JP2014199302A

JP2014199302A - 光デバイス

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Publication number: JP2014199302A
Application number: JP2013074321A
Authority: JP
Inventors: 利夫片岡; Toshio Kataoka; 徳一宮崎; Tokuichi Miyazaki; 洋一細川; Yoichi Hosokawa; 美紀岡村; Miki Okamura
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-23
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: WO2014157669A1; JP5786883B2

Abstract

【課題】終端回路での発熱による光学特性の劣化や基板の破損を防止し、終端基板と光学素子基板との機械的干渉を防止し、温度ドリフト現象を効果的に抑制する。【解決手段】電気光学効果を有する基板４１と、基板４１に設けられて光波が供給される複数の光導波路４２と、光導波路４２内を通過する光波を変調するための変調信号が供給される複数の信号電極４３と、を有する光変調素子４と、複数の信号電極４３と電気的に接続されるとともに変調信号を終端する終端抵抗５３と、終端抵抗５３が設けられた終端基板５と、を備え、終端基板５には熱伝導手段６０を配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、光デバイスに関する。

光変調器の変調部の信号電極では、信号電極を伝播する高周波信号の特性劣化を防止するために、信号電極の端部に、インピーダンスを整合した終端回路が接続され、その回路内の終端抵抗で信号の電力が消費されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２９５１３９号公報

しかしながら、近年では、４０Ｇｂｐｓや１００Ｇｂｐｓといった大容量通信に対応するため、多値変調方式や偏波多重方式などに対応した集積型変調器が主流となってきている。これらの変調器では、１つの変調器内に複数の変調部を持っており、例えば、ＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying：差動４値位相変調）では２つの変調部を持っており、異なる２つのＱＰＳＫ信号を偏波合成するＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual polarization-Quadrature phase shift keying）では４つの変調部を持っている。更には、マッハツェンダ構造を使った位相変調方式に対応するために、従来の単一マッハツェンダ構造のＡＳＫ（Amplitude Sift Keying）変調方式の２倍の電圧振幅（４倍の電力）で変調器が駆動される。このため、変調器内で消費される電力が、従来の単一マッハツェンダ構造の変調器と比較して８倍以上になっている。更には、変調器の小型化要求に対応するために、終端回路を近接して配置する必要があり、終端回路で発生する熱が問題となっている。

特に、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３：以下「ＬＮ」という）からなるＬＮ基板を有するＬＮ変調器では、ＬＮ基板と筐体との線膨張係数の差に起因した熱応力による温度ドリフト現象などの問題を生じるが、これらの問題を抑制するために、ＬＮに近い線膨張係数を持つステンレス（例えばＳＵＳ３０４）が筐体に用いられている。しかしながら、ステンレスは、熱伝導率があまり高くない金属であるため、終端回路で発生した熱が十分に筐体を通じて放熱されず、終端回路周辺が局所的に高温になってしまう。

また、ＬＮ基板上に形成された信号電極や接地電極と、終端基板上に形成された終端回路の信号電極や接地電極とは、金など熱伝導率の高い金属を用いてワイヤボンディングなどにより接続されている。

このため、筐体を通じて放熱されなかった熱はワイヤボンディングのワイヤを通してＬＮ基板に伝わり、ＬＮ基板の温度を局所的に上昇させていた。

上記の局所的な温度上昇のため、終端回路が形成された終端基板および終端基板の隣接部分であるＬＮ基板における局所的な熱応力歪の発生、終端基板やＬＮ基板の膨張による終端基板とＬＮ基板の接触による終端基板又はＬＮ基板の破損、温度ドリフト現象の増加などが課題となっている。

本発明は、終端回路での発熱による光学特性の劣化や基板の破損を防止し、終端基板と光学素子との機械的干渉を防止し、温度ドリフト現象を抑制する光デバイスを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る光デバイスは、電気光学効果を有する電気光学基板と、電気光学基板に設けられて光波が供給される複数の光導波路と、光導波路内を通過する光波を変調するための変調信号が供給される複数の信号電極と、を有する光変調素子と、複数の信号電極と電気的に接続されるとともに変調信号を終端する終端抵抗と、終端抵抗が第１の面に設けられた終端基板と、を備え、終端基板には熱伝導手段を配置する。

本発明に係る光デバイスによれば、終端抵抗により変調信号を終端することで終端抵抗が発熱するが、終端基板に熱伝導手段を設けることで、終端抵抗で発生した熱が拡散されるため、終端抵抗の発熱による終端基板の温度上昇を抑制することができるとともに、光変調素子の温度上昇も抑制することができる。これにより、光変調素子における光学特性が劣化するのを抑制し、光変調素子と終端基板とが熱膨張により接触して破損するのを抑制し、温度ドリフト現象を抑制することができる。

本発明の一側面に係る光デバイスは、熱伝導手段が、第１の面における終端抵抗の周辺に配置される。本発明に係る光デバイスによれば、発熱源である終端抵抗で発生した熱をより効率的に拡散させることができるため、終端抵抗の発熱による終端基板の温度上昇をより効率的に抑制することができるとともに、光変調素子の温度上昇も抑制することができる。これにより、光変調素子における光学特性が劣化するのを抑制し、光変調素子と終端基板とが熱膨張により接触して破損するのを抑制し、温度ドリフト現象を抑制することができる。

本発明の一側面に係る光デバイスは、熱伝導手段における、終端抵抗を境に電気光学基板から離れる側に形成された面積が、終端抵抗を境に電気光学基板側に形成された面積よりも大きい。本発明に係る光デバイスによれば、発熱源である終端抵抗で発生した熱を、光学特性に対して影響の大きい電気光学基板から離れる方向に効率的に拡散させることができるため、光変調素子の温度上昇を抑制することができる。これにより、光変調素子における光学特性が劣化するのを抑制し、温度ドリフト現象を抑制することができる。

本発明の一側面に係る光デバイスは、第１の面の面積が５ｍｍ^２以上である。なお、本発明において各信号電極と電気的に接続される終端抵抗の数は１つでも良いし複数でも良い。本発明に係る光デバイスによれば、終端抵抗により変調信号を終端することで終端抵抗が発熱するが、終端基板における終端抵抗が設けられた面の面積を５ｍｍ^２以上にすることで、終端抵抗の発熱による終端基板の温度上昇を抑制することができるとともに、光変調素子の温度上昇も抑制することができる。これにより、光変調素子における光学特性が劣化するのを抑制し、光変調素子と終端基板とが熱膨張により接触して破損するのを抑制し、温度ドリフト現象を抑制することができる。

本発明の一側面に係る光デバイスは、熱伝導手段は、終端基板における第１の面、及び第１の面と対向する第２の面に配置され、第１の面と第２の面にそれぞれ配置された熱伝導手段は、終端基板に形成された熱伝導孔を介して互いに接続されている。本発明に係る光デバイスによれば、終端抵抗で発生した熱を終端基板の第１の面と第２の面にそれぞれ配置された熱伝導手段で効率的に終端基板に分散させることができるため、終端基板の温度が局所的に高くなることを更に抑制することができるとともに、終端基板や光変調素子の温度上昇を更に抑制することができる。

本発明の一側面に係る光デバイスは、終端抵抗を境にして電気光学基板から離れる位置に形成された全ての熱伝導孔により伝導する熱量は、終端抵抗を境に電気光学基板側に形成された全ての熱伝導孔により伝導する熱量よりも大きいことを特徴とする。本発明に係る光デバイスによれば、発熱源である終端抵抗で発生した熱を、光学特性に対して影響の大きい電気光学基板から離れる方向に効率的に拡散することができるため、光変調素子の温度上昇を抑制することができる。これにより、光変調素子における光学特性が劣化するのを抑制し、温度ドリフト現象を抑制することができる。

本発明の一側面に係る光デバイスは、終端抵抗と電気光学基板との距離が、０．５ｍｍ以上である。本発明に係る光デバイスによれば、終端抵抗と電気光学基板との距離を０．５ｍｍ以上とすることで、終端抵抗で発生する熱がワイヤボンディングのワイヤを通して電気光学基板に伝わることを抑制することができる。これにより、光変調素子における光学特性が劣化するのを抑制し、温度ドリフト現象を抑制することができる。

本発明によれば、終端回路での発熱による光学特性の劣化や基板の破損を防止し、終端基板と光学素子との機械的干渉を防止し、温度ドリフト現象を効果的に抑制することができる。

一実施形態に係る光変調器の構成を概略的に示す図である。図１に示す光変調器の一部拡大図である。図１に示す光変調器の一部拡大図である。終端基板裏面を示す図である。図２におけるＶ−Ｖ線における断面図である。熱伝導手段の配置例を示す平面図である。熱伝導手段の配置例を示す平面図である。図７に示すＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。図７に示すＩＸ−ＩＸ線における断面図である。評価１における印加電力が０．５Ｗである場合の解析結果を示す図である。評価１における印加電力が１．０Ｗである場合の解析結果を示す図である。評価１における解析結果を示す図である。評価３における解析結果を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、一実施形態に係る光変調器の構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、光変調器１は、光ファイバＦ１によって導入された光波を変調して、光ファイバＦ２に変調光を出力する光デバイスである。光変調器１は、光入力部２と、中継部３と、光変調素子４と、終端基板５と、光出力部６と、筐体１０と、を備え得る。

筐体１０は、一方向（以下、「方向Ａ」という。）に延びる箱型の部材であって、例えばステンレス鋼から構成されている。筐体１０は、方向Ａにおける両端面である一端面１０ａ及び他端面１０ｂを有する。一端面１０ａには光ファイバＦ１を挿入するための開口が設けられている。他端面１０ｂには光ファイバＦ２を挿入するための開口が設けられている。筐体１０は、例えば、光入力部２、中継部３、光変調素子４、終端基板５及び光出力部６を収容する。

光入力部２は、光ファイバＦ１によって導入される光波を光変調素子４に供給する。光入力部２は、光ファイバＦ１と光変調素子４との接続を補助するための補助部材を備えても良い。

中継部３は、外部から供給される電気信号（一般的に５〜８Ｖ）である変調信号を中継して光変調素子４に出力する。中継部３は、例えば筐体１０の側面１０ｃに設けられた変調信号入力用のコネクタを介して変調信号を入力し、光変調素子４に変調信号を出力する。

光変調素子４は、中継部３から出力される変調信号に応じて、光入力部２から供給される光波を変調光に変換する素子である。光変調素子４は、基板４１（電気光学基板）と、複数の光導波路４２と、複数の信号電極４３と、を備え得る。基板４１は、例えばリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）などの電気光学効果を奏する誘電体材料から構成されている。基板４１は方向Ａに沿って延びており、方向Ａにおける両端部である一端部４１ａ及び他端部４１ｂを有する。

光導波路４２は、基板４１上に設けられている。光導波路４２は、例えばマッハツェンダ（Mach-Zehnder）型の光導波路であって、光変調素子４の変調方式に応じた構造を有する。この例では、ＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying：差動４値位相変調）変調などで用いられるネスト型変調器の構成を用いている。この場合、光導波路４２は、マッハツェンダ部４２０の２つの分岐導波路上に、マッハツェンダ部４２１及びマッハツェンダ部４２２が設けられた構造を有する。すなわち、マッハツェンダ部４２０の入力導波路４２ａは基板４１の一端部４１ａから方向Ａに沿って延び、分岐されてマッハツェンダ部４２１の入力端及びマッハツェンダ部４２２の入力端にそれぞれ接続されている。マッハツェンダ部４２０の出力導波路４２ｂでは、マッハツェンダ部４２１の出力端及びマッハツェンダ部４２２の出力端から延びる導波路が合流して方向Ａに沿って他端部４１ｂまで延びている。

信号電極４３は、変調信号に応じた電界を光導波路４２に印加するため基板４１上に設けられ、主に金（Ａｕ）などで形成される。

信号電極４３の配置及び数は、基板４１の結晶軸の向き及び光変調素子４の変調方式に応じて決定される。各信号電極４３には、中継部３から出力される変調信号がそれぞれ印加される。

光変調素子４では、光入力部２から光変調素子４に供給される光波は、入力導波路４２ａによってマッハツェンダ部４２１及びマッハツェンダ部４２２に分岐して入力される。分岐された光波は、マッハツェンダ部４２１及びマッハツェンダ部４２２を通過する際に、信号電極４３に供給された変調信号によりそれぞれ変調される。マッハツェンダ部４２１において変調された変調光及びマッハツェンダ部４２２において変調された変調光は、不図示の位相差付与手段により９０度の位相差を付与され、出力導波路４２ｂにおいて合波されて光変調素子４から出力される。ここで信号電極４３からの電界により光導波路４２を伝播する光への変調作用が及ぶ光導波路を「作用部」という。

終端基板５は、変調信号の電気的終端であり、半田や金スズなどのろう材、あるいは接着剤などにより筐体１０の内部に固定されている。詳細は後述する。

光出力部６は、光変調素子４から出力される変調光を光ファイバＦ２に出力する。光出力部６は、基板４１の他端部４１ｂに設けられている。

図２及び図３は、図１に示す光変調器の一部拡大図である。図１〜図３に示すように、終端基板５は、基板４１との間に所定の隙間を空けた位置に配置されており、光変調素子４の信号電極４３の各々に共通した基板としている。基板４１と終端基板５との隙間は１０μｍ以上１００μｍ以下とすることが望ましい。１０μｍ以上とすることで組み立て時や熱膨張による互いの接触を避けることができ、また１００μｍ以下とすることで信号電極を伝播する高周波信号の特性劣化を防ぐことができる。

本実施形態では、１つの終端基板５上に２つの信号電極が配置され、それぞれの信号電極に２つの終端抵抗及び２つのコンデンサが配置された例として説明する。なお、本実施例では終端基板５が一つであるが、終端基板５は、信号電極の数に応じて複数に分割されていても良い。この場合、分割された終端基板間同士の離間距離が互いに熱的影響を受ける範囲内であれば、終端基板５を一体とみなすことができる。

終端基板５は、例えば、アルミナから構成されており、厚さが０.１ｍｍ〜１.０ｍｍの矩形平板状の部材である。そして、終端基板５上には信号電極４３に印加された変調信号を終端するための終端回路５１が設けられている。終端回路５１は、終端回路用信号電極５２と、終端回路用信号電極５２に接続される１又は複数の終端抵抗５３と、終端回路用接地電極５４と、ＤＣブロック用のコンデンサ５５と、ＤＣ入力用電極５６への高周波信号を遮断するための抵抗またはインダクタ５７と、終端抵抗５３をコンデンサ５５及びインダクタ５７に接続する電極５８と、を備えている。ＤＣ入力用電極５６へは外部のＤＣ電源からバイアス電圧が印加される。なお、終端基板５上には、コンデンサやインダクタなどを含まず、発熱源である終端抵抗のみが配置される構成としても良い。ここで、終端基板５における終端抵抗５３が設けられた面を「終端基板表面５Ａ」（第１の面）といい、終端基板５における終端抵抗５３が設けられた面と対向する面を「終端基板裏面５Ｂ」（第２の面）という。

終端回路用信号電極５２及び終端回路用接地電極５４は、終端基板５上に形成され、ワイヤボンディングにより形成されるワイヤ５９により光変調素子４の信号電極４３及び接地電極（不図示）と電気的に接続される。

終端抵抗５３は変調信号の反射を防止するために設けられており、信号電極４３に印加された変調信号の電力が熱として消費される。このため、終端抵抗５３の一端は、終端回路用信号電極５２に接続されており、終端抵抗５３の他端は、終端回路用接地電極５４に接続されている。終端抵抗５３の抵抗値は、信号電極４３の特性インピーダンスと略等しく、例えば５０Ω程度であるが、１つの信号電極に複数の終端抵抗を接続する場合は、合成されたインピーダンスが５０Ω程度となっていれば良い。そして、各終端抵抗５３の発熱により基板４１が高温になるのを抑制するために、終端抵抗５３と基板４１との距離が０．５ｍｍ以上となっている。また、各終端抵抗５３の発熱により終端基板５が局所的に高温になるのを抑制するために、終端回路用信号電極５２に接続される各終端抵抗５３は、互いに離れて配置されている。

例えば、図２及び図３のように１つの終端回路用信号電極５２に複数の終端抵抗５３を接続する場合は、複数の終端抵抗５３同士を所定の間隔を置いて配置するとともに、他方の終端回路用信号電極５２に接続される複数の終端抵抗５３とも、所定の間隔をおいて配置することが好ましい。このようにすることで、終端抵抗５３が多い場合でも発熱源である終端抵抗５３が分散して配置されるため、終端基板５が局所的に高温になることを抑制することができる。

また終端回路用信号電極５２に終端抵抗５３が１つだけ接続される場合も同様に、一方の終端回路用信号電極５２に接続される終端抵抗５３と、他方の終端回路用信号電極５２に接続される終端抵抗５３とを、所定の間隔をおいて配置することが好ましい。このようにすることで、発熱源である終端抵抗５３が分散して配置されるため、終端基板５が局所的に高温になることを抑制することができる。

終端基板表面５Ａには、更に、熱伝導層６１（熱伝導手段６０）が形成されている。熱伝導層６１は、終端抵抗５３で発生した熱を終端基板５や筐体１０等に拡散させるものである。熱伝導層６１は、熱伝導率が終端基板５と同等かそれ以上の材料であればよく、例えば、金、銀、銅、クロムやそれらの合金、又は半田などの金属が好ましい。このため、熱伝導層６１は、終端抵抗５３で発生した熱を効率よく終端基板５に分散させる熱伝導手段としての役割を持つ。これにより、終端基板５の温度が局所的に高くなることを抑制することができるとともに、終端基板５や光変調素子４の許容以上の温度上昇を抑制することができる。

熱伝導層６１は、終端回路が形成されたエリアを除いた位置に形成されてもよいが、図２や図３のように終端抵抗５３を境に基板４１から離れる側に形成された面積が終端抵抗５３を境に基板４１側に形成された面積よりも大きくなるように形成されることが望ましい。このような構成とすることで発熱源である終端抵抗で発生した熱を、光学特性に対して影響の大きい電気光学基板から離れる方向に効率的に拡散させることができるため、光変調素子の温度上昇を抑制することができる。これにより、光変調素子における光学特性が劣化するのを抑制し、温度ドリフト現象を抑制することができる。

図２は、絶縁性を有する熱伝導層６１の配置例を示している。図２に示すように、熱伝導層６１が絶縁性を有する場合は、例えば、熱伝導層６１を、終端回路５１に接続させた状態で終端回路５１の周囲（周辺）に配置する。

図３は、導電性を有する熱伝導層６１の配置例を示している。図３に示すように、熱伝導層６１が導電性を有する場合は、例えば、熱伝導層６１を、終端回路５１のコンデンサ５５、インダクタ５７、電極５８、及びＤＣ入力用電極５６から離間させた状態で終端回路５１の周囲（周辺）に配置し、終端回路用接地電極５４に接続するように配置する。

なお、熱伝導層６１は、終端抵抗５３やコンデンサ５５の固定位置、終端回路用信号電極５２、及びそれらとのギャップ部分を除いた終端基板表面５Ａの全面に配置されるのが放熱効率の観点からは望ましいが、放熱効果が得られる範囲であれば、終端回路用接地電極５４は終端基板表面５Ａの一部に配置されても良い。

終端基板表面５Ａの面積は、５ｍｍ^２以上とすることができる。この場合、終端基板表面５Ａの面積は、９ｍｍ^２以上であることが好ましい。なお、終端基板表面５Ａの面積の上限は７０ｍｍ^２以下とすることが望ましい。

終端基板５は、各終端抵抗５３が変調信号の電力を消費して発熱することにより、温度が高くなる。そこで、終端基板表面５Ａの面積を５ｍｍ^２以上にすることで、終端基板５自体の放熱効果により、終端抵抗５３の発熱による終端基板５の温度上昇を抑制することができるとともに、光変調素子４の温度上昇も抑制することができる。これにより、光変調素子４における光学特性が劣化するのを抑制することができ、光変調素子４及び終端基板５が熱膨張により接触して破損するのを抑制することができ、温度ドリフト現象を抑制することができる。そして、終端基板表面５Ａの面積を９ｍｍ^２以上にすることで、この効果を更に向上することができる。

一方、終端基板５の温度が高くなると、終端基板５が熱歪により変形する。このとき、終端基板５と筐体１０とは、互いに線膨張係数の異なる異素材で構成されるため、終端抵抗５３の発熱により終端基板５全体の変形量が大きくなると終端基板５が破損する恐れがある。そこで、終端基板表面５Ａの面積を７０ｍｍ^２以下にすることで、熱歪による終端基板５全体の変形量が小さくなるため、終端基板５が破損するのを抑制することができる。

図４は、終端基板裏面を示す図である。図５は、図２におけるＶ−Ｖ線における断面図である。図４及び図５に示すように、終端基板裏面５Ｂには、熱伝導層６２（熱伝導手段６０）が形成されている。熱伝導層６２は、終端抵抗５３で発生した熱を終端基板５や筐体１０等に拡散させるものである。熱伝導層６２は、熱伝導率が終端基板５と同等かそれ以上の材料であればよく、例えば、金、銀、銅、クロムやそれらの合金、又は半田などの金属が好ましい。

そして、終端基板表面５Ａにある熱伝導層６１と、終端基板裏面５Ｂにある熱伝導層６２とは、終端基板５に形成された熱伝導孔６３を介して接続されている。このため、熱伝導層６２は、終端抵抗５３で発生した熱を効率よく終端基板５に分散させる熱伝導手段としての役割を持つ。なお、熱伝導孔６３にも、熱伝導層６１及び熱伝導層６２と同様の材料の熱伝導層（熱伝導手段）が形成されている。このように、終端基板５の表裏面に熱伝導層６１及び熱伝導層６２を形成することで、熱伝導孔６３を介して終端抵抗５３で発生した熱を広い範囲の熱伝導層に効率的に分散させることができる。これにより、終端基板５の温度が局所的に高くなることを更に抑制することができるとともに、終端基板５や光変調素子４の温度上昇を更に抑制することができる。

なお、図５では、終端基板裏面５Ｂに熱伝導層６２を形成する構成としているが、熱伝導孔６３を形成して熱伝導層６２を形成しない構成としてもよい。これにより熱伝導層６２を形成しない簡単な構成で終端基板５や光変調素子４の温度上昇を更に抑制することができる。

また、本構成において更に終端基板裏面５Ｂと筐体１０とを半田や金スズなどのろう材や熱伝導性の接着剤などの熱伝導性材料で固定する場合は、熱伝導孔６３に終端基板裏面５Ｂと筐体１０とを固定する熱伝導性材料を直接接続してもよい。

また図２〜図５では、終端基板表面５Ａにある熱伝導層６１と終端基板裏面５Ｂにある熱伝導層６２とが熱伝導孔６３を介して接続された構成としているが、熱伝導層６１、熱伝導層６２及び熱伝導孔６３のうち何れかが配置された構成としてもよく、それらの内の２つの組み合わせた構成としてもよい。

なお、熱伝導孔６３には、その内壁面に熱伝導層６１と熱伝導層６２とを接続する熱導電層が形成されているが、熱伝導孔６３の空間部分の全てまたは一部を熱伝導層で充填するように形成しても良い。これにより熱をより効率的に分散することができる。さらに熱伝導手段が金属の場合には，接地電極の接地効果を安定することもでき、より優れた電気特性を得ることができる。

熱伝導孔６３の位置、数、形状等は、特に限定されるものではないが、終端抵抗５３を境にして基板４１から離れる位置に形成された全ての熱伝導孔６３により伝導する熱量は、終端抵抗５３を境に基板４１側に形成された全ての熱伝導孔６３により伝導する熱量よりも大きくなるように、設定することが好ましい。具体的に説明すると、熱伝導孔６３の内壁面に熱伝導層が形成された場合、もしくは熱伝導孔６３の内部に熱伝導層が充填された場合においては、熱伝導孔６３の断面における熱伝導層の面積の合計を考慮すればよい。また、熱伝導孔６３が全て同じ形状の場合においては、終端抵抗５３を境に基板４１から離れる位置に形成された熱伝導孔６３の個数の合計が、基板４１側に形成された熱伝導孔６３の個数の合計より多くなるように形成すればよい。

また、熱伝導孔６３の形状や体積が同じでない場合や、熱伝導孔６３の内壁面に形成された熱導電層に用いる材料が一部異なる場合、もしくは熱伝導孔６３の内部に充填される熱導電層の一部が異なる材料で形成される場合は、終端抵抗５３を境に基板４１から離れる位置に形成された各熱伝導孔の熱伝導の合計が、基板４１側に形成された各熱伝導孔の熱伝導の合計より多くなるように形成すればよい。

また、終端回路５１に複数形成される終端抵抗５３間の離間距離は、終端基板５の温度上昇抑制の効果と基板サイズの大型化回避の問題を考慮した所定の範囲内とすることが望ましい。

当該離間距離が所定の距離以上あることにより、終端基板５における発熱源を局所的に集中させずに分散させることができるため、終端基板５の温度上昇を抑制することができるとともに、光変調素子４の温度上昇も抑制することができる。これにより、光変調素子４における光学特性が劣化するのを抑制し、光変調素子４及び終端基板５が熱膨張により接触して破損するのを抑制し、温度ドリフト現象を抑制することができる。

一方、当該離間距離が所定の距離以下であることにより、終端基板５が大型化するのを抑制することができる。

また、終端抵抗５３と基板４１との距離は、基板４１の温度上昇抑制の効果や光学特性劣化の問題を考慮した所定の範囲内とすることが望ましい。

終端抵抗５３と基板４１との距離、発熱源である終端抵抗５３からの熱がワイヤボンディングのワイヤ５９を経由して基板４１に伝わることや輻射により基板４１に伝わることを抑制でき、基板４１の温度上昇を抑制するとともに光学特性の劣化を抑制することができる。

一方、終端抵抗５３と基板４１との距離が所定の距離以下であることにより、光学特性の劣化を抑制すると同時に光変調器１が大型化するのを抑制することが好ましい。

また、作用部における信号電極４３と終端回路５１の終端抵抗５３との最短距離は、基板４１の温度上昇抑制の効果や光学特性劣化の問題を考慮した所定の範囲内とすることが望ましい。

当該最短距離が所定の距離以上あることにより、終端抵抗５３からの伝熱により、温度ドリフト現象などの光学特性劣化に対する影響力の大きい作用部の温度が高くなり過ぎるのを抑制することができるため、作用部における熱の影響を抑制することができる。これにより、光変調素子４における光学特性が劣化するのを抑制し、温度ドリフト現象を抑制することができる。

一方、当該最短距離が所定の距離以下であることにより、光変調器１が大型化するのを抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、光変調器を例に説明したが、本発明は光変調器に限られることはなく、終端抵抗を有する終端基板を有する光デバイスであれば光スイッチなど他のデバイスであっても良い。

また、上記実施形態では、熱伝導手段を接地電極とは別体であるものとして説明したが、熱伝導手段は接地電極を兼ねても良い。この場合、熱伝導手段と接地電極とは電気的に接続される。この場合、熱伝導手段と接地電極とを、同じ材料で構成される一様な接地電極としても良い。

また、上記実施形態では、終端回路用信号電極及び終端回路用接地電極の具体的な形状を説明しなかったが、終端回路用信号電極及び終端回路用接地電極を電気光学基板側に曲げるものとしてもよい。これにより、終端基板の所望の方向の長さを短くすることができるため、光デバイスの更なる小型化が可能となる。

また、上記実施形態では、熱伝導手段を終端基板の表裏面（終端基板表面５Ａ及び終端基板裏面５Ｂ）に形成するものとして説明したが、終端抵抗５３で発生した熱を拡散させることができれば、熱伝導手段の形成位置や形状などは特に限定されるものではなく、例えば、図６〜図９に示すものとすることができる。図６は、熱伝導手段の配置例を示す平面図である。図７は、熱伝導手段の配置例を示す平面図である。図８は、図７に示すＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。図９は、図７に示すＩＸ−ＩＸ線における断面図である。

図６に示す熱伝導手段６４は、終端基板５の側面に形成されている。このように熱伝導手段６４を終端基板５の側面に形成しても、終端抵抗で発生した熱を拡散させることができる。

図７に示す熱伝導手段６５は、終端基板５の側面に形成されて、筐体１０に接続されている。このように終端基板５の側面に形成される熱伝導手段６５を筐体１０に接続することで、終端抵抗で発生した熱を終端基板５から筐体１０に拡散させることができる。この場合、熱伝導手段６５と筐体１０との接触面積が増えるため、終端抵抗で発生した熱を効果的に筐体１０に拡散させることができる。

熱伝導手段６５としては、半田や金スズなどのろう材、あるいは高熱伝導性の接着剤、ワイヤボンディングなどの金属線、リボンなどが用いられる。また熱伝導手段６５として終端基板５の線膨張係数と筐体１０の線膨張係数との間の値をもつ部材を用いた場合、終端基板５、筐体１０、基板４１で発生する応力歪みが緩和され光デバイスとしての光学特性の劣化を抑制することができるため、より好適である。

なお、熱伝導手段６５としてワイヤボンディングなどの金属線、リボンを用いる場合は、終端基板５の表面と終端基板５の周囲に位置して終端基板５が固定される筐体１０の表面とを接続することで、容易にワイヤボンディングを行うことができる。

図８に示す熱伝導手段６５ａは、筐体１０を掘り下げた凹部に配置された終端基板５の周囲に形成されている。つまり、筐体１０を掘り下げた凹部に終端基板５を配置し、終端基板５と筐体１０との間に熱伝導手段６５ａを充填することにより、熱伝導手段６５ａが終端基板５の周囲と筐体１０とに接続されている。これにより、終端抵抗で発生した熱を終端基板５から筐体１０に拡散させることができる。

図９に示す熱伝導手段６５ｂは、図８に示す熱伝導手段６５ａと同様であるが、更に、終端基板裏面５Ｂと筐体１０との間にも熱伝導手段６５ｂが充填されている。これにより、終端抵抗で発生した熱を更に終端基板５から筐体１０に拡散させることができる。なお、熱伝導手段６５ｂは終端基板５と筐体１０とを固定するための固定材を兼ねていてもよい。

次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［評価１］
評価１では、終端基板表面５Ａの面積が変えられた４つの光変調器１をモデルとして、終端基板５及び基板４１の温度状態をシミュレーションにより解析した。

比較例１は、終端基板表面５Ａの面積を２．５ｍｍ^２とした。実施例１は、終端基板表面５Ａの面積を５ｍｍ^２とした。実施例２は、終端基板表面５Ａの面積を９ｍｍ^２とした。実施例３は、終端基板表面５Ａの面積を１７ｍｍ^２とした。

筐体１０の材料はステンレス（ＳＵＳ３０４）、基板４１の材料はＬＮ、終端基板５の材料はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、終端回路用信号電極５２の材料は金（Ａｕ）、終端抵抗５３の材料をニッケル（Ｎｉ）とした。また、基板４１の寸法は２.０ｍｍ（縦）×１．０ｍｍ（厚み）、終端基板５の厚みは０．３ｍｍ、終端回路用信号電極５２の厚さは１０μｍ、とした。また計算を簡単にするため終端基板表面５Ａ上にはコンデンサは配置せず発熱源である終端抵抗のみとした。２つの終端回路用信号電極５２にはそれぞれ１つの終端抵抗５３を接続した。

そして、終端抵抗５３に０．５Ｗと１．０Ｗの電力を印加したときの、終端基板５及び基板４１の最高温度を解析した。解析結果から０．５Ｗと１．０Ｗの各条件におけるそれぞれの最小温度を０とした時の温度変化（相対温度）を求めたものを表１に示し、それをグラフ化したものを図１０及び図１１に示す。なお、基板４１において最高温度を示した点は終端基板５と対向する付近であった。表１にはその点における最高温度を示す。

表１、図１０及び図１１に示すように、印加電力の大きい方が終端基板５及び基板４１の温度上昇が大きくなっているが、終端基板表面５Ａの面積の変化に対する終端基板５及び基板４１の温度変化の関係は、印加電力が異なっても同様の関係を示した。つまり、終端基板表面５Ａの面積が５ｍｍ^２よりも小さい場合は、終端基板表面５Ａの面積が小さくなるに従い温度が急峻に高くなったのに対し、終端基板表面５Ａの面積が５ｍｍ^２以上の場合は、終端基板表面５Ａの面積の変化に拘らず殆ど温度変化がなかった。

このような結果から、終端基板表面５Ａの面積を５ｍｍ^２以上とすることで、終端基板５及び基板４１の温度上昇を抑えることができるとともに、終端基板表面５Ａの面積の変化に拘らず、略同程度の温度上昇に抑えることができる。また終端抵抗５３に印加される電力が変化しても同様に終端基板表面５Ａの面積の変化に拘らず、略同程度の温度上昇に抑えることができる。また終端基板表面５Ａの面積を９ｍｍ^２以上とすることで更に高い効果が得られることが分った。

これにより製造条件のバラツキにより終端基板５のサイズが異なっても終端基板５及び基板４１の温度上昇を略同程度に抑えることができるため、光変調素子における温度ドリフト現象など温度上昇に起因する光学特性への影響のバラツキも抑えることができ、光学特性のバラツキの少ない光変調素子を提供することが可能となる。

また終端抵抗５３に印加される電力が変化しても同様な効果が得られるため、光変調素子の駆動電圧が変更されても同一サイズの終端基板５を用いることができ、駆動電圧の仕様毎に異なるサイズの終端基板５を揃える必要がなくなる。

次に、比較例１及び実施例１〜３について、終端基板５付近の基板４１における１０ｍｍ幅の範囲の温度差を解析した。解析結果における最小温度を０とした時の温度変化（相対温度）を求めたものを表２に示し、それをグラフ化したものを図１２に示す。

表２及び図１２に示すように、終端基板表面５Ａの面積が５ｍｍ^２よりも小さい場合は、終端基板表面５Ａの面積が小さくなるに従い温度差が急峻に大きくなったのに対し、終端基板表面５Ａの面積が５ｍｍ^２以上の場合は、終端基板表面５Ａの面積の変化に拘らず温度差が安定し、更に終端基板表面５Ａの面積が９ｍｍ^２以上の場合は、更に温度差が安定した。

このような結果から、終端基板表面５Ａの面積を５ｍｍ^２以上、更には９ｍｍ^２以上とすることで、基板４１の温度差を小さく抑えることができるとともに、終端基板表面５Ａの面積の変化に拘らず略同程度の温度差にすることができることが分かった。

これにより基板４１の温度差を小さく抑えることができるため、光変調素子における温度ドリフト現象など温度上昇に起因する光学特性への影響のバラツキも抑えることができ、光学特性のバラツキの少ない光変調素子を提供することが可能となる。

［評価２］
評価２では、終端基板表面５Ａの面積は同じであるが、終端基板表面５Ａの形状が変えられた２つの光変調器１をモデルとして、終端基板５及び基板４１の温度状態をシミュレーションにより解析した。

実施例４及び実施例５ではどちらも、終端基板５を矩形平板状として、終端基板表面５Ａの面積を同じとした。実施例４は、終端基板５の辺の長さの比（縦横比）を１．２とし、実施例５は、終端基板５の辺の長さの比を１．０とした。

そして、信号電極４３に０．５Ｗの電力を印加したときの、終端基板５及び基板４１の最高温度を解析した。解析結果における最小温度を０とした時の温度変化（相対温度）を求めたものを表３に示す。

表３に示すように、終端基板表面５Ａの面積が同じであれば、終端基板５の辺の長さの比を変えても、終端基板５及び基板４１の温度に大きな変化はなかった。

このような結果から、終端基板５の形状よりも、終端基板表面５Ａの面積の方が、終端基板５及び基板４１の温度上昇に影響を与えることが分かった。このため、終端基板５の形状に関わらず終端基板５の面積を５ｍｍ^２以上とすることが温度上昇を抑えるためには重要となる。

［評価３］
評価３では、評価２と同様に、終端基板表面５Ａの面積は同じであるが、終端抵抗５３の配置が変えられた４つの光変調器１をモデルとして、終端基板５の温度状態をシミュレーションにより解析した。

終端抵抗５３の中心と終端基板５における基板４１側の端縁との距離ｄ（図３参照）が、実施例６では０．２ｍｍ、実施例７では０．５ｍｍ、実施例８では１．０ｍｍ、実施例９では２．０ｍｍとなるように終端抵抗５３を配置した。

そして、終端抵抗５３の位置に対する終端基板５における基板４１側の端縁の温度（Ｔｅ）を解析した。解析結果を表４に示し、それをグラフ化したものを図１３に示す。なお、終端基板５における基板４１側の端縁に対する終端抵抗５３の中心位置を抵抗位置という。また、表４において終端基板の相対温度とは、温度（Ｔｅ）のうち最小温度を０とした時の温度変化（相対温度）を求めたものである。

表４及び図１３に示すように、抵抗位置が０．５ｍｍよりも短い場合は、終端基板の相対温度が急峻に大きくなった。これはワイヤ５９付近の終端基板５の温度が終端抵抗５３と同じく高い温度となっており、基板４１に熱が伝わり易い状態であることを意味する。また抵抗位置が０．５ｍｍ以上の場合は、終端基板の相対温度が小さくなり安定している。これはワイヤ５９付近の終端基板５の温度が終端抵抗５３付近よりも低い温度となっており、基板４１に熱が伝わりづらい状態であることを意味する。

このような結果から、抵抗位置を０．５ｍｍ以上とすることで、終端抵抗５３で発生した熱がワイヤボンディングのワイヤ５９を通じて基板４１に伝わることを抑制することができるため、光変調素子における温度ドリフト現象など温度上昇に起因する光学特性への影響のバラツキも抑えることができ、光学特性のバラツキの少ない光変調素子を提供することが可能となる。

１…光変調器（光デバイス）、２…光入力部、３…中継部、４…光変調素子、５…終端基板、５Ａ…終端基板表面（第１の面）、５Ｂ…終端基板裏面（第２の面）、６…光出力部、１０…筐体、１０ａ…一端面、１０ｂ…他端面、１０ｃ…側面、４１…基板、４１ａ…一端部、４１ｂ…他端部、４２…光導波路、４２ａ…入力導波路、４２ｂ…出力導波路、４３…信号電極、５１…終端回路、５２…終端回路用信号電極、５３…終端抵抗、５４…終端回路用接地電極、５５…コンデンサ、５６…ＤＣ入力用電極、５７…インダクタ、５８…電極、５９…ワイヤ、６０…熱伝導手段、６１…熱伝導層、６２…熱伝導層、６３…熱伝導孔、６４…熱伝導手段、６５…熱伝導手段、６５ａ…熱伝導手段、６５ｂ…熱伝導手段、４２０…マッハツェンダ部、４２１…マッハツェンダ部、４２２…マッハツェンダ部、Ｆ１…光ファイバ、Ｆ２…光ファイバ。

Claims

電気光学効果を有する電気光学基板と、前記電気光学基板に設けられて光波が供給される複数の光導波路と、前記光導波路内を通過する前記光波を変調するための変調信号が供給される複数の信号電極と、を有する光変調素子と、
前記複数の信号電極と電気的に接続されるとともに前記変調信号を終端する終端抵抗と、前記終端抵抗が第１の面に設けられた終端基板と、を備え、
前記終端基板には熱伝導手段を配置することを特徴とする、光デバイス。
前記熱伝導手段は、前記第１の面における前記終端抵抗の周辺に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の光デバイス。
前記熱伝導手段は、前記終端抵抗を境に前記電気光学基板から離れる側に形成された面積が、前記終端抵抗を境に前記電気光学基板側に形成された面積よりも大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光デバイス。
前記第１の面の面積が５ｍｍ^２以上であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の光デバイス。
前記熱伝導手段は、前記終端基板における前記第１の面、及び前記第１の面と対向する第２の面に配置され、
前記第１の面と前記第２の面にそれぞれ配置された前記熱伝導手段は、前記終端基板に形成された熱伝導孔を介して互いに接続されていることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の光デバイス。
前記終端抵抗を境にして前記電気光学基板から離れる位置に形成された全ての熱伝導孔により伝導する熱量は、前記終端抵抗を境に前記電気光学基板側に形成された全ての熱伝導孔により伝導する熱量よりも大きいことを特徴とする、請求項５に記載の光デバイス。
前記終端抵抗と前記電気光学基板との距離は、０．５ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の光デバイス。