JP2010066663A - 光デバイスおよび光送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置規模や消費電力を改善してＱＡＭ信号を生成する。
【解決手段】入力光について互いに独立した多値変調を行なう多値変調部２５，２６をそなえ、該多値変調部の１つ２５は、２つの内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃを有する内側マッハツェンダ導波路２５ａと、該内側マッハツェンダ導波路を伝搬する光との相互作用を与える電界を供給する２本の信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２と、をそなえ、該内側マッハツェンダ導波路又は該信号電極には、該内側アーム導波路と相互作用を与える電界を供給する信号電極との対が互いに入れ替えられる交差箇所が偶数個そなえられ、該交差箇所の少なくとも一つを境界とした該内側アーム導波路の光伝搬域に、分極反転領域１１が形成される。
【選択図】図１

Description

本案件は、光デバイスおよび光送信装置に関する。

LiNbO₃やLiTaO₂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Tiなどの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。
光導波路は、一例として分岐導波路，２本アーム導波路および合流導波路からなるマッハツェンダ型導波路が用いられ、アーム導波路上に信号電極および接地電極が設けられてコプレーナ電極を形成する。このとき、Zカット基板を用いる場合はZ方向の電界による屈折率変化を利用するため、アーム導波路の真上の箇所に信号電極を配置する。

アーム導波路の上にそれぞれ信号電極をパターニングするとともに、当該信号電極に対してギャップを介した接地電極をパターニングする。このとき、アーム導波路中を伝搬する光が信号電極、接地電極によって吸収されるのを防ぐために、LN基板と信号電極、接地電極の間に例えばバッファ層を介する。バッファ層としては、厚さ0.2〜2μｍ程度のSiO₂等を用いる。

また、このように電気光学結晶に光導波路および電極が形成された光変調器を高速で駆動する場合は、信号電極と接地電極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２本のアーム導波路Ａ，Ｂの屈折率がそれぞれ＋Δｎa、−Δｎbのように変化し、アーム導波路Ａ，Ｂ間の位相差が変化するため、マッハツェンダ干渉によって、合流導波路に接続される出射導波路から強度変調された信号光が出力される。電極の断面形状を変化させることでマイクロ波の実効屈折率を制御し、光とマイクロ波の速度を整合させることによって高速の光応答特性を得ることもできる。

ところで、このようなマッハツェンダ変調器を４つ用いてQAM（Quadrature Amplitude Modulation）信号を生成することが提案されている。
"50-Gb/s 16 QAM by a quad-parallel Mach-Zehnder modulator" T.Sakamoto et al., National Institute of Information and Communications Technology 特開２００７−２０８４７２号公報 特開２００７−０４３６３８号公報 特開２００７−０８２０９４号公報 特開２００５−０２０２７７号公報

しかしながら、上述のごときマッハツェンダ変調器を４つ用いて１６QAM信号を生成する技術においては、マッハツェンダ変調器として用いるべき個数が比較的多数であり、装置規模や消費電力の点において改善を図りたい要望がある。
そこで、本案件の目的の一つは、装置規模や消費電力を改善してQAM信号を生成することにある。

なお、前記目的に限らず、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又は作用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案件の他の目的として位置づけることができる。

たとえば、以下の手段を用いる。
（１）２つの外側アーム導波路を有する外側マッハツェンダ干渉計と、前記２つの外側アーム導波路にそれぞれ形成され、入力光について互いに独立した多値変調を行なう多値変調部と、をそなえ、前記２つの外側アーム導波路にそれぞれ形成された該多値変調部の１つは、２つの内側アーム導波路を有する内側マッハツェンダ干渉計と、該内側マッハツェンダ干渉計を伝搬する光との相互作用を与える電界を供給する２本の信号電極と、をそなえ、該内側マッハツェンダ干渉計又は該信号電極には、該内側アーム導波路と前記相互作用を与える電界を供給する電極との対が互いに入れ替えられる交差箇所が偶数個そなえられ、かつ、該交差箇所の少なくとも一つを境界とした該内側アーム導波路の光伝搬域に、分極反転領域が形成された光デバイスを用いることができる。

（２）光源と、該光源を駆動する駆動回路と、４種類のデータ信号を生成するデータ信号源と、該光源からの光を、該データ信号源からの前記４種類のデータ信号で変調する光デバイスと、該光デバイスからの光をモニタする光モニタと、該光モニタからのモニタ結果に基づいて、該光デバイスを制御する制御部と、をそなえ、該光デバイスは、該光源から出力された光を導入する、２つの外側アーム導波路を有する外側マッハツェンダ干渉計と、前記２つの外側アーム導波路にそれぞれ形成され、入力光について４値変調を行なう少なくとも１つの多値変調部と、をそなえ、前記２つの外側アーム導波路にそれぞれ形成された該多値変調部の１つは、２つの内側アーム導波路を有する内側マッハツェンダ干渉計と、該内側マッハツェンダ干渉計を伝搬する光との相互作用を与える電界を供給する２本の信号電極と、をそなえ、該内側マッハツェンダ干渉計又は該信号電極には、該内側アーム導波路と前記相互作用を与える電界を供給する電極との対が互いに入れ替えられる交差箇所が偶数個そなえられ、かつ、該交差箇所の少なくとも一つを境界とした該内側アーム導波路の光伝搬域に、分極反転領域が形成された光送信装置を用いることができる。

開示の技術によれば、ＱＡＭ光信号を生成するために必要とするマッハツェンダ干渉計の組数を減少させることができ、装置規模や消費電力の改善を可能とするという利点がある。

以下、図面を参照して実施の形態を説明する。但し、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図は無い。即ち、本実施形態は、その趣旨に逸脱しない範囲において種々変形して実施することができる。
〔Ａ１〕第１実施形態
図１は第１実施形態における光デバイスを示す図である。この図１に示す光デバイスは、一例として、Ｚカットのニオブ酸リチウム（LiNbO₃）基板１の表面にＴｉ拡散又はプロトン交換により光導波路２を形成したあと、バッファ層を設け、その上に電極３を形成したものである。

光導波路２は、連続光（Continuous Wave：ＣＷ光）を導入する外側分岐導波路２１，外側分岐導波路２１で分岐された連続光をそれぞれ伝搬させる２つの外側アーム導波路２２，２３および外側アーム導波路２２，２３を合流させる外側合流導波路２４をそなえるマッハツェンダ干渉計（親マッハツェンダ）からなる。そして、第１実施形態においては外側アーム導波路２２，２３にそれぞれ４値変調部２５，２６が介装されるとともに、外側アーム導波路２２にバイアス電極２７が形成ている。

４値変調部２５，２６は、２つの外側アーム導波路２２，２３にそれぞれ形成され、入力光について互いに独立した多値変調を行なう多値変調部の一例である。以下においては、４値変調部２５に着目して説明するが、４値変調部２６においても同様に説明することが可能である（２６ａ〜２６ｅ参照）。
４値変調部２５は、内側マッハツェンダ干渉計（子マッハツェンダ）２５ａおよび２本の信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２，バイアス電極２５ｄを含む。信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２は光伝搬方向の上流側を信号入力端として互いに独立した電気信号が印加される一方、光伝搬方向の下流側でそれぞれ終端させることにより、進行波電極をなす。尚、２８は接地電極であり、信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２，２６ｂ−１，２６ｂ−２，バイアス電極２５ｄ，２６ｄに対してギャップ（絶縁のためのスペース）を介して形成される。

また、内側マッハツェンダ干渉計２５ａは、図２に示すように、外側アーム導波路２２を更に２分岐する内側分岐導波路２５ａａ，内側分岐導波路２５ａａに接続される２つの内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃおよび内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃを合流させる内側合流導波路２５ａｄをそなえている。
そして、第１実施形態においては、一例として、２つの交差導波路部２５ｅがそなえられている。交差導波路部２５ｅは、２つの内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃが互いに交差して、２つの内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃについて相互作用を与える電界を供給する電極２５ｂ−１，２５ｂ−２が互いに入れ替えられられる交差箇所の一例である。理想的には、交差導波路部２５ｅにおいては、２つの内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃを伝搬する光が互いの干渉を受けないように形成する。

内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃを同一層内において交差させる場合には、内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃの交差導波路部２５ｅでの交差角度は例えば直角をなす等大きい角度となることが望ましい。尚、基板１の幅が狭く十分な交差角を得ることが困難な場合は、交差導波路部２５ｅに代えて方向性結合器やＭＭＩ（Multi-Mode-Interferometer）カプラを適用することが可能である。又、内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃを異なる層で形成して立体的に交差させることも可能である。このような立体交差の導波路を形成するために、例えば文献”Microstructure in Lithium Niobate by Use of Focused Femtosecond Laser Pulses”, Li Gui, et al., IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.16, NO.5, MAY 2004に記載された技術を適用できる。

さらに、本実施形態においては内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃを交差させているが、信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２を交差させることも可能である。この場合には、交差点では十分な絶縁特性を確保する必要がある。
また、２つの交差導波路部２５ｅは、内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃにおける相互作用を受ける領域（電極２５ｂ−１，２５ｂ−２が上部に形成されている領域）の光伝搬方向の中心について対称となる位置に配置されている。

つまり、内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃにおける電極２５ｂ−１，２５ｂ−２の上流側形成端から上流側交差導波路部２５ｅまでの光伝搬域１０Ａにおいては、内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃの上部にはそれぞれ信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２が形成される。又、２つの交差導波路部２５ｅ間の光伝搬域１０Ｂにおいては、内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃの上部に形成される信号電極は入れ替わり、それぞれ電極２５ｂ−２，２５ｂ−１となる。更に、下流側交差導波路部２５ｅから内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃにおける電極２５ｂ−１，２５ｂ−２の下流側形成端までの光伝搬域１０Ｃにおいては、内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃの上部に形成される電極は再び入れ替わる。即ち、内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃの上部にはそれぞれ信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２が形成される。

さらに、第１実施形態においては、図２に示すように、２つの交差導波路部２５ｅを通過する境界線１０ａ，１０ｂで仕切られた基板領域（光伝搬域１０Ｂ）を、他の光伝搬域とは分極が反転した分極反転領域１１としている。換言すれば、分極反転領域１１は、上述の２つの交差導波路部２５ｅを境界とした光伝搬域１０Ｂに形成される。第１実施形態においては、分極反転領域１１としては、４値変調部２６をなす交差導波路部２６ｅ間での形成領域と一体に形成されており、これにより、分極反転領域１１の形成パターンを単純化させている。

分極反転領域１１では、印加される電圧によって内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃを伝搬する光の屈折率変化の方向が、分極非反転領域の場合の逆となる。図２は、図１に示す４値変調部２５について内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃと、内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃを伝搬する光が相互作用を受ける信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２と、の関係に着目した図である。

分極反転領域１１と非反転領域とで比較すると、屈折率の変化は大きさが等しく向きが反対である。上部に信号電極が形成される内側アーム導波路の区画である相互作用区画においては、相互作用区画の導波路長さLの領域で屈折率がΔｎだけ変化すると、伝搬する光の位相はLΔｎに比例して変化する。つまり、横軸を伝搬方向、縦軸を屈折率変化とした場合にその面積が位相変化に対応する。

図３は、一例として、信号電極２５ｂ−１から印加される正の値を有する電気信号（電圧信号）に従って、内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃの各伝搬域１０Ａ〜１０Ｃを伝搬する光の屈折率変化を説明する図である。同様に、図４は、信号電極２５ｂ−２から印加される正の電圧信号に従って、内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃの各伝搬域１０Ａ〜１０Ｃを伝搬する光の屈折率変化を説明する図である。ここで、図３（ａ），図４（ａ）はＤＣ信号を印加した場合を、図３（ｂ），図４（ｂ）は高周波信号を印加した場合を、それぞれ示している。

図３（ａ）にそれぞれ示すように、信号電極２５ｂ−１（信号電極Ａ）の光伝搬方向上流側に形成された信号入力端を通じてＤＣ信号を印加すると、分極非反転領域である光伝搬域１０Ａ，１０Ｃでは、一方の内側アーム導波路２５ａｂ（光導波路Ａ）に正の屈折率変化が生じているが、分極反転領域１１である光伝搬域１０Ｂでは、他方の内側アーム導波路２５ａｃ（光導波路Ｂ）に負の屈折率変化が生じている。信号電極２５ｂ−１に高周波信号を印加する場合においても、図３（ｂ）に示すように、光伝搬域１０Ａ〜１０Ｃで受ける屈折率変化の方向自体は同様である。

また、図示は省略しているが電気信号をゼロとする場合には屈折率変化は生じない。このように、信号電極２５ｂ−１に印加される電気信号により、各内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃを伝搬する光に対してプッシュプル動作のもとで屈折率を変化させ、内側合流導波路２５ａｄからの出力光の位相変化を０又はπとすることができる。
さらに、信号電極２５ｂ−２（信号電極Ｂ）にＤＣ信号を印加する場合においては、光伝搬域１０Ａ，１０Ｃで他方の内側アーム導波路２５ａｃ（光導波路Ｂ）に正の屈折率変化が生じ、光伝搬域１０Ｂでは一方の内側アーム導波路２５ａｂ（光導波路Ａ）に負の屈折率変化が生じる。信号電極２５ｂ−２に高周波信号を印加する場合も同様である（図４（ｂ））。即ち、信号電極２５ｂ−２に印加される電気信号により、各内側アーム導波路２５ａｃ，２５ａｂを伝搬する光に対してプッシュプル動作のもとで屈折率を変化させ、内側合流導波路２５ａｄからの出力光の位相を０又はπとすることができる。

ただし、信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２に高周波信号を印加する場合には、高周波信号は、信号入力端から終端部へ向けて伝搬するに従って減衰する。このため、光伝搬域１０Ａ〜１０Ｃで受ける屈折率変化の方向自体はそれぞれ上述の図３（ａ），図４（ａ）の場合と同様であるが、その変化量についても伝搬が進むに従い少なくなる。
そこで、第１実施形態においては、一例として分極反転領域１１を次のように配置する。即ち、分極反転領域１１での光伝搬域１０Ｂを、分極非反転領域での光伝搬域１０Ａ，１０Ｃの間に配置させる。そして、分極反転領域１１を、その境界線１０ａ，１０ｂが、光と電界との相互作用を生じさせる区間の中間点（図２のＣ参照）について対称となる配置となるようにしている。

これにより、分極非反転領域の相互作用区間である光伝搬域１０Ａ，１０Ｃで生じる屈折率変化の絶対値と、分極反転領域１１の相互作用区間である光伝搬域１０Ｂで生じる屈折率変化の絶対値と、を、ほぼ等しくさせることができるようになる。
また、信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２は、各領域１０Ａ〜１０Ｃにおける屈折率変化を与える導波路２５ａｂ，２５ａｃが互いに異なる。このため、信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２で印加する電気信号を互いに独立した信号源からの電気信号とすることで、内側合流導波路２５ａｄで合流される光を、独立した２系統の電気信号が重畳して変調された光信号とすることができる。

なお、各信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２に供給される高周波信号により、内側合流導波路２５ａｂ，２５ａｃにおいてプッシュプルで屈折率が変化するのであれば、分極反転領域１１の形成パターンとしては他のパターンとすることも可能である。例えば光伝搬方向に従って複数個所の分極反転領域と分極非反転領域とを交互に配する一方、中間点Ｃについて対称となる配置としてもよい。この場合においては、各分極反転領域の境界線は交差導波路部を通過するようにする。

上述したように、４値変調部２５においては、独立した２系統の電気信号を信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２に印加することにより、１シンボルあたり各信号をなす１ビットずつの値をあわせた２ビットの値を、光の振幅および位相で定められる４つの信号点に割り当てて光変調を行なう。更に、４値変調部２６においても、４値変調部２５で変調される２系統の信号とは異なる互いに独立した２系統の電気信号について光信号を行なう。

図５は、上述のごとき４値変調部２５，２６での変調態様の一例とともに、バイアス電極２７での位相シフトを介して外側合流導波路２４から出力される光信号が等間隔配置の１６点の信号点が配された１６ＱＡＭ光信号となることを説明する図である。
本実施形態においては、図５のＣに例示するように、４値変調部２５，２６においては、１シンボル値２ビットの値を割り当てる信号点の位相平面上の配置（コンスタレーションマップ）を、実軸上に等間隔に配された４つの信号点の配置としている。

バイアス電極２７は、例えば一方の外側アーム導波路２３に介装され、２つの４値変調部２５，２６で生成される変調光信号の信号点配列を互いに直交させる位相シフト部の一例である。即ち、上述のごとく４値変調部２５，２６で実軸上に配された４つの信号点の信号点配列を相対的に直交させる。これにより、後述の図５のＥに示すように、外側合流導波路２４から出力される光信号については、４ビットの信号値の符号パターンに応じて１６点の信号点がコンスタレーションマップ上に格子状に配された光信号（１６ＱＡＭ光信号）とすることができる。

なお、バイアス電極２７については、双方の外側アーム導波路２２，２３に介装することとしてもよいし、他方の外側アーム導波路２２にそなえることとしてもよい。又、４値変調部２５，２６で生成される変調光信号の信号点配置を直交させることができれば、適宜省略することも可能である。
前述したように、４値変調部２５をなす各信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２、又は４値変調部２６をなす各信号電極２６ｂ−１，２６ｂ−２においては、供給する電圧によらずプッシュプル動作で屈折率変化が生じる。従って、いかなる電圧を２本の信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２（又は２６ｂ−１，２６ｂ−２）に与えても、４値変調部２５（２６）からの出力光の位相は０かπかのいずれかとなり、変調光信号の信号点は実軸上に配置されることになる。

４値変調部２５に着目すると、２つの信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２（又は２６ｂ−１，２６ｂ−２）を独立に駆動させる場合、実軸上の４つの信号点配置が等間隔となる光信号の一例には次の態様がある。即ち、信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２への入力電圧を０、０．７８Ｖπ、１．２２Ｖπ、２Ｖπと変化させたときに、内側合流導波路２５ａｄからの出力光（即ち４値変調部２５の出力光）の振幅を、それぞれ＋１、＋１／３、−１／３、−１となるので、実軸上に等間隔の信号点配置となる。

そこで、各４値変調部２５，２６をなす２つの内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃ，２６ａｂ，２６ａｃの一方２５ａｂ，２６ａｂにおける分極反転領域１１での相互作用を受ける長さは、他方の内側アーム導波路２５ａｃ，２６ａｃにおける分極反転領域１１での相互作用を受ける長さと同等又はほぼ同等としている。更には、各４値変調部２５，２６をなす２つの信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２，２６ｂ−１，２６ｂ−２に対して、ビット符号「０」，「１」に応じて供給すべき電圧の大きさを例えば次のように設定する。

すなわち、信号系列Ａ１の符号に応じた電圧が供給される信号電極２５ｂ−１においては、ビット符号「０」に対し供給電圧は電圧「０」とし、ビット符号「１」に対し供給電圧を電圧「０．７８Ｖπ」とする。又、信号系列Ａ２の符号に応じた電圧が供給される信号電極２５ｂ−２においては、ビット符号「０」に対し供給電圧を電圧「０」とし、ビット符号「１」に対し供給電圧を電圧「−１．２２Ｖπ」とする。

このように、同一の光伝搬域１０Ｂにおいて、２つの内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃの相互作用区間に共通して分極反転領域１１を形成する場合には、各信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２には、電気極性が互いに反転された電気信号を供給することができる。これにより、前述したような屈折率変化のプッシュプル動作を生ぜしめる。
図５のＡには、４値変調部２５における信号系列Ａ１，Ａ２のビット符号の組み合わせに応じた、内側アーム導波路２５ａｂ（ＷＡ１），内側アーム導波路２５ａｃ（ＷＡ２）による変調位相点の対応が示されている。

まず、内側アーム導波路２５ａｂ（ＷＡ１）での変調位相点に着目する。信号系列Ａ１，Ａ２のビット符号の組み合わせを（Ａ１，Ａ２）と表記すると、（０，０）の場合には、信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２ともに供給電圧は「０」であるので、位相点はＰ１となる。又、（１，０）の場合には、信号電極２５ｂ−１に０．７８Ｖπの電圧信号が供給されるので位相点はＰ２となる。更に、（０，１）の場合には、信号電極２５ｂ−１には分極反転領域１１において−１．２２Ｖπの電圧信号が供給されるので位相点はＰ３となる。又、（１，１）の場合の位相点は、上述のＰ２，Ｐ３の位相回転量の和に相当するＰ４となる。

これに対し、内側アーム導波路２５ａｃ（ＷＡ２）での変調位相点は、内側アーム導波路２５ａｂの場合の各位相点Ｐ１〜Ｐ４について実軸上に折り返した位置の位相点Ｐ１′〜Ｐ４′となる。
したがって、上述の内側アーム導波路２５ａｂ（ＷＡ１）での光信号と内側アーム導波路２５ａｃ（ＷＡ２）での光信号を内側合流導波路２５ａｄで合波することにより、図５のＣに示すように、出力光は実軸上に信号点が配置される。即ち、（０，０）の場合は、Ｐ１，Ｐ１′成分の合波により実軸上の大きさ１の信号点Ｐ１１を有する光信号になり、（１，０）の場合は、Ｐ２，Ｐ２′成分の合波により実軸上の大きさ１／３の信号点Ｐ１２を有する光信号になる。同様に、（０，１）の場合にはＰ３，Ｐ３′成分の合波により実軸上の大きさ−１／３の信号点Ｐ１３を有する光信号になり、（１，１）の場合にはＰ４，Ｐ４′成分の合波により実軸上の大きさ−１の信号点Ｐ１４を有する光信号になる。

図５のＢには、４値変調部２６における信号系列Ｂ１，Ｂ２のビット符号の組み合わせに応じた、内側アーム導波路２６ａｃ（ＷＡ１），内側アーム導波路２６ａｂ（ＷＡ２）による変調位相点の同様の対応Ｐ１〜Ｐ４，Ｐ１′〜Ｐ４′が示されている。４値変調部２６においても、４値変調部２５の場合と同様に、内側合流導波路２６ａｄからの出力において実軸上に等間隔に配された４つの信号点が配される。尚、図５のＤは、バイアス電極２７での位相シフトにより４値変調部２６で変調された光信号の各信号点が９０度回転した結果Ｐ２１〜Ｐ２４を示している。

外側合流導波路２４では上述のごとき互いに直交する軸上の４点に信号点が配置された変調光信号を合波する。これにより、外側合流導波路２４では、図５のＥに示すように、１６点の信号点が格子状に配列された１６ＱＡＭ光信号を出力することができる。
また、各信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２（２６ｂ−１，２６ｂ−２）に与えられる駆動電圧振幅の値は周波数に応じてVπよりも大きめにするが、その場合でも各電極に与える電圧の比は上述と同じとなる。換言すれば、各４値変調部２５，２６をなす２本の信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２（２６ｂ−１，２６ｂ−２）に与える電圧の絶対値の比は概0.78：1.22とすることができる。

なお、上述の信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２（２６ｂ−１，２６ｂ−２）に対する駆動電圧振幅の設定は一例であり、実質的に受信端で識別可能な、格子状の１６ＱＡＭ光信号が形成されるのであれば上述のごとき設定と異なることを排除する趣旨ではない。
また、４値変調部２５（２６）におけるバイアス電極２５ｄ（２６ｄ）は、上述のごとき２ビットの符号パターンに応じた４つの信号点の配置が同一直線状に配列されるように、バイアス信号を供給する。バイアス電極２５ｄ（２６ｄ）については、一方の内側アーム導波路２５ａｂ（２６ａｃ）に形成されているが、他方の内側アーム導波路２５ａｃ（２６ａｂ）に形成することとしてもよいし、双方の内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃ（２６ａｂ，２６ａｃ）に形成することとしてもよい。又、信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２，２６ｂ−１，２６ｂ−２にバイアスＴを挿入してバイアス信号を与える場合や、バイアス制御が不要である場合には、バイアス電極２５ｄ，２６ｄとしては適宜省略することができる。

このように、第１実施形態によれば、１６ＱＡＭ光信号を生成するために必要とするマッハツェンダ干渉計の組数を減少させることができるので、装置規模や消費電力の改善を可能とするという利点がある。
また、LiNbO₃基板を適用する特許文献１においては、多数（４個）のマッハツェンダ干渉計を有しているのでバイアス電圧の制御も複雑になることが想定できる。これに対し、本実施形態においては、マッハツェンダ干渉計の組数の減少に伴ってバイアス制御についても簡素化させることが可能になる。

なお、上述の実施形態においては、LiNbO₃基板を適用した場合について説明したが、これに限定されず、例えばGaAs、InP等の他の材質を有する基板を適用することも勿論可能である。
〔Ａ２〕第１実施形態の変形例
図６は第１実施形態の変形例にかかる光デバイスを示す図である。この図６に示す光デバイスにおいては、図１に示すものと異なり、信号電極２５ｆ−１，２５ｆ−２（２６ｆ−１，２６ｆ−２）に供給する電圧信号の振幅を等しくしながら、４値変調部２５（２６）として同様の４値位相変調を行なう。尚、図６において、既述の符号はほぼ同様の部分を示している。

４値変調部２５に着目して説明すると次のようになる。即ち、内側アーム導波路２５ａｅ，ａｆにおいて、信号電極２５ｆ−１，２５ｆ−２が上部に形成される区間である相互作用区間の長さ（相互作用長）が異なるようにしている。具体的には、光伝搬域１０Ａおよび１０Ｃでの内側アーム導波路２５ａｅ，２５ａｆの相互作用長をそれぞれ0.5Lf1，0.5Lf2とし、光伝搬域１０Ｂでの内側アーム導波路２５ａｅ，２５ａｆの相互作用長をそれぞれLi1，Li2とする。

このとき、各光伝搬域１０Ａ，１０Ｃでの内側アーム導波路２５ａｅ，２５ａｆの相互作用長の比Lf1：Lf2をほぼ0.78：1.22とすることができる。そして、光伝搬域１０Ｂでの内側アーム導波路２５ａｅ，２５ａｆの相互作用長の比については、ほぼ1.22：0.78とすることができる。これにより、図６に示す４値変調部２５においては、信号電極２５ｆ−１，２５ｆ−２に供給する電圧信号の振幅を同等とする場合においても、前述の図５のＡ，Ｃに示したような変調を行なうことができる。

また、この場合において、相互作用長が短い側の信号電極２５ｆ−１が形成される側に位相シフト部の一例であるバイアス電極２７′をそなえることで、導波路に対する電極レイアウトの省スペース化を図り、チップ（光デバイス）の全長を短くすることができる。更に、電極２５ｆ−１，２５ｆ−２の長さが異なるとチャープが異なってしまうので、これを防ぐために、各内側アーム導波路２５ａｅ，２５ａｆにおける分極非反転領域および分極反転領域１１を通過するそれぞれの長さLf1，Li1，Lf2，Li2を同じ長さ（Lf1＝Li1，Lf2＝Li2）とする。更に、電極の長さが異なると変調帯域が異なってしまうので、これを防ぐために、各光伝搬域１０Ａ〜１０Ｃにおいて、２つの内側アーム導波路２５ａｅ，２５ａｆにおける相互作用区間の光伝搬方向についての中心位置Ｃ１〜Ｃ３が揃うようにしている。

なお、４値変調部２６においても上述の４値変調部２５と基本的に同様に内側アーム導波路２６ａｅ，２６ａｆおよび電極２６ｆ−１，２６ｆ−２を形成することで、同様の作用効果を得ることができる。
上述した図６に示す光デバイスにおいても、前述の第１実施形態の場合と同様の利点がある。更に、信号電極２５ｆ−１，２５ｆ−２に供給する電圧信号の振幅を同等とすることで、信号源からの２系列のデータ信号を増幅する増幅器モジュールについて共通のものを用いることが可能になる。

また、他の実施形態として、内側アーム導波路に相互作用を与える２つの電極下のバッファ層の厚さを異なるようにしたり、信号電極と接地電極との間のギャップを異なるようにしたり、２つの内側アーム導波路のうちの一方が電極直下から脇にずれた配置とするようにしても、前述の第１実施形態の場合における電極２５ｂ−１，２５ｂ−２間での供給電圧の振幅の異なる変調と同等の変調を実現することが可能である。

図７は第１実施形態の第２変形例を示す図である。この図７に示す光デバイスにおいては、主として、分極反転領域１１１Ａの形成パターンと、信号電極へ供給する電気信号の極性が同じである点が第１実施形態の場合と異なる。尚、他の箇所については前述の第１実施形態の場合と基本的に同様であり、図７中、既述の符号はほぼ同様の部分を示す。
ここで、図７に示すものにおいては、分極反転領域１１１Ａが、各４値変調部２５，２６をなす２つの内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃ，２６ａｂ，２６ａｃにおける一方の内側アーム導波路２５ａｃ，２６ａｂにおいて相互作用を受ける光伝搬域のほぼ全体に形成される。一方、他方の内側アーム導波路２５ａｂ，２６ａｃにおいて相互作用を受ける光伝搬域のほぼ全体は分極非反転領域として形成される。

なお、分極反転領域１１１Ａは、光伝搬域１０Ａにおける内側アーム導波路２５ａｃ，２６ａｂの相互作用区間を含んで形成される分極反転領域１１１Ａ−１と、光伝搬域１０Ｂにおける内側アーム導波路２５ａｃの相互作用区間を含んで形成される分極反転領域１１１Ａ−２と、光伝搬域１０Ｂにおける内側アーム導波路２６ａｂの相互作用区間を含んで形成される分極反転領域１１１Ａ−３と、光伝搬域１０Ｃにおける内側アーム導波路２５ａｃ，２６ａｂの相互作用区間を含んで形成される分極反転領域１１１Ａ−４と、からなる。

これにより、各４値変調部２５，２６をなす２本の信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２，２６ｂ−１，２６ｂ−２には、それぞれ互いに独立したデータ信号に基づく電気信号であって電気極性が同じ電気信号を供給することで、前述したようなプッシュプルの屈折率変化を生じさせることができる。
図８は第１実施形態の第３変形例を示す図である。この図８に示す光デバイスにおいては、前述の図１の場合（２５ｄ，２６ｄ，２７）と異なるバイアス電極をそなえている。即ち、図８は、４値変調部２５（２６）をなす双方の内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃ（２６ａｂ，２６ａｃ）上に、それぞれバイアス電極２５ｄ−１，２５ｄ−２（２６ｄ−１，２６ｄ−２）をそなえた一例である。

また、バイアス電極２７−１，２７−２は、４値変調部２５，２６で変調された各光信号による信号点配置を互いに直交させる位相シフト部の一例であり、双方の外側アーム導波路２２，２３にそれぞれ形成されたものである。
これらのバイアス電極２５ｄ−１，２５ｄ−２（２６ｄ−１，２６ｄ−２）および位相シフト用のバイアス電極２７−１，２７−２は、櫛型の電極パターンを有しており、互いに櫛歯が１本ずつかみ合わされるようになっている。これにより、電極間隔を狭くすることができ、互いのバイアス電極２５ｄ−１，２５ｄ−２（２６ｄ−１，２６ｄ−２）に供給されるバイアス電圧の値としては相補されて、電圧の振幅としては半減させることが可能になる。

さらに、図８に示す光デバイスにおいては、マッハツェンダ干渉計２をなす外側分岐導波路２１′，外側合流導波路２４′，内側マッハツェンダ干渉計２５ａ，２６ａをなす内側分岐導波路２５ａａ′，２６ａａ′および内側合流導波路２５ａｄ′，２６ａｄ′が２×２カプラからなる。この点についても前述の図１の場合と異なる。
特に、内側合流導波路２５ａｄ′，２６ａｄ′の一方は外側合流導波路２４′に導かれるように形成されるが、他方についてはモニタ用のフォトダイオード（ＰＤ）３１，３２に効率的に導くことができる。同様に、外側合流導波路２４′の一方の出力は出力信号光としての出力先に導く一方で、他方の出力についてはモニタ用のフォトダイオードＰＤ３３に効率的に導くことができる。これらのＰＤ３１〜３３でのモニタ結果については、バイアス電極２５ｄ−１，２５ｄ−２，２６ｄ−１，２６ｄ−２，２７−１，２７−２へのバイアス電圧の調整のために用いることができる。

また、外側分岐導波路２１′および内側分岐導波路２５ａａ′２６ａａ′を、合流側の導波路２４′，２５ａｄ′，２６ａｄ′と同様の２×２カプラとしているので、設計が容易となり、変調特性のプロセス誤差に対するトレランスも向上する。
図９は第１実施形態の第４変形例を示す図である。この図９に示す光デバイスにおいては、バイアス電極として櫛型の電極２５ｄ−３，２６ｄ−３，２７−３をそなえている点が前述の図８の場合と異なる。尚、その他の要素については図８と基本的に同様であり、図９中、既述の符号はほぼ同様の部分を示している。

ここで、バイアス電極２５ｄ−３は、４値変調部２５をなす内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃの双方に一体として電気的に結合して形成された櫛型電極である。しかし、一方の内側アーム導波路２５ａｃの形成領域が他の内側アーム導波路２５ａｂの形成領域と異なり分極反転領域１１Ｂをそなえているので、各導波路２５ａｂ，２５ａｃには、互いに絶対値が同じであるが極性の反転したバイアス電気信号を供給することができる。

同様に、バイアス電極２６ｄ−３は、４値変調部２６をなす内側アーム導波路２６ａｂ，２６ａｃの双方の上部に一体として電気的に結合して形成された櫛型電極である。しかし、一方の内側アーム導波路２６ａｂの形成領域が他の内側アーム導波路２６ａｃの形成領域と異なり分極反転領域１１Ｂをそなえているので、各導波路２６ａｂ，２６ａｃには、互いに絶対値が同じであるが極性の反転したバイアス電気信号を供給することができる。

また、バイアス電極２７−３は、４値変調部２５，２６で変調された各光信号による信号点配置を互いに直交させる位相シフト部の一例であり、双方の外側アーム導波路２２，２３に一体として電気的に結合して形成された櫛型電極である。但し、外側アーム導波路２３のバイアス電極２７−３の形成領域を、外側アーム導波路２２のバイアス電極２７−３の形成領域と異なり分極反転領域１１Ｃとしている。これにより、各外側アーム導波路２２，２３には、互いに絶対値が同じであるが極性の反転したバイアス電気信号を供給することができる。

なお、電極２５ｄ−４，２６ｄ−４，２７−４は、それぞれ、バイアス電極２５ｄ−３，２６ｄ−３，２７−３に対して相補する電圧を供給する櫛型電極であって、その櫛歯がバイアス電極２５ｄ−３，２６ｄ−３，２７−３の櫛歯を挟むように形成されている。
上述した図９に示す光デバイスにおいても、図８の場合と同様の作用効果を得ることができる。

図１０は第１実施形態の第５変形例を示す図である。この図１０に示す光デバイスにおいては、４値変調部２５，２６をなす各信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２，２６ｂ−１，２６ｂ−２の信号入力端を、基板１に対して同一の側辺に形成されている点が図１に示すものと異なる。尚、その他の要素については基本的に同様であり、図１０中、既述の符号は同様の部分を示す。

この図１０に示すように、４つの信号入力端を基板１の同じ側辺に並べることで、送信モジュール内でのスペースが小さくて済む。但し、この場合、チップ内での対称性がくずれるため、入力された電気信号が光と作用するまでの時間が２つの入力Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２間で異なってしまう。これを防ぐために、４つの電気信号の入力用電極パッドに、４つの電気信号を同期して入力させるようにするとともに、電極２５ｂ−１，２５ｂ−２，２６ｂ−１，２６ｂ−２の長さ、および外側アーム導波路２２，２３の長さを調整する。この調整によって、上述のごとく同期して入力される４つの電気信号によって屈折率変化が生じた光信号が同じタイミングで外側合流導波路２４から出力できるようにする。

図１１は上述の図１０に示す光デバイスを適用した光送信装置の一実施例である。この光送信装置４０は、連続光を生成する光源であるＬＤ（Laser Diode）４１，ＬＤ４１を駆動する駆動回路４２，４種類のデータ信号を生成するデータ信号源４３，図１０に示すものと同様の光デバイス４４，フォトダイオード４５〜４７およびＡＢＣ（Auto Bias Control）制御部４８をそなえる。

データ信号源４３から出力される４種類のデータ信号Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は、それぞれ信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２，２６ｂ−１，２６ｂ−２に対して該当の信号入力端を通じて供給される。これにより、光デバイス４４では、ＬＤ４１から光デバイス４４のマッハツェンダ干渉計２に導入される連続光を光変調して、外側合流導波路２４を通じて１６ＱＡＭ光信号を出力することができる。

ＰＤ４５〜４７は、例えば光デバイス４４の出力端辺縁にそなえられ、光デバイス４４をなす内側合流導波路２５ａｄ，２６ａｄや外側合流導波路２４での漏れ光をモニタする。ここでは、例えばＰＤ４５は内側合流導波路２５ａｄからの漏れ光を主としてモニタし、ＰＤ４６は内側合流導波路２６ａｄからの漏れ光を主としてモニタし、ＰＤ４７は外側合流導波路２４からの漏れ光を主としてモニタする。これらのモニタ結果についてはＡＢＣ制御部４８に出力される。

ＡＢＣ制御部４８においては、ＰＤ４５〜４７からのモニタ結果に基づいて、４値変調部２５，２６のバイアス電極２５ｄ，２６ｄや、位相シフト部をなすバイアス電極２７′に対するバイアス電圧を調整する。尚、バイアス調整は各バイアス電極２５ｄ，２６ｄ，２７′に対してそれぞれ個別に行なう。
具体的には、ＡＢＣ制御部４８では、調整対象のバイアス電極２５ｄ，２６ｄ，２７′に対するＤＣバイアス電極に低周波の信号を与えて、各ＰＤ４５〜４７からのモニタ結果を受ける。そして、各モニタ結果の値から対象バイアス電極のＤＣバイアスの電圧値を計算する。即ち、ＰＤ４５，４６，４７からのモニタ結果から、それぞれ、バイアス電極２５ｄ，２６ｄ，２７′のバイアス電圧を計算し、計算結果をもとに供給するバイアス電圧をそれぞれフィードバック制御する。

なお、上述の図１１でのバイアス制御の態様のほかに、ＰＤ４５，４６を省略し、主として外側合流導波路２４の漏れ光をモニタするＰＤ４７のみをそなえる手法もある。具体的には、各バイアス電極２５ｄ，２６ｄ，２７′に異なる低周波信号のモニタ用電気信号を与え、調整対象のバイアス電極２５ｄ，２６ｄ，２７′に与えた低周波成分をＰＤ４７からのモニタ結果から抽出する。そして、抽出結果に基づいて、バイアス電極のＤＣバイアスの電圧値を計算し、フィードバックをかける。

または、測定対象となるバイアス電極２５ｄ，２６ｄ，２７′ごとに異なるタイミングで低周波信号が重畳されたモニタ用電気信号を与えることとしてもよい。
低周波信号を用いてバイアス電圧を調整する技術としては、例えば前述の特許文献２等に記載された技術を適用することもできる。
〔Ｂ〕第２実施形態の説明
図１２は第２実施形態にかかる光デバイスを示す図である。この図１２に示す光デバイスは、前述の第１実施形態において行なう１６ＱＡＭから、更に多値化を進めた変調方式を採用するものである。このために、図１２に示す光デバイスにおいては、２つの外側アーム導波路２２，２３にそれぞれ形成され、入力光について互いに独立した多値変調を行なう多値変調部の他の例として、８値変調部１２５，１２６をそなえている。

８値変調部１２５に着目すると、この８値変調部１２５は、前述の第１実施形態の場合と同等の４値変調部２５をそなえるとともに、４値変調部２５の例えば後段に縦続して接続された２値変調部５１をそなえている。２値変調部５１は、４値変調部２５の要素と共用された内側マッハツェンダ干渉計２５ａをそなえるとともに、２値変調のための信号電極５１ａをそなえている。

信号電極５１ａは、独立した１系統のデータ信号Ａ３に基づく電気信号を印加するものである。具体的には、４値変調部２５をなす信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２およびバイアス電極２５ｄの形成領域の後段における内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃを伝搬する光に対して、データ信号Ａ３を更に重畳して変調する。
ここで、内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃ上の信号電極５１が形成される範囲Ｒの光伝搬方向の中心ＲＣについて対称な範囲であって、上記範囲Ｒのほぼ１／２の光伝搬域に分極反転領域１１２Ａが形成されている。そして、上述の信号電極５１ａについては、分極非反転領域においては内側アーム導波路２５ａｃ上に形成されているが、分極反転領域１１２Ａにおいては内側アーム導波路２５ａｂ上に形成される。更に、分極反転領域１１２Ａの境界Ｖ１，Ｖ２においては、上述の内側アーム導波路２５ａｃ，２５ａｂ間の信号電極５１の部分が電気的に連結されるようになっている。

これにより、信号電極５１においては、データ信号Ａ３に基づく高周波信号の電気信号によっても、２つの内側アーム導波路２５ａｃ，２５ａｂ間でプッシュプルで屈折率変化を生じさせることができる（図４参照）。
ところで、前述の図５のＡに示すように、４値変調部２５をなす信号電極２５ｂ−１，２５ｂ−２およびバイアス電極２５ｄの形成領域の後段における内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃを伝搬する光は、位相平面上の実軸について対称な象限において４つの信号点がそれぞれ割り当てられている。

たとえば、内側アーム導波路２５ａｂを伝搬する光は、位相平面上の実軸上の２点を含む上側の位相領域における４点が割り当てられている。そして、内側アーム導波路２５ａｃを伝搬する光は、位相平面上の実軸上の２点を含む下側の位相領域における４点が割り当てられている。
このような４点の信号点がそれぞれ割り当てられた光信号に対して、信号電極５１でデータ信号Ａ３（２値）に基づく変調成分を重畳する。これにより、図１３のＡに示すように、各内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃを伝搬する光に対して、各８つの信号点を割り当てることができる。実質的には、シンボル単位に２ビットである４つの信号点が割り当てられた光信号に、更に１ビットのデータ信号を重畳して変調することで、各４つの信号点が更に２つの信号点に分かれると見立てることもできる。

すなわち、図１３のＡにおいて白丸で例示するように、内側アーム導波路２５ａｂを伝搬する光信号（ＷＡ１）に変調されている各データ系列Ａ１，Ａ２，Ａ３の値を、３ビット表記「Ａ１Ａ２Ａ３」で表すと、各データ系列のビットパターンに従って同心円の上側象限に８つの信号点が配列される。同様に、内側アーム導波路２５ａｃを伝搬する光信号（ＷＡ２）には、各データ系列のビットパターンに従って同心円の下側象限に８つの信号点が配列される。

そして、上述の各内側アーム導波路２５ａｂ，２５ａｃを伝搬する光ＷＡ１，ＷＡ２が内側合流導波路２５ａｄにおいて合流される（ＷＡ）。この合流光ＷＡは、８値変調部１２５の出力であり、実軸について対称となる信号点成分が相殺されて、実軸上に８個の信号点が配列される（図１３のＣ参照）。
８値変調部１２６においても、前述の信号電極５１ａと同様の信号電極５２ａが形成されるとともに、信号電極５２ａが形成される範囲において分極反転領域１１２Ａと同様の分極反転領域１１２Ｂが形成される。これにより、内側アーム導波路２６ａｂ，２６ａｃを伝搬する光に対し、実軸について互いに対称な配置を有する８値の信号点を割り当てた光変調が可能となる（図１３のＢ参照）。又、内側合流導波路２６ａｄにおいても、同様に実軸上に８個の信号点が配列された信号点を有する光信号を出力することができる。

内側合流導波路２６ａｄの出力側の外側アーム導波路２３の上部に形成されたバイアス電極２７は、２つの多値変調部１２５，１２６で生成される変調光信号の信号点配列を互いに直交させる位相シフト部の一例である。
すなわち、図１３のＤに示すように、このバイアス電極２７での位相シフトによって、多値変調部１２６で生成される変調光信号の信号点配列を位相シフトさせて、多値変調部１２５での信号点配列に対して直交させる（ＷＢ）。これにより、外側合流導波路２４において合流された光信号においては、８×８の６４点が格子状に配列された６４ＱＡＭ光信号とすることができる（図１３のＥ参照）。

このように、第２実施形態によれば、マッハツェンダ干渉計の組数を抑え、装置規模や消費電力の改善を可能としながら、６４ＱＡＭ光変調を行なうことができる利点がある。
〔Ｃ〕第３実施形態の説明
図１４は第３実施形態にかかる光デバイスを示す図である。この図１４に示す光デバイスは、前述の第２実施形態において行なう６４ＱＡＭから、更に多値化を進めた変調方式を採用するものである。このために、図１４に示す光デバイスにおいては、２つの外側アーム導波路２２，２３にそれぞれ形成され、入力光について互いに独立した多値変調を行なう多値変調部の他の例として、１６値変調部２２５，２２６をそなえている。

各１６値変調部２２５，２２６は、位相平面上における一の軸上に原点位置について対称に配列された４つの信号点のいずれかが割り当てられた変調光信号を生成する４値変調部２５Ａ，２５Ｂ，２６Ａ，２６Ｂが複数であるＮ個縦続して配置されてなる、４^Ｎ値変調部の一例である。第３実施形態においては、多値変調部は、４値変調部が２個縦続して配置された４^２＝１６値変調部である。尚、３個以上縦続配置することも勿論可能である。

ここで、１６値変調部２２５は、前述の第１実施形態の場合（符号２５）と同様の４値変調部２５Ａ，２５Ｂが２段縦続して接続される。尚、各４値変調部２５Ａ，２５Ｂをなす内側マッハツェンダ干渉計２２５ａについては共用されているが、各４値変調部２５Ａ，２５Ｂに対応して２つずつの交差導波路部２５Ａｅ，２５Ｂｅがそなえられる。これらの交差導波路２５Ａｅ，２５Ｂｅについては、図１に示す交差導波路２５ｅと同様の機能を有する。

また、分極反転領域１１Ａは交差導波路部２５Ａｅの箇所を境界として含む分極反転領域であり、分極反転領域１１Ｂは交差導波路部２５Ｂｅの箇所を境界として含む分極反転領域であり、それぞれ前述の図１に示す分極反転領域１１と同様の機能を有する。
また、１６値変調部２２６においても、同様に、内側マッハツェンダ干渉計２２６ａが共用された４値変調部２６Ａ，２６Ｂが２段縦続して接続される。また、各４値変調部２６Ａ，２６Ｂに対応して２つずつの交差導波路部２６Ａｅ，２６Ｂｅがそなえられる。これらの交差導波路２６Ａｅ，２６Ｂｅについても上述の交差導波路部２５Ａｅ，２５Ｂｅと同様の機能を有する。

なお、１６値変調部２２５，２２６をなす後段の４値変調部２５Ｂ，２６Ｂにおいては、前段の４値変調部２５Ａ，２６Ａにそなえられているバイアス電極２５ｄ，２６ｄについては省略されている。
また、前述の分極反転領域１１Ａは交差導波路部２５Ａｅおよび交差導波路部２６Ａｅの箇所を境界として含む分極反転領域であり、分極反転領域１１Ｂは交差導波路部２５Ｂｅおよび交差導波路部２６Ｂｅの箇所を境界として含む分極反転領域であり、それぞれ前述の図１に示す分極反転領域１１と同様の機能を有する。

これにより、各１６値変調部２２５，２２６においては、１シンボルあたり実軸上に１６点の信号点が配列された光信号を生成することができる。即ち、１６値変調部２２５においては、各４値変調部２５Ａ，２５Ｂにおいて２系統ずつの計４系統の信号Ａ１〜Ａ４を重畳して変調することができる。又、１６値変調部２２６においては、各４値変調部２６Ａ，２６Ｂにおいて２系統ずつの計４系統の信号Ｂ１〜Ｂ４を重畳して変調することができる。

内側合流導波路２６ａｄの出力側の外側アーム導波路２３の上部に形成されたバイアス電極２７は、２つの多値変調部２２５，２２６で生成される変調光信号の信号点配列を互いに直交させる位相シフト部の一例である。
すなわち、このバイアス電極２７での位相シフトによって、多値変調部２２６で生成される変調光信号の信号点配列を位相シフトさせて、多値変調部２２５での信号点配列に対して直交させる。これにより、外側合流導波路２４において合流された光信号においては、１６×１６の２５６点が格子状に配列された２５６ＱＡＭ光信号とすることができる。

このように、第３実施形態によれば、マッハツェンダ干渉計の組数を抑え、装置規模や消費電力の改善を可能としながら、２５６ＱＡＭ光変調を行なうことができる利点がある。
〔Ｄ〕その他
上述の実施形態にかかわらず、種々変形することが可能である。

たとえば、上述の各実施形態においては、外側アーム導波路２２，２３に多値変調部として同等の機能を有するものをそなえたものについて説明したが、例えば異なる機能を有するものをそなえることとしてもよい。
また、上述の第１実施形態の変形例にかかる光デバイスを適用した光送信装置を用いてもよいし、第２、第３実施形態にかかる光デバイスを適用した光送信装置を用いても良い。

〔Ｅ〕付記
（付記１）
２つの外側アーム導波路を有する外側マッハツェンダ干渉計と、
前記２つの外側アーム導波路にそれぞれ形成され、入力光について互いに独立した多値変調を行なう多値変調部と、をそなえ、
前記２つの外側アーム導波路にそれぞれ形成された該多値変調部の１つは、
２つの内側アーム導波路を有する内側マッハツェンダ干渉計と、
該内側マッハツェンダ干渉計を伝搬する光との相互作用を与える電界を供給する２本の信号電極と、をそなえ、
該内側マッハツェンダ干渉計又は該電極には、該内側アーム導波路と前記相互作用を与える電界を供給する信号電極との対が互いに入れ替えられる交差箇所が偶数個そなえられ、
かつ、該交差箇所の少なくとも一つを境界とした該内側アーム導波路の光伝搬域に、分極反転領域が形成されたことを特徴とする、光デバイス。

（付記２）
該分極反転領域が形成される前記光伝搬域の長さは、分極非反転領域となる該内側アーム導波路の他の光伝搬域の長さに等しい又はほぼ等しいことを特徴とする、付記１記載の光デバイス。
（付記３）
該交差箇所は、該２つの内側アーム導波路における前記相互作用を受ける領域の光伝搬方向中間点について対称となる箇所にそなえられたことを特徴とする、付記１記載の光デバイス。

（付記４）
該交差箇所の少なくとも１つは、方向性結合器であることを特徴とする、付記１記載の光デバイス。
（付記５）
該交差箇所の少なくとも１つは、ＭＭＩカプラであることを特徴とする、付記１記載の光デバイス。

（付記６）
該２つの内側アーム導波路の一方における該分極反転領域での前記相互作用を受ける長さは、該２つの内側アーム導波路の他方における該分極反転領域での前記相互作用を受ける長さと同等又はほぼ同等であり、
かつ、該２つの内側アーム導波路に対して前記２つの信号電極を通じて印加する電圧信号の振幅の絶対値の比が、ほぼ0.78：1.22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２つの内側アーム導波路の一方における該分極反転領域での前記相互作用を受ける長さと、該２つの内側アーム導波路の他方における該分極反転領域での前記相互作用を受ける長さと、の比が、ほぼ0.78：1.22であることを特徴とする、付記１記載の光デバイス。
（付記８）
該２つの内側アーム導波路に対して対応する該２本の信号電極を通じて印加する電圧信号の振幅の絶対値が、同等又はほぼ同等であることを特徴とする、付記７記載の光デバイス。

（付記９）
該２つの内側アーム導波路における該分極反転領域での前記相互作用を受ける範囲の中心が揃っているとともに、前記分極非反転領域での前記相互作用を受ける範囲の中心が揃っていることを特徴とする、付記７記載の光デバイス。
（付記１０）
該交差箇所は、該２つの内側アーム導波路に対し前記相互作用を与える領域の光伝搬方向中間点について対称に２つ配列されるとともに、
該分極反転領域は、前記２つの交差導波路部がそれぞれ形成される箇所を境界とする光伝搬域に少なくとも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１１）
該２本の信号電極には、それぞれ互いに独立したデータ信号に基づく電気信号であって電気極性が互いに反転された電気信号が供給されることを特徴とする、付記１０記載の光デバイス。
（付記１２）
該分極反転領域は、該２つの内側アーム導波路における一方の内側アーム導波路において前記相互作用を受ける光伝搬域のほぼ全体に形成される一方、他方の内側アーム導波路において前記相互作用を受ける光伝搬域のほぼ全体は分極非反転領域とし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１３）
該２本の信号電極には、それぞれ互いに独立したデータ信号に基づく電気信号であって電気極性が同じ電気信号が供給されることを特徴とする、付記１２記載の光デバイス。
（付記１４）
該多値変調部の少なくとも一つは、位相平面上における一の軸上に原点位置について対称に配列された４つの信号点のいずれかが割り当てられた変調光信号を生成する４値変調部であることを特徴とする、付記１記載の光デバイス。

（付記１５）
該多値変調部の少なくとも一つは、位相平面上における一の軸上に原点位置について対称に配列された４つの信号点のいずれかが割り当てられた変調光信号を生成する４値変調部と、該４値変調部に縦続して配置されて入力光について２値変調を行なう２値変調部と、からなる８値変調部であることを特徴とする、付記１記載の光デバイス。

（付記１６）
該多値変調部の少なくとも一つは、位相平面上における一の軸上に原点位置について対称に配列された４つの信号点のいずれかが割り当てられた変調光信号を生成する４値変調部が複数であるＮ個縦続して配置されてなる、４^Ｎ値変調部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）
該多値変調部のそれぞれで生成される前記変調光信号の信号点配列を互いに直交させる位相シフト部が、該２つの外側アーム導波路の一方又は双方にそなえられたことを特徴とする、付記１記載の光デバイス。
（付記１８）
該２つの内側アーム導波路の一方又は双方に、および／または、該２つの外側アーム導波路の一方又は双方にバイアス電極が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１９）
該バイアス電極は、該２つの内側アーム導波路の双方に、および、該２つの外側アーム導波路の双方に形成された櫛型電極であることを特徴とする、付記１８記載の光デバイス。
（付記２０）
該バイアス電極は、該２つの内側アーム導波路の双方に、および、該２つの外側アーム導波路の双方に一体として形成された櫛型電極であり、該２つの内側アーム導波路の一方に形成されるバイアス電極の形成領域、および、該２つの外側アーム導波路の一方に形成されるバイアス電極の形成領域は、分極反転領域であることを特徴とする、付記１８記載の光デバイス。

（付記２１）
該外側マッハツェンダ干渉計をなす該外側アーム導波路に入力光を導入する外側分岐導波路は、又は、該外側分岐導波路と該マッハツェンダ干渉計をなす該２つの外側アーム導波路から導出される光を合流させる外側合流導波路とは、２×２カプラであることを特徴とする、付記１記載の光デバイス。

（付記２２）
光源と、
該光源を駆動する駆動回路と、
４種類のデータ信号を生成するデータ信号源と、
該光源からの光を、該データ信号源からの前記４種類のデータ信号で変調する光デバイスと、
該光デバイスからの光をモニタする光モニタと、
該光モニタからのモニタ結果に基づいて、該光デバイスを制御する制御部と、をそなえ、
該光デバイスは、
該光源から出力された光を導入する、２つの外側アーム導波路を有する外側マッハツェンダ干渉計と、
前記２つの外側アーム導波路にそれぞれ形成され、入力光について４値変調を行なう少なくとも１つの多値変調部と、をそなえ、
前記２つの外側アーム導波路にそれぞれ形成された該多値変調部の１つは、
２つの内側アーム導波路を有する内側マッハツェンダ干渉計と、
該内側マッハツェンダ干渉計を伝搬する光との相互作用を与える電界を供給する２本の信号電極と、をそなえ、
該内側マッハツェンダ干渉計には、該２つの内側アーム導波路が互いに交差して該２つの内側アーム導波路について前記相互作用を与える電界を供給する信号電極が互いに入れ替えられる交差箇所が偶数個そなえられ、
かつ、該交差箇所の少なくとも一つを境界とした該内側アーム導波路の光伝搬域に、分極反転領域が形成されたことを特徴とする、光送信装置。

第１実施形態にかかる光デバイスを示す図である。 第１実施形態にかかる光デバイスの要部を示す図である。 第１実施形態にかかる光デバイスの作用機能を説明する図である。 第１実施形態にかかる光デバイスの作用機能を示す図である。 第１実施形態にかかる光デバイスの作用機能を示す図である。 第１実施形態の変形例にかかる光デバイスを示す図である。 第１実施形態の変形例にかかる光デバイスを示す図である。 第１実施形態の変形例にかかる光デバイスを示す図である。 第１実施形態の変形例にかかる光デバイスを示す図である。 第１実施形態の変形例にかかる光デバイスを示す図である。 第１実施形態にかかる光デバイスを適用した光送信装置を示す図である。 第２実施形態にかかる光デバイスを示す図である。 第２実施形態にかかる光デバイスの作用機能を説明する図である。 第３実施形態にかかる光デバイスを示す図である。

符号の説明

１ 基板
１０Ａ〜１０Ｃ 光伝搬域
１０ａ，１０ｂ 境界線
１１，１１Ａ，１１Ｂ 分極反転領域
１１１Ａ，１１１Ａ−１〜１１１Ａ−４，１１２Ａ，１１２Ｂ 分極反転領域
２ マッハツェンダ干渉計
２１ 外側分岐導波路
２２，２３ 外側アーム導波路
２４，２４′ 外側合流導波路
２５，２６ ４値変調部（多値変調部）
２５Ａ，２５Ｂ，２６Ａ，２６Ｂ ４値変調部
２５ａ，２６ａ，２２５ａ，２２６ａ 内側マッハツェンダ干渉計
２５ａａ，２６ａａ，２５ａａ′，２６ａａ′ 内側分岐導波路
２５ａｂ，２５ａｃ，２６ａｂ，２６ａｃ 内側アーム導波路
２５ａｅ，２５ａｆ，２６ａｅ，２６ａｆ 内側アーム導波路
２５ａｄ，２６ａｄ，２５ａｄ′，２６ａｄ′ 内側合流導波路
２５ｂ−１，２５ｂ−２，２６ｂ−１，２６ｂ−２ 信号電極
２５ｄ，２６ｄ バイアス電極
２５ｄ−１，２５ｄ−２，２６ｄ−１，２６ｄ−２ バイアス電極
２５ｄ−３，２５ｄ−４，２６ｄ−３，２６ｄ−４ バイアス電極
２５ｅ，２６ｅ，２５Ａｅ，２５Ｂｅ，２６Ａｅ，２６Ｂｅ 交差導波路部
２５ｆ−１，２５ｆ−２，２６ｆ−１，２６ｂ−２ 信号電極
２７，２７′ バイアス電極（位相シフト部）
２７−１，２７−２ バイアス電極（位相シフト部）
２７−３，２７−４ バイアス電極（位相シフト部）
２８ 接地電極
３１〜３３ ＰＤ
４１ ＬＤ（光源）
４２ ＬＤ駆動回路
４３ データ信号源
４４ 光デバイス
４５〜４７ ＰＤ
４８ ＡＢＣ制御部
５１，５２ ２値変調部
５１ａ，５１ｂ 信号電極
１２５，１２６ ８値変調部
２２５，２２６ １６値変調部

Claims (10)

1. ２つの外側アーム導波路を有する外側マッハツェンダ干渉計と、
   前記２つの外側アーム導波路にそれぞれ形成され、入力光について互いに独立した多値変調を行なう多値変調部と、をそなえ、
   前記２つの外側アーム導波路にそれぞれ形成された該多値変調部の１つは、
   ２つの内側アーム導波路を有する内側マッハツェンダ干渉計と、
   該内側マッハツェンダ干渉計を伝搬する光との相互作用を与える電界を供給する２本の信号電極と、をそなえ、
   該内側マッハツェンダ干渉計又は該信号電極には、該内側アーム導波路と前記相互作用を与える電界を供給する信号電極との対が互いに入れ替えられる交差箇所が偶数個そなえられ、
   かつ、該交差箇所の少なくとも一つを境界とした該内側アーム導波路の光伝搬域に、分極反転領域が形成されたことを特徴とする、光デバイス。
2. 該分極反転領域が形成される前記光伝搬域の長さは、分極非反転領域となる該内側アーム導波路の他の光伝搬域の長さに等しい又はほぼ等しいことを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
3. 該交差箇所は、該２つの内側アーム導波路における前記相互作用を受ける領域の光伝搬方向中間点について対称となる箇所にそなえられたことを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
4. 該２つの内側アーム導波路の一方における該分極反転領域での前記相互作用を受ける長さは、該２つの内側アーム導波路の他方における該分極反転領域での前記相互作用を受ける長さと同等又はほぼ同等であり、かつ、
   該２つの内側アーム導波路に対して前記２つの信号電極を通じて印加する電圧信号の振幅の絶対値の比が、ほぼ0.78：1.22であることを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
5. 該２つの内側アーム導波路の一方における該分極反転領域での前記相互作用を受ける長さと、該２つの内側アーム導波路の他方における該分極反転領域での前記相互作用を受ける長さと、の比が、ほぼ0.78：1.22であることを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
6. 該交差箇所は、該２つの内側アーム導波路に対し前記相互作用を与える領域の光伝搬方向中間点について対称に２つ配列されるとともに、
   該分極反転領域は、前記２つの交差箇所がそれぞれ形成される箇所を境界とする光伝搬域に少なくとも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。
7. 該多値変調部の少なくとも一つは、位相平面上における一の軸上に原点位置について対称に配列された４つの信号点のいずれかが割り当てられた変調光信号を生成する４値変調部であることを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
8. 該多値変調部の少なくとも一つは、位相平面上における一の軸上に原点位置について対称に配列された４つの信号点のいずれかが割り当てられた変調光信号を生成する４値変調部と、該４値変調部に縦続して配置されて入力光について２値変調を行なう２値変調部と、からなる８値変調部であることを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
9. 該多値変調部の少なくとも一つは、位相平面上における一の軸上に原点位置について対称に配列された４つの信号点のいずれかが割り当てられた変調光信号を生成する４値変調部が複数であるＮ個縦続して配置されてなる、４^Ｎ値変調部であることを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
10. 光源と、
    該光源を駆動する駆動回路と、
    ４種類のデータ信号を生成するデータ信号源と、
    該光源からの光を、該データ信号源からの前記４種類のデータ信号で変調する光デバイスと、
    該光デバイスからの光をモニタする光モニタと、
    該光モニタからのモニタ結果に基づいて、該光デバイスを制御する制御部と、をそなえ、
    該光デバイスは、
    該光源から出力された光を導入する、２つの外側アーム導波路を有する外側マッハツェンダ干渉計と、
    前記２つの外側アーム導波路にそれぞれ形成され、入力光について４値変調を行なう少なくとも１つの多値変調部と、をそなえ、
    前記２つの外側アーム導波路にそれぞれ形成された該多値変調部の１つは、
    ２つの内側アーム導波路を有する内側マッハツェンダ干渉計と、
    該内側マッハツェンダ干渉計を伝搬する光との相互作用を与える電界を供給する２本の信号電極と、をそなえ、
    該内側マッハツェンダ干渉計又は該信号電極には、該内側アーム導波路と前記相互作用を与える電界を供給する信号電極との対が互いに入れ替えられる交差箇所が偶数個そなえられ、
    かつ、該交差箇所の少なくとも一つを境界とした該内側アーム導波路の光伝搬域に、分極反転領域が形成されたことを特徴とする、光送信装置。

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