JP3362126B2 - 光導波路素子 - Google Patents

光導波路素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光導波路素子に関
し、さらに詳しくは、高速・大容量光ファイバ通信シス
テムにおける高速光変調器などに好適に用いることので
きる光導波路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高速・大容量光ファイバ通信シス
テムの進歩に伴い、外部変調器に代表されるように、光
導波路素子を用いた高速光変調器が実用化され、広く用
いられるようになってきている。このような光導波路素
子は一般に以下に示すような構成を有する。図１は、従
来の高速光変調器に用いられる光導波素子の一例の概略
を示す断面図である。図２は、同じく従来の高速光変調
器に用いられる光導波素子の他の例の概略を示す断面図
である。
【０００３】図１に示す光導波路素子１０は、電気光学
効果を有する材料のＺカット板からなる基板１と、その
上に形成されたバッファ層２とを有している。さらに、
基板１内にチタン内拡散法などにより形成された第１及
び第２の分岐光導波路３−１及び３−２を有している。
この光導波路３−１及び３−２は対をなし、マッハツエ
ンダー型光導波路を構成している。
【０００４】また、バッファ層２上においては、第１の
分岐光導波路３−１中を導波する光波に変調信号を印加
するための信号電極４と、接地電極５−１及び５−２と
を有している。そして、基板１にＺカット板を使用する
場合は、図１に示すように信号電極４は第１の光導波路
３−１上に位置するように形成する。接地電極５−１及
び５−２は信号電極４に対して対向電極の役割を果た
し、これらによって形成される電極インピーダンスが外
部インピーダンスである５０Ωにマッチングし、かつ駆
動電圧を低減できるように可能な限り接近させて形成す
る。
【０００５】図２に示す光導波路素子２０は、電気光学
効果を有する材料のＸカット板からなる基板１１と、そ
の上に形成されたバッファ層１２とを有している。さら
に、図１と同様に、マッハツエンダー型光導波路を構成
する第１及び第２の分岐光導波路１３−１及び１３−２
を基板１１内に有している。さらに、バッファ層１２上
において、前記同様に信号電極１４並びに接地電極１５
−１及び１５−２を有している。なお、基板１１にＸカ
ット板を使用する従来例においては、分岐光導波路１３
−２を接地電極１５−２の下に配置し、チャープを付与
されるタイプとした。また、接地電極１５−１及び１５
−２は前記同様に対向電極としての作用を果たす。
【０００６】図１及び２に示す光導波路素子１０及び２
０においては、信号電極４及び１４に所定の半波長電圧
を印加し、第１及び第２の分岐光導波路３−１及び１３
−１中を導波する光波の位相を、第１及び第２の光導波
路３−２及び１３−２中を導波する光波の位相に対して
πシフトさせることによって、光信号のオン／オフを行
う。上記半波長電圧は、光強度変調曲線上において予め
所定の動作点を設定しておき、この動作点を基準として
上記位相がπシフトする電圧から算出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１及
び２に示すような従来の光導波路素子においては、環境
温度の変化によって上記動作点が大きくシフトしてしま
うという問題が生じていた。このため、光信号をオン／
オフするために印加していた半波長電圧が当初に設定し
た値からずれてしまい、前記光信号のオン／オフを良好
に行うことができない場合があった。したがって、これ
らの光導波路素子を高速・大容量の光ファイバ通信シス
テムの光変調器として使用した場合に、これらのシステ
ムに要求される高信頼性と高安定性という条件を満足で
きない場合があった。
【０００８】本発明は、動作点シフトを生じることのな
い、高い信頼性を有する新たな光導波路素子を提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の光導波路
素子は、電気光学効果を有する材料からなる基板と、こ
の基板の主面に形成されたマッハツエンダー型光導波路
と、この光導波路中を導波する光波を制御するための変
調用電極とを具える。そして、前記マッハツエンダー型
光導波路は第１の分岐光導波路と第２の分岐光導波路と
を具えるとともに、前記変調用電極は前記マッハツエン
ダー型光導波路を構成する第１の分岐光導波路を導波す
る光波を変調するための信号電極と、この信号電極に対
して対向電極の役割を有する接地電極とからなる。
【００１０】前記接地電極は第１の接地電極と第２の接
地電極とからなる。前記第１の接地電極及び前記第２の
接地電極は前記信号電極を挟んで互いに対向し、前記第
１の分岐光導波路は前記信号電極の下側又は前記第１の
接地電極と前記信号電極との間に位置する。前記第２の
分岐光導波路は分断前の前記第２の接地電極が存在する
領域の下側に位置し、前記第２の接地電極は前記マッハ
ツエンダー型光導波路の長さ方向において分断されて、
前記信号電極、前記第１の接地電極及び前記第２の接地
電極から構成される前記変調用電極が、前記第１及び第
２の分岐光導波路間の中心に対して実質的に左右対称と
なる。そして、前記信号電極と前記第１の分岐光導波路
との間隔ｄ１と、前記信号電極と前記第２の分岐光導波
路との間隔ｄ２との比ｄ２／ｄ１が、３．５〜７．５で
あることを特徴とする。
【００１１】また、本発明の第２の光導波路素子は、電
気光学効果を有する材料からなる基板と、この基板の主
面に形成されたマッハツエンダー型光導波路と、この光
導波路中を導波する光波を制御するための変調用電極と
を具える。そして、前記マッハツエンダー型光導波路は
第１の分岐光導波路と第２の分岐光導波路とを具えると
ともに、前記変調用電極は前記マッハツエンダー型光導
波路を構成する第１の分岐光導波路を導波する光波を変
調するための信号電極と、この信号電極に対して対向電
極の役割を有する接地電極とからなる。
【００１２】前記接地電極は第１の接地電極と第２の接
地電極とからなる。前記第１の接地電極及び前記第２の
接地電極は前記信号電極を挟んで互いに対向し、前記第
１の分岐光導波路は前記信号電極の下側又は前記第１の
接地電極と前記信号電極との間に位置する。前記第２の
分岐光導波路は分断前の前記第２の接地電極が存在する
領域の下側に位置し、前記第２の接地電極は前記マッハ
ツエンダー型光導波路の長さ方向において分断され、前
記信号電極の幅Ｗｓと前記分断された第２の接地電極の
前記信号電極側部分の幅Ｗｇとの比Ｗｓ／Ｗｇが０．５
〜４となっている。そして、前記信号電極、前記第１の
接地電極及び前記第２の接地電極から構成される前記変
調用電極が、前記第１及び第２の分岐光導波路間の中心
に対して実質的に左右対称となっている。
【００１３】さらに、本発明の第３の光導波路素子は、
電気光学効果を有する材料からなる基板と、この基板の
主面に形成されたマッハツエンダー型光導波路と、この
光導波路中を導波する光波を制御するための変調用電極
とを具える。前記マッハツエンダー型光導波路は第１の
分岐光導波路と第２の分岐光導波路とを具えるととも
に、前記変調用電極は前記マッハツエンダー型光導波路
を構成する第１の分岐光導波路を導波する光波を変調す
るための信号電極と、この信号電極に対して対向電極の
役割を有する接地電極とからなる。
【００１４】前記接地電極は第１の接地電極と第２の接
地電極とからなる。前記第１の接地電極及び前記第２の
接地電極は前記信号電極を挟んで互いに対向し、前記第
１の分岐光導波路は前記信号電極の下側又は前記第１の
接地電極と前記信号電極との間に位置する。前記第２の
分岐光導波路は分断前の前記第２の接地電極が存在する
領域の下側に位置し、前記第２の接地電極は前記マッハ
ツエンダー型光導波路の長さ方向において第１の部分、
第２の部分、及び第３の部分に分断され、前記第１の部
分は前記第１及び前記第２の分岐光導波路間のほぼ中心
に位置する。前記第２の部分及び前記第３の部分はそれ
ぞれ前記信号電極及び前記第１の接地電極とほぼ同一の
形状及び大きさを有し、前記信号電極、前記第１の接地
電極及び前記第２の接地電極から構成される前記変調用
電極が、前記第１及び第２の分岐光導波路間の中心に対
して実質的に左右対称である。さらに、前記第１の部分
の幅Ｗ１が前記信号電極の幅Ｗｓの０．５〜２０倍であ
る。
【００１５】本発明者らは、上記した動作点シフトの原
因見出すべく鋭意検討を行った。そして、動作点のシフ
ト生じさせる主要因としてＤＣドリフトと温度ドリフト
との２種類が存在することに着目し、これらの観点から
詳細な検討を行った。その結果、ＤＣバイアスを印加し
ない場合においても、上記したような動作点シフトが生
じることを発見し、上記動作点シフトにＤＣドリフトは
関係しないことを見出した。そこで、本発明者らは温度
ドリフトの観点からさらに詳細な検討を行った。そし
て、図１及び２に示す光導波路素子１０及び２０におけ
る第１及び第２の分岐光導波路３−１及び３−２、並び
に１３−１及び１３−２の周辺形状の相違に着目した。
【００１６】その結果、本発明者らは、基板１及び１１
の上に形成された信号電極４及び１４、並びに接地電極
５−１及び５−２、１５−１及び１５−２の形状、大き
さを変化させることにより、動作点シフトが顕著に変化
することを見出した。すなわち、信号電極及び接地電極
の形状及び大きさが変化することにより、光導波路素子
の動作中における温度上昇によって、これら電極の基板
に及ぼす応力が変化する。その結果、光導波路周辺の屈
折率が変化し、この屈折率変化が光導波路へも影響する
ために前記のような動作点シフトを生じさせるものであ
る。
【００１７】例えば、図１に示す光導波路素子１０の場
合においては、信号電極４並びに接地電極５−１及び５
−２は形状及び大きさともに異なるため、温度上昇によ
ってこれらが基板１に対して及ぼす応力もそれぞれ異な
ってくる。したがって、信号電極４近傍の屈折率変化と
接地電極５−１及び５−２近傍の屈折率変化は互いに異
なるようになり、これによって光導波路３−１及び３−
２が受ける屈折率変化の影響が異なってくる。このた
め、光導波路素子１０において温度ドリフトに起因した
動作点シフトが生じるものである。
【００１８】したがって、本発明者らは、例えば、図１
における接地電極５−１と信号電極４との間の距離Ｗ０
に相当する部分を、接地電極５−２に形成し、接地電極
５−１及び信号電極４と接地電極５−２とが分岐光導波
路３−１及び３−２の中心線Ｉ−Ｉに対して実質的に対
称となるようにした。すなわち、図３に示すように接地
電極５−２を分岐光導波路３−１及び３−２の長さ方向
に幅Ｗ０に分断して、中心線Ｉ−Ｉに対して接地電極５
−１及び信号電極４と対称となるような接地電極５−３
の形成を試みた。これによって、分岐光導波路の中心か
ら左右において電極形状及び大きさがほぼ等しくなるた
め、これらの電極から基板へ及ぼす応力がほぼ等しくな
る。そして、分岐光導波路３−１及び３−２近傍の温度
上昇に伴う屈折率変化も互いにほぼ等しくなる。この結
果、温度ドリフトが効果的に抑制され、動作点シフトを
防止することが可能となった。
【００１９】しかしながら、図３に示すように、信号電
極及び接地電極が分岐光導波路の中心に対して対称にな
るように形成すると、この光導波路素子に実際に光ファ
イバを接続して使用した場合、使用する光ファイバの種
類によって光信号の伝送特性が劣化する場合があった。
したがって、図３に示すような光導波路素子を構成する
ことにより、動作点シフトを防止することができた場合
においても、実際のデバイスとして使用することができ
ない場合があった。本発明者らは、上記問題点を解決す
べくさらに鋭意検討を行った。
【００２０】その結果、光ファイバの伝送特性には、光
導波路素子のチャープが寄与していることを見い出し
た。すなわち、従来においては、チャープが小さければ
小さいほど光ファイバの有する分散などの影響が小さく
なるため、光ファイバの伝送特性が向上するものと考え
られていた。しかしながら、使用する光ファイバの種類
や長さによっては、光導波路素子がある程度のチャープ
を有している方が光ファイバの伝送特性が向上すること
を見いだした。また、このチャープの大きさは約０．４
〜１．０、好適には約０．６〜０．８であることが分か
った。
【００２１】そこで、本発明者らは、動作点シフトを防
止することができる図３に示すような構成の光導波路素
子を基本として、この光導波路素子のチャープを制御す
ることを試みた。その結果、信号電極及び第１の分岐光
導波路の間隔と、信号電極及び第２の分岐光導波路の間
隔とを所定の割合に設定し、第１の分岐光導波路と第２
の分岐光導波路との間の応力バランスを、これら分岐光
導波路の中心間で実質的に左右対称とすることにより、
光導波路素子のチャープを制御できることを見出した。
本発明の第１の光導波路素子はこのような事実の発見に
基づいてなされてものである。
【００２２】図４は、本発明の第１の光導波路素子の一
例を示す図である。なお、以下の図においては、発明の
特徴を明確にすべく、各部分の大きさ及び形状などにつ
いては実際のものと異なるようにして描いている。図４
に示す光導波路素子３０は、電気光学効果を有する強誘
電体単結晶のＸカット板からなる基板２１及びバッファ
層２２を具えるとともに、基板２１の表面層部分にマッ
ハツエンダー型の光導波路を構成する、第１の分岐光導
波路２３−１及び第２の分岐光導波路２３−２を有して
いる。そして、バッファ層２２上に信号電極２４、第１
の接地電極２５−１及び第２の接地電極２５−２が設け
られている。第２の接地電極２５−２は、光導波路の長
さ方向に分断されることにより溝部２６を有し、分岐光
導波路の中心線II−IIに対して、第１の接地電極２５−
１及び信号電極２４と第２の接地電極２５−２が対称と
なっている。
【００２３】そして、信号電極２４及び第１の分岐光導
波路２３−１の間隔ｄ１と、信号電極２４及び第２の分
岐光導波路２３−２の間隔ｄ２との比ｄ２／ｄ１を、本
発明にしたがって３．５〜７．５に設定する。すると、
信号電極２４と第１及び第２の接地電極２５−１及び２
５−２から構成される変調用電極は、第１及び第２の分
岐光導波路２３−１及び２３−２の中心線II―IIに対し
て対称となる。したがって、上述したように動作点シフ
トは有効に防止される。また、２本の分岐光導波路と信
号電極との間隔を上記比率を満足するように設定するこ
とにより、第１の分岐光導波路２３−１及び第２の分岐
光導波路２３−２に対する応力バランスを取りながら、
かつ前記光導波路２３−１及び２３−２に印加される信
号電界のオーバーラップが非対称となる。したがって、
温度ドリフトを抑圧しつつチャープを制御することがで
き、約０．６〜０．８の大きさのチャープを付与するこ
とができる。したがって、チャープを有することにより
伝送特性が良好になる特定の光ファイバに本発明の第１
の光導波路素子を用いることにより、動作点シフトを防
止することができるとともに、良好な伝送特性を得るこ
とができる。
【００２４】また、本発明者は、図３に示す中心線Ｉ−
Ｉに対して対称な変調用電極を有する光導波路素子にお
いて、この変調用電極を実質的に対称に保持した状態
で、信号電極幅と分断された第２の接地電極における信
号電極側の部分の幅とを、所定の比率を保持するように
わずかにずらして設定することにより、チャープを制御
できることをも見出した。本発明の第２の光導波路素子
はこのような事実の発見に基づいてなされたものであ
る。
【００２５】図５は、本発明の第２の光導波路素子の一
例を示す図である。図５に示す光導波路素子４０は、電
気光学効果を有する強誘電体単結晶のＸカット板からな
る基板３１及びバッファ層３２を具えるとともに、基板
３１の表面層部分にマッハツエンダー型の光導波路を構
成する、第１の分岐光導波路３３−１及び第２の分岐光
導波路３３−２を有している。そして、バッファ層３２
上に信号電極３４、第１の接地電極３５−１及び第２の
接地電極３５−２が設けられている。第２の接地電極３
５−２は、光導波路の長さ方向に分断されることにより
溝部３６を有し、分岐光導波路の中心線III−IIIに対し
て、第１の接地電極３５−１及び信号電極３４と第２の
接地電極３５−２が対称となっている。
【００２６】そして、信号電極３４の幅Ｗｓと分断され
た第２の接地電極３５−２の信号電極側の部分の幅Ｗｇ
との比Ｗｓ／Ｗｇが、０．５〜４の範囲を満足するよう
に設定されている。したがって、信号電極３４と第１及
び第２の接地電極３５−１及び３５−２から構成される
変調用電極は、第１及び第２の分岐光導波路３３−１及
び３３−２の中心線III―IIIに対して対称となるから、
上述したように動作点シフトは有効に防止される。
【００２７】また、信号電極３４の幅Ｗｓと分断された
第２の接地電極３５−２の幅Ｗｇとの比が上記値を満足
することにより、第１の分岐光導波路３３−１及び第２
の分岐光導波路３３−２に対する応力バランスを取りな
がら、かつ前記光導波路２３−１及び２３−２に印加さ
れる信号電界のオーバーラップが非対称となる。したが
って、温度ドリフトを抑圧しつつチャープを制御するこ
とができ、約０．４〜０．９の大きさのチャープを付与
することができる。したがって、チャープを有すること
により伝送特性が良好になる特定の光ファイバに本発明
の第２の光導波路素子を用いることにより、動作点シフ
トを防止することができるとともに、良好な伝送特性を
得ることができる。
【００２８】さらに、本発明者らは、変調用電極を分岐
光導波路の中心に対して左右対称にするための、第２の
接地電極の分断形状を工夫した。すなわち、上記第１及
び第２の光導波路素子においては、第２の接地電極を２
分割することにより変調用電極の左右対称性を達成させ
ていた。しかしながら、第２の接地電極の分割数を変化
させて３分割とし、この内信号電極側に位置する第１の
部分を分岐光導波路間の中心に位置させる。すると、変
調用電極の分岐光導波路間の中心対称性より動作点シフ
トが有効に防止される。そして、この第１の部分の幅を
信号電極の幅に対して所定の値に設定することにより、
チャープを制御できることをも見出した。本発明の第３
の光導波路素子は、このような事実の発見に基づいてな
されたものである。
【００２９】図６は、本発明の第３の光導波路素子の一
例を示す図である。図６に示す光導波路素子５０は、電
気光学効果を有する強誘電体単結晶のＸカット板からな
る基板４１及びバッファ層４２を具えるとともに、基板
４１の表面層部分にマッハツエンダー型の光導波路を構
成する、第１の分岐光導波路４３−１及び第２の分岐光
導波路４３−２を有している。そして、バッファ層４２
上に信号電極４４、第１の接地電極４５−１及び第２の
接地電極４５−２が設けられている。第２の接地電極４
５−２は、光導波路の長さ方向において３つに分断され
ることにより溝部４６―１及び４６−２を有している。
そして、第１の部分４８−１、第２の部分４８−２、及
び第３の部分４８−３からなっている。
【００３０】第２の接地電極４５−２の第１の部分４８
−１は、分岐光導波路間の中心−上において左右が
対称となるように位置している。そして、信号電極４４
及び第２の接地電極の第２の部分４８−２、並びに第１
の接地電極４５−１及び第２の接地電極の第３の部分は
同一の形状を有し、これによって、第１の接地電極４５
−１、信号電極４４、及び第２の接地電極４５−２から
なる変調用電極は中心−に対して左右対称となって
いる。このため、光導波路素子５０において、動作点シ
フトを有効に防止することができる。
【００３１】また、第２の接地電極の第１の部分４８−
１の幅Ｗ１を信号電極の幅Ｗｓに対して０．５〜２０倍
となるようにしているので、分岐光導波路に対する応力
バランスが取れ、かつ非対称な信号電界を印加すること
ができる。この結果、チャープを効果的に制御すること
ができ、０．４〜１．０の大きさのチャープを付与する
ことができる。したがって、チャープを有することによ
り伝送特性が良好になる特定の光ファイバに本発明の第
２の光導波路素子を用いることにより、動作点シフトを
防止することができるとともに、良好な伝送特性を得る
ことができる。
【００３２】なお、本発明において、「第２の分岐光導
波路が第２の接地電極の下側に位置する」とは、第２の
接地電極が分断される前の状態において、この接地電極
の下側に第２の分岐光導波路が位置する場合を意味する
ものである。したがって、図５に示すように、第２の接
地電極が分断されて、その部分に薄膜が形成され、この
薄膜の下側に第２の分岐光導波路が形成されているよう
な場合をも含むものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。図４〜６に示す光導波路素
子３０、４０、及び５０は、溝部２６などによって光導
波路の長さ方向に分断されている。このような溝部は、
所定のマスクを用いることにより、スパッタリング法な
どを用いた信号電極及び接地電極の形成時において同時
に形成することができる。また、基板上（図では、バッ
ファ層上）に一様な電極を形成した後の、所定のマスク
を用いた現像露光処理によって信号電極及び接地電極を
形成する際において、同時に形成することもできる。
【００３４】本発明の第２の光導波路素子は、信号電極
の幅と分断された第２の接地電極の信号電極側の部分が
上記値を満足すれば、チャープを効果的に制御すること
ができ、光導波路素子に所定の大きさのチャープを付与
することができる。しかしながら、この場合において
も、本発明の第１の光導波路素子と同様に、第１の分岐
光導波路及び第２の分岐光導波路と信号電極との間隔を
異なるようにすることが好ましい。すなわち、図５に示
す光導波路素子４０において、信号電極３４及び第１の
分岐光導波路３３−１の間隔ｄ１と、信号電極３４及び
第２の分岐光導波路３３−２の間隔ｄ２との比ｄ２／ｄ
１が３．５〜７．５であることが好ましく、さらには
５．４〜６．０であることが好ましい。これによって、
チャープ量を０．４〜１．０、さらには０．６〜０．８
に調整することができる。すなわち、チャープの制御を
より広範囲で行うことができ、用いることのできる光フ
ァイバや長さなどの選択の範囲をさらに広げることがで
きる。
【００３５】また、本発明の第３の光導波路素子におい
ても、上記同様の理由から第１及び第２の分岐光導波路
と信号電極との間隔をそれぞれ異なるようにすることが
好ましい。すなわち、図６に示す光導波路素子５０にお
いて、信号電極４４及び第１の分岐光導波路４３−１の
間隔ｄ１と、信号電極４４及び第２の分岐光導波路４３
−２の間隔ｄ２との比ｄ２／ｄ１が１０〜２７であるこ
とが好ましい。
【００３６】図４〜６に示す光導波路素子においては、
分断された第２の接地電極の溝部分に導電性材料からな
る薄膜を形成している。具体的には、図４に示す第１の
光導波路素子３０の溝部２６には薄膜２７が形成されて
おり、図５に示す第２の光導波路素子４０の溝部３６に
は薄膜３７が形成されており、図６に示す第３の光導波
路素子５０の溝部４６−１及び４６−２には薄膜４７−
１及び４７−２が形成されている。これによって、分断
したことによって生じる接地電極の導通性の劣化を補う
ことができ、高周波特性の劣化を抑圧することができ
る。しかしながら、溝部に導電性材料からなる薄膜を形
成しない場合においても本発明の目的を十分に達成する
ことができる。
【００３７】また、薄膜２７などは信号電極２４などと
比べると厚さが薄く、剛性的にも十分低いために、薄膜
２７を形成することによって本発明の目的が阻害される
ことはない。薄膜を構成する導電性材料としては、Ａ
ｌ、Ｃｕ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ａｕ、及びＴｉを例示すること
ができる。
【００３８】また、基板は、電気光学効果を有する材料
から構成されることが必要であり、ニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａ
Ｏ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）な
どの強誘電体材料を例示することができる。なお、図４
〜６に示す本発明の光導波路素子は、これら材料のＸカ
ット板を用いているが、Ｙカット板及びＺカット板など
をも用いることができる。また、光導波路はＴｉ拡散法
やプロトン交換法など公知の方法によって形成すること
ができる。さらに、信号電極及び接地電極には、Ａｕ、
Ａｇ、Ｃｕなどの導電性に富む材料から真空蒸着法及び
スパッタリング法などの公知の製膜法とメッキ法などを
併用することによって形成することができる。
【００３９】
【実施例】以下、実施例において本発明を具体的に説明
する。 実施例１ 本実施例においては、図４に示すような光導波路素子３
０を作製した。ニオブ酸リチウム単結晶のＸカット板を
基板２１として用い、この基板上にフォトレジストによ
ってマッハツエンダー型の光導波路パターンを作製し
た。次いで、このパターン上に蒸着法によってチタンを
堆積させた。その後、基板全体を９５０〜１０５０℃で
１０〜２０時間加熱することによって、前記チタンを基
板２１内部へ拡散し、マッハツエンダー型光導波路を構
成する第１及び第２の分岐光導波路２３−１及び２３−
２を作製した。次いで、基板２１上に酸化シリコンから
なるバッファ層２２を厚さ０．５μｍに形成した。
【００４０】その後、信号電極及び接地電極に相当する
部分のみに開口部を有するマスクを用い、蒸着法及びメ
ッキ法を併用することによって金（Ａｕ）からなる信号
電極２４と、第１及び第２の接地電極２５−１及び２５
−２とを厚さ１５μｍに形成した。次いで、このように
して形成された溝部２６に、蒸着法によってＡｌからな
る薄膜２７を厚さ２０００Åに形成した。なお、溝部２
６の幅Ｄ１は、信号電極２４と第１の接地電極２５−１
とのギャップＬ１と等しく２５μｍに形成した。また、
信号電極２４と第１の分岐光導波路２３−１との間隔ｄ
１を７μｍとし、信号電極２４と第２の分岐光導波路２
３−２との間隔ｄ２を４１μｍとした。
【００４１】その後、このようにして作製した光導波路
素子３０のマッハツエンダー型光導波路の入出力口に光
ファイバを接続し、温度を０〜７０℃に変化させた時の
動作点シフトを調べた。その結果、前記動作点シフトは
０．６Ｖであった。また、光コンポーネントアナライザ
によって光導波路素子３０のチャープを調べたところ、
０．７８であった。
【００４２】実施例２ 本実施例においては、図５に示すような光導波路素子４
０を作製した。光導波路素子４０の作製は、実施例１と
同様にして実施した。信号電極３４と第１の分岐光導波
路３３−１との間隔ｄ１を７μｍとし、信号電極３４と
第２の分岐光導波路３３−２との間隔ｄ２を４４μｍと
した。また、信号電極３４の幅Ｗｓを７μｍとし、第２
の接地電極３５−２の信号電極側の部分の幅Ｗｇを１０
μｍとした。このようにして作製した光導波路素子４０
のマッハツエンダー型光導波路の入出力口に光ファイバ
を接続し、温度を０〜７０℃に変化させた時の動作点シ
フトを調べた。その結果、前記動作点シフトは０．８Ｖ
であった。また、光コンポーネントアナライザによって
光導波路素子４０のチャープを調べたところ、０．８３
であった。
【００４３】実施例３ 本実施例においては、図６に示すような光導波路素子５
０を作製した。光導波路素子５０の作製は、実施例１と
同様にして実施した。信号電極４４と第１の分岐光導波
路４３−１との間隔ｄ１を７μｍとし、信号電極４４と
第２の分岐光導波路４３−２との間隔ｄ２を１１４μｍ
とした。また、信号電極４４の幅Ｗｓを７μｍとし、第
２の接地電極４５−２の第１の部分の幅Ｗ１を５０μｍ
とした。このようにして作製した光導波路素子５０のマ
ッハツエンダー型光導波路の入出力口に光ファイバを接
続し、温度を０〜７０℃に変化させた時の動作点シフト
を調べた。その結果、前記動作点シフトは０．３Ｖであ
った。また、光コンポーネントアナライザによって光導
波路素子５０のチャープを調べたところ、０．９５であ
った。
【００４４】比較例 本比較例においては、図２に示すような光導波路素子２
０を作製した。この光導波路素子２０の作製において
は、接地電極を分断して導電性材料からなる薄膜を形成
しなかった以外は、実施例１と同様にして実施した。ま
た、接地電極１５−１及び１５−２と信号電極１４との
距離は２５μｍとした。得られた光導波路素子２０に対
して実施例と同様にして動作点シフトを調べた。その結
果、動作点シフトは１１．０Ｖであった。さらに、チャ
ープについても実施例と同様にして調べた結果０．７で
あった。
【００４５】以上実施例及び比較例から明らかなよう
に、本発明にしたがって得た光導波路素子は動作点シフ
トが小さく、高い安定性と信頼性とを有することが分か
る。また、チャープについてもある程度の大きさを有
し、かつ温度特性を損なうことなく適切なチャープを制
御することができる。この結果、光信号の伝送において
ある程度の大きさのチャ−プを必要とする光ファイバに
ついても好適に使用可能であることが分かる。さらに、
第１及び第２の分岐光導波路と信号電極との間隔を異な
らせるのみならず、実施例２及び３に示されるように、
分断された第２の接地電極の信号電極側の部分の幅を信
号電極の幅などに対して所定の値に設定することによ
り、チャープの値をさらに大きくできることが分かる。
【００４６】以上、本発明について具体例を挙げながら
発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明
は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を
逸脱しない範囲においてあらゆる変形や変更が可能であ
る。例えば、図４に示す本発明の第１の光導波路素子３
０において、第１の接地電極及び第２の接地電極を複数
に分割して、図７に示すようの光導波路素子６０を形成
することもできる。なお、この場合においても上述した
ような理由から、分断された各溝部５６−１〜５６−８
には、導電性材料からなる薄膜５７−１〜５７〜８を形
成することが好ましい。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光導波路
素子は、環境温度が変化した場合においても温度ドリフ
トによる動作点シフトがほとんど生じない。そのため、
長期信頼性及び安定性が要求される高速・大容量の光フ
ァイバ通信システムなどに好適に使用することができ
る。また、一定の大きさのチャープを自由に付与するこ
とができるので、光信号の伝送においてある程度の大き
さのチャープが必要とされる光ファイバや長さなどにお
いて選択肢が増す。この結果、多くのアプリケーション
に対応することのできる光変調器を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の光導波路素子の一例を示す断面図であ
る。
【図２】 従来の光導波路素子の他の例を示す断面図で
ある。
【図３】 本発明の光導波路素子を想到するに当たって
の前提となる素子モデルである。
【図４】 本発明の第１の光導波路素子の一例を示す断
面図である。
【図５】 本発明の第２の光導波路素子の一例を示す断
面図である。
【図６】 本発明の第３の光導波路素子の一例を示す断
面図である。
【図７】 本発明の第１の光導波路素子の変形例を示す
断面図である。ある。
【符号の説明】 １、１１、２１、３１、４１、５１ 基板 ２、１２、２２、３２、４２、５２ バッファ層 ３―１、１３−１、２３−１、３３−１、４３−１、５
３−１ 第１の分岐光導波路 ３−２、１３−２、２３−２、３３−２、４３−２、５
３−２ 第２の分岐光導波路 ４、１４、２４、３４、４４、５４ 信号電極 ５−１、５−２、５−３、１５−１、１５−２ 接地電
極 １０、２０、３０、４０、５０、６０ 光導波路素子 ２５−１、３５−１、４５−１、５５−１ 第１の接地
電極 ２５−２、３５−２、４５−２、５５−２ 第２の接地
電極 ２６、３６、４６−１、４６−２、５６−１〜５６−８
溝部 ２７、３７、４７−１、４７−２、５７−１〜５７−８
薄膜 ４８−１ 第２の接地電極の第１の部分 ４８−２ 第２の接地電極の第２の部分 ４８−３ 第の接地電極の第３の部分 ｄ１ 信号電極と第１の分岐光導波路との間隔 ｄ２ 信号電極と第２の分岐光導波路との間隔 Ｗｓ 信号電極の幅 Ｗ１ 第２の接地電極の第１部分の幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−234391（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−86991（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/035 G02B 6/12 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気光学効果を有する材料からなる基板
    と、この基板の主面に形成されたマッハツエンダー型光
    導波路と、この光導波路中を導波する光波を制御するた
    めの変調用電極とを具え、前記マッハツエンダー型光導
    波路は第１の分岐光導波路と第２の分岐光導波路とを具
    えるとともに、前記変調用電極は前記マッハツエンダー
    型光導波路を構成する第１の分岐光導波路を導波する光
    波を変調するための信号電極と、この信号電極に対して
    対向電極の役割を有する接地電極とからなる光導波路素
    子であって、 前記接地電極は第１の接地電極と第２の接地電極とから
    なるとともに、前記第１の接地電極及び前記第２の接地
    電極は前記信号電極を挟んで互いに対向し、前記第１の
    分岐光導波路は前記信号電極の下側又は前記第１の接地
    電極と前記信号電極との間に位置するとともに、前記第
    ２の分岐光導波路は分断前の前記第２の接地電極が存在
    する領域の下側に位置し、前記第２の接地電極は前記マ
    ッハツエンダー型光導波路の長さ方向において分断され
    て、前記信号電極、前記第１の接地電極及び前記第２の
    接地電極から構成される前記変調用電極が、前記第１及
    び第２の分岐光導波路間の中心に対して実質的に左右対
    称であるとともに、前記信号電極と前記第１の分岐光導
    波路との間隔ｄ１と、前記信号電極と前記第２の分岐光
    導波路との間隔ｄ２との比ｄ２／ｄ１が、３．５〜７．
    ５であることを特徴とする、光導波路素子。
  2. 【請求項２】 電気光学効果を有する材料からなる基板
    と、この基板の主面に形成されたマッハツエンダー型光
    導波路と、この光導波路中を導波する光波を制御するた
    めの変調用電極とを具え、前記マッハツエンダー型光導
    波路は第１の分岐光導波路と第２の分岐光導波路とを具
    えるとともに、前記変調用電極は前記マッハツエンダー
    型光導波路を構成する第１の分岐光導波路を導波する光
    波を変調するための信号電極と、この信号電極に対して
    対向電極の役割を有する接地電極とからなる光導波路素
    子であって、 前記接地電極は第１の接地電極と第２の接地電極とから
    なるとともに、前記第１の接地電極及び前記第２の接地
    電極は前記信号電極を挟んで互いに対向し、前記第１の
    分岐光導波路は前記信号電極の下側又は前記第１の接地
    電極と前記信号電極との間に位置するとともに、前記第
    ２の分岐光導波路は分断前の前記第２の接地電極が存在
    する領域の下側に位置し、前記第２の接地電極は前記マ
    ッハツエンダー型光導波路の長さ方向において分断さ
    れ、前記信号電極の幅Ｗｓと前記分断された第２の接地
    電極の前記信号電極側部分の幅Ｗｇとの比Ｗｓ／Ｗｇが
    ０．５〜４であり、前記信号電極、前記第１の接地電極
    及び前記第２の接地電極から構成される前記変調用電極
    が、前記第１及び第２の分岐光導波路間の中心に対して
    実質的に左右対称であることを特徴する、光導波路素
    子。
  3. 【請求項３】 前記信号電極と前記第１の分岐光導波路
    との間隔ｄ１と、前記信号電極と前記第２の分岐光導波
    路との間隔ｄ２との比ｄ２／ｄ１が、３．５〜７．５で
    あることを特徴とする、請求項２に記載の光導波路素
    子。
  4. 【請求項４】 電気光学効果を有する材料からなる基板
    と、この基板の主面に形成されたマッハツエンダー型光
    導波路と、この光導波路中を導波する光波を制御するた
    めの変調用電極とを具え、前記マッハツエンダー型光導
    波路は第１の分岐光導波路と第２の分岐光導波路とを具
    えるとともに、前記変調用電極は前記マッハツエンダー
    型光導波路を構成する第１の分岐光導波路を導波する光
    波を変調するための信号電極と、この信号電極に対して
    対向電極の役割を有する接地電極とからなる光導波路素
    子であって、 前記接地電極は第１の接地電極と第２の接地電極とから
    なるとともに、前記第１の接地電極及び前記第２の接地
    電極は前記信号電極を挟んで互いに対向し、前記第１の
    分岐光導波路は前記信号電極の下側又は前記第１の接地
    電極と前記信号電極との間に位置するとともに、前記第
    ２の分岐光導波路は分断前の前記第２の接地電極が存在
    する領域の下側に位置し、前記第２の接地電極は前記マ
    ッハツエンダー型光導波路の長さ方向において第１の部
    分、第２の部分、及び第３の部分に分断され、前記第１
    の部分は前記第１及び前記第２の分岐光導波路間のほぼ
    中心に位置するとともに、前記第２の部分及び前記第３
    の部分はそれぞれ前記信号電極及び前記第１の接地電極
    とほぼ同一の形状及び大きさを有し、前記信号電極、前
    記第１の接地電極及び前記第２の接地電極から構成され
    る前記変調用電極が、前記第１及び第２の分岐光導波路
    間の中心に対して実質的に左右対称であり、前記第１の
    部分の幅Ｗ１が前記信号電極の幅Ｗｓの０．５〜２０倍
    であることを特徴する、光導波路素子。
  5. 【請求項５】 前記信号電極と前記第１の分岐光導波路
    との間隔ｄ１と、前記信号電極と前記第２の分岐光導波
    路との間隔ｄ２との比ｄ２／ｄ１が、１０〜２７である
    ことを特徴とする、請求項４に記載の光導波路素子。
  6. 【請求項６】 前記第２の接地電極の前記マッハツエン
    ダー型光導波路の長さ方向において分断された部分に、
    導電性材料からなる薄膜を形成したことを特徴とする、
    請求項１〜５のいずれか一に記載の光導波路素子。
  7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか一に記載の光導
    波路素子において、チャープ特性が制御されることを特
    徴とする、光導波路素子。
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