JP5418222B2

JP5418222B2 - 光デバイス

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Publication number: JP5418222B2
Application number: JP2009506162A
Authority: JP
Inventors: 崇白石
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: EP2131230A1; EP2131230A4; US8031986B2; US20100027935A1; WO2008117449A1; JPWO2008117449A1

Description

本発明は、光通信システムにおいて用いて好適の光デバイスに関するものである。

ニオブ酸リチウム（LiNbO₃：リチウムナイオベート）やLiTaO₃からなる基板などの電気光学結晶を用いた光導波路デバイスは、結晶基板上の一部に金属膜を形成し熱拡散させる、あるいはパターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどして光導波路を形成した後、光導波路近傍に電極を設けることで形成される。
そして、このような光導波路を形成した電気光学結晶に、光導波路中を伝搬する光に屈折率変化を与えるための電極を形成することで、光変調を行なう光デバイスとして構成することができる。尚、このように電極が形成される光デバイスにおいては、一般的には、電極による光の吸収を防止するために、バッファ層としてのSiO₂などの絶縁膜を電極と基板との間に形成する。

このようなニオブ酸リチウム（LiNbO₃）などの強誘電体材料を用いた電気光学変調器は、光通信システムをはじめとして既に実用化されており、光波を例えば４０ＧＨｚ程度の高周波電気信号で変調できる高速光変調器も市販化が進められている。
図２３は、上述の光変調器として用いられる一般的な光デバイスを示す模式的上視図であり、図２４は、図２３に示す光デバイス１００のＡＡ′断面図である。この図２３，図２４に示す光デバイス１００においては、例えばリチウムナイオベートからなるＺカットの基板（以下、単にＬＮ基板と記載する）１０１にマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）をなすマッハツェンダ型光導波路１０２が形成され、バッファ層１０３を介して信号電極１０４および接地電極１０５が形成されている。マッハツェンダ型光導波路１０２は、２本の枝導波路１０２ｂ−１，１０２ｂ−２をそなえるとともに、これら２本の枝導波路１０２ｂ−１，１０２ｂ−２の端部に接続されて伝搬光を分岐／合流させるＹ字導波路１０２ａ，１０２ｃをそれぞれそなえている。

また、信号電極１０４はマッハツェンダ型光導波路１０２をなす２本の枝導波路１０２ｂ−１，１０２ｂ−２のうちの一方の上部を辿る箇所を含んで形成され、接地電極１０５は、基板１０１面上において信号電極１０４を所定間隔を置いて包囲するように形成される。そして、例えば信号電極１０４から電圧を印加することで、枝導波路１０２ｂ−１，１０２ｂ−２を伝搬する光の間で位相差をシフトさせて、合流導波路をなすＹ字導波路１０２ｃからオンオフの強度変調がなされた光信号を出力することができる。

図２７は信号電極１０４に印加する電圧に対する光出力レベルの変化（光変調強度曲線）を示す図である。この図２７に示すように、印加する電圧に対して正弦波状に光出力レベルが変動するようになっている。そして、例えば、予め所定の動作点電圧をＶ０に設定しておき、この動作点を基準として図中Ｒの範囲で印加電圧を変化させることにより光変調を行なうことができるようになる。

このような光変調器をなす光デバイス１００においては、上述の動作点電圧が温度変化により変動する、いわゆる温度ドリフトと呼ばれる現象が、変調特性に影響を及ぼすことが知られている。ここで、温度ドリフトについて説明する。図２３に示すような光デバイス１００においてＹ字導波路１０２ａ，１０２ｃが、３ｄＢの分岐カプラとして構成され、マッハツェンダ型光導波路１０２を伝搬する過程で光損失が生じないと仮定すると、出力光強度Ｓは式（１）のように表すことができる。

ここで、φ₂、φ₁はそれぞれ枝導波路１０２ｂ−１，１０２ｂ−２での光の位相変化であり、それぞれ式（２）のように表すことができる。

ここで、ｎ₀は基板の屈折率、ｒは電気光学係数、Ｅは導波路に加わる電界強度であり電極への印加電圧に比例する、Ｌは電極と導波路との作用長である。つまり、この図２３に示すＭＺＩ型光変調器としての光デバイス１００では、光強度は２本の導波路１０２ｂ−１，１０２ｂ−２間の屈折率差に応じて変化するといえる。前述したように、光変調器はある光強度曲線の所定の動作点を設定しておき、それを基準にして光変調を行なう。ここで、２本の導波路１０２ｂ−１，１０２ｂ−２間に温度により屈折率差が発生したとする。この場合には、所定の動作点に動かすための電圧をＶｂ、変調電圧をＶｓとすると、式（１）に示す光強度Ｓを表す式は、式（３）のように表すことができる。

ここで、Ａ，Ｂは比例定数、Δｎ（Ｔ）は温度により２本の導波路１０２ｂ−１，１０２ｂ−２間に発生する屈折率差である。一般的にＶｂはＤＣ電圧であり、Ｖｓは変調器を駆動するための高速のＲＦ信号である。温度によりΔｎ（Ｔ）が発生すると、Ｖｂにより設定していた動作点の位置がずれることを意味する。このように、温度ドリフトは、温度変動に依存して動作点位置がずれることをいうものであり、その原因の一つは、マッハツェンダ型光導波路２をなす枝導波路１０２ｂ−１，１０２ｂ−２間で温度による屈折率差が生じることにある。

上述の温度ドリフトが発生する要因としては、例えばLiNbO₃の様な焦電効果を持つ材料を基板として用いた場合において温度により発生する電荷により２本の導波路に作用する非対称な電圧による第１要因と、電極と基板との熱膨張係数差による応力に起因する第２要因と、が知られている。
下記の特許文献１および２においては、上述の第１要因による温度ドリフトを解消させるための技術について記載されている。即ち、電極間に接触するように導電膜等を形成することで電荷を対称化させて、温度変化に対して基板材料に発生する電荷により光導波路を貫く電界を２本の導波路で均等化しようとするものである。

また、下記の特許文献３〜５においては、上述の第２要因による温度ドリフトを解消させるための技術について記載されている。光変調器の電極は高速動作させるために、数１０μmの高さまで高くする必要がある。そのため電極と基板の熱膨張差により大きな応力が発生して、温度ドリフトの原因となるが、これらの特許文献３〜５に記載された技術においては、電極構造に関してＭＺＩを構成する２本の光導波路に対して、なるべく対称に近い形に形成することで電極の応力起因による温度ドリフトを低減しようとしている。
特公平５―７８０１６号公報特許第２８７３２０３号公報特開２００１−２５５５０１号公報特開２００２−１２２８３４号公報特開２００６−８４５３７号公報

しかしながら、例えば図２５に示すＭＺＩを構成する光導波路１０２′のように、基板１０１の端側に偏在して形成する必要がある等の事情が存在する場合には、温度に対するチップ歪（基板１０１反りによる歪み）またはバッファ層１０３と基板１０１の熱膨張係数差による応力Ｓにより、ＭＺＩを構成する２本の光導波路１０２ｂ−１，１０２ｂ−２に異なる応力が働き温度ドリフトが発生する。

たとえば、文献「土居正治他, 通信学会2004春, C-4-43」等に記載されているように、単一基板上に（１チップに）２つの光変調器を混在させる場合には、各光変調器構成は、基板の両端に偏在することになる。このような温度ドリフトに対しては、上述の特許文献１〜５に記載された技術を適用して補償することが困難である。
図２６は図２５のＡＡ′断面図である。図２５に示す基板１０１の温度変動によって発生する応力は、概略として例えば図２６のＳに示す方向で発生する。チップ端（基板１０１の幅方向端部側）の導波路ほど強い応力を受けるため、枝導波路１０２ｂ−２よりもチップ端側の枝導波路１０２ｂ−１が比較的強い応力を受けることになる。このように受ける応力の大きさの相違により、発生する屈折率変化は非対称になるため、温度ドリフトが発生することになる。

そこで、本発明の目的の一つは、光導波路を形成すべき基板上での配置位置によらず、応力発生に起因した屈折率偏差を補償し、温度ドリフトを補償することにある。
なお、上記目的に限らず、後述する発明を実施するための最良の形態に示す各構成により導かれる効果であって、従来の技術によっては得られない効果を奏することも本発明の他の目的の１つとして位置づけることができる。

（１）このため、本発明の光デバイスは、電気光学効果を有する基板と、該基板に並列配置して形成された複数の光導波路と、該基板の一部に形成され該基板における分極特性が反転された分極反転領域と、をそなえ、該分極反転領域と、該基板のうちの該分極反転領域以外の領域と、の境界は、該境界で生じる格子歪みに起因して温度変動により生じる応力と、該格子歪み以外の要因に起因して温度変動により生じる応力と、の和を、該複数の光導波路間で実質的に等しくするように配置されたことを特徴としている。

（２）また、好ましくは、該格子歪み以外の要因に起因して温度変動により生じる応力は、該基板の上部に形成された部材と該基板との間の熱膨張係数の差に起因して温度変動により生じる応力、及び、該基板の反りに起因して温度変動により生じる応力の少なくとも１つを含むこととしてもよい。
（３）さらに、上記（２）において、該複数の光導波路それぞれが受ける前記応力が、光伝搬方向座標に亘って実質的に一様となるように、前記境界が配置されていることとすることもできる。

（４）また、上記（２）において、該複数の光導波路それぞれが受ける前記応力が、光伝搬方向座標に亘って互いに異なるパターンで変動分布するように、前記境界が配置されていることとすることもできる。
（５）さらに、上記（１）において、該複数の光導波路は、温度変動に応じて該基板自身に生じる応力を互いに不均等に受けるように形成されたこととしてもよい。

（６）また、上記（１）において、該基板に、入力光を複数に分岐しうる分岐導波路と該分岐導波路で分岐された光をそれぞれ伝搬しうる複数の枝導波路と該複数の枝導波路からの光を合流させる合流導波路とをそなえてなるマッハツェンダ型光導波路が形成される一方、該複数の光導波路は、該マッハツェンダ型光導波路をなす複数の枝導波路であることとすることもできる。

（７）さらに、上記（１）において、該基板をリチウムナイオベートとすることができる。
（８）また、上記（１）において、該複数の光導波路を結晶のＸ軸方向、またはＹ軸方向に沿って形成することができる。

（９）また、上記（２）において、前記基板の上部に形成された部材は、前記複数の光導波路を伝搬する光に屈折率差を与えるための電極と、該電極と該基板との間に介在するバッファ層と、を含み、前記境界は、前記電極又は前記バッファ層と前記基板との間の熱膨張係数の差に起因して温度変動により生じる応力と、前記境界で生じる格子歪みに起因して温度変動により生じる応力と、の和を、該複数の光導波路間で実質的に等しくするように配置されたこととすることもできる。

このように、本発明によれば、分極反転領域における分極特性が反転されていない他の領域に対する境界の輪郭が、複数の導波路が受ける歪み値の光伝搬方向座標に亘った累積値が複数の導波路間で実質的に等しくなるように構成されているので、光導波路を形成すべき基板上での配置位置によらず、温度変動による各導波路の屈折率偏差を補償し、温度ドリフトを補償することができる利点がある。

本発明の第１実施形態にかかる光デバイスを示す模式的上視図である。（ａ）は図１に示す光デバイスの断面図であり、（ｂ）はある低温値の時における基板における（ａ）の断面箇所に発生する歪の一例を模式的に示す図である。本発明の第１実施形態の作用効果について説明するための図である。光導波路の形成方向および分極反転の方向についての態様を説明するための図である。（ａ）は図４（ｃ），図４（ｄ）の構成における動作点変動特性を示す図であり、（ｂ）は図４（ａ），図４（ｂ）の構成における動作点変動特性を示す図である。本発明の第１実施形態の第１変形例にかかる光デバイスを示す図である。（ａ）は図６に示す光デバイスの断面図であり、（ｂ）はある低温値の時における基板における（ａ）の断面箇所に発生する歪の一例を模式的に示す図である。本発明の第１実施形態の第２変形例にかかる光デバイスを示す図である。（ａ）は図８に示す光デバイスの断面図であり、（ｂ）はある低温値の時における基板における（ａ）の断面箇所に発生する歪の一例を模式的に示す図である。（ａ）は枝導波路が受けるチップ歪みによる成分を示す図であり、（ｂ）は枝導波路が受ける界面格子歪みによる成分を示す図である。（ａ）は枝導波路が受けるチップ歪みによる成分を示す図であり、（ｂ）は枝導波路が受ける界面格子歪みによる成分を示す図である。本発明の第１実施形態の第３変形例にかかる光デバイスを示す図である。（ａ）は図１２に示す光デバイスの断面図であり、（ｂ）はある低温値の時における基板における（ａ）の断面箇所に発生する歪の一例を模式的に示す図である。（ａ），（ｂ）はともに第１実施形態の第３変形例にかかる光デバイスとして試作されたものによる温度ドリフトの低減効果を確認するための実験結果を示す図である。本発明の第１実施形態の第４変形例にかかる光デバイスを示す図である。（ａ）は図１５に示す光デバイスの断面図であり、（ｂ）はある低温値の時における基板における（ａ）の断面箇所に発生する歪の一例を模式的に示す図である。本発明の第１実施形態の第５変形例にかかる光デバイスを示す図である。（ａ）は図１７に示す光デバイスの断面図であり、（ｂ）はある低温値の時における基板における（ａ）の断面箇所に発生する歪の一例を模式的に示す図である。本発明の第２実施形態にかかる光デバイスを示す図である。（ａ）は図１９に示す光デバイスの断面図であり、（ｂ）はある低温値の時における基板における（ａ）の断面箇所に発生する歪の一例を模式的に示す図である。本発明の第３実施形態にかかる光デバイスを示す図である。（ａ）は図２１に示す光デバイスの断面図であり、（ｂ）はある低温値の時における基板における（ａ）の断面箇所に発生する歪の一例を模式的に示す図である。一般的な光デバイスを示す模式的上視図である。図２３に示す光デバイスの断面図である。従来技術を説明するための図である。従来技術を説明するための図である。従来技術を説明するための図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｅ，１１，２１光デバイス
２基板
３，２３１，２３２マッハツェンダ型光導波路
３ａ，２３１ａ，２３２ａ分岐導波路
３ｂ−１，３ｂ−２，２３１ｂ−１，２３１ｂ−２，２３２ｂ−１，２３２ｂ−２枝導波路
３ｃ合流導波路
４バッファ層
５電極
５ａ，２５１ａ，２５２ａ信号電極
５ｂ，２５ｂ接地電極
６，６Ａ〜６Ｃ，６Ｅ，１６，２６分極反転領域
７，１７，２７他の領域
８ａ〜８ｃ溝
２３３湾曲導波路

以下、図面を参照することにより、本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。又、上述の本願発明の目的のほか、他の技術的課題，その技術的課題を解決する手段及び作用効果についても、以下の実施の形態による開示によって明らかとなる。
〔Ａ〕第１実施形態の説明
図１は本発明の第１実施形態にかかる光デバイス１を示す模式的上視図であり、図２（ａ）は図１に示す光デバイス１のＡＡ′断面図である。この図１，図２（ａ）に示す光デバイス１は、電気光学効果を有する基板としての例えばＺカットのＬＮ基板２と、ＬＮ基板２に形成されたマッハツェンダ型光導波路３と、ＬＮ基板２の上部にバッファ層４（図２（ａ）参照）を介して形成された電極５と、をそなえている。

マッハツェンダ型光導波路３は、ＬＮ基板２における幅方向について一方側（図中上部領域側）に偏在して形成されて、入力光を複数に分岐しうる分岐導波路３ａと分岐導波路３ａで分岐された光をそれぞれ伝搬しうる複数の枝導波路（第１枝導波路３ｂ−１および第２枝導波路３ｂ−２）と複数の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２からの光を合流させる合流導波路３ｃとをそなえてなるものである。

なお、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２としては、光伝搬方向がともにＬＮ基板２におけるＸ軸又はＹ軸（本実施形態においてはＸ軸）に実質的に平行する方向となるように形成される。又、本実施形態においては、一例として分岐導波路３ａでの分岐数、および枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２の本数を２としている。換言すれば、２本の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２は、ＬＮ基板２に並列配置して形成された２本の光導波路である。

さらに、電極５は、２つの枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２を伝搬する光に屈折率差を与えるためのものであり、２つのうちの一方の枝導波路３ｂ−１の形成位置の上部を辿る部分を含む信号電極５ａと、信号電極５ａを所定の間隔を置いて挟むように形成された接地電極５ｂと、をそなえている。
また、光デバイス１は、ＬＮ基板２の一部に形成されてＬＮ基板２における分極特性が反転された分極反転領域６をそなえている。尚、この分極反転領域６については、図１中においては点線で囲んだ領域として図示し、図２（ａ）においては網掛け領域として図示している。第１実施形態にかかる光デバイス１における分極反転領域６は、この図１又は図２（ａ）に示すように、マッハツェンダ型光導波路３の形成領域を収容している。換言すれば、マッハツェンダ型光導波路３がＬＮ基板２における分極反転領域６内に形成されるようになっている。

そして、図１，図２（ａ）に示すように、分極反転領域６における分極特性が反転されていない（ＬＮ基板２における）他の領域７に対する境界の輪郭としては、並列配置における両外側の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２にそれぞれ一定の間隔Ｌ１，Ｌ２をあけた境界面Ｒ（図１における境界線範囲Ｒ１−Ｒ２参照）を含んでいる。換言すれば、境界面Ｒは、互いに平行する枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に一定の間隔をあけて平行しているといえる。ここで、枝導波路３ｂ−１と境界線範囲Ｒ１−Ｒ２との間の間隔はＬ１であり、枝導波路３ｂ−２と境界線範囲Ｒ１−Ｒ２との間の間隔は、Ｌ１よりも小さいＬ２である。

ここで、本願発明者は、この図１に示すように、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に沿って基板２の分極特性が反転された分極反転領域６を形成すると、この分極反転界面（境界面Ｒ）より発生する格子歪が、マッハツェンダ型光導波路３を構成する２つの枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に対して温度に依存して異なる屈折率変化を与え、温度ドリフト成分を発生させうることを見出した。これは、境界面Ｒにおける格子の不整合を起因とする歪みが、温度変化により増大、緩和することにより発生すると考えられる。

すなわち、ＺカットのＬＮ基板２においては、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２を結晶のＸ軸方向に平行するように形成された場合には、分極反転領域６と境界面Ｒを挟んだ他の領域７とでは、基板２面に平行で枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２の形成方向には垂直なＹ軸方向での結晶方位（＋Ｙ）が互いに反転した向きとなるが、このＹ軸方向での結晶方位の反転によって、温度に依存した界面歪みが生じるようになっている。そして、この界面歪みに起因する応力が枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に及ぶと、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２の屈折率は変化するようになっているのである。

そして、境界面Ｒにおける格子歪みによって生じる基板２内での歪み分布は、境界面Ｒからの距離に応じて変化するようになっている。そこで、境界面Ｒの２本の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に対する距離が調整された分極反転領域６を形成することで、境界面Ｒにおける格子歪みによって生じる枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に及ぶ歪み成分と、他の要因によって基板２に生じる歪み要素とあわせた屈折率変化が、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２間で均等化させることができるようになっている。

図２（ｂ）は、一例としてある低温値の時における基板２におけるＡＡ′断面箇所に発生する歪を模式的に示している。この図２（ｂ）に示すように、低温時においては上述の他の要因による歪み要素として基板２を縮めるチップ歪Ｂ１が発生することを想定できる。このチップ歪みＢ１は、例えば光デバイス１が図示しない筐体に収納される場合において、その筐体自身が基板２よりも熱膨張係数の大きいときや、筐体に光デバイス１を固定する接着剤のほか、バッファ層４（図２（ａ）参照）が、基板２よりも熱膨張係数が大きい場合などに生じうるものである。

特に図１に示すようにマッハツェンダ型光導波路３が基板２の幅方向端部側に偏在する場合には、このチップ歪みＢ１は、２本の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に対して不均等に及ぶようになっている。このため、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２には、上述のごとき不均等に及ぶチップ歪みの影響を受けて屈折率に差異が生じることになるため、前述した動作点電圧の温度ドリフトの発生につながる。

これに対し、第１実施形態にかかる光デバイス１においては、上述のごとき分極反転境界面Ｒが形成されているので、図２（ｂ）に示すようなチップ歪みＢ１が生じる当該低温時においては、Ｂ２に示すような界面歪みを生じさせることができる。この図２（ｂ）に示すように、格子歪みの大きさ（または格子歪みを招く応力分布）が、境界面Ｒからの距離に応じて変化する。

換言すれば、界面格子歪みＢ２は、境界面Ｒと枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２との距離Ｌ１，Ｌ２（界面距離）を調整することで、その大きさを自由に設計することが可能である。そこで、各枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に及ぶ歪み成分Ｂ１，Ｂ２を加算した値が、互いに等しくなるように境界面Ｒを設定することで、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２で与える屈折率差を実質的になくすことができるようになる。

第１実施形態においては、境界面Ｒを枝導波路３ｂ−２近傍にのみ形成して、格子歪みによる屈折率変動が実質的に及ぶ枝導波路を枝導波路３ｂ−２のみとする一方、枝導波路３ｂ−１には格子歪みが及ばないようにＬ１が設定されている（又は枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２の間隔が設定されている）。そして、枝導波路３ｂ−２に対する格子歪みの成分Ｂ２による屈折率変動により、歪み成分Ｂ１と合わせた屈折率変動を、温度によらず枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２間で均等に受けられるようにしている。

なお、図２（ｂ）においては、ＡＡ′断面箇所について着目して歪み分布を示しているが、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２と境界面Ｒとの距離はそれぞれ実質的には一定の距離Ｌ１，Ｌ２が保たれているので、光が伝搬する上流域から下流域に亘る枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２全体としての温度に応じた歪み量、又は屈折率偏差についても実質的に解消することができる。

図３は、図２（ｂ）のＢ１に示すようなチップ歪みによる屈折率変化に対応する、温度変動に応じた動作点ドリフトの特性Ｃ１とともに、上述のＬ１，Ｌ２が調整された境界面Ｒを有する分極反転領域６を形成した場合の、図２（ｂ）のＢ２に示すような格子歪みによる屈折率変化に対応する、温度変動に応じた動作点ドリフト（動作点シフト量）の特性Ｃ２を示し、更にＣ３は上述のＣ１およびＣ２双方を加味した温度変動に応じた動作点ドリフトの特性を示すものである。

この図３のＣ３に示すように、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に対する距離が設定された境界面Ｒを有する分極反転領域６を構成することにより、この図３に示すように、分極格子歪みによる動作点シフト量とチップ歪みによる動作点シフト量の和を、温度によらず一定とすることができる。
そして、境界面Ｒを有する分極反転領域６により、前述の図２（ｂ）に例示するように、各枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２が受ける動作点シフトの量の和についても、温度によらず一様とすることができるので、各枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２間での温度に依存した屈折率差Δｎ（Ｔ）の発生を抑制させることができるので、動作点ドリフトを補償することができるようになる。

換言すれば、チップ歪みによって枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に不均等に及ぶ応力を、界面格子歪みＢ２により枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に及ぼす応力で均等化させることができるので、ＭＺＩを構成する２本の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に働く歪み(屈折率変化に比例する)を対称に近づけることができるのである。
すなわち、分極反転領域６における分極特性が反転されていない他の領域７に対する境界の輪郭（境界面Ｒ：Ｒ１−Ｒ２）は、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２が受ける歪み値の光伝搬方向座標に亘った累積値が、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２間で実質的に等しくなるように構成されている。

言い換えれば、温度変動に応じて境界Ｒで生じる格子歪みに起因して枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２のそれぞれが受ける歪み成分と、上述の格子歪み以外の要因に起因した歪み成分と、による歪み値についての光伝搬方向座標に亘った累積値が、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２間で実質的に等しくなるように、境界Ｒを有する分極反転領域６が構成されている。第１実施形態においては、Δｎ（Ｔ）が発生する要因として、格子歪み以外に生じる歪みに起因した歪みとして、温度変動に応じて基板２自身の反りによって枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２のそれぞれが受ける歪み成分を想定している。

そして、第１実施形態においては、分極反転領域６の輪郭（境界面Ｒ：Ｒ１−Ｒ２）、および枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２の相対距離の設定により、境界Ｒで生じる格子歪みに起因した温度変動に応じた歪み成分と、基板２自身の反りで生じた歪み成分についての、光伝搬方向座標に亘った累積値が、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２間で実質的に等しくなるようにすることができる。

なお、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２と境界面Ｒとの距離はそれぞれ実質的には一定の距離Ｌ１，Ｌ２が保たれているので、光が伝搬する上流域から下流域に亘る枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２全体としての屈折率差についても累積を抑制できる。換言すれば、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２それぞれが受ける合計の歪み値が、光伝搬方向座標に亘って実質的に一様となるように、分極反転領域６の輪郭（境界面Ｒ：Ｒ１−Ｒ２）、および枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２を構成することができる。

なお、上述の図１の構成の場合においては、上述の格子歪みが発生する場合として、分極反転領域６と境界面Ｒを挟んだ他の領域７とで基板２面に平行で枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２の形成方向には垂直な方向での結晶方位（＋Ｙ）が互いに反転した向きとなる場合について詳述したが、このような格子歪みが発生する場面としては、他に図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｄ）に示すような態様が考えられる。

図４（ａ）に示す態様においては、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２が結晶軸のＹ軸に沿って形成されるとともに（Ｙ伝搬）、枝導波路３ｂ−２近傍に形成された境界面Ｒａ（界面ＹＡ）がＹ軸またはＺ軸について反転する場合である。又、図４（ｂ）に示す態様においては、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２が結晶軸のＹ軸に沿って形成されるとともに（Ｙ伝搬）、枝導波路３ｂ−１近傍に形成された境界面Ｒｂ（界面ＹＢ）がＺ軸について反転する場合である。これらの場合においては、基板２表面上における光伝搬方向に直交する軸方向はＸ軸であり、結晶の形成方向については同方向となる。更に、図４（ｄ）に示す態様においては、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２が結晶軸のＸ軸に沿って形成されるとともに（Ｘ伝搬）、枝導波路３ｂ−２近傍に形成された境界面Ｒｃ（界面ＸＢ）が結晶方位(+Ｙ)について向きあう場合である。

なお、図４（ｃ）に示す態様は、上述の図１の構成と同様の場合であり、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２が結晶軸のＸ軸に沿って形成されるとともに（Ｘ伝搬）、枝導波路３ｂ−１近傍に形成された境界面Ｒｄ（界面ＸＡ）がＹ軸またはＺ軸について反転するものである。これらの図４（ｃ），図４（ｄ）の場合においては、基板２表面上における光伝搬方向に直交する軸方向はＹ軸であり、結晶の形成方向については互いに反対方向となる。

上述の図４（ａ）〜図４（ｄ）のいずれの場合においても、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２のいずれか一方の近傍に境界面Ｒａ〜Ｒｄを形成して、枝導波路３ｂ−１へ及ぼす境界面Ｒａ〜Ｒｄからの格子歪みによって、２本の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２間の屈折率変動が実質的に同等となるようにするものである。これらの図４（ａ）〜図４（ｄ）のいずれの場合においても、境界面Ｒａ〜Ｒｄと、境界面Ｒａ〜Ｒｄに近接した枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２との距離が近づくほど、当該枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２が受ける格子歪みの影響が大きくなる。

すなわち、これら図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す構造で、２本の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２の片側の導波路近傍のみに分極界面である境界面Ｒａ〜Ｒｄを形成し、界面距離（図１のＬ１又はＬ２参照）と温度変化における動作点変動量を測定することで、温度変化によりそれぞれの界面から発生する歪量を推定することができる。図５（ａ）は、図４（ｃ），図４（ｄ）の構成において、界面距離（Ｌ１，Ｌ２）に応じた、80℃〜-5℃の温度変化に対する動作点変動特性を示し、図５（ｂ）は、図４（ａ），図４（ｂ）の構成において、界面距離（Ｌ１，Ｌ２）に応じた、80℃〜-5℃の温度変化に対する動作点変動特性を示す。

ここで、図５（ａ）中、黒塗り菱形は、図４（ｃ）の構成（界面ＸＡの場合）における界面距離Ｌ２に応じた動作点変動特性を示し、黒塗り四角は、図４（ｄ）の構成（界面ＸＢの場合）における界面距離Ｌ１に応じた動作点変動特性を示す。又、図５（ｃ）中、黒塗り菱形は、図４（ａ）の構成（界面ＹＡの場合）における界面距離Ｌ２に応じた動作点変動特性を示し、黒塗り四角は、図４（ｄ）の構成（界面ＹＢの場合）における界面距離Ｌ１に応じた動作点変動特性を示す。

動作点変動量は、２本の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２間での歪の差に比例するので、この場合は界面から作用する歪に比例する量とみなしてよい。この図５（ａ），図５（ｂ）に示すように、界面から格子歪が作用することで、界面距離に反比例して歪量、即ち動作点変動量が小さくなっていることを確認できる。これらの図５（ａ），図５（ｂ）に示すように、いずれの界面設定においても、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に及ぼす歪の方向、動作点変動特性の界面距離に対する傾斜特性が同等であるため、いずれの界面設定においても、動作点変動が温度によらず一定となる光デバイスとして構成することができる。

このように、本発明の第１実施形態によれば、分極反転領域６における分極特性が反転されていない他の領域７に対する境界の輪郭（境界面Ｒ：Ｒ１−Ｒ２）が、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２が受ける歪み値の光伝搬方向座標に亘った累積値が枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２間で実質的に等しくなるように構成されているので、光導波路を形成すべき基板上での配置位置によらず、温度ドリフト、特に基板２と基板２に接触する他の部材との間の熱膨張係数差等による応力発生に起因した温度ドリフトを補償することができる利点がある。

〔Ａ１〕第１実施形態の第１変形例
図６は本発明の第１実施形態の第１変形例にかかる光デバイス１Ａを示す図であり、図７（ａ）は図６に示す光デバイス１ＡのＡＡ′断面図である。この図６，図７（ａ）に示す光デバイス１Ａは、前述の図１に示すものに比して、分極反転領域６Ａの形成領域が異なっており、その他の構成については基本的に同様である。尚、図６，図７（ａ）中、図１と同一の符号はほぼ同様の部分を示している。即ち、この図６に示す光デバイス１Ａにそなえられる分極反転領域６Ａは、マッハツェンダ型光導波路３の形成領域から外れて形成されるとともに、境界面ＲＡとして、並列配置される枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２における一方の枝導波路３ｂ−２の外側に一定の間隔をあけた線範囲ＲＡ１−ＲＡ２を含んでいる。

この図６に示す光デバイス１Ａのように、分極反転領域６Ａがマッハツェンダ型光導波路３の外側の場合でも、界面格子歪みＢ２の大きさは、界面距離が大きくなるに従い小さくなる。図７（ｂ）は一例としてある低温値の時における基板２におけるＡＡ′断面箇所に発生する歪を模式的に示したものであり、図中Ｂ１は低温時のチップ歪み（基板２そのものの歪み）の分布を、Ｂ２は界面格子歪みの分布を示す。

この図７（ｂ）に示すように、第１実施形態の場合と同様、基板２そのものの歪みＢ１とあわせて、各枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２が受ける歪み量を均等化させることができるので、温度ドリフトを低減させることができる。そして、図７（ｂ）においては、ＡＡ′断面箇所について着目して歪み分布を示しているが、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２と境界面ＲＡとの距離はそれぞれ実質的には一定の距離Ｌ１，Ｌ２が保たれているので、光が伝搬する上流域から下流域に亘る枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２全体としての、温度に応じた歪み量、又は屈折率偏差についても実質的に解消することができ、第１実施形態の場合と同様の利点を得ることができる。

また、分極反転領域６Ａがマッハツェンダ型光導波路３の外側にあるので、変調特性への影響を気にせずに界面距離、界面作用長（格子歪みが枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に対する屈折率変動として影響を与えうる導波路長さ）を自由に設計できる利点もある。
〔Ａ２〕第１実施形態の第２変形例の説明
図８は本発明の第１実施形態の第２変形例にかかる光デバイス１Ｂを示す図であり、図９（ａ）は図８に示す光デバイス１ＢのＡＡ′断面図である。この図８，図９（ａ）に示す光デバイス１Ｂは、前述の図１，図６に示すものに比して、分極反転領域６Ｂの形成領域が異なっており、その他の構成については基本的に同様である。尚、図８，図９（ａ）中、図１と同一の符号はほぼ同様の部分を示している。

すなわち、この図８，図９（ａ）に示す光デバイス１Ｂにそなえられる分極反転領域６Ｂは、２本の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に挟まれた領域に形成されるとともに、分極反転されていない他の領域７との境界として、第１枝導波路としての枝導波路３ｂ−１側に光伝搬方向に沿って近接した第１線範囲ＲＢ１とともに、第２枝導波路としての枝導波路３ｂ−２側に光伝搬方向に沿って近接した第２線範囲ＲＢ２をそなえている。

さらに、第１線範囲ＲＢ１は、光伝搬方向の上流側から下流側にわたり枝導波路３ｂ−１との距離が変動する形状を有する一方、第２線範囲ＲＢ２は前記光伝搬方向の上流側から下流側にわたり枝導波路３ｂ−２との距離が一定する形状を有している。
この図８に示す光デバイス１Ｂのように、分極反転領域６Ｂがマッハツェンダ型光導波路３をなす枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に挟まれた箇所に形成される場合には、図９（ｂ）に示すように、２つの界面をなす線範囲ＲＢ１，ＲＢ２による界面格子歪みＢ２１，Ｂ２２が、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２の双方に影響を与えるようになる。そして、この場合においても、各線範囲ＲＢ１，ＲＢ２が枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に与える歪み界面格子歪みＢ２１，Ｂ２２の大きさは、界面距離が大きくなるに従い小さくなる。尚、図９（ｂ）は一例としてある低温値の時における基板２におけるＡＡ′断面箇所に発生する歪を模式的に示したものであり、図中Ｂ１は低温時のチップ歪み（基板２そのものの歪み）の分布を、Ｂ２１，Ｂ２２は界面格子歪みの分布を示す。

図１０（ａ），図１０（ｂ）は、ある温度変動幅により導波路位置に応じて枝導波路３ｂ−１が受ける歪み量について、チップ歪み（Ｂ１）による成分と界面格子歪みによる成分とに分けて示すものであり、図１０（ａ）はチップ歪み（Ｂ１）による歪み量を、図１０（ｂ）は界面格子歪みによる歪量を、それぞれ示している。同様に、図１１（ａ），図１１（ｂ）は、ある温度変動幅により導波路位置に応じて枝導波路３ｂ−２が受ける歪み量について、チップ歪み（Ｂ１）による成分と界面格子歪みによる成分とに分けて示すものであり、図１１（ａ）はチップ歪み（Ｂ１）による歪み量を、図１１（ｂ）は界面格子歪みによる歪量を、それぞれ示している。

ここで、通常基板２の長手方向に沿って枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２は形成されることから、基板２のチップ歪み（Ｂ１）による歪みは、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２による光伝搬方向の垂直方向（基板２の幅方向）に、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２での伝搬位置（流域）によらずに一様な歪みが生じることを想定できる。このとき、枝導波路３ｂ−１は枝導波路３ｂ−２よりも基板端部に近い位置に形成されるので、図１０（ａ）に示す枝導波路３ｂ−１が受けるチップ歪みの方が、図１１（ｂ）に示す枝導波路３ｂ−２が受けるチップ歪みよりも大きくなる。

また、第１線範囲ＲＢ１は、光伝搬方向の上流側から下流側にわたり枝導波路３ｂ−１との距離が変動する形状、即ち上流域では距離が比較的離れている、中流域では近接し、下流域では距離が離れるような輪郭を有している。これにより、枝導波路３ｂ−１が受ける界面格子歪みの量についても、図１０（ｂ）に示すように、中流域で最も大きく、中流域から上流域および下流域に行くに従い減少するような分布を示す。

さらに、第２線範囲ＲＢ２は、光伝搬方向の上流側から下流側にわたり枝導波路３ｂ−２との距離が一定する形状を有しているので、第２枝導波路３ｂ−２が受ける界面格子歪みの量については、図１１（ｂ）に示すように各流域に亘り一定の歪み量となる。
なお、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）においては、各枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２には、それぞれ近接しない側の線範囲（枝導波路３ｂ−１に対する第２線範囲ＲＢ２、枝導波路３ｂ−２に対する第１線範囲ＲＢ１）からの界面格子歪みの成分については、近接する側の線範囲からの成分に比べて相対的に少ないものであるため、ここでは考慮から外している。

このとき、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２が受ける屈折率変化は、チップ歪み量と界面格子歪み量の累積的な和に比例することになる。従って、枝導波路３ｂ−１が受ける屈折率変化は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示す歪み量の導波路進行方向に亘った範囲での面積の和に相当し、枝導波路３ｂ−２が受ける屈折率変化は、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示す歪み量の面積の和に相当する。

図８に示す光デバイス１Ｂにおいては、これらの面積の和が等しくなるように、分極反転領域６Ｂの各線範囲ＲＢ１，ＲＢ２（および各枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２）が形成されているので、前述の第１実施形態の場合と同様に、温度ドリフト量を抑制させることができるようになる。
〔Ａ３〕第１実施形態の第３変形例の説明
図１２は本発明の第１実施形態の第３変形例にかかる光デバイス１Ｃを示す図であり、図１３（ａ）は図１２に示す光デバイス１ＣのＡＡ′断面図である。この図１２，図１３（ａ）に示す光デバイス１Ｃは、前述の図１に示すものに比して、分極反転領域６Ｃの形成領域が異なっており、その他の構成については基本的に同様である。尚、図１２，図１３（ａ）中、図１と同一の符号はほぼ同様の部分を示している。

ここで、この図６に示す光デバイス１Ｃにそなえられる分極反転領域６Ｃは、２本の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に挟まれた領域に形成されるとともに、分極反転されていない他の領域７との境界として、第１枝導波路としての枝導波路３ｂ−１側に近接して光伝搬方向の上流側から下流側にわたり枝導波路３ｂ−１との距離が第１距離ＬＣ１で一定する第１線範囲ＲＣ１と、第２枝導波路としての枝導波路３ｂ−２側に近接して光伝搬方向の上流側から下流側にわたり枝導波路３ｂ−２との距離が第２距離で一定する第２線範囲ＲＣ２と、をそなえている。

そして、上述の第１距離ＬＣ１および第２距離ＬＣ２を、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２が受ける歪み値の光伝搬方向座標に亘った累積値が枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２間で実質的に等しくなるように構成されている。
図１３（ｂ）は、一例としてある低温値の時における基板２におけるＡＡ′断面箇所に発生する歪を模式的に示したものであり、図中Ｂ１は低温時のチップ歪み（基板２そのものの歪み）の分布を、Ｂ２１は第１線範囲ＲＣ１による界面格子歪みの分布を、Ｂ２２は第２線範囲ＲＣ２による界面格子歪みの分布を、それぞれ示す。

このように構成された光デバイス１Ｃにおいても、図１３（ｂ）に例示するように、基板２そのものの歪みＢ１とあわせて、各枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２が受ける歪み量を均等化させることができるので、温度ドリフトを低減させることができる。又、図１３（ｂ）においては、ＡＡ′断面箇所について着目して歪み分布を示しているが、枝導波路３ｂ−１と第１線範囲ＲＣ１との距離、および枝導波路３ｂ−２と第２線範囲ＲＣ２との距離は、それぞれ実質的には一定の距離ＬＣ１，ＬＣ２が保たれているので、光が伝搬する上流域から下流域に亘る枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２全体としての温度に応じた歪み量（又は屈折率変化量）の偏差についても実質的に解消することができ、第１実施形態の場合と同様、温度ドリフトの発生を抑制させることができる利点がある。

図１４（ａ），図１４（ｂ）は上述の光デバイス１Ｃとして試作されたものによる温度ドリフトの低減効果を確認するための実験結果を示す図である。ここでは、分極反転領域６Ｃの界面である第１，第２線範囲ＲＣ１，ＲＣ２と枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に直交する方向をY方向とし、第１，第２距離ＬＣ１，ＬＣ２をともに40μm、界面作用長（格子歪みが枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に対する屈折率変動として影響を与えうる導波路長）を18mmとした。

但し、界面歪の影響のみを評価するため、電極５の構造、マッハツェンダ型光導波路３については、基板２の幅方向について偏在しない（中心軸について対称になる）ように作成した。これにより、同一構造で分極反転領域６Ｃのないデバイスでは温度ドリフトがほぼ０になることを確認している。
図１４（ｂ）は、横軸を温度、縦軸を動作点シフト量（電圧Ｖ）とした場合の動作点変動量特性を示す図である。界面歪により約４Ｖの温度ドリフトが発生することがわかる。一方で、分極反転領域６Ｃを形成しない通常のデバイスの温度ドリフトを図１４（ａ）に示す。この場合も電極５の構造を対称としたものであるが、マッハツェンダ型光導波路３は基板２の幅方向に偏在する構成としている。具体的には、チップ幅は1.2mmであり、枝導波路３ｂ−１からチップ端までの距離が〜200μm、枝導波路３ｂ−２からチップ端までの距離が〜800μmと非対称な構造としている。この場合には、図１４（ａ）に示すように、チップ歪により温度ドリフトが発生しているのがわかる。このとき、図１４（ａ）および図１４（ｂ）を比較すると、マッハツェンダ型光導波路３がチップ中心からずれている場合に生じる温度ドリフト（図１４（ａ）参照）を、界面格子歪みにより発生させる温度ドリフト成分（図１４（ｂ）参照）により、温度ドリフト、即ち温度に応じた動作点変動量の偏差を十分に低減できることが分かる。

〔Ａ４〕第１実施形態の第４変形例の説明
図１５は本発明の第１実施形態の第４変形例にかかる光デバイス１Ｄを示す図であり、図１６（ａ）は図１５に示す光デバイス１ＤのＡＡ′断面図である。この図１５，図１６（ａ）に示す光デバイス１Ｄは、前述の図１に示すものに比して、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２の両側に溝８ａ〜８ｃを形成することにより、各枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２をリッジ導波路として構成することで、広帯域化を図る構成としている点が異なり、その他の構成については基本的に同様である。

図１６（ｂ）は一例としてある低温値の時における基板２におけるＡＡ′断面箇所に発生する歪を模式的に示したものであり、図中Ｂ１は低温時のチップ歪み（基板２そのものの歪み）の分布を、Ｂ２は界面格子歪みの分布を示す。この場合においても、図１６（ｂ）に示すように、基板２そのものの歪みＢ１とあわせて、各枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２が受ける歪み量を均等化させることができるので、温度ドリフトを低減させることができる。そして、図１６（ｂ）においては、ＡＡ′断面箇所について着目して歪み分布を示しているが、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２と境界面ＲＡとの距離はそれぞれ実質的には一定の距離Ｌ１，Ｌ２が保たれているので、光が伝搬する上流域から下流域に亘る枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２全体としての、温度に応じた歪み量、又は屈折率偏差についても実質的に解消することができ、第１実施形態の場合と同様の利点を得ることができる。

〔Ａ５〕第１実施形態の第５変形例の説明
図１７は本発明の第１実施形態の第５変形例にかかる光デバイス１Ｅを示す図であり、図１８（ａ）は図１７に示す光デバイス１ＥのＡＡ′断面図である。この図１７，図１８（ａ）に示す光デバイス１Ｅは、前述の図１に示すものに比して、チップ歪みの発生方向が前述の図２（ｂ）の場合と反対方向に発生した場合を想定するものである。尚、図１７，図１８（ａ）中、図１，図２（ａ）と同一の符号はほぼ同様の部分を示している。この図１７に示す光デバイス１Ｅにおいては、枝導波路３ｂ−１の近傍に境界面ＲＥを有する分極反転領域６Ｅが形成されている。即ち、境界面ＲＥと枝導波路３ｂ−１との間隔（界面距離）はＬ１１であり、枝導波路３ｂ−２との距離Ｌ１２はＬ１１よりも大きく、枝導波路３ｂ−１についてのみ境界面ＲＥからの界面格子歪みの影響を受けるようになっている。

図１８（ｂ）は一例としてある低温値の時における基板２におけるＡＡ′断面箇所に発生する歪を模式的に示したものであり、図中Ｂ１１は低温時のチップ歪み（基板２そのものの歪み）の分布を、Ｂ１２は界面格子歪みの分布を示す。この図１８（ｂ）に示すように、低温状態で基板２に働く歪みとして前述の図２（ｂ）とは反対の歪が作用する場合においても、例えば枝導波路３ｂ−１の近傍に枝導波路３ｂ−１と一定間隔Ｌ１１を置いた境界面ＲＥを有する分極反転領域６Ｅそなえることにより、前述の第１実施形態の場合と同様に、各枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２で発生する歪みを均等化させることができるようになる。

〔Ｂ〕第２実施形態の説明
図１９は本発明の第２実施形態にかかる光デバイス１１を示す図であり、この図１９に示す光デバイス１１は、基板２に第１実施形態の場合と同様のマッハツェンダ型光導波路３が形成されているが、電極１５の構造および分極反転領域１６の形状が、第１実施形態の場合と異なっている。

電極１５は、信号電極１５ａと信号電極１５ａに所定の間隔を置いて囲うように形成された接地電極１５ｂとをそなえている。ここで、信号電極１５ａは、基板２の片側端部から光伝搬方向の上流側および下流側を渡すように形成されているが、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２を光が伝搬する上流域および下流域では枝導波路３ｂ−２上を、中流域では枝導波路３ｂ−１上を、それぞれ辿るように形成されている。

そして、枝導波路３ｂ−１の上部に信号電極１５ａが形成されている中流域箇所における、２本の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２が形成される領域に分極反転領域１６が形成されている。尚、信号電極１５ａとしては、分極反転領域１６が形成されていない領域においては第１枝導波路としての枝導波路３ｂ−１の上部を辿るように形成される一方、分極反転領域１６が形成された領域では第２枝導波路としての枝導波路３ｂ−２の上部を辿るように形成することとしてもよい。

ここで、第２実施形態にかかる光デバイス１１を光変調器として高速で駆動する場合は、信号電極１５ａと接地電極１５ｂとの終端を抵抗で接続して進行波電極とし、入力側からマイクロ波信号を印加する。このとき、電界によって枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２の屈折率がそれぞれ＋Δｎa、−Δｎbのように変化し、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２間の位相差が変化するため合流導波路３ｃから強度変調された信号光を出力することができる。

また、電極１５の断面形状を変化させることでマイクロ波の実行屈折率を制御し、光とマイクロ波の速度を整合させることによって広帯域の光応答特性を得ることができる。ここで、分極反転領域１６が形成されていない図２３に示す構成の場合には、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に印加される電界の絶対値が異なると、Δｎa＜Δｎbとなるため、オン状態からオフ状態への過渡期において出力光の波長が変化する現象（チャープ）が生じる。

これに対し、図１９に示すように、一部の領域１６が分極反転した基板２を用いるとともに、分極特性が反転していない領域では枝導波路３ｂ−２上を、分極特性が反転している領域１６では枝導波路３ｂ−１上を通るように信号電極１５を構成すると、枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に印加される電界の絶対値を均等化させることができるので、上述のごとき波長チャープを抑制させることができる。

図１９において、信号電極１５が上部に形成された枝導波路３ｂ−１箇所の長さと、信号電極１５が上部に形成された枝導波路３ｂ−２箇所の長さ（上流箇所と下流箇所の合計）と、が等しい場合においては、枝導波路３ｂ−２，３ｂ−１を通る光は非反転領域でそれぞれ位相が＋Δθs，−Δθgだけ変化し、反転領域ではそれぞれ＋Δθg，−Δθsだけ変化する。ここでΔθg，Δθsはそれぞれ接地電極１５ｂ、信号電極１５ａによる光の位相変化量を示す。したがって、枝導波路３ｂ−２，３ｂ−１を通る光の位相は出力側の合流導波路３ｃにおいてそれぞれ+（Δθs+Δθg），−（Δθs+Δθg）だけ変化することになり、絶対値が等しく符号が反転した位相変調となる。そのため、波長チャープを０にすることができる。尚、上述の信号電極１５が上部に形成された枝導波路３ｂ−１箇所の長さと、信号電極１５が上部に形成された枝導波路３ｂ−２箇所の長さとの比を変えることで、チャープ量を調整することも可能でなる。

ところで、第２実施形態にかかる光デバイス１１においては、分極反転領域１６として、２本の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２の光伝搬方向の一部位の領域を含んで形成されるとともに、この分極反転領域１６と分極反転されていない他の領域１７との境界ＲＦとして、２本の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２のいずれか一方である枝導波路３ｂ−２に近接して一定の間隔をあけた線範囲ＲＦ１−ＲＦ２を含んでいる。

すなわち、このように枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２の光伝搬方向の一部位（中流域の箇所）に形成された分極反転領域１６の他の領域１７との境界ＲＦは、第２枝導波路としての枝導波路３ｂ−２側に近接して光伝搬方向の上流側から下流側にわたり枝導波路３ｂ−２との距離はＬＦ２で一定となる一方、第１枝導波路としての枝導波路３ｂ−１との距離はＬＦ２よりも大きいＬＦ１で一定となるように形成される。

図２０（ａ）は図１９に示す光デバイス１１のＡＡ′断面図であり、図２０（ｂ）は、一例としてある低温値の時における基板２におけるＡＡ′断面箇所に発生する歪を模式的に示したものであり、図中Ｂ１は低温時のチップ歪み（基板２そのものの歪み）の分布を、Ｂ２は境界面ＲＦによる界面格子歪みの分布を、それぞれ示す。
このように構成された光デバイス１１においても、分極反転領域１６が形成される一部位の箇所について、界面格子歪みの成分を各枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に対して不均等に与えられる。この場合においては、枝導波路３ｂ−１よりも基板２の幅方向内側に配置される枝導波路３ｂ−２に比較的大きな界面格子歪みの成分が与えられるようになっている。これにより、枝導波路３ｂ−１にチップ歪みによる歪みが枝導波路３ｂ−２よりも大きく与えられている場合においても、分極反転領域１６により上述のごとき界面格子歪みを発生させているので、各枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２に与えられている歪みの合計値としては均等化させることができるようになるため、前述の第１実施形態の場合と同様、動作点ドリフトを抑制させることができる利点がある。

〔Ｃ〕第３実施形態の説明
図２１は本発明の第３実施形態にかかる光デバイス２１を示す図であり、図２２（ａ）は図２１に示す光デバイス２１のＡＡ′断面図である。この図２１，図２２（ａ）に示す光デバイス２１は、前述の各実施形態の場合とは異なり、基板２には湾曲導波路２３３を介してタンデム接続された２つのマッハツェンダ型光導波路２３１，２３２が形成されている。ここで、これらのマッハツェンダ型光導波路２３１，２３２は、それぞれ、前述の第１，第２実施形態におけるマッハツェンダ型光導波路３に対応して、分岐導波路２３１ａ，２３２ａ，枝導波路２３１ｂ−１，２３１ｂ−２，２３２ｂ−１，２３２ｂ−２および合流導波路２３１ｃ，２３２ｃがそなえられている。更には、それぞれのマッハツェンダ型光導波路２３１，２３２をなす枝導波路２３１ｂ−１，２３１ｂ−２，２３２ｂ−１，２３２ｂ−２が並列するように配置されている。

また、２５はバッファ層４を介して基板２の上部に形成された電極であり、信号電極２５１ａ，２５２ａおよび接地電極２５ｂをそなえている。信号電極２５１ａは、マッハツェンダ型光導波路２３１をなす枝導波路２３１ｂ−２の上部を辿るように形成されたものであり、信号電極２５２ａは、マッハツェンダ型光導波路２３２をなす枝導波路２３２ｂ−１の上部を辿るように形成されたものである。そして、接地電極２５ｂは、上述の信号電極２３１ａ，２３２ａに対して所定の間隔を置いて基板２面上を囲むように形成される。これにより、信号電極２５１ａおよび接地電極２５ｂを通じて、マッハツェンダ型光導波路２３１を伝搬する光について電界を印加することができ、信号電極２５２ａおよび接地電極２５ｂを通じて、マッハツェンダ型光導波路２３２を伝搬する光について電界を印加することができる。

さらに、２６は基板２上において上述の２つのマッハツェンダ型光導波路２３１，２３２に挟まれた領域に形成された分極反転領域であり、それぞれマッハツェンダ型光導波路２３１，２３２に対して界面格子歪みが与えられる、分極特性が反転されていない他の領域２７との境界ＲＧａ，ＲＧｂをそなえている。
ここで、この図２１に示す光デバイス２１においては、マッハツェンダ型光導波路２３１側に形成される境界ＲＧａで発生する界面格子歪みにより、マッハツェンダ型光導波路２３１をなす枝導波路２３１ｂ−１，２３１ｂ−２で不均等なチップ歪みが生じていたとしても、これらの枝導波路２３１ｂ−１，２３１ｂ−２が受ける歪み成分については均等化させることができる。

同様に、マッハツェンダ型光導波路２３２側に形成される境界ＲＧｂで発生する界面格子歪みにより、マッハツェンダ型光導波路２３２をなす枝導波路２３２ｂ−１，２３２ｂ−２で不均等なチップ歪みが生じていたとしても、これらの枝導波路２３２ｂ−１，２３２ｂ−２が受ける歪み成分については均等化させることができる。
なお、本実施形態においては、境界ＲＧｂで発生する界面格子歪みについては、マッハツェンダ型光導波路２３１に対して実質的な歪みの影響を受けない程度の大きさとすることができ、同様に、境界ＲＧａで発生する界面格子歪みについては、マッハツェンダ型光導波路２３２に対して実質的な歪みの影響を受けない程度の大きさとすることができる。

図２２（ｂ）は、一例としてある低温値の時における基板２におけるＡＡ′断面箇所に発生する歪を模式的に示したものであり、図中Ｂ１は低温時のチップ歪み（基板２そのものの歪み）の分布を、Ｂ２１は境界ＲＧａによる界面格子歪みの分布を、Ｂ２２は境界ＲＧｂによる界面格子歪みの分布を、それぞれ示す。
この図２２（ｂ）に示すように、基板２そのものの歪みＢ１とあわせて、各枝導波路２３１ｂ−１，２３１ｂ−２が受ける歪み量を均等化させることができるほか、各枝導波路２３２ｂ−１，２３２ｂ−２が受ける歪み量についても均等化させることができる。

そして、図２２（ｂ）においては、ＡＡ′断面箇所について着目して歪み分布を示しているが、枝導波路２３１ｂ−１，２３１ｂ−２と境界面ＲＧａとの距離はそれぞれ実質的には一定の距離Ｌ１１，Ｌ１２が保たれているので、光が伝搬する上流域から下流域に亘る枝導波路２３１ｂ−１，２３１ｂ−２全体としての、温度に応じた歪み量（又は屈折率偏差）、即ち温度ドリフトの発生についても抑制させることができる。

同様に、枝導波路２３２ｂ−１，２３２ｂ−２と境界面ＲＧｂとの距離はそれぞれ実質的には一定の距離Ｌ２１，Ｌ２２が保たれているので、光が伝搬する上流域から下流域に亘る枝導波路２３２ｂ−１，２３２ｂ−２全体としての、温度に応じた歪み量（又は屈折率偏差）、即ち温度ドリフトの発生についても抑制させることができる。
換言すれば、分極反転領域２６は、２つのマッハツェンダ型光導波路２３１，２３２に挟まれた領域に、マッハツェンダ型光導波路２３１における各枝導波路２３１ｂ−１，２３１ｂ−２が受ける歪み値の光伝搬方向座標に亘った累積値が、およびマッハツェンダ型光導波路２３２における各枝導波路２３２ｂ−１，２３２ｂ−２が受ける歪み値の光伝搬方向座標に亘った累積値が、それぞれ実質的に等しくなる境界ＲＧａ，ＲＧｂをそなえている。

なお、マッハツェンダ型光導波路２３１，２３２が、基板２の幅方向中心について対称に配置形成されて、各枝導波路２３１ｂ−１，２３１ｂ−２，２３２ｂ−１，２３２ｂ−２が受けるチップ歪みによる歪み量が、基板２の幅方向中心について対称的分布となり、境界面ＲＧａとＲＧｂで発生する格子歪量が等しい場合には、境界面ＲＧａと枝導波路２３１ｂ−２との間の距離Ｌ１２と、境界面ＲＧｂと枝導波路２３２ｂ−１との間の距離Ｌ２１とは実質的に等しくすることができ、又、境界面ＲＧａと枝導波路２３１ｂ−１との間の距離Ｌ１１と、境界面ＲＧｂと枝導波路２３２ｂ−２との間の距離Ｌ２２とは実質的に等しくすることができる。

このように、本発明の第３実施形態によれば、単一の分極反転領域２６により、タンデム接続された２つのマッハツェンダ型光導波路２３１，２３２についての温度ドリフトを抑制させることができる。
なお、上述の第３実施形態においては、２つのマッハツェンダ型光導波路２３１，２３２が１チップ中、即ち一つの基板２に形成された場合について説明したが、本発明によれば、マッハツェンダ型変調器を１チップにアレイ状に多数集積化した場合等、１チップの中に含まれるマッハツェンダ型光導波路が２つよりも多い場合でも、同様に各マッハツェンダ型光変調器の温度ドリフトを低減させることが可能である。

〔Ｄ〕その他
なお、上述の各実施形態においては、基板２としてＬＮ基板を用いているが、本発明によればこれに限定されず、例えば、LiTaO3、SBN(Sr1-xBaxNb2O6)等を適用することができる。
また、上述の各実施形態においては、光デバイスとしてマッハツェンダ型光変調器を構成した場合について詳述しているが、本発明によれば、その他光スイッチなどのマッハツェンダ型光導波路を利用した光デバイスにも適用することが可能である。また、上述の各実施形態においては、チップ歪み起因の温度ドリフトを低減することについて示したが、本発明によれば、例えば電極応力起因の温度ドリフトについても同様に低減することも可能である。

また、上述の各実施形態においては、Ｘ軸伝搬の枝導波路３ｂ−１，３ｂ−２，２３１ｂ−１，２３１ｂ−２，２３２ｂ−１，２３２ｂ−２の伝搬方向に垂直な方向としてＹ軸方向の分極反転を形成する場合について例示したが（図４（ｃ）、（ｄ）参照）、図４（ａ）〜図４（ｂ）に示す他の態様での光導波路の伝搬方向および分極反転方向の組み合わせとすることしてもよい。

さらに、上述の各実施形態の場合において、分極反転領域と、分極特性が反転されていない他の領域とが、互いに逆の構成としてもよく、このようにしても温度ドリフトを抑制させることができる。
なお、上述の実施形態に関し、更に下記の付記を開示する。
（付記１）
電気光学効果を有する基板と、
該基板に並列配置して形成された複数の光導波路と、
該基板の一部に形成され該基板における分極特性が反転された分極反転領域と、をそなえ、
該分極反転領域における前記分極特性が反転されていない他の領域に対する境界の輪郭は、該複数の導波路が受ける歪み値の光伝搬方向座標に亘った累積値が該複数の導波路間で実質的に等しくなるように構成されたことを特徴とする、光デバイス。
（付記２）
温度変動に応じて前記境界で生じる格子歪みに起因して該複数の導波路のそれぞれが受ける歪み成分と、前記格子歪み以外の要因に起因した歪み成分と、による歪み値についての光伝搬方向座標に亘った累積値が、該複数の導波路間で実質的に等しくなるように、前記輪郭が構成されていることを特徴とする、付記１記載の光デバイス。
（付記３）
該複数の導波路それぞれが受ける前記歪み値が、光伝搬方向座標に亘って実質的に一様となるように、前記輪郭が構成されていることを特徴とする、付記２記載の光デバイス。
（付記４）
該複数の導波路それぞれが受ける前記歪み値が、光伝搬方向座標に亘って互いに異なるパターンで変動分布するように、前記輪郭が構成されていることを特徴とする、付記２記載の光デバイス。
（付記５）
該複数の導波路は、温度変動に応じて該基板自身に生じる歪みを互いに不均等に受ける配置となるように形成され、
該分極反転領域の前記境界は、前記複数の導波路に互いに異なる屈折率変化を誘起させるように構成されたことを特徴とする、付記１記載の光デバイス。
（付記６）
該基板に、入力光を複数に分岐しうる分岐導波路と該分岐導波路で分岐された光をそれぞれ伝搬しうる複数の枝導波路と該複数の枝導波路からの光を合流させる合流導波路とをそなえてなるマッハツェンダ型光導波路が形成される一方、
該複数の導波路は、該マッハツェンダ型光導波路をなす複数の枝導波路であることを特徴とする、付記１記載の光デバイス。
（付記７）
該基板の上部に、該複数の枝導波路を伝搬する光に屈折率差を与えるための電極が形成されたことを特徴とする、付記６記載の光デバイス。
（付記８）
該分極反転領域は、該マッハツェンダ型光導波路の形成領域を収容するとともに、前記境界として、前記並列配置における両外側の枝導波路にそれぞれ一定の間隔をあけた線範囲を含んでいることを特徴とする、付記６記載の光デバイス。
（付記９）
前記分極反転領域は、該マッハツェンダ型光導波路の形成領域から外れて形成されるとともに、前記境界として、前記並列配置における一方の枝導波路の外側に一定の間隔をあけた線範囲を含んでいることを特徴とする、付記６記載の光デバイス。
（付記１０）
該複数の枝導波路は第１枝導波路および第２枝導波路をそなえた、２本の枝導波路として構成され、
前記分極反転領域は、該２本の枝導波路に挟まれた領域に形成されるとともに、前記境界として、該第１および第２枝導波路の一方側および他方側にそれぞれ光伝搬方向に沿って近接した第１および第２線範囲をそなえ、かつ、該第１線範囲は前記光伝搬方向の上流
側から下流側にわたり該一方の枝導波路との距離が変動する形状を有する一方、該第２線範囲は前記光伝搬方向の上流側から下流側にわたり該他方の枝導波路との距離が一定する形状を有することを特徴とする、付記６記載の光デバイス。
（付記１１）
該複数の枝導波路は第１枝導波路および第２枝導波路をそなえた２本の枝導波路として構成され、
前記分極反転領域は、該２本の枝導波路に挟まれた領域に形成されるとともに、前記境界として、該第１枝導波路側に近接して前記光伝搬方向の上流側から下流側にわたり該第１枝導波路との距離が第１距離で一定する第１線範囲と、該第２枝導波路側に近接して前記光伝搬方向の上流側から下流側にわたり該第２枝導波路との距離が第２距離で一定する第２線範囲と、をそなえ、
かつ、前記第１距離および前記第２距離を、該第１および第２枝導波路が受ける歪み値の光伝搬方向座標に亘った累積値が該複数の導波路間で実質的に等しくなるように構成されたことを特徴とする、付記６記載の光デバイス。
（付記１２）
該複数の枝導波路をリッジ導波路として構成されたことを特徴とする、付記６記載の光デバイス。
（付記１３）
該複数の枝導波路は第１枝導波路および第２枝導波路をそなえた、２本の枝導波路として構成され、
前記分極反転領域は、該２本の枝導波路の光伝搬方向の一部位の領域を含んで形成されるとともに、前記境界として、該第１および第２枝導波路のいずれか一方に近接して一定の間隔をあけた線範囲を含んでいることを特徴とする、付記６記載の光デバイス。
（付記１４）
電界を与えることにより該２つの平行導波路を伝搬する光に屈折率差を与えるための１本の信号電極および接地電極をそなえ、
該信号電極は、前記分極反転領域が形成されていない領域においては該第１又は第２枝導波路の上部を辿るように形成される一方、前記分極反転領域が形成された領域では該第２又は第１枝導波路の上部を辿るように形成されたことを特徴とする、付記１３記載の光デバイス。
（付記１５）
該基板に、光伝搬方向が折り返される湾曲導波路を介して２つの該マッハツェンダ型光導波路がタンデム接続されるとともに、該２つのマッハツェンダ型光導波路それぞれの枝導波路が並列するように配置され、
かつ、該分極反転領域は、該２つのマッハツェンダ型光導波路に挟まれた領域に、各マッハツェンダ型光導波路における前記複数の枝導波路が受ける歪み値の光伝搬方向座標に亘った累積値が実質的に等しくなる境界をそなえたことを特徴とする、付記６記載の光デバイス。
（付記１６）
該基板がリチウムナイオベートであることを特徴とする、付記１記載の光デバイス。
（付記１７）
該複数の光導波路が結晶のＸ軸方向、またはＹ軸方向に沿って形成されたことを特徴とする、付記１記載の光デバイス。
（付記１８）
前記格子歪み以外の要因に起因した歪み成分は温度変動による基板反りに起因する歪みであることを特徴とする、付記２記載の光デバイス。
（付記１９）
該基板の上部に、該複数の枝導波路を伝搬する光に屈折率差を与えるための電極がバッファ層を介して形成されるとともに、前記格子歪み以外の要因に起因した歪み成分は、温度変動により前記バッファ層又は前記電極との熱膨張係数差により生じる応力に起因する
歪みであることを特徴とする、付記２記載の光デバイス。
（付記２０）
電気光学効果を有する基板と、
該基板に並列配置して形成された複数の光導波路と、
該基板の一部に形成され該基板における分極特性が反転された分極反転領域と、をそなえ、
該分極反転領域は、該光導波路の存在しない領域に形成されたことを特徴とする光デバイス。

Claims

電気光学効果を有する基板と、
該基板に並列配置して形成された複数の光導波路と、
該基板の一部に形成され該基板における分極特性が反転された分極反転領域と、をそなえ、
該分極反転領域と、該基板のうちの該分極反転領域以外の領域と、の境界は、該境界で生じる格子歪みに起因して温度変動により生じる応力と、該格子歪み以外の要因に起因して温度変動により生じる応力と、の和を、該複数の光導波路間で実質的に等しくするように配置されたことを特徴とする、光デバイス。
該格子歪み以外の要因に起因して温度変動により生じる応力は、該基板の上部に形成された部材と該基板との間の熱膨張係数の差に起因して温度変動により生じる応力、及び、該基板の反りに起因して温度変動により生じる応力の少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
該複数の光導波路それぞれが受ける前記応力が、光伝搬方向座標に亘って実質的に一様となるように、前記境界が配置されていることを特徴とする、請求項２記載の光デバイス。
該複数の光導波路それぞれが受ける前記応力が、光伝搬方向座標に亘って互いに異なるパターンで変動分布するように、前記境界が配置されていることを特徴とする、請求項２記載の光デバイス。
該複数の光導波路は、温度変動に応じて該基板自身に生じる応力を互いに不均等に受けるように形成されたことを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
該基板に、入力光を複数に分岐しうる分岐導波路と該分岐導波路で分岐された光をそれぞれ伝搬しうる複数の枝導波路と該複数の枝導波路からの光を合流させる合流導波路とをそなえてなるマッハツェンダ型光導波路が形成される一方、
該複数の光導波路は、該マッハツェンダ型光導波路をなす複数の枝導波路であることを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
該基板がリチウムナイオベートであることを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
該複数の光導波路が結晶のＸ軸方向、またはＹ軸方向に沿って形成されたことを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
前記基板の上部に形成された部材は、前記複数の光導波路を伝搬する光に屈折率差を与えるための電極と、該電極と該基板との間に介在するバッファ層と、を含み、
前記境界は、前記電極又は前記バッファ層と前記基板との間の熱膨張係数の差に起因して温度変動により生じる応力と、前記境界で生じる格子歪みに起因して温度変動により生じる応力と、の和を、該複数の光導波路間で実質的に等しくするように配置されたことを特徴とする、請求項２記載の光デバイス。