光変調器
【課題】ＤＣバイアス電圧について改善された光変調器を提供する。
【解決手段】基板に形成された光を導波するための少なくとも２本の光導波路と、基板の一方の面側に形成され、光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の進行波電極と、光にバイアス電圧を印加するバイアス電極とを有し、光導波路に高周波電気信号用相互作用部とバイアス用相互作用部とを具備する光変調器において、バイアス電極は、バイアス用相互作用部の２本の光導波路の一方および他方の上方に形成された第１バイアス電極および第２バイアス電極と、第２バイアス電極の一部であって第１バイアス電極を間に挟んで当該第２バイアス電極の反対側に形成された側置電極とを含んでなり、第１バイアス電極、第２バイアス電極、及び側置電極は、第１バイアス電極から発せられた電気力線が第２バイアス電極および側置電極に結合するＣＰＷ構造を成している。
【解決手段】基板に形成された光を導波するための少なくとも２本の光導波路と、基板の一方の面側に形成され、光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の進行波電極と、光にバイアス電圧を印加するバイアス電極とを有し、光導波路に高周波電気信号用相互作用部とバイアス用相互作用部とを具備する光変調器において、バイアス電極は、バイアス用相互作用部の２本の光導波路の一方および他方の上方に形成された第１バイアス電極および第２バイアス電極と、第２バイアス電極の一部であって第１バイアス電極を間に挟んで当該第２バイアス電極の反対側に形成された側置電極とを含んでなり、第１バイアス電極、第２バイアス電極、及び側置電極は、第１バイアス電極から発せられた電気力線が第２バイアス電極および側置電極に結合するＣＰＷ構造を成している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高速で駆動電圧が低く、かつＤＣバイアス電圧が小さく、製作の歩留まりの良い光変調器の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板（以下、リチウムナイオベート基板をＬＮ基板と略す）に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器（以下、ＬＮ光変調器と略す）は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ/ｓ、１０Ｇｂｉｔ/ｓの大容量光伝送システムに適用されている。最近はさらに４０Ｇｂｉｔ/ｓ、あるいは１００Ｇｂｉｔ/ｓの超大容量光伝送システムにも適用が検討されており、キーデバイスとして期待されている。
【０００３】
（第１の従来技術）
このＬＮ光変調器にはｚ―カット基板を使用するタイプとｘ−カット基板（あるいはｙ−カット基板）を使用するタイプがある。ここでは、第１の従来技術として特許文献１の考え方をｚ−カットＬＮ基板と２電極型コプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）進行波電極に適用したＬＮ光変調器をとり上げ、その概略上面図を図８に示す。
【０００４】
図中、１はｚ-カットＬＮ基板、２は１．３μｍ、あるいは１．５５μｍなど光通信において使用する波長領域で透明な厚みＤのＳｉＯ２バッファ層（なお、厚みＤは２００ｎｍから１μｍ程度である）、３はｚ-カットＬＮ基板１にＴｉを蒸着後、１０５０℃で約１０時間熱拡散して形成した光導波路であり、マッハツェンダ干渉系（あるいは、マッハツェンダ光導波路）を構成している。
【０００５】
なお、電界が印加されて屈折率が変化する相互作用光導波路は高周波電気信号と光が相互作用する高周波用電気信号用相互作用部５とＤＣバイアス電圧（あるいはバイアス電圧）と光が相互作用するＤＣバイアス用相互作用部６とからなっている。つまり高周波用電気信号用相互作用部５とＤＣバイアス用相互作用部６はマッハツェンダ光導波路の２本のアームを構成する光導波路から構成されており、高周波用電気信号用相互作用部の２本のアーム（高周波電気信号用相互作用光導波路）を３ａ、３ｂ、ＤＣバイアス用相互作用部の２本のアーム（ＤＣバイアス用相互作用光導波路）を３ａ´、３ｂ´とする。
【０００６】
この２電極型のＬＮ光変調器では、高周波電気信号用相互作用光導波路３ａと３ｂの上方に各々中心導体（中心電極）４ａと４ｂが形成されている。４ｃ、４ｄ、及び４ｅは接地導体（接地電極）である。高周波用電気信号用相互作用部５におけるＣＰＷ型の進行波電極４は中心導体４ａ、４ｂ、接地導体４ｃ、４ｄ、４ｅから構成されている。
【０００７】
図９は図８のＡ−Ａ´における断面図である。ＤＣバイアス用相互作用部６ではＤＣバイアス電極７ａと７ｂが各々光導波路３ａ´、３ｂ´の上方に形成されている。８ａと８ｂはＤＣバイアスの電気力線である。
【０００８】
なお、光導波路３ａ´の上方にあるＤＣバイアス電極７ａはＤＣバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ近傍にあるＤＣバイアス電極７ｂは側置導体（側置電極）であり、光導波路３ｂ´の上方にあるＤＣバイアス電極７ｂはＤＣバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ近傍にあるＤＣバイアス電極７ａは側置導体（側置電極）である。
【０００９】
図９からわかるように、光導波路３ａ´にはＤＣバイアス電極７ａからＤＣバイアス電極７ｂへ電気力線８ａが向かっており、光導波路３ａ´には下向きの電気力線８ａが印加されている。一方、光導波路３ｂ´にもＤＣバイアス電極７ａからＤＣバイアス電極７ｂへ電気力線８ｂが向かっているので、光導波路３ｂ´には上向きの電気力線８ｂが印加されている。その結果、光導波路３ａ´と３ｂ´において生じる屈折率変化の符号は互いに逆となる。
【００１０】
光導波路３ａを伝搬する光の波動関数をψａと、光導波路３ａの上方に形成されているＤＣバイアス電極７ａから発せられてＤＣバイアス電極７ｂに向かう電気力線８ａからなる電界Ｅａとの相互作用の結果生じる光導波路３ａの屈折率変化Δｎａは
Δｎ∝∬ψａ２（ｘ、ｙ）Ｅａ（ｘ、ｙ）ｄｘｄｙ （１）
と表される。
【００１１】
特許文献１では、近接するＤＣバイアス電極７ａと７ｂ間の距離Ｇと比較して光導波路３ａ´と３ｂ´の間の距離（この図９では光導波路３ａ´と３ｂ´の中心間の距離）Ｓが充分大きく、光導波路３ａ´の上方にあるＤＣバイアス電極７ａから光導波路３ｂ´上方にあるＤＣバイアス電極７ｂへ向かう電気力線はほぼ存在していない。つまり光導波路３ａ´の屈折率変化には電気力線８ａのみが、光導波路３ｂ´の屈折率変化には電気力線８ｂのみが寄与している。その意味で図９に示したこの第１の従来技術におけるＤＣバイアス電極７ａ、７ｂは非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）構造ということができる。そして我々はＡＣＰＳ構造について詳細なシミュレーションを行った結果、ＤＣバイアス印加時において（１）式で与えられる屈折率変化Δｎが小さいという問題点があることを見出した。
【００１２】
（第２の従来技術）
図１０には特許文献２に開示されたＬＮ光変調器の概略上面図を示す。ＤＣバイアス用相互作用部６において、９ａと９ｂはＤＣバイアス用電極である。図１０のＢ−Ｂ´における断面図を図１１に示す。
【００１３】
この第２の従来技術においては光導波路３ａ´の上方のＤＣバイアス電極９ａの左右両側にＤＣバイアス電極９ｂが存在し、光導波路３ｂ´の上方のＤＣバイアス電極９ｂの左右両側にＤＣバイアス電極９ａが存在する。いわばＤＣバイアス電極がＣＰＷ構造となっており、ＡＣＰＳ構造の第１の従来技術と比較して（１）式で与えられる屈折率変化の効率が高い。
【００１４】
なお、光導波路３ａ´の上方にあるＤＣバイアス電極９ａはＤＣバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ両側近傍にあるＤＣバイアス電極９ｂは側置導体（側置電極）であり、光導波路３ｂ´の上方にあるＤＣバイアス電極９ｂはＤＣバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ両側近傍にあるＤＣバイアス電極９ａは側置導体（側置電極）である。
【００１５】
第１の従来技術と同じく、本従来技術においても近接するＤＣバイアス電極９ａと９ｂ間の距離Ｇと比較して光導波路３ａ´と３ｂ´の間の距離Ｓが充分大きいため、光導波路３ａ´の上方にあるＤＣバイアス電極９ａから光導波路３ｂ´の上方にあるＤＣバイアス電極９ｂへ向かう電気力線はほぼ存在しない。
【００１６】
この第２の従来技術では、光導波路３ａ´と３ｂ´の上方にあるＤＣバイアス電極９ａと９ｂを中心導体と考えると、それらはその並んだ両側近傍に側置導体９ｂ、９ａを具備するＣＰＷ構造である。つまり、図１１から分かるように、光導波路３ａ´と３ｂ´の間にＤＣバイアス電極９ｂと９ａが必ず存在する。そのため光導波路３ａ´と３ｂ´の間の距離Ｓが小さくなると、ＤＣバイアス電極９ｂと９ａが極めて細くなりパターニングが困難となる、ＤＣバイアス電極９ａと９ｂ間でショートが起き易い、あるいはＥＳＤによる電気的な破壊が生じるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開昭６２−１４６２７号公報
【特許文献２】特許３８０６０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
以上のように、第１の従来技術ではＤＣバイアス部における屈折率変化の効率が悪いという問題があり、第２の従来技術ではＤＣバイアス用相互作用光導波路間の距離が小さくなった際に、パターニングが困難になる、ＤＣバイアス電極間でショートが起き易い、あるいはＥＳＤによる電気的な破壊が生じるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための少なくとも２本の光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するバイアス電極とを有し、前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号が印加されることにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備する光変調器において、前記バイアス電極は、前記バイアス用相互作用部の前記２本の光導波路の一方の上方に形成された第1バイアス電極と、前記バイアス用相互作用部の前記２本の光導波路の他方の上方に形成された第２バイアス電極と、前記第２バイアス電極の一部であって、前記第1バイアス電極を間に挟んで当該第２バイアス電極の反対側に形成された側置電極とを含んでなり、前記第１バイアス電極、前記第２バイアス電極、及び前記側置電極は、前記第１バイアス電極から発せられた電気力線が前記第２バイアス電極および前記側置電極に結合するＣＰＷ構造を成していることを特徴としている。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項２の光変調器は、請求項１に記載の光変調器において、前記バイアス電極は、前記第１バイアス電極の一部であって、前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極を間に挟んで前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極の反対側に形成された別の側置電極をさらに含み、前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極、前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極、及び前記別の側置電極は、当該第１バイアス電極および当該別の側置電極から発せられた電気力線が当該第２バイアス電極に結合するＣＰＷ構造を成していることを特徴としている。
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の請求項３の光変調器は、請求項１または２に記載の光変調器において、前記バイアス用相互作用部における前記２本の光導波路の中心線間距離が、前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極のエッジと前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極のエッジとの距離および前記側置電極のエッジとの距離の５倍以下であることを特徴としている。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項４の光変調器は、請求項２または３に記載の光変調器において、前記バイアス用相互作用部における前記２本の光導波路の中心線間距離が、前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極のエッジと前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極のエッジとの距離および前記別の側置電極のエッジとの距離の５倍以下であることを特徴としている。
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明の請求項５の光変調器は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器において、前記バイアス用相互作用部における前記２本の光導波路間の距離が、前記高周波電気信号用相互作用部における前記２本の光導波路間の距離よりも狭いことを特徴としている。
【００２４】
上記課題を解決するために、本発明の請求項６の光変調器は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器において、前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなり、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路に前記高周波電気信号用相互作用部と前記バイス用相互作用部を備えるとともに、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路に前記バイス用相互作用部を備えることを特徴としている。
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明の請求項７の光変調器は、請求項６に記載の光変調器において、前記バイアス用相互作用部が形成されたペアレントマッハツェンダ光導波路における２本の光導波路間の距離が、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路のうちの第１のチャイルドマッハツェンダ光導波路における２本の光導波路の中間線と、前記第１のチャイルドマッハツェンダ光導波路と隣接する第２のチャイルドマッハツェンダ光導波路における２本の光導波路の中間線との距離よりも狭いことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、ＤＣバイアス用相互作用部において、第２の従来技術では必要であったＤＣバイアス用電極を廃止し、かつ光導波路の上方に形成したＤＣバイアス用電極同士が電気的に結合するように光導波路を近づけることによって、第１の従来技術よりも高い効率の屈折率変化を実現でき、かつ第２の従来技術において問題となっていたパターニングの困難性、ＤＣバイアス電極９ａと９ｂ間でのショート、あるいはＥＳＤによる電気的な破壊という問題を解決できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の光変調器における第１の実施形態の模式的な上面図
【図２】本発明の第１実施形態を表す図１のＣ−Ｃ´線における断面図
【図３】本発明の光変調器における第２の実施形態の模式的な上面図
【図４】本発明の光変調器における第３の実施形態の模式的な上面図
【図５】本発明の光変調器における第４の実施形態の模式的な上面図
【図６】本発明の第４実施形態を表す図５のＦ−Ｆ´線における断面図
【図７】本発明の光変調器における第５の実施形態の模式的な上面図
【図８】第１の従来技術の模式的な上面図
【図９】第１の従来技術を表す図８のＡ−Ａ´線における断面図
【図１０】第２の従来技術の模式的な上面図
【図１１】第２の従来技術を表す図１０のＢ−Ｂ´線における断面図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図８から図１１に示した従来の実施形態と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を省略する。
【００２９】
（第１の実施形態）
図１に本発明における第１の実施形態の概略上面図を示す。本実施形態は高周波電気信号用相互作用部５とＤＣバイアス用相互作用部６´´とから構成される。高周波電気信号用相互作用部５は図８や図１０に示した第１の従来技術、及び第２の従来技術と同じく２電極型の進行波電極４を有している。図２は図１のＣ−Ｃ´における断面図である。ここで、光導波路３ａ´の上方にはＤＣバイアス電極１１ｂが、光導波路３ｂ´の上方にはＤＣバイアス電極１１ａが形成されている。
【００３０】
図２からわかるように、第１の実施形態では、高周波電気信号用相互作用部５における２本のアーム間の距離に対し、ＤＣバイアス用相互作用部６´´における当該距離が狭く構成されている。この構成は、第１の従来技術や第２の従来技術と比較して、ＤＣバイアス用相互作用部６´´における光導波路３ａ´と３ｂ´の間の距離Ｓが充分小さい。その結果、ＤＣバイアス電極１１ｂから発せられた電気力線１２ａと１２ｃは各々２つの（両隣の）ＤＣバイアス電極１１ａへ達している。従って、光導波路３ａ´の上方のＤＣバイアス電極１１ｂについては、ＤＣバイアス電極１１ｂを中心導体とするＣＰＷ構造となっており、光導波路３ｂ´の上方のＤＣバイアス電極１１ａについては、ＤＣバイアス電極１１ａを中心導体とするＣＰＷ構造となっている。
【００３１】
なお、光導波路３ａ´の上方にあるＤＣバイアス電極１１ｂはＤＣバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ左側近傍にあるＤＣバイアス電極１１ａは側置導体（側置電極）である。並んだ右側近傍に側置導体は存在しない。一方、光導波路３ｂ´の上方にあるＤＣバイアス電極１１ａはＤＣバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ右側近傍にあるＤＣバイアス電極１１ｂは側置導体（側置電極）である。並んだ左側近傍に側置導体は存在しない。
【００３２】
つまり、本発明では第２の従来技術と異なり、光導波路３ａ´と３ｂ´の間の距離Ｓが小さくなってもそれらの間に側置導体は存在しないので、第２の従来技術において問題となっていたＤＣバイアス電極のパターニングの困難性、電気的ショート、あるいはＥＳＤによる電極破壊の問題を解決できるという利点がある。
【００３３】
ここで、本発明では光導波路３ａ´の上方のＤＣバイアス電極１１ｂと光導波路３ｂ´の上方の１１ａとの間の距離Ｇ２と、光導波路３ａ´の上方のＤＣバイアス電極１１ｂとその側置電極１１ａの間の距離Ｇ１との距離の比、あるいはこの距離Ｇ２と、光導波路３ｂ´の上方のＤＣバイアス電極１１ａとその側置電極１１ｂとの間の距離Ｇ３との距離の比が重要である。つまり、これらの比が略５倍以下、好適には３倍以下であることが望ましい。あるいは２倍以下、特に同程度であると著しい効果がある。
【００３４】
本発明において重要な点は、ＤＣバイアス用相互作用光導波路３ａ´と３ｂ´の上方にあるＤＣバイアス電極１１ａと１１ｂが互いに電気力線的に結合できることである。
【００３５】
（第２の実施形態）
図３は本発明を単電極型のＬＮ光変調器に適用した第２の実施形態についての概略上面図である。本実施形態は、高周波電気信号用相互作用部５´とＤＣバイアス用相互作用部６´´から構成される。第１の実施形態とは、高周波電気信号用相互作用部５´の構成が異なっている。
【００３６】
高周波電気信号用相互作用部５´は、高周波電気信号用相互作用光導波路３ａの上方に形成された中心導体４ａ´と、その両側に並んで形成された接地導体４ｃ´、４ｄ´とから構成された、単電極構造となっている。本実施形態においても、本発明は有効に効果を発揮できる。
【００３７】
（第３の実施形態）
図４は本発明をＤＱＰＳＫ型のＬＮ光変調器に適用した第３の実施形態についての概略上面図である。本実施形態は、高周波電気信号用相互作用部５´´とＤＣバイアス用相互作用部６´´´、ＤＣバイアス用相互作用部６´´とから構成され、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上に２つのチャイルドマッハツェンダ光導波路（３０ａと３０ａ´および３０ｂと３０ｂ´の各組合せ）をそれぞれ有するネスト型光導波路となっている。
【００３８】
６´´´はチャイルドマッハツェンダ用のＤＣバイアス用相互作用部であり、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは高周波電気信号用相互作用光導波路３０ａ、３０ａ´、３０ｂ、３０ｂ´の上方に形成されたＤＣバイアス電極である。６´´はペアレントマッハツェンダ用のＤＣバイアス用相互作用部であり、第１の実施形態と同様である。なお、説明を簡単にするために単電極型に必要となる分極反転構造や進行波電極は省略して描いている。
【００３９】
この実施形態においては、バイアス用相互作用部６´´が形成されたペアレントマッハツェンダ光導波路における２本の光導波路３ａ´と３ｂ´との距離が、チャイルドマッハツェンダ光導波路３０ａ、３０ａ´の中間線と、隣接するチャイルドマッハツェンダ光導波路３０ｂ、３０ｂ´の中間線との距離Ｌよりも狭く構成されている。もちろん、本発明はこの構成に限定されるものではない。
【００４０】
ＤＱＰＳＫ型のＬＮ変調器におけるチャイルドマッハツェンダに形成する進行波電極としては２電極型でもよいことは言うまでもない。本実施形態においても、本発明は有効に効果を発揮できる。
【００４１】
（第４の実施形態）
図５は本発明を単電極型のＬＮ光変調器に適用した第４の実施形態についての概略上面図である。本実施形態は、高周波電気信号用相互作用部５´とＤＣバイアス用相互作用部６´´´から構成される。第２の実施形態とは、ＤＣバイアス用相互作用部６´´´の構成が異なっている。
【００４２】
本実施形態は、ＤＣバイアス用相互作用部６´´のＤＣバイアス電極１４ａ、１４ｂの構成として、光導波路３ａ´についてはＣＰＷ構造としたが、光導波路３ｂ´についてはＡＣＰＳ構造としている。図６は図５のＦ−Ｆ´における断面図である。１５ａ、１５ｂは電気力線を表している。光導波路３ａ´、３ｂ´の両方についてＣＰＷ構造とする第１の実施形態に比べてＤＣバイアス電圧の低減効果は少し劣化するものの、ＤＣバイアスを低減できるという本発明の効果を実現できる。
【００４３】
（第５の実施形態）
図７は本発明の第５の実施形態についての概略上面図である。本実施形態は、高周波電気信号用相互作用部５´´´とＤＣバイアス用相互作用部６´´から構成される。本実施形態は、高周波電気信号用相互作用部５´´´における２本の光導波路３ａ、３ｂよりもＤＣバイアス用相互作用部６´´における２本の光導波路３ａ、３ｂの間隔を狭くしている。これにより、高周波電気信号用相互作用部５´´´とＤＣバイアス用相互作用部６´´を独立に設計できるので、ＤＣバイアス電圧をより低減できるという利点がある。
【００４４】
（各実施形態について）
以上の実施形態ではプレーナ構造について説明してきたが、リッジ構造でも良いことはいうまでもない。
【００４５】
また、高周波電気信号用相互作用部における２本の光導波路間の距離と、ＤＣバイアス用相互作用部における２本の光導波路間の距離とが、同一であっても、相違していてもよい。
【００４６】
また、進行波電極としてはＣＰＷ電極を例にとり説明したが、非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）や対称コプレーナストリップ（ＣＰＳ）などの各種進行波電極、あるいは集中定数型の電極でも良いことは言うまでもない。また、マッハツェンダ干渉系が１つ及び２つの場合について説明したが、ＤＰ−ＱＰＳＫを含めさらに多くのマッハツェンダ干渉系を有する複雑なネスト構造にも適用可能である。
【００４７】
また、上記においては高周波電気信号用相互作用部に分極反転を含まない図面で説明したが、高周波電気信号用相互作用部に分極反転を含むか含まないかはＤＣバイアス用相互作用部についての議論とは本質的に関連しないので、分極反転を含んでいても良いことはいうまでもない。
【００４８】
また、ＬＮ基板のみでなく、リチウムタンタレートや半導体などその他の基板でも良いことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４９】
１：ｚ−カットＬＮ基板
２：ＳｉＯ２バッファ層
３：光導波路
３ａ、３ｂ、３０ａ、３０ａ´、３０ｂ、３０ｂ´：高周波電気信号用相互作用部の光導波路
３ａ´、３ｂ´：ＤＣバイアス用相互作用部の光導波路
４、４´：進行波電極
４ａ、４ａ´、４ｂ：進行波電極の中心導体
４ｃ、４ｃ´、４ｄ、４ｄ´、４ｅ：進行波電極の接地導体
５、５´、５´´、５´´´：高周波電気信号用相互作用部
６、６´、６´´、６´´´：ＤＣバイアス用相互作用部
７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂ、１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１４ａ、１４ｂ：ＤＣバイアス電極
８ａ、８ｂ、１０ａ、１０ｂ，１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１５ａ、１５ｂ：電気力線
【技術分野】
【０００１】
本発明は高速で駆動電圧が低く、かつＤＣバイアス電圧が小さく、製作の歩留まりの良い光変調器の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板（以下、リチウムナイオベート基板をＬＮ基板と略す）に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器（以下、ＬＮ光変調器と略す）は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ/ｓ、１０Ｇｂｉｔ/ｓの大容量光伝送システムに適用されている。最近はさらに４０Ｇｂｉｔ/ｓ、あるいは１００Ｇｂｉｔ/ｓの超大容量光伝送システムにも適用が検討されており、キーデバイスとして期待されている。
【０００３】
（第１の従来技術）
このＬＮ光変調器にはｚ―カット基板を使用するタイプとｘ−カット基板（あるいはｙ−カット基板）を使用するタイプがある。ここでは、第１の従来技術として特許文献１の考え方をｚ−カットＬＮ基板と２電極型コプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）進行波電極に適用したＬＮ光変調器をとり上げ、その概略上面図を図８に示す。
【０００４】
図中、１はｚ-カットＬＮ基板、２は１．３μｍ、あるいは１．５５μｍなど光通信において使用する波長領域で透明な厚みＤのＳｉＯ２バッファ層（なお、厚みＤは２００ｎｍから１μｍ程度である）、３はｚ-カットＬＮ基板１にＴｉを蒸着後、１０５０℃で約１０時間熱拡散して形成した光導波路であり、マッハツェンダ干渉系（あるいは、マッハツェンダ光導波路）を構成している。
【０００５】
なお、電界が印加されて屈折率が変化する相互作用光導波路は高周波電気信号と光が相互作用する高周波用電気信号用相互作用部５とＤＣバイアス電圧（あるいはバイアス電圧）と光が相互作用するＤＣバイアス用相互作用部６とからなっている。つまり高周波用電気信号用相互作用部５とＤＣバイアス用相互作用部６はマッハツェンダ光導波路の２本のアームを構成する光導波路から構成されており、高周波用電気信号用相互作用部の２本のアーム（高周波電気信号用相互作用光導波路）を３ａ、３ｂ、ＤＣバイアス用相互作用部の２本のアーム（ＤＣバイアス用相互作用光導波路）を３ａ´、３ｂ´とする。
【０００６】
この２電極型のＬＮ光変調器では、高周波電気信号用相互作用光導波路３ａと３ｂの上方に各々中心導体（中心電極）４ａと４ｂが形成されている。４ｃ、４ｄ、及び４ｅは接地導体（接地電極）である。高周波用電気信号用相互作用部５におけるＣＰＷ型の進行波電極４は中心導体４ａ、４ｂ、接地導体４ｃ、４ｄ、４ｅから構成されている。
【０００７】
図９は図８のＡ−Ａ´における断面図である。ＤＣバイアス用相互作用部６ではＤＣバイアス電極７ａと７ｂが各々光導波路３ａ´、３ｂ´の上方に形成されている。８ａと８ｂはＤＣバイアスの電気力線である。
【０００８】
なお、光導波路３ａ´の上方にあるＤＣバイアス電極７ａはＤＣバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ近傍にあるＤＣバイアス電極７ｂは側置導体（側置電極）であり、光導波路３ｂ´の上方にあるＤＣバイアス電極７ｂはＤＣバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ近傍にあるＤＣバイアス電極７ａは側置導体（側置電極）である。
【０００９】
図９からわかるように、光導波路３ａ´にはＤＣバイアス電極７ａからＤＣバイアス電極７ｂへ電気力線８ａが向かっており、光導波路３ａ´には下向きの電気力線８ａが印加されている。一方、光導波路３ｂ´にもＤＣバイアス電極７ａからＤＣバイアス電極７ｂへ電気力線８ｂが向かっているので、光導波路３ｂ´には上向きの電気力線８ｂが印加されている。その結果、光導波路３ａ´と３ｂ´において生じる屈折率変化の符号は互いに逆となる。
【００１０】
光導波路３ａを伝搬する光の波動関数をψａと、光導波路３ａの上方に形成されているＤＣバイアス電極７ａから発せられてＤＣバイアス電極７ｂに向かう電気力線８ａからなる電界Ｅａとの相互作用の結果生じる光導波路３ａの屈折率変化Δｎａは
Δｎ∝∬ψａ２（ｘ、ｙ）Ｅａ（ｘ、ｙ）ｄｘｄｙ （１）
と表される。
【００１１】
特許文献１では、近接するＤＣバイアス電極７ａと７ｂ間の距離Ｇと比較して光導波路３ａ´と３ｂ´の間の距離（この図９では光導波路３ａ´と３ｂ´の中心間の距離）Ｓが充分大きく、光導波路３ａ´の上方にあるＤＣバイアス電極７ａから光導波路３ｂ´上方にあるＤＣバイアス電極７ｂへ向かう電気力線はほぼ存在していない。つまり光導波路３ａ´の屈折率変化には電気力線８ａのみが、光導波路３ｂ´の屈折率変化には電気力線８ｂのみが寄与している。その意味で図９に示したこの第１の従来技術におけるＤＣバイアス電極７ａ、７ｂは非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）構造ということができる。そして我々はＡＣＰＳ構造について詳細なシミュレーションを行った結果、ＤＣバイアス印加時において（１）式で与えられる屈折率変化Δｎが小さいという問題点があることを見出した。
【００１２】
（第２の従来技術）
図１０には特許文献２に開示されたＬＮ光変調器の概略上面図を示す。ＤＣバイアス用相互作用部６において、９ａと９ｂはＤＣバイアス用電極である。図１０のＢ−Ｂ´における断面図を図１１に示す。
【００１３】
この第２の従来技術においては光導波路３ａ´の上方のＤＣバイアス電極９ａの左右両側にＤＣバイアス電極９ｂが存在し、光導波路３ｂ´の上方のＤＣバイアス電極９ｂの左右両側にＤＣバイアス電極９ａが存在する。いわばＤＣバイアス電極がＣＰＷ構造となっており、ＡＣＰＳ構造の第１の従来技術と比較して（１）式で与えられる屈折率変化の効率が高い。
【００１４】
なお、光導波路３ａ´の上方にあるＤＣバイアス電極９ａはＤＣバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ両側近傍にあるＤＣバイアス電極９ｂは側置導体（側置電極）であり、光導波路３ｂ´の上方にあるＤＣバイアス電極９ｂはＤＣバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ両側近傍にあるＤＣバイアス電極９ａは側置導体（側置電極）である。
【００１５】
第１の従来技術と同じく、本従来技術においても近接するＤＣバイアス電極９ａと９ｂ間の距離Ｇと比較して光導波路３ａ´と３ｂ´の間の距離Ｓが充分大きいため、光導波路３ａ´の上方にあるＤＣバイアス電極９ａから光導波路３ｂ´の上方にあるＤＣバイアス電極９ｂへ向かう電気力線はほぼ存在しない。
【００１６】
この第２の従来技術では、光導波路３ａ´と３ｂ´の上方にあるＤＣバイアス電極９ａと９ｂを中心導体と考えると、それらはその並んだ両側近傍に側置導体９ｂ、９ａを具備するＣＰＷ構造である。つまり、図１１から分かるように、光導波路３ａ´と３ｂ´の間にＤＣバイアス電極９ｂと９ａが必ず存在する。そのため光導波路３ａ´と３ｂ´の間の距離Ｓが小さくなると、ＤＣバイアス電極９ｂと９ａが極めて細くなりパターニングが困難となる、ＤＣバイアス電極９ａと９ｂ間でショートが起き易い、あるいはＥＳＤによる電気的な破壊が生じるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開昭６２−１４６２７号公報
【特許文献２】特許３８０６０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
以上のように、第１の従来技術ではＤＣバイアス部における屈折率変化の効率が悪いという問題があり、第２の従来技術ではＤＣバイアス用相互作用光導波路間の距離が小さくなった際に、パターニングが困難になる、ＤＣバイアス電極間でショートが起き易い、あるいはＥＳＤによる電気的な破壊が生じるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための少なくとも２本の光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するバイアス電極とを有し、前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号が印加されることにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備する光変調器において、前記バイアス電極は、前記バイアス用相互作用部の前記２本の光導波路の一方の上方に形成された第1バイアス電極と、前記バイアス用相互作用部の前記２本の光導波路の他方の上方に形成された第２バイアス電極と、前記第２バイアス電極の一部であって、前記第1バイアス電極を間に挟んで当該第２バイアス電極の反対側に形成された側置電極とを含んでなり、前記第１バイアス電極、前記第２バイアス電極、及び前記側置電極は、前記第１バイアス電極から発せられた電気力線が前記第２バイアス電極および前記側置電極に結合するＣＰＷ構造を成していることを特徴としている。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項２の光変調器は、請求項１に記載の光変調器において、前記バイアス電極は、前記第１バイアス電極の一部であって、前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極を間に挟んで前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極の反対側に形成された別の側置電極をさらに含み、前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極、前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極、及び前記別の側置電極は、当該第１バイアス電極および当該別の側置電極から発せられた電気力線が当該第２バイアス電極に結合するＣＰＷ構造を成していることを特徴としている。
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の請求項３の光変調器は、請求項１または２に記載の光変調器において、前記バイアス用相互作用部における前記２本の光導波路の中心線間距離が、前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極のエッジと前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極のエッジとの距離および前記側置電極のエッジとの距離の５倍以下であることを特徴としている。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項４の光変調器は、請求項２または３に記載の光変調器において、前記バイアス用相互作用部における前記２本の光導波路の中心線間距離が、前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極のエッジと前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極のエッジとの距離および前記別の側置電極のエッジとの距離の５倍以下であることを特徴としている。
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明の請求項５の光変調器は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器において、前記バイアス用相互作用部における前記２本の光導波路間の距離が、前記高周波電気信号用相互作用部における前記２本の光導波路間の距離よりも狭いことを特徴としている。
【００２４】
上記課題を解決するために、本発明の請求項６の光変調器は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器において、前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなり、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路に前記高周波電気信号用相互作用部と前記バイス用相互作用部を備えるとともに、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路に前記バイス用相互作用部を備えることを特徴としている。
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明の請求項７の光変調器は、請求項６に記載の光変調器において、前記バイアス用相互作用部が形成されたペアレントマッハツェンダ光導波路における２本の光導波路間の距離が、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路のうちの第１のチャイルドマッハツェンダ光導波路における２本の光導波路の中間線と、前記第１のチャイルドマッハツェンダ光導波路と隣接する第２のチャイルドマッハツェンダ光導波路における２本の光導波路の中間線との距離よりも狭いことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、ＤＣバイアス用相互作用部において、第２の従来技術では必要であったＤＣバイアス用電極を廃止し、かつ光導波路の上方に形成したＤＣバイアス用電極同士が電気的に結合するように光導波路を近づけることによって、第１の従来技術よりも高い効率の屈折率変化を実現でき、かつ第２の従来技術において問題となっていたパターニングの困難性、ＤＣバイアス電極９ａと９ｂ間でのショート、あるいはＥＳＤによる電気的な破壊という問題を解決できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の光変調器における第１の実施形態の模式的な上面図
【図２】本発明の第１実施形態を表す図１のＣ−Ｃ´線における断面図
【図３】本発明の光変調器における第２の実施形態の模式的な上面図
【図４】本発明の光変調器における第３の実施形態の模式的な上面図
【図５】本発明の光変調器における第４の実施形態の模式的な上面図
【図６】本発明の第４実施形態を表す図５のＦ−Ｆ´線における断面図
【図７】本発明の光変調器における第５の実施形態の模式的な上面図
【図８】第１の従来技術の模式的な上面図
【図９】第１の従来技術を表す図８のＡ−Ａ´線における断面図
【図１０】第２の従来技術の模式的な上面図
【図１１】第２の従来技術を表す図１０のＢ−Ｂ´線における断面図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図８から図１１に示した従来の実施形態と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を省略する。
【００２９】
（第１の実施形態）
図１に本発明における第１の実施形態の概略上面図を示す。本実施形態は高周波電気信号用相互作用部５とＤＣバイアス用相互作用部６´´とから構成される。高周波電気信号用相互作用部５は図８や図１０に示した第１の従来技術、及び第２の従来技術と同じく２電極型の進行波電極４を有している。図２は図１のＣ−Ｃ´における断面図である。ここで、光導波路３ａ´の上方にはＤＣバイアス電極１１ｂが、光導波路３ｂ´の上方にはＤＣバイアス電極１１ａが形成されている。
【００３０】
図２からわかるように、第１の実施形態では、高周波電気信号用相互作用部５における２本のアーム間の距離に対し、ＤＣバイアス用相互作用部６´´における当該距離が狭く構成されている。この構成は、第１の従来技術や第２の従来技術と比較して、ＤＣバイアス用相互作用部６´´における光導波路３ａ´と３ｂ´の間の距離Ｓが充分小さい。その結果、ＤＣバイアス電極１１ｂから発せられた電気力線１２ａと１２ｃは各々２つの（両隣の）ＤＣバイアス電極１１ａへ達している。従って、光導波路３ａ´の上方のＤＣバイアス電極１１ｂについては、ＤＣバイアス電極１１ｂを中心導体とするＣＰＷ構造となっており、光導波路３ｂ´の上方のＤＣバイアス電極１１ａについては、ＤＣバイアス電極１１ａを中心導体とするＣＰＷ構造となっている。
【００３１】
なお、光導波路３ａ´の上方にあるＤＣバイアス電極１１ｂはＤＣバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ左側近傍にあるＤＣバイアス電極１１ａは側置導体（側置電極）である。並んだ右側近傍に側置導体は存在しない。一方、光導波路３ｂ´の上方にあるＤＣバイアス電極１１ａはＤＣバイアス用相互作用部６における中心導体（中心電極）、その並んだ右側近傍にあるＤＣバイアス電極１１ｂは側置導体（側置電極）である。並んだ左側近傍に側置導体は存在しない。
【００３２】
つまり、本発明では第２の従来技術と異なり、光導波路３ａ´と３ｂ´の間の距離Ｓが小さくなってもそれらの間に側置導体は存在しないので、第２の従来技術において問題となっていたＤＣバイアス電極のパターニングの困難性、電気的ショート、あるいはＥＳＤによる電極破壊の問題を解決できるという利点がある。
【００３３】
ここで、本発明では光導波路３ａ´の上方のＤＣバイアス電極１１ｂと光導波路３ｂ´の上方の１１ａとの間の距離Ｇ２と、光導波路３ａ´の上方のＤＣバイアス電極１１ｂとその側置電極１１ａの間の距離Ｇ１との距離の比、あるいはこの距離Ｇ２と、光導波路３ｂ´の上方のＤＣバイアス電極１１ａとその側置電極１１ｂとの間の距離Ｇ３との距離の比が重要である。つまり、これらの比が略５倍以下、好適には３倍以下であることが望ましい。あるいは２倍以下、特に同程度であると著しい効果がある。
【００３４】
本発明において重要な点は、ＤＣバイアス用相互作用光導波路３ａ´と３ｂ´の上方にあるＤＣバイアス電極１１ａと１１ｂが互いに電気力線的に結合できることである。
【００３５】
（第２の実施形態）
図３は本発明を単電極型のＬＮ光変調器に適用した第２の実施形態についての概略上面図である。本実施形態は、高周波電気信号用相互作用部５´とＤＣバイアス用相互作用部６´´から構成される。第１の実施形態とは、高周波電気信号用相互作用部５´の構成が異なっている。
【００３６】
高周波電気信号用相互作用部５´は、高周波電気信号用相互作用光導波路３ａの上方に形成された中心導体４ａ´と、その両側に並んで形成された接地導体４ｃ´、４ｄ´とから構成された、単電極構造となっている。本実施形態においても、本発明は有効に効果を発揮できる。
【００３７】
（第３の実施形態）
図４は本発明をＤＱＰＳＫ型のＬＮ光変調器に適用した第３の実施形態についての概略上面図である。本実施形態は、高周波電気信号用相互作用部５´´とＤＣバイアス用相互作用部６´´´、ＤＣバイアス用相互作用部６´´とから構成され、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上に２つのチャイルドマッハツェンダ光導波路（３０ａと３０ａ´および３０ｂと３０ｂ´の各組合せ）をそれぞれ有するネスト型光導波路となっている。
【００３８】
６´´´はチャイルドマッハツェンダ用のＤＣバイアス用相互作用部であり、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは高周波電気信号用相互作用光導波路３０ａ、３０ａ´、３０ｂ、３０ｂ´の上方に形成されたＤＣバイアス電極である。６´´はペアレントマッハツェンダ用のＤＣバイアス用相互作用部であり、第１の実施形態と同様である。なお、説明を簡単にするために単電極型に必要となる分極反転構造や進行波電極は省略して描いている。
【００３９】
この実施形態においては、バイアス用相互作用部６´´が形成されたペアレントマッハツェンダ光導波路における２本の光導波路３ａ´と３ｂ´との距離が、チャイルドマッハツェンダ光導波路３０ａ、３０ａ´の中間線と、隣接するチャイルドマッハツェンダ光導波路３０ｂ、３０ｂ´の中間線との距離Ｌよりも狭く構成されている。もちろん、本発明はこの構成に限定されるものではない。
【００４０】
ＤＱＰＳＫ型のＬＮ変調器におけるチャイルドマッハツェンダに形成する進行波電極としては２電極型でもよいことは言うまでもない。本実施形態においても、本発明は有効に効果を発揮できる。
【００４１】
（第４の実施形態）
図５は本発明を単電極型のＬＮ光変調器に適用した第４の実施形態についての概略上面図である。本実施形態は、高周波電気信号用相互作用部５´とＤＣバイアス用相互作用部６´´´から構成される。第２の実施形態とは、ＤＣバイアス用相互作用部６´´´の構成が異なっている。
【００４２】
本実施形態は、ＤＣバイアス用相互作用部６´´のＤＣバイアス電極１４ａ、１４ｂの構成として、光導波路３ａ´についてはＣＰＷ構造としたが、光導波路３ｂ´についてはＡＣＰＳ構造としている。図６は図５のＦ−Ｆ´における断面図である。１５ａ、１５ｂは電気力線を表している。光導波路３ａ´、３ｂ´の両方についてＣＰＷ構造とする第１の実施形態に比べてＤＣバイアス電圧の低減効果は少し劣化するものの、ＤＣバイアスを低減できるという本発明の効果を実現できる。
【００４３】
（第５の実施形態）
図７は本発明の第５の実施形態についての概略上面図である。本実施形態は、高周波電気信号用相互作用部５´´´とＤＣバイアス用相互作用部６´´から構成される。本実施形態は、高周波電気信号用相互作用部５´´´における２本の光導波路３ａ、３ｂよりもＤＣバイアス用相互作用部６´´における２本の光導波路３ａ、３ｂの間隔を狭くしている。これにより、高周波電気信号用相互作用部５´´´とＤＣバイアス用相互作用部６´´を独立に設計できるので、ＤＣバイアス電圧をより低減できるという利点がある。
【００４４】
（各実施形態について）
以上の実施形態ではプレーナ構造について説明してきたが、リッジ構造でも良いことはいうまでもない。
【００４５】
また、高周波電気信号用相互作用部における２本の光導波路間の距離と、ＤＣバイアス用相互作用部における２本の光導波路間の距離とが、同一であっても、相違していてもよい。
【００４６】
また、進行波電極としてはＣＰＷ電極を例にとり説明したが、非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）や対称コプレーナストリップ（ＣＰＳ）などの各種進行波電極、あるいは集中定数型の電極でも良いことは言うまでもない。また、マッハツェンダ干渉系が１つ及び２つの場合について説明したが、ＤＰ−ＱＰＳＫを含めさらに多くのマッハツェンダ干渉系を有する複雑なネスト構造にも適用可能である。
【００４７】
また、上記においては高周波電気信号用相互作用部に分極反転を含まない図面で説明したが、高周波電気信号用相互作用部に分極反転を含むか含まないかはＤＣバイアス用相互作用部についての議論とは本質的に関連しないので、分極反転を含んでいても良いことはいうまでもない。
【００４８】
また、ＬＮ基板のみでなく、リチウムタンタレートや半導体などその他の基板でも良いことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４９】
１：ｚ−カットＬＮ基板
２：ＳｉＯ２バッファ層
３：光導波路
３ａ、３ｂ、３０ａ、３０ａ´、３０ｂ、３０ｂ´：高周波電気信号用相互作用部の光導波路
３ａ´、３ｂ´：ＤＣバイアス用相互作用部の光導波路
４、４´：進行波電極
４ａ、４ａ´、４ｂ：進行波電極の中心導体
４ｃ、４ｃ´、４ｄ、４ｄ´、４ｅ：進行波電極の接地導体
５、５´、５´´、５´´´：高周波電気信号用相互作用部
６、６´、６´´、６´´´：ＤＣバイアス用相互作用部
７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂ、１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１４ａ、１４ｂ：ＤＣバイアス電極
８ａ、８ｂ、１０ａ、１０ｂ，１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１５ａ、１５ｂ：電気力線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための少なくとも２本の光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するバイアス電極とを有し、
前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号が印加されることにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備する光変調器において、
前記バイアス電極は、
前記バイアス用相互作用部の前記２本の光導波路の一方の上方に形成された第１バイアス電極と、
前記バイアス用相互作用部の前記２本の光導波路の他方の上方に形成された第２バイアス電極と、
前記第２バイアス電極の一部であって、前記第１バイアス電極を間に挟んで当該第２バイアス電極の反対側に形成された側置電極とを含んでなり、
前記第１バイアス電極、前記第２バイアス電極、及び前記側置電極は、前記第１バイアス電極から発せられた電気力線が前記第２バイアス電極および前記側置電極に結合するＣＰＷ構造を成していることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記バイアス電極は、前記第１バイアス電極の一部であって、前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極を間に挟んで前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極の反対側に形成された別の側置電極をさらに含み、
前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極、前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極、及び前記別の側置電極は、当該第１バイアス電極および当該別の側置電極から発せられた電気力線が当該第２バイアス電極に結合するＣＰＷ構造を成していることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記バイアス用相互作用部における前記２本の光導波路の中心線間距離が、
前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極のエッジと前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極のエッジとの距離および前記側置電極のエッジとの距離の５倍以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記バイアス用相互作用部における前記２本の光導波路の中心線間距離が、
前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極のエッジと前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極のエッジとの距離および前記別の側置電極のエッジとの距離の５倍以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の光変調器。
【請求項５】
前記バイアス用相互作用部における前記２本の光導波路間の距離が、前記高周波電気信号用相互作用部における前記２本の光導波路間の距離よりも狭いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項６】
前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなり、
前記チャイルドマッハツェンダ光導波路に前記高周波電気信号用相互作用部と前記バイス用相互作用部を備えるとともに、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路に前記バイス用相互作用部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記バイアス用相互作用部が形成されたペアレントマッハツェンダ光導波路における２本の光導波路間の距離が、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路のうちの第１のチャイルドマッハツェンダ光導波路における２本の光導波路の中間線と、前記第１のチャイルドマッハツェンダ光導波路と隣接する第２のチャイルドマッハツェンダ光導波路における２本の光導波路の中間線との距離よりも狭いことを特徴とする請求項６に記載の光変調器。
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための少なくとも２本の光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用の中心電極及び接地電極を有する進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するバイアス電極とを有し、
前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号が印加されることにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備する光変調器において、
前記バイアス電極は、
前記バイアス用相互作用部の前記２本の光導波路の一方の上方に形成された第１バイアス電極と、
前記バイアス用相互作用部の前記２本の光導波路の他方の上方に形成された第２バイアス電極と、
前記第２バイアス電極の一部であって、前記第１バイアス電極を間に挟んで当該第２バイアス電極の反対側に形成された側置電極とを含んでなり、
前記第１バイアス電極、前記第２バイアス電極、及び前記側置電極は、前記第１バイアス電極から発せられた電気力線が前記第２バイアス電極および前記側置電極に結合するＣＰＷ構造を成していることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記バイアス電極は、前記第１バイアス電極の一部であって、前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極を間に挟んで前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極の反対側に形成された別の側置電極をさらに含み、
前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極、前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極、及び前記別の側置電極は、当該第１バイアス電極および当該別の側置電極から発せられた電気力線が当該第２バイアス電極に結合するＣＰＷ構造を成していることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記バイアス用相互作用部における前記２本の光導波路の中心線間距離が、
前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極のエッジと前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極のエッジとの距離および前記側置電極のエッジとの距離の５倍以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記バイアス用相互作用部における前記２本の光導波路の中心線間距離が、
前記他方の光導波路上の前記第２バイアス電極のエッジと前記一方の光導波路上の前記第１バイアス電極のエッジとの距離および前記別の側置電極のエッジとの距離の５倍以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の光変調器。
【請求項５】
前記バイアス用相互作用部における前記２本の光導波路間の距離が、前記高周波電気信号用相互作用部における前記２本の光導波路間の距離よりも狭いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項６】
前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなり、
前記チャイルドマッハツェンダ光導波路に前記高周波電気信号用相互作用部と前記バイス用相互作用部を備えるとともに、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路に前記バイス用相互作用部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記バイアス用相互作用部が形成されたペアレントマッハツェンダ光導波路における２本の光導波路間の距離が、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路のうちの第１のチャイルドマッハツェンダ光導波路における２本の光導波路の中間線と、前記第１のチャイルドマッハツェンダ光導波路と隣接する第２のチャイルドマッハツェンダ光導波路における２本の光導波路の中間線との距離よりも狭いことを特徴とする請求項６に記載の光変調器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１４５８９４（Ｐ２０１２−１４５８９４Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６２１０（Ｐ２０１１−６２１０）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
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