JP2022148653A - 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、電極設計の自由度に悪影響を与えることなく、電極への異物の付着による電気的特性の変動を防止すること。【解決手段】基板と、基板上に形成された光導波路と、光導波路を伝搬する光波を制御する電極と、電極のうち隣接する２つの電極の間に配された第１絶縁層と、を備え、第１絶縁層は、前記基板の面からの高さが、上記２つの電極の高さよりも高い。【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る（すなわち、電界効率が高められる）。
また、このような凸状光導波路は、一般に、基板平面に金属（例えばチタン（Ｔｉ））を拡散して形成される平面導波路に比べて導波路幅を狭くし得る。このため、凸状光導波路を用いる光導波路素子では、基板面内において凸状光導波路を挟んで構成される制御電極どうしの間隔を数μｍ以下まで狭くして、更に電界効率を高めることができ、光導波路素子の小型化、広帯域化、省電力化が実現される。
このような光導波路素子における一つの課題として、上記のように制御電極どうしの間隔が狭められる結果、従来に比べて、例えば光導波路素子を収容する筐体内に混入した異物によって、２つの制御電極の間に電気的なブリッジが形成されやすく、光導波路素子に誤動作や故障が発生し得ることが考えられる。
基板上に凸状光導波路と共に形成された電極を保護する構成として、特許文献２には、リッジ型光導波路の上に形成された信号電極を覆うように、０．１～５μｍの厚さの、例えばポリイミドから成る誘電体層を形成することが記載されている。
しかしながら、上記従来の構成では、形成される誘電体層の厚さが数μｍと薄いため、信号電極上に金属異物が付着した場合には、リッジ型光導波路に印加される電界の分布や、信号電極間の静電容量が変化し、光変調素子としての電気特性や変調特性が変化することとなり得る。
上記誘電体層を厚く形成して金属異物の存在による上記特性変動を低減することも考えられる。しかしながら、その場合には、上記誘電体層の厚さと共に信号電極間の静電容量が大きくなり、信号電極を伝搬する電気信号の速度とリッジ型光導波路を伝搬する光波の速度との整合（いわゆる速度整合）や誘電損失の低減等を図ることが困難となるなど、電極設計の自由度が制限される。
国際公開ＷＯ２０１８／０３１９１６（Ａ１） ２０２０－１３４８７４号公報
上記背景より、光導波路素子において、電極設計の自由度に悪影響を与えることなく、電極への異物付着による電気的特性の変動を防止することのできる構成の実現が求められている。
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、前記光導波路を伝搬する光波を制御する電極と、前記電極のうち隣接する２つの電極の間に配された第１絶縁層と、を備え、前記第１絶縁層は、前記基板の面からの高さが、前記２つの電極の高さよりも高い、光導波路素子である。
本発明の他の態様によると、前記２つの電極は、前記光導波路を前記基板の面内において挟む位置に配されている。
本発明の他の態様によると、前記２つの電極の間隔は、１５μｍ以下である。
本発明の他の態様によると、前記基板の面からの前記第１絶縁層の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下である。
本発明の他の態様によると、前記基板の面からの、前記第１絶縁層の高さと前記２つの電極の高さとの差は、５μｍ以下である。
本発明の他の態様によると、前記第１絶縁層は、樹脂である。
本発明の他の態様によると、前記基板上に形成された前記２つの電極と異なる複数の電極を覆う第２絶縁層を備える。
本発明の他の態様によると、前記光導波路は、それぞれが２本の並行導波路を含む２つのマッハツェンダ型光導波路を含み、前記第２絶縁層が覆う前記複数の電極は、前記マッハツェンダ型光導波路のバイアス点の調整に用いられるバイアス電極を構成する。
本発明の他の態様によると、前記第２絶縁層は、マッハツェンダ型光導波路のそれぞれの前記バイアス電極を覆う、互いに分離された個別の絶縁層として形成されている。
本発明の他の態様によると、前記第２絶縁層は、樹脂である。
本発明の他の態様は、光の変調を行う光変調素子である上記いずれかの光導波路素子と、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上記いずれかの光導波路素子と、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。
本発明の他の態様は、上記の光変調器または上記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である。
本発明によれば、光導波路素子において、電極設計の自由度に悪影響を与えることなく、電極への異物付着による電気的特性の変動を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に示す光変調素子のＩＩ－ＩＩ断面図である。 図１に示す光変調素子のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図１に示す光変調素子のＩＶ－ＩＶ断面図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る光変調素子の断面図である。 第１の実施形態の第２の変形例に係る光変調素子の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る光変調素子の作用電極の断面図である。 第２の実施形態に係る光変調素子のバイアス電極の断面図である。 第２の実施形態の第１の変形例に係る光変調素子の断面図である。 第２の実施形態の第２の変形例に係る光変調素子の断面図である。 本発明の第３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４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５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。
光変調素子１００は、基板１０２に形成された光導波路１０４（図示太い点線）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１０６ａ、１０６ｂ、および図示左右方向に延在して対向する図示上下の辺１０６ｃ、１０６ｄを有する。
基板１０２の図示左側の辺１０６ａの図示下側において光導波路１０４の入力導波路１０７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、それぞれ図示左端の出力導波路１２６ａ、１２６ｂを介して基板１０２の辺１０６ａ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。ここで、高周波電気信号とは、例えば、１０ｋＨｚ以上の周波数を主成分とする電気信号をいう。
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ウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ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ウンド電極１１４－２ｃ、１１４－２ｄ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ウンド電極１１４－２ｅ、１１４－２ｆ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１１２ｇおよび１１２ｈのそれぞれを挟んで対向するグラウンド電極１１４－２ｇ、１１４－２ｈ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、グラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅ、１１４－２ｆ、１１４－２ｇ、１１４－２ｈを総称してグラウンド電極１１４－２ともいうものとする。
また、信号電極１１４－１およびグラウンド電極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およびグラウンド電極１１４－２は、光導波路１０４を伝搬する光波を制御する。また、作用電極１１４である信号電極１１４－１とグラウンド電極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、隣接する２つの電極である。
本実施形態では、作用電極１１４である信号電極１１４－１およびグラウンド電極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。
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。
グラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅ、１１４－２ｆ、１１４－２ｇ、１１４－２ｈの図示右端は、それぞれグラウンド配線電極１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄ、１１８－２ｅ、１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈに接続されている。また、グラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅ、１１４－２ｆ、１１４－２ｇ、１１４－２ｈの図示左端は、それぞれグラウンド配線電極１１８－２ｉ、１１８－２ｊ、１１８－２ｋ、１１８－２ｍ、１１８－２ｎ、１１８－２ｐ、１１８－２ｑ、１１８－２ｒに接続されている。
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のそれぞれに隣接するグラウンド配線電極１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄ、１１８－２ｅ、１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈ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のそれぞれえに隣接するグラウンド配線電極１１８－２ｉ、１１８－２ｊ、１１８－２ｋ、１１８－２ｍ、１１８－２ｎ、１１８－２ｐ、１１８－２ｑ、１１８－２ｒ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１０６ｄ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（不図示）により終端される。
これにより、基板１０２の図示右側の辺１０６ｂ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、グラウンド配線電極１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄ、１１８－２ｅ、１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈ、１１８－２ｉ、１１８－２ｊ、１１８－２ｋ、１１８－２ｍ、１１８－２ｎ、１１８－２ｐ、１１８－２ｑ、１１８－２ｒを総称してグラウンド配線電極１１８－２ともいうものとする。また、信号配線電極１１８－１およびグラウンド配線電極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およびグラウンド配線電極１１８－２は、作用電極１１４に接続された配線電極１１８である。
基板１０２上には、また、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。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というものとする。
特に、本実施形態に係る光変調素子１００では、並行導波路１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ、１１２ｆ、１１２ｇ、１１２ｈのそれぞれを基板１０２の面内で挟む隣接する２つの作用電極１１４である信号電極１１４－１とグラウンド電極１１４－２との間のそれぞれに、第１絶縁層１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈを備える。ここで、第１絶縁層１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈを総称して第１絶縁層１２０ともいうものとする。
第１絶縁層１２０のそれぞれは、隣接する作用電極１１４および配線電極１１８に沿って図示右方へ、基板１０２の辺１０６ｂまで延在すると共に、図示左方および下方へ延在して基板１０２の辺１０６ｄまで延在している。
ここで、第１絶縁層１２０は、基板１０２の面からの高さが、当該第１絶縁層１２０を挟む２つの作用電極１１４である信号電極１１４－１およびグラウンド電極１１４－２の高さよりも高い。同様に、第１絶縁層１２０は、基板１０２の面からの高さが、当該第１絶縁層１２０を挟む２つの配線電極１１８である信号配線電極１１８－１およびグラウンド配線電極１１８－２の高さよりも高い。
第１絶縁層１２０は、例えば誘電体である樹脂により構成される。そのような樹脂は、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよい。本実施形態では、第１絶縁層１２０を構成する樹脂は、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。ただし、これは一例であって、第１絶縁層１２０は、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。
図２は、図１に示す光変調素子１００におけるＩＩ－ＩＩ断面の矢視図である。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１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄが、それぞれ、基板１０２上に形成された凸部１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃ、１４４ｄにより凸状光導波路として構成されている。なお、図示４つの点線楕円は、それぞれ、凸状光導波路である並行導波路１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを伝搬する光を模式的に示している。
基板１０２上には、基板１０２の面内において並行導波路１１２ａおよび１１２ｂを挟む位置にグラウンド電極１１４－２ａ、信号電極１１４－１ａ、およびグラウンド電極１１４－２ｂ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１１２ｃおよび１１２ｄを挟む位置にグラウンド電極１１４－２ｃ、信号電極１１４－１ｂ、およびグラウンド電極１１４－２ｄが形成されている。また、グラウンド電極１１４－２ｄの図示右側に、グラウンド電極１１４－２ｅが形成されている。
本実施形態では、グラウンド電極１１４－２ａ、信号電極１１４－１ａ、グラウンド電極１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、信号電極１１４－１ｂ、グラウンド電極１１４－２ｄ、１１４－２ｅは、それぞれ、第１段目電極１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅ、１５０ｆ、１５０ｇと、第２段目電極１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄ、１５２ｅ、１５２ｆ、１５２ｇと、で構成される２段電極である。
グラウンド電極１１４－２ａ、信号電極１１４－１ａ、およびグラウンド電極１１４－２ｂのそれぞれに接続される配線電極１１８、すなわち、図１に示すグラウンド配線電極１１８－２ａ、信号配線電極１１８－１ａ、およびグラウンド配線電極１１８－２ｂは、それぞれ、グラウンド電極１１４－２ａ、信号電極１１４－１ａ、およびグラウンド電極１１４－２ｂの第２段目電極１５２ａ、１５２ｂ、および１５２ｃが、例えば図２の紙面法線方向に延在することにより形成される。グラウンド電極１１４－２ｃ、信号電極１１４－１ｂ、およびグラウンド電極１１４－２ｄ、１１４－２ｅのそれぞれに接続される配線電極１１８も同様である。
図３は、一例として、信号電極１１４－１ｂと信号配線電極１１８－１ｂとの接続を示す図であり、図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面の矢視図である。信号電極１１４－１ｂに接続する信号配線電極１１８－１ｂは、信号電極１１４－１ｂの第２段目電極１５２ｅが図示右方へ延在することにより形成されている。
図２を参照し、並行導波路１１２ａを挟む隣接する２つの作用電極１１４である信号電極１１４－１ａとグラウンド電極１１４－２ａとの間には、第１絶縁層１２０ａが配されている。また、並行導波路１１２ｂを挟む隣接する２つの作用電極１１４である信号電極１１４－１ａとグラウンド電極１１４－２ｂとの間には、第１絶縁層１２０ｂが配されている。同様に、並行導波路１１２ｃおよび１１２ｄをそれぞれ挟む隣接する信号電極１１４－１ｂとグラウンド電極１１４－２ｃとの間および信号電極１１４－１ｂとグラウンド電極１１４－２ｄとの間には、それぞれ、第１絶縁層１２０ｃおよび１２０ｄが配されている。
そして、第１絶縁層１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄのそれぞれは、基板１０２の面（すなわち、図示上側の面）から測った高さが、これらの第１絶縁層のそれぞれを挟む隣接する２つの電極である信号電極１１４－１およびグラウンド電極１１４－２の高さよりも高い。
第１絶縁層１２０ｂ以外の他の第１絶縁層１２０ａ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈも同様に構成されている。
以下、第１絶縁層１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄを含め、並行導波路１１２を挟む隣接する２つの作用電極１１４の間に配された第１絶縁層を総称して第１絶縁層１２０というものとする。
上記の構成を有する光変調素子１００では、並行導波路１１２を挟む隣接する２つの作用電極１１４の間に、これらの作用電極１１４及び配線電極１１８よりも高さの高い第１絶縁層１２０が形成されている。このため、光変調素子１００では、これらの作用電極１１４に向けて落下した異物は、背の高い第１絶縁層１２０に阻まれることとなり、２つの作用電極１１４の間に付着してブリッジを形成する確率が低減される。
また、第１絶縁層１２０は、図２に示すように、隣接する２つの作用電極１１４（信号電極１１４－１及び又はグラウンド電極１１４－２）の全面に接している必要はない。このため、第１絶縁層１２０は、上述した従来の構成に比べて、これら２つの作用電極１１４間の静電容量には大きな影響を与えない。その結果、光変調素子１００では、光波と電気信号との速度整合や誘電損失の低減等の配慮を要する作用電極１１４の設計自由度に悪影響を与えることなく、異物付着による電気的特性の変動が防止され得る。
なお、上記のような第１絶縁層１２０による作用電極１１４への異物付着の防止効果は、２つの隣接する作用電極１１４の間隔が１５μｍ以下の場合に効果が大きい。一般に、光変調素子１００を収容する筐体（不図示）の内部に存在する異物の大きさは、数十μｍ程度以下であることが多いためである。
また、本実施形態では、第１絶縁層１２０は樹脂で構成されるため、ＳｉＯ２等の無機物により第１絶縁層１２０構成する場合に比べて、第１絶縁層１２０を１０μｍ程度の厚さ（高さ）まで容易に形成することができる。さらに、このような樹脂は、一般に、ＳｉＯ２等の無機物に比べてヤング率が小さいため、第１絶縁層１２０から作用電極１１４や基板１０２に加わる応力を低減して、高い長期信頼性を確保することができる。
また、図２に示すように、本実施形態では、第１絶縁層１２０は、２つの隣接する作用電極１１４の第２段目電極１５２とは接しないように構成されている。このため、例えば第１絶縁層１２０が誘電体としての特性を持つ樹脂等により構成される場合には、動作時においてこれら２つの作用電極１１４間に形成される電気力線は、これら作用電極１１４の第２段目電極１５２の間に比べて、第１段目電極１５０の間において密となる。したがって、光変調素子１００では、作用電極１１４から並行導波路１１２に加わる電界の強度は、第１絶縁層１２０がない場合に比べて高まることとなり、電界効率が向上する。その結果、光変調素子１００の駆動電圧が低減される。
なお、基板１０２上への第１絶縁層１２０の形成は、例えば、本実施形態のように第１絶縁層１２０がフォトレジストである感光性永久膜で構成される場合には、上記フォトレジストをスピナーにより基板１０２上にコート（スピンコート）したのち、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。この場合、第１絶縁層１２０の高さ（すなわち、膜厚）は、スピナーの回転速度により制御することできる。スピナーの回転数により第１絶縁層１２０の高さを制御する場合には、高さ制御性の観点より、第１絶縁層の高さは１μｍ以上１０μｍ以下の範囲であることが望ましい。
また、第１絶縁層１２０と作用電極１１４との段差ΔＴ１０（図２参照）は、第１絶縁層１２０の上記高さ制御性の観点から、５μｍ以下の範囲とするのが好ましい。段差ΔＴ１０の下限値は、例えば、第１絶縁層１２０に付着した異物と作用電極１１４との間の絶縁破壊、当該異物による静電容量変動、その他の、当該異物が作用電極１１４の電気的特性に与える影響を低減する観点から定めるものとすることができる。
なお、作用電極１１４とは異なり高周波電気信号が伝搬しない電極、例えば、バイアス電極１３０の場合には、その全体を絶縁層により覆うことで、バイアス電極１３０同士の間での、異物付着による電気的特性の変動を防止してもよい。高周波電気信号を伝搬しないバイアス電極１３０の電気的特性は、これらを覆う絶縁層に起因する誘電損の影響を受けにくいためである。
図１に示す光変調素子１００では、特に、それぞれのバイアス電極１３０は、マッハツェンダ型光導波路１１０ごと及びネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ごとに、互いに分離された個別の絶縁層により覆われている。具体的には、マッハツェンダ型光導波路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄのそれぞれのバイアス点を調整するためのバイアス電極１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄは、それぞれ、それらの全体が、互いに分離された個別の第２絶縁層１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄにより覆われている。
また、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂのそれぞれのバイアス点を調整するためのバイアス電極１３０ｅおよび１３０ｆは、それぞれ、それらの全体が、互いに分離された個別の第２絶縁層１２２ｅおよび１２２ｆにより覆われている。ここで、第２絶縁層１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ、１２２ｅ、１２２ｆを総称して第２絶縁層１２２ともいうものとする。
また、バイアス電極１３０が設けられた基板１０２上の領域には、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａの領域とネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ｂの領域とを分けるグラウンド電極１３２ａが設けられている。基板１０２上には、また、マッハツェンダ型光導波路１１０ａのバイアス電極１３０ａが形成された領域と、マッハツェンダ型光導波路１１０ｂのバイアス電極１３０ｂが形成された領域と、を分けるグラウンド電極１３２ｂが設けられている。また、基板１０２上には、マッハツェンダ型光導波路１１０ｃのバイアス電極１３０ｃが形成された領域と、マッハツェンダ型光導波路１１０ｄのバイアス電極１３０ｄが形成された領域と、を分けるグラウンド電極１３２ｃが設けられている。
図４は、図１に示す光変調素子１００のＩＶ－ＩＶ断面の矢視図である。基板１０２上において並行導波路１１２ａ、１１２ｂを挟む位置に設けられている３つのバイアス電極１３０ａは、マッハツェンダ型光導波路１１０ａのバイアス点を調整するための電極であり、それらの全体が、第２絶縁層１２２ａにより覆われている。また、基板１０２上において並行導波路１１２ｃ、１１２ｄを挟む位置に設けられている３つのバイアス電極１３０ｂは、マッハツェンダ型光導波路１１０ｂのバイアス点を調整するための電極であり、それらの全体が、第２絶縁層１２２ｂにより覆われている。そして、第２絶縁層１２２ａと第２絶縁層１２２ｂとは、グラウンド電極１３２の上部で互いに分離されて、それぞれ個別の絶縁層として構成されている。
上記のように、光変調素子１００は、作用電極１１４と異なる複数のバイアス電極１３０を覆う第２絶縁層１２２を備える。そして、特に、第２絶縁層１２２は、マッハツェンダ型光導波路１１０毎に及びネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８毎に、それぞれの複数のバイアス電極１３０を覆う、互いに分離された個別の絶縁層として形成されている。
これにより、光変調素子１００では、マッハツェンダ型光導波路１１０及びネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８における互いの間での、バイアス電極１３０相互におけるバイアス点調整動作の干渉が防止される。
［第１実施形態の第１変形例］
次に、第１の実施形態に係る光変調素子１００の第１の変形例について説明する。図５は、光変調素子１００の第１の変形例である光変調素子１００－１の構成を示す図である。第１の変形例に係る光変調素子１００－１は、光変調素子１００と同様の構成を有するが、並行導波路１１２を挟む作用電極１１４の間に配される第１絶縁層の断面構成が、図２に示す第１絶縁層１２０と異なる。図５は、図２に示す光変調素子１００のＩＩ－ＩＩ断面の図示左半分の部分に相当する図である。なお、図５において、図２に示す構成要素と同じ構成要素については、図２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２についての説明を援用する。また、光変調素子１００－１の平面構成は、図１に示す光変調素子１００と同様であるので、上述した図１についての説明を援用する。
図５において、並行導波路１１２ａを挟む隣接する２つの作用電極１１４であるグラウンド電極１１４－２ａおよび信号電極１１４－１ａの間に配された第１絶縁層１２０－１ａは、図２に示す第１絶縁層１２０ａと同様の構成を有するが、隣接するグラウンド電極１１４－２ａおよび信号電極１１４－１ａの側面全面と接している点が異なる。同様に、並行導波路１１２ｂを挟む隣接する２つの作用電極１１４である信号電極１１４－１ａおよびグラウンド電極１１４－２ｂの間に配された第１絶縁層１２０－１ｂは、図２に示す第１絶縁層１２０ｂと同様の構成を有するが、隣接する信号電極１１４－１ａおよびグラウンド電極１１４－２ｂの側面全面と接している点が異なる。
光変調素子１００－１では、並行導波路１１２ａ、１１２ｂ以外の他の並行導波路１１２を挟む２つの作用電極１１４の間に配される第１絶縁層についても、上記の第１絶縁層１２０－１ａ、１２０－１ｂと同様に構成される。以下、第１絶縁層１２０－１ａ、１２０－１ｂおよび第１絶縁層１２０－１ａ、１２０－１ｂと同様の構成を有する光変調素子１００－１における他の第１絶縁層を総称して、第１絶縁層１２０－１ともいうものとする。
上記の構成を有する第１絶縁層１２０－１は、隣接する作用電極１１４との間に隙間を有さないため、図２に示す第１絶縁層１２０と作用電極１１４との隙間に入り込むような微小な異物が、光変調素子１００－１の環境に存在している場合でも、当該異物による作用電極１１４の電気的特性の変化を防止することができる。
ただし、光変調素子１００－１では、第１絶縁層１２０－１は、隣接する作用電極１１４の側面全面に接するよう構成されるので、例えば第１絶縁層１２０－１が誘電体としての特性を持つ樹脂等により構成される場合には、動作時においてこれら２つの作用電極１１４間に形成される電気力線は、第１絶縁層１２０－１の全体に分散されることとなる。したがって、作用電極１１４から並行導波路１１２に加わる電界は、図２に示す第１絶縁層１２０の構成に比べて弱くなる。
［第１実施形態の第２変形例］
次に、第１の実施形態に係る光変調素子１００の第２の変形例について説明する。図６は、光変調素子１００の第２の変形例である光変調素子１００－２の構成を示す図である。第２の変形例に係る光変調素子１００－２は、光変調素子１００と同様の構成を有するが、並行導波路１１２を挟む作用電極１１４の間に配される第１絶縁層の断面構成が、図２に示す第１絶縁層１２０と異なる。図６は、図２に示す光変調素子１００のＩＩ－ＩＩ断面の図示左半分の部分に相当する図である。なお、図６において、図２に示す構成要素と同じ構成要素については、図２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２についての説明を援用する。また、光変調素子１００－２の平面構成は、図１に示す光変調素子１００と同様であるので、上述した図１についての説明を援用する。
図６に示す第１絶縁層１２０－２ａは、図５に示す第１絶縁層１２０－１ａと同様の構成を有するが、隣接する２つの作用電極１１４であるグラウンド電極１１４－２ａおよび信号電極１１４－１ａのそれぞれの上面を部分的に覆うように構成されている点が異なる。同様に、第１絶縁層１２０－２ｂは、図５に示す第１絶縁層１２０－１ｂと同様の構成を有するが、隣接する２つの作用電極１１４である信号電極１１４－１ａおよびグラウンド電極１１４－２ｂのそれぞれの上面を部分的に覆うように構成されている点が異なる。
光変調素子１００－２では、並行導波路１１２ａ、１１２ｂ以外の他の並行導波路１１２を挟む２つの作用電極１１４の間に配される第１絶縁層についても、上記の第１絶縁層１２０－２ａ、１２０－２ｂと同様に構成される。以下、第１絶縁層１２０－２ａ、１２０－２ｂおよび第１絶縁層１２０－２ａ、１２０－２ｂと同様の構成を有する光変調素子１００－２における他の第１絶縁層を総称して、第１絶縁層１２０－２ともいうものとする。
上記の構成を有する第１絶縁層１２０－２は、隣接する作用電極１１４の上面を部分的に覆うように形成されるので、光変調素子１００－２の製造工程における、第１絶縁層１２０－２のパターンニングが容易となる。
［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。図７は、第２の実施形態に係る光変調素子１００－３の構成を示す図であり、図２に示す光変調素子１００のＩＩ－ＩＩ断面の図示左半分の部分に相当する図である。光変調素子１００－３は、光変調素子１００と同様の構成を有するが、ＸカットのＬＮ基板である基板１０２に代えて、ＺカットのＬＮ基板である基板１０２－１により構成されている。なお、図７において、図２に示す構成要素と同じ構成要素については、図２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２についての説明を援用する。
光変調素子１００－３は、光変調素子１００と同じ光導波路１０４を有する。ただし、光変調素子１００－３では、作用電極、バイアス電極、第１絶縁層、および第２絶縁層の構成が、光変調素子１００と異なる。
当業者において明らかなように、ＺカットのＬＮ基板に形成される光導波路の光波を制御する電極は、ＸカットのＬＮ基板に形成される光導波路の光波を制御する電極とは異なり、光導波路の直上部に設けられる。ＸカットのＬＮ基板では、電気光学係数が基板面に沿う方向において最大となるのに対し、Ｚカット基板では、基板厚さ方向において最大となるためである。
また、当業者において明らかなように、マッハツェンダ型光導波路では、これを構成する２本の並行導波路の直上部に形成する電極には、互いに逆位相の電気信号を与えるのが通常である。上記２本の並行導波路に発生させる屈折率の増減方向を互いに逆位相とすることで、一方の電極をグラウンド電位に固定する場合に比べて当該２本の並行導波路間の屈折率差を大きく変化させることができるためである。
このため、図７に示す光変調素子１００－３では、マッハツェンダ型光導波路１１０ａを構成する並行導波路１１２ａおよび１１２ｂを伝搬する光波を制御するための作用電極１１４－３ａおよび１１４－３ｂが、それぞれ、並行導波路１１２ａおよび１１２ｂの直上部に設けられている。なお、本実施形態では、並行導波路１１２ａ及び１１２ｂと作用電極１１４－３ａおよび１１４－３ｂとの間には、基板１０２－１上に形成されたバッファ層２０２が介在する。バッファ層２０２は、例えばＳｉＯ２で構成され、並行導波路１１２ａ及び１１２ｂにおいて作用電極１１４－３ａおよび１１４－３ｂの存在に起因して発生し得る光吸収損失を防止する。
また、本実施形態では、並行導波路１１２ａの図示左方および並行導波路１１２ｂの図示右方に、それぞれ、バッファ層２０２を挟んでグラウンド電極２００が設けられている。
また、隣接する２つの電極であるグラウンド電極２００と作用電極１１４－３ａとの間、作用電極１１４－３ａと１１４－３ｂとの間、および作用電極１１４－３ｂとグラウンド電極２００の間に、それぞれ、第１絶縁層１２０－３ａ、１２０－３ｂ、および１２０－３ｃが設けられている。そして、第１絶縁層１２０－３ａ、１２０－３ｂ、および１２０－３ｃは、それぞれ、基板１０２－１の面からの高さが、隣接する電極の高さより高く構成されている。
これにより、光変調素子１００－３においても、図２に示す光変調素子１００と同様に、作用電極１１４－３ａ間の静電容量に大きな影響を与えることなく（したがって、作用電極１１４の設計自由度に悪影響を与えることなく）、異物落下による電極間のブリッジ形成を防止することができる。
なお、光変調素子１００－３では、他のマッハツェンダ型光導波路１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄにおいても、図７に示すマッハツェンダ型光導波路１１０ａにおける作用電極１１４－３ａ、１１４－３ｂ、グラウンド電極２００、および第１絶縁層１２０－３ａ、１２０－３ｂと同様に、作用電極、グラウンド電極、第１絶縁層が形成される。
図８は、第２の実施形態に係る光変調素子１００－３のバイアス電極部分の構成を示す図である。図８は、図４に示す光変調素子１００のＩＶ－ＩＶ断面図に相当する図である。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に示す符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図４についての説明を援用する。
図７に示す作用電極１１４－３ａおよび１１４－３ｂと同様に、マッハツェンダ型光導波路１１０ａを構成する並行導波路１１２ａ、１１２ｂの直上部に、バッファ層２０２を介してそれぞれバイアス電極１３０ａ－１が形成されている。また、マッハツェンダ型光導波路１１０ｂを構成する並行導波路１１２ｃ、１１２ｄの直上部に、バッファ層２０２を介してそれぞれバイアス電極１３０ａ－２が形成されている。
そして、これらのバイアス電極１３０ａ－１、１３０ａ－２は、マッハツェンダ型光導波路１１０ごとに、互いに分離された個別の第２絶縁層１２２ａ－１および１２２ａ－２により覆われている。本実施形態では、第２絶縁層１２２ａ－１と１２２ａ－２とは、基板１０２－１上に設けられたグラウンド電極１３２ｂ－１の上部で互いに分離されている。
また、マッハツェンダ型光導波路１１０ｂのバイアス電極１３０ｂ－１を覆う第２絶縁層１２２ｂ－１は、図示右側に存在するマッハツェンダ型光導波路１１０ｃのバイアス電極を覆う第２絶縁層１２２ｃ－１との間が、基板１０２－１上に設けられたグラウンド電極１３２ａ－１の上部で互いに分離されている。
なお、光変調素子１００－３では、他のマッハツェンダ型光導波路１１０ｃ、１１０ｄ、およびネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂにおいても、図８に示すマッハツェンダ型光導波路１１０ａ、１１０ｂにおけるバイアス電極１３０ａ－１、１３０ａ－２、グラウンド電極１３２ｂ－１、１３２ａ－１、および第２絶縁層１２２ａ－１、１２２ｂ－１と同様の、バイアス電極、グラウンド電極、および第２絶縁層が形成される。
これにより、光変調素子１００－３では、光変調素子１００と同様に、マッハツェンダ型光導波路１１０及びネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８における互いの間での、バイアス電極によるバイアス点調整動作の干渉が防止される。
［第２実施形態の第１変形例］
次に、第２の実施形態に係る光変調素子１００－３の第１の変形例について説明する。図９は、光変調素子１００－３の第１の変形例である光変調素子１００－４の構成を示す図であり、図８に示す光変調素子１００－３の断面図に相当する図である。なお、図９において、図８に示す構成要素と同じ構成要素については、図８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８についての説明を援用する。また、光変調素子１００－４の平面構成は、図１に示す光変調素子１００と同様であるので、上述した図１についての説明を援用する。
図９に示す光変調素子１００－４は、図７に示す光変調素子１００－３と同様の構成を有するが、第１絶縁層１２０－３ａ、１２０－３ｂ、１２０－３ｃに代えて、第１絶縁層１２０－４ａ、１２０－４ｂ、１２０－４ｃを有する点が異なる。第１絶縁層１２０－４ａ、１２０－４ｂ、１２０－４ｃは、第１絶縁層１２０－３ａ、１２０－３ｂ、１２０－３ｃと同様の構成を有するが、図５に示す第１絶縁層１２０－１ａ、１２０－１ｂと同様に、それぞれ隣接する電極の側面全面と接している点が異なる。すなわち、第１絶縁層１２０－４ａは、隣接するグラウンド電極２００及び作用電極１１４－３ａの側面全面に接している。また、第１絶縁層１２０－４ｂおよび１２０－４ｃは、それぞれ、作用電極１１４－３ａ及び１１４－３ｂの側面全面、並びに作用電極１１４－３ｂとグラウンド電極２００の側面全面に接している。
これにより、光変調素子１００－４では、図５に示す光変調素子１００－１と同様に、光変調素子１００－４の環境内に微小な異物が存在している場合でも、当該異物による作用電極１１４－３ａ、１１４－３ｂの電気的特性の変化を防止することができる。
［第２実施形態の第２変形例］
次に、第２の実施形態に係る光変調素子１００－３の第２の変形例について説明する。図１０は、光変調素子１００－３の第２の変形例である光変調素子１００－５の構成を示す図であり、図８に示す光変調素子１００－３の断面図に相当する図である。なお、図１０において、図８に示す構成要素と同じ構成要素については、図８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８についての説明を援用する。また、光変調素子１００－５の平面構成は、図１に示す光変調素子１００と同様であるので、上述した図１についての説明を援用する。
図１０に示す光変調素子１００－５は、図７に示す光変調素子１００－３と同様の構成を有するが、第１絶縁層１２０－３ａ、１２０－３ｂ、１２０－３ｃに代えて、第１絶縁層１２０－５ａ、１２０－５ｂ、１２０－５ｃを有する点が異なる。第１絶縁層１２０－５ａ、１２０－５ｂ、１２０－５ｃは、第１絶縁層１２０－３ａ、１２０－３ｂ、１２０－３ｃと同様の構成を有するが、図６に示す第１絶縁層１２０－２ａ、１２０－２ｂと同様に、それぞれ隣接する電極の上面を部分的に覆うように構成されている点が異なる。
上記の構成を有する光変調素子１００－５では、図６に示す光変調素子１００－２と同様に、光変調素子１００－５の製造工程における第１絶縁層１２０－５ａ、１２０－５ｂ、および１２０－５ｃのパターンニングが容易となる。
［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光変調素子を用いた光変調器である。図１１は、第３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、１００－３、１００－４、１００－５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（後述）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、上述した光変調素子１００、１００－１、１００－２、１００－３、１００－４、１００－５のいずれかである光変調素子４０４を用いているので、作用電極１１４等の設計自由度を確保しつつ、筐体４０２内の異物の付着による電気的特性の変動を防止して、特性の良好な且つ信頼性の高い光変調器４００を実現することができる。
［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、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１２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１２において、図１１に示す第３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１１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１１についての説明を援用する。
光変調モジュール５００は、図１１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、上述した光変調素子１００、１００－１、１００－２、１００－３、１００－４、１００－５のいずれかである光変調素子４０４を用いているので、光変調器４００と同様に、作用電極１１４等の設計自由度を確保しつつ、筐体４０２内の異物の付着による電気的特性の変動を防止して、特性の良好な且つ信頼性の高い光変調モジュール５００を実現することができる。
［第５実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態は、第３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１３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４０４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、上述した光変調素子１００、１００－１、１００－２、１００－３、１００－４、１００－５のいずれかである光変調素子４０４を用いて構成されているので、光変調器４００および光変調モジュール５００と同様に、作用電極１１４等の設計自由度を確保しつつ、筐体４０２内の異物の付着による電気的特性の変動を防止して、特性の良好な且つ信頼性の高い光伝送を実現することができる。
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、光導波路１０４を伝搬する光波を制御する作用電極１１４と、を備える。また、光変調素子１００は、隣接する２つの作用電極１１４の間に配された第１絶縁層１２０を備える。そして、第１絶縁層１２０は、基板１０２の面からの高さが、上記２つの作用電極１１４の高さよりも高い。
この構成によれば、光変調素子１００の環境内に存在する異物が２つの作用電極１１４間に付着してブリッジを形成する確率が低減されるので、光変調素子１００としての信頼性を向上することができる。一方で、第１絶縁層１２０は、隣接する作用電極１１４の全面に接している必要はないので、これら２つの作用電極１１４間の静電容量には大きな影響を与えることがなく、作用電極１１４の設計自由度が制限されない。
また、上記２つの作用電極１１４は、例えば光導波路１０４の一部である並行導波路１１２を基板１０２の面内において挟む位置に配されている。この構成によれば、作用電極１１４の間の第１絶縁層１２０を誘電体で構成した場合に、並行導波路１１２の電界効率を向上することができる。
また、上記２つの作用電極１１４の間隔は、例えば１５μｍ以下である。上記の構成によれば、光変調素子１００を収容する筐体（不図示）の内部に数十μｍ程度の微小な異物が存在する場合でも、そのような微小な異物が作用電極１１４にブリッジを形成するのを効果的に防止することができる。
また、基板１０２の面からの第１絶縁層１２０の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下である。この構成によれば、第１絶縁層１２０を樹脂で構成する場合に、基板１０２上における第１絶縁層１２０の高さについての高い制御性を確保することができる。
また、基板１０２の面からの、第１絶縁層１２０の高さと上記２つの作用電極１１４の高さとの差は、５μｍ以下である。この構成によれば、基板１０２上における第１絶縁層１２０の高さの制御性を確保しつつ、上記高さの差を精度良く設定することができる。
また、光変調素子１００は、上記２つの作用電極１１４と異なる複数の電極を覆う第２絶縁層１２２を備える。この構成によれば、誘電損失の影響が少ない直流又は低周波電気信号が伝搬する電極については、これらの電極を第２絶縁層１２２で覆って異物付着をほぼ完全に防止することができる。
また、光導波路１０４は、それぞれが２本の並行導波路１１２を含む２つのマッハツェンダ型光導波路１１０を含む。そして、上記第２絶縁層１２２が覆う複数の電極は、マッハツェンダ型光導波路１１０のバイアス点の調整に用いられるバイアス電極１３０である。この構成によれば、バイアス電極１３０への異物付着をほぼ完全に防止することができる。
また、第２絶縁層１２２は、マッハツェンダ型光導波路１１０のそれぞれのバイアス電極１３０を覆う、互いに分離された個別の絶縁層として形成されている。この構成によれば、マッハツェンダ型光導波路どうしの間での、バイアス電極１３０間の干渉（クロストーク）を低減することができる。
また、第１絶縁層１２０および第２絶縁層１２２は、樹脂である。この構成によれば、第１絶縁層１２０及び第２絶縁層１２２を、１０μｍ程度まで容易に厚く形成することができる。
また、上述した第３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と、光変調素子１００を収容する筐体４０２と、光変調素子１００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４の実施形態に係る光変調モジュール５００は、光変調素子１００と、光変調素子１００を収容する筐体４０２と、光変調素子１００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、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５の実施形態に係る光送信装置６００は、第３の実施形態に係る光変調器４００または第４の実施形態に係る光変調モジュール５００と、光変調素子１００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、作用電極１１４等の設計自由度を確保しつつ、筐体４０２内の異物の付着による電気的特性の変動を防止して、特性の良好な且つ信頼性の高い光変調器４００、光変調モジュール５００、および光送信装置６００を実現することができる。
１００、１００－１、１００－２、１００－３、１００－４、１００－５、４０４…光変調素子、１０２、１０２－１…基板、１０４…光導波路、１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ…辺、１０７…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、１１４－３ａ、１１４－３ｂ…作用電極、１１４－１、１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄ…信号電極、１１４－２、１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅ、１１４－２ｆ、１１４－２ｇ、１１４－２ｈ、１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｂ－１、１３２ａ－１、２００…グラウンド電極、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、１１８－２ｋ、１１８－２ｍ、１１８－２ｎ、１１８－２ｐ、１１８－２ｑ、１１８－２ｒ…グラウンド配線電極、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈ、１２０－１ａ、１２０－１ｂ、１２０－２ａ、１２０－２ｂ、１２０－３ａ、１２０－３ｂ、１２０－３ｃ、１２０－４ａ、１２０－４ｂ、１２０－４ｃ、１２０－５ａ、１２０－５ｂ、１２０－５ｃ…第１絶縁層、１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ、１２２ｅ、１２２ｆ、１２２ａ－１、１２２ｂ－１、１２２ｃ－１…第２絶縁層、１２６ａ、１２６ｂ…出力導波路、１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆ、１３０ａ－１、１３０ｂ－１…バイアス電極、１４２…支持板、１４４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄ…凸部、１５０、１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅ、１５０ｆ、１５０ｇ…第１段目電極、１５２、１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄ、１５２ｅ、１５２ｆ、１５２ｇ…第２段目電極、２０２…バッファ層、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 (13)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成された光導波路と、
    前記光導波路を伝搬する光波を制御する電極と、
    前記電極のうち隣接する２つの電極の間に配された第１絶縁層と、
    を備え、
    前記第１絶縁層は、前記基板の面からの高さが、前記２つの電極の高さよりも高い、
    光導波路素子。
  2. 前記２つの電極は、前記光導波路を前記基板の面内において挟む位置に配されている、
    請求項１に記載の光導波路素子。
  3. 前記２つの電極の間隔は、１５μｍ以下である、
    請求項１または２に記載の光導波路素子。
  4. 前記基板の面からの前記第１絶縁層の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下である、
    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. 前記基板の面からの、前記第１絶縁層の高さと前記２つの電極の高さとの差は、５μｍ以下である、
    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。
  6. 前記第１絶縁層は、樹脂である、
    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. 前記基板上に形成された前記２つの電極と異なる複数の電極を覆う第２絶縁層を備える、
    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。
  8. 前記光導波路は、それぞれが２本の並行導波路を含む２つのマッハツェンダ型光導波路を含み、
    前記第２絶縁層が覆う前記複数の電極は、前記マッハツェンダ型光導波路のバイアス点の調整に用いられるバイアス電極を構成する、
    請求項７に記載の光導波路素子。
  9. 前記第２絶縁層は、マッハツェンダ型光導波路のそれぞれの前記バイアス電極を覆う、互いに分離された個別の絶縁層として形成されている。
    請求項８に記載の光導波路素子。
  10. 前記第２絶縁層は、樹脂である、
    請求項７ないし９のいずれか一項に記載の光導波路素子。
  11. 光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし１０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。
  12. 光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし１０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。
  13. 請求項１１に記載の光変調器または請求項１２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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