(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を信号電圧の印加によって変調するための光変調器であって、基体、この基体の表面側に形成されている光導波路、および前記光導波路中に伝搬する光に対して前記信号電圧を印加するための一方の電極および他方の電極を備えており、前記一方の電極が前記光導波路の表面側に形成されており、かつこの一方の電極が前記光導波路の表面側を覆う本体部分と、この本体部分から一方の側面側に張り出している一方の張出部分およびこの本体部分から他方の側面側に張り出している他方の張出部分を備えており、前記一方の張出部分および前記他方の張出部分がそれぞれ前記他方の電極と対向していることを特徴とする、光変調器。
【請求項２】
前記他方の電極が前記一方の電極よりも前記基体の内側に形成されており、前記一方の電極と前記他方の電極との間の領域に前記光導波路が位置していることを特徴とする、請求項１記載の光変調器。
【請求項３】
前記基体がリッジ構造部分を備えており、前記リッジ構造部分の中に前記光導波路が設けられており、前記リッジ構造部材の一方の側面側に一方の凹部が設けられており、前記リッジ構造部分の他方の側面側に他方の凹部が設けられており、前記一方の凹部および前記他方の凹部内にそれぞれ前記他方の電極が設けられており、前記一方の張出部分および前記他方の張出部分が前記他方の電極と対向していることを特徴とする、請求項１または２記載の光変調器。
【請求項４】
前記一方の凹部および前記他方の凹部内において、前記基体の材質の誘電率よりも低い誘電率を有する材質からなる下地層がそれぞれ設けられており、この下地層の上に前記他方の電極がそれぞれ設けられていることを特徴とする、請求項３記載の光変調器。
【請求項５】
前記一方の凹部および前記他方の凹部内において、前記他方の電極が前記基体上に設けられており、前記他方の電極の上にそれぞれ前記基体の材質の誘電率よりも低い誘電率を有する材質からなる充填層が設けられていることを特徴とする、請求項３記載の光変調器。
【請求項６】
前記一方の電極の幅Ｌを前記光導波路の幅Ｗによって除した値Ｌ／Ｗが１．５以上、５０以下であることを特徴とする、請求項１−５のいずれか一つの請求項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記基板が、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、ニオブ酸カリウムリチウム単結晶、ニオブ酸カリウムリチウム−タンタル酸カリウムリチウム固溶体単結晶、チタニルリン酸カリウム単結晶およびガリウム−砒素単結晶からなる群より選ばれた一種以上の材質からなることを特徴とする、請求項１−６のいずれか一つの請求項に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、進行波型光変調器等の光変調器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野においては、通信容量の飛躍的な増大が予測されており、このために光伝送系の容量の増大が必要である。現状では、１．６ＧＢ／秒の伝送速度が実用化されつつあるが、光ファイバーの伝送可能な周波数帯域（約２００ＴＨｚ）と比較すると、高々１０万分の一程度しか実用化されていない。伝送容量を飛躍的に増大させるのに重要なことは、光変調技術を進展させることである。
【０００３】
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）、ニオブ酸カリウムリウチム（ＫＬＮ）、チタニルリン酸カリウム（ＫＴＰ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）を光導波路に適用した進行波形光変調器は、優れた特性を備えており、高能率で高帯域化を達成できる可能性がある。ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムは、強誘電体として非常に優れた材料であり、電気光学定数が大きく、短い光路で光の制御が可能であるという利点を有している。
【０００４】
進行波形光変調器の変調速度を制限する要因としては、速度不整合、分散および電極損失などが挙げられる。このうち、速度不整合および分散については、主として進行波形光変調器の構造によって決定されるので、構造の解析および設計が重要である。一方、電極損失については、材料の導電率や表皮効果が重要である。
【０００５】
速度不整合について、更に説明する。進行波形電極においては、光導波路中を進行する光と、電極中を伝搬する電気信号（マイクロ波）との速度は、大きく異なっている。結晶中を伝搬する光の速度をＶｏとし、マイクロ波の速度をＶｍとする。例えば、プレーナ型電極を有するＬｉＮｂＯ3 光変調器の場合には、次のようになる。まず、ＬｉＮｂＯ3 単結晶の屈折率は２．１５（波長１．５μｍ）であり、光導波路中を進行する光の速度は、これに反比例する。一方、マイクロ波の実効屈折率は、導体近傍の誘電率の平方根によって与えられる。ＬｉＮｂＯ3 単結晶の誘電率は、一軸性であり、Ｚ軸方向が２８、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向が４３である。従って、誘電率が１である空気の影響を考慮しても、従来の構造のＬｉＮｂＯ3 光変調器におけるマイクロ波の実効屈折率は約４となり、２．１４の約１．９倍になる。従って、光波の速度はマイクロ波の速度よりも約１．９倍大きい。
【０００６】
光変調帯域幅ｆｍないし変調速度の上限は、光波とマイクロ波との速度差の逆数に比例する。即ち、ｆｍ＝１／（Ｖｏ−Ｖｍ）が成立する。従って、電極損失を０と仮定すると、帯域幅ｆｍ×電極長Ｍ＝９．２ＧＨｚ・ｃｍが限界となる。実際に、電極長Ｍ＝２．５ｍｍの光変調器において、ｆｍ＝４０ＧＨｚという値が報告されている。この動作速度の限界による影響は、電極が長いほど、顕著になる。従って、広帯域であって、高能率特性を有する光変調器の実現が強く望まれている。
【０００７】
最近、光導波路型高速変調器や高速スイッチ等の光導波路デバイスにおいて、基板の上部の電極の形状を特殊な形状としたり、ガラス堆積層を形成したりすることによって、光導波路の内部を進行する光と、外部から印加される変調電圧との間での位相整合周波数を数十ＧＨｚへと高広帯域化することが提案されている（「Ｏ  ｐｌｕｓ  Ｅ」１９９５年５月号第９１頁〜９７頁、「ＬＮを用いたＥＯデバイス」）。
【０００８】
この文献によれば、マイクロ波の速度は、細い信号電極とアース電極とを結ぶ電気力線が通る領域の誘電率の平均値によって決まるため、電極の厚さを大きくし、ＳｉＯ2 からなるバッファー層の厚さを大きくすることによって、変調速度が向上するとされている。また、進行波電極は伝送経路であり、その特性インピーダンスを５０Ωに近づける必要がある。これらの条件を満足する設計として、せり出し形、ひさし形、溝堀り形、シールド形といった種々の形態の電極およびバッファー層を形成することが提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような構造の進行波形光変調器においては、製造プロセスが複雑であり、工程数が多く、コストが高い。しかも、光導波路の部分と、複雑な形状のバッファー層および電極との間で、高い位置合わせの精度を保持する必要がある。更に、加工ダメージによる加工変質層の生成によって、光屈折率等の特性が変化し易く、光導波路デバイスのシュミレーションの結果から見て特性が劣化し、光吸収特性や消光比特性が不十分になる。しかも、こうした困難な製造上の問題点を解決できたとしても、依然として１０ＧＨｚ・ｃｍ以上の高速変調は困難であった。
【００１０】
本発明の課題は、光を信号電圧の印加によって変調するための光変調器において、従来の光変調器よりも高い周波数で光と変調波との速度整合を実現することができ、これによって数十ＧＨｚ以上もの周波数でも動作可能な新規な構造の光変調器を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光を信号電圧の印加によって変調するための光変調器であって、基体、この基体の表面側に形成されている光導波路、および前記光導波路中に伝搬する光に対して前記信号電圧を印加するための一方の電極および他方の電極を備えており、前記一方の電極が前記光導波路の表面側に形成されており、かつこの一方の電極が前記光導波路の表面側を覆う本体部分と、この本体部分から一方の側面側に張り出している一方の張出部分およびこの本体部分から他方の側面側に張り出している他方の張出部分を備えており、前記一方の張出部分および前記他方の張出部分がそれぞれ前記他方の電極と対向していることを特徴とする、光変調器に係るものである。
【００１２】
本発明者は、例えばニオブ酸リチウム等の誘電率の高い材質によって基体を形成して光変調器を製造した場合に、数十ＧＨｚ以上もの従来実現不能であったきわめて高い周波数領域で動作可能な光変調器を提供するために、長年にわたって各種のシュミレーション、実験を行なってきた。この結果、光導波路上に設ける一方の電極の幅を、光導波路の幅よりも大きくし、一方の電極の一部を光導波路から少なくとも一方の側面方向に張り出させることによって、光導波路内を伝搬する光の伝搬速度と変調波の速度とをきわめて高い周波数で整合させ得ることを発見し、本発明に到達した。これによって、数十ＧＨｚ帯、さらに１００ＧＨｚ帯での光変調、光伝送が初めて実現可能となった点で、本発明は画期的であり、産業上多大な貢献をなすものである。
【００１３】
前述のように一方の電極を光導波路の上にオーバーハングさせた状態とし、一方の電極と他方の電極との間に所定の信号電圧を印加することによって、一方の電極と他方の電極との間の空隙、即ち空気層（図１の４Ａ、４Ｂ、図６の２４Ａ、２４Ｂを参照）ないし低誘電材質の充填層（図１１の３１Ａ、３１Ｂ）にも電圧が加わることになる。この影響で、変調波が進行する領域の誘電率が全体として低くなり、変調波の速度が上昇したものと考えられる。
【００１４】
また、前述のように一方の電極の一部分を少なくとも一方の側面側に張り出させる構造を採用することによって、結果的に電極の表面積が増大し、電極損失が大幅に低減することも判明した。
【００１５】
基板は、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶およびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、ニオブ酸カリウムリウチム単結晶、ニオブ酸カリウムリチウム−タンタル酸カリウムリチウム固溶体単結晶、チタニルリン酸カリウム単結晶およびガリウム−砒素単結晶からなる群より選ばれた一種以上の単結晶によって形成することが好ましく、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶およびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶からなる群より選ばれた一種以上の単結晶によって形成することが特に好ましい。
【００１６】
また、基板の方位は、Ｚ、Ｘ、Ｙのいずれの方向でも良く、従来のチタン拡散による光導波路とその上への電極形成の手段を、そのまま採用できる。
【００１７】
本発明においては、一方の電極において、他方の側面側にも張出部分を設けることが好ましい。
【００１８】
本発明においては、他方の電極を一方の電極よりも基体の内側に形成させ、一方の電極と他方の電極との間の領域に光導波路を位置させることが好ましい。これによって一方の電極と他方の電極との間で光導波路の全体に均一に信号電圧を印加しやすくなる。
【００１９】
また、特に好適な実施形態においては、基体にリッジ構造部分を設け、リッジ構造部分の中に光導波路を設け、リッジ構造部分の一方の側面側に一方の凹部を設け、リッジ構造部分の他方の側面側に他方の凹部を設け、一方の凹部および他方の凹部内にそれぞれ他方の電極を設け、一方の張出部分および他方の張出部分をそれぞれ他方の電極と対向させる。この構造によって、光と変調波とが速度整合する周波数を、一層高くできる。
【００２０】
この実施形態においては、一方の凹部内および他方の凹部内の各他方の電極は、それぞれ基体の表面上に直接設けることができる。また、一方の凹部および他方の凹部内において、基体の材質の誘電率よりも低い誘電率を有する材質からなる下地層をそれぞれ設け、各下地層の上に他方の電極をそれぞれ設けることができる。これによって、光と変調波とが速度整合する周波数を、高くすることができる。
【００２１】
また、一方の電極の幅Ｌを光導波路の幅Ｗによって除した値Ｌ／Ｗは１．５以上、５０以下とすることが好ましい。
【００２２】
本発明の光変調器を製造する方法は特に制限されない。基体の表面側に光導波路や電極を設ける技術は、公知の方法を採用できる。また、基体の形態も特に限定されないが、一方の主面と他方の主面とを備えている平板形状の基板が特に好ましい。
【００２３】
また、基体にリッジ構造部分を設ける方法は、従来のエッチング法によることもできるが、以下の方法も採用できる。
【００２４】
（１）アブレーション加工法の応用
この加工には、各種レーザーを使用できるが、エキシマレーザーが特に好ましい。アブレーション加工とは、エキシマレーザー光のような高エネルギーの光を加工対象の材質に照射することによって、光の当たった部分を瞬時に分解および気化させ、目的の形状を得る加工方法である。エキシマレーザーとは、波長が１５０〜３００ｎｍである紫外領域のレーザー光であり、封入するガスの種類によって波長を選択できるという特徴がある。
【００２５】
本発明者は、強誘電性基板を加工したリッジ構造部分を形成するのに際して、エキシマレーザーを使用したアブレーション加工によると、極めて高い生産性でリッジ構造部分を形成できることを発見した。しかも、得られたリッジ構造部分について、著しい光学特性の安定性と形状の安定性とが得られる。
【００２６】
ここで、光学特性の安定性については、アブレーション加工では、光の照射された部分において、基板の材質が瞬時に分解および気化するので、光が直接には当たらない周辺部分には、熱・応力等の影響がほとんどなく、このため肉薄部分に加工変質層が生じないためと考えられる。
【００２７】
アブレーション加工用の光源としては、基板の材質の吸収端よりも短波長側の光を使用する必要がある。しかし、通常は、３５０ｎｍ以下の波長を有する光が好ましい。
【００２８】
アブレーション加工用の光の波長は、３００ｎｍ以下とすることが一層好ましい。ただし、実用的な観点からは、１５０ｎｍ以上とすることが好ましい。また、現実の光源としては、エキシマレーザー光源の他に、ＹＡＧの四次高調波（２６６ｎｍのレーザー光）、エキシマランプ等が、現在のところ実用的である。
【００２９】
アブレーション加工用の光照射装置としては、いわゆる一括露光方式の装置と多重反射方式の装置とが知られているが、いずれも使用できる。
【００３０】
（２）高精度の機械加工によっても、基体の表面側にリッジ構造部分を形成することが可能であった。この場合には、切削加工法が最も好ましい。また、機械加工装置としては、スライシング装置のＺ方向の位置精度を向上させたものを好ましく使用できる。
【００３１】
以下、図面を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光変調器１の横断面図であり、図２は、図１の光変調器１の斜視図である。光変調器１は、平板形状の基体２と、基体２の表面２ａ側に形成されている光導波路７、光導波路７中に伝搬する光に対して信号電圧を印加するための一方の電極８および他方の電極５Ａ、５Ｂを備えている。
【００３２】
基体２は、リッジ構造部分６を備えており、リッジ構造部分６の上部に光導波路７が設けられている。光導波路７の下にはリッジ構造部分の基部６ａが設けられている。なお、６ｂはリッジ構造部分６の側面であり、６ｃはリッジ構造部分６の上面である。リッジ構造部分６の一方の側面側に一方の凹部３Ａが設けられており、リッジ構造部分６の他方の側面側に他方の凹部３Ｂが設けられている。一方の凹部３Ａおよび他方の凹部３Ｂ内にそれぞれ他方の電極５Ａ、５Ｂが設けられている。従って、他方の電極５Ａ、５Ｂは、一方の電極６よりも基体２の内側に形成されており、一方の電極６と他方の電極との間の領域に光導波路７が位置している。
【００３３】
リッジ構造部分６の上面６ｃに、一方の電極８が設けられている。一方の電極８は、光導波路７の表面側を覆う本体部分８ｃと、本体部分８ｃから一方の側面側に張り出している一方の張出部分８ａと、本体部分８ｃから他方の側面側に張り出している他方の張出部分８ｂとを備えている。この結果、一方の張出部分８ａおよび他方の張出部分８ｂが、それぞれ他方の電極５Ａ、５Ｂと対向している。
【００３４】
発振器９が接点１０を介して各電極の一方の端部に接続されており、終端抵抗１２が接点１１を介して各電極の他方の端部に接続されている。１３は光である。
【００３５】
図１、図２に概略的に示した光変調器１を作製し、実験およびシミュレーションした結果を示す。
【００３６】
Ｚカットしたウエハー（ＬｉＮｂＯ3 単結晶、厚さ１ｍｍ）からなる基板に、液相エピタキシャル法によってニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶膜を形成し（厚さ１０μｍ）、その上にさらにニオブ酸リチウム膜（厚さ１０μｍ）を形成した。次いで、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を光源として使用し、アブレーション加工を行なった。照射エネルギー密度が６Ｊ／ｃｍ2 となるように光学系を調節し、パルス幅を１５ｎｓｅｃとし、パルス周波数を６００Ｈｚとし、走査速度を１．２ｍｍ／ｓｅｃとした。これにより、マッハツェンダー型のリッジ構造部分６を作製した。リッジ構造部分６の横断面形状は台形をしており、リッジ構造部分６の側面６ｂの基板主面２ａに対する傾斜角度は９０度であった。
【００３７】
各凹部３Ａ、３Ｂ内に、蒸着法によって金電極５Ａ、５Ｂを形成した（厚さ１μｍ）。また、ガラス基板にフォトリソグラフィー法によって金電極８（厚さ１μｍ）を形成し、図示しないガラス基板および電極８を、リッジ構造部分６の上面６ｃに対して接着した。一方の電極と他方の電極とのギャップｄを５μｍとした。
【００３８】
こうした型の光変調器１について、ｄを５μｍに固定し、光導波路７の幅Ｗおよび一方の電極８の幅Ｌを、図３、図４、図５に示すように変更したケースについて、変調波の実効屈折率ｎｍ、変調帯域幅ｆｍ、電界補正係数Γをシュミレーションした。これらの結果を図３、４、５に示す。
【００３９】
図３から分かるように、ＬをＷに比べて大きくすることによって、変調波の実効屈折率ｎｍが著しく低下してくることが判明した。この作用効果は、ＬをＷの２倍以上とすることによってもっとも顕著となる。ニオブ酸リチウム単結晶の場合には、光の実効屈折率が約２．１５であるが、ＬをＷの３．５倍以上、４．５倍以下とすることによって、特に良好に速度整合を図れることが判明した。例えば、ＬをＷの３．９倍とし、ｄ／Ｗを０．５とすることによって、変調波の実効屈折率を光と整合させ得る。
【００４０】
図４は、Ｌ／Ｗを３．９とした場合に、ｄ／Ｗを変更したときの変調帯域幅ｆｍの変化を示すグラフである。ｄ／Ｗを０．４−０．６とすることによって、変調帯域幅ｆｍが著しく向上することが判明した。ｄ／Ｗを０．５としたときに変調帯域幅ｆｍがもっとも大きくなる。
【００４１】
図５は、Ｌ／Ｗを３．９に固定し、光の周波数λを１．５μｍとし、ｄ／Ｗを変化させたときの、変調波の実効屈折率ｎｍと電界補正係数Γとの変化を示すグラフである。これによると、ｄ／Ｗを０．３−０．７とすることによって電界補正係数Γが大きく、１．０以上となり、ｄ／Ｗを０．４−０．６とすることによって電界補正係数Γが一層顕著に向上する。
【００４２】
また、本発明においては、一方の凹部および他方の凹部内において、基体の材質の誘電率よりも低い誘電率を有する材質からなる下地層をそれぞれ設け、下地層の上に他方の電極をそれぞれ設けることができる。こうした下地層の材質としては、ポリイミド、テフロン、シリコーン、エポキシ、ウレタン等の有機樹脂のように、各凹部内に液状の形態で充填した後、固化できるものが特に好ましい。
【００４３】
図６は、本発明の他の実施形態に係る光変調器２１の横断面図であり、図７は、図６の光変調器２１の斜視図である。光変調器２１は、平板形状の基体２２と、基体２２の表面２２ａ側に形成されている光導波路７、光導波路７中に伝搬する光に対して信号電圧を印加するための一方の電極８および他方の電極５Ａ、５Ｂを備えている。
【００４４】
基体２２は、リッジ構造部分２６を備えており、リッジ構造部分２６の上部に光導波路７が設けられている。光導波路７の下にはリッジ構造部分の基部２６ａが設けられている。なお、２６ｂはリッジ構造部分２６の側面であり、２６ｃはリッジ構造部分２６の上面である。リッジ構造部分２６の一方の側面側に一方の凹部２３Ａが設けられており、リッジ構造部分２６の他方の側面側に他方の凹部２３Ｂが設けられている。一方の凹部２３Ａおよび他方の凹部２３Ｂ内には、それぞれ下地層２５Ａ、２５Ｂが設けられており、各下地層２５Ａ、２５Ｂ上に、それぞれ他方の電極５Ａ、５Ｂが設けられている。
【００４５】
リッジ構造部分２６の上面２６ｃに、一方の電極８が設けられている。一方の電極８は、光導波路７の表面側を覆う本体部分８ｃと、本体部分８ｃから一方の側面側に張り出している一方の張出部分８ａと、本体部分８ｃから他方の側面側に張り出している他方の張出部分８ｂとを備えている。この結果、一方の張出部分８ａおよび他方の張出部分８ｂが、それぞれ他方の電極５Ａ、５Ｂと対向している。
【００４６】
図７に示すように、発振器９が接点１０を介して各電極の一方の端部に接続されており、終端抵抗１２が接点１１を介して各電極の他方の端部に接続されている。１３は光である。
【００４７】
図６、図７に概略的に示した光変調器２１を作製し、実験およびシミュレーションした結果を示す。
【００４８】
Ｚカットしたウエハー（ＬｉＮｂＯ3 単結晶、厚さ１ｍｍ）からなる基板に、液相エピタキシャル法によってニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶膜を形成し（厚さ１０μｍ）、その上にさらにニオブ酸リチウム膜（厚さ１０μｍ）を形成した。次いで、マイクログラインダーを用いて切削加工してリッジ型の直線光導波路を形成した。このリッジ角はほぼ９０度であった。
【００４９】
各凹部２３Ａ、２３Ｂ内に、厚さ４μｍのポリイミド膜（比誘電率イコール３．３）を形成し、下地層２５Ａ、２５Ｂとした。この上に、蒸着法によって金電極５Ａ、５Ｂを形成した（厚さ１μｍ）。また、ガラス基板にフォトリソグラフィー法によって金電極８（厚さ１μｍ）を形成し、図示しないガラス基板および電極８を、リッジ構造部分２６の上面２６ｃに対して接着した。一方の電極と他方の電極とのギャップｄを５μｍとした。
【００５０】
さらに、基体上に平面的に見てＹ字形状の光導波路を形成した部品を、上記リッジ型直線光導波路と接続することによって、マッハツェンダー型の光変調器を形成した。
【００５１】
こうした型の光変調器２１について、ｄを５μｍに固定し、光導波路７の幅Ｗおよび一方の電極８の幅Ｌを、図８、図９、図１０に示すように変更したケースについて、変調波の実効屈折率ｎｍ、変調帯域幅ｆｍ、電界補正係数Γをシュミレーションした。これらの結果を図８、９、１０に示す。
【００５２】
図８から分かるように、ＬをＷに比べて大きくすることによって、変調波の実効屈折率ｎｍが著しく低下してくることが判明した。この作用効果は、ＬをＷの１．５倍以上とすることによってもっとも顕著となる。
【００５３】
図９は、Ｌ／Ｗを３．０とした場合に、ｄ／Ｗを変更したときの変調帯域幅ｆｍの変化を示すグラフである。ｄ／Ｗを０．４−０．６とすることによって、変調帯域幅ｆｍが著しく向上することが判明した。ｄ／Ｗを０．５としたときに変調帯域幅ｆｍがもっとも大きくなる。
【００５４】
図１０は、Ｌ／Ｗを３．０に固定し、光の周波数λを１．５μｍとし、ｄ／Ｗを変化させたときの、変調波の実効屈折率ｎｍと電界補正係数Γとの変化を示すグラフである。これによると、ｄ／Ｗを０．３−０．７とすることによって電界補正係数Γが大きく、０．６以上となり、ｄ／Ｗを０．４−０．６とすることによって電界補正係数Γが一層顕著に向上する。
【００５５】
図１１は、本発明のさらに他の実施形態に係る光変調器３２を概略的に示す断面図である。なお、図１１において、図１に示した構成部分と同じ構成部分には同じ符号を付け、その説明を省略する。
【００５６】
本実施形態においては、一方の凹部および他方の凹部内において、他方の電極を基体上に設け、各他方の電極の上にそれぞれ基体の材質の誘電率よりも低い誘電率を有する材質からなる充填層を設けている。即ち、一方の凹部３Ａにおいては、基体上に他方の電極５Ａが設けられており、他方の凹部３Ｂにおいては他方の電極５Ｂが設けられている。そして、前述した下地層と同種の材質からなる充填層３１Ａ、３１Ｂが、各電極５Ａ、５Ｂの上に設けられている。
【００５７】
以下、図１１の光変調器３２を作製し、シミュレーションした結果について説明する。
【００５８】
Ｚカットしたウエハー（ＬｉＮｂＯ3 単結晶、厚さ１ｍｍ）からなる基板に、液相エピタキシャル法によってニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶膜を形成し（厚さ１０μｍ）、その上にさらにニオブ酸リチウム膜（厚さ１０μｍ）を形成した。次いで、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を光源として使用し、アブレーション加工を行なった。照射エネルギー密度が６Ｊ／ｃｍ2 となるように光学系を調節し、パルス幅を１５ｎｓｅｃとし、パルス周波数を６００Ｈｚとし、操作速度を１．２ｍｍ／ｓｅｃとした。これにより、マッハツェンダー型のリッジ構造部分６を作製した。リッジ構造部分６の横断面形状は台形をしており、リッジ構造部分６の側面６ｂの基板主面２ａに対する傾斜角度は９０度であった。
【００５９】
各凹部３Ａ、３Ｂ内に、蒸着法によって金電極５Ａ、５Ｂを形成した（厚さ１μｍ）。次いで、各凹部３Ａ、３Ｂ内に、ポリイミド膜からなる充填層３１Ａ、３１Ｂを形成した。各充填層の上側表面は光導波路７の上面と同一面となるようにした。この上に蒸着法によって金電極８（厚さ１μｍ）を形成した。一方の電極と他方の電極とのギャップｄを５μｍとした。
【００６０】
こうした型の光変調器３１について、光導波路７の幅Ｗおよび一方の電極８の幅Ｌを、図１２に示すように変更したケースについて、変調波の実効屈折率ｎｍをシュミレーションした。この結果を図１２に示す。
【００６１】
図１２から分かるように、ＬをＷに比べて大きくすることによって、変調波の実効屈折率ｎｍが著しく低下してくることが判明した。この作用効果は、ＬをＷの３倍以上とすることによってもっとも顕著となる。ニオブ酸リチウム単結晶の場合には、光の実効屈折率が約２．１５であるが、ＬをＷの７倍以上、３０倍以下とすることによって、特に良好に速度整合を図れることが判明した。
【００６２】
また、充填層を設けることによって、このように速度整合を図れるＬ／Ｗが大きくなるので、それだけ電極の幅Ｌが大きくなることを意味している。従って、本実施形態においては、速度整合を実現しつつ、同時に電極損失を一層小さくすることができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、光を信号電圧の印加によって変調するための光変調器において、従来の光変調器よりも高い周波数で光と変調波との速度整合を実現することができ、これによって数十ＧＨｚ以上もの周波数でも動作可能な新規な構造の光変調器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光変調器１の横断面図である。
【図２】図１の光変調器１の斜視図である。
【図３】図１、図２の光変調器について、Ｌ／Ｗおよびｄ／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍとの関係を示すグラフである。
【図４】図１、図２の光変調器について、Ｌ／Ｗを３．９としたときの、ｄ／Ｗと変調帯域幅ｆｍとの関係を示すグラフである。
【図５】図１、図２の光変調器について、Ｌ／Ｗを３．９としたときの、ｄ／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍおよび電界補正係数Γとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施形態に係る光変調器２１の横断面図である。
【図７】図６の光変調器２１の斜視図である。
【図８】図６、図７の光変調器について、Ｌ／Ｗおよびｄ／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍとの関係を示すグラフである。
【図９】図６、図７の光変調器について、Ｌ／Ｗを３．０としたときの、ｄ／Ｗと変調帯域幅ｆｍとの関係を示すグラフである。
【図１０】図６、図７の光変調器について、Ｌ／Ｗを３．０としたときの、ｄ／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍおよび電界補正係数Γとの関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る光変調器３２の横断面図である。
【図１２】図１１の光変調器について、Ｌ／Ｗおよびｄ／Ｗと変調波の実効屈折率ｎｍとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１、２１、３２  光変調器      ２、２２  平板形状の基体      ３Ａ、２３Ａ  一方の凹部      ３Ｂ、２３Ｂ  他方の凹部      ５Ａ、５Ｂ他方の電極      ６、２６  リッジ構造部分      ６ａ、２６ａ  リッジ構造部分６、２６の基部      ７  光導波路７      ８  一方の電極      ８ａ一方の張出部分      ８ｂ      他方の張出部分      ８ｃ  一方の電極８の本体部分      ９  発振器      １２  終端抵抗      １３  光      ２５Ａ、２５Ｂ  下地層      ３１Ａ、３１Ｂ  充填層      Ｌ  一方の電極８の幅      Ｗ  光導波路７の幅      ｎｍ  変調波の実効屈折率    ｆｍ  変調帯域幅      Γ  電界補正係数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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