特開 2022-131936 光変調素子および光変調器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022131936

(43)【公開日】2022-09-07

(54)【発明の名称】光変調素子および光変調器

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/035 20060101AFI20220831BHJP

   G02F 1/03 20060101ALI20220831BHJP

   G02B 6/125 20060101ALI20220831BHJP

【ＦＩ】

G02F1/035

G02F1/03 502

G02B6/125 301

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021031191

(22)【出願日】2021-02-26

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(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】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100169694

【弁理士】

【氏名又は名称】荻野 彰広

(72)【発明者】

【氏名】宇都宮 肇

(72)【発明者】

【氏名】菊川 隆

【テーマコード（参考）】

2H147

2K102

【Ｆターム（参考）】

2H147AB11

2H147BA05

2H147BB02

2H147BE03

2H147EA05A

2H147EA13C

2H147EA14B

2H147EA15C

2H147FA04

2H147FA07

2H147FA11

2H147FC01

2K102AA21

2K102BA02

2K102BB01

2K102BB04

2K102BC04

2K102BD01

2K102CA20

2K102CA21

2K102DA02

2K102DA05

2K102DB04

2K102DD05

2K102EA02

2K102EA22

(57)【要約】

【課題】印加する直流バイアス電圧を低く抑えることが可能な光変調素子を提供する。
【解決手段】本発明の光変調素子１００は、ニオブ酸リチウムでない材料からなる基板と、基板上でマッハツェンダー型光導波路１０を構成し、分岐部１５と結合部１６を結ぶ第１光導波路１１、第２光導波路１２を有するニオブ酸リチウム膜と、第１光導波路１１、第２光導波路１２に、各々電界を印加する第１電極２５、第２電極２６と、を備え、第１リッジ部１１及び第２リッジ部１２は長さ方向に直交する断面形状定形部を有し、第１リッジ部１１、第２リッジ部１２の少なくとも一方は断面形状定形部と異なる断面形状非定形部を有し、前記第１電極と前記第２電極の間に印加する直流バイアス電圧を０（Ｖ）とした場合の光出力が、直流バイアス電圧を所定の範囲で変化させた場合の光出力の最大値より小さい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ニオブ酸リチウムと異なる材料からなる基板と、
前記基板の一方の主面に形成されたマッハツェンダー型光導波路を構成し、分岐部と結合部を結ぶ第１光導波路と第２光導波路としてそれぞれ機能する第１リッジ部と第２リッジ部を有するニオブ酸リチウム膜と、
前記第１光導波路に電界を印加する第１電極と、
前記第２光導波路に電界を印加する第２電極と、を備え、
前記第１リッジ部及び前記第２リッジ部は長さ方向に直交する断面形状が互いに同じである断面形状定形部を有すると共に、前記第１リッジ部及び前記第２リッジ部の少なくとも一方は前記断面形状定形部と異なる断面形状の断面形状非定形部を有し、
前記第１電極と前記第２電極の間に印加する直流バイアス電圧を０（Ｖ）とした場合に得られる光出力が、前記直流バイアス電圧を所定の電圧範囲で変化させた場合に得られる光出力の最大値より小さいことを特徴とする光変調素子。

【請求項2】

前記断面形状非定形部は、前記断面形状定形部と互いに幅が異なることを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。

【請求項3】

前記断面形状非定形部は、前記断面形状定形部と互いに断面積が異なることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光変調素子。

【請求項4】

前記断面形状非定形部は、前記第１電極及び前記第２電極のいずれにも重畳しない領域に配置することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の光変調素子。

【請求項5】

前記直流バイアス電圧を０（Ｖ）とした場合に得られる光出力が、前記直流バイアス電圧を所定の電圧範囲で変化させた場合に得られる光出力の最大値と最小値の差の８５％以下であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の光変調素子。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載の光変調素子を備えていることを特徴とする光変調器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光変調素子および光変調器に関する。

【背景技術】

【0002】

インターネットの普及に伴い通信量は飛躍的に増大しており、光ファイバ通信の重要性が非常に高まっている。光ファイバ通信は、電気信号を光信号に変換し、光信号を光ファイバにより伝送するものであり、広周波帯域で動作し、損失が低く、ノイズに強いという長所を有する。

【0003】

光変調器は、電気信号を光信号に変換する。例えば、特許文献１、２には、ニオブ酸リチウム単結晶基板の表面付近にＴｉ（チタン）拡散により光導波路を形成したマッハツェンダー型光変調器が記載されている。また、特許文献２には、光変調器の動作点ドリフトを補正することが記載されている。特許文献１、２に記載の光変調器は、４０Ｇｂ／ｓ以上の高速で動作するが、全長が１０ｃｍ前後と長い。

【0004】

これに対し、特許文献３には、ｃ軸配向のニオブ酸リチウム膜を用いたマッハツェンダー型光変調器が記載されている。ニオブ酸リチウム膜を用いた光変調器は、ニオブ酸リチウム単結晶基板を用いた光変調器と比較して、小型であり、駆動電圧が低い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４－３７６９５号公報

【特許文献2】特許第４１６４１７９号公報

【特許文献3】特開２０１９－４５８８０号公報

【特許文献4】特許第２８１７２９５号公報

【特許文献5】特開平５－２９７３３２号公報

【特許文献6】特開平５－２９７３３３号公報

【特許文献7】特開２００８－５２１０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ニオブ酸リチウムを用いた光変調器は、消光比が大きく、高周波帯域で動作できるため、都市間のような長距離の通信用に用いられている。また、インジウムリンを用いた光変調器も高周波帯域での動作が可能であるため、長距離の通信用に用いられることが期待されている。一方で、近年、データセンター内及びデータセンター間のような短、中距離の通信も増えており、このような用途では、光変調器のサイズを小型化することが求められる。光変調器の小型化にともない、位相変調部が短くなると、位相をπシフトさせるための電圧（半波長電圧）が増大し、動作点電圧を調整するために印加する直流バイアス電圧が増大してしまう。

【0007】

位相変調部を構成する二つの光導波路の長さを非対称にすることにより、二つの光導波路間に直流バイアス電圧を印加していない状態で位相差を発生させ、この状態で動作点電圧をシフトさせる手法が開示されている（特許文献４～６）。特許文献４では、動作点電圧をシフトさせるために、二つの光導波路のうち一方を湾曲させ、他方と長さが異なるようにした光変調器が開示されている。同文献では、分岐部と結合部の位置を二つの光導波路の中心線から離間させて、動作点電圧をシフトさせるとともに、二つの光導波路について分岐前後の角度変化（開き角度）を揃えることにより、分岐光の強さを等しくした光変調器も開示されている。特許文献５、６では、特許文献４と同様の目的で二つの光導波路の長さを非対称にした上で、導波路間の距離を一定に保つ光変調器が開示されている。特許文献４～６で開示されている方法では、光導波路の形状が複雑化し、設計上の制約が大きくなり、さらなる小型化が困難である。

【0008】

特許文献７では、一対の光導波路のうち一方の光導波路の少なくとも一部と、他方の光導波路においてこれと対向する一部とが、互いに異なる幅を有する旨の開示があるが、これは、Ｔｉ拡散導波路によるものである。特許文献７において、二つの光導波路の対向する部分同士で、幅が異なるようにしているのは、光導波路同士の距離を近づけた時の伝搬光の結合を抑圧するためであり、動作点制御に関する記述は全くない。

【0009】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、素子サイズが小さい場合においても、印加する直流バイアス電圧を低く抑え、かつ容易に製造することが可能な光変調素子と、それを備えた光変調器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

【0011】

（１）本発明の一態様に係る光変調素子は、ニオブ酸リチウムと異なる材料からなる基板と、前記基板の一方の主面に形成されたマッハツェンダー型光導波路を構成し、分岐部と結合部を結ぶ第１光導波路と第２光導波路としてそれぞれ機能する第１リッジ部と第２リッジ部を有するニオブ酸リチウム膜と、前記第１光導波路に電界を印加する第１電極と、前記第２光導波路に電界を印加する第２電極と、を備え、前記第１リッジ部及び前記第２リッジ部は長さ方向に直交する断面形状が互いに同じである断面形状定形部を有すると共に、前記第１リッジ部及び前記第２リッジ部の少なくとも一方は前記断面形状定形部と異なる断面形状の断面形状非定形部を有し、前記第１電極と前記第２電極の間に印加する直流バイアス電圧を０（Ｖ）とした場合に得られる光出力が、前記直流バイアス電圧を所定の電圧範囲で変化させた場合に得られる光出力の最大値より小さい。

【0012】

（２）上記（１）に記載の光変調素子において、前記断面形状非定形部は、前記断面形状定形部と互いに幅が異なることが好ましい。

【0013】

（３）上記（２）に記載の光変調素子において、前記断面形状非定形部は、前記断面形状定形部と互いに断面積が異なることが好ましい。

【0014】

（４）上記（１）～（３）のいずれか一つに記載の光変調素子において、前記断面形状非定形部は、前記第１電極及び前記第２電極のいずれにも重畳しない領域に配置することが好ましい。

【0015】

（５）上記（１）～（４）のいずれか一つに記載の光変調素子において、前記直流バイアス電圧を０（Ｖ）とした場合に得られる光出力が、前記直流バイアス電圧を所定の電圧範囲で変化させた場合に得られる光出力の最大値と最小値の差の８５％以下であることが好ましい。

【0016】

（６）本発明の一態様に係る光変調器は、上記（１）～（５）のいずれか一つに記載の光変調素子を備えている。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、印加する直流バイアス電圧を低く抑え、かつ容易に製造することが可能な光変調素子と、それを備えた光変調器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】一実施形態にかかる光変調器のブロック図である。

【図2】一実施形態にかかる光変調素子の平面図である。

【図3】一実施形態にかかる光導波路の平面図である。

【図4】一実施形態にかかる光変調素子の断面図である。

【図5】一実施形態にかかる光変調素子の断面図である。

【図6】一実施形態にかかる光変調器の印加電圧と出力との関係を示す図である。

【図7A】一実施形態にかかる光変調器の一例の光変調を説明するための図である。

【図7B】一実施形態にかかる光変調器の他の例の光変調を説明するための図である。

【図7C】一実施形態にかかる光変調器の他の例の光変調を説明するための図である。

【図8A】図７Ａに示した光変調器の印加電圧と消光比との関係を示す図である。

【図8B】図７Ｂに示した光変調器の印加電圧と消光比との関係を示す図である。

【図8C】図７Ｃに示した光変調器の印加電圧と消光比との関係を示す図である。

【図9】実施例、比較例にかかる光変調器の光出力特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0020】

まず、方向について定義する。基板（基材）Ｓｂの一面の一方向をｘ方向、ｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。ｘ方向は、例えば、第１光導波路１１が延在する方向である。ｚ方向は、基板Ｓｂの一面と垂直な方向である。ｚ方向は、ｘ方向及びｙ方向と直交する方向である。以下、＋ｚ方向を「上」、－ｚ方向を「下」と表現する場合がある。上下は、必ずしも重力が加わる方向とは一致しない。

【0021】

図１は、第１実施形態に係る光変調器２００のブロック図である。光変調器２００は、光変調素子１００と駆動回路１１０と直流バイアス印加回路１２０と直流バイアス制御回路１３０とを有する。光変調器２００の制御部１４０は、駆動回路１１０と直流バイアス印加回路１２０と直流バイアス制御回路１３０と、を有する。

【0022】

光変調素子１００は、電気信号を光信号に変換する。光変調素子１００は、入力された入力光Ｌ_ｉｎを変調信号Ｓｍに応じて出力光Ｌ_ｏｕｔに変換する。

【0023】

駆動回路１１０は、変調信号Ｓｍに応じた変調電圧Ｖｍを光変調素子１００に印加する。直流バイアス印加回路１２０は、直流バイアス電圧Ｖｄｃを光変調素子１００に印加する。直流バイアス制御回路１３０は、出力光Ｌｏｕｔをモニターし、直流バイアス印加回路１２０から出力される直流バイアス電圧Ｖｄｃを制御する。この直流バイアス電圧Ｖｄｃを調整することより、後述する動作点Ｖｄが制御される。

【0024】

図２は、ｚ方向から見た光変調素子１００の平面図である。図３は、光変調素子１００の光導波路１０をｚ方向から見た平面図である。図４は、図２におけるＸ１－Ｘ１’に沿って切断した断面である。図５は、図２におけるＸ２－Ｘ２’に沿って切断した断面である。

【0025】

光変調素子１００は、ニオブ酸リチウムと異なる材料からなる基板Ｓｂと、基板Ｓｂの一方の主面に形成されたニオブ酸リチウム膜（酸化膜）４０と、を備えている。ニオブ酸リチウム膜４０は、基板Ｓｂと反対側に突出する第１リッジ部１１および第２リッジ部１２を有する。第１リッジ部１１、第２リッジ部１２は、それぞれ、マッハツェンダー型光導波路１０を構成し、分岐部１５と結合部１６を結ぶ第１光導波路、第２光導波路として機能する。以下では、第１光導波路について符号１１を用いて第１光導波路１１、同様に、第２光導波路について符号１２を用いて第２光導波路１２と称する場合がある。光変調素子１００は、さらに、第１光導波路１１に電界を印加する第１電極２５と、第２光導波路１２に電界を印加する第２電極２６と、を備えている。

【0026】

第１電極２５、第２電極２６には、少なくとも、両電極間に変調電圧を印加する交流電源３１（駆動回路１１０）と、両電極間に直流バイアス電圧を印加する直流電源３３（直流バイアス印加回路１２０）が接続される。ここでは、第１電極２５が、交流電源３１接続用の交流第１電極２１と直流電源３３接続用の直流第１電極２３とに分かれており、第２電極２６が、交流電源３１接続用の交流第２電極２２と直流電源３３接続用の直流第２電極２４とに分かれている場合を例示している。交流第１電極２１と直流第１電極２３とは、一体化されていてもよいし、別体として分離されていてもよい。また、交流第２電極２２と直流第１電極２４とは、一体化されていてもよいし、別体として分離されていてもよい。以下では、交流第１電極２１、交流第２電極２２、直流第１電極２３、直流第２電極２４について、それぞれ電極２１、電極２２、電極２３、電極２４と呼ぶことがある。

【0027】

光変調素子１００は、基板Ｓｂを含む。基板Ｓｂとしては、ニオブ酸リチウム膜（ＬＮ膜）等の酸化膜４０を、エピタキシャル膜として形成させることができる基板であればよく、サファイア単結晶基板もしくはシリコン単結晶基板が好ましい。基板Ｓｂの結晶方位は特に限定されない。なお、ニオブ酸リチウム膜は、さまざまな結晶方位の基板Ｓｂに対して、ｃ軸配向のエピタキシャル膜として形成されやすいという性質を有している。ｃ軸配向のニオブ酸リチウム膜を構成する結晶は、３回対称の対称性を有しているので、下地の基板Ｓｂも同じ対称性を有していることが望ましく、サファイア単結晶基板の場合はｃ面、シリコン単結晶基板の場合は（１１１）面の基板が好ましい。

【0028】

光導波路１０は、内部を光が伝搬する光の通路である。光導波路１０は、例えば、第１光導波路１１と第２光導波路１２と入力路１３と出力路１４と分岐部１５と結合部１６とを有する。図３に示す第１光導波路１１及び第２光導波路１２は分岐部１５の近傍及び結合部１６の近傍以外は、ｘ方向に延びる構成であるが、このような構成に限定されない。図３に示す第１光導波路１１と第２光導波路１２の長さは、略同一である。分岐部１５は、入力路１３と第１光導波路１１及び第２光導波路１２との間にある。入力路１３は、分岐部１５を介して、第１光導波路１１及び第２光導波路１２と繋がる。結合部１６は、第１光導波路１１及び第２光導波路１２と出力路１４との間にある。第１光導波路１１と第２光導波路１２とは、結合部１６を介して、出力路１４と繋がる。

【0029】

光導波路１０は、ニオブ酸リチウム膜４０の第１面４０ａから突出するリッジ部である第１光導波路１１及び第２光導波路１２を含む。第１面４０ａは、ニオブ酸リチウム膜４０のリッジ部以外の部分における上面である。二つのリッジ部（第１リッジ部、第２リッジ部）は、第１面４０ａからｚ方向に突出し、光導波路１０に沿って延在する。本実施形態では、第１リッジ部を第１光導波路１１とし、第２リッジ部を第２光導波路１２として機能させる。

【0030】

本発明の光変調素子は、第１リッジ部及び第２リッジ部は光導波路の長さ方向（光の伝搬方向）に直交する断面形状が互いに同じである断面形状定形部を有すると共に、第１リッジ部及び第２リッジ部の少なくとも一方は断面形状定形部と異なる断面形状の断面形状非定形部を有する。ここで、かかる第１リッジ部及び第２リッジ部の構成は、直流バイアス電圧が０Ｖである場合でも２本の光導波路を伝搬してきた光が結合部で位相差を生じるように構成されている。換言すると、仮に第１リッジ部及び第２リッジ部の少なくとも一方は断面形状定形部と異なる断面形状の断面形状非定形部を有する構成であったとしても、直流バイアス電圧が０Ｖである場合に２本の伝搬光が位相差を生じない場合には本発明の光変調素子に該当しない。
以下では、直流バイアス電圧が０Ｖである場合に２本の光導波路を伝搬してきた光を結合部で位相差を生じさせる断面形状非定形部について非対称部分ということがある。

【0031】

図２及び図３に示す光導波路１０は、第２リッジ部１２のみが非対称部分として断面形状非定形部１２ｂを有する構成であるが、第１リッジ部１１及び第２リッジ部１２の両方が断面形状非定形部を有してもよい。
光導波路１０は、第２リッジ部１２が断面形状定形部１２ａ以外に断面形状非定形部１２ｂを有し、第１リッジ部１１が断面形状定形部１１ａのみを有する構成である。

【0032】

本実施形態では、典型的な例として、２本のリッジ部のうち、一方のリッジ部のみが断面形状非定形部を有し、その断面形状非定形部の断面形状が矩形であって、幅のみが断面形状定形部と異なり、高さ（厚み）が同じである場合を図２～図５を参照して説明する。この場合、断面形状定形部と断面形状非定形部で互いに断面形状の面積（断面積）が異なる。
なお、断面形状定形部及び断面形状非定形部は両方又は一方が、その断面形状において高さ方向（ｚ方向）で幅が異なっている（変動している）構成の場合もある（例えば、断面形状が三角形や台形等）。そこで、この場合も含めて、本明細書において、断面形状定形部及び断面形状非定形部の「幅」とは、断面形状において高さ方向（ｚ方向）の最大値の半分となる位置での、基板Ｓｂの主面に平行な方向の幅を意味する。ここで、断面形状における断面とは上述の通り、光導波路の長さ方向（光の伝搬方向）に直交する断面である。

【0033】

図４及び図５に示した符号を用いてこの例の断面形状非定形部の特徴を説明すると、幅については、第２リッジ部１２の断面形状非定形部１２ｂの幅Ｗ２は第２リッジ部１２の断面形状定形部１２ａの幅Ｗ２_０及び第１リッジ部１１全体の幅Ｗ１_０と異なっており（Ｗ２＞Ｗ２_０＝Ｗ１_０）、高さ（厚み）については、第２リッジ部１２（断面形状定形部１２ａ及び断面形状非定形部１２ｂ（高さ：Ｈａ））、及び、第１リッジ部１１（高さ：Ｈｂ）で同じである。

【0034】

断面形状非定形部１２ｂの断面形状は、断面形状定形部１２ａの断面形状と異なる限りは特に制限はない。なお、断面形状非定形部及び断面形状定形部の互いの断面形状が相似関係にある場合にも上記の位相差を生じる限りは互いの断面形状が異なるものとする。
また、断面形状非定形部１２ｂの長さＬについても特に制限はなく、所望の位相差に合わせて適宜、決定できる。

【0035】

非対称部分として断面形状非定形部を設けることにより、第１光導波路と第２光導波路とで群速度の違いが生じ、それによって位相差が発生するが、この観点から、断面形状非定形部のリッジの断面形状については、特に限定されることがなく、例えば、矩形、台形、三角形、半円形等が挙げられる。また、断面形状非定形部の大きさ（図３であればＬやＷ２）や数についても、特に限定されることがなく、単数であってもよいし、複数であってもよい。断面形状非定形部が複数設けられる場合、それらの形状、大きさ等は揃っていてもよいし、揃っていなくてもよい。また、断面形状非定形部は一方の光導波路だけに設けられていてもよいし、両方の光導波路に設けられていてもよい。また、長さ方向における断面形状非定形部の端部には、テーパーが設けられていてもよい。
断面形状非定形部を設けることにより、結果として、直流バイアス電圧０Ｖにおける光出力を、最大値よりも小さくすることで、動作点を制御するための直流バイアス電圧を小さくすることができる。上記断面形状非定形部のリッジの断面形状、大きさ、断面形状非定形部の数等は、必要な動作点のシフト量に応じて設定すればよい。

【0036】

第１リッジ部１１、第２リッジ部１２の断面形状定形部の断面形状は、光を導波できる形状であればよく、例えば矩形、台形、三角形、半円形等であってもよい。二つのリッジ部のｙ方向の幅は、０．３μｍ以上５．０μｍ以下であることが好ましく、二つのリッジ部の高さ（第１面４０ａからの突出高さＨａ，Ｈｂ）は、例えば、０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。リッジ部は、ニオブ酸リチウム膜４０と同じ材質から構成される。

【0037】

なお、断面形状非定形部の光導波路上の位置に制限はないが、第１光導波路１１、第２光導波路１２への電界印加をより精度よく行う観点から、断面形状非定形部は、ｚ方向から平面視して、第１電極２５、第２電極２６と重畳しない位置に形成されていることが好ましい。

【0038】

ニオブ酸リチウム膜４０は、例えば、ｃ軸配向したニオブ酸リチウム膜である。ニオブ酸リチウム膜４０は、例えば、基板Ｓｂ上にエピタキシャル成長したエピタキシャル膜である。エピタキシャル膜は、下地の基板によって結晶方位が揃えられた単結晶の膜のことである。エピタキシャル膜は、ｚ方向およびｘｙ面内方向に単一の結晶方位をもった膜であり、結晶がｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向にともに揃って配向しているものである。基板Ｓｂ上に形成されている膜がエピタキシャル膜かどうかは、例えば、２θ－θＸ線回折における配向位置でのピーク強度と極点の確認を行うことで証明することができる。なお、ニオブ酸リチウム膜４０は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ_２を介して設けられたニオブ酸リチウム膜であってもよい。

【0039】

具体的には、２θ－θＸ線回折による測定を行ったとき、目的とする面以外の全てのピーク強度が目的とする面の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下である。例えば、ニオブ酸リチウム膜４０がｃ軸配向エピタキシャル膜である場合には、（００Ｌ）面以外のピーク強度が、（００Ｌ）面の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下である。ここで、（００Ｌ）は、（００１）や（００２）などの等価な面を総称する表示である。

【0040】

また、前述の配向位置でのピーク強度の確認の条件においては、一方向における配向性を示しているのみである。よって、前述の条件を得たとしても、面内において結晶配向がそろっていない場合には、特定角度位置でＸ線の強度が高まることはなく、極点は見られない。例えば、ニオブ酸リチウム膜４０がニオブ酸リチウム膜の場合、ＬｉＮｂＯ_３は三方晶系の結晶構造であるため、単結晶におけるＬｉＮｂＯ_３（０１４）の極点は３つとなる。ニオブ酸リチウムの場合、ｃ軸を中心に１８０°回転させた結晶が対称的に結合した、いわゆる双晶の状態にてエピタキシャル成長することが知られている。この場合、３つの極点が対称的に２つ結合した状態になるため、極点は６つとなる。また、（１００）面のシリコン単結晶基板上にニオブ酸リチウム膜を形成した場合は、基板が４回対称となっているため、４ｘ３＝１２個の極点が観測される。なお、本開示では、双晶の状態にてエピタキシャル成長したニオブ酸リチウム膜もエピタキシャル膜に含める。

【0041】

ニオブ酸リチウムの組成は、Ｌｉ_ｘＮｂＡ_ｙＯ_ｚである。Ａは、Ｌｉ、Ｎｂ、Ｏ以外の元素である。ｘは、０．５以上１．２以下であり、好ましくは０．９以上１．０５以下である。ｙは、０以上０．５以下である。ｚは１．５以上４．０以下であり、好ましくは２．５以上３．５以下である。Ａの元素は、例えば、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｃｅであり、これらの元素を２種類以上の組み合わせても良い。

【0042】

ニオブ酸リチウム膜４０の膜厚は、例えば、２μｍ以下である。ニオブ酸リチウム膜４０の膜厚とは、リッジ部以外の部分の膜厚である。ニオブ酸リチウム膜４０の膜厚が厚いと、結晶性が低下する恐れがある。
またニオブ酸リチウム膜４０の膜厚は、例えば、使用する光の波長の１／１０程度以上である。ニオブ酸リチウム膜４０の膜厚が薄いと、光の閉じ込めが弱くなり、基板Ｓｂやバッファ層３０に光が漏れる。ニオブ酸リチウム膜４０の膜厚が薄いと、ニオブ酸リチウム膜４０に電界を印加しても、光導波路１０の実効屈折率の変化が小さくなるおそれがある。

【0043】

電極２１、２２は、光導波路１０に変調電圧Ｖｍを印加する電極である。電極２１は、第１電極の一例であり、電極２２は、第２電極の一例である。電極２１の第１端２１ａは電源３１に接続され、第２端２１ｂは終端抵抗３２に接続されている。電極２２の第１端２２ａは電源３１に接続され、第２端２２ｂは終端抵抗３２に接続されている。電源３１は、変調電圧Ｖｍを光変調素子１００に印加する駆動回路１１０の一部である。

【0044】

電極２３、２４は、光導波路１０に直流バイアス電圧Ｖｄｃを印加する電極である。電極２３の第１端２３ａ及び電源２４の第１端２４ａは電源３３に接続されている。電源３３は、直流バイアス電圧Ｖｄｃを光変調素子１００に印加する直流バイアス印加回路１２０の一部である。

【0045】

図２では、見易くするために並行して配置した電極２１及び電極２２の線幅、線間を実際よりも広くしている。そのため、電極２１と第１光導波路１１とが重畳する部分の長さ（相互作用長）と、電極２２と第２光導波路１２とが重畳する部分の長さとが、異なるように見えるが、これらの長さ（相互作用長）は略同一である。同様に、電極２３と第１光導波路１１とが重畳する部分の長さ（相互作用長）と、電極２４と第２光導波路１２とが重畳する部分の長さ（相互作用長）とは、略同一である。

【0046】

また電極２１、２２に直流バイアス電圧Ｖｄｃを重畳する場合は、電極２３、２４を設けなくてもよい。また電極２１、２２、２３、２４の周囲に接地電極を設けてもよい。

【0047】

電極２１、２２、２３、２４はバッファ層３０を挟んで、ニオブ酸リチウム膜４０上にある。電極２１、２３は、それぞれ、第１光導波路１１に電界を印加できる。電極２１、２３は、それぞれ、例えば、第１光導波路１１とｚ方向からの平面視で重なる位置にある。電極２１、２３は、それぞれ、第１光導波路１１の上方にある。電極２２、２４はそれぞれ、第２光導波路１２に電界を印加できる。電極２２、２４は、それぞれ、例えば、第２光導波路１２とｚ方向からの平面視で重なる位置にある。電極２２、２４は、それぞれ、第２光導波路１２の上方にある。

【0048】

バッファ層３０は、光導波路１０と電極２１、２２、２３、２４との間にある。バッファ層３０は、リッジ部を被覆し、保護する。またバッファ層３０は、光導波路１０を伝搬する光が電極２１、２２、２３、２４に吸収されることを防ぐ。バッファ層３０は、ニオブ酸リチウム膜４０より屈折率が低い。バッファ層３０は、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＨｆＯ_２、ＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＦ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３等又はこれらの混合物である。

【0049】

光変調素子１００のチップサイズは、例えば、１００ｍｍ^２以下である。光変調素子１００のチップサイズが１００ｍｍ^２以下であれば、データセンター用光変調素子として用いることができる。

【0050】

光変調素子１００は、公知の方法で作製できる。例えばエピタキシャル成長、フォトリソグラフィ、エッチング、気相成長及びメタライズなどの半導体プロセスを用いて、光変調素子１００は製造される。

【0051】

光変調素子１００は、電気信号を光信号に変換する。光変調素子１００は、入力光Ｌ_ｉｎを出力光Ｌ_ｏｕｔに変調する。まず光変調素子１００の変調動作について説明する。

【0052】

入力路１３から入力された入力光Ｌ_ｉｎは、第１光導波路１１と第２光導波路１２に分岐して伝搬する。第１光導波路１１を伝搬する光と第２光導波路１２を伝搬する光との位相差は、分岐した時点ではゼロである。

【0053】

次いで、電極２１と電極２２との間に電圧を印加する。例えば、電極２１と電極２２のそれぞれに、絶対値が同じで、正負が反対であり、位相が互いにずれていない差動信号を印加してもよい。第１光導波路１１及び第２光導波路１２の屈折率は、電気光学効果によって変化する。例えば、第１光導波路１１の屈折率は、基準の屈折率ｎから＋Δｎ変化し、第２光導波路１２の屈折率は、基準の屈折率ｎから－Δｎ変化する。

【0054】

第１光導波路１１と第２光導波路１２との屈折率の違いは、第１光導波路１１を伝搬する光と第２光導波路１２を伝搬する光との間に位相差を生み出す。第１光導波路１１及び第２光導波路１２を伝搬した光は、出力路１４で合流し、出力光Ｌ_ｏｕｔとして出力される。出力光Ｌ_ｏｕｔは、第１光導波路１１を伝搬する光と第２光導波路１２を伝搬する光とを重ね合わせたものである。出力光Ｌ_ｏｕｔの強度は、第１光導波路１１を伝搬する光と第２光導波路１２を伝搬する光の奇数倍の位相差に応じて変化する。例えば、位相差がπの偶数倍の場合は光が強め合い、πの場合は光が弱め合う。このような手順で、光変調素子１００は、電気信号に応じて、入力光Ｌ_ｉｎを出力光Ｌ_ｏｕｔに変調する。

【0055】

光変調素子１００の変調電圧印加用の電極２１、２２には、変調信号に応じた変調電圧Ｖｍが印加される。直流バイアス電圧印加用の電極２３、２４に印加される電圧、つまり、直流バイアス印加回路１２０から出力される直流バイアス電圧Ｖｄｃは、直流バイアス制御回路１３０により制御される。直流バイアス制御回路１３０は、直流バイアス電圧Ｖｄｃを制御することにより、光変調素子１００の動作点Ｖｄを調整する。動作点Ｖｄとは変調電圧振幅の中心となる電圧である。

【0056】

光変調素子１００による光変調曲線について図６を用いて説明する。図６は、第１実施形態にかかる光変調器２００、および分岐した二つの光導波路の長さおよび形状が統一されている従来の構成すなわち、光導波路が位相差を生じさせる断面形状非定形部を有さない構成の光変調器について、直流バイアス電圧と出力との関係を示す図である。図６の横軸は電極２３、２４に印加した直流バイアス電圧であり、縦軸は光変調素子１００からの出力を規格化したものである。出力は、第１光導波路１１を伝搬する光と第２光導波路１２を伝搬する光の位相差がゼロの場合を「１」として規格化している。実線が従来構成の光変調器の特性を示し、破線が第１実施形態の光変調器の特性を示している。

【0057】

第１リッジ部及び前記第２リッジ部が断面形状非定形部を有さず、長さも同じである場合には、第１光導波路１１を伝搬する光と第２光導波路１２を伝搬する光との間に位相差が存在しない。したがって、少なくとも電圧を印加しない状態（Ｖｄｃ＝０）では、二つの光導波路を経由した同じ位相の光同士が、結合部１６で干渉して強め合い、光変調素子１００としての出力が最大値となる。

【0058】

これに対し、本実施形態のように、第１リッジ部及び第２リッジ部の少なくとも一方が断面形状非定形部を有する構成では、第１光導波路１１を伝搬する光と第２光導波路１２を伝搬する光の群速度が非対称となり、それらの光の間に位相差が発生する。したがって、印加する直流バイアス電圧を０Ｖとした場合（Ｖｄｃ＝０）であっても、それぞれを経由した異なる位相の光同士が結合部１６で干渉した結果として、光変調素子１００としての出力は最大値にはならず、最大値よりも小さくなる。つまり、第１リッジ部及び第２リッジ部の少なくとも一方が断面形状非定形部を有する構成では、断面形状非定形部を有さず、長さも同じである構成を基準にして、動作点Ｖｄが０Ｖ側にシフトした状態となる。図６に示す例は、動作点Ｖｄが０Ｖ側に（１/２）Ｖπ分シフトして、動作点Ｖｄ’が略０（Ｖ）である場合である。

【0059】

これにより、動作点を制御するために、電極２３、２４に印加する直線バイアス電圧Ｖｄｃを、略０（Ｖ）にすることができる。さらにＤＣドリフト等による動作点の補正においても、より小さい電圧範囲で対応が可能となる。

【0060】

光変調素子１００からの出力は、印加電圧を大きくしていくと、最大値から徐々に小さくなり、ある電圧で極小となる。光変調素子１００からの出力が極小となる電圧が、ｎｕｌｌ点電圧Ｖｎである。半波長電圧（半波長位相変調電圧)は、マッハツェンダー型光変調器で光の位相差を１８０°にするための電圧であり、光変調素子１００からの出力が極大から極小に至るまでの電圧幅が、半波長電圧Ｖπに相当する。ｎｕｌｌ点電圧Ｖｎを超える電圧を印加すると、光変調素子１００からの出力は周期的に変化する。光変調素子１００からの出力は、半波長電圧Ｖπごとに、極大、極小を繰り返す。

【0061】

これにより、本実施形態の光変調素子１００において、光出力が最大値よりも小さいかどうかについては、電極２３、２４に対して直流バイアス電圧を印加し変調素子からの出力をモニターし、電圧を印加しない状態（Ｖｄｃ＝０）での出力値と比較することで判断することができる。具体的には、印加する直流バイアス電圧を徐々に増加させて、光出力が極小値から反転増加する点と、極大値から反転減少する点を測定することで、最大値と最小値を決定することができる。電極２１、２２には変調信号が印加されていてもよい。各直流バイアス電圧における光出力の極大値および極小値をプロットすることで、光出力の強度の最大値と最小値を決定することができる。

【0062】

なお、図２の構成においては、変調電圧Ｖｍを印加する電極２１、２２における半波長電圧Ｖπ（ＲＦ）と、直流バイアス電圧を印加する電極２３、２４におけるＶπ（ＤＣ）の２つのＶπが存在している。上記、最大値と最小値を測定するためには、電極２３、２４に対して２×Ｖπ（ＤＣ）の範囲で印加すればよい。この範囲での極大値を最大値、極小値を最小値と定義する。電極２１、２２に直流バイアス電圧Ｖｄｃを重畳する場合には、電極２３、２４を設けなくてもよく、Ｖπ（ＲＦ）とＶπ（ＤＣ）は同じ値となる。

【0063】

光変調素子１００の半波長電圧Ｖπは、光変調素子１００の構成によって変化する。半波長電圧Ｖπは、例えば、第１光導波路１１上の電極２１、２３の長さ、第２光導波路１２上の電極２２、２４の長さ等によって変化する。ここで、第１電極２１、２３の長さおよび第２電極２２、２４の長さは、光の伝搬方向への長さである。図２の場合、電極２１、２３のうちの第１光導波路１１と重なる部分の長さ、又は、電極２２、２４のうちの第２光導波路１２と重なる部分の長さである。この長さは、相互作用長と言われる。相互作用長が長いと半波長電圧Ｖπは小さくなり、相互作用長が短いと半波長電圧Ｖπが大きくなる。光変調素子１００のサイズを小さくしようとすると、相互作用長が短くなり、半波長電圧Ｖπが大きくなるが、本実施形態のように動作点電圧Ｖｄｃを０Ｖ側にシフトすることにより、電極２３、２４に印加する直流バイアス電圧を低く抑えることができる。

【0064】

直流バイアス印加回路１２０は、光変調素子１００の動作点電圧Ｖｄを制御する。動作点電圧Ｖｄとは印加される電圧の最小値（Ｖｍｉｎ）と最大値（Ｖｍａｘ）の中点である。そして、印加される電圧の最小値（Ｖｍｉｎ）と最大値（Ｖｍａｘ）の差が印加電圧幅Ｖｐｐである。

【0065】

動作点電圧Ｖｄは、使用環境の温度等で変動する場合がある。使用中に動作点電圧Ｖｄが変動した場合は、直流バイアス制御回路１３０で補正する。直流バイアス制御回路１３０は、例えば、出力光Ｌ_ｏｕｔから分岐した分岐光Ｌｂを基に、動作点電圧Ｖｄの変動を補正する。

【0066】

図６に示した変調曲線を示す光変調素子１００の場合の光変調について、図７Ａを用いて説明する。図７Ａの横軸は、光変調素子１００に印加した直流バイアス電圧であり、縦軸は、印加した電圧における光出力の強度である。
この場合、動作点電圧のシフト量が（Ｖｎ－０．５Ｖπ）となるように動作点Ｖｄ’を設定すれば、直流バイアス電圧略０（Ｖ）にとることができる。例えば、変調電圧Ｖｍの印加電圧幅Ｖｐｐを半波長電圧Ｖπ（ＲＦ）とすると、光変調素子１００には、（－１/２）Ｖπ（ＲＦ）から（１/２）Ｖπ（ＲＦ）の範囲の変調電圧Ｖｍが印加される。光変調素子１００からの光出力は図７Ａに示すように、変調電圧Ｖｍが（－１/２）Ｖπ（ＲＦ）のときに最大となり、変調電圧Ｖｍが（１/２）Ｖπ（ＲＦ）のときに最小となり、変調電圧Ｖｍが０Ｖのときの光出力は最大出力の５０％である。

【0067】

同様に、図７Ｂを用いて、動作点電圧のシフト量が（Ｖｎ－０．２５Ｖπ）となるように動作点Ｖｄ’を設定し、変調電圧Ｖｍの印加電圧幅Ｖｐｐを（１/４）波長電圧（１/２）Ｖπ（ＲＦ）として制御される光変調素子１００の光変調について説明する。
この場合、動作点電圧のシフト量が（Ｖｎ－０．２５Ｖπ）となるように設定すれば、動作点Ｖｄ’を直流バイアス電圧略０（Ｖ）にとることができる。光変調素子１００には、（－１/４）Ｖπ（ＲＦ）から（１/４）Ｖπ（ＲＦ）の範囲に相当する変調電圧Ｖｍが印加される。光変調素子１００からの光出力は図７Ｂに示すように、変調電圧Ｖｍが（－１/４）Ｖπ（ＲＦ）のときに最大となり、変調電圧Ｖｍが（１/４）Ｖπ（ＲＦ）のときに最小となり、変調電圧Ｖｍが０Ｖ(Ｖｄ‘)のときの光出力は最大出力の１５％である。

【0068】

同様に、図７Ｃを用いて、動作点電圧のシフト量が（Ｖｎ－０．７５Ｖπ）となるように動作点Ｖｄ’を設定し、変調電圧Ｖｍの印加電圧幅Ｖｐｐを（１/４）波長電圧（１/２）Ｖπ（ＲＦ）として制御される光変調素子１００の光変調について説明する。
この場合、動作点電圧のシフト量が（Ｖｎ－０．７５Ｖπ）となるように設定すれば、動作点Ｖｄ’を直流バイアス電圧略０（Ｖ）にとることができる。光変調素子１００には、（－１/４）Ｖπ（ＲＦ）から（１/４）Ｖπ（ＲＦ）の範囲に相当する変調電圧Ｖｍが印加される。光変調素子１００からの光出力は図７Ｃに示すように、変調電圧Ｖｍが（－１/４）Ｖπ（ＲＦ）のときに最大となり、変調電圧Ｖｍが（１/４）Ｖπ（ＲＦ）のときに最小となり、変調電圧Ｖｍが０Ｖ(Ｖｄ‘)のときの光出力は最大出力の８５％である。

【0069】

高周波電圧の変調信号は、例えば、駆動回路１１０によって制御される。変調素子の帯域は、６０ＧＨｚ以上である。変調素子の周波数帯域が６０ＧＨｚ以上であれば、高速変調に対応しやすい。

【0070】

図８は、本実施形態にかかる光変調器２００の印加電圧と消光比との関係を示す図である。図８の横軸は、光変調素子１００に印加した直流バイアス電圧であり、縦軸は、印加した電圧における出力光Ｌｏｕｔと、ｎｕｌｌ点電圧Ｖｎにおける出力光Ｌｏｕｔとの比を示している。消光比は、印加される電圧範囲での出力光Ｌｏｕｔの最大値と最小値の比である。

【0071】

図７Ａ～Ｃで示した光変調素子１００のそれぞれの消光比について、図８Ａ～Ｃを用いて説明する。
図７Ａの光変調素子１００では、図８Ａに示すように、図７Ａ～Ｃの中で最大の消光比（約２５ｄＢ）を示す。
一方、図７Ｃの光変調素子１００では、図８Ｃに示すように、図７Ａ～Ｃの中で最小の消光比（約３ｄＢ）を示す。
また、図７Ｂの光変調素子１００では、図８Ｂに示すように、図７Ａ～Ｃの中でその間の消光比（約２２ｄＢ）を示す。

【0072】

図８Ｃに示すように、光変調素子１００の出力光Ｌｏｕｔの光量が十分大きい領域は、消光比が小さい。このように、印加電圧幅Ｖｐｐが同じであるという条件のもと、動作点Ｖｄをｎｕｌｌ点電圧Ｖｎから離れた位置に設定した場合、動作点Ｖｄをｎｕｌｌ点電圧Ｖｎ近傍に設定した場合より光量は大きくなるが消光比は小さくなる。しかしながら、データセンター用の光変調器に求められる消光比は、長距離の通信用の光変調器より小さく、３ｄＢ程度である。従って、動作点Ｖｄを最大光出力の８５％以下に設定することにより、ＶｐｐがＶπよりも小さい場合においても、消光比を３ｄＢ以上とすることができる。

【0073】

ここではＶｄをＶｎよりも小さい場合を例示したが、Ｖｎよりも大きい場合を用いても良い。その場合は本発明における非対称部の形状、長さ（Ｌ）、幅（Ｗ２）を適宜変更することにより、動作点をシフトすることができる。

【0074】

上述のように、第１実施形態に係る光変調素子１００および光変調器２００は、低電圧駆動でき、かつ、高周波帯域で使用することができる。

【0075】

以上のように、本実施形態にかかる光変調素子１００は、マッハツェンダー型光導波路を構成し、分岐部１５と結合部１６を結ぶ第１光導波路１１と第２光導波路１２を有しており、二つの光導波路の断面形状が異なる。これにより、二つの光導波路内で進行する光の群速度が非対称となり、両者の間に位相差が発生する。

【0076】

この位相差は、二つの光導波路に電界が印加されていない状態であっても存在し、結合部１６において異なる位相の光同士が干渉し、一部が相殺されることにより、光の出力は最大値より小さい値となる。その結果として、動作点電圧を０Ｖ側にシフトさせることができる。動作点電圧が小さくなるように、使用する光の波長域においてシフト量を調整することにより、印加電圧の増大を抑えることができる。

【0077】

本実施形態の光電変調素子１００は、第１光導波路１１と第２光導波路１２との間で位相差を発生させる上で、各光導波路の長さの調整を必要としない。したがって、光導波路の形状が複雑化し、その製造が難しくなる問題を回避することができる。

【実施例0078】

以下、本開示の実施例を例示するが、本開示は以下の実施例には限定されない。なお、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0079】

（比較例）
図２および図４の構造（断面形状非定形部を有さない構造）を、以下の手順で実際に試作した。基板の材料はサファイアとした。基板の表面に膜厚１．５μｍのニオブ酸リチウム膜をスパッタ法により製膜した。次に、レジストによるマスク形成とＡｒプラズマを用いたドライエッチング加工により、リッジ部の形成を行った。リッジ部の断面形状は矩形とし、リッジ幅Ｗ１_０及びＷ２_０は１．０μｍ、リッジ高さは０．４μｍとした。次に、膜厚０．８μｍ、材料ＬａＡｌＯ_３のバッファ層を蒸着法により成膜した。次いでＣＭＰによる平坦化を行った。最後に、第１電極、第２電極をフォト工程と金めっき工程により形成した。

【0080】

電極２１、２２の相互作用長を８．５ｍｍとし、電極２３、２４の相互作用長を５．０ｍｍとした。波長１３１０ｎｍの光を用いて変調特性を評価した。その時のＶπ（ＲＦ）は８．３（Ｖ）、Ｖπ（ＤＣ）は１４．１（Ｖ）、消光比の最大値は２５ｄＢであった。さらに、電極２３、２４に直流バイアス電圧を印加した時の光出力を測定した。その結果を図９のグラフに示す。電極２１、２２には変調信号が印加されていてもよい。各直流バイアス電圧における光出力の極大値および極小値をプロットすることで、光出力の強度の最大値と最小値を決定することができる。

【0081】

（実施例）
図５に示したように、第２リッジ部における一部分に断面形状非定形部を有するものとし、それ以外の部分は比較例と全く同じとした。
図６に示した実施例１では、第２リッジ部の断面形状非定形部の断面形状は矩形とし、かつ、ｚ方向からの平面視の形状も矩形としてｘ方向の長さＬを０．５３ｍｍとし、ｙ方向の幅Ｗ２を１．１５μｍとした。実施例１では、直流バイアス電圧が印加されていない状態で、光出力強度が最大値の５０％となっており、動作点電圧が（１／２）Ｖπ相当分シフトしていることが分かる。

【0082】

実施例２の第２リッジ部の断面形状非定形部の断面形状も矩形とし、かつ、ｚ方向からの平面視の形状も矩形としてｘ方向の長さＬを０．６３ｍｍとし、ｙ方向の幅Ｗ２を１．１５μｍとし、実施例３の第２リッジ部の断面形状非定形部の断面形状も矩形とし、かつ、ｚ方向からの平面視の形状も矩形としてｘ方向の長さＬを０．４８ｍｍとし、ｙ方向の幅Ｗ２を１．１５μｍとした。実施例２及び実施例３で得られた光の出力特性の算出結果を、図９のグラフに示す。グラフの横軸は直流バイアス電圧（Ｖ）を示し、グラフの縦軸は光出力強度を示している。実線が比較例で得られた出力特性に対応し、破線が実施例２で得られた出力特性に対応し、一点鎖線が実施例３で得られた出力特性に対応する。

【0083】

比較例の場合、直流バイアス電圧が印加されていない状態では、光出力強度が最大値となっており、動作点電圧のシフトは見られない。これに対し、実施例２では、直流バイアス電圧が印加されていない状態で、光出力強度が最大値の１５％となっており、動作点電圧が（３／４）Ｖπ相当分シフトしていることが分かる。また、実施例３では、直流バイアス電圧が印加されていない状態で、光出力強度が最大値の８５％となっており、動作点電圧が（１／４）Ｖπ相当分シフトしていることが分かる。

【0084】

光出力強度が最大値の８５％となる実施例３の場合に、直流バイアス電圧０（Ｖ）を動作点とし、印加電圧幅Ｖｐｐを（１／２）Ｖπ（－（１／４）Ｖπから＋（１／４）Ｖπの範囲の変調電圧Ｖｍ）とすることで消光比３ｂＢが得られる。動作点電圧のシフト量は、変調器の必要な駆動条件に合わせて任意で設計することができるが、小さな印加電圧幅Ｖｐｐで大きな消光比を得たい場合には、直流バイアス電圧が印加されていない状態で、光出力強度が最大値の０％から５０％の範囲になるように動作点電圧のシフト量を設定するのが好ましい。
なお、動作点電圧のシフト量は、断面形状非定形部のサイズ・形状等を調整することにより変化させることができる。上記実施例１乃至３では、第２リッジ部の断面形状非定形部のｚ方向からの平面視の形状も矩形としてそのｘ方向の長さＬを変えることにより動作点電圧のシフト量を変化させたが、ｙ方向の幅Ｗ２を変えることにより、または、ｘ方向の長さＬとｙ方向の幅Ｗ２の双方を変えることにより動作点電圧のシフト量を変化させてもよい。また、断面形状非定形部の長さ方向に直交する断面形状を調整してもよい。
本発明によれば、素子サイズが小さい場合においても、直流バイアス電圧を低く抑え、かつ容易に製造することが可能な光変調素子を実現することができる。

【符号の説明】

【0085】

１０ 光導波路
１１ 第１光導波路（第１リッジ部）
１１ａ 断面形状定形部
１２ 第２光導波路（第２リッジ部）
１２ａ 断面形状定形部
１２ｂ 断面形状非定形部
１３ 入力路
１４ 出力路
１５ 分岐部
１６ 結合部
２１、２２、２３、２４ 電極
２５ 第１電極
２６ 第２電極
３０ バッファ層
３１ 交流電源
３２ 終端抵抗
３３ 直流電源
４０ 酸化膜
４０ａ 第１面
１００ 光変調素子
１１０ 駆動回路
１２０ 直流バイアス印加回路
１３０ 直流バイアス制御回路
１４０ 制御部
２００ 光変調器
Ｌ_ｉｎ 入力光
Ｌ_ｏｕｔ 出力光
Ｌｂ 分岐光
Ｖｄ 動作点電圧
Ｖｎ ｎｕｌｌ点電圧
Ｖπ 半波長電圧
Ｖｐｐ 印加電圧幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】