JP2009205154A - 光変調デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、駆動電圧が低く、光変調帯域が広く、特性インピーダンスについて改善された光変調デバイスを提供する。
【解決手段】基板１と、基板に形成された光導波路３０と、基板上に設けられた電極４０とを備え、光導波路は、電極に電圧を印加することにより屈折率が変化する領域である相互作用部に相互作用光導波路を含んで構成されている光変調デバイスにおいて、相互作用光導波路が、その幅方向の中心線について、基板の長手方向に関する微分係数が連続となる状態で蛇行して形成されており、電極が、蛇行して形成されている相互作用光導波路と並んで蛇行して形成されており、相互作用光導波路と電極とが並んでほぼ直線に形成されている場合と比較して相互作用部の長さが長くなっている。
【選択図】図３

Description

本発明は電気光学効果や熱光学効果を利用して、光導波路に入射した光を変調して光信号パルスとして出射する光変調器デバイスに関する。

代表的な光変調デバイスとして誘電体材料を用いた光変調器がある。近年、高速、大容量の光通信システムが実用化されているが、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、かつ低価格の光変調デバイス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デバイスとして、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基板と略す）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光変調器と略す）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各ＬＮ光変調器の特徴を順番に説明していく。

（第１の従来技術）
図９は、ｚ−カットＬＮ基板を用いて構成した特許文献１に開示された第１の従来技術のＬＮ光変調器についての斜視図であり、図１０は図９のＡ−Ａ'線における断面図である。

ｚ−カットＬＮ基板１上に光導波路３が形成されている。この光導波路３は、金属Ｔｉを１０５０℃で約１０時間熱拡散して形成した光導波路であり、マッハツェンダ干渉系（あるいは、マッハツェンダ光導波路）を構成している。従って、図９の中にＩとして示した光導波路３の高周波電気信号（あるいは、ＲＦ電気信号）と光が相互作用する領域（相互作用領域、あるいは相互作用部と言う）には２本の相互作用光導波路３ａ、３ｂ、つまりマッハツェンダ光導波路の２本のアームが形成されている。

この光導波路３の上面にＳｉＯ_２バッファ層２が形成され、このＳｉＯ_２バッファ層２の上面に進行波電極４が形成されている。進行波電極４としては、１つの中心導体４ａと２つの接地導体４ｂ、４ｃを有するコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を用いている。なお、通常、進行波電極４はＡｕにより形成されている。５は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であり、通常はＳｉ導電層を用いる。なお、説明の簡単のために、図１０においては図９には図示したＳｉ導電層５を省略している。

変調用の高周波（ＲＦ）電気信号をこの光変調器の高周波電気信号給電線６を介して中心導体４ａと接地導体４ｂに供給すると、中心導体４ａと接地導体４ｂの間に電界が印加される。ｚ−カットＬＮ基板１は電気光学効果を有するので、この電界により屈折率変化を生じ、２本の相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の位相にずれが発生する。このずれがπになった場合、光導波路３のマッハツェンダ光導波路としての合波部において、高次モードを励振し、光はＯＦＦ状態になる。なお、７は高周波電気信号出力線であり、終端抵抗で置き換えても良い。

図１０からわかるように、図９に示した特許文献１の光変調器の特徴としては、１）中心導体４ａの幅Ｓを相互作用光導波路３ａ、３ｂの幅とほぼ同じ６μｍ〜１２μｍ程度としている、２）中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間のギャップＷを１５〜３０μｍと広くしている、さらに３）相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃからなる進行波電極４を構成する金属による吸収を抑えるためにのみ使用されてきたＳｉＯ_２バッファ層２の比誘電率が４〜６と比較的低いことを利用して、ＳｉＯ_２バッファ層２の厚みＤを４００ｎｍ〜１．５μｍ程度と厚くすることにより、高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎ_ｍを低減して、相互作用光導波路３ａ、３ｂを導波する光の等価屈折率ｎ_ｏに近づけるとともに、特性インピーダンスをなるべく５０Ωに近づけている。また、図１０に示した第１の従来技術では、特許文献２に開示された進行波電極４の厚みＴを厚くすることによりマイクロ波等価屈折率ｎ_ｍをよりいっそう低減して、光の等価屈折率ｎ_ｏに近づけている。

こうした構造をとることにより、中心導体４ａの幅Ｓが３０μｍ程度、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間のギャップＷが６μｍ程度、ＳｉＯ_２バッファ層２の厚みＤが３００ｎｍ程度であったそれまでの構造と比べて、光変調帯域、特性インピーダンスなど光変調器としての特性が大幅に改善できた。しかしながら、光変調帯域、駆動電圧、特性インピーダンスなどについてさらに改善された特性が必要となり、次に述べる第２の従来技術として、いわゆるリッジ構造が提案された。

（第２の従来技術）
第１の従来技術をさらに高性能化するために特許文献３、特許文献４に提案されたリッジ構造を第２の従来技術として図１１、図１２に示す。ここで、８ａは中心導体４ａの下のリッジ、８ｂは接地導体４ｂの下のリッジ、８ｃは接地導体４ｃの下のリッジ、９はＳｉＯ_２バッファ層である。１０ａはリッジ８ａ、８ｂ間の空隙、１０ｂはリッジ８ａ、８ｃ間の溝部（ここでは、空隙）である。あるいはこうした空隙部１０ａ、１０ｂを凹部とも呼ぶので、リッジ構造はより厳密にはｚ−カットＬＮ基板１に凹部を有するリッジ構造、あるいはｚ−カットＬＮ基板１に凹部を設けて形成したリッジ構造とも呼ばれる。

また、図１２において１１ａ、１１ｂは中心導体４ａから出て接地導体４ｂ、４ｃに入る電気力線であり、相互作用光導波路３ａ、３ｂに作用してそれらの屈折率を変化させる（あるいは、相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光と相互作用するとも言える）。

この第２の従来技術ではｚ−カットＬＮ基板１に８ａや８ｂなどのリッジが形成されているため、電気力線１１ａはリッジ８ａ、８ｂ間の空隙１０ａを電気力線１１ｂはリッジ８ａ、８ｃ間の空隙１０ｂを感じる。その結果、高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎ_ｍがより低減して、相互作用光導波路３ａ、３ｂを導波する光の等価屈折率ｎ_ｏに近づく、あるいは特性インピーダンスが５０Ωに向かって高くなるという利点がある。さらに、電気力線１１ａ、１１ｂには比誘電率が高い領域に閉じこもる性質があるので、相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光との相互作用の効率が高くなり、結果的に駆動電圧を低減できる。通常、リッジ８ａ、８ｂ、８ｃの高さＨとしては２〜５μｍ程度、進行波電極の厚みＴとしては６〜１８μｍ程度、ＳｉＯ_２バッファ層９の厚みとしては４００ｎｍ〜１．５μｍ程度が使用される。なお、説明の簡単のために、図１０と同じく、図１１と図１２では図９に図示したＳｉ導電層５を省略している。

この第２の従来技術により、光変調帯域、駆動電圧、特性インピーダンスなど、光変調器としての基本性能について図１０に示した第１の従来技術よりも大幅に改善された特性が実現できた。

しかしながら、この第２の従来技術でもまだ改善すべき余地がある。次にこの点について図１３、図１４を用いて議論する。なお、説明を簡単にするために、図１３においては、図１１と図１２では示したリッジ間の溝１０ａ、１０ｂを省略している。高周波における駆動電圧などＬＮ光変調器の重要な特性は高周波電気信号と相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光が相互作用する相互作用部Ｉの長さＬ_ｉｎｔに強く依存する。そして、この相互作用部Ｉの長さ（あるいは、相互作用光導波路３ａ、３ｂの長さ、もしくは簡単に相互作用長）Ｌ_ｉｎｔはｚ−カットＬＮ基板１の長さＬ_ＬＮにより決定される。なお、ｚ−カットＬＮ基板１の長さＬ_ＬＮは、直径３インチあるいは直径４インチなど不図示のｚ−カットウェーハの大きさによってほぼ決まる。

図１４には性能を評価する極めて簡単な目安として、相互作用部Ｉの長さＬ_ｉｎｔに対するＶπ（静的な電圧における半波長電圧）を示す。図からわかるように、相互作用部Ｉの長さＬ_ｉｎｔが長いほどＶπは低くなり、性能的に有利になると言える。このＶπと相互作用部Ｉの長さ（相互作用光導波路の長さ、あるいは相互作用長という）Ｌ_ｉｎｔはよくＶπ・Ｌ_ｉｎｔとして議論されるように性能指数として重要であり、相互作用長Ｌ_ｉｎｔは長いほど駆動電圧を低減するためにも、また設計の自由度を増すためにも有利となる。

これまでのＬＮ光変調器では相互作用部Ｉの長さＬ_ｉｎｔがパッケージの大きさやＬＮ基板（あるいは、ウェーハ）の大きさから制限を受けるため、約２０ｍｍから高々４０ｍｍと短く、この短い相互作用長がＬＮ光変調器の性能を制限していたと言っても過言ではない。

特許２１２６２１４号公報 特許２１２６８８７号公報 特許２６１２９４８号公報 特許２７２８１５０号公報

以上のように、光変調帯域、駆動電圧、特性インピーダンスなどの光変調器としての特性を大幅に改善できた第２の従来技術による光変調器もＬＮ基板の大きさによりその相互作用長が制限され、その結果、高周波駆動電圧、特性インピーダンスなどの光変調器としての基本特性が決まっていた。換言すると、ＬＮ基板の大きさが光変調器の特性を決定していたと言える。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、小型で、駆動電圧が低く、光変調帯域が広く、特性インピーダンスについて大幅に改善された光変調器などの光変調デバイス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、基板と、該基板に形成された光導波路と、前記基板上に設けられた電極とを備え、前記光導波路は、前記電極に電圧を印加することにより屈折率が変化する領域である相互作用部に相互作用光導波路を含んで構成されている光変調デバイスにおいて、前記相互作用光導波路が、その幅方向の中心線について、前記基板の長手方向に関する微分係数が連続となる状態で蛇行して形成されており、前記電極が、当該蛇行して形成されている相互作用光導波路と並んで蛇行して形成されており、前記相互作用光導波路と前記電極とが並んでほぼ直線に形成されている場合と比較して前記相互作用部の長さが長くなっていることを特徴とする。

本発明の請求項２の光変調器は、前記相互作用光導波路は、前記基板の長手方向と交わる方向に突出した曲線部を含む形状で蛇行して形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項３の光変調器は、前記相互作用光導波路は、前記曲線部が複数連続して形成されているとともに、隣り合う当該曲線部が前記基板の長手方向に向かってその突出方向が入れ替わって形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項４の光変調器は、前記相互作用光導波路は、前記曲線部が複数連続して形成されているとともに、隣り合う当該曲線部が同一方向に突出して形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項５の光変調器は、前記相互作用光導波路は、少なくとも一部に前記基板の長手方向に形成された直線部を含むことを特徴とする。

本発明の請求項６の光変調器は、前記相互作用光導波路の少なくとも一部が、前記基板に凹部を設けて形成されたリッジ構造であることを特徴とする。

本発明では、電極に電圧を印加することにより屈折率が変化する相互作用光導波路と電圧を印加するための電極とを備え、相互作用光導波路と電極を蛇行した曲線形状により構成するので、同じ基板の大きさでも直線状の相互作用光導波路の場合と比較して相互作用光導波路の長さ（あるいは、相互作用光導波路の長さ、もしくは相互作用長）を長く設定することが可能となり、光変調デバイスのモジュールとしての低電圧化、あるいは小型化を達成できる。なお、相互作用光導波路を蛇行させても、その相互作用光導波路の幅方向の中心線について、ｚ−カットＬＮ基板１の長手方向、つまりチップの長手方向の座標変数による微分係数が相互作用部において連続となるように設計しているので、光導波路の不連続が生じることはなく、従って光の挿入損失が増加することはない。また相互作用長が長くなれば駆動電圧を低減できるばかりでなく、バッファ層を厚く設定できるので、容易に高周波電気信号と光との速度を整合（速度整合）することできる、特性インピーダンスを５０Ωに近くできる、あるいは高周波電気信号の伝搬損失を小さくできるなどの利点が生じる。さらに、中心導体１４ａと接地導体１４ｂ、１４ｃとのギャップも広く設定できるので、特性インピーダンスをさらに５０Ωに近くすることが可能となる、また高周波電気信号の伝搬損失もさらに小さくできる。以上のように本発明を適用することにより光の挿入損失を大きく増加することなく、光変調器の性能が著しく向上し、低い駆動電圧で高速な光変調が可能となる。あるいは熱光学効果を用いた場合には、極めて少ない発熱量で高効率な光変調が可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る光変調器を構成する光導波路の上面図 本発明の第１の実施形態に係る光変調器を構成する光導波路とリッジの上面図 本発明の第１の実施形態に係る光変調器を構成する電極の上面図 図３のＢ−Ｂ´における断面図 本発明の原理を説明する図 本発明の原理を説明する図 本発明の第２の実施形態に係る光変調器を構成する光導波路の上面図 本発明の第２の実施形態に係る光変調器を構成する光導波路とリッジの上面図 第１の従来技術の光変調器についての概略構成を示す斜視図 図９のＡ−Ａ'における断面図 第２の従来技術の光変調器についての概略構成を示す断面図 第２の従来技術の動作原理を説明する図 第１と第２の従来技術の光変調器における問題点を説明する図 第１と第２の従来技術の光変調器のＶπについて説明する図

以下、本発明の実施形態について説明するが、図９から図１３に示した従来技術と同一の符号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一の符号を持つ機能部の説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１に本発明の光変調デバイスに関する実施形態の一つについてその上面図を示す。なお、説明を簡単にするために、進行波電極、リッジ、リッジ間の溝、あるいは温度ドリフト抑圧のためのＳｉ導電層は省略し、光導波路３０、相互作用光導波路３０ａ、３０ｂを主体に示している。進行波電極、リッジ、あるいはリッジ間の溝については図２より以降で議論する。

図１において、ＩＩは不図示の進行波電極に印加された高周波電気信号が相互作用光導波路３０ａ、３０ｂに印加される相互作用部である。図１からわかるように、本実施形態では相互作用光導波路３０ａ、３０ｂについて、幅方向の中心線に関するチップの長手方向の座標による微分係数が連続となるように蛇行させている。ここで、ＩＩＩは蛇行した相互作用光導波路３０ａ、３０ｂ（あるいは、蛇行した相互作用部ＩＩ）の一周期を、またＬ_ｉｎｔ´は蛇行した相互作用光導波路３０ａ、３０ｂ（あるいは、蛇行した相互作用部ＩＩ）の全長を表している。

図１から明らかなように、本実施形態のように相互作用光導波路３０ａ、３０ｂを蛇行させることにより、相互作用部ＩＩの長さＬ_ｉｎｔ´を図１３に示した第２の従来技術における相互作用部Ｉの長さＬ_ｉｎｔよりも長くすることが可能となる。なお、実際には相互作用光導波路３０ａ、３０ｂの長手方向に、例えば数周期から数十周期くらいの多くの蛇行形状が存在するが、図１では模式的に少ない数の周期（この図では３周期）で示している。

本実施形態ではリッジ構造を採用しているので、実際には図１に示した相互作用光導波路３０ａ、３０ｂの近傍に、図２に示すようにリッジの溝５０ａ、５０ｂ、５０ｃが形成されている。さらに、図３では、中心導体４０ａ、接地導体４０ｂ、４０ｃからなる進行波電極も加えて示している。そして、中心導体４０ａ、接地導体４０ｂ、４０ｃからなる進行波電極と蛇行した相互作用光導波路３０ａ、３０ｂは並んで蛇行して形成されている。なお、この「並んで蛇行して」とは中心導体４０ａ、接地導体４０ｂ、４０ｃからなる進行波電極と相互作用光導波路３０ａ、３０ｂが完全に平行であっても良いし、完全には平行ではなく部分的に平行である場合も含んでいることを意味している。

なお、図３はあくまで模式的な上面図であり、図３のＢ−Ｂ´における断面図をこれも模式的とはいえ、より詳しく図４に示す。ここで、リッジ間の溝５０ａ、５０ｂは空隙であり、５０ｃは接地導体４０ｂにより埋まっている。さらに、図４のリッジ８ａ、８ｂ、８ｃ´（本実施形態では、台形形状ではない８ｃ´もリッジと呼ぶ）に加わる応力に起因する温度ドリフトを抑圧するために、リッジ間の溝５０ｃが接地導体４０ｂにより埋まっている部分と、接地導体４０ｂには埋まっておらず、空隙を形成しても良い。なお、このように接地導体４０ｂに部分的に空隙を作る構造を接地導体４０ｃに適用しても良いことは言うまでもない。

図５には図１に示した相互作用光導波路が持つ蛇行の一周期の領域ＩＩＩにおける相互作用光導波路のうち、相互作用光導波路３０ｂの一周期分を拡大して示す。相互作用光導波路３０ｂとしては任意の曲線、あるいは任意の曲線と直線との組み合わせを適用できるが、説明を簡単にするためにここでは曲率半径Ｒの半円の円弧（あるいは、半円弧）により構成されているとする。さらに詳しく述べると、相互作用光導波路３０ａと３０ｂはその幅方向の中心線についてのチップの長さ方向に関する微分係数が連続となるように蛇行している。そのため、相互作用光導波路３０ａと３０ｂの全長は図１３に示した従来技術と比較して長くなっているものの、挿入損失の増加を小さく抑えることができる。

直ちにわかるように、この一周期の領域ＩＩＩは２つの半円の円弧から形成されているので、その長さＬ_{ｐｅｒｉｏｄ}は２πＲである。一方、円弧の代わりに直線の場合、その相互作用長は４Ｒとなる。従って、本発明を適用することにより、相互作用部長は直線形状の相互作用光導波路により形成されている場合と比較して２πＲ／４Ｒ＝１．５７倍となる。つまり、本発明を適用することにより、ｚ−カットＬＮ基板１のウェーハサイズが３インチの場合は約４．７インチ相当、４インチの場合は約６．３インチ相当の基板を使用できることと等価となり、長い相互作用長により大幅な駆動電圧低減が可能となる。ここで、図５には示していないが、相互作用光導波路３０ａや進行波電極４０ａ、４０ｂ、４０ｃも相互作用光導波路３０ｂの形に追従して蛇行していることは勿論である。ここで、曲率半径Ｒは５００μｍ〜２０ｍｍ程度が望ましいが、但し、この他の曲率でも良いことは言うまでもない。なお、光の挿入損失とチップ幅の観点から曲率半径Ｒとしては特に１〜５ｍｍ程度が好適である。

また、相互作用長が長くなれば駆動電圧に対して有利となるのでバッファ層を厚く設定できる。従って、容易に高周波電気信号と光との速度を整合（速度整合）することができる、特性インピーダンスを５０Ωに近くできる、あるいは高周波電気信号の伝搬損失を小さくできるなどの利点が生じる。その上、中心導体４０ａと接地導体４０ｂ、４０ｃとのギャップも広く設定できるので、特性インピーダンスをさらに５０Ωに近くすることが可能となる、また高周波電気信号の伝搬損失もさらに小さくできる。

本実施形態の考え方を説明するために、図５では、図１に示した相互作用光導波路３０ｂにおける約一周期分を示している。なお、図５においてＩＶは直線である。図５からわかるように、長さがＬ_{ｐｅｒｉｏｄ}／２でいわば位相が異なる（つまり、図５において、Ｌ_{ｐｅｒｉｏｄ}／２毎に一点鎖線の上と下に位置する）２つの半円の円弧が組み合わせて構成されている。さらに、図６に示すように、相互作用光導波路３０ｂ´として長さがＬ_{ｐｅｒｉｏｄ}／２の半円の円弧を同一方向に配置しても良い。なお、図６においてＶは直線である。また、もう一本の相互作用光導波路（つまり、図１に示した相互作用光導波路３０ａ）も同様の構造となる。そして、その場合にはｚ−カットＬＮ基板１の幅が約半分になるという利点がある。そして、図６のＶＩの形状が直線であっても良いが、その場合にもあくまで曲線の部分の光導波路と直線の部分の光導波路について、光導波路の幅方向における中心の微分係数が連続となるようにすることにより光の挿入損失を低減することが可能となる。但し、挿入損失は増加するが直線の部分がなくても良いことは言うまでもない。

（第２の実施形態）
図７に本発明の第２の実施形態についてその上面図を示す。なお、説明を簡単にするために、図１と同じく、進行波電極、リッジ、リッジ間の溝、あるいは温度ドリフト抑圧のためのＳｉ導電層は省略し、光導波路３１、相互作用光導波路３１ａ、３１ｂを主体に示している。

この図からわかるように、第１の実施形態と同じく、本実施形態も相互作用領域ＩＩＩにおいて、相互作用光導波路３１ａ、３１ｂはｚ−カットＬＮ基板１の長手方向（あるいは、チップの長手方向）に対して滑らかである。つまり、相互作用光導波路３１ａ、３１ｂの幅の中心線はチップの長手方向の座標変数についての微分係数が連続である構造である。

本実施形態においてもリッジ構造を採用しているので、実際には図７に示した相互作用光導波路３１ａ、３１ｂの近傍に、図８に示すようにリッジの溝５１ａ、５１ｂ、５１ｃが形成されている。但し、説明を簡単にするために進行波電極は省略した。

図１や図５に示した第１の実施形態の相互作用光導波路３０ａや３０ｂに比べて、この第２の実施形態はその相互作用光導波路３１ａや３１ｂの幅方向の中心線についてのチップの長さ方向の座標変数に関する微分係数がより滑らかに連続である。従って、第１の実施形態と比較して第２の実施形態はより光の挿入損失が小さいという利点がある。

以上において光変調器を例にとり説明したが、本発明は光の入力、あるいは光の出力が２本以上の光導波路からなる光スイッチ、あるいは相互作用光導波路が１本の位相変調器など、その他の光変調デバイスにも適用可能である。さらに、光の入射側の端部から光の出射側の端部に向かって、例えばＤＱＰＳＫのような複数のマッハツェンダ光導波路からなる機能部を設け、次に光導波路を折り返し、今度は光の出射側の端部から光の出射側の端部に向かって、ＲＺ強度変調器のようなＤＱＰＳＫとは異なる機能の光変調器を具備することもできる。但し、この場合には入射用光ファイバと出射用光ファイバがＬＮ基板の同じ側の端面に来るので、光ファイバの実装上、あるいはトランスポンダへの光変調器の実装上やや不便となる。そこで、上記のＲＺ強度変調器の後にまた出射側に１本の光導波路で折り返すと、入射用光ファイバと出射用光ファイバがＬＮ基板の異なる側の端面に来るので、光ファイバの実装上、あるいはトランスポンダへの光変調器の実装上において便利である。また光導波路の形成法としては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可能である。

また、ｚ−カットＬＮ基板について説明したが、ｘ−カット、ｙ−カット、あるいはそれらを混合したカットなどその他のカットのＬＮ基板でも良いし、リチウムタンタレート基板、さらには石英基板、半導体基板などその他の基板でも良い。

以上の実施形態としては、リッジ構造を用いて説明した。その理由は、リッジ構造は光変調器としての性能が優れているだけでなく、半導体光デバイスの分野でよく知られているように、小さな曲率半径で曲げても挿入損失の増加が極めて小さいからである（半導体光デバイスでは曲率半径が２００μｍ程度でも曲げ損失は小さいことが知られている）。曲率を大きくしても良いのであれば、あるいは光導波路としてある程度の強い閉じ込めがあればリッジ構造でなくても良いことは言うまでもない。また、相互作用光導波路の大部分を曲線として説明したが、曲線と直線の組み合わせとしても良いことは言うまでもない。なお、これまでの説明では、曲線として半円弧（回転角１８０度）の組み合わせとしたが、半円弧よりも小さな円弧（回転角１８０度よりも小さな円弧）でも良いし、三角関数、べき乗の多項式の関数、あるいは特殊関数など円弧以外の曲線を表す関数形、さらには曲線と直線との組み合わせでも良いことは言うまでもない。

電極構成としては構造が対称なＣＰＷ電極を用いた構成について説明したが、構造が非対称なＣＰＷ電極でも良いし、さらには非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）あるいは対称コプレーナストリップ（ＣＰＳ）など、その他の構成でも良い。

さらに、本発明の適用範囲は電圧を印加して屈折率を変化させる、いわゆる誘電体や半導体における電気光学効果を用いて高速で動作する光変調器のみではない。電圧を印加することにより電流を流し、基板上に形成したヒータにより発熱させて、その熱で光導波路の屈折率を変える、いわゆる熱光学効果を用いた光デバイスにも適用可能である。こうした熱光学効果を用いた光デバイスとして、例えば石英光導波路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ： ＰＬＣ）がある。本発明を使用することにより、熱と光との相互作用長が長くなるので、低い発熱量で動作させることが可能となり、低電力化を達成できる。

以上のように、本発明により超小型化が達成できるとともに、相互作用長を長くとることが可能となるので、駆動電圧が低く、結果的に光変調帯域、特性インピーダンスなどについて大幅に改善された光変調デバイスを提供できる。

１：ｚ−カットＬＮ基板（基板）
２、９：ＳｉＯ_２バッファ層
３、３０：マッハツェンダ光導波路（光導波路）
３ａ、３ｂ、３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ：相互作用光導波路
４：進行波電極（電極）
４ａ、４０ａ：中心導体
４ｂ、４ｃ、４０ｂ、４０ｃ：接地導体
５：Ｓｉ導電層
６：高周波（ＲＦ）電気信号給電線
７：高周波（ＲＦ）電気信号出力線
８ａ：中心導体４ａの下のリッジ
８ｂ：接地導体４ｂの下のリッジ
８ｃ、８ｃ´：接地導体４ｃの下のリッジ
１０ａ、１０ｂ、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ：リッジ間の溝部
１１ａ、１１ｂ：電気力線
Ｒ：曲率半径

Claims (6)

1. 基板と、該基板に形成された光導波路と、前記基板上に設けられた電極とを備え、前記光導波路は、前記電極に電圧を印加することにより屈折率が変化する領域である相互作用部に相互作用光導波路を含んで構成されている光変調デバイスにおいて、
   前記相互作用光導波路が、その幅方向の中心線について、前記基板の長手方向に関する微分係数が連続となる状態で蛇行して形成されており、
   前記電極が、当該蛇行して形成されている相互作用光導波路と並んで蛇行して形成されており、
   前記相互作用光導波路と前記電極とが並んでほぼ直線に形成されている場合と比較して前記相互作用部の長さが長くなっていることを特徴とする光変調デバイス。
2. 前記相互作用光導波路は、前記基板の長手方向と交わる方向に突出した曲線部を含む形状で蛇行して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光変調デバイス。
3. 前記相互作用光導波路は、前記曲線部が複数連続して形成されているとともに、隣り合う当該曲線部が前記基板の長手方向に向かってその突出方向が入れ替わって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光変調デバイス。
4. 前記相互作用光導波路は、前記曲線部が複数連続して形成されているとともに、隣り合う当該曲線部が同一方向に突出して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光変調デバイス。
5. 前記相互作用光導波路は、少なくとも一部に前記基板の長手方向に形成された直線部を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
6. 前記相互作用光導波路の少なくとも一部が、前記基板に凹部を設けて形成されたリッジ構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光変調デバイス。

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