JPH1039266A

JPH1039266A - 光制御デバイス

Info

Publication number: JPH1039266A
Application number: JP31063596A
Authority: JP
Inventors: Osamu Mitomi; 修三冨; Hiroshi Miyazawa; 弘宮沢; Kazuto Noguchi; 一人野口
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 1998-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】光制御デバイスの特性を一定にし、さらに帯
域を広げる。【解決手段】光制御デバイスは、少なくとも１本の光
導波路を表面近傍に備えた電気光学効果を有する基板
と、基板表面上に形成されたバッファ層と、バッファ層
上の光導波路近傍に形成された中心導体と接地導体より
なる電極とを含み、中心導体のバッファ層に接する側の
幅が光導波路の幅より大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光スイッチ等の光
制御デバイスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムや光応用計測技術におい
ては、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃：Ｌ
Ｎ）結晶のような電気光学効果を有する強誘電体を利用
して、光変調器や光スイッチ、あるいは偏波制御器等の
ような電気信号によって光の変調，スイッチング，偏波
制御等を行う光制御デバイスが多く用いられている。

【０００３】ＬＮ結晶を用い、本願発明者等が研究開発
してきた最も広帯域な進行波形高速光強度変調器の構成
例を図１，図２に示す。図１はコプレーナ線路形変調電
極を用いた光変調器の上面図、図２は変調器中央部の断
面図である。この例では、電気光学効果を持つｚカット
−ＬＮ基板１０１にＴｉ熱拡散によりマッハツェンダ形
光導波路を構成するコア１０２が形成され、このコア１
０２の周辺部は深さが数μｍ掘り込まれたリッジ構造に
なっている。その基板１０１の上には、変調電極による
光の伝搬損失を抑制するために、厚さｔ_bの、例えばＳ
ｉＯ₂のような誘電体よりなるバッファ層（光導波路の
クラッド層としても機能する）１０３が形成され、その
バッファ層１０３上にＡｕまたはＡｌ等からなる中心導
体１０４および接地導体１０５によって構成されるコプ
レーナ線路変調電極が形成されている。

【０００４】このような従来の変調器においては、マイ
クロ波変調信号の伝搬速度と光導波路を伝わる光波の速
度は必ずしも一致していない。この場合、変調器の動作
帯域は主にこのマイクロ波と光波の速度不整合によって
制限される。マイクロ波変調信号に対する電極の実効屈
折率をｎ_m、光導波路の実効屈折率をｎ_o（波長λ＝
１．５５μｍ帯ではｎ_o＝２．１５）とすると、インピ
ーダンス整合がとれている時、光変調器の帯域幅Δｆ₁
（エレクトリカル３ｄＢ）は、

【０００５】

【数１】

【０００６】の関係で与えられることが知られている。
ここで、ｃは真空中の光速、Ｌは変調電極の相互作用長
である。変調器の駆動電圧Ｖπの大きさは変調電極長Ｌ
に反比例する関係がある。従って、式（１）の関係か
ら、駆動電圧を大きくすることなく広帯域化を図るため
にｎ_mの大きさをｎ_oの大きさに近づくように、電極厚
ｔ_m、バッファ層厚ｔ_b、導体間隔Ｇ、リッジの深さｔ
r の大きさが、設定される。

【０００７】同時に、変調電極の特性インピーダンスを
５０Ωとし、外部回路とインピーダンスが整合するよう
に、以上のパラメータは設定しなければならない。

【０００８】このような手段により、本願発明者等は、
光制御デバイスの動作帯域を７０ＧＨｚまで広げてき
た。

【０００９】なお、図２において、中心導体および接地
導体の幅がバッファ層に接する側で狭くなっている理由
は、以下に述べる通りである。マイクロ波変調信号の伝
搬速度を光導波路を伝搬する光の速度に近づけるために
は、電極の厚さｔ_mを導体間隔Ｇ（通常、１０〜５０μ
ｍ）と同程度に設定する必要がある。従って、中心導体
および接地導体はかなり厚くなる。このため、これらの
導体は厚膜レジストパターンをガイドとして電界メッキ
等によって形成されるが、レジストの形状が台形状（基
板に近づくほど幅が広くなる）になるので、図２のよう
にバッファ層に接する側が狭くなるからである。

【００１０】この場合、電極の寸法をどのように表すか
が問題になるが、光制御デバイスの特性は、主にバッフ
ァ層に接する側の寸法によって決まるので、本願の明細
書および図面で用いる寸法はバッファ層に接する側を基
準とすることとする。

【００１１】また、図１，図２ではバッファ層１０３の
表面が平坦化されていないが、これはこの方がマイクロ
波が低屈折率の空気をより多く感ずるので、ｎ_mをｎ_o
に近づけやすくなるからである。

【００１２】なお、光制御デバイスの特性インピーダン
スとしては、外部回路の特性インピーダンス（通常は５
０Ω）に等しくすることが原則であるが、光制御デバイ
スを低電圧で駆動するために、特性インピーダンスが小
さいデバイスも用いられる。この場合には、周波数帯域
が狭まるとともに、反射波が生じる。反射波はアイソレ
ータにより除去して駆動電源の動作不安定を防止して用
いる。この場合には、光制御デバイスの特性インピーダ
ンスは、駆動電圧を下げる効果と帯域が狭くなる効果を
考慮して、必要な性能が得られるように所望の値、例え
ば、４０Ωに設定される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のような
広帯域化のための手段を講じた図１，図２のような素子
においても、未解決の課題のあることを、本願発明者は
この素子の広帯域化の研究開発の過程で発見した。

【００１４】すなわち、図１，図２のような素子を製作
しても、必ずこの様な高性能が実現される訳ではなく、
動作帯域、駆動電圧、特性インピーダンスが素子ごとに
一定しない。

【００１５】さらに、式（１）に従うとｎ_mとｎ_oが一
致すると帯域は無限大になるはずであるが、ｎ_mとｎ_o
をある値以内に接近させても、もはや帯域は広がらなく
なる。

【００１６】本発明の課題は、まず光制御デバイスの特
性を一定にすることであり、その上でさらに上記の帯域
の制限を越えることである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１の光制御デバイスは、電気光学
効果を有し光導波路を含むリッジが形成されている基板
と、前記基板上に形成されたバッファ層と、前記バッフ
ァ層を介して前記基板上に形成された接地導体と前記バ
ッファ層を介して前記リッジ上に形成された中心導体と
からなる電極とを備えてなり、前記リッジ以外の部分に
形成されている前記バッファ層の表面が前記リッジの上
に形成されている前記バッファ層の表面より低く形成さ
れ、前記電極のマイクロ波損失を低減するとともに、前
記電極を伝搬するマイクロ波と前記光導波路を伝搬する
光の伝搬速度が正確にもしくはほぼ等しくなるととも
に、前記電極のインピーダンスが所望のインピーダンス
に正確にもしくはほぼ等しくなるように、前記リッジの
幅と深さ、前記バッファ層の厚さおよび前記電極の形状
と寸法が設定されている光制御デバイスにおいて、前記
中心電極の前記バッファ層に接する側の幅が前記光導波
路のコアの幅より大きいことを特徴とする。

【００１８】本発明の請求項２の光制御デバイスは、前
記請求項１の光制御デバイスにおいて、前記所望のイン
ピーダンスが外部回路の特性インピーダンスであること
を特徴とする。

【００１９】本発明の請求項３の光制御デバイスは、前
記請求項１または２の光制御デバイスにおいて、前記中
心導体の前記バッファ層に接する側の幅が、前記光導波
路のコアの幅と前記リッジの幅の平均値より広いことを
特徴とする。

【００２０】本発明の請求項４の光制御デバイスは、前
記請求項３の光制御デバイスにおいて、前記中心導体の
前記バッファ層に接する側の幅が前記リッジの幅より広
いことを特徴とする。

【００２１】本発明の請求項５の光制御デバイスは、前
記請求項４の光制御デバイスにおいて、前記中心導体の
真下では、前記バッファ層の表面が平坦であることを特
徴とする。

【００２２】本発明の請求項６の光制御デバイスは、前
記請求項１ないし５のいずれかの光制御デバイスにおい
て、前記中心導体が複数の層で形成されていることを特
徴とする。

【００２３】本発明の請求項７の光制御デバイスは、前
記請求項６の光制御デバイスにおいて、前記複数の層の
内で前記バッファ層に接する層の厚さが１μｍ以下であ
ることを特徴とする。

【００２４】本発明の請求項８の光制御デバイスは、前
記請求項１ないし７のいずれかの光制御デバイスにおい
て、前記中心導体と前記接地導体の間にバッファ層のな
い領域が設けられていることを特徴とする。

【００２５】本発明の請求項９の光制御デバイスは、前
記請求項１ないし８のいずれかの光制御デバイスにおい
て、前記光制御デバイスがマッハツェンダ形光強度変調
器であることを特徴とする。

【００２６】本発明の請求項１０の光制御デバイスは、
前記請求項１ないし９のいずれかの光制御デバイスにお
いて、前記基板がＬｉＮｂＯ₃，ＬｉＴａＯ₃またはＰ
ＬＺＴの何れか１つの材料からなることを特徴とする。

【００２７】また、本発明の請求項１１の光制御デバイ
スは、電気光学効果を有し光導波路を含むリッジが形成
されている基板と、前記基板表面上に形成されたバッフ
ァ層と、前記バッファ層を介して前記リッジ上に形成さ
れたストリップ導体と前記基板の裏面に形成された接地
導体よりなる電極とを備えてなり、前記リッジ以外の部
分に形成されている前記バッファ層の表面が前記リッジ
の上に形成されている前記バッファ層の表面より低く形
成され、前記電極のマイクロ波損失を低減するととも
に、前記電極を伝搬するマイクロ波と前記光導波路を伝
搬する光の伝搬速度が正確にもしくはほぼ等しくなると
ともに、前記電極のインピーダンスが所望のインピーダ
ンスに正確にもしくはほぼ等しくなるように、前記リッ
ジの幅と深さ、前記バッファ層の厚さおよび前記電極の
形状と寸法が設定されている光制御デバイスにおいて、
前記ストリップ導体の前記バッファ層に接する側の幅が
前記光導波路のコア幅より大きいことを特徴とする。

【００２８】本発明の請求項１２の光制御デバイスは、
前記請求項１１の光制御デバイスにおいて、前記所望の
インピーダンスが外部回路の特性インピーダンスである
ことを特徴とする。

【００２９】本発明の請求項１３の光制御デバイスは、
前記請求項１１または１２の光制御デバイスにおいて、
前記ストリップ導体の前記バッファ層に接する側の幅
が、前記光導波路のコアの幅と前記リッジの幅の平均値
より広いことを特徴とする。

【００３０】本発明の請求項１４の光制御デバイスは、
前記請求項１３の光制御デバイスにおいて、前記ストリ
ップ導体の前記バッファ層に接する側の幅が前記リッジ
の幅より広いことを特徴とする。

【００３１】本発明の請求項１５の光制御デバイスは、
前記請求項１４の光制御デバイスにおいて、前記ストリ
ップ導体の真下では、前記バッファ層の表面が平坦であ
ることを特徴とする。

【００３２】本発明の請求項１６の光制御デバイスは、
前記請求項１１ないし１５のいずれかの光制御デバイス
において、該光制御デバイスがマッハツェンダ形光強度
変調器であることを特徴とする。

【００３３】本発明の請求項１７の光制御デバイスは、
前記請求項１１ないし１６のいずれかの光制御デバイス
において、前記基板がＬｉＮｂＯ₃，ＬｉＴａＯ₃また
はＰＬＺＴの何れか１つの材料からなることを特徴とす
る。

【００３４】本発明の請求項１８の光制御デバイスは、
電気光学効果を有し光導波路を含むリッジが形成されて
いる基板と、前記基板上に形成されたバッファ層と、前
記バッファ層を介して前記基板上に形成された接地導体
と前記バッファ層を介して前記リッジ上に形成された中
心導体とからなる電極とを備えてなり、前記電極のマイ
クロ波損失を低減するとともに、前記電極を伝搬するマ
イクロ波と前記光導波路を伝搬する光の伝搬速度が正確
にもしくはほぼ等しくなるとともに、前記電極のインピ
ーダンスが所望のインピーダンスに正確にもしくはほぼ
等しくなるように、前記リッジの幅と深さ、前記バッフ
ァ層の厚さおよび前記電極の形状と寸法が設定されてい
る光制御デバイスにおいて、前記中心電極の前記バッフ
ァ層に接する側の幅が前記リッジの幅より大きいことを
特徴とする。

【００３５】

【発明の実施の形態】まず、本発明がどのようにしてデ
バイス特性を一定にするのかを明らかにする。図１，図
２に示した従来の変調器では、中心導体１０４の幅Ｗは
リッジの幅ｗ_rより狭く、光導波路のコア１０２の幅ｗ
_oに等しく設定されていた（例えば、ｗ_r＝９μｍ、ｗ
_o＝Ｗ＝８μｍ）。これは、第１に中心導体１０４はリ
ッジ上に形成されるので、リッジより狭い方が製作が容
易であるためである。第２に、中心導体１０４の幅が広
くなると中心導体１０４と接地導体１０５の間の容量が
大きくなり、インピーダンス整合が図りにくくなるた
め、中心電極１０４の幅は必要最小限の大きさ、すなわ
ち光導波路のコア１０２の幅に一致させたためである。

【００３６】しかし、詳細は後に図５を参照して述べる
が、光制御デバイスの素子特性は中心導体幅Ｗが光導波
路のコア幅ｗ_oより狭い領域で急激に変化するので、製
作した中心導体の幅Ｗが素子ごとに僅かに異なっていた
だけでも、素子特性が一定しない。従って、中心導体幅
Ｗを、光導波路のコア幅ｗ_oより大きい範囲、好ましく
は光導波路のコア幅ｗ_oとリッジ幅ｗ_rの平均値より大
きい範囲、さらに好ましくはリッジ幅ｗ_rより大きい範
囲に設定すると、駆動電圧、動作帯域、特性インピーダ
ンス等が安定する。

【００３７】次に、本発明が、どのようにして従来のデ
バイスにあった帯域の制限を除去するのかを明らかにす
る。式（１）に基づいて、ｎ_mをｎ_oに近づけていくと
動作帯域は拡大していくが、ある一定の幅以上には動作
帯域は広がらなくなる。式（１）は電極をマイクロ波が
進行する時の損失を無視した場合の理論式であるが、現
実の電極の損失は零ではないので、ｎ_mがｎ_oに充分に
近づいた場合には考慮しなければいけない。ｎ_mがｎ_o
に一致した場合、動作帯域の幅Δｆ₂は、

【００３８】

【数２】 Δｆ₂（ＧＨｚ）＝４０／（αＬ）² （２）で与えられる。ここで、αは１ＧＨｚにおける減衰定数
（ｄＢ／ｃｍ）である。

【００３９】従って、広帯域化のためにはマイクロ波の
減衰定数を下げることが必要である。なお、この時、マ
イクロ波電極のインピーダンスは、いうまでもなく外部
回路と整合していなければならない。

【００４０】従来、光制御デバイスの動作帯域を制限す
る要因は、マイクロ波と光の速度不整合、変調電極と外
部回路の特性インピーダンスの不整合が主要なもので、
マイクロ波損失は２次的なものとされてきた。

【００４１】しかしながら、図１，図２に示すような既
に本願発明者が開発した素子構造によって、マイクロ波
と光の速度整合を完全に達成し、しかも変調電極と外部
回路の特性インピーダンスを完全に整合させることが可
能になった。したがって、図１，図２に示すような既に
本願発明者が開発した素子構造においては、マイクロ波
損失が帯域を制限する主要な要因となる。

【００４２】本願発明者は、上記のような光制御デバイ
スの動作帯域の制限がマイクロ波の減衰によるとの知見
に基づき、中心導体の幅Ｗを光導波路のコア幅ｗ_oより
広く、好ましくは光導波路のコアの幅ｗ_oとリッジの幅
Ｗ_rの平均値より広く、さらに好ましくはリッジの幅ｗ
_rより広くするとの手段を発明した。マイクロ波の損
失、すなわち減衰定数は、導体間の漏れコンダクタンス
が無視できるとすると、

【００４３】

【数３】

【００４４】で与えられる。ここで、ＲおよびＬはそれ
ぞれ導体の往復長の単位長さ当たりの抵抗およびインダ
クタンス、Ｃは導体間の単位長さ当たりの容量である。

【００４５】本願発明によると、第１に中心導体の幅が
広くなること、第２に中心導体の幅が広くなることに伴
い中心導体の厚さも大きくとれること（製作技術上、ア
スペクト比ｔ_m／Ｗは高々３〜４に制限される。）の２
点から中心導体の断面積が大きくなり、Ｒを低くするこ
とが可能になる。一方、後述するように本来導体の幅に
比例して大きくなるＣは、ほとんど大きくならない。し
たがって、損失αが低下し、αの２乗に逆比例する動作
周波数を飛躍的に広げることができる。

【００４６】図１，図２に示すようなリッジを有する光
変調デバイスでは、中心電極の幅は光導波路の幅とほぼ
等しく作製されてきた。これは、図１，図２に示す光変
調デバイス以前に開発された平坦な基板上に光導波路が
形成された光変調デバイスで得られた知見に基づくと、
中心電極の幅を広くすると、マイクロ波損失の上昇とと
もに、特性インピーダンスの低下または駆動電圧の上昇
もしくはその双方が予測されるからである。

【００４７】変調電極の特性インピーダンスＺ_oは、導
体間の漏れコンダクタンスＧと導体の往復長の単位長さ
当たりの抵抗Ｒが無視できるとすると、

【００４８】

【数４】

【００４９】で与えられる。

【００５０】すなわち、中心電極の幅を広くすると、変
調電極の容量が増加するので、式（３）に従ってマイク
ロ波の損失が増加するとともに、式（４）に従って特性
インピーダンスが低下する。このような不利益を防ぐた
めには、バッファ層の厚さまたは中心導体と接地導体と
の間隔もしくはその双方を大きくしなければならない。
しかしながら、これらの操作は光導波路における電界強
度を低下させるので、所望の消光比を得るためには駆動
電圧を増加させなければならなかった。

【００５１】しかし、実施例において詳細に述べるよう
に、光導波路がリッジに形成される本願発明によれば、
（１）ＬＮ等の強誘電体材料からなる基板に形成された
リッジに電気力線が集中するため、中心電極の幅がリッ
ジより広くなっても変調電極の容量がほとんど変化しな
いことと、（２）リッジに電気力線が集中するとともに
強誘電体材料の異方性により基板に平行な方向の誘電率
が垂直な方向の誘電率に比して著しく大きくなるので、
電極間の間隔を広くしてもリッジ内の電界強度がほとん
ど変化しないためである。なお、マイクロ波電極として
は、接地導体と中心導体が同一平面上に設けられたコプ
レーナ線路について述べてきたが、接地導体を基板裏面
に形成し、中心導体に代えてストリップ導体を用いるマ
イクロストリップ線路を代わりに用いても、同一の作用
と効果を奏することができる。

【００５２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の原理と実施例
を詳細に説明する。

【００５３】（実施例１）図３は、本発明によるｚ軸
（結晶ｃ軸）カット−ＬＮ基板とコプレーナ線路電極を
用いたリッジ形状化したマッハツェンダ形光強度変調器
の一実施例であり、変調器中央部の断面図を表す。光導
波路のコア３０２近傍のＬＮ基板表面をエッチングする
ことにより、ＬＮ基板３０１をリッジ形状化している。
この時、電極の中心導体３０４の幅Ｗは直下のＬＮ基板
リッジ幅ｗ_rより大きく構成している。接地導体３０５
のエッジはもう一方の光導波路部リッジを覆うように構
成されている。ここで、バッファ層３０３としては、Ｓ
ｉＯ₂、あるいはポリイミド等のようなＬＮに対して誘
電率が小さい材料が選ばれる。中心導体３０４−接地導
体３０５の間隔Ｇ、バッファ層３０３の厚さｔ_b、リッ
ジ深さｔ_r、電極の厚さｔ_mの大きさは、光とマイクロ
波との速度整合をとり、特性インピーダンスＺを適当な
大きさ（例えば、Ｚ＝５０Ω）にして外部回路とのイン
ピーダンス整合を図るように構成される。ここで、電極
形状は図中では矩形と示しているが、例えば中心導体３
０４もしくは接地導体３０５が台形、逆台形あるいは多
層の任意の形状をとっても同様の効果を有する。

【００５４】（実施例２）図４は、本発明による光変調
器の他の実施例の断面図である。この場合、ポリイミド
等の低誘電率材料４０９がＬＮ基板４０１のリッジ部を
埋め込むように平坦化して形成されている。中心導体４
０４は逆台形の形状の場合を示しており、中心導体４０
４−接地導体４０５の間隔Ｇ、バッファ層４０３の厚さ
ｔ_b、リッジ深さｔ_r、電極の厚さｔ_mの大きさは、図
３の第１の実施例と同様に、光とマイクロ波との速度整
合を図り、特性インピーダンスＺが例えばＺ＝５０Ωに
なるように構成されている。

【００５５】本発明においては、電極の断面形状、バッ
ファ層・低誘電率材料の材質・形状がいかなる場合で
も、中心導体のバッファ層に接する側の幅Ｗを、光導波
路のコア幅ｗ_oより大きい範囲、好ましくは光導波路の
コア幅ｗ_oとリッジ幅ｗ_rの平均値より大きい範囲、さ
らに好ましくはリッジの幅ｗ_rより大きい範囲に設定す
ればよい。また、中心導体厚ｔ_mを中心導体幅Ｗより大
きく設定すれば、本発明の効果を大きく得ることができ
る。また、低誘電率材料４０９により素子の表面が平坦
化されているので、中心導体４０４のＷは、リッジ幅ｗ
_rの大きさに制限されず、任意の大きさに設定できる。

【００５６】図５および図６は、本発明の原理と効果を
説明するための図であり、ＬＮ基板を用いた変調器の駆
動電圧とマイクロ波特性を準ＴＥＭ波近似解析法で計算
した例を示す。

【００５７】図５は、図３の本発明による第１の実施例
において、電極構造として、電極厚ｔｍ＝６０μｍ、Ｇ
＝７０μｍ、ＳｉＯ₂バッファ層厚ｔ_b＝１．０μｍ、
リッジ深さｔ_r＝３μｍ、リッジ幅ｗ_r＝９μｍ、光導
波路のコア幅ｗ_o＝７μｍに定めた時、変調器特性の中
心導体幅Ｗ依存性を示す。ここで、Ｗが７μｍより小さ
い状態は、従来例（図１，図２）の特性を表すことにな
る。図５から、中心導体幅Ｗを０から次第に大きくして
いくと、単位長さ電極の駆動電圧ＶπＬは小さくなる
が、それに伴って、ｎ_mの増大と特性インピーダンスＺ
の低下が著しく生じることが分かる。しかしながら、中
心導体幅Ｗを７μｍ以上、好ましくは８μｍ、さらに好
ましくは９μｍ以上にすると、Ｚおよびｎ_mのＷ依存性
は極めて小さくなり、さらに、ＶπＬの増加傾向も極め
て小さいことが分かる。すなわち、本発明の特徴の一つ
である中心導体幅Ｗを大きくすることによって、従来例
で懸念される各特性Ｚ、ＶπＬ、ｎ_mに与える悪影響は
生じないことが分かる。これは、ＬＮ基板をリッジ形状
化することによって、（１）ＬＮ基板が強誘電体材料で
あるために、中心導体幅Ｗがリッジ幅ｗ_rより大きくな
っても、電気力線総量はさほど変化せずに、ＬＮ基板リ
ッジ部に集中した状態が保たれる。このために、電極間
の静電容量がさほど増加しない。言い換えると、中心導
体幅Ｗがリッジ幅ｗ_rより大きくなっても、突き出した
電極の下にある空気の誘電率がＬＮの誘電率より遥かに
小さいので、電極間の静電容量はさほど増加しない。
（２）ＬＮの誘電率が結晶表面（ｃ軸カット面）に対し
て平行方向（：ε//）と垂直方向（：ε⊥）において異
方性（ε//＞ε⊥）を持つ。従って、水平方向の電界を
弱くする作用が働くので、Ｗの増大に伴うマッハツェン
ダ光導波路間隔（＝Ｗ／２＋Ｇ）が大きくなっても、Ｌ
Ｎ基板内リッジ部でのｃ軸方向（基板面に対して垂直方
向）のマイクロ波電界強度はほとんど変化しない。本発
明の特徴は、このことに起因している。これが、本発明
の効果を引き出す、従来例にない構造上の大きな利点の
１つになる。

【００５８】また、図５では電極厚ｔｍ＝６０μｍ一定
としているが、Ｗが７μｍ以下の従来例においては、電
極形状のアスペクト比の制約から、実際にはこのような
厚い電極形成は不可能である。しかし、本発明では、必
要な電極厚ｔ_mの大きさに対して、中心導体幅Ｗを充分
大きく設定できるので、この制約はなくなり、充分に厚
い電極形成が可能になる。これが本発明のもう１つの利
点である。

【００５９】図６は、図３の実施例において、中心導体
のバッファ層に接する側の幅Ｗがリッジの幅Wrより広
く、かつ電極を伝搬するマイクロ波の速度と光導波路を
伝搬する光の速度が等しくなるように、すなわち、変調
電極の中心導体幅Ｗ＝１６μｍ一定、リッジ幅ｗ_r＝９
μｍ、リッジ深さｔ_r＝３μｍ、光導波路のコア幅ｗ_o
＝７μｍに設定した場合の特性である。図７は、比較の
ために、中心導体の幅Ｗがリッジの幅ｗ_rより狭いＷ＝
８μｍ、リッジ幅ｗ_r＝９μｍ、リッジ深さｔ_r３μ
ｍ、光導波路のコア幅ｗ_o＝７μｍに設定した場合を示
した。

【００６０】図６の（ｉ），図７の（ｉ）は、変調器の
バッファ層厚ｔ_bに対するマイクロ波と光波の速度整合
をとるために必要な電極厚ｔ_mの大きさを、中心導体と
接地導体の間隔Ｇをパラメータとして示している。それ
ぞれの図の（ii）−（ｖ）は、（ｉ）に示す値に電極厚
ｔ_mを設定した時に得られる変調器の特性インピーダン
スＺ，マイクロ波減衰定数α（１ＧＨｚにおける導体損
失），駆動電圧ＶπＬ，性能指数ｐの関係を示した。こ
こで、光波の波長は１．５μｍ帯としている。また、性
能指数ｐは、

【００６１】

【数５】ｐ＝ＶπＬ・α （５）で定義したパラメータである。マイクロ波と光が速度整
合し、変調器と信号源のインピーダンス整合が取れてい
る場合、変調器の駆動電圧Ｖπ（Ｖ）、エレクトリカル
３ｄＢ帯域幅Δｆ（ＧＨｚ）は、

【００６２】

【数６】Ｖπ／Δｆ^1/2＝ｐ／６．４（６）の関係で与えられる。すなわち、ｐが小さい電極構造ほ
ど、高性能化（低駆動電圧化、広帯域化）が可能にな
る。

【００６３】図６の（ii）と図７の（ii）を比較する
と、速度整合条件下では、特性インピーダンスＺは導体
間隔Ｇおよび中心導体幅Ｗの大きさにほとんど依存せ
ず、バッファ層厚ｔ_bの大きさでほぼ一義的に決まる事
が分かる。駆動電圧ＶπＬも、（iv）より同様に中心導
体幅Ｗ，導体間隔Ｇの大きさにはほとんど影響を受け
ず、バッファ層厚ｔ_bの大きさでほぼ一義的に決まる。
従って、本発明の特徴の一つであるＷを大きくすること
によって、各特性Ｚ，ＶπＬに与える悪影響はほとんど
生じないことが分かる。

【００６４】一方、図６の（iii ）および（ｖ）ならび
に図７の（iii ）および（ｖ）によれば、減衰定数αお
よび性能指数ｐは導体間隔Ｇに大きく依存し、導体間隔
Ｇが広いほど減衰定数αが低下し、性能指数ｐが小さく
なる。

【００６５】図６を用いると、光制御デバイスの構造パ
ラメータを決定することができる。まず、図６の（ii）
により、特性インピーダンスを５０Ωとなるようにバッ
ファ層厚ｔ_bを決定し、このバッファ層厚において、光
とマイクロ波の速度を整合させる導体間隔Ｇと電極厚ｔ
_mを、図６の（ｉ）によって決定すればよい。

【００６６】上述したように、性能指数ｐは導体間隔Ｇ
が広がるほど小さくなり好ましいが、導体間隔Ｇの大き
さには中心導体幅Ｗによって決まる限度がある。すなわ
ち、製作上の制約によって電極厚ｔ_mと中心導体幅Ｗの
比（アスペクト比）は３〜４であるので、電極厚ｔ_mの
上限が決まり、これによって一定のバッファ層厚のもと
では導体間隔Ｇの上限も決まる（図６の（ｉ））。

【００６７】図６は中心導体幅Ｗが１６μｍの場合の計
算結果なので、アスペクト比を３．７５とすると、電極
厚ｔ_mは６０μｍとなる。特性インピーダンスＺが５０
Ωとなる時のバッファ層厚ｔ_bは１μｍであり、この時
のギャップ間隔が７０μｍでの減衰定数αおよび性能指
数ｐはそれぞれ０．１ｄＢ／ｃｍおよび１．０となるこ
とが、図６の（iii ）および（ｖ）から分かる。

【００６８】図７に示した中心導体幅が８μｍの場合に
ついて、同じアスペクト比において、減衰定数αおよび
性能指数ｐを求めると、０．２３および２．５となる。
従って、図６に示した実施例（中心導体幅１６μｍ）に
おいては、中心導体の幅が８μｍの場合に比較して、２
倍以上の性能指数の向上がはかれたわけである。この結
果、動作帯域は４倍以上になった。

【００６９】図６では、電極の中心導体幅をＷ＝１６μ
ｍにした場合を示したが、本発明では、中心導体直下の
強誘電体基板リッジ部の電界強度が著しく低下しない
（ＶπＬの大きさがほとんど変化しない）程度までＷを
大きくしても良い。したがって、変調器の構成材料やＧ
の大きさによって、中心導体幅ＷをＷ＝１０μｍ程度か
ら１００μｍ程度の大きさの範囲に設定すれば、本発明
の効果を得ることができる。

【００７０】中心導体−接地導体間隔Ｇについては、Ｇ
を大きくする程、ｐパラメータが小さくなる。しかし、
アスペクト比による制限以外にも必要以上にＧを大きく
すると構造分散によるマイクロ波特性への悪影響をも考
慮する必要がある。すなわち、動作周波数の上限に応じ
て、マイクロ波信号の波長より十分小さい寸法を選び、
その影響を軽減するように配慮する必要がある。実際に
は、Ｇ＝１０μｍ〜１０００μｍ程度の大きさになる。
変調電極の厚さｔ_mについては、ｔ_mが大きい程、特性
上は望ましく、電極厚ｔ_mは中心導体幅Ｗと同程度以上
の大きさ（ｔ_m＞〜Ｗ）に設定することが好ましい。バ
ッファ層の厚さｔ_bは、主に特性インピーダンスの大き
さの制約から設定されるが、変調器の製作性や光導波路
伝搬損失・安定性あるいは駆動電圧等を考慮すると、ｔ
_b＝０．１μｍ〜１０μｍになる。

【００７１】ＬｉＮｂＯ₃基板のリッジ形状について
は、ｔ_r＝３μｍ、ｗ_r＝９μｍの場合を具体的に説明
した。しかし、本発明による光変調器では、図１，図２
の従来例と同様に、ＶπＬ特性の低減効果とマイクロ波
特性、ＬｉＮｂＯ₃エッチング工程の容易さ、光導波路
幅Ｗ_oや光伝搬損失を考慮して、通常ｔ_r＝１〜１０μ
ｍ、ｗ_r＝５〜２０μｍ程度に設定すれば良い。

【００７２】図６では、本発明による導体損失低減効果
について説明したが、図５で説明した効果も当然有して
いる。すなわち、図５から分かるように、従来例では、
中心導体幅Ｗの僅かな変化に対して、特性インピーダン
スＺ、実効屈折率ｎ_m、駆動電圧ＶπＬが大きく異なっ
てしまい、製品の特性バラツキが大きく生ずることにな
る。しかし、中心導体幅Ｗをリッジ幅ｗ_rより大きく
（９μｍ以上に）設定することにより、中心導体幅Ｗの
変動に対する各特性の変化量が小さくなり、製品のバラ
ツキを極めて小さく抑えることができる。

【００７３】（実施例３）図８は、本発明による光変調
器（図８の（ｅ））の製造方法の一例を示すものであ
る。まず、（ａ）従来例と同様に、ＬＮ基板８０１表面
にＴｉ拡散によりマッハツェンダ形光導波路を構成する
コア８０２を形成し、さらに、この光導波路のコア８０
２の周辺部のＬＮ基板表面をエッチングしてリッジ形状
化する。（ｂ）バッファ層８０３をＬＮ表面に厚さｔ_b
だけ形成する。（ｃ）フォトレジストまたはポリイミド
のような材料８０６をＬＮ基板表面に平坦化するように
形成する。（ｄ）その後、リッジ部のバッファ層８０３
表面が露出するまで、材料８０６をＬＮ全面にわたって
均一エッチングした後、バッファ層８０３と付着性のよ
い金属膜８０７を蒸着法等により形成する。さらに、金
属膜８０７上に電極形成用のレジストパターン８０８を
形成し、電解メッキ法等により厚膜の電極８０４，８０
５を形成する。（ｅ）レジスト８０８、中心導体８０４
と接地導体８０５間の金属膜８０７を除去し、さらに材
料８０６を除去することにより、本発明による光変調器
が製作できる。

【００７４】図８では、メッキ法によって電極を形成す
る一例を示したが、この他に、例えば線材の機械的な貼
り合わせや、電気プリント基板製作技術等の種々の厚膜
電極形成技術を用いることができるのは、自明である。
また、図８の工程の途中において、種々のフォトリソグ
ラフィ技術や成膜技術を加えるあるいは組み合わせるこ
とにより、本発明の光制御デバイスを製作できる。

【００７５】（実施例４）図９は、本発明による光変調
器の他の実施例の断面図である。この場合、リッジ部は
低誘電率の材料９０９で埋め込まれて構成されている。
９０３はバッファ層である。誘電体材料９０９の誘電率
をＬＮ基板９０１の誘電率より小さくしているために、
図３，図４，図８の（ｅ）の実施例の場合と同様に、本
発明の効果を得ることができる。また、電極９０４，９
０５を実効的に厚膜にするために、電極成膜時に複数の
工程を用いて、２層あるいはさらに多層で構成してもよ
い。また、図中に示すように、電極形状を積極的に逆台
形状にして、中心導体９０４と接地導体９０５の電気的
結合を強めることによって、電極形状が矩形の場合と比
較して、電極厚ｔ_mを相対的に薄く構成できる利点を有
する。

【００７６】なお、図９中で、接地導体９０５直下の光
導波路９０２は図３の例とは異なり、リッジ形状ではな
い。しかし、中心導体９０４直下の光導波路のコア９０
２部分のマイクロ波電界強度が接地導体９０５側の電界
強度と比較して極めて大きいので、図４の例と同様に、
図５，図６に示した特性とほぼ等しい効果を得ることが
できる。

【００７７】（実施例５）図１０は、本発明による光変
調器の他の実施例の断面図である。図９の実施例と同様
に実効的な電極厚を厚く形成するために、複数の層で電
極を形成しているこの場合、バッファ層１００３に接す
る第１の層１００７は、例えば、真空蒸着あるいはスパ
ッタ法などにより形成され、必要に応じてバッファ層１
００３と付着性の良い金属層を介して、低抵抗な金属層
で構成される。第２層以降は、図９の場合と同様に形成
すればよい。この時、この第１の金属層１００７の幅Ｗ
は、必要に応じてリッジ幅ｗ_rより広く構成すればよ
く、この厚さｔ_m1を１μｍ程度に形成すれば、本発明の
原理により低電圧・広帯域の光制御デバイスを実現でき
る。

【００７８】このような多層構造をとると、各層の厚さ
が薄いので、電極の寸法を正確に作りやすくなり、設計
通りの光変調デバイスを実現できる。特に、バッファ層
に接する第１層目の電極の幅はデバイスの特性に与える
影響が大きいので、第１層目の電極の寸法を正確に形成
できることは効果が大きい。

【００７９】（実施例６）図１１は、本発明による光変
調器のさらに他の実施例の断面図であり、ＬＮ基板１１
０１にはリッジが形成され、リッジ部に光導波路のコア
１１０２が形成されている。この例は中心導体１１０４
−接地導体１１０５の間隙部の誘電体１１０９を除去し
た構成である。この場合、誘電体１１０９を低誘電率の
空気で置換したことになるので、電極のマイクロ波実効
誘電率を相対的に小さくでき、速度整合条件を満たすの
に必要な電極厚ｔ_mを比較的薄く構成することができ
る。また、通常、接地導体１１０５は中心導体１１０４
の幅に対してはるかに大きいので、図中に示すように、
接地導体厚ｔ_m′を中心導体厚ｔ_mより薄く構成して
も、中心導体１１０４−接地導体１１０５間の電気的結
合強度への影響は小さいので、本発明の効果を同様に得
ることができる。したがって、接地導体厚ｔ_m′がｔ_m
より薄いかあるいは厚い場合も、ｔ_mの厚さに応じて本
発明によるデバイス構造設計を行えばよい。

【００８０】（実施例７）図１２は、本発明による高速
ＬｉＮｂＯ₃光強度変調器の他の実施例の断面図であ
り、変調電極として、非対称コプレーナストリップ線路
１２０４，１２０５を用いた場合を示す。１２０１はＬ
Ｎ基板、１２０２は光導波路のコア、１２０９は誘電体
である。この場合も、図３の実施例と同様の原理によ
り、電極の中心導体１２０４の幅Ｗをリッジ幅ｗ_rより
大きく設定してあり、中心導体１２０４−接地導体１２
０５の間隔Ｇと、バッファ層１２０３の厚さｔ_b、リッ
ジ深さｔ _r、電極の厚さｔ_mの大きさを、光とマイクロ
波との速度整合を図り、特性インピーダンスＺを適当な
大きさ（例えばＺ＝５０Ω）にした変調器構成を採用す
ればよい。これによって電極のマイクロ波損失を従来よ
り大幅に小さくすることが可能であり、低駆動電圧で高
帯域な高性能光変調器を実現できる。

【００８１】（実施例８）前記実施例７の構成におい
て、変調電極として、対称コプレーナストリップ線路、
あるいは図１３に示すような、ストリップ導体１３０４
と接地導体１３０５からなるマイクロストッリプ線路等
の各種マイクロ波線路を用いても同様の効果が生ずるこ
とは自明である。なお、図１３において、１３０１はＬ
Ｎ基板、１３０２は光導波路のコア、１３０３はバッフ
ァ層である。ここでは２つの中心導体１３０４を独立の
２つのマイクロ波信号源で駆動できるので、例えば、プ
ッシュプル動作あるいは３値変調（ディオバイナリ変
調）動作が可能になる。

【００８２】（実施例９）図１４は、本発明によるｚ軸
（結晶軸）カット−ＬＮ基板とコプレーナ線路電極を用
いたマッハツェンダ形強度変調器の一実施例であり、図
１４は変調器中央部の断面図である。光導波路のコア１
４０２近傍のＬＮ基板表面をエッチングすることによ
り、ＬＮ基板１４０１をリッジ形状化している。制御電
極の中心導体１４０４は一方の光導波路のコア１４０２
の上部に、接地導体１４０５は中心導体を挟んで設けら
れている。この時、制御電極の中心導体１４０４のリッ
ジ側の幅Ｗは直下の光導波路のコア１４０２の幅ｗo よ
り大きく、また制御電極の接地導体１４０５も直下の光
導波路のコアを完全に覆うように構成されている。中心
導体１４０４と接地導体１４０５の間隔Ｇ、バッファ層
１４０３の厚さｔ_b、リッジ深さｔ_r、電極の厚さｔ_m
の大きさは、光とマイクロ波との速度整合を図り、特性
インピーダンスＺを適当な大きさ（例えばＺ＝５０Ω）
にして外部回路とのインピーダンス整合をとり、さらに
電極の導体損失（減衰定数α）を小さくするように構成
される。

【００８３】図１４の光強度変調器は、それに限定され
るものではないが、図１，図２の従来例と同様の方法で
作製される。図１４における中心導体１４０４および接
地導体１４０５の断面形状は模式的に示したもので、例
えば中心導体１４０４の断面形状が矩形でなければなら
ないことを意味しない。中心導体の断面形状が、図１，
図２と同様に逆台形であっても、あるいは台形であって
もよく、中心導体の光導波路側の幅Ｗが光導波路の幅Ｗ
_oより大きいことを示すものである。

【００８４】（実施例１０）図１５は、本発明による光
変調器の他の実施例の断面図である。この場合バッファ
層１５０３はリッジ形状化したＬＮ基板１５０１を覆う
ように平坦化して形成されている。また、中心導体１５
０４の上部側の幅Ｗ′がバッファ層側の幅Ｗの大きさと
異なった台形となっている。この場合、中心導体１５０
４のバッファ層１５０３に接する側の幅Ｗは光導波路の
コア１５０２の幅ｗ_oより大きく設定している。中心導
体１５０４と接地導体１５０５の間隔Ｇ，Ｇ′、リッジ
上のバッファ層１５０３の厚さｔ_b、リッジ深さｔ_r、
電極の厚さｔ_mの大きさは、図１４の実施例と同様に、
光とマイクロ波との速度整合を図り、特性インピーダン
スＺが例えばＺ＝５０Ωになるように構成している。

【００８５】図１６は、本発明の原理と効果を説明する
ための図であり、変調電極の中心導体幅Ｗと、マイクロ
波特性（特性インピーダンスＺ、マイクロ波実効屈折率
ｎ_m、減衰定数α）ならびに単位長さ電極の駆動電圧Ｖ
πＬの関係を、準ＴＥＭ波近似解析法で計算した例を示
す。

【００８６】図１６は、図１４の実施例において、電極
構造としてＷ＋Ｇ＝３３μｍ一定として、バッファ層と
してＳｉＯ₂を用いてその厚さｔ_b＝１．０μｍ、電極
厚さｔ_m＝２０μｍ、リッジ深さｔ_r＝３μｍ、リッジ
幅ｗ_r＝９μｍ、光導波路幅ｗ_o＝７μｍとした時の特
性を表す。ここでは、実施例１とは異なり、Ｗ＋Ｇを一
定としているので、中心導体幅Ｗを大きくすると、導体
間隔Ｇが小さくなる。図１６より、中心導体幅Ｗが７μ
ｍより小さくなると、駆動電圧ＶπＬは急激に大きくな
ることがわかる。また、特性インピーダンスＺ、マイク
ロ波実効屈折率ｎ_mもＷが小さくなると共に急激に変化
するために、中心導体幅Ｗの僅かな変化に対して、各特
性が大きく異なってしまい、周波数特性が劣化する。し
かし、中心導体幅Ｗを７μｍより大きく設定すると、駆
動電圧ＶπＬが低減する。さらに、中心導体幅Ｗがリッ
ジ幅Ｗ_r（＝９μｍ）より大きくなると、中心導体幅Ｗ
の変動に対する各特性の変化量が特に小さくなるため
に、中心導体幅Ｗの寸法のバラツキが従来例と同じ場
合、製品の特性バラツキを小さくできることがわかる。
ただし、マイクロ波減衰定数αの変動量はやや大きくな
るが、αの変動に対する変調器特性（周波数特性、３ｄ
Ｂ帯域）への影響は小さいので、実際上の問題は生じな
い。

【００８７】（実施例１１）図１７は、本発明による光
変調器の他の実施例の断面図である。光導波路のコア１
７０２はＬＮ基板１７０１のリッジ部に形成されてい
る。この場合、電極の中心導体幅Ｗが光導波路のコア１
７０２の幅より大きくなるように形成し、かつ電極１７
０４，１７０５の側面部がバッファ層１７０３の側面よ
り突き出るように構成している。この時、中心導体１７
０４と接地導体１７０５の間に配置される空気の誘電率
が、バッファ層１７０３およびＬＮ基板１７０１の誘電
率より小さいために、バッファ層１７０３から突き出た
電極部分の幅ｗ_sの各特性への影響は小さい。したがっ
て、本実施例では、図１４，図１５の実施例の場合と比
較して、中心導体幅Ｗの変動に対する特性バラツキがよ
りいっそう小さくなる特徴がある。

【００８８】（実施例１２）図１８は、本発明による光
変調器の他の実施例の断面図であり、変調電極として非
対称コプレーナストリップ線路を用いた場合を示す。バ
ッファ層１８０３はＬＮ基板１８０１に形成されたリッ
ジに沿って基板表面を覆っている。接地導体１８０５は
一方の光導波路のコア１８０２とその光導波路コア１８
０２側のバッファ層１８０３の上に設けられている。こ
の場合も少なくとも中心導体１８０４の幅Ｗを光導波路
のコア１８０２の幅より大きくすることにより、本発明
の効果が生ずる。同様に、変調電極として対称コプレー
ナストリップ線路等の各種マイクロ波線路を用いても同
様の効果が生ずることは自明である。

【００８９】以上では、光導波路のコア幅ｗ_o＝７μ
ｍ、リッジ幅ｗ_r＝９μｍの場合を示したが、これらの
大きさを変えた場合、その大きさに応じて中心導体幅Ｗ
の大きさを設定すれば本発明の効果を同様に得ることが
できる。

【００９０】以上では、電気光学効果を有する基板とし
てＬｉＮｂＯ₃を用い、バッファ層としてＳｉＯ₂を用
いた高速光強度変調器を例として、本発明の原理・効果
・実施例を述べたが、この他に、電気光学効果を有する
基板としてＬｉＴａＯ₃やＰＬＺＴ等の強誘電体や半導
体、有機材料等を利用し、バッファ層として例えばＡｌ
₂Ｏ₃やＩＴＯ、ポリイミド等の基板に比して低誘電率
の誘電体を利用しても良い。また、光強度変調器以外に
光位相変調器、光スイッチ、偏波制御器等のような、電
気信号によって光出力を制御するあらゆる光制御デバイ
スに、本発明を適用できることは自明である。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば制
御電極の中心導体またはストリップ導体の幅を、光導波
路のコア幅Ｗ_oより大きい範囲、好ましくは光導波路の
コア幅ｗ_oとリッジ幅ｗ_rの平均値より大きい範囲、さ
らに好ましくはリッジ幅ｗ_rより大きい範囲に設定する
ことを特徴としており、中心導体の寸法の変動による素
子特性が一定しなくなることを防ぎ、その上でさらに従
来の素子にあった動作帯域の限界を越えることを可能に
するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のマッハツェンダ光強度変調器の例を示す
上面図である。

【図２】従来のマッハツェンダ光強度変調器の例を示す
断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例の断面図である。

【図４】本発明の第２実施例の断面図である。

【図５】本発明の原理と効果を説明するためのマイクロ
波特性図である。

【図６】本発明の原理と効果を説明するためのマイクロ
波特性図である。

【図７】従来例のマイクロ波特性図である。

【図８】本発明の第３の実施例を示すもので、本発明に
かかる光制御デバイスの製造方法の１例を示した図であ
る。

【図９】本発明の第４の実施例を示した断面図である。

【図１０】本発明の第５の実施例を示した断面図であ
る。

【図１１】本発明の第６の実施例を示した断面図であ
る。

【図１２】本発明の第７の実施例を示した断面図であ
る。

【図１３】本発明の第８の実施例を示すもので、マイク
ロストリップ線路を有する光変調器に本発明を適用した
断面図である。

【図１４】本発明の第９の実施例を示した断面図であ
る。

【図１５】本発明の第１０の実施例を示した断面図であ
る。

【図１６】本発明の原理と効果を説明するためのマイク
ロ波特性図である。

【図１７】本発明の第１１の実施例を示した断面図であ
る。

【図１８】本発明の第１２の実施例を示した断面図であ
る。

【符号の説明】

３０１，４０１，８０１，９０１，１００１，１１０
１，１２０１，１３０１，１４０１，１５０１，１７０
１，１８０１ＬｉＮｂＯ₃基板３０２，４０２，５０２，９０２，１００１，１１０
２，１２０２，１３０２，１４０２，１５０２，１７０
２，１８０２Ｔｉ熱拡散光導波路のコア３０３，４０３，８０３，９０３，１００３，１２０
３，１３０３，１４０３，１５０３，１７０３，１８０
３バッファ層３０４，４０４，８０４，９０４，１００４，１１０
４，１２０４，１４０４，１５０４，１７０４，１８０
４中心導体３０５，４０５，８０５，９０５，１００５，１１０
５，１２０５，１３０５，１４０５，１５０５，１７０
５，１８０５接地導体８０６低誘電率材料８０７，１００７金属膜８０８フォトレジスト２０９，９０９，１１０９，１２０９低誘電率材料１３０４ストリップ導体（中心導体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気光学効果を有し光導波路を含むリッ
ジが形成されている基板と、前記基板上に形成されたバ
ッファ層と、前記バッファ層を介して前記基板上に形成
された接地導体と前記バッファ層を介して前記リッジ上
に形成された中心導体とからなる電極とを備えてなり、前記リッジ以外の部分に形成されている前記バッファ層
の表面が前記リッジの上に形成されている前記バッファ
層の表面より低く形成され、前記電極のマイクロ波損失を低減するとともに、前記電
極を伝搬するマイクロ波と前記光導波路を伝搬する光の
伝搬速度が正確にもしくはほぼ等しくなるとともに、前
記電極のインピーダンスが所望のインピーダンスに正確
にもしくはほぼ等しくなるように、前記リッジの幅と深
さ、前記バッファ層の厚さおよび前記電極の形状と寸法
が設定されている光制御デバイスにおいて、前記中心電極の前記バッファ層に接する側の幅が前記光
導波路のコアの幅より大きいことを特徴とする光制御デ
バイス。
【請求項２】前記所望のインピーダンスが外部回路の
特性インピーダンスであることを特徴とする請求項１に
記載の光制御デバイス。
【請求項３】前記中心導体の前記バッファ層に接する
側の幅が、前記光導波路のコアの幅と前記リッジの幅の
平均値より広いことを特徴とする請求項１または２に記
載の光制御デバイス。
【請求項４】前記中心導体の前記バッファ層に接する
側の幅が前記リッジの幅より広いことを特徴とする請求
項３に記載の光制御デバイス。
【請求項５】前記中心導体の真下では、前記バッファ
層の表面が平坦であることを特徴とする請求項４に記載
の光制御デバイス。
【請求項６】前記中心導体が複数の層で形成されてい
ることを特徴とする１ないし５のいずれかに記載の光制
御デバイス。
【請求項７】前記複数の層の内で前記バッファ層に接
する層の厚さが１μｍ以下であることを特徴とする請求
項６に記載の光制御デバイス。
【請求項８】前記中心導体と前記接地導体の間に、バ
ッファ層のない領域が設けられていることを特徴とする
請求項１ないし７のいずれかに記載の光制御デバイス。
【請求項９】前記光制御デバイスがマッハツェンダ形
光強度変調器であることを特徴とする請求項１ないし８
のいずれかに記載の光制御デバイス。
【請求項１０】前記基板がＬｉＮｂＯ₃，ＬｉＴａＯ
₃またはＰＬＺＴの何れか１つの材料からなることを特
徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の光制御デ
バイス。
【請求項１１】電気光学効果を有し光導波路を含むリ
ッジが形成されている基板と、前記基板表面上に形成さ
れたバッファ層と、前記バッファ層を介して前記リッジ
上に形成されたストリップ導体と前記基板の裏面に形成
された接地導体よりなる電極とを備えてなり、前記リッジ以外の部分に形成されている前記バッファ層
の表面が前記リッジの上に形成されている前記バッファ
層の表面より低く形成され、前記電極のマイクロ波損失を低減するとともに、前記電
極を伝搬するマイクロ波と前記光導波路を伝搬する光の
伝搬速度が正確にもしくはほぼ等しくなるとともに、前
記電極のインピーダンスが所望のインピーダンスに正確
にもしくはほぼ等しくなるように、前記リッジの幅と深
さ、前記バッファ層の厚さおよび前記電極の形状と寸法
が設定されている光制御デバイスにおいて、前記ストリップ導体の前記バッファ層に接する側の幅が
前記光導波路のコア幅より大きいことを特徴とする光制
御デバイス。
【請求項１２】前記所望のインピーダンスが外部回路
の特性インピーダンスであることを特徴とする請求項１
１に記載の光制御デバイス。
【請求項１３】前記ストリップ導体の前記バッファ層
に接する側の幅が、前記光導波路のコアの幅と前記リッ
ジの幅の平均値より広いことを特徴とする請求項１１ま
たは１２に記載の光制御デバイス。
【請求項１４】前記ストリップ導体の前記バッファ層
に接する側の幅が前記リッジの幅より広いことを特徴と
する請求項１３に記載の光制御デバイス。
【請求項１５】前記ストリップ導体の真下では、前記
バッファ層の表面が平坦であることを特徴とする請求項
１４に記載の光制御デバイス。
【請求項１６】前記光制御デバイスがマッハツェンダ
形光強度変調器であることを特徴とする請求項１１ない
し１５のいずれかに記載の光制御デバイス。
【請求項１７】前記基板がＬｉＮｂＯ₃，ＬｉＴａＯ
₃またはＰＬＺＴの何れか１つの材料からなることを特
徴とする請求項１１ないし１６のいずれかに記載の光制
御デバイス。
【請求項１８】電気光学効果を有し光導波路を含むリ
ッジが形成されている基板と、前記基板上に形成された
バッファ層と、前記バッファ層を介して前記基板上に形
成された接地導体と前記バッファ層を介して前記リッジ
上に形成された中心導体とからなる電極とを備えてな
り、前記電極のマイクロ波損失を低減するとともに、前記電
極を伝搬するマイクロ波と前記光導波路を伝搬する光の
伝搬速度が正確にもしくはほぼ等しくなるとともに、前
記電極のインピーダンスが所望のインピーダンスに正確
にもしくはほぼ等しくなるように、前記リッジの幅と深
さ、前記バッファ層の厚さおよび前記電極の形状と寸法
が設定されている光制御デバイスにおいて、前記中心電極の前記バッファ層に接する側の幅が前記リ
ッジの幅より大きいことを特徴とする光制御デバイス。