WO2005045512A1

WO2005045512A1 - 光変調素子及び通信システム

Info

Publication number: WO2005045512A1
Application number: PCT/JP2004/015824
Authority: WO
Inventors: Akira Enokihara; Hiroyuki Furuya
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2005-05-19

Abstract

　本発明の光変調素子は、分岐された少なくとも２つの全反射型光導波路２ａ、２ｂを有する光導波路２を備えた光変調素子であって、前記光導波路２の少なくとも一部は、電気光学効果を示す材料から形成された基板１上または基板１内に形成されており、２つの全反射型光導波路２ａ、２ｂの間の領域（間隙部６）がフォトニック結晶構造を有している。

Description

明細書

光変調素子及び通信システム

技術分野

[0001] 本発明は、光通信システムおよび光信号処理システムなどに用いられる光変調素子と、当該光変調素子を有する通信システムに関している。

背景技術

[0002] 光変調素子は、高速光通信や光信号処理システムなどにおいて基本となる素子であり、将来、超高速で動作できる光変調素子の必要性はますます増大するものと考えられる。従来利用されてきた半導体レーザによる直接変調では、超高速光変調に対応することが困難であるため、最近では、高速動作が可能な外部変調型の素子の開発が急がれている。中でも、特に、大きなポッケルス効果を有する誘電体結晶を用いた、いわゆる電気光学光変調素子は、超高速動作が可能であり、また、光変調に伴う光信号の位相の乱れも少な!、ことから、高速情報伝送や長距離光ファイバ通信などに非常に適している。さらに、光導波路構造を用いれば、小型化と高効率化とを一挙に実現できる可能性がある。

[0003] 一般に、電気光学光変調素子は、電気光学結晶上に変調電極として設けられた変調信号を伝搬させる伝送線路と、伝送線路の近傍に形成された光導波路とにより構成されている。つまり、変調電極の周辺に誘起される電界に応じて光導波路部分の屈折率が変化すると、光導波路中を伝搬する光波の位相が変調信号に伴って変化するという現象を利用したものである。

[0004] 電気光学光変調素子において、光変調の基本となる電気光学係数は、通常の結晶では比較的小さい。従って、この方式の光変調素子においては、高い変調効率を実現するため、電界を光導波路に効率よく印加することが重要となる。

[0005] 図 5は、非特許文献 1に記載されている従来の光変調素子の一例を簡略化して示した斜視図である。この光変調素子においては、電気光学効果を有する材料から形成された基板 1の表面部に光導波路 2が形成されている。光導波路 2は、基板 1の屈折率を他の部分よりもわずかに増加させた領域から構成されており、全反射によって光波を導波させることができる。屈折率の上昇は、基板 1の一部に金属を熱拡散することなどによって行なわれる。光導波路 2の左右両側において、基板 1の上面上には、アルミニウムや金などの金属膜からなる変調電極 3が設けられている。変調電極 3は互いに平行な 2つの線路 3a、 3bによって構成されており、コプレナ一線路構造を有している。

[0006] 光導波路 2は、 2箇所の分岐点 7a、 7bで 2つの分岐光導波路 2a、 2bに分岐しており、入口側光導波路 2cから入力された入力光が一方の分岐点 7aで分岐して 2つの分岐光導波路 2a、 2bを通過した後、他方の分岐点 7bで共通の出口側光導波路 2d を進むように構成されている。

[0007] 基板 1の上には、光導波路 2の各分岐光導波路 2a、 2bに沿うように延びる 2つの線路 3a、 3bからなるコプレナ一線路構造の変調電極 3が設けられている。各線路 3a、 3 bの各内側端は、各分岐光導波路 2a、 2bのほぼ中央部の直上に位置するように形成されていて、変調電極 3の一方の端に高周波信号源 4が接続され、他方の端には終端抵抗 5が接続されて、る。

[0008] 入力光は、入口側光導波路 2cから導入され、各分岐光導波路 2a、 2bを通過する際に、以下のように、光変調作用を受ける。

[0009] 高周波信号源 4から高周波信号が供給されると、変調電極 3を光と同じ方向に伝搬し、間隙部 6に電界が生じる。そして、電気光学的効果により、分岐光導波路 2a、 2b を構成する材料の屈折率が電界強度に応じて変化する。本形態においては、分岐光導波路 2aと分岐光導波路 2bとには互いに上下逆方向の電界が印加されるので、基板 1が例えば zカットのニオブ酸リチウム結晶により構成されている場合、 2つの分岐光導波路 2a、 2bを通る光には互いに逆の位相変化が与えられる。したがって、出口側光導波路 2dでは、分岐光導波路 2a、 2bを通過した 2つの光の干渉が生じ、この干渉によって出力光の強度が変化することにより、本形態の光変調素子は光強度変調器として動作する。

非特許文献 1 : IEEE Journal of Quantum Electronics. Vol. QE- 13、 no. 4、 pp287- 290、 1977

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0010] 従来の電気光学光変調素子は、屈折率差を利用して光を閉じ込める光導波路を用いている。このような光変調素子では、間隙部 6の幅を小さくし、光導波路 2a、 2b を接近させると、同じ電圧を印加しても間隙部 6に形成される電界の強度が大きなるため、変調効率を改善できる。し力しながら、間隙部 6の幅を小さくすると、光導波路 2 aと光導波路 2bとの間で生じる光波の結合の影響が大きくなるという問題がある。このため、間隙部 2の幅は、通常、 20— 30 m程度以下にはできないと考えられている。このことは、素子の小型化および高効率化を阻む要因の一つとなって、る。

[0011] 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、光通信システム等に組み込み得る小型で高効率の光変調素子を提供することにある。課題を解決するための手段

[0012] 本発明の光変調素子は、分岐された少なくとも 2つの全反射型光導波路を有する光導波路構造を備えた光変調素子であって、前記全反射型光導波路の少なくとも一部は、電気光学効果を示す材料から形成された基板上または基板内に形成されており、前記 2つの全反射型光導波路の間の領域がフォトニック結晶構造を有している

[0013] 好ま、実施形態にぉヽて、前記フォトニック結晶構造は前記基板に形成されてヽる。

[0014] 好ましい実施形態において、前記フォトニック結晶構造は、前記基板の主面に設けられた凹部および Zまたは凸部の周期的配列によって実現されている。

[0015] 好ましい実施形態において、前記フォトニック結晶構造は、前記基板の主面に設けられた凹部の周期的配列によって実現されており、かつ、前記全反射型光導波路は、前記基板の主面に設けられており、前記凹部の深さは、前記全反射型光導波路の厚さよりも/ J、さい。

[0016] 好ましい実施形態において、前記フォトニック結晶構造は、前記基板の主面に設けられた、前記全反射型光導波路に平行な溝の周期的配列によって実現されている。

[0017] 好ましい実施形態において、前記全反射型光導波路は、前記基板の主面に設けられており、前記溝の深さは、前記全反射型光導波路の厚さよりも小さい。 [0018] 好ま、実施形態にお!、て、前記全反射型光導波路は、前記基板の主面側に形成された改質層から形成されて!、る。

[0019] 好ましい実施形態において、前記全反射型光導波路を伝搬する光に対して光変調用の高周波信号を印加する電極を前記基板上に備えている。

[0020] 好まヽ実施形態にお!ヽて、前記フォトニック結晶構造は、前記 2つの分岐全反射型光導波路の一方力他方に向力つて伝搬しょうとする光波に対するフォト-ックバンドギャップを有している 1次元または 2次元フォトニック結晶構造である。

[0021] 好ましい実施形態において、前記 2つの全反射型光導波路は、マッハツェンダー干渉計を形成している。

[0022] 好ましい実施形態において、前記フォトニック結晶構造は、前記 2つの全反射型光導波路の間の領域のみに選択的に成形されいる。

[0023] 好ましい実施形態において、前記 2つの全反射型光導波路の間隔は、 5 μ m以下である。

[0024] 好ましい実施形態において、屈折率が相対的に高いコア部分と、屈折率が相対的に低、クラッド部分とから構成されて、る。

[0025] 本発明の通信システムは、電気信号を光信号に変換するための光変調素子を備えた通信システムであって、前記光変調素子は、上記いずれかの光変調素子である。発明の効果

[0026] 本発明の光変調素子によれば、分岐光導波路の間隔を短縮できるため、変調効率を増加させるとともに、光変調素子のサイズを小さくすることができる。この光変調素子を通信システムに用、ることにより、ミリ波レベルの高周波信号を利用した通信が可會になる。

発明を実施するための最良の形態

[0027] 近年、「フォトニック結晶」を利用した各種光学デバイスの研究 *開発が進められている。「フォトニック結晶」とは、光の波長と同程度の周期で屈折率分布を形成した新しい光材料である。通常の固体結晶では、原子の周期的な配列によって電子エネルギのバンド構造が形成される力フォトニック結晶では、光のエネルギのバンド構造が形成される。このようなバンド構造に形成に伴い、フォトニック結晶中には「フォトニックバンドギャップ」が形成される場合がある。このフォトニックバンドギャップに相当するエネルギを有する光は、フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶中を伝搬することができない。なお、フォトニックバンドギャップが存在しないバンド構造を有するフォトニック結晶中では、特定波長帯域の光の伝搬が完全に阻止されることはな、力その伝搬を抑制することは可能である。

[0028] 本発明では、電気光学効果を有する材料にフォトニック結晶構造を形成し、実用的な光変調素子を実現する。

[0029] 以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

[0030] (実施形態 1)

まず、図 1 (a)および (b)を参照しながら、本発明による光変調素子の第 1の実施形態を説明する。図 1 (a)は、本実施形態の光変調素子の平面図であり、図 1 (b)は、その A— A'線断面図である。

[0031] 図 1 (a)に示すように、本実施形態の光変調素子は、電気光学効果を示す材料から形成された基板 1と、この基板 1内に設けられた光導波路 2とを有している。

[0032] 基板 1は、タンタル酸リチウム (LiTaO )単結晶、ニオブ酸リチウム (LiNbO )単結

3 3 晶などの電気光学効果を有する結晶材料から形成されている。光導波路 2は、安息香酸を用いたプロトン交換法、金属膜の熱拡散法などを用いて基板 1の表面に好適に形成される。

[0033] 本実施形態の光導波路 2は、マッハツェンダー干渉計として動作するように 2箇所の分岐点 7a、 7bで 2つの全反射型光導波路 2a、 2bに分岐している。以下、簡単のため、分岐された全反射型光導波路の各々を、単に「分岐光導波路」と称することとする。入口側光導波路 2cから入力された入力光は、一方の分岐点 7aで分岐して 2つの分岐光導波路 2a、 2bを通過した後、他方の分岐点 7bから共通の出口側光導波路 2dを進み干渉する。

[0034] 基板 1の主面側には、光導波路 2の各分岐光導波路 2a、 2bに沿うように 2つの線路 3a、 3bから構成される変調電極が設けられている。各線路 3a、 3bの各内側端は、各分岐光導波路 2a、 2bのほぼ中央部の直上に位置するように形成されている。変調電極の各線路 3a、 3bは、真空蒸着法、フォトリソグラフィ及びエッチングなどのプロセスを用いて形成されたアルミニウムや金などの金属膜によってそれぞれ構成されてヽる。

[0035] 入力光は、入口側光導波路 2cから導入され、各分岐光導波路 2a、 2bを通過する際に、以下のようにして光変調作用を受ける。

[0036] まず、変調電極の各線路 3a、 3b間に変調信号が印加されると、間隙部 6に電界が生じる。すると、基板 1の有する電気光学的効果により、分岐光導波路 2a、 2bを構成する材料の屈折率が電界強度に応じて変化する。本実施形態においては、分岐光導波路 2aと分岐光導波路 2bとには互いに上下逆方向の電界が印加されるので、基板 1が例えば zカットのニオブ酸リチウム結晶により構成されている場合、 2つの分岐光導波路 2a、 2bを通る光には互いに逆の位相変化が与えられる。したがって、出口側光導波路 2dでは、分岐光導波路 2a、 2bを通過した 2つの光の干渉が生じ、この干渉によって出力光の強度が変化することになる。変調電極に印加する変調信号に応じて、出力光の強度を変調できるため、本実施形態の光変調素子は光強度変調器として動作する。

[0037] 本実施形態における光導波路 2は、基板 1の主面に平行な方向における光の閉じ込めが可能なように、垂直方向だけではなく横方向にも屈折率差が与えられている。すなわち、マスクパターンを用いることにより、基板 1において光導波路 2となる領域に他の部分よりも屈折率の高、領域が形成されて、る。この光導波路 2の構造自体は、公知のものである。

[0038] 本実施形態に特徴的な点は、光導波路 2a、 2bの間に、エッチングにより形成された多数のピット 9が形成されている点にある。このピット 9の形状、大きさ、および配置を適切に設定することにより、いわゆる 2次元のフォトニック結晶構造が形成されている。これにより、 2次元方向（基板 1の主面に平行な方向）にフォトニックバンドギャップが生じている。本実施形態におけるピット 9の役割は、 2つの分岐光導波路 2a、 2bの間での光の結合 ·干渉を遮断することにある。

[0039] 本実施形態によれば、光導波路 2aと光導波路 2bとの間隙部 6において、 2次元方向（基板 1の面内方向）にフォトニックバンドギャップが生じるため、特定周波数の光波が上記面内方向に伝搬できなくなる。この特定周波数は、光導波路 2を伝搬する光信号の波長に対応している。このような構成を採用することにより、光導波路 2aと光導波路 2bとを接近させて配置した場合でも、これらの光導波路間における光波の結合を抑えることができる。その結果、フォトニック結晶構造を設けない場合に比べて、光導波路 2aと光導波路 2bとをより接近させることができる。具体的には、従来の光変調素子によると、 2本の光導波路の間隔は 20— 30 m程度が必要であるが、本実施形態の光変調素子によれば、この間隔を 5 m程度またはそれ以下に減少させることが可能である。このように分岐した光導波路 2a、 2bの間隔を狭めると、同じ電圧を変調電極の線路 3a、 3b間に印加した場合でも、間隙部 6に強い電界が生じるため、光導波路 2a、 2b中の光波に与えられる位相変化量が大きくなり、変調効率が向上する。

[0040] また、光導波路 2a、 2bの間隔を狭めることが光変調素子の長さ（光伝搬方向のサイズ)の短縮にも役立つ。図 2 (a)および (b)を参照しながら、このことを説明する。

[0041] 図 2 (a)および (b)は、それぞれ、光導波路 2cから 2本の光導波路 2a、 2bが分岐している部分を示している。図 2 (a)および (b)を比較するとわ力るように、分岐光導波路 2a、 2bとの間の間隔が小さくなると、分岐のために必要な領域を短くできるため（L 1 >L2)、光変調素子を全体的に小型化できる。このように、分岐光導波路 2a、 2bの間隔を短縮すると、分岐角を大きくしない場合でも、光変調素子を充分に小型化できる。屈折率導波型の光導波路構造を採用する限り、分岐角を大きくすることは難しい。このため、分岐光導波路 2a、 2bの間隔を短縮できることは、光変調素子の小型化に大いに寄与する。

[0042] なお、光導波路 2a、 2bの間に設けられたフォトニック結晶構造の影響が、光導波路 2a、 2bを伝搬する光波の伝搬特性にも影響を与える。多くの場合、フォトニック結晶構造の存在によって、光導波路 2a、 2bを伝搬する光波の群速度を低下させられる。光波の伝搬速度が低下すると、光導波路 2a、 2b中に蓄積される光波のエネルギが増加するため、これによつても変調効率が向上する。

[0043] ピット 9の深さは、光導波路 2を伝搬する光波の電磁界が存在する程度の深さ（通常は 5 m程度以下)であれば十分である。ただし、ピット 9が比較的浅い場合であっても、光導波路 2の屈折率を高く設定すれば、光波の垂直方向の閉じこめ効果が強まるため、ピット 9が深い場合に得られる効果と同様の効果を得ることができる。ピット 9 の直径は、光波の基板 1内における波長の約 1Z4に設定することが好ましぐピット 9 の配列周期は上記波長の約 1Z2に設定することが好ましい。

[0044] なお、フォトニックバンドギャップに対応する光の波長は、ピット 9の配列周期に大きく依存する。このため、光導波路 2を伝搬させるべき光波の波長が与えられたならば、その波長の伝搬を阻止するようにピット 9の配列周期が決定される。

[0045] 図 1 (a)では、基板 1の主面のうち、光導波路 2a、 2bの間隙部 6の全領域にピット 9 が配列されている力間隙部 6の全体にピット 9を形成する必要はない。ピット 9は、数個程度の列によってもフォトニック結晶構造を形成し得るため、光導波路の近傍に複数列のピット 9が形成されていれば、基板 1の主面において光導波路以外の領域の全体にピット 9が形成されて、る必要はな、。

[0046] 図 1 (b)では、ピット 9の内部は空洞であって空気に満たされているように記載されているが、ピット 9の内部は、基板 1の材料とは異なる材料で埋められていてもよい。例えば、基板 1の主面は絶縁膜で被覆されていても良い。この場合、この絶縁膜の屈折率は、基板 1に形成する光導波路 2の屈折率とは異なる値を持つ必要がある。

[0047] ピット 9の形成は、例えば次のようにして行なうことができる。すなわち、フォトリソダラフィ技術によって基板 1の主面上に感光性レジストを形成した後、ピット 9の配列パターンを規定するフォトマスクを用いて、この感光性レジストを露光 '現像する。次に、このようにしてパターユングした感光性レジストをエッチングマスクとして用い、基板 1の露出部分を選択的にエッチングすればよい。光導波路 2は、ピット 9の形成前に基板 1の主面に形成しておく。基板 1の他の部分に比べて光導波路 2を優先的にエツチングする条件でピット 9のためのエッチングを行なうことができれば、光導波路 2の厚さに対応した深さを有するピット 9を再現性良く形成しやすくなる。

[0048] 基板 1が LiNbOなどの電気光学効果を有する材料から形成されて!ヽる場合、ピッ

3

ト 9のアレイを形成するためのエッチングは、フッ素系ガスプラズマ RIE (反応性イオンエッチング)や ICP (誘導結合プラズマ）によって行なうことができる。 ICPによる場合、還元性の強い CF、 BC1、 C Fなどのガスを用いれば、 0. 5 mZ分のレートで基

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板 1をエッチングすることができる。この方法では、感光性レジストに対する選択比 1を実現できる。なお、 ICPによって LiNbO_xをエッチングできることは、第 63回応用物理学関係連合講演会講演予稿集 26a— D— 20に記載されて、る。

[0049] また、光導波路 2として、エッチングなどにより形成したリッジ構造導波路を用いても有効である。この場合、まず、プロトン交換法あるいは金属膜の熱拡散法によって基板 1の表面全体に屈折率の高い層を形成する。そして、その後、導波路以外の表面部分をエッチングすることにより、リッジ構造を形成する。なお、リッジの高さよりも上記屈折率の高い層の厚さが大きい場合、リブ構造導波路と呼ばれる場合もある。リッジの高さは、概ね光波の波長と同程度か、またはその数倍程度であれば十分である。

[0050] リッジ構造導波路は、プロトン交換導波路や熱拡散導波路に比べると、作製に必要な工程が増加するが、光波の横方向に関する閉じこめを充分に行なうことができるという利点がある。また、リッジ導波路構造の形成に必要なエッチングとピット 9の形成に必要なエッチングとを同一工程で行なうことも可能である。このようにすることにより、製造プロセスを簡略ィ匕できる。

[0051] (実施形態 2)

以下、図 3 (a)および (b)を参照しながら、本発明による光変調素子の第 2の実施形態を説明する。図 3 (a)は、本実施形態の光変調素子の平面図であり、図 3 (b)は、その A— A'線断面図である。

[0052] 本実施形態の光変調素子は、分岐光導波路 2a、 2bの間隙部 6に設けられたフォトニック結晶構造の形態以外の点では、実施形態 1における光変調素子と同様の構成を有している。より詳細には、分岐光導波路 2a、 2bの光学的な干渉を抑制'遮断するために、本実施形態では 1次元フォトニック結晶構造を採用している。

[0053] 以下、本実施形態に特徴的な点を説明する。

[0054] 本実施形態の光変調素子では、図 3 (a)および (b)に示すように、光の伝搬方向に延びた溝 10の列が基板 1の間隙部 6に形成されている。溝 10の幅、間隔、および深さを適切に選択することにより、溝 10を横切る方向にフォトニックバンドギャップが生じる。

[0055] 溝 10の幅と並びの周期は、それぞれ、光波の基板内での波長のおおむね 1Z4および 1Z2に設定することが好ましい。この場合、光波は溝 10を横切る方向には伝搬できないので、実施形態 2と同様に光導波路 2a、 2b間の結合を抑えることができる。このため、光導波路 2aと光導波路 2bとを近づけることが可能である。それによつて、光導波路 2a、 2bの間隔を短くすることにより、前述した理由から、光変調効率を向上させることがでさる。

[0056] 本実施形態によれば、図 1 (a)および (b)に示すピット 9の配列を利用する場合に比ベ、基板 1に形成する凹部 (溝 10)の深さが浅くても同等の効果を発揮させることができる。このため、エッチングすべき領域範囲の面積は大きくなるが、溝 10を形成するためのエッチングは容易である。

[0057] 前述した各実施形態における光変調素子では、フォトニックバンドギャップが生じるようにピット 9または溝 10の配列を形成し、それによつて分岐光導波路間の結合を抑制している力フォトニック結晶のバンド構造は、必ずしもフォトニックバンドギャップを有している必要はない。

[0058] 分岐光導波路間に配置したフォトニック結晶のバンド構造力フォトニックバンドギヤップを有していない場合でも、本発明の光変調素子は、その効果を発揮することができる。より具体的には、ビット 9や溝 10の配列位置が製造誤差などを原因として目標位置力もシフトすると、配列周期性がわずかに崩れるため、フォトニック結晶のバンド構造にフォトニックバンドギャップが形成されない場合がある。そのような場合でも、分岐光導波路間の結合を充分に抑制することができる。

[0059] また、ピット 9や溝 10の縦方向サイズ (深さ）が、分岐光導波路の厚さに比べて小さいときは、並んだ 2つの分岐光導波路に挟まれた空間（間隙部 6)において、フォト- ック結晶構造を有する領域とフォトニック結晶構造を有しない領域とが上下に層状に存在することになる。このような場合は、フォトニック結晶構造を有しない領域を介して 2つの分岐光導波路間に結合が生じ得るが、フォトニック結晶構造を有する領域が存在していることにより、その結合の程度を充分に小さくすることが可能である。

[0060] 以上説明したように、分岐光導波路の間隙部 6に配置するフォトニック結晶構造が両側に位置する分岐光導波路の結合を完全に遮断する必要は無い。完全な遮断が生じない場合でも、フォトニック結晶の配置により、間隙部 6における光波の伝搬定数が充分に制御できる。 [0061] ピット 9または溝 10の深さが、分岐光導波路の厚さよりも小さい場合、分岐光導波路間の結合を充分に抑制するためには、ピット 9または溝 10の深さを、分岐光導波路内における光波の波長の 5%以上の大きさに設定することが好ましい。また、ピット 9や溝 10の周期性の誤差が完全に規則正しい配列の周期の 50%以内であれば、分岐光導波路間の結合を充分に抑制できる。

[0062] このように、本発明の光変調素子におけるフォトニック結晶構造がバンドギャップを有して、る必要の無、理由は、分岐された個々の光導波路部分に全反射型の導波路構造を付与しているためである。すなわち、本発明では、光導波路それ自体の形成を、フォトニック結晶構造のバンドギャップによって実現しようとはしていない。そのため、光を伝搬させるべき領域に光を閉じ込める機能 (導波機能）は、フォト-ックバンドギャップによる光閉じ込め効果を利用して行なう必要は無ぐフォトニック結晶構造の作製自由度が大きく向上する。

[0063] (実施形態 3)

次に、図 4を参照しながら本発明によるファイバ無線システムの実施形態を説明する。

[0064] 本実施形態のファイバ無線システム 50は、第 1および第 2の実施形態における光変調素子を内蔵した光変復調器 51を備えている。そして、アンテナ 53により、通常のィンターネット等のデータ通信網や、携帯端末との通信、あるいは、 CATV力の信号の受信等を例えばミリ波の搬送波を用いて直接行なうことができる。なお、光変復調器 51には、光変調素子とともに光復調素子 (例えばフォトダイオード)が内蔵されている。

[0065] 一方、ミリ波等の周波数の高い無線信号は長距離の伝送は困難であり、かつ、物体による信号の遮断を受けやすい。そこで、データ通信網 61や、 CATV62や、携帯電話システム 63との通信を、無線装置 60及び無線装置に付設されたアンテナ 64を用いて行なうこともできる。その場合、ファイバ無線通信システム 50と光ファイバ 70を介して接続される光変復調器 55と、これに付設されるアンテナ 54とをさらに備えておく。そして、アンテナ 54、 64及び光変復調器 55を介して、無線装置 60との間で信号の授受を行なうことができる。光変復調器 55には、光変調素子とともに光復調素子（例えばフォトダイオード)が内蔵されている。長距離伝送を行ないたい場合や、壁等で仕切られた屋内での伝送の際には、光ファイバ 70を通してミリ波等の無線信号で変調された光信号を伝送することが効果的である。

[0066] 以上説明してきたように、本発明の光変調素子によれば、分岐光導波路の間隔を短縮できるため、変調効率を増カロさせるとともに、光変調素子のサイズを小さくすることができる。この光変調素子を通信システムに用いることにより、ミリ波レベルの高周波信号を利用した通信が可能になる。

産業上の利用可能性

[0067] 本発明の光変調素子は、高速光通信や光信号処理システムなどに好適に用いられる。特に、光変調に伴う光信号の位相の乱れが少ないため、高速情報伝送ゃ長距離光ファイバ通信などに適している。

図面の簡単な説明

[0068] [図 1] (a)は、本発明による光変調素子の第 1の実施形態の平面図であり、 (b)は、その A— A'線断面図である。

[図 2] (a)および (b)は、いずれも、光変調素子における分岐導波路の形状およびサィズの例を示す平面図である。

[図 3] (a)は、本発明による光変調素子の第 2の実施形態の平面図であり、 (b)は、その A— A'線断面図である。

[図 4]本発明による通信システムの実施形態を示す図である。

[図 5]光変調素子の従来例を示す斜視図である。

符号の説明

[0069] 1

2 光導波路

2a 分岐光導波路

2b 分岐光導波路

2c 入口側光導波路

2d 出口側光導波路

3 変調電極 a 線路b 線路

信号源終端抵抗間隙部a 分岐点b 分岐点曲がり部分ピット0 溝

Claims

請求の範囲

[1] 分岐された少なくとも 2つの全反射型光導波路を有する光導波路構造を備えた光変調素子であって、

前記全反射型光導波路の少なくとも一部は、電気光学効果を示す材料カゝら形成された基板上または基板内に形成されており、

前記 2つの全反射型光導波路の間の領域がフォトニック結晶構造を有している光変調素子。

[2] 前記フォトニック結晶構造は前記基板に形成されて!ヽる請求項 1に記載の光変調素子。

[3] 前記フォトニック結晶構造は、前記基板の主面に設けられた凹部および Zまたは凸部の周期的配列によって実現されている請求項 2に記載の光変調素子。

[4] 前記フォトニック結晶構造は、前記基板の主面に設けられた凹部の周期的配列によって実現されており、かつ、

前記全反射型光導波路は、前記基板の主面に設けられており、

前記凹部の深さは、前記全反射型光導波路の厚さよりも小さい、請求項 2に記載の光変調素子。

[5] 前記フォトニック結晶構造は、前記基板の主面に設けられた、前記全反射型光導波路に平行な溝の周期的配列によって実現されている請求項 3に記載の光変調素子。

[6] 前記全反射型光導波路は、前記基板の主面に設けられており、前記溝の深さは、前記全反射型光導波路の厚さよりも小さい、請求項 5に記載の光変調素子。

[7] 前記光導波路は、前記基板の主面側に形成された改質層から形成されている請求項 1に記載の光変調素子。

[8] 前記光導波路を伝搬する光に対して光変調用の高周波信号を印加する電極を前記基板上に備えて、る、請求項 1に記載の光変調素子。

[9] 前記フォトニック結晶構造は、前記 2つの全反射型光導波路の一方から他方に向力つて伝搬しょうとする光波に対するフォトニックバンドギャップを有している 1次元または 2次元フォトニック結晶構造である請求項 1に記載の光変調素子。

[10] 前記 2つの全反射型光導波路は、マッハツェンダー干渉計を形成している請求項] に記載の光変調素子。

[11] 前記フォトニック結晶構造は、前記 2つの全反射型光導波路の間の領域のみに選択的に成形されて!、る、請求項 1に記載の光変調素子。

[12] 前記 2つの全反射型光導波路の間隔は、 5 μ m以下である、請求項 1に記載の光変調素子。

[13] 各全反射型光導波路は、屈折率が相対的に高いコア部分と、屈折率が相対的に低、クラッド部分とから構成されて、る、請求項 1に記載の光変調素子。

[14] 電気信号を光信号に変換するための光変調素子を備えた通信システムであって、前記光変調素子は、請求項 1から 13のいずれかに記載された光変調素子である、通信システム。