JP2011022390A - 光位相変調器および光位相変調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体の光吸収により生じる直交成分による周波数チャーピングの影響を低減す
ることができる光位相変調器および光位相変調装置を提供する。
【解決手段】光変調器１００は、使用波長における初期位相差がπの第１及び第２のメイ
ンアーム光導波路１１ａ，１１ｂを有するメインマッハツェンダ干渉計１１と、第１のメ
インアーム光導波路１１ａに形成された使用波長における初期位相差が０の第１及び第２
のサブアーム光導波路２１ａ，２１ｂを有する第１のサブマッハツェンダ干渉計２１と、
第２のメインアーム光導波路に形成された使用波長における初期位相差が０の第３及び第
４のサブアーム光導波路２２ａ，２２ｂを有する第２のサブマッハツェンダ干渉計２２と
を有する。各メインアーム光導波路および第１乃至第４のサブアーム光導波路のうち、少
なくとも高周波電極が形成された部分は、半導体光導波路からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光の位相を利用した光位相変調に用いられる光位相変調器および光位相変調
装置に関する。

光通信において光を信号で変調する方式として、従来の強度変調のほかに、光位相変調
がある。光位相変調は、従来の光強度のオン／オフ間で変調を行う光強度変調とは異なる
ものであり、例えば２つの異なる光の位相を使って変調を行う２値光位相変調方式（例え
ば差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆ
ｔ Ｋｅｙｉｎｇ））や、４つの異なる光の位相を使って変調を行う４値光位相変調方式
（例えば差動直交位相偏移変調方式（ＤＱＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄ
ｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ））、１６種の異なる振幅・位相
の組合せを用いる１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌ
ａｔｉｏｎ）などが知られている。光位相変調では、一般的に、光強度変調に比べて受信
感度を向上させることが可能である。また、ＤＱＰＳＫ方式や１６ＱＡＭ以上の多値光位
相変調方式では、１位相（シンボル）あたり複数ビット分の情報を伝送できるので、効率
よく伝送容量を大容量化することが可能である。

位相変調信号の生成には、例えば特許文献１に記載されたようなマッハツェンダ（Ｍａ
ｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型変調器（ＭＺ変調器）による２値光位相変調器（ＤＰＳＫ光位
相変調器）が用いられる。

図１６は、２値光位相変調器の一例としてＭＺ変調器からなるＤＰＳＫ光位相変調器の
構成を示した模式図である。ＭＺ変調器１１は、２本のアーム光導波路１１ａ，１１ｂを
有している。ＭＺ変調器１１に入力された光は、各アーム光導波路１１ａ，１１ｂに分波
される。各アーム光導波路１１ａ，１１ｂには、電極１１ａ１，１１ｂ１がそれぞれ設け
られ、これらの電極に電圧を印加したときの電気光学効果による屈折率変化を利用して、
各アーム光導波路１１ａ，１１ｂを通過する光の位相を変化させる。しかる後に、これら
２つの光を合波する。ここで、アーム光導波路１１ａ，１１ｂは、使用波長において無変
調時の初期位相差がπ、すなわち出力光が消光状態となるように光路長差が調整されてい
る。

図１７（ａ）は、各アーム光導波路１１ａ，１１ｂを経た光電界の位相を、同相成分Ｉ
（Ｉｎｐｈａｓｅ）と直交成分Ｑ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）を用いて、極座標上に表した
ものである。図１７において、原点からの距離は光の電界振幅を、Ｉ軸からの角度は位相
角を表す。上側アーム光導波路１１ａに電極１１ａ１を介して印加される電圧Ｖ１１ａは
、逆バイアス電圧（Ｖ１１ａ＝−Ｖｂ）を中心として−Ｖｂ＋ΔＶ〜−Ｖｂ−ΔＶ（なお
、Ｖｂ＞ΔＶ）の間で変化させ、これに応じて上側アーム光導波路１１ａの出力光電界Ｐ
１１ａの位相がπ〜０の間で変化する。また、下側アーム光導波路１１ｂに電極１１ｂ１
を介して印加される電圧Ｖ１１ｂは、逆バイアス電圧（Ｖ１１ｂ＝−Ｖｂ）を中心として
−Ｖｂ−ΔＶ〜−Ｖｂ＋ΔＶの間で変化させ、これに応じて下側アーム光導波路１１ｂの
出力光電界Ｐ１１ｂの位相が−π〜０の間で変化する。したがって、各アーム光導波路１
１ａ，１１ｂにそれぞれ信号ΔＶとこれを反転させた信号を、逆バイアス電圧（−Ｖｂ）
を重畳して印加すると、各アーム光導波路１１ａ，１１ｂの光が合成されたＭＺ変調器１
１の出力光電界Ｐ１１の位相は、０（Ｖ１１ａ＝−Ｖｂ−ΔＶ，Ｖ１１ｂ＝−Ｖｂ＋ΔＶ
）またはπ（Ｖ１１ａ＝−Ｖｂ＋ΔＶ，Ｖ１１ｂ＝−Ｖｂ−ΔＶ）となる。すなわち、Ｍ
Ｚ変調器１１においては、出力光電界Ｐ１１の位相が０とπの間の２値間でＩ軸上での位
相変調が行われる。図１７（ｂ）は、各アーム光導波路１１ａ，１１ｂへの印加電圧（−
Ｖ１１ａ，−Ｖ１１ｂ）と出力光の位相との関係を示したものである。

図１８は、４値光位相変調器の一例としてＤＱＰＳＫ光位相変調器の構成を示した模式
図である。図１８に示すように、ＤＱＰＳＫ光位相変調器１３は、図１６に示したＭＺ変
調器（ＤＰＳＫ光位相変調器）の２つ（１１−１，１１−２）が分岐光導波路３１、合流
光導波路３２を用いて並列に接続されており、分岐光導波路３１の一方の枝には、通過光
の位相をπ／２だけずらす位相シフタ３０が配設されている。図１９（ａ），図１９（ｂ
）は、それぞれＤＰＳＫ光位相変調器１１−１、１１−２の出力光の位相をＩ成分とＱ成
分を用いて極座標上に表したもので、ＤＰＳＫ光位相変調器１１−１では上述のように位
相０とπの２値間でＩ軸上で位相変調が行われ、ＤＰＳＫ光位相変調器１１−２では、π
／２位相シフタ３０によりπ／２だけ位相がシフトされるので、π／２と３π／２の２値
間でＱ軸上で位相変調が行われる。その結果、ＤＱＰＳＫ光位相変調器１３からの出力光
の位相は、２つのＤＰＳＫ光位相変調器１１−１、１１−２の出力電界Ｐ１１−１，Ｐ１
１−２のベクトル和の位相となり、図１８（ｃ）に示すように、ＤＰＳＫ光位相変調器１
１−１，１１−２に加えられる信号電圧に応じてπ／４、３π／４、５π／４、７π／４
となる。

２値光位相変調器を並列化する数をさらに増やすと、１６ＱＡＭや２５６ＱＡＭなど、
より多値の位相変調（直交振幅変調）を実現することができる。
このように、２値光位相変調器は、入力信号に応じて０とπの２つの位相を有する光を出
力するもので、４値光位相変調器や１６ＱＡＭなどの多値光位相変調器も、２値光位相変
調器が複数個組合されて構成されるものである。

材料としてＬｉＮｂＯ_３を用いたＭＺ変調器が既に実用化されている。ＬｉＮｂＯ_３を
用いたＭＺ変調器は、電気光学効果として、ポッケルス効果を利用する。ＬｉＮｂＯ_３を
用いたＭＺ変調器は、光の損失が小さいという特徴があるが、サイズが数インチ程度と大
きく、駆動電圧も高い。一方、ＩｎＰなどの半導体を用いたＭＺ変調器は、電気光学効果
としてフランツ・ケルディッシュ効果（Ｆｒａｎｚ−Ｋｅｌｄｙｓｈ Ｅｆｆｅｃｔ）や
量子閉じ込めシュタルク効果（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆｆ
ｅｃｔ：ＱＣＳＥ）を用いるため、ＬｉＮｂＯ_３を用いたものに比べて小型化が可能で、
駆動電圧を小さくできる。また、光源等のデバイスとの集積が容易であるといった利点を
有している。このため、今後多値光位相変調などのように変調器の構成が複雑になる場合
においては、小型化・集積化が可能な半導体のＭＺ変調器が有望である。

特開平９−０６１７６６号公報

しかし、従来の半導体からなるＭＺ変調器には、次のような問題があった。
すなわち、半導体からなるＭＺ変調器では、前述のように、フランツ・ケルディッシュ
効果や量子閉じ込めシュタルク効果を用いるため、電圧印加によって光の位相だけではな
く吸収係数が変化する。このため、図２０に示すように、印加する逆方向電圧が大きいと
きに光電界の減衰が大きくなり、その振幅が小さくなる。この結果、各アーム光導波路１
１ａ，１１ｂの光電界Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂのベクトル和としての出力光の光電界Ｐ１１に
直交成分が生じる。たとえば、位相０を表現する場合、アーム光導波路１１ａに印加され
る逆方向電圧は大きく（Ｖ１１ａ＝−Ｖｂ−ΔＶ）、アーム光導波路１１ｂに印加される
逆方向電圧は小さい（Ｖ１１ｂ＝−Ｖｂ＋ΔＶ）。したがって、アーム光導波路１１ａに
おける光の吸収がアーム光導波路１１ｂにおける光の吸収よりも大きくなり、図２０のよ
うに光電界の振幅に上下非対称性が生じる。このため、各アーム光導波路１１ａ，１１ｂ
に印加する電圧を−Ｖｂ−ΔＶと−Ｖｂ＋ΔＶとの間で変化させた場合、光電界のベクト
ル和の軌跡に、図２０のように直交成分（Ｑ成分）が生じる。この直交電界による位相誤
差は周波数チャーピングの原因となり、光信号を伝送した際にファイバの分散によって伝
送信号が劣化してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体における光の吸収に起因して
生じる上記直交成分による周波数チャーピングの影響を低減することができる光位相変調
器および光位相変調装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、次のような光位相変調器を提供する。
（１）それぞれ第１の高周波電極および第２の高周波電極を有し使用波長における初期位
相差がπである第１のメインアーム光導波路及び第２のメインアーム光導波路を有するメ
インマッハツェンダ干渉計と、前記第１のメインアーム光導波路に形成され、それぞれ第
３の高周波電極および第４の高周波電極を有する使用波長における初期位相差が０である
第１のサブアーム光導波路および第２のサブアーム光導波路を有する第１のサブマッハツ
ェンダ干渉計と、前記第２のメインアーム光導波路に形成され、それぞれ第５の高周波電
極および第６の高周波電極を有する使用波長における初期位相差が０である第３のサブア
ーム光導波路および第４のサブアーム光導波路を有する第２のサブマッハツェンダ干渉計
と、を有し、前記第１、第２のメインアーム光導波路および前記第１乃至第４のサブアー
ム光導波路のうち、少なくとも前記第１乃至第６の高周波電極が形成された部分が半導体
基板上に形成された半導体光導波路からなることを特徴とする２値光位相変調器。

（２）前記第１乃至第６の高周波電極が形成された部分以外の部分は、基板上に形成され
た石英光導波路を含み、前記半導体光導波路と前記石英光導波路は、端面で突き合わせて
光結合されていることを特徴とする２値光位相変調器。

（３）（１）または（２）の２値光位相変調器の一つと、（１）または（２）の２値光位
相変調器の他の一つと、入力した光を前記２値光位相変調器の一つと前記２値光位相変調
器の他の一つの入力端に分波する入力光導波路と、前記２値光位相変調器の一つと前記２
値光位相変調器の他の一つの出力端からの光を合波する出力光導波路と、前記２値光位相
変調器の一つと前記２値光位相変調器の他の一つの出力光の位相をπ／２だけ異ならせる
位相シフタと、を有することを特徴とする４値光位相変調器。

（４）２分岐分波器がｎ（ｎは自然数）段縦続接続されてなる分岐光導波路と、前記分岐
光導波路の分岐端に並列に接続された２^ｎ個の２値光位相変調器と、前記２^ｎ個の２値光
位相変調器の出力端に接続された、２分岐合波器がｎ段縦続接続されてなる合流光導波路
と、を有し、前記２^ｎ個の２値光位相変調器のうち、少なくとも一つが（１）または（２
）に記載の２値光位相変調器であることを特徴とする多値光位相変調器。

また、本発明は、上記課題を解決するため、次のような光位相変調装置を提供する。
（５）（１）または（２）に記載の２値光位相変調器と、両極性信号を発生させる信号発
生器と、前記両極性信号の反転信号を発生させる反転信号発生器と、を含む信号発生手段
と、前記信号発生器から前記両極性信号を入力してその電圧振幅を小さくした信号を出力
する第１の電圧調整器と、前記反転信号発生器から前記反転信号を入力してその電圧振幅
を小さくした信号を出力する第２の電圧調整器と、を含む電圧調整手段と、前記両極性信
号の電圧振幅値（ΔＶ）よりも大きな絶対値を有する逆バイアス電圧（−Ｖｂ１）を供給
する第１のバイアス電圧供給部と、前記第１の電圧調整器の出力電圧振幅及び前記第２の
電圧調整器の出力電圧振幅よりも大きな絶対値を有する第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２
）を供給する第２のバイアス電圧供給部と、前記第１の電圧調整器の出力電圧振幅及び前
記第２の電圧調整器の出力電圧振幅よりも大きな絶対値を有する第３の逆バイアス電圧（
−Ｖｂ３）を供給する第３のバイアス電圧供給部と、を有するバイアス電圧供給手段と、
を具備し、前記第１の高周波電極および前記第２の高周波電極に、それぞれ前記両極性信
号および前記反転信号と、前記第１のバイアス電圧供給部の前記第１の逆バイアス電圧（
−Ｖｂ１）とが重畳されて印加され、前記第３乃至第６の高周波電極には、前記第１また
は第２の高周波電極への電圧印加によって生じる光の吸収の大きさの差を前記第１および
第２のサブマッハツェンダ干渉計の出力光強度差で補償するように、前記第１および前記
第２の電圧調整器の出力および前記第２および前記第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２，−
Ｖｂ３）が設定されて接続されている、ことを特徴とする２値光位相変調装置。

（６）（１）または（２）に記載の２値光位相変調器と、両極性信号を発生させる信号発
生器と、前記両極性信号の反転信号を発生させる反転信号発生器と、を含む信号発生手段
と、前記信号発生器から前記両極性信号を入力してその電圧振幅を小さくした信号を出力
する第１の電圧調整器と、前記反転信号発生器から前記反転信号を入力してその電圧振幅
を小さくした信号を出力する第２の電圧調整器と、を含む電圧調整手段と、前記両極性信
号の電圧振幅値（ΔＶ）よりも大きな絶対値を有する第１の逆バイアス電圧（−Ｖｂ１）
を供給する第１のバイアス電圧供給部と、前記第１の電圧調整器の出力電圧振幅及び前記
第２の電圧調整器の出力電圧振幅よりも大きな絶対値を有する第２の逆バイアス電圧（−
Ｖｂ２）を供給する第２のバイアス電圧供給部と、前記第１の電圧調整器の出力電圧振幅
及び前記第２の電圧調整器の出力電圧振幅よりも大きな絶対値を有する第３の逆バイアス
電圧（−Ｖｂ３）を供給する第３のバイアス電圧供給部と、を有するバイアス電圧供給手
段と、を具備し、前記第１の高周波電極および前記第２の高周波電極に、それぞれ前記両
極性信号および前記反転信号と、前記第１のバイアス電圧供給部の前記第１の逆バイアス
電圧（−Ｖｂ１）とが重畳されて印加され、前記第３の高周波電極および前記第５の高周
波電極に、前記第１の電圧調整器の出力電圧が、それぞれ前記第２のバイアス電圧供給部
の前記第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）および前記第３のバイアス電圧供給部の前記第
３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）に重畳されて印加され、前記第４の高周波電極および前
記第６の高周波電極に、前記第２の電圧調整器の出力電圧が、それぞれ前記第３のバイア
ス電圧供給部の前記第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）および前記第２のバイアス電圧供
給部の前記第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）に重畳されて印加され、前記第２の逆バイ
アス電圧（−Ｖｂ２）と前記第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）は、前記第３の高周波電
極または前記第５の高周波電極の印加電圧（−Ｖｕ）および前記第４の高周波電極または
前記第６の高周波電極の印加電圧（−Ｖｌ）間の同相条件を表す関係式（Ｖｕ＝Ｖｌ）の
示す直線の近傍に設定され、前記第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）の絶対値が前記第３
の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）の絶対値よりも小さい（Ｖｂ２＜Ｖｂ３）、ことを特徴と
する２値光位相変調装置。

（７）（１）または（２）に記載の２値光位相変調器と、両極性信号を発生させる信号発
生器と、前記両極性信号の反転信号を発生させる反転信号発生器と、を含む信号発生手段
と、前記信号発生器から前記両極性信号を入力してその電圧振幅を小さくした信号を出力
する第１の電圧調整器と、前記反転信号発生器から前記反転信号を入力してその電圧振幅
を小さくした信号を出力する第２の電圧調整器と、を含む電圧調整手段と、前記両極性信
号の電圧振幅値（ΔＶ）よりも大きな絶対値を有する第１の逆バイアス電圧（−Ｖｂ１）
を供給する第１のバイアス電圧供給部と、前記第１の電圧調整器の出力電圧振幅及び前記
第２の電圧調整器の出力電圧振幅よりも大きな絶対値を有する第２の逆バイアス電圧（−
Ｖｂ２）を供給する第２のバイアス電圧供給部と、前記第１の電圧調整器の出力電圧振幅
及び前記第２の電圧調整器の出力電圧振幅よりも大きな絶対値を有する第３の逆バイアス
電圧（−Ｖｂ３）を供給する第３のバイアス電圧供給部と、を有するバイアス電圧供給手
段と、を具備し、前記第１の高周波電極および前記第２の高周波電極に、それぞれ前記両
極性信号および前記反転信号と、前記第１のバイアス電圧供給部の前記第１の逆バイアス
電圧（−Ｖｂ１）とが重畳されて印加され、前記第３の高周波電極および前記第５の高周
波電極に、前記第２の電圧調整器の出力電圧が、それぞれ前記第２のバイアス電圧供給部
の前記第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）および前記第３のバイアス電圧供給部の前記第
３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）に重畳されて印加され、前記第４の高周波電極および前
記第６の高周波電極に、前記第１の電圧調整器の出力電圧が、それぞれ前記第３のバイア
ス電圧供給部の前記第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）および前記第２のバイアス電圧供
給部の前記第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）に重畳されて印加され、前記第２の逆バイ
アス電圧（−Ｖｂ２）と前記第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）は、前記第３の高周波電
極または前記第５の高周波電極の印加電圧（−Ｖｕ）および前記第４の高周波電極または
前記第６の高周波電極の印加電圧（−Ｖｌ）間の同相条件を表す関係式（Ｖｕ＝Ｖｌ）の
示す直線の近傍に設定され、前記第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）の絶対値が前記第３
の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）の絶対値よりも大きい（Ｖｂ２＞Ｖｂ３）、ことを特徴と
する２値光位相変調装置。

（８）（５）乃至（７）の何れか１つに記載の２値光位相変調装置の一つと、（５）乃至
（７）の何れか１つに記載の２値光位相変調装置の他の一つと、入力した光を前記２値光
位相変調装置の一つの２値光位相変調器と前記２値光位相変調装置の他の一つの２値光位
相変調器の入力端に分波する入力光導波路と、前記２値光位相変調装置の一つの２値光位
相変調器と前記２値光位相変調装置の他の一つの２値光位相変調器の出力端からの光を合
波する出力光導波路と、前記２値光位相変調装置の一つの２値光位相変調器と前記２値光
位相変調装置の他の一つの２値光位相変調器の出力光の位相をπ／２だけ異ならせる位相
シフタと、を有することを特徴とする４値光位相変調装置。

（９）（５）乃至（７）の何れか１つに記載の２値光位相変調装置の少なくとも一つを一
部に含むことを特徴とする１６値以上の多値光位相変調装置。

本発明によれば、半導体における光吸収に起因して生じる直交成分による周波数チャー
ピングの影響を低減することのできる光位相変調器および光位相変調装置を提供すること
ができる。

本発明の第１の実施形態に係る光位相変調器であるＤＰＳＫ光位相変調器の構成を示す模式的な平面図である。 図１のＡ−Ａ’断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るＤＰＳＫ光位相変調器の変形例の構成を示す模式的な平面図（ａ）および正面図（ｂ）である。 図３（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るＤＰＳＫ光位相変調器を用いたＤＰＳＫ光位相変調装置の模式的なブロック図である。 図５のＤＰＳＫ光位相変調装置における、サブマッハツェンダ干渉計の上側サブアーム光導波路の高周波電極と下側サブアーム光導波路の高周波電極とに印加される逆バイアス電圧の関係を説明する図である。 信号発生器からの信号が変化した場合における、ＤＰＳＫ光位相変調装置の各部の状態（印加電圧等）の変化を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係るＤＰＳＫ光位相変調器を用いたＤＰＳＫ光位相変調装置の動作を説明する図（表１）である。 本発明の第１の実施形態に係るＤＰＳＫ光位相変調器を用いたＤＰＳＫ光位相変調装置における、各アーム光導波路の電界および合成電界を極座標上に表示した図である。 本発明の第１の実施形態に係るＤＰＳＫ光位相変調器を用いたＤＰＳＫ光位相変調装置の変形例を表した模式的なブロック図である。 図１０のＤＰＳＫ光位相変調装置における、サブマッハツェンダ干渉計の上側サブアーム光導波路の高周波電極と下側サブアーム光導波路の高周波電極とに印加される逆バイアス電圧の関係を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係るＤＰＳＫ光位相変調器を用いたＤＰＳＫ光位相変調装置の変形例の動作を説明する図（表２）である。 本発明の第２の実施形態に係る光位相変調器であるＤＱＰＳＫ光位相変調器の構成を示す模式的な平面図である。 本発明の第２の実施形態に係るＤＱＰＳＫ光位相変調器を用いたＤＱＰＳＫ光位相変調装置の模式的なブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る多値光位相変調器である１６ＱＡＭ光位相変調器の構成を示す模式的な平面図である。 従来の２値光位相変調器の一例として、ＭＺ変調器からなるＤＰＳＫ光位相変調器を示した模式図である。 ＤＰＳＫ光位相変調器における位相変調の動作を説明するための説明図である。 従来のＤＱＰＳＫ光位相変調器の一例を示した模式図である。 ＤＱＰＳＫ光位相変調器における位相変調の動作を説明するための説明図である。 半導体からなるＤＰＳＫ光位相変調器における各アーム光導波路の電界および合成電界を極座標上に表示した図である。

本発明の好ましい実施の形態における光位相変調器および光位相変調装置について、図
面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示および説明の
簡略化のため、同一符号を付して示す。

（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る光位相変調器の構成を、図１を用いて説明する。図１は
、本発明の第１の実施形態に係る光位相変調器である２値光位相変調器の一例として、Ｄ
ＰＳＫ光位相変調器の構成を示す模式的な平面図である。ＤＰＳＫ光位相変調器１００は
、半導体基板上に形成され、光導波路は半導体層により構成される。ＤＰＳＫ光位相変調
器１００は２本のメインアーム光導波路１１ａ，１１ｂを有するマッハツェンダ干渉計１
１からなり、各メインアーム光導波路１１ａ，１１ｂには、それぞれ第１の高周波電極１
１ａ１、第２の高周波電極１１ｂ１が設けられている。また、メインアーム光導波路１１
ａには、第１のサブアーム光導波路２１ａと第２のサブアーム光導波路２１ｂからなるサ
ブマッハツェンダ干渉計２１が設けられ、メインアーム光導波路１１ｂには、第３のサブ
アーム光導波路２２ａと第４のサブアーム光導波路２２ｂからなるサブマッハツェンダ干
渉計２２が設けられている。第１のサブアーム光導波路２１ａには、第３の高周波電極２
１ａ１が形成され、第２のサブアーム光導波路２１ｂには第４の高周波電極２１ｂ１が形
成され、第３のサブアーム光導波路２２ａには第５の高周波電極２２ａ１が形成され、第
４のサブアーム光導波路２２ｂには第６の高周波電極２２ｂ１が形成されている。

第１のサブマッハツェンダ干渉計２１の２つのサブアーム光導波路２１ａ，２１ｂは、
第３の高周波電極２１ａ１および第４の高周波電極２１ｂ１に電圧を印加しない状態にお
ける使用波長（例えば１５５０ｎｍ）の伝搬光の位相差（初期位相差）が０となるように
光導波路形状が作製されており、第２のサブマッハツェンダ干渉計２２の各サブアーム光
導波路２２ａ，２２ｂについても、同様に、使用波長における初期位相差が０となるよう
に光導波路形状が作製されている。

一方、第１のサブマッハツェンダ干渉計２１が形成された第１のメインアーム光導波路
１１ａと、第２のサブマッハツェンダ干渉計２２が形成された第２のメインアーム光導波
路１１ｂは、全体として使用波長における初期位相差がπとなるように、光導波路の形状
が作製されている。

次に、このＤＰＳＫ光位相変調器１００の製造方法について、図１のＡ−Ａ’断面図で
ある図２を参照しながら説明する。ＤＰＳＫ光位相変調器１００は、次のような方法で作
製される。まず、有機金属気相成長（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ−ＩｎＰ基板５上にｎ−
ＩｎＰクラッド層１５、量子井戸構造（ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ）からなる活性
層１６、ｐ−ＩｎＰクラッド層１７、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１８をそれぞれ積
層する。その後、ＳｉＮｘ膜を全面に成膜したのち、フォトリソグラフィと反応性イオン
エッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）により、ＳｉＮｘか
らなるマッハツェンダ干渉計導波路パターンを形成する。

次に、このＳｉＮｘからなるマッハツェンダ干渉計導波路パターンをマスクとして、塩
素系のドライエッチング等により、活性層を貫通しｎ−ＩｎＰクラッド層１５に到達する
までエッチングを行い、ハイメサ半導体光導波路（Ｄｅｅｐ Ｒｉｄｇｅ Ｓｅｍｉｃｏ
ｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）を形成する。さらに、電気的な
接触が必要なアームに相当する部分を除いて絶縁層１９を形成し、アームの上面およびボ
ンディングパッド部分にｐ電極２０を形成する。なお、上述した半導体光導波路はハイメ
サ構造としたが、ローメサ構造や埋め込み構造としてもよい。ローメサ構造は、活性層の
直上までエッチングを行うことで形成される。最後に、基板を厚さ１２０μｍ程度に研磨
した後、裏面にｎ電極（図示せず）を形成する。次にこの基板を素子分離したものが光位
相変調器１００となる。

（光位相変調器の変形例）
図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るＤＰＳＫ光位相変調器の変形例の構成を
示す模式的な平面図、図３（ｂ）は正面図である。
図３（ａ），（ｂ）に示した変形例に係るＤＰＳＫ光位相変調器２００は、光導波路の
形状は図１に示したものと同様であるが、光導波路のうち第１乃至第６の高周波電極（１
１ａ１，１１ｂ１，２１ａ１，２１ｂ１，２２ａ１，２２ｂ１）が形成された領域２は半
導体光導波路により構成され、それ以外の領域３、４は、石英光導波路により構成されて
いる点で異なっている。本変形例では、図３（ａ）において、第１のメインアーム光導波
路１１ａおよび第２のメインアーム光導波路１１ｂが、それぞれ第１のサブアーム光導波
路２１ａと第２のサブアーム光導波路２１ｂ、および第３のサブアーム光導波路２２ａと
第４のサブアーム光導波路２２ｂに分岐した位置（第３乃至第６の高周波電極２１ａ１，
２１ｂ１，２２ａ１，２２ｂ１の手前の位置）と、第１のメインアーム光導波路１１ａと
第２のメインアーム光導波路１１ｂとが合流する前の位置（第１および第２の高周波電極
１１ａ１，１１ｂ１の後の位置）との間の領域２が半導体光導波路により構成され、それ
以外の領域３、４が石英光導波路により構成されている。

図４は、図３の領域３中のＢ−Ｂ’断面図である。図４に示すように、石英光導波路は
、ＰＬＣ基板（例えばシリコン基板）３３と、このＰＬＣ基板３３上に形成された石英か
らなる下部クラッド層３４と、この下部クラッド層３４上に形成された石英からなるコア
層３６と、下部クラッド層３４およびコア層３６上に形成された石英からなる上部クラッ
ド層３５とから構成されている。コア層３６には、ゲルマニウムがドーピングされること
により、コア層３６の屈折率はクラッド層３４，３５の屈折率よりも大きくなっている。

次に、本変形例に係るＤＰＳＫ光位相変調器の製造方法を説明する。ＤＰＳＫ光位相変
調器２００のうち、半導体光導波路からなる領域２は、既述の方法により作製され、シリ
コンサブマウント６上にボンディングされる。

一方、ＤＰＳＫ光位相変調器２００のうち、石英光導波路からなる領域３、４は次のよ
うに作製される。まず、火炎堆積（Ｆｌａｍｅ Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ：ＦＨＤ）法により、ＰＬＣ基板（シリコン基板）３３上に下部クラッド層３４お
よびコア層３６となるガラス粒子を堆積し、加熱してガラス膜を溶融透明化する。この後
、半導体集積回路製造技術であるフォトリソグラフィとＲＩＥで所望の光導波路パターン
を形成し、再びＦＨＤ法により上部クラッド３５を形成し、加熱して溶融透明化する。

そして、ＰＬＣ基板３３上の石英光導波路とシリコンサブマウント６上の半導体光導波
路とをバットジョイント（突き合わせ）し、石英光導波路と半導体光導波路とをハイブリ
ッド集積する。位置合わせには、例えばＰＬＣ基板３３上およびシリコンサブマウント６
上にあらかじめ形成した位置マーカーや、位置合わせ用の凹凸形状等を利用することによ
って、石英光導波路と半導体光導波路との位置合わせをパッシブ調芯により行う。

なお、ＰＬＣ基板３３の厚さに比べて半導体基板５の厚さが薄いため，本変形例では，
半導体基板５上の半導体光導波路はシリコンサブマウント６上に固定し，ＰＬＣ基板３３
とシリコンサブマウント６とを接着することで十分な接合強度をとるようにしている。

また、石英光導波路と半導体光導波路とでは導波モードのスポットサイズが一般的には
異なるため、両光導波路が結合する部分にスポットサイズ変換構造を設けて、石英光導波
路と半導体光導波路のスポットサイズを合わせておくと、より高い結合効率を得ることが
できる。

本変形例による光位相変調器２００では，半導体光導波路領域２の長さを短くできるた
めに、半導体での損失を低く抑えることができる。また、合分波器や光導波路は石英光導
波路の方がより精度良く作製が可能であり、半導体光導波路で作製する合分波器の数を最
小限に留めることにより、迷光などによる消光劣化や挿入損失の増加を低減させることが
可能である。

なお、半導体光導波路により構成する領域２は、作製または位置合わせの容易さ等を考
慮して、光導波路が第１および第２のメインアーム光導波路１１ａ，１１ｂに分岐後、そ
れぞれ第１のサブアーム光導波路２１ａと第２のサブアーム光導波路２１ｂ、および第３
のサブアーム光導波路２２ａと第４のサブアーム光導波路２２ｂに分岐する手前の位置と
、第１のメインアーム光導波路１１ａと第２のメインアーム光導波路１１ｂとが合流する
前の位置（第１および第２の高周波電極１１ａ１，１１ｂ１の後の位置）との間の領域と
してもよい。

（光位相変調装置）
次に、本発明の第１の実施形態に係る２値光位相変調器を用いた２値光位相変調装置の
一例として、ＤＰＳＫ光位相変調装置について説明する。以下では、図１に示したＤＰＳ
Ｋ光位相変調器１００を用いたＤＰＳＫ光位相変調装置を示して説明するが、ＤＰＳＫ光
位相変調器１００を図３に示したＤＰＳＫ光位相変調器２００でそのまま置き換えること
ができることはいうまでもない。

図５は、本発明の第１の実施形態に係るＤＰＳＫ光位相変調器を用いたＤＰＳＫ光位相
変調装置の模式的なブロック図である。図５に示すように、ＤＰＳＫ光位相変調装置１０
０Ａは、図１に示したＤＰＳＫ光位相変調器１００と、両極性信号を発生させる信号発生
器４３と、信号発生器４３の信号の極性を反転させた反転信号を発生させる反転信号発生
器４４と、信号発生器４３および反転信号発生器４４の電圧信号振幅をそれぞれ減衰させ
る第１、第２の電圧調整器４５、４６と、第１乃至第３のバイアス電圧供給部５１、５２
、５３と、を有する。

図５において、信号発生器４３は、伝送する信号の１／０に応じて電圧値が＋ΔＶ／−
ΔＶ（ΔＶ＞０）の電圧信号を発生するものであり、反転信号発生器４４は、信号発生器
４３の信号の極性を反転させた信号を発生させるものである。信号発生器４３および反転
信号発生器４４の出力電圧は、第１のバイアス電圧供給部５１の逆バイアス電圧（−Ｖｂ
１）を重畳して、それぞれＤＰＳＫ光位相変調器１００の第１の高周波電極１１ａ１およ
び第２の高周波電極１１ｂ１に供給されている。ここで、第１の高周波電極１１ａ１，第
２の高周波電極１１ｂ１に加えられる電圧が信号が変化しても常に負電圧となるよう、Ｖ
ｂ１＞ΔＶとなっている。

第１の電圧調整器４５は、信号発生器４３から両極性信号を入力し、その振幅（ΔＶ）
を電圧減衰率αで減衰させて出力する。また、第２の電圧調整器４６は、反転信号発生器
４４から反転信号を入力し、その振幅（ΔＶ）を電圧減衰率βで減衰させて出力する。第
１の電圧調整器４５の出力電圧（±αΔＶ）は、第２のバイアス電圧供給部５２の供給す
る第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）を重畳して第３の高周波電極２１ａ１に印加される
とともに、第３のバイアス電圧供給部５３の供給する第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）
を重畳して第５の高周波電極２２ａ１に印加されている。また、第２の電圧調整器４６の
出力電圧（±βΔＶ）は、第３のバイアス電圧供給部５３の供給する第３の逆バイアス電
圧（−Ｖｂ３）を重畳して第４の高周波電極２１ｂ１に印加されるとともに、第２のバイ
アス電圧供給部５２の供給する第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）を重畳して第６の高周
波電極２２ｂ１に印加されている。なお、第３乃至第６の高周波電極（２１ａ１，２１ｂ
１，２２ａ１，２２ｂ１）に印加される電圧が常に負電圧であるよう、Ｖｂ２，Ｖｂ３＞
αΔＶ，βΔＶとなるように設定されている。第１および第２の電圧調整器４５、４６の
電圧減衰率α、βは、典型的には略同一の値とすればよいが、異なる場合を排除するもの
ではない。

第１のサブマッハツェンダ干渉計２１の第３および第４の高周波電極２１ａ１，２１ｂ
１に加えられる逆バイアス電圧（−Ｖｂ２，−Ｖｂ３）、および第２のサブマッハツェン
ダ干渉計２２の第５および第６の高周波電極２２ａ１，２２ｂ１に加えられる逆バイアス
電圧（−Ｖｂ３，−Ｖｂ２）は、次のように設定される。

すなわち、第１のサブマッハツェンダ干渉計２１の上下サブアーム光導波路２１ａ，２
１ｂのバイアス点（Ｖｂ２，Ｖｂ３）および第２のサブマッハツェンダ干渉計２２の上下
サブアーム光導波路２２ａ，２２ｂのバイアス点（Ｖｂ３，Ｖｂ２）は、図６に示すよう
に、Ｖｕを上側サブアーム光導波路２１ａ，２２ａの高周波電極２１ａ１，２２ａ１に印
加される電圧とし、Ｖｌを下側サブアーム光導波路２１ｂ，２２ｂの高周波電極２１ｂ１
，２２ｂ１に印加される電圧とした場合に、使用波長における初期位相差０で作製されて
いる第１および第２のサブマッハツェンダ干渉計２１，２２の上側サブアーム光導波路２
１ａ，２２ａおよび下側サブアーム光導波路２１ｂ，２２ｂを伝搬する光の位相が同相と
なる条件：Ｖｕ＝Ｖｌの示す直線の近傍の対称の位置であって、Ｖｂ２＜Ｖｂ３となるよ
うに選択されている。

このとき、第１のサブマッハツェンダ干渉計２１の上下各サブアーム光導波路２１ａ，
２１ｂに加わる逆方向電圧（−Ｖｕ，−Ｖｌ）が、（−Ｖｂ２，−Ｖｂ３）を基点に第１
および第２の電圧調整器４５、４６を経て重畳される信号電圧（−αΔＶ，＋βΔＶ）だ
け振れて同相条件を表す直線Ｖｕ＝Ｖｌに近づくとき（各サブアーム光導波路２１ａ，２
１ｂの光電界が同相となるとき）には、第２のサブマッハツェンダ干渉計２２の上下各サ
ブアーム光導波路２２ａ，２２ｂに加わる逆方向電圧は、（−Ｖｂ３，−Ｖｂ２）を基点
に第１および第２の電圧調整器４５、４６を経て重畳される信号電圧（−αΔＶ，＋βΔ
Ｖ）だけ振れて同相条件を表す直線Ｖｕ＝Ｖｌから離れる（各サブアーム光導波路２２ａ
，２２ｂの光電界の位相が離れる）。逆に、第２のサブマッハツェンダ干渉計２２の上下
各サブアーム光導波路２２ａ，２２ｂに加わる逆方向電圧（−Ｖｕ，−Ｖｌ）が、（−Ｖ
ｂ３，−Ｖｂ２）を基点に第１および第２の電圧調整器４５、４６を経て重畳される信号
電圧（＋αΔＶ，−βΔＶ）だけ振れて同相条件を表す直線Ｖｕ＝Ｖｌに近づくとき（各
サブアーム光導波路２２ａ，２２ｂの光電界が同相となるとき）には、第１のサブマッハ
ツェンダ干渉計２１の上下各サブアーム光導波路２１ａ，２１ｂに加わる逆方向電圧は、
（−Ｖｂ２，−Ｖｂ３）を基点に第１および第２の電圧調整器４５、４６を経て重畳され
る信号電圧（＋αΔＶ，−βΔＶ）だけ振れて同相条件を表す直線Ｖｕ＝Ｖｌから離れる
（各サブアーム光導波路２１ａ，２１ｂの光電界の位相が離れる）。

次に、このＤＰＳＫ光位相変調装置１００Ａの動作について、説明する。
図７は、信号発生器４３からの信号が変化した場合における各部の状態（印加電圧等）
の変化を図示したものであり、また、図８は、ＤＰＳＫ光位相変調装置１００Ａの動作を
表にまとめたものである。

まず、本実施形態例のＤＰＳＫ位相変調装置において、位相“０”を表現する（図７（
ｉ）、図８）ためには、信号発生器４３の電圧出力を−ΔＶとする。このとき、反転信号
発生器４４の電圧出力は＋ΔＶであり、第１および第２の高周波電極１１ａ１，１１ｂ１
には、第１のバイアス電圧供給部５１により逆バイアス電圧（−Ｖｂ１）が重畳されて、
それぞれ−Ｖｂ１−ΔＶ，−Ｖｂ１＋ΔＶの電圧が印加される（図７（ａ），図７（ｂ）
，図８）。この場合、第１のメインアーム光導波路１１ａに加わる逆方向電圧の方が第２
のメインアーム光導波路１１ｂに加わる逆方向電圧よりも大きいので、第１のメインアー
ム光導波路１１ａにおける光吸収の方が、第２のメインアーム光導波路１１ｂにおける光
吸収よりも大きくなる（図７（ｃ），図７（ｄ），図８）。

一方、第１のメインアーム光導波路１１ａに設けられた第１のサブマッハツェンダ干渉
計２１の第３の高周波電極２１ａ１には、第１の電圧調整器４５（電圧減衰率α）および
第２のバイアス電圧供給部５２を介して、−Ｖｂ２−αΔＶの電圧が印加され、第１のサ
ブマッハツェンダ干渉計２１の第４の高周波電極２１ｂ１には、第２の電圧調整器４６（
電圧減衰率β）および第３のバイアス電圧供給部５３を介して、−Ｖｂ３＋βΔＶの電圧
が印加される（図８）。したがって、図６を参照すると、第１のサブマッハツェンダ干渉
計２１の各サブアーム光導波路２１ａ，２１ｂに加わる逆方向電圧は、（−Ｖｕ，−Ｖｌ
）＝（−Ｖｂ２，−Ｖｂ３）を基点として、同相条件：Ｖｕ＝Ｖｌに近づく方向に変化す
るので、各サブアーム光導波路２１ａ，２１ｂの光は合波されて強め合い、第１のサブマ
ッハツェンダ干渉計２１の出力が大きくなる（図７（ｅ），図８）。

他方、第２のメインアーム光導波路１１ｂに設けられた第２のサブマッハツェンダ干渉
計２２の第５の高周波電極２２ａ１には、第１の電圧調整器４５（電圧減衰率α）および
第３のバイアス電圧供給部５３を介して、−Ｖｂ３−αΔＶの電圧が印加され、第２のサ
ブマッハツェンダ干渉計２２の第６の高周波電極２２ｂ１には、第２の電圧調整器４６（
電圧減衰率β）および第２のバイアス電圧供給部５２を介して、−Ｖｂ２＋βΔＶの電圧
が印加される（図８）。したがって、図６を参照すると、第２のサブマッハツェンダ干渉
計２２の各サブアーム光導波路２２ａ，２２ｂに加わる逆方向電圧は、（−Ｖｕ，−Ｖｌ
）＝（−Ｖｂ３，−Ｖｂ２）を基点として、同相条件：Ｖｕ＝Ｖｌから離れる方向に変化
するので、第２のサブマッハツェンダ干渉計２２の出力が小さくなる（図７（ｆ），図８
）。

したがって、第１のメインアーム光導波路１１ａで生じている大きな光吸収による光強
度の低下が、第１のメインアーム光導波路１１ａに設けられた第１のサブマッハツェンダ
干渉計２１の出力が大きくなることによって補償され、光吸収が小さい第２のメインアー
ム光導波路１１ａの光強度が、第２のメインアーム光導波路１１ｂに設けられた第２のサ
ブマッハツェンダ干渉計２２の出力が小さくなることによって補償される（図７（ｇ），
図７（ｈ））。

次に、位相“π”を表現する（図７（ｉ）、図８）ためには、信号発生器４３の電圧出
力を＋ΔＶとする。このとき、反転信号発生器４４の電圧出力は−ΔＶであり、第１およ
び第２の高周波電極１１ａ１，１１ｂ１には、第１のバイアス電圧供給部５１により逆バ
イアス電圧（−Ｖｂ１）が重畳されて、それぞれ−Ｖｂ１＋ΔＶ，−Ｖｂ１−ΔＶの電圧
が印加される（図７（ａ），図７（ｂ），図８）。この場合、第１のメインアーム光導波
路１１ａに加わる逆方向電圧の方が第２のメインアーム光導波路１１ｂに加わる逆方向電
圧よりも小さいので、第１のメインアーム光導波路１１ａにおける光吸収の方が、第２の
メインアーム光導波路１１ｂにおける光吸収よりも小さくなる（図７（ｃ），図７（ｄ）
，図８）。

一方、第１のメインアーム光導波路１１ａに設けられた第１のサブマッハツェンダ干渉
計２１の第３の高周波電極２１ａ１には、第１の電圧調整器４５（電圧減衰率α）および
第２のバイアス電圧供給部５２を介して、−Ｖｂ２＋αΔＶの電圧が印加され、第１のサ
ブマッハツェンダ干渉計２１の第４の高周波電極２１ｂ１には、第２の電圧調整器４６（
電圧減衰率β）および第３のバイアス電圧供給部５３を介して、−Ｖｂ３−βΔＶの電圧
が印加される（図８）。したがって、図６を参照すると、第１のサブマッハツェンダ干渉
計２１の各サブアーム光導波路２１ａ，２１ｂに加わる逆方向電圧は、（−Ｖｕ，−Ｖｌ
）＝（−Ｖｂ２，−Ｖｂ３）を基点として、同相条件：Ｖｕ＝Ｖｌから離れる方向に変化
するので、第１のサブマッハツェンダ干渉計２１の出力が小さくなる（図７（ｅ），図８
）。

他方、第２のメインアーム光導波路１１ｂに設けられた第２のサブマッハツェンダ干渉
計２２の第５の高周波電極２２ａ１には、第１の電圧調整器４５（電圧減衰率α）および
第３のバイアス電圧供給部５３を介して、−Ｖｂ３＋αΔＶの電圧が印加され、第２のサ
ブマッハツェンダ干渉計２２の第６の高周波電極２２ｂ１には、第２の電圧調整器４６（
電圧減衰率β）および第２のバイアス電圧供給部５２を介して、−Ｖｂ２−βΔＶの電圧
が印加される（図８）。したがって、図６を参照すると、第２のサブマッハツェンダ干渉
計２２の各サブアーム光導波路２２ａ，２２ｂに加わる逆方向電圧は、（−Ｖｕ，−Ｖｌ
）＝（−Ｖｂ３，−Ｖｂ２）を基点として、同相条件：Ｖｕ＝Ｖｌに近づく方向に変化す
るので、各サブアーム光導波路２２ａ，２２ｂの光は合波されて強め合い、第２のサブマ
ッハツェンダ干渉計２２の出力が大きくなる（図７（ｆ），図８）。

したがって、第２のメインアーム光導波路１１ｂで生じている大きな光吸収による光強
度の低下が、第２のメインアーム光導波路１１ｂに設けられた第２のサブマッハツェンダ
干渉計２２の出力が大きくなることによって補償され、光吸収が小さい第１のメインアー
ム光導波路１１ａの光強度が、第１のメインアーム光導波路１１ａに設けられた第１のサ
ブマッハツェンダ干渉計２１の出力が小さくなることによって補償される（図７（ｇ），
図７（ｈ））。

よって、“０”，“π”いずれの位相を表現する場合においても、第１または第２の高
周波電極１１ａ１，１１ｂ１への電圧印加によって生じる光の吸収の大きさの差が、第１
および第２のサブマッハツェンダ干渉計２１，２２の出力光強度差で補償される。この結
果、両メインアーム光導波路１１ａ，１１ｂの光電界Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂの大きさが、第
１および第２の高周波電極１１ａ１，１１ｂ１に加わる電圧の大きさに関わらずほぼ等し
くなり、これらの光電界の合成としての光電界Ｐ１１における直交成分の発生が抑制され
る。この様子を図９に示す。したがって、信号発生器４３の電圧信号を高速に変化させた
場合であっても、光電界Ｐ１１の位相角の時間微分、すなわち周波数の帯域が広くなるこ
とが防止され、光ファイバの分散により伝送信号が劣化することが防止される。

（光位相変調装置の変形例）
図１０は、本発明の第１の実施形態に係るＤＰＳＫ光位相変調器を用いたＤＰＳＫ光位
相変調装置の変形例を表した模式的なブロック図である。図１０に示した変形例のＤＰＳ
Ｋ光位相変調装置１００Ｂは、図５に示したＤＰＳＫ光位相変調器１００Ａと比較して、
第１および第２の電圧調整器４５，４６と第３乃至第６の高周波電極２１ａ１，２１ｂ１
，２２ａ１，２２ｂ１との結線状態、およびバイアス電圧Ｖｂ２とＶｂ３の大小関係が異
なる。

すなわち、本変形例では、第１の電圧調整器４５の出力電圧（±αΔＶ）は、第３のバ
イアス電圧供給部５３の供給する第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）を重畳して第４の高
周波電極２１ｂ１に印加されるとともに、第２のバイアス電圧供給部５２の供給する第２
の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）を重畳して第６の高周波電極２２ｂ１に印加されている。
また、第２の電圧調整器４６の出力電圧（±βΔＶ）は、第２のバイアス電圧供給部５２
の供給する第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）を重畳して第３の高周波電極２１ａ１に印
加されるとともに、第３のバイアス電圧供給部５３の供給する第３の逆バイアス電圧（−
Ｖｂ３）を重畳して第５の高周波電極２２ａ１に印加されている。

また、本変形例では、第１のサブマッハツェンダ干渉計２１の第３および第４の高周波
電極２１ａ１，２１ｂ１に加えられる逆バイアス電圧（−Ｖｂ２，−Ｖｂ３）、および第
２のサブマッハツェンダ干渉計２２の第５および第６の高周波電極２２ａ１，２２ｂ１に
加えられる逆バイアス電圧（−Ｖｂ３，−Ｖｂ２）は、次のように設定される。

すなわち、第１のサブマッハツェンダ干渉計２１の上下サブアーム光導波路２１ａ，２
１ｂのバイアス点（Ｖｂ２，Ｖｂ３）および第２のサブマッハツェンダ干渉計２２の上下
サブアーム光導波路２２ａ，２２ｂのバイアス点（Ｖｂ３，Ｖｂ２）は、図１１に示すよ
うに、Ｖｕを上側サブアーム光導波路２１ａ，２２ａの高周波電極２１ａ１，２２ａ１に
印加される電圧とし、Ｖｌを下側サブアーム光導波路２１ｂ，２２ｂの高周波電極２１ｂ
１，２２ｂ１に印加される電圧とした場合に、使用波長における初期位相差０で作製され
ている第１および第２のサブマッハツェンダ干渉計２１，２２の上側サブアーム光導波路
２１ａ，２２ａおよび下側サブアーム光導波路２１ｂ，２２ｂを伝搬する光の位相が同相
となる条件：Ｖｕ＝Ｖｌの示す直線の近傍の対称の位置であって、Ｖｂ２＞Ｖｂ３となる
ように選択されている。

このとき、第１のサブマッハツェンダ干渉計２１の上下各サブアーム光導波路２１ａ，
２１ｂに加わる逆方向電圧（−Ｖｕ，−Ｖｌ）が、（−Ｖｂ２，−Ｖｂ３）を基点に第１
および第２の電圧調整器４５、４６を経て重畳される信号電圧（＋βΔＶ，−αΔＶ）だ
け振れて同相条件を表す直線Ｖｕ＝Ｖｌに近づくとき（各サブアーム光導波路２１ａ，２
１ｂの光電界が同相となるとき）には、第２のサブマッハツェンダ干渉計２２の上下各サ
ブアーム光導波路２２ａ，２２ｂに加わる逆方向電圧は、（−Ｖｂ３，−Ｖｂ２）を基点
に第１および第２の電圧調整器４５、４６を経て重畳される信号電圧（＋βΔＶ，−αΔ
Ｖ）だけ振れて同相条件を表す直線Ｖｕ＝Ｖｌから離れる（各サブアーム光導波路２２ａ
，２２ｂの光電界の位相が離れる）。逆に、第２のサブマッハツェンダ干渉計２２の上下
各サブアーム光導波路２２ａ，２２ｂに加わる逆方向電圧（−Ｖｕ，−Ｖｌ）が、（−Ｖ
ｂ３，−Ｖｂ２）を基点に第１および第２の電圧調整器４５、４６を経て重畳される信号
電圧（−βΔＶ，＋αΔＶ）だけ振れて同相条件を表す直線Ｖｕ＝Ｖｌに近づくとき（各
サブアーム光導波路２２ａ，２２ｂの光電界が同相となるとき）には、第１のサブマッハ
ツェンダ干渉計２１の上下各サブアーム光導波路２１ａ，２１ｂに加わる逆方向電圧は、
（−Ｖｂ２，−Ｖｂ３）を基点に第１および第２の電圧調整器４５、４６を経て重畳され
る信号電圧（−βΔＶ，＋αΔＶ）だけ振れて同相条件を表す直線Ｖｕ＝Ｖｌから離れる
（各サブアーム光導波路２１ａ，２１ｂの光電界の位相が離れる）。

次に、本変形例に係るＤＰＳＫ光位相変調装置１００Ｂの動作を、図６に替えて図１１
を、図８に替えて図１２を用いて説明する。

図１２は、ＤＰＳＫ光位相変調装置１００Ｂの動作を表にまとめたものである。
まず、本実施形態例のＤＰＳＫ位相変調装置において、位相“０”を表現する（図７（
ｉ）、１２）ためには、信号発生器４３の電圧出力を−ΔＶとする。このとき、反転信号
発生器４４の電圧出力は＋ΔＶであり、第１および第２の高周波電極１１ａ１，１１ｂ１
には、第１のバイアス電圧供給部５１により逆バイアス電圧（−Ｖｂ１）が重畳されて、
それぞれ−Ｖｂ１−ΔＶ，−Ｖｂ１＋ΔＶの電圧が印加される（図７（ａ），図７（ｂ）
，図１２）。この場合、第１のメインアーム光導波路１１ａに加わる逆方向電圧の方が第
２のメインアーム光導波路１１ｂに加わる逆方向電圧よりも大きいので、第１のメインア
ーム光導波路１１ａにおける光吸収の方が、第２のメインアーム光導波路１１ｂにおける
光吸収よりも大きくなる（図７（ｃ），図７（ｄ），図１２）。

一方、第１のメインアーム光導波路１１ａに設けられた第１のサブマッハツェンダ干渉
計２１の第３の高周波電極２１ａ１には、第２の電圧調整器４６（電圧減衰率β）および
第２のバイアス電圧供給部５２を介して、−Ｖｂ２＋βΔＶの電圧が印加され、第１のサ
ブマッハツェンダ干渉計２１の第４の高周波電極２１ｂ１には、第１の電圧調整器４５（
電圧減衰率α）および第３のバイアス電圧供給部５３を介して、−Ｖｂ３−αΔＶの電圧
が印加される（図１２）。したがって、図１１を参照すると、第１のサブマッハツェンダ
干渉計２１の各サブアーム光導波路２１ａ，２１ｂに加わる逆方向電圧は、（−Ｖｕ，−
Ｖｌ）＝（−Ｖｂ２，−Ｖｂ３）を基点として、同相条件：Ｖｕ＝Ｖｌに近づく方向に変
化するので、各サブアーム光導波路２１ａ，２１ｂの光は合波されて強め合い、第１のサ
ブマッハツェンダ干渉計２１の出力が大きくなる（図７（ｅ），図１２）。

他方、第２のメインアーム光導波路１１ｂに設けられた第２のサブマッハツェンダ干渉
計２２の第５の高周波電極２２ａ１には、第２の電圧調整器４６（電圧減衰率β）および
第３のバイアス電圧供給部５３を介して、−Ｖｂ３＋βΔＶの電圧が印加され、第２のサ
ブマッハツェンダ干渉計２２の第６の高周波電極２２ｂ１には、第１の電圧調整器４５（
電圧減衰率α）および第２のバイアス電圧供給部５２を介して、−Ｖｂ２−αΔＶの電圧
が印加される（図１２）。したがって、図１１を参照すると、第２のサブマッハツェンダ
干渉計２２の各サブアーム光導波路２２ａ，２２ｂに加わる逆方向電圧は、（−Ｖｕ，−
Ｖｌ）＝（−Ｖｂ３，−Ｖｂ２）を基点として、同相条件：Ｖｕ＝Ｖｌから離れる方向に
変化するので、第２のサブマッハツェンダ干渉計２２の出力が小さくなる（図７（ｆ），
図１２）。

したがって、第１のメインアーム光導波路１１ａで生じている大きな光吸収による光強
度の低下が、第１のメインアーム光導波路１１ａに設けられた第１のサブマッハツェンダ
干渉計２１の出力が大きくなることによって補償され、光吸収が小さい第２のメインアー
ム光導波路１１ａの光強度が、第２のメインアーム光導波路１１ｂに設けられた第２のサ
ブマッハツェンダ干渉計２２の出力が小さくなることによって補償される（図７（ｇ），
図７（ｈ））。

次に、位相“π”を表現する（図７（ｉ）、図１２）ためには、信号発生器４３の電圧
出力を＋ΔＶとする。このとき、反転信号発生器４４の電圧出力は−ΔＶであり、第１お
よび第２の高周波電極１１ａ１，１１ｂ１には、第１のバイアス電圧供給部５１により逆
バイアス電圧（−Ｖｂ１）が重畳されて、それぞれ−Ｖｂ１＋ΔＶ，−Ｖｂ１−ΔＶの電
圧が印加される（図７（ａ），７（ｂ），１２）。この場合、第１のメインアーム光導波
路１１ａに加わる逆方向電圧の方が第２のメインアーム光導波路１１ｂに加わる逆方向電
圧よりも小さいので、第１のメインアーム光導波路１１ａにおける光吸収の方が、第２の
メインアーム光導波路１１ｂにおける光吸収よりも小さくなる（図７（ｃ），図７（ｄ）
，図１２）。

一方、第１のメインアーム光導波路１１ａに設けられた第１のサブマッハツェンダ干渉
計２１の第３の高周波電極２１ａ１には、第２の電圧調整器４６（電圧減衰率β）および
第２のバイアス電圧供給部５２を介して、−Ｖｂ２−βΔＶの電圧が印加され、第１のサ
ブマッハツェンダ干渉計２１の第４の高周波電極２１ｂ１には、第１の電圧調整器４５（
電圧減衰率α）および第３のバイアス電圧供給部５３を介して、−Ｖｂ３＋αΔＶの電圧
が印加される（図１２）。したがって、図１１を参照すると、第１のサブマッハツェンダ
干渉計２１の各サブアーム光導波路２１ａ，２１ｂに加わる逆方向電圧は、（−Ｖｕ，−
Ｖｌ）＝（−Ｖｂ２，−Ｖｂ３）を基点として、同相条件：Ｖｕ＝Ｖｌから離れる方向に
変化するので、第１のサブマッハツェンダ干渉計２１の出力が小さくなる（図７（ｅ），
図１２）。

他方、第２のメインアーム光導波路１１ｂに設けられた第２のサブマッハツェンダ干渉
計２２の第５の高周波電極２２ａ１には、第２の電圧調整器４６（電圧減衰率β）および
第３のバイアス電圧供給部５３を介して、−Ｖｂ３−βΔＶの電圧が印加され、第２のサ
ブマッハツェンダ干渉計２２の第６の高周波電極２２ｂ１には、第１の電圧調整器４５（
電圧減衰率α）および第２のバイアス電圧供給部５２を介して、−Ｖｂ２＋αΔＶの電圧
が印加される（図１２）。したがって、図１１を参照すると、第２のサブマッハツェンダ
干渉計２２の各サブアーム光導波路２２ａ，２２ｂに加わる逆方向電圧は、（−Ｖｕ，−
Ｖｌ）＝（−Ｖｂ３，−Ｖｂ２）を基点として、同相条件：Ｖｕ＝Ｖｌに近づく方向に変
化するので、各サブアーム光導波路２２ａ，２２ｂの光は合波されて強め合い、第２のサ
ブマッハツェンダ干渉計２２の出力が大きくなる（図７（ｆ），図１２）。

したがって、第２のメインアーム光導波路１１ｂで生じている大きな光吸収による光強
度の低下が、第２のメインアーム光導波路１１ｂに設けられた第２のサブマッハツェンダ
干渉計２２の出力が大きくなることによって補償され、光吸収が小さい第１のメインアー
ム光導波路１１ａの光強度が、第１のメインアーム光導波路１１ａに設けられた第１のサ
ブマッハツェンダ干渉計２１の出力が小さくなることによって補償される（図７（ｇ），
図７（ｈ））。

よって、“０”，“π”いずれの位相を表現する場合においても、第１または第２の高
周波電極１１ａ１，１１ｂ１への電圧印加によって生じる光の吸収の差が、第１および第
２のサブマッハツェンダ干渉計２１，２２の出力光強度差で補償される。この結果、両メ
インアーム光導波路１１ａ，１１ｂの光電界Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂの大きさが、第１および
第２の高周波電極１１ａ１，１１ｂ１に加わる電圧の大きさに関わらずほぼ等しくなり、
これらの光電界の合成としての光電界Ｐ１１における直交成分の発生が抑制される。この
様子を図９に示す。したがって、信号発生器４３の電圧信号を高速に変化させた場合であ
っても、光電界Ｐ１１の位相角の時間微分、すなわち周波数の帯域が広くなることが防止
され、光ファイバの分散により伝送信号が劣化することが防止される。

（第２実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る光位相変調器の構成を、図１３を用いて説明する。図１
３は、本発明の第２の実施形態に係る光位相変調器である４値光位相変調器の一例として
、ＤＱＰＳＫ光位相変調器の構成を示す模式的な平面図である。図１３に示すように、Ｄ
ＱＰＳＫ光位相変調器３００は、第１の実施形態の変形例として説明したＤＰＳＫ光位相
変調器２００の２つ（２００−１，２００−２）が、分岐光導波路３１、合流光導波路３
２を用いて並列に接続されており、分岐光導波路３１の一方の枝には、通過光の位相をπ
／２だけずらす位相シフタ３０が配置されている。なお、位相シフタ３０は、合流光導波
路３２の一方の枝に設けられていてもよい。

ＤＱＰＳＫ光位相変調器３００のうち、ＤＰＳＫ光位相変調器２００−１のメインマッ
ハツェンダ干渉計１１の第１乃至第６の高周波電極１１ａ１，１１ｂ１，２１ａ１，２１
ｂ１，２２ａ１，２２ｂ１、およびＤＰＳＫ光位相変調器２００−２のメインマッハツェ
ンダ干渉計１１の第１乃至第６の高周波電極１１ａ１，１１ｂ１，２１ａ１，２１ｂ１，
２２ａ１，２２ｂ１が形成された領域２は半導体光導波路により構成されており、分岐光
導波路３１と合流光導波路３２を含むそれ以外の領域３、４は、石英光導波路により構成
されている。これにより、半導体光導波路領域２の長さを短くできるために、半導体での
損失を低く抑えることができる。また、合分波器や光導波路は石英光導波路の方がより精
度良く作製が可能であり、半導体光導波路で作製する合分波器の数を最小限に留めること
により、迷光などによる消光劣化や挿入損失の増加を低減させることが可能である。

なお、上記実施形態例では、石英光導波路領域３、４を有する図３に示したＤＰＳＫ光
位相変調器２００を２つ並列に配置した例を示したが、図１に示した半導体光導波路のみ
からなるＤＰＳＫ光位相変調器１００を２つ並列に配置してもよい。

（光位相変調装置）
次に、本発明の第２の実施形態に係る４値光位相変調器を用いた４値光位相変調装置に
ついて説明する。図１４は、本発明の第２の実施形態に係る４値光位相変調装置の一例と
して、ＤＱＰＳＫ光位相変調器を用いたＤＱＰＳＫ光位相変調装置の模式的なブロック図
を示したものである。図１４に示すように、ＤＱＰＳＫ光位相変調装置３００Ａは、ＤＱ
ＰＳＫ光位相変調器３００中のＤＰＳＫ光位相変調器２００−１、２００−２のそれぞれ
について信号発生器、反転信号発生器、第１および第２の電圧調整器、第１乃至第３のバ
イアス電圧供給部を用意し、これらを、図５に示したように配線したものである。換言す
れば、ＤＱＰＳＫ光位相変調装置３００Ａは、図３に示したＤＰＳＫ光位相変調器２００
を用いたＤＰＳＫ光位相変調装置を２台用意し、各ＤＰＳＫ光位相変調器２００−１、２
００−２を、分岐光導波路３１、合流光導波路３２を用いて並列に接続したものである。
なお、ＤＱＰＳＫ光位相変調器３００中のＤＰＳＫ光位相変調器２００−１、２００−２
の一方または双方について、図１０に示したような配線を施してもよいことはいうまでも
ない。

このＤＱＰＳＫ光位相変調装置３００ＡのＤＰＳＫ光位相変調器２００−１においては
、第１実施形態で説明したように、第１および第２のサブマッハツェンダ干渉計２１，２
２により第１および第２の高周波電極１１ａ１，１１ｂ１への印加電圧の差による直交電
界成分の発生を抑制しつつ、信号発生器４３の信号に応じて“０”，“π”の２値で光位
相変調が行われる。また、π／２位相シフタ３０が接続されたＤＰＳＫ光位相変調器２０
０−２においても同様に、第１および第２のサブマッハツェンダ干渉計２１，２２により
第１および第２の高周波電極１１ａ１，１１ｂ１への印加電圧の差による直交電界成分の
発生を抑制しつつ、信号発生器４７の信号に応じて“π／２”，“３π／２”の２値で、
それぞれ光位相変調がされる。ＤＱＰＳＫ光位相変調装置３００Ａは、これらの光を合波
することによって、“π／４”，“３π／４”，“５π／４”，“７π／４”の位相を持
った光を出力する。

したがって、信号発生器４３、４７の電圧信号を高速に変化させた場合であっても、合
成光の電界の位相角の時間微分、すなわち周波数の帯域が広くなることが防止され、光フ
ァイバの分散により伝送信号が劣化することが防止される。

（第３実施形態）
本発明の光位相変調器または光位相変調装置は、第２実施形態で説明した４値の位相変
調（ＤＱＰＳＫ）よりもさらに高次の多値光変調にも、次のように一般化して適用できる
。

すなわち、２分岐の分波器をｎ段（ｎは自然数）縦続接続して２^ｎ個の分岐端を有する
分岐光導波路を形成し、当該２^ｎ個の分岐端に２^ｎ個の２値光位相変調器または２値光位
相変調装置を並列に接続する。そして、当該２^ｎ個の２値光位相変調器または２値光位相
変調装置の出力端に、２分岐の合流器をｎ段縦続接続してなる合流光導波路を接続して、
すべての２値光位相変調器または２値光位相変調装置の出力光を合波する。分岐光導波路
または合流光導波路の最後の分岐端には、一つおきにπ／２位相シフタを設ける。ここで
、上記２^ｎ個の２値光位相変調器または２値光位相変調装置のうち、電圧印加による光の
吸収によって生じる直交成分が問題となるものについては、第１の実施形態で説明した２
値光位相変調器１００，２００等または２値光位相変調装置１００Ａ，１００Ｂ等を適用
する。

図１５は、本発明の第３の実施形態に係る光位相変調器である１６ＱＡＭ光位相変調器
の構成を示す模式的な平面図であって、ｎ＝２の場合に相当する。図１５に示すように、
光位相変調器４００は、２分岐の分波器３１ａ，３１ｂが２段縦続接続されて２^２（＝４
）個の分岐端を有する分岐光導波路３１と、各分岐端に並列に接続された４つのＤＰＳＫ
光位相変調器２００−１，２００−２，１１−１，１１−２と、２分岐の合流器３２ａ，
３２ｂが２段縦続接続されてなる合流光導波路３２と、π／２位相シフタ３０ａ，３０ｂ
とを有する。ここで、上２つのＤＰＳＫ光位相変調器２００−１，２００−２には、大き
な信号電圧が加わるために半導体の光吸収による直交電界成分が問題となることから、本
発明の第１の実施形態のＤＰＳＫ光位相変調器２００を適用し、下２つのＤＰＳＫ光位相
変調器１１−１，１１−２には、大きな信号電圧が加わらないので半導体の光吸収のよる
直交電界成分が問題とならないことから、サブマッハツェンダ干渉計２１，２２を具備し
ないＤＰＳＫ光位相変調器を適用する。

この光位相変調器４００は、高周波電極がある領域２は半導体光導波路で構成し、分岐
光導波路３１と合流光導波路３２を含む他の領域３，４は石英光導波路で構成されている
。これにより、半導体光導波路領域２の長さを短くできるために、半導体での損失を低く
抑えることができる。また、合分波器や光導波路は石英光導波路の方がより精度良く作製
が可能であり、半導体光導波路で作製する合分波器の数を最小限に留めることにより、迷
光などによる消光劣化や挿入損失の増加を低減させることが可能である。
なお、上記にかかわらず、すべての領域を半導体光導波路で構成してもよい。

図が複雑になるため省略するが、この１６ＱＡＭ光位相変調器４００では、ＤＰＳＫ光
位相変調器２００−１，２００−２については図５または図１０に示したような配線がさ
れ、ＤＰＳＫ光位相変調器１１−１，１１−２については、従来どおりの配線がなされる
ことにより、１６ＱＡＭ光位相変調装置４００Ａが構成できる。１６ＱＡＭ光位相変調装
置４００Ａは、その一部にＤＰＳＫ光位相変調器２００−１，２００−２を用いたＤＰＳ
Ｋ光位相変調装置を含んでおり、このＤＰＳＫ光位相変調器２００−１，２００−２を用
いたＤＰＳＫ光位相変調装置では、第１実施形態で説明したように、第１および第２のサ
ブマッハツェンダ干渉計２１，２２により第１および第２の高周波電極１１ａ１，１１ｂ
１への印加電圧の差による直交電界成分の発生を抑制しつつ、光位相変調が行われる。一
方、従来のＤＰＳＫ光位相変調器１１−１，１１−２を用いたＤＰＳＫ光位相変調装置は
、所定の逆バイアス電圧を中心に小さな信号電圧で駆動され、小さな電界振幅の光を出力
する。

これら４つのＤＰＳＫ光位相変調装置は、図１５に示すように各ＤＰＳＫ光位相変調器
が分岐光導波路３１および合流光導波路３２並びに位相シフタ３０ａ，３０ｂを用いて並
列に接続されているので、１６ＱＡＭ光位相変調装置４００Ａは、１６種の振幅・位相の
組合せを有する光を出力する。

したがって、信号発生器の電圧信号を高速に変化させた場合であっても、位相角の時間
微分、すなわち周波数の帯域が広くなることが防止され、光ファイバの分散により伝送信
号が劣化することが防止される。

なお、本発明の特許請求の範囲にいう２値光位相変調器または２値光位相変調装置は、
４値以上の多値光位相変調器または多値光位相変調装置（ＤＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ，２５
６ＱＡＭ等）の一部として集積され作動する場合を含むものとして解釈される。

２ 半導体光導波路領域
４ 石英光導波路領域
５ ｎ−ＩｎＰ基板
６ シリコンサブマウント
１１，１１−１，１１−２ メインマッハツェンダ干渉計（ＭＺ変調器）
１１ａ，１１ｂ メインアーム光導波路
１１ａ１ 第１の高周波電極
１１ｂ１ 第２の高周波電極
１５ ｎ−ＩｎＰクラッド層
１６ 活性層
１７ ｐ−ＩｎＰクラッド層
１８ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
１９ 絶縁層
２０ ｐ電極
２１，２２ サブマッハツェンダ干渉計
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ サブアーム光導波路
２１ａ１ 第３の高周波電極
２１ｂ１ 第４の高周波電極
２２ａ１ 第５の高周波電極
２２ｂ１ 第６の高周波電極
３０，３０ａ，３０ｂ π／２位相シフタ
３１ 分岐光導波路
３１ａ、３１ｂ 分波器
３２ 合流光導波路
３２ａ，３２ｂ 合流器
３３ ＰＬＣ基板
３４ 下部クラッド層
３５ 上部クラッド層
３６ コア層
４３、４７ 信号発生器
４４、４８ 反転信号発生器
４５、４９ 第１の電圧調整器
４６、５０ 第２の電圧調整器
５１、５４ 第１のバイアス電圧供給部
５２、５５ 第２のバイアス電圧供給部
５３、５６ 第３のバイアス電圧供給部
１００、２００、２００−１、２００−２ ＤＰＳＫ光位相変調器
１００Ａ、１００Ｂ ＤＰＳＫ光位相変調装置
３００ ＤＱＰＳＫ光位相変調器
３００Ａ ＤＱＰＳＫ光位相変調装置
４００ １６ＱＡＭ光位相変調器
４００Ａ １６ＱＡＭ光位相変調装置
Ｐ１１，Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ 光電界
Ｐ１１−１ａ，Ｐ１１−１ｂ，Ｐ１１−１ 光電界
Ｐ１１−２ａ，Ｐ１１−２ｂ，Ｐ１１−２ 光電界
Ｖ１１ａ，Ｖ１１ｂ 印加電圧
Ｖｂ バイアス電圧
ΔＶ 信号電圧振幅（＝Ｖｐｐ／２）
Ｖｂ１ 第１のバイアス電圧
Ｖｂ２ 第２のバイアス電圧
Ｖｂ３ 第３のバイアス電圧
α 第１の電圧調整器の電圧減衰率
β 第２の電圧調整器の電圧減衰率

Claims (9)

1. それぞれ第１の高周波電極および第２の高周波電極を有し使用波長における初期位相差
   がπである第１のメインアーム光導波路及び第２のメインアーム光導波路を有するメイン
   マッハツェンダ干渉計と、
   前記第１のメインアーム光導波路に形成され、それぞれ第３の高周波電極および第４の
   高周波電極を有する使用波長における初期位相差が０である第１のサブアーム光導波路お
   よび第２のサブアーム光導波路を有する第１のサブマッハツェンダ干渉計と、
   前記第２のメインアーム光導波路に形成され、それぞれ第５の高周波電極および第６の
   高周波電極を有する使用波長における初期位相差が０である第３のサブアーム光導波路お
   よび第４のサブアーム光導波路を有する第２のサブマッハツェンダ干渉計と、
   を有し、
   前記第１、第２のメインアーム光導波路および前記第１乃至第４のサブアーム光導波路の
   うち、少なくとも前記第１乃至第６の高周波電極が形成された部分が半導体基板上に形成
   された半導体光導波路からなる２値光位相変調器。
2. 前記第１乃至第６の高周波電極が形成された部分以外の部分は、基板上に形成された石
   英光導波路を含み、
   前記半導体光導波路と前記石英光導波路は、端面で突き合わせて光結合されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の２値光位相変調器。
3. 請求項１または２に記載の２値光位相変調器の一つと、
   請求項１または２に記載の２値光位相変調器の他の一つと、
   入力した光を前記２値光位相変調器の一つと前記２値光位相変調器の他の一つの入力端
   に分波する入力光導波路と、
   前記２値光位相変調器の一つと前記２値光位相変調器の他の一つの出力端からの光を合
   波する出力光導波路と、
   前記２値光位相変調器の一つと前記２値光位相変調器の他の一つの出力光の位相をπ／
   ２だけ異ならせる位相シフタと、
   を有することを特徴とする４値光位相変調器。
4. ２分岐分波器がｎ（ｎは自然数）段縦続接続されてなる分岐光導波路と、
   前記分岐光導波路の分岐端に並列に接続された２^ｎ個の２値光位相変調器と、
   前記２^ｎ個の２値光位相変調器の出力端に接続された、２分岐合波器がｎ段縦続接続され
   てなる合流光導波路と、
   を有し、
   前記２^ｎ個の２値光位相変調器のうち、少なくとも一つが請求項１または２に記載の２
   値光位相変調器であることを特徴とする多値光位相変調器。
5. 請求項１または請求項２に記載の２値光位相変調器と、
   両極性信号を発生させる信号発生器と、前記両極性信号の反転信号を発生させる反転信
   号発生器と、を含む信号発生手段と、
   前記信号発生器から前記両極性信号を入力してその電圧振幅を小さくした信号を出力す
   る第１の電圧調整器と、前記反転信号発生器から前記反転信号を入力してその電圧振幅を
   小さくした信号を出力する第２の電圧調整器と、を含む電圧調整手段と、
   前記両極性信号の電圧振幅値（ΔＶ）よりも大きな絶対値を有する逆バイアス電圧（−
   Ｖｂ１）を供給する第１のバイアス電圧供給部と、前記第１の電圧調整器の出力電圧振幅
   及び前記第２の電圧調整器の出力電圧振幅よりも大きな絶対値を有する第２の逆バイアス
   電圧（−Ｖｂ２）を供給する第２のバイアス電圧供給部と、前記第１の電圧調整器の出力
   電圧振幅及び前記第２の電圧調整器の出力電圧振幅よりも大きな絶対値を有する第３の逆
   バイアス電圧（−Ｖｂ３）を供給する第３のバイアス電圧供給部と、を有するバイアス電
   圧供給手段と、
   を具備し、
   前記第１の高周波電極および前記第２の高周波電極に、それぞれ前記両極性信号および
   前記反転信号と、前記第１のバイアス電圧供給部の前記第１の逆バイアス電圧（−Ｖｂ１
   ）とが重畳されて印加され、
   前記第３乃至第６の高周波電極には、前記第１または第２の高周波電極への電圧印加に
   よって生じる光の吸収の大きさの差を前記第１および第２のサブマッハツェンダ干渉計の
   出力光強度差で補償するように、前記第１および前記第２の電圧調整器の出力および前記
   第２および前記第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２，−Ｖｂ３）が設定されて接続されてい
   る、
   ことを特徴とする２値光位相変調装置。
6. 請求項１または請求項２に記載の２値光位相変調器と、
   両極性信号を発生させる信号発生器と、前記両極性信号の反転信号を発生させる反転信
   号発生器と、を含む信号発生手段と、
   前記信号発生器から前記両極性信号を入力してその電圧振幅を小さくした信号を出力す
   る第１の電圧調整器と、前記反転信号発生器から前記反転信号を入力してその電圧振幅を
   小さくした信号を出力する第２の電圧調整器と、を含む電圧調整手段と、
   前記両極性信号の電圧振幅値（ΔＶ）よりも大きな絶対値を有する第１の逆バイアス電
   圧（−Ｖｂ１）を供給する第１のバイアス電圧供給部と、前記第１の電圧調整器の出力電
   圧振幅及び前記第２の電圧調整器の出力電圧振幅よりも大きな絶対値を有する第２の逆バ
   イアス電圧（−Ｖｂ２）を供給する第２のバイアス電圧供給部と、前記第１の電圧調整器
   の出力電圧振幅及び前記第２の電圧調整器の出力電圧振幅よりも大きな絶対値を有する第
   ３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）を供給する第３のバイアス電圧供給部と、を有するバイ
   アス電圧供給手段と、
   を具備し、
   前記第１の高周波電極および前記第２の高周波電極に、それぞれ前記両極性信号および
   前記反転信号と、前記第１のバイアス電圧供給部の前記第１の逆バイアス電圧（−Ｖｂ１
   ）とが重畳されて印加され、
   前記第３の高周波電極および前記第５の高周波電極に、前記第１の電圧調整器の出力電
   圧が、それぞれ前記第２のバイアス電圧供給部の前記第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）
   および前記第３のバイアス電圧供給部の前記第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）に重畳さ
   れて印加され、
   前記第４の高周波電極および前記第６の高周波電極に、前記第２の電圧調整器の出力電
   圧が、それぞれ前記第３のバイアス電圧供給部の前記第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）
   および前記第２のバイアス電圧供給部の前記第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）に重畳さ
   れて印加され、
   前記第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）と前記第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）は、
   前記第３の高周波電極または前記第５の高周波電極の印加電圧（−Ｖｕ）および前記第４
   の高周波電極または前記第６の高周波電極の印加電圧（−Ｖｌ）間の同相条件を表す関係
   式（Ｖｕ＝Ｖｌ）の示す直線の近傍に設定され、前記第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）
   の絶対値が前記第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）の絶対値よりも小さい（Ｖｂ２＜Ｖｂ
   ３）、
   ことを特徴とする２値光位相変調装置。
7. 請求項１または請求項２に記載の２値光位相変調器と、
   両極性信号を発生させる信号発生器と、前記両極性信号の反転信号を発生させる反転信
   号発生器と、を含む信号発生手段と、
   前記信号発生器から前記両極性信号を入力してその電圧振幅を小さくした信号を出力す
   る第１の電圧調整器と、前記反転信号発生器から前記反転信号を入力してその電圧振幅を
   小さくした信号を出力する第２の電圧調整器と、を含む電圧調整手段と、
   前記両極性信号の電圧振幅値（ΔＶ）よりも大きな絶対値を有する第１の逆バイアス電
   圧（−Ｖｂ１）を供給する第１のバイアス電圧供給部と、前記第１の電圧調整器の出力電
   圧振幅及び前記第２の電圧調整器の出力電圧振幅よりも大きな絶対値を有する第２の逆バ
   イアス電圧（−Ｖｂ２）を供給する第２のバイアス電圧供給部と、前記第１の電圧調整器
   の出力電圧振幅及び前記第２の電圧調整器の出力電圧振幅よりも大きな絶対値を有する第
   ３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）を供給する第３のバイアス電圧供給部と、を有するバイ
   アス電圧供給手段と、
   を具備し、
   前記第１の高周波電極および前記第２の高周波電極に、それぞれ前記両極性信号および
   前記反転信号と、前記第１のバイアス電圧供給部の前記第１の逆バイアス電圧（−Ｖｂ１
   ）とが重畳されて印加され、
   前記第３の高周波電極および前記第５の高周波電極に、前記第２の電圧調整器の出力電
   圧が、それぞれ前記第２のバイアス電圧供給部の前記第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）
   および前記第３のバイアス電圧供給部の前記第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）に重畳さ
   れて印加され、
   前記第４の高周波電極および前記第６の高周波電極（２２ｂ１）に、前記第１の電圧調
   整器の出力電圧が、それぞれ前記第３のバイアス電圧供給部の前記第３の逆バイアス電圧
   （−Ｖｂ３）および前記第２のバイアス電圧供給部の前記第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ
   ２）に重畳されて印加され、
   前記第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）と前記第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）は、
   前記第３の高周波電極または前記第５の高周波電極の印加電圧（−Ｖｕ）および前記第４
   の高周波電極または前記第６の高周波電極の印加電圧（−Ｖｌ）間の同相条件を表す関係
   式（Ｖｕ＝Ｖｌ）の示す直線の近傍に設定され、前記第２の逆バイアス電圧（−Ｖｂ２）
   の絶対値が前記第３の逆バイアス電圧（−Ｖｂ３）の絶対値よりも大きい（Ｖｂ２＞Ｖｂ
   ３）、
   ことを特徴とする２値光位相変調装置。
8. 請求項５乃至７の何れか１つに記載の２値光位相変調装置の一つと、
   請求項５乃至７の何れか１つに記載の２値光位相変調装置の他の一つと、
   入力した光を前記２値光位相変調装置の一つの２値光位相変調器と前記２値光位相変調
   装置の他の一つの２値光位相変調器の入力端に分波する入力光導波路と、
   前記２値光位相変調装置の一つの２値光位相変調器と前記２値光位相変調装置の他の一
   つの２値光位相変調器の出力端からの光を合波する出力光導波路と、
   前記２値光位相変調装置の一つの２値光位相変調器と前記２値光位相変調装置の他の一
   つの２値光位相変調器の出力光の位相をπ／２だけ異ならせる位相シフタと、
   を有することを特徴とする４値光位相変調装置。
9. 請求項５乃至７の何れか１つに記載の２値光位相変調装置の少なくとも一つを一部に含
   むことを特徴とする１６値以上の多値光位相変調装置。

Images