(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有し、厚みが１０μｍ以下の結晶性基板と、前記結晶性基板に形成された光導波路と、前記光導波路を通過する光を変調するための変調電極とを有する光変調素子において、
前記結晶性基板は、支持基板上に低誘電率層を介して支持され、
前記変調電極は、前記結晶性基板を挟むように配置された第１電極と第２電極とからなり、
前記第１電極は、少なくとも信号電極と接地電極とからなるコプレーナ型の電極を有し、
前記第２電極は、前記信号電極と前記接地電極とが対向して並列配置されてなる変調領域部において、少なくとも接地電極を有すると共に、前記第１電極の信号電極と前記第２電極の接地電極とによって前記光導波路に電界を印加するように構成されており、前記変調領域部と略垂直に位置し、前記信号電極が幅広に形成されてなる変調信号入出力部において、少なくとも前記第１の電極の、前記信号電極の下方には前記第２電極を有しないように構成し、
前記信号入出力部において、前記第２電極から支持基板の方向に向けて離隔した位置に前記低誘電率層を介して追加の接地電極を有することを特徴とする、光変調素子。
【請求項２】
前記第２電極と前記追加の接地電極とは、５０μｍ以上離隔して位置することを特徴とする、請求項１に記載の光変調素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調素子に関し、特に、電気光学効果を有し、厚みが１０μｍ以下の結晶性基板と、前記結晶性基板に形成された光導波路と、前記光導波路を通過する光を制御するための変調電極とを有する光変調素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信分野や光測定分野において、電気光学効果を有する基板上に光導波路や制御電極を形成した導波路型光変調器や導波路型光スイッチなどの各種の光制御素子が多用されている。現在利用されている光制御素子の多くの形態は、図１に示すような、厚さ０．５〜１ｍｍ程度の電気光学結晶基板１に、光導波路２や信号電極４及び接地電極５を形成したものである。なお、図１はＺカット型ＬｉＮｂＯ３基板を用いた光変調器の例であり、符号３はＳｉＯ２膜などのバッファ層を示している。
【０００３】
特に、導波路型光変調器においては、光導波路内を伝搬する光波を変調制御するため、マイクロ波信号が制御電極に印加されている。このため、マイクロ波が効率的に制御電極を伝搬するためには、マイクロ波を光変調器に導入する同軸ケーブルなどの信号線路と光変調器内の制御電極とのインピーダンス整合を図る必要がある。このため、図１に示すように、信号電極４を接地電極５で挟み込む形状、いわゆるコプレーナ型の制御電極が利用されている。
【０００４】
しかしながら、コプレーナ型制御電極の場合には、基板１の電気光学効果の効率が高い方向（図１のＺカット型ＬｉＮｂＯ３基板の場合には、上下方向が前記方向に該当する）に、効率的に外部電界が作用しないため、必要な光変調度を得るために、より大きな電圧が必要となる。具体的には、ＬｉＮｂＯ３（以下、「ＬＮ」という）基板を利用し、光導波路に沿った電極長が１ｃｍの場合には、約１０〜１５Ｖ程度の半波長電圧が必要となる。
【０００５】
また、図２に示すように、特許文献１には、光導波路の光波の閉じ込めを改善し、制御電極が生成する電界をより効率良く光導波路に印加するために、光導波路をリッジ型導波路２０とし、信号電極４及び４１に対して、接地電極５，５１，５２をより近接配置する構成が提案されている。この構成により、ある程度の駆動電圧の低減は実現できるが、特に、高周波帯域における高速変調を実現するには、より一層の駆動電圧の低減が不可欠である。
【特許文献１】米国特許明細書第６，５８０，８４３号
【０００６】
また、特許文献２には、図３に示すように、基板を制御電極で挟み込み、電気光学効果の効率が高い方向（図３のＺカット型ＬｉＮｂＯ３基板の場合には、上下方向が前記方向に該当する）に電界を印加することが提案されている。しかも、図３の光変調器は、電気光学効果を有する基板を分極反転し、自発分極の方向（図中の矢印方向）が異なる基板領域１０Ａ及び１０Ｂを形成すると共に、各基板領域には光導波路２が形成されており、共通の信号電極４２と接地電極５３で各光導波路に電界を印加した場合には、各光導波路を伝搬する光波には逆向きの位相変化を発生させることが可能となる。このような差動駆動により、駆動電圧をより一層低下させることが可能となる。
【特許文献２】特許第３６３８３００号公報
【０００７】
しかしながら、図３のような電極構造では、マイクロ波の屈折率が高くなり、光導波路を伝搬する光波と変調信号であるマイクロ波との速度整合を取ることが困難となる。しかも、インピーダンスは逆に低くなるため、マイクロ波の信号線路とのインピーダンス整合を取ることも難しくなるという欠点がある。
【０００８】
他方、以下の特許文献３又は４においては、３０μｍ以下の厚みを有する極めて薄い基板（以下、「薄板」という）に、光導波路並びに変調電極を組み込み、前記薄板より誘電率の低い他の基板を接合し、マイクロ波に対する実効屈折率を下げ、マイクロ波と光波との速度整合を図ることが行われている。
【特許文献３】特開昭６４−１８１２１号公報
【特許文献４】特開２００３−２１５５１９号公報
【０００９】
しかしながら、このような薄板を用いた光変調器に対して、図１乃至図３のような構造の制御電極を形成した場合であっても、依然として、上述した問題は、根本的に解消されていない。図３のような制御電極で基板を挟み込む場合には、基板の厚みを薄くした場合、マイクロ波屈折率は下がる傾向にあるが、光波とマイクロ波との速度整合を実現するのは困難である。電極の幅にも依存するが、例えば、ＬＮの薄板を用いた場合で、実効屈折率が約５程度であり、最適値である２．１４には及ばない。他方、インピーダンスは、基板が薄くなるに従い下がる傾向となり、インピーダンス不整合が拡大する原因となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、マイクロ波と光波との速度整合やマイクロ波のインピーダンス整合が実現でき、特にマイクロ波を光変調器に導入する同軸ケーブルなどの信号線路と光変調器内の制御電極とのインピーダンス整合を実現することができ、駆動電圧の低減が可能な光制御素子を提供することである。
【００１１】
また、駆動電圧の低減により、光制御素子の温度上昇を抑制でき安定動作が可能な光制御素子を提供することであり、さらには、コストのより安い低駆動電圧型駆動装置を利用できる光制御素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１に係わる発明では、
電気光学効果を有し、厚みが１０μｍ以下の結晶性基板と、前記結晶性基板に形成された光導波路と、前記光導波路を通過する光を変調するための変調電極とを有する光変調素子において、
前記結晶性基板は、支持基板上に低誘電率層を介して支持され、
前記変調電極は、前記結晶性基板を挟むように配置された第１電極と第２電極とからなり、
前記第１電極は、少なくとも信号電極と接地電極とからなるコプレーナ型の電極を有し、
前記第２電極は、前記信号電極と前記接地電極とが対向して並列配置されてなる変調領域部において、少なくとも接地電極を有すると共に、前記第１電極の信号電極と前記第２電極の接地電極とによって前記光導波路に電界を印加するように構成されており、前記変調領域部と略垂直に位置し、前記信号電極が幅広に形成されてなる変調信号入出力部において、少なくとも前記第１の電極の、前記信号電極の下方には前記第２電極を有しないように構成し、
前記信号入出力部において、前記第２電極から支持基板の方向に向けて離隔した位置に前記低誘電率層を介して追加の接地電極を有することを特徴とする、光変調素子に関する。
【００１３】
請求項２に係わる発明では、
前記第２電極と前記追加の接地電極とは、５０μｍ以上離隔して位置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係わる発明により、電気光学効果を有し、厚みが１０μｍ以下の結晶性基板と、前記結晶性基板に形成された光導波路と、前記光導波路を通過する光を制御するための変調電極とを有する光変調素子において、前記変調電極は、前記結晶性基板を挟むように配置された第１電極と第２電極とからなり、前記第１電極は、少なくとも信号電極と接地電極とからなるコプレーナ型の電極を有し、前記第２電極は、前記信号電極と前記接地電極とが対向して並列配置されてなる変調領域部において、少なくとも接地電極を有すると共に、第１電極の信号電極と協働して前記光導波路に電界を印加するよう構成されているため、マイクロ波と光波との速度整合やマイクロ波のインピーダンス整合が実現でき、高速動作が可能な光制御素子を提供することができる。
【００２２】
また、前記第２電極は、前記変調領域部と略垂直に位置し、前記信号電極が幅広に形成されてなる変調信号入出力部において、少なくとも前記第１の電極の、前記信号電極の下方には電極を有しないように構成している。この場合、前記電極が存在しないことに起因して、前記変調信号入出力部における前記変調電極の静電容量が増大し、その結果インピーダンスの増大を図ることができ、マイクロ波を光変調素子に導入する同軸ケーブルなどの信号線路と光変調器内の変調電極とのインピーダンス整合を実現することができるようになる。
【００２３】
なお、上述した駆動電圧の低減により、光変調素子の温度上昇を抑制でき安定動作が可能な光変調素子を提供することができ、さらには、コストのより安い低駆動電圧型駆動装置を利用できる光変調素子を提供することができるようになる。
【００２４】
請求項２及び３に係わる発明より、
前記結晶性基板は、支持基板上に低誘電率層を介して支持され、前記変調信号入出力部において、前記第２電極から支持基板の方向に向けて離隔した位置に前記低誘電率層を介して追加の接地電極を有するようにしている。この結果、前記第２電極は接地電極として機能させることができ、インピーダンス調整を容易に行うことができるようになる。また、このような接地電極は、外部からの電気信号をシールドする効果があるので、外部との接続（チップの設置状況など）の影響を受けにくい。
【００２５】
本発明の一例では、
電気光学効果を有し、厚みが１０μｍ以下の結晶性基板と、前記結晶性基板に形成された光導波路と、前記光導波路を通過する光を制御するための変調電極とを有する光変調素子において、前記変調電極は、前記結晶性基板を挟むように配置された第１電極と第２電極とからなり、前記第１電極は、少なくとも信号電極と接地電極とからなるコプレーナ型の電極を有し、前記第２電極は、前記信号電極と前記接地電極とが対向して並列配置されてなる変調領域部において、少なくとも接地電極を有すると共に、前記第１電極の信号電極と協働して前記光導波路に電界を印加するように構成されており、前記変調領域部と略垂直に位置し、前記信号電極が幅広に形成されてなる変調信号入出力部において、前記結晶性基板から前記支持基板の方向に向けて離隔した位置に低誘電率層を介して配置されている。このため、マイクロ波と光波との速度整合やマイクロ波のインピーダンス整合が実現でき、高速動作が可能な光変調素子を提供することができる。
【００２６】
また、前記第２電極は、変調信号入出力部において、前記結晶性基板から前記支持基板の方向に向けて離隔した位置に低誘電率層を介して配置されている。この場合、前記変調信号入出力部における前記変調電極の静電容量が増大し、その結果インピーダンスの増大を図ることができ、マイクロ波を光変調素子に導入する同軸ケーブルなどの信号線路と光変調器内の変調電極とのインピーダンス整合を実現することができるようになる。
【００２７】
なお、上述した駆動電圧の低減により、光変調素子の温度上昇を抑制でき安定動作が可能な光変調素子を提供することができ、さらには、コストのより安い低駆動電圧型駆動装置を利用できる光変調素子を提供することができるようになる。
【００２８】
本発明の一例では、光導波路をリッジ型光導波路とすることにより、光波の閉じ込め効率が高く、また、変調電極が形成する電界を光導波路に集中させることが可能となり、より低駆動電圧の光変調素子を実現することができる。
【００２９】
本発明の一例では、少なくともリッジ型導波路の両側に配置された溝に、低誘電率膜が充填し、変調電極におけるマイクロ波屈折率やインピーダンスの調整を可能とし、より適切なマイクロ波屈折率やインピーダンスを得ることができる。
【００３０】
本発明の一例では、少なくとも前記結晶性基板と、第１電極との間にはバッファ層を形成することにより、光導波路を伝搬する光波の伝搬損失を抑制しながら、変調電極を光導波路のより近傍に配置することが可能となる。
【００３１】
本発明の一例では、信号電極又は接地電極は、透明電極又は結晶性基板側に透明電極を配置した電極のいずれかで構成することにより、バッファ層が無い場合でも、光導波路を伝搬する光波の伝搬損失を抑制しながら、変調電極を光導波路のより近傍に配置することが可能となる。
【００３２】
本発明の一例では、上述した光変調素子において、
前記光導波路を２つの光導波路とし、一方の光導波路が属する前記結晶性基板の光導波路領域において、自発分極を反転させることにより、光変調素子の差動駆動が簡便な変調電極や駆動回路で容易に実現できる上、駆動電圧を低減することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図４は、本発明の光変調素子に係わる一例を示す平面図であり、図５は、前記光変調素子の変調領域部におけるＡ−Ａ線に沿って切った場合の断面図であり、図６は、前記光制御素子の信号入出力部におけるＢ−Ｂ線に沿って切った場合の断面図である。なお、前記変調領域部は、おおよそ信号電極及び接地電極が対向して並列配置されて、光導波路内を導波する光波（光信号）に対して実質的な変調がなされる領域部であり、前記信号入出力部は例えば図中破線で示すような領域であって、外部の同軸ケーブルなどとの接合を図る領域である。
【００３４】
なお、本例では、光導波路が形成されるべき薄板をＺカット型基板から構成した場合について示しており、また、前記光変調素子の要部のみを示している。
【００３５】
図４〜６に示すように、Ｚカット型基板（薄板１）中には光導波路２が形成され、薄板１を挟むように変調電極が配置されている。変調電極としては、薄板１の上側に配置された第１電極と、薄板の下側に配置された第２電極とがある。第１電極は、信号電極４及び接地電極５を含み、第２電極は接地電極５４を含んでいる。第１電極及び第２電極には、図示した電極以外にＤＣ電極など、必要な電極を適宜付加できることは言うまでもない。また、薄板１は、支持基板７上において接着層６を介して支持されている。
【００３６】
図４〜６の光変調素子の特徴は、変調領域部において、光導波路２に対して信号電極４と接地電極５による電界以外に、信号電極４と接地電極５４とによる電界が印加されることである。これにより、光導波路２をおける図の縦方向の電界を強くすることができ、駆動電圧を低減させることが可能となる。しかも、変調電極におけるマイクロ波の屈折率及びインピーダンスは、信号電極４と接地電極５及び５４により決定されるため、例えば、最適値であるマイクロ波屈折率２．１４、インピーダンス５０Ωに設定することも可能となる。
【００３７】
第１の電極は、薄板１との間にＳｉＯ２膜などのバッファ層３を介して配置されている。バッファ層には、光導波路を伝搬する光波が、変調電極により吸収又は散乱されることを防止する効果を有している。また、バッファ層の構成としては、必要に応じ、薄板１の焦電効果を緩和するため、Ｓｉ膜などを組み込むことも可能である。
【００３８】
また、第２の電極（接地電極５４）は、信号入出力部において、第１電極の信号電極４の直下部分を含む領域を空隙部とし、かかる領域に接地電極５４が存在しないようにしている。従って、前記空隙部には接地電極５４に代わって接着層６が介在するようになるので、前記信号入出力部における第１電極及び第２電極からなる変調電極の静電容量が増大し、その結果、インピーダンスが増大するようになる。したがって、前記信号入出力部におけるインピーダンスを汎用のインピーダンス値である５０Ωに限りなく近づけることができるようになる。したがって、外部の同軸ケーブルなどとのインピーダンス整合を採った接合が容易となる。
【００３９】
なお、前記空隙部の幅は、信号電極４の少なくとも直下部分に相当するようにすることが必要であり、インピーダンス整合の度合いに応じて、前記幅よりも適宜増大させることができる。
【００４０】
換言すれば、本実施形態の光変調素子によれば、マイクロ波と光波との速度整合やマイクロ波のインピーダンス整合が実現でき、しかも、駆動電圧の低減が可能な光変調素子を提供することができるようになる。また、駆動電圧の低減により、光変調素子の温度上昇を抑制でき安定動作が可能な光変調素子を提供することができ、さらには、コストのより安い低駆動電圧型駆動装置を利用できる光変調素子を提供することができるようになる。さらには、マイクロ波を光変調素子に導入する同軸ケーブルなどの信号線路と光変調器内の変調電極とのインピーダンス整合を実現することができるようになる。
【００４１】
薄板１は、第２電極が形成された後に、接着層６を介して支持基板７に接合される。これにより、薄板１が１０μｍ以下の場合でも、光変調素子として十分な機械的強度を確保することが可能となる。なお、接着層６は、低誘電率層としても機能するものである。したがって、接着層（低誘電率層）６が厚くなると、信号電極と接地電極との間隔が広がるため、電極間容量が小さくなり、インピーダンスが大きくなる。例えば、信号電極幅が１００μｍであり、接地電極が１４０μｍである場合に、インピーダンスが３０〜６０Ωの範囲に入る厚さは２５μｍ以下となる。また、低誘電率層として接着層以外の例えばＳｉＯ２などを用いた場合でも、同様である。
【００４２】
図７は、Ｘカット型の基板を用いた場合の、図５に相当する断面図であり、電気光学効果の効率が高い方向は、図の横方向となる。このため、第１電極では、光導波路２を挟む位置に信号電極４と接地電極５とを配置し、第２電極では、信号電極４と接地電極５５及び５６とが形成する電界が、光導波路２に対して横方向の成分を有するように、接地電極５５及び５６の形状及び配置が決定されている。なお、後述するように、第２電極を光導波路の形状に対応してパターン状電極とすることにより、より最適な電界分布を形成することが可能となる。
【００４３】
なお、本実施形態でも、光導波路２に対して信号電極４と接地電極５による電界以外に、信号電極４と接地電極５４とによる電界が十分に印加されるようにすべく、薄板１の厚さは１０μｍ以下とする。また、薄板１の下限値は特に限定されるものではないが、例えば０．７μｍとする。これよりも薄いと十分な大きさの光導波路２を形成することが困難になる。
【００４４】
薄板に使用される電気光学効果を有する結晶性基板としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料及びこれらの組み合わせが利用可能である。特に、電気光学効果の高いニオブ酸リチウム（ＬＮ）やタンタル酸リチウム（ＬＴ）結晶が好適に利用される。
【００４５】
光導波路の形成方法としては、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させることにより形成することができる。また、特許文献５のように薄板１の表面に光導波路の形状に合わせてリッジを形成し、光導波路を構成することも可能である。
【００４６】
信号電極や接地電極などの変調電極は、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。また、後述する透明電極については、ＩＴＯや赤外透明導電膜であるＩｎとＴｉの複合酸化物膜などが利用可能であり、フォトリソグラフィー法により電極パターンを形成しリフトオフ法によって形成する方法や、所定の電極パターンが残るようにマスク材を形成し、ドライエッチング、あるいはウエットエッチングにて形成する方法などが使用可能である。
【特許文献５】特開平６−２８９３４１号公報
【００４７】
光変調素子を含む薄板１の製造方法は、数百μｍの厚さを有する基板に上述した光導波路を形成し、基板の裏面を研磨して、１０μｍ以下の厚みを有する薄板を作成する。その後薄板の表面に変調電極を作り込む。また、光導波路や変調電極などの作り込みを行った後に、基板の裏面を研磨することも可能である。なお、光導波路形成時の熱的衝撃や各種処理時の薄膜の取り扱いによる機械的衝撃などが加わると、薄板が破損する危険性もあるため、これらの熱的又は機械的衝撃が加わり易い工程は、基板を研磨して薄板化する前に行うことが好ましい。
【００４８】
支持基板７に使用される材料としては、種々のものが利用可能であり、例えば、薄板と同様の材料を使用する他に、石英、ガラス、アルミナなどのように薄板より低誘電率の材料を使用したり、薄板と異なる結晶方位を有する材料を使用することも可能である。ただし、線膨張係数が薄板と同等である材料を選定することが、温度変化に対する光変調素子の変調特性を安定させる上で好ましい。仮に、同等の材料の選定が困難である場合には、薄板と支持基板とを接合する接着剤に、薄板と同等な線膨張係数を有する材料を選定する。
【００４９】
薄板１と支持基板７との接合には、接着層６として、エポキシ系接着剤、熱硬化性接着剤、紫外線硬化性接着剤、半田ガラス、熱硬化性、光硬化性あるいは光増粘性の樹脂接着剤シートなど、種々の接着材料を使用することが可能である。
【００５０】
図８は、図４〜６に示す光変調素子の変形例を示す要部断面図である。図８に示す断面図は、上記実施形態の信号入出力部における断面図である図６に相当するものである。本例では、信号入出力部において、支持基板７と接着層６との間において接地電極５４を有するように構成されている。したがって、前記信号入出力部では、第１電極及び第２電極との間に接着層６が介在するようになるので、これら電極から構成される変調電極の静電容量が増大し、その結果インピーダンスの増大を図ることができ、マイクロ波を光変調素子に導入する同軸ケーブルなどの信号線路と光変調器内の変調電極とのインピーダンス整合を実現することができるようになる。
【００５１】
なお、上記作用効果をより効果的に奏するようにするためには、接着層６の厚さが５０μｍ以上であることが好ましい。また、接着層６の厚さの上限は特に限定されるものではないが、例えば２００μｍとすることができる。
【００５２】
図９は、図４〜６に示す光変調素子の他の変形例を示す要部断面図である。図９に示す断面図は、上記実施形態の信号入出力部における断面図である図６に相当するものである。本例では、信号入出力部において、第１電極の信号電極４の直下部分を含む領域を空隙部とし、かかる領域に接地電極５４が存在しないようにしている。また、支持基板７と接着層６との間において追加の接地電極５７を有するように構成されている。
【００５３】
従って、前記信号入出力部では、前記空隙部には接地電極５４に代わって接着層６が介在するとともに、追加の接地電極と第１電極との間にも接着層６が介在するようになるので、前記信号入出力部における第１電極及び第２電極からなる変調電極の静電容量が増大し、その結果、インピーダンスが増大するようになる。したがって、前記信号入出力部におけるインピーダンスを汎用のインピーダンス値である５０Ωに限りなく近づけることができるようになる。したがって、外部の同軸ケーブルなどとのインピーダンス整合を採った接合が容易となる。
【００５４】
以下に、本発明に係わる光変調素子の応用例について説明する。なお、以下の図面には、前出した部材と同じ部材を用いる場合には、可能な限り同じ符号を用い、さらに、構成の特徴を明確にするため、必要に応じ接着層や支持基板を省略して記載している。また、記載が冗長となるのを防止すべく、図４〜６に示す実施形態を中心とした応用例について説明するようにしている。また、以下の応用例は、光変調素子の変調領域部に関するものであり、以下に示す図面は、上記実施形態の図５に相当する断面図である。
【００５５】
（リッジ型導波路を有する光変調素子）
図１０〜１２は、図４〜６に示す光変調素子に係わる応用例であり、光導波路をリッジ型導波路で形成した例を示す。光導波路をリッジ型光導波路で形成することにより、光波の閉じ込め効率が高くなり、また、変調電極が形成する電界を光導波路に集中させることが可能となるため、より低駆動電圧の光変調素子を実現することができる。
【００５６】
図１０に示すように、光変調素子の光導波路をリッジ型導波路２０することによって、リッジ部２０に伝搬する光波を閉じ込めている。リッジ部２０には、信号電極４と接地電極５とが形成する電界と、信号電極４と接地電極５４とが形成する電界とが集中的に印加されるため、光変調素子の駆動伝達を低減させることにも寄与する。
【００５７】
図１１は、２つの光導波路２をリッジ型導波路２０とするものである。リッジ型導波路に対応して信号電極４及び４１が配置され、信号電極には互いに逆向きの信号などが印加されている。例えば、左側のリッジ部２０についてみると、信号電極４と接地電極５とが形成する電界と、信号電極４と接地電極５４とが形成する電界と、さらには信号電極４と信号電極４１とが形成する電界とが集中的に印加される。
【００５８】
図１２は、２つの光導波路２をリッジ型導波路２０とすると共に、２つの光導波路間に、接地電極５１に対応したリッジ部を形成したものである。リッジ型導波路２０に対応して信号電極４及び４１が配置され、信号電極には個々独立した信号などが印加されている。
【００５９】
例えば、左側のリッジ部２０についてみると、信号電極４と接地電極５とが形成する電界と、信号電極４と接地電極５４とが形成する電界と、さらには信号電極４と接地電極５１とが形成する電界とが集中的に印加される。
【００６０】
（低誘電率膜を有する光変調素子）
図１３は、図４〜６に示す光変調素子に係わる他の応用例であり、リッジ型導波路を形成する溝や、第１電極を構成する信号電極４と接地電極５との間に低誘電率膜を配置した例を示す。このような低誘電率膜の配置により、変調電極におけるマイクロ波屈折率やインピーダンスの調整が可能となり、また、変調電極の配線の自由度を増加させることが可能となる。
【００６１】
低誘電率膜の材料としては、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などが使用でき、低誘電率膜の製造方法として、塗付法などが利用できる。
【００６２】
図１３に示すように、リッジ型導波路２０の両側に形成される溝や、信号電極４と接地電極５との間、あるいは第１電極を覆うように低誘電率膜８を形成することができる。
【００６３】
（薄板の裏面側に光導波路を形成した光変調素子）
図１４及び１５は、図４〜６に示す光変調素子に係わるその他の応用例であり、光導波路２（リッジ型導波路２０）を薄板１の裏面（図の下側）に形成した例を示す。
厚みが１０μｍ以下の薄板を使用する場合には、図１４のように、光導波路２を薄板１の裏面に形成し、第１電極である信号電極４及び接地電極５を薄板の表面に、また、第２電極である接地電極５４を薄板１の裏面に形成しても、特に信号電極４と接地電極５４とが形成する電界により、リッジ部２０に電界を印加させることが可能となる。
【００６４】
また、図１５は、２つの信号電極４及び４１を用いた例であり、左側のリッジ部２０に対しては、特に信号電極４と接地電極５４とが形成する電界により、また、右側のリッジ部２０に対しては、特に信号電極４１と接地電極５４とが形成する電界により、電界が印加される。
【００６５】
なお、各リッジ部２０を形成する溝には、必要に応じて低誘電率膜８１を形成することができる。
【００６６】
図１０〜１２のような光変調素子の場合には、リッジ型導波路のリッジ部の頂上に信号電極４や４１を正確に配置することが必要であるが、図１４及び１５のような光変調素子の場合には、信号電極４や４１の幅をリッジ型導波路の幅以上に設定するだけで、両者間に若干の位置ズレが発生しても、効率よくリッジ部に電界を印加することができるという利点を有している。
【００６７】
（透明電極を利用した光変調素子）
図１６〜１９は、図４〜６に示す光変調素子に係わるさらにその他の応用例であり、透明電極（９及び９１至９６）を電極に使用した例を示す。信号電極又は接地電極に、透明電極又は薄板側に透明電極を配置した電極のいずれかを用いることにより、バッファ層が無い場合でも、光導波路を伝搬する光波の伝搬損失を抑制しながら、変調電極を光導波路のより近傍に配置することが可能となり、駆動電圧を低減させることができる。
【００６８】
図１６は、第２電極の接地電極に透明電極９を使用する例であり、図１７は第１電極に透明電極９１，９２を使用する例である。これらの場合には、図１６で示したバッファ層３が本質的に不要となり、電極を光導波路に近接して配置することが可能となる。なお、図１７の第１電極を構成する接地電極（透明電極９１）は、電極の近傍に光導波路が無いため、通常の金属電極で形成しても良い。
【００６９】
図１８は、変調電極の一部（薄板１又は１１に接する側）に、透明電極を使用する例を示すものである。透明電極は、一般的にＡｕなどの金属電極と比較して電気抵抗率が高いため、電極の電気抵抗を下げる目的で、透明電極９や９３乃至９６に接触して金属電極１４０，１５０，１５１を配置することができる。また、透明電極は、９３や９５，９６に示したようにリッジ型導波路の近傍又はリッジ型光導波路の側面に配置することも可能であり、極めて効果的に電界を導波路に作用させることが可能となる。
【００７０】
なお、図１８は、Ｚカット型基板を薄板として用いた例であるが、参考のために図１９には、Ｘカット型基板を薄板として用いた場合の例を示した。各符号の意味するところは同じであり、得られる作用効果も図１８に示すものと同じである。
【００７１】
（第２電極にパターン状電極を用いた光変調素子）
図２０は、図４〜６に示す光変調素子に係わる他の応用例であり、第２電極を形成する接地電極をパターン状電極で構成した例を示す。第２電極を、光導波路の形状に対応した形状を有するパターン状電極とすることにより、光導波路に印加される電界を、より適切な形状に調整でき、駆動電圧をより一層低減させることが可能なる。
【００７２】
図２０は、接地電極５７を光導波路２に沿ったストリップ状の電極とし、信号電極４と接地電極５７とが形成する電界を、より光導波路２に集中するように構成している。なお、図２０は、Ｚカット型基板を薄板として用いた例であるが、参考のために図２１には、Ｘカット型基板を薄板として用いた場合の例を示した。各符号の意味するところは同じであり、得られる作用効果も図２０に示すものと同じである。
【００７３】
（分極反転を用いた光変調素子）
図２２及び２３は、図４〜６に示す光変調素子に係わるその他の応用例であり、薄板１を分極反転した例を示す。光導波路の少なくとも一部を含む薄板１の自発分極を反転させることにより、光変調素子の差動駆動が、簡便な変調電極や駆動回路で容易に実現でき、駆動電圧の低減も可能となる。
【００７４】
図２２は、薄板１の基板領域１２と１３とにおいて、互いに異なる向き（図中の矢印）に自発分極が揃えられている。第１電極を構成する信号電極４３は、各基板領域１２及び１３に形成された光導波路２に対して、共通の電界を印加することが可能である。各光導波路においては互いに基板の分極方向が異なるため、光導波路を伝搬する光波の位相変化が逆の状態となり、結果として、差動駆動と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
図２３は、薄板１の基板領域１２と１３との分極方向を互いに異なるように調整すると共に、リッジ型光導波路を利用した場合の例を示す。２つのリッジ型導波路２０に電界を印加する信号電極４４は共通であり、さらに、２つの信号電極４４は接続線路４５により導通されている。また、リッジ型導波路を形成する溝や、信号電極と接地電極５との間には、低誘電率膜８が形成されている。
【実施例】
【００７６】
本実施例では、図４〜６に示すような光変調素子を作製した。なお、この場合、信号入出力部において、接地電極５４は全く形成しないようにした。なお、信号入出力部における信号電極４の幅は１００μｍとし、接地電極５とのギャップは１４０μｍとした。また、薄板１の厚さは４μｍとし、バッファ層３の厚さは３μｍとした。さらに、各電極はＡｕから構成し、薄板１はＺカット型のニオブ酸リチウム(LiNbO3)から構成し、バッファ層３はSiO２から構成するようにした。その結果、前記信号入出力部におけるインピーダンス値は約４３Ωとなった。
【００７７】
なお、前記信号入出力部において、前記接地電極を信号電極４の下方領域を含むようにして形成した場合は、インピーダンス値は約４Ωとなった。したがって、本実施例の光制御素子では、外部の同軸ケーブルなどとのインピーダンス整合を図った状態での接続を容易に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に係わる光変調素子によれば、マイクロ波と光波との速度整合やマイクロ波のインピーダンス整合が実現でき、しかも、駆動電圧の低減が可能な光変調素子を提供することが可能となる。また、駆動電圧の低減により、光変調素子の温度上昇を抑制でき安定動作が可能な光変調素子を提供でき、さらには、コストのより安い低駆動電圧型駆動装置を利用できる光変調素子を提供することが可能となる。また、マイクロ波を光変調素子に導入する同軸ケーブルなどの信号線路と光変調器内の変調電極とのインピーダンス整合を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】従来の光制御素子の例を示す図である。
【図２】同じく、従来の光制御素子の例を示す図である。
【図３】同じく、従来の光制御素子の例を示す図である。
【図４】本発明の光制御素子の例を示す平面図である。
【図５】図４の光制御素子をＡ−Ａ線に沿って切った場合の断面図である。
【図６】図４の光制御素子をＢ−Ｂ線に沿って切った場合の断面図である。
【図７】図４〜６に示す光制御素子の変形例を示す図である。
【図８】同じく、図４〜６に示す光制御素子の変形例を示す図である。
【図９】同じく、図４〜６に示す光制御素子の変形例を示す図である。
【図１０】本発明のリッジ型光制御素子の例を示す図である。
【図１１】同じく、本発明のリッジ型光制御素子の例を示す図である。
【図１２】同じく、本発明のリッジ型光制御素子の例を示す図である。
【図１３】低誘電率膜を有する光制御素子の例を示す図である。
【図１４】薄板の裏面側に光導波路を形成した光制御素子の例を示す図である。
【図１５】同じく、薄板の裏面側に光導波路を形成した光制御素子の例を示す図である。
【図１６】透明電極を利用した光制御素子の例を示す図である。
【図１７】同じく、透明電極を利用した光制御素子の例を示す図である。
【図１８】同じく、透明電極を利用した光制御素子の例を示す図である。
【図１９】同じく、透明電極を利用した光制御素子の例を示す図である。
【図２０】第２電極にパターン状電極を用いた光制御素子の例を示す図である。
【図２１】同じく、第２電極にパターン状電極を用いた光制御素子の例を示す図である。
【図２２】分極反転を用いた光制御素子の例を示す図である。
【図２３】同じく、分極反転を用いた光制御素子の例を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  Ｚカット型結晶基板
２  光導波路
３  バッファ層
４，４１，４２，４３，４４，１４０  信号電極
５，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５９，１５０  接地電極
６  接着層
７  支持基板
８，８１  低誘電率膜
９，９１，９２，９３，９４，９５，９６  透明電極
１１  Ｘカット型結晶基板
２０  リッジ型導波路（リッジ部）
【図１】
0004589354.tif 000002
【図２】
0004589354.tif 000003
【図３】
0004589354.tif 000004
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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