JP2021162729A - 光変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストーク特性が良好な光変調器を提供する。
【解決手段】本発明の光変調器１００は、２本の光導波路２０ａ、２０ｂからなるマッハツェンダー光導波路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄと、２本の光導波路２０ａ、２０ｂに沿って配置し、一対の差動高周波信号を印加するための２本の信号電極１０ａ、１０ｂからなる高周波線路対１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄと、を有する光変調部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄを備え、隣接する高周波線路対１０Ａ及び１０Ｂ、１０Ｂ及び１０Ｃ、１０Ｃ及び１０Ｄの間に、高周波線路対から離間して、複数の高抵抗導電膜４０Ａ−１〜４０Ａ−５、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−５、４０Ｃ−１〜４０Ｃ−５を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光変調器に関する。

インターネットの普及に伴い通信量は飛躍的に増大しており、光ファイバ通信の重要性が非常に高まっている。光ファイバ通信は、電気信号を光信号に変換し、光信号を光ファイバにより伝送するものであり、広帯域、低損失、ノイズに強いという特徴を有する。

電気信号を光信号に変換する方式としては、半導体レーザによる直接変調方式と光変調器を用いた外部変調方式が知られている。直接変調は光変調器が不要で低コストであるが、高速変調には限界があり、高速で長距離の用途では外部変調方式が使われている。

光変調器としては、ニオブ酸リチウム単結晶基板の表面付近にＴｉ（チタン）拡散により光導波路を形成したマッハツェンダー型光変調器が実用化されている（例えば特許文献１参照）。マッハツェンダー型光変調器は、１つの光源から出た光を２つに分け、異なる経路を通過させた後、再び重ね合わせて干渉を起こさせるマッハツェンダー干渉計の構造を有する光導波路（マッハツェンダー光導波路）を用いるものであり、４０Ｇｂ／ｓ以上の高速の光変調器が商用化されているが、全長が１０ｃｍ前後と長いことが大きな欠点になっている。

これに対して、特許文献２及び３にはｃ軸配向のニオブ酸リチウム膜を用いたマッハツェンダー型光変調器が開示されている。ニオブ酸リチウム膜を用いた光変調器は、ニオブ酸リチウム単結晶基板を用いた光変調器と比較して、大幅な小型化及び低駆動電圧化を実現している。

特許第４４８５２１８号公報 特開２００６−１９５３８３号公報 特開２０１５−１１８３７１号公報 特願２０１９−３１７９４号

小型化を進めた光変調器において、リップル／クロストークを低減し、良好な特性を実現するために、差動線路を有し、かつ、接地電極を有さない構成、あるいは、差動線路の端の部分を除き接地電極を有さない構造を提案されている（特許文献４）。
しかしながら、さらなる小型化を行うためには差動線路間の間隔を狭くする必要があるが、この場合、クロストーク特性が劣化するという課題があった。差動線路の間隔を狭くしても良好なクロストーク特性を維持する構成が望まれる。

本発明者は、鋭意検討の結果、隣り合う２組の差動線路間に孤立した高抵抗の電極膜を繰り返し配置することによりクロストーク特性が改善することを見出し、本発明に想到した。

本発明は、クロストーク特性が良好な光変調器を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。

本発明の一態様に係る光変調器は、２本の光導波路からなるマッハツェンダー光導波路と、前記２本の光導波路に沿って配置し、一対の差動高周波信号を印加するための２本の信号電極からなる高周波線路対とを有する光変調部を複数備え、隣接する前記高周波線路対の間に複数の高抵抗導電膜を備える。

上記態様に係る光変調器において、前記複数の高抵抗導電膜は、前記高周波線路対が延在する方向に沿って並んで配置していてもよい。

上記態様に係る光変調器において、前記複数の高抵抗導電膜は少なくとも２つ以上が同じ形状であってもよい。

上記態様に係る光変調器は、前記高抵抗導電膜の導電率が１０〜１×１０^８〔ｓ／ｍ〕であってもよい。

本発明によれば、クロストーク特性が良好な光変調器を提供することができる。

（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る光変調器の一部の平面模式図であり、図１（ｂ）は、光導波路のみを図示したものである。 図１（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った光変調器１００の断面模式図である。 高抵抗導電膜の有無による、隣接する高周波線路対間のクロストーク特性の差異をシミュレーションで検討した結果である。 （ａ）は、図３（ａ）のシミュレーションのモデルであり、（ｂ）は、図３（ｂ）のシミュレーションのモデルである。 種々の高抵抗導電膜の配置パターンについて、隣接する高周波線路対間のクロストーク特性の差異をシミュレーションで検討した結果である。 （ａ）は、図５（ａ）のシミュレーションのモデルであり、（ｂ）は、図５（ｂ）のシミュレーションのモデルであり、（ｃ）は、図５（ｃ）のシミュレーションのモデルであり、（ｄ）は、図５（ｄ）のシミュレーションのモデルであり、（ｅ）は、図５（ｅ）のシミュレーションのモデルであり、（ｆ）は、図５（ｆ）のシミュレーションのモデルであり、（ｇ）は、図５（ｇ）のシミュレーションのモデルであり、（ｈ）は、図５（ｈ）のシミュレーションのモデルであり、（ｉ）は、図５（ｉ）のシミュレーションのモデルである。 種々の、平面視で方形形状のベタ膜の高抵抗導電膜の配置パターンについて、隣接する高周波線路対間のクロストーク特性の差異をシミュレーションで検討した結果である。 （ａ）は、図７（ａ）のシミュレーションのモデルであり、（ｂ）は、図７（ｂ）のシミュレーションのモデルであり、（ｃ）は、図７（ｃ）のシミュレーションのモデルであり、（ｄ）は、図７（ｄ）のシミュレーションのモデルであり、（ｅ）は、図７（ｅ）のシミュレーションのモデルであり、（ｆ）は、図７（ｆ）のシミュレーションのモデルである。 （ａ）は、クロストーク特性が良好な他の高抵抗導電膜の配置パターンであり、（ｂ）は、高抵抗導電膜を有さない配置パターンに比べてクロストーク特性が良好にならない配置パターンである。 クロストーク特性（Ｓ４１特性）の導電率依存性を調べた結果である。 図１及び図２に示した光変調器の一部を含む全体の一例の平面模式図である。 図１１に示した本発明の光変調器の光導波路のみの平面模式図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には図中、同一符号を付してある場合がある。また、以下の説明で用いる図面は、特徴を分かりやすくするため便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。一つの実施形態で示した構成を他の実施形態に適用することもできる。

図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る光変調器の一部の平面模式図であり、図１（ｂ）は、光導波路のみを図示したものである。

図１（ａ）に示す光変調器１００は、２本の光導波路２０ａ、２０ｂからなるマッハツェンダー光導波路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄと、２本の光導波路２０ａ、２０ｂに沿って配置し、一対の差動高周波信号を印加するための２本の信号電極１０ａ、１０ｂからなる高周波線路対１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄと、を有する光変調部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄを備え、隣接する高周波線路対１０Ａ及び１０Ｂ、１０Ｂ及び１０Ｃ、１０Ｃ及び１０Ｄの間のそれぞれに、高周波線路対から離間して、複数の高抵抗導電膜４０Ａ−１〜４０Ａ−５、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−５、４０Ｃ−１〜４０Ｃ−５を備えている。
以下では、マッハツェンダー光導波路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄをまとめてマッハツェンダー光導波路２０ということがある。また、高周波線路対１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄをまとめて高周波線路対１０ということがある。また、光変調部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄをまとめて光変調部３０ということがある。また、高抵抗導電膜４０Ａ−１〜４０Ａ−５、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−５、４０Ｃ−１〜４０Ｃ−５をまとめて高抵抗導電膜４０ということがある。

光変調器１００は、複数のマッハツェンダー光導波路２０と、複数の高周波線路対１０と、隣接する高周波線路対１０間に高周波線路対から離間して配置する複数の高抵抗導電膜４０とを備えている。

４つの光変調部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄは、実質的に同じ構造を有するものとすることができる。

マッハツェンダー光導波路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄのそれぞれは、マッハツェンダー干渉計の構造を有する光導波路であり、１本の光導波路から分波部（図示せず）によって分岐した第１及び第２の光導波路２０ａ、２０ｂを有し、第１及び第２の光導波路２０ａ、２０ｂは合波部（図示せず）を介して１本の光導波路にまとめられる。入力光は、分波部で分波されて第１及び第２の光導波路２０ａ、２０ｂをそれぞれ進行した後、合波部で合波され、変調光として光導波路から出力される。

本発明の光変調器は、光変調器内に少なくとも２つマッハツェンダー光導波路を備えるが、各マッハツェンダー光導波路には、１つのマッハツェンダー光導波路の２本の分岐光導波路（並行光導波路。符号２０ａ、２０ｂで示す光導波路参照。）に他のマッハツェンダー光導波路を入れ子型に組み込んだ、いわゆるネスト型光変調器なども含まれる。

４つの高周波線路対の各々を構成する２本の信号電極１０ａ、１０ｂは、高周波の差動信号を印加するために、２本の光導波路２０ａ、２０ｂにそれぞれ並んで配置されている。
なお、図１（ａ）では、信号電極１０ａ、１０ｂは、光導波路２０ａ、２０ｂが平行にかつ直線状に延在している部分のみを図示している。

本発明の光変調器は、接地電極を有さず、孤立して周囲から浮遊する複数の高抵抗導電膜を有する構成である。

隣接する高周波線路対間に配置する複数の高抵抗導電膜は、高周波線路対が延在する方向に沿って規則的に並んで配置している。
本実施形態では、隣接する高周波線路対間１０Ａ及び１０Ｂ、１０Ｂ及び１０Ｃ、１０Ｃ及び１０Ｄの間のいずれにも、複数の高抵抗導電膜が配置されているが、隣接する高周波線路対間１０Ａ及び１０Ｂ、１０Ｂ及び１０Ｃ、１０Ｃ及び１０Ｄの間の少なくとも一つに複数の高抵抗導電膜を備える構成とすることができる。
高周波線路対が延在する方向に沿って離間して配置する複数の高抵抗導電膜４０Ａ−１〜４０Ａ−５は、高周波線路対１０Ａと高周波線路対１０Ｂとの間に配置している。高周波線路対が延在する方向に沿って離間して配置する複数の高抵抗導電膜４０Ｂ−１〜４０Ｂ−５は、高周波線路対１０Ｂと高周波線路対１０Ｃとの間に配置している。高周波線路対が延在する方向に沿って離間して配置する複数の高抵抗導電膜４０Ｃ−１〜４０Ｃ−５は、高周波線路対１０Ｃと高周波線路対１０Ｄとの間に配置している。

高抵抗導電膜４０Ａ−１〜４０Ａ−５、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−５、４０Ｃ−１〜４０Ｃ−５は、すべて同じ略方形形状である。

高抵抗導電膜４０の材料は、一般に信号電極で用いるような導電性が高い材料に比べて導電率が低い材料、換言すると、一般に信号電極で用いるような電気伝導性が高い材料に比べて電気抵抗率が高い材料が用いられる。すなわち、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔなどの金属材料よりも導電率が低い材料、あるいは、電気抵抗率が高い材料が用いられる。

高抵抗導電膜４０は、隣接する高周波線路対間のクロストークを低減する作用を奏する。信号電極と直角方向に発生する磁界により、各高抵抗導電膜に起電力を生じて渦電流が流れるが高抵抗であるために、熱として消費され、隣接する高周波線路対に届く電力が減少することによってクロストークが低減されるものと考えられる。
そのため、高抵抗導電膜４０の材料としては、渦電流が流れる程度の導電性を要するが、それが熱として消費される程度の電気抵抗が求められる。

高抵抗導電膜４０の材料は、その導電率が１０〜１×１０^８〔ｓ／ｍ〕である材料であることが好ましく、導電率が１０^２〜１×１０^６〔ｓ／ｍ〕である材料であることがより好ましく、導電率が１×１０^３〜１×１０^５〔ｓ／ｍ〕である材料であることがさらに好ましい。これを電気抵抗率で言い換えると、高抵抗導電膜４０の材料は、電気抵抗率が０．１〜１×１０^−８[Ω・ｍ]である材料であることが好ましく、１×１０^−２〜１×１０^−６[Ω・ｍ]である材料であることがより好ましく、１×１０^−３〜１×１０^−５[Ω・ｍ]である材料であることがさらに好ましい。

高抵抗導電膜４０の材料として例えば、グラファイト、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯ、ＮｉＣｒＴａ、ＴａＮなどを例示することができる。

図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った光変調器１００の断面模式図である。

光変調器１００は、基板１、導波層２、保護層３、バッファ層４、絶縁層５、及び、信号電極１０ａ、１０ｂを備える層（以下、電極層１０と称することがある。）がこの順で積層された多層構造を有している。

基板１は例えばサファイア基板であり、基板１の表面にはニオブ酸リチウム膜からなる導波層２が形成されている。導波層２はリッジ部からなる第１及び第２の光導波路２０ａ、２０ｂを有している。第１及び第２の光導波路２０ａ、２０ｂの幅は例えば１μｍとすることができる。

保護層３は第１及び第２の光導波路２０ａ、２０ｂと平面視で重ならない領域に形成されている。保護層３は、導波層２の上面のうちリッジ部が形成されていない領域の全面を覆っており、リッジ部の側面も保護層３に覆われているので、リッジ部の側面の荒れによって生じる散乱損失を防ぐことができる。保護層３の厚さは導波層２のリッジ部の高さとほぼ同じである。保護層３の材料は特に限定されないが、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を用いることができる。保護層３を省略し、導波層２の上面にバッファ層４を直接形成することも可能である。

バッファ層４は、第１及び第２の光導波路２０ａ、２０ｂ中を伝搬する光が信号電極１０ａ、１０ｂに吸収されることを防ぐため、導波層２のリッジ部の上面に形成されるものである。バッファ層４としては、導波層２の屈折率より小さい屈折率を有する材質、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）や酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）などを用いることができ、その厚さは０．２〜１μｍ程度であればよい。本実施形態において、バッファ層４は、第１及び第２の光導波路２０ａ、２０ｂの上面のみならず保護層３の上面を含む下地面の全面を覆っているが、第１及び第２の光導波路２０ａ、２０ｂの上面付近だけを選択的に覆うようにパターニングされたものであってもよい。

絶縁層５は、信号電極１０ａ、１０ｂの下面に段差を形成するために設けられたものである。絶縁層５の第１及び第２の光導波路２０ａ、２０ｂと重なる領域には開口（スリット）が形成されており、バッファ層４の上面を露出させている。この開口内に電極層１０の一部が埋め込まれることにより、信号電極１０ａ、１０ｂの下面に段差が形成される。絶縁層５の厚さＴは１μｍ以上であることが好ましい。絶縁層５の厚さが１μｍ以上であれば、信号電極１０ａ、１０ｂの下面に段差を設けたことによる効果を得ることができる。

電極層１０には、信号電極１０ａ、１０ｂが設けられている。信号電極１０ａは、第１の光導波路２０ａ内を進行する光を変調するために第１の光導波路２０ａに対応するリッジ部に重ねて設けられ、バッファ層４を介して第１の光導波路２０ａと対向している。信号電極１０ｂは、第２の光導波路２０ｂ内を進行する光を変調するために第２の光導波路２０ｂに対応するリッジ部に重ねて設けられ、バッファ層４を介して第２の光導波路２０ｂと対向している。

信号電極１０ａ、１０ｂは二層構造であり、いずれも電極層１０に形成された上層部１０Ｈと、絶縁層５を貫通する開口内に埋め込まれた下層部１０Ｌとを有している。
信号電極１０ａ、１０ｂのそれぞれの下層部１０Ｌの下面の幅は、上層部１０Ｈの幅（信号電極１０ａ、１０ｂのそれぞれの全幅）よりも狭い。下層部１０Ｌは、第１及び第２の光導波路２０ａ、２０ｂのそれぞれと平面視で重なる領域付近にのみ形成され、それ以外の領域には形成されていない。そのため、信号電極１０ａ、１０ｂの下面の幅は、第１及び第２の光導波路２０ａ、２０ｂのそれぞれの幅よりも少し広い程度である。信号電極１０ａ、１０ｂに電界を集中させるためには、信号電極１０ａ、１０ｂの下面幅は、第１及び第２の光導波路２０ａ、２０ｂのそれぞれの幅の１．１〜１５倍であることが好ましく、１．５〜１０倍であることがより好ましい。

導波層２としては電気光学材料であれば特に限定されないが、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）からなることが好ましい。ニオブ酸リチウムは大きな電気光学定数を有し、光変調器等の光学デバイスの構成材料として好適だからである。以下、導波層２をニオブ酸リチウム膜とした場合の本発明の構成について詳しく説明する。

基板１としてはニオブ酸リチウム膜より屈折率が低いものであれば特に限定されないが、ニオブ酸リチウム膜をエピタキシャル膜として形成させることができる基板が好ましく、サファイア単結晶基板もしくはシリコン単結晶基板が好ましい。単結晶基板の結晶方位は特に限定されない。ニオブ酸リチウム膜はさまざまな結晶方位の単結晶基板に対して、ｃ軸配向のエピタキシャル膜として形成されやすいという性質を持っている。ｃ軸配向のニオブ酸リチウム膜は３回対称の対称性を有しているので、下地の単結晶基板も同じ対称性を有していることが望ましく、サファイア単結晶基板の場合はｃ面、シリコン単結晶基板の場合は（１１１）面の基板が好ましい。

ここで、エピタキシャル膜とは、下地の単結晶基板もしくは単結晶膜上で結晶成長させることで結晶方位が揃えられた単結晶の膜のことである。すなわち、エピタキシャル膜とは、膜厚方向および膜面内方向に単一の結晶方位をもった膜であり、膜面内をＸ−Ｙ面とし、膜厚方向をＺ軸としたとき、結晶がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向にともに揃って配向しているものである。エピタキシャル膜かどうかは、例えば、２θ−θＸ線回折における配向位置でのピーク強度と極点の確認を行うことで証明することができる。

ニオブ酸リチウム膜の組成はＬｉｘＮｂＡｙＯｚである。Ａは、Ｌｉ、Ｎｂ、Ｏ以外の元素を表している。ｘは０．５〜１．２であり、好ましくは、０．９〜１．０５である。ｙは、０〜０．５である。ｚは１．５〜４であり、好ましくは２．５〜３．５である。Ａの元素としては、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｃｅなどがあり、２種類以上の組み合わせでも良い。

ニオブ酸リチウム膜の膜厚は２μｍ以下であることが望ましい。膜厚がこれ以上厚くなると、高品質な膜を形成するのが困難になるからである。一方、ニオブ酸リチウム膜の膜厚が薄すぎる場合は、ニオブ酸リチウム膜における光の閉じ込めが弱くなり、基板やバッファ層に光が漏れて導波することになる。ニオブ酸リチウム膜に電界を印加しても、光導波路２０ａ、２０ｂの実効屈折率の変化が小さくなるおそれがある。そのため、ニオブ酸リチウム膜は、使用する光の波長の１／１０程度以上の膜厚が望ましい。

光変調器１００は、公知の方法で製造することができる。例えばエピタキシャル成長、フォトリソグラフィ、エッチング、気相成長及びメタライズとの半導体プロセスを用いて製造することができる。

図３に、高抵抗導電膜の有無による、隣接する高周波線路対間のクロストーク特性の差異をシミュレーションで検討した結果を示す。図３に示したのは一方の高周波線路対の一端側から信号を印加して隣接する高周波線路対の他端から出てくる信号を測定したＳ４１特性のグラフである。横軸は信号周波数（ＧＨｚ）、縦軸は高周波線路対間のクロストーク（ｄＢ）を示す。図３中で（ａ）で示すグラフが高抵抗導電膜を有する本発明の場合、（ｂ）で示すグラフが高抵抗導電膜を有さない場合である。図３（ａ）及び（ｂ）のそれぞれのシミュレーションモデルを、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す。
シミュレーションモデルは線路長０．５ｍｍ、シミュレーションによるクロストーク特性の結果は信号電極の線路長１０ｍｍに換算している。

図４（ａ）に示す光変調器１０１では、各高抵抗導電膜は平面視で三角形状を有し、正三角形の底辺が信号電極の延在方向に平行で、かつ、その信号電極の延在方向に沿って正三角形の頂点が交互に逆向きになるように配置している。
高周波線路対１０Ａと高周波線路対１０Ｂとの間に配置する三角形状の複数の高抵抗導電膜４１Ａ−１〜４１Ａ−７は、高周波線路対が延在する方向に沿って、互いに離間して、隣接する正三角形がその頂点を逆向きとするように交互に繰り返して配置している。高抵抗導電膜４１Ａ−１、４１Ａ−３、４１Ａ−５、４１Ａ−７は、その正三角形の底辺を、高周波線路対１０Ｂを構成する信号電極１０ａの延在方向に平行に配置すると共に、その正三角形の頂点が高周波線路対１０Ａを構成する信号電極１０ｂ側に向くように配置している。他方、高抵抗導電膜４１Ａ−２、４１Ａ−４、４１Ａ−６は、その正三角形の底辺を、高周波線路対１０Ａを構成する信号電極１０ｂの延在方向に平行に配置すると共に、その正三角形の頂点が高周波線路対１０Ｂを構成する信号電極１０ａ側に向くように配置している。
同様に、高周波線路対１０Ｂと高周波線路対１０Ｃとの間に配置する三角形状の複数の高抵抗導電膜４１Ｂ−１〜４１Ｂ−７は、高周波線路対が延在する方向に沿って、互いに離間して、隣接する正三角形がその頂点を逆向きとするように交互に繰り返して配置している。
同様に、高周波線路対１０Ｃと高周波線路対１０Ｄとの間に配置する三角形状の複数の高抵抗導電膜４１Ｃ−１〜４１Ｃ−７は、高周波線路対が延在する方向に沿って、互いに離間して、隣接する正三角形がその頂点を逆向きとするように交互に繰り返して配置している。

図３から、高抵抗導電膜を有する場合は、高抵抗導電膜を有さない場合と比べて、６０ＧＨｚまでの広い高周波数領域において、クロストークを１０ｄＢ程度以上、低減する効果があることがわかる。

図５に、種々の高抵抗導電膜の配置パターンについて、隣接する高周波線路対間のクロストーク特性の差異をシミュレーションで検討した結果を示す。図５に示したのはＳ４１特性のグラフである。横軸は信号周波数（ＧＨｚ）、縦軸は高周波線路対間のクロストーク（ｄＢ）を示す。図５（ａ）で示すグラフは、高抵抗導電膜を有さない場合（図６（ａ）参照）である。図５（ｂ）〜図５（ｉ）のそれぞれのシミュレーション結果に対応する、高抵抗導電膜の配置パターンを図６（ｂ）〜図６（ｉ）のそれぞれに示す。

図６（ａ）は、高抵抗導電膜を有さない場合であり、比較のために示した。
図６（ｂ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンは、各高抵抗導電膜が平面視で方形形状のベタ膜であり、高周波線路対が延在する方向に１列で並んでいるパターンである。図６（ｃ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンは、各高抵抗導電膜が平面視で方形形状のベタ膜であり、高周波線路対が延在する方向に平行に２列に並んでいるパターンである。図６（ｄ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンは、各高抵抗導電膜が平面視で方形形状のベタ膜であり、高周波線路対が延在する方向に平行に互いに半分ずれて２列に並んでいるパターンである。図６（ｅ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンは、各高抵抗導電膜が円形形状でベタ膜であり、高周波線路対が延在する方向に平行に互いに半分ずれて２列に並んでいるパターンである。図６（ｆ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンは、各高抵抗導電膜が平面視で方形形状のベタ膜であり、高周波線路対が延在する方向に平行に３列に並んでいるパターンである。図６（ｇ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンは、各高抵抗導電膜が平面視で方形形状のベタ膜であり、高周波線路対が延在する方向に平行に４列に並んでいるパターンである。図６（ｈ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンは、各高抵抗導電膜が図６（ｇ）より短い平面視で方形形状のベタ膜であり、高周波線路対が延在する方向に平行に４列に並んでいるパターンである。図６（ｉ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンは、各高抵抗導電膜が方形のリング状の膜であり、高周波線路対が延在する方向に平行に２列に並んでいるパターンである。

図６（ｂ）〜図６（ｉ）のいずれの高抵抗導電膜の配置パターンの場合も、６０ＧＨｚまでの高周波数において、隣接する高周波線路対間のクロストークが低減している。
各高抵抗導電膜が平面視で方形形状のベタ膜のパターンである図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｆ）及び図６（ｇ）の中では、２列に並んでいるパターンが最もクロストーク特性が良好であった。
各高抵抗導電膜が２列に並んでいるパターンである図６（ｃ）、図６（ｄ）、図６（ｅ）及び図６（ｉ）の中では、各高抵抗導電膜が平面視で方形形状のベタ膜のパターンが最もクロストーク特性が良好であった。

なお、図４（ａ）で示した高抵抗導電膜の配置パターンのクロストークの低減効果は、図６（ｂ）〜図６（ｉ）で示した高抵抗導電膜の配置パターンよりも大きかった。

図７に、種々の、平面視で方形形状のベタ膜の高抵抗導電膜の配置パターンについて、隣接する高周波線路対間のクロストーク特性の差異をシミュレーションで検討した結果を示す。図７に示したのはＳ４１特性のグラフである。横軸は信号周波数（ＧＨｚ）、縦軸は高周波線路対間のクロストーク（ｄＢ）を示す。図７（ａ）で示すグラフは、高抵抗導電膜を有さない場合（図８（ａ）参照）である。図８（ｂ）〜図８（ｆ）のそれぞれのシミュレーション結果に対応する、高抵抗導電膜の配置パターンを図７（ｂ）〜図７（ｆ）のそれぞれに示す。

図８（ａ）は、高抵抗導電膜を有さない場合であり、比較のために示した。
図８（ｂ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンは、図６（ｂ）で示した配置パターンと同じであり、各高抵抗導電膜が平面視で方形形状のベタ膜で、高周波線路対が延在する方向に１列で並んでいるパターンである。図８（ｃ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンは、図６（ｃ）で示した配置パターンと同じであり、各高抵抗導電膜が平面視で方形形状のベタ膜であり、高周波線路対が延在する方向に平行に２列に並んでいるパターンである。図８（ｄ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンは、各高抵抗導電膜が図８（ｃ）より幅狭の平面視で方形形状のベタ膜であり、高周波線路対が延在する方向に平行に２列に並んでおり、幅狭である分、図８（ｃ）よりも列間の距離が大きいパターンである。図８（ｅ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンは、各高抵抗導電膜が図８（ｄ）と同程度に図８（ｃ）より幅狭であって平面視で方形形状のベタ膜であり、高周波線路対が延在する方向に平行に、一方の高周波線路対に寄って２列に並んでおり、その分、高抵抗導電膜の列は他方の高周波線路対からの距離が大きいパターンである。図８（ｆ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンは、各高抵抗導電膜が図８（ｄ）と同程度に図８（ｃ）より幅狭であって平面視で方形形状のベタ膜であり、高周波線路対が延在する方向に平行に２列に並んでおり、一方の高抵抗導電膜の列は一方の高周波線路対に寄っており、他方の高抵抗導電膜の列は他方の高周波線路対に寄っており、２列の高抵抗導電膜の列間の距離は、高抵抗導電膜列と高周波線路対との距離よりも大きく、中央部分の空きが大きいパターンである。

図８（ｃ）〜図８（ｆ）に示す２列の高抵抗導電膜の配置パターンの中で、最も密に高抵抗導電膜が敷き詰められたパターンである、図８（ｃ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンが、６０ＧＨｚまでの高周波数全範囲で最もクロストーク特性が良好であった。

図９（ａ）に、クロストーク特性が良好な他の高抵抗導電膜の配置パターンを示す。
図９（ａ）に示す高抵抗導電膜の配置パターンは、複数の高抵抗導電膜が平面視で方形形状のものと平面視で三角形状のものとかならなり、高周波線路対が延在する方向に沿って並ぶ、略方形形状のものからなる第１列とその第１列を挟むように配置する略三角形状のものからなる２本の列とで構成されている。

他方、図９（ｂ）は、高抵抗導電膜を有さない配置パターンに比べてクロストーク特性が良好にならない配置パターンを示す。
この高抵抗導電膜の配置パターンでクロストーク特性が良好にならないのは、連続膜を有するためである。

図１０に、クロストーク特性（Ｓ４１特性）の導電率依存性を調べた結果を示す。図１０中の符号（ａ）で示すグラフは、全周波数ポイントで平均をとったものであり、符号（ｂ）で示すグラフは、は３０ＧＨｚ〜６０ＧＨｚで平均をとったものである。
図１０から、導電率４×１０^７〔ｓ／ｍ〕以下において、クロストーク特性が改善される領域があることがわかる。
周波数範囲を３０ＧＨｚ〜６０ＧＨｚに絞ると、クロストーク特性の改善効果はより顕著であり、改善効果は１０ｄＢ程度ある。

図１１に、図１及び図２に示した第１実施形態に係る光変調器（４つの光変調部３０Ａ〜３０Ｄとそれらの間に複数の高抵抗導電膜４０を有する光変調器）の一部を含む全体の一例の平面模式図を示す。
図１１においては、マッハツェンダー光導波路と高周波線路対との配置関係を示すために、高周波線路対よりも下の層に位置しているマッハツェンダー光導波路を点線で図示した。また、図１２に、図１１で示した本発明の光変調器の光導波路のみの平面模式図を示す。

図１１に示す光変調器１００Ａは、直線部と湾曲部とを有する４つのマッハツェンダー光導波路２０を含む光導波路１２０と、一対の差動高周波信号を印加するための２本の信号電極１０ａ、１０ｂからなる高周波線路対１０を含む高周波線路１１０と、隣接する高周波線路対の間に、高周波線路対から離間して配置する複数の高抵抗導電膜１４０と、を備える。なお、図１１において、複数の高抵抗導電膜１４０は図示の都合上、連続膜として描いているが、図６、図８及び図９に例示したように、孤立した複数の各高抵抗導電膜からなるものを示している。

図１１に示す光変調器１００Ａは、直線部の断面構造（例えば、図１１のＢ−Ｂ’線に沿った断面構造）が図２に示した断面構造に対応するように構成されている。

光導波路１２０は、入力光Ｓｉが入力する入力光導波路１２０ｉと、入力光導波路１２０から分岐した分岐光導波路１２０ｉｉ、１２０ｉｊと、分岐光導波路１２０ｉｉ、１２０ｉｊのそれぞれから分岐した分岐光導波路１２０ｉｉｉ及び１２０ｉｉｊと、分岐光導波路１２０ｉｊｉ及び１２０ｉｊｊと、分岐光導波路１２０ｉｉｉ、１２０ｉｉｊ、１２０ｉｊｉ及び１２０ｉｊｊのそれぞれから分岐したマッハツェンダー光導波路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄと、マッハツェンダー光導波路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを進行してきた光が合波され、合波され変調された変調光が進行する合波光導波路１２０ｏ１、１２０ｏ２、１２０ｏ３及び１２０ｏ４と、を備える。合波光導波路１２０ｏ１、１２０ｏ２、１２０ｏ３及び１２０ｏ４をそれぞれ進行してきた光は、変調光Ｓｏ１、Ｓｏ２、Ｓｏ３及びＳｏ４として合波光導波路１２０ｏ１、１２０ｏ２、１２０ｏ３及び１２０ｏ４から出力される。

マッハツェンダー光導波路２０を構成するマッハツェンダー光導波路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄはそれぞれ、直線部と湾曲部とを有し、全体として略Ｓ字形状の光導波路となっている。

マッハツェンダー光導波路２０Ａは、直線部２０Ａｓ１、２０Ａｓ２、２０Ａｓ３と湾曲部２０Ａｃ１、２０Ａｃ２とを備え、直線部２０Ａｓ１、湾曲部２０Ａｃ１、直線部２０Ａｓ２、湾曲部２０Ａｃ２、直線部２０Ａｓ３の順に連結されてなる。
マッハツェンダー光導波路２０Ｂは、直線部２０Ｂｓ１、２０Ｂｓ２、２０Ｂｓ３と湾曲部２０Ｂｃ１、２０Ｂｃ２とを備え、直線部２０Ｂｓ１、湾曲部２０Ｂｃ１、直線部２０Ｂｓ２、湾曲部２０Ｂｃ２、直線部２０Ｂｓ３の順に連結されてなる。
マッハツェンダー光導波路２０Ｃは、直線部２０Ｃｓ１、２０Ｃｓ２、２０Ｃｓ３と湾曲部２０Ｃｃ１、２０Ｃｃ２とを備え、直線部２０Ｃｓ１、湾曲部２０Ｃｃ１、直線部２０Ｃｓ２、湾曲部２０Ｃｃ２、直線部２０Ｃｓ３の順に連結されてなる。
マッハツェンダー光導波路２０Ｄは、直線部２０Ｄｓ１、２０Ｄｓ２、２０Ｄｓ３と湾曲部２０Ｄｃ１、２０Ｄｃ２とを備え、直線部２０Ｄｓ１、湾曲部２０Ｄｃ１、直線部２０Ｄｓ２、湾曲部２０Ｄｃ２、直線部２０Ｄｓ３の順に連結されてなる。

光変調器では素子長が長いことが小型化のための課題となることが多い。光変調器１００Ａのように光導波路を折り返して構成することで素子長を大幅に短くでき、小型化が可能となる。特に、ニオブ酸リチウム膜により形成された光導波路は、曲率半径を例えば５０μｍ程度まで小さくしても損失が小さいという特徴があり、本実施形態に適している。

各々、２本の信号電極１０ａ、１０ｂを構成される４つの高周波線路対１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄはいずれも、マッハツェンダー光導波路の平面視形状に対応して、直線部と湾曲部を有する。

高周波線路対１０Ａは、直線部１０Ａｓ１、１０Ａｓ２と湾曲部１０Ａｃとを有し、直線部１０Ａｓ１、湾曲部１０Ａｃ、直線部１０Ａｓ２の順に連結されてなる部分を含む。高周波線路対１０Ａの直線部１０Ａｓ１、１０Ａｓ２及び湾曲部１０Ａｃは、マッハツェンダー光導波路２０Ａの直線部２０Ａｓ２及び２０Ａｓ３と湾曲部２０Ａｃ２の上方に配置する。
高周波線路対１０Ｂは、直線部１０Ｂｓ１、１０Ｂｓ２と湾曲部１０Ｂｃとを有し、直線部１０Ｂｓ１、湾曲部１０Ｂｃ、直線部１０Ｂｓ２の順に連結されてなる部分を含む。高周波線路対１０Ｂの直線部１０Ｂｓ１、１０Ｂｓ２及び湾曲部１０Ｂｃは、マッハツェンダー光導波路２０Ｂの直線部２０Ｂｓ２及び２０Ｂｓ３と湾曲部２０Ｂｃ２の上方に配置する。
高周波線路対１０Ｃは、直線部１０Ｃｓ１、１０Ｃｓ２と湾曲部１０Ｃｃとを有し、直線部１０Ｃｓ１、湾曲部１０Ｃｃ、直線部１０Ｃｓ２の順に連結されてなる部分を含む。高周波線路対１０Ｃの直線部１０Ｃｓ１、１０Ｃｓ２及び湾曲部１０Ｃｃは、マッハツェンダー光導波路２０Ｃの直線部２０Ｃｓ２及び２０Ｃｓ３と湾曲部２０Ｃｃ２の上方に配置する。
高周波線路対１０Ｄは、直線部１０Ｄｓ１、１０Ｄｓ２と湾曲部１０Ｄｃとを有し、直線部１０Ｄｓ１、湾曲部１０Ｄｃ、直線部１０Ｄｓ２の順に連結されてなる部分を含む。高周波線路対１０Ｄの直線部１０Ｄｓ１、１０Ｄｓ２及び湾曲部１０Ｄｃは、マッハツェンダー光導波路２０Ｄの直線部２０Ｄｓ２及び２０Ｄｓ３と湾曲部２０Ｄｃ２の上方に配置する。

高周波線路対１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄはそれぞれ、終端抵抗１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄに接続されている。

隣接する高周波線路対間に配置する複数の高抵抗導電膜４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、いずれも、高周波線路対の平面視形状に対応して、直線部と湾曲部を有する。

複数の高抵抗導電膜４０Ａは、直線部４０Ａｓ１、４０Ａｓ２と湾曲部４０Ａｃとを有し、直線部４０Ａｓ１、湾曲部４０Ａｃ、直線部４０Ａｓ２の順に連結されてなる。複数の高抵抗導電膜４０Ａの直線部４０Ａｓ１、４０Ａｓ２及び湾曲部４０Ａｃは、高周波線路対１０Ａの直線部１０Ａｓ１、湾曲部１０Ａｃ、直線部１０Ａｓ２と、高周波線路対１０Ｂの直線部１０Ｂｓ１、湾曲部１０Ｂｃ、直線部１０Ｂｓ２との間に配置する。
複数の高抵抗導電膜４０Ｂは、直線部４０Ｂｓ１、４０Ｂｓ２と湾曲部４０Ｂｃとを有し、直線部４０Ｂｓ１、湾曲部４０Ｂｃ、直線部４０Ｂｓ２の順に連結されてなる。複数の高抵抗導電膜４０Ｂの直線部４０Ｂｓ１、４０Ｂｓ２及び湾曲部４０Ｂｃは、高周波線路対１０Ｂの直線部１０Ｂｓ１、湾曲部１０Ｂｃ、直線部１０Ｂｓ２と、高周波線路対１０Ｃの直線部１０Ｃｓ１、湾曲部１０Ｃｃ、直線部１０Ｃｓ２との間に配置する。
複数の高抵抗導電膜４０Ｃは、直線部４０Ｃｓ１、４０Ｃｓ２と湾曲部４０Ｃｃとを有し、直線部４０Ｃｓ１、湾曲部４０Ｃｃ、直線部４０Ｃｓ２の順に連結されてなる。複数の高抵抗導電膜４０Ｃの直線部４０Ｃｓ１、４０Ｃｓ２及び湾曲部４０Ｃｃは、高周波線路対１０Ｃの直線部１０Ｃｓ１、湾曲部１０Ｃｃ、直線部１０Ｃｓ２と、高周波線路対１０Ｄの直線部１０Ｄｓ１、湾曲部１０Ｄｃ、直線部１０Ｄｓ２との間に配置する。

本実施形態では、複数の高抵抗導電膜４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃはいずれも、高周波線路対の平面視形状に対応して、直線部と湾曲部を有するが、これに限定されない。
例えば、複数の高抵抗導電膜は直線部のみを有する構成であってもよい。複数の高抵抗導電膜は互いに離隔して配置するが、複数の高抵抗導電膜を直線状に配置する場合には、曲線状に配置する場合と違って、クロストーク特性の抑制の設計がしやすい。

また、高周波線路対が複数の直線部や複数の湾曲部を有する場合には、高周波線路対の複数の直線部の間のうちのいずれかの間にのみ複数の高抵抗導電膜を有する構成であってもよいし、また、高周波線路対の複数の湾曲部の間のうちのいずれかの間にのみ複数の高抵抗導電膜を有する構成であってもよい。

１ 基板
２ 導波層
３ 保護層
４ バッファ層
５ 絶縁層
１０ 電極層
１０ａ、１０ｂ 信号電極
２０ マッハツェンダー光導波路
２０ａ 第１の光導波路
２０ｂ 第２の光導波路
１００、１００Ａ 光変調器
Ｓｉ 入力光
Ｓｏ１、Ｓｏ２、Ｓｏ３、Ｓｏ４ 変調光

Claims (4)

1. ２本の光導波路からなるマッハツェンダー光導波路と、前記２本の光導波路に沿って配置し、一対の差動高周波信号を印加するための２本の信号電極からなる高周波線路対とを有する光変調部を複数備え、
   隣接する前記高周波線路対の間に、前記高周波線路対から離間して複数の高抵抗導電膜を備える、光変調器。
2. 前記複数の高抵抗導電膜は、前記高周波線路対が延在する方向に沿って並んで配置している、請求項１に記載の光変調器。
3. 前記複数の高抵抗導電膜は少なくとも２つ以上が同じ形状である、請求項１又は２のいずれかに記載の光変調器。
4. 前記高抵抗導電膜の導電率は、１０〜１×１０^８〔ｓ／ｍ〕である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光変調器。

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