JP5055947B2 - 光変調器および送信装置 - Google Patents

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Description

この発明は、分岐干渉型の光導波路構造を有するマッハツェンダ型の光変調器およびこの光変調器を備えた送信装置に関する。
従来、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ2）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て熱拡散させるか、パターニング後に安息香酸中でプロトン変換するなどして光導波路を形成した後、その光導波路の近傍に信号電極を設けることで形成される。このような電気光学結晶を用いた光導波路デバイスの１つとして、分岐干渉型の光導波路構造を有するマッハツェンダ型の光変調器が知られている。
また、通信で用いられる変調方式として、信号レベルが０または１のいずれかである２値変調方式が一般的であったが、近年では伝送容量を増大させるために３値や４値といった多値変調方式が開発されつつある。多値信号には、光の出力強度を多値にするもの、光の位相を多値にするものや、これらの組み合わせを多値にするものがある（たとえば、下記特許文献１参照。）。
マッハツェンダ型の光変調器を用いて光の出力強度を多値にする方法としては、電気カプラによって合波した多値の電気信号によって平行光電波路の一方に電界を印加することで多値の信号光を生成する方法と、２本の平行光導波路のそれぞれに独立した電気信号によって電界を印加することで多値の信号光を生成する方法と、がある。２本の平行光導波路のそれぞれに独立した電気信号によって電界を印加する方法は、電気カプラが不要であるため、電気信号の損失や帯域の劣化が発生せず、コストやサイズの面でも有利である。
図２１は、従来の光変調器の構成を示す平面図である。従来の光変調器２１００は、入射光導波路２１０１と、一対の光導波路２１０２ａおよび光導波路２１０２ｂと、一対の信号電極２１０３Ａおよび信号電極２１０３Ｂと、出射光導波路２１０４と、を備えている。入射光導波路２１０１から入射した光は分岐してそれぞれ光導波路２１０２ａおよび光導波路２１０２ｂを通過する。光導波路２１０２ａおよび光導波路２１０２ｂを通過したそれぞれの光は出射光導波路２１０４において干渉し、信号光として出力される。
信号電極２１０３Ａおよび信号電極２１０３Ｂは、それぞれ光導波路２１０２ａおよび光導波路２１０２ｂに沿った形状で配置されている。たとえば、結晶基板にＺカット基板を用いた場合、光導波路２１０２ａおよび光導波路２１０２ｂのそれぞれの真上に信号電極２１０３Ａおよび信号電極２１０３Ｂが配置される。信号電極２１０３Ａおよび信号電極２１０３Ｂに電気信号を入力して電圧をかけると、Ｚ方向の電界によって光導波路２１０２ａおよび光導波路２１０２ｂの屈折率が変化する。
光変調器２１００は、信号電極２１０３Ａおよび信号電極２１０３Ｂの電気信号を制御することで、それぞれの光導波路２１０２ａおよび光導波路２１０２ｂを通過する光に位相差を作り出す。たとえば、信号電極２１０３Ａおよび信号電極２１０３Ｂにそれぞれ＋Ｖπ／２，−Ｖπ／２の電圧を与えると、光導波路２１０２ａおよび光導波路２１０２ｂを通過する光の位相差が１８０°となり、出射光導波路２１０４から出力される信号光の出力強度が０となる。
図２２−１は、従来の光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その１）である。図２２−１においては、信号電極１０３Ａおよび信号電極１０３Ｂの電気信号がともにＯＮである場合の各光導波路の光電界を示している。この場合、光導波路２１０２ａを通過する光ａと光導波路２１０２ｂを通過する光ｂの位相差が１８０°となり、出射光導波路２１０４から出力される信号光の出力は０となる。
図２２−２は、従来の光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その２）である。図２２−２においては、信号電極１０３Ａの電気信号がＯＮであり信号電極１０３Ｂの電気信号がＯＦＦである場合の各光導波路の光電界を示している。この場合、出射光導波路２１０４から出力される信号光ｃの出力は１／３、位相は−７１°となる。
図２２−３は、従来の光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その３）である。図２２−３においては、信号電極１０３Ａの電気信号がＯＦＦであり信号電極１０３Ｂの電気信号がＯＮである場合の各光導波路の光電界を示している。この場合、出射光導波路２１０４から出力される信号光ｃの出力は２／３、位相は＋４８°となる。
図２２−４は、従来の光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その４）である。図２２−４においては、信号電極１０３Ａおよび信号電極１０３Ｂの電気信号がともにＯＦＦである場合の各光導波路の光電界を示している。この場合、光導波路２１０２ａを通過する光ａと光導波路２１０２ｂを通過する光ｂの位相差が０となり、出射光導波路２１０４から出力される信号光ｃの出力は１、位相は０となる。このように、光導波路２１０２ａへの入力信号および光導波路２１０２ｂへの入力信号の組み合わせによって、出射光導波路２１０４から出力される信号光ｃの出力強度を４値にすることができる。
特開２００５−２２１８７４号公報
しかしながら、上述した従来の光変調器では、出射光導波路から出力される信号光ｃの位相が強度変調に応じて変化するため、信号光ｃにおいて波長チャープが発生し、信号光ｃの波長が変化する。このため、波長分散によって伝送時に波形が劣化し、受信側で復調が困難となる問題がある。
また、上述した従来の光変調器による強度変調に位相変調を組み合わせてさらに大容量の多値変調を行う場合、出射光導波路から出力される信号光ｃの位相が強度変調に応じて変化するため、この変化分が位相変調を行った信号のノイズとなってしまう。このため、受信側で復調が困難となる問題がある。
この発明は、上述した問題点を解消するものであり、波長チャープを低減し、受信側で復調が容易な多値の信号光を生成することができる光変調器およびこの光変調器を適用した送信装置を提供することを目的とする。
この発明にかかる光変調器は、光を入力し、当該光を分岐させる入射光導波路と、電気光学効果を有する基板上に形成され、前記入射光導波路によって分岐した光をそれぞれ通過させる一対の光導波路と、前記一対の光導波路のそれぞれに対応し、対応する光導波路に沿った形状で配置される一対の信号電極と、前記一対の光導波路を通過したそれぞれの光を干渉させ、干渉させた光を信号光として出力する出射光導波路と、を備えるマッハツェンダ型の光変調器において、前記基板には、当該基板上の所定の境界線を境として、分極が反転した分極反転領域と分極が反転していない分極非反転領域とが形成されており、前記所定の境界線を境として、前記一対の信号電極の前記一対の光導波路への対応がそれぞれ入れ替わっていることを特徴とする。
上記構成によれば、一対の信号電極の一対の光導波路への対応がそれぞれ入れ替わっているため、出射光導波路から出力される信号光の位相を変化させずに出力強度を変化させることができる。
以上説明したように、この発明によれば、波長チャープを低減した信号光を生成することができるという効果を奏する。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光変調器の好適な実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる光変調器の構成を示す平面図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる光変調器１００は、入射光導波路１０１と、一対の光導波路１０２（光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂ）と、一対の信号電極１０３（信号電極１０３Ａおよび信号電極１０３Ｂ）と、出射光導波路１０４と、を備えるマッハツェンダ型の光変調器である。入射光導波路１０１は、光を入力し、入力した光を分岐点１０１ａにおいて分岐させる。
光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂは、電気光学効果を有する基板１０５上に形成され、入射光導波路１０１によって分岐した光をそれぞれ通過させる。電気光学効果を有する基板とは、たとえばＬｉＮｂ０3やＬｉＴａ０2などの結晶基板である。基板１０５は、信号電極１０３Ａまたは信号電極１０３Ｂによる電界の作用により屈折率が変化する。また、光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとは、入射光導波路１０１の分岐点１０１ａと出射光導波路１０４の干渉点１０４ａとを結ぶ直線を中心として対称に配置されている。
基板１０５には、基板１０５上の仮想の境界線１０６を境として、分極が反転した分極反転領域と、分極が反転していない分極非反転領域とが形成されている。ここでは、境界線１０６によって区切られる基板１０５上の領域１０５ａ〜１０５ｃのうち、領域１０５ｂが分極反転領域（以下、分極反転領域を点線で囲む）となっており、領域１０５ａおよび領域１０５ｃが分極非反転領域となっている。分極反転領域と分極非反転領域とでは、電界による屈折率の変化方向が逆になる。
信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとは、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂのそれぞれに対応し、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂのうち対応する光導波路１０２に沿った形状で配置される。また、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとの周辺には接地電極１０３Ｃが設けられている。ここで、上述した基板１０５上の境界線１０６を境として、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとの光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂへの対応がそれぞれ入れ替わっている。
ここでは、光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとは、２つの境界線１０６を境として互いに２回交差している。そして、領域１０５ａおよび領域１０５ｃにおいては、信号電極１０３Ａは光導波路１０２ａに沿った形状で配置され、信号電極１０３Ｂは光導波路１０２ｂに沿った形状で配置されている。
一方、領域１０５ｂにおいては、信号電極１０３Ａは光導波路１０２ｂに沿った形状で配置され、信号電極１０３Ｂは光導波路１０２ａに沿った形状で配置されている。このように、光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとが、境界線１０６を境として互いに交差することで、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとの光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂへの対応がそれぞれ入れ替わっている。
また、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとは、２値の電気信号（マイクロ波）を流すことによって光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂのそれぞれに電界を印加し、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂのそれぞれの屈折率を変化させる。信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとに流す電気信号を制御することによって、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂを通過するそれぞれの光の位相をそれぞれ変化させることができる。なお、ここでは、信号電極１０３Ａにはプラスの電気信号が流れ、信号電極１０３Ｂにはマイナスの電気信号が流れるとする。
出射光導波路１０４は、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂを通過したそれぞれの光を干渉させ、干渉させた光を信号光として出力する。この信号光は、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂを通過したそれぞれの光の位相差によって強度の異なる強度変調信号となる。
なお、入射光導波路１０１、一対の光導波路１０２および出射光導波路１０４のうち、電気光学効果を有するのは一対の光導波路１０２だけでもよいが、ここでは、入射光導波路１０１、一対の光導波路１０２および出射光導波路１０４を電気光学効果を有する同一の結晶基板１０５に形成し、その表面に信号電極１０３Ａおよび信号電極１０３Ｂを配置している。
また、光導波路１０２および出射光導波路１０４を通過する光が信号電極１０３Ａ、信号電極１０３Ｂまたは接地電極１０３Ｃに吸収されることを回避するために、基板１０５と、信号電極１０３Ａ、信号電極１０３Ｂおよび接地電極１０３Ｃと、の間にバッファ層を設けるとよい。バッファ層は、たとえば、厚さ０．２〜１μｍのＳｉＯ2を用いる。また、信号電極１０３Ａおよび信号電極１０３Ｂの断面形状を変化させることで電気信号の実行屈折率を制御し、光と電気信号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。
また、分極反転領域は、たとえば、基板１０５に対してレジスト等でパターニングした後にパルス高電界を印加するなどして形成される。また、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂを交差させる場合、他方の光導波路に光がなるべく漏れないようにする必要がある。このため、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂはほぼ直角に交差しているとよい。
図２−１は、実施の形態１にかかる光変調器の一対の光導波路における、信号電極１０３ＡによるＤＣ成分の屈折率変化を示す図である。図２−２は、実施の形態１にかかる光変調器の一対の光導波路における、信号電極１０３Ａによる高周波成分の屈折率変化を示す図である。図２−３は、実施の形態１にかかる光変調器の一対の光導波路における、信号電極１０３ＢによるＤＣ成分の屈折率変化を示す図である。図２−４は、実施の形態１にかかる光変調器の一対の光導波路における、信号電極１０３Ｂによる高周波成分の屈折率変化を示す図である。
図２−１〜図２−４において、横軸は光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂにおける光の通過方向を、縦軸は光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂにおける屈折率変化を示している。また、領域２０１ａ〜領域２０１ｃは、図１に示した領域１０５ａ〜領域１０５ｃとそれぞれ対応している。図２−２および図２−４において、高周波成分は光導波路を伝搬する毎に減衰するため、屈折率の変化の絶対値が通過方向に対して減少している。
図２−１および図２−２に示すように、信号電極１０３Ａに流れるプラスの電流によって、領域２０１ａおよび領域２０１ｃにおいては光導波路１０２ａの屈折率がマイナスに変化し、領域２０１ｂにおいては光導波路１０２ｂの屈折率がプラスに変化する。一方、図２−３および図２−４に示すように、信号電極１０３Ｂに流れるマイナスの電流によって、領域２０１ａおよび領域２０１ｃにおいては光導波路１０２ｂの屈折率がマイナスに変化し、領域２０１ｂにおいては光導波路１０２ａの屈折率がプラスに変化する。
このように、分極非反転領域となっている領域２０１ａおよび領域２０１ｃと、分極反転領域となっている領域２０１ｂと、では光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂにおける屈折率の変化が正負逆となる。そして、領域２０１ａおよび領域２０１ｃと、領域２０１ｂと、のそれぞれにおける屈折率の変化の絶対値がほぼ等しくなるように、領域２０１ａおよび領域２０１ｃと、領域２０１ｂと、のそれぞれにおける、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂの、信号電極１０３Ａまたは信号電極１０３Ｂとの相互作用部分の長さの比を調節する。
図３−１は、実施の形態１にかかる光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その１）である。図３−１においては、信号電極１０３Ａおよび信号電極１０３Ｂの電気信号がともにＯＮである場合の光導波路の光電界を示している。この場合、光導波路１０２ａを通過する光ａと光導波路１０２ｂを通過する光ｂとは、出力強度が等しく、位相差が１８０°となる。このため、出射光導波路１０４から出力される信号光ｃの出力強度は０となる。
図３−２は、実施の形態１にかかる光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その２）である。図３−２においては、信号電極１０３Ａの電気信号がＯＮであり信号電極１０３Ｂの電気信号がＯＦＦである場合の光導波路の光電界を示している。この場合、光導波路１０２ａを通過する光ａと光導波路１０２ｂを通過する光ｂとは、出力強度が等しく、位相が正負逆で絶対値が等しくなる。このため、出射光導波路１０４から出力される信号光ｃの位相は０となる。また、信号光ｃの出力強度は１／３となる。
図３−３は、実施の形態１にかかる光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その３）である。図３−３においては、信号電極１０３Ａの電気信号がＯＦＦであり信号電極１０３Ｂの電気信号がＯＮである場合の光導波路の光電界を示している。この場合も、光導波路１０２ａを通過する光ａと光導波路１０２ｂを通過する光ｂとは、出力強度が同じで、位相が正負逆で絶対値が等しくなる。このため、出射光導波路１０４から出力される信号光ｃの位相は０となる。また、信号光ｃの出力強度は２／３となる。
図３−４は、実施の形態１にかかる光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その４）である。図３−４においては、信号電極１０３Ａおよび信号電極１０３Ｂの電気信号がともにＯＦＦである場合の各光導波路の光電界を示している。この場合、光導波路１０２ａを通過する光ａと光導波路１０２ｂを通過する光ｂとは、出力強度が同じで、位相がともに０となる。このため、出射光導波路１０４から出力される信号光ｃの位相は０となる。また、信号光ｃの出力強度は１となる。
図４は、実施の形態１の変形例１にかかる光変調器の構成を示す平面図である。図４に示すように、実施の形態１の変形例１にかかる光変調器４００の光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとは境界線１０６で１回交差している。また、光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとのそれぞれにおける、信号電極１０３Ａおよび信号電極１０３Ｂとの相互作用部分のうち、分極反転領域に形成された部分と分極非反転領域に形成された部分との長さが等しい。これによって、出射光導波路１０４から出力される信号光ｃの位相が出力強度毎に変化しない。
図５は、実施の形態１の変形例２にかかる光変調器の構成を示す平面図である。図５に示すように、実施の形態１の変形例２にかかる光変調器５００の光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとは境界線１０６で１回交差している。また、光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとのそれぞれにおける、信号電極１０３Ａおよび信号電極１０３Ｂとの相互作用部分のうち、境界線１０６から入射光導波路１０１側の部分よりも、境界線１０６から出射光導波路１０４側の部分の方が長い。
これによって、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂを伝搬する毎に減衰する信号光ｃの高周波成分についても、位相が出力強度毎に変化しない。なお、ここでは、基板１０５の、境界線１０６から入射光導波路１０１側の領域と境界線１０６から出射光導波路１０４側の領域とは、どちらが分極反転領域となっていてもよい。
図６は、実施の形態１の変形例３にかかる光変調器の構成を示す平面図である。図６に示すように、実施の形態１の変形例３にかかる光変調器６００は、上述した実施の形態１の変形例２にかかる光変調器５００において、基板１０５の境界線１０６から入射光導波路１０１側の領域が分極反転領域となっている。これによって、信号光ｃの高周波成分についても、位相が出力強度毎に変化しないとともに、分極反転領域の面積が狭くなるため、分極反転を容易に行うことができる。
図７は、実施の形態１の変形例４にかかる光変調器の構成を示す平面図である。図７に示すように、実施の形態１の変形例４にかかる光変調器７００の光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとは、２つの境界線１０６で２回交差している。また、光導波路１０２ａの、信号電極１０３Ａまたは信号電極１０３Ｂとの相互作用部分は、すべて基板１０５の分極反転領域に設けられている。
一方、光導波路１０２ｂの、信号電極１０３Ａまたは信号電極１０３Ｂとの相互作用部分は、すべて基板１０５の分極非反転領域に設けられている。これによって、信号電極１０３Ａおよび信号電極１０３Ｂに流れる電気信号をともにプラスの電気信号とすることが可能になる。
図８は、実施の形態１の変形例５にかかる光変調器の構成を示す平面図である。図８に示すように、実施の形態１の変形例５にかかる光変調器８００は、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂとの信号電極１０３Ａの相互作用部分８０１Ａと、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂとの信号電極１０３Ｂとの相互作用部分８０１Ｂの長さが互いに異なる。
ここでは、入射光導波路１０１の分岐点１０１ａと出射光導波路１０４の干渉点とを結ぶ直線を中心として、光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとを対称に配置するとともに、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとを非対称に形成している。これによって、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとに流す電気信号の電圧が同じであっても光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとにおける位相の変化量が異なり、光変調器８００は４値信号を生成することができる。
なお、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとに流す電気信号の電圧が同じであっても光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとにおける位相の変化量が異なるようにするためには、基板１０５における、信号電極１０３Ａまたは信号電極１０３Ｂの一方が配置されている部分のバッファ層と、他方が配置されている部分のバッファ層と、の厚さを変えてもよい。また、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとでは、それぞれの周辺に設けられた接地電極１０３Ｃと間のギャップが異なるように構成してもよい。
図９は、実施の形態１の変形例６にかかる光変調器の構成を示す平面図である。図９に示すように、実施の形態１の変形例６にかかる光変調器９００の信号電極１０３Ａの電極パッド１０３Ａａと信号電極１０３Ｂの電極パッド１０３Ｂａは、ともに基板１０５の片側に導出して設けられている。これによって、光変調器９００を送信装置に適用する場合に、光変調器９００の送信装置への収納性を高めることができる。
また、信号電極１０３Ａおよび信号電極１０３Ｂは、電気パッド１０３Ａａおよび電極パッド１０３Ｂａから、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂまでの長さが互いに等しい。具体的には、信号電極１０３Ａは、光導波路１０２ａと電気パッド１０３Ａａとの間に迂回部１０３Ａｂを有している。これによって、電極パッド１０３Ａａと電極パッド１０３Ｂａとに入力された電気信号が、光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとに作用するタイミングを合わせることができる。
また、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとは境界線１０６の位置にそれぞれ迂回路１０３Ａｃと迂回路１０３Ｂｃとを有している。これによって、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂにおいて、通過する光と電気信号のタイミングのずれを回避することができる。
図１０は、実施の形態１にかかる光変調器の一対の導波路の交差点を示す図（その１）である。図１０に示すように、実施の形態１にかかる光変調器（たとえば、光変調器１００）の光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとの交差点は、方向性結合器１００１によって構成されている。上述したように、互いの光導波路に光がなるべく漏れないようにするため、光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂはほぼ直角に交差している（図１参照）とよいが、チップが狭く十分な交差角が得られない場合は、このように方向性結合器１００１を用いるとよい。
図１１は、実施の形態１にかかる光変調器の一対の導波路の交差点を示す図（その２）である。図１１に示すように、実施の形態１にかかる光変調器（たとえば、光変調器１００）の光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとの交差点は、ＭＭＩ（ＭｕｌｔｉＭｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラ１１０１によって構成されていてもよい。
図１２は、実施の形態１にかかる光変調器の一対の導波路の交差点を示す図（その３）である。図１３は、図１２のＡ−Ａ断面図である。図１２および図１３に示すように、実施の形態１にかかる光変調器（たとえば、光変調器１００）の光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとの交差点は、基板１０５上の上下位置で交差することによって立体交差となっていてもよい。ここでは、短パルスレーザを照射して基板１０５内部の屈折率を高めるなどの方法で、光導波路ｂを基板１０５内部に設けている。
図１４は、出力パワー比と消光比との関係を示すグラフである。図１４において、横軸は出力パワー比を、縦軸は消光比を、それぞれｄＢで示している。変調器の消光比としては１３ｄＢ程度以上が要求されるため、出力パワー比は１５ｄＢ以上となるように構成することが望ましい。
このように、実施の形態１にかかる光変調器１００によれば、光導波路１０２ａと光導波路１０２ｂとが境界線１０６を境として互いに交差することで、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとの光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂへの対応がそれぞれ入れ替わっており、出射光導波路１０４から出力される信号光ｃの位相を変化させずに出力強度を変化させることができる。このため、波長チャープが発生せず、受信側で復調が容易な多値の信号光ｃを生成することができる。
（実施の形態２）
図１５は、実施の形態２にかかる光変調器の構成を示す平面図である。図１５に示すように、実施の形態２にかかる光変調器１５００は、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとが境界線１０６において互いに立体交差することで、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとの、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂへの対応がそれぞれ入れ替わっている。
ここでは、境界線１０６上において、信号電極１０３Ｂの一方をワイヤ１５０１によって構成し、ワイヤ１５０１を信号電極１０３Ａに対して立体交差させる。また、ワイヤをボンディングする電極パッド１５０２を、信号電極１０３Ｂにおけるワイヤ１５０１の両端部に備えることによって、作業性を向上させることができる。
図１６は、実施の形態２の変形例１にかかる光変調器の構成を示す平面図である。図１７−１は、図１６のＢ−Ｂ断面図（その１）である。図１７−２は、図１６のＢ−Ｂ断面図（その２）である。図１６に示すように、実施の形態２にかかる光変調器１６００の信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとは、境界線１０６の位置において多層配線されることで、境界線１０６において互いに立体交差していてもよい。
たとえば、図１７−１に示すように、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとは、互いに絶縁層１７０１を介して多層配線されることで、境界線１０６において互いに立体交差していてもよい。また、図１７−２に示すように、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとは、基板１０５のバッファ層１７０２において多層配線してもよい。これによって、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとを、絶縁層１７０１を特に製膜することなく立体交差させることができる。
このように、実施の形態２にかかる光変調器によれば、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとが境界線１０６において互いに立体交差することで、信号電極１０３Ａと信号電極１０３Ｂとの、光導波路１０２ａおよび光導波路１０２ｂへの対応がそれぞれ入れ替わっており、出射光導波路１０４から出力される信号光ｃの位相を変化させずに出力強度を変化させることができる。このため、波長チャープが発生せず、受信側で復調が容易な多値の信号光ｃを生成することができる。
（実施の形態３）
図１８は、実施の形態３にかかる光変調器の構成を示す平面図である。図１８に示すように、実施の形態３にかかる光変調器１８００は、出射光導波路１０４から出力される信号光に対して２値の位相変調を行う位相変調器１８００ａをさらに備える。ここで、位相変調器１８００ａは、光変調器１００が形成された基板１０５上に形成されており、光導波路１８０１と、信号電極１８０２と、出射光導波路１８０３と、を備えている。
光導波路１８０１は、位相変調器１００の出射光導波路１０４から出力される信号光ｃを通過させる。信号電極１８０２は、光導波路１８０１に沿った形状で配置される。出射導波路１８０３は、光導波路１８０１を通過した光を信号光として出力する。光変調器１８００は、信号電極１８０２の電気信号を制御して光導波路１８０１を通過する光の位相を変化させることで、２値の位相変調を行う。
図１９は、実施の形態３の変形例にかかる光変調器の構成を示す平面図である。図１９に示すように、実施の形態３にかかる光変調器１９００は、出射光導波路１０４から出力される信号光に対して４値の位相変調を行う位相変調器１９００ａをさらに備える。ここで、位相変調器１９００ａは、光変調器１００が形成された基板１０５上に形成されており、分岐光導波路１９０１と、２対の光導波路１９０２ａ〜１９０２ｄと、２対の信号電極１９０３ａ〜１９０３ｄと、接地電極１９０４と、出射光導波路１９０５と、を備えている。
分岐光導波路１９０１は、位相変調器１００の出射光導波路１０４から出力される信号光ｃを４分岐させる。２対の光導波路１９０２（光導波路１９０２ａ〜光導波路１９０２ｄ）は、分岐光導波路１９０１によって４分岐された信号光ｃをそれぞれ通過させる。２対の信号電極１９０３（信号電極１９０３Ａ〜信号電極１９０３Ｄ）は、光導波路１９０２ａ〜光導波路１９０２ｄのそれぞれに対応し、対応する光導波路に沿った形状で配置される。
電極１９０４は、光導波路１９０２ｃおよび光導波路１９０２ｄを通過したそれぞれの光に対して、Ｖπ／２だけバイアスをかける。出射光導波路１９０５は、２対の光導波路１９０２を通過したそれぞれの光を干渉させ、信号光として出力する。光変調器１９００は、信号電極１９０３Ａ〜信号電極１９０３Ｄの電気信号を制御して光導波路１９０２ａ〜光導波路１９０２ｄを通過するそれぞれの光の位相を変化させることで、４値の位相変調を行う。
なお、図１８および図１９において、位相変調器１８００ａおよび位相変調器１９００ａは、光変調器１００が形成された基板１０５上に形成されているとして説明したが、これらは光変調器１００とは別のモジュールによって構成してもよい。また、位相変調の方式はここで説明したものに限られない。また、ここでは光変調器１８００および光変調器１９００に光変調器１００を適用した場合について説明したが、光変調器はこれに限らず、上述した各実施の形態の光変調器を適用することができる。
このように、実施の形態３にかかる光変調器１８００または光変調器１９００によれば、光に対して強度変調を行い、さらに位相変調を行う場合、強度変調による信号光ｃの位相が変化しないため、位相変調によるノイズを低減することができる。これによって、光変調器１８００または光変調器１９００によれば、受信側で復調が容易な大容量の多値信号光を生成することができる。
図２０は、本発明にかかる光変調器を適用した送信装置の構成の一例を示すブロック図である。図２０に示すように、本発明にかかる光変調器を備えた送信装置２０００は、ＬＤ２００１と、ＬＤ制御回路２００２と、信号多重回路２００３と、ドライバ２００４と、光変調器２００５と、を備えている。ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）２００１は、ＬＤ制御回路２００２の制御によって、連続光を生成して光変調器２００５へ出力する。
信号多重回路２００３は、送信するデータの電気信号を多重化してドライバ２００４に出力する。ドライバ２００４は、信号多重回路２００３によって多重化された電気信号を光変調器２００５に出力する。光変調器２００５は、ここでは上述した実施の形態１にかかる光変調器１００である。
光変調器２００５は、ＬＤ２００１から出力される連続光を入射光導波路１０１から入力し、ドライバ２００４から出力される電気信号を信号電極１０３Ａおよび信号電極Ｂに入力することで連続光に対して強度変調を行い、信号光として受信装置（不図示）へ送信する。
なお、ここでは光変調器２００５が実施の形態１にかかる光変調器１００であるとして説明したが、光変調器はこれに限られず、上述した各実施の形態の光変調器を適用することができる。また、図１，４〜９，１８および１９において、分極反転、非反転部の境界（図１，４〜９の境界線１０６）と導波路（光導波路１０２ａ，１０２ｂ）の交差部の位置は必ずしも一致させる必要はない。所望のチャープ量に応じて、分極反転領域と導波路の交差部の位置を定めるようにする。また、図１５，１６において、分極反転、非反転部の境界（図１５の境界線１０６）と電極（信号電極１０３Ａ，１０３Ｂ）の交差部（図１５のワイヤ１５０１参照）の位置は必ずしも一致させる必要はない。所望のチャープ量に応じて、分極反転領域と電極の交差部の位置を定めるようにする。
以上説明したように、この発明にかかる光変調器および送信装置によれば、波長チャープを低減し、受信側で復調が容易な多値の信号光を生成することができる。
（付記１）入力した光を分岐する入射導波路と、分岐したそれぞれの光を通過させ電気光学効果を有する一対の光導波路と、当該一対の光導波路のそれぞれに沿った形状で配置された一対の信号電極と、前記一対の光導波路を通過したそれぞれの光を干渉させて出力する出射導波路と、を備えるマッハツェンダ型の光変調器において、
前記一対の光導波路は、所定の境界線を境としてそれぞれ分極が反転しており、
前記一対の光導波路または前記一対の信号電極のいずれか一方が前記所定の境界線上において互いに交差していることを特徴とする光変調器。
（付記２）光を入力し、当該光を分岐させる入射光導波路と、
電気光学効果を有する基板上に形成され、前記入射光導波路によって分岐した光をそれぞれ通過させる一対の光導波路と、
前記一対の光導波路のそれぞれに対応し、対応する光導波路に沿った形状で配置される一対の信号電極と、
前記一対の光導波路を通過したそれぞれの光を干渉させ、干渉させた光を信号光として出力する出射光導波路と、
を備えるマッハツェンダ型の光変調器において、
前記基板には、当該基板上の所定の境界線を境として、分極が反転した分極反転領域と分極が反転していない分極非反転領域とが形成されており、
前記所定の境界線を境として、前記一対の信号電極の前記一対の光導波路への対応がそれぞれ入れ替わっていることを特徴とする光変調器。
（付記３）前記一対の光導波路は、前記入射光導波路の分岐点と前記出射光導波路の干渉点とを結ぶ直線を中心として互いに対称に配置されていることを特徴とする付記２に記載の光変調器。
（付記４）前記一対の光導波路が前記所定の境界線上において互いに交差することで、前記一対の信号電極の前記一対の光導波路への対応がそれぞれ入れ替わっていることを特徴とする付記２または３に記載の光変調器。
（付記５）前記一対の光導波路のそれぞれにおける、前記一対の信号電極との相互作用部分のうち、前記分極反転領域に形成された部分と前記分極非反転領域に形成された部分との長さが等しいことを特徴とする付記２〜４のいずれか一つに記載の光変調器。
（付記６）前記一対の光導波路のそれぞれにおける、前記一対の信号電極との相互作用部分のうち、前記所定の境界線から前記入射光導波路側の部分よりも、前記所定の境界線から前記出射光導波路側の部分の方が長いことを特徴とする付記２〜４のいずれか一つに記載の光変調器。
（付記７）前記分極反転領域は、前記基板の前記所定の境界線から前記入射光導波路側に形成されていることを特徴とする付記６に記載の光変調器。
（付記８）前記基板には、前記境界線が複数存在し、前記分極反転領域と前記分極非反転領域とが前記複数の境界線を境として交互に形成されていることを特徴とする付記２〜４のいずれか一つに記載の光変調器。
（付記９）前記一対の光導波路のうち、一方の光導波路の前記一対の信号電極との相互作用部分は前記基板の分極反転領域に配置されており、他方の光導波路の前記相互作用部分は前記基板の分極非反転領域に配置されていることを特徴とする付記２〜８のいずれか一つに記載の光変調器。
（付記１０）前記一対の光導波路の前記一対の信号電極との相互作用部分の長さは、互いに異なることを特徴とする付記２〜９のいずれか一つに記載の光変調器。
（付記１１）前記基板における、前記一対の信号電極の一方の信号電極が配置されている部分のバッファ層と他方の信号電極が配置されている部分のバッファ層とは厚さが異なることを特徴とする付記２〜１０のいずれか一つに記載の光変調器。
（付記１２）前記一対の信号電極の周辺にはそれぞれ接地電極が設けられており、前記一対の信号電極の一方の信号電極と他方の信号電極とでは、それぞれの周辺に設けられた接地電極と間のギャップが異なることを特徴とする付記２〜１１のいずれか一つに記載の光変調器。
（付記１３）前記一対の信号電極のそれぞれの信号電極パッドは、ともに前記基板の片側に導出して設けられていることを特徴とする付記２〜１２のいずれか一つに記載の光変調器。
（付記１４）前記一対の信号電極は、それぞれの前記電気パッドから、それぞれ対応する光導波路までの長さが互いに等しいことを特徴とする付記１３に記載の光変調器。
（付記１５）前記一対の信号電極は、前記所定の境界線の位置にそれぞれ迂回路を有していることを特徴とする付記１３または１４に記載の光変調器。
（付記１６）前記一対の光導波路は、互いに直角に交差していることを特徴とする付記３〜１５のいずれか一つに記載の光変調器。
（付記１７）前記一対の光導波路の交差点は、方向性結合器によって構成されていることを特徴とする付記３〜１５のいずれか一つに記載の光変調器。
（付記１８）前記一対の光導波路の交差点は、ＭＭＩカプラによって構成されていることを特徴とする付記３〜１５のいずれか一つに記載の光変調器。
（付記１９）前記一対の光導波路の交差点は、立体交差となっていることを特徴とする付記３〜１５のいずれか一つに記載の光変調器。
（付記２０）前記一対の光導波路の交差点における出力パワー比は、１５ｄＢ以上とすることを特徴とする付記１６〜１９のいずれか一つに記載の光変調器。
（付記２１）前記一対の信号電極が前記所定の境界線において互いに立体交差することで、前記一対の信号電極の前記一対の光導波路への対応がそれぞれ入れ替わっていることを特徴とする付記２に記載の光変調器。
（付記２２）前記所定の境界線上において、前記一対の信号電極の少なくとも一方の信号電極をワイヤによって構成し、当該ワイヤを他方の信号電極に対して立体交差させることを特徴とする付記２１に記載の光変調器。
（付記２３）前記ワイヤをボンディングする電極パッドを、前記一方の信号電極における前記ワイヤの両端部にさらに備えることを特徴とする付記２２に記載の光変調器。
（付記２４）前記一対の信号電極は、前記所定の境界線の位置において多層配線されることを特徴とする付記２１に記載の光変調器。
（付記２５）前記一対の信号電極は、互いに絶縁層を介して多層配置されていることを特徴とする付記２４に記載の光変調器。
（付記２６）前記一対の信号電極は、前記基板のバッファ層において立体交差していることを特徴とする付記２４に記載の光変調器。
（付記２７）前記出射光導波路から出力される信号光に対して位相変調を行う位相変調器をさらに備えることを特徴とする付記２〜２６のいずれか一つに記載の光変調器。
（付記２８）付記２〜２７のいずれか一つに記載の光変調器を備えた送信装置。
以上のように、この発明にかかる光変調器および送信装置は、多値変調による光通信に有用であり、特に、強度変調と位相変調とを組み合わせる場合に適している。
実施の形態１にかかる光変調器の構成を示す平面図である。 実施の形態１にかかる光変調器の一対の光導波路における、信号電極１０３ＡによるＤＣ成分の屈折率変化を示す図である。 実施の形態１にかかる光変調器の一対の光導波路における、信号電極１０３Ａによる高周波成分の屈折率変化を示す図である。 実施の形態１にかかる光変調器の一対の光導波路における、信号電極１０３ＢによるＤＣ成分の屈折率変化を示す図である。 実施の形態１にかかる光変調器の一対の光導波路における、信号電極１０３Ｂによる高周波成分の屈折率変化を示す図である。 実施の形態１にかかる光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その１）である。 実施の形態１にかかる光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その２）である。 実施の形態１にかかる光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その３）である。 実施の形態１にかかる光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その４）である。 実施の形態１の変形例１にかかる光変調器の構成を示す平面図である。 実施の形態１の変形例２にかかる光変調器の構成を示す平面図である。 実施の形態１の変形例３にかかる光変調器の構成を示す平面図である。 実施の形態１の変形例４にかかる光変調器の構成を示す平面図である。 実施の形態１の変形例５にかかる光変調器の構成を示す平面図である。 実施の形態１の変形例６にかかる光変調器の構成を示す平面図である。 実施の形態１にかかる光変調器の一対の導波路の交差点を示す図（その１）である。 実施の形態１にかかる光変調器の一対の導波路の交差点を示す図（その２）である。 実施の形態１にかかる光変調器の一対の導波路の交差点を示す図（その３）である。 図１２のＡ−Ａ断面図である。 出力パワー比と消光比との関係を示すグラフである。 実施の形態２にかかる光変調器の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例１にかかる光変調器の構成を示す平面図である。 図１６のＢ−Ｂ断面図（その１）である。 図１６のＢ−Ｂ断面図（その２）である。 実施の形態３にかかる光変調器の構成を示す平面図である。 実施の形態３の変形例にかかる光変調器の構成を示す平面図である。 本発明にかかる光変調器を適用した送信装置の構成の一例を示すブロック図である。 従来の光変調器の構成を示す平面図である。 従来の光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その１）である。 従来の光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その２）である。 従来の光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その３）である。 従来の光変調器の各光導波路の光電界を示す図（その４）である。
符号の説明
１００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１５００，１６００，１８００，１９００ 光変調器
１０１ 入射光導波路
１０２ａ，１０２ｂ 光導波路
１０３Ａ，１０３Ｂ 信号電極
１０３Ｃ 接地電極
１０４ 出射光導波路
１０５ 基板
１０６ 境界線
１８００ａ，１９００ａ 位相変調器
２０００ 送信装置

Claims (9)

  1. 光を入力し、当該光を分岐させる入射光導波路と、
    電気光学効果を有する基板上に形成され、前記入射光導波路によって分岐した光をそれぞれ通過させる一対の光導波路と、
    前記一対の光導波路のそれぞれに対応し、対応する光導波路に沿った形状で配置される一対の信号電極と、
    前記一対の光導波路を通過したそれぞれの光を干渉させ、干渉させた光を信号光として出力する出射光導波路と、
    を備えるマッハツェンダ型の光変調器において、
    前記基板には、当該基板上の所定の境界線を境として、分極が反転した分極反転領域と分極が反転していない分極非反転領域とが形成されており、
    前記一対の光導波路が前記境界線上において互いに交差することで、前記一対の信号電極の前記一対の光導波路への対応がそれぞれ入れ替わっていることを特徴とする光変調器。
  2. 前記一対の光導波路のそれぞれにおける、前記一対の信号電極との相互作用部分のうち、前記所定の境界線から前記入射光導波路側の部分よりも、前記所定の境界線から前記出射光導波路側の部分の方が長いことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
  3. 前記基板には、前記境界線が複数存在し、前記分極反転領域と前記分極非反転領域とが前記複数の境界線を境として交互に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
  4. 前記一対の光導波路のうち、一方の光導波路の前記一対の信号電極との相互作用部分は前記基板の分極反転領域に配置されており、他方の光導波路の前記相互作用部分は前記基板の分極非反転領域に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光変調器。
  5. 前記一対の信号電極のそれぞれの信号電極パッドは、ともに前記基板の片側に導出して設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光変調器。
  6. 前記一対の光導波路は、互いに直角に交差していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光変調器。
  7. 光を入力し、当該光を分岐させる入射光導波路と、
    電気光学効果を有する基板上に形成され、前記入射光導波路によって分岐した光をそれぞれ通過させる一対の光導波路と、
    前記一対の光導波路のそれぞれに対応し、対応する光導波路に沿った形状で配置される一対の信号電極と、
    前記一対の光導波路を通過したそれぞれの光を干渉させ、干渉させた光を信号光として出力する出射光導波路と、
    を備えるマッハツェンダ型の光変調器において、
    前記基板には、当該基板上の所定の境界線を境として、分極が反転した分極反転領域と分極が反転していない分極非反転領域とが形成されており、
    前記一対の信号電極が前記所定の境界線において互いに立体交差することで、前記一対の信号電極の前記一対の光導波路への対応がそれぞれ入れ替わっていることを特徴とする光変調器。
  8. 前記出射光導波路から出力される信号光に対して位相変調を行う位相変調器をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光変調器。
  9. 請求項１〜８のいずれか一つに記載の光変調器を備えた送信装置。
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