０，６０Ａ，６０Ｂ，６８ クロスカプラ（交差導波路部）
６１，６３，６５，６５ａ，６７，６９，７１ 直線導波路部
６２，６４，６６，６８，７０ 曲がり導波路部（湾曲導波路部）
７ 出射導波路
８，３１ 溝部
９ 光ファイバ
１１ 信号電極（強度変調用）
１２，１３ 接地電極（強度変調用）
１５ 信号電極（位相変調用）
１６，１７ 接地電極（位相変調用）
２１ 直線電極部（第１電極部）
２２ 曲がり（湾曲）電極部
２３ 直線電極部（第２電極部）
３０ 誘電体層（バッファ層）

Claims (6)

1. 電気光学効果を有する基板と、
   該基板に形成された光導波路と、
   該光導波路を伝搬する光の位相を制御すべく該光導波路に対して電界を加えるための信号電極及び接地電極から成る電極部とをそなえ、
   該光導波路を伝播する光が、該電極部の該信号電極から放射される上記電界を受ける位置と、該電極部の該接地電極に収束する上記電界を受ける位置との双方を所定の順で経由するように、該光導波路が形成されたことを特徴とする、光デバイス。
2. 該光導波路が、該信号電極の下部と、該接地電極の下部とをそれぞれ経由するように形成されたことを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
3. 該電極部が、該信号電極と該信号電極の両サイドに位置する２つの接地電極とを有するとともに、
   該光導波路が、該信号電極の下部と上記各接地電極の下部とをそれぞれ経由するように形成されたことを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
4. 該光導波路が、該信号電極の下部を経由した後、該接地電極の下部を経由すべく、該基板上において該基板の長手方向について１回又は複数回折り返されて形成されていることを特徴とする、請求項２記載の光デバイス。
5. 電気光学効果を有する基板と、
   該基板に形成された強度変調用の光導波路対と、
   該光導波路対と連通する位相変調用の光導波路と、
   該強度変調用の光導波路対を伝搬する光の位相を制御すべく該強度変調用の光導波路に対して強度変調用の電界を加えるための信号電極及び接地電極から成る強度変調用の電極部と、
   該位相変調用の光導波路を伝播する光の位相を制御すべく該位相変調用の光導波路に対して位相変調用電界を加えるための信号電極及び接地電極から成る位相変調用の電極部とをそなえ、
   該位相変調用の光導波路が、該位相変調用の電極部の該信号電極から放射される上記位相変調用の電界を受ける位置と、該位相変調用の電極部の該接地電極に収束する上記位相変調用の電界を受ける位置および該強度変調用の電極部の該接地電極に収束する強度変調用電界を受ける位置のいずれか一方又は双方とを経由するように形成されたことを特徴とする、光デバイス。
6. 電気光学効果を有する基板と、
   該基板に形成された光導波路と、
   電界放射側電極と、該電界放射側電極から放射される電界が収束される電界収束側電極とを備え、
   該光導波路を伝播する光が、前記電界放射側電極の下及び前記電界収束側電極の下のいずれか一方を通った後に、他方を通るように、該光導波路が形成された、
   ことを特徴とする、光デバイス。

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