WO2007058366A1

WO2007058366A1 - 光導波路デバイス

Info

Publication number: WO2007058366A1
Application number: PCT/JP2006/323253
Authority: WO
Inventors: Kenji Aoki; Osamu Mitomi; Jungo Kondo; Yuichi Iwata; Tetsuya Ejiri
Original assignee: Ngk Insulators, Ltd.
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2007-05-24
Also published as: JPWO2007058366A1; US20080226215A1; EP1953585A4; EP1953585A1; US7529447B2

Abstract

光導波路基板の末端部分で光導波路を折り返す形態の光導波路デバイスにおいて、変調帯域を広帯域化できるようにする。光導波路デバイス1Ａは、電気光学材料からなる基板本体２、光導波路６、および光導波路６に電圧を印加するための変調用電極３、４、５を備えている。光導波路６が、第一の主部６ｅ、６ｆ、第一の湾曲部７Ａ、第一の湾曲部７Ａと折り返し点８との間に設けられている第一の折り返し部６ｇ、６ｈ、第二の主部６ｍ、６ｎ、第二の湾曲部７Ｂ、第二の湾曲部７Ｂと折り返し点８との間に設けられている第二の折り返し部６ｊ、６ｋを備えている。第一の湾曲部７Ａおよび第二の湾曲部７Ｂから折り返し点８に至る折り返し領域に信号電極の少なくとも一部が設けられている。

Description

明細書

光導波路デバイス発明の属する技術分野

本発明は、進行波型光変調器等の光導波路デバイスに関するものである。. 背景技術

特開平 4— 3 5 5 7 1 4では、光制御素子の光導波路を、基板の末端面で折り返すことによって、光波と変調波との相互作用長を長くし、駆動電圧を低下させ、光波と信号波との整合速度差を補償して高速動作を実現している。

「ECOC 2004 PD Th4.2.3」「 Compact Zero-Chiu LiNb03 Modulator for 10-Gb/s Small- Form-Factor Transponder ι においては、光変調器内で光導波路をループ状に湾曲、曲折させることによって、基板長さを小さくした場合でも長い相互作用長を確保することを試みている。発明の開示

特開平 4— 3 5 5 7 1 4の光制御素子では、光導波路はその特性上急激に曲げることは難しいために、折り返し部で光導波路長は電極長よりかなり長くなる。このため、電気と光との間の到達時間差により変調帯域が制限される。

また、「ECOC 2004 PD Th4.2.3」「 Compact Zero-Chip LiNbO3 Modulator for 10-Gb/s Small- Form-Factor Transponder 」記載の光変調素子では、ゼロチヤ一プ特性を実現するためには、通常のプロセスに加えてドメイン反転プロセスを行う必要があり、煩雑、もしくはコストアップの原因となる。また、 Z 板を用いているために動作安定性（DC ドリフト、温度ドリフト）に劣るという欠点があった。

本発明の課題は、光導波路基板の末端部分で光導波路を折り返す形態の光導波路デバイスにおいて、変調帯域を広帯域化できるようにすることである。

本発明は、電気光学材料からなる基板本体、光導波路、および前記光 '導波路に電圧を印加するための信号電極および接地電極を備えている光導波路デバイスであって、

光導波路が、第一の主部、第一の湾曲部、第一の湾曲部と折り返し点との間に設けられている第一の折り返し部、第二の主部、第二の湾曲部、および第二の湾曲部と折り返し点との間に設けられている第二の折り返し部を備えており、第一の湾曲部および第二の湾曲部から折り返し点へと至る折り返し領域に信号電極の少なくとも一部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、第一の湾曲部および第二の湾曲部から折り返し点に至る折り返し領域に信号電極の少なくとも一部を設けることによって、光導波路内の光路長と変調用電極の長さとの差を著しく小さくすることができる。ごれによって、変調帯域を著しく広帯域化することが可能となった。従来は、光導波路の湾曲部より先の折り返し領域に信号電極を設けるような設計は試みられてこなかった。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の一実施形態に係る光導波路デバイス 1 Aを概略的に示す平面図である。

図 2は、光導波路デバイス 1 Aを概略的に示す断面図である。

図 3は、本発明外の比較例に係る光導波路デバイス 2 1を概略的に示す平面図である。

図 4は、本発明の他の実施形態に係る光導波路デバイス 1 Bを概略的に示す平面図である。

図 5は、比較例においてマイクロ波実効屈折率を 2 . 2 とした.ときの変調帯域を示すグラフである。

図 6は、比較例においてマイクロ波実効屈折率を 2 . 8としたときの変調帯域を示すグラフである。

図 7は、本発明の実施例においてマイクロ波実効屈折率を 2 . 3としたときの変調帯域を示すグラフである。

図 8は、本発明に係るデバイス 3 1を示す平面図である。

図 9は、本発明に係るデバイス 4 1を示す平面図である。

図 1 0は、本発明に係るデバイス 5 1を示す平面図である。

図 1 1は、本発明に係るデバィス 6 1を示す平面図である。

図 1 2は、図 8のデバイスにおいてマイクロ波実効屈折率を 2 . 2 としたときの変調帯域を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

好適な実施形態においては、第一の主部、第二の主部に加えて、第一の折り返し部、第二の折り返し部において、信号電極および接地電極によって光導波路に電圧が印加されるように構成する。従来は、光導波路のうち湾曲点の手前の領域が「相互作用部」と呼ばれており、湾曲点よりも基板末端側の折り返し部において電極と光導波路とを相互作用させるという発想は当業者になかった。この結果、光導波路のうち変調電圧の印加される部分の長さを大きくするのと同時に、光導波路内の光路長と変調用電極の長さとの差を著しく小さくすることができる。これによつて、駆動電圧を低くしつつ、変調帯域を著しく広帯域化することが可能となった。

また、好適な実施形態においては、光導波路の第一の折り返し部に対して第一の延設部が基板本体の外縁へと向かって広がる方向へと傾斜している。また、好適な実施形態においては、光導波路の第二の折.り返し部に対して第二の延設部が基板本体の外縁へと向かって広がる方向へと傾斜している。

' これによつて、信号電極を長くすることができ、光導波路内の光路長と信号電極の長さとの差を著しく小さくすることができる。これによつて、駆動電圧を低くしつづ、変調帯域を著しく広帯域化することが可能となった。

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。

図 1は、本発明の一実施形態に係る光導波路デバイス 1 Aを概略的に示す平面図であり、図 2は、図 1の光導波路デバイス 1 Aの横断面図である。図 3は、比較用の光導波路デバイス 2 1を概略的に示す平面図である。

図 1の光導波路デバィス 1 Aは基板本体 2を備えている。基板本体 2 は、図 2に示すように、支持基板 2 3に接着層 2 2を介して接着されて ' いてもよい。本例では、基板本体 2は平板形状をしているが、この形状は平板に限定されない。基板本体 2の一方の主面 2 a上には、所定の接地電極 3、 5および信号電極 4が形成されている。本例では、いわゆるコプレーナ型（Coplanar waveguide： C P W電極）の電極配置を採用しているが、電極の配置形態は特に限定されない。本例では、隣接する信号電極と接地電極とのギヤップに、それそれ光導波路が形成されており，各光導波路に対して略水平方向に信号電圧を印加するようになつている。光導波路 6の端部 6 aから入射した光は、分岐点 6 bで分岐し、入射部 6 c、6 dを通過し、第三の湾曲部 7 Cからそれそれ第一の主部 6 e、 6 f に入射する。主部 6 e、 6 f は、従来は「相互作用部」と呼ばれていた部分であり、 2本の互いに平行な光導波路 6 e、 6 f からなる。次いで、各主部 6 e、 6 f を伝搬した光は、それそれ第一の湾曲部 7 Aを通って各折り返し部 6 g、 6 hを伝搬する。各折り返し部 6 g、 6.hは、それそれ各主部 6 e、 6 f に対して所定角度傾斜している。

光は、更に折り返し点 8で反射し、それそれ第二の折り返し部 6 j、 6 kを伝搬し、次いで第二の湾曲部 7 Bを通過してそれそれ第二の主部 6 m、 6 nを伝搬する。そして第四の湾曲部 7 Dから各出射部 6 p、 6 qを伝搬し、合波点 6 rで合波し、出射部 6 sに入る。

. 3、 5は接地電極であり、 5は信号電極である。本例では、接地電極 3、 5と信号電極 4との間の各ギャップにおいて光導波路 6に電圧を印加する。

内側の接地電極 3は、図示しないフィ一ドスルーに接続される給電部 3 aと、主部と略平行に伸びる 1列の電極部 3 bとを備えている。外側の接地電極 5は、光導波路をまたぐ接続部 5 c、接続部 5 cから両側に伸びる電極部 5 bおよび各電極部 5 bから主部 6 e, 6 f と平行に伸びる電極部 5 a、 5 eを備えている。信号電極 4は、一対の給電部 4 a、. 4 g、各給 β部 4 a、 4 gから各主部 6 e、 6 f と平行に伸びる電極部 4 b、 4 f、各電極部 4 b、 4 f から伸びる各電極部 4 c、 4 eおよび電極部 4 cと 4 eとを接続する接続部 4 dを備えている。

この結果、第一の主部 6 e、 6 f、第一の折り返し部 6 g、 6 h、第二の折り返し部 6 j、 6 k、第二の主部 6 m、 6 nにおいて、相互作用部 1 0、 1 1が構成されている。各相互作用部において、光導波路を伝搬する光波に対して電圧が印加される。その全長は「 2 a + 2 b」となる。これに加えて、本例では、第一の主部 6 f および 6 mに相互作用部 1 2が存在している。この長さの合計は cである。これに対して、従来の光導波路デバイス 2 1の設計パターンは、例えば図 3に示すようなものである。光導波路 6の端部 6 aから入射した光は、分岐点' 6 bで分岐し、入射部 6 c、 6 dを通過し、第三の湾曲部 7 Cからそれそれ第一の主部 6 e、 6 f に入射する。主部 6 e、 6 .f は相互作用部である。次いで、各主部 6 e、 6 f を伝搬した光は、それそれ第一の湾曲部 7 Aを通って各折り返し部 6 g、 6 hを伝搬する。各折り返し部 6 g、 6 hは、それそれ各主部 6 e、 6 f に対して所定角度傾斜している。

1 3、 1 5は接地電極であり、 1 4は信号電極である。本例では、接地電極 1 3、 1 5と信号電極 1 4との間の各ギヤップにおいて光導波路 6に電圧を印加する。

内側の接地電極 1 3は、図示しないフィードスルーに接続される給電部 1 3 aと、主部と略平行に伸びる 1列の電極部 1 3 bとを備えている。外側の接地電極 1 5は、光導波路をまたぐ接続部 1 5 b、接続部 1 5 b から両側に、主部 1 6 e、 1 6 f と平行に伸びる電極部 1 5 a、 1 5 c を備えている。信号電極 1 4は、一対の給電部 1 4 a、 1 4 e、各給電部 1 4 a、 1 4 eから各主部 6 e、 6 f と平行に伸びる電電極部 1 4 b、 1 4 dを備えている。 1 4. cは接続部である。

この結果、第一の主部 6 e、 6 f 、第二の主部 6 m、 6 nにおいて、相互作用部 1 0が構成されている。各相互作用部において、光導波路を伝搬する光波に対して電圧が印加される。その全長は 2 aとなる。

この結果、図 3に示す光導波路デバイス 2 1においては、第一の折り返し部、第二の折り返し部に電極と光導波路との相互作用部がないので、光導波路の長さが信号電極 1 4の長さに比べて著しく大きくなる。具体的には、長さ dの領域において信号電極が存在しないので、電極長は光導波路の長さに比べて著しく小さくなる。この結果、光導波路は.その特性上急激に曲げることは難しいために、折り返し部で光導波路長は電極長よりかなり長くなる。このため、電気と光との間の到達時間差により変調帯域が制限される。

これに対して、例えば図 1に示すような光導波路デバイス 1 Aによれば、第一の折り返し部、第二の折り返し部において相互作用部を設けているので、光導波路長と電極長との差は著しく小さくなり、電気と光との到達時間差も著しく小さくなる。この結果、変調帯域が著しく広くなつて、従来は提供が困難だったような帯域の光変調素子を提供することが可能となる上に、駆動電圧が著しく低減される。

図 4の光導波路デバイス 1 Bは基板本体 2を備えている。基板本体 2 は、図 2に示すように、支持基板 2 3に接着層 2 2を介して接着されていてもよい。本例では、基板本体 2は平板形状をしているが、この形状ほ平板に限定されない。基板本体 2の一方の主面 2 a上には、所定の接地電極 3、 5 Aおよび信号電極 4 Aが形成されている。本例では、いわゆるコプレーナ型（Coplanar waveguide： C P W電極）の電極配置を採用しているが、電極の配置形態は特に限定されない。本例では、隣接する信号電極と接地電極とのギャップに、それそれ光導波路が形成されており，各光導波路に対して略水平方向に信号電圧を印加するようになつている。

光導波路 6の端部 6 aから入射した光は、分岐点 6 bで分岐し、入射部 6 c、 6 dを通過し、第三の湾曲部 7 Cからそれそれ第一の主部 6 e、 6 f に入射する。主部 6 c、 6 dは、従来は「相互作用部」と呼ばれていた部分であり、 2本の互いに平行な光導波路 6 e、 6 f からなる。次いで、各主部 6 e、 6 f を伝搬した光は、それそれ第一の湾曲部 7 Aを通って各折り返し部 6 g、 6 hを伝搬する。各折り返し部 6 gヽ 6 hは、それそれ各主部 6 e、 6 f に対して所定角度傾斜している。

光は、更に折り返し点 8で反射し、それそれ第二の折り返し部 6 j、 6 kを伝搬し、次いで第二の湾曲部 7 Bを通過してそれそれ第二の主部 6 m, 6 nを伝搬する。そして第四の湾曲部 7 Dから各出射部 6 p、 6 qを伝搬し、合波点 6 rで'合波し、出射部 6 sに入る。

内側の接地電極 3は、図示しないフィ一ドスルーに接続される給電部 3 aと、主部と略平行に伸びる 1列の電極部 3 bとを備えている。外側の接地電極 5 Aは、光導波路をまたぐ接続部 5 c、接続部 5 cから両側に伸びる電極部 5 b、 5 dおよび各電極部 5 b、 5 dから主部 6 e、 6 f と平行に伸びる電極部 5 a、 5 eを備えている。信号電極 4 Aは、一対の給電部 4 a、 4 g、各給電部 4 a、 4 gから各主部 6 e、 6 f と平行に伸びる電極部 4 b、 4 f 、各電極部 4 b、 4 f から伸びる各電極部 4 c、 4 eおよび電極部 4 cと 4 eとを接続する接続部 4 dを備えている

この結果、第一の主部 6 e、 6 f、第一の折り返し部 ' 6 g、 6 h、第二の折り返し部 6 j、 6 k、第二の主部 6 m、 6 nにおいて、相互作用部 1 0、 1 1が構成されている。各相互作用部において、光導波路を伝搬する光波に対して電圧が印加される。その全長は「2 a + 2 b」となる。これに加えて、本例では、入射部 6 d、 6 pに相互作用部 1 3が存在している。本例では相互作用部 1 3の長さ wは大きく、分岐点 6 b、 6 rにかなり近づいている。これによつて、反射点 8とは反対側でも相互作用部を拡張することができ、それだけ変調帯域を広げ、駆動電圧を低減することが可能である。図 8は、光導波路デバイス 3 1を示す平面図である。

図 8の光導波路デバイス 3 1は基板本体 2を備えている。基板本体 2 は、図 2に示すように、支持基板 2 3に接着層 2 2を介して接着されていてもよい。基板本体 2の一方の主面 2 a上には、所定の接地電極.3 A、 3 5および信号電極 3 4が形成されている。本例では、いわゆるコプレ —ナ型（Coplanar waveguide： C P W電極）の電極配置を採用しているが、電極の配置形態は特に限定されない。本例では、隣接する信号電極と接地電極とのギャップに、それそれ光導波路が形成されており，各光導波路に対して略水平方向に信号電圧を印加するようになっている。光導波路 6の端部 6 aから入射した光は、分岐点 6 bで分岐し、入射部 6 c、 6 dを通過し、第三の湾曲部 7 Cからそれそれ第一の主部 6 e、 . 6 f に入射する。主部 6 e、 6 f は、従来は「相互作用部」と呼ばれていた部分であり、 2本の互いに平行な光導波路 6 e、 6 f からなる。次いで、各主部 6 e、 6 f を伝搬した光は、それそれ第一の湾曲部 7 Aを通って各折り返し部 6 g、 6 hを伝搬する。各折り返し部 6 g、 6 hは、それそれ各主部 6 e、 6 f に対して所定角度傾斜している。

光は、更に折り返し点 8で反射し、それぞれ第二の折り返し部 6 j、 6 kを伝搬し、次いで第二の湾曲部 7 Bを通過してそれそれ第二の主部 6 m、 6 nを伝搬する。そして第四の湾曲部 7 Dから各出射部 6 p、 6 qを伝搬し、合波点 6 rで合波し、出射部 6 sに入る。.

内側の接地電極 3 Aは、図示しないフィードスルーに接続される給電部 3 aと、主部と略平行に伸びる 1列の電極部 3 bと、電極部 3 bの先端に設けられた拡径部 3 cとを備えている。外側の接地電極 3 5は、光導波路をまたぐ接続部 3 5 c、一対の電極部 3 5 a、および延設部に対応する接続部 3 5 bを備えている。

信号電極 3 4は、一対の給電部 3 4 a、 3 4 m、各給電部 3 4 a、 3 4mから各主部 6 e、 6 f と平行に伸びる主部 3 4 b、 34 j、各主部から折り返し点 8へと向かって曲折して曲がっている延設部 3 4 c、 3 4 hを備えている。 3 4 pは湾曲点である。 .そして、 .主部 3 4 b、 3 4 hから外側（光導波路 6の中心軸 Lに対して外側）へと向かって.それそれ延設部 3 4 d、 3 4 gが延びており、各延設部 34 d、 3 4 gは、接地電極の接続部 3 5 cと略平行な延設部 34 e、 34 f につながっている。延設部 3 4 eと 3 4 f とは、接続部 34 nによって互いに連結されている。

図 8のデバイスにおいては、光導波路 6のうち、主部 6 e、 6 f、 6 m、 6 nに対して、信号電極 3 4 bおよび 34 jから電圧を印加できる。これに加えて、光導波路 6の折り返し部 6 g、 6 h、 6 j、 6 kの一部に対しても、信号電極の湾曲部 3 4 c、 34 hから電圧を印加することができる。したがって、第一および第二の折り返し部において相互作用部を設けているので、光導波路長と電極長との差は著しく小さくなり、電気と光との到達時間差も著しく小さくなる。この結果、変調帯域が著しく広くなつて、従来は提供が困難だったような帯域の光変調素子を提供することが可能となる上に、駆動電圧が著しく低減される。

更に、本例では、信号電極 3 4に延設部 3 4 c、 3 4 d、 3 4 e、 3 4 f、 ·3 4 g、 34 hを設けてある。これによつて、信号電極を長くすることができ、光導波路内の光路長と信号電極の長さ.との差を著しく小さくすることができる。これによつて、駆動電圧を低くしつつ、変調帯域を著しく広帯域化することが可能となった。

図 9の光導波路デバイス 4 1は基板本体 2を備えている。基板本体 2 は、図 2に示すように、支持基板 2 3に接着層 2 2を介して接着されていてもよい。基板本体 2の一方の主面 2 a上には、所定の接地電極' 1 3 A、 4 5および信号電極 4 4が形成されている。光導波路 6の端部 6 aから入射した光は、分岐点 6 bで分岐し、入射部 6 c、 6 dを通過し、第三の湾曲部 7 Cからそれそれ第一の主部 6 e、 6 f に入射する。次いで、各主部 6 e、 6 f.を伝搬した光は、それそれ第一の湾曲部 7 Aを通って各折り返し部 6 g、 6 hを伝搬する。 .各折り返し部 6 g、 6 hば、それそれ各主部 6 e、 6 f に対して所定角度傾斜している。

光は、更に折り返し点 8で反射し、それそれ第二の折り返し部 6 j、. 6 kを伝搬し、次いで第二の湾曲部 7 Bを通過してそれそれ第二の主部 6 m、 6 nを伝搬する。そして第四の湾曲部 7 Dから各出射部 6 p、 6 qを伝搬し、合波点 6 rで合波し、出射部 6 sに入る。

内側の接地電極 1 3 Aは、図示しないフィードスルーに接続される給電部 1 3 aと、主部と略平行に伸びる 1列の電極部 1 3 bと、電極部 1 3 bの先端に設けられた拡径部 1 3 cとを備えている。外側の接地電極 4 5は、光導波路をまたぐ接続部 4 5 c、一対の電極部 4 5 a、 4 5 e および延設部に対応する接続部 4 5 b、 4 5 dを備えている。

信号電極 4 4は、一対の給電部 4 4 a、 4 4 h , 各給電部 4 4 a、 4 4 hから各主部 6 e、 6 ΐと平行に伸びる主部 4 4 b、 4 4 gを備えている。そして、主部 4 4 b、 4 4 gから外側（光導波路' 6の中心軸に対して外側)へと向かってそれそれ延設部 4.4 c、4 4 f が延びており、' 各延設部 4 4 c、 4 4 f は、接地電極の接続部 4 5と.略平行な延設部 4 4 d、 4 4 eにつながっている。延設部 4 4 dと 4 4 eとは、接続部 4 4 nによって互いに連結されている。

図 9のデバイスにおいては、信号電極 4 4に延設部 4 4 c、 4 4 d、 4 4 e、 4 4 f を設けてある。これによつて、信号電極を長くすることができ、光導波路内の光路長と信号電極の長さとの差を著しく小さくすることができる。これによつて、駆動電圧を低くしつつ、変調帯域を著しく広帯域化することが可能となった。

図 1 0の光導波路デバィス 5 1は基板本体 2を備えている。基板本体 2の一方の主面 2 a上には、所定の接地電極.3 A、 3, 5および信号亀極 5 4が形成されている。

各折り返し部 6 g、 6 hは、それそれ各主部 6 e、 6 f に対して所定角度ひ傾斜している。内側の接地電極 3 Aは、図示しないフィードスルーに接続される給電部 3 aと、主部と略平行に伸びる 1列の電極部 3. bとを備えている。外側の接地電極 3 5は、光導波路をまたぐ接続部 3 5 b、一対の電極部 3 5 、 3 5 cを備えている。

信号電極 5 4は、一対の給電部 5 4 a、 5 4 j、各給電部から各主部 6 e、 6 f と平行に伸びる主部 5 4 b、 5 4 hを備えている。そして、主部 5 4 b、 5 4 hから、光導波路 6の中心軸 Lに対して若干内側に傾斜するように各延設部 5 4 c、 5 4 hが延びており、更に、中心軸 Aルと略平行に延びる延設部 5 4 d、 5 4 f につながっている。延設部 5 4 d、 5 4 hは、接地電極の接続部 3 5 bと略平行な延設部 5 4 eにつながっている。延設部 5 4 d、 5 4 f は、中心軸 Lと略平行であり、対応する折り返し部に比べると基板外縁へと向かって角度ひ傾斜するように広がっている。

図 1 0のデバイス 5 1においては、信号電極 4 4に延設部 5 4 c、 5 4 d、 5 4 f 、 5 4 gを設けてある。これによつて、信号電極を長くすることができ、光導波路内の光路長と信号電極の長さとの差を著しく小さくすることができる。これによつて、駆動電圧を低くしつつ、変調帯域を著しく広帯域化することが可能となった。

図 1 1の光導波路デバイス 6 1は基板本体 2を備えている。基板本体 2の一方の主面 2 a上には、所定の接地電極 3 A、 3 5および信号電極 6 4が形成されている。各折り返し部 6 g、 6. hは、それそれ各主部 6 e、 6 f に対して所定角度ひ傾斜している。内側の接地電極 3 Aは、図示しないフィードスルーに接続される給電部 3 aと、主部と略平行に伸びる 1列の電極部 3 bとを備えている。外側の接地電極 3 5は、光導波路をまたぐ接.続部 3 5 b、一対の電極部 3 5 a、 3 5 cを備えている。

信号電極 6 4は、一対の給電部 6 4 a、 6 4 f 、各給電部から各主部 6 e _s 6 f と平行に伸びる主部 6 4 b、 6 4 f を備えている。そして、. 主部 6 4 b、 6 4 f から、光導波路 6の中心軸 Lに対して若干内側に傾斜するように各延設部 6 4 c、 6 4 eが延びている。延設部 6 4 c、 6 4 eは、接地電極の接続部 3 5 bと略平行な延設部 6 4 dにつながっている。延設部 6 4 c、 6 4 eは、中心軸 Lに対して角度/?だけ内側へ傾斜しているが、 ?はひよりも小さい。したがって、延設部 6 4 c、 6 4 eは、それそれ、対応する折り返し部に比べると基板外縁へと向かつて角度（ひ一/? ) 傾斜するように広がっている。

図 1 1のデバイス 6 1においては、信号電極 4 4に延設部 6 4 c、 6 4 eを設けてある。これによつて、信号電極を長くすることができ、光導波路内の光路長と信号電極の長さとの差を.著しく小さくすることができる。これによつて、駆動電圧を低くしつつ、変調帯域を著しぐ広帯域化することが可能となった。

光導波路は、基板の一方の主面に直接形成されたリッジ型の光導波路であってよく、基板の一方の主面の上に他の層を介して形成されたッジ型の光導波路であってよく、また基板の内部に内拡散法やイオン交換法によって形成された光導波路、例えばチタン拡散光導波路、プロトン交換光導波路であってよい。具体的には、光導波路が、基板表面から突出するリッジ型光導波路であってよい。リッジ型の光導波路は、レーザ一加工、機械加工によって形成可能である。あるいは、高屈折率膜を基板上に形成し、この高屈折率膜を機械加工やレーザーアブレ一シヨン加ェすることによって、リッジ型の三次元光導波路を形成できる。高屈折率膜は、例えば化学的気相成長法、物理的気相成長法、有機金属化学的気相成長法、スパッタリング法、液相ェピタキシャル法によって形成できる。

上記の各例では、電極は基板の表面に設けられているが、基板の表面に直接形成されていてよく、低誘電率層ないしバッファ層の上に形成さ. れていてよい。低誘電率層は、酸化シリコン、弗化マグネシウム、窒化珪素、及びアルミナなどの公知の材料を使用することができる。ここで言う低誘電率層とは、基板本体を構成する材質の誘電率よりも低い誘電率を有する材料からなる層を言う。

基板 2、保持基体 2 3を構成する材料は、強誘電性の電気光学材料、好ましくは単結晶からなる。こうした結晶は、光の変調が可能であれば特に限定されないが、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム一夕ン夕ル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウム、 K T P、 G a A s及び水晶などを例示することができる。

基体 2 3の材質は、上 ffiした強誘電性の電気光学材料に加えて、更に石英ガラス等のガラスであってもよい。

接着剤は基板本体 2よりも低誘電率である材料からなり、具体例は、前記の条件を満足する限り特に限定されないが、エポキシ系接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化性接着剤、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料と比較的近い熱膨張係数を有するァロンセラミックス C (商品名、東亜合成社製）（熱膨張係数 1 3 x 1 0— 6 / K ) を例示でぎる。

上記した各例では、振幅変調器に発明を適用した場合について述べたが、光導波路配置が異なる位相変調器に対しても本発明を適用できることは明らかである。実施例

(比較例 1 )

図 2、図 3に示す光導波路デバイス 2 1を作製し、保持基板と揆着した。

' 具体的には、 Xカットした 3インチウェハ一（L i Nb 0₃単結晶）. を使用し、チタン拡散プロセスとフォトリソグラフィ一法とによって、ウェハーの表面にマツハツヱンダー型の光導波路 6を形成した。光導波

2

路のサイ.ズは、例えば 1/e で 1 0； mとできる。次いで、メツキプロセスにより、信号電極 1 4および接地電極 1 3、 1 5を形成した。 .. 次に、研磨定盤に研磨ダミー基板を固定し、その上に変調器用の基板本体を、電極面を下向きにして貼り付けた。次に、横型研磨、ラップおよびポリッシング（CMP) にて 7.5 zm厚みまで変調器用の基板本体 2を薄型加工した。次いで、平板状の支持基板上に基板本体 2を固定した。接着固定用の樹脂は、樹脂厚 50 zmとした。光導波路の端面（光フアイバーへの接続部）を端面研磨し、ダイシン.グにてウェハ一を切断し、各チップを得た。チップの幅を 2mmとし、デバイスの全'厚さを 0.5mm とした。

1. 5 5〃m用偏波保持光ファイバ一、あるいは 1. 3 mシングルモードファイバ一を保持した単芯ファイバーアレイをそれそれ作製し、前者を入力側に後者を出力側として光変調器チップに結合し、光フアイバーと光導波路とを調芯し、紫外線硬化型樹脂によって接着した。

信号電極と接地電極とのギャップは 21.5 zmとした。電極の厚みを 20 imとした。各湾曲部の曲率半径は 1 5 mmとし、折り返し部分の全角 0を 1 0 ° とし、オフセット eを 500〃mとし、折り返し部光路長は往復で 7. 0 mmとした。また、折り返し部の信号電極長は 5 00 /m となり、光と電気で 6. 5mmの電気長—光路長差が生じる。相互作用電極長は一段目、二段目共に 15mmである。このよう,な進行波型光変調器について、詳細な帯域計算を行なったところ、相互作用部で速度整合するようにマイクロ波実効屈折率を 2. 2とした場合、変調帯域は 4. 5 GHzに制限されることが分かった。この結果を図 5に示す。

' また、この比較例の光変調器においては、全体の光と電気の信号到達時間差を調整するためには、電気長が相対的に短いのであるから、マイクロ波実効屈折率を 2. 2より大きくすることによって光と電気の信号到達時間差を縮小することができ、これによつて帯域改善を図ることが出来る。しかし、例えばマイクロ波実効屈折率を 2.9 まであげても、計算上、帯域は 8. 8GHzに制限されることが分かった（図 6 )。

(実施例 1 )

図 1、図 2に示すような光導波路デバイス 1 Aを作製し、保持基板と接着した。

具体的には、 Xカットした 3ィンチウェハ一（ L i N b 0₃単結晶）を使用し、チタン拡散プロセスとフォトリソグラフィ一法とによって、ウェハ^"の表面にマッハヅヱンダ一型の光導波路 6を形成した。光導波

2

路のサイズは、例えば 1 /e で 1 0〃mとできる。次いで、メツキプロセスにより、信号電極 4および接地電極 3、 5を形成した。

次に、研磨定盤に研磨ダミー基板を固定し、その上に変調器用の基板本体を、電極面を下向きにして貼り付けた。次に、横型研磨、ラップおよびポリッシング（CMP.) にて 7.5 /m厚みまで変調器用の基板本体 2を薄型加工した。次いで、平板状の支持基板上に基板本体 2を固定した。接着固定用の樹脂は、樹脂厚 50 Π1とした。光導波路の端面（光フアイバ一への接続部）を端面研磨し、ダイシングにてウェハ一を切断し、各チップを得た。チップの幅を 2mmとし、デバイスの全厚さを 0.5mm とした。

1. 5 5 zm用偏波保持光ファイバ一、あるいは 1. 3 ^ 111シングルモードファイバ一を保持した単芯ファイバ一アレイをそれそれ作製し、前者を入力側に後者を出力側として光変調器チップに結合し、光フアイバーと光導波路とを調芯し、紫外線硬化型樹脂によって接着した。

信号電極と接地電極とのギャップは 21.5〃mとした。電極の厚みを 20 zmとした。各湾曲部の曲率半径は 1 5 mmとし、折り返し部分の全角 6>を 1 0° とし、オフセット eを 500〃mとし、折り返し部光路長は往復で 7. 0mmとした。また、折り返し部の信号電極長は一段目と二段目あわせて 5.8mmとなる。相互作用電極長は一段目、二段目共に 17.9 mmである。電極長と光路長の差は 1. 2 mmまで小さくなつた。このような進行波型光変調器について、詳細な帯域計算を行なったところ、相互作用部で速度整合するようにマイクロ波実効屈折率を 2. 3とした時に変調帯域は 2 8GHzまで改善された（図 7 )。

(実施例 2 )

図 8、図 2に示すような光導波路デバイス 3 1を作製し、保持基板と接着した。

具体的には、 Xカットした 3インチウェハ一（L i Nb 0₃単結晶）を使用し、チタン拡散プロセスとフォトリソグラフィ一法とによって、ウェハーの表面にマツハツヱンダ一型の光導波路 6を形成した。光導波

2

路のサイズは、例えば 1/e で 1 0 zmとできる。次いで、メツキプロセスにより、信号電極 34および接地電極 3 A、 3 5を形成した。次に、 .研磨定盤に研磨ダミー基板を固定し、その上に変調器用の基板本体を、電極面を下向きにして貼り付けた。次に、横型研磨、ラップおよびポリッシング（CMP) にて 7.5〃m厚みまで変調器用の基板本体 2を簿型加工した。次いで、平板状の支持基板上に基板本体 2を固定した。接着固定用の樹脂は、樹脂厚 50 /mとした。光導波路の端面（光フアイバーへの接続部）を端面研磨し、ダイシングにてウェハ一を切断し、各チップを得た。チップの幅を 2mmとし、デバイスの全厚さを 0.5mm とした。

1. 5 5 //m用偏波保持光ファイバ一、あるいは 1. 3 mシングルモードファイバーを保持した単芯ファイバーアレイをそれそれ作製し、前者を入力側に後者を出力側として光変調器チップに結合し、光フアイバーと光導波路とを調芯し、紫外線硬化型樹脂によって接着した。信号電極と接地電極とのギャップは 21.5 mとした。電極の厚みを 20〃mとした。各湾曲部の曲率半径は 1 5 mmとし、折り返し部分の全角 0を 1 0 ° とし、オフセット eを 500〃mとし、折り返し部光路長は往復で 7. 0 mmとした。折り返し部の信号電極長は 7.0mm となる。相互作用電極長は、 1段目、 2段目共に 16mmである。各延設部 34 d、 34 g、 34 e、 34 f の中心軸からの最大距離は 0.23mmである。これによって電極長と光路長の差はほぼゼロとなった。

Xカツトニオブ酸リチウム単結晶基板を用いた場合、 34e-34fは結晶軸と電気信号の伝搬軸が平行となる。このため、 Y伝搬、及び略 Y伝搬となる部分と比べるとマイクロ波屈折率が高くなる。この場合、部地理的な長さではなくマイクロ波屈折率と物理的な電極長の積の総和と、光導波路屈折率と光導波路総長の積が等しくなるように設定することで、完全な速度整合と広帯域化を図ることができる。

このような進行波型光変調器について、詳細な帯域計算を行なったところ、相互作用部で速度整合するようにマイクロ波実効屈折率を 2. 2 とした時に変調帯域は約 4 7 GHzまで改善された（図 1 2 )。

本発明の特定の実施形態を説明してきたけれども、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の範囲から離れることなく、種々の変更や改変を行いながら実施できる。

Claims

請求の範囲

1 . 電気光学材料からなる基板本体、光導波路、および前記光導波路に電圧を印加するための信号電極および接地電極を備えている光導波路デバイスであって、 . 前記光導波路が、第一の主部、第一の湾曲部、前記第一の湾曲部と折り返し点との間に設けられている第一の折り返し部、第二の主部、第二 'の湾曲部、および前記第二の湾曲部と前記折り返し点との間に設けられている第二の折り返し部を備えており、前記第一の湾曲部および前記第二の湾曲部から前記折り返し点に至る折り返し領域に前記信号電極の少なくとも一部が設けられていることを特徴とする、光導波路デバイス。

2 . 前記第一の主部、前記第一の折り返し部、前記第二の折り返し部および前記第二の主部において前記信号電極および前記接地電極によつて光導波路に電圧が印加されるように構成されていることを特徴とする、請求項 1記載の光導波路デバイス。

3 . 前記光導波路が前記接地電極と前記信号電極との間に設けられていることを特徴とする、請求項 1または 2記載の光導波路デバイス。

4 . 前記光導波路が、前記第一の主部に連続する入射部、および前記第二の主部に連続する出射部を備えており、前記入射部および前記出射部において前記光導波路に電圧が印加されるように構成されていることを特徴とする、請求項 1〜3のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デパイス。

5 . 前記信号電極が、第一の主部、第二の主部、前記第一の主部办ら延びる第一の延設部、前記第二の主部から延びる第二の延設部、および前記第一の延設部と前記第二の延設部との間に設けられている接続部を備えており、少なくとも前記第一の主部および前記第二の主部において前記光導波路に電圧が印加されるように構成されていることを特徴とする、請求項 1〜 4のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。

6 . 前記光導波路の前記第一の折り返し部に対して前記第一の延設部が前記基板本体の外縁へと向かって傾斜していることを特徴とする、請求項 5記載の光導波路デバイス。

7 . 前記光導波路の前記第二の折り返し部に対して前記第二の延設部が前言己基板本体の外縁へと向かって傾斜していることを特徴とする、請求項 6記載の光導波路デバイス。

8 . 前記光導波路がマッハツェンダー型光導波路であることを特徴とする、請求項 1〜 7のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバィス

9 . 進行波型光変調器であることを特徴とする、請求項 1〜8のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。