特許 7547779 光デバイス、及びこれを用いた光送受信機

(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】2024-09-02

(45)【発行日】2024-09-10

(54)【発明の名称】光デバイス、及びこれを用いた光送受信機

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/035 20060101AFI20240903BHJP

【ＦＩ】

G02F1/035

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020085978

(22)【出願日】2020-05-15

(65)【公開番号】P2021179569

(43)【公開日】2021-11-18

【審査請求日】2023-01-27

(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】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】杉山 昌樹

【審査官】山本 元彦

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０３９２１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０８９９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２５００８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１４５９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０９７０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０１０１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０６９８１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１７３０２６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１－７／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴＣｈｉｎａ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に設けられ、電気光学効果を有する結晶薄膜で形成された光導波路と、
前記基板上に設けられ、前記光導波路に高周波電圧を印加するＲＦ電極と、
前記基板上に設けられ、前記光導波路に直流電圧を印加するＤＣ電極と、
を有し、
前記ＲＦ電極はコプレーナ構造を有し、前記ＤＣ電極はマイクロストリップ構造を有し、
前記ＤＣ電極は、前記光導波路上に配置されるＤＣ信号電極と、前記基板と前記結晶薄膜との間に配置されるＤＣ接地電極と、を有し、
前記マイクロストリップ構造は、前記ＤＣ信号電極の側方に接地電極を有さない、光デバイス。

【請求項2】

前記ＤＣ接地電極と前記光導波路との間に配置される第１バッファ層、
を有し、前記ＤＣ電極が設けられている領域の前記第１バッファ層は前記ＤＣ接地電極の形状による影響をなくすように平坦化されている、
請求項１に記載の光デバイス。

【請求項3】

前記ＤＣ電極が設けられている領域の前記結晶薄膜の表面は、前記ＤＣ接地電極の形状による影響をなくすように平坦化されている、
請求項１に記載の光デバイス。

【請求項4】

前記結晶薄膜上に配置される第２バッファ層を有し、
前記ＤＣ信号電極は、前記第２バッファ層上に配置され、
前記ＲＦ電極は、前記第２バッファ層上の同一面内に形成されたＲＦ信号電極とＲＦ接地電極を有し、
前記ＲＦ信号電極の厚みは、前記ＤＣ信号電極の厚みよりも大きい、
請求項１から３のいずれか１項に記載の光デバイス。

【請求項5】

前記結晶薄膜上に配置される第２バッファ層を有し、
前記ＤＣ信号電極は、前記第２バッファ層上に配置され、
前記ＲＦ電極は、前記第２バッファ層上の同一面内に形成されたＲＦ信号電極とＲＦ接地電極を有し、
前記ＲＦ接地電極の厚みは、前記ＤＣ信号電極の厚みよりも大きい、
請求項１から３のいずれか１項に記載の光デバイス。

【請求項6】

前記ＲＦ信号電極の厚みは、３μｍ以上、１０μｍ未満である、
請求項４または５に記載の光デバイス。

【請求項7】

前記結晶薄膜上に配置される第２バッファ層を有し、
前記ＤＣ信号電極は、前記第２バッファ層上に配置され、
前記ＲＦ電極は、前記第２バッファ層上の同一面内に形成されたＲＦ信号電極とＲＦ接地電極を有し、
前記ＤＣ信号電極は、前記ＲＦ電極と同じ層に形成され、
前記ＤＣ信号電極の幅は前記ＲＦ信号電極の幅と異なる、
請求項１から３のいずれか１項に記載の光デバイス。

【請求項8】

前記ＲＦ信号電極の幅と、前記ＤＣ信号電極の幅は異なる、
請求項４から６のいずれか１項に記載の光デバイス。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか１項に記載の光デバイス、
を用いた光送受信機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光デバイス、及びこれを用いた光送受信機に関する。

【背景技術】

【0002】

光送受信の送信フロントエンド回路では、データ信号で光を変調する光変調器が用いられる。図１は、Ｚカットのニオブ酸リチウム（ＬＮ；Lithium Niobate）基板に形成された光変調器チップの模式図である。Ｚカット基板は、結晶軸（ｃ軸）と垂直な面でカットされており、基板表面に形成された光導波路ＷＧの上方に、バッファ層（Ｂｕｆ）を介して信号電極Ｓが配置されている。信号電極Ｓに電圧を与えると、光変調器チップの表面に対して垂直方向（Ｚ方向）の電界が光導波路ＷＧ内に発生する。この電界によって光導波路の屈折率が変化し、光の位相が変化する。

【0003】

光導波路ＷＧには、高周波（ＲＦ：Radio Frequency）電極と、直流（ＤＣ：Direct Current）電極が設けられる。ＲＦ電極には１０ＧＨｚの帯域をもつ高速信号が入力されて、高速の光変調が行われる。そのため、ＲＦ電極には広帯域の伝送特性が得られるコプレーナ導波路（ＣＰＷ：Coplanar Waveguide）構造が採用される。ＤＣ電極は、マッハツェンダ（ＭＺ：Mach-Zehnder）干渉計の位相を調整するために用いられる。ＤＣ電極も、ＲＦ電極と同様にコプレーナ構造を有する。（たとえば、特許文献１参照）。

【0004】

ＲＦ電極において、コプレーナ型電極と電極変換部とマイクロストリップ型電極部を備える構成（特許文献２参照）、あるいはマイクロストリップ線路をコプレーナ導波路に電気的に接続する構成（特許文献３参照）が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－２３８７８５号公報

【文献】特開２０１６－１４６９８号公報

【文献】米国特許第５２０８６９７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

図１の光導波路ＷＧは、チタン（Ｔｉ）等の金属を基板表面から拡散して形成される。拡散型の光導波路ＷＧは光の閉じ込めが小さいため、電界の印加効率が悪く、駆動電圧が高くなってしまう。そこで、図２のように、光導波路をＬＮ薄膜で形成することが考えられる。ＬＮ薄膜導波路はＴｉ拡散導波路と比較して光の閉じ込めが強いので、電界の印加効率を改善し、駆動電圧を下げることができる。しかし、光閉じ込めが強くなる分、光の伝搬損失が大きくなり、挿入損失が増大する。

【0007】

本発明は、ＲＦ駆動電圧が小さく、かつ挿入損失の小さい光デバイスを実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一つの態様では、光デバイスは
電気光学効果を有する結晶薄膜で形成された光導波路と、
前記光導波路に高周波電圧を印加するＲＦ電極と、
前記光導波路に直流電圧を印加するＤＣ電極)と、
を有し、前記ＲＦ電極はコプレーナ構造を有し、前記ＤＣ電極はマイクロストリップ構造を有する。

【発明の効果】

【0009】

ＲＦ駆動電圧が小さく、かつ挿入損失の小さい光デバイスが実現される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】Ｔｉ拡散型光導波路を有する一般的な光変調器の模式図である。

【図2】ＬＮ薄膜導波路を有する光変調器の断面模式図である。

【図3】実施形態の光変調器の平面模式図である。

【図4】実施形態の光変調器のＤＣ電極断面とＲＦ電極断面を示す図である。

【図5】実施形態の光変調器の作製工程図である。

【図6】実施形態の光変調器の作製工程図である。

【図7】実施形態の光変調器の第１の変形例の断面模式図である。

【図8】実施形態の光変調器の第２の変形例の断面模式図である。

【図9】ＲＦ電極の電極厚みと高周波特性の関係を示す図である。

【図10】実施形態の光変調器の第３の変形例の断面模式図である。

【図11】実施形態の光デバイスを適用した光送受信機の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図３は、実施形態の光変調器１０の平面模式図である。光変調器１０は光デバイスの一例である。以下で述べる実施形態の構成は、光スイッチ、光フィルタなどの光デバイス、あるいはこれらの光デバイスと、レーザダイオード、フォトダイオードなどが集積された集積回路チップにも適用可能である。

【0012】

光変調器１０は、基板１０１上の光導波路１１で形成されたＭＺ型光変調器である。便宜上、光の伝搬方向をＸ方向、光変調器１０の高さ方向をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向をＹ方向とする。

【0013】

光導波路１１は、後述するように、光閉じ込めの強いリッジ型の薄膜導波路で形成されている。光閉じ込めを強くすることで、電界の印加効率を改善し、光変調器１０の駆動電圧を低減する。

【0014】

光変調器１０の一端側（たとえば－Ｘ側）で、光導波路１１は２つに分岐され、Ｘ偏波用のＩＱ変調器と、Ｙ偏波用のＩＱ変調器が並列に形成される。光変調器１０の他端側（たとえば＋Ｘ側）で、２つのＩＱ変調器の出力は、偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ：Polarization Beam Combiner）によって合波される。この例で、光変調器１０は偏波多重ＩＱ変調による４チャネルの変調器である。

【0015】

Ｘ偏波とＹ偏波のそれぞれで、ＩＱ変調器はＩチャネルとＱチャネルを有する。ＩＱ変調器の全体を親ＭＺ、またはマスターＭＺ（ｍＭＺ）と呼ぶ。各ＩＱ変調器でＩチャネルとＱチャネルを形成するＭＺ干渉計を、子ＭＺ、またはサブＭＺ（ｓＭＺ）と呼ぶ。

【0016】

光変調器１０は、ＲＦ電極１１０とＤＣ電極１２０を有する。ＲＦ電極１１０はコプレーナ導波路構造を有する。ＤＣ電極１２０は、マイクロストリップ構造を有する。

【0017】

ＲＦ電極１１０は、ＲＦ信号電極１１０Ｓと、ＲＦ接地電極１１０Ｇを含む。ＲＦ信号電極１１０ＳとＲＦ接地電極１１０Ｇは、積層方向に見て、光導波路１１の上層の同じ層に形成されている。ＲＦ信号電極１１０Ｓは、各チャネルを形成する子ＭＺの光導波路１１にＲＦ信号を入力する。

【0018】

ＤＣ電極１２０は、ＤＣ信号電極１２０Ｓと、ＤＣ接地電極１２０Ｇを含む。ＤＣ信号電極１２０Ｓは、ＲＦ信号電極１１０Ｓ、及びＲＦ接地電極１１０Ｇと同じ層に形成されている。ＤＣ接地電極１２０Ｇは、絶縁層（バッファ層１０２、結晶薄膜１０３、及びバッファ層１０４）を挟んで、ＤＣ信号電極１２０Ｓの下層に設けられている。

【0019】

ＲＦ信号電極１１０Ｓには、数十ＧＨｚの帯域を持つ高速の電気信号が入力されて、高速の光変調が行われる。そのため、ＲＦ電極１１０として、広帯域の伝送特性が得られるコプレーナ構造を適用する。コプレーナ構造はマイクロストリップ構造と比較して、ストリップ幅、スロット幅などの形状パラメータが多く、位相定数、特性インピーダンス等を広範囲に調整することができる。ＲＦ信号電極１１０Ｓの一端側は終端されている。

【0020】

ＤＣ信号電極１２０Ｓには、ＭＺ干渉計の位相を調整するためにＤＣバイアスが印加される。ＤＣ信号電極１２０Ｓは、親ＭＺの光導波路１１にＤＣバイアスを印加するＤＣ信号電極１２０Ｓ（ｍＭＺ）と、子ＭＺの光導波路１１にＤＣバイアスを印加するＤＣ信号電極１２０Ｓ（ｓＭＺ）を含む。

【0021】

親ＭＺのＤＣ信号電極１２０Ｓ（ｍＭＺ）には、ＩチャネルとＱチャネルの間に９０度の位相差を与えるＤＣバイアス電圧が印加される。子ＭＺのＤＣ信号電極１２０Ｓ（ｓＭＺ）には各チャネルで動作点を所望の点（たとえば光強度が１／２になる点）に維持するためのＤＣバイアス電圧が印加される。

【0022】

ＤＣ電極１２０は、広帯域特性を必要としないが、高い電界印加効率が求められる。そこで、ＤＣ電極１２０にマイクロストリップ構造を適用する。マイクロストリップ線路では電場のほとんどが基板に閉じ込められるので、電界の印加効率が高くなる。電界の印加効率が高くなると、所望の動作電圧とするためのＤＣ電極１２０の長さを短くすることができる。ＤＣ電極１２０を短くすることで、光導波路１１の全長が短くなる。光の伝搬損失を小さくし、かつ、変調器チップを小型化できる。

【0023】

これにより、ＲＦ駆動電圧が小さく、かつ光挿入損失が小さい光変調器１０が実現される。

【0024】

図４の（Ａ）は、図３の光変調器１０のＤＣ電極断面を示す。このＤＣ電極断面は、図３の破線の領域ＡのＹＺ断面に相当する。図４の（Ｂ）は、光変調器１０のＲＦ電極断面を示す。このＲＦ電極断面は、図３の破線の領域ＢでのＹＺ断面に相当する。

【0025】

光変調器１０は、基板１０１に形成されている。基板１０１は、たとえばＺカットのＬＮ基板である。光導波路１１の材料に応じて、ＬｉＴａＯ3基板など、ポッケルス効果（電気光学効果）を有する別の結晶基板を用いてもよい。

【0026】

図４の（Ｂ）のＲＦ電極側では、基板１０１の上に、バッファ層１０２を介して、誘電体の結晶薄膜１０３でリッジ型の光導波路１１が形成されている。バッファ層１０２は、たとえば酸化シリコン（ＳｉＯ2）の膜である。結晶薄膜１０３は、この例ではＬＮ結晶薄膜であるが、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂＯ3とＬｉＴａＯ3の混晶、等を用いてもよい。いずれの材料を用いる場合も、結晶薄膜１０３のｃ軸は基板１０１に対して垂直な方向を向いている。

【0027】

光導波路１１と結晶薄膜１０３の全体は、バッファ層１０４で覆われている。バッファ層１０４は、光導波路１１と屈折率の差ができるだけ大きい材料で形成されており、たとえば、ＳｉＯ2で形成される。屈折率差を大きくすることで、リッジ型の光導波路１１の光の閉じ込めを大きくする。

【0028】

光導波路１１の上に、バッファ層１０４を介してＲＦ信号電極１１０Ｓが設けられている。ＲＦ信号電極１１０Ｓの両側に、所定のギャップを挟んで、ＲＦ接地電極１１０Ｇが配置され、コプレーナ型のＲＦ電極１１０（図３参照）が形成される。

【0029】

ＲＦ信号電極１１０Ｓから、基板１０１と垂直な方向に電界が印加され、光導波路１１に電気力線を集中させることができる。電極間のギャップが適切に設計されたコプレーナ型のＲＦ電極１１０によって、広帯域の伝送特性が確保される。一例として、ＲＦ信号電極１１０ＳとＲＦ接地電極１１０Ｇの間のギャップは、１０μｍである。

【0030】

図４の（Ａ）のＤＣ電極側では、基板１０１の上に、ＤＣ接地電極１２０Ｇが配置されている。ＤＣ接地電極１２０Ｇ上に、バッファ層１０２を介して、結晶薄膜１０３でリッジ型の光導波路１１が形成されている。光導波路１１の上に、バッファ層１０４を介してＤＣ信号電極１２０Ｓが配置されている。

【0031】

ＤＣ信号電極１２０Ｓと、下層のＤＣ接地電極１２０Ｇで、マイクロストリップ型のＤＣ電極１２０（図３参照）が形成される。マイクロストリップ型のＤＣ電極１２０によって、光導波路１１に効率的にＤＣ電界を印加することができる。

【0032】

図５と図６は、光変調器１０の作製工程図である。左側がＤＣ電極断面、右側がＲＦ電極断面である。

【0033】

図５の（Ａ）で、基板１０１上の所定の箇所、具体的には、ＤＣ電極１２０が配置される領域に、ＤＣ接地電極１２０Ｇが形成される。ＤＣ接地電極１２０Ｇの厚さは、一例として数百ｎｍから１μｍである。

【0034】

図５の（Ｂ）で、基板１０１の全面にスパッタ法等によりバッファ層１０２が形成される。ＤＣ接地電極１２０Ｇの形状によって、バッファ層１０２に所定の段差が生じるが、この段差は後処理で平坦化され、光導波路１１の形成、及び電極の形成に影響しない。

【0035】

図５の（Ｃ）で、光導波路を形成する結晶薄膜用の基板１４０を用意する。この例で、基板１４０はＬＮ基板である。基板１４０の一方の主面からイオンビームを照射して、イオン注入層１４１を形成する。注入エネルギーを制御することで、所望の深さまでイオンを注入することができる。イオンは、水素イオン、ヘリウムイオン、アルゴンイオン等である。イオンが注入されていない基板部分は、支持層１４２となる。

【0036】

図５の（Ｄ）で、基板１４０のイオン注入層１４１を、バッファ層１０２に貼り合わせる。貼り合わせ前に、イオン注入層１４１とバッファ層１０２の少なくとも一方の貼り合せ面に、ウェットケミカル、オゾン、プラズマ等で表面活性化処理を行ってもよい。

【0037】

図６の（Ａ）で、貼り合わせたウェハにアニール等の熱処理を施して、支持層１４２を分離する。熱処理により、イオン注入層１４１と支持層１４２の界面にマイクロキャビティが発生して、イオン注入層１４１から支持層１４２を剥離することができる。剥離後、ＣＭＰによりイオン注入層１４１の剥離面を研磨してもよい。この研磨で、ＤＣ接地電極１２０Ｇで生じた段差を平坦化してもよい。

【0038】

図６の（Ｂ）で、イオン注入層１４１をエッチングすることで、ＬＮの結晶薄膜１０３で形成されたリッジ型の光導波路１１を形成する。光導波路１１のリッジの高さは、たとえば、２００ｎｍ～３００ｎｍ、幅は３００ｎｍ～５００ｎｍである。

【0039】

図６の（Ｃ）で、全面にバッファ層１０４をスパッタリング等で形成する。バッファ層１０４は、一例として、厚さ０．５μｍ～１μｍ程度のＳｉＯ2膜である。光導波路１１の閉じ込めが強すぎると、高次モードが立って、クロストークや消光比の劣化が起こり得るので、変調効率との兼ね合いで、光導波路１１の断面積、バッファ層１０４との屈折率差等が設計される。

【0040】

図６の（Ｄ）で、電極を形成する。ＤＣバイアスが印加される領域には、光導波路１１の上にＤＣ信号電極１２０Ｓが形成される。ＲＦ信号が入力される領域には、光導波路１１の上にＲＦ信号電極１１０Ｓと、ＲＦ接地電極１１０Ｇが形成される。

【0041】

これにより、ＲＦ電極１１０を広帯域特性の良好なコプレーナ構造とし、ＤＣ電極１２０を電界印加効率の高いマイクロストリップ構造とすることができる。ＤＣ電圧を低減できるので、ＤＣ信号電極１２０Ｓの長さ、すなわち、光導波路１１の全長を短くして、挿入損失を小さくできる。

【0042】

＜第１の変形例＞
図７は、第１の変形例による光変調器１０Ａの電極構造を示す。図７の（Ａ）はＤＣ電極断面、（Ｂ）はＲＦ電極断面である。第１の変形例では、ＲＦ信号電極２１０Ｓの厚さをＤＣ信号電極１２０Ｓの厚さよりも大きくする。その他の断面構成は図４と同じであり、同じ構成要素には同じ符号をつけて、重複する説明を省略する。ＲＦ信号電極２１０ＳとＤＣ信号電極１２０Ｓの平面配置は、図３と同じである。

【0043】

ＤＣ電極１２０をマイクロストリップ線路にする場合、電界印加効率が良いので、ＤＣ信号電極１２０Ｓの厚さを特に大きくしなくても不都合はない。ＲＦ信号電極２１０ＳをＤＣ信号電極１２０Ｓと同じ厚さにすると、高周波での損失が大きくなり、帯域が劣化するおそれがある。そこで、図７のように、ＲＦ信号電極２１０Ｓの厚さをＤＣ信号電極１２０Ｓの厚さよりも大きくする。

【0044】

一例として、ＤＣ信号電極１２０Ｓの厚さは１μｍ～数μｍ、ＲＦ信号電極２１０Ｓの厚さは、３μｍ以上である。より好ましくは、ＲＦ信号電極２１０Ｓの厚さ範囲は、３μｍ以上、１０μｍ未満である。後述するように、ＲＦ信号電極２１０Ｓの高さを３μｍ以上とすることで、ＲＦ信号電極２１０Ｓの断面積を大きくし、抵抗を下げて帯域を拡げることができる。ＲＦ信号電極２１０Ｓの高さが１０μｍ以上になると、アスペクト比が大きくなりすぎて、電極の形成自体が困難になる。そのような高アスペクト比の電極は、形成できたとしても構造が不安定で、製品の信頼性に影響する可能性がある。

【0045】

ＲＦ信号電極２１０Ｓの厚さを増やすには、たとえば、蒸着またはスパッタ法とリフトオフ等によって、ＤＣ信号電極１２０Ｓ、ＲＦ信号電極の第１層目、及びＲＦ接地電極１１０Ｇを形成した後に、ＲＦ信号電極の領域にのみ、第２層目をめっき形成してもよい。あるいは、めっきによりＤＣ信号電極１２０Ｓ、ＲＦ信号電極の第１層目、及びＲＦ接地電極１１０Ｇを形成した後に、ＲＦ信号電極の領域にのみ２回目のめっき処理を施してもよい。

【0046】

この構成により、光変調器１０Ｂの帯域特性をさらに向上することができる。

【0047】

＜第２の変形例＞
図８は、第２の変形例による光変調器１０Ｂの電極構造を示す。図８の（Ａ）はＤＣ電極断面、（Ｂ）はＲＦ電極断面である。図７では、ＲＦ接地電極１１０Ｇの厚さを、ＤＣ信号電極１２０Ｓの厚さと同じにしていた。図８では、ＲＦ接地電極２１０Ｇの厚さを、ＤＣ信号電極１２０Ｓの厚さよりも大きくする。その他の断面構成は図７と同じであり、同じ構成要素には同じ符号をつけて重複する説明を省略する。ＲＦ信号電極２１０ＳとＤＣ信号電極１２０Ｓの平面配置形状は、図３と同様である。

【0048】

ＲＦ接地電極２１０Ｇの厚さを増やすことで、高周波特性を良好に保つことができる。また、ＲＦ信号電極２１０ＳとＲＦ接地電極２１０Ｇを一度のプロセスで形成することができる。

【0049】

図９は、ＲＦ信号電極２１０Ｓの厚さと高周波特性の関係を示す。１００Ｇ光変調器では、３０ＧＨｚでのＳ２１特性として、－５ｄＢ以上であることが望ましい。これを満たすには、上述したように、ＲＦ信号電極２１０Ｓの厚さは３μｍ以上であることが好ましい。電極構造の安定性と動作の信頼性の観点から、ＲＦ信号電極２１０Ｓの厚さを３μｍ以上、１０μｍ未満としてもよい。

【0050】

＜第３の変形例＞
図１０は、第３の変形例による光変調器１０Ｃの電極構造を示す。図１０の（Ａ）はＤＣ電極断面、（Ｂ）はＲＦ電極断面である。第３の変形例では、ＤＣ信号電極１２０Ｓの幅と、ＲＦ信号電極３１０Ｓの幅を異ならせる。その他の断面構成は図４と同じであり、同じ構成要素には同じ符号をつけて、重複する説明を省略する。

【0051】

ＤＣ信号電極１２０Ｓの最適な幅は、光導波路１１への電界印加効率が最大となり、ＤＣの半波長電圧Ｖπが最小となる幅である。これは、実施例、及び第１～第３の変形例を通して共通に当てはまる。ＤＣ信号電極１２０Ｓの幅は、光導波路１１を伝搬する光のモードフィールド径程度であり、一例として３μｍ程度である。

【0052】

ＲＦ信号電極３１０Ｓの最適な幅は、Ｖπが小さいことに加えて、高周波のインピーダンスが外部回路と整合し、かつ高周波のＳ２１特性が良いという条件を満たすことが望ましい。ＲＦ信号電極３１０Ｓの幅を広げることで、断面積を大きくしてインピーダンスを下げることができる。

【0053】

ＲＦ信号電極３１０Ｓと、ＲＦ接地電極１１０Ｇの間のギャップは、所望の帯域特性が得られるように適切な値に設定されている。一例として、ＲＦ信号電極３１０Ｓと、ＲＦ接地電極１１０Ｇの間のギャップは１０μｍ程度である。幅を広くしたＲＦ信号電極３１０Ｓを、ＭＺ干渉計を形成する光導波路１１の一方に設けるときに、ＭＺ干渉計の２本の導波路の間隔を調整してもよい。

【0054】

ＤＣ信号電極１２０Ｓと、ＲＦ信号電極３１０Ｓのそれぞれが最適な幅を持つことで、ＲＦ駆動電圧が小さく、かつ挿入損失の小さい光変調器１０Ｃが実現される。異なる幅をもつＤＣ信号電極１２０ＳとＲＦ信号電極３１０Ｓは、一度のプロセスで形成可能であり製造工程の変更や増加は不要である。

【0055】

＜光送受信機への適用＞
図１１は、光変調器１０が適用される光送受信機１の模式図である。この例では、光送受信機１は、光送信回路２、光受信回路３、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）５、及びレーザダイオード（ＬＤ）４を有する。

【0056】

光送信回路２は、実施形態の光変調器１０（または１０Ａ～１０Ｃのいずれでもよい）を有する。光送信回路２内には、光変調器１０のＲＦ電極１１０に高速信号を入力するドライバ回路が含まれていてもよい。

【0057】

ＤＳＰ５は、ＲＦ電極１１０に入力される高速信号の値を表す電界信号（振幅と位相）を生成してもよい。ＤＣ電極１２０に印加されるＤＣバイアス源と、ＤＣバイアス値を制御する制御回路は、ＤＳＰ５に組み込まれていてもよいし、ＤＳＰ５と別個に、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの論理デバイスを用いてもよい。

【0058】

ＬＤ４から出力される光は光変調器１０で変調され、変調光信号が光ファイバ等の光伝送路６に出力される。

【0059】

光受信回路３は、光ファイバ等の光伝送路７から受信した光信号を、電気信号に変換する。光受信回路３は、たとえばコヒーレント受信回路であり、ＬＤ４からの光を参照光（局発光）として用いて、受信した光信号を各偏波成分と各相（Ｉ相及びＱ相）の信号に分離する。分離され光電気変換された各成分の信号は、ＤＳＰ５で整形、等化等の処理を受けて復号される。

【0060】

光変調器１０は、ＲＦ電極でコプレーナ構造を採用し、ＤＣ電極でマイクロストリップ構造を採用する。高周波特性を良好に維持してＲＦ駆動電圧を低減し、かつ、ＤＣ電極の長さを短縮して挿入損失を低減できる。

【0061】

上述した実施形態は一例であり、種々の変形が可能である。実施形態の構成は、光変調器の他に、光スイッチ、光フィルタ等の光デバイスや、これらの光デバイスと波長可変レーザ等が集積された光集積回路チップにも適用可能である。

【0062】

光変調器１０の構成は、偏波多重方式の光変調だけではなく、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）方式やＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）方式など、高周波信号の印加と、ＤＣ電圧の印加が必要な構成にも適用可能である。光変調器１０はＬＮ変調器に限定されず、他の電気光学（ＥＯ：Electro-optic）結晶を用いて光変調器やＥＯ効果を利用したＥＯポリマー変調器にも適用可能である。光導波路１１は埋め込み型のリッジ導波路に限定されず、方形導波路、ディープリッジ型の光導波路等であってもよい。

【0063】

実施例、及び、第１～第３の変形例は、相互に組み合わせ可能である。たとえばＲＦ信号電極の幅と高さの両方を、ＤＣ信号電極の幅、及び高さと異ならせてもよい。その場合もＲＦ駆動電圧の低減と、挿入損失の低減が実現される。

【符号の説明】

【0064】

１ 光送受信機
２ 光送信回路
３ 光受信回路
４ ＬＤ
５ ＤＳＰ
６，７ 光伝送路
１０、１０Ａ～１０Ｃ 光変調器（光デバイス）
１１ 光導波路
１１０ ＲＦ電極
１１０Ｓ、２１０Ｓ、３１０Ｓ ＲＦ信号電極
１１０Ｇ、２１０Ｇ ＲＦ接地電極
１２０ ＤＣ電極
１２０Ｓ ＤＣ信号電極
１２０Ｇ ＤＣ接地電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】