JP2013238785A - 光変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】光変調器の歩留まりについて改善された光変調器を提供する。
【解決手段】基板１に形成され光を導波するための複数の光導波路３と、基板１の一方の面側に形成され、光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の進行波電極４と、光導波路にバイアス電圧を印加するバイアス電極とを有し、高周波電気信号用相互作用部とバイアス用相互作用部とを具備する光変調器において、外部から印加されるバイアス電圧を基板１内の所定の位置まで導く第１バイアス電極基部と、該第１バイアス電極基部から光導波路に沿って、互いに所定距離離れて延伸する複数の第１バイアス電極枝部とを具備し、複数の第１バイアス電極枝部のうちの１つが、バイアス用相互作用部を構成する２本の光導波路の一方３ｂ´の上方に形成され、少なくとも２つの第１バイアス電極枝部が、第１バイアス電極基部以外の箇所で互いに電気的に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は高速で駆動電圧が低く、かつバイアス電圧が小さく、製作の歩留まりの良い光変調器の分野に属する。

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、リチウムナイオベート基板を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）は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓの大容量光伝送システムに適用されている。最近はさらに４０Ｇｂｉｔ／ｓ、あるいは１００Ｇｂｉｔ／ｓの超大容量光伝送システムにも適用が検討されており、キーデバイスとして期待されている。

（第１の従来技術）
このＬＮ光変調器にはｚ−カット基板を使用するタイプとｘ−カット基板（あるいはｙ−カット基板）を使用するタイプがある。ここでは、第１の従来技術として特許文献１の考え方をｚ−カットＬＮ基板と２電極型コプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）進行波電極に適用したＬＮ光変調器をとり上げ、その概略上面図を図１１に示す。

図中、１はｚ−カットＬＮ基板、２は１．３μｍ、あるいは１．５５μｍなど光通信において使用する波長領域で透明な厚みＤのＳｉＯ_２バッファ層（なお、厚みＤは２００ｎｍから１μｍ程度である）、３はｚ−カットＬＮ基板１にＴｉを蒸着後、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。

なお、電界が印加されて屈折率が変化する相互作用光導波路は、高周波電気信号によって生じる電気力線と光が相互作用する高周波電気信号用相互作用部５と、バイアス電圧によって生じる電気力線と光が相互作用するバイアス用相互作用部６と、からなっている。つまり、高周波電気信号用相互作用部５とバイアス用相互作用部６はマッハツェンダ光導波路の２本のアームを構成する光導波路から構成されている。なお、高周波電気信号用相互作用部の２本のアーム（高周波電気信号用相互作用光導波路）を３ａ、３ｂ、バイアス用相互作用部の２本のアーム（バイアス用相互作用光導波路）を３ａ´、３ｂ´とする。

この２電極型のＬＮ光変調器では、高周波電気信号用相互作用光導波路３ａと３ｂの上方に各々中心導体（中心電極）４ａと４ｂが形成されている。４ｃ、４ｄ、及び４ｅは接地導体（接地電極）である。高周波電気信号用相互作用部５におけるＣＰＷ型の進行波電極４は中心導体４ａ、４ｂ、接地導体４ｃ、４ｄ、４ｅから構成されている。

なお、バイアス用相互作用光導波路３ａ´の上方にあるバイアス電極７ａはバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ近傍にあるバイアス電極７ｂは側置導体（側置電極）であり、バイアス用相互作用光導波路３ｂ´の上方にあるバイアス電極７ｂはバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ近傍にあるバイアス電極７ａは側置導体（側置電極）である。

図１２は図１１のＡ−Ａ´における断面図である。バイアス用相互作用部６ではバイアス電極７ａと７ｂが各々バイアス用相互作用光導波路３ａ´、３ｂ´の上方に形成されている。８ａと８ｂはバイアスの電気力線である。

図１２からわかるように、バイアス用相互作用光導波路３ａ´に関しては、バイアス電極７ａからバイアス電極７ｂへ電気力線８ａが向かっており、バイアス用相互作用光導波路３ａ´には下向きの電気力線８ａが印加されている。一方、バイアス用相互作用光導波路３ｂ´に関しては、バイアス電極７ａからバイアス電極７ｂへ電気力線８ｂが向かっているので、バイアス用相互作用光導波路３ｂ´には上向きの電気力線８ｂが印加されている。その結果、バイアス用相互作用光導波路３ａ´と３ｂ´において生じる屈折率変化の符号は互いに逆となる。なお、図１１に示したこの第１の従来技術におけるバイアス電極７ａ、７ｂは非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）構造と呼ばれている。

バイアス用相互作用光導波路３ａ´を伝搬する光の波動関数ψ_ａ´と、高周波電気信号用相互作用光導波路３ａの上方に形成されているバイアス電極７ａから発せられてバイアス電極７ｂに向かう電気力線８ａからなる電界Ｅ_ａとの相互作用の結果生じる高周波電気信号用相互作用光導波路３ａの屈折率変化Δｎ_ａは、
Δｎ∝∬ψ_ａ´ ^２（ｘ、ｙ）Ｅ_ａ（ｘ、ｙ）ｄｘｄｙ （１）
と表される。

図１３に図１１のバイアス電極７ａと７ｂの拡大図を示す。バイアス電極７ａはバイアス電極基部４００とバイアス電極枝部５００及び５０１からなり、バイアス電極７ｂはバイアス電極基部４０１とバイアス電極枝部５０２及び５０３から成っている。

図１４を用いて図１１に示した第１の従来技術の問題点を説明する。図１４ではバイアス電極７ａと７ｂにバイアス電極破断部３００と３０１が後述する製造工程の問題により各々に発生してしまっている。このバイアス電極破断部３００と３０１は、図１３を参照するとバイアス電極基部４００とバイアス電極枝部５０１の接続部と、バイアス電極基部４０１とバイアス電極枝部５０２との接続部にあることがわかる。なお、図１４は模式図であってバイアス電極破断部の寸法を大きめに強調したものとなっている。

図１４のようにバイアス電極７ａと７ｂにバイアス電極破断部３００、３０１があると、バイアス用相互作用光導波路３ａ´と３ｂ´に電気力線８ａと８ｂが印加されず、バイアス用相互作用光導波路３ａ´と３ｂ´に屈折率変化を生じさせることができない。

なお、図１４においてバイアス電極破断部３００と３０１の内、どちらか一方のみが存在する場合にはバイアス電圧がバイアス用相互作用光導波路３ａ´、もしくは３ｂ´のどちらかのみに印加されるというアンバランスな状態となる。

そして、こうしたバイアス電極破断部３００や３０１は電極プロセスの際にレジストの中にある微小なゴミなどにより発生することが多い。そしてバイアス電極破断部は、非常に微細な大きさであるので、検査工程において発見することは容易ではない。バイアス電極の厚みは高周波変調部の電極の厚みに比べて薄いので、こうした問題が発生することが多く、バイアス電極破断部が光変調器の歩留まりを著しく劣化させることになる。

（第２の従来技術）
図１５には特許文献２に開示されたＬＮ光変調器の概略上面図を示す。バイアス用相互作用部６´における９ａと９ｂはバイアス電極である。図１６のＢ−Ｂ´における断面図を図１６に示す。１０ａ、１０ｂは印加されたバイアス電圧により発生した電気力線である。

この第２の従来技術においてはバイアス用相互作用光導波路３ａ´の上方にあるバイアス電極９ａの左右両側にバイアス電極９ｂが存在し、バイアス用相互作用光導波路３ｂ´の上方にあるバイアス電極９ｂの左右両側にバイアス電極９ａが存在する。バイアス用相互作用光導波路３ｂ´についても同様であり、いわばバイアス電極がＣＰＷ構造となっている。その結果、ＡＣＰＳ構造の第１の従来技術と比較して（１）式で与えられる屈折率変化の効率が高い。

なお、バイアス用相互作用光導波路３ａ´の上方にあるバイアス電極９ａはバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ両側近傍にあるバイアス電極９ｂは側置導体（側置電極）であり、バイアス用相互作用光導波路３ｂ´の上方にあるバイアス電極９ｂはバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ両側近傍にあるバイアス電極９ａは側置導体（側置電極）である。

この第２の従来技術においても第１の従来技術と同様の問題がある。つまり、図１７に示すように、バイアス電極９ａと９ｂにバイアス電極破断部３０２や３０３がある場合には図１６に示したような電気力線１０ａや１０ｂが存在しなくなり、バイアス用相互作用光導波路３ａ´や３ｂ´に屈折率変化を生じさせることができない。

なお、第１の従来技術と同じく、図１７においてバイアス電極破断部３０２と３０３のどちらか一方のみが存在する場合には、バイアス電圧がバイアス用相互作用光導波路３ａ´、もしくは３ｂ´のどちらかのみに印加されるというアンバランスな状態となり、この場合にも光変調器としての正常な動作を得ることはできない。

特開昭６２−１４６２７号公報 特許第３８０６０４３号公報

以上のように、従来技術には、バイアス電極に破断部があると光導波路にバイアス電界が印加されない、あるいはマッハツェンダ光導波路を構成する２本の光導波路にバイアス電圧がアンバランスに印加されるなど、光変調器として正常に動作しなくなってしまうという問題があった。そのため製作上の歩留まりに問題が生じていた。

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、該基板に形成され、光を導波するための複数本の光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極と、前記光導波路にバイアス電圧を印加するバイアス電極と、を有し、前記複数本の光導波路のうちの２本の光導波路を含んで構成され、前記進行波電極に前記高周波電気信号が印加されることにより前記光の位相を変調するための少なくとも１つの高周波電気信号用相互作用部と、前記複数本の光導波路のうち、前記高周波電気信号用相互作用部に連続して形成された２本の光導波路を含んで構成され、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するための少なくとも１つのバイアス用相互作用部と、を具備する光変調器において、前記バイアス電極は、前記バイアス用相互作用部を構成する前記２本の光導波路の一方の上方に形成された部分を有する第１バイアス電極と、前記バイアス用相互作用部を構成する前記２本の光導波路の他方の上方に形成された部分を有する第２バイアス電極と、を含んでなり、前記第１バイアス電極は、外部から印加されるバイアス電圧を前記基板内の所定の位置まで導く第１バイアス電極基部と、該第１バイアス電極基部から前記光導波路に沿って、互いに所定距離離れて延伸する複数の第１バイアス電極枝部と、を具備し、前記複数の第１バイアス電極枝部のうちの少なくとも１つが、前記一方の光導波路の上方に形成され、少なくとも２つの前記第１バイアス電極枝部が、前記第１バイアス電極基部以外の箇所で互いに電気的に接続されていることを特徴としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項２の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成され、光を導波するための複数本の光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極と、前記光導波路にバイアス電圧を印加するバイアス電極と、を有し、前記複数本の光導波路のうちの２本の光導波路を含んで構成され、前記進行波電極に前記高周波電気信号が印加されることにより前記光の位相を変調するための少なくとも１つの高周波電気信号用相互作用部と、前記複数本の光導波路のうち、前記高周波電気信号用相互作用部に連続して形成された２本の光導波路を含んで構成され、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するための少なくとも１つのバイアス用相互作用部と、を具備する光変調器において、前記バイアス電極は、前記バイアス用相互作用部を構成する前記２本の光導波路の一方の上方に形成された部分を有する第１バイアス電極と、前記バイアス用相互作用部を構成する前記２本の光導波路の他方の上方に形成された部分を有する第２バイアス電極と、を含んでなり、前記第１バイアス電極は、外部から印加されるバイアス電圧を前記基板内の所定の位置まで導く第１バイアス電極基部と、該第１バイアス電極基部から前記光導波路に沿って、互いに所定距離離れて延伸する複数の第１バイアス電極枝部と、を具備し、前記第２バイアス電極は、外部から印加されるバイアス電圧を前記基板内の所定の位置まで導く第２バイアス電極基部と、該第２バイアス電極基部から前記光導波路に沿って、互いに所定距離離れて延伸する複数の第２バイアス電極枝部と、を具備し、前記複数の第１バイアス電極枝部のうちの少なくとも１つが、前記一方の光導波路の上方に形成されるとともに、前記複数の第２バイアス電極枝部のうちの少なくとも１つが、前記他方の光導波路の上方に形成され、少なくとも２つの前記第１バイアス電極枝部が、前記第１バイアス電極基部以外の箇所で互いに電気的に接続されているとともに、少なくとも２つの前記第２バイアス電極枝部が、前記第２バイアス電極基部以外の箇所で互いに電気的に接続されていることを特徴としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項３の光変調器は、前記複数の第１バイアス電極枝部は、前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極枝部を間に挟んで前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極枝部の反対側に形成された側置電極を含み、前記他方の光導波路上の第２バイアス電極枝部、前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極枝部、及び前記側置電極は、ＣＰＷ構造を成していることを特徴としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項４の光変調器は、前記複数の第２バイアス電極枝部は、前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極枝部を間に挟んで前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極枝部の反対側に形成された側置電極を含み、前記一方の光導波路上の第１バイアス電極枝部、前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極枝部、及び前記側置電極は、ＣＰＷ構造を成していることを特徴としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項５の光変調器は、前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなることを特徴としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項６の光変調器は、前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなり、前記高周波電気信号用相互作用部と前記バイアス用相互作用部の少なくとも一部が、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路を含んで構成されることを特徴としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項７の光変調器は、少なくとも２つの前記第１バイアス電極枝部が、前記第１バイアス電極基部以外の箇所でワイヤにより互いに電気的に接続されていることを特徴としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項８の光変調器は、少なくとも２つの前記第１バイアス電極枝部が、前記第１バイアス電極基部以外の箇所でワイヤにより互いに電気的に接続されているとともに、少なくとも２つの前記第２バイアス電極枝部が、前記第２バイアス電極基部以外の箇所でワイヤにより互いに電気的に接続されていることを特徴としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項９の光変調器は、前記第１バイアス電極枝部の先端部、及び、前記第２バイアス電極枝部の先端部に、前記ワイヤをボンディングするための電極パッドが形成されていることを特徴としている。

本発明では光導波路の上方にあるバイアス電極枝部に他のバイアス電極枝部が電気的に接続されている。そのためバイアス電極破断部が存在する場合であっても、他のバイアス電極枝部からバイアス電圧が供給されるので、光導波路に確実にバイアス電圧が印加される。その結果、ＬＮ光変調器に正常なバイアス動作をさせることが可能となり、光変調器を製作する上で歩留まりを大幅に改善できるという効果がある。

本発明の光変調器における第１の実施形態の模式的な上面図 本発明の第１の実施形態におけるバイアス電極についての拡大図 本発明の効果を説明するための模式的な上面図 本発明の効果を説明するためのＣ−Ｃ´における模式的な断面図 本発明の光変調器における第２の実施形態の模式的な上面図 本発明の光変調器における第３の実施形態の模式的な上面図 本発明の光変調器における第４の実施形態の模式的な上面図 本発明の光変調器における第５の実施形態の模式的な上面図 本発明の光変調器における第６の実施形態の模式的な上面図 本発明の光変調器における第７の実施形態の模式的な上面図 第１の従来技術の模式的な上面図 第１の従来技術を表す図１１のＡ−Ａ´線における模式的な断面図 第１の従来におけるバイアス電極についての拡大図 第１の従来技術の問題点を説明するための模式的な上面図 第２の従来技術の模式的な上面図 第２の従来技術を表す図１５のＢ−Ｂ´線における模式的な断面図 第２の従来技術の問題点を説明するための模式的な上面図

以下、本発明の実施形態について説明するが、図１１から図１７に示した従来の実施形態と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１に本発明における第１の実施形態の概略上面図を示す。本実施形態の光変調器は、電気光学効果を有するｚ−カットＬＮ基板１と、ｚ−カットＬＮ基板１に形成され、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、ｚ−カットＬＮ基板１の一方の面（ＳｉＯ_２バッファ層２の上面）側に形成され、光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心導体（中心電極）４ａ、４ｂ及び接地導体（接地電極）４ｃ、４ｄ、４ｅを有する進行波電極４と、光導波路３にバイアス電圧を印加するバイアス電極１１ａ、１１ｂと、を有する。

光導波路３は、入力光を２つに分岐する入力光分岐部（符号は不図示）と、入力光分岐部に連続して形成され、中心導体４ａ、４ｂと接地導体４ｃ、４ｄ、４ｅとの間に電圧を印加することにより光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用光導波路３ａ、３ｂと、高周波電気信号用相互作用光導波路３ａ、３ｂにそれぞれ連続して形成され、バイアス電極１１ａ、１１ｂにバイアス電圧を印加することにより光の位相を調整するためのバイアス用相互作用光導波路３ａ´、３ｂ´と、バイアス用相互作用光導波路３ａ´、３ｂ´を伝搬した光を合波して出力する合波光出力部（符号は不図示）と、を含む。

本実施形態では、高周波電気信号用相互作用光導波路３ａ、３ｂは、高周波電気信号用相互作用部５を構成している。また、バイアス用相互作用光導波路３ａ´、３ｂ´は、バイアス用相互作用部６´´を構成している。

高周波電気信号用相互作用部５は、図１１や図１５に示した第１の従来技術、及び第２の従来技術と同じく２電極型の進行波電極４を有している。ここで、１００、１０１、１０２、及び１０３はワイヤ（あるいは金リボン）２００や２０１をボンディングするために設けたバイアス電極パッド（ＤＣ電極パッド）である。なお、図１は模式図であり、バイアス電極パッド１００、１０１、１０２、及び１０３の大きさは、後述するバイアス電極枝部の長さに対して実際の寸法よりも極端に大きい寸法で図示している。

図１におけるバイアス用相互作用部６´´のバイアス電極１１ａ、１１ｂの拡大図を図２に示す。但し、説明を簡単にするために、バイアス電極パッド１００、１０１、１０２、及び１０３の図示を省略した。

図２に示すように、バイアス電極（第１バイアス電極）１１ａは、外部から印加されるバイアス電圧をｚ−カットＬＮ基板１内の所定の位置まで導くバイアス電極基部（第１バイアス電極基部）４０２と、バイアス電極基部４０２からバイアス用相互作用光導波路３ａ´、３ｂ´に沿って、互いに所定距離離れて延伸するバイアス電極枝部（第１バイアス電極枝部）５０４、５０５から成っている。

一方、バイアス電極（第２バイアス電極）１１ｂは、外部から印加されるバイアス電圧をｚ−カットＬＮ基板１内の所定の位置まで導くバイアス電極基部（第２バイアス電極基部）４０３と、バイアス電極基部４０３からバイアス用相互作用光導波路３ａ´、３ｂ´に沿って、互いに所定距離離れて延伸するバイアス電極枝部（第２バイアス電極枝部）５０６、５０７から成っている。

ここで、バイアス電極枝部５０４はバイアス用相互作用光導波路３ｂ´の上方に形成され、一方、バイアス電極枝部５０７はバイアス用相互作用光導波路３ａ´の上方に形成されている。

本実施形態では、バイアス電極１１ａのバイアス電極枝部５０４及び５０５は、それぞれの先端部に形成されたバイアス電極パッド１００及び１０１（図１参照）において、ワイヤ２００により互いに電気的に接続されている。一方、バイアス電極１１ｂのバイアス電極枝部５０６及び５０７は、それぞれの先端部に形成されたバイアス電極パッド１０２及び１０３（図１参照）において、ワイヤ２０１により互いに電気的に接続されている。具体的には、製造工程において、バイアス電極破断部の有無の検査を行わずに、ワイヤ２００と２０１とでそれぞれ２つのバイアス電極枝部を互いに電気的に接続している。

この構成により、バイアス電極１１ａ及び１１ｂに、図３に示すようなバイアス電極破断部３０４や３０５が発生していたとしても、図３のＣ−Ｃ´における断面図である図４からわかるように、バイアス用相互作用光導波路３ａ´や３ｂ´の上方にあるバイアス電極１１ａや１１ｂ（つまり、図２のバイアス電極枝部５０４や５０７）には、それぞれワイヤ２００と２０１を介して、バイアス電圧が供給される。

その結果、バイアス電極破断部３０４や３０５がない場合と同様に、バイアス電圧による電気力線１２ａ、１２ｂ、１２ｃがバイアス用相互作用光導波路３ａ´や３ｂ´に効果的に印加される。具体的には、バイアス用相互作用光導波路３ａ´に関しては、バイアス電極１１ｂから両隣のバイアス電極１１ａへ電気力線１２ａ及び１２ｃが向かっており、バイアス用相互作用光導波路３ａ´に下向きの電気力線が印加される。一方、バイアス用相互作用光導波路３ｂ´に関しては、両隣のバイアス電極１１ｂからバイアス電極１１ａへ電気力線１２ｂ及び１２ｃが向かっており、バイアス用相互作用光導波路３ｂ´に上向きの電気力線が印加される。

従って、本実施形態の光変調器は、バイアス電極破断部が発生していたとしても、光変調器として問題ない動作を実現することができる。なお勿論、バイアス電極破断部が発生していなかった場合であっても、ワイヤ２００と２０１が光変調器の動作に関し、何らの悪影響を与えるものではないことは言うまでもない。
このように本発明を適用することにより、光変調器の製作過程においてバイアス電極１１ａや１１ｂが部分的に切断されていても、バイアス用相互作用光導波路３ａ´や３ｂ´の上方にあるバイアス電極には最終的にバイアス電圧を供給することができるので、光変調器を製作する上での歩留まりを著しく改善することが可能となる。

なお、本実施形態においては、バイアス電極枝部５０４と５０５とをワイヤ２００で接続し、またバイアス電極枝部５０６と５０７とをワイヤ２０１で電気的に接続すると説明したが、フォトリソグラフィー技術と蒸着やスパッタリングの技術を用いてパターニングすることにより電気的に接続しても良いことは言うまでもない。

また、バイアス電極１１ａと１１ｂの両方についてバイアス電極枝部を電気的に接続するとしたが、効果は半減するものの片方のバイアス電極のみに本発明を適用しても良い。そしてこのことは本発明の全ての実施形態について成り立つ。

なお、図４のＣ−Ｃ´断面図に示した４つのバイアス電極は、図の左側から順に、それぞれ図２に示したバイアス電極枝部５０５、５０７、５０４及び５０６に対応している。ここで、バイアス電極枝部５０５は、バイアス用相互作用光導波路３ａ'上のバイアス電極枝部５０７を間に挟んでバイアス用相互作用光導波路３ｂ'上のバイアス電極枝部５０４の反対側に形成された側置電極である。このように、バイアス電極枝部５０７、バイアス電極枝部５０４、及び側置電極５０５により、バイアス電極がＣＰＷ構造となっていても良い。

一方、バイアス電極枝部５０６は、バイアス用相互作用光導波路３ｂ'上のバイアス電極枝部５０４を間に挟んでバイアス用相互作用光導波路３ａ'上のバイアス電極枝部５０７の反対側に形成された側置電極である。このように、バイアス電極枝部５０４、バイアス電極枝部５０７、及び側置電極５０６により、バイアス電極がＣＰＷ構造となっていても良い。

（第２の実施形態）
本発明に係る光変調器の第２の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

図５に本発明の第２の実施形態を示す。本実施形態はいわば図１５に示した第２の従来技術に本発明を適用した例である。ここで、６^（３）はバイアス用相互作用部、９ａ´、９ｂ´はバイアス電極、２０２、２０３、２０４、及び２０５はバイアス電極９ａ´と９ｂ´の各々のバイアス電極枝部（符号は不図示）を電気的に接続するワイヤである。

バイアス電極９ａ´や９ｂ´のバイアス用相互作用光導波路３ａ´や３ｂ´の上方にある部分（つまり、バイアス電極枝部）に不図示のバイアス電極破断部が発生していても、他のバイアス電極枝部からワイヤ２０２、２０３、２０４、及び２０５を通じてバイアス電圧が供給されるので、光変調器製作時の歩留まりを著しく改善することができる。

（第３の実施形態）
本発明に係る光変調器の第３の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、既に説明した実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

図６に本発明の第３の実施形態を示す。この構成は一般に単電極型と呼ばれる。ここで、６^（４）はバイアス用相互作用部、１１ａ´´、１１ｂ´´はバイアス電極、２０６と２０７はバイアス電極１１ａ´´と１１ｂ´´の各々のバイアス電極枝部（符号は不図示）を電気的に接続するワイヤである。

この実施形態においてもバイアス電極１１ａ´´や１１ｂ´´のバイアス用相互作用光導波路３ａ´や３ｂ´の上方にある部分（つまり、バイアス電極枝部）に不図示のバイアス電極破断部が発生していても、他のバイアス電極枝部からワイヤ２０６と２０７によりバイアス電圧が供給されるので、光変調器製作時の歩留まりを著しく改善することができる。

（第４の実施形態）
本発明に係る光変調器の第４の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、既に説明した実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

図７に本発明をネスト構成の１つであるＤＱＰＳＫ型のＬＮ光変調器に適用した第４の実施形態についての概略上面図を示す。本実施形態の光変調器は、２つの高周波電気信号用相互作用部（まとめて符号５´´で示す）と２つのバイアス用相互作用部（まとめて第１のバイアス用相互作用部６^（５）と記す）、第２のバイアス用相互作用部６^（６）とから構成され、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上に２つのチャイルドマッハツェンダ光導波路（符号３０ａと３０ａ´で示す高周波電気信号用相互作用光導波路、及び、符号３０ｂと３０ｂ´で示す高周波電気信号用相互作用光導波路の各組合せ）をそれぞれ有するネスト型光導波路となっている。

ここで、６^（５）はチャイルドマッハツェンダ光導波路用のバイアス用相互作用部であり、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄは高周波電気信号用相互作用光導波路３０ａ、３０ａ´、３０ｂ及び３０ｂ´の上方に形成されたバイアス電極である。一方、６^（６）はペアレントマッハツェンダ光導波路用のバイアス用相互作用部であり、１１ａ^（３）と１１ｂ^（３）はそのバイアス電極である。なお、説明を簡単にするために、単電極型に必要となる分極反転構造や進行波電極の図示を省略している。

言い換えれば、本実施形態では、高周波電気信号用相互作用部５´´、及び、第１のバイアス用相互作用部６^（５）が、チャイルドマッハツェンダ光導波路を含んで構成され、第２のバイアス用相互作用部６^（６）が、ペアレントマッハツェンダ光導波路を含んで構成されている。

ワイヤ２０８、２０９、２１０及び２１１はチャイルドマッハツェンダ光導波路用のバイアス電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに適用される。また、ワイヤ２１２と２１３はペアレントマッハツェンダ光導波路用のバイアス電極である１１ａ^（３）と１１ｂ^（３）に適用される。

この実施形態においては、第２のバイアス用相互作用部６^（６）を構成するペアレントマッハツェンダ光導波路における２本のバイアス用相互作用光導波路３ａ´と３ｂ´との間の距離が、チャイルドマッハツェンダ光導波路の高周波電気信号用相互作用光導波路３０ａ、３０ａ´の中間線と、隣接するチャイルドマッハツェンダ光導波路の高周波電気信号用相互作用光導波路３０ｂ、３０ｂ´の中間線との間の距離よりも狭く構成されている。勿論、本発明はこの構成に限定されるものではない。

なお、ＤＱＰＳＫ型のＬＮ変調器におけるチャイルドマッハツェンダ光導波路に形成する進行波電極が２電極型であっても、本発明は有効に効果を発揮できる。また、他のネスト型光変調器についても、バイアス電極部の歩留まりを大幅に改善する構成として本発明は有効である。本実施形態では本発明の考え方をチャイルドマッハツェンダ光導波路とペアレントマッハツェンダ光導波路の両方に適用したが、どちらか一方の光導波路のみに本発明の考え方を適用しても良いことはいうまでもない。そしてこのことは本発明の全ての実施形態について言うことができる。

（第５の実施形態）
本発明に係る光変調器の第５の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、既に説明した実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

図８に本発明を他のＤＱＰＳＫ型のＬＮ光変調器に適用した第５の実施形態についての概略上面図を示す。本実施形態の光変調器は、高周波電気信号用相互作用部５´´と、チャイルドマッハツェンダ光導波路用の第１のバイアス用相互作用部６^（５）と、ペアレントマッハツェンダ光導波路用の第２のバイアス用相互作用部６^（７）とから構成されている。

本実施形態では、ペアレントマッハツェンダ光導波路用の第２のバイアス用相互作用部６^（７）の構成が、図７に示した第４の実施形態の第２のバイアス用相互作用部６^（６）の構成と異なっている。即ち、高周波電気信号用相互作用部５´´、第１のバイアス用相互作用部６^（５）、及び第２のバイアス用相互作用部６^（７）が、チャイルドマッハツェンダ光導波路を含んで構成されている。

ここで、１１ａ^（４）、１１ｂ^（４）は本実施形態のバイアス電極である。なお、説明を簡単にするために、ゼロチャープを実現する上で必要となる分極反転構造や進行波電極の図示を省略した。ワイヤ２１４、２１５、２１６及び２１７は、ペアレントマッハツェンダ光導波路用のバイアス電極１１ａ^（４）と１１ｂ^（４）に適用される。

（第６の実施形態）
本発明に係る光変調器の第６の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、既に説明した実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

図９は図８に示した本発明の第５の実施形態におけるワイヤ２１５と２１６をワイヤ２１８と２１９に簡素化した構成である。６^（８）は、ワイヤの張り方が簡素化されたバイアス用相互作用部である。本実施形態では第５の実施形態と比較すると、バイアス電極の破断に関して若干歩留まり改善の効果が低減するが、ワイヤの張り方が簡単化されるという特徴がある。

（第７の実施形態）
本発明に係る光変調器の第７の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、既に説明した実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

図１０は本発明の第７の実施形態についての概略上面図である。本実施形態は、高周波電気信号用相互作用部５´とバイアス用相互作用部６^（９）から構成される。２２０と２２１は、バイアス電極１１ａと１１ｂに適用されるワイヤである。

本実施形態では、高周波電気信号用相互作用部５´における２本の高周波電気信号用相互作用光導波路３ａ、３ｂよりも、バイアス用相互作用部６^（９）における２本のバイアス用相互作用光導波路３ａ´、３ｂ´の間隔を狭くしている。これにより、高周波電気信号用相互作用部５´とバイアス用相互作用部６^（９）を独立に設計できるので、バイアス電圧をより低減できるという利点がある。

（各実施形態について）
以上の実施形態ではプレーナ構造の光変調器について説明してきたが、リッジ構造の光変調器にも本発明を適用できることはいうまでもない。

また、高周波電気信号用相互作用部における２本の光導波路間の距離と、バイアス用相互作用部における２本の光導波路間の距離とが、同一であっても、相違していても良い。

また、進行波電極としてはＣＰＷ電極を例にとり説明したが、非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）や対称コプレーナストリップ（ＣＰＳ）などの各種進行波電極、あるいは集中定数型の電極でも良いことは言うまでもない。また、マッハツェンダ干渉系が１つ及び２つの場合について説明したが、本発明は、ＤＰ−ＱＰＳＫを含めさらに多くのマッハツェンダ干渉系を有する複雑なネスト構造にも適用可能である。

以上における説明としてはバイアス電極の一部が光導波路の真上にあるｚ−カットＬＮ基板を用いて説明したが、バイアス電極枝部が光導波路の上方にあり、かつ２つのバイアス電極枝部の間（換言すると、中心電極と側置電極の間）に光導波路が位置するｘ−カットＬＮ基板の場合についても本発明を適用できることは言うまでもない。

上記においては高周波電気信号用相互作用部に分極反転を含まない図面で説明したが、高周波電気信号用相互作用部に分極反転を含むか含まないかはバイアス用相互作用部についての議論とは本質的に関連しないので、分極反転を含んでいても良いことは明らかである。

また、基板としては、ＬＮ基板のみでなく、リチウムタンタレートや半導体などその他の基板でも良いことは言うまでもない。

１：ｚ−カットＬＮ基板
２：ＳｉＯ_２バッファ層
３：光導波路
３ａ、３ｂ、３０ａ、３０ａ´、３０ｂ、３０ｂ´：高周波電気信号用相互作用光導波路（光導波路）
３ａ´、３ｂ´：バイアス用相互作用光導波路（光導波路）
４、４´：進行波電極
４ａ、４ａ´、４ｂ：進行波電極の中心導体（中心電極）
４ｃ、４ｃ´、４ｄ、４ｄ´、４ｅ：進行波電極の接地導体（接地電極）
５、５´、５´´、５´´´：高周波電気信号用相互作用部
６、６´、６´´、６^（３）、６^（４）、６^（５）、６^（６）、６^（７）、６^（８）、６^（９）、：バイアス用相互作用部
７ａ、９ａ、９ｂ´、１１ａ、１１ａ´´、１１ａ^（３）、１３ａ、１３ｃ：バイアス電極（第１バイアス電極）
７ｂ、９ｂ、９ａ´、１１ｂ、１１ｂ´´、１１ｂ^（３）、１３ｂ、１３ｄ：バイアス電極（第２バイアス電極）
１１ａ^（４）、１１ｂ^（４）：バイアス電極
８ａ、８ｂ、１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ：電気力線
１００、１０１、１０２、１０３：バイアス電極パッド（電極パッド）
２００、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８、２０９、２１０、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７：ワイヤ
３００、３０１、３０２、３０３、３０４、３０５：バイアス電極破断部
４００、４０２：バイアス電極基部（第１バイアス電極基部）
４０１、４０３：バイアス電極基部（第２バイアス電極基部）
５００、５０１、５０４、５０５：バイアス電極枝部（第１バイアス電極枝部）
５０２、５０３、５０６、５０７：バイアス電極枝部（第２バイアス電極枝部）
５００、５０３、５０５、５０６ 側置電極

Claims (9)

1. 電気光学効果を有する基板と、該基板に形成され、光を導波するための複数本の光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極と、前記光導波路にバイアス電圧を印加するバイアス電極と、を有し、
   前記複数本の光導波路のうちの２本の光導波路を含んで構成され、前記進行波電極に前記高周波電気信号が印加されることにより前記光の位相を変調するための少なくとも１つの高周波電気信号用相互作用部と、
   前記複数本の光導波路のうち、前記高周波電気信号用相互作用部に連続して形成された２本の光導波路を含んで構成され、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するための少なくとも１つのバイアス用相互作用部と、を具備する光変調器において、
   前記バイアス電極は、
   前記バイアス用相互作用部を構成する前記２本の光導波路の一方の上方に形成された部分を有する第１バイアス電極と、
   前記バイアス用相互作用部を構成する前記２本の光導波路の他方の上方に形成された部分を有する第２バイアス電極と、を含んでなり、
   前記第１バイアス電極は、外部から印加されるバイアス電圧を前記基板内の所定の位置まで導く第１バイアス電極基部と、該第１バイアス電極基部から前記光導波路に沿って、互いに所定距離離れて延伸する複数の第１バイアス電極枝部と、を具備し、
   前記複数の第１バイアス電極枝部のうちの少なくとも１つが、前記一方の光導波路の上方に形成され、
   少なくとも２つの前記第１バイアス電極枝部が、前記第１バイアス電極基部以外の箇所で互いに電気的に接続されていることを特徴とする光変調器。
2. 電気光学効果を有する基板と、該基板に形成され、光を導波するための複数本の光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極と、前記光導波路にバイアス電圧を印加するバイアス電極と、を有し、
   前記複数本の光導波路のうちの２本の光導波路を含んで構成され、前記進行波電極に前記高周波電気信号が印加されることにより前記光の位相を変調するための少なくとも１つの高周波電気信号用相互作用部と、
   前記複数本の光導波路のうち、前記高周波電気信号用相互作用部に連続して形成された２本の光導波路を含んで構成され、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するための少なくとも１つのバイアス用相互作用部と、を具備する光変調器において、
   前記バイアス電極は、
   前記バイアス用相互作用部を構成する前記２本の光導波路の一方の上方に形成された部分を有する第１バイアス電極と、
   前記バイアス用相互作用部を構成する前記２本の光導波路の他方の上方に形成された部分を有する第２バイアス電極と、を含んでなり、
   前記第１バイアス電極は、外部から印加されるバイアス電圧を前記基板内の所定の位置まで導く第１バイアス電極基部と、該第１バイアス電極基部から前記光導波路に沿って、互いに所定距離離れて延伸する複数の第１バイアス電極枝部と、を具備し、
   前記第２バイアス電極は、外部から印加されるバイアス電圧を前記基板内の所定の位置まで導く第２バイアス電極基部と、該第２バイアス電極基部から前記光導波路に沿って、互いに所定距離離れて延伸する複数の第２バイアス電極枝部と、を具備し、
   前記複数の第１バイアス電極枝部のうちの少なくとも１つが、前記一方の光導波路の上方に形成されるとともに、前記複数の第２バイアス電極枝部のうちの少なくとも１つが、前記他方の光導波路の上方に形成され、
   少なくとも２つの前記第１バイアス電極枝部が、前記第１バイアス電極基部以外の箇所で互いに電気的に接続されているとともに、少なくとも２つの前記第２バイアス電極枝部が、前記第２バイアス電極基部以外の箇所で互いに電気的に接続されていることを特徴とする光変調器。
3. 前記複数の第１バイアス電極枝部は、前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極枝部を間に挟んで前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極枝部の反対側に形成された側置電極を含み、
   前記他方の光導波路上の第２バイアス電極枝部、前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極枝部、及び前記側置電極は、ＣＰＷ構造を成していることを特徴とする請求項２に記載の光変調器。
4. 前記複数の第２バイアス電極枝部は、前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極枝部を間に挟んで前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極枝部の反対側に形成された側置電極を含み、
   前記一方の光導波路上の第１バイアス電極枝部、前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極枝部、及び前記側置電極は、ＣＰＷ構造を成していることを特徴とする請求項２または３に記載の光変調器。
5. 前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の光変調器。
6. 前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなり、
   前記高周波電気信号用相互作用部と前記バイアス用相互作用部の少なくとも一部が、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路を含んで構成される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器。
7. 少なくとも２つの前記第１バイアス電極枝部が、前記第１バイアス電極基部以外の箇所でワイヤにより互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光変調器。
8. 少なくとも２つの前記第１バイアス電極枝部が、前記第１バイアス電極基部以外の箇所でワイヤにより互いに電気的に接続されているとともに、少なくとも２つの前記第２バイアス電極枝部が、前記第２バイアス電極基部以外の箇所でワイヤにより互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の光変調器。
9. 前記第１バイアス電極枝部の先端部、及び、前記第２バイアス電極枝部の先端部に、前記ワイヤをボンディングするための電極パッドが形成されていることを特徴とする請求項７または８に記載の光変調器。

Images