(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する材料からなる基板と、該基板の表面に形成された光導波路と、基板内の一部を通過する光を強度変調するために該基板表面に形成された電極とを有し、該電極に直流電圧が印加される光変調器において、
該電極が信号電極と接地電極とで構成され、該接地電極の最も近傍でありかつ該接地電極から離れて存在し、該基板の角部を形成するエッジ部分に、該エッジ部分を覆う導電膜を形成し、該導電膜は該接地電極に電気的に接続されていることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器において、
該光変調器が、ＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器のＤＣ部を構成することを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１に記載の光変調器において、
該光変調器は、光変調部とアッテネータ部とを備えた導波路型強度変調器のアッテネータ部を構成することを特徴とする光変調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光変調器に関し、特に、ＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器のＤＣ部や導波路型強度変調器のアッテネータ部などに用いられる、直流電圧が印加される光変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光通信システムの発達に伴い、高速・大容量でありかつ高度な多機能性を備えた通信システムの開発が求められている。特に、同一光伝送路内の波長多重化、光伝送経路の切り替え及び交換などの機能が要求されている。この通信システムは、光ファイバアンプ（ｅｒｂｉｕｍ
ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；以下、ＥＤＦＡという）を用いた波長多重伝送（ｗａｖｅ ｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；以下、ＷＤＭという）方式によって実現されつつある。
【０００３】
このＷＤＭ方式は、波長の異なる複数の光源からの光波にそれぞれ異なる信号を乗せ、単一の光ファイバで伝送するものである。すなわち、前記複数の光源にそれぞれ接続された光変調器によって変調した任意の信号を単一の光ファイバを通して伝送するようにしたものである。ＥＤＦＡは、この伝送経路中に信号を増幅するために設けられている。これにより、光ファイバの本数や各信号のビットレートを増やすことなく、システム全体の伝送容量を増やすことができる。
【０００４】
上記ＷＤＭ方式に用いられる従来型の変調器では、一つの電極にＲＦ信号、及びＤＣ制御電圧を印加するためバイアスＴを用いており、実装スペースの縮小化という課題を有していた。
そこで、この課題に対処するため、ＲＦ信号、及びＤＣ制御電圧のそれぞれに専用の電極を設けることによって、バイアスＴを不要とし、実装スペースを縮小可能とするＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器等が用いられている。
また、ＷＤＭ方式では、各波長における伝送状態が一定になることが要求される。しかしながら、ＥＤＦＡの利得に波長依存性があること、及び各光源の出力が一定ではなく経時的に変化することなどから、受信端で受光レベルが各波長ごとに異なってしまうという問題があった。このような問題に対処するため、導波路型強度変調器のように、光変調部の後にアッテネータを集積するなどして、各信号出力を平坦化する方法等が試みられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器のＤＣ部や、導波路型強度変調器のアッテネータ部を構成する電極には、通常、直流電圧が印加されている。
このため、基板のエッジ部分などに徐々に蓄積された電荷が、ある瞬間に接地電極に飛び込む現象（バイアスマイクロジャンプ現象という）が発生してしまう場合がある。
【０００６】
バイアスマイクロジャンプ現象により、ＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器においては、図１に示すように、動作点電圧と光出力との関係を示す実線のグラフが、左方向に若干シフトした破線のグラフとなり、その結果、ｏｎ−ｏｆｆの光出力レベルが図１の右側のように変化し、場合によってはｏｎ−ｏｆｆのレベル差が縮小し、ｏｎ−ｏｆｆの区別が困難となる。
また、導波路型強度変調器においては、図１０が示すように、バイアスマイクロジャンプ現象が発生した場合、アッテネータ部での動作点電圧と出力との関係が実線グラフから破線グラフへとシフトし、その結果、同じ制御電圧でも高アッテネーション（制御電圧Ｖ２）時では出力変動（ΔＰ２）が大きくなる。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、上述したようなバイアスマイクロジャンプ現象の発生を防止し、瞬間的な制御電圧の変動が少ない光変調器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る光変調器は、電気光学効果を有する材料からなる基板と、該基板の表面に形成された光導波路と、基板内の一部を通過する光を強度変調するために該基板表面に形成された電極とを有し、該電極に直流電圧が印加される光変調器において、該電極が信号電極と接地電極とで構成され、該接地電極の最も近傍でありかつ該接地電極から離れて存在し、該基板の角部を形成するエッジ部分に、該エッジ部分を覆う導電膜を形成し、該導電膜は該接地電極に電気的に接続されていることを特徴とする。
なお、該電極に印可される直流電圧は、直流電圧の制御信号が実際機能しているかを確認するために微小振幅信号（例えば数ＭＨｚ）を重畳する場合も含まれている。
【０００９】
請求項２に係る光変調器は、請求項１に記載の光変調器において、該光変調器が、ＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器のＤＣ部を構成することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る光変調器は、請求項１に記載の光変調器において、該光変調器が、光変調部とアッテネータ部とを備えた導波路型強度変調器のアッテネータ部を構成することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図２は、従来のＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器の平面図であり、図４は、本発明を適用したＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器の平面図を示す。また、図３は、図２の線Ａ−Ａ’における断面図であり、図５は、図４の線Ａ−Ａ’における断面図を示している。
【００１２】
ＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器に用いられる基板１は、電気光学効果を有する材料、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３；以下、ＬＮという）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料等から構成され、具体的には、これら単結晶材料の、Ｘカット板、Ｙカット板、及びＺカット板から構成される。特に、光導波路デバイスとして構成しやすく、かつ異方性が大きいという理由から、ＬｉＮｂＯ３結晶、ＬｉＴａＯ３結晶、又はＬｉＮｂＯ３及びＬｉＴａＯ３からなる固溶体結晶を用いることが好ましい。本実施例では、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）のＸカット板を用いた例を中心に説明する。
【００１３】
光導波路２は、熱拡散法及びプロトン交換法などで形成することができるが、ここでは、ＬＮ基板１にＴｉを熱拡散させて光導波路２を形成している。
ＡＣ印加電極３、ＤＣ印加電極５、接地電極４，６などの電極は、光導波路２を形成した基板１上に直接形成されても、ＳｉＯ２のバッファ層を介して形成されても良い（図２、図４では、構成を分り易くするため、バッファ層を省略した構成を図示する）。なお、本実施例では、ＤＣ印加電極５の下には、ＤＣドリフトを考慮して蒸着でバッファ層が形成されており、その他の電極の下にはスパッタ法でバッファ層が形成されている。
【００１４】
ＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器は、ＡＣ部とＤＣ部とに分けられ、光導波路２に入射した光波λは、ＡＣ部のＡＣ印加電極３に加えられる電気信号に応じてｏｎ−ｏｆｆされる。次に、ＤＣ部のＤＣ印加電極５に加えられる制御信号により、駆動点電圧の経時変化により光出力が変動する現象（ＤＣドリフト現象）を制御している。
従来のＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器では、図３に示すように、ＤＣ部における接地電極６の近傍で基板１のエッジ部分に電荷が蓄積されやすく、蓄積された電荷の一部が接地電極６に飛び込むことにより、図１のようなバイアスマイクロジャンプ現象が生じていた。
【００１７】
本発明のＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器では、この基板１のエッジ部での電荷の蓄積を抑えるため、図４，５に示すようなＡｕなどの導電膜７を設ける。さらに、導電膜７と接地電極６とを通電させることにより、電荷の蓄積を完全に抑制することができる。導電膜７は金属膜に限らず、導電性を有しかつ光変調器の利用環境に耐え得るものであるなら、公知の材料を選択することが可能である。
【００１８】
また、基板１のエッジ部での電荷の蓄積を抑えるため、図１３のように基板１のエッジ部を切削等により切除し、エッジ部を構成する角度を鈍角にする。このことにより、電荷の集中を抑え、電荷の蓄積を緩和することが可能となる。
【００１９】
ＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器の従来例（図２，３）と本発明（図４，５）の特性を測定した結果を、図６（従来例）、図７（本発明）に示す。
図６の従来例では、ＤＣ印加電極５と接地電極６との電位差（ＤＣポート電圧）の変動を見ると、バイアスマイクロジャンプ現象が発生するたびに、制御電圧が大きく変動していることがわかる。
これに対して、図７の実施例では、バイアスマイクロジャンプ現象が抑えられ、光出力変動は比較的安定な波形を示している。
【００２０】
次に、導波路型強度変調器の例について説明する。
図８は、従来の導波路型強度変調器の平面図であり、図１１は、本発明を適用した導波路型強度変調器の平面図を示す。また、図９は、図８の線Ｂ−Ｂ’における断面図であり、図１２は、図１１の線Ｂ−Ｂ’における断面図を示している。
導波路型強度変調器の構造については、ＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器で説明した内容と同様に、Ｘカット板のＬＮ基板１１を用い、光導波路１２についてもＴｉを熱拡散して形成している。バッファ層については、ＬＮ基板表面全体に設けても良いが、本実施例では光変調部のみに、ＳｉＯ２層を形成している（図８，１１では、構成を分り易くするため、バッファ層を省略した構成を図示する）。
【００２１】
導波路型強度変調器は、光変調部とアッテネータ部とに分けられ、光導波路１２に入射した光波λは、光変調部の第１信号電極１３に加えられる電気信号に応じてｏｎ−ｏｆｆされ、次に、アッテネータ部の第２信号電極１５に加えられる制御信号により強度変調を受ける。
第１信号電極１３に加えられる電気信号は、高周波のマイクロ波であるが、第２信号電極に加えられるのは直流の制御電圧である。
先に述べたように、導波路型強度変調器においてもアッテネータ部において、バイアスマイクロジャンプ現象が発生し、図１０に示したように光出力が大きく変動することとなる（ΔＰ２参照）。
【００２２】
このバイアスマイクロジャンプ現象を防止するため、ＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器と同様に、図１１，１２のような導電膜１７を、接地電極１６の近傍でかつ基板１１のエッジ部に設け、また、必要に応じて該導電膜１７を接地電極１６に通電するよう構成する。さらに、図１３のように基板１１のエッジ部８を切除しても良い。
【００２３】
本発明は、以上説明したようなＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器や導波路型強度変調器に限らず、直流電圧を印加して光変調を実施する光変調器であるならば、本発明の構成が適用可能である。また、光変調器の基板としてＬＮのＸカット板を中心に説明したが、これに限らず他の材料やＺカット板等にも本発明が適用可能であることは自明である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の光変調器によれば、接地電極の近傍でありかつ基板のエッジ部分に、帯電防止処理を施しているため、これらの部分に蓄積した電荷が接地電極に飛び込むというバイアスマイクロジャンプ現象が防止でき、この現象に起因した瞬間的な制御電圧の変動を抑制することができる。
【００２５】
請求項２の光変調器によれば、帯電防止処理として、接地電極に電気的に接続される導電膜を設けるため、簡単な処理でバイアスマイクロジャンプ現象を効果的に防止できる。
【００２６】
請求項３の光変調器によれば、帯電防止処理として、基板のエッジ部分を形成する最小角が常に鈍角となるように、該エッジ部分を加工するため、Ａｕなどの導電膜を必要とする場合と比較して、安価にかつ容易に処理を施すことができる。
【００２７】
請求項４の光変調器によれば、ＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器におけるバイアスマイクロジャンプ現象を防止し、瞬間的な制御電圧の変動が少ないＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器を提供できる。
【００２８】
請求項５の光変調器によれば、導波路型光変調器におけるバイアスマイクロジャンプ現象を防止し、瞬間的な制御電圧の変動が少ない導波路型強度変調器を提供できる。
【００２９】
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器におけるバイアスマイクロジャンプ現象の影響を説明するグラフ。
【図２】  従来のＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器の平面図。
【図３】  従来のＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器の断面図。
【図４】  本発明のＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器の平面図。
【図５】  本発明のＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器の断面図。
【図６】  従来のＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器におけるＤＣポート電圧の変動を示すグラフ。
【図７】  本発明のＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器におけるＤＣポート電圧の変動を示すグラフ。
【図８】  従来の導波路型強度変調器の平面図。
【図９】  従来の導波路型強度変調器の断面図。
【図１０】  導波路型強度変調器におけるバイアスマイクロジャンプ現象の影響を説明するグラフ。
【図１１】  本発明の導波路型強度変調器の平面図。
【図１２】  本発明の導波路型強度変調器の断面図。
【図１３】  本発明の応用例を示すＡＣ／ＤＣ分離型強度変調器の断面図。
【符号の説明】
１  ＬＮ基板
２  光導波路
３  ＡＣ印加電極
４  接地電極
５  ＤＣ印加電極
６  接地電極
７  導電膜
８  エッジ部
１１  ＬＮ基板
１２  光導波路
１３  第１信号電極
１４  接地電極
１５  第２信号電極
１６  接地電極
１７  導電膜
【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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