(57)【要約】【課題】動作周波数の下限値を低くしつつ、耐圧性に優れ、集積化が容易な光変調器を提供すること。【解決手段】本発明の一実施形態に係る光変調器は、誘電体１０１とＤＣ電極１０５と、ＲＦ電極１０２とを備える。そして、誘電体１０１は、ＤＣ電圧領域と、該ＤＣ電圧領域よりも厚いＲＦ電圧領域とを有し、ＤＣ電極１０５は、ＤＣ電圧領域の第１の面に設けられ、ＲＦ電極１０２は、ＲＦ電圧領域の、上記第１の面と同じ側の面と対向する第２の面に設けられ、ＤＣ電極１０５の面積は、ＲＦ電極１０２の面積よりも大きく、ＲＦ電圧領域の一部から入力光１０８が入力され、かつＲＦ電圧領域の他の一部から光信号出力１０９が出力される。【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誘電体と、
前記誘電体に設けられ、該誘電体にＤＣ電圧を印加するためのＤＣ電極と、
前記誘電体に設けられ、該誘電体にＲＦ電圧を印加するためのＲＦ電極とを備え、
前記誘電体は、第１の厚さである第１の領域と、前記第１の厚さよりも厚い第２の領域とを有し、
前記ＤＣ電極は、前記第１の領域の第１の面に設けられ、
前記ＲＦ電極は、前記第２の領域の、前記第１の面と同じ側の面と対向する第２の面に設けられ、
前記ＤＣ電極の面積は、前記ＲＦ電極の面積よりも大きく、
前記第２の領域の一部から入力光が入力され、かつ該第２の領域の他の一部から出力光が出力されることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記第２の領域の、前記第１の面と同じ側の面には、グランド電極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ＤＣ電極は、ＤＣ入力端子に接続されており、
前記ＤＣ電極と前記ＤＣ入力端子との間に設けられたインダクタをさらに備え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】
電気光学効果を有する誘電体と、
前記誘電体にＤＣ電圧およびＲＦ電圧を印加するためのリード線であって、前記誘電体を貫くように形成されたリード線と、
前記誘電体を囲むように形成された、第１の電極および第２の電極と、
前記リード線を囲むように形成され、前記リード線と前記誘電体との間に設けられた第３の電極とを備え、
前記誘電体は、第１の太さである第１の領域と、前記第１の太さよりも太い第２の領域とを有し、
前記第１の領域には、前記リード線の長手方向に沿って前記第２の電極よりも長い前記第１の電極が設けられ、
前記第２の領域には、前記第２の電極が設けられ、
前記誘電体の、前記リード線が存在しない領域に入力光が入力され、
前記リード線の前記第１の領域側から前記ＲＦ電圧が印加され、前記リード線の前記第２の領域側から前記ＤＣ電圧が印加されることを特徴とする光変調器。
【請求項５】
前記リード線の前記第２の領域側は、ＤＣ入力端子に接続されており、
前記リード線の前記第２の領域側と前記ＤＣ入力端子との間に設けられたインダクタをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の光変調器。
【請求項６】
前記誘電体は、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）、またはＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であることを特徴とする請求項１乃至５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、光変調器に関するものであり、特に誘電体を利用して光変調器を作成する際の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、素子の小型化・高効率化を狙い、電気光学効果の大きな材料を用いたデバイスの研究がなされている。例えばＫＴＮ（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１））結晶は、常誘電体から強誘電体への相転移時の温度領域では、比誘電率が発散して例えば１０，０００に達し、誘電率の２乗に比例する２次の電気光学効果が極めて大きくなる（非特許文献１参照）。しかしながら、誘電率が高いことはそのまま素子容量の増加につながる。
【０００３】
例えば真空の誘電率８．８５×１０-12（Ｆ／ｍ）に対して、比誘電率１０，０００の場合、誘電率はＢ＝８．８５×１０-8（Ｆ／ｍ）に達する。光変調器として用いる際、一般にＫＴＮは図３（ａ）のような平行平板型のコンデンサとして利用される。図３（ａ）において、ＫＴＮ結晶１００７の対向する面にそれぞれ、電極１００８が形成されている。図３（ａ）では、電極１００８のうち、接地されていない方の電極が、インダクタとコンデンサとを有するバイアスＴ（図３（ａ）では不図示）に接続されている。バイアスＴのインダクタ側には、ＤＣ入力端子が接続され、コンデンサ側にはＲＦ信号入力端子が接続されている。図３（ａ）に示す光変調器は、変調時に、ＫＴＮ結晶１００７にＤＣ電圧とＲＦ電圧とが重畳して印加される構成である。
【０００４】
図３（ａ）では、ＫＴＮ１００７および電極１００８が平行平板コンデンサを構成しているので、電極１００８の面積（ｓ）を３ｍｍ角（９×１０-6ｍ2）、電極間（ｄ）を１ｃｍ（１×１０-2ｍ）とすると、上記平行平板コンデンサの電気容量（ｃ）は、約８０（ｐＦ）になる。（Ｂ・ｓ／ｄ）
【０００５】
さて、一般に変調周波数としては、例えば画像信号を変調する場合には１５０ＭＨｚの帯域が必要とされる。これは例えば抵抗ｒ＝５０ｏｈｍ系で電圧印加用ドライバーを接続する場合を考えると、ＣＲ時定数は４×１０-9（ｓｅｃ）（ｃ・ｒ）となり、理想的な回路であれば図３（ａ）の回路は２５０ＭＨｚの帯域を持つ。
【０００６】
図３（ａ）に示す光変調器の実際の駆動回路は図３（ｂ）のようになる。図３（ｂ）において、符号１００１は電極が形成されたＫＴＮ結晶、符号１００２はバイアスＴである。符号１００３はバイアスＴ１００２が備えるチップコンデンサ、符号１００４はバイアスＴ１００２が備えるチップインダクタ、符号１００５はバイアスＴ１００２のＲＦ信号入力端子、符号１００６はバイアスＴ１００２のＤＣ入力端子である。同図において例えばＤＣ電圧として２５０ＶをＤＣ入力端子１００６から、ＲＦ信号として２００Ｖｐ−ｐ、１５０ＭＨｚをＲＦ信号入力端子１００５に印加することで、ＫＴＮ結晶１００１を変調器として動作させることができる。
【０００７】
【非特許文献１】藤浦  和夫、「高効率電気光学結晶ＫＴＮの育成と応用」、セラミックス、４１［９］、ｐ．６７８−６８２、２００６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図３（ｂ）の駆動回路は以下のような問題があった。画像信号用には動作周波数の上限１５０ＭＨｚに対して、周波数の下限はなるべく低い値にする必要がある。一般に周波数の下限はチップコンデンサ１００３の電気容量の値によって定まり、２．２μＦで０．７ＫＨｚ、０．２２μＦで７ＫＨｚ、８０ｎＦで１９ＫＨｚ程度である（チップコンデンサ１００３はＤＣブロックとして動作するため、容量が小さいと低い周波数成分をブロックしてしまう）。従って下限周波数が少なくとも２０ＫＨｚよりも小さいように設計を行う場合、チップコンデンサ１００３として少なくとも８０ｎＦ以上の電気容量となるチップコンデンサを使用しなければならない。
【０００９】
ところが一般的に電気容量が大きなコンデンサは耐圧が低く、８０ｎＦのチップコンデンサで２５０ＶのＤＣと２００ＶのＲＦを許容するチップコンデンサを得るのは困難である。かといって、例えば高電圧用の高圧コンデンサを用いると、電極の面積が大きくなるのでコンデンサが大きくなってしまい、集積化が困難という問題があった。
【００１０】
上記に示したように、従来の構成ではＲＦ信号印加用（ＤＣブロック用）のコンデンサの耐圧が低く、様々な信号に適用可能なチップコンデンサを得るのは困難という問題があった。かといって、バイアスＴに用いられるチップコンデンサとして、例えば高電圧用の高圧コンデンサを用いると、コンデンサが大きくなってしまい、集積化が困難であった。
【００１１】
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、動作周波数の下限値を低くしつつ、耐圧性に優れ、集積化が容易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】
【００１２】
このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、光変調器であって、電気光学効果を有する誘電体と、前記誘電体に設けられ、該誘電体にＤＣ電圧を印加するためのＤＣ電極と、前記誘電体に設けられ、該誘電体にＲＦ電圧を印加するためのＲＦ電極とを備え、前記誘電体は、第１の厚さである第１の領域と、前記第１の厚さよりも厚い第２の領域とを有し、前記ＤＣ電極は、前記第１の領域の第１の面に設けられ、前記ＲＦ電極は、前記第２の領域の、前記第１の面と同じ側の面と対向する第２の面に設けられ、前記ＤＣ電極の面積は、前記ＲＦ電極の面積よりも大きく、前記第２の領域の一部から入力光が入力され、かつ該第２の領域の他の一部から出力光が出力されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２の領域の、前記第１の面と同じ側の面には、グランド電極が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３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ＤＣ電極は、ＤＣ入力端子に接続されており、前記ＤＣ電極と前記ＤＣ入力端子との間に設けられたインダクタをさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、光変調器であって、電気光学効果を有する誘電体と、前記誘電体にＤＣ電圧およびＲＦ電圧を印加するためのリード線であって、前記誘電体を貫くように形成されたリード線と、前記誘電体を囲むように形成された、第１の電極および第２の電極と、前記リード線を囲むように形成され、前記リード線と前記誘電体との間に設けられた第３の電極とを備え、前記誘電体は、第１の太さである第１の領域と、前記第１の太さよりも太い第２の領域とを有し、前記第１の領域には、前記リード線の長手方向に沿って前記第２の電極よりも長い前記第１の電極が設けられ、前記第２の領域には、前記第２の電極が設けられ、前記誘電体の、前記リード線が存在しない領域に入力光が入力され、前記リード線の前記第１の領域側から前記ＲＦ電圧が印加され、前記リード線の前記第２の領域側から前記ＤＣ電圧が印加されることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記リード線の前記第２の領域側は、ＤＣ入力端子に接続されており、前記リード線の前記第２の領域側と前記ＤＣ入力端子との間に設けられたインダクタをさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記誘電体は、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）、またはＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、集積化が容易で、かつ動作周波数の下限値を低くしつつ十分な耐圧をもつ光変調器提供することができる。
【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に係る光変調器は、誘電体の一部をＲＦ信号印加用のコンデンサとして利用し、また他の一部をＤＣ電圧印加用のコンデンサとして利用して、ＲＦ信号入力端子へのＤＣブロックを実現するものである。
【００２０】
本発明の一実施形態では、良好な耐圧を保ちつつ、光変調器の動作周波数の下限値をなるべく小さくすることを、集積化を容易にしながら実現することが重要である。
【００２１】
良好な耐圧を保ちながら、動作周波数の下限値を小さくすることを実現する観点からすると、ＤＣブロック用のコンデンサを構成する電極間の距離をなるべく小さくならないようにして、電気容量を大きくすることが必要である。電気容量を大きくするために、上記電極の面積を大きくすることが考えられるが、該面積を大きくすると、コンデンサ自体が大きくなり、装置の大型化に繋がってしまい、集積化を容易にすることが困難になる。
【００２２】
そこで、本発明の一実施形態では、ＤＣブロック用のコンデンサを構成する電極間に誘電体を配置する。このように誘電体を配置することによって、電極間の距離が、良好な耐圧を保てる距離であっても、電極の面積を大きくせずに電気容量を大きくすることができる。よって、ＤＣブロック用のコンデンサにおいて、良好な耐圧を保ちながら、電気容量を大きくすることができるので、動作周波数の低減化を図ることができる。さらに、ＤＣブロック用のコンデンサを構成する電極の面積を大きくする必要が無いので、装置の小型化を図ることができ、集積化を容易にすることができる。
【００２３】
本発明の大きな特徴として、光変調の構成と、ＤＣブロックの構成とを同一の誘電体にて行っている。すなわち、光変調に用いる誘電体と、上記ＤＣブロック用のコンデンサに用いる誘電体とを共通にしており、同一の誘電体が、光変調領域として機能し、かつＤＣブロック用のコンデンサの電気容量を大きくするようにも機能している。
【００２４】
このように、光変調用の誘電体と、ＤＣブロック用のコンデンサへの挿入用の誘電体とを共通化しているので、従来のようにバイアスＴを用いなくても、良好に光変調器として機能させることができる。そして、上述のようにバイアスＴを設ける必要が無いので、さらに集積化を容易にすることができる。
【００２５】
このように、本発明の一実施形態では、誘電体が、光変調の役割、および電気容量増大の役割を担っており、この２つの役割を鑑みると、誘電率が大きい方が好ましい。このような材料として、本発明の一実施形態では、２次の電気光学効果を有する誘電体である、ＫＴＮ（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１））、およびＫＬＴＮ（Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１））が特に好ましい材料である。
【００２６】
このＫＴＮやＫＬＴＮは、特に、立方晶から正方晶への相転移温度に近い領域では、比誘電率が発散する現象が起こり、比誘電率の自乗に比例する２次の電気光学効果はきわめて大きい値となる。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。
【００２７】
なお、本発明の一実施形態では、ＫＴＮやＫＬＴＮを誘電体としても用いることは、特に有効であるが、これに限らず、例えば、ＬｉＮｂＯ3、ＫＴａＯ3等、電気光学効果を有する誘電体であればいずれの材料を用いても良い。
【００２８】
（第１の実施形態）  
図１（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、本発明の第１の実施形態を説明する図であって、図１（ａ）が側面図、図１（ｂ）が上面図、（ｃ）が等価回路図である。
【００２９】
ここで、符号１０１は電気光学効果を有する誘電体、符号１０２はＲＦ電極、符号１０３はグランド電極、符号１０４はＲＦ信号入力端子、符号１０５はＤＣ電極、符号１０６はインダクタ、符号１０７はＤＣ入力端子、符号１０８は入力光、符号１０９は光信号出力である。同図において、誘電体１０１の、ＤＣ電極１０５の下の領域であって、ＤＣ電極１０５によってＤＣ電圧が印加される領域がＤＣ電圧領域であり、誘電体１０１の、グランド電極１０３とＲＦ電極１０２との間の領域であって、ＲＦ電極１０２によってＲＦ信号電圧が印加される領域がＲＦ電圧領域である。
【００３０】
なお、本明細書において、「ＤＣ電圧領域」とは、誘電体の一領域であって、少なくともＤＣ電圧が印加される領域であって、該領域にＲＦ信号電圧も印加されている場合は、印加される電圧の割合が、ＲＦ信号電圧よりも、ＤＣ電圧の方が多い領域である。
【００３１】
また、本明細書において、「ＲＦ電圧領域」とは、誘電体の一領域であって、少なくともＲＦ信号電圧（ＲＦ電圧）が印加される領域であって、該領域にＤＣ電圧が印加されている場合は、印加される電圧の割合が、ＤＣ信号電圧よりも、ＲＦ信号電圧の方が多い領域である。
【００３２】
図１（ａ）において、誘電体１０１は、その厚さが薄い領域と厚い領域とを有しており、上記薄い領域にＤＣ電極１０５が設けられている。該ＤＣ電極１０５は、ＤＣ入力端子１０７に接続されており、ＤＣ電極１０５とＤＣ入力端子１０７との間には、インダクタ１０６が設けられている。また、上記厚い領域の対向する面にはそれぞれ、ＲＦ電極１０２とグランド電極１０３とが設けられており、グランド電極１０３とＤＣ電極１０５とは、誘電体１０１の第１の面に設けられており、ＲＦ電極１０２は、上記第１の面と対向する第２の面に設けられている。
【００３３】
このように、誘電体１０１のうち、ＤＣ電極１０５が設けられた領域の厚さを、ＲＦ電極１０２が設けられた領域の厚さよりも厚くし、図１（ｂ）に示すように、電極１０５の面積をＲＦ電極１０２の面積よりも大きくしているので、ＤＣ電圧領域の電気容量ＣDCを、ＲＦ電圧領域の電気容量ＣRFよりも大きくすることができる。
【００３４】
ここで、ＲＦ電圧領域における誘電体１０１の厚さを１０ｍｍ、ＲＦ電極１０２およびグランド電極１０３の寸法を３×３ｍｍ2とすると、電気容量ＣRFは８０ｐＦになる。一方でＤＣ電圧領域における誘電体１０１の厚さを１ｍｍ、電極１０５の寸法を３０×３０ｍｍ2とすると、電気容量ＣDCは８０ｎＦになる。
【００３５】
この素子において、光変調の際は、ＲＦ電圧領域に入力光１０８が入力され、該ＲＦ電圧領域にて所定の変調が行われて、光信号出力１０９となって出力される。よって、入力光端と出力光端とは、ＲＦ電圧領域にあることになる。
【００３６】
さて、上記光変調の際は、ＲＦ信号入力端子１０４に、変調のためのＲＦ信号電圧を印加し、ＤＣ入力端子１０７にＤＣ電圧を印加する。ＤＣ入力端子１０７に印加されたＤＣ電圧は直流であるのでインダクタ１０６をそのまま通過してＤＣ電極１０５に印加される。ＤＣ電圧領域の１０１が８０ｎＦの容量を持つのでＤＣブロックとして働き、ＲＦ信号入力端子１０４にＤＣ電圧がかかることはない。すなわち、ＤＣ電圧はＤＣ電極１０５とグランド電極１０３の間のみにかかる。
【００３７】
従って、図１（ａ）に示す光変調器の等価回路図は、図１（ｃ）のようになる。図１（ｃ）から分かるように、本実施形態に係る構成をとることによって、等価回路としては、コンデンサ１１０および１１１が形成されることになり、コンデンサ１１０がＤＣブロック用のコンデンサとなり、コンデンサ１１１が変調用のコンデンサとなり、これら２つのコンデンサが同一の誘電体１０１内に形成されることが分かる。なお、コンデンサ１１０の電気容量が、ＣDC＝８０ｎＦとなり、コンデンサ１１１の電気容量が、ＣRF＝８０ｐＦとなる。
【００３８】
このように、本実施形態では、ＤＣ入力端子１０７と、ＲＦ信号入力端子１０４との間に、大きな電気容量を有するＤＣ電圧領域を設けているので、等価回路において、図１（ｃ）に示すような大きな電気容量を有するコンデンサ１１０を形成することができ、ＤＣブロックを良好に行うことができる。また、上記大きな電気容量を実現すべく、ＤＣ電圧領域に誘電体を用いているので、耐圧を良好に保ちながら、ＤＣブロックを実現できる。また、ＤＣブロック用の領域の電気容量を大きくすることができるので、動作周波数の下限値を小さくすることができる。
【００３９】
さらに、同一の誘電体において、コンデンサ１１０、１１１が実現されている、すなわち、上記ＤＣブロックに用いる誘電体の一部において、変調を行っているので、ＤＣブロック領域と変調領域とを単一の誘電体に備えることができ、素子を小さくすると共に、光変調器に関る部品数を減らすことができ、素子の配置の複雑性を抑えることができる。
【００４０】
一方で、交流信号であるＲＦ信号電圧はインダクタ１０６によってＤＣ入力端子１０７にかかることはない。すなわちＲＦ信号電圧はＲＦ電極１０２とグランド電極１０３との間のみにかかる。ここで、ＤＣ電圧、ＲＦ信号電圧の両方がかかる部分（ＲＦ電圧領域の一部）に入力光１０８を入力すると、ＲＦ信号電圧によって変調されて光信号出力１０９として出力される。
【００４１】
このように、本実施形態では、ＤＣ入力端子１０７とＤＣ電極１０５との間にインダクタ１０６を設けているので、望ましくない電圧の印加を遮断することができる。すなわち、本実施形態では、光変調を行うための誘電体に電極を介して、ＤＣ入力端子およびＲＦ信号乳入力端子を接続しており、ＲＦ信号電圧がＤＣ入力端子に印加されないようにする必要がある。従って、ＲＦ信号電圧が交流信号であるので、ＤＣ入力端子１０７と変調が行われる誘電体１０１との間にインダクタ１０６を配置することにより、変調に必要なＤＣ電圧は良好に通し、ＤＣ入力端子１０７には望ましくないＲＦ信号電圧を遮断することができる。
【００４２】
なお図１（ａ）において、入力光１０８、光信号出力１０９は紙面に対して並行方向に図示しているが、紙面に対して垂直方向であったとしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４３】
上述のように、図１（ａ）では、光変調器と同じ誘電体をＤＣブロックとして利用しているので、集積化が容易で、かつ耐圧も十分である。すなわち、図３に示す従来の構成では、例えば、動作周波数の下限値として２０ＫＨｚ程度を実現するために、ＤＣブロック用のチップコンデンサ１００３の電気容量を８０ｎＦとすると、該電気容量を得るために、耐圧を犠牲にしてチップコンデンサ１００３を構成する電極間の距離を小さくするか、装置の大型化、および集積化の困難性を受け入れて、チップコンデンサ１００３を構成する電極の面積を大きくすることなり、良好な耐圧と集積化を実現することができなかった。
【００４４】
これに対して、本実施形態の構成を用いれば、ＤＣブロック用の構成と光変調の構成とを同一の誘電体にて実現でき、該誘電体によって、ＤＣブロック機能を果たすＤＣ電圧領域において、その厚さを小さくしなくても、上記誘電体の働きにより、電気容量ＣDCを大きくすることができる。よって、集積化を容易にしつつ、十分な耐圧を持ち、動作周波数の下限値の低減を図ることが可能な光変調器を提供することができる。
【００４５】
また、上述のように、ＲＦ電極１０２とグランド電極１０３との間の領域であるＲＦ電圧領域には、ＤＣ電圧とＲＦ信号電圧とが印加されることになるので、ＲＦ電圧領域に入力光１０８を入力することによって、良好に光変調を行うことができる。
【００４６】
（第２の実施形態）  
図４（ａ）は、本実施形態に係る光変調器の断面図であり、図４（ｂ）は、字４（ａ）に示す光変調器の正面図である。図４（ａ）および（ｂ）に示す光変調器は、ＫＴＮ等の光変調に用いられる誘電体の動作周波数を上げるために、リード線に工夫を凝らしたものである。
【００４７】
図４（ａ）および（ｂ）において、符号１１０１は、誘電体１１０３の内部を貫くように形成された電気リード線であり、符号１１０２は、電気リード線１１０１を囲むように形成された、誘電体１１０３と電気リード線１１０１とを接触させるための電極である。符号１１０３は、誘電体（ＫＴＮ）であり、符号１１０４は入力光であり、符号１１０５は光信号である。符号１１０６は、誘電体１１０３を囲むように形成された電極であり、符号１１０７は導電性のシールド板（グランド）である。電気リード線１１０１には、バイアスＴ（図４（ａ）では不図示）に接続されている。
【００４８】
電気信号であるＲＦ信号電圧は、電気リード線１１０１に印加され、そのＲＦ信号電圧によって、入力光１１０４が変調されて光信号１１０５になる。図４（ｂ）は図４（ａ）を入力光１１０４の入力方向から見たものである。
【００４９】
同図によって明らかなように、電気リード線１１０１を流れる電流が誘電体１１０３の中を流れるように形成しているために電気リード線１１０１のインダクタンスは誘電体と分離される（誘電体から見たインダクタンスは０になる）。同様にグランド電極を直接シールド板１１０７に半田付けすることにより、グランド側の残留インダクタンスも０になるため、誘電体１１０３であるＫＴＮの動作周波数の拡大が望める。
【００５０】
図４（ａ）および（ｂ）に示す光変調器の実際の駆動回路は図５のようになる。  
図５において、符号１２０１は誘電体（ＫＴＮ）、符号１２０２はバイアスＴで、符号１２０３はチップコンデンサ、符号１２０４はチップインダクタ、符号１２０５はＲＦ信号入力端子、符号１２０６はＤＣ入力端子である。
【００５１】
上述のように図４（ａ）および（ｂ）に示す光変調器は、ＫＴＮなどの誘電体の動作周波数の拡大を実現できるので、非常に有用なデバイスである。このような非常に有用な構成において、耐圧を確保しつつ、動作周波数の下限値の低減を図り、集積化を容易にすることで、さらに有用なデバイスとすることができる。
【００５２】
そこで、本実施形態では、図２（ａ）に示すように、図４（ａ）および（ｂ）の構成を基本とし、第１の実施形態のように、誘電体の一部をＲＦ信号印加用のコンデンサとし、また他の一部をＤＣ電圧印加用のコンデンサとし、かつＤＣブロック用の誘電体と光変調用の誘電体とを共通にしている。
【００５３】
図２（ａ）は、本実施形態に係る光変調器の断面を示す図であって、符号２０１は、誘電体２０４の内部を貫くように形成された電気リード線である。符号２０２は、ＲＦ信号入力端子であり、電気リード線２０１の一方に接続されており、符号２０３は、ＤＣ電圧入力端子であり、電気リード線２０１の他方に接続されている。符号２０４は、電気光学効果を有する誘電体である。符号２０５は、電気リード線２０１を囲むように形成された、誘電体２０３と電気リード線２０１とを接触させるための電極（誘電体２０３と電気リード線２０１とを電気的に接続させるための電極）である。符号２０６，２０７は電極であり、双方とも誘電体２０４を囲むように形成されている。符号２０８は入力光であり、符号２０９は光信号出力である。符号２１０はインダクタであり、符号２１１はシールド（グランド）である。
【００５４】
同図において、誘電体２０４の、電極２０７の下の領域が変調器領域であり、誘電体２０４の、電極２０６の下の領域がＤＣブロック領域である。ここでＤＣブロック領域における誘電体２０４の厚さに対し、変調器領域の厚さを１０倍にするとともに、電気リード線２０１の長手方向に沿ったＤＣブロック領域の長さを変調器領域の１０倍にすると、ＤＣブロック領域の電気容量は変調器領域の電気容量より３桁高くなる。すなわち変調器領域の電気容量ＣDCを８０ｐＦとなるように設計すると、ＤＣブロック領域の電気容量ＣRFは８０ｎＦになる。
【００５５】
すなわち、本実施形態では、電気リード線２０１の長手方向に沿って、誘電体２０４には、太い領域（厚さが厚い領域）と、該太い領域よりも長手方向に沿った長さが長い細い領域（厚さが薄い領域）とを有している。本実施形態では、大きな電気容量を持つ領域を誘電体２０４に形成するために、上記太い領域と細い領域とを設けるようにしている。
【００５６】
上記太い領域には、電極２０７が形成され、該太い領域が変調器領域となる。本実施形態では、電気リード線２０１のＤＣ入力端子２０３側からＤＣ電圧が印加されるので、電気リード線２０１に印加されたＤＣ電圧が電極２０４に作用して、電極２０４と電極２０７の間にＤＣ電圧が印加されることになる。なお、ＤＣ電圧は、電極２０４と電極２０６との間にも印加されることは言うまでも無い。
【００５７】
一方、上記細い領域には、電気リード線２０１の長手方向に沿って電極２０７よりも長い電極２０６が形成され、該細い領域がＤＣブロック領域となる。本実施形態では、電気リード線２０１のＲＦ信号入力端子２０３側からＲＦ信号電圧が印加されるが、電気容量ＣRFが８０ｎＦと電気容量ＣDC＝８０ｐＦに比べて十分に大きいので、上記ＲＦ電圧は電極２０６を通過し、電極２０７にのみにかかる。
【００５８】
従って、図２（ａ）に示す光変調器の等価回路図は、図２（ｂ）のようになる。図２（ｂ）から分かるように、本実施形態に係る構成をとることによって、等価回路としては、コンデンサ２１２および２１３が形成されることになり、コンデンサ２１２がＤＣブロック用のコンデンサとなり、コンデンサ２１３が変調用のコンデンサとなり、これら２つのコンデンサが同一の誘電体２０４内に形成されることが分かる。なお、コンデンサ２１２の電気容量が、ＣDC＝８０ｎＦとなり、コンデンサ２１３の電気容量が、ＣRF＝８０ｐＦとなる。
【００５９】
この素子において、光変調の際は、誘電体２０４のうち、電気リード線２０１が存在していない領域、例えば、誘電体２０４の太い領域（変調器領域）に入力光２０８が入力され、該太い領域にて所定の変調が行われて、光信号出力２０９となって出力される。
【００６０】
さて、上記光変調の際には、ＲＦ信号入力端子２０２に、変調のためのＲＦ信号電圧を印加し、ＤＣ入力端子２０３にＤＣ電圧を印加する。すなわち、ＲＦ信号電圧を電気リード線２０１のＤＣブロック領域側から印加し、ＤＣ電圧を電気リード線２０１の変調器領域側から印加する。
【００６１】
ＤＣ入力端子２０３に印加されたＤＣ電圧は、直流であるのでインダクタ２１０をそのまま通過して電気リード線２０１に印加される。このとき、誘電体２０４のＤＣブロック領域が８０ｎＦの電気容量を持つのでＤＣブロックとして働き、ＲＦ信号入力端子２０２にＤＣ電圧がかかることはない。すなわち、上述したように、ＤＣ電圧は、誘電体２０４と電極２０６，２０７の間のみにかかる。一方で、ＲＦ信号電圧はインダクタ２１０によってＤＣ入力端子２０３にかかることはない。また、ＤＣブロック領域の容量８０ｎＦは変調器領域の容量８０ｐＦに比べて十分に大きいので、ＲＦ信号の大部分は電極２０６を通過し、電極２０７にかかる。より詳しくは、例えば１００ｋＨｚの交流成分に対し、ＤＣブロック領域のリアクタンス（抵抗成分）は２０ｏｈｍ程度、変調器領域のリアクタンスは２０ｋｏｈｍと３桁大きい。そのため、ＲＦ信号が１０００：１の割合で変調器領域に印加される。ここでＤＣ電圧、ＲＦ信号電圧の両方がかかる部分に入力光２０８を入力すると、ＲＦ信号電圧によって変調されて光信号出力２０９として出力される。
【００６２】
なお図２において、入力光２０８、光信号出力２０９は紙面に対して並行方向に図示しているが、紙面に対して垂直方向であったとしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６３】
本実施形態は、第１の実施形態と同様に、変調器と同じ誘電体をＤＣブロックとして利用しているので、集積化が容易で、かつ駆動周波数の下限値を小さくしつつ耐圧も十分にすることが可能である。
【００６４】
（第３の実施形態）  
本実施形態では、温調を備えた光変調器について説明する。  
本実施形態では、誘電体として、ＫＴＮを用いる形態について説明する。  
上述したように、ＫＴＮは、動作温度として好ましい温度である、常誘電性から強誘電性への相転移温度を、ＴａとＮｂの組成比を変えることによって、ほぼ絶対零度から４００℃まで変化させることが可能である。よって、組成比を制御することによって、本発明の光変調器の動作温度を室温に設定することができる。その場合は、例えば第２の実施形態では、素子を固定するためにシールド板２０７を用いることができる。
【００６５】
これに対して、本実施形態では、動作温度を室温以外の温度に設定する場合について説明する。この場合、所定の動作温度を確保するために、例えばペルチェ素子等の温調（温度コントローラ）を用いれば良い。
【００６６】
本実施形態では、ＫＴＮとして、ＫＴａ0.6Ｎｂ0.4Ｏ3を用いる場合について説明する。誘電体をこのように設定すると、動作温度は、４０℃となる。
【００６７】
図６は、本実施形態に係る、温調を備えた光変調器を示す図である。図６では、誘電体１０１としてＫＴａ0.6Ｎｂ0.4Ｏ3を用いた、第１の実施形態にて説明した光変調器（本実施形態では符号６０で示す）を用いている。
【００６８】
図６において、光変調器６０は、銅ブロック６１とグランド電極１０３とが接するようにし、かつ銅ブロック６２とＲＦ電極１０２とが接するようにして、銅ブロック６１および６２によって挟まれている。符号６３は、プラスチックネジであり、銅ブロック６１および６２を固定している。
【００６９】
銅ブロック６１は接地されており、銅ブロック６２は、ＲＦ信号入力端子に接続されている。よって、銅ブロック６２を介して、ＲＦ電極にＲＦ信号電圧が印加されることになる。さらに、銅ブロック６２には、ペルチェ素子６４が設けられており、該ペルチェ素子６４によって光変調器６０の温度を４０℃にすることができる。
【００７０】
なお、光変調器６０のグランド電極１０３は接地する必要があるので、銅ブロック６１と銅ブロック６２とを固定するための固定部材であるネジとしては、プラスチックネジ６３等、非導電性の材料を用いる。
【００７１】
また、図７は、本実施形態に係る、温調を備えた光変調器の他の例を示す図である。図７では、誘電体２０４としてＫＴａ0.6Ｎｂ0.4Ｏ3を用いた、第２の実施形態にて説明した光変調器（本実施形態では符号７０で示す）を用いている。なお、図７の構成では、光変調器を固定するために、シールド板２０７の代わりに銅ブロックを用いている。
【００７２】
図７において、光変調器７０は、誘電体２０４を囲むように形成されている電極２０７と、銅ブロック７１および銅ブロック７２とが接するようにして、銅ブロック７１および７２によって挟まれている。符号７３は、銅ブロック７１および７２を固定するためのネジである。
【００７３】
銅ブロック７２には、ペルチェ素子７４が設けられており、該ペルチェ素子７４によって光変調器７０の温度を４０℃にすることができる。
【００７４】
なお、光変調器７０は、誘電体２０４を貫通している電気リード線２０１によって各電圧が誘電体２０４に印加されているので、銅ブロック７１と銅ブロック７２とを固定するための固定部材であるネジ７３としては、導電性の材料であっても、非導電性の材料であってもいずれでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る光変調器の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す光変調器の上面図であり、（ｃ）は、（ａ）に示す光変調器の等価回路図である。
【図２】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る光変調器の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す光変調器の等価回路図である。
【図３】（ａ）は、従来のＫＴＮを用いた光変調器を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す光変調器の駆動回路図である。
【図４】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る光変調器の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す光変調器の正面図である。
【図５】図４（ａ）および（ｂ）に示す光変調器の駆動回路図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る、温調を備えた光変調器を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る、温調を備えた光変調器を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０１、２０４    誘電体
１０２    ＲＦ電極
１０３    グランド電極
１０４、２０２    ＲＦ信号入力端子
１０５    ＤＣ電極
１０６、２１０    インダクタ
１０７、２０３    ＤＣ入力端子
１０８、２０８    入力光
１０９、２０９    光信号出力
２０５、２０６、２０７    電極
【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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