(57)【要約】【課題】マッハツェンダ型光変調器において、光導波路を伝搬する光と信号電極を伝搬する高周波信号の速度整合や、駆動電圧の低電圧化のために、電極間隔等を変化させると、相互作用領域のインピーダンスは入力インピーダンスより低くなり、インピーダンス不整合による反射が生ずる。【解決手段】入力領域（５Ａ）と相互作用領域（５Ｃ）との間に、インピーダンス整合領域（５Ｂ）を設け、入力高周波信号が反射しないようにインピーダンスを調整する。信号電極（２１Ａ）の幅や、信号電極（２１Ａ）と接地電極（２２Ａ、２２Ｂ）の間隔等を変化させることにより、インピーダンスを調整することができる。【選択図】図１
2005037547.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、
前記基板上に形成された光導波路および接地電極と、
前記基板上に形成され、外部より印加された電気信号を入力する第１領域と、前記印加された電気信号による前記接地電極との間の電界により前記光導波路を伝搬する光を制御する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域の中間に設けられ、前記電気信号が反射せずに前記第２領域に伝搬する特性を持つ第３領域を有する進行波電極とを備えた光変調器。
【請求項２】
電気光学効果を有する基板と、
前記基板上に形成された光導波路および接地電極と、
前記基板上に形成され、外部より印加された電気信号を入力する第１領域と、前記印加された電気信号による前記接地電極との間の電界により前記光導波路を伝搬する光を制御する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域の中間に設けられた第３領域を有する進行波電極とを備え、
前記第３領域の前記電気信号に対するインピーダンスは、前記第１領域の前記電気信号に対するインピーダンスと、前記第２領域の前記電気信号に対するインピーダンスとの中間の値となることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光変調器であって、前記進行波電極の第３領域は、前記電気信号の信号成分の位相をπ／２シフトさせる長さであることを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３記載の光変調器であって、前記進行波電極の第３領域のインピーダンスは、前記進行波電極の第１領域のインピーダンスと、前記進行波電極の第２領域のインピーダンスの相乗平均であることを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４記載の光変調器であって、
前記第３領域における前記進行波電極と前記接地電極の間隔は、前記第２領域における前記進行波電極と前記接地電極の間隔よりも広い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】本発明は光通信で用いられる光変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムでは、伝送容量を増加させるために、複数の異なる波長の信号光を多重化して通信する波長多重（ＷＤＭ；Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信が広く行われている。光伝送システムでは、光を信号により変調した信号光を伝送することにより信号が伝送されるので、ＷＤＭ通信の波長多重度を増加させたり、変調のビットレートを増加させたりすることにより、伝送容量が増加する。
【０００３】
光源から出力された光を、入力された信号により変調し出力する外部変調器として、電気光学効果を有する基板に光導波路を形成した、マッハツェンダ型光変調器が知られている。（例えば特許文献１）。
【０００４】
図６（ａ）〜（ｄ）は電気光学効果を有する基板に形成されたマッハツェンダ型光変調器の構成図および断面図である。
【０００５】
図６（ａ）（ｃ）に示されるマッハツェンダ変調器は、電気光学効果を有する基板１０Ａの上に、光導波路と電極が形成された構造であり、光導波路を伝搬する光が電極による電界と相互作用することにより、入力光は変調されて出力する。基板１０Ａとしては、電気光学効果を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３；ＬＮ）やＬｉＴａＯ３が用いられるが、電界、光の偏光方向はともにＺ方向の時に、電気光学効果が最も大きくあらわれる為、基板の切断方向により信号電極と光導波路の位置は異なる。
【０００６】
図６（ａ）はＸカットのＬＮ基板１０Ａを用いたマッハツェンダ型光変調器であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のａ−ａ’における断面図である。
【０００７】
導波路３０Ａおよび３０Ｂ、Ｙ分岐導波路３２Ａおよび３２Ｂ、平行導波路３１Ａおよび３１Ｂは、基板１０Ａに形成された光導波路であり、例えば、Ｔｉ膜を形成し、導波路の形状にパターニングした状態で熱拡散させる、または、マスク材をパターニング後に安息香酸中でプロトン交換することにより形成される。
【０００８】
信号電極２１Ａと、接地電極２２Ａおよび２２Ｂは、基板１０Ａの上に形成されたバッファ層１１Ａの上に形成され、例えば金（Ａｕ）の電極が用いられる。平行導波路３１Ａおよび３１Ｂを伝搬する光が、Ｚ方向の電界と相互作用するように、ＸカットのＬＮ基板１０Ａを用いたマッハツェンダ型光変調器では、信号電極２１Ａと接地電極２２Ａおよび２２Ｂが平行導波路３１Ａおよび３１Ｂを挟んだ形状に形成される。
【０００９】
光変調器２Ａに入力された光は、光導波路３０Ａを伝搬し、Ｙ分岐導波路３２Ａにより平行導波路３１Ａおよび３１Ｂに分岐する。信号電極２１Ａは、抵抗４により終端された進行波電極となっており、信号源３より数十ＧＨｚまでの高周波（ＲＦ；Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号が印加される。
【００１０】
信号電極２１Ａに印加されたＲＦ信号により、信号電極２１Ａと接地電極２２Ａおよび２２Ｂとの間に、図６（ｂ）に点線矢印で示される電界が発生する。信号電極と接地電極で平行導波路３１Ａおよび３１Ｂを挟んだ形状であるので、平行導波路３１Ａにかかる電界と平行導波路３１Ｂにかかる電界の方向は逆であり、平行導波路３１Ａおよび３１Ｂの屈折率がそれぞれ＋Δｎ、−Δｎのように変化する。
【００１１】
これにより、平行導波路３１Ａと平行導波路３１Ｂの屈折率が異なるので、平行導波路３１Ａと平行導波路３１Ｂを伝搬してきた光の間に位相差が生じ、Ｙ分岐導波路３２Ｂにより合波された光は、光導波路３０Ｂより出力される。その出力は位相差により変化する。位相差がπの奇数倍の時には、光が打ち消しあって出力が零となり、位相差がπの偶数倍の時には、光出力が最大となる。
【００１２】
以上がＸカット基板に形成されたマッハツェンダ型光変調器であり、これはＹカットについても同様である。
【００１３】
一方、図６（ｃ）はＺカットのＬＮ基板１０Ａを用いたマッハツェンダ型光変調器であり、図６（ｄ）は図６（ｃ）のｂ−ｂ’における断面図である。
【００１４】
図６（ａ）と同様に、図６（ｃ）の光変調器は、導波路３０Ａおよび３０Ｂ、Ｙ分岐導波路３２Ａおよび３２Ｂ、平行導波路３１Ａおよび３１Ｂは、基板１０Ａに形成され、信号電極２１Ａと、接地電極２２Ａおよび２２Ｂは、バッファ層１１Ａの上に形成される。
【００１５】
図６（ｄ）に示されるように、Ｚカットの基板に形成されたマッハツェンダ型光変調器では、電気光学効果が最も効率よくかかる電界のＺ方向がＸカットとは異なるので、平行導波路３１Ａは信号電極２１Ａの下に形成され、平行導波路３１Ｂは接地電極２２Ｂの下に形成される。バッファ層１１Ａは、平行導波路３１Ａおよび３１Ｂを伝搬する光が、信号電極２１Ａおよび接地電極２２Ｂに吸収されるのを防止する役割を果たす。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００２−１８２１７２号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示されるマッハツェンダ型光変調器は、信号源３より印加されたＲＦ信号により発生した電界により、入力光を変調し、出力するものである。
【００１８】
マッハツェンダ型光変調器では、信号源３より数十ＧＨｚまでのＲＦ信号を信号電極２１Ａに印加するので、信号源３の構成を簡素化し、変調器を小型化するためにも、ＲＦ信号の電圧（駆動電圧）を低電圧化することが求められている。特に、伝送容量の大きくするために高ビットレートである場合は、信号源３より印加されるＲＦ信号の周波数が高周波になるので、低電圧化が重要になる。
【００１９】
マッハツェンダ型光変調器の駆動電圧を低電圧化するためには、必要な電界強度が低い駆動電圧で得られるように、信号電極および接地電極と光導波路の位置関係を調整し、例えば、信号電極と接地電極との電極間隔を狭くする必要がある。
【００２０】
駆動電圧を低電圧化すると、平行導波路と相互作用する信号電極のインピーダンス（以後、相互作用領域のインピーダンスと呼ぶ）は、５０Ωより低くなる。例えば、図４（ｂ）は、信号電極と接地電極の電極間隔を変化させたときのインピーダンスの変化を、プロットしたものであるが、電極間隔を減少させ、必要な電界強度を得るための駆動電圧を低電圧化すると、インピーダンスは減少する。
【００２１】
一方、信号源３より入力されるＲＦ信号は、通常、インピーダンス５０Ωの同軸ケーブルやストリップラインにより入力されるので、マッハツェンダ型光変調器の信号電極の、ＲＦ信号を外部より入力する部分（以後、入力領域のインピーダンスと呼ぶ）は、５０Ωとする必要がある。
【００２２】
したがって、駆動電圧を低電圧化することにより、入力領域のインピーダンスと相互作用領域のインピーダンスが異なり、インピーダンス不整合による反射が生じる。入力領域のインピーダンスをＺ１、相互作用領域のインピーダンスをＺ２とすると、反射係数ρは、
【００２３】
【数１】
2005037547.tif 000003
であるので、入力領域のインピーダンスＺ１と相互作用領域のインピーダンスＺ２が異なると、信号電極に印加された信号の一部は反射し、相互作用領域の信号電極に伝搬されるＲＦ信号の強度が減少し、光変調器の特性に悪影響を与える。
【００２４】
図７は、入力領域のインピーダンスと相互作用領域のインピーダンスが異なる状態での反射量を、入力ＲＦ信号周波数に対して測定したものである。数ＧＨｚ周期に反射量が増減しているのは、光変調器の各部分の反射によるものであり、点線で示される包絡線により最大反射量の特性が判断される。例えば、１０Ｇｂｐｓの変調を行うためには、１０ＧＨｚ程度までの周波数のＲＦ信号が変調器に入力されるが、周波数１０ＧＨｚ付近のＲＦ信号の反射量は、−１４ｄＢ程度となってしまう。
【００２５】
また、駆動電圧を低電圧化するために、信号電極および接地電極と光導波路の位置関係を調整する際には、変調器の変調帯域を所望の周波数以上とする為に、平行導波路を伝搬する光の速度と、相互作用領域におけるＲＦ信号の伝搬速度との速度整合がとれるようにする必要がある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するものであって、第１の発明による光変調器は、電気光学効果を有する基板と、前記基板上に形成された光導波路および接地電極と、前記基板上に形成され、外部より印加された電気信号を入力する第１領域と、前記印加された電気信号による前記接地電極との間の電界により前記光導波路を伝搬する光を制御する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域の中間に設けられ、前記電気信号が反射せずに前記第２領域に伝搬する特性を持つ第３領域を有する進行波電極とを備える。
【００２７】
これにより、例えば、駆動電圧の低電圧化した場合等で、光導波路と電極の配置により第２領域のインピーダンスが第１領域のインピーダンスよりも低い場合でも、インピーダンス不整合による反射を防止または減少することができ、光導波路を伝搬する光を効率よく制御することができる。
【００２８】
第２の発明による光変調器は、電気光学効果を有する基板と、前記基板上に形成された光導波路および接地電極と、前記基板上に形成され、外部より印加された電気信号を入力する第１領域と、前記印加された電気信号による前記接地電極との間の電界により前記光導波路を伝搬する光を制御する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域の中間に設けられた第３領域を有する進行波電極とを備え、前記第３領域の前記電気信号に対するインピーダンスは、前記第１領域の前記電気信号に対するインピーダンスと、前記第２領域の前記電気信号に対するインピーダンスとの中間の値となることを特徴とする。
【００２９】
第３の発明による光変調器は、第１または第２の発明による光変調器であって、前記進行波電極の第３領域は、前記電気信号の信号成分の位相をπ／２シフトさせる長さであることを特徴とする。
【００３０】
第４の発明による光変調器は、第１ないし第３の発明による光変調器であって、前記進行波電極の第３領域のインピーダンスは、前記進行波電極の第１領域のインピーダンスと、前記進行波電極の第２領域のインピーダンスの相乗平均であることを特徴とする。
【００３１】
第５の発明による光変調器は、第１ないし第４の発明による光変調器であって、前記第３領域における前記進行波電極と前記接地電極の間隔は、前記第２領域における前記進行波電極と前記接地電極の間隔よりも広いことを特徴とする。
【００３２】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
【００３３】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施例によるマッハツェンダ型光変調器であり、図１（ｂ）（ｃ）はそれぞれｂ−ｂ’、ｃ−ｃ’における断面図である。
【００３４】
図１に示されるマッハツェンダ変調器１Ａは、電気光学効果を有するＺカットの基板１０Ａの上に、光導波路と電極が形成された構造であり、光導波路を伝搬する光が電極による電界と相互作用することにより、入力光は変調されて出力する。基板１０Ａとしては、電気光学効果を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３；ＬＮ；Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ）やＬｉＴａＯ３が用いられる。
【００３５】
導波路３０Ａおよび３０Ｂ、Ｙ分岐導波路３２Ａおよび３２Ｂ、平行導波路３１Ａおよび３１Ｂは、基板１０Ａに形成された光導波路であり、例えば、Ｔｉ膜を形成し、導波路の形状にパターニングした状態で熱拡散させる、または、マスク材のパターニング後に安息香酸中でプロトン交換することにより形成される。
【００３６】
バッファ層１１Ａは基板１０Ａより屈折率が小さく、かつ、光の吸収が少ないものであり、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３  などにより、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、スピンコーティング法等により形成される。
【００３７】
信号電極２１Ａと、接地電極２２Ａおよび２２Ｂは、基板１０Ａの上に形成されたバッファ層１１Ａの上に形成され、例えば金（Ａｕ）の電極が用いられる。
【００３８】
接地電極２２Ａおよび２２Ｂは接地されており、また、信号電極２１Ａは、図１（ａ）の光導波路３０Ｂに近い図面右側の接点より、図示しない抵抗で終端された進行波電極となっており、図１（ａ）の光導波路３０Ａに近い図面左側の接点より高周波（ＲＦ；Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号が印加される。
【００３９】
信号電極２１Ａに印加されたＲＦ信号により、信号電極２１Ａと接地電極２２Ａおよび２２Ｂとの間に、図６（ｄ）に点線矢印で示されるように電界が発生し、平行導波路３１Ａおよび３１Ｂの屈折率がそれぞれ＋Δｎ、−Δｎのように変化する。
【００４０】
これにより、平行導波路３１Ａと平行導波路３１Ｂの屈折率が異なるので、Ｙ分岐導波路３２Ｂにより合波された光は、図示しない信号源より印加されたＲＦ信号により変調された状態となり、導波路３０Ｂより出力する。
【００４１】
信号電極および接地電極は、その形状・配置とインピーダンスにより、それぞれ第１ないし第３領域に対応する、入力領域５Ａ、インピーダンス調整領域５Ｂ、相互作用領域５Ｃに区分される。
【００４２】
入力領域５Ａにおいて、信号電極２１Ａの幅は、図示しない信号源より同軸ケーブル等により入力するために基板端面で太くなっており、図１（ａ）に示されるように、基板内部に進むにつれて、テーパ状に細くなる。入力領域５Ａのインピーダンスは５０Ωであり、図示しない信号源の出力インピーダンスと整合させている。入力領域５Ａのインピーダンスは５０Ωであるので、信号電極２１Ａの電極幅がテーパ状に細くなるのに伴い、信号電極２１Ａと接地電極２２Ａおよび２２Ｂとの間隔も狭くなる。
【００４３】
相互作用領域５Ｃにおいては、図１（ｃ）に示されるように、信号電極２１Ａと接地電極２２Ａおよび２２Ｂとの間の電界により、平行導波路３１Ａおよび３１Ｂの屈折率が変化されるので、Ｙ分岐導波路３２Ｂにより合波され、光導波路３０Ｂを伝搬する出力光は変調された信号光となる。
【００４４】
第１の実施例では、Ｚカットの基板１０Ａの上に形成された信号電極２１Ａと接地電極２２Ａおよび２２Ｂが、入力領域５Ａと相互作用領域５Ｃの間に、インピーダンス調整領域５Ｂを備えることを特徴とする。
【００４５】
ここで、インピーダンス整合について図３を参照して説明する。
【００４６】
信号電極２１Ａと接地電極２２Ａおよび２２Ｂによるインピーダンスの異なる３領域は、入力領域のインピーダンスをＺ１、相互作用領域のインピーダンスをＺ２、インピーダンス調整領域のインピーダンスをＺｏ、長さをｌとすると、図３（ａ）のように分布定数回路が接続されている状態と考えられる。
【００４７】
インピーダンス調整領域を二端子対網とみて、図３（ｂ）のように電圧および電流をとると、伝搬定数をγを用いて、
【００４８】
【数２】
2005037547.tif 000004
となる。
【００４９】
端子対１−１’で左右を見たインピーダンス（  Ｖ１  ／  Ｉ１  ）  がＺ１であり、端子対２−２’で左右を見たインピーダンス（  Ｖ２  ／  Ｉ２  ）  がＺ２であるという条件で、［数２］式を解くと、
【００５０】
【数３】
2005037547.tif 000005
となる。ここで、位相定数βは
【００５１】
【数４】
2005037547.tif 000006
の関係を満たし、γの虚部でもある。［数３］［数４］より、
【００５２】
【数５】
2005037547.tif 000007
となる。すなわち、
１）インピーダンス調整領域のインピーダンスが、入力領域のインピーダンスと相互作用領域のインピーダンスの相乗平均となり、
２）インピーダンス調整領域の長さが、信号電極に印加される高周波信号の位相をπ／２（１／４波長分）変化させる長さであるとき、入力領域よりインピーダンス調整領域を通じて相互作用領域に高周波信号を伝達する過程で反射が生じることがなく、インピーダンス調整領域を設けない場合に較べて、高周波信号の伝達を効率的に行うことができる。
【００５３】
図１において、入力領域５Ａと相互作用領域５Ｃの間に設けられたインピーダンス調整領域５Ｂのインピーダンスを上記条件に適合させ、インピーダンスの不整合による反射を防止または抑制することにより、信号電極２１Ａと接地電極２２Ａおよび２２Ｂと光導波路の位置関係を調整することにより駆動電圧を低減させた場合等の、相互作用領域のインピーダンス不整合による変調器特性の劣化を防止または低減することができる。
【００５４】
図７は、入力領域のインピーダンスと相互作用領域のインピーダンスが異なる状態での反射量を、入力ＲＦ信号周波数に対して測定したグラフであった。入力領域と相互作用領域のインピーダンスが図７と同じで、入力領域と相互作用領域の間に１０ＧＨｚのＲＦ信号に対して上記１）２）の条件を満たすインピーダンス調整領域を設けた場合の特性を図２に示す。
【００５５】
図７と同様に、数ＧＨｚ周期に反射量が増減しているのは、光変調器の各部分の反射によるものであり、点線で示される包絡線により最大反射量の特性が判断される。図７においては、周波数１０ＧＨｚ付近のＲＦ信号の反射量は、−１４ｄＢ程度であったのに対し、図２においては、インピーダンス調整領域を設け、１０ＧＨｚのＲＦ信号の反射を低減することにより、１０ＧＨｚ付近のＲＦ信号の反射量は、−２０ｄＢ以下にまで改善する。
【００５６】
次に、インピーダンス調整領域におけるインピーダンスの調整方法について説明する。
【００５７】
図１（ｂ）（ｃ）は、それぞれインピーダンス調整領域（ｂ−ｂ’）および相互作用領域（ｃ−ｃ’）における断面図である。インピーダンス調整領域および相互作用領域のバッファ層厚ｄ２およびｄ３、信号電極厚ｈ２およびｈ３、信号電極幅Ｗｅ２およびＷｅ３、電極間隔Ｓｅ２およびＳｅ３を異なる値とすることにより、インピーダンス調整領域を上記１）２）の条件を満たすものとし、反射を防止または低減することができる。
【００５８】
例えば、図１（ｂ）（ｃ）に示されるように、インピーダンス調整領域における信号電極と接地電極の電極間隔Ｓｅ２を、相互作用領域における信号電極と接地電極の電極間隔Ｓｅ３より大きい値とすることにより、インピーダンス調整領域のインピーダンスを、入力領域のインピーダンスと、相互作用領域のインピーダンスの中間の値とすることができ、インピーダンス不整合による反射が低減される。
【００５９】
図４（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、信号電極幅、信号電極と接地電極との電極間隔、バッファ層厚、電極厚を変化させたときのインピーダンス変化をプロットしたものである。
【００６０】
インピーダンス調整領域においては、図４（ａ）〜（ｄ）に示される関係を用いて、目的の周波数のＲＦ信号のインピーダンスを調整することができる。また、相互作用領域においては、光導波路を伝搬する光の速度と電極を伝搬するＲＦ信号の速度との速度整合を行うために、ＲＦ信号の屈折率を変化させた場合の場合や、駆動電圧を変化させた場合のインピーダンス変化を見積もることができる。
【００６１】
ＲＦ信号の伝搬速度ｖは、比誘電率εにより
【００６２】
【数６】
2005037547.tif 000008
と表せるので、ＲＦ信号に対する屈折率ｎは、
【００６３】
【数７】
2005037547.tif 000009
と表せる。ただし、透磁率μはμｏに等しいと近似した。
【００６４】
図４（ａ）は電極間隔１７（μｍ）、信号電極厚２０（μｍ）、バッファ層厚１．０（μｍ）の状態で、信号電極幅を変化させたときのインピーダンス変化をプロットしたものであり、信号電極幅を広げることにより、インピーダンスは減少する。相互作用領域において信号電極幅を広げた場合、平行導波路に所定の電界を印加するのに必要な電極間電位差は減少するので、駆動電圧は低下する。また、ＲＦ信号に対する屈折率は、信号電極幅を広げることにより増加する。
【００６５】
図４（ｂ）は信号電極幅１１（μｍ）、信号電極厚２０（μｍ）、バッファ層厚１．０（μｍ）の状態で、信号電極と接地電極との電極間隔を変化させたときのインピーダンス変化をプロットしたものであり、電極間隔を広げることにより、インピーダンスは増加する。相互作用領域において信号電極と接地電極との電極間隔を広げた場合、平行導波路に所定の電界を印加するのに必要な電極間電位差は増加するので、駆動電圧は増加する。また、ＲＦ信号に対する屈折率は、電極間隔を広げることにより増加する。
【００６６】
図４（ｃ）は信号電極幅１１（μｍ）、電極間隔１９（μｍ）、信号電極厚２０（μｍ）の状態で、バッファ層厚を変化させたときのインピーダンス変化をプロットしたものであり、バッファ層厚を厚くすることにより、インピーダンスは増加する。相互作用領域においてバッファ層厚を厚くした場合、平行導波路に所定の電界を印加するのに必要な電極間電位差は増加するので、駆動電圧は増加する。また、ＲＦ信号に対する屈折率は、バッファ層厚を厚くすることにより減少する。なお、バッファ層厚を薄くすることにより駆動電圧は減少するが、第１の実施例はＺカットであり、光導波路の上に信号電極または接地電極が位置するので、バッファ層厚を薄くしすぎると、電極による光吸収が無視できない量まで増加する。
【００６７】
図４（ｄ）は信号電極幅１１（μｍ）、電極間隔１９（μｍ）、バッファ層厚１．２（μｍ）の状態で、信号電極の電極厚を変化させたときのインピーダンス変化をプロットしたものであり、電極厚を厚くすることにより、インピーダンスは減少する。相互作用領域において電極厚を厚くした場合、平行導波路に所定の電界を印加するのに必要な電極間電位差は変化しないので、駆動電圧は変化しない。また、ＲＦ信号に対する屈折率は、電極厚を厚くすることにより減少する。
【００６８】
したがって、まず、相互作用領域において、上述した、信号電極幅、信号電極と接地電極の電極間隔、バッファ層厚、信号電極の電極厚を変化させることにより、光導波路を伝搬する光の速度と電極を伝搬するＲＦ信号の速度との速度整合と、駆動電圧調整を変化させた場合のインピーダンス変化を見積もり、次に、入力領域のインピーダンスと、相互作用領域のインピーダンスから、目標の周波数のＲＦ信号の反射を抑制または減少させるために、インピーダンス調整領域のインピーダンスを、上述した、信号電極幅、信号電極と接地電極の電極間隔、バッファ層厚、信号電極の電極厚を変化させることにより調整させればよい。
【００６９】
次に、本発明の第２実施例による光変調器について説明する。
【００７０】
図５（ａ）は、本発明の第２の実施例によるマッハツェンダ型光変調器であり、図５（ｂ）（ｃ）はそれぞれｂ−ｂ’、ｃ−ｃ’における断面図である。
【００７１】
第２の実施例は、Ｘカットの電気光学効果を有する基板に形成されたマッハツェンダ型光変調器において、インピーダンス調整領域を設けた構成である。
【００７２】
図５（ａ）に示される光変調器１Ｂにおいて、導波路３０Ａおよび３０Ｂ、Ｙ分岐導波路３２Ａおよび３２Ｂ、平行導波路３１Ａおよび３１Ｂは、基板１０Ａに形成された光導波路であり、例えば、Ｔｉ膜を形成し、導波路の形状にパターニングした状態で熱拡散させる、または、マスク材のパターニング後に安息香酸中でプロトン交換することにより形成される。
【００７３】
バッファ層１１Ａは基板１０Ａより屈折率が小さく、かつ、光の吸収が少ないものであり、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３  などにより、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、スピンコーティング法等により形成される。
【００７４】
信号電極２１Ａと、接地電極２２Ａおよび２２Ｂは、基板１０Ａの上に形成されたバッファ層１１Ａの上に形成され、例えば金（Ａｕ）の電極が用いられる。
【００７５】
平行導波路３１Ａおよび３１Ｂを伝搬する光が、Ｚ方向の電界と相互作用するように、第２の実施例によるマッハツェンダ型光変調器では、平行導波路３１Ａおよび３１Ｂの存在しない領域に信号電極２１Ａと接地電極２２Ａおよび２２Ｂが形成され、各電極で平行導波路３１Ａおよび３１Ｂを挟んだ形状となっている。
【００７６】
光変調器１Ｂに入力された光は、光導波路３０Ａを伝搬し、Ｙ分岐導波路３２Ａにより平行導波路３１Ａおよび３１Ｂに分岐する。接地電極２２Ａおよび２２Ｂは接地されており、また、信号電極２１Ａは、図２（ａ）の光導波路３０Ｂに近い図面右側の接点より、図示しない抵抗で終端された進行波電極となっており、図２（ａ）の光導波路３０Ａに近い図面左側の接点よりＲＦ信号が印加される。
【００７７】
信号電極２１Ａに印加されたＲＦ信号により、信号電極２１Ａと接地電極２２Ａおよび２２Ｂとの間に、図６（ｂ）に点線矢印で示されるように電界が発生し、平行導波路３１Ａおよび３１Ｂの屈折率がそれぞれ＋Δｎ、−Δｎのように変化する。
【００７８】
これにより、平行導波路３１Ａと平行導波路３１Ｂの屈折率が異なるので、Ｙ分岐導波路３２Ｂにより合波された光は、信号源３より印加されたＲＦ信号により変調された状態となり、導波路３０Ｂより出力する。
【００７９】
第１の実施例と同様に、第２の実施例による光変調器においても、信号電極および接地電極は、その形状・配置とインピーダンスにより、それぞれ第１ないし第３領域に対応する、入力領域５Ａ、インピーダンス調整領域５Ｂ、相互作用領域５Ｃに区分される。
【００８０】
入力領域５Ａにおいて、信号電極２１Ａの幅は、図示しない信号源より同軸ケーブル等により入力するために基板端面で太くなっており、図５（ａ）に示されるように、基板内部に進むにつれて、テーパ状に細くなる。入力領域５Ａのインピーダンスは５０Ωであり、図示しない信号源の出力インピーダンスと整合させている。入力領域５Ａのインピーダンスは５０Ωであるので、信号電極２１Ａの電極幅がテーパ状に細くなるのに伴い、信号電極２１Ａと接地電極２２Ａおよび２２Ｂとの間隔も狭くなる。
【００８１】
相互作用領域５Ｃにおいては、図５（ｃ）に示されるように、信号電極２１Ａと接地電極２２Ａおよび２２Ｂとの間の電界により、平行導波路３１Ａおよび３１Ｂの屈折率が変化されるので、Ｙ分岐導波路３２Ｂにより合波され、光導波路３０Ｂを伝搬する出力光は変調された信号光となる。
【００８２】
第１の実施例と同様に、第２の実施例においては、Ｘカットの基板１０Ａの上に形成された信号電極２１Ａと接地電極２２Ａおよび２２Ｂが、入力領域５Ａと相互作用領域５Ｃの間に、インピーダンス調整領域５Ｂを備えることを特徴とし、［数５］より、
１）インピーダンス調整領域のインピーダンスが、入力領域のインピーダンスと相互作用領域のインピーダンスの相乗平均となり、
２）インピーダンス調整領域の長さが、信号電極に印加される高周波信号の位相をπ／２（１／４波長分）変化させる長さであるとき、入力領域よりインピーダンス調整領域を通じて相互作用領域に高周波信号を伝達する過程で反射が生じることがなく、インピーダンス調整領域を設けない場合に較べて、高周波信号の伝達を効率的に行うことができる。
【００８３】
図５において、入力領域５Ａと相互作用領域５Ｃの間に設けられたインピーダンス調整領域５Ｂのインピーダンスを上記条件に適合させ、インピーダンスの不整合による反射を防止または抑制することにより、信号電極２１Ａと接地電極２２Ａおよび２２Ｂと光導波路の位置関係を調整することにより駆動電圧を低減させた場合等の、相互作用領域のインピーダンス不整合による変調器特性の劣化を防止または低減することができる。
【００８４】
図５（ｂ）（ｃ）は、それぞれインピーダンス調整領域（ｂ−ｂ’）および相互作用領域（ｃ−ｃ’）における断面図である。インピーダンス調整領域および相互作用領域のバッファ層厚ｄ５およびｄ６、信号電極厚ｈ５およびｈ６、信号電極幅Ｗｅ５およびＷｅ６、電極間隔Ｓｅ５およびＳｅ６を異なる値とすることにより、インピーダンス調整領域を上記１）２）の条件を満たすものとし、反射を防止または低減することができる。
【００８５】
第２の実施例においても、第１の実施例と同様に、図４（ａ）〜（ｄ）に示される、信号電極幅、信号電極と接地電極との電極間隔、バッファ層厚、電極厚を変化させたときのインピーダンス変化を用いて、インピーダンス調整領域のインピーダンスを調整することにより、相互作用領域とのインピーダンス不整合による変調器特性の劣化を防止または低減することができる。
【００８６】
本願は、以下の付記記載の発明を包含する。
（付記１）
電気光学効果を有する基板と、
前記基板上に形成された光導波路および接地電極と、
前記基板上に形成され、外部より印加された電気信号を入力する第１領域と、前記印加された電気信号による前記接地電極との間の電界により前記光導波路を伝搬する光を制御する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域の中間に設けられ、前記電気信号が反射せずに前記第２領域に伝搬する特性を持つ第３領域を有する進行波電極とを備えた光変調器。
（付記２）    電気光学効果を有する基板と、
前記基板上に形成された光導波路および接地電極と、
前記基板上に形成され、外部より印加された電気信号を入力する第１領域と、前記印加された電気信号による前記接地電極との間の電界により前記光導波路を伝搬する光を制御する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域の中間に設けられた第３領域を有する進行波電極とを備え、
前記第３領域の前記電気信号に対するインピーダンスは、前記第１領域の前記電気信号に対するインピーダンスと、前記第２領域の前記電気信号に対するインピーダンスとの中間の値となることを特徴とする光変調器。
（付記３）    付記１または付記２記載の光変調器であって、前記進行波電極の第３領域は、前記電気信号の信号成分の位相をπ／２シフトさせる長さであることを特徴とする光変調器。
（付記４）    付記１ないし付記３記載の光変調器であって、前記進行波電極の第３領域のインピーダンスは、前記進行波電極の第１領域のインピーダンスと、前記進行波電極の第２領域のインピーダンスの相乗平均であることを特徴とする光変調器。
（付記５）    付記１ないし付記４記載の光変調器であって、
前記第３領域における前記進行波電極と前記接地電極の間隔は、前記第２領域における前記進行波電極と前記接地電極の間隔よりも広いことを特徴とする光変調器。
（付記６）    付記１ないし付記４記載の光変調器であって、
前記第２領域における前記進行波電極の幅は、前記第３領域における前記進行波電極の幅よりも広いことを特徴とする光変調器。
（付記７）    付記１ないし付記４記載の光変調器であって、
前記第２領域における前記進行波電極の厚さは、前記第３領域における前記進行波電極の厚さよりも厚いことを特徴とする光変調器。
【００８７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明による光変調器によれば、外部より印加された電気信号による電界により前記光導波路を伝搬する光を制御する領域のインピーダンスが、電気信号を入力する領域のインピーダンスと異なる場合であっても、インピーダンス不整合による変調器特性の劣化を防止または低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｚカット基板上に形成された本発明による光変調器を示す図
【図２】本発明による光変調器の反射特性を示す図
【図３】インピーダンス整合を示す図
【図４】電極およびバッファ層を変化させたときのインピーダンス変化を示す図
【図５】Ｘカット基板上に形成された本発明による光変調器を示す図
【図６】マッハツェンダ型光変調器を示す図
【図７】従来技術による光変調器の反射特性を示す図
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｂ：本発明による光変調器
２Ａ〜２Ｂ：従来技術による光変調器
３：信号源
４：終端抵抗
５Ａ：入力領域
５Ｂ：インピーダンス調整領域
５Ｃ：相互作用領域
１０Ａ：基板
１１Ａ：バッファ層
２１Ａ：信号電極
２２Ａ〜２２Ｂ：接地電極
３０Ａ〜３０Ｂ：光導波路
３１Ａ〜３１Ｂ：平行導波路
３２Ａ〜３２Ｂ：Ｙ分岐導波路
【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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