JP2007133441A - 光変調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変調帯域を確保し、駆動電圧を低減化し、光変調装置の高速・高性能化を図る。
【解決手段】電気光学効果を有する結晶基板上に形成された光導波路１１と、光導波路１１の近傍に形成された信号電極１２と、信号電極１２の両側に形成された接地電極１３と、から構成され、信号電極１２の特性インピーダンスＺ０の範囲をマイクロ波の反射が一定値以下となるように定め、光とマイクロ波の位相を整合した場合に、信号電極１２と接地電極１３のギャップが５０μｍ以上、かつ信号電極１２の作用長Ｌが５０ｍｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は光変調装置に関し、特に電気光学効果を有する結晶基板を用いた光変調装置に関する。

マルチメディアの進展に伴い、高速・大容量の情報を遠距離まで低コストで伝送するために、光通信ネットワークの構築が強く要望されている。この光通信ネットワークを実現するための心臓部にあたる重要なデバイスとして光変調器がある。

光変調器は、基板上に光導波路を形成し、その光導波路にかける電圧によって、光導波路上での光の位相を変化させる外部変調を行って、電気信号を光信号に変換するデバイスである。

一方、近年になって、従来の１０Ｇｂ／ｓクラスの光通信から、さらなる高速・大容量の通信として、４０Ｇｂ／ｓクラスへの光通信システムの開発が進められている（例えば、ＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplex）のシステムなど）。

このような超高速・大容量のシステムを実現するために、光変調器では、例えば、４０Ｇｂ／ｓの光を発生するためには、従来の１０Ｇｂ／ｓ通信用に比べて光変調の速度を４倍速くする必要がある。また、光変調器を駆動させるためには、超高速な電子回路は大きな電圧を発生できないので、光変調器の駆動電圧は小さくしなければならない。

しかし、上記のような光変調器は、駆動電圧と動作速度（変調帯域）はトレードオフの関係にある。すなわち、光導波路の長さを短くすると（光導波路に電界を与えて作用させるための信号電極の長さを短くすると）電気的容量が減って動作速度は速くなるが、同じ電圧での位相変化は少なくなる。このため、十分な変調を得るためには、駆動電圧を大きくしなければならない、といった矛盾がでてくる。このように、従来の光変調器では、一定以上の高速化や低電圧化が困難であった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、変調帯域を確保し、駆動電圧の低減化を実現した、高速・高性能な光変調装置を提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、図１、図２に示すような、電気光学効果を有する結晶基板上に形成された光導波路１１と、光導波路１１の近傍に形成された信号電極１２と、信号電極１２の両側に形成された接地電極１３と、から構成される光変調装置１０であって、信号電極１２の特性インピーダンスＺ０の範囲をマイクロ波の反射が一定値以下となるように定め、光とマイクロ波の位相を整合した場合に、信号電極１２と接地電極１３のギャップが５０μｍ以上、かつ信号電極１２の作用長が５０ｍｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行うことを特徴とする光変調装置１０が提供される。

ここで、信号電極１２の特性インピーダンスＺ０の範囲をマイクロ波の反射が一定値以下となるように定め、光とマイクロ波の位相を整合した場合に、光変調装置１０は、信号電極１２と接地電極１３のギャップが５０μｍ以上、かつ信号電極１２の作用長が５０ｍｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行う。

本発明の光変調装置は、信号電極の特性インピーダンスの範囲をマイクロ波の反射が一定値以下となるように定め、光とマイクロ波の位相を整合した場合に、信号電極と接地電極のギャップが５０μｍ以上、かつ信号電極の作用長が５０ｍｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行う構成とした。これにより、低減化された駆動電圧で、十分な変調帯域を確保することができるので、高速・高性能の光変調を行うことが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は光変調装置の平面図であり、図２は光変調装置のＡ部の断面図である。光変調装置１０は、電気光学効果（電界をかけると屈折率が変化する現象）を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃：以下、ＬＮ）等を用いた結晶基板上に、光導波路１１で形成されたマッハツェンダ干渉計を介して、光導波路１１内を伝搬する光を制御する装置である。また、光導波路１１の近傍には信号電極１２が形成され、信号電極１２の両側に接地電極１３が形成される。

光変調装置１０では、ＬＮ結晶（電気光学効果が大きく、光導波路を形成しやすいなどの利点を持つ）基板上の一部に金属膜を形成し熱拡散させる、またはパターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどして、光導波路１１を形成する。

光導波路１１は、２つの平行導波路１１ａ、１１ｂに分岐され、平行導波路１１ａ、１１ｂ上には、それぞれ２本の信号電極１２が設けられている（デュアル電極構造である）。なお、平行導波路１１ａ、１１ｂの長さ（またはこの部分の信号電極１２の長さ）を作用長Ｌとする。

また、光変調装置１０は、Ｚ−ｃｕｔのＬＮ結晶を用いる構成なので、光導波路１１中を伝搬する光が信号電極１２、接地電極１３によって吸収されるのを防ぐために、基板と電極の間にバッファ層１４を設けている。バッファ層１４としては、例えば厚さ０．２〜１μｍのＳｉＯ₂を用いる。

このような構成の光変調装置１０では、信号電極１２の特性インピーダンスＺ０の範囲を、マイクロ波の反射が一定値以下となるように定め、光とマイクロ波の位相を整合した場合に、信号電極１２と接地電極１３のギャップＳが５０μｍ以上、かつ信号電極１２の作用長Ｌが５０ｍｍ以上であり、駆動電圧が１．７Ｖ以下で４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行うものである。なお、以降の説明のために、接地電極１３の厚みをＨｇ、リッジ１５の高さをＨｒと符号を付ける。

次に光変調装置１０の設計方法について詳しく説明する。最初に、光変調装置の動作概要を含め、本発明が解決すべき問題点について説明する。光変調装置を高速で駆動する場合は、信号電極１２と接地電極１３を終端抵抗で接続して進行波電極とし、２本の信号電極１２に対して、図１に示した信号源Ｓａ、Ｓｂからそれぞれ相補信号を入力する。

このとき、光導波路１１に与えられる電界によって平行導波路１１ａ、１１ｂの屈折率がそれぞれ＋Δｎ、−Δｎのように変化し、平行導波路１１ａ、１１ｂ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（平行導波路１１ａ、１１ｂの位相差が０°なら光は強め合い、位相差がπならば光は弱め合う）。

また、光の変調帯域をできるだけ広くして広帯域の光応答特性を得るためには、光とマイクロ波の実効屈折率を一致させ、光とマイクロ波の位相を整合させる必要がある。ＬＮの場合、光の実効屈折率が２．１５であるのに対し、マイクロ波の実効屈折率はその倍近くにもなる。このため、図２に示したように、光導波路１１の近傍をエッチングしてリッジ形状にしたり、接地電極１３を厚くするなどして、マイクロ波の実効屈折率を光の屈折率の２．１５まで下げる工夫を行うことになる。

一方、４０Ｇｂ／ｓを超える高速信号による駆動では、光変調装置を駆動するためのドライバアンプの出力が小さいため、駆動電圧は低減しなければならない。この場合、従来では、光導波路１１に対して低電圧で電界を強く与えようとして、信号電極１２と接地電極１３をできるだけ接近させて、ギャップＳを狭くしていた（従来のギャップＳ≒３０μｍ）。

ところが、ギャップＳを狭くしてマイクロ波を入力すると、導体損のために、マイクロ波の高周波成分の損失が増大するため（高周波が通らなくなる）、光の広帯域化が阻まれてしまう。したがって、このギャップＳを狭くした状態で変調帯域を確保しようとすると、高周波成分損失の低減化のため、今度は作用長Ｌを短くする必要がでてくるが、作用長Ｌが短いと光の位相変化は小さくなるため、駆動電圧を大きくしなければならないといった矛盾が生じてしまう。

図３は光変調装置に対する従来の問題点を示す図である。
〔Ｓ１〕従来では、まず、駆動電圧を小さくしようとする。
〔Ｓ２〕駆動電圧を小さくした分、光導波路１１に強い電界を与えるために、ギャップＳを狭くする。
〔Ｓ３〕ギャップＳが狭いと導体損の影響が大きくなるため、高周波の損質が大きくなる。
〔Ｓ４〕導体損の影響を小さくするため、作用長Ｌを短くする。
〔Ｓ５〕作用長Ｌが短いため、光の位相変化が小さくなってしまう。
〔Ｓ６〕光の位相変化を大きくするため、駆動電圧を大きくしなければならず、ステップＳ１と矛盾が生じる。

このように、従来の光デバイス（特に４０Ｇｂ／ｓ以上の高速光デバイス）の設計方針では、最適な装置を開発することが困難であった。本発明では、光変調デバイスに対する、これらパラメータの最適範囲を見つけて、従来と比べて、ギャップＳ及び作用長Ｌを伸ばすことで、駆動電圧及びマイクロ波の高周波成分損失を低減化して、高速・高性能化を実現した光変調装置１０を提供するものである。

次にドライバアンプの出力が最大２Ｖの場合を想定し、駆動電圧が２Ｖ以下で４０Ｇｂ／ｓ以上（４０〜４３．５Ｇｂ／ｓ）の光変調動作を行う、光変調装置１０の具体的な設計方法について、図４〜図２２を用いて説明する。

図４は信号電極１２の単位長さあたりのマイクロ波の減衰量とギャップＳとの関係を示す図である。縦軸にマイクロ波の減衰量[ｄＢ／（ＧＨｚ）^1/2／ｃｍ]、横軸にギャップＳ[μｍ]をとる。図５は駆動電圧×作用長ＬとギャップＳとの関係を示す図である。縦軸に駆動電圧×作用長（＝Ｖπ・Ｌ）[Ｖ・ｃｍ]をとり、横軸にギャップＳ[μｍ]をとる。なお、Ｖπとは半波長電圧と呼ばれ、光導波路１１内の伝搬する光の位相をπだけ変化させるのに必要な電圧を示す。

図４から、ギャップＳが大きくなるほど、マイクロ波の減衰量が小さくなり、図５から、ギャップＳが大きくなるほど駆動電圧が大きくなることがわかる。すなわち、マイクロ波の減衰量を小さくしようとして、ギャップＳを大きくしようとすると、駆動電圧が大きくなってしまうといった不都合な関係がある。

一方、マイクロ波の減衰量を一定とした場合（例えば、−６ｄＢの帯域を４０ＧＨｚでとれるようにした場合）、作用長ＬとギャップＳとの関係を調べると、図６のようになる。図６はマイクロ波の減衰量を一定（変調帯域を一定）とした場合の作用長ＬとギャップＳとの関係を示す図である。縦軸に作用長Ｌ[ｍｍ]、横軸にＳ[μｍ]をとる。

ここで、図４と図６から、マイクロ波の減衰量を小さくする場合には、ギャップＳを広げ、広げたギャップＳに応じた作用長Ｌをとれば（長くすれば）よいことがわかる。例えば、図４でマイクロ波の減衰量を０．２→０．１の半分にしようとした場合、そのときのギャップＳの値は４０→６０であるから、このギャップＳの値で図６を見ると、作用長Ｌは３３→８２となる（マイクロ波の減衰量を半分にするのならギャップＳを約１．５倍広げ、作用長Ｌは約２倍長くすればよい）。

図７は図６に示す作用長Ｌにもとづく駆動電圧とギャップＳとの関係を示す図である。縦軸に駆動電圧[Ｖ]、横軸にＳ[μｍ]をとる。図７から、作用長Ｌを長くした信号電極１２では、ギャップＳが大きくなるほど駆動電圧が小さくなることがわかる。

ここで、ギャップＳと作用長Ｌとの関係から見た従来と本発明との差異について図８、図９を用いて説明する。図８は従来のギャップＳと作用長Ｌとの関係を示す図である。
〔Ｓ１１〕ギャップＳを狭くする。
〔Ｓ１２〕ギャップＳが狭いと、高周波損失が大きくなるが、駆動電圧は小さくできる。
〔Ｓ１３〕高周波損失を小さくするために、作用長Ｌを短くする。
〔Ｓ１４〕作用長Ｌを短くしたため、高周波損失は小さくすることができるが、光の位相変化が減少するため、駆動電圧は大きくしなければならないといった問題が発生する。

図９は本発明のギャップＳと作用長Ｌとの関係を示す図である。
〔Ｓ２１〕マイクロ波の減衰量を一定となるようにした場合の作用長ＬとギャップＳとの関係を求めた図６に示したグラフにもとづき、ギャップＳを広げる。また、このとき、ギャップＳに応じて作用長Ｌを伸ばす。
〔Ｓ２２〕ギャップＳのみを広げた場合では、高周波損失は小さくなるが、駆動電圧は大きくしなければならない。また、作用長Ｌのみを伸ばした場合では、高周波損失は大きくなるが、駆動電圧は小さくできる。
〔Ｓ２３〕ステップＳ２１のように、ギャップＳを広げ、作用長Ｌを伸ばすことにより、高周波の損失を低減し（∵図４、図６）、駆動電圧を低減させる（∵図７）。

このように、本発明では、駆動電圧を低減させるために、従来のようにギャップＳを狭くするところからスタートするのではなく、ギャップＳを広げ、かつ作用長Ｌを伸ばすことにより、駆動電圧及びマイクロ波の高周波成分損失の低減化を実現するものである。

次にギャップＳを広げ、かつ作用長Ｌを伸ばして光変調装置１０を構成する際の、前提条件（反射における特性インピーダンスＺ０の範囲、光とマイクロ波の位相の整合）について説明する。最初に、マイクロ波の反射における信号電極１２の特性インピーダンスＺ０の範囲について説明する。

信号電極１２上をマイクロ波が伝搬する際、信号電極１２上には定在波（進行波と反射波が伝送路上で干渉して見かけ上移動しない波）が発生する。すると、送出電力の一部が戻る反射が生じ、光変調装置１０へ信号を入力する入力回路へ悪影響を与える場合がある。これを防ぐため、マイクロ波の反射は−２０ｄＢ以下にすることが要求される。

図１０はマイクロ波反射と特性インピーダンスＺ０の関係を示す図である。縦軸にマイクロ波反射[ｄＢ]、横軸に信号電極１２の特性インピーダンスＺ０[Ω]をとる。図からわかるように、マイクロ波の反射が−２０ｄＢ以下となるには、特性インピーダンスＺ０を約４５〜５５Ωの範囲にすればよい。

次に光とマイクロ波の位相整合について説明する。変調帯域を拡大するためには、光とマイクロ波の位相を整合する必要がある。ＬＮの場合、光の実効屈折率ｎｅｆｆ＝２．１５であるため、マイクロ波の実効屈折率をこの値に合わせて、位相整合を行う。

したがって、特性インピーダンスＺ０＝４５〜５５Ωの範囲で、マイクロ波の実効屈折率を２．１５となるように、リッジ高さＨｒ、接地電極厚Ｈｇ、ギャップＳの関係を求めることになる。

図１１〜図１３はマイクロ波の実効屈折率ｎｅｆｆとギャップＳとの関係を示す図である（有限要素法により算出）。縦軸に実効屈折率ｎｅｆｆ、横軸にギャップＳ[μｍ]をとる。図１１〜図１３はそれぞれ、接地電極厚Ｈｇ＝４、１６、２８μｍの場合を示す。また、リッジ高さＨｒに対し、Ｈｒ１〜Ｈｒ３はそれぞれ、６、８、１０μｍである。

図１４〜図１６は特性インピーダンスＺ０とギャップＳとの関係を示す図である（有限要素法により算出）。縦軸に特性インピーダンスＺ０[Ω]、横軸にギャップＳ[μｍ]をとる。図１４〜図１６はそれぞれ、接地電極厚Ｈｇ＝４、１６、２８μｍの場合を示す。また、リッジ高さＨｒに対し、Ｈｒ１〜Ｈｒ３はそれぞれ、６、８、１０μｍである。

図１７はギャップＳと接地電極厚Ｈｇとの関係を示す図である。縦軸にギャップＳ[μｍ]、横軸に接地電極厚Ｈｇ[μｍ]をとる。また、リッジ高さＨｒに対し、Ｈｒ１〜Ｈｒ３はそれぞれ、６、８、１０μｍである。

図１７は実効屈折率ｎｅｆｆ＝２．１５となる場合の図１１〜図１３のデータを変換した図である（第１の関係の図）。この図に対し、例えば、Ｈｒ＝８μｍ（＝Ｈｒ２）、Ｈｇ＝３３μｍの場合には、Ｓ＝５０μｍでｎｅｆｆ＝２．１５となり、位相整合ができる。

図１８はギャップＳと接地電極厚Ｈｇとの関係を示す図である。縦軸にギャップＳ[μｍ]、横軸に接地電極厚Ｈｇ[μｍ]をとる。また、リッジ高さＨｒに対し、Ｈｒ１〜Ｈｒ３はそれぞれ、６、８、１０μｍである。図１８は特性インピーダンスＺ０＝４５Ωとなる場合の図１４〜図１６のデータを変換した図である（第２の関係の図）。

図１９はギャップＳと接地電極厚Ｈｇとの関係を示す図である。縦軸にギャップＳ[μｍ]、横軸に接地電極厚Ｈｇ[μｍ]をとる。また、リッジ高さＨｒに対し、Ｈｒ２、Ｈｒ３はそれぞれ、８、１０μｍである。図１９は特性インピーダンスＺ０＝５５Ωとなる場合の図１４〜図１６のデータを変換した図である（第２の関係の図）。

図１８、図１９に対し、例えば、Ｈｒ＝１０μｍ（＝Ｈｒ３）、Ｈｇ＝２５μｍの場合には、Ｓ＝４２〜６５μｍでＺ０＝４５〜５５Ωとなり、反射を−２０ｄＢ以下にできる。

次に図１７と図１８から実効屈折率ｎｅｆｆ＝２．１５で特性インピーダンスＺ０＝４５Ωの場合、図１７と図１９から実効屈折率ｎｅｆｆ＝２．１５で特性インピーダンスＺ０＝５５Ωの場合に関するグラフを作成する。

図２０は実効屈折率ｎｅｆｆ＝２．１５の場合の特性インピーダンスＺ０＝４５〜５５Ωを満たすギャップＳと接地電極厚Ｈｇとの関係を示す図である。縦軸にギャップＳ[μｍ]、横軸に接地電極厚Ｈｇ[μｍ]をとる。

図の条件範囲２０内が実効屈折率ｎｅｆｆ＝２．１５で、特性インピーダンスＺ０＝４５〜５５Ωを満たす範囲である。したがって、この条件範囲２０内で、ギャップＳ、作用長Ｌ、駆動電圧、接地電極厚Ｈｇの最適値を求めることになる。

図２１は本発明のギャップＳ、接地電極厚Ｈｇ、駆動電圧の関係を示す図である。縦軸にギャップＳ[μｍ]と駆動電圧[Ｖ]、横軸に接地電極厚Ｈｇ[μｍ]をとる。図２２は本発明のギャップＳ、接地電極厚Ｈｇ、作用長Ｌの関係を示す図である。縦軸にギャップＳ[μｍ]、横軸に接地電極厚Ｈｇ[μｍ]をとる。

ここで、ギャップＳが５０μｍ以上で、駆動電圧が１．７Ｖ以下の範囲２１（太実線で囲まれた範囲）を用いて、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行う光変調装置１０の各パラメータの値を決める。

本発明では、範囲２１に対し、駆動電圧が１．６Ｖ以下で、ギャップＳが５６μｍ以上、接地電極１３の厚さＨｇが１１μｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓの光変調装置１０を設計する。または、範囲２１に対し、駆動電圧が１．５Ｖ以下で、ギャップＳが６２μｍ以上、接地電極１３の厚さＨｇが２８μｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓの光変調装置１０を設計する。

ただし、接地電極１３の厚さＨｇは、製造プロセス上の制限として、上限値を５０μｍとする、なお、従来の光変調装置の各パラメータが存在していた位置Ｐを図２１、図２２に示す。従来と比べて、本発明では、駆動電圧は低く、ギャップＳは広く、作用長Ｌは長く、接地電極厚Ｈｇは厚いことがわかる。

次に従来と本発明の光変調装置に対する断面構造の違いについて示す。図２３は従来の断面構造を示す図である。なお、各構成部の説明は上述したので、断面構造の異なる点のみ説明する。

従来の断面構造１００では、ギャップＳ’は狭く、接地電極１３ａの厚さＨｇ’は薄い構造である。一方、図２で上述した本発明の断面構造では、ギャップＳは広く、接地電極１３の厚さＨｇは厚い構造である。すなわち、Ｓ’＜Ｓ、Ｈｇ’＜Ｈｇである。

次に本発明の光変調装置に対し、シングル電極構造の場合について説明する。上記の説明ではデュアル電極構造について説明したが、シングル電極構造の場合にも本発明を適用できる。

図２４はシングル電極構造の光変調装置の平面図である。断面図は省略する。光変調装置１０ａは、ＬＮ結晶基板上に、光導波路１１を形成し、光導波路１１の近傍には１つの信号電極１２が形成され、信号電極１２の両側に接地電極１３が形成される。なお、その他は同様なので説明は省略する。

以上説明したように、本発明によれば、ギャップＳを広げ、作用長Ｌを伸ばすことにより、駆動電圧及びマイクロ波の高周波成分損失の低減化を図ることができ、高速で高品質の光変調装置を実現することが可能になる。

（付記１） 電気光学効果を有する結晶基板上に形成された光導波路と、前記光導波路の近傍に形成された信号電極と、前記信号電極の両側に形成された接地電極と、から構成される光変調装置であって、
前記信号電極の特性インピーダンスの範囲をマイクロ波の反射が一定値以下となるように定め、光とマイクロ波の位相を整合した場合に、
前記信号電極と前記接地電極のギャップが５０μｍ以上、かつ前記信号電極の作用長が５０ｍｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行うことを特徴とする光変調装置。

（付記２） 駆動電圧が１．６Ｖ以下で、前記ギャップが５６μｍ以上、前記接地電極の厚さが１１μｍ以上であることを特徴とする付記１記載の光変調装置。
（付記３） 駆動電圧が１．５Ｖ以下で、前記ギャップが６２μｍ以上、前記接地電極の厚さが２８μｍ以上であることを特徴とする付記１記載の光変調装置。

（付記４） 前記接地電極の厚さが５０μｍ以下であることを特徴とする付記１記載の光変調装置。
（付記５） 前記信号電極は、デュアル電極またはシングル電極の形状であることを特徴とする付記１記載の光変調装置。

（付記６） 光変調を行って電気信号を光信号に変換する光変調装置の設計方法において、
マイクロ波の反射が一定値以下となる特性インピーダンスの許容範囲を求め、
前記マイクロ波の実効屈折率を光の実効屈折率に一致させて位相整合を行い、
前記位相整合を行った場合の、信号電極と接地電極間のギャップと前記接地電極の厚さとの第１の関係を求め、
前記許容範囲内での前記ギャップと前記接地電極の厚さとの第２の関係を求め、
前記第１の関係及び前記第２の関係から、前記許容範囲内でかつ前記位相整合した場合で、前記ギャップと前記接地電極の厚さとの関係を定める条件範囲を求め、
前記条件範囲内に、前記駆動電圧及び前記信号電極の作用長をプロットし、
前記駆動電圧及び前記マイクロ波の高周波成分損失の低減化を図るために、前記ギャップを広げて、かつ前記作用長を伸ばしたときの、前記ギャップと、前記作用長と、前記駆動電圧と、前記接地電極の厚さとの最適な値を求めることを特徴とする光変調装置の設計方法。

（付記７） ４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行う前記光変調装置に対して、前記作用長が５０ｍｍ以上、前記ギャップが５０μｍ以上で設計することを特徴とする付記６記載の光変調装置の設計方法。

（付記８） 前記作用長が５０ｍｍ以上、前記駆動電圧が１．６Ｖ以下、前記ギャップが５６μｍ以上、前記接地電極の厚さが１１μｍ以上で設計することを特徴とする付記７記載の光変調装置の設計方法。

（付記９） 前記作用長が５０ｍｍ以上、前記駆動電圧が１．５Ｖ以下、前記ギャップが６２μｍ以上、前記接地電極の厚さが２８μｍ以上で設計することを特徴とする付記７記載の光変調装置の設計方法。

（付記１０） 前記接地電極の厚さが５０μｍ以下で設計することを特徴とする付記７記載の光変調装置の設計方法。
（付記１１） 前記信号電極を、デュアル電極またはシングル電極の形状で設計することを特徴とする付記７記載の光変調装置の設計方法。

光変調装置の平面図である。 光変調装置のＡ部の断面図である。 光変調装置に対する従来の問題点を示す図である。 信号電極の単位長さあたりのマイクロ波の減衰量とギャップとの関係を示す図である。 駆動電圧×作用長とギャップとの関係を示す図である。 マイクロ波の減衰量を一定（変調帯域を一定）とした場合の作用長とギャップとの関係を示す図である。 図６に示す作用長にもとづく駆動電圧とギャップとの関係を示す図である。 従来のギャップと作用長との関係を示す図である。 本発明のギャップと作用長との関係を示す図である。 マイクロ波反射と特性インピーダンスの関係を示す図である。 マイクロ波の実効屈折率とギャップとの関係を示す図である。 マイクロ波の実効屈折率とギャップとの関係を示す図である。 マイクロ波の実効屈折率とギャップとの関係を示す図である。 特性インピーダンスとギャップとの関係を示す図である。 特性インピーダンスとギャップとの関係を示す図である。 特性インピーダンスとギャップとの関係を示す図である。 ギャップと接地電極厚との関係を示す図である。 ギャップと接地電極厚との関係を示す図である。 ギャップと接地電極厚との関係を示す図である。 実効屈折率ｎｅｆｆ＝２．１５の場合の特性インピーダンスＺ０＝４５〜５５Ωを満たすギャップと接地電極厚との関係を示す図である。 本発明のギャップ、接地電極厚、駆動電圧の関係を示す図である。 本発明のギャップ、接地電極厚、作用長の関係を示す図である。 従来の断面構造を示す図である。 シングル電極構造の光変調装置の平面図である。

符号の説明

１０ 光変調装置
１１、１１ａ、１１ｂ 光導波路
１２ 信号電極
１３ 接地電極
Ｌ 作用長
Ｓａ、Ｓｂ 信号源

Claims (4)

1. 電気光学効果を有する結晶基板上に形成された光導波路と、前記光導波路の近傍に形成された信号電極と、前記信号電極の両側に形成された接地電極と、から構成される光変調装置であって、
   前記信号電極の特性インピーダンスの範囲をマイクロ波の反射が一定値以下となるように定め、光とマイクロ波の位相を整合した場合に、
   前記信号電極と前記接地電極のギャップが５０μｍ以上、かつ前記信号電極の作用長が５０ｍｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行うことを特徴とする光変調装置。
2. 駆動電圧が１．６Ｖ以下で、前記ギャップが５６μｍ以上、前記接地電極の厚さが１１μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
3. 駆動電圧が１．５Ｖ以下で、前記ギャップが６２μｍ以上、前記接地電極の厚さが２８μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
4. 前記信号電極は、デュアル電極またはシングル電極の形状であることを特徴とする請求項１記載の光変調装置。

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