特許 7505353 光導波路素子、および光変調器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-17

(45)【発行日】2024-06-25

(54)【発明の名称】光導波路素子、および光変調器

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/035 20060101AFI20240618BHJP

【ＦＩ】

G02F1/035

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020164627

(22)【出願日】2020-09-30

(65)【公開番号】P2022056727

(43)【公開日】2022-04-11

【審査請求日】2023-02-07

【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）平成２８年度、国立研究開発法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究／高い環境耐性を有するキャリアコンバータ技術の研究関発／５Ｇ時代に対応した大容量・低遅延・シームレスな光／ミリ波変換デバイスの開発と実証評価」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【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】大石 健太

(72)【発明者】

【氏名】片岡 優

(72)【発明者】

【氏名】高野 真悟

【審査官】堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／２２４９０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０８－０５４６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１５５６７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１０－１０４５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／００９９８１２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００ － １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１ － ７／００

Ｇ０２Ｂ ６／１２ － ６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光導波路が形成された基板と、
前記基板の上に形成された、前記光導波路を伝搬する光波を制御する電極と、
を有する光導波路素子であって、
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、
前記電極は、前記基板との間にＮｂ及び酸素原子で構成される下地層と、下地層の上に形成された上部層と、で構成され、
前記下地層は、酸素に対するＮｂの元素比率Ｎｂ／Ｏが１．０以上である、
光導波路素子。

【請求項2】

前記下地層は、３０ｎｍ以下の厚さである、
請求項１に記載の光導波路素子。

【請求項3】

前記下地層は、酸素原子を含む前記基板上に形成されるか、または前記基板上に形成された酸化物の膜の上に形成される、
請求項１または２に記載の光導波路素子。

【請求項4】

前記電極は、前記基板上において、前記光導波路を挟む位置に当該光導波路に沿って配された複数の電極で構成される、
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】

光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光導波路素子と、
前記光導波路素子を収容する筺体と、
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筺体の外部へ導く光ファイバと、
を備える光変調器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光導波路を用いた機能素子である光導波路素子、及び光導波路素子である光変調素子を用いた光変調器に関する。

【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、導波路型の光変調器を組み込んだ光送信装置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、インジウムリン（ＩｎＰ）、シリコン（Ｓｉ）、あるいはガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体系材料を用いた光変調素子に比べて、光の損失が少なく且つ広帯域な光変調特性を実現し得ることから、高速／大容量光ファイバ通信システムに広く用いられている。

【0003】

一方、光ファイバ通信システムにおける変調方式は、近年の伝送容量の増大化の流れを受け、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）やＤＰ－ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ － Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）等、多値変調や、多値変調に偏波多重を取り入れた伝送フォーマットが主流となっている。

【0004】

近年のインターネットサービスの普及加速は通信トラフィックのより一層の増大を招き、光変調素子の更なる小型化、広帯域化、省電力化の検討が今も進められている。

【0005】

そのような光変調素子の小型化、広帯域化、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）薄膜化したＬＮ基板（例えば、厚さ２０μｍ以下）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）。

【0006】

現在では、さらなる高速化のため、電界効率を更に高めるべく、凸状光導波路の位置により近接して電極を設ける検討も進められている。電極の構造としてはＡｕ（金）が主に用いられるが、Ａｕは、ＬＮ基板に対する密着性が低く、実用上十分な固着強度を得られないことから、一般的には、電極の下地層としてＴｉ（チタン）の膜を形成することで、基板に対する電極の固着強度が確保される。

【0007】

しかしながら、本発明の発明者の知見では、上記の構成を有する従来の電極をリブ型光導波路の位置により近接して設けた場合には、凸状光導波路を伝搬する光波に顕著な光損失が発生し得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２００７－２６４５４８号公報

【文献】国際公開第２０１８／１０３１９１６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記背景より、リブ型光導波路やリッジ型光導波路等の凸状光導波路を用いる光導波路素子において、凸状光導波路に近接して設けられた電極により伝搬光に損失が発生するのを抑制することが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一の態様は、光導波路が形成された基板と、前記基板の上に形成された、前記光導波路を伝搬する光波を制御する電極と、を有する光導波路素子であって、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、前記電極は、前記基板との間にＮｂ及び酸素原子で構成される下地層と、下地層の上に形成された上部層と、で構成され、前記下地層は、酸素に対するＮｂの元素比率Ｎｂ／Ｏが１．０以上である。
本発明の他の態様によると、前記下地層は、３０ｎｍ以下の厚さである。
本発明の他の態様によると、前記下地層は、酸素原子を含む前記基板上に形成されるか、または前記基板上に形成された酸化物の膜の上に形成される。
本発明の他の態様によると、前記電極は、前記基板上において、前記光導波路を挟む位置に当該光導波路に沿って配された複数の電極で構成される。
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、光導波路素子を収容する筺体と、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筺体の外部へ導く光ファイバと、を備える光変調器である。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、リブ型光導波路やリッジ型光導波路等の凸状光導波路を用いる光導波路素子において、凸状光導波路に近接して設けられた電極により伝搬光に損失が発生するのを効果的に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。

【図2】図１に示す光変調器に用いられる光変調素子の構成を示す図である。

【図3】図２に示す光変調素子のＩＩＩ－ＩＩＩ断面矢視図である。

【図4】電極の下地層に種々の金属を用いた場合の、光吸収損失のシミュレーション結果を示す図である。

【図5】電極の下地層に種々の金属を用いた場合の、基板に対する電極の固着強度の評価結果を示す図である。

【図6】基板上にＮｂの下地層を含む電極を構成した場合の、電極構成部分の断面における組成分析の結果を示す図である。

【図7】本発明に係る光変調素子の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態に係る光導波路素子は、ＬＮ基板を用いて構成される光変調素子であるが、本発明に係る光導波路素子は、これには限られない。本発明は、ＬＮ基板以外の基板を用いる光導波路素子や、光変調以外の機能を有する光導波路素子にも、同様に適用することができる。

【0014】

図１は、本発明の一実施形態に係る光導波路素子である光変調素子、および光変調器の構成を示す図である。本実施形態では、光導波路素子はマッハツェンダ光導波路を用いて光変調を行う光変調素子１０２である。

【0015】

光変調器１００は、筺体１０４の内部に光変調素子１０２を収容する。なお、筺体１０４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。

【0016】

光変調器１００は、筺体１０４内に光を入力するための入力光ファイバ１０６と、光変調素子１０２により変調された光を筺体１０４の外部へ導く出力光ファイバ１０８と、を有する。

【0017】

光変調器１００は、また、光変調素子１０２に光変調動作を行わせるための高周波電気信号を外部から受信するためのコネクタ１１０と、当該コネクタ１１０が受信した高周波電気信号を光変調素子１０２の電極（例えば、信号用電極）の一端へと中継するための中継基板１１２を備える。また、光変調器１００は、光変調素子１０２の電極の他端に接続される、所定のインピーダンスを有する終端器１１４を備える。ここで、光変調素子１０２の電極と、中継基板１１２及び終端器１１４と、の間は、例えば金属ワイヤ等のボンディングにより電気的に接続される。

【0018】

図２は、図１に示す光変調器１００の筺体１０４に収容される光導波路素子である光変調素子１０２の構成を示す図である。光変調素子１０２は、基板２２０上に形成された光導波路２２４で構成されている。基板２２０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。

【0019】

光導波路は、薄膜化された基板２２０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。ここで、ＬＮ基板は、応力が加わると光弾性効果により屈折率が局所的に変化し得るため、基板全体の機械強度を補強すべく、一般的には接着層３５０（後述）を介してガラス等の支持板２２２に接着されている。

【0020】

光導波路２２４は、例えばマッハツェンダ光導波路であり、２つの分岐部と、互いに並行に延在する２本の並行導波路２２６ａ、２２６ｂとを含む。基板２２０上には、また、並行導波路２２６ａ、２２６ｂの屈折率を変化させて当該並行導波路２２６ａ、２２６ｂを伝搬する光波を制御する電極２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが設けられている。以下、電極２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃを総称して電極２３０ともいう。

【0021】

電極２３０は、従来技術に従い、例えば、所定のインピーダンスを有するコプレーナ伝送線路を構成している。具体的には、電極２３０ａは、中心電極であり、基板２２０の面内において並行導波路２２６ａ、２２６ｂに沿うように、これら並行導波路の間に挟まれる位置に形成されている。また、電極２３０ｂおよび２３０ｃは、接地電極であり、それぞれ、並行導波路２２６ａ及び２２６ｂを挟んで電極２３０ａと対向する位置に、これら並行導波路に沿って形成されている。

【0022】

電極２３０は、基板２２０の図示右下の末端が終端器１１４で終端されていることにより、コネクタ１１０を介して基板２２０の図示左下の末端から入力される高周波信号を、図示左方から右方へ進行波として伝搬させる。これにより、電極２３０は、並行導波路２２６ａ、２２６ｂを図示左方から右方へ伝搬する光波を制御する信号線路を構成する。

【0023】

図３は、図２に示す光変調素子１０２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面矢視図である。基板２２０は、接着層３５０を介して、例えばガラスである支持板２２２に接着されている。凸状光導波路である並行導波路２２６ａは、基板２２０に形成された凸部３００により構成されている。基板２２０の面から測った凸部３００の高さｔ１は、１０μｍ以下（例えば１μｍ）である。

【0024】

基板２２０上には、並行導波路２２６ａを挟んで電極２３０ａ及び２３０ｂが配されている。電極２３０ａおよび電極２３０ｂは、共に、基板２２０上に高さｔ２で形成されている。この高さｔ２は、電極２３０が所定のインピーダンスを持つように、及び電極２３０を伝搬する高周波電気信号の進行波が所定範囲内の損失で且つ所定の速度で伝搬するように、設定される。

【0025】

電極２３０ａ及び電極２３０ｂのうち、いずれか並行導波路２２６ａに近い方の電極（本実施形態では電極２３０ａ）と、並行導波路２２６ａとの間隔ｗ２は、例えばｗ１の０．５倍以上２倍以下（すなわち、０．５ｗ１≦ｗ２≦２ｗ１）である。なお、当然ながら、電極２３０ａと電極２３０ｂとが並行導波路２２６ａを中心として対象に構成されている場合には、電極２３０ａ及び電極２３０ｂと、並行導波路２２６ａと、の間のそれぞれの間隔は、互いに同じ間隔ｗ２となる。

【0026】

電極２３０ａ及び電極２３０ｂは、互いに同様の構成を有しており、それぞれ、上部層３０２ａ及び３０２ｂと、下地層３０４ａ及び３０４ｂと、により構成されている。ここで、図３には、電極２３０ｃは示されていないが、電極２３０ｃも、電極２３０ａ及び電極２３０ｂと同様の上部層及び下地層で構成されているものと理解されたい。

【0027】

以下、上部層３０２ａ、３０２ｂ及び図示しない電極２３０ｃの上部層を総称して上部層３０２ともいい、下地層３０４ａ、３０４ｂ及び図示しない電極２３０ｃの下地層を総称して下地層３０４ともいうものとする。すなわち、電極２３０は、上部層３０２と、下地層３０４と、で構成されている。

【0028】

上部層３０２は、従来技術と同様に、例えばＡｕ（金）で構成される。上部層３０２を構成するＡｕは、基板２２０上に直接形成した場合には基板２２０に対して実用上十分な固着強度を持たないことから、下地層３０４を介して基板２２０上に形成される。

【0029】

従来、基板との固着強度を確保するために設けられる下地層は、一般的にはＴｉ（チタン）で構成される。本発明の発明者は、凸状光導波路の近傍に電極が設けられる場合、その電極の下地層を構成する金属により、凸状光導波路を伝搬する光が吸収されることにより、凸状光導波路の伝搬光に損失（光吸収損失）が発生することを見出した。

【0030】

そして、本発明の発明者は、このような光吸収損失の原因として、下地層の金属の光吸収スペクトルにおいて光変調素子の動作光波長（例えば、光通信に用いられる光波長１．５５μｍ及び又は１．３μｍ）が光吸収域に存在すること、及び凸状光導波路を伝搬する伝搬光のモードフィールドの一部が凸状導波路近傍の基板部分へ広がっていることによるものとの知見を得た。

【0031】

下地層の厚さは、また、厚いほど大きな光吸収損失を生じ得る。従い、下地層は、固着強度が良好であって動作光波長を光吸収域に含まない金属で構成され、且つ光吸収損失を一定レベル以下に抑制し得る厚さで形成されることが必要である。

【0032】

本発明の発明者は、下地層の素材および厚さについての検討を重ね、基板に対する固着強度を実用水準に維持しつつ上記のような光吸収損失を抑制する解決策として、下地層用の金属として従来用いられていたＴｉに代えてＮｂ（ニオブ）を用いることが有効であるとの知見を得た。

【0033】

上記知見に従い、本実施形態では、特に、下地層３０４が、膜厚ｔ３のＮｂで構成されている。基板２２０上における下地層および上部層の形成は、例えば電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）により行われ得る。

【0034】

図４は、種々の金属を下地層３０４とした場合の、下地層３０４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の一部である。図４には、下地層３０４を用いない場合（Ａｕ（上部層３０２）単膜の場合）に加えて、下地層３０４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。図４において、横軸は下地層３０４の厚さｔ３、縦軸は並行導波路２２６ａの単位長さ（１ｃｍ）を伝搬する際の光吸収損失量である。シミュレーションに用いたモデルは、図３に示す構成と同様であり、ｗ１＝０．９μｍ、ｗ２＝０．５５μｍ、ｔ１＝０．４μｍ、ｔ２＝１．０μｍ、ｔ４＝０．６μｍ、θ＝６５°であって、上部層３０２としてＡｕ、動作光波長として１．５５μｍを仮定した。ここで、ｔ４は、基板２２０の裏面から測った凸部３００の高さであり、θは、基板２２０の面に対する凸部３００の側面の立ち上がり角度である。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。

【0035】

ライン４００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、下地層３０４における光吸収損失を評価し得る。

【0036】

ライン４０２、４０４、及び４０６は、それぞれ、下地層３０４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４０２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。

【0037】

一方、動作波長を光吸収域に含まないＡｌ及びＮｂを下地層３０４とした場合を示すライン４０４、４０６は、Ｔｉの場合（ライン４０２）に比べて光吸収損失が大幅に軽減されることが判る。図４に示す評価結果の範囲では、下地層３０４がＡｌの場合（ライン４０４）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。

【0038】

図５は、種々の金属を下地層とした場合の、ＬＮ基板に対する電極の固着強度を評価した結果を示す表である。この評価において、上部層は、厚さ１００ｎｍのＡｕとした。固着強度の評価は、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ ５６００－５－６：１９９９に従った。すなわち、ＬＮ基板の基板面全体に電極の層を形成した後、カッターを用いて当該電極に切れ目を入れ、ＬＮ基板平面において１０個×１０個（合計１００個）の同じサイズの矩形試料を構成する。次に、上記規格で指定されている粘着性を持った粘着テープを上記１００個の試料上に張り付け、当該テープをＬＮ基板から剥がしたときに、ＬＮ基板上に残った試料の数により、固着強度を評価した。なお、下地層及び上部層は、ＥＢ蒸着を用いてＬＮ基板上に形成した。

【0039】

図５に示す試料０１は、Ａｕ単膜（下地層なし、上部層のみ）の試料であり、付着率は０％である。試料０２ないし０４は、下地層として従来のＴｉを用いた試料であり、下地層の厚さ１μｍ以上において付着率１００％である。これに対し、下地層としてＡｌを用いた試料０５ないし０７では、いずれの厚さでも付着率は１００％を下回り、実用に耐え得るレベルの固着強度は得られない。

【0040】

一方、下地層としてＮｂを用いた試料０８－１１では、厚さ1μｍ以上で付着率は１００％であり、実用上十分な固着強度を得られることが判る。

【0041】

図６は、ＬＮ基板上にＮｂの下地層とＡｕの上部層とを形成した試料における、これら電極を形成した部分の断面組成分析の結果である。図５における評価と同様に、下地層及び上部層は、ＥＢ蒸着を用いて形成されている。図６の横軸は位置、縦軸は組成比（原子パーセント）である。また、図６において、ライン６１０、６１２、及び６１４は、それぞれ、酸素、Ｎｂ、及びＡｕの組成比の位置変化を示している。

【0042】

図６において、ＬＮ基板と下地層との界面６００の近傍では、ＬＮ基板の酸素は減少し、下地層ではＮｂに加えて酸素が存在する。一方で、下地層と上部層との界面６０２では、下地層にはＡｕが存在し、上部層にはＮｂが存在する。このことから、ＬＮ基板とＮｂの下地層との間の固着力は、酸素を介したＬＮとＮｂとの結合によるものであり、Ｎｂの下地層とＡｕの上部層との間の固着力は、ＮｂとＡｕの合金化による結合によるものと考えられる。

【0043】

図６において、Ｎｂの下地層における、酸素に対するＮｂの元素比率Ｎｂ／Ｏは、１．２である。Ｎｂ酸化物は、ＮｂＯ、ＮｂＯ_２等の種々の形態をとり得ることを考慮すると、実質的には、Ｎｂの下地層中における元素比率Ｎｂ／Ｏは、１．０以上であればよく、１．２以上であれば好ましいものと考えられる。

【0044】

なお、Ｎｂの下地層において界面６０２の近傍にまで酸素が存在するのは、ＬＮ基板からの酸素が浸透したものか、あるいは、環境雰囲気中に存在する酸素が下地層に浸透したものと考えられる。

【0045】

図３を参照し、本実施形態では、従い、下地層３０４はＮｂで構成されており、下地層３０４における、酸素に対するＮｂの元素比率は１．２である。

【0046】

また、図４のライン４０６及び４００より、Ｎｂで構成される下地層の厚さは、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を用いた下地層の場合の値、約６α_０に対し、１／３以下の値に抑制することができる。本実施形態では、ｗ２＝２．０μｍであり、Ｎｂで構成される下地層３０４の厚さｔ３は、例えば１０ｎｍである。このときの、並行導波路２２６ａにおける光吸収損失は、６．０ｄＢ／ｃｍである。

【0047】

上記の構成を有する光変調素子１０２は、凸状光導波路である並行導波路２２６ａの光波を制御する電極２３０の下地層がＮｂで構成されているため、基板２２０に対する電極２３０の固着強度を実用に耐え得る水準に維持しつつ、従来のＴｉを下地層として用いる光導波路素子に比べて、並行導波路２２６ａにおける光吸収損失を１／３以下まで効果的に抑制することができる。

【0048】

なお、本発明は上記実施形態およびその変形例の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。

【0049】

例えば、上述の実施形態では、基板２２０はＬＮ基板であるものとしたが、基板２２０の材料はＬＮには限られない。Ｎｂで構成される下地層３０４が形成される基板２２０は、その組成に酸素を含む材料、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）で構成されていてもよい。あるいは、下地層３０４が、基板２２０上に形成された酸化物の被膜、例えばＳｉＯ_２から成るバッファ層の上に形成される場合には、基板２２０は、ＩｎＰ等の半導体や、いわゆるシリコン・フォトニクス・デバイスに用いられるＳｉ基板であってもよい。

【0050】

また、上述の実施形態では、電極２３０の下地層３０４及び上部層３０２はＥＢ蒸着で形成されるものとしたが、電極２３０の形成手段はＥＢ蒸着には限られない。例えば、電極２３０の下地層３０４及び上部層３０２は、ＥＢ蒸着以外の蒸着法またはスパッタリング法等で形成されてもよい。

【0051】

また、本実施形態では、光変調素子１０２として、一対の並行導波路２２６ａ、２２６ｂを含む単一のマッハツェンダ光導波路を構成する光導波路２２４により光変調動作が行われる光変調素子を示したが、電極２３０に一例として示す電極の構成は、単一のマッハツェンダ光導波路で構成される光変調素子には限られない。図３に示す上述した電極２３０と同様の下地層３０４を有する電極は、例えば、図７に示すような、いわゆるネスト型マッハツェンダ光導波路を２つ用いて構成される、ＤＰ－ＱＰＳＫ変調を行う光変調素子７０２にも同様に用いることができる。このようなＤＰ－ＱＰＳＫ変調を行う光変調素子においては、更なる小型化、広帯域化、省電力化が求められる一方で、基板７２０上の並行導波路や電極の設置面積に制限により、導波路と電極との間隔が更に狭くなることから光吸収損失の課題がより顕在化する。

【0052】

光変調素子７０２では、例えば、基板２２０と同様の基板７２０上に形成された凸状光導波路である並行導波路７２６ａ、７２６ｂ、７２６ｃ、７２６ｄ（図示破線）に沿ってそれぞれ延在する電極７３０ａ、７３０ｂ、７３０ｃ、７３０ｄを、図３に示す電極２３０と同様の上部層３０２及び下地層３０４により構成するものとすることができる。これにより、このようなＤＰ－ＱＰＳＫ変調を行う光変調素子においても、並行導波路７２６ａ等における光吸収損失を低減して、良好な変調特性を得ることができる。

【0053】

以上、説明したように、本実施形態に示す光導波路素子である光変調素子１０２は、光導波路２２４が形成された基板２２０と、基板２２０の上に形成された、光導波路２２４を伝搬する光波を制御する電極２３０と、を有する。ここで、光導波路２２４は、基板２２０上に延在する凸部（例えば、凸部３００）により構成される。そして、電極２３０は、基板２２０との間にＮｂで構成される下地層３０４と、下地層３０４の上に形成された上部層３０２と、で構成されている。

【0054】

この構成によれば、電極２３０の下地層としてＮｂを用いることにより、凸状光導波路である光導波路２２４（例えば並行導波路２２６ａ）において、電極２３０の存在に起因する光吸収損失を効果的に低減することができる。

【0055】

また、下地層３０４は、３０ｎｍ以下の厚さである。この構成によれば、電極２３０の存在に起因して光導波路２２４に発生する光吸収損失を、従来のＴｉの下地層を用いる構成に比べて１／３に低減することができる。

【0056】

また、下地層３０４は、酸素原子を含む基板２２０上に形成されるか、または基板２２０上に形成された酸化物の膜の上に形成される。この構成によれば、Ｎｂで構成される下地層３０４とＬＮ等により構成される基板との間において、実用に耐え得る水準の固着力を確保することができる。

【0057】

また、下地層３０４は、酸素原子を含み、酸素に対するＮｂの元素比率Ｎｂ／Ｏが１．０以上である。この構成によれば、Ｎｂで構成される下地層３０４とＬＮ等により構成される基板との間において、実用に耐え得る水準の固着力をより確実に確保することができる。

【0058】

また、電極２３０は、基板２２０上において、例えば光導波路２２４を構成する並行導波路２２６ａを挟む位置に当該並行導波路２２６ａに沿って配された複数の（例えば２つ）の電極２３０ａ、２３０ｂで構成される。この構成によれば、並行導波路２２６ａを挟んで近接して配置される電極によって当該並行導波路２２６ａの伝搬光に光吸収損失が発生するのを効果的に抑制することができる。

【0059】

また、光導波路素子である光変調素子１０２と、光変調素子１０２を収容する筺体１０４と、光変調素子１０２に光を入力する入力光ファイバ１０６と、光変調素子１０２が出力する光を筺体１０４の外部へ導く出力光ファイバ１０８と、により光変調器１００を構成し得る。このように構成される光変調器１００は、電極２３０の存在に起因して発生し得る凸状光導波路（例えば並行導波路２２６ａ）における光吸収損失が抑制された光変調素子１０２を用いているので、良好な光変調特性及び光伝送特性を実現し得る。

【符号の説明】

【0060】

１００…光変調器、１０２、７０２…光変調素子、１０４…筺体、１０６…入力光ファイバ、１０８…出力光ファイバ、１１０…コネクタ、１１２…中継基板、１１４…終端器、２２０、７２０…基板、２２２…支持板、２２４、７２４…光導波路、２２６ａ、２２６ｂ、７２６ａ、７２６ｂ、７２６ｃ、７２６ｄ…並行導波路、２３０、２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、７３０ａ、７３０ｂ、７３０ｃ、７３０ｄ…電極、３００…凸部、３０２、３０２ａ、３０２ｂ…上部層、３０４、３０４ａ、３０４ｂ…下地層、３５０…接着層、６００、６０２…界面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】