JP7027787B2 - 光変調器 - Google Patents

Description

本発明は、光通信及び光計測分野において用いられる光変調器に関し、特に、マッハツェンダー型光変調器の電極構造に関する。

インターネットの普及に伴い通信量は飛躍的に増大しており、光ファイバ通信の重要性が非常に高まっている。光ファイバ通信は、電気信号を光信号に変換し、光信号を光ファイバにより伝送するものであり、広帯域、低損失、ノイズに強いという特徴を有する。

電気信号を光信号に変換する方式としては、半導体レーザによる直接変調方式と光変調器を用いた外部変調方式が知られている。直接変調は光変調器が不要で低コストであるが、高速変調には限界があり、高速で長距離の用途では外部変調方式が使われている。

光変調器としては、ニオブ酸リチウム単結晶基板の表面付近にＴｉ（チタン）拡散により光導波路を形成したマッハツェンダー型光変調器が実用化されている（例えば特許文献１参照）。マッハツェンダー型光変調器は、１つの光源から出た光を２つに分け、異なる経路を通過させた後、再び重ね合わせて干渉を起こさせるマッハツェンダー干渉計の構造を有する光導波路（マッハツェンダー光導波路）を用いるものであり、４０Ｇｂ／ｓ以上の高速の光変調器が商用化されているが、全長が１０ｃｍ前後と長いことが大きな欠点になっている。

これに対して、特許文献２及び３にはｃ軸配向のニオブ酸リチウム膜を用いたマッハツェンダー型光変調器が開示されている。ニオブ酸リチウム膜を用いた光変調器は、ニオブ酸リチウム単結晶基板を用いた光変調器と比較して、大幅な小型化及び低駆動電圧化が可能である。

光変調器において、現状の３２Ｇｂａｕｄから６４Ｇｂａｕｄへのさらなる高速化を実現するためには、３５ＧＨｚ以上の光帯域が必要であり、光帯域の広帯域化が望まれている。光帯域の広帯域化を実現するためには高周波特性の改善が必要である。

光変調器の高周波特性を改善するため、例えば特許文献４には、光導波路を駆動する信号電極の両側に設けられた接地電極と接地用接続部材の筐体とをワイヤボンディングで接続することが記載されている。また特許文献５には、光波を導く導波路と、光波を制御する制御電極とを備えた光導波路素子において、制御電極が形成されたニオブ酸リチウム基板の上面のみならず側面や底面を含めた光導波路素子の殆ど全面を導電性材料でコーティングしてアース電極とすることが記載されている。また特許文献６にも、基板の側面、裏面の適切な領域を金属膜で被覆し、この金属膜を金属筐体に半田接続して接地の安定性を確保することにより、高周波特性を改善することが記載されている。

特許第４４８５２１８号公報 特開２００６－１９５３８３号公報 特開２０１４－６３４８号公報 特許第４０５６５４５号公報 特開平５－１５８００２号公報 特開平１０－２３９６４８号公報

しかしながら、特許文献４に記載された従来の光変調器は、ワイヤボンディングによって接地電極の一部を金属筐体に接続しているだけであるため、接地電極のグランド機能を部分的に強化することはできるが、接地電極の全面を均一に強化することはできない。また特許文献５、６に記載された従来の光変調器は、上面のみならず側面や底面にも電極膜を形成するための特別な加工が必要であり、また非常に多くの電極材料が必要となるため、電極材料としてＡｕを用いる場合にはコスト面で不利であり、実用的ではない。さらに、最近の光変調器の小型化に伴い、接地電極を金属筐体と接続するための半田付けスペースを確保することは非常に困難である。

したがって、本発明は、高周波特性を改善して光帯域の広帯域化を図ることが可能な光変調器を提供することを目的とする。

本願発明者らは、光変調器の高周波特性を改善するため鋭意研究を重ねた結果、信号電極を跨いでその両側の接地電極同士を電気的に接続する接続導体を設けた場合には、光変調器の高周波特性を改善できること見出した。コプレーナ型進行波電極を構成する信号電極の周囲には強い電磁場が発生しているため、進行波電極の上方に導体を配置すると電磁場が乱されて光変調器の高周波特性が悪化すると考えられていた。しかし、信号電極を跨いでその両側の２つの接地電極間を電気的に接続する接続導体であれば、高周波特性がむしろ改善されることを新たに知見し、本発明をなし得たものである。

本発明はこのような技術的知見に基づくものであり、本発明による光変調器は、基板と、前記基板上に形成された電気光学材料膜からなり、互いに隣り合う第１及び第２の光導波路を含む導波層と、少なくとも前記第１及び第２の光導波路の上面を覆うバッファ層と、前記バッファ層を介して前記第１の光導波路と対向する第１の信号電極と、前記第１の信号電極を挟むように設けられた第１及び第２の接地電極と、前記第１の信号電極を跨いで前記第１の接地電極と前記第２の接地電極とを電気的に接続する少なくとも一つの接続導体とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、接地電極のグランド機能を面内でムラなく強化することができる。したがって、光変調器の高周波特性を改善することができ、光帯域の広帯域化を図ることができる。

本発明において、前記接続導体はボンディングワイヤであることが好ましい。これによれば、第１の信号電極を跨いで前記第１の接地電極と前記第２の接地電極とを電気的に接続する接続導体を容易に低コストで実現することができる。また、接続導体が光導波路の印加電界に悪影響を与えることもなく信号伝送品質を維持することができる。

本発明において、前記ボンディングワイヤの本数は、電気信号を光信号に変換するための効率を表すElectro-Optical（以下、ＥＯという）周波数応答特性に現れるディップの最低周波数が基準値から３ｄＢ（半値）低下する周波数よりも高くなるように設定されることが好ましい。ＥＯ周波数応答特性に現れるディップは光帯域の広さに悪影響を与えるが、ボンディングワイヤの本数を増やすことで接地電極のグランド機能を強化してディップの最低周波数を高周波側にシフトさせることができ、光帯域が狭くなることを防止することができる。

本発明において、前記第１の接地電極は、前記第１の光導波路から見て前記第２の光導波路と反対側に設けられており、前記第２の接地電極は、前記バッファ層を介して前記第２の光導波路と対向しており、前記第１の信号電極と前記第１の接地電極の間隔は、前記第１の信号電極と前記第２の接地電極との間隔よりも広いことが好ましい。この構成によれば、信号電極と第２の接地電極との大きさの違いに起因する一対の光導波路への印加電界の大きさの差をできるだけ小さくし、これにより変調光の波長チャープを低減することができる。また、第１の接地電極を設けることによって放射損失を低減して良好な高周波特性を得ることができる。さらに信号電極と第１の接地電極との間隔を信号電極と前記第２の接地電極との間隔よりも広くすることにより、第１の接地電極の影響による一対の光導波路への印加電界の大きさの差を小さくして変調光の波長チャープを低減することができる。

本発明において、前記第１の信号電極は、前記バッファ層を介して前記第１の光導波路と対向する第１の下層部と、前記第１の下層部の上方に設けられた第１の上層部とを有し、前記第２の接地電極は、前記バッファ層を介して前記第２の光導波路と対向する第２の下層部と、前記第２の下層部の上方に設けられた第２の上層部とを有し、前記第２の下層部の下面の幅は、前記第２の上層部の幅よりも狭いことが好ましい。この構成によれば、第２の接地電極の影響による一対の光導波路への印加電界の大きさの差をさらに小さくして変調光の波長チャープを低減することができる。

本発明において、前記第１の下層部の下面の幅は、前記第１の上層部の幅よりも狭いことが好ましい。この構成によれば、第１の光導波路に電界を集中させると共に、第１及び第２の光導波路にそれぞれ印加される電界のバランスをとることができる。

本発明による光変調器は、前記バッファ層の上方に設けられ、前記第１の信号電極及び前記第１及び第２の接地電極を含む電極層と、前記バッファ層と前記電極層との間に設けられた絶縁層とをさらに備え、前記絶縁層は、前記第１及び第２の光導波路の上方にそれぞれ位置する第１及び第２の開口を有し、前記第１の上層部は、前記電極層に形成されており、前記第１の下層部は、前記第１の開口内に埋め込まれており、前記第２の上層部は、前記電極層に形成されており、前記第２の下層部は、前記第２の開口内に埋め込まれていることが好ましい。この構成によれば、下層部の幅が上層部の幅よりも狭い二層の電極構造を容易に実現することができる。

本発明において、前記第１及び第２の光導波路は、少なくとも一つの直線部と少なくとも一つの湾曲部とを有し、前記第１の信号電極の前記第１の下層部の下面は、前記バッファ層を介して前記第１の光導波路の前記直線部と対向しており、前記第２の接地電極の前記第２の下層部の下面は、前記バッファ層を介して前記第２の光導波路の前記直線部と対向していることが好ましい。この構成によれば、光導波路を折り返して構成することができ、素子長を短くすることができる。特に、ニオブ酸リチウム膜により形成された光導波路を用いる場合には、曲率半径を例えば５０μｍ程度まで小さくしても損失が小さいことから、本発明の効果が顕著である。

本発明において、前記第１及び第２の光導波路は、互いに平行な第１乃至第３の直線部と、前記第１の直線部の他端と前記第２の直線部の一端とを接続する第１の湾曲部と、前記第２の直線部の他端と前記第３の直線部の一端とを接続する第２の湾曲部とを含む略Ｓ字型導波路であり、前記接続導体は、少なくとも前記第１の光導波路の前記第２の直線部を覆う前記第１の信号電極を跨ぐ位置に設けられていることが好ましい。この構成によれば、光導波路を２回折り返して素子長を短くすることができるだけでなく、接地電極のグランド機能を強化して高周波特性を改善することができる。したがって、光帯域が広く非常に小型な光変調器を提供することができる。

本発明による光変調器は、前記バッファ層を介して前記第２の光導波路と対向する第２の信号電極をさらに備え、前記第２の接地電極は、前記第２の光導波路から見て前記第１の光導波路と反対側に設けられており、前記第１及び第２の接地電極は、前記第１及び第２の信号電極を挟むように設けられており、前記接続導体は、前記第１及び第２の信号電極を跨いで前記第１の接地電極と前記第２の接地電極とを電気的に接続していることが好ましい。この構成によれば、デュアル駆動型の光変調器において接地電極のグランド機能を強化することができ、周波数応答特性におけるディップの発生を抑制することができる。したがって、光帯域の広帯域化が可能な光変調器を提供することができる。

本発明によれば、高周波特性を改善して光帯域の広帯域化を図ることが可能な光変調器を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態による光変調器１００の平面図であり、（ａ）は光導波路のみ図示し、（ｂ）は進行波電極を含めた光変調器１００の全体を図示している。 図２は、図１（ａ）及び（ｂ）のＡ－Ａ'線に沿った光変調器１００の略断面図である。 図３は、本発明の第２の実施の形態による光変調器２００の構成を示す略断面図である。 図４は、本発明の第３の実施の形態による光変調器３００の平面図であり、（ａ）は光導波路のみ図示し、（ｂ）は進行波電極を含めた光変調器３００の全体を図示している。 図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第５及び第６の実施の形態による光変調器４００Ａ、４００Ｂの構成をそれぞれ示す略断面図である。 図６は、進行波電極の評価モデルの構造を示す図であって、（ａ）は略断面図、（ｂ）は略平面図である。 図７は、図６に示した評価モデルのＳ２１特性を示すグラフである。 図８は、進行波電極の評価モデルとそのＳ２１特性に現れるディップの最低周波数との関係を示す図であり、（ａ）は評価モデルの略平面図、（ｂ）は評価モデルのＳ２１特性を示すグラフである。 図９は、ボンディングワイヤの本数とＳ２１特性のディップの最低周波数との関係を示すグラフである。 図１０は、Ｓ字型の光導波路を有する光変調器の評価モデルの構成を示す略平面図であって、（ａ）は、中央の直線部１０ｅ_２を挟む両端側の直線部１０ｅ_１，１０ｅ_３だけにボンディングワイヤ９を設けた構成、（ｂ）は、中央の直線部１０ｅ_２だけにボンディングワイヤ９を設けた構成をそれぞれ示している。 図１１（ａ）は、図１０（ａ）の評価モデルのＳ２１特性を示すグラフであり、図１１（ｂ）は、図１０（ｂ）の評価モデルのＳ２１特性を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態による光変調器１００の平面図であり、（ａ）は光導波路のみ図示し、（ｂ）は進行波電極を含めた光変調器１００の全体を図示している。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、この光変調器１００は、基板１上に形成され、互いに平行に設けられた第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂを有するマッハツェンダー光導波路１０と、第１の光導波路１０Ａに重ねて設けられた信号電極７と、信号電極７を挟み込むようにその両側にそれぞれ設けられた第１及び第２の接地電極８Ａ，８Ｂとを備えている。第１の接地電極８Ａは、第１の光導波路１０Ａから見て第２の光導波路１０Ｂと反対側に設けられており、第２の接地電極８Ｂは、第２の光導波路１０Ｂに重ねて設けられている。

マッハツェンダー光導波路１０は、マッハツェンダー干渉計の構造を有する光導波路であり、一本の入力光導波路１０ｉから分波部１０ｃによって分岐した第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂを有し、第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂは合波部１０ｄを介して一本の出力光導波路１０ｏにまとめられる。入力光Ｓｉは、分波部１０ｃで分波されて第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂをそれぞれ進行した後、合波部１０ｄで合波され、変調光Ｓｏとして出力光導波路１０ｏから出力される。

信号電極７は平面視で第１及び第２の接地電極８Ａ，８Ｂ間に位置している。信号電極７の一端７ｉは信号入力端であり、信号電極７の他端７ｏは終端抵抗１２を介して第１及び第２の接地電極８Ａ，８Ｂにそれぞれ接続されている。これにより、信号電極７と第１及び第２の接地電極８Ａ，８Ｂはコプレーナ型進行波電極として機能する。詳細は後述するが、信号電極７及び第２の接地電極８Ｂは二層構造であり、破線で示す信号電極７の下層部７_Ｌは第１の光導波路１０Ａと平面視で重なっており、同じく破線で示す第２の接地電極８Ｂの下層部８Ｂ_Ｌは第２の光導波路１０Ｂと平面視で重なっている。

第１の接地電極８Ａと第２の接地電極８Ｂとの間には信号電極７を跨ぐように３本のボンディングワイヤ９が接続されている。ボンディングワイヤ９の一端は第１の接地電極８Ａの上面に接続されており、ボンディングワイヤ９の他端は第２の接地電極８Ｂの上面に接続されている。接地電極の面内電位をできるだけ均一にするため、３本のボンディングワイヤ９は光導波路の全長にわたって離散的に配置されていることが好ましい。

ボンディングワイヤ９の材質は特に限定されず、例えば、半導体等に使用される金やアルミニウムであってもよく、その他の金属材料であってもよい。またボンディングワイヤ９の径も特に限定されない。

ボンディングワイヤ９の本数は、第１及び第２の接地電極８Ａ，８Ｂのグランド機能を強化できる限りにおいて特に限定されず、ボンディングワイヤ９の本数を増やすほどグランド機能を強化することができるが、できるだけ少ない本数で効率よく強化することが望ましい。そのためには、光変調器のＥＯ周波数応答特性に現れるディップの最低周波数が基準値から３ｄＢ（半値）低下する周波数よりも高くなるようにボンディングワイヤ９の本数を設定することが好ましい。光帯域はＥＯ周波数応答特性がある基準値に対して３ｄＢ（半値）低下する周波数と定義される。基準値とは、ある周波数におけるＥＯ周波数応答特性の値のことで、その周波数は規格によって例えば１ＧＨｚや２ＧＨｚなどと決められている。よって、光帯域は基準値が得られる周波数よりも高い周波数であるが、この光帯域よりも低い周波数で利得の大きな落ち込み（ディップ）が発生した場合には光帯域も低下する。ディップの最低周波数はボンディングワイヤの本数を増やしてグランド機能を強化するほど高周波側にシフトする傾向がある。したがって、ボンディングワイヤの本数を適切な本数とすることでディップの最低周波数を基準値から３ｄＢ（半値）低下する周波数よりも高くして光帯域の悪化を防止することができる。

信号電極７の一端７ｉには電気信号（変調信号）が入力される。第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂはニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料からなるので、第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂに与えられる電界によって第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂの屈折率がそれぞれ＋Δｎ、－Δｎのように変化し、一対の光導波路間の位相差が変化する。この位相差の変化により変調された信号光が出力光導波路１０ｏから出力される。

このように、本実施形態による光変調器１００は、１つの信号電極７で構成されたシングル駆動型であるため、第２の接地電極８Ａの面積を十分に確保することができ、高周波で動作可能である。また信号電極７を挟んで第２の接地電極８Ｂと反対側に第１の接地電極８Ａを配置することで放射損失を低減でき、さらに良好な高周波特性を得ることができる。

図２は、図１（ａ）及び（ｂ）のＡ－Ａ'線に沿った光変調器１００の略断面図である。

図２に示すように、本実施形態による光変調器１００は、基板１、導波層２、保護層３、バッファ層４、絶縁層５及び電極層６がこの順で積層された多層構造を有している。基板１は例えばサファイア基板であり、基板１の表面にはニオブ酸リチウム膜からなる導波層２が形成されている。導波層２はリッジ部２ｒからなる第１及び第２の光導波路１０Ａ、１０Ｂを有している。第１及び第２の光導波路１０Ａ、１０Ｂの幅Ｗ_０は例えば１μｍとすることができる。

保護層３は第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂと平面視で重ならない領域に形成されている。保護層３は、導波層２の上面のうちリッジ部２ｒが形成されていない領域の全面を覆っており、リッジ部２ｒの側面も保護層３に覆われているので、リッジ部２ｒの側面の荒れによって生じる散乱損失を防ぐことができる。保護層３の厚さは導波層２のリッジ部２ｒの高さとほぼ同じである。保護層３の材料は特に限定されないが、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を用いることができる。保護層３を省略し、導波層２の上面にバッファ層４を直接形成することも可能である。

バッファ層４は、第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂ中を伝搬する光が信号電極７や第２の接地電極８Ｂに吸収されることを防ぐため、導波層２のリッジ部２ｒの上面に形成されるものである。バッファ層４としては、導波層２の屈折率より小さい屈折率を有する材質、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）や酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）などを用いることができ、その厚さは０．２～１μｍ程度であればよい。本実施形態において、バッファ層４は、第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂの上面のみならず保護層３の上面を含む下地面の全面を覆っているが、第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂの上面付近だけを選択的に覆うようにパターニングされたものであってもよい。

絶縁層５は、進行波電極の下面に段差を形成するために設けられたものである。絶縁層５の第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂと重なる領域には開口（スリット）が形成されており、バッファ層４の上面を露出させている。この開口内に電極層６の一部が埋め込まれることにより、信号電極７及び第２の接地電極８Ｂの下面に段差が形成される。絶縁層５の厚さＴは１μｍ以上であることが好ましい。絶縁層５の厚さが１μｍ以上であれば、信号電極７及び第２の接地電極８Ｂの下面に段差を設けたことによる効果を得ることができる。

電極層６には、信号電極７、第１の接地電極８Ａ及び第２の接地電極８Ｂが設けられている。信号電極７は、第１の光導波路１０Ａ内を進行する光を変調するために第１の光導波路１０Ａに対応するリッジ部２ｒに重ねて設けられ、バッファ層４を介して第１の光導波路１０Ａと対向している。第２の接地電極８Ｂは、第２の光導波路１０Ｂ内を進行する光を変調するために第２の光導波路１０Ｂに対応するリッジ部２ｒに重ねて設けられ、バッファ層４を介して第２の光導波路１０Ｂと対向している。第２の接地電極８Ｂは、信号電極７から見て第１の接地電極８Ａと反対側に設けられている。

第１の接地電極８Ａ及と第２の接地電極８Ｂとの間には、信号電極７を跨いでボンディングワイヤ９が配線されている。このように、第１及び第２の接地電極８Ａ，８Ｂ間を電気的に接続することで接地電極の面内電位のアンバランスを解消することができ、光変調器の高周波特性を改善することができる。

導波層２としては電気光学材料であれば特に限定されないが、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）からなることが好ましい。ニオブ酸リチウムは大きな電気光学定数を有し、光変調器等の光学デバイスの構成材料として好適だからである。以下、導波層２をニオブ酸リチウム膜とした場合の本発明の構成について詳しく説明する。

基板１としてはニオブ酸リチウム膜より屈折率が低いものであれば特に限定されないが、ニオブ酸リチウム膜をエピタキシャル膜として形成させることができる基板が好ましく、サファイア単結晶基板もしくはシリコン単結晶基板が好ましい。単結晶基板の結晶方位は特に限定されない。ニオブ酸リチウム膜はさまざまな結晶方位の単結晶基板に対して、ｃ軸配向のエピタキシャル膜として形成されやすいという性質を持っている。ｃ軸配向のニオブ酸リチウム膜は３回対称の対称性を有しているので、下地の単結晶基板も同じ対称性を有していることが望ましく、サファイア単結晶基板の場合はｃ面、シリコン単結晶基板の場合は（１１１）面の基板が好ましい。

ここで、エピタキシャル膜とは、下地の単結晶基板もしくは単結晶膜上で結晶成長させることで結晶方位が揃えられた単結晶の膜のことである。すなわち、エピタキシャル膜とは、膜厚方向および膜面内方向に単一の結晶方位をもった膜であり、膜面内をＸ－Ｙ面とし、膜厚方向をＺ軸としたとき、結晶がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向にともに揃って配向しているものである。エピタキシャル膜かどうかは、例えば、２θ－θＸ線回折における配向位置でのピーク強度と極点の確認を行うことで証明することができる。

具体的には、第１に２θ－θＸ線回折による測定を行ったとき、目的とする面以外の全てのピーク強度が目的とする面の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下である必要がある。例えば、ニオブ酸リチウムのｃ軸配向エピタキシャル膜では、（００Ｌ）面以外のピーク強度が、（００Ｌ）面の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下である。（００Ｌ）は、（００１）や（００２）などの等価な面を総称する表示である。

第２に、極点測定において、極点が見えることが必要である。前述の第１の配向位置でのピーク強度の確認の条件においては、一方向における配向性を示しているのみであり、前述の第１の条件を得たとしても、面内において結晶配向がそろっていない場合には、特定角度位置でＸ線の強度が高まることはなく、極点は見られない。ＬｉＮｂＯ_３は三方晶系の結晶構造であるため、単結晶におけるＬｉＮｂＯ_３（０１４）の極点は３つとなる。ニオブ酸リチウム膜の場合、ｃ軸を中心に１８０°回転させた結晶が対称的に結合した、いわゆる双晶の状態にてエピタキシャル成長することが知られている。この場合、３つの極点が対称的に２つ結合した状態になるため、極点は６つとなる。また、（１００）面のシリコン単結晶基板上にニオブ酸リチウム膜を形成した場合は、基板が４回対称となっているため、４×３＝１２個の極点が観測される。なお、本発明では、双晶の状態にてエピタキシャル成長したニオブ酸リチウム膜もエピタキシャル膜に含める。

ニオブ酸リチウム膜の組成はＬｉｘＮｂＡｙＯｚである。Ａは、Ｌｉ、Ｎｂ、Ｏ以外の元素を表している。ｘは０．５～１．２であり、好ましくは、０．９～１．０５である。ｙは、０～０．５である。ｚは１．５～４であり、好ましくは２．５～３．５である。Ａの元素としては、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｃｅなどがあり、２種類以上の組み合わせでも良い。

ニオブ酸リチウム膜の膜厚は２μｍ以下であることが望ましい。膜厚がこれ以上厚くなると、高品質な膜を形成するのが困難になるからである。一方、ニオブ酸リチウム膜の膜厚が薄すぎる場合は、ニオブ酸リチウム膜における光の閉じ込めが弱くなり、基板やバッファ層に光が漏れて導波することになる。ニオブ酸リチウム膜に電界を印加しても、光導波路（１ａ、１ｂ）の実効屈折率の変化が小さくなるおそれがある。そのため、ニオブ酸リチウム膜は、使用する光の波長の１／１０程度以上の膜厚が望ましい。

ニオブ酸リチウム膜の形成方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法などの膜形成方法を利用するのが望ましい。ニオブ酸リチウムのｃ軸が基板１の主面に垂直に配向されており、ｃ軸に平行に電界を印加することで、電界に比例して光学屈折率が変化する。単結晶基板としてサファイアを用いる場合は、サファイア単結晶基板上に直接、ニオブ酸リチウム膜をエピタキシャル成長させることができる。単結晶基板としてシリコンを用いる場合は、クラッド層を介して、ニオブ酸リチウム膜をエピタキシャル成長により形成する。クラッド層としては、ニオブ酸リチウム膜より屈折率が低く、エピタキシャル成長に適したものを用いる。例えば、クラッド層としてＹ_２Ｏ_３を用いると、高品質のニオブ酸リチウム膜を形成できる。

なお、ニオブ酸リチウム膜の形成方法として、ニオブ酸リチウム単結晶基板を薄く研磨したり、スライスしたりする方法も知られている。この方法は、単結晶と同じ特性が得られるという利点があり、本発明に適用することが可能である。

信号電極７は二層構造であり、電極層６に形成された上層部７_Ｈと、絶縁層５を貫通する開口（第１の開口）内に埋め込まれた下層部７_Ｌとを有している。信号電極７の下層部７_Ｌは、信号電極７の上層部７_Ｈの第２の接地電極８Ｂ寄りの端部に設けられている。そのため、信号電極７の下層部７_Ｌの下面（第１の下面）Ｓ_１１は、上層部７_Ｈの下面（第２の下面）Ｓ_１２よりも第２の接地電極８Ｂ寄りに設けられている。このような構成により、信号電極７の第１の下面Ｓ_１１は、第１の光導波路１０Ａの上方においてバッファ層４の上面に接しており、バッファ層４を介して第１の光導波路１０Ａと対向している。信号電極７の第２の下面Ｓ_１２は、第１の下面Ｓ_１１よりも上方に位置しており、バッファ層４には接していない。

信号電極７の下層部７_Ｌの下面Ｓ_１１の幅Ｗ_１１は、上層部７_Ｈの幅（信号電極７の全幅）Ｗ_１よりも狭い。下層部７_Ｌは、第１の光導波路１０Ａと平面視で重なる領域付近にのみ形成され、それ以外の領域には形成されない。そのため、信号電極７の第１の下面Ｓ_１１の幅Ｗ_１１は、第１の光導波路１０Ａの幅Ｗ_０よりも少し広い程度である。信号電極７に電界を集中させるためには、信号電極７の第１の下面Ｓ_１１の幅Ｗ_１１は、光導波路１０Ａの幅Ｗ_０の１．１～１５倍であることが好ましく、１．５～１０倍であることがより好ましい。

第２の接地電極８Ｂも二層構造であり、電極層６に形成された上層部８Ｂ_Ｈと、絶縁層５を貫通する開口（第２の開口）内に埋め込まれた下層部８Ｂ_Ｌとを有している。第２の接地電極８Ｂの下層部８Ｂ_Ｌは、第２の接地電極８Ｂの上層部８Ｂ_Ｈの信号電極７寄りの端部に設けられている。そのため、第２の接地電極８Ｂの上層部８Ｂ_Ｈの下面（第１の下面）Ｓ_２１は、下層部８Ｂ_Ｌの下面（第２の下面）Ｓ_２２よりも信号電極７寄りに設けられている。このような構成により、第２の接地電極８Ｂの第１の下面Ｓ_２１は、第２の光導波路１０Ｂの上方においてバッファ層４の上面に接しており、バッファ層４を介して第２の光導波路１０Ｂと対向している。第２の接地電極８Ｂの第２の下面Ｓ_２２は、第１の下面Ｓ_２１よりも上方に位置しており、バッファ層４には接していない。

第２の接地電極８Ｂの下層部８Ｂ_ＬのＸ方向の幅（第２の下面Ｓ_２１の幅）Ｗ_２１は、上層部８Ｂ_ＨのＸ方向の幅（第２の接地電極８Ｂの全幅）Ｗ_２よりも狭い。第２の接地電極８Ｂの下層部８Ｂ_Ｌは、第２の光導波路１０Ｂと平面視で重なる領域付近にのみ形成され、それ以外の領域には形成されない。そのため、第２の接地電極８Ｂの第１の下面Ｓ_２１の幅Ｗ_２１は、第２の光導波路１０Ｂの幅Ｗ_０よりも少し広い程度である。したがって、第２の接地電極８Ｂの下層部８Ｂ_ＬのＸ方向の幅Ｗ_２１は、上層部８Ｂ_ＨのＸ方向の幅Ｗ_２２よりも狭い。第２の光導波路１０Ｂに電界を集中させるためには、第２の接地電極８Ｂの第１の下面Ｓ_２１の幅Ｗ_２１は、光導波路１０Ｂの幅Ｗ_０の１．１～５倍であることが好ましく、１．５～３倍であることがより好ましい。

信号電極７と第２の接地電極８Ｂとの間の電極間領域Ｇ_２の下方に存在する絶縁層５、バッファ層４及び保護層３の少なくとも一部は除去されていてもよい。この場合、絶縁層５のみが除去されてもよく、絶縁層５及びバッファ層４のみが除去されてもよく、絶縁層５、バッファ層４及び保護層３が除去されてもよい。保護層３、バッファ層４、及び絶縁層５の一部を除去することで進行波電極の実効屈折率を下げることができ、進行波電極の実効屈折率を光の実効屈折率と一致させて速度整合を良好にすることができる。

第１の接地電極８Ａは、信号電極７を挟んで第２の接地電極８Ｂと反対側に設けられている。第１の接地電極８Ａは電極層６に設けられた導体のみからなる単層構造であるが、信号電極７や第２の接地電極８Ｂと同様に二層構造であってもよい。

第２の接地電極８Ｂの上層部８Ｂ_Ｈの幅Ｗ_２は、信号電極７の上層部７_Ｈの幅Ｗ_１よりも広い。また第１の接地電極８Ａの幅Ｗ_３も信号電極７の上層部７_Ｈの幅Ｗ_１よりも広いことが好ましい。第１及び第２の接地電極８Ａ，８Ｂの各々の面積を信号電極７の面積よりも大きくすることにより、放射損失を低減することができ、良好な高周波特性を得ることができる。

第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂを垂直に切断した図２に示す断面構造において、信号電極７と第１の接地電極８Ａとの間隔Ｗ_Ｇ３（電極間領域Ｇ_３の幅）は、信号電極７と第２の接地電極８Ｂとの間隔Ｗ_Ｇ２（電極間領域Ｇ_２の幅）よりも広く設定される。なお２つの電極の間隔とは、Ｘ方向における両者の最短距離のことを言う。信号電極７と第１の接地電極８Ａとの間隔Ｗ_Ｇ３が信号電極７と第２の接地電極８Ｂとの間隔Ｗ_Ｇ２よりも狭い場合、第１の接地電極８Ａの影響を受けて一対の光導波路への印加電界の大きさの差が大きくなり、これが波長チャープの原因となるが、信号電極７と第１の接地電極８Ａとの間隔Ｗ_Ｇ３を信号電極７と第２の接地電極８Ｂとの間隔Ｗ_Ｇ２よりも広く設定することで、第１の接地電極８Ａが一対の光導波路への印加電界に与える影響を低減でき、第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂへの印加電界をできるだけ同じ大きさに調整して波長チャープを低減することができる。

本実施形態において、信号電極７の下面Ｓ_１１の幅Ｗ_１１は、第２の接地電極８Ｂの下面Ｓ_２１の幅Ｗ_２１よりも広い（Ｗ_１１＞Ｗ_２１）ことが好ましい。上記のように信号電極７の隣に第１の接地電極８Ａを設けた場合には、放射損失の低減により良好な高周波特性を得ることができるが、電極構造が非対称となるため、波長チャープの問題が生じる。第１の接地電極８Ａが設けられていなければ、信号電極７の下層部７_Ｌの幅Ｗ_１１と第２の接地電極８Ｂの下層部８Ｂ_Ｌの幅Ｗ_２１とを同じ（Ｗ_１１＝Ｗ_２１）にすることで一対の光導波路に印加される電界の大きさをほぼ同じにすることができるが、上記のように信号電極７の隣に第１の接地電極８Ａを設けた場合において、Ｗ_１１＝Ｗ_２１とするだけでは第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂにそれぞれ印加される電界の大きさをほぼ同じにすることができない。しかし、Ｗ_１１＞Ｗ_２１とする場合には、第１の接地電極８Ａの影響を抑えて一対の光導波路にそれぞれ印加される電界をほぼ同じ大きさにすることができ、これにより波長チャープを防止することができる。

以上説明したように、本実施形態による光変調器１００は、信号電極７を跨いで第１の接地電極８Ａと第２の接地電極８Ｂとを接続するボンディングワイヤ９を設けているので、接地電極のグランド機能を強化して高周波特性を改善することができ、光帯域の広帯域化を実現することができる。

また本実施形態による光変調器１００は、第１及び第２の接地電極８Ａ，８Ｂの幅Ｗ_２，Ｗ_３が信号電極７の幅Ｗ_１よりも広いので放射損失を低減でき、良好な高周波特性を得ることができる。また第２の接地電極８Ｂを二層構造とし、下層部８Ｂ_Ｌの下面Ｓ_２１の幅Ｗ_２１を上層部８Ｂ_Ｈの幅Ｗ_２よりも狭くすることにより、第２の光導波路１０Ｂに電界を集中させることができ、これにより一対の光導波路に印加される電界の大きさの差を小さくして変調光の波長チャープを低減することができる。さらに、信号電極７の下面Ｓ_１１の幅Ｗ_１１を第２の接地電極８Ｂの下層部８Ｂ_Ｌの幅Ｗ_２１よりも広くすると共に、信号電極７と第１の接地電極８Ａとの間隔Ｗ_Ｇ３を信号電極７と第２の接地電極８Ｂとの間隔Ｗ_Ｇ２よりも広くすることにより、第１の接地電極８Ａの影響による一対の光導波路に印加される電界の大きさの差をさらに小さくすることができ、変調光の波長チャープをさらに低減することができる。

図３は、本発明の第２の実施の形態による光変調器２００の構成を示す略断面図である。

図３に示すように、本実施形態による光変調器２００の特徴は、信号電極７の上層部７_Ｈと下層部７_Ｌとが同じ幅Ｗ_１であり、両者は共に第２の接地電極８Ｂの下層部８Ｂ_Ｌの幅Ｗ_２１よりも大きい（Ｗ_１＞Ｗ_２１）点にある。光変調器２００のその他の構成は第１の実施の形態による光変調器１００と同じである。本実施形態では信号電極７の断面積が小さくなるため、第１の実施の形態と比べて電極損失は少し大きくなるが、その他の特徴に変化はない。したがって、本実施形態も第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

図４は、本発明の第３の実施の形態による光変調器３００の平面図であり、（ａ）は光導波路のみ図示し、（ｂ）は進行波電極を含めた光変調器３００の全体を図示している。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態による光変調器３００の特徴は、マッハツェンダー光導波路１０が直線部と湾曲部との組み合わせにより構成されている点にある。より具体的には、マッハツェンダー光導波路１０は、互いに並行に配置された第１乃至第３の直線部１０ｅ_１，１０ｅ_２，１０ｅ_３と、第１の直線部１０ｅ_１と第２の直線部１０ｅ_２とを繋ぐ第１の湾曲部１０ｆ_１と、第２の直線部１０ｅ_２と第３の直線部１０ｅ_３とを繋ぐ第２の湾曲部１０ｆ_２とを有しており、これにより略Ｓ字型の光導波路が構成されている。

そして本実施形態による光変調器３００は、例えば図中のＡ－Ａ'線に沿ったマッハツェンダー光導波路１０の直線部１０ｅ_１，１０ｅ_２，１０ｅ_３の断面構造が、図２又は図３に示した断面構造となるように構成されている。すなわち、信号電極７は第１乃至第３の直線部１０ｅ_１，１０ｅ_２，１０ｅ_３における第１の光導波路１０Ａの上方を覆っており、信号電極７の第１の下面Ｓ_１１は、バッファ層４を介して第１乃至第３の直線部１０ｅ_１，１０ｅ_２，１０ｅ_３における第１の光導波路１０Ａと対向している。また第２の接地電極８Ｂは第１乃至第３の直線部１０ｅ_１，１０ｅ_２，１０ｅ_３における第２の光導波路１０Ｂを覆っており、第２の接地電極８Ｂの第１の下面Ｓ_２１は、バッファ層４を介して第１乃至第３の直線部１０ｅ_１，１０ｅ_２，１０ｅ_３における第２の光導波路１０Ｂと対向している。信号電極７の第１の下面Ｓ_１１及び第２の接地電極８Ｂの第１の下面Ｓ_２１は、第１乃至第３の直線部１０ｅ_１，１０ｅ_２，１０ｅ_３の全体を覆っていることが好ましいが、例えば第１の直線部１０ｅ_１だけを覆っていてもよい。

本実施形態において、入力光Ｓｉは、第１の直線部１０ｅ_１の一端に入力され、第１の直線部１０ｅ_１の一端から他端に向かって進行し、第１の湾曲部１０ｆ_１で折り返して第２の直線部１０ｅ_２の一端から他端に向かって第１の直線部１０ｅ_１とは逆方向に進行し、さらに第２の湾曲部１０ｆ_２で折り返して第３の直線部１０ｅ_３の一端から他端に向かって第１の直線部１０ｅ_１と同じ方向に進行する。

光変調器では素子長が長いことが実用上大きな課題となっているが、図示のように光導波路を折り返して構成することで素子長を大幅に短くでき、顕著な効果が得られる。特に、ニオブ酸リチウム膜により形成された光導波路は、曲率半径を例えば５０μｍ程度まで小さくしても損失が小さいという特徴があり、本実施形態に適している。

複数本のボンディングワイヤ９は、光導波路の全長にわたって離散的に配置されていることが好ましい。ボンディングワイヤ９の本数が多いほど接地電極のグランド機能を強化することができるが、できるだけ少ない本数で効率よく強化することが望ましい。そのためには、上記のように、光変調器のＥＯ周波数応答特性に現れるディップの最低周波数が基準値から３ｄＢ（半値）低下する周波数よりも高くなるようにボンディングワイヤ９の本数を設定することが好ましい。

本実施形態のように２回折り返して略Ｓ字型に配線された一対の光導波路１０Ａ，１０Ｂにおいて、ボンディングワイヤ９は、少なくとも中央の第２の直線部１０ｅ_２を跨ぐ位置に設けられていることが好ましい。このようにすることで、接地電極の面内電位のアンバランスを大幅に改善することができ、光帯域の広帯域化を図ることができる。なお、３回以上折り返してＳ字パターンが連続するミアンダパターンの場合には、両側の２本の直線部に挟まれたすべての直線部がボンディングワイヤ９の配置対象となる。

図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４及び第５の実施の形態による光変調器の構成をそれぞれ示す略断面図である。

図５（ａ）及び（ｂ）に示す光変調器４００Ａ，４００Ｂは、いわゆるデュアル駆動型であって、第１及び第２の光導波路１０Ａ，１０Ｂの上方にバッファ層４を介して第１及び第２の信号電極７Ａ，７Ｂがそれぞれ配置された左右対称な電極構造を有している。第１及び第２の信号電極７Ａ，７Ｂは、上層部７Ａ_Ｈ，７Ｂ_Ｈと下層部７Ａ_Ｌ，７Ｂ_Ｌとをそれぞれ有し、上層部７Ａ_Ｈ，７Ｂ_Ｈの幅は下層部７Ａ_Ｌ，７Ｂ_Ｌの幅よりも広い。第１の信号電極７Ａと第１の接地電極８Ａとの間の電極間領域Ｇ_１Ａは、第２の信号電極７Ｂと第２の接地電極８Ｂとの間の電極間領域Ｇ_１Ｂと等しい。本実施形態によれば、一対の信号電極に大きさが同じで符号が逆の電圧を加えたときに一対の光導波路にそれぞれ印加される電界の大きさをできるだけ同じにすることができ、変調光の波長チャープを防止することができる。

図５（ａ）に示す光変調器４００Ａは、第１及び第２の信号電極７Ａ，７Ｂを挟み込むように第１及び第２の接地電極８Ａ，８Ｂが配置された電極構造を有し、２つの信号電極７Ａ，７Ｂ間に接地電極は設けられていない。また第１及び第２の信号電極７Ａ，７Ｂを跨いで第１の接地電極８Ａと第２の接地電極８Ｂとを電気的に接続するボンディングワイヤ９が設けられているので、接地電極のグランド機能を強化して光帯域の広帯域化を図ることができる。

図５（ｂ）に示す光変調器４００Ｂは、第１及び第２の接地電極８Ａ，８Ｂに加えて、第１の信号電極７Ａと第２の信号電極７Ｂとの間の電極間領域Ｇ_０内に配置された第３の接地電極８Ｃをさらに備えている。ボンディングワイヤとしては、第１の信号電極７Ａを跨いで第１の接地電極８Ａと第３の接地電極８Ｃとを電気的に接続するボンディングワイヤ９Ａと、第２の信号電極７Ｂを跨いで第２の接地電極８Ｂと第３の接地電極８Ｃとを電気的に接続するボンディングワイヤ９Ｂとを有している。なお、第３の接地電極８Ｃの上面に接続されたボンディングワイヤ９Ａ及び９Ｂの一端同士は、互いに直接接続されることなく光導波路の進行方向に対して互いにずれた位置に圧着されている。この場合、ボンディングワイヤ９Ａとボンディングワイヤ９Ｂは、光導波路の進行方向に沿って交互に配置されることが好ましい。このような構成であっても、接地電極のグランド機能を強化して光帯域の広帯域化を図ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では信号電極を跨いでその両側の接地電極間を電気的に接続するための接続導体としてボンディングワイヤ９を用いているが、本発明はこのような構成に限定されず、例えば、ボンディングワイヤ９の全部又は一部を薄膜ブリッジ等に置き換えてもよい。すなわち、本発明ではボンディングワイヤ９以外の他の接続導体を用いて２つの接地電極間を接続することも可能である。

＜ボンディングワイヤの有無の考察＞
信号電極を跨いで一対の接地電極間を接続するボンディングワイヤが光変調器の高周波特性に与える影響について考察するため、光変調器のＥＯ周波数応答特性に直結する進行波電極の挿入損失特性（Ｓ２１特性）を評価した。評価試験では、図６（ａ）に示すように、サファイア基板上に光導波路を形成せず、シリコン酸化膜からなる絶縁層５及びコプレーナ線路を構成する電極層６を順に形成した電極構造を用いた。この評価用の電極構造では、電極間隔Ｗ_Ｇ２＝８．５μｍ、電極間隔Ｗ_Ｇ３＝６０μｍ、信号電極７の幅Ｗ_１＝３４μｍとした。また進行波電極は図６（ｂ）に示すように平面視でＳ字型に配線パターンとし、特に実施例１では一対の接地電極８Ａ，８Ｂ間に信号電極７を跨ぐように２９本のボンディングワイヤ９を設けた。詳細には、進行波電極の直線部１０ｅ_１，１０ｅ_２，１０ｅ_３に９本のボンディングワイヤ９をそれぞれ均等に割り付け、また２つの湾曲部１０ｆ_１，１０ｆ_２の中点にボンディングワイヤ９を１本ずつ割り付けた。ボンディングワイヤ９としては、例えば直径１０～１００μｍの金属ワイヤを用いることができ、ここでは直径２３μｍの金ワイヤを用いた。一方、比較例ではそのようなボンディングワイヤ９を設けなかった。そして信号電極７の一端に高周波信号を印加し、信号電極７の他端から高周波信号を取り出したときのＳ２１特性を求めた。その結果を図７に示す。

図７に示すように、Ｓ２１特性は周波数の増加に伴って徐々に低下し、ボンディングワイヤ９を設けていない比較例のＳ２１特性には比較的大きなディップが数多く発生したのに対し、ボンディングワイヤ９を設けた実施例１のＳ２１特性にはディップがほとんど発生せず、良好な結果となった。比較例では約２．５ＧＨｚにディップのわずかな兆候が現れ、第３高調波である約７．５ＧＨｚにおいてディップがはっきりと現れ、さらに高い高調波では周波数が高くなるにつれてディップがさらに大きくなった。

＜ディップの最低周波数の考察＞
ボンディングワイヤの本数が進行波電極のＳ２１特性に現れるディップの最低周波数にどのような影響を与えるかを評価した。図８は、進行波電極の評価モデルとそのＳ２１特性に現れるディップの最低周波数との関係を示す図であって、図８（ａ）は評価モデルの略平面図、図８（ｂ）は評価モデルのＳ２１特性のグラフである。

図８（ａ）に示すように、コプレーナ線路の長さＬ＝２２．８ｍｍ、ボンディングワイヤの本数Ｎ＝５とした場合、そのＳ２１特性は図８（ｂ）のようになり、ディップの最低周波数Ｆ_dip1は約８．１ＧＨｚとなった。また、進行波電極の実行屈折率ｎ＝２．２４とすると、コプレーナ線路の実効分割長さＬ_diveff＝（Ｌ×ｎ）／（Ｎ＋１）＝０．１２となった。なお、コプレーナ線路の実効分割長さＬ_diveffは、ボンディングワイヤを設けることで分割された複数のコプレーナ線路部分の長さの平均値であり、各コプレーナ線路部分の長さは、隣接する２本のワイヤ間のコプレーナ線路に沿った距離、あるいはワイヤと入力部又は出力部との間のコプレーナ線路に沿った距離である。

続いて、コプレーナ線路の長さＬ及びボンディングワイヤの本数Ｎを可変パラメータとして種々変化させたときのディップの最低周波数Ｆ_dip1の複数のプロット値から近似直線を求め、実効分割長さＬ_diveffとディップの最低周波数Ｆ_dip1との関係式を求めた。なお、コプレーナ線路の長さＬ及びボンディングワイヤの本数Ｎによっては、ボンディングワイヤが等間隔で設けられている場合もあれば、異なる間隔で設けられている場合もある。

図９は、ボンディングワイヤの本数とＳ２１特性のディップの最低周波数との関係を示すグラフであって、横軸はコプレーナ線路の実効分割長さＬ_diveffの逆数１／Ｌ_diveff［１／ｍｍ］、縦軸はディップの最低周波数Ｆ_dip1［ＧＨｚ］をそれぞれ示している。

図９に示すように、実効分割長さＬ_diveffの逆数とディップの最低周波数Ｆ_dip1との関係式は、光導波路が直線型の場合とＳ字型の場合とで異なり、Ｓ字型の場合にはｙ＝65.84ｘとなり、直線型の場合にはｙ＝150ｘとなった。この関係式を用いれば、Ｓ２１特性に現れるディップの最低周波数が基準値から３ｄＢ（半値）低下する周波数よりも高くなるようにボンディングワイヤの本数を決定することが可能である。

なお、ここで得られている図９のグラフは，信号電極７の全幅Ｗ_１、信号電極７と第２の接地電極８Ｂとの間隔Ｗ_Ｇ２、信号電極７と第１の接地電極８Ａとの間隔Ｗ_Ｇ３の値を変化させてもほとんど変わらず、電極幅及び電極間隔の影響を受けなかった。ただし、間隔Ｗ_Ｇ２と間隔Ｗ_Ｇ３の値が異なるときにディップ改善効果が特に大きかった。

＜Ｓ字型の光導波路に対するボンディングワイヤの位置の考察＞
ボンディングワイヤ９の位置が光変調器のＥＯ周波数応答特性に与える影響について考察するため、Ｓ字型のコプレーナ電極のＳ２１特性を評価した。

図１０（ａ）のように、実施例２の進行波電極構造では、進行波電極の直線部１０ｅ_１，１０ｅ_２，１０ｅ_３のうち、中央の直線部１０ｅ_２上にはボンディングワイヤ９を設けず、両側の直線部１０ｅ_１，１０ｅ_３上にそれぞれ９本（合計１８本）のボンディングワイヤ９を等間隔に設けた。その結果、図１１（ａ）に示すように、実施例２のＳ２１特性は、高周波での損失が非常に大きかった。

図１０（ｂ）のように、実施例３の進行波電極構造では、中央の直線部１０ｅ_２上だけに９本のボンディングワイヤ９を等間隔に設け、両側の直線部１０ｅ_１，１０ｅ_３上にはボンディングワイヤ９を設けなかった。その結果、図１１（ｂ）に示すように、実施例３のＳ２１特性は、多数のディップが発生しているものの高周波での損失が小さく、良好な高周波特性となった。

１ 基板
２ 導波層
２ｒ リッジ部
３ 保護層
４ バッファ層
５ 絶縁層
６ 電極層
７，７Ａ，７Ｂ 信号電極
７_Ｈ，７Ａ_Ｈ，７Ｂ_Ｈ 信号電極の上層部
７_Ｌ，７Ａ_Ｌ，７Ｂ_Ｌ 信号電極の下層部
７ｉ 信号電極の一端
７ｏ 信号電極の他端
８Ａ 第１の接地電極
８Ｂ 第２の接地電極
８Ｂ_Ｈ 第２の接地電極の上層部
８Ｂ_Ｌ 第２の接地電極の下層部
８Ｃ 第３の設置電極
９，９Ａ，９Ｂ ボンディングワイヤ（接続導体）
１０ マッハツェンダー光導波路
１０Ａ 第１の光導波路
１０Ｂ 第２の光導波路
１０ｃ 分波部
１０ｄ 合波部
１０ｅ_１ 第１直線部
１０ｅ_２ 第２直線部
１０ｅ_３ 第３直線部
１０ｆ_１ 第１湾曲部
１０ｆ_２ 第２湾曲部
１０ｉ 入力光導波路
１０ｏ 出力光導波路
１２ 終端抵抗
１００，２００，３００，４００Ａ，４００Ｂ 光変調器
Ｇ_０，Ｇ_１Ａ，Ｇ_１Ｂ，Ｇ_２，Ｇ_３ 電極間領域
Ｓ_１１ 信号電極の下層部の下面
Ｓ_１２ 信号電極の上層部の下面
Ｓ_２１ 第２の接地電極の下層部の下面
Ｓ_２２ 第２の接地電極の上層部の下面
Ｓｉ 入力光
Ｓｏ 変調光

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された電気光学材料膜からなり、互いに隣り合う第１及び第２の光導波路を含む導波層と、
   少なくとも前記第１及び第２の光導波路の上面を覆うバッファ層と、
   前記バッファ層を介して前記第１の光導波路と対向する第１の信号電極と、
   前記第１の信号電極を挟むように設けられた第１及び第２の接地電極と、
   前記第１の信号電極を跨いで前記第１の接地電極と前記第２の接地電極とを電気的に接続する少なくとも一つの接続導体とを備え、
   前記第１の接地電極は、前記第１の光導波路から見て前記第２の光導波路と反対側に設けられており、
   前記第２の接地電極は、前記バッファ層を介して前記第２の光導波路と対向しており、
   前記第１の信号電極と前記第１の接地電極の間隔は、前記第１の信号電極と前記第２の接地電極との間隔よりも広く、
   前記第１の信号電極は、前記バッファ層を介して前記第１の光導波路と対向する第１の下層部と、前記第１の下層部の上方に設けられた第１の上層部とを有し、
   前記第２の接地電極は、前記バッファ層を介して前記第２の光導波路と対向する第２の下層部と、前記第２の下層部の上方に設けられた第２の上層部とを有し、
   前記第２の下層部の下面の幅は、前記第２の上層部の幅よりも狭く、
   前記第１及び第２の光導波路は、直線部と湾曲部とを有し、
   前記第１の信号電極の前記第１の下層部の下面は、前記バッファ層を介して少なくとも前記第１の光導波路の前記直線部と対向しており、
   前記第２の接地電極の前記第２の下層部の下面は、前記バッファ層を介して少なくとも前記第２の光導波路の前記直線部と対向していることを特徴とする光変調器。
2. 前記接続導体はボンディングワイヤである、請求項１に記載の光変調器。
3. １ＧＨｚ又は２ＧＨｚのときのＳ２１特性値を基準値とするとき、前記ボンディングワイヤの本数は、Electro-Optical周波数応答特性に現れるディップの最低周波数が前記基準値から３ｄＢ低下するＳ２１特性値が得られる周波数よりも高くなる本数のうち、最小本数が設定される、請求項２に記載の光変調器。
4. 前記第１の下層部の下面の幅は、前記第１の上層部の幅よりも狭い、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光変調器。
5. 前記バッファ層の上方に設けられ、前記第１の信号電極及び前記第１及び第２の接地電極を含む電極層と、
   前記バッファ層と前記電極層との間に設けられた絶縁層とをさらに備え、
   前記絶縁層は、前記第１及び第２の光導波路の上方にそれぞれ位置する第１及び第２の開口を有し、
   前記第１の上層部は、前記電極層に形成されており、前記第１の下層部は、前記第１の開口内に埋め込まれており、
   前記第２の上層部は、前記電極層に形成されており、前記第２の下層部は、前記第２の開口内に埋め込まれている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器。
6. 前記第１及び第２の光導波路は、互いに平行な第１乃至第３の直線部と、前記第１の直線部の他端と前記第２の直線部の一端とを接続する第１の湾曲部と、前記第２の直線部の他端と前記第３の直線部の一端とを接続する第２の湾曲部とを含む略Ｓ字型導波路であり、
   前記接続導体は、少なくとも前記第１の光導波路の前記第２の直線部を覆う前記第１の信号電極を跨ぐ位置に設けられている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光変調器。
7. 基板と、
   前記基板上に形成された電気光学材料膜からなり、互いに隣り合う第１及び第２の光導波路を含む導波層と、
   少なくとも前記第１及び第２の光導波路の上面を覆うバッファ層と、
   前記バッファ層を介して前記第１の光導波路と対向する第１の信号電極と、
   前記第１の信号電極を挟むように設けられた第１及び第２の接地電極と、
   前記第１の信号電極を跨いで前記第１の接地電極と前記第２の接地電極とを電気的に接続する少なくとも一つのボンディングワイヤとを備え、
   前記第１及び第２の光導波路は、互いに平行な第１乃至第３の直線部と、前記第１の直線部の他端と前記第２の直線部の一端とを接続する第１の湾曲部と、前記第２の直線部の他端と前記第３の直線部の一端とを接続する第２の湾曲部とを含む略Ｓ字型導波路であり、
   前記ボンディングワイヤは、少なくとも前記第１の光導波路の前記第２の直線部を覆う前記第１の信号電極を跨ぐ位置に設けられており、
   １ＧＨｚ又は２ＧＨｚのときのＳ２１特性値を基準値とするとき、前記ボンディングワイヤの本数は、Electro-Optical周波数応答特性に現れるディップの最低周波数が前記基準値から３ｄＢ低下するＳ２１特性値が得られる周波数よりも高くなる本数のうち、最小本数が設定されることを特徴とする光変調器。
8. 前記第１の接地電極は、前記第１の光導波路から見て前記第２の光導波路と反対側に設けられており、
   前記第２の接地電極は、前記バッファ層を介して前記第２の光導波路と対向しており、
   前記第１の信号電極と前記第１の接地電極の間隔は、前記第１の信号電極と前記第２の接地電極との間隔よりも広い、請求項７に記載の光変調器。
9. 前記第１の信号電極は、前記バッファ層を介して前記第１の光導波路と対向する第１の下層部と、前記第１の下層部の上方に設けられた第１の上層部とを有し、
   前記第２の接地電極は、前記バッファ層を介して前記第２の光導波路と対向する第２の下層部と、前記第２の下層部の上方に設けられた第２の上層部とを有し、
   前記第２の下層部の下面の幅は、前記第２の上層部の幅よりも狭い、請求項８に記載の光変調器。
10. 前記第１の下層部の下面の幅は、前記第１の上層部の幅よりも狭い、請求項９に記載の光変調器。
11. 前記バッファ層の上方に設けられ、前記第１の信号電極及び前記第１及び第２の接地電極を含む電極層と、
    前記バッファ層と前記電極層との間に設けられた絶縁層とをさらに備え、
    前記絶縁層は、前記第１及び第２の光導波路の上方にそれぞれ位置する第１及び第２の開口を有し、
    前記第１の上層部は、前記電極層に形成されており、前記第１の下層部は、前記第１の開口内に埋め込まれており、
    前記第２の上層部は、前記電極層に形成されており、前記第２の下層部は、前記第２の開口内に埋め込まれている、請求項９又は１０に記載の光変調器。

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