JP2007094100A

JP2007094100A - 光変調器

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Publication number: JP2007094100A
Application number: JP2005284468A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Hashimoto; 義浩橋本; Shingo Mori; 慎吾森; Kaoru Hikuma; 薫日隈; Tokuichi Miyazaki; 徳一宮崎
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: JP4544467B2

Abstract

【課題】
主マッハツェンダ型導波路の２つの各主分岐導波路に副マッハツェンダ型導波路を組み込む構成を有する光変調器においても、バイアス自動制御回路を用いて高精度なバイアス設定が可能であり、スプリアスの劣化を防止した光変調器を提供すること。
【解決手段】
電気光学効果を有する基板１と、該基板上に形成された導波路であり、主マッハツェンダ型導波路ＭＭＺの２つの各主分岐導波路に副マッハツェンダ型導波路ＳＭＺ１，２を組み込む構造を有する導波路と、該導波路を伝搬する光波を制御する制御用電極とを有する光変調器において、各副マッハツェンダ型導波路における光波の位相条件をπ／２とし、２つの主分岐導波路の合波部における光波の位相条件をπ又は０となるように制御することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、光変調器に関し、特に、主マッハツェンダ型導波路の２つの各主分岐導波路に副マッハツェンダ型導波路を組み込む構成を有する光変調器に関する。

光通信分野や光計測分野において、光周波数を数Ｈｚ〜数十ＧＨｚのシフト量で任意に、かつ高精度・高速に切り替える技術が求められている。
光周波数の切り替えは、光源の発振周波数を制御することで実現可能であるが、内部の基準エタロンを温度制御する方法やエタロンフィルタの回転を厳密制御する方法（非特許文献１参照）など、極めて高精度な技術が要求されると同時に、応答性が悪いという課題がある。
A.FRENKEL et al.,"INLINE TUNABLE ETALON FILTER",ELECTRON LETTERS,4th Feb.1988,Vol.24,No.3

他方、任意・高精度・高速な光周波数切り替え手段として、光ＳＳＢ変調器を用いた光周波数切り替え法が提案され、検討が進められている。具体的には、ＣＰＦＳＫ信号（Continuous Phase Frequency Shift Keying。デジタルＦＭ変調（ＦＳＫ）は、位相の連続性を無視して周波数変調する。すなわち周波数ｆ１から周波数ｆ２へ周波数変調すると、周波数の切り替わる瞬間に位相不連続点が発生する。連続位相ＦＳＫ（ＣＰＦＳＫ）は、周波数ｆ１から周波数ｆ２へ切り替わる瞬間でも位相が連続になるようにした信号である。）の生成（非特許文献２参照）、光ファイバ無線システムの信号チャネル切り替え（非特許文献３参照）、及び光スペクトル計測（非特許文献４参照）など多岐にわたる。
T.Sakamono et al.,"Novel modulation scheme for optical continuous-phase frequency-shift keying",OFG2,Optical Fiber Communication & Exposition 2005 橋本他，"ミリ波自己ヘテロダイン伝送方式を用いるＲｏＦリンクにおけるＲＦチャネル切り替えに関する一検討"，C-14-1，電子情報通信学会，2004年総合大会日隈他，"光ＳＳＢ変調器を利用した高精度光スペクトル測定"，C-14-14，電子情報通信学会，2003年総合大会

また、局発光と信号光とをヘテロダイン検波して電波に変換する光ファイバ無線システムが提案されている（非特許文献５参照）。これは、局発光と信号光との光周波数差から容易に高周波数の無線信号が生成できるシステムである。アンテナ局で生成される電波は、周波数利用効率や送信電力、マルチパス耐性の観点からＬＳＢ（Lower Side Band）又はＵＳＢ（Upper Side Band）の一方を抑圧した信号が望ましい。もし、光変調信号が予めＬＳＢもしくはＵＳＢ成分を抑圧したものであれば、光信号を光／電気変換するだけで、ＬＳＢ（又はＵＳＢ）抑圧型の電波を簡単に得ることができるため、システムを簡素化することが可能なる。
橋本他，"光ミリ波ビート信号生成法を用いた自己ヘテロダイン方式によるリモートアンテナシステムに関する検討"，MWP03-6，電子情報通信学会第二種時限研究会，第１回ＭＷＰ研究会，2003年

さらに、ＬＳＢ（ＵＳＢ）を抑圧した光変調信号は、光ファイバ伝送中の色分散による生じる伝送電力のペナルティを抑圧することが知られており（非特許文献６又は７参照）、長距離ファイバ伝送の観点からも優れている。
非特許文献６又は７には、マッハツェンダ型（ＭＺ）変調器を２電極駆動してＬＳＢ（ＵＳＢ）のみ抑圧した光信号の生成方法について開示されている。しかしながら、当該文献に提案されている光変調方式では、長距離ファイバ伝送させると不要な高調波成分（偶数次）が抑圧できないため、生成された電波は高スプリアス（不要な変調成分が高い電力レベルで生成されていること。「スプリアスの劣化」ともいう。）なものとなる。
このため、すなわちＬＳＢ（ＵＳＢ）と高調波成分（偶数次）とを同時に抑圧した光変調方式を実現するため、非特許文献８にトリプル・マッハツェンダ型のＬＮ変調器が提案されている。
W.H.Chen et al.,"Multichannel Single-Sideband SCM/DWDM Transmission Systems",Journal of Lightwave Tech.,Vol.22,No.7,July 2004 G.H.Smith et al.,"Technique for optical SSB generation",Electron Lett.,Vol33,No1,2nd January 1997 橋本他，"ミリ波自己ヘテロダイン／光ヘテロダイン検波方式デジタル地上波配信システム"，CS-11-7，電子情報通信学会，2005年総合大会

光周波数シフタに使用される光ＳＳＢ変調器や、光ファイバ無線システムに使用される光変調器には、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）などの電気光学効果を有する基板を使用した光変調器が使用されており、このような光変調器では、外部からＤＣ電圧を印加して適切なバイアス点を設定する必要がある。
ＬＮ変調器などの多くの光変調器には、このバイアス電圧を自動的に設定するため、バイアス自動制御回路（ＡＢＣ）が設けられている。

マッハツェンダ型（ＭＺ）導波路を有する光変調器において、バイアス電圧に対する光出力強度は、図１に示すように変化する。ＡＢＣからＤＣ及びパイロット信号を光変調器に供給し、パイロット信号に対応して、光変調器から出力される光出力強度の位相状態をモニタし、図１に示す光出力強度の最大値（点Ａ，理論上の導波路間位相差０）、最小値（点Ｃ，同位相差π）、最大値の０．５倍（点Ｂ，同位相差π／２）のいずれかでバイアス点を設定することが可能である。

点Ｂにおけるバイアス調整では、バイアス電圧の変動（パイロット信号の振幅値に相当）に対する光出力強度の変化量が大きいため、バイアス点の設定を高精度に行うことが可能となる。これに対し、点Ａ又は点Ｂにおけるバイアス調整では、バイアス電圧の変動に対する光出力強度の変化量が少ないため、高精度なバイアス調整は困難となる。

他方、図２に示すように、従来の光ＳＳＢ変調器を用いた光周波数シフタでは、各副マッハツェンダ型導波路（ＳＭＺ１，ＳＭＺ２）における導波路間の位相差をπに設定し、主マッハツェンダ型導波路（ＭＭＺ）の導波路間位相差をπ／２に設定することが行われている。各位相条件は厳密に設定されない場合には、スプリアスの劣化を招き、光周波数シフタとしての機能を発揮することができない。

また、図６に示すように、非特許文献８のようなトリプル・マッハツェンダ型のＬＮ変調器を用いた場合には、各副マッハツェンダ型導波路（ＳＭＺ）の導波路間位相差をπに設定し、主マッハツェンダ型導波路（ＭＭＺ）の導波路間位相差をπ／２に設定することが行われている。この場合も、各位相条件は厳密に設定されない場合には、スプリアスの劣化を招き、生成された電波は無線システムにおいて有効に使用することができないものとなる。

図２及び図６の場合においては、ＳＭＺの位相条件として、πを与える光導波路が二箇所存在し、上述したように導波路間位相差がπとなるバイアス調整は高精度な設定が難しいため、ＡＢＣを利用したバイアス設定を行った場合には、スプリアスの劣化を招くこととなる。
また、ＳＭＺの位相条件がπである場合には、ＳＭＺからの光出力強度が最小となるため、ＭＭＺの位相条件であるπ／２を調整するための十分な光強度が確保できず、ＭＭＺのバイアス設定も困難となるという問題を生じていた。

本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解決し、主マッハツェンダ型導波路の２つの各主分岐導波路に副マッハツェンダ型導波路を組み込む構成を有する光変調器においても、バイアス自動制御回路を用いて高精度なバイアス設定が可能であり、スプリアスの劣化を防止した光変調器を提供することである。

請求項１に係る発明では、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された導波路であり、主マッハツェンダ型導波路の２つの各主分岐導波路に副マッハツェンダ型導波路を組み込む構造を有する導波路と、該導波路を伝搬する光波を制御する制御用電極とを有する光変調器において、各副マッハツェンダ型導波路における光波の位相条件をπ／２とし、２つの主分岐導波路の合波部における光波の位相条件をπとなるように制御することを特徴とする。

請求項２に係る発明では、請求項１に記載の光変調器において、該基板はＺカット基板であり、該制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、各副マッハツェンダ型導波路における一方の副分岐導波路の一部に分極反転領域が形成され、変調信号の位相差を０°及び９０°となるように調整し、各副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を印加すると共に、該分極反転領域が形成された２つの副分岐導波路に設けられた変調電極には０°と９０°の異なる変調信号を印加することを特徴とする。

請求項３に係る発明では、請求項１に記載の光変調器において、該基板はＺカット基板であり、該制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、変調信号の位相差を０°，９０°，１８０°及び２７０°となるように調整し、一方の副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と２７０°の変調信号を、他方の副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に９０°と１８０°の変調信号を、各々印加することを特徴とする。

請求項４に係る発明では、請求項１に記載の光変調器において、該基板はＸカット基板であり、該制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、各副マッハツェンダ型導波路における２つの副分岐導波路に対する変調電極による電界の印加方向が異なるように変調電極を配置し、変調信号の位相差を０°及び９０°となるように調整し、各副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を印加することを特徴とする。

請求項５に係る発明では、請求項４に記載の光変調器において、各副マッハツェンダ型導波路における位相差０°又は９０°の変調信号が印加される変調電極を共用することを特徴とする。

請求項６に係る発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の光変調器において、該光変調器は光周波数シフタを構成することを特徴とする。

請求項７に係る発明では、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された導波路であり、主マッハツェンダ型導波路の２つの各主分岐導波路に副マッハツェンダ型導波路を組み込む構造を有する導波路と、該導波路を伝搬する光波を制御する制御用電極とを有する光変調器において、各副マッハツェンダ型導波路における光波の位相条件をπ／２とし、２つの主分岐導波路の合波部における光波の位相条件を０となるように制御することを特徴とする。

請求項８に係る発明では、請求項７に記載の光変調器において、該基板はＺカット基板であり、該制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、一方の副マッハツェンダ型導波路における一つの副分岐導波路の一部に分極反転領域が形成され、変調信号の位相差を０°及び９０°となるように調整し、各副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を印加することを特徴とする。

請求項９に係る発明では、請求項７に記載の光変調器において、該基板はＺカット基板であり、該制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、変調信号の位相差を０°，９０°及び２７０°となるように調整し、一方の副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と２７０°の変調信号を、他方の副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を、各々印加することを特徴とする。

請求項１０に係る発明では、請求項７に記載の光変調器において、該基板はＸカット基板であり、該制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、一方の副マッハツェンダ型導波路における２つの副分岐導波路に対する変調電極による電界の印加方向が異なるように変調電極を配置し、変調信号の位相差を０°及び９０°となるように調整し、各副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を印加することを特徴とする。

請求項１１に係る発明では、請求項１０に記載の光変調器において、各副マッハツェンダ型導波路における位相差０°又は９０°の変調信号が印加される変調電極を共用することを特徴とする。

請求項１２に係る発明では、請求項７乃至１１のいずれかに記載の光変調器において、該光変調器は、光ファイバ無線システムに使用されることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された導波路であり、主マッハツェンダ型導波路の２つの各主分岐導波路に副マッハツェンダ型導波路を組み込む構造を有する導波路と、該導波路を伝搬する光波を制御する制御用電極とを有する光変調器において、各副マッハツェンダ型導波路における光波の位相条件をπ／２とし、２つの主分岐導波路の合波部における光波の位相条件をπとなるように制御するため、副マッハツェンダ型導波路における位相条件がπ／２となり、最も高精度のバイアス設定を行うことが可能となる。しかも、副マッハツェンダ型導波路から出力される光強度を十分に確保することが可能となり、主マッハツェンダ型導波路におけるバイアス調整をより正確に行うことが可能となる。これにより、光変調器のスプリアスの劣化を抑制できる。

請求項２に係る発明により、基板はＺカット基板であり、制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、各副マッハツェンダ型導波路における一方の副分岐導波路の一部に分極反転領域が形成され、変調信号の位相差を０°及び９０°となるように調整し、各副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を印加すると共に、該分極反転領域が形成された２つの副分岐導波路に設けられた変調電極には０°と９０°の異なる変調信号を印加するため、副マッハツェンダ型導波路における位相条件をπ／２としても、従来の副マッハツェンダ型導波路における位相条件がπの場合と同様に、光周波数の切り替え可能な光変調器を提供することができる。

請求項３に係る発明により、基板はＺカット基板であり、制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、変調信号の位相差を０°，９０°，１８０°及び２７０°となるように調整し、一方の副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と２７０°の変調信号を、他方の副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に９０°と１８０°の変調信号を、各々印加するため、副マッハツェンダ型導波路における位相条件をπ／２としても、従来の副マッハツェンダ型導波路における位相条件がπの場合と同様に、光周波数の切り替え可能な光変調器を提供することができる。

請求項４に係る発明により、基板はＸカット基板であり、制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、各副マッハツェンダ型導波路における２つの副分岐導波路に対する変調電極による電界の印加方向が異なるように変調電極を配置し、変調信号の位相差を０°及び９０°となるように調整し、各副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を印加するため、副マッハツェンダ型導波路における位相条件をπ／２としても、従来の副マッハツェンダ型導波路における位相条件がπの場合と同様に、光周波数の切り替え可能な光変調器を提供することができる。

請求項５に係る発明により、各副マッハツェンダ型導波路における位相差０°又は９０°の変調信号が印加される変調電極を共用するため、変調電極の数を削減した光変調器を提供することが可能となる。

請求項６に係る発明により、光変調器は光周波数シフタを構成するため、副マッハツェンダ型導波路及び主マッハツェンダ型導波路において高精度なバイアス設定が可能となり、スプリアスの劣化を抑制した光周波数シフタを提供することが可能なる。

請求項７に係る発明により、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された導波路であり、主マッハツェンダ型導波路の２つの各主分岐導波路に副マッハツェンダ型導波路を組み込む構造を有する導波路と、該導波路を伝搬する光波を制御する制御用電極とを有する光変調器において、各副マッハツェンダ型導波路における光波の位相条件をπ／２とし、２つの主分岐導波路の合波部における光波の位相条件を０となるように制御するため、副マッハツェンダ型導波路における位相条件がπ／２となり、最も高精度のバイアス設定を行うことが可能となる。しかも、副マッハツェンダ型導波路から出力される光強度を十分に確保することが可能となり、主マッハツェンダ型導波路におけるバイアス調整をより正確に行うことが可能となる。これにより、光変調器のスプリアスの劣化を抑制できる。

請求項８に係る発明により、基板はＺカット基板であり、制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、一方の副マッハツェンダ型導波路における一つの副分岐導波路の一部に分極反転領域が形成され、変調信号の位相差を０°及び９０°となるように調整し、各副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を印加するため、副マッハツェンダ型導波路における位相条件をπ／２としても、従来の副マッハツェンダ型導波路における位相条件がπの場合と同様に、ＬＳＢ（ＵＳＢ）と高調波成分を同時に抑圧した光変調器を提供することができる。

請求項９に係る発明により、基板はＺカット基板であり、制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、変調信号の位相差を０°，９０°及び２７０°となるように調整し、一方の副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と２７０°の変調信号を、他方の副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を、各々印加するため、副マッハツェンダ型導波路における位相条件をπ／２としても、従来の副マッハツェンダ型導波路における位相条件がπの場合と同様に、ＬＳＢ（ＵＳＢ）と高調波成分を同時に抑圧した光変調器を提供することができる。

請求項１０に係る発明により、基板はＸカット基板であり、該制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、一方の副マッハツェンダ型導波路における２つの副分岐導波路に対する変調電極による電界の印加方向が異なるように変調電極を配置し、変調信号の位相差を０°及び９０°となるように調整し、各副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を印加するため、副マッハツェンダ型導波路における位相条件をπ／２としても、従来の副マッハツェンダ型導波路における位相条件がπの場合と同様に、ＬＳＢ（ＵＳＢ）と高調波成分を同時に抑圧した光変調器を提供することができる。

請求項１１に係る発明により、各副マッハツェンダ型導波路における位相差０°又は９０°の変調信号が印加される変調電極を共用するため、変調電極の数を削減した光変調器を提供することが可能となる。

請求項１２に係る発明により、光変調器は、光ファイバ無線システムに使用されるため、副マッハツェンダ型導波路及び主マッハツェンダ型導波路において高精度なバイアス設定が可能となり、スプリアスの劣化を抑制した光ファイバ無線システムを提供することが可能なる。

本発明に係る光変調器について、以下に詳細に説明する。
本発明に係る光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された導波路であり、主マッハツェンダ型導波路（ＭＭＺ）の２つの各主分岐導波路に副マッハツェンダ型導波路（ＳＭＺ）を組み込む構造を有する導波路と、該導波路を伝搬する光波を制御する制御用電極とを有する光変調器において、各副マッハツェンダ型導波路における光波の位相条件をπ／２とし、２つの主分岐導波路の合波部における光波の位相条件をπ又は０となるように制御することを特徴とする。
特に、合波部における位相条件がπの場合には、光周波数シフタに好適に利用可能な光変調器が提供でき、該位相条件が０の場合には、ヘテロダイン検波を用いる光ファイバ無線システムに好適に使用可能な光変調器を提供することができる。

図３乃至５に、光周波数シフタに使用される光変調器の実施例を示す。
図３は、本発明に係る光変調器の第１の実施例であり、図３（ａ）のように、ＬＮなどの電気光学効果を有する基板上に、ＭＭＺ及びＭＭＺの主分岐導波路に形成されたＳＭＺを有する光導波路が形成されている。基板としてＺカット基板を用いる場合には、ＳＭＺの各副分岐導波路の一部には、変調電極ＥＬ１〜ＥＬ４が形成されている。

各ＳＭＺ１，２における導波路間位相差はπ／２に設定され、ＭＭＺの導波路間位相差である、２つの主分岐導波路の合波部における光波の位相条件をπとなるように設定する。
また、図３の網掛けで表示した基板領域には、分極反転領域が形成され、各ＳＭＺにおける一方の副分岐導波路の一部（変調電極ＥＬ２及びＥＬ３により電界が作用する部分）が、分極反転領域に含まれるように設定されている。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の一点鎖線ｂにおける光変調器の断面図を示すものであり、図の網掛け部分は上述した分極反転領域１０を示している。図楕円部分は基板に形成された光導波路３を示し、変調電極と基板１との間にはバッファ層２が形成されている。なお、説明を簡略化するため、制御用電極を構成する変調電極と接地電極とのうち、接地電極の記載は省略して図示されている。また、ＤＣバイアスを印加するバイアス電極を光変調器に別途組み込むことも可能である。

図３（ｃ）は、４つの変調電極ＥＬ１〜ＥＬ４に印加される変調信号を発生する回路を示す概略図である。変調信号４は、９０°ハイブリッド位相器５により０°と９０°の位相差を有する信号に変換され、分配器６，６’により各々２つの同相の変調信号に分配される。そして、変調電極ＥＬ１には位相差０°の変調信号、変調電極ＥＬ２には位相差９０°の変調信号、変調電極ＥＬ３には位相差０°の変調信号、及び変調電極ＥＬ４には位相差９０°の変調信号が、各々印加されることとなる。

光変調器に入射する光波の光強度スペクトルを、数１で表す場合、光変調器から出力される光強度スペクトルは数２で示すことができる。
ただし、Ｅｉｎは入力光の光強度、ω_０は入力光の周波数、ｍは光の誘導位相量(あるいは光変調度)、ω_ｍは変調信号の周波数、Ｊ_ｎはｎ次のベッセル関数を各々意味する。

図３に示す第１の実施例により、ＳＭＺの位相条件をπ／２としても、従来のＳＭＺの位相条件がπの場合と同様に、光周波数の切り替え可能な光変調器を提供することができる。しかも、ＳＭＺから出力される光強度を従来のＳＭＺと比較して十分に確保することが可能となり、ＭＭＺにおけるバイアス調整をより正確に行うことが可能となる。結果として、バイアス自動制御回路による高精度なバイアス調整が可能となると共に、光変調器のスプリアスの劣化も抑制できる。

図４は、本発明に係る光変調器の第２の実施例を示したものであり、第１の実施例との違いは、図３のような分極反転領域を形成せずに、変調信号の位相を調整することにより同様の光変調を実現したことである。

図４（ａ）は光変調器の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の一点鎖線ｃにおける断面図、そして図４（ｃ）は、変調電極ＥＬ１〜ＥＬ４に印加する変調信号を発生する回路を示す概略図である。変調信号４は、９０°ハイブリッド位相器５により０°と９０°の位相差を有する信号に変換され、１８０°ハイブリッド位相器７，７’により０°と９０°の各変調信号は、さらに０°と１８０°の位相差を有する信号に変換される。その結果、変調電極ＥＬ１には位相差０°の変調信号、変調電極ＥＬ２には位相差２７０°の変調信号、変調電極ＥＬ３には位相差１８０°の変調信号、及び変調電極ＥＬ４には位相差９０°の変調信号が、各々印加されることとなる。

図５は、本発明に係る光変調器の第３の実施例を示したものであり、電気光学効果を有する基板にＸカット基板を用いたものを示している。また変調電極の一部を共用し、変調電極ＥＬ２を構成している。なお、変調電極ＥＬ２に替えて、各副分岐導波路に対応して４つの変調電極で構成することも可能であることは言うまでもない。
図５（ａ）は光変調器の平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の一点鎖線ｄにおける断面図、そして図５（ｃ）は、変調電極ＥＬ１〜ＥＬ３に印加する変調信号を発生する回路を示す概略図である。

変調信号４は、９０°ハイブリッド位相器５により０°と９０°の位相差を有する信号に変換され、０°の変調信号は分配器６により２つの同相の変調信号に分けられる。また、９０°の変調信号は、アッテネータ（３ｄＢ）８により信号強度が調整される。その結果、変調電極ＥＬ１には位相差０°の変調信号、変調電極ＥＬ２には信号強度が調整された位相差９０°の変調信号、及び変調電極ＥＬ３には位相差０°の変調信号が、各々印加されることとなる。

図７乃至９に、例えば、ヘテロダイン検波を用いる光ファイバ無線システム等に使用される光変調器の実施例を示す。
図７は、本発明に係る光変調器の第４の実施例であり、図７（ａ）のように、ＬＮなどの電気光学効果を有する基板上に、ＭＭＺ及びＭＭＺの主分岐導波路に形成されたＳＭＺを有する光導波路が形成されている。基板としてＺカット基板を用いる場合には、ＳＭＺの各副分岐導波路の一部には、変調電極ＥＬ１〜ＥＬ４が形成されている。

各ＳＭＺ１，２における導波路間位相差はπ／２に設定され、ＭＭＺの導波路間位相差である、２つの主分岐導波路の合波部における光波の位相条件を０となるように設定する。
また、図７の網掛けで表示した基板領域には、分極反転領域１１が形成され、ＳＭＺ１における一方の副分岐導波路の一部（変調電極ＥＬ２により電界が作用する部分）が、分極反転領域に含まれるように設定されている。
図７（ｂ）は、図７（ａ）の一点鎖線ｅにおける光変調器の断面図を示すものであり、図の網掛け部分は上述した分極反転領域を示している。

図７（ｃ）は、４つの変調電極ＥＬ１〜ＥＬ４に印加される変調信号を発生する回路を示す概略図である。変調信号４は、９０°ハイブリッド位相器５により０°と９０°の位相差を有する信号に変換され、分配器６，６’により各々２つの同相の変調信号に分配される。そして、変調電極ＥＬ１には位相差０°の変調信号、変調電極ＥＬ２には位相差９０°の変調信号、変調電極ＥＬ３には位相差０°の変調信号、及び変調電極ＥＬ４には位相差９０°の変調信号が、各々印加されることとなる。

光変調器に入射する光波の光強度スペクトルを、上述した数１で表す場合、光変調器から出力される光強度スペクトルは数３で示すことができる。

図７に示す第４の実施例により、ＳＭＺの位相条件をπ／２としても、従来のＳＭＺの位相条件がπの場合と同様に、ＬＳＢ（ＵＳＢ）と高調波成分を同時に抑圧した光変調器を提供することができる。しかも、ＳＭＺから出力される光強度を従来のＳＭＺと比較して十分に確保することが可能となり、ＭＭＺにおけるバイアス調整をより正確に行うことが可能となる。結果として、バイアス自動制御回路による高精度なバイアス調整が可能となると共に、光変調器のスプリアスの劣化も抑制できる。

図８は、本発明に係る光変調器の第５の実施例を示したものであり、第４の実施例との違いは、図７のような分極反転領域を形成せずに、変調信号の位相を調整することにより同様の光変調を実現したことである。

図８（ａ）は光変調器の平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の一点鎖線ｆにおける断面図、そして図８（ｃ）は、変調電極ＥＬ１〜ＥＬ４に印加する変調信号を発生する回路を示す概略図である。変調信号４は、９０°ハイブリッド位相器５により０°と９０°の位相差を有する信号に変換され、分配器６により位相差０°の変調信号は、同相の２つの変調信号に分配される。また、位相差９０°の変調信号は、１８０°ハイブリッド位相器７により、さらに０°と１８０°の位相差を有する信号に変換される。その結果、変調電極ＥＬ１には位相差０°の変調信号、変調電極ＥＬ２には位相差２７０°の変調信号、変調電極ＥＬ３には位相差０°の変調信号、及び変調電極ＥＬ４には位相差９０°の変調信号が、各々印加されることとなる。

図９は、本発明に係る光変調器の第６の実施例を示したものであり、電気光学効果を有する基板にＸカット基板を用いたものを示している。また変調電極の一部を共用し、変調電極ＥＬ２を構成している。なお、変調電極ＥＬ２に替えて、各副分岐導波路に対応して４つの変調電極で構成することも可能であることは言うまでもない。さらに、変調電極ＥＬ２を共用した関係から、変調電極ＥＬ３の配置がＳＭＺ２の内部側に位置するように配置されている。

図９（ａ）は光変調器の平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の一点鎖線ｇにおける断面図、そして図９（ｃ）は、変調電極ＥＬ１〜ＥＬ３に印加する変調信号を発生する回路を示す概略図である。
変調信号４は、９０°ハイブリッド位相器５により０°と９０°の位相差を有する信号に変換され、０°の変調信号は分配器６により２つの同相の変調信号に分けられる。また、９０°の変調信号は、アッテネータ（３ｄＢ）８により信号強度が調整される。その結果、変調電極ＥＬ１には位相差０°の変調信号、変調電極ＥＬ２には信号強度が調整された位相差９０°の変調信号、及び変調電極ＥＬ３には位相差０°の変調信号が、各々印加されることとなる。

以上のように、本発明によれば、主マッハツェンダ型導波路の２つの各主分岐導波路に副マッハツェンダ型導波路を組み込む構成を有する光変調器においても、バイアス自動制御回路を用いて高精度なバイアス設定が可能であり、スプリアスの劣化を防止した光変調器を提供することが可能となる。そして、本発明に係る光変調器を用いることにより、これらの優れた特性を有する光周波数シフタや光ファイバ無線システムを構成することが可能となる。

光変調器の変調曲線を示す図である。従来の光周波数シフタに用いられる光変調器の概略図である。本発明に係る光変調器の第１の実施例を示す図である。本発明に係る光変調器の第２の実施例を示す図である。本発明に係る光変調器の第３の実施例を示す図である。従来の光ファイバ無線システムに用いられる光変調器の概略図である。本発明に係る光変調器の第４の実施例を示す図である。本発明に係る光変調器の第５の実施例を示す図である。本発明に係る光変調器の第６の実施例を示す図である。

符号の説明

１基板
２バッファ層
３光導波路
４変調信号源
５９０°ハイブリッド位相器
６分配器
７１８０°ハイブリッド位相器
８アッテネータ
１０，１１分極反転領域

Claims

電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された導波路であり、主マッハツェンダ型導波路の２つの各主分岐導波路に副マッハツェンダ型導波路を組み込む構造を有する導波路と、該導波路を伝搬する光波を制御する制御用電極とを有する光変調器において、
各副マッハツェンダ型導波路における光波の位相条件をπ／２とし、
２つの主分岐導波路の合波部における光波の位相条件をπとなるように制御することを特徴とする光変調器。
請求項１に記載の光変調器において、該基板はＺカット基板であり、該制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、各副マッハツェンダ型導波路における一方の副分岐導波路の一部に分極反転領域が形成され、変調信号の位相差を０°及び９０°となるように調整し、各副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を印加すると共に、該分極反転領域が形成された２つの副分岐導波路に設けられた変調電極には０°と９０°の異なる変調信号を印加することを特徴とする光変調器。
請求項１に記載の光変調器において、該基板はＺカット基板であり、該制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、変調信号の位相差を０°，９０°，１８０°及び２７０°となるように調整し、一方の副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と２７０°の変調信号を、他方の副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に９０°と１８０°の変調信号を、各々印加することを特徴とする光変調器。
請求項１に記載の光変調器において、該基板はＸカット基板であり、該制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、各副マッハツェンダ型導波路における２つの副分岐導波路に対する変調電極による電界の印加方向が異なるように変調電極を配置し、変調信号の位相差を０°及び９０°となるように調整し、各副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を印加することを特徴とする光変調器。
請求項４に記載の光変調器において、各副マッハツェンダ型導波路における位相差０°又は９０°の変調信号が印加される変調電極を共用することを特徴とする光変調器。
請求項１乃至５のいずれかに記載の光変調器において、該光変調器は光周波数シフタを構成することを特徴とする光変調器。
電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された導波路であり、主マッハツェンダ型導波路の２つの各主分岐導波路に副マッハツェンダ型導波路を組み込む構造を有する導波路と、該導波路を伝搬する光波を制御する制御用電極とを有する光変調器において、
各副マッハツェンダ型導波路における光波の位相条件をπ／２とし、
２つの主分岐導波路の合波部における光波の位相条件を０となるように制御することを特徴とする光変調器。
請求項７に記載の光変調器において、該基板はＺカット基板であり、該制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、一方の副マッハツェンダ型導波路における一つの副分岐導波路の一部に分極反転領域が形成され、変調信号の位相差を０°及び９０°となるように調整し、各副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を印加することを特徴とする光変調器。
請求項７に記載の光変調器において、該基板はＺカット基板であり、該制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、変調信号の位相差を０°，９０°及び２７０°となるように調整し、一方の副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と２７０°の変調信号を、他方の副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を、各々印加することを特徴とする光変調器。
請求項７に記載の光変調器において、該基板はＸカット基板であり、該制御用電極のうち変調電極を副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路毎に設け、一方の副マッハツェンダ型導波路における２つの副分岐導波路に対する変調電極による電界の印加方向が異なるように変調電極を配置し、変調信号の位相差を０°及び９０°となるように調整し、各副マッハツェンダ型導波路の２つの変調電極に０°と９０°の変調信号を印加することを特徴とする光変調器。
請求項１０に記載の光変調器において、各副マッハツェンダ型導波路における位相差０°又は９０°の変調信号が印加される変調電極を共用することを特徴とする光変調器。
請求項７乃至１１のいずれかに記載の光変調器において、該光変調器は、光ファイバ無線システムに使用されることを特徴とする光変調器。