特許 7480648 光デバイスおよび光送受信機

(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】

(24)【登録日】2024-04-30

(45)【発行日】2024-05-10

(54)【発明の名称】光デバイスおよび光送受信機

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/035 20060101AFI20240501BHJP

【ＦＩ】

G02F1/035

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020153461

(22)【出願日】2020-09-14

(65)【公開番号】P2022047597

(43)【公開日】2022-03-25

【審査請求日】2023-05-31

(73)【特許権者】

【識別番号】309015134

【氏名又は名称】富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】杉山 昌樹

【審査官】野口 晃一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２５００８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２０９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１５９５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０７２２４８７８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１５－１９７４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９５６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１７０６０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

１／２１－７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に形成される光変調器を含む光デバイスであって、
前記基板上に形成される、前記光変調器の信号電極と、
前記基板上に形成される、前記光変調器の接地電極と、
前記信号電極と前記接地電極との間の領域に配置される光導波路と、
前記光導波路と前記基板との間に形成される第１のバッファ領域と、
前記光導波路と前記信号電極との間および前記光導波路と前記接地電極との間に形成される第２のバッファ領域と、を備え、
前記光導波路、前記信号電極、前記接地電極、および前記第２のバッファ領域は、前記基板の表面に平行な方向において互いに隣り合うように配置されており、
前記第２のバッファ領域の誘電率は、前記第１のバッファ領域の誘電率より高い
ことを特徴とする光デバイス。

【請求項2】

前記光導波路は、薄膜ＸカットＬＮ結晶で形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

【請求項3】

前記第１のバッファ領域は、ＳｉＯ２で形成され、
前記第２のバッファ領域は、ＳｉＯ２およびＳｉＯ２より誘電率が高い物質を含む材料で形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

【請求項4】

前記第２のバッファ領域における電磁波の伝播速度と前記光導波路における光の伝播速度との差分は、前記第１のバッファ領域における電磁波の伝播速度と前記光導波路における光の伝播速度との差分より小さい
ことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

【請求項5】

前記信号電極の一部および前記接地電極の一部は、それぞれ、前記第２のバッファ領域に重なるように形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

【請求項6】

前記光導波路の上側に前記第１のバッファ領域と同じ材料で形成される第３のバッファ領域をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

【請求項7】

前記信号電極の一部および前記接地電極の一部は、それぞれ、前記第３のバッファ領域の上面において前記第２のバッファ領域に重なるように形成される
ことを特徴とする請求項６に記載の光デバイス。

【請求項8】

光変調器および光受信器を含む光送受信機であって、
前記光変調器は、
基板と、
前記基板上に形成される、前記光変調器の信号電極と、
前記基板上に形成される、前記光変調器の接地電極と、
前記信号電極と前記接地電極との間の領域に配置される光導波路と、
前記光導波路と前記基板との間に形成される第１のバッファ領域と、
前記光導波路と前記信号電極との間および前記光導波路と前記接地電極との間に形成される第２のバッファ領域と、を備え、
前記光導波路、前記信号電極、前記接地電極、および前記第２のバッファ領域は、前記基板の表面に平行な方向において互いに隣り合うように配置されており、
前記第２のバッファ領域の誘電率は、前記第１のバッファ領域の誘電率より高い
ことを特徴とする光送受信機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光変調器を含む光デバイスおよび光送受信機に係わる。

【背景技術】

【0002】

図１は、光変調器を含む光デバイスの一例を示す。この例では、光変調器は、偏波多重光信号を生成する。したがって、光変調器は、１組の親マッハツェンダ干渉計Ｘ、Ｙを備える。そして、各親マッハツェンダ干渉計Ｘ、Ｙは、１組のマッハツェンダ干渉計を備える。すなわち、光変調器は、４個のマッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱを備える。マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱは、それぞれ、電気信号を与えることにより光変調器として動作することができる。

【0003】

光変調器は、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）基板１を利用して形成される。すなわち、ＬＮ基板１の表面領域に光導波路２を形成することで各マッハツェンダ干渉計が構成される。

【0004】

光変調器は、信号電極３、ＤＣ電極４、および接地電極を備える。信号電極３は、マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱに対してそれぞれ設けられる。そして、各信号電極３には、送信データを表すＲＦ信号が与えられる。なお、ＲＦ信号は、不図示のデジタル信号処理器により生成される。ＤＣ電極４については説明を省略する。接地電極は、図面を見やすくするために省略するが、ＬＮ基板１の表面において、信号電極３またはＤＣ電極４が形成されていない領域に形成される。そして、接地電極は電気的にＧＮＤに接続される。

【0005】

図２は、従来の光変調器の一例を示す。なお、図２は、図１に示す光変調器が備える４個の子変調器（すなわち、マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）のうちの任意の１つを示している。ここでは、図２は、例えば、図１に示す子変調器ＸＩのＡ－Ａ断面を示す。

【0006】

光変調器は、図１または図２に示すように、マッハツェンダ干渉計を構成する１組の光導波路ＷＧａ、ＷＧｂ、信号電極３、および接地電極５を含む。光導波路ＷＧａ、ＷＧｂは、コプレーナ（ＣＰＷ：coplanar waveguide）導波路により実現される。この例では、平行に形成された２本の線状の導体（即ち、ＷＧａ、ＷＧｂ）によりコプレーナ導波路が構成されている。

【0007】

ＬＮ基板１は、図２に示す例では、ＸカットＬＮ基板である。信号電極３は、マッハツェンダ干渉計を構成する１組の光導波路に挟まれる領域の上に形成される。図２に示す例では、信号電極３は、光導波路Ｇａ、Ｇｂの間の領域の上に形成されている。また、ＬＮ基板１の表面の他の領域には、接地電極５が形成される。したがって、信号電極３および接地電極５は、対応する光導波路を挟むように形成されことになる。換言すると、信号電極３と接地電極５との間の領域にそれぞれ光導波路が配置される。なお、ＬＮ基板１の表面には、酸化膜等のバッファ層６が形成されており、信号電極３および接地電極５はそのバッファ層６の表面に形成される。

【0008】

上記構成の光変調器において、信号電極３と接地電極５との間に電圧が印加されると、ＬＮ基板１の表面領域に電界が発生する。ここで、ＬＮ基板１がＸカットＬＮ基板であるときは、ＬＮ基板１の表面に沿った方向に強い電界が発生する。したがって、例えば、図２に示すように、光導波路Ｇａ内に＋Ｚ方向に向う電界が発生するときは、光導波路Ｇｂ内に－Ｚ方向に向う電界が発生する。すなわち、光導波路Ｇａ、Ｇｂにおいて、互いに逆方向の電界が発生する。そして、この電界により光導波路Ｇａ、Ｇｂの屈折率（又は、光パス長）が変化し、各光導波路から出力される光の位相が変化する。よって、電気信号を用いて、各マッハツェンダ干渉計を伝播する光の位相を適切に調整することで、所望の変調光信号を生成できる。

【0009】

なお、ＸカットＬＮ基板を使用して形成される光変調器は、例えば、特許文献１に記載されている。また、特許文献２にも光変調素子の一例が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２００４－１３３３１１号公報

【文献】ＷＯ２０１２／１２４８３０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

近年、大容量データ通信を実現するために、信号電極には数１０ＧＨｚの帯域を有する電気信号が入力される。そして、このような広帯域の電気信号に対して良好な伝送特性を得るために、コプレーナ構造が採用されることがある。

【0012】

図２に示す例では、ＬＮ基板１の表面からチタン等の金属を拡散させることで、コプレーナ構造の光導波路ＷＧａ、ＷＧｂが形成される。しかし、この構造では、光導波路内に十分に光を閉じ込めることが困難であり、電界の印加効率が悪くなる。このため、所定の振幅の光信号を生成するためには、入力電気信号の振幅を大きくする必要がある。したがって、光変調器の駆動電圧が高くなり、光変調器の消費電力が大きくなってしまう。

【0013】

本発明の１つの側面に係わる目的は、光変調器の駆動電圧を小さくすることである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の１つの態様に係わる光デバイスは、基板上に形成される光変調器を含む。この光デバイスは、前記基板上に形成される、前記光変調器の信号電極と、前記基板上に形成される、前記光変調器の接地電極と、前記信号電極と前記接地電極との間の領域に配置される光導波路と、前記光導波路と前記基板との間に形成される第１のバッファ領域と、前記光導波路と前記信号電極との間および前記光導波路と前記接地電極との間に形成される第２のバッファ領域と、を備える。前記第２のバッファ領域の誘電率は、前記第１のバッファ領域の誘電率より高い。

【発明の効果】

【0015】

上述の態様によれば、光変調器の駆動電圧を小さくすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】光変調器を含む光デバイスの一例を示す図である。

【図2】従来の光変調器の一例を示す図である。

【図3】図２に示す構造に起因する課題を解決し得る光変調器の例を示す図である。

【図4】光および信号の伝播について説明する図である。

【図5】本発明の実施形態に係わる光変調器を含む光デバイスの一例を示す図である。

【図6】本発明の実施形態に係わる光変調器の断面構造の一例を示す図である。

【図7】本発明の実施形態による効果の１つを示す図である。

【図8】本発明の実施形態に係わる光変調器のバリエーションを示す図である。

【図9】本発明の実施形態に係わる光変調器の他のバリエーションを示す図である。

【図10】本発明の実施形態に係わる光送受信機の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図３は、図２に示す構造に起因する課題を解決し得る光変調器の例を示す。なお、図３においても、図１に示す光変調器が備える４個の子変調器（即ち、マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）のうちの任意の１つが描かれている。

【0018】

図３（ａ）に示す構成では、ＬＮ基板１の表面にバッファ層１１が形成され、そのバッファ層１１の上に薄膜ＬＮ結晶層１２が形成される。そして、薄膜ＬＮ結晶層１２に対してエッチングを行うことで光導波路ＷＧａ、ＷＧｂが形成される。光導波路ＷＧａ、ＷＧｂは、リブ導波路であり、スラブを有する。薄膜ＬＮ結晶層１２の上側には、バッファ層１３が形成される。なお、バッファ層１１、１３は、例えば、ＳｉＯ２膜である。信号電極２１は、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの間の領域の上に形成される。接地電極２２は、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの外側の領域に形成される。

【0019】

この構成においては、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂがバッファ層１１およびバッファ層１３により囲まれているので、光導波路内に十分に光が閉じ込められる。よって、図２に示す構成と比較して、入力電気信号から光信号への変換効率が改善し、光変調器の駆動電圧を小さくできる。

【0020】

ただし、リブ導波路である光導波路ＷＧａ、ＷＧｂは、上述したように、薄膜ＬＮ結晶層１２に対してエッチングを行うことで形成される。そして、リブ導波路を形成するためには、エッチングの深さを精度よく制御する必要があり、光変調器の製造が困難である。

【0021】

図３（ｂ）に示す光変調器においては、図３（ａ）に示すリブ導波路に代わりに、チャネル導波路が形成される。この場合、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの周辺の薄膜ＬＮ結晶をエッチングで除去することで、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂが形成される。よって、エッチングの深さを精度よく制御する必要がなく、光変調器の製造は比較的容易である。

【0022】

ただし、この構成においては、電極２１、２２と光導波路ＷＧａ、ＷＧｂとの間の領域に設けられるバッファ層１３は、例えば、バッファ層１１と同様に、ＳｉＯ２で形成される。ここで、ＬＮ結晶で形成される光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの実効屈折率およびＳｉＯ２で形成されるバッファ層１３の実効屈折率は互いに異なる。具体的には、ＬＮ結晶の実効屈折率は約２．２であり、ＳｉＯ２の実効屈折率は約１．５である。そして、電磁波の伝播速度は、実効屈折率に依存する。このため、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂを伝播する光の速度とバッファ層１３を伝播する電磁波の速度とが整合しない。具体的には、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂを伝播する光の速度より、バッファ層１３を伝播する電磁波の速度が速くなってしまう。

【0023】

図４は、光および信号の伝播について説明する図である。ここで、マッハツェンダ干渉計を構成する１組の光導波路ＷＧａ、ＷＧｂを介して光が伝播するものとする。光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの間の領域には信号電極２１が形成されている。また、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの外側の領域には接地電極２２が形成されている。そして、信号電極２１にＲＦ信号が与えられる。ＲＦ信号は、送信データを表す。なお、光の伝播方向およびＲＦ信号の伝播方向は互いに同じである。

【0024】

信号電極２１にＲＦ信号が与えられると、信号電極２１と接地電極２２との間にそのＲＦ信号に起因する電界が発生する。この電界は、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂを通過する。そして、ＲＦ信号の伝播に伴って、電界の変化も伝播する。なお、電界の変化が伝播する方向は、ＲＦ信号が伝播する方向と同じである。

【0025】

ところが、図３（ｂ）に示すように、電極２１、２２と光導波路ＷＧａ、ＷＧｂとの間の領域にバッファ層１３が形成される構成では、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂを伝播する光の速度とバッファ層１３を伝播する電磁波の速度とが整合しない。たとえば、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの実効屈折率よりバッファ層１３の実効屈折率の方が小さいときは、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂを伝播する光の速度よりバッファ層１３を伝播する電磁波の速度の方が速くなる。そして、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂを伝播する光の速度とバッファ層１３を伝播する電磁波の速度とが整合しないときには、所定の光振幅を得るために必要な入力ＲＦ信号の振幅を大きくする必要がある。即ち、光変調器の駆動電圧を大きくする必要がある。

【0026】

＜実施形態＞
図５は、本発明の実施形態に係わる光変調器を含む光デバイスの一例を示す。本発明の実施形態に係わる光変調器１００は、図１に示す光変調器と実質的に同じである。すなわち、光変調器１００は、偏波多重光信号を生成するために、１組の親マッハツェンダ干渉計Ｘ、Ｙを備える。各親マッハツェンダ干渉計Ｘ、Ｙは、１組のマッハツェンダ干渉計を備える。よって、光変調器１００は、４個のマッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱを備える。マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱは、それぞれ、電気信号を与えることにより光変調器として動作することができる。

【0027】

光変調器１００は、ＬＮ基板１上に形成される。すなわち、ＬＮ基板１の表面領域に光導波路を形成することで各マッハツェンダ干渉計が構成される。ＬＮ基板１は、特に限定されるものではないが、ＸカットＬＮ基板であってもよいし、ＸカットＬＮ基板であってもよい。

【0028】

光変調器１００は、信号電極２１、ＤＣ電極４ａ、４ｂ、接地電極を備える。信号電極２１は、マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱに対してそれぞれ設けられる。そして、各信号電極２１には、送信データを表すＲＦ信号が与えられる。ＲＦ信号は、不図示のデジタル信号処理器により生成され、ドライバ５１を介して対応する信号電極２１に与えられ、終端器５２において終端される。

【0029】

各マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱに対してＤＣ電極４ａが設けられる。これらのＤＣ電極４ａには、各マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱの動作点を調整するためのＤＣ電圧が印加される。また、各親マッハツェンダ干渉計Ｘ、Ｙに対してＤＣ電極４ｂが設けられる。これらのＤＣ電極４ｂには、位相差を調整するためのＤＣ電圧が印加される。例えば、マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ間の位相差を調整するためのＤＣ電圧が親マッハツェンダ干渉計ＸのＤＣ電極４ｂに印加され、マッハツェンダ干渉計ＹＩ、ＹＱ間の位相差を調整するためのＤＣ電圧が親マッハツェンダ干渉計ＹのＤＣ電極４ｂに印加される。位相差は、例えば、π／２である。

【0030】

接地電極は、図面を見やすくするために省略するが、ＬＮ基板１の表面において、信号電極２１またはＤＣ電極４ａ、４ｂが形成されていない領域に形成される。接地電極は、電気的にＧＮＤに接続される。

【0031】

上記構成の光変調器１００において、マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱに対してそれぞれ電気信号が与えられる。そうすると、マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱから、それぞれ、変調信号ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱが出力される。また、変調信号ＸＩ、ＸＱから変調信号Ｘが生成され、変調信号ＹＩ、ＹＱから変調信号Ｙが生成される。そして、偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）５３は、変調信号Ｘおよび変調信号Ｙを合波して出力する。

【0032】

図６は、本発明の実施形態に係わる光変調器１００の断面構造の一例を示す。なお、図６は、図５に示す光変調器１００が備える４個の子変調器（すなわち、マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）のうちの任意の１つを示している。ここでは、図６は、例えば、図５に示す子変調器ＸＩのＡ－Ａ断面を示す。

【0033】

ＬＮ基板１の表面には、バッファ層１１が形成される。バッファ層１１は、特に限定されるものではないが、酸化膜である。酸化膜は、この実施例では、ＳｉＯ２である。

【0034】

光導波路ＷＧａ、ＷＧｂは、バッファ層１１の表面に形成される。光導波路ＷＧａ、ＷＧｂは、この実施例では、ＬＮ基板１と同様に、ＬＮ結晶で形成される。例えば、バッファ層１１の表面に薄膜ＸカットＬＮ結晶が形成される。その後、エッチング等により、薄膜ＸカットＬＮ結晶を選択的に除去することで光導波路ＷＧａ、ＷＧｂが形成される。各光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの高さは、例えば２～３μｍであり、幅は、例えば１～４μｍである。

【0035】

各光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの側部には、バッファ領域３１が形成される。バッファ領域３１の高さは、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂと同じである。バッファ領域３１の幅は、例えば１～５μｍである。

【0036】

光導波路ＷＧａ、ＷＧｂおよびバッファ領域３１の上側には、バッファ領域３２が形成される。バッファ領域３２は、例えば、バッファ領域３１と同じ材料で形成される。すなわち、バッファ領域３２もＳｉＯ２で形成することができる。

【0037】

このように、各光導波路ＷＧａ、ＷＧｂは、バッファ層１１、バッファ領域３１、およびバッファ領域３２により囲まれる。ここで、各光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの屈折率は、バッファ１１、３１、３２の屈折率より大きい。したがって、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂはコアとして作用し、バッファ１１、３１、３２はクラッドとして作用する。

【0038】

バッファ領域３１は、バッファ層１１とは異なる材料で形成される。具体的には、バッファ領域３１の誘電率は、バッファ層１１の誘電率とは異なる。この実施例では、バッファ領域３１の誘電率は、バッファ層１１の誘電率より高い。

【0039】

バッファ領域３１の誘電率は、バッファ層１１と比較して、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの誘電率に近くなるように設定される。例えば、バッファ層１１がＳｉＯ２で形成される場合、バッファ層１１の比誘電率は４～６である。また、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂを構成するＬＮ結晶の比誘電率が３０であるものとする。この場合、バッファ領域３１は、比誘電率がＳｉＯ２の誘電率より高く、且つ、３０に近くなるように形成される。

【0040】

バッファ領域３１は、たとえば、ＳｉＯ２およびＳｉＯ２より誘電率が高い物質を混合した材料で形成される。この場合、ＳｉＯ２およびＴｉＯ２を混合した材料でバッファ領域３１を形成してもよい。ＴｉＯ２の比誘電率は、５０～８０程度である。したがって、ＳｉＯ２およびＴｉＯ２の混合比を調整することにより、バッファ領域３１の比誘電率を所望の値に設定できる。

【0041】

信号電極２１は、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの間の領域に設けられる。接地電極２２は、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの外側の領域に設けられる。よって、各光導波路ＷＧａ、ＷＧｂは、信号電極２１と接地電極２２との間の領域に配置される。また、信号電極２１と各光導波路ＷＧａ、ＷＧｂとの間にそれぞれバッファ領域３１が設けられる。同様に、接地電極２２と各光導波路ＷＧａ、ＷＧｂとの間にそれぞれバッファ領域３１が設けられる。換言すると、各光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの一方の側部にバッファ領域３１ａが形成され、そのバッファ領域３１ａに接続して信号電極２１が形成される。また、各光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの他方の側部にバッファ領域３１ｂが形成され、そのバッファ領域３１ｂに接続して接地電極２２が形成される。

【0042】

このように、各光導波路ＷＧａ、ＷＧｂは、信号電極２１と接地電極２２との間に配置されている。そして、電極（２１、２２）と光導波路（ＷＧａ、ＷＧｂ）との間の領域には、バッファ領域３１が設けられている。ここで、光導波路は、薄膜ＸカットＬＮ結晶で形成されている。よって、信号電極２１と接地電極２２との間に電圧を与えると、光導波路内では、ＬＮ基板１の表面に対してほぼ平行な方向に強い電界が発生する。

【0043】

また、バッファ領域３１の誘電率は、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの誘電率と近くなるように形成されている。具体的には、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂを伝播する光の速度とバッファ領域３１を伝播する電磁波の速度とが整合または近似するように、バッファ領域３１の誘電率が設定される。したがって、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂを伝播する光の速度とバッファ領域３１を伝播する電磁波の速度とが整合または近似する。この結果、図３に示す構成と比較して、所定の光振幅を得るために必要な入力ＲＦ信号の振幅を小さくできる。すなわち、光変調器の駆動電圧を小さくできるので、光変調器の消費電力を削減できる。

【0044】

なお、本発明の実施形態では、図４に示す「バッファ層」は、バッファ領域３１に相当する。そして、バッファ領域３１の誘電率を高くすることにより、バッファ領域３１におけるマイクロ波に対する実効屈折率が大きくなり、バッファ領域３１内を伝播するマイクロ波の速度が光導波路内を伝播する光の速度に近くなる。

【0045】

図７は、本発明の実施形態による効果の１つを示す。グラフの横軸は、光変調器を駆動するＲＦ信号の周波数を表す。縦軸は、Ｅ／Ｏ応答を表す。なお、Ｅ／Ｏ応答は、入力電気信号（ここでは、ＲＦ信号）の振幅に対する出力光信号の強度または振幅を表す。

【0046】

図３（ｂ）に示す光変調器においては、ＲＦ信号の周波数が高くなると、Ｅ／Ｏ応答が劣化する。図７に示す例では、ＲＦ信号の周波数が３０ＧＨｚより高くなると、Ｅ／Ｏ応答が急激に劣化している。これに対して、本発明の実施形態においては、ＲＦ信号の周波数が高くなっても、Ｅ／Ｏ応答の劣化は緩やかである。したがって、図３（ｂ）に示す構成と比較して、本発明の実施形態によれば、所定の光振幅を得るために必要な入力ＲＦ信号の駆動電圧を小さくできる。この効果は、特に、ＲＦ信号の周波数（即ち、送信データのビットレート）が高いときに顕著である。

【0047】

このように、本発明の実施形態によれば、バッファ層１１と比較してバッファ領域３１の誘電率を高くすることにより、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂを伝播する光の速度とバッファ領域３１を伝播する電磁波の速度とが整合または近似する。このとき、バッファ領域３１における電磁波の伝播速度と光導波路ＷＧａ、ＷＧｂにおける光の伝播速度との差分は、バッファ層１１における電磁波の伝播速度と光導波路ＷＧａ、ＷＧｂにおける光の伝播速度との差分より小さくなる。このため、所定の光振幅を得るために必要な入力ＲＦ信号の駆動電圧を小さくできる。この結果、光変調器の消費電力が小さくなる。あるいは、図３（ｂ）に示す構成および本発明の実施形態において光変調器の駆動電圧が同じであるものとすると、図３（ｂ）に示す構成と比較して、光導波路に沿って形成される信号電極の長さを短くできる。この場合、光デバイスのサイズを小さくできる。

【0048】

なお、バッファ領域３１の誘電率を高くするにつれて、図７に示すＥ／Ｏ応答は改善する。ただし、バッファ領域３１の誘電率を高くし過ぎると、Ｅ／Ｏ応答は悪くなる。したがって、バッファ領域３１の誘電率は、Ｅ／Ｏ応答が高くなるように、適切な値に設定することが好ましい。

【0049】

加えて、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂ内に十分に光を閉じ込めるためには、一般に、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの屈折率が光導波路ＷＧａ、ＷＧｂを取り囲むバッファ領域の屈折率より十分に高いことが好ましい。よって、バッファ領域３１の材料は、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂ内に十分に光が閉じ込められるように決定することが好ましい。ただし、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂ内に十分に光が閉じ込められないときは、Ｅ／Ｏ応答が劣化すると考えられる。よって、Ｅ／Ｏ応答が高くなるように（好ましくは、Ｅ／Ｏ応答が最適化されるように）バッファ領域３１の材料を決定すれば、所定の光振幅を得るために必要な入力ＲＦ信号の駆動電圧を小さくできる。

【0050】

図８は、本発明の実施形態に係わる光変調器のバリエーションを示す。図６に示す構成と比較すると、図８に示す構成では、バッファ領域３２が設けられていない。即ち、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの上側にバッファ層を設けなくても光とマイクロ波との速度整合が得られる場合には、図６に示すバッファ領域３２を設けなくてもよい。

【0051】

図８に示す構成では、バッファ領域３２を設ける工程が不要なので、図６に示す構成と比べて光変調器の製造方法が簡単になる。ただし、光導波路ＷＧａ、ＷＧｂの表面がバッファ層で保護されていないので、光の散乱が発生するおそれがある。

【0052】

図９は、本発明の実施形態に係わる光変調器の他のバリエーションを示す。図９（ａ）は、図６に示す構成に対するバリエーションを示し、図９（ｂ）は、図８に示す構成に対するバリエーションを示す。

【0053】

図６または図８に示す構成では、バッファ領域３１の端部の位置と電極（２１、２２）の端部の位置とが一致している。この構成では、製造誤差等に起因してバッファ領域３１と電極（２１、２２）との間に隙間ができるおそれがある。そして、バッファ領域３１と電極（２１、２２）との間に隙間ができると、電界印加効率が悪くなり、所定の光振幅を得るために必要な入力ＲＦ信号の駆動電圧が大きくなるおそれがある。

【0054】

図９に示す構成では、信号電極２１の一部が対応するバッファ領域３１の一部に重なって形成され、接地電極２２の一部も対応するバッファ領域３１の一部に重なって形成される。この場合、バッファ領域３１の幅が設計値よりも狭くなる、或いは、信号電極２１と接地電極２２との間の間隔が設計値よりも広がるなどの製造誤差が発生しても、バッファ領域３１と電極（２１、２２）との間に隙間が生じにくくなる。よって、電界印加効率が悪くならないので、所定の光振幅を得るために必要な入力ＲＦ信号の駆動電圧の上昇が抑制される。なお、信号電極２１および接地電極２２を形成する工程は、バッファ領域３１の側面にＴｉ等の金属を蒸着させる工程を含むことが好ましい。

【0055】

図１０は、本発明の実施形態に係わる光送受信機の一例を示す。光送受信機２００は、光源（ＬＤ）２０１、光変調器２０２、光受信器２０３、およびデジタル信号処理器（ＤＳＰ）２０４を備える。

【0056】

光源２０１は、例えば、レーザ光源であり、所定の波長の連続光を生成する。光変調器２０２は、光源２０１により生成される連続光を、ＤＳＰから与えられる送信信号で変調して変調光信号を生成する。なお、光変調器２０２は、例えば、図５に示す光変調器１００に相当する。光受信器２０３は、例えば、コヒーレント受信器であり、光源２０１により生成される連続光を利用して受信光信号を復調する。ＤＳＰ２０４は、アプリケーションから与えられるデータから送信信号を生成する。この送信信号は、光変調器２０２に与えられる。また、ＤＳＰ２０４は、光受信器２０３により復調された受信信号からデータを再生する。

【0057】

このように、光送受信機２００は、光変調器として本発明の実施形態に係わる光デバイスが実装される。したがって、光送受信機の消費電力の削減および光送受信機の小型化の双方が実現される。

【符号の説明】

【0058】

１ ＬＮ基板
１１ バッファ層
２１ 信号電極
２２ 接地電極
３１（３１ａ、３１ｂ） バッファ領域
３２ バッファ領域
１００ 光変調器
２００ 光送受信機
２０１ 光源（ＬＤ）
２０２ 光変調器
２０３ 光受信器
２０４ ＤＳＰ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】