(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層部に光導波路が形成された電気光学材料の基板と、前記基板の表面を覆う絶縁層と、前記光導波路に沿った主部及び前記主部の一端及び他端のそれぞれから前記光導波路の幅方向の一端側である外部接続側へ延びる引出し部からなる信号電極層と、信号電極層を囲む平面視凹字形状の接地電極層とを有し、前記信号電極層及び接地電極層が前記絶縁層の上に形成された光導波路デバイスであって、
前記接地電極層が、前記光導波路に対する前記外部接続側の反対側において、ジャンパ導体によって外部導体と電気的に接続されており、
前記ジャンパ導体は、前記接地電極層における前記信号電極層の前記主部の一端及び他端のそれぞれに近接した計２個の屈曲形状領域のみの表面に圧着されてなる
ことを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】
前記外部導体は前記基板を収納する筐体である
請求項１記載の光導波路デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学効果を利用して導波光制御を行う光導波路デバイスに関する。
【０００２】
光導波路デバイスは、光通信の高速化・大容量化に欠かせないキーデバイスとして注目されている。高速通信網の拡充には、１０ＧＨｚを越える高周波信号に対する応答特性に優れ且つ安価な光導波路デバイスが必要である。
【０００３】
【従来の技術】
光通信においては、光ファイバからなる伝送路内に、変調器・スイッチなどの光導波路デバイスが必要に応じて挿入される。光導波路デバイスは、電気光学材料の基板の表層部に幅数μｍの光導波路を形成し、その後に絶縁層と導電膜からなる電極とを順に基板上に設けた光機能デバイスであり、通常は筐体内に納めた状態で使用される。
【０００４】
光導波路デバイスでは、広帯域化及び低電圧駆動を実現するため、電極構造として、コプレーナ導波型電極構造（ＣＰＷ：CoPlanar Waveguide）又は非対称コプレーナ・ストリップ電極構造（ＣＰＳ：CoPlanar Strip）が採用されている。これらの構造は、ともに、幅の小さい第１の進行波電極（信号電極）と幅の大きい第２の進行波電極（接地電極）とを同一平面上に配置したものである。ＣＰＷでは信号電極の両側に接地電極が設けられており、ＣＰＳでは信号電極の片側に接地電極が設けられている。
【０００５】
光導波路の延長方向（光伝播方向）における基板の両端には、光ファイバが接続される。このため、信号電極及び接地電極と外部回路との接続は、光導波路の幅方向における基板の一端側で行われる。つまり、信号電極は、光導波路に沿って延びる主部とその両端から幅方向に基板の端部まで延びる引出し部とからなる凹字状にパターニングされており、使用時には引出し部の先端が筐体側と導電接続される。接地電極も、筐体側との導電接続のために、信号電極の主部の近傍から基板の端部まで延長されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光導波路デバイスでは、光応答特性（Ｓ21）の周波数依存性（周波数特性）を測定すると、１０ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの範囲内の特定の周波数で特性の顕著な低下（リップル）が見られた。
【０００７】
本発明は、周波数特性が良好で安価な光導波路デバイスの提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
リップルの原因として、共振による電力損失が考えられる。共振の防止には、基準電位の設定（いわゆる接地）の強化、すなわち接地用導体の大型化が有効である。一般のプリント回路においては、基板の裏面にベタ電極を設け、表側の配線パターンとスルーホールなどで接続することにより、接地を強化する手法が用いられている。しかし、光導波路デバイスにおいては、電気光学材料の基板にスルーホールを形成することは極めて困難であり、裏面にベタ電極を設けることもコストの大幅な上昇を招いてしまう。これらのことから、リップルを低減するために、基板上の接地電極を外部導体と接続することによって接地を強化する。
【０００９】
接続の手法としては、リボン又はワイヤなどのジャンパ導体の圧着（ボンディング）がコスト面で好適である。より少ないジャンパ導体の圧着で十分な接地状態を得るために圧着の部位を模索した。それにより、信号電極の屈曲部分（主部の両端）の近傍が最適であることが判った。ジャンパ導体の長さを最小にするため、外部導体を接地電極上の圧着位置にできるだけ近づけるのが望ましい。
【００１０】
信号電極の主部の両端のどちらか一方の近傍において接地電極を外部導体と接続すれば、所望の特性が得られる場合もある。ただし、量産性の上では、どちらか一方の接続が有効か否かをチェックするよりも、主部の両端のそれぞれの近傍において接地電極を外部導体と接続する方が有利である。また、幅の広いジャンパ導体を用いて、接地電極のうちの主部の全長にわたる広範囲の領域と外部導体と接続することも可能である。
【００１１】
請求項１の発明のデバイスは、表層部に光導波路が形成された電気光学材料の基板と、前記基板の表面を覆う絶縁層と、前記光導波路に沿った主部及び前記主部の一端及び他端のそれぞれから前記光導波路の幅方向の一端側である外部接続側へ延びる引出し部からなる信号電極層と、信号電極層を囲む平面視凹字形状の接地電極層とを有し、前記信号電極層及び接地電極層が前記絶縁層の上に形成された光導波路デバイスであって、前記接地電極層が、前記光導波路に対する前記外部接続側の反対側において、ジャンパ導体によって外部導体と電気的に接続されており、前記ジャンパ導体は、前記接地電極層における前記信号電極層の前記主部の一端及び他端のそれぞれに近接した計２個の屈曲形状領域のみの表面に圧着されたものである。
【００１２】
請求項２の発明の光導波路デバイスでは、前記外部導体が前記基板を収納する筐体である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る変調器ユニットＵの外観図である。
変調器ユニットＵは、光導波路デバイスである変調器１、及び長さが数ｃｍの細長い四角柱状の金属製の筐体２などから構成されており、光ファイバ３Ａ，３Ｂからなる光伝送路内に挿入した状態で使用される。筐体２の側面には２個のコネクタ２１，２２が取付けられている。使用時には、一方のコネクタ２１を介して変調器１と高周波信号源７とが接続され、他方のコネクタ２１を介して変調器１と５０Ω程度の終端抵抗８とが接続される。
【００１６】
図２は変調器１の模式図である。図２（Ａ）は電極の平面形状を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のｂ−ｂ矢視断面の構造を示している。また、図３は変調器ユニットＵの要部の断面図である。
【００１７】
変調器１は、電気光学材料からなる基板１１、光導波路１２、信号電極層１３、接地電極層１４，１５、及びバッファ層１６から構成されている。基板１１はＺカットのＬｉＮｂＯ3 結晶である。基板１１の外形寸法は、例えば１ｍｍ（Ｘ）×６０ｍｍ（Ｙ）×１ｍｍ（Ｚ）である。
【００１８】
光導波路１２は、互いに平行な一対の分波路１２１，１２２を有したマッハツェンダ型導波路であり、基板１１の表層部にチタンを熱拡散させることによって形成されている。光導波路１２の幅は約７μｍである。信号電極層１３及び接地電極層１４，１５は、厚さ２０〜３０μｍの金の厚膜であり、金の蒸着膜（厚さ０．２μｍ程度）を下地とする電解めっき法によって形成されている。バッファ層１６は電極金属による光吸収を防止するための絶縁層（厚さ１．３μｍ程度）であり、基板表面のほぼ全域を被覆するように設けられている。バッファ層１６の材質は二酸化珪素である。マッハツェンダ型導波路において、一方の分波路１２１に電界を加えると、導波光の位相がシフトし、他方の分波路１２２を伝播する導波光との間に位相差が生じる。位相の異なる導波光を合成することにより、位相差に応じた強度の出力光が得られる。位相のシフト量は、印加電圧と信号電極層１３の伝播方向Ｍ１の長さ（電極長）Ｌとに依存する。
【００１９】
本実施形態における変調器１の電極パターンは、信号電極層１３の両側に接地電極層１４，１５を配置したコプレーナ導波路型であり、分波路１２１，１２２の配列方向（幅方向）Ｍ２における基板１１の一端側（外部接続側）で外部回路と接続するようにパターニングされている。すなわち、信号電極層１３は、分波路１２１に沿って延びる直線状の主部１３１と、主部１３１の一端及び他端のそれぞれから基板１１の外部接続側の端部まで延びる引出し部１３２とからなる。各引出し部１３２の先端部分は接続端子とするために膨大化されている。また、接地電極層１４は主部１３１の近傍から外部接続側の端部まで拡がっており、接地電極層１５の両端部分が外部接続側の端部まで延長されている。接地電極層１４は信号電極層１３によって３方が囲まれ、信号電極層１３は接地電極層１５によって３方が囲まれている。
【００２０】
信号電極１３の主部１３１の長さＬは約４ｍｍであり、幅ｗ１３は５μｍである。主部１３１と各接地電極層１４，１５との間隙寸法は２０μｍである。接地電極１４の最大幅ｗ１４は６５５μｍであり、接地電極１５の最小幅ｗ１５は３００μｍである。また、引出し部１３２の膨大部分の幅は２００μｍ程度とされ、基板１１の外部接続側の端部における電極間距離は６００μｍ程度とされている。
【００２１】
以上の構成の変調器１は、筐体２の内部に納められ、基板１１の裏面と筐体２の内底面とが接着剤９０（図３参照）で接合される。光導波路１２は両端において図示しない光ファイバと光学的に接合され、信号電極層１３及び接地電極層１４，１５は筐体２に設けられた図示しない外部接続端子と電気的に接続される。筐体２の外部接続端子は、上述のコネクタ２１，２２の所定の端子と接続されている。変調器１と筐体２の外部接続端子との接続は、金リボン３１〜３６の圧着によって行われる。信号電極層１３の一方の引出し部１３２は金リボン３１を介して高周波信号源７と接続され、他方の引出し部１３２は金リボン３２を介して終端抵抗８と接続される。また、接地電極層１４は金リボン３３，３４を介し、接地電極層１５は金リボン３５，３６を介して、それぞれ外部の接地ラインと接続される。
【００２２】
このような動作の上で不可欠の配線接続に加えて、周波数特性を改善するために、変調器１では幅方向Ｍ２における外部接続側の反対側においても、接地電極層１５と筐体２とが、金リボン３７，３８の圧着によって電気的に接続されている。各金リボン３７，３８の幅は５００μｍであり、厚さが３０μｍである。
【００２３】
接地電極層１５における金リボン３７，３８の圧着位置は、信号電極層１３の主部１３１の一端及び他端のそれぞれに近接した屈曲形状領域Ｅ１，Ｅ２に選定されている。圧着面の大きさは５００μｍ×２００μｍ程度である。また、金リボン３７，３８の長さを最小限とするため、基板１１の側面１１ｓと筐体２との対向距離（図３参照）は１００μｍ以下に設定されている。なお、図３のように、筐体２は内側面に段差を有した本体２ａとその開口を塞ぐ蓋体２ｂとから構成されている。そして、金リボン３７，３８は本体２ａの段差部の上面に接合されている。
【００２４】
図４は変調器１の周波数特性を示すグラフである。
図中の実線が示すように、接地電極層１５の屈曲形状領域Ｅ１，Ｅ２を筐体２と接続することにより、接地が強化されて共振が抑えられ、０〜２０ＧＨｚの範囲でなだらかな特性が得られた。これに対し、図中の破線が示すように、金リボン３７，３８による外部導体（筐体２）との接続を省略した場合には、リップルが生じた。
【００２５】
以上の実施形態によれば、外部回路との接続のための配線と同じ圧着によって接地が強化されるので、特性改善のための特別の工程が不要であり、特性改善に伴うコスト上昇を最小限とすることができる。
【００２６】
上述の実施形態において、接地電極１４を省略し、非対称コプレーナ・ストリップ電極構造にしてもよい。良好な特性が得られる場合には、屈曲形状領域Ｅ１，Ｅ２の一方のみを筐体２と接続してもよい。さらに、圧着の信頼性が確保できる場合には、幅の広いジャンパ導体（金リボンなど）を用いて、屈曲形状領域Ｅ１と屈曲形状領域Ｅ２とに跨がる広範囲の領域を筐体２と接続してもよい。なお、変調器１に限らず、スイッチなどの他の光導波路デバイスにも本発明は適用可能である。基板材料、各部の形状、寸法条件などは本発明の主旨に沿って種々変更することができる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１又は請求項２の発明によれば、周波数特性が改善されかつ量産に適した光導波路デバイスを得ることができ、周波数特性の良好な導波光制御を安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る変調器ユニットの外観図である。
【図２】変調器の模式図である。
【図３】変調器ユニットの要部の断面図である。
【図４】変調器の周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１  変調器（光導波路デバイス）
２  筐体（外部導体）
１１  基板
１３  信号電極層
１５  接地電極層
１６  バッファ層（絶縁層）
３７，３８  金リボン（ジャンパ導体）
１２１  分波路（光導波路）
１３１  主部
１３２  引出し部
Ｅ１，Ｅ２  屈曲形状領域
【図１】
0003731622.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003731622.tif 000005