JP6398382B2 - 光デバイス - Google Patents

Description

本発明は、光デバイスに関し、更に詳しくは、電気光学効果を有する基板と、この基板の上に形成されるフィードスルー部と、この基板の下に形成されて切り欠き部を有する下部接地電極と、を備えた光デバイスにおける電気的特性を精密に制御することが可能な光技術に関するものである。

近年、光伝送技術においては、さらなる小型化、低駆動電圧化に対する要求が高まっている。このような中、光変調器としては、電気光学効果を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）や樹脂等を用いた薄い電気光学基板を信号電極及び下部接地電極により上下方向から挟んだ構造が提案されている（特許文献１、２等参照）。
特に、樹脂等を基板に用いた変調器においては、基板の上側に信号電極のみを設けて接地電極を設けず、この基板の下側に接地電極を設けた、いわゆるマイクロストリップ構造（以下、ＭＳＬ構造と称することもある）が用いられている（特許文献２）。

また、このような変調器においては、電気光学基板の外部に配置された外部電極と電気光学基板に形成された下部接地電極とを接続する場合、下部接地電極を露出させる等の処理をしないと接続面積が十分でないため直接ワイヤボンディングにより電気的に接続することが難しい。
そこで、電気的な接続を容易にするために、電気光学基板の外部電極との接続部における電極構成を、信号電極を一対の上部接地電極にて挟んだコプレーナ型構造（以下、ＣＰＷ構造と称することもある）とすることがある。この場合、ＣＰＷの信号電極幅をワイヤボンディングなどで電気的に更に容易に接続できるように、ＭＳＬ電極部の信号電極よりも広くしている。また、このようなＣＰＷ構造及びＭＳＬ構造の双方を備えた変調器においては、ＣＰＷ−ＭＳＬ変換構造を導入した構成の光変調器が提案されている（非特許文献１参照）。

図６は、従来のＣＰＷ−ＭＳＬ変換構造を導入した光変調器を示す平面図である。図において、符号１は光変調器であり、電気光学効果を有する基板２と、この基板２上にその長手方向に沿って形成された光導波路３と、この光導波路３上に形成された上部クラッド層４と、この上部クラッド層４上かつ光導波路３の上方に形成された信号電極５と、この上部クラッド層４上の信号電極５と異なる位置に、この上部クラッド層４の長手方向に沿う端部に沿って形成された上部接地電極６〜８と、を有している。このような光導波路３が形成された基板２を「光導波路基板」と称することがある。

信号電極５は、両端側がクラッド層４上の上部接地電極６〜８が配列した端部の方へ屈曲している。信号電極５の両端は、上部接地電極６〜８とともに端部で配列しており、フィードスルー部９，１０の一部を構成している。ここでフィードスルー部９は電気信号を入力するための入力用フィードスルー部を表している。またフィードスルー部１０は電気信号を出力するための出力用フィードスルー部を表しており、これらを総称してフィードスルー部という。

入力用フィードスルー部９および出力用フィードスルー部１０は、互いに同様の構成を有している。以下、フィードスルー部の構成について、入力用フィードスルー部９を例にして説明する。
図７〜１０は、入力用フィードスルー部９について示す図である。図７は入力用フィードスルー部９の平面図、図８は入力用フィードスルー部９の下部電極の構造を示す平面図、図９は図７のＡ−Ａにおける矢視断面図、図１０は図７のＢ−Ｂにおける矢視断面図である。

図７〜図１０に示す様に、入力用フィードスルー部９は、光導波路３を伝搬する光波に電界を付与し変調するための変調信号が伝搬する方向（図７中、矢印方向）に、コプレーナ型電極部１１と、電極変換部１２と、マイクロストリップ型電極部１３が、順に形成されている。
コプレーナ型電極部１１は、信号電極５と、信号電極５を挟持する一対の上部接地電極６，７とを有している。また、コプレーナ型電極部１１を平面視したとき、基板２の下面には下部クラッド層３５を介して下部接地電極１７が形成されている。
電極変換部１２は、信号電極５と、基板２の下面に下部クラッド層３５を介して形成された下部接地電極１７とにより構成されている。
マイクロストリップ型電極部１３は、信号電極５及び下部接地電極１７により構成されている。

そして、下部接地電極１７のうちコプレーナ型電極部１１及び電極変換部１２に位置する領域には、信号電極５に沿って略五角形状の切り欠き部が形成されている。入力用フィードスルー部９では、下部接地電極１７に略五角形状の切り欠き部１８を形成することにより、インピーダンスに大きな不連続点が生じないようにしている。

特開２００８−２５００８０号公報 特開２００９−１４５４７５号公報

ウイリアムズ Ｃ チャン( Williams.c.chang)編、"ＲＦ フォトニック テクノロジー イン オプティカル ファイバー リンクス(RF Photonic Technology in Opticai Fiber Links)" （英国）、２００９年０９月１９日発行、ｐ．２１８

しかしながら、従来のＣＰＷ−ＭＳＬ変換構造を導入した光変調器においては、下部接地電極に略五角形状の切り欠き部を形成することで大まかなインピーダンス整合を取っているために、インピーダンスに大きな不連続点は生じないようになっているものの、インピーダンスが整合していない領域が生じることに変わりはない。このため依然として、電気反射特性や光伝送特性が劣化するという問題点があった。
特に、コプレーナ型電極部においては、下部接地電極の切り欠き幅が信号電極の幅より大きい場合、信号電極の幅が下部接地電極の幅より大きい部分の長さは、変調信号が伝搬する方向において長くなる。その結果、インピーダンスの不連続部が長くなるので、電気反射特性や光伝送特性はさらに劣化し易くなるという問題点があった。

また、光変調器の駆動電圧を下げるために、光導波路基板を薄くする形状を取った場合、樹脂等を用いてコア層やクラッド層を形成した光変調器においても、電極変換部における上部クラッド層の表面形状は、下部接地電極のギャップ形状を反映した凹形状になる。
一方、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３：ＬＮ）等においてもクラッド層等を蒸着法やスパッタリング法等により成膜しているために、光導波路基板が反り易く、上部クラッド層の表面形状は下部接地電極のギャップ形状を反映した凹形状になる。
このように、下部接地電極の切り欠きにより、上部クラッド層は凹形状となるが、下部クラッド層の凹形状にはバラツキがあることから、結果として、上部クラッド層上に形成される信号電極と下部電極との間隔形状にもバラツキが生じ、変調器の特性、特にインピーダンスのバラツキが大きくなるという問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、光導波路を伝搬する光波に電界を付与し変調するための変調信号が伝搬する方向のインピーダンスが精度良く整合することにより、電気反射特性や光伝送特性が長期間に亘って維持することができ、しかも、形状のバラツキや電気的特性のバラツキが小さい光デバイスを提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下の構成により、光導波路を伝搬する光波に電界を付与し変調するための変調信号が伝搬する方向のインピーダンスが精度良く整合していることを見出し、これにより、電気反射特性を改善することができることが可能であり、しかも、信号電極の形状のバラツキを抑制することで電気的特性のバラツキが小さくなることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の光デバイスは、電気光学効果を有する基板と、前記基板の上に形成される信号電極と、前記基板の上に形成される複数の上部接地電極と、前記基板の下に形成されて切り欠き部を有する下部接地電極と、を備え、
前記信号電極の端部において、前記信号電極を一対の上部接地電極にて挟むコプレーナ型電極部と、前記信号電極及び前記下部接地電極からなる電極変換部と、前記信号電極及び前記下部接地電極を重ね合わせたマイクロストリップ型電極部とがこの順に連続するフィードスルー部が設けられ、
前記下部接地電極は、前記コプレーナ型電極部においては前記信号電極の下方位置に形成されず、前記電極変換部においては前記マイクロストリップ型電極部側の前記信号電極の下方位置の一部に形成され、
前記電極変換部の前記コプレーナ型電極部側の一端における前記信号電極の幅をＷ１、前記電極変換部の前記マイクロストリップ型電極部側の一端における前記信号電極の幅をＷ２、前記電極変換部の前記コプレーナ型電極部側の一端における前記下部接地電極の切り欠き部の幅をＷｇとしたとき、Ｗｇ＞Ｗ１であり、
平面視において、前記電極変換部にて前記信号電極の一辺と前記下部接地電極の切り欠き部の一辺とが交差する点を点Ａ、前記点Ａから前記幅Ｗ２の延長線に垂直に交わる点を点Ｂとしたときの前記点Ａと前記点Ｂとを結ぶ線分の長さをＬａｂとし、
前記幅Ｗｇの一端の点と前記幅Ｗ２の中点とを結ぶ線分と、前記幅Ｗ１の一端と前記幅Ｗ２の一端とを結ぶ線分との交点を点Ｃ、前記点Ｃから前記幅Ｗ２の延長線上に垂直に交わる点を点Ｄとしたときの前記点Ｃと前記点Ｄとを結ぶ線分の長さをＬｃｄとすると、
ＬａｂはＬｃｄよりも短いことを特徴とする。

前記コプレーナ型電極部のインピーダンスは、前記マイクロストリップ型電極部のインピーダンスと略等しいことが好ましい。
前記電極変換部のインピーダンスは、前記コプレーナ型電極部のインピーダンス及び前記マイクロストリップ型電極部のインピーダンスと略等しいことが好ましい。
前記電極変換部における前記下部接地電極の切り欠き部の一辺は連続関数にて表される形状を有することが好ましい。

本発明の光デバイスによれば、電極変換部のコプレーナ型電極部側の一端における信号電極の幅をＷ１、電極変換部のマイクロストリップ型電極部側の一端における信号電極の幅をＷ２、電極変換部のコプレーナ型電極部側の一端における下部接地電極の切り欠き部の幅をＷｇとしたとき、Ｗｇ＞Ｗ１とし、平面視において、電極変換部にて信号電極の一辺と下部接地電極の切り欠き部の一辺とが交差する点を点Ａ、点ＡからＷ２の延長線上に垂直に交わる点を点Ｂとしたときの点Ａと点Ｂとを結ぶ線分の長さをＬａｂとし、Ｗｇの一端の点とＷ２の中点とを結ぶ線分と、Ｗ１の一端とＷ２の一端とを結ぶ線分との交点を点Ｃ、点ＣからＷ２の延長線上に垂直に交わる点を点Ｄとしたときの点Ｃと点Ｄとを結ぶ線分の長さをＬｃｄとしたとき、ＬａｂをＬｃｄよりも短くしたので、光導波路を伝搬する光波に電界を付与し変調するための変調信号が伝搬する方向のインピーダンスを精度良く整合することができる。したがって、電気反射特性を改善することができる。
さらに、信号電極の形状のバラツキを抑制することができ、電気的特性のバラツキを小さくすることができる。

本発明の一実施形態の光変調器を示す概略斜視図である。 本発明の一実施形態の光変調器の入力用フィードスルー部を示す平面図である。 本発明の一実施形態の光変調器の入力用フィードスルー部の下部電極の構造を示す平面図である。 図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 本発明の一実施形態の光変調器の入力用フィードスルー部の下部電極の切り欠き部の形状を示す平面図である。 従来の光変調器を示す平面図である。 従来の光変調器の入力用フィードスルー部を示す平面図である。 従来の光変調器の入力用フィードスルー部の下部電極の構造を示す平面図である。 図７のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。 図７のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。

本発明の光デバイスを実施するための形態について説明する。
本発明では、光デバイスとしてＣＰＷ−ＭＳＬ変換構造を導入した光変調器及びそこに形成された入力用フィードスルー部を例に取り説明する。
なお、以下の実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態のＣＰＷ−ＭＳＬ変換構造を導入した光変調器を示す概略斜視図である。図１において、図６と同一の構成要素については同一の符号を付してある。

図１において、符号２１は本実施形態の光変調器であり、電気光学効果を有する基板２と、この基板２上にその長手方向に沿って形成された光導波路（コア層）３と、この光導波路３上に形成された上部クラッド層４と、この光導波路３の下に形成された下部クラッド層３５と、この上部クラッド層４上かつ光導波路３の上方に形成された信号電極５と、この上部クラッド層４上の信号電極５と異なる位置に、この上部クラッド層４の長手方向に沿う端部に沿って形成された上部接地電極６〜８と、を有している。これらの積層構造が、基体１００の上に積層している。このような光導波路３が形成された基板２を「光導波路基板」と称することがある。信号電極５の端部５ａは、入力用フィードスルー部２２の一部を構成し、信号電極５の端部５ｂは、出力用フィードスルー部２３の一部を構成している。

この光変調器２１では、電気光学効果を有する基板２としては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３：ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ジルコン酸チタン酸ランタン（ＰＬＺＴ）、石英（ＳｉＯ_２）等の薄厚の誘電体基板、あるいは樹脂（ポリマー材料）を用いた薄厚の電気光学基板が好適に用いられる。
このポリマー材料としては、光導波路３（コア層）を伝搬する光に対して高い透過率を有するものであればよく、例えば、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、ポリベンゾチアゾール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂等が挙げられる。これらのポリマー材料は、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらのポリマー材料には、必要に応じて、無機微粒子や、他の成分等を添加してポリマーの屈折率や機械的特性等を調整することが可能である。

光導波路３は、電気光学効果を有する基板２の構成に応じて、種々の形状・構造を有する。
基板２の形成材料がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３：ＬＮ）等の１０μｍ以下の薄厚の誘電体基板の場合、光導波路３は、誘電体基体の表面にチタン（Ｔｉ）等を熱拡散法やプロトン交換法等により拡散させることにより形成される。本実施形態の基板２は、ＳｉＯ_２などで形成したクラッド層４，３５により上下方向から挟まれている。
また、上述のような熱拡散やプロトン交換により光導波路３を形成する方法に替えて、誘電体基体である基板２の一部を凸状に成形して光導波路を形成してもよい。このような光導波路を有する基板２は、上述のような熱拡散やプロトン交換により光導波路３が形成された基板２と同様に、誘電体基体をＳｉＯ_２などで形成したクラッド層４，３５により上下方向から挟まれる構造としてもよい。

一方、ポリマー材料を用いた薄厚の電気光学基板においては、電気光学基板の上部の一部を凸状にして光導波路３（コア層）を形成し、光導波路３（コア層）が上部クラッド層４及び下部クラッド層３５により上下方向から挟まれた３層構造となっている。
この光導波路３においては、下部クラッド層および上部クラッド層４の厚みは、光導波路３の光導波領域の厚みより厚くなっている。
例えば、光導波路３の光導波領域の厚みが０．１μｍ〜１０μｍの範囲の場合、上部クラッド層４及び下部クラッド層の厚みは、０．５μｍ〜２０μｍの範囲である。

このポリマー材料を用いた電気光学基板では、光導波路３に電気光学効果を付与するために、光導波路３、上部クラッド層４及び下部クラッド層３５のうち少なくとも１つ以上の層に、電気光学効果を有する有機分子（以下、有機ＥＯ分子と称する）を添加することが必要である。
この有機ＥＯ分子は、上記のポリマー材料に単に添加してポリマー中に分散させるか、もしくは、上記のポリマー材料の側鎖または主鎖に化学結合によって導入することで、添加することが可能である。

この有機ＥＯ分子としては、公知のものであればよく、特に限定されないが、１分子中に、電子供与性を有する原子団（以下、ドナーと称する）、及び電子吸引性を有する原子団（以下、アクセプターと称する）の双方を有し、かつ、ドナーとアクセプターとの間にπ電子共役系の原子団を配置している構造を有する有機ＥＯ分子が好ましい。
この有機ＥＯ分子の具体例としては、Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｒｅｄ類、Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｏｒｅｎｇｅ類、スチルベン化合物等が挙げられる。これらの化合物は、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

次に、フィードスルー部について詳細に説明する。本実施形態の光変調器２１において、入力用フィードスルー部２２と出力用フィードスルー部２３とは同じ形状を有している。

図２は本実施形態の光変調器の入力用フィードスルー部２２を示す平面図、図３は本実施形態の光変調器の入力用フィードスルー部２２の下部電極の構造を示す平面図、図４は図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図５は本実施形態の光変調器の入力用フィードスルー部２２の下部電極の切り欠き部の形状を示す平面図である。

この入力用フィードスルー部２２は、電気信号が伝搬する方向、すなわち光導波路３を伝搬する光波に電界を付与し変調するための変調信号が伝搬する方向（図２中、矢印方向）に、コプレーナ（ＣＰＷ）型電極部３１と、電極変換部３２と、マイクロストリップ（ＭＳＬ）型電極部３３が、順に形成されている。
コプレーナ型電極部３１は、信号電極５と、信号電極５を挟持する一対の上部接地電極６，７とを有している。また、コプレーナ型電極部３１を平面視したとき、基板２の下面には下部クラッド層３５を介して下部接地電極３６が形成されている。
電極変換部３２は、信号電極５と、基板２の下面に下部クラッド層３５を介して形成された下部接地電極３６とにより構成されている。
マイクロストリップ型電極部３３は、信号電極５及び下部接地電極３６により構成されている。

下部接地電極３６は、図２、３に示すように、信号電極５に沿って正多角形状の切り欠き部３７が形成されている。これにより、下部接地電極３６はＣＰＷ型電極部３１においては、信号電極５の下方位置に形成されず、電極変換部３２においては、ＭＳＬ型電極部３３側の信号電極５の下方位置の一部に形成されるようになっている。
この切り欠き部３７の一辺の形状は、インピーダンスの不連続性を避けるために、図２〜図５に示すように、３つの線分を連続的に繋ぎ合わせた多角形の複数辺のような形状でもよいが、より連続関数に近い形状を有することが好ましい。

一般に、下部接地電極の上に形成される下部クラッド層３５、基板２、上部クラッド層４は、スピンコート法や蒸着法、スパッタリング法等により積層される。そのため、図７，８に示す従来例のように、下部接地電極１７に切り欠き部１８が形成されていると、下部クラッド層３５、基板２、上部クラッド層４の厚みの合計（総和）が３０μｍ以下の場合には、下部クラッド層３５、基板２、上部クラッド層４は、切り欠き部１８に起因した下部接地電極１７の凹凸形状を反映した形状になることになる。すると、上部クラッド層４の上に形成される信号電極５も同様に、下部接地電極１７の凹凸形状を反映して歪み、信号電極５と下部接地電極３６との間隔が一定に制御することが困難となる（間隔にバラツキが生じ易くなる）。

信号電極５と下部接地電極３６との間隔にバラツキがあると、基板２において所望の印加電圧に応じた電気光学効果を発生させにくく、所望の光変調が困難となるおそれがある。特に下部接地電極３６の間隔が信号電極５の幅よりも狭い場合、下部クラッド層３５、基板２、上部クラッド層４に形成される凹凸形状は、変化が急峻となり、信号電極５の歪みも大きくなる。そのため、信号電極５と下部接地電極３６との間隔バラツキが大きくなり、所望の光変調が困難となりやすい。

一方、本実施形態では、下部接地電極３６の間隔が信号電極５の幅よりも広い部分（信号電極５の長手方向の長さ）を従来よりも長くすることができるので、下部クラッド層３５、基板２、上部クラッド層４の厚みの合計（総和）が３０μｍ以下の場合においても、信号電極５は下部クラッド層３５の凹凸形状の影響を受け難く、信号電極５と下部接地電極３６との間隔の形状にバラツキが生じにくくなる。

この下部接地電極３６では、図５に示すように、ＣＰＷ型電極部３１側の一端における信号電極５の幅をＷ１、電極変換部３２のＭＳＬ型電極部３３側の一端における信号電極５の幅をＷ２、電極変換部３２のＣＰＷ型電極部３１側の一端における切り欠き部３７の幅をＷｇとしたとき、Ｗｇ＞Ｗ１という関係が成り立つ。
ここで、Ｗｇ＞Ｗ１という関係が成り立たない場合、特に、下部接地電極３６の上に形成される下部クラッド層３５、基板２、上部クラッド層４が、スピンコート法や蒸着法、スパッタリング法等により積層される場合には、信号電極５が下部クラッド層３５の凹形状の影響を受けて信号電極５と下部接地電極３６との間隔にもバラツキが生じ、その結果、光変調器２１の特性のバラツキが大きくなるので好ましくない。

また、入力用フィードスルー部２２を基板２の上方から見たとき（平面視において）、電極変換部３２にて信号電極５の一辺と下部接地電極３６の切り欠き部３７の一辺とが交差する点を点Ａ、この点Ａから信号電極５の幅Ｗ２の延長線上に垂直に交わる点を点Ｂとしたときの点Ａと点Ｂとを結ぶ線分の長さＬａｂは、切り欠き部３７の幅Ｗｇの一端の点と信号電極５の幅Ｗ２の中点を結ぶ線分と、信号電極５の幅Ｗ１の一端と信号電極５の幅Ｗ２の一端とを結ぶ線分との交点を点Ｃ、この点Ｃから信号電極５の幅Ｗ２の延長線上に垂直に交わる点を点Ｄとしたときの点Ｃと点Ｄとを結ぶ線分の長さＬｃｄよりも短い。すなわち、Ｌａｂ＜Ｌｃｄという関係が成り立つ。

ここで、Ｌａｂ＜Ｌｃｄという関係が成り立たない場合、電極変換部３２において下部接地電極３６の切り欠き部３７の幅が信号電極５の幅よりも小さい箇所の長さが従来よりも長くなるので、信号電極５が下部クラッド層３５の凹形状の影響を受けて信号電極５と下部接地電極３６との間隔にもバラツキが生じ、その結果、光変調器の特性のバラツキが大きくなるので好ましくない。
特に、長さＬａｂが信号電極５を伝播する電気信号の波長の１／４以下の場合には、その部分のインピーダンス不整合の影響を抑制することができるので、より好ましい。

この光変調器２１では、ＣＰＷ型電極部３１のインピーダンスと、ＭＳＬ型電極部３３のインピーダンスとを略等しくしてもよい。この場合、電極変換部３２における切り欠き部３７の幅Ｗｇが信号電極５の幅Ｗ２よりも広い範囲のインピーダンスを、ＣＰＷ型電極部３１のインピーダンス及びＭＳＬ型電極部３３のインピーダンスと略同一とすることで、インピーダンスが不整合となる領域の長さ（図５中のＬａｂ）が短縮され、よってインピーダンスの不整合を抑制することができる。

また、この光変調器２１では、電極変換部３２のインピーダンスを、ＣＰＷ型電極部３１のインピーダンス及びＭＳＬ型電極部３３のインピーダンスと略等しくすることで、インピーダンスが不整合となる領域の長さ（図５中のＬａｂ）がさらに短縮され、よってインピーダンスの不整合をさらに抑制することができる。

この光変調器２１では、ＣＰＷ型電極部３１のインピーダンスと、ＭＳＬ型電極部３３のインピーダンスとが異なっていた場合には、電極変換部３２における切り欠き部３７の幅Ｗｇが信号電極５の幅Ｗ２よりも広い範囲のインピーダンスを、ＣＰＷ型電極部３１のインピーダンスとＭＳＬ型電極部３３のインピーダンスとの相乗平均と略同一とすることにより、インピーダンスの不整合を抑制することができる。特に、長さＬａｂが信号電極５を伝播する電気信号の波長の１／４以下の場合には、その部分のインピーダンス不整合の影響を抑制することができるので好ましい。

以上説明したように、本実施形態の光変調器２１によれば、ＣＰＷ型電極部３１側の一端における信号電極５の幅をＷ１、電極変換部３２のＭＳＬ型電極部３３側の一端における信号電極５の幅をＷ２、電極変換部３２のＣＰＷ型電極部３１側の一端における切り欠き部３７の幅をＷｇとしたとき、Ｗｇ＞Ｗ１という関係が成り立つ。

さらに、入力用フィードスルー部２２を基板２の上方から見たときに、電極変換部３２にて信号電極５の一辺と下部接地電極３６の切り欠き部３７の一辺とが交差する点を点Ａ、この点ＡからＷ２の延長線上に垂直に交わる点を点Ｂとしたときの点Ａと点Ｂとを結ぶ線分の長さをＬａｂとし、Ｗｇの一端の点とＷ２の中点を結ぶ線分と、Ｗ１の一端とＷ２の一端とを結ぶ線分との交点を点Ｃ、この点ＣからＷ２の延長線上に垂直に交わる点を点Ｄとしたときの点Ｃと点Ｄとを結ぶ線分の長さをＬｃｄとしたとき、Ｌａｂ＜Ｌｃｄという関係が成り立つ。

そのため、光導波路を伝搬する光波に電界を付与し変調するための変調信号が伝搬する方向のインピーダンスを精度良く整合することができ、電気反射特性を改善することができる。
さらに、信号電極の形状のバラツキを抑制することができ、電気的特性のバラツキを小さくすることができる。

なお、本実施形態の光変調器２１では、電気光学効果を有する基板２上に光導波路３を形成した構成としたが、光導波路３は、必ずしも電気光学効果を有する基板２上に形成される必要はない。光変調器２１の基板２に形成されたフィードスルー部の前段に配置される中継用基板等のような別基板に本発明の入力用フィードスルー部２２の構成を形成してもよい。

また、本実施形態の光変調器２１においては、入力用フィードスルー部２２を例にとり説明したが、本発明は入力用のフィードスルー部に限定されることはなく、出力用フィードスルー部として用いても同様の効果を得ることができる。

また、入力用フィードスルー部２２と出力用フィードスルー部２３とは同じ形状を有していることとしたが、これに限らない。入力用フィードスルー部２２、出力用フィードスルー部２３のいずれか一方のフィードスルー部が、上述した入力用フィードスルー部２２と同じ構成を有し、他方のフィードスルー部は、他の構成（例えば図７，８で示した従来の構成）を有していることとしてもよい。このような構成の光変調器においても、上述した入力用フィードスルー部２２と同じ構成を有するフィードスルー部においては、インピーダンスを精度良く整合することができ、電気反射特性を改善することができる。

本発明の光デバイスは、フィードスルー部の電極変換部のコプレーナ型電極部側の一端における信号電極の幅をＷ１、電極変換部のＭＳＬ型電極部側の一端における信号電極の幅をＷ２、電極変換部のＣＰＷ型電極部側の一端における下部接地電極の切り欠き部の幅をＷｇとしたとき、Ｗｇ＞Ｗ１であり、基板を上方から見たとき、電極変換部にて信号電極の一辺と下部接地電極の切り欠き部の一辺とが交差する点を点Ａ、この点ＡからＷ２の延長線上に垂直に交わる点を点Ｂとしたときの点Ａと点Ｂとを結ぶ線分の長さをＬａｂとし、Ｗｇの一端の点とＷ２の中点を結ぶ線分と、Ｗ１の一端とＷ２の一端とを結ぶ線分との交点を点Ｃ、この点ＣからＷ２の延長線上に垂直に交わる点を点Ｄとしたときの点Ｃと点Ｄとを結ぶ線分の長さをＬｃｄとすると、ＬａｂはＬｃｄよりも短いこととした。
これにより、本発明の光デバイスは、光導波路を伝搬する光波に電界を付与し変調するための変調信号が伝搬する方向のインピーダンスを精度良く整合することができ、したがって、電気反射特性を改善することができる。
さらに、信号電極の形状のバラツキを抑制することができ、電気的特性のバラツキを小さくすることができるものであるから、光伝送技術に用いられる光デバイスに対してはもちろんのこと、高周波化、高集積化が求められる光デバイスにおいても、設計の自由度を高めることができ、その工業的価値は大きい。

２１ 光変調器
２ 電気光学効果を有する基板
４ 上部クラッド層
５ 信号電極
６〜８ 上部接地電極
２２ 入力用フィードスルー部
２３ 出力用フィードスルー部
３１ コプレーナ（ＣＰＷ）型電極部
３２ 電極変換部
３３ マイクロストリップ（ＭＳＬ）型電極部
３５ 下部クラッド層
３６ 下部接地電極
３７ 切り欠き部
Ｗ１ ＣＰＷ型電極部側の信号電極の幅
Ｗ２ ＭＳＬ型電極部側の信号電極の幅
Ｗｇ ＣＰＷ型電極部側の切り欠き部の幅
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 点

Claims (4)

1. 電気光学効果を有する基板と、
   前記基板の上に形成される信号電極と、
   前記基板の上に形成される複数の上部接地電極と、
   前記基板の下に形成されて切り欠き部を有する下部接地電極と、を備え、
   前記信号電極の端部において、前記信号電極を一対の上部接地電極にて挟むコプレーナ型電極部と、前記信号電極及び前記下部接地電極からなる電極変換部と、前記信号電極及び前記下部接地電極を重ね合わせたマイクロストリップ型電極部とがこの順に連続するフィードスルー部が設けられ、
   前記下部接地電極は、前記コプレーナ型電極部において形成されるとともに前記信号電極の下方位置に形成されず、前記電極変換部においては前記マイクロストリップ型電極部側の前記信号電極の下方位置の一部に形成され、
   前記電極変換部の前記コプレーナ型電極部側の一端における前記信号電極の幅をＷ１、前記電極変換部の前記マイクロストリップ型電極部側の一端における前記信号電極の幅をＷ２、前記電極変換部の前記コプレーナ型電極部側の一端における前記下部接地電極の切り欠き部の幅をＷｇとしたとき、Ｗｇ＞Ｗ１であり、
   平面視において、前記電極変換部にて前記信号電極の一辺と前記下部接地電極の切り欠き部の一辺とが交差する点を点Ａ、前記点Ａから前記幅Ｗ２の延長線に垂直に交わる点を点Ｂとしたときの前記点Ａと前記点Ｂとを結ぶ線分の長さをＬａｂとし、
   前記幅Ｗｇの一端の点と前記幅Ｗ２の中点とを結ぶ線分と、前記幅Ｗ１の一端と前記幅Ｗ２の一端とを結ぶ線分との交点を点Ｃ、前記点Ｃから前記幅Ｗ２の延長線上に垂直に交わる点を点Ｄとしたときの前記点Ｃと前記点Ｄとを結ぶ線分の長さをＬｃｄとすると、
   ＬａｂはＬｃｄよりも短いことを特徴とする光デバイス。
2. 前記コプレーナ型電極部のインピーダンスは、前記マイクロストリップ型電極部のインピーダンスと略等しいことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記電極変換部のインピーダンスは、前記コプレーナ型電極部のインピーダンス及び前記マイクロストリップ型電極部のインピーダンスと略等しいことを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
4. 前記電極変換部における前記下部接地電極の切り欠き部の一辺は連続関数にて表される形状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光デバイス。

Images