JP5493670B2 - 光変調器および光送信器 - Google Patents

Description

開示の技術は、光変調器および光送信器に関し、例えば、光通信システムにおいて用いられる。

光変調器は、LiNbO₃（ＬＮ）やLiTaO₂基板などの電気光学結晶を用いた光導波路デバイスの一つである。光変調器は、例えば、結晶基板上の一部に光導波路を形成した後、光導波路近傍に電極を設けることで形成することができる。尚、ここでの光導波路は、基板の一部にTiなどの金属膜を形成し熱拡散させる、あるいはパターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどして形成することができる。

光変調器には、例えば、結晶基板上に例えば一対の干渉アーム導波路を有するマッハツェンダ型導波路を形成するとともに、干渉アーム導波路の近傍に信号電極および接地電極を形成してコプレーナ電極としたものがある。例えば、入力光をマッハツェンダ型導波路に導入するとともに、電極に電気信号（電圧信号）を印加することを通じて、マッハツェンダ型光導波路の屈折率を変化せしめ、変調された光信号を出力する。

光通信システムにおいては、例えば、伝送容量の高まりに対応するために、光変調器における高周波特性を改善することや、電界印加効率を高めて低消費電力化を図ること、又、使用するデバイス材料の抑制などが研究開発のテーマとして与えられる一例である。

光変調器において、信号電極が干渉アーム導波路に沿って形成される部位は、上述の相互作用を生じさせる部位（相互作用部位）である。例えば、導波路への電界印加効率や高周波特性の改善のため、更には、電極材料の抑制のため、光変調器における上記相互作用部位では接地電極をチップの幅全体に広げず、電極のない部分を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開平１１−２３７５９３号公報 特開２００３−２３３０４８

本願の目的の一つは、上述のごとき光変調器および光送信器における特性を従来技術に照らし改善させることにある。
尚、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための最良の形態に示す各構成又は作用により導かれる効果であって、従来の技術によっては得られない効果を奏することも本案件の他の目的として位置づけることができる。

（１）電気光学効果を有する基板と、基板内に形成された、一対の導波路を有するマッハツェンダ型光導波路と、光変調用の信号に対応する電気信号を供給して、マッハツェンダ型光導波路に電界を印加する信号電極と、信号電極に間隔を置いて形成される接地電極と、を有し、該接地電極が、信号電極で印加される電界と前記一対の導波路を伝搬する光とが相互作用する相互作用部位において、光伝搬方向における中流域では幅が狭く、端部に向かって幅が徐々に拡がる導体部を含む、光変調器を用いることができる。
（２）上記（１）の光変調器を有する光送信器を用いることができる。

開示の技術によれば、光変調器における特性を従来技術に照らし改善させることができる。

（ａ）は光変調器の平面図、（ｂ）は光変調器の長手方向についての電極厚みの分布図、（ｃ）は（ａ）におけるＡＡ′断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＢＢ′断面図である。 （ａ）は光変調器の平面図、（ｂ）は光変調器の長手方向についての電極厚みの分布図、（ｃ）は（ａ）におけるＡＡ′断面図、（ｄ）は（ｃ）における応力分布を示す図である。 （ａ）は光変調器の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡＡ′断面図、（ｃ）は（ｂ）における応力分布を示す図である。 光変調器の平面図である。 光変調器の平面図である。 光変調器の平面図である。 （ａ）は光変調器の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡＡ′断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢＢ′断面図である。 光変調器の平面図である。 光変調器の平面図である。 光変調器の平面図である。 （ａ）は光変調器の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡＡ′断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢＢ′断面図、（ｄ）は光変調器の長手方向についての電極厚みの分布図である。 光変調器の平面図である。 （ａ），（ｂ）はともに光変調器の物理特性を対比する図である。 光送信器を示す図である。

以下、図面を参照することにより、実施の形態を説明する。尚、一の図中、他の図と同一の符号はほぼ同様の部分を示している。又、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図は無い。即ち、本実施形態は、その趣旨に逸脱しない範囲において種々変形して実施することができる。

図１に光変調器１０の一例を示す。図１（ａ）は光変調器１０の平面図、図１（ｂ）は光変調器１０の長手方向についての電極厚みの分布図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＡＡ′断面図、図１（ｄ）は図１（ａ）におけるＢＢ′断面図である。

例示の光変調器１０は、電気光学効果を有する基板１であって、Ｚカットの基板１上に、マッハツェンダ型光導波路２が形成される。マッハツェンダ型光導波路２は、入力光を２つに分岐する入力導波路２ａ，入力導波路２ａの分岐に一端がそれぞれ接続される干渉アーム導波路２ｂ，２ｃおよび干渉アーム導波路２ｂ，２ｃの他端がそれぞれ接続されて合流する出力導波路２ｄをそなえる。

そして、干渉アーム導波路２ｂ上には信号電極３が設けられるとともに、信号電極３に間隔を置いて接地電極４が形成されて、コプレーナ電極を形成する。尚、信号電極３は、Ｚカットの基板１を用いる場合には、Ｚ方向の電界による屈折率変化を利用するため、図示のように干渉アーム導波路２ｂ（又は２ｃ）に形成することができる。一方、Ｘカットの基板の場合には、Ｘ方向の電界による屈折率変化を利用するため、干渉アーム導波路２ｂ，２ｃの間に形成する。

そして、光変調器を高速で駆動する場合は、信号電極３と接地電極４の終端を抵抗で接続して進行波電極とし、入力側からマイクロ波信号を印加する。このとき、電界と光との相互作用によって変調された光が出力される。具体的には、電界によって２本の干渉アーム導波路２ｂ，２ｃの屈折率がそれぞれ＋Δｎa、-Δｎbのように変化し、２の干渉アーム導波路２ｂ，２ｃ間の位相差が変化する。このため、マッハツェンダ干渉によって、出力導波路２ｄから強度変調された信号光が出力される。尚、以下において、光変調器１０における電界と光との相互作用を生じさせる基板領域Ｃを、相互作用部又は相互作用部位と称する。

また、マッハツェンダ型光導波路２を伝搬する光が電極３，４に吸収されることを抑制するために、図１（ｃ），図１（ｄ）に例示するように、SiO₂等によるバッファ層５を基板１と電極３，４との間に介することもできる。尚、３ａは、電極３に外部から光変調のための電気信号を導通させるために形成されるパッドであり、このパッド３ａの個所に信号線がボンディング等で接続される。

信号電極３および接地電極４は、例えば電解メッキによって形成することができる。電極３，４は、特性インピーダンスや高周波特性を確保するため、ある程度の厚み（高さ）を持つように形成する。

このとき、製膜速度は電極３，４の幅やパターン内での位置に依存する。即ち、同一基板平面内において、マッハツェンダ型光導波路２の光伝搬方向を長手方向とする場合の長手方向に垂直な方向（幅方向）での電極４の長さ（電極幅）が広い箇所と狭い箇所とで製膜速度に分布が生じる。更に、パターンにおけるエッジ付近と中央付近とでも製膜速度に分布が生じる。

すなわち、電極３，４の幅が狭い箇所においてはメッキスピードが比較的高速であるため、層厚としては厚く積層される傾向になる。一方、電極３，４の幅が広い箇所はメッキスピードが比較的低速であるため、メッキスピードが高速な箇所と比較すると層厚としては薄く積層される傾向となる。

図１（ａ）に例示する電極パターンを有する光変調器１０においては、相互作用部Ｃにおける中央部付近では図１（ｃ）に示すように電極３，４全体としての電極幅が狭いが、パッド３ａ付近では図１（ｄ）に示すように電極３，４全体としての電極幅は広くなる。このため、図１（ａ）に示す光変調器１０においては、図１（ｂ）に示すように、電極厚みに分布が生じることになる。

具体的には、光変調器１０においては、相互作用部Ｃの中央部（Ｄ１−Ｄ２間）は、相互作用部Ｃの両端側に位置するパッド３ａの周辺部（Ｅ１−Ｄ１間，Ｄ２−Ｅ２間）と比較すると、接地電極４の幅は比較的狭く、電極３，４全体としての密度が低い。このため、電極厚みについても図１（ｂ）に示すように厚くなりやすい。一方、パッド３ａの周辺部では接地電極４の幅は比較的広いので、電極３，４全体としての密度は高い。尚、電極の密度とは、基板１の幅方向に占める電極幅の割合である。

そして、基板１の長手方向において電極密度が急激に変化する箇所においては、電極４の厚みに段差が生じる場合がある。例えば、図１（ａ）中Ｄ１，Ｄ２に示す箇所においては接地電極４の幅が長手方向で不連続に大きく変化する箇所になる。この箇所においては、図１（ｂ）に示すように、電極厚みも不連続に大幅に変化しており、電極３，４の厚みには尖った段差又は起伏が生じている。又、図１（ａ）中Ｅ１，Ｅ２に示す箇所は、接地電極４の境界部分に該当する。この境界箇所Ｅ１，Ｅ２の周辺においても、電極形成領域と不形成領域とで電極密度が急激に変化するので、電極３，４の厚み方向の形状としては尖った段差を有している。

電極３，４の厚みが変化すると、電極を伝播するマイクロ波の速度と特性インピーダンスに差が生じる。たとえば、電極の厚みが２０％増加すると、マイクロ波の速度が２％、特性インピーダンスが３％減少する。そして、マイクロ波の速度が変化することで、変調帯域が狭くなり、特性インピーダンスが変化することでマイクロ波の反射特性が劣化する。一例では、変調帯域が４６GHz程度から３２GHz程度に狭くなり、特性インピーダンスが変化することでマイクロ波の反射（Ｓ１１）が６ｄＢ劣化する場合がある。

これに対し、図２（ａ）に示す光変調器２０Ａにおいては、図１の場合と異なるパターンの接地電極２４ａをそなえているので、電極厚みの分布の発生を抑制させることができる。即ち、接地電極２４ａは、信号電極３で印加される電界と干渉アーム導波路２ｂ，２ｃを伝搬する光とが相互作用する相互作用部Ｃにおいて、光伝搬方向における中流域では幅が狭く、両端に向かって幅が直線状に徐々に拡がるパターンの導体部を含む。尚、Ｔは、光伝搬方向の両端に向かって幅が直線状に徐々に拡がる接地電極個所（テーパ部）を示している。

なお、信号電極３は、光変調用の信号に対応する電気信号を供給して、マッハツェンダ型光導波路２に電界を印加する信号電極であり、接地電極２４ａは、信号電極３に間隔を置いて形成される接地電極である。又、図２（ｃ）は、図２（ａ）におけるＡＡ′断面図であり、図２（ｄ）は、図２（ｃ）に示す基板位置に対応して負荷される応力分布である。

図２（ａ）に示す光変調器２０Ａにおいては、相互作用部Ｃにおける接地電極２４ａから、パッド３ａ付近における接地電極２４ａにわたり、不連続で大きな幅の変化を抑制させている。これにより、図１（ａ）におけるＤ１，Ｄ２に相当する箇所での電極密度の変化を連続的にしている。従って、光変調器２０においては、図２（ｂ）に示すように、電極３，２４ａの厚みを平坦化させ、厚みが不連続に変化する箇所の発生を抑制させることができる。

図２（ａ）に示す光変調器２０Ａによれば、接地電極２４ａの電極の厚みを平坦化させているので、電極を伝播するマイクロ波の速度と特性インピーダンスとの整合を図ることができる。そして、変調帯域についても広帯域化を図ることができ、マイクロ波の反射特性も改善させることができるようになる。

図３（ａ）に示す光変調器２０Ｂは、図２（ａ）に示す光変調器２０Ａと同様、図１（ａ）におけるＤ１，Ｄ２に相当する箇所での電極密度の変化を連続的にして、厚みが不連続に変化する箇所の発生を抑制させている。光変調器２０Ｂが光変調器２０Ａを相違する点は、接地電極２４ｂのパターンにある。

すなわち、接地電極２４ｂは、空孔２５で除かれるパターンを含んでいる。この空孔２５は、相互作用部位Ｃにおいて、光伝搬方向における中流域では幅が拡がり、光伝搬方向における両端に向かって幅が徐々に狭くなっている。又、接地電極２４ｂにおける、信号電極３に沿った部位Ｐ１の幅は、光伝搬方向にそってほぼ一様である一方、空孔２５で除かれた残りの部位であって、信号電極３とは空孔２５を挟み反対側に位置する部位Ｐ２の幅は、両端に向かって徐々に拡がっている。

この部位Ｐ２は、接地電極２４ｂにおける、信号電極３側（Ｐ１）とは反対側の基板１平面の側方（パット３ａ側）において、光伝搬方向における両端に向かって幅が徐々に拡がる領域である。

図３（ａ）に示す光変調器２０Ｂにおいても、接地電極２４ｂの電極密度の変化を連続的にして、厚みを平坦化させているので、図２（ａ）に示す光変調器２０Ａと同様の利点がある。

さらには、光変調器２０Ａにおいて接地電極２４ａと基板１との熱膨張率差に起因して負荷されている応力分布の一例は図２（ｄ）に示すようになるのに対し、光変調器２０Ｂにおいては、電極パターン変更により低減させることが可能になる。即ち、基板１の側方部分の接地電極２４ｂの領域と、信号電極３側の接地電極２４ｂの領域と、の間に空穴２５の領域をそなえているので、電極および基板間での応力負荷を相殺させることができる。これにより、図３（ｃ）に例示するように、応力分布を図２（ｄ）の場合よりも低減させることができる。

図４に示す光変調器２０Ｃにおいても、図２（ａ）に示す光変調器２０Ａと同様、図１（ａ）におけるＤ１，Ｄ２に相当する箇所での電極密度の変化を連続的にして、厚みが不連続に変化する箇所の発生を抑制させている。光変調器２０Ｄは、光変調器２０Ａ，２０Ｂを相違するパターンを有する接地電極２４ｃ−１およびフローティング電極２４ｃ−２をそなえる。フローティング電極とは、接地電極あるいは信号電極などのように電位が与えられる電極と接続されていない電極を示す。

すなわち、接地電極２４ｃ−１は、信号電極３に間隔を置いて形成された接地電極であるが、電極２４ｃ−２は、基板１におけるパッド３ａが形成された側方とは反対側の側方に形成されたフローティング電極である。フローティング電極２４ｃ−２は、信号電極３および接地電極２４ｃ−１での電位とは異なるフローティング電位を有している。このフローティング電極２４ｃ−２は、相互作用部位Ｃにおいて、光伝搬方向における中流域では幅が狭く、端部に向かって幅が徐々に拡がる導体部の一例である。

接地電極２４ｃ−１および信号電極３による電極幅としては、ほぼ一様になっているといえるが、基板１における幅全体には広がっていない。そして、フローティング電極２４ｃ−２により、図１（ａ）におけるＤ１，Ｄ２に相当する箇所での電極密度の変化を連続的にして、厚みが不連続に変化する箇所の発生を抑制させている。

さらに、基板１の側方部分のフローティング電極２４ｃ−２の領域と、接地電極２４ｃ−１の領域と、の間に電極層を有しない基板１表面がさらされた領域をそなえている。このため、前述の図３（ａ）に示すものと同様に、応力分布を図２（ｄ）の場合よりも低減させることができ、非線形効果（光弾性効果）を抑制させることが可能である。

図５に示す光変調器２０Ｄにおいては、図４に示す光変調器２０Ｃにおけるフローティング電極２４ｃ−２とはパターンが異なるフローティング電極２４ｄ−１，２４ｄ−２をそなえている。即ち、図５に示すフローティング電極２４ｄ−１，２４ｄ−２は、図４に示すフローティング電極２４ｃ−２における基板長手方向の中間部での形成領域が省略されて、両端部で分断されたもので、導体部の一例である。このように構成された光変調器２０Ｄにおいても図４に示す光変調器２０Ｃと同様の利点を得ることができる。

なお、上述のフローティング電極２４ｃ−２，２４ｄ−１，２４ｄ−２については接地電極２４ｃ−１と同電位に設定してもよい。このようにすれば、光変調にかかる動作点の安定化を図ることができる。

図６に示す光変調器２０Ｅにおいては、図２に示す光変調器２０Ａと異なるパターンを有する接地電極２４ｅをそなえる。即ち、接地電極２４ｅは、信号電極３で印加される電界と干渉アーム導波路２ｂ，２ｃを伝搬する光とが相互作用する相互作用部Ｃにおいて、光伝搬方向における中流域では幅が狭く、両端に向かって幅が曲線状に徐々に拡がるパターンを有している。このように構成された光変調器２０Ｅにおいても図２（ａ）に示す光変調器２０Ａと同様の利点を得ることができる。

また、電極の製膜スピードはパッド３ａの付近で分布が大きく、相互作用部Ｃの中央に向かうにつれて分布が小さくなる。そこで、図６に示す光変調器２０Ｅにおいては、製膜スピードに応じて曲線形状を適宜変更することで、電極厚みの平坦化をより進めることが可能になる。

図７（ａ）に示す光変調器２０Ｆにおいては、光変調器２０Ａ〜２０Ｅと異なり、基板１の長手方向に渡るマッハツェンダ型光導波路２を、基板１の幅方向中央付近の位置に配置する。又は、干渉アーム導波路２ｂ，２ｃが、基板１をなすチップの中心軸について略対称に配置する。これにより、周囲温度の変化時においても光変調にかかる動作点変動を抑制させることが可能になる。

この場合においては光変調器２０Ｆが有する接地電極２４ｆ−１，２４ｆ−２のパターンも前述の光変調器２０Ａ〜２０Ｅの場合と異なる。即ち、信号電極３の両側に形成される接地電極２４ｆ−１，２４ｆ−２は、相互作用部Ｃにおいて、光伝搬方向における中流域では幅が狭く、両端に向かって幅が直線状に徐々に拡がるパターンを有している。このように構成された光変調器２０Ｆにおいても図２（ａ）に示す光変調器２０Ａと同様の利点を得ることができる。

また、図７に示す接地電極２４ｆ−１，２４ｆ−２は、光伝搬方向における相互作用部位Ｃの外側（例えば、光伝搬方向両端）に、マッハツェンダ型光導波路２の形成部位を除いて延在する延長部２４ｆａをそなえている。これにより、図２に示すＥ１，Ｅ２部分での電極密度の変化の度合いを小さくして、相互作用部Ｃでの電極厚みの均一性をさらに高められる。又、延長部２４ｆａは光導波路２の形成部位を除いているので、光導波路２を伝搬する光の電極部分への吸収を抑制している。

さらに、図８に示す光変調器２０Ｇは、図７に示す光変調器２０Ｆに、更に、バイアス電圧印加のためのバイアス電極（第３電極）２４ｇをそなえる。バイアス電極２４ｇは、干渉アーム導波路２ｂ，２ｃの上方にそれぞれ沿って形成され、例えば、光変調器２０Ｇから出力される変調光のモニタ結果に応じて、動作点調整用のバイアス電圧が印加される。

そして、バイアス電極２４ｇにおいては、接地電極２４ｆ−１，２４ｆ−２をなす延長部２４ｆａで挟まれる光導波路２の形成部位に端部が及ぶように形成されている。そして、延長部２４ｆａの境界との間隔についてはほぼ平行するようになっている。これにより、バイアス電極２４ｇを短くすることなくＲＦ部の電極３，２４ｆ−１，２４ｆ−２の電極厚みを均一化させることができる。

そして、干渉アーム導波路２ｂ，２ｃ上の２本のバイアス電極２４ｇの間隔Ｓａよりも、バイアス電極２４ｇと延長部２４ｆａとの境界との間隔Ｓｂが大きくなるようにする。これにより、一方のバイアス電極２４ｇでの印加電圧で生じる電気力線が延長部２４ｆａ側よりも他方のバイアス電極２４ｇ側に指向するので、電界印加効率を良好にすることができる。

また、図９に示すような光変調器２０Ｈを用いることもできる。光変調器２０Ｈにおける接地電極２４ｈ−１，２４ｈ−２は、相互作用部Ｃの外側における光伝搬方向の一端側には延長部（図７の符号２４ｆａ参照）の形成を省略するとともに、当該一端側に櫛型のバイアス電極２４ｈｂを形成する。

また、この光変調器２０Ｈにおいても、マッハツェンダ型光導波路２を、基板１の幅方向中央付近の位置に配置する。更に、図７の接地電極２４ｆ−１，２４ｆ−２と同様に、信号電極３の両側に形成される接地電極２４ｈ−１，２４ｈ−２は、相互作用部Ｃにおいて、光伝搬方向における中流域では幅が狭く、両端に向かって幅が直線状に徐々に拡がるパターンを有している。このように構成された光変調器２０Ｈにおいても図２（ａ）に示す光変調器２０Ａと同様の利点を得ることができる。

さらに、図１０に例示する光変調器２０Ｉを用いることもできる。光変調器２０Ｉは、分極反転領域２１ｉを用いたゼロチャープ変調機である。即ち、前述の光変調器２０Ａ〜２０Ｈと異なり、分極反転領域２１ｉが形成された基板１ｉが用いられる。

そして、この分極反転領域２１ｉにおいては、上部に信号電極３ｉが形成される干渉アーム導波路２ｂ，２ｃが入れ替わる。即ち、信号電極３ｉは、分極反転領域２１ｉ以外の個所においては、干渉アーム導波路２ｂの上部に形成されるとともに、分極反転領域２１ｉの個所においては、干渉アーム導波路２ｃの上部に形成される。そして、信号電極３ｉは、分極反転領域２１ｉの境界個所においては、一の干渉アーム導波路２ｂと他の干渉アーム導波路２ｃとの間を跨ぐパターンを有している。

そして、光変調器２０Ｉにおいては、信号電極３ｉの下部の干渉アーム導波路２ｂ，２ｃが切り替わる個所で複数個に分断された相互作用部位Ｃ１〜Ｃ３を有する。更に、接地電極２４ｉ−１，２４ｉ−２は、上述のごとく分断された各々の相互作用部位Ｃ１〜Ｃ３において、光伝搬方向における中流域では幅が狭く、両端に向かって幅が直線的に徐々に拡がるパターンを有する導体部を含む。

これにより、分極反転領域２１ｉの境界において信号電極３ｉが干渉アーム導波路２ｂ，２ｃ間を移る個所において、電極幅の不連続な変動を抑制させることができるので、電極厚みを平坦化させることができる。従って、光変調器２０Ｉにおいても、図２（ａ）に示す光変調器２０Ａと同様の利点を得ることができる。

さらに、図１１（ａ）に例示する光変調器２０Ｊを用いることもできる。図１１（ａ）は光変調器２０Ｊの平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）におけるＡＡ′断面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）におけるＢＢ′断面図、図１１（ｄ）は光変調器２０Ｊの長手方向についての電極厚みの分布図である。光変調器２０Ｊは、互いにパターンが異なる複数の層が積層されてなる接地電極２４ｊ−１，２４ｊ−２をそなえている。

たとえば、接地電極２４ｊ−１，２４ｊ−２の層は、下層となるに従い広い面積を有する一方、上層となるに従い狭い面積を有している。これにより、上層部をスリム化することができるので、上層部は下層部よりも信号電極３から隔離せしめ、特性インピーダンスや高周波特性の点でトレランスを高められる。

そして、各層においては、それぞれでの電極密度に応じて厚みが分布する要素を抑制するための幅の変化度合いを与えることができる。換言すれば、接地電極２４ｊ−１，２４ｊ−２における各層の幅は、相互作用部位において、光伝搬方向における中流域で異なるとともに、両端に向かって徐々に拡がる度合いも異なるようにすることができる。

たとえば、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示すように、下層の電極層２４ｊａにおいては、上層の電極層２４ｊｂと比較して、光伝搬方向における中流域でより拡がり、両端に向かって徐々に拡がる度合いは緩くなるようなパターンを有することができる。具体的には、下層の電極層２４ｊａがパッド３ａの付近の幅となるまでのテーパ部Ｔの距離をLt1とすると、上層の電極層２４ｊｂにおけるテーパ部Ｔの距離はLt2（＜Lt1）となる。これにより、図１１（ｄ）に例示するように、各層２４ｊａ，２４ｊｂにおいて、厚み分布を抑制させることが可能となる。勿論、一の層での電極幅を、他の層で生じる電極厚み分布を相殺するようなパターンとしてもよい。

また、図１２に例示する光変調器２０Ｋを用いることもできる。光変調器２０Ｋは、前述の光変調器２０Ａ〜２０Ｊと異なり、Ｘカットの基板１ｋを用いている。このため、信号電極３ｋについては、マッハツェンダ型光導波路２をなす干渉アーム導波路２ｂ，２ｃの間に沿って形成される。

この場合においても、接地電極２４ｋについては次のようなパターンを有する導体部を含む。即ち、接地電極２４ｋに含まれる導体部は、信号電極３ｋで印加される電界と干渉アーム導波路２ｂ，２ｃを伝搬する光とが相互作用する相互作用部位Ｃにおいて、光伝搬方向における中流域では幅が狭く、両端に向かって幅が徐々に拡がるパターンを有する。これにより、前述の光変調器２０Ａと同様の利点を得ることができる。上述のＺカット基板を用いた各態様の光変調器からＸカットの基板を用いた光変調器に変形することも可能である。

図１３（ａ），図１３（ｂ）は、図２〜図１２に示す電極厚みを平坦化させる構成を有する光変調器２０Ａ〜２０Ｋを用いた場合と、電極厚みを平坦化させる構成を有しない光変調器（例えば、図１（ａ）に示す光変調器１０）を用いた場合、とによる物理特性を対比する図である。

図１３（ａ）は反射特性（Ｓ１１）を対比する図である。この図１３（ａ）中、細線Ａ１は光変調器１０を用いた場合、太線Ｂ１は電極厚みを平坦化させる構成を有する光変調器（例えば光変調器２０Ａ）を用いた場合、それぞれのマイクロ波の反射特性の一例である。図中、反射するマイクロ波の量（ｄＢ）が小さいほど良好な変調特性を示している。この図１３（ａ）に示すように、電極厚みを平坦化させたＢ１が、Ａ１に比較すると、低周波帯から高周波帯に亘り良好な特性が得られている。

図１３（ｂ）は透過特性（ＥＯ）を対比する図である。この図１３（ｂ）中、細線Ａ２は光変調器１０を用いた場合、太線Ｂ２は電極厚みを平坦化させる構成を有する光変調器（例えば光変調器２０Ａ）を用いた場合、それぞれの透過特性の一例である。図中、透過する光量（ｄＢ）が大きいほど変調光の出力光量が大きく、良好な特性であることを示している。この図１３（ｂ）に示すように、電極厚みを平坦化させたＢ２が、Ａ２に比較すると、特に高周波帯において良好な特性が得られている。

図１４は光通信システムに適用される光送信器３０の構成例を示す図である。この図１４に示す光送信器３０においては、光信号として送信すべきデータを生成するデータジェネレータ３１とともに、データジェネレータ３１で生成されたデータを用いて光変調を行なう光変調器３２を有し、光変調器３２で変調された光信号は光ファイバ４０を通じて送信される。

光変調器３２としては、上述の図２〜図１２に示す光変調器２０Ａ〜２０Ｋを用いることができる。これらの光変調器２０Ａ〜２０Ｋは、相互作用部位での電極厚みの平坦化を図る構成をそなえているので、良好なマイクロ波の反射特性および透過特性（変調帯域特性）が得られる。従って、光送信器３０としての特性が改善され、その性能を向上させることが可能となる。

上述の実施形態においてはその趣旨を逸脱しない範囲において種々変形することが可能である。例えば、図２−５，７−１２に示す光変調器においては、直線状ではなく曲線状に電極パターンが徐々に変化する構成とすることとしてもよい。

また、開示の技術は、電極厚みの分布を抑えることに限定されず、意図的に分布をつけることで特性改善を行うことにも適用できる。例えば、入力配線と終端の特性インピーダンスが異なる場合、電極の入力部と出力部でテーパの絞り幅を異なるようにしたり、電極の入力部と出力部でテーパの長さが異なるようにしたりすることができる。

これにより、電極厚を別個に調節し、入力部、出力部の両方でインピーダンスを整合させることで特性改善を図ることができる。更に、相互作用部のインピーダンスが５０Ωよりも小さくなる場合は、連続的に変化させる接地電極幅の差を大きくしたり、パッド部３ａの電極厚を相互作用部よりも小さくしたりすることで、パッド部３ａのインピーダンスを５０Ωに整合させることが可能である。
以上の実施形態に関し、下記の付記を開示する。

（付記１）
電気光学効果を有する基板と、
該基板内に形成された、一対の導波路を有するマッハツェンダ型光導波路と、
光変調用の信号に対応する電気信号を供給して、該マッハツェンダ型光導波路に電界を印加する信号電極と、
該信号電極に間隔を置いて形成される接地電極と、を有し、
該接地電極が、該信号電極で印加される電界と前記一対の導波路を伝搬する光とが相互作用する相互作用部位において、光伝搬方向における中流域では幅が狭く、端部に向かって幅が徐々に拡がる導体部を含む、光変調器。

（付記２）
該導体部は、前記相互作用部位において、光伝搬方向における端部に向かって幅が直線状に徐々に拡がる部位を有する、付記１記載の光変調器。

（付記３）
該導体部は、前記相互作用部位において、光伝搬方向における端部に向かって幅が曲線状に徐々に拡がる部位を有する、付記１記載の光変調器。

（付記４）
該信号電極が該基板の中心軸について略対称に配置された、付記１記載の光変調器。

（付記５）
該基板はＺカットの基板である、付記１記載の光変調器。

（付記６）
該信号電極は、前記一対の導波路の上部に形成されるとともに、一の干渉アーム導波路と他の干渉アーム導波路との間を跨ぐパターンを有し、
前記相互作用部位は、該信号電極の下部の前記一対の導波路が切り替わる個所で複数個に分断されるとともに、
該導体部は、前記分断された各々の相互作用部位において、光伝搬方向における中流域では幅が狭く、両端に向かって幅が徐々に拡がる、付記１記載の光変調器。

（付記７）
該基板はＸカットの基板である、付記１記載の光変調器。

（付記８）
該導体部は、該接地電極の一部又は全部である、付記１〜７のいずれか１項記載の光変調器。

（付記９）
該導体部はフローティング電極である、付記１〜７のいずれか１項記載の光変調器。

（付記１０）
前記接地電極は、空孔で除かれるパターンを含み、前記空孔は、前記相互作用部位において、光伝搬方向における中流域では幅が拡がり、光伝搬方向における両端に向かって幅が徐々に狭くなり、かつ、該接地電極における、該信号電極に沿った部位の幅は、光伝搬方向にそってほぼ一様である一方、前記空孔で除かれた残りの部位であって、該信号電極とは前記空孔を挟み反対側に位置する部位の幅は、両端に向かって徐々に拡がる、付記１〜７のいずれか１項記載の光変調器。

（付記１１）
前記接地電極は、光伝搬方向における前記相互作用部位の外側に、前記マッハツェンダ型光導波路の形成部位を除いて延在する、付記１記載の光変調器。

（付記１２）
前記相互作用部位の外側に延在する前記接地電極に略並列して第３電極が形成される、付記１１記載の光変調器。

（付記１３）
前記接地電極は、複数の層が積層されるとともに、各層の幅は、前記相互作用部位において、光伝搬方向における中流域で異なるとともに、両端に向かって徐々に拡がる度合いも異なる、付記１記載の光変調器。

（付記１４）
付記１〜１３のいずれか１項記載の光変調器を有する光送信器。

１，１ｉ，１ｋ 基板
２ マッハツェンダ型光導波路
２ａ 入力導波路
２ｂ，２ｃ 干渉アーム導波路
２ｄ 出力導波路
３，３ｉ，３ｋ 信号電極
３ａ パッド
４ 接地電極
５ バッファ層
１０，２０Ａ〜２０Ｋ 光変調器
２１ｉ 分極反転領域
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ−１，２４ｃ−２，２４ｅ、２４ｆ−１，２４ｆ−２，２４ｈ−１，２４ｈ−２，２４ｉ−１，２４ｉ−２，２４ｊ−１，２４ｊ−２，２４ｋ 接地電極
２４ｃ−２，２４ｄ−１，２４ｄ−２ フローティング電極
２４ｆａ 延長部
２４ｇ，２４ｈｂ バイアス電極
２４ｊａ，２４ｊｂ 電極層
２５ 空孔
３０ 光送信器
４０ 光ファイバ

Claims (9)

1. 電気光学効果を有する基板と、
   該基板内に形成された、一対の導波路を有するマッハツェンダ型光導波路と、
   光変調用の信号に対応する電気信号を供給して、該マッハツェンダ型光導波路に電界を印加する信号電極と、
   該信号電極に間隔を置いて形成される接地電極と、を有し、
   該接地電極が、該信号電極で印加される電界と前記一対の導波路を伝搬する光とが相互作用する相互作用部位において、光伝搬方向における中流域では幅が狭く、端部に向かって幅が徐々に拡がる導体部を含む、光変調器。
2. 該導体部は、前記相互作用部位において、光伝搬方向における端部に向かって幅が直線状に徐々に拡がる部位を有する、請求項１記載の光変調器。
3. 該導体部は、前記相互作用部位において、光伝搬方向における端部に向かって幅が曲線状に徐々に拡がる部位を有する、請求項１記載の光変調器。
4. 該信号電極が光伝搬方向における該基板の中心軸について略対称に配置された、請求項１記載の光変調器。
5. 該基板はＺカットの基板である、請求項１記載の光変調器。
6. 該信号電極は、前記一対の導波路のうちの一の干渉アーム導波路又は他の干渉アーム導波路の上部に形成されるとともに、前記一の干渉アーム導波路と前記他の干渉アーム導波路との間を跨ぐパターンを有し、
   前記相互作用部位は、該信号電極の下部の前記一対の導波路が切り替わる個所で複数個に分断され、
   前記接地電極は、前記分断された複数の相互作用部位間で連続的に形成されるとともに、
   該導体部は、前記分断された各々の相互作用部位において、光伝搬方向における中流域では幅が狭く、両端に向かって幅が徐々に拡がる、請求項１記載の光変調器。
7. 該基板はＸカットの基板である、請求項１記載の光変調器。
8. 該導体部は、該接地電極の一部又は全部である、請求項１〜７のいずれか１項記載の光変調器。
9. 請求項１〜８のいずれか１項記載の光変調器を有する光送信器。

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