(57)【要約】【課題】高速でアルファパラメータが小さく、かつ消光比が大きく、また駆動電圧とＤＣバイアス電圧が小さい光変調器を提供する。【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２３と、基板の一方の面側に形成され、光を変調するための高周波電気信号を印加するための高周波電気信号用の中心導体２４ａ及び複数の接地導体２４ｂ、２４ｃからなる進行波電極２４とを有し、光導波路は前記進行波電極に高周波電気信号を印加することにより光の位相を変調する幅の少なくとも一部が互いに異なる複数の相互作用光導波路２３ａ、２３ｂを有するマッハツェンダ光導波路であり、複数の相互作用光導波路は、その幅が変化する部位であるテーパ３１〜３６を各々具備し、複数の相互作用光導波路の各々のテーパの間における光の結合が充分小さくなるように、かつテーパでの光の放射損失が充分小さくなるように、テーパの長さを設定する。【選択図】図１
2008052103.tif 000002
【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を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調するための高周波電気信号を印加するための高周波電気信号用の中心導体及び複数の接地導体からなる進行波電極とを有し、前記光導波路は前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調する幅の少なくとも一部が互いに異なる複数の相互作用光導波路を有するマッハツェンダ光導波路であり、
前記複数の相互作用光導波路は、その幅が変化する部位であるテーパを各々具備し、前記複数の相互作用光導波路の前記各々のテーパの間における光の結合が充分小さくなるように、かつ前記テーパでの光の放射損失が充分小さくなるように、前記テーパの長さを設定したことを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記複数の相互作用光導波路の前記幅の大小関係が長手方向において入れ替わることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記複数の相互作用光導波路の前記幅の大小関係が長手方向において入れ替わらないことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項４】
前記複数の相互作用光導波路の前記幅の異なる２つの領域の長さが互いにほぼ等しい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】
前記複数の相互作用光導波路の前記幅の異なる２つの領域の長さが互いに等しくない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６】
前記中心導体の中心線と前記複数の相互作用光導波路のそれぞれの中心線との距離が、前記中心導体と前記複数の接地導体の間で異なることを特徴とする請求項１から請求項５に記載の光変調器。
【請求項７】
前記複数の相互作用光導波路が有する導波路ギャップの中心と前記中心導体の中心線とが、前記基板表面方向に互いにずれて配置されることを特徴とする請求項１から請求項５に記載の光変調器。
【請求項８】
前記テーパの長さが５μｍから５．５ｍｍであることを特徴とする請求項１から請求項７に記載の光変調器。
【請求項９】
前記テーパの長さが５μｍから１ｍｍであることを特徴とする請求項１から請求項７に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高速でαパラメータが小さく、かつ消光比が大きく、また駆動電圧とＤＣバイアス電圧が小さい光変調器の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
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、リチウムナイオベート基板を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）は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ/ｓ、１０Ｇｂｉｔ/ｓの大容量光伝送システムに適用されている。最近はさらに４０Ｇｂｉｔ/ｓの超大容量光伝送システムにも適用が検討されており、キーデバイスとして期待されている。
【０００３】
［第１の従来技術］
このＬＮ光変調器にはｚ−カット基板を使用するタイプとｘ−カット基板（あるいはｙ−カット基板）を使用するタイプがある。ここでは、第１の従来技術としてｘ−カットＬＮ基板とコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）進行波電極を使用したｘ−カット基板ＬＮ光変調器をとり上げ、その斜視図を図８に示す。図９は図８のＡ−Ａ’における断面図である。
【０００４】
図中、１はｘ−カットＬＮ基板、２は１．３μｍ、あるいは１．５５μｍなど光通信において使用する波長領域では透明な２００ｎｍから１μｍ程度の厚みのＳｉＯ２バッファ層、３はｘ−カットＬＮ基板１にＴｉを蒸着後、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。なお、３ａ、３ｂは電気信号と光が相互作用する部位（相互作用部と言う）における光導波路（あるいは、相互作用光導波路）、つまりマッハツェンダ光導波路の２本のアームである。ＣＰＷ進行波電極４は中心導体４ａ、接地導体４ｂ、４ｃからなっている。
【０００５】
図９において、ＷａとＷｂは相互作用光導波路３ａと３ｂの幅で、この第１の従来技術では２本の相互作用光導波路３ａと３ｂの幅は等しいものとする（つまり、Ｗａ＝Ｗｂで、例えばＷａ、Ｗｂとも９μｍ）。Ｇｗｇは相互作用光導波路３ａと３ｂの間の距離（導波路ギャップとも言う）であり、例えば１６μｍである。また、Δは中心導体４ａのエッジと相互作用光導波路３ｂの中心（あるいは中心線）との水平方向における距離であるが、通常、中心導体４ａ、接地導体４ｂ、４ｃと相互作用光導波路３ａ、３ｂとの位置関係は対称であるので、中心導体４ａのエッジと相互作用光導波路３ａの中心との水平方向における距離（あるいは中心線）もΔとなる。
【０００６】
ここで、図９において、１８は中心導体４ａの中心（あるいは中心線）であり、１９ａ、１９ｂは相互作用光導波路３ａ、３ｂの中心（あるいは中心線）である。
【０００７】
図１０には光導波路３についてのみの上面図を示している。ここで、相互作用光導波路３ａ、３ｂの長さをＬとする。なお、この図１０は光導波路のみではあるが、図８の斜視図におけるＡ−Ａ’に対応する位置にＡ−Ａ’と記している。
【０００８】
この第１の従来技術では、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間にバイアス電圧（通常はＤＣバイアス電圧）と高周波電気信号（ＲＦ電気信号とも言う）を重畳して印加するので、相互作用光導波路３ａ、３ｂにおいてはＲＦ電気信号のみならず、ＤＣバイアス電圧も光の位相を変える。また、バッファ層２は電気信号のマイクロ波実効屈折率ｎｍを相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の実効屈折率ｎｏに近づけることにより、光変調帯域を拡大するという重要な働きをしている。
【０００９】
次に、このように構成されるＬＮ光変調器の動作について説明する。このＬＮ光変調器を動作させるには、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間にＤＣバイアス電圧とＲＦ電気信号とを印加する必要がある。
【００１０】
図１１に示す電圧−光出力特性はある状態でのＬＮ光変調器の電圧−光出力特性であり、Ｖｂはその際のＤＣバイアス電圧である。この図１１に示すように、通常、ＤＣバイアス電圧Ｖｂは光出力特性の山と底の中点に設定される。
【００１１】
図１２には、半波長電圧Ｖπと相互作用光導波路の長さＬとの積（Ｖπ・Ｌと呼ばれ、駆動電圧を考える上で尺度となる）と中心導体４ａのエッジと相互作用光導波路３ｂの中心１９ｂとの距離Δとの関係を示す。この計算では、相互作用光導波路３ａ、３ｂ間のギャップＧｗｇを変化させることによりΔの値を決定している。図１２から、中心導体４ａのエッジと相互作用光導波路３ｂの中心１９ｂとの距離Δはある程度小さいほうが良く、さらには最適値が存在することがわかる。
【００１２】
そこで、駆動電圧を低くするために、中心導体４ａのエッジと相互作用光導波路３ｂ（及び３ａ）の中心１９ｂ（及び１９ａ）との距離Δを小さくしようとすると、相互作用光導波路３ａ、３ｂ間のギャップＧｗｇが小さくなる。ところが、図１３に示すように、相互作用光導波路３ａ、３ｂ間のギャップＧｗｇが小さくなると、相互作用光導波路３ａ、３ｂ間の結合度が著しく大きくなり、光をＯＮ／ＯＦＦした際のパワーの比、即ち消光比の劣化やチャーピングを生じるという問題があった。
【００１３】
［第２の従来技術］
一般に、２本の光導波路の間における結合度を小さくするためには、２本の光導波路間の距離Ｇｗｇを大きくすることにより各光導波路を伝搬する光を互いに遠ざけるか、２本の光導波路の幅を互いに異ならしめて、２本の光導波路を伝搬する光の等価屈折率（あるいは伝搬定数）を変えることにより、互いの結合を抑圧するという方法がある。
【００１４】
前者の方法、つまり２本の光導波路間の距離Ｇｗｇを大きくすると図１２において説明したようにＶπ・Ｌが大きくなり、結果的に高い駆動電圧が必要となる。そのため、図１４に断面図として示す第２の従来技術では、２本の相互作用光導波路５ａ、５ｂの幅Ｗａ’、Ｗｂ’を異ならしめている。図１５にはこの第２の従来技術の光導波路５のみの上面図を示している。図１４では図１５のＢ−Ｂ’における断面図にｘ−カットＬＮ基板１、中心導体４ａ、接地導体４ｂ、４ｃ及びバッファ層２を含めている。
【００１５】
また、Δ’は中心導体４ａのエッジと相互作用光導波路５ｂの中心との水平方向における距離である。ここで、図１４において、２０ａ、２０ｂは相互作用光導波路５ａ、５ｂの中心（あるいは中心線）である。つまり、この第２の従来技術では、駆動電圧を下げるために中心導体４ａのエッジと相互作用光導波路５ｂの中心との距離Δ’を小さくし、かつ２本の相互作用光導波路５ａ、５ｂの幅を互いに異ならしめることにより２本の光導波路を伝搬する光の結合を抑圧するという方法である。
【００１６】
ところがこの第２の従来技術には、以下において議論する大きな問題点が未解決のまま残っていた。図１５に示すように、この第２の従来技術では相互作用光導波路５ａ、５ｂの幅Ｗａ’、Ｗｂ’を部分的に変えており、相互作用光導波路５ａ、５ｂにおいて長さＬ１の領域を第１領域、長さＬ２の領域を第２領域とする。図１５の中の６、７、８、９、１０、１１は幅が変化するテーパであり、各相互作用光導波路５ａ、５ｂにはテーパを各々３箇所ずつ設ける必要がある。
【００１７】
さて、第２の従来技術における最大の問題である相互作用光導波路５ａ、５ｂ間における光の結合について考える。図１５においてテーパ７、１０は相互作用光導波路５ａ、５ｂの幅が最も大きく変化する領域である。これらテーパ７、１０の長さをＬＴとすると、テーパ６、８、９、１１においては、相互作用光導波路５ａ、５ｂの幅の変化量はテーパ７、１０と比較して半分であり、その結果、テーパ６、８、９、１１の長さはＬＴの約半分となる。従って、相互作用光導波路５ａ、５ｂにおいて幅が変化する領域に設けたテーパとしては、テーパ７、１０の長さＬＴが最も長い。具体的なテーパ７、１０の長さＬＴとしては、これまで単にテーパでの放射損失を抑えるために充分長く、例えば６ｍｍ程度の長さに設定されて来た。
【００１８】
ところがこの設定された６ｍｍの長さに重大な問題があった。図１６に、テーパ７、１０の長さＬＴが６ｍｍのＬＮ光変調器について、ＤＣバイアス電圧Ｖｂを変数とした場合のチャーピングの量を表すαパラメータの測定結果を示す。ここで、２本の相互作用光導波路５ａ、５ｂの光導波路の第１領域における幅Ｗａ’とＷｂ’は各々、６μｍと１１μｍであり、第２領域においては各々１１μｍと６μｍである。また、２本の相互作用光導波路５ａ、５ｂ間のギャップＧｗｇ’は１４μｍである。なお、測定において使用した光の波長は１．５５μｍであった。また、第１領域と第２領域の長さＬ１と長さＬ２は各々１０ｍｍと３０ｍｍであった。
【００１９】
図からわかるように、αパラメータの値はＤＣバイアス電圧Ｖｂに対して大きく変化する領域があり、αパラメータについて実用上要求されるスペックである｜α｜＜０．１を大きく超えてしまうＤＣバイアス電圧Ｖｂの値が存在する。
【００２０】
その結果、ＬＮ光変調器を実際の伝送システムにおいて使用している際に、ＤＣドリフトのためにＤＣバイアス電圧Ｖｂが変化し、この電圧になった際に突然αパラメータが大きくなることがあった。αパラメータが大きくなると、ゼロチャープ型にしろ、プリチャープ型にしろ、想定外のチャーピングが発生するので伝送のエラーレートが極めて大きくなるという重大な事態が生じてしまっていた。
【００２１】
我々は詳しい検討を進めた結果、あるＤＣバイアス電圧Ｖｂの電圧においてテーパ７、１０において２本の相互作用光導波路５ａ、５ｂを伝搬する反転した位相の光の結合が生じており、消光比を劣化させるとともにαパラメータを突然変動させていることを見出した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
以上のように、駆動電圧を下げるために、第１の従来技術のように２本の相互作用光導波路を中心導体に近づけると、２本の相互作用光導波路が互いに近づく。そのため、光が結合するので、結果的に消光比の劣化やαパラメータの増大、つまりチャーピングが発生する等の高周波変調特性の劣化を生じてしまう。これを解決するために提案された２本の相互作用光導波路の幅を異ならしめる第２の従来技術では、２本の相互作用光導波路の幅が変化するテーパの領域において光が結合してしまい、あるＤＣバイアス電圧において消光比が劣化するとともに、突然、想定外のαパラメータが発生し（すなわち設定外のチャーピングが生じ）、伝送エラーを起こす、あるいは光変調器としてのチャーピングゼロを実現する際の歩留まりがばらつくという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
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と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調するための高周波電気信号を印加するための高周波電気信号用の中心導体及び複数の接地導体からなる進行波電極とを有し、前記光導波路は前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調する幅の少なくとも一部が互いに異なる複数の相互作用光導波路を有するマッハツェンダ光導波路であり、前記複数の相互作用光導波路は、その幅が変化する部位であるテーパを各々具備し、前記複数の相互作用光導波路の前記各々のテーパの間における光の結合が充分小さくなるように、かつ前記テーパでの光の放射損失が充分小さくなるように、前記テーパの長さを設定したことを特徴とする。
【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、前記複数の相互作用光導波路の前記幅の大小関係が長手方向において入れ替わることを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項３の光変調器は、請求項１に記載の光変調器において、前記複数の相互作用光導波路の前記幅の大小関係が長手方向において入れ替わらないことを特徴とする。
【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、前記複数の相互作用光導波路の前記幅の異なる２つの領域の長さが互いにほぼ等しいことを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項５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、前記複数の相互作用光導波路の前記幅の異なる２つの領域の長さが互いに等しくないことを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項６の光変調器は、請求項１から請求項５に記載の光変調器において、前記中心導体の中心線と前記複数の相互作用光導波路のそれぞれの中心線との距離が、前記中心導体と前記複数の接地導体の間で異なることを特徴とする。
【００２９】
本発明の請求項７の光変調器は、請求項１から請求項５に記載の光変調器において、前記複数の相互作用光導波路が有する導波路ギャップの中心と前記中心導体の中心線とが、前記基板表面方向に互いにずれて配置されることを特徴とする。
【００３０】
本発明の請求項８の光変調器は、請求項１から請求項７に記載の光変調器において、前記テーパの長さが５μｍから５．５ｍｍであることを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項９の光変調器は、請求項１から請求項７に記載の光変調器において、前記テーパの長さが５μｍからで１ｍｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
駆動電圧を低減するために近づけた２本の相互作用光導波路間において生じる光の結合を抑圧するために、相互作用光導波路の幅を異ならしめる従来の光変調器においては、相互作用光導波路の幅を変化させるテーパの領域で光の結合が生じていた。本発明によれば、このテーパの領域において光の結合が発生しないように、かつ放射損失が充分小さくなるように、テーパの長さを従来より短く設定することにより、消光比、チャーピング、挿入損失の観点から優れた光変調器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図８から図１５に示した従来技術と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を省略する。
【００３４】
［第１の実施形態］
図１に本発明における第１の実施形態の光変調器が有する光導波路２３についての上面図を示す。ここで、２３ａ、２３ｂは光導波路２３を構成する相互作用光導波路、Ｗａ’’、Ｗｂ’’は２本の相互作用光導波路２３ａ、２３ｂの各々の幅であり、２本の相互作用光導波路２３ａ、２３ｂの間における光の結合を抑圧するためにＷａ’’とＷｂ’’を異ならしめている。なおＧｗｇ’’は２本の相互作用光導波路２３ａ、２３ｂの間のギャップである。
【００３５】
図１に示すように、この第１の実施形態では相互作用光導波路２３ａ、２３ｂの幅Ｗａ’’、Ｗｂ’’の大小関係を長さＬ１’’の第１領域と長さＬ２’’の第２領域において入れ替えている。３１、３２、３３、３４、３５、３６は２本の相互作用光導波路２３ａ、２３ｂの幅が変化するテーパの領域である。ＬＴ’’は相対向するテーパ３２、３５の長さである。
【００３６】
また、図２と図３には図１の中のＤ−Ｄ’とＥ−Ｅ’における光変調器としての断面図を示している。ここで、図２と図３には図１の中のＤ−Ｄ’とＥ−Ｅ’における断面図に進行波電極２４の中心導体２４ａと接地導体２４ｂ、２４ｃ、及びｘ−カットＬＮ基板１、ＳｉＯ２バッファ層２を書き加えている。また、図２と図３において、２６は中心導体２４ａの中心（あるいは中心線）、２５ａ、２５ｂは相互作用光導波路２３ａ、２３ｂの中心（あるいは中心線）である。
【００３７】
また、Δ１’’は中心導体２４ａのエッジと相互作用光導波路２３ａの中心２５ａとの水平方向の距離を表し、Δ２’’は中心導体２４ａのエッジと相互作用光導波路２３ｂの中心２５ｂとの水平方向の距離を表している。
【００３８】
図２と図３において、例えば中心導体２４ａの中心２６はｘ−カットＬＮ基板１の表面に水平な方向に互いにずれているが、このずれ量のオーダーはミクロンもしくはサブミクロンと小さい。従って、第１領域と第２領域の境界において所定の長さ（例えば５０μｍ程度）を設けて、第１領域と第２領域の中心導体２４ａと接地導体２４ｂ、２４ｃを直線的、もしくはなだらかに互いに接合することにより、電気的特性の劣化を避けることができる。
【００３９】
図１に示すように、この第１の実施形態における相互作用光導波路２３ａ、２３ｂの幅Ｗａ’’とＷｂ’’との関係は長さＬ１’’の第１領域においてはＷａ’’＜Ｗｂ’’である。そのため、この第１領域では図２に示すように、図１に示した本発明の第１の実施形態と同じくΔ１’’＜Δ２’’とすることにより、高周波電気信号と相互作用光導波路２３ａ、２３ｂを伝搬する光の相互作用の効率を等しくしている。
【００４０】
一方、長さＬ２’’の第２領域においてはＷａ’’＞Ｗｂ’’である。そこで、第２領域では図３に示すようにΔ１’’＞Δ２’’とすることにより、高周波電気信号と相互作用光導波路２３ａ、２３ｂを伝搬する光の相互作用の効率を等しくしている。なお、以上は本実施形態という１つの例についての説明であり、以下に述べる本発明の原理はΔ１’’とΔ２’’について上に述べた大小関係のみにしか適用できないものではなく、本発明の全ての実施形態について適用できる。
【００４１】
つまり、中心導体２４ａのエッジと相互作用光導波路２３ａの中心２５ａとの距離Δ１’’と中心導体２４ａのエッジと相互作用光導波路２３ｂの中心２５ｂとの距離Δ２’’についてΔ１’’≠Δ２’’としたが、相互作用光導波路２３ａ、２３ｂの幅や形成条件いかんによっては、Δ１’’＝Δ２’’とし、その代わりに相互作用光導波路２３ａ、２３ｂのギャップの中心と中心導体２４ａの中心２６を異ならしめても良いことは言うまでもない。
【００４２】
さらに、本発明の原理にはＬ１’’とＬ２’’についての制約はないので、Ｌ１’’＞Ｌ２’’、Ｌ１’’＜Ｌ２’’、Ｌ１’’＝Ｌ２’’でも良いし、最も極端な場合は第２の実施形態で述べるようにＬ１’’＝０、あるいはＬ２’’＝０でも良い。
【００４３】
さて、相互作用光導波路２３ａ、２３ｂのテーパ３１、３２、３３、３４、３５、３６の設計においては、これらのテーパの領域における相互作用光導波路２３ａ、２３ｂ間の光の結合を抑圧しつつ、光導波路としての幅が変化する際に発生する放射損失を低減することが極めて重要となる。
【００４４】
図４には、図１において長さが最も長いテーパ３２、３５の長さＬＴ’’を変数とし、ＤＣバイアス電圧を変えた際に生じるαパラメータの絶対値の最大値を示す。ここで、２本の相互作用光導波路２３ａ、２３ｂの光導波路の第１領域における幅Ｗａ’’とＷｂ’’は各々、６μｍと１１μｍであり、第２領域においては各々１１μｍと６μｍである。また、Ｇｗｇ’’は１４μｍとした。また、測定において使用した光の波長は１．５５μｍであった。なお、Ｗａ’’、Ｗｂ’’、Ｇｗｇ’’、あるいは使用波長についての上記の値は一例であり、これらの値に限るものではなく、このことは本発明の全ての実施形態について言える。
【００４５】
この図からわかるように、αパラメータの絶対値の最大値はテーパ３２、３５の長さＬＴ’’に大きく依存しているが、これはテーパ３２、３５の間における光の結合がαパラメータに大きく影響を与えているためである。
【００４６】
ゼロチャープ光変調器として一般的に要求されるαパラメータの絶対値の最大値は０．１以内であるから、図４からテーパ３２、３５の長さＬＴ’’としては、５．５ｍｍ以内とすべきである。なお、αパラメータの絶対値の最大値を０．１以内とするには、テーパ３２、３５の長さＬＴ’’として５．５ｍｍ以内とすべきと述べたが、上記Ｗａ’’とＷｂ’’及びＧｗｇ’’以外でもこの値に大きな違いはなかった。
【００４７】
さて、光導波路の幅を変えると、その領域において放射損失が生じ易い。従って、図１における相互作用光導波路２３ａ、２３ｂの幅が変わるテーパ３１、３２、３３、３４、３５、３６の長さの決定においては、光の損失も考える必要がある。図５にテーパ３２、３５の長さＬＴ’’を変数とした際の放射損失の値を示す。なお、光導波路の幅が広がるテーパ３２と光導波路の幅が狭くなるテーパ３５では放射損失が若干異なったので、図５ではテーパ３２、３５における放射損失の平均値を示した。光変調器としての挿入損失のみならば、消光比にも影響するのでテーパに起因する放射損失を小さくすることは重要である。
【００４８】
図５からわかるように、相互作用光導波路２３ａ、２３ｂの幅が変化する際に、テーパ３２、３５はその長さＬＴ’’を５μｍから１０μｍ程度以上に設定しておけば放射損失を充分に小さく抑えることができるので、テーパ３２、３５の長さＬＴ’’は５μｍ以上が望ましい。また、このことは本発明の全ての実施形態について言える。
【００４９】
ここで、テーパ３２、３５の長さＬＴ’’として１ｍｍと設定したＬＮ光変調器のαパラメータのＤＣバイアス電圧依存性を図６に示す。なお、２本の相互作用光導波路２３ａ、２３ｂの光導波路の第１領域における幅Ｗａ’’とＷｂ’’は各々、６μｍと１１μｍ、第２領域においては各々１１μｍと６μｍ、Ｇｗｇ’’は１４μｍ、第１領域と第２領域の長さＬ１’’と長さＬ２’’は第２の従来技術と同じく各々１０ｍｍと３０ｍｍとした。測定において使用した光の波長は１．５５μｍとした。図からわかるように、ＤＣバイアス電圧に対してαパラメータの変化は充分小さく、±０．１以内というスペックを完全に満たしている。また、このように、想定外のαパラメータを抑圧することにより動的消光比も改善されることを確認している。そしてこのことは通常αが−０．７４程度で使用されるｚ−カットＬＮ光変調器についても言える。
【００５０】
なお、テーパ３２、３５の長さＬＴ’’としては５．５ｍｍ以内であれば、１ｍｍよりも長くても良いし、例えば７００μｍ程度のように１ｍｍよりも短くても良く、このように短くするとテーパ３２、３５における光の結合を抑圧する効果が著しく高い。さらに、光導波路２３の製作条件によってはテーパ３２、３５の長さを５００μｍ程度あるいはそれ以下の長さにも短くできることを確認している。
【００５１】
また、テーパ３１、３２、３３、３４、３５、３６での相互作用光導波路２３ａ、２３ｂ間の光の結合が充分小さくて、かつテーパの部分における放射損失が充分小さい限り、テーパの長さはさらに短くて良い。また、本発明は、相互作用光導波路２３ａ、２３ｂのテーパにおける光の結合を抑えるためのものであり、第１領域の長さＬ１’’と第２領域の長さＬ２’’の大小関係についての制限はない。これらのことは本実施形態のみならず、本発明の全ての実施形態について言える。
【００５２】
［第２の実施形態］
図１に示した第１の実施形態において、Ｌ２’’＝０とした場合を本発明の第２の実施形態として図７に示す。つまり、２本の相互作用光導波路１２ａ、１２ｂの幅を幅Ｗａ’’とＷｂ’’を相互作用光導波路１２ａ内と相互作用光導波路１２ｂ内においてほぼ一定としている。この実施形態の場合には、テーパ１３、１４、１５、１６の長さＬＴ’’’を５．５ｍｍ以内に設定すれば良い。なお、第１の実施形態として示した図１のテーパ３２、３５と比較して、相互作用光導波路１２ａ、１２ｂの幅の変化が半分なので実際には２．７５ｍｍ以内に設定できるし、例えば３５０μｍ程度まで短くもできるし、さらに短くて良い。
【００５３】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。
【００５４】
［各実施形態について］
以上においては、進行波電極としてはＣＰＷ電極を例にとり説明したが、その他の各種進行波電極、あるいは集中定数型の電極でも良いことは言うまでもない。また、ＣＰＷ電極のギャップを２つとして説明したが、さらに多くのギャップがあっても良い。
【００５５】
以上の実施形態においては、高周波電気信号とＤＣバイアス電圧を同じ相互作用光導波路に印加する、いわゆるＤＣバイアス一体型について説明したが、本発明は高周波電気信号とＤＣバイアス電圧を別体の相互作用光導波路に印加する、いわゆるＤＣバイアス分離型にも適用可能であることは言うまでもない。
【００５６】
また、本発明は２本の相互作用光導波路間における想定外の光結合に起因するチャーピングを抑圧できるので、ゼロチャープ型のみでなく、プリチャープ型の光変調器にも適用可能である。さらに、以上の実施形態においては、ｘ−カット、ｙ−カットもしくはｚ−カットの面方位、即ち、基板表面（カット面）に対して垂直な方向に結晶のｘ軸、ｙ軸もしくはｚ軸を持つ基板でも良いし、以上に述べた各実施形態での面方位を主たる面方位とし、これらに他の面方位が副たる面方位として混在しても良いし、ＬＮ基板のみでなく、リチウムタンタレートや半導体などその他の基板でも良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明に係る光変調器は、高速でαパラメータが小さく、さらに消光比が大きくてかつチャーピングが制御され、また駆動電圧とＤＣバイアス電圧が小さい光変調器として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明における第１の実施形態が有する光導波路の上面図
【図２】図１のＤ−Ｄ’線における光変調器としての断面図
【図３】図１のＥ−Ｅ’線における光変調器としての断面図
【図４】本発明の原理を説明する図
【図５】本発明の原理を説明する図
【図６】本発明の原理を説明する図
【図７】本発明における第２の実施形態が有する光導波路の上面図
【図８】第１の従来技術の光変調器の斜視図
【図９】図８のＡ−Ａ’線における断面図
【図１０】第１の従来技術が有する光導波路の上面図
【図１１】第１の従来技術の動作を説明する図
【図１２】Ｖπ・ＬとΔとの関係を示す図
【図１３】光の結合度とＧｗｇとの関係を示す図
【図１４】第２の従来技術の光変調器の断面図
【図１５】第２の従来技術の光導波路の上面図
【図１６】第２の従来技術の問題点を説明する図
【符号の説明】
【００５９】
１：ｘ−カットＬＮ基板（基板）
２：ＳｉＯ２バッファ層（バッファ層）
３、５、１２、２３：光導波路
３ａ、３ｂ、５ａ、５ｂ、１２ａ、１２ｂ、２３ａ、２３ｂ：相互作用光導波路
４、２４：進行波電極（ＣＰＷ進行波電極）
４ａ、２４ａ：中心導体
４ｂ、４ｃ、２４ｂ、２４ｃ：接地導体
６、７、８、９、１０、１１、１３、１４、１５、１６、３１、３２、３３、３４、３５、３６：テーパ（テーパ領域）
１８、２６：中心導体の中心（中心線）
１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、２５ａ、２５ｂ：相互作用光導波路の中心線（中心線、中心）
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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