JP7434843B2 - 光導波路素子、光変調器、光変調モジュール、及び光送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路素子、光変調器、光変調モジュール、及び光送信装置に関する。

高速／大容量光ファイバ通信システムにおいては、基板上に形成された光導波路で構成される光導波路素子である光変調素子を組み込んだ光変調器が多く用いられている。中でも、電気光学効果を有するＬｉＮｂＯ_３（以下、ＬＮともいう）を基板に用いた光変調素子は、光の損失が少なく且つ広帯域な光変調特性を実現し得ることから、高速／大容量光ファイバ通信システムに広く用いられている。このようなＬＮ基板を用いた光変調素子では、例えば、マッハツェンダ型光導波路と、当該光導波路に変調信号である高周波電気信号を印加するための信号電極が設けられる。

特に、光ファイバ通信システムにおける変調方式は、近年の伝送容量の増大化の流れを受け、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）やＤＰ－ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ － Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）等、多値変調や、多値変調に偏波多重を取り入れた伝送フォーマットが主流となっており、基幹光伝送ネットワークにおいて用いられるほか、メトロネットワークにも導入されつつある。

ＱＰＳＫ変調を行う光変調器（ＱＰＳＫ光変調器）やＤＰ－ＱＰＳＫ変調を行う光変調器（ＤＰ－ＱＰＳＫ光変調器）は、所謂ネスト型と呼ばれる入れ子構造になった複数のマハツェンダ型光導波路を備え、そのそれぞれが少なくとも一つの信号電極を備える。また、このようなマハツェンダ型光導波路を用いた光変調器では、一般的には、いわゆるＤＣドリフトによるバイアス点の変動を補償するためのバイアス電極も形成される。

これらの信号電極やバイアス電極（以下、総称して単に電極ともいう）は、基板外部の電気回路との接続のため、ＬＮ基板の外周近傍まで延在するように形成される。このため、基板上には、複数の光導波路と複数の電極とが複雑に交差し、光導波路と電極との複数の交差部が形成される。

上記交差部において光導波路と電極とが直接接するように形成されると、これらの交差部では、光導波路を伝搬する光が電極を構成する金属に吸収されることにより光損失（光吸収損失）が発生する。この光損失は、例えば、マッハツェンダ型光導波路を構成する２つの並行導波路間での光損失差を生み、変調された光の消光比を劣化させ得る。消光比に対する要求条件は、光変調器に求められる変調速度が高いほど厳しいため、このような消光比の劣化は、伝送容量の増大化に伴う変調速度の高速化に伴って増々顕在化することが予想される。

また、上記のような交差部は、マッハツェンダ型光導波路を用いる光変調器だけでなく、方向性結合器やＹ分岐を構成する光導波路を用いた光変調器及び又は光スイッチ等の光導波路素子において、広く一般に形成され得るものである。そして、基板上における交差部の数は、光導波路素子の更なる小型化や、多チャンネル化、及び又は高集積化に伴って光導波路パターン及び電極パターンが複雑化すれば増々増加し、無視し得ない損失要因となって当該光導波路素子の性能を制限することとなり得る。

このような、光導波路上に形成された電極金属による光吸収損失を低減する技術として、従来、光導波路を形成した基板の表面にＳｉＯ_２から成るバッファ層を設け、当該バッファ層の上部に電極金属を形成することが知られている（例えば、特許文献１）。

しかしながら、ＳｉＯ_２は、ＬＮ基板に比べて剛性が高いため、ＬＮ基板上にＳｉＯ_２膜を形成した場合には、ＳｉＯ_２膜自身から基板へ応力がかかるのみならず、その上部に形成された電極金属からもＳｉＯ_２膜を介して基板に応力が付与されることとなる。そして、このような応力は、ＬＮ基板の光弾性効果を介して光導波路素子の光学特性や電気特性にも悪影響を及ぼし得る。

特に、基板中における信号電界と導波光との相互作用をより強めるべく（すなわち、電界効率を高めるべく）ＬＮ基板が薄く（例えば、厚さ数十μｍで）形成されるような光導波路素子では、ＳｉＯ_２膜及びその上部の電極金属から基板に付与される応力は、光学特性及び又は電気的特性に無視し得ない影響を与え得ると共に、ＳｉＯ_２膜とＬＮ基板との線膨張係数差にも起因して、ＬＮ基板にヒビや割れ等の機械的損傷を誘発する要因ともなり得る。

特開２００９－１８１１０８号公報

上記背景より、光導波路素子において、当該光導波路素子の光学特性の劣化ないし悪化を招くことなく、光導波路と電極との交差部に発生し得る電極金属による導波光の光吸収損失を効果的に低減することが求められている。

本発明の一の態様は、基板と、前記基板に形成された光導波路と、前記光導波路を伝搬する光波を制御する電極と、を備える光導波路素子において、前記光導波路と前記電極とは互いに交差する交差部を有し、前記交差部において、前記電極は金属材料から成る複数の金属層を含む多層構造をなし、前記電極と前記基板との間に樹脂材料から成る樹脂層が形成されており、前記樹脂層は、前記交差部を中心として、隣接する他の前記交差部を含まない範囲において前記光導波路に沿って延在し、前記電極のうち、前記交差部において前記光導波路に隣接する前記金属層は、前記交差部を中心として、隣接する他の前記交差部を含まない範囲において、前記金属層に隣接する他の前記金属層に沿って延在する。
本発明の他の態様によると、前記電極の前記多層構造においては、前記基板に最も近い前記金属層である最下層を除く前記金属層の少なくとも一つが、前記最下層より厚く構成されている。
本発明の他の態様によると、前記樹脂層は、前記光導波路の導波方向に沿った長さが、隣接する前記金属層の、前記光導波路の導波方向に沿った長さより長くなるように形成されている。
本発明の他の態様によると、前記樹脂層は、前記隣接する前記金属層が形成されていない部分の、前記光導波路の導波方向に沿った長さが、前記光導波路を伝搬する光の波長より長く構成されている。
本発明の他の態様によると、前記樹脂層に隣接する前記金属層は、前記光導波路の導波方向に沿った長さが、当該金属層に隣接する他の前記金属層の、前記光導波路の導波方向に沿った長さに等しいか又は長くなるように形成されている。
本発明の他の態様によると、前記樹脂層に隣接する前記金属層は、前記他の金属層が形成されていない部分の、前記光導波路の導波方向に沿った長さが、前記光導波路を伝搬する光の波長より長く構成されている。
本発明の他の態様によると、前記樹脂層は、前記光導波路の導波方向に沿った両端部において、当該導波方向に直交する方向の幅が、前記光導波路の幅以下であって且つ前記交差部から離れるに従ってより狭く形成されている。
本発明の他の態様によると、前記樹脂層は、その厚さが、前記光導波路の導波方向に沿った両端部において、前記交差部から離れるに従ってより薄く形成されている。
本発明の他の態様によると、前記多層構造を構成する前記金属層のうち、最も上部に形成された前記金属層を除く少なくとも一つの前記金属層に、スリットが形成されている。
本発明の他の態様によると、前記樹脂層は、少なくとも２つの前記交差部にまたがって形成されている。
本発明の他の態様は、光の変調を行う光変調素子である上記いずれかの光導波路素子と、前記光導波路素子を収容する筺体と、前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、前記光導波路素子が出力する光を前記筺体の外部へ導く第２の光ファイバと、を備える光変調器である。
本発明の他の態様は、光の変調を行う光変調素子である上記いずれかの光導波路素子と、前記光導波路素子を駆動する駆動回路と、を備える光変調モジュールである。
本発明のさらに他の態様は、前記光変調器または前記光変調モジュールと、前記光導波路素子に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路と、を備える光送信装置である。

本発明によれば、光導波路素子において、当該光導波路素子の光学特性の劣化ないし悪化を招くことなく、基板上の光導波路と電極との交差部に発生し得る電極金属による導波光の光吸収損失を効果的に低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。 図１に示す光変調器に用いられる光変調素子の構成を示す図である。 図２に示す光変調素子のＡ部の部分詳細図である。 図３に示すＡ部のＩＶ－ＩＶ断面矢視図である。 図３に示すＡ部のＶ－Ｖ断面矢視図および当該断面における作用を説明するための図である。 Ａ部の信号電極の他の構成の例を示す図である。 図２に示す光変調素子のＢ部の部分詳細図である。 図７に示すＢ部のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面矢視図である。 図７に示すＢ部のＩＸ－ＩＸ断面矢視図および当該断面における作用を説明するための図である。 Ｂ部の代替構成の一例を示す図である。 Ｂ部の代替構成の他の一例を示す図である。 図２に示す光変調素子のＣ部の部分詳細図である。 図１２に示すＣ部のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ断面矢視図である。 図１２に示すＣ部のＸＩＶ－ＸＩＶ断面矢視図および当該断面における作用を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る光変調モジュールの構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。 従来の光導波路素子における光導波路と電極との交差部の構成の一例を示す平面図である。 図１７に示す交差部のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ断面矢視図である。 図１７に示す交差部のＸＩＸ－ＸＩＸ断面矢視図である。

上述した従来技術におけるようなＳｉＯ_２膜から基板にかかる応力を低減する策として、基板の全面にＳｉＯ_２膜を設けるのではなく、光導波路と電極とが交差する基板部分にのみＳｉＯ_２膜を形成し、当該ＳｉＯ２膜の上部に電極を形成する構成が考えられる。

図１７は、そのような、基板上の交差部分にのみＳｉＯ_２膜を形成する従来の光導波路素子の、当該交差部分における基板表面の平面図である。また、図１８は図１７に示す交差部のＸＶＩＩＩ―ＸＶＩＩＩ断面矢視図、図１９の上段の図（上段図）は、図１７に示す交差部のＸＩＸ－ＸＩＸ断面矢視図である。また、図１９の下段の図（下段図）は、ＸＩＸ－ＸＩＸ断面矢視図における光導波路の導波方向に沿った当該光導波路の実効屈折率の変化を示す図である。

図１８に示すように、基板２１３０は、例えば１０μｍの厚さに薄板化されたＬＮ基板であり、接着層２１４２を介して支持基板２１４４上に固定されている。支持基板２１４４は、例えばガラス基板、ＬＮ基板、Ｓｉ基板等である。

図１７に示すように、基板２１３０上には、例えばＴｉ熱拡散により形成された図示Ｙ方向に延在する光導波路２１３４と、例えば金（Ａｕ）から成る図示Ｚ方向に延在する電極２１３６と、が形成されている。光導波路２１３４と電極２１３６との交差部２１４０（図１７における図示一点鎖線の矩形で囲まれた部分）には、図１８および図１９の上段図に示すように、光導波路２１３４の上部に、バッファ層であるＳｉＯ_２膜２１３８が形成され、当該ＳｉＯ_２膜２１３８の上部に電極２１３６が形成されている。

このＳｉＯ_２膜２１３８の存在により、交差部２１４０においては、電極２１３６の金属Ａｕによる光導波路２１３４の導波光の光吸収損失が抑制される。

しかしながら、このような構成とした場合には、光導波路２１３４の一部分、すなわち交差部２１４０に対応する部分にのみ、ＳｉＯ２膜２１３８が形成される結果、ＳｉＯ_２膜２１３８および電極２１３６からの応力は光導波路２１３４のうち当該交差部２１４０に対応する部分に集中して加わることとなる。

特に、１００Ｇを超える高速光変調を行う光変調素子では、一般に、信号電極は、その導体損失の低減等を図るべく、その厚さが２０μｍから４０μｍと厚く構成される一方、上記のような光吸収損失の低減のために設けられるバッファ層としてのＳｉＯ２膜は、その目的に十分な厚さである０．３μｍから０．５μｍの薄さで形成される。このため、特に、電極２１３６が信号電極であるような構成においては、電極２１３６の形成時に金属Ａｕに蓄えられた応力又は電極２１３６とＳｉＯ２膜２１３８との界面に残存した応力が、１μｍ以下の薄さで形成されたＳｉＯ２膜２１３８を介して光導波路２１３４に加わることとなる。

そして、これらの応力は、図１９の下段図に示すように、基板２１３０を構成するＬＮの光弾性効果を介して、光導波路２１３４内の実効屈折率ｎ１を、交差部２１４０において、例えばΔｎ９だけ増加させて、ｎ９まで急峻に変化させる。なお、図１９の下段図において、縦軸は、光導波路２１３４の実効屈折率ｎ_ｅｆｆを示し、横軸は、光導波路２１３４の導波方向であるＹ方向における位置を示している。

このような実効屈折率の急峻な変化は、交差部２１４０において、光導波路２１３４内の光の伝搬モードに急峻な変化（例えば伝搬モードのモードフィールド径の急峻な変化）を生じさせ、当該交差部２１４０の境界部分において、当該モードの変化に起因して漏れ光を生じさせ得る。その結果、上記のような従来の光導波路素子では、当該漏れ光に起因して、光導波損失の増加や消光比の劣化が発生し得ることとなる。

特に、電界効率を高めるべく薄板化された基板を用いる光導波路素子では、より厚い基板を用いる光導波路素子に比べて応力感受性が高く、上記のようなモードの変化による漏れ光に起因する損失増加や消光比の劣化が、より強く発生することとなり得る。また、光導波路２１３４と電極２１３６との交差部２１４０がＹ字型の光分岐部や光合波部を構成する光導波路部分の近傍にある場合には、上記モードの変化は光分岐比や光合波作用に偏りを生じさせ、消光比に特に大きな影響を与えることとなり得る。

なお、光導波路２１３４の、交差部２１４０における実効屈折率の変化は、交差部２１４０に加わる応力の方向（基板の結晶軸に対する方向）に依存して、光導波路２１３４の他の部分の実効屈折率ｎ１に対し増加する場合もあれば、減少する場合もある。すなわち、Δｎ９の符号は、図１９の下段図の例のようにプラス（すなわち、屈折率増加）の場合もあれば、マイナス（すなわち、屈折率減少）の場合もあり得る。交差部２１４０において実効屈折率が急峻に減少する場合も、上記と同様に、光導波路２１３４内の伝搬モードの変化に起因して漏れ光が発生し、光導波損失の増加や消光比の劣化が起こり得る。

本発明に係る光導波路素子は、このような、交差部における伝搬モードの変化に起因して発生し得る当該光導波路素子の光学特性の劣化ないし悪化を招くことなく、当該交差部での電極金属による導波光の光吸収損失を効果的に低減する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光導波路素子である光変調素子１０４を用いた光変調器１００の構成を示す図である。光変調器１００は、筺体１０２と、当該筺体１０２内に収容された光変調素子１０４と、中継基板１０６と、を有する。光変調素子１０４は、例えば、ＤＰ－ＱＰＳＫ変調器である。筺体１０２は、最終的にはその開口部に板体であるカバー（不図示）が固定されて、その内部が気密封止される。

光変調器１００は、また、光変調素子１０４の変調に用いる高周波電気信号を入力するための信号ピン１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄと、これらの信号ピン１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄを筺体１０２内に導入するためのフィードスルー部１０８と、を有する。

さらに、光変調器１００は、筺体１０２内に光を入力するための入力光ファイバ１１４と、光変調素子１０４により変調された光を筺体１０２の外部へ導く出力光ファイバ１２０と、を筺体１０２の同一面に有する。

ここで、入力光ファイバ１１４及び出力光ファイバ１２０は、固定部材であるサポート１２２及び１２４を介して筺体１０２にそれぞれ固定されている。入力光ファイバ１１４から入力された光は、サポート１２２内に配されたレンズ１３０によりコリメートされた後、レンズ１３４を介して光変調素子１０４へ入力される。ただし、これは一例であって、光変調素子１０４への光の入力は、従来技術に従い、例えば、入力光ファイバ１１４を、サポート１２２を介して筺体１０２内に導入し、当該導入した入力光ファイバ１１４の端面を光変調素子１０４の基板２３０の端面に接続することで行うものとすることもできる。

光変調器１００は、また、光変調素子１０４から出力される２つの変調された光を偏波合成する光学ユニット１１６を有する。光学ユニット１１６から出力される偏波合成後の光は、サポート１２４内に配されたレンズ１１８により集光されて出力光ファイバ１２０へ結合される。

中継基板１０６は、当該中継基板１０６に形成された導体パターン（不図示）により、信号ピン１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄから入力される高周波電気信号を光変調素子１０４へ中継する。中継基板１０６上の上記導体パターンは、例えばワイヤボンディング等により、光変調素子１０４の信号電極の一端を構成するパッド（後述）にそれぞれ接続される。また、光変調器１００は、所定のインピーダンスを有する２つの終端器１１２ａおよび１１２ｂを筺体１０２内に備える。

図２は、図１に示す光変調器１００の筺体１０２内に収容される光導波路素子である光変調素子１０４の、構成の一例を示す図である。光変調素子１０４は、例えばＬＮで構成される基板２３０上に形成された光導波路（図示太線の点線）で構成され、例えば２００ＧのＤＰ－ＱＰＳＫ変調を行う。これらの光導波路は、基板２３０の表面にＴｉを熱拡散することにより形成されるものとすることができる。

基板２３０は、例えば矩形であり、図示上下方向に延在して対向する図示左右の２つの辺２８０ａ、２８０ｂ、および図示左右方向に延在して対向する図示上下の辺２８０ｃ、２８０ｄを有する。なお、図２においては、図示左上部に示す座標軸に示すとおり、図２の紙面の奥へ（オモテ面からウラ面へ）向かう法線方向をＸ方向、図示右方向をＹ方向、図示下方向をＺ方向とする。

光変調素子１０４は、基板２３０の図示左方の辺２８０ｂの図示下側において入力光ファイバ１１４からの入力光（図示右方を向く矢印）を受ける入力導波路２３２と、入力された光を同じ光量を有する２つの光に分岐する分岐導波路２３４と、を含む。また、光変調素子１０４は、分岐導波路２３４により分岐されたそれぞれの光を変調する２つの変調部である、いわゆるネスト型マッハツェンダ型光導波路２４０ａ、２４０ｂ（それぞれ、図示一点鎖線で囲まれた部分）を含む。

ネスト型マッハツェンダ型光導波路２４０ａ、２４０ｂは、それぞれ、一対の並行導波路を成す２つの導波路部分に設けられたそれぞれ２つのマッハツェンダ型光導波路２４４ａ（図示破線内部分）、２４６ａ（図示二点鎖線内部分）、および２４４ｂ（図示破線内部分）、２４６ｂ（図示二点鎖線内部分）を含む。これにより、ネスト型マッハツェンダ型光導波路２４０ａ、２４０ｂは、光分岐導波路２３により２つに分岐された入力光のそれぞれをＱＰＳＫ変調した後、変調後の光（出力）をそれぞれの出力導波路２４８ａ、２４８ｂから図示左方へ出力する。

これら２つの出力光は、その後、基板２３０外に配された光学ユニット１１６により偏波合成されて一つの光ビームにまとめられる。以下、光変調素子１０４の基板２３０上に形成された入力導波路２３２、分岐導波路２３４、並びにネスト型マッハツェンダ型光導波路２４０ａ、２４０ｂ及びこれらに含まれるマッハツェンダ型光導波路２４４ａ、２４６ａ、２４４ｂ、２４６ｂを、総称して光導波路２３２等ともいうものとする。

基板２３０上には、ネスト型マッハツェンダ型光導波路２４０ａ、２４０ｂを構成する合計４つのマッハツェンダ型光導波路２４４ａ、２４６ａ、２４４ｂ、２４６ｂのそれぞれに変調動作を行わせるための信号電極２５０ａ、２５２ａ、２５０ｂ、２５２ｂが設けられている。信号電極２５０ａ、２５２ａは、図示左方が屈曲して、基板２３０の図示上方の辺２８０ｃまで延在し、パッド２５４ａ、２５６ａに接続されている。また、信号電極２５０ａ、２５２ａの図示右方は、基板２３０の図示右方の辺２８０ａまで延在し、パッド２５８ａ、２６０ａに接続されている。

同様に、信号電極２５０ｂ、２５２ｂの図示左方は、基板２３０の図示下方の辺２８０ｄまで延在して、パッド２５４ｂ、２５６ｂに接続され、信号電極２５０ｂ、２５２ｂの図示右方は、基板２３０の図示右方の辺２８０ａまで延在し、パッド２５８ｂ、２６０ｂに接続されている。パッド２５８ａ、２６０ａ、２５８ｂ、２６０ｂは、ワイヤボンディング等により、上述した中継基板１０６と接続される。

なお、信号電極２５０ａ、２５２ｂ、２５０ｂ、２５２ｂは、従来技術に従い、基板２３０上に形成されたグランド導体パターン（不図示）と共に、例えば、所定のインピーダンスを有するコプレーナ伝送線路を構成している。グランド導体パターンは、例えば、光導波路２３２等の上には形成されないように設けられ、グランド導体パターンのうち光導波路２３２等により分割されて形成される複数の領域間は、例えばワイヤボンディング等により互いに接続されるものとすることができる。

パッド２５４ａ、２５６ａおよび２５４ｂ、２５６ｂは、上述した終端器１１２ａおよび１１２ｂに接続される。これにより、パッド２５８ａ、２６０ａ、２５８ｂ、２６０ｂに接続された中継基板１０６から入力される高周波電気信号は、進行波となって信号電極２５０ａ、２５２ａ、２５０ｂ、２５２ｂを伝搬し、マッハツェンダ型光導波路２４４ａ、２４６ａ、２４４ｂ、２４６ｂを伝搬する光波をそれぞれ変調する。

ここで、信号電極２５０ａ、２５２ａ、２５０ｂ、２５２ｂが基板２３０内に形成する電界と、マッハツェンダ型光導波路２４４ａ、２４６ａ、２４４ｂ、２４６ｂを伝搬する導波光と、の相互作用をより強めて高速変調動作をより低電圧で行い得るように、基板２３０は、２０μｍ以下の厚さ、好適には１０μｍ以下の厚さに形成される。なお、基板２３０は、その裏面（図２に示す面に対向する面）が、接着層を介してガラス等の支持基板に接着されている（図２では不図示。後述する図４等において、接着層４９０および支持基板４９２として記載）。

光変調素子１０４には、また、いわゆるＤＣドリフトによるバイアス点の変動を補償するためのバイアス電極２６２ａ、２６４ａ、および２６２ｂ、２６４ｂが設けられている。バイアス電極２６２ａ、２６２ｂは、それぞれ２組の電極ペアで構成されており、それぞれ、マッハツェンダ型光導波路２４４ａ、２４６ａおよび２４４ｂ、２４６ｂのバイアス点変動の補償に用いられる。また、バイアス電極２６４ａおよび２６４ｂは、それぞれ、ネスト型マッハツェンダ型光導波路２４０ａおよび２４０ｂのバイアス点変動の補償に用いられる。

これらのバイアス電極２６２ａ、２６４ａ、および２６２ｂ、２６４ｂも、それぞれ、基板２３０の辺２８０ｃおよび２８０ｄまで延在し、当該辺２８０ｃおよび２８０ｄの近傍部分において、例えば筺体１０２の底面に設けられたリードピン（不図示）を介して、筺体外部のバイアス制御回路と接続される。これにより、当該バイアス制御回路によりバイアス電極２６２ａ、２６４ａ、２６２ｂ、２６４ｂが駆動されて、対応する各マッハツェンダ型光導波路のバイアス点変動が補償される。以下、信号電極２５０ａ、２５２ａ、２５０ｂ、２５２ｂおよびバイアス電極２６２ａ、２６４ａ、２６２ｂ、２６４ｂを、総称して電極２５０ａ等という。

上記のように構成される光変調素子１０４は、光導波路２３２等と電極２５０ａ等とが交差する多くの交差部分を含んでいる。図２の記載から容易に理解されるように、図２において光導波路２３２等を示す図示太線点線と電極２５０ａ等を示す図示帯状部分とが交差する部分は、すべて、光導波路２３２等と電極２５０ａ等とが交差する交差部分である。本実施形態では、光変調素子１０４は、全部で５０箇所の交差部分を含んでいる。

図３、図４、および図５は、そのような交差部分の構成の第１の例としての、入力導波路２３２と信号電極２５０ｂとが交差する図２におけるＡ部の構成を示す部分詳細図である。ここに、図３は、Ａ部の平面図、図４は、図３に示すＡ部のＩＶ－ＩＶ断面矢視図である。また、図５の上段図は、図３に示すＡ部のＶ－Ｖ断面矢視図であり、図５の下段図は、図５の上段図に対応して描かれた、入力導波路２３２の導波方向に沿った当該入力導波路２３２内部の実効屈折率の変化を示す図である。図３、図４、及び図５は、従来技術における交差部分を描いた図１７、図１８、および図１９に対応する図である。

なお、図３、図４、図５に示す構成は、光変調素子１０４における光導波路２３２等と電極２５０ａ等とが交差する部分の構成の一例であって、Ａ部以外の、光導波路２３２等と電極２５０ａ等とが交差する任意の部分にも同様に用いることができる。

図３において、図示左右方向（Ｙ方向）に延在する入力導波路２３２と、図示上下方向（Ｚ方向）に延在する信号電極２５０ｂとは、互いに交差して、交差部３７０（図示一点鎖線の矩形で囲まれた部分）を形成している。図４において、基板２３０は、接着層４９０を介して支持基板４９２に固定されている。ここで、接着層４９０は、例えば熱硬化性樹脂等で構成され、支持基板４９２は、例えばガラス基板、ＬＮ基板、Ｓｉ基板等で構成される。

そして、交差部３７０において、信号電極２５０ｂは、金属材料から成る複数の金属層４５０－１、４５０－２を含む多層構造をなし、信号電極２５０ｂと基板２３０との間には樹脂材料から成る樹脂層４５２が形成されている。なお、上記多層構造をなす金属層の数は２つに限らず３つ以上でもよい。また、樹脂層も、少なくとも１つあればよく、２つ以上の数であってもよい。

また、上記複数の金属層４５０－１と４５０－２とは、互いに種類の異なる金属であってもよいし、同種の金属であってその金属層の製法が互いに異なるものであってもよい（３つ以上の金属層を含む場合も同様である）。例えば金属層４５０－１と４５０－２とを互いに異なる種類の金属とする場合、金属層４５０－１をチタン（Ｔｉ）、金属層４５０－２を金（Ａｕ）で構成するものとしてもよい。また金属層４５０－１と４５０－２とが同種の金属であって、その金属層の製法が互いに異なる場合、金属層４５０－１は、スパッタで形成された金（Ａｕ）で構成され、金属層４５０－２は、電界メッキにより形成された金（Ａｕ）で構成されてもよい。なお、金属層４５０－１と４５０－２との境界面が応力を分散するという観点からすると金属層４５０－１と４５０－２など境界線を形成する２つの金属層が互いに異なる種類の金属とする方が望ましい。

なお、金属層４５０－１及び４５０－２を含む信号電極２５０ｂは、変調速度が１００Ｇｂｐｓを超える広帯域動作を行う光変調素子１０４では、一般に、その全体の厚さが２０μｍから４０μｍの範囲となるように形成される。また、一般に、金属層４５０－１は、金属層４５０－２を形成するための下地層として厚さ０．１～０．３μｍ程度に形成される。すなわち、信号電極２５０ｂの厚さは、金属層４５０－２の厚さでほぼ定まる。したがって、信号電極２５０ｂから基板２３０へかかる応力の主たる発生要因は、上部の金属層４５０－２である。なお、バイアス電極２６２ａ、２６２ｂ、２６４ａ、２６４ｂは、一般に、全体の厚さが１μｍから５μｍの範囲で形成され、この場合にも、これらバイアス電極を構成する下地金属層は、厚さ０．１～０．３μｍ程度で形成されるのが一般的である。したがって、バイアス電極の場合も、上部の金属層が基板２３０への応力の主たる発生要因となる。

図５の上段図に示すように、本実施形態では、信号電極２５０ｂの金属層４５０－１と４５０－２とは同じ幅Ｌｅで形成され、樹脂層４５２の幅Ｌｙ１は、これら金属層の幅Ｌｅと同じ幅となっている。ただし、これは一例であって、樹脂層４５２の幅Ｌｙ１は、その上部の金属層４５０－１が入力導波路２３２と接触しないように、金属層４５０－１の幅よりも大きい任意の幅とすることができる。また、上部の金属層４５０－２の幅は、下部の金属層４５０－１の幅よりも小さく形成されていてもよいし、大きく形成されるものとすることもできる。

図５の下段図は、図５の上段図に示す構成における、入力導波路２３２の導波方向（Ｙ方向）に沿った当該入力導波路２３２の実効屈折率の変化を示す図である。図１９の下段図と同様に、図５の下段図における縦軸は、入力導波路２３２の実効屈折率ｎ_ｅｆｆを示し、横軸は、入力導波路２３２の導波方向であるＹ方向における位置を示している。

図５の上段図に示すとおり、交差部３７０には、金属層４５０－１と基板２３０との間に樹脂層４５２が形成されていることから、当該交差部３７０において入力導波路２３２を伝搬する導波光に金属層４５０－１に起因する光吸収損失が発生することが防止される。また、交差部３７０における信号電極２５０ａが複数の金属層４５０－１、４５０－２を含む多層構造で構成され、信号電極２５０ａと基板２３０との間に樹脂層４５２があることにより、当該交差部３７０において上部の金属層４５０－２から入力導波路２３２に伝わる応力は、当該金属層４５０－２と下部の金属層４５０－１との界面及び又は当該下部の金属層４５０－１により緩和される共に、剛性の低い樹脂層４５２により更に緩和される。このため、光変調素子１０４では、基板２３０の全面又は交差部分にＳｉＯ_２から成るバッファ層を形成する従来の光導波路素子に比べて、基板２３０の交差部３７０の部分に加わる応力が緩和される。

したがって、光変調素子１０４では、図５の下段図に示すように、交差部３７０における入力導波路２３２の実効屈折率の変化量Δｎ４は、バッファ層としてＳｉＯ２を用いる従来技術の構成における値（図１９に示すΔｎ９）に比べて小さく抑制され、当該交差部３７０において発生し得る入力導波路２３２での導波光の伝搬モードの変化の程度も緩和され得る。

その結果、光変調素子１０４では、交差部３７０における上記伝搬モードの変化に起因する漏れ光の発生等を抑制して、光学特性の劣化ないし悪化を防止ないし抑制しつつ、信号電極２５０ｂによる光吸収損失を効果的に低減することができる。

上述したように、図３、図４、図５に示す構成は、Ａ部以外の、光導波路２３２等と電極２５０ａ等とが交差する他の交差部分にも同様に適用することができる。すなわち、光変調素子１０４では、電極金属に起因する光吸収損失について求められる抑制の程度や、消光比劣化の抑制のために求められる漏れ光抑制の程度に応じて、光導波路２３２等と電極２５０ａ等との交差部分の全部又は一部について、図３、図４、図５に示す構成と同様の構成を適用することができる。

なお、上記の構成において、樹脂層４５２を構成する樹脂は、例えば、架橋反応により形成される樹脂であるものとすることができる。このような樹脂は、例えば、架橋剤を含む高分子材料で構成され、当該高分子材料を加熱加工することにより形成され得る。また、樹脂層４５２を構成するそのような樹脂は、ＳｉＯ_２のヤング率７２ＧＰａから７４ＧＰａに対し一桁小さい１から２ＧＰａの低ヤング率を有するものとして形成され得る。

また、図３、図４、図５に示す構成においては、樹脂層４５２は、その平面視が、長さＬｚと幅Ｌｙ１を持つ、信号電極２５０ｂに沿って長い矩形（すなわち、Ｌｚ＞Ｌｙ１）として形成されているが（図３参照）、これには限られない。樹脂層４５２の平面視は、交差部３７０を覆い得るサイズである限りにおいて、入力導波路２３２に沿って長い矩形（すなわち、Ｌｚ＜Ｌｙ１）として形成されていてもよい。

また、交差部分の一例として示した図２のＡ部においては、入力導波路２３２と信号電極２５０ｂとの交差角度は直角であるものとしたが、これには限られない。当該交差角度は任意の角度であるものとすることができ、樹脂層４５２の平面視形状は、入力導波路２３２と信号電極２５０ｂとが交差する部分を覆い得るサイズである限りにおいて任意の形状であるものとすることができる。

また、図３ないし図５に示す構成においては、信号電極２５０ｂは、２つの金属層４５０－１、４５０－２で構成されるものとしたが、これには限られない。信号電極２５０ｂは、上述したように、３つ以上の金属層で形成されていてもよい。例えば、交差部３７０における信号電極は、図６に示す信号電極２５０ｂ´のように、４つの金属層６５０－１、６５０－２、６５０－３、６５０－４で構成されるものとすることができる。この場合、相接する少なくとも２つの金属層は、相異なる種類の金属又は相異なる方法で形成された同種の金属で構成されるものとすることができる。

このような構成では、金属層６５０－１、６５０－２、６５０－３、６５０－４が形成する金属層間の界面において、より上部に形成された金属層からの応力がより下部に形成された金属層へ伝搬するのを抑制することができる。また、このような構成においては、金属層一層あたりの厚さを、より少ない数の層で構成される電極に比べて薄くできるため、各金属層の内部に発生し得る応力自体をより低減することができる。その結果、図６に示す構成では、信号電極２５０ｂ´から基板２３０へ加わる応力がさらに緩和され得る。

なお、電極２５０ａ等と光導波路２３２等との交差部において電極２５０ａ等が３つ以上の金属層を含む多層構造で構成されている場合、基板２３０に最も近い金属層（例えば６５０－１）である最下層を除く上記金属層の少なくとも一つ（例えば６５０－４）が、当該最下層より厚く構成されていることが望ましい。これにより、最下層より厚く構成された金属層の内部応力は、これより薄く構成された最下層と上部の金属層との界面において効果的に分散され、基板２３０上の光導波路２３２等へ加わる応力及び当該応力に起因する屈折率変化が効果的に緩和される。

また、図６に示す構成では、金属層６５０－１、６５０－２、６５０－３、６５０－４は、同じ幅で構成されるものとしたが、これには限られない。金属層６５０－１、６５０－２、６５０－３、６５０－４は、その全部又は一部が互いに異なる幅で形成されるものとすることができる。

次に、本実施形態に係る光変調器１００の光変調素子１０４に用いられる、光導波路２３２等と電極２５０ａ等との交差部分の第２の構成例について説明する。

図７、図８、および図９は、交差部分の第２の構成例を示す図であり、具体的には、図２示す入力導波路２３２と信号電極２５２ｂとが交差するＢ部の構成を示す部分詳細図である。ここに、図７は、図２に示すＢ部の平面図、図８は、図７に示すＢ部のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面矢視図である。また、図９の上段図は、図７に示すＢ部のＩＸ－ＩＸ断面矢視図であり、図９の下段図は、入力導波路２３２の導波方向に沿った当該入力導波路２３２内部の実効屈折率の変化を示す図である。すなわち、図７、図８、図９の上段図、及び図９の下段図は、それぞれ、図２のＡ部について示した図３、図４、図５の上段図、及び図５の下段図に相当する。また、図９の中段図は、入力導波路２３２の導波方向（本実施形態ではＹ方向）に沿った当該入力導波路２３２に加わる応力の変化を示す図である。図９の中段図には、比較のため、図３ないし図５に示すＡ部の構成において入力導波路２３２にかかる応力のピーク値のレベルが、値ｐ４として記載されている。

なお、図７、図８、図９において、図３、図４、図５に示す構成要素と同じ構成要素については、図３、図４、図５における符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図３、図４、図５についての説明を援用する。

また、図７、図８、図９に示すＢ部の構成は、光変調素子１０４における光導波路２３２等と電極２５０ａ等とが交差する部分の構成の他の一例であって、図３、図４、図５に示す構成に代えてＡ部に用いることもできるし、Ａ部及びＢ部以外の、光導波路２３２等と電極２５０ａ等とが交差する他の任意の部分に、同様に適用することができる。

図７において、図示左右方向（Ｙ方向）に延在する入力導波路２３２と、図示上下方向（Ｚ方向）に延在する信号電極２５２ｂとは、互いに交差して、交差部７７０を形成している。

Ｂ部の交差部７７０においては、図３、図４に示したＡ部の交差部３７０と同様に、信号電極２５２ｂが、複数の金属層８５０－１、８５０－２を含む多段構成をなし、信号電極２５２ｂと基板２３０との間には樹脂材料から成る樹脂層８５２が形成されている。ただし、図９の上段図に示すように、Ｂ部の構成は、図５の上段図に示したＡ部の構成とは異なり、金属層８５０－１、８５０－２、及び樹脂層８５２の、入力導波路２３２の導波方向に沿った長さが、互いに異なっている。

具体的には、樹脂層８５２は、入力導波路２３２の導波方向（又は延在方向（本実施形態ではＹ方向））に沿った長さＬｙ２が、隣接する金属層８５０－１の、入力導波路２３２の導波方向に沿った長さＬｅ１より長くなるように形成されている。また、樹脂層８５２に隣接する金属層８５０－１は、入力導波路２３２の導波方向に沿った長さＬｅ１が、当該金属層８５０－１に隣接する他の金属層８５０－２の、入力導波路２３２の導波方向に沿った長さＬｅ２より長くなるように形成されている。すなわち、Ｌｅ２＜Ｌｅ１＜Ｌｙである。

上記の構成では、Ｌｅ２＜Ｌｅ１＜Ｌｙであることから、下部の金属層８５０－１よりも一般に厚く形成されて主たる応力発生要因となり得る金属層８５０－２から基板２３０へ伝わる応力は、Ｌｅ２より長く形成される下部の金属層８５０－１及び樹脂層８５２により分散されて基板２３０へ到達することなる。同様に、金属層８５０－１から基板２３０への応力は、Ｌｅ１より長く形成される樹脂層８５２により分散されて基板２３０へ到達することなる。このため、交差部７７０において基板２３０にかかる応力のピーク値は、図５に示す交差部３７０におけるピーク値ｐ４から減少してｐ３となる。したがって、交差部７７０において入力導波路２３２に発生する実効屈折率の変化も緩やかとなり、実効屈折率のピーク値は、図５に示す交差部３７０におけるピーク値ｎ４から減少してｎ３となる。

また、上記の構成においては、Ｌｅ２＜Ｌｅ１＜Ｌｙであることから、交差部７７０において基板２３０へ加わる応力の、入力導波路２３２の導波方向に沿った変化は、図９の中段図に示すように階段状となる。このため、交差部７７０において入力導波路２３２に発生する実効屈折率の変化も、図９の下段図に示すように階段状となり、入力導波路２３２の延在方向における実効屈折率の変化は、実効屈折率のピーク値が単に減少した場合よりも更に緩やかとなる。

したがって、交差部７７０において発生し得る入力導波路２３２の導波光の伝搬モードの変化も緩やかとなり、交差部７７０を含むＢ部において入力導波路２３２の導波光の伝搬モードの変化に起因して発生し得る漏れ光の量は、図３ないし図５に示すＡ部におけるよりも低減され得る。その結果、図７ないし図９に示すＢ部の構成においては、図３ないし図５に示すＡ部の構成に比べて、漏れ光の発生に起因する光変調素子１０４の光学特性等の悪化や劣化への影響を更に低減することができる。

なお、上述したＢ部の構成においては、Ｌｅ２＜Ｌｅ１＜Ｌｙであるものとしたが、これには限られない。例えば、樹脂層８５２の長さＬｙ２が、隣接する金属層８５０－１の長さＬｅ１より長くなるように形成されている限りにおいて、樹脂層８５２に隣接する金属層８５０－１は、その長さＬｅ１が、当該金属層８５０－１に隣接する他の金属層８５０－２の長さＬｅ２と等しく形成されていてもよい（すなわち、Ｌｅ２＝Ｌｅ１＜Ｌｙ２）。このような構成でも、金属層８５０－１及び８５０－２の長さよりも長く形成される樹脂層８５２により、金属層８５０－１、８５０－２からの応力が分散されて基板２３０へ伝わるので、交差部７７０における入力導波路２３２の実効屈折率をある程度低減して、漏れ光の発生を抑制することができる。

なお、上記のように基板２３０ないし光導波路２３２に加わる応力の階段状の位置変化に応じて光導波路２３２における実効屈折率を効果的に変化させるためには、上記応力の階段状変化の距離を、光導波路２３２を伝搬する光の波長以上とすることが望ましい。したがって、望ましくは、樹脂層８５２のうち、当該樹脂層８５２に隣接する金属層８５０－１が形成されていない部分は、光導波路２３２の導波方向に沿った長さＬｅ１１及び又はＬｅ１２（図９参照）が、光導波路２３２を伝搬する光の波長λより長く構成される（すなわち、Ｌｅ１１，Ｌｅ１２≧λ）。また、望ましくは、樹脂層８５２に隣接する金属層８５０－１のうち、金属層８５０－１に隣接する他の金属層８５０－２が形成されていない部分は、光導波路２３２の導波方向に沿った長さＬｅ２１及び又はＬｅ２２が、光導波路２３２を伝搬する光の波長λより長く構成されている（すなわち、Ｌｅ２１，Ｌｅ２２≧λ）。

なお、Ａ部の構成についての説明において上述したとおり、交差部における電極２５０ａ等は２つ以上の複数の金属層で構成されているものとすることができる。例えば、上記Ｂ部の構成において、信号電極２５２ｂは、金属層８５０－２の上部に設けられた第３の金属層を有していてもよい。また、上記の効果は、当該第３の金属層の上記導波方向に測った長さがＬｅ２より長い場合でも、同様に奏することができる。

また、上述したＢ部における構成において、信号電極２５２ｂから基板２３０へ伝わる応力を更に低減すべく、金属層８５０－１にスリットを設けるものとしてもよい。図１０は、そのような、スリット１０５４を設けて構成された金属層８５０－１´を用いた、Ｂ部の代替構成を示す図であり、図９の上段図に相当する図である。図１０において、図９の上段図と同じ構成要素については図９の上段図と同じ符号を用いている。

図１０において、スリット１０５４の内部は、例えば空洞である。金属層８５０－１´にスリット１０５４を設けることにより、その上部の金属層８５０－２から伝わる応力は、スリット１０５４において開放されることとなるので、金属層８５０－２から基板２３０へ伝わる応力は、図７ないし図９に示す構成に比べて更に低減される。その結果、当該応力に起因して発生する入力導波路２３２における実効屈折率の変化は更に緩やかとなり、Ｂ部から発生する漏れ光が更に低減され、当該漏れ光による光変調素子１０４の光学特性の悪化が更に抑制される。

なお、スリット１０５４の、信号電極２５０ｂの延在方向に沿った長さは、応力開放の観点から、入力導波路２３２の幅以上であることが望ましい。また、図１０に示す構成では、金属層８５０－１´に形成されるスリット１０５４は、金属層８５０－１´の厚さ方向の途中まで設けられるものとしたが、これには限られない。スリット１０５４は、樹脂層８５２の表面に達するまで金属層８５０－１´を貫通して設けられるものとしてもよい。

また、スリット１０５４は、図１０に示す構成においては、樹脂層８５２と金属層８５０－２の２つの層に挟まれた金属層８５０－１´に形成されるものとしたが、これには限られない。スリット１０５４のようなスリットは、例えば信号電極２５２ｂ´が３つ以上の金属層で構成されている場合には、任意の２つの層（上記３つ以上の金属層及び基板２３０上の樹脂層を含む、任意の２つの層）に挟まれた金属層に設けられるものとすることができる。すなわち、スリットは、信号電極２５２ｂ´の多層構造を構成する金属層のうち、最も上部に形成された金属層を除く少なくとも一つの金属層に形成されているものとすることができる。

また、図９の上段図に示すＢ部の構成において、入力導波路２３２の実効屈折率の変化を更に緩やかにする構成として、樹脂層８５２の左右の両端部の厚さを、交差部７７０から離れるに従って薄く構成してもよい。図１１は、そのような、入力導波路２３２の導波方向に沿った両端部において交差部７７０から離れるに従ってより薄く形成された樹脂層８５２´を用いる、Ｂ部の他の代替構成を示す図であり、図９の上段図に相当する図である。図１１において、図９の上段図と同じ構成要素については図９の上段図と同じ符号を用いている。

図１１に示す構成においては、樹脂層８５２´の両端部の厚さが、交差部７７０から離れるに従って薄くなっているため、これらの両端部を介して基板２３０へ加わる応力は、交差部７７０から離れるに従って低下する。このため、当該両端部における入力導波路２３２の実効屈折率の変化は、図９に示す構成における樹脂層８５２の両端部における実効屈折率の変化よりも緩やかとなる。

このため、図１１に示す構成では、図９の上段図に示す構成に比べて、Ｂ部における入力導波路２３２の伝搬モードの変化が緩やかとなり、Ｂ部における漏れ光の発生が更に抑制される。その結果、図１１に示す構成では、図９の上段図に示す構成に比べて、Ｂ部において発生し得る漏れ光に起因する光変調素子１０４の光学特性の悪化を更に抑制することができる。なお、図１１に示す樹脂層８５２´のような形状は、樹脂層８５２´の形成過程において加熱処理の時間を通常より長く及び又は加熱温度を通常より高くして、樹脂層８５２´を構成する樹脂の、硬化前の粘性を高めることで容易に形成することができる。

また、上記樹脂に架橋剤を含有させ、架橋反応させることによっても図１１に示す樹脂層８５２´のような形状を容易に形成する事ができる。なお、図１１では樹脂層８５２´の厚さが、交差部７７０から薄くなり始めているが、これに限られない。例えば樹脂層８５２´の厚さは交差部７７０から一定の範囲まではほぼ同じ厚さで、その後、徐々に薄くなるようにしてもよい。

次に、本実施形態に係る光変調器１００の光変調素子１０４に用いられる、光導波路２３２等と電極２５０ａ等との交差部分の第３の構成例について説明する。

図１２および図１３は、交差部分の第３の構成例を示す図であり、具体的には、図２示すマッハツェンダ型光導波路２４４ｂの並行導波路を構成する一方の光導波路２４４ｂ－１と信号電極２５２ｂとが交差するＣ部の構成を示す部分詳細図である。ここに、図１２の上段図は、Ｃ部の平面図、図１２の中段図は、光導波路２４４ｂ－１の導波方向（本実施形態ではＹ方向）に沿った当該光導波路２４４ｂ－１に加わる応力の変化を示す図、図１２の下段図は、光導波路２４４ｂ－１の導波方向に沿った当該光導波路２４４ｂ－１の内部の実効屈折率の変化を示す図である。また、図１３は、図１２の上段の図におけるＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ平面矢視図である。

図１２の上段図は、Ａ部及びＢ部についてそれぞれ示した図３および図７に相当する。また、図１２の中段図は、Ｂ部について示した図９の中段図に相当し、図１２の下段図は、図９の下段図に相当する。また、図１３は、Ａ部及びＢ部についてそれぞれ示した図５および図９の上段の図に相当する。

なお、図１２及び図１３において、図３ないし図１１に示す構成要素および値と同じ構成要素および値については、図３ないし図１１における符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図３ないし図１１についての説明を援用する。

なお、図１２および図１３に示すＣ部の構成は、光導波路２３２等と電極２５０ａ等とが交差する部分の構成の一例であって、図３ないし図５に示す構成に代えてＡ部に用いることもできるし、図７ないし図９に示す構成に代えてＢ部に用いることもできる。また、図１２および図１３に示すＣ部の構成は、Ａ部およびＢ部以外の、光導波路２３２等と電極２５０ａ等との他の任意の交差部分にも同様に適用することができる。

図１２の上段図において、図示左右方向（Ｙ方向）に延在する光導波路２４４ｂ－１と、図示上下方向（Ｚ方向）に延在する信号電極２５２ｂとは、互いに交差して、交差部１２７０を形成している。図１３において、Ｃ部の交差部１２７０における信号電極２５２ｂの構成は、図９の上段図に示したＢ部の交差部７７０における信号電極２５２ｂの構成と同様に、複数の金属層１３５０－１、１３５０－２を含む多段構成をなす。ただし、図１２の上段図に示すように、交差部１２７０においては、下部の金属層１３５０－１と基板２３０との間には、図９の上段図に示す樹脂層８５２とは異なる形状を持つ樹脂層１３５２が形成されている。なお、金属層１３５０－１および１３５０－２は、信号電極２５２ｂの一部として、図９の上段図に示す金属層８５０－１及び８５０－２と、それぞれ電気的につながっている。

樹脂層１３５２は、図９の上段図に示す樹脂層８５２と同様に一様な厚さを有するが、その平面視が、矩形で構成される樹脂層８５２とは異なる（図７および図１２の上段図を参照）。すなわち、樹脂層１３５２は、図１２の上段図に示すように、光導波路２４４ｂ－１の導波方向（すなわち、図示左右方向）に沿った両端部において、当該導波方向に直交する方向の幅が、光導波路２４４ｂ－１の幅以下であって且つ交差部１２７０から離れるに従ってより狭く形成されている。具体的には、樹脂層１３５２は、例えば、導波方向の両端部（図１２の上段図の図示左右の端部）に頂点を持つ多角形を平面視形状とする。

図１２の中段図および下段図には、交差部１２７０から離れるに従って樹脂層１３５２の幅が光導波路２４４ｂ－１の幅より狭く構成された領域が、Ｙ軸方向における位置ｙ９０からｙ９２までの領域及び位置ｙ９４からｙ９６までの領域として示されている。

これらの領域では、光導波路２４４ｂ－１の幅方向において樹脂層１３５２が当該光導波路２４４ｂ－１を覆う範囲は、導波方向（Ｙ軸方向）に沿って変化する。このため、樹脂層１３５２を介して信号電極２５２ｂから基板２３０の光導波路２４４ｂ－１の部分に加わる応力も、導波方向（Ｙ軸方向）に沿って変化する。

具体的には、光導波路２４４ｂ－１の部分に加わる応力は、図１２の中段図に示すように、導波光の伝搬方向（図示右から左へ向かう方向）に沿って、ｙ９６からｙ９４へ向かって徐々に増加し、ｙ９２からｙ９０に向かって徐々に減少する。したがって、光導波路２４４ｂ－１の実効屈折率も、光弾性効果により、図１２の下段に示すようにｙ９６からｙ９４へ向かって徐々に増加し、ｙ９２からｙ９０に向かって徐々に減少する。その結果、位置ｙ９６から位置ｙ９０に至るまでの範囲における光導波路２４４ｂ－１の実効屈折率の変化は、図３ないし図５に示すＡ部および図６ないし図８に示すＢ部における入力導波路２３２の実効屈折率の変化より更に緩やかとなり、導波光の伝搬モードの変化も更に緩やかとなる。

また、樹脂層１３５２が光導波路２４４ｂ－１を覆う範囲は、図７ないし図９に示すＢ部において樹脂層８５２が入力導波路２３２を覆う範囲に比べて広いため、光導波路２４４ｂ－１に加わる応力のピーク値ｐ２は、Ｂ部における入力導波路２３２の応力のピーク値ｐ３よりも小さくなり（図１２の中段図参照）、光導波路２４４ｂ－１の実効屈折率のピーク値ｎ２も、Ｂ部における入力導波路２３２の実効屈折率のピーク値ｎ３よりも小さくなる（図１２の下段図参照）。

したがって、光導波路２４４ｂ－１のＣ部における伝搬モードの変化は、入力導波路２３２のＢ部における伝搬モードの変化より緩やかとなる。その結果、伝搬モードの変化に起因するＣ部における漏れ光の発生の程度は、Ａ部およびＢ部よりも更に抑制されることとなり、当該漏れ光の発生を介した光変調素子１０４への光学特性等への影響が更に低減され得る。

なお、図１２の上段図には、一例として、上記導波方向の両端部（図示左右の端部）に頂点を持つ多角形を平面視形状とする樹脂層１３５２を示したが、樹脂層１３５２の形状は、これには限られない。樹脂層１３５２は、光導波路２４４ｂ－１の導波方向に沿った両端部において、当該導波方向に直交する方向の幅が、光導波路２４４ｂ－１の幅以下であって且つ交差部１２７０から離れるに従ってより狭く形成されている限りにおいて、他の形状で構成されるものとすることができる。そのような形状は、例えば、図示左右の端部が曲線で構成された形状であってもよい。なお、樹脂層１３５２の端部だけでなく、樹脂層１３５２の他の角部も、曲線で構成されるものとすることができる。

図１４は、そのような、端部が曲線で構成された平面視形状を有する樹脂層１３５２´を用いた、Ｃ部の代替構成を示す図であり、図１２の上段図に相当する図である。図１４において、図１２および図１３と同じ構成要素については図１２及び図１３における符号と同じ符号を用いている。図１４に示す構成においても、樹脂層１３５２´のうち図示左右の両端部においては、光導波路２４４ｂ－１の導波方向に直交する方向の幅が、交差部１２７０から離れるに従って光導波路２４４ｂ－１の幅がより狭く形成されているので、光導波路２４４ｂ－１の伝搬モードの変化を緩やかにして、漏れ光の発生を効果的に抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に係る光変調器１００が備える光変調素子１０４を用いた光変調モジュール１５００である。図１５は、本実施形態に係る光変調モジュール１５００の構成を示す図である。図１５において、図１に示す第１の実施形態に係る光変調器１００と同一の構成要素については、図１に示す符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図１についての説明を援用する。

光変調モジュール１５００は、図１に示す光変調器１００と同様の構成を有するが、中継基板１０６に代えて、回路基板１５０６を備える点が、光変調器１００と異なる。回路基板１５０６は、駆動回路１５０８を備える。駆動回路１５０８は、信号ピン１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄを介して外部から供給される例えば変調信号に基づいて、光変調素子１０４を駆動する高周波電気信号を生成し、当該生成した高周波電気信号を光変調素子１０４へ出力する。

上記の構成を有する光変調モジュール１５００は、上述した第１の実施形態に係る光変調器１００と同様に、光導波路２３２等と電極２５０ａ等との交差部分において図３ないし図１４に示す構成を有する光変調素子１０４を備える。このため、光変調モジュール１５００では、光変調器１００と同様に、光変調素子１０４の光学特性の劣化ないし悪化を招くことなく、基板２３０上の光導波路２３２等と電極２５０ａ等との交差部分に発生し得る導波光の光吸収損失を効果的に低減して、良好な変調特性を実現して、良好な光伝送を行うことができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に係る光変調器１００を搭載した光送信装置１６００である。図１６は、本実施形態に係る光送信装置１６００の構成を示す図である。この光送信装置１６００は、光変調器１００と、光変調器１００に光を入射する光源１６０４と、変調器駆動部１６０６と、変調信号生成部１６０８と、を有する。なお、光変調器１００及び変調器駆動部１６０６に代えて、上述した光変調モジュール１５００を用いることもできる。

変調信号生成部１６０８は、光変調器１００に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路であり、外部から与えられる送信データに基づき、光変調器１００に当該変調データに従った光変調動作を行わせるための高周波信号である変調信号を生成して、変調器駆動部１６０６へ出力する。

変調器駆動部１６０６は、変調信号生成部１６０８から入力される変調信号を増幅して、光変調器１００が備える光変調素子１０４の４つの信号電極２５０ａ、２５２ａ、２５０ｂ、２５２ｂを駆動するための４つの高周波電気信号を出力する。

当該４つの高周波電気信号は、光変調器１００の信号ピン１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄに入力されて、光変調素子１０４を駆動する。これにより、光源１６０４から出力された光は、光変調器１００により、例えばＤＰ－ＱＰＳＫ変調され、変調光となって光送信装置１６００から出力される。

特に、光送信装置１６００では、光導波路２３２等と電極２５０ａ等との交差部分の光吸収損失を効果的に低減し得る光変調素子１０４を備えた光変調器１００を用いているので、良好な変調特性を実現して、良好な光伝送を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成およびその代替構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

例えば、上述した第１の実施形態では、光変調素子１０４において、入力導波路２３２と信号電極２５０ｂとの交差部分であるＡ部、入力導波路２３２と信号電極２５２ｂとの交差部分であるＢ部、及び光導波路２４４ｂ－１と信号電極２５２ｂとの交差部分であるＣ部について、それぞれ、図３ないし図６、図７ないし図１１、および図１２ないし図１４に示す構成を有するものとしたが、これには限られない。

光導波路素子である光変調素子１０４は、光導波路２３２等と電極２５０ａ等との一部又は全部の交差部分について、図３ないし図６、図７ないし図１１、および図１２ないし図１４に示すいずれかの構成を有するものとすることができる。従って、例えば、信号電極２５０ｂと入力導波路２３２との交差部分であるＡ部について示した図３ないし図６に示すいずれかの構成を、バイアス電極２６４ｂと入力導波路２３２との交差部分に適用するものとしてもよい。

また、当業者において容易に理解されるように、Ａ部の代替構成として示した図６に示す信号電極２５０ｂ´の多層構造は、図７ないし図１４に示したＢ部又はＣ部の構成と組み合わせることができる。また、Ｂ部の代替構成として示した図１０のスリット１０５４および図１１の厚さの変化する樹脂層８５２´は、図３ないし図６に示したＡ部の構成又は図１２ないし図１４に示したＣ部の構成と組み合わせることができる。これらの組み合わせを行うことで、電極２５０ａ等と交差する光導波路２３２等の実効屈折率の変化をさらに緩和し、交差部からの漏れ光の発生による光変調素子１０４の光学特性の悪化を回避しつつ、交差する電極２５０ａ等に起因する光導波路２３２等における光吸収損失を低減することができる。

また、上述した第１の実施形態では、光導波路２３２等と電極２５０ａ等との交差部であるＡ部、Ｂ部、及びＣ部における樹脂層４５２、８５２等、及び１３５２等は、それぞれ交差部毎に個別に形成されるものとしたが、これには限られない。これらの樹脂層は、少なくとも２つの交差部（例えば、隣接する少なくとも２つの交差部）にまたがって（又は、つながって）形成されているものとすることができる。例えば、隣接する２つの交差部であるＡ部およびＢ部において、Ａ部の樹脂層４５２と、Ｂ部の樹脂層８５２とは、一つの樹脂層として連続して形成されているものとすることができる。この場合において、当該連続して形成される樹脂層は、樹脂層４５２及び樹脂層８５２に相当する部分以外の部分が、樹脂層４５２及び樹脂層８５２と異なる厚さで（例えば、より薄く）形成されていてもよい。あるいは、連続して形成される樹脂層は、樹脂層４５２及び樹脂層８５２が同じ厚さであるときは、当該厚さと同じ一様な厚さで形成されるものとすることもできる。

これにより、近接導波路間や同じ干渉系導波路間の応力による実行屈折率変化を等価させることが出来、また樹脂層４５２等と基板２３０との接触面積を広くして、基板２３０に対する樹脂層４５２等の密着性を向上することができる。

また、上述した実施形態では、光導波路素子の一例として、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）である基板２３０により形成された光変調素子１０４を示したが、光導波路素子は、ＩｎＰやＳｉなどの基板を用いて形成されるものであってもよい。

以上説明したように、上述した第１の実施形態に係る光変調器１００は、光変調素子１０４を備える。光導波路素子である光変調素子１０４は、基板２３０と、基板２３０に形成された光導波路２３２等と、光導波路２３２等を伝搬する光波を制御する電極２５０ａ等と、を備える。また、光導波路２３２等と電極２５０ａ等とは互いに交差する交差部３７０等を有し、交差部３７０等において、電極２５０ａ等は、金属材料から成る複数の金属層を含む多層構造をなし、電極２５０ａ等と基板２３０との間に樹脂材料から成る樹脂層４５２等が形成されている。

この構成によれば、光変調素子１０４の光学特性の劣化ないし悪化を招くことなく、基板２３０上の光導波路２３２等と電極２５０ａ等との交差部３７０等に発生し得る電極金属による導波光の光吸収損失を効果的に低減することができる。

また、光変調素子１０４では、前記電極の前記多層構造は、前記基板に最も近い前記金属層である最下層を除く前記金属層の少なくとも一つが、前記最下層より厚く構成されるものとすることができる。この構成によれば、最下層より厚く構成された金属層の内部応力は、これより薄く構成された最下層と上部の金属層との界面において効果的に分散され、基板２３０上の光導波路２３２等へ加わる応力及び当該応力に起因する屈折率変化が効果的に緩和され得る。

また、光変調素子１０４では、樹脂層８５２を用いることができる。樹脂層８５２は、入力導波路２３２の導波方向に沿った長さＬｙ２が、当該樹脂層８５２に隣接する金属層８５０－１の、上記導波方向に沿った長さＬｅ１より長く形成されている。ここで、樹脂層８５２は、上記隣接する金属層８５０－１が形成されていない部分の、入力導波路２３２の導波方向に沿った長さＬｅ１１及び又はＬｅ１２が、当該入力導波路を伝搬する光の波長λより長く構成されることが好ましい。

また、光変調素子１０４では、樹脂層８５２に隣接する金属層８５０－１は、入力導波路２３２の導波方向に沿った長さＬｅ１が、当該金属層８５０－１に隣接する他の金属層である金属層８５０－２の、上記導波方向に沿った長さＬｅ２に等しいか又はＬｅ２より長くなるように形成され得る。ここで、樹脂層８５２に隣接する金属層８５０－１は、上記他の金属層である金属層８５０－２が形成されていない部分の、入力導波路２３２の導波方向に沿った長さＬｅ２１及び又はＬｅ２２が、当該入力導波路２３２を伝搬する光の波長より長く構成されている。

また、光変調素子１０４では、樹脂層１３５２又は樹脂層１３５２´を用いることができる。樹脂層１３５２、１３５２´は、光導波路２４４ｂ－１の導波方向に沿った両端部において、当該導波方向に直交する方向の幅が、光導波路２４４ｂ－１の幅以下であって且つ交差部１２７０から離れるに従ってより狭く形成されている。

また、光変調素子１０４では、樹脂層８５２´を用いることができる。樹脂層８５２´は、その厚さが、入力導波路２３２の導波方向に沿った両端部において、交差部７７０から離れるに従ってより薄く形成されている。

また、光変調素子１０４では、交差部７７０におけるスリット１０５４のように、交差部において電極２５０ａ等の多層構造を構成する金属層のうち、最も上部に形成された金属層を除く少なくとも一つの金属層に、スリットが形成され得る。

これらの構成によれば、交差部７７０を含むＢ部における入力導波路２３２の実効屈折率の変化を更に緩やかにして、光変調素子１０４の光学特性を更に良好に保つことができる。

また、光変調素子１０４では、樹脂層４５２等は、電極２５０ａ等と光導波路２３２等との交差部のうち、少なくとも２つの交差部にまたがって形成されるものとすることができる。この構成によれば、近接導波路間や同じ干渉系導波路間の応力による実行屈折率変化を等価させることが出来、また樹脂層４５２等と基板２３０との接触面積を広くして、基板２３０に対する樹脂層４５２等の密着性を向上することができる。

また、第２の実施形態に係る光変調モジュール１５００は、光導波路素子である光の変調を行う光変調素子１０４と、当該光変調素子１０４を駆動する駆動回路１５０８と、を備える。

また、第３の実施形態に係る光送信装置１６００は、光変調器１００または光変調モジュール１５００と、光変調素子１０４に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路である変調信号生成部１６０８と、を備える。

これらの構成によれば、良好な特性を有する光変調モジュール１５００又は光送信装置１６００を実現することができる。

１００…光変調器、１０２…筺体、１０４…光変調素子、１０６…中継基板、１０８…フィードスルー部、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ…信号ピン、１１２ａ、１１２ｂ…終端器、１１４…入力光ファイバ、１１６…光学ユニット、１１８、１３０、１３４…レンズ、１２０…出力光ファイバ、１２２、１２４…サポート、２３０、２１３０…基板、２３２…入力導波路、２３４…分岐導波路、２４０ａ、２４０ｂ…ネスト型マッハツェンダ型光導波路、２４４ａ、２４４ｂ、２４６ａ、２４６ｂ…マッハツェンダ型光導波路、２４４ｂ－１、２１３４…光導波路、２４８ａ、２４８ｂ…出力導波路、２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｂ´、２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｂ´…信号電極、２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂ、２５８ａ、２５８ｂ、２６０ａ、２６０ｂ…パッド、２６２ａ、２６２ｂ、２６４ａ、２６４ｂ…バイアス電極、２８０ａ、２８０ｂ、２８０ｃ、２８０ｄ…辺、３７０、７７０、１２７０、２１４０…交差部、４５０－１、４５０－２、６５０－１、６５０－２、６５０－３、６５０－４、８５０－１、８５０－１´、８５０－２、１３５０－１、１３５０－２…金属層、４５２、８５２、８５２´、１３５２、１３５２´、２１３８…樹脂層、４９０、２１４２…接着層、４９２、２１４４…支持基板、１５００…光変調モジュール、１５０６…回路基板、１５０８…駆動回路、１６００…光送信装置、１６０４…光源、１６０６…変調器駆動部、１６０８…変調信号生成部、２１３６…電極。

Claims (13)

1. 基板と、
   前記基板に形成された光導波路と、
   前記光導波路を伝搬する光波を制御する電極と、
   を備える光導波路素子において、
   前記光導波路と前記電極とは互いに交差する交差部を有し、
   前記交差部において、前記電極は金属材料から成る複数の金属層を含む多層構造をなし、前記電極と前記基板との間に樹脂材料から成る樹脂層が形成されており、
   前記樹脂層は、前記交差部を中心として、隣接する他の前記交差部を含まない範囲において前記光導波路に沿って延在し、
   前記電極のうち、前記交差部において前記光導波路に隣接する前記金属層は、前記交差部を中心として、隣接する他の前記交差部を含まない範囲において、前記金属層に隣接する他の前記金属層に沿って延在する、
   光導波路素子。
2. 前記電極の前記多層構造においては、前記基板に最も近い前記金属層である最下層を除く前記金属層の少なくとも一つが、前記最下層より厚く構成されている、
   請求項１に記載の光導波路素子。
3. 前記樹脂層は、前記光導波路の導波方向に沿った長さが、隣接する前記金属層の、前記光導波路の導波方向に沿った長さより長くなるように形成されている、
   請求項１または２に記載の光導波路素子。
4. 前記樹脂層は、前記隣接する前記金属層が形成されていない部分の、前記光導波路の導波方向に沿った長さが、前記光導波路を伝搬する光の波長より長く構成されている、
   請求項３に記載の光導波路素子。
5. 前記樹脂層に隣接する前記金属層は、前記光導波路の導波方向に沿った長さが、当該金属層に隣接する他の前記金属層の、前記光導波路の導波方向に沿った長さに等しいか又は長くなるように形成されている、
   請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光導波路素子。
6. 前記樹脂層に隣接する前記金属層は、前記他の金属層が形成されていない部分の、前記光導波路の導波方向に沿った長さが、前記光導波路を伝搬する光の波長より長く構成されている、
   請求項５に記載の光導波路素子。
7. 前記樹脂層は、前記光導波路の導波方向に沿った両端部において、当該導波方向に直交する方向の幅が、前記光導波路の幅以下であって且つ前記交差部から離れるに従ってより狭く形成されている、
   請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光導波路素子。
8. 前記樹脂層は、その厚さが、前記光導波路の導波方向に沿った両端部において、前記交差部から離れるに従ってより薄く形成されている、
   請求項１ないし７のいずれか一項に記載の光導波路素子。
9. 前記多層構造を構成する前記金属層のうち、最も上部に形成された前記金属層を除く少なくとも一つの前記金属層に、スリットが形成されている、
   請求項１ないし８のいずれか一項に記載の光導波路素子。
10. 前記樹脂層は、少なくとも２つの前記交差部にまたがって形成されている、
    請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光導波路素子。
11. 光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の光導波路素子と、
    前記光導波路素子を収容する筺体と、
    前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと
    前記光導波路素子が出力する光を前記筺体の外部へ導く光ファイバと、
    を備える光変調器。
12. 光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の光導波路素子と、前記光導波路素子を駆動する駆動回路と、を備える光変調モジュール。
13. 請求項１１に記載の光変調器、または請求項１２に記載の光変調モジュールと、
    前記光導波路素子に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路と、
    を備える、
    光送信装置。

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