(57)【要約】　　　（修正有）【課題】特性インピーダンスを維持し、広帯域特性の得られる光変調器の構成を提供する。【解決手段】電気光学効果を有する基板と、前記基板の表面に形成された光導波路と、前記光導波路の近傍に形成された信号電極２０および接地電極２１，２２を備え、前記信号電極および接地電極は、相互作用部と引き出し部を有し、前記引き出し部の領域にある前記信号電極と接地電極の間に溝１００が形成されている。【選択図】　図５
2004020780.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、
前記基板の表面に形成された光導波路と、
前記光導波路の近傍に形成された信号電極および接地電極を備え、
前記信号電極および接地電極は、相互作用部と引き出し部を有し、
前記引き出し部の領域にある前記信号電極と接地電極の間に溝が形成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において、
前記引き出し部は、高周波信号が供給されるＲＦコネクタの電極と接続されるパッドを有し、
前記引き出し部の領域にある前記信号電極と接地電極の間に形成される溝は、前記パッドを除く引き出し部の領域に形成されることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記光導波路の入力側にある引き出し部のみの領域にある前記信号電極と接地電極の間に前記溝が形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項２において、
前記パッドを除く引き出し部の前記信号電極と接地電極の間隔が６０μｍ以下であることを特徴とする光変調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学効果により光位相を変化させる素子を搭載した光変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大容量で広帯域な通信システムとして光通信システムが適用されている。かかる光通信システムにおいて、通信容量拡大の需要に伴い、ますますビットレートの高速化が求められている。
【０００３】
一方、光通信システムには、強誘電体結晶等に電場を加えたときに屈折率の変化を生じる電気光学効果により光位相を変化させる素子を搭載した光変調器が用いられている。
【０００４】
かかる光変調器に搭載される、電気光学効果により光位相を変化させる素子（電気光学効果素子）は、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ２の電気光学結晶から切り出された基板にＩＣ技術を用いて、Ｔｉ等の金属膜をパターニングにより形成後、熱拡散し、あるいは安息香酸中でプロトン交換する等して形成される光導波路を有する。さらに光導波路近傍に所要の電極が形成される。
【０００５】
光変調器は、かかる電気光学効果素子の外部から光導波路に光信号を供給し、光導波路近傍に形成された信号電極と接地電極間にマイクロ波帯の高周波変調信号を供給する構成を有するものである。
【０００６】
図１は、かかる光変調器の一構成例を示し、上部カバーを外した状態の上面図である。シールド筐体１内に電気光学効果素子２が収容されている。図２は、模式的に電気光学効果素子２の構成を示す図である。
【０００７】
光変調器として機能するために、図２に模式的に示される電気光学効果素子２に形成された光導波路１０は、一例として２つの平行な導波路Ｉ，ＩＩに分岐され、マッハツェンダ導波路を構成している。図２において、図２Ｂは図２Ａの平面図において、ａ線に沿う断面図であり、図２Ｃはｂ線に沿う断面図である。
【０００８】
一例として、電気光学効果素子２の基板をＬｉＮｂＯ３結晶のＺ軸方向に切り出したＺカット基板を用い、電極をシングル電極、変調方式を強度変調とする場合、この分岐された２つの平行な光導波路Ｉ、ＩＩの一方（図２Ａでは光導波路Ｉ）の真上に信号電極２０が、そして他方の光導波路ＩＩの真上に接地電極２２が配置されている。
【０００９】
なお、光導波路１０の分岐された２つの平行導波路Ｉ、ＩＩ中を伝搬する光信号が信号電極２０及び、接地電極２２により吸収されるのを防ぐために、基板と信号電極２０及び接地電極２２との間に、厚さ０．２〜１μｍのＳｉＯ２等によるバッファ層が設けられる。
【００１０】
図２において、光信号は光導波路１０の入射側（Ｏｐｔ　Ｉｎ）に入力される。光変調器として機能させるために、この光信号の伝搬方向と同じ方向に変調信号として、信号源２５から出力される矩形波のマイクロ波信号が信号電極２０に供給される。
【００１１】
したがって、分岐された平行光導波路の屈折率が、マイクロ波信号の極性に対応して、それぞれ＋Δｎａ、−Δｎｂのように変化する。これにより平行光導波路Ｉ、ＩＩ間の光位相差が変化し、図２において光導波路１０の出射側（Ｏｐｔ　Ｏｕｔ）から強度変調された光信号が出力される。
【００１２】
さらに、電極の断面形状を変化させることでマイクロ波による実効屈折率を制御し、光信号とマイクロ波の速度を整合させることによって広帯域の光応答特性を得ることができる。
【００１３】
ここで、信号源２５から供給される変調信号としてのマイクロ波である高周波信号は、図１に示す光変調器の構成において、中心導体３０と外部導体３１を有するＲＦコネクタ３を通して信号電極２０と接地電極２１，２２間に供給される。
【００１４】
ＲＦコネクタ３の中心導体３０は、スライディングコンタクト部材３２に挿入され、電気光学効果素子２の信号電極２０とスライディングコンタクト部材３２とのボンディングにより接続される。さらに、ＲＦコネクタ３の外部導体３１は、電気光学効果素子２の接地電極２１，２２とワイヤボンディング２３により接続される構成である。
【００１５】
このように、マイクロ波である高周波信号の入力部では、ワイヤボンディング２３などによって外部と接続するために、信号電極２０と、接地電極電２１，２２とが平行する相互作用部と、引き出し部を有し、引き出し部の一端側に電極幅を広げてパッドを形成している。
【００１６】
パッドから入力された高周波信号は、引き出し部を通って相互作用部を通過し、更に出力側の引き出し部を通ってパッドから出力された後に終端される。
【００１７】
かかる構成において、更にマイクロ波の反射（電気光学効果素子２の基板内部への進行）を防いで効率よく高周波信号を入力するためには、パッドを含む引き出し部の特性インピーダンスを約５０Ωにする必要があり、そのために引き出し部における信号電極２０と接地電極２１，２２間のギャップを広くしていた。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のギャップを広くすると信号電極２０と接地電極２１，２２間電界が広がって放射する成分が多くなり、透過特性が劣化するという問題があった。
【００１９】
すなわち、従来構成の光変調器において、高周波信号の波長が電気光学効果素子２の電極の大きさに比べて大きい場合には、透過特性にそれほどの影響はなかったが、波長が小さくなると電気光学効果素子２の高周波特性に影響を及ぼし、広帯域な伝送特性を得ることができなくなるという問題が認識されていた。
【００２０】
図３は、かかる従来の光変調器における高周波特性を示す図である。図３において、横軸に高周波信号周波数を、縦軸に入力側から出力側に向かう光信号の減衰量Ｓ２１を示し、高周波信号周波数が高くなり３６ＧＨｚの近傍で減衰特性は線形的に減衰せずに大きなディップが生じていることが理解できる。したがって、かかる減衰量のディップの存在により伝送特性の広帯域性が阻害されていることが理解できる。
【００２１】
かかる伝送特性において減衰量のディップの生じる原因がこれまで解明されておらず、本発明者は種々検討を行ってきた。
【００２２】
そして、本発明者は、検討の結果として、上記の変調信号であるマイクロ波の周波数が高くなると電気光学効果素子２内への放射成分が多くなり、これにより信号電極２０及び接地電極２１間で形成される電界との結合が生じることが原因であることを見出だした。
【００２３】
したがって、本発明の目的は、かかる減衰量のディップの生じる原因の解明に基づき、特性インピーダンスを維持し、広帯域特性の得られる光変調器の構成を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記の本発明の課題を解決する光変調器は、第１の態様として、電気光学効果を有する基板と、前記基板の表面に形成された光導波路と、前記光導波路の近傍に形成された信号電極および接地電極を備え、前記信号電極および接地電極は、相互作用部と引き出し部を有し、前記引き出し部の領域にある前記信号電極と接地電極の間に溝が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
上記の本発明の課題を解決する光変調器は、第２の態様として、第１の態様において、前記引き出し部は、高周波信号が供給されるＲＦコネクタの電極と接続されるパッドを有し、前記引き出し部の領域にある前記信号電極と接地電極の間に形成される溝は、前記パッドを除く引き出し部の領域に形成されることを特徴とする。
【００２６】
さらに、上記の本発明の課題を解決する光変調器は、第３の態様として第１または第２の態様において、前記光導波路の入力側にある引き出し部のみの領域にある前記信号電極と接地電極の間に前記溝我形成されていることを特徴とする。
【００２７】
また、上記の本発明の課題を解決する光変調器は、第４の態様と　第２の態様において、前記パッドを除く引き出し部の前記信号電極と接地電極の間隔が６０μｍ以下であることを特徴とする。
【００２８】
本発明の特徴は、さらに以下に図面に従い説明される発明の実施の形態例から明らかになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図４は、図１における電極パターンのみを取り出して示す図である。
【００３０】
信号電極２０と、その両側に配置される接地電極２１，２２を有し、信号電極２０と接地電極２１，２２が平行に配置される相互作用部Ａと、外部電極と接続されるために引き出される引き出し部Ｂを有する。さらに、この引き出し部Ｂに、外部電極とボンディング接続するための入力側パッド（ＰＡＤ−ｉｎ）と出力側パッド（ＰＡＤ−ｏｕｔ）を有する。
【００３１】
図５は、本発明の特徴を示す図であり、上記の引き出し部Ｂを拡大して示す図である。
【００３２】
図５Ａに示す引き出し部Ｂにおいて、信号電極２０と、接地電極２１，２２との間に溝１００が形成されている。図５Ｂは図５Ａに示す破線ａにおける断面図である。
【００３３】
かかる溝１００は、パターニングした後、エッチングすることにより容易に形成することが可能である。
【００３４】
基板１上にバッファ層２４が形成され、その上部に信号電極２０と、接地電極２１、２２が形成されている。信号電極２０と、接地電極２１、２２との間にギャップ間隔Ｓを有し、溝１００の深さはＨｒの大きさである。
【００３５】
かかる本発明に従う構成の特徴により、従来構成と本発明構成を比較する図６に示すようにマイクロ波の高周波信号の放射と、信号電極２０と、接地電極２１、２２との間の電界との結合を従来構成よりも少なくできる。
【００３６】
図６Ａは、信号電極２０と、接地電極２１、２２との間に溝を有しない従来構成におけるマイクロ波の高周波信号の放射２００と信号電極２０と、接地電極２１、２２との間の電界２０１との結合を示している。
【００３７】
一方、図６Ｂは、本発明の特徴により、引き出し部において溝１００が形成されているので、信号電極２０と接地電極２１，２２間の電界の広がりが減少される。これにより高周波信号の放射２００と信号電極２０と、接地電極２１、２２との間の電界２０１の結合が小さくなる。
【００３８】
図７は、特性インピーダンス５０Ωの整合条件を維持したときの図５に示す信号電極間のギャップ量Ｓ（μｍ）と溝の深さＨｒ（μｍ）　　の関係を示すグラフである。
【００３９】
このグラフより、信号電極間のギャップ量Ｓ（μｍ）を６０μｍにする場合であっても、溝の深さＨｒ（μｍ）を大きくすることにより特性インピーダンス５０Ωの整合条件を維持することができる。
【００４０】
この結果、図８に示すように、図３との比較において高周波域での減衰量のディップがなくなり、光変調器において、広帯域特性が実現される。
【００４１】
図９は、上記した溝１００の形態の変形例を示す図である。
【００４２】
図９Ａは、溝１００を信号電極２０、接地電極２１，２２の引き出し部に形成される外部電極との接続のためのパッドＰＡＤ−ｉｎまで含めて溝１００を形成している例である。
【００４３】
図９Ｃは、図５Ａに示したと同様であり、引き出し部において信号電極２０と接地電極２１，２２とが平行する領域において溝１００を形成する例である。図９Ｂは、図５Ａと図５Ｃの中間であり、パッドＰＡＤ−ｉｎの領域のみ除いた引き出し部において溝１００を形成する例である。
【００４４】
図９Ａ〜９Ｃのいずれの形態にあっても、同様に減衰量にディップを生じることなく広帯域特性が得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上、図面に従い実施の形態例を説明したように、本発明では、信号電極と接地電極間の相互作用部以外の引き出し部において、信号電極と接地電極の間隔を大きくする代わりに信号電極と接地電極の間に溝を設けることで、所望の特性インピーダンスを得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】光変調器の一構成例を示し、上部カバーを外した状態の上面図である。
【図２】模式的に電気光学効果素子２の構成を示す図である。
【図３】従来の光変調器における高周波特性を示す図である。
【図４】図１における電極パターンのみを取り出して示す図である。
【図５】本発明の特徴を示す図であり、上記の引き出し部Ｂを拡大して示す図である。
【図６】従来構成と本発明構成を比較する図である。
【図７】特性インピーダンス５０Ωの整合条件を維持したときの図５に示す信号電極間のギャップ量Ｓ（μｍ）と溝の深さＨｒ（μｍ）　　の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の構成を適用する光変調器の広帯域特性を示す図である。
【図９】溝１００の形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
２　電気光学効果素子
１０　光導波路
２０　信号電極
２１，２２　接地電極
【図１】
2004020780.tif 000003
【図２】
2004020780.tif 000004
【図３】
2004020780.tif 000005
【図４】
2004020780.tif 000006
【図５】
2004020780.tif 000007
【図６】
2004020780.tif 000008
【図７】
2004020780.tif 000009
【図８】
2004020780.tif 000010
【図９】
2004020780.tif 000011