(57)【要約】【課題】  基板内を伝搬する迷光を効果的に除去することが可能な光変調器を提供すること。【解決手段】  電気光学効果を有する基板１と、該基板に形成された光導波路２と該光導波路に電界を印加するための制御電極を有する光変調部を備えた光変調器において、該制御電極が、光変調を行なうための変調電極を有し、該光導波路が、該変調電極で変調される光波が伝搬する信号光用光導波路を有し、該信号光用光導波路が形成された該基板の表面、又は該基板の裏面の少なくともその一部には、複屈折率層（ＢＲ１〜ＢＲ３）が配置されていることを特徴とする。【選択図】図６
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【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導波路と該光導波路に電界を印加するための制御電極を有する光変調部を備えた光変調器において、
該制御電極が、光変調を行なうための変調電極を有し、
該光導波路が、該変調電極で変調される光波が伝搬する信号光用光導波路を有し、
該信号光用光導波路が形成された該基板の表面、又は該基板の裏面の少なくともその一部には、複屈折率層が配置されていることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器において、該基板の表面に複屈折率層を配置する場合は、該信号光用光導波路を除く該基板上に該複屈折率層を配置することを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１に記載の光変調器において、該基板の表面に複屈折率層を配置する場合は、該複屈折率層の屈折率は、該信号光用光導波路の屈折率より低く、該基板の屈折率より高いことを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調器において、該基板の裏面に複屈折率層を配置する場合は、該基板の厚みが２０μｍ以下であることを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光変調器において、該複屈折率層の一部には、該基板と反対側に金属層が配置されていることを特徴とする光変調器。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の光変調器において、該制御電極が、該光導波路にＤＣバイアス電圧を印加するバイアス電極を有し、該バイアス電極は、該光波の伝搬方向に対して、該変調電極の下流側に配置され、該バイアス電極の下側には該複屈折率層が配置されていることを特徴とする光変調器。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光変調器において、該光変調部は、少なくとも第１の光変調部分と第２の光変調部分とが互いに並べて配置されており、該第１の光変調部分と該第２の光変調部分との間には、該基板上に該複屈折率層が形成されていることを特徴とする光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器に関し、特に、光変調部から発生する迷光や光変調部分に入射する迷光を除去する手段を備えた光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野や光計測分野において多くの光変調器が利用されている。高速かつ大容量の情報を送信するため、一つの基板に複数の光変調部分を配置すると共に、光変調器全体を小型化することも行なわれている。例えば、偏波多重変調器や直角位相振幅変調器（ＱＡＭ）、さらには多波長を用いた光変調器などが提案されている。
【０００３】
図１は、偏波合成機能を有する光変調器の一例を示す概略図である。ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する基板１に光導波路２が形成され、２つの光変調部分（ＭＺ１，ＭＺ２）が設けられている。各光変調部分で変調された光波は、各出力用光導波路（ＯＰ１，ＯＰ２）により基板１の外部に導出される。出力光（λ０１，λ０２）は、波長板ＷＰ、反射板ＲＦ及び偏光ビームスプリッターＰＳによって、偏波合成され出力光（λ'０）となる。なお、λ０は光変調器への入力光である。
【０００４】
さらに、図１の光変調器では、マッハツェンダー型光導波路（ＭＺ１，ＭＺ２）の合波部分には、放射モード光を導出するための放射光用光導波路（Ｒ１１とＲ１２，Ｒ２１とＲ２２）が形成されている。
【０００５】
また、図２は、多波長を用いた光変調器の一例を示す概略図である。基板１に入射する異なる波長の入力光（λ１，λ２）に対して、光導波路（２１、２２）が設けられ、各光導波路にはマッハツェンダー型光導波路（ＭＺ１１〜２２）を備えた光変調部分が複数形成されている。各マッハツェンダー型光導波路の出力側には、出力用光導波路（ＯＰ１１〜２２）や放射光用光導波路（Ｒ１１１〜２２２）が配置されている。
【０００６】
さらに、図１及び図２には図示されていないが、各マッハツェンダー型光導波路の近傍には、図３に示すように、マッハツェンダー型光導波路に電界を印加する制御電極が設けれられている。制御電極としては、必要に応じて、信号光を発生するための変調電極（ＲＦ１〜３）や、変調曲線のバイアス点調整を行なうため光導波路にＤＣバイアスを印加するためのＤＣバイアス電極（ＤＣ１〜ＤＣ３）が設けられる。
【０００７】
マッハツェンダー型光導波路（ＭＺ）の合波部近傍には、出力用光導波路（ＯＰ）を挟むように、放射光を導出する放射光用光導波路（Ｒ１，Ｒ２）が設けられている。図４に示すように、放射光を検知する受光素子（ＰＤ１，ＰＤ２）が、放射光用光導波路の直上に配置される。図４（ｂ）に示すように、放射光用光導波路（Ｒ１，Ｒ２）と受光素子（ＰＤ１，ＰＤ２）との間には、高屈折率膜（ＨＲ１，ＨＲ２）が配置され、光導波路を伝搬する放射光を受光素子側に引き寄せる役割を担っている。受光素子（ＰＤ１，ＰＤ２）は、基板１上に接着剤（ＡＤ）で固定されている。図４（ｂ）は、図４（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａ’における断面図を示している。
【０００８】
図４では、各放射光用光導波路（Ｒ１，Ｒ２）に対応して、受光素子（ＰＤ１，ＰＤ２）を別々に設けているが、光変調器の小型化などに伴い、図５に示すように、１つの受光素子で複数の光導波路を伝搬する光波を受光する方法もある。
【０００９】
光導波路に光波を入射する部分や、光変調部を構成するマッハツェンダー型光導波路の分岐部や合波部、さらに、放射光用光導波路への分岐部などでは、光導波路から漏れ光が発生し易い。この漏れ光が、基板内で迷光となり出力される信号光に混入したり、放射光と一緒になって受光素子で検出されるなどの現象が発生する。これにより、光変調器の変調特性が劣化したり、光変調器の特性を最適に制御することが困難となる。特に、複数の光変調部分が同一基板上に並べて配置され、かつ基板全体が小型化する場合には、迷光の問題は重大な問題となる。
【００１０】
基板内を伝搬する迷光を除去する方法としては、特許文献１に示すように、基板表面に高屈折率膜や金属膜を配置し、基板内を伝搬する迷光を基板外に導出したり、金属膜で吸収する方法が提案されている。
【００１１】
しかしながら、高屈折率膜では、スラブ導波路が形成され、迷光が拡散するだけであり、迷光を除去する効果は、極めて限定的となる。また、金属膜では、小型化された光変調器において、電極間の短絡の原因ともなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−２７６５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、上述したように、迷光を効果的に除去し、複数の光変調部分を配置し、さらに小型化した光変調器においても、基板内の迷光が信号光や放射光に混入することを抑制可能な光変調器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の光変調器は、以下のような技術的特徴を有する。
（１）  電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と該光導波路に電界を印加するための制御電極を有する光変調部を備えた光変調器において、該制御電極が、光変調を行なうための変調電極を有し、該光導波路が、該変調電極で変調される光波が伝搬する信号光用光導波路を有し、該信号光用光導波路が形成された該基板の表面、又は該基板の裏面の少なくともその一部には、複屈折率層が配置されていることを特徴とする。
【００１５】
（２）  上記（１）に記載の光変調器において、該基板の表面に複屈折率層を配置する場合は、該信号光用光導波路を除く該基板上に該複屈折率層を配置することを特徴とする。
【００１６】
（３）  上記（１）に記載の光変調器において、該基板の表面に複屈折率層を配置する場合は、該複屈折率層の屈折率は、該信号光用光導波路の屈折率より低く、該基板の屈折率より高いことを特徴とする。
【００１７】
（４）  上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光変調器において、該基板の裏面に複屈折率層を配置する場合は、該基板の厚みが２０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
（５）  上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の光変調器において、該複屈折率層の一部には、該基板と反対側に金属層が配置されていることを特徴とする。
【００１９】
（６）  上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の光変調器において、該制御電極が、該光導波路にＤＣバイアス電圧を印加するバイアス電極を有し、該バイアス電極は、該光波の伝搬方向に対して、該変調電極の下流側に配置され、該バイアス電極の下側には該複屈折率層が配置されていることを特徴とする。
【００２０】
（７）  上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の光変調器において、該光変調部は、少なくとも第１の光変調部分と第２の光変調部分とが互いに並べて配置されており、該第１の光変調部分と該第２の光変調部分との間には、該基板上に該複屈折率層が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、信号光用光導波路が形成された基板の表面、又は基板の裏面の少なくともその一部には、複屈折率層が配置されているため、基板内を伝搬する光波を複屈折率層によって基板外方向かつ複数の方向に導くことが可能となる。この作用を用いることで、基板内の迷光を効率的に除去でき、迷光が信号光や放射光に混入することを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】偏波合成機能を有する光変調器の一例を示す概略図である。
【図２】多波長を用いた光変調器の一例を示す概略図である。
【図３】マッハツェンダー型光導波路に電界を印加する制御電極として、変調電極とＤＣバイアス電極を用いる例を示す図である。
【図４Ａ】放射光を受光するため、放射光用光導波路と受光素子の配置の様子を説明する平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの一点鎖線Ａ−Ａ’における断面図である。
【図５Ａ】一つの受光素子を用いて２つの放射光を受光する構造を説明する平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの一点鎖線Ｂ−Ｂ’における断面図である。
【図６】本発明の光変調器に係る第１の実施例を説明する平面図である。
【図７Ａ】図６の一点鎖線Ｄ１−Ｄ１’における断面図である。
【図７Ｂ】図６の一点鎖線Ｄ２−Ｄ２’における断面図である。
【図８】本発明の光変調器に係る第２の実施例を説明する図である。
【図９】本発明の光変調器に係る第３の実施例を説明する図である。
【図１０Ａ】本発明の光変調器に係る第４の実施例を説明する平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの一点鎖線Ｄ−Ｄ’における断面図である。
【図１１Ａ】本発明の光変調器に係る第５の実施例を説明する平面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの一点鎖線Ｅ−Ｅ’における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る光変調器について、詳細に説明する。
本発明が適用される光変調器は、図６〜１１Ｂに示すように、電気光学効果を有する基板１と、該基板に形成された光導波路２と該光導波路に電界を印加するための制御電極（不図示）を有する光変調部を備えた光変調器において、該制御電極が、光変調を行なうための変調電極を有し、該光導波路が、該変調電極で変調される光波が伝搬する信号光用光導波路を有し、該信号光用光導波路が形成された該基板の表面、又は該基板の裏面の少なくともその一部には、複屈折率層（ＢＲ１〜ＢＲ４，ＢＲ）が配置されていることを特徴とする。
【００２４】
電気光学効果を有する基板としては、ＬｉＮｂＯ３基板やＳｒＴｉＯ３、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＢａＴｉＯ３、ＫＴｉＯＰＯ４、ＰＬＺＴ、またはＩｎＰやＳｉやＧａＡｓなどの半導体系材料の基板が利用可能である。また、光導波路は、Ｔｉなどを熱拡散して形成する。必要に応じて、光導波路に沿って局所的にリッジを形成することも可能である。制御電極は、ＡｕやＴｉの下地金属層の上に金メッキなどを利用して形成することができる。本発明の光変調部の形成に際しては、光変調器分野において公知の各種手法が適用できることは言うまでもない。
【００２５】
本発明の特徴は、基板の表面又は裏面の少なくとも一部に複屈折率層を設けることである。複屈折率層としては、ルチル（α−二酸化チタニウム）、ＹＶＯ４（イットリウム・バナデート）などが好適に利用可能である。
【００２６】
図６に示すように、基板１の入力光が入射する端面Ｃ１、マッハツェンダー型光導波路（ＭＺ１，ＭＺ２）に高周波信号（ＲＦ信号）を印加する領域の開始位置Ｃ２、ＤＣバイアス電圧を印加する領域の開始位置Ｃ３、出力用光導波路の開始位置Ｃ４、基板の出力光が出射する端面Ｃ５とする。Ｃ１〜Ｃ２の範囲は主に入力光用光導波路が配置される入力領域（ＩＰＲ）、Ｃ２〜Ｃ３の範囲は主に変調電極が配置される変調領域（ＲＦＲ）、Ｃ３〜Ｃ４の範囲は主にＤＣバイアス電極が配置されるバイアス領域（ＤＣＲ）、Ｃ４〜Ｃ５の範囲は主に出力用光導波路が配置される出力領域（ＯＰＲ）を各々意味している。
【００２７】
複屈折率層は、図６の入力領域（ＩＰＲ）、変調領域（ＲＦＲ）、バイアス領域（ＤＣＲ）、又は出力領域（ＯＰＲ）に、必要に応じて配置される。例えば、複屈折率層ＢＲ１を入力領域に配置することで、光入力部（基板１と光ファイバ（不図示）との結合部（基板端面Ｃ１））で光導波路２に入射しなかった漏れ光や、光導波路の分岐部（２０）から漏れた漏れ光を、基板１から外部に放出させることが可能となる。
【００２８】
また、複屈折率層ＢＲ２をバイアス領域（ＤＣＲ）に配置することで、マッハツェンダー型光導波路（ＭＺ１，ＭＺ２）の合波部等に向かう迷光を基板１から外部に放出させることが可能となる。
さらに、複屈折率層ＢＲ３を出力領域（ＯＰＲ）に配置することで、出力用光導波路（ＯＰ１，ＯＰ２）や放射光用光導波路（Ｒ１１〜Ｒ２２）に入り込む迷光を基板１から外部に放出させることが可能となる。特に、放射光用光導波路を伝搬する放射光を検出するための受光素子へ迷光が混入するのを抑制することができる。
【００２９】
図７Ａは、図６の一点鎖線Ｄ１−Ｄ１’における断面図である。図７Ａに示すように、基板１の表面に直接接触して配置される複屈折率層ＢＲ１に関しては、複屈折率層の屈折率は、信号光用光導波路２の屈折率より低く、基板１の屈折率より高い。これは、信号光用光導波路２を伝搬する光波を複屈折率層側に吸い上げることを抑制し、基板１の内部（光導波路２以外）を伝搬する迷光を複屈折率層側に積極的に吸い上げるためである。
【００３０】
また、基板１の裏面に複屈折率層ＢＲ４を配置する場合もある。これは、基板の厚みが２０μｍ以下となると、基板内を伝搬する迷光を、基板１の裏面側から外部に放出するためである。図７Ａの符号ＡＤは、支持基板ＳＰを基板１側に接合するための接着層を示しており、この支持基板を接合することで、光変調器の機械的強度を高めている。
【００３１】
図７Ｂは、図６の一点鎖線Ｄ２−Ｄ２’における断面図である。図７Ｂに示すように、基板１の表面に信号光用光導波路（ＯＰ１，ＯＰ２）がある場合には、複屈折率層ＢＲ３によって、信号光が基板１から外部に放出されるのを抑制するため、複屈折率層ＢＲ３に凹部（ＬＲ１，ＬＲ２）を設け、信号光用光導波路に複屈折率層（ＢＲ３）が直接接触するのを抑制し、信号光が、基板１の外部に放出されるのを抑制している。なお、凹部（ＬＲ１，ＬＲ２）には、必要に応じて、光導波路より屈折率の低い低屈折率材料を配置することも可能である。
【００３２】
また、後述するように、複屈折率層内に取り込んだ迷光を、再度、基板１側に戻らないようにするため、複屈折率層の一部に、基板１と反対側に金属層を配置することも可能である。この金属層により、迷光を吸収することも可能となる。
【００３３】
また、図８に示すように、複数の光変調部分（ＭＺ１，ＭＺ２）が並列に配置されている場合は、各光変調部分で発生する迷光が、他の光変調部分に伝搬しないようにするため、隣接する光変調部分の間に複屈折率層ＢＲを形成することが好ましい。
また、図２のような多波長を用いた光変調器の実施例に対して、複数の光変調部分（ＭＺ１１〜ＭＺ２２）が並列に配置されている場合には、隣接する光変調部分の間（例えば、ＭＺ１２とＭＺ２１との間）に複屈折率層ＢＲを形成することが望ましい。
【００３４】
複屈折率層ＢＲは、図９に示すように、光変調を行なう又は光変調が行われた光波（信号光）が伝搬する光導波路（信号光用光導波路）の上を除いて形成してもよい。さらに、図９に示すように、放射光用光導波路上においては、受光素子（ＰＤ１，ＰＤ２）が配置される領域（点線の枠）までは、放射光の劣化を抑制するため、複屈折率層を配置していない。しかしながら、受光素子が配置される領域の下流に対しては、放射光も迷光となるため、複屈折率層を用いて積極的に除去することが好ましい。
【００３５】
複屈折率層の上に金属層を配置することで、複屈折率層で取り込んだ迷光を効率的に吸収することが可能となる。このような金属層は、制御電極を形成するプロセスで使用する金属膜の一部を用いることが、製造上有利である。また、制御電極の一部を用いる場合には、複屈折率層上に配置される電極の形状を変更した場合でも、光導波路に印加する電界が変化（劣化）しないようにする必要がある。このため、制御電極を構成する変調電極よりも、ＤＣバイアス電極の一部を用いることが好ましい。さらに、信号光の出力用光導波路の近傍にも可能な範囲で複屈折率層と金属層を配置するよう構成することが好ましい。具体的には、図６に示す、変調電極が配置される領域（ＲＦＲ）よりも、ＤＣバイアス電極が配置される領域（ＤＣＲ）や出力用光導波路が配置される領域（ＯＰＲ）に迷光を吸収するための金属層が配置される。なお、必要に応じて、図８に示す光変調部分の間に配置する複屈折率層ＢＲの上に金属層を設けることも可能である。
【００３６】
図１０Ａ及び１０Ｂは、複屈折率層（ＢＲ，ａ１〜ａ３）とＤＣバイアス電極の配置の一例を示している。図１０Ｂは、図１０Ａの一点鎖線Ｄ−Ｄ’における断面図である。複屈折率層を形成した場所の全領域に金属層を配置する必要は無い。複屈折率層で基板外に導出した迷光（迷光の一部は複屈折率層内を伝搬する）が、迷光の伝搬方向の下流側に配置される光導波路（特に、信号光用光導波路や放射光用導波路）に再結合するのを防止するよう金属層を配置することが好ましい。
【００３７】
図１０Ａでは、ＤＣバイアス電極ＤＣ１１とＤＣ１２との右側先端が離間しているが、両者が同じ電位である場合には、複屈折率層ａ１の外周形状に沿ってＤＣバイアス電極を連続的に配置することも可能である。また、放射光用光導波路と出力光用光導波路との間には、複屈折率層を配置していないが、各光導波路を伝搬する光波を吸収しない範囲で、複屈折率層や金属層を両者の間に配置することも可能である。
【００３８】
図１１Ａ及び１１Ｂは、受光素子（ＰＤ１，ＰＤ２）を通過した放射光や出力用光導波路の近傍を伝搬する迷光を除去するための構成である。複屈折率層（ＢＲ）上に金属層（Ｍ１，Ｍ２）を配置している。図１１Ｂでは、複屈折率層の形状と金属層の形状とは同じにしているが、金属層を複屈折率層の一部の領域のみに配置することも可能である。
【００３９】
なお、電気光学効果を有する基板の厚みが薄いほど、迷光が基板内に閉じ込められ、光導波路と再結合する可能性が高くなるため、例えば、２０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下の厚みを有する基板を用いた光変調器には、本発明は効果的に適用することできる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上、説明したように、本発明によれば、基板内を伝搬する迷光を効果的に除去し、複数の光変調部分を配置し、さらに小型化した光変調器においても、基板内の迷光が信号光や放射光に混入することを抑制可能な光変調器を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１  基板
２〜２２０  光導波路
ＭＺ，ＭＺ１〜ＭＺ２２  マッハツェンダー型光導波路
Ｒ１〜Ｒ２２２  放射光用光導波路
ＯＰ，ＯＰ１〜ＯＰ２２  出力用光導波路
ＲＦ１〜ＲＦ３  変調電極
ＤＣ１〜ＤＣ３  ＤＣバイアス電極（金属層）
ＰＤ，ＰＤ１〜ＰＤ２  受光素子
ＢＲ，ＢＲ１〜ＢＲ４  複屈折率層
Ｍ１〜Ｍ２  金属層
ＳＰ  支持基板  
ＬＲ１，ＬＲ２  凹部
ＩＰＲ  入力領域
ＲＦＲ  変調領域
ＤＣＲ  バイアス領域
ＯＰＲ  出力領域        
ＨＲ、ＨＲ１、ＨＲ２  高屈折率膜
ＡＤ  接着層
ＷＰ  波長板
ＲＦ  反射板
ＰＳ  偏光ビームスプリッター
λ０〜λ２  入力光
λ'０、λo1〜λo２  出力光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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