特開 2022-182320 光導波路素子、光変調器、光変調モジュール、及び光送信装置

(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】P2022182320

(43)【公開日】2022-12-08

(54)【発明の名称】光導波路素子、光変調器、光変調モジュール、及び光送信装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/035 20060101AFI20221201BHJP

【ＦＩ】

G02F1/035

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021089824

(22)【出願日】2021-05-28

(71)【出願人】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001081

【氏名又は名称】弁理士法人クシブチ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平田 章太郎

(72)【発明者】

【氏名】本谷 将之

(72)【発明者】

【氏名】岡橋 宏佑

(72)【発明者】

【氏名】片岡 優

(72)【発明者】

【氏名】高野 真悟

【テーマコード（参考）】

2K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA22

2K102BA03

2K102BB01

2K102BB04

2K102BC04

2K102BD01

2K102CA11

2K102DA05

2K102DB04

2K102DB05

2K102DC08

2K102DD05

2K102EA02

2K102EA12

2K102EA14

2K102EA22

2K102EB10

2K102EB16

2K102EB30

(57)【要約】

【課題】光導波路素子において、作用電極に起因する光吸収損失を抑制しつつ、基板中を伝搬する不要光を効果的に除去すること。
【解決手段】基板と、基板に形成された光導波路と、光導波路を伝搬する光波を制御する作用電極と、を含む光導波路素子であって、作用電極は、第１材料からなる第１下地層と、第１下地層の上の第１導電層と、で構成され、基板上の領域のうち、光導波路の入力端から出力端までの経路以外の領域に、第１材料とは異なる第２材料からなる第２下地層と、第２下地層の上の第２導電層と、で構成される導体パターンが形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、前記基板に形成された光導波路と、前記光導波路を伝搬する光波を制御する作用電極と、を含む光導波路素子であって、
前記作用電極は、
第１材料からなる第１下地層と、
前記第１下地層の上の第１導電層と、
で構成され、
前記基板上の領域のうち、前記光導波路の入力端から出力端までの経路以外の領域に、前記第１材料とは異なる第２材料からなる第２下地層と、前記第２下地層の上の第２導電層と、で構成される導体パターンが形成されている、
光導波路素子。

【請求項2】

前記第２下地層と前記第２導電層とで構成される前記導体パターンは、前記基板上の領域のうち不要光が伝搬する領域に形成されている、
請求項１に記載の光導波路素子。

【請求項3】

前記第２材料は、前記光導波路を伝搬する光の波長における光吸収係数が、前記第１材料よりも大きい、
請求項１または２に記載の光導波路素子。

【請求項4】

前記導体パターンは、前記作用電極に接続された配線電極から連続するパターンである、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光導波路素子。

【請求項5】

前記光導波路は、マッハツェンダ型光導波路を含み、
前記マッハツェンダ型光導波路の合波部には、合波されることなく前記マッハツェンダ型光導波路から漏れ出た放射光を伝搬させる放射光用導波路が形成されており、
前記導体パターンは、前記放射光用導波路の少なくとも一部を覆うように配されている、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光導波路素子。

【請求項6】

前記第１導電層および前記第２導電層は、金（Ａｕ）で構成されており、前記第１材料および前記第２材料は、ヨウ素と反応しない材料で構成されている、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光導波路素子。

【請求項7】

前記第１材料はニオブ（Ｎｂ）であり、前記第２材料はチタン（Ｔｉ）である、
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光導波路素子。

【請求項8】

前記第１下地層の厚さは３０ｎｍ以下であり、
前記第２下地層の厚さは１００ｎｍ以上である、
請求項７に記載の光導波路素子。

【請求項9】

前記光導波路は、前記基板上に延在する凸部により構成される凸状光導波路である、
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の光導波路素子。

【請求項10】

前記光導波路を前記基板の面内において挟む２つの前記作用電極を有し、
２つの前記作用電極の間隔は、１．０μｍ以上、５．０μｍ以下である、
請求項９に記載の光導波路素子。

【請求項11】

前記作用電極は、前記第１導電層の上に、前記第１材料と異なる第３材料からなる第３下地層と、前記第３下地層の上の第３導電層とを有し、
前記光導波路の延伸方向に垂直な断面において、前記第３下地層の端部は、前記第３導電層に覆われている、
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の光導波路素子。

【請求項12】

前記第３材料はチタン（Ｔｉ）で構成され、
前記第３導電層は、金（Ａｕ）で構成されている、
請求項１１に記載の光導波路素子。

【請求項13】

光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の光導波路素子と、
前記光導波路素子を収容する筐体と、
前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、
前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、
を備える光変調器。

【請求項14】

光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の光導波路素子と、
前記光導波路素子を収容する筐体と、
前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、
前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、
前記光導波路素子を駆動する駆動回路と、
を備える光変調モジュール。

【請求項15】

請求項１３に記載の光変調器または請求項１４に記載の光変調モジュールと、
前記光導波路素子に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路と、
を備える光送信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光導波路素子、光変調器、光変調モジュール、及び光送信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

商用の光ファイバ通信システムでは、基板上に形成された光導波路と、光導波路に電界を作用させて光波を制御する作用電極と、で構成される光導波路素子としての光変調素子を組み込んだ光変調器が多く用いられている。中でも、電気光学効果を有するＬｉＮｂＯ_３（以下、ＬＮともいう）を基板に用いた光変調素子は、光の損失が少なく且つ高速な光変調特性を実現し得ることから、高速・大容量の基幹光伝送ネットワークやメトロネットワークの光ファイバ通信システムに広く用いられている。

【0003】

そのような光変調素子の小型化、高速化、省電力化の一つの策として、基板中における信号電界と導波光との相互作用をより強めるべく（すなわち、電界効率を高めるべく）ＬＮ基板を薄膜化した光変調器や、ＬＮ基板の表面に帯状の凸部を形成することで構成されるリブ型光導波路またはリッジ型光導波路（以下、総称して凸状光導波路という）を用いた光変調器も実用化されつつある（例えば、特許文献１、２）。

【0004】

また、最近では、光導波路に電界を与える作用電極の下地層を、動作光波長における光吸収係数がより小さい金属材料を用いて構成することも提案されている（特許文献３）。これにより、光導波路に近接して設けられた作用電極の下地層の金属により当該光導波路を伝搬する光が吸収されて光吸収損失が生じてしまうのを防止することができる。すなわち、この構成によれば、光導波路における光吸収損失を低減して、低損失の光導波路素子を実現することができる。

【0005】

一方で、光導波路素子の基板には、作用電極により制御されて光導波路から基板外へ出力される出力光に寄与しない、いわゆる不要光も伝搬し得る。例えば、光導波路における光入射部、分岐部、及び又は合流部から基板中に漏れ出た漏れ光は、不要光となって基板中を伝搬し得る。このような不要光は、基板上における光導波路のルートによっては、光導波路を伝搬する導波光と再び結合して上記出力光に雑音を生じさせる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７－２６４５４８号公報

【特許文献2】国際公開第２０１８／１０３１９１６号明細書

【特許文献3】特願２０２０－１６４６２７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記背景より、光導波路素子において、作用電極に起因する光吸収損失を抑制しつつ、基板中を伝搬する不要光を効果的に除去し得る構造の実現が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一の態様によると、基板と、前記基板に形成された光導波路と、前記光導波路を伝搬する光波を制御する作用電極と、を含む光導波路素子であって、前記作用電極は、第１材料からなる第１下地層と、前記第１下地層の上の第１導電層と、で構成され、前記基板上の領域のうち、前記光導波路の入力端から出力端までの経路以外の領域に、前記第１材料とは異なる第２材料からなる第２下地層と、前記第２下地層の上の第２導電層と、で構成される導体パターンが形成されている。
本発明の他の態様によると、前記第２下地層と前記第２導電層とで構成される前記導体パターンは、前記基板上の領域のうち不要光が伝搬する領域に形成されている。
本発明の他の態様によると、前記第２材料は、前記光導波路を伝搬する光の波長における光吸収係数が、前記第１材料よりも大きい。
本発明の他の態様によると、前記導体パターンは、前記作用電極に接続された配線電極から連続するパターンである。
本発明の他の態様によると、前記光導波路は、マッハツェンダ型光導波路を含み、前記マッハツェンダ型光導波路の合波部には、合波されることなく前記マッハツェンダ型光導波路から漏れ出た放射光を伝搬させる放射光用導波路が形成されており、前記導体パターンは、前記放射光用導波路の少なくとも一部を覆うように配されている。
本発明の他の態様によると、前記第１導電層および前記第２導電層は、金（Ａｕ）で構成されており、前記第１材料および前記第２材料は、ヨウ素と反応しない材料で構成されている。
本発明の他の態様によると、前記第１材料はニオブ（Ｎｂ）であり、前記第２材料はチタン（Ｔｉ）である。
本発明の他の態様によると、前記第１下地層の厚さは３０ｎｍ以下であり、前記第２下地層の厚さは１００ｎｍ以上である。
本発明の他の態様によると、前記光導波路は、前記基板上に延在する凸部により構成される凸状光導波路である。
本発明の他の態様によると、前記光導波路を前記基板の面内において挟む２つの前記作用電極を有し、２つの前記作用電極の間隔は、１．０μｍ以上、５．０μｍ以下である。
本発明の他の態様によると、前記作用電極は、前記第１導電層の上に、前記第１材料と異なる第３材料からなる第３下地層と、前記第３下地層の上の第３導電層とを有し、前記光導波路の延伸方向に垂直な断面において、前記第３下地層の端部は、前記第３導電層に覆われている。
本発明の他の態様によると、前記第３材料はチタン（Ｔｉ）で構成され、前記第３導電層は、金（Ａｕ）で構成されている。
本発明の他の態様は、光の変調を行う光変調素子である上記いずれかの光導波路素子と、前記光導波路素子を収容する筐体と、前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、を備える光変調器である。
本発明の他の態様は、光の変調を行う光変調素子である上記いずれかの光導波路素子と、前記光導波路素子を収容する筐体と、前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、前記光導波路素子を駆動する駆動回路と、を備える光変調モジュールである。
本発明の更に他の態様は、前記光変調器または前記光変調モジュールと、前記光導波路素子に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路と、を備える光送信装置である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、光導波路素子において、作用電極に起因する光吸収損失を抑制しつつ、基板中を伝搬する不要光を効果的に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る光変調素子の構成を示す図である。

【図2】図１に示す光変調素子のＩＩ－ＩＩ断面図である。

【図3】図１に示す光変調素子のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。

【図4】図１に示す光変調素子のＩＶ－ＩＶ断面図である。

【図5】種々の金属を第１下地層とした場合の、第１下地層の厚さに対する光吸収損失増加量のシミュレーション結果である。

【図6】第１の実施形態に係る光変調素子の変形例に係る、作用電極に隣接して設けられた導体パターンの一例を示す図である。

【図7】第１の実施形態に係る光変調素子の変形例に係る、作用電極に隣接して設けられた導体パターンの他の一例を示す図である。

【図8】第１の実施形態に係る光変調素子の変形例に係る、作用電極に隣接して設けられた導体パターンの他の一例を示す図である。

【図9】第１の実施形態に係る光変調素子の変形例に係る、配線電極の構成の一例を示す図である。

【図10】第１の実施形態に係る光変調素子の変形例に係る、配線電極の構成の他の一例を示す図である。

【図11】第１の実施形態に係る光変調素子の変形例に係る、配線電極の構成の他の一例を示す図である。

【図12】図２に示す作用電極の変形例を示す図である。

【図13】本発明の第２の実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。

【図14】本発明の第３の実施形態に係る光変調モジュールの構成を示す図である。

【図15】本発明の第４の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光導波路素子である光変調素子１００の構成を示す図である。光変調素子１００は、基板１０２に形成された光導波路１０４で構成される。基板１０２は、例えば、２０μｍ以下（例えば２μｍ）の厚さに加工され薄板化された、電気光学効果を有するＸカットのＬＮ基板である。光導波路１０４は、薄板化された基板１０２の表面に形成された帯状に延在する凸部で構成される凸状光導波路（例えば、リブ型光導波路又はリッジ型光導波路）である。

【0012】

基板１０２は、例えば矩形であり、図示上下方向に延在して対向する図示左右の２つの辺１４０ａ、１４０ｂ、および図示左右方向に延在して対向する図示上下の辺１４０ｃ、１４０ｄを有する。

【0013】

光変調素子１００は、２つのネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂによりＤＰ－ＱＰＳＫ光変調器を構成する。ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａは、２つのマッハツェンダ型光導波路１１０ａおよび１１０ｂを含む。ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ｂは、２つのマッハツェンダ型光導波路１１０ｃおよび１１０ｄを含む。

【0014】

マッハツェンダ型光導波路１１０ａおよび１１０ｂは、それぞれ、２本の並行導波路１１２ａ、１１２ｂおよび１１２ｃ、１１２ｄを有する。また、マッハツェンダ型光導波路１１０ｃおよび１１０ｄは、それぞれ、２本の並行導波路１１２ｅ、１１２ｆおよび１１２ｇ、１１２ｈを有する。

【0015】

基板１０２の図示左側の辺１４０ａの図示下側において光導波路１０４の入力導波路１０６に入射した入力光（図示右方を向く矢印）は、光の伝搬方向が１８０度折り返された後、２つの光に分岐され、２つのネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂにより、それぞれＱＰＳＫ変調される。ＱＰＳＫ変調された２つの光は、それぞれ出力導波路１２６ａ、１２６ｂを介して基板１０２の図示左側の辺１４０ａの図示上側から出力される（図示左方を向く２つの矢印）。入力導波路１０６の、光が入射される端部は信号光の入力端であり、出力導波路１２６ａ、１２６ｂの、光が出射する端部は信号光の出力端である。

【0016】

これら２つの出力光は、基板１０２から出射したのち、例えば、偏波合成器により偏波合成されて一つの光ビームにまとめられ、ＤＰ－ＱＰＳＫ変調された光信号として伝送用光ファイバへ送出される。

【0017】

ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａにおけるＱＰＳＫ変調のため、マッハツェンダ型光導波路１１０ａの２本の並行導波路１１２ａと１１２ｂとの間、およびマッハツェンダ型光導波路１１０ｂの２本の並行導波路１１２ｃと１１２ｄとの間には、それぞれ、変調のための高周波電気信号が入力される信号電極１１４－１ａおよび１１４－１ｂが配されている。

【0018】

また、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ｂにおけるＱＰＳＫ変調のため、マッハツェンダ型光導波路１１０ｃの２本の並行導波路１１２ｅと１１２ｆとの間、およびマッハツェンダ型光導波路１１０ｄの２本の並行導波路１１２ｇと１１２ｈとの間には、それぞれ、変調のための高周波電気信号が入力される信号電極１１４－１ｃおよび１１４－１ｄが配されている。

【0019】

信号電極１１４－１ａは、並行導波路１１２ａおよび１１２ｂのそれぞれを挟んで対向するグラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂと共にコプレーナ型伝送線路を構成し、信号電極１１４－１ｂは、並行導波路１１２ｃおよび１１２ｄのそれぞれを挟んで対向するグラウンド電極１１４－２ｂ、１１４－２ｃと共にコプレーナ型伝送線路を構成する。

【0020】

信号電極１１４－１ｃは、並行導波路１１２ｅおよび１１２ｆのそれぞれを挟んで対向するグラウンド電極１１４－２ｃ、１１４－２ｄと共にコプレーナ型伝送線路を構成し、信号電極１１４－１ｄは、並行導波路１１２ｅおよび１１２ｆのそれぞれを挟んで対向するグラウンド電極１１４－２ｄ、１１４－２ｅと共にコプレーナ型伝送線路を構成する。

【0021】

以下、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂを総称してネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ともいうものとする。また、マッハツェンダ型光導波路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆ、１１０ｇ、１１０ｈを総称してマッハツェンダ型光導波路１１０ともいうものとする。また、並行導波路１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ、１１２ｆ、１１２ｇ、１１２ｈを総称して並行導波路１１２ともいうものとする。また、信号電極１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄを総称して信号電極１１４－１ともいうものとする。また、グラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅを総称してグラウンド電極１１４－２ともいうものとする。

【0022】

また、信号電極１１４－１およびグラウンド電極１１４－２を総称して作用電極１１４というものとする。作用電極１１４である信号電極１１４－１およびグラウンド電極１１４－２は、光導波路１０４を伝搬する光波を制御する。また、信号電極１１４－１とグラウンド電極１１４－２とは、光導波路１０４の並行導波路１１２を基板１０２の面内において挟む２つの作用電極１１４である。

【0023】

信号電極１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄの図示右端部は、信号配線電極１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄにそれぞれ接続されている。また、信号電極１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄの図示左端部は、信号配線電極１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈにそれぞれ接続されている。

【0024】

グラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅの図示右端は、それぞれグラウンド配線電極１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄ、１１８－２ｅに接続されている。これにより、信号配線電極１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄは、これらの信号配線電極に隣接するグラウンド配線電極１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄ、１１８－２ｅと共に、コプレーナ型伝送線路を構成する。

【0025】

同様に、グラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅの図示左端は、それぞれグラウンド配線電極１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈ、１１８－２ｉ、１１８－２ｊに接続されている。これにより、信号配線電極１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈは、これらの信号配線電極に隣接するグラウンド配線電極１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈ、１１８－２ｉ、１１８－２ｊと共に、コプレーナ型伝送線路を構成する。

【0026】

基板１０２の図示下側の辺１４０ｄまで延在する信号配線電極１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈは、基板１０２の外部において所定のインピーダンスを持つ終端抵抗により終端される。

【0027】

これにより、基板１０２の図示上側の辺１４０ｃまで延在する信号配線電極１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄから入力される高周波電気信号は、進行波となって信号電極１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄを伝搬し、それぞれ、マッハツェンダ型光導波路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄを伝搬する光波を変調する。

【0028】

以下、信号配線電極１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄ、１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈを総称して信号配線電極１１８－１ともいうものとする。また、グラウンド配線電極１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄ、１１８－２ｅ、１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈ、１１８－２ｉ、１１８－２ｊを総称してグラウンド配線電極１１８－２ともいうものとする。また、信号配線電極１１８－１およびグラウンド配線電極１１８－２を総称して、配線電極１１８ともいうものとする。すなわち、信号配線電極１１８－１およびグラウンド配線電極１１８－２は、作用電極１１４に接続された配線電極１１８である。

【0029】

基板１０２には、また、マッハツェンダ型光導波路１１０ａ、１１０ｂのバイアス点を調整するためのバイアス電極１３２ａと、マッハツェンダ型光導波路１１０ｃ、１１０ｄのバイアス点を調整するためのバイアス電極１３２ｂと、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂのバイアス点を調整するためのバイアス電極１３２ｃが設けられている。

【0030】

また、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂの合波部１２８ａ、１２８ｂには、合波されることなくネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂから漏れ出る放射光を伝搬させるための、それぞれ２つの放射光用導波路１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃ、１３０ｄが設けられている。同様に、マッハツェンダ型光導波路１１０ａ、１１０ｂの合波部１２８ｃ、１２８ｄには、それぞれ２つの放射光用導波路１３０ｅ、１３０ｆおよび１３０ｇ、１３０ｈが、設けられている。また、マッハツェンダ型光導波路１１０ｃ、１１０ｄの合波部１２８ｅ、１２８ｆには、それぞれ２つの放射光用導波路１３０ｉ、１３０ｊおよび１３０ｋ、１３０ｍが設けられている。なお、このような放射光用導波路の構成及び機能については、例えば特許第４７４５４３２号公報において開示されている。以下、合波部１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄ、１２８ｅ、１２８ｆを総称して合波部１２８ともいうものとする。また、放射光用導波路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆ、１３０ｇ、１３０ｈ、１３０ｉ、１３０ｊ、１３０ｋ、１３０ｍを総称して、放射光用導波路１３０ともいうものとする。

【0031】

図２は、図１に示す光変調素子１００のＩＩ－ＩＩ断面矢視図であり、マッハツェンダ型光導波路１１０ａの作用部（作用電極により光波が制御される部分）における基板１０２の断面を示す図である。

【0032】

基板１０２は、その裏面（図示下側の面）が支持板１４２により支持され補強されている。支持板１４２は、例えばガラスである。基板１０２の図示上面には、並行導波路１１２ａおよび１１２ｂが、それぞれ、基板１０２上に形成された凸部１４４ａおよび１４４ｂにより、凸状光導波路として構成されている。なお、図示２つの点線楕円は、それぞれ、凸状光導波路である並行導波路１１２ａおよび１１２ｂを伝搬する光を模式的に示している。以下、凸部１４４ａ、１４４ｂを含め、光導波路１０４を構成する基板１０２上の凸部を総称して凸部１４４ともいうものとする。

【0033】

基板１０２の面内において並行導波路１１２ａおよび１１２ｂを挟む信号電極１１４－１ａおよびグラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂは、それぞれ、第１材料からなる第１下地層１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃと、これらの第１下地層１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃの上に形成された第１導電層１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃとで構成されている。本実施形態では、第１導電層１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃは金（Ａｕ）で構成される。また、第１下地層１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃを構成する第１材料は、本実施形態では、例えばニオブ（Ｎｂ）である。ニオブは、電極の下地層材料として従来より一般に用いられているチタンに比べて、光変調素子１００の動作光波長（例えば、光通信用波長である１．３μｍ帯及び又は１．５５μｍ帯）における光吸収係数が小さい。

【0034】

このため、信号電極１１４－１ａおよびグラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂを、並行導波路１１２ａ、１１２ｂに対し、従来に比べてより近接して形成することができる。その結果、光変調素子１００では、並行導波路１１２ａ、１１２ｂに効率的に電界を発生させることができ（すなわち、電界効率を高めることができ）、従来に比べて駆動電圧が小さく、且つ高速な、光変調動作を実現し得る。例えば、本実施形態では、並行導波路１１２ａを挟む２つの作用電極である信号電極１１４－１ａとグラウンド電極１１４－２ａとの間隔Ｗは、１．０μｍ以上、５．０μｍ以下である。

【0035】

信号電極１１４－１ａ以外の他の信号電極１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄ、およびグラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ以外のグラウンド電極１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅも、上記の信号電極１１４－１ａおよびグラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂと同様に構成される。以下、信号電極１１４－１およびグラウンド電極１１４－２の第１下地層および第１導電層のそれぞれを総称して、第１下地層１６０および第１導電層１６２ともいうものとする。

【0036】

本実施形態に係る光変調素子１００では、特に、基板１０２上の領域のうち、不要光が伝搬する領域に、上記第１材料とは異なる第２材料からなる第２下地層と、当該第２下地層の上の第２導電層と、で構成される導体パターンが形成されている。ここで、不要光とは、信号電極１１４－１により制御されて光導波路１０４から基板１０２の外部へ出力される出力光（例えば、出力信号光）に寄与しない光をいう。

【0037】

不要光が伝搬する上記領域の一つの例は、不要な放射光が伝搬する放射光用導波路１３０が形成された領域である。図１に示す光変調素子１００では、放射光用導波路１３０ａ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｍが形成された基板１０２上の領域に、これらの放射光用導波路のそれぞれの少なくとも一部を覆うように、導体パターン１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄが形成されている。

【0038】

図３は、図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面矢視図であり、放射光用導波路１３０ｄが形成された部分の断面図である。基板１０２上には、放射光用導波路１３０ｄを覆うように、導体パターン１５０ｂが形成されている。この導体パターン１５０ｂは、上述した第１材料とは異なる第２材料からなる第２下地層１６４ａと、第２下地層１６４ａの上の第２導電層１６６ａと、で構成される。

【0039】

本実施形態では、第２導電層１６６ａは、金（Ａｕ）で構成される。第２下地層１６４ａを構成する第２材料は、光変調素子１００の動作光波長における光吸収係数が第１材料よりも大きいことが望ましい。本実施形態では、第２材料は、チタンである。

【0040】

図１において放射光用導波路１３０ａ、１３０ｅ、および１３０ｍをそれぞれ覆うように形成されている導体パターン１５０ａ、１５０ｃ、および１５０ｄも、上述した図４に示す導体パターン１５０ｂと同様に構成される。

【0041】

基板１０２上において不要光が伝搬する領域の他の例は、図１において基板１０２の外部から光導波路１０４に光が入射する光入射部１７０（すなわち、図示左側の辺１４０ａのうち入力導波路１０６の端部が形成された部分）に隣接する、図示点線矩形で囲まれた矩形領域１７２である。図１に示す光変調素子１００では、入力導波路１０６を避けて矩形領域１７２と重なるように、導体パターン１５０ｅおよび１５０ｆが形成されている。

【0042】

図４は、図１に示す光変調素子１００のＩＶ－ＩＶ断面矢視図である。図３に示す導体パターン１５０ｂと同様に、導体パターン１５０ｅは、基板１０２上に形成された第２材料からなる第２下地層１６４ｂ、第２下地層１６４ｂ上の第２導電層１６６ｂと、で構成されている。また上述した導体パターン１５０ｂと同様に、第２導電層１６６ｂを構成する材料は金であり、第２下地層１６４ｂを構成する第２材料はチタンである。

【0043】

なお、図１に示す矩形領域１７２の、光の入射方向に対し直交する方向の幅Ｗｒは、例えば、入射する光が、レンズにより集光された光であるとき、または光ファイバから直接入射する光であるきは、それぞれ、当該レンズまたは光ファイバのＮＡ（開口数）に応じた幅とすることができる。また、矩形領域１７２の、光の入射方向に沿った長さＬｒは、例えば、光入射部１７０から基板１０２内に入射し得る不要光の強度に応じた長さとすることができる。

【0044】

以下、導体パターン１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅ、および１５０ｆを総称して導体パターン１５０ともいうものとする。また、導体パターン１５０のそれぞれの第２下地層および第２導電層のそれぞれを総称して、第２下地層１６４および第２導電層１６６ともいうものとする。

【0045】

上記の構成を有する光変調素子１００は、並行導波路１１２を伝搬する光波を制御する作用電極１１４と、基板１０２のうち不要光が伝搬する領域に設けられた導体パターン１５０と、を有する。そして、導体パターン１５０を構成する第２下地層１６４は、並行導波路１１２に近接して配置する必要のある作用電極１１４の第１下地層１６０を構成する第１材料よりも、動作光波長における光吸収係数の大きい第２材料で構成されている。

【0046】

これにより、光変調素子１００では、並行導波路１１２において作用電極１１４に起因して生じ得る光吸収損失を抑制しつつ、基板１０２中を伝搬する不要光を効果的に除去することができる。その結果、光変調素子１００では、従来に比べてより低電圧駆動が可能であって且つ消光比等の光特性の良好な変調動作を実現することができる。なお、第２下地層１６４の厚さは、不要光を効果的に吸収する観点から、１００ｎｍ以上であることが望ましい。

【0047】

なお、第１下地層１６０を構成する材料は、ニオブに限らず、従来用いられているチタンに比べて動作光波長における光吸収係数の小さい材料であれば、作用電極１１４を並行導波路１１２に近接させて光変調素子１００の電界効率を従来の光変調素子に比べて向上することが可能となる。図５は、種々の金属により第１下地層１６０を構成した場合の、第１下地層１６０の厚さに対する並行導波路１１２における光吸収損失増加量のシミュレーション結果である。図５には、第１下地層１６０を用いない場合（Ａｕ単膜（第１導電層１６２のみ）の場合）に加えて、第１下地層１６０の材料としてＴｉ、Ａｌ（アルミニウム）、及びＮｂを用いた場合の計算結果が示されている。

【0048】

図５において、横軸は、第１下地層１６０の厚さｔ、縦軸は、その第１下地層１６０に隣接する並行導波路１１２の単位長さ（１ｃｍ）当たりの光吸収損失量である。シミュレーションでは、第１導電層１６２としてＡｕを仮定し、動作光波長として１．５５μｍを仮定した。また、光吸収損失の算出に際し、Ｔｉ、Ａｌ、及びＮｂの光吸収スペクトルから得られる各金属の動作波長１．５５μｍでの光吸収量を用いた。

【0049】

ライン２００で示すＡｕ単膜の（下地層が存在しない）場合の光吸収損失α_０は、上記構成におけるバックグラウンドとしての光吸収損失であり、この基準ラインからの光吸収損失の増加分として、第１下地層１６０における光吸収損失を評価し得る。

【0050】

ライン２０２、２０４、及び２０６は、それぞれ、第１下地層１６０を構成する金属をＴｉ、Ａｌ、及びＮｂで構成した場合の光吸収損失を示している。これらの金属においては、ライン２０２で示すＴｉが最も光吸収損失が大きく、その膜厚と共に光吸収損失が大きく増加していく。

【0051】

一方、動作波光長を光吸収域に含まないＡｌ及びＮｂを第１下地層１６０とした場合を示すライン２０４、２０６は、Ｔｉの場合（ライン２０２）に比べて光吸収損失が大幅に軽減されることが判る。図５に示す評価結果の範囲では、第１下地層１６０がＡｌの場合（ライン２０４）において最も光吸収損失が小さく、且つ下地層の厚さに対して光吸収損失はほぼ一定である。しかしながら、Ａｌは、一般的には基板への固着強度は低いことが知られている。

【0052】

図５のライン２０６及び２００より、Ｎｂで構成される第１下地層１６０の厚さは、３０ｎｍ以下であることが望ましい。Ｎｂの下地層の厚さがこの範囲であれば、光吸収損失を、Ａｕ単膜での値α_０に対し２倍の２α_０以下、または従来のＴｉを用いた第１下地層１６０の場合の値、約６α_０に対し、１／３以下の値に抑制することができる。

【0053】

なお、第１導電層１６２および第２導電層１６６を金で構成する場合、光変調素子１００の製造過程において、これらの導電層をパターンニングするためのエッチング液としてヨウ素又はヨウ化物を含むエッチング液を用いる場合があり得る。したがって、このような場合には、第１下地層１６０を構成する第１材料および第２下地層１６４を構成する第２材料には、ヨウ素に対し耐性の低いＡｌ等の材料を用いず、ヨウ素と反応しない材料（例えばＮｂ）を用いることが好ましい。

【0054】

なお、不要光用除去のための放射光用導波路１３０はモニタ用光導波路として用いることがあるが、この場合は、もちろん、モニタ用導波路の端部も信号光の出力端である。

【0055】

＜変形例＞
上述した光変調素子１００では、不要光除去のための放射光用導波路の一部を覆うように、第２下地層１６４および第２導電層１６６を有する導体パターン１５０が形成されるものとした。ただし、導体パターン１５０の形成箇所は、上記には限られない。例えば、基板１０２上の領域のうち、光導波路１０４の信号光の入力端から出力端までの経路以外の領域に、第１材料とは異なる第２材料からなる第２下地層１６４と、第２下地層１６４の上の第２導電層１６６と、で構成される導体パターン１５０が形成されていてもよい。

【0056】

上記の構成において、導体パターン１５０は、基板１０２のうち光導波路１０４に隣接する領域において、以下のように構成されているものとすることができる。

【0057】

例えば、導体パターン１５０は、作用電極１１４に隣接して設けられていてもよい。一例として、光変調素子１００は、図１におけるＩＩ－ＩＩ断面において、図６に示すような構成を有するものとすることができる。図６は、上述した図２に相当するＩＩ－ＩＩ断面図である。

【0058】

図６において、作用電極を構成する信号電極１１４－１ａは、並行導波路１１２ａおよび１１２ｂにそれぞれ隣接する２つの部分に分割して形成され、２つの信号電極１１４－１ａに挟まれた導体パターン１５０ｇと、で構成され得る。言い換えると、作用電極１１４は、並行導波路１１２に隣接して設けられ、作用電極１１４のうち、並行導波路１１２に隣接する側面と対向する側面に接するように導体パターン１５０ｇが形成されている。

【0059】

同様に、作用電極１１４を構成するグラウンド電極１１４－２ａおよび１１４－２ｂは、それぞれ、並行導波路１１２ａおよび１１２ｂに隣接して形成され、グラウンド電極１１４－２ａおよび１１４－２ｂの側面のうち並行導波路１１２ａおよび１１２ｂに隣接する側面と対向する側面に接するように導体パターン１５０ｈ－１および１５０ｈ－２が形成されている。

【0060】

ここで、導体パターン１５０ｇは、第２下地層１６４ｃと、第２導電層１６６ｃとで構成されている。また、導体パターン１５０ｈ－１は、第２下地層１６４ｄ－１および第２導電層１６６ｄ－１で構成され、導体パターン１５０ｈ－２は、第２下地層１６４ｄ－２および第２導電層１６６ｄ－２で構成されている。

【0061】

導体パターン１５０が光導波路１０４の入力端から出力端までの経路以外の領域に設けられる他の例として、光変調素子１００は、図１におけるＩＩ－ＩＩ断面において、図７に示すような構成を有するものとすることができる。図７は、上述した図２に相当するＩＩ－ＩＩ断面図であり、上述した図６の構成において第２下地層１６４が隣接する作用電極１１４の内部にまで延在して設けられる例である。

【0062】

具体的には、第２下地層１６４ｃは、隣接する２つの信号電極１１４－１ａの第１下地層１６０ａ－１と第１導電層１６２ａ－１との間まで延在している。また、第２下地層１６４ｄ－１は、隣接するグラウンド電極１１４－２ａの第１下地層１６０ｂと第１導電層１６２ｂとの間まで延在している。同様に、第２下地層１６４ｄ－２は、隣接するグラウンド電極１１４－２ｂの第１下地層１６０ｂ－２と第１導電層１６２ｂ－２との間まで延在している。

【0063】

導体パターン１５０が光導波路１０４の入力端から出力端までの経路以外の領域に設けられる更に他の例として、光変調素子１００は、図１におけるＩＩ－ＩＩ断面において、図８に示すような構成を有するものとすることができる。図８は、上述した図２に相当するＩＩ－ＩＩ断面図であり、上述した図６の構成において第１下地層１６０が隣接する導体パターン１５０の内部にまで延在して設けられる例である。
なお、図６、図７、および図８においては第１導電層１６２と第２導電層１６６をそれぞれ分けて記載したが、それぞれの材料はお互いに異なる材料としてもよいし同じ材料としてもよい。特に同じ材料とする場合は第１導電層１６２と第２導電層１６６を同一のプロセスで形成することでプロセスの効率化を図ることができる。

【0064】

具体的には、第１下地層１６０ａ－１は、隣接する２つの導体パターン１５０ｇの第２下地層１６４ｃと第２導電層１６６ｃとの間まで延在している。また、第１下地層１６０ｂは、隣接する導体パターン１５０ｈ－１の第２下地層１６４ｄ－１と第２導電層１６６ｄ－１との間まで延在している。同様に、第１下地層１６０ｃは、隣接する導体パターン１５０ｈ－２の第２下地層１６４ｄ－２と第２導電層１６６ｄ－２との間まで延在している。

【0065】

上記のような変形例の構成においては、配線電極１１８は、光導波路１０４と交差する部分以外の部分において、第１下地層１６０に代えて第２下地層１６４を有するものとすることができる。例えば、配線電極１１８は、少なくとも光導波路１０４と交差する部分においては、光導波路１０４に接するように第１下地層１６０が形成され、他の部分においては第２下地層１６４を含むものとすることができる。

【0066】

一例として、光変調素子１００は、図１におけるグラウンド配線電極１１８－２ｆと入力導波路１０６との交差部において、図９のように構成されるものとすることができる。図９は、グラウンド配線電極１１８－２ｆと入力導波路１０６との交差部の、入力導波路１０６の延在方向と直交する面に沿った断面図である。図９の構成では、グラウンド配線電極１１８－２ｆは、例えば、入力導波路１０６との交差部においては、第１下地層１６０ｄと第１導電層１６２ｄとで構成され、上記交差部以外の部分においては、第２下地層１６４ｅと第１導電層１６２ｄとで構成される。上記の構成において、入力導波路１０６の中心から第２下地層１６４ｅの端部までの距離Ｄは、第２下地層１６４ｅによる光吸収損失を抑制すべく、入力導波路１０６における光のモードフィールド径よりも大きいことが望ましい。

【0067】

他の一例として、グラウンド配線電極１１８－２ｆは、図１０のように構成されるものとすることができる。図１０は、図９に示す構成において、第２下地層１６４ｅを、グラウンド配線電極１１８－２ｆと入力導波路１０６との交差部に設けられた第１下地層１６０ｄの上部まで延在させた例である。

【0068】

さらに他の一例として、グラウンド配線電極１１８－２ｆは、図１１のように構成されるものとすることができる。図１１は、図９に示す構成において、第１下地層１６０ｄを、入力導波路１０６との交差部以外の部分の第２下地層１６４ｅの上部まで延在させた例である。

【0069】

［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、上述した光変調素子１００を用いた光変調器である。図１３は、第２の実施形態に係る光変調器４００の構成を示す図である。光変調器４００は、筐体４０２と、当該筐体４０２内に収容された光変調素子１００と、中継基板４０６と、を有する。筐体４０２は、最終的にはその開口部に板体であるカバー（不図示）が固定されて、その内部が気密封止される。

【0070】

光変調器４００は、また、光変調素子１００の変調に用いる高周波電気信号を入力するための信号ピン４０８と、光変調素子１００の動作点の調整に用いる電気信号を入力するための信号ピン４１０と、を有する。

【0071】

さらに、光変調器４００は、筐体４０２内に光を入力するための入力光ファイバ４１４と、光変調素子１００により変調された光を筐体４０２の外部へ導く出力光ファイバ４２０と、を筐体４０２の同一面（本実施形態では、図示左側の面）に有する。

【0072】

ここで、入力光ファイバ４１４及び出力光ファイバ４２０は、固定部材であるサポート４２２及び４２４を介して筐体４０２にそれぞれ固定されている。入力光ファイバ４１４から入力された光は、サポート４２２内に配されたレンズ４３０によりコリメートされた後、レンズ４３４を介して光変調素子１００へ入力される。ただし、これは一例であって、光変調素子１００への光の入力は、従来技術に従い、例えば、入力光ファイバ４１４を、サポート４２２を介して筐体４０２内に導入し、当該導入した入力光ファイバ４１４の端面を光変調素子１００の基板１０２の端面に接続することで行うものとすることもできる。

【0073】

光変調素子１００から出力される光は、光学ユニット４１６と、サポート４２４に配されたレンズ４１８と、を介して出力光ファイバ４２０に結合される。光学ユニット４１６は、光変調素子１００から出力される２つの変調光を一つのビームに結合する偏波合成器を含み得る。

【0074】

中継基板４０６は、当該中継基板４０６に形成された導体パターン（不図示）により、信号ピン４０８から入力される高周波電気信号および信号ピン４１０から入力される動作点（バイアス点）調整用等の電気信号を、光変調素子１００へ中継する。中継基板４０６上の上記導体パターンは、例えばワイヤボンディング等により、光変調素子１００の配線電極１１８の一端にそれぞれ接続される。また、光変調器４００は、所定のインピーダンスを有する終端器４１２を筐体４０２内に備える。

【0075】

上記の構成を有する光変調器４００は、上述した第１の実施形態に係る光変調素子１００を用いて構成されるので、従来に比べてより低電圧駆動が可能であって且つ消光比等の光特性の良好な変調動作を実現することができる。

【0076】

［第３実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、上述した第１の実施形態に係る光変調素子１００を用いた光変調モジュール５００である。図１４は、本実施形態に係る光変調モジュール５００の構成を示す図である。図１４において、図１３に示す第２の実施形態に係る光変調器４００と同一の構成要素については、図１３に示す符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図１３についての説明を援用する。

【0077】

光変調モジュール５００は、図１３に示す光変調器４００と同様の構成を有するが、中継基板４０６に代えて、回路基板５０６を備える点が、光変調器４００と異なる。回路基板５０６は、駆動回路５０８を備える。駆動回路５０８は、信号ピン４０８を介して外部から供給される例えば変調信号に基づいて、光変調素子１００を駆動する高周波電気信号を生成し、当該生成した高周波電気信号を光変調素子１００へ出力する。

【0078】

上記の構成を有する光変調モジュール５００は、上述した第１の実施形態に係る光変調素子１００を用いて構成されるので、従来に比べてより低電圧駆動が可能であって且つ消光比等の光特性の良好な変調動作を実現することができる。

【0079】

［第４実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態は、第２の実施形態に係る光変調器４００を搭載した光送信装置６００である。図１５は、本実施形態に係る光送信装置６００の構成を示す図である。この光送信装置６００は、光変調器４００と、光変調器４００に光を入射する光源６０４と、変調器駆動部６０６と、変調信号生成部６０８と、を有する。なお、光変調器４００及び変調器駆動部６０６に代えて、上述した光変調モジュール５００を用いることもできる。

【0080】

変調信号生成部６０８は、光変調器４００に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路であり、外部から与えられる送信データに基づき、光変調器４００に当該変調データに従った光変調動作を行わせるための高周波信号である変調信号を生成して、変調器駆動部６０６へ出力する。

【0081】

変調器駆動部６０６は、変調信号生成部６０８から入力される変調信号を増幅して、光変調器４００が備える光変調素子１００の信号電極を駆動するための高周波電気信号を出力する。尚、上述したように、光変調器４００および変調器駆動部６０６に代えて、例えば変調器駆動部６０６に相当する回路を含む駆動回路５０８を筐体４０２の内部に備えた、光変調モジュール５００を用いることもできる。

【0082】

上記高周波電気信号は、光変調器４００の信号ピン４０８に入力されて、光変調素子１００を駆動する。これにより、光源６０４から出力された光は、光変調器４００により変調され、変調光となって光送信装置６００から出力される。

【0083】

上記の構成を有する光送信装置６００は、光変調素子１００を用いているので、上述した第２の実施形態に係る光変調器４００および第３の実施形態に係る光変調モジュール５００と同様に、従来に比べてより低電圧駆動が可能であって且つ消光比等の光特性の良好な変調動作を実現して、良好な光伝送を実現し得る。

【0084】

なお、本発明は上記実施形態の構成およびその代替構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

【0085】

例えば、第１の実施形態に係る光変調素子１００では、導体パターン１５０は、基板１０２上において孤立して形成されるものとしたが、導体パターン１５０は、必ずしも孤立して形成されていなくてもよい。例えば、導体パターン１５０は、不要光が伝搬する基板１０２上の複数の領域をカバーするように形成してもよい。

【0086】

また、例えば、作用電極１１４とは異なり並行導波路１１２に近接して形成する必要のない配線電極１１８を、導体パターン１５０と同様の下地層および導電層により構成して、これらの配線電極１１８と導体パターン１５０とを、同一の電極形成工程において基板１０２上に同時に形成してもよい。また、この場合には、これらの配線電極１１８の少なくとも一部と導体パターン１５０とが連続するパターンとして形成されるものとすることができる。

【0087】

また、図１に示す光変調素子１００において、配線電極１１８、およびバイアス電極１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃの配線（以下、バイアス電極配線）の経路は、図１に記載の経路には限られない。基板１０２上における配線電極１１８およびバイアス電極配線の経路は、従来技術に従い、光導波路１０４に作用しない限り任意である。例えば、配線電極１１８は、光導波路１０４に作用しないように、信号電極１１４－１から直線状に延在していてもよい。また、バイアス電極配線は、例えば、入力導波路１０６および出力導波路１２６ａ、１２６ｂが形成されている辺１４０ａに対向する辺１４０ｂに達するように、任意の経路で形成されていてもよい。

【0088】

また、第１の実施形態に係る光変調素子１００では、作用電極１１４は、図２に示すように、第１下地層１６０と第１導電層１６２とで構成されるものとしたが、これには限定されない。作用電極１１４は、第１導電層１６２の上部に、更に、第１材料と異なる第３材料からなる第３下地層と、第３下地層の上の第３導電層とを有する多段の構成としてもよい。これにより作用電極１１４を伝搬する電気信号の速度と光導波路１０４を伝搬する光波の速度とを整合させつつ、作用電極１１４のインピーダンスを所定の範囲に設定することができる。

【0089】

例えば、図２に示す信号電極１１４－１ａおよびグラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂを、それぞれ、図１２に示す信号電極１１４－１ｅおよびグラウンド電極１１４－２ｆ、１１４－２ｇのように構成することができる。図１２において、信号電極１１４－１ｅは、第１下地層１６０ａおよび第１導電層１６２ａと、第１導電層１６２ａの上の第３下地層１８０ａおよび第３導電層１８２ａと、で構成されている。また、グラウンド電極１１４－２ｆは、第１下地層１６０ｂおよび第１導電層１６２ｂと、第１導電層１６２ｂの上の第３下地層１８０ｂおよび第３導電層１８２ｂと、で構成されている。同様に、グラウンド電極１１４－２ｇは、第１下地層１６０ｃおよび第１導電層１６２ｃと、第１導電層１６２ｃの上の第３下地層１８０ｃおよび第３導電層１８２ｃと、で構成されている。以下、第３下地層１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃを総称して第３下地層１８０ともいい、第３導電層１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃを総称して第３導電層１８２ともいうものとする。

【0090】

図１２に示す構成においては、第３下地層１８０の端部が、並行導波路１１２の延伸方向に垂直な断面において、第３導電層１８２に覆われているものとすることで、電極形成時のエッチングプロセスにおいて第３下地層１８０がオーバーエッチングされることを抑制することができる。なお、このように作用電極１１４を多段にする構成は、図１２に示すような第１下地層１６０と第１導電層１６２の構成に限定されず、図６、図７、または図８に示すように作用電極１１４の下地層が第１下地層１６０と第２下地層１６４の両方で形成される構成においても適用することができる。

【0091】

また、第１の実施形態では、本発明に係る光導波路素子の一例として、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）である基板１０２により構成される光変調素子１００を示したが、本発明に係る光導波路素子は、これには限られない。光導波路素子は、任意の材料（ＬＮのほか、ＩｎＰ、Ｓｉなど）の基板で構成される、任意の機能（光変調のほか、光スイッチ、光方向性結合器など）を有する素子であるものとすることができる。そのような素子は、例えば、いわゆるシリコン・フォトニクス導波路デバイスであり得る。

【0092】

また、上述した実施形態では、基板１０２は、一例としてＸカット（基板法線方向が結晶軸のＸ軸）のＬＮ基板（いわゆるＸ板）であるものしたが、ＺカットのＬＮ基板を基板１０２として用いることもできる。

【0093】

以上説明したように、上述した第１の実施形態に係る光導波路素子である光変調素子１００は、基板１０２と、基板１０２に形成された光導波路１０４と、光導波路１０４の並行導波路１１２を伝搬する光波を制御する作用電極１１４と、を含む。作用電極１１４は、第１材料からなる第１下地層１６０と、第１下地層１６０の上の第１導電層１６２と、で構成される。そして、基板１０２上の領域のうち、光導波路１０４の入力端から出力端までの経路以外の領域に、第１材料とは異なる第２材料からなる第２下地層１６４と、第２下地層１６４の上の第２導電層１６６と、で構成される導体パターン１５０が形成され得る。

【0094】

具体的には、光変調素子１００では、作用電極１１４により制御されて基板１０２から出力される出力光に寄与しない不要光が伝搬する領域に、第１材料とは異なる第２材料からなる第２下地層１６４と、第２下地層１６４の上の第２導電層１６６と、で構成される導体パターン１５０が形成されている。

【0095】

これらの構成によれば、作用電極１１４に起因して生じ得る光吸収損失を抑制しつつ、基板１０２中を伝搬する不要光を効果的に除去することができる。その結果、従来に比べてより低電圧駆動が可能であって且つ光特性の良好な光変調素子１００を実現することができる。

【0096】

また、第２下地層１６４を構成する第２材料は、光導波路１０４を伝搬する光の波長における光吸収係数が、第１下地層１６０を構成する第１材料よりも大きい。この構成によれば、基板１０２中を伝搬する不要光をより効果的に除去することができる。

【0097】

また、導体パターン１５０は、作用電極１１４に接続された配線電極１１８から連続するパターンであり得る。この構成によれば、配線電極１１８の形成と同時に導体パターン１５０を形成することができるので、光変調素子１００の製造工程が簡単化される。

【0098】

また、光導波路１０４は、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８およびマッハツェンダ型光導波路１１０を含み、これらのマッハツェンダ型光導波路の合波部１２８には、放射光用導波路１３０が形成されている。そして、導体パターン１５０は、放射光用導波路１３０の少なくとも一部を覆うように配されている。この構成によれば、放射光用導波路が伝搬する不要光である放射光を導体パターン１５０により効果的に除去することができる。

【0099】

また、第１導電層１６２および第２導電層１６６は、金（Ａｕ）で構成されており、第１下地層１６０を構成する第１材料および第２下地層を構成する第２材料は、ヨウ素と反応しない材料で構成されている。この構成によれば、光変調素子１００の製造過程において第１導電層１６２および第２導電層１６６のパターンニングにヨウ素系エッチング液を用いることができるので、上記製造過程におけるエッチング液の選択肢が広がり、光変調素子１００の製造が容易となる。

【0100】

また、第１下地層１６０を構成する第１材料は、例えばニオブ（Ｎｂ）であり、第２下地層１６４を構成する第２材料は、例えばチタン（Ｔｉ）である。この構成によれば、特殊な材料を用いることなく、従来に比べてより低電圧駆動が可能であって且つ光特性の良好な光変調素子１００を実現することができる。

【0101】

また、第１下地層１６０の厚さは３０ｎｍ以下であり、第２下地層１６４の厚さは１００ｎｍ以上である。この構成によれば、従来に比べてより低電圧駆動が可能であって且つ光特性の良好な光変調素子１００を、より容易に実現することができる。

【0102】

また、光導波路１０４は、基板１０２上に延在する凸部１４４により構成される凸状光導波路である。この構成によれば、従来に比べて更に低電圧駆動が可能であって且つ光特性の良好な光変調素子１００を実現することができる。

【0103】

また、光変調素子１００は、光導波路１０４の並行導波路１１２を基板１０２の面内において挟む２つの作用電極１１４（具体的には、信号電極１１４－１およびグラウンド電極１１４－２）を有し、これら２つの作用電極１１４の間隔は、１．０μｍ以上、５．０μｍ以下である。この構成によれば、従来に比べて低電圧駆動が可能であって且つ光特性の良好な光変調素子１００を容易に実現することができる。

【0104】

また、作用電極１１４は、第１導電層１６２の上に、第１材料と異なる第３材料からなる第３下地層と、第３下地層の上の第３導電層とを有する。そして、光導波路１０４の延伸方向に垂直な断面において、第３下地層の端部は、第３導電層に覆われている。

【0105】

また、上記第３材料はチタン（Ｔｉ）で構成され、上記第３導電層は、金（Ａｕ）で構成されている。

【0106】

これらの構成によれば、電極形成時のエッチングプロセスにおいて第３下地層がオーバーエッチングされることを抑制することができる。

【0107】

また、第２の実施形態に係る光変調器４００は、光の変調を行う光変調素子１００と、光変調素子１００を収容する筐体４０２と、光変調素子１００に光を入力する入力光ファイバ４１４と、光変調素子１００が出力する光を筐体４０２の外部へ導く出力光ファイバ４２０と、を備える。

【0108】

また、第３の実施形態に係る光変調モジュール５００は、光変調素子１００と、光変調素子１００を収容する筐体４０２と、光変調素子１００に光を入力する入力光ファイバ４１４と、光変調素子１００が出力する光を筐体４０２の外部へ導く出力光ファイバ４２０と、光変調素子を駆動する駆動回路５０８と、を備える。

【0109】

また、第４の実施形態に係る光送信装置６００は、第２の実施形態に係る光変調器４００または第３の実施形態に係る光変調モジュール５００と、光変調素子１００に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路である変調信号生成部６０８と、を備える。

【0110】

これらの構成によれば、従来に比べて低電圧駆動が可能であって且つ光特性の良好な光変調器４００、光変調モジュール５００、又は光送信装置６００を実現することができる。

【符号の説明】

【0111】

１００…光変調素子、１０２…基板、１０４…光導波路、１０６…入力導波路、１０８ａ、１０８ｂ…ネスト型マッハツェンダ型光導波路、１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ…マッハツェンダ型光導波路、１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ、１１２ｆ、１１２ｇ、１１２ｈ…並行導波路、１１４…作用電極、１１４－１、１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄ、１１４－１ｅ…信号電極、１１４－２、１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅ、１１４－２ｆ、１１４－２ｇ…グラウンド電極、１１８…配線電極、１１８－１、１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄ、１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈ…信号配線電極、１１８－２、１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄ、１１８－２ｅ、１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈ、１１８－２ｉ、１１８－２ｊ…グラウンド配線電極、１２６ａ、１２６ｂ…出力導波路、１２８、１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄ、１２８ｅ、１２８ｆ…合波部、１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆ、１３０ｇ、１３０ｈ、１３０ｉ、１３０ｊ、１３０ｋ、１３０ｍ…放射光用導波路、１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ…バイアス電極、１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ…辺、１４２…支持板、１４４，１４４ａ、１４４ｂ…凸部、１５０、１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅ、１５０ｆ、１５０ｇ、１５０ｈ－１、１５０ｈ－２…導体パターン、１６０、１６０ａ、１６０ａ－１、１６０ａ－２、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄ…第１下地層、１６２、１６２ａ、１６２ａ－１、１６２ａ－２、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄ…第１導電層、１６４、１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃ、１６４ｄ－１、１６４ｄ－２、１６４ｅ…第２下地層、１６６、１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃ、１６６ｄ－１、１６６ｄ－２…第２導電層、１７０…光入射部、１７２…矩形領域、１８０、１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ…第３下地層、１８２、１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃ…第３導電層、２００、２０２、２０４、２０６…ライン、４０２…筐体、４０６…中継基板、４０８、４１０…信号ピン、４１２…終端器、４１４…入力光ファイバ、４１６…光学ユニット、４１８、４３０、４３４…レンズ、４２０…出力光ファイバ、４２２、４２４…サポート、５０６…回路基板、５０８…駆動回路、６００…光送信装置、６０４…光源、６０６…変調器駆動部、６０８…変調信号生成部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】