(57)【要約】【課題】圧電基板上に設けられるディレイラインを短く形成することを可能とし、伝送帯域の改善が得られる光導波路デバイスを提供する。【解決手段】平行する第１の光導波路と第２の光導波路と、前記第１の光導波路を伝播する光信号と相互作用し光信号の位相を制御する第１の電気信号が進行する第１の進行波電極と、前記第２の光導波路を伝播する光信号と相互作用し光信号の位相を制御する第２の電気信号が進行する第２の進行波電極が形成された、電気光学効果を有する圧電基板と、前記圧電基板上に、更に前記第１及び第２の進行波電極のそれぞれに対応する第１及び第２の入力部が配置され、更に、前記第１及び第２の入力部と、対応するそれぞれ前記第１の電気信号及び第２の電気信号を供給する第１及び第２の電気コネクタとを接続するストリップ線路が形成されたセラミック基板とを備え、前記セラミック基板に形成されたストリップ線路の前記第１及び第２の入力部に接続される側の間隔が、前記第１及び第２の電気コネクタ接続される側の間隔よりも狭くなるように構成される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行する第１の光導波路と第２の光導波路と、前記第１の光導波路を伝播する光信号と相互作用し光信号の位相を制御する第１の電気信号が進行する第１の進行波電極と、前記第２の光導波路を伝播する光信号と相互作用し光信号の位相を制御する第２の電気信号が進行する第２の進行波電極が形成された、電気光学効果を有する圧電基板と、
前記圧電基板上に、更に前記第１及び第２の進行波電極のそれぞれに対応する第１及び第２の入力部が配置され、
更に、前記第１及び第２の入力部と、対応するそれぞれ前記第１の電気信号及び第２の電気信号を供給する第１及び第２の電気コネクタとを接続するストリップ線路が形成されたセラミック基板とを備え、
前記セラミック基板に形成されたストリップ線路の前記第１及び第２の入力部に接続される側の間隔が、前記第１及び第２の電気コネクタ接続される側の間隔よりも狭くなるように構成されている
ことを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】
電気光学効果を有する圧電基板と、
前記圧電基板に形成された入力部光導波路と、
前記入力部光導波路を平行する第１の光導波路と第２の光導波路とに分岐する入力側導波路分岐部と、
前記第１の光導波路と第２の光導波路とを合波させる出力側合波部と、
前記第１の光導波路を伝播する光と相互作用し光の位相を制御する第１の電気信号が進行する第１の進行波電極と、
前記第２の光導波路を伝播する光と相互作用し光の位相を制御する第２の電気信号が進行する第２の進行波電極とを有し、
前記第１及び第２の進行波電極にそれぞれ対応する第１及び第２の入力部が前記圧電基板の同一側の面に配置され、
前記第１及び第２の入力部と、対応する第１及び第２のそれぞれ前記第１の電気信号及び第２の電気信号を供給する第１及び第２の電気コネクタとを接続するストリップ線路が形成されたセラミック基板を備え、
前記セラミック基板に形成されたストリップ線路の前記第１及び第２の入力部に接続される側の間隔が、前記第１及び第２の電気コネクタ接続される側の間隔よりも狭くなるように構成されている
ことを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記セラミック基板上に形成されたストリップ線路としてコプレナ線路が形成されていることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項４】
請求項１または２において、
電気光学効果を有する圧電基板としてＬｉＮｂＯ３を用いたことを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項５】
請求項１または２において、
前記第１及び第２の電気信号は、マイクロ波帯の周波数を有し、光変調器を構成することを特徴とする光導波路デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路を有し、光信号に対し電気光学効果を与える圧電基板を用いた光導波路デバイスに関する。特に、マッハ・ツェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ）型光変調器に好適な光導波路デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マッハ・ツェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ）型光変調器の一種として、平行する第１、第２の光導波路のそれぞれを伝播する光信号の位相を独立に制御可能な光導波路デバイスは、外部からの高周波電気信号により第１、第２の光導波路を伝播する光信号の位相を制御して光強度変調するデュアル・ドライブ（Ｄｕａｌ−Ｄｒｉｖｅ）型光変調器として知られ、高速長距離光通信伝送システムに用いられている。
【０００３】
かかるデュアル・ドライブ（Ｄｕａｌ−Ｄｒｉｖｅ）型光変調器では、電気光学効果を有する圧電基板に形成された、平行する第１、第２の光導波路（それぞれ適宜、アームと呼ぶ）を伝播する光信号の位相を独立に外部電気信号により制御する。すなわち各アームの光導波路の屈折率を独立に制御することが可能である。
【０００４】
図１は、かかるデュアル・ドライブ（Ｄｕａｌ−Ｄｒｉｖｅ）型光変調器の原理を示す模式図である。
【０００５】
図１において、圧電基板１上に第１、第２の光導波路１０、１１が形成され、それらに共通に光入力部（ＯＰＴ−ｉｎ）からの光信号が分岐入力される。第１、第２の光導波路１０、１１を伝播した光信号は、光出力部（ＯＰＴ−ｏｕｔ）から再び結合されて出力される。
【０００６】
前記第１、第２の光導波路１０、１１に効率よく電界を印加できるように進行波電極２０、２１が各アームの光導波路１０、２０の近傍に設けられる。すなわち、一方の進行波電極２０（２１）が、一方のアーム１０（１１）を伝播する光信号の位相を制御し、もう一つの進行波電極２１（２０）が他方のアーム１１（１０）を伝播する光信号の位相を制御する。
【０００７】
このような光変調器を用いて、意味のある光変調を実現するためには、各々の進行波電極２０，２１に相関のあるマイクロ波帯の変調用信号（例えば、ＤＡＴＡ＝ＱとそのＤＡＴＡの反転＝／Ｑ）を、タイミングを合わせて入力する必要がある。
【０００８】
図２は、図１における進行波電極２０，２１に入力されるマイクロ波帯の変調用信号としてＶ１＝Ｑ、Ｖ２＝／Ｑの例を示す図である。　図３は、この変調用信号Ｖ１＝Ｑと、Ｖ２＝／Ｑの位相差に対応して出力される光変調された光信号出力を示す図である。
【０００９】
ここで通常、電気光学効果を利用したデュアル・ドライブ（Ｄｕａｌ−Ｄｒｉｖｅ）型光変調器においては、図１に示すように、光導波路１０，１１に並走して進行波電極２０、２１を形成する。また、進行波電極２０、２１の入力部２０−１、２１−１がストリップ線路として光導波路１０，１１と同じ面に配置される。
【００１０】
さらに、進行波電極２０、２１のストリップ線路による入力部２０−１、２１−１の間隔は、変調信号としてのマイクロ波を入力する電気コネクタの間隔とは異なって配置される。この間隔の相違により、各アームを伝播する光信号に対して与えられる電界は、電気コネクタでの図２に示すような同期した入力マイクロ波の相対的な位相関係から、ずれた位相で光信号と相互作用することになる。
【００１１】
これを回避するために、圧電基板１上に入力部２０−１、２１−１の間隔と、電気コネクタの間隔との差を考慮した、タイミング補正用のディレイライン（ストリップ線路の引き回し構造）を設けている。
【００１２】
【発明が解決しようとする問題点】
上記の従来構成では、電気コネクタの筐体への実装ピッチに比例して、チップ上に設けるディレイライン長が決まる。この時、圧電基板１の誘電率が大きく、従って圧電基板１上に設けられるタイミング調整用のディレイラインの長さ分、マイクロ波が光信号との相互作用領域に到達するまでの減衰が大きいものとなる。これは、光変調器の帯域劣化を引き起こす要因となる。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、圧電基板上に設けられるディレイラインを短く形成することを可能とし、伝送帯域の改善が得られる光導波路デバイスを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の本発明の課題を達成する光導波路デバイスの第１の態様は、平行する第１の光導波路と第２の光導波路と、前記第１の光導波路を伝播する光信号と相互作用し光信号の位相を制御する第１の電気信号が進行する第１の進行波電極と、前記第２の光導波路を伝播する光信号と相互作用し光信号の位相を制御する第２の電気信号が進行する第２の進行波電極が形成された、電気光学効果を有する圧電基板と、前記圧電基板上に、更に前記第１及び第２の進行波電極のそれぞれに対応する第１及び第２の入力部が配置され、更に、前記第１及び第２の入力部と、対応するそれぞれ前記第１の電気信号及び第２の電気信号を供給する第１及び第２の電気コネクタとを接続するストリップ線路が形成されたセラミック基板とを備え、前記セラミック基板に形成されたストリップ線路の前記第１及び第２の入力部に接続される側の間隔が、前記第１及び第２の電気コネクタ接続される側の間隔よりも狭くなるように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
上記の本発明の課題を達成する光導波路デバイスの第２の態様は、電気光学効果を有する圧電基板と、前記圧電基板に形成された入力部光導波路と、前記入力部光導波路を平行する第１の光導波路と第２の光導波路とに分岐する入力側導波路分岐部と、前記第１の光導波路と第２の光導波路とを合波させる出力側合波部と、前記第１の光導波路を伝播する光と相互作用し光の位相を制御する第１の電気信号が進行する第１の進行波電極と、前記第２の光導波路を伝播する光と相互作用し光の位相を制御する第２の電気信号が進行する第２の進行波電極とを有し、前記第１及び第２の進行波電極にそれぞれ対応する第１及び第２の入力部が前記圧電基板の同一側の面に配置され、前記第１及び第２の入力部と、対応する第１及び第２のそれぞれ前記第１の電気信号及び第２の電気信号を供給する第１及び第２の電気コネクタとを接続するストリップ線路が形成されたセラミック基板を備え、前記セラミック基板に形成されたストリップ線路の前記第１及び第２の入力部に接続される側の間隔が、前記第１及び第２の電気コネクタ接続される側の間隔よりも狭くなるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記の本発明の課題を達成する光導波路デバイスの第３の態様は、第１の態様または第２の態様において、前記セラミック基板上に形成されたストリップ線路としてコプレナ線路が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
上記の本発明の課題を達成する光導波路デバイスの第４の態様は、第１の態様または第２の態様において、電気光学効果を有する圧電基板としてＬｉＮｂＯ３を用いたことを特徴とする。
【００１８】
上記の本発明の課題を達成する光導波路デバイスの第５の態様は、第１の態様または第２の態様において、前記第１及び第２の電気信号は、マイクロ波帯の周波数を有し、光変調器を構成することを特徴とする。
【００１９】
本発明の特徴は、以下に図面に従い説明される発明の実施の形態例から更に明らかになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の理解を容易とするべく、発明の実施の形態例の説明に先立って、更に先に説明した従来の構造とその問題点について説明しておく。
【００２１】
図４は、従来構成の光変調器の構成例である。筺体１内に、例えばＬｉＮｂＯ３結晶から切り出されたチップ状の圧電基板１を収容している。
【００２２】
圧電基板１上には、一定の間隔Ｇを持って平行する第１、第２の光導波路１０，１１が形成されている。第１、第２の光導波路１０，１１の一端側が光入力部（ＯＰＴ−ｉｎ）となり光信号が入力され、反対側の光出力部（ＯＰＴ−ｏｕｔ）から伝播し、変調された光信号が出力される。
【００２３】
さらに、圧電基板１に形成された第１、第２の光導波路１０，１１に沿って進行波電極２０，２１が配置されている。筺体１には、圧電基板１上の第１、第２の光導波路１０，１１が形成されている側と同一面側に、中継基板としてのセラミック基板３が設けられている。
【００２４】
ここで、進行波電極２０，２１には光入力信号の伝播方向と同一方向に変調信号が供給される。この変調信号は光導波路１０，１１に沿って進行した後、終端抵抗１２により終端される。
【００２５】
ストリップ線路３０，３１の一端側は、外部からマイクロ波を供給するためのコネクタ４０，４１に接続されている。また、その他端側は、パッド５０，５１と接続されている。
【００２６】
ここで、第１、第２の光導波路１０，１１における入力部２０−１，２１−１の間隔とコネクタ４０，４１の間隔従って、パッド５０，５１の間隔とが異なっている。
【００２７】
このために、第１、第２の光導波路１０，１１の入力部２０−１，２１−１は、これらの間隔の相違を補正するべく引き回しのストリップ線路によるディレイライン２０−２を有している。
【００２８】
この様な図４の形態において、パッド５０，５１の間隔とコネクタ４０，４１の配置間隔を調整するディレイライン２０−２の長さＤは、次のようになる。
【００２９】
Ｄ＝（Ｌ’＋Ｇ＋２Ｚ）／２　　・・・（１）
ただし、Ｌ’：パッド間隔、Ｇ：２つの進行波電極２０，２１の相互作用領域における間隔である。
【００３０】
図５は、図４において、上記式（１）において、Ｚ＝０とした時の構成例である。
【００３１】
ここで、圧電基板１の誘電率は、セラミック基板３の誘電率に比較して大きく、誘電率の大きな領域にパッド５０，５１の間隔とコネクタ４０，４１の配置間隔を調整するディレイライン２０−２を設けることは、マイクロ波が光信号との相互作用領域に到達するまでの減衰が大きいものとなり、従って光変調器の帯域劣化を引き起こす要因となる。
【００３２】
本発明はかかる不都合を解決するものである。図６は、本発明の一実施の形態例であり、従来例の図４に対応して示される。図６における特徴は、中継基板であるセラミック基板３の構成にあり、セラミック基板３に形成されるストリップ線路３０，３１を平行に配置せずに、パッド５０，５１の間隔を、コネクタ４０，４１の配置間隔より狭くなるようにしている。他の構成は、図４に示す構成と同様である。
【００３３】
図７は、図６におけるセラミック基板３の拡大図である。図７において、片側全面に金属膜を蒸着したセラミック基板を用意する。ついで、金属膜の接地導体領域３００及び、ストリップ線路３０，３１の部分を除いて、エッチングにより除去する。これにより、ストリップ線路３０，３１は、コプレナ線路を形成している。
【００３４】
セラミック基板３の端面におけるストリップ線路３０，３１の周囲はガラスによるハーメッチックシール３０１を施す。図７において、ストリップ線路３０，３１のａ側の端部は、各々パッド５０，５１に接続され、ストリップ線路３０，３１のｂ側の端部はコネクタ４０，４１と接続される。
【００３５】
また、セラミック基板３の両端面の他の部分３０２は、蝋材により筐体２に接地接続される。
【００３６】
このようなセラミック基板３の構成により、本発明において、パッド５０，５１の間隔とコネクタ４０，４１の配置間隔を調整するディレイライン２０−２の長さＤを短くすることができる。
【００３７】
図８は、本発明におけるディレイライン２０−２の長さＤ’と、図４、図５におけるディレイライン２０−２の長さＤとの比較を説明する図である。図８における参照番号は、図４と対応関係にあるものについては同一の参照番号を使用している。
【００３８】
図８において、破線で示したストリップ線路は、図４に対応し、実線で示したストリップラインが本発明による場合である。
【００３９】
ディレイライン２０−２の長さＤ’は、同様に上記（１）式により表されるが、パッド５０，５１の間隔は、コネクタ間隔よりも（Ｌ−Ｌ’）分狭くなっている。
【００４０】
したがって、この（Ｌ−Ｌ’）分のディレイライン２０−２の長さが短縮され、マイクロ波が光信号との相互作用領域に到達するまでの減衰を小さくすることができる。
【００４１】
図９は、図５に対応する本発明の実施の形態例である。この実施の形態においても誘電率の大きい圧電基板２において、（Ｌ−　Ｌ’）分のディレイライン２０−２の長さが短縮され、マイクロ波が光信号との相互作用領域に到達するまでの減衰を小さくすることができる。
【００４２】
ここで、実施例として現実的なコネクタ４０，４１のサイズを考慮すると、図４、図５に示す従来例では、Ｌ＝Ｌ’＝４ｍｍ程度、また、第１、第２の光導波路１０，１１間のギャップＧは、Ｇ＝０．２ｍｍ、Ｚ＝０．２ｍｍ程度である。
【００４３】
図４の従来例においては、ディレイライン２０−２の長さは、Ｄ＝２．３ｍｍ程度である。また、図５の従来例においては、Ｄ＝２．１ｍｍ程度である。
【００４４】
これに対し、本発明では、Ｌ’＝１．０ｍｍ程度とした場合、図６の実施例の場合、ディレイライン２０−２の長さはＤ’＝０．８ｍｍ程度、図９の実施例の場合、Ｄ’＝０．６ｍｍ程度となる。
【００４５】
いずれの場合も、引き回し部の電極長（ディレイライン２０−２の長さ）を１．５ｍｍ程度（Ｌ−Ｌ’）分圧縮をかけることが可能となる。
【００４６】
圧電基板１の入力パッド部５０、５１より光マイクロ波相互作用完了地点（図６のＦＰ点）までの全電極長を２０ｍｍとした時、１．５ｍｍの電極長圧縮により、図１０に示すように、マイクロ波透過特性の改善が可能となる。
【００４７】
図１０において、特性インピーダンスを５０Ωに設定し、横軸に入力マイクロ波の周波数を、縦軸にパッド５０，５１からダミーロード１２までの入力マイクロ波の減衰量を示している。Ｌ’＝４．０ｍｍは図４に示す従来例の場合、Ｌ’＝１．０ｍｍは、図６に示す本発明の実施の形態の場合のマイクロ波透過特性図である。図１０により本発明の適用により広帯域に渉って、マイクロ波透過特性の改善されていることが理解できる。
【００４８】
【発明の効果】
図面に従い本発明の実施の形態例を説明したように、光導波路デバイスにおいて、誘電率の高い圧電基板上に設けるディレイラインを短くすることで、コネクタより光信号とマイクロ波の相互作用領域までにおけるマイクロ波の減衰を抑圧し、帯域を改善することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】デュアル・ドライブ（Ｄｕａｌ−Ｄｒｉｖｅ）型光変調器の原理を示す模式図である。
【図２】図１における進行波電極２０，２１に入力されるマイクロ波帯の変調用信号としてＶ１＝Ｑ、Ｖ２＝／Ｑの例を示す図である。
【図３】図２に示す変調用信号Ｖ１＝Ｑと、Ｖ２＝／Ｑの位相差に対応して出力される光変調された光信号出力を示す図である。
【図４】従来構成の光変調器の構成例である。
【図５】図４において、（１）式において、Ｚ＝０した時の構成例である。
【図６】従来例の図４に対応して示される本発明の一実施の形態例である。
【図７】図６におけるセラミック基板３の拡大図である。
【図８】本発明におけるディレイライン２０−２の長さＤ’と、図４、図５におけるディレイライン２０−２の長さＤとの比較を説明する図である。
【図９】図５に対応する本発明の実施の形態例である。
【図１０】本発明によるマイクロ波透過特性の改善を示す図である。
【符号の説明】
１　圧電基板
２　筺体
３　セラミック基板
１０，１１　光導波路
２０，２１　進行波電極
２０−１，２１−１　進行波電極の入力部
２０−２　ディレイライン
３０，３１　ストリップライン
４０，４１　コネクタ
５０，５１　パッド
【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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