JP2006221111A - マッハツェンダー型光素子およびその駆動方法 - Google Patents

マッハツェンダー型光素子およびその駆動方法 Download PDF

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Toshihiro Ito
敏洋 伊藤
Koji Enbutsu
晃治 圓佛
Seiji Toyoda
誠治 豊田
Koichiro Nakamura
孝一郎 中村
Masahiro Sasaura
正弘 笹浦
Kazuo Fujiura
和夫 藤浦
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Abstract

【課題】 バイアス点における出力の温度依存性を低減し、出力効率の向上が可能なマッハツェンダー型光素子およびその駆動方法を提供すること。
【解決手段】 ３ｄＢカプラ２２と、３ｄＢカプラ２２のそれぞれの出力端に接続された、ＫＴＮからなる導波路コアを含む光導波路２３、２４と、光導波路２３、２４の出力端に連結された３ｄＢカプラ２５とを備える。光導波路２３には、電源２９に電気的に接続された電極２７Ａおよび２７Ｂが配置され、バイアスＶａと信号電圧Ｖｘとが印加されている。一方、光導波路２４には、電源３０に電気的に接続された電極２８Ａおよび２８Ｂが配置され、バイアスＶａが印加されている。
【選択図】 図７

Description

本発明は、マッハツェンダー型光素子およびその駆動方法に関し、より詳細には、電気信号で光信号の強度を変調もしくはスイッチングするマッハツェンダー型光素子およびその駆動方法に関するものである。
近年、インターネットの発展に伴って大容量の情報の伝達が求められており、様々な通信技術が開発されている。その中でも、大容量通信が可能である、幹線として光ファイバを用いた技術が急速に普及している。これに伴って、光信号を電気信号に変えることなく光信号のままで切り替える光スイッチに対するニーズが高まっている。特に、高速で光信号を切り替えることができる電気光学効果を用いた光スイッチに対する需要は増している。
しかし、これまでの光スイッチはニオブ酸リチウムなどを用いたものであって、動作電圧が高かったり、サイズが大きくて高集積化に向かないという問題があった。さらに、ニオブ酸リチウムは、1次の電気光学効果を有する結晶であるため、偏波依存性を有している。よって、偏波無依存動作を行うためには、構成に工夫をする必要が生じ、コストアップにも繋がっていた。
最近、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜１＜１）（ＫＴＮ）という電気光学材料が、大きな電気光学効果を有するため、小型の光スイッチを作製するのに有利であるために注目されている。
まず、最初の従来技術として、一般の電気光学材料を用いたマッハツェンダー型の光スイッチまたは変調器に、ＫＴＮのような二次の電気光学効果を用いた材料を適用した場合にどのような動作をするか説明する。
一般の電気光学材料を用いた光変調器もしくは光スイッチ（共にマッハツェンダー型）としては、図１に示す構成がよく知られている。
図１において、入力ポート１は、カプラ２に連結されており、カプラ２のそれぞれの出力端にはそれぞれ、導波路コアを含む、光導波路３、４が連結されている。光導波路３，４の出力端のそれぞれは、カプラ５の入力端に連結されており、カプラ５の出力端には出力ポート６が連結されている。また、電極７Ａ、７Ｂは、光導波路３を挟んで略平行に対向して配置されており、電極８Ａ、８Ｂも同様に、光導波路４を挟んで略平行に対向して配置されている。電極７Ａは電源９の＋極に、電極７Ｂは電源９の−極にそれぞれ電気的に接続されている。一方、電極８Ａは電源１０の＋極に、電極８Ｂは電源１０の−極にそれぞれ電気的に接続されている。このような構成において、電源９、電極７Ａ、７Ｂにより、光導波路３の所定の領域に電圧Ｖ１を印加し、電源１０、電極８Ａ、８Ｂにより、光導波路４の所定の領域に電圧Ｖ２を印加する。
このように、この技術では、マッハツェンダー型の光スイッチにおいて、両方の光導波路に対して光導波路をはさんでそれぞれ二つの電極を構成する。これによって導波路のコアに電界を印加し、コアの屈折率を電気光学効果によって変化させる。
光導波路３、４に一次の電気光学材料を用いた場合、光導波路３、４での屈折率の変化Δｎ１、Δｎ２は、電圧Ｖ１、Ｖ２に比例して以下のように表せる。
Δｎ１＝α×Ｖ１、 Δｎ２＝α×Ｖ２（α：定数）
二つの光導波路での位相の変化をそれぞれ△φ１,△φ２とすると、これらは、光導波路における電界が印加される部分の長さＬ（変調器の大きさ）と屈折率の変化△ｎ１,△ｎ２を用いて以下のように書ける。
Δφ１＝２π△ｎ１×Ｌ／λ、△φ２＝２π△ｎ２×Ｌ／λ
ここで、カプラ２、５が３ｄＢカプラであって、光導波路３、４からカプラ５を介して出力ポート６に入射されるそれぞれの光の量が同量である場合、マッハツェンダー光強度変調器の出力Ｐは位相差の変化△φ１−△φ２に対して以下のように正弦波的に変化する。
Ｐ＝Ａｃｏｓ２（△φ１−△φ２）＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ{２（△φ１−△φ２）}）
＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ{４παＬ／λ（Ｖ１−Ｖ２）}）
（Ａは入力信号強度と変調器のロスに応じて決まる定数）となり、図２のようにＶ１とＶ２の差に応じて正弦波的に出力光が変化することがわかる。
このようなマッハツェンダー型光強度変調器を利用する場合は、電圧Ｖ１、Ｖ２をそれぞれ、バイアス電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２（Ｖｂ１はＶｂ２と等しくない）とする。すなわち、光導波路３、４にそれぞれ、バイアス電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２を印加すると、図２に示すように、Ｖｂ１−Ｖｂ２のとき、その点を中心に電圧をふると出力光の強度の変化が最大になる。よって、その点（Ｖｂ１−Ｖｂ２）を中心に信号電圧を重畳し、出力を変化させることによって信号電圧に対して最大の変換効率を得る。
ここで、以上の通常使用されている技術にＫＴＮのように二次の電気光学効果を有する材料をそのまま適用した場合を考える。光の強度はやはり電圧によって変調することができるが、変調信号の電圧に対する依存性が異なる。ＫＴＮは二次の電気光学効果を有し、ＫＴＮの屈折率の変化△ｎの電界・電圧依存性は、図３からも分かるように、次のようになる。
Δｎ＝ｇε２Ｅ２＝βε２Ｖ２
ここで、ｇはＫＴＮ材料の非線形定数であり、εは誘電率であり、βは電圧と電界との比例定数ｃ（Ｖ＝ｃＥ）を用いてβ＝ｇ／ｃ２と書ける。
その結果、変調信号は以下のようになる。
Δφ１＝２π△ｎ１×L／λ＝２πβε２Ｖ１ ２Ｌ／λ
＝2πｇε２Ｖ１ ２Ｌ／（λｃ２）
ここで、γ＝２πｇＬ／（λｃ２）とおくと、
Δφ１＝γε２Ｖ１ ２、Δφ２＝γε２Ｖ２ ２となり、
Ｐ＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ{２（△φ１−△φ２）}）
＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ{２γε２（Ｖ１ ２−Ｖ２ ２）}）となる。
ここまで、マッハツェンダー型光変調器において、一般的に二つの光導波路に電圧をかけた場合について説明したが、より具体的に以下では片側の光導波路だけに電圧をかけた場合について説明する。このとき、変調信号は、
Ｐ＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ（２△φ１））＝０．５Ａ{１＋ｃｏｓ（２γε２Ｖ１ ２）}となる。このままでは、電圧Ｖ１に対して変調信号の変化が小さいので、時間的に一定なバイアス電圧Ｖａ’を加えた上で、信号電圧Ｖｘを加えることにする。こうすると、図３から分かるように、Ｅａ’（＝Ｖａ’／電極間の距離）を中心として、信号電圧Ｖｘに応じて電界が変動するので、大きな変調効果が得られることになる。マッハツェンダーの光変調出力は、
Ｐ＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ（２△φ１））＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ（２γε２（Ｖａ’＋Ｖｘ）２）） （１）
となる。ＫＴＮでは、誘電率の温度依存性が大きく、誘電率と温度との関係は、例えば図４のようになっている。図４に示されるように、ある相転移温度Ｔｃをピークとして、その両側で急激に誘電率が減少する。Ｔ＜Ｔｃでは、強誘電相となっていて、普通は光が通過しない。よって、Ｔ＞Ｔｃに動作温度を設定して使用するが、動作温度がＴ＝Ｔｏｐの一定温度になるように、温度保持回路をつけて使用する。
次に、二番目の従来技術としてＫＴＮのような二次の電気光学効果を有する材料を用いた光スイッチもしくは光変調器として、図５に示す構成がある（非特許文献１参照）。図５に示す構成において、図１にて説明した構成と同様なものについては、同じ符号を付すと共に説明は省略し、図５の構成で特徴的な部分のみを説明する。
図５において、電極７Ａ、７Ｂが、光導波路３を挟んで略平行に対向して配置されていると共に、電極１１が光導波路３上に１つ配置されている。一方、電極８Ａ、８Ｂは、図１と同様に、光導波路４を挟んで略平行に対向して配置されている。このような電極配置において、電極７Ａ、７Ｂは電源９の＋極に、電極１１は電源９の−極にそれぞれ電気的に接続されている。一方、電極８Ａは電源１０の＋極に、電極８Ｂは電源１０の−極にそれぞれ接続されている。このような構成において、電源９、電極７Ａ、７Ｂ、１１により、光導波路３の所定の領域に電圧Ｖ１を印加し、電源１０、電極８Ａ、８Ｂにより、光導波路４の所定の領域に電圧Ｖ２を印加する。図５から分かるように、電圧Ｖ１に含まれるバイアスＶｂ１と、電圧Ｖ２に含まれるバイアスＶｂ２とは異なる値である。
このように、図５に示す構成では、偏波無依存性を実現するために、二つの光導波路に異なるタイプの電極を配置している。図６は、図５のＶI−ＶＩ線矢視断面図である。
図６において、Ａ側（光導波路３）では、電極１１から導波路コア１４に向かう方向に電界が印加される。一方、Ｂ側（光導波路４）では、導波路コア１５を挟むように電極８Ａ、電極８Ｂが配置されている。よって、図６に示すように、電極８Ａから電極８Ｂに向かう方向に電界が印加される。このような電極構造により、光の伝搬方向に対して直交し、かつ、互いに直交する２方向に電界を印加することになる。
つまり、光導波路３では、図６における縦方向に電界がかかるが、光導波路４では、図６における横方向に電界がかかる。この方法によって、電圧を適切に調整することにより、どの方向の偏光が入力ポート１に入力されても同様の位相変調を実現することができて、偏波無依存性を有する光スイッチ・変調器が実現できる。
S. Toyoda et.al, "LOW DRIVING VOLTAGE POLARIZATION-INDEPENDENT > 3 GHz-RESPONSE ELECTRO-OPTIC SWITCH USING KTN WAVEGUIDES" Tech. Digest of ECOC 2003, p.113
しかし、ＫＴＮのような二次の電気光学効果を有し、かつ誘電率の温度依存性の高い材料を用いた場合、これらの従来技術には以下のような問題が生じる。
まず、Ｔｏｐからわずかに動作温度が変化したときに、図４からわかるように、ＫＴＮの誘電率は変化する。具体的には、光変調器の出力は式（１）に示したように、
Ｐ＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ（２△φ１））＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ（２γε２（Ｖａ’＋Ｖｘ）２））
で記述できるが、信号電圧Ｖｘ＝０の状態であっても、出力は、
Ｐ＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ（２△φ１））＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ（２γε２Ｖａ’ ２））
と書けるため、温度のわずかな変化に応じて、出力が変化する。つまり、信号＝ＯＦＦのときであっても、出力信号が動作温度に応じて大きく変化してしまう。
このような問題がおこらないように動作温度が極力変わらない様にモジュールを設計する必要がある。しかしながら、温度の一定性に対する要求が厳しいために、モジュールの熱設計、及び温度制御回路に対する要求が厳しくなって、環境温度の一定性を実現するようにモジュールを作製すると、モジュールの価格が上昇するという問題があった。
さらに、変調器としての効率を考えるともう一つの問題がある。すなわち、変調器出力が最大となるバイアス点（バイアス電圧）は、上述の出力Ｐが電圧に対して最大の変化をする点であるが、そのような点は、
２γε２Ｖａ’ ２＝（１／２＋ｎ）π （但しｎは任意の整数）
で決まる。この離散的な点における電圧に対応する電界は、必ずしも二次の電気光学効果を有する材料に対する最善のバイアス電界とはならない点である。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、バイアス点における出力の温度依存性を低減し、出力効率の向上が可能なマッハツェンダー型光素子およびその駆動方法を提供することにある。
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、入力光を２つに分岐して出力する光分岐手段と、該分岐手段の一方の出力端に接続され、二次の電気光学効果を有する誘電体からなる第１の導波路コアを含む第１の光導波路と、該第１の光導波路に電圧を印加する第1の電圧印加手段と、前記分岐手段の他方の出力端に接続され、二次の電気光学効果を有する誘電体からなる第２の導波路コアを含む第２の光導波路と、該第２の光導波路に電圧を印加する第２の電圧印加手段と、前記第１および第２の光導波路に連結され、前記第1の光導波路から入力された光と前記第２の光導波路から入力された光とを合波して出力する合波手段とを備え、前記第１および第２の電圧印加手段は、対応する光導波路にそれぞれ、絶対値が同一である、有限の値であり、かつ前記二次の電気光学効果を有する誘電体についての、該誘電体を破壊する電圧よりも小さい値のバイアス電圧を印加し、かつ前記第１および第２の電圧印加手段の少なくとも一方は、対応する光導波路に信号電圧を印加することを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の電圧印加手段は、前記第1の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して前記信号電圧を重畳し、前記第２の電圧印加手段は、前記第２の光導波路に前記バイアス電圧を印加することを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の電圧印加手段は、前記第1の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して前記信号電圧を重畳し、前記第２の電圧印加手段は、前記第２の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して、前記第１の電圧印加手段にて重畳された信号電圧とは逆の符号の前記信号電圧を重畳することを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の電圧印加手段は、前記第1の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して前記信号電圧を重畳し、前記第２の電圧印加手段は、前記第２の光導波路に、前記第１の電圧印加手段によって印加されたバイアス電圧とは逆符号の前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して、前記第１の電圧印加手段にて重畳された信号電圧と同符号の前記信号電圧を重畳することを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記第１の電圧印加手段は、前記第１の光導波路を挟んで略平行に対向して配置された２つの電極を備え、前記第２の電圧印加手段は、前記第２の光導波路を挟んで略平行に対向して配置された２つの電極を備えることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記第１の電圧印加手段に備えられた２つの電極のうち、前記第２の光導波路側に配置された電極と、前記第２の電圧印加手段に備えられた２つの電極のうち、前記第１の光導波路側に配置された電極とは一体化されていることを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記第１の電圧印加手段は、前記第１の光導波路を挟んで略平行に対向して配置された２つの電極からなる電極対を２つ備え、該２つの電極対は前記第1の光導波路に沿って入力側から出力側にそれぞれ形成されており、該２つの電極対のうちいずれか一方は、前記第1の光導波路上に設けられた第１の電極をさらに有し、前記第２の電圧印加手段は、前記第２の光導波路を挟んで略平行に対向して配置された２つの電極からなる電極対を２つ備え、該２つの電極対は前記第２の光導波路に沿って入力側から出力側にそれぞれ形成されており、該２つの電極対のうち、前記第1の光導波路の入力側および出力側の電極対に対して前記第１の電極が設けられた側に対応する電極対は、前記第２の光導波路上に設けられた第２の電極をさらに有することを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記第１の電圧印加手段は、互いに対向して配置した２つの櫛型電極を備え、該２つの櫛型電極により、前記第１の光導波路中を通過する光の進行方向に電界を印加し、前記第２の電圧印加手段は、互いに対向して配置した２つの櫛型電極を備え、該２つの櫛型電極により、前記第２の光導波路中を通過する光の進行方向に電界を印加することを特徴とする。
請求項９記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記第１の電圧印加手段は、前記第１の光導波路を挟んで略平行に対向して配置された２つの電極からなる電極対を２つ備え、該２つの電極対は前記第1の光導波路に沿って入力側から出力側にそれぞれ形成されており、前記入力側に形成された電極対を構成する電極のそれぞれは、前記第１の光導波路に含まれる第１の導波路コアに対して、該第１の導波路コアの長手方向に垂直な面内における前記第１の導波路コアが形成される基板に対する水平方向から略４５度傾けた第１の方向に電界を印加するように配置され、前記出力側に形成された電極対を構成する電極のそれぞれは、前記第１の導波路コアに対して、前記水平方向から略４５度傾けた方向であって、前記第１の方向から９０度傾けた第２の方向に電界を印加するように配置され、前記第２の電圧印加手段は、前記第２の光導波路を挟んで略平行に対向して配置された２つの電極からなる電極対を２つ備え、該２つの電極対は前記第２の光導波路に沿って入力側から出力側にそれぞれ形成されており、前記入力側に形成された電極対を構成する電極のそれぞれは、前記第２の光導波路に含まれる第２の導波路コアに対して、前記第１の方向に電界を印加するように配置され、前記出力側に形成された電極対を構成する電極のそれぞれは、前記第２の導波路コアに対して、前記第２の方向に電界を印加するように配置されていることを特徴とする。
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の発明において、前記バイアス電圧は、材料として最大の特性を引き出すためのバイアス電圧であることを特徴とする。
請求項１１記載の発明は、請求億１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記信号電圧は、前記マッハツェンダー型光素子の出力と印加電圧との関係式について、前記出力を前記印加電圧で微分した際の微分係数が最大になる場合の電圧を含むことを特徴とする。
請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記第１の光導波路と第２の光導波路とは異なる長さを有しており、前記第１の光導波路と第２の光導波路との行路差は、該行路差によって生じる位相差が、Ｎは任意の整数とすると（１／２＋Ｎ）πと等しくなるように設定されていることを特徴とする。
請求項１３記載の発明は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の発明において、前記マッハツェンダー型光素子の温度を測定する温度測定手段と、前記マッハツェンダー型光素子の温度を制御する温度制御手段と、前記温度測定手段によって測定された温度情報により、前記温度制御手段を制御する温度保持手段とをさらに備えることを特徴とする。
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の発明において、前記温度制御手段は、前記第１および第２の光導波路に対して同量の熱量のやり取りを行う位置に配置されていることを特徴とする。
請求項１５記載の発明は、入力光を２つに分岐し、該分岐された光の一方を、二次の電気光学効果を有する誘電体からなる第１の導波路コアを含む第１の光導波路へと出力し、前記分岐された光の他方を、二次の電気光学効果を有する誘電体からなる第２の導波路コアを含む第２の光導波路へと出力する光分岐工程と、前記分岐された光のそれぞれが入力された前記第１および第2の光導波路に電圧を印加する電圧印加工程と、前記電圧が印加された第１および第２の光導波路から出力されたそれぞれの光を合波して出力する合波工程とを有し、前記電圧印加工程では、第１および第２の光導波路にそれぞれ、絶対値が同一である、有限の値であり、かつ前記二次の電気光学効果を有する誘電体についての、該誘電体を破壊する電圧よりも小さい値のバイアス電圧を印加し、かつ前記第１および第２の光導波路の少なくとも一方に、対応する光導波路に信号電圧を印加することを特徴とする。
請求項１６記載の発明は、請求項１５記載の発明において、前記電圧印加工程では、前記第1の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して前記信号電圧を重畳し、前記第２の光導波路に前記バイアス電圧を印加することを特徴とする。
請求項１７記載の発明は、請求項１５記載の発明において、前記電圧印加工程では、前記第1の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して前記信号電圧を重畳し、前記第２の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して、前記第１の光導波路に印加された信号電圧とは逆の符号の前記信号電圧を重畳することを特徴とする。
請求項１８記載の発明は、請求項１５記載の発明において、前記電圧印加工程では、前記第1の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して前記信号電圧を重畳し、前記第２の光導波路に、前記第１の光導波路に印加されたバイアス電圧とは逆符号の前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して、前記第１の光導波路に印加された信号電圧と同符号の前記信号電圧を重畳することを特徴とする。
請求項１９記載の発明は、請求項１５乃至１８のいずれかに記載の発明において、前記電圧印加工程では、前記第１および第２の光導波路のそれぞれ２つの領域に電界を印加し、該２つの領域のうち入力側の領域には、前記第１の光導波路に含まれる第１の導波路コアおよび前記第２の光導波路に含まれる第２の導波路コアに対して、該第１および第２の導波路コアの長手方向に垂直な面内における前記第１および第２の野導波路コアが形成される基板に対する水平方向から略４５度傾けた第１の方向に電界を印加し、前記２つの領域のうち出力側の領域には、前記第１および第２の導波路コアに対して、前記水平方向から略４５度傾けた方向であって、前記第１の方向から９０度傾けた第２の方向に電界を印加することを特徴とする。
請求項２０記載の発明は、請求項１５乃至１９のいずれかに記載の発明において、前記バイアス電圧は、材料として最大の特性を引き出すためのバイアス電圧であることを特徴とする。
請求項２１記載の発明は、請求項１５乃至２０のいずれかに記載の発明において、前記信号電圧は、前記マッハツェンダー型光素子の出力と印加電圧との関係式について、前記出力を前記印加電圧で微分した際の微分係数が最大になる場合の電圧を含むことを特徴とする。
請求項２２記載の発明は、請求項１５乃至２０のいずれかに記載の発明において、前記第１の光導波路と第２の光導波路とは異なる長さを有しており、前記第１の光導波路と第２の光導波路との行路差は、該行路差によって生じる位相差が、Ｎは任意の整数とすると（１／２＋Ｎ）πと等しくなるように設定されていることを特徴とする。
請求項２３記載の発明は、請求項１５乃至２２のいずれかに記載の発明において、前記マッハツェンダー型光素子の温度を測定する温度測定工程と、該温度測定工程によって測定された温度情報により、前記マッハツェンダー型光素子の温度を制御する温度制御工程とをさらに有することを特徴とする。
請求項２４記載の発明は、請求項２３記載の発明において、前記温度制御工程では、前記第１および第２の光導波路に対して同量の熱量のやり取りを行うことを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、二次の電気光学効果を有する誘電体材料からなる導波路コアを有する、第１の光導波路および第２の光導波路にそれぞれ、絶対値が同一であるバイアス電圧を印加しているので、バイアス点における出力の温度依存性を低減することができ、また、出力効率を向上することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
二次の電気光学効果を有する材料を用いた、マッハツェンダー型光強度変調器や光スイッチ等の、マッハツェンダー型光素子において、バイアス電圧Ｖａ’に対応するバイアス電界Ｅａ’は大きいほど大きな変調特性が得られるので、二次の電気光学効果を有する材料の特性を最大限に引き出すには、上述のように変調器の大きさＬの値とは無関係に、材料として許される最大のバイアス電界をかけて利用することが望ましい。そのためには、変調器の効率を最大にするバイアスと、材料の特性を引き出すバイアスとを独立に印加できることが望ましい。
そこで、本発明の一実施形態は、マッハツェンダー型の変調器もしくは光スイッチ等のマッハツェンダー型光素子において、二つの光導波路に対称的に電極を構成し、両方の光導波路に同じ値のバイアス電圧を印加している。好ましくは、二つの光導波路に同じ値の、材料としての最大の特性を引き出すためのバイアス電圧Ｖａ（本明細書では、単に「バイアス電圧Ｖａ」とも呼ぶ）を印加し、二つの光導波路の少なくとも一方に、変調器の特性を最大にするためのバイアス電圧Ｖｂ（本明細書では、単に「バイアス電圧Ｖｂ」とも呼ぶ）を含む信号電圧を印加する。
本明細書において、「材料としての最大の特性を引き出すためのバイアス電圧Ｖａ」とは、光導波路に含まれる導波路コアの材料に応じて設定される電圧であり、そのバイアス点近傍において電圧をふった場合の屈折率変化が、その材料が印加電圧により破壊されない範囲内において最大となる電圧のことを指す。すなわち、導波路コアとして用いられる、二次の電気光学効果を有する材料について、該材料が印加電圧により破壊される電圧より小さい電圧において、屈折率変化と印加電圧との関係式のバイアス点における傾きが最大になる電圧のことを指す。ただし、材料が印加電圧により破壊される電圧より小さい側の、上記傾きが最大になる電圧の近傍の電圧も含む。
また、本明細書において、「変調器の特性を最大にするためのバイアス電圧Ｖｂ」とは、そのバイアス点近傍において電圧をふった場合の、素子の出力光強度変化が最大になる電圧である。すなわち、出力Ｐと印加電圧Ｖの関係式について、出力Ｐを印加電圧Ｖで微分した際の微分係数が最大になる場合の電圧を指す。
本発明の一実施形態では、光導波路は、誘電率の温度依存性が大きく、二次の電気光学効果を有する材料からなる導波路コアと、クラッドとを備えている。二次の電気光学効果を有する材料として、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ3（０＜ｘ＜１）（ＫＴＮ）が好ましい。
ＫＴＮ結晶は、立方晶から正方晶さらに菱面体晶へと温度により結晶系を変える性質を有しており、立方晶においては、大きい二次の電気光学効果を有することが知られている。特に、立方晶から正方晶への相転移温度に近い領域では、比誘電率が発散する現象が起こり、比誘電率の自乗に比例する二次の電気光学効果はきわめて大きい値となる。従って、位相変調の際に必要になる印加電圧を低く抑えることが可能となる。
本発明の一実施形態において、導波路コアを構成する材料としてＫＴＮに限定されるものではなく、例えば、Ｋ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）（ＫＬＴＮ）等、誘電率の温度依存性が大きく、二次の電気光学効果を有する材料であればいずれであっても良い。
（第１の実施例）
図７は、第１の実施例に係るマッハツェンダー型光素子としての光変調器を示す図である。
図７において、入力ポート２１は、入力光を分岐して出力する手段としての３ｄＢカプラ２２に連結されており、３ｄＢカプラ２２のそれぞれの出力端にはそれぞれ、誘電率の温度依存性が大きく、二次の電気光学効果を有する材料であるＫＴＮからなる導波路コアを含む、光導波路２３、２４が連結されている。光導波路２３，２４の出力端のそれぞれは、入力光を合波して出力する手段としての３ｄＢカプラ２５の入力端に連結されており、３ｄＢカプラ２５の出力端には出力ポート２６が連結されている。
また、電極２７Ａ、２７Ｂは、光導波路２３を挟んで略平行に対向して配置されており、電極２８Ａ、２８Ｂも同様に、光導波路２４を挟んで略平行に対向して配置されている。電極２７Ａは電源２９の＋極に、電極２７Ｂは電源２９の−極にそれぞれ電気的に接続されている。一方、電極２８Ａは電源３０の＋極に、電極２８Ｂは電源３０の−極にそれぞれ電気的に接続されている。このような構成において、電源２９、電極２７Ａ、２７Ｂにより、光導波路３の所定の領域（電極２７Ａおよび２７Ｂの長手方向の長さに略相当する領域）に、材料としての最大の特性を引き出すためのバイアスＶａに信号電圧Ｖｘを加えた電圧を印加する。また、電源３０、電極２８Ａ、２８Ｂにより、光導波路２４の所定の領域（電極２８Ａおよび２８Ｂの長手方向の長さに略相当する領域）に、材料としての最大の特性を引き出すためのバイアスＶａを印加する。本実施例では、Ｖａ＞＞Ｖｘとしている。
なお、本実施例において、信号電圧Ｖｘとは、変調器の特性を最大にするためのバイアスＶｂに、実際に強度を変調するのに用いる信号電圧Ｖｓを加えた電圧である。
また、本実施例において、バイアスＶａは、導波路コアとして用いられるＫＴＮの屈折率変化が、ＫＴＮが印加電圧により破壊されない範囲内において最大となるように設定されている。また、バイアスＶｂは、上述の構成の光変調器に対して、電圧をふった場合の、光変調器の出力光強度変化が最大になるように設定されている。
図７に示すように本実施例では、マッハツェンダー型の変調器の光導波路の上に電極を形成するにあたって、二つの導波路の上に対称になるように電極を形成している。そして、双方の光導波路２３、２４に同じ大きさのバイアス電圧Ｖａを印加し、光導波路２３にのみ信号電圧Ｖｘを重畳する。その結果、出力信号（出力Ｐ）は以下のようになる。
Ｐ＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ{２（△φ１−△φ２）}）
＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ［２γε２{（Ｖａ＋Ｖｘ）２−Ｖａ ２}］）
＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ｛２γε２（２ＶａＶｘ＋Ｖｘ ２）}） （２）
その結果、温度変化によって光導波路コアを構成するＫＴＮの誘電率が大きく変化しても、バイアス電圧Ｖａを同じように光導波路２３、２４に印加しているために、屈折率の変化は両方の光導波路に同じように生じる。強度変調は、両方の光導波路２３、２４の位相の位相差として現れるから、位相変化の効果は相殺して最終的な強度変調結果には現れない。その結果、式（２）におけるＶａ ２に比例した項が消失する。すなわち、温度のバイアス点に対する影響が大幅に小さくなる。式（２）における残りの項もεの二乗に比例しているから温度依存性は残るが、Ｖａ＞＞Ｖｘであるため、温度依存性は大幅に小さくなる。例えば、Ｖａ＝１０Ｖｘである場合、式（１）より、（Ｖａ＋Ｖｘ）２＝１２１Ｖａとなり、式（２）より、（２ＶａＶｘ＋Ｖｘ ２）＝２１Ｖａとなるので、温度依存性はほぼ１／６となる。
図３から分かるように、材料としての最大の特性を引き出すためのバイアスＶａは、材料が印加電圧によって破壊されない程度に大きくする必要があるが、バイアスＶａを大きくすると、温度依存性にも大きく影響してしまう。しかしながら、本実施例では、上述のように、光導波路２３、２４に同じ値のバイアスＶａを印加することによりバイアスＶａの二乗の項はキャンセルされるので、バイアスＶａを材料が印加電圧によって破壊されない程度に大きくしても、出力に対する温度依存性への影響を軽減することができる。すなわち、バイアスＶａの出力に対する温度依存性への影響を軽減することができる。よって、温度依存性への影響を軽減しつつ、材料の特性を最大限まで発揮した変調を行うことができる。
さらに、本実施例のようにＶａ＞＞Ｖｘとすることで、（２ＶａＶｘ＋Ｖｘ ２）のＶｘ ２の項を無視できるので、さらに温度依存性を低減することが可能となるので、Ｖａ＞＞Ｖｘとすることが好ましい。
本実施例では、Ｖａ＞＞Ｖｘとしているが、Ｖａ＞０、Ｖｘ＞０であれば良い。Ｖａ＞０、Ｖｘ＞０であれば、上述のように、従来技術に関する式（１）に比べて温度依存性を低減することができる。すなわち、バイアスＶａを材料が破壊されない程度に大きくしても、バイアスＶａの二乗の項はキャンセルしているので、温度依存性への影響を軽減することができる。
すなわち、本実施例では、材料の特性を最大限活かした変調を得るためには、図３から分かるようにバイアスＶａとしてはなるべく電圧を大きくすることが要求される。一方、変調器の特性を最大限活かすためには、図８から分かるようにバイアスＶｂとしては必ずしも電圧を大きくすることは要求されていない。本実施例の構成において、Ｖａ＞０、Ｖｘ＞０とすることにより、電圧を大きくすることが要求されているバイアスＶａによる出力への温度依存性を軽減することができるのである。
実際に信号を変調するときには、出力信号（出力Ｐ）のＶｘに対する依存性は図８のようになっているから、強度信号として最大の効率を得るためには、信号電圧Ｖｘとしてバイアス電圧Ｖｂを加えた上で、信号電圧Ｖｓを印加することになる。よって、上述のように、信号電圧Ｖｘ＝Ｖｂ＋Ｖｓとなるのである。
これにより、材料としての最大の特性を引き出すためのバイアスＶａと、変調器の特性を最大にするためのバイアスＶｂとを独立に印加することができ、変調器全体として最善の特性を得ることが可能になる。
このような構成により、入力ポート２１に入力光が入力されると、３ｄＢカプラ２２により入力光は２つに分岐される。該分岐光はそれぞれ、光導波路２３および２４に導かれる。上記分岐光の一方は、電源２９、電極２７Ａおよび２７ＢによりバイアスＶａ＋信号電圧Ｖｘが印加された光導波路２３中を通過して所定量だけ位相が変化され、３ｄＢカプラ２５に入力される。一方、上記分岐光の他方は、電源３０、電極２８Ａおよび２８ＢによりバイアスＶａが印加された光導波路２４中を通過して所定量だけ位相が変化され、３ｄＢカプラ２５に入力される。
３ｄＢカプラ２５にて、入力されたそれぞれの分岐光は合波され、出力ポート２６に導かれて出力される。
このように、本実施例では、同じ値のバイアスＶａを光導波路２３、２４に印加し、かつバイアスＶａとは独立にバイアスＶｂを印加しているので、導波路コアを構成する材料（本実施例ではＫＴＮ）の特性を最大に発揮するためにバイアスＶａを可能な限り大きくしても、温度依存性を低減することができ、かつ、変調器の特性を最大に発揮することができる。すなわち、出力に対する温度依存性の影響を低減し、かつ、出力効率を向上することが可能となる。
（第２の実施例）
図９は、第２の実施例に係るマッハツェンダー型光素子としての光変調器を示す図である。
本実施例では、図５の従来技術と同様に、縦方向と横方向の両方の偏光に対応するために、二つのタイプの電極を用いている。この二つのタイプの電極を、光導波路２３、２４の両方に適用している。
図９において、光導波路２３の入力側（図９において左側）には、電極３１Ａ、３１Ｂが、光導波路２３を挟んで略平行に対向して配置されていると共に、電極３１Ｃが光導波路２３上に１つ配置（第１の電極配置）されている。また、光導波路２３の出力側（図９において右側）には、電極３２Ａ、３２Ｂが、光導波路２３を挟んで略平行に対向して配置（第２の電極配置）されている。
一方、光導波路２４の入力側には、光導波路２３と同様に、電極３３Ａ、３３Ｂが、光導波路２４を挟んで略平行に対向して配置されていると共に、電極３３Ｃが光導波路２４上に１つ配置（第１の電極配置）されている。また、光導波路２４の出力側には、電極３４Ａ、３４Ｂが、光導波路２４を挟んで略平行に対向して配置（第２の電極配置）されている。
このような電極配置において、電極３１Ａ、３１Ｂは電源３５の＋極に、電極３１Ｃは電源３５の−極にそれぞれ電気的に接続されており、電極３２Ａは電源３６の＋極に、電極３２Ｂは電源３６の−極にそれぞれ電気的に接続されている。同様に、電極３３Ａ、３３Ｂは電源３７の＋極に、電極３３Ｃは電源３７の−極にそれぞれ電気的に接続されており、電極３４Ａは電源３８の＋極に、電極３４Ｂは電源３８の−極にそれぞれ電気的に接続されている。
なお、本実施例では、各光導波路２３，２４それぞれの入力側は第１の電極配置であり、それぞれの出力側は第２の電極配置であるが、これに限らず、各光導波路２３、２４それぞれの入力側を第２の電極配置に、それぞれの出力側を第1の電極配置にしても良い。
このような構成において、電源３５、電極３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃにより、光導波路２３の所定の領域（電極３１Ａ、３１Ｂおよび３１Ｃの長手方向の長さに略相当する領域）に電圧Ｖ１ｕ＝Ｖａ１＋Ｖｘ１を印加し、電源３７、電極３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃにより、光導波路２４の所定の領域（電極３３Ａ、３３Ｂおよび３３Ｃの長手方向の長さに略相当する領域）に電圧Ｖ１ｄ＝Ｖａ１を印加する。また、電源３６、電極３２Ａ、３２Ｂにより、光導波路２３の所定の領域（電極３２Ａおよび３２Ｂの長手方向の長さに略相当する領域）に電圧Ｖ２ｕ＝Ｖａ２＋Ｖｘ２を印加し、電源３８、電極３４Ａ、３４Ｂにより、光導波路２４の所定の領域（電極３４Ａおよび３４Ｂの長手方向の長さに略相当する領域）に電圧Ｖ２ｄ＝Ｖａ２を印加する。
ここで、Ｖａ１、Ｖａ２はそれぞれ、材料としての最大の特性を引き出すためのバイアスであり、同じ値、または異なる値のいずれであっても良い。また、Ｖｘ１、Ｖｘ２はそれぞれ、信号電圧であり、変調器の特性を最大にするためのバイアスを含んでいる。Ｖｘ１、Ｖｘ２に含まれる変調器の特性を最大にするためのバイアスはそれぞれ、同じ値、または異なる値のいずれであっても良い。
このような構成により、入力ポート２１に入力光が入力されると、３ｄＢカプラ２２により入力光は２つに分岐される。該分岐光はそれぞれ、光導波路２３および２４に導かれる。上記分岐光の一方は、電源３５、電極３１Ａ、３１Ｂおよび３１Ｃにより電圧Ｖ１ｕ＝Ｖａ１＋Ｖｘ１が入力側の所定の領域に印加され、電源３６、電極３２Ａおよび３２Ｂにより電圧Ｖ２ｕ＝Ｖａ２＋Ｖｘ２が出力側の所定の領域に印加された光導波路２３中を通過して所定量だけ位相が変化され、３ｄＢカプラ２５に入力される。
一方、上記分岐光の他方は、電源３７、電極３３Ａ、３３Ｂおよび３３Ｃにより電圧Ｖ１ｄ＝Ｖａ１が入力側の所定の領域に印加され、電源３８、電極３４Ａおよび３４Ｂにより電圧Ｖ２ｄ＝Ｖａ２が出力側の所定の領域に印加された光導波路２４中を通過して所定量だけ位相が変化され、３ｄＢカプラ２５に入力される。
３ｄＢカプラ２５にて、入力されたそれぞれの分岐光は合波され、出力ポート２６に導かれて出力される。
このような電極構成において、光導波路２４には光導波路２３と同じバイアスＶａ１、Ｖａ２を印加することにより、微小な温度変動に対する屈折率の変化をキャンセルする。
すなわち、図５と同様の二つのタイプの電極を用いたため、バイアスＶａ１、信号電圧Ｖｘ１、バイアスＶａ２、信号電圧Ｖｘ２を適切に選ぶことにより、二つの偏光を同様に変調することが可能になり、光スイッチに多く要求される偏波無依存動作が実現する。
さらに、変調器としては、第１の実施例と同様に、出力の変化が最大になるようにバイアスＶｂ１、Ｖｂ２の値を設計する（Ｖｘ１＝Ｖｂ１＋Ｖｓ１、Ｖｘ２＝Ｖｂ２＋Ｖｓ２；Ｖｓ１、Ｖｓ２は信号電圧）ことで、材料としての最大の特性を引き出すためのバイアスＶａ１、Ｖａ２と、変調器の特性を最大にするためのバイアスＶｂ１、Ｖｂ２を独立に決めることができ、変調器全体として最善の特性を得ることが可能になる。また、導波路コアを構成する材料（本実施例ではＫＴＮ）の特性を最大に発揮するためにバイアスＶａ１、Ｖａ２を可能な限り大きくしても、出力に対する温度依存性を低減することができる。
（第３の実施例）
本実施例に係るマッハツェンダー型光素子の構成は、第１の実施例と同様な構成である。第１の実施例では、片側の光導波路２３のみに信号電圧Ｖｘを印加している。これに対し、本実施例では、図１０に示すように、両方の光導波路２３、２４にバイアス電圧Ｖａを印加し、その上で信号電圧Ｖｘを各光導波路で正負逆に重畳する方法を用いている。すなわち、本実施例では、電源２９、電極２７Ａ、２７Ｂにより、光導波路２３の所定の領域（電極２７Ａおよび２７Ｂの長手方向の長さに略相当する領域）に、電圧Ｖ１＝Ｖａ＋Ｖｘを印加する。また、電源３０、電極２８Ａ、２８Ｂにより、光導波路２４の所定の領域（電極２８Ａおよび２８Ｂの長手方向の長さに略相当する領域）に、電圧Ｖ１＝Ｖａ−Ｖｘを印加する。本実施例では、Ｖａ＞＞Ｖｘとしている。
このような構成により、入力ポート２１に入力光が入力されると、３ｄＢカプラ２２により入力光は２つに分岐される。該分岐光はそれぞれ、光導波路２３および２４に導かれる。上記分岐光の一方は、電源２９、電極２７Ａおよび２７Ｂにより電圧Ｖ１＝Ｖａ＋Ｖｘが印加された光導波路２３中を通過して所定量だけ位相が変化され、３ｄＢカプラ２５に入力される。一方、上記分岐光の他方は、電源３０、電極２８Ａおよび２８Ｂにより電圧Ｖ１＝Ｖａ−Ｖｘが印加された光導波路２４中を通過して所定量だけ位相が変化され、３ｄＢカプラ２５に入力される。
３ｄＢカプラ２５にて、入力されたそれぞれの分岐光は合波され、出力ポート２６に導かれて出力される。
このように出力された変調器の強度出力は以下のようになる。
Ｐ＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ{２（△φ１−△φ２）}）
＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ［２γε２{（Ｖａ＋Ｖｘ）２−（Ｖａ−Ｖｘ）２}］）
＝０．５Ａ（１＋ｃｏｓ｛８γε２ＶａＶｘ}） （３）
この結果、Ｖａ＞＞Ｖｘであることを考えると出力信号の温度依存性は大幅に改善する。特に、Ｖｘ＝０のときは、出力Ｐは温度によって変化しなくなる。また、式（２）と比較して、Ｖｘ ２の項もキャンセルされるので、より出力への温度依存性を軽減することができる。また、式（３）に示されるように、第１の実施例のように片側の光導波路（光導波路２３）だけに信号電圧を加える場合と比較して、変調の効率を二倍にすることができ、より高性能な変調器が実現できる。また、変調器の長さを半分にしたり、変調信号を半分にするなどが可能となり、装置の小型化やコストダウンを図ることが可能となる。
（第４の実施例）
本実施例に係るマッハツェンダー型光素子の構成は、第２の実施例と同様な構成である。第２の実施例では、片側の光導波路２３のみに信号電圧Ｖｘを印加している。これに対し、本実施例では、図１１に示すように、両方の光導波路２３、２４にバイアス電圧Ｖａ１、Ｖａ２を印加し、その上で信号電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２を各光導波路で正負逆に重畳する方法を用いている。すなわち、本実施例では、電源３５、電極３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃにより、光導波路２３の所定の領域（電極３１Ａ、３１Ｂおよび３１Ｃの長手方向の長さに略相当する領域）に電圧Ｖ１ｕ＝Ｖａ１＋Ｖｘ１を印加し、電源３７、電極３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃにより、光導波路２４の所定の領域（電極３３Ａ、３３Ｂおよび３３Ｃの長手方向の長さに略相当する領域）に電圧Ｖ１ｄ＝Ｖａ１−Ｖｘ１を印加する。また、電源３６、電極３２Ａ、３２Ｂにより、光導波路２３の所定の領域（電極３２Ａおよび３２Ｂの長手方向の長さに略相当する領域）に電圧Ｖ２ｕ＝Ｖａ２＋Ｖｘ２を印加し、電源３８、電極３４Ａ、３４Ｂにより、光導波路２４の所定の領域（電極３４Ａおよび３４Ｂの長手方向の長さに略相当する領域）に電圧Ｖ２ｄ＝Ｖａ２−Ｖｘ２を印加する。
このように、各光導波路において二つのタイプの電極を用いたため、バイアスＶａ１、信号電圧Ｖｘ１、バイアスＶａ２、信号電圧Ｖｘ２を適切に選ぶことにより、二つの偏光を同様に変調することが可能になり、光スイッチに多く要求される偏波無依存動作が実現する。
さらに、各光導波路の対応する電極構成において信号電圧をで正負逆に重畳しているので、より出力への温度依存性を軽減することができ、また、式（３）に示されるように、第２の実施例と比較して、変調の効率を二倍にすることができる。
（第５の実施例）
図１２は、第５の実施例に係るマッハツェンダー型光素子としての光変調器を示す図である。
図１２において、光導波路２３には、電極３９および４１が、光導波路２３を挟んで略平行に対向して配置されている。一方、光導波路２４には、光導波路２３と同様に、電極４０および４１が、光導波路２４を挟んで略平行に対向して配置されている。電極４１は、例えば図７における電極２７Ｂおよび２８Ａを一体化したものに相当する。電極３９は電源４２に、電極４０は電源４３に、電極４１は電源４４にそれぞれ電気的に接続されている。
なお、本実施例に係る電極４１は、別個の２つの電極、例えば、図７に示すような、電極２７Ｂおよび２８Ａであっても良い。このとき、別個の２つの電極はそれぞれ、電源４４に電気的に接続するようにすれば良い。
このような構成において、電源４２により電極３９に材料としての最大の特性を引き出すためのバイアス＝Ｖａが印加され、電源４３により電極４０に材料としての最大の特性を引き出すためのバイアス＝−Ｖａ（電極３９に印加されたバイアス電圧Ｖａと逆符号の電圧）印加され、電源４４により電極４１に信号電圧Ｖｘを印加する。
このように、光導波路２４に印加されるバイアスを光導波路２３に印加されるバイアスに対して正負を逆転した上で、光導波路２３、２４に挟まれた部分に配置された電極４１により信号電圧Ｖｘを印加しているので、各光導波路に印加される電界は図１０と全く同じになる。よって、第３の実施例と同様の効果をえることができる。さらに、本実施例では、信号電圧Ｖｘを一箇所の電極のみに印加すれば良い、という更なる利点がある。
なお、本実施例において、電源４４による電極４１への信号電圧を−Ｖｘとしてもよい。
（第６の実施例）
本実施例は、図１１に示された第４の実施例に係る構成について、第５の実施例と同様に電極の共通化を行ったものである。
図１３は、第６の実施例に係るマッハツェンダー型光素子としての光変調器を示す図である。
図１３において、電極３１Ａおよび３１Ｂはそれぞれ電源４５に、電極３２Ａは電源４６に、電極３３Ａおよび３３Ｂはそれぞれ電源４７に、電極３４Ｂは電源４８に、電極３１Ｃおよび３３Ｃはそれぞれ電源４９に、電極３２Ｂおよび３４Ａはそれぞれ電源５０に電気的に接続されている。
なお、本実施例では、電極３２Ｂおよび３４Ａを一体化しても良い。
このような構成において、電源４５により電極３１Ａおよび３１Ｂに、材料としての最大の特性を引き出すためのバイアス＝Ｖａ１が印加され、電源４７により電極３３Ａおよび３３Ｂに、材料としての最大の特性を引き出すためのバイアス＝−Ｖａ１が印加され、電源４９により電極３１Ｃおよび３３Ｃに信号電圧Ｖｘ１を印加する。また、電源４６により電極３２Ａに、材料としての最大の特性を引き出すためのバイアス＝Ｖａ２が印加され、電源４８により電極３４Ｂに、材料としての最大の特性を引き出すためのバイアス＝−Ｖａ２が印加され、電源５０により電極３２Ｂおよび３４Ａに信号電圧Ｖｘ２を印加する。
このように、光導波路２４の入力側の電極構成により印加されるバイアスを光導波路２３の入力側の電極構成により印加されるバイアスに対して正負を逆転した上で、光導波路２３、２４のそれぞれに電極３１Ｃおよび３３Ｃにより信号電圧Ｖｘ１を印加し、かつ、光導波路２４の出力側の電極構成により印加されるバイアスを光導波路２３の出力側の電極構成により印加されるバイアスに対して正負を逆転した上で、光導波路２３、２４に挟まれた部分に配置された電極３２Ｂおよび３４Ａにより信号電圧Ｖｘ２を印加しているので、各光導波路に印加される電界は図１１と全く同じになる。よって、第４の実施例と同様の効果をえることができる。さらに、本実施例では、信号電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２を印加する電極の数を４つから２つに減少することができる、という更なる利点がある。
なお、本実施例における信号電圧は、−Ｖｘとしてもよい。
（第７の実施例）
本実施例は、図７に示した第１の実施例の構成について、電極部分は全く同じように作製しているが、電界が印加される以外の部分で、３ｄＢカプラ２２と３ｄＢカプラ２５とを連結する２つの光導波路に行路差ΔＬをつけたものである。
ＫＴＮのような材料では、屈折率そのものの温度変化は電気光学定数の温度変化に比べるとずっと小さく、このようにつけられた行路差△Ｌによって発生する位相差ｎ△Ｌ／λは、温度によらず一定値をとる。これによって生じる位相差がちょうどπ／２になるように設計することによって、第１の実施例で必要であったバイアスＶｂを印加することが不要になる。
これにより、信号電圧Ｖｓ＝０のときの温度依存性が消失し、さらに温度依存性に対する要求がゆるくなる。
図１４は、第７の実施例に係るマッハツェンダー型光素子としての光変調器を示す図である。
図１４において、３ｄＢカプラ２２のそれぞれの出力端にはそれぞれ、二次の電気光学効果を有する材料であるＫＴＮからなる導波路コアを含む、光導波路５１、５２が連結されている。本実施例では、光導波路５１と光導波路５２との行路差ΔＬは、
ｎ△Ｌ／λ＝（１／２＋Ｎ）π （Ｎは任意の整数）
を満たすように設定されている。ここで、ここでｎはＫＴＮの屈折率であり、λは入力光の波長である。
光導波路５１、５２の出力端のそれぞれは、入力光を合波して出力する手段としての３ｄＢカプラ２５の入力端に連結されており、３ｄＢカプラ２５の出力端には出力ポート２６が連結されている。
このような構成において、電源２９、電極２７Ａ、２７Ｂにより、光導波路３の所定の領域（電極２７Ａおよび２７Ｂの長手方向の長さに略相当する領域）に、材料としての最大の特性を引き出すためのバイアスＶａに信号電圧Ｖｓを加えた電圧を印加する。また、電源３０、電極２８Ａ、２８Ｂにより、光導波路２４の所定の領域（電極２８Ａおよび２８Ｂの長手方向の長さに略相当する領域）に、材料としての最大の特性を引き出すためのバイアスＶａを印加する。
このように、光導波路５１、５２において、行路差ΔＬを設けるようにしたので、信号電圧にＶｂを重畳しなくても、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
また、本実施例において、第３の実施例のように、光導波路５１にはバイアスＶａに正の信号電圧Ｖｓを重畳した電圧を、光導波路５２にはバイアスＶａに負の信号電圧Ｖｓを重畳した電圧をそれぞれ印加することで効率をさらに向上することができる。
なお、本実施例において重要なことは、光導波路２３、２４の行路差を、該行路差によって生じる位相差が、（１／２＋Ｎ）πと等しくなるように設定することであって、電極構成は、各光導波路に第１の電極配置および第２の電極配置としても良いし、電極２７Ｂと２８Ａとを一体化しても良い。また、バイアス電圧Ｖａおよび信号電圧Ｖｓについても、各光導波路２３、２４に同じバイアスＶａを印加し、その上で信号電圧Ｖｓを各光導波路で正負逆に重畳するようにしても良い。
（第８の実施例）
図１５は、第７の実施例に係るマッハツェンダー型光素子としての光変調器を示す図である。また、図１６（ａ）は、図１５のＸＶIＸ−ＸＶIＸ線矢視断面図であり、図１６（ｂ）は、図１５のＸＶIＹ−ＸＶIＹ線矢視断面図である。
本実施例では導波路コアの長手方向に垂直な面内における、導波路コアが形成される基板に対する水平方向（図１５、１６における方向Ｄ）に対して、導波路コアに印加される電界の方向を略４５度傾けた方向（図１６（ａ）、（ｂ）の方向ＰおよびＱ）にしている。すなわち、本実施例では、図１６（ａ）、（ｂ）に示す断面のように、導波路コア５９、６０に対してそれぞれ水平方向に対して４５度傾く方向（方向ＰおよびＱ）に電界をかけるように,電極を設計する。
図１５において、電極５３Ａおよび５３Ｂは、光導波路２３に含まれる導波路コア５９に対して、方向Ｄから略４５度傾けた第1の方向（図１６（ａ）では方向Ｐ）に電界を印加するように配置されており、電極５４Ａおよび５４Ｂは、光導波路２３に含まれる導波路コア５９に対して、方向Ｄから略４５度傾けた方向であって第1の方向に対して９０度傾けた第２の方向（図１６（ｂ）では方向Ｑ）に電界を印加するように配置されている。
同様に、電極５５Ａおよび５５Ｂは、光導波路２４に含まれる導波路コア６０に対して、第1の方向（図１６（ａ）では方向Ｐ）に電界を印加するように配置されており、電極５６Ａおよび５６Ｂは、光導波路２４に含まれる導波路コア６０に対して、第２の方向（図１６（ｂ）では方向Ｑ）に電界を印加するように配置されている。
電極５３Ａおよび５４Ａは電源５７の＋極に、電極５３Ｂおよび５４Ｂは電源５７の−極にそれぞれ電気的に接続されている。一方、電極５５Ａおよび５６Ａは電源５８の＋極に、電極５５Ｂおよび５６Ｂは電源５８の−極にそれぞれ電気的に接続されている。このような構成において、電源５７、電極５３Ａ、５３Ｂ、５４Ａ、５４Ｂにより、光導波路２３の所定の領域（電極５３Ａおよび５３Ｂの長手方向の長さに略相当する領域、ならびに電極５４Ａおよび５４Ｂの長手方向の長さに略相当する領域電極）に、電圧Ｖ１＝Ｖａ＋Ｖｘを印加する。また、電源５８、電極５５Ａ、５５Ｂ、５６Ａ、５６Ｂにより、光導波路２４の所定の領域（電極５５Ａおよび５５Ｂの長手方向の長さに略相当する領域、ならびに電極５６Ａおよび５６Ｂの長手方向の長さに略相当する領域電極）に、電圧Ｖ１＝Ｖａ−Ｖｘを印加する。
このように、導波路コアへの電界の印加方向を、方向Ｄから４５度傾けるようにしたので、図１１に示した第４の実施例のように、Ｖａ１、Ｖａ２の２種類のバイアス電圧と、Ｖｘ１、Ｖｘ２の２種類の信号電圧とを印加しなくても、１種類のバイアス電圧Ｖａと１種類の信号電圧Ｖｘとによって、偏波無依存を実現することができ、かつ温度に対する安定性を実現することが可能となる。
なお、本実施例において、電極５３Ｂと電極５５Ａとを、また電極５４Ｂと電極５６Ａとをそれぞれ一体化し、電極５３Ａ、５４ＡにＶａを、電極５５Ｂ、５６Ｂに−Ｖａを印加し、一体化された電極それぞれにＶｘを印加するようにしても良い。
さらに、光導波路２３、２４にバイアスＶａをそれぞれ印加し、光導波路２３にのみ信号電圧Ｖｘを重畳するようにしても良い。
（第９の実施例）
図１７は、第９の実施例に係るマッハツェンダー型光素子としての光変調器を示す図である。
本実施例では、互いに対向して配置された、櫛形電極６１および櫛型電極６３により光導波路２３の光の進行方向に電界が印加される。また、互いに対向して配置された、櫛型電極６５および櫛型電極６７により光導波路２４の光の進行方向に電界が印加される。櫛型電極６１は、複数の電極片６２Ａと、該電極片６２Ａのそれぞれの一方端を接続する電極部６２Ｂとからなり、櫛型電極６３は、複数の電極片６４Ａと、該電極片６４Ａのそれぞれの一方端を接続する電極部６４Ｂとからなる。また、櫛型電極６５は、複数の電極片６６Ａと、該電極片６６Ａのそれぞれの一方端を接続する電極部６６Ｂとからなり、櫛型電極６７は、複数の電極片６８Ａと、該電極片６８Ａのそれぞれの一方端を接続する電極部６８Ｂとからなる。
各電極片６２Ａと各電極片６４Ａとは、互いに略平行に、かつそれら電極片の長手方向が、光導波路２３を伝搬する光の進行方向に対してほぼ直交する方向になるように配置されている。同様に、各電極片６６Ａと各電極片６８Ａとは、互いに略平行に、かつそれら電極片の長手方向が、光導波路２４を伝搬する光の進行方向に対してほぼ直交する方向になるように配置されている。
櫛型電極６１は電源６９の＋極に、櫛型電極６３は電源６９の−極にそれぞれ電気的に接続されている。一方、櫛型電極６５は電源７０の＋極に、櫛型電極６７は電源７０の−極にそれぞれ電気的に接続されている。このような構成において、電源６９、櫛型電極６１、６３により、光導波路２３の所定の領域（櫛型電極６１と６３とにより電界が印加される領域）に、電圧Ｖｕ＝Ｖａ＋Ｖｘを印加する。また、電源７０、櫛型電極６５、６７により、光導波路２４の所定の領域（櫛型電極６５と６７とにより電界が印加される領域）に、電圧Ｖｄ＝Ｖａ−Ｖｘを印加する。
このように、二つ光導波路２３、２４で同じようにバイアス電圧を印加し、かつ信号電圧を逆方向に加えることにより、第３の実施例と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施例において、櫛型電極６３と櫛型電極６６とを一体化し、櫛型電極６１にＶａを、櫛型電極６７に−Ｖａを印加し、一体化された電極にＶｘを印加するようにしても良い。
さらに、光導波路２３、２４にバイアスＶａをそれぞれ印加し、光導波路２３にのみ信号電圧Ｖｘを重畳するようにしても良い。
（第１０の実施例）
図１８は、第１０の実施例に係るマッハツェンダー型光素子としての光変調器を示す図である。
図１８において、符号７１は、上述にて説明した本発明の一実施形態に係るマッハツェンダー型光素子である。温度を検知する手段としての温度測定素子７２は、マッハツェンダー型光素子を構成する２つの光導波路の間に配置されている。また、加熱素子７３は、マッハツェンダー型光素子７１を適切に加熱できるように配置されている。この温度測定素子７２および加熱素子７３はそれぞれ、温度保持装置７４に電気的に接続されており、温度保持装置７４は、温度測定素子７２から送られてくる温度信号を基に、加熱素子７３による加熱を制御する。このような構成により、マッハツェンダー型光素子７１の温度は制御される。
なお、本実施例では、温度測定素子７２は、マッハツェンダー型光素子７１を構成する２つの光導波路の間に配置されているが、これに限定されず、マッハツェンダー型光素子７１の温度を適切に測定できる位置であればいずれの位置に配置されていても良い。
また、本実施例では、マッハツェンダー型光素子７１を加熱する手段として加熱素子を用いているが、それに限定されず、例えば、加熱・吸熱素子等、電気信号に応じてマッハツェンダー型光素子７１の温度を制御できるものであればいずれであっても良い。
このような構成において、マッハツェンダー型光素子の駆動時、または非駆動時に、温度測定素子７２によって測定されたマッハツェンダー型光素子７１の温度情報が電気信号として温度保持装置７４に送られる。温度保持装置７４は、送られた温度情報を基に、加熱素子７３の加熱を制御する。このように、温度測定素子７２によって検知された温度情報を基に加熱素子７３を制御するので、マッハツェンダー型光素子７１の温度を一定に保つことが可能となる。
（第１１の実施例）
図１９は、第１１の実施例に係るマッハツェンダー型光素子としての光変調器を示す図である。
図１９において、加熱素子７５は、マッハツェンダー型光素子７１の底部に設けられている。すなわち、加熱素子７５は、マッハツェンダー型光素子７１を構成する２つの光導波路に対して対称になるように配置されている。
本明細書において、「加熱素子を２つの光導波路に対して対称になるように配置」するとは、加熱素子による温度制御によって、マッハツェンダー型光素子を構成する２つの光導波路が同様に温度変化するように加熱素子を配置することを指す。すなわち、２つの光導波路に対して同量の熱量を提供または吸熱できるような配置を指す。
本実施例では、加熱素子７５を、マッハツェンダー型光素子７１を全て覆うように配置しているが、これに限定されない。本実施例で重要なことは、マッハツェンダー型光素子を構成する２つの光導波路が同様に温度変化することであるので、マッハツェンダー型光素子７１よりも小さいサイズの加熱素子の重心と、マッハツェンダー型光素子７１の重心とが略一致するように、加熱素子をマッハツェンダー型光素子７１の上面または底面に設けるようにしても良い。
このように加熱素子を配置することで、マッハツェンダー型光素子７１を構成する２つの光導波路が異なった温度に制御されることはなく、同じ温度になるように制御することが可能となる。
また、本実施例によれば、マッハツェンダー型光素子７１を構成する２つの光導波路に同じバイアスＶａを印加した場合に、電圧印加による位相のずれをキャンセルすることができ、マッハツェンダー型光素子をより有効に動作することが可能となる。
以上のように、本発明の一実施形態に係るマッハツェンダー型光素子を用いると、バイアス点の温度依存性を大幅に緩和することができる。その結果として、モジュールの熱設計や、温度制御回路に対する要求を大幅に緩和して低価格化を実現することができる。また、二種類のバイアス電圧を用いることで、材料として最善のバイアス点を印加した上で、強度変調器として最適なバイアス電圧をかけることができるので、全体として最高の性能をだすことができ、より高性能な光スイッチ・変調器を実現することが出来るというメリットがある。
なお、上記本発明の一実施形態に関する説明では、２つの光導波路に対して、絶対値が同一である、「材料としての最大の特性を引き出すためのバイアス電圧Ｖａ」を印加する形態について説明した。しかしながら、本発明の一実施形態では、２つの光導波路に対して印加するバイアス電圧がバイアス電圧Ｖａであることが本質ではない。本発明に係るマッハツェンダー型光素子の出力に対する温度依存性の影響を低減することが重要であり、２つの光導波路に印加するバイアス電圧の上記温度依存性への影響を軽減することが重要なのである。そのために、本発明の一実施形態では、２つの光導波路に絶対値が同一のバイアス電圧を印加している。
従って、上記２つの光導波路に印加するそれぞれのバイアス電圧は、必ずしもバイアス電圧Ｖａである必要はない。すなわち、２つの光導波路に印加するバイアス電圧としては、導波路コアに用いられる材料の特性を最大限引き出すことを考慮するとバイアス電圧Ｖａが好ましいが、長期使用による上記材料の劣化等により、上記材料を破壊する電圧が、予め設定されたバイアス電圧Ｖａよりも小さくなる可能性があることを考慮すると、２つの光導波路に印加するバイアス電圧としてバイアス電圧Ｖａよりも小さな電圧を印加することも考えられる。
よって、本発明の一実施形態では、上記２つの光導波路に印加するそれぞれのバイアス電圧は、有限の値（０よりも大きく）であり、かつ導波路コアに用いられる材料（二次の電気光学効果を有する誘電体）についての、該材料を破壊する電圧よりも小さい値の電圧であっても良い。すなわち、上記材料に対する二次の電気光学効果の特性を発現するように設定された電圧であれば良い。
従来技術による、マッハツェンダー型光素子の構成を示す図である。 従来技術によるマッハツェンダー型光素子における、出力光強度の印加電圧依存性を示す図である。 ＫＴＮのような二次の電気光学効果を有する材料における、電界Ｅと屈折率変化△ｎの関係を表す図である。 ＫＴＮのような誘電体において、常誘電・強誘電転移点の周辺での誘電率と温度の関係を表す図である。 従来技術による、マッハツェンダー型光素子の構成を示す図である。 図５のＶI−ＶI線矢視断面図である。 本発明の第1の実施例に係るマッハツェンダー型光強度変調器の構成を示す図である。 第１の実施例の光強度変調器・スイッチにおける、出力光強度の印加電圧依存性を示す図である。 本発明の第２の実施例に係るマッハツェンダー型光強度変調器の構成を示す図である。 本発明の第３の実施例に係るマッハツェンダー型光強度変調器の構成を示す図である。 本発明の第４の実施例に係るマッハツェンダー型光強度変調器の構成を示す図である。 本発明の第５の実施例に係るマッハツェンダー型光強度変調器の構成を示す図である。 本発明の第６の実施例に係るマッハツェンダー型光強度変調器の構成を示す図である。 本発明の第７の実施例に係るマッハツェンダー型光強度変調器の構成を示す図である。 本発明の第８の実施例に係るマッハツェンダー型光強度変調器の構成を示す図である。 （ａ）は、図１５のＸＶIＸ−ＸＶIＸ線矢視断面図であり、（ｂ）は、図１５のＸＶIＹ−ＸＶIＹ線矢視断面図である。 本発明の第９の実施例に係るマッハツェンダー型光強度変調器の構成を示す図である。 本発明の第１０の実施例に係るマッハツェンダー型光強度変調器の構成を示す図である。 本発明の第１１の実施例に係るマッハツェンダー型光強度変調器の構成を示す図である。
符号の説明
２１ 入力ポート
２２、２５ ３ｄＢカプラ
２３、２４ 光導波路
２６ 出力ポート
２７Ａ、２７Ｂ、２８Ａ、２８Ｂ 電極
２９、３０ 電源
３１Ａ〜３１Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ〜３３Ｃ、３４Ａ、３４Ｂ 電極
３５〜５０ 電源
５１、５２ 光導波路
５３Ａ、５３Ｂ、５４Ａ、５４Ｂ、５５Ａ、５５Ｂ、５６Ａ、５６Ｂ 電極
５７、５８ 電源
５９、６０ 導波路コア
６１、６３、６５、６７ 櫛型電極
６２Ａ、６４Ａ、６６Ａ、６８Ａ 電極片
６２Ｂ、６４Ｂ、６６Ｂ、６８Ｂ 電極部
６９、７０ 電源
７１ マッハツェンダー型光素子
７２ 温度測定素子
７３、７５ 加熱素子
７４ 温度保持装置

Claims (24)

  1. 入力光を２つに分岐して出力する光分岐手段と、
    該分岐手段の一方の出力端に接続され、二次の電気光学効果を有する誘電体からなる第１の導波路コアを含む第１の光導波路と、
    該第１の光導波路に電圧を印加する第1の電圧印加手段と、
    前記分岐手段の他方の出力端に接続され、二次の電気光学効果を有する誘電体からなる第２の導波路コアを含む第２の光導波路と、
    該第２の光導波路に電圧を印加する第２の電圧印加手段と、
    前記第１および第２の光導波路に連結され、前記第1の光導波路から入力された光と前記第２の光導波路から入力された光とを合波して出力する合波手段とを備え、
    前記第１および第２の電圧印加手段は、対応する光導波路にそれぞれ、絶対値が同一である、有限の値であり、かつ前記二次の電気光学効果を有する誘電体についての、該誘電体を破壊する電圧よりも小さい値のバイアス電圧を印加し、かつ前記第１および第２の電圧印加手段の少なくとも一方は、対応する光導波路に信号電圧を印加することを特徴とするマッハツェンダー型光素子。
  2. 前記第１の電圧印加手段は、前記第1の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して前記信号電圧を重畳し、
    前記第２の電圧印加手段は、前記第２の光導波路に前記バイアス電圧を印加することを特徴とする請求項１記載のマッハツェンダー型光素子。
  3. 前記第１の電圧印加手段は、前記第1の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して前記信号電圧を重畳し、
    前記第２の電圧印加手段は、前記第２の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して、前記第１の電圧印加手段にて重畳された信号電圧とは逆の符号の前記信号電圧を重畳することを特徴とする請求項１記載のマッハツェンダー型光素子。
  4. 前記第１の電圧印加手段は、前記第1の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して前記信号電圧を重畳し、
    前記第２の電圧印加手段は、前記第２の光導波路に、前記第１の電圧印加手段によって印加されたバイアス電圧とは逆符号の前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して、前記第１の電圧印加手段にて重畳された信号電圧と同符号の前記信号電圧を重畳することを特徴とする請求項１記載のマッハツェンダー型光素子。
  5. 前記第１の電圧印加手段は、前記第１の光導波路を挟んで略平行に対向して配置された２つの電極を備え、
    前記第２の電圧印加手段は、前記第２の光導波路を挟んで略平行に対向して配置された２つの電極を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマッハツェンダー型光素子。
  6. 前記第１の電圧印加手段に備えられた２つの電極のうち、前記第２の光導波路側に配置された電極と、前記第２の電圧印加手段に備えられた２つの電極のうち、前記第１の光導波路側に配置された電極とは一体化されていることを特徴とする請求項５記載のマッハツェンダー型光素子。
  7. 前記第１の電圧印加手段は、前記第１の光導波路を挟んで略平行に対向して配置された２つの電極からなる電極対を２つ備え、該２つの電極対は前記第1の光導波路に沿って入力側から出力側にそれぞれ形成されており、該２つの電極対のうちいずれか一方は、前記第1の光導波路上に設けられた第１の電極をさらに有し、
    前記第２の電圧印加手段は、前記第２の光導波路を挟んで略平行に対向して配置された２つの電極からなる電極対を２つ備え、該２つの電極対は前記第２の光導波路に沿って入力側から出力側にそれぞれ形成されており、該２つの電極対のうち、前記第1の光導波路の入力側および出力側の電極対に対して前記第１の電極が設けられた側に対応する電極対は、前記第２の光導波路上に設けられた第２の電極をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマッハツェンダー型光素子。
  8. 前記第１の電圧印加手段は、互いに対向して配置した２つの櫛型電極を備え、該２つの櫛型電極により、前記第１の光導波路中を通過する光の進行方向に電界を印加し、
    前記第２の電圧印加手段は、互いに対向して配置した２つの櫛型電極を備え、該２つの櫛型電極により、前記第２の光導波路中を通過する光の進行方向に電界を印加することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマッハツェンダー型光素子。
  9. 前記第１の電圧印加手段は、前記第１の光導波路を挟んで略平行に対向して配置された２つの電極からなる電極対を２つ備え、該２つの電極対は前記第1の光導波路に沿って入力側から出力側にそれぞれ形成されており、前記入力側に形成された電極対を構成する電極のそれぞれは、前記第１の光導波路に含まれる第１の導波路コアに対して、該第１の導波路コアの長手方向に垂直な面内における前記第１の導波路コアが形成される基板に対する水平方向から略４５度傾けた第１の方向に電界を印加するように配置され、前記出力側に形成された電極対を構成する電極のそれぞれは、前記第１の導波路コアに対して、前記水平方向から略４５度傾けた方向であって、前記第１の方向から９０度傾けた第２の方向に電界を印加するように配置され、
    前記第２の電圧印加手段は、前記第２の光導波路を挟んで略平行に対向して配置された２つの電極からなる電極対を２つ備え、該２つの電極対は前記第２の光導波路に沿って入力側から出力側にそれぞれ形成されており、前記入力側に形成された電極対を構成する電極のそれぞれは、前記第２の光導波路に含まれる第２の導波路コアに対して、前記第１の方向に電界を印加するように配置され、前記出力側に形成された電極対を構成する電極のそれぞれは、前記第２の導波路コアに対して、前記第２の方向に電界を印加するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマッハツェンダー型光素子。
  10. 前記バイアス電圧は、材料として最大の特性を引き出すためのバイアス電圧であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のマッハツェンダー型光素子。
  11. 前記信号電圧は、前記マッハツェンダー型光素子の出力と印加電圧との関係式について、前記出力を前記印加電圧で微分した際の微分係数が最大になる場合の電圧を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のマッハツェンダー型光素子。
  12. 前記第１の光導波路と第２の光導波路とは異なる長さを有しており、前記第１の光導波路と第２の光導波路との行路差は、該行路差によって生じる位相差が、Ｎは任意の整数とすると（１／２＋Ｎ）πと等しくなるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のマッハツェンダー型光素子。
  13. 前記マッハツェンダー型光素子の温度を測定する温度測定手段と、
    前記マッハツェンダー型光素子の温度を制御する温度制御手段と、
    前記温度測定手段によって測定された温度情報により、前記温度制御手段を制御する温度保持手段と
    をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のマッハツェンダー型光素子。
  14. 前記温度制御手段は、前記第１および第２の光導波路に対して同量の熱量のやり取りを行う位置に配置されていることを特徴とする請求項１３記載のマッハツェンダー型光素子。
  15. 入力光を２つに分岐し、該分岐された光の一方を、二次の電気光学効果を有する誘電体からなる第１の導波路コアを含む第１の光導波路へと出力し、前記分岐された光の他方を、二次の電気光学効果を有する誘電体からなる第２の導波路コアを含む第２の光導波路へと出力する光分岐工程と、
    前記分岐された光のそれぞれが入力された前記第１および第2の光導波路に電圧を印加する電圧印加工程と、
    前記電圧が印加された第１および第２の光導波路から出力されたそれぞれの光を合波して出力する合波工程とを有し、
    前記電圧印加工程では、第１および第２の光導波路にそれぞれ、絶対値が同一である、有限の値であり、かつ前記二次の電気光学効果を有する誘電体についての、該誘電体を破壊する電圧よりも小さい値のバイアス電圧を印加し、かつ前記第１および第２の光導波路の少なくとも一方に、対応する光導波路に信号電圧を印加することを特徴とするマッハツェンダー型光素子の駆動方法。
  16. 前記電圧印加工程では、前記第1の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して前記信号電圧を重畳し、
    前記第２の光導波路に前記バイアス電圧を印加することを特徴とする請求項１５記載のマッハツェンダー型光素子の駆動方法。
  17. 前記電圧印加工程では、前記第1の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して前記信号電圧を重畳し、
    前記第２の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して、前記第１の光導波路に印加された信号電圧とは逆の符号の前記信号電圧を重畳することを特徴とする請求項１５記載のマッハツェンダー型光素子の駆動方法。
  18. 前記電圧印加工程では、前記第1の光導波路に前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して前記信号電圧を重畳し、
    前記第２の光導波路に、前記第１の光導波路に印加されたバイアス電圧とは逆符号の前記バイアス電圧を印加すると共に、該バイアス電圧に対して、前記第１の光導波路に印加された信号電圧と同符号の前記信号電圧を重畳することを特徴とする請求項１５記載のマッハツェンダー型光素子の駆動方法。
  19. 前記電圧印加工程では、前記第１および第２の光導波路のそれぞれ２つの領域に電界を印加し、該２つの領域のうち入力側の領域には、前記第１の光導波路に含まれる第１の導波路コアおよび前記第２の光導波路に含まれる第２の導波路コアに対して、該第１および第２の導波路コアの長手方向に垂直な面内における前記第１および第２の野導波路コアが形成される基板に対する水平方向から略４５度傾けた第１の方向に電界を印加し、前記２つの領域のうち出力側の領域には、前記第１および第２の導波路コアに対して、前記水平方向から略４５度傾けた方向であって、前記第１の方向から９０度傾けた第２の方向に電界を印加することを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれかに記載のマッハツェンダー型光素子の駆動方法。
  20. 前記バイアス電圧は、材料として最大の特性を引き出すためのバイアス電圧であることを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれかに記載のマッハツェンダー型光素子の駆動方法。
  21. 前記信号電圧は、前記マッハツェンダー型光素子の出力と印加電圧との関係式について、前記出力を前記印加電圧で微分した際の微分係数が最大になる場合の電圧を含むことを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれかに記載のマッハツェンダー型光素子の駆動方法。
  22. 前記第１の光導波路と第２の光導波路とは異なる長さを有しており、前記第１の光導波路と第２の光導波路との行路差は、該行路差によって生じる位相差が、Ｎは任意の整数とすると（１／２＋Ｎ）πと等しくなるように設定されていることを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれかに記載のマッハツェンダー型光素子の駆動方法。
  23. 前記マッハツェンダー型光素子の温度を測定する温度測定工程と、
    該温度測定工程によって測定された温度情報により、前記マッハツェンダー型光素子の温度を制御する温度制御工程と
    をさらに有することを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれかに記載のマッハツェンダー型光素子の駆動方法。
  24. 前記温度制御工程では、前記第１および第２の光導波路に対して同量の熱量のやり取りを行うことを特徴とする請求項２３記載のマッハツェンダー型光素子の駆動方法。
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