JP2022148652A - 光導波路素子、光変調器、光変調モジュール、及び光送信装置 - Google Patents

光導波路素子、光変調器、光変調モジュール、及び光送信装置 Download PDF

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Abstract

【課題】光導波路素子において、電界効率を高く維持しつつ、凸状光導波路における表面粗さに起因した導波光の散乱損失を効果的に防止すること。【解決手段】基板と、基板上に形成された光導波路と、基板の面内において光導波路を両側方から挟む位置に配された２つの電極と、光導波路の上を覆う誘電体層と、を有し、誘電体層は、光導波路の幅方向において、上記２つの電極の光導波路に対向するエッジを含む範囲まで延在して、上記２つの電極のそれぞれを部分的に覆うよう配されている。【選択図】図４

Description

本発明は、光導波路素子、光変調器、光変調モジュール、及び光送信装置に関する。
商用の光ファイバ通信システムでは、基板上に形成された光導波路と、光導波路を伝搬する光波を制御する制御電極と、で構成される光導波路素子としての光変調素子を組み込んだ光変調器が多く用いられている。中でも、電気光学効果を有するＬｉＮｂＯ３（以下、ＬＮともいう）を基板に用いた光変調素子は、光の損失が少なく且つ広帯域な光変調特性を実現し得ることから、高速・大容量の基幹光伝送ネットワークやメトロネットワークの光ファイバ通信システムに広く用いられている。
このような光変調素子の小型化、広帯域化、省電力化の一つの策として、例えば、薄膜化したＬＮ基板（例えば、厚さ２０μｍ以下）の表面に形成されたリブ型光導波路またはリッジ型光導波路を用いた光変調器が実用化されつつある（例えば、特許文献１）。リブ型光導波路またはリッジ型光導波路は、上記薄膜化したＬＮ基板上に帯状の凸部を形成することで構成される凸状光導波路である。これにより、凸状導波路を伝搬する導波光と、制御電極により基板中に発生する信号電界と、の間の相互作用が強められ（すなわち、電界効率が高められ）、光変調素子の小型化、広帯域化、省電力化が実現される。
このような凸状光導波路における一つの課題として、ＬＮ基板上に形成された上記凸部の表面荒れに起因する導波光の散乱損失がある。例えば、凸状光導波路は、光導波路となる凸部（すなわち、光を導波するコアとなる部分）を残してＬＮ基板表面をエッチングすることで形成される。その際、エッチング速度やエッチング温度等によっては、ＬＮ基板上に形成される凸部の側面に微小な凹凸による表面荒れが発生し得る。そして、このような凸部の表面荒れにより、その凸状光導波路を伝搬する光に散乱損失が生じ得る。
凸状導波路の表面荒れに起因する散乱損失を低減する技術として、ＬＮ基板上の凸状光導波路を覆うように、リチウムタンタルナイオベイトからなるクラッド層をゾルゲル法により形成することが知られている（特許文献２）。この構成においては、凸状光導波路の環境雰囲気をクラッドとする場合の構成に比べて、凸状導波路の凸部（コア）とクラッドとの間の屈折率差が小さくなり、散乱損失が効果的に低減される。
しかしながら、上記従来の構成では、ＬＮ基板上において、凸状光導波路以外の部分にも上記クラッド層が形成される。このため、その後に凸状光導波路を挟む位置に配される制御電極は、ＬＮ基板上に形成されたクラッド層の上に形成されることとなり、凸状光導波路に発生する電界の強度は、ＬＮ基板上に直接に制御電極が形成される構成に比べて弱くなる。そして、これに伴い、その光導波路素子における上記電界効率は低下することとなり得る。
このような電界強度の低下を避けて電界効率を維持する手法として、ＬＮ基板上に形成された上記クラッドのうち凸状光導波路を覆う部分以外のエリアを、制御電極の形成前にパターンニングにより除去することも考えられる。しかしながら、この手法では、例えば幅２μｍの凸状光導波路を４μｍの間隔で挟んで形成される制御電極の配置部分を避けてクラッド層をパターンニングすることとなり、技術的な困難を伴うと共に、製造歩留まりにも影響を与え得る。
国際公開第２０１８／０３１９１６号明細書 平成１１－６４６６４号公報
上記背景より、光導波路素子において、電界効率を高く維持しつつ、凸状光導波路における表面粗さに起因した導波光の散乱損失を効果的に防止することが望まれている。
本発明の一の態様は、基板と、前記基板上に形成された光導波路と、前記基板の面内において前記光導波路を両側方から挟む位置に配された２つの電極と、前記光導波路の上を覆う誘電体層と、を有し、前記誘電体層は、前記光導波路の幅方向において、前記２つの電極の前記光導波路に対向するエッジを含む範囲まで延在して、前記２つの電極のそれぞれを部分的に覆うよう配されている、光導波路素子である。
本発明の他の態様によると、前記光導波路は、前記基板上に延在する凸部により構成された凸状光導波路である。
本発明の他の態様によると、前記誘電体層の屈折率は、前記光導波路のうち光が伝搬するコア部の屈折率の０．５倍以上、０．７５倍以下である。
本発明の他の態様によると、前記誘電体層は、前記２つの電極間における高さが、前記電極を覆う部分の高さより低い。
本発明の他の態様によると、前記誘電体層は、樹脂である。
本発明の他の態様によると、前記２つの電極は、前記光導波路から離れるに従って階段状に厚くなるように構成され、前記誘電体層は、前記光導波路の幅方向において、前記２つの電極のそれぞれの前記光導波路に最も近い１段目のエッジを含む範囲まで延在して、前記２つの電極のそれぞれを部分的に覆うように配されている。
本発明の他の態様によると、前記誘電体層は、前記２つの電極の前記１段目をそれぞれ部分的に覆うよう配されている。
本発明の他の態様によると、前記２つの電極の前記エッジの間隔は、１０μｍ未満である。
本発明の他の態様によると、前記光導波路は、マッハツェンダ型光導波路の２本の並行導波路を構成する。
本発明の他の態様は、光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光導波路素子と、前記光導波路素子を収容する筐体と、前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、を備える光変調器である。
本発明の他の態様は、光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光導波路素子と、前記光導波路素子を収容する筐体と、前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、前記光導波路素子を駆動する駆動回路と、を備える光変調モジュールである。
本発明の更に他の態様は、上記光変調器または上記光変調モジュールと、前記光導波路素子に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路と、を備える光送信装置である。
本発明によれば、光導波路素子において、電界効率を高く維持しつつ、凸状光導波路における表面粗さに起因した導波光の散乱損失を効果的に防止することができる。
本発明の第１の実施形態に係る光変調素子の構成を示す図である。 図１に示すＡ部の部分詳細図である。 図１に示すＢ部の部分詳細図である。 図２に示すＡ部のＩＶ－ＩＶ断面の矢視図である。 図２に示すＡ部のＶ－Ｖ断面の矢視図である。 図３に示すＢ部のＶＩ－ＶＩ断面の矢視図である。 図１に示す光変調素子における、誘電体層の素材の屈折率に対する、光導波路の散乱損失の変化を示す図である。 図１に示す光変調素子の第１の変形例である。 図１に示す光変調素子の第２の変形例である。 本発明の第２の実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る光変調モジュールの構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光導波路素子である光変調素子１００の構成を示す図である。また、図２は、図１に示すＡ部の部分詳細図、図３は、図１に示すＢ部の部分詳細図である。
光変調素子１００は、基板１０２に形成された光導波路１０４で構成される。基板１０２は、例えば、２０μｍ以下（例えば２μｍ）の厚さに加工され薄板化された、電気光学効果を有するＸカットのＬＮ基板である。光導波路１０４は、薄板化された基板１０２の表面に形成された帯状に延在する凸部で構成される凸状光導波路（例えば、リブ型光導波路又はリッジ型光導波路）である。
基板１０２上に延在して光導波路１０４を構成する凸部は、その屈折率が１より大きい誘電体層１６０により覆われている。誘電体層１６０はＳｉＯ２等の無機材料をスパッタ法やＣＶＤ法で形成することができるが、特に、本実施形態に係る光変調素子１００では、上記誘電体層１６０は、樹脂で構成されている。誘電体層１６０を構成する樹脂は、例えば、カップリング剤（架橋剤）を含むフォトレジストであって、熱により架橋反応が進行して硬化するいわゆる感光性永久膜であるものとすることができる。ただし、誘電体層１６０は、感光性永久膜に限らず、所定の屈折率を有するポリアミド系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、アミノ系樹脂、エポキシ系樹脂等の任意の樹脂であるものとすることができる。
基板１０２は、例えば矩形であり、図示上下方向に延在して対向する図示左右の２つの辺１４０ａ、１４０ｂ、および図示左右方向に延在して対向する図示上下の辺１４０ｃ、１４０ｄを有する。
基板１０２の図示左側の辺１４０ａの図示下側において光導波路１０４の入力導波路１０６に入射した入力光（図示右方を向く矢印）は、光の伝搬方向が１８０度折り返された後、２つの光に分岐され、２つのネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂにより、それぞれＱＰＳＫ変調される。ＱＰＳＫ変調された２つの光は、それぞれ、図示左方の出力導波路１２６ａ、１２６ｂを介して基板１０２の図示左側の辺１４０ａの図示上側から出力される（図示左方を向く２つの矢印）。
これら２つの出力光は、基板１０２から出射したのち、例えば、偏波合成器により偏波合成されて一つの光ビームにまとめられ、ＤＰ－ＱＰＳＫ変調された光信号として伝送用光ファイバへ送出される。
ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａは２つのマッハツェンダ型光導波路１１０ａおよび１１０ｂを含む。また、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ｂは、２つのマッハツェンダ型光導波路１１０ｃおよび１１０ｄを含む。
マッハツェンダ型光導波路１１０ａおよび１１０ｂは、それぞれ、２本の並行導波路１１２ａ、１１２ｂおよび１１２ｃ、１１２ｄを有する。また、マッハツェンダ型光導波路１１０ｃおよび１１０ｄは、それぞれ、２本の並行導波路１１２ｅ、１１２ｆおよび１１２ｇ、１１２ｈを有する。
ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａにおけるＱＰＳＫ変調のため、マッハツェンダ型光導波路１１０ａの２本の並行導波路１１２ａと１１２ｂとの間、およびマッハツェンダ型光導波路１１０ｂの２本の並行導波路１１２ｃと１１２ｄとの間には、それぞれ、変調のための高周波電気信号が入力される信号電極１１４－１ａおよび１１４－１ｂが配されている（図示白抜き矩形部分）。
また、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ｂにおけるＱＰＳＫ変調のため、マッハツェンダ型光導波路１１０ｃの２本の並行導波路１１２ｅと１１２ｆとの間、およびマッハツェンダ型光導波路１１０ｄの２本の並行導波路１１２ｇと１１２ｈとの間には、それぞれ、変調のための高周波電気信号が入力される信号電極１１４－１ｃおよび１１４－１ｄが配されている。
信号電極１１４－１ａは、並行導波路１１２ａおよび１１２ｂのそれぞれを挟んで対向するグランド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ（図示白抜き部分）と共にコプレーナ型伝送線路を構成し、信号電極１１４－１ｂは、並行導波路１１２ｃおよび１１２ｄのそれぞれを挟んで対向するグランド電極１１４－２ｂ、１１４－２ｃと共にコプレーナ型伝送線路を構成する。
信号電極１１４－１ｃは、並行導波路１１２ｅおよび１１２ｆのそれぞれを挟んで対向するグランド電極１１４－２ｃ、１１４－２ｄと共にコプレーナ型伝送線路を構成し、信号電極１１４－１ｄは、並行導波路１１２ｅおよび１１２ｆのそれぞれを挟んで対向するグランド電極１１４－２ｄ、１１４－２ｅと共にコプレーナ型伝送線路を構成する。
以下、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂを総称してネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ともいうものとする。また、マッハツェンダ型光導波路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆ、１１０ｇ、１１０ｈを総称してマッハツェンダ型光導波路１１０ともいうものとする。また、並行導波路１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ、１１２ｆ、１１２ｇ、１１２ｈを総称して並行導波路１１２ともいうものとする。また、信号電極１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄを総称して信号電極１１４－１ともいうものとする。また、グランド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅを総称してグランド電極１１４－２ともいうものとする。
また、信号電極１１４－１およびグランド電極１１４－２を総称して作用電極１１４というものとする。作用電極１１４である信号電極１１４－１およびグランド電極１１４－２は、光導波路１０４を伝搬する光波を制御する。また、信号電極１１４－１とグランド電極１１４－２とは、光導波路１０４の並行導波路１１２を基板１０２の面内において挟む２つの作用電極１１４である。
本実施形態では、作用電極１１４である信号電極１１４－１およびグランド電極１１４－２のそれぞれは２段電極であり、それらが挟む並行導波路１１２から離れるに従って階段状に厚くなるように構成されている（後述する図４参照）。
信号電極１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄの図示右端部は、信号配線電極１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄ（図示ハッチングされた帯状部分）にそれぞれ接続されている。また、信号電極１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄの図示左端部は、信号配線電極１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈにそれぞれ接続されている。
グランド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄの図示右端は、それぞれグランド配線電極１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄに接続されている。また、グランド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄの図示左端は、それぞれグランド配線電極１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈ、１１８－２ｉに接続されている。
グランド電極１１４－２ｅは、図示矩形のグランドパターンに接続し、当該矩形のグランドパターンの図示右方に延在する図示上方のエッジを含む部分がグランド配線電極１１８－２ｅを構成し、図示下方に延在する図示左方のエッジを含む部分がグランド配線電極１１８－２ｊを構成する。
これにより、信号配線電極１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄは、これらの信号配線電極に隣接するグランド配線電極１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄ、１１８－２ｅと共に、コプレーナ型伝送線路を構成する。同様に、信号配線電極１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈは、これらの信号配線電極に隣接するグランド配線電極１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈ、１１８－２ｉ、１１８－２ｊと共に、コプレーナ型伝送線路を構成する。
基板１０２の図示下側の辺１４０ｄまで延在する信号配線電極１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈは、基板１０２の外部において所定のインピーダンスを持つ終端抵抗により終端される。
これにより、基板１０２の図示右側の辺１４０ｂまで延在する信号配線電極１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄから入力される高周波電気信号は、進行波となって信号電極１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄを伝搬し、それぞれ、マッハツェンダ型光導波路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄを伝搬する光波を変調する。
以下、信号配線電極１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄ、１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈを総称して信号配線電極１１８－１ともいうものとする。また、グランド配線電極１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄ、１１８－２ｅ、１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈ、１１８－２ｉ、１１８－２ｊを総称してグランド配線電極１１８－２ともいうものとする。また、信号配線電極１１８－１およびグランド配線電極１１８－２を総称して、配線電極１１８ともいうものとする。すなわち、信号配線電極１１８－１およびグランド配線電極１１８－２は、作用電極１１４に接続された配線電極１１８である。
図３を参照し、図１に示す基板１０２のＢ部には、マッハツェンダ型光導波路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄのバイアス点を調整するためのバイアス電極１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、およびネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂのバイアス点を調整するためのバイアス電極１３０ｅ、１３０ｆが設けられている。バイアス電極１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｅは、それぞれ、基板１０２の図示上側の辺１４０ｃまで延在するバイアス配線電極１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｅに接続されている。また、バイアス電極１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｆは、それぞれ、基板１０２の図示下側の辺１４０ｄまで延在するバイアス配線電極１３２ｃ、１３２ｄ、１３２ｆに接続されている。
以下、バイアス電極１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆを総称してバイアス電極１３０ともいうものとする。バイアス配線電極１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ、１３２ｅ、１３２ｆを総称してバイアス配線電極１３２ともいうものとする。本実施形態では、バイアス電極１３０も、上述した作用電極１１４と同様に２段電極である（後述する図６参照）。
光変調素子１００は、上述において説明したように、基板１０２と、基板１０２上に形成された光導波路１０４と、光導波路１０４が含む並行導波路１１２の一部を基板１０２の面内において両側方から挟む位置に配された２つの電極と、光導波路１０４の上を覆う誘電体層１６０と、を有する。ここで上記２つの電極とは、例えば、並行導波路１１２を挟む作用電極１１４及び又はバイアス電極１３０をいう。
そして、特に、本実施形態の光変調素子１００では、誘電体層１６０は、並行導波路１１２の幅方向において、それぞれ２つの作用電極１１４およびバイアス電極１３０の当該並行導波路１１２に対向するエッジを含む範囲まで延在して、それぞれ２つの作用電極１１４およびバイアス電極１３０のそれぞれを部分的に覆うよう配されている。
図４は、並行導波路１１２ｈおよび１１２ｇを挟むグランド電極１１４－２ｅと信号電極１１４－１ｄとグランド電極１１４－２ｄの配置を示す、図２におけるＩＶ－ＩＶ断面矢視図である。基板１０２は、その裏面（図示下側の面）が支持板１４２により支持され補強されている。支持板１４２は、例えばガラスである。基板１０２の図示上面には、並行導波路１１２ｇおよび１１２ｈが、それぞれ、基板１０２上に形成された凸部１５０ａおよび１５０ｂにより凸状光導波路として構成されている。
基板１０２上には、基板１０２の面内において並行導波路１１２ｇを挟む位置にグランド電極１１４－２ｄおよび信号電極１１４－１ｄが形成されている。また、基板１０２の面内において並行導波路１１２ｈを挟む位置に信号電極１１４－１ｄおよびグランド電極１１４－２ｅが形成されている。
グランド電極１１４－２ｄと信号電極１１４－１ｄとの間には、並行導波路１１２ｇを覆う誘電体層１６０が配されている。同様に、信号電極１１４－１ｄとグランド電極１１４－２ｅとの間には、並行導波路１１２ｈを覆う誘電体層１６０が配されている。
そして、グランド電極１１４－２ｄと信号電極１１４－１ｄとの間の誘電体層１６０は、並行導波路１１２ｇの幅方向（図示左右方向）において、グランド電極１１４－２ｄおよび信号電極１１４－１ｄのそれぞれの、並行導波路１１２ｇに対向するエッジ１４４ａおよび１４４ｂを含む範囲まで図示左右に延在して、グランド電極１１４－２ｄおよび信号電極１１４－１ｄのそれぞれを部分的に覆うよう配されている。
また、信号電極１１４－１ｄとグランド電極１１４－２ｅとの間の誘電体層１６０は、並行導波路１１２ｈの幅方向（図示左右方向）において、信号電極１１４－１ｄとグランド電極１１４－２ｅのそれぞれの、並行導波路１１２ｈに対向するエッジ１４４ｃおよび１４４ｄを含む範囲まで図示左右に延在して、信号電極１１４－１ｄおよびグランド電極１１４－２ｅのそれぞれを部分的に覆うよう配されている。
ここで、グランド電極１１４－２ｄ、信号電極１１４－１ｄ、グランド電極１１４－２ｅは、それぞれ、第１段目電極１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃと第２段目電極１４８ａ、１４８ｂ、１４８ｃとで構成されている。上述のエッジ１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃ、１４４ｄは、それぞれ、対応するグランド電極１１４－２ｄ、信号電極１１４－１ｄ、グランド電極１１４－２ｅの第１段目電極１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃのエッジである。
そして、特に、本実施形態では、並行導波路１１２ｇを覆う誘電体層１６０は、グランド電極１１４－２ｄの第１段目電極１４６ａおよび信号電極１１４－１ｄの第１段目電極１４６ｂを、それぞれ部分的に覆うよう配されている。同様に、並行導波路１１２ｈを覆う誘電体層１６０は、信号電極１１４－１ｄの第１段目電極１４６ｂおよびグランド電極１１４－２ｅの第１段目電極１４６ｃを、それぞれ部分的に覆うよう配されている。
これにより、例えば、並行導波路１１２ｈを覆う誘電体層１６０の図示左右には、グランド電極１１４－２ｅの第２段目電極１４８ｃとの間、および信号電極１１４－１ｄの第２段目電極１４８ｂとの間に、幅Ｗ１６およびＷ１７のギャップが形成される。これにより、例えば、信号電極１１４－１ｄとグランド電極１１４－２ｅとの間では、第２段目電極１４８ｂと１４８ｃとの間の空間に比べて、第１段目電極１４６ｂと１４６ｃとの間の誘電体層１６０に電界が集中することとなり、誘電体層１６０が覆う並行導波路１１２ｈにおける電界効率が向上する。
なお、誘電体層１６０は、他の並行導波路１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ、１１２ｆにおいても、上記と同様に構成されている。ここで、並行導波路１１２を挟む２つの作用電極１１４のそれぞれの、当該並行導波路１１２に対向するエッジを総称してエッジ１４４というものとする。また、作用電極１１４の第１段目電極および第２段目電極のそれぞれを総称して、第１段目電極１４６および第２段目電極１４８というものとする。
すなわち、誘電体層１６０は、並行導波路１１２の幅方向において、上記２つの作用電極１１４およびバイアス電極１３０の当該並行導波路１１２に対向するエッジ１４４を含む範囲まで延在して、上記２つの作用電極１１４の第１段目電極１４６のそれぞれを部分的に覆うよう配されている。
ここで、並行導波路１１２を挟む２つの作用電極１１４の、互いに対向するエッジ１４４の間隔（例えば、図４におけるエッジ１４４ｃと１４４ｄとの間の距離Ｗ１２）は、例えば、１０μｍ未満である。
なお、本実施形態では、配線電極１１８は、２段電極である作用電極１１４の２段目の部分（すなわち、厚さの厚い部分）が延在することにより形成されている。図５は、図２におけるＶ－Ｖ断面の矢視図であり、作用電極１１４と配線電極１１８との接続状態の一例として信号電極１１４－１ｄと信号配線電極１１８－１ｄとの接続状態を示す図である。信号電極１１４－１ｄは、第１段目電極１４６ａと第２段目電極１４８ａとで構成されており、信号電極１１４－１ｄの第２段目電極１４８ａが図示右方へ延在して信号配線電極１１８－１ｄを構成している。
誘電体層１６０は、図３に示すバイアス電極１３０においても、上述した作用電極１１４における配置と同様の配置で配されている。すなわち、隣接する２つのバイアス電極１３０は、並行導波路１１２を基板１０２の面内において挟むように構成されている。そして、その並行導波路１１２を覆う誘電体層１６０は、その並行導波路１１２の幅方向において、上記２つのバイアス電極１３０のそれぞれの、当該並行導波路１１２に対向するエッジを含む範囲まで延在して、上記２つのバイアス電極１３０のそれぞれを部分的に覆うよう配されている。
図６は、図３におけるＶＩ－ＶＩ断面の矢視図であり、バイアス電極１３０における誘電体層１６０の配置の一例としてバイアス電極１３０ａにおける誘電体層１６０の配置を示す図である。基板１０２上には、基板１０２の面内において並行導波路１１２ａ、１１２ｂのそれぞれを挟むようにバイアス電極１３０ａが形成されている。そして、並行導波路１１２ａを覆う誘電体層１６０は、並行導波路１１２ａの幅方向（図示左右方向）の両側において、２つのバイアス電極１３０ａのそれぞれの、並行導波路１１２ａに対向するエッジ１５２ａおよび１５２ｂを含む範囲まで延在して、これらのバイアス電極１３０ａのそれぞれを部分的に覆うよう配されている。また、図６では、図示左右のバイアス電極１３０ａに、バイアス配線電極１３２ａが接続されている。
誘電体層１６０は、他のバイアス電極１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆにおいても、上記と同様に構成されている。ここで、並行導波路１１２を挟む２つのバイアス電極１３０のそれぞれの、当該並行導波路１１２に対向するエッジを総称してエッジ１５２というものとする。すなわち、誘電体層１６０は、並行導波路１１２の幅方向において、上記２つのバイアス電極１３０のそれぞれの、当該並行導波路１１２に対向するエッジ１５２を含む範囲まで延在して、上記２つのバイアス電極１３０のそれぞれを部分的に覆うよう配されている。
上記の構成を有する光変調素子１００では、基板１０２上に延在して光導波路１０４を構成する凸部が、屈折率が１より大きい樹脂である誘電体層１６０により覆われている。これにより、光変調素子１００では、凸部が空気と接する状態に比べて、凸部と当該凸部の周囲環境との屈折率差は小さくなり、凸部の形成過程において発生した凸部側面の表面荒れに起因する散乱損失が低減される。
誘電体層１６０は、例えば、フォトレジストである感光性永久膜をスピナーにより基板１０２上にコート（スピンコート）し、紫外線を用いたパターンニングにより形成することができる。
光変調素子１００では、誘電体層１６０は、並行導波路１１２を挟む２つの作用電極１１４の対向するエッジを含む範囲まで延在して、これら電極のそれぞれを部分的に覆うよう配されている。このため、製造過程（例えば、上記のパターンニングの工程）において基板１０２の面内における誘電体層１６０の形成位置が並行導波路１１２の幅方向へずれた場合でも、当該ずれ量が所定の誤差範囲内ある限り、並行導波路１１２を挟む２つの作用電極１１４の間には誘電体層１６０が隙間なく充填された状態を維持できる。したがって、光変調素子１００では、並行導波路１１２を挟む２つの作用電極１１４の間の静電容量の製造ばらつきを低減して、上記２つの作用電極１１４から並行導波路１１２に印加される電界を高く維持することができる（すなわち、電界効率を高く維持することができる）。バイアス電極１３０においても同様である。
その結果、光変調素子１００では、光導波路１０４（具体的には、並行導波路１１２の部分）における電界効率を高く維持しつつ、凸状光導波路における表面粗さに起因した導波光の散乱損失を効果的に防止することができる。
なお、上記所定の誤差範囲は、例えば、図４において並行導波路１１２ｈを覆う誘電体層１６０の左右の作用電極１１４（グランド電極１１４－２ｅ及び信号電極１１４－１ｄ）への乗り上げ寸法の設計値がＷ１４およびＷ１５であるときは、Ｗ１４、Ｗ１５のうちいずれか小さい方の寸法以内の範囲である。また、誘電体層１６０の上面の幅Ｗ１０の中心と、左右の作用電極１１４の間の距離Ｗ１２の中心とが設計上一致する場合には、上記誤差範囲は、（Ｗ１０－Ｗ１２）／２である。
また、並行導波路１１２を挟む作用電極１１４は、数ＧＨｚのマイクロ波電気信号を変調用の高周波電気信号とする光変調素子においては、一般に、基板１０２の面からの高さが１μｍ程度と厚く形成される。このため、これら２つの作用電極１１４間に形成される凹部の深さも１μｍと深くなる。このような深さの深い凹部を二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）のような無機物の誘電体で満たす場合には、技術的な困難を伴う。また、仮に、そのような厚い膜を形成できたとしても、膜形成過程において無機物誘電体層の内部に溜まった応力が、製造後に基板１０２等に加わることとなり、光変調素子としての電気的及び又は光学的な特性や長期信頼性に悪影響を及ぼすこととなり得る。
上述したように、光変調素子１００では、誘電体層１６０は樹脂で構成されるので、１０μｍ程度の厚い層を容易に形成することができる。また、一般に、樹脂のヤング率は無機物に比べて小さいため、製造後において誘電体層１６０から基板１０２等に加わる応力は、無機物誘電体層を用いた場合に比べて大幅に軽減される。
また、誘電体層１６０に用いられる感光性永久膜等の樹脂は、その組成を調整することにより粘度を調整することができる。樹脂である誘電体層１６０は、スピンコートの際のスピナーの回転速度の調整に加えて、このような粘度の調整により、スピンコートの際に基板１０２上に形成される膜厚を調整することができる。このため、光変調素子１００では、並行導波路１１２を挟む２つの作用電極１１４の間に形成する誘電体層１６０の厚さを調整して、これら２つの作用電極１１４の間の静電容量を所望の値とすることができるので、これら２つの作用電極１１４の間のインピーダンスの調整や、光波と高周波電気信号との速度整合の調整を行うことができる。
また、並行導波路１１２を挟む２つの作用電極１１４は２段電極である。このような作用電極１１４の多段構成は、一般に、並行導波路１１２に発生させる電界の強度を高く維持しつつ、これら作用電極１１４が構成する伝送線路の周波数特性を広帯域化する際に用いられる。特に、本実施形態では、並行導波路１１２を覆う誘電体層１６０は、当該並行導波路１１２に最も近い第１段目電極のエッジまで延在して、当該第１段目電極を部分的に覆うように配される。このため、作用電極１１４間に発生する電気力線は、２段目電極間の空間に比べて第１段目電極間に形成された誘電体層１６０においてその密度が高くなる。その結果、本実施形態では、第１段目電極間の誘電体層１６０に覆われた並行導波路１１２に電界が集中することとなり、電界効率が向上する。
上述したように、並行導波路１１２を覆う誘電体層１６０は、光導波部分（いわゆるコア）である基板１０２上の凸部と、クラッドとして機能する誘電体層１６０と、の間の屈折率差を低減することで、凸部表面における散乱損失を低減する。図７は、誘電体層１６０を構成する素材の屈折率に対する、散乱損失の低減効果を示す図である。図７において、横軸は、並行導波路１１２を構成する凸部の屈折率ｎｃｏｒｅに対する、誘電体層１６０の屈折率ｎｃｌａｄの比（屈折率比）ｎｃｌａｄ／ｎｃｏｒｅである。また、縦軸は、並行導波路１１２における光損失（ｄＢ／ｃｍ）である。
図７において、ライン２００は、並行導波路１１２における散乱損失を示している。図７には、さらに、ライン２０２及びライン２０４が示されている。ライン２０２は、並行導波路１１２における光閉じ込め効果に依存する導波損失を表す。また、ライン２０４は、ライン２００が示す散乱損失とライン２０２が示す導波損失とを含む全損失を表している。
ライン２００より、屈折率比ｎｃｌａｄ／ｎｃｏｒｅが１に近づくほど、すなわち、並行導波路１１２を構成する凸部の屈折率ｎｃｏｒｅと誘電体層１６０の屈折率ｎｃｌａｄがとの屈折率差が小さくなるほど、並行導波路１１２における散乱損失は低減されることが判る。
一方で、ライン２０２を見ると、屈折率比ｎｃｌａｄ／ｎｃｏｒｅが１に近づくにつれ並行導波路１１２の導波損失は増加することが判る。この導波損失の増加は、上記屈折率差の低下に伴って並行導波路１１２における光閉じ込め効果が低下していくことに起因し、屈折率比ｎｃｌａｄ／ｎｃｏｒｅが０．７５を越えると急激に増加する。その結果、並行導波路１１２の全損失は、ライン２０４に示すように、屈折率比ｎｃｌａｄ／ｎｃｏｒｅに対してＵ字形に変化し、屈折率比ｎｃｌａｄ／ｎｃｏｒｅ＝０．６５において極小値（約２ｄＢ／ｃｍ）を示す。
ライン２０４より、上記極小値からの光損失の許容増加量を０．５ｄＢとすれば、屈折率比ｎｃｌａｄ／ｎｃｏｒｅは、０．５以上、０．７５以下が望ましいことが判る。すなわち、誘電体層１６０の屈折率ｎｃｌａｄは、並行導波路１１２を構成する凸部の屈折率ｎｃｏｒｅの、０．５倍以上、０．７５以下であることが望ましい。
次に、光変調素子１００の変形例について説明する。
［第１変形例］
図８は、光変調素子１００の第１の変形例に係る光変調素子１００－１の構成を示す図であり、上述した実施形態における図４に相当する図である。図８に示す誘電体層１６０－１は、図１ないし図６に示す光変調素子１００において、誘電体層１６０に代えて用いられる。なお、図８において、図４に示す構成要素と同じ構成要素については、図４における符号と同一の符号を用いるものとし、上述した図４についての説明を援用する。また、誘電体層１６０－１が用いられる光変調素子１００－１の平面構成は、図１ないし図３に示す光変調素子１００と同様であるので、上述した図１ないし図３についての説明を援用する。
図８において、誘電体層１６０－１は、図４に示す誘電体層１６０と同様の構成を有するが、その上面が平坦ではなく、凹凸を有している点が異なる。具体的には、並行導波路１１２ｇを覆う誘電体層１６０－１は、グランド電極１１４－２ｄおよび信号電極１１４－１ｄの並行導波路１１２ｇに隣接するそれぞれのエッジ１４４ａとエッジ１４４ｂとの間における高さが、これらのグランド電極１１４－２ｄおよび信号電極１１４－１ｄを武運出来に覆う部分の高さより低い。
なお、他の並行導波路１１２を覆う誘電体層１６０－１も、上記と同様に構成され得る。すなわち、並行導波路１１２を覆う誘電体層１６０－１は、当該並行導波路１１２を挟む信号電極１１４－１とグランド電極１１４－２との間における高さが、これらの電極を覆う部分の高さより低い。
このような誘電体層１６０－１の上面形状は、例えば、誘電体層１６０－１を構成する樹脂の組成により当該樹脂のスピンコート時の粘度を調整することで実現され得る。
一般に、感光性永久膜等の樹脂は、硬化前は粘性を持つため、光導波路１０４を構成する凸部や電極等により基板１０２上に凹凸があっても、スピンコート後の樹脂の表面は、ほぼ平坦となる。また、スピンコートされた樹脂のパターンニング工程において、乾燥等のための高温処理を行う場合には、処理温度に依存して、樹脂の高温軟化によりその表面は更に平坦化され得る。このため、一般的には、並行導波路１１２を挟む電極間の誘電体層１６０の上面は、図４に示すようにほぼ平坦となる。
これに対し、図８に示す構成では、誘電体層１６０－１は、上述したように、並行導波路１１２ｇに隣接するグランド電極１１４－２ｄおよび信号電極１１４－１ｄのエッジ１４４ａとエッジ１４４ｂとの間における高さが、これらのグランド電極１１４－２ｄおよび信号電極１１４－１ｄを覆う部分の高さより低い。すなわち、誘電体層１６０－１は、並行導波路１１２を覆う部分の厚さが、図４に示す構成において並行導波路１１２が誘電体層１６０を覆う厚さよりも薄く構成されている。図８に示す構成は、図４の構成に使用される硬化前の樹脂の粘度を調整することよりに形成することできる。更に、誘電体層１６０の形成をスパッタ法やＣＶＤ法を使用することにより、光導波路１０４を構成する凸部や電極等による基板１０２上の凹凸の影響を受ける為、形成することができる。
これにより、本変形例においては、信号電極１１４－１ｄとグランド電極１１４－２ｄとの間の電気力線は、薄く形成された誘電体層１６０－１内に集中して通過することとなり、図４の構成に比べて並行導波路１１２に印加される電界が更に強められて電界効率が更に向上する。
［第２変形例］
図９は、光変調素子１００の第２の変形例に係る光変調素子１００－２の構成を示す図であり、上述した実施形態における図４に相当する図である。図９に示す信号電極１１４－３ｄおよびグランド電極１１４－４ｄ、１１４－４ｅは、図１ないし図４に示す光変調素子１００における信号電極１１４－１ｄおよびグランド電極１１４－２ｄ、１１４－２ｅに代えて用いられる。なお、図９において、図４に示す構成要素と同じ構成要素については、図４における符号と同一の符号を用いるものとし、上述した図４についての説明を援用する。
また、図９に示す信号電極１１４－３ｄおよびグランド電極１１４－４ｄ、１１４－４ｅが用いられる光変調素子１００－２の平面構成は、図１ないし図３に示す光変調素子１００と同様であるので、上述した図１ないし図３についての説明を援用する。
図４および図８に示す作用電極１１４である信号電極１１４－１及びグランド電極１１４－２は、一例として２段電極として構成されているが、これらの作用電極は１段で構成されていてもよい。図９に示す信号電極１１４－３ｄおよびグランド電極１１４－４ｄ、１１４－４ｅは、そのような１段の電極として構成されている。そして、並行導波路１１２ｇを覆う誘電体層１６０は、図４に示す構成と同様に、並行導波路１１２ｇの幅方向（図示左右方向）において、並行導波路１１２ｇを挟むグランド電極１１４－４ｄおよび信号電極１１４－３ｄのそれぞれの、並行導波路１１２ｇに対向するエッジを含む範囲まで延在して、これらのグランド電極１１４－４ｄおよび信号電極１１４－３ｄのそれぞれを部分的に覆うよう配されている。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、上述したいずれかの光変調素子を用いた光変調器である。図１０は、第２の実施形態に係る光変調器４００の構成を示す図である。光変調器４００は、筐体４０２と、当該筐体４０２内に収容された光変調素子４０４と、中継基板４０６と、を有する。光変調素子４０４は、上述した光変調素子１００、１００－１、１００－２のいずれかである。筐体４０２は、最終的にはその開口部に板体であるカバー（不図示）が固定されて、その内部が気密封止される。
光変調器４００は、また、光変調素子４０４の変調に用いる高周波電気信号を入力するための信号ピン４０８と、光変調素子４０４の動作点の調整に用いる電気信号を入力するための信号ピン４１０と、を有する。
さらに、光変調器４００は、筐体４０２内に光を入力するための入力光ファイバ４１４と、光変調素子４０４により変調された光を筐体４０２の外部へ導く出力光ファイバ４２０と、を筐体４０２の同一面（本実施形態では、図示左側の面）に有する。
ここで、入力光ファイバ４１４及び出力光ファイバ４２０は、固定部材であるサポート４２２及び４２４を介して筐体４０２にそれぞれ固定されている。入力光ファイバ４１４から入力された光は、サポート４２２内に配されたレンズ４３０によりコリメートされた後、レンズ４３４を介して光変調素子４０４へ入力される。ただし、これは一例であって、光変調素子４０４への光の入力は、従来技術に従い、例えば、入力光ファイバ４１４を、サポート４２２を介して筐体４０２内に導入し、当該導入した入力光ファイバ４１４の端面を光変調素子４０４の基板１０２の端面に接続することで行うものとすることもできる。
光変調素子４０４から出力される光は、光学ユニット４１６と、サポート４２４に配されたレンズ４１８と、を介して出力光ファイバ４２０に結合される。光学ユニット４１６は、光変調素子４０４から出力される２つの変調光を一つのビームに結合する偏波合成器を含み得る。
中継基板４０６は、当該中継基板４０６に形成された導体パターン（不図示）により、信号ピン４０８から入力される高周波電気信号および信号ピン４１０から入力される動作点（バイアス点）調整用等の電気信号を、光変調素子４０４へ中継する。中継基板４０６上の上記導体パターンは、例えばワイヤボンディング等により、光変調素子４０４の電極の一端を構成するパッドにそれぞれ接続される。また、光変調器４００は、所定のインピーダンスを有する終端器４１２を筐体４０２内に備える。
上記の構成を有する光変調器４００は、凸状光導波路における表面粗さに起因した導波光の散乱損失を効果的に防止し得る構成を有した光変調素子１００、１００－１、１００－２のいずれかである光変調素子４０４を用いて構成されるので、光損失が少なく且つ低駆動電圧の変調動作を提供し得る。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、上述したいずれかの実施形態または変形例に係る光変調素子を用いた光変調モジュール５００である。図１１は、本実施形態に係る光変調モジュール５００の構成を示す図である。図１１において、図１０に示す第２の実施形態に係る光変調器４００と同一の構成要素については、図１０に示す符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図１０についての説明を援用する。
光変調モジュール５００は、図８に示す光変調器４００と同様の構成を有するが、中継基板４０６に代えて、回路基板５０６を備える点が、光変調器４００と異なる。回路基板５０６は、駆動回路５０８を備える。駆動回路５０８は、信号ピン４０８を介して外部から供給される例えば変調信号に基づいて、光変調素子４０４を駆動する高周波電気信号を生成し、当該生成した高周波電気信号を光変調素子４０４へ出力する。
上記の構成を有する光変調モジュール５００は、凸状光導波路における表面粗さに起因した導波光の散乱損失を効果的に防止し得る構成を有した光変調素子１００、１００－１、１００－２のいずれかである光変調素子４０４を用いて構成されるので、上述した第２の実施形態に係る光変調器４００と同様に、光損失が少なく且つ低駆動電圧の変調動作を提供し得る。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態は、第２の実施形態に係る光変調器４００を搭載した光送信装置６００である。図１２は、本実施形態に係る光送信装置６００の構成を示す図である。この光送信装置６００は、光変調器４００と、光変調器４００に光を入射する光源６０４と、変調器駆動部６０６と、変調信号生成部６０８と、を有する。なお、光変調器４００及び変調器駆動部６０６に代えて、上述した光変調モジュール５００を用いることもできる。
変調信号生成部６０８は、光変調器４００に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路であり、外部から与えられる送信データに基づき、光変調器４００に当該変調データに従った光変調動作を行わせるための高周波信号である変調信号を生成して、変調器駆動部６０６へ出力する。
変調器駆動部６０６は、変調信号生成部６０８から入力される変調信号を増幅して、光変調器４００が備える光変調素子１００等の信号電極を駆動するための高周波電気信号を出力する。尚、上述したように、光変調器４００および変調器駆動部６０６に代えて、例えば変調器駆動部６０６に相当する回路を含む駆動回路５０８を筐体４０２の内部に備えた、光変調モジュール５００を用いることもできる。
上記高周波電気信号は、光変調器４００の信号ピン４０８に入力されて、光変調素子１００等を駆動する。これにより、光源６０４から出力された光は、光変調器４００により変調され、変調光となって光送信装置６００から出力される。
上記の構成を有する光送信装置６００は、凸状光導波路における表面粗さに起因した導波光の散乱損失を効果的に防止し得る構成を有した光変調素子１００、１００－１、１００－２のいずれかである光変調素子４０４を用いて構成されるので、上述した第２の実施形態に係る光変調器４００および第３の実施形態に係る光変調モジュール５００と同様の低光損失且つ低駆動電圧の変調動作により、良好な光伝送を実現し得る。
なお、本発明は上記実施形態の構成およびその代替構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
例えば、光導波路１０４は、上述した実施形態においては凸状導波路であるものとしたが、例えばＴｉ拡散導波路のような、基板１０２の表面に形成される平面導波路であってもよい。この場合にも、基板１０２の表面の荒れに伴う散乱損失を誘電体層１６０により低減することができる。
また、光変調素子１００の作用電極１１４は、上述の実施形態においては２段で構成されているが、３段以上の段数を持つ階段状に構成されていてもよい。
また、図４に示す構成において、誘電体層１６０は、信号電極１１４－１ｄおよびグランド電極１１４－２ｄ、１１４－２ｅの第１段目電極１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃを部分的に覆うように配されているが、誘電体層１６０がこれらの作用電極１１４を覆う範囲は、第１段目電極１４６には限られない。誘電体層１６０は、作用電極１１４のうち並行導波路１１２に対向する（または、隣接する）エッジ１４４まで延在する限り、これら作用電極１１４の第２段目電極１４８まで延在して（あるいは、これらの電極が３段以上に構成されている場合には、２段目以上の階段部まで延在して）もよい。
ただし、並行導波路１１２に電界を集中させる観点からは、誘電体層１６０は、作用電極１１４の第１段目電極１４６のみを部分的に覆い、第２段目電極１４８との間には間隔（例えば、図４の間隔Ｗ１６及びＷ１７）が空いているほうが好ましい。
また、光変調素子１００では、作用電極１１４だけでなく、バイアス電極１３０についても、並行導波路１１２を覆う誘電体層１６０は、当該並行導波路１１２を挟む２つのバイアス電極１３０のエッジ１５２まで延在してバイアス電極１３０を部分的に覆うものとした。ただし、このような誘電体層１６０の構成は、作用電極１１４又はバイアス電極１３０のいずれかについて実現されていればよい。これにより、作用電極１１４又はバイアス電極１３０において、電界効率を高く維持しつつ、光導波路における表面粗さに起因した導波光の散乱損失を効果的に防止することができる。
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
例えば、図１に示す光変調素子１００では、基板１０２のうち電極および光導波路１０４が何も形成されていない部分が存在するが、そのような部分の全部または一部は、従来技術に従い、グランドパターンで覆ってもよい。
以上説明したように、上述した実施形態に係る光導波路素子である光変調素子１００は、基板１０２と、基板１０２上に形成された光導波路１０４と、を有する。ここで、光導波路１０４は、その一部として、例えば並行導波路１１２を含む。光変調素子１００は、基板１０２の面内において並行導波路１１２を両側方から挟む位置に配された２つの電極（２つの作用電極１１４又は２つのバイアス電極１３０）と、光導波路の上を覆う誘電体層１６０と、を有する。そして、光変調素子１００では、誘電体層１６０は、並行導波路１１２の幅方向において、上記２つの電極のそれぞれの、並行導波路１１２に対向するエッジを含む範囲まで延在して、上記２つの電極のそれぞれを部分的に覆うように構成されている。
この構成によれば、光導波路１０４を覆う誘電体層１６０の形成位置がずれた場合でも、並行導波路１１２を挟む上記２つの電極（すなわち、２つの作用電極１１４または２つのバイアス電極１３０）の間に隙間なく誘電体層１６０を形成することができる。このため。上記の構成によれば、電界効率を高く維持しつつ、光導波路１０４の表面粗さに起因した導波光の散乱損失を効果的に防止することができる。
また、光変調素子１００では、光導波路１０４は、基板１０２上に延在する凸部により構成された凸状光導波路である。この構成によれば、側部表面に荒れの発生しやすい凸状光導波路において、電界効率を高く維持しつつ、光導波路１０４の表面粗さに起因した導波光の散乱損失を効果的に防止することができる。
また、誘電体層１６０の屈折率は、光導波路１０４のうち光が伝搬するコア部の屈折率の０．５倍以上、０．７５倍以下である。この構成によれば、光導波路１０４における散乱損失の低減と導波損失の増加とのトレードオフをバランスして、光導波路１０４の光伝搬損失を低く保つことができる。
また、誘電体層１６０は、例えば樹脂である。この構成によれば、光導波路１０４上に誘電体層１６０を１０μｍ程度まで厚く形成することができるので、例えば光導波路１０４の一部である並行導波路１１２を挟む２つの電極間に誘電体層１６０を容易に形成することができる。
また、誘電体層１６０は、光導波路１０４である並行導波路１１２を挟む上記２つの電極間における高さが、これらの電極を覆う部分の高さより低い。この構成によれば、上記２つの電極により発生する電界を、誘電体層１６０に覆われた光導波路１０４に集中させることができるので、電界効率を高めて光変調素子１００としての動作電圧を低減することができる。
また、光導波路１０４である並行導波路１１２を挟む上記２つの作用電極１１４は、並行導波路１１２から離れるに従って階段状に厚くなるように、例えば２段電極として構成される。そして、誘電体層１６０は、並行導波路１１２の幅方向において、上記２つの作用電極のそれぞれの当該並行導波路１１２に最も近い第１段目電極１４６のエッジを含む範囲まで延在して、上記２つの電極のそれぞれを部分的に覆うように配されている。この構成によれば、第１段目電極１４６間の誘電体層１６０に覆われた並行導波路１１２に電界が集中することとなり、電界効率が向上する結果、光変調素子１００としての動作電圧が低減される。
また、誘電体層１６０は、並行導波路１１２を挟む２つの作用電極１１４の第１段目電極１４６のそれぞれを、部分的に覆うよう配されている。この構成によれば、並行導波路１１２への電界集中を更に高めて、光変調素子１００としての動作電圧を更に低減することができる。
また、並行導波路１１２を挟む２つの作用電極１１４のエッジ１４４の間隔は、１０μｍ未満である。この構成によれば、作用電極１１４が１０μｍ未満の間隔で配される構成において、隣接する作用電極１１４の間に配された並行導波路１１２に、誘電体層１６０をずれなく適切に配することができる。その結果、並行導波路１１２における散乱損失を低減して、低損失な光変調素子１００を実現することができる。
また、光導波路１０４は、マッハツェンダ型光導波路１１０のそれぞれの２本の並行導波路１１２を構成する。この構成によれば、２本の並行導波路１１２における光損失の差が光学特性に影響されやすいマッハツェンダ型光導波路１１０において、これら２本の並行導波路１１２における表面粗さに起因する散乱損失を共に低減して、良好な光学特性を実現することができる。
また、上述した第２の実施形態に係る光変調器４００は、光の変調を行う光変調素子１００、１００－１、又は１００－２である光変調素子４０４と、光変調素子４０４を収容する筐体４０２と、光変調素子４０４に光を入力する入力光ファイバ４１４と、光変調素子１００が出力する光を筐体４０２の外部へ導く出力光ファイバ４２０と、を備える。
また、上述した第３の実施形態に係る光変調モジュール５００は、光変調素子４０４と、光変調素子４０４を収容する筐体４０２と、光変調素子４０４に光を入力する入力光ファイバ４１４と、光変調素子４０４が出力する光を筐体４０２の外部へ導く出力光ファイバ４２０と、光変調素子を駆動する駆動回路５０８と、を備える。
また、上述した第４の実施形態に係る光送信装置６００は、第２の実施形態に係る光変調器４００または第３の実施形態に係る光変調モジュール５００と、光変調素子４０４に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路である変調信号生成部６０８と、を備える。
これらの構成によれば、消費電力が小さく低損失の光変調器４００、光変調モジュール５００、又は光送信装置６００を実現することができる。
１００、１００－１、１００－２、４０４…光変調素子、１０２…基板、１０４…光導波路、１０６…入力導波路、１０８ａ、１０８ｂ…ネスト型マッハツェンダ型光導波路、１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ…マッハツェンダ型光導波路、１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ、１１２ｆ、１１２ｇ、１１２ｈ…並行導波路、１１４…作用電極、１１４－１、１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄ、１１４－３ｄ…信号電極、１１４－２、１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅ、１１４－４ｄ、１１４－４ｅ…グランド電極、１１８…配線電極、１１８－１、１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄ、１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈ…信号配線電極、１１８－２、１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄ、１１８－２ｅ、１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈ、１１８－２ｉ、１１８－２ｊ…グランド配線電極、１２６ａ、１２６ｂ…出力導波路、１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆ…バイアス電極、１３２、１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ、１３２ｅ、１３２ｆ…バイアス配線電極、１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ…辺、１４２…支持板、１４４、１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃ、１４４、１５２、１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄ…エッジ、１４６、１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃ…第１段目電極、１４８、１４８ａ、１４８ｂ、１４８ｃ…第２段目電極、１５０、１５０ａ、１５０ｂ…凸部、１６０、１６０－１…誘電体層、２００、２０２、２０４…ライン、４００…光変調器、４０２…筐体、４０６…中継基板、４０８、４１０…信号ピン、４１２…終端器、４１４…入力光ファイバ、４１６…光学ユニット、４１８、４３０、４３４…レンズ、４２０…出力光ファイバ、４２２、４２４…サポート、５００…光変調モジュール、５０６…回路基板、５０８…駆動回路、６００…光送信装置、６０４…光源、６０６…変調器駆動部、６０８…変調信号生成部。

Claims (12)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成された光導波路と、
    前記基板の面内において前記光導波路を両側方から挟む位置に配された２つの電極と、
    前記光導波路の上を覆う誘電体層と、
    を有し、
    前記誘電体層は、前記光導波路の幅方向において、前記２つの電極の前記光導波路に対向するエッジを含む範囲まで延在して、前記２つの電極のそれぞれを部分的に覆うよう配されている、
    光導波路素子。
  2. 前記光導波路は、前記基板上に延在する凸部により構成された凸状光導波路である、
    請求項１に記載の光導波路素子。
  3. 前記誘電体層の屈折率は、前記光導波路のうち光が伝搬するコア部の屈折率の０．５倍以上、０．７５倍以下である、
    請求項１または２に記載の光導波路素子。
  4. 前記誘電体層は、前記２つの電極間における高さが、前記電極を覆う部分の高さより低い、
    請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光導波路素子。
  5. 前記誘電体層は、樹脂である、
    請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光導波路素子。
  6. 前記２つの電極は、前記光導波路から離れるに従って階段状に厚くなるように構成され、
    前記誘電体層は、前記光導波路の幅方向において、前記２つの電極のそれぞれの前記光導波路に最も近い１段目のエッジを含む範囲まで延在して、前記２つの電極のそれぞれを部分的に覆うように配されている、
    請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光導波路素子。
  7. 前記誘電体層は、前記２つの電極の前記１段目をそれぞれ部分的に覆うよう配されている、
    請求項６に記載の光導波路素子。
  8. 前記２つの電極の前記エッジの間隔は、１０μｍ未満である、
    請求項１ないし７のいずれか一項に記載の光導波路素子。
  9. 前記光導波路は、マッハツェンダ型光導波路の２本の並行導波路を構成する、
    請求項１ないし８のいずれか一項に記載の光導波路素子。
  10. 光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光導波路素子と、
    前記光導波路素子を収容する筐体と、
    前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、
    前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、
    を備える光変調器。
  11. 光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光導波路素子と、
    前記光導波路素子を収容する筐体と、
    前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、
    前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、
    前記光導波路素子を駆動する駆動回路と、
    を備える光変調モジュール。
  12. 請求項１０に記載の光変調器または請求項１１に記載の光変調モジュールと、
    前記光導波路素子に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路と、
    を備える光送信装置。
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