(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次の電気光学効果を有する電気光学結晶と、
前記電気光学結晶の第１の面に配置された第１の電極と、
前記電気光学結晶の第１の面に対向する第２の面に配置された第２の電極と、
前記電気光学結晶の、前記第１の面、前記第２の面、入射光の入射面、および出射面以外の対向する２つの面の少なくとも一方に形成された凹部とを備え、
前記電気光学結晶は、少なくとも、前記第１の面の幅よりも狭い幅を有する領域を有し、
前記第１の電極の幅および前記第２の面の幅は、前記領域の幅よりも広く、
前記領域は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置し、
前記凹部により前記領域が形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記凹部には、前記電気光学結晶の誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率材料が設けられてい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】
前記領域の幅は、前記光変調器に入射される入射光の直径よりも大きく、
前記入射光は、前記領域に入射され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。
【請求項４】
前記第１の電極および第２の電極の材料は、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｓｅ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎａ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｍｇ、Ａｓ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｐｂ、Ａｇ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂ、Ｈｇ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｔｅ、Ｒｅ、Ｂｅ、Ｒｈのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器に関し、より詳細には、二次の電気光学効果を有する電気光学結晶を用いた光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光通信システムの大容量、高速化ならびに高機能化に対する要求は、急激に高まっている。このような、光通信システムに用いられる光信号処理デバイスとして期待されているものに１つに光変調器があり、電気光学結晶を用いた光変調器の開発が進められている。
【０００３】
電気光学結晶を用いた光位相変調器は、結晶の屈折率の変化により、結晶を通過する光の速度を変化させて、光の位相を変化させる。また、電気光学結晶を、マッハツェンダ干渉計、マイケルソン干渉計の一方の光導波路に設置すると、結晶に印加する電圧に応じて、干渉計の出力の光強度が変化する。これら干渉計は、光スイッチ、光変調器として用いることができる。特許文献１では、電気光学結晶としてＫＴＮ（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１））及びＫＬＴＮ（Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１））を用いた光位相変調器が開示されている。
【０００４】
図１（ａ）および（ｂ）に、特許文献１に開示された、電気光学結晶を用いた光位相変調器の構成を示す。図１（ａ）、（ｂ）において、光位相変調器は、方形の電気光学結晶１の対向する面に、幅が等しい、正極２と負極３とが形成されている。このような構成において、正極２と負極３との間に電圧Ｖを印加すると、該電圧Ｖに応じて、電気光学結晶１を伝搬する光の位相が変化する。
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／１３７４０８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記ＫＴＮやＫＬＴＮは、立方晶かつ大きい２次の電気光学効果を有する誘電体結晶であるので、偏波無依存で低電圧駆動を実現でき、かつ組成に応じて、大きい２次の電気光学効果を発現する温度域を調整できるので、光変調器に用いるのは好ましい。
【０００７】
特に、強誘電転移近傍において、比誘電率が大きく変化するので、上記相転移近傍を動作温度に設定して動作させることが好ましい。
【０００８】
しかしながら、この温度領域では、上述のようにＫＴＮやＫＬＴＮの誘電率が高いので、大きな屈折率変化を効率的に起こすことができ、効率的に光変調器を動作させる観点からすると非常に有効であるが、同時に正極、負極間の電気容量が高くなってしまう。例えば、スイッチングを行う際、電気容量に対応する充放電を行うことになるが、このスイッチング速度に対応する電力消費が生じることになる。よって、ＫＴＮやＫＬＴＮを用いる際、効率良く変調を行うことが可能な動作温度では、電気容量が高くなるため、駆動電源の負担が非常に大きくなり、実用化を困難なものとしている。
【０００９】
また、ＫＴＮやＫＬＴＮに限らず、２次の電気光学効果を有する電気光学結晶全般に対して、変調効果を損なわずに、電気容量が高いことによる駆動電源の負担を軽減したい、という要望がある。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、駆動電源の負担を軽減可能な光変調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光変調器であって、２次の電気光学効果を有する電気光学結晶と、前記電気光学結晶の第１の面に配置された第１の電極と、前記電気光学結晶の第１の面に対向する第２の面に配置された第２の電極と、
前記電気光学結晶の、前記第１の面、前記第２の面、入射光の入射面、および出射面以外の対向する２つの面の少なくとも一方に形成された凹部とを備え、前記電気光学結晶は、少なくとも、前記第１の面の幅よりも狭い幅を有する領域を有し、前記第１の電極の幅および前記第２の面の幅は、前記領域の幅よりも広く、前記領域は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置し、前記凹部により前記領域が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記凹部には、前記電気光学結晶の誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率材料が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記領域の幅は、前記光変調器に入射される入射光の直径よりも大きく、前記入射光は、前記領域に入射されることを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記第１の電極および第２の電極の材料は、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｓｅ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎａ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｍｇ、Ａｓ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｐｂ、Ａｇ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂ、Ｈｇ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｔｅ、Ｒｅ、Ｂｅ、Ｒｈのいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電気光学結晶の、変調のために電界が印加される領域の一部の幅を、電極が配置される面の少なくとも一方の面よりも狭くしているので、光変調器の電気容量を低減することができ、駆動電源の負担を軽減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。  
本発明の一実施形態は、ＫＴＮ（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１））やＫＬＴＮ（Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１））等、２次の電気光学効果を有する電気光学結晶を用いた光変調器であって、該電気光学結晶の対向する面にそれぞれ電極を配置し、上記電気光学結晶において、上記２つの電極の間の領域の一部の幅を、すなわち該２つの電極により電界が印加される領域の一部の幅を、該電極が配置されている面の少なくとも一方の幅よりも狭くしている。すなわち、上記電気光学結晶の、電極が配置されておらず、かつ光が入射する入射面および出射する出射面以外の対向する２つ面の少なくとも一方において、入射面と出射面との間の、光の通過する方向に沿った領域の一部を除去している。
【００２０】
本発明の一実施形態では、上記幅が狭くなっている領域を、光が通過する領域（光の変調領域）とすることが好ましい。なお、光の変調領域とは、光変調器を構成する電気光学結晶の、電界が印加されている領域であって、変調させたい光が通過する領域である。この構成の場合は、上記電気光学結晶の、電極が配置されておらず、かつ上記入射面および出射面以外の対向する２つ面の少なくとも一方において、少なくとも入射光の直径よりも大きい領域を残すように、入射面と出射面との間の、光の通過する方向に沿った領域の一部を除去することになる。
【００２１】
本発明の一実施形態において、電気光学結晶における光が通過する領域の幅が、電極が配置される面の双方の幅よりも狭い場合は（第１および第２の実施形態にて詳述）、上記狭くなっている領域の誘電体である電気光学結晶が取り除かれていることにより、電極の面積を大きくしたり、電極間距離、すなわち電気光学結晶の厚さを小さくしなくても、コンデンサと見立てることができる、電気光学結晶の対向する面に電極を設けた光変調器の電気容量を小さくすることができる。
【００２２】
また、本発明の別の実施形態において、電気光学結晶における光が通過する領域の幅が、電極が配置される面の一方の幅よりも狭い場合は（第３の実施形態にて詳述）、コンデンサを形成する電極の一方ではあるが、電極の面積を大きくすることができるので、上記電気容量の低減を図ることができる。
【００２３】
さて、ＫＴＮやＫＬＴＮは大きな誘電率を有しているので、変調器の電気容量が大きくなり駆動電源に負担をかけてしまうが、該大きな誘電率により効率良く変調動作を行うことができる。よって、ＫＴＮやＫＬＴＮ等の大きな誘電率を有する電気光学結晶は、変調動作の効率化を実現できる反面、変調器の電気容量が大きくなり、駆動電源への負担増に繋がる、という変調動作の効率と駆動電源への負担のトレードオフの関係を有することになる。
【００２４】
そこで、本発明では、大きな誘電率の利点である高い効率の変調動作を発揮しつつ、光変調器の電気容量の低減を達成するために、電気光学結晶の、変調のために電界が印加される領域、すなわち電気光学結晶の対向する面に配置された２つの電極の間の領域において、その一部を取り除いている。すなわち、上記電気光学結晶の、２つの電極の間の領域において、光の進行する方向に沿った一領域を入射面から出射面に向って除去することによって、光の変調領域においては、電界が印加される電気光学結晶を用いることになるので高効率の変調動作が実現でき、かつ電界が印加される電気光学結晶のうち、光が通過しない領域の一部が除去されるので、光変調器の電気容量を低減することができる。従って、変調効率を高めながら、駆動電源への負担を軽減することができるのである。
【００２５】
なお、本明細書において、「幅」とは、光変調器が備える各部材（電気光学結晶や電極等）に対して、該光変調器を通過する光の進行方向、および電極間に発生する電界方向の双方に垂直となる方向の長さと定義する。よって、上記光変調器が備える各部材に対して、「厚さ」とは、電界方向と一致する方向の長さを指すことになる。
【００２６】
上記ＫＴＮ、ＫＬＴＮは、電界を結晶軸方向に印加すると、大きな二次の電気光学効果を示す。その値は（１２００〜８０００ｐｍ／Ｖ）であり、１次の電気光学効果を有する材料であるＬｉＮＯ3（ＬＮ）の有する非線形定数３０ｐｍ／Ｖに比べて著しく大きい。さらに、ＫＴＮ、ＫＬＴＮは、ＴａとＮｂの組成比を変化させることにより、常誘電性から強誘電性への相転移温度を、ほぼ絶対零度から４００℃まで変化させることが可能である。従って、温度コントローラを用いなくても、動作温度を室温等、所望に設定することができる。このように、ＫＴＮやＫＬＴＮは、光変調器に対して好ましい材料である。
【００２７】
なお、本発明の一実施形態では、光変調器の変調領域として用いる材料は、ＫＴＮやＫＬＴＮに限らない。本発明の一実施形態の目的は、低電圧で変調動作を行うことではなく、２次の電気光学効果を有する材料を変調領域に適用した際の、電極の電気容量を低減することである。よって、上記変調材料に用いる材料は、ＫＴＮ、ＫＬＴＮに限らず、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＩＯ3、ＫＮｂＯ3、ＫＴｉＯＰＯ4、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、Ｂａ1-xＳｒxＴｉＯ3（０＜ｘ＜１）、Ｂａ1-xＳｒxＮｂ2Ｏ6（０＜ｘ＜１）、Ｓｒ0.75Ｂａ0.25Ｎｂ2Ｏ6、Ｐｂ1-yＬａyＴｉ1-xＺｒxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）、Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3-ＰｂＴｉＯ3、ＫＨ2ＰＯ4、ＫＤ2ＰＯ4、（ＮＨ4）Ｈ2ＰＯ4、ＢａＢ2Ｏ4、ＬｉＢ3Ｏ5、ＣｓＬｉＢ6Ｏ10、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＧａＰ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、およびＺｎＯ等、２次の電気光学効果を有する誘電体材料であればいずれを用いても良い。
【００２８】
また、電気光学結晶に電界を印加するための電極の材料は、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｓｅ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎａ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｍｇ、Ａｓ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｐｂ、Ａｇ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂ、Ｈｇ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｔｅ、Ｒｅ、Ｂｅ、Ｒｈのいずれかを用いることができる。また、上記材料を複数用いた合金であってもよい。
【００２９】
（第１の実施形態）  
本実施形態では、光変調器を構成する電気光学結晶の、電界が印加される領域のうち、幅を狭くする領域を、入射光が通過する領域である光の変調領域としている。すなわち、高い効率の変調動作を発揮しつつ、光変調器の電気容量の低減を達成するために、光の変調領域として実質的に機能する領域については少なくともＫＴＮやＫＬＴＮ等の電気光学結晶を残し、それ以外の余分な電気光学結晶を取り除いている。
【００３０】
このように、電気光学結晶の、電極が配置された面の少なくとも一方の幅および該面に配置された電極の幅を、光の変調領域（光が通過する領域）の幅よりも広くすることで、光変調器の電気容量を小さくしつつ、光の変調領域への電界強度を大きくすることができる。これにより、電極への印加電圧を下げることができる。
【００３１】
図２は、本実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。  
図２において、本実施形態に係る光変調器２０は、２次の電気光学効果を有する電気光学結晶２１を備えている。電気光学結晶２１の第1の面には正極２２が配置され、該第１の面に対向する第２の面には負極２３が配置されている。本実施形態では、電気光学結晶２１をＫＴＮとしている。  
なお、各部材（電気光学結晶２１、正極２２、負極２３）の「幅」は、各部材について、図２の矢印方向Ｐの長さを指す。
【００３２】
本実施形態では、電気光学結晶２１は、幅ｌ1を有する第１の領域２４と、幅ｌ1よりも広い（大きな）幅である幅ｌ2を有する第２の領域２５ａ、２５ｂを有している。これら第１の領域２４、第２の領域２５ａ、２５ｂはそれぞれ、電気光学結晶２１の、正極２２、負極２３が配置されておらず、かつ入射光２７の入射面および出射面以外の対向する面（電気光学結晶２１の側面）の双方において、入射面から出射面に向って凹部２６ａ、２６ｂを形成して、入射光２７の直径よりもわずかに大きな幅ｌ1の第１の領域２４が残るようにして電気光学結晶２１を除去することで形成される。
【００３３】
また、第１の領域２４に入射光２７が入射されるので、該第１の領域２４が光の変調領域となる。よって、入射光２７の全ての第１の領域２４への入射を可能にするために、第１の領域２４の幅ｌ1を入射光２７の直径よりも大きくしている。幅ｌ1をこのように設定することにより、光の変調領域として電気光学結晶を用いつつ、正極２２および負極２３により電界が印加される電気光学結晶２１の領域うち光の変調領域として利用されない部分の少なくとも一部を除去することになるので、高効率の変調を実現しつつ、正極２２、負極２３および電気光学結晶２１により形成されるコンデンサの電気容量の低減を図ることができる。
【００３４】
上述のように、本実施形態では、第１の領域２４が光の変調領域として機能するので、正極２２および負極２３は、第１の領域２４を挟むように配置されることになる。すなわち、正極２２と負極２３との間の領域に第１の領域２４が位置するように、正極２２と負極２３とを配置して、正極２２および負極２３に所定の電圧が印加されて発生した電界が、第１の領域２４に印加されるようにする。
【００３５】
ここで、正極２２、負極２３および電気光学結晶２１により形成されるコンデンサの電気容量を低減する、という観点からすると、正極２２と負極２３との間に存在する電気光学結晶２１のうち、入射光２７を良好に伝搬するための領域（第１の領域２４）を少なくとも残して余分な部分を除去する必要がある。このことを考慮して、正極２２および負極２３の幅は、第１の領域２４の幅である幅ｌ1よりも広く（大きく）設定されている。
【００３６】
また、本実施形態では、第２の領域２５ａ、２５ｂは、正極２２、負極２３を安定に保持するための土台として機能する。本実施形態では、上述のように正極２２および負極２３の幅を、第１の領域２４の幅ｌ1よりも広く設定しているので、少なくとも、電気光学結晶２１の正極２２および負極２３が配置される面内に正極２２および負極２３が収まるようにしないと、正極２２および負極２３を電気光学結晶２１に安定に配置することが困難となる。そこで、本実施形態では、正極２２および負極２３の幅以上の大きさの幅ｌ2を有する、第２の領域２５ａおよび２５ｂを設けることによって、正極２２および負極２３の配置の安定化を図っている。
【００３７】
さらに、第２の領域２５ａ、２５ｂの幅ｌ2をそれぞれ、正極２２および負極２３の幅以上にすることによって、正極２２と負極２３との間に発生する電界を全て、光の変調領域となる第１の領域２４にガイドすることができる。
【００３８】
本実施形態では、凹部２６ａおよび２６ｂには空気が存在することになり、電気光学結晶２１であるＫＴＮは空気の誘電率に比べて非常に大きな誘電率を有しているので、電界は第１の領域２４から凹部２６ａ、２６ｂへと漏れることはない。上述のように、正極２２、負極２３の幅は、第１の領域２４の幅ｌ1よりも広いので、正極２２および負極２３の幅が第２の領域２５ａ、２５ｂの幅ｌ2よりも広い場合は、正極２２および負極２３の双方において電気光学結晶２１からはみ出る部分が生じることになり、該はみ出ている電極部分間に生じる電界は、電気光学結晶２１が存在しない凹部２６ａ、２６ｂ間に発生することになる。従って、正極２２、負極２３によって発生する電界を効率良く変調動作に用いることができない。
【００３９】
しかしながら、本実施形態では、第２の領域２５ａ、２５ｂの幅ｌ2をそれぞれ、正極２２および負極２３の幅以上としているので、正極２２、負極２３が電気光学結晶２１と接することになり、正極２２と負極２３との間に発生する電界が、電気光学結晶２１の大きな誘電率により凹部２６ａ、２６ｂに漏れることが無いので、該電界の全てを第１の領域２４に印加することができるのである。
【００４０】
このような構成において、変調動作時に、駆動電源から電圧が正極２２および負極２３に印加されると、正極２２から負極２３に向って、すなわち、電気光学結晶２１に入射した入射光２７が伝搬する方向と垂直な方向に電界が発生する。このとき、発生した電界は、第２の領域２５ａ、２５ｂを介して第１の領域２４に印加されるので、入射光２７は該第１の領域２４を通過する際に所定の変調を受ける。
【００４１】
本実施形態では、電気光学結晶２１が、幅の広い領域である第２の領域２５ａ、２５ｂ、および第２の領域２５ａ、２５ｂよりも幅が狭い領域である第１の領域２４を有するように凹部２６ａ、２６ｂを形成しているので、電気光学結晶２１のうち、正極２２と負極２３との間の電界が印加される領域において、変調に必要な領域（第１の領域２４）を確保しつつ、誘電率の高い電気光学結晶２１の量を減らすことができる。すなわち、電界が印加される電気光学結晶２１のうち、光の変調領域となる領域以外の領域を減らすことができる。また、電極が配置される面を含む第２の領域２５ａ、２５ｂの幅ｌ2を、光の変調領域である第１の領域２４の幅ｌ1よりも広くしているので、正極２２および負極２３の幅を幅ｌ1以上に設定することができ、電極の面積の増大化を図ることができる。従って、高い効率での変調を実現しつつ、光変調器２０の電気容量を低減することができる。
【００４２】
また、凹部２６ａ、２６ｂを、入射光２７の進行方向に沿って、入射面から出射面に一様の深さで形成されているので、第１の領域２４の幅ｌ1を一様にすることができ、第１の領域２４に印加される電界強度を、第１の領域２４の、上記進行方向に沿ったいずれの場所においても一様にすることができる。よって、入射光２７に対して良好な変調を施すことができる。
【００４３】
また、上述のように、本実施形態に係る構成にすることで、光の変調領域としての第１の領域２４の幅ｌ1よりも広い幅の正極２２、負極２３から発生する電界を、第１の領域２４に印加することができるので、図１（ｂ）に示す構成のように、光の変調領域の幅が正極２２および負極２３の幅と同じ場合に比べて、第１の領域２４に印加される電界強度を大きくすることができる。従って、図１（ａ）、（ｂ）に示すような従来の構成に比べて、所定の変調のために必要な電圧を低減することができる。すなわち、本実施形態では、凹部２６ａ、２６ｂを設けて第１の領域２４を形成して、光の変調に必要な領域以外の領域の電気光学結晶を極力減らすことによって、電気容量の低減を図っているが、これに加えて、第１の領域２４、および凹部２６ａ、２６ｂは、光の変調に必要な領域に電界を集中させる機能も果たす。
【００４４】
さらに、入射光２７を第１の領域２４に入射するようにする、すなわち、第１の領域２４を光の変調領域とすることで、光変調器２０の厚さのさらなる低減を図ることができ、電気容量をさらに低減することができる。すなわち、本実施形態では、光変調器２０の駆動電圧を低減することが重要であり、そのためには、電気光学結晶２１の厚さを小さくすることが好ましい。従って、正極２２と負極２３とに挟まれた電気光学結晶２１の領域のうち、電気容量の低減のために幅を狭くする領域に入射光２７を入射して、該領域を光の変調領域とすることによって、該領域を有効に利用することができ、電気光学結晶２１の厚さの低減を図ることができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、入射光２７の全てを第１の領域２４に入射する形態を説明したが、入射光２７を、第１の領域２４と第２の領域２５ａ（２５ｂ）とをまたがるようにして入射しても良いし（図３（ａ））、第２の領域２５ａまたは２５ｂに入射するようにしても良い（図３（ｂ））。
【００４６】
また、光変調器２０の側面の双方に、凹部２６ａおよび凹部２６ｂが形成されているが、上記側面の一方のみに凹部を形成するようにしても良い。すなわち、本実施形態で重要なことは、電気光学結晶２１の電界が印加される領域の一部の幅を、それ以外の領域の幅よりも狭くすることであり、該幅が狭くなる領域を形成するために、光変調器の側面に凹部を形成している。従って、光変調器の側面の少なくとも一方に凹部を形成すれば、上記幅が狭くなる領域を形成することができ、光変調器の電気容量を低減することができるのである。
【００４７】
さらに、本実施形態では、光変調器２０の側面に凹部２６ａおよび凹部２６ｂを１つずつ形成しているが、形成する凹部の数は１つずつに限らず、複数ずつ形成するようにしても良い。
【００４８】
次に、本実施形態に係る光変調器２０の作製方法を説明する。図４（ａ）〜（ｅ）は、光変調器２０の作製方法を説明するための図である。  
厚さｌ2を有する電気光学結晶４１（本実施形態では、ＫＴＮ）を用意する（図４（ａ））。該電気光学結晶４１の面４２ａおよび該面４２ａに対向する面４２ｂが、後に光変調器の側面となる。
【００４９】
次いで、図４（ｂ）に示すように、電気光学結晶４１の面４２ａに、ダイシングソーを用いて所定の間隔で溝４３ａ、４３ｂ、および４３ｃを互いが平行になるようにして形成する。また、電気光学結晶４１の面４２ｂについても、ダイシングソーを用いて、所定の間隔で溝４４ａ、４４ｂ、および４４ｃを互いが平行になるように形成する。このとき、溝４３ａと溝４４ａとが対向するようにし、かつ溝４３ａと溝４４ａとの間の領域が幅ｌ1となるように溝４３ａおよび溝４４ａを形成する。同様に、溝４３ｂと溝４４ｂとが対向するようにし、かつ溝４３ｂと溝４４ｂとの間の領域が幅ｌ1となるように溝４３ｂおよび溝４４ｂを形成し、溝４３ｃと溝４４ｃとが対向するようにし、かつ溝４３ｃと溝４４ｃとの間の領域が幅ｌ1となるように溝４３ｃおよび溝４４ｃを形成する。
【００５０】
なお、本実施形態では、溝４３ａ〜４３ｃ、および溝４４ａ〜４４ｃをダイシングソーを用いて形成しているが、この方法に限定されない。本実施形態では、例えば、ドライエッチングやウェットエッチング等、適切に溝４３ａ〜４３ｃ、および溝４４ａ〜４４ｃを形成できる方法であればいずれの方法を用いても良い。
【００５１】
次いで、各溝の間（図４（ｂ）中の破線に沿って）をダイシングソーにより、溝の長軸方向に沿って切断して、側面に溝が形成された部分を分離し、光変調器の基体となる、側面に凹部（溝）が形成された電気光学結晶４５ａ、４５ｂ、および４５ｃを形成する（図４（ｃ））。
【００５２】
次いで、分離された電気光学結晶４５ａ、４５ｂ、および４５ｃをそれぞれ９０°回転し（図（４ｄ））、電気光学結晶４５ａ〜４５ｃのそれぞれについて、溝（凹部）が形成されていない、対向する面にそれぞれ電極を蒸着して正極および負極を形成する。すなわち、電気光学結晶４５ａの、溝４３ａおよび溝４４ａが形成されていない面４６ａに正極４８を形成し、該面４６ａに対向する面４７ａに負極４９を形成する（図４（ｅ））。同様に、電気光学結晶４５ｂの、溝４３ｂおよび溝４４ｂが形成されていない面４６ｂに正極を形成し、該面４６ｂに対向する面４７ｂに負極を形成する。さらに、電気光学結晶４５ｃの、溝４３ｃおよび溝４４ｃが形成されていない面４６ｃに正極を形成し、該面４６ｃに対向する面４７ｃに負極を形成する。このようにして、図２に示す光変調器２０が形成される。
【００５３】
（第２の実施形態）  
第１の実施形態にて説明した光変調器２０において、凹部２６ａ、２６ｂにおけるアスペクト比が高い場合は、第１の領域２４が折れやすくなる可能性がある。そこで、本実施形態では、凹部２６ａおよび２６ｂにサポーターとして低誘電率材料を設けることによって、光変調器２０の強度向上を図っている。
【００５４】
図５は、本実施形態に係る光変調器を説明するための図である。  
図５において、光変調器２０の凹部２６ａおよび２６ｂのそれぞれには、低誘電率材料５１が設けられている。  
なお、本明細書において、「低誘電率材料」とは、用いる電気光学結晶２１の誘電率よりも低い誘電率の材料を指す。低誘電率材料の誘電率の値は、低ければ低いほど、すなわち、電気光学結晶２１の誘電率との差が大きければ大きいほど好ましいが、該差がそれほど大きくなくても、光変調器２０の電気容量を小さくする効果は発揮することができる。すなわち、凹部２６ａおよび２６ｂに、低誘電率材料５１を設けることによって、電気光学結晶２１のうち、電界が印加される領域の一部が、電気光学結晶２１よりも低い誘電率の材料に置き換わることになるので、光変調器２０の電気容量は、全てが電気光学結晶２１の場合と比較して小さくなる。
【００５５】
なお、上記誘電率の差が大きければ大きいほど、光変調器２０の電気容量の低減効果は大きくなり、かつ低誘電率材料５１への電界の漏れも低減される。よって、電気容量の低減や電界強度の増加を考慮すると、低誘電率材料としては、電気光学結晶２１の誘電率よりも非常に小さい誘電率を有する材料を用いることが好ましく、例えば、多成分酸化物ガラスあるいはポリマー材料を用いることが好ましい。
【００５６】
このように、本実施形態では、凹部２６ａ、２６ｂにサポーターとして機能する低誘電率材料５１を設けているので、凹部２６ａ、２６ｂのアスペクト比が大きい場合であっても、電気光学結晶２１の、幅が狭くなる領域（第１の領域２４）の外部に低誘電率材料５１が存在することになるので、幅が狭い第１の領域２４を支点に光変調器２０が折れることを防ぐことができる。
【００５７】
また、低誘電率材料５１の誘電率を電気光学結晶２１の誘電率よりも低く設定することにより、電気容量の低減効果を発揮しつつ、光変調器２０の強度向上を図ることができる。
【００５８】
（第３の実施形態）  
第１および第２の実施形態では、電気光学結晶において幅を狭くする領域（第１の領域２４）の幅ｌ1を、電極が配置されている面の双方の幅ｌ2よりも狭くしているが、本実施形態では、電気光学結晶において幅を狭くする領域の第１の幅を、電気光学結晶の電極が配置された一方の面の第２の幅よりも狭くし、他方の面の幅と等しくしている。そして、第２の幅を有する面に配置された電極の幅を、第１の幅よりも広くすることによって、対向電極により電界が印加される電気光学結晶の量を低減することと等価となり、光変調器の電気容量を低減することができる。
【００５９】
図６は、本実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。  
図６において、本実施形態に係る光変調器６０は、２次の電気光学効果を有する電気光学結晶６１を備えている。電気光学結晶６１の第１の面には正極６２が配置され、該第１の面に対向する第２の面には負極６３が配置されている。本実施形態では、電気光学結晶６１をＫＴＮとしている。  
本実施形態では、電気光学結晶６１は、幅ｌ3を有する第１の領域６４と、幅ｌ3よりも大きな幅である幅ｌ4を有する第２の領域６５を有している。すなわち、電気光学結晶６１において幅を狭くする領域である第１の領域６４の幅ｌ3を、電気光学結晶６１の電極が配置された一方の面である第２の面の幅ｌ4よりも狭くし、かつ他方の面である第１の面の幅を、上記幅を狭くする領域である第１の領域６４の幅ｌ3と等しくしている。
【００６０】
また、第１の領域６４に入射光６を入射することを考慮して、第１の領域６４の幅ｌ3を入射光６６の直径よりも大きく設定している。
【００６１】
さらに、本実施形態では、正極６２の幅を第１の領域６４の幅ｌ3と等しくし、負極６３の幅を正極６２の幅よりも広くしている。従って、光変調器６０の電気容量を低減することができる。すなわち、従来の光変調器では、図１（ｂ）に示すように、正極２と負極３との幅が等しいが、本実施形態では、図６の構成にすることによって、電位光学結晶６１に配置する対向電極の一方の電極（図６では負極６３）の幅を、他方の電極（図６では正極６２）の幅よりも広くすることができるので、図１（ａ）および（ｂ）に示すような従来の光変調器に比べて、光変調器の電気容量を低減することができる。
【００６２】
このように、本実施形態では光変調器６０の電気容量の低減化を実現できるが、第１の実施形態の方が、電界が印加される電気光学結晶から変調領域として機能しない領域を除去し、かつ対向電極の双方の電極の面積を大きくできるので、より電気容量の低減効果を得ることができる。しかしながら、本実施形態では、電気光学結晶６１の第１の面の幅を幅が狭い領域である第１の領域６４の幅ｌ3と等しくし、かつ電気光学結晶６１の第２の面の幅ｌ4を幅ｌ3よりも広くすることによって、負極６３の幅を正極６２の幅よりも広くしているので、幅ｌ4を有する第２の領域６５を、電気光学結晶６１の負極６３側にのみ形成すれば良く、第１の実施形態よりも強度の向上を図ることができる。従って、他の部材への実装が容易になる。
【００６３】
なお、本実施形態では、第２の領域６５は、負極６３を安定に保持するための土台として機能する。本実施形態では、上述のように負極６３の幅を、第１の領域６４の幅ｌ3よりも広く設定しているので、少なくとも、電気光学結晶６１の負極６３が配置される面内に負極６３が収まるようにしないと、負極６３を電気光学結晶６１に安定に配置することが困難となる。そこで、本実施形態では、負極６３の幅以上の大きさの幅ｌ4を有する、第２の領域６５を設けることによって、負極６３の配置の安定化を図っている。
【００６４】
次に、本実施形態に係る光変調器６０の作製方法を説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は、光変調器７０の作製方法を説明するための図である。  
まずは、面７２ａと該７２ａに対向する面７２ｂとを有する電気光学結晶７１（本実施形態では、ＫＴＮ）を用意する（図７（ａ））。  
次いで、図７（ｂ）に示すように、電気光学結晶７１の面７２ａに、ダイシングソーを用いて所定の間隔で溝７３ａ、７３ｂ、および７３ｃを互いが平行になるようにして形成する。このとき、上記所定の間隔が、入射すべき入射光の直径よりも大きくなるようにして溝７３ａ〜７３ｃを形成する。
【００６５】
なお、本実施形態では、溝７３ａ〜７３ｃを、ダイシングソーを用いて形成しているが、この方法に限定されない。本実施形態では、例えば、ドライエッチングやウェットエッチング等、適切に溝７３ａ〜７３ｃを形成できる方法であればいずれの方法を用いても良い。
【００６６】
次いで、各溝の中央（図７（ｂ）中の破線に沿って）をダイシングソーにより、溝の長軸方向に沿って切断して、側面に溝が形成された部分を分離し、光変調器の基体となる電気光学結晶７４ａ、および７４ｂを形成する（図７（ｃ））。
【００６７】
次いで、電気光学結晶７４ａ、７４ｂのそれぞれについて、対向する面にそれぞれ電極を蒸着して正極および負極を形成する。すなわち、電気光学結晶７４ａの、面７５ａに正極７７を形成し、該面７５ａに対向する面７６ａに負極７８を形成する（図７（ｄ））。同様に、電気光学結晶７４ｂの、面７５ｂに正極を形成し、該面７５ｂに対向する面７６ｂに負極を形成する。このようにして、図６に示す光変調器６０が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】（ａ）は、従来の電気光学結晶を用いた光位相変調器の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す光位相変調器の正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光変調器の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態に係る光変調器の作製方法を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る光変調器の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る光変調器の構成を示す斜視図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る光変調器の作製方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６９】
２０、６０  光変調器
２１、６１  電気光学結晶
２２、６２  正極
２３、６３  負極
２４、６４  第１の領域
２５ａ、２５ｂ、６５  第２の領域
２６ａ、２６ｂ  凹部
２７、６６    入射光
【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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