JP2005274806A

JP2005274806A - 光ｓｓｂ変調器

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Publication number: JP2005274806A
Application number: JP2004085966A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kawanishi; 哲也川西; Masayuki Izutsu; 雅之井筒; Kaoru Hikuma; 薫日隈; Shingo Mori; 慎吾森
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-24
Also published as: US20050220385A1; JP4524482B2; US7239763B2

Abstract

【課題】
各ＭＺ導波路における光の位相差を適切に調整でき、変調器外へ漏れ出す光を軽減できる光ＳＳＢ変調器を提供する。
【解決手段】
上記の課題は、第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_A）(2)と、第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_B）(3)と、メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_C）(4)と、第１のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極）(5)と、第２のバイアス調整電極（ＤＣ_B電極）(6)と、第１の変調電極（ＲＦ_A電極）(7)と、第２の変調電極（ＲＦ_B電極）(8)と、第３のバイアス調整電極（ＤＣ_C電極）(9)とを具備する光ＳＳＢ変調器であって、前記ＭＺ_A及び前記ＭＺ_Bのいずれかまたは両方の出力部（10、11）がＸ分岐形状である光ＳＳＢ変調器(1)、特にＸ分岐の光路の一方が光検出器に連結された光ＳＳＢ変調器により解決される。
【選択図】
図１

Description

本発明は、光変調器などに関する。より具体的には、光ＳＳＢ変調器を構成するサブマッハツェンダー（ＭＺ）導波路の出力部に非対称Ｘ分岐を設けることにより各ＭＺ導波路における光位相を適切に調整できる光ＳＳＢ変調器に関する。

次世代の波長多重光通信システムでは、ノードにおいて波長チャンネル間の切換えを行うことが予想される。したがって、波長多重光通信システムでは、波長変換装置が必要となる。波長変換装置のひとつとして、光単側波帯（ＳＳＢ）変調器が知られている。光ＳＳＢ変調器は、変調信号の周波数分だけシフトした出力光を得ることができる光変調器である（S. Shimotsu, S. Oikawa, T. Saitou, N. Mitsugi, K. Kubodera, T. Kawanishi and M. Izutsu, "Single Side-Band Modulation Performance of a LiNbO3 Integrated Modulator Consisting of Four-Phase Modulator Wavegate," IEEE Photon. Tech. Lett., Vol. 13, 364-366 (2001)、「下津臣一、井筒雅之，"次世代通信のためのLiNbO₃光ＳＳＢ変調器"，光アライアンス， 2000.7. pp. 27-30」（非特許文献１））。

図７は、光ＳＳＢ変調器の基本構成を示す概略図である。図７に示されるように、光ＳＳＢ変調器101は、第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_A）102と、第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_B）103と、メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_C）104と、第１のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極）105と、第２のバイアス調整電極（ＤＣ_B電極）106と、第１の変調電極（ＲＦ_A電極）107と、第２の変調電極（ＲＦ_B電極）108と、第３のバイアス調整電極（ＤＣ_C電極）109とを具備する。

ここで、メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_C）104は、ＭＺ_A及びＭＺ_Bとをその両アームとして含むマッハツェンダー導波路である。

第１のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極）105は、ＭＺ_Aを構成する２つのアーム（Path1及びPath3）間のバイアス電圧を制御することにより、ＭＺ_Aの２つのアームを伝播する光の位相を制御するための電極である。一方、第２のバイアス調整電極（ＤＣ_B電極）106は、ＭＺ_Bを構成する２つのアーム（Path2及びPath4）間のバイアス電圧を制御することにより、ＭＺ_Bの２つのアームを伝播する光の位相を制御するための電極である。

第１の変調電極（ＲＦ_A電極）107は、ＭＺ_Aを構成する２つのアームにラジオ周波数（ＲＦ）信号を入力するための電極である。一方、第２の変調電極（ＲＦ_B電極）108は、ＭＺ_Bを構成する２つのアームにＲＦ信号を入力するための電極である。

第３のバイアス調整電極（ＤＣ_C電極）109は、ＭＺ_A及びＭＺ_Bのバイアス電圧を制御することによりＭＺ_A及びＭＺ_Bを伝播する光の位相を制御するための電極である。第３のバイアス調整電極（ＤＣ_C電極）は、通常直流または低周波用電極である。

図８は、上側波帯を発生する場合における図７の光ＳＳＢ変調器の各点における光スペクトルを示す概念図である。図７のＰ点及びＱ点では、両側波帯の光が存在している。しかしながら、出力光については、Ｐ点及びＱ点における位相が逆である成分（図８では、下側波帯の光）が打ち消しあうので、単側波帯（図８では、上側波帯）の光のみが出力される。

光ＳＳＢ変調器では、上記のような出力を得るため、並列する４つの光位相変調器に位相が９０°づつ異なる正弦波ＲＦ信号を入力し、光に関してもそれぞれ位相差が９０°となるようにバイアス調整電極（ＤＣ_A電極、ＤＣ_B電極、およびＤＣ_C電極）に印加するバイアス電圧を調整する。すると、その変調信号の周波数（ｆ_m）分だけ光周波数がシフトした光が出力として得られる。そして、周波数シフトの方向（周波数がｆ_m分増加するか、それとも減少するか）は、ＤＣ_C電極に印加するバイアス電圧を制御することにより選択できる。

より具体的には、図７のPath1及びPath3での光の位相差が180°となるように、ＤＣ_A電極に印加するバイアス電圧（ＤＣ_A）を制御する。また、Path2及びPath4での光の位相差が180°となるように、ＤＣ_B電極に印加するバイアス電圧（ＤＣ_B）を制御する。そして、２つのサブＭｚ間の位相差が90°となるように、ＤＣ_C電極に印加するバイアス電圧（ＤＣ_C）を制御する。

なお、光ＳＳＢ変調器の動作は、たとえば、「川西哲也、井筒雅之、"光ＳＳＢ変調器を用いた光周波数シフター"、信学技報、TECHNICAL REPORT OF IEICE, OCS2002-49, PS2002-33, OFT2002-30(2002-08)」、「日隈ら，Ｘカットリチウムニオブ光ＳＳＢ変調器，エレクトロンレター，vol. 37， 515-516 (2001)．」などに詳しく報告されている。

従来の光ＳＳＢ変調器では、これまで説明した各ＭＺ導波路のアームにおける光の位相を得るために、バイアス電圧を以下のようにして調整していた。すなわち、第３のＭＺ導波路からの出力が最小となるように、ＤＣ_A電極、ＤＣ_B電極に印加する電圧を微調整する。その後、変調電極に電圧を印加し、出力光に含まれる不要な成分が最小となるようにＤＣ_C電極に印加する電圧を微調整する。場合によっては、変調電極に印加する電圧を微調整する。このような作業を繰り返していた。しかしながら、それぞれのＭＺ導波路（ＭＺ_A：102、ＭＺ_B：103）の両アームにおける光位相が180°異なっていなくても、第３のＭＺ導波路からの出力が０となる場合がある。したがって、このような電圧調整方法では、光の位相を必ずしも適切に調整できないという問題があった。

また、従来の光ＳＳＢ変調器では、打ち消しあって出力されない単側波帯の光（図８では、下側波帯の光）など出力光以外の光が、回路から変調器外に漏れていた。そして、この漏れた光は、光ＳＳＢ変調器の性能を下げるという問題があった。

さらに、従来の光ＳＳＢ変調器では、出力光を観察しながら微調整を繰り返すので、各バイアス調整電極に印加する電圧を自動的に調整できないという問題があった。

「下津臣一、井筒雅之，"次世代通信のためのLiNbO3光ＳＳＢ変調器"，光アライアンス， 2000.7. pp. 27-30」

本発明は、上記のような従来の光ＳＳＢ変調器における問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、各ＭＺ導波路における光の位相差を適切に調整できる光ＳＳＢ変調器を提供することを目的とする。

また本発明は、変調器外へ漏れ出す光を軽減できる光ＳＳＢ変調器を提供することを別の目的とする。

また本発明は、各バイアス調整電極に印加する電圧を自動的に調整できる光ＳＳＢ変調器を提供することを別の目的とする。

本発明の光ＳＳＢ変調器は、少なくともひとつのサブＭＺ導波路の出口をＸ分岐とするものである。すなわち、図７に示されるように、従来のＭＺ_Aの出口部110、及びＭＺ_Bの出口部111はいずれもＹ分岐であった。本発明の光変調器は、ＭＺ導波路の出口をＸ分岐として、ＭＺ導波路の出力を確認することで、ＭＺ_Aの両アーム(Path1、Path3)、及びＭＺ_Bの両アーム(Path2、Path4)における光位相を適切に確認できるというものである。さらに本発明の光変調器では、変調器から漏れ出す光をＸ分岐から取り出すことができるので、光の漏れ出しを防ぐことができる。その結果、本発明の光ＳＳＢ変調器によれば、光変調器の性能を向上させることができるのである。さらには、各光検出器によって、各電極に印加する電圧の多寡を把握できるので、各電極に印加する電圧を自動的に調整できる光ＳＳＢ変調器を得ることができるのである。

（１）本発明の光ＳＳＢ変調器は、少なくともひとつのサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_A、ＭＺ_B）を具備する光ＳＳＢ変調器であって、前記サブマッハツェンダー導波路のうち少なくともひとつのサブマッハツェンダー導波路の出力部（10、11）は、Ｘ分岐形状であり、前記Ｘ分岐形状の出力部から延びる２つの導波路のうち、一方の導波路は光の強度を測定する光検出器と連結され、残りの導波路は光変調器からの出力光の導波路である。

先に説明したとおり、本発明の光ＳＳＢ変調器のサブマッハツェンダー導波路はＸ分岐形状の出力部を有するので、光ＳＳＢ変調器のサブＭＺにおける光の位相を調整でき、光の漏れ出しを防ぐことができる。

（２）本発明の光ＳＳＢ変調器の構成をより具体的に説明すると以下のとおりである。すなわち、本発明の光ＳＳＢ変調器は、第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_A）２と、第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_B）３と、前記ＭＺ_A及び前記ＭＺ_Bとを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_C）４と、前記ＭＺ_Aを構成する２つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより、前記ＭＺ_Aの２つのアームを伝播する光の位相を制御する第１のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極）５と、前記ＭＺ_Bを構成する２つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより、前記ＭＺ_Bの２つのアームを伝播する光の位相を制御する第２のバイアス調整電極（ＤＣ_B電極）６と、前記ＭＺ_Aを構成する２つのアームにラジオ周波数（ＲＦ）信号を入力する第１の変調電極（ＲＦ_A電極）７と、前記ＭＺ_Bを構成する２つのアームにＲＦ信号を入力する第２の変調電極（ＲＦ_B電極）８と、前記ＭＺ_A及び前記ＭＺ_Bのバイアス電圧を制御することにより前記ＭＺ_A及び前記ＭＺ_Bを伝播する光の位相を制御する第３のバイアス調整電極（ＤＣ_C電極）９とを具備する光ＳＳＢ変調器であって、前記ＭＺ_A及び前記ＭＺ_Bのいずれかまたは両方の出力部（10、11）がＸ分岐形状である光ＳＳＢ変調器に関する。

（３）本発明の先に説明したとは別の態様にかかる光ＳＳＢ変調器の構成を説明すると以下のとおりである。すなわち、この態様の光ＳＳＢ変調器は、第１のサブマッハツェンダー導波路（２）と、第２のサブマッハツェンダー導波路（３）と、前記第１のサブマッハツェンダー導波路及び前記第２のサブマッハツェンダー導波路とを具備するメインマッハツェンダー導波路（４）と、前記第１のサブマッハツェンダー導波路を構成する２つのアームにラジオ周波数信号及びバイアス電圧に関する信号を入力する第１の変調電極（７）と、前記第２のサブマッハツェンダー導波路を構成する２つのアームにラジオ周波数信号及びバイアス電圧に関する信号を入力する第２の変調電極（８）と、前記第１のサブマッハツェンダー導波路及び前記第２のサブマッハツェンダー導波路のバイアス電圧を制御することにより前記第１のサブマッハツェンダー導波路及び前記第２のサブマッハツェンダー導波路を伝播する光の位相を制御する第３のバイアス調整電極（９）とを具備する光ＳＳＢ変調器であって、前記第１のサブマッハツェンダー導波路及び前記第２のサブマッハツェンダー導波路のいずれかまたは両方の出力部がＸ分岐形状である。

先に説明したとおり、本発明の光ＳＳＢ変調器のサブマッハツェンダー導波路はＸ分岐形状の出力部を有するので、光ＳＳＢ変調器のサブＭＺにおける光の位相を調整でき、光の漏れ出しを防ぐことができる。また、この態様では例えばバイアス回路を用いてラジオ周波数信号とバイアス電圧に関する信号とをそれぞれの変調電極に入力することができるので、先の態様に比べて電極を少なくできる。

（４）光ＳＳＢ変調器の好ましい態様は、前記Ｘ分岐が非対称Ｘ分岐である上記（１）〜（３）のいずれかに記載の光ＳＳＢ変調器である。前記Ｘ分岐が非対称Ｘ分岐であると、ＲＦ電圧をＯＦＦ状態としたときに光検出器の出力が最高となるので、バイアス調整電極に印加する電圧を制御する場合に、雑音に強い制御を行うことができる。

（５）したがって、光ＳＳＢ変調器の好ましい態様は、前記Ｘ分岐のうち一方の光路が光検出器と連結されている上記（４）に記載の光ＳＳＢ変調器である。

（６）光ＳＳＢ変調器の好ましい態様は、前記Ｘ分岐の一方の光路と連結された光検出器と、前記光検出器から不要光の量に関する情報を受け取り、その情報に基づいてサブＭＺ導波路のバイアス調整電極に印加する電圧の量を調整する電圧調整情報を求め、電圧調整情報を出力する制御装置と、前記制御装置が出力した電圧調整情報に基づいてサブＭＺ導波路のバイアス調整電極に電圧を印加する第１の信号源を具備する上記（１）〜（５）のいずれかに記載の光ＳＳＢ変調器である。より詳細に説明すると、Ｘ分岐形状の出力部から延びる２つの導波路のうち、一方の導波路は光の強度を測定する光検出器と連結され、残り導波路は光変調器からの出力光の導波路である。このような光ＳＳＢ変調器であれば、バイアス調整電極に印加する電圧を自動調整できることとなる。

（７）本発明の光ＳＳＢ変調器の応用例としては、第３のバイアス調整電極の代わりに、変調電極とバイアス調整電極、又は変調電極を用いた光ＦＳＫ変調器が挙げられる。第３のバイアス調整電極の代わりに、変調電極を用いる場合は、バイアス回路などにより変調電極にラジオ周波数信号とバイアス電圧に関する信号を入力する。

本発明の光ＳＳＢ変調器は、上記のような構成を採用するので、以下説明する効果の少なくともひとつを有する。すなわち、本発明の光ＳＳＢ変調器では、少なくともひとつのサブＭＺ導波路の出口をＸ分岐とし、Ｘ分岐の一端からの出力を確認するので、適切に各ＭＺ導波路のアームにおける光位相を確認できる。

さらに、本発明の光ＳＳＢ変調器では、従来回路から漏れ出す光をＸ分岐から取り出すことができるので、光ＳＳＢ変調器の性能を向上させることもできる。

また本発明は、各ＭＺ導波路の電圧の多寡を光検出器により観測できるので、各電極に印加する電圧を自動的に調整できる光ＳＳＢ変調器を提供できる。

（１．光ＳＳＢ変調器の具現例）
以下、図面に従って本発明の光ＳＳＢ変調器の具現例を説明する。図１は、本発明の光ＳＳＢ変調器の基本構成例を示す概略図である。図１に示されるように、この例の光ＳＳＢ変調器(1)は、第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_A）(2)と、第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_B）(3)と、メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_C）(4)と、第１のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極）(5)と、第２のバイアス調整電極（ＤＣ_B電極）(6)と、第１の変調電極（ＲＦ_A電極）(7)と、第２の変調電極（ＲＦ_B電極）(8)と、第３のバイアス調整電極（ＤＣ_C電極）(9)とを具備する光ＳＳＢ変調器であって、前記ＭＺ_A及び前記ＭＺ_Bのいずれかまたは両方の出力部（10、11）がＸ分岐形状である。この光ＳＳＢ変調器の基本動作は、従来の光ＳＳＢ変調器と同様である。ここで、メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_C）(4)は、ＭＺ_A及びＭＺ_Bとをその両アームとして含む具備するマッハツェンダー導波路である。以下では、光ＳＳＢ変調器の具体的構成を説明する。なお、図１中、12はＭＺ_Cの出力部であり、hv（ハーニュー）は入力光を表し、hv'は光ＳＳＢ変調器の出力光を表し、hv₁、hv₂、およびhv₃は不要光を表す。

マッハツェンダー（ＭＺ）導波路は、通常２つのアーム(Path)を具備する導波路である。この例の光ＳＳＢ変調器では、２つのサブＭＺ導波路であるＭＺ_A及びＭＺ_Bと、これら２つのサブＭＺ導波路を２つのアームとするＭＺ_C（メインＭＺ導波路）とを具備する。ＭＺ導波路としては、公知のＭＺ導波路を用いることができ、特に限定されない。

本発明では、少なくともひとつのサブＭＺ導波路の出力部（図１の（10）又は(11)）が、Ｘ分岐である。以下、Ｘ分岐の例を図面に従って説明する。なお、Ｘ分岐として好ましくは、非対称Ｘ分岐である。非対称Ｘ分岐とする方が、ＲＦ電圧をＯＦＦ状態としたときに、モニタ出力が最高となるので、雑音に強い制御を行うことができる。図２は、非対称Ｘ分岐例を示す図である。図２中、51は、ＭＺ導波路の分岐点を表し、52は不要光が伝播される光路を表し、53はＭＺ導波路の中線を表し、54はＭＺ導波路の出力光が伝播される光路を表す。光路(52)は、好ましくは、光検出器と連結され、光路(52)を伝播する光の量が測定される。光路(52)と、中線(53)とのなす角（θ₁）としては、0.001°〜10°が挙げられ、好ましくは0.01°〜2.0°であり、より好ましくは0.1°〜0.3°である。また、光路(54)と、中線（53）とのなす角（θ₂）としては、0.001°〜10°が挙げられ、好ましくは0.01°〜2.0°であり、より好ましくは0.1°〜0.3°であり、特に好ましくは0.2°〜0.25°である。なお、θ₁とθ₂との関係としては、例えばθ₁＞θ₂が挙げられる。

光検出器（ＰＤ）は、光路と連結され、光量を測定するための機器である。光検出器としては、不要光の光量を測定できるものであれば、特に限定されず、公知の光検出器を用いる事ができる。光検出器としては、フォトダイオードなど、たとえば「米津宏雄著”光通信素子工学”−発光・受光素子−、工学図書株式会社、第６版、平成１２年発行」に記載されているものを適宜採用できる。

なお、後述のとおりＭＺ_Cの出力部は、通常Ｙ分岐であり、Ｘ分岐とする必要はない。しかしながら、ＭＺ_Cの出力部についてもＸ分岐とすることは、光の漏れ出しを防止でき、光量を測定できるので好ましい。

本発明の光ＳＳＢ変調器における電極として、ＭＺ導波路を伝播する光の位相を制御するためのバイアス調整電極と、変調信号であるラジオ周波数（ＲＦ）信号を入力するための変調電極が挙げられる。バイアス調整電極は、第１〜第３のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極(5)、ＤＣ_B電極(6)、及びＤＣ_C電極(9)）が挙げられる。一方、変調電極は第１、及び第２の変調電極（ＲＦ_A電極(7)、及びＲＦ_B電極(8)）が挙げられる。

ＤＣ_A電極(5)は、ＭＺ_Aを構成する２つのアーム（Path1及びPath3）間のバイアス電圧を制御することにより、ＭＺ_Aの２つのアームを伝播する光の位相を制御するための電極である。一方、ＤＣ_B電極(6)は、ＭＺ_Bを構成する２つのアーム（Path2及びPath4）間のバイアス電圧を制御することにより、ＭＺ_Bの２つのアームを伝播する光の位相を制御するための電極である。ＤＣ_A電極、及びＤＣ_B電極は、好ましくは直流電極または低周波用電極である。なお、低周波用電極における「低周波」とは、例えば、0Ｈｚ〜500ＭＨｚの周波数を意味する。ＤＣ_A電極、及びＤＣ_B電極としては、進行波型電極または共振型電極が挙げられ、好ましくは共振型電極である。

ＤＣ_C電極(9)は、ＭＺ_A及びＭＺ_Bのバイアス電圧を制御することによりＭＺ_A及びＭＺ_Bを伝播する光の位相を制御するための電極である。ＤＣ_C電極は、好ましくは直流電極または低周波用電極である。ＤＣ_C電極としては、特に限定されないが、進行波型電極または共振型電極であってもよい。

ＤＣ_A電極、ＤＣ_B電極、及びＤＣ_C電極は、たとえば金、白金などによって構成される。

ＤＣ_A電極、ＤＣ_B電極、及びＤＣ_C電極は、好ましくは、それぞれ電気信号源と接続される。この電気信号源は、ＤＣ_A電極、ＤＣ_B電極、及びＤＣ_C電極へ印加される電圧を制御するためのデバイスであり、それぞれ公知の電気信号源を採用できる。

ＲＦ_A電極(7)は、ＭＺ_Aを構成する２つのアームにラジオ周波数（ＲＦ）信号を入力するための電極である。一方、ＲＦ_B電極(8)は、ＭＺ_Bを構成する２つのアームにＲＦ信号を入力するための電極である。ＲＦ_A電極、及びＲＦ_B電極としては、進行波型電極または共振型電極が挙げられ、好ましくは共振型電極である。

ＲＦ_A電極、及びＲＦ_B電極は、好ましくは高周波電気信号源と接続される。高周波電気信号源は、ＲＦ_A電極及びＲＦ_B電極へ伝達される信号を制御するためのデバイスであり、公知の高周波電気信号源を採用できる。ＲＦ_A電極、及びＲＦ_B電極に入力される高周波信号の周波数（ｆ_m、又はｆ_FSK）としては、例えば１ＧＨｚ〜100ＧＨｚが挙げられる。高周波電気信号源の出力としては、一定の周波数を有する正弦波が挙げられる。

ＲＦ_A電極、及びＲＦ_B電極は、たとえば金、白金などによって構成される。ＲＦ_A電極、及びＲＦ_B電極の幅としては、１μｍ〜10μｍが挙げられ、具体的には５μｍが挙げられる。ＲＦ_A電極、及びＲＦ_B電極の長さとしては、変調信号の波長の(f_m)の0.1倍〜0.9倍が挙げられ、0.18〜0.22倍、又は0.67倍〜0.70倍が挙げられ、より好ましくは、変調信号の共振点より20〜25%短いものである。このような長さとすることで、スタブ電極との合成インピーダンスが適度な領域に留まるからである。より具体的なＲＦ_A電極、及びＲＦ_B電極の長さとしては、3250μｍが挙げられる。以下では、共振型電極と、進行波型電極について説明する。

共振型光電極（共振型光変調器）は、変調信号の共振を用いて変調を行う電極である。共振型電極としては公知のものを採用でき、例えば特開2002-268025号公報、「川西哲也、及川哲、井筒雅之、"平面構造共振型光変調器"、信学技報、TECHNICAL REPORT OF IEICE, IQE2001-3(2001-05)」に記載のものを採用できる。

進行波型電極（進行波型光変調器）は、光波と電気信号を同方向に導波させ導波している間に光を変調する電極（変調器）である（例えば、西原浩、春名正光、栖原敏明著、「光集積回路」（改訂増補版）オーム社、119頁〜120頁）。進行波型電極は公知のものを採用でき、例えば、特開平11−295674号公報、特開平11−295674号公報、特開2002−169133号公報、特開2002-40381号公報、特開2000-267056号公報、特開2000-471159号公報、特開平10-133159号公報などに開示されたものを用いることができる。

進行波型電極として、好ましくは、いわゆる対称型の接地電極配置（進行波型の信号電極の両側に、少なくとも一対の接地電極が設けられているもの）を採用するものである。このように、信号電極を挟んで接地電極を対称に配置することによって、信号電極から出力される高周波は、信号電極の左右に配置された接地電極に印加されやすくなるので、高周波の基板側への放射を、抑圧できる。

（２．光ＳＳＢ変調器の別態様）
図３は、本発明の先に説明したとは別の態様にかかる光ＳＳＢ変調器の基本構成例を示す概略図である。図３に示されるように、この例の光ＳＳＢ変調器(1)は、第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_A）(2)と、第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_B）(3)と、メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_C）(4)と、第１の変調電極（ＲＦ_A電極）(7)と、第２の変調電極（ＲＦ_B電極）(8)と、第３のバイアス調整電極（ＤＣ_C電極）(9)とを具備する光ＳＳＢ変調器であって、前記ＭＺ_A及び前記ＭＺ_Bのいずれかまたは両方の出力部（10、11）がＸ分岐形状である。この光ＳＳＢ変調器の基本動作は、従来の光ＳＳＢ変調器と同様である。

この態様の光ＳＳＢ変調器は、先に説明した光ＳＳＢ変調器において、ＲＦ電極が、ＲＦ信号用の電極と、ＤＣ信号用の電極とを兼ねる光ＳＳＢ変調器である。すなわち、ＲＦ_A電極及びＲＦ_B電極のいずれか又は両方は、ＤＣ信号とＲＦ信号とを混合して供給する給電回路（バイアス回路）と連結されている。この態様の光ＳＳＢ変調器は、ＲＦ電極が給電回路（バイアス回路）と連結されているので、ＲＦ電極にＲＦ信号（ラジオ周波数信号）とＤＣ信号（直流信号：バイアス電圧に関する信号）を入力でき、先に説明した光ＳＳＢ変調器と同様に機能できる。

（３．製造方法）
上記の光ＳＳＢ変調器を製造する方法としては、チタン拡散法などの内拡散法、プロトン交換法など公知の製造方法を用いることができる。たとえば、ＬＮ基板上にチタンを熱拡散させて光導波路を形成し、基板の一部または全体に渡ってバッファ層を設けずに、ＬＮ基板上に電極を直接形成する方法が挙げられる。また、ＬＮ基板上にバッファ層を設け、さらにその上にチタンや金などからなる電極パターンを形成するなどして信号電極や設置電極を作製してもよい。また、バッファ層上に膜を設けた多層構造の光変調器としても良い。なお、バッファ層としては、誘電体からなるバッファ層が挙げられ、具体的には二酸化ケイ素からなるバッファ層が挙げられる。より具体的な光ＳＳＢ変調器の製造方法は、特開2000-180802号、「S. Shimotsu, S. Oikawa, T. Saitou, N. Mitsugi, K. Kubodera, T. Kawanishi and M. Izutsu, "Single Side-Band Modulation Performance of a LiNbO3 Integrated Modulator Consisting of Four-Phase Modulator Wavegate," IEEE Photon. Tech. Lett., Vol. 13, 364-366 (2001)」、「川西哲也、井筒雅之、"光ＳＳＢ変調器を用いた光周波数シフター"、信学技報、TECHNICAL REPORT OF IEICE, OCS2002-49, PS2002-33, OFT2002-30(2002-08)」、「川西哲也、及川哲、井筒雅之、"平面構造共振型光変調器"、信学技報、TECHNICAL REPORT OF IEICE, IQE2001-3(2001-05)」、「日隈ら，Ｘカットリチウムニオブ光ＳＳＢ変調器，エレクトロンレター，vol. 37， 515-516 (2001)．」、「西原浩、春名正光、栖原敏明著、”光集積回路”（改訂増補版）、オーム社、平成14年」などの記載の方法を適宜用いればよい。特に、非対称交差導波路の製造方法については、「下津臣一、井筒雅之，"次世代通信のためのLiNbO₃光ＳＳＢ変調器"，光アライアンス， 2000.7. pp. 27-30」などに記載の方法を用いればよい。

（４．動作例）
上記のような光ＳＳＢ変調器を用いると、不要光(ＳＳＢ光以外の光)を、たとえば図１の12、又は13に示されるような不要光用の光路を通じて出力できる。このため、上記の光ＳＳＢ変調器では、不要光が回路から漏れ出す事態を抑制しつつ、光ＳＳＢ変調を行うことができる。

また、不要光用の光路（11）、(12)に光検出器を連結したものは、不要光用の光路に伝播する不要光の量を常時把握できるので、各サブＭＺ導波路に印加する電圧の量を適切に調整できる。より具体的には、不要光の光量が最大、又は最小となるように調整するか、不要光のスペクトルが所定の状態となるように、各サブＭＺ導波路に印加する電圧の量を調整する。これにより適切な印加電圧を把握できる。

（５．印加電圧自動調整機能付光ＳＳＢ変調器）
以下、これまで説明した光ＳＳＢ変調器とは別の光ＳＳＢ変調器の具現例について説明する。図４は、サブＭＺ導波路のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極、又はＤＣ_B電極）に印加する電圧を自動的に調整できる印加電圧自動調整機能付き光ＳＳＢ変調器の例を示す概略図である。

図４に示されるように、この例の光ＳＳＢ変調器は、先に説明した光ＳＳＢ変調器に、サブＭＺ導波路の不要光の量を測定するための第１の光検出器（ＰＤ_A）(71)、および第２の光検出器（ＰＤ_B）(72)と、各光検出器から各ＭＺ導波路における不要光の量に関する情報を受け取り、その情報に基づいてサブＭＺ導波路のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極、又はＤＣ_B電極）に印加する電圧の量を調整する電圧調整情報を出力する制御装置（ＰＣ）(74)と、制御装置からの電圧調整情報に基づいてサブＭＺ導波路のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極、又はＤＣ_B電極）に電圧を印加する第１の信号源(75)を具備する。

この光ＳＳＢ変調器は、第１の信号源(75)が、制御装置(74)からの電圧調整情報に基づいて調整された量の電圧をサブＭＺ導波路のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極、又はＤＣ_B電極）に印加する。したがって、従来調整が困難であった、バイアス調整電極の印加電圧すなわち、サブＭＺ導波路を伝播する光の位相を自動的に調整できることとなる。

制御装置における電圧調整情報の求め方としては、たとえば制御装置がある時点でサブＭＺ導波路のバイアス調整電極に印加した電圧に関する情報と、サブＭＺ導波路からの不要光の出力量に関する情報とから、不要光の量ができるだけ少なくなるような印加電圧の量を求めればよい。（又は、不要光の量ができるだけ多くなるようにしても良いし、不要光のスペクトルが所定の状態となるようにしてもよい。）

なお、この例の光ＳＳＢ変調器は、ＭＺ_Cの不要光の量を測定するための第３の光検出器（ＰＤ_C）(73)、制御装置からの電圧調整情報に基づいてメインＭＺ導波路のバイアス調整電極（ＤＣ_C電極）に電圧を印加する第２の信号源(76)を具備しても良い。このような光ＳＳＢ変調器であれば、第２の信号源(76)を用いて、ＤＣ_C電極に印加される電圧を自動的に制御できる。

なお、この例の光ＳＳＢ変調器は、制御装置からの電圧調整情報に基づいてサブＭＺ導波路の変調（ＲＦ）電極（ＲＦ_A電極、又はＲＦ_B電極）に電圧を印加するＲＦ信号源(77)を具備しても良い。このような光ＳＳＢ変調器であれば、ＲＦ信号源(77)を用いて、変調電極に印加される電圧を自動的に制御できる。

（６．光ＳＳＢ変調器の上記以外の例）
図５は、２つのサブＭＺ導波路のうちひとつのサブＭＺ導波路の出口部(11)のみがＸ分岐となっている光ＳＳＢ変調器の例を示す概略図である。この例では、ＭＺ_Aの出口部(10)は、Ｙ分岐となっている。このように、一方のサブＭＺ導波路についてののみ、出力を観測できる光ＳＳＢ変調器であっても、従来の光ＳＳＢ変調器に比べて、電圧調整が容易となり、回路から漏れ出す光を抑えることができる。

図６は、ＭＺ_Cの出力部(12)がＹ分岐となっている光ＳＳＢ変調器の例を示す概略図である。先に説明したとおり、ＭＺ_A又はＭＺ_Bのバイアス調整電極に印加される電圧を調整できれば、好ましい光位相を達成できるので、本発明の光ＳＳＢ変調器は、ＭＺ_Cの出力部(12)がＹ分岐であってもよい。

（７．光ＦＳＫ変調器）
これまで説明した光ＳＳＢ変調器は、そのまま光ＦＳＫ変調器に応用できる。光周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）は、入力光の周波数に変調をかけ、周波数の違いを信号として伝える技術である。ＦＳＫ信号は、一般にその振幅には情報がないので、レベル変動や雑音の影響を受けにくいという特徴がある。光ＦＳＫ変調器は、符号切り替えを高速で実現するために、光ＳＳＢ変調器のＤＣ_C に相当する電極を、ＲＦ（ラジオ周波数）電極とＤＣ電極、または、ＲＦ電極のみ(この場合ＲＦ電極は、ＲＦ用とＤＣ用を兼ねる)に置き換えたものである。ここで、ＤＣ_C電極の代わりに用いられる電極をＲＦ_C電極とすると、ＲＦ_C電極は、好ましくは、高速スイッチングに対応した進行波型電極である。ＦＳＫ変調器においても、ＲＦ_C電極の信号電圧を切り替えることで、上側波成分と下側波成分とを切り替えて出力できる。ＲＦ_C電極として、ＲＦ周波数に対応した進行波型電極を用いると、上記の周波数シフトを高速に行うことができるため好ましい。

光ＦＳＫ変調器のＲＦ_C電極へ伝達される信号を制御するための信号源としては、公知の信号源を採用できる。信号源（ＦＳＫ信号源）は、光ＦＳＫ変調器の信号源として、複数の電圧レベルを設定して切り替えることのできるものを用いることは、光ＦＳＫ変調器が多値変調可能となるため好ましい。信号源からＲＦ_C電極に入力される信号としては、好ましくは５００ＭＨｚ以上、３００ＧＨｚ以下の周波数成分をもつ信号が挙げられ、好ましくは５００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚである。なお、信号源が制御するＲＦ_C電極へ伝達される信号の周波数は、後述の高周波電気信号源が制御するＲＦ_A電極及びＲＦ_B電極へ伝達される信号の周波数に比べて小さいことが好ましい。信号源が制御するＲＦ_C電極へ伝達される信号の周波数が、後述の高周波電気信号源が制御するＲＦ_A電極及びＲＦ_B電極へ伝達される信号の周波数に比べて大きいと装置が複雑となるからである。

（８．多位相変調方式）
本発明の光ＳＳＢ変調器、及び光ＦＳＫ変調器は、４位相変調（ＤＱＰＳＫ）方式など多位相変調方式にも用いることができる。すなわち、本発明によれば、多位相変調器を提供できる。具体的には、ＲＦ１電極及びＲＦ２電極を２Ｖπ駆動し、これらの電極から、Ｄ（Ｂ）ＰＳＫ信号を入力し、２信号間の光の位相差が90°になるようＤＣ３電極（ＲＦ３）電極を調整すればよい。

本発明の光ＳＳＢ変調器、及び光ＦＳＫ変調器は、従来のものに比べ優れた光変調器として、光情報通信などの分野において利用される。

図１は、本発明の光ＳＳＢ変調器の基本構成例を示す概略図である。図２は、Ｘ分岐の例を示す図である。図２（ａ）は、非対称Ｘ分岐例を示す図である。図３は、本発明の先に説明したとは別の態様にかかる光ＳＳＢ変調器の基本構成例を示す概略図である。図４は、印加電圧自動調整機能付き光ＳＳＢ変調器の例を示す概略図である。図５は、２つのサブＭＺ導波路のうちひとつのサブＭＺ導波路の出口部(11)のみがＸ分岐となっている光ＳＳＢ変調器の例を示す概略図である。図６は、ＭＺ_Cの出力部(12)がＹ分岐となっている光ＳＳＢ変調器の例を示す概略図である。図７は、光ＳＳＢ変調器の基本構成を示す概略図である。図８は、上側波帯を発生する場合における図７の光ＳＳＢ変調器の各点における光スペクトルを示す概念図である。

符号の説明

１光ＳＳＢ変調器
２第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_A）
３第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_B）
４メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_C）
５第１のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極）
６第２のバイアス調整電極（ＤＣ_B電極）
７第１の変調電極（ＲＦ_A電極）
８第２の変調電極（ＲＦ_B電極）
９第３のバイアス調整電極（ＤＣ_C電極）
10 ＭＺ_Aの出力部
11 ＭＺ_Bの出力部
12 ＭＺ_Cの出力部
51 ＭＺ導波路の分岐点
52 不要光が伝播される光路
53 ＭＺ導波路の中線
54 ＭＺ導波路の出力光が伝播される光路
71 第１の光検出器（ＰＤ_A）
72 第２の光検出器（ＰＤ_B）
73 第３の光検出器（ＰＤ_C）
74 制御装置（ＰＣ）
75 第１の信号源
76 第２の信号源
77 ＲＦ信号源
101 光ＳＳＢ変調器
102 第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_A）
103 第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_B）
104 メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_C）
105 第１のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極）
106 第２のバイアス調整電極（ＤＣ_B電極）
107 第１の変調電極（ＲＦ_A電極）
108 第２の変調電極（ＲＦ_B電極）
109 第３のバイアス調整電極（ＤＣ_C電極）
110 ＭＺ_Aの出力部
111 ＭＺ_Bの出力部

Claims

少なくともひとつのサブマッハツェンダー導波路を具備する光単側波帯（ＳＳＢ）変調器であって、
前記サブマッハツェンダー導波路のうち少なくともひとつのサブマッハツェンダー導波路の出力部はＸ分岐形状であり、
前記Ｘ分岐形状の出力部から延びる２つの導波路のうち、一方の導波路は光の強度を測定する光検出器と連結され、残りの導波路は光変調器からの出力光の導波路である光ＳＳＢ変調器。
第１のサブマッハツェンダー導波路と、
第２のサブマッハツェンダー導波路と、
前記第１のサブマッハツェンダー導波路及び前記第２のサブマッハツェンダー導波路とを具備するメインマッハツェンダー導波路と、
前記第１のサブマッハツェンダー導波路を構成する２つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより、前記第１のサブマッハツェンダー導波路の２つのアームを伝播する光の位相を制御する第１のバイアス調整電極と、
前記第２のサブマッハツェンダー導波路を構成する２つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより、前記第２のサブマッハツェンダー導波路の２つのアームを伝播する光の位相を制御する第２のバイアス調整電極と、
前記第１のサブマッハツェンダー導波路を構成する２つのアームにラジオ周波数信号を入力する第１の変調電極と、
前記第２のサブマッハツェンダー導波路を構成する２つのアームにラジオ周波数信号を入力する第２の変調電極と、
前記第１のサブマッハツェンダー導波路及び前記第２のサブマッハツェンダー導波路のバイアス電圧を制御することにより前記第１のサブマッハツェンダー導波路及び前記第２のサブマッハツェンダー導波路を伝播する光の位相を制御する第３のバイアス調整電極（９）とを具備する光ＳＳＢ変調器であって、
前記第１のサブマッハツェンダー導波路及び前記第２のサブマッハツェンダー導波路のいずれかまたは両方の出力部がＸ分岐形状である光ＳＳＢ変調器。
第１のサブマッハツェンダー導波路と、
第２のサブマッハツェンダー導波路と、
前記第１のサブマッハツェンダー導波路及び前記第２のサブマッハツェンダー導波路とを具備するメインマッハツェンダー導波路と、
前記第１のサブマッハツェンダー導波路を構成する２つのアームにラジオ周波数信号及びバイアス電圧に関する信号を入力する第１の変調電極と、
前記第２のサブマッハツェンダー導波路を構成する２つのアームにラジオ周波数信号及びバイアス電圧に関する信号を入力する第２の変調電極と、
前記第１のサブマッハツェンダー導波路及び前記第２のサブマッハツェンダー導波路のバイアス電圧を制御することにより前記第１のサブマッハツェンダー導波路及び前記第２のサブマッハツェンダー導波路を伝播する光の位相を制御する第３のバイアス調整電極とを具備する光ＳＳＢ変調器であって、
前記第１のサブマッハツェンダー導波路及び前記第２のサブマッハツェンダー導波路のいずれかまたは両方の出力部がＸ分岐形状である光ＳＳＢ変調器。
前記Ｘ分岐が非対称Ｘ分岐である請求項１〜３のいずれかに記載の光ＳＳＢ変調器。
前記Ｘ分岐のうち一方の光路は光検出器と連結されている請求項４に記載の光ＳＳＢ変調器。
前記Ｘ分岐の一方の光路と連結された光検出器と、
前記光検出器から不要光の量に関する情報を受け取り、その情報に基づいてサブマッハツェンダー導波路のバイアス調整電極に印加する電圧の量を調整する電圧調整情報を求め、電圧調整情報を出力する制御装置と、
前記制御装置が出力した電圧調整情報に基づいてサブマッハツェンダー導波路のバイアス調整電極に電圧を印加する第１の信号源を具備する
請求項１〜５のいずれかに記載の光ＳＳＢ変調器。
請求項２〜請求項５のいずれかに記載の光ＳＳＢ変調器において、前記第３のバイアス調整電極の代わりに変調電極とバイアス調整電極、又は変調電極を用いた、光周波数シフトキーイング変調器。