(57)【要約】【課題】小型でＥＯ特性が良好であり、低電圧駆動が可能な電気光学素子を提供する。【解決手段】電気光学素子としての光変調器１００は、直線部１０ｅ１〜１０ｅ４と湾曲部１０ｆ１〜１０ｆ３から構成されたマッハツェンダー光導波路１０と、マッハツェンダー光導波路１０に沿って設けられた差動型ＲＦ信号電極７とを備え、マッハツェンダー光導波路１０の光入力ポート１０Ｐｉ及び光出力ポート１０Ｐｏは、直線部１０ｅ１〜１０ｅ４が延在する第１の方向の一端側に設けられており、差動型ＲＦ信号電極７は、直線部１０ｅ２及び１０ｅ３及び湾曲部１０ｆ２に設けられている。【選択図】図１
2020134876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線部と湾曲部から構成されたマッハツェンダー光導波路と、
前記マッハツェンダー光導波路に沿って設けられた差動型ＲＦ信号電極とを備え、
前記マッハツェンダー光導波路の光入力ポート及び光出力ポートは、前記直線部が延在する第１の方向の一端側に設けられており、
前記差動型ＲＦ信号電極は、前記直線部及び前記湾曲部に設けられていることを特徴とする電気光学素子。
【請求項２】
前記差動型ＲＦ信号電極のＲＦ信号入力ポートは、前記第１の方向の他端側に設けられている、請求項１に記載の電気光学素子。
【請求項３】
前記マッハツェンダー光導波路は、第１乃至第２ｍ＋２の直線部（但しｍは正の整数）と第１乃至第２ｍ＋１の湾曲部を有し、
前記差動型ＲＦ信号電極は、少なくとも前記マッハツェンダー光導波路の第２ｎの直線部（但しｎはｍ以下の正の整数）、第２ｎの湾曲部及び第２ｎ＋１の直線部に沿って連続的に設けられている、請求項１又は２に記載の電気光学素子。
【請求項４】
前記マッハツェンダー光導波路の合波部は、前記マッハツェンダー光導波路の第２ｎ＋１の直線部の端部に設けられている、請求項３に記載の電気光学素子。
【請求項５】
複数のマッハツェンダー光導波路は、互いに平行に設けられている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気光学素子。
【請求項６】
前記湾曲部は同心半円状に形成されている、請求項５に記載の電気光学素子。
【請求項７】
前記差動型ＲＦ信号電極の２本の信号電極間および両外側に接地電極が配置されない、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電気光学素子。
【請求項８】
前記マッハツェンダー光導波路は、基板上に形成されたニオブ酸リチウム膜により形成されたリッジ導波路である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信及び光計測分野において用いられる電気光学素子に関し、特に、マッハツェンダー型光変調器等の電気光学素子における光導波路及び電極のレイアウトに関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの普及に伴い通信量は飛躍的に増大しており、光ファイバ通信の重要性が非常に高まっている。光ファイバ通信は、電気信号を光信号に変換し、光信号を光ファイバにより伝送するものであり、広帯域、低損失、ノイズに強いという特徴を有する。
【０００３】
電気信号を光信号に変換する方式としては、半導体レーザによる直接変調方式と光変調器を用いた外部変調方式が知られている。直接変調は光変調器が不要で低コストであるが、高速変調には限界があり、高速で長距離の用途では外部変調方式が使われている。
【０００４】
光変調器は代表的な電気光学素子の一つであり、ニオブ酸リチウム単結晶基板の表面付近にＴｉ（チタン）拡散により光導波路を形成したマッハツェンダー型光変調器が実用化されている（例えば特許文献１参照）。マッハツェンダー型光変調器は、１つの光源から出た光を２つに分け、異なる経路を通過させた後、再び重ね合わせて干渉を起こさせるマッハツェンダー干渉計の構造を有する光導波路（マッハツェンダー光導波路）を用いるものであり、４０Ｇｂ／ｓ以上の高速の光変調器が商用化されているが、全長が１０ｃｍ前後と長いことが大きな欠点になっている。
【０００５】
これに対して、特許文献２及び３にはｃ軸配向のニオブ酸リチウム膜を用いたマッハツェンダー型光変調器が開示されている。ニオブ酸リチウム膜を用いた光変調器は、ニオブ酸リチウム単結晶基板を用いた光変調器と比較して、大幅な小型化及び低駆動電圧化が可能である。
【０００６】
特許文献２に記載された従来の光変調器３００の断面構造を図５（ａ）に示す。サファイア基板２１上にはニオブ酸リチウム膜による一対の光導波路２２ａ，２２ｂが形成され、光導波路２２ａ、２２ｂの上部にはバッファ層２３を介して信号電極２４ａ及び接地電極２４ｂがそれぞれ配置されている。この光変調器３００は１つの信号電極２４ａを有するいわゆるシングル駆動型であり、信号電極２４ａと接地電極２４ｂは対称構造なので、光導波路２２ａ，２２ｂに印加される電界は大きさが等しく、符号が逆となっており、変調光の波長チャープが発生しない構造である。しかし、接地電極２４ｂの面積が狭いため、高周波で動作しないという問題がある。
【０００７】
特許文献３に記載された従来の光変調器４００の断面構造を図５（ｂ）に示す。ニオブ酸リチウム膜による一対の光導波路２２ａ，２２ｂの上部にはバッファ層２３を介して２つの信号電極２４ａ１，２４ａ２が配置されると共に、信号電極２４ａ１，２４ａ２と離間して３つの接地電極２４ｃ，２４ｄ，２４ｅが配置されている。２つの信号電極２４ａ１，２４ａ２に大きさが等しく符号が逆の電圧を加えることで、一対の光導波路２２ａ，２２ｂに印加される電界は大きさが等しく、符号が逆となり、変調光の波長チャープは発生しない。また、一対の光導波路２２ａ，２２ｂに加える電圧を調整することで、チャープ量を調整可能という特徴を有している。さらに左右の接地電極２４ｃ，２４ｄの面積が十分に確保されているので、高周波で動作可能な構造である。しかしながら、この光変調器４００は２つの信号電極２４ａ１，２４ａ２を有するデュアル駆動型であるため、電極構造が複雑になる。
【０００８】
光変調器を小型化するためには、図６に示すように光導波路２２ａ，２２ｂを折り返し構造にする必要があり、光の進行方向を１８０度方向転換する湾曲部２２ｆを設けることが不可欠である。この場合、ＲＦ信号電極２４ａ１，２４ａ２は光導波路の直線部２２ｅに沿って配置されることが通例である。特許文献４には、光導波路が直線部と湾曲部とを有し、湾曲部にも信号電極が形成されたシングル駆動型の光変調器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４４８５２１８号公報
【特許文献２】特開２００６−１９５３８３号公報
【特許文献３】特開２０１４−６３４８号公報
【特許文献４】国際公開第２０１７／１８３４８４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
駆動電圧を低くするためにはＲＦ信号電極２４ａ１，２４ａ２を長くする必要がある。しかし、駆動電圧を低くするために光導波路２２の直線部２２ｅを長くした場合、たとえ光導波路の折り返し構造を採用しても小型化の要求に応えることができないという問題がある。
【００１１】
特許文献４に記載された光変調器は、光導波路の湾曲部にも信号電極が形成されているため、信号電極を長くすることができる。しかし、シングル駆動型電極を湾曲部に形成した場合、ＥＯ特性（電気光学特性）にリップルが出現しやすいという問題がある。
【００１２】
したがって、本発明は、小型でＥＯ特性が良好であり、低電圧駆動が可能な電気光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明による電気光学素子は、直線部と湾曲部から構成されたマッハツェンダー光導波路と、前記マッハツェンダー光導波路に沿って設けられた差動型ＲＦ信号電極とを備え、前記マッハツェンダー光導波路の光入力ポート及び光出力ポートは、前記直線部が延在する第１の方向の一端側に設けられており、前記差動型ＲＦ信号電極は、前記直線部及び前記湾曲部に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、差動型ＲＦ信号電極を光導波路の直線部のみならず湾曲部に沿ってできるだけ長く形成して駆動電圧を低くすることができる。また、光導波路の折り返し構造により電気光学素子の小型化が可能であり、低駆動電圧と小型化の両立が可能である。さらに、差動型ＲＦ信号電極を用いているので、湾曲部に信号電極を配置することによるＥＯ特性におけるリップルの発生を抑制することができる。
【００１５】
本発明において、前記差動型ＲＦ信号電極のＲＦ信号入力ポートは、前記第１の方向の他端側に設けられていることが好ましい。この場合、前記差動型ＲＦ信号電極のＲＦ信号出力ポートは、前記第１の方向と直交する第２の方向の一端側に設けられていることが好ましい。この構成によれば、光入出力ポートと反対側にＲＦ信号入力ポートを設けているので、ＲＦ信号入力ポートを光入出力ポートから十分に遠ざけて両者を分離することでき、電気光学素子の接続作業や設置作業を容易にすることができる。
【００１６】
本発明において、前記マッハツェンダー光導波路は、第１乃至第２ｍ＋２の直線部（但しｍは正の整数）と第１乃至第２ｍ＋１の湾曲部を有し、前記差動型ＲＦ信号電極は、少なくとも前記マッハツェンダー光導波路の第２ｎ直線部（但しｎはｍ以下の正の整数）、第２ｎの湾曲部及び第２ｎ＋１の直線部に沿って連続的に設けられていることが好ましい。この構成によれば、光入力ポートと光出力ポートを同じ方向に配置することができ、ＲＦ信号入出力ポートを光入出力ポートと反対側に設けることができる。したがって、ＲＦ信号入力ポートを光入出力ポートから遠ざけて設けることでき、入出力ポートの密集を回避して電気光学素子の接続作業や設置作業を容易にすることができる。またＲＦ信号電極を光入力ポート側から数えて光導波路の偶数番目の湾曲部に配置することにより、直線電極部の延長線上にＲＦ信号入力ポートを配置することができ、差動型ＲＦ信号電極からＲＦ信号入力ポートまでの引き出し電極の距離をできるだけ短くすることができる。
【００１７】
本発明において、前記マッハツェンダー光導波路の合波部は、前記マッハツェンダー光導波路の第２ｍ＋１の直線部の端部に設けられていることが好ましい。この構成によれば、複数本の光導波路を効率的に配列して電気光学素子を小型化することができる。
【００１８】
複数の前記光変調素子を備え、各光変調素子の前記マッハツェンダー光導波路は、互いに平行に設けられていることが好ましい。これによれば、複数の素子を効率的に配列することができる。したがって、小型でＥＯ特性が良好であり、低電圧駆動が可能なマルチチャンネルの電気光学素子を構成することができる。
【００１９】
前記湾曲部は同心半円状に形成されていることが好ましい。これにより、複数本の光導波路を効率的に配列して光変調素子の小型化を図ることができる。また、マッハツェンダー導波路のチャンネル間の導波路長さを等しくすることができる。したがって、直線部と湾曲部とで構成される小型でＥＯ特性が良好な電気光学素子を構成することができる。
【００２０】
前記差動型ＲＦ信号電極の信号電極間や両外側には接地電極が配置されていないことが好ましい。光変調素子の小型化によってＲＦ信号電極の近傍に配置された接地電極の面積を十分に確保できない場合には、接地電極がＥＯ特性に悪影響を及ぼし、特に湾曲部の近傍にそのような接地電極を設けた場合にはＥＯ特性の悪化が顕著である。しかし、ＲＦ信号電極の近傍に接地電極を設けなければＥＯ特性の悪化の問題がなく、小型でＥＯ特性が良好な電気光学素子を実現することができる。
【００２１】
前記マッハツェンダー光導波路は、基板上に形成されたニオブ酸リチウム膜により形成されたリッジ導波路であることが好ましい。電気光学素子のマッハツェンダー光導波路をニオブ酸リチウム膜により形成する場合、曲率が大きな光導波路を形成することができ、小型で高品質な電気光学素子を構成することが可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、小型でＥＯ特性が良好であり、低電圧駆動が可能な電気光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態による光変調器の構成を示す略平面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ'線に沿った光変調器の略断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施の形態による光変調器の構成を示す略平面図である。
【図４】図４は、図３のＡ−Ａ'線に沿った光変調器の略断面図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、従来の光変調器の構造を示す略断面図である。
【図６】図６は、従来の光変調器の他の構成を示す略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施の形態による光変調器の構成を示す略平面図である。
【００２６】
図１に示すように、この光変調器１００は、単一のマッハツェンダー光変調素子からなるものであって、基板１上に形成され、互いに平行に設けられた第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂを有するマッハツェンダー光導波路１０と、マッハツェンダー光導波路１０に沿って設けられた差動型ＲＦ信号電極７とを備えている。
【００２７】
マッハツェンダー光導波路１０は、マッハツェンダー干渉計の構造を有する光導波路であり、光入力ポート１０Ｐｉから光出力ポート１０Ｐｏに向かって順に、一本の光導波路からなる入力導波路１０ｉと、入力導波路１０ｉを２分岐させる分波部１０ｃと、分波部１０ｃから延びる第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂからなる平行導波路１０Ｌと、第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂを一本にまとめる合波部１０ｄと、合波部１０ｄから延びる一本の光導波路からなる出力導波路１０ｏとを有している。入力導波路１０ｉから分岐した第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂは、合波部１０ｄによって再び一本の光導波路に合成される。入力光Ｓｉは、分波部１０ｃで分波されて第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂをそれぞれ進行した後、合波部１０ｄで合波され、出力導波路１０ｏから変調光Ｓｏとして出力される。
【００２８】
本実施形態によるマッハツェンダー光導波路１０は、直線部と湾曲部との組み合わせにより構成されている。具体的には、マッハツェンダー光導波路１０は、互いに並行に配置された第１乃至第４の直線部１０ｅ１，１０ｅ２，１０ｅ３，１０ｅ４と、第１の直線部１０ｅ１と第２の直線部１０ｅ２とをつなぐ第１の湾曲部１０ｆ１と、第２の直線部１０ｅ２と第３の直線部１０ｅ３とをつなぐ第２の湾曲部１０ｆ２と、第３の直線部１０ｅ３と第４の直線部１０ｅ４とをつなぐ第３の湾曲部１０ｆ３とを有している。第１〜第３の湾曲部１０ｆ１、１０ｆ２、１０ｆ３は、光導波路の進行方向を１８０度方向転換するため、同心半円状に形成されている。
【００２９】
本実施形態において、第１の直線部１０ｅ１は、入力導波路１０ｉ及び平行導波路１０Ｌによって構成されている。また第１の湾曲部１０ｆ１、第２の直線部１０ｅ２、第２の湾曲部１０ｆ２及び第３の直線部１０ｅ３は、平行導波路１０Ｌによって構成されている。第３の湾曲部１０ｆ３及び第４の直線部１０ｅ４は、一本の光導波路からなる出力導波路１０ｏによって構成されている。
【００３０】
マッハツェンダー光導波路１０の第１〜第４の直線部１０ｅ１〜１０ｅ４は基板１の長手方向（Ｙ方向）に延びており、光入力ポート１０Ｐｉ及び光出力ポート１０Ｐｏは基板１の長手方向の一端側に設けられている。すなわち、光入力ポート１０Ｐｉ及び光出力ポート１０Ｐｏは、第１〜第４の直線部１０ｅ１〜１０ｅ４が延在するＹ方向（第１の方向）の一端側に設けられている。
【００３１】
以上の構成において、光入力ポート１０Ｐｉに入力された入力光Ｓｉは、第１の直線部１０ｅ１の一端に入力され、第１の直線部１０ｅ１の一端から他端に向かって進行し、第１の湾曲部１０ｆ１で折り返して第２の直線部１０ｅ２の一端から他端に向かって第１の直線部１０ｅ１とは逆方向に進行し、さらに第２の湾曲部１０ｆ２で折り返して第３の直線部１０ｅ３の一端から他端に向かって第１の直線部１０ｅ１と同じ方向に進行する。その後、第３の湾曲部１０ｆ３で折り返して第４の直線部１０ｅ４の一端から他端に向かって第２の直線部１０ｅ２と同じ方向に進行する。出力光Ｓｏは、光出力ポート１０Ｐｏから出力される。
【００３２】
差動型ＲＦ信号電極７は、第１の光導波路１０ａに沿って設けられた第１の信号電極７ａと、第２の光導波路１０ｂに沿って設けられた第２の信号電極７ｂとを備えている。第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂは第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂと平面視で重なる位置に設けられている。第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの一端はＲＦ信号入力ポート７Ｐｉであり、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの他端（ＲＦ信号出力ポート）は終端抵抗１２を介して相互に接続されている。これにより、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂは、差動のコプレーナ型進行波電極として機能し、第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂと共にマッハツェンダー光変調素子の相互作用部を構成している。
【００３３】
第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂの平面形状に合わせて、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂも直線部と曲線部との組み合わせにより構成されている。具体的には、信号電極７ａ，７ｂは、第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂの第２の直線部１０ｅ２に沿った第１の直線電極部７ｅ１と、第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂの第２の湾曲部１０ｆ２に沿った第１の湾曲電極部７ｆ１と、第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂの第３の直線部１０ｅ３に沿った第２の直線電極部７ｅ２とを有している。
【００３４】
第１の直線電極部７ｅ１の一端は、基板１の長手方向（Ｙ方向）の他端まで引き出されて一対のＲＦ信号入力ポート７Ｐｉを構成している。すなわち、ＲＦ信号入力ポート７Ｐｉは、光導波路の第２の直線部１０ｅ２に沿った信号電極の第１の直線電極部７ｅ１の延長線上に配置されている。第１の直線電極部７ｅ１の他端は、第１の湾曲電極部７ｆ１を介して第２の直線電極部７ｅ２の一端に接続されており、第２の直線電極部７ｅ２の他端（ＲＦ信号出力ポート）は基板１の長手方向と直交するＸ方向（第２の方向）の一端側に引き出されて終端抵抗１２に接続されている。
【００３５】
以上の電極レイアウトは、マッハツェンダー光導波路１０が第１〜第２ｍ＋２の直線部と第１〜第２ｍ＋１の湾曲部を備え、マッハツェンダー光導波路１０の第２ｎの直線部、第２ｎの湾曲部及び第２ｎ＋１の直線部に沿って差動型ＲＦ信号電極７を設けることを意味する。ただし、ｍ、ｎ、は正の整数であり、ｍ≧ｎである。図１の電極レイアウトはｍ＝ｎ＝１の場合である。この場合、合波部１０ｄは、第２ｍ＋１の直線部の出力側の端部に設けられることが好ましく、第２ｍ＋１の湾曲部及び第２ｍ＋２の直線部は、一本の光導波路からなる出力導波路１０ｏであることが好ましい。
【００３６】
例えばｍ＝２とする場合、マッハツェンダー光導波路１０は第１〜第６の直線部（１０ｅ１〜１０ｅ６）と第１〜第５の湾曲部（１０ｆ１〜１０ｆ５）を有する。そして、ｎ＝１とする場合、差動型ＲＦ信号電極７は、第２の直線部、第２の湾曲部及び第３の直線部に沿って設けられる。またｎ＝２とする場合、差動型ＲＦ信号電極７は、第４の直線部、第４の湾曲部及び第５の直線部に沿って設けられる。さらにまた、差動型ＲＦ信号電極７は、マッハツェンダー光導波路１０の第２の直線部から第５の直線部までの範囲内において連続的に設けることも可能である。
【００３７】
以上のように、本実施形態によるマッハツェンダー光導波路１０は、互いに平行な偶数本の直線部と、隣り合う直線部間をつなぐ曲線部とを組み合わせた折り返し構造を有しているので、素子長を短くして光変調器の小型化を図ることができる。また差動型ＲＦ信号電極７は、マッハツェンダー光導波路１０の直線部のみならず湾曲部にも設けられているので、ＲＦ信号電極７を光導波路に沿ってできるだけ長く確保して低駆動電圧化を図ることができる。さらに、ＲＦ信号電極７が差動型であることから、光導波路の湾曲部に沿ってＲＦ信号電極を設けたときに発生しやすいＥＯ特性のリップルを抑制することができる。
【００３８】
図示しないが、直流バイアス電圧（ＤＣバイアス）を印加するため、第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂと平面視で重なる位置には、一対のバイアス電極が設けられていてもよい。一対のバイアス電極の一端はＤＣバイアスの入力ポートである。一対のバイアス電極の形成領域は、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの形成領域よりもマッハツェンダー光導波路１０の光入力ポート１０Ｐｉ側の第１の直線部１０ｅ１上に設けられてもよく。あるいは光出力ポート１０Ｐｏ側の第４の直線部１０ｅ４上に設けられてもよい。また、バイアス電極を省略し、ＤＣバイアスを予め重畳させた変調信号を第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂに入力することも可能である。
【００３９】
ＲＦ信号入力ポート７Ｐｉには、絶対値が同じで正負の異なる差動信号（変調信号）が入力される。第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂはニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料からなるので、第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂに与えられる電界によって第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂの屈折率がそれぞれ＋Δｎ、−Δｎのように変化し、一対の光導波路間の位相差が変化する。この位相差の変化により変調された信号光が光導波路の光出力ポート１０Ｐｏから出力される。
【００４０】
このように、本実施形態による光変調器１００は、一対の信号電極７ａ，７ｂで構成されたデュアル駆動型であるため、一対の光導波路に印加される電界の対称性を高めることができ、波長チャープを抑制することができる。
【００４１】
図２は、図１（ａ）及び（ｂ）のＡ−Ａ'線に沿った光変調器の略断面図である。
【００４２】
図２に示すように、本実施形態による光変調器１００は、基板１、導波層２、保護層３、バッファ層４、絶縁層５及び電極層６がこの順で積層された多層構造を有している。基板１は例えばサファイア基板であり、基板１の表面にはニオブ酸リチウムに代表される電気光学材料からなる導波層２が形成されている。導波層２はリッジ部２ｒからなる第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂを有している。第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂのリッジ幅Ｗ０は例えば１μｍとすることができる。
【００４３】
保護層３は第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂと平面視で重ならない領域に形成されている。保護層３は、導波層２の上面のうちリッジ部２ｒが形成されていない領域の全面を覆っており、リッジ部２ｒの側面も保護層３に覆われているので、リッジ部２ｒの側面の荒れによって生じる散乱損失を防ぐことができる。保護層３の厚さは導波層２のリッジ部２ｒの高さとほぼ同じである。保護層３の材料は特に限定されないが、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いることができる。
【００４４】
バッファ層４は、第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂ中を伝搬する光が後述する第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂに吸収されることを防ぐため、導波層２のリッジ部２ｒの上面に形成されるものである。バッファ層４は、導波層２よりも屈折率が小さく、透明性が高い材料からなることが好ましく、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＬａＡｌＯ３、ＬａＹＯ３、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３などを用いることができる。リッジ部２ｒの上面上のバッファ層４の厚さは０．２〜１μｍ程度であればよい。バッファ層４は絶縁層５よりも誘電率が高い材料からなることがより好ましいが、絶縁層５と同じ材料を用いることも可能である。本実施形態において、バッファ層４は、第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂの上面のみならず保護層３の上面を含む下地面の全面を覆っているが、第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂの上面付近だけを選択的に覆うようにパターニングされたものであってもよい。また保護層３を省略し、導波層２の全面にバッファ層４を直接形成してもよい。
【００４５】
バッファ層４の膜厚は、電極の光吸収を低減するためには厚いほど良く、光導波路に高い電界を印加するためには薄いほど良い。電極の光吸収と電極の印加電圧はトレードオフの関係にあるので、目的に応じて適切な膜厚を設定する必要がある。バッファ層４の誘電率は高い程、ＶπＬ（電界効率を表す指標）を低減できるので好ましく、バッファ層４の屈折率は低い程、バッファ層４を薄くできるので好ましい。通常、誘電率が高い材料は屈折率も高くなるので、両者のバランスを考慮して、誘電率が高く、かつ、屈折率が比較的低い材料を選定することが重要である。一例として、Ａｌ２Ｏ３は、比誘電率が約９、屈折率が約１．６であり、好ましい材料である。ＬａＡｌＯ３は、比誘電率が約１３、屈折率が約１．７であり、またＬａＹＯ３は、比誘電率が約１７、屈折率が約１．７であり、特に好ましい材料である。
【００４６】
絶縁層５は、進行波電極の下面に段差を形成するために設けられるものである。絶縁層５は誘電率が低い材料からなることが好ましく、例えばＳｉＯ２を用いることができる。絶縁層５の第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂと平面視で重なる領域には開口（スリット）が形成されており、バッファ層４の上面を露出させている。この開口内に電極層６の導電材料の一部が埋め込まれることにより、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの下面に段差が形成される。絶縁層５の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。絶縁層５の厚さが１μｍ以上であれば、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの下面に段差を設けたことによる効果を得ることができる。
【００４７】
第１の信号電極７ａと第２の信号電極７ｂとの間の電極分離領域の下方に存在する絶縁層５は除去されて、これによりバッファ層４の上面が露出していてもよい。第１の信号電極７ａと第２の信号電極７ｂとの間に存在する絶縁層５の少なくとも一部を除去することにより、進行波電極の実効屈折率を調整することができ、光の実効屈折率と一致させて速度整合を良好にすることができる。
【００４８】
電極層６には、第１の信号電極７ａ及び第２の信号電極７ｂが設けられている。第１の信号電極７ａは、第１の光導波路１０ａ内を進行する光を変調するために第１の光導波路１０ａに対応するリッジ部２ｒに重ねて設けられ、バッファ層４を介して第１の光導波路１０ａと対向している。第２の信号電極７ｂは、第２の光導波路１０ｂ内を進行する光を変調するために第２の光導波路１０ｂに対応するリッジ部２ｒに重ねて設けられ、バッファ層４を介して第２の光導波路１０ｂと対向している。
【００４９】
第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂを垂直に切断した図２に示す断面構造において、第１の光導波路１０ａと第２の光導波路１０ａとの中間点から見た電極構造は左右対称である。そのため、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂから第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂにそれぞれ印加される電界の大きさをできるだけ同じにして波長チャープを低減することができる。
【００５０】
電極層６には接地電極を設けてもよい。第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂを挟み込むように接地電極を設けた場合には、ＥＯ特性を向上させることができる。ただし、素子の小型化により接地電極の面積を十分に確保できない場合には、接地電極がＥＯ特性を悪化させる要因となることから、本実施形態のように接地電極を設けないことが好ましい。
【００５１】
導波層２は電気光学材料であれば特に限定されないが、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）からなることが好ましい。ニオブ酸リチウムは大きな電気光学定数を有し、光変調器等の光学デバイスの構成材料として好適だからである。以下、導波層２をニオブ酸リチウム膜とした場合の本実施形態の構成について詳しく説明する。
【００５２】
基板１としてはニオブ酸リチウム膜より屈折率が低いものであれば特に限定されないが、ニオブ酸リチウム膜をエピタキシャル膜として形成させることができる基板が好ましく、サファイア単結晶基板もしくはシリコン単結晶基板が好ましい。単結晶基板の結晶方位は特に限定されない。ニオブ酸リチウム膜はさまざまな結晶方位の単結晶基板に対して、ｃ軸配向のエピタキシャル膜として形成されやすいという性質を持っている。ｃ軸配向のニオブ酸リチウム膜は３回対称の対称性を有しているので、下地の単結晶基板も同じ対称性を有していることが望ましく、サファイア単結晶基板の場合はｃ面、シリコン単結晶基板の場合は（１１１）面の基板が好ましい。
【００５３】
ここで、エピタキシャル膜とは、下地の基板もしくは下地膜の結晶方位に対して、そろって配向している膜のことである。膜面内をＸ−Ｙ面とし、膜厚方向をＺ軸としたとき、結晶がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向にともにそろって配向しているものである。例えば、第１に２θ−θＸ線回折による配向位置でのピーク強度の確認と、第２に極点の確認を行うことで、エピタキシャル膜を証明できる。
【００５４】
具体的には、第１に２θ−θＸ線回折による測定を行ったとき、目的とする面以外の全てのピーク強度が目的とする面の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下である必要がある。例えば、ニオブ酸リチウムのｃ軸配向エピタキシャル膜では、（００Ｌ）面以外のピーク強度が、（００Ｌ）面の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下である。（００Ｌ）は、（００１）や（００２）などの等価な面を総称する表示である。
【００５５】
第２に、極点測定において、極点が見えることが必要である。前述の第１の配向位置でのピーク強度の確認の条件においては、一方向における配向性を示しているのみであり、前述の第１の条件を得たとしても、面内において結晶配向がそろっていない場合には、特定角度位置でＸ線の強度が高まることはなく、極点は見られない。ＬｉＮｂＯ３は三方晶系の結晶構造であるため、単結晶におけるＬｉＮｂＯ３（０１４）の極点は３つとなる。ニオブ酸リチウム膜の場合、ｃ軸を中心に１８０°回転させた結晶が対称的に結合した、いわゆる双晶の状態にてエピタキシャル成長することが知られている。この場合、３つの極点が対称的に２つ結合した状態になるため、極点は６つとなる。また、（１００）面のシリコン単結晶基板上にニオブ酸リチウム膜を形成した場合は、基板が４回対称となっているため、４×３＝１２個の極点が観測される。なお、本発明では、双晶の状態にてエピタキシャル成長したニオブ酸リチウム膜もエピタキシャル膜に含める。
【００５６】
ニオブ酸リチウム膜の組成はＬｉｘＮｂＡｙＯｚである。Ａは、Ｌｉ、Ｎｂ、Ｏ以外の元素を表している。ｘは０．５〜１．２であり、好ましくは、０．９〜１．０５である。ｙは、０〜０．５である。ｚは１．５〜４であり、好ましくは２．５〜３．５である。Ａの元素としては、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｃｅなどがあり、２種類以上の組み合わせでも良い。
【００５７】
ニオブ酸リチウム膜の膜厚は２μｍ以下であることが望ましい。膜厚が２μｍよりも厚くなると、高品質な膜を形成することが困難になるからである。一方、ニオブ酸リチウム膜の膜厚が薄すぎる場合は、ニオブ酸リチウム膜による光の閉じ込め効果が弱くなり、基板１やバッファ層４に光が漏れることになる。ニオブ酸リチウム膜に電界を印加しても、光導波路（１０ａ、１０ｂ）の実効屈折率の変化が小さくなるおそれがある。そのため、ニオブ酸リチウム膜は、使用する光の波長の１／１０程度以上の膜厚が望ましい。
【００５８】
ニオブ酸リチウム膜の形成方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法などの膜形成方法を利用するのが望ましい。ニオブ酸リチウムのｃ軸が基板１の主面に垂直に配向されており、ｃ軸に平行に電界を印加することで、電界に比例して光学屈折率が変化する。単結晶基板としてサファイアを用いる場合は、サファイア単結晶基板上に直接、ニオブ酸リチウム膜をエピタキシャル成長させることができる。単結晶基板としてシリコンを用いる場合は、クラッド層（図示せず）を介して、ニオブ酸リチウム膜をエピタキシャル成長により形成する。クラッド層（図示せず）としては、ニオブ酸リチウム膜より屈折率が低く、エピタキシャル成長に適したものを用いる。例えば、クラッド層（図示せず）としてＹ２Ｏ３を用いると、高品質のニオブ酸リチウム膜を形成できる。
【００５９】
なお、ニオブ酸リチウム膜の形成方法として、ニオブ酸リチウム単結晶基板を薄く研磨したりスライスしたりする方法も知られている。この方法は、単結晶と同じ特性が得られるという利点があり、本発明に適用することが可能である。
【００６０】
第１の信号電極７ａは二層構造であり、電極層６に形成された上層部７ａＨと、絶縁層５を貫通する開口（第１の開口）内に埋め込まれた下層部７ａＬとを有している。第１の信号電極７ａの下層部７ａＬは、第１の信号電極７ａの上層部７ａＨの第２の信号電極７ｂ寄りの端部に設けられている。そのため、第１の信号電極７ａの下層部７ａＬの下面（第１の下面）ＳａＬは、上層部７ａＨの下面（第２の下面）ＳａＨよりも第２の信号電極７ｂ寄りに設けられている。このような略Ｌ字状の断面構造により、第１の信号電極７ａの第１の下面ＳａＬは、第１の光導波路１０ａの上方においてバッファ層４の上面に接しており、バッファ層４を介して第１の光導波路１０ａを覆っている。第１の信号電極７ａの第２の下面ＳａＨは、第１の下面ＳａＬよりも上方に位置しており、バッファ層４には接していない。
【００６１】
第１の信号電極７ａの下層部７ａＬの幅（第１の下面ＳａＬの幅）ＷａＬは、上層部７ａＨの幅（第１の信号電極７ａの全幅）Ｗ７ａよりも狭い。下層部７ａＬは、第１の光導波路１０ａと平面視で重なる領域付近にのみ形成され、それ以外の領域には形成されない。そのため、第１の信号電極７ａの第１の下面ＳａＬの幅ＷａＬは、第１の光導波路１０ａのリッジ幅Ｗ０よりも少し広い程度である。第１の信号電極７ａからの電界を第１の光導波路１０ａに集中させるためには、第１の信号電極７ａの第１の下面ＳａＬの幅ＷａＬは、第１の光導波路１０ａのリッジ幅Ｗ０の１．１〜１５倍であることが好ましく、１．５〜１０倍であることがより好ましい。第１の信号電極７ａの上層部７ａＨの断面積を十分に確保するため、第２の下面ＳａＨの幅ＷａＨは、第１の下面ＳａＬの幅ＷａＬよりも広いことが好ましい。
【００６２】
第２の信号電極７ｂも二層構造であり、電極層６に形成された上層部７ｂＨと、絶縁層５を貫通する開口（第２の開口）内に埋め込まれた下層部７ｂＬとを有している。第２の信号電極７ｂの下層部７ｂＬは、第２の信号電極７ｂの上層部７ｂＨの第１の信号電極７ａ寄りの端部に設けられている。そのため、第２の信号電極７ｂの下層部７ｂＬの下面（第１の下面）ＳｂＬは、上層部７ｂＨの下面（第２の下面）ＳｂＨよりも第１の信号電極７ａ寄りに設けられている。このような略Ｌ字状の断面構造により、第２の信号電極７ｂの第１の下面ＳｂＬは、第２の光導波路１０ｂの上方においてバッファ層４の上面に接しており、バッファ層４を介して第２の光導波路１０ｂを覆っている。第２の信号電極７ｂの第２の下面ＳｂＨは、第１の下面ＳｂＬよりも上方に位置しており、バッファ層４には接していない。
【００６３】
第２の信号電極７ｂの下層部７ｂＬの幅（第１の下面ＳｂＬの幅）ＷｂＬは、上層部７ｂＨの幅（第２の信号電極７ｂの全幅）Ｗ７ｂよりも狭い。下層部７ｂＬは、第２の光導波路１０ｂと平面視で重なる領域付近にのみ形成され、それ以外の領域には形成されない。そのため、第２の信号電極７ｂの第１の下面ＳｂＬの幅ＷｂＬは、第２の光導波路１０ｂのリッジ幅Ｗ０よりも少し広い程度である。第２の信号電極７ｂからの電界を第２の光導波路１０ｂに集中させるためには、第２の信号電極７ｂの第１の下面ＳｂＬの幅ＷｂＬは、第２の光導波路１０ｂのリッジ幅Ｗ０の１．１〜１５倍であることが好ましく、１．５〜１０倍であることがより好ましい。第２の信号電極７ｂの上層部７ｂＨの断面積を十分に確保するため、第２の下面ＳｂＨの幅ＷｂＨは、第１の下面ＳｂＬの幅ＷｂＬよりも広いことが好ましい。
【００６４】
上記のように、電極構造は左右対称であり、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの全幅Ｗ７ａ，Ｗ７ｂは互いに等しく、下層部７ａＬ，７ｂＬの下面ＳａＬ，ＳｂＬの幅ＷａＬ，ＷｂＬも互いに等しく、上層部７ａＨ，７ｂＨの下面ＳａＨ，ＳｂＨの幅ＷａＨ，ＷｂＨも等しい。
【００６５】
第１の信号電極７ａの下層部７ａＬの内側側面の位置は、第１の信号電極７ａの上層部７ａＨの内側側面の位置と揃っており、第１の上層部７ａＨの幅は第１の下層部７ａＬから第２の信号電極７ｂと反対方向に広がっているので、第１の信号電極７ａの断面形状は略Ｌ字状である。第２の信号電極７ｂの下層部７ｂＬの内側側面の位置は、第２の信号電極７ｂの上層部７ｂＨの内側側面の位置と揃っており、第２の上層部７ｂＨの幅は第２の下層部７ｂＬから第１の信号電極７ａと反対方向に広がっているので、第２の信号電極７ｂの断面形状もまた略Ｌ字状である。したがって、下層部７ａＬと下層部７ｂＬとの間の間隔と上層部７ａＨと上層部７ｂＨとの間の間隔は等しく、両者は共に間隔Ｇ０である。なお２つの電極の間隔とは、Ｘ方向における両者の最短距離のことを言う。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態による光変調器１００は、光導波路の折り返し構造により素子の小型化が可能である。光変調器では素子長が長いことが実用上の大きな課題となっているが、図示のように光導波路を折り返すことで素子長を大幅に短くでき、小型化に対する顕著な効果が得られる。特に、ニオブ酸リチウム膜により形成された光導波路は、湾曲部の曲率半径を例えば５０μｍ程度まで小さくしても損失が小さいという特徴があり、本実施形態に適している。
【００６７】
また、差動型ＲＦ信号電極７はマッハツェンダー光導波路１０の直線部のみならず湾曲部に沿って配置されているので、ＲＦ信号電極７をマッハツェンダー光導波路１０に沿ってできるだけ長く連続的に形成することができる。したがって、駆動電圧を低くすることができ、光変調器の小型化と低駆動電圧の両立が可能である。さらに、ＲＦ信号電極７が差動型であるため、マッハツェンダー光導波路１０の湾曲部に沿ってＲＦ信号電極７を配置した場合に特に問題となるＥＯ特性におけるリップルの発生を抑制することができる。
【００６８】
また、本実施形態による光変調器１００は、差動型ＲＦ信号電極７が光入力ポート１０Ｐｉ側から数えてマッハツェンダー光導波路１０の偶数番目の湾曲部に配置されているので、偶数番目の直線電極部の延長線上にＲＦ信号入力ポート７Ｐｉを配置することができ、差動型ＲＦ信号電極７からＲＦ信号入力ポート７Ｐｉまでの引き出し電極の距離をできるだけ短くすることができる。また、光入力ポート１０Ｐｉ及び光出力ポート１０Ｐｏと反対側にＲＦ信号入力ポート７Ｐｉを設けているので、ＲＦ信号入力ポート７Ｐｉを光入出力ポート１０Ｐｉ，１０Ｐｏから遠ざけて設けることでき、入出力ポートの密集を回避して光変調器１００の接続作業や設置作業を容易にすることができる。
【００６９】
さらにまた、本実施形態による光変調器１００は、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂを二層構造とし、下層部７ａＬ，７ｂＬの下面ＳａＬ，ＳｂＬの幅ＷａＬ，ＷｂＬが上層部７ａＨ，７ｂＨの電極幅（第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの最大幅）Ｗ７ａ，Ｗ７ｂよりも狭いので、第１及び第２の光導波路１０ｂに電界を集中させることができ、電界効率を向上させることができる。また、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの上層部７ａＨ，７ｂＨの電極幅Ｗ７ａ，Ｗ７ｂが、下層部７ａＬ，７ｂＬの下面ＳａＬ，ＳｂＬの幅ＷａＬ，ＷｂＬよりも広いので、信号電極の断面積を大きくすることができ、高周波における電極損失を低減することができる。したがって、高周波特性が良好であり、低電圧駆動が可能な光変調器を実現することができる。
【００７０】
図３は、本発明の第２の実施の形態による光変調器の構成を示す略平面図である。また、図４は、図３のＡ−Ａ'線に沿った光変調器の略断面図である。
【００７１】
図３及び図４に示すように、本実施形態による光変調器２００の特徴は、基板１上にマッハツェンダー光変調素子の４つの相互作用部ＭＺ１〜ＭＺ４を並べた４チャンネルアレイ構造を有する点にある。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００７２】
一本の光導波路からなる入力導波路１０ｉは、三段の分波部１０ｃによって８分割されて４対の平行導波路１０Ｌ１，１０Ｌ２，１０Ｌ３，１０Ｌ４が形成される。すなわち、４つの相互作用部ＭＺ１〜ＭＺ４が構成される。光導波路の出力側では、４つの相互作用部ＭＺ１〜ＭＺ４それぞれの第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂの出力端が一段の合波部１０ｄを経て一本の出力導波路１０ｏ１〜１０ｏ４にそれぞれまとめられた後、チャンネルごとに引き出されて第１〜第４の光出力ポート１０Ｐｏ１〜１０Ｐｏ４にそれぞれ接続されている。各相互作用部ＭＺ１〜ＭＺ４のマッハツェンダー光導波路１０−１，１０−２，１０−３，１０−４は、互いに平行に設けられている。
【００７３】
本実施形態においても、マッハツェンダー光導波路１０−１〜１０−４の各々は、互いに並行に配置された第１乃至第４の直線部１０ｅ１，１０ｅ２，１０ｅ３，１０ｅ４と、第１の直線部１０ｅ１と第２の直線部１０ｅ２とを繋ぐ第１の湾曲部１０ｆ１と、第２の直線部１０ｅ２と第３の直線部１０ｅ３とを繋ぐ第２の湾曲部１０ｆ１と、第３の直線部１０ｅ３と第４の直線部１０ｅ４とを繋ぐ第３の湾曲部１０ｆ１とを有している。第１の直線部１０ｅ１は、入力導波路１０ｉ及び平行導波路１０Ｌ１〜１０Ｌ４により構成されている。第１の湾曲部１０ｆ１、第２の直線部１０ｅ２、第２の湾曲部１０ｆ２、及び第３の直線部１０ｅ３は、平行導波路１０Ｌ１〜１０Ｌ４及び合波部１０ｄにより構成されている。第３の湾曲部１０ｆ３及び第４の直線部１０ｅ１は、４つのマッハツェンダー光導波路１０−１〜１０−４に対応する４つの出力導波路１０ｏ１〜１０ｏ４により構成されている。
【００７４】
光入力ポート１０Ｐｉ及び光出力ポート１０Ｐｏ１〜１０Ｐｏ４は、光導波路の第１乃至第４の直線部１０ｅ１，１０ｅ２，１０ｅ３，１０ｅ４の延在方向（Ｙ方向）の一端側に設けられている。
【００７５】
本実施形態においても、差動型ＲＦ信号電極７はマッハツェンダー光導波路１０の直線部のみならず湾曲部に沿って配置されているので、ＲＦ信号電極７をマッハツェンダー光導波路１０に沿ってできるだけ長く連続的に形成することができる。したがって、駆動電圧を低くすることができ、光変調器の小型化と低駆動電圧の両立が可能である。さらに、ＲＦ信号電極７が差動型であるため、マッハツェンダー光導波路１０の湾曲部に沿ってＲＦ信号電極７を配置した場合に特に問題となるＥＯ特性におけるリップルの発生を抑制することができる。
【００７６】
また、差動型ＲＦ信号電極７は光入力ポート１０Ｐｉ側から数えてマッハツェンダー光導波路１０の偶数番目の湾曲部に配置されているので、偶数番目の直線電極部の延長線上にＲＦ信号入力ポート７Ｐｉ１〜７Ｐｉ４を配置することができ、差動型ＲＦ信号電極７からＲＦ信号入力ポート７Ｐｉまでの引き出し電極の距離を短くすることができる。また、光入力ポート１０Ｐｉ及び光出力ポート１０Ｐｏ１〜１０Ｐｏ４と反対側にＲＦ信号入力ポート７Ｐｉ１〜７Ｐｉ４を設けているので、ＲＦ信号入力ポート７Ｐｉ１〜７Ｐｉ４を光入出力ポート１０Ｐｉ，１０Ｐｏ１〜１０Ｐｏ４から遠ざけて設けることでき、入出力ポートの密集を回避して光変調器２００の接続作業や設置作業を容易にすることができる。
【００７７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００７８】
例えば、上記実施形態においては、基板１上にエピタキシャル成長させたニオブ酸リチウム膜によって形成された一対の光導波路１０ａ，１０ｂを有する光変調器を挙げたが、本発明はそのような構造に限定にされず、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛などの電気光学材料により光導波路を形成したものであってもよい。ただし、ニオブ酸リチウム膜によって形成された光導波路であれば光導波路の幅を狭く形成できるため、電界集中の問題が顕著であり、本発明の効果が大きい。また、導波層２として、電気光学効果を有する半導体材料、高分子材料などを用いてもよい。
【００７９】
また、本発明においては第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの下面が二段の段差構造を有する場合を例に挙げたが、三段以上の段差構造を有するものであってもよい。その場合、バッファ層４と接する面が下層部の下面となる。さらには、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの下層部の幅が第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂに向けて徐々に狭くなるテーパー形状を有していても構わない。
【００８０】
さらにまた、本発明は光変調器に限定されるものではなく、種々の電気光学素子に適用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１    基板
２    導波層
２ｒ    リッジ部
３    保護層
４    バッファ層
５    絶縁層
６    電極層
７    信号電極
７ａ    第１の信号電極
７ａＨ    第１の信号電極の上層部
７ａＬ    第１の信号電極の下層部
７ｂ    第２の信号電極
７ｂＨ    第２の信号電極の上層部
７ｂＬ    第２の信号電極の下層部
７ｅ１    第１の直線電極部
７ｅ２    第２の直線電極部
７ｆ１    第１の湾曲電極部
７Ｐｉ，７Ｐｉ１，７Ｐｉ２，７Ｐｉ３，７Ｐｉ４    信号入力ポート
１０    マッハツェンダー光導波路
１０ａ    第１の光導波路
１０ｂ    第２の光導波路
１０ｃ    分波部
１０ｄ    合波部
１０ｅ１，１０ｅ２，１０ｅ３，１０ｅ４    マッハツェンダー光導波路の直線部
１０ｆ１，１０ｆ２，１０ｆ３    マッハツェンダー光導波路の湾曲部
１０ｉ    入力導波路
１０Ｌ１，１０Ｌ２，１０Ｌ３，１０Ｌ４    平行導波路
１０ｏ，１０ｏ１，１０ｏ２，１０ｏ３，１０ｏ４    出力導波路
１０Ｐｉ    光入力ポート
１０Ｐｏ，１０Ｐｏ１，１０Ｐｏ２，１０Ｐｏ３，１０Ｐｏ４    光出力ポート
１０ｐ    平行導波路
１２    終端抵抗
２１    サファイア基板
２２，２２ａ，２２ｂ    光導波路
２２ｅ    光導波路の直線部
２２ｆ    光導波路の湾曲部
２３    バッファ層
２４ａ，２４ａ１，２４ａ２    信号電極
２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ    接地電極
１００，２００，３００，４００    光変調器
ＭＺ１，ＭＺ２，ＭＺ３，ＭＺ４    相互作用部
ＳａＨ    第１の上層部の下面
ＳａＬ    第１の下層部の下面
ＳｂＨ    第２の上層部の下面
ＳｂＬ    第２の下層部の下面
Ｓｉ    入力光
Ｓｏ    出力光（変調光）
【図１】
2020134876.tif 000003
【図２】
2020134876.tif 000004
【図３】
2020134876.tif 000005
【図４】
2020134876.tif 000006
【図５】
2020134876.tif 000007
【図６】
2020134876.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月23日(2020.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線部と湾曲部から構成されたマッハツェンダー光導波路と、
前記マッハツェンダー光導波路に沿って設けられた差動型ＲＦ信号電極とを備え、
前記マッハツェンダー光導波路の光入力ポート及び光出力ポートは、前記直線部が延在する第１の方向の一端側に設けられており、
前記差動型ＲＦ信号電極は、前記直線部及び前記湾曲部に設けられていることを特徴とする電気光学素子。
【請求項２】
前記差動型ＲＦ信号電極のＲＦ信号入力ポートは、前記第１の方向の他端側に設けられている、請求項１に記載の電気光学素子。
【請求項３】
前記マッハツェンダー光導波路は、第１乃至第２ｍ＋２の直線部（但しｍは正の整数）と第１乃至第２ｍ＋１の湾曲部を有し、
前記差動型ＲＦ信号電極は、少なくとも前記マッハツェンダー光導波路の第２ｎの直線部（但しｎはｍ以下の正の整数）、第２ｎの湾曲部及び第２ｎ＋１の直線部に沿って連続的に設けられている、請求項１又は２に記載の電気光学素子。
【請求項４】
前記マッハツェンダー光導波路の合波部は、前記マッハツェンダー光導波路の第２ｍ＋１の直線部の端部に設けられている、請求項３に記載の電気光学素子。
【請求項５】
複数のマッハツェンダー光導波路は、互いに平行に設けられている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気光学素子。
【請求項６】
前記湾曲部は同心半円状に形成されている、請求項５に記載の電気光学素子。
【請求項７】
前記差動型ＲＦ信号電極の２本の信号電極間および両外側に接地電極が配置されない、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電気光学素子。
【請求項８】
前記マッハツェンダー光導波路は、基板上に形成されたニオブ酸リチウム膜により形成されたリッジ導波路である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気光学素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明において、前記マッハツェンダー光導波路は、第１乃至第２ｍ＋２の直線部（但しｍは正の整数）と第１乃至第２ｍ＋１の湾曲部を有し、前記差動型ＲＦ信号電極は、少なくとも前記マッハツェンダー光導波路の第２ｎ直線部（但しｎはｍ以下の正の整数）、第２ｎの湾曲部及び第２ｎ＋１の直線部に沿って連続的に設けられていることが好ましい。この構成によれば、光入力ポートと光出力ポートを同じ方向に配置することができ、ＲＦ信号入力ポートを光入出力ポートと反対側に設けることができる。したがって、ＲＦ信号入力ポートを光入出力ポートから遠ざけて設けることでき、入出力ポートの密集を回避して電気光学素子の接続作業や設置作業を容易にすることができる。またＲＦ信号電極を光入力ポート側から数えて光導波路の偶数番目の湾曲部に配置することにより、直線電極部の延長線上にＲＦ信号入力ポートを配置することができ、差動型ＲＦ信号電極からＲＦ信号入力ポートまでの引き出し電極の距離をできるだけ短くすることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
前記マッハツェンダー光導波路は、基板上に形成されたニオブ酸リチウム膜により形成されたリッジ導波路であることが好ましい。電気光学素子のマッハツェンダー光導波路をニオブ酸リチウム膜により形成する場合、曲率が小さな光導波路を形成することができ、小型で高品質な電気光学素子を構成することが可能である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂを垂直に切断した図２に示す断面構造において、第１の光導波路１０ａと第２の光導波路１０ｂとの中間点から見た電極構造は左右対称である。そのため、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂから第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂにそれぞれ印加される電界の大きさをできるだけ同じにして波長チャープを低減することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
第１の信号電極７ａの下層部７ａＬの内側側面の位置は、第１の信号電極７ａの上層部７ａＨの内側側面の位置と揃っており、上層部７ａＨの幅は下層部７ａＬから第２の信号電極７ｂと反対方向に広がっているので、第１の信号電極７ａの断面形状は略Ｌ字状である。第２の信号電極７ｂの下層部７ｂＬの内側側面の位置は、第２の信号電極７ｂの上層部７ｂＨの内側側面の位置と揃っており、上層部７ｂＨの幅は下層部７ｂＬから第１の信号電極７ａと反対方向に広がっているので、第２の信号電極７ｂの断面形状もまた略Ｌ字状である。したがって、下層部７ａＬと下層部７ｂＬとの間の間隔と上層部７ａＨと上層部７ｂＨとの間の間隔は等しく、両者は共に間隔Ｇ０である。なお２つの電極の間隔とは、Ｘ方向における両者の最短距離のことを言う。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
本実施形態においても、マッハツェンダー光導波路１０−１〜１０−４の各々は、互いに並行に配置された第１乃至第４の直線部１０ｅ１，１０ｅ２，１０ｅ３，１０ｅ４と、第１の直線部１０ｅ１と第２の直線部１０ｅ２とを繋ぐ第１の湾曲部１０ｆ１と、第２の直線部１０ｅ２と第３の直線部１０ｅ３とを繋ぐ第２の湾曲部１０ｆ２と、第３の直線部１０ｅ３と第４の直線部１０ｅ４とを繋ぐ第３の湾曲部１０ｆ３とを有している。第１の直線部１０ｅ１は、入力導波路１０ｉ及び平行導波路１０Ｌ１〜１０Ｌ４により構成されている。第１の湾曲部１０ｆ１、第２の直線部１０ｅ２、第２の湾曲部１０ｆ２、及び第３の直線部１０ｅ３は、平行導波路１０Ｌ１〜１０Ｌ４及び合波部１０ｄにより構成されている。第３の湾曲部１０ｆ３及び第４の直線部１０ｅ４は、４つのマッハツェンダー光導波路１０−１〜１０−４に対応する４つの出力導波路１０ｏ１〜１０ｏ４により構成されている。