(57)【要約】  電気光学的な相互作用を高めるように、光干渉計変調器は１対の導波路を中央電極に近接させ、１対の導波路の間隔を狭めている。前記１対の導波路が効果的に減結合するように、屈折率の異なった１対の非対称導波路を用いる。チャープの無い操作ができるように、前記１対の非対称導波路のそれぞれ区分は屈折率が交互に異なっている。別の例では、１対の導波路に交互に近接する区分を備えた送電線電極を用いている。更に別の例では、一方の導波路が中央電極に近接する構造が用いられている。更に効率が向上するように、ＲＦ接地で、ＤＣフロート電極として構成された外側の電極にＤＣバイアスを印加する。また、導波路の下方の基板にスロットを切り込んで薄くして、効率を向上させることもできる。これらの改良により変調器の効率が大きく向上する。
2015518979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学的な基板上に形成された電気光学的な導波路変調器を備えた装置であって、
単一モードの光導波路入力端、
単一モードの光導波路出力端、
それぞれの第１の端部がＹ字状結合点において前記光導波路入力端に連結され、且つそれぞれの第２の端部がＹ字状結合点において前記光導波路出力端に連結されて導波路干渉計変調器構造を形成する１対の導波路、
前記１対の導波路の間に位置する中央電極及び前記１対の導波路の外側に位置する第１及び第２の接地を有する送電線電極、及び
前記送電線電極に連結された無線周波数電源を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
光学的に結合できるように前記１対の導波路の間隔を近接させ、
前記１対の導波路は効果的に減結合できるように屈折率が異なる非対称の導波路を備え、
前記非対称の導波路の１つ又は複数の区分は交互に差動屈折率（ｎ±Δｎ）を有し、且つ
ｎ＋Δｎ及びｎ−Δｎは２つの導波路の交互の区分における実効屈折率に相当することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
結合された導波路は非対称結合導波路対を構成することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記１対の非対称結合導波路は、異なった幅を区分又は異なった導波路製造パラメータを有することを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
結合された導波路は、効果的に減結合できるのに十分な異なった屈折率（ｎ±Δｎ）であり、ｎが実効導波路屈折率に相当することを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項６】
結合された導波路は、それぞれが異なった屈折率を有する複数の区分を備えた第１及び第２の導波路を備えることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の導波路は第１のｎ＋Δｎ区分及び第２のｎ−Δｎ区分を有し、前記第２の導波路は第１のｎ−Δｎ区分及び第２のｎ＋Δｎ区分を有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の導波路は第１のｎ−Δｎ区分、第２のｎ＋Δｎ区分及び第３のｎ−Δｎ区分を有し、前記第２の導波路は第１のｎ＋Δｎ区分、第２のｎ−Δｎ区分及び第３のｎ＋Δｎ区分を有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記第１、第２及び第３区分に対応する電極のそれぞれの区分により生成される電界Ｅ１、Ｅ２及びＥ３とし、導波路の第１、第２及び第３区分の長さをＬ１、Ｌ２及びＬ３として、Ｅ２・Ｌ２＝Ｅ１・Ｌ１＋Ｅ３・Ｌ３の関係が成り立つように前記電界と前記区分の長さを設定すると電極と導波路の間に電気光学的な相互作用が増大し、チャープの無い変調が得られることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２の導波路は、３よりも多い区分を有することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記１対の導波路は、それぞれが１つよりも多い区分を有する第１及び第２の導波路を備え、
前記中央電極は、１つよりも多い区分を備え、且つ
前記電極は、その第１の区分が前記第１の導波路に近く、第２の区分が第２の導波路に近くにと、交互に位置していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記電極、第１及び第２の接地並びに第１及び第２の導波路は、それぞれ第１、第２及び第３の区分を有し、
前記電極の第１の区分は、第１の導波路の第１の区分に近接して位置し、
前記電極の第２の区分は、第２の導波路の第２の区分に近接して位置し、
前記電極の第３の区分は、第１の導波路の第３の区分に近接して位置していることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
チャープの無い変調が得られるように、前記第１、第２及び第３区分の長さをＬ１、Ｌ２及びＬ３として、前記電極の第１、第２及び第３区分により生成される電界Ｅ１、Ｅ２及びＥ３とし、Ｅ２・Ｌ２＝Ｅ１・Ｌ１＋Ｅ３・Ｌ３の関係が成り立つように前記電界と前記区分の長さを設定することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記送電線電極は１つより多い区分を有し、
前記１対の導波路は、それぞれが１つより多い区分を有する第１及び第２の導波路を備え、
前記第１の導波路のそれぞれの区分は前記中央電極に交互に近接、離間するように位置し、且つ
前記第２の導波路のそれぞれの区分は前記中央電極に交互に離間、近接するように位置していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記電極、前記１対の導波路の第１及び第２の導波路は、３つより多い区分を備え、
前記第１の導波路の第１の区分は前記電極に近接して位置し、
前記第２の導波路の第２の区分は前記電極に近接して位置し、且つ
前記第１の導波路の第３区分は前記電極に近接して交互に位置していることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
チャープの無い変調が得られるように、前記導波路の第１、第２及び第３区分の長さをＬ１、Ｌ２及びＬ３として、前記電極により第１、第２及び第３区分に沿って生成される電界Ｅ１、Ｅ２及びＥ３とし、Ｅ２・Ｌ２＝Ｅ１・Ｌ１＋Ｅ３・Ｌ３の関係が成り立つように前記電界と前記区分の長さを設定することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記接地の１つは、キャパシタチップにより連結された入力端及び出力端を備えてＲＦ接地及びＤＣフロートを形成し、
前記ＲＦ接地及びＤＣフロートにＤＣバイアスを連結して変調器の作動点を設定し、且つ
前記作動点にＤＣバイアスを印加することを特徴とする請求項１の記載の装置。
【請求項１８】
更に、前記ＲＦ接地及びＤＣフロートにＤＣバイアスを印加できるように、前記接地の双方は、キャパシタチップにより連結された入力端及び出力端を備えてＲＦ接地及びＤＣフロートを形成することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
更に、電気光学的な基板を備え、
第１の接地は、前記基板の第１の縁に沿って位置し、
第２の接地は、前記基板の前記第１の縁に対向する第２の縁に沿って位置し、
前記電極は、前記第１の接地と第２の接地の間の前記第２の縁よりも前記第１の縁に近接して位置し、且つ
前記基板には、前記第１の接地の下方で、前記１対の導波路の下方、前記電極の下方及び前記第２の接地の一部の下方に前記基板の第１の側面から伸長するスロットが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記スロットは、ダイシングソーにより形成されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記スロットにより、前記第１の接地の下方、前記１対の導波路の下方、前記電極の下方及び前記第２の接地の一部の下方に、薄い基板が形成され、前記スロットは空隙のままか、又は損失の少ない低誘電率の素材が充填されていることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
干渉計導波路構造を備えた装置であって、
電気光学的な基板、
前記基板に形成された単一モードの光導波路入力端及び単一モードの光導波路出力端、及び
前記光導波路入力端と前記光導波路出力端とに連結された結合導波路を備え、
更に、前記導波路は、第１の導波路及び第２の導波路から成る一対の分割された導波路、
前記基板上に形成されたバッファー層、
前記一対の前記第１の導波路及び第２の導波路の間のバッファー層に形成された電極、
前記電極に連結されたＲＦ電源、
前記電極から外方に、互いに離れて前記バッファー層に形成された第１及び第２の接地、及び
電極の電気信号及び第１、第２の導波路との間の電気光学的な相互作用を増大させるために、結合した導波路、前記電極、前記接地又は前記基板の少なくとも１つ物理的な改造を含むことを特徴とする装置。
【請求項２３】
光変調器を改良する方法であって、
干渉計導波路構造を準備する工程、
基板を準備する工程、
単一モードの光導波路入力端及び単一モードの光導波路出力端を準備する工程、
１対の導波路を前記光導波路入力端及び前記光導波路出力端に連結する工程、
前記１対の導波路に第１の導波路及び第２の導波路を準備する工程、
前記基板上にバッファー層を準備する工程、
前記バッファー層で前記第１及び第２の導波路の間に電極を準備する工程、
前記電極にＲＦ電源を連結する工程、
前記電極から外方に、互いに離れて前記バッファー層に形成された第１及び第２の接地を準備する工程、
導波路、前記電極、前記接地又は前記基板の少なくとも１つを改造する工程、及び
電極の電気信号及び第１、第２の導波路との間の電気光学的な相互作用を増大させる工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
電気光学的な素材であるＬｉＮｂＯ３に形成された干渉計変調器、
前記干渉計変調器中の結合した１対の非対称導波路、及び
結合した前記１対の導波路の間にあって、前記導波路から離れて形成された送電線電極を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２５】
結合した前記１対の非対称導波路は、交互に対向する区分を備え、
前記対向する区分は異なった実効屈折率を有し、且つ
電気信号が前記送電線電極に送り込まれて伝搬し非対称のΔｎの結合した導波路の区分を通過することを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
チャープゼロ作動とするために、結合した前記導波路の区分は交互にΔｎを有することを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
結合した前記導波路の交互の区分により、電気光学的な屈折率の変化が釣り合って、チャープの無い操作が得られることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
周波数の関数である前記送電線のＲＦ伝搬損失に起因する送電線の伝搬距離に応じて低下する電界強度の低下を考慮して、結合した前記非対称導波路の交互のΔｎ対を有する複数の区分により、広い周波数域に渉ってチャープの無い操作が得られることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
結合した前記１対の導波路の間隔は狭く、且つ一対の結合した前記１対の導波路は、高い電界内にある中央電極の近接することにより、電気光学的な相互作用が増大し且つ変調効率が高められることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項３０】
結合した前記１対の導波路は、電極に近接しているため、高い変調効率を維持すると共に、大きな変調深さを有するマッハツェンダ干渉計変調器と同様の変調深さが得られるのに十分な屈折率の非対称性を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高効率の光変調器を改善する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高効率の光変調器は、光ファイバー又は無線通信において、電気信号の光信号への変換に用いられる重要な光部品である。このような部品は、広帯域デジタル光通信システム、並びに光ファイバーアンテナリモーティング、光ファイバーセンシング、光ファイバー監視システムなどのアナログ信号伝送に広く用いられている。
【０００３】
最もありふれた光変調器製品は、進行波伝送電極を備えたマッハツェンダ（以下、ＭＺと略す）干渉計単一モード導波路構造に基づいた広帯域電気光学ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）デバイスである。これらは、ＭＺ変調器の改良を目的としたものである。
【０００４】
光導波路変調器は、ここ４０年来使用されている。進行波伝送電極を備えたＭＺ干渉計単一モード導波路構造に基づいた広帯域電気光学的なＬｉＮｂＯ３デバイスに関する著作例は多い。例えば、非特許文献１を参照されたい。
【０００５】
ＭＺ干渉計単一モード導波路構造に基づいた広帯域電気光学的な導波路変調器は、最も広く用いられる光変調器である。しかしながら、その効率はそれ程高くはない。これは、ＭＺ導波路対の光結合を除くため導波路対の間隔を大きく取る必要があるためである。その結果、導波路は、コプレーナ導波路（ｃｏｐｌａｎａｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ、以下ＣＰＷと略す）の伝送電極構造の中央電極から離れるため、導波路対内の電気光学的な場の相互作用最適でなくなり、効率が上がらない。光導波路が互いに結合して伝達関数を低下させるので、導波路対内の電界が強まるように、導波路対を中央電極に近付けると印加電界が強くなって、導波路対の間隔を狭める効果が働かない。
【０００６】
そのため、高効率の光変調器が必要となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】”A Review of Lithium Niobate Modulators for Fiber-Optic Communication Systems”, Ed L. Wooten, et al., IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol.6, No.1, January/February 2000
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題点を解決するため、高度な技法により効率を高める電気光学的な変調器の効率を改良することにある。変調器の伝送特性を維持しつつ、導波路をＣＰＷ伝送電極の中央電極に近付けることにより、電気光学的な場の相互作用を高めて高効率を達成する技法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、単一モードの光導波路入力端、単一モードの光導波路出力端、第１の端部が前記導波路入力端に連結され且つ第２の端部が前記導波路出力端に連結された導波路対、前記導波路対の間に配置されたＣＰＷ送電線電極構造の中央電極、前記導波路対の外方に配置された第１及び第２の接地、前記電極に連結されたＲＦ電源を備えた電気光学的な導波路干渉計変調器を提供する。本発明による導波路干渉計変調器は、配置間隔の大きな結合されていない導波路対を有する従来のマッハツェンダ干渉計変調器に比し、導波路の間隔が狭い結合された導波路対内の電界を高めることにより、変換効率を向上させることができる。連結された導波路対を用いて、導波路の間隔を狭くすることは、導波路が中央電極に近くに在ることにより、電界が高められて変調効率が増すことを意味する。
【００１０】
進行波ＣＰＷ送電線の電極に印加された無線周波数電気信号により、導波路対内に電界が生成されて一次電気光学効果（ｌｉｎｅａｒ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ）により導波路の屈折率が変化する。対称的に配置した光学的に結合された導波路対を用いた干渉計変調器に印加された電圧の関数としての光学的な伝送は、調整無しでは変調深さが小さくて応答特性が低下する。本発明では、結合した導波路対は、異なった屈折率を有する非対称に構成されている。非対称の導波路対を用いると、間隔の狭い導波路対がデカップリング（ｄｅ−ｃｏｕｐｌｅ）され、変調深さの大きな干渉計の応答特性にまで応答特性が回復する。導波路対の間隔を狭くすると、導波路対は中央電極に近づいて電界が強くなることにより変調効率が高まる。
【００１１】
本発明の一形態では、結合された導波路対の１つは、ｎ−Δｎ第１区分、ｎ＋Δｎ第２区分、ｎ−Δｎ第３区分を有する。導波路対の他方は、ｎ＋Δｎ第１区分、ｎ−Δｎ第２区分、ｎ＋Δｎ第３区分を有する。電極の第１、第２、第３区分により生成された電界は、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３であり、導波路のそれぞれの区分の長さはＬ１、Ｌ２、Ｌ３である。送電線形式の電極構造では、同じ電気信号が送り込まれて区分１、２、３へと伝搬される。各区分の電界、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の平均値の差は、伝搬距離の関数並びに周波数の関数としての電気信号損失による。電極の長さを適当に選定して、低周波数及び高周波数において、Ｅ２・Ｌ２＝Ｅ１・Ｌ１＋Ｅ３・Ｌ３の条件を満たせば、伝搬距離及びＲＦ周波数の関数としての電送損失があっても、ある周波数の範囲において、ゼロチャープの作動が達成される。別の形態では、第１及び第２の導波路において、３つより多い区分が用いられる。
【００１２】
本発明の一形態では、電極が１よりも多い区分を有している。この場合、導波路対を減結合（ｄｅ−ｃｏｕｐｌｅ）されるように、導波路対は十分に分離されて結合されていないか、又は非対称の間隔が狭い導波路対でもよい。中央電極の区分は、第１及び第２の導波路の区分に交互に近くなるように構成されている。中央電極近くで電界が急激に高くなるので、全体の電気光学的な相互作用効率が増大する。この技法は、間隔の広い結合していない導波路対を有する従来のＭＺ変調器、又は本発明において提案する間隔の狭い非対称な結合した導波路対にも適用できる。
【００１３】
本発明の一形態では、中央電極、第１及び第２の設置は３つの連続している区分を有する。中央電極の第１区分は、第１の導波路の第１区分に近くに配置される。中央電極の第２区分は、第２の導波路の第３区分に近くに配置される。中央電極の第３区分は、第１の導波路の第３区分に近くに配置される。中央電極及び接地の区分の長さを、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３とし、中央電極及び接地により生成される実効電界を、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３とすると、低周波数及び高周波数において、区分の長さの間には、Ｅ２・Ｌ２＝Ｅ１・Ｌ１＋Ｅ３・Ｌ３の関係が成り立つ。この関係により、伝搬距離及びＲＦ周波数の関数としての電送損失があっても、ある周波数の範囲において、チャープの無い作動が達成される。
【００１４】
本発明の別の形態では、電極は均一である。導波路干渉計回路の中間区分の第１及び第２の導波路は、１つより多い区分を有するように形成されている。第１の導波路の区分は、中央電極に近い位置と離れた位置に交互に配置されている。第２の導波路の区分は、中央電極に離れた位置と近い位置に交互に配置されている。
【００１５】
第１及び第２の導波路が３以上の区分を有する場合には、第１の導波路に第１区分は中央電極の近くに位置し、第２の導波路に第２区分は中央電極の近くに位置し、第１の導波路に第３区分は中央電極の近くに位置するので、区分が交互に変化し、中央電極に近い方の導波路の電界が高まる。
【００１６】
導波路の第１、第２、第３区分の長さを、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３とし、電極に沿って生成される実効電界を、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３とすると、低周波数及び高周波数において、区分の長さの間には、Ｅ２・Ｌ２＝Ｅ１・Ｌ１＋Ｅ３・Ｌ３の関係が成り立つ。この関係により、伝搬距離及びＲＦ周波数の関数としての電送損失があっても、ある周波数の範囲において、チャープの無い作動が達成される。
【００１７】
本発明の一つの形態では、第１の電極区分及び第２の電極区分を備えている。第１の電極区分は、広帯域ＲＦ入力用の送電線電極であり、また第２の電極区分は、ＤＣバイアス電圧入力用の電極である。ＲＦ入力が第１送電線電極の第１端に連結され、抵抗成端（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）が第１送電線電極の第２端に連結される。電気光学的な干渉計導波路変調器の作動点を設定するために、ＤＣバイアス電源が第２の電極に連結される。
【００１８】
本発明の別の形態では、ＲＦ信号入力及びＤＣバイアス入力を備えた長い電極を用いる。ＲＦ入力用のキャパシタ及びＤＣバイアス入力が電極の一端に連結される。ＤＣブロックとして第２のキャパシタが電極の第２端に連結され、第２のキャパシタに、抵抗成端が連結される。抵抗成端への電流を遮断するために、ＤＣブロックを用いる。
【００１９】
本発明の別の形態では、ＣＰＷ電極は、中央電極及び通常はＲＦ並びにＤＣ接地として用いる２つの外部電極構造を備えている。抵抗成端が、中央電極の第２端及び２つの外部電極に連結されている。ＣＰＷ電送線電極の外部接地（第１）電極は、キャパシタに連結した入力端及び出力端を備え、キャパシタを介して接地されている。この構成では、第１の外部接地電極はＲＦ接地であるが、ＤＣフロートである。これは、キャパシタが、ＲＦ信号に対してＲＦ短絡として作動するが、ＤＣ信号に対しては、開回路として作動するからである。作動点を設定するため、ＤＣバイアス電源が、第１の外部（ＲＦ接地及びＤＣフロート）電極構造に連結される。他の電極は、ＲＦ及びＤＣ接地を形成するように、その入力端及び出力端は、キャパシタを介さず直接に共通の接地に連結される。更に、別の形態では、ＤＣバイアスが印加される双方の電極構造に対してＲＦ接地及びＤＣフロートを形成するように、外部接地電極の双方の入力端及び出力端にキャパシタが用いる。
【００２０】
本発明の一形態では、第１の外部接地は基板の第１の側面に沿って配置される。第２の外部接地は、逆の基板の第２の側面に沿って配置される。中央電極は第１と第２の外部接地の間に配置される。第１の接地の下方の第１の側面から、干渉計の導波路対の間を通って中央電極、第２の接地の下方まで伸長するスロットが、基板の側面に切られる。スロットは、ダイシングソーにより形成される。第１の接地、中間の導波路対及び第２の外部接地の一部の下方に、基板が薄く残存している。スロットは空隙のままか、誘電性物質が充填される。スロットの上に残存する薄い基板は、中央電極とＣＰＷ電送線電極の外部電極の間隔よりも薄い。導波路回路及びＣＰＷ構造の下方のスロットは、ＣＰＷ電極により生成された電界を浅い領域に閉じ込めることにより、光導波路の回路内の電界が高まり、電気光学的な相互作用、すなわち変調効率が増大することになる。
【００２１】
ここまでの記載に加え、以後の明細書、請求の範囲、図面を含む記載により、本発明の目的及び特徴が一層明確に開示される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】進行波送電線電極を備えたＸ切断、Ｙ伝搬ＬｉＮｂＯ３に基づいたマッハツェンダ（ＭＺ）干渉計形式の導波路変調器の模式図
【図２】干渉計導波路構造の中間域に非対称のΔｎ導波路対の区分を備えた結合導波路干渉計の模式図
【図３ａ】結合していない導波路対を備えた従来のＭＺ変調器の正規化した電圧の変化に対する光学的な伝送特性のプロットを示すグラフ
【図３ｂ】（強い結合Ｌ／ｌｃ＝０．５ｎと等価の）結合した（同一の導波路から成る）導波路対を備えた装置の正規化した電圧の変化に対する光学的な伝送特性のプロットを示すグラフ
【図３ｃ】（強い結合Ｌ／ｌｃ＝０．５ｎと等価の）結合した（同一で無いΔｎの非対称の２つの区分を有する導波路から成る）導波路対を備えた装置の正規化した電圧の変化に対する光学的な伝送特性のプロットを示すグラフ
【図４】異なった長さの３区分を有し、区分毎にΔｎが交互に変化する導波路対を備えた結合した導波路干渉計の模式図
【図５ａ】進行波送電線電極を備えたＸ切断、Ｙ伝搬ＬｉＮｂＯ３に基づいたマッハツェンダ（ＭＺ）干渉計形式の導波路変調器の模式図
【図５ｂ】進行波送電線電極を備えたＸ切断、Ｙ伝搬ＬｉＮｂＯ３に基づいたマッハツェンダ（ＭＺ）干渉計形式の導波路変調器の断面図
【図６ａ】改造したＣＰＷ電送線電極波送電線電極を備えたＭＺ導波路変調器の模式図
【図６ｂ】改造したＣＰＷ電送線電極波送電線電極を備えたＭＺ導波路変調器の第１及び第３区分の切断図
【図６ｃ】改造したＣＰＷ電送線電極波送電線電極を備えたＭＺ導波路変調器の第２区分の切断図
【図７ａ】電極の縁に近い導波路との相互作用をプロットしたグラフ
【図７ｂ】電極の縁に近い第２の導波路との相互作用をプロットしたグラフ
【図８ａ】進行波電極を備えたＸ切断、Ｙ伝搬ＬｉＮｂＯ３に基づいたマッハツェンダ（ＭＺ）干渉計形式の導波路変調器の模式図
【図８ｂ】進行波電極を備えたＸ切断、Ｙ伝搬ＬｉＮｂＯ３に基づいたマッハツェンダ（ＭＺ）干渉計形式の導波路変調器の断面図
【図８ｃ】ＣＰＷ送電線電極の周りに導波路対を編み込んだ導波路構造を用いたＭＺ変調器の模式図
【図８ｄ】図８ｃに示すＭＺ変調器の区分Ｌ１及びＬ３の断面図
【図８ｅ】図８ｃに示すＭＺ変調器の区分Ｌ２の断面図
【図９】整合した抵抗成端及び作動点を設定するＤＣ電極から成る広帯域電送線電極を備えたＭＺ変調器の模式図
【図１０】ＲＦ信号及びＤＣバイアスに共通の電極を用いた変調器の模式図
【図１１】ＲＦ及びＤＣバイアスに単一の電送線電極並びに接地電極にキャパシタを備えた構造を示す模式図
【図１２】ＲＦ及びＤＣバイアスに単一の電送線電極並びに接地電極にキャパシタを備えた構造を示す模式図
【図１３ａ】Ｘ切断、Ｙ伝搬ＬｉＮｂＯ３を備えたＭＺ干渉計形式の導波路変調器の模式図
【図１３ｂ】図１３ａに示す導波路変調器の断面図
【図１４ａ】電気光学的な相互作用の効率を高め且つ基板との結合によるＲＦ応答の低下を無くすために、ダイシングソーにより極薄とした基板を備えた構造の模式図
【図１４ｂ】図１４ａに示す構造の断面図
【図１５ａ】Ｘ−切断ＬｉＮｂＯ３導波路変調器の平面図
【図１５ｂ】図１５ａの導波路変調器の断面図
【図１６】Ｘ切断ＬｉＮｂＯ３変調器の断面図及びＬｉＮｂＯ３基板の深さ方向の水平電界Ｅｚの強度を示す図
【図１７】Ｘ切断ＬｉＮｂＯ３変調器の断面図及びＬｉＮｂＯ３基板の深さ方向の水平電界Ｅｚの強度を示す図（導波路対の間隔を狭めると電界の強度が著しく増大することを示している）
【図１８】ＭＺ干渉計の導波路対が結合していない場合のＭＺ応答（正規化した印加電圧−Ｖ／Ｖπに対する光伝送効率）を示す図
【図１９】ＭＺ干渉計の導波路対の結合の程度（Ｌ／ｌｃ＝０、０．５及び１．０）により変化するＭＺ応答の計算値を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明では、ＬｉＮｂＯ３基板などの電気光学的な素材上に組立てられる電気光学的な導波路変調器の効率を改善する技法について述べる。本発明の考えは、高分子、半導体などの素材上に組立てられる別の形式の変調器にも適用できる。変調器の効率を高めるために、本発明の技法は、個別でも又は組合せても適用できる。
【００２４】
記載が不明確にならないように、本発明の先進的な技法は、広く用いられている光変調器、すなわち広帯域進行波Ｘ切断、Ｙ波動のＬｉＮｂＯ３マッハツェンダ（ＭＺ）電気光学導波路変調器への適用について述べる。
【００２５】
先ず、本発明に基づいて、改良されたＬｉＮｂＯ３ＭＺ導波路変調器の創成及び操作について述べる。
【００２６】
最近広く用いられている光変調器の１つは、図１に示すＸ切断、Ｙ伝搬の電気光学ＬｉＮｂＯ３単一モード導波路構造１に基づいた、ＭＺ干渉計導波路強度変調器である。ＭＺ干渉計変調器の中間部の１対の導波路は、互いの導波路が光学的に結合できない程に隔てられている。広帯域電極構造は、外側の２つの接地電極を備えた中央電極から成るＣＰＷ導波路ＲＦ送電線構造に基づいている。ＣＰＷ導波路送電線電極に印加された電圧により電気光学基板の内部に生成される電界は、中央電極の縁近くにピークを有している。
【００２７】
ＬｉＮｂＯ３電気光学導波路変調器は、光信号を導波路内に密に閉じ込められるので効率がよい。しかし、従来のＭＺ導波路変調器では、それほどに効率がよい訳ではない。
【００２８】
効率がそれほどよくないのは、導波路ペア間の光学的な結合による伝送機能の低下（「ピークヌル」の変調度が低い）を防ぐために、変調器の中間部のＭＺ導波路対４を十分な間隔Ｇ１をおいて配置する必要があるためである。中央電極付近の強い電界の利用するため、導波路対４の間隔を狭めることはできない。
【００２９】
イーオースペースの発明の技法（１）
導波路対間の光学的な結合を防ぐように、導波路対の間隔を広く取る必要のある従来のＭＺ干渉計導波路の代わりに、イーオースペースの基本発明では、導波路対の間隔が狭い光学導波路干渉計回路を用いるので、それぞれの導波路は中央電極により近く配置される。導波路を中央電極に接近させることにより、導波路対内の電界が強められて電気光学的な相互作用が高められる。
【００３０】
しかしながら、別の調整をしないと間隔の狭い導波路対は光学的に結合して、印加電圧（電界）に関しては伝送機能における変調の深さが十分ではなく性能が低下することになる。
【００３１】
イーオースペースは、“結合した導波路”干渉計変調の応答機能の低下の問題を解決するための幾つかの技法により、中央電極付近の電界のピークに近接した導波路ペアが強められた電界内にあることにより、高い変調器効率を保持しつつ、光学的に連結していないＭＺ導波路変調器の干渉計に対する応答を効果的に回復することを提案する。
【００３２】
第１の技法では、結合域において非対称のΔｎ導波路対１４の１つ又は多重の区分１２を有する結合導波路干渉計構造体１０を利用する。図２に、模式的に基本構造を示す。
【００３３】
図１に示す非結合導波路を有する従来のＭＺデバイスでは、導波路間の間隔Ｇ１が広いのに対し、この結合導波路干渉計構造体１０では、電気光学相互作用域１８の中央の導波路間の間隔Ｇ２を遥かに狭くできる。
【００３４】
導波路間の間隔を狭くすることにより、導波路を中央電極１６の縁に更に近付けることができ、導波路間の電界は高められる。これにより、電気光学的相互作用の効率が高まる。
【００３５】
同一の導波路対を有するＭＺデバイスでは、導波路間の間隔が狭まると、２つの導波路は、場のエバネッセント結合により、光学的に結合される。残念なことには、この結合は光学的な伝送特性を低下させることになる。
【００３６】
本発明においては、２つの導波路が同じである対称導波路対を用いる代わりに、非対称（同一でない）導波路対を用いる。図２に示すように、２つの導波路は異なった屈折率（ｎ±Δｎ）を有する、ここで“ｎ”は実効屈折率に相当する。上方の導波路アーム１３の実効屈折率（ｎＵｐｐｅｒ−ａｒｍ）と下方の導波路アーム１５の実効屈折率（ｎＬｏｗｅｒ−ａｒｍ）とは同じではない。この非対称導波路を用いることは、導波路対を減結合（ｄｅ−ｃｏｕｐｌｅ）することになる。一般に、光学的チャープ（ｃｈｉｒｐ）を除くために、図２の２−区分の例に示すように、ある区分から隣接する区分への２つの屈折率と逆の屈折率を有する非対称導波路対の多重区分が用いられる。
【００３７】
下記ａ）〜ｃ）を含む幾つかの手段により、非対称Δｎ導波路対が得られる。
【００３８】
ａ）幅の異なった導波路対を用いる。幅が異なることにより導波路の実効屈折率が異なる。
【００３９】
ｂ）異なった製造／設計の導波路を用いる。例えば、ＬｉＮｂＯ３を内部拡散させた厚さの異なるチタン膜製の導波路を用いるとそれぞれの実効屈折率が異なる。
【００４０】
ｃ）異なった誘電負荷、異なった静電圧の印加、異なった素材を用いるなど非対称Δｎ導波路対が得られる他の手法を用いる。
【００４１】
結合した導波路の構造における非対称Δｎ導波路対の効果は、結合した導波路対との伝搬定数の差（Δβ）でわかる。効果は、各区分へ印加する静電圧の差と同等である。正規化した印加電圧の関数としての光学的な伝送特性を計算することができる。
【００４２】
図３ａ、３ｂ、３ｃは、３つの異なったデバイスにおける正規化した電圧の変化に対する光学的な伝送特性の計算値をプロットした曲線を示す。
【００４３】
図３ａの曲線は、結合していない導波路対を有する従来のＭＺ導波路変調器の応答の計算値を示す。応答値は、光学干渉計において予想される正弦曲線である。
【００４４】
図３ｂの曲線は、強固に結合した同一の均一な導波路から成る導波路対を備えた導波路変調器の応答の計算値を示す。図３ｂの曲線は導波路対間の光学的な結合がＬ／ｌｃ＝０．５に相当する場合の計算結果を例として示す。応答曲線は、特にゼロに近いバイアス電圧、Ｖ／Ｖπ〜±１／２において、著しい劣化が認められる。消光比（ピーク対最小値）は極めて劣っており大抵の場合には使用できない。更に、変調効率（傾き）も著しく劣化している。
【００４５】
図３ｃの曲線は、強固に結合した（Ｌ／ｌｃ＝０．５に相当）図２に示す２つの区分１３ａ、１３ｂ及び１５ａ、１５ｂを有する非対称Δｎ導波路対１４を備えた導波路変調器の応答の計算値を示す。非対称のΔｎ導波路対は、１つの区分から次の区分では逆になる。この特殊な場合における、伝達特性は、印加静電圧、Ｖ／Ｖπ〜±１１の効果と等価の非対称のΔｎ導波路対に対して計算される。
【００４６】
図から明らかなように、十分な大きさΔｎを有する非対称のΔｎ導波路対の２区分の伝送関数は、従来のＭＺ干渉計と同様であり、特に電圧ゼロ付近において最大の揺れ（ｓｗｉｎｇ）及び変調効率（傾き）を示す。大きなΔｎを有する非対称導波路対を使用すると、導波路を効果的に減結合でき、従来のＭＺと同様の伝達特性が得られることになるが、変調効率は向上する。
この利点は次の通りである。
【００４７】
ａ）非対称Δｎ導波路対１３、１５を有する連結された導波路干渉計における導波路対の間の間隔はＭＺ変調器よりも著しく狭いので、導波路対内の電界は遥かに強く、Ｖπが著しく低くなる。
【００４８】
通常、大きな非対称Δｎは結合の効果を効果的に補償するのに使用すべきであり、ゼロ付近の操作においては伝達特性の劣化を除去する。
【００４９】
ｂ）電気光学系の僅かな非対称により２つの非対称導波路対の間に生じ得るチャープ（ｃｈｉｒｐ）は、（２つの区分の間に逆Δｎを有する）２つの区分の長さが等しい非対称導波路対を用いることによって、除去されてチャープの無い操作ができることになる。
【００５０】
ｃ）より広帯域においてチャープの無い操作を要する場合には、ＲＦ周波数の関数としての信号が送電線電極へと伝搬するのに伴う信号損失を考慮すべきである。高周波数では、送電線電極へと伝搬するのに伴う信号損失は、区分の間に逆Δｎ及び適当な区分の長さを有する非対称Δｎ導波路対の多数の区分を用いることによって補償される。
【００５１】
図４は、長さＬ１の前面の区分４１、次いでΔｎと逆の極性の長さＬ２の区分４２、最後に区分４１と同じΔｎ極性を有する長さＬ３の区分４３と３つの区分を有する交互式非対称Δｎ結合導波路干渉計４０を示す。
【００５２】
例えば、直流に近い極めて低周波数においては、電極の損失は無視できる。従って、区分長さがＬ２＝Ｌ１＋Ｌ３であれば、全体的な電気光学的に誘導された変化は、双方のアームにおいて同じであり、低周波数においてはチャープがゼロの操作となる。
【００５３】
１０ＧＨｚの様な高周波数では、送電線電極へと伝搬するのに伴う信号損失がある程度存在する。個々の電極において生成される平均実効電界はそれぞれ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３である。伝搬による損失があるので、通常はＥ１が最も高く、次いでＥ２、Ｅ３と続く。Ｌ１、Ｌ２及びＬ３の適当な比率を用いることにより、交互−Δｎ区分間の電気光学的相互作用（すなわち、電界×区分長さ）を同等にすることができるので、高周波数ではＥ２・Ｌ２＝Ｅ１・Ｌ１＋Ｅ３・Ｌ３となり、低周波数と同様に１０ＧＨｚにおいても、チャープがゼロの操作ができる。必要ならば、多数の区分を用いてもよい。
【００５４】
イーオースペースの発明の技法（２）
図５ａ及び５ｂに示すＸ切断ＬｉＮｂＯ３導波路構造上の従来の進行波ＭＺ変調器は、チャープの無い操作ができるように、送電線電極構造６を、干渉計の導波路対４の間に対称に配置する。光学的伝送特性の許容以上の劣化につながる光結合を避けるために、ＭＺ導波路対を十分に離す必要があるので、ＭＺ導波路変調器の効率には限度がある。導波路対を大きく離す必要があるので、一般には電界ピーク８の在る中央電極の縁に近付けてはならず、電気光学的な相互作用の効率も妥協せざるを得ない。
【００５５】
第２の技法では、図６ａ、６ｂ及び６ｃに示すように、改造した送電線電極構造５０を用いている。ＣＰＷの送電線の中央電極５６は、導波路対５４の周りに組み込まれているので、中央電極５６は多数の区分では１つの導波路５２に近く、中央電極に近い導波路では、中央電極の縁に近い位置の電界５８が最大となる。
【００５６】
図７ａ、７ｂは、電極の縁に近い導波路５５、５３との相互作用における電界の増大を示す。
【００５７】
この電極と導波路の配置により、全体の電気光学の相互作用の効率が増大する。他の導波路も接地電極の縁近くで局所的に電界が増大することに留意すべきである。
【００５８】
１つの導波路が、他の導波路よりも強い電気光学の相互作用を示すので、チャープが無いように操作するには、区分の長さを適切に選択する必要がある。例えば、図６の３区分の構成では、既に述べたように、チャープを抑えて操作するように、長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を選択できる。
【００５９】
直流に近い極めて低い周波数では、電極の損失は無視できる。従って、Ｌ２＝Ｌ１＋Ｌ３であれば、全体の電気光学的に誘導されたインデックスの変化は双方のアームで同等であり、低周波数では全体がゼロチャープの操作となる。（例えば、１０ＧＨｚの）高周波数では、送電線を伝搬する際にある程度の電気信号の損失がある。各電極区分により生成される実効電界はそれぞれＥ１、Ｅ２、Ｅ３である。通常は、伝搬による損失のため、Ｅ１が最も高く、次いでＥ２、Ｅ３と続く。Ｌ１、Ｌ２及びＬ３の適当な比率を用いることにより、２つの交互−Δｎ区分間の電気光学的相互作用（すなわち、電界×区分長さ）を同等にすることができるので、高周波数ではＥ２・Ｌ２＝Ｅ１・Ｌ１＋Ｅ３・Ｌ３となり、低周波数と同様に１０ＧＨｚにおいても、チャープがゼロの操作ができる。累積された電気光学の相互作用を等しくすることにより、非対称に基づくチャープにより誘発された２つの非対称導波路間のインデックスの変化が除去でき、チャープの無い操作となる。必要ならば、多数の区分を用いてもよい。
【００６０】
イーオースペースの発明の技法（３）
全体のＭＺ導波路変調器の効率を上げる別の技法は、図８ｃに示す導波路対６４を改造することである。干渉計の導波路対６４の１つの導波路を中央ＣＰＷ送電線の電極６６区分の縁に近付けて、中央電極６６の縁近く高い電界の利用できるように設計する。低チャープの操作とするためには、交番区分６１、６２、６３、７１、７２、７３の長さは、上記と同様に設定する。
【００６１】
イーオースペースの発明の技法（４）
光変調器の効率は、電極の相互作用長さにも依存する。広帯域では、整合させた抵抗端を有する進行波送電線電極を用いる。送電線電極は、典型的な高周波数ＲＦ駆動システムのインピーダンス（５０オーム）に近く整合させることが多い。変調器の操作は、環境（例えば温度）並びに他の要因の関数として調整する必要の特定の位置で行うべきである。通常は、図９に示すように追加の電極８９に直流を印加して調整する。
【００６２】
電気光学チップ８０の使用可能な領域は、限定でき、「信号」送電線背電極８６の長さは、チップの長さにより制限されるので、直流電極８９が必要となる。このため、駆動電圧が高く、転換効率が低くなる。
【００６３】
駆動電圧を下げるのに、より長い送電電極を用いるために、別に設けた直流電極は無くしてもよい。この場合、図１０に示すように、（操作位置を設定するために）共通の送電線電極９６に直流電圧９１を印加する必要がある。実際には、（直流電力のドレーン（ｄｒａｉｎ）を防ぐため並びに直流電流及び電力供給に影響する端末抵抗内の熱を制限するために）、キャパシタチップ９３（又はＤＣブロック）により、端末抵抗チップ９５に電流が流れ込まないようする。更に、入力点において直流バイアス電圧９８及びＲＦデータ信号９９結合させるため、並びに直流電力がＲＦ源に到達するのを防ぐために、入力点にマイクロ波バイアスティー９７が必要となる。しかしながら、マイクロ波バイアスティーの追加により、ＲＦ挿入損失、コスト増並びに変調器の寸法増を招く。マイクロ波バイアスティーにより直流及びデータ信号の低周波数部が遮断される。
【００６４】
図１１に示すように、イーオースペースの新たな発明の技法は、ＲＦ信号及びＤＣバイアスの双方に共通の長い電極を用いることによって変調器の効率を上げることである。実施例では、接地電極１０５の片端又は両端にチップキャパシタ１０１、１０３を用いている。
【００６５】
小寸法のキャパシタは、変調器１００の中央電極の代わりに一方又は双方の接地電極に組込まれる。チップキャパシタを有する接地電極は、チップキャパシタがＲＦ信号に対してショートとして作用するので、ＤＣフロート構造を呈するが、ＲＦ接地として機能する。直流バイアス電圧１０７をフロートＤＣ接地に印可して操作点を設定することもできる。ＲＦデータ信号は、マイクロ波バイアスティーを用いずに直接にデバイスに印可する。
【００６６】
図１２に示すように、操作点を設定するため、チップキャパシタ１０１、１０３は、対称的に双方の接地に取り付けて、所要のＤＣバイアス電圧を低くできる。
【００６７】
イーオースペースの発明の技法（５）
広く用いられている従来の光変調器は、図１３ａ、１３ｂに模式的に示す進行波Ｘ切断ＬｉＮｂＯ３導波路である。典型的なＣＰＷ送電線電極は、導波路の深さ（１０μｍ以下）に比べ、中央電極１１６と接地間の間隔が大きい（２０〜５０μｍ）。
【００６８】
電界は、光変調器内を伝搬する光波と効率的に相互作用するのに必要な深さよりも、ＬｉＮｂＯ３に深く伸長している。このような電界は、極めて高い誘電率を有する素材、ＬｉＮｂＯ３内に存在する。ＬｉＮｂＯ３基板を薄くすると、より効率の良い変調器が得られることが知られている。例えば、”High-Speed and Low-Driving-Voltage Thin-Sheet-X-Cut LiNbO3Modulator With Laminated Low-Dielectric-Constant Adhesive”, Jungo Kondo et. Al., IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol.17, No.10, October 2005を参照されたい。しかしながら、光学的研磨、化学的又はレーザエッチングなどを用いてそのような極めて薄い基板を得る最近の技法は精巧で且つ試料を破壊せずに薄い基板を得ることが困難である。これらの技法では収率が低く、大量生産には実用的ではない。
【００６９】
この問題を解決するイーオースペースの発明の技法を、図１４ａ、１４ｂに示す。図に示すように、チップの例えば上部の長い縁に近づけて、導波路変調器を作製する必要がある。次いで変調器チップは、側面を載置して、高精度のダイシングソーを用いて、側方の縁から、ＭＺ導波路対及びＣＰＷ電極の下方にスロット１２２を形成する。
【００７０】
イーオースペースは、この高精度のダイシングソー技法を用いて、幅＜１０μｍ高さが数百μｍの（数センチメーターの）長い隆起（ｒｉｄｇｅ）をＬｉＮｂＯ３に形成した。従って、この側面切断技法を用いて、下方には導波路変調器電極の作用空間しか無い１０μｍ程度の薄さの基板を有する、図示の構造を形成した。
【００７１】
基板の側面を切断して極めて薄い基板１２１が効率的に得られる、高精度のダインシングソーを用いると、薄くない基板（＞５００μｍ）のＬｉＮｂＯ３変調器での高周波数での作動の制限の問題が無くなり、１００ＧＨｚまでのＲＦ高周波数において作動する光変調器が可能となる。５００μｍ厚さの標準的ＬｉＮｂＯ３は、ＲＦが基板モードと結合することによるＲＦの応答の低下が無くなるまで薄くされる。
【００７２】
基板１２１表面から下方でＭＺ導波路／電極の下方のスロットは、空隙のままか又は損失の少ない低誘電率の素材１２２で満たしてもよい。
【００７３】
基板１２１の側面の切断に、高精度のダインシングソーを用いると、従来のラッピング、エッチングなどウェファーを薄くする技法に代わって、極めて薄い基板が得られる。本発明により、製造収率が著しく増大すると共に、工程が簡素化されコストが下がる。
【００７４】
〔電気光学導波路干渉計方式の変調器に関する背景的な考察〕
光変調器は、電気信号を光信号に変換する装置なので、（アナログ又はデジタル）データは、低損失の光ファイバー送信線又は空間伝搬により光学的に伝送される。
【００７５】
最も広く用いられている広帯域の変調器は、電気光学的な基板に形成された、電気光学的な単一モードの導波路変調器に基づいている。ＬｉＮｂＯ３、半導体、高分子などの電気光学的な素材に形成された電気光学的な導波路変調器は、導波路内に光が緊密に封じ込められ導波路の回路に極めて近くに電極が設置されているため、高効率である。電極に電圧が印加されると、光導波路内に電界が生成されて（電気光学的な相互作用により誘発された屈折率の変化により）光変調が誘発される。（数十ＧＨｚの）広帯域での作動を可能とするために、「進行波」送電線電極構造が用いられる。この送電線電極は、電気的に変調された信号が、電気光学的な相互作用が最大となるように伝搬速度をほぼ整合させた（光導波路に沿って伝搬する）光波信号と共に（同じ方向に）伝搬するように、設計される。送電線電極の特性インピーダンスが、駆動インピーダンス（通常５０オーム）にほぼ整合するように設計される。
【００７６】
第一の例は、最もありふれた広帯域の進行波光変調器は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板の表面に光導波路を形成した装置に基づいてものである。最もありふれたＬｉＮｂＯ３光導波路構造は、マッハツェンダ（ＭＺ）干渉計強度変調器である。図１５ａ、１５ｂに最もありふれたＸ切断、Ｙ伝搬のＣＰＷ送電線電極構造を有するＬｉＮｂＯ３光導波路強度ＭＺ変調器の模式図を示す。Ｘ切断ＬｉＮｂＯ３変調器は、導波路に対して電極が対称に配置されている。
【００７７】
ＭＺ導波路は、入力端における単一モードの導波路、その導波路がＹ字状結合点において分岐して対の導波路を形成する中間区分及び対の導波路が再結合して出力端における単一モードの導波路から成っている。電極構造は、導波路対に近づくように中間区分に組み込まれ、電圧を印加すると、２つのＭＺ導波路内に逆の極性の電界が生成する。２つの逆の極性の電界は、電気光学的な効果により、導波路対内を伝搬する２つの光信号と相互作用する。その結果、２つの光路間の光導波路の屈折率の差異が誘発されて２つの光信号間の移相となる。２つの光は、出力側のＹ字状結合点において干渉し合う。２つの光の相が合えば、建設的に再結合して単一モードの出力端では最大の出力となる。２つの光の相が、例えば１８０度異なれば、「破壊的に」干渉して、単一モードの出力導波路では利用できない２次モードが生成され、出力端では最小の出力となる。このように、電極に電圧を印加して、光の出力強度を制御できる。
【００７８】
ＭＺ導波路対に対して電極を対称的にすることにより、２つのＭＺ光路間に電気光学的に誘発される相の変化の大きさは同じであるが、反対の符号となり、結果としては強度変調においては、移相はなく、従って、チャープ無し（又はチャープを伴わない）作動となる。
【００７９】
最大の作動帯域及び効率を可能とするために、進行波送電線電極構造が用いられる。この送電線電極は、ＲＦ信号の伝搬速度が、電気信号の伝播速度と整合させて、相互作用が最大となるようにした。送電線は、５０オームの駆動システムに整合するように設計した。最もありふれた送電線電極は、図１４ａ、１４ｂに示すように１つの中央電極と２つの接地を備えたＣＰＷ構造である。
【００８０】
光変調器の主要な性能因子は、光挿入損失、帯域及び電気光学変換効率である。ＭＺ強度変調器の効率は、光を最大の伝送から最少の伝送へと切換えるのに必要な電圧であるメリット（Ｖπ）の値により表される（Ｖπは、ＭＺ導波路対間のπ−微分移相を電気光学的に誘発するのに必要な電圧である）。
【００８１】
最近では、従来の電気光学変調器の構造は、最大の変調効率を得るように完全には最適化されていない。
【００８２】
常に、光変調器の効率を向上させたいとの要求はある。単一モードの作動で且つ単一モードの光ファイバーとの共用に適した光導波路構造は、極めて小さな寸法である（＜１０μｍ）。導波路の構造に合ように、送電線電極の構造も寸法を小さくする必要がある。
【００８３】
ＬｉＮｂＯ３は高誘電性の素材であるので、（５０オーム近い）高いインピーダンス並びに広帯域で作動できるように電気信号と光信号との速度の整合を取るために、ＣＰＷ送電線電極は狭い幅の中央電極を備えている。
【００８４】
図１６には、Ｘ切断ＬｉＮｂＯ３ＭＺ強度変調器をその設計データと共に示す。Ｘ切断装置の、設計データを以下に述べる。
【００８５】
ＣＰＷ送電線は、約６μｍ幅の中央電極及び約２５μｍの空隙を備えている。電極と基板の間に、厚さ０．５〜１．２μｍの（酸化ケイ素などの）誘電層を備え、電極の厚さは、ＲＦ信号の伝搬速度が光導波路内の光信号の伝搬速度と整合するように選定され、電極のインピーダンスは５０オーム近くに選定される。
【００８６】
最大の電気光学的な相互作用を得るように、印加する電界及び光導波路内の光学極性モードともＬｉＮｂＯ３基板の光学Ｚ軸に沿って整列させて、ｒ３３が最強となる電気光学相互作用を利用する必要がある。
【００８７】
Ｘ切断、Ｙ伝搬導波路装置では、光はＴＥ偏光され、導波路内の水平Ｅｚ電界が極大化されるはずである。典型的な光導波路の深さは、（約１．５μｍのλに対して）＜４μｍである。電気光学的な相互作用が極大のところで、導波路内の電界が極大となるはずである。図には、電極の表面から約４μｍまで幾つかの深さにおける水平電界（Ｅｚ）の計算値を示す。
【００８８】
この計算例では、電極の中心から±４μｍの位置、即ち６μｍ幅の電極の縁から１〜２μｍの位置に電界のピークがあることを示している。
【００８９】
この図から、ＭＺ導波路対内の電界はピーク値より遥かに低いので、導波路対間隔が２４μｍでは最適で無いことは明らかである。導波路対の間隔を狭くすれば、導波路内の電界が強くなり、変調効率が向上する。
【００９０】
図１７の示すように、導波路の位置を電界のピークに近づくように導波路対の間隔を狭くすれば、導波路対内の電界は著しく増大する。
【００９１】
しかしながら、この方法が常に可能な訳ではない。ＭＺ導波路対の光学的エバネッセント結合を防ぐには、導波路対の間隔を十分に確保する必要がある。λ＝１．５５μｍにおいて作動するＸ切断ＭＺ変調器では、導波路の間隔は２０−４０μｍよりも大きくする必要がある。
【００９２】
導波路の間隔を狭くすると、ある位置において、導波路の分離が小さすぎて、光学的エバネッセント結合により導波路間の結合が起こる。この結合により、ＭＺ干渉計装置の光学伝送特性が変化する。
【００９３】
図１８には、ＭＺ干渉計の導波路対が連結されない場合のＭＺ応答（正規化電圧−Ｖ／Ｖπに対する光伝送）の計算値を示す。
【００９４】
伝達関数（正規化電圧に対する光伝送）は、理想的な光干渉計の標準的な正弦波関数（ｃｏｃｉｎｅ２）である。図には、変調器の傾斜効率（ｓｌｏｐｅ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）である１次導関数も示す。効率の傾斜が極大である（直流バイアス電圧による）Ｖ／Ｖπ＝±１／２における装置の作動が理想的である。
【００９５】
図１９には、導波路対間に光学的連結がある場合の、Ｌ／ｌｃ＝０（導波路対の結合が無い）、０．５及び１．０における応答の計算値を示す。ここで、Ｌは電極の相互作用長、結合した導波路対のｌｃは特性結合長である。（ｌｃは、ある導波路が別の導波路と完全に結合するのに必要な最小長と定義される。）計算では、導波路対に結合があると、伝達関数が大きく変化することを示している。ピーク−底で示される変調深さ、又は消光比（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏ）並びに傾斜効率（１次導関数）が著しく低下する。
【００９６】
例えば、Ｌ／ｌｃ＝０．５の装置では、作動点Ｖ／Ｖπ＝±１／２において、ピーク−底の振れ幅が約７５％に減少し、傾斜効率は（ＭＺでの理想値の０．５に比し）０．４まで低下する。更に強い連結、Ｌ／ｌｃ＝１．０では、作動点Ｖ／Ｖπ＝１／２において、ピーク−底の振れ幅が４０％に以下に減少し、傾斜効率は（ＭＺでの理想値の０．５に比し）０．２以下にまで低下する。従って、導波路間の間隔を狭くすると光結合が生じて伝達特性を大きく低下させることになる。
【００９７】
中央電極の幅を著しく広くして電界のピークが導波路の位置近くに移動すると、送電線のインピーダンスが下がりすぎて、標準の５０オームマイクロ波送電線システムと整合しなくなる。
【００９８】
従って、マイクロ波送電線の設計では、従来のＭＺ干渉計タイプの導波路変調器の光学交互結合を無くすように、導波路の間隔を十分に大きく確保する必要がある。
【００９９】
ここまで、特定の例を引用して本発明を記載したが、以下に述べる本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の変更及び変形を構成してもよいこと勿論である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図８ｅ】
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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１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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