(57)【要約】【課題】マイクロ波の実効屈折率を光の実効屈折率に近づけて速度整合を向上させる。【解決手段】光変調器１００は、電気光学効果を有する誘電体の薄膜にて形成されたリッジ型の光導波路１０ａ，１０ｂと、光導波路１０ａ，１０ｂを覆うバッファ層４と、バッファ層４を介して光導波路１０ａ，１０ｂと対向するようにバッファ層上に形成された信号電極７ａ，７ｂと、信号電極７ａ，７ｂと共にバッファ層４上に形成された接地電極８ａ，８ｂと、空気よりも高い誘電率を有し、信号電極７ａ，７ｂ及び接地電極８ａ，８ｂそれぞれの露出面及びバッファ層４の露出面の少なくとも一部を覆う誘電体膜６とを備える。【選択図】図２
2020134875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する誘電体の薄膜にて形成されたリッジ型の光導波路と、
前記光導波路を覆うバッファ層と、
前記バッファ層を介して前記光導波路と対向するように前記バッファ層上に形成された信号電極と、
前記信号電極と共に前記バッファ層上に形成された接地電極と、
空気よりも高い誘電率を有し、前記信号電極及び前記接地電極それぞれの露出面及び前記バッファ層の露出面の少なくとも一部を覆う誘電体膜とを備えることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記誘電体膜は、前記信号電極の上面及び側面と、前記接地電極の上面及び側面と、前記信号電極及び前記接地電極と平面視で重ならない前記バッファ層の上面を覆っている、請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記誘電体膜は、前記バッファ層の上面に形成されており、
前記信号電極及び前記接地電極は、前記誘電体膜の上面に形成されている、請求項１に記載の光変調器。
【請求項４】
前記光導波路は、マッハツェンダー干渉計を形成する第１及び第２の導波路を含み、
前記信号電極は、前記バッファ層を介して前記第１の導波路と対向する第１の信号電極と、前記バッファ層を介して前記第２の導波路と対向する第２の信号電極を含み、
前記接地電極は、前記第１の信号電極の近傍であって前記第１の信号電極から見て前記第２の信号電極と反対側に設けられた第１の接地電極と、前記第２の信号電極の近傍であって前記第２の信号電極から見て前記第１の信号電極と反対側に設けられた第２の接地電極を含み、
前記第１の信号電極と前記第２の信号電極との間の第１の電極間領域における前記バッファ層の上面は前記誘電体膜に覆われておらず、
前記第１及び第２の信号電極それぞれの上面及び両側側面と、前記第１及び第２の接地電極それぞれの上面及び側面と、前記第１の信号電極と前記第１の接地電極との間の第２の電極間領域及び前記第２の信号電極と前記第２の接地電極との間の第３の電極間領域における前記バッファ層の上面は前記誘電体膜に覆われている、請求項１に記載の光変調器。
【請求項５】
前記光導波路は、マッハツェンダー干渉計を形成する第１及び第２の導波路を含み、
前記信号電極は、前記バッファ層を介して前記第１の導波路と対向する第１の信号電極と、前記バッファ層を介して前記第２の導波路と対向する第２の信号電極を含み、
前記接地電極は、前記第１の信号電極の近傍であって前記第１の信号電極から見て前記第２の信号電極と反対側に設けられた第１の接地電極と、前記第２の信号電極の近傍であって前記第２の信号電極から見て前記第１の信号電極と反対側に設けられた第２の接地電極を含み、
前記第１の信号電極と前記第２の信号電極との間の第１の電極間領域における前記バッファ層の上面と、前記第１及び第２の信号電極それぞれの内側側面は前記誘電体膜に覆われておらず、
前記第１及び第２の信号電極それぞれの上面及び外側側面と、前記第１及び第２の接地電極それぞれの上面及び側面と、前記第１の信号電極と前記第１の接地電極との間の第２の電極間領域及び前記第２の信号電極と前記第２の接地電極との間の第３の電極間領域における前記バッファ層の上面は、前記誘電体膜に覆われている、請求項１に記載の光変調器。
【請求項６】
前記光導波路は、マッハツェンダー干渉計を形成する第１及び第２の導波路を含み、
前記信号電極は、前記バッファ層を介して前記第１の導波路と対向する第１の信号電極と、前記バッファ層を介して前記第２の導波路と対向する第２の信号電極を含み、
前記接地電極は、前記第１の信号電極の近傍であって前記第１の信号電極から見て前記第２の信号電極と反対側に設けられた第１の接地電極と、前記第２の信号電極の近傍であって前記第２の信号電極から見て前記第１の信号電極と反対側に設けられた第２の接地電極を含み、
前記第１及び第２の信号電極それぞれの上面と、前記第１及び第２の接地電極それぞれの上面と、前記第１の信号電極と前記第１の接地電極との間の第２の電極間領域、及び前記第２の信号電極と前記第２の接地電極との間の第３の電極間領域における前記バッファ層の上面は、前記誘電体膜に覆われておらず、
前記第１及び第２の信号電極それぞれの両側側面と、前記第１及び第２の接地電極それぞれの側面と、前記第１の信号電極と前記第２の信号電極との間の第１の電極間領域における前記バッファ層の上面は、前記誘電体膜に覆われている、請求項１に記載の光変調器。
【請求項７】
前記光導波路は、マッハツェンダー干渉計を形成する第１及び第２の導波路を含み、
前記信号電極は、前記バッファ層を介して前記第１の導波路と対向する第１の信号電極と、前記バッファ層を介して前記第２の導波路と対向する第２の信号電極を含み、
前記接地電極は、前記第１の信号電極の近傍であって前記第１の信号電極から見て前記第２の信号電極と反対側に設けられた第１の接地電極と、前記第２の信号電極の近傍であって前記第２の信号電極から見て前記第１の信号電極と反対側に設けられた第２の接地電極を含み、
前記第１及び第２の信号電極それぞれの上面及び両側側面と、前記第１及び第２の接地電極それぞれの上面及び側面は前記誘電体膜に覆われておらず、
前記第１の信号電極と前記第２の信号電極との間の第１の電極間領域、前記第１の信号電極と前記第１の接地電極との間の第２の電極間領域、及び前記第２の信号電極と前記第２の接地電極との間の第３の電極間領域における前記バッファ層の上面は、前記誘電体膜に覆われている、請求項１に記載の光変調器。
【請求項８】
前記光導波路は、マッハツェンダー干渉計を形成する第１及び第２の導波路を含み、
前記信号電極は、前記バッファ層を介して前記第１の導波路と対向する第１の信号電極と、前記バッファ層を介して前記第２の導波路と対向する第２の信号電極を含み、
前記接地電極は、前記第１の信号電極の近傍であって前記第１の信号電極から見て前記第２の信号電極と反対側に設けられた第１の接地電極と、前記第２の信号電極の近傍であって前記第２の信号電極から見て前記第１の信号電極と反対側に設けられた第２の接地電極を含み、
前記第１及び第２の信号電極それぞれの上面及び両側側面と、前記第１及び第２の接地電極それぞれの上面及び側面と、前記第１の信号電極と前記第１の接地電極との間の第２の電極間領域、及び前記第２の信号電極と前記第２の接地電極との間の第３の電極間領域における前記バッファ層の上面は、前記誘電体膜に覆われておらず、
前記第１の信号電極と前記第２の信号電極との間の第１の電極間領域は、前記誘電体膜に覆われている、請求項１に記載の光変調器。
【請求項９】
前記信号電極と前記接地電極との間の電極間領域における前記誘電体膜の少なくとも一部が前記バッファ層と共に除去された構造を有する、請求項１に記載の光変調器。
【請求項１０】
前記誘電体膜の誘電率は、前記バッファ層の誘電率よりも高い、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光変調器。
【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光変調器に関し、特に、マッハツェンダー型光変調器の構造に関する。
【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】
光変調器としては、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１０００の断面構造を図１１（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１０００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１１００の断面構造を図１１（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１１００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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
光変調器において、現状の３２Ｇｂａｕｄから６４Ｇｂａｕｄへのさらなる高速化のためには３５ＧＨｚ以上の広帯域化が必要である。このような広帯域化を実現するためには、(1)高周波での電極損失の低減、(2)光とマイクロ波との速度整合、(3)インピーダンス整合の３つが重要である。
【００１０】
しかし、図１１（ｂ）に示した従来の光変調器は、薄膜のバッファ層２３上に信号電極２４ａ１，２４ａ２が直接形成された構造を有するため、マイクロ波の実効屈折率がバッファ層２３の誘電率によって実質的に固定され、マイクロ波の実効屈折率を光の実効屈折率に近づけることができず、光とマイクロ波との速度整合を取ることが難しいという問題がある。
【００１１】
また、マイクロ波の減衰、実効屈折率Ｎｍとインピーダンス整合、駆動電圧Ｖｎはトレードオフの関係にあり、各特性の両立が課題となっている。電極の幅や高さ、電極構造、バッファ層の厚さ等のパラメータを調整して各特性のバランスを取ることは一般的には可能である。しかし、各パラメータの調整のみでは各特性をドラスティックに改善することは困難である。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、マイクロ波の実効屈折率を光の実効屈折率に近づけて速度整合を向上させることが可能な光変調器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、本発明による光変調器は、電気光学効果を有する誘電体の薄膜にて形成されたリッジ型の光導波路と、前記光導波路を覆うバッファ層と、前記バッファ層を介して前記光導波路と対向するように前記バッファ層上に形成された信号電極と、前記信号電極と共に前記バッファ層上に形成された接地電極と、空気よりも高い誘電率を有し、前記信号電極及び前記接地電極それぞれの露出面及び前記バッファ層の露出面の少なくとも一部を覆う誘電体膜とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、バッファ層の誘電率に制約されることなく光導波路の周囲の誘電率を高めることができ、信号波（マイクロ波）の実効屈折率を光の実効屈折率に近づけることができる。したがって、光と信号波との速度整合を向上させることができる。さらに、誘電体膜を付与する部位や膜厚を自由に選定することができるので、従来よりも変調帯域、実効屈折率Ｎｍ、インピーダンス整合、駆動電圧Ｖｎ等の制御に対する設計の自由度を高めることができる。
【００１５】
本発明において、前記誘電体膜は、前記信号電極の上面及び側面と、前記接地電極の上面及び側面と、前記信号電極及び前記接地電極と平面視で重ならない前記バッファ層の上面を覆っていることが好ましい。このように、信号電極や接地電極が形成されたバッファ層の全面を誘電体膜で覆うことにより、光導波路の周囲の誘電率を高めることができ、信号波の実効屈折率を光の実効屈折率に近づけて光と信号波との速度整合を向上させることができる。
【００１６】
本発明において、前記誘電体膜は、前記バッファ層の上面に形成されており、前記信号電極及び前記接地電極は、前記誘電体膜の上面に形成されていることが好ましい。このような構成であっても、バッファ層の上面に誘電体膜を設けることにより、信号波の実効屈折率を光の実効屈折率に近づけて光と信号波との速度整合を向上させることができる。
【００１７】
本発明において、前記光導波路は、マッハツェンダー干渉計を形成する第１及び第２の導波路を含み、前記信号電極は、前記バッファ層を介して前記第１の導波路と対向する第１の信号電極と、前記バッファ層を介して前記第２の導波路と対向する第２の信号電極を含み、前記接地電極は、前記第１の信号電極の近傍であって前記第１の信号電極から見て前記第２の信号電極と反対側に設けられた第１の接地電極と、前記第２の信号電極の近傍であって前記第２の信号電極から見て前記第１の信号電極と反対側に設けられた第２の接地電極を含み、前記第１の信号電極と前記第２の信号電極との間の第１の電極間領域における前記バッファ層の上面は前記誘電体膜に覆われておらず、前記第１及び第２の信号電極それぞれの上面及び両側側面と、前記第１及び第２の接地電極それぞれの上面及び側面と、前記第１の信号電極と前記第１の接地電極との間の第２の電極間領域及び前記第２の信号電極と前記第２の接地電極との間の第３の電極間領域における前記バッファ層の上面は前記誘電体膜に覆われていることが好ましい。この構成によれば、信号波の実効屈折率を光の実効屈折率に近づけることによる光と信号波との速度整合の向上だけでなく、駆動電圧Ｖｎのさらなる低減を図ることができる。
【００１８】
本発明において、前記光導波路は、マッハツェンダー干渉計を形成する第１及び第２の導波路を含み、前記信号電極は、前記バッファ層を介して前記第１の導波路と対向する第１の信号電極と、前記バッファ層を介して前記第２の導波路と対向する第２の信号電極を含み、前記接地電極は、前記第１の信号電極の近傍であって前記第１の信号電極から見て前記第２の信号電極と反対側に設けられた第１の接地電極と、前記第２の信号電極の近傍であって前記第２の信号電極から見て前記第１の信号電極と反対側に設けられた第２の接地電極を含み、前記第１の信号電極と前記第２の信号電極との間の第１の電極間領域における前記バッファ層の上面と、前記第１及び第２の信号電極それぞれの内側側面は前記誘電体膜に覆われておらず、前記第１及び第２の信号電極それぞれの上面及び外側側面と、前記第１及び第２の接地電極それぞれの上面及び側面と、前記第１の信号電極と前記第１の接地電極との間の第２の電極間領域及び前記第２の信号電極と前記第２の接地電極との間の第３の電極間領域における前記バッファ層の上面は、前記誘電体膜に覆われていることが好ましい。この構成によれば、誘電体膜を設けることによる上述の基本的な効果に加えて、駆動電圧Ｖｎのさらなる低減とマイクロ波の減衰の低減を図ることができる。
【００１９】
本発明において、前記光導波路は、マッハツェンダー干渉計を形成する第１及び第２の導波路を含み、前記信号電極は、前記バッファ層を介して前記第１の導波路と対向する第１の信号電極と、前記バッファ層を介して前記第２の導波路と対向する第２の信号電極を含み、前記接地電極は、前記第１の信号電極の近傍であって前記第１の信号電極から見て前記第２の信号電極と反対側に設けられた第１の接地電極と、前記第２の信号電極の近傍であって前記第２の信号電極から見て前記第１の信号電極と反対側に設けられた第２の接地電極を含み、前記第１及び第２の信号電極それぞれの上面と、前記第１及び第２の接地電極それぞれの上面と、前記第１の信号電極と前記第１の接地電極との間の第２の電極間領域、及び前記第２の信号電極と前記第２の接地電極との間の第３の電極間領域における前記バッファ層の上面は、前記誘電体膜に覆われておらず、前記第１及び第２の信号電極それぞれの両側側面と、前記第１及び第２の接地電極それぞれの側面と、前記第１の信号電極と前記第２の信号電極との間の第１の電極間領域における前記バッファ層の上面は、前記誘電体膜に覆われていることが好ましい。この構成によれば、誘電体膜を設けることによる上述の基本的な効果に加えて、駆動電圧Ｖｎのさらなる低減とマイクロ波の減衰の低減を図ることができる。
【００２０】
本発明において、前記光導波路は、マッハツェンダー干渉計を形成する第１及び第２の導波路を含み、前記信号電極は、前記バッファ層を介して前記第１の導波路と対向する第１の信号電極と、前記バッファ層を介して前記第２の導波路と対向する第２の信号電極を含み、前記接地電極は、前記第１の信号電極の近傍であって前記第１の信号電極から見て前記第２の信号電極と反対側に設けられた第１の接地電極と、前記第２の信号電極の近傍であって前記第２の信号電極から見て前記第１の信号電極と反対側に設けられた第２の接地電極を含み、前記第１及び第２の信号電極それぞれの上面及び両側側面と、前記第１及び第２の接地電極それぞれの上面及び側面は前記誘電体膜に覆われておらず、前記第１の信号電極と前記第２の信号電極との間の第１の電極間領域、前記第１の信号電極と前記第１の接地電極との間の第２の電極間領域、及び前記第２の信号電極と前記第２の接地電極との間の第３の電極間領域における前記バッファ層の上面は、前記誘電体膜に覆われていることが好ましい。この構成によれば、マイクロ波の減衰のさらなる低減を図ることができる。
【００２１】
本発明において、前記光導波路は、マッハツェンダー干渉計を形成する第１及び第２の導波路を含み、前記信号電極は、前記バッファ層を介して前記第１の導波路と対向する第１の信号電極と、前記バッファ層を介して前記第２の導波路と対向する第２の信号電極を含み、前記接地電極は、前記第１の信号電極の近傍であって前記第１の信号電極から見て前記第２の信号電極と反対側に設けられた第１の接地電極と、前記第２の信号電極の近傍であって前記第２の信号電極から見て前記第１の信号電極と反対側に設けられた第２の接地電極を含み、前記第１及び第２の信号電極それぞれの上面及び両側側面と、前記第１及び第２の接地電極それぞれの上面及び側面と、前記第１の信号電極と前記第１の接地電極との間の第２の電極間領域、及び前記第２の信号電極と前記第２の接地電極との間の第３の電極間領域における前記バッファ層の上面は、前記誘電体膜に覆われておらず、前記第１の信号電極と前記第２の信号電極との間の第１の電極間領域は、前記誘電体膜に覆われていることが好ましい。この構成によれば、マイクロ波の減衰のさらなる低減を図ることができる。
【００２２】
本発明において、前記信号電極と前記接地電極との間の電極間領域における前記誘電体膜の少なくとも一部が前記バッファ層と共に除去された構造を有することが好ましい。この構成によれば、いわゆるＤＣドリフトを抑制する効果を高めることができる。
【００２３】
本発明において、前記誘電体膜の誘電率は、前記バッファ層の誘電率よりも高いことが好ましい。これにより、信号波の実効屈折率を高めて光と信号波との速度整合を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、マイクロ波の実効屈折率を光の実効屈折率に近づけて速度整合を向上させることが可能な光変調器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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り、図１（ａ）は光導波路のみ図示し、図１（ｂ）は進行波電極を含めた光変調器の全体を図示している。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態による光変調器の構造を示す略断面図である。
【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断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施の形態による光変調器の構成を示す略断面図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施の形態による光変調器の構成を示す略断面図である。
【図６】図６は、本発明の第５の実施の形態による光変調器の構成を示す略断面図である。
【図７】図７は、本発明の第６の実施の形態による光変調器の構成を示す略断面図である。
【図８】図８は、本発明の第７の実施の形態による光変調器の構成を示す略断面図である。
【図９】図９（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第８の実施の形態による光変調器の構成を示す略断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第９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り、図１０（ａ）は光導波路のみ図示し、図１０（ｂ）は進行波電極を含めた光変調器の全体を図示している。
【図１１】図１１（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。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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り、図１（ａ）は光導波路のみ図示し、図１（ｂ）は進行波電極を含めた光変調器の全体を図示している。
【００２８】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、この光変調器１００は、基板１上に形成された単一のマッハツェンダー光変調素子であって、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、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、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂを挟み込むように設けられた第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂと、第１の光導波路１０ａに沿って設けられた第１のバイアス電極９ａと、第２の光導波路１０ｂに沿って設けられた第２のバイアス電極９ｂとを備えている。
【００２９】
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る。一本の入力導波路１０ｉから分波部１０ｃによって分岐した第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂは合波部１０ｄによって一本の出力導波路１０ｏにまとめられる。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、変調光Ｓｏとして出力導波路１０ｏから出力される。
【００３０】
第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂは平面視で第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂと重なる線状の電極であって、接地電極８ａ，８ｂ間に位置している。第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの両端は基板１の外周端まで引き出されている。第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの一端７ａ１，７ｂ１は信号入力端であり、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの他端７ａ２，７ｂ２は終端抵抗１２を介して互いに接続されている。あるいは、第１の信号電極７ａの他端７ａ２は第１の終端抵抗を介して第１の接地電極８ａに接続され、第２の信号電極７ｂの他端７ｂ２は第２の終端抵抗を介して第２の接地電極８ｂに接続されてもよい。これにより、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂは、第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂと共に差動のコプレーナ型進行波電極として機能する。
【００３１】
第１及び第２のバイアス電極９ａ，９ｂは、第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂに直流バイアス電圧（ＤＣバイアス）を印加するために第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂとは独立に設けられている。第１及び第２のバイアス電極９ａ，９ｂの一端９ａ１，９ｂ１はＤＣバイアスの入力端である。本実施形態において、第１及び第２のバイアス電極９ａ，９ｂ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の出力端側に設けられているが、入力端側に設けられていてもよい。また、第１及び第２のバイアス電極９ａ，９ｂ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。
【００３２】
第１の信号電極７ａの一端７ａ１及び第２の信号電極７ｂの一端７ｂ１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出力導波路１０ｏから出力される。
【００３３】
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。
【００３４】
図２は、本発明の第１の実施の形態による光変調器の構造を示す略断面図である。
【００３５】
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、バッファ層４、電極層５及び誘電体層（誘電体膜）６がこの順で積層された多層構造を有している。
【００３６】
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のリッジ幅は例えば１μｍとすることができる。
【００３７】
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、リッジ部２ｒの上面を覆うように形成されている。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。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の上面のみならずスラブ部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。
【００３８】
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１０ａ、１０ｂ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とは、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。
【００３９】
電極層５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。
【００４０】
電極層５には、第１の接地電極８ａ及び第２の接地電極８ｂが設けられている。第１の接地電極８ａは、第１の信号電極７ａから見て第２の信号電極７ｂと反対側であって、第１の信号電極７ａの近傍に設けられている。第２の接地電極８ｂは、第２の信号電極７ｂから見て第１の信号電極７ａと反対側であって、第２の信号電極７ｂの近傍に設けられている。すなわち、第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂは、一対の信号電極７ａ，７ｂを挟み込むようにそれらの外側に設けられている。
【００４１】
誘電体膜６は、少なくとも空気よりも高い誘電率を有する材料からなり、電極層５が形成された下地面の全面を覆うように設けられている。誘電体膜６の誘電率は、バッファ層４の誘電率よりも高いことが好ましい。誘電体膜６の厚さは特に限定されないが、０．１〜５μｍ程度であることが好ましい。
【００４２】
誘電体膜６は、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂそれぞれの上面及び側面と、第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂそれぞれの上面及び側面と、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂ及び第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂと平面視で重ならないバッファ層４の上面を覆っている。バッファ層４の上面は、第１の信号電極７ａと第２の信号電極７ｂとの間の第１の電極間領域Ｓ１、第１の信号電極７ａと第１の接地電極８ａとの間の第２の電極間領域Ｓ２、及び、第２の信号電極７ｂと第２の接地電極８ｂとの間の第３の電極間領域Ｓ３において露出している。
【００４３】
導波層２を覆うバッファ層４の誘電率と膜厚は、上述したように、光損失やＶπＬに影響するため、ほぼ固定されてしまう。しかし、本実施形態による光変調器１００の構造であれば、誘電体膜６の誘電率を自由に設定することができ、高誘電膜材料の選択により信号波の実効屈折率を光の実効屈折率に近づけることができる。また、誘電体膜６の付与部分や膜厚も自由に選定することが可能であり、従来よりも変調帯域、実効屈折率Ｎｍ、インピーダンス整合、駆動電圧Ｖｎ等の制御に対する設計の自由度を高めることができる。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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おける光の閉じ込めが弱くなり、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態による光変調器１００は、電極間領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３において露出するバッファ層４の上面を含む電極層５の上面全体が誘電体膜６に覆われているので、マイクロ波の実効屈折率を光の実効屈折率に近づけることができ、信号波と光の速度整合を向上させることができる。
【００５４】
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断面図である。
【００５５】
図３に示すように、本実施形態による光変調器２００の特徴は、誘電体膜６がバッファ層４と電極層５との間に設けられている点にある。すなわち、誘電体膜６はバッファ層４の上面に形成されており、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂ及び第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂは誘電体膜６の上面に形成されている。誘電体膜６はバッファ層４の上面全体を覆っているため、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂ及び第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂと平面視で重ならない領域のみならず、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂ及び第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂと平面視で重なる領域にも形成されている。一方、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの上面及び両側側面と、第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂの上面及び側面は、誘電体膜６に覆われることなく露出している。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
このように、本実施形態による光変調器２００は、空気よりも高い誘電率を持つ誘電体膜６がバッファ層４の上面に設けられているので、第１の実施の形態と同様にマイクロ波の実効屈折率を高めることができ、信号波と光の速度整合を向上させることができる。
【００５７】
図４は、本発明の第３の実施の形態による光変調器の構成を示す略断面図である。
【００５８】
図４に示すように、本実施形態による光変調器３００の特徴は、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの上面及び両側側面、第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂの上面及び側面、第１の信号電極７ａと第１の接地電極８ａとの間の電極間領域Ｓ２及び第２の信号電極７ｂと第２の接地電極８ｂとの間の電極間領域Ｓ３におけるバッファ層４の上面が誘電体膜６に覆われているが、第１の信号電極７ａと第２の信号電極７ｂとの間の電極間領域Ｓ１におけるバッファ層４の上面は誘電体膜６に覆われることなく露出している点にある。すなわち、第１の信号電極７ａと第２の信号電極７ｂとの間の電極間領域Ｓ１を除く露出面の全面が誘電体膜６に覆われている。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
このように、本実施形態による光変調器３００は、第１の実施の形態と比べて第１の信号電極７ａと第２の信号電極７ｂとの間の電極間領域Ｓ１における誘電体膜６を除去しているので、第１の実施の形態よりも駆動電圧Ｖｎの低減を図ることができる。
【００６０】
図５は、本発明の第４の実施の形態による光変調器の構成を示す略断面図である。
【００６１】
図５に示すように、本実施形態による光変調器４００の特徴は、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの上面及び外側側面、第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂの上面及び側面、第１の信号電極７ａの第１の接地電極８ａとの間の電極間領域Ｓ２及び第２の信号電極７ｂと第２の接地電極８ｂとの間の電極間領域Ｓ３におけるバッファ層４の上面が誘電体膜６に覆われているが、第１の信号電極７ａと第２の信号電極７ｂとの間の電極間領域Ｓ１におけるバッファ層４の上面、第２の信号電極７ｂと対向する第１の信号電極７ａの内側側面、及び、第１の信号電極７ａと対向する第２の信号電極７ｂの内側側面は、誘電体膜６に覆われることなく露出している点にある。すなわち、すなわち、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂそれぞれの内側側面と、第１の信号電極７ａと第２の信号電極７ｂとの間の電極間領域Ｓ１を除く露出面の全面が誘電体膜６に覆われている。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００６２】
このように、本実施形態による光変調器４００は、第３の実施の形態と比べて第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの内側側面を覆う誘電体膜６をさらに除去しているので、駆動電圧Ｖｎのさらなる低減とマイクロ波の減衰の低減を図ることができる。
【００６３】
図６は、本発明の第５の実施の形態による光変調器の構成を示す略断面図である。
【００６４】
図６に示すように、本実施形態による光変調器５００の特徴は、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの両側側面と、第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂの側面と、第１の信号電極７ａと第２の信号電極７ｂとの間の電極間領域Ｓ１におけるバッファ層４の上面が誘電体膜６に覆われているが、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの上面と、第１の信号電極７ａと第１の接地電極８ａとの間の電極間領域Ｓ２及び第２の信号電極７ｂと第２の接地電極８ｂとの間の電極間領域Ｓ３におけるバッファ層４の上面は、誘電体膜６に覆われることなく露出している点にある。このような構成であっても、第５の実施の形態と同様に駆動電圧Ｖｎのさらなる低減とマイクロ波の減衰の低減を図ることができる。
【００６５】
図７は、本発明の第７の実施の形態による光変調器の構成を示す略断面図である。
【００６６】
図７に示すように、本実施形態による光変調器６００の特徴は、
第１の信号電極７ａと第２の信号電極７ｂとの間の電極間領域Ｓ１、
第１の信号電極７ａと第１の接地電極８ａとの間の電極間領域Ｓ２、及び、
第２の信号電極７ｂと第２の接地電極８ｂとの間の電極間領域Ｓ３におけるバッファ層４の上面が誘電体膜６に覆われているが、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの上面及び外側側面と第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂの上面及び側面は誘電体膜６に覆われることなく露出している点にある。すなわち、電極間領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３だけが誘電体膜６に覆われている。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００６７】
このように、本実施形態による光変調器６００は、電極間領域Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３におけるバッファ層４の上面だけを誘電体膜６で覆っているので、第６の実施の形態よりもマイクロ波の減衰のさらなる低減を図ることができる。
【００６８】
図８は、本発明の第８の実施の形態による光変調器の構成を示す略断面図である。
【００６９】
図８に示すように、本実施形態による光変調器７００の特徴は、第１の信号電極７ａと第２の信号電極７ｂとの間の電極間領域Ｓ１におけるバッファ層４の上面が誘電体膜６に覆われているが、それ以外は誘電体膜６に覆われることなく露出している点にある。すなわち、電極間領域Ｓ１だけが誘電体膜６に覆われている。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。このように、本実施形態による光変調器７００は、電極間領域Ｓ１におけるバッファ層４の上面だけを誘電体膜６で覆っているので、第７の実施の形態よりもマイクロ波の減衰のさらなる低減を図ることができる。
【００７０】
図９（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第８の実施の形態による光変調器の構成を示す略断面図である。
【００７１】
図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態による光変調器８００Ａ，８００Ｂの特徴は、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂ間、第１の信号電極７ａと第１の接地電極８ａとの間、及び、第２の信号電極７ｂと第２の接地電極８ｂとの間における電極間領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を掘り込んで誘電体膜６の少なくとも一部をバッファ層４と共に除去した構造を有する点にある。特に、図９（ａ）に示す光変調器８００Ａは、図２に示した光変調器１００の構造において、電極間領域Ｓ１〜Ｓ３における誘電体膜６及びバッファ層４を除去したものであり、図９（ｂ）に示す光変調器８００Ｂは、図３に示した光変調器２００の構造において、電極間領域Ｓ１〜Ｓ３における誘電体膜６及びバッファ層４を除去したものである。さらに図示しないが、図４〜図８に示した構造において、本実施形態を適用することも可能である。
【００７２】
電極間領域Ｓ１〜Ｓ３における誘電体膜６はＤＣドリフトの発生因子の一つであるが、本実施形態のように電極間領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３における誘電体膜６をバッファ層４と共に除去した場合には、ＤＣドリフトの抑制効果を高めることができる。
【００７３】
図１０は、本発明の第９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り、図１０（ａ）は光導波路のみ図示し、図１０（ｂ）は進行波電極を含めた光変調器の全体を図示している。
【００７４】
図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態による光変調器９００の特徴は、マッハツェンダー光導波路１０が直線部と湾曲部との組み合わせにより構成されている点にある。より具体的には、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３の直線部１０ｅ１，１０ｅ２，１０ｅ３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とを有している。第１及び第２の湾曲部１０ｆ１，１０ｆ２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。
【００７５】
そして本実施形態による光変調器９００は、図中のＡ−Ａ'線に沿ったマッハツェンダー光導波路１０の直線部及び湾曲部の断面構造が、図２〜図９に示した断面構造となるように構成されている。すなわち、第１の信号電極７ａの下面は、バッファ層４を介して第１の直線部１０ｅ１、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における第１の光導波路１０ａを覆っており、第２の信号電極７ｂの下面は、バッファ層４を介して第１の直線部１０ｅ１、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における第２の光導波路１０ｂを覆っている。第１及び第２のバイアス電極９ａ，９ｂの位置は特に限定されないが、第３の直線部１０ｅ３の他の一部における第１及び第２の光導波路１０ａ，１０ｂを覆っている。本実施形態において、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂは、第１及び第２の直線部１０ｅ１，１０ｅ２の全体と、第３の直線部１０ｅ３の一部を覆っているが、例えば第１の直線部１０ｅ１だけを覆っていてもよい。
【００７６】
本実施形態において、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。
【００７７】
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。また、光導波路の直線部のみならず湾曲部にも信号電極を設けることにより電極長を長くして低駆動電圧化を図ることができ、さらに誘電体膜６を設けることによって湾曲部に信号電極を設けることによる高周波損失の問題を改善することができる。
【００７８】
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。
【００７９】
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。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。
【符号の説明】
【００８０】
１    基板
２    導波層
２ｒ    リッジ部
４    バッファ層
５    電極層
６    誘電体膜（誘電体層）
７ａ    第１の信号電極
７ａ１    第１の信号電極の一端
７ａ２    第１の信号電極の他端
７ｂ    第２の信号電極
７ｂ１    第２の信号電極の一端
７ｂ２    第２の信号電極の他端
８ａ    第１の接地電極
８ｂ    第２の接地電極
９ａ    第１のバイアス電極
９ａ１    第１のバイアス電極の一端
９ｂ    第２のバイアス電極
９ｂ１    第２のバイアス電極の一端
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    マッハツェンダー光導波路の直線部
１０ｆ１，１０ｆ２    マッハツェンダー光導波路の湾曲部
１０ｉ    入力導波路
１０ｏ    出力導波路
１２    終端抵抗
２１    サファイア基板
２２ａ，２２ｂ    光導波路
２３    バッファ層
２４ａ，２４ａ１，２４ａ２    信号電極
２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ    接地電極
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００Ａ，８００Ｂ，９００，１０００，１１００    光変調器
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３    電極間領域
Ｓｉ    入力光
Ｓｏ    変調光
【図１】
2020134875.tif 000003
【図２】
2020134875.tif 000004
【図３】
2020134875.tif 000005
【図４】
2020134875.tif 000006
【図５】
2020134875.tif 000007
【図６】
2020134875.tif 000008
【図７】
2020134875.tif 000009
【図８】
2020134875.tif 000010
【図９】
2020134875.tif 000011
【図１０】
2020134875.tif 000012
【図１１】
2020134875.tif 000013
【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】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
誘電体膜６は、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂそれぞれの上面及び側面と、第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂそれぞれの上面及び側面と、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂ及び第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂと平面視で重ならないバッファ層４の上面を覆っている。バッファ層４の上面は、第１の信号電極７ａと第２の信号電極７ｂとの間の第１の電極間領域Ｓ１、第１の信号電極７ａと第１の接地電極８ａとの間の第２の電極間領域Ｓ２、及び、第２の信号電極７ｂと第２の接地電極８ｂとの間の第３の電極間領域Ｓ３において露出していない。
【手続補正２】
【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】
図７は、本発明の第６の実施の形態による光変調器の構成を示す略断面図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
図７に示すように、本実施形態による光変調器６００の特徴は、第１の信号電極７ａと第２の信号電極７ｂとの間の電極間領域Ｓ１、第１の信号電極７ａと第１の接地電極８ａとの間の電極間領域Ｓ２、及び、第２の信号電極７ｂと第２の接地電極８ｂとの間の電極間領域Ｓ３におけるバッファ層４の上面が誘電体膜６に覆われているが、第１及び第２の信号電極７ａ，７ｂの上面及び側面と第１及び第２の接地電極８ａ，８ｂの上面及び側面は誘電体膜６に覆われることなく露出している点にある。すなわち、電極間領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３だけが誘電体膜６に覆われている。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
このように、本実施形態による光変調器６００は、電極間領域Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３におけるバッファ層４の上面だけを誘電体膜６で覆っているので、第５の実施の形態よりもマイクロ波の減衰のさらなる低減を図ることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
図８は、本発明の第７の実施の形態による光変調器の構成を示す略断面図である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
図８に示すように、本実施形態による光変調器７００の特徴は、第１の信号電極７ａと第２の信号電極７ｂとの間の電極間領域Ｓ１におけるバッファ層４の上面が誘電体膜６に覆われているが、それ以外は誘電体膜６に覆われることなく露出している点にある。すなわち、電極間領域Ｓ１だけが誘電体膜６に覆われている。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。このように、本実施形態による光変調器７００は、電極間領域Ｓ１におけるバッファ層４の上面だけを誘電体膜６で覆っているので、第６の実施の形態よりもマイクロ波の減衰のさらなる低減を図ることができる。