JP2009162889A - 光変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】高い精度で動作点の調整ができる光変調器を提供する。
【解決手段】一方の位相シフト光導波路３ａ上において、バッファ層４を除去した窓部６が配置され、光導波路３を形成する物質よりも屈折率の低い物質からなる位相調整部７が、窓部６における位相シフト光導波路３ａ上の少なくとも一部の領域に配置されている。位相調整部７の位相シフト光導波路３ａ上における長さに応じて、光変調器の動作点が調整されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光のスイッチングや光変調を行う光変調器に関する。

光導波路型光変調器とは、強誘電体や半導体材料からなる基板に形成した、周囲より屈折率の高い部分である光導波路に、外部から電圧を印加することにより、光のスイッチングや変調を行うデバイスである。

図１６は従来の光変調器の構成の一例を示す図であり、図１６（ａ）は平面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１６に示す光変調器１００は、電気光学効果を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）からなる基板１０１と、基板１０１に形成されたマッハツェンダー型干渉計を構成する光導波路１０２と、光導波路１０２に電界を加えるための変調用電極１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃとを備える。

光変調器１００において、光導波路１０２に入射した光は、２本の位相シフト光導波路１０２ａ，１０２ｂに分離され再び結合され、２本の位相シフト光導波路１０２ａ，１０２ｂを通る光の位相差により強度変調された光信号が得られる。

いま、金属ロッド１０５を電界中におくと、電磁誘導により変調用電極１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ間に電圧が誘起され、図１６（ｂ）に示すように、位相シフト光導波路１０２ａには上方向の電界が印加され、位相シフト光導波路１０２ｂには下方向の電界が印加される。

電界が印加されると、電気光学効果により位相シフト光導波路１０２ａ，１０２ｂの屈折率が変化する。この場合、電界の印加する方向が位相シフト光導波路１０２ａと位相シフト光導波路１０２ｂとでは反対方向であるため、２本の位相シフト光導波路１０２ａ，１０２ｂのうちの一方を進む光は位相が進み、他方を進む光は位相が遅れる。

したがって、２本の位相シフト光導波路１０２ａ，１０２ｂを伝搬する光の位相差、すなわち、印加された電圧に比例した強度変調信号が得られる。

光変調器１００の出力光強度は、印加電圧に対して周期的に最大値と最小値をとって変化する。図１７は光変調器１００における印加電圧と光出力との関係を示す特性曲線の一例を示す図である。なお、図１７において、光出力をオン／オフさせるのに必要な電圧を半波長電圧Ｖπとしている。

電圧を印加しないとき、すなわち印加電圧が０Ｖのとき、原理的には、各導波光は、それぞれの位相シフト光導波路１０２ａ，１０２ｂを同位相で通過するので、光変調器１００の出力光強度は最大となり、図１７のような特性を示す。しかし、実際には、光変調器１００の製造工程で２本の位相シフト光導波路１０２ａ，１０２ｂの間に、構造上の差異が生じ、印加電圧が０Ｖでも、出力光強度は最大値からずれてしまうことが多い。

ここで、図１８に示すように、光変調器１００に電圧が印加されないときの、特性曲線上の位置（以下、動作点という）が、出力光強度の最大値と最小値との中間にあるとき、光変調器１００は、高い感度と良好な直線性とを示す。通常の用途からして、光変調器１００は、このような特性を有することが好ましいとされている。

そこで、図１８のような特性とするために、光変調器１００に外部からバイアス電圧（ＤＣ電圧）を印加することにより、動作点の調整（バイアス調整）を行う方法が知られている。

しかしながら、光電界センサや、無給電受信用の光変調器では、外部からのバイアス電圧の印加を行うことができない。また、給電可能な場合でも、ＤＣドリフトの影響を防ぐためには、バイアス電圧の印加によるバイアス調整は行わないことが望ましい。

バイアス電圧を印加することなく動作点の調整を行う技術としては、光導波路の直上のバッファ層に開口部を設け、この開口部内に適当な屈折率の位相調整物質を塗布することによって導波路を伝搬する光の位相を調整し、これにより光変調器の動作点を調整する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、マッハツェンダー型干渉計における一方の位相シフト光導波路の直上を含む領域に、位相調整物質の液滴を１個ずつ分割して光導波路に沿って塗布し、これにより光導波路の実効屈折率が異なる領域を生じさせてマッハツェンダー型干渉計の位相差を調整する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平４−２５８９１８号公報（第４頁、第４図） 特開２００５−１８１５８３号公報（第６―７頁、第１図）

特許文献１の技術では、開口部の全面に位相調整物質を塗布しているため、精密な動作点調整が困難であった。また、特許文献２の技術では、位相調整部の塗布範囲を規制するものがなく、位相調整物質と光導波路との接触範囲の調整が困難であるため、やはり精密の動作点調整が困難であった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、高い精度で動作点の調整ができる光変調器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、電気光学効果を有する材料からなる基板と、前記基板に形成された入力光導波路,前記入力光導波路から分岐した２本の位相シフト光導波路,および前記２本の位相シフト光導波路が合流した出力光導波路を有する光導波路と、前記基板上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に配置され,前記光導波路に電界を加える変調用電極と、前記２本の位相シフト光導波路のうちの一方の位相シフト光導波路上に形成された窓部と、前記一方の位相シフト光導波路を構成する物質よりも屈折率の低い物質からなり、前記窓部における前記一方の位相シフト光導波路上の少なくとも一部の領域に設けられた位相調整部とを備え、前記位相調整部の前記一方の位相シフト光導波路上における長さを調整して、前記変調用電極の印加電圧と前記光導波路を伝搬して出射する出力光との関係を示す特性曲線上の動作点を所望の位置とすることを特徴とする光変調器が提供される。

本発明の他の態様によれば、電気光学効果を有する材料からなる基板と、前記基板に形成された入力光導波路,前記入力光導波路から分岐した第１および第２の位相シフト光導波路,および前記第１および第２の位相シフト光導波路が合流した出力光導波路を有する光導波路と、前記基板上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に配置され，前記光導波路に電界を加える変調用電極と、前記第１の位相シフト光導波路上に形成された第１の窓部と、前記光導波路の延伸する方向に前記第１の窓部と離間して、前記第２の位相シフト光導波路上に形成された第２の窓部と、前記第１および第２の位相シフト光導波路を構成する物質よりも屈折率の低い物質からなり、前記第１の窓部における前記第１の位相シフト光導波路上の少なくとも一部の領域、または前記第２の窓部における前記第２の位相シフト光導波路上の少なくとも一部の領域に設けられた位相調整部とを備え、前記位相調整部の前記第１または第２の位相シフト光導波路上における長さを調整して、前記変調用電極の印加電圧と前記導波路を伝搬して出射する出力光との関係を示す特性曲線上の動作点を所望の位置とすることを特徴とする光変調器が提供される。

本発明の他の態様によれば、電気光学効果を有する材料からなる基板と、前記基板に形成された入力光導波路,前記入力光導波路から分岐した２本の位相シフト光導波路,および２本の前記位相シフト光導波路が合流した出力光導波路を有する光導波路と、前記基板上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に配置され,前記光導波路に電界を加える変調用電極と、前記２本の位相シフト光導波路のうちの一方の位相シフト光導波路上に配置された複数の窓ブロックからなる窓部と、前記一方の位相シフト光導波路を構成する物質よりも屈折率の低い物質からなり、前記複数の窓ブロックのうちの少なくとも１つにおける前記一方の位相シフト光導波路上の領域に設けられた位相調整部とを備え、前記位相調整部が設けられる前記窓ブロックの数を設定することにより、前記変調用電極の印加電圧と前記光導波路を伝搬して出射する出力光との関係を示す特性曲線上の動作点を所望の位置とすることを特徴とする光変調器が提供される。

本発明の他の態様によれば、電気光学効果を有する材料からなる基板と、前記基板に形成された入力光導波路,前記入力光導波路から分岐した第１および第２の位相シフト光導波路,および前記第１および第２の位相シフト光導波路が合流した出力導波路とを有する光導波路と、前記基板上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に配置され,前記光導波路に電界を加える変調用電極と、第１の前記位相シフト光導波路上に形成された複数の窓ブロックからなる第１の窓部と、前記光導波路の延伸する方向に前記第１の窓部と離間して、前記第２の位相シフト光導波路上において形成された複数の窓ブロックからなる第２の窓部と、前記第１および第２の位相シフト光導波路を構成する物質よりも屈折率の低い物質からなり、前記第１の窓部を構成する前記複数の窓ブロックのうちの少なくとも１つにおける前記第１の位相シフト光導波路上の領域、または前記第２の窓部を構成する前記複数の窓ブロックのうちの少なくとも１つにおける前記第２の位相シフト光導波路上の領域に設けられた位相調整部とを備え、前記位相調整部が設けられる前記窓ブロックの数を設定することにより、前記変調用電極の印加電圧と前記光導波路を伝搬して出射する出力光との関係を示す特性曲線上の動作点を所望の位置とすることを特徴とする光変調器が提供される。

本発明によれば、高い精度で動作点の調整ができる光変調器を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

[第１の実施の形態]
図１は本発明の第１の実施の形態に係る光変調器を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

図１に示すように第１の実施の形態に係る光変調器１は、電気光学効果を有する結晶基板であるＸカットのＬｉＮｂＯ_３結晶からなる基板２と、この基板２の上面側にＴｉ拡散により形成されたマッハツェンダー型光導波路３（以下、単に光導波路３ということもある）と、基板２上に形成されたバッファ層４と、バッファ層４上に形成された、光導波路３に電界を加えるための変調用電極５とを備えて概略構成されている。

光導波路３は、２本の位相シフト光導波路３ａ，３ｂと、この位相シフト光導波路３ａ，３ｂの入射側に接続されている入力光導波路３ｃと、位相シフト光導波路３ａ，３ｂの出射側に接続されている出力光導波路３ｄとを備える。

入力光導波路３ｃは、Ｖ字状分岐部３ｅで２本の分岐導波路３ｅ_１，３ｅ_２に分岐し、互いに平行な中間導波路部３ｆ，３ｇに接続されている。中間導波路部３ｆ，３ｇは、Ｖ字状合流部３ｈの合流導波路３ｈ_１，３ｈ_２を介して出力光導波路３ｄに接続されている。すなわち、位相シフト光導波路３ａは、分岐導波路３ｅ_１、中間導波路部３ｆ、合流導波路３ｈ_１により構成され、位相シフト光導波路３ｂは、分岐導波路３ｅ_２、中間導波路部３ｇ、合流導波路３ｈ_２により構成される。中間導波路部３ｆ，３ｇの間隔は２０〜５０μｍ程度である。

バッファ層４は、光導波路３を伝搬する光の一部が、変調用電極５によって吸収されることを防止する等の目的で設けられるもので、ＳｉＯ_２からなる厚さ２００ｎｍ程度の層である。

変調用電極５は、信号電極５ａと、接地電極５ｂ，５ｃとからなる。信号電極５ａは、位相シフト光導波路３ａ，３ｂの間に、中間導波路部３ｆ，３ｇと平行に延びるように設けられている。接地電極５ｂ，５ｃは、中間導波路部３ｆ，３ｇを挟んで信号電極５ａの両側に、中間導波路部３ｆ，３ｇと平行に延びるように設けられており、図示していないが接地されている。

位相シフト光導波路３ａ上の一部の領域において、バッファ層４を除去して形成された窓部６が設けられている。窓部６は、変調用電極５と重ならないような領域に設けられている。窓部６における位相シフト光導波路３ａ上の少なくとも一部の領域には、位相調整部７が形成されている。

位相調整部７は、その屈折率が、光導波路３の屈折率よりも小さい材料で構成される。このような材料としては、例えば、エポキシ系の接着剤を用いることができる。

上述の光変調器１は、例えば、以下のような製造方法により得られる。

まず、図２に示すように、ＬｉＮｂＯ_３からなる基板２上に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて光導波路３のパターンを形成する。すなわち、基板２上にフォトレジストを一様に塗布し、光導波路部分と同形のフォトマスクを通して上記フォトレジストを露光し、現像することによって、フォトレジスト膜に導波路形状の溝を形成する。パターンの幅は、５〜１０μｍ程度である。

フォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジスト膜に導波路形状の溝を形成した後、この上からまずＴｉ膜を厚さ６０〜１００ｎｍ程度で全面に形成し、その後フォトレジスト膜を溶解することによって、図２に示すような、光導波路３の形状と同形のＴｉ膜パターン９を形成する。

次に、この基板２を１０００〜１１００℃、５〜８時間程度高温炉中で加熱してＴｉを基板２中へ拡散する。これによりＴｉ拡散部分のみ屈折率がわずかに変化して、図３に示すように、光導波路３が形成される。図３（ａ）は光導波路３が形成された基板２を示す平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

次に、図４に示すように、ＳｉＯ_２膜を２００ｎｍ程度の厚さで、スパッタ法などにより成膜してバッファ層４を形成する。

次に、図５に示すように、バッファ層４が除去された窓部６を形成する。図５（ａ）は窓部６が形成された基板２を示す平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。基板２に形成されたバッファ層４上に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて窓部６の形状のパターンを形成し、この基板２を例えばフッ酸中に、数分から数十分間浸漬してバッファ層４のエッチングを行い、窓部６を形成する。

次に、図６に示すように、バッファ層４上に変調用電極５を形成する。図６（ａ）は変調用電極５が形成された光変調器１Ａを示す平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。バッファ層４上にＣｒ−Ａｕ膜を１００〜５００ｎｍ程度の厚さで蒸着し、厚さ１０μｍ程度のフォトレジスト膜をスピンコートによりＣｒ−Ａｕ膜の上に形成した後、フォトリソグラフィにより電極パターンを形成し、この電極パターンをマスクとして電解メッキによりＡｕを付着させることにより、変調用電極５を形成する。

ここで、図６に示す光変調器１Ａの入力光導波路３ｃの入射口から、図示しない光源からの光を光導波路３に導入し、信号電極５ａに外部から高周波信号を印加することによって、変調用電極５（信号電極５ａと接地電極５ｂ，５ｃ間）に電圧を印加し、この際における出力光導波路３ｄの出射口からの出力光の光強度を、図示しない光検出器により検出する。

変調用電極５に電圧を印加すると、電気光学効果による屈折率変化によって、位相シフト光導波路３ａを伝搬する光と、位相シフト光導波路３ｂを伝搬する光との間に位相差が生じ、この位相差に応じて出力光の光強度が変化する。

図７は図６に示す光変調器１Ａにおける印加電圧と光出力との関係を示す特性曲線の一例を示す図である。光変調器１Ａの出力光強度は、図７に点線で示す特性曲線１０Ａのように、印加電圧に対して周期的に最大値と最小値をとって変化する。

位相シフト光導波路３ａ，３ｂが理想的に製作されていれば、図１７に示したように、印加電圧が０Ｖのときの出力光強度は最大となる。しかし、実際には、光変調器１Ａの製造工程で２本の位相シフト光導波路３ａ，３ｂの間に、構造上の差異が生じ、印加電圧が０Ｖでも、出力光強度は最大値からずれ、例えば図７の特性曲線１０Ａで示されるような特性となる。

図７の特性曲線１０Ａの場合、動作点（印加電圧０Ｖのときの特性曲線上の位置）における曲線の傾きが小さいため、印加電圧変化に対する光出力変化が小さい。すなわち変調効率が小さい。そこで、印加電圧０Ｖのときの特性曲線の傾きを大きくするためには、図７に実線で示す特性曲線１０Ｂのように、動作点が、出力光強度の最大値と最小値との中間にあるような特性が望ましい。

そこで、第１の実施の形態では、窓部６の一部に硬化可能な液状物質であるエポキシ系の接着剤を塗布し、これを硬化させることにより位相調整部７を形成する。以上により、図１に示す光変調器１が形成される。

光変調器１において、窓部６の位相シフト光導波路３ａ（屈折率２．１）は、屈折率が１の空気に接しているが、屈折率が１．５のエポキシ系の接着剤からなる位相調整部７により、窓部６が形成された位相シフト光導波路３ａの等価屈折率が変化し、その部分での伝搬光の位相がシフトする。これにより、図７に示すように、特性曲線１０Ａを図示右方向にシフトさせることができる。

また、位相調整部７の位相シフト光導波路３ａ上における長さ（接着剤塗布長）Ｌ_１によって等価屈折率変化が異なるので、位相調整部７を形成する際に、接着剤塗布長Ｌ_１を調整することにより、位相シフト光導波路３ａの伝搬光の位相シフト量を調整することができる。これにより、特性曲線のシフト量（バイアスシフト量）を調整することができ、高い精度で動作点を所望の位置に調整することができる。

位相調整部７を形成する際には、位相調整部７を形成する前の光変調器１Ａ（図６）において光導波路３に光を導入して変調用電極５に電圧を印加し、出力光の光強度を検出して動作点を検出し、この検出結果に基づいて、動作点が所望の位置にあるような特性を得るためのバイアスシフト量が得られるように接着剤塗布長Ｌ_１を決定する。これにより、図７の特性曲線１０Ｂのように、動作点が出力光強度の最大値と最小値との中間にあるような理想的な特性を得ることも可能となる。

図８は屈折率１．５のエポキシ系接着剤を用いて位相調整部７を位相シフト光導波路３ａ上の窓部６に形成した場合の接着剤塗布長Ｌ_１に対するバイアスシフト量（ΔＶ／Ｖπ）の測定結果の一例を示す図である。入力光の波長は１．３μｍである。この場合は、接着剤塗布長Ｌ_１の１ｍｍ当たりのバイアスシフト量は０．０７程度であった。他の実験の結果を含めると、接着剤塗布長Ｌ_１の１ｍｍ当たりのバイアスシフト量は光導波路特性および入力光の波長に依存し、０．０５〜０．１であった。実用上、バイアスシフト量としては、０．１〜０．５を得る必要がある。このため、窓部６の長さＬ_２としては、１〜１０ｍｍとすることが望ましい。

位相シフト光導波路３ａ，３ｂの間隔は２０〜５０μｍ程度と狭いため、位相調整部７を構成する接着剤の塗布範囲を規制するものがない場合は、一方の位相シフト光導波路３ａのみの上に液状の接着剤を塗布することは困難である。光変調器１では、窓部６を設けたことで、接着剤が位相シフト光導波路３ｂの上にも塗布されることを防止できる。

また、仮に、バッファ層４の上から位相シフト光導波路３ｂの上に接着剤が塗布されたとしても、位相シフト光導波路３ｂの等価屈折率は変化しないため、位相シフト光導波路３ａのみ等価屈折率を変化させることができる。

なお、窓部６における位相シフト光導波路３ａの幅を、窓部６以外における位相シフト光導波路３ａの幅よりも狭くするようにしてもよい。例えば、窓部６以外における光導波路３の幅を７μｍとし、窓部６おける位相シフト光導波路３ａの幅は６μｍとする。

このようにすることで、窓部６において光の閉じ込めを弱くし、位相調整部７の有無による等価屈折率の変化を大きくすることができる。これにより、接着剤塗布長Ｌ_１の変化に対するバイアスシフト量の変化を大きくすることができる。

また、図９に示すように、位相調整部７上にガラス等からなる厚さ数十μｍ以上の板材８を接着してもよい。これにより、位相調整部７の屈折率、強度等の信頼性を向上することができる。ここで、位相調整部７の厚さは通常数μｍ以上であるので、位相シフト光導波路３ａの伝搬光への影響は最小限に抑えることができる。

また、図１では、窓部６および位相調整部７が位相シフト光導波路３ａの中間導波路部３ｆに設けられている場合について示したが、窓部６および位相調整部７は、位相シフト光導波路３ｂの中間導波路部３ｇに設けられていてもよい。また、分岐導波路３ｅ_１，３ｅ_２、合流導波路３ｈ_１，３ｈ_２のいずれかに設けられていてもよい。なお、窓部６および位相調整部７を、位相シフト光導波路３ｂ（分岐導波路３ｅ_２、中間導波路部３ｇ、合流導波路３ｈ_２）上に設けた場合は、位相シフト光導波路３ａ上に設けた場合とは特性曲線のシフト方向が逆方向になる。

窓部６および位相調整部７を分岐導波路３ｅ_１，３ｅ_２、合流導波路３ｈ_１，３ｈ_２のいずれかに設ける場合、変調用電極５の長さを中間導波路部３ｆ，３ｇと同程度の長さとすることができる。光変調器１の変調効率は変調用電極５の長さと比例するため、良好な変調効率が得られる。

本発明の第１の実施の形態によれば、高い精度で動作点の調整ができる光変調器を提供することができる。

[第２の実施の形態]
図１０は本発明の第２の実施の形態に係る光変調器を示す図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。なお、図１０では上記第１の実施の形態と重複する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。その他の実施の形態も同様とする。

図１０に示す第２の実施の形態に係る光変調器１Ｂは、図１に示す光変調器１に対し、位相シフト光導波路３ｂ上の一部の領域において、窓部６と同様にバッファ層４を除去して形成された窓部１１を追加した構成であり、位相調整部７は窓部６，１１のいずれかに設けられる。

窓部１１は、光導波路３の延伸する方向に窓部６と離間して、かつ変調用電極５と重ならないような領域に設けられ、例えば図１０に示すように、変調用電極５を挟んで窓部６の反対側に形成されている。位相シフト光導波路３ａ，３ｂの間隔は２０〜５０μｍ程度と狭いため、窓部６，１１を光導波路３の延伸する方向に重なるような領域に形成することは困難だからである。

光変調器１Ｂの位相調整部７が設けられていない状態で光導波路３に光を導入し、変調用電極５に電圧を印加したとすると、光出力は、例えば図１１に示す特性曲線１０Ｃのように、印加電圧が０Ｖでも、出力光強度は最大値からずれた特性となる。

光変調器１Ｂでは、窓部６に位相調整部７を形成した場合は、位相シフト光導波路３ａの等価屈折率が変化し、特性曲線１０Ｃを図示右方向にシフトさせ、窓部１１に位相調整部７を形成した場合は、位相シフト光導波路３ｂの等価屈折率が変化し、特性曲線１０Ｃを図示左方向にシフトさせることができる。

したがって、位相調整部７を形成する際に、窓部６，１１のいずれに形成するかを選択することにより、特性曲線１０Ｃのシフト方向を決定し、接着剤塗布長Ｌ_１によりバイアスシフト量を調整することができる。これにより、図７の特性曲線１０Ｂのように、動作点が出力光強度の最大値と最小値との中間にあるような理想的な特性を得ることも可能となる。

図１２は屈折率１．５のエポキシ系接着剤を用いて位相調整部７を位相シフト光導波路３ａ上の窓部６または位相シフト光導波路３ｂ上の窓部１１に形成した場合の接着剤塗布長Ｌ_１に対するバイアスシフト量（ΔＶ／Ｖπ）の測定結果の一例を示す図である。入力光の波長は１．３μｍと１．４８μｍの場合を示している。

図１２において、接着剤塗布長の正の値は窓部６への塗布、接着剤塗布長の負の値は窓部１１への塗布であることを示す。また、バイアスシフト量の正の値は特性曲線のシフト方向が左、バイアスシフト量の負の値は特性曲線のシフト方向が右であることを示す。図１２に示すように、窓部６に位相調整部７を形成した場合は、特性曲線は右にシフトし、窓部１１に位相調整部７を形成した場合は、特性曲線は左にシフトした。またこの場合、接着剤塗布長Ｌ_１の１ｍｍ当たりのバイアスシフト量は、波長１．３μｍでは０．０７程度、波長１．４８μｍでは０．０３程度であった。

第１の実施の形態と同様に、他の実験の結果も含めると、接着剤塗布長Ｌ_１の１ｍｍ当たりのバイアスシフト量は光導波路特性および入力光の波長に依存し、０．０５〜０．１であり、バイアスシフト量としては、０．１〜０．５を得る必要があるため、窓部６，１１の長さＬ_２としては、１〜１０ｍｍとすることが望ましい。

なお、第１の実施の形態と同様に、窓部６における位相シフト光導波路３ａの幅を、窓部６以外における位相シフト光導波路３ａの幅よりも狭くし、窓部１１における位相シフト光導波路３ｂの幅を、窓部１１以外における位相シフト光導波路３ｂの幅よりも狭くするようにしてもよい。また、図９のように、位相調整部７上にガラス等からなる厚さ数十μｍ以上の板材８を接着してもよい。

（変形例）
図１３は本発明の第２の実施の形態の変形例に係る光変調器を示す図であり、図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

図１３に示す第２の実施の形態の変形例に係る光変調器１Ｃは、図１０に示す光変調器１Ｂに対し、窓部６が位相シフト光導波路３ａの中間導波路部３ｆではなく分岐導波路３ｅ_１に設けられ、窓部１１が位相シフト光導波路３ｂの中間導波路部３ｇではなく合流導波路３ｈ_２に設けられた構成であり、位相調整部７は窓部６，１１のいずれかに設けられる。

このようにすることで、変調用電極５の長さを中間導波路部３ｆ，３ｇと同程度の長さとすることができる。光変調器１の変調効率は変調用電極５の長さと比例するため、良好な変調効率が得られる。

なお、窓部６は位相シフト光導波路３ａの合流導波路３ｈ_１に設けられていもよいし、窓部１１は位相シフト光導波路３ｂの分岐導波路３ｅ_２に設けられていてもよい。

本発明の第２の実施の形態によれば、高い精度で動作点の調整ができる光変調器を提供することができる。

[第３の実施の形態]
図１４は本発明の第３の実施の形態に係る光変調器を示す図であり、図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った部分断面図である。

図１４に示す第３の実施の形態に係る光変調器１Ｄは、図１３に示す光変調器１Ｃに対し、窓部６を、光導波路３の延伸する方向に並ぶ複数の窓ブロック１５ａ〜１５ｃからなる窓部１５に置き換え、窓部１１を、光導波路３の延伸する方向に並ぶ複数の窓ブロック１６ａ〜１６ｃからなる窓部１６に置き換えた構成であり、図示例では窓ブロック１５ｂ，１５ｃに、エポキシ系接着剤等を硬化して形成される位相調整部１７が設けられている。

上記第１および第２の実施の形態では、位相調整部７の接着剤塗布長Ｌ_１を調整することよりバイアスシフト量を調整したが、第３の実施の形態では、位相調整部１７を設ける窓ブロックの数を選択することにより、バイアスシフト量を調整し、動作点調整を行う。

ここで、光変調器１Ｄの位相調整部１７を設けられていない状態における印加電圧に対する光出力の特性は、例えば図１１に示す特性曲線１０Ｃのような特性となる。第２の実施の形態と同様に、窓部１５に位相調整部１７を形成した場合、位相シフト光導波路３ａの等価屈折率が変化し、図１１の特性曲線１０Ｃを図示右方向にシフトさせ、窓部１１に位相調整部１７を形成した場合、位相シフト光導波路３ｂの等価屈折率が変化し、特性曲線１０Ｃを図示右方向にシフトさせることができる。

また、第１および第２の実施の形態で示したように、位相シフト光導波路３ａ，３ｂが位相調整部７で覆われている長さ（接着剤塗布長Ｌ_１）が大きくなるほどバイアスシフト量が大きくなるため、光変調器１Ｄにおいて、位相調整部１７を設ける窓ブロックの数を多くするほど、バイアスシフト量を大きくすることができる。

したがって、位相調整部１７を形成する際に、窓部１５，１６のいずれに形成するかを選択することにより、特性曲線のシフト方向を決定し、位相調整部１７を設ける窓ブロックの数を選択することにより、伝搬光の位相シフト量を調整し、バイアスシフト量を調整することができる。これにより、図７の特性曲線１０Ｂのように、動作点が出力光強度の最大値と最小値との中間にあるような理想的な特性を得ることも可能となる。

なお、第１および第２の実施の形態と同様に、０．１〜０．５のバイアスシフト量を得るために、窓部１５における窓ブロック１５ａ〜１５ｃの光導波路３の延伸する方向の長さの合計、および窓部１６における窓ブロック１６ａ〜１６ｃの光導波路３の延伸する方向の長さの合計を、それぞれ１〜１０ｍｍとすることが望ましい。なお、それぞれの窓ブロック１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃの光導波路３の延伸する方向の長さは略同一であり、その長さＬ_３は、０．５〜２ｍｍ程度とすることができる。また、隣接する窓ブロック間の距離は、例えば、０．５ｍｍ程度である。

また、第１および第２の実施の形態と同様に、窓ブロック１５ａ〜１５ｃにおける位相シフト光導波路３ａの幅を、窓ブロック１５ａ〜１５ｃ以外における位相シフト光導波路３ａの幅よりも狭くし、窓ブロック１６ａ〜１６ｃにおける位相シフト光導波路３ｂの幅を、窓ブロック１６ａ〜１６ｃ以外における位相シフト光導波路３ｂの幅よりも狭くするようにしてもよい。また、図１６に示すように、位相調整部１７上にガラス等からなる厚さ数十μｍ以上の板材１８を接着してもよい。

また、図１４では、窓部１５，１６がそれぞれ３つの窓ブロック１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃからなる場合を示したが、窓ブロックの数はこれに限らない。

また、図１４では、窓部１５，１６が分岐導波路３ｅ_１，合流導波路３ｈ_２に設けられている場合を示したが、窓部１５，１６は中間導波路部３ｆ，３ｇに設けられていてもよいし、合流導波路３ｈ_１，分岐導波路３ｅ_２に設けられていてもよい。

また、窓部１５，１６のいずれか一方を省略してもよい。この場合は、第１の実施の形態と同様に、印加電圧に対する光出力の特性曲線のシフト方向は一方向のみである。

本発明の第３の実施の形態によれば、高い精度で動作点の調整ができる光変調器を提供することができる。

[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

なお、本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合せてもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る光変調器を示す図であって、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図。 図１に示す光変調器の製造工程において、基板上に形成されたＴｉ膜パターンを示す図。 図１に示す光変調器の製造工程を説明するための図であって、（ａ）光導波路が形成された基板を示す平面図、（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ断面図。 図１に示す光変調器の製造工程において、バッファ層が形成された基板を示す断面図。 図１に示す光変調器の製造工程を説明するための図であって、（ａ）窓部が形成された基板を示す平面図、（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ断面図。 図１に示す光変調器の製造工程を説明するための図であって、（ａ）変調用電極が形成された光変調器を示す平面図、（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図。 光変調器における印加電圧と光出力との関係を示す特性曲線の一例を示す図。 図１に示す光変調器における接着剤塗布長に対するバイアスシフト量の測定結果の一例を示す図。 位相調整部上に板材を接着した状態を示す断面図。 本発明の第２の実施の形態に係る光変調器を示す図であって、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図。 光変調器における印加電圧と光出力との関係を示す特性曲線の一例を示す図。 図１０に示す光変調器における接着剤塗布長に対するバイアスシフト量の測定結果の一例を示す図。 本発明の第２の実施の形態の変形例に係る光変調器を示す図であって、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図。 本発明の第３の実施の形態に係る光変調器を示す図であって、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った部分断面図。 位相調整部上に板材を接着した状態を示す断面図。 従来の光変調器の構成の一例を示す図であって、（ａ）平面図、（ｂ）図（ａ）のＡ−Ａ断面図。 光変調器における印加電圧と光出力との関係を示す特性曲線の一例を示す図。 光変調器における印加電圧と光出力との関係を示す特性曲線の一例を示す図。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｄ…光変調器
２…基板
３…光導波路
３ａ，３ｂ…位相シフト光導波路
３ｃ…入力光導波路
３ｄ…出力光導波路
３ｅ…Ｖ字状分岐部
３ｅ_１，３ｅ_２…分岐導波路
３ｆ，３ｇ…中間導波路部
３ｈ…Ｖ字状合流部
３ｈ_１，３ｈ_２…合流導波路
４…バッファ層
５…変調用電極
５ａ…信号電極
５ｂ，５ｃ…接地電極
６，１１，１５，１６…窓部
７，１７…位相調整部
８…板材
９…Ｔｉ膜パターン
１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃ…窓ブロック

Claims (18)

1. 電気光学効果を有する材料からなる基板と、
   前記基板に形成された入力光導波路,前記入力光導波路から分岐した２本の位相シフト光導波路,および前記２本の位相シフト光導波路が合流した出力光導波路を有する光導波路と、
   前記基板上に形成されたバッファ層と、
   前記バッファ層上に配置され,前記光導波路に電界を加える変調用電極と、
   前記２本の位相シフト光導波路のうちの一方の位相シフト光導波路上に形成された窓部と、
   前記一方の位相シフト光導波路を構成する物質よりも屈折率の低い物質からなり、前記窓部における前記一方の位相シフト光導波路上の少なくとも一部の領域に設けられた位相調整部と
   を備え、
   前記位相調整部の前記一方の位相シフト光導波路上における長さを調整して、前記変調用電極の印加電圧と前記光導波路を伝搬して出射する出力光との関係を示す特性曲線上の動作点を所望の位置とすることを特徴とする光変調器。
2. 前記光導波路は、
   前記２本の位相シフト光導波路における互いに平行な中間導波路部と、
   前記入力光導波路と前記中間導波路部とを接続するＶ字状分岐部と、
   前記中間導波路部と前記出力光導波路とを接続するＶ字状合流部と
   を有し、
   前記窓部は、
   前記Ｖ字状分岐部または前記Ｖ字状合流部における前記一方の位相シフト光導波路上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
3. 前記窓部の前記光導波路の延伸する方向の長さは、１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
4. 前記窓部における前記一方の位前記相シフト光導波路の幅が、前記窓部以外における前記一方の位相シフト光導波路の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光変調器。
5. 電気光学効果を有する材料からなる基板と、
   前記基板に形成された入力光導波路,前記入力光導波路から分岐した第１および第２の位相シフト光導波路,および前記第１および第２の位相シフト光導波路が合流した出力光導波路を有する光導波路と、
   前記基板上に形成されたバッファ層と、
   前記バッファ層上に配置され，前記光導波路に電界を加える変調用電極と、
   前記第１の位相シフト光導波路上に形成された第１の窓部と、
   前記光導波路の延伸する方向に前記第１の窓部と離間して、前記第２の位相シフト光導波路上に形成された第２の窓部と、
   前記第１および第２の位相シフト光導波路を構成する物質よりも屈折率の低い物質からなり、前記第１の窓部における前記第１の位相シフト光導波路上の少なくとも一部の領域、または前記第２の窓部における前記第２の位相シフト光導波路上の少なくとも一部の領域に設けられた位相調整部と
   を備え、
   前記位相調整部の前記第１または第２の位相シフト光導波路上における長さを調整して、前記変調用電極の印加電圧と前記導波路を伝搬して出射する出力光との関係を示す特性曲線上の動作点を所望の位置とすることを特徴とする光変調器。
6. 前記光導波路は、
   前記第１および第２の位相シフト光導波路における互いに平行な中間導波路部と、
   前記入力光導波路と前記中間導波路部とを接続するＶ字状分岐部と、
   前記中間導波路部と前記出力光導波路とを接続するＶ字状合流部と
   を有し、
   前記第１の窓部は、前記Ｖ字状分岐部または前記Ｖ字状合流部における前記第１の位相シフト光導波路上に形成され、
   前記第２の窓部は、
   前記Ｖ字状分岐部または前記Ｖ字状合流部における前記第２の位相シフト光導波路上に形成されることを特徴とする請求項５に記載の光変調器。
7. 前記第１および第２の窓部の前記光導波路の延伸する方向の長さは、１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項５または６に記載の光変調器。
8. 前記第１の窓部における前記第１の位相シフト光導波路の幅が、前記第１の窓部以外における前記第１の位相シフト光導波路の幅よりも狭く、前記第２の窓部における前記第２の位相シフト光導波路の幅が、前記第２の窓部以外における前記第２の位相シフト光導波路の幅よりも狭いことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の光変調器。
9. 電気光学効果を有する材料からなる基板と、
   前記基板に形成された入力光導波路,前記入力光導波路から分岐した２本の位相シフト光導波路,および２本の前記位相シフト光導波路が合流した出力光導波路を有する光導波路と、
   前記基板上に形成されたバッファ層と、
   前記バッファ層上に配置され,前記光導波路に電界を加える変調用電極と、
   前記２本の位相シフト光導波路のうちの一方の位相シフト光導波路上に配置された複数の窓ブロックからなる窓部と、
   前記一方の位相シフト光導波路を構成する物質よりも屈折率の低い物質からなり、前記複数の窓ブロックのうちの少なくとも１つにおける前記一方の位相シフト光導波路上の領域に設けられた位相調整部と
   を備え、
   前記位相調整部が設けられる前記窓ブロックの数を設定することにより、前記変調用電極の印加電圧と前記光導波路を伝搬して出射する出力光との関係を示す特性曲線上の動作点を所望の位置とすることを特徴とする光変調器。
10. 前記光導波路は、
    前記２本の位相シフト光導波路における互いに平行である中間導波路部と、
    前記入力光導波路と前記中間導波路部とを接続するＶ字状分岐部と、
    前記中間導波路部と前記出力光導波路とを接続するＶ字状合流部と
    を有し、
    前記窓部は、
    前記Ｖ字状分岐部または前記Ｖ字状合流部における前記一方の位相シフト光導波路上に形成されることを特徴とする請求項９に記載の光変調器。
11. 前記複数の窓ブロックの前記光導波路の延伸する方向の長さの合計は、１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項９または１０に記載の光変調器。
12. 前記複数の窓ブロックにおける前記一方の位相シフト光導波路の幅が、前記複数の窓ブロク以外における前記一方の位相シフト光導波路の幅よりも狭いことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の光変調器。
13. 電気光学効果を有する材料からなる基板と、
    前記基板に形成された入力光導波路,前記入力光導波路から分岐した第１および第２の位相シフト光導波路,および前記第１および第２の位相シフト光導波路が合流した出力導波路とを有する光導波路と、
    前記基板上に形成されたバッファ層と、
    前記バッファ層上に配置され,前記光導波路に電界を加える変調用電極と、
    第１の前記位相シフト光導波路上に形成された複数の窓ブロックからなる第１の窓部と、
    前記光導波路の延伸する方向に前記第１の窓部と離間して、前記第２の位相シフト光導波路上において形成された複数の窓ブロックからなる第２の窓部と、
    前記第１および第２の位相シフト光導波路を構成する物質よりも屈折率の低い物質からなり、前記第１の窓部を構成する前記複数の窓ブロックのうちの少なくとも１つにおける前記第１の位相シフト光導波路上の領域、または前記第２の窓部を構成する前記複数の窓ブロックのうちの少なくとも１つにおける前記第２の位相シフト光導波路上の領域に設けられた位相調整部と
    を備え、
    前記位相調整部が設けられる前記窓ブロックの数を設定することにより、前記変調用電極の印加電圧と前記光導波路を伝搬して出射する出力光との関係を示す特性曲線上の動作点を所望の位置とすることを特徴とする光変調器。
14. 前記光導波路は、
    前記第１および第２の位相シフト光導波路における互いに平行な中間導波路部と、
    前記入力光導波路と前記中間導波路部とを接続するＶ字状分岐部と、
    前記中間導波路部と前記出力光導波路とを接続するＶ字状合流部とを有し、
    前記第１の窓部は、前記Ｖ字状分岐部または前記Ｖ字状合流部における前記第１の位相シフト光導波路上に形成され、
    前記第２の窓部は、前記Ｖ字状分岐部または前記Ｖ字状合流部における前記第２の位相シフト光導波路上に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の光変調器。
15. 前記第１の窓部を構成する前記複数の窓ブロックの前記光導波路の延伸する方向の長さの合計、および前記第２の窓部を構成する複数の前記窓ブロックの前記光導波路の延伸する方向の長さの合計は、それぞれ１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１３または１４に記載の光変調器。
16. 前記第１の窓部を構成する前記複数の窓ブロックにおける前記第１の位相シフト光導波路の幅が、前記第１の窓部を構成する前記複数の窓ブロック以外における前記第１の位相シフト光導波路の幅よりも狭く、前記第２の窓部を構成する前記複数の窓ブロックにおける前記第２の位相シフト光導波路の幅が、前記第２の窓部を構成する前記複数の窓ブロック以外における前記第２の位相シフト光導波路の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の光変調器。
17. 前記位相調整部はエポキシ系の接着剤からなることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光変調器。
18. 前記位相調整部上に板材が接着されていることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光変調器。

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