(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路が形成された基板と、
前記基板上に形成された、前記光導波路の上を交差する交差部を有する電極と、
を有する光導波路素子であって、
前記光導波路は、前記基板上に延在する凸部により構成され、
前記交差部には、前記光導波路と、前記光導波路の上を交差する電極との間に中間層を有し、
前記中間層は、前記電極に沿って、隣接する前記交差部の間に延在して、前記電極の下において隣接する前記凸部の間を埋め、かつ、
前記電極の下にある前記中間層は、平面視が前記電極の延在方向に沿って帯状である、
光導波路素子。
【請求項２】
前記中間層の上面は、前記中間層の端部に最も近い前記凸部の上部の位置から当該端部までの範囲が略平坦に構成されている、
請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
前記中間層は、前記凸部の上面から測った厚さが、前記凸部の前記基板の面からの高さの値より大きい、
請求項２に記載の光導波路素子。
【請求項４】
前記中間層は、複数の層で構成されている、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光導波路素子。
【請求項５】
前記中間層を構成する前記複数の層は、一の層と、当該一の層の上方に配された他の層と、を含み、
前記他の層は、前記基板への塗布時の粘性が前記一の層を構成する一の樹脂より高い他の樹脂により構成される、
請求項４に記載の光導波路素子。
【請求項６】
前記光導波路は、それぞれ互いに隣接する複数の前記光導波路で構成される２つの導波路グループを含み、
前記電極は、相異なる２つの前記導波路グループの前記光導波路のそれぞれと前記交差部を構成し、
前記２つの導波路グループのそれぞれにおいて、前記電極に沿って隣接する前記交差部に前記中間層を有し、
前記２つの導波路グループの前記中間層は、前記電極に沿って前記２つの導波路グループの間にまで延在する平面視が帯状の一つながりの共通の層の一部として構成されている、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光導波路素子。
【請求項７】
前記中間層と前記電極との間に無機材料で構成されるバッファ層を有する、
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光導波路素子。
【請求項８】
前記凸部の上面と前記中間層との間に無機材料で構成されるバッファ層を有する、
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光導波路素子。
【請求項９】
光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし８のいずれか一項に記載の光導波路素子と、
前記光導波路素子を収容する筐体と、
前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、
前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、
を備える光変調器。
【請求項１０】
光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし８のいずれか一項に記載の光導波路素子と、前記光導波路素子を駆動する駆動回路と、を備える光変調モジュール。
【請求項１１】
請求項９に記載の光変調器または請求項１０に記載の光変調モジュールと、
前記光導波路素子に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路と、
を備える光送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路素子、光変調器、光変調モジュール、及び光送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速／大容量光ファイバ通信システムにおいては、基板上に形成された光導波路と、光導波路を伝搬する光波を制御する制御電極と、で構成される光導波路素子としての光変調素子を組み込んだ光変調器が多く用いられている。中でも、電気光学効果を有するＬｉＮｂＯ３（以下、ＬＮともいう）を基板に用いた光変調素子は、光の損失が少なく且つ広帯域な光変調特性を実現し得ることから、高速／大容量光ファイバ通信システムに広く用いられている。
【０００３】
特に、光ファイバ通信システムにおける変調方式は、近年の伝送容量の増大化の流れを受け、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）やＤＰ−ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  −  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）等、多値変調や、多値変調に偏波多重を取り入れた伝送フォーマットが主流となっており、基幹光伝送ネットワークにおいて用いられるほか、メトロネットワークにも導入されつつある。
【０００４】
また、近年では、光変調器自身の更なる低電圧駆動および高速変調のため、基板中における信号電界と導波光との相互作用をより強めるべく薄膜化したＬＮ基板（例えば、厚さ２０μｍ以下）の表面に帯状の凸部を形成して構成されるリブ型光導波路またはリッジ型光導波路（以下、総称して凸状光導波路という）を用いた光変調器も実用化されつつある（例えば、特許文献１、２）。
【０００５】
ＱＰＳＫ変調を行う光変調器（ＱＰＳＫ光変調器）やＤＰ−ＱＰＳＫ変調を行う光変調器（ＤＰ−ＱＰＳＫ光変調器）は、所謂ネスト型と呼ばれる入れ子構造になった複数のマッハツェンダ型光導波路を備え、そのそれぞれが少なくとも一つの高周波信号電極を備える。また、このようなマッハツェンダ型光導波路を用いた光変調器では、一般的には、いわゆるＤＣドリフトによるバイアス点の変動を補償するためのバイアス電極も形成される。
【０００６】
これらの高周波信号電極やバイアス電極（以下、総称して単に電極ともいう）は、基板外部の電気回路との接続のため、ＬＮ基板の外周近傍まで延在するように形成される。このため、基板上には、複数の光導波路と複数の電極とが複雑に交差し、光導波路の上を電極が横断する複数の交差部が形成される。
【０００７】
上記交差部において光導波路と電極とが直接接するように形成されると、これらの交差部では、光導波路を伝搬する光が電極を構成する金属に吸収されることにより光損失（光吸収損失）が発生する。また、凸状光導波路と高周波電気信号を伝搬する高周波信号電極とが交差する場合には、交差部において、基板上の高周波信号電極の上面及び下面には凸状導波路の断面形状に沿った凹凸が生じ、当該凹凸のエッジ部分から高周波電気信号が放射等により漏れることで、高周波信号電極における信号伝搬損失が増加する。特に、１００Ｇを超える変調速度を実現する光変調素子においては、高周波信号電極が伝搬する高周波電気信号はマイクロ波周波数の信号となり、表皮効果によって高周波信号電極の表面付近を伝搬するため、当該表面の凹凸による悪影響（伝搬損失等）を受け易い。
【０００８】
そして、これらの光損失や信号伝搬損失は、例えば、マッハツェンダ型光導波路を構成する２つの並行導波路間での光損失差を生み、変調された光の消光比を劣化させ得る。消光比に対する要求条件は、光変調器に求められる変調速度が高いほど厳しいため、このような消光比の劣化は、伝送容量の増大化に伴う変調速度の高速化に伴って増々顕在化することが予想される。
【０００９】
また、上記のような交差部は、ＬＮ基板に限らずＩｎＰ等の半導体を基板に用いた光導波路素子や、Ｓｉを基板に用いるシリコン・フォトニクス導波路デバイスなどの、種々の光導波路素子でも同様に形成され得る。また、そのような光導波路素子は、マッハツェンダ型光導波路を用いる光変調器だけでなく、方向性結合器やＹ分岐を構成する光導波路を用いた光変調器、あるいは光スイッチ等の種々の光導波路素子であり得る。
【００１０】
そして、光導波路素子の更なる小型化、多チャンネル化、及び又は高集積化に伴って光導波路パターン及び電極パターンが複雑化すれば、基板上における交差部の数は増々増加し、無視し得ない要因となって当該光導波路素子の性能を制限することとなり得る。
【００１１】
このような、光導波路上に形成された電極金属による光吸収損失を低減する技術として、従来、光導波路を形成した基板の表面にＳｉＯ２等の無機材料から成るバッファ層を設け、当該バッファ層の上部に電極金属を形成することが知られている（例えば、特許文献３）。この構成を、凸状光導波路で構成される光導波路素子に適用した場合、凸状光導波路と電極との交差部は、図１４のように構成され得る。
【００１２】
図１４は、基板１２００に形成された高周波信号電極１２０６の長さ方向に沿った、基板１２００の断面図である。図１４では、高周波信号電極１２０６は、例えば高周波信号電極１２０６と直交する方向（図１４の紙面法線方向）に延在する４つの凸状光導波路１２０２ａ、１２０２ｂ、１２０２ｃ、１２０２ｄ（以下、総称して凸状光導波路１２０２）と交差し、それぞれ交差部１２０４ａ、１２０４ｂ、１２０４ｃ、１２０４ｄ（以下、総称して交差部１２０４）を形成している。凸状光導波路１２０２ａ、１２０２ｂ、１２０２ｃ、１２０２ｄは、それぞれ、基板１２００の面に形成された凸部１２０８ａ、１２０８ｂ、１２０８ｃ、１２０８ｄ（以下、総称して凸部１２０８）により構成される。そして、基板１２００上には、凸部１２０８の形状に沿ってＳｉＯ２から成るバッファ層１２１０が形成され、その上に高周波信号電極１２０６が形成される。
【００１３】
しかしながら、基板１２００上に無機材料のバッファ層１２１０を設けても、凸状光導波路１２０２との交差部に発生する高周波信号電極１２０６の上面及び下面の凹凸は緩和されることがなく、信号伝搬損失を低減することは困難である。また、高周波信号電極１２０６の厚さを厚くして凸状光導波路１２０２の断面形状に起因する高周波信号電極１２０６上面の凹凸を軽減することも考えられるが、実用的な厚さの範囲で上面の凹凸を軽減するには限界があると共に、高周波信号電極１２０６の下面（凸状光導波路１２０２に近い方の面）の凹凸は全く軽減されず、十分効果のある対策とはなり得ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−２６４５４８号公報
【特許文献２】国際公開第２０１８／１０３１９１６号明細書
【特許文献３】特開２００９−１８１１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記背景より、凸状光導波路と高周波電気信号を伝搬する電極との複数の交差部を有する光導波路素子において、交差部における光導波路の光吸収損失および高周波信号電極の信号伝搬損失を共に抑制して、良好な動作特性を実現することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一の態様は、光導波路が形成された基板と、前記基板上に形成された、前記光導波路の上を交差する交差部を有する電極と、を有する光導波路素子であって、前記光導波路は、前記基板上に延在する凸部により構成され、前記交差部には、前記光導波路と、前記光導波路の上を交差する電極との間に中間層を有し、前記中間層は、前記電極に沿って、隣接する前記交差部の間に延在して、前記電極の下において隣接する前記凸部の間を埋め、かつ、前記電極の下にある前記中間層は、平面視が前記電極の延在方向に沿って帯状である、
光導波路素子である。
本発明の他の態様によると、前記中間層の上面は、前記中間層の端部に最も近い前記凸部の上部の位置から当該端部までの範囲が略平坦に構成されている。
本発明の他の態様によると、前記中間層は、前記凸部の上面から測った厚さが、前記凸部の前記基板の面からの高さの値より大きい。
本発明の他の態様によると、前記中間層は、複数の層で構成されている。
本発明の他の態様によると、前記中間層を構成する前記複数の層は、一の層と、当該一の層の上方に配された他の層と、を含み、前記他の層は、前記基板への塗布時の粘性が前記一の層を構成する一の樹脂より高い他の樹脂により構成される。
本発明の他の態様によると、前記光導波路は、それぞれ互いに隣接する複数の前記光導波路で構成される２つの導波路グループを含み、前記電極は、相異なる２つの前記導波路グループの前記光導波路のそれぞれと前記交差部を構成し、前記２つの導波路グループのそれぞれにおいて、前記電極に沿って隣接する前記交差部に前記中間層を有し、前記２つの導波路グループの前記中間層は、前記電極に沿って前記２つの導波路グループの間にまで延在する平面視が帯状の一つながりの共通の層の一部として構成されている。
本発明の他の態様によると、前記中間層と前記電極との間に無機材料で構成されるバッファ層を有する。
本発明の他の態様によると、前記凸部の上面と前記中間層との間に無機材料で構成されるバッファ層を有する。
本発明の他の態様は、光の変調を行う光変調素子である上記いずれかの光導波路素子と、前記光導波路素子を収容する筐体と、前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、を備える光変調器である。
本発明の他の態様は、光の変調を行う光変調素子である上記いずれかの光導波路素子と、前記光導波路素子を駆動する駆動回路と、を備える光変調モジュールである。
本発明の更に他の態様は、上記光変調器または上記光変調モジュールと、前記光導波路素子に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路と、を備える光送信装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、凸状光導波路と高周波電気信号を伝搬する高周波信号電極との複数の交差部を有する光導波路素子において、交差部における光導波路の光吸収損失および高周波信号電極の信号伝搬損失を共に抑制して、良好な動作特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。
【図２】図１に示す光変調器に用いられる光変調素子の構成を示す図である。
【図３】図２に示す光変調素子のＡ部の部分詳細図である。
【図４】図３に示すＢ部の平面図である。
【図５】図４に示すＢ部のＶ−Ｖ断面矢視図である。
【図６】図５に示すＢ部の構成の第１の変形例である。
【図７】図５に示すＢ部の構成の第２の変形例である。
【図８】図５に示すＢ部の構成の第３の変形例である。
【図９】図５に示すＢ部の構成の第４の変形例である。
【図１０】図３に示すＣ部の平面図である。
【図１１】図１０に示すＣ部のＸＩ−ＸＩ断面矢視図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る光変調モジュールの構成を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。
【図１４】従来の光導波路素子の断面構造の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
［１．第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光導波路素子である光変調素子を用いた光変調器１００の構成を示す図である。光変調器１００は、筐体１０２と、当該筐体１０２内に収容された光変調素子１０４と、中継基板１０６と、を有する。光変調素子１０４は、例えば、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器構成である。筐体１０２は、最終的にはその開口部に板体であるカバー（不図示）が固定されて、その内部が気密封止される。
【００２０】
光変調器１００は、また、光変調素子１０４の変調に用いる高周波電気信号を入力するための信号ピン１０８と、光変調素子１０４の動作点の調整に用いる電気信号を入力するための信号ピン１１０と、を有する。
【００２１】
さらに、光変調器１００は、筐体１０２内に光を入力するための入力光ファイバ１１４と、光変調素子１０４により変調された光を筐体１０２の外部へ導く出力光ファイバ１２０と、を筐体１０２の同一面に有する。
【００２２】
ここで、入力光ファイバ１１４及び出力光ファイバ１２０は、固定部材であるサポート１２２及び１２４を介して筐体１０２にそれぞれ固定されている。入力光ファイバ１１４から入力された光は、サポート１２２内に配されたレンズ１３０によりコリメートされた後、レンズ１３４を介して光変調素子１０４へ入力される。ただし、これは一例であって、光変調素子１０４への光の入力は、従来技術に従い、例えば、入力光ファイバ１１４を、サポート１２２を介して筐体１０２内に導入し、当該導入した入力光ファイバ１１４の端面を光変調素子１０４の基板２３０（後述）の端面に接続することで行うものとすることもできる。
【００２３】
光変調器１００は、また、光変調素子１０４から出力される２つの変調された光を偏波合成する光学ユニット１１６を有する。光学ユニット１１６から出力される偏波合成後の光は、サポート１２４内に配されたレンズ１１８により集光されて出力光ファイバ１２０へ結合される。
【００２４】
中継基板１０６は、当該中継基板１０６に形成された導体パターン（不図示）により、信号ピン１０８から入力される高周波電気信号および信号ピン１１０から入力される動作点調整用等の電気信号を、光変調素子１０４へ中継する。中継基板１０６上の上記導体パターンは、例えばワイヤボンディング等により、光変調素子１０４の電極の一端を構成するパッド（後述）にそれぞれ接続される。また、光変調器１００は、所定のインピーダンスを有する終端器１１２を筐体１０２内に備える。
【００２５】
図２は、図１に示す光変調器１００の筐体１０２内に収容される光変調素子１０４の、構成の一例を示す図である。光変調素子１０４は、基板２３０上に形成された光導波路（図示太線の点線）で構成され、例えば２００ＧのＤＰ−ＱＰＳＫ変調を行う。基板２３０は、例えば、２０μｍ以下（例えば２μｍ）の厚さに加工され薄膜化された、電気光学効果を有するＸカットのＬＮ基板である。また、上記光導波路は、薄膜化された基板２３０の表面に形成された、帯状に延在する凸部で構成された凸状光導波路（例えば、リブ型光導波路又はリッジ型光導波路）である。ここで、ＬＮ基板は、応力が加わると光弾性効果により屈折率が局所的に変化し得るため、基板全体の機械強度を補強すべく、一般的にはＳｉ（シリコン）基板やガラス基板、ＬＮ等の支持基板に接着される。本実施形態では、後述するように、基板２３０は、接着層５９０を介して支持基板５９２に接着されている。
【００２６】
基板２３０は、例えば矩形であり、図示上下方向に延在して対向する図示左右の２つの辺２８０ａ、２８０ｂ、および図示左右方向に延在して対向する図示上下の辺２８０ｃ、２８０ｄを有する。なお、図２においては、図示左上部に示す座標軸に示すとおり、図２の紙面の奥へ（オモテ面からウラ面へ）向かう法線方向をＸ方向、図示右方向をＹ方向、図示下方向をＺ方向とする。これら座標軸は、例えば、ＬＮ基板である基板２３０の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対応する。
【００２７】
光変調素子１０４は、基板２３０の図示左方の辺２８０ｂの図示上側において入力光ファイバ１１４からの入力光（図示右方を向く矢印）を受ける入力導波路２３２と、入力された光を同じ光量を有する２つの光に分岐する分岐導波路２３４と、を含む。また、光変調素子１０４は、分岐導波路２３４により分岐されたそれぞれの光を変調する２つの変調部である、いわゆるネスト型マッハツェンダ型光導波路２４０ａ、２４０ｂを含む。
【００２８】
ネスト型マッハツェンダ型光導波路２４０ａ、２４０ｂは、それぞれ、一対の並行導波路を成す２つの導波路部分に設けられたそれぞれ２つのマッハツェンダ型光導波路２４４ａ、２４６ａ、および２４４ｂ、２４６ｂを含む。これにより、ネスト型マッハツェンダ型光導波路２４０ａ、２４０ｂは、分岐導波路２３４により２つに分岐された入力光のそれぞれの光の伝搬方向を１８０度折り返したのち、ＱＰＳＫ変調を行い、変調後の光（出力）をそれぞれの出力導波路２４８ａ、２４８ｂから図示左方へ出力する。
【００２９】
これら２つの出力光は、その後、基板２３０外に配された光学ユニット１１６により偏波合成されて一つの光ビームにまとめられる。以下、光変調素子１０４の基板２３０上に形成された入力導波路２３２、分岐導波路２３４、並びにネスト型マッハツェンダ型光導波路２４０ａ、２４０ｂ及びこれらに含まれるマッハツェンダ型光導波路２４４ａ、２４６ａ、２４４ｂ、２４６ｂ等々の光導波路を、総称して光導波路２３２等ともいうものとする。上述したように、これらの光導波路２３２等は、基板２３０上に帯状に延在する凸部により構成される凸状光導波路である。
【００３０】
基板２３０上には、ネスト型マッハツェンダ型光導波路２４０ａ、２４０ｂを構成する合計４つのマッハツェンダ型光導波路２４４ａ、２４６ａ、２４４ｂ、２４６ｂのそれぞれに変調動作を行わせるための、高周波電気信号が入力される高周波信号電極２５０ａ、２５２ａ、２５０ｂ、２５２ｂが設けられている。ここで、高周波信号電極２５０ａ、２５２ａ、２５０ｂ、２５２ｂに入力される高周波電気信号とは、マイクロ波帯の電気信号であり、ＩＥＥＥ規格に規定された例えばＧバンド帯の周波数以上、具体的には０．２ＧＨｚ以上の信号成分を含んだ電気信号をいう。
【００３１】
高周波信号電極２５０ａ、２５２ａ、２５０ｂ、２５２ｂの図示右方は、基板２３０の図示右側の辺２８０ａまで延在し、パッド２５８ａ、２６０ａ、２５８ｂ、２６０ｂ、に接続されている。また、高周波信号電極２５０ａ、２５２ａ、２５０ｂ、２５２ｂの図示左方は、図示下方へ折れ曲がって基板２３０の辺２８０ｄまで延在し、パッド２５４ａ、２５６ａ、２５４ｂ、２５６ｂに接続されている。
【００３２】
なお、高周波信号電極２５０ａ、２５２ａ、２５０ｂ、２５２ｂは、従来技術に従い、基板２３０上に形成されたグランド導体パターン（不図示）と共に、例えば、所定のインピーダンスを有するコプレーナ伝送線路を構成している。グランド導体パターンは、例えば、光導波路２３２等の上には形成されないように設けられ、グランド導体パターンのうち光導波路２３２等により分割されて形成される複数の領域間は、例えばワイヤボンディング等により互いに接続されるものとすることができる。
【００３３】
図示右側の辺２８０ａに配されたパッド２５８ａ、２６０ａ、２５８ｂ、２６０ｂは、ワイヤボンディング等により、中継基板１０６と接続される。また、図示下側の辺２８０ｄに配されたパッド２５４ａ、２５６ａ、２５４ｂ、２５６ｂは、終端器１１２を構成する４つの終端抵抗（不図示）にそれぞれ接続される。これにより、信号ピン１０８から中継基板１０６を介してパッド２５８ａ、２６０ａ、２５８ｂ、２６０ｂに入力される高周波電気信号は、進行波となって高周波信号電極２５０ａ、２５２ａ、２５０ｂ、２５２ｂを伝搬し、マッハツェンダ型光導波路２４４ａ、２４６ａ、２４４ｂ、２４６ｂを伝搬する光波をそれぞれ変調する。
【００３４】
ここで、高周波信号電極２５０ａ、２５２ａ、２５０ｂ、２５２ｂが基板２３０内に形成する電界と、マッハツェンダ型光導波路２４４ａ、２４６ａ、２４４ｂ、２４６ｂを伝搬する導波光と、の相互作用をより強めて高速変調動作をより低電圧で行い得るように、基板２３０は、２０μｍ以下の厚さ、好適には１０μｍ以下の厚さに形成される。本実施形態では、例えば、基板２３０の厚さは１．２μｍ、光導波路２３２等を構成する凸部の高さは０．８μｍである。なお、基板２３０は、その裏面（図２に示す面に対向する面）が、接着層を介してガラス等の支持基板に接着されている（図２では不図示。後述する図５等において、接着層５９０および支持基板５９２として記載されている）。
【００３５】
光変調素子１０４には、また、いわゆるＤＣドリフトによるバイアス点の変動を補償して動作点を調整するためのバイアス電極２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃが設けられている。バイアス電極２６２ａは、ネスト型マッハツェンダ型光導波路２４０ａ、２４０ｂのバイアス点変動の補償に用いられる。また、バイアス電極２６２ｂおよび２６２ｃは、それぞれ、マッハツェンダ型光導波路２４４ａ、２４６ａ、および２４４ｂ、２４６ｂのバイアス点変動の補償に用いられる。
【００３６】
これらのバイアス電極２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃは、それぞれ、基板２３０の図示上側の辺２８０ｃまで延在し、中継基板１０６を介して信号ピン１１０のいずれかと接続される。対応する信号ピン１１０は、筐体１０２の外部に設けられるバイアス制御回路と接続される。これにより、当該バイアス制御回路によりバイアス電極２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃが駆動されて、対応する各マッハツェンダ型光導波路に対しバイアス点変動を補償するように動作点が調整される。以下、高周波信号電極２５０ａ、２５２ａ、２５０ｂ、２５２ｂを、総称して高周波信号電極２５０ａ等という。また、バイアス電極２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃを、総称してバイアス電極２６２という。
【００３７】
バイアス電極２６２は、直流ないし低周波の電気信号が印加される電極であり、例えば、基板２３０の厚さが２０μｍの場合、０．３μｍ以上、５μｍ以下の範囲の厚さで形成される。これに対し、高周波信号電極２５０ａ、２５２ｂ、２５０ｂ、２５２ｂは、印加される高周波電気信号の導体損失を低減するべく、例えば２０μｍ以上、４０μｍ以下の範囲で形成される。尚、高周波信号電極２５０ａ等の厚さは、インピーダンスやマイクロ波実効屈折率を所望の値に設定するため基板２３０の厚さに応じて決定され、基板２３０の厚さが厚い場合にはより厚く、基板２３０の厚さが薄い場合にはより薄く決定され得る。
【００３８】
上記のように構成される光変調素子１０４は、高周波信号電極２５０ａ等又はバイアス電極２６２が光導波路２３２等の上を交差する（横断する）多くの交差部分を含んでいる。図２の記載から容易に理解されるように、図２において光導波路２３２等を示す図示太線点線と、高周波信号電極２５０ａ等又はバイアス電極２６２を示す図示帯状部分と、が交差する部分は、すべて、光導波路２３２等の上を高周波信号電極２５０ａ等又はバイアス電極２６２が交差する交差部分である。本実施形態では、光変調素子１０４は、光導波路２３２等と高周波信号電極２５０ａ等との交差部を、全部で６１箇所含んでいる。
【００３９】
図３は、図２に示す光変調素子１０４のＡ部の部分詳細図である。
以下、図３に示された交差部分であるＢ部およびＣ部を例にとり、これら交差部分における構成について説明する。ここで、図３に示すように、マッハツェンダ型光導波路２４４ａは、２本の並行導波路２４４ａ−１及び２４４ａ−２を含み、マッハツェンダ型光導波路２４６ａは、２本の並行導波路２４６ａ−１及び２４６ａ−２を含む。また、マッハツェンダ型光導波路２４４ｂは、２本の並行導波路２４４ｂ−１及び２４４ｂ−２を含み、マッハツェンダ型光導波路２４６ｂは、２本の並行導波路２４６ｂ−１及び２４６ｂ−２を含む。なお、並行導波路２４４ａ−１、２４４ａ−２、２４６ａ−１、２４６ａ−２、２４４ｂ−１、２４４ｂ−２、２４６ｂ−１、及び２４６ｂ−２も、凸状光導波路として構成されている。
【００４０】
［１−１．Ｂ部の構成］
まず、交差部分の第１の構成例としての、図３に示すＢ部の構成について説明する。図４および図５は、高周波信号電極２５２ｂが並行導波路２４４ｂ−１、２４４ｂ−２、２４６ｂ−１、及び２４６ｂ−２の上を交差するＢ部の構成を示す部分詳細図である。ここに、図４は、Ｂ部の平面図、図５は、図４に示すＢ部のＶ−Ｖ断面矢視図である。
【００４１】
なお、図４、図５に示す構成は、光変調素子１０４における光導波路２３２等と高周波信号電極２５０ａ等とが交差する部分の構成の一例であって、Ｂ部以外の、光導波路２３２等と高周波信号電極２５０ａ等とが交差する任意の部分にも同様に用いることができる。
【００４２】
高周波信号電極２５２ｂは、並行導波路２４４ｂ−１、２４４ｂ−２、２４６ｂ−１、及び２４６ｂ−２の上を交差して、それぞれ交差部４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄを形成している。図５に示すように、並行導波路２４４ｂ−１、２４４ｂ−２、２４６ｂ−１、及び２４６ｂ−２は、それぞれ、凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２により構成される凸状光導波路である。なお、図５において、並行導波路２４４ｂ−１、２４４ｂ−２、２４６ｂ−１、及び２４６ｂ−２の断面に描かれている図示点線の楕円は、これらの並行導波路を伝搬する導波光を模式的に示したものである（図６ないし図９、および図１１においても同様に、点線楕円により導波光を示す）。
【００４３】
なお、図５において、基板２３０は、接着層５９０を介して支持基板５９２に固定されている。ここで、接着層５９０は、例えば熱硬化性樹脂等で構成され、支持基板５９２は、例えばガラス基板、ＬＮ基板、Ｓｉ基板等で構成される。
【００４４】
特に、本実施形態では、図５に示すように、高周波信号電極２５２ｂに沿って隣接する交差部４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄおよびこれら交差部の間に、高周波信号電極２５２ｂに沿って凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２の間を埋めると共にこれら凸部の上部を覆うように形成された、樹脂で構成された中間層４００（図示ハッチング部分）を有する。中間層４００を構成する樹脂は、粘性液体の状態で基板２３０に塗布された後で硬化される樹脂、例えばフォトレジストであるものとすることができる。なお、本実施形態では、中間層４００は、図示左端に位置する凸部４０４ｂ−１の図示左側の側面部４１０ａ、及び図示右端に位置する凸部４０６ｂ−２の図示右側の側面部４１０ｂまで延在している。
【００４５】
上記の構成を有する光変調素子１０４のＢ部では、高周波信号電極２５２ｂに沿って隣接する交差部４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄの凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２の間に形成される凹部４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃを埋めるように、中間層４００が形成されるので、その上部に形成される高周波信号電極２５２ｂの下面（基板２３０側の面）および上面の凹凸の発生を抑制することができる。これにより、光変調素子１０４のＢ部では、交差部４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄにおいて高周波信号電極２５２ｂの上記凹凸に起因する放射損失等の信号伝搬損失を抑制することができる。
【００４６】
また、光変調素子１０４のＢ部では、中間層４００は、凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２の上部を覆うように形成されているので、これらの凸部により形成される並行導波路２４４ｂ−１、２４４ｂ−２、２４６ｂ−１、２４６ｂ−２における、高周波信号電極２５２ｂの存在に起因する光吸収損失も抑制することができる。
【００４７】
したがって、光変調素子１０４では、Ｂ部と同様の構成を他の交差部においても適用することで、これら交差部における光導波路の光吸収損失および高周波信号電極の信号伝搬損失を共に抑制して、良好な光変調特性を実現することができる。
【００４８】
ここで、凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２の上面から測った中間層４００の厚さは、中間層４００の上面の平坦性を向上して高周波信号電極２５２ｂにおける放射損失等に起因する信号伝搬損失を抑制しつつ、並行導波路２４４ｂ−１、２４４ｂ−２、２４６ｂ−１、２４６ｂ−２における光吸収損失の発生を抑制し得る厚さであって、できるだけ薄い厚さとすることができる。これにより、電気的特性及び光学的特性を良好に保ちつつ、基板２３０上に残存する樹脂の量を抑制して、筐体１０２を気密封止した後の当該樹脂からのガス放出の量を低減することができる。
【００４９】
特に、本実施形態では、中間層４００は、例えばフォトレジスト等の樹脂で構成されるので、硬化前の樹脂の粘度を調整することにより、凹部４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃを埋めた際の樹脂上面における平坦性の程度、及び又は側面部４１０ａ、４１０ｂにおける当該樹脂の付着性を容易に調整することができる。
【００５０】
一例として、中間層４００は、光導波路２３２等を形成した基板２３０の表面に、粘度１００ｃＰ以下のフォトレジストを、凸部４０４ｂ−１等の上部を覆う所望の厚さとなるようにスピンコーターにより塗布し、高周波信号電極２５２ｂが形成される部分以外の部分のフォトレジストを通常のフォトリソグラフィにより除去することで形成され得る。塗布の際のスピンコーターの回転数を調整することにより、フォトレジストは、その粘性と表面張力とにより凹部４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃにおいて厚く残り、側面部４１０ａ、４１０ｂから離れるに従って薄く塗布される。
【００５１】
本実施形態では、中間層４００は、高周波信号電極２５２ｂに沿って平面視が帯状に形成されている（図４参照）。このように中間層４００を高周波信号電極２５２ｂに沿った帯状に形成することにより、基板２３０上に残る樹脂の量を抑制することができるので、筐体１０２を気密封止した後の当該樹脂からのガス放出の量を低減して、光変調器としての安定な長期動作を実現することができる。
【００５２】
次に、光変調素子１０４のＢ部の変形例について説明する。
［１−１−１．Ｂ部の構成の第１の変形例］
まず、Ｂ部における構成の第１の変形例について説明する。図６は、第１の変形例に係るＢ部の構成を示す図であり、図４におけるＶ−Ｖ断面図を示した図５に相当する図である。なお、図６において、図５に示す構成要素と同じ構成要素については、図５における符号と同一の符号を用いるものとし、上述した図５についての説明を援用するものとする。
【００５３】
図６に示すＢ部の構成は、図５に示す構成と同様であるが、中間層４００に代えて中間層４００−１を有する点が異なる。中間層４００―１は、中間層４００と同様の構成を有するが、凹部４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃをそれぞれ埋める３つの第１層４１２と、第１層４１２の上部及び凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２の上部に位置する第２層４１４の２層で構成されている点が、中間層４００と異なる。
【００５４】
ここで、第１層４１２及び第２層４１４は、中間層４００と同様に、粘性液体の状態で基板２３０に塗布された後で硬化される樹脂、例えばフォトレジストである。第１層４１２及び第２層４１４を構成する樹脂は、それぞれ、基板２３０への塗布時の粘性が互いに異なるものとすることができる。例えば、第２層４１４は、基板２３０への塗布時の粘性が第１層４１２を構成する一の樹脂より高い他の樹脂により構成され得る。
【００５５】
このため、図６に示すＢ部の構成においては、例えば、塗布時の粘性が低く濡れ性の良い第１層４１２により凹部４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃを隙間なく埋めて硬化したのち、塗布時の粘性が第１層４１２よりも高く表面張力の高い第２層４１４を塗布することで、第２層４１４の上面の平坦性を図５に示す構成に比べて向上することができる。
【００５６】
したがって、図６に示すＢ部の構成においては、図５に示す構成に比べ、交差部４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄにおいて生ずる高周波信号電極２５２ｂの上面及び下面の凹凸の高さ（又は深さ）を更に軽減できる。その結果、当該凹凸に起因する高周波信号電極２５２ｂでの放射損失等の信号伝搬損失をさらに抑制して、より良好な光変調動作を実現することができる。
【００５７】
図６に示す構成は、例えば凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２の高さが高い場合やこれら凸部の間隔が広いために、図５に示す単層の中間層４００では高周波信号電極２５２ｂの下面の凹凸を十分に軽減できない場合に、効果的である。また、図６に示す構成は、例えば、凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２の上面と高周波信号電極２５２ｂの下面との間に樹脂を十分な厚さで塗布できず、光吸収損失が発生してしまう場合や、発生する光吸収損失に製造ばらつきが生じてしまう場合に、効果的である。
【００５８】
図６に示すような２層構造の中間層４００−１は、以下のように形成することができるまず、例えば上述の図５の中間層４００と同様の方法で、例えば粘度１００ｃＰ程度の樹脂を基板２３０上に塗布、硬化、およびパターンニングして第１層４１２を形成する。その後、第１層４１２の樹脂よりも塗布時の粘性が高い（例えば、２００ｃＰ以上の粘度の）樹脂を基板２３０上に塗布、硬化、及びパターンニングして第２層４１４形成する。
【００５９】
なお、第１層４１２は、凹部４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃを大まかに埋める程度に形成されていればよく、その厚さは、凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２の高さより厚くても薄くてもよい。すなわち、第１層４１２は、図６示すように凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２の上面に形成されていなくてもよいし、これら凸部の上面まで形成されていてもよい。
【００６０】
第１層４１２及び第２層４１４をそれぞれ構成する樹脂の塗布時の粘度、および塗布の際のスピンコーターの回転数は、第２層４１４の上面を所望の平坦度としつつ中間層４００−１全体としての厚みが極力薄くなるように調整され得る。これにより基板２３０に残存する樹脂の量を低減して、筐体１０２の気密後における当該樹脂からのガス発生量を低減し、光変調器１００としての高い長期信頼性を確保することができる。
【００６１】
［１−１−２．Ｂ部の構成の第２の変形例］
次に、Ｂ部における構成の第２の変形例について説明する。図７は、第２の変形例に係るＢ部の構成を示す図であり、図４におけるＶ−Ｖ断面図を示した図５に相当する図である。なお、図７において、図５に示す構成要素と同じ構成要素については、図５における符号と同一の符号を用いるものとし、上述した図５についての説明を援用するものとする。
【００６２】
図７に示すＢ部の構成は、図５に示す構成と同様であるが、中間層４００に代えて中間層４００−２を有する点が異なる。中間層４００−２は、中間層４００と同様の構成を有するが、中間層４００−２の上面が、当該中間層４００−２の図示左右の端部に最も近い凸部４０４ｂ−１、４０６ｂ−２の上部の位置からこれらに最も近い上記端部までの範囲（図示の端部範囲４００−２ａ、４００−２ｂ）において、屈曲のない面（例えば略平坦な面）で構成されている。
【００６３】
一般に、基板上の段差を越えて形成される電極は、当該段差部において信号伝搬損失を生じ得る。これに対し、図７に示すＢ部の構成では、中間層４００−２の端部範囲４００−２ａ、４００−２ｂが屈曲のない面（例えば略平坦な面）で構成されているので、端部範囲４００−２ａ、４００−２ｂに形成される高周波信号電極２５２ｂにおける電気信号の放射損失を低減して信号伝搬損失を低減することができる。このため、図７に示す構成では、図５および図６に示す構成に比べて、信号伝搬損失を抑制しつつ中間層４００−２の厚さを厚くして、凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２の存在に起因する中間層４００−２の上面または高周波信号電極２５２ｂの下面における凹凸の発生を更に抑制することができる。
【００６４】
凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２の存在に起因して中間層４００−２の上面に生ずる凹凸を低減して高周波信号電極２５２ｂにおける放射損失等の信号伝搬損失を低減する観点では、中間層４００−２は、凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２の上面から測った厚さｄ１が、基板２３０の面から測ったこれら凸部の高さｔ１の値より大きいこと（すなわち、ｄ１＞ｔ１）が望ましい。
【００６５】
このような厚い中間層４００−２は、例えば、基板２３０への塗布時の粘度が比較的高い（例えば、２００ｃＰより高い）レジストを用いて容易に構成することができる。また、端部範囲４００−２ａ、４００−２ｂにおける中間層４００−２の屈曲のない（例えば略平坦な）上面は、上記塗布したレジストを、硬化及びパターンニングしたあとに、比較的高温（例えば、２００℃）及び又は１℃／分以上の早い昇温速度（例えば、５℃／分）で熱処理を行うか、またはプラズマアッシング処理を行うことで形成することができる。
【００６６】
また、端部範囲４００−２ｂの長さｗ２は、当該端部範囲４００−２ｂに最も近い凸部４０６ｂ−２の幅ｗ１と、当該凸部４０６ｂ−２とこれに隣接する凸部４０６ｂ−１との間隔（したがって、凹部４０８ｃの幅）ｋ１と、の和より大きいこと（すなわち、ｗ２＞ｗ１＋ｋ１）が望ましい。端部範囲４００−２ａの長さについても同様である。これにより、高周波信号電極２５２ｂを伝搬する電気信号の、基板２３０の面の鉛直方向における急峻な搖動を抑制することができ、放射損失等の信号伝搬損失を更に低減することができる。
【００６７】
図７に示す構成は、複数の光導波路２３２等が近接し、したがってこれら光導波路２３２等を構成する凸部が近接して配置されるような場合にも、中間層４００−１を厚い単一の層で容易に構成して光吸収損失及び信号伝搬損失を低減し得るので、製造工程の面でも製造歩留まりの面でも、有利となり得る。
【００６８】
［１−２−３．Ｂ部の構成の第３の変形例］
次に、Ｂ部における構成の第３の変形例について説明する。図８は、第３の変形例に係るＢ部の構成を示す図であり、図４におけるＶ−Ｖ断面図を示した図５に相当する図である。なお、図８において、図５に示す構成要素と同じ構成要素については、図５における符号と同一の符号を用いるものとし、上述した図５についての説明を援用するものとする。
【００６９】
図８に示すＢ部の構成は、図５に示す構成と同様であるが、中間層４００と高周波信号電極２５２ｂとの間に、無機材料で構成されるバッファ層５００が形成されている点が異なる。本変形例では、バッファ層５００を構成する無機材料は、例えばＳｉＯ２である。
【００７０】
図８に示す構成では、並行導波路２４４ｂ−１、２４４ｂ−２、２４６ｂ−１、２４６ｂ−２を構成する凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２と高周波信号電極２５２ｂとの間に、無機材料で構成されるバッファ層５００が形成されているので、当該無機材料の電気的特性及び又は光学的特性を利用して、光変調素子１０４としての特性の向上や設計自由度の向上を図ることができる。
【００７１】
例えば、ＬＮで構成される基板２３０を用いる本実施形態の光変調素子１０４では、上記無機材料として電気的絶縁性の高いＳｉＯ２を用いてバッファ層５００を構成することで、電極間隔が狭く高い電界が印加されるような、より高い耐圧特性が求められる設計などの場合、好適に適応することができる。また、ＳｉＯ２は、基板２３０を構成するＬＮよりも誘電率が低いので、ＳｉＯ２によりバッファ層５００を形成することにより、並行導波路２４４ｂ−１、２４４ｂ−２、２４６ｂ−１、２４６ｂ−２を伝搬する光波の速度や、高周波信号電極２５２ｂを伝搬する高周波電気信号の速度を調整して、高周波信号電極２５２ｂの設計自由度を向上することができる。
【００７２】
［１−１−４．Ｂ部の構成の第４の変形例］
次に、Ｂ部における構成の第４の変形例について説明する。図９は、第４の変形例に係るＢ部の構成を示す図であり、図４におけるＶ−Ｖ断面図を示した図５に相当する図である。なお、図９において、図５および図６に示す構成要素と同じ構成要素については、図５および図６における符号と同一の符号を用いるものとし、上述した図５および図６についての説明を援用するものとする。
【００７３】
図９に示すＢ部の構成は、図６に示す構成と同様であるが、凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２の上面と中間層４００−１との間に、無機材料で構成されるバッファ層６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄが形成されている点が異なる。本変形例では、バッファ層６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄを構成する無機材料はＳｉＯ２である。
【００７４】
図９に示す構成では、無機材料で構成されるバッファ層６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄが設けられているので、図８に示す第３の変形例と同様に、当該無機材料の電気的特性及び又は光学的特性を利用して、光変調素子１０４としての特性の向上や設計自由度の向上を図ることができる。
【００７５】
特に、図９に示す構成では、中間層４００の上部全体にバッファ層５００が設けられる図８に示す構成と異なり、凸部４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２のそれぞれの上部のみにバッファ層６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄが形成されている。このため、図９に示す構成では、図８の構成に比べて、剛性の高い無機材料（例えば、ＳｉＯ２）からの応力が基板２３０に加わることを抑制して、光変調素子１０４の変形や、基板２３０上における応力の偏在に起因する、ネスト型マッハツェンダ型光導波路２４０ａ、２４０ｂ、及びマッハツェンダ型光導波路２４４ａ、２４６ａ、２４４ｂ、２４６ｂにおける消光比の劣化を低減することができる。
【００７６】
［１−２．Ｃ部の構成］
次に、交差部分の第２の構成例としての、図３に示すＣ部の構成について説明する。図１０は、Ｃ部の平面図であり、図１１は、図１０におけるＸＩ−ＸＩ断面矢視図である。Ｃ部には、光導波路２３２等として、互いに隣接する４つの並行導波路２４４ａ−１、２４４ａ−２、２４６ａ−１、２４６ａ−２で構成される導波路グループ７００ａと、互いに隣接する４つの並行導波路２４４ｂ−１、２４４ｂ−２、２４６ｂ−１、２４６ｂ−２で構成される導波路グループ７００ｂと、が形成されている。
【００７７】
ここで、並行導波路２４４ａ−１、２４４ａ−２、２４６ａ−１、２４６ａ−２および並行導波路２４４ｂ−１、２４４ｂ−２、２４６ｂ−１、２４６ｂ−２はいずれも凸状光導波路であり、それぞれ、凸部７０６ａ−１、７０６ａ−２、７０６ａ−３、７０６ａ−４及び凸部７０６ｂ−１、７０６ｂ−２、７０６ｂ−３、７０６ｂ−４で構成されている。以下、凸部７０６ａ−１、７０６ａ−２、７０６ａ−３、７０６ａ−４を総称して凸部７０６ａといい、凸部７０６ｂ−１、７０６ｂ−２、７０６ｂ−４を総称して凸部７０６ｂというものとする。
【００７８】
また、Ｃ部では、高周波信号電極２５０ｂが、相異なる２つの導波路グループ７００ａ、７００ｂに属する並行導波路２４４ａ−１、２４４ａ−２、２４６ａ−１、２４６ａ−２、および並行導波路２４４ｂ−１、２４４ｂ−２、２４６ｂ−１、２４６ｂ−２のそれぞれと交差部７０２ａ、７０２ｂ、７０２ｃ、７０２ｄ、及び７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃ、７０４ｄを構成している。以下、交差部７０２ａ、７０２ｂ、７０２ｃ、７０２ｄを総称して交差部７０２といい、交差部７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃ、７０４ｄを総称して交差部７０４というものとする。
【００７９】
また、Ｃ部では、導波路グループ７００ａにおいて、高周波信号電極２５０ｂに沿って隣接する交差部７０２の凸部７０６ａの間及び凸部７０６ａの上部に中間層８００−１を有し、及び導波路グループ７００ｂにおいて、高周波信号電極２５０ｂに沿って隣接する交差部７０４の凸部７０６ｂの間及び凸部７０６ｂの上部に中間層８００−２を有する。
【００８０】
そして、Ｃ部では、２つの導波路グループ７００ａ、７００ｂのそれぞれの中間層８００−１及び８００−２は、高周波信号電極２５０ｂに沿って平面視が帯状に延在するひとつながりの共通の層を含んで構成されている。
【００８１】
具体的には、中間層８００−１及び８００−２は、図６に示すＢ部の第１変形例と同様の構成を有する。すなわち、中間層８００−１は、互いに隣接する４つの凸部７０６ａの間に形成される３つの凹部７０８ａ、７０８ｂ、７０８ｃをそれぞれ埋める３つの第１層７１２ａと、第１層７１２ａの上部及び４つの凸部７０６ａの上部に位置する第２層７１４ａと、の２層で構成されている。同様に、中間層８００−２は、互いに隣接する４つの凸部７０６ｂの間に形成される３つの凹部７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃをそれぞれ埋める３つの第１層７１２ｂと、第１層７１２ｂの上部及び４つの凸部７０６ｂの上部に位置する第２層７１４ｂと、の２層で構成されている。
【００８２】
そして、図１０、図１１に示すように、中間層８００−１の第２層７１４ａと中間層８００−２の第２層７１４ｂとは、高周波信号電極２５０ｂに沿って２つの導波路グループ７００ａ、７００ｂの間にまで延在する、平面視が帯状のひとつながりの共通層８１０の一部として形成されている。
【００８３】
上記の構成を有するＣ部は、第２層７１４ａと第２層７１４ｂとが共通層８１０の一部として形成され、当該共通層８１０は、２つの導波路グループ７００ａ、７００ｂの間にまで延在しているので、高周波信号電極２５０ｂの下面は、導波路グループ７００ａと７００ｂとの間の位置において基板２３０の面まで下降することがなく、凸部７０６ａ及び７０６ｂの高さとほぼ同じ高さのまま維持され得る。
【００８４】
このため、上述したＣ部の構成では、２つの導波路グループ７００ａと７００ｂとの間（すなわち、並行導波路２４６ａ−２と２４４ｂ−１との間）においても、高周波信号電極２５０ｂを伝搬する高周波電気信号についての上下（基板２３０の面の法線方向）の揺動をも抑制して、放射損失等による信号伝搬損失の発生を更に抑制することができる。
【００８５】
［２．第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に係る光変調器１００が備える光変調素子１０４を用いた光変調モジュール１０００である。図１２は、本実施形態に係る光変調モジュール１０００の構成を示す図である。図１２において、図１に示す第１の実施形態に係る光変調器１００と同一の構成要素については、図１に示す符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図１についての説明を援用する。
【００８６】
光変調モジュール１０００は、図１に示す光変調器１００と同様の構成を有するが、中継基板１０６に代えて、回路基板１００６を備える点が、光変調器１００と異なる。回路基板１００６は、駆動回路１００８を備える。駆動回路１００８は、信号ピン１０８を介して外部から供給される例えば変調信号に基づいて、光変調素子１０４を駆動する高周波電気信号を生成し、当該生成した高周波電気信号を光変調素子１０４へ出力する。
【００８７】
上記の構成を有する光変調モジュール１０００は、上述した第１の実施形態に係る光変調器１００と同様に、光導波路２３２等と高周波信号電極２５０ａ等とが交差する部分において図４ないし図１１に示す構成を有する光変調素子１０４を備える。このため、光変調モジュール１０００では、光変調器１００と同様に、交差部における光導波路２３２等の光吸収損失および高周波信号電極２５０ａ等の信号伝搬損失を共に抑制して、良好な動作特性を実現することができる。
【００８８】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に係る光変調器１００を搭載した光送信装置１１００である。図１３は、本実施形態に係る光送信装置１１００の構成を示す図である。この光送信装置１１００は、光変調器１００と、光変調器１００に光を入射する光源１１０４と、変調器駆動部１１０６と、変調信号生成部１１０８と、を有する。なお、光変調器１００及び変調器駆動部１１０６に代えて、上述した光変調モジュール１０００を用いることもできる。
【００８９】
変調信号生成部１１０８は、光変調器１００に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路であり、外部から与えられる送信データに基づき、光変調器１００に当該変調データに従った光変調動作を行わせるための高周波信号である変調信号を生成して、変調器駆動部１１０６へ出力する。
【００９０】
変調器駆動部１１０６は、変調信号生成部１１０８から入力される変調信号を増幅して、光変調器１００が備える光変調素子１０４の４つの高周波信号電極２５０ａ、２５２ａ、２５０ｂ、２５２ｂを駆動するための４つの高周波電気信号を出力する。尚、上述したように、光変調器１００および変調器駆動部１１０６に代えて、例えば変調器駆動部１１０６に相当する回路を含む駆動回路１００８を筐体１０２の内部に備えた、光変調モジュール１０００を用いることもできる。
【００９１】
当該４つの高周波電気信号は、光変調器１００の信号ピン１０８に入力されて、光変調素子１０４を駆動する。これにより、光源１１０４から出力された光は、光変調器１００により、例えばＤＰ−ＱＰＳＫ変調され、変調光となって光送信装置１１００から出力される。
【００９２】
特に、光送信装置１１００では、上述した第１の実施形態に係る光変調器１００と同様に、光導波路２３２等と高周波信号電極２５０ａ等とが交差する部分において図４ないし図１１に示す構成を有する光変調素子１０４を備えた光変調器１００又は光変調モジュール１０００を用いているので、良好な変調特性を実現して、良好な光伝送を行うことができる。
【００９３】
なお、本発明は上記実施形態の構成およびその代替構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【００９４】
例えば、上述した第１の実施形態では、高周波信号電極２５０ａ等と光導波路２３２等との交差部の構成を、図３に示すＢ部およびＣ部を例に採って説明したが、図４ないし図１１に示す構成は、Ｂ部及びＣ部に限らず、任意の高周波信号電極２５０ａ等と光導波路２３２等との交差部に適用することができる。
【００９５】
また、上述した第１の実施形態では、高周波電気信号が入力される高周波信号電極２５０ａ等と光導波路２３２等との交差部において、図４ないし図１１に示す構成を有するものとしたが、これらの構成が適用される電極は、高周波信号電極２５０ａ等に限られない。例えば、バイアス電極２６２にディザ信号等の高周波信号が印加される場合には、これらのバイアス電極２６２と光導波路２３２等との交差部にも、図４ないし図１１に示す構成を適用して、光吸収損失および信号伝搬損失を低減することができる。
【００９６】
また、図６に示すＢ部の第１の変形例では、中間層４００−１は、第１層４１２と第２層４１４の２つの層で構成されるものとしたが、中間層は、任意の数の複数の層で構成されるものとすることができる。この場合において、電極表面の凹凸を低減する観点からは、上記複数の層は、基板２３０から遠い層ほど、塗布時の粘度の高い樹脂で構成されていることが望ましい。
【００９７】
また、当業者において容易に理解されるように、図４ないし図１１に示す構成の特徴部分を組み合わせて、光導波路２３２等と高周波信号電極２５０ａ等及び又はバイアス電極２６２とのいずれかの交差部に適用するものとすることができる。例えば、図６の構成において、図８又は図９の構成を組み合わせて、中間層４００−１の第２層４１４の上部または凸部４０４ｂ−１等の上部にＳｉＯ２から成るバッファ層を形成してもよい。
【００９８】
あるいは、図６の構成において、図７の構成を組み合わせて、第１層４１２を形成した後に形成する第２層４１４を、中間層４００−２のように、端部範囲４００−２ａ、４００−２ｂに相当する部分が屈曲を含まない面で構成されるように形成してもよい。
【００９９】
また、あるいは、図１０及び図１１に示す構成において、中間層８００−１及び又は８００−２を、図５の中間層４００または図７の中間層４００−２と同様の構成としてもよいし、更に、図８に示すようなバッファ層５００又は図９に示すようなバッファ層６００ａ等を設けてもよい。
【０１００】
また、上述した実施形態では、光導波路素子の一例として、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）である基板２３０により形成された光変調素子１０４を示したが、これには限られない、光導波路素子は、任意の材料（ＬＮのほか、ＩｎＰ、Ｓｉなど）の基板で構成される、任意の機能（光変調のほか、光スイッチ、光方向性結合器など）を有する素子であるものとすることができる。そのような素子は、例えば、いわゆるシリコン・フォトニクス導波路デバイスであり得る。
【０１０１】
また、上述した実施形態では、基板２３０は、一例としてＸカット（基板法線方向が結晶軸のＸ軸）のＬＮ基板（いわゆるＸ板）であるものしたが、ＺカットのＬＮ基板を基板２３０として用いることも可能である。ＸカットのＬＮ基板と、ＺカットのＬＮ基板とでは、マッハツェンダ型光導波路２４４ａ、２４４ｂ、２４６ａ、２４６ｂ等に与える電界の方向が異なることに起因して、これらのマッハツェンダ型光導波路２４４ａ、２４４ｂ、２４６ａ、２４６ｂ等に沿って形成される高周波信号電極の配置が、上述の実施形態における高周波信号電極２５０ａ、２５０ｂ、２５２ａ、２５２ｂとは異なるものとなり得る。ただし、基板２３０がＺカットのＬＮ基板である場合でも、高周波信号電極と光導波路２３２等との交差部分は、図４ないし図１１と同様に構成することができる。
【０１０２】
以上説明したように、上述した第１の実施形態に係る光変調器１００を構成する光導波路素子である光変調素子１０４は、例えば、並行導波路２４４ｂ−１等が形成された基板２３０と、基板２３０上に形成された電極であって、並行導波路２４４ｂ−１等の上を交差する交差部４０２ａ等を有する高周波信号電極２５２ｂと、を有する。並行導波路２４４ｂ−１等は基板２３０上に延在する凸部４０４ｂ−１等により構成され、高周波信号電極２５２ｂに沿って隣接する交差部４０２ａ等に、当該高周波信号電極２５２ｂに沿って凸部４０４ｂ−１等の間を埋めると共に凸部４０４ｂ−１等の上部を覆う樹脂で構成された中間層４００を有する。
【０１０３】
この構成によれば、凸状光導波路と高周波電気信号を伝搬する電極との複数の交差部を有する光導波路素子において、交差部における光導波路の光吸収損失および高周波信号電極の信号伝搬損失を共に抑制して、良好な動作特性を実現することができる。
【０１０４】
また、光変調素子１０４では、中間層４００は、平面視が高周波信号電極２５２ｂに沿って帯状である。この構成によれば、基板２３０上に残る樹脂の量を抑制することができるので、筐体１０２を気密封止した後の当該樹脂からのガス放出の量を低減して、光変調器としての安定な長期動作を実現することができる。
【０１０５】
また、光変調素子１０４では、中間層４００−２のように、中間層の上面を、当該中間層の端部に最も近い凸部の上部の位置から当該端部までの範囲（例えば、端部範囲４００−２ａ及び又は４００−２ｂ）において屈曲のない面（例えば略平坦な面）で構成してもよい。この構成によれば、端部範囲４００−２ａ、４００−２ｂに形成される高周波信号電極２５２ｂにおける電気信号の放射損失を低減して信号伝搬損失を低減することができる。また、上記信号伝搬損失を抑制しつつ中間層４００−２の厚さを厚くすることができるので、凸部の存在に起因する中間層４００−２の上面および高周波信号電極２５２ｂの下面における凹凸の発生を更に抑制することができる。
【０１０６】
また、中間層４００−２は、例えば凸部４０６ｂ−２の上面から測った厚さｄ１が、当該凸部４０６ｂ−２の基板２３０の面からの高さの値ｔ１より大きい。この構成によれば、中間層４００−２の上面または高周波信号電極２５２ｂの下面における凹凸の発生を効果的に抑制することができる。
【０１０７】
また、例えば、中間層４００−１は、複数の層（例えば、第１層４１２と第２層４１４の２層）で構成されている。また、中間層４００−１は、第１層４１２と、第１層４１２の上方に配された第２層４１４と、を含み、第２層４１４は、基板２３０への塗布時の粘性が第１層４１２を構成する一の樹脂より高い他の樹脂により構成される。これらの構成によれば、塗布時の粘性が低く濡れ性の良い第１層４１２により凹部４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃを隙間なく埋めて硬化したのち、塗布時の粘性が第１層４１２よりも高く表面張力の高い第２層４１４を塗布することで、第２層４１４の上面の平坦性を向上することができる。
【０１０８】
また、光導波路２３２等は、例えば、それぞれ互いに隣接する複数の並行導波路で構成される２つの導波路グループ７００ａ、７００ｂを含む。高周波信号電極２５０ｂは、導波路グループ７００ａ、７００ｂを構成する並行導波路のそれぞれと交差部を構成する。導波路グループ７００ａ、７００ｂのそれぞれは、高周波信号電極２５０ｂに沿って隣接する交差部に中間層８００−１及び８００−２を有する。そして、導波路グループ７００ａ、７００ｂの中間層８００−１、８００−２は、高周波信号電極２５０ｂに沿って当該２つの導波路グループ７００ａ、７００ｂの間にまで延在する平面視が帯状の一つながりの共通層８１０の一部として構成されている。
【０１０９】
この構成によれば、導波路グループ７００ａと７００ｂとの中間位置において、高周波信号電極２５０ｂの下面は、共通層８１０により基板２３０の面まで下降することなく凸部７０６ａ及び７０６ｂの高さとほぼ同じ高さのまま維持され得るので、上記中間位置においても、高周波信号電極２５０ｂを伝搬する電気信号の基板２３０の法線方向の揺動を抑制して、放射損失等による信号伝搬損失の発生を更に抑制することができる。
【０１１０】
また、光変調素子１０４では、例えば中間層４００と高周波信号電極２５２ｂとの間に、無機材料で構成されるバッファ層５００を有し得る。また、光変調素子１０４では、例えば凸部４０４ｂ−１の上面と中間層４００−１との間に、無機材料で構成されるバッファ層６００ａを有し得る。
【０１１１】
これらの構成によれば、無機材料の電気的特性及び又は光学的特性により、例えば、並行導波路２４４ｂ−１等を伝搬する光波の速度や、高周波信号電極２５２ｂを伝搬する高周波電気信号の速度を調整して、高周波信号電極２５２ｂの設計自由度を向上することができる。
【０１１２】
また、第２の実施形態に係る光変調モジュール１０００は、光導波路素子である光の変調を行う光変調素子１０４と、当該光変調素子１０４を駆動する駆動回路１００８と、を備える。
【０１１３】
また、第３の実施形態に係る光送信装置１１００は、光変調器１００または光変調モジュール１０００と、光変調素子１０４に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路である変調信号生成部１１０８と、を備える。
【０１１４】
これらの構成によれば、良好な特性を有する光変調器１００、光変調モジュール１０００、又は光送信装置１１００を実現することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１００…光変調器、１０２…筐体、１０４…光変調素子、１０６…中継基板、１０８、１１０…信号ピン、１１２…終端器、１１４…入力光ファイバ、１１６…光学ユニット、１１８、１３０、１３４…レンズ、１２０…出力光ファイバ、１２２、１２４…サポート、２３０、１２００…基板、２３２…入力導波路、２３４…分岐導波路、２４０ａ、２４０ｂ…ネスト型マッハツェンダ型光導波路、２４４ａ、２４４ｂ、２４６ａ、２４６ｂ…マッハツェンダ型光導波路、２４４ａ−１、２４４ａ−２、２４４ｂ−１、２４４ｂ−２、２４６ａ−１、２４６ａ−２、２４６ｂ−１、２４６ｂ−２…並行導波路、２４８ａ、２４８ｂ…出力導波路、２５０ａ、２５０ｂ、２５２ａ、２５２ｂ…高周波信号電極、２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂ、２５８ａ、２５８ｂ、２６０ａ、２６０ｂ…パッド、２６２、２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ…バイアス電極、４００、４００−１、４００−２、８００−１、８００−２…中間層、４００−２ａ、４００−２ｂ…端部範囲、４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄ、７０２ａ、７０２ｂ、７０２ｃ、７０２ｄ、７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃ、７０４ｄ、１２０４ａ、１２０４ｂ、１２０４ｃ、１２０４ｄ…交差部、４０４ｂ−１、４０４ｂ−２、４０６ｂ−１、４０６ｂ−２、７０６ａ、７０６ａ−１、７０６ａ−２、７０６ａ−３、７０６ａ−４、７０６ｂ、７０６ｂ−１、７０６ｂ−２、７０６ｂ−３、７０６ｂ−４、１２０８ａ、１２０８ｂ、１２０８ｃ、１２０８ｄ…凸部、４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃ、７０８ａ、７０８ｂ、７０８ｃ、７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃ…凹部、４１０ａ、４１０ｂ…側面部、４１２、７１２ａ、７１２ｂ…第１層、４１４，７１４ａ、７１４ｂ…第２層、５００、６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄ…バッファ層、５９０…接着層、５９２…支持基板、７００ａ、７００ｂ…導波路グループ、８１０…共通層、１０００…光変調モジュール、１００６…回路基板、１００８…駆動回路、１１００…光送信装置、１１０４…光源、１１０６…変調器駆動部、１１０８…変調信号生成部、１２０２、１２０２ａ、１２０２ｂ、１２０２ｃ、１２０２ｄ…凸状光導波路、１２０６…高周波信号電極、１２１０…バッファ層。
【要約】
【課題】凸状光導波路と高周波信号電極との複数の交差部における光導波路の光吸収損失および高周波信号電極の信号伝搬損失を共に抑制して、良好な動作特性を実現する。
【解決手段】光導波路が形成された基板と、基板上に形成された電極であって光導波路の上を交差する交差部を有する電極と、を有し、上記光導波路は、基板上に延在する凸部により構成され、上記電極に沿って隣接する上記交差部に、当該電極に沿って上記凸部の間を埋めると共に当該凸部の上部を覆う、樹脂で構成された中間層を有する。
【選択図】図５【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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