JP6107869B2 - 光変調器 - Google Patents
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Description
本発明は、光変調器に関し、特に、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成され、少なくとも一つのマッハツェンダー型光導波路を備えた光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光変調器に関する。
光通信技術や光計測技術では、電気光学効果を有する基板に、光導波路と制御電極とを組み込んだ光変調器が多用されている。このような光変調器では、光導波路にマッハツェンダー型光導波路が形成され、光導波路を伝搬する光波を制御する制御電極は、たとえば、LiNbO3 を基板にもちいた場合では、数十μmの厚みで、信号電極や接地電極が形成されている。LiNbO3 を基板にもちいた光変調器では、温度変化に起因する動作点シフト、所謂、温度ドリフトが発生することが知られている。
マッハツェンダー型光導波路を用いた光変調器において、たとえば、光導波路に対する制御電極の断面構造対称性を確保することで、制御電極が光導波路に影響を与える応力のバランスをとり、温度ドリフト特性を改善する手法は、特許文献1乃至4にも開示されている。特許文献1では、マッハツェンダー型光導波路の変調領域で、信号電極とそれに対向する接地電極について、2本の分岐導波路間の中心に対して実質的に左右対称に形成することが開示されている。なお、接地電極の一部の形状を信号電極に合わせるため、接地電極の特定の領域で電極の厚みを薄く形成している。
特許文献2には、特許文献1の接地電極の特定領域の薄い電極に対し、部分的に導体が欠落した部位を形成し、接地電極の外側部分(光導波路から離れた領域にある接地電極)の応力が光導波路に及ぼす影響を抑制することが開示されている。また、特許文献3には、信号電極(中心導体)の中心線に対して対称となるように、信号電極を挟む2つの接地電極の各々に、部分的に導体が欠落した部位を形成することが開示されている。
さらに、特許文献4において、複数のマッハツェンダー型光導波路を並列に配置した場合に、信号電極と接地電極の形状が、各マッハツェンダー型光導波路を構成する2つの分岐光導波路の中心に対して対称となるように形成されるだけでなく、隣接するマッハツェンダー型光導波路の間の中心に対しても対称となるように形成することが開示されている。
近年の光変調器では、光通信における大容量高速化の市場ニーズに応えるために多値変調方式が用いられるようになり、マッハツェンダー型光導波路を並列に多数配置するなど、高集積化が進んでおり、さらに光変調器を含む光送信部は、低消費電力化や小型化も求められている。また変調器を実装したトランスポンダーも大容量高速化・低消費電力化・小型化が進んでおり、光変調器の駆動回路では、簡素化することで特性の劣化を抑制することが求められている。例えば、信号成分を重畳するRF変調電極部分と、動作点を調整するDC電極部分を共通化した構造を有する光変調器の場合、光変調器を駆動させるためのドライバアンプをDC電圧から保護するために、変調器の前段には耐圧の大きなDCブロックコンデンサが必要となる。このため、RF変調電極部分とDC電極部分を独立に配置し、変調器の前段に配置されるDCブロックコンデンサを不要とするAC/DC電極分離構造が望まれている。このような変調器では、制御電極やその配線構造が複雑化するため、各マッハツェンダー型光導波路に対して、導波路と電極の断面構造対称性を保つことが難しくなってきている。そして非対称構造に起因する応力アンバランスが、温度変化によってマッハツェンダーのアームの光導波路に、異なる屈折率変化を発生させ、マッハツェンダーのアーム間に位相差が発生し、それによる動作シフト、いわゆる温度ドリフト現象が問題となる。
特に、AC/DC電極分離構造では、光変調器自体の大型化を抑制するため、DC電極を長く確保することができず、マッハツェンダー構造のVπ電圧が上昇する。そして一つのマッハツェンダー構造に生じる温度ドリフト現象は、DC電極および、RF変調電極による温度ドリフト現象を重畳したものとなるため、RF変調電極とDC電極を共通化した構造と比較して、動作点シフトを補償するために必要なDC電圧の値が大きくなる。さらにDCドリフト現象に起因する動作点シフト量は、印加するDC電圧の大きさに比例するため、AC/DC分離電極構造では、上述したようにバイアス点補償に大きなDC電圧が必要となるため、大きなDCドリフトが引き起こされてしまい、光変調器を長期的に動作保証させることが困難となっている。これらのことから、温度ドリフトによる動作点シフトをより抑制することが不可欠となっている。
本発明者らは、高集積化した光変調器において、温度ドリフト現象に基づく動作点シフトの原因について鋭意研究を重ねた。その結果、集積化が進むと、図1に示すように、複数のマッハツェンダー型光導波路(分岐導波路L1〜L4)を形成した基板上に多くの信号電極(S1,S2。RF変調電極やDC電極を含む)を配置する必要が生じ、信号電極の取り回しが複雑化する上、光変調器の小型化の要求から、限られたスペースにおいて、たとえば、枠a及びbで囲んだ部分に示す通り、光導波路の近傍まで信号電極の取り回し配線が入り込むこととなり、光導波路に作用する応力が光導波路間で異なってしまうため、温度ドリフト現象に基づく動作点シフトの原因のひとつであることを見出した。
特に、信号電極の取り回し配線の迂回部分が多くなり、配線が複雑化する理由には、マッハツェンダー型光導波路の集積化(ネスト型光導波路等)だけでなく、所謂スキューを一致させるため、それぞれの信号電極の電気入力用パッド部からマッハツェンダー型光導波路の相互作用部までの信号配線の電気長を各信号電極間で同じになるようにすることや、電気入力パッド部を光変調器基板の一方の側面側へ集めることなどが挙げられる。さらに、光変調器のチップの幅(光伝搬方向の垂直方向)は限られているため、取回し配線は狭いスペースに集積して配置されることになることも理由のひとつである。
図1は、光変調器のRF変調信号入力部分付近の平面図を示しており、図2は、図1における一点鎖線Aにおける断面図を示している。図2に示すように、光導波路L1,L2に作用する信号電極S2−1を中心(一点鎖線)として、この信号電極S2−1の両脇の接地電極の幅(接地電極G2−1の幅w2,接地電極G3−1の幅w1)が異なる場合(w1≠w2)、光導波路L1,L2に対する電極配置はそれぞれ異なったものとなる。温度を変化させた場合には、電極を構成する金属膜の伸縮により基板(LiNbO3など。LN基板ともいう。)の応力による歪みの変化が発生するが、図2の場合には電極配置の非対称性のため、光導波路L1,L2それぞれに対するひずみの変化は異なるものになり、このひずみの差は光導波路(L1,L2)間の位相差を誘起する。つまり、光変調器のバイアス点が変化する(温度ドリフト)現象が発生する。特に、電極厚が10μm以上になると、発生する応力による歪みがより大きくなるため、影響が顕著となる。
このような不具合を解消する方法としては、例えば、特許文献1のように、接地電極G3−1に対し、信号電極S2−1側から幅w2の位置に凹部(電極の薄い部分)を形成したり、特許文献4のように、接地電極G3−1の幅を接地電極G2−1の幅w2と等しくする方法が考えられる。しかしながら、前者の方法では、仮に接地電極の形状を調整しても、その近傍に取り回し配線S2−2が存在するため、さらに取り回し配線に対応する応力による歪みを抑制する構成が必要となり、電極形状が一層複雑化する原因となる。また、後者の方法では、接地電極G3−1の幅をw2となるように狭く設定した場合には、取り回し配線(図1のa部分)は、光導波路により接近することとなり、取り回し配線が与える応力による歪みの影響がより大きくなる。
しかも、光導波路に近接して配置される取り回し配線は、信号電極と光導波路との相互作用部の領域(図1の矢印R1)の近傍だけでなく、枠bで示すような、相互作用部の領域以外にも存在し、マッハツェンダー型光導波路の分岐導波路が形成される領域(図1の矢印R2)全体において、取り回し配線の影響を考慮することが不可欠である。
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、光導波路や制御電極を小型でかつ高集積化した場合でも、信号電極の取り回し配線から光導波路に働く応力による歪みを起因とする温度ドリフト等の発生を抑制した光変調器を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明の光変調器は、次のような技術的特徴を備えている。
(1) 電気光学効果を有する基板と、該基板に形成され、少なくとも一つのマッハツェンダー型光導波路を備えた光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光変調器において、該制御電極は、信号電極と接地電極から構成され、かつ、該信号電極は、該基板の外部に設けられる電気回路と電気接続される入力又は出力用パッド部と、該光導波路に電界を作用させる相互作用部と、該パッド部と該相互作用部とを結ぶ配線部とを備え、該マッハツェンダー型光導波路の延伸方向で、該相互作用部の領域において、該配線部の一部が該延伸方向と平行に配置され、該マッハツェンダー型光導波路の該延伸方向の中心対称軸に対し、前記配線部の一部と線対称となる位置に、該接地電極にスリット部を設けた応力緩和構造が形成されていることを特徴とする。
(2) 上記(1)に記載の光変調器において、該マッハツェンダー型光導波路を構成する2つの分岐導波路が存在する範囲内であり、該相互作用部以外の領域において、該配線部の一部が該延伸方向と平行に配置され、該マッハツェンダー型光導波路の該延伸方向の中心対称軸に対し、前記配線部の一部と線対称となる位置に、該配線部の他の一部、又は該接地電極にスリット部を設けた応力緩和構造のいずれかが形成されていることを特徴とする。
(1) 電気光学効果を有する基板と、該基板に形成され、少なくとも一つのマッハツェンダー型光導波路を備えた光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光変調器において、該制御電極は、信号電極と接地電極から構成され、かつ、該信号電極は、該基板の外部に設けられる電気回路と電気接続される入力又は出力用パッド部と、該光導波路に電界を作用させる相互作用部と、該パッド部と該相互作用部とを結ぶ配線部とを備え、該マッハツェンダー型光導波路の延伸方向で、該相互作用部の領域において、該配線部の一部が該延伸方向と平行に配置され、該マッハツェンダー型光導波路の該延伸方向の中心対称軸に対し、前記配線部の一部と線対称となる位置に、該接地電極にスリット部を設けた応力緩和構造が形成されていることを特徴とする。
(2) 上記(1)に記載の光変調器において、該マッハツェンダー型光導波路を構成する2つの分岐導波路が存在する範囲内であり、該相互作用部以外の領域において、該配線部の一部が該延伸方向と平行に配置され、該マッハツェンダー型光導波路の該延伸方向の中心対称軸に対し、前記配線部の一部と線対称となる位置に、該配線部の他の一部、又は該接地電極にスリット部を設けた応力緩和構造のいずれかが形成されていることを特徴とする。
(3) 上記(1)又は(2)に記載の光変調器において、該中心対称軸に対して制御電極の形状を対称にする範囲が、該中心対称軸から70μm以上の範囲であることを特徴とする。
(4) 上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の光変調器において、該光導波路は、第1のマッハツェンダー型光導波路の2つの分岐導波路の各々に、第2のマッハツェンダー型光導波路を形成しており、前記第1のマッハツェンダー型光導波路の延伸方向の中心対称軸と前記第2のマッハツェンダー型光導波路の延伸方向の中心対称軸のいずれか一方又は両方に対して、前記配線部の一部と線対称となる位置に、該相互作用部の一部、該配線部の他の一部、又は該接地電極の応力緩和構造のいずれかが形成されていることを特徴とする。
本発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成され、少なくとも一つのマッハツェンダー型光導波路を備えた光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光変調器において、該制御電極は、信号電極と接地電極から構成され、かつ、該信号電極は、該基板の外部に設けられる電気回路と電気接続される入力又は出力用パッド部と、該光導波路に電界を作用させる相互作用部と、該パッド部と該相互作用部とを結ぶ配線部とを備え、該マッハツェンダー型光導波路の延伸方向で、該相互作用部の領域において、該配線部の一部が該延伸方向と平行に配置され、該マッハツェンダー型光導波路の該延伸方向の中心対称軸に対し、前記配線部の一部と線対称となる位置に、該接地電極にスリット部を設けた応力緩和構造が形成されている。また、該マッハツェンダー型光導波路を構成する2つの分岐導波路が存在する範囲内であり、該相互作用部以外の領域において、該配線部の一部が該延伸方向と平行に配置され、該マッハツェンダー型光導波路の該延伸方向の中心対称軸に対し、前記配線部の一部と線対称となる位置に、該配線部の他の一部、又は該接地電極にスリット部を設けた応力緩和構造のいずれかが形成されている。これにより、信号電極の取り回し配線から光導波路へ作用する応力による歪みの発生を補償することができ、温度ドリフト等の動作点シフトを改善した光変調器を提供することが可能となる。しかも、温度ドリフトが抑制されることで、バイアス制御に必要な電圧値が減少し、結果として、DCドリフト現象による動作点シフトも低減させることが可能となる。
以下、本発明の光変調器について、好適例を用いて詳細に説明する。
図3は、本発明の光変調器の第1の実施例を示す平面図であり、RF変調信号を入力する制御電極について、入力部付近を説明する図である。また、図4は図3の一点鎖線Aの断面図であり、図5は図3の一点鎖線Bの断面図である。
図3は、本発明の光変調器の第1の実施例を示す平面図であり、RF変調信号を入力する制御電極について、入力部付近を説明する図である。また、図4は図3の一点鎖線Aの断面図であり、図5は図3の一点鎖線Bの断面図である。
本発明の光変調器は、図3〜5に示すように、電気光学効果を有する基板1と、該基板に形成され、少なくとも一つのマッハツェンダー型光導波路を備えた光導波路(L1〜L4)と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光変調器において、該制御電極は、信号電極(S1,S2)と接地電極(G1〜G3)から構成され、かつ、該信号電極は、該基板の外部に設けられる電気回路と電気接続される入力又は出力用パッド部(S1P,S2P)と、該光導波路に電界を作用させる相互作用部(矢印R1)と、該パッド部と該相互作用部とを結ぶ配線部とを備え、該マッハツェンダー型光導波路の延伸方向(図3の横方向)で、該マッハツェンダー型光導波路を構成する2つの分岐導波路が存在する範囲(矢印R2)内において、該配線部の一部(S1−11,S2−2)が該延伸方向と平行に配置され、該マッハツェンダー型光導波路の該延伸方向の中心対称軸に対し、前記配線部の一部と線対称となる位置に、該相互作用部の一部(配線部の一部がS2−2の場合、S1−1が相当)、該配線部の他の一部、又は該接地電極の応力緩和構造(配線部の一部がS1−11の場合、G2−14が相当)のいずれかが形成されていることを特徴とする。
図3では、分岐導波路L1とL2が一つのマッハツェンダー型光導波路を形成し、他の分岐導波路L3とL4が他の一つのマッハツェンダー型光導波路を形成している。図3に示す2つのマッハツェンダー型光導波路は、図示されていない一つのマッハツェンダー型光導波路(第1のマッハツェンダー型光導波路)の2つの分岐導波路の各々に形成された第2のマッハツェンダー型光導波路である。本発明の光変調器は、少なくとも一つのマッハツェンダー型光導波路が存在すれば適用可能である。
図3において、マッハツェンダー型光導波路の延伸方向(図3の横方向)で、制御電極の相互作用部(光導波路に電界を印加する部分)が形成されている範囲(矢印R1で示す範囲)では、信号電極S2の取り回し配線部の一部が、マッハツェンダー型光導波路の延伸方向に平行となる部分が存在する。また、矢印R1の範囲の左側では、光導波路に電界を印加する制御電極は形成されていないが、光導波路の近傍に、信号電極S1の取り回し配線部の一部が、前記延伸方向に平行となる部分が存在する。このような配線部の一部が存在する場合には、近傍の光導波路に加わる応力により歪が発生するため、本発明の光変調器では、温度変化において、このような応力による歪みの変化により生じる温度ドリフト現象の動作点シフトをできるだけ抑制するよう制御電極の形状・配置を設定している。
光導波路間の応力による歪みの差を補償するためには、マッハツェンダー型光導波路の延伸方向の中心対称軸(2つの分岐導波路の間にある対称軸)について、制御電極の形状が対称となるよう設定することが必要である。複数のマッハツェンダー型光導波路がある場合には、個々のマッハツェンダー型光導波路について、制御電極の形状を対称とすることが好ましい。また、第1のマッハツェンダー型光導波路の2つの分岐導波路に第2のマッハツェンダー型光導波路を入れ子型に組み込んだ、所謂、ネスト型光導波路の場合は、第2のマッハツェンダー型光導波路の中心対称軸(C1,C2)のみでなく、第1のマッハツェンダー型光導波路の中心対称軸(C3)に対しても制御電極の対称性を有することがより好ましい。
本発明において「中心対称軸」とは、図3のような平面視した場合には、マッハツェンダー型光導波路の中心を通過する軸(C1〜C3)と一致するが、図4及び5のようにマッハツェンダー型光導波路の延伸方向に垂直な方向の断面で見た場合には、上記軸(C1〜C3)を通り図面の上下方向(基板1の表面に対する法線方向)を意味している。言い換えると、マッハツェンダー型光導波路の延伸方向の中心軸を通り、基板1表面に垂直な面に対して、制御電極の形状を対称に形成している。ここでは、このような対称面について「中心対称軸」と称している。
取り回し配線部の一部(S2−2)に起因する応力による歪みを補償する構成としては、図4に示すように、まず、マッハツェンダー型光導波路(L1,L2)の中心対称軸C1について見ると、配線部の一部S2−2に対して信号電極S1−1を対称に配置している。これに伴い、接地電極G3−1の幅w1と接地電極G2−1の幅w2は同じに設定することが好ましい。さらに、接地電極G3−1と配線部(信号電極)S2−2との間隔w3についても、接地電極G2−1と信号電極S1−1との間隔w4と同じに設定することがより好ましい。
次に、マッハツェンダー型光導波路(L3,L4)の中心対称軸C2について見ると、接地電極G2−1と接地電極G1−1との形状を対称に形成する必要がある。このため、接地電極G1−1側にはスリット部G1−2を形成している。このスリット部を形成する際に、接地電極G2−1の幅w2と接地電極G1−1の幅w5は同じに設定することが好ましい。
本発明の「接地電極の応力緩和構造」としては、図4では、信号電極S2−1に対応して、スリット部G1−2を形成する構成を用いている。着目する光導波路に加わる応力による歪みを補償できるのであれば、このような形状のスリット部には限られない。例えば、信号電極S2−1と同様に2つのスリット部の間に信号電極S2−1と同様の凸状部を設けることも可能である。また、信号電極S2−1を挟む両側の接地電極の間隔に相当する幅を備えたスリット部を一つ形成することも可能である。スリット部には、厚さ10μm以下、より好ましくは、5μm以下の厚みの薄電極を設け、接地電極間の導通を確保することが好ましい。スリット部に替えて、特許文献2及び3に示すような接地電極を完全に除去した除去部を設けることも可能である。
さらに、第1のマッハツェンダー型光導波路の中心対称軸C3について見ると、取り回し配線部S2−2に対しては、スリット部G1−2が重要な役割を担っている。このため、接地電極G3−1の幅w1と、接地電極G1−1の幅w5とを同じに設定したり、配線部S2−2が発生させる応力と同じ程度の応力が発生するように、スリット部G1−2の幅(図の左右方向)や深さ(図の上下方向)の大きさが設定される。
このようにして、マッハツェンダー型光導波路の全ての中心対称軸に対して制御電極の形状・配置を対称にすることで、応力による歪みを効果的に抑制することができる。
本発明の光変調器では、取り回し配線部の一部が光導波路の延伸方向に平行となる部分が存在する場所は、相互作用部の範囲内(図3の矢印R1)に留まらない。相互作用部が無い範囲(矢印R1の左側)であっても、このような配線部S1−11が存在する。
バッファ層を持たない光変調器の場合、光導波路に直接電極を形成すると、光損失が発生する。ただし、取回し配線が配置される場所では、取回し配線の近傍に接地電極が必要となる。また、理想的には接地接続が強固であることが望ましいため、図3のように、光導波路(L1〜L4)および信号電極(S1,S2)が配置されている以外の場所ほぼ全てに、接地電極が配置される。そのため、図5に示すように、光導波路(L1〜L4)の近傍に不均一な電極パターン(G2−11,G2−12,G2−13)が構成されることになる。
まず、取り回し配線部S1−11に最も近いマッハツェンダー型光導波路の中心対称軸C2について着目する。配線部S1−11によって、接地電極G2−11が幅w5を有することとなるため、同様の幅となるように、接地電極G2−12の幅を設定する。しかしながら、配線部S1−11に対応する位置は、光導波路L1とL2が形成されており、当該部分には接地電極を設けることができない。このため、配線部S1−11による応力による歪みも考慮する場合には、接地電極G2−12の幅w2を、接地電極G2−11の幅w5よりも若干大きくすることも可能である。また、接地電極G2−12とG2−13との間隔を調整して、配線部S1−11の影響による応力による歪みを補償することも可能である。
マッハツェンダー型光導波路の中心対称軸C1について見ると、接地電極G2−12の幅w2や接地電極間の間隔(G2−11とG2−12との間隔)w4を考慮して、スリット部G2−14が形成されている。例えば、接地電極G2−12の幅w2と接地電極g2−13の幅w1とを等しくしたり、接地電極間の間隔w4を考慮して、スリット部G2−14の幅w3を設定する。w3は、w4と同じとすることも可能であるが、薄電極の影響を考慮して、w4よりも大きく設定することも可能である。
さらに、第1のマッハツェンダー型光導波路の中心対称軸C3について検討する。配線部S1−11に対応する部分は、スリット部G2−14であり、それらの配置位置を決める接地電極G−2−11の幅w5や接地電極G2−13の幅w1、さらには、スリット部G2−14の幅w3を調整する。このようにして、マッハツェンダー型光導波路の全ての中心対称軸に対して制御電極の形状・配置を対称にすることで、応力による歪みを効果的に補償することができる。なお、図4の場合と比較して、図5では、対称性が若干は劣るものの、影響度の高い、光導波路の近傍での構造に対しては高い対称性を確保しているため、温度ドリフト抑制の効果がある。
図6は、本発明の光変調器に対する第2の実施例であり、図3のものより、より広い範囲に着目して対称性を高めたものである。具体的には、信号電極S2の取り回し配線部で、光導波路の延伸方向に平行な部分が2箇所あるが、これらを全て考慮した上で、制御電極の対称性を維持している。図7は、図6の一点鎖線Aにおける断面図であり、図8は、図6の一点鎖線Bにおける断面図である。
図7に示す相互作用部が存在する範囲では、中心対称軸C1について見ると、配線部S2−2に対応して、信号電極S1−1が配置され、さらに配線部S2−3に対応して、接地電極の応力緩和構造G1−2が設けられている。特に、接地電極G1−2では、配線部S2−3の形状に合わせて、2つのスリット部に挟まれる凸状部を形成している。
中心対称軸C2については、配線部S2−2に対応して、接地電極の応力緩和構造G1−4が設けられている。さらに、中心対称軸C3については、配線部S2−2に対応して、接地電極の応力緩和構造G1−2が形成され、配線部S2−3に対応して、接地電極の応力緩和構造G1−4が構成されている。
制御電極における対称性は、光導波路に近いほど、対称性は高く設定することが好ましい。このため、図3や図6のようネスト型光導波路の場合には、第2のマッハツェンダー型光導波路の中心対称軸の対称性を最初に考慮し、次に、第1のマッハツェンダー型光導波路の中心対称軸の対称性について考慮する。
図8は、相互作用部が存在しない範囲を例示したものであるが、中心対称軸軸C1及びC3を考慮して、取り回し配線部S1−11に対応して、接地電極の応力緩和構造G2−16を構成している。
図9は、DP−QPSKのRF変調信号の入力部近傍の様子を示したものである。光導波路(L1〜L8)は、第1のマッハツェンダー型光導波路の各分岐導波路に第2のマッハツェンダー型光導波路を組み込み、さらに、第2のマッハツェンダー型光導波路の各分岐導波路に第3のマッハツェンダー型光導波路を組み込んでいる。図9は、第3のマッハツェンダー型光導波路の各分岐導波路(L1〜L8)を示したものである。
図10は、図9の一点鎖線Aにおける断面図であり、相互作用部が存在する範囲の状態を説明する図である。第3のマッハツェンダー型光導波路の中心対称軸C4について、配線部S4−2に対応して、信号電極S3−1が配置されている。また、第2のマッハツェンダー型光導波路の中心対称軸C5について、配線部S4−2に対応して、信号電極S2−1が配置されている。さらに、第1のマッハツェンダー型光導波路の中心対称軸C6について、配線部S4−2に対応して、スリット部G1−2が形成されている。当然、他の中心対称軸について対称性を考慮することが可能であることは、言うまでも無い。以下の説明においても同様である。
図11は、図9の一点鎖線Bにおける断面図であり、相互作用部が存在しない範囲の状態を説明する図である。中心対称軸C4については、配線部S2−12に対応して、接地電極G3−13とG3−14との間の間隔が調整されている。必要に応じて、接地電極G3−14の幅を含めて調整することも可能である。また、中心対称軸C5については、配線部S2−12に対応して、接地電極G3−12とG3−13との間の間隔が調整されている。さらに、中心対応軸C6については、配線部S2−12に対応して、配線部S2−11が配置されている。
図12は、DP−QPSKのRF変調信号の出力部近傍の様子を示したものである。図13は図12の一点鎖線Aにおける断面図である。中心対称軸C4については、取り回し配線部S4−22に対応して、信号電極S3−21が配置される。また、中心対称軸C5については、配線部S4−22に対応して、信号電極S2−21が配置される。さらに、中心対応軸C6については、配線部S4−22に対応して、他の信号電極の取り回し配線部S1−21が配置される。
図14は、ネスト型光導波路(L1〜L4)に設けられたDCバイアス電極を示したものである。図15は、図14の一点鎖線Aにおける断面図であり、図16は図14の一点鎖線Bにおける断面図である。DCバイアスは、信号電極S5とS6との間、信号電極S7とS8との間で、各々印加される。
中心対応軸C1については、取り回し配線部S5−1に対応して、信号電極S7−1が配置される。また、中心対称軸C3については、配線部S5−1に対応して、他の信号電極の取り回し配線部S8−3が配置される。
図17及び図18は、図4及び図5と同じ断面図を示したものである。中心対称軸Aを基点に、対称構造を設定する領域をWAの矢印で示している。同様に、中心対称軸B〜Dについても対称構造領域をWB〜WDで示している。ここで、どの範囲の領域まで対称性が必要であるか確認するため、光変調器の使用温度範囲である、−5〜75℃の範囲で温度変化を与えた際の動作点シフト量を実験によって求めたところ、図19に示すような結果が得られた。
図19では、温度変化に対する動作点シフト量はVπで規格化した。グラフ中の近似曲線には累乗近似を採用している。本結果より、動作点シフト量を50%以下に抑えるためには、対称構造領域は140μm以上必要であることが示唆される。つまり、中心対称軸より70μm以上離れた範囲にまで、対称構造が形成されていることが必要である。さらに、動作点シフト量を20%以下に抑えるには、中心対称軸より300μm以上の範囲まで、対称構造を設ける必要あがる。
本発明の光変調器は、取り回し配線部の電極の高さが高いほど、より効果的に適用することができる。特に、10μm以上の電極高さを有する場合には、本発明を適用することが好ましい。また、光変調器を構成する基板(LiNbO3などの電気光学効果を有する基板)の厚みが薄いほど、制御電極の熱膨張による応力の影響をより強く受ける。例えば、100μm以下の厚みの基板を用いる場合には、特に本発明の構成を採用することが好ましい。
以上説明したように、本発明によれば、光導波路や制御電極を高集積化した場合でも、信号電極の取り回し配線から光導波路に働く応力による歪みを緩和し、温度ドリフト等の発生を抑制した光変調器を提供することができる。
1 基板
S1〜S8 信号電極
G1〜G10 接地電極
C1〜C6 マッハツェンダー型光導波路の延伸方向の中心対称軸
L1〜L8 光導波路(分岐導波路)
R1 着目する相互作用部が存在する範囲
R2 着目する分岐導波路が存在する範囲
S1〜S8 信号電極
G1〜G10 接地電極
C1〜C6 マッハツェンダー型光導波路の延伸方向の中心対称軸
L1〜L8 光導波路(分岐導波路)
R1 着目する相互作用部が存在する範囲
R2 着目する分岐導波路が存在する範囲
Claims (4)
- 電気光学効果を有する基板と、該基板に形成され、少なくとも一つのマッハツェンダー型光導波路を備えた光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光変調器において、
該制御電極は、信号電極と接地電極から構成され、かつ、該信号電極は、該基板の外部に設けられる電気回路と電気接続される入力又は出力用パッド部と、該光導波路に電界を作用させる相互作用部と、該パッド部と該相互作用部とを結ぶ配線部とを備え、
該マッハツェンダー型光導波路の延伸方向で、該相互作用部の領域において、該配線部の一部が該延伸方向と平行に配置され、
該マッハツェンダー型光導波路の該延伸方向の中心対称軸に対し、前記配線部の一部と線対称となる位置に、該接地電極にスリット部を設けた応力緩和構造が形成されていることを特徴とする光変調器。 - 請求項1に記載の光変調器において、該マッハツェンダー型光導波路を構成する2つの分岐導波路が存在する範囲内であり、該相互作用部以外の領域において、該配線部の一部が該延伸方向と平行に配置され、該マッハツェンダー型光導波路の該延伸方向の中心対称軸に対し、前記配線部の一部と線対称となる位置に、該配線部の他の一部、又は該接地電極にスリット部を設けた応力緩和構造のいずれかが形成されていることを特徴とする光変調器。
- 請求項1又は2に記載の光変調器において、該中心対称軸に対して制御電極の形状を対称にする範囲が、該中心対称軸から70μm以上の範囲であることを特徴とする光変調器。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の光変調器において、該光導波路は、第1のマッハツェンダー型光導波路の2つの分岐導波路の各々に、第2のマッハツェンダー型光導波路を形成しており、前記第1のマッハツェンダー型光導波路の延伸方向の中心対称軸と前記第2のマッハツェンダー型光導波路の延伸方向の中心対称軸のいずれか一方又は両方に対して、前記配線部の一部と線対称となる位置に、該相互作用部の一部、該配線部の他の一部、又は該接地電極の応力緩和構造のいずれかが形成されていることを特徴とする光変調器。
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