JP3742477B2 - 光変調器 - Google Patents
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Description
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば超高速光通信システムの送信部において、信号光源から出射される光を変調するための外部光変調器として用いて好適な、光変調器に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、光通信システムの送信部においては、例えば信号光源としての半導体レーザから出射される光を変調する光変調器として、半導体レーザに流れる電流をデータ信号により変調する直接変調方式の光変調器が用いられている。
ところが、近年では、光通信システムの高速化の要求から、光の変調も高速に行なう必要が生じており、この直接変調方式の光変調器を用いて高速に光の変調を行なうと、出射される信号光の波長変動（チャーピング）の影響が大きくなるため、光ファイバ内の波長分散により長距離伝送が困難となる。
【０００４】
このため、光の変調を高速に行なう際には、原理的にチャーピングを生じない外部変調器が用いる必要があり、このような外部変調器の一例としては、図２８に示すようなマッハツェンダ型光変調器がある。なお、図２８に示すマッハツェンダ型光変調器１００の出射側からみた斜視図を図２９に示す。
この図２８に示すように、マッハツェンダ型光変調器１００は、マッハツェンダ型光導波路デバイス１０１，光検知器１０７及び信号制御回路１０８をそなえて構成されている。
【０００５】
ここで、マッハツェンダ型光導波路デバイス１０１は、基板１０１ａ上にマッハツェンダ型光導波路１０４が形成され、この光導波路１０４上に進行波電極１０２及び接地電極１０３が形成されたものである。
また、マッハツェンダ型光導波路１０４は、入射導波路１０４ａ，出射導波路１０４ｂ及び中間導波路１０４ｃ，１０４ｄからなり、中間導波路１０４ｃ，１０４ｄは、それぞれ入射導波路１０４ａと出射導波路１０４ｂとの間にＹ字状分岐部Ｑ1 及びＹ字状合波部Ｑ2 を介して平行に接続されている。
【０００６】
さらに、進行波電極１０２及び接地電極１０３は、光導波路１０４を伝播する光を制御するための電極であり、図２８に示すように、光導波路１０４の中間導波路１０４ｃ，１０４ｄ上に形成される。
また、光導波路１０４の入射導波路１０４ａには、光ファイバ１０５ａを介して半導体レーザ１１１からの直流光が入射され、光導波路１０４の出射導波路１０４ｂからは、変調された信号光が光ファイバ１０５ｂを介して光検知器１１２に出射されるようになっている。
【０００７】
なお、光検知器１１２は、光ファイバ１０５ｂを介して出射された信号光を受光して、電気信号に変換するものである。
さらに、基板１０１ａの出射側端面には、前述した光ファイバ１０５ｂのほか、光ファイバ１０６が直付けされており、光導波路１０４のＹ字状合波部Ｑ2 にて発生する放射光（モニタ光）は、この光ファイバ１０６を介して光検知器１０７に入射されるようになっている。
【０００８】
ここで、光検知器１０７は、光ファイバ１０６を介して入射された放射光を受光して、受光した放射光を電気信号に変換して信号制御回路１０８へ出力することにより、放射光をモニタするものである。
また、光検知器１０７には信号制御回路１０８が接続されており、この信号制御回路１０８は、光検知器１０７でのモニタ結果（即ち光検知器１０７からの光出力電気信号の変化）に応じて、進行波電極１０２に印加される入力電気信号の直流バイアスを変化させるものである。
【０００９】
一般的に、マッハツェンダ型光変調器１００においては、温度ドリフト，ＤＣドリフト及び応力等による経時変化により、マッハツェンダ型光変調器１００の動作点シフトが発生する。
ここで、マッハツェンダ型光変調器１００における動作点シフトについて、図３０を用いて説明する。
【００１０】
図３０は、マッハツェンダ型光変調器１００の入出力特性を示す図であり、この図３０において、▲１▼は動作点シフトが発生する前の特性を示し、▲２▼は動作点シフトが発生した場合の特性を示している。
この図３０に示すように、マッハツェンダ型光変調器１００の入出力特性は、駆動電圧に対して周期性を有している。
【００１１】
従って、入力信号の各論理積に対応して出力光電力の上下の各尖頭値が得られる駆動電圧Ｖ0 ，Ｖ1 を用いることにより、効率的な２値変調を行なっている。ところが、動作点シフトが発生した場合にも、駆動電圧Ｖ0 ，Ｖ1 が一定であると、マッハツェンダ型光変調器１００から出力される信号光は、前記の周期性により、図３０に示すように消光比が劣化する。
【００１２】
従って、動作点シフトが発生した場合には、そのシフト量をｄＶとすると、駆動電圧Ｖ0 ，Ｖ1 を、それぞれ（Ｖ0 ＋ｄＶ）及び（Ｖ1 ＋ｄＶ）として動作点制御を行なう必要がある。
そこで、図２８に示すマッハツェンダ型光変調器１００においては、光検知器１０７により光導波路１０４のＹ字状合波部Ｑ2 にて発生する放射光をモニタし、光検知器１０７でのモニタ結果に応じて、信号制御回路１０８により進行波電極１０２に印加される入力電気信号の直流バイアスを変化させることにより、マッハツェンダ型光変調器１００の動作点制御を行なうように構成されている。
【００１３】
なお、１０９は入力信号電源であり、１１０は終端抵抗である。
このような構成により、図２８に示すマッハツェンダ型光変調器１００においては、半導体レーザ１１１からの直流光（入射光）は、光ファイバ１０５ａを介して光導波路１０４の入射導波路１０４ａに入射され、Ｙ字状分岐部Ｑ1 で２つに分波された後に、中間導波路１０４ｃ，１０４ｄ中を伝播する。
【００１４】
このとき、進行波電極１０２に高周波変調信号電圧が印加されると、中間導波路１０４ｃ，１０４ｄにおける電気光学効果により、分波された各入射光に位相差が生じ、このように位相差を生じた各入射光は、Ｙ字状合波部Ｑ2 で再び合波される。
このとき、中間導波路１０４ｃ，１０４ｄにおける各入射光の位相差が０及びπとなるように駆動電圧を設定することにより、出射される信号光としてＯＮ−ＯＦＦの光パルス信号が得られ、光導波路１０４の出射導波路１０４ｂからは変調された信号光が出射される。
【００１５】
なお、出射導波路１０４ｂから出射された信号光は、光ファイバ１０５ｂを介して光検知器１１２により受光されて電気信号に変換される。
一方で、光導波路１０４のＹ字状合波部Ｑ2 にて発生した放射光は、光ファイバ１０６を介して光検知器１０７により受光され、電気信号に変換された後に信号制御回路１０８へ出力される。
【００１６】
そして、信号制御回路１０８では、光検知器１０７からの光出力電気信号の変化に応じて、進行波電極１０２に印加される入力電気信号の直流バイアスを変化させることにより、マッハツェンダ型光変調器１００の動作点制御が行なわれる。
このように、図２８に示すマッハツェンダ型光変調器１００によれば、マッハツェンダ型光変調器１００の動作点の安定化を図ることができ、図３０に示すような信号光の劣化を防いで、安定した光変調を行なうことができる。
【００１７】
ところが、図２８に示すマッハツェンダ型光変調器１００においては、光導波路１０４のＹ字状合波部Ｑ2 にて発生した放射光をモニタする際に、モニタ用の光ファイバ１０６を用いているため、この光ファイバ１０６のアライメントを行なう必要があり、機構上の設計が困難となる。
即ち、変調された信号光が入射される光ファイバ１０５ｂと、光導波路１０４のＹ字状合波部Ｑ2 にて発生した放射光が入射される光ファイバ１０６とは、実際には約８０μｍ程度しか離隔していないため、マッハツェンダ型光変調器１００の製造が困難となるのである。
【００１８】
このため、図３１に示すように、モニタ用の光ファイバ１０６を設けない構成としたマッハツェンダ型光変調器１００Ａも提案されている。
なお、図３１に示すマッハツェンダ型光導波路デバイス１００Ａの出射側の側面図を図３２に示す。
即ち、この図３１に示すマッハツェンダ型光変調器１００Ａは、基板１０１ａの出射側端面の後段に直接光検知器１０７を設け、基板１０１ａの出射側端面から出射される放射光を、光検知器１０７により直接受光するように構成されている。
【００１９】
ここで、図３１において、図２８に示すマッハツェンダ型光変調器１００におけるものと同様の符号を付したものは、それぞれ同様の構成及び機能を有するものである。
また、図３１において、１１３は半導体レーザ（図３１では図示せず）からの直流光が入射される光ファイバであり、１１４は光ファイバ１１３からの入射光を集光するためのレンズであり、１１５は光導波路１０４の出射導波路１０４ｂから出射される信号光を集光するためのレンズであり、１１６はレンズ１１５からの信号光を出射するための光ファイバである。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２８，図３１にそれぞれ示すマッハツェンダ型光変調器１００，１００Ａにおいては、光導波路１０４のＹ字状合波部Ｑ2 にて発生した放射光は、Ｙ字状合波部Ｑ2 の近傍に均一に放射されるため、基板１０１ａの出射側端面から出射される放射光の強度が小さく、光変調器の動作点制御を安定して行なうことが困難であるという課題がある。
【００２１】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、基板の出射側端面におけるモニタ光の出射位置を調節するとともに、モニタ光の強度を増加させることにより、機構上の設計を容易にしながら、光変調器の動作点制御を安定して行なえるようにした、光変調器を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、基板上に形成されたマッハツェンダ型光導波路と、基板上に形成され、光導波路を伝播する光を制御するための電極と、光導波路の合波部から放射される光をガイドする光ガイド部と、基板上において、光ガイド部から出射される光と光導波路から漏洩する信号光とが干渉し、干渉光が生成される部位と、基板の端面から出射された干渉光をモニタする光検知器と、光検知器でのモニタ結果に応じて、光変調器動作点を制御する信号制御回路とをそなえて構成されたことを特徴としている。
また、本発明の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成されたマッハツェンダ型光導波路の２つの中間光導波路と出力光導波路を接続する合波部と、該合波部から放射される光をガイドする光ガイド部と、該光ガイド部の出射光と該マッハツェンダ型光導波路から漏洩する信号光とが干渉し、干渉光が生成される部位と、該基板の端面から出射された該干渉光をモニタする光検知器と、を備えたことを特徴としている。
この場合においては、好ましくは、該光検知器を、該干渉光の位相に対応した位置に設けることができる。
さらに、該基板の端面から出射された光の放射領域を更に広げる空間がそなえられ、該空間を通じた光を該光検知器への該干渉光として供給すべく構成することとしてもよい。
【００２３】
また、本発明の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、基板上に形成されたマッハツェンダ型光導波路と、基板上に形成され、光導波路を伝播する光を制御するための電極と、光導波路の合波部から放射される光をガイドする光ガイド部と、基板上において、光ガイド部から出射される光と光導波路から漏洩する信号光とが干渉し、干渉光が生成される部位とをそなえて構成されたことを特徴としている。
【００２４】
ここで、光ガイド部の屈折率は、基板の屈折率とは異なるように設定されている。
また、光導波路から放射される放射光と光導波路から漏洩する信号光とをガイドしてもよい。
【００２５】
さらに、光ガイド部は、光導波路を構成する出射側光導波路の近傍に設けてもよく、光導波路を構成する合波部及び光導波路を構成し合波部に接続された出射側光導波路からなる合波部付き出射側光導波路の近傍に設けてもよい。
また、光ガイド部は、チタン拡散により作製された光ガイド部として構成されてもよく、イオン交換により作製された光ガイド部として構成されてもよい。
【００２６】
さらに、出射側光導波路は、直線光導波路であってもよく、屈曲部を有する曲線光導波路であってもよい。
また、干渉光は、信号光と逆位相となるように設定することができる。
さらに、光検知器は、基板の端面と出射用光ファイバの前段に設けられたレンズとの間に設けてもよく、出射用光ファイバが結合された基板の端面の後段に設けてもよい。
【００２７】
ここで、光検知器は、板部材上に光検出素子を設けることにより構成することができ、このとき、板部材がセラミック基板であってもよく、光検出素子がベアチップであってもよい。
また、基板は、ニオブ酸リチウム基板であってもよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（ａ）本発明の一実施形態の説明
図１は本発明の一実施形態にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
この図１に示す光変調器は、レンズ結合系のマッハツェンダ型光変調器であり、例えば超高速光通信システムの送信部において、半導体レーザ等の信号光源から出射される光を変調するための外部光変調器として用いられるものである。
【００２９】
また、図２は図１に示すマッハツェンダ型光変調器２０のＡ−Ａ断面図であり、図３は図１に示すマッハツェンダ型光変調器２０の入射側から出射側をみたときの斜視図である。
さらに、図４は図１に示すマッハツェンダ型光変調器２０の要部構成を示す模式図であり、図５は図４に示すマッハツェンダ型光導波路デバイス１の出射側の側面図である。
【００３０】
また、図６（ａ），図６（ｂ）はそれぞれ光検知器５の配設位置について説明するための図であり、図７は図６（ｂ）に示す光検知器５を示す図である。
図１に示すように、マッハツェンダ型光変調器２０は、マッハツェンダ型光導波路デバイス１及び光検知器５を内蔵したパッケージ１３と、信号制御回路１０とをそなえて構成されている。
【００３１】
また、パッケージ１３の入射側及び出射側には、集光性を高めるためのレンズ８ａを有するレンズホルダ８を介して、光ファイバ９ａ，９ｂがそれぞれ接続されている。
なお、１１は入力信号電源であり、１２は終端抵抗である。
ここで、マッハツェンダ型光導波路デバイス１は、基板１ａ上にマッハツェンダ型光導波路４が形成され、この光導波路４上に進行波電極２及び接地電極３が形成されたものである。
【００３２】
また、光導波路４の近傍には、光ガイド領域２１が設けられている。
ここで、基板１ａは、電気光学効果を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）基板（Ｚ板）である。
また、マッハツェンダ型光導波路４は、入射導波路４ａ，出射導波路４ｂ及び中間導波路４ｃ，４ｄからなり、中間導波路４ｃ，４ｄは、それぞれ入射導波路４ａと出射導波路４ｂとの間にＹ字状分岐部Ｒ1 及びＹ字状合波部Ｒ2 を介して平行に接続されている。
【００３３】
光導波路４の入射導波路４ａには、パッケージ１３に接続された光ファイバ９ａを介して半導体レーザ（図示せず）からの直流光が入射され、光導波路４の出射導波路４ｂからは、変調された信号光がパッケージ１３に接続された光ファイバ９ｂに出射されるようになっている。なお、光ファイバ９ａは、定偏波ファイバであり、光ファイバ９ｂはシングルモードファイバである。
【００３４】
ここで、光導波路４は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）の基板１ａの表面に厚さ１０００Åのチタン（Ｔｉ）等の金属を蒸着して、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターン化し、１０００℃の高温酸素中（ＷｅｔＯ2 中）に８時間おき、Ｔｉ等の金属を同基板１ａ中に拡散させるチタン拡散処理により形成される。
【００３５】
即ち、光導波路４は、基板１ａ内の光導波路部分だけにＴｉ等の金属を選択的に拡散させることにより、その部分の屈折率が他の部分（基板１ａ）の屈折率よりも大きくなるように構成されている。
そして、光導波路４の上には、光導波路４上の金属電極層（進行波電極２及び接地電極３）による光の吸収を小さくするために、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）等の薄膜からなるバッファ層（図示せず）が形成されている。
【００３６】
また、この図示しないバッファ層の上には、マッハツェンダ型光導波路デバイス１の温度安定性を向上させるために、同じく図示はしないが、ケイ素（Ｓｉ）を堆積したコーティング（Ｓｉコート）が施されている。
ところで、進行波電極２及び接地電極３は、光導波路４を伝播する光を制御するための電極であり、光導波路４の中間導波路４ｃ，４ｄ上に、例えば金（Ａｕ）等の金属を蒸着することにより形成される。
【００３７】
進行波電極２及び接地電極３は、それぞれ入力信号電源１１と接続されており、この入力信号電源１１から入力信号（変調波信号）に応じた電圧が印加されることにより、後述するように中間導波路４ｃ，４ｄの屈折率を変化させて、光ファイバ９ａを介して入射された半導体レーザ（図示せず）からの直流光の変調を行なうものである。
【００３８】
そして、半導体レーザからの直流光は、進行波電極２及び接地電極３により変調されることにより、信号光（主信号光）又は放射光として光導波路４のＹ字状合波部Ｒ2 から出射されるようになっている。
ここで、信号光と放射光とは、図１２に示すように、それぞれ位相が反転した関係にある。また、信号光及び放射光は、それぞれ駆動電圧に対して周期性を有している。なお、図１２においては、信号光を符号Ｍで示し、放射光を符号Ｎで示す。
【００３９】
また、図１３（ａ），図１３（ｂ）にマッハツェンダ型光導波路デバイス１の光導波路４を簡略化して示す。
ここで、図１３（ａ）は電圧が印加されないときの光の伝播の様子を示し、図１３（ｂ）は電圧が印加されたときの光の伝播の様子を示している。
また、図１３（ａ），図１３（ｂ）においては、光導波路４の各導波路（入射導波路４ａ，出射導波路４ｂ，中間導波路４ｃ，４ｄ）に、伝播モードが波形状の図形で示されている。
【００４０】
図１３（ａ）においては、図示しない半導体レーザからの直流光は、所定の入力モードで入射導波路４ａに入射されると、Ｙ字状分岐部Ｒ1 により分波されて中間導波路４ｃ，４ｄに入射され、中間導波路４ｃ，４ｄを入力モードと同じモードでそれぞれ伝播した後に、Ｙ字状合波部Ｒ2 においてこれらの光が合波されて、同じモードで出射導波路４ｂから出射される。
【００４１】
また、図１３（ｂ）においては、図示しない半導体レーザからの直流光は、所定の入力モードで入射導波路４ａに入射されると、Ｙ字状分岐部Ｒ1 により分波されて中間導波路４ｃ，４ｄに入射されるが、この場合においては、電圧の印加により中間導波路４ｃ，４ｄの屈折率が変化しているため、光の伝播速度が変化する。
【００４２】
従って、中間導波路４ｃ，４ｄを伝播する光に位相差が生じ、Ｙ字状合波部Ｒ2 においてこれらの位相の異なる光が合波されると、出射導波路４ｂに入射すべきモードが入力モードとは変化したものになる。
このため、Ｙ字状合波部Ｒ2 に到達した光は、出射導波路４ｂに出射することができなくなり、基板１ａの内部に放射光として放射されることになる。
【００４３】
ところが、前述した条件にて光導波路４を作製すると、Ｙ字状合波部Ｒ2 からは、信号光がわずかに基板１ａの内部に漏洩する。
そして、Ｙ字状合波部Ｒ2 から放射される放射光と、Ｙ字状合波部Ｒ2 から漏洩する信号光の一部とは、光導波路４の近傍（具体的には、光導波路４の出射導波路４ｂの両側の近傍）に設けられた光ガイド領域２１に入射されるようになっている。
【００４４】
ここで、光ガイド領域２１は、Ｙ字状合波部Ｒ2 から放射される放射光とＹ字状合波部Ｒ2 漏洩する信号光とを、基板１ａの出射側端面以外の端面から出射されないようにガイドするものであり、光ガイド部として機能するものである。
即ち、光ガイド領域２１は、同領域２１に入射された光をガイドして、入射された光の散乱を防ぐことにより、基板１０１ａの出射側端面から出射されるモニタ光の強度を増加させるために設けられているのである。
【００４５】
ここで、光ガイド領域２１に入射される放射光の強度は、同領域２１に入射される信号光の強度よりも大きいため、光ガイド領域２１では、主として入射された放射光がガイドされることになる。
この光ガイド領域２１も、前述した光導波路４と同様に、導波路形成プロセス時に、基板１ａ内の光ガイド領域部分だけにＴｉ等の金属を選択的に拡散させるチタン拡散処理により、その部分の屈折率が他の部分（基板１ａ）の屈折率よりも大きくなるように構成されている。
【００４６】
ここで、光ガイド領域２１は、光導波路４の出射導波路４ｂから７〜１０μｍ程度離隔した位置に設けられている。
実際には、マッハツェンダ型光変調器２０においては、波長チャープをつけるために、出射導波路４ｂ上にも進行波電極２を形成して（図１においては図示せず）、出射導波路４ｂにて位相変調を行なっている。
【００４７】
このため、光ガイド領域２１上にも進行波電極２が形成されているが（図１においては図示せず）、位相変調の際には、進行波電極２により光ガイド領域２１にも電圧が印加されるため、その屈折率が変化してしまう。
そして、光ガイド領域２１の屈折率変化は、出射導波路４ｂから漏洩した信号光に影響を与え、変調波形を劣化させてしまう。
【００４８】
このため、光ガイド領域２１は、出射導波路４ｂから７〜１０μｍ程度離隔した位置に設けているのである。
なお、光ガイド領域２１の長さが短いときは、出射導波路４ｂと光ガイド領域２１とのギャップを小さくすることができる。
また、光ガイド領域２１に入射された上記の放射光及び信号光は、光ガイド領域２１内部で干渉した後に、光ガイド領域２１から基板１ａ内部に出射されることになる。
【００４９】
そして、光ガイド領域２１から出射された光（主として放射光）は、基板１ａの内部を伝播する際に、Ｙ字状合波部Ｒ2 から漏洩した信号光と更に干渉して、モニタ光（干渉光）として基板１ａの出射側端面から出射される。
即ち、出射導波路４ｂにおける部位Ｅの近傍の基板１ａが、光ガイド領域２１から出射される光と、Ｙ字状合波部Ｒ2 から漏洩する信号光とを干渉させて干渉光を生成し、この干渉光を基板１ａの出射側端面から出射させる干渉光生成手段として機能するのである。
【００５０】
なお、光ガイド領域２１では、前述のごとく主として放射光がガイドされるため、基板１ａから出射される干渉光の位相は信号光とは逆位相となる。また、干渉光の位相の設定については、後述にて説明する。
ところで、図１に示すように、基板１ａの出射側の端面の後段には光検知器５が設けられており、光検知器５の端子Ｔ1 には信号制御回路１０が接続されている。なお、光検知器５の端子Ｔ2 は接地されている。
【００５１】
具体的には、この光検知器５は、図１に示すように、パッケージ１３内において、出射用の光ファイバ９ｂの前段に設けられたレンズ８ａと、マッハツェンダ型光導波路デバイス１の基板１ａの出射側端面との間に介装されている。
この光検知器５は、図１〜図３に示すようにセラミック基板７上に光検出素子としてのベアチップ６が設けられることにより構成され、基板１ａの出射側端面から出射されたモニタ光（干渉光）を受光して、受光した干渉光を電気信号に変換して信号制御回路１０へ出力することにより、干渉光をモニタするものである。なお、光検知器５の大きさの一例を、図７に示す。また、この図７において、５ａは電極である。
【００５２】
ところで、信号制御回路１０は、光検知器５でのモニタ結果（即ち光検知器５からの光出力電気信号の変化）に応じて、進行波電極２に印加される入力電気信号の直流バイアスを変化させるものである。
前述したように、一般的に、マッハツェンダ型光変調器２０においては、温度ドリフト，ＤＣドリフト及び応力等による経時変化により、マッハツェンダ型光変調器２０の動作点シフトが発生する。
【００５３】
このように、動作点シフトが発生した状態で光変調を行なうと、図３０を用いて前述したように消光比の劣化が生じる。
そこで、光検知器５により基板１ａの出射側端面から出射された干渉光をモニタし、光検知器５でのモニタ結果に応じて、信号制御回路１０により進行波電極２に印加される入力電気信号の直流バイアスを変化させることにより、マッハツェンダ型光変調器２０の動作点制御を行なうように構成されている。
【００５４】
ここで、本実施形態にかかるマッハツェンダ型光変調器２０においては、干渉光が基板１ａの出射側端面における光導波路端部位置（光導波路４の出射導波路４ｂの端部位置）から所望の距離だけ離隔した位置に出射されるように、干渉光の位相が設定されている。
具体的には、光検知器５は、出射導波路４ｂから光ファイバ９ｂへ入射される信号光を遮らないようにするために、基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部位置から数百μｍ程度〔図６（ｂ）ではこの距離をＹで示しており、この距離Ｙは例えば約６００〜８００μｍ程度である〕下げた位置に設けられている。
【００５５】
また、光検知器５は、図１，図６（ａ）に示すように、基板１ａの出射側端面から放射した干渉光の放射領域を更に広げるために、基板１ａの出射側端面から数百μｍ程度離れた位置に設けられている。なお、図１，図６（ａ）においては、光検知器５を基板１ａの出射側端面から７００μｍ離れた位置に設けた場合について示している。
【００５６】
ここで、干渉光の位相及び強度は、光導波路４の作製条件を調整することにより設定されている。
即ち、干渉光の位相及び強度の設定は、光導波路４の作製条件として、光導波路４を作製する際の拡散条件を変えて、光導波路４のＹ字状合波部Ｒ2 から漏洩する信号光パワー（信号光強度）を調整することにより行なわれている。
【００５７】
また、干渉光の位相及び強度の設定は、光導波路４の作製条件として、光導波路４の出射導波路４ｂの長さＤ〔即ち光導波路４のＹ字状合波部Ｒ2 と基板１ａの出射側端面との長さＤ；図１，図６（ａ）参照〕を変えて、出射導波路４ｂを伝播する際に漏洩する信号光パワーを調整することによっても行なわれる。
なお、本実施形態においては、出射導波路４ｂの長さは、干渉光を基板１ａの出射側端面の全面に放射させるために、例えば４．５ｍｍ以上に設定されている。
【００５８】
上述の構成により、本発明の一実施形態にかかるマッハツェンダ型光変調器２０においては、図示しない半導体レーザからの直流光が光ファイバ９ａを介してパッケージ１３に入射されると、入射光はマッハツェンダ型光導波路デバイス１の光導波路４に入射される。
マッハツェンダ型光導波路デバイス１では、入射導波路４ａから入射された光は、Ｙ字状分岐部Ｒ1 で分岐されて中間導波路４ｃ，４ｄを伝播する間に進行波電極２及び接地電極３により変調され、変調された光は、光導波路４のＹ字状合波部Ｒ2 で合波される。
【００５９】
これにより、Ｙ字状合波部Ｒ2 では信号光及び放射光が発生し、信号光は出射導波路４ｂから出射され、放射光はＹ字状合波部Ｒ2 から基板１ａの内部に放射される。
一方、Ｙ字状合波部Ｒ2 からは、信号光がわずかに基板１ａの内部に漏洩する。
【００６０】
そして、放射光及び漏洩した信号光は、光ガイド領域２１に入射され、入射された光は、光ガイド領域２１により散乱を防ぎながらガイドされた後に、基板１ａ内部に出射される。
さらに、光ガイド領域２１から出射された光は、基板１ａの内部を伝播する際に、Ｙ字状合波部Ｒ2 から漏洩した信号光と干渉して、干渉光として基板１ａの出射側端面から出射される。
【００６１】
このとき、前述のごとく、光導波路４の作製条件の調整により干渉光の位相が設定されているため、干渉光は基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部位置から所望の距離だけ離隔した位置に出射される。
そして、出射された干渉光は、当該位置に配設された光検知器５により受光され、光検知器５では、受光した干渉光が電気信号に変換されて信号制御回路１０へ出力される。
【００６２】
この結果、信号制御回路１０では、光検知器５からの光出力電気信号の変化に応じて、進行波電極２に印加される入力電気信号の直流バイアスを変化させることにより、マッハツェンダ型光変調器２０の動作点制御が行なわれる。
なお、マッハツェンダ型光導波路デバイス１の出射導波路４ｂから出射された信号光は、レンズ８ａを介してパッケージ１３に接続された光ファイバ９ｂに出射される。
【００６３】
ここで、図１４〜図２５を用いて、本実施形態にかかるマッハツェンダ型光変調器２０の特性について説明する。
図１４〜図１６は、ともに干渉光強度の特性について説明するための図であり、図２３〜図２５は、ともにＢＰＭ（ビーム・プロファイル・メソッド）シミュレーション結果を示す図である。
【００６４】
また、図１７，図２０はともに信号光のパワー分布を示す図であり、図１８，図２１はともに放射光のパワー分布を示す図であり、図１９，図２２はともに干渉光の位相分布を示す図である。
（１）出射導波路４ｂの近傍に光ガイド領域２１を設けない場合
この場合の信号光のパワー分布及び放射光のパワー分布を、それぞれ図１７，図１８に示すと、図１７，図１８より、干渉光の位相分布は図１９に示すようになる。
【００６５】
この場合は、放射光の強度が小さいため、干渉光の位相は信号光と同位相となる。
また、図１９に示すように、干渉光は、基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部位置から約６００〜８００μｍ程度下方に出射する。
さらに、図２３に、この場合におけるＢＰＭシミュレーション結果を示す。この図２３は、光導波路４のＹ字状合波部Ｒ2 から放射され又は漏洩する光についての分布を示すものである。
【００６６】
この場合には、図２３より、Ｙ字状合波部Ｒ2 から出射される光は、殆ど基板１ａの出射側端面以外の端面から出射されることがわかるため、基板１ａの出射側端面から出射されるモニタ光（干渉光）はかなり散乱すると考えられる。
（２）出射導波路４ｂの近傍に光ガイド領域２１を設けた場合
この場合の信号光のパワー分布及び放射光のパワー分布を、それぞれ図２０，図２１に示すと、図２０，図２１より、干渉光の位相分布は図２２に示すようになる。
【００６７】
この場合は、放射光の強度が増加するため、干渉光の位相は信号光と逆位相となる。
また、図２２に示すように、干渉光は、基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部位置から約６００〜８００μｍ程度下方に出射する。
さらに、図２４，図２５に、この場合におけるＢＰＭシミュレーション結果を示す。
【００６８】
この図２４，図２５も、光導波路４のＹ字状合波部Ｒ2 から放射され又は漏洩する光についての分布を示すものであるが、図２４，図２５においては、それぞれ光ガイド領域２１の矩形幅が１００μｍ，２００μｍである場合について示している。
この場合には、図２４，図２５より、Ｙ字状合波部Ｒ2 から出射される光は、光ガイド領域２１により基板１ａの出射側端面の方向にガイドされることがわかるため、基板１ａの出射側端面から出射されるモニタ光（干渉光）の散乱を低減することができると考えられる。
【００６９】
なお、図２５に示すように、光ガイド領域２１の矩形幅を大きくすると、Ｙ字状合波部Ｒ2 から出射される光の散乱を大幅に低減できるとともに、基板１ａの出射側端面の広い領域に放射光をガイドすることが可能となる。
さらに、光ガイド領域２１を設けた場合の干渉光強度ＲDC，ＲACの一例を、図１６において符号Ｋ2 で示し、光ガイド領域２１を設けない場合の干渉光強度ＲDC，ＲACを、図１６において符号Ｋ1 で示す。
【００７０】
ここで、ＲDC，ＲACは、図１４に示す光検知器（ＰＤ）５からの光出力電気信号（電流信号）の平均値をＩAVE ，この光出力電気信号のピーク値とボトム値との差分をΔＩ0 （図１４，図１５参照），図１４に示す信号光源（ＬＤ ＭＯＤ）２２からの出力電流をＰinとすると、それぞれ次式▲１▼，▲２▼により定義される。
ＲDC＝ＩAVE ／Ｐin（Ａ／Ｗ） ・・・・・ ▲１▼
ＲAC＝ΔＩ0 ／Ｐin（Ａ／Ｗ） ・・・・・ ▲２▼
そして、ＲDCとＲACとの比が小さくなるように干渉光強度を調整する（即ち、ＲDCがより小さく，ＲACがより大きくなるようにマッハツェンダ型光変調器２０を設計する）ことにより、信号制御回路１０におけるＳ／Ｎ比を改善し、マッハツェンダ型光変調器２０の動作点制御の安定化を図ることができる。
【００７１】
図１６に示すように、光ガイド領域２１を設けた場合には、光ガイド領域２１を設けない場合と比べて、ＲACをより大きくすることができるため、信号制御回路１０におけるＳ／Ｎ比を改善し、マッハツェンダ型光変調器２０の動作点制御の安定化を図ることができる。
なお、図１４において、符号２３は、信号制御回路１０からのパイロット信号を受けてマッハツェンダ型光導波路デバイス（ＬＮ ＭＯＤ）１を制御する駆動回路（ＤＲＶ）である。
【００７２】
また、図１７〜図２２では、横軸に示すＸ〔μｍ〕及び縦軸に示すＹ〔μｍ〕は、それぞれ図６（ｂ）に示すＸ及びＹ（Ｙは前述した距離Ｙに相当する）に対応するものである。
図１７〜図２２では、前述した距離Ｙが、基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部位置から下方向への長さであることを示すために、縦軸に示すＹに負の数値を記している。
【００７３】
また、横軸に示すＸにおいては、基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部位置を０で示し、この出射導波路４ｂの端部位置からの右方向への長さを正の数値で、左方向への長さを負の数値でそれぞれ示している。
なお、図１７〜図２２において、信号光のパワー分布，放射光のパワー分布又は干渉光の位相分布が非対称となっているのは、出射された光の反射戻り光を低減させるために、マッハツェンダ型光導波路デバイス１として、上面からみたときに基板１ａの出射側端面が斜めにカットされたものを用いたためである（図１１参照）。
【００７４】
このように、本発明の一実施形態にかかるマッハツェンダ型光変調器２０によれば、光ガイド領域２１にて光導波路４から放射され又は漏洩する光をガイドするとともに、動作点制御を行なう際に使用するモニタ光として、光ガイド領域２１から出射される光と光導波路４から漏洩する信号光との干渉光を用いることにより、基板１０１ａの出射側端面におけるモニタ光の出射位置を調節しながら、基板１０１ａの出射側端面から出射されるモニタ光（干渉光）の強度を増加させることができる。
【００７５】
これにより、変調された信号光が入射される光ファイバ９ｂと干渉光を受光する光検知器５とを所望の距離だけ離隔して配設することができるため、図２８に示すようなモニタ用の光ファイバ（符号１０６参照）を設ける必要がなくなり、マッハツェンダ型光変調器２０の機構上の設計を容易にすることができる。
また、マッハツェンダ型光変調器２０の動作点制御を安定して行なえるようになるため、マッハツェンダ型光変調器２０の動作点シフトに伴う信号光の消光比の劣化を防止して、安定した光変調を行なうことができる。
【００７６】
さらに、光検知器５が、図６（ｂ）に示すように、基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部位置から所定長（距離Ｙ）下げた位置に設けられることにより、光導波路４の出射導波路４ｂから光ファイバ９ｂへ入射される信号光を遮らないようにすることができる。
また、光検知器５が、図１，図６（ａ）に示すように、基板１ａの出射側端面から数百μｍ（例えば約７００μｍ）離れた位置に設けられることにより、基板１ａの出射側端面から放射した干渉光の放射領域をさらに広げることができる。
【００７７】
さらに、光導波路４の出射導波路４ｂの長さＤを、例えば４．５ｍｍ以上に設定すれば、干渉光を基板１ａの出射側端面の全面に放射させることが可能となるため、光検知器５により容易に干渉光をモニタすることができる。
なお、本実施形態においては、光ガイド領域２１の形状を、図９（ａ）に示すような形状とした場合について説明したが、図９（ｂ），図９（ｃ）に示すような形状とすることもできる。
【００７８】
特に、光ガイド領域２１の形状を、図９（ｃ）に示すように、基板１ａの出射側端面にいくにつれて幅が細くなるような形状とすれば、光導波路４から放射され又は漏洩する光の集光性を高めることができる。
また、光ガイド領域２１を、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示すように、光導波路４のＹ字状合波部Ｒ2 及び出射導波路４ｂからなる合波部付き出射側導波路の近傍に設ければ、光導波路４から放射され又は漏洩する光の集光性を更に高めることができる。
【００７９】
なお、本実施形態においては、光ガイド領域２１を出射導波路４ｂの両側に設けた場合について説明したが、光ガイド領域２１は出射導波路４ｂの片側のみに設けてもよい。
さらに、本実施形態においては、光ガイド領域２１を、Ｔｉ等の金属を基板１ａ中に拡散させるチタン拡散処理により形成した場合について説明したが、この光ガイド領域２１は、イオン交換処理により形成することもできる。
【００８０】
即ち、光ガイド領域２１は、基板１ａ上に光ガイド領域２１のマスクパターンを形成して〔図８（ａ）参照〕、例えばピロ燐酸により熱処理してプロトン交換処理を行なうことにより形成することができる〔図８（ｂ）参照〕。
なお、光ガイド領域２１におけるプロトン交換の割合は、３５０℃の高温酸素中（Ｏ2 中）でのアニール処理により調整することができる〔図８（ｃ）参照〕。
【００８１】
また、光導波路４も、このプロトン交換処理により形成してもよい。
さらに、光導波路４の作製条件を変えることにより、光導波路４から信号光が漏洩しないようにすれば、光ガイド領域２１は、光導波路４から放射される放射光のみをガイドすることになる。
また、出射導波路４ｂを、図１１に示すように、屈曲部を有する曲線導波路により構成すれば、基板１ａの出射側端面から出射された光が、中間導波路４ｃ，４ｄ等に再度入射されるのを防ぐことができる。
【００８２】
（ｂ）本発明の一実施形態の変形例の説明
図２６は本発明の一実施形態の変形例にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
この図２６に示す光変調器は、ファイバ直接接続系のマッハツェンダ型光変調器であり、図１に示すものと同様に、例えば超高速光通信システムの送信部において、半導体レーザ等の信号光源から出射される光を変調するための外部光変調器として用いられるものである。
【００８３】
また、図２７は図２６に示すマッハツェンダ型光変調器２０ＡのＢ−Ｂ断面図である。
ここで、図２６に示すマッハツェンダ型光変調器２０Ａは、光ファイバ９ａ，９ｂがそれぞれパッケージ１３内のマッハツェンダ型光導波路デバイス１に直接接続されている点を除いては、図１に示すマッハツェンダ型光変調器２０と同様に構成されている。
【００８４】
即ち、図２６に示すように、パッケージ１３には２つの穴部Ｈが設けられており、光ファイバ９ａ，９ｂがそれぞれ穴部Ｈに挿通されている。
そして、光ファイバ９ａの先端は、マッハツェンダ型光導波路デバイス１の基板１ａの入射側端面における入射導波路４ａの端部と、また、光ファイバ９ｂの先端は、マッハツェンダ型光導波路デバイス１の基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部と、接着剤Ｃ等によりそれぞれ固着されている。
【００８５】
従って、この場合は、光検知器５は、図２６，図２７に示すように、光ファイバ９ｂが接続された基板１ａの出射側端面の後段であって、この光ファイバ９ｂの下部に設けられている。
このようなマッハツェンダ型光変調器２０Ａにおいても、上述した本発明の一実施形態にかかるマッハツェンダ型光変調器２０と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００８６】
特に、このマッハツェンダ型光変調器２０Ａは、ファイバ直接接続系のものであるため、干渉光の位相を任意に設定して光ファイバ９ｂと光検知器５とを所望の距離だけ離隔して配設することにより、マッハツェンダ型光変調器２０Ａの製造を容易にすることができる利点がある。
なお、このマッハツェンダ型光変調器２０Ａにおいても、光ガイド領域２１を出射導波路４ｂの片側のみに設ける構成としてもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の光変調器によれば、光ガイド部にて光導波路の合波部から放射される光をガイドするとともに、基板上において、光ガイド部から出射される光と光導波路から漏洩する信号光とが干渉し、干渉光が生成される部位をそなえたことにより、基板の出射側端面におけるモニタ光としての干渉光の出射位置を調節しながら、基板の出射側端面から出射されるモニタ光の強度を増加させることができる利点がある。
【００８８】
これにより、変調された信号光が入射される光ファイバと干渉光を受光する光検知器とを所望の距離だけ離隔して配設することができるため、光変調器の機構上の設計を容易にすることができるとともに、光変調器の動作点制御を安定して行なえるようになるため、光変調器の動作点シフトに伴う信号光の消光比の劣化を防止して、安定した光変調を行なうことができる。
【００８９】
なお、光ガイド部を、光導波路を構成する合波部及び光導波路を構成し合波部に接続された出射側光導波路からなる合波部付き出射側光導波路の近傍に設ければ、光導波路から放射され又は漏洩する光の集光性を更に高めることができる。
また、出射光導波路を、屈曲部を有する曲線光導波路により構成すれば、基板の出射側端面から出射された光が、光導波路の中間導波路等に再度入射されるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す光変調器のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示す光変調器の入射側から出射側をみたときの斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる光変調器の要部構成を示す模式図である。
【図５】図４に示す光変調器におけるマッハツェンダ型光導波路デバイスの出射側の側面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）はそれぞれ光検知器の配設位置について説明するための図である。
【図７】図６（ｂ）に示す光検知器を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれプロトン交換処理について説明するための図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ光ガイド領域の形状について説明するための図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ光ガイド領域の配設位置について説明するための図である。
【図１１】出射導波路の形状について説明するための図である。
【図１２】信号光及び放射光について説明するための図である。
【図１３】（ａ），（ｂ）はそれぞれ信号光及び放射光について説明するための図である。
【図１４】干渉光強度の特性について説明するための図である。
【図１５】干渉光強度の特性について説明するための図である。
【図１６】干渉光強度の特性について説明するための図である。
【図１７】光ガイド領域を設けない場合の信号光のパワー分布を示す図である。
【図１８】光ガイド領域を設けない場合の放射光のパワー分布を示す図である。
【図１９】光ガイド領域を設けない場合の干渉光の位相分布を示す図である。
【図２０】光ガイド領域を設けた場合の信号光のパワー分布を示す図である。
【図２１】光ガイド領域を設けた場合の放射光のパワー分布を示す図である。
【図２２】光ガイド領域を設けた場合の干渉光の位相分布を示す図である。
【図２３】光ガイド領域を設けない場合のＢＰＭシミュレーション結果を示す図である。
【図２４】光ガイド領域を設けた場合のＢＰＭシミュレーション結果を示す図である。
【図２５】光ガイド領域を設けた場合のＢＰＭシミュレーション結果を示す図である。
【図２６】本発明の一実施形態の変形例にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
【図２７】図２６に示す光変調器のＢ−Ｂ断面図である。
【図２８】マッハツェンダ型光変調器の構成の一例を示す模式図である。
【図２９】図２８に示すマッハツェンダ型光変調器の出射側から見た斜視図である。
【図３０】マッハツェンダ型光変調器の入出力特性を示す図である。
【図３１】マッハツェンダ型光変調器の構成の他の例を示す模式図である。
【図３２】図３１に示す光変調器におけるマッハツェンダ型光導波路デバイスの出射側の側面図である。
【符号の説明】
１ マッハツェンダ型光導波路デバイス（ＬＮ ＭＯＤ）
１ａ 基板
２ 進行波電極（電極）
３ 接地電極
４ マッハツェンダ型光導波路
４ａ 入射導波路
４ｂ 出射導波路（出射側光導波路）
４ｃ，４ｄ中間導波路
５ 光検知器（ＰＤ）
５ａ 電極
６ ベアチップ（光検出素子）
７ セラミック基板（板部材）
８ レンズホルダ
８ａ レンズ
９ａ，９ｂ 光ファイバ
１０ 信号制御回路
１１ 入力信号電源
１２ 抵抗
１３ パッケージ
２０，２０Ａ マッハツェンダ型光変調器
２１ 光ガイド領域（光ガイド部）
２２ 信号光源（ＬＤ ＭＯＤ）
２３ 駆動回路（ＤＲＶ）
１００，１００Ａ マッハツェンダ型光変調器
１０１ マッハツェンダ型光導波路デバイス
１０１ａ 基板
１０２ 進行波電極
１０３ 接地電極
１０４ マッハツェンダ型光導波路
１０４ａ 入射導波路
１０４ｂ 出射導波路
１０４ｃ，１０４ｄ中間導波路
１０５ａ，１０５ｂ，１０６ 光ファイバ
１０７ 光検知器
１０８ 信号制御回路
１０９ 入力信号電源
１１０ 抵抗
１１１ 半導体レーザ
１１２ 光検知器
１１３，１１６ 光ファイバ
１１４，１１５ レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば超高速光通信システムの送信部において、信号光源から出射される光を変調するための外部光変調器として用いて好適な、光変調器に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、光通信システムの送信部においては、例えば信号光源としての半導体レーザから出射される光を変調する光変調器として、半導体レーザに流れる電流をデータ信号により変調する直接変調方式の光変調器が用いられている。
ところが、近年では、光通信システムの高速化の要求から、光の変調も高速に行なう必要が生じており、この直接変調方式の光変調器を用いて高速に光の変調を行なうと、出射される信号光の波長変動（チャーピング）の影響が大きくなるため、光ファイバ内の波長分散により長距離伝送が困難となる。
【０００４】
このため、光の変調を高速に行なう際には、原理的にチャーピングを生じない外部変調器が用いる必要があり、このような外部変調器の一例としては、図２８に示すようなマッハツェンダ型光変調器がある。なお、図２８に示すマッハツェンダ型光変調器１００の出射側からみた斜視図を図２９に示す。
この図２８に示すように、マッハツェンダ型光変調器１００は、マッハツェンダ型光導波路デバイス１０１，光検知器１０７及び信号制御回路１０８をそなえて構成されている。
【０００５】
ここで、マッハツェンダ型光導波路デバイス１０１は、基板１０１ａ上にマッハツェンダ型光導波路１０４が形成され、この光導波路１０４上に進行波電極１０２及び接地電極１０３が形成されたものである。
また、マッハツェンダ型光導波路１０４は、入射導波路１０４ａ，出射導波路１０４ｂ及び中間導波路１０４ｃ，１０４ｄからなり、中間導波路１０４ｃ，１０４ｄは、それぞれ入射導波路１０４ａと出射導波路１０４ｂとの間にＹ字状分岐部Ｑ1 及びＹ字状合波部Ｑ2 を介して平行に接続されている。
【０００６】
さらに、進行波電極１０２及び接地電極１０３は、光導波路１０４を伝播する光を制御するための電極であり、図２８に示すように、光導波路１０４の中間導波路１０４ｃ，１０４ｄ上に形成される。
また、光導波路１０４の入射導波路１０４ａには、光ファイバ１０５ａを介して半導体レーザ１１１からの直流光が入射され、光導波路１０４の出射導波路１０４ｂからは、変調された信号光が光ファイバ１０５ｂを介して光検知器１１２に出射されるようになっている。
【０００７】
なお、光検知器１１２は、光ファイバ１０５ｂを介して出射された信号光を受光して、電気信号に変換するものである。
さらに、基板１０１ａの出射側端面には、前述した光ファイバ１０５ｂのほか、光ファイバ１０６が直付けされており、光導波路１０４のＹ字状合波部Ｑ2 にて発生する放射光（モニタ光）は、この光ファイバ１０６を介して光検知器１０７に入射されるようになっている。
【０００８】
ここで、光検知器１０７は、光ファイバ１０６を介して入射された放射光を受光して、受光した放射光を電気信号に変換して信号制御回路１０８へ出力することにより、放射光をモニタするものである。
また、光検知器１０７には信号制御回路１０８が接続されており、この信号制御回路１０８は、光検知器１０７でのモニタ結果（即ち光検知器１０７からの光出力電気信号の変化）に応じて、進行波電極１０２に印加される入力電気信号の直流バイアスを変化させるものである。
【０００９】
一般的に、マッハツェンダ型光変調器１００においては、温度ドリフト，ＤＣドリフト及び応力等による経時変化により、マッハツェンダ型光変調器１００の動作点シフトが発生する。
ここで、マッハツェンダ型光変調器１００における動作点シフトについて、図３０を用いて説明する。
【００１０】
図３０は、マッハツェンダ型光変調器１００の入出力特性を示す図であり、この図３０において、▲１▼は動作点シフトが発生する前の特性を示し、▲２▼は動作点シフトが発生した場合の特性を示している。
この図３０に示すように、マッハツェンダ型光変調器１００の入出力特性は、駆動電圧に対して周期性を有している。
【００１１】
従って、入力信号の各論理積に対応して出力光電力の上下の各尖頭値が得られる駆動電圧Ｖ0 ，Ｖ1 を用いることにより、効率的な２値変調を行なっている。ところが、動作点シフトが発生した場合にも、駆動電圧Ｖ0 ，Ｖ1 が一定であると、マッハツェンダ型光変調器１００から出力される信号光は、前記の周期性により、図３０に示すように消光比が劣化する。
【００１２】
従って、動作点シフトが発生した場合には、そのシフト量をｄＶとすると、駆動電圧Ｖ0 ，Ｖ1 を、それぞれ（Ｖ0 ＋ｄＶ）及び（Ｖ1 ＋ｄＶ）として動作点制御を行なう必要がある。
そこで、図２８に示すマッハツェンダ型光変調器１００においては、光検知器１０７により光導波路１０４のＹ字状合波部Ｑ2 にて発生する放射光をモニタし、光検知器１０７でのモニタ結果に応じて、信号制御回路１０８により進行波電極１０２に印加される入力電気信号の直流バイアスを変化させることにより、マッハツェンダ型光変調器１００の動作点制御を行なうように構成されている。
【００１３】
なお、１０９は入力信号電源であり、１１０は終端抵抗である。
このような構成により、図２８に示すマッハツェンダ型光変調器１００においては、半導体レーザ１１１からの直流光（入射光）は、光ファイバ１０５ａを介して光導波路１０４の入射導波路１０４ａに入射され、Ｙ字状分岐部Ｑ1 で２つに分波された後に、中間導波路１０４ｃ，１０４ｄ中を伝播する。
【００１４】
このとき、進行波電極１０２に高周波変調信号電圧が印加されると、中間導波路１０４ｃ，１０４ｄにおける電気光学効果により、分波された各入射光に位相差が生じ、このように位相差を生じた各入射光は、Ｙ字状合波部Ｑ2 で再び合波される。
このとき、中間導波路１０４ｃ，１０４ｄにおける各入射光の位相差が０及びπとなるように駆動電圧を設定することにより、出射される信号光としてＯＮ−ＯＦＦの光パルス信号が得られ、光導波路１０４の出射導波路１０４ｂからは変調された信号光が出射される。
【００１５】
なお、出射導波路１０４ｂから出射された信号光は、光ファイバ１０５ｂを介して光検知器１１２により受光されて電気信号に変換される。
一方で、光導波路１０４のＹ字状合波部Ｑ2 にて発生した放射光は、光ファイバ１０６を介して光検知器１０７により受光され、電気信号に変換された後に信号制御回路１０８へ出力される。
【００１６】
そして、信号制御回路１０８では、光検知器１０７からの光出力電気信号の変化に応じて、進行波電極１０２に印加される入力電気信号の直流バイアスを変化させることにより、マッハツェンダ型光変調器１００の動作点制御が行なわれる。
このように、図２８に示すマッハツェンダ型光変調器１００によれば、マッハツェンダ型光変調器１００の動作点の安定化を図ることができ、図３０に示すような信号光の劣化を防いで、安定した光変調を行なうことができる。
【００１７】
ところが、図２８に示すマッハツェンダ型光変調器１００においては、光導波路１０４のＹ字状合波部Ｑ2 にて発生した放射光をモニタする際に、モニタ用の光ファイバ１０６を用いているため、この光ファイバ１０６のアライメントを行なう必要があり、機構上の設計が困難となる。
即ち、変調された信号光が入射される光ファイバ１０５ｂと、光導波路１０４のＹ字状合波部Ｑ2 にて発生した放射光が入射される光ファイバ１０６とは、実際には約８０μｍ程度しか離隔していないため、マッハツェンダ型光変調器１００の製造が困難となるのである。
【００１８】
このため、図３１に示すように、モニタ用の光ファイバ１０６を設けない構成としたマッハツェンダ型光変調器１００Ａも提案されている。
なお、図３１に示すマッハツェンダ型光導波路デバイス１００Ａの出射側の側面図を図３２に示す。
即ち、この図３１に示すマッハツェンダ型光変調器１００Ａは、基板１０１ａの出射側端面の後段に直接光検知器１０７を設け、基板１０１ａの出射側端面から出射される放射光を、光検知器１０７により直接受光するように構成されている。
【００１９】
ここで、図３１において、図２８に示すマッハツェンダ型光変調器１００におけるものと同様の符号を付したものは、それぞれ同様の構成及び機能を有するものである。
また、図３１において、１１３は半導体レーザ（図３１では図示せず）からの直流光が入射される光ファイバであり、１１４は光ファイバ１１３からの入射光を集光するためのレンズであり、１１５は光導波路１０４の出射導波路１０４ｂから出射される信号光を集光するためのレンズであり、１１６はレンズ１１５からの信号光を出射するための光ファイバである。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２８，図３１にそれぞれ示すマッハツェンダ型光変調器１００，１００Ａにおいては、光導波路１０４のＹ字状合波部Ｑ2 にて発生した放射光は、Ｙ字状合波部Ｑ2 の近傍に均一に放射されるため、基板１０１ａの出射側端面から出射される放射光の強度が小さく、光変調器の動作点制御を安定して行なうことが困難であるという課題がある。
【００２１】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、基板の出射側端面におけるモニタ光の出射位置を調節するとともに、モニタ光の強度を増加させることにより、機構上の設計を容易にしながら、光変調器の動作点制御を安定して行なえるようにした、光変調器を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、基板上に形成されたマッハツェンダ型光導波路と、基板上に形成され、光導波路を伝播する光を制御するための電極と、光導波路の合波部から放射される光をガイドする光ガイド部と、基板上において、光ガイド部から出射される光と光導波路から漏洩する信号光とが干渉し、干渉光が生成される部位と、基板の端面から出射された干渉光をモニタする光検知器と、光検知器でのモニタ結果に応じて、光変調器動作点を制御する信号制御回路とをそなえて構成されたことを特徴としている。
また、本発明の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成されたマッハツェンダ型光導波路の２つの中間光導波路と出力光導波路を接続する合波部と、該合波部から放射される光をガイドする光ガイド部と、該光ガイド部の出射光と該マッハツェンダ型光導波路から漏洩する信号光とが干渉し、干渉光が生成される部位と、該基板の端面から出射された該干渉光をモニタする光検知器と、を備えたことを特徴としている。
この場合においては、好ましくは、該光検知器を、該干渉光の位相に対応した位置に設けることができる。
さらに、該基板の端面から出射された光の放射領域を更に広げる空間がそなえられ、該空間を通じた光を該光検知器への該干渉光として供給すべく構成することとしてもよい。
【００２３】
また、本発明の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、基板上に形成されたマッハツェンダ型光導波路と、基板上に形成され、光導波路を伝播する光を制御するための電極と、光導波路の合波部から放射される光をガイドする光ガイド部と、基板上において、光ガイド部から出射される光と光導波路から漏洩する信号光とが干渉し、干渉光が生成される部位とをそなえて構成されたことを特徴としている。
【００２４】
ここで、光ガイド部の屈折率は、基板の屈折率とは異なるように設定されている。
また、光導波路から放射される放射光と光導波路から漏洩する信号光とをガイドしてもよい。
【００２５】
さらに、光ガイド部は、光導波路を構成する出射側光導波路の近傍に設けてもよく、光導波路を構成する合波部及び光導波路を構成し合波部に接続された出射側光導波路からなる合波部付き出射側光導波路の近傍に設けてもよい。
また、光ガイド部は、チタン拡散により作製された光ガイド部として構成されてもよく、イオン交換により作製された光ガイド部として構成されてもよい。
【００２６】
さらに、出射側光導波路は、直線光導波路であってもよく、屈曲部を有する曲線光導波路であってもよい。
また、干渉光は、信号光と逆位相となるように設定することができる。
さらに、光検知器は、基板の端面と出射用光ファイバの前段に設けられたレンズとの間に設けてもよく、出射用光ファイバが結合された基板の端面の後段に設けてもよい。
【００２７】
ここで、光検知器は、板部材上に光検出素子を設けることにより構成することができ、このとき、板部材がセラミック基板であってもよく、光検出素子がベアチップであってもよい。
また、基板は、ニオブ酸リチウム基板であってもよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（ａ）本発明の一実施形態の説明
図１は本発明の一実施形態にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
この図１に示す光変調器は、レンズ結合系のマッハツェンダ型光変調器であり、例えば超高速光通信システムの送信部において、半導体レーザ等の信号光源から出射される光を変調するための外部光変調器として用いられるものである。
【００２９】
また、図２は図１に示すマッハツェンダ型光変調器２０のＡ−Ａ断面図であり、図３は図１に示すマッハツェンダ型光変調器２０の入射側から出射側をみたときの斜視図である。
さらに、図４は図１に示すマッハツェンダ型光変調器２０の要部構成を示す模式図であり、図５は図４に示すマッハツェンダ型光導波路デバイス１の出射側の側面図である。
【００３０】
また、図６（ａ），図６（ｂ）はそれぞれ光検知器５の配設位置について説明するための図であり、図７は図６（ｂ）に示す光検知器５を示す図である。
図１に示すように、マッハツェンダ型光変調器２０は、マッハツェンダ型光導波路デバイス１及び光検知器５を内蔵したパッケージ１３と、信号制御回路１０とをそなえて構成されている。
【００３１】
また、パッケージ１３の入射側及び出射側には、集光性を高めるためのレンズ８ａを有するレンズホルダ８を介して、光ファイバ９ａ，９ｂがそれぞれ接続されている。
なお、１１は入力信号電源であり、１２は終端抵抗である。
ここで、マッハツェンダ型光導波路デバイス１は、基板１ａ上にマッハツェンダ型光導波路４が形成され、この光導波路４上に進行波電極２及び接地電極３が形成されたものである。
【００３２】
また、光導波路４の近傍には、光ガイド領域２１が設けられている。
ここで、基板１ａは、電気光学効果を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）基板（Ｚ板）である。
また、マッハツェンダ型光導波路４は、入射導波路４ａ，出射導波路４ｂ及び中間導波路４ｃ，４ｄからなり、中間導波路４ｃ，４ｄは、それぞれ入射導波路４ａと出射導波路４ｂとの間にＹ字状分岐部Ｒ1 及びＹ字状合波部Ｒ2 を介して平行に接続されている。
【００３３】
光導波路４の入射導波路４ａには、パッケージ１３に接続された光ファイバ９ａを介して半導体レーザ（図示せず）からの直流光が入射され、光導波路４の出射導波路４ｂからは、変調された信号光がパッケージ１３に接続された光ファイバ９ｂに出射されるようになっている。なお、光ファイバ９ａは、定偏波ファイバであり、光ファイバ９ｂはシングルモードファイバである。
【００３４】
ここで、光導波路４は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）の基板１ａの表面に厚さ１０００Åのチタン（Ｔｉ）等の金属を蒸着して、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターン化し、１０００℃の高温酸素中（ＷｅｔＯ2 中）に８時間おき、Ｔｉ等の金属を同基板１ａ中に拡散させるチタン拡散処理により形成される。
【００３５】
即ち、光導波路４は、基板１ａ内の光導波路部分だけにＴｉ等の金属を選択的に拡散させることにより、その部分の屈折率が他の部分（基板１ａ）の屈折率よりも大きくなるように構成されている。
そして、光導波路４の上には、光導波路４上の金属電極層（進行波電極２及び接地電極３）による光の吸収を小さくするために、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）等の薄膜からなるバッファ層（図示せず）が形成されている。
【００３６】
また、この図示しないバッファ層の上には、マッハツェンダ型光導波路デバイス１の温度安定性を向上させるために、同じく図示はしないが、ケイ素（Ｓｉ）を堆積したコーティング（Ｓｉコート）が施されている。
ところで、進行波電極２及び接地電極３は、光導波路４を伝播する光を制御するための電極であり、光導波路４の中間導波路４ｃ，４ｄ上に、例えば金（Ａｕ）等の金属を蒸着することにより形成される。
【００３７】
進行波電極２及び接地電極３は、それぞれ入力信号電源１１と接続されており、この入力信号電源１１から入力信号（変調波信号）に応じた電圧が印加されることにより、後述するように中間導波路４ｃ，４ｄの屈折率を変化させて、光ファイバ９ａを介して入射された半導体レーザ（図示せず）からの直流光の変調を行なうものである。
【００３８】
そして、半導体レーザからの直流光は、進行波電極２及び接地電極３により変調されることにより、信号光（主信号光）又は放射光として光導波路４のＹ字状合波部Ｒ2 から出射されるようになっている。
ここで、信号光と放射光とは、図１２に示すように、それぞれ位相が反転した関係にある。また、信号光及び放射光は、それぞれ駆動電圧に対して周期性を有している。なお、図１２においては、信号光を符号Ｍで示し、放射光を符号Ｎで示す。
【００３９】
また、図１３（ａ），図１３（ｂ）にマッハツェンダ型光導波路デバイス１の光導波路４を簡略化して示す。
ここで、図１３（ａ）は電圧が印加されないときの光の伝播の様子を示し、図１３（ｂ）は電圧が印加されたときの光の伝播の様子を示している。
また、図１３（ａ），図１３（ｂ）においては、光導波路４の各導波路（入射導波路４ａ，出射導波路４ｂ，中間導波路４ｃ，４ｄ）に、伝播モードが波形状の図形で示されている。
【００４０】
図１３（ａ）においては、図示しない半導体レーザからの直流光は、所定の入力モードで入射導波路４ａに入射されると、Ｙ字状分岐部Ｒ1 により分波されて中間導波路４ｃ，４ｄに入射され、中間導波路４ｃ，４ｄを入力モードと同じモードでそれぞれ伝播した後に、Ｙ字状合波部Ｒ2 においてこれらの光が合波されて、同じモードで出射導波路４ｂから出射される。
【００４１】
また、図１３（ｂ）においては、図示しない半導体レーザからの直流光は、所定の入力モードで入射導波路４ａに入射されると、Ｙ字状分岐部Ｒ1 により分波されて中間導波路４ｃ，４ｄに入射されるが、この場合においては、電圧の印加により中間導波路４ｃ，４ｄの屈折率が変化しているため、光の伝播速度が変化する。
【００４２】
従って、中間導波路４ｃ，４ｄを伝播する光に位相差が生じ、Ｙ字状合波部Ｒ2 においてこれらの位相の異なる光が合波されると、出射導波路４ｂに入射すべきモードが入力モードとは変化したものになる。
このため、Ｙ字状合波部Ｒ2 に到達した光は、出射導波路４ｂに出射することができなくなり、基板１ａの内部に放射光として放射されることになる。
【００４３】
ところが、前述した条件にて光導波路４を作製すると、Ｙ字状合波部Ｒ2 からは、信号光がわずかに基板１ａの内部に漏洩する。
そして、Ｙ字状合波部Ｒ2 から放射される放射光と、Ｙ字状合波部Ｒ2 から漏洩する信号光の一部とは、光導波路４の近傍（具体的には、光導波路４の出射導波路４ｂの両側の近傍）に設けられた光ガイド領域２１に入射されるようになっている。
【００４４】
ここで、光ガイド領域２１は、Ｙ字状合波部Ｒ2 から放射される放射光とＹ字状合波部Ｒ2 漏洩する信号光とを、基板１ａの出射側端面以外の端面から出射されないようにガイドするものであり、光ガイド部として機能するものである。
即ち、光ガイド領域２１は、同領域２１に入射された光をガイドして、入射された光の散乱を防ぐことにより、基板１０１ａの出射側端面から出射されるモニタ光の強度を増加させるために設けられているのである。
【００４５】
ここで、光ガイド領域２１に入射される放射光の強度は、同領域２１に入射される信号光の強度よりも大きいため、光ガイド領域２１では、主として入射された放射光がガイドされることになる。
この光ガイド領域２１も、前述した光導波路４と同様に、導波路形成プロセス時に、基板１ａ内の光ガイド領域部分だけにＴｉ等の金属を選択的に拡散させるチタン拡散処理により、その部分の屈折率が他の部分（基板１ａ）の屈折率よりも大きくなるように構成されている。
【００４６】
ここで、光ガイド領域２１は、光導波路４の出射導波路４ｂから７〜１０μｍ程度離隔した位置に設けられている。
実際には、マッハツェンダ型光変調器２０においては、波長チャープをつけるために、出射導波路４ｂ上にも進行波電極２を形成して（図１においては図示せず）、出射導波路４ｂにて位相変調を行なっている。
【００４７】
このため、光ガイド領域２１上にも進行波電極２が形成されているが（図１においては図示せず）、位相変調の際には、進行波電極２により光ガイド領域２１にも電圧が印加されるため、その屈折率が変化してしまう。
そして、光ガイド領域２１の屈折率変化は、出射導波路４ｂから漏洩した信号光に影響を与え、変調波形を劣化させてしまう。
【００４８】
このため、光ガイド領域２１は、出射導波路４ｂから７〜１０μｍ程度離隔した位置に設けているのである。
なお、光ガイド領域２１の長さが短いときは、出射導波路４ｂと光ガイド領域２１とのギャップを小さくすることができる。
また、光ガイド領域２１に入射された上記の放射光及び信号光は、光ガイド領域２１内部で干渉した後に、光ガイド領域２１から基板１ａ内部に出射されることになる。
【００４９】
そして、光ガイド領域２１から出射された光（主として放射光）は、基板１ａの内部を伝播する際に、Ｙ字状合波部Ｒ2 から漏洩した信号光と更に干渉して、モニタ光（干渉光）として基板１ａの出射側端面から出射される。
即ち、出射導波路４ｂにおける部位Ｅの近傍の基板１ａが、光ガイド領域２１から出射される光と、Ｙ字状合波部Ｒ2 から漏洩する信号光とを干渉させて干渉光を生成し、この干渉光を基板１ａの出射側端面から出射させる干渉光生成手段として機能するのである。
【００５０】
なお、光ガイド領域２１では、前述のごとく主として放射光がガイドされるため、基板１ａから出射される干渉光の位相は信号光とは逆位相となる。また、干渉光の位相の設定については、後述にて説明する。
ところで、図１に示すように、基板１ａの出射側の端面の後段には光検知器５が設けられており、光検知器５の端子Ｔ1 には信号制御回路１０が接続されている。なお、光検知器５の端子Ｔ2 は接地されている。
【００５１】
具体的には、この光検知器５は、図１に示すように、パッケージ１３内において、出射用の光ファイバ９ｂの前段に設けられたレンズ８ａと、マッハツェンダ型光導波路デバイス１の基板１ａの出射側端面との間に介装されている。
この光検知器５は、図１〜図３に示すようにセラミック基板７上に光検出素子としてのベアチップ６が設けられることにより構成され、基板１ａの出射側端面から出射されたモニタ光（干渉光）を受光して、受光した干渉光を電気信号に変換して信号制御回路１０へ出力することにより、干渉光をモニタするものである。なお、光検知器５の大きさの一例を、図７に示す。また、この図７において、５ａは電極である。
【００５２】
ところで、信号制御回路１０は、光検知器５でのモニタ結果（即ち光検知器５からの光出力電気信号の変化）に応じて、進行波電極２に印加される入力電気信号の直流バイアスを変化させるものである。
前述したように、一般的に、マッハツェンダ型光変調器２０においては、温度ドリフト，ＤＣドリフト及び応力等による経時変化により、マッハツェンダ型光変調器２０の動作点シフトが発生する。
【００５３】
このように、動作点シフトが発生した状態で光変調を行なうと、図３０を用いて前述したように消光比の劣化が生じる。
そこで、光検知器５により基板１ａの出射側端面から出射された干渉光をモニタし、光検知器５でのモニタ結果に応じて、信号制御回路１０により進行波電極２に印加される入力電気信号の直流バイアスを変化させることにより、マッハツェンダ型光変調器２０の動作点制御を行なうように構成されている。
【００５４】
ここで、本実施形態にかかるマッハツェンダ型光変調器２０においては、干渉光が基板１ａの出射側端面における光導波路端部位置（光導波路４の出射導波路４ｂの端部位置）から所望の距離だけ離隔した位置に出射されるように、干渉光の位相が設定されている。
具体的には、光検知器５は、出射導波路４ｂから光ファイバ９ｂへ入射される信号光を遮らないようにするために、基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部位置から数百μｍ程度〔図６（ｂ）ではこの距離をＹで示しており、この距離Ｙは例えば約６００〜８００μｍ程度である〕下げた位置に設けられている。
【００５５】
また、光検知器５は、図１，図６（ａ）に示すように、基板１ａの出射側端面から放射した干渉光の放射領域を更に広げるために、基板１ａの出射側端面から数百μｍ程度離れた位置に設けられている。なお、図１，図６（ａ）においては、光検知器５を基板１ａの出射側端面から７００μｍ離れた位置に設けた場合について示している。
【００５６】
ここで、干渉光の位相及び強度は、光導波路４の作製条件を調整することにより設定されている。
即ち、干渉光の位相及び強度の設定は、光導波路４の作製条件として、光導波路４を作製する際の拡散条件を変えて、光導波路４のＹ字状合波部Ｒ2 から漏洩する信号光パワー（信号光強度）を調整することにより行なわれている。
【００５７】
また、干渉光の位相及び強度の設定は、光導波路４の作製条件として、光導波路４の出射導波路４ｂの長さＤ〔即ち光導波路４のＹ字状合波部Ｒ2 と基板１ａの出射側端面との長さＤ；図１，図６（ａ）参照〕を変えて、出射導波路４ｂを伝播する際に漏洩する信号光パワーを調整することによっても行なわれる。
なお、本実施形態においては、出射導波路４ｂの長さは、干渉光を基板１ａの出射側端面の全面に放射させるために、例えば４．５ｍｍ以上に設定されている。
【００５８】
上述の構成により、本発明の一実施形態にかかるマッハツェンダ型光変調器２０においては、図示しない半導体レーザからの直流光が光ファイバ９ａを介してパッケージ１３に入射されると、入射光はマッハツェンダ型光導波路デバイス１の光導波路４に入射される。
マッハツェンダ型光導波路デバイス１では、入射導波路４ａから入射された光は、Ｙ字状分岐部Ｒ1 で分岐されて中間導波路４ｃ，４ｄを伝播する間に進行波電極２及び接地電極３により変調され、変調された光は、光導波路４のＹ字状合波部Ｒ2 で合波される。
【００５９】
これにより、Ｙ字状合波部Ｒ2 では信号光及び放射光が発生し、信号光は出射導波路４ｂから出射され、放射光はＹ字状合波部Ｒ2 から基板１ａの内部に放射される。
一方、Ｙ字状合波部Ｒ2 からは、信号光がわずかに基板１ａの内部に漏洩する。
【００６０】
そして、放射光及び漏洩した信号光は、光ガイド領域２１に入射され、入射された光は、光ガイド領域２１により散乱を防ぎながらガイドされた後に、基板１ａ内部に出射される。
さらに、光ガイド領域２１から出射された光は、基板１ａの内部を伝播する際に、Ｙ字状合波部Ｒ2 から漏洩した信号光と干渉して、干渉光として基板１ａの出射側端面から出射される。
【００６１】
このとき、前述のごとく、光導波路４の作製条件の調整により干渉光の位相が設定されているため、干渉光は基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部位置から所望の距離だけ離隔した位置に出射される。
そして、出射された干渉光は、当該位置に配設された光検知器５により受光され、光検知器５では、受光した干渉光が電気信号に変換されて信号制御回路１０へ出力される。
【００６２】
この結果、信号制御回路１０では、光検知器５からの光出力電気信号の変化に応じて、進行波電極２に印加される入力電気信号の直流バイアスを変化させることにより、マッハツェンダ型光変調器２０の動作点制御が行なわれる。
なお、マッハツェンダ型光導波路デバイス１の出射導波路４ｂから出射された信号光は、レンズ８ａを介してパッケージ１３に接続された光ファイバ９ｂに出射される。
【００６３】
ここで、図１４〜図２５を用いて、本実施形態にかかるマッハツェンダ型光変調器２０の特性について説明する。
図１４〜図１６は、ともに干渉光強度の特性について説明するための図であり、図２３〜図２５は、ともにＢＰＭ（ビーム・プロファイル・メソッド）シミュレーション結果を示す図である。
【００６４】
また、図１７，図２０はともに信号光のパワー分布を示す図であり、図１８，図２１はともに放射光のパワー分布を示す図であり、図１９，図２２はともに干渉光の位相分布を示す図である。
（１）出射導波路４ｂの近傍に光ガイド領域２１を設けない場合
この場合の信号光のパワー分布及び放射光のパワー分布を、それぞれ図１７，図１８に示すと、図１７，図１８より、干渉光の位相分布は図１９に示すようになる。
【００６５】
この場合は、放射光の強度が小さいため、干渉光の位相は信号光と同位相となる。
また、図１９に示すように、干渉光は、基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部位置から約６００〜８００μｍ程度下方に出射する。
さらに、図２３に、この場合におけるＢＰＭシミュレーション結果を示す。この図２３は、光導波路４のＹ字状合波部Ｒ2 から放射され又は漏洩する光についての分布を示すものである。
【００６６】
この場合には、図２３より、Ｙ字状合波部Ｒ2 から出射される光は、殆ど基板１ａの出射側端面以外の端面から出射されることがわかるため、基板１ａの出射側端面から出射されるモニタ光（干渉光）はかなり散乱すると考えられる。
（２）出射導波路４ｂの近傍に光ガイド領域２１を設けた場合
この場合の信号光のパワー分布及び放射光のパワー分布を、それぞれ図２０，図２１に示すと、図２０，図２１より、干渉光の位相分布は図２２に示すようになる。
【００６７】
この場合は、放射光の強度が増加するため、干渉光の位相は信号光と逆位相となる。
また、図２２に示すように、干渉光は、基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部位置から約６００〜８００μｍ程度下方に出射する。
さらに、図２４，図２５に、この場合におけるＢＰＭシミュレーション結果を示す。
【００６８】
この図２４，図２５も、光導波路４のＹ字状合波部Ｒ2 から放射され又は漏洩する光についての分布を示すものであるが、図２４，図２５においては、それぞれ光ガイド領域２１の矩形幅が１００μｍ，２００μｍである場合について示している。
この場合には、図２４，図２５より、Ｙ字状合波部Ｒ2 から出射される光は、光ガイド領域２１により基板１ａの出射側端面の方向にガイドされることがわかるため、基板１ａの出射側端面から出射されるモニタ光（干渉光）の散乱を低減することができると考えられる。
【００６９】
なお、図２５に示すように、光ガイド領域２１の矩形幅を大きくすると、Ｙ字状合波部Ｒ2 から出射される光の散乱を大幅に低減できるとともに、基板１ａの出射側端面の広い領域に放射光をガイドすることが可能となる。
さらに、光ガイド領域２１を設けた場合の干渉光強度ＲDC，ＲACの一例を、図１６において符号Ｋ2 で示し、光ガイド領域２１を設けない場合の干渉光強度ＲDC，ＲACを、図１６において符号Ｋ1 で示す。
【００７０】
ここで、ＲDC，ＲACは、図１４に示す光検知器（ＰＤ）５からの光出力電気信号（電流信号）の平均値をＩAVE ，この光出力電気信号のピーク値とボトム値との差分をΔＩ0 （図１４，図１５参照），図１４に示す信号光源（ＬＤ ＭＯＤ）２２からの出力電流をＰinとすると、それぞれ次式▲１▼，▲２▼により定義される。
ＲDC＝ＩAVE ／Ｐin（Ａ／Ｗ） ・・・・・ ▲１▼
ＲAC＝ΔＩ0 ／Ｐin（Ａ／Ｗ） ・・・・・ ▲２▼
そして、ＲDCとＲACとの比が小さくなるように干渉光強度を調整する（即ち、ＲDCがより小さく，ＲACがより大きくなるようにマッハツェンダ型光変調器２０を設計する）ことにより、信号制御回路１０におけるＳ／Ｎ比を改善し、マッハツェンダ型光変調器２０の動作点制御の安定化を図ることができる。
【００７１】
図１６に示すように、光ガイド領域２１を設けた場合には、光ガイド領域２１を設けない場合と比べて、ＲACをより大きくすることができるため、信号制御回路１０におけるＳ／Ｎ比を改善し、マッハツェンダ型光変調器２０の動作点制御の安定化を図ることができる。
なお、図１４において、符号２３は、信号制御回路１０からのパイロット信号を受けてマッハツェンダ型光導波路デバイス（ＬＮ ＭＯＤ）１を制御する駆動回路（ＤＲＶ）である。
【００７２】
また、図１７〜図２２では、横軸に示すＸ〔μｍ〕及び縦軸に示すＹ〔μｍ〕は、それぞれ図６（ｂ）に示すＸ及びＹ（Ｙは前述した距離Ｙに相当する）に対応するものである。
図１７〜図２２では、前述した距離Ｙが、基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部位置から下方向への長さであることを示すために、縦軸に示すＹに負の数値を記している。
【００７３】
また、横軸に示すＸにおいては、基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部位置を０で示し、この出射導波路４ｂの端部位置からの右方向への長さを正の数値で、左方向への長さを負の数値でそれぞれ示している。
なお、図１７〜図２２において、信号光のパワー分布，放射光のパワー分布又は干渉光の位相分布が非対称となっているのは、出射された光の反射戻り光を低減させるために、マッハツェンダ型光導波路デバイス１として、上面からみたときに基板１ａの出射側端面が斜めにカットされたものを用いたためである（図１１参照）。
【００７４】
このように、本発明の一実施形態にかかるマッハツェンダ型光変調器２０によれば、光ガイド領域２１にて光導波路４から放射され又は漏洩する光をガイドするとともに、動作点制御を行なう際に使用するモニタ光として、光ガイド領域２１から出射される光と光導波路４から漏洩する信号光との干渉光を用いることにより、基板１０１ａの出射側端面におけるモニタ光の出射位置を調節しながら、基板１０１ａの出射側端面から出射されるモニタ光（干渉光）の強度を増加させることができる。
【００７５】
これにより、変調された信号光が入射される光ファイバ９ｂと干渉光を受光する光検知器５とを所望の距離だけ離隔して配設することができるため、図２８に示すようなモニタ用の光ファイバ（符号１０６参照）を設ける必要がなくなり、マッハツェンダ型光変調器２０の機構上の設計を容易にすることができる。
また、マッハツェンダ型光変調器２０の動作点制御を安定して行なえるようになるため、マッハツェンダ型光変調器２０の動作点シフトに伴う信号光の消光比の劣化を防止して、安定した光変調を行なうことができる。
【００７６】
さらに、光検知器５が、図６（ｂ）に示すように、基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部位置から所定長（距離Ｙ）下げた位置に設けられることにより、光導波路４の出射導波路４ｂから光ファイバ９ｂへ入射される信号光を遮らないようにすることができる。
また、光検知器５が、図１，図６（ａ）に示すように、基板１ａの出射側端面から数百μｍ（例えば約７００μｍ）離れた位置に設けられることにより、基板１ａの出射側端面から放射した干渉光の放射領域をさらに広げることができる。
【００７７】
さらに、光導波路４の出射導波路４ｂの長さＤを、例えば４．５ｍｍ以上に設定すれば、干渉光を基板１ａの出射側端面の全面に放射させることが可能となるため、光検知器５により容易に干渉光をモニタすることができる。
なお、本実施形態においては、光ガイド領域２１の形状を、図９（ａ）に示すような形状とした場合について説明したが、図９（ｂ），図９（ｃ）に示すような形状とすることもできる。
【００７８】
特に、光ガイド領域２１の形状を、図９（ｃ）に示すように、基板１ａの出射側端面にいくにつれて幅が細くなるような形状とすれば、光導波路４から放射され又は漏洩する光の集光性を高めることができる。
また、光ガイド領域２１を、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示すように、光導波路４のＹ字状合波部Ｒ2 及び出射導波路４ｂからなる合波部付き出射側導波路の近傍に設ければ、光導波路４から放射され又は漏洩する光の集光性を更に高めることができる。
【００７９】
なお、本実施形態においては、光ガイド領域２１を出射導波路４ｂの両側に設けた場合について説明したが、光ガイド領域２１は出射導波路４ｂの片側のみに設けてもよい。
さらに、本実施形態においては、光ガイド領域２１を、Ｔｉ等の金属を基板１ａ中に拡散させるチタン拡散処理により形成した場合について説明したが、この光ガイド領域２１は、イオン交換処理により形成することもできる。
【００８０】
即ち、光ガイド領域２１は、基板１ａ上に光ガイド領域２１のマスクパターンを形成して〔図８（ａ）参照〕、例えばピロ燐酸により熱処理してプロトン交換処理を行なうことにより形成することができる〔図８（ｂ）参照〕。
なお、光ガイド領域２１におけるプロトン交換の割合は、３５０℃の高温酸素中（Ｏ2 中）でのアニール処理により調整することができる〔図８（ｃ）参照〕。
【００８１】
また、光導波路４も、このプロトン交換処理により形成してもよい。
さらに、光導波路４の作製条件を変えることにより、光導波路４から信号光が漏洩しないようにすれば、光ガイド領域２１は、光導波路４から放射される放射光のみをガイドすることになる。
また、出射導波路４ｂを、図１１に示すように、屈曲部を有する曲線導波路により構成すれば、基板１ａの出射側端面から出射された光が、中間導波路４ｃ，４ｄ等に再度入射されるのを防ぐことができる。
【００８２】
（ｂ）本発明の一実施形態の変形例の説明
図２６は本発明の一実施形態の変形例にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
この図２６に示す光変調器は、ファイバ直接接続系のマッハツェンダ型光変調器であり、図１に示すものと同様に、例えば超高速光通信システムの送信部において、半導体レーザ等の信号光源から出射される光を変調するための外部光変調器として用いられるものである。
【００８３】
また、図２７は図２６に示すマッハツェンダ型光変調器２０ＡのＢ−Ｂ断面図である。
ここで、図２６に示すマッハツェンダ型光変調器２０Ａは、光ファイバ９ａ，９ｂがそれぞれパッケージ１３内のマッハツェンダ型光導波路デバイス１に直接接続されている点を除いては、図１に示すマッハツェンダ型光変調器２０と同様に構成されている。
【００８４】
即ち、図２６に示すように、パッケージ１３には２つの穴部Ｈが設けられており、光ファイバ９ａ，９ｂがそれぞれ穴部Ｈに挿通されている。
そして、光ファイバ９ａの先端は、マッハツェンダ型光導波路デバイス１の基板１ａの入射側端面における入射導波路４ａの端部と、また、光ファイバ９ｂの先端は、マッハツェンダ型光導波路デバイス１の基板１ａの出射側端面における出射導波路４ｂの端部と、接着剤Ｃ等によりそれぞれ固着されている。
【００８５】
従って、この場合は、光検知器５は、図２６，図２７に示すように、光ファイバ９ｂが接続された基板１ａの出射側端面の後段であって、この光ファイバ９ｂの下部に設けられている。
このようなマッハツェンダ型光変調器２０Ａにおいても、上述した本発明の一実施形態にかかるマッハツェンダ型光変調器２０と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００８６】
特に、このマッハツェンダ型光変調器２０Ａは、ファイバ直接接続系のものであるため、干渉光の位相を任意に設定して光ファイバ９ｂと光検知器５とを所望の距離だけ離隔して配設することにより、マッハツェンダ型光変調器２０Ａの製造を容易にすることができる利点がある。
なお、このマッハツェンダ型光変調器２０Ａにおいても、光ガイド領域２１を出射導波路４ｂの片側のみに設ける構成としてもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の光変調器によれば、光ガイド部にて光導波路の合波部から放射される光をガイドするとともに、基板上において、光ガイド部から出射される光と光導波路から漏洩する信号光とが干渉し、干渉光が生成される部位をそなえたことにより、基板の出射側端面におけるモニタ光としての干渉光の出射位置を調節しながら、基板の出射側端面から出射されるモニタ光の強度を増加させることができる利点がある。
【００８８】
これにより、変調された信号光が入射される光ファイバと干渉光を受光する光検知器とを所望の距離だけ離隔して配設することができるため、光変調器の機構上の設計を容易にすることができるとともに、光変調器の動作点制御を安定して行なえるようになるため、光変調器の動作点シフトに伴う信号光の消光比の劣化を防止して、安定した光変調を行なうことができる。
【００８９】
なお、光ガイド部を、光導波路を構成する合波部及び光導波路を構成し合波部に接続された出射側光導波路からなる合波部付き出射側光導波路の近傍に設ければ、光導波路から放射され又は漏洩する光の集光性を更に高めることができる。
また、出射光導波路を、屈曲部を有する曲線光導波路により構成すれば、基板の出射側端面から出射された光が、光導波路の中間導波路等に再度入射されるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す光変調器のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示す光変調器の入射側から出射側をみたときの斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる光変調器の要部構成を示す模式図である。
【図５】図４に示す光変調器におけるマッハツェンダ型光導波路デバイスの出射側の側面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）はそれぞれ光検知器の配設位置について説明するための図である。
【図７】図６（ｂ）に示す光検知器を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれプロトン交換処理について説明するための図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ光ガイド領域の形状について説明するための図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ光ガイド領域の配設位置について説明するための図である。
【図１１】出射導波路の形状について説明するための図である。
【図１２】信号光及び放射光について説明するための図である。
【図１３】（ａ），（ｂ）はそれぞれ信号光及び放射光について説明するための図である。
【図１４】干渉光強度の特性について説明するための図である。
【図１５】干渉光強度の特性について説明するための図である。
【図１６】干渉光強度の特性について説明するための図である。
【図１７】光ガイド領域を設けない場合の信号光のパワー分布を示す図である。
【図１８】光ガイド領域を設けない場合の放射光のパワー分布を示す図である。
【図１９】光ガイド領域を設けない場合の干渉光の位相分布を示す図である。
【図２０】光ガイド領域を設けた場合の信号光のパワー分布を示す図である。
【図２１】光ガイド領域を設けた場合の放射光のパワー分布を示す図である。
【図２２】光ガイド領域を設けた場合の干渉光の位相分布を示す図である。
【図２３】光ガイド領域を設けない場合のＢＰＭシミュレーション結果を示す図である。
【図２４】光ガイド領域を設けた場合のＢＰＭシミュレーション結果を示す図である。
【図２５】光ガイド領域を設けた場合のＢＰＭシミュレーション結果を示す図である。
【図２６】本発明の一実施形態の変形例にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
【図２７】図２６に示す光変調器のＢ−Ｂ断面図である。
【図２８】マッハツェンダ型光変調器の構成の一例を示す模式図である。
【図２９】図２８に示すマッハツェンダ型光変調器の出射側から見た斜視図である。
【図３０】マッハツェンダ型光変調器の入出力特性を示す図である。
【図３１】マッハツェンダ型光変調器の構成の他の例を示す模式図である。
【図３２】図３１に示す光変調器におけるマッハツェンダ型光導波路デバイスの出射側の側面図である。
【符号の説明】
１ マッハツェンダ型光導波路デバイス（ＬＮ ＭＯＤ）
１ａ 基板
２ 進行波電極（電極）
３ 接地電極
４ マッハツェンダ型光導波路
４ａ 入射導波路
４ｂ 出射導波路（出射側光導波路）
４ｃ，４ｄ中間導波路
５ 光検知器（ＰＤ）
５ａ 電極
６ ベアチップ（光検出素子）
７ セラミック基板（板部材）
８ レンズホルダ
８ａ レンズ
９ａ，９ｂ 光ファイバ
１０ 信号制御回路
１１ 入力信号電源
１２ 抵抗
１３ パッケージ
２０，２０Ａ マッハツェンダ型光変調器
２１ 光ガイド領域（光ガイド部）
２２ 信号光源（ＬＤ ＭＯＤ）
２３ 駆動回路（ＤＲＶ）
１００，１００Ａ マッハツェンダ型光変調器
１０１ マッハツェンダ型光導波路デバイス
１０１ａ 基板
１０２ 進行波電極
１０３ 接地電極
１０４ マッハツェンダ型光導波路
１０４ａ 入射導波路
１０４ｂ 出射導波路
１０４ｃ，１０４ｄ中間導波路
１０５ａ，１０５ｂ，１０６ 光ファイバ
１０７ 光検知器
１０８ 信号制御回路
１０９ 入力信号電源
１１０ 抵抗
１１１ 半導体レーザ
１１２ 光検知器
１１３，１１６ 光ファイバ
１１４，１１５ レンズ
Claims (20)
- 電気光学効果を有する基板と、
該基板上に形成されたマッハツェンダ型光導波路と、
該基板上に形成され、該光導波路を伝播する光を制御するための電極と、
該光導波路の合波部から放射される光をガイドする光ガイド部と、
該基板上において、該光ガイド部から出射される光と該光導波路から漏洩する信号光とが干渉し、干渉光が生成される部位と、
該基板の端面から出射された該干渉光をモニタする光検知器と、
該光検知器でのモニタ結果に応じて、光変調器動作点を制御する信号制御回路と、
をそなえた光変調器。 - 電気光学効果を有する基板と、
該基板上に形成されたマッハツェンダ型光導波路の２つの中間光導波路と出力光導波路を接続する合波部と、
該合波部から放射される光をガイドする光ガイド部と、
該光ガイド部の出射光と該マッハツェンダ型光導波路から漏洩する信号光とが干渉し、干渉光が生成される部位と、
該基板の端面から出射された該干渉光をモニタする光検知器と、
を備えた光変調器。 - 該光検知器が、該干渉光の位相に対応した位置に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光変調器。
- 該基板の端面から出射された光の放射領域を更に広げる空間がそなえられ、該空間を通じた光を該光検知器への該干渉光として供給すべく構成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の光変調器。
- 電気光学効果を有する基板と、
該基板上に形成されたマッハツェンダ型光導波路と、
該基板上に形成され、該光導波路を伝播する光を制御するための電極と、
該光導波路の合波部から放射される光をガイドする光ガイド部と、
該基板上において、該光ガイド部から出射される光と該光導波路から漏洩する信号光とが干渉し、干渉光が生成される部位とをそなえた光変調器。 - 該光ガイド部の屈折率が、該基板の屈折率とは異なるように設定されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の光変調器。
- 該光ガイド部が、該光導波路から放射される放射光と該光導波路から漏洩する信号光とをガイドすることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の光変調器。
- 該光ガイド部が、該光導波路を構成する出射側光導波路の近傍に設けられたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の光変調器。
- 該光ガイド部が、該光導波路を構成する合波部及び該光導波路を構成し該合波部に接続された出射側光導波路からなる合波部付き出射側光導波路の近傍に設けられたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の光変調器。
- 該光ガイド部が、チタン拡散により作製された光ガイド部として構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の光変調器。
- 該光ガイド部が、イオン交換により作製された光ガイド部として構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の光変調器。
- 該出射側光導波路が、直線光導波路であることを特徴とする、請求項８又は請求項９に記載の光変調器。
- 該出射光導波路が、屈曲部を有する曲線光導波路であることを特徴とする、請求項８又は請求項９に記載の光変調器。
- 該干渉光が、信号光と逆位相となるように設定されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の光変調器。
- 該光検知器が、該基板の端面と出射用光ファイバの前段に設けられたレンズとの間に設けられたことを特徴とする、請求項１又は２記載の光変調器。
- 該光検知器が、出射用光ファイバが結合された該基板の端面の後段に設けられたことを特徴とする、請求項１又は２記載の光変調器。
- 該光検知器が、板部材上に光検出素子が設けられることにより構成されたことを特徴とする、請求項１又は２記載の光変調器。
- 該板部材が、セラミック基板であることを特徴とする、請求項１７記載の光変調器。
- 該光検出素子が、ベアチップであることを特徴とする、請求項１７記載の光変調器。
- 該基板が、ニオブ酸リチウム基板であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の光変調器。
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