(57)【要約】【課題】  近接配置される光導波路間の光クロストークを防止すると共に、駆動電圧の低減並びに変調による波長チャーピングの発生を抑制する光導波路素子を提供すること。【解決手段】  電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された複数の光導波路とを有する光導波路素子において、近接配置された少なくとも２つの光導波路は、近接した領域における各光導波路の幅が、互いに異なるよう形成されていることを特徴とする。  好ましくは、前記複数の光導波路は、２つの分岐導波路を有するマッハ・ツェンダー型の光導波路１０を有し、近接する領域における各光導波路が前記２つの分岐導波路１１，１２であることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された複数の光導波路とを有する光導波路素子において、
近接配置された少なくとも２つの光導波路は、近接した領域における各光導波路の幅が、互いに異なるよう形成されていることを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光導波路素子において、前記複数の光導波路は、２つの分岐導波路を有するマッハ・ツェンダー型の光導波路を有し、
近接する領域における各光導波路が前記２つの分岐導波路であることを特徴とする光導波路素子。
【請求項３】
請求項２に記載の光導波路素子において、該分岐導波路を伝播する光波を変調するための制御用電極を有し、
該制御用電極の電極損による変調効率の低下を補償し、各分岐導波路の位相変化量が互いにほぼ等しくなるように、各分岐導波路の幅を調整することを特徴とする光導波路素子。
【請求項４】
請求項３に記載の光導波路素子において、一方の分岐導波路の幅が、光波の入力側から出力側にかけて、他方の分岐導波路の幅より太い部分と、途中から他方の分岐導波路の幅より細い部分とからなるよう構成されると共に、該太い部分の長さより該細い部分の長さがより長くなるよう構成されていることを特徴とする光導波路素子。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の光導波路素子において、前記制御用電極は信号電極及び該信号電極の両側に配置された接地電極とからなり、該接地電極は、該信号電極に対する両側の接地電極の距離が等し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素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、光導波路素子に関し、特に、電気光学効果を有する基板上に形成された複数の光導波路を備えた光導波路素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信又は光計測の分野においては、ＬｉＮｂＯ３（以下、ＬＮという）などの電気光学効果を有する基板上に複数の光導波路を形成する光導波路素子が利用されている。
以下の特許文献１には、光導波路素子の一種であるマッハ・ツェンダー型の光導波路を有する光変調器の例が開示されている。
このような光変調器のように、複数の光導波路が近接して配置されることにより、各光導波路内を伝播する光波が、他の光導波路内を伝播する光波へ影響を及ぼし、光クロストークと呼ばれる光波の混線状態が発生する可能性がある。
従来はこのような光クロストークを防止するため、光導波路間の距離を一定以上に離すことが行われてきた。
【特許文献１】特開平２−１９６２１２号公報
【０００３】
また、光導波路素子においては、電気光学効果により最も効率的に屈折率を変更できる結晶方向が、基板の表面に平行な方向である基板（「Ｘカット基板」という。）又は該方向が基板の表面に垂直な方向である基板（「Ｚカット基板」という。）が、それぞれの用途に応じて利用されている。
光導波路内を伝播する光波を変調する場合、信号電極及び接地電極から構成される制御用電極が、該光導波路の近傍に配置される。
変調による波長チャーピングの発生を抑制するためには、マッハ・ツェンダー型変調器の各分岐導波路の変調による位相変化量を等しくする必要があり、該光導波路を挟むように信号電極と接地電極を配置するＸカット基板の構成、あるいは光導波路の真上に信号電極が配置される２電極型のＺカット基板の構成を用いるのが、一般的である。
【０００４】
このため、Ｘカット基板の場合には、近接する光導波路の間に必ず信号電極または接地電極が存在するため、光導波路間の距離が一定以上に保持され、光クロストークを発生する危険性が少ないが、Ｚカット基板の場合には、光導波路の真上に信号電極が配置されるため、複数の光導波路が互いに近接して配置される場合もあり、光クロストークを発生する原因にもなっていた。
特に、Ｘカットの基板構成の場合には、光導波路素子の小型化や、制御用電極に印加する駆動電圧の低減が求められており、これらに伴い変調効率を上げるため、信号電極と光導波路とをより近接して配置する必要が生じている。一方、制御用電極は、高周波における反射抑制と変調効率を上げるため、インピーダンスの制御と、光波と電気信号との速度整合をとる必要があり、信号電極の幅や信号電極と接地電極との間隔がある数値に限定される。一般的な高速ＬＮ変調器では、信号電極の幅は数μｍから１０μｍ程度となり、このとき信号電極と光導波路とを近接させると、光導波路間隔が狭くなる傾向にあり、光クロストークの発生による光変調の特性劣化が問題となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上述した問題を解決し、近接配置される光導波路間の光クロストークを防止すると共に、駆動電圧の低減並びに変調による波長チャーピングの発生を抑制する光導波路素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明では、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された複数の光導波路とを有する光導波路素子において、近接配置された少なくとも２つの光導波路は、近接した領域における各光導波路の幅が、互いに異なるよう形成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る発明では、請求項１に記載の光導波路素子において、前記複数の光導波路は、２つの分岐導波路を有するマッハ・ツェンダー型の光導波路を有し、近接する領域における各光導波路が前記２つの分岐導波路であることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明では、請求項２に記載の光導波路素子において、該分岐導波路を伝播する光波を変調するための制御用電極を有し、該制御用電極の電極損による変調効率の低下を補償し、各分岐導波路の位相変化量が互いにほぼ等しくなるように、各分岐導波路の幅を調整することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明では、請求項３に記載の光導波路素子において、一方の分岐導波路の幅が、光波の入力側から出力側にかけて、他方の分岐導波路の幅より太い部分と、途中から他方の分岐導波路の幅より細い部分とからなるよう構成されると共に、該太い部分の長さより該細い部分の長さがより長くなるよう構成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に係る発明では、請求項３又は４に記載の光導波路素子において、前記制御用電極は信号電極及び該信号電極の両側に配置された接地電極とからなり、該接地電極は、該信号電極に対する両側の接地電極の距離が等しくなるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明により、光導波路が近接する領域においては、各光導波路の幅が互いに異なるため、光クロストークの発生が抑制可能となる。これにより、光導波路素子内に光導波路を近接して配置することが可能となり、光導波路素子の小型化並びに駆動電圧の低減を図ることが可能となる。
【００１２】
請求項２に係る発明により、光通信又は光計測分野において多用されているマッハ・ツェンダー型の光導波路を有する光導波路素子においても、光クロストークを防止することが可能となり、光導波路素子を含む装置全体の小型化を達成できると共に、光導波路素子の駆動電圧が低減され、該光導波路素子の高速駆動も可能となる。
【００１３】
各分岐導波路の幅を変更することに起因して、光導波路のモード径が異なり、断面当たりの変調効率が、各分岐導波路間で非対称となるため、波長チャーピングを発生する。請求項３に係る発明により、分岐導波路を伝播する光波を変調する各制御用電極の電極損を補償し、各分岐導波路の位相変化量が互いにほぼ等しくなるように、各分岐導波路の幅を設定することにより、チャーピングの発生も併せて抑制することが可能となる。
【００１４】
請求項４に係る発明により、一方の分岐導波路の幅が、光波の入力側から出力側にかけて、他方の分岐導波路の幅より太い部分と、途中から他方の分岐導波路の幅より細い部分とからなるよう構成されると共に、該太い部分の長さより該細い部分の長さがより長くなるよう構成し、分岐導波路間の光クロストークを防止するだけでなく、制御用電極の電極損を等しくすることが可能となり、チャーピングの発生を防止することが可能となる。
【００１５】
請求項５に係る発明により、制御用電極を構成する信号電極と接地電極とを、該信号電極に対する両側に接地電極を配置し、信号電極と接地電極との距離が両側で等しくなるように構成することで、チャーピングの発生をさらに抑制することが可能となる。特に、Ｘカット基板を利用して、該信号電極と該接地電極との間に各分岐導波路を配置する場合に、チャーピングの防止が効果的となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。以下では、光導波路素子の例として、マッハ・ツェンダー型の光導波路を有する光変調器を中心に説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
図１は、Ｘカット基板１を用いた従来の光変調器の例を示す。
基板１は、電気光学効果を有する基板であり、例えば、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）から構成され、特に、光導波路素子として構成しやすく、かつ異方性が大きいという理由から、ＬｉＮｂＯ３結晶、ＬｉＴａＯ３結晶、又はＬｉＮｂＯ３及びＬｉＴａＯ３からなる固溶体結晶を用いることが好ましい。
【００１７】
基板１の表面には、マッハ・ツェンダー型の光導波路２が形成される。光導波路の形成方法としては、Ｔｉ熱拡散法、エピタキシャル成長法、及びイオン注入法などいずれの方法をも用いることができる。
マッハ・ツェンダー型光導波路は、入射した光波を２つに分岐する分岐部と、分岐した光波を伝播する分岐導波路３，４と、さらに２つに分かれた光波を合波する合波部とから構成される。
【００１８】
分岐導波路３，４の近傍には、信号電極５及び接地電極６，７からなる制御用電極が配置され、これらの電極は、Ａｕなどの導電性材料から蒸着法並びにメッキ法、又は両者を併用することで形成されている。
さらに、図１では図示していないが、光導波路中の光の伝播損失を低減させるために、基板１上に誘電体ＳｉＯ２等のバッファ層を設けることも可能である。バッファ層は、ＳｉＯ２などの公知の材料から、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法など公知の成膜法により形成することができる。
【００１９】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の一点鎖線Ａにおける断面図を示すものである。通常は、信号電極５を中心に、分岐導波路３，４や接地電極６，７は、対称に配置されている。また、分岐導波路３，４の幅は同じである。
しかしながら、分岐導波路３，４の間隔を狭くすると、光クロストークが発生するため、分岐導波路３，４の間隔は、従来は分岐導波路の幅Ｗの約３倍以上の距離をとる必要があった。
このため、信号電極５から分岐導波路３，４位置が離れるため、電気光学効果による屈折率変化量が小さくなり、光変調器の駆動電圧が高くなるという問題を生じていた。
【００２０】
本発明に係る光導波路素子においては、図２に示すように、分岐光導波路１１，１２の幅を異ならせることにより、分岐導波路の間隔を従来より近接させても、光クロストークの発生を抑制することを可能としたものである。
図２において、１０は、基板１上に形成されたマッハ・ツェンダー型光導波路であり、分岐導波路１２の幅Ｗ１は、分岐導波路１１の幅Ｗ２より太くなるよう構成されている。また、制御用電極として、信号電極１３と接地電極１４，１５が配置されている。図２（ｂ）は、図２（ａ）の一点鎖線Ｂにおける断面図を示すものである。
【００２１】
しかしながら、分岐導波路の幅を変更することに起因して、各分岐導波路のモード径が異なり、断面当たりの変調効率が、各分岐導波路間で非対称となるため、分岐した２つの光波を合波した際に、波長チャーピングを発生するという、新たな問題が生じる。
【００２２】
本発明では、さらに、このようなチャーピングの発生を抑制するため、図３，４に示すような、分岐導波路の途中で分岐導波路の幅を変更する構成を採用している。
より詳細には、分岐導波路の各断面構造を変化させる回数や分岐導波路の幅及び各幅毎の長さ（「作用長」という）を適宜組合わせることにより、駆動信号が制御用電極を伝搬する際の電極損による位相変化量の低下分を、補償するように設定している。
【００２３】
図３においては、各分岐導波路の幅を２回変更し、各分岐導波路を２つの区分（３１と３２、または３３と３４）に分けている。
そして、光波の入力側の区分３１，３３の作用長Ｌ１を短く、出射側の区分３２，３４の作用長Ｌ２を長く設定し、信号伝搬による電極損を補償している。
これにより、調整した電極損の周波数においては、完全に分岐導波路間の位相変化量の絶対値が等しくなり、チャーピングを防止することが可能となる。
【００２４】
図４においては、各分岐導波路の幅を３回変更し、各分岐導波路を３つの区分（４１と４２と４２、または４４と４５と４６）に分けている。
そして、第１区分（４１，４４）と第３区分（４３，４６）とを同じ断面構造とし、第２区分（４２，４５）を、第１及び３区分の導波路幅の大小関係と逆にした構造とする。
このような場合には、各区分の作用長の関係は、ほぼＬ１＋Ｌ３＝Ｌ２の関係となる。ただし、Ｌ１の長さにより、この関係は変化する。
このような構成により、広い周波数範囲に渡って低電圧駆動でかつ非常に低チャープの光変調器を構成することが可能となる。
【００２５】
また、分岐導波路の幅を変更する際に、図５（ａ）に示すように、太い部分５０と細い部分５１との接続部５２を不連続的に変化させた場合、光導波路中を伝播する光波の一部が反射したり、光導波路外へ漏出する場合がある。
このような問題を防ぐため、図５（ｂ）に示すように、太い部分６０と細い部分６１との接続部６２を連続的に変化させることも可能であれる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上、説明したように、本発明によれば、近接配置される光導波路間の光クロストークを防止すると共に、駆動電圧の低減並びに変調による波長チャーピングの発生を抑制する光導波路素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の光変調器の概略を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明に係る光変調器の例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】導波路幅を変更する区分を２つ設けた場合の例を示す図である。
【図４】導波路幅を変更する区分を３つ設けた場合の例を示す図である。
【図５】導波路幅を変更する際の接続部の状態を示す図であり、（ａ）は不連続接続、（ｂ）は連続接続を示す。
【符号の説明】
【００２８】
１  基板
２，１０，２０，４０  マッハ・ツェンダー型光導波路
３，４，１１，１２  分岐導波路
５，１３，３５，４７  信号電極
６,７,１４，１５，３６，３７，４８，４９  接地電極
【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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