JP2009048087A

JP2009048087A - 光変調器

Info

Publication number: JP2009048087A
Application number: JP2007216126A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Matsumoto; 松本　　聡; Kenji Kono; 健治河野; Masaya Nanami; 雅也名波; Yuji Sato; 勇治佐藤; Yasuji Uchida; 靖二内田; Nobuhiro Igarashi; 信弘五十嵐; Toru Nakahira; 中平　　徹; Eiji Kawamo; 英司川面
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2027-08-22
Also published as: JP4671993B2

Abstract

【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】ｚ−カットＬＮ基板１と、該基板に形成された光導波路３と、該基板の上方に形成されるＳｉＯ_２バッファ層２と、ＳｉＯ_２バッファ層に積層される導電層５と、導電層の上方に配置され、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃとを含む進行波電極４と、を有し、進行波電極が、光導波路を導波する光の位相を変調する変調部１７と、入力部１８と、出力部１９とによって構成され、該基板において変調部を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域の少なくとも一部を掘り下げることにより設けられた凹部３１、３２、３３により形成されるリッジ部４５、４６を有する光変調器において、該基板が、入力部および出力部における中心導体と接地導体との間の少なくとも一部を掘り下げることにより形成された凹部３４、３５を有する。
【選択図】図２

Description

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。

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。

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（ＬｉＮｂＯ_３）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基板という）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光変調器という）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。

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。

図９は、特許文献１に開示された、従来技術に係るリッジ型の光変調器の上面図である。また、図１０は図９のＥ−Ｅにおける断面図である。

従来の光変調器は、ｚ−カットＬＮ基板８１と、光を導波するようｚ−カットＬＮ基板８１に形成された光導波路８３と、光導波路８３の上面に形成されるＳｉＯ_２バッファ層８２と、ＳｉＯ_２バッファ層８２の上面に形成される進行波電極８４とを具備している。

光導波路８３は、マッハツェンダ干渉系を構成している。つまり、光導波路８３は、マッハツェンダ光導波路として機能するようになっている。したがって、光導波路８３は、進行波電極８４を伝搬する高周波電気信号と光導波路８３を伝搬する光とが相互作用する相互作用部において、２本の相互作用光導波路８３ａ、８３ｂに分岐されており、マッハツェンダ干渉系における２本のアームを構成している。光導波路８３は、金属Ｔｉを１０５０℃で約１０時間熱拡散することにより形成される。

ＳｉＯ_２バッファ層８２は、光導波路８３を伝搬する光が進行波電極８４を形成する金属から受ける吸収損を抑えるとともに、進行波電極８４を伝搬する高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率（あるいは、進行波電極のマイクロ波等価屈折率）ｎ_ｍを低減し相互作用光導波路８３ａ、８３ｂを伝搬する光の等価屈折率（あるいは、光導波路の等価屈折率）ｎ_ｏに近づけるようになっている。また、ＳｉＯ_２バッファ層８２は、特性インピーダンスをなるべく５０Ωに近づけるために、通常、４００ｎｍ〜１μｍ程度堆積される。

したがって、ＳｉＯ_２バッファ層８２は、高周波電気信号の等価屈折率ｎ_ｍを相互作用光導波路８３ａ、８３ｂを伝搬する光の等価屈折率ｎ_ｏに近づけることにより、光変調帯域を拡大するという重要な働きをしている。

進行波電極８４は、中心導体８４ａと、接地導体８４ｂ、８４ｃを有しており、コプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を構成している。

この進行波電極８４は、相互作用部において相互作用光導波路８３ａ、８３ｂを伝搬する光を位相変調するための変調部８７と、変調部８７に高周波電気信号を入力するための入力部８８と、変調部を伝搬した高周波電気信号を出力するための出力部８９とを有している。

入力部８８は、不図示の外部信号源から高周波電気信号が印加されるよう、不図示のコネクタの芯線が接続される入力用フィードスルー部と、入力用フィードスルー部と変調部８７とを接続するための入力側接続部とによって構成されている。

出力部８９は、不図示のコネクタの芯線もしくは終端抵抗に接続される出力用フィードスルー部と、変調部８７と出力用フィードスルー部とを接続するための出力側接続部とによって構成されている。

ここで、入力用フィードスルー部および出力用フィードスルー部は、コネクタの芯線と接続される代わりに、金リボンや金ワイヤーに接続されるようにしてもよい。

進行波電極８４の変調部８７において、中心導体８４ａの幅Ｓは７μｍ程度で、中心導体８４ａと接地導体８４ｂ、８４ｃの間のギャップＷは１５μｍ程度である。この進行波電極８４は、Ａｕにより形成されている。

また、説明を簡単にするため、図９においては、入力用フィードスルー部および出力用フィードスルー部における中心導体の幅Ｓおよび中心導体と接地導体とのギャップＷを、変調部８７における中心導体の幅および中心導体と接地導体とのギャップとそれぞれ等しく描いているが、これらの値は、外部信号源やコネクタの特性インピーダンスを考慮して決められる。

ｚ−カットＬＮ基板８１には、凹部９１、９２および９３がエッチングなどの掘り込みにより形成されている。したがって、ｚ−カットＬＮ基板８１において、凹部９１と凹部９２との間にリッジ部９４が、凹部９２と凹部９３との間にリッジ部９５がそれぞれ形成される。

凹部９１、９２および９３の深さは、２〜５μｍ程度となるよう形成されている。なお、図１０においては、凹部９１、９２および９３の深さを強調して描いている。しかしながら、中心導体８４ａや接地導体８４ｂ、８４ｃの厚み約２０μｍに比較するとその値は小さい。

この従来技術に係るリッジ型の光変調器は、リッジ部９４、９５により構成されるリッジ構造を有しているので、高周波電気信号の実効屈折率、特性インピーダンス、変調帯域および駆動電圧などにおいて、リッジ構造を有さない光変調器と比べ、優れた特性を実現することができる。

この従来技術に係るリッジ型の光変調器は、さらに、ＳｉＯ_２バッファ層８２に積層される導電層８５を有している。この導電層８５は、ｚ−カットＬＮ基板８１により製作される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ようになっている。

導電層８５が温度ドリフトを抑圧するためには、例えば、所定の条件下における抵抗率ρとして、ρ＜１０^６Ω・ｃｍである必要がある。

一方、導電層８５は、抵抗率ρが大幅に低くなった場合には、中心導体８４ａと接地導体８４ｂ、８４ｃ間において、リーク電流の発生によりＬＮ光変調器に所望の電圧がかからない。さらに、ＬＮ光変調器を含めたシステムの構成部品が破壊されてしまう可能性がある。したがって、中心導体８４ａと接地導体８４ｂ、８４ｃとの間の抵抗値（以下、導体間抵抗値という）は、目安として１０^７Ω以上が好ましい。この導体間抵抗値を満たすために、導電層８５の抵抗率ρは、例えば、上記と同じ条件下において、ρ＞１０^５Ω・ｃｍとなる必要がある。

したがって、ｚ−カットＬＮ基板１に導電層８５を製作する際には、抵抗率ρが、１０^５Ω・ｃｍ＜ρ＜１０^６Ω・ｃｍとなる必要がある。抵抗率を制御する一つの手法として、例えばアニール温度が調節されていた。

ところが、このような従来のリッジ型のＬＮ光変調器においては、凹部が形成されていない平面領域における導電層８５の抵抗率と、凹部により形成されるリッジ構造の領域（以下、リッジ構造領域という）における導電層８５の抵抗率とが大幅に異なることが明らかになった。つまり、リッジ構造領域である変調部８７と、平面領域である高周波電気信号の入出力部８８、８９とにおいて、導電層８５の抵抗率が大幅に異なっていた。

図１１（ａ）は、導電層８５を形成する際のアニール温度と、平面領域およびリッジ構造領域における抵抗率との関係を示すグラフであり、図１１（ｂ）は、導電層８５を形成する際のアニール温度と、平面領域およびリッジ構造領域における導体間抵抗値との関係を示すグラフである。

図１１が示すように、導電層８５の抵抗率は、アニール温度によって調節することが可能である。したがって、相互作用光導波路８３ａ、８３ｂの周辺に形成されるリッジ構造領域においては、所望の抵抗率ρとして、１０^５Ω・ｃｍ＜ρ＜１０^６Ω・ｃｍとするために、例えば、アニール温度を２００℃〜２５０℃の範囲にすればよい。なお、アニール温度以外でも導電層の材質や堆積条件によって抵抗率を調節する手法もある。
特開２００４−３１８１１３号公報

しかしながら、リッジ構造領域における導電層の抵抗率と、平面領域における導電層の抵抗率との比は、略一定であるため、リッジ構造領域における導電層８５の抵抗率ρが所望の値となるように設定すると、平面領域における導電層８５の抵抗率ρが、所望の値より２桁小さくなる。その結果、平面領域に形成される導電層８５の抵抗率ρが低くなりすぎ、高周波電気信号の入出力部８８、８９における抵抗値が低くなりすぎるため、素子全体の導体間抵抗値が下がり、そしてリーク電流が発生しやすくなるという問題が生じていた。

また、リーク電流の発生を防ぐために、平面領域における導電層８５の抵抗率ρが１０^５Ω・ｃｍ＜ρ＜１０^６Ω・ｃｍとなるよう導電層８５を形成すると、リッジ構造領域における抵抗率ρが高くなりすぎ、温度ドリフトが発生しやすくなるという問題が生じていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、相互作用部と、高周波電気信号の入出力部とにおける導電層の抵抗率を等しくすることにより、相互作用部と、高周波電気信号の入出力部とにおける導電層の抵抗率をいずれも最適にすることができ、結果として、光変調特性の高性能化および安定性の向上が可能な光変調器を提供することを目的とする。

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光を導波するための光導波路と、前記基板の上方に形成されるバッファ層と、前記バッファ層に積層される導電層と、前記導電層の上方に配置され、中心導体と接地導体とを含む進行波電極と、を有し、前記進行波電極が、前記光導波路を導波する光の位相を変調する変調部と、前記変調部に前記高周波電気信号を印加するための入力部と、前記変調部を通過した前記高周波電気信号を出力するための出力部とによって構成され、前記基板において前記変調部を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域の少なくとも一部を掘り下げることにより設けられた凹部により形成されるリッジ部を有する光変調器において、前記基板が、前記入力部および前記出力部における前記中心導体と前記接地導体との間の少なくとも一部を掘り下げることにより形成された凹部を有することを特徴とする。

この構成により、本発明に係る光変調器は、ｚ−カットＬＮ基板上に形成される導電層の抵抗率を一様にすることができるので、相互作用部における導電層の抵抗率と高周波電気信号の入出力部における導電層の抵抗率を同時に最適な値とすることができる。したがって、温度ドリフトの発生およびリーク電流に起因する動作不良の発生のいずれをも確実に抑圧することができる。

本発明の請求項２の光変調器は、前記入力部および前記出力部における前記中心導体と前記接地導体との間に設けられた前記凹部は、前記基板の側面にまで開口が形成されるよう配置されることを特徴とする。

この構成により、本発明に係る光変調器は、高周波電気信号の入出力部の導体間全体に凹部が形成されているので、入出力部全体の導電層の抵抗率を相互作用部における導電層の抵抗率と確実に一致させ、相互作用部における導電層の抵抗率と高周波電気信号の入出力部における導電層の抵抗率を同時に最適な値とすることができる。したがって、温度ドリフトの発生およびリーク電流に起因する動作不良の発生のいずれをも確実に抑圧することができる。

本発明の請求項３の光変調器は、前記基板は、前記入力部および前記出力部における前記中心導体と前記接地導体との間に設けられた前記凹部の一端と、前記中心導体の始点あるいは終点を有している側の前記基板の側面との間に平面領域を有することを特徴とする。

この構成により、本発明に係る光変調器は、高周波電気信号の入出力部の一部のみに凹部を形成するため、ｚ−カットＬＮ基板に対するエッチング工程を短縮することができる。

本発明に係る光変調器は、ＬＮ基板に形成されるリッジ構造を、高周波電気信号の入出力部にも形成することによって、ＬＮ基板に具備される導電層の抵抗率を一様とすることができるので、導電層の抵抗率を最適な値にすることが可能となる。したがって、温度ドリフトおよび端子間のリーク電流を抑圧でき、安定性および変調特性をより高めることが可能となるリッジ型のＬＮ光変調器を提供することが可能となるという効果を有する。

以下、本発明の実施形態について説明するが、ＳｉＯ_２バッファ層２、光導波路３および進行波電極４は、図９および図１０に示した従来技術に係る光変調器のＳｉＯ_２バッファ層８２、光導波路８３および進行波電極８４にそれぞれ対応しているため、ここでは詳しい説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光変調器の模式的な斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る光変調器の模式的な上面図である。図３は、図２のＡ−Ａにおける断面図である。図４は、図２のＢ−Ｂにおける断面図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る光変調器は、ｚ−カットＬＮ基板１と、光を導波するための光導波路３と、光導波路３の上面に形成されるＳｉＯ_２バッファ層２と、ＳｉＯ_２バッファ層の上面に形成される進行波電極４とを備えている。

光導波路３は、外部からの光を入射するための入射光導波路と、入射光導波路の光を分岐するための分岐光導波路と、分岐された光を伝搬するとともに、後述する進行波電極に印加された高周波電気信号により光の位相を変調するための２本の相互作用光導波路３ａ、３ｂと、それぞれの相互作用光導波路を伝搬した光を合波するための合波光導波路と、合波された光を出射するための出射光導波路とを有しており、マッハツェンダ干渉系を構成している。

進行波電極４は、中心導体４ａと、接地導体４ｂ、４ｃを有しており、コプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を構成している。

また、この進行波電極４は、相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光を位相変調するための変調部１７と、高周波電気信号を変調部１７へ給電するための入力部１８と、変調部１７を伝搬した高周波電気信号を出力するための出力部１９とを有している。

入力部１８は、不図示の外部信号源から高周波電気信号が印加されるよう、不図示のコネクタの芯線が接続される入力用フィードスルー部と、入力用フィードスルー部と変調部１７とを接続するための入力側接続部とによって構成されている。

出力部１９は、不図示のコネクタの芯線もしくは終端抵抗に接続される出力用フィードスルー部と、変調部１７と出力用フィードスルー部とを接続するための出力側接続部とによって構成されている。

変調部１７において、進行波電極４の中心導体４ａの幅Ｓは７μｍ程度で、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃの間のギャップＷは１５μｍ程度である。この進行波電極４は、Ａｕにより形成されている。

進行波電極４の変調部１７と、相互作用光導波路３ａ、３ｂは、相互作用部を構成しており、この相互作用部において、進行波電極４の変調部１７を伝搬する高周波電気信号が、相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光を位相変調するようになっている。

なお、説明を簡単にするため、図１および図２においては、入力用フィードスルー部および出力用フィードスルー部における中心導体の幅および中心導体と接地導体とのギャップを、変調部１７における中心導体の幅および中心導体と接地導体とのギャップと等しく描いているが、これらの値は、外部信号源やコネクタの特性インピーダンス等を考慮して決められる。

本実施形態に係る光変調器は、さらに、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導電層５を備えている。この導電層５は、通常Ｓｉにより形成されているが、これに限定されず、例えばＳｉＯｘなどの半導体により形成されていてもよい。なお、説明を簡単にするために、図２では導電層５を省略している。

ｚ−カットＬＮ基板１は、エッチングなどの掘り込みで形成される凹部３１、３２および３３を有している。したがって、ｚ−カットＬＮ基板１において、凹部３１と凹部３２との間にリッジ部４５が、凹部３２と凹部３３との間にリッジ部４６がそれぞれ形成される。

相互作用光導波路３ａ、３ｂは、それぞれリッジ部４５、４６の内部に配置されている。また、進行波電極４の変調部１７における中心導体４ａは、リッジ部４６の上方に形成されており、進行波電極４の変調部１７における接地導体４ｂは、リッジ部４５の上方に形成されている。したがって、凹部３２、３３は、ｚ−カットＬＮ基板１において、変調部１７を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域の少なくとも一部を掘り下げるように形成されている。

凹部３１〜３３の深さは、２〜５μｍ程度となるよう形成されている。なお、図３においては、凹部３１、３２および３３の深さを強調して描いている。しかしながら、中心導体４ａや接地導体４ｂ、４ｃの厚み約２０μｍに比較するとその値は小さい。

本実施形態においては、ｚ−カットＬＮ基板１は、さらに、凹部３４、３５を有している。

凹部３４は、ｚ−カットＬＮ基板１において、入力部１８を構成する進行波電極４の中心導体４ａと、接地導体４ｂとの間に形成されている。

凹部３５は、ｚ−カットＬＮ基板１において、出力部１９を構成する進行波電極４の中心導体４ａと、接地導体４ｂとの間に形成されている。

本実施形態において、凹部３４の一端は、ｚ−カットＬＮ基板１の側面１ａに開口するよう形成されている。また、凹部３４の他端は、進行波電極４の中心導体４ａと、接地導体４ｂとの間において、光導波路３を伝搬する光に影響を与えない位置に形成されている。例えば、光導波路３のエッジと凹部３４の他端との距離は、１μｍ以上離れていればよく、２μｍ以上離れていればより好ましい。なお、本実施の形態においては、ｚ−カットＬＮ基板１の側面１ａとは、進行波電極４が形成される面と垂直な面のうち、不図示のコネクタと対向する面のことをいう。

同様に、凹部３５の一端も、ｚ−カットＬＮ基板１の側面１ａに開口するよう形成されている。また、凹部３５の他端は、進行波電極４の中心導体４ａと、接地導体４ｂとの間において、光導波路３を伝搬する光に影響を与えない位置に形成されている。

凹部３３は、進行波電極４の変調部１７、入力部１８および出力部１９において、中心導体４ａと、接地導体４ｃとの間に形成されている。また、この凹部３３は、一端および他端がｚ−カットＬＮ基板１の側面１ａに開口するよう形成されている。

なお、図１および図２においては、凹部３１〜３５の幅が、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃとの間隔よりも狭い場合について示しているが、凹部３１〜３５の幅が、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃとの間隔と等しくなってもよい。また、凹部３１〜３５の幅が、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃとの間隔よりも広くなってもよい。

このように、本実施形態に係る光変調器は、進行波電極４の入力部１８および出力部１９を構成する中心導体４ａと、接地導体４ｂ、４ｃとの間に凹部を有するので、相互作用部における導電層５の抵抗率と、高周波電気信号を変調部から入出力するための入力部１８および出力部１９における導電層５の抵抗率とを略一致させることができる。

したがって、相互作用部と高周波電気信号の入出力部における導電層の抵抗率が大幅に異なることに起因して、少なくともいずれか一方の導電層５の抵抗率を最適にすることができない従来の光変調器と異なり、相互作用部と高周波電気信号の入出力部における導電層５の抵抗率を最適値にすることができるので、リーク電流による動作不良を確実に防止できるとともに、温度ドリフトの発生を確実に抑圧することができる。

なお、構造パラメータについての以上の数値は一例であり、各パラメータとしては各種の数値をとることが可能である。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る光変調器について、図５を参照して説明する。

なお、第２の実施形態に係る光変調器の構成は、上述の第１の実施形態に係る光変調器の構成とほぼ同様であり、各構成要素については、図１〜図４に示した第１の実施形態と同様の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。また、説明を簡単にするために、図５ではＳｉＯ_２バッファ層２および導電層５を省略している。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る光変調器の上面図である。本実施形態に係る光変調器では、第１の実施形態に係る光変調器と同様に、凹部３７が、ｚ−カットＬＮ基板１において、高周波電気信号の入力部１８を構成する進行波電極４の中心導体４ａと、接地導体４ｂとの間に形成されている。また、凹部３８が、ｚ−カットＬＮ基板１において、高周波電気信号の出力部１９を構成する進行波電極４の中心導体４ａと、接地導体４ｂとの間に形成されている。

本実施形態においては、凹部３７の一端は、ｚ−カットＬＮ基板１の側面１ａに開口せず、入力部１８を構成する進行波電極４の導体間に位置するようになっている。つまり、入力部１８の一部においては、ｚ−カットＬＮ基板１はリッジ構造領域を有しており、入力部１８のｚ−カットＬＮ基板１の側面１ａの近傍においては、ｚ−カットＬＮ基板１は平面領域を有している。

また、凹部３７の他端は、第１の実施形態に係る光変調器の凹部３４の他端と同様に、進行波電極４の中心導体４ａと、接地導体４ｂとの間において、光導波路３を伝搬する光に影響を与えない位置に形成されている。例えば、光導波路３のエッジと凹部３７の他端との距離は、１μｍ以上離れていればよい。

同様に、凹部３８の一端も、ｚ−カットＬＮ基板１の側面１ａに開口せず、出力部１９を構成する進行波電極４の導体間に位置するようになっている。また、凹部３８の他端は、進行波電極４の中心導体４ａと、接地導体４ｂとの間において、光導波路３を伝搬する光に影響を与えない位置に形成されている。

また、凹部３６の一端および他端も、ｚ−カットＬＮ基板１の側面１ａに開口せず、入力部１８および出力部１９を構成する進行波電極４の導体間にそれぞれ位置するようになっている。

以上の構成により、本実施形態に係る光変調器は、凹部３６の両端が入力部１８および出力部１９を構成する進行波電極４の導体間にそれぞれ位置するようになっているとともに、凹部３７および３８が、入力部１８および出力部１９の一部にのみ形成されているので、ウェハからチップに切断する際、凹部に基板の切削くずなどが残らない、もしくは、切断によって凹部に欠けが起きないなどの効果がある。
尚、ＬＮ基板の側面と入出力部の凹部の距離の下限は、ダイシング時に欠けが起きない１０μｍ程度が望ましい。

また、入力用フィードスルー部および出力用フィードスルー部の凹部の長さを、高周波電気信号の特性に影響を与えない範囲において変形させることにより、入力部１８および出力部１９における導電層５の抵抗率を、相互作用部における抵抗率に一層近づけることができる。

したがって、入力部１８および出力部１９における導電層５の抵抗率を改善できるので、従来のリッジ型の光変調器と比較して、リーク電流による動作不良を確実に防止できるとともに、温度ドリフトの発生を確実に抑圧することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る光変調器について、図６〜図８を参照して説明する。

なお、第３の実施形態に係る光変調器の構成は、上述の第１の実施形態に係る光変調器の構成とほぼ同様であり、各構成要素については、図１〜図４に示した第１の実施形態と同様の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。また、説明を簡単にするために、図６ではＳｉＯ_２バッファ層２および導電層５を省略している。

図６は、本発明の第３の実施形態に係る光変調器の上面図である。図７は、図６の領域Ｃにおける拡大図である。図８は、図６のＤ−Ｄにおける断面図である。

本実施形態に係る光変調器においては、ｚ−カットＬＮ基板１が、中心導体４ａと接地導体４ｂとの間に形成される凹部３２と、接地導体４ｃの下方に形成される凹部３９と、接地導体４ｂの下方に形成される凹部４０、４１、４２とを有している。凹部３９、４０、４２は、中心導体と接地導体との間の少なくとも一部においても掘り下げられるよう形成されている。

ここで、凹部３９〜４２は、図７に示すように、ｚ−カットＬＮ基板１に市松模様状にエッチング部２１を形成することにより、市松模様状のリッジ部２２が形成されている。各エッチング部２１の表面は、例えば、一辺が１０μｍ〜５０μｍの方形により形成されている。

これにより、ｚ−カットＬＮ基板１上にＳｉＯ_２バッファ層２および導電層５を介して形成される接地導体４ｂ、４ｃが剥離することを、アンカー効果によってより確実に防止することができる。

なお、図７においては、エッチング部２１とリッジ部２２との表面積を等しくすることによりリッジ部２２が市松模様状になる場合について説明したが、これに限定されず、リッジ部２２の表面積がエッチング部２１の表面積より大きくなるようにしてもよい。逆に、リッジ部２２の表面積がエッチング部２１の表面積よりも小さくなるようにしてもよい。また、本実施形態においては、リッジ部２２およびエッチング部２１の上面が方形を有しているが、これに限定されず、リッジ部２２およびエッチング部２１のいずれか一方の上面が多角形あるいは円形など、方形以外の形状を有するようにしてもよい。また、凹部３９〜４２は、少なくとも１以上のエッチング部２１により形成されていればよい。また、凹部３９〜４２をすべてエッチング部２１によって構成することにより、光導波路３のみがリッジ構造となるようにしてもよい。

また、以上のエッチング部２１の寸法や形状は、凹部３９、４０、４１、４２において、互いに異なるように形成してもよい。

以上の構成により、本実施形態に係る光変調器は、高周波電気信号の入力部１８および出力部１９にリッジを形成することにより、ＬＮ基板に具備される導電層の抵抗率を一様とすることができるので、導電層の抵抗率を最適な値にすることが可能となり、温度ドリフトおよび端子間のリーク電流を抑圧でき、安定性および変調特性をより高めることが可能となる。さらに、進行波電極の接地導体の下方に１以上の凹部が形成されることにより、凹部が接地導体に対してアンカー効果を有するので、ｚ−カットＬＮ基板に対する接地導体の密着性を向上させることができる。

（各実施形態）
以上の説明においては、光導波路３がマッハツェンダ光導波路により構成される場合について説明したが、光導波路３が方向性結合器などその他の分岐合波型の光導波路により構成されていてもよく、また、３本以上の光導波路により構成されていてもよいし、光導波路が１本の位相変調器により構成されていてもよい。また光導波路３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Ａｌ_２Ｏ_３等のＳｉＯ_２以外の各種材料も適用できる。

また、光変調器がｚ−カットＬＮ基板を有する場合について説明したが、光変調器がｘ−カットやｙ−カットなどその他の面方位のＬＮ基板を有していてもよいし、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を有していてもよい。

また、複数のリッジの高さが互いに異なっていてもよいことは言うまでもない。また、各凹部の幅が互いに異なるようｚ−カットＬＮ基板をエッチングしてもよい。

以上のように、本発明に係る光変調器は、相互作用部と、高周波電気信号の入出力部とにおける導電層の抵抗率を等しくすることにより、相互作用部と、高周波電気信号の入出力部とにおける導電層の抵抗率をいずれも最適にすることができ、結果として、光変調特性の高性能化および安定性の向上が可能なリッジ型の光変調器を実現する手段として有用である。

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斜視図本発明の第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のＡ−Ａにおける断面図図２のＢ−Ｂにおける断面図本発明の第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６の領域Ｃにおける拡大図図６のＤ−Ｄにおける断面図従来技術に係わる光変調器の概略構成を示す上面図図９のＥ−Ｅにおける断面図リッジ構造とプレーナ構造における導電層のアニール温度に対する抵抗率を表すグラフ

符号の説明

１：ｚ−カットＬＮ基板
１ａ：側面
２：ＳｉＯ_２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：相互作用光導波路
４：進行波電極
４ａ：中心導体
４ｂ、４ｃ：接地導体
５：導電層
１７：変調部
１８：入力部
１９：出力部
２１：エッチング部
２２：リッジ部
３１〜４２：凹部
４５〜５９：リッジ部
８１：ｚ−カットＬＮ基板
８２：ＳｉＯ_２バッファ層
８３：光導波路
８３ａ、８３ｂ：相互作用光導波路
８４：進行波電極
８４ａ：中心導体
８４ｂ、８４ｃ：接地導体
８５：導電層
８７：変調部
８８：入力部
８９：出力部
９１、９２、９３：凹部
９４、９５：リッジ部

Claims

電気光学効果を有する基板と、
前記基板に形成され光を導波するための光導波路と、
前記基板の上方に形成されるバッファ層と、
前記バッファ層に積層される導電層と、
前記導電層の上方に配置され、中心導体と接地導体とを含む進行波電極と、を有し、
前記進行波電極が、前記光導波路を導波する光の位相を変調する変調部と、前記変調部に前記高周波電気信号を印加するための入力部と、前記変調部を通過した前記高周波電気信号を出力するための出力部とによって構成され、
前記基板において前記変調部を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域の少なくとも一部を掘り下げることにより設けられた凹部により形成されるリッジ部を有する光変調器において、
前記基板が、前記入力部および前記出力部における前記中心導体と前記接地導体との間の少なくとも一部を掘り下げることにより形成された凹部を有することを特徴とする光変調器。
前記入力部および前記出力部における前記中心導体と前記接地導体との間に設けられた前記凹部は、前記基板の側面にまで開口が形成されるよう配置されることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
前記基板は、前記入力部および前記出力部における前記中心導体と前記接地導体との間に設けられた前記凹部の一端と、前記中心導体の始点あるいは終点を有している側の前記基板の側面との間に平面領域を有することを特徴とする請求項１に記載の光変調器。