(57)【要約】【課題】光変調帯域が広く、駆動電圧が低く、特性インピーダンスについて改善された光変調器を提供する。【解決手段】基板１と、中心及び接地導体４ａ〜４ｃと、空隙２０ａ、２０ｂにより基板に形成したリッジ８ａ〜８ｃと、光導波路３ａ、３ｂとを有し、リッジ上方に中心導体及び接地導体が形成された光変調器において、中心導体と接地導体の間のギャップを５０μｍ以下とし、中心導体下及びこれに相対向する接地導体下のリッジ頂部の端点１８、１９間の距離をＷＲとする時、中心導体下のリッジ頂部の端点から、該接地導体下のリッジ頂部の端点へ向かってＷＲ／２の距離におけるリッジ間の底部の点２３と、中心導体下のリッジ頂部の端点から、相対向する接地導体下にあるリッジ頂部の端点へ向かってＷＲ／Ｎ（５≦Ｎ≦２５）の距離におけるリッジ間の底部の点２４を結ぶ直線２５と、中心導体下のリッジ頂部に対する法線１３がなす角度を９０度より大きくする。【選択図】図２
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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（１）と、前記基板の上に形成されたバッファ層（２）と、該バッファ層の少なくとも一部の上に配置された中心導体（４ａ）と接地導体（４ｂ、４ｃ）からなる進行波電極と、前記進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域における前記基板の一部分の厚さを掘り下げにより少なくして空隙（２０ａ、２０ｂ）を作ることにより前記基板に形成したリッジ（８ａ、８ｂ、８ｃ）と、該リッジに設けられた少なくとも一本の光導波路（３ａ、３ｂ）とを有し、前記リッジの上方に前記中心導体、及び前記接地導体が形成されている光変調器において、
前記中心導体と前記接地導体の間に形成されたギャップ（Ｗ）が５０μｍ以下であり、
前記中心導体の下にある前記リッジの頂部の端点（１８）と、これに相対向する前記接地導体の下にある前記リッジの頂部の端点（１９）との距離をＷＲとする時、
前記中心導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１８）から、前記相対向する前記接地導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１９）へ向かってＷＲ／２の距離におけるリッジ間の底部の点（２３）と、前記中心導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１８）から、相対向する前記接地導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１９）へ向かってＷＲ／Ｎ（５≦Ｎ≦２５）の距離における前記リッジ間の底部の点（２４）とを結ぶ直線（２５）と、
前記中心導体の下にある前記リッジの前記頂部に対する法線（１３）とがなす角度を９０度より大きく構成することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記進行波電極に印加される前記高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率が前記光導波路を伝搬する光の等価屈折率に近づくことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記リッジ間の底部が前記基板側に凸の曲面であることを特徴とする請求項１と請求項２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記リッジ間の底部が平面形状を含むことを特徴とする請求項１から請求項３に記載の光変調器。
【請求項５】
前記リッジ間の底部と前記リッジとの交点近傍（２６、２７）が曲率を持つことを特徴とする請求項１から請求項４に記載の光変調器。
【請求項６】
前記曲率が半径Ｒの円弧からなり、該半径Ｒが０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の光変調器。
【請求項７】
前記曲率が半径Ｒの円弧からなり、該半径Ｒが０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項５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、電気光学効果を利用して、光導波路に入射した光を高周波電気信号で変調して光信号パルスとして出射する光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速、大容量の光通信システムが実用化されている。このような高速、大容量の光通信システムに組込むための高速、小型、かつ低価格の光変調器の開発が求められている。
【０００３】
このような要望に応える光変調器として、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板（以下、ＬＮ基板と略す）に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器（以下、ＬＮ光変調器と略す）がある。このＬＮ光変調器は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓの大容量光通信システムに適用されている。最近はさらに４０Ｇｂｉｔ／ｓの超大容量光通信システムにも適用が検討されている。
【０００４】
以下、従来、実用化され、又は提唱されてきたリチウムナイオベートの電気光学効果を利用した各ＬＮ光変調器の特徴を順番に説明していく。
【０００５】
（第１の従来技術）
図８は、ｚ−カットＬＮ基板を用いて構成した特許文献１に開示された第１の従来技術のＬＮ光変調器についての斜視図であり、図９は図８のＡ−Ａ’線における断面図である。
【０００６】
ｚ−カットＬＮ基板１上に光導波路３が形成されている。この光導波路３は、金属Ｔｉを１０５０℃で約１０時間熱拡散して形成した光導波路であり、マッハツェンダ干渉系（あるいは、マッハツェンダ光導波路）を構成している。したがって、光導波路３の電気信号と光が相互作用する部（相互作用部と言う）には２本の相互作用光導波路３ａ、３ｂ、つまりマッハツェンダ光導波路の２本のアームが形成されている。
【０００７】
この光導波路３の上面にＳｉＯ２バッファ層２が形成され、このＳｉＯ２バッファ層２の上面に進行波電極４が形成されている。進行波電極４としては、１つの中心導体４ａと２つの接地導体４ｂ、４ｃを有するコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を用いている。なお、通常、進行波電極４はＡｕにより形成されている。５はｚ−カットＬＮ基板１を用いて製作したＬＮ変調器に特有の焦電効果に起因する温度ドリフトを抑圧するためのＳｉ導電層である。なお、説明の簡単のために、図９においては図８には図示したＳｉ導電層５を省略している。
【０００８】
変調用の高周波（ＲＦ）電気信号をこのＬＮ光変調器の高周波電気信号給電線６を介して中心導体４ａと接地導体４ｂに供給すると、中心導体４ａと接地導体４ｂの間に電界が印加される。ｚ−カットＬＮ基板１は電気光学効果を有するので、この電界により屈折率変化を生じ、２本の相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の位相にずれが発生する。このずれがπになった場合、光導波路３のマッハツェンダ光導波路としての合波部において、高次モードを励振し、光はＯＦＦ状態になる。なお、７は高周波電気信号出力線であり、終端抵抗で置き換えても良い。
【０００９】
図９からわかるように、図８に示した特許文献１のＬＮ光変調器の特徴としては、１）中心導体４ａの幅Ｓを相互作用光導波路３ａ、３ｂの幅とほぼ同じ６μｍ〜１２μｍ程度としている、２）中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間のギャップ（あるいは、ＣＰＷのギャップ）Ｗを１５μｍ〜３０μｍと広くしている、さらに３）相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃからなる進行波電極４を構成する金属による吸収を抑えるためにのみ使用されてきたＳｉＯ２バッファ層２の比誘電率が４〜６と比較的低いことを利用して、ＳｉＯ２バッファ層２の厚みＤを４００ｎｍ〜１．５μｍ程度と厚くすることにより、高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎｍを低減して、相互作用光導波路３ａ、３ｂを導波する光の等価屈折率ｎｏに近づけるとともに、特性インピーダンスをなるべく５０Ωに近づけている。また、図９に示した第１の従来技術では、特許文献２に開示された進行波電極４の厚みＴを厚くすることによりマイクロ波等価屈折率ｎｍをよりいっそう低減して、光の等価屈折率ｎｏに近づけている。
【００１０】
こうした構造をとることにより、中心導体４ａの幅Ｓが３０μｍ程度、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間のギャップＷが６μｍ程度、ＳｉＯ２バッファ層２の厚みＤが３００ｎｍ程度であったそれまでの構造と比べて、光変調帯域、特性インピーダンスなどＬＮ光変調器としての特性が大幅に改善できた。しかしながら、光変調帯域、駆動電圧、特性インピーダンスなどについてさらに改善された特性が必要となり、次に述べる第２の従来技術として、いわゆるリッジ構造が提案された。
【００１１】
（第２の従来技術）
第１の従来技術をさらに高性能化するために特許文献３に提案された、いわゆるリッジ構造を第２の従来技術として図１０に示す。ここで、８ａは中心導体４ａの下のリッジ、８ｂは接地導体４ｂの下のリッジ、８ｃは接地導体４ｃの下のリッジである。また、９ａ、９ｂはリッジ間の底部、１０ａ、１０ｂ、１０ｃはリッジの頂部、１１ｂはリッジ８ａ、８ｂ間の空隙、１１ａはリッジ８ａ、８ｃ間の空隙である。
【００１２】
Ｈはリッジの高さ、Ｔは進行波電極の厚み、Ｄはリッジ８ａの底部９ａとリッジ８ａの頂部１０ａにおけるＳｉＯ２バッファ層２の厚みである。また、図１０において１２は中心導体４ａから出て接地導体４ｂ、４ｃに入る電気力線であり、相互作用光導波路３ａ、３ｂに作用してそれらの屈折率を変化させる（あるいは、相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光と相互作用するとも言える）。
【００１３】
この第２の従来技術ではｚ−カットＬＮ基板１に８ａや８ｂなどのリッジが形成されているので、電気力線１２はリッジ８ａ、８ｂ間の空隙１１ｂやリッジ８ａ、８ｃ間の空隙１１ａを感じるので、高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎｍがより低減して、相互作用光導波路３ａ、３ｂを導波する光の等価屈折率ｎｏに近づく、あるいは特性インピーダンスが５０Ωに向かって高くなるという利点がある。さらに、電気力線１２には比誘電率が高い領域に閉じこもる性質があるので、相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光との相互作用の効率が高くなり、結果的に駆動電圧を低減できる。通常、リッジ８ａ、８ｂ、８ｃの高さＨとしては２〜５μｍ程度、進行波電極の厚みＴとしては６〜１８μｍ程度、ＳｉＯ２バッファ層２の厚みとしては４００ｎｍ〜１．５μｍ程度が使用される。
【００１４】
この第２の従来技術により、光変調帯域、駆動電圧、特性インピーダンスなど、ＬＮ光変調器としての基本性能について図９に示した第１の従来技術よりも大幅に改善された特性が実現できた。
【００１５】
しかしながら、この第２の従来技術にも改善すべき課題が残っている。次に、この改善すべき課題について考える。図１０の中心導体４ａと接地導体４ｂの間の拡大図を図１１に示す。図１１において、中心導体４ａの下にあるリッジ８ａの頂部１０ａの端点１８と接地導体４ｂ側の下にあるリッジ８ｂの頂部１０ｂの端点１９との距離をＷＲとする。また、１３は中心導体４ａ側のリッジ８ａの頂部１０ａに対する法線である。
【００１６】
リッジ間の底部９ｂにおいて、中心導体４ａの下にあるリッジ８ａの頂部１０ａの端点１８から水平方向の距離ＷＲ／２の位置を１４（あるいは中間点１４と呼ぶ）、端点１８から水平方向の距離ＷＲ／Ｎの位置を１５（あるいは途中点１５と呼ぶ）とし、中間点１４と途中点１５を結ぶ直線を直線１６とする。この第２の従来技術では、リッジ間の底部９ｂ（リッジ間の底部９ａも）はリッジ８ａの頂部１０ａやリッジ８ｂの頂部１０ｂと平行なので、法線１３と直線１６のなす角度θは９０度となる。なお、Ｎとしては５から２５の間の数値であるが、この第２の従来技術ではどの値をとっても角度θは９０度となる。
【００１７】
図１１には中心導体４ａと接地導体４ｂの間に存在する電気力線の一部を１２として記している。図からわかるように、電気力線１２のうち、下に凸な電気力線の一部（図１１の１７として表記）がｚ−カットＬＮ基板１を通過している。
【００１８】
ｚ−カットＬＮ基板１の比誘電率は基板表面に垂直方向と光導波路３の長手方向において異方性があるが、平均すると約３４と極めて高く、高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎｍを低減して、光導波路３ａ、３ｂを導波する光の等価屈折率ｎｏに近づける、あるいは特性インピーダンスを５０Ωに向かって高くするためのリッジ構造において、図１１の１７として表記した電気力線の影響によりリッジの効果を最大限には発揮できている訳ではない。
【００１９】
またｚ−カットＬＮ基板１を通過する図１１の１７のような電気力線を少なくするには、図１０に示したリッジの高さＨを高くする必要があり、その形成に工数がかかるため、ＬＮ光変調器のコストと歩留まりに影響を与える。
【特許文献１】特開平２−５１１２３号公報
【特許文献２】特開平１−９１１１１号公報
【特許文献３】特開平４−２８８５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
以上のように、光変調帯域、駆動電圧、あるいは特性インピーダンスなど、ＬＮ光変調器としての特性を大幅に改善できた第２の従来技術も、リッジ間の底部がリッジの頂部と平行であるために、中心導体と接地導体の間に生じる高周波電気信号の電気力線のうち、ある程度の量の電気力線がｚ−カットＬＮ基板１を通過してしまい、高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率の上昇、あるいは特性インピーダンスの低下をきたし、ＬＮ光変調器としての特性の劣化を生じてしまう、あるいはｚ−カットＬＮ基板１を通過してしまうこの電気力線の数を少なくするには、リッジの高さを高くする必要があり、その形成に工数がかかるため、ＬＮ光変調器のコストが上昇する。またリッジの形成時間が長いとエッチングを行っている間にｚ−カットＬＮ基板が割れるなどＬＮ光変調器の歩留まりに影響を与える。
【００２１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、光変調帯域が広く、特性インピーダンス、さらには駆動電圧も低くて、かつコストや製作の歩留まりについて改善された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】
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光変調器は、電気光学効果を有する基板（１）と、前記基板の上に形成されたバッファ層（２）と、該バッファ層の少なくとも一部の上に配置された中心導体（４ａ）と接地導体（４ｂ、４ｃ）からなる進行波電極と、前記進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域における前記基板の一部分の厚さを掘り下げにより少なくして空隙（２０ａ、２０ｂ）を作ることにより前記基板に形成したリッジ（８ａ、８ｂ、８ｃ）と、該リッジに設けられた少なくとも一本の光導波路（３ａ、３ｂ）とを有し、前記リッジの上方に前記中心導体、及び前記接地導体が形成されている光変調器において、前記中心導体と前記接地導体の間に形成されたギャップ（Ｗ）が５０μｍ以下であり、前記中心導体の下にある前記リッジの頂部の端点（１８）と、これに相対向する前記接地導体の下にある前記リッジの頂部の端点（１９）との距離をＷＲとする時、前記中心導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１８）から、前記相対向する前記接地導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１９）へ向かってＷＲ／２の距離におけるリッジ間の底部の点（２３）と、前記中心導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１８）から、相対向する前記接地導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１９）へ向かってＷＲ／Ｎ（５≦Ｎ≦２５）の距離における前記リッジ間の底部の点（２４）とを結ぶ直線（２５）と、前記中心導体の下にある前記リッジの前記頂部に対する法線（１３）とがなす角度を９０度より大きく構成することを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項２の光変調器は、請求項１に記載の光変調器において、前記進行波電極に印加される前記高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率が前記光導波路を伝搬する光の等価屈折率に近づくことを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項３の光変調器は、請求項１と請求項２に記載の光変調器において、前記リッジ間の底部が前記基板側に凸の曲面であることを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項４の光変調器は、請求項１から請求項３に記載の光変調器において、前記リッジ間の底部が平面形状を含むことを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項５の光変調器は、請求項１から請求項４に記載の光変調器において、前記リッジ間の底部と前記リッジとの交点近傍が曲率を持つことを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項６の光変調器は、請求項５に記載の光変調器において、前記曲率が半径Ｒの円弧からなり、該半径Ｒが０．５μｍ以下であることを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項７の光変調器は、請求項５に記載の光変調器において、前記曲率が半径Ｒの円弧からなり、該半径Ｒが０．５μｍ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、リッジとリッジの間に形成される、いわゆるリッジ間の底部を中心導体や接地導体の下にあるリッジの頂部と平行でなくし、リッジ間の底部をｚ−カットＬＮ基板側に凸の形状とすることにより、中心導体と接地導体の間に生じる高周波電気信号の電気力線の多くが、比誘電率が低い空気を感じる構造としている。これにより、効率的に高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率を低減して、高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率と光の等価屈折率の差を小さくできるとともに、特性インピーダンスを５０Ωに向かって高くすることが可能となる。さらに、本発明を適用することにより、高周波電気信号の電気力線がリッジの中に明確に閉じこもる効果もあるので、駆動電圧も低減できる。従って、光変調帯域が広がるとともに、外部駆動回路との特性インピーダンス不整合を軽減でき、かつ、駆動電圧を低減することが可能となり、さらにはリッジの高さを低くできるのでＬＮ光変調器製造コストの低減や製作時の歩留まりの改善を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図８から図１１に示した従来技術と同一の符号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一の符号を持つ機能部の説明を省略する。
【００３１】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係わるＬＮ光変調器の概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図１０に示した第２の従来技術と異なり、第１の実施形態では接地導体４ａ、４ｂの下方のｚ−カットＬＮ基板１はドライエッチングによりエッチングしていないが、エッチングしていても勿論良いことは言うまでもない。
【００３２】
なお、この第１の実施形態では中心導体４ａの幅Ｓを９μｍ、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃとのギャップＷを３０μｍ、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃの厚みＴを２６μｍ、リッジの高さＨを２μｍ、リッジ間の底部２１ａ、２１ｂとリッジの頂部１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおけるＳｉＯ２バッファ層１４の厚みＤを１．５μｍとした。
【００３３】
ここで、２０ｂはリッジ８ａ、８ｂ間の空隙、２０ａはリッジ８ａ、８ｃ間の空隙である。また、２１ａ、２１ｂはリッジ間の底部であり、図１に示す本発明の第１の実施形態では下に凸の曲面となっている。
【００３４】
また、図１において２２は中心導体４ａから出て接地導体４ｂ、４ｃに入る電気力線であり、相互作用光導波路３ａ、３ｂに作用してそれらの屈折率を変化させる。
【００３５】
図１における中心導体４ａと接地導体４ｂの間の拡大図を図２に示す。図２において、中心導体４ａの下にあるリッジ８ａの頂部１０ａの端点１８と接地導体４ｂ側の下にあるリッジ８ｂの頂部１０ｂの端点１９との距離を第２の従来技術と同じくＷＲとする。また、１３は中心導体４ａ側のリッジ８ａの頂部１０ａに対する法線である。
【００３６】
リッジ間の底部２１ｂにおいて、中心導体４ａの下にあるリッジ８ａの頂部１０ａの端点１８から水平方向の距離ＷＲ／２の位置を２３（あるいは中間点２３と呼ぶ）、端点１８から水平方向の距離ＷＲ／Ｎの位置を２４（あるいは途中点２４と呼ぶ）とし、中間点２３と途中点２４を結ぶ直線を直線２５とする。図２からわかるようにこの本発明の第１の実施形態では、リッジ間の底部２１ｂ（リッジ間の底部２１ａも）は下に凸の曲面である。よって、中間点２３と途中点２４を結んだ直線２５が法線１３となす角度θは１１０度と９０度よりも大きな角度をなしている。なお、Ｎとしては５から２５の間の数値であり、一般には８が好ましい。なお、この角度θは１１０度に限らず、９０度以上であることが重要である。
【００３７】
そのため、図１１に示した第２の従来技術における電気力線１７のように、ｚ−カットＬＮ基板１を通過していた電気力線は、本実施形態では図２からわかるようにｚ−カットＬＮ基板１を通過することを免れることができる。
【００３８】
図３は中間点２３と途中点２４を結んだ直線２５が法線１３となす角度θを９０度より大きくした場合における高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎｍの値を示す。なお、図中には、相互作用光導波路３ａ、３ｂを導波する光の等価屈折率ｎｏも示している。図からわかるように、角度θが大きくなると高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎｍは小さくなり、角度θがあまり大きくなり過ぎると高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎｍは光の等価屈折率ｎｏよりも小さくなってしまう。
【００３９】
図４は角度θを変数とした場合のＬＮ光変調器の３ｄＢ帯域Δｆである。この図からわかるように、角度θについては最適値がある。この角度θの最適値は図３において高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎｍと光の等価屈折率ｎｏが一致する角度θであることは言うまでもない。但し、この角度θの最適値はリッジ８ａ、８ｂ、８ｃの高さ、バッファ層２の厚み、電極の厚み、さらに中心導体４ａの幅Ｓ、ギャップＷの大きさなどに依存する。
【００４０】
また、マイクロ波等価屈折率ｎｍが光の等価屈折率ｎｏに完全に一致しなくても、以上に述べた構造を採用することにより、マイクロ波等価屈折率ｎｍと光の等価屈折率ｎｏの差を改善できる限り、それらのすべての実施形態は、本発明に属する。
【００４１】
図５は角度θを変数とした場合のＬＮ光変調器の特性インピーダンスＺである。特性インピーダンスＺは角度θとともに上昇する。
【００４２】
従って、本実施形態を使用することにより、高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎｍを低減して、相互作用光導波路３ａ、３ｂを導波する光の等価屈折率ｎｏに近づける、あるいは特性インピーダンスを５０Ωに向かって高くすることができるという、リッジ構造の持つ利点をより生かすことが可能となる。
【００４３】
その結果、リッジの高さＨを必要以上に高くする必要がなく、リッジ構造の形成における工数を削減できるので、ＬＮ光変調器のコストを引き下げることが可能となるとともに歩留まりも向上できる。なお、こうした効果は中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃの間のギャップが５０μｍ以下で顕著である。
【００４４】
図６には角度θを変数とした場合のＬＮ光変調器の半波長電圧Ｖπと、進行波電極４を伝搬する高周波電気信号と相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光との相互作用長Ｌとの積Ｖπ・Ｌを示す。この図からわかるように、角度θについては最適値がある。つまり、電気力線はｚ−カットＬＮ基板１のように高い比誘電率の媒質に閉じこもる性質があるので、高周波電気信号の電気力線がリッジの中に明確に閉じこもるための最適な角度θがあり、駆動電圧を低減できる。
【００４５】
また、本発明の全ての実施形態では角度θが９０度より大きいことが重要であるので、この条件が満たされる限りリッジ間の底部の曲面の一部もしくは全部に平面形状が入っていても良いことは言うまでもない。
【００４６】
なお、本発明におけるリッジの定義は広く、第１の実施形態のみならず、その他の実施形態においても、接地導体４ｂと４ｃのどちらか一方、あるいは両方の下方にあるｚ−カットＬＮ基板１は掘り下げていても、掘り下げていなくても本発明の効果を発揮できる。
【００４７】
（第２の実施形態）
図７に本発明の第２の実施形態を示す。この第２の実施形態ではリッジ８ａ、８ｂとリッジ間の底面２１ｂの交点近傍である２６、２７の部分に半径Ｒで曲率がついている。なお、高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎｍを低減するとともに、特性インピーダンスを高くし、駆動電圧を効率良く低減するという観点からこの曲率の半径Ｒとしては０．５μｍ以下が望ましいが、０．５μｍ以上であっても良い。さらに、曲率として半径Ｒの円弧としたが、実際には明確な円弧でなくても良いことは言うまでもない。また、以上のことは、図１に示したリッジ８ａ、８ｃとリッジ間の底面２１ａの交点近傍についても勿論成り立つ。
【００４８】
（各実施形態）
分岐光導波路の例としてマッハツェンダ光導波路を用いたが、方向性結合器などその他の分岐合波型の光導波路にも本発明を適用可能であることは言うまでもないし、考え方は３本以上の光導波路にも適用可能であるし、光導波路が１本の位相変調器にも適用できる。また光導波路の形成法としてはＴｉ熱拡散法の他に、プロトン交換法など光導波路の各種形成法を適用できるし、バッファ層としてＳｉＯ２以外の各種材料も適用できる。
【００４９】
また、ｚ−カットＬＮ基板について説明したが、その他のカットのＬＮ基板でも良いし、リチウムタンタレート基板、さらには半導体基板などその他の基板でも良い。さらに、これまでの説明では簡単のために省略してきたが、図８に示したＳｉ導電層５のような温度ドリフト抑制用の導電層があっても良い。
【００５０】
以上の実施形態としては、リッジが３つある場合について説明したがリッジの数は１つや２つ、あるいはこれら以外の数でも良い。また、本発明において述べているリッジは広い意味を表しており、ｚ−カットＬＮ基板を掘り下げた箇所を中心導体と接地導体の間のみとし、その他の場所は接地導体４ｂ、４ｃの下方も含め掘り下げない構造も含んでいる。
【００５１】
電極構成としては構造が対称なＣＰＷ電極を用いた構成について説明したが、構造が非対称なＣＰＷ電極でも良いし、さらには非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）あるいは対称コプレーナストリップ（ＣＰＳ）など、その他の構成でも良いし、進行波電極を構成する中心導体と接地導体の一部が基板に接触していても良い。
【００５２】
また、以上の実施形態においては、中心導体４ａの幅がリッジ８ａの頂部の幅とほぼ等しい、あるいはやや狭い場合について説明したが、逆に中心導体４ａの幅がリッジ８ａの頂部の幅よりも広くても良いし、複数のリッジの高さが異なっていても良いことは言うまでもない。
【００５３】
一般に、中心導体４ａの下の相互作用光導波路３ｂについては、相互作用光導波路３ｂの水平方向における中心と中心導体４ａの水平方向における中心がほぼ一致するように、中心導体４ａのほぼ真下に相互作用光導波路３ｂを配置すると光変調の効率が最も高いが、中心導体４ａの幅が広い場合には中心導体４ａのエッジの下に相互作用光導波路３ｂを配置しても良い。
【００５４】
また、電気信号の出力側を４０Ωや５０Ω、あるいはそれ以外の抵抗値を有する終端器で終端しても良いことは言うまでもない。さらに、以上の説明では外部回路の特性インピーダンスとして５０Ω系として説明したが、ここで述べたような構造を適用して、マイクロ波等価屈折率を低減する、あるいは特性インピーダンスを高める限り、外部回路あるいは光変調器の特性インピーダンスが５０Ωに近くなくても本発明に帰属する。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、本発明に係る光変調器は、リッジ間の底部を基板側に凸とすることにより、マイクロ波等価屈折率ｎｍを光の等価屈折率ｎｏに有効に近づけることができるので光変調帯域が広く、また特性インピーダンスについても改善された光変調器である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す断面図
【図２】同第１の実施形態におけるギャップ部の拡大図
【図３】同第１の実施形態の原理を説明する図
【図４】同第１の実施形態の原理を説明する図
【図５】同第１の実施形態の原理を説明する図
【図６】同第１の実施形態の原理を説明する図
【図７】同第２の実施形態におけるギャップ部の拡大図
【図８】第１の従来技術の光変調器についての概略構成を示す斜視図
【図９】図８のＡ−Ａ’における断面図
【図１０】第２の従来技術の光変調器の概略構成を示す断面図
【図１１】第２の従来技術におけるギャップ部の拡大図
【符号の説明】
【００５７】
１：ｚ−カットＬＮ基板（基板）
２、１４、１５：ＳｉＯ２バッファ層（バッファ層）
３：マッハツェンダ光導波路（光導波路）
３ａ、３ｂ：マッハツェンダ光導波路を構成する相互作用光導波路
４：進行波電極
４ａ：中心導体
４ｂ、４ｃ：接地導体
５：Ｓｉ導電層
６：高周波（ＲＦ）電気信号給電線
７：高周波（ＲＦ）電気信号出力線
８ａ：中心導体４ａの下のリッジ
８ｂ：接地導体４ｂの下のリッジ
８ｃ：接地導体４ｃの下のリッジ
９ａ、９ｂ、２１ａ、２１ｂ：リッジ間の底部
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：リッジの頂部
１１ａ、１１ｂ、２０ａ、２０ｂ：リッジ間の空隙
１２、１７、２２：電気力線
１３：リッジの頂部１０ａに対する法線
１４、２３：リッジの頂部１０ａの端点から距離ＷＲ／２のリッジ間の底部の点（中間点）
１５、２４：リッジの頂部１０ａの端点からから距離ＷＲ／２０のリッジ間の底部の点（途中点）
１６：中間点１４と点１５を結ぶ線
１８：中心導体４ａの下にあるリッジ８ａの頂部１０ａの端点
１９：接地導体４ｂの下にあるリッジ８ｂの頂部１０ｂの端点
２５：中間点２３と点２４を結ぶ線
２６：リッジ８ａとリッジ間の底面２１ｂの交点近傍
２７：リッジ８ｂとリッジ間の底面２１ｂの交点近傍
【図１】
2008134306.tif 000003
【図２】
2008134306.tif 000004
【図３】
2008134306.tif 000005
【図４】
2008134306.tif 000006
【図５】
2008134306.tif 000007
【図６】
2008134306.tif 000008
【図７】
2008134306.tif 000009
【図８】
2008134306.tif 000010
【図９】
2008134306.tif 000011
【図１０】
2008134306.tif 000012
【図１１】
2008134306.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月4日(2008.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板（１）と、前記基板の上に形成されたバッファ層（２）と、該バッファ層の少なくとも一部の上に配置された中心導体（４ａ）と接地導体（４ｂ、４ｃ）からなる進行波電極と、前記進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域における前記基板の一部分の厚さを掘り下げにより少なくして空隙（２０ａ、２０ｂ）を作ることにより前記基板に形成したリッジ（８ａ、８ｂ、８ｃ）と、該リッジに設けられた少なくとも一本の光導波路（３ａ、３ｂ）とを有し、前記リッジの上方に前記中心導体、及び前記接地導体が形成されている光変調器において、
前記中心導体と前記接地導体の間に形成されたギャップ（Ｗ）が５０μｍ以下であり、
前記中心導体の下にある前記リッジの頂部の端点（１８）と、これに相対向する前記接地導体の下にある前記リッジの頂部の端点（１９）との距離をＷＲとする時、
前記進行波電極に印加される前記高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率が前記光導波路を伝搬する光の等価屈折率に近づくように、かつ高周波電気信号の駆動電圧が低くなるように、
前記中心導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１８）から、前記相対向する前記接地導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１９）へ向かってＷＲ／２の距離におけるリッジ間の底部の点（２３）と、前記中心導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１８）から、相対向する前記接地導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１９）へ向かってＷＲ／Ｎ（５≦Ｎ≦２５）の距離における前記リッジ間の底部の点（２４）とを結ぶ直線（２５）と、
前記中心導体の下にある前記リッジの前記頂部に対する法線（１３）とがなす角度を９０度より大きく構成することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記リッジ間の底部が前記基板側に凸の曲面を含むことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記リッジ間の底部が平面形状を含むことを特徴とする請求項１と請求項２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記リッジ間の底部と前記リッジとの交点近傍（２６、２７）が曲率を持つことを特徴とする請求項１から請求項３に記載の光変調器。
【請求項５】
前記曲率が半径Ｒの円弧からなり、該半径Ｒが０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の光変調器。
【請求項６】
前記曲率が半径Ｒの円弧からなり、該半径Ｒが０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載の光変調器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光変調器は、電気光学効果を有する基板（１）と、前記基板の上に形成されたバッファ層（２）と、該バッファ層の少なくとも一部の上に配置された中心導体（４ａ）と接地導体（４ｂ、４ｃ）からなる進行波電極と、前記進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域における前記基板の一部分の厚さを掘り下げにより少なくして空隙（２０ａ、２０ｂ）を作ることにより前記基板に形成したリッジ（８ａ、８ｂ、８ｃ）と、該リッジに設けられた少なくとも一本の光導波路（３ａ、３ｂ）とを有し、前記リッジの上方に前記中心導体、及び前記接地導体が形成されている光変調器において、前記中心導体と前記接地導体の間に形成されたギャップ（Ｗ）が５０μｍ以下であり、前記中心導体の下にある前記リッジの頂部の端点（１８）と、これに相対向する前記接地導体の下にある前記リッジの頂部の端点（１９）との距離をＷＲとする時、前記進行波電極に印加される前記高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率が前記光導波路を伝搬する光の等価屈折率に近づくように、かつ高周波電気信号の駆動電圧が低くなるように、前記中心導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１８）から、前記相対向する前記接地導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１９）へ向かってＷＲ／２の距離におけるリッジ間の底部の点（２３）と、前記中心導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１８）から、相対向する前記接地導体の下にある前記リッジの前記頂部の前記端点（１９）へ向かってＷＲ／Ｎ（５≦Ｎ≦２５）の距離における前記リッジ間の底部の点（２４）とを結ぶ直線（２５）と、前記中心導体の下にある前記リッジの前記頂部に対する法線（１３）とがなす角度を９０度より大きく構成することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本発明の請求項２の光変調器は、請求項１に記載の光変調器において、前記リッジ間の底部が平面形状を含むことを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明の請求項３の光変調器は、請求項１と請求項２に記載の光変調器において、前記リッジ間の底部が平面形状を含むことを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
本発明の請求項４の光変調器は、請求項１から請求項３に記載の光変調器において、前記リッジ間の底部と前記リッジとの交点近傍が曲率を持つことを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
本発明の請求項５の光変調器は、請求項４に記載の光変調器において、前記曲率が半径Ｒの円弧からなり、該半径Ｒが０．５μｍ以下であることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
本発明の請求項６の光変調器は、請求項４に記載の光変調器において、前記曲率が半径Ｒの円弧からなり、該半径Ｒが０．５μｍ以上であることを特徴とする。