JP4544541B2 - 光変調器 - Google Patents

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Description

本発明は、光変調器に関し、特に、信号電極の端部の少なくとも一方に、高周波変調信号導入線路又は終端器の少なくともいずれかを電気的に接続する光変調器に関する。
近年、光通信や光計測の分野において、電気光学効果を有する基板に光導波路を形成すると共に、光導波路内を導波する光波を制御するための信号電極と接地電極とからなる変調用電極を基板上に形成した光変調器が多用されている。
光変調器は種々の用途に応じて様々な特性が要求されるが、その一つに１０ＧＨｚを超える高周波帯域において光応答特性の周波数依存性、いわゆる周波数特性が優れていることが求められている。しかしながら、図１が示すように、通常、光変調器には、変調信号を信号電極３に導入し伝搬させる、基板１の側面側に信号電極の入力側端部３１及び出力側端部３２を設け、入力側端部３１には、高周波変調信号導入線路６を接続し、出力側端部３２には終端器７が接続されているため、導入した高周波変調信号の一部が基板内に放射され共振現象を起こし、高周波帯域の特定周波数で周波数特性の顕著な低下（リップル）が発生していた。
特許文献１では、このような不具合を抑制するため、信号電極の入力側端部３１や出力側端部３２と導波路２を挟む反対側にジャンパ導体９１，９２を設け、光変調器を収容する金属製の筐体１０に該ジャンパ導体を接続することが行われている。
なお、図１における符号４，５は接地電極、符号８１〜８６は、電気的に接続された金リボンである。図１では、光導波路と変調用電極との位置関係を判り易くするため、光導波路と電極とを重ねて表示している。
特許第３７３１６２２号公報
他方、光変調器に求められる重要な特性の一つに温度ドリフトの抑制がある。一般に光変調器に形成される信号電極や接地電極は、一部の光変調器を除き、光の伝搬方向における光導波路の中心線に対して線対称となっていない。このため、光変調器の動作中の温度変化による基板や電極の熱膨張率の差によって、信号電極や接地電極の形状が変化し、電極が光導波路に及ぼす内部応力も変化する。その結果、光導波路の屈折率が変化し、光導波路を伝搬する光波の位相が影響を受けるため、動作点シフトが発生する。このような温度変化による動作点シフトを、温度ドリフトと呼んでいる。
特許文献２では、このような不具合を抑制するため、図２に示すように、基板１に形成された光導波路２１，２２上の電極に着目し、該光導波路上の電極が光導波路の中心（一点鎖線Ａ）に対して対称となるように、信号電極３や接地電極４，５の形状を調整することが提案されている。具体的には、接地電極４の形状を、信号電極３に対応する部分４１と、接地電極５に対応する部分４３とに分け、導電性薄膜４２で各部分４１，４３を導通させている。
なお、図２における符号１１は、バッファ層を示す。
特開２００１−４９６７号公報
本発明が解決しようとする課題は、上述した高周波帯域における周波数特性を一層改善し、さらに、温度ドリフト現象をより抑制することが可能な光変調器を提供することである。
本発明者は、鋭意研究を行った結果、周波数特性を改善するには、図１に示すジャンパ導体はより多く設置することが好ましいが、一方では温度ドリフト現象が顕著となる傾向があることを発見し、その原因を追求したところ、信号電極の入力側端部３１や出力側端部３２に電気的に接続された金リボン８１〜８６やジャンパ導体９１，９２により、温度変化に伴い光導波路に内部応力が発生していることを見出し、本発明を完成したものである。
請求項１に係る発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路中を導波する光波を制御するための信号電極と接地電極とからなる変調用電極を該基板上に有し、該信号電極の端部の少なくとも一方に、高周波変調信号導入線路又は終端器の少なくともいずれかが電気的に接続された光変調器において、信号電極の端部における該変調用電極の形状について、該光導波路における光伝搬方向の中心軸に対して線対称となる形状の電極を、該接地電極の一部に形成したダミー用電極部を該基板上に配置したことを特徴とする。
本発明における「ダミー用電極部」とは、信号電極の端部における信号電極や接地電極の形状について、光導波路における光伝搬方向の中心軸に対して線対称となる形状の電極を、接地電極の一部に形成したものを意味する。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光変調器において、該光導波路における光伝搬方向の中心軸に対して線対称となるように、該変調用電極に導電体を接続することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の光変調器において、該ダミー用電極部は、前記信号電極の端部及びその周囲の接地電極に各々対応する形状を有したダミー信号電極とダミー接地電極とを有し、該ダミー信号電極と該ダミー接地電極との間には、該ダミー信号電極や該ダミー接地電極の厚みよりも薄い薄電極が形成されていることを特徴とする。
請求項１に係る発明により、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路中を導波する光波を制御するための信号電極と接地電極とからなる変調用電極を該基板上に有し、該信号電極の端部の少なくとも一方に、高周波変調信号導入線路又は終端器の少なくともいずれかが電気的に接続された光変調器において、信号電極の端部における該変調用電極の形状について、該光導波路における光伝搬方向の中心軸に対して線対称となる形状の電極を、該接地電極の一部に形成したダミー用電極部を該基板上に配置しているため、信号電極の端部における信号電極や接地電極の形状や、信号電極の端部における高周波変調信号導入線路や終端器との電気的な接続により発生する偏った内部応力を、ダミー用電極部が発生させる内部応力により、光導波路を挟んで線対称となるように調整することができ、温度ドリフトをより一層改善することができる。
請求項２に係る発明により、光導波路における光伝搬方向の中心軸に対して線対称となるように、変調用電極に導電体を接続するため、周波数特性も併せて改善することができる。
しかも、変調用電極への導電体の接続による光導波路に印加される内部応力をより線対称とすることができ、温度ドリフトをさらに改善することができる。
請求項３に係る発明により、ダミー用電極部は、信号電極の端部及びその周囲の接地電極に各々対応する形状を有したダミー信号電極とダミー接地電極とを有し、該ダミー信号電極と該ダミー接地電極との間には、該ダミー信号電極や該ダミー接地電極の厚みよりも薄い薄電極が形成されているため、ダミー信号電極とダミー接地電極がそれぞれ適切な内部応力を発生させるだけでなく、両者を一体の接地電極として機能させることも可能となり、温度ドリフトを抑制するだけでなく、浮遊電極が形成されることによる周波数特性の悪化なども抑制される。
以下、本発明に係る光変調器について、詳細に説明する。
本発明に係る光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路中を導波する光波を制御するための信号電極と接地電極とからなる変調用電極を該基板上に有し、該信号電極の端部の少なくとも一方に、高周波変調信号導入線路又は終端器の少なくともいずれかが電気的に接続された光変調器において、信号電極の端部における該変調用電極の形状について、該光導波路における光伝搬方向の中心軸に対して線対称となる形状の電極を、該接地電極の一部に形成したダミー用電極部を該基板上に配置したことを特徴とする。
図３は、本発明の光変調器の参考例である。
基板１は、電気光学効果を有する材料で形成された基板であり、例えば、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸タンタレート、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料及びこれらの組み合わせが利用可能である。特に、電気光学効果の高いニオブ酸リチウム（ＬＮ）やニオブ酸タンタレートが好適に利用される。
また、使用する基板の厚みは、特に限定されないが、基板の厚みが薄い、例えば、５０μｍ以下となると、電極の形状（配置を含む）や導電体の電気的な接続などにより発生する内部応力の影響を、より顕著に受け易い。
光導波路２の形成方法としては、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させることにより形成することができる。
また、変調用電極は、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。なお、図２のように光導波路の真上に電極を配する場合には、ＳｉＯ２などによるバッファ層を基板上に形成し、その上に電極を形成することで、光導波路を伝搬する光波が電極により吸収・散乱されることを抑制することができる。
図３では、信号電極の入力側端部３１には、高周波変調信号導入線路を接続するため、電気的な接続を行う金リボン８１〜８３が信号電極３１、接地電極４，５に接続されている。
このため、信号電極の端部３１における信号電極や接地電極に接続された導電体と同じ形状（同じ本数、同じ配置）の導電体（１８１〜１８３で表示される金リボン）を接地電極の一部に電気的に接続している。
なお、本発明における導電体による電気的な接続は、金リボンなどのリボン状の導体に限らず、ワイヤー状の導体であっても良い。
また、図３の信号電極の出力側端部３２には、終端器を接続するため、金リボン８４〜８６が信号電極３２、接地電極４，５に接続されている。
このため、信号電極の端部３２における信号電極や接地電極に接続された導電体と同じ形状（同じ本数、同じ配置）の導電体（１８４〜１８６で表示される金リボン）を接地電極の一部に電気的に接続している。
このような導電体（金リボン１８１〜１８６）を用いることにより、信号電極の端部における高周波変調信号導入線路や終端器との電気的な接続により発生する偏った内部応力を、上記導電体の電気的な接続により発生させられる内容応力により、光導波路を挟んで線対称となるように調整することができ、温度ドリフトをより一層改善することができる。
さらに、光変調器を形成する基板１を所定のケース（金属製の筐体。不図示）に固定すると共に、金リボン１８１〜１８６が該ケースと電気的に接続されることにより、周波数特性も併せて改善することができる。
また、信号電極の端部に施された金リボン８１〜８６の電気的な接続位置と金リボン１８１〜１８６の電気的な接続位置とを、図３に示すように、光導波路における光伝搬方向の中心軸（一点鎖線Ｂ）に対して、線対称に配置することにより、光導波路に印加される内部応力をより線対称とすることができ、温度ドリフトをさらに改善することができる。
次に、本発明の光変調器に係る実施例について説明する。
図４に示す実施例では、図３に示した参考例の構成に加え、ダミー用電極部として、信号電極の端部における信号電極や接地電極の形状と類似した形状の電極を接地電極の一部に形成したものである。
信号電極の入力側端部３１に対応するダミー用電極部では、信号電極の端部３１及びその周囲の接地電極４，５に対応する形状を有したダミー信号電極１３１とダミー接地電極（ダミー信号電極１３１を取り囲む接地電極５）とを有し、該ダミー信号電極と該ダミー接地電極との間には、該ダミー信号電極や該ダミー接地電極の厚みよりも薄い薄電極１４０が形成されている。
また、信号電極の出力側端部３２に対応するダミー用電極部では、信号電極の端部３２及びその周囲の接地電極４，５に対応する形状を有したダミー信号電極１３２とダミー接地電極（ダミー信号電極１３２を取り囲む接地電極４）とを有し、該ダミー信号電極と該ダミー接地電極との間には薄電極１４０が形成されている。
図４（ｂ）は、図４（ａ）の矢印Ｘ−Ｘにおける断面図を示したものであり、薄電極１４０は、ダミー信号電極やダミー接地電極の厚みより薄く構成され、ダミー信号電極やダミー接地電極が発生させる内部応力を妨げないように構成されている。薄電極１４０は温度ドリフトを抑制する観点からは、不要な構成であるが、この薄電極を設けることにより、ダミー信号電極とダミー接地電極とを一体の接地電極として機能させることが可能となり、ダミー信号電極の一部が浮遊電極になり周波数特性が悪化することも抑制される。
薄電極１４０の形成方法としては、種々の方法が可能であるが、例えば、ダミー信号電極やダミー接地電極を形成後、薄電極を形成する部分以外をマスクして電極材料を蒸着させる方法や、ダミー用電極部として一様な厚みの電極を形成し、エッチング液やレーザー光・イオンビームなどを用い薄電極に対応する部分をエッチングする方法や、反対に薄電極を先に形成し、その後に厚電極を形成する方法などがある。
また、ここで説明した光変調器は、ＺカットＬＮ変調器の例であるが、ＸカットＬＮ変調器において、バッファ層がある場合でも無い場合でも、本発明の構成が適用できることは言うまでもない。
以上のように本発明によれば、高周波帯域における周波数特性を一層改善し、さらに、温度ドリフト現象をより抑制することが可能な光変調器を提供することが可能となる。
周波数特性を改善する光変調器の従来例を示す図である。 温度ドリフト特性を改善する光変調器の従来例を示す図である。 本発明に係る光変調器の参考例を示す図である。 本発明に係る光変調器の実施例を示す図である。
１ 基板
２ 光導波路
３ 信号電極
４，５ 接地電極
３１ 信号電極の入力側端部
３２ 信号電極の出力側端部
８１〜８６，１８１〜１８６ 電気的に接続された導体（金リボン）
１３１，１３２ ダミー信号電極
１４０ 薄電極

Claims (3)

  1. 電気光学効果を有する基板と、
    該基板に形成された光導波路と、
    該光導波路中を導波する光波を制御するための信号電極と接地電極とからなる変調用電極を該基板上に有し、
    該信号電極の端部の少なくとも一方に、高周波変調信号導入線路又は終端器の少なくともいずれかが電気的に接続された光変調器において、
    信号電極の端部における該変調用電極の形状について、該光導波路における光伝搬方向の中心軸に対して線対称となる形状の電極を、該接地電極の一部に形成したダミー用電極部を該基板上に配置したことを特徴とする光変調器。
  2. 請求項１に記載の光変調器において、該光導波路における光伝搬方向の中心軸に対して線対称となるように、該変調用電極に導電体を接続することを特徴とする光変調器。
  3. 請求項１又は２に記載の光変調器において、該ダミー用電極部は、前記信号電極の端部及びその周囲の接地電極に各々対応する形状を有したダミー信号電極とダミー接地電極とを有し、該ダミー信号電極と該ダミー接地電極との間には、該ダミー信号電極や該ダミー接地電極の厚みよりも薄い薄電極が形成されていることを特徴とする光変調器。
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