(57)【要約】  【課題】信号電極に高周波の電気信号を印加しても良好な光応答特性を得ることができ、優れた生産性および信頼性を備えたマッハツェンダ型の光変調器を提供する。  【解決手段】本発明は、電気光学効果を有する基板１の表面に光導波路１０およびコプレーナ電極２０を形成したマッハツェンダ型の光変調器について、基板１の表面に略垂直な側面のうちの平行導波路１３Ａ，１３Ｂに沿った側面１Ａ，１Ｂに、導電性を有する材料を用いて形成したフローティング電極３０Ａ，３０Ｂを備えて構成される。これにより信号電極２１に高周波の電気信号Ｓを印加したときにでも、特定の周波数成分が基板１内で共振するような現象が抑えられ、特定の周波数におけるディップの発生が回避されるようになる。  【選択図】図１
2005181537.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の表面にマッハツェンダ干渉計の構造を有する光導波路を形成し、該光導波路の分岐部および合波部の間に位置する一対の平行導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、前記信号電極に電気信号を印加することにより前記光導波路を伝搬する光の変調を行うマッハツェンダ型の光変調器であって、
前記基板の表面に略垂直な側面のうちの前記平行導波路に沿った少なくとも１つの側面に、導電性を有する材料を用いて形成したフローティング電極を備えて構成されたことを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記フローティング電極は、前記基板の側面上において、前記基板の表面および裏面からそれぞれ所定の距離までの範囲を除いた中間部分に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記フローティング電極は、前記電気信号が印加される前記信号電極のパッド部に近接する前記基板の側面上において、前記パッド部の中心から所定の距離までの範囲を除いた残りの部分に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項４】
前記フローティング電極は、チタンおよび金のうちの少なくとも１つを用いて形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項５】
前記基板の側面上に形成されたシリコン膜を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信で用いられる光導波路デバイスに関し、特に、マッハツェンダ型の光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ2）などの電気光学結晶を用いた光導波路デバイスは、結晶基板上の一部に金属膜を形成して熱拡散させるか、或いは、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどして光導波路を形成した後、その光導波路の近傍に電極を設けることで形成される。このような電気光学結晶を用いた光導波路デバイスの１つとして、分岐干渉型の光導波路構造を有するマッハツェンダ型光変調器が知られている。
【０００３】
図８は、Ｚ−カットのニオブ酸リチウム基板を用いて構成されたマッハツェンダ型光変調器の従来例を示す斜視図である。この従来のマッハツェンダ型光変調器においては、基板１０１上にチタン（Ｔｉ）膜を形成し、それをマッハツェンダ型の形状にパターニングした後に１０５０℃で７〜１０時間加熱して熱拡散させることによって、光導波路１１０が形成される。この光導波路１１０は、入射導波路１１１、分岐部１１２、平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂ、合波部１１４および出射導波路１１５からなり、平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂに沿って、信号電極１２１および設置電極１２２からなるコプレーナ電極１２０が設けられる。Ｚ−カットの基板１０１を用いる場合には、Ｚ方向の電界による屈折率の変化を利用するため、光導波路１１３Ａの真上に信号電極１２１が配置される。また、信号電極１２１および接地電極１２２は、平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂ中を伝搬する光の吸収を防ぐために、厚さが０．２〜１μｍのＳｉＯ2からなる図示しないバッファ層を介して基板１０１上に形成されている。
【０００４】
このような従来のマッハツェンダ型光変調器を高速で駆動する場合は、信号電極１２１の一端を図示しない抵抗を介して接地して進行波電極とし、信号電極１２１の他端からマイクロ波等の高周波の電気信号Ｓを印加する。このとき、信号電極１２１と接地電極１２２の間で発生する電界Ｅによって、平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂの屈折率がそれぞれ変化するため、平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂを伝搬する各光の位相差が変化して、強度変調された信号光Ｌ’が出射導波路１１５から出力されるようになる。
【０００５】
上記のようなマッハツェンダ型光変調器については、信号電極１２１の断面形状を変化させてマイクロ波の実行屈折率を制御し、光とマイクロ波の伝搬速度を整合させることによって、広帯域の光応答特性が得られることが知られている。また、基板１０１の裏面（光導波路１１０および電極１２０が形成された表面に対向する面）や、平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂに沿った基板１０１の側面などに接地電極を設けることで、信号電極１２１に印加される電気信号Ｓの伝搬特性の安定化等を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【特許文献１】特開平１０−２３９６４８号公報
【特許文献２】特開２００３−７５７９０号公報
【特許文献３】特表平５−５０９４１５号公報
【特許文献４】特開平７−６４０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述の図８に示したような従来のマッハツェンダ型光変調器については、信号電極１２１に対して例えば４０Ｇｂ／ｓ等の高速な電気信号Ｓを印加した場合に、光応答特性が劣化してしまうという問題がある。すなわち、４０Ｇｂ／ｓ等の電気信号Ｓを信号電極１２１に印加すると、ある周波数成分が基板１０１内で共振することが主な原因となって、図９に例示するように信号電極１２１を伝搬する電気信号Ｓの周波数特性（Ｓ２１）にディップが発生するようになる。このようなディップの発生により、当該周波数に対応した特定のパターンを有するデータ信号に対して光導波路１１０を伝搬する光信号の損失が大きくなり、光応答特性が劣化してしまう。
【０００７】
また、基板１０１の裏面や側面に接地電極を設けて高周波の電気信号Ｓの伝搬特性を改善させるようにした場合には、次のような製造上の問題点が生じる。すなわち、基板１０１の裏面に接地電極を設けた場合、裏面からの外観検査が困難になるという欠点がある。具体的には、通常、基板１０１の表面に形成される光導波路１１０やコプレーナ電極１２０の位置ずれは、基板１０１の裏面側からの外観検査によって確認される場合が多いが、基板１０１の裏面全体若しくは一部に電極が形成されていると表面側の状態が見えなくなるため、上記のような外観検査が難しくなってしまう。
【０００８】
また、基板１０１の裏面や側面に形成した電極を確実に接地された状態とするためには、例えば、表面の接地電極１２２から側面および裏面にかけて連続的に金属膜を形成することが必要になるが、基板１０１の角の付近は形成した金属膜が剥離し易くなるので、基板１０１の歩留まり率や信頼性の低下を招いてしまうという欠点もある。基板１０１の実装される筐体の内面にはんだ付け等することによって基板１０１の裏面や側面の電極を接地する構成もあるが、一般に実装される基板１０１と筐体の隙間は非常に狭く、はんだ付け等の作業を行うことは容易ではないので、実装後の基板１０１の接地状態の再現性が悪いという問題がある。
【０００９】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、信号電極に高周波の電気信号を印加しても良好な光応答特性を得ることができ、優れた生産性および信頼性を備えたマッハツェンダ型の光変調器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため本発明の光変調器は、電気光学効果を有する基板の表面にマッハツェンダ干渉計の構造を有する光導波路を形成し、該光導波路の分岐部および合波部の間に位置する一対の平行導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、前記信号電極に電気信号を印加することにより前記光導波路を伝搬する光の変調を行うマッハツェンダ型の光変調器であって、前記基板の表面に略垂直な側面のうちの前記平行導波路に沿った少なくとも１つの側面に、導電性を有する材料を用いて形成したフローティング電極を備えて構成されるものである。
【００１１】
かかる構成の光変調器では、基板の側面にフローティング電極を設けたことによって、信号電極に高周波の電気信号を印加したときにでも、特定の周波数成分が基板内で共振するような現象が抑えられ、従来のような特定の周波数におけるディップの発生が回避されるようになる。また、基板の裏面には電極が形成されないので、基板表面に形成された光導波路や電極の位置ずれを裏面側からの外観検査によって確認することができる。
【００１２】
また、上記のフローティング電極については、基板の側面上において、基板の表面および裏面からそれぞれ所定の距離までの範囲を除いた中間部分に形成されるようにするのがよい。これにより、フローティング電極が剥離し難くなる。
さらに、上記のフローティング電極は、電気信号が印加される信号電極のパッド部に近接する基板の側面上において、パッド部の中心から所定の距離までの範囲を除いた残りの部分に形成されるようにするのが好ましい。このような構成により、信号電極のパッド部に印加される電気信号の反射が抑えられるようになる。
【００１３】
加えて、上記のフローティング電極は、チタンおよび金のうちの少なくとも１つを用いて形成されるようにするのがよい。このような材料を用いてフローティング電極を形成することで、基板の側面に対する密着性が向上するようになる。
また、上記の光変調器については、基板の側面上に形成されたシリコン膜を備えるようにしてもよい。これにより、光変調器の温度特性が安定なものになる。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように本発明の光変調器によれば、平行導波路に沿った基板の側面にフローティング電極を設けたことによって、信号電極に高周波の電気信号を印加しても良好な光応答特性を得ることができると共に、生産性および信頼性の向上を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の光変調器を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明の一実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成を示す斜視図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
図１および図２において、本光変調器は、例えば、電気光学効果を有する基板１と、その基板１の表面に形成された分岐干渉型の光導波路１０と、基板１の表面にバッファ層４１を介して形成されたコプレーナ（ＣＰＷ）電極２０と、基板１の側面１Ａ，１Ｂにシリコン（Ｓｉ）膜４２を介して形成されたフローティング電極３０Ａ，３０Ｂと、を備えて構成される。
【００１６】
基板１は、例えば、Ｚ−カットのニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3；ＬＮ）基板等が使用される。なお、ここではＺ−カットの基板を用いる場合について説明するが、本発明はこれに限らず、Ｘ−カットの基板を使用することもできる。また、基板材料についてもニオブ酸リチウムに限定されるものではなく、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ2）などのような電気光学効果を有する公知の材料を利用することが可能である。
【００１７】
光導波路１０は、前述の図８に示した従来の構成の場合と同様に、入射導波路１１、分岐部１２、平行導波路１３Ａ，１３Ｂ、合波部１４および出射導波路１５を有し、マッハツェンダ干渉計を構成する。この光導波路１０は、チタン（Ｔｉ）拡散またはプロトン交換などの公知の処理を施すことにより、基板１の−Ｚ面に形成される。入射導波路１１の光入射端（図１で左側に位置する一端）および出射導波路１５の光出射端（図１で右側に位置する一端）は、それぞれ基板１の対向する側面に達している。なお、ここでは図２に示すように、光導波路１０の断面形状を半円形としているが、本発明における光導波路の断面形状は上記の一例に限定されるものではない。
【００１８】
コプレーナ電極２０は、前述の図８に示した従来の構成の場合と同様に、信号電極２１および接地電極２２を有する。具体的に、信号電極２１は、光導波路１０の一方の平行導波路１３Ａ上を通り、その両端が基板１の図１で手前側の側面１Ａ近傍に形成したパッド部２１Ａ、２１Ｂに繋がるようにパターニングされている。一方、接地電極２２は、信号電極２１とは一定の距離を隔てて、基板１の他方の平行導波路１３Ｂ上を通るようにパターニングされている。上記の信号電極２１は、図１の右側に位置するパッド部２１Ｂがここでは図示しないが抵抗を介して接地されることにより進行波電極とされ、変調データに対応した高周波の電気信号Ｓが図１の左側に位置するパッド部２１Ａから印加される。信号電極２１と接地電極２２の間隔および電極厚は、光応答３ｄＢ帯域が所定の周波数以上（例えば、４０Ｇｂ／ｓの光変調を行う場合において３０ＧＨｚ以上など）となるように予め設計されている。
【００１９】
なお、コプレーナ電極２０と基板１の表面との間に形成されるバッファ層４１は、光導波路１０中を伝搬する光がコプレーナ電極２０によって吸収されるのを防ぐためのものであり、具体的には、厚さ０．２〜１μｍのＳｉＯ2などを用いることが可能である。
フローティング電極３０Ａ，３０Ｂは、基板１の表面に略垂直な側面のうちの平行導波路１３Ａ，１３Ｂに沿った側面１Ａ，１Ｂに導電性を有する膜を形成したものである。このフローティング電極３０Ａ，３０Ｂは、具体的には、基板１への密着性に優れた例えばチタン（Ｔｉ）または金（Ａｕ）等からなる金属膜を基板１の各側面１Ａ，１Ｂに１０００Å程度の厚さで製膜するのが好ましい。ただし、本発明のフローティング電極に用いられる材料は、上記の具体例に限定されるものではなく、導電性を有する任意の材料を使用することが可能である。また、上記のフローティング電極３０Ａ，３０Ｂは、基板１からの膜の剥離を防ぐために、基板１の角の付近、具体的には基板１の上記側面のうちの表面および裏面からそれぞれ略１００μｍまでの範囲に対しては製膜を行わずに、残りの中間部分に電極が形成されるようにするのがよい。さらに、信号電極２１のパッド部２１Ａ，２１Ｂに近接する側面１Ａについては、信号電極２１に印加される電気信号Ｓの入力部における反射を抑えるために、各パッド部２１Ａ，２１Ｂの中心からそれぞれ略０．５ｍｍの範囲にはフローティング電極３０Ａを形成しないようにするのが望ましい。一方、上記の側面１Ａに対向する側面１Ｂに関しては、高周波電気信号Ｓの反射に影響を及ぼさないので、基板１の角の付近を除いた全ての範囲に亘ってフローティング電極３０Ｂを形成してもよい。
【００２０】
なお、フローティング電極３０Ａ，３０Ｂと基板１の各側面１Ａ，１Ｂとの間に形成されるＳｉ膜４２は、光変調器の温度特性を安定化させるためのものである。ここでは、基板１とフローティング電極３０Ａ，３０Ｂの間にＳｉ膜を形成するようにしているが、例えば図３に示すように、フローティング電極３０Ａ，３０Ｂの上層にＳｉ膜４２を形成することも可能である。フローティング電極およびＳｉ膜の製膜の順番は、基板１に対する密着性が良くなるように適宜に決めるようにすればよい。
【００２１】
上記のような構成の光変調器では、外部から入射導波路１１に与えられた連続光Ｌが分岐部１２で２分岐されて各平行導波路１３Ａ，１３Ｂにそれぞれ送られる。各平行導波路１３Ａ，１３Ｂには、パッド部２１Ａに与えられ信号電極２１を進行する例えば４０Ｇｂ／ｓ等の電気信号Ｓに応じて信号電極２１と接地電極２２の間で発生する電界Ｅが印加され、この電界Ｅによる電気光学効果によって各平行導波路１３Ａ，１３Ｂの屈折率が変化する。これにより、各平行導波路１３Ａ，１３Ｂを伝搬する各々の光の位相がそれぞれ変化するようになる。そして、各平行導波路１３Ａ，１３Ｂを伝搬した光が合波部１４で合波されることにより、４０Ｇｂ／ｓ等のビットレートで変調された光信号Ｌ’が出射導波路１５を通って外部に出射されるようになる。
【００２２】
上記のような光変調動作において、信号電極２１を伝搬する電気信号Ｓの周波数特性（Ｓ２１）は、基板１の側面１Ａ，１Ｂにフローティング電極３０Ａ，３０Ｂを設けたことによって基板１内での特定の周波数成分の共振現象が抑えられるようになり、例えば図４に示すように、従来のような特定の周波数におけるディップの発生が回避される。これにより、４０Ｇｂ／ｓ等の高速なビットレートに対しても良好な光応答特性を得ることが可能になる。
【００２３】
また、本光変調器は、基板１の裏面に電極が形成されていないため、光導波路１０やコプレーナ電極２０の位置ずれを裏面側からの外観検査によって容易に確認することができるようになる。さらに、基板１の側面１Ａ，１Ｂに形成されるフローティング電極３０Ａ，３０Ｂは、従来のような接地された電極とは異なり、基板１表面の接地電極２２から連続的に形成する必要がないため、電極の剥離し易い基板１の角の部分を除いて製膜を行うことができる。これにより、基板１の歩留まり率や信頼性の向上を図ることも可能になる。加えて、図示しない筐体への基板１の実装に関しても、従来のように基板側面の電極を筐体の内面にはんだ付け等する必要がないので、基板１を筐体に再現性よく実装することが可能である。
【００２４】
なお、上記の実施形態では、平行導波路１３Ａ，１３Ｂに沿った側面１Ａ，１Ｂの両方にフローティング電極を形成するようにしたが、例えば図５の断面図に示すように一方の側面１Ａ（または側面１Ｂ）にだけフローティング電極を設けるようにしても、ディップの発生を抑える効果を得ることができる。また、平行導波路１３Ａ，１３Ｂのうちの片方の導波路１３Ａに沿って信号電極２１を設けた所謂シングルドライブの構成を示したが、本発明の効果は基板１の表面内における信号電極の位置に依存しないため、例えば、各々の平行導波路１３Ａ，１３Ｂに沿って信号電極をそれぞれ設けた所謂デュアルドライブの構成にも応用することが可能である。
【００２５】
さらに、信号電極２１のパッド部２１Ａ，２１Ｂに近接する側面１Ａについて、各パッド部２１Ａ，２１Ｂの中心から所定の範囲にはフローティング電極３０Ａを形成しないようにしたが、基板１の角の付近（例えば、表面から略１００μｍの範囲）にフローティング電極を形成しないようにしたことで、フローティング電極による電気信号Ｓの反射が特に問題とならない場合もある。このような場合には、例えば図６に示すように、基板１の側面１Ａについて、基板１の角の付近を除いた全ての範囲に亘ってフローティング電極３０Ａを形成するようにしてもよい。
【００２６】
加えて、上記の実施形態では１段構成のマッハツェンダ型光変調器について説明したが、例えば図７に示すように、２段以上の構成のマッハツェンダ型光変調器に本発明を応用することも可能である。具体的に、図７の一例では、上述の図１に示した構成が同一基板１上で２段直列に接続されることにより１つの光変調器が構成されている。この２段構成のマッハツェンダ型光変調器に対しては、例えば、前段の信号電極２１に印加する電気信号Ｓとしてクロック信号を使用し、後段の信号電極２１’に印加する電気信号Ｓ’としてデータ信号を使用することにより、ＲＺフォーマット等に従って変調された光信号Ｌ’が生成されるようになる。上記のような２段構成のマッハツェンダ型光変調器についても、基板１の光導波路に沿った側面の少なくとも一方にフローティング電極を設けることで、上述した１段構成の場合と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００２８】
（付記１）電気光学効果を有する基板の表面にマッハツェンダ干渉計の構造を有する光導波路を形成し、該光導波路の分岐部および合波部の間に位置する一対の平行導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、前記信号電極に電気信号を印加することにより前記光導波路を伝搬する光の変調を行うマッハツェンダ型の光変調器であって、
前記基板の表面に略垂直な側面のうちの前記平行導波路に沿った少なくとも１つの側面に、導電性を有する材料を用いて形成したフローティング電極を備えて構成されたことを特徴とする光変調器。
【００２９】
（付記２）付記１に記載の光変調器であって、
前記フローティング電極は、前記基板の側面上において、前記基板の表面および裏面からそれぞれ所定の距離までの範囲を除いた中間部分に形成されたことを特徴とする光変調器。
【００３０】
（付記３）付記１に記載の光変調器であって、
前記フローティング電極は、前記電気信号が印加される前記信号電極のパッド部に近接する前記基板の側面上において、前記パッド部の中心から所定の距離までの範囲を除いた残りの部分に形成されたことを特徴とする光変調器。
【００３１】
（付記４）付記１に記載の光変調器であって、
前記フローティング電極は、チタンおよび金のうちの少なくとも１つを用いて形成されたことを特徴とする光変調器。
【００３２】
（付記５）付記１に記載の光変調器であって、
前記基板は、ニオブ酸リチウム基板であることを特徴とする光変調器。
【００３３】
（付記６）付記１に記載の光変調器であって、
前記信号電極は、前記一対の平行導波路のうちの片方の導波路に沿って設けられたことを特徴とする光変調器。
【００３４】
（付記７）付記１に記載の光変調器であって、
前記信号電極は、前記一対の平行導波路のうちの両方の導波路に沿って設けられたことを特徴とする光変調器。
【００３５】
（付記８）付記１に記載の光変調器であって、
前記基板の側面上に形成されたシリコン膜を備えたことを特徴とする光変調器。
【００３６】
（付記９）付記８に記載の光変調器であって、
前記シリコン膜は、前記基板の側面と前記フローティング電極の間に位置することを特徴とする光変調器。
【００３７】
（付記１０）付記８に記載の光変調器であって、
前記シリコン膜は、前記フローティング電極の上層に位置することを特徴とする光変調器。
【００３８】
（付記１１）付記１に記載の光変調器を１つの単位構成として、複数の単位構成を直列に接続して構成したことを特徴とする光変調器。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図３】上記の実施形態についてフローティング電極の上層にＳｉ膜を形成するようにした他の構成例を示す断面図である。
【図４】上記の実施形態において信号電極を伝搬する電気信号の周波数特性を示す図である。
【図５】上記の実施形態に関連して、基板の一方の側面にだけフローティング電極を設けるようにした他の構成例を示す断面図である。
【図６】上記の実施形態に関連して、信号電極のパッド部に近接する側面のエッジ付近を除いた全ての範囲にフローティング電極を形成するようにした他の構成例を示す斜視図である。
【図７】上記の実施形態に関連して、２段構成のマッハツェンダ型光変調器に応用した場合の構成例を示す斜視図である。
【図８】従来のマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す斜視図である。
【図９】従来のマッハツェンダ型光変調器において信号電極を伝搬する電気信号の周波数特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…基板
１Ａ，１Ｂ…側面
１０…光導波路
１１…入射導波路
１２…分岐部
１３Ａ、１３Ｂ…平行導波路
１４…合波部
１５…出射導波路
２０…コプレーナ電極
２１…信号電極
２１Ａ，２１Ｂ…パッド部
２２…接地電極
３０Ａ，３０Ｂ…フローティング電極
４１…バッファ層
４２…シリコン層
【図１】
2005181537.tif 000003
【図２】
2005181537.tif 000004
【図３】
2005181537.tif 000005
【図４】
2005181537.tif 000006
【図５】
2005181537.tif 000007
【図６】
2005181537.tif 000008
【図７】
2005181537.tif 000009
【図８】
2005181537.tif 000010
【図９】
2005181537.tif 000011