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(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】P2024092804
(43)【公開日】2024-07-08
(54)【発明の名称】光導波路素子、光変調器、及び光送信装置
(51)【国際特許分類】
G02F 1/035 20060101AFI20240701BHJP
【ＦＩ】
G02F1/035
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022208979
(22)【出願日】2022-12-26
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度 国立研究開発法人情報通信研究機構「革新的情報通信技 術研究開発委託研究／Ｂｅｙｏｎｄ５Ｇ 超高速・超大容量無線通信システムのためのヘテロジニアス光電子融合技術の研究開発」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(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】速水 佑治
(72)【発明者】
【氏名】岡橋 宏佑
【テーマコード（参考）】
2K102
【Ｆターム（参考）】
2K102AA21
2K102BA03
2K102BB04
2K102BC04
2K102BD01
2K102CA18
2K102CA21
2K102DA05
2K102DB05
2K102DB08
2K102DC04
2K102DC08
2K102DD05
2K102EA03
2K102EA08
2K102EA09
2K102EA12
2K102EA16
2K102EA17
2K102EA21
2K102EB10
2K102EB11
2K102EB12
2K102EB16
2K102EB30
(57)【要約】
【課題】光導波路素子において、高い動作速度における低電圧駆動を実現することである。
【解決手段】光導波路素子は、光学基板の主面上に配された光導波路と、光導波路を伝搬する光波を制御する制御電極と、を有し、制御電極は、光学基板の主面上において光導波路を挟んで対向する第１制御電極と第２制御電極とを含み、第１制御電極および第２制御電極は、それぞれ、光導波路に沿って延在する共通電極と、共通電極よりも光導波路に近接して配された、光導波路の延在方向に沿って分割された複数のセグメント電極と、複数のセグメント電極のそれぞれを共通電極に接続する複数の接続電極と、を含み、共通電極と光学基板との間に、比誘電率が前記光学基板の比誘電率より低い低誘電体層が配されている。
【選択図】図４
【解決手段】光導波路素子は、光学基板の主面上に配された光導波路と、光導波路を伝搬する光波を制御する制御電極と、を有し、制御電極は、光学基板の主面上において光導波路を挟んで対向する第１制御電極と第２制御電極とを含み、第１制御電極および第２制御電極は、それぞれ、光導波路に沿って延在する共通電極と、共通電極よりも光導波路に近接して配された、光導波路の延在方向に沿って分割された複数のセグメント電極と、複数のセグメント電極のそれぞれを共通電極に接続する複数の接続電極と、を含み、共通電極と光学基板との間に、比誘電率が前記光学基板の比誘電率より低い低誘電体層が配されている。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学基板の主面上に配された光導波路と、前記光導波路を伝搬する光波を制御する制御電極と、を有する光導波路素子であって、
前記制御電極は、前記光学基板の主面上において前記光導波路を挟んで対向する第１制御電極と第２制御電極とを含み、
前記第１制御電極および前記第２制御電極は、それぞれ、前記光導波路に沿って延在する共通電極と、前記共通電極よりも前記光導波路に近接して配された、前記光導波路の延在方向に沿って分割された複数のセグメント電極と、前記複数のセグメント電極のそれぞれを前記共通電極に接続する複数の接続電極と、を含み、
前記共通電極と前記光学基板との間に、比誘電率が前記光学基板の比誘電率より低い低誘電体層が配されている、
光導波路素子。
前記制御電極は、前記光学基板の主面上において前記光導波路を挟んで対向する第１制御電極と第２制御電極とを含み、
前記第１制御電極および前記第２制御電極は、それぞれ、前記光導波路に沿って延在する共通電極と、前記共通電極よりも前記光導波路に近接して配された、前記光導波路の延在方向に沿って分割された複数のセグメント電極と、前記複数のセグメント電極のそれぞれを前記共通電極に接続する複数の接続電極と、を含み、
前記共通電極と前記光学基板との間に、比誘電率が前記光学基板の比誘電率より低い低誘電体層が配されている、
光導波路素子。
【請求項2】
前記低誘電体層は、前記接続電極および前記セグメント電極の下部まで延在する、
請求項１に記載の光導波路素子。
請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項3】
前記光導波路は、２つの並行導波路を備えるマッハツェンダ型光導波路を含み、
前記制御電極は、
前記２つの並行導波路の間に配された１つの前記第１制御電極と、
前記２つの並行導波路のそれぞれを挟んで前記第１制御電極と対向する、２つの前記第２制御電極と、
を含む、
請求項１に記載の光導波路素子。
前記制御電極は、
前記２つの並行導波路の間に配された１つの前記第１制御電極と、
前記２つの並行導波路のそれぞれを挟んで前記第１制御電極と対向する、２つの前記第２制御電極と、
を含む、
請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項4】
前記セグメント電極は、少なくとも、前記光導波路に隣接する面の下部が、前記低誘電体層を介さずに前記光学基板上に形成されている、
請求項１に記載の光導波路素子。
請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項5】
前記低誘電体層は、前記光導波路の延在方向と直交する断面において、前記光導波路に隣接する辺と、前記光学基板から遠い側の辺である上辺と、の角部が曲線で構成されている、
請求項１に記載の光導波路素子。
請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項6】
前記光学基板の、前記光導波路が配された主面に対向する他の主面は、比誘電率が１以上１０以下の低誘電体材料から成る低誘電体基板と接している、
請求項１に記載の光導波路素子。
請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項7】
前記セグメント電極と前記光学基板との間にバッファ層を有する、
請求項１に記載の光導波路素子。
請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項8】
前記低誘電体層は、前記低誘電体層の厚さ方向に延在する一つ又は複数の貫通穴を有し、
前記制御電極は、前記貫通穴の内部を通って前記光学基板まで延在する、
請求項１に記載の光導波路素子。
前記制御電極は、前記貫通穴の内部を通って前記光学基板まで延在する、
請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項9】
光変調素子である請求項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。
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10】
請求項９に記載の光変調器と、
前記光導波路素子に光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。
前記光導波路素子に光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、及び光送信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
高速／大容量光ファイバ通信システムにおいては、基板上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制御電極と、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。光変調動作を行う光導波路素子としては、ＩｎＰ基板等の半導体基板を用いた半導体光変調素子、およびＬｉＮｂＯ３（以下、ＬＮともいう）を基板に用いたＬＮ光変調素子が実用化されている。
【0003】
近年、光通信用の光変調器では、変調速度として１００ＧＢａｕｄ以上のシンボルレートが求められている。このため、光変調素子の周波数特性を広帯域化する観点から、電気―光の速度整合（すなわち、光導波路を伝搬する光の速度と、制御電極を伝搬する高周波信号の伝搬速度との整合）、及びインピーダンス整合（すなわち、制御電極のインピーダンスと制御電極に高周波信号を出力する駆動回路の出力インピーダンスとの整合）が重要となる。
【0004】
従来、上記インピーダンス整合を図る手段として、インピーダンス調整の自由度が高い容量装荷型進行波電極構造の制御電極が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この制御電極では、基板上に形成された誘電体層の上に高周波信号を伝搬するＲＦ電極が配され、基板上には、光導波路の延在方向に分割された複数のセグメント電極が配されている。各セグメント電極は、誘電体層を貫通する導体により上記ＲＦ電極と接続されて、光導波路に高周波電界を印加する。これにより、上記従来の制御電極では、ＲＦ電極部分の高周波信号の伝搬速度を高めて、光－電気速度整合が図られる。
【0005】
しかし、上記従来の制御電極では、昨今の小型化、広帯域化、低駆動電圧化の要求に伴って、基板上において光導波路を挟むセグメント電極間の距離を短くするために、誘電体層上のＲＦ電極と接地電極との距離を小さくすると、ＲＦ電極における高周波信号の伝搬速度を低下させることとなり得る。その結果、光－電気速度整合が困難となり、高い変調速度における低電圧駆動が困難となり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１６－１９４５４４号公報
【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、本発明の目的は、光導波路素子において、高い動作速度における低電圧駆動を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一の態様は、光学基板の主面上に配された光導波路と、前記光導波路を伝搬する光波を制御する制御電極と、を有する光導波路素子であって、前記制御電極は、前記光学基板の主面上において前記光導波路を挟んで対向する第１制御電極と第２制御電極とを含み、前記第１制御電極および前記第２制御電極は、それぞれ、前記光導波路に沿って延在する共通電極と、前記共通電極よりも前記光導波路に近接して配された、前記光導波路の延在方向に沿って分割された複数のセグメント電極と、前記複数のセグメント電極のそれぞれを前記共通電極に接続する複数の接続電極と、を含み、前記共通電極と前記光学基板との間に、比誘電率が前記光学基板の比誘電率より低い低誘電体層が配されている、光導波路素子である。
本発明の他の態様によると、前記低誘電体層は、前記接続電極および前記セグメント電極の下部まで延在する。
本発明の他の態様によると、前記光導波路は、２つの並行導波路を備えるマッハツェンダ型光導波路を含み、前記制御電極は、前記２つの並行導波路の間に配された１つの前記第１制御電極と、前記２つの並行導波路のそれぞれを挟んで前記第１制御電極と対向する、２つの前記第２制御電極と、を含む。
本発明の他の態様によると、前記セグメント電極は、少なくとも、前記光導波路に隣接する面の下部が、前記低誘電体層を介さずに前記光学基板上に形成されている。
本発明の他の態様によると、前記低誘電体層は、前記光導波路の延在方向と直交する断面において、前記光導波路に隣接する辺と、前記光学基板から遠い側の辺である上辺と、の角部が曲線で構成されている。
本発明の他の態様によると、前記光学基板の、前記光導波路が配された主面に対向する他の主面は、比誘電率が１以上１０以下の低誘電体材料から成る低誘電体基板と接している。
本発明の他の態様によると、前記セグメント電極と前記光学基板との間にバッファ層を有する。
本発明の他の態様によると、前記低誘電体層は、前記低誘電体層の厚さ方向に延在する一つ又は複数の貫通穴を有し、前記制御電極は、前記貫通穴の内部を通って前記光学基板まで延在する。
本発明の他の態様は、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、上記いずれかの光変調器と、前記光導波路素子に光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。
本発明の他の態様によると、前記低誘電体層は、前記接続電極および前記セグメント電極の下部まで延在する。
本発明の他の態様によると、前記光導波路は、２つの並行導波路を備えるマッハツェンダ型光導波路を含み、前記制御電極は、前記２つの並行導波路の間に配された１つの前記第１制御電極と、前記２つの並行導波路のそれぞれを挟んで前記第１制御電極と対向する、２つの前記第２制御電極と、を含む。
本発明の他の態様によると、前記セグメント電極は、少なくとも、前記光導波路に隣接する面の下部が、前記低誘電体層を介さずに前記光学基板上に形成されている。
本発明の他の態様によると、前記低誘電体層は、前記光導波路の延在方向と直交する断面において、前記光導波路に隣接する辺と、前記光学基板から遠い側の辺である上辺と、の角部が曲線で構成されている。
本発明の他の態様によると、前記光学基板の、前記光導波路が配された主面に対向する他の主面は、比誘電率が１以上１０以下の低誘電体材料から成る低誘電体基板と接している。
本発明の他の態様によると、前記セグメント電極と前記光学基板との間にバッファ層を有する。
本発明の他の態様によると、前記低誘電体層は、前記低誘電体層の厚さ方向に延在する一つ又は複数の貫通穴を有し、前記制御電極は、前記貫通穴の内部を通って前記光学基板まで延在する。
本発明の他の態様は、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、上記いずれかの光変調器と、前記光導波路素子に光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、高い動作速度における低電圧駆動を実現することができる。
【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器の構成を示す図である。
【図7】第１の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図8】第１の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図9】第２の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図10】第２の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図11】第３の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図12】第３の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図13】第４の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図14】第４の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図15】第５の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図16】第６の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図17】第７の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図21】本発明の第２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。
［１．第１実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
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を用いた光変調器１の構成を示す図である。
光変調器１は、筐体２と、筐体２内に収容された進行波動作により光変調信号を生成する光変調素子３と、を有する。光変調素子３は、例えば、偏波合成変調方式に対応したネスト型マッハツェンダ型のコヒーレント通信用変調器構成で、ＤＰ－ＱＰＳＫやＱＡＭ変調などの多値変調フォーマットに対応する。筐体２は、例えば、業界規格であるＨＢ－ＣＤＭ規格（“Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｈｉｇｈ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｄｒｉｖｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ （ＨＢ－ＣＤＭ） ＯＩＦ－ＨＢ－ＣＤＭ－０２．０”（Ｊｕｌｙ １５、２０２１、ＯＩＦ発行））に準拠する。なお、筐体２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。
［１．第１実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
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を用いた光変調器１の構成を示す図である。
光変調器１は、筐体２と、筐体２内に収容された進行波動作により光変調信号を生成する光変調素子３と、を有する。光変調素子３は、例えば、偏波合成変調方式に対応したネスト型マッハツェンダ型のコヒーレント通信用変調器構成で、ＤＰ－ＱＰＳＫやＱＡＭ変調などの多値変調フォーマットに対応する。筐体２は、例えば、業界規格であるＨＢ－ＣＤＭ規格（“Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｈｉｇｈ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｄｒｉｖｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ （ＨＢ－ＣＤＭ） ＯＩＦ－ＨＢ－ＣＤＭ－０２．０”（Ｊｕｌｙ １５、２０２１、ＯＩＦ発行））に準拠する。なお、筐体２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。
【0012】
筐体２には、後述する中継基板１４に搭載された駆動回路１７に光変調素子３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４が設けられている。また、筐体２には、光変調素子３の動作点の調整等に用いる電気信号の入力、駆動回路１７の動作のための電源の入力、及び、駆動回路１７を動作させるために必要な制御信号の入出力を行うための、信号ピン５が設けられている。
【0013】
光変調器１は、また、筐体２内に光を入力するための入力光ファイバ６と、光変調素子３により変調された光を筐体２の外部へ導く出力光ファイバ７と、を筐体２の同一面に有する。また、光変調器１は、ビームシフト機能と偏波合成機能とを合わせ持つビームシフタ１２を有する。
【0014】
入力光ファイバ６及び出力光ファイバ７は、固定部材であるサポート８及び９を介して筐体２にそれぞれ固定されている。入力光ファイバ６から入力された光は、サポート８内に配されたレンズ１１ａによりコリメートされた後、ビームシフタ１２を通過し、レンズ１０ａを介して光変調素子３へ入力される。ただし、これは一例であって、光変調素子３への光の入力は、従来技術に従い、例えば、入力光ファイバ６を、サポート８を介して筐体２内に導入し、当該導入した入力光ファイバ６の端面を光変調素子３の光学基板３０（後述）の端面に接続することで行うものとすることもできる。
【0015】
光変調素子３から出力される２つの変調された光は、それぞれレンズ１０ｂおよび１０ｃによりコリメートされたのち、ビームシフタ１２の偏波合成機能により、一つのビームに合成される。上記合成されたビームは、サポート９内に配されたレンズ１１ｂにより集光されて出力光ファイバ７へ結合される。
【0016】
光変調器１の筐体２内には、また、中継基板１４と、所定のインピーダンスを有する４つの終端抵抗１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを備える終端器１６が配されている。以下、終端抵抗１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを総称して終端抵抗１５ともいうものとする。光変調素子３と終端器１６の終端抵抗１５との電気的接続は、例えばワイヤボンディング等により行われる。
【0017】
中継基板１４は、駆動回路１７を備える。駆動回路１７は、信号ピン４から入力される高周波電気信号を増幅して、光変調素子３に変調動作を行わせるための高周波電気信号である駆動信号を出力する。また、中継基板１４は、信号ピン５から入力される動作点調整用等の電気信号、電源、及び制御信号を、光変調素子３へ中継する。中継基板１４の導体パターンは、例えばワイヤボンディング等により、光変調素子３の電極の一端を構成するパッド（不図示）にそれぞれ接続される。なお、中継基板１４は、図１では１枚の基板として図示されているが、必要に応じて複数の基板に分割されて構成されていても良い。また、駆動回路１７は、図１のように中継基板１４上に搭載されていても良いし、中継基板１４と光変調素子３との間に配置されていても良い。また、信号ピン４に代えて、高周波電気信号の入力に用いるインタフェースは、筐体２の外部に配されたＦＰＣ（フレキシブル基板）であっても良い。
【0018】
図２は、ＤＰ－ＱＰＳＫ変調器等である光変調素子３の構成の一例を示す図である。
光変調素子３は、光学基板３０の一方の主面（図２に示す面）に形成された光導波路３１（図示太線点線の全体）で構成され、例えば１００ＧＢａｕｄを超えるようなコヒーレント多値変調を行う。光学基板３０は、例えば、２０μｍ以下（例えば２μｍ）の厚さに加工され薄膜化された、電気光学効果を有するＸカットのＬＮ基板である。また、光導波路３１は、薄膜化された光学基板３０の表面に形成された、帯状に延在する凸部で構成された凸状光導波路（例えば、リブ型光導波路又はリッジ型光導波路）である。
光変調素子３は、光学基板３０の一方の主面（図２に示す面）に形成された光導波路３１（図示太線点線の全体）で構成され、例えば１００ＧＢａｕｄを超えるようなコヒーレント多値変調を行う。光学基板３０は、例えば、２０μｍ以下（例えば２μｍ）の厚さに加工され薄膜化された、電気光学効果を有するＸカットのＬＮ基板である。また、光導波路３１は、薄膜化された光学基板３０の表面に形成された、帯状に延在する凸部で構成された凸状光導波路（例えば、リブ型光導波路又はリッジ型光導波路）である。
【0019】
光学基板３０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３２ａ、３２ｂ、および図示左右方向に延在して対向する図示上下の辺３２ｃ、３２ｄを有する。
【0020】
光導波路３１は、光学基板３０の図示右方の辺３２ｂの図示上側において入力光ファイバ６からの入力光（図示右方を向く矢印）を受ける入力導波路３３と、入力された光を同じ光量を有する２つの光に分岐する分岐導波路３４と、を含む。また、光導波路３１は、分岐導波路３４により分岐されたそれぞれの光を変調する２つの変調部である、いわゆるネスト型マッハツェンダ型光導波路３５ａ、３５ｂを含む。
【0021】
ネスト型マッハツェンダ型光導波路３５ａおよび３５ｂは、光学基板３０の図示左部分の折返し領域３８において光の伝搬方向が１８０度折り返され、出力導波路３６ａおよび３６ｂにより光学基板３０の辺３２ｂから図示右方へ光を出力する。
【0022】
ネスト型マッハツェンダ型光導波路３５ａ、３５ｂは、それぞれ、一対の並行導波路を成す２つの導波路部分に設けられたそれぞれ２つのマッハツェンダ型光導波路３７ａ、３７ｂ、および３７ｃ、３７ｄを含む。以下、マッハツェンダ型光導波路３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄを総称してマッハツェンダ型光導波路３７ともいうものとする。従来技術に従い、マッハツェンダ型光導波路３７は、それぞれ、２本の並行導波路を含む。
【0023】
光学基板３０上の図示左部分の折返し領域３８で折り返されたネスト型マッハツェンダ型光導波路３５ａ、３５ｂの図示上部分のバイアス電極部４０には、例えば従来技術に従い、ネスト型マッハツェンダ型光導波路３５ａ、３５ｂの４つのマッハツェンダ型光導波路３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄのそれぞれの、動作点を調整するためのバイアス電極１９が設けられている。また、光学基板３０上には、ネスト型マッハツェンダ型光導波路３５ａ、３５ｂの動作点を調整するためのバイアス電極５１が形成されている。
【0024】
また、折返し領域３８で折り返されたネスト型マッハツェンダ型光導波路３５ａ、３５ｂの図示下部分のＲＦ電極部４１には、ネスト型マッハツェンダ型光導波路３５ａ、３５ｂを構成する合計４つのマッハツェンダ型光導波路３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄのそれぞれに変調動作を行わせるための、高周波電気信号が伝搬される４つの中心電極１８が、それぞれ、対応するマッハツェンダ型光導波路３７の２本の並行導波路の間に配されている。
【0025】
図２において、中心電極１８のそれぞれは、従来技術に従い、光学基板３０の主面上においてこれらの中心電極１８を一定距離離れた位置から挟むように形成された２つのグランド電極（不図示）と共に、所定のインピーダンスを有する分布定数線路を構成している。
【0026】
これにより、駆動回路１７から出力される４つの駆動信号は、それぞれ、図２の図示左方から、対応する中心電極１８に入力され、進行波となって中心電極１８のそれぞれを図示右方へ伝搬し、ＲＦ電極部４１において、対応するマッハツェンダ型光導波路３７を伝搬する光波を変調した後、対応する終端抵抗１５により終端される。
【0027】
図３は、図２におけるＡ部の部分詳細図であり、ＲＦ電極部４１におけるマッハツェンダ型光導波路３７ｃの電極構成を示す図である。ＲＦ電極部４１における他のマッハツェンダ型光導波路３７ａ、３７ｂ、及び３７ｄの電極構成も、図３に示すマッハツェンダ型光導波路３７ｃの電極構成と同様である。図３において、光は、図示左側から入射して図示右側へ出射する。
【0028】
光導波路素子である光変調素子３は、ＲＦ電極部４１において、マッハツェンダ型光導波路３７ｃを伝搬する光波を制御する制御電極４２を有する。制御電極４２は、一つの第１制御電極４３と、二つの第２制御電極４４とを含む。ここで、第１制御電極４３は、上述した中心電極１８の一部であり、実際には図示左右に延在して中心電極１８の他の部分と接続されている。また、二つの第２制御電極は、中心電極１８を一定距離離れた位置からそれぞれ挟む接地電極であり、従来技術に従い、光学基板３０の主面上に延在する導体パターン（不図示）を介して接地電位に接続されている。
【0029】
光学基板３０の主面上において、中心電極１８の一部である第１制御電極４３は、光導波路３１の一部であるマッハツェンダ型光導波路３７ｃの並行導波路３９ａと３９ｂとの間に配されている。接地電極である二つの第２制御電極４４は、それぞれ、並行導波路３９ａ及び３９ｂを挟んで第１制御電極４３と対向する位置に配されている。第１制御電極４３および第２制御電極４４は、例えば金（Ａｕ）で構成され、光学基板３０との密着性向上のため、クロム（Ｃｒ）を下地金属として用いてもよい。
以下、並行導波路３９ａ、３９ｂを総称して並行導波路３９ともいうものとする。
以下、並行導波路３９ａ、３９ｂを総称して並行導波路３９ともいうものとする。
【0030】
図４は、図３に示すＲＦ電極部４１のＢ部の部分詳細図である。また、図５及び図６は、図４に示すＢ部の、Ｖ－Ｖ断面矢視図およびＶＩ－ＶＩ断面矢視図である。
図４に示すＢ部には、マッハツェンダ型光導波路３７ｃの一方の並行導波路３９ｂを挟んで対向する一方の第２制御電極４４と第１制御電極４３とが示されている。なお、図２において他方の並行導波路３９ａを挟んで対向する他方の第２制御電極４４と第１制御電極４３も、図４に示す構成と同様に構成される。
図４に示すＢ部には、マッハツェンダ型光導波路３７ｃの一方の並行導波路３９ｂを挟んで対向する一方の第２制御電極４４と第１制御電極４３とが示されている。なお、図２において他方の並行導波路３９ａを挟んで対向する他方の第２制御電極４４と第１制御電極４３も、図４に示す構成と同様に構成される。
【0031】
図４に示すように、第１制御電極４３は、並行導波路３９ｂに沿って延在して高周波信号を伝搬させる共通電極４３ａと、共通電極４３ａよりも並行導波路３９ｂに近接して配された、並行導波路３９ｂの延在方向に沿って分割された複数のセグメント電極４３ｃと、を含む。また、第１制御電極４３は、複数のセグメント電極４３ｃのそれぞれを共通電極４３ａに接続する複数の接続電極４３ｂを含む。
【0032】
同様に、第２制御電極４４は、並行導波路３９ｂに沿って延在して高周波信号を伝搬させる共通電極４４ａと、共通電極４４ａよりも並行導波路３９ｂに近接して配された、並行導波路３９ｂの延在方向に沿って分割された複数のセグメント電極４４ｃと、を含む。また、第２制御電極４４は、複数のセグメント電極４４ｃのそれぞれを共通電極４４ａに接続する複数の接続電極４４ｂを含む。
【0033】
そして、図５及び図６に示すように、共通電極４３ａおよび４４ａのそれぞれの下部と光学基板３０との間には、光学基板よりも比誘電率が低い低誘電体層４５が配置されている。低誘電体層４５の比誘電率は、好ましくは、１以上１０以下である。低誘電体層４５は、図４及び図６に示すように、接続電極４３ｂ、４４ｂの一部にまで延在していてもよい。低誘電体層４５は、例えば、ＳｉＯ２、または、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等の低誘電体樹脂、あるいは窒化シリコン等で構成され得る。
【0034】
上記の構成を有する光変調素子３では、並行導波路３９に近接して設けられたセグメント電極４３ｃ、４４ｃにより当該並行導波路３９に電界を印加することで光変調動作を行うので、低電圧駆動を実現することができる。また、光変調素子３では、高周波信号が伝搬する共通電極４３ａ、４４ａと光学基板３０との間に低誘電体層４５を有するので、共通電極４３ａおよび４４ａにおける高周波信号の伝搬速度（以下、信号伝搬速度ともいう）を高速化して、並行導波路３９ｂを伝搬する光波の伝搬速度（以下、導波速度ともいう）と信号伝搬速度との整合性（一致の程度）を向上することができる。これにより、光変調素子３では、高い変調速度における低電圧駆動を実現することができる。
【0035】
【0036】
低誘電体層４５は、高速変調と低電圧駆動を実現する観点から、光速度整合に適切な０．１μｍ以上２０μｍ以下の厚みで構成されることが好ましい。
また、第１制御電極４３および第２制御電極４４の好ましいサイズとして、本実施形態では、共通電極４３ａ及び４４ａから、それぞれセグメント電極４３ｃ、４４ｃに至るまでの、接続電極４３ｂおよび４４ｂの長さａ（図４参照）は、１以上５０μｍ以下である。また、並行導波路３９ｂの延在方向に測った接続電極４３ｂ、４４ｂの幅Ｗ２は、１μｍ以上１０μｍ以下である。また、並行導波路３９ｂの延在方向と直交する方向に測ったセグメント電極４３ｃ、４４ｃの幅Ｗ１は、１μｍ以上１０μｍ以下である。
また、第１制御電極４３および第２制御電極４４の好ましいサイズとして、本実施形態では、共通電極４３ａ及び４４ａから、それぞれセグメント電極４３ｃ、４４ｃに至るまでの、接続電極４３ｂおよび４４ｂの長さａ（図４参照）は、１以上５０μｍ以下である。また、並行導波路３９ｂの延在方向に測った接続電極４３ｂ、４４ｂの幅Ｗ２は、１μｍ以上１０μｍ以下である。また、並行導波路３９ｂの延在方向と直交する方向に測ったセグメント電極４３ｃ、４４ｃの幅Ｗ１は、１μｍ以上１０μｍ以下である。
【0037】
また、並行導波路３９ｂの延在方向に測ったセグメント電極４３ｃ同士およびセグメント電極４４ｃ同士のピッチＬ１は、２０μｍ以上５００μｍ以下である。また、並行導波路３９ｂの延在方向に測ったセグメント電極４３ｃ、４４ｃの長さＬ２は、Ｌ１／２以上（Ｌ１－１μｍ）以下である。
【0038】
本実施形態では、更に好ましい構成として、光学基板３０の、光導波路３１が配された主面に対向する他の主面が、光学基板より比誘電率が低い材料、好ましくは、比誘電率が１以上１０以下の低誘電体材料で構成された低誘電体基板４６と接するように、当該低誘電体基板４６と接合されている（図５、図６参照）。これにより、制御電極４２における高周波信号の伝搬速度の高速化が更に容易となり、制御電極４２の設計自由度が向上する。なお、低誘電体基板４６を構成する上記低誘電体材料は、動作温度の変動に伴って発生し得る光学基板３０と低誘電体基板４６との境界における応力を低減する観点から、線膨張係数が０．５×１０－６以上であって１０×１０－６以下であることが好ましい。そのような低誘電体材料は、例えば、ＳｉＯ２であり得る。低誘電体基板４６の厚みは、例えば、０．１μｍ以上１０００μｍ以下が好ましい。
【0039】
なお、厚みが３００μｍ以下の低誘電体基板４６を用いる場合には、低誘電体基板４６の裏面（すなわち、光学基板３０と接合される面に対向する面）に、保持基板（不図示）を貼り合わせて、光変調素子３の機械強度を補強してもよい。そのような保持基板は、例えば、Ｓｉ又ガラス等で構成され得る。
【0040】
次に、光導波路素子である光変調素子３の変形例について説明する。
［第１変形例］
光変調素子３の第１の変形例として、低誘電体層４５は、接続電極４３ｂ、４４ｂおよびセグメント電極４３ｃ、４４ｃの下部まで延在するものとすることができる。
［第１変形例］
光変調素子３の第１の変形例として、低誘電体層４５は、接続電極４３ｂ、４４ｂおよびセグメント電極４３ｃ、４４ｃの下部まで延在するものとすることができる。
【0041】
図７及び図８は、そのような第１変形例に係る光変調素子３の制御電極４２の構成を示す図である。ここで、図７及び図８は、それぞれ、図５に示すＶ－Ｖ断面図及び図６に示すＶＩ－ＶＩ断面図に相当する図である。図７及び図８に示す例では、低誘電体層４５は、共通電極４３ａ及び４４ａの下部から、それぞれ、セグメント電極４３ｃ及び４４ｃの下部まで延在している。並行導波路３９ａを挟む第１制御電極４３及び第２制御電極４４の部分も、図７及び図８に示す構成と同様に構成される。
【0042】
これにより、第１変形例に係る光変調素子３では、第１制御電極の全体、及びセグメント電極４４ｃを含む第２制御電極４４全体における、マイクロ波（電気信号）の伝搬速度の高速化および光と電気信号の速度整合が容易となる。
【0043】
なお、図７及び図８の例では、低誘電体層４５は、共通電極４３ａ及び４４ａの下部から、それぞれ、セグメント電極４３ｃ及び４４ｃの下部の途中まで延在するものとしたが、セグメント電極４３ｃ及び４４ｃの下部の全体に延在するものとしてもよい。
【0044】
ただし、図７及び図８に示すように、セグメント電極４３ｃ、４４ｃのそれぞれの、少なくとも並行導波路３９ｂに隣接する面の下部が、低誘電体層４５を介さずに光学基板３０上に形成されるように構成することで、セグメント電極４３ｃ、４４ｃが並行導波路３９ｂに与える電界の強度を高めて、光変調動作における電界効率（すなわち、制御電極４２が発生する電界のうち、光変調動作に用いられる電界の比率）を向上し、光変調素子３の動作に必要な駆動電圧を低減することができる。
【0045】
一般に、金等の電極を形成する際に電極下地膜として用いられるニッケルやチタン等の金属材料は、これらの金属材料と弾性係数が同等以上であって且つ親水性の高いＬＮ等の光学基板３０の表面に対する密着性が、樹脂等で構成される低誘電体層４５の表面に対する密着性に比べて高い。このため、上記のように構成することで低誘電体層４５を介さずに光学基板３０上に形成されるセグメント電極４３ｃ及び４４ｃの部分は、光学基板３０との密着性が向上する。その結果、光変調素子３としての信頼性をより向上することができる。
【0046】
［第２変形例］
光変調素子３の第２の変形例として、低誘電体層４５は、並行導波路３９の延在方向と直交する断面において、前記光導波路に隣接する辺と、前記基板から遠い側の辺である上辺と、の角部が曲線で構成されていることが好ましい。
光変調素子３の第２の変形例として、低誘電体層４５は、並行導波路３９の延在方向と直交する断面において、前記光導波路に隣接する辺と、前記基板から遠い側の辺である上辺と、の角部が曲線で構成されていることが好ましい。
【0047】
図９及び図１０は、そのような第２変形例に係る光変調素子３の制御電極４２の構成を示す図である。ここで、図９及び図１０は、それぞれ、図５に示すＶ－Ｖ断面図及び図６に示すＶＩ－ＶＩ断面図に相当する図である。図９及び図１０に示すように、共通電極４３ａおよび４４ａの下部において延在する低誘電体層４５は、それぞれ、並行導波路３９ｂの延在方向と直交する断面において（すなわち、図９および図１０に示す断面において）、並行導波路３９ｂに隣接する辺と、光学基板３０から遠い側の辺である上辺と、の角部に、曲線で構成されたＲ部４９（図９及び図１０に示す図示一点鎖線の円内に示す部分）を有している。並行導波路３９ａを挟む第１制御電極４３及び第２制御電極４４の部分も、図９及び図１０に示す構成と同様に構成される。
【0048】
これにより、第２変形例に係る光変調素子３では、制御電極４２のうち低誘電体層４５の上部に形成された導体部分から、低誘電体層４５を介さずに光学基板３０上に形成された導体部分に至る遷移部分の導体の厚みが連続的に変化するので、当該遷移部分を伝搬する高周波信号の損失（例えば放射損失等）を低減することができる。また、特に、線幅の細い接続電極４３ｂ、４４ｂの下部にＲ部４９を有する角部が配される場合、当該角部が屈曲形状である場合に比べて、上記角部において発生し得る接続電極４３ｂ、４４ｂの応力を低減して、光変調素子３の信頼性をより向上することができる。
【0049】
［第３変形例］
光変調素子３の第３の変形例として、セグメント電極４３ｃ、４４ｃと光学基板３０との間に、バッファ層を有してもよい。
図１１及び図１２は、そのような第３変形例に係る、光変調素子３の制御電極４２の構成を示す図である。ここで、図１１及び図１２は、それぞれ、図５に示すＶ－Ｖ断面図及び図６に示すＶＩ－ＶＩ断面図に相当する図である。図示の例では、並行導波路３９ｂを覆い、且つセグメント電極４３ｃ、４４ｃの下部まで延在するように、バッファ層４７が配されている。並行導波路３９ａを挟む第１制御電極４３及び第２制御電極４４の部分も、図１１及び図１２に示す構成と同様に、バッファ層４７が配され得る。バッファ層４７は、並行導波路３９の長さ方向（図１１及び図１２の紙面法線方向）に沿って延在する。
光変調素子３の第３の変形例として、セグメント電極４３ｃ、４４ｃと光学基板３０との間に、バッファ層を有してもよい。
図１１及び図１２は、そのような第３変形例に係る、光変調素子３の制御電極４２の構成を示す図である。ここで、図１１及び図１２は、それぞれ、図５に示すＶ－Ｖ断面図及び図６に示すＶＩ－ＶＩ断面図に相当する図である。図示の例では、並行導波路３９ｂを覆い、且つセグメント電極４３ｃ、４４ｃの下部まで延在するように、バッファ層４７が配されている。並行導波路３９ａを挟む第１制御電極４３及び第２制御電極４４の部分も、図１１及び図１２に示す構成と同様に、バッファ層４７が配され得る。バッファ層４７は、並行導波路３９の長さ方向（図１１及び図１２の紙面法線方向）に沿って延在する。
【0050】
これにより、並行導波路３９に近接して配されたセグメント電極４３ｃ、４４ｃを構成する金属（例えばＡｕ、Ｃｒ等）により、並行導波路３９を伝搬する光波の損失（いわゆる、光吸収損失）が発生するのを防止することができる。
【0051】
一般に、光変調素子３における出力光のオン／オフ動作におけるオフ光の光量は、光学基板３０内を伝搬する迷光等により定まり、上記光吸収損失にはあまり依存しない。一方、上記オンオフ動作におけるオン光の光量は、上記光吸収損失と駆動電圧の大きさに依存する。このため、上記光吸収損失が大きい場合には、同じ駆動電圧であってもオン光の光量は低下し、光変調素子３から出力される変調光の消光比が劣化する。
【0052】
これに対し、上記ようなバッファ層を有する構成では、光吸収損失が低減されて高い消光比を確保し得るので、所定の消光比を得るのに必要な駆動電圧を低減することができる。
【0053】
【0054】
［第４変形例］
光変調素子３の第４の変形例として、低誘電体層４５は、低誘電体層４５の厚さ方向に延在する一つ又は複数の貫通穴を有し、制御電極４２は、上記貫通穴を通って光学基板の主面まで延在するよう構成される。
光変調素子３の第４の変形例として、低誘電体層４５は、低誘電体層４５の厚さ方向に延在する一つ又は複数の貫通穴を有し、制御電極４２は、上記貫通穴を通って光学基板の主面まで延在するよう構成される。
【0055】
図１３及び図１４は、そのような第４の変形例に係る、光変調素子３の制御電極４２の構成を示す図である。ここで、図１３は、マッハツェンダ型光導波路３７ｃにおけるＲＦ電極部４１の構成を示す図３に相当する図である。また、図１４は、図１３におけるＸＶＩ－ＸＶＩ断面図である。図１３に示す例では、第１制御電極４３及び第２制御電極４４の下部に配された低誘電体層４５に、平面視が円形の複数の貫通穴４８（図示点線の円形）がマトリクス状に配されている。そして、図１４に示すように、例えば、第２制御電極４４の共通電極４４ａが、貫通穴４８（図示点線矩形）の内部を通って光学基板３０の主面まで延在している。なお、図１３では、一例として一つの貫通穴４８にのみ符号を付しているが、図示点線の複数の円形は、すべて貫通穴４８を示している。
【0056】
これにより、制御電極４２は、貫通穴４８の内部を通って光学基板３０と直接に密着するので、上述した図７及び図８の構成と同様に、例えば低誘電体層４５を樹脂で構成する場合でも、制御電極４２と光学基板３０との密着性を高めて、光変調素子３の信頼性を向上することができる。
【0057】
なお、貫通穴４８は、制御電極４２と光学基板３０との密着性を確保する観点から、例えば、直径ｒ（図１３参照）が１μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましい。また、同様の観点から、並行導波路３９の延在方向およびこれに直交する方向における、貫通穴４８の配置間隔ｄ１およびｄ２は、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
【0058】
なお、貫通穴４８は、円形に限らず、任意の平面視形状を有するものとすることができる。この場合、貫通穴４８は、光学基板３０側におけるその開口面積が、上記直径１μｍ以上２５μｍ以下の平面視円形の貫通穴と同程度となるように構成されることが望ましい。また、貫通穴４８は、マトリクス状に限らず、任意の規則的なパターン又は不規則なパターンで配置されてもよい。この場合にも、貫通穴４８同士の配置間隔は、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
【0059】
［第５変形例］
光変調素子３の第５の変形例として、上述の第４変形例に示した貫通穴４８は、図１５に示すように、第２制御電極４４にのみ形成され第１制御電極４３に形成されていなくてもよい。
光変調素子３の第５の変形例として、上述の第４変形例に示した貫通穴４８は、図１５に示すように、第２制御電極４４にのみ形成され第１制御電極４３に形成されていなくてもよい。
【0060】
［第６変形例］
光変調素子３の第６の変形例として、上述の第４変形例に示した貫通穴４８は、図１６に示すように、平面視が円形でなく、並行導波路３９ａ、３９ｂの延在方向に延びた長円形であってもよい。
光変調素子３の第６の変形例として、上述の第４変形例に示した貫通穴４８は、図１６に示すように、平面視が円形でなく、並行導波路３９ａ、３９ｂの延在方向に延びた長円形であってもよい。
【0061】
これにより、貫通穴４８の面積を拡大して制御電極４２と光学基板３０との密着性を向上しつつ、制御電極４２における高周波信号の伝搬が貫通穴４８により阻害されてしまうのを抑制することができる。
【0062】
図１６において、長円形の貫通穴４８は、長さｒ２が幅ｒ１の２倍以上１０倍以下であることが好ましい。また、隣接する貫通穴４８の配置間隔は、貫通穴４８の長さ方向における配置間隔ｄ２が、幅方向における配置間隔ｄ１の２倍以上１０倍以下であることが好ましい。
【0063】
［第７変形例］
光変調素子３の第７の変形例として、凸状光導波路である光導波路３１は、それぞれの部分が、光学基板３０の主面に所定の離間距離をもって延在する２つの溝部で挟まれた帯状の凸部で形成されていてもよい。
光変調素子３の第７の変形例として、凸状光導波路である光導波路３１は、それぞれの部分が、光学基板３０の主面に所定の離間距離をもって延在する２つの溝部で挟まれた帯状の凸部で形成されていてもよい。
【0064】
図１７、図１８、図１９、及び図２０は、そのような第７の変形例に係る光変調素子３のマッハツェンダ型光導波路３７ｃの構成を示す図であり、図３、図４、図５及び図６に相当する図である。ここで、図１８は、図１７におけるＣ部の部分詳細図である。また、図１９及び図２０は、図１８におけるＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ断面図およびＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ断面図である。
【0065】
図１７に示すように、本変形例では、光導波路３１の各部は、光学基板３０の主面上に所定の離間距離をもって延在する溝部５０ａ、５０ｂ、５０ｃのいずれか２つの溝部で挟まれた帯状の凸部で形成されている。具体的には、並行導波路３９ａは、２つの溝部５０ａ及び５０ｂに挟まれた凸部で構成されており、並行導波路３９ｂは、２つの溝部５０ａ及び５０ｃに挟まれた凸部で構成されている。
【0066】
図１８、図１９、図２０は、並行導波路３９ｂの近傍部分の平面図及び断面図であり、並行導波路３９ｂは、上述のように、２つの溝部５０ａ及び５０ｃに挟まれた凸部で構成されている。
これにより、凸状導波路である光導波路３１を、光学基板３０の主面上に容易に形成することができる。
なお、セグメント電極４３ｃ及び４４ｃは、図１９及び図２０に示すように、それぞれ溝部５０ａ及び５０ｃの底面上に形成されるものとすることができる。
これにより、凸状導波路である光導波路３１を、光学基板３０の主面上に容易に形成することができる。
なお、セグメント電極４３ｃ及び４４ｃは、図１９及び図２０に示すように、それぞれ溝部５０ａ及び５０ｃの底面上に形成されるものとすることができる。
【0067】
［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、第１の実施形態又はその変形例に係る光変調器１を搭載した光送信装置６０である。図２１は、本実施形態に係る光送信装置６０の構成を示す図である。この光送信装置６０は、光変調器１と、光源６１と、変調信号生成部６２と、を有する。変調信号生成部６２は、光変調器１に変調動作を行わせるための高周波信号（変調信号）を生成する電子回路である。変調信号生成部６２は、例えば、外部から与えられる送信データに基づき、光変調器１が備える光変調素子３に入力するための４つの変調信号を生成して、光変調器１の信号ピン４に入力する。これにより、光変調器１は、入力光ファイバ６から入射される光源６１からの光を変調し、出力光ファイバ７を介して変調光を出力する。
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、第１の実施形態又はその変形例に係る光変調器１を搭載した光送信装置６０である。図２１は、本実施形態に係る光送信装置６０の構成を示す図である。この光送信装置６０は、光変調器１と、光源６１と、変調信号生成部６２と、を有する。変調信号生成部６２は、光変調器１に変調動作を行わせるための高周波信号（変調信号）を生成する電子回路である。変調信号生成部６２は、例えば、外部から与えられる送信データに基づき、光変調器１が備える光変調素子３に入力するための４つの変調信号を生成して、光変調器１の信号ピン４に入力する。これにより、光変調器１は、入力光ファイバ６から入射される光源６１からの光を変調し、出力光ファイバ７を介して変調光を出力する。
【0068】
上記構成の光送信装置６０では、上述した光変調器１を用いているので、高い変調速度における低電圧駆動を可能として、消費電力の低減とサイズの小型化を図ることができる。
【0069】
［他の実施形態］
【0070】
上述した第１の実施形態における種々の変形例は、任意に組み合わされて一つの光導波路素子（例えば、光変調素子３）を構成するものとすることができる。例えば、第２変形例における低誘電体層４５のＲ部４９（図９等参照）、及び又は第４変形例における低誘電体層４５の貫通穴４８（図１３等参照）は、他の全ての変形例において組み合わせて適用することができる。
【0071】
また、本開示における光導波路素子は、ネスト型マッハツェンダ型光導波路を用いて光変調動作を行う光変調素子３に限らず、任意のパターンで形成された光導波路を用いて任意の機能を実現する種々の光導波路素子であり得る。例えば、光導波路素子は、マッハツェンダ型光導波路のほか、方向性結合器型導波路、及び又はＹ分岐導波路等を含んで構成される、光スイッチング等の機能を実現するものであってもよい。
【0072】
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。
【0073】
［上記実施形態によりサポートされる構成］
上記の実施形態および変形例は、以下の構成をサポートする。
上記の実施形態および変形例は、以下の構成をサポートする。
【0074】
（構成１）光学基板の主面上に配された光導波路と、前記光導波路を伝搬する光波を制御する制御電極と、を有する光導波路素子であって、前記制御電極は、前記光学基板の主面上において前記光導波路を挟んで対向する第１制御電極と第２制御電極とを含み、前記第１制御電極および前記第２制御電極は、それぞれ、前記光導波路に沿って延在する共通電極と、前記共通電極よりも前記光導波路に近接して配された、前記光導波路の延在方向に沿って分割された複数のセグメント電極と、前記複数のセグメント電極のそれぞれを前記共通電極に接続する複数の接続電極と、を含み、前記共通電極と前記光学基板との間に、比誘電率が前記光学基板の比誘電率より低い低誘電体層が配されている、光導波路素子。
構成１の光導波路素子によれば、共通電極における高周波信号の伝搬速度を高速化しつつ、光導波路に近接して配されたセグメント電極により当該光導波路に電界を印加することができるので、高い動作速度における低電圧駆動を実現することができる。
構成１の光導波路素子によれば、共通電極における高周波信号の伝搬速度を高速化しつつ、光導波路に近接して配されたセグメント電極により当該光導波路に電界を印加することができるので、高い動作速度における低電圧駆動を実現することができる。
【0075】
（構成２）前記低誘電体層は、前記接続電極および前記セグメント電極の下部まで延在する、構成１に記載の光導波路素子。
構成２の光導波路素子によれば、制御電極における高周波信号の導波損失を低減して、光変調動作に必要な電力を低減することができる。
構成２の光導波路素子によれば、制御電極における高周波信号の導波損失を低減して、光変調動作に必要な電力を低減することができる。
【0076】
（構成３） 前記光導波路は、２つの並行導波路を備えるマッハツェンダ型光導波路を含み、前記制御電極は、前記２つの並行導波路の間に配された１つの前記第１制御電極と、前記２つの並行導波路のそれぞれを挟んで前記第１制御電極と対向する、２つの前記第２制御電極と、を含む、構成１又は２に記載の光導波路素子。
構成３の光導波路素子によれば、マッハツェンダ型光導波路を含む光導波路において、高い動作速度における低電圧駆動で実現することができる。
構成３の光導波路素子によれば、マッハツェンダ型光導波路を含む光導波路において、高い動作速度における低電圧駆動で実現することができる。
【0077】
（構成４）前記セグメント電極は、少なくとも、前記光導波路に隣接する面の下部が、前記低誘電体層を介さずに前記光学基板上に形成されている、構成１ないし３のいずれかに記載の光導波路素子。
構成４の光導波路素子によれば、セグメント電極の下部に低誘電体層を配置しつつ、セグメント電極のうち光導波路に隣接する部分を、光学基板上に且つ光導波路に近接して配置することができる。このため、構成３の光導波路素子では、セグメント電極と光学基板との密着性を高めて信頼性を向上しつつ、駆動電圧を低減することができる。
構成４の光導波路素子によれば、セグメント電極の下部に低誘電体層を配置しつつ、セグメント電極のうち光導波路に隣接する部分を、光学基板上に且つ光導波路に近接して配置することができる。このため、構成３の光導波路素子では、セグメント電極と光学基板との密着性を高めて信頼性を向上しつつ、駆動電圧を低減することができる。
【0078】
（構成５）前記低誘電体層は、前記光導波路の延在方向と直交する断面において、前記光導波路に隣接する辺と、前記光学基板から遠い側の辺である上辺と、の角部が曲線で構成されている、構成１ないし４のいずれかに記載の光導波路素子。
構成５の光導波路素子によれば、低誘電体層の角部が曲線で構成されているので、制御電極のうち、低誘電体層上に形成された導体部分から光学基板上に直接形成された導体部分に至る遷移部分の導体厚みが上記曲線により連続的に変化することになる。このため、構成４の光変調素子では、上記角部が屈曲形状である場合に比べて、上記遷移部分を伝搬する高周波信号の損失（例えば放射損失等）を低減することができると共に、当該角部の上部に形成される制御電極に発生し得る応力を低減して、光導波路素子の信頼性をより向上することができる。
構成５の光導波路素子によれば、低誘電体層の角部が曲線で構成されているので、制御電極のうち、低誘電体層上に形成された導体部分から光学基板上に直接形成された導体部分に至る遷移部分の導体厚みが上記曲線により連続的に変化することになる。このため、構成４の光変調素子では、上記角部が屈曲形状である場合に比べて、上記遷移部分を伝搬する高周波信号の損失（例えば放射損失等）を低減することができると共に、当該角部の上部に形成される制御電極に発生し得る応力を低減して、光導波路素子の信頼性をより向上することができる。
【0079】
（構成６）前記光学基板の、前記光導波路が配された主面に対向する他の主面は、比誘電率が１以上１０以下の低誘電体材料から成る低誘電体基板と接している、構成１ないし５のいずれかに記載の光導波路素子。
構成６の光導波路素子によれば、制御電極における高周波信号の伝搬速度の高速化が容易となり、制御電極の設計自由度が向上する。
構成６の光導波路素子によれば、制御電極における高周波信号の伝搬速度の高速化が容易となり、制御電極の設計自由度が向上する。
【0080】
（構成７）前記セグメント電極と前記光学基板との間にバッファ層を有する、構成１ないし６のいずれかに記載の光導波路素子。
構成７の光導波路素子によれば、光導波路に近接して配されたセグメント電極を構成する金属により光導波路を伝搬する光波の光吸収損失が発生するのを防止することができる。
構成７の光導波路素子によれば、光導波路に近接して配されたセグメント電極を構成する金属により光導波路を伝搬する光波の光吸収損失が発生するのを防止することができる。
【0081】
（構成８）前記低誘電体層は、前記低誘電体層の厚さ方向に延在する一つ又は複数の貫通穴を有し、前記制御電極は、前記貫通穴の内部を通って前記光学基板でまで延在する、構成１ないし７のいずれかに記載の光導波路素子。
構成８の光導波路素子によれば、制御電極は、貫通穴の内部を通って光学基板と直接に密着する部分を有するので、例えば低誘電体層を樹脂で構成する場合でも、制御電極と光学基板との密着性を高めて、光導波路素子の信頼性を向上することができる。
構成８の光導波路素子によれば、制御電極は、貫通穴の内部を通って光学基板と直接に密着する部分を有するので、例えば低誘電体層を樹脂で構成する場合でも、制御電極と光学基板との密着性を高めて、光導波路素子の信頼性を向上することができる。
【0082】
（構成９）光変調素子である構成１ないし８のいずれか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。
構成９の光変調器によれば、高い変調速度における低電圧駆動が可能な光変調動作を実現することができる。
構成９の光変調器によれば、高い変調速度における低電圧駆動が可能な光変調動作を実現することができる。
【0083】
（構成１０）構成９に記載の光変調器と、前記光導波路素子に光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。
構成１０の光送信装置によれば、高い変調速度における低電圧駆動を可能として、消費電力の低減とサイズの小型化を図ることができる。
構成１０の光送信装置によれば、高い変調速度における低電圧駆動を可能として、消費電力の低減とサイズの小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【0084】
１…光変調器、２…筐体、３…光変調素子、４、５…信号ピン、６…入力光ファイバ、７…出力光ファイバ、８、９…サポート、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１ａ、１１ｂ…レンズ、１２…ビームシフタ、１４…中継基板、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ…終端抵抗、１６…終端器、１７…駆動回路、１８…中心電極、１９、５１…バイアス電極、３０…光学基板、３１…光導波路、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ…辺、３３…入力導波路、３４…分岐導波路、３５、３５ａ、３５ｂ…ネスト型マッハツェンダ型光導波路、３６ａ、３６ｂ…出力導波路、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ…マッハツェンダ型光導波路、３８…折返し領域、３９ａ、３９ｂ…並行導波路、４０、４０ａ、４０ｂ…バイアス電極部、４１…ＲＦ電極部、４２…制御電極、４３…第１制御電極、４４…第２制御電極、４３ａ、４４ａ…共通電極、４３ｂ、４４ｂ…接続電極、４３ｃ、４４ｃ…セグメント電極、４５…低誘電体層、４６…低誘電体基板、４７…バッファ層、４８…貫通穴、４９…Ｒ部、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…溝部、６０…光送信装置、６１…光源、６２…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】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】