特許 6435384 光変調素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6435384

(24)【登録日】2018年11月16日

(45)【発行日】2018年12月5日

(54)【発明の名称】光変調素子

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/025 20060101AFI20181126BHJP

   G02F 1/225 20060101ALI20181126BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/025

   G02F1/225

【請求項の数】1

【全頁数】38

(21)【出願番号】特願2017-175187(P2017-175187)

(22)【出願日】2017年9月12日

(62)【分割の表示】特願2014-554599(P2014-554599)の分割

【原出願日】2013年12月27日

(65)【公開番号】特開2018-22172(P2018-22172A)

(43)【公開日】2018年2月8日

【審査請求日】2017年9月12日

(31)【優先権主張番号】特願2012-284723(P2012-284723)

(32)【優先日】2012年12月27日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2012-284724(P2012-284724)

(32)【優先日】2012年12月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】五井 一宏

(72)【発明者】

【氏名】石原 啓樹

(72)【発明者】

【氏名】小川 憲介

(72)【発明者】

【氏名】小田 研二

(72)【発明者】

【氏名】日下 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】松本 亮吉

(72)【発明者】

【氏名】植村 仁

【審査官】 佐藤 宙子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１６３８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２４００３６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−２４７５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１０４３０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−１４２５６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００−１／１２５，１／２１−７／００

Ｇ０２Ｂ ６／１２−６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板型光導波路から構成される光変調素子であって、
前記基板型光導波路に光を入射する光入射部と、
前記光入射部に入射された光を分岐する第１の光分岐部と、前記第１の光分岐部で分岐された光を導波する２つのアーム部と、前記２つのアーム部に直線状にそれぞれ設けられた位相変調部と、前記２つのアーム部から導波された光を合波する第１の光合波部と、を有するマッハツェンダ干渉計と、
前記第１の光合波部で合波された光を前記基板型光導波路から出射する光出射部と、
入力部と出力部とを有し、前記位相変調部に電圧を印加する進行波電極と、を備え、
前記基板型光導波路は、平面視において前記位相変調部の長手方向の延長線とそれぞれ交差する２つの辺を含む輪郭を有し、
前記入力部は、前記２つの辺のうちの一方に形成され、
前記光入射部及び前記光出射部が、平面視で前記進行波電極が形成される領域とは異なる領域に位置し、
前記第１の光分岐部及び前記第１の光合波部のうち少なくとも一方が、前記位相変調部の両端部からそれぞれ前記２つの辺に平行な方向に延長した２つの線の間の領域であって、前記延長線のうち最も離れた２つの間の領域の内側に位置する光変調素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板上に作製される光導波路素子の構造に関し、特に光変調素子の電極と導波路設計に関する。本願は、２０１２年１２月２７日に、日本に出願された特願２０１２−２８４７２３号、及び２０１２年１２月２７日に、日本に出願された特願２０１２−２８４７２４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

現在、光通信で利用される情報量は増加の一途をたどっている。こうした情報量の増加に対応するため、バックボーン、メトロ、またはアクセスといった光通信ネットワークでは、信号速度の高速化及び波長多重通信によるチャネル数の増加などの対応が進められている。これに伴い、光通信に必要なシステムは複雑になり、大型化、高額化、及び消費電力増大などの課題を生じる。
また、近年増加しているデータセンタにおいても、ネットワークと同様に、情報量の増加への対応が求められている。データセンタ内のコンピュータ間の通信では、従来、主にメタルケーブルにより電気信号が伝送されていた。しかしながら、近年は、より一層の高速化や消費電力の低減の要請から、光ファイバを用いた光通信の利用が進められている。さらには、コンピュータのボード内及びＣＰＵ内などの各レベルにおいても、光通信の導入が課題となっている。

【0003】

このような光通信ネットワークにおける課題の解決、さらには新規分野への光通信導入を実現する手段として、従来から石英（シリカ）製の平面型光回路（ＰＬＣ）による光集積回路、及びリチウムナイオベート（ＬＮ）等の強誘電体による高速動作デバイス等が用いられてきた。近年ではそれに加え、シリコン、ＩｎＰ、ＧａＡｓ等の高屈折率材料を用いた光デバイスも注目を集めている。基板型光導波路素子（光デバイス）の研究開発が各所で進められている（例えば非特許文献１〜４参照）。

【0004】

媒質中の光の波長はその媒質の屈折率に反比例するため、屈折率が約３．５と高いシリコンでは、光導波路のコア幅などの寸法が小さくなる。また、シリカのように、コアのシリコンに対して屈折率の大きく異なる媒質をクラッドに用いることで、閉じ込めの強い光導波路となる。この光導波路の特徴として、曲がり半径を小さくできることが挙げられる。これらの理由から、光導波路を用いた光デバイスそのものの小型化が可能になり、同じ機能であればより小型にし、同じ大きさであればより多くの機能を実現することができる。
また、電気的な制御が可能な半導体材料であるシリコンを用いることにより、光変調器などのような特性が可変のデバイスを実現することができる。
さらに、シリコンを用いた光デバイスは、製造プロセスで使用する技術及び装置に関して、従来のＣＰＵやメモリ等の半導体デバイスと共通要素が多いため、量産によりコストを低減できる。また、シリコンを用いた光デバイスは、従来の半導体デバイスと同一の基板上で光デバイスを集積することも可能である。この場合、従来のメタル配線で伝送される電気信号を、光導波路で伝送される光信号に置き換えることにより、さらなる機器の高速化や消費電力の削減の可能性がある。

【0005】

このような状況の中、光変調器は、電気信号を光信号に変換する光通信における主要デバイスの一つであり、他のデバイスと同様、光集積デバイスの実現に向けた要素の一つとして、多くの機関により研究されている（例えば非特許文献１〜３参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Ｐ． Ｄｏｎｇ， Ｌ． Ｃｈｅｎ， ａｎｄ Ｙ．−ｋａｉ Ｃｈｅｎ， “Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ｌｏｗ−ｖｏｌｔａｇｅｓｉｎｇｌｅ−ｄｒｉｖｅ ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ”、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ、２０１２年、第２０巻、第６号、ｐ．６１６３−６１６９

【非特許文献2】Ｐ． Ｄｏｎｇ， Ｃ． Ｘｉｅ， Ｌ． Ｃｈｅｎ， Ｌ． Ｌ． Ｂｕｈｌ， ａｎｄ Ｙ．−Ｋ． Ｃｈｅｎ， “１１２−Ｇｂ／ｓ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ＰＤＭ−ＱＰＳＫ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ”、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、２０１２年、Ｔｈ．３．Ｂ．１

【非特許文献3】Ｔ．−Ｙ． Ｌｉｏｗ， Ｋ．−Ｗ． Ａｎｇ， Ｑ． Ｆａｎｇ， Ｊ．−Ｆ． Ｓｏｎｇ， Ｙ．−Ｚ． Ｘｉｏｎｇ， Ｍ．−Ｂ． Ｙｕ， Ｇ．−Ｑ． Ｌｏ， ａｎｄ Ｄ．−Ｌ． Ｋｗｏｎｇ， “Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ ａｎｄ Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ｏｎ ＳＯＩ： Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ， Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ， ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ”、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、２０１０年、第１６巻、ｐ．３０７−３１５

【非特許文献4】Ｔ． Ｔｓｕｃｈｉｚａｗａ， Ｋ． Ｙａｍａｄａ， Ｈ． Ｆｕｋｕｄａ， Ｔ． Ｗａｔａｎａｂｅ， Ｊ． Ｔａｋａｈａｓｈｉ， Ｍ． Ｔａｋａｈａｓｈｉ， Ｔ． Ｓｈｏｊｉ， Ｅ． Ｔａｍｅｃｈｉｋａ， Ｓ． Ｉｔａｂａｓｈｉ， ａｎｄ Ｈ． Ｍｏｒｉｔａ，“Ｍｉｃｒｏｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”、 ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔμｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、２００５年、第１１巻、ｐ．２３２−２４０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

半導体を用いたマッハツェンダ型光変調器では、光信号と電気信号との位相を合わせた進行波電極が用いられ、基板外より電圧が印加される。終端は、基板外で行われることもあるが、抵抗器を配置したり、プロセスで抵抗器を形成したりすることにより終端を基板上で行うこともある。一方、少なくとも電圧の入力に関しては、基板外から印加を行うことが多い。従来のＬＮ変調器では、図２に示すようにマッハツェンダ干渉計１２０の前後の光導波路１１３，１１５が光入射部１１２から光出射部１１４まで直線上に配置され、接地電極１３０Ｇ及び信号電極１３０Ｓの入力部１３１及び出力部１３２がマッハツェンダ干渉計１２０の側方に形成されている。外部から入力される電気信号は、ワイヤボンディング等により外部に接続された基板側方の入力部１３１を通じて基板上の電極に印加される。しかしながら、シリコン基板上の進行波電極は電気信号の伝播損失が大きいことが知られており、位相変調部１２４以外の部分の電極が長いと、電気信号のパワーの損失により変調効率が低下する、高周波でより損失が顕著になるために生じる変調帯域の低下を招く、という問題があった。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電極の位相変調部から素子端部までの間を短くすることが可能な光変調素子を提供することを課題とする。
また、本発明は、電極の位相変調部から素子端部までの間を短くすることができ、さらに基板の長手方向を短くして一層の小型化が可能な光変調素子を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明の第１態様に係る光変調素子は、基板型光導波路から構成され、前記基板型光導波路に光を入射する光入射部と、前記光入射部に入射された光を分岐する第１の光分岐部と、前記第１の光分岐部で分岐された光を導波する２つのアーム部と、前記２つのアーム部に直線状にそれぞれ設けられた位相変調部と、前記２つのアーム部から導波された光を合波する第１の光合波部と、を有するマッハツェンダ干渉計と、前記第１の光合波部で合波された光を前記基板型光導波路から出射する光出射部と、入力部と出力部とを有し、前記位相変調部に電圧を印加する進行波電極と、を備え、前記基板型光導波路は、平面視において前記位相変調部の長手方向の延長線とそれぞれ交差する２つの辺を含む輪郭を有し、前記入力部は、前記２つの辺のうちの一方に形成され、前記光入射部及び前記光出射部が、平面視で前記進行波電極が形成される領域とは異なる領域に位置する。

【0010】

前記位相変調部の長手方向が、前記２つの辺に対して垂直であってもよい。
前記位相変調部の長手方向が、前記２つの辺に対してそれぞれ０°より大きく９０°未満の角度で傾きを有していてもよい。
前記２つの位相変調部と前記２つの辺のうちの一方との距離が互いに等しく、かつ前記２つの位相変調部と前記２つの辺のうちの他方との距離が互いに等しくてもよい。
前記位相変調部が、互いに平行に配置されていてもよい。
前記出力部は、前記２つの辺のうちの他方に形成されてもよい。
前記進行波電極は、前記入力部から前記出力部まで直線状に形成されていてもよい。
前記基板型光導波路の平面視における形状が前記２つの辺を含む複数の辺から構成される多角形であり、前記光入射部及び前記光出射部が、前記複数の辺のうち前記２つの辺とは異なる辺に配置されていてもよい。
前記基板型光導波路の平面視における形状が前記２つの辺を含む複数の辺から構成される多角形であり、前記複数の辺のうちのいずれかに配置され、前記光入射部が配置された辺と前記光出射部が配置された辺とが異なる辺に配置されていてもよい。
前記基板型光導波路の平面視における形状が前記２つの辺を含む複数の辺から構成される多角形であり、前記複数の辺のうちのいずれかに配置され、前記光入射部が配置された辺と前記光出射部が配置された辺とが同一であってもよい。
上記第１態様に係る光変調素子が、光ファイバを固定可能な溝部をさらに備え、前記溝部の一端は前記輪郭に形成され、前記溝部の他端に前記光入射部及び前記光出射部のうち少なくとも一方が形成されていてもよい。
前記光入射部及び前記光出射部が、前記位相変調部の両端部からそれぞれ前記２つの辺に平行な方向に延長した２つの線の間の領域の外側に位置してもよい。
前記光入射部及び前記光出射部が、前記位相変調部の両端部からそれぞれ前記２つの辺に平行な方向に延長した２つの線の間の領域に位置してもよい。
前記マッハツェンダ干渉計を構成する光導波路の一部が、２つの前記位相変調部の前記延長線の間の領域の外側に位置してもよい。

【0011】

前記２つのアーム部のうち少なくとも一方が、低速位相変調部、モニタ用ＰＤ、偏波変換素子、偏波分離・結合素子、及び光可変減衰器の少なくとも一つを有する他の要素部品をさらに有し前記他の要素部品の少なくとも一部が、前記延長線の間の領域の外側に位置してもよい。
前記２つのアーム部のうち少なくとも一方が、低速位相変調部、モニタ用ＰＤ、偏波変換素子、偏波分離・結合素子、及び光可変減衰器の少なくとも一つを有する他の要素部品をさらに有し、前記他の要素部品の少なくとも一部が、前記延長線の間の領域の内側に位置してもよい。
前記第１の光分岐部及び前記第１の光合波部のうち少なくとも一方が、前記延長線の間の領域の外側に位置してもよい。
前記２つのアーム部の長さが互いに等しくてもよい。
前記第１の光分岐部及び前記第１の光合波部のうち少なくとも一方が、前記位相変調部の両端部からそれぞれ前記２つの辺に平行な方向に延長した２つの線の間の領域に位置してもよい。

【0012】

前記基板型光導波路が複数の前記マッハツェンダ干渉計を含んでもよい。
上記第１態様に係る光変調素子が、前記光入射部から入射した光を分岐して前記複数のマッハツェンダ干渉計に出射する第２の光分岐部、及び、前記複数のマッハツェンダ干渉計から出射された光を合波する第２の光合波部のうち少なくとも一方をさらに備えてもよい。
上記第１態様に係る光変調素子が、前記第２の光分岐部を備え、前記複数のマッハツェンダ干渉計と前記第２の光分岐部との間を接続する導波路の少なくとも一部が、前記複数のマッハツェンダ干渉計に含まれる各位相変調部の長手方向の延長線のうち、最も離れた２つの間の領域の外側に位置してもよい。
上記第１態様に係る光変調素子が、前記第２の光合波部を備え、前記複数のマッハツェンダ干渉計と前記第２の光合波部との間を接続する導波路の少なくとも一部が、前記複数のマッハツェンダ干渉計に含まれる各位相変調部の長手方向の延長線のうち、最も離れた２つの間の領域の外側に位置してもよい。
前記第２の光分岐部又は前記第２の光合波部の少なくとも一方が、前記最も離れた２つの線の間の領域の外側に位置してもよい。
前記複数のマッハツェンダ干渉計と前記第２の光分岐部との間を接続する導波路の長さ、が互いに等しくてもよい。
前記複数のマッハツェンダ干渉計と前記第２の光合波部との間を接続する導波路の長さが互いに等しくてもよい。
前記基板型光導波路がＱＰＳＫ構造又はＤＰ−ＱＰＳＫ構造を有してもよい。
前記第一光分岐器及び前記第一光合波器の少なくとも一方が、マルチモード干渉計からなってもよい。
前記第一光分岐器，前記第一光合波器，前記第二光分岐器，及び前記第二光合波器の少なくとも一つが、マルチモード干渉計からなってもよい。
前記進行波電極が、（１）前記２つのアーム部の間に信号電極を有し、前記２つのアーム部の外側にそれぞれ接地電極を有する、ＧＳＧ構造、（２）前記２つのアーム部の間に接地電極を有し、前記２つのアーム部の外側にそれぞれ信号電極を有し、前記信号電極の外側にさらに接地電極を有する、ＧＳＧＳＧ構造、（３）前記２つのアーム部の外側に、それぞれ接地電極及び信号電極を有する、ＧＳ構造、のいずれかの構造を有してもよい。また、前記２つのアームに対して独立して、内側に信号電極が配置され、そのさらに内側と、信号電極に対してアームを介して反対の位置とに配置される接地電極が配置されるように、独立したＧＳＧ構造を有してもよい。また、前記２つのアームに対して独立して、外側に信号電極が配置され、そのさらに外側と、信号電極に対してアームを介して反対の位置とに配置される接地電極が配置されるように、独立したＧＳＧ構造を有してもよい。
前記基板型光導波路上に光源及び受光器のうちの少なくとも一方が設けられてもよい。

【0013】

前記位相変調部を構成する光導波路が、リブ部と、前記リブ部の両側にそれぞれ接続された一対のスラブ部と、を有するリブ型導波路からなってもよい。
前記リブ型導波路の少なくとも一方の端には矩形導波路が接続され、前記リブ型導波路と前記矩形導波路との接続部において、前記一対のスラブ部の幅が前記矩形導波路と光結合するように連続的に変化する遷移領域を有してもよい。
前記基板型光導波路を構成するコアがシリコンからなってもよい。
前記基板型光導波路を構成する基板がシリコンからなってもよい。
前記基板型光導波路を構成するコアの上面と前記進行波電極との間にシリカからなるクラッドが設けられ、前記位相変調部以外の部分において前記コアと前記進行波電極とが上下に交差する位置において前記クラッドの厚みが１μｍ以上であってもよい。

【0014】

また、本発明の第２態様に係る光変調素子モジュールは、上記第１態様に係る光変調素子と、前記光変調素子を収容するパッケージとを備える。

【発明の効果】

【0015】

上記本発明の態様によれば、電極の位相変調部から素子端部までの間を短くすることができる。これにより、電極上の電気信号の伝播損失による変調効率の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】本発明の第１実施形態に係る光変調素子を示す平面図である。

【図1B】本発明の第１実施形態に係る光変調素子の変形例であって、基板型光導波路が矩形状の場合を示す平面図である。

【図1C】本発明の第１実施形態に係る光変調素子の変形例であって、基板型光導波路が矩形状の場合を示す平面図である。

【図2】従来の光変調素子の一例を示す平面図である。

【図3A】本発明の第２実施形態に係る光変調素子を示す平面図である。

【図3B】本発明の第２実施形態に係る光変調素子の変形例を示す平面図である。

【図4A】本発明の第３実施形態に係る光変調素子を示す平面図である。

【図4B】本発明の第３実施形態に係る光変調素子の変形例を示す平面図である。

【図5A】本発明の第４実施形態に係る光変調素子を示す平面図である。

【図5B】本発明の第４実施形態に係る光変調素子の変形例を示す平面図である。

【図6A】本発明の第５実施形態に係る光変調素子を示す平面図である。

【図6B】本発明の第５実施形態に係る光変調素子の変形例を示す平面図である。

【図7】位相変調部の断面構造の一例を示す断面図である。

【図8】位相変調部の導波方向構造の一例を示す斜視図である。

【図9】リブ型導波路と矩形導波路との接続部の一例を示す斜視図である。

【図10A】マルチモード干渉計からなる１×２光分岐部の一例を示す平面図である。

【図10B】マルチモード干渉計からなる１×２光分岐部の一例を示す斜視図である。

【図11】マッハツェンダ型導波路の一例を示す平面図である。

【図12】図１４Ａ及び１４ＢのＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図13A】チップ端の電極構造の一例を示す平面図の全体図である。

【図13B】チップ端の電極構造の一例を示す平面図のＸ部の部分拡大図である。

【図13C】チップ端の電極構造の変形例の一例を示す平面図の全体図である。

【図13D】チップ端の電極構造の変形例の一例を示す平面図のＸ部の部分拡大図である。

【図14A】電極構造の下を光導波路が通過する構造を説明する平面図である。

【図14B】変形例の電極構造の下を光導波路が通過する構造を説明する平面図である。

【図15A】電極がＧＳＧＳＧ構造を有する光変調素子を例示する平面図である。

【図15B】変形例の電極がＧＳＧＳＧ構造を有する光変調素子を例示する平面図である。

【図16A】電極がＧＳ構造を有する光変調素子を例示する平面図である。

【図16B】変形例の電極がＧＳ構造を有する光変調素子を例示する平面図である。

【図17A】ＱＰＳＫ用光変調器の第１例を示す平面図である。

【図17B】変形例のＱＰＳＫ用光変調器の第１例を示す平面図である。

【図18A】ＱＰＳＫ用光変調器の第２例を示す平面図である。

【図18B】変形例のＱＰＳＫ用光変調器の第２例を示す平面図である。

【図19A】ＤＰ−ＱＰＳＫ用光変調器の構成例を示す平面図である。

【図19B】変形例のＤＰ−ＱＰＳＫ用光変調器の構成例を示す平面図である。

【図20A】ＰＤを集積した構成例を示す平面図である。

【図20B】変形例のＰＤを集積した構成例を示す平面図である。

【図21A】高次モード除去部とＰＤを集積した構成例を示す平面図である。

【図21B】変形例の高次モード除去部とＰＤを集積した構成例を示す平面図である。

【図22A】光入射部と光出射部を同じ側に配置した構成例を示す平面図である。

【図22B】変形例の光入射部と光出射部を同じ側に配置した構成例を示す平面図である。

【図23A】光出射部が基板上に設けられた構成例を示す平面図である。

【図23B】光入射部が基板上に設けられた構成例を示す平面図である。

【図23C】変形例の光出射部が基板上に設けられた構成例を示す平面図である。

【図23D】変形例の光入射部が基板上に設けられた構成例を示す平面図である。

【図24A】２つのマッハツェンダ干渉計が並列に接続された構成例を示す平面図である。

【図24B】２つのマッハツェンダ干渉計が独立に設けられた構成例を示す平面図である。

【図24C】変形例の２つのマッハツェンダ干渉計が並列に接続された構成例を示す平面図である。

【図24D】変形例の２つのマッハツェンダ干渉計が独立に設けられた構成例を示す平面図である。

【図25A】位相変調部の端部とボンディング接続部との距離を説明する第１の図である。

【図25B】変形例の位相変調部の端部とボンディング接続部との距離を説明する第１の図である。

【図26A】位相変調部の端部とボンディング接続部との距離を説明する第２の図である。

【図26B】変形例の位相変調部の端部とボンディング接続部との距離を説明する第２の図である。

【図27A】位相変調部の端部とボンディング接続部との距離を説明する第３の図である。

【図27B】変形例の位相変調部の端部とボンディング接続部との距離を説明する第３の図である。

【図28A】位相変調部の端部とボンディング接続部との距離を説明する第４の図である。

【図28B】変形例の位相変調部の端部とボンディング接続部との距離を説明する第４の図である。

【図29】光変調素子モジュールの一例を上側からみた断面図である。

【図30】図２９の光変調素子モジュールを横側からみた断面図である。

【図31】図２９の光変調素子モジュールのメタライズパターンを示す平面図である。

【図32】逆テーパ型導波路の一例を示す斜視図である。

【図33A】シミュレーションに用いたリブ型導波路の構造を説明する断面図である。

【図33B】シミュレーションに用いた矩形導波路の構造を説明する断面図である。

【図34】クラッド厚みと導波路の光損失の関係の一例を示すグラフである。

【図35】矩形導波路の電極による過剰な光損失の測定結果の一例を示すグラフである。

【図36】本発明の第６実施形態に係る光変調素を示す平面図である。

【図37】本発明の第７実施形態に係る光変調素子を示す平面図である。

【図38】本発明の第８実施形態に係る光変調素子を示す平面図である。

【図39】本発明の第９実施形態に係る光変調素子を示す平面図である。

【図40A】本発明の第１０実施形態に係る光変調素子を示す平面図である。

【図40B】本発明の第１０実施形態に係る光変調素子の変形例を示す平面図である。

【図41】本発明の第１１実施形態に係る光変調素子を示す平面図である。

【図42A】本発明の第１２実施形態に係る光変調素子を示す平面図である。

【図42B】本発明の第１２実施形態に係る光変調素子を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。

【0018】

（第１実施形態）
図１Ａ〜１Ｃに、本発明に係る第１実施形態の光変調素子を示す。この光変調素子１０，１００，及び１１０は、マッハツェンダ干渉計２０を含む基板型光導波路１１で構成される。マッハツェンダ干渉計２０は、１×２に分岐する光分岐部（第１の光分岐部）２１と、２×１に合波する光合波部（第１の光合波部）２２との間に２つのアーム部２３を有する。光入射部１２から光導波路１３を経て光分岐部２１に入射した光は、光分岐部２１で２つのアーム部２３に分岐される。その後、分岐された光は２つのアーム部２３を経由して光合波部２２で１つの光に合波され、合波された光は光導波路１５を経て光出射部１４から出射される。
なお、図１Ｂ及び１Ｃの光変調素子１００及び１１０は図１Ａの光変調素子１０の変形例であり、光変調素子１０では、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるのに対し、光変調素子１００及び１１０では、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜している点で異なる。特に限定して説明していない限り、以下の説明は本実施形態のすべての図の光変調素子に共通し、以降の実施形態においても同様とする。

【0019】

それぞれのアーム部２３に直線状に位相変調部（第一位相調整部）２４が設けられている。また、基板型光導波路１１上には、位相変調部２４に電圧を印加する進行波電極３０が設けられている。本実施形態の進行波電極３０は、アーム部２３の間に信号電極３０Ｓを有し、アーム部２３の外側にそれぞれ接地電極３０Ｇを有する、ＧＳＧ（Ｇｒｏｕｎｄ、Ｓｉｇｎａｌ、Ｇｒｏｕｎｄ）からなるコプレーナ電極構造を有する。信号電極３０Ｓの入力部３１から高周波電気信号（以下「高周波信号」という。）を印加することにより、位相変調部２４では、各アーム部２３を伝播する光に所定の位相差が付与され、光合波部２２で合波された光は位相差に応じて変調される。信号電極３０Ｓの出力部３２は、光変調素子１０の外部に接続されて終端される。

【0020】

本実施形態では両方のアーム部２３に位相変調部２４が設けられているが、片方のアームのみに位相変調部を設けてもよい。しかしながら、０でない位相差（例えばπ）を付与する場合に、両方のアームに位相変調部が設けられることで、各アームの導波光の位相を反対側に変調することができる。つまり、両方のアームに位相変調部が設けられることで一方では位相を進め、他方では位相を遅らせるというプッシュプル動作を行うことにより、周波数チャープを低減して、長距離伝送に適した光信号を出力として得ることができる。

【0021】

基板型光導波路１１は、好適にはシリコン等の半導体をコアとし、シリカ等の絶縁体をクラッドとする。また、コアとその周囲を囲むクラッドからなる光導波路は、シリコン等からなる基板上に形成してもよい。シリコンを用いた光導波路は、コアとクラッドの屈折率差が大きいため、光の閉じ込めが強く、製造時に生じる側壁のラフネス等の微細構造により生じる光の伝播損失が大きい。一方、シリコンを用いた光導波路は、曲げ半径１０μｍ程度の急峻な曲げが可能である。そのため本実施形態で用いることが好ましい。
図１Ａ〜１Ｃの基板型光導波路１１は、４つの辺１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを有する矩形状である。なお、基板型光導波路１１が矩形（長方形）などの四角形（四辺形）とすることは必須の要件ではなく、三角形、五角形、六角形、七角形、八角形などの種々の多角形であってもよい。多角形の角が丸みまたは面取りを有してもよい。つまり、基板型光導波路１１が２つの辺１１ａ，１１ｂを含む輪郭を有していればよい。

【0022】

本実施形態では、位相変調部２４の長手方向と進行波電極３０の入出力方向とを一致させることにより、電極構造を最短化し、電気信号の伝播損失を抑制する。また、光入射部１２と光分岐部２１との間及び光合波部２２と光出射部１４との間で、光導波路１３，１５に急峻な曲げを設ける。これにより、マッハツェンダ干渉計２０の光分岐部２１と進行波電極３０の入力部３１との間及び光合波部２２と出力部３２との間が短くても、光導波路１３，１５を進行波電極３０の側方に向かわせることができる。なお、本発明において、進行波電極３０の側方とは、基板型光導波路１１の平面視において電極が形成されていない領域であり、信号電極と接地電極との間の領域も側方と表すことがある。
図１Ａ〜１Ｃでは、進行波電極３０は、入力部３１から出力部３２まで直線状に形成されている。この場合、電極の長さを最も短くすることができる。実際には、進行波電極３０が全長に渡って一様な幅を持つとは限らず、一部において幅がテーパ状に変化したり、幅方向の中心線が曲がったりすることがあり得る。例えば、基板型光導波路１１のもつ２つの辺１１ａ，１１ｂが、位相変調部２４の長手方向の両側で、この長手方向の延長線Ｌ１，Ｌ２とそれぞれ交差するとき、これら２つの辺１１ａ，辺１１ｂに入力部３１及び出力部３２が配置されることが好ましい。

【0023】

２つの位相変調部２４は、互いに平行であることが好ましい。また、前記２つの位相変調部２４と基板端である辺１１ａとの距離が互いに等しく、また前記２つの位相変調部２４と基板端である辺１１ｂとの距離が互いに等しいことが好ましい。つまり、２つの位相変調部２４の一方の端部２４ａと辺１１ａとの距離が互いに等しく、２つの位相変調部２４の他方の端部２４ｂと辺１１ｂとの距離が互いに等しいことが好ましい。
また、電極の伝播方向に沿う、電極の入力部３１から位相変調部２４の入射側の端部２４ａまでの長さが、それぞれの位相変調部２４に対し、等しいことが好ましい。
また、電極の伝播方向に沿う、位相変調部２４の出射側の端部２４ｂから電極の出力部３１までの長さが、それぞれの位相変調部２４に対し、等しいことが好ましい。
これにより、それぞれの位相変調部２４に対して入力部３１から入力する電気信号のタイミングを合わせることが容易になる。

【0024】

光入射部１２及び光出射部１４は、進行波電極３０の側方に位置する。これにより、進行波電極３０の入力部３１及び出力部３２やこれと電気的に接続される構造物と、光入射部１２及び光出射部１４やこれと光結合される構造物とを、空間的に区分けして配置させることができる。
図１Ａの光変調素子１０では、上述の通り位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であり、光分岐部２１又は光合波部２２から９０°程度曲げることで、導波路１３，１５を側方に向けることができる。また、図１Ｂ及び１Ｃの光変調素子１００及び１１０では上述の通り、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜しており、光分岐部２１又は光合波部２２から９０°より小さい鋭角の角度で曲げることで、導波路１３，１５を側方に向けることができる。
これら方向転換は、位相変調部２４と辺１１ａ，１１ｂとの間で、導波路１３，１５の一部を進行波電極３０の下部を通すことにより実現できる。急峻な曲げを利用して導波路１３，１５の方向を変換することにより、位相変調部２４と辺１１ａ，１１ｂとの間を短くすることができ、高周波信号がシリコン基板上を伝播することによる減衰と、インピーダンス不整合による信号劣化とを低減することが可能である。
なお、図１Ｂ及び１Ｃの光変調素子１００及び１１０において、位相変調部２４の長手方向と２つの辺１１ａ，１１ｂとの成す角度は、０°より大きく９０°より小さい角度であればよい。ただし、２直線の成す角度は、０〜９０°の範囲で定義されるものとする。例えば、８０°以下でもよく、７０°以下でもよい。これにより、基板の長さ（辺１１ａから辺１１ｂまで距離）をより短くすることができる。一方、基板の幅（辺１１ｃから辺１１ｄまで距離）を短くしたい場合は、図１Ａの光変調素子１０のように位相変調部２４の長手方向を２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直にすればよい。

【0025】

本実施形態によれば、チップ（基板）上での電極の接続を最短で行うことができ、電極上での電気信号のパワーの損失による変調効率の低下を避けることができる。また、チップ（基板）の長さを短くすることができる。
また、電極を複数本必要とする場合においても、各電極の長さがほとんど変わることがないので、スケーラブルに電極を増やすことが可能である。従来技術である図２のように電極を曲げて配置する場合には、並行する電極の本数が増えると、外側ほど電極の長さが長くなり、また、電極の長さの差も大きくなってしまう。
また、光入射部１２の光軸と光出射部１４の光軸とが一直線上になく、ずらして配置することにより、光入射部１２において入射時に導波路１３に結合しなかった漏れ光（迷光）が、光出射部１４から混入することを避けることができる。これにより、消光状態での光パワーをより低減することができ、消光比を向上することができる。

【0026】

入力部３１及び出力部３２の配置される辺１１ａ，１１ｂの長さが十分に長い場合、光入射部１２及び光出射部１４を辺１１ａ，１１ｂに配置することもできるが、図１Ａ〜１Ｃでは、光入射部１２及び光出射部１４は、入力部３１及び出力部３２が配置される辺１１ａ，１１ｂとは異なる辺１１ｃ，１１ｄに配置されている。これにより、基板型光導波路１１をより小型化することができる。
チップ（基板）は、図１Ｂに示すように長方形に切断されてもよく、また、図１Ｃに示すように、入力部３１及び出力部３２の配置される辺１１ａ，１１ｂに対して、光入射部１２及び光出射部１４の配置される辺１１ｃ，１１ｄが斜めに切断されてもよい。図１Ｃの場合、チップ面積を最小化し、取り数を増加できる。
さらに、辺１１ｃ、１１ｄの両方を斜めにすることに限らず、片方のみを斜めにして台形状にすることもできる（後述する図４Ｂ参照）。この場合、ウエハから一括してダイシングを行う代わりに、２つのチップが斜辺を共有した長方形状のブロックに切り分けた後で、斜辺を２つに切断してもよい。
基板形状が長方形でない場合は、チップの外部との接合部（光入射部１２及び光出射部１４）に用いる後述の結合導波路（例えば図３２の逆テーパ導波路９３）のチップ端面に対する向きは、垂直でなくともよい。結合導波路がチップ端面に対して垂直でない場合、端面の境界における屈折率差を考慮してチップ平面内で角度をつけることにより、所望の方向に出射したり、あるいは所望の方向から入射したりすることができ、高い結合を有するように設計することが可能である。

【0027】

図１Ｂでは、導波路１３，１５を進行波電極３０の側方に位置する光入射部１２及び光出射部１４に向けて、光分岐部２１又は光合波部２２から９０°より大きい鈍角の角度で曲げることで、導波路１３，１５が側方に向かうことが示されている。この場合、後述の図３Ｂと比べてチップ寸法も特に変わらず、チップの長さを短くできる上、入射から出射までに光がたどる導波路長をより短くすることができる。これにより、導波路長による光損失を低減することができる。

【0028】

（第２実施形態）
図３Ａ及び３Ｂに、本発明に係る第２実施形態の光変調素子を示す。なお、以降の説明において、すでに説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態に係る光変調素子１０Ａ及び１００Ａは、第１実施形態の光変調素子１０，１００，及び１１０と同様に、マッハツェンダ干渉計２０を含む基板型光導波路１１から構成される。また、本実施形態では、光入射部１２及び光出射部１４が、位相変調部２４の長手方向における２つの端部２４ａ，２４ｂから、それぞれ２つの辺１１ａ，１１ｂに平行な方向に延長した２つの線Ｌａ，Ｌｂの間の領域に位置している。
ここで、進行波電極３０の入力部３１が配置される辺が１１ａであり、出力部３２が配置される辺が１１ｂとであると定義する。また、位相変調部２４の長手方向における光分岐部２１側の端部２４ａから前記辺１１ａに平行な方向に延長した線がＬａであり、位相変調部２４の長手方向における光合波部２２側の端部２４ｂから前記辺１１ｂに平行な方向に延長した線がＬｂであると定義しる。なお、図３Ａの光変調素子１０Ａでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるのに対し、図３Ｂの光変調素子１００Ａではでは、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜している。

【0029】

なお、図１Ａ〜１Ｃの光変調素子１０，１００，及び１１０の場合、図３Ａ及び３Ｂの光変調素子１０Ａ及び１００Ａとは対照的に、光入射部１２及び光出射部１４が、線Ｌａと線Ｌｂとの間の領域より外側に位置している。具体的には、光入射部１２が線Ｌａと辺１１ａとの間の領域に位置し、光出射部１４が線Ｌｂと辺１１ｂとの間の領域に位置している。
また、図３Ａでは、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であり、「２つの辺１１ａ，１１ｂに平行な方向」は、「位相変調部２４の幅方向」に一致する。従って、２つの線Ｌａ，Ｌｂを、２つの端部２４ａ，２４ｂからそれぞれ位相変調部２４の幅方向に延長した線と定義することもできる。

【0030】

光入射部１２及び光出射部１４と、光ファイバまたはレンズ等の光学部品とを光結合させる場合、入力部３１及び出力部３２の配置される辺１１ａ，１１ｂの近傍に光入射部１２及び光出射部１４を配置すると、光ファイバ及びレンズ等の光学部品が、入力部３１及び出力部３２から電極を接続する先の基板等及び光変調素子を収容するパッケージの端面と衝突する可能性が考えられる。
光入射部１２又は光出射部１４の近傍に光ファイバを配置する場合、光ファイバ自体に一般には１２５μｍ径のクラッドがあり、さらに被覆部を含めると外径はそれ以上（例えば１６０〜２５０μｍ）となる。また、光ファイバを保持するためには、光ファイバを台座等の固定治具に固定する必要があり、固定治具の寸法は光ファイバの外径以上となる。
また、光入射部１２又は光出射部１４の近傍にレンズを配置する場合、レンズ径が数ｍｍに及ぶことが一般的である。特に、光変調素子がパッケージ端面に位置する場合、レンズをパッケージ内に配置できるように、端からクリアランスを設ける必要がある。

【0031】

よって、図３Ａ及び３Ｂに示すように、光入射部１２及び光出射部１４の位置を光変調素子の端部、すなわち、辺１１ａ，１１ｂから距離を置くことが好ましい。これにより、実装時に、レンズ等とパッケージ等や中継基板等との干渉を避けることができる。従って、パッケージのスペースをより広くする必要がなく、大型化が避けられる。
図３Ａ及び３Ｂでは、マッハツェンダ干渉計２０と光入射部１２及び光出射部１４とを接続する光導波路１３，１５の方向は、辺１１ａ，１１ｂに略垂直、又は略平行な方向の直線導波路と、これらを接続する曲がり導波路の組み合わせを示している。導波路の長さを短くするために斜め方向の直線導波路及び曲率半径の大きな曲線導波路などを利用することもできる。
この手法によれば、基板寸法が異なる光変調素子を、同一のパッケージで取り扱う場合に、光入射部１２と光出射部１４との相対的な位置関係を同一にするなど、光入射部１２と光出射部１４を任意の位置に配置することができ、配置の自由度が向上する。
本実施形態においても、光入射部１２の光軸と光出射部１４の光軸とが一直線上になく、ずらして配置することが好ましい。これにより、第１実施形態と同様に迷光の混入を避けることができ、消光比を向上することができる。

【0032】

（第３実施形態）
図４Ａ及び４Ｂに、本発明に係る第３実施形態の光変調素子を示す。本実施形態に係る光変調素子１０Ｂ及び１００Ｂは、第１実施形態の光変調素子１０及び１００と同様に、マッハツェンダ干渉計２０を含む基板型光導波路１１から構成される。なお、図４Ａの光変調素子１０Ｂでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるのに対し、図４Ｂの光変調素子１００Ｂでは、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜している。
また、この実施形態では、マッハツェンダ干渉計２０の各アーム部２３に、位相変調部（第一位相調整部）２４とは異なる、電気的に独立した位相調整部（第二位相調整部）２５を有する。位相調整部は、半導体型光変調器でも用いられる場合があるが、高周波信号に合わせて高速な変調を行う位相変調部の他に、アーム間で相対的に位相を調整する。この種の位相調整には位相変調部２４で要求される高速応答は不要であり、数μｓから数ｍｓ程度の応答速度（応答時間）でよい。位相調整部２５の具体例としては、熱光学効果を利用した、例えばニクロム等の電気的抵抗を有する材料を導波路の上部に配置したヒータ構造、またはドープしたシリコンを抵抗体として位相変調部２４と同一工程により形成したヒータ構造を備える低速位相変調部が挙げられる。図４Ａ及び４Ｂでは、位相調整部２５に電力を供給するための電極３５（２本の配線でもよい）は、進行波電極３０と平行に、その出力部３２が配置される辺１１ｂに向けて配置されている。また、後述の第１０実施形態のように電極３５が設けられてもよい。
位相調整部に電流を流すためには、通常電圧側とＧＮＤ側の２本の電極が必要となる。
本実施形態では、２本を独立に設けてもよいし、複数の位相調整部がある場合はＧＮＤを共通としてもよい。また、位相調整部のＧＮＤを、位相変調部に設けたＧＮＤと共通とすることも可能である。
アーム部２３に設ける他の要素部品として、位相調整部２５のほかにも、モニタ用ＰＤ、偏波多重回路における偏波変換素子、偏波分離・結合素子、及びマッハツェンダ干渉計におけるアーム間の光パワーを均一化するための光可変減衰器（ＶＯＡ）等が挙げられる。
他の要素は、両方のアームに設けてもよく、片方のアームのみに設けてもよい。

【0033】

位相変調部２４とは別の構成要素は、高速な位相変調への影響を防ぐため、位相変調部及びそれに電圧を印加するための進行波電極を避けて配置することが好ましい。そこで、他の要素は、位相変調部２４の延長方向からずらした位置に、特に、位相変調部２４の長手方向をそれぞれ延長した２つの線Ｌ１，Ｌ２の間の領域より外側の領域に配置してもよい。これにより、位相変調部の電気特性に影響を与えず、所望の機能を実現することが可能である。
図４Ａ及び４Ｂでは、前記外側の領域（線Ｌ１と辺１１ｃとの間の領域、及び線Ｌ２と辺１１ｄとの間の領域）にずらした導波路２３ａは、基板型光導波路１１のチップ長（辺１１ａ，１１ｂ間の距離）が短くなるように、導波路を曲げたり、光の伝播方向が位相変調部２４とは反対の方向（図４Ａ及び４Ｂでは下から上に向かう方向）となる部分を設けたりしてもよい。

【0034】

また、図４Ａ及び４Ｂでは、光出射部１４が、位相変調部２４の２つの端部２４ａ，２４ｂからそれぞれ位相変調部２４の幅方向に延長した２つの線Ｌａ，Ｌｂの間の領域より外側（線Ｌｂと辺１１ｂの間）の領域に位置するが、電極の出力部３２が配置される辺１１ｂから十分に離れているので、光ファイバまたはレンズ等を配置するためのクリアランスが確保されている。

【0035】

（第４実施形態）
図５Ａ及び５Ｂに、本発明に係る第４実施形態の光変調素子を示す。この光変調素子１０Ｃ及び１００Ｃは、第３実施形態と同様に、マッハツェンダ干渉計２０の各アーム部２３に、位相変調部２４とは異なる、電気的に独立した位相調整部２５を有する。また、各アーム部２３の途中で、前記外側の領域（線Ｌ２と辺１１ｄとの間の領域）にずらした導波路２３ａは、いずれも光出射部１４が配置される辺１１ｄの側に延ばされている。また、マッハツェンダ干渉計２０の光合波部２２も前記外側の領域（線Ｌ２と辺１１ｄとの間の領域）に位置し、光出射部１４の近くに配置されている。これにより、導波路長を短縮して、光損失を低減することができる。
なお、図５Ａの光変調素子１０Ｃでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるのに対し、図５Ｂの光変調素子１００Ｃでは、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜している。

【0036】

図１Ａ〜１Ｃに示すように、２つのアーム部２３に位相変調部２４のみが形成される構造では、マッハツェンダ干渉計２０を対称に構成すると、２つのアーム部２３の長さ（導波路長）は等しくなる。
また、図４Ａ及び４Ｂに示すように、位相変調部２４以外の要素（例えば位相調整部２５）をアーム部２３に配置する場合でも、左右対称（または点対称）に構成すると、２つのアーム部２３の長さ（導波路長）は等しくなる。
一方、図５Ａ及び５Ｂに示すように、他の要素を位相変調部２４の片側のみに配置する、または別の場所に配置する場合は、図４Ａ及び４Ｂに示した対称の構成よりも導波路を短くでき、かつ電極の位置を集中できる。この場合、２つのアーム部２３の長さ（導波路長）を等しくするため、各アーム部２３（特に横にずらした導波路２３ａ）において、異なる長さに曲げた等長化部２３ｂ，２３ｃを設けることができる。図５Ａ及び５Ｂの場合、位相変調部２４と光合波部２２との間の導波路２３ａが、チップの内側を周回するアームに長い等長化部２３ｂを設け、チップの外側を周回するアームに短い等長化部２３ｃを設けて、導波路長を調整している。等長化部２３ｂ，２３ｃは、片方のアームのみに設けることもできる。

【0037】

２つのアームの長さを等しくすることにより、光変調器の波長依存性を解消することができる。また、位相変調部から光合波部までの導波路長を等しくすることにより、光合波部における波形の劣化を抑制することができる。例えば、１０Ｇｂｐｓで光通信を行う場合の１ビット当たりのタイムスロットは、１００ｐｓであるが、これに対応する導波路長は、シリコン／シリカ光導波路の実効屈折率を考慮すると約１ｃｍとなる。位相変調部後の導波路長に１００μｍの差があると、光合波部においては、適切なタイミングから１ｐｓずれることになり、設計時点でマージンが減ってしまう。また、２つのアームを伝搬したそれぞれの光が光合波部に入射するタイミングのずれがある場合、波形の歪と同時に、プッシュプル動作による周波数チャープを低減する効果も減少させてしまう。また、両アームの位相変調が同時に起こらないため、動作時に出力光の位相が変化して、周波数チャープを誘起してしまう。よって、２つのアームの長さを可能な限り等しくすることにより、マージンを最大化し、周波数チャープを低減する効果を最大にすることができる。

【0038】

（第５実施形態）
図６Ａ及び６Ｂに、本発明に係る第５実施形態の光変調素子を示す。この光変調素子１０Ｄ及び１００Ｄは、第１実施形態の光変調素子１０，１００，及び１１０と同様に、マッハツェンダ干渉計２０を含む基板型光導波路１１から構成される。また、この実施形態では、また、マッハツェンダ干渉計２０の光分岐部２１及び光合波部２２が、位相変調部２４の２つの端部２４ａ，２４ｂからそれぞれ２つの辺１１ａ，１１ｂに平行な方向に延長した２つの線の間Ｌａ，Ｌｂの領域に位置してもよい。
なお、図６Ａの光変調素子１０Ｄでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるのに対し、図６Ｂの光変調素子１００Ｄでは、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜している。
また、図６Ａでは、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であり、「２つの辺１１ａ，１１ｂに平行な方向」は、「位相変調部２４の幅方向」に一致する。そこで、２つの線Ｌａ，Ｌｂを、２つの端部２４ａ，２４ｂからそれぞれ位相変調部２４の幅方向に延長した線と定義することもできる。

【0039】

本実施形態によれば、位相変調部２４からチップ端部の２つの辺１１ａ，１１ｂまでの距離を、より短くすることができる。これにより、電極上の電気信号の伝播損失を低減し、高周波特性の向上が可能である。つまり、光分岐部２１及び光合波部２２を配置するには所定の長さが必要である。光分岐部２１及び光合波部２２を位相変調部２４の内側に配置することにより、マッハツェンダ干渉計２０の前後の導波路１３，１５を、位相変調部２４の端部２４ａ，２４ｂにより近づけることができる。そのための手法として、例えば、位相変調部２４の端部２４ａ，２４ｂと光分岐部２１又は光合波部２２との間で、アーム部２３の導波路を大きく曲げ、例えば９０°を超える曲げ部を設けることが挙げられる。
光分岐部２１を入力部３１の配置される辺１１ａから離すことにより、マッハツェンダ干渉計２０に入る前の導波路１３を側方に逃がすためのスペースを削減できる。また、光合波部２２を出力部３２の配置される辺１１ｂから離すことにより、マッハツェンダ干渉計２０から出た導波路１５を側方に逃がすためのスペースを削減できる。

【0040】

（第６実施形態）
図３６に、本発明に係る第６実施形態の光変調素子を示す。この光変調素子１０Ｇは、第１実施形態の光変調素子１０と同様に、マッハツェンダ干渉計２０を含む基板型光導波路１１から構成される。
図３６の光変調素子１０Ｇは、光入射部１２及び光出射部１４が進行波電極３０の出力部３２と同一の辺１１ｂに配置されている点で第１実施形態の光変調素子１０と異なる。また、本実施形態において光入射部１２及び光出射部１４が進行波電極３０の出力部３２と同一の辺１１ｂに配置されているが、光入射部１２及び光出射部１４が進行波電極３０の入力部３１と同一の辺１１ａに配置されていてもよい。さらに、光入射部１２及び光出射部１４が電極の入力部３１及び出力部３２より外側に配置されていれば、導波路１３及び１５の配置（配線の仕方）は限定されない。
本実施形態によれば、例えば、パッケージ等の制約から片側から入射出射を必要とする場合であってもマッハツェンダ干渉計２０を適用することができる。
なお、図３６の光変調素子１０Ｇでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるが限定されず、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜していてもよい。

【0041】

（第７実施形態）
図３７に、本発明に係る第７実施形態の光変調素子を示す。この光変調素子１０Ｈは、第１実施形態の光変調素子１０と同様に、マッハツェンダ干渉計２０を含む基板型光導波路１１から構成される。
図３７の光変調素子１０ＨにはＶ溝又はディープトレンチなどの溝部３４が設けられており、溝部３４の端部に設けられる入射部１２及び光出射部１４を進行波電極３０の側方の任意の位置に設けることができる点で、第６実施形態に係る光変調素子１０Ｇと異なる。また、溝部の他端は基板型光導波路１１の端部（基板型光導波路１１の輪郭）に形成されている。
溝部３４は光ファイバを固定することができ、また、光入射部１２及び光出射部１４と溝部３４に固定された光ファイバとが位置決めされるように構成されている。光入射部１２及び光出射部１４は、モードフィールドコンバータ（ＭＦＣ）またはスポットサイズコンバータ（ＳＳＣ）等を介して突合せ接合（Ｂｕｔｔ Ｊｏｉｎｔ）によって溝部３４に設置された光ファイバに接続される。なお、光変調素子１０Ｈでは、Ｖ溝３４の端部が入射部１２及び光出射部１４の両方を構成しているが、溝部３４がどちらか一方のみを構成してもよい。
本実施形態によれば、光ファイバを必要とする機能部品の近くに配置することができ、不要な引き回しを低減し、光損失をさらに抑制できる。また、本実施形態では光変調素子１０ＨにＶ溝が設けられているため光ファイバを固定することができ、容易に突合せ接合（Ｂｕｔｔ Ｊｏｉｎｔ）をすることができる。
なお、図３７の光変調素子１０Ｈでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるが限定されず、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜していてもよい。

【0042】

（第８実施形態）
図３８に、本発明に係る第８実施形態の光変調素子を示す。この光変調素子１０Ｉは、第１実施形態の光変調素子１０と同様に、マッハツェンダ干渉計２０を含む基板型光導波路１１から構成される。
図３８の光変調素子１０Ｉは、光出射部１４が進行波電極３０の出力部３２と同じ辺１１ｂに、光入射部１２が進行波電極３０の側方の辺１１ｃに配置されている点で第１実施形態の光変調素子１０と異なる。また、本実施形態において光出射部１４が進行波電極３０の出力部３２と同じ辺１１ｂに、光入射部１２が進行波電極３０の側方の辺１１ｃに配置されているが、光入射部１２が進行波電極３０の出力部と同じ辺１１ｂに、光出射部１４が進行波電極３０の側方の辺１１ｄに配置されていてもよい。また、光入射部１２または光出射部１４が進行波電極３０の入力部３１と同じ辺１１ａに設けられていてもよい。さらに、本実施形態において光入射部１２及び光出射部１４が電極の入力部３１及び出力部３２より外側に配置されていれば、導波路１３及び１５の配置（配線の仕方）は限定されない。
たとえば、変調器の前段にレーザが配置される場合、レーザを含めて１パッケージ化するには、光入射側と光出射側との方向が異なるレイアウトになる可能性があるが、本実施形態を用いることで、自由なレイアウトに対応できる。
なお、図３８の光変調素子１０Ｉでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるが限定されず、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜していてもよい。

【0043】

（第９実施形態）
図３９に、本発明に係る第９実施形態の光変調素子を示す。この光変調素子１０Ｊは、第１実施形態の光変調素子１０と同様に、マッハツェンダ干渉計２０を含む基板型光導波路１１から構成される。
図３９の光変調素子１０ＪにはＶ溝（又はディープトレンチ）３６が設けられており、溝部の端部に設けられる光出射部１４を進行波電極３０の側方の任意の位置に設けることができる点で、第８実施形態の光変調素子１０Ｉと異なる。また、第７実施形態と同様に、光出射部１４は、モードフィールドコンバータ（ＭＦＣ）またはスポットサイズコンバータ（ＳＳＣ）等を介して突合せ接続（Ｂｕｔｔ Ｊｏｉｎｔ）によって光ファイバに接続され、溝部３４は光ファイバを固定することができる。なお、光変調素子１０Ｊでは、溝部３４の端部が光出射部１４のみを構成しているが、溝部３４が入射部１２及び光出射部１４の両方を構成してもよい。
本実施形態を用いることで、たとえば、異なるＭＦＣを利用して光入出射部のうち、一方は突合せ接合（Ｂｕｔｔ Ｊｏｉｎｔ）、反対側はレンズ結合する場合などにも対応でき、自由なレイアウトに対応できる。
なお、図３９の光変調素子１０Ｊでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるが限定されず、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜していてもよい。

【0044】

（第１０実施形態）
図４０Ａ〜４０Ｂに、本発明に係る第１０実施形態の光変調素子を示す。この光変調素子１０Ｋ及び１００Ｋは、第１実施形態の光変調素子１０及び１００と同様に、マッハツェンダ干渉計２０を含む基板型光導波路１１から構成される。また、この実施形態では、第３実施形態の光変調素子１０Ｂと同様に、マッハツェンダ干渉計２０の各アーム部２３に、位相変調部２４とは異なる、電気的に独立した位相調整部（例えば、低速位相変調部）２５を有する。光変調素子１０Ｂでは、位相調整部２５が２つの位相変調部２４の外側に設けられていたのに対し、光変調素子１０Ｋでは、位相調整部２５が２つの位相変調部２４の間（マッハツェンダ干渉計２０の内側）に設けられる。また、位相調整部２５の出力側にはモニタ用ＰＤ２５ａが設けられていてもよく、例えば、位相調整部２５がヒータ構造である場合に、位相調整部２５の温度を計測することができる。なお、図４０Ａ及び４０Ｂではモニタ用ＰＤ２５ａが一つ設けられているが、各位相調整部２５の信号を計測するようにモニタ用ＰＤ２５ａが２つ設けられていてもよい。
また、本実施形態において、位相調整部２５に電力を供給するための電極３５は基板型光導波路１１の内部において要素部品３６である位相調整部２５及びモニタ用ＰＤ２５ａに接続されており、図４０Ａ及び４０Ｂでは接地電極と信号電極の２本の電極の入出力部のみ示されている。なお、電極３５の配線方法は限定されず、図４Ａ及び４Ｂの電極３５のように配線されていてもよい。また、２つの位相調整部２５で共通の接地電極を用いてもよい。ただし低速位相調整器においては、図４０Ａ及び４０Ｂに示すように、高周波電極のように電極を基板型光導波路１１の辺まで引き回さずに、電極３５を各要素部品３６の近くに配置し、ワイヤボンディングまたは中継基板などを用いて外部と接続することが好ましい。
また、本実施形態における進行波電極３０の配置について、図４０Ａでは中央の接地電極３０Ｇの出力側が中抜きになっている。また、図４０Ｂでは中央の信号電極３０Ｓが二つに分割してそれぞれ独立している。なお、進行波電極３０の機能を失わずかつ位相調整部２５，モニタ用ＰＤ２５ａ，及び電極３５の動作、機能に支障がないように適宜配置されていれば特に限定されない。例えば、図４０Ａの中央の進行波電極３０Ｇ（を幅方向に２つに分割してそれぞれ独立させてもよい。
図４０Ｂは、本実施形態の電極がＧＳＧＳＧ構造の場合に適用した変形例を示している。
アーム部２３に設ける他の要素部品３６として、位相調整部２５及びモニタ用ＰＤ２５ａのほかにも、偏波多重回路における偏波変換素子、偏波分離・結合素子、及びマッハツェンダ干渉計におけるアーム間の光パワーを均一化するための光可変減衰器（ＶＯＡ）等が挙げられる。
他の要素は、両方のアームに設けてもよく、片方のアームのみに設けてもよい。
本実施形態のように構成することで、高周波電素路の特性を劣化させずに、レイアウト上の自由度を高めることができる。
なお、図４０Ａ及び４０Ｂの光変調素子１０Ｋでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるが限定されず、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜していてもよい。

【0045】

（第１１実施形態）
図４１に、本発明に係る第１１実施形態の光変調素子を示す。この光変調素子１００Ｌは、マッハツェンダ干渉計２０が二つ組み合わされた四位相偏移変調器（ＱＰＳＫ変調器）を有しており、共通の光分岐部（第２の光分岐部）１６によって分岐された光がマッハツェンダ干渉計２０の導波路１７に入射し、各マッハツェンダ干渉計２０から光を出射する導波路１９が共通の光合波部（第２の光合波部）１８に合波されている。光変調素子１０Ｌでは、各マッハツェンダ干渉計２０において、要素部品３６である位相変調器（例えば、低速位相調整器）２５及びモニタ用ＰＤ２５ａが２つの位相変調部２４の内側に設けられ、さらに光の合波部１８の手前にもう一つの要素部品３６ａが設けられている。つまり、各マッハツェンダ干渉計２０に設けられた要素部品３６はマッハツェンダ干渉計２０の内側に配置され、二つのマッハツェンダ干渉計２０の合波部における要素部品３６ａは二つのマッハツェンダ干渉計２０の間、つまり各マッハツェンダ干渉計２０の外側に配置される構造を有する。
ここで、通常要素部品３６ａは各マッハツェンダ干渉計２０からの光導波路の長さが等長となるように配置されることが好ましく、本実施形態の構成を有することで容易に各マッハツェンダ干渉計２０から要素部品３６ａまでの光導波路の長さを等長にすることができる。
従って、本実施形態のように構成することで、高周波電素路の特性を劣化させずに、レイアウト上の自由度を高めることができる。
なお、図４０Ａ及び４０Ｂの光変調素子１０Ｋでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるが限定されず、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜していてもよい。

【0046】

（第１２実施形態）
図４２Ａ及び４２Ｂに、本発明に係る第１２実施形態の光変調素子を示す。これらの光変調素子１０Ｍ及び１００Ｍは、第１実施形態の光変調素子１０及び１００と同様に、マッハツェンダ干渉計２０を含む基板型光導波路１１から構成される。また、この実施形態では、第４及び１０実施形態の光変調素子１０Ｂ及び１０Ｋと同様に、マッハツェンダ干渉計２０の各アーム部２３に、位相変調部２４とは異なる、電気的に独立した位相調整部（例えば、低速位相変調部）２５を有する。光変調素子１０Ｂでは、位相調整部２５が２つの位相変調部２４の外側または間に設けられていたのに対し、光変調素子１０Ｍでは、各位相調整部２５の長さ方向の出力側の延長線上に設けられる。つまり、位相調整部２４と位相調整部２５とが直線状に配置される。
また、本実施形態では、上記構成を可能とするため、位相変調部２４よりの出力側の進行波電極３０が曲がっている。これは、進行波電極において位相変調部と相互作用をする位置より出力側（後段部）は、電気信号に損失が生じても、すでに光との相互作用は完了しているため、出力される変調信号には影響は少ないためである。従って、本実施形態の進行波電極３０においては、進行波電極のうち入力部３１から位相変調部と相互作用をする位置までが位相変調部２４に沿って直線状に構成されていれば限定されない。
また、図４２Ａと図４２Ｂとでは、出力部が設けられる辺が異なる点で相違している。なお、進行波電極３０の後段部が低速位相変調部２５を避けるように構成されていれば、出力部の位置は限定されない。
本実施形態を用いることで、進行波電極の後段部であれば曲げることで位相調整部２４と位相調整部２５とを直線状に配置することが可能であり、これにより光導波路設計のレイアウトが自由になる。特に、本実施形態では光導波路を短尺化することができ伝搬光の損失を低減できる。

【0047】

（位相変調部の構成例）
図７に、位相変調部の断面構造の一例を示す。断面は、光の進行方向に垂直である。この構成例において、位相変調部２４に用いられる光導波路４６は、コア４４がリブ部４０とその両側にそれぞれ接続された一対のスラブ部４１，４２とを有し、コア４４の周囲にそれぞれ下部クラッド４３と上部クラッド４５を有する。電極４７，４８の上部は上部クラッド４５の上に形成され、電極４７，４８の下部はスラブ部４１，４２と電気的に接続されている。

【0048】

このような導波路構造は、Ｓｉ−ＳｉＯ_２−Ｓｉの積層体からなる、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板をもとに製造することができる。中間のシリカ（ＳｉＯ_２）層を下部クラッド４３とし、上部のシリコン（Ｓｉ）層をコア４４として用いる。Ｓｉ層は、中央に厚みの大きいリブ部４０を持つリブ型導波路であり、光はリブ部４０を中心に分布する。上部クラッド４５は、コア４４のリブ構造を形成した後にシリカ（ＳｉＯ_２）等を堆積させることにより形成される。この上部クラッド４５は必須の構成ではなく、コア４４より屈折率の小さい材料が配置されればよく、例えば樹脂材料クラッドまたはエアクラッドを適用することも可能である。厚みの薄いスラブ部４１，４２に接続される電極４７，４８は、アルミ（Ａｌ）等、コア４４のシリコン材料とオーミックコンタクトを形成できる材料が好適である。電極４７，４８はリブ部４０から横方向に距離を置いて配置される。ＳＯＩ基板の下部のＳｉ層が光導波路４６の下の基板４９となる。

【0049】

シリコンコア４４は、一部はＰ型、又はＮ型にドーピングされている。この構成例では、片方のスラブ部４１がＰ型、もう片方のスラブ部４２がＮ型にドーピングされている。
半導体に導電性を付与するドーパント（不純物）は母体媒質に応じて適宜選択して用いることができる。例えば、本構成例のように母体媒質がシリコンのようなＩＶ族半導体であれば、Ｐ型ドーパントとしてホウ素（Ｂ）等のＩＩＩ族元素が、また、Ｎ型ドーパントとしてリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）等のＶ族元素が挙げられる。

【0050】

ドーピング領域の配置として、この構成例では、スラブ部４１とこれに接するリブ部４０の一部がＰ型に、スラブ部４２とこれに接するリブ部４０の一部がＮ型にドーピングされている。Ｐ型領域５１とＮ型領域５２はリブ部４０において接しており、その境界（ＰＮ接合部）５０には空乏層が生じる。このＰＮ構造に電極４７，４８を通じて外部から電圧を印加することで、ＰＮ接合部５０のキャリア分布が変動し、空乏層の幅に変化が生じる。シリコンの屈折率はキャリア密度によって変化することが知られている。これを利用して、キャリア分布の変化を通じて、電圧により光導波路の実効屈折率を制御し、位相変調部を出力する際の光の位相状態を制御することができる。

【0051】

また、スラブ部４１，４２のリブ部４０から離れた一部は、他の箇所に比べてドーピング濃度を高くして、Ｐ＋領域５３及びＮ＋領域５４とする。これにより、電極４７，４８とオーミックコンタクトを形成できる。Ｐ＋領域５３及びＮ＋領域５４は、少なくともスラブ部４１，４２の上面（電極４７，４８と接触する部分）に形成されればよいが、スラブ部４１，４２の厚みやドーピング条件により、スラブ部４１，４２の厚み方向の全体に及ぶこともできる。これにより、リブ部４０の中央部にあるＰＮ接合部５０までの寄生抵抗を低減することができる。

【0052】

図８に、位相変調部の導波方向構造の一例を示す。位相変調部２４は、図７に示す断面構造が長手方向に連続して続く構造を有する。必要な位相変化量及び印加する電圧等の条件から、位相変調部２４の長手方向の長さが決められる。例えば、想定する動作電圧が４Ｖppで、この動作電圧における単位長さ（例えば１ｍｍ）当たりの位相変化量がπ／４ラジアンのとき、位相変調部２４全体で必要な位相変化量がπ／２ラジアンであれば単位長さの２倍（例えば２ｍｍ）、必要な位相変化量がπラジアンであれば単位長さの４倍（例えば４ｍｍ）と決めることができる。
また、電極４７，４８は進行波電極を構成する。つまり、位相変調部２４の長手方向にリブ型光導波路４６と合わせ並走させ、光と同じ方向に電圧を伝播させる。例えば、光導波路に導波される光が図の手前から奥側に向かって伝播するとすれば、電極４７，４８の手前側に信号源を、奥側に終端を接続して電圧を印加する。伝播方向が奥から手前側の場合は、電極の奥側に信号源を、手前側に終端を接続して電圧を印加する。

【0053】

（導波路構造の詳細）
位相変調部２４とその他の要素（例えば光分岐部２１や光合波部２２）との接続及び基板上での導波路の引き回しには、リブ型導波路の他に、断面が矩形である矩形導波路（細線導波路）を利用できる。矩形導波路は、より強い電界の集中により、導波路側壁に製造上生じる微細な凹凸（側壁ラフネスの影響をより強く受けることから光損失が大きくなるというデメリットがあるが、強い閉じ込めにより曲げ半径をより小さくすることができる。また、後述するＭＭＩ及びＭＦＣ等も、矩形導波路を用いて構成される。

【0054】

図９に、リブ型導波路と矩形導波路との接続部の一例を模式的に示す。図示例では、矩形導波路５５とリブ型導波路４６のリブ部４０とは同じ幅及び厚みを有するが、異なる幅を連続的に接続してもよい。矩形導波路５５からリブ型導波路４６への遷移領域５６では、スラブ部４１，４２の幅が、ゼロから連続的に変化する。遷移領域５６では、スラブ部４１，４２の幅は光の伝播方向（リブ部４０の長手方向）に沿って線形に、又は二次関数的に増加させてもよい。線形的変化をさせる場合は設計が容易である。光損失をさらに低減するためには、二次関数的に変化させる方がよい。
遷移領域５６の長さは光の波長（例えば約１〜２μｍ）に比べて十分に長くする必要がある。遷移領域５６の長さは特に限定されるものではないが、例えば、２０μｍ程度を例示できる。

【0055】

矩形導波路を光ファイバと直接、又はレンズ等の光学部品を介して間接的に光結合させる場合、矩形導波路の先端部に、幅が端面に向かって徐々に狭くなる逆テーパ導波路（後述する図３２参照）を設けることが好ましい。これにより、光ファイバと導波路端面でのモード不整合を低減することができ、光結合における光損失を低減することができる。
リブ型導波路及び矩形導波路の厚みがサブミクロンスケールであるので、逆テーパ導波路の先端部は、幅及び厚みがごく微細である。よって、導波路端面付近において、高屈折率コアの断面積が入射光強度のモード分布の広がりに対して１／１００以下であるので、光ファイバから入射する光に対する逆テーパ型導波路端面での反射率を約−３０ｄＢまで抑えることができる。その結果、低い光損失及び高い消光比のみならず、高いリターンロスの（反射損失の少ない）光集積回路を構成することができる。

【0056】

光分岐部及び光合波部としては、１×２のマルチモード干渉計（ＭＭＩ）を用いることもできる。図１０Ａ及び１０Ｂに、１×２ＭＭＩの模式図を示す。図１０Ａが平面図、図１０Ｂが斜視図である。このＭＭＩ５７では、片側に１本（符号５８）、反対側の２本（符号５５）の矩形導波路が接続されている。これらの矩形導波路５５，５８の幅は、リブ型導波路のリブ幅と同じであることが好ましい。具体例としては、リブ幅５００ｎｍ（０．５μｍ）に対して、矩形導波路５５，５８の幅を０．５μｍ、２本の矩形導波路５５の間隔を０．３μｍ、ＭＭＩの幅を１．５μｍ、ＭＭＩの長さを１．８μｍとすることが例示される。この場合、矩形導波路５５からＭＭＩ５７の長辺までの間隔として、計算上０．１μｍの間隔が確保される。
ＭＭＩは、図１Ａ等のマッハツェンダ干渉計２０の光分岐部２１及び光合波部２２のほか、基板型光導波路１１に用いる光分岐部及び光合波部（例えば図１７Ａ及び１７Ｂ等の光分岐部１６及び光合波部１８など）に採用することが好ましい。

【0057】

図１１にマッハツェンダ型導波路５９の模式図を示す。光分岐部２１に左側の矩形導波路５８から入射した光は、右側の２本の矩形導波路５５に分岐され、マッハツェンダ型導波路５８の両アーム部２３を伝播する。位相変調部２４を構成するリブ型光導波路４６に高速電気信号を入力することにより、光変調された信号光が光合波部２２の右側の矩形導波路５８から出射される。マッハツェンダ型導波路５９の前後の矩形導波路５８は、図１Ａ〜１Ｃでは光導波路１３，１５に相当し、リブ型光導波路４６と水平方向に９０°曲げられ、前述の逆テーパ導波路からなる光結合部（図１Ａ〜１Ｃでは光入射部１２及び光出射部１４に相当）に接続される。
以上により、低い光損失で、電気信号入力の減衰を抑えた、光変調器に好適なマッハツェンダ型導波路５８（図１Ａ〜１Ｃのマッハツェンダ干渉計２０に相当）を構成することができる。マッハツェンダ型導波路を用いると、光信号のチャープを制御することができ、長距離伝送に適した高速な光変調器を構成することができる。
また、詳しくは後述するが、マッハツェンダ型導波路５８を多段に接続することで、より複雑な変調方式に対応した光変調器を構成することができる。

【0058】

（電極構造の詳細）
図１２に、マッハツェンダ干渉計の２つのリブ型導波路を横断した断面図（図１４Ａ及び４ＢのＡ−Ａ線に対応）を示す。リブ型導波路の断面構造は、図７及び図８と同様である。２本の導波路コア４４のそれぞれのＰＮ接合部５０は、互いにＰＮの向きを反対にして配置されており、両方のＮ＋領域５４を同一の接地電極（ＧＮＤ）に接続している。
Ｐ＋領域には、２つの信号電極（Ｓｉｇｎａｌ１及びＳｉｇｎａｌ２）により、別々の高周波信号を印加することができる。２つの信号電極の外側には、さらに接地電極（ＧＮＤ）を配置して、ＧＳＧＳＧからなるコプレーナ電極を構成することができる。

【0059】

マッハツェンダ干渉計を用いたプッシュプル動作においては、Ｓｉｇｎａｌ１及びＳｉｇｎａｌ２には互いにオン・オフの反転した信号（ＤＡＴＡ，ｘＤＡＴＡ）を印加する。
各々の寸法は、所望の特性インピーダンスに合わせて設計可能である。Ｓｉ上のコプレーナ線路では、信号電極の幅ｃと接地電極に対する間隔ｂとの比ｃ：ｂを２：１にすることで特性インピーダンスをおよそ５０Ωとできることが知られている。本構造では、シリコンリブ導波路のＰＮ構造に生じる接合容量の影響を考慮して、ｃ／ｂを２よりも小さく設計することで、特性インピーダンスを調整することが可能である。一例として、電極厚さａ＝２μｍ、ＧＳ間間隔ｂ＝８μｍ、信号電極幅ｃ＝１０μｍが挙げられる。

【0060】

次にチップ端の電極の模式図を図１３Ａ〜１３Ｄ及び図１４Ａ，１４Ｂに示す。図１３Ａ，１３Ｂ及び１４Ａでは位相変調部の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直である場合の電極の模式図であり、図１３Ｃ，１３Ｄ，及び１４Ｂでは、位相変調部の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜している場合の電極の模式図である。
チップ端部においては、外部に位置するパッケージや中継基板等の上に作製された電極に対して、ボンディングにより電気的接続を行う。接続方法としてはフリップチップやワイヤボンディング等が考えられる。十分な接触面積を確保するために、電極の端部には、例えば１００μｍ角のボンディング接続部を配置する。電極の端部から位相変調部２４の電極に向けて、連続的に幅を変えて接続することで、特性インピーダンスの不整合による反射や減衰を低減している。光導波路２６は、図１４Ａ及び１４Ｂに示すように、電極の下部を通過することで、チップ端部のボンディング接続部から位相変調部２４までの距離を低減することが可能である。なお、電極の下部に配置される光導波路２６は、図１４Ａでは、図５Ａに示すように、図１４Ｂでは、図５Ｂに示すようにそれぞれ位相変調部２４の外側に向かうアーム部２３の一部であってもよく、マッハツェンダ干渉計２０の前後の光導波路１３，１５であってもよい。

【0061】

図１３Ｂ及は図１３ＡのＸ部の部分拡大図であり、図１３Ｄは図１３ＣのＸ部の部分拡大図である。このとき電極の下部を通過する光導波路は、チップ端部に矩形に設定したボンディング接続部を避けることで、ボンディング時に生じる歪の影響を避けることができる。
図１３Ａ〜Ｄの各要素の寸法としては、位相変調部上では図１２と同様にＧＳ間間隔ｂ＝８μｍ、信号電極幅ｃ＝１０μｍが挙げられ、チップ端部では、信号電極幅ｄ＝１００μｍ、接地電極幅ｅ＝２００μｍが挙げられる。

【0062】

図１２〜１４Ｂに示す例では電極がＧＳＧＳＧ構造となっている。この場合の光変調素子の全体を図１５Ａ及び１５Ｂに例示する。この光変調素子１０Ｅ及び１００Ｅでは、進行波電極３０Ａが、マッハツェンダ干渉計２０の２つのアーム部２３の間に接地電極３０Ｇを有し、２つのアーム部２３の外側にそれぞれ信号電極３０Ｓを有し、これらの信号電極３０Ｓの外側にさらに接地電極３０Ｇを有する。
なお、図１５Ａの光変調素子１０Ｅでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるのに対し、図１５Ｂの光変調素子１００Ｅでは、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜している。
また、図１６Ａ及び１６Ｂに、電極がＧＳとなっている光変調素子の一例を示す。ＧＳ構造の電極は、例えば非特許文献１に記載されている。この光変調素子１０Ｆでは、進行波電極３０Ｂが、マッハツェンダ干渉計２０の２つのアーム部２３の外側に、それぞれ接地電極３０Ｇ及び信号電極３０Ｓを有する。
なお、図１６Ａの光変調素子１０Ｆでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるのに対し、図１６Ｂの光変調素子１００Ｆでは、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜している。
このように、電極がＧＳＧ構造でない場合でも、図１Ａ〜１Ｃまたは図３Ａ〜図６Ｂ等に示す構造とすることで、高周波電極における電気信号の低損失化や広帯域化が図れる。

【0063】

（ＱＰＳＫ用光変調器）
本発明に係る実施形態は、基板型光導波路が１つのマッハツェンダ干渉計を含む構成に限られず、複数のマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）を含む構成も可能である。特に、多値化を行う場合に、複数のＭＺＩに分岐したり、複数のＭＺＩから合波したりする場合においても、各ＭＺＩの位相変調部から素子の端部までの距離を最小限に保つことができる。
一例として、図１７Ａ，１７Ｂ及び図１８Ａ，１８Ｂに、ＱＰＳＫ用光変調器の構成例を示す。共通の光分岐部１６によって分岐された光が各マッハツェンダ干渉計２０の導波路１７に入射し、各マッハツェンダ干渉計２０から光を出射する導波路１９が共通の光合波部１８に合波されている。なお、図１７Ａ及び１８Ａでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるのに対し、図１７Ｂ及び１８Ｂでは、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜している。

【0064】

それぞれのマッハツェンダ干渉計２０に設けられる進行波電極３０の電極構造は、ＧＳＧ、ＧＳＧＳＧ、ＧＳ等であってよい。２つのマッハツェンダ干渉計２０がそれぞれＧＳＧＳＧ構造を持つ場合、それぞれが独立したＧＳＧＳＧ−ＧＳＧＳＧ構造でもよく、隣接する接地電極を共通化したＧＳＧＳＧＳＧＳＧ構造でもよい。２つのマッハツェンダ干渉計２０がそれぞれＧＳ構造を持つ場合、向きが同じＧＳ−ＧＳ構造でもよく、向きが反対のＧＳ−ＳＧ構造でもよい。

【0065】

ＱＰＳＫ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）フォーマット用光変調器の場合、２つのマッハツェンダ干渉計２０の出力の間でπ／２の位相変調を行う。そのためのπ／２シフト調整部２７は、上述した位相調整部２５と同様な構成のヒータ型位相調整部で実現でき、図５Ａ及び５Ｂに示す構成と同様に、他の要素を側部に配置することが可能である。
各マッハツェンダ干渉計２０と共通の光分岐部１６との間を接続する導波路１７の一部又は全部を側部に配置する場合、これらの導波路１７の長さが互いに等しいことが好ましい。また、各マッハツェンダ干渉計２０と共通の光合波部１８との間を接続する導波路１９の一部又は全部を側部に配置する場合、これらの導波路１９の長さが互いに等しいことが好ましい。

【0066】

図１７Ａ及び１７Ｂの場合、各マッハツェンダ干渉計２０と共通の光合波部１８との間を接続する導波路１９が側部に配置されている。２つのマッハツェンダ干渉計２０の間に他の要素を配置することもできるが、図５Ａ及び５Ｂと同様に、マッハツェンダ干渉計２０と基板側部との間のスペースに配置することが好ましい。この例では、４つのマッハツェンダ干渉計２０の各位相変調部２４の長手方向をそれぞれ延長した複数の線のうち、最も離れた２つの線Ｌ１，Ｌ２間の領域より外側、具体的には線Ｌ２と辺１１ｄとの間の領域に、π／２シフト調整部２７や共通の光合波部１８を配置している。そして、導波路１９の一方又は両方に等長化部１９ｂ，１９ｃを設けている。

【0067】

図１８Ａ及び１８Ｂの場合、各マッハツェンダ干渉計２０の位相変調部２４と光合波部２２との間の導波路２３ａを側方に引き出している。また、この導波路２３ａにも等長化部２３ｂを設けている。導波路１９上のπ／２シフト調整部２７に給電する電極３７は辺１１ａに向けて配置し、導波路２３ａ上の位相調整部２５に給電する電極３５は辺１１ｂに向けて配置している。また、この給電用電極３７は、電極３５と同じく辺１１ｂに配置してもよい。
この場合、給電は辺１１ｂの片側一方となり、外部に配置するパッケージにおいても、片側のみへの電極の引き出しが容易となる。また、電極３５，３７の両方を辺１１ａに配置しても同様の効果がある。図１８Ａ及び１８Ｂでは図１７Ａ及び１７Ｂとは異なり、マッハツェンダ干渉計２０の各アームに位相調整部２５を設けている。これにより、例えば製造において生じる各々のマッハツェンダ干渉計の各アーム間の差を調整することが可能となる。
ここで記載したＱＰＳＫ用光変調器は、本実施形態の変調器で変調可能なフォーマットの一つである。一般的には本発明の変調器は２つのマッハツェンダ干渉計に対して適切な電気信号を印加することで、任意の振幅・位相変調が可能である。例えば、入力の電気信号に強度変化を持たせることで、１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭ変調に用いることができる。

【0068】

（ＤＰ−ＱＰＳＫ用光変調器）
図１９Ａ及び１９Ｂに示すように、ＱＰＳＫ用光変調器を２つ組み合わせることにより、ＤＰ（Dual polarization）−ＱＰＳＫ用光変調器を構成することも可能である。図１９Ａ及び１９Ｂでは、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）２０に設ける進行波電極の図示を省略している。図１９Ａでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるのに対し、図１９Ｂでは、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜している。
光導波路を伝播する光は、通常、複数のモードの重ね合わせとして表されるが、シングルモードの場合、導波路を伝播する光は１つのモードのみからなる。しかしながら、導波路断面における高さ方向と幅方向の寸法が近い場合は、通常、主電界が幅方向のモード（ここでは便宜的にＴＥモードと呼ぶ）、及び主電界が高さ方向のモード（ここでは便宜的にＴＭモードと呼ぶ）の２つが存在する。
ＱＰＳＫ用光変調器は、上述したように２つのＭＺＩ２０と、入射光を２つのＭＺＩ２０に分岐する光分岐部１６と、各ＭＺＩ２０からの出射光を合波する光合波部１８と、光合波部１８の前段に配置されたπ／２シフト調整部２７を有する。
ＤＰ−ＱＰＳＫ用光変調器は、２つのＱＰＳＫ用光変調器に共通する光分岐部１６Ａと、光分岐部１６Ａを各ＱＰＳＫ用光変調器の光分岐部１６と接続する２つの光導波路１７Ａと、２つのＱＰＳＫ用光変調器に共通する光合波部１８Ａと、この光合波部１８Ａを各ＱＰＳＫ用光変調器の光合波部１８と接続する２つの光導波路１９Ａを有する。

【0069】

ＤＰ−ＱＰＳＫ用光変調器では、通常の導波路にＴＥ／ＴＭの２つのモードが存在できることを利用して、ＴＥ偏光で入力した光を分岐して、各々ＱＰＳＫ信号に変更した後、片方の偏光を回転させてＴＭ偏光とし、さらに２つの偏光を偏光合成部（コンバイナ）で同一の導波路上に合成して、ＴＥ／ＴＭ両偏波に独立したＱＰＳＫ信号を有するＤＰ−ＱＰＳＫ変調を行う。偏波回転素子２８は、ＱＰＳＫ用光変調器の光合波部１８の後段の光導波路１９Ａに設けられている。偏波合成素子２９は、ＤＰ−ＱＰＳＫ用光変調器の光合波部１８Ａと一体に成形され、光導波路１９Ａより入射した光を、ＴＥ、及びＴＭの二つの偏波状態としての後段の光導波路１５に接続する。また、本実施形態では、偏波合成素子２９と偏波回転素子２８の位置は分離されているが、一体の機能を持つ偏波回転合成素子を設けることも可能である。
上述したものと同様の等長化部１９ｂ，１９ｄを、ＱＰＳＫ用光変調器の光合波部１８の前段の光導波路１９（等長化部１９ｂ）や、ＤＰ−ＱＰＳＫ用光変調器の光合波部１８Ａの前段の光導波路１９Ａ（等長化部１９ｄ）に設けることが好ましい。

【0070】

図１９Ａ及び１９Ｂでは、２か所に偏波回転素子２８を設けることが可能であるが、通常は片側に配置させればよい。同じ光合波器に合波される２つの光導波路は、長さを等しくすることが好ましい。偏波回転素子２８や偏波合成素子２９としては、非特許文献２に記載されているものが挙げられる。偏波回転素子２８及び偏波合成素子２９に給電する電極３８，３９、又は図１８Ａ及び１８Ｂと同様に位相調整部２５に給電する電極３５が必要であれば、適宜、辺１１ａ又は辺１１ｂに向けて配置することができる。
本実施形態によれば、複雑な構成を有する光変調器であっても、電極部を最短で位相変調部に到達させることができる。また、位相変調部への電気信号が素子の同一の方向から入力できるため、パッケージの高周波信号の入力口を同一方向に設けることができる。

【0071】

（ＰＤ集積）
図２０Ａ及び２０Ｂにフォトダイオード（ＰＤ）を集積した実施形態を示す。非特許文献３に記載されているように、シリコン導波路上にＰＤ６０を集積することも可能である。この実施形態では、側部（線Ｌ２と辺１１ｄの間）に配置した光合波部２２の後段にＰＤ６０を配置している。図２０Ａでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるのに対し、図２０Ｂでは、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜している。

【0072】

（両方の側部に他の要素を持つ例）
図２１Ａ及び２１Ｂでは、光入射部１２に近い側部（線Ｌ１と辺１１ｃの間）に光分岐部２１の前段に高次モード除去部６１を設け、光出射部１４に近い側部（線Ｌ２と辺１１ｄの間）に配置した光合波部２２の後段にＰＤ６０を配置している。ここで、高次モード除去部とは、本導波路をマルチモード導波路として設計した場合に適用可能な構造であり、不要な高次モードを導波路から取り除く構造を持つ。例えばシリコン上に集積することもできる。
本発明はこれに限られず、マッハツェンダ干渉計２０の前後に、図５Ａ及び５Ｂのような位相調整部２５を設けることもできる。

【0073】

（光入射部と光出射部を同じ側に配置した構成例）
これまで図示した実施形態（例えば図１Ａ参照）は、光入射部１２及び光出射部１４がそれぞれ異なる辺１１ｃ、１１ｄに配置されているが、図２２Ａ及び２２Ｂに示すように、光入射部１２及び光出射部１４を同じ辺１１ｅに配置することもできる。この配置によれば、ファイバアレイを利用して光入射部１２と光出射部１４を同時に調心することができる。なお、図２２Ａでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるのに対し、図２２Ｂでは、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜している。

【0074】

（光入射部及び／又は光出射部を基板上に配置した構成例）
これまで図示した実施形態（例えば図１Ａ参照）は、光入射部１２及び光出射部１４がそれぞれ基板型光導波路１１の端部に設けられ、外部の光ファイバと光結合させることができるものであるが、図２３Ａ及びＣに示すように、受光器等の光出射部１４Ａを基板上に設けたり、図２３Ｂ及びＤに示すように、光源等の光入射部１２Ａを基板上に設けたりすることもできる。図２３Ａ及びＣの場合、光出射部１４Ａは、進行波電極３０とその側方の辺１１ｄとの間に設けられているが、辺１１ｄには接していない。また、図２３Ｂ及びＤでは、光入射部１２Ａは、進行波電極３０とその側方の辺１１ｃとの間に設けられているが、辺１１ｃには接していない。なお、図２３Ａおよび２３Ｂでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるのに対し、図２３Ｃ及び２３Ｄでは、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜している。

【0075】

（複数のマッハツェンダ干渉計を含む他の例）
図２４Ａ及び２４Ｃに示すように、２つのマッハツェンダ干渉計２０を並列に接続したり、図２４Ｂ及びＤに示すように、２つのマッハツェンダ干渉計２０を独立に設けられたりすることもできる。図２４Ａおよび２４Ｂでは位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して垂直であるのに対し、図２４Ｃ及び２４Ｄでは、位相変調部２４の長手方向が２つの辺１１ａ，１１ｂに対して傾斜している。
なお、図１７Ａ，１７Ｂ及び図１８Ａ，１７Ｂも２つのマッハツェンダ干渉計２０を並列に接続した例に該当するが、図２４Ａ及び２４Ｃの場合、１つの光入射部１２から導波路１３を、共通の光分岐部１６により２つの導波路１７に分岐し、それぞれを２つのマッハツェンダ干渉計２０に接続している。また、それぞれのマッハツェンダ干渉計２０の出力を合波することなく、導波路１５を介して光出射部１４から出射している。図２４Ａ及び２４Ｃでは、１つの基板に光入射部１つと光出射部２つを設けているが、光入射部１つと光出射部３つ以上を設けてもよい。また、光入射部２つと光出射部１つを設けたり、光入射部３つ以上と光出射部１つとを設けたり、種々のバリエーションが可能である。
図２４Ｂ及び２４Ｄの場合、１つの基板型光導波路１１に、光入射部１２及び光出射部１４がそれぞれ複数設けられている。また、それぞれの光入射部１２と光出射部１４との間にマッハツェンダ干渉計２０が設けられ、光入射部１２から光出射部１４に至る経路が独立に配置されている。

【0076】

（シリコン導波路の曲げ半径）
非特許文献４によると、シリコン導波路では数μｍまで、光損失の増加なく曲げることが可能である。従って、位相変調部から、電極構造間の距離は、曲げ半径と、結合部の長さ、また、さらに、複数本導波路が並ぶ場合にはこの導波路間隔によることになる。
例えば、導波路の曲げ半径を１０μｍとすると過剰な光損失なく曲げを構成することが可能である。また、簡単のため、図１０Ａ及び１０Ｂに示すＭＭＩ５７を光分岐部又は光合波部に用い、ＭＭＩ５７の配置に必要な長さも１０μｍとする。

【0077】

図２５Ａ及び２５Ｂは、図１Ａ及び１Ｂのように一組のマッハツェンダ干渉計２０からなる場合である。図２５Ａの場合、位相変調部２４からの９０°の曲げにつき１０μｍの距離が必要となり、ＭＭＩ５７への曲げで１０μｍ、ＭＭＩ５７に１０μｍ、光導波路２６への曲げ部で１０μｍが必要であり、電極パッド３０ａまでの距離を１０μｍとすると、位相変調部２４と電極パッド３０ａの間を５０μｍで構成することが可能である。図２５Ｂの場合、位相変調部２４からの９０°前後の曲げにつき１０μｍの距離が必要となり、ＭＭＩ５７への曲げで１０μｍ、ＭＭＩ５７に１０μｍ、光導波路２６への曲げ部で１０μｍが必要であり、電極パッド３０ａまでの距離を１０μｍとすると、位相変調部２４と電極パッド３０ａの間を５０μｍで構成することが可能である。
図２６Ａ及び２６Ｂは、図５Ａ及び５Ｂのように光合波部を側部に配置した場合である。この場合、位相変調部２４からの曲げ半径１０μｍ、２本の光導波路２６の間隔１０μｍ、さらに電極パッド３０ａまで１０μｍの間隔を取ると、位相変調部２４と電極パッド３０ａの間隔を３０μｍで構成することが可能である。

【0078】

図２７Ａ及び２７Ｂは、図１７Ａ，Ｂ，及び図２４Ａ及びＣのように２本のマッハツェンダ干渉計２０が組み合わされた場合である。図２７Ａの場合、図２５Ａと同じように、位相変調部２４に接続された曲げが１０μｍ，その後、光分岐部２１又は光合波部２２を経て９０°曲げまでが３０μｍ、さらに光導波路１７，１９を２本、光分岐部１６又は光合波部１８で合わせて曲げるまでに３０μｍ、光導波路１３，１５から電極パッド３０ａまでの間隔を１０μｍとすれば、位相変調部２４と電極パッド３０ａの間隔は合計８０μｍで構成が可能である。
図２７Ｂの場合、図２５Ｂと同じように、位相変調部２４に接続された曲げが１０μｍ，その後、光分岐部２１又は光合波部２２を経て９０°前後の曲げまでが３０μｍ、さらに光導波路１７，１９を２本、光分岐部１６又は光合波部１８で合わせて曲げるまでに３０μｍ、光導波路１３，１５から電極パッド３０ａまでの間隔を１０μｍとすれば、位相変調部２４と電極パッド３０ａの間隔は合計８０μｍで構成が可能である。

【0079】

図２８Ａ及び２８Ｂは、図６Ａ及び６Ｂのように光合波部を位相変調部の内側に向けて配置した場合である。図２７Ａ及び２７Ｂと同様に、２本のマッハツェンダ干渉計２０が組み合わされているが、位相変調部２４と電極パッド３０ａの間隔を４０μｍとすることも可能である。また、図１Ａ〜１Ｃのように一組のマッハツェンダ干渉計２０からなる場合について考察すると、位相変調部２４と電極パッド３０ａの間隔を３０μｍとすることも可能である。
図２８Ａでは、図２７Ａに比べて光分岐部２１又は光合波部２２が２０μｍ下方にずれており、光分岐部２１又は光合波部２２から９０°曲げの１０μｍの位置と、導波路２３ｄから導波路１７，１９までの間隔１０μｍの位置とが、左右に揃っている。また、図２８Ｂでは、図２７Ｂに比べて光分岐部２１又は光合波部２２が２０μｍ下方にずれており、光分岐部２１又は光合波部２２から９０°前後の曲げの１０μｍの位置と、導波路２３ｄから導波路１７，１９までの間隔１０μｍの位置とが、左右に揃っている。
それゆえ、一組のマッハツェンダ干渉計２０からなる場合では、図２５Ａ及び２５Ｂの５０μｍよりも２０μｍ短い３０μｍで済む。また、図２８Ａ及び２８Ｂのように２本のマッハツェンダ干渉計２０が組み合わされた場合でも、図２７Ａ及び２７Ｂの８０μｍよりも２０μｍの２倍だけ短い４０μｍで済む。
なお、光分岐部２１又は光合波部２２の位置をさらに下方に（左右の位相変調部２４の間に向けて）ずらしても、導波路２３ｄを位相変調部２４の端部から９０°または９０°前後曲げるのに１０μｍ必要で、さらにその位置から導波路１７，１９までに間隔１０μｍが必要であるから、結果は同様となる。

【0080】

さらに、図２５Ａ〜２８Ｂにおいて、曲げ半径１０μｍ、導波路間隔１０μｍというのは、前述のとおり実現可能な一例であるが、これに限らず、さらに狭めることも可能である。
上記例は矩形導波路について説明したが、リブ型導波路では、光損失の低減が図れる一方、曲げ半径が大きくなる、しかし、例えば曲げ半径を２倍にしても、電極パッドと位相変調部との間の距離は２倍以下であり、おおむね１００μｍ〜２００μｍの電極パッド−位相変調部間距離の実現が可能である。
なお、図２５Ｂ，２６Ｂ，２７Ｂ，及び２８Ｂにおいて、位相変調部２４の長手方向がチップの幅方向（上記図の左右方向）に対して傾斜している場合、例えば図２５Ｂの左側では位相変調部２４から９０°未満の曲げでよく、一方、右側では位相変調部２４から９０°より大きい曲げが必要となる。この場合、光分岐部２１又は光合波部２２と位相変調部２４との間において、２つのアーム部２３の導波路長が等しくなるように調整することが好ましい。

【0081】

（光変調素子モジュール）
図２９及び図３０に光変調素子モジュールの実施形態を示す。図３０は、図２９のＭ−Ｍ線に沿う断面図である。パッケージ（筐体）の上部を覆う蓋は省略している。
この光変調素子モジュール７０は、光変調素子チップ７１をパッケージ７２に収容する。パッケージ７２は、例えばセラミック等の絶縁体からなる。光変調素子チップ７１は、チップキャリア７３の中央くぼみ部７３ａに配置され、はんだ付け等で固定されている。チップキャリア７３の長手方向の両側には、それぞれ、メタライズパターン７５を形成したメタライズパターン形成部７６と、終端回路基板７７を配置した終端回路配置部７８が設けられている。

【0082】

メタライズパターン７５は、図３１に示すように、ストリップ線路７５ａとしてＧＳＧＳＧの電極パターンを有する。電極を構成する金属は特に限定されないが、例えば金（Ａｕ）が挙げられる。メタライズパターン７５はワイヤ７４（図３０参照）によって光変調素子チップ７１の進行波電極の入力部（図１５Ａ及び１５Ｂの入力部３１参照）と電気的に接続されている。信号入力線を外部のリード線の間隔に合わせるために、図２９に示すように、光変調素子チップ７１側では狭く、パッケージ７２の端部に向かって広がる、逆Ｖ字型のパターンである。また、中心軸に対して左右対称である。
また、図３１のメタライズパターン７５は、光変調素子チップ７１の内部に有する、フィードバック動作用のＰＤへの入出力配線のためのパッド７５ｂを、ストリップ線路７５ａの左側で光変調素子チップ７１の近傍に有する。

【0083】

終端回路基板７７は、５０Ωの終端回路を、中心軸に対して左右対称に、はんだ付け等で固定している。終端回路基板７７はワイヤ７４（図３０参照）によって光変調素子チップ７１の進行波電極の出力部（図１５Ａ及び１５Ｂの出力部３２参照）と電気的に接続されている。ワイヤ７４としては、特に限定されないが、Ａｕワイヤが挙げられる。入力部及び出力部のそれぞれにつき、ＧＳＧＳＧの各５本をボンディングする。

【0084】

光結合系として、光入射部又は光出射部と光ファイバ８０との間に、それぞれ２つのレンズ８１，８２が設けられる。第１レンズ８１は、ＹＡＧレーザを用いた溶接によりチップキャリア７３上の治具（図示せず）に固定され、光変調素子チップ７１の左右にそれぞれ配置されている。第２レンズ８２は、光ファイバ８０とともにパッケージ７２の外壁部７２ａに接続されている。
光変調素子チップ７１の光入射部又は光出射部（図１５Ａ及び１５Ｂの光入射部１２、光出射部１４参照）と、第１レンズ８１、第２レンズ８２、さらに光ファイバ８０は、一直線上に配置されている。光変調素子チップ７１は、チップキャリア７３の中央部で、かつパッケージ７２の中央部に配置されている。

【0085】

寸法の一例を下記に示す。横寸法は図２９の左右方向、縦寸法は図２９の上下方向、高さは図３０の上下方向である。
パッケージ７２の横寸法：１８．２ｍｍ。
パッケージ７２の縦寸法：１４．８ｍｍ。
パッケージ７２の高さ：６．７ｍｍ。
メタライズパターン７５の縦寸法：３ｍｍ。
チップキャリア７３の縦寸法：６ｍｍ。
終端回路配置部７８の縦寸法：３ｍｍ。
リード線の間隔：１ｍｍ。
光変調素子チップ７１の短尺面：１．４ｍｍ。
光変調素子チップ７１の長尺面：４．９ｍｍ。
光導波路結合部の短尺面端からの距離（図１５Ａ及び１５Ｂの辺１１ａから光入射部１２まで、及び辺１１ｂから光出射部１４までに相当）：各１．５５ｍｍ。
進行波電極の間隔：０．５ｍｍ。
Ａｕワイヤの直径：２５μｍ。
第１レンズの直径：２．５ｍｍ。
第１レンズ８１を固定する治具の長さ：５ｍｍ。

【0086】

（逆テーパ部構造）
モードフィールドコンバータ（ＭＦＣ）で用いる逆テーパ部構造については、例えば図３２（非特許文献４のＦｉｇ２を参照）に示すような構造が提案され、実証されている。
図３２において、光ファイバなどの外部のデバイスを、図の左奥に配置し、テーパ先端部に向かって、モードが広くなることを利用して高効率な光結合を実現することができる。
例えばシリカ等の下部クラッド９１上にシリコンコアの矩形導波路９２が配置され、矩形導波路９２の先端部が逆テーパ導波路９３となっている。逆テーパ導波路９３の周囲は樹脂（ポリマー）等のクラッド９４で覆われる。さらに、矩形導波路９２の上などを含めて、上部クラッド９５が設けられる。

【0087】

（クラッドの厚み）
上述したように光導波路を電極の下部に通して両者が上下に交差する場合、電極に使用する金属により導波路の光損失（以下、導波路損失という。）の増大を招くおそれがある。そのため、電極と導波路の間には適切な間隔を確保することが好ましい。
クラッドの厚みに関して、シミュレーションの結果を示す。メタルによる電極が光導波路の上部に配置される場合の導波路損失を、リブ型導波路及び矩形導波路についてそれぞれシミュレーションにより求めた。

【0088】

シミュレーションに用いたモデルは、リブ型導波路については図３３Ａに示す構造であり、コア１０４はリブ部１０１及び両側のスラブ部１０２からなり、リブ部１０１の幅ｗ_ｒ＝５００ｎｍ、リブ部１０１の高さｈ_ｒ＝２２０ｎｍ、スラブ部１０２の高さｈ_ｓ＝９５ｎｍ、下部クラッド１０３の厚さｈ_ｕ＝２μｍとし、コア１０４の下面から電極１０６の下面までの高さｈを変数とした。矩形導波路については図３３Ｂに示す構造であり、コア１０７の幅ｗ_ｃ＝５００ｎｍ、コア１０７の高さｈ_ｒ＝２２０ｎｍ、下部クラッド１０３の厚さｈ_ｕ＝２μｍとし、コア１０７の下面から電極１０６の下面までの高さｈを変数とした。この場合、高さｈは上部クラッド１０５の厚みに相当する。
クラッド１０３，１０５の材料はシリカ（ＳｉＯ_２）とし、コア１０４，１０７の材料はシリコン（Ｓｉ）とし、電極１０６の材料はアルミニウム（Ａｌ）とした。

【0089】

シミュレーションでは、電極１０６もクラッド１０３，１０５と同じくシリカから構成されると仮定して、シリコンのコア１０４，１０７に対して求めた導波モードのうち、電極１０６の領域に存在する光パワーの割合を求めた。さらに、アルミの消光係数から電極１０６による実効的な光損失を計算した。得られた結果を図３４に示す。

【0090】

シミュレーション結果によると、ｈ＝０．６〜１．０μｍまでの間で急激に光損失は減少し、ｈが１μｍ以上であれば、導波路長に対する導波路損失は１０ｄＢ／ｃｍ以下となる。する。電極の下に位置する導波路長は、電極のサイズから１００μｍ前後と想定される。このことから、クラッド厚が１μｍ以上であれば、光導波路が電極の下を通過することによる過剰な光損失（以下、過剰損失という。）は０．１ｄＢ以下となる。
シリコン導波路の光損失が１〜２ｄＢ／ｃｍ程度であることを考慮すると、シリコン導波路の全長は１ｃｍ以上と想定されることから、０．１ｄＢ程度の過剰損失は１／１０以下となり、影響は十分に小さくなる。
そこで、基板型光導波路のコアの上面と進行波電極との間にシリカからなるクラッド（図３３Ａ及び３３Ｂの上部クラッド１０５）が設けられる場合、コアと進行波電極とが上下に交差する位置において、クラッドの厚み（図３３Ａ及び３３Ｂのｈ）が１μｍ以上であることが好ましい。また、コアと進行波電極とが上下に交差する位置では、光導波路が位相変調部（リブ型導波路）以外の部分であることが好ましく、矩形導波路の部分であることが好ましい。

【0091】

ｈ＝１．２μｍとしたときの矩形導波路の電極による過剰損失の測定結果を図３５に示す。ここで、電極による過剰損失とは、電極が矩形導波路の上部にある場合の光損失から、電極が矩形導波路の上部にない場合の光損失を減じた差をいう。
通信波長１．５５μｍでの過剰損失（図３５のＷＧＬｏｓｓ）は０．５ｄＢ／ｃｍであり、電極の下部を光導波路が通過する影響（過剰損失）を小さく抑えたまま、高周波電極での高周波信号の減衰を抑えた光変調器を構成することが可能である。

【0092】

以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
それぞれの実施形態や構成例などで説明した特徴は、技術的に矛盾のない限り、それぞれ任意に組み合わせることが可能である。

【0093】

図４Ａ，４Ｂ，５Ａ，及び５Ｂでは、位相調整部２５等の他の要素を、アーム部２３のうち、位相変調部２４と光合波部２２との間に挿入している。これと同様に、位相変調部２４と光分岐部２１との間に他の要素を挿入してもよい。また、図５Ａ及び５Ｂのように構成する場合は、光分岐部２１が前記外側の領域（線Ｌ１と辺１１ｃとの間の領域）に位置し、光入射部１２の近くに配置されてもよい。

【0094】

第２実施形態（図３Ａ及び３Ｂ）や第５実施形態（図６Ａ及び６Ｂ）等において、２つの線Ｌａ，Ｌｂを定義する際に、辺１１ａ，１１ｂが互いに平行でない場合、線Ｌａ，Ｌｂを独立に定義することもできる。例えば、位相変調部２４の光分岐部２１側の端部２４ａから延長する線Ｌａは、入力部３１が配置される辺１１ａと平行にとり、位相変調部２４の光合波部２２側の端部２４ｂから延長する線Ｌｂは、出力部３２が配置される辺１１ｂと平行にとることもできる。

【符号の説明】

【0095】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｉ，１０Ｊ，１０Ｋ，１０Ｍ，１００，１１０，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｋ，１００Ｌ…光変調素子、１１…基板型光導波路、１２，１１２…光入射部、１４，１１４…光出射部、２０，１２０…マッハツェンダ干渉計、２１…光分岐部、２２…光合波部、２３…アーム部、２４，１２４…位相変調部、３０，３０Ａ，３０Ｂ…進行波電極、３０Ｇ，１３０Ｇ…接地電極、３０Ｓ，１３０Ｓ…信号電極、３１，１３１…入力部、３２，１３２…出力部。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図13D】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】

【図17A】

【図17B】

【図18A】

【図18B】

【図19A】

【図19B】

【図20A】

【図20B】

【図21A】

【図21B】

【図22A】

【図22B】

【図23A】

【図23B】

【図23C】

【図23D】

【図24A】

【図24B】

【図24C】

【図24D】

【図25A】

【図25B】

【図26A】

【図26B】

【図27A】

【図27B】

【図28A】

【図28B】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33A】

【図33B】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40A】

【図40B】

【図41】

【図42A】

【図42B】