(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光の位相を変調する高周波電気信号を印加するための中心導体及び接地導体からなる進行波電極とを有し、前記進行波電極が、前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調するための相互作用部を構成する光変調器チップと、
内部に台座を持ち、前記光変調器チップが当該台座に接着剤で固定される筐体と、を具備する光変調器モジュールにおいて、
前記基板の裏面の少なくとも一部に導電層が形成されており、
前記接着剤は、導電性接着剤と、硬化後における柔軟特性が前記導電性接着剤よりも優れる柔軟性接着剤とでなり、
前記基板の裏面と前記台座とが電気的に接続されるよう、前記台座の所定面積部分である第１の面領域で、前記導電層と前記台座とが前記導電性接着剤で接着されるとともに、
前記台座の前記第１の面領域以外の部分である第２の面領域で、前記導電層と前記台座とが前記柔軟性接着剤で接着されることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項２】
前記第１の面領域の面積が、前記第２の面領域の面積よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の光変調器モジュール。
【請求項３】
前記第１の面領域の面積と、前記第２の面領域の面積とが略等しいことを特徴とする請求項１に記載の光変調器モジュール。
【請求項４】
前記第１の面領域の面積が、前記第２の面領域の面積よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の光変調器モジュール。
【請求項５】
前記第１の面領域が、前記第２の面領域よりも高い位置に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項６】
前記第１の面領域が、前記第２の面領域と略等しい高さ位置に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項７】
前記第１の面領域が、前記第２の面領域よりも低い位置に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項８】
前記第１の面領域と前記第２の面領域との境界に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項９】
前記第１の面領域が、前記光の導波方向における前記台座の略中央、あるいは前記台座の端近傍に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温度変化に対し温度ドリフトが小さく、あるいは外力に対し機械的な信頼性が高い光変調器モジュールの分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板（以下、リチウムナイオベート基板をＬＮ基板と略す）に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器（以下、ＬＮ光変調器と略す）は、その優れた伝送特性から２．５Ｇｂｐｓ、１０Ｇｂｐｓの大容量光伝送システムに適用されている。最近はさらに４０Ｇｂｐｓの超大容量光伝送システムにも適用が検討されており、キーデバイスとして期待されている。
【０００３】
（第１の従来技術）
このＬＮ光変調器にはｚ−カットＬＮ基板を使用するタイプとｘ−カットＬＮ基板（あるいはｙ−カットＬＮ基板）を使用するタイプがある。ここでは、第１の従来技術として特許文献１に開示されたｚ−カットＬＮ基板と２つの接地導体を有し、基本モードの伝搬に有利なコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）進行波電極を使用するＬＮ光変調器（あるいは、ＬＮ光変調器チップ）４０を図６に示す。
【０００４】
図中、１はｚ−カットＬＮ基板、２は１．３μｍ、あるいは１．５５μｍなど光通信において使用する波長領域では透明な２００ｎｍから１μｍ程度の厚みのＳｉＯ２バッファ層、３はｚ−カットＬＮ基板１にＴｉを蒸着後、１０５０℃で約１０時間熱拡散して形成した光導波路であり、マッハツェンダ干渉系（あるいは、マッハツェンダ光導波路）を構成している。ここで、説明を簡単にするために、焦電効果に起因する温度ドリフトを抑圧するために通常用いられるＳｉ導電層は省略した。
【０００５】
なお、３ａ、３ｂは電気信号と光が相互作用する部位（相互作用部と言う）における光導波路（あるいは、相互作用光導波路）、つまりマッハツェンダ光導波路の２本のアームである。また、位相変調器の場合は直線光導波路でよい。ＣＰＷ進行波電極４は中心導体４ａ、接地導体４ｂ、４ｃからなっている。
【０００６】
さて、ＬＮ光変調器を光伝送システムにおいて使用する際には、金属筐体（パッケージ筐体の材料としてはプラスティックが使われる場合もあるが、一般的にはステンレスやコバールなどの金属が使用されるので、ここでは金属筐体とする）にＬＮ光変調器のチップ、光ファイバ、及び電気信号用のマイクロ波コネクタを固定した光変調器モジュールとせねばならない。
【０００７】
図７には特許文献１に開示された第１の従来技術に基づき、ＬＮ光変調器のチップを金属筐体５の内部に固定した光変調器モジュール５０について図示している。なお、説明を簡単にするために、図７においては図６には示したＳｉＯ２バッファ層２、光導波路３、ＣＰＷ進行波電極４などを全て省略し、ｚ−カットＬＮ基板１のみを示した。ここで、金属筐体５にはその一部が突出して形成された台座６が設けられており、ＬＮ基板１の台座６に相対向する面の全面が導電性接着剤７により台座６に固定されている。図７のＡ−Ａ´における断面図を図８に示している。
【０００８】
ｚ−カットＬＮ基板１、金属筐体５（正確には台座６）、導電性接着剤７の各々の熱膨張係数は互いに異なっている。そのため、光変調器モジュール環境温度が変化した場合にはこれらは異なった量の熱膨張（あるいは熱収縮）を生じる。ところが台座５とｚ−カットＬＮ基板１の台座６に相対向する全面を固定している導電性接着剤７は硬化後は非常に硬いので、ｚ−カットＬＮ基板１には台座６や導電性接着剤７が有する熱膨張係数の違いのために機械的な応力が発生する。
【０００９】
そしてｚ−カットＬＮ基板１は圧電効果を有しているために、機械的な応力を受けると図６に示した相互作用光導波路３ａ、３ｂの屈折率が変化し、その結果、光変調時に印加する最適なＤＣバイアス電圧が変化してしまう。これを温度ドリフトと呼んでいる。
【００１０】
図９には光変調器モジュールの環境温度が変化した場合におけるＤＣバイアス電圧の変化（あるいはバイアス電圧シフト）を示す。この図のように、この第１の従来技術では光変調器モジュールの環境温度の変化に伴い、大きなバイアス電圧シフトを発生してしまう。
【００１１】
さらに、上に述べた熱膨張係数の差が大きい場合にはｚ−カットＬＮ基板１が割れてしまう場合もある。
【００１２】
（第２の従来技術）
図１０には特許文献２に開示された第２の従来技術の光変調器モジュール５１を示す。ここで筐体８に設けられた台座９にはただ１つの突起部１０が形成されており、ｚ−カットＬＮ基板１は導電性接着剤７によりこの突起部１０においてのみ固定されている。
【００１３】
直ちにわかるように、この構造の問題点は振動試験・衝撃試験などの機械的強度試験に極めて弱いことである。実際にこの構造で光変調器モジュールを試作してみたが、振動試験においてｚ−カットＬＮ基板１が突起部１０から簡単に外れてしまい、その結果、ＬＮ光変調器チップに接続されていた不図示のファイバが切断されるとともに、ＬＮ光変調器チップが不図示の高周波コネクタからも外れてしまい、光変調器モジュールとして機能しなくなってしまった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平７−６４０３０号公報
【特許文献２】特開平４−１６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
以上のように、光変調器モジュールの環境温度が変化した際における光変調器モジュールを構成する材料の熱膨張係数の差に起因する温度ドリフトを抑圧するとともに、充分な機械的信頼性を有する光変調器モジュールを開発することに未だ苦労しているのが実情であり、これを解決することが急務である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の光変調器モジュールは、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光の位相を変調する高周波電気信号を印加するための中心導体及び接地導体からなる進行波電極とを有し、前記進行波電極が、前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調するための相互作用部を構成する光変調器チップと、内部に台座を持ち、前記光変調器チップが当該台座に接着剤で固定される筐体と、を具備する光変調器モジュールにおいて、前記基板の裏面の少なくとも一部に導電層が形成されており、前記接着剤は、導電性接着剤と、硬化後における柔軟特性が前記導電性接着剤よりも優れる柔軟性接着剤とでなり、前記基板の裏面と前記台座とが電気的に接続されるよう、前記台座の所定面積部分である第１の面領域で、前記導電層と前記台座とが前記導電性接着剤で接着されるとともに、前記台座の前記第１の面領域以外の部分である第２の面領域で、前記導電層と前記台座とが前記柔軟性接着剤で接着されることを特徴としている。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の請求項２に記載の光変調器モジュールは、請求項１に記載の光変調器モジュールにおいて、前記第１の面領域の面積が、前記第２の面領域の面積よりも狭いことを特徴としている。
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の請求項３に記載の光変調器モジュールは、請求項１に記載の光変調器モジュールにおいて、前記第１の面領域の面積と、前記第２の面領域の面積とが略等しいことを特徴としている。
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の請求項４に記載の光変調器モジュールは、請求項１に記載の光変調器モジュールにおいて、前記第１の面領域の面積が、前記第２の面領域の面積よりも広いことを特徴としている。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項５に記載の光変調器モジュールは、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器モジュールにおいて、前記第１の面領域が、前記第２の面領域よりも高い位置に形成されていることを特徴としている。
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の請求項６に記載の光変調器モジュールは、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器モジュールにおいて、前記第１の面領域が、前記第２の面領域と略等しい高さ位置に形成されていることを特徴としている。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項７に記載の光変調器モジュールは、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器モジュールにおいて、前記第１の面領域が、前記第２の面領域よりも低い位置に形成されていることを特徴としている。
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明の請求項８に記載の光変調器モジュールは、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光変調器モジュールにおいて、前記第１の面領域と前記第２の面領域との境界に凹部が形成されていることを特徴としている。
【００２４】
上記課題を解決するために、本発明の請求項９に記載の光変調器モジュールは、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光変調器モジュールにおいて、前記第１の面領域が、前記光の導波方向における前記台座の略中央、あるいは前記台座の端近傍に形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、ＬＮ基板の裏面に導電層を形成するとともに、金属筐体の台座の一部分である第１の面領域で、ＬＮ基板の裏面に形成した導電層と台座とを導電性接着剤により接続固定し、かつ台座の第１の面領域以外の部分である第２の領域で、ＬＮ基板の裏面に形成した導電層と台座とを、硬化後における柔軟特性が導電性接着剤よりも優れる（換言すれば、導電性接着剤よりも柔らかい）接着剤により固定する。これにより、ＬＮ基板の裏面全体が金属筐体と同電位となるため焦電効果を抑えることができる。
【００２６】
また、環境温度の変化に伴って生じるＬＮ基板と筐体との熱膨張係数の違いにより生じるＬＮ基板への応力を柔らかい接着剤によって吸収することが可能である。さらに、この柔らかい接着剤が接着している面積は広いのでＬＮ基板の台座への高い接着強度を実現できる。
【００２７】
以上により、本発明を用いることにより、環境温度の変化に伴う温度ドリフトを抑圧できるとともに、高い機械的信頼性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光変調器モジュールの断面図
【図２】本発明の第１の実施形態の特性を説明する図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る光変調器モジュールの断面図
【図４】本発明の第３の実施形態に係る光変調器モジュールの断面図
【図５】本発明の第４の実施形態に係る光変調器モジュールの断面図
【図６】第１の従来技術に係る光変調器モジュールに内蔵する光変調器チップの斜視図
【図７】第１の従来技術に係る光変調器モジュールの斜視図
【図８】図７のＡ−Ａ´における断面図
【図９】第１の従来技術の実施形態の特性を説明する図
【図１０】第２の従来技術に係る光変調器モジュールの断面図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図６から図１０に示した従来の実施形態と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を省略する。また、光導波路、進行波電極、および相互作用部は、従来の実施形態と同様に形成されているものとして説明するが、これに限定されるものではない。
【００３０】
（第１の実施形態）
本発明における第１の実施形態について、第１の従来技術の図８に対応する光変調器モジュール５２の断面図を図１に示す。ここで１２はＳｉあるいはＴｉなどからなる導電層、１３は金属筐体、１４は金属筐体１３に設けた台座、１５は台座１３に形成した第１の面領域、１６、１７は第１の面領域１５と凹部を介して形成された第２の面領域、１８は導電性接着剤、１９は１８とは異なる接着剤である。この接着剤１９は、ｚ−カットＬＮ基板１や台座１４の熱膨張係数の差を吸収するために設けたものであり、接着力が高く、かつ比較的柔らかい材料が好適であり、例えば紫外線や加熱により硬化する材料が用いられる。詳細には、硬化後における柔軟特性が導電性接着剤よりも優れる（換言すれば、導電性接着剤よりも柔らかい）接着剤である（以降、１９を柔軟性接着剤と言う）。
【００３１】
２０と２１は導電性接着剤１８と柔軟性接着剤１９の逃げのため（両者の混ざり防止のため）に設けた凹部であり、逃げ部と呼ぶ。
【００３２】
ｚ−カットＬＮ基板１の裏面全面（あるいは所定の面積）には導電層１２を形成しているので、ｚ−カットＬＮ基板１の下面全体は導電性接着剤１８を介して台座１４、即ち金属筐体１３と電気的に導通している。これにより、ＬＮ基板１の下面全体が金属筐体１３と同電位となるため焦電効果を抑えることができる。
【００３３】
また、柔軟性接着剤１９により、熱膨張係数の違いにより生じるＬＮ基板へのせん断応力をより吸収できる。
【００３４】
なお、凹部２０、２１には導電性接着剤が完全には、あるいは極論すると全く入らなくても良いことは言うまでもない。
【００３５】
台座１４の光導波路長手方向の全長が６０ｍｍである場合において、第１の面領域１５については、光導波路長手方向の長さが１ｍｍ〜２０ｍｍ程度で好適であることを確認している。また３０ｍｍ程度まで長くしても良いことは言うまでもない。但し、場合によってはこれよりも長くても良いことは言うまでもない。
【００３６】
詳細には、光導波路長手方向における第２の面領域１６，１７と第１の面領域１５との面積比が、９：１〜８：２の範囲で特に好適であり、１：１程度まで適用可能である。さらに、第２の面領域１６，１７の方が面積比が小さくても良い場合もある。
【００３７】
図２には光変調器モジュールの温度ドリフトの特性について本発明の場合を実線で示す。参考のために、第１の従来技術の場合を点線で示している。ここで言う温度ドリフトは光変調器モジュールの環境温度の変化に伴う機械的な応力により生じている。この図からわかるように、本発明を適用することにより、温度ドリフト特性が大幅に改善できている。
【００３８】
なお、本実施形態においては第１の面領域１５と第２の面領域１６、１７を同一高さとして説明したが、第１の面領域１５の方を低く構成してもよく、好適には（第４の実施形態で述べるように）第１の面領域１５の方を高く構成するとよい。
【００３９】
（第２の実施形態）
本発明における第２の実施形態について、その光変調器モジュール５３の断面図を図３に示す。ここで、２２は金属筐体、２３は金属筐体２２に形成した台座、２４は台座２２に形成した第１の面領域、２５は台座２２に形成した第２の面領域、７は導電性接着剤、１９は柔軟性接着剤である。２８は導電性接着剤７と柔軟性接着剤１９の逃げ部である。
【００４０】
この第２の実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を期待でき、かつ導電性接着剤を台座２３の片方の端部近傍に設けた第１の面領域２４のみに塗布しているので、第１の実施形態と比較してより製作性の高い構造と言うことができる。
【００４１】
なお、本実施形態においては第１の面領域２４と第２の面領域２５を同一高さとして説明したが、第１の面領域２４の方を低く構成してもよく、好適には（第４の実施形態で述べるように）第１の面領域２４の方を高く構成するとよい。
【００４２】
（第３の実施形態）
本発明における第３の実施形態について、その光変調器モジュール５４の断面図を図４に示す。ここで、２９は金属筐体、３０は台座、７は台座の所定の面領域（第１の面領域）で導電層１２と台座３０とを接着する導電性接着剤、１９は台座の別の所定の面領域（第２の面領域）で導電層１２と台座３０とを接着する柔軟性接着剤である。
【００４３】
本実施形態では台座に逃げ部（凹部）を設けていないので、よりコストが低い構造と言うことができる。
【００４４】
なお、台座３０の導電性接着剤７が接する部位（第１の面領域）と柔軟性接着剤１９が接する部位（第２の面領域）とは、異なる高さ（例えば導電性接着剤７が接する部位の方が低い）に構成してもよく、好適には（第４の実施形態で述べるように）導電性接着剤７が接する部位の方を高く構成するとよい。
【００４５】
（第４の実施形態）
本発明における第４の実施形態について、その光変調器モジュール５５の断面図を図５に示す。ここで、３３は金属筐体、３４は台座、３５は台座３４に形成した第１の面領域、３７、３８は台座３４に形成した第２の面領域である。７は導電性接着剤、１９は柔軟性接着剤である。
【００４６】
本実施形態では、第１の面領域３５の高さが第２の面領域３７、３８より高く形成されている。これにより、柔軟性接着剤１９が導電性接着剤７よりも分厚くなり、熱膨張係数の違いにより生じるＬＮ基板へのせん断応力をより吸収できる構造となっている。
【００４７】
なお、この第１の面領域３５は台座３４において光導波路長手方向の中心付近でなくても良いし、端の部分に設けても良いことは言うまでもない。
【００４８】
（各種実施形態について）
本発明は、電極の形態にとらわれるものではない。従って、ＣＰＷ電極を例にとり説明したが、非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）や対称コプレーナストリップ（ＣＰＳ）などの各種進行波電極、あるいは集中定数型の電極でも良いことは言うまでもない。また、光導波路としてはマッハツェンダ型光導波路の他に、方向性結合器や直線など、その他の光導波路でも良い。
【００４９】
なお、本明細書の中で述べた台座に設けた第１の面領域と第２の面領域の高さは互いに同じ高さであっても良いし、互いに異なっていても良い。
【００５０】
また、以上の実施形態はｘ−カット、ｙ−カットもしくはｚ−カットの面方位、即ち、基板表面（カット面）に対して垂直な方向に結晶のｘ軸、ｙ軸もしくはｚ軸を持つ基板にも適用可能であるし、以上に述べた各実施形態での面方位を主たる面方位とし、これらに他の面方位が副たる面方位として混在しても良いし、ＬＮ基板のみでなく、リチウムタンタレートなどその他の基板でも良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明に係る光変調器は、環境温度に対してバイアス電圧の変化が小さく、かつ機械的信頼性が高い光変調器モジュールとして有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１：ｚ−カットＬＮ基板（基板、ＬＮ基板）
２：ＳｉＯ２バッファ層（バッファ層）
３：光導波路
３ａ、３ｂ：相互作用部の光導波路（光導波路）
４：進行波電極
４ａ：中心導体
４ｂ、４ｃ：接地導体
５、８，１３、２２、２９、３３：金属筐体
６、９、１４、２３、３０、３４：台座
７：導電性接着剤
１２：導電層
１０：突起部
１５、２４、３５：第１の面領域
１６、１７、２５、３７、３８：第２の面領域
１９：柔軟性接着剤
２０、２１、２８：逃げ部（凹部）
４０：ＬＮ光変調器（ＬＮ光変調器チップ）
５０、５１、５２、５３、５４、５５：光変調器モジュール
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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