(57)【要約】  【課題】  駆動電圧が低く、かつ高速で変調が可能な光変調器を提供する。  【解決手段】  電気光学効果を有する基板１と、基板１に形成された光を導波するための光導波路３と、基板１の一方の面側に形成され、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４ａ及び接地導体４ｂ、４ｃからなる進行波電極４とを有し、進行波電極４が、高周波電気信号を印加することにより光の位相を変調するための相互作用部と、外部回路から相互作用部に高周波電気信号を印加するための入力用フィードスルー部を具備する光変調器において、進行波電極４が、相互作用部と入力用フィードスルー部との間に相互作用部の特性インピーダンスよりも高い特性インピーダンスを有するインピーダンス変換部を具備する。【選択図】  図１
2007072369.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、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と、外部回路から前記相互作用部に前記高周波電気信号を印加するための入力用フィードスルー部を具備する光変調器において、
前記進行波電極が、前記相互作用部と前記入力用フィードスルー部との間に前記相互作用部の特性インピーダンスよりも高い特性インピーダンスを有するインピーダンス変換部をさらに具備することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記インピーダンス変換部の特性インピーダンスが５０Ω以下であることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記インピーダンス変換部の特性インピーダンスが５０Ω以上であることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項４】
前記進行波電極が、前記相互作用部で前記光の位相を変調した前記高周波電気信号を前記相互作用部から取り出すための出力用フィードスルー部をさらに具備し、前記インピーダンス変換部の特性インピーダンスが前記出力用フィードスルー部の特性インピーダンスよりも高いことを特徴とする請求項１乃至３に記載の光変調器。
【請求項５】
前記出力用フィードスルー部に電気的に接続された終端抵抗を具備し、前記終端抵抗の抵抗値が前記相互作用部の特性インピーダンスとほぼ等しいことを特徴とする請求項４に記載の光変調器。
【請求項６】
前記出力用フィードスルー部の特性インピーダンスと前記相互作用部の特性インピーダンスを等しくしたことを特徴とする請求項４または５に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は駆動電圧が低く、かつ高速で変調が可能な光変調器の分野に属する。
【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、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ/ｓ、１０Ｇｂｉｔ/ｓ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４０Ｇｂｉｔ/ｓ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】
このＬＮ光変調器にはｚ−カット基板を使用するタイプとｘ−カット基板（あるいはｙ−カット基板）を使用するタイプがある。ここでは、従来技術としてｘ−カットＬＮ基板とコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）進行波電極を使用したｘ−カット基板ＬＮ光変調器をとり上げ、その斜視図を図７に示す。図８は図７のＡ−Ａ’における断面図である。なお、以下の議論はｚ−カット基板でも同様に成り立つ。
【０００４】
図中、１はｘ−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ｘ−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。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。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。また、図８においてＳは中心導体４ａの幅で６μｍから２０μｍ程度である。一方、Ｗは中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃの間のギャップ（あるいはＣＰＷのギャップ）である。
【０００５】
この従来技術では、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間にバイアス電圧（通常はＤＣバイアス電圧）と高周波電気信号（ＲＦ電気信号とも言う）を重畳して印加する。また、ＳｉＯ２バッファ層２は高周波電気信号の等価屈折率ｎｍ（あるいは、マイクロ波等価屈折率ｎｍ）を光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の実効屈折率ｎｏに近づけることにより、光変調帯域を拡大するという重要な働きをしている。
【０００６】
次に、このように構成されるＬＮ光変調器の動作について説明する。このＬＮ光変調器を動作させるには、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間にＤＣバイアス電圧とＲＦ電気信号とを印加する必要がある。
【０００７】
図９に示す電圧−光出力特性はある状態でのＬＮ光変調器の電圧−光出力特性であり、Ｖｂはその際のＤＣバイアス電圧である。この図９に示すように、通常、ＤＣバイアス電圧Ｖｂは光出力特性の山と底の中点に設定される。
【０００８】
図１０には半波長電圧Ｖπと相互作用部の長さＬとの積Ｖπ・ＬとＣＰＷのギャップＷとの関係を示す。なお、ＣＰＷのギャップＷとしては、現状２０μｍ〜４０μｍ程度が使用されている。ＣＰＷのギャップＷを狭くすると、相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光と相互作用する高周波電界強度が大きくなる。従って、この図に示すように、ＣＰＷのギャップＷを狭くすると、この積Ｖπ・Ｌは小さくなる。そして、この積Ｖπ・Ｌが低いほど駆動電圧が低いＬＮ光変調器を実現できる。１０Ｇｂｐｓ以上の速度でＬＮ光変調器を駆動する際の駆動電圧は５〜６Ｖ程度が実用上の限界であり、さらに少しでも駆動電圧が低いことが望まれる。よって駆動電圧の観点からは、ＣＰＷのギャップＷは狭いことが望ましい。
【０００９】
図１１には高周波電気信号のマイクロ波の等価屈折率ｎｍとＣＰＷのギャップＷとの関係を示す。図には相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の等価屈折率ｎｏ（ｎｏ≒２．２）も示している。
【００１０】
ＣＰＷのギャップＷが狭くなると中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃの間に生成された高周波電気信号は比誘電率が４程度と低いＳｉＯ２バッファ層２を多く感じるので、マイクロ波等価屈折率ｎｍを低減することができる（なお、ｘ−カットＬＮ基板１の比誘電率は３５程度である）。
【００１１】
一般に、マイクロ波等価屈折率ｎｍは光の等価屈折率ｎｏよりも大きく、ＬＮ光変調器を高速・広帯域で動作する際の大きな制限要因となっている。そのためＬＮ光変調器を１０Ｇｂｐｓ以上の高速で駆動するには、マイクロ波等価屈折率ｎｍを光の等価屈折率ｎｏに近づけることが不可欠となる。この観点からもＣＰＷのギャップＷは狭いことが望ましい。
【００１２】
以上のように、駆動電圧を低減するとともにマイクロ波等価屈折率ｎｍを光の等価屈折率ｎｏに近づけるという観点からはＣＰＷのギャップＷは狭いことが望ましいことがわかったが、従来技術においてＣＰＷのギャップＷを１５μｍ以下に狭くした際に生じる問題点について以下に記す。
【００１３】
図１２は中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃからなるＣＰＷ進行波電極４の特性インピーダンスＺ（以下の図１４におけるＺ３に対応）についてＣＰＷギャップＷを変数として示す。ＣＰＷギャップＷを狭くすると、特性インピーダンスＺが３０Ωあるいはそれ以下と著しく低くなり、ほぼ５０Ω系の外部信号源との間にインピーダンス不整合を生じてしまう。つまり、高周波電気信号のパワー反射率（いわゆるＳ１１）が劣化するという問題が生じる。
【００１４】
次に、このことについてさらに詳しく考察する。図７に示したｘ−カットＬＮ光変調器を構成する中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃからなるＣＰＷ進行波電極４の上面図を図１３に示す。
【００１５】
ここで、Ｉは不図示の外部信号源からの高周波電気信号（マイクロ波）をＣＰＷ進行波電極４に印加するための不図示のコネクタ芯線（あるいは金リボンや金ワイヤー）を接続する入力用フィードスルー部、ＩＩは入力用フィードスルー部Ｉと相互作用部ＩＩＩとの接続部（あるいは入力側接続部）、ＩＩＩは電気信号と光が相互作用する相互作用部、ＩＶは出力用フィードスルー部Ｖと相互作用部ＩＩＩとの接続部（あるいは出力側接続部）である。出力用フィードスルー部Ｖは不図示のコネクタ芯線（あるいは金リボンや金ワイヤー）もしくは終端抵抗に接続される。
【００１６】
図１４には図７に示したｘ−カットＬＮ光変調器の等価回路を示す。ここで、５は電気的ドライバなどの外部信号源、６は外部信号源の付加抵抗（インピーダンスをＲｇとする）である。また、７〜１１は入力用フィードスルー部Ｉから出力用フィードスルー部Ｖまでの等価的な線路に各々対応する。具体的には、７は入力用フィードスルー部Ｉ、８は入力側接続部ＩＩ、９は相互作用部ＩＩＩ、１０は出力側接続部ＩＶ、１１は出力用フィードスルー部Ｖの線路を各々表す。また、１２は終端抵抗である。
【００１７】
さらに、Ｚ１〜Ｚ５は入力用フィードスルー部Ｉから出力用フィードスルー部Ｖまでの特性インピーダンスであり、具体的には、Ｚ１は入力用フィードスルー部Ｉ（あるいは線路７）、Ｚ２は入力側接続部ＩＩ（あるいは線路８）、Ｚ３は相互作用部ＩＩＩ（あるいは線路９）、Ｚ４は出力側接続部ＩＶ（あるいは線路１０）、Ｚ５は出力用フィードスルー部Ｖ（あるいは線路１１）の特性インピーダンスに対応している。また、ＺＬは終端抵抗１２の抵抗値である。
【００１８】
次に、図７から図１４に示した従来技術のｘ−カットＬＮ光変調器について、インピーダンス不整合と変調帯域の観点からの問題点について考察する。
【００１９】
図１４において、Ｚｉｎは外部信号源５と付加抵抗６（インピーダンスＲｇ）からｘ−カットＬＮ光変調器を見た入力インピーダンスである。つまり、Ｚｉｎは入力用フィードスルー部Ｉの特性インピーダンスＺ１、入力側接続部ＩＩの特性インピーダンスＺ２、相互作用部ＩＩＩの特性インピーダンスＺ３、出力側接続部ＩＶの特性インピーダンスＺ４、出力用フィードスルー部Ｖの特性インピーダンスＺ５、及び終端抵抗１２の抵抗値ＺＬを、各部の長さと各部を伝搬する電気信号の等価屈折率を考慮した伝送線路の従属接続の考え方で合成した特性インピーダンスと言える。図中の１３は外部信号源５や付加抵抗６と入力用フィードスルー部Ｉとの境界を表す。
【００２０】
駆動電圧を下げ、マイクロ波等価屈折率ｎｍを光の等価屈折率ｎｏに近づけるためにＣＰＷギャップＷを１５μｍ以下と狭くした場合を考察する。この場合、相互作用部ＩＩＩの特性インピーダンスＺ３は３０Ωあるいはそれ以下と低くなる。
【００２１】
さて、従来技術では、その他の線路７、８、１０、１１の特性インピーダンス、つまり入力用フィードスルー部Ｉの特性インピーダンスＺ１、入力側接続部ＩＩの特性インピーダンスＺ２、出力側接続部ＩＶの特性インピーダンスＺ４、出力用フィードスルー部Ｖの特性インピーダンスＺ５、及び終端抵抗１２の抵抗値ＺＬは全て相互作用部ＩＩＩの特性インピーダンスＺ３と等しくしていた。
【００２２】
その結果、外部信号源５の付加抵抗６からｘ−カットＬＮ光変調器を見た入力インピーダンスＺｉｎの実部Ｒｅ（Ｚｉｎ）は図１５の実線で示すようにほとんど周波数ｆに依存せず、相互作用部ＩＩＩの特性インピーダンスＺ３と一致し、３０Ωもしくはそれ以下と低かった。
【００２３】
それに伴い、光の変調指数（パワー変調指数）｜ｍ｜２は入力インピーダンスＺｉｎと外部信号源５の付加抵抗６（インピーダンスＲｇ）とのインピーダンス不整合のために、図１６に示すように、周波数ｆとともに急速に劣化し３ｄＢ光変調帯域として１０ＧＨｚを確保することが極めて困難であった。
【００２４】
なお、Ｚｉｎ（この場合は、Ｚｉｎ＝Ｚ３）が３０Ω以下になると高周波電気信号のパワー反射率（Ｓ１１）は−１０ｄＢよりも高く（実際には、わずかなインピーダンス不整合により反射された高周波電気信号が重畳され、−５ｄＢ程度にまで劣化する）なってしまう。そうした場合には、反射された高周波電気信号が外部信号源５へ戻るので、変調された光パルスのジッタを増加させてしまうという問題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
以上のように、入力側や出力側のフィードスルー部や相互作用部などのＣＰＷ進行波電極を構成する各部が全て同じ特性インピーダンスであった従来技術に係る光変調器では、駆動電圧を低減するとともに、マイクロ波等価屈折率を光の等価屈折率に近づけるために、ＣＰＷ進行波電極のギャップを狭くすると、外部回路とのインピーダンス不整合が生じ、その結果、変調周波数に対して光変調帯域が急速に劣化するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光変調器は、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と、外部回路から前記相互作用部に前記高周波電気信号を印加するための入力用フィードスルー部を具備する光変調器において、前記進行波電極が、前記相互作用部と前記入力用フィードスルー部との間に前記相互作用部の特性インピーダンスよりも高い特性インピーダンスを有するインピーダンス変換部をさらに具備することを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項２の光変調器は、請求項１に記載の光変調器において、前記インピーダンス変換部の特性インピーダンスが５０Ω以下であることを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項３の光変調器は、請求項１に記載の光変調器において、前記インピーダンス変換部の特性インピーダンスが５０Ω以上であることを特徴とする。
【００２９】
本発明の請求項４の光変調器は、請求項１乃至３に記載の光変調器において、前記進行波電極が、前記相互作用部で前記光の位相を変調した前記高周波電気信号を前記相互作用部から取り出すための出力用フィードスルー部を具備し、前記インピーダンス変換部の特性インピーダンスが前記出力用フィードスルー部の特性インピーダンスよりも高いことを特徴とする。
【００３０】
本発明の請求項５の光変調器は、請求項４に記載の光変調器において、前記出力用フィードスルー部に電気的に接続された終端抵抗を具備し、前記終端抵抗の抵抗値が前記相互作用部の特性インピーダンスとほぼ等しいことを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項６の光変調器は、請求項４または５に記載の光変調器において、前記出力用フィードスルー部の特性インピーダンスと前記相互作用部の特性インピーダンスを等しくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明では相互作用部の前にインピーダンス変換部を設けているので、外部信号源から見た光変調器の入力インピーダンスを光変調器の中の進行波電極における相互作用部の特性インピーダンスよりも高くできる。従って、外部信号源と進行波電極のインピーダンス不整合を小さくできるので、光変調帯域および高周波電気信号のパワー反射率を改善できる。
【００３３】
本発明の請求項１により、光変調器の入力インピーダンスを光変調器の中の進行波電極における相互作用部の特性インピーダンスよりも高くできる。
【００３４】
本発明の請求項２により、インピーダンス変換部の特性インピーダンスを５０Ω以下と設定するので、光変調器としての入力インピーダンスを周波数に対して緩やかに変化させることができる。
【００３５】
本発明の請求項３により、インピーダンス変換部の特性インピーダンスを５０Ω以上と設定するので、光変調器としての入力インピーダンスを周波数に対して速やかに高くできる。
【００３６】
請求項４と５により、終端抵抗からの電気的反射を抑圧できる。
【００３７】
請求項６では、出力用フィードスルー部の特性インピーダンスと相互作用部の特性インピーダンスを等しくしたことにより、インピーダンスの整合が達成され、光変調器へ入力する高周波電気信号のパワー反射率（Ｓ１１）が所望の光変調帯域内にわたって、−５ｄＢ以下であることを実現できる。従って、共振器電極型でない進行波電極型の広帯域な光変調が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図７から図１６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。
【００３９】
図１に本実施形態に使用するＣＰＷ進行波電極４の上面図を示す。本実施形態においても従来技術と同様にＩは入力用フィードスルー部、ＩＩは入力側接続部、ＩＩＩは相互作用部、ＩＶは出力側接続部、及びＶは出力用フィードスルー部である。出力用フィードスルー部Ｖは不図示のコネクタ芯線（あるいは金リボンや金ワイヤー）もしくは終端抵抗に接続されるのも同じである。これらの従来技術と同じ構成に加えて、図１に示す本発明の実施形態には長さＬ６のインピーダンス変換部ＶＩが付加されている。
【００４０】
図１の相互作用部ＩＩＩのＢ−Ｂ’におけるｘ−カットＬＮ光変調器としての断面図を図２に示す。図８に示したＣＰＷのギャップＷが２０〜４０μｍ程度と広い従来技術と比較して、図２に示す本発明の実施形態ではＣＰＷのギャップＷ’が１５μｍ程度以下と極めて狭く設定している。ＣＰＷのギャップＷ’をこのように狭くすると、前述のように駆動電圧を低減できるとともに高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎｍを相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の等価屈折率ｎｏに近づけるという利点はあるものの、相互作用部ＩＩＩの特性インピーダンスＺ３は３０Ωかそれ以下となる。
【００４１】
またインピーダンス変換部ＶＩのＣ−Ｃ’におけるｘ−カットＬＮ光変調器としての断面図を図３に示す（なお、ＳｉＯ２バッファ層２はなくても良い）。インピーダンス変換部ＶＩにおけるＣＰＷのギャップＷ’は４５μｍから１０００μｍ程度と相互作用部ＩＩＩにおけるＣＰＷのギャップＷ’よりも広く設定される。
【００４２】
図４には本実施形態の等価回路を示す。図１４に示す従来技術と同じく、Ｚ１は入力用フィードスルー部Ｉ（あるいは線路７）、Ｚ２は入力側接続部ＩＩ（あるいは線路８）、Ｚ３は相互作用部ＩＩＩ（あるいは線路９）、Ｚ４は出力側接続部ＩＶ（あるいは線路１０）、Ｚ５は出力用フィードスルー部Ｖ（あるいは線路１１）の特性インピーダンスであるが、本実施形態には特性インピーダンスＺ６のインピーダンス変換部ＶＩ（あるいは線路１４）が付加されている。
【００４３】
なお、インピーダンス変換部ＶＩにおいても中心導体４ａの幅Ｓ’は従来技術と同じく、６μｍから２０μｍ程度で良いが、この中心導体４ａの幅Ｓ’とＣＰＷのギャップＷ’の組み合わせについては、インピーダンス変換部ＶＩの特性インピーダンスＺ６が相互作用部ＩＩＩの特性インピーダンスＺ３よりも高くできる限り、各種の組み合わせがある。
【００４４】
図４中の１３は外部信号源５や付加抵抗６（インピーダンスＲｇ）と入力用フィードスルー部Ｉとの境界を表す。図４においてＺｉｎ’は外部信号源５と外部信号源５の付加抵抗６から本実施形態のｘ−カットＬＮ光変調器を見た入力インピーダンスである。
【００４５】
つまり、Ｚｉｎ’は入力用フィードスルー部Ｉの特性インピーダンスＺ１、インピーダンス変換部ＶＩの特性インピーダンスＺ６、入力側接続部ＩＩの特性インピーダンスＺ２、相互作用部ＩＩＩの特性インピーダンスＺ３、出力側接続部ＩＶの特性インピーダンスＺ４、出力用フィードスルー部Ｖの特性インピーダンスＺ５、及び終端抵抗１２のＺＬを伝送線路の従属接続の考え方で合成した特性インピーダンスと言える。
【００４６】
前述のように、本実施形態においてはＣＰＷギャップＷを１５μｍ以下と狭くしたので、相互作用部ＩＩＩの特性インピーダンスＺ３は３０Ωあるいはそれ以下と低くなっている。
【００４７】
インピーダンス変換部ＶＩは外部信号源５や付加抵抗６から見た入力インピーダンスＺｉｎ’（正確には入力インピーダンスＺｉｎ’の実部Ｒｅ（Ｚｉｎ’））を相互作用部ＩＩＩの特性インピーダンスＺ３よりも高くすることにより高周波電気信号による光の変調特性の劣化を改善するために設けられている。
【００４８】
次に、Ｚ１〜Ｚ６までの各特性インピーダンスの関係について考察する。図４において入力用フィードスルー部Ｉはその長さが１００μｍ以下程度と短い場合、その特性インピーダンスＺ１は外部信号源５と外部信号源の付加抵抗６から本実施形態のｘ−カットＬＮ光変調器を見た入力インピーダンスＺｉｎ’にほとんど影響しないことを確認している。
【００４９】
次に、本発明ではインピーダンス変換部ＶＩの特性インピーダンスＺ６は相互作用部ＩＩＩの特性インピーダンスＺ３よりも高く設定するとともに、インピーダンス変換部の長さＬ６は入力インピーダンスＺｉｎ’（正確には入力インピーダンスＺｉｎ’の実部Ｒｅ（Ｚｉｎ’））が相互作用部ＩＩＩの特性インピーダンスＺ３よりも高くなるように設定する。また入力側接続部ＩＩの特性インピーダンスＺ２、相互作用部ＩＩＩの特性インピーダンスＺ３、出力側接続部ＩＶの特性インピーダンスＺ４、出力用フィードスルー部Ｖの特性インピーダンスＺ５、及び終端抵抗ＺＬは全て等しく設定して良い。特に、相互作用部ＩＩＩの特性インピーダンスＺ３、出力側接続部ＩＶの特性インピーダンスＺ４、出力用フィードスルー部Ｖの特性インピーダンスＺ５、及び終端抵抗ＺＬを等しくすると、終端抵抗ＺＬからの電気的な反射を抑えることができる。
【００５０】
図５に示すように、本実施形態では外部信号源５の付加抵抗６からｘ−カットＬＮ光変調器を見た入力インピーダンスＺｉｎ’の実部Ｒｅ（Ｚｉｎ’）は図５の実線で示すように周波数ｆに依存し、周波数ｆが高くなると相互作用部ＩＩＩの特性インピーダンスＺ３（ここでは３０Ωもしくはそれ以下）よりも高くなるように設定している。図５からわかるように、従来技術に係る光変調器と比較して、外部信号源５の付加抵抗６のインピーダンスＲｇとのインピーダンス不整合が周波数ｆとともに大幅に改善されている。
【００５１】
なお、インピーダンス変換部ＶＩの設計に当たっては、進行波電極４の各部（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、及びＶＩ）の特性インピーダンスと長さ、さらに各部を伝搬する高周波電気信号の等価屈折率を使用するが、一般にインピーダンス変換部ＶＩの長さＬ６としては数１０μｍから数ｍｍ程度が好適であることを確認している。
【００５２】
入力インピーダンスＺｉｎ’の実部Ｒｅ（Ｚｉｎ’）と外部信号源５の付加抵抗６のインピーダンスＲｇとのインピーダンス不整合が大幅に改善されているので、その結果、図６に示すように、変調周波数ｆに対する光の変調指数（パワー変調指数）｜ｍ｜２も図１６の従来技術と比較して大幅に改善されている。なお、図６に示す｜ｍ｜２のカーブには所望の変調帯域内においてディップなどはなく、滑らかなカーブを描いている。
【００５３】
図５や図６からわかるように、本発明の特徴として、入力インピーダンスＺｉｎ’の実部Ｒｅ（Ｚｉｎ’）や光の変調指数（パワー変調指数）｜ｍ｜２が滑らかなカーブを描いており、広帯域光変調が可能であることがわかる。これは共振器電極型のようにある周波数のみ効率が良いという特性とは異なっている。
【００５４】
高周波電気信号のパワー反射率（いわゆる、マイクロ波のＳ１１）は実用上−５ｄＢでは不十分であり、−１０ｄＢ以下や−１５ｄＢ以下のよりＳ１１の小さな特性が要求されるが本発明の全ての実施形態によれば、設定されたビットレートに対する所望の光変調帯域内（例えば１０Ｇｂｐｓに対して１０ＧＨｚなど）において、−１０ｄＢ以下でディップのない滑らかな光変調特性を得られるという利点がある。
【００５５】
従って、ｘ−カットＬＮ光変調器から外部信号源５へ反射されて戻る高周波電気信号を抑圧できるので、ジッタの少ない光変調パルスを得ることが可能となる。
【００５６】
なお、以上においては入力インピーダンスＺｉｎ’の実部Ｒｅ（Ｚｉｎ’）を相互作用部の特性インピーダンスＺ３よりも高くなるように設定したが、入力インピーダンスＺｉｎ’の絶対値｜Ｚｉｎ’｜が特性インピーダンスＺ３よりも高くなるように設定しても良い。
【００５７】
なお、インピーダンス変換部ＶＩの特性インピーダンスＺ６が５０Ω以下の場合には、周波数ｆの上昇に対して効率良く入力インピーダンスＺｉｎ’（正確には入力インピーダンスＺｉｎ’の実部Ｒｅ（Ｚｉｎ’））を大きくするためには、インピーダンス変換部ＶＩの長さＬ６として数１００μｍ（例えば３００μｍ）以上の長さが必要であるという不利な点があるという反面、周波数ｆに対して入力インピーダンスＺｉｎ’の変化が比較的緩やかであるという利点がある。
【００５８】
一方、インピーダンス変換部ＶＩの特性インピーダンスＺ６が５０Ω以上の場合には、インピーダンス変換部ＶＩの長さＬ６として数１００μｍ（例えば３００μｍ）以下でも、周波数ｆが高くなるとともに入力インピーダンスＺｉｎ’（正確には入力インピーダンスＺｉｎ’の実部Ｒｅ（Ｚｉｎ’））を急速に大きくできるという利点があるという反面、周波数ｆに対して入力インピーダンスＺｉｎ’の変化が大きいという不利な点がある。
【００５９】
従って、光変調器としての寸法や特性などの要求条件とここで述べた利点と不利な点を鑑み、インピーダンス変換部ＶＩの特性インピーダンスＺ６を５０Ω以下、もしくは５０Ω以上に設定するとともに、その長さＬ６を決定すれば良い。
【００６０】
以上においては、進行波電極としては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ことは言うまでもない。
【００６１】
また、中心導体を挟んでマッハツェンダ光導波路の２本の相互作用光導波路を配置する場合、２本の相互作用光導波路の幅を異ならしめておけば、近づけてもＤＣ及び動的消光比の劣化を避けることが可能となる。
【００６２】
また、以上の実施形態においては、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軸を持つ基板でも良いし、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】
【００６３】
以上のように、本発明に係る光変調器は、ＲＦ変調性能について大幅に改善することができるという効果を有し、高速で駆動電圧が低い光変調器として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態における進行波電極についての上面図
【図２】本発明の実施形態のＢ−Ｂ’線における断面図
【図３】本発明の実施形態のＣ−Ｃ’線における断面図
【図４】本発明の実施形態に係る光変調器の等価回路図
【図５】本発明に係る光変調器のＺｉｎ’とｆの関係を説明する図
【図６】本発明に係る光変調器の｜ｍ｜２とｆの関係を説明する図
【図７】従来技術に係る光変調器の斜視図
【図８】従来技術に係る光変調器のＡ−Ａ’線における断面図
【図９】従来技術に係る光変調器の動作を説明する図
【図１０】従来技術に係る光変調器のＶπ・ＬとＷの関係を説明する図
【図１１】従来技術に係る光変調器のｎｍとＷの関係を説明する図
【図１２】従来技術に係る光変調器のＺとＷの関係を説明する図
【図１３】従来技術の進行波電極についての上面図
【図１４】従来技術に係る光変調器の等価回路図
【図１５】従来技術に係る光変調器のＺｉｎとｆの関係を説明する図
【図１６】従来技術に係る光変調器の｜ｍ｜２とｆの関係を説明する図
【符号の説明】
【００６５】
１：ｘ−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：外部信号源
６：付加抵抗
７：入力用フィードスルー部Ｉを表す線路
８：入力側接続部ＩＩを表す線路
９：相互作用部ＩＩＩを表す線路
１０：出力側接続部ＩＶを表す線路
１１：出力用フィードスルー部Ｖを表す線路
１２：終端抵抗
１３： 外部信号源５及び付加抵抗６と光変調器との境界
１４：インピーダンス変換部ＶＩを表す線路
【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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【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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