(57)【要約】【課題】音響波の共振を防止することによって優れた応答特性を有するとともに良好な変調効率をも同時に実現することができる光導波路素子を提供する。【解決手段】マッハツェンダー光導波路と、信号電極１３と、第１接地電極１４−１と、第２接地電極１４−２と、これら各電極の下層にそれぞれ形成された下層電極１５−１〜１５−３とを備え、信号電極および各接地電極の長手方向（Ｐ方向）の側面間の距離を光波の伝搬方向Ｐに沿って変化させるとともに、各下層電極の電極幅およびギャップは一定とする。【選択図】図１
2007248735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果及び圧電効果を有する基板と、
この基板の主面に形成された光導波路と、
この光導波路中を導波する光波を制御するための信号電極及び接地電極と、
前記信号電極及び接地電極の少なくとも一方の電極と前記基板との間に形成された下層電極と、
を具えた光導波路素子であって、
前記信号電極の少なくとも一つの側面と前記接地電極の少なくとも一つの側面との距離を前記光波の導波方向に沿って変化させ、
前記下層電極と該下層電極に対向する電極との間隔を前記光波の導波方向に沿って一定とした
ことを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
前記信号電極の幅を前記光波の導波方向に沿って変化させた
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
前記信号電極の少なくとも一つの側面と前記接地電極の少なくとも一つの側面との距離を前記光波の導波方向に沿って連続的に滑らかに変化させた
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光導波路素子。
【請求項４】
前記信号電極の両側に前記接地電極が形成された光導波路素子において、
前記信号電極と前記各接地電極とにおける前記側面間の距離を、該信号電極を中心として略対称に変化させた
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の光導波路素子。
【請求項５】
前記信号電極および前記接地電極は、前記光波の導波方向における中間地点を中心として略対称な形状をなす
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の光導波路素子。
【請求項６】
前記下層電極は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＩＴＯ、ＩＴｉＯ等の導電材料からなる
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの項に記載の光導波路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路素子に係り、特に、光変調器に用いられる光導波路素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを伝送路として光信号を伝送する光通信システムでは、光源から出射された光（レーザ光）を変調して光信号を生成する外部変調器が利用されている。この外部変調器として、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３；以下ＬＮと略す）あるいはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３；以下ＬＴと略す）などの強誘電体結晶の基板に、光導波路を形成した光強度変調器が用いられる。
【０００３】
図５に、従来用いられている光強度変調器の構成を示す（但し同図では基板表面に形成されたバッファ層を省略している）。
光強度変調器２０は、ＬＮなどの強誘電体結晶である基板１１と、この基板の主面２１Ａにチタンの熱拡散処理等によって形成したマッハツェンダー型の光導波路１２と、信号電極１３と、第１および第２接地電極１４−１、１４−２とを備える。光導波路１２は入力導波路１２１と、２つの分岐光導波路１２２−１、１２２−２と、出力導波路１２３とから構成されている。
【０００４】
入力導波路１２１に入力された光波は、分岐部１２４において２つの分岐光導波路１２２−１、１２２−２に等しい割合で分岐される。また、信号電極１３と第１接地電極１４−１、および／または信号電極１３と第２接地電極１４−２には、外部電源３０から所定の変調信号電圧が印加される。そして、この信号電極１３からの変調電圧による電界が分岐光導波路１２２−１、１２２−２に及び、分岐光導波路を導波する光波は、この変調電界で生じた屈折率変化によって位相の変調を受ける。位相変調されたこれらの光波が結合部１２５において合波すると、それぞれの光波の位相に応じて、出力導波路１２３に出力される光波に強度変調が与えられる。
【０００５】
図６は、図５に示した光強度変調器２０を同図のＩ‐Ｉ線に沿って切断した断面図を示したものである。基板１１と信号電極１３および各接地電極１４−１、１４−２との間には、光導波路中を導波する光波のエバネッセント成分がこれら電極によって吸収されるのを防ぐために、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などからなるバッファ層１６が設けられている。
【０００６】
ここで、光強度変調器２０を構成する基板１１の材料であるニオブ酸リチウムは、強誘電体であるとともに圧電体でもある。また、図５や図６に示すような光強度変調器２０における信号電極１３および第１、第２接地電極１４−１、１４−２は、弾性表面波の発生に用いられる櫛形電極の電極対を一対とした構成に相当する。したがって、変調信号として高速なパルス状の電圧が信号電極１３と第１および第２接地電極１４−１、１４−２の間に印加されると、電気・機械結合によって広い周波数帯域に音響波が発生する。このような音響波のうち、特定の周波数を持ったものは光強度変調器２０内において共振し、変調器の応答特性（周波数に対する光出力の応答）にリップルを生じさせるため大きな問題となっている。
【０００７】
図６を用い、音響波発生のメカニズムを説明する。基板１１上に信号電極１３および第１、第２接地電極１４−１、１４−２を形成すると、これら電極の荷重によって、各電極が形成された部分Ａ２、Ａ４、およびＡ６における基板の密度が変化し、電極が形成されていない部分Ａ１、Ａ３、Ａ５、およびＡ７における密度に対して差異が生じる。この密度の差は、電極が形成された部分と形成されていない部分とで音響インピーダンスが異なることを意味する。そして、音響インピーダンスの不整合によって、高速パルス電圧を印加した際に発生する表面弾性波が、例えば電極が形成された部分Ａ２と電極が形成されていない部分Ａ１との境界面Ｂ１で反射されることになる。このような音響波の反射は、基板１１内の他の境界面Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６でも同様に生じる。その結果、例えば境界面Ｂ２とＢ３との間で、その境界面の距離に応じた周波数の音響波が共振によって増大する。境界面Ｂ２とＢ３の間には分岐光導波路１２２−１、１２２−２があるため、共振する音響波と分岐光導波路を導波する光波とが相互作用する。これにより、当該共振周波数において光導波路素子の応答特性に著しい劣化が引き起こされる。
【０００８】
こうした音響波による特性劣化の問題に対して、従来いくつかの解決方法が提案されている。例えば、特許文献１には、信号電極や接地電極の電極幅、および電極間の間隔を光導波路の伝搬方向に沿って変化させた光導波路素子の構造が示されている。このような電極の構成をとることによって、光導波路の伝搬方向の各点においては、上述した境界面の間の距離が異なるため共振する音響波の周波数も異なることになる。したがって、光導波路の伝搬方向にわたって同一の周波数の音響波が増強されることがなく、音響波の共振が変調器の応答特性に与える影響を緩和することが可能である。
【０００９】
また、特許文献２によれば、電極付近の基板表面に溝を形成することによって上記問題の解決が図られている。形成された溝の壁面は、上述した基板密度の差による境界面よりも強く音響波の反射面として作用する。これを利用し、溝を複数設け、各溝間の距離を光導波路の伝搬方向に沿って変化させることで、特許文献１と同様に音響波の影響を緩和することが可能である。
【特許文献１】特開２０００−２７５４５５号公報
【特許文献２】特開２０００−２７５５８７号公報
【特許文献３】特開平１０−３０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の特許文献１に提案されている方法は、次のような欠点を有している。
第一に、信号電極と接地電極との間隔を光導波路の伝搬方向に沿って変化させると、光導波路と電極との距離が伝搬方向の場所によって異なることとなり、光導波路に印加される電界も異なってしまう。そのため、光波に対する変調の度合いを光導波路全長にわたって最適にすることが不可能となり、その結果、全体としての変調効率（ＥＯ（光‐電気）変換効率）が劣化してしまうという問題がある。
【００１１】
第二に、このような変調効率の劣化を防止するため、光導波路への印加電界が一定となるように光導波路を配置することが考えられるが、そのようにしたとしても、信号電極の電極幅と電極間の間隔が伝搬方向に沿って変化していることによって、この電極幅と電極間隔で規定される変調信号に対する電気インピーダンスが変化してしまう。その結果、高周波の変調電気信号に反射や損失が発生し、やはり変調効率が劣化することになる。
【００１２】
第三に、一般的に光強度変調器の変調帯域（動作周波数帯域）を広くするためには、信号電極を進行するマイクロ波の速度と光導波路を導波する光波の速度を近づけ、速度整合をとることが必要であるが、特許文献１に示された電極構造では、マイクロ波の実効屈折率と光波の実効屈折率が大きく異なってしまうため、速度整合を実現できないという問題がある。
なお、上に挙げた特許文献３には、速度整合を達成できると同時に光導波路へ電界を効果的に印加することもできる、信号電極下に薄い電界調整用電極を設けた光変調器が開示されているが、音響波によって生じる上述した特性劣化を回避することが可能な構成とはなっていない。
【００１３】
また、音響波の問題に対し、上記の特許文献２に示されている方法は、溝形成のための追加プロセスや新たな加工用装置の導入が必要となることから、製造面において必ずしも有効な方法であるとは言えなかった。
【００１４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、音響波の共振を防止することによって優れた応答特性を有するとともに良好な変調効率をも同時に実現することができる光導波路素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項１に記載の発明は、電気光学効果及び圧電効果を有する基板と、この基板の主面に形成された光導波路と、この光導波路中を導波する光波を制御するための信号電極及び接地電極と、前記信号電極及び接地電極の少なくとも一方の電極と前記基板との間に形成された下層電極と、を具えた光導波路素子であって、前記信号電極の少なくとも一つの側面と前記接地電極の少なくとも一つの側面との距離を前記光波の導波方向に沿って変化させ、前記下層電極と該下層電極に対向する電極との間隔を前記光波の導波方向に沿って一定としたことを特徴とする光導波路素子である。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光導波路素子において、前記信号電極の幅を前記光波の導波方向に沿って変化させたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光導波路素子において、前記信号電極の少なくとも一つの側面と前記接地電極の少なくとも一つの側面との距離を前記光波の導波方向に沿って連続的に滑らかに変化させたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の光導波路素子において、前記信号電極の両側に前記接地電極が形成された光導波路素子において、前記信号電極と前記各接地電極とにおける前記側面間の距離を、該信号電極を中心として略対称に変化させたことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の光導波路素子において、前記信号電極および前記接地電極は、前記光波の導波方向における中間地点を中心として略対称な形状をなすことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの項に記載の光導波路素子において、前記下層電極は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＩＴＯ、ＩＴｉＯ等の導電材料からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、信号電極と接地電極の形状を最適化することによって音響波の共振を効果的に防止し、下層電極を設けることによって光波に対する効果的な変調を行っているので、光変調の周波数応答特性におけるリップルの発生がなく、しかも変調効率の良好な優れた光導波路素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
≪第１の実施形態≫
図１は、本発明の第１の実施形態による光導波路素子の平面構成図、図２は、図１の光導波路素子の断面構成図をそれぞれ示したものである。本実施形態において、光強度変調器用の光導波路素子を取り上げて説明を行う。断面図のうち、図２（ａ）は図１の平面図のＡ‐Ａ’線に沿って切断した断面図であり、図２（ｂ）はＢ‐Ｂ’線に沿って切断した断面図である。
【００２３】
図１において、光導波路素子１０は、電気光学効果とともに圧電効果を有する基板としてＬＮ基板１１と、マッハツェンダー光導波路１２と、信号電極１３と、第１接地電極１４−１と、第２接地電極１４−２と、これら各電極の下層にそれぞれ形成された下層電極１５−１〜１５−３とを有している。
【００２４】
マッハツェンダー光導波路１２は、入力導波路１２１と、２つの分岐光導波路１２２−１、１２２−２と、出力導波路１２３とから構成される。
また、ＬＮ基板１１は、Ｘカットの結晶が使用され、上記のマッハツェンダー光導波路１２は、当該基板の主面上に形成されている。
【００２５】
各電極の配置は、基板内の光導波路に印加される電界が基板表面と平行になるように決められる。すなわち、信号電極１３は、２つの分岐光導波路１２２−１と１２２−２の間に設置され、第１接地電極１４−１および第２接地電極１４−２は、それぞれ分岐光導波路１２２−１、１２２−２を挟んで信号電極１３と対向するようにして設置される。
【００２６】
ここで、図２の断面図において、信号電極１３、第１および第２接地電極１４−１、１４−２の底面は、それぞれ下層電極１５−１〜１５−３と接している。下層電極１５−１〜１５−３は、ＬＮ基板１１の表面に設けられたＳｉＯ２のバッファ層１６の上に形成される。なお、バッファ層１６は、電極による光波の吸収損失を防止するために用いられたものである。
【００２７】
図１に戻り、信号電極１３は、分岐光導波路１２２−１、１２２−２を導波する光波の伝搬方向Ｐに沿って、電極幅Ｗｓｉｇ（Ｐと垂直な方向を幅と定義する）が連続的に変化して段々細くなるような形状に形成される。また、第１および第２接地電極１４−１、１４−２も同様に、伝搬方向Ｐに沿って電極幅Ｗｇｎｄが連続的に変化して段々細くなるような形状に形成される。そして、信号電極１３における電極幅の変化率
αｓｉｇ＝（Ｗｓｉｇ−Ｗｓｉｇ’）／Ｌ
と第１および第２接地電極における電極幅の変化率
αｇｎｄ＝（Ｗｇｎｄ−Ｗｇｎｄ’）／Ｌ
は、互いに異なる値が選択される。ただし、Ｌは電極長である。
【００２８】
このような電極形状によって、例えば、伝搬方向Ｐのある地点における信号電極１３の側面Ｓ３と第１接地電極１４−１の側面Ｓ２との距離ｄ（Ｓ２，Ｓ３）が、伝搬方向Ｐに沿って連続的に変化している。ただし、距離ｄ（Ｓａ，Ｓｂ）は、当該地点において伝搬方向Ｐに垂直な断面で光導波路素子１０を切断したときの当該断面における２つの側面間の距離として定義する（ただし、ａ、ｂは１〜６のいずれか）。また、距離ｄ（Ｓ１，Ｓ３）についても、上記のように電極幅の変化率αｓｉｇ、αｇｎｄが異なることから、伝搬方向Ｐに沿って連続的に変化する。その他の側面の組み合わせについても、側面間の距離は伝搬方向Ｐに沿って連続的に変化するようになっている。
【００２９】
ここで、図２（ａ）または（ｂ）を参照して、例えば第１接地電極１４−１が形成された部分Ｃ２と電極が形成されていない部分Ｃ３との境界面Ｄ２と、このＣ３と信号電極１３が形成された部分Ｃ４との境界面Ｄ３との間において、音響波の反射が生じた場合を考える。このとき、境界面Ｄ２、Ｄ３間の距離、すなわち距離ｄ（Ｓ２，Ｓ３）は、上述のように伝搬方向Ｐにおける各位置により異なるので、共振により増大する音響波の周波数は伝搬方向Ｐにおいて逐一異なることになる。これにより、境界面Ｄ２とＤ３間の音響波の共振が全体として緩和される。
【００３０】
また、他の境界面の組み合わせにおいて生じる音響波の反射についても同様である。したがって、図１のような信号電極１３と第１および第２接地電極１４−１、１４−２の形状によって、音響波の共振による変調器応答特性の劣化が効果的に防止される。
【００３１】
一方、図１において、各下層電極１５−１〜１５−３は、その電極幅が伝搬方向Ｐに沿って一定となるように形成される。また、この電極幅は、入力側端面（Ａ‐Ａ’線）において信号電極１３と各接地電極１４−１、１４−２の電極幅と一致するように設定する。さらに、信号電極１３下の下層電極１５−１と第１接地電極１４−１下の下層電極１５−２間のギャップ（間隔）、および前記下層電極１５−１と第２接地電極１４−２下の下層電極１５−３間のギャップについても、伝搬方向Ｐに沿って一定値が保たれている。また、各下層電極１５−１〜１５−３の膜厚は、信号電極１３や接地電極１４−１、１４−２の膜厚に比べて十分薄いものとし、当該下層電極の荷重によってその下部のＬＮ基板１１の密度が変化しないような値とする。
【００３２】
このような下層電極１５−１〜１５−３の構成によって、ＬＮ基板１１内の分岐光導波路１２２−１、１２２−２に印加される電界が、信号電極１３および第１、第２接地電極１４−１、１４−２の電極幅が伝搬方向Ｐの全体にわたって各下層電極１５−１〜１５−３の電極幅と等しいとしたときの電界と同等なものとなる。したがって、分岐光導波路１２２−１、１２２−２を導波する光波に対する変調信号のＥＯ変換効率の面から見れば、本光導波路素子１０は、電極部分の導波路全長にわたって最適なＥＯ変換効率が得られる構成となっており、変調時の駆動電圧の上昇や変調効率の劣化といった問題が発生しないようになっている。
【００３３】
≪第２の実施形態≫
第１の実施形態では、２つの接地電極１４−１、１４−２において電極幅Ｗｇｎｄとその変化率αｇｎｄはそれぞれ等しいものとした。そのため、図１において、第１接地電極１４−１の側面Ｓ１と第２接地電極１４−２の側面Ｓ５、および第１接地電極１４−１の側面Ｓ２と第２接地電極１４−２の側面Ｓ６はそれぞれ互いに平行となり、これら側面間の距離ｄ（Ｓ１，Ｓ５）、ｄ（Ｓ２，Ｓ６）は、伝搬方向Ｐに沿って変化しないこととなる。したがって、これらの側面に対応するＬＮ基板１１内の境界面間では、音響波の共振が発生する可能性がある。
【００３４】
そこで、第２の実施形態では、これら２つの接地電極１４−１、１４−２において、入力側端面（Ａ‐Ａ’線）での電極幅を同一としたまま、変化率αｇｎｄを異なる値に設定する。こうすることにより、上述した側面Ｓ１、Ｓ５間、および側面Ｓ２、Ｓ６間は平行でなくなり、その結果、音響波の共振をさらに緩和することができる。
【００３５】
≪第３の実施形態≫
次に、本発明の第３の実施形態による光導波路素子の平面構成図を図３に示す。
本実施形態の光導波路素子１０では、信号電極１３は、図１と同じように伝搬方向Ｐに沿って電極幅Ｗｓｉｇが連続的に変化して段々細くなるような形状に形成される。一方、第１および第２接地電極１４−１、１４−２は、図１とは反対に、伝搬方向Ｐに沿って電極幅Ｗｇｎｄが連続的に変化して段々太くなるような形状に形成される。そして、信号電極１３と第１および第２接地電極１４−１、１４−２とのギャップをそれぞれＧ１、Ｇ２
Ｇ１＝ｄ（Ｓ２，Ｓ３）、    Ｇ２＝ｄ（Ｓ４，Ｓ５）
とした時、信号電極１３の電極幅Ｗｓｉｇとの比、Ｇ１／ＷｓｉｇとＧ２／Ｗｓｉｇが、伝搬方向Ｐに沿って一定値となるように電極形状を設定する。
【００３６】
ここで、信号電極１３と接地電極１４−１（または１４−２）間で形成されるコンデンサ（の等価回路）の特性インピーダンスは、信号電極１３の電極幅と電極間のギャップの比をパラメータとして決定される値である。したがって、図３のような電極の構成においては、変調電気信号に対する特性インピーダンスが伝搬方向Ｐに沿って一定値を持つようになる。その結果、信号電極１３に入力される高周波の変調電気信号に反射や損失が発生しなくなり、変調効率の劣化が防止される。
【００３７】
また、この構成においても、図１の場合と同様に、側面Ｓ１とＳ５、および側面Ｓ２とＳ６の組み合わせを除いた側面間の距離ｄ（Ｓａ，Ｓｂ）は、伝搬方向Ｐに沿って連続的に変化している。したがって、第１の実施形態と同じく、共振する音響波の周波数が伝搬方向Ｐの各位置によって異なることになり、共振の影響が緩和されて変調器の応答特性の劣化が防止される。
【００３８】
なお、各下層電極１５−１〜１５−３の形状については、図１と同様に、電極幅、ギャップともに伝搬方向Ｐに沿って一定値とする。したがって、ＥＯ変換効率も電極全長にわたって最適な条件が実現されている。
【００３９】
≪第４の実施形態≫
次に、本発明の第４の実施形態による光導波路素子の平面構成図を図４に示す。
本実施形態の光導波路素子１０においては、信号電極１３および第１、第２接地電極１４−１、１４−２の形状を、伝搬方向Ｐの中央地点を中心として入力側（Ａ‐Ａ’線）と出力側（Ｂ‐Ｂ’線）に対称な形状とする。すなわち、図４（ａ）の光導波路素子１０では、信号電極１３および第１、第２接地電極１４−１、１４−２ともに、入力側から中央地点までは電極幅が連続的に段々細くなっていき、中央地点から出力側までは電極幅は連続的に段々太くなっていくような形状に形成される。また、図４（ｂ）の光導波路素子１０では、第１および第２接地電極１４−１、１４−２は図４（ａ）と同様であるが、信号電極１３は、接地電極とは逆に、入力側から中央地点までは連続的に段々と電極幅は太くなっていき、中央地点から出力側までは連続的に段々と電極幅は細くなっていくように形成される。そして、図４（ａ）も（ｂ）も、各電極（信号電極と接地電極）の電極幅および電極間ギャップが入力側端面と出力側端面では等しくなるように設定されている。
【００４０】
こうした電極形状によって、入力側端面と出力側端面とにおいて、変調電気信号に対する特性インピーダンスが一致することとなる。その結果、信号電極１３に駆動ドライバを接続して変調信号を入力する際に、駆動ドライバ側の特性インピーダンス（通常５０Ωが選択される）と光導波路素子１０側の入力インピーダンスおよび出力インピーダンスを同時に整合させることができる。
【００４１】
また、この構成においても、図１の場合と同様に、側面Ｓ１とＳ５、および側面Ｓ２とＳ６の組み合わせを除いた側面間の距離ｄ（Ｓａ，Ｓｂ）は、伝搬方向Ｐに沿って連続的に変化している。したがって、第１の実施形態と同じく、共振する音響波の周波数が伝搬方向Ｐの各位置によって異なることになり、共振の影響が緩和されて変調器の応答特性の劣化が防止される。
さらに、各下層電極１５−１〜１５−３の形状についても、図１と同様に、電極幅、ギャップともに伝搬方向Ｐに沿って一定値とする。したがって、ＥＯ変換効率も電極全長にわたって最適な条件が実現されている。
【００４２】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、各電極の側面Ｓ１〜Ｓ６は、このうち少なくとも一組の側面間の距離が伝搬方向Ｐに沿って変化していれば、音響波の共振による影響を低減することが可能である。その特例として、例えば信号電極１３の電極幅を伝搬方向Ｐに沿って一定としてもよい。こうすることで、マイクロ波と光波の速度整合をとることができるようにもなる。
【００４３】
また、本発明による光導波路素子の適用先としては、光強度変調器のほか、光位相変調器や偏波スクランブラ、その他の光変調器など、特に限定されることはない。
また、基板には電気光学効果と圧電効果を有したものを等しく利用できる。
【実施例】
【００４４】
以下、図１および図２を参照して、本発明に係る光導波路素子の一実施例を説明する。
ＸカットのＬＮ基板１１を用い、その主面の表面にレジストを塗布し露光現像によりマッハツェンダー型の光導波路パターンを形成する。そして表面全面にチタン（Ｔｉ）を蒸着法によって膜厚８００Å堆積させ、リフトオフによって光導波路パターンの部分を残してチタンを除去する。その後、基板全体を１０００℃で１０時間加熱し、光導波路パターンのチタンを基板内部に熱拡散させる。これにより、マッハツェンダー光導波路１２が形成される。
【００４５】
さらに、ＬＮ基板１１の上記表面に、電極によって光波が吸収損失を受けることを防止するためのバッファ層１６として、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を膜厚１μｍ形成する。
その後、上記のチタンのパターン形成と同じ処理によって、金（Ａｕ）を膜厚０．１μｍ形成し、下層電極１５−１〜１５−３とする。さらにその上に、電解メッキ法により同じく金を膜厚３０μｍ形成して、信号電極１３および第１、第２接地電極１４−１、１４−２とする。なお、電極の材料としては、金のほか、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＩＴＯ、ＩＴｉＯ等の導電材料を用いることもできる。
【００４６】
本実施例では、各電極の形状（平面形状）を次のように設定する。まず、電極長Ｌは全ての電極について３０ｍｍと一定にする。信号電極１３の電極幅Ｗｓｉｇは、入力側端面（Ａ‐Ａ’線）で６０μｍ、出力側端面（Ｂ‐Ｂ’線）で４０μｍとし、伝搬方向Ｐに沿って連続的かつ直線的に変化するようにする。信号電極１３下の下層電極１５−１の電極幅は、６０μｍで一定である。２つの接地電極１４−１、１４−２は同一形状であり、その電極幅Ｗｇｎｄは、入力側端面で３００μｍ、出力側端面で２００μｍとして、信号電極１３と同様に伝搬方向Ｐで連続かつ直線的に変化させる。これら２つの接地電極下の下層電極１５−２、１５−３の電極幅は、３００μｍで一定とする。また、信号電極１３と各接地電極１４−１、１４−２とのギャップは、入力側端面において２５μｍとし、下層電極間のギャップは、１０μｍとする。
【００４７】
このような電極の構成によって、本実施例の光導波路素子１０は、次に述べる特性を有している。
まず、信号電極１３および第１、第２接地電極１４−１、１４−２の各側面Ｓ１〜Ｓ６は、Ｓ１とＳ５、および、Ｓ２とＳ６の組み合わせを除いた全ての組み合わせにおいて、互いに平行とならないように形成されている。そのため、これらの側面に対応するＬＮ基板１１内の境界面Ｄ１〜Ｄ６の間では、電極への変調信号印加によって発生する音響波の共振周波数が伝搬方向Ｐにおける位置毎に異なることとなる。この結果、光導波路素子１０（光強度変調器）の変調時の応答特性劣化が防止される。
なお、下層電極１５−１〜１５−３の膜厚は０．１μｍと薄く、ＬＮ基板１１に対する荷重の影響が少ないので、これら下層電極が存在することによる音響波の共振は無視することができる。
【００４８】
また、下層電極１５−１〜１５−３は、その電極幅が伝搬方向Ｐの全体にわたって一定となるよう形成されている。分岐光導波路１２２−１、１２２−２へ印加される変調電界は、これら下層電極によって生じることになるので、光波に対するＥＯ変換効率は伝搬方向Ｐに沿って一定である。したがって、変調効率を劣化させることなく、光波の変調が実現される。
【００４９】
このように本光導波路素子１０では、音響波の共振による変調応答特性の劣化防止と最適な変調効率の実現とを同時に達成することが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態による光導波路素子の平面構成図である。
【図２】図１の光導波路素子の断面構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態による光導波路素子の平面構成図である。
【図４】本発明の第４の実施形態による光導波路素子の平面構成図である。
【図５】従来用いられている光強度変調器の平面構成図である。
【図６】図５の光強度変調器の断面構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…光導波路素子  １１…ＬＮ基板  １２…マッハツェンダー光導波路  １３…信号電極  １４−１…第１接地電極  １４−２…第２接地電極  １５−１〜１５−３…下層電極  １６…バッファ層  ２０…光強度変調器  ３０…外部電源
【図１】
2007248735.tif 000003
【図２】
2007248735.tif 000004
【図３】
2007248735.tif 000005
【図４】
2007248735.tif 000006
【図５】
2007248735.tif 000007
【図６】
2007248735.tif 000008