JP2023543286A - 光変調器 - Google Patents

Abstract

本発明は、基板（１０）と、基板上に形成された複数の電気光学材料層（２０）と、電気光学材料層上に形成された電極（４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ）とを含み、電気光学材料層（２０）は、変調信号が印加されるパターニングされたＲＦ部導波路と、直流バイアス信号が印加されるパターニングされたＤＣ部導波路とを有し、光の伝送方向に垂直な断面において、ＤＣ部導波路（２０ｂ1～3）の断面積は、ＲＦ部導波路（２０ａ1～3）の断面積よりも大きい、光変調器を提供する。本発明によって提供される光変調器は、直流ドリフトを抑制することができる。

Description

技術分野
[0001] 本発明は、光通信及び光学測定の分野で使用される光変調器に関する。

背景技術
[0002] インターネットの広範な使用に伴って、通信量は、著しく増加し、光ファイバー通信は、非常に重要になっている。光ファイバー通信は、電気信号を光信号に変換し、光ファイバーを介して光信号を伝送する通信モードであり、広帯域幅、低損失、及び強い雑音抵抗の特性を有する。

[0003] このような利点のために、光ファイバー通信は、様々な製品に適用されている。半導体レーザーを用いた直接変調モード、及び光変調器を用いた外部変調モードが、電気信号を光信号に変換する光変調デバイス用のモードとして知られている。直接変調システムは、光変調器を必要とせず、低コストであるが、高速変調の点で制限を有する。従って、高速及び長距離用途では、外部光変調モードが使用される。

[0004] 光変調器として、光導波路をニオブ酸リチウム単結晶基板の表面の近傍にチタン（Ｔｉ）拡散によって形成するマッハツェンダー光変調器が実用化されている。４０Ｇｂ／ｓを超える変調速度を有する高速光変調器が市販されている。マッハツェンダー光変調器は、マッハツェンダー干渉計構造を有する光導波路（マッハツェンダー光導波路）を使用する光変調器である。マッハツェンダー干渉計は、光源から放出された光を２つのビームに分割し、２つのビームが異なる経路を通るようにし、次に、２つのビームを再結合して干渉を引き起こすデバイスである。マッハツェンダー干渉計を使用するマッハツェンダー光変調器は、様々な変調光の生成に用いられている。

[0005] 電圧を１対の電極に印加する場合、十分な電場を光導波路に印加することができ、半波長電圧Ｖπを低下させることができる。半波長電圧Ｖπは、光出力を最大にする電圧Ｖ１と光出力を最小にする電圧Ｖ２との間の差Ｖ１－Ｖ２であり、駆動電圧は、半波長電圧Ｖπに比例する。従って、半波長電圧Ｖπの低下は、駆動電圧の低下を引き起こす。

[0006] しかし、直流バイアスをこのような光導波路に印加する場合、直流ドリフトが大きいので、光変調素子の寿命が短いという問題がある。直流ドリフトは、光出力動作点の経時変化である。特許文献１には、直流電圧が印加される導波路の少なくとも一部を除去することによって可動イオンの移動を防止し、直流ドリフト抑制効果を達成することができる技法が開示されている。

[0007] しかし、直流バイアスをこのような光導波路に印加する場合、大きい直流ドリフトのために、光変調素子の短い寿命の問題がある。直流ドリフトは、光出力動作点の経時変化である。特許文献１には、直流電圧を印加する導波路の少なくとも一部を除去することによって可動イオンの移動を防止し、これによって、直流ドリフトを抑制する効果を達成することができる技法が開示されている。

国際公開第２０１９／０６９８１５号

発明の概要
[0009] しかし、特許文献１の光変調器における導波路形状は、直流ドリフトを抑制するのに十分効果的でなく、従って、直流ドリフトをより効果的に抑制することができる導波路形状に対する要望がある。

[0010] 本発明は、上述の問題を考慮して達成されたものであり、本発明の目的は、基板と、基板上に形成された複数の電気光学材料層と、電気光学材料層上に形成された電極とを有し、電気光学材料層は、変調信号が印加されるパターニングされたＲＦ（無線周波数）部導波路と、直流バイアス信号が印加されるパターニングされたＤＣ（直流）部導波路とを有し、光の伝送方向に垂直な断面において、ＤＣ部導波路の断面積は、ＲＦ部導波路の断面積よりも大きい、光変調器を提供することにある。

[0011] 更に、本発明の光変調器において、好ましくは、ＤＣ部導波路は、基板上に形成された第１の層状部と、第１の層状部上に隆起して形成された第１の中間隆起部と、第１の中間隆起部上に隆起して形成された第１の最上隆起部とを備え、ＲＦ部導波路は、基板上に形成された第２の層状部と、第２の層状部上に隆起して形成された第２の中間隆起部と、第２の中間隆起部上に隆起して形成された第２の最上隆起部とを備え、第１の中間隆起部の最上端の高さは、第２の中間隆起部の最上端の高さよりも高い。

[0012] 更に、本発明の光変調器において、ＤＣ部導波路は、断面から見たときに、第１の最上隆起部は、第１の中間隆起部の中心からずれていることが好ましい。

[0013] 更に、本発明の光変調器において、ＤＣ部導波路は、基板上に導波路として複数本形成されており、各々を断面から見たときに、第１の最上隆起部は、その隣り合うＤＣ部導波路側に片寄って位置している。

[0014] 更に、本発明の光変調器において、好ましくは、ＤＣ部導波路は、基板上に導波路として複数本形成されており、隣り合うＤＣ部導波路の間に、基板上に形成された第３の層状部が形成されており、隣り合うＤＣ部導波路の間に位置する第３の層状部の高さは、隣り合うＤＣ部導波路の反対側に位置する第１の層状部の高さよりも高い。

[0015] 更に、本発明の光変調器において、好ましくは、複数の導波路は、１つ又は複数の対のマッハツェンダー導波路である。

[0016] 本発明の効果は、次の通りである：
本発明によって提供される光変調器は、光変調器の直流ドリフトを効果的に抑制することができる。

図面の簡単な説明
[0017]図１（ａ）は、本発明の実施形態による光変調器１００の上面図であり、光導波路のみを例示する。 [0017]図１（ｂ）は、本発明の実施形態による光変調器１００の上面図であり、進行波電極を含む光変調器１００全体を例示する。 [0017]図２は、図１（ａ）及び図１（ｂ）における線Ｘ１－Ｘ１’及び線Ｘ２－Ｘ２’に沿った光変調器１００の概略断面図である。 [0017]図３は、本発明の別の実施形態による光変調器２００の導波路の概略断面図である。 [0017]図４は、本発明の別の実施形態による光変調器３００の導波路の概略断面図である。 [0017]図５は、比較例による光変調器４００の導波路の概略断面図である。

実施形態の説明
[0018] 本発明を実施する実施形態について、図面を参照して後述する。

[0019] 図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の実施形態による光変調器１００（電気光学デバイス）の上面図である。図１（ａ）は、光導波路のみを例示し、図１（ｂ）は、進行波電極を含む光変調器１００全体を例示する。

[0020] 図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照すると、光変調器１００は、基板１０に形成され、互いに平行に設けられた第１及び第２の光導波路２ａ及び２ｂを有するマッハツェンダー光導波路２、第１の光導波路２ａに沿って設けられた第１の信号電極４ａ、第２の光導波路２ｂに沿って設けられた第２の信号電極４ｂ、第１の光導波路２ａに沿って設けられた第１のバイアス電極５ａ、及び第２の光導波路２ｂに沿って設けられた第２のバイアス電極５ｂを含む。第１の光導波路２ａ及び第２の光導波路２ｂと一緒に、第１の信号電極４ａ及び第２の信号電極４ｂは、マッハツェンダー光変調器のＲＦ相互作用部３ｉｒを構成する。第１の光導波路２ａ及び第２の光導波路２ｂと一緒に、第１のバイアス電極５ａ及び第２のバイアス電極５ｂは、マッハツェンダー光変調器のＤＣ相互作用部３ｉｄを構成する。

[0021] マッハツェンダー光導波路２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る。第１及び第２の光導波路２ａ及び２ｂは、分岐部２ｃにおいて入力光導波路２ｉから分岐し、第１及び第２の光導波路２ａ及び２ｂは、合波部２ｄを介して出力光導波路２ｏに結合される。入力光Ｓｉを、分岐部２ｃで分岐させ、分岐光は、それぞれ第１及び第２の光導波路２ａ及び２ｂを進み、次に、合波部２ｄで合波され、出力光導波路２ｏから出力される変調光Ｓｏを形成する。

[0022] 第１及び第２の信号電極４ａ及び４ｂは、平面図で第１及び第２の光導波路２ａ及び２ｂと重複する直線電極パターンであり、信号電極の両端部は、基板１０の端面の近傍に設けられた電極パッドに延在する。即ち、第１の信号電極４ａ及び第２の信号電極４ｂの端部４ａ１及び４ｂ１を、基板１０の端面の近傍に設けられた電極パッドまで引き出して、信号入力ポートを形成し、駆動回路９ａを、信号入力ポートに接続する。更に、第１の信号電極４ａ及び第２の信号電極４ｂの他方の端部４ａ２及び４ｂ２を、基板１０の端面の近傍に設けられた電極パッドまで引き出して、終端抵抗器９を介して互いに接続する。従って、第１及び第２の信号電極４ａ及び４ｂは、差動共平面進行波電極（differential coplanar traveling wave electrode）としての機能を果たす。

[0023] 第１及び第２のバイアス電極５ａ及び５ｂは、直流電圧（直流バイアス）を第１及び第２の導波路２ａ及び２ｂに印加するために、第１及び第２の信号電極４ａ及び４ｂと無関係である。第１のバイアス電極５ａ及び第２のバイアス電極５ｂの端部５ａ１及び５ｂ１を、基板１０の端面の近傍に設けられた電極パッドまで引き出して、直流バイアス入力ポートを形成し、バイアス回路９ｃを、直流バイアス入力ポートに接続する。この実施形態において、第１のバイアス電極５ａ及び第２のバイアス電極５ｂの形成領域を、第１の信号電極４ａ及び第２の信号電極４ｂの形成領域よりもマッハツェンダー光導波路２の出力端部側の近くに設けるが、入力端部側に設けることもできる。

[0024] 上述のように、第１及び第２の信号電極４ａ及び４ｂは、無線周波数信号を第１及び第２の導波路２ａ及び２ｂに印加するＲＦ部３ａを構成し、第１及び第２のバイアス電極５ａ及び５ｂは、直流バイアス電圧を第１の導波路２ａ及び第２の導波路２ｂに印加するＤＣバイアス部を構成する。ＲＦ部３ａとＤＣ部３ｂとの間の中間部３ｃには、信号電極又はバイアス電極を設けない。

[0025] 同じ絶対値（但し、異なる極性）を有する差動信号（変調信号）が、各第１及び第２の信号電極４ａ及び４ｂの一方の端部に入力される。第１の導波路２ａ及び第２の導波路２ｂは、電気光学効果を有する材料（例えば、ニオブ酸リチウム）で形成されているので、第１の導波路２ａ及び第２の導波路２ｂに印加される電場により、第１の導波路２ａ及び第２の導波路２ｂの屈折率は、＋Δｎ及び－Δｎでそれぞれ変化し、光導波路の対間の位相差が変化する。位相差の変化によって変調された信号光が出力光導波路２ｏから出力される。

[0026] 図２は、図１（ａ）及び図１（ｂ）における線Ｘ１－Ｘ１’及び線Ｘ２－Ｘ２’に沿った光変調器１００の概略断面図である。

[0027] 図２に例示のように、この実施形態による光変調器１００は、基板１０、導波路層２０、バッファ層３０、及び電極層４０がこの順序で積層された多層構造を有する。基板１０は、例えば、サファイア基板であり、ニオブ酸リチウム膜で形成された導波路層２０を、基板１０の表面に形成する。この場合、導波路層２０は、図１における第１及び第２の光導波路２ａ及び２ｂに対応する。より詳細には、図１における第１の光導波路２ａのＲＦ部３ａは、図２における電極部４ａの下の導波路層２０ａ₁～₃に対応し、図１における第２の光導波路２ｂのＲＦ部３ａは、図２における電極部４ｂの下の導波路層２０ａ₁～₃に対応する。図１における第１の光導波路２ａのＤＣ部３ｂは、図２における電極部５ａの下の導波路層２０ｂ₁～₃に対応し、図１における第２の光導波路２ｂのＤＣ部３ｂは、図２における電極部５ｂの下の導波路層２０ｂ₁～₃に対応する。第１及び第２の光導波路２ａ及び２ｂで伝搬する光が電極部４ａ、４ｂ、５ａ及び５ｂによって吸収されるのを防止するために、バッファ層３０を、少なくとも、第１及び第２の光導波路２ａ及び２ｂと電極部４ａ、４ｂ、５ａ及び５ｂとの間に形成する。従って、バッファ層３０は、光導波路と信号電極との間の中間層としての機能を果たせさえすればよく、バッファ層の材料は、非金属から幅広く選択することができる。例えば、バッファ層は、絶縁材料（例えば、金属酸化物、金属窒化物、及び金属炭化物）で形成されたセラミック層であってもよい。バッファ層の材料は、結晶性材料又は非晶質材料であってもよい。より好ましい実施形態において、バッファ層３０として、導波路層２０の屈折率よりも低い屈折率を有する材料（例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＬａＡｌＯ₃、ＬａＹＯ₃、ＺｎＯ、ＨｆＯ₂、ＭｇＯ、Ｙ₂Ｏ₃など）を使用することができる。

[0028] 第１及び第２の信号電極４ａ及び４ｂ、並びに第１及び第２のバイアス電極５ａ及び５ｂを、電極層４０に設ける。ＲＦ部３ａにおいて、第１及び第２の光導波路２ａ及び２ｂで進む光を変調するために、第１及び第２の信号電極４ａ及び４ｂは、バッファ層３０を介して第１及び第２の光導波路２ａ及び２ｂに対向する。ＤＣ部３ｂにおいて、第１及び第２の光導波路２ａ及び２ｂで進む光に直流バイアス電圧を与えるために、第１及び第２のバイアス電極５ａ及び５ｂは、バッファ層３０を介して第１及び第２の光導波路２ａ及び２ｂと対向する。

[0029] 導波路層２０が電気光学材料で形成されている限り、導波路層２０は、種類で特に制限されないが、好ましくは、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）で形成される。これは、ニオブ酸リチウムが、大きい電気光学定数を有し、従って、電気光学デバイス（例えば、光変調器）の構成材料として適しているからである。以下、導波路層２０をニオブ酸リチウム膜で形成する場合の本発明の構成について詳細に説明する。

[0030] 基板１０がニオブ酸リチウム膜よりも低い屈折率を有する限り、基板１０は、種類で特に制限されないが、好ましくは、ニオブ酸リチウム膜をエピタキシャル膜として形成することができる基板、好ましくは、サファイア単結晶基板又はシリコン単結晶基板である。単結晶基板の結晶配向は、特に制限されない。ニオブ酸リチウム膜を、様々な結晶配向を有する単結晶基板の上にｃ軸配向エピタキシャル膜として容易に形成することができる。ｃ軸配向ニオブ酸リチウム膜は、３回対称性を有するので、下の単結晶基板は、同じ対称性を有することが好ましい。従って、単結晶サファイア基板は、ｃ表面を有することが好ましく、単結晶シリコン基板は、（１１１）表面を有することが好ましい。

[0031] 本明細書で使用されるような用語「エピタキシャル膜」は、結晶配向が下の基板又は膜に対して位置合わせされている膜を意味する。膜面をＸ－Ｙ面とし、膜厚方向をＺ軸とした場合、結晶が、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に整列させられている。例えば、まず、２θ－θＸ線回折による配向位置でピーク強度を測定し、次に、極点を確認することによって、エピタキシャル膜の存在を確認することができる。

[0032] 詳細には、まず、２θ－θＸ線回折測定において、目標平面を除く全ピーク強度は、目標平面上の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下である必要がある。例えば、ｃ軸配向エピタキシャルニオブ酸リチウム膜において、（００Ｌ）平面を除くピーク強度は、（００Ｌ）平面上の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下である。（００Ｌ）は、（００１）、（００２）、及び他の等価平面を総称する一般的な表現である。

[0033] 次に、測定において極点が観測される必要がある。第１の配向位置でピーク強度を確認するという条件下では、単一方向における配向のみが示される。第１の条件を満たしても、面内結晶配向が不均一である場合、Ｘ線強度は、特定の角度で増加せず、極点を観測することができない。ＬｉＮｂＯ₃は、三方晶系結晶系を有するので、単結晶ＬｉＮｂＯ₃（０１４）の極点は、３つとなる。ニオブ酸リチウム膜の場合、ｃ軸の周りに１８０度回転させた結晶が対称的に結合された、いわゆる双晶結晶状態でエピタキシャルに成長することが知られている。この場合、３つの極点は、対称的に２つ結合されて、６つの極点を形成する。ニオブ酸リチウム膜を、（１００）平面を有する単結晶シリコン基板に形成する場合、基板は、４回対称性を有するため、４×３＝１２個の極点が観測される。本発明において、双晶結晶状態でエピタキシャルに成長されたニオブ酸リチウム膜も、エピタキシャル膜とみなされる。

[0034] ニオブ酸リチウム膜の組成は、ＬｉｘＮｂＡｙＯｚである。Ａは、Ｌｉ、Ｎｂ及びＯ以外の元素を示す。数ｘは、０．５～１．２、好ましくは０．９～１．０５の範囲にわたる。数ｙは、０～０．５の範囲にわたる。数ｚは、１．５～４、好ましくは２．５～３．５の範囲にわたる。元素Ａの例は、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｃ、及びＣｅを、単独で又は組み合わせて含む。

[0035] 例えばスパッタ法、ＣＶＤ法、又はゾルゲル法などの膜形成方法によってニオブ酸リチウム膜を形成することが望ましい。ニオブ酸リチウム膜のｃ軸を、単結晶基板の主面と垂直に配向させる場合、電場をｃ軸と平行に印加し、これによって、電場の強度に比例して光屈折率を変える。単結晶基板がサファイアである場合、ニオブ酸リチウム膜を、サファイア単結晶基板に直接エピタキシャル成長によって形成する。単結晶基板がシリコンである場合、ニオブ酸リチウム膜を、基板に形成されたクラッド層（図示せず）にエピタキシャル成長によって形成する。クラッド層（図示せず）は、ニオブ酸リチウム膜よりも低い屈折率を有し、エピタキシャル成長に適しているべきである材料で形成されている。ニオブ酸リチウム膜用の形成方法として、ニオブ酸リチウム単結晶基板を薄く研磨する又はスライスする方法が知られている。この方法は、単結晶と同じ特性を得ることができるという利点があり、本発明に適用可能である。

[0036] この実施形態において、図２を参照すると、光の伝送方向に垂直な断面において、ＤＣ部３ｂの導波路層２０の断面積は、ＲＦ部３ａの導波路層２０の断面積よりも大きい。ＤＣ部３ｂの導波路層２０の断面積をより大きく構成することによって、直流ドリフトを減少することができる。

[0037] ＤＣ部３ｂの導波路層２０の断面積を増大することによって直流ドリフトを減少する原理は、明確でないが、次のように推測することができる。ＤＣ部３ｂのバイアス電極５ａ及び５ｂから接地電極（図示せず）への導波路層２０のインピーダンスが増加するので、長い作業時間の後でも、インピーダンスの変化は小さく、従って、導波路層２０内のインピーダンスの変化に起因する直流ドリフトは、それに応じて減少する。

[0038] 更に、図２を参照すると、ＤＣ部３ｂの導波路層２０は、基板１０上に形成された第１の層状部２０ｂ₁と、第１の層状部２０ｂ₁上に隆起して形成された第１の中間隆起部２０ｂ₂と、第１の中間隆起部２０ｂ₂上に隆起して形成された第１の最上隆起部２０ｂ₃とを含む。本明細書において、第１の層状部２０ｂ₁は、基板１０に薄く形成され、例えば、平坦形状に形成されてもよいがこれに限定されず、又は僅かに傾斜した層であってもよい。第１の中間隆起部２０ｂ₂は、第１の層状部２０ｂ₁上に隆起して形成される。例えば、第１の中間隆起部２０ｂ₂は、第１の層状部２０ｂ₁から上方にまず台形状に隆起し、それから更に、柱状に上方に隆起してもよい。しかし、第１の中間隆起部２０ｂ₂の形状は、これに限定されず、第１の中間隆起部２０ｂ₂は、台形状又は柱状のみに隆起してもよく、又は更に多くの段階で隆起してもよい。第１の最上隆起部２０ｂ₃は、最上隆起部であり、例えば、台形状又は柱状に隆起してもよい。台形状又は柱状の隆起部が本明細書において説明されているが、台形状又は柱状は、円錐形又は円筒形に限定されない。隆起部は、常に台形、三角形又は長方形のような水平断面を有する形状を有してもよい。更に、隆起部は、錐台などの形状を有してもよい。同じことが、下記の説明にも当てはまる。

[0039] ＲＦ部３ａの導波路層２０は、基板１０上に形成された第２の層状部２０ａ₁と、第２の層状部２０ａ₁上に隆起して形成された第２の中間隆起部２０ａ₂と、第２の中間隆起部２０ａ₂上に隆起して形成された第２の最上隆起部２０ａ₃とを備える。本明細書において、第２の層状部２０ａ₁は、基板１０上に薄く形成され、例えば、平坦形状に形成されてもよいが、これに限定されず、又は僅かに傾斜した層であってもよい。第２の中間隆起部２０ａ₂は、第２の層状部２０ａ₁上に隆起して形成される。例えば、第２の中間隆起部２０ａ₂は、第２の層状部２０ａ₁から上方にまず台形状に隆起してもよく、第２の中間隆起部２０ａ₂の傾斜角は、第１の中間隆起部２０ｂ₂の傾斜角より小さくてもよい。即ち、第２の中間隆起部２０ａ₂は、第１の中間隆起部２０ｂ₂の傾斜角よりも緩やかな（平らな）方法で上方に隆起する。しかし、第２の中間隆起部２０ａ₂の形状は、これに限定されず、第２の中間隆起部２０ａ₂の傾斜側を、湾曲形状に形成してもよい。第２の最上隆起部２０ａ₃は、最上隆起部であり、例えば、台形状又は柱状に隆起してもよい。

[0040] 図２を参照すると、ＤＣ部３ｂの第１の中間隆起部２０ｂ₂の最上端の高さＬ１は、ＲＦ部３ａの第２の中間隆起部２０ａ₂の最上端の高さＬ２よりも高い。即ち、第１の最上隆起部２０ｂ₃の最下端部を、第２の最上隆起部２０ａ₃の最下端部より上に設置する。その結果、第１の中間隆起部２０ｂ₂の断面積は、第２の中間隆起部２０ａ₂の断面積よりも大きくなり、これによって、ＤＣ部３ｂの導波路層２０の断面積を増大することができ、直流ドリフトを減少することができる。

[0041] 図３は、本発明の別の実施形態による光変調器２００の導波路の概略断面図である。光変調器２００のＲＦ部３ａの断面形状は、光変調器１００のＲＦ部３ａの断面形状と全く同じであり、本明細書においては説明を省略する。

[0042] 図３を参照すると、光変調器２００のＤＣ部３ｂの導波路層２０において、光の伝送方向に垂直な断面で、第１の最上隆起部２０ｂ₃は、第１の中間隆起部２０_b2の中心からずれている。図３の例において、ＤＣ部３ｂの１対のバイアス電極５ａ及び５ｂの下の１対の第１の最上隆起部２０ｂ₃の両方を、中心からずれているように構成する。代わりに、ＤＣ部３ｂの１対のバイアス電極５ａ及び５ｂの下の１対の第１の最上隆起部２０ｂ₃の一方を、中心からずれているように構成してもよい。更に、２つの第１の最上隆起部２０ｂ₃の両方は、例えば、ＤＣ部３ｂの１対のバイアス電極５ａ及び５ｂの内側又は外側に近くてもよい。

[0043] 更に、バイアス電極５ａ及び５ｂから接地電極（図示せず、例えば、バイアス電極５ａ及び５ｂの外側に設置）への導波路層２０のインピーダンスを増加する観点から、第１の最上隆起部２０ｂ₃を、隣り合うＤＣ部導波路に近い側に位置決めする、即ち、２つの第１の最上隆起部２０ｂ₃の両方を、ＤＣ部３ｂの１対のバイアス電極５ａ及び５ｂの内側にずらすことが好ましい。

[0044] 本発明の別の実施形態による光変調器２００において、ＤＣ部３ｂの１対のバイアス電極５ａ及び５ｂから接地電極（図示せず）への導波路層２０のインピーダンスが増加し、これによって、導波路層２０のこの部分のインピーダンスの変化を抑制し、直流ドリフトを減少する。

[0045] 図４は、本発明の別の実施形態による光変調器３００の導波路の概略断面図である。光変調器３００のＲＦ部３ａの断面形状は、各光変調器１００及び２００のＲＦ部３ａの断面形状と全く同じであり、本明細書においては説明を省略する。

[0046] 図４に示すように、光変調器３００と光変調器２００との間の違いは、基板１０上に形成された第３の層状部２０ｃ₁が、隣り合うＤＣ部３ｂの導波路の間に形成されており、隣り合うＤＣ部３ｂの導波路の間に設置されている第３の層状部２０ｃ₁の高さが、隣り合うＤＣ部３ｂの導波路の反対側に設置されている第１の層状部２０ｂ₁の高さよりも高いという点にある。

[0047] 詳細には、ＤＣ部３ｂの１対の第１の中間隆起部２０ｂ₂の間に第３の層状部２０ｃ₁が形成されており、第３の層状部２０ｃ₁の高さは、１対の第１の中間隆起部２０ｂ₂の両側に設置されている第１の層状部２０ｂ₁の高さよりも高い。バイアス電圧を、差動法で１対のバイアス電極５ａ及び５ｂに印加した場合、１対のバイアス電極５ａ及び５ｂの下の導波路層２０の間の電気光学材料層の厚さが増加するので、この位置におけるインピーダンスが増加し、従って、長い作業時間の後でも、この位置におけるインピーダンスは、初期インピーダンスと比較して小さい変化を有し、これによって、直流ドリフトを減少する。

実施例
[0048] 比較例及び実施例において、光変調器の直流ドリフトの加速試験を実行した。加速試験において、直流バイアスを１００℃の高温で連続的に印加し、直流オフセットが５０％に達した場合、持続時間を記録する。

[0049] 図５は、比較例による光変調器４００の導波路の概略断面図である。光変調器４００の導波路層２０の断面形状は、層状部２０ｄ₁上に隆起部２０ｄ₂を形成した形状を有する。比較例Ａ及びＢの光変調器は、図５に例示の断面構造を有する光変調器である。

[0050] 実施例１Ａ及び１Ｂの光変調器は、図２に例示の断面構造を有する光変調器である。実施例２Ａ及び２Ｂの光変調器は、図３に例示の断面構造を有する光変調器である。実施例３Ａ及び３Ｂの光変調器は、図４に例示の断面構造を有する光変調器である。各実施例及び比較例の構成要素に使用される材料は、同じである。

[0051] 表１は、各実施例及び比較例の直流ドリフトの評価結果を例示する。

[0052] 比較例Ａ及びＢでは、直流ドリフト量は、４０時間を超えた後に、５０％（直流バイアスに対する直流ドリフト量の比）に達することが、表１から分かる。これに対し、ＤＣ部の導波路層の断面積を増加させた実施例１Ａ及び１Ｂでは、直流ドリフト量は、約９０時間後に、５０％に達する。その上、最上隆起部が中心からずれている実施例２Ａ及び２Ｂでは、直流ドリフト量は、約１２０時間後に、５０％に達し、実施例１Ａ及び１Ｂと比較して直流ドリフトを更に抑制する。更に、１対のＤＣ部導波路の間に第３の（中間）層状部を設けた実施例３Ａ及び３Ｂにおいて、直流ドリフト量は、約１６９時間後に、５０％に達し、直流ドリフトを更に抑制する。

[0053] 本発明は、図面及び実施形態を参照して詳細に上述されているが、上述の説明は、どんな形態でも本発明を限定しないものとする。例えば、光変調器１００～３００の上述の説明において、１対のマッハツェンダー光導波路の断面形状が一例としてとられている。しかし、本発明は、この例に限定されず、上述の断面形状を有する１つ又は複数の光導波路があってもよい。当業者は、本発明の本質的な精神及び範囲から逸脱することなく、必要に応じて本発明に修正及び変更を加えることができ、これらの修正及び変更は、本発明の範囲内に入る。

[0054] 参照符号の説明
１００、２００、３００、４００ 光変調器
１０ 基板
２０ 導波路層
３０ バッファ層
４０ 電極層
２ａ 第１の光導波路
２ｂ 第２の光導波路
２ｃ 分岐部
２ｄ 合波部
２ｉ 入力光導波路
２ｏ 出力光導波路
３ａ ＲＦ部
３ｂ ＤＣ部
４ａ 第１の信号電極
４ｂ 第２の信号電極
５ａ 第１のバイアス電極
５ｂ 第２のバイアス電極
２０ｂ₁ 第１の層状部
２０ｂ₂ 第１の中間隆起部
２０ｂ₃ 第１の最上隆起部
２０ａ₁ 第２の層状部
２０ａ₂ 第２の中間隆起部
２０ａ₃ 第２の最上隆起部
２０ｃ₁ 第３の層状部

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された複数の電気光学材料層と、
   前記電気光学材料層上に形成された電極と、を有し、
   前記電気光学材料層は、変調信号が印加されるパターニングされたＲＦ部導波路と、直流バイアス信号が印加されるパターニングされたＤＣ部導波路とを有し、
   光の伝送方向に垂直な断面において、前記ＤＣ部導波路の断面積は、前記ＲＦ部導波路の断面積よりも大きい、
   光変調器。
2. 前記ＤＣ部導波路は、前記基板上に形成された第１の層状部と、前記第１の層状部上に隆起して形成された第１の中間隆起部と、前記第１の中間隆起部上に隆起して形成された第１の最上隆起部と、を備え、
   前記ＲＦ部導波路は、前記基板上に形成された第２の層状部と、前記第２の層状部上に隆起して形成された第２の中間隆起部と、前記第２の中間隆起部上に隆起して形成された第２の最上隆起部と、を備え、
   前記第１の中間隆起部の最上端の高さは、前記第２の中間隆起部の最上端の高さよりも高い、
   請求項１に記載の光変調器。
3. 前記ＤＣ部導波路は、前記断面から見たときに前記第１の最上隆起部は、前記第１の中間隆起部の中心からずれている、請求項２に記載の光変調器。
4. 前記ＤＣ部導波路は、前記基板上に導波路として複数本形成されており、各々を前記断面から見たときに、前記第１の最上隆起部は、その隣り合うＤＣ部導波路側に片寄って位置している、請求項２又は３に記載の光変調器。
5. 前記ＤＣ部導波路は、前記基板上に導波路として複数本形成されており、
   隣り合うＤＣ部導波路の間に、前記基板上に形成された第３の層状部が形成されており、
   前記隣り合うＤＣ部導波路の間に位置する前記第３の層状部の高さは、前記隣り合うＤＣ部導波路の反対側に位置する前記第１の層状部の高さよりも高い、
   請求項２～４のいずれか一項に記載の光変調器。
6. 前記複数本の導波路は、１つ又は複数の対のマッハツェンダー導波路である、請求項４又は５に記載の光変調器。

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