JP2006292871A

JP2006292871A - 進行波型電極用の駆動回路、それを用いた光変調システム、光情報通信システム及び進行波型電極用の駆動方法

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Publication number: JP2006292871A
Application number: JP2005110862A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kawanishi; 哲也川西; Takahide Sakamoto; 高秀坂本; Masahiro Tsuchiya; 昌弘土屋; Masayuki Izutsu; 雅之井筒
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2025-04-07
Also published as: JP4701428B2

Abstract

【課題】増幅幅の比較的小さい増幅器により駆動することができる進行波型電極用の駆動回路、それを用いた光変調システム及び進行波型電極用の駆動方法を提供する。
【解決手段】
上記の課題は、電気信号を発生する電気信号源（１）と、回路の終端に設置される終端器（２）と、進行波型電極の一端に接続される第１の入出力導線（３ａ）と、進行波型電極の他端に接続される第２の入出力導線（３ｂ）と、電気信号源からの電気信号を第１の入出力導線に伝えると共に、第１の入出力導線からの帰還信号を終端器に伝えるスイッチ素子であるサーキュレータ（４）と、第２の入出力導線に接続され、進行波型電極の他端から入力された電気信号を反射する反射器（５）と、電気信号を増幅する増幅器（６）とを具備する進行波型電極用の駆動回路（１０）により、解決することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、進行波型電極用の駆動回路、それを用いた光変調システム、光情報通信システム及び進行波型電極用の駆動方法に関し、例えば、光情報通信に用いられる往復逓倍光変調器に関するので、光情報通信におけるキーデバイスとして利用することができる。

光変調器の変調電極としては、共振型電極と進行波型電極とが知られている。

共振型電極は、変調信号の共振を用いて変調を行う電極であり、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)」などに詳細が説明されている。

一方、進行波型電極は、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であり、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）、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号公報などに詳細が説明されている。進行波型電極を具備した光変調器は、進行波型電極の両端から変調信号を入力することで、どちらの向きから入力される光に対しても同じ特性で変調できるという特性を有する。

図４は、従来の進行波型電極用の駆動回路を具備する往復逓倍光変調器の概略構成図である。図４に示すように、従来の進行波型電極用の駆動回路（４０）は、例えば光変調器を用いたデバイスの一例として往復逓倍光変調器（５０）に接続され、往復逓倍光変調器（５０）の具備する進行波型電極（５２）に電気信号を入力する。

従来の進行波型電極用の駆動回路（４０）は、電気信号を発生する電気信号源（４１）と、回路の終端に設置され、電気信号の反射を防止する終端器（４２）と、進行波型電極の一端（５２ａ）に接続される第１の入出力導線（４３ａ）と、進行波型電極の他端（５２ｂ）に接続される第２の入出力導線（４３ｂ）と、電気信号源からの電気信号を分波して第１及び第２の入出力導線に伝える分波器（４５）と、電気信号源からの電気信号を分波器（４５）に伝えると共に、分波器からの帰還信号を終端器（４２）に伝えるサーキュレータ（４４）と、電気信号を増幅する増幅器（４６）とを具備する。

なお、往復逓倍光変調器（５０）は、変調電極である進行波型電極（５２）を具備する光変調器（５１）と、光変調器の光入力側に設置された光濾波器（５３）と、光変調器の光出力側に設置された光濾波器（５４）とから構成され、進行波型電極の一端（５２ａ）及び他端（５２ｂ）に駆動回路（４０）からの変調信号が入力されて駆動するようになっている。例えば、光濾波器（５３）、光濾波器（５４）はそれぞれ異なる状態の光信号を通過させそれ以外の光信号は反射するようになっており、光濾波器（５３）を通過して入力された光信号は、２つの光濾波器の間において光変調器（５１）で１回又は複数回、変調されて、所望の状態の光信号となった後、光濾波器（５４）から出力される（下記、特許文献１を参照。）。

進行波型電極では、電極の両方向からＲＦ電気信号を印加する必要がある。したがって、駆動回路の動作原理は、１つの電気信号源からの電気信号を、増幅器（４６）で振幅変調をした後、それを分波器（４５）により分波して、進行波型電極の両端（５２ａ，５２ｂ）に印加するというものである。なお、例えば、電極の一端（５２ａ）から入力された電気信号は、電極の他端（５２ｂ）に伝導した後、第２の入出力導線（４３ｂ）を逆流するが、サーキュレータ（４）により終端器（２）に伝えられて消滅するようになっている。

特開２００４−３４７７０９号公報

しかしながら、このように１つの増幅器で電気信号を増幅する場合、電気信号の特性を保持しつつ増幅するには限界があった。これは、電極の両端に供給する２つの電気信号を、１つの増幅器で増幅しなければならないからである。

また、電気信号を分波した後に、２つの増幅器を用いて電気信号を増幅する構成も考えられる。この場合には、半分の増幅力を有する増幅器を用いることができるが、増幅器が２倍に増えることに加えて、それぞれの入出力導線（第１及び第２の入出力導線）において帰還信号を除去するためのサーキュレータ及び終端器が必要となるので、装置が複雑となるという問題があった。

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、増幅幅の比較的小さい増幅器により駆動することができる進行波型電極用の駆動回路、それを用いた光変調システム、光情報通信システム及び進行波型電極用の駆動方法を提供することを目的とする。また、構成部品の減少を図り製造コストを下げたり、回路内の損失を少なくしたりした駆動回路などを提供することを目的とする。

本発明は、基本的には、進行波型電極に電気信号を入力するにあたり、進行波型電極の一端のみに電気信号を入力すると共に他端で電気信号を反射させるなどして逆方向に伝導する電気信号を発生させることで、増幅幅の比較的小さい増幅器により駆動することができるという知見に基づくものである。

上記課題を解決する本発明に係る進行波型電極用の駆動回路は、
電気信号を発生する電気信号源（１）と、
回路の終端に設置される終端器（２）と、
進行波型電極の一端に接続される第１の入出力導線（３ａ）と、
進行波型電極の他端に接続される第２の入出力導線（３ｂ）と、
前記電気信号源からの電気信号を前記第１の入出力導線に伝えると共に、前記第１の入出力導線からの帰還信号を前記終端器に伝えるスイッチ素子（４）と、
前記第２の入出力導線に接続され、前記進行波型電極の他端から入力された電気信号を反射する反射器（５）と、
を具備する進行波型電極用の駆動回路である。

また、上記課題を解決する本発明に係る他の進行波型電極用の駆動回路は、
電気信号を発生する電気信号源（１）と、
回路の終端に設置される終端器（２）と、
進行波型電極の一端に接続される第１の入出力導線（３ａ）と、
進行波型電極の他端に接続される第２の入出力導線（３ｂ）と、
前記電気信号源からの電気信号を前記第１の入出力導線に伝えると共に、前記第１の入出力導線からの帰還信号を前記終端器に伝えるスイッチ素子（４）と、
前記第２の入出力導線に接続され、前記進行波型電極の他端から入力された電気信号を増幅して帰還する増幅器（９）と、
を具備する進行波型電極用の駆動回路である。

ここで、前記スイッチ素子としては、サーキュレータ（４）が挙げられる。また、前記第２の入出力導線には、遅延器（７）が設けられているものが挙げられる。また、このような駆動回路と当該駆動回路により駆動される進行波型電極を具備する光変調器、例えば、当該駆動回路により駆動される進行波型電極を具備し、光導波路の両端部から光信号が入力される光変調器や、当該駆動回路により駆動される進行波型電極を具備する往復逓倍光変調器（５０）とを有する光変調システムとしてもよい。このときの光変調器としては、強度変調器、周波数変調器又は位相変調器などや、光単側波帯変調器（光ＳＳＢ変調器）、光周波数シフトキーイング変調器（光ＦＳＫ変調器）又は光搬送波抑圧両側波帯変調器（光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）などが挙げられる。また、上記光変調システムを用いた光情報通信システムとしてもよい。

本発明に係る進行波型電極用の駆動回路及び進行波型電極用の駆動方法によれば、進行波型電極の一端のみに電気信号を入力すると共に他端で電気信号を反射させるなどして逆方向に伝導する電気信号を発生させることで、増幅幅の比較的小さい増幅器により駆動することができる。また、例えば分波器が不要となるなど、構成部品の減少を図り製造コストを下げたり、回路内の損失を少なくしたりした駆動回路とすることができる。更に、この駆動回路を用いた光変調システム、光情報通信システムによれば、低コスト、高効率で光変調や情報通信を行うことができる。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路を具備する往復逓倍光変調器（光変調システム）の概略構成図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路（１０）は、例えば光変調器を用いたデバイスの一例として往復逓倍光変調器（５０）に接続され、往復逓倍光変調器（５０）の具備する進行波型電極（５２）に電気信号を入力する。

＜装置構成＞
第１の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路（１０）は、例えば、電気信号を発生する電気信号源（１）と、回路の終端に設置される終端器（２）と、進行波型電極の一端に接続される第１の入出力導線（３ａ）と、進行波型電極の他端に接続される第２の入出力導線（３ｂ）と、電気信号源からの電気信号を第１の入出力導線に伝えると共に、第１の入出力導線からの帰還信号を終端器に伝えるスイッチ素子であるサーキュレータ（４）と、第２の入出力導線に接続され、進行波型電極の他端から入力された電気信号を反射する反射器（５）と、電気信号源からの電気信号を増幅する増幅器（６）とを具備する。

なお、往復逓倍光変調器（５０）は、変調電極である進行波型電極（５２）を具備する光変調器（５１）と、光変調器の光入力側に設置された光濾波器（５３）と、光変調器の光出力側に設置された光濾波器（５４）とから構成され、進行波型電極の一端（５２ａ）及び他端（５２ｂ）に駆動回路（４０）からの変調信号が入力されて駆動するようになっている。例えば、光濾波器（５３）、光濾波器（５４）はそれぞれ異なる状態の光信号を通過させそれ以外の光信号は反射するようになっており、光濾波器（５３）を通過して入力された光信号は、２つの光濾波器の間において光変調器（５１）で１回又は複数回、変調されて、所望の状態の光信号となった後、光濾波器（５４）から出力される。

＜装置の動作原理＞
電気信号源（１）で発生した電気信号は、増幅器（６）で増幅される。増幅された電気信号は、サーキュレータ（４）により入出力導線（３ａ）を介して、光変調器（５１）の具備する進行波型電極の一端（５２ａ）に入力される。進行波型電極の一端（５２ａ）に入力された電気信号は、進行波型電極の他端（５２ｂ）から出力されて、入出力導線（３ｂ）に入力される。

入出力導線（３ｂ）には端部に反射器（５）が設置されており、入出力導線（３ｂ）に入力された電気信号は、反射器（５）により反射される。反射された電気信号は、進行波型電極の他端（５２ｂ）に入力され、進行波型電極を先の電気信号とは逆に伝導した後、進行波型電極の一端（５２ａ）から出力される。一端（５２ａ）から出力された電気信号は、入出力導線（３ａ）を介して、サーキュレータ（４）により終端器（２）へ伝えられ、電熱等に変換されて消滅する。

＜第２の実施形態＞
図２は、第２の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路を具備する往復逓倍光変調器（光変調システム）の概略構成図である。図２に示すように、第２の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路（２０）は、例えば光変調器を用いたデバイスの一例として往復逓倍光変調器（５０）に接続され、往復逓倍光変調器（５０）の具備する進行波型電極（５２）に電気信号を入力する。

＜装置構成＞
第２の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路（２０）は、例えば、電気信号を発生する電気信号源（１）と、回路の終端に設置される終端器（２）と、進行波型電極の一端に接続される第１の入出力導線（３ａ）と、進行波型電極の他端に接続される第２の入出力導線（３ｂ）と、電気信号源からの電気信号を第１の入出力導線に伝えると共に、第１の入出力導線からの帰還信号を終端器に伝えるスイッチ素子であるサーキュレータ（４）と、第２の入出力導線に接続され、進行波型電極の他端から入力された電気信号を反射する反射器（５）と、電気信号源からの電気信号を増幅する増幅器（６）と、第２の入出力導線（３ｂ）に設置された遅延器（７）とを具備する。

入出力導線（３ｂ）には、遅延器（７）と、端部に反射器（５）が設置されており、入出力導線（３ｂ）に入力された電気信号は、遅延器（７）により所定時間遅延された後、反射器（５）により反射される。反射された電気信号は、進行波型電極の他端（５２ｂ）に入力され、進行波型電極を先の電気信号とは逆に伝導した後、進行波型電極の一端（５２ａ）から出力される。一端（５２ａ）から出力された電気信号は、入出力導線（３ａ）を介して、サーキュレータ（４）により終端器（２）へ伝えられ、電熱等に変換されて消滅する。

本実施形態では、入出力導線（３ｂ）に遅延器（７）が設置されているので、進行波型電極（５２）に入力される電気信号のタイミングを制御することができる。例えば、電気信号を帰還させる際にその位相を調整して、光変調器内を順方向、逆方向に導波する光信号に同相または逆相で変調がかかるようにすることができる。なお、遅延器としては、遅延時間が固定された遅延器であってもよいし、遅延時間を変化させることができる可変型の遅延器であってもよい。

＜第３の実施形態＞
図３は、第３の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路を具備する往復逓倍光変調器（光変調システム）の概略構成図である。図３に示すように、第３の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路（３０）は、例えば光変調器を用いたデバイスの一例として往復逓倍光変調器（５０）に接続され、往復逓倍光変調器（５０）の具備する進行波型電極（５２）に電気信号を入力する。

＜装置構成＞
第３の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路（３０）は、例えば、電気信号を発生する電気信号源（１）と、回路の終端に設置される終端器（２）と、進行波型電極の一端に接続される第１の入出力導線（３ａ）と、進行波型電極の他端に接続される第２の入出力導線（３ｂ）と、電気信号源からの電気信号を第１の入出力導線に伝えると共に、第１の入出力導線からの帰還信号を終端器に伝えるスイッチ素子であるサーキュレータ（４）と、電気信号源からの電気信号を増幅する増幅器（６）と、第２の入出力導線（３ｂ）に設置された遅延器（７）と、第２の入出力導線に端部に設置された増幅器（９）と、増幅器（９）へ電気信号を入力すると共に、増幅器からの電気信号を第２の入出力導線に帰還するサーキュレータ（８）とを具備する。

入出力導線（３ｂ）には、遅延器（７）と、端部にサーキュレータ（８）を介して増幅器（９）が設置されている。入出力導線（３ｂ）に入力された電気信号は、遅延器（７）により所定時間遅延された後、サーキュレータ（８）により増幅器（９）に入力される。増幅器（９）に入力された電気信号は、増幅された後、サーキュレータ（８）により入出力導線（３ｂ）に帰還される。帰還された電気信号は、進行波型電極の他端（５２ｂ）に入力され、進行波型電極を先の電気信号とは逆に伝導した後、進行波型電極の一端（５２ａ）から出力される。一端（５２ａ）から出力された電気信号は、入出力導線（３ａ）を介して、サーキュレータ（４）により終端器（２）へ伝えられ、電熱等に変換されて消滅する。

また、電気信号は導線を伝導する際に、その強度が小さくなることが予想されるが、帰還する際に増幅器（９）により電気信号の強度を補償しているので、適切な強度を有する電気信号を進行波型電極に入力することができる。また、本実施形態のように２台の増幅器（６）、（９）を用いる場合、従来の駆動回路で用いていた増幅器の半分の出力の増幅器を用いることができる。１台の増幅器で大きな出力を出す従来の駆動回路よりも、半分の出力の増幅器を２台組み合わせて同じ合計出力とする本実施形態の方が、容易な技術で製造することができる。

＜第４の実施形態＞
本実施形態は、上述する第１〜第３の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路を具備する往復逓倍光変調器（光変調システム）を光情報通信システムに利用した実施形態である。一般に、光情報通信システムでは、様々な箇所において光変調工程が行われる。したがって、この光変調工程において、上記第１〜第３の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路及び、この駆動回路を具備した往復逓倍光変調器（光変調システム）を用いることができる。

システムの構築方法としては、例えば、光情報通信システムにおける光変調箇所に、上記第１〜第３の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路を具備した往復逓倍光変調器（光変調システム）を組み込めばよい。動作原理については、例えば、光情報通信システムにおける光信号が上記光変調システムに入力されると、光変調システムにおいて往復逓倍が行われて、所望の光信号に変調（信号強度が補償されたり、波長変換されたりなど）された後、出力されて、光情報通信システム内で再び利用される。

光情報通信システムとしては、一般に公知の情報通信システムが挙げられ、赤外線通信システム、無線通信システム、可視光を使って通信を行う可視光通信システム、ミリ波通信システム、波長が異なる複数の光信号を伝送する波長分割多重（ＷＤＭ）光情報通信システム、大量の情報を高速に伝えることができるフォトニックネットワーク、光パケット通信ネットワークなどに用いられる光情報通信システムなどが挙げられる。例えば、基幹ノードを含む基幹ネットワークと、基幹ネットワークの外部の光パケット通信用のネットワークであるメトロネットワークと、基幹ネットワークとメトロネットワークを連結するエッジノードとを含む光情報通信システムが挙げられる。

また、道路交通情報（交通渋滞、最適経路誘導など）、カーマルチメディア（車内インターネットなど）、ＥＴＣ（道路料金自動支払いなど）、走行支援・安全運転（衝突防止、運転制御など）のアプリケーションが期待されるＩＴＳ情報通信システムが挙げられる。

また、走行中におけるロボットとオペレータとの間の制御用データ伝送を行う自律走行ロボット搭載型光情報通信システムが挙げられる。このシステムは、例えば、オペレータ用のコンピュータへ接続されたホスト局、自律走行ロボットへ搭載されたロボット局、さらにこれらの間の通信の中継を行う固定局の３種類の通信局から構成される。

また、光情報通信システムは、たとえば光ファイバなどの光伝送路とプレーナ光波回路とが適宜光学的に接続された光学系と電力系とを有する光学モジュールであっても良いし、ひとつの基板上に設けられたプレーナ光波回路と電力系とによって構成されるモジュールであってもよい。

＜第１から第３の実施形態で適用した構成素子の具体例＞
以上、第１から第３の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路を説明したが、これらの実施形態に係る駆動回路を構成する素子として、以下のものが挙げられる。

＜１．終端器＞
終端器は、電気信号が回路の末端で反射して、回路内部の電気信号と干渉してしまうことを抑制する素子である。伝送線路において、その線路の特性インピーダンスと同じインピーダンスを負荷に接続すれば、反射が起きなくなるので、例えば、そのインピーダンスと同じ値の抵抗器をコネクタに組み込んだものが終端器となる。終端器としては、例えば、回路の末端において電気信号を熱などに変換して消滅させる抵抗器などが挙げられ、一般に市販されている無反射終端器を用いることができる。終端器は、その用途に応じて様々な名称があるが、無反射終端器、ダミーロード、擬似負荷などと呼ばれるものがある。損失の多い比較的細い同軸ケーブルを長くアッセンブリしたケーブル終端器などもある。特に、広帯域にわたって、反射が少なくなるように工夫された終端器が好ましい。

＜２．遅延器＞
遅延線（ディレイライン）、遅延器とは、電気信号を遅らせる機能を有する素子である。このような機能を有するものであれば特に限定されず、簡便なものとしては、長さを調整した電線が挙げられる。また、遅延時間（電気信号の遅れ）が固定された遅延器や、遅延時間を変更することができる可変遅延器がある。例えば、松江エルメック株式会社製の遅延器には、１兆分の１０秒（１０ピコセカンド＝Ｐｓ）という非常に短い時間までコントロールできる超高速遅延線や、遅延時間を調節できる超高速可変遅延線がある。また、液晶を用いたマイクロ波可変遅延線や、ポリマー分散液晶を用いた高速応答・低損失を実現した可変遅延線などがある。

また、水銀の中の超音波が、電気信号に比べて遅く信号を伝達する性質を利用した水銀遅延線（水銀遅延管）がある。これは、水銀を詰めた管の両端に水晶振動子（薄く切った水晶に電極を付けたもの）を合わせた構造になっており、片側の水晶振動子に入力電流が流されると、これが逆圧電効果により振動して、隣り合っている水銀に超音波を起こす。この波は管の中の水銀を通って、反対側の水晶振動子を揺らすが、揺らされた水晶振動子は圧電効果により電気を起こすので、ここから入力電流と同様の信号が取り出せる。このように、水銀遅延線では水晶振動子を電気信号で振動させ、水銀の中を振動が伝わっていく時間の分だけ、振動という形で電気信号を遅延させることができる。

＜３．反射器＞
反射器は、終端器とは逆の作用を有する素子であり、入出力導線を伝導する電気信号を反射して逆方向に伝導させる。電気信号は、例えば、インピーダンスが変化する所で反射するので、導線の末端を開放端としたりするものであればよく、例えば、金属グレーティング反射器などが挙げられる。

＜４．スイッチ素子＞
本実施形態では、スイッチ素子として、光サーキュレータ（４）、（８）を用いている。光サーキュレータ（４）は、電気信号源からの電気信号を第１の入出力導線に伝えると共に、第１の入出力導線からの帰還信号を終端器に伝えるスイッチ素子である。また、光サーキュレータ（８）は、第２の入出力導線からの電気信号を増幅器（９）に入力すると共に、増幅器（９）からの電気信号を第２の入出力導線に帰還するスイッチ素子である。したがって、このような電気信号のスイッチ動作を行うものであれば、サーキュレータに限定されない。

＜５．電気信号源＞
電気信号源（１）は、光変調器の変調信号を発生させるものであり、一般に公知のものを用いることができる。また、例えば、光電気発振器の原理を利用して、光変調器（５１）からの出力信号光を光検出器などにより電気信号に変換して、その中の所定の周波数成分を利用するようにした電気信号源でもよい。また、ＲＦ（ラジオ周波数）信号を発生できる電気信号源を用いることが好ましい。

＜６．増幅器＞
増幅器（６）、（９）は、電気信号を増幅させるものであり、一般に公知のものを用いることができる。本発明では、その出力性能が比較的小さい増幅器であっても適用することができる利点がある。したがって、選択の幅が大きく、様々な増幅器を適用することができる。

＜７．進行波型電極＞

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。進行波型の変調器は、両端の電極から変調信号を入力することで、どちらの向きから入力する光に対しても同じ特性で変調できるので好ましい。

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。

＜８．光変調器＞

往復逓倍型光変調器とは、例えば、図１〜４に示すように、変調電極である進行波型電極（５２）を具備する光変調器（５１）と、光変調器の光入力側に設置された光濾波器（５３）と、光変調器の光出力側に設置された光濾波器（５４）とから構成される。光濾波器（５３）、（５４）としては、例えば、帯域フィルタや、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）などを適用することができる。動作原理としては、例えば、光濾波器（５３）、光濾波器（５４）はそれぞれ異なる状態の光信号を通過させそれ以外の光信号は反射するようになっており、光濾波器（５３）を通過して入力された光信号は、２つの光濾波器の間において光変調器（５１）で１回又は複数回、変調されて、所望の状態の光信号となった後、光濾波器（５４）から出力される。このように、位相変調とフィルタ処理を繰り返すことにより、例えば光の周波数を整数倍にする処理が可能となる。例えば、入力の光信号が比較的低めの周波数でも、１０倍や２０倍することで非常に高い周波数が得られる。

往復逓倍型光変調器としては、例えば、特開２００４−３４７７０９号公報に、従来の光変調器や、本発明者らが提案しているものが挙げられる。従来のものとしては、レーザ光を一種の光反射共振器に導入し、その中を光が往復する間に光を複数回変調することによって高次の側帯波を得る構成と、そのなかから希望の側帯波の次数以上の側帯波を通過させる帯域フィルタとを持った装置で、入力した高周波電気信号の周波数の整数倍の周波数で強度変調された光が得られる逓倍光変調装置がある（特開２０００−６２７５号公報）。また、特開２０００−６２７５号公報には、その反射共振器内に光増幅器を設けた構成も開示されている。

本発明者らが提案しているものとしては、例えば特開２００４−３４７７０９号公報の請求項１に記載されている「単数あるいは複数の光学結晶に設けられて連続した光路上にあって、（１）増幅作用のある光路と、（２）前記の増幅作用のある光路上に形成された光変調部と、（３）前記の光変調部を挟み込むように設けられた第１光濾波器と第２光濾波器と、（４）前記の増幅作用のある光路を励起する励起光を導入するための構成と、を備え、また、（５）第１光濾波器は、入射光を入力し、入射光を変調した光を反射する構成であり、（６）第２光濾波器は、入射光を反射し、入射光を変調した光を出力する構成であることを特徴とする往復逓倍光変調器。」がある。

また、特開２００４−３４７７０９号公報の請求項２に記載されている「単数あるいは複数の光学結晶に設けられて連続した光路上にあって、（１）増幅作用のある光路と、（２）前記の増幅作用のある光路上に形成された光変調部と、（３）前記の光変調部を挟み込むように設けられた第１光濾波器と第２光濾波器と、（４）上記の光変調部と第２光濾波器との間に設けられ、入射光を除去する第３光濾波器と、（５）前記の増幅作用のある光路を励起する励起光を導入するための構成と、を、備え、（６）第１光濾波器は、入射光を入力し、入射光を変調した光を反射する構成であり、（７）第２光濾波器は、入射光を反射し、入射光を変調した光を出力する構成であることを特徴とする往復逓倍光変調器。」がある。

また、特開２００４−３４７７０９号公報の請求項３に記載されている「（１）光学結晶は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）であり、（２）光変調部は、不純物を拡散して設けられた光路上の電極に印加される電圧に従って誘起される電気光学効果を用いた光変調器を用いたものであり、（３）増幅作用のある光路は前記の光学結晶にエルビウム（Ｅｒ）をドープして形成されたものであり、（４）第１光濾波器と第２光濾波器、あるいは、第１光濾波器と第２光濾波器と第３光濾波器は、上記の光学結晶上に設けられた周期的なパタンを用いた光濾波器を用いたものであることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の往復逓倍光変調器。」がある。

光変調器としては、往復逓倍型光変調器を実施形態として例示したが、これに限定されない。例えば、進行波型電極を具備し、光導波路の両端部から光信号が入力される光変調器でもよい。進行波型電極を具備した光変調器の特徴の一つは、進行波型電極の両端から変調信号を入力することで、どちらの向きから入力される光に対しても同じ特性で変調できるということである。したがって、光変調器の使用方法として、一方から入力した光信号を変調して他方から出力するというだけでなく、両端部から入力した光信号を変調して異なる端部からそれぞれ出力するようにしてもよい。例えば、光変調器の両端部にそれぞれ、入力光に対しては光変調器へ導波すると共に出力光に対しては外部へ導波させるような光サーキュレータを設置しておけばよい。

また、光変調器は、光の周波数、光の強度、及び光の位相のうち少なくともひとつに変調を加えるための装置である。このような光変調器として、周波数変調器、強度変調器、及び位相変調器があげられる。

強度変調器としては、例えば光単側波帯変調器（光ＳＳＢ変調器）、光周波数シフトキーイング変調器（光ＦＳＫ変調器）又は光搬送波抑圧両側波帯変調器（光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）などの変調器があげられる。強度変調器は、導波路を伝播する光信号の強度（振幅）を制御するための装置である。強度変調器として、周知の可変光減衰器（ＶＯＡ）を用いることができる。強度変調器として、ＬＮを用いたＶＯＡ素子を用いても良い（例えば、特開平10-142569号公報参照）。

光変調器として、光信号の周波数をシフトして出力するものに光単側波帯変調器（光ＳＳＢ（Single Side-Band）変調器）がある。光ＳＳＢ変調器及びその動作は、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)」、「日隅ら，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。すなわち、光ＳＳＢ変調器によれば、所定量周波数がプラスにシフトした上側波帯信号（ＵＳＢ）、及び下側波帯信号（ＬＳＢ）を得ることができる。

光ＤＳＢ−ＳＣ変調器の具体的な構成として、例えば、導波路上に形成された金属薄膜ヒータを熱源としてマッハツェンダー導波路の一方のアーム導波路に熱光学効果によって屈折率変化を生じさせ、干渉計の出力強度を調整するものがあげられる（例えば、特開2000-352699号公報参照）。光ＤＳＢ−ＳＣ変調器として、信号源と、信号源から出力される信号の位相を調整する位相調整器とを具備し、マッハツェンダー導波路の両アームに印加される電気信号の位相が例えば１８０度異なるように調整されるものがあげられる。両アームに印加される電気信号の位相が１８０度異なるので、光ＤＳＢ−ＳＣ信号を出力できる。

本発明において、基本的に強度変調器は、その変調信号の変調周波数をその入力信号の中心周波数をｆ₀、変調周波数をf_mとすると、その出力信号は、主にｆ₀±f_m（ｆ₀＋f_mとｆ₀−f_m）である。このような周波数を有する出力信号を出力するもののうち、特にｆ₀成分が抑圧されるものを出力するものを光ＤＳＢ−ＳＣ変調器とよぶ。すなわち、光ＤＳＢ−ＳＣ変調器は、両側波帯の光信号を出力し、キャリア信号の周波数成分ｆ₀を抑圧する。

このような光ＤＳＢ−ＳＣ変調器としては、マッハツェンダー導波路であり、より好ましくはプッシュプル型マッハツェンダー導波路を具備するものがあげられ、これは下記の光ＦＳＫ変調器と同様にして製造できる。マッハツェンダー導波路であれば、光ＦＳＫ変調器と同一の基板上に設けることができるからである。また、マッハツェンダー導波路であれば、強度変調時の不要な光位相変化（周波数チャープ）を回避することが出来るからである。このようなマッハツェンダー導波路として、公知の光ＳＳＢ変調器などに用いられたマッハツェンダー導波路を利用できる。

光ＦＳＫ変調器としては、例えば、第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_A）と、第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_B）と、前記ＭＺ_A及び前記ＭＺ_Bとを含み、光の入力部と、変調された光の出力部とを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_C）を具備する変調器である。当該変調器は、例えば、前記ＭＺ_Aを構成する２つのアームにラジオ周波数（ＲＦ）信号を入力するための第一のサブＭＺ電極（電極Ａ）と、前記ＭＺ_B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第２のサブＭＺ電極（電極Ｂ）と、前記ＭＺ_Cを制御し、入力されるＲＦ信号の電圧値、または位相を制御することにより前記出力部から出力される光の周波数を制御する電極（電極Ｃ）とを具備する。

それぞれのマッハツェンダー導波路は、例えば、略六角形状の導波路（これが２つのアームを構成する）を具備し、並列する２つの位相変調器を具備するようにして構成される。

通常、マッハツェンダー導波路や電極は基板上に設けられる。基板及び各導波路は、光を伝播することができるものであれば、特に限定されない。例えば、ＬＮ基板上に、Ｔｉ拡散のニオブ酸リチウム導波路を形成しても良いし、シリコン（Ｓｉ）基板上に二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）導波路を形成しても良い。また、ＩｎＰやＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ導波路を形成した光半導体導波路を用いても良い。基板として、ＸカットＺ軸伝搬となるように切り出されたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃：ＬＮ）が好ましい。これは大きな電気光学効果を利用できるため低電力駆動が可能であり、かつ優れた応答速度が得られるためである。この基板のＸカット面（ＹＺ面）の表面に光導波路が形成され、導波光はＺ軸（光学軸）に沿って伝搬することとなる。Ｘカット以外のニオブ酸リチウム基板を用いても良い。また、基板として、電気光学効果を有する三方晶系、六方晶系といった一軸性結晶、又は結晶の点群がＣ_3V、Ｃ₃、Ｄ₃、Ｃ_3h、Ｄ_3hである材料を用いることができる。これらの材料は、電界の印加によって屈折率変化が伝搬光のモードによって異符号となるような屈折率調整機能を有する。具体例としては、ニオブ酸リチウムの他に、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃：ＬＴ）、β−Ｂａ₂Ｏ₄（略称ＢＢＯ）、ＬｉＩＯ₃等を用いることができる。

基板の大きさは、所定の導波路を形成できる大きさであれば、特に限定されない。各導波路の幅、長さ、及び深さも本発明のモジュールがその機能を発揮しうる程度のものであれば特に限定されない。各導波路の幅としては、たとえば１〜２０マイクロメートル程度、好ましくは５〜１０マイクロメートル程度があげられる。また、導波路の深さ（厚さ）として、１０ｎｍ〜１マイクロメートルがあげられ、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。

電極Ａ、電極Ｂ、電極Ｃとしては、たとえば金、白金などによって構成される。これらの電極の幅としては、１μｍ〜１０μｍが挙げられ、具体的には５μｍが挙げられる。これらの電極の長さとしては、変調信号の波長の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。より具体的なこれらの電極の長さとしては、３２５０μｍがあげられる。

電極Ａ、電極Ｂ、電極Ｃとしては、いずれか１つが進行波型電極であって、この電極に本発明に係る駆動回路を接続すればよい。もちろん、すべての電極が進行波型電極であってもよい。電極Ａ、電極Ｂ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。電極Ｃは、進行波型電極であることが好ましい。電極Ｃの切り換え速度が、光ＦＳＫ変調器のデータ速度になるので、電極Ｃを進行波型電極とすることで高速の切り換え（ＵＳＢ(Upper-Side-Band)とＬＳＢ(Lower-Side-Band)との切り換えし）が可能となるからである。

光導波路の形成方法としては、チタン拡散法等の内拡散法やプロトン交換法など公知の形成方法を利用できる。すなわち、上記光ＦＳＫ変調器は、例えば以下のようにして製造できる。まず、ニオブ酸リチウムのウエハー上に、フォトリソグラフィー法によって、チタンをパターニングし、熱拡散法によってチタンを拡散させ、光導波路を形成する。この際の条件は、チタンの厚さを１００〜２０００オングストロームとし、拡散温度を５００〜２０００℃とし、拡散時間を１０〜４０時間とすればよい。基板の主面に、二酸化珪素の絶縁バッファ層（厚さ０．５−２μｍ）を形成する。次いで、これらの上に厚さ１５−３０μｍの金属メッキからなる電極を形成する。次いでウエハーを切断する。このようして、チタン拡散導波路が形成された光変調器が形成される。

光ＦＳＫ変調器は、たとえば以下のようにして製造できる。まず基板上に導波路を形成する。導波路は、ニオブ酸リチウム基板表面に、プロトン交換法やチタン熱拡散法を施すことにより設けることができる。例えば、フォトリソグラフィー技術によってＬＮ基板上に数マイクロメートル程度のＴｉ金属のストライプを、ＬＮ基板上に列をなした状態で作製する。その後、ＬＮ基板を１０００℃近辺の高温にさらしてＴｉ金属を当該基板内部に拡散させる。このようにすれば、ＬＮ基板上に導波路を形成できる。

また、電極は上記と同様にして製造できる。例えば、電極を形成するため、光導波路の形成と同様にフォトリソグラフィー技術によって、同一幅で形成した多数の導波路の両脇に対して電極間ギャップが１マイクロメートル〜５０マイクロメートル程度になるように形成することができる。

なお、シリコン基板を用いる場合は、たとえば以下のようにして製造できる。シリコン（Ｓｉ）基板上に火炎堆積法によって二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を主成分とする下部クラッド層を堆積し、次に、二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ₂）をドーパントとして添加した二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を主成分とするコア層を堆積する。その後、電気炉で透明ガラス化する。次に、エッチングして光導波路部分を作製し、再び二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を主成分とする上部クラッド層を堆積する。そして、薄膜ヒータ型熱光学強度変調器及び薄膜ヒータ型熱光学位相変調器を上部クラッド層に形成する。

＜９．光変調器の光源＞
光変調器の光源として、公知の光源を採用できる。好ましい光電気発振器の光源は、ダイオード、レーザーダイオードなどである。

また、光源の例としては、擬似ランダム信号を出力するものがある。擬似ランダム信号は、特開平5-45250号公報、特開平7-218353号公報、及び特開2003-50410号公報などに記載されたものを用いることができる。擬似ランダム信号を用いれば、様々な特性を有する信号を発生できる。光源の好ましい別の態様は、周期性を持って配列された光信号を出力するものである。周期性を持って配列された光信号として、パルス信号があげられる。また連続光源であってもよい。

光源から出力される光の波長としては、1200ｎｍ〜1900ｎｍが挙げられ、好ましくは1300ｎｍ〜1800ｎｍ、より好ましくは1400ｎｍ〜1700ｎｍや1500ｎｍ〜1600ｎｍである。また、光源から出力される光の強度としては、0.1ｍＷ以上が挙げられ、好ましくは１ｍＷ以上であり、より好ましくは10ｍＷ以上である。具体的な光源としては、例えば、アジレント（Agilent）社製HP8166Aや81689Aなどが挙げられる。

例えば、本発明に係る進行波型電極の駆動回路は、光情報通信に用いられる往復逓倍光変調器を駆動することができるので、光情報通信におけるキーデバイスとして利用することができる。

図１は、第１の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路を具備する往復逓倍光変調器（光変調システム）の概略構成図である。図２は、第２の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路を具備する往復逓倍光変調器（光変調システム）の概略構成図である。図３は、第３の実施形態に係る進行波型電極用の駆動回路を具備する往復逓倍光変調器（光変調システム）の概略構成図である。図４は、従来の進行波型電極用の駆動回路を具備する往復逓倍光変調器の概略構成図である。

符号の説明

１電気信号源
２終端器
３ａ入出力導線
３ｂ入出力導線
４サーキュレータ
５反射器
６増幅器
７可変遅延器
８サーキュレータ
９増幅器
１０進行波型電極用の駆動回路
２０進行波型電極用の駆動回路
３０進行波型電極用の駆動回路

４０進行波型電極用の駆動回路
４１電気信号源
４２終端器
４３ａ入出力導線
４３ｂ入出力導線
４４サーキュレータ
４５分波器
４６増幅器
５０往復逓倍光変調器
５１光変調器
５２進行波型電極（変調電極）
５２ａ電極の一端
５２ｂ電極の他端
５３光濾波器
５４光濾波器

Claims

電気信号を発生する電気信号源（１）と、
回路の終端に設置される終端器（２）と、
進行波型電極の一端に接続される第１の入出力導線（３ａ）と、
進行波型電極の他端に接続される第２の入出力導線（３ｂ）と、
前記電気信号源からの電気信号を前記第１の入出力導線に伝えると共に、前記第１の入出力導線からの帰還信号を前記終端器に伝えるスイッチ素子（４）と、
前記第２の入出力導線に接続され、前記進行波型電極の他端から入力された電気信号を反射する反射器（５）と、
を具備する進行波型電極用の駆動回路（１０）。
電気信号を発生する電気信号源（１）と、
回路の終端に設置される終端器（２）と、
進行波型電極の一端に接続される第１の入出力導線（３ａ）と、
進行波型電極の他端に接続される第２の入出力導線（３ｂ）と、
前記電気信号源からの電気信号を前記第１の入出力導線に伝えると共に、前記第１の入出力導線からの帰還信号を前記終端器に伝えるスイッチ素子（４）と、
前記第２の入出力導線に接続され、前記進行波型電極の他端から入力された電気信号を増幅して帰還する増幅器（９）と、
を具備する進行波型電極用の駆動回路（３０）。
請求項１又は２に記載する進行波型電極用の駆動回路において、
前記スイッチ素子は、サーキュレータ（４）である進行波型電極用の駆動回路。
請求項１又は２に記載する進行波型電極用の駆動回路において、
前記第２の入出力導線には、遅延器（７）が設けられている進行波型電極用の駆動回路。
請求項１〜４のいずれかに記載する進行波型電極用の駆動回路と、
前記駆動回路により駆動される進行波型電極を具備する光変調器とを有する、
光変調システム。
請求項１〜４のいずれかに記載する進行波型電極用の駆動回路と、
前記駆動回路により駆動される進行波型電極を具備し、光導波路の両端部から光信号が入力される光変調器とを有する、
光変調システム。
請求項１〜４のいずれかに記載する進行波型電極用の駆動回路と、
前記駆動回路により駆動される進行波型電極を具備する往復逓倍光変調器とを有する、
光変調システム。
請求項５又は６に記載する光変調システムにおいて、
前記光変調器は、強度変調器、周波数変調器又は位相変調器である光変調システム。
請求項５又は６に記載する光変調システムにおいて、
前記光変調器は、光単側波帯変調器（光ＳＳＢ変調器）、光周波数シフトキーイング変調器（光ＦＳＫ変調器）又は光搬送波抑圧両側波帯変調器（光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）である光変調システム。
請求項５〜９のいずれかに記載する光変調システムを用いた光情報通信システム。
電気信号を発生させる工程（１）と、
前記発生させた電気信号を進行波型電極の一端に伝える工程（４，３ａ）と、
前記進行波型電極の一端から他端に伝導した電気信号を反射する工程（５、３ｂ）と、
前記進行波型電極の他端から一端に反射した電気信号を消滅させる工程（４，２）と、
を含む進行波型電極用の駆動方法。
電気信号を発生させる工程（１）と、
前記発生させた電気信号を進行波型電極の一端に伝える工程（４，３ａ）と、
前記進行波型電極の一端から他端に伝導した電気信号を増幅して帰還する工程（８，９，３ｂ）と、
前記進行波型電極の他端から一端に帰還した電気信号を消滅させる工程（４，２）と、
を含む進行波型電極用の駆動方法。
電気信号源（１）により電気信号を発生させる工程と、
スイッチ素子（４）により前記発生させた電気信号を進行波型電極の一端に接続された第１の入出力導線（３ａ）に伝える工程と、
前記進行波型電極の一端から他端に伝導した電気信号を前記進行波型電極の他端に接続された第２の入出力導線（３ｂ）に伝える工程と、
前記第２の入出力導線に接続された反射器（５）により、前記第２の入出力導線に伝えられた電気信号を前記進行波型電極の他端へ反射する工程と、
前記進行波型電極の他端から一端に反射した電気信号を前記第１の入出力導線（３ａ）に伝える工程と、
スイッチ素子（４）により前記第１の入出力導線（３ａ）に伝えられた電気信号を終端器（２）に伝えて消滅させる工程と、
を含む進行波型電極用の駆動方法。
電気信号源（１）により電気信号を発生させる工程と、
スイッチ素子（４）により前記発生させた電気信号を進行波型電極の一端に接続された第１の入出力導線（３ａ）に伝える工程と、
前記進行波型電極の一端から他端に伝導した電気信号を前記進行波型電極の他端に接続された第２の入出力導線（３ｂ）に伝える工程と、
前記第２の入出力導線に接続された増幅器（９）により、前記第２の入出力導線に伝えられた電気信号を前記進行波型電極の他端へ増幅して帰還する工程と、
前記進行波型電極の他端から一端に帰還した電気信号を前記第１の入出力導線（３ａ）に伝える工程と、
スイッチ素子（４）により前記第１の入出力導線（３ａ）に伝えられた電気信号を終端器（２）に伝えて消滅させる工程と、
を含む進行波型電極用の駆動方法。
請求項１３又は１４に記載する進行波型電極用の駆動方法において、
前記スイッチ素子は、サーキュレータ（４）である進行波型電極用の駆動方法。
請求項１１〜１４のいずれかに記載する進行波型電極用の駆動方法において、
前記電気信号を反射する工程又は前記電気信号を増幅して帰還する工程では、電気信号を遅延（７）させて反射又は帰還する進行波型電極用の駆動方法。
請求項１１〜１６のいずれかに記載する進行波型電極用の駆動方法を用いて、
前記進行波型電極を具備する光変調器を駆動することにより光変調を行う、
光変調方法。
請求項１１〜１６のいずれかに記載する進行波型電極用の駆動方法を用いて、
前記進行波型電極を具備し、光導波路の両端部から光信号が入力される光変調器を駆動することにより光変調を行う、
光変調方法。
請求項１１〜１６のいずれかに記載する進行波型電極用の駆動方法を用いて、
前記進行波型電極を具備する往復逓倍光変調器を駆動することにより光変調を行う、
光変調方法。
請求項１７又は１８に記載する光変調方法において、
前記光変調器は、強度変調器、周波数変調器又は位相変調器である光変調方法。
請求項１７又は１８に記載する光変調方法において、
前記光変調器は、光単側波帯変調器（光ＳＳＢ変調器）、光周波数シフトキーイング変調器（光ＦＳＫ変調器）又は光搬送波抑圧両側波帯変調器（光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）である光変調方法。
請求項１７〜２１のいずれかに記載する光変調方法を用いた光情報通信方法。