(57)【要約】【課題】マイクロ波と光信号の伝播速度を整合させる。【解決手段】Ｐ型およびＮ型領域３１，３２を有する光導波領域４と、電圧印加用の進行波電極３０と、を備えた光導波路素子１７。進行波電極３０は、光導波領域４のＰ型およびＮ型領域３１，３２にそれぞれ接続された電極部７，８と、導体１１とを備えている。電極部７，８は、それぞれ、光導波領域４に沿って延在する第１および第２電極部７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、と、これらを連結する迂回部７Ｃ、８Ｃとを有する。導体１１は、迂回部７Ｃ、８Ｃに対して非接触であり、かつ迂回部７Ｃ、８Ｃとの間に電気力線が形成可能となるように迂回部７Ｃ、８Ｃに近接して設置されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅方向に隣り合うＰ型およびＮ型領域を有する光導波領域と、前記光導波領域内を伝播する光を変調する電圧印加用の進行波電極と、を備え、
前記進行波電極は、前記光導波領域のＰ型およびＮ型領域にそれぞれ接続された一方側および他方側電極部と、導体とを備え、
前記一方側および他方側電極部は、それぞれ、前記光導波領域に沿って延在する第１および第２電極部と、これら第１および第２電極部を連結する迂回部とを有し、
前記迂回部の少なくとも一部は、前記第１および第２電極部に比べて、前記光導波領域からより離れた位置を通る離間領域であり、
前記導体は、前記迂回部に対して非接触であり、かつ前記迂回部との間に電気力線が形成可能となるように前記迂回部に近接して設置されていることを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
前記光導波領域の長さ方向に関して前記離間領域の少なくとも一部に相当する位置の前記光導波領域には、前記光導波領域を、前記光の導波方向に第１導波領域と第２導波領域とに分断する高抵抗部が形成され、
前記高抵抗部は、前記第１および第２導波領域よりも電気伝導率が低いことを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
前記離間領域と、前記導体との間には、誘電体層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路素子。
【請求項４】
前記光導波領域は、シリコンからなることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の光導波路素子。
【請求項５】
幅方向に隣り合うＰ型およびＮ型領域を有する光導波領域内を伝播する光を変調する電圧印加用の進行波電極であって、
前記光導波領域のＰ型およびＮ型領域にそれぞれ接続された一方側および他方側電極部と、導体とを備え、
前記一方側および他方側電極部は、それぞれ、前記光導波領域に沿って延在する第１および第２電極部と、これら第１および第２電極部を連結する迂回部とを有し、
前記迂回部の少なくとも一部は、前記第１および第２電極部に比べて、前記光導波領域からより離れた位置を通る離間領域であり、
前記導体は、前記迂回部に対して非接触であり、かつ前記迂回部との間に電気力線が形成可能となるように前記迂回部に近接して設置されていることを特徴とする進行波電極。
【請求項６】
前記離間領域と、前記導体との間には、誘電体層が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の進行波電極。
【請求項７】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の光導波路素子を位相変調部に用いた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、光導波路素子、進行波電極、および光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報伝送量の増大に伴い、電気信号による伝送よりも多くの情報を伝達可能な、光信号による情報伝送の適用が拡大している。
光信号による伝送には、光に情報信号を乗せるために、光変調器が使用される。
光変調器としては、外部からのノイズの影響を受けにくく温度安定性等の特性に優れることから、マッハツェンダ型の干渉計を光導波路で構成し、位相差を調整することで光に信号を乗せるタイプの光変調器が多く採用されている。
【０００３】
干渉を利用する光変調器では、干渉計の部分で光の位相を制御する必要がある。
位相制御の手法としては、ニオブ酸リチウムで光導波路を形成し、電界印加による光ポッケルス効果を利用するものや、微量の不純物を添加して自由キャリア密度を高めたシリコンで光導波路を形成し、導波路内の自由キャリア濃度を変えることで導波路の屈折率を変化させるものがある。
いずれの手法でも、マッハツェンダ型の干渉計の光導波路部分に信号電界を印加する必要があり、導波路に沿って電界印加のための電極が設置される。
【０００４】
伝送する信号はＧＨｚレベルの広域帯信号であることが多く、このような光変調器では、電極での信号電界の伝播と、光導波路での光の伝播の差による信号の劣化を防ぐために、信号電界の伝播方向と光の伝播方向とを一致させた、進行波電極と呼ばれる構造の電極が主に使用されている。
特許文献１では、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜光導波路上に進行波電極を形成した構造の光変調器が提案されている。
【０００５】
図１１（ａ）に、従来の光変調器の一例である光変調器１１０を示す。
光変調器１１０は、マッハツェンダ干渉計６０を含む基板型光導波路１１１から構成される。
マッハツェンダ干渉計６０は、光分岐部２１と光合波部２２との間に２つのアーム部２３，２３を有する。
アーム部２３，２３には、それぞれ位相変調部４４，４４（光導波路素子３７，３７）が設けられている。
光入射部５２から光導波路５３を経て光分岐部２１に入射した光は、光分岐部２１で２つのアーム部２３，２３に分岐されたのち、２つのアーム部２３，２３から光合波部２２で１つの光に合波され、光導波路５４を経て光出射部５５から出射される。
位相変調部４４，４４では、進行波電極５０，５０により高周波電気信号（以下「高周波信号」という。）を印加することによって、各アーム部２３，２３を伝播する光に所定の位相差が付与され、光合波部２２で合波された光は位相差に応じて変調される。
【０００６】
図１１（ｂ）に示すように、光導波路素子３７は、光導波路６と、光導波路６内を伝播する光を変調する電圧印加用の進行波電極５０，５０と、を備えている。
光導波路６は、光導波領域４（コア領域）と、これを囲むクラッド３、５とを有する。
光導波領域４は、リブ部１０と、その両側にそれぞれ設けられた一対のスラブ部１，２とを有する。光導波領域４は、Ｐ型領域３１とＮ型領域３２とを有する。Ｐ型領域３１とＮ型領域３２の境界（ＰＮ接合部）３５には空乏層が生じる。
このＰＮ構造に電極部７，８を通じて外部から電圧を印加することで、光の位相を制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−６４０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、進行波電極では、信号電界はマイクロ波として電極間を伝播し、変調を受ける可視光あるいは赤外線の光信号は、導波路内を伝播する。信号電界は導波路に印加される必要があることから、このマイクロ波信号と、変調を受ける光信号は、ほぼ同一の経路を伝播することになる。
ここで、変調の帯域を広くするには、マイクロ波の伝播速度と光信号の伝播速度を整合させることが重要となるため、電極や導波路の形状を調整することで、マイクロ波と光信号の伝播速度の整合を図ることが行われている。
ニオブ酸リチウムの導波路の場合は、導波路が導電性でないことから、光が導波路内を伝播するのに対して、マイクロ波は電極の間を導波路の外を伝播することになる。
そのため、導波路と電極との間に層を設け、この層や電極の材質や形状を調整することで、伝播速度を整合させるのが一般的である。
例えば、特許文献１には、進行波電極の厚さと幅を選択することでマイクロ波の実効屈折率を調整することによって、マイクロ波と光信号の伝播速度を整合させる手法が記載されている。
【０００９】
これに対して、シリコン導波路の場合には、導波路部分において、自由キャリア密度調整のためにＰ型半導体とＮ型半導体とが接合された構造となっており、さらに、半導体である導波路と信号印加用の電極を接触させる必要があることから、マイクロ波もＰ型半導体とＮ型半導体の境界付近、すなわち導波路内を伝播することになる。
このため、マイクロ波と光の伝播する領域がほぼ同じということになり、電極や導波路の構造を調整することによってマイクロ波の伝播速度を光信号の伝播速度と整合させるのが難しいという問題があった。
シリコンの屈折率は、変調される光信号として利用される、可視光から近赤外線領域の波長では、概ね３．４５以上であるのに対して、変調信号であるマイクロ波の領域では３．４２以下であり、この不整合により、伝播速度はマイクロ波の方が、変調される光信号よりも若干速くなる。
位相差を制御するには、マッハツェンダ型の干渉計の干渉部分の長さが長い方が有利であるが、干渉部分の長さが長いほど、マイクロ波と光信号の伝播速度差の影響も大きくなり、その結果、変調の帯域が狭くなってしまうという問題がある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、マイクロ波と光信号の伝播速度を整合させることができる光導波路素子、進行波電極、および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】
【００１０】
本発明は、幅方向に隣り合うＰ型およびＮ型領域を有する光導波領域と、前記光導波領域内を伝播する光を変調する電圧印加用の進行波電極と、を備え、前記進行波電極は、前記光導波領域のＰ型およびＮ型領域にそれぞれ接続された一方側および他方側電極部と、導体とを備え、前記一方側および他方側電極部は、それぞれ、前記光導波領域に沿って延在する第１および第２電極部と、これら第１および第２電極部を連結する迂回部とを有し、前記迂回部の少なくとも一部は、前記第１および第２電極部に比べて、前記光導波領域からより離れた位置を通る離間領域であり、前記導体は、前記迂回部に対して非接触であり、かつ前記迂回部との間に電気力線が形成可能となるように前記迂回部に近接して設置されている光導波路素子を提供する。
本発明の光導波路素子は、前記光導波領域の長さ方向に関して前記離間領域の少なくとも一部に相当する位置の前記光導波領域には、前記光導波領域を、前記光の導波方向に第１導波領域と第２導波領域とに分断する高抵抗部が形成され、前記高抵抗部は、前記第１および第２導波領域よりも電気伝導率が低い構成を採用できる。
前記離間領域と、前記導体との間には、誘電体層が形成されていることが好ましい。
前記光導波領域は、シリコンからなることが好ましい。
【００１１】
本発明は、幅方向に隣り合うＰ型およびＮ型領域を有する光導波領域内を伝播する光を変調する電圧印加用の進行波電極であって、前記光導波領域のＰ型およびＮ型領域にそれぞれ接続された一方側および他方側電極部と、導体とを備え、前記一方側および他方側電極部は、それぞれ、前記光導波領域に沿って延在する第１および第２電極部と、これら第１および第２電極部を連結する迂回部とを有し、前記迂回部の少なくとも一部は、前記第１および第２電極部に比べて、前記光導波領域からより離れた位置を通る離間領域であり、前記導体は、前記迂回部に対して非接触であり、かつ前記迂回部との間に電気力線が形成可能となるように前記迂回部に近接して設置されている進行波電極を提供する。
前記離間領域と、前記導体との間には、誘電体層が形成されていることが好ましい。
本発明は、前記光導波路素子を位相変調部に用いた光変調器を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、迂回部を有する電極部と導体とを備えた進行波電極を使用し、導体が迂回部に近接して設置されるため、マイクロ波を迂回させることができる。
従って、マイクロ波の実質的な伝播速度を低くして、光信号との伝播速度の差を小さくし、光変調の帯域を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る光変調器の位相変調部（光導波路素子）の一部透視斜視図である。
【図２】図１の位相変調部（光導波路素子）の電極の構造を示す一部透視斜視図である。
【図３】図１の位相変調部（光導波路素子）の光導波領域の構造を示す斜視図である。
【図４】図１の位相変調部（光導波路素子）の平面図である。
【図５】図４のＩＶ−ＩＶ線に沿う位相変調部（光導波路素子）の縦断面図である。
【図６】図４のＩ−Ｉ線に沿う位相変調部（光導波路素子）の横断面図である。
【図７】図４のＩＩ−ＩＩ線に沿う位相変調部（光導波路素子）の横断面図である。
【図８】図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う位相変調部（光導波路素子）の横断面図である。
【図９】図１の光変調器の全体の構造を模式的に示す斜視図である。
【図１０】マイクロ波と光信号について光導波領域の長さ方向の距離と時間との関係を示すグラフである。
【図１１】（ａ）従来の光変調器の一例を模式的に示す斜視図である。（ｂ）（ａ）の光変調器の位相変調部（光導波路素子）の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図９に、本発明の光変調器の一実施形態である光変調器１００を示す。
光変調器１００は、マッハツェンダ干渉計２０を含む基板型光導波路１０１から構成される。
マッハツェンダ干渉計２０は、１×２に分岐する光分岐部２１と、２×１に合波する光合波部２２との間に２つのアーム部２３，２３を有する。
アーム部２３，２３には、それぞれ位相変調部２４，２４（光導波路素子１７，１７）が設けられている。
光入射部５２から光導波路５３を経て光分岐部２１に入射した光は、光分岐部２１で２つのアーム部２３，２３に分岐されたのち、２つのアーム部２３，２３から光合波部２２で１つの光に合波され、光導波路５４を経て光出射部５５から出射される。
【００１５】
位相変調部２４，２４では、進行波電極３０，３０により、高周波電気信号（以下「高周波信号」という。）を印加することにより、各アーム部２３，２３を伝播する光に所定の位相差が付与され、光合波部２２で合波された光は位相差に応じて変調される。
【００１６】
図１〜図８に、位相変調部２４を構成する光導波路素子１７の構造を示す。図６は、図４のＩ−Ｉ線に沿う位相変調部２４（光導波路素子１７）の断面図である。
以下の説明では、図６に示す、光の導波方向に垂直な断面において、Ｐ型領域３１とＮ型領域３２とが向かい合う方向（図６の左右方向）の寸法を幅といい、前記幅方向に垂直な方向（図６の上下方向）の寸法を高さという。また、高さ方向を上方とし、その反対方向を下方として各構造の位置関係を説明することがある。図６において、幅方向は基板９に平行な方向であり、高さ方向は基板９に垂直な方向である。光導波領域４の長さ方向をＡ１といい、この方向Ａ１は光の導波方向（進行方向）と同じ方向である。
【００１７】
図６に示すように、光導波路素子１７は、光導波路６と、光導波路６内を伝播する光を変調する電圧印加用の進行波電極３０，３０と、を備えている。
光導波路６は、光導波領域４（コア領域）と、これを囲むクラッド３、５とを有する。
具体的には、光導波路６は、下部クラッド３と、下部クラッド３上に設けられた光導波領域４と、光導波領域４および下部クラッド３の上に設けられた上部クラッド５と、を備えている。下部クラッド３および上部クラッド５は、光導波領域４より屈折率が小さい。
【００１８】
光導波領域４は、リブ部１０と、その両側にそれぞれ設けられた一対のスラブ部１，２とを有する。
スラブ部１，２は、リブ部１０より薄く形成され、リブ部１０の側面から外側方（幅方向外方）に延出して形成されている。リブ部１０とスラブ部１，２とは同じ材料からなり、一体に形成されている。
【００１９】
光導波路６は、Ｓｉ−ＳｉＯ２−Ｓｉの積層体からなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板をもとに製造することができる。中間のシリカ（ＳｉＯ２）層を下部クラッド３とし、上部のシリコン（Ｓｉ）層を光導波領域４として用いることができる。
光導波領域４は、中央に厚みの大きいリブ部１０を持つリブ型導波路であり、光導波領域４を導波する光はリブ部１０を中心に分布する。
上部クラッド５は、光導波領域４のリブ構造を形成した後にシリカ（ＳｉＯ２）等を堆積させることにより形成される。上部クラッド５は必須の構成ではなく、光導波領域４より屈折率の小さい材料が配置されればよく、例えば樹脂製のクラッドやエアクラッドとすることも可能である。
【００２０】
ＳＯＩ基板の下部のＳｉ層は、光導波路６の下の基板９とすることができる。
【００２１】
光導波領域４の一部は、Ｐ型またはＮ型にドーピングされている。この構成例では、一方のスラブ部１がＰ型、他方のスラブ部２がＮ型にドーピングされている。
半導体に導電性を付与するドーパント（不純物）は母体媒質に応じて適宜選択して用いることができる。例えば、本構成例のように母体媒質がシリコンのようなＩＶ族半導体であれば、Ｐ型ドーパントとしてホウ素（Ｂ）等のＩＩＩ族元素が、また、Ｎ型ドーパントとしてリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）等のＶ族元素が挙げられる。
【００２２】
ドーピング領域の配置として、この構成例では、スラブ部１とこれに接するリブ部１０の一部がＰ型にドーピングされ、スラブ部２とこれに接するリブ部１０の一部がＮ型にドーピングされている。
Ｐ型領域３１とＮ型領域３２は幅方向に隣り合っており、リブ部１０において互いに接している。Ｐ型領域３１とＮ型領域３２の境界（ＰＮ接合部）３５には空乏層が生じる。
【００２３】
このＰＮ構造に電極部７，８を通じて外部から電圧を印加することで、ＰＮ接合部３５のキャリア分布が変動し、空乏層の幅に変化が生じる。シリコンの屈折率はキャリア密度によって変化することが知られている。これを利用して、キャリア分布の変化を通じて、電圧により光導波路の実効屈折率を制御し、位相変調部を出力する際の光の位相状態を制御することができる。
位相変調部２４（光導波路素子１７）の各構造の長さ寸法は、必要な位相変化量や印加する電圧等の条件に基づいて定めることができる。
【００２４】
図３、図５および図８に示すように、光導波領域４は、長さ方向Ａ１の一部に設けられた高抵抗部１２によって、この方向に分断されている。すなわち、光導波領域４は、高抵抗部１２によって分断された第１導波領域４Ａと第２導波領域４Ｂとを含む。
第１導波領域４Ａと第２導波領域４Ｂとは、高抵抗部１２により電気的に互いに分離される。
【００２５】
高抵抗部１２は、ドーピングの行われない無極性の半導体（ｉ型半導体、真正半導体）などの、第１導波領域４Ａおよび第２導波領域４Ｂよりも電気伝導率の低い材料（好ましくは絶縁性の材料）から構成されている。
高抵抗部１２は光透過性を有する。高抵抗部１２は、光透過性を有する誘電体（透明誘電体）であることが好ましい。例えば、樹脂材料（アクリル樹脂等）を使用することができる。光透過性とは、光導波領域４を伝播する光を透過させる性質を指す。
【００２６】
高抵抗部１２では、光導波領域４に信号電界をかけることができず、位相の制御を行うことができないため、高抵抗部１２の長さ（図５のＬ２）は短いことが望ましい。
ただし、高抵抗部１２が短すぎると、マイクロ波が光導波領域４内を漏えい伝播しやすくなるため、少なくとも位相変調部２４（光導波路素子１７）が動作中の印加電圧で、光導波領域４内の自由キャリアが高抵抗部１２を通過できない程度の長さＬ２を確保する必要がある。
【００２７】
図１および図７に示すように、進行波電極３０は、光導波領域４に接続された一方側および他方側電極部７，８と、電極部７，８の上方に配置された導体１１とを備えている。
図２、図４に示すように、一方側電極部７は、光導波領域４の第１導波領域４Ａの範囲（長さ範囲）に設けられた第１電極部７Ａと、第２導波領域４Ｂの範囲（長さ範囲）に設けられた第２電極部７Ｂと、これらを連結する一方側迂回部７Ｃとを有する。
他方側電極部８は、光導波領域４の第１導波領域４Ａの範囲に設けられた第１電極部８Ａと、第２導波領域４Ｂの範囲に設けられた第２電極部８Ｂと、これらを連結する他方側迂回部８Ｃとを有する。
【００２８】
電極部７，８は、光導波領域４のシリコン材料とオーミックコンタクトが可能な材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）等が好適である。電極部７，８はリブ部１０から幅方向に距離をおいて形成するのが好ましい。
【００２９】
図２および図６に示すように、第１および第２電極部７Ａ、７Ｂは、Ｐ型領域３１のスラブ部１の上面から上方に延出する第１および第２脚部１３Ａ、１３Ｂと、第１および第２脚部１３Ａ、１３Ｂの上端に設けられた第１および第２上延在部１４Ａ、１４Ｂとを有する。
第１および第２脚部１３Ａ、１３Ｂは、Ｐ型領域３１のスラブ部１の上面に電気的に接続されており、上部クラッド５を高さ方向に貫通して形成され、長さ方向Ａ１に延在している。
第１および第２上延在部１４Ａ、１４Ｂは、脚部１３Ａ、１３Ｂより幅広に形成されており、上部クラッド５の上面にあって長さ方向Ａ１に延在している。
【００３０】
第１および第２電極部８Ａ、８Ｂは、Ｎ型領域３２のスラブ部２の上面から上方に延出する第１および第２脚部１５Ａ、１５Ｂと、第１および第２脚部１５Ａ、１５Ｂの上端に設けられた上延在部１６Ａ、１６Ｂとを有する。
第１および第２脚部１５Ａ、１５Ｂは、Ｐ型領域３１のスラブ部１の上面に電気的に接続されており、上部クラッド５を高さ方向に貫通して形成され、長さ方向Ａ１に延在している。
第１および第２上延在部１６Ａ、１６Ｂは、脚部１５Ａ、１５Ｂより幅広に形成されており、上部クラッド５の上面にあって長さ方向Ａ１に延在している。
【００３１】
図２および図４に示すように、一方側迂回部７Ｃは、第１電極部７Ａの端部７Ａ１から幅方向外方に延出する幅方向延出部２５ａと、幅方向延出部２５ａの延出端から長さ方向Ａ１に延出する外延在部２５ｂと、外延在部２５ｂの延出端から幅方向内方に延出して第２電極部７Ｂの端部７Ｂ１に達する幅方向延出部２５ｃと、を有する。
他方側迂回部８Ｃは、第１電極部８Ａの端部８Ａ１から幅方向外方に延出する幅方向延出部２６ａと、幅方向延出部２６ａの延出端から長さ方向Ａ１に延出する外延在部２６ｂと、外延在部２６ｂの延出端から幅方向内方に延出して第２電極部７Ｂの端部８Ｂ１に達する幅方向延出部２６ｃと、を有する。
【００３２】
図４に示すように、外延在部２５ｂ（離間領域）は、幅方向外方に張り出して形成されているため、第１電極部７Ａおよび第２電極部７Ｂに比べて、光導波領域４から離れて位置している。
外延在部２６ｂ（離間領域）は、幅方向外方に張り出して形成されているため、第１電極部８Ａおよび第２電極部８Ｂに比べて、光導波領域４から離れて位置している。
例えば、外延在部２５ｂと光導波領域４（例えばリブ部１０）との幅方向の距離は、電極部７Ａ、７Ｂと光導波領域４（例えばリブ部１０）との幅方向の距離より大きいことが好ましく、外延在部２６ｂと光導波領域４（例えばリブ部１０）との幅方向の距離は、電極部８Ａ、８Ｂと光導波領域４（例えばリブ部１０）との幅方向の距離より大きいことが好ましい。
外延在部２５ｂ、２６ｂは、高抵抗部１２に相当する長さ方向範囲を含む。図示例では、外延在部２５ｂ、２６ｂと、高抵抗部１２とは、長さ方向Ａ１の位置がほぼ一致している。
【００３３】
迂回部７Ｃ、８Ｃは、電極部７，８の長さ方向Ａ１の略中央部に形成することが好ましい。迂回部７Ｃ、８Ｃを電極部７，８の中央部に形成することで、図１０に示すように、電極部７，８の全長にわたってのマイクロ波と光信号の進行の差を最も小さくすることができ、変調の帯域を最も広くすることができる。
【００３４】
図１に示すように、導体１１は、矩形板状の上板部２７と、上板部２７の下面２７ａから下方に突出して形成された第１および第２突出部２８Ａ、２８Ｂと、を備えている。
図４に示すように、この例の上板部２７は、平面視において一方側迂回部７Ｃおよび他方側迂回部８Ｃを包含する大きさの長方形であって、その長手方向を、長さ方向Ａ１に直交する方向に向けて設置されている。
上板部２７は、平面視において迂回部７Ｃの外延在部２５ｂから迂回部８Ｃの外延在部２６ｂまでの領域を含んでおり、図７に示すように、上板部２７の下面が外延在部２５ｂ、２６ｂの上面に対面可能である。
【００３５】
図７は、図４のＩＩ−ＩＩ線に沿う位相変調部２４（光導波路素子１７）の断面図である。
図１、図５および図７に示すように、第１および第２突出部２８Ａ、２８Ｂは、略直方体のブロック状に形成され、長さ方向Ａ１に互いに離間して形成されている。
図４に示すように、第１突出部２８Ａは、平面視において、第１導波領域４Ａの一部（詳しくは高抵抗部１２に臨む端部４Ａ１を含む部分）を包含して形成されている。
第２突出部２８Ｂは、平面視において、第２導波領域４Ｂの一部（詳しくは高抵抗部１２に臨む端部４Ｂ１を含む部分）を包含して形成されている。
図７に示すように、第１および第２突出部２８Ａ、２８Ｂは、光導波領域４（詳しくはリブ部１０）に近接していることが好ましい。図示例では、突出部２８Ａ、２８Ｂの下面が、リブ部１０の上面に一定の間隔をおいて対面している。
位相変調部２４（光導波路素子１７）では、突出部２８Ａ、２８Ｂが光導波領域４（リブ部１０）に近接していることによって、マイクロ波の減衰を小さくできる。
【００３６】
図８は、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う位相変調部２４（光導波路素子１７）の断面図である。
図８に示すように、上板部２７は、迂回部７Ｃ、８Ｃ（外延在部２５ｂ、２６ｂ）に近接していることが好ましい。図示例では、上板部２７の下面は、迂回部７Ｃ、８Ｃ（外延在部２５ｂ、２６ｂ）の上面に一定の間隔をおいて対面している。
【００３７】
上板部２７の下面と、これに対面する迂回部７Ｃ、８Ｃの上面との間には、誘電体からなる層１８（誘電体層１８）を形成することが好ましい。誘電体層１８は、例えばＳｉＯ２などで形成することができる。
後述するように、上板部２７の下面と外延在部２５ｂ、２６ｂの上面との間には電気力線１９が通るため、マイクロ波の伝播速度は、誘電体層１８の物性（比誘電率等）に影響を受ける。
【００３８】
迂回部７Ｃ、８Ｃについては、マイクロ波の反射を抑制するために、導波領域４Ａ、４Ｂとインピーダンス整合を取ることが望ましい。そのため、誘電体層１８の比誘電率と厚さについては、目的に応じたインピーダンスとなるように設計を行うことが望ましい。
【００３９】
導体１１は、電極部７，８との間にマイクロ波が伝播する領域を確保するため、電極部７，８に接触しておらず、電極部７，８との間に隙間が形成されている。
導体１１と電極部７，８との隙間（例えば上板部２７の下面と迂回部７Ｃ、８Ｃの上面との隙間、突出部２８Ａ、２８Ｂの下面とリブ部１０の上面との隙間）は、上述のように、導波領域４Ａ、４Ｂとインピーダンス整合を取るように設計を行うことが望ましい。
【００４０】
第１および第２突出部２８Ａ、２８Ｂは、上板部２７と一体に形成することができる。
導体１１は、例えば、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などの金属が好適である。
【００４１】
次に、光導波路素子１７の動作について説明する。
進行波電極におけるマイクロ波の伝播は、２本の電極の相対する位置に、それぞれ反対の電荷が存在して微小なコンデンサを構成し、これが進行方向へ移動していく現象、ということができる。
マイクロ波が伝播する領域にはこれらの電極を互いに結ぶ電気力線が存在し、マイクロ波の伝播は、この電気力線の伝播として表現される。
光導波路素子１７の導波領域４Ａ、４Ｂ（図６参照）では、前記微小なコンデンサに相当する電荷は、ＰＮ接合部３５に存在する空乏層にあるため、マイクロ波が伝播する領域２９は、光導波領域４（導波領域４Ａ、４Ｂ）の内部となっている。
【００４２】
図８に示すように、高抵抗部１２が形成された位置（図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線で示す位置）では、電荷は電極部７，８（迂回部７Ｃ、８Ｃの外延在部２５ｂ、２６ｂ）にあり、電気力線１９は電極部７，８（外延在部２５ｂ、２６ｂ）とこれに近接する導体１１（上板部２７）との間に形成される。
このため、電極部７，８（迂回部７Ｃ、８Ｃ）と導体１１（上板部２７）との間には、マイクロ波が、迂回部７Ｃ、８Ｃに沿って伝播可能である。
【００４３】
図３および図４に示すように、マイクロ波は、第１導波領域４Ａ内を長さ方向Ａ１に伝播し、高抵抗部１２に臨む端部４Ａ１に近づいたところで第１導波領域４Ａから出て、迂回部７Ｃ、８Ｃと上板部２７との間を（図８参照）、迂回部７Ｃ、８Ｃに沿って伝播して、端部４Ｂ１で第２導波領域４Ｂに移行し、第２導波領域４Ｂ内を長さ方向Ａ１に伝播する。
このため、マイクロ波は、長さ方向Ａ１に沿って直線的に伝播する場合に移動に比べて、迂回部７Ｃ、８Ｃを経由するぶん、伝播に遅れが生じる。
【００４４】
一方、光は、第１導波領域４Ａ内を長さ方向Ａ１に伝播し、そのまま高抵抗部１２を通過して第２導波領域４Ｂに移行し、第２導波領域４Ｂ内を長さ方向Ａ１に伝播する。すなわち、光は光導波領域４内を直線的に伝播するため、伝播に遅れは生じない。
【００４５】
図１０は、光導波路素子１７を伝播するマイクロ波と光信号について、光導波領域４の長さ方向Ａ１の距離と時間との関係を示すグラフである。
この図に示すように、光信号Ｌ１は、第１導波領域４Ａからそのまま高抵抗部１２を通過して、直線的に第２導波領域４Ｂに移行するため、（長さ方向Ａ１の）伝播速度は一定である。
これに対し、マイクロ波Ｍ１は、第１導波領域４Ａから、電極部７，８の迂回部７Ｃ、８Ｃを経由して第２導波領域４Ｂに移行するため、中間位置で伝播に遅れが生じる。
【００４６】
この種の光導波路素子では、マイクロ波が伝播する領域が光導波領域内であるため、電極部に迂回部を形成しただけでは、マイクロ波を迂回させることはできない。
これに対し、光導波路素子１７では、電極部７，８に迂回部７Ｃ、８Ｃを形成しただけでなく、迂回部７Ｃ、８Ｃに近接させて導体１１を設け、マイクロ波を迂回部７Ｃ、８Ｃと上板部２７との間に誘導するため、マイクロ波を迂回させることができる。
従って、光導波路素子１７では、マイクロ波と光信号の進行の差を小さくすることができ、光変調の帯域を広くすることができる。
【００４７】
＜計算例１＞
図９等に示す光変調器１００について、以下のシミュレーションを行った。
光導波領域４はシリコン（Ｓｉ）製とした。クラッド３、５はＳｉＯ２製とした。電極部７，８および導体１１はアルミニウム製とした。誘電体層１８はＳｉＯ２製とした。
波長１．５５μｍの光を１０ＧＨｚで変調する場合には、シリコンの屈折率は、光に対して約３．４８であるのに対し、マイクロ波に対しては約３．４１となるため、光とマイクロ波との間に約２％の伝播速度の差が生じることになる。
マイクロ波に対するＳｉＯ２の屈折率は、約１．９４である。
このため、位相変調部２４の長さが４ｍｍである場合、迂回部７Ｃ、８Ｃの最適な長さは、４・（（３．４８／３．４１）−１）・（３．４１／１．９４）＝０．１４４ｍｍとなる。
【００４８】
（その他の実施形態）
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、迂回部の数は、１つの電極あたり１つに限らず、複数であってもよい。１つの電極あたり複数の迂回部を形成すると、光信号とマイクロ波との速度整合をとりやすくなる。
複数の迂回部を形成する場合には、電極を長さ方向に複数の領域に均等に分け、各領域の長さ方向の中央に迂回部を形成するのが好ましい。
図４に示すように、上述の例の位相変調部２４（光導波路素子１７）では、外延在部２５ｂ、２６ｂの長さ方向の位置は、高抵抗部１２の長さ方向の位置とほぼ一致しているが、高抵抗部１２の位置は、外延在部２５ｂ、２６ｂの位置と完全に一致していなくてもよい。
高抵抗部１２は、長さ方向について、外延在部２５ｂ、２６ｂの少なくとも一部に相当する位置に形成されていればよい。
光導波路素子１７では、迂回部７Ｃ、８Ｃの一部である外延在部２５ｂ、２６ｂは、第１および第２電極部７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂに比べて、光導波領域４から離れた位置を通る離間領域であるが、迂回部７Ｃ、８Ｃは、その全部が離間領域であるということもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、進行波電極に迂回構造を設けることにより、マイクロ波の実質的な伝播速度を低くして、光信号との伝播速度の差を小さくし、光変調の帯域を広くすることができる。
【符号の説明】
【００５０】
４・・・光導波領域、４Ａ・・・第１導波領域、４Ｂ・・・第２導波領域、６・・・光導波路、７・・・一方側電極部、７Ｃ、８Ｃ・・・迂回部、８・・・他方側電極部、１１・・・導体、１２・・・高抵抗部、１８・・・誘電体層、１９・・・電気力線、２４・・・位相変調部（光導波路素子）、２５ｂ、２６ｂ・・・外延在部（離間領域）、３０・・・進行波電極、３１・・・Ｐ型領域、３２・・・Ｎ型領域、１００・・・光変調器。
【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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