JP4278586B2

JP4278586B2 - 光変調器

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Publication number: JP4278586B2
Application number: JP2004229268A
Authority: JP
Inventors: 昌樹杉山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2024-08-05
Also published as: US20060029319A1; JP2006047746A; US7099524B2

Description

本発明は、例えば光通信分野にて用いて好適の、光変調器に関するものである。

ＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム，リチウムナイオベート、以下単にＬＮと記載する）基板や、ＬｉＴａＯ₂基板などの電気光学結晶を用いた光変調器は、結晶基板上の一部に金属膜を形成し熱拡散させたり、あるいは、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換したりすることで、光導波路を形成した後、光導波路近傍に電極を設けることで形成される。

光変調器における光導波路は、通常、入射導波路、２本の平行導波路、出射導波路からなるマッハツェンダ型光導波路が採用され、平行導波路上に信号電極、接地電極が設けられてコプレーナ電極を形成する。Ｚカット基板を用いる場合はＺ方向の電界による屈折率変化を利用するため、光導波路の真上に電極を配置する。このとき、１本ずつの平行導波路の上にそれぞれ信号電極、接地電極をパターニングするが、平行導波路中を伝搬する光が信号電極、接地電極によって吸収されるのを防ぐために、ＬＮ基板と信号電極、接地電極の間にバッファ層を介する。バッファ層としては、例えば厚さ０．２μｍ〜１μｍ程度のＳｉＯ₂を用いる。

光変調器を高速で駆動する場合は、信号電極と接地電極の終端を抵抗で接続して進行波電極とし、入力側からマイクロ波信号を印加する。このとき、電界によって２本の平行導波路の屈折率がそれぞれ＋Δｎａ，−Δｎｂのように変化し、２本の平行導波路間の位相差が変化するため出射導波路から強度変調された信号光が出力される。
しかしながら、２本の平行導波路に印加される電界の絶対値が異なり、Δｎａ＜Δｎｂとなるため、光のオン状態からオフ状態への過渡期において出力光の波長が変化する現象（チャープ）が生じる。これを解決するために、例えば図９に示すように、一部の領域で分極反転した基板を用いることが提案されている。この図９に示す光変調器１００において、１０６は基板であり、この基板１０６は、領域１０６−１をそなえるとともに、電気光学特性、即ち印加電圧に対して光導波路を伝搬する光の位相変調特性が領域１０６−１とは反転する分極反転領域１０６−２をそなえている。

また、光導波路１０２は基板１０６に形成されたものであって、入射側Ｙ分岐導波路１０３，２本の平行導波路１０４−１，１０４−２および出射側Ｙ分岐導波路１０５をそなえて構成され、信号電極１０１ａは非反転領域１０６−１で一方の平行導波路１０４−１上を、分極反転領域１０６−２で他方の平行導波路１０４−２上を、それぞれ通るように形成される。又、１０１ｂは接地電極、１０８は基板１０６と電極１０１ａ，１０１ｂとの間に介装されるバッファ層である。

この図９に示す光変調器１００においては、非反転領域１０６−１の光伝搬方向の全長Ｌ１と反転領域１０６−２の光伝搬方向の長さＬ２とが等しい場合、２本の平行導波路１０４−１，１０４−２を通る光は非反転領域１０６−１でそれぞれ位相が＋Δθｓ，−Δθｇだけ変化し、分極反転領域１０６−２ではそれぞれ＋Δθｇ，−Δθｓだけ変化する。

したがって、２本の平行導波路１０４−１，１０４−２を通る光の位相は出力側のＹ分岐導波路１０５においてそれぞれ＋（Δθｓ＋Δθｇ），−（Δθｓ＋Δθｇ）だけ変化することになり、絶対値が等しく符号が反転した位相変調となる。そのため、Ｙ分岐導波路１０５から出力される光についての波長チャープを０にすることができる。また、上述のＬ１とＬ２の比を変えることで、チャープ量の調整が可能となる。

なお、図１０（ａ）は図９に示す光変調器１００のＡＡ’断面図、図１０（ｂ）は図９に示す光変調器１００のＢＢ’断面図、図１０（ｃ）は図９に示す光変調器１００における非反転領域１０６−１および分極反転領域１０６−２の境界に沿ったＣＣ’断面図である。信号電極１０１ａは、非反転領域１０６−１においては平行導波路１０４−２の上に、分極反転領域１０６−２においては平行導波路１０４−１の上に、それぞれ形成されるようにしている。このため、信号電極１０１ａは、非反転領域１０６−１と分極反転領域１０６−２との境界においては、この図１０（ｃ）に示すように、平行導波路１０４−１および平行導波路１０４−２の上部を接続するようになっている。

また、このような電気光学効果を有する基板を用いて構成される光変調器においては、相互作用領域の光導波路（図９においては平行導波路１０４−１，１０４−２）の両脇を、エッチング等により掘り下げて溝を形成することにより、リッジ構造の光導波路とすることができる。このリッジ構造の光導波路においては、溝を形成せずに平坦な基板に形成された光導波路に比べて、電極を通じて電界を加えたときの当該光導波路への電界印加効率を改善させることができ、駆動電圧を下げ、変調可能な光波長の広帯域化を図ることができる。又、導波路への光の閉じ込めが強くなるので、特に半径の小さい曲がり導波路を形成した場合にも損失を低減させることができる。

したがって、上述のごとき分極反転領域を設けながら、リッジ構造の光導波路とした光変調器によって、上述のごとき波長チャープ抑制を図りながら、光の導波路内への閉じ込めを強くさせて駆動電圧を低減させ広帯域化を図ることが期待できる。この場合においては、例えば、図１１または図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示すような光変調器１００Ａを構成することが考えられる。尚、図１２（ａ）は図１１に示す光変調器１００ＡのＡＡ’断面図、図１２（ｂ）は図１１に示す光変調器１００ＡのＢＢ’断面図、図１２（ｃ）は図１１に示す光変調器１００Ａにおける非反転領域１０６−１および分極反転領域１０６−２の境界に沿ったＣＣ’断面図である。

この図１１，図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示す光変調器１００Ａにおいては、平行導波路１０４−１，１０４−２の両脇に溝１０７を形成することにより、平行導波路１０４−１，１０４−２を上述のリッジ構造の光導波路とすることができる。尚、リッジ構造の平行導波路１０４−１，１０４−２の外側にもリッジ構造を持たせている。
そして、上述の図１１に示すような光変調器１００Ａを構成する場合においては、光導波路１０２とともに、平行導波路１０４−１，１０４−２の両脇に溝１０７が形成された基板１０６に、信号電極１０１ａおよび接地電極１０１ｂを形成する。この場合においても、信号電極１０１ａは、非反転領域１０６−１と分極反転領域１０６−２との境界においては、平行導波路１０４−１および平行導波路１０４−２の上部を接続するようになっている。

なお、本願発明に関連する公知技術としては、以下に示す特許文献１〜特許文献４がある。
特開２００３−２２８０３３号公報特開平１１−１０１９６２号公報特開２００１−１９４６３７号公報特開２００３−２３３０４７号公報

しかしながら、上述の分極反転領域とリッジ導波路の双方を単一の光変調器において実現する場合には、分極反転領域と非反転領域の境界において、信号電極が溝の底に下りる構造になり、この部分で電極の断線が発生しやすく、又、リッジの側面に電極が接触すると、特性インピーダンスに不連続（インピーダンスミスマッチ）が発生するため、変調器としての広帯域化を図る際に支障をきたすという課題がある。

たとえば、上述の図１１，図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示すような光変調器１００Ａを構成する場合、非反転領域１０６−１および分極反転領域１０６−２の境界となる箇所Ｄ［図１１，図１２（ｃ）参照］において、信号電極１０１ａが溝１０７の底に下りる構造となるので、この箇所での信号電極１０１ａの断線が発生しやすく、平行導波路１０４−１，１０４−２におけるリッジ構造の側壁に電極１０１ａが接触すると、特性インピーダンスに不連続性が生ずる場合があるのである。

なお、上述の特許文献１〜４に記載された技術においては、いずれも、分極反転領域とリッジ導波路の双方を単一の光変調器において実現する場合において生ずる上述の課題について解決するものではない。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、分極反転領域とリッジ導波路の双方を単一の光変調器において実現する際に、電極の断線を防止するとともに、特性インピーダンスの不連続性を改善できるようにした、光変調器を提供することを目的とする。

このため、本発明の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に、互いに並列な配置を有して形成された第１および第２の光導波路と、上記の第１および第２の光導波路の間に形成された溝と、上記の第１および第２の光導波路が形成される基板領域の一部に形成され上記電気光学効果の特性が該基板上の他の領域と反転した分極反転領域と、電気信号を印加することにより上記の第１および第２の光導波路を伝搬する光と上記電気信号との間で相互作用を生ぜしめるための第１電極と、該第１電極で印加される電気信号に対して基準電位を生ぜしめるための第２電極と、をそなえるとともに、該第１電極が、該分極反転領域において上記の第１および第２の光導波路のうちの一方の上部に形成された反転領域電極部と、該他の領域において上記の第１および第２の光導波路のうちの他方の上部に形成された非反転領域電極部と、上記の分極反転領域と他の領域との境界において上記の反転領域電極部および非反転領域電極部を連結する連結部と、をそなえて構成され、かつ、該第１電極の連結部を支持する支持機構が、該溝にそなえて構成されたことを特徴としている。

この場合においては、該支持機構を、該溝を分断する溝分断部により構成したり、該溝上に設けられた島部により構成したり、該溝の幅を狭くされた溝狭幅部したりすることができる。又、該支持機構を、該基板の屈折率よりも低い絶縁物質により構成することとしてもよい。

以上詳述したように、本発明によれば、溝に形成された支持機構により、第１電極の連結部を支持することができるので、溝を横断する第１電極の部分を断線が生ずることがないように支持するとともに、溝の底部や第１および第２の光導波路の側壁に第１電極が接触することを防止することができるので、特性インピーダンスを安定化させることができる利点がある。

以下、図面を参照することにより、本発明の実施の形態について説明する。
〔Ａ〕第１実施形態の説明
図１は本発明の第１実施形態にかかる光変調器１を示す模式的上視図であり、この図１に示す光変調器１において、３はＬｉＮｂＯ₃等の電気光学効果を有するＺカットの基板２にチタン拡散またはプロトン交換等により形成されたマッハツェンダ型光導波路である。マッハツェンダ型光導波路３は、光入力側のＹ分岐導波路３ａ，ほぼ平行となるように互いに並列配置された直線導波路（第１および第２の光導波路）３ｂ−１，３ｂ−２および光出力側のＹ分岐導波路３ｃをそなえて構成されている。

また、相互作用領域となる直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２の間にはドライエッチングにより溝５が形成されている。そして、この直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２の基板面外側には、この溝５と協働することで当該直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２をリッジ構造の光導波路とするための外溝６が、溝５と同様ドライエッチングにより形成されている。
前述したように、直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２をリッジ構造の光導波路とすることにより、図９に示すような形状の基板光導波路に比べて、駆動電圧を低減させ光の導波路内への閉じ込めを強くさせることができるので、変調可能な光波長領域の広帯域化を図ることが期待できるものである。

さらに、このマッハツェンダ型光導波路３における上述の相互作用領域となる直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２が形成されている基板領域の一部が、分極反転領域２ａにより構成されている。分極反転領域２ａは、電気光学効果の特性が基板１上の他の領域２ｂと反転した領域であって、後述の電極４ａ，４ｂを通じた印加電圧に対して光導波路３を伝搬する光の位相変調特性が分極反転領域２ａ以外の他の領域２ｂに対して反転するようになっている。尚、分極反転領域２ａは、レジスト等を用いてパターニングした後、パルス高電界を印加することで形成する。

また、４ａは信号電極であり、この信号電極４ａは、電気信号を印加することにより直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２を伝搬する光と上述の印加電気信号との間で相互作用を生ぜしめるための第１電極として構成される。又、４ｂは接地電極であり、この接地電極４ｂは、信号電極４ａで印加される電気信号に対して基準電位を生ぜしめるための第２電極として構成されるものである。尚、本実施形態においてはＺカットの基板２を用いているので、信号電極４ａは直線導波路３ｂ−１または直線導波路３ｂ−２の上部に形成されているが、その他の結晶軸方向、例えばＸカットされた基板を用いる場合には、光導波路への電界に向きに応じたパターンで適宜信号電極および接地電極を形成する。

すなわち、信号電極４ａを通じて印加されたマイクロ波電気信号によって、直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２を伝搬する光についての位相を変化させることにより、Ｙ分岐導波路３ｃからは変調された光信号を出力することができる。
また、信号電極４ａは、分極反転領域２ａにおいて直線導波路３ｂ−１の上部に形成された反転領域電極部４ａ−１と、分極反転領域２ａ以外の他の領域２ｂにおいて直線導波路３ｂ−２の上部に形成された非反転領域電極部４ａ−２と、分極反転領域２ａと他の領域２ｂとの境界において反転領域電極部４ａ−１および非反転領域電極部４ａ−２を連結する連結部４ａ−３と、をそなえて構成されている。

さらに、上述の直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２の光伝搬方向についての１／２を、分極反転領域２ａが占めるようになっている。これにより、分極反転領域２ａで変調される光位相特性と、分極反転領域２ａ以外の他の領域２ｂで変調される光位相特性とを互いに極性が反転した同一の変化量とすることができるので、分極反転領域２ａおよび他の領域２ｂでの波長チャープ量を相殺して、Ｙ分岐導波路３ｃから出力される光信号の波長チャープ量をほぼ０となるように抑制することができる。尚、上述の分極反転領域２ａの光伝搬方向長さと、直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２の長さの比としては、当該光変調器１に求められる波長チャープ量に応じて適宜変更して構成することとする。

また、上述の分極反転領域２ａにおける光伝搬方向についての中心位置と、直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２における光伝搬方向についての中心位置と、を一致するようにしているので、チャープ量が光周波数に依存しないようにすることができる。第１実施形態における光変調器１においては、直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２の長さをＬとすると、分極反転領域２ａにおける直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２の長さはＬ／２であり、非反転領域２ｂにおける直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２の長さは、Ｙ分岐導波路３ａ側がＬ／４であり、Ｙ分岐導波路３ｃ側がＬ／４となる。

なお、好ましくは、信号電極４ａの光伝搬方向の入力側から変調用のマイクロ波成分を有する電気信号を供給するとともに、信号方向４ａの光伝搬方向の終端側を図示しない抵抗で接続することにより、進行波電極とすることで、光変調器１の変調能力を比較的高速にさせることができる。
ところで、第１実施形態にかかる変調器１においては、上述の信号電極４ａをなす連結部４ａ−３を支持する支持機構としての溝分断部５Ａが、直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２間に挟まれた溝５にそなえられている。溝分断部５Ａは、ドライエッチングにより溝５を形成する際に、パターニングにより予め溝５として基板２を掘らない領域としたものである。換言すれば、第１実施形態の溝分断部５Ａは基板材質により構成されている。

図２（ａ）〜図２（ｃ）はそれぞれ、上述の支持機構５Ａの構成について説明するための図であって、図２（ａ）は図１に示す光変調器１のＡＡ’断面図、図２（ｂ）は図１に示す光変調器１のＢＢ’断面図、図２（ｃ）は図１に示す光変調器１における分極反転領域２ａおよび非反転領域２ｂの境界に沿ったＣＣ’断面図である。尚、この図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、電極４ａ，４ｂと基板２との間にはバッファ層７が介装されている。

この図２（ａ），図２（ｂ）に示すように、反転領域電極部４ａ−１が形成される分極反転領域２ａとともに、非反転領域電極部４ａ−２が形成される非反転領域２ｂには、溝５が形成されているが、図２（ｃ）に示すように、この溝５は連結部４ａ−３が形成される箇所（図１の箇所Ｄ）のみ分断されて構成されている。即ち、溝５が分断されている領域である溝分断部５Ａの上部に上述の連結部４ａ−３が形成されるようになっている。

信号電極４ａの連結部４ａ−３は、このように構成された溝分断部５Ａの上部のフラットな安定した箇所に形成することができるので、信号電極４ａの断線を防止することができるほか、均一な厚さで信号電極４ａを形成することができるので、特性インピーダンスの不連続性についても改善することができる。又、溝分断部５Ａは、電極４ａをなす連結部４ａ−３が溝５の底へ接触することを防止する底部接触防止機構として構成されるとともに、信号電極４ａをなす連結部４ａ−３がリッジ構造を有する直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２の側壁へ接触することを防止する側壁接触防止機構として構成される。

上述の構成により、本発明の第１実施形態にかかる光変調器１では、直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２を伝搬する光と、信号電極４ａに印加される電気信号との相互作用が生じて、Ｙ分岐導波路３ｃからは変調された光信号として出力することができる。このとき、相互作用を生じさせる直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２を、溝５および外溝６によってリッジ構造の光導波路（リッジ光導波路）とすることができるので、伝搬する光の導波路内への閉じ込め効果が増すので、駆動電圧を低くすることができるほか、変調可能な光波長帯域を広帯域化させることができる。そして、相互作用領域に分極反転領域２ａを形成しているので、波長チャープを抑制させることができる。

さらに、溝５が分断されている領域である溝分断部５Ａの上部に信号電極４ａの連結部４ａ−３を形成することができるので、溝５を横断する信号電極４ａの部分を断線が生ずることがないように支持するとともに、溝５の底部やリッジ光導波路をなす直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２の側壁（即ち溝５および外溝６の側壁）に信号電極４ａが接触することを防止することができるので、特性インピーダンスを安定化させることができる。

なお、この溝分断部５Ａの上部に形成された信号電極４ａの一部である連結部４ａ−３のインピーダンスが、反転領域電極部４ａ−１および非反転領域電極部４ａ−２のインピーダンスの±１０Ω以下程度となるように設計することで、印加される電気信号としてのマイクロ波の反射を抑制させることができる。
このように、本発明の第１実施形態にかかる光変調器１によれば、溝５に形成された支持機構としての溝分断部５Ａにより、信号電極４ａの連結部４ａ−３を支持することができるので、溝５を横断する信号電極４ａの部分を断線が生ずることがないように支持するとともに、溝５の底部やリッジ光導波路をなす直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２の側壁に信号電極４ａが接触することを防止することができるので、特性インピーダンスを安定化させることができる利点がある。

〔ｂ〕第２実施形態の説明
図３は本発明の第２実施形態にかかる光変調器１Ａを示す模式的上視図であり、図４は図３に示す光変調器１Ａにおける分極反転領域２ａおよび非反転領域２ｂの境界に沿ったＣＣ’断面図である。
第２実施形態にかかる光変調器１Ａは、前述の第１実施形態におけるもの（符号１参照）に比して、溝５および外溝６における分極反転領域２ａおよび非反転領域２ｂの境界となる箇所に、屈折率が基板より低い絶縁物質として例えばポリイミドが埋め込まれたポリイミド埋込部５Ａ’，６Ａ’がそなえられている点が異なっており、それ以外の構成については前述の第１実施形態の場合と基本的に同様である。尚、図３，図４中において、図１，図２と同一の符号は、ほぼ同様の部分を示している。

そして、溝５における分極反転領域２ａおよび非反転領域２ｂの境界となる箇所に埋め込まれたポリイミド埋込部５Ａ’によって、溝を分断する溝分断部として構成される。即ち、このポリイミド埋込部５Ａ’の上部に信号電極４ａの連結部４ａ−３を形成することにより、ポリイミド埋込部５Ａ’は連結部４ａ−３を支持することができるようになっている。

また、このような溝５および外溝６における分極反転領域２ａおよび非反転領域２ｂの境界となる箇所に、屈折率が基板よりも低いポリイミドが埋め込まれたポリイミド埋込部５Ａ’をそなえることにより、前述の第１実施形態の場合の溝分断部５Ａに比して、直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２を伝搬する光の散乱を抑制させることができる。
さらに、直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２の両側箇所、即ち外溝６にもポリイミド埋込部５Ａ’と同質の絶縁物質であるポリイミドが埋め込まれたポリイミド埋込部６Ａ’をそなえることにより、リッジ構造の直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２加わる応力を減らし、温度安定性を改善させることができる。

このように、本発明の第２実施形態にかかる光変調器１Ａにおいても、ポリイミド埋込部５Ａ’をそなえることにより、前述の第１実施形態の場合と同様の利点があるほか、直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２を伝搬する光の散乱を抑制させることができ、直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２の両側箇所にポリイミド埋込部５Ａ’と同質の絶縁物質であるポリイミドが埋め込まれているので、リッジ構造の直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２加わる応力を減らし、温度安定性を改善させることができる利点がある。

〔ｃ〕第３実施形態の説明
図５は本発明の第３実施形態にかかる光変調器１Ｂを示す模式的上視図で、図６は第３実施形態における光変調器１Ｂの要部構成を示す図である。第３実施形態にかかる光変調器１Ｂは、前述の第１，第２実施形態におけるもの（符号１，１Ａ参照）に比して、相互作用領域に、直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２ではなく、少なくとも９０度以上（本実施形態においては１８０度程度）の曲がり導波路（第１および第２の光導波路）３ｄ−１，３ｄ−２を有するマッハツェンダ型の光導波路３Ｂをそなえるとともに、この曲がり導波路３ｄ−１，３ｄ−２の形成パターンに応じたパターンの信号電極４ｃおよび接地電極４ｄをそなえている点が異なっている。尚、図５，図６中において、図１〜図４と同一の符号は、ほぼ同様の部分を示している。

この曲がり導波路３ｄ−１，３ｄ−２が形成された光変調器１Ｂは、直線導波路が形成れた光変調器１，１Ａに比べて、基板面積を小さくすることができるので、光変調器モジュールとしての装置構成をコンパクト化させることができるものである。
そして、このような構成の光導波路３Ｂにおいても、前述の第１，第２実施形態の場合と同様に、相互作用領域となる曲がり導波路３ｄ−１，３ｄ−２の間にはドライエッチングにより溝５１が形成されるとともに、曲がり導波路３ｂ−１，３ｂ−２の基板面外側には外溝６１が形成されている（図５中の太点線で示した箇所参照）。即ち、この溝５１と外溝６１とが協働することで曲がり導波路３ｄ−１，３ｄ−２をリッジ構造の光導波路とすることができる。リッジ構造の曲がり導波路３ｂ−１，３ｂ−２とすることにより、駆動電圧を低減させ光の導波路内への閉じ込めを強くさせることができるので、変調可能な光波長領域の広帯域化を図ることができるものである。

さらに、前述の第１実施形態の場合と同様に、曲がり導波路３ｄ−１，３ｄ−２が形成されている基板領域の一部は、前述の第１，第２実施形態の場合と同様の分極反転領域２ａにより構成され、その他の領域は分極反転しない非反転領域２ｂにより構成されている。又、上述の曲がり導波路３ｄ−１，３ｄ−２の光伝搬方向についての１／２を、分極反転領域２ａが占めるようにして、分極反転領域２ａで変調される光位相特性と、Ｙ分岐導波路３ｃから出力される光信号の波長チャープ量をほぼ０となるように抑制することができる。更に、上述の分極反転領域２ａにおける光伝搬方向についての中心位置と、直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２における光伝搬方向についての中心位置と、を一致するようにしているので、チャープ量が光周波数に依存しないようにすることができる。

また、信号電極４ｃは、曲がり導波路３ｄ−１，３ｄ−２の形成パターンにあわせて、非反転領域２ｂにおいて曲がり導波路３ｄ−１上部に形成された非反転領域電極部４ｃ−１と、分極反転領域２ａにおいて曲がり導波路３ｄ−２上部に形成された反転領域電極部４ｃ−２と、分極反転領域２ａと非反転領域２ｂとの境界において非反転領域電極部４ｃ−１および反転領域電極部４ｃ−２を連結する連結部４ｃ−３と、をそなえ、電気信号を印加することにより直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２を伝搬する光と上述の印加電気信号との間で相互作用を生ぜしめるための第１電極として構成される。

また、接地電極４ｄは、信号電極４ｃで印加される電気信号に対して基準電位を生ぜしめるための第２電極として構成されるものである。尚、本実施形態においてもＺカットの基板２を用いているので、信号電極４ｃは曲がり導波路３ｄ−１または直線導波路３ｄ−２の上部となるように形成されているが、その他の結晶軸方向、例えばＸカットされた基板を用いる場合には、光導波路への電界に向きに応じてパターンを適宜変更することにより、信号電極とともに接地電極を形成する。

ところで、本実施形態にかかる変調器１Ｂにおいても、上述の信号電極４ｃをなす連結部４ｃ−３を支持する支持機構としての溝分断部５１Ａが、直線導波路３ｂ−１，３ｂ−２間に挟まれた溝５１にそなえられている。この図５に示す変調器１Ｂにおける分極反転領域２ａおよび非反転領域２ｂの境界に沿った箇所に着目した断面図（図５のＥＥ’参照）は、図６に示すようになり、前述の図２（ｃ）に示す断面図とほぼ同様である。

この図６に示すように、溝５１は連結部４ｃ−３が形成される箇所のみ分断されて構成されている。即ち、溝５１が分断されている領域である溝分断部５１Ａの上部に上述の連結部４ｃ−３が形成されるようになっている。信号電極４ａの連結部４ａ−３は、この溝分断部５１Ａの上部のフラットな安定した箇所に形成することができるので、信号電極４ｃの断線を防止することができるほか、均一な厚さで信号電極４ｃを形成することができるので、特性インピーダンスの不連続性についても改善することができる。

また、溝分断部５１Ａは、電極４ｃをなす連結部４ｃ−３が溝５１の底へ接触することを防止する底部接触防止機構として構成されるとともに、信号電極４ｃをなす連結部４ｃ−３がリッジ構造を有する曲がり導波路３ｄ−１，３ｄ−２の側壁へ接触することを防止する側壁接触防止機構として構成される。
上述の構成により、本発明の第３実施形態にかかる光変調器１Ｂにおいても、溝５１が分断されている領域である溝分断部５１Ａの上部に信号電極４ｃの連結部４ｃ−３を形成することができるので、溝５１を横断する信号電極４ｃの部分を断線が生ずることがないように支持するとともに、溝５１の底部やリッジ光導波路をなす曲がり導波路３ｄ−１，３ｄ−２の側壁（即ち溝５１および外溝６１の側壁）に信号電極４ｃが接触することを防止することができるので、特性インピーダンスを安定化させることができる。

なお、この溝分断部５１Ａの上部に形成された信号電極４ｃの一部である連結部４ｃ−３のインピーダンスを、非反転領域電極部４ｃ−１および反転領域電極部４ｃ−２のインピーダンスの±１０Ω以下程度となるように設計することで、印加される電気信号としてのマイクロ波の反射を抑制させることができる。
このように、本発明の第３実施形態にかかる光変調器１によれば、溝５１に形成された支持機構としての溝分断部５１Ａにより、信号電極４ｃの連結部４ｃ−３を支持することができるので、溝５１を横断する信号電極４ｃの部分を断線が生ずることがないように支持するとともに、溝５１の底部やリッジ光導波路をなす曲がり導波路３ｄ−１，３ｄ−２の側壁に信号電極４ｃが接触することを防止することができるので、特性インピーダンスを安定化させることができる利点がある。

なお、上述の第３実施形態における支持機構としては、溝５１を分断する溝分断部５１Ａは、基板材質により構成されているが、本発明によれば、前述の第２実施形態の場合と同様に、基板材質よりも屈折率が比較的低い絶縁物質を溝５１に埋め込むことで構成してもよいし、又、外溝６１にも溝分断部５１Ａとして絶縁物質を埋め込む外側対応箇所に、同質の絶縁物質を埋め込むこととしてもよい。

〔ｄ〕その他
上述の本実施形態にかかわらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
たとえば、上述の第１，第３実施形態においては、それぞれ、信号電極４ａ，４ｃの連結部４ａ−３，４ｃ−３を支持する支持機構を、溝５，５１を分断する溝分断部５Ａ，５１Ａとして構成しているが、本発明によればこれに限定されるものではなく、具体的には、支持機構として、図７（ａ），図８（ａ）に示すように溝５，５１上に設けられた島部５Ｂ，５１Ｂによりそれぞれ構成することとしてもよいし、図７（ｂ），図８（ｂ）に示すように、溝５，５１の幅を狭くされた溝狭幅部５Ｃ，５１Ｃによりそれぞれ構成することとしてもよい。

図７（ａ）は、溝５（５１）に設けた島部５Ｂ（５１Ｂ）に着目して図示した光変調器１（１Ｂ）の要部構成を示す図であり、図８（ａ）は図７（ａ）のＦＦ’断面図である。この図７（ａ），図８（ａ）に示すように、支持機構として島部５Ｂ（５１Ｂ）を形成することによっても、前述の第１，第３実施形態の場合と同様の利点があるほか、連結部４ｃ−３の下側に形成された導波路３ｂ−１，３ｂ−２（３ｄ−１，３ｄ−２）と島部５Ｂ（５１Ｂ）との間に空間Ｖ１，Ｖ２を設けることができるので、導波路３ｂ−１，３ｂ−２（３ｄ−１，３ｄ−２）伝搬する光の散乱を効果的に抑制させることができる。

図７（ｂ）は、溝５（５１）の幅を狭くされた溝狭幅部５Ｃ（５１Ｃ）に着目して図示した光変調器１（１Ｂ）の要部構成を示す図であり、図８（ｂ）は図７（ｂ）のＧＧ’断面図である。この図７（ｂ），図８（ｂ）に示す溝狭幅部５Ｃ（５１Ｃ）は、溝５（５１）における導波路３ｂ−１（３ｄ−１）の側壁に形成された半島部により構成されている。

この図７（ｂ），図８（ｂ）に示すように、支持機構として幅狭幅部５Ｃ（５１Ｃ）を形成することによっても、前述の第１，第３実施形態の場合と同様の利点があるほか、特に第３実施形態における曲がり導波路３ｄ−１，３ｄ−２のうちの内側の導波路３ｄ−２の外側に空間Ｖ３を設けることができるので、この導波路３ｄ−２を伝搬する光の散乱を効果的に抑制させることができる。

さらに、上述の島部５Ｂ（５１Ｂ）又は溝狭幅部５Ｃ（５１Ｃ）を、前述の第２実施形態の場合と同様に、例えばポリイミド等の、屈折率が基板より低い絶縁物質により構成することとしてもよく、このようにすれば、基板材質でこれらの島部５Ｂ（５１Ｂ）又は溝狭幅部５Ｃ（５１Ｃ）を構成した場合よりも、光の散乱の抑制効果を更に向上させることができる。

また、上述した本実施形態により、本発明の装置を製造することは可能である。
〔ｅ〕付記
（付記１）電気光学効果を有する基板と、
該基板に、互いに並列な配置を有して形成された第１および第２の光導波路と、
上記の第１および第２の光導波路の間に形成された溝と、
上記の第１および第２の光導波路が形成される基板領域の一部に形成され上記電気光学効果の特性が該基板上の他の領域と反転した分極反転領域と、
電気信号を印加することにより上記の第１および第２の光導波路を伝搬する光と上記電気信号との間で相互作用を生ぜしめるための第１電極と、
該第１電極で印加される電気信号に対して基準電位を生ぜしめるための第２電極と、をそなえるとともに、
該第１電極が、該分極反転領域において上記の第１および第２の光導波路のうちの一方の上部に形成された反転領域電極部と、該他の領域において上記の第１および第２の光導波路のうちの他方の上部に形成された非反転領域電極部と、上記の分極反転領域と他の領域との境界において上記の反転領域電極部および非反転領域電極部を連結する連結部と、をそなえて構成され、
かつ、該第１電極の連結部を支持する支持機構が、該溝にそなえて構成されたことを特徴とする、光変調器。

（付記２）上記の第１および第２の光導波路の外側に形成され、該溝とともに上記の第１および第２の光導波路をリッジ光導波路とする外溝をそなえて構成されたことを特徴とする、付記１記載の光変調器。
（付記３）該分極反転領域における光伝搬方向についての中心位置と、上記の第１および第２の光導波路における上記光伝搬方向についての中心位置と、が一致するように構成されたことを特徴とする、付記１または２記載の光変調器。

（付記４）上記の第１および第２の光導波路の光伝搬方向についての１／２を、該分極反転領域が占めることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項記載の光変調器。
（付記５）該支持機構が、該溝の底への該第１電極の接触を防止する底部接触防止機構として構成されたことを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項記載の光変調器。
（付記６）該支持機構が、該溝の側壁への該第１電極の接触を防止する側壁接触防止機構として構成されたことを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項記載の光変調器。

（付記７）該支持機構が、該溝を分断する溝分断部により構成されたことを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項記載の光変調器。
（付記８）該支持機構が、該溝上に設けられた島部により構成されたことを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項記載の光変調器。
（付記９）該支持機構が、該溝の幅を狭くされた溝狭幅部により構成されたことを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項記載の光変調器。

（付記１０）該溝狭幅部が、該溝における上記第１および第２の光導波路のいずれか一方側の側壁に形成された半島部により構成されたことを特徴とする、付記９記載の光変調器。
（付記１１）該支持機構が、該基板の屈折率よりも低い絶縁物質により構成されたことを特徴とする、付記１〜１０のいずれか１項記載の光変調器。

（付記１２）上記の第１および第２の光導波路の外側に形成され、該溝とともに上記の第１および第２の光導波路をリッジ光導波路とする外溝をそなえるとともに、
上記の第１および第２の光導波路の両側に、該支持機構をなす絶縁物と同質の絶縁物質が埋め込まれていることを特徴とする、付記１１記載の光変調器。
（付記１３）上記の第１および第２の光導波路が、マッハツェンダ型光導波路の一部として構成されたことを特徴とする、付記１〜１２のいずれか１項記載の光変調器。

（付記１４）該第１および第２の光導波路が、直線導波路により構成されたことを特徴とする、付記１〜１３のいずれか１項記載の光変調器。
（付記１５）該第１および第２の光導波路が、９０度以上の曲がり角度を有する曲がり導波路により構成されたことを特徴とする、付記１〜１３のいずれか１項記載の光変調器。

（付記１６）該第１電極における該連結部と、該反転領域電極部および非反転領域電極部と、で特性インピーダンスの差が１０Ω以下となることを特徴とする、付記１〜１５のいずれか１項記載の光変調器。

本発明の第１実施形態にかかる光変調器を示す模式的上視図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、第１実施形態における光変調器をなす支持機構の構成について説明するための図である。本発明の第２実施形態にかかる光変調器を示す模式的上視図である。図３に示す光変調器におけるＣＣ’断面図である。本発明の第３実施形態にかかる光変調器を示す模式的上視図である。第３実施形態にかかる光変調器の要部構成を示す図である。（ａ），（ｂ）はともに本実施形態の変形例を示す図である。（ａ），（ｂ）はともに本実施形態の変形例を示す図である。従来技術を示す図である。（ａ）〜（ｃ）はいずれも従来技術を示す図である。従来技術を示す図である。（ａ）〜（ｃ）はいずれも従来技術を示す図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ光変調器
２基板
２ａ分極反転領域
２ｂ他の領域（非反転領域）
３，３Ｂ光導波路
３ａ，３ｃＹ分岐導波路
３ｂ−１直線導波路（第１の光導波路）
３ｂ−２直線導波路（第２の光導波路）
３ｄ−１曲がり導波路（第１の光導波路）
３ｄ−２曲がり導波路（第２の光導波路）
４ａ信号電極（第１電極）
４ａ−１，４ｃ−２反転領域電極部
４ａ−２，４ｃ−１非反転領域電極部
４ａ−３，４ｃ−３連結部
５，５１溝
５Ａ，５１Ａ溝分断部（支持機構）
５Ｂ，５１Ｂ島部（支持機構）
５Ｃ，５１Ｃ溝狭幅部（支持機構）
５Ａ’，６Ａ’ ポリイミド埋込部
６，６１外溝
７バッファ層
１００，１００Ａ光変調器
１０１ａ信号電極
１０１ｂ接地電極
１０２光導波路
１０３，１０５Ｙ分岐導波路
１０４−１，１０４−２平行導波路
１０６基板
１０６−１非反転領域
１０６−２分極反転領域
１０７溝
１０８バッファ層

Claims

電気光学効果を有する基板と、
該基板に、互いに並列な配置を有して形成された第１および第２の光導波路と、
上記の第１および第２の光導波路の間に形成された溝と、
上記の第１および第２の光導波路が形成される基板領域の一部に形成され上記電気光学効果の特性が該基板上の他の領域と反転した分極反転領域と、
電気信号を印加することにより上記の第１および第２の光導波路を伝搬する光と上記電気信号との間で相互作用を生ぜしめるための第１電極と、
該第１電極で印加される電気信号に対して基準電位を生ぜしめるための第２電極と、をそなえるとともに、
該第１電極が、該分極反転領域において上記の第１および第２の光導波路のうちの一方の上部に形成された反転領域電極部と、該他の領域において上記の第１および第２の光導波路のうちの他方の上部に形成された非反転領域電極部と、上記の分極反転領域と他の領域との境界において上記の反転領域電極部および非反転領域電極部を連結する連結部と、をそなえて構成され、
かつ、該第１電極の連結部を支持する支持機構が、該溝にそなえて構成されたことを特徴とする、光変調器。
該支持機構が、該溝を分断する溝分断部により構成されたことを特徴とする、請求項１記載の光変調器。
該支持機構が、該溝上に設けられた島部により構成されたことを特徴とする、請求項１記載の光変調器。
該支持機構が、該溝の幅を狭くされた溝狭幅部により構成されたことを特徴とする、請求項１記載の光変調器。
該支持機構が、該基板の屈折率よりも低い絶縁物質により構成されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の光変調器。