(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、
前記基板に形成された、第１の波長の光を変調する位相偏波変調又は直交振幅変調のための第１の光変調領域、及び、第２の波長の光を変調する位相偏波変調又は直交振幅変調のための第２の光変調領域と、
前記第１の光変調領域及び前記第２の光変調領域に設けられた、変調のための電極と、
前記電極と電気的に接続される配線回路が形成された外部基板とを有する光変調器において、
前記第１の光変調領域と前記第２の光変調領域は前記基板の幅方向に並列に配置され、
前記外部基板は前記基板の直上に配置され、
前記電極と前記配線回路とは前記基板と前記外部基板とが対向し合う部分で電気的に接続され、
前記外部基板上に放熱構造が更に配置され、
前記配線回路は、前記第１の光変調領域と前記第２の光変調領域のそれぞれが有するメインのマッハツェンダー型導波路の各アーム部に対応させた複数の終端部を含み、
前記複数の終端部は、隣接するアーム部間で前記基板の長さ方向の位置が異なるように互い違いに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、
前記第１の光変調領域及び前記第２の光変調領域には、ＤＣ電極とＲＦ電極とがそれぞれ形成され、
前記第１の光変調領域及び前記第２の光変調領域で、前記基板の長さ方向における前記ＤＣ電極と前記ＲＦ電極との配置順が異なることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光変調器において、
前記第１の光変調領域及び前記第２の光変調領域は、前記基板の長さ方向にずらして配置され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、２波長集積型などの高集積型変調器の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの高速化、大容量化が進む中で、それに使用される光変調器の高性能化、高密度化が進んでいる。また、光変調器の小型化の要請に伴い、光変調器を構成する基板の小型化も進められている。しかしながら、光変調器の高性能化、高密度化と小型化とは相反する要求であるため、これらを両立するための工夫が求められている。
【０００３】
このような光変調器に関し、以下のような発明が提案されている。
例えば、特許文献１には、光導波路と、光導波路に電気信号が印加される複数の電極が設けられる導波路基板と、導波路基板に隣接して配置される中継基板と、中継基板と反対側に配置される終端基板とがキャリア基板に搭載される光変調器が開示されている。この光変調器では、複数の電極は、中継基板から導波路基板を介して終端基板へ延在する第１の配線部と、第１の配線部から延び且つ終端基板上でそれぞれ分岐した第２の配線部とを有している。また、第２の配線部のうち、分岐した一方の配線部には、キャパシタ及び終端抵抗が設けられ、分岐した他方の配線部は、バイアス抵抗を介してキャリア基板の配線に接続され、導波路基板の下を通過して中継基板上のバイアス調整用のＤＣ電極まで延在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−５５８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、２波長集積型などの高集積型光変調器が開発されている。図１には、従来の２波長集積型ＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization - Quadrature Phase Shift Keying）変調器の構成例を示してある。同図の光変調器は、波長λ１の光波が入力される光変調領域Ｍ１と、波長λ１とは異なる波長λ２の光波が入力される光変調領域Ｍ２とを有し、これら光変調領域Ｍ１，Ｍ２は互いに独立して動作するように構成される。
【０００６】
光変調領域Ｍ１，Ｍ２の各々は、電気光学効果を有する基板１上に、光導波路２と、光導波路２を伝搬する光波を制御するための制御電極３と、光導波路２を伝搬する光波を検出するための受光素子４とを備えている。制御電極３は、高周波信号（変調信号）が印加されるＲＦ電極３ａや、ＤＣ電圧（バイアス電圧）が印加されるＤＣ電極３ｂ，３ｃなどで構成される。
【０００７】
各光変調領域Ｍ１，Ｍ２の光導波路２は、マッハツェンダー型導波路を入れ子型に多重に配置した構造となっており、これに相応して多数の制御電極３や受光素子４が設けられている。同図では、光変調領域Ｍ１，Ｍ２のそれぞれに、４つのＲＦ電極３ａと、６つのＤＣ電極３ｂ，３ｃと、２つの受光素子４を設けてある。
光変調領域Ｍ１の下流には偏波合成部５が配置されており、メインとなるマッハツェンダー型導波路の出力側アーム部を伝搬する光波を偏波合成部５で合成して、光ファイバ６に出力する。光変調領域Ｍ２についても同様である。偏波合成部５は、空間光学系を用いて偏波合成を行う構造のものや、光導波路を用いて偏波合成を行う構造のものなどがある。
【０００８】
上記のように、高集積型光変調器では、多数の制御電極や受光素子を配置した基板（チップ）が用いられる。このため、それらの部品に接続する電気線（不図示）の配線（取り回し）が増大し、基板サイズが大型化してしまうという問題があった。
また、終端基板などの外部基板をチップの側部に隣接させて配置する構造であり、チップだけでなく外部基板も配置できる平面領域が必要であったことから、光変調器サイズが大型化しやすい傾向にあった。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、上記のような問題を解決し、光変調器サイズの大型化を抑制することが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】
【００１０】
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、前記基板に形成された、第１の波長の光を変調する位相偏波変調又は直交振幅変調のための第１の光変調領域、及び、第２の波長の光を変調する位相偏波変調又は直交振幅変調のための第２の光変調領域と、前記第１の光変調領域及び前記第２の光変調領域に設けられた、変調のための電極と、前記電極と電気的に接続される配線回路が形成された外部基板とを有する光変調器において、前記第１の光変調領域と前記第２の光変調領域は前記基板の幅方向に並列に配置され、前記外部基板は前記基板の直上に配置され、前記電極と前記配線回路とは前記基板と前記外部基板とが対向し合う部分で電気的に接続され、前記外部基板上に放熱構造が更に配置され、前記配線回路は、前記第１の光変調領域と前記第２の光変調領域のそれぞれが有するメインのマッハツェンダー型導波路の各アーム部に対応させた複数の終端部を含み、前記複数の終端部は、隣接するアーム部間で前記基板の長さ方向の位置が異なるように互い違いに配置されていることを特徴とする。
【００１１】
（２）  上記（１）に記載の光変調器において、前記第１の光変調領域及び前記第２の光変調領域には、ＤＣ電極とＲＦ電極とがそれぞれ形成され、前記第１の光変調領域及び前記第２の光変調領域で、前記基板の長さ方向における前記ＤＣ電極と前記ＲＦ電極との配置順が異なることを特徴とする。
【００１２】
（３）  上記（１）又は（２）に記載の光変調器において、前記第１の光変調領域及び前記第２の光変調領域は、前記基板の長さ方向にずらして配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光変調器は、第１の光変調領域と第２の光変調領域が基板の幅方向に並列に配置され、外部基板が基板の直上に配置され、基板上の電極と外部基板上の配線回路とは基板と外部基板とが対向し合う部分で電気的に接続されるため、光変調器サイズの大型化を抑制することが可能な光変調器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の２波長集積型ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の構成例を示す平面図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る光変調器を説明する平面図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る光変調器を説明する側面図である。
【図４】本発明の第１実施例における各終端部の構造を示す拡大平面図である。
【図５】本発明の第２実施例における各終端部の配置を示す平面図である。
【図６】本発明の第２実施例における外部基板の変形例を示す平面図である。
【図７】本発明の第３実施例に係る光変調器を説明する平面図である。
【図８】本発明の第４実施例に係る光変調器を説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る光変調器について詳細に説明する。
本発明に係る光変調器は、例えば図２に示すように、電気光学効果を有する基板１と、基板１に形成された、波長λ１の光を変調する位相偏波変調又は直交振幅変調のための第１の光変調領域Ｍ１、及び、波長λ２の光を変調する位相偏波変調又は直交振幅変調のための第２の光変調領域Ｍ２と、光変調領域Ｍ１，Ｍ２に設けられた、変調のための電極（制御電極３）と、該電極と電気的に接続される配線回路が形成された外部基板２１とを有する。光変調領域Ｍ１と光変調領域Ｍ２は基板１の幅方向に並列に配置され、外部基板２１は基板１の直上に配置され、電極と配線回路とは基板１と外部基板２１とが対向し合う部分で電気的に接続される。光変調領域Ｍ１，Ｍ２は必ずしも同じ基板１に形成する必要はなく、それぞれ別の基板に形成してもよい。
【００１６】
基板１としては、石英、半導体など光導波路を形成できる基板であれば良く、特に、電気光学効果を有する基板である、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム），ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）又はＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）のいずれかの単結晶などを用いた基板が好適に利用可能である。
【００１７】
基板１に形成する光導波路２は、例えば、ＬｉＮｂＯ３基板（ＬＮ基板）上にチタン（Ｔｉ）などの高屈折率物質を熱拡散することにより形成される。また、光導波路となる部分の両側に溝を形成したリブ型光導波路や光導波路部分を凸状としたリッジ型導波路も利用可能である。また、ＰＬＣ等の異なる導波路基板に光導波路を形成し、これらの導波路基板を貼り合せ集積した光回路にも、本発明を適用することが可能である。
【００１８】
基板１には、光導波路２を伝搬する光波を制御するための制御電極３が設けられる。制御電極３としては、変調電極を構成するＲＦ電極３ａやこれを取り巻く接地電極（不図示）、ＤＣ電圧を印加するＤＣ電極３ｂ、３ｃなどがある。これら制御電極３は、基板表面に、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンを形成し、金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ２等のバッファ層を設けることも可能である。
【００１９】
本発明に係る光変調器の主な特徴は、外部基板２１が基板１の直上に配置され、基板１の電極と外部基板２１の配線回路とがこれら基板の対向し合う部分で電気的に接続されることである。以下、実施例を参照して詳細に説明する。本明細書では、基板の長さ方向を「Ｘ方向」とし、基板の幅方向を「Ｙ方向」とする。Ｘ方向は光波の進行方向（図中の矢印Ｘの方向）に対応し、これに直交する方向（図中の矢印Ｙの方向）がＹ方向となる。なお、光変調器の概略的な構成は、図１を参照して説明した従来の光変調器と同様である。
【実施例１】
【００２０】
図２は、本発明の第１実施例に係る光変調器を説明する平面図であり、図３は、その側面図である。また、図４は、第１実施例における各終端部の構造を示す拡大平面図である。
本例の光変調器は、基板１上に、波長λ１の光を変調する位相偏波変調又は直交振幅変調のための第１の光変調領域Ｍ１と、波長λ２の光を変調する位相偏波変調又は直交振幅変調のための第２の光変調領域Ｍ２とが形成されている。光変調領域Ｍ１，Ｍ２は、Ｙ方向（基板の幅方向）に並列に配置される。
光変調領域Ｍ１，Ｍ２には、制御電極３として、ＲＦ電極３ａやＤＣ電極３ｂ、３ｃなどが配置される。同図では、８つのＲＦ電極３ａがＹ方向に並列に配置され、８つのＤＣ電極３ｂがＹ方向に並列に配置され、４つのＤＣ電極３ｃがＹ方向に並列に配置されている。
【００２１】
基板１の直上には、高周波信号の終端部を構成する配線回路を集積した終端基板である外部基板２１が、全てのＲＦ電極３ａに少なくとも一部が重なるように配置される。外部基板２１は、ＲＦ電極３ａと外部基板２１の配線回路とを基板１に対向する部分で電気的に接続できるように構成される。
すなわち、外部基板２１の下面（基板１側の面）の各ＲＦ電極３ａに対応する位置に、複数の接続パッド２３や終端抵抗２４などで構成された終端部２２が配置される。図４の例では、終端部２２の素子１つあたり、３つの接続パッド２３と２つの終端抵抗２４とが設けられている。終端部２２の各接続パッド２３には、Ａｕ等で形成された突起状の端子であるバンプ２５を設けてある。ＲＦ電極３ａは、バンプ２５を用いたフリップチップ接続により接続パッド２３に接続される。外部基板２１の下面は、バンプ２５の形成箇所を含む一部を除き、絶縁膜２６によって覆われている。
【００２２】
外部基板２１の直上には、更に放熱構造（ヒートシンク）３１を配置することもできる。放熱構造３１としては、熱伝導の良い金属や熱伝導シートを用いることができ、光変調器の筐体に接続される。放熱構造３１として金属を用いる場合には、別体の金属ブロックであってもよい。
また、外部基板２１に、抵抗単独ではなくバイアスティー（Bias Tee）機能を組み込む場合には、基板上面にそれらの素子を実装してもよい。この場合、放熱構造３１は、更にその上に配置されることになる。
【００２３】
外部基板２１の基板材として、基板１にほぼ等しい線膨張率の材質の基板を用いることで、基板１と外部基板２１との接続部の機械信頼性が高い光変調器を実現できる。このため、基板１と外部基板２１は同じ材料を用いることが好ましい。
【００２４】
このように、外部基板２１を基板１の直上に配置することで、基板１の側部に外部基板２１を隣接させて配置する構造に比べて、基板１と外部基板２１の配置に必要な平面領域を削減することができるため、光変調器サイズの大型化を抑制することができる。また、基板１の電極と外部基板２１の配線回路とをこれら基板の対向し合う部分で電気的に接続するように構成したので、ＲＦ電極３ａから終端抵抗２４に至る配線の短縮や簡素化を実現することができる。
【実施例２】
【００２５】
図５は、本発明の第２実施例における各終端部の配置を示す平面図である。
本例の光変調器では、光変調領域Ｍ１を構成するメインのマッハツェンダー型導波路の各アーム部にＲＦ電極３１を２つずつ設けてあるが、一方のアーム部のＲＦ電極３１と他方のアーム部のＲＦ電極３１とをＸ方向（基板の長さ方向）にずらして配置してある。そして、これに合うように、外部基板２１の各終端部２２もＸ方向にずらして配置してある。
【００２６】
このような構造によれば、終端部２２の発熱が分散されるので、外部基板２１の発熱を抑えることができる。なお、図５に示した終端部２２の配置は一例に過ぎず、他の配置であっても構わないことは言うまでもない。
【００２７】
図６は、本発明の第２実施例における外部基板の変形例を示す平面図である。
本変形例は、外部基板２１の下面に、ＲＦ電極３１に対応する終端部２２のほかに、ダミーの接続パッドであるダミーパッド２７を設ける。図６では、外部基板２１の下面の四隅に、ダミーパッド２７を設けてある。このようなダミーパッド２７を配置することで、基板１との接続強度を向上させることができる。
【実施例３】
【００２８】
図７は、本発明の第３実施例に係る光変調器を説明する平面図である。
本例の光変調器は、外部基板２１を接着樹脂４１で基板１に接着して固定している。接着樹脂４１による接着・固定は、ＲＦ電極３１の作用部（ＲＦ電極３１からの電界が光導波路２に作用する部位）以外の部位で行うことが好ましい。ＲＦ電極３１の作用部へ接着樹脂４１が流入すると、高周波の損失やインピーダンスの変化、マイクロ波の屈折率の変化による光変調の速度整合の劣化が懸念されるためである。
【００２９】
なお、本例の光変調器では、接着樹脂４１がＲＦ電極３１の作用部に流れ込むことを防止するために、流出防止パターン４２，４３を設けてある。同図では、Ｙ方向への接着樹脂４１の流出を防止するための流出防止パターン４２と、Ｘ方向への接着樹脂４１の流出を防止するための流出防止パターン４３とが設けられている。これらの流出防止パターンは、基板１に設けてもよく、外部基板２１に設けてもよく、これらの両方に設けてもよい。
【００３０】
このような構造によれば、ＲＦ電極３１の作用部への接着樹脂４１の流入による高周波の損失やインピーダンスの変化、マイクロ波の屈折率の変化による光変調の速度整合の劣化を抑制することができる。また、流出防止パターン４２，４３は、基板１に対して外部基板２１を正確に配置するための位置合わせも兼ねることができる。
【実施例４】
【００３１】
図８は、本発明の第４実施例に係る光変調器を説明する平面図である。
本例の光変調器は、光変調領域Ｍ１，Ｍ２をそれぞれ別の基板に形成してある。具体的には、光変調領域Ｍ１を基板１Ａに形成し、光変調領域Ｍ２を基板１Ｂに形成してある。また、光変調領域Ｍ１，Ｍ２をＸ方向にずらして配置してある。これに対応して、光変調領域Ｍ１，Ｍ２の各々に配置される制御電極３の配置位置もＸ方向にずれ、各制御電極３に接続する電気線の配線もＸ方向にずれることになる。このため、電気線の配線が局所的に集中することを抑制できるので、電気線間のクロストークを抑制することができる。また、他の電気線を回り込むように電気線を取り回さずに済むため、配線の短縮や簡素化を実現することができる。
【００３２】
また、本例の光変調器は、Ｘ方向の上流側に位置する光変調領域Ｍ１では、Ｘ方向の上流から下流に向かって、ＲＦ電極３ａ、ＤＣ電極３ｂ、ＤＣ電極３ｃの順に配置されている。一方、Ｘ方向の下流側に位置する光変調領域Ｍ２では、Ｘ方向の上流から下流に向かって、ＤＣ電極３ｃ、ＲＦ電極３ａ、ＤＣ電極３ｂの順に配置されている。すなわち、光変調領域Ｍ１と光変調領域Ｍ２でＸ方向におけるＤＣ電極とＲＦ電極との配置順が異なっている。このため、光変調領域Ｍ１のＲＦ電極と光変調領域Ｍ２のＲＦ電極のＸ方向のずれ量を光変調領域Ｍ１，Ｍ２のＸ方向のずれ量より大きくすることができる。これにより、光変調領域Ｍ１，Ｍ２のＸ方向のずれ量を少なくして光変調器のＸ方向の長さの増大を抑えつつ、高周波信号を入力するためのＲＦコネクタからＲＦ電極に至る各電気線について余裕を持って配線できるようになる。
【００３３】
以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した内容に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上、説明したように、本発明によれば、基板上の電気線の配線取り回しを容易にすることが可能な光変調器を提供することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  基板
２  光導波路
３  制御電極
３ａ  ＲＦ電極
３ｂ，３ｃ  ＤＣ電極
４  受光素子
５  偏波合成部
６  光ファイバ
２１  外部基板（終端基板）
２２  終端部
２３  接続パッド
２４  終端抵抗
２５  バンプ
２６  絶縁膜
２７  ダミーパッド
３１  放熱構造
４１  接着樹脂
４２，４３  流出防止パターン
【図１】
0006728888.tif 000002
【図２】
0006728888.tif 000003
【図３】
0006728888.tif 000004
【図４】
0006728888.tif 000005
【図５】
0006728888.tif 000006
【図６】
0006728888.tif 000007
【図７】
0006728888.tif 000008
【図８】
0006728888.tif 000009