JPWO2007058366A1 - 光導波路デバイス - Google Patents

Abstract

光導波路基板の末端部分で光導波路を折り返す形態の光導波路デバイスにおいて、変調帯域を広帯域化できるようにする。光導波路デバイス１Ａは、電気光学材料からなる基板本体２、光導波路６、および光導波路６に電圧を印加するための変調用電極３、４、５を備えている。光導波路６が、第一の主部６ｅ、６ｆ、第一の湾曲部７Ａ、第一の湾曲部７Ａと折り返し点８との間に設けられている第一の折り返し部６ｇ、６ｈ、第二の主部６ｍ、６ｎ、第二の湾曲部７Ｂ、第二の湾曲部７Ｂと折り返し点８との間に設けられている第二の折り返し部６ｊ、６ｋを備えている。第一の湾曲部７Ａおよび第二の湾曲部７Ｂから折り返し点８に至る折り返し領域に信号電極の少なくとも一部が設けられている。

Description

本発明は、進行波型光変調器等の光導波路デバイスに関するものである。

特開平４−３５５７１４では、光制御素子の光導波路を、基板の末端面で折り返すことによって、光波と変調波との相互作用長を長くし、駆動電圧を低下させ、光波と信号波との整合速度差を補償して高速動作を実現している。
「ＥＣＯＣ ２００４ ＰＤ Ｔｈ４．２．３」「Ｃｏｍｐａｃｔ Ｚｅｒｏ−Ｃｈｉｐ ＬｉＮｂＯ３ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｆｏｒ １０−Ｇｂ／ｓ Ｓｍａｌｌ−Ｆｏｒｍ−Ｆａｃｔｏｒ Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ」においては、光変調器内で光導波路をループ状に湾曲、曲折させることによって、基板長さを小さくした場合でも長い相互作用長を確保することを試みている。

特開平４−３５５７１４の光制御素子では、光導波路はその特性上急激に曲げることは難しいために、折り返し部で光導波路長は電極長よりかなり長くなる。このため、電気と光との間の到達時間差により変調帯域が制限される。
また、「ＥＣＯＣ ２００４ ＰＤ Ｔｈ４．２．３」「Ｃｏｍｐａｃｔ Ｚｅｒｏ−Ｃｈｉｐ ＬｉＮｂＯ３ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｆｏｒ １０−Ｇｂ／ｓ Ｓｍａｌｌ−Ｆｏｒｍ−Ｆａｃｔｏｒ Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ」記載の光変調素子では、ゼロチャープ特性を実現するためには、通常のプロセスに加えてドメイン反転プロセスを行う必要があり、煩雑、もしくはコストアップの原因となる。また、Ｚ板を用いているために動作安定性（ＤＣドリフト、温度ドリフト）に劣るという欠点があった。
本発明の課題は、光導波路基板の末端部分で光導波路を折り返す形態の光導波路デバイスにおいて、変調帯域を広帯域化できるようにすることである。
本発明は、電気光学材料からなる基板本体、光導波路、および前記光導波路に電圧を印加するための信号電極および接地電極を備えている光導波路デバイスであって、
光導波路が、第一の主部、第一の湾曲部、第一の湾曲部と折り返し点との間に設けられている第一の折り返し部、第二の主部、第二の湾曲部、および第二の湾曲部と折り返し点との間に設けられている第二の折り返し部を備えており、第一の湾曲部および第二の湾曲部から折り返し点へと至る折り返し領域に信号電極の少なくとも一部が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、第一の湾曲部および第二の湾曲部から折り返し点に至る折り返し領域に信号電極の少なくとも一部を設けることによって、光導波路内の光路長と変調用電極の長さとの差を著しく小さくすることができる。これによって、変調帯域を著しく広帯域化することが可能となった。従来は、光導波路の湾曲部より先の折り返し領域に信号電極を設けるような設計は試みられてこなかった。

図１は、本発明の一実施形態に係る光導波路デバイス１Ａを概略的に示す平面図である。
図２は、光導波路デバイス１Ａを概略的に示す断面図である。
図３は、本発明外の比較例に係る光導波路デバイス２１を概略的に示す平面図である。
図４は、本発明の他の実施形態に係る光導波路デバイス１Ｂを概略的に示す平面図である。
図５は、比較例においてマイクロ波実効屈折率を２．２としたときの変調帯域を示すグラフである。
図６は、比較例においてマイクロ波実効屈折率を２．８としたときの変調帯域を示すグラフである。
図７は、本発明の実施例においてマイクロ波実効屈折率を２．３としたときの変調帯域を示すグラフである。
図８は、本発明に係るデバイス３１を示す平面図である。
図９は、本発明に係るデバイス４１を示す平面図である。
図１０は、本発明に係るデバイス５１を示す平面図である。
図１１は、本発明に係るデバイス６１を示す平面図である。
図１２は、図８のデバイスにおいてマイクロ波実効屈折率を２．２としたときの変調帯域を示すグラフである。

好適な実施形態においては、第一の主部、第二の主部に加えて、第一の折り返し部、第二の折り返し部において、信号電極および接地電極によって光導波路に電圧が印加されるように構成する。従来は、光導波路のうち湾曲点の手前の領域が「相互作用部」と呼ばれており、湾曲点よりも基板末端側の折り返し部において電極と光導波路とを相互作用させるという発想は当業者になかった。この結果、光導波路のうち変調電圧の印加される部分の長さを大きくするのと同時に、光導波路内の光路長と変調用電極の長さとの差を著しく小さくすることができる。これによって、駆動電圧を低くしつつ、変調帯域を著しく広帯域化することが可能となった。
また、好適な実施形態においては、光導波路の第一の折り返し部に対して第一の延設部が基板本体の外縁へと向かって広がる方向へと傾斜している。また、好適な実施形態においては、光導波路の第二の折り返し部に対して第二の延設部が基板本体の外縁へと向かって広がる方向へと傾斜している。
これによって、信号電極を長くすることができ、光導波路内の光路長と信号電極の長さとの差を著しく小さくすることができる。これによって、駆動電圧を低くしつつ、変調帯域を著しく広帯域化することが可能となった。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光導波路デバイス１Ａを概略的に示す平面図であり、図２は、図１の光導波路デバイス１Ａの横断面図である。図３は、比較用の光導波路デバイス２１を概略的に示す平面図である。
図１の光導波路デバイス１Ａは基板本体２を備えている。基板本体２は、図２に示すように、支持基板２３に接着層２２を介して接着されていてもよい。本例では、基板本体２は平板形状をしているが、この形状は平板に限定されない。基板本体２の一方の主面２ａ上には、所定の接地電極３、５および信号電極４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。本例では、隣接する信号電極と接地電極とのギャップに、それぞれ光導波路が形成されており，各光導波路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。
光導波路６の端部６ａから入射した光は、分岐点６ｂで分岐し、入射部６ｃ、６ｄを通過し、第三の湾曲部７Ｃからそれぞれ第一の主部６ｅ、６ｆに入射する。主部６ｅ、６ｆは、従来は「相互作用部」と呼ばれていた部分であり、２本の互いに平行な光導波路６ｅ、６ｆからなる。次いで、各主部６ｅ、６ｆを伝搬した光は、それぞれ第一の湾曲部７Ａを通って各折り返し部６ｇ、６ｈを伝搬する。各折り返し部６ｇ、６ｈは、それぞれ各主部６ｅ、６ｆに対して所定角度傾斜している。
光は、更に折り返し点８で反射し、それぞれ第二の折り返し部６ｊ、６ｋを伝搬し、次いで第二の湾曲部７Ｂを通過してそれぞれ第二の主部６ｍ、６ｎを伝搬する。そして第四の湾曲部７Ｄから各出射部６ｐ、６ｑを伝搬し、合波点６ｒで合波し、出射部６ｓに入る。
３、５は接地電極であり、５は信号電極である。本例では、接地電極３、５と信号電極４との間の各ギャップにおいて光導波路６に電圧を印加する。
内側の接地電極３は、図示しないフィードスルーに接続される給電部３ａと、主部と略平行に伸びる１列の電極部３ｂとを備えている。外側の接地電極５は、光導波路をまたぐ接続部５ｃ、接続部５ｃから両側に伸びる電極部５ｂおよび各電極部５ｂから主部６ｅ、６ｆと平行に伸びる電極部５ａ、５ｅを備えている。信号電極４は、一対の給電部４ａ、４ｇ、各給電部４ａ、４ｇから各主部６ｅ、６ｆと平行に伸びる電極部４ｂ、４ｆ、各電極部４ｂ、４ｆから伸びる各電極部４ｃ、４ｅおよび電極部４ｃと４ｅとを接続する接続部４ｄを備えている。
この結果、第一の主部６ｅ、６ｆ、第一の折り返し部６ｇ、６ｈ、第二の折り返し部６ｊ、６ｋ、第二の主部６ｍ、６ｎにおいて、相互作用部１０、１１が構成されている。各相互作用部において、光導波路を伝搬する光波に対して電圧が印加される。その全長は「２ａ＋２ｂ」となる。これに加えて、本例では、第一の主部６ｆおよび６ｍに相互作用部１２が存在している。この長さの合計はｃである。
これに対して、従来の光導波路デバイス２１の設計パターンは、例えば図３に示すようなものである。光導波路６の端部６ａから入射した光は、分岐点６ｂで分岐し、入射部６ｃ、６ｄを通過し、第三の湾曲部７Ｃからそれぞれ第一の主部６ｅ、６ｆに入射する。主部６ｅ、６ｆは相互作用部である。次いで、各主部６ｅ、６ｆを伝搬した光は、それぞれ第一の湾曲部７Ａを通って各折り返し部６ｇ、６ｈを伝搬する。各折り返し部６ｇ、６ｈは、それぞれ各主部６ｅ、６ｆに対して所定角度傾斜している。
光は、更に折り返し点８で反射し、それぞれ第二の折り返し部６ｊ、６ｋを伝搬し、次いで第二の湾曲部７Ｂを通過してそれぞれ第二の主部６ｍ、６ｎを伝搬する。そして第四の湾曲部７Ｄから各出射部６ｐ、６ｑを伝搬し、合波点６ｒで合波し、出射部６ｓに入る。
１３、１５は接地電極であり、１４は信号電極である。本例では、接地電極１３、１５と信号電極１４との間の各ギャップにおいて光導波路６に電圧を印加する。
内側の接地電極１３は、図示しないフィードスルーに接続される給電部１３ａと、主部と略平行に伸びる１列の電極部１３ｂとを備えている。外側の接地電極１５は、光導波路をまたぐ接続部１５ｂ、接続部１５ｂから両側に、主部１６ｅ、１６ｆと平行に伸びる電極部１５ａ、１５ｃを備えている。信号電極１４は、一対の給電部１４ａ、１４ｅ、各給電部１４ａ、１４ｅから各主部６ｅ、６ｆと平行に伸びる電電極部１４ｂ、１４ｄを備えている。１４ｃは接続部である。
この結果、第一の主部６ｅ、６ｆ、第二の主部６ｍ、６ｎにおいて、相互作用部１０が構成されている。各相互作用部において、光導波路を伝搬する光波に対して電圧が印加される。その全長は２ａとなる。
この結果、図３に示す光導波路デバイス２１においては、第一の折り返し部、第二の折り返し部に電極と光導波路との相互作用部がないので、光導波路の長さが信号電極１４の長さに比べて著しく大きくなる。具体的には、長さｄの領域において信号電極が存在しないので、電極長は光導波路の長さに比べて著しく小さくなる。この結果、光導波路はその特性上急激に曲げることは難しいために、折り返し部で光導波路長は電極長よりかなり長くなる。このため、電気と光との間の到達時間差により変調帯域が制限される。
これに対して、例えば図１に示すような光導波路デバイス１Ａによれば、第一の折り返し部、第二の折り返し部において相互作用部を設けているので、光導波路長と電極長との差は著しく小さくなり、電気と光との到達時間差も著しく小さくなる。この結果、変調帯域が著しく広くなって、従来は提供が困難だったような帯域の光変調素子を提供することが可能となる上に、駆動電圧が著しく低減される。
図４の光導波路デバイス１Ｂは基板本体２を備えている。基板本体２は、図２に示すように、支持基板２３に接着層２２を介して接着されていてもよい。本例では、基板本体２は平板形状をしているが、この形状は平板に限定されない。基板本体２の一方の主面２ａ上には、所定の接地電極３、５Ａおよび信号電極４Ａ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。本例では、隣接する信号電極と接地電極とのギャップに、それぞれ光導波路が形成されており，各光導波路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。
光導波路６の端部６ａから入射した光は、分岐点６ｂで分岐し、入射部６ｃ、６ｄを通過し、第三の湾曲部７Ｃからそれぞれ第一の主部６ｅ、６ｆに入射する。主部６ｃ、６ｄは、従来は「相互作用部」と呼ばれていた部分であり、２本の互いに平行な光導波路６ｅ、６ｆからなる。次いで、各主部６ｅ、６ｆを伝搬した光は、それぞれ第一の湾曲部７Ａを通って各折り返し部６ｇ、６ｈを伝搬する。各折り返し部６ｇ、６ｈは、それぞれ各主部６ｅ、６ｆに対して所定角度傾斜している。
光は、更に折り返し点８で反射し、それぞれ第二の折り返し部６ｊ、６ｋを伝搬し、次いで第二の湾曲部７Ｂを通過してそれぞれ第二の主部６ｍ、６ｎを伝搬する。そして第四の湾曲部７Ｄから各出射部６ｐ、６ｑを伝搬し、合波点６ｒで合波し、出射部６ｓに入る。
内側の接地電極３は、図示しないフィードスルーに接続される給電部３ａと、主部と略平行に伸びる１列の電極部３ｂとを備えている。外側の接地電極５Ａは、光導波路をまたぐ接続部５ｃ、接続部５ｃから両側に伸びる電極部５ｂ、５ｄおよび各電極部５ｂ、５ｄから主部６ｅ、６ｆと平行に伸びる電極部５ａ、５ｅを備えている。信号電極４Ａは、一対の給電部４ａ、４ｇ、各給電部４ａ、４ｇから各主部６ｅ、６ｆと平行に伸びる電極部４ｂ、４ｆ、各電極部４ｂ、４ｆから伸びる各電極部４ｃ、４ｅおよび電極部４ｃと４ｅとを接続する接続部４ｄを備えている。
この結果、第一の主部６ｅ、６ｆ、第一の折り返し部６ｇ、６ｈ、第二の折り返し部６ｊ、６ｋ、第二の主部６ｍ、６ｎにおいて、相互作用部１０、１１が構成されている。各相互作用部において、光導波路を伝搬する光波に対して電圧が印加される。その全長は「２ａ＋２ｂ」となる。これに加えて、本例では、入射部６ｄ、６ｐに相互作用部１３が存在している。本例では相互作用部１３の長さｗは大きく、分岐点６ｂ、６ｒにかなり近づいている。これによって、反射点８とは反対側でも相互作用部を拡張することができ、それだけ変調帯域を広げ、駆動電圧を低減することが可能である。
図８は、光導波路デバイス３１を示す平面図である。
図８の光導波路デバイス３１は基板本体２を備えている。基板本体２は、図２に示すように、支持基板２３に接着層２２を介して接着されていてもよい。基板本体２の一方の主面２ａ上には、所定の接地電極３Ａ、３５および信号電極３４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。本例では、隣接する信号電極と接地電極とのギャップに、それぞれ光導波路が形成されており，各光導波路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。
光導波路６の端部６ａから入射した光は、分岐点６ｂで分岐し、入射部６ｃ、６ｄを通過し、第三の湾曲部７Ｃからそれぞれ第一の主部６ｅ、６ｆに入射する。主部６ｅ、６ｆは、従来は「相互作用部」と呼ばれていた部分であり、２本の互いに平行な光導波路６ｅ、６ｆからなる。次いで、各主部６ｅ、６ｆを伝搬した光は、それぞれ第一の湾曲部７Ａを通って各折り返し部６ｇ、６ｈを伝搬する。各折り返し部６ｇ、６ｈは、それぞれ各主部６ｅ、６ｆに対して所定角度傾斜している。
光は、更に折り返し点８で反射し、それぞれ第二の折り返し部６ｊ、６ｋを伝搬し、次いで第二の湾曲部７Ｂを通過してそれぞれ第二の主部６ｍ、６ｎを伝搬する。そして第四の湾曲部７Ｄから各出射部６ｐ、６ｑを伝搬し、合波点６ｒで合波し、出射部６ｓに入る。
内側の接地電極３Ａは、図示しないフィードスルーに接続される給電部３ａと、主部と略平行に伸びる１列の電極部３ｂと、電極部３ｂの先端に設けられた拡径部３ｃとを備えている。外側の接地電極３５は、光導波路をまたぐ接続部３５ｃ、一対の電極部３５ａ、および延設部に対応する接続部３５ｂを備えている。
信号電極３４は、一対の給電部３４ａ、３４ｍ、各給電部３４ａ、３４ｍから各主部６ｅ、６ｆと平行に伸びる主部３４ｂ、３４ｊ、各主部から折り返し点８へと向かって曲折して曲がっている延設部３４ｃ、３４ｈを備えている。３４ｐは湾曲点である。そして、主部３４ｂ、３４ｈから外側（光導波路６の中心軸Ｌに対して外側）へと向かってそれぞれ延設部３４ｄ、３４ｇが延びており、各延設部３４ｄ、３４ｇは、接地電極の接続部３５ｃと略平行な延設部３４ｅ、３４ｆにつながっている。延設部３４ｅと３４ｆとは、接続部３４ｎによって互いに連結されている。
図８のデバイスにおいては、光導波路６のうち、主部６ｅ、６ｆ、６ｍ、６ｎに対して、信号電極３４ｂおよび３４ｊから電圧を印加できる。これに加えて、光導波路６の折り返し部６ｇ、６ｈ、６ｊ、６ｋの一部に対しても、信号電極の湾曲部３４ｃ、３４ｈから電圧を印加することができる。したがって、第一および第二の折り返し部において相互作用部を設けているので、光導波路長と電極長との差は著しく小さくなり、電気と光との到達時間差も著しく小さくなる。この結果、変調帯域が著しく広くなって、従来は提供が困難だったような帯域の光変調素子を提供することが可能となる上に、駆動電圧が著しく低減される。
更に、本例では、信号電極３４に延設部３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈを設けてある。これによって、信号電極を長くすることができ、光導波路内の光路長と信号電極の長さとの差を著しく小さくすることができる。これによって、駆動電圧を低くしつつ、変調帯域を著しく広帯域化することが可能となった。
図９の光導波路デバイス４１は基板本体２を備えている。基板本体２は、図２に示すように、支持基板２３に接着層２２を介して接着されていてもよい。基板本体２の一方の主面２ａ上には、所定の接地電極１３Ａ、４５および信号電極４４が形成されている。
光導波路６の端部６ａから入射した光は、分岐点６ｂで分岐し、入射部６ｃ、６ｄを通過し、第三の湾曲部７Ｃからそれぞれ第一の主部６ｅ、６ｆに入射する。次いで、各主部６ｅ、６ｆを伝搬した光は、それぞれ第一の湾曲部７Ａを通って各折り返し部６ｇ、６ｈを伝搬する。各折り返し部６ｇ、６ｈは、それぞれ各主部６ｅ、６ｆに対して所定角度傾斜している。
光は、更に折り返し点８で反射し、それぞれ第二の折り返し部６ｊ、６ｋを伝搬し、次いで第二の湾曲部７Ｂを通過してそれぞれ第二の主部６ｍ、６ｎを伝搬する。そして第四の湾曲部７Ｄから各出射部６ｐ、６ｑを伝搬し、合波点６ｒで合波し、出射部６ｓに入る。
内側の接地電極１３Ａは、図示しないフィードスルーに接続される給電部１３ａと、主部と略平行に伸びる１列の電極部１３ｂと、電極部１３ｂの先端に設けられた拡径部１３ｃとを備えている。外側の接地電極４５は、光導波路をまたぐ接続部４５ｃ、一対の電極部４５ａ、４５ｅおよび延設部に対応する接続部４５ｂ、４５ｄを備えている。
信号電極４４は、一対の給電部４４ａ、４４ｈ、各給電部４４ａ、４４ｈから各主部６ｅ、６ｆと平行に伸びる主部４４ｂ、４４ｇを備えている。そして、主部４４ｂ、４４ｇから外側（光導波路６の中心軸Ｌに対して外側）へと向かってそれぞれ延設部４４ｃ、４４ｆが延びており、各延設部４４ｃ、４４ｆは、接地電極の接続部４５と略平行な延設部４４ｄ、４４ｅにつながっている。延設部４４ｄと４４ｅとは、接続部４４ｎによって互いに連結されている。
図９のデバイスにおいては、信号電極４４に延設部４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆを設けてある。これによって、信号電極を長くすることができ、光導波路内の光路長と信号電極の長さとの差を著しく小さくすることができる。これによって、駆動電圧を低くしつつ、変調帯域を著しく広帯域化することが可能となった。
図１０の光導波路デバイス５１は基板本体２を備えている。基板本体２の一方の主面２ａ上には、所定の接地電極３Ａ、３５および信号電極５４が形成されている。
各折り返し部６ｇ、６ｈは、それぞれ各主部６ｅ、６ｆに対して所定角度α傾斜している。 内側の接地電極３Ａは、図示しないフィードスルーに接続される給電部３ａと、主部と略平行に伸びる１列の電極部３ｂとを備えている。外側の接地電極３５は、光導波路をまたぐ接続部３５ｂ、一対の電極部３５ａ、３５ｃを備えている。
信号電極５４は、一対の給電部５４ａ、５４ｊ、各給電部から各主部６ｅ、６ｆと平行に伸びる主部５４ｂ、５４ｈを備えている。そして、主部５４ｂ、５４ｈから、光導波路６の中心軸Ｌに対して若干内側に傾斜するように各延設部５４ｃ、５４ｈが延びており、更に、中心軸Ａルと略平行に延びる延設部５４ｄ、５４ｆにつながっている。延設部５４ｄ、５４ｈは、接地電極の接続部３５ｂと略平行な延設部５４ｅにつながっている。延設部５４ｄ、５４ｆは、中心軸Ｌと略平行であり、対応する折り返し部に比べると基板外縁へと向かって角度α傾斜するように広がっている。
図１０のデバイス５１においては、信号電極４４に延設部５４ｃ、５４ｄ、５４ｆ、５４ｇを設けてある。これによって、信号電極を長くすることができ、光導波路内の光路長と信号電極の長さとの差を著しく小さくすることができる。これによって、駆動電圧を低くしつつ、変調帯域を著しく広帯域化することが可能となった。
図１１の光導波路デバイス６１は基板本体２を備えている。基板本体２の一方の主面２ａ上には、所定の接地電極３Ａ、３５および信号電極６４が形成されている。
各折り返し部６ｇ、６ｈは、それぞれ各主部６ｅ、６ｆに対して所定角度α傾斜している。 内側の接地電極３Ａは、図示しないフィードスルーに接続される給電部３ａと、主部と略平行に伸びる１列の電極部３ｂとを備えている。外側の接地電極３５は、光導波路をまたぐ接続部３５ｂ、一対の電極部３５ａ、３５ｃを備えている。
信号電極６４は、一対の給電部６４ａ、６４ｆ、各給電部から各主部６ｅ、６ｆと平行に伸びる主部６４ｂ、６４ｆを備えている。そして、主部６４ｂ、６４ｆから、光導波路６の中心軸Ｌに対して若干内側に傾斜するように各延設部６４ｃ、６４ｅが延びている。延設部６４ｃ、６４ｅは、接地電極の接続部３５ｂと略平行な延設部６４ｄにつながっている。延設部６４ｃ、６４ｅは、中心軸Ｌに対して角度βだけ内側へと傾斜しているが、βはαよりも小さい。したがって、延設部６４ｃ、６４ｅは、それぞれ、対応する折り返し部に比べると基板外縁へと向かって角度（α−β）傾斜するように広がっている。
図１１のデバイス６１においては、信号電極４４に延設部６４ｃ、６４ｅを設けてある。これによって、信号電極を長くすることができ、光導波路内の光路長と信号電極の長さとの差を著しく小さくすることができる。これによって、駆動電圧を低くしつつ、変調帯域を著しく広帯域化することが可能となった。
光導波路は、基板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、基板表面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。
上記の各例では、電極は基板の表面に設けられているが、基板の表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う。
基板２、保持基体２３を構成する材料は、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。
基体２３の材質は、上記した強誘電性の電気光学材料に加えて、更に石英ガラス等のガラスであってもよい。
接着剤は基板本体２よりも低誘電率である材料からなり、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。
上記した各例では、振幅変調器に発明を適用した場合について述べたが、光導波路配置が異なる位相変調器に対しても本発明を適用できることは明らかである。

（比較例１）
図２、図３に示す光導波路デバイス２１を作製し、保持基板と接着した。
具体的には、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ_３単結晶）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６を形成した。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、信号電極１４および接地電極１３、１５を形成した。
次に、研磨定盤に研磨ダミー基板を固定し、その上に変調器用の基板本体を、電極面を下向きにして貼り付けた。次に、横型研磨、ラップおよびポリッシング（ＣＭＰ）にて７．５μｍ厚みまで変調器用の基板本体２を薄型加工した。次いで、平板状の支持基板上に基板本体２を固定した。接着固定用の樹脂は、樹脂厚５０μｍとした。光導波路の端面（光ファイバーへの接続部）を端面研磨し、ダイシングにてウエハーを切断し、各チップを得た。チップの幅を２ｍｍとし、デバイスの全厚さを０．５ｍｍとした。
１．５５μｍ用偏波保持光ファイバー、あるいは１．３μｍシングルモードファイバーを保持した単芯ファイバーアレイをそれぞれ作製し、前者を入力側に後者を出力側として光変調器チップに結合し、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した。
信号電極と接地電極とのギャップは２１．５μｍとした。電極の厚みを２０μｍとした。各湾曲部の曲率半径は１５ｍｍとし、折り返し部分の全角θを１０°とし、オフセットｅを５００μｍとし、折り返し部光路長は往復で７．０ｍｍとした。また、折り返し部の信号電極長は５００μｍとなり、光と電気で６．５ｍｍの電気長−光路長差が生じる。相互作用電極長は一段目、二段目共に１５ｍｍである。このような進行波型光変調器について、詳細な帯域計算を行なったところ、相互作用部で速度整合するようにマイクロ波実効屈折率を２．２とした場合、変調帯域は４．５ＧＨｚに制限されることが分かった。この結果を図５に示す。
また、この比較例の光変調器においては、全体の光と電気の信号到達時間差を調整するためには、電気長が相対的に短いのであるから、マイクロ波実効屈折率を２．２より大きくすることによって光と電気の信号到達時間差を縮小することができ、これによって帯域改善を図ることが出来る。しかし、例えばマイクロ波実効屈折率を２．９まであげても、計算上、帯域は８．８ＧＨｚに制限されることが分かった（図６）。
（実施例１）
図１、図２に示すような光導波路デバイス１Ａを作製し、保持基板と接着した。
具体的には、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ_３単結晶）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６を形成した。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、信号電極４および接地電極３、５を形成した。
次に、研磨定盤に研磨ダミー基板を固定し、その上に変調器用の基板本体を、電極面を下向きにして貼り付けた。次に、横型研磨、ラップおよびポリッシング（ＣＭＰ）にて７．５μｍ厚みまで変調器用の基板本体２を薄型加工した。次いで、平板状の支持基板上に基板本体２を固定した。接着固定用の樹脂は、樹脂厚５０μｍとした。光導波路の端面（光フアイバーへの接続部）を端面研磨し、ダイシングにてウェハーを切断し、各チップを得た。チップの幅を２ｍｍとし、デバイスの全厚さを０．５ｍｍとした。
１．５５μｍ用偏波保持光ファイバー、あるいは１．３μｍシングルモードファイバーを保持した単芯ファイバーアレイをそれぞれ作製し、前者を入力側に後者を出力側として光変調器チップに結合し、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した。
信号電極と接地電極とのギャップは２１．５μｍとした。電極の厚みを２０μｍとした。各湾曲部の曲率半径は１５ｍｍとし、折り返し部分の全角θを１０°とし、オフセットｅを５００μｍとし、折り返し部光路長は往復で７．０ｍｍとした。また、折り返し部の信号電極長は一段目と二段目あわせて５．８ｍｍとなる。相互作用電極長は一段目、二段目共に１７．９ｍｍである。電極長と光路長の差は１．２ｍｍまで小さくなった。このような進行波型光変調器について、詳細な帯域計算を行なったところ、相互作用部で速度整合するようにマイクロ波実効屈折率を２．３とした時に変調帯域は２８ＧＨｚまで改善された（図７）。
（実施例２）
図８、図２に示すような光導波路デバイス３１を作製し、保持基板と接着した。
具体的には、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ_３単結晶）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６を形成した。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、信号電極３４および接地電極３Ａ、３５を形成した。
次に、研磨定盤に研磨ダミー基板を固定し、その上に変調器用の基板本体を、電極面を下向きにして貼り付けた。次に、横型研磨、ラップおよびポリッシング（ＣＭＰ）にて７．５μｍ厚みまで変調器用の基板本体２を薄型加工した。次いで、平板状の支持基板上に基板本体２を固定した。接着固定用の樹脂は、樹脂厚５０μｍとした。光導波路の端面（光ファイバーへの接続部）を端面研磨し、ダイシングにてウエハーを切断し、各チップを得た。チップの幅を２ｍｍとし、デバイスの全厚さを０．５ｍｍとした。
１．５５μｍ用偏波保持光ファイバー、あるいは１．３μｍシングルモードファイバーを保持した単芯ファイバーアレイをそれぞれ作製し、前者を入力側に後者を出力側として光変調器チップに結合し、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した。
信号電極と接地電極とのギャップは２１．５μｍとした。電極の厚みを２０μｍとした。各湾曲部の曲率半径は１５ｍｍとし、折り返し部分の全角θを１０°とし、オフセットｅを５００μｍとし、折り返し部光路長は往復で７．０ｍｍとした。折り返し部の信号電極長は７．０ｍｍとなる。相互作用電極長は、１段目、２段目共に１６ｍｍである。各延設部３４ｄ、３４ｇ、３４ｅ、３４ｆの中心軸からの最大距離は０．２３ｍｍである。これによって電極長と光路長の差はほぼゼロとなった。
Ｘカットニオブ酸リチウム単結晶基板を用いた場合、３４ｅ−３４ｆは結晶軸と電気信号の伝搬軸が平行となる。このため、Ｙ伝搬、及び略Ｙ伝搬となる部分と比べるとマイクロ波屈折率が高くなる。この場合、部地理的な長さではなくマイクロ波屈折率と物理的な電極長の積の総和と、光導波路屈折率と光導波路総長の積が等しくなるように設定することで、完全な速度整合と広帯域化を図ることができる。
このような進行波型光変調器について、詳細な帯域計算を行なったところ、相互作用部で速度整合するようにマイクロ波実効屈折率を２．２とした時に変調帯域は約４７ＧＨｚまで改善された（図１２）。
本発明の特定の実施形態を説明してきたけれども、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の範囲から離れることなく、種々の変更や改変を行いながら実施できる。

Claims (9)

1. 電気光学材料からなる基板本体、光導波路、および前記光導波路に電圧を印加するための信号電極および接地電極を備えている光導波路デバイスであって、
   前記光導波路が、第一の主部、第一の湾曲部、前記第一の湾曲部と折り返し点との間に設けられている第一の折り返し部、第二の主部、第二の湾曲部、および前記第二の湾曲部と前記折り返し点との間に設けられている第二の折り返し部を備えており、前記第一の湾曲部および前記第二の湾曲部から前記折り返し点に至る折り返し領域に前記信号電極の少なくとも一部が設けられていることを特徴とする、光導波路デバイス。
2. 前記第一の主部、前記第一の折り返し部、前記第二の折り返し部および前記第二の主部において前記信号電極および前記接地電極によって光導波路に電圧が印加されるように構成されてい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. 前記光導波路が前記接地電極と前記信号電極との間に設けられていることを特徴とする、請求項１または２記載の光導波路デバイス。
4. 前記光導波路が、前記第一の主部に連続する入射部、および前記第二の主部に連続する出射部を備えており、前記入射部および前記出射部において前記光導波路に電圧が印加されるように構成されてい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. 前記信号電極が、第一の主部、第二の主部、前記第一の主部から延びる第一の延設部、前記第二の主部から延びる第二の延設部、および前記第一の延設部と前記第二の延設部との間に設けられている接続部を備えており、少なくとも前記第一の主部および前記第二の主部において前記光導波路に電圧が印加されるように構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. 前記光導波路の前記第一の折り返し部に対して前記第一の延設部が前記基板本体の外縁へと向かって傾斜していることを特徴とする、請求項５記載の光導波路デバイス。
7. 前記光導波路の前記第二の折り返し部に対して前記第二の延設部が前記基板本体の外縁へと向かって傾斜していることを特徴とする、請求項６記載の光導波路デバイス。
8. 前記光導波路がマッハツェンダー型光導波路であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
9. 進行波型光変調器であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。

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