JPWO2005019913A1 - 光導波路デバイスおよび進行波形光変調器 - Google Patents

Abstract

デバイス４は、電気光学結晶基板５、光導波路２および変調電極１Ａ、１Ｂ、１Ｃを備えており、少なくとも変調電極による電界印加領域１０における電気光学結晶基板５の厚みが３０μｍ以下である。光導波路形成時に生ずる凸部の高さＨ（オングストローム）と凸部の幅Ｗ（μｍ）との積（Ｈ・Ｗ）を７１５０オングストローム・μｍ以下とすることによって、光導波路を伝搬する光をシングルモードとできる。さらに、 前記電界印加領域において前記光導波路が分岐部を有しており、前記分岐部における前記光導波路の間隔が４６μｍ以上とすることによって、消光比カーブの山と谷のバラツキを±５％以内に小さくできる。

Description

本発明は、光導波路デバイスおよびこれを利用した進行波形光変調器に関するものである。

ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）を光導波路に適用した光変調器、特に進行波形光変調器は、優れた特性を備えており、高能率で高帯域化を達成できる可能性がある。ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムは、強誘電体として非常に優れた材料であり、電気光学定数が大きく、短い光路で光の制御が可能であるという利点を有している。進行波形光変調器の変調速度を制限する要因としては、速度不整合、分散および電極損失、誘電損失、インピーダンス不整合などが挙げられる。
こうした通常タイプの光変調器は、基板、光導波路、信号電極および接地電極からなる変調電極、バッファ層を有しており、比較的に複雑な形態をしている。これら各要素の寸法については、各種提案されており種々検討が行われてきた。
本出願人は、特開平１０−１３３１５９号公報、特開２００２−１６９１３３号公報において、進行波形光変調器の基板の光導波路の下に肉薄部分を設け、この肉薄部分の厚さを例えば１０μｍ以下に薄くすることを開示した。これによって、酸化珪素からなるバッファ層を形成することなしに高速光変調が可能であるし、駆動電圧Ｖπと電極の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌ）を小さくできるので、有利である。
また、マルチメディアの発展に伴い、通信のブロードバンド化の需要が高まり１０Ｇｂ／ｓを超える光伝送システムが実用化され、さらに高速化が期待されている。１０Ｇｂ／ｓ以上の電気信号（マイクロ波信号）を光に変調するデバイスとしてＬＮ光変調器が使用されている。
光変調器の変調帯域を広帯域化するために、光導波路基板を薄くすることによりマイクロ波と光波の速度整合をとる構造が発明されている。また、光導波路基板を薄くする構造において、速度整合条件を満足するためには光導波路部周辺の基板厚みを１０μｍ程度にする必要があり、光モードフィールドパターンの偏平化を防止し、基板薄型および溝加工による表面ラフネス、ダメージの影響で発生する光の伝搬損失を抑制するために２段裏溝構造を特開２００２−１６９１３３号公報で出願した。さらに、２段裏溝構造の作製においては、基板を均一に薄くした後に溝構造を形成することも可能であり、この場合にデバイスの機械的強度を保持するために補強基板を設ける構造を特願２００１−１０１７２９号で出願した。
特開平９−２１１４０２号公報に記載のデバイスにおいては、補強基板に空気層を設けることで速度整合条件を満たす構造になっている。また、特開２００１−２３５７１４号公報に記載のデバイスにおいては、光導波路が保持基体との接着面上にある。
しかし、特開２００２−１６９１３３号公報、特願２００１−１０１７２９号に記載のデバイスにおいては、変調器基板の裏面側に溝を設け、この変調器基板と補強基板とを、低誘電率材料で形成される接着層により接合している。このような構造は、熱衝撃試験や温度サイクル試験などの信頼性試験で過大な負荷を加えたときに、温度ドリフトやＤＣドリフトが大きくなることがあることが判明してきた。

特開平１０−１３３１５９号公報、特開２００２−１６９１３３号公報に記載のような薄型変調器において、消光比カーブを測定したところ通常タイプのものと比較して消光比が劣化することを詳細な検討によって新たに見出した。例えば、図１１に示すように、印加電圧によって消光比、あるいは消光比カーブの頂点（ＯＮ時のパワー出力）が異なった値を示す。これはバイアス電圧の動作点（通常はＶ（π／２）の印加電圧）を検出する際に、消光カーブの頂点と谷を検出するが、上記のように電圧によって各頂点の光量に差異が生じ、検出不能になる。また、図１３に示すように、波長が変化すると、ＯＮ／ＯＦＦのレベル、あるいは消光比特性が異なってくるために、Ｄ−ＷＤＭ用（例えば、Ｃバンド、あるいはＬバンド）として広波長帯域動作ができなくなる。通常は、これが狭波長帯域動作のＥＡ変調器に対してのＬＮ変調器のメリットになっているが、このメリットが減殺される問題があることが判明した。
本発明の課題は、電気光学結晶基板、光導波路および変調電極を備えており、少なくとも変調電極による電界印加領域における基板の厚みが３０μｍ以下である光導波路デバイスにおいて、消光比特性とＯＮ時パワー出力特性を改善することである。
また、前記問題を解決するために、本出願人は、特願２００２−３３０３２５号において、厚さ３０μｍ以下の薄い光導波路基板の背面側に、厚さが略一定の接着層を設けて保持基体を接着することを想到した。
しかし、光導波路基板と保持基板との熱膨張差による応力が原因でＤＣドリフトが発生し、消光比カーブにヒステリシスが現れることがあった。図２１に光導波路基板としてＬＮ基板を使用し、熱膨張差が大きい石英ガラスを保持基板とした場合の消光比カーブを示す。１ＫＨｚ、ピーク電圧１０Ｖの正弦波信号を印加したときの光パワーには、図２１に示すようなヒステリシスが現れることがあった。図２０はヒステリシスのほとんどない状態を示す。
光変調器を駆動させる場合には、一般的に、オートバイアスコントロール回路にて光パワーの最大値と最小値の中間点（Ｖ（π／２））にバイアス点を移動して駆動する。しかし、図２１のようなヒステリシス現象があると、この中間点にバイアスを移動することができなくなり、光変調器を動作させることができなくなる。
更に、長期ＤＣドリフトが発生し、上記のバイアス点がドリフトし、オートバイアスコントロール回路で追随できなくなる場合があった。
本発明の課題は、光導波路デバイスにおいて、信号電圧を印加したときの光パワーにおけるヒステリシス現象を防止し、かつ長期ＤＣドリフトを抑制することである。
第一の態様に係る発明は、電気光学結晶基板、光導波路および変調電極を備えており、少なくとも変調電極による電界印加領域における電気光学結晶基板の厚みが３０μｍ以下であり、光導波路形成時に生ずる凸部の高さＨ（オングストローム）と凸部の幅Ｗ（μｍ）との積（Ｈ・Ｗ）が７１５０オングストローム・μｍ以下であることを特徴とする、光導波路デバイスに係るものである。
また、第一の態様に係る発明は、電気光学結晶基板、光導波路および変調電極を備えており、少なくとも変調電極による電界印加領域における電気光学結晶基板の厚みが３０μｍ以下であり、少なくとも前記光導波路の出口部の少なくとも水平方向が単一モード化していることを特徴とする、光導波路デバイスに係るものである。
本発明者は、上述した波長による消光比の変動の原因について詳細に検討し、以下の発見に到った。すなわち、基板の厚さが例えば３０μｍ以下の薄い場合に、さらには、特に１５μｍ以下の薄い場合には、光導波路がマルチモード化しており、特に高次モード導波光の水平方向（ＬＮ基板表面と平行方向）のスポットサイズが小さくなる傾向を示して、これらが印加電圧の動作点の変動や波長による消光比の変動の原因になることを突き止めた。
本発明者はこの知見に基づき、電気光学結晶基板の厚みが３０μｍ以下の場合には、少なくとも光導波路の出口部の少なくとも水平方向を単一モード化させることによって、印加電圧の動作点の変動や波長による消光比の変動を抑制できることを見いだした。ここで出口部はＹ分岐光導波路から合波した後の直線部分の光導波路のことをいう。
従来、光導波路基板厚さ３０μｍ以下の場合に、印加電圧の動作点の変動や波長による消光比の変動が生じ、この原因が、光導波路のマルチモード化、特に導波光の水平方向のスポットサイズの縮小にあることはまったく知られていなかった。
本発明はこのような問題点とその原因の発見に基づいて初めて可能となったものであり、産業上の利用価値は大きい。
更に、本発明者は、光導波路の少なくとも水平方向をシングルモード化するために、光導波路の作製条件を検討した結果、光導波路形成時に拡散部分が凸状に盛り上がり、凸部の形状と光導波路のモード条件に相関性があることを見出した。具体的には、光導波路および凸部の形状は、レーザー顕微鏡により検査を行った。その結果、光導波路の少なくとも水平方向をシングルモード化するための条件は以下のとおりであることを見いだした。
（光導波路形成時に生ずる凸部の高さＨ（オングストローム）と凸部の幅Ｗ（μｍ）との積（Ｈ・Ｗ）≦７１５０オングストローム・μｍ）
これによって、消光比特性を改善することに成功した。
この観点からは、Ｈ×Ｗは、６９００オングストローム・μｍ以下であることが更に好ましく、６０００オングストローム・μｍ以下であることが一層好ましい。
Ｈ×Ｗが小さくなりすぎると、モード径が大きくなり、外部の光ファイバーとの結合損失が大きくなる。この結合損失を低減するという観点から、Ｈ×Ｗは、３０００オングストローム・μｍ以上であることが更に好ましく、３４００オングストローム・μｍ以上であることが一層好ましい。
好適な実施形態においては、Ｈ≦１１００オングストローム、およびＷ≦６．５μｍの条件が満足される。これによって、消光比カーブの頂点および谷の位置の電圧依存性を低減することができる。
本発明者は更に以下の発見に到った。すなわち、光導波路のを少なくとも水平方向をシングルモード化したとき、モードサイズが広がり、マッハツェンダ干渉導波路部（電極との相互作用部）において、光導波路間とのモード結合が大きくなる。この結果、合波する際に分岐比がずれてしまい、消光比が劣化することがあった。そして消光比の波長依存性が大きくなった。
これに対して、分岐光導波路間の間隔を４６μｍ以上まで大きくすることによって、消光比を２０ｄＢ以上とすることができ、消光比の波長依存性も小さくできることを見いだした。
第二の態様に係る発明は、光導波路基板、この光導波路基板を保持する保持基体、および光導波路基板と保持基体とを接着する接着層を備えている光導波路デバイスであって、
光導波路基板が、電気光学材料からなり、相対向する一方の主面と他方の主面とを備えている厚さ３０μｍ以下の平板状の基板本体、基板本体に設けられている光導波路、および基板本体に設けられた電極を備えており、接着層によって保持基体と基板本体の他方の主面とが接着されており、保持基体における熱膨張係数の最小値が基板本体における熱膨張係数の最小値の１／５倍以上であり、かつ保持基体における熱膨張係数の最大値が基板本体における熱膨張係数の５倍以下であることを特徴とする。
本発明では、厚さ３０μｍ以下の平板状の基板本体を使用し、接着層によって保持基体と基板本体とを接着した。これにより光導波路基板において応力集中個所がなくなるため、応力が分散され、光導波路基板に加わる最大応力を低減できることがわかった。更に、基板薄型加工に研磨を使用することができるため、適切な方法により加工ダメージを飛躍的に除去でき、同時に破壊強度の劣化を防止することが可能である。
これと共に、保持基体における熱膨張係数の最小値を光導波路基板における熱膨張係数の最小値の１／５倍以上とし、かつ保持基体における熱膨張係数の最大値を光導波路基板における熱膨張係数の最大値の５倍以下とすることによって、信号電圧を印加したときの光パワーにおけるヒステリシス現象を防止し、かつ長期ＤＣドリフトを抑制することができる。
このような作用効果が得られた理由は明確ではない。しかし、ＮＴＴ宮沢、三冨ら「１９９４年電子情報通信学会ＳＡ−９−３」においては、歪みとＤＣドリフトの相関を指摘している。したがって、本構造の場合に、基板本体と光導波路基板との間の熱膨張差による内部歪みにより、ＤＣドリフトが発生していたものと考えられる。

図１は、本発明の一実施形態に係るデバイス４を示す平面図である。
図２は、デバイス４を概略的に示す横断面図である。
図３は、分岐部間において基板に溝５ｃが設けられたデバイスを示す横断面図である。
図４は、光導波路２ｂ、２ｃの状態を示す拡大図である。
図５は、種々の形態の凸部と高さＨおよび幅Ｗの関係を示す模式図である。
図６は、本発明の一実施形態に係るデバイス１１を概略的に示す断面図である。
図７は、本発明の他の実施形態に係るデバイス１１Ａを概略的に示す断面図である。
図８は、本発明の更に他の実施形態に係るデバイス１１Ｂを概略的に示す断面図である。
図９は、本発明の更に他の実施形態に係るデバイス１１Ｃを概略的に示す断面図である。
図１０は、本発明の更に他の実施形態に係るデバイス１１Ｄを概略的に示す断面図である。
図１１は、比較例のデバイスによる消光比の印加電圧依存性を示すグラフである。
図１２は、本発明例のデバイスによる消光比の印加電圧依存性を示すグラフである。
図１３は、比較例のデバイスによる消光比の波長依存性を示すグラフである。
図１４は、本発明例のデバイスによる消光比の波長依存性を示すグラフである。
図１５は、Ｐ値の算出方法を説明するためのグラフである。
図１６は、導波路アーム間距離（Ｌ）と消光比との関係を示すグラフである。
図１７は、導波路アーム間距離（Ｌ）とΔＰとの関係を示すグラフである。
図１８は、導波路アーム間距離（Ｌ）と消光比との関係を示すグラフである。
図１９は、導波路アーム間距離（Ｌ）とΔＰとの関係を示すグラフである。
図２０は、本発明の実施例のデバイスにおける光パワーと電圧との関係を示すグラフである。
図２１は、比較例のデバイスにおける光パワーと電圧との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。図１および２は、第一の態様に係る発明の一実施形態に係るデバイス４を示す模式図である。
基板本体５は平板形状をしている。基板５の一方の主面５ａの上には接地電極１Ａ、１Ｃおよび信号電極１Ｂが形成されている。本例では、いわゆるコプレーナ型（Ｃｏｐｌａｎａｒ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ：ＣＰＷ電極）の電極配置を採用している。光導波路２は、入り口部２ａ、出口部２ｄおよび一対の分岐部２ｂ、２ｃを備えている。電界印加領域１０においては、隣接する電極の間に一対の光導波路分岐部２ｂ、２ｃが配置されており、各光導波路２ｂ、２ｃに対して略水平方向に信号電界を印加するようになっている。光導波路２は、平面的に見ると、いわゆるマッハツェンダー型の光導波路を構成している。分岐部２ｂと２ｃとの間隔Ｌは、好ましくは４６μｍ以上である。
本発明者は更に以下の発見に到った。マッハツェンダ干渉導波路部（電極との相互作用部）において、光導波路間とのモード結合が大きくなる問題に対して、図３に示すように分岐光導波路間に溝５ｃを形成することによって、光導波路間のモード結合を抑制できることを見いだした。この結果、光導波路の少なくとも水平方向をシングルモード化した場合には、消光比を２０ｄＢ以上とすることができ、消光比の波長依存性も小さくできることを見いだした。
図４は、光導波路２ｂ、２ｃを示す拡大断面図である。光導波路２ｂ、２ｃ形成時には、チタン等の適当な拡散剤を主面５ａ上に載置し、加熱処理する。この際、主面５ａ上には、拡散時に凸部６が形成される。凸部の形状パターンは、図５に示すように様々であるが、凸部の高さＨは隆起したピーク値であり、幅Ｗは高さＨの５％の値の点を結んだ最も長い距離と定義した。これに基づいて、凸部６の幅Ｗと高さＨとの積は、本発明に従い７１５０オングストローム・μｍ以下とする。
基板本体と電極との間にはバッファ層を設けることができる。また、本発明は、電極配置が非対称コプレーナストリップライン型である場合にも適用可能である。
基板本体は、強誘電性の電気光学材料、好ましくは単結晶からなる。こうした結晶は、光の変調が可能であれば特に限定されないが、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウム、ＫＴＰ、及び水晶などを例示することができる。
接地電極、信号電極は、低抵抗でインピーダンス特性に優れる材料であれば特に限定されるものではなく、金、銀、銅などの材料から構成することができる。
バッファ層は、酸化シリコン、弗化マグネシウム、窒化珪素、及びアルミナなどの公知の材料を使用することができる。
光導波路は、基板本体に内拡散法やイオン交換法によって形成された光導波路であり、好ましくはチタン拡散光導波路、プロトン交換光導波路であり、特に好ましくはチタン拡散光導波路である。電極は、基板本体の一方の主面側に設けられているが、基板本体の一方の主面に直接形成されていてよく、バッファ層の上に形成されていてよい。
光導波路の特に好適な形成条件は以下の範囲である。
Ｔｉ厚み ４５０〜１０００ オングストローム、拡散温度 ９５０〜１１００℃
拡散時間 ４〜１１ 時間、導波路マスクパターンの幅 ３〜７μｍ
基板本体においては、特に好ましくは結晶の分極軸が基板の一方の主面５ａと略水平である。この場合には、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶からなるＸ板あるいはＹ板が好ましい。図１〜図５には、本発明をＸ板あるいはＹ板に適用した例について示した。
また、他の好適な実施形態においては、結晶の分極軸が基板の一方の主面５ａと略垂直である。この場合には、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶からなるＺ板が好ましい。Ｚ板を使用した場合には、光導波路は電極の直下に設ける必要があり、光の伝搬損失を低減するために、基板の表面と電極との間にはバッファ層を設けることが好ましい。
本発明においては、図２に示すように、基板本体５を別体の保持基体７に対して接合することができる。保持基体７によるマイクロ波の伝搬速度への影響を最小限とするという観点からは、保持基体７の材質は、電気光学単結晶の誘電率よりも低い誘電率を有する材質であってもよい。こうした材質としては、石英ガラス等のガラスがある。
光導波路基板５と保持基体７との接合方法は特に限定されない。好適な実施形態においては、両者を接着する。この場合には、接着剤の屈折率は、基板本体５を構成する電気光学材料の屈折率よりも低いことが好ましい。
接着剤の具体例は、エポキシ系接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化性接着剤などで、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料と比較的近い熱膨張係数を有する接着剤が好ましい。
以下、適宜図面を参照しつつ、第二の態様に係る発明の好適な実施形態を更に詳細に説明する。
図６は、主として第一の発明の実施形態に係る光変調器１１を概略的に示す断面図である。図６においては、進行波形光変調器における光の進行方向に対して略垂直な横断面を示す。
光変調器１１は、光導波路基板２９と保持基体１２とを備えている。基板本体１４、基体１２は共に平板形状をしている。基板本体１４の厚さは３０μｍ以下である。基板本体１４の一方の主面１４ａの上には所定の電極１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃが形成されている。本例では、いわゆるコプレーナ型（Ｃｏｐｌａｎａｒ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ：ＣＰＷ電極）の電極配置を採用しているが、電極の配置形態は特に限定されない。例えばＡＣＰＳ（Ａｓｙｎｍｅｔｒｉｃ ｃｏｐｌａｎａｒ ｓｔｒｉｐ−ｌｉｎｅ）タイプであってよい。本例では、隣接する電極の間に一対の光導波路１５ｂ、１５ｃが形成されており，各光導波路１５ｂ、１５ｃに対して略水平方向に信号電圧を印加するようになっている。この光導波路は、平面的に見るといわゆるマッハツェンダー型の光導波路を構成しているが、この平面的パターンそれ自体は周知である（後述）。基板本体１４の他方の主面１４ｄと保持基体１２の接着面１２ａとの間に、厚さが略一定の接着層１３が介在し、基板本体１４と保持基体１２とを接着している。
本光導波路デバイス１１においては、厚さ３０μｍ以下の平板状の基板本体を使用し、接着層によって保持基体と基板本体とを接着し、かつ保持基体の接着面１２ａを略平坦面とした。これによって接着層１３の厚さが略一定となり、光導波路基板２９において応力集中個所がなくなるため、応力が分散され、光導波路基板２９に加わる最大応力を低減できる。更に、基板本体４を厚さ３０μｍ以下に薄型加工する際に、平面研磨を使用することができるため、適切な方法により加工ダメージを飛躍的に除去でき、同時に破壊強度の劣化を防止することが可能である。
本発明において、基板本体１４は厚さ３０μｍ以下の平板からなる。ここで言う平板とは、主面１４ｄに凹部や溝が形成されていない平板を意味しており、つまり他方の主面１４ｄ（接着面）は略平坦である。ただし、主面１４ｄが略平坦であるとは、加工に伴い表面に残留する表面粗さは許容する趣旨であり、また、加工に伴う湾曲や反りも許容する趣旨である。
本発明においては、基板本体１４の一方の主面１４ａ側に光導波路１５ｂ、１５ｃを設ける。光導波路は、基板本体の一方の主面に直接形成されたリッジ型の光導波路であってよく、基板本体の一方の主面の上に他の層を介して形成されたリッジ型の光導波路であってよく、また基板本体の内部に内拡散法やイオン交換法によって形成された光導波路、例えばチタン拡散光導波路、プロトン交換光導波路であってよい。具体的には、光導波路が、主面１４ａから突出するリッジ型光導波路であってよい。リッジ型の光導波路は、レーザー加工、機械加工によって形成可能である。あるいは、高屈折率膜を基板本体１４上に形成し、この高屈折率膜を機械加工やレーザーアブレーション加工することによって、リッジ型の三次元光導波路を形成できる。高屈折率膜は、例えば化学的気相成長法、物理的気相成長法、有機金属化学的気相成長法、スパッタリング法、液相エピタキシャル法によって形成できる。
光導波路基板を構成する基板本体は、強誘電性の電気光学材料、好ましくは単結晶からなる。こうした結晶は、光の変調が可能であれば特に限定されないが、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウム、ＫＴＰ、ＧａＡｓ及び水晶などを例示することができる。ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶が、特に好ましい。
基板本体においては、特に好ましくは結晶の分極軸が基板の一方の主面（表面）と略水平である。この場合には、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶からなるＸ板あるいはＹ板が好ましい。図６〜図１０には、本発明をＸ板あるいはＹ板に適用した例について示した。
また、他の好適な実施形態においては、結晶の分極軸が基板の一方の主面（表面）と略垂直である。この場合には、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶からなるＺ板が好ましい。Ｚ板を使用した場合には、光導波路は電極の直下に設ける必要があり、光の伝搬損失を低減するために、基板の表面と電極との間にはバッファ層を設けることが好ましい。
本発明においては、保持基体における熱膨張係数の最小値が光導波路基板における熱膨張係数の最小値の１／５倍以上であり、かつ保持基体における熱膨張係数の最大値が光導波路基板における熱膨張係数の最大値の５倍以下である。
ここで、基板本体、保持基体をそれぞれ構成する各電気光学材料に熱膨張係数の異方性がない場合には、基板本体、保持基体において最小の熱膨張係数と最大の熱膨張係数とは一致する。基板本体、保持基体を構成する各電気光学材料に熱膨張係数の異方性がある場合には、各軸ごとに熱膨張係数が変化する場合がある。例えば、基板本体を構成する各電気光学材料がニオブ酸リチウムである場合には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の熱膨張係数が１６×１０^−６／℃であり、これが最大値となる。Ｚ軸方向の熱膨張係数が５×１０^−６／℃であり、これが最小値となる。従って、保持基体の熱膨張係数の最小値は１×１０^−６／℃以上とし、保持基体の熱膨張係数の最大値は８０×１０^−６／℃以下とする。なお、例えば石英ガラスの熱膨張係数は０．５×１０^−６／℃であり、例えば１×１０^−６／℃未満である。
本発明の作用効果の観点からは、保持基体の熱膨張係数の最小値を、基板本体における熱膨張係数の最小値の１／２倍以上とすることが更に好ましい。また、保持基体の熱膨張係数の最大値を、光導波路基板の基板本体の熱膨張係数の最大値の２倍以下とすることが更に好ましい。
保持基体の具体的材質は、上記の条件を満足する限り、特に限定されない。基板本体にニオブ酸リチウム単結晶を使用する場合には、保持基体は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウムなどを例示することができる。この場合、熱膨張差の観点では、基板本体と同じニオブ酸リチウム単結晶が特に好ましい。
電極は、基板本体の一方の主面側に設けられているが、基板本体の一方の主面に直接形成されていてよく、低誘電率層ないしバッファ層の上に形成されていてよい。低誘電率層は、酸化シリコン、弗化マグネシウム、窒化珪素、及びアルミナなどの公知の材料を使用することができる。ここで言う低誘電率層とは、基板本体を構成する材質の誘電率よりも低い誘電率を有する材料からなる層を言い、光とマイクロ波の速度整合条件を満たすという観点では誘電率が低い材料ほど好ましい。この低誘電率層がない場合には、基板本体の厚さは２０μｍ以下であることが更に好ましい。
好適な実施形態においては、保持基体１２の接着面１２ａが略平坦である。ただし、接着面１２ａが略平坦であるとは、加工に伴い表面に残留する表面粗さは許容する趣旨であり、また、加工に伴う湾曲や反りも許容する趣旨である。
本発明の観点からは、接着層１３の厚さＴ１は１０００μｍ以下であることが好ましく、３００μｍ以下であることが更に好ましく、１００μｍ以下であることが最も好ましい。また、接着層１３の厚さＴ１の下限は特にないが、マイクロ波実効屈折率の低減という観点からは、１０μｍ以上であってもよい。
さらに、速度整合の観点からは、接着層は基板本体である電気光学材料の誘電率よりも低い必要があり、誘電率５以下が好ましい。
図７は、本発明の他の実施形態に係る光導波路デバイス１１Ａを概略的に示す断面図である。図７においては、進行波形光変調器における光の進行方向に対して略垂直な横断面を示す。
光変調器１１Ａは、光導波路基板２９と保持基体３２とを備えている。基板本体１４は平板形状をしており、基板本体１４の厚さは３０μｍ以下である。光導波路基板２９の構成は、図６に示した光導波路基板２９の構成と同様である。基板本体３２の接着面３２ａ側には少なくとも電極との相互作用部に凹部ないし溝３２ｂが形成されている。溝３２ｂは、光の進行方向（紙面に垂直な方向）へと向かって延びている。
本例においては、基板本体１４の他方の主面１４ｄと保持基体３２の接着面３２ａとの間に接着層３３が介在し、基板本体１４と保持基体３２とを接着している。これと共に、光導波路１５ｂ、１５ｃの形成領域においては、主面１４ｄ下に溝３２ｂが形成されており、溝３２ｂ内には、接着剤からなる低誘電率部分３６が充填されている。
本光導波路デバイス１１Ａにおいては、厚さ３０μｍ以下の平板状の基板本体１４を使用し、接着層３３によって保持基体３２と基板本体１４とを接着し、かつ接着層３３の厚さＴ１を２００μｍ以下とした。これによって光導波路基板２９において応力の分散が促進され、光導波路基板２９に加わる最大応力を低減できる。
ただし、本実施形態においては、接着層３３の厚さＴ１に比べて、接着剤からなる低誘電率部分３６の厚さＴ２が大きくなっており、このために接着剤の厚さに（Ｔ２−Ｔ１）の段差が生ずる。このため、接着層の厚さが全体に略一定の場合とは異なり、段差の周辺において基板本体１４へと応力の集中が生じ易い形態になる。このような応力集中によるＤＣドリフトや温度ドリフトを低減するためには、接着層３３の厚さＴ１を２００μｍ以下とすることが好ましい。この観点からは、接着層３３の厚さＴ１は２００μｍ以下であることが必要であるが、１５０μｍ以下であることが更に好ましく、１１０μｍ以下であることが最も好ましい。また、接着層３３の厚さＴ１の下限は特にないが、基板本体１４に加わる応力を低減するという観点からは、０．１μｍ以上であってもよい。
本発明においては、接着層が、光導波路の形成領域において他方の主面と保持基体とを接着していてよい。例えば図６、図７の光導波路デバイス１１、１１Ａはこの実施形態に係るものである。この場合には、図６に示すように、接着層の厚さが略一定であることが特に好ましい。ただし、接着層の厚さが略一定とは、製造上の誤差は許容する趣旨である。
また、本発明においては、光導波路の形成領域において他方の主面と保持基体との間に、基板本体を構成する電気光学材料の誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率部分を設けることが好ましい。これによって、前述のような速度整合を実現することが容易になる。
低誘電率部分の種類は特に限定されない。好適な実施形態においては、低誘電率部分が空気層である。また、他の実施形態においては、低誘電率部分が接着剤からなる（図６、図７の例）。この場合には、前記電気光学材料の誘電率よりも低い誘電率を有する接着剤を使用する必要がある。
また、他の実施形態においては、低誘電率部分が、前記電気光学材料の誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率材料からなっており、この低誘電率材料が接着剤に属していない。
図８は、光導波路デバイス１１Ｂを概略的に示す断面図である。光変調器１１Ｂは、光導波路基板２９と保持基体３２とを備えている。基板本体１４は平板形状をしており、基板本体１４の厚さは３０μｍ以下である。基板本体３２の接着面３２ａ側には凹部ないし溝３２ｂが図７と同様に形成されている。溝３２ｂは、光の進行方向（紙面に垂直な方向）へと向かって延びている。
本例においては、基板本体１４の他方の主面１４ｄと保持基体３２の接着面３２ａとの間に接着層４３Ａ、４３Ｂが介在し、基板本体１４と保持基体３２とを接着している。これと共に、光導波路１５ｂ、１５ｃの形成領域においては、主面１４ｄ下に溝３２ｂが形成されており、低誘電率部分３０が設けられている。本例の低誘電率部分３０は、接着剤４３Ａ、４３Ｂとは異質の低誘電率材料からなる。
図９は、光導波路デバイス１１Ｃを概略的に示す断面図である。光変調器１１Ｃは、光導波路基板２９と保持基体１２とを備えている。基板本体１４は平板形状をしており、基板本体１４の厚さは３０μｍ以下である。保持基体１２の接着面１２ａは略平坦である。
本例においては、基板本体１４の他方の主面１４ｄと保持基体１２の接着面１２ａとの間に接着層４３Ａ、４３Ｂが介在し、基板本体１４と保持基体１２とを接着している。これと共に、光導波路１５ｂ、１５ｃの形成領域においては、主面１４ｄ下に空気層３１が形成されている。空気層３１は低誘電率部分として機能している。
図１０は、光導波路デバイス１１Ｄを概略的に示す断面図である。光変調器１１Ｄは、光導波路基板２９と保持基体３２とを備えている。基板本体１４は平板形状をしており、基板本体１４の厚さは３０μｍ以下である。基板本体３２の接着面３２ａ側には凹部ないし溝３２ｂが形成されている。
本例においては、基板本体１４の他方の主面１４ｄと保持基体３２の接着面３２ａとの間に接着層４３Ａ、４３Ｂが介在し、基板本体１４と保持基体３２とを接着している。接着層４３Ａ、４３Ｂの厚さＴ１は２００μｍ以下である。これと共に、光導波路１５ｂ、１５ｃの形成領域においては、主面１４ｄ下に空気層３５が形成されている。空気層３５は低誘電率部分として機能している。
速度整合の観点からは、低誘電率部分３０、３５、３６の厚さＴ２は１０μｍ以上であることが好ましく、３０μｍ以上であることが更に好ましい。光導波路基板への応力集中を抑制するという観点からは、低誘電率部分３０、３５、３６の厚さＴ２は０．５μｍ以下であることが好ましく、１０００μｍ以下であることが更に好ましい。
本発明は、いわゆる独立変調型の進行波形光変調器に対しても適用できる。
電極は、低抵抗でインピーダンス特性に優れる材料であれば特に限定されるものではなく、金、銀、銅などの材料から構成することができる。
接着剤の具体例は、前記の条件を満足する限り特に限定されないが、エポキシ系接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化性接着剤、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料と比較的近い熱膨張係数を有するアロンセラミックスＣ（商品名、東亜合成社製）（熱膨張係数１３×１０^−６／Ｋ）を例示できる。
また接着用ガラスとしては、低誘電率で接着温度（作業温度）が約６００℃以下のものが好ましい。また、加工の際に十分な接着強度が得られるものが好ましい。具体的には、酸化珪素、酸化鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素等の組成を複数組み合わせた、いわゆるはんだガラスが好ましい。
また、基板本体１４の裏面と保持基板との間に接着剤のシートを介在させ、接合することができる。好ましくは、熱硬化性、光硬化性あるいは光増粘性の樹脂接着剤からなるシートを、基板本体４の裏面と保持基板との間に介在させ、シートを硬化させる。

［実施例１］
Ｘ−カットのニオブ酸リチウム基板上にＴｉ拡散導波路およびＣＰＷ電極を形成した（図１、図２参照）。中心電極１Ｂと接地電極１Ａ、１Ｃとのギャップを２５μｍとし、中心電極１Ｂの幅を３０μｍとし、各電極の厚みを２８μｍとし、電極長を３２ｍｍとした。光導波路間のアーム間距離Ｌは５５μｍとした。次に薄型研磨を行い、低誘電率層と支持基板（Ｘカットのニオブ酸リチウム基板）からなる薄型変調器を作製した。変調器基板５の厚みは８．５μｍであり、低誘電率層６は誘電率３．８、厚み５０μｍとした。その後、光ファイバの接続部を端面研磨し、ダイシングにてチップ切断した。上記変調器チップは、光ファイバと光軸調整し、ＵＶ硬化樹脂にて接着固定した。デバイス作製後に測定した光導波路２の凸部６の高さＨおよび幅Ｗは、表１に示すように変更した。また、表１には積Ｈ×Ｗの値も示す。得られた各デバイスについて、モード観察を行った。この結果を表１に示す。

また、電気光学結晶基板の厚さを１ｍｍと厚くした場合について、前記と同様に、光導波路の隆起の高さＨおよび幅Ｗを、表２に示すように変更し、モード観察を行った。この結果を表２に示す。

表１、表２を比較すると分かるように、電気光学結晶基板の厚さが大きい場合（表２）にはシングルモードであるような寸法条件下においても、表１においては広範囲にわたってマルチモード化していることが分かった。
また、基板厚みが１ｍｍの場合には、光導波路の隆起の高さＨが１０００Å以下においては、光導波路幅６μｍ以下では、光導波路がカットオフとなり光が導波することができなかった。しかし、基板厚みを３０μｍ以下にすることで、光導波路幅６μｍ以下、例えば３μｍでも光がシングルモード（単一モード）で導波するようになることも分かった。そして、このように光がシングルモードで伝搬するような条件を満足することによって、印加電圧の動作点の変動や波長による消光比の変動を抑制できる。
そして、電気光学結晶基板の厚さ３０μｍ以下の薄型変調器においては、Ｈ×Ｗを７１５０オングストローム・μｍ以下とすることが、シングルモードを得る上で必要であることが分かった。
［実施例２］
実施例１において、光導波路間のアーム間距離Ｌを５５μｍとし、光導波路２の凸部６の高さＨを８６０オングストロームとし、幅Ｗを６μｍとし、両者の積を５１６０オングストローム・μｍとした。
デバイスについて、Ｓ２１を測定したところ、５０ＧＨｚ以下の波長範囲においてリップルがなく、スムーズなカーブを示し、３０ＧＨｚを超えてから初めて−６ｄＢ低下した。また、Ｓ１１は、測定周波数である５０ＧＨｚまで、−１０ｄＢ以下であった。さらに、光学特性として、モード観察を行った結果、シングルモードであり、消光比は１５３０ｎｍから１６１０ｎｍで２０ｄＢ以上であり、消光カーブの電圧依存性は小さく±５％以下であった。
本例での消光比と印加電圧との関係を図１２に示す。各ピークの高さがほぼ一定であり、また消光比曲線のピークおよび谷の位置が一定している。
また、消光比凹凸の波長依存性を図１４に示す。ここで言う「ＯＮ光強度」（ΔＰ）は以下のようにして測定する。すなわち、図１５において、隣接する３つのピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３の各高さを測定し、印加電圧が０Ｖに近いＰ２に対し、隣接するＰ１とＰ３の比、例えば（Ｐ１−Ｐ２）×１００／Ｐ２（％）として算出する。この結果、図１４に示すようにＯＮ光強度の波長依存性は±５％以下と小さい。
［実施例３］
実施例１において、中心電極１Ｂと接地電極１Ａ、１Ｃとのギャップを４０μｍとし、中心電極１Ｂの幅を３０μｍとし、各電極の厚みを２８μｍとし、電極長を４０ｍｍとした。光導波路間のアーム間距離Ｌを７０μｍとし、光導波路２の凸部６の高さＨを８６０オングストロームとし、幅Ｗを６μｍとし、両者の積を５１６０オングストローム・μｍとした。
デバイスについて、Ｓ２１を測定したところ、５０ＧＨｚ以下の波長範囲においてリップルがなく、スムーズなカーブを示し、２５ＧＨｚを超えてから初めて−６ｄＢ低下した。また、Ｓ１１は、測定周波数である５０ＧＨｚまで、−１０ｄＢ以下であった。さらに、光学特性として、モード観察を行った結果、シングルモードであり、消光比は１５３０ｎｍから１６１０ｎｍで２０ｄＢ以上であり、消光カーブの電圧依存性は小さく±５％以下であった。
［実施例４］
実施例２と同様にして薄型変調器を作製した。ただし、光導波路間のアーム間距離は５５μｍとした。光導波路２の凸部６の幅Ｗを６μｍとし、高さＨを１１５０オングストロームとし、両者の積を６９００オングストローム・μｍとした。デバイスについて、Ｓ２１を測定したところ、５０ＧＨｚ以下の波長範囲においてリップルがなく、スムーズなカーブを示し、３０ＧＨｚを超えてから初めて−６ｄＢ低下した。また、Ｓ１１は、測定周波数である５０ＧＨｚまで、−１０ｄＢ以下であった。さらに、光学特性として、モード観察を行った結果、シングルモードであり、消光比は１５３０ｎｍから１６１０ｎｍで２０ｄＢ以上であった。しかし、消光カーブの電圧依存性は大きく、±５％以上になった。
［実施例５］
実施例２と同様にして薄型変調器を作製した。ただし、中心電極を２０μｍとし光導波路間のアーム間距離は４５μｍと小さくした。光導波路２の凸部６の高さＨを８６０オングストロームとし、幅Ｗを６μｍとし、両者の積を６９００オングストローム・μｍとした。デバイスについて、Ｓ２１を測定したところ、５０ＧＨｚ以下の波長範囲においてリップルがなく、スムーズなカーブを示し、３０ＧＨｚを超えてから初めて−６ｄＢ低下した。また、Ｓ１１は測定周波数である５０ＧＨｚまで、−１０ｄＢ以下であった。さらに、光学特性として、モード観察を行った結果、シングルモードであった。消光比は１５３０ｎｍから１６１０ｎｍの間で２０ｄＢ未満にまで低下することがあり、消光カーブの電圧依存性は±５％以上になった。
［実施例６］
実施例２と同様にして薄型変調器を作製した。実施例５と同様に、中心電極を２０μｍとし光導波路間のアーム間距離は４５μｍと小さくした。光導波路２の凸部６の高さＨを８６０オングストロームとし、幅Ｗを６μｍとし、両者の積を６９００オングストローム・μｍとした。次に図３に示すように、中心電極１Ｂの直下の部分全長にわたって変調器基板５の裏面５ｂから幅２０μｍ、深さ３μｍの溝５ｃを形成した。溝加工にはエキシマレーザを使用した。デバイスについて、Ｓ２１を測定したところ、５０ＧＨｚ以下の波長範囲においてリップルがなく、スムーズなカーブを示し、３０ＧＨｚを超えてから初めて−６ｄＢ低下した。また、Ｓ１１は測定周波数である５０ＧＨｚまで、−１０ｄＢ以下であった。さらに、光学特性として、モード観察を行った結果、シングルモードであった。消光比は１５３０ｎｍから１６１０ｎｍの間で２０ｄＢ以上になり、消光カーブの電圧依存性も±５％以下になった。
（比較例１）
実施例２と同様にして薄型変調器を作製した。ただし、光導波路間のアーム間距離は５５μｍとした。光導波路２の凸部６の幅Ｗを６．５μｍとし、高さＨを１１５０オングストロームとし、両者の積を７４７５オングストローム・μｍとした。デバイスについて、Ｓ２１を測定したところ、５０ＧＨｚ以下の波長範囲においてリップルがなく、スムーズなカーブを示し、３０ＧＨｚを超えてから初めて−６ｄＢ低下した。また、Ｓ１１は測定周波数である５０ＧＨｚまで、−１０ｄＢ以下であった。
さらに、光学特性として、モード観察を行った結果、マルチモードであり、消光比は１５３０ｎｍから１６１０ｎｍで２０ｄＢ未満となることがあり、消光カーブの電圧依存性は大きく、±５％以上であった。
本例での消光比と印加電圧との関係を図１１に示す。各ピークの高さが不揃いであり、消光比曲線のピークおよび谷の位置が一定していない。
また、消光比凹凸の波長依存性を図１３に示す。この結果、ＯＮ光強度の波長依存性は大きく、±１５％にのぼる。
［実施例７］
実施例２と同様にしてデバイスを作製した。ただし、凸部の高さを８６０オングストロームとし、幅を５μｍとし、両者の積を４３００オングストローム・μｍとした。そして、導波路アーム間距離（分岐部２ｂと２ｃとの間隔Ｌ）を、図１６、図１７に示すように変更した。そして、消光比のＬに対する依存性を図１６に示し、ΔＰのＬに対する依存性を図１７に示した。この結果から分かるように、アーム間距離Ｌを４６μｍ以上とすることによって、広い波長範囲にわたって消光比は２０ｄＢ以上となり、またΔＰを±５％以下に制御できた。この観点からは、Ｌは５０μｍ以上であることが一層好ましい。
［実施例８］
実施例２と同様にしてデバイスを作製した。ただし、凸部の高さを１１５０オングストロームとし、幅を５μｍとし、両者の積を５７５０オングストローム・μｍとした。そして、導波路アーム間距離（分岐部２ｂと２ｃとの間隔Ｌ）を、図１８、図１９に示すように変更した。そして、消光比のＬに対する依存性を図１８に示し、ΔＰのＬに対する依存性を図１９に示した。この結果から分かるように、アーム間距離Ｌを４６μｍ以上とすることによって、広い波長範囲にわたって消光比は２０ｄＢ以上となる。また本例では、ΔＰを±５％以下に低減することはできなかった。
［実施例９：図６のデバイス１１］
図６の光変調器１１を製造する。具体的には、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ_３単結晶）からなる基板を使用し、チタン拡散プロセスとフォトリソグラフィー法とによって、ウエハーの表面にマッハツェンダー型の光導波路１５ｂ、１５ｃを形成する。光導波路のサイズは、例えば１／ｅ^２で１０μｍとできる。次いで、メッキプロセスにより、ＣＰＷ電極を形成する。中心電極１７Ｂと接地電極１７Ａ、１７Ｃとのギャップを４０μｍとし、電極厚みを２８μｍとし、電極長を４０ｍｍとした。次に薄型研磨のために研磨定盤に研磨ダミー基板を貼り付け、その上に変調器基板を電極面を下にして熱可塑性樹脂で貼り付ける。さらに、横型研磨およびポリッシング（ＣＭＰ）にて１０μｍ厚みまで基板本体１４を薄型加工する。その後、平板状の保持基体１２を基板本体１４に接着固定し、光ファイバの接続部を端面研磨し、ダイシングにてチップ切断する。接着固定用の樹脂は、樹脂厚５０μｍのエポキシ樹脂フィルムを使用した。チップの幅および補強基板を含めたトータルの厚みは、それぞれ４．４ｍｍと１ｍｍとした。入力側には１．５５μｍ帯パンダファイバを保持した単芯ファイバーアレイを、出力側にはシングルモードファイバを保持した単芯ファイバアレイを進行波形光変調器チップ１１に結合し、光ファイバーと光導波路とを調芯し、紫外線硬化型樹脂によって接着する。
本例においては、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ_３単結晶）からなる基板を使用した。このＸ軸方向、Ｙ軸方向の熱膨張係数が１６×１０^−６／℃であり、Ｚ軸方向の熱膨張係数が５×１０^−６／℃である。保持基体２の材質は、Ｘカットしたニオブ酸リチウム単結晶とした。
１ＫＨｚの信号に対する消光比カーブを図２０に示す。この結果から分かるように、光パワーにヒステリシスが現れなかった。また、１００℃にてＤＣドリフト特性を評価した結果、ＤＣバイアスのシフト量は初期印加電圧に対し５０％以内の変動であった。
［実施例１０：図９のデバイス１１Ｃ］
図９のデバイス１１Ｃを製造した。具体的には、実施例９と同様にして光導波路基板２９を製造した。基板本体１４の厚さｔは１２μｍとした。ただし、図９に示すように空気層３１を設けた。本例においては、ＸカットしたＬｉＮｂＯ_３単結晶からなる基板本体を使用した。保持基体１２の材質は、Ｘカットしたニオブ酸リチウム単結晶とした。
１ＫＨｚの信号に対する消光比カーブはヒステリシスが現れなかった。また、１００℃にてＤＣドリフト特性を評価した結果、ＤＣバイアスのシフト量は初期印加電圧に対し５０％以内の変動であった。
［実施例１１：図７のデバイス１１Ａ］
図７のデバイス１１Ａを製造した。具体的には、実施例９と同様にして光導波路基板２９を製造した。その後、幅０．３ｍｍおよび深さ０．２ｍｍの溝３２ｂが形成されている保持基体３２に光導波路基板２９を接着固定し、光ファイバの接続部を端面研磨し、ダイシングにてチップ化切断した。この際、保持基体３２の溝３２ｂ内には接着樹脂３６を充填した。従って、Ｔ１は５０μｍであり、Ｔ２は２５０μｍである。本例においては、ＸカットしたＬｉＮｂＯ_３単結晶からなる基板本体を使用した。保持基体１２の材質は、Ｘカットしたニオブ酸リチウム単結晶とした。
１ＫＨｚの信号に対する消光比カーブはヒステリシスが現れなかった。また、１００℃にてＤＣドリフト特性を評価した結果、ＤＣバイアスのシフト量は初期印加電圧に対し５０％以内の変動であった。
［実施例１２：図１０のデバイス１１Ｄ］
図１０のデバイス１１Ｄを製造した。具体的には、実施例１と同様にして光導波路基板２９を製造した。基板本体１４の厚さは１２μｍとした。その後、幅０．３ｍｍおよび深さ０．２ｍｍの溝３２ｂが形成されている保持基体３２に光導波路基板２９を接着固定し、光ファイバの接続部を端面研磨し、ダイシングにてチップ化切断した。この際、保持基体３２の溝３２ｂ内は空気層３５とした。Ｔ１は５０μｍであり、Ｔ２は２５０μｍである。本例においては、ＸカットしたＬｉＮｂＯ_３単結晶からなる基板本体を使用した。保持基体１２の材質は、Ｘカットしたニオブ酸リチウム単結晶とした。
１ＫＨｚの信号に対する消光比カーブはヒステリシスが現れなかった。また、１００℃にてＤＣドリフト特性を評価した結果、ＤＣバイアスのシフト量は初期印加電圧に対し５０％以内の変動であった。
［実施例１３：図６のデバイス１１］
図６と同様な構造において、保持基板１２の材質をタンタル酸リチウム単結晶とした。本例においては、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ_３単結晶）からなる基板を使用した。このＸ軸方向、Ｙ軸方向の熱膨張係数が１６×１０^−６／℃であり、Ｚ軸方向の熱膨張係数が５×１０^−６／℃である。保持基体２を構成するタンタル酸リチウム単結晶のＸ軸方向、Ｙ軸方向の熱膨張係数は、１５×１０^−６／℃であり、Ｚ軸方向の熱膨張係数が１．２×１０^−６／℃である。
１ＫＨｚの信号に対する消光比カーブはヒステリシスが現れなかった。また、１００℃にてＤＣドリフト特性を評価した結果、ＤＣバイアスのシフト量は初期印加電圧に対し５０％以内の変動であった。
（比較例２ ：図６のデバイス１１）
本例においては、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ_３単結晶）からなる基板を使用した。このＸ軸方向、Ｙ軸方向の熱膨張係数が１６×１０^−６／℃であり、Ｚ軸方向の熱膨張係数が５×１０^−６／℃である。保持基体２の材質は石英ガラスとした。石英ガラスの熱膨張係数は、５０×１０^−６／℃である。
この結果、１ＫＨｚの信号に対する消光比カーブはヒステリシスが現れた（図２１参照）。また、１００℃にてＤＣドリフト特性を評価した結果、ＤＣバイアスのシフト量は初期印加電圧に対し５０％以上の変動であった。
第二の態様に係る発明によれば、光導波路デバイスにおいて、信号電圧を印加したときの光パワーにおけるヒステリシス現象を防止し、かつ長期ＤＣドリフトを抑制することができる。

Claims (18)

1. 電気光学結晶基板、光導波路および変調電極を備えており、少なくとも前記変調電極による電界印加領域における前記電気光学結晶基板の厚みが３０μｍ以下であり、前記光導波路形成時に生ずる凸部の高さＨ（オングストローム）と凸部の幅Ｗ（μｍ）との積（Ｈ・Ｗ）が７１５０オングストローム・μｍ以下であることを特徴とする、光導波路デバイス。
2. 前記凸部の高さＨが１１００オングストローム以下であり、前記凸部の幅Ｗが６．５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載の光導波路デバイス。
3. 電気光学結晶基板、光導波路および変調電極を備えており、少なくとも前記変調電極による電界印加領域における前記電気光学結晶基板の厚みが３０μｍ以下であり、少なくとも前記光導波路の出口部の少なくとも水平方向が単一モード化していることを特徴とする、光導波路デバイス。
4. 前記電界印加領域において前記光導波路が分岐部を有しており、前記分岐部における前記光導波路の間隔が４６μｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
5. 前記電界印加領域において前記光導波路が分岐部を有しており、前記分岐部間で前記電気光学結晶基板に溝が形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
6. 電気光学結晶基板、光導波路および変調電極を備えており、前記変調電極による電界印加領域において前記光導波路が分岐部を有しており、前記分岐部間で前記電気光学結晶基板に溝が形成されていることを特徴とする、光導波路デバイス。
7. 前記電気光学結晶基板を保持する保持基体、および前記電気光学結晶基板と前記保持基体とを接着する接着層を備えており、前記保持基体における熱膨張係数の最小値が、前記電気光学結晶基板における熱膨張係数の最小値の１／５倍以上であり、かつ前記保持基体における熱膨張係数の最大値が前記電気光学結晶基板における熱膨張係数の最大値の５倍以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
8. 前記保持基体が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体およびニオブ酸カリウムリチウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなることを特徴とする、請求項７記載の光導波路デバイス。
9. 前記保持基体がニオブ酸リチウム単結晶からなることを特徴とする、請求項８記載の光導波路デバイス。
10. 光導波路基板、この光導波路基板を保持する保持基体、および前記光導波路基板と前記保持基体とを接着する接着層を備えている光導波路デバイスであって、
    前記光導波路基板が、電気光学材料からなり、相対向する一方の主面と他方の主面とを備えている厚さ３０μｍ以下の平板状の基板本体、この基板本体に設けられている光導波路、および前記基板本体に設けられた電極を備えており、前記接着層によって前記保持基体と前記基板本体の前記他方の主面とが接着されており、前記保持基体における熱膨張係数の最小値が、前記基板本体における熱膨張係数の最小値の１／５倍以上であり、かつ前記保持基体における熱膨張係数の最大値が前記基板本体における熱膨張係数の最大値の５倍以下であることを特徴とする、光導波路デバイス。
11. 前記保持基体の接着面が略平坦であり、前記接着層が前記電気光学材料の誘電率よりも低い誘電率を有することを特徴とする、請求項１０記載の光導波路デバイス。
12. 前記接着層の厚さが２００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１０または１１記載の光導波路デバイス。
13. 前記接着層が、前記光導波路の形成領域において前記他方の主面と前記保持基体とを接着することを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
14. 前記接着層の厚さが略一定であることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
15. 前記光導波路の形成領域において前記他方の主面と前記保持基体との間に、前記電気光学材料の誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率部分が設けられていることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
16. 前記保持基体が電気光学材料からなることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
17. 前記保持基体が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体およびニオブ酸カリウムリチウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなることを特徴とする、請求項１６記載の光導波路デバイス。
18. 請求項１０〜１７のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイスを備えている進行波形光変調器であって、前記光導波路中を伝搬する光を変調するための電圧を前記電極によって印加することを特徴とする、進行波形光変調器。

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