(57)【要約】      （修正有）【課題】誘電率異方性基板を用いた場合でも、高周波信号の電気反射現象を抑制し、電気損失の少ない光制御デバイスを提供する。【解決手段】誘電率異方性基板上に形成された信号電極１と、該信号電極を挟むように配置された接地電極２，３とを有し、該信号電極が該基板の誘電率の異なる方向に配置される少なくとも２つの信号電極部と、該２つの信号電極部を接続する曲線形状の接続部とを有し、該接続部が、該２つの信号電極部と接続する部分では特性インピーダンスが各信号電極部と一致し、かつ該２つの信号電極間の該接続部内では特性インピーダンスが連続的に変化するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電率異方性基板上に形成された信号電極と、該信号電極を挟むように配置された接地電極とを有し、
該信号電極が該基板の誘電率の異なる方向に配置される少なくとも２つの信号電極部と、該２つの信号電極部を接続する曲線形状の接続部とを有し、
該接続部が、該２つの信号電極部と接続する部分では特性インピーダンスが各信号電極部と一致し、かつ該２つの信号電極間の該接続部内では特性インピーダンスが連続的に変化するように構成されていることを特徴とする光制御デバイス。
【請求項２】
誘電率異方性基板上に形成された信号電極と、該信号電極を挟むように配置された接地電極とを有し、
該信号電極が該基板の誘電率の異なる方向に配置される少なくとも２つの信号電極部と、該２つの信号電極部を接続する曲線形状の接続部とを有し、
該２つの信号電極部の特性インピーダンスは一致し、
該接続部が、該２つの信号電極部と接続する部分では特性インピーダンスが各信号電極部と一致するように構成されていることを特徴とする光制御デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光制御デバイスにおいて、該信号電極の曲線形状部分が、該２つの信号電極部に対する角度に応じて形状変化するように構成されていることを特徴とする光制御デバイス。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光制御デバイスにおいて、該誘電率異方性基板が電気光学効果を有する基板であり、該基板上に光導波路を形成し、該信号電極と該接地電極とは、該光導波路を伝播する光波を変調するための変調電極を構成することを特徴とする光制御デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光制御デバイスにおいて、該誘電率異方性基板が電気光学効果を有する基板であり、該基板上に光導波路を形成し、該信号電極と該接地電極とは、該光導波路を伝播する光波と、該信号電極を伝播する電気信号との相互作用により、光路を切り替えるための光路切替電極を構成することを特徴とする光制御デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光制御デバイスに関し、特に、誘電率異方性基板を用いた光制御デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
誘電率に異方性がある材質からなる基板上に、信号電極や接地電極を形成し、信号電極に高周波信号を印加し、信号電極に沿って高周波信号を伝播させる光制御デバイスが、一般的に利用されている。例えば、ＬｉＮｂＯ３結晶のＸ軸を法線ベクトルとした面で切断したウェハ基板に、Ｙ軸を光伝播方向としたマッハツェンダー型導波路を形成し、該導波路を伝播する光波を変調するための信号電極及び接地電極を基板上に形成した光変調器や、光波と電界との相互作用により、変調、光路切り替えを行う光制御デバイスが該当する。参考までに、信号の線路切り替えを光導波路にて行う光制御デバイスの例としては、特許文献２に示す様な方向性結合器を用いた光制御デバイス、特許文献３に示す様な、大きな屈折率差を設け、屈折率の高いアームに光を集中させた光制御デバイス、特許文献４に示す様な、全反射を用いた光制御デバイス、及び特許文献５に示す様な、マッハツェンダー干渉系を用いた光制御デバイス等が存在する。
【０００３】
このような光制御デバイスでは、光伝播方向（Ｙ軸）と、それに垂直な方向（Ｚ軸）では誘電率が異なるため、Ｙ軸方向に沿った信号電極とＺ軸方向に沿った信号電極とでは、同じ電極構造にすると、インピーダンス不整合が発生する。インピーダンス不整合は、高周波領域において電気反射現象を発生し、高周波信号の透過率を劣化させる要因となる。
【０００４】
このような問題に対応するため、特許文献１には、直角に曲がる信号電極の中間に、曲がる前後のインピーダンス値の中間値を有する電極構造を形成することが開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のような電極構造では、段階的なインピーダンス変化となり、多少の電気反射現象を削減する効果は期待できるが、インピーダンスが局所的に急激に変化することに変わりがなく、依然として電気反射現象が生じ、十分な損失削減効果は期待できない。しかも、インピーダンスを調整するための電極構造は、段階的な調整のため、信号電極又は接地電極の少なくとも一方の他方の電極に対抗した面が角を持った構造となる。このような角を有する構造は、高周波特性を劣化させる原因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３７５４７号公報
【特許文献２】特許第３１３９００９号
【特許文献３】特許第２７４６２１６号
【特許文献４】特許第２５８３４８０号
【特許文献５】特開平７−４９５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した問題を解消し、誘電率異方性基板を用いた場合でも、高周波信号の電気反射現象を抑制し、電気損失の少ない光制御デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、誘電率異方性基板上に形成された信号電極と、該信号電極を挟むように配置された接地電極とを有し、該信号電極が該基板の誘電率の異なる方向に配置される少なくとも２つの信号電極部と、該２つの信号電極部を接続する曲線形状の接続部とを有し、該接続部が、該２つの信号電極部と接続する部分では特性インピーダンスが各信号電極部と一致し、かつ該２つの信号電極間の該接続部内では特性インピーダンスが連続的に変化するように構成されていることを特徴とする光制御デバイスである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、誘電率異方性基板上に形成された信号電極と、該信号電極を挟むように配置された接地電極とを有し、該信号電極が該基板の誘電率の異なる方向に配置される少なくとも２つの信号電極部と、該２つの信号電極部を接続する曲線形状の接続部とを有し、該２つの信号電極部の特性インピーダンスは一致し、該接続部が、該２つの信号電極部と接続する部分では特性インピーダンスが各信号電極部と一致するように構成されていることを特徴とする光制御デバイスである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の光制御デバイスにおいて、該信号電極の曲線形状部分が、該２つの信号電極部に対する角度に応じて形状変化するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光制御デバイスにおいて、該誘電率異方性基板が電気光学効果を有する基板であり、該基板上に光導波路を形成し、該信号電極と該接地電極とは、該光導波路を伝播する光波を変調するための変調電極を構成することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光制御デバイスにおいて、該誘電率異方性基板が電気光学効果を有する基板であり、該基板上に光導波路を形成し、該信号電極と該接地電極とは、該光導波路を伝播する光波と、該信号電極を伝播する電気信号との相互作用により、光路を切り替えるための光路切替電極を構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明により、誘電率異方性基板上に形成された信号電極と、該信号電極を挟むように配置された接地電極とを有し、該信号電極が該基板の誘電率の異なる方向に配置される少なくとも２つの信号電極部と、該２つの信号電極部を接続する曲線形状の接続部とを有し、該接続部が、該２つの信号電極部と接続する部分では特性インピーダンスが各信号電極部と一致し、かつ該２つの信号電極間の該接続部内では特性インピーダンスが連続的に変化するように構成されていることを特徴とする光制御デバイスであるため、局所的な特性インピーダンスの不連続的な変化が無くなり、高周波信号の電気反射現象が抑制される。その結果、電気損失の少ない光制御デバイスを得ることができる。
【００１４】
請求項２に係る発明により、誘電率異方性基板上に形成された信号電極と、該信号電極を挟むように配置された接地電極とを有し、該信号電極が該基板の誘電率の異なる方向に配置される少なくとも２つの信号電極部と、該２つの信号電極部を接続する曲線形状の接続部とを有し、該２つの信号電極部の特性インピーダンスは一致し、該接続部が、該２つの信号電極部と接続する部分では特性インピーダンスが各信号電極部と一致するように構成されていることを特徴とする光制御デバイスであるため、信号電極の配線方向の変化に関わらず特性インピーダンスが一定であるため、特性インピーダンス不整合による電気反射現象が発生しない。その結果、電気損失の少ない光制御デバイスを得ることができる。
【００１５】
請求項３に係る発明により、信号電極の曲線形状部分が、２つの信号電極部に対する角度に応じて形状変化するように構成されているため、信号電極の接続部の一部に角部が形成されることが無くなり、高周波信号の電気反射現象が抑制される。その結果、更に電気損失の少ない光制御デバイスを得ることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明により、誘電率異方性基板が電気光学効果を有する基板であり、該基板上に光導波路を形成し、信号電極と接地電極とは、該光導波路を伝播する光波を変調するための変調電極を構成するため、光制御デバイスを光変調器として利用することができ、該光変調器に印加した高周波信号の電気反射現象が抑制され、電気損失の少ない光変調器を得ることができる。
【００１７】
請求項５に係る発明により、誘電率異方性基板が電気光学効果を有する基板であり、該基板上に光導波路を形成し、信号電極と接地電極とは、該光導波路を伝播する光波と、該信号電極を伝播する電気信号との相互作用により、光路を切り替えるための光路切替電極を構成するため、光制御デバイスを光路切替機能を有する光制御デバイスとして利用でき、該光制御デバイスに印加した高周波信号の電気反射現象が抑制され、電気損失の少ない光路切替機能を有する光制御デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の光制御デバイスに用いられる高周波信号用電極構造を示す平面図である。
【図２】本発明の光制御デバイスに用いられる高周波信号用電極構造における電気反射減衰量を測定したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の光制御デバイスについて、以下に詳細に説明する。
本発明の光制御デバイスは、誘電率異方性基板上に形成された信号電極と、該信号電極を挟むように配置された接地電極とを有し、該信号電極が該基板の誘電率の異なる方向に配置される少なくとも２つの信号電極部と、該２つの信号電極部を接続する曲線形状の接続部とを有し、該接続部が、該２つの信号電極部と接続する部分では特性インピーダンスが各信号電極部と一致し、かつ該２つの信号電極間の該接続部内では特性インピーダンスが連続的に変化するように構成されていることを特徴とする。
【００２０】
特性インピーダンスを一致させる手段として、信号電極の材質や信号電極の幅や高さ、信号電極と接地電極との間隔や、信号電極と接地電極との間の空間に充填する材料の種類、電気光学効果を有する基板の物理定数（誘電率や誘電正接）や形状（厚さ、断面形状）等が挙げられる。接続部の実施例として、信号電極と接地電極との間隔をパラメータとした特性インピーダンス一致機構について説明する。
【００２１】
誘電率異方性基板として、基板表面に平行な直交方向毎に誘電率が異なる誘電率異方性基板について例示する。具体的には、ＬｉＮｂＯ３結晶のＸ軸を法線ベクトルとした面で切断した基板（Ｘカット基板）が該当し、このような基板では、Ｙ軸とＺ軸が基板表面に平行な直交方向となり、Ｙ軸とＺ軸では各々誘電率が異なっている。
【００２２】
図１は、２つの信号電極部を接続する曲線形状の接続部を示すものであり、ＸカットしたＬｉＮｂＯ３結晶基板に、信号電極１及び接地電極２，３を形成したものであり、信号電極を９０度曲げた例を示したものである。該接続部の下側にはＺ軸方向に沿って下方に延びる信号電極部（不図示）が存在し、該接続部の左側にはＹ軸方向に沿って左方に延びる信号電極部が存在している。当然、各信号電極部の信号電極を挟むように接地電極が配置されている。
【００２３】
各電極の厚みを２７μｍ、信号電極１の幅ｓを７μｍ、信号電極１と接地電極２，３との間隔を２５μｍとした場合、Ｙ軸方向の信号電極部の特性インピーダンスは３９．３Ω、Ｚ軸方向の信号電極部の特性インピーダンスは３７．４Ωとなる。このため、Ｚ軸方向の信号電極部の特性インピーダンスをＹ軸方向の信号電極部の特性インピーダンス（３９．３Ω）に合わせるためには、Ｚ軸方向における信号電極と接地電極との間隔を２９μｍとする必要がある。つまり、図１において、ａ＝ｂ＝２９μｍ、ａ’＝ｂ’＝２５μｍとなる。
【００２４】
Ｙ軸方向の信号電極部とＺ軸方向の信号電極部とをつなぎ合わせる接続部は、図１に示すように構造上反射の少ない円弧形状を採用する。円弧部における、信号電極１と接地電極２，３との間隔ＧＡＰ（θ）は、ａ＝ｂ＝２９μｍからａ’＝ｂ’＝２５μｍにテーパ状に変化する構造としている。このテーパ形状を示す式を、以下の数１に示す。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
図１に示すように、インピーダンスを調整する接続部では、信号電極と接地電極との間隔が連続的に変化する構造であるため、インピーダンスの段階的な変化が無く、高周波信号の電気反射現象がより一層抑制される。つまり、接続部の形状は、図１のように曲線形状のものが好ましく、しかも、信号電極の曲線形状部分が、２つの信号電極部に対する角度に応じで形状変化するように構成することで、信号電極の接続部の一部に角部が形成されることが無くなり、高周波信号の電気反射現象が抑制される。その結果、更に電気損失の少ない光制御デバイスを得ることができる。
【００２７】
また、本発明の光制御デバイスの他の特徴として、誘電率異方性基板上に形成された信号電極と、該信号電極を挟むように配置された接地電極とを有し、該信号電極が該基板の誘電率の異なる方向に配置される少なくとも２つの信号電極部（例えば、上述したＹ軸方向の信号電極部とＺ軸方向の信号電極部）と、該２つの信号電極部を接続する曲線形状の接続部（図１に示すような接続部）とを有し、該２つの信号電極部の特性インピーダンスは一致（つまり、Ｙ軸方向の信号電極部とＺ軸方向の信号電極部の特性インピーダンスを予め一致するように、信号電極の材質や信号電極の幅や高さ、信号電極と接地電極との間隔や、信号電極と接地電極との間の空間に充填する材料の種類、電気光学効果を有する基板の物理定数（誘電率や誘電正接）や形状（厚さ、断面形状）等を調整している。）する場合では、該接続部が、該２つの信号電極部と接続する部分では特性インピーダンスが各信号電極部と一致するように構成することができる。つまり、図１を利用すると、Ｙ軸方向の信号電極部とＺ軸方向の信号電極部の特性インピーダンスが同じである場合には、図１の角度θが変化しても特性インピーダンスが常に一定の値となるよう信号電極と接地電極との間隔を調整することが好ましい。
【００２８】
次に、本発明の光制御デバイスに利用される接続部である高周波信号用電極構造の効果を調べるため、図１に示す電極構造（ａ＝ｂ＝２９μｍ，ａ’＝ｂ’＝２５μｍ）と、ａ＝ｂ＝ａ’＝ｂ’＝２５μｍとし、円弧部の間隔が一定の電極構造（比較例）について、０〜７０ＧＨｚの高周波信号に対する電気反射減衰量を測定した。測定結果を図２に示す。
【００２９】
図２の結果より、本発明の光制御デバイスに利用される接続部は、比較例と比べ、約２ｄＢの改善が達成されていることが容易に理解される。
【００３０】
本発明では、上述した光制御デバイスにおいて、誘電率異方性基板を電気光学効果を有する基板とし、該基板上に光導波路を形成し、信号電極と接地電極とは、該光導波路を伝播する光波を変調するための変調電極を構成することで、光制御デバイスを光変調器として利用することができる。これにより、高周波反射損失が低減されるため、数１０ＧＨｚや１００ＧＨｚといった、今後望まれる高速・広帯域の光制御デバイスを得ることができる。
【００３１】
また、本発明では、上述した光制御デバイスにおいて、誘電率異方性基板を電気光学効果を有する基板とし、該基板上に光導波路を形成し、信号電極と接地電極とは、該光導波路を伝播する光波と、該信号電極を伝播する電気信号との相互作用により、光路を切り替えるための光路切替電極を構成することで、光制御デバイスを光路切替機能を有する光制御デバイスとして利用することができる。これにより、光制御デバイスに印加した高周波信号の電気反射現象が抑制され、電気損失の少ない光路切替機能を有する光制御デバイスを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、誘電率異方性基板を用いた場合でも、高周波信号の電気反射現象を抑制し、電気損失の少ない光制御デバイスを提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００３３】
１  信号電極
２，３  接地電極
【図１】
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【図２】
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