(57)【要約】【課題】大きな高周波電気信号が入力されても熱破壊されることのない高い信頼性を有する光変調器モジュールを提供する。【解決手段】基板と、光導波路と、光の位相を変調する高周波電気信号を印加するための電極とからなる光変調器と、電極を通過した高周波電気信号を終端する電気的終端と、光変調器と電気的終端とを内部に配置する筐体と、を有する光変調器モジュールにおいて、電気的終端は、高周波電気信号が入力される電気的終端用中心導体と、電気的終端用接地導体と、電気的終端用中心導体と電気的終端用接地導体とを接続し入力される高周波電気信号を吸収してジュール熱に変換する複数でなる抵抗膜とを備え、電気的終端用中心導体の近傍に位置する第１抵抗膜は高周波電気信号が入力されることにより発生するジュール熱によって破壊されない吸収効率でなるとともに、別の抵抗膜は、第１抵抗膜の吸収効率よりも大きい吸収効率でなる。【選択図】図１
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【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電極とからなる光変調器と、
前記光変調器の前記電極に接続され、当該電極を通過した高周波電気信号を終端する電気的終端と、
前記光変調器と前記電気的終端とを内部に配置する筐体と、を有する光変調器モジュールにおいて、
前記電気的終端は、
前記高周波電気信号が入力される電気的終端用中心導体と、
前記電気的終端用中心導体と所定間隔を有した位置で前記電気的終端用中心導体を伝搬する前記高周波電気信号の伝搬方向に並んで形成された電気的終端用接地導体と、
前記電気的終端用中心導体と前記電気的終端用接地導体とを接続し、接続された前記電気的終端用中心導体から入力される前記高周波電気信号を吸収してジュール熱に変換する抵抗膜とを備え、
前記抵抗膜は前記電気的終端用中心導体から前記電気的終端用接地導体に向かって複数で構成され、当該複数の抵抗膜のうちの前記電気的終端用中心導体の近傍に位置する第１抵抗膜は、前記高周波電気信号が入力されることにより発生する前記ジュール熱によって破壊されない吸収効率でなるとともに、前記第１抵抗膜と前記電気的終端用接地導体との間に位置する別の抵抗膜は、前記第１抵抗膜の吸収効率よりも大きい吸収効率でなることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項２】
前記別の抵抗膜の厚みが、前記第１抵抗膜の厚みよりも厚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】
前記別の抵抗膜の材料が、前記第１抵抗膜の吸収係数よりも大きい吸収係数を持つ材料でなることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器モジュール。
【請求項４】
前記第１抵抗膜が、前記電気的終端用中心導体に接して配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項５】
前記抵抗膜が、前記電気的終端用中心導体の、前記高周波電気信号の伝搬方向と交わる向きにおける両側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。
【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モジュールに関する。
【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１．５５μｍ帯の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、従来技術として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）進行波電極を使用したｚ−カットＬＮ光変調器をとり上げる。
【０００４】
実際に光伝送システムにおいて光変調器を使用する場合には、電気的終端をパッケージ（あるいは筐体）の中に実装したモジュールの形態であるので、ここでは光変調器モジュールとして議論する。なお、以下の議論はｘ−カットＬＮ基板やｙ−カットＬＮ基板でも同様に成り立つ。
【０００５】
光変調器モジュールの例として、特許文献１に開示されているｚ−カットＬＮ光変調器モジュール１００をとり上げ、その模式的な上面図を図７に示す。ＬＮ光変調器５０が矩形状の筺体であるパッケージ７の内部に配置されている。１はｚ−カットＬＮ基板である（実際にはこの上にＳｉＯ２バッファ層とＳｉ導電層を形成するがここでは省略する）。２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。ＣＰＷ進行波電極は中心導体３ａ、接地導体３ｂ、３ｃからなっている。４は外部回路であるドライバーであり、５は信号源、６はＤＣ成分をカットするコンデンサである。なお、ＤＱＰＳＫ型のＬＮ光変調器モジュールでは複数のマッハツェンダ光導波路をネスト状に用いる。
【０００６】
パッケージ７の中にはＬＮ光変調器５０の他に電気的終端８も内蔵されている。ここで、９はパッケージ７に設けたバイアス用端子、１０は抵抗値ＲＢのバイアス抵抗、１１と１２は高周波用コンデンサ、１３は抵抗値ＲＬの終端抵抗、１４はキャパシタンスＣ１４の低周波用コンデンサである。図８に図７に示したｚ−カットＬＮ光変調器モジュールの等価回路図を示す。１５はバイアス電圧Ｖｂを出力するバイアス電源であり、通常オペアンプにより構成されている。なお、通常、これらの電気部品はアルミナ基板や窒化アルミなどの誘電体基板の上に搭載されている。
【０００７】
１６はｚ−カットＬＮ光変調器のチップのＣＰＷ進行波電極を分布定数表現したものであり、１７はインダクタンス、１８は電極材料のＡｕに起因する抵抗、１９はキャパシタンス、２０はコンダクタンスに対応している。
【０００８】
次に、このように構成されるＬＮ光変調器モジュールの動作について説明する。このＬＮ光変調器モジュールを動作させるには、ドライバー４から中心導体３ａと接地導体３ｂ、３ｃ間に高周波電気信号を印加するとともに、電気的端点Ａからバイアス電圧を印加する。
【０００９】
図９にＬＮ光変調器モジュールの電圧−光出力特性を示す。ここで、Ｖｂはその際のバイアス電圧（ここでは、ＤＣバイアス電圧）である。この図９に示すように、通常、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。バイアスＶｂを適正に印加することはＬＮ光変調器モジュールの特性を有効に引き出すために極めて重要である。
【００１０】
ここで、この従来技術の問題点について考察する。図７に示した従来技術の電気的終端８のコンデンサ以外の部分に対応する抵抗部Ｉについてその拡大図を図１０に示す。ここで、２１は電気的終端用基板、２２は電気的終端用中心導体、２３は電気的終端用接地導体である。２５は電気的終端用中心導体２２に伝搬した高周波電気信号である。
【００１１】
この高周波電気信号２５の多くは、電気的終端用中心導体２２と電気的終端用接地導体２３との間に接続して設けられた一定幅Ｗ、長さＬでなる抵抗膜２４ａ、２４ｂに伝搬し、そこでジュール熱に変換される。図１０では抵抗膜２４ａ、２４ｂに伝搬した高周波電気信号を２６ａ、２６ｂとして示している。
【００１２】
図１１には抵抗膜２４ａを伝搬する高周波電気信号２６ａの伝搬距離ｚを変数とした場合に抵抗膜２４ａにおいて生じるジュール熱量の総量を示す。図１１からわかるように、ジュール熱量はｚが小さい場合には大きく、ｚが大きくなるにつれて急速に減少する。
【００１３】
図１２には抵抗膜２４ａを伝搬する高周波電気信号２６ａの伝搬距離ｚを変数とした場合に抵抗膜２４ａの単位面積当たりに生じるジュール熱量を示す。なお、図１２には抵抗膜２４ａの熱による破壊限界も点線により示している。
図１２からわかるように、図１０に示した従来技術では高周波電気信号２６ａの伝搬距離ｚが小さい領域において抵抗膜２４ａを構成するＮｉＣｒなどの材料が熱により破壊されてしまう。また、破壊防止対策として抵抗膜に吸収効率の小さい材料を適用したとしても、今度は高周波電気信号を完全に終端することができず、反射戻り信号が発生してしまうことになる。
【００１４】
なお、以上においては図１０における図の左半分についてのみ議論したが、右半分（抵抗膜２４ｂ）についても同じことが成り立つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−２９５１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
以上のように、従来技術では抵抗膜に伝搬した高周波電気信号がジュール熱に変換される場合に、抵抗膜が熱破壊されてしまうという問題があった。
【００１７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、熱破壊に強い抵抗膜を具備する光変調器モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
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電極とからなる光変調器と、前記光変調器の前記電極に接続され、当該電極を通過した高周波電気信号を終端する電気的終端と、前記光変調器と前記電気的終端とを内部に配置する筐体と、を有する光変調器モジュールにおいて、前記電気的終端は、前記高周波電気信号が入力される電気的終端用中心導体と、前記電気的終端用中心導体と所定間隔を有した位置で前記電気的終端用中心導体を伝搬する前記高周波電気信号の伝搬方向に並んで形成された電気的終端用接地導体と、前記電気的終端用中心導体と前記電気的終端用接地導体とを接続し、接続された前記電気的終端用中心導体から入力される前記高周波電気信号を吸収してジュール熱に変換する抵抗膜とを備え、前記抵抗膜は前記電気的終端用中心導体から前記電気的終端用接地導体に向かって複数で構成され、当該複数の抵抗膜のうちの前記電気的終端用中心導体の近傍に位置する第１抵抗膜は、前記高周波電気信号が入力されることにより発生する前記ジュール熱によって破壊されない吸収効率でなるとともに、前記第１抵抗膜と前記電気的終端用接地導体との間に位置する別の抵抗膜は、前記第１抵抗膜の吸収効率よりも大きい吸収効率でなる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、前記別の抵抗膜の厚みが、前記第１抵抗膜の厚みよりも厚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３に記載の光変調器モジュールは、請求項１または２に記載の光変調器モジュールにおいて、前記別の抵抗膜の材料が、前記第１抵抗膜の吸収係数よりも大きい吸収係数を持つ材料でな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４に記載の光変調器モジュールは、請求項１乃至３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抵抗膜が、前記電気的終端用中心導体に接して配置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、前記抵抗膜が、前記電気的終端用中心導体の、前記高周波電気信号の伝搬方向と交わる向きにおける両側に形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高周波電気信号の伝搬する初期の領域では、抵抗膜の吸収効率を小さくしているので、抵抗膜の単位面積当たりに発生するジュール熱を抵抗膜の破壊限界より小さくすることができ、高周波電気信号の伝搬する後段の領域では、初期の領域よりも吸収効率を大きく構成していることにより効率的に終端することができ、高信頼な光変調器モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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電気的終端の一部を示す図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光変調器モジュールの構成を説明する図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光変調器モジュールの効果を説明する図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光変調器モジュールの電気的終端の一部を示す図
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光変調器モジュールの構成を説明する図
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光変調器モジュールの変形例
【図７】従来技術に係る光変調器モジュールの模式的な上面図
【図８】従来技術に係る光変調器モジュールの等価回路図
【図９】従来技術に係る光変調器モジュールの動作を説明する図
【図１０】従来技術に係る光変調器モジュールの電気的終端の一部を示す図
【図１１】従来技術の問題点を説明する図
【図１２】従来技術の問題点を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図７〜図１２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。
【００２６】
［第１の実施形態］
図１に、本発明における第１の実施形態のＬＮ光変調器モジュールにおける電気的終端の抵抗部について、その模式的な上面図を示す。本発明における第１の実施形態において特徴的な構成は、一定幅Ｗ、長さＬで構成された抵抗膜であって、高周波電気信号２６ａの伝搬距離ｚが延びるとともに（換言すれば、高周波電気信号２６ａが電気的終端用中心導体２２から電気的終端用接地導体２３へ向かうとともに）、抵抗膜の吸収効率が小さな第１抵抗膜２７ａから大きな第２抵抗膜２７ｂへと変わって配置している点である。なお、抵抗膜２７ｃ、２７ｄはそれぞれ２７ａ、２７ｂと同一であり、電気的終端用中心導体２２を中心に左右対称で構成されている。抵抗膜２７ａ、２７ｂについての議論は抵抗膜２７ｃ、２７ｄについても同様と言うことができるので、説明を簡単にするために、ここでは図１における左半分（抵抗膜２７ａ、２７ｂ）についてのみで議論する。
【００２７】
高周波電気信号２６ａの伝搬距離ｚと抵抗膜２７ａと２７ｂの吸収効率の関係を図２に示す。図２には図１０に示した従来技術における抵抗膜２４ａの吸収効率も破線で示している。また高周波電気信号２６ａの伝搬距離ｚと抵抗膜２７ａ及び２７ｂの単位面積当たりに発生するジュール熱を図３に示す。図３には図１０に示した従来技術における抵抗膜２４ａの単位面積当たりに発生するジュール熱も破線で示している。
【００２８】
図２に示すように本実施形態では高周波電気信号２６ａの伝搬距離ｚが小さい領域に対応する第１抵抗膜２７ａの吸収効率を、破線で示した従来技術よりも小さく構成している。これにより、図３に示すように、高周波電気信号２６ａの伝搬距離ｚが小さい領域に対応する第１抵抗膜２７ａにおいて発生する単位面積あたりのジュール熱を、図３中に示した抵抗膜の破壊限界よりも小さくなるようにしている。そして、高周波電気信号２６ａの伝搬距離ｚが大きい領域に対応する第２抵抗膜２７ｂの吸収効率を第１抵抗膜２７ａの吸収効率よりも高く設定している。したがって、この領域においては第１抵抗膜２７ａにおいて発生する単位面積あたりのジュール熱は従来技術よりも大きくなるが、抵抗膜の破壊限界よりも小さいので問題とならない。
【００２９】
このように、高周波電気信号２６ａについて要求される抵抗膜による吸収量は従来技術と同じ程度に設定しつつ、高周波電気信号２６ａの伝搬距離ｚが小さい領域でも大きい領域でも抵抗膜において発生する単位面積あたりのジュール熱を従来技術よりも小さくしている。
【００３０】
なお、第１及び第２抵抗膜２７ａ、２７ｂの吸収効率を変えるには、第１及び第２抵抗膜２７ａ、２７ｂの材料としての吸収係数が各抵抗膜について同じであれば、第１抵抗膜２７ａの厚みを薄くし、第２抵抗膜２７ｂの厚みを厚くすれば良い。具体的な作成手順を述べれば、まず中心導体２２と接地導体２３との間に所定厚さの抵抗膜（その１）を取り付け、当該抵抗膜（その１）の接地導体２３側のみに所定厚さの抵抗膜（その２）を取り付けることで、接地導体２３側のみ分厚い構成とすることができる。
【００３１】
また、第１及び第２抵抗膜２７ａ、２７ｂの厚みが同じであれば、第１抵抗膜２７ａの材料として、第２抵抗膜２７ｂの材料の持つ吸収係数よりも小さい吸収係数を持つ材料を選択すれば良い。
【００３２】
一般に抵抗値としては３５〜５０Ω程度が望まれるが、第１及び第２抵抗膜２７ａ、２７ｂ合計としての抵抗値は厚みの変化や材料の変化を考慮して所望の値に設定すれば良い。
【００３３】
さらに、抵抗膜の厚みの大小による吸収効率の大小と材料選択による吸収係数の大小とを組み合わせた配置としても良い。また、本実施形態においては２種類とした第１及び第２抵抗膜２７ａ、２７ｂを、３種類あるいはそれ以上で構成しても良い。また、高周波電気信号の伝搬距離ｚが延びるに従って高周波電気信号の吸収効率を変えて構成するという本発明の思想に沿う限りは、図１の全体の構成を電気的終端用中心導体２２に対して左右非対称に構成しても良いことは言うまでもない。そして以上のことは本発明の全ての実施形態について言うことができる。
【００３４】
［第２の実施形態］
図４に、本発明における第２の実施形態のＬＮ光変調器モジュールにおける電気的終端の抵抗部について、その模式的な上面図を示す。本発明における第２の実施形態において特徴的な構成は、不図示の高周波電気信号を吸収する抵抗膜を第１〜４抵抗膜２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ（右半分では２８ｅ、２８ｆ、２８ｇ、２８ｈであって、それぞれ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄと同じ）の４種類とし、第１の実施形態の２種類よりも多く構成している点である。なおここでは４種類としたが、これは一例であり、もっと多い構成としても良いことはいうまでもない。
【００３５】
本実施形態における不図示の高周波電気信号の吸収効率を図５に示す。このように、本実施形態では抵抗膜の吸収効率を多段に変化させているので、不図示の高周波電気信号の伝搬距離ｚが小さい領域に対応する抵抗膜２８ａの吸収効率をより小さくすることができるので、発生するジュール熱をより小さくすることができる。
【００３６】
図６に、この第２の実施形態の変形例を示す。この態様では、第１〜４抵抗膜２８ａ’〜２８ｄ’の幅Ｗ１が電気的終端用接地導体２３に向かうにしたがって徐々に狭くなって構成されている。このように構成することで、ジュール熱量の大きいｚが小さい領域において面積が広いことによって単位面積あたりに生じるジュール熱量を下げることができ、より効果的にジュール熱の発生を抑えることができる。
【００３７】
［各種実施形態］
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。そしてＤＱＰＳＫ型の光変調器などマッハツェンダ型光導波路をネスト状に組み合わせた構造や、シングル電極、あるいはＤｕａｌ電極などについても本発明は勿論有効である。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。
【００３８】
抵抗膜は電気的終端の中心導体の両側にある、いわゆるＣＰＷ型の終端抵抗を用いて説明してきたが、第１と第２の実施形態で示したような電気的終端用中心導体をセンターとした左右の抵抗膜が完全にミラー対称の構成でなくてもよい。また、抵抗膜が電気的終端の中心導体の片側のみにある非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）型、マイクロストリップ型でも良い。
【００３９】
抵抗膜の単位面積当たりに発生するジュール熱が抵抗膜の破壊限界より小さくなるように、抵抗膜の吸収効率が伝搬方向に向かって階段的にもしくは徐々に大きくなるように構成されていれば、本発明の思想に属することになる。具体的に述べれば、上記した実施形態においては「吸収効率が最も低い抵抗膜；第１抵抗膜」が電気的終端用中心導体に接する構成として説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。第１抵抗膜が実質的に電気的終端用中心導体に接しているとみなせる、電気的終端用中心導体の近傍に配置されている場合（例えば、電気的終端用中心導体に接してｚ方向に極短い長さの「吸収効率の高い抵抗膜」を配置した構成）であっても、本発明の作用効果を奏する限り、本発明の思想に属することになる。
【００４０】
さらに、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。また、基板が半導体の場合についても本発明を適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明に係る光変調器モジュールは、安価で、歩留まりが良い光変調器モジュールとして有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１：ｚ−カットＬＮ基板（基板、ＬＮ基板）
２：光導波路
３ａ：中心導体
３ｂ、３ｃ：接地導体
４：ドライバー
５：信号源
６：コンデンサ
７：パッケージ（筐体）
８：電気的終端
９：バイアス用端子
１０：バイアス抵抗
１１、１２：高周波用コンデンサ
１３：終端抵抗
１４：低周波用コンデンサ
１５：バイアス電源
１６：ＣＰＷ進行波電極の分布定数表現
１７：インダクタンス
１８：抵抗
１９：キャパシタンス
２０：コンダクタンス
２１：電気的終端用基板
２２：電気的終端用中心導体
２３：電気的終端用接地導体
２４ａ、２４ｂ：抵抗膜
２７ａ、２７ｃ、２８ａ、２８ｅ、２８ａ’、２８ｅ’：第１抵抗膜
２７ｂ、２７ｄ、２８ｂ、２８ｆ、２８ｂ’、２８ｆ’：第２抵抗膜
２８ｃ、２８ｇ、２８ｃ’、２８ｇ’：第３抵抗膜
２８ｄ、２８ｈ、２８ｄ’、２８ｈ’：第４抵抗膜
２５、２６ａ、２６ｂ：高周波電気信号
５０：ＬＮ光変調器
１００：ＬＮ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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【図１１】
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【図１２】
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