JP2015108678A

JP2015108678A - 半導体マッハツェンダ変調装置

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Publication number: JP2015108678A
Application number: JP2013250515A
Authority: JP
Inventors: 柴田　泰夫; Yasuo Shibata; 泰夫柴田; 英一山田; Hidekazu Yamada; 菊池　順裕; Nobuhiro Kikuchi; 順裕菊池; 常祐尾崎; Tsunesuke Ozaki
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2033-12-03
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Abstract

【課題】２つの電気変調信号を用いることなく、単一の電気変調信号に基づいてプッシュプル動作を行い、外部の駆動系を簡易な構成で実現できるようにした半導体マッハツェンダ変調装置を提供すること。【解決手段】変調装置１０は、２つの導波路３０３ａ，３０３ｂと、各導波路３０３ａ，３０３ｂを伝搬する光信号の位相をそれぞれ変調する変調器３０４ａ，３０４ｂと、半導体基板の［０１１］方向に形成され、変調器３０４ａに電圧を印加する少なくとも１つの第１の変調電極３０９ａと、半導体基板の［０１−１］方向に形成され、変調器３０４ｂに電圧を印加する少なくとも１つの変調電極３０９ｂと、変調電極３０９ａ，３０９ｂの間にそれぞれ接続され、変調信号を通過する少なくとも１つの接続用電極３０７とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、単一の変調信号に基づいて駆動する半導体マッハツェンダ変調装置に関する。

光変調装置等の光信号制御デバイスは、光通信システムまたは光情報処理システムにおける主要要素の一つである。光変調装置には、例えばＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）等の誘電体を用いた光変調装置、または、ＩｎＰもしくはＧａＡｓ等の半導体を用いた光変調装置等がある。これらの光変調装置の中でも、光源として用いられる半導体レーザや電子回路との集積化が可能で、小型化・低電圧化が容易な半導体光変調装置が特に期待されている。

代表的な半導体光変調装置としては、電界吸収型光変調装置とマッハツェンダ型光変調装置とが知られている。電界吸収型光変調装置は、例えば、バルク半導体のフランツケルディッシュ効果（Franz-Keldysh効果）、または、多重量子井戸構造における量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum Confined Stark Effect：ＱＣＳＥ）のような、電界印加により吸収端が長波長側ヘシフトする効果を利用する光変調装置である。この電界吸収型光変調装置は、消費電力が小さく小型であり、ＬＮ変調装置にみられるような直流電圧によるドリフトも生じないという利点がある。しかし、電界吸収型光変調装置では、変調時に波長チャーピングが生じ、光ファイバ伝送後の光信号の波形が劣化するという問題がある。

一方、マッハツェンダ型光変調装置は、バルク半導体の電気光学効果（ポッケルス効果）または多重量子井戸構造における量子閉じ込めシュタルク効果のように、電界を印加することにより屈折率が変化する効果を利用した光位相変調器を組み合わせてマッハツェンダ干渉計を構成した光変調装置である。マッハツェンダ型光変調装置は、原理的に波長チャーピングをなくすことができるため、超高速・長距離通信用変調装置として期待されている（例えば、非特許文献１，２）。

図６は、従来例におけるマッハツェンダ型光変調器２００の典型例を示す図である。

図６に示すように、マッハツェンダ型光変調装置２００は、入力光を導波する入力導波路１３１と、入力光を第１の光線と第２の光線とに分波する分波器１３２と、分波された第１の光線が導波する第１の導波路１３３ａと、分波された第２の光線が導波する第２の導波路１３３ｂとを備える。さらにマッハツェンダ型光変調装置２００は、印加電圧に基づいて、第１の導波路１３３ａ及び第２の導波路１３３ｂの各屈折率を変調して二分割された光の位相をそれぞれ変調する第１の光位相変調器１３４ａ及び第２の光位相変調器１３４ｂと、第１の光位相変調器１３４ａおよび第２の光位相変調器１３４ｂにより、それぞれ変調された光を合波する合波器１３５と、合波した光を出力光として導波する出力導波路１３６とを備える。なお、分波器１３２及び合波器１３５には、例えば、マルチモード干渉型結合器（ＭＭＩカプラ）が用いられる。

上述したマッハツェンダ型光変調装置２００を高速光通信システムに適用する場合、マッハツェンダ型光変調装置２００は、駆動電圧の低減等の理由からプッシュプル動作で用いられる。プッシュプル動作とするには、第１の光位相変調器１３４ａと第２の光位相変調器１３４ｂとを逆相で動作させる。

また、従来例として、単一変調信号で駆動する半導体マッハツェンダ光変調装置が知られている（例えば、特許文献１）。図７は、従来の半導体マッハツェンダ光変調装置１００の構成を示した図である。

図７に示すように、半導体マッハツェンダ光変調装置１００は、ＩｎＰからなり、かつ（１００）面方位を有する半導体基板１０１を備え、この半導体基板１０１上に、入力光を導波する入力導波路１１０と、入力光を第１の光線と第２の光線とに分波する分波器１２１と、第１の光線が導波する第１の導波路１２２ａと、第２の光線が導波する第２の導波路１２２ｂとを備える。さらに半導体マッハツェンダ光変調装置１００では、半導体基板１０１上に、第１の光線の位相を変調する第１の光位相変調器１２０ａと、第２の光線の位相を変調する第２の光位相変調器１２０ｂと、第１の光線と第２の光線とを合波する合波器１２３と、合波した光を出力光として導波する出力導波路１１１とを備える。

光位相変調器１２０ａは、［０１１］方向と平行になるように形成されている。光位相変調器１２０ｂは、［０１−１]方向と平行になるように形成されている。なお、［０１−１］は、結晶中の各結晶軸Ｋ，Ｌ，Ｍを用いたときのＫ＝０、Ｌ＝１、Ｍ＝−１、を示す。一般に、負の成分を持つ方向は数字の上にバーを付けて表記するが、以下の説明では、−（マイナス）を付けて表記する。

光位相変調器１２０ａと光位相変調器１２０ｂとは、互いに直交する方向に形成されている。分波器１２１及び合波器１２３には、それぞれマルチモード干渉型結合器（ＭＭＩカプラ）が用いられる。

変調電極１０６ａは、光位相変調器１２０ａに変調電圧を印加するための変調電極であり、変調電極１０６ｂは、光位相変調器１２０ｂに変調電圧を印加するための変調電極である。接地電極１０７は接地される。

［０１１］方向と［０１−１］方向とでは、結晶方位が異なるために、半導体としての特性が異なる。例えば、導波路を作成する際のエッチングにより、［０１１］方向には逆メサ（この場合、図７中、破線で示した位置１２４ａの断面形状は、上部が下部よりも広い逆台形になる。）のストライプが、［０１−１］方向には順メサ（この場合、図７中、破線で示した位置１２４ｂの断面形状は、上部が下部よりも狭い台形になる。）のストライプが形成される。

図８は、ポッケルス効果による印加電圧と屈折率変化との関係を示す図であって、（ａ）は順メサの場合、（ｂ）は逆メサの場合を示す。

図８（ｂ）に示すように、光位相変調器１２０ａに電圧が印加された場合、負の屈折率変化が生じる。

一方、図８（ａ）に示すように、光位相変調器１２０ｂに電圧が印加された場合には、正の屈折率変化が生じる。

上記図８（ａ）および図８（ｂ）の特性から、図７に示した変調電極１０６ａ，１０６ｂに対し、同一信号を介して同じ電圧が印加された場合、半導体マッハツェンダ光変調装置１００では、逆の屈折率変化が誘起され、分波器１２１によって分波された光は、第１の光位相変調器１２０ａ及び第２の光位相変調器１２０ｂによって逆相で位相変調されることになることがわかる。つまり、図７に示した光変調装置１００では、第１の導波路１２２ａの光位相変調器１２０ａと、第２の導波路１２２ｂの光位相変調器１２０ｂとに対して、同じ電気信号が与えられることで、プッシュプル動作が実現される。

特開２００９−２５１３７７号公報

Ｃ．ＲＯＬＬＡＮＤ、他２名著、"１０ＧＢＩＴ／Ｓ，１．５６ΜＭＭＵＬＴＩＱＵＡＮＴＵＭＷＥＬＬＩＮＰ／ＩＮＧＡＡＳＰＭＡＣＨ‐ＺＥＨＮＤＥＲＯＰＴＩＣＡＬＭＯＤＵＬＡＴＯＲ"、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳ、１９９３年３月４日、ＶＯＬ．２９、ＮＯ．５、Ｐ．４７１−４７２Ｊ．Ｇ．ＭＥＮＤＯＺＡ‐ＡＬＶＡＲＥＺ、他６名、"ＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＤＥＰＬＥＴＩＯＮＥＤＧＥＴＲＡＮＳＬＡＴＩＯＮＬＩＧＨＴＷＡＶＥＭＯＤＵＬＡＴＯＲＳ"、ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＧＨＴＷＡＶＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ、１９８８年６月、ＶＯＬ．６、ＮＯ．６、Ｐ．７９３−８０８

図６に示した光変調装置２００では、第１の導波路１３３ａ及び第２の導波路１３３ｂはともに平行に、印加電圧に対して同じように動作するように設計されている。このため、通常のマッハツェンダ型光変調装置においてプッシュプル動作を行うためには、第１の導波路１３３ａ及び第２の導波路１３３ｂには、それぞれ独立に位相が反転した電気信号を入力する必要がある。すなわち、いずれかの導波路にはデータの信号を与え、それとは異なる導波路には、上記データの信号を反転した信号を与えることになり、結果として、２つの信号が必要になる。これにより外部の駆動系の構成が複雑となる。

また、図７に示した光変調装置１００の場合、変調電極として、変調電極１０６ａと変調電極１０６ｂの２つが設けられているために、それぞれの変調電極にデータの信号を与える必要がある。すなわち、２つのデータの信号が必要になり、外部の駆動系の構成が複雑となる。

本発明は、上記の状況下においてなされたものであり、その目的は、２つの電気変調信号を用いることなく、単一の電気変調信号に基づいてプッシュプル動作を行い、外部の駆動系を簡易な構成で実現できるようにした半導体マッハツェンダ変調装置を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明は、面方位が（１００）の半導体基板を有し、単一の変調信号を用いて駆動する半導体マッハツェンダ型光変調装置であって、第１の導波路および第２の導波路と、前記第１の導波路を伝搬する光信号の位相を変調する第１の変調器と、前記第２の導波路を伝搬する光信号の位相を変調する第２の変調器と、前記半導体基板の［０１１］方向に形成され、前記第１の変調器に電圧を印加する少なくとも１つの第１の変調電極と、前記半導体基板の［０１−１］方向に形成され、前記第２の変調器に電圧を印加する少なくとも１つの第２の変調電極と、前記第１の変調電極と前記第２の変調電極との間にそれぞれ接続され、前記変調信号を通過する少なくとも１つの接続用電極とを含む。

ここで、本発明はさらに、前記第１の変調電極および前記第２の変調電極において用いられる前記変調信号を生成する変調信号発生器を含むようにしてもよい。

本発明においてさらに、前記第１の変調電極および前記第２の変調電極にそれぞれ直流バイアス電圧を印加するバイアス電圧供給手段を含む場合、前記接続用電極は、容量性成分を有するようにしてもよい。

本発明によれば、単一の電気変調信号に基づいてプッシュプル動作を行い、外部の駆動系を簡易な構成で実現できる。

第１実施形態における半導体マッハツェンダ変調装置の構成例を示す図である。半導体マッハツェンダ変調装置の下部クラッド層から上部クラッド層までの断面の一例を示す図である。第２実施形態における半導体マッハツェンダ変調装置の構成例を示す図である。第３実施形態における半導体マッハツェンダ変調装置の構成例を示す図である。第４実施形態における半導体マッハツェンダ変調装置の構成例を示す図である。従来例におけるマッハツェンダ型光変調器の典型例を示す図である。従来の半導体マッハツェンダ光変調装置の構成を示した図である。ポッケルス効果による印加電圧と屈折率変化との関係を示す図である。印加電圧と屈折率変化との関係の一例を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の光モジュールの第１実施形態について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態における半導体マッハツェンダ変調装置１０の構成例を示す図である。

図１に示すように、半導体マッハツェンダ変調装置（以下、「変調装置」と略記する。）１０は、ＩｎＰからなり、かつ（１００）面方位を有する半導体基板を備える。この変調装置１０では、半導体基板上に、入力光を導波する入力導波路３０１と、入力光を第１の光信号と第２の光信号とに分波する分波器３０２と、第１の光信号を伝播する第１の導波路３０３ａと、第２の光信号を伝播する第２の導波路３０３ｂとが形成される。

さらに、上述した半導体基板上には、第１の光信号の位相を変調する第１の光位相変調器３０４ａと、第２の光信号の位相を変調する第２の光位相変調器３０４ｂと、第１の光信号と第２の光信号とを合波する合波器３０５と、合波した光信号を出力光として伝播する出力導波路３０６とが形成される。

図１において、光位相変調器３０４ａは、［０１１］方向と平行になるように形成され、光位相変調器３０４ｂは、［０１−１］方向と平行になるように形成される。本実施形態では、光位相変調器３０４ａと光位相変調器３０４ｂとは、互いに直交する方向に形成されるようになっている。

［０１１］方向と［０１−１］方向とでは結晶方位が異なるので、半導体の特性は異なる。この変調装置１０では、例えば、導波路３０３ａ，３０３ｂを作製する際のエッチングにより、［０１１］方向には逆メサのストライプが形成され、［０１−１］方向には順メサのストライプが形成される。

分波器３０２および合波器３０５として、例えばマルチモード干渉型結合器（ＭＭＩカプラ）が用いられる。

変調電極３０９ａは、光位相変調器３０４ａに変調電圧を印加するとともに、変調電極３０９ａは、光位相変調器３０４ｂに変調電圧を印加する。変調電極３０９ａの一端は電極端子３０８ａと接続され、変調電極３０９ｂの一端は電極端子３０８ｂと接続される。

図２は、変調装置１０の下部クラッド層８０１から上部クラッド層８０５までの断面の一例を示す図である。この変調装置１０では、例えばｎ−ｐ−ｉ−ｎ型層構造を備える。

変調装置１０のｎ−ＩｎＰ基板上には、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層８０１、コア層８０２、ノンドープクラッド層８０３、ｐクラッド層８０４、および、ｎ−ＩｎＰ上部クラッド層８０５が積層される。これらの層は、例えば有機金属気層成長法（ＭＯＶＰＥ法）により形成される。コア層８０２は、ノンドープされたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum Well）を有する。コア層８０２のバンドギャップ波長は、例えば１４３０ｎｍとする。

なお、図１に示した光位相変調器３０４ａ，３０４ｂの領域は、幅＝２．０μｍ、高さ＝３．５μｍ、長さ＝１．５ｍｍを有し、ハイメサ導波路構造により形成される。

例えば、光位相変調器３０４ａおよび光位相変調器３０４ｂに電圧が印加される場合には、ポッケルス効果の面方位依存性におり、図８に示すような屈折率変化を生じる。すなわち、光位相変調器３０４ａに電圧が印加される場合には図８（ｂ）に示すように負の屈折率変化が生じる。一方、光位相変調器３０４ｂに電圧が印加される場合には、図８（ａ）に示すような屈折率変化を生じる。

本実施形態の変調装置１０では、接続用電極３０７によって、変調電極３０９ａ，３０９ｂ間が接続されるので、例えば、不図示の変調信号発生器によって電極端子３０８ａに電気変調信号が印加されると、その電気変調信号は、光位相変調器３０４ａと光位相変調器３０４ｂとに印加されることになる。つまり、変調電極３０９ａ，３０９ｂには、同じ電圧が印加される。この場合、光位相変調器３０４ａでは負の屈折率変化（逆方向）が誘起され、光位相変調器３０４ｂでは正の屈折率変化（逆方向）が誘起されるので、分波器３０２によって分波された光は、各光位相変調器３０４ａ，３０４ｂによって逆相で位相変調される。これにより、変調装置１０でのプッシュプル動作が実現される。

以上説明したように、本実施形態の変調装置１０によれば、２つの変調電極３０９ａ，３０９ｂの間に電気変調信号を通過させる接続用電極３０７を備える。これにより、変調装置１０では、単一の電気変調信号に基づいてプッシュプル動作を行うことができる。したがって、変調装置１０の外部の駆動系を簡易な構成で実現することができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

図１に示した変調装置１０において、光位相変調器３０４ａ，３０４ｂに対して、上述した電気変調信号のほかに、直流バイアス電圧を印加するようにしてもよい。この場合、バイアス電圧供給手段（不図示）が、各変調電極３０９ａ，３０９ｂに対して異なる値を持つ直流バイアス電圧を印加するようにしてもよい。

なお、変形例の変調装置１０において、各変調電極３０９ａ，３０９ｂに対して異なる値を持つ直流バイアス電圧を印加する場合には、接続用電極３０７によって、直流バイアス電圧が各変調電極３０９ａ，３０９ｂに与えられないよう、接続用電極３０７には、十分な容量成分を持たせる。換言すると、接続用電極３０７は、直流成分を遮断して（ＤＣカット）、上述の電気変調信号を通過させるようにする。

接続用電極３０７が容量性成分を持つためには、接続用電極３０７の中間に例えばチップコンデンサを設けることになる。

上記実施形態では、電界を印加することにより屈折率が変化する効果として、電界に比例して屈折率が変化するポッケルス効果のみが生じる場合について説明したが、半導体材用を用いた場合にはその結晶組成（または吸収端波長）と信号光波長のエネルギー差とによって、バルク半導体のフランツケルディッシュ効果、または、多重量子井戸構造における量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）のような、電界印加により吸収端が長波長側ヘシフトする効果に起因する非線形な屈折率変化が生じる場合もあり得る。この場合の印加電圧と屈折率変化との関係を図９に示す。図９（ａ）は順メサの場合、図９（ｂ）は逆メサの場合を示す。

図９（ａ）に示すように、順メサのストライプとなる方向に形成された光位相変調器（例えば光位相変調器３０４ｂ）に電圧が印加された場合、正の屈折率変化が生じるＱＣＳＥ効果（図９（ａ）中、破線で示したＱＣＳＥの曲線を参照）と、同じ正の屈折率変化が生じるポッケルス効果（図９（ａ）中、点線で示したＰｏｃｋｅｌｓの曲線を参照）とにより、全体として、大きな正の屈折率変化が生じる（図９（ａ）中、実線で示したＴｏｔａｌの曲線を参照）。

一方、図９（ｂ）に示すように、逆メサのストライプとなる方向に形成された光位相変調器（例えば、光位相変調器３０４ａ）に電圧が印加された場合、正の屈折率変化を生じるＱＣＳＥ（Quantum-Confined Stark Effect）効果（図９（ｂ）中、破線で示したＱＣＳＥの曲線を参照）と、負の屈折率変化を生じるポッケルス効果（図９（ｂ）中、点線で示したＰｏｃｋｅｌｓの曲線を参照）とにより、結果として、図９（ｂ）中、実線で示したＴｏｔａｌの曲線で示されるような屈折率変化を生じる。

このような、２つの光位相変調器の間に、電圧印加により非対称な屈折率変化が生じるような場合においても、本実施形態の変調装置の構成の場合、プッシュプル動作が実現可能である。すなわち、ＱＣＳＥによる屈折率変化は、２つの光位相変調器３０４ａ，３０４ｂに対して同符号で作用するため、マッハツェンダー干渉計の効果で打ち消しあうのに対し、互いに逆符号で作用するポッケルス効果の寄与のみが干渉の結果として現れる。したがって、非線形な屈折率変化が生じる場合においても、本実施形態に示した構成を用いることにより、ポッケルス効果に基づく線形な、波長依存性のないプッシュプル動作による変調が実現できる。

電極端子３０８ａに高周波の電気変調信号が印加されると、その電気変調信号は、変調電極３０９ａを通過する際に光位相変調器３０４ａを駆動して接続用電極３０７により光位相変調器３０４ｂに導かれる。そして、その電気変調信号が変調電極３０９ｂを通過する際に、光位相変調器３０４ｂが駆動する。一般的に、進行波型の電極構成の場合、入力端側から電気信号は、伝搬するにつれ損失のため弱くなる傾向にある。

この観点を踏まえて、本実施形態の変調装置１０の場合について検討すると、変調装置１０の場合、光位相変調器３０４ａを駆動する変調信号と比較して、光位相変調器３０４ｂを駆動する変調信号の振幅が、わずかに小さくなってしまう可能性がある。しかし、そのような場合であっても、接続用電極３０７において直流成分を遮断して、高周波の電気変調信号を通過させるような本実施形態の変調装置１０の構成を用いることにより最適駆動状態でのプッシュプル動作が実現可能である。

一般的に半導体材用を用いた場合、変調電極に印加するバイアス電圧により最適な高周波駆動信号の振幅は変化するため、各位相変調器において、それぞれ駆動変調信号の振幅が最適な駆動条件となるように、バイアス電圧を位相変調器ごとに変化させて駆動することにより、駆動信号が伝搬時に減衰してしまった場合であっても、良好なプッシュプル動作が実現可能となる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の変調装置の第２実施形態について説明する。

本実施形態の変調装置が第１実施形態と異なるのは、入力導波路および出力導波路の面方位のみであるため、この点を中心に以下説明する。この第２実施形態の変調装置における入力導波路および出力導波路は、前述の入力導波路３０１および出力導波路３０６とは異なり、入力光の入射方向と出力光の出射方向とが異ならないようにすることで、入出力導波路の結合特性が同じになるため、光学設計が容易になる点に特徴がある。

図３は、本実施形態における半導体マッハツェンダ変調装置１０Ａの構成例を示す図である。変調装置１０Ａでは、第１実施形態と同様に、（１００）面方位を有するＩｎＰ基板上に、入力導波路４０１と、分波器４０２と、２つの導波路４０３ａ，４０３ｂと、２つの光位相変調器４０４ａ，４０４ｂと、合波器４０５と、出力導波路４０６と、接続用電極４０７と、電極端子４０８ａ，４０８ｂと、変調電極３０９ａ，３０９ｂとが形成される。なお、これらの構成要素４０１，４０２，４０３ａ，４０３ｂ，４０４ａ，４０４ｂ，４０５，４０６，４０７，４０８ａ，４０８ｂ，４０９ａ，４０９ｂは、それぞれ、図１に示した構成要素３０１，３０２，３０３ａ，３０３ｂ，３０４ａ，３０４ｂ，３０５，３０６，３０７，３０８ａ，３０８ｂ，３０９ａ，３０９ｂと同様の構成および機能を有する。

図３の例では、出力導波路４０６は、図１で示したものと異なり、入力導波路４０１を伝搬する光信号の方向と同じ方向に光信号が伝搬するように配置される。これにより、入出力導波路４０１，４０６の結合特性が同じになるため、光学設計が容易になる。

なお、図１の入出力導波路３０１，３０６の配置では、入力導波路３０１と出力導波路３０６との面方位が異なるため、逆メサ構造の入力導波路３０１と順メサ構造の出力導波路３０６とが形成される。このため、変調装置１０をレンズ等を通して光ファイバに接続する際（または、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）等の異種導波路に接続する際）に、入力と出力とで結合特性が変わってしまい、光学設計が困難になり得る。

＜第３実施形態＞
以下、本発明の変調装置の第３実施形態について説明する。

本実施形態の変調装置は、変調の効率を向上させるため、各導波路に対して光信号の位相を変調するための光位相変調器を複数備えていることを特徴としている。

図４は、本実施形態における変調装置１０Ｂの構成例を示す図である。変調装置１０Ｂでは、第１の導波路５０３ａに対して２つの光位相変調器５０４ａ，５０４ｃを備えるとともに、第２の導波路５０３ｂに対して２つの光位相変調器５０４ｂ，５０４ｄを備える。光位相変調器５０４ａ〜５０４ｄの構成は、図１に示した光位相変調器３０４ａ，３０４ｄと同様である。

この場合、４つの光位相変調器５０４ａ〜５０４ｄにはそれぞれ、電圧を印加して駆動させるための変調電極（図１の変調電極３０９ａ，３０９ｂと同一の機能を果たす。）が接続されている。そして、これらの変調電極間には、各変調電極に与えられる共通の変調信号を通過させる３つの接続用電極５０７ａ，５０７ｂ，５０７ｃが設けられている。

図４において、変調装置１０Ｂは、第１実施形態と同様に、（１００）面方位を有するＩｎＰ基板上に、入力導波路５０１と、分波器５０２と、２つの導波路５０３ａ，５０３ｂと、合波器５０５と、出力導波路５０６と、電極端子５０８ａ，５０８ｂとが形成される。なお、これらの構成要素５０１，５０２，５０３ａ，５０３ｂ，５０５，５０６，５０８ａ，５０８ｂは、それぞれ、図１に示した構成要素３０１，３０２，３０３ａ，３０３ｂ，３０５，３０６，３０８ａ，３０８ｂと同様の構成および機能を有する。

なお、本実施形態の各変調電極に対して異なる値を持つ直流バイアス電圧が印加される場合、第１実施形態の変形例で説明したように、接続用電極５０７ａ〜５０７ｃは、直流成分を遮断して（ＤＣカット）、上述の電気変調信号を通過させるようにする。

図４の例では、各導波路５０３ａ，５０３ｂに対してそれぞれ２つの光位相変調器が設けられているが、３つ以上の光位相変調器を設けるようにしてもよい。

＜第４実施形態＞
第４実施形態の変調装置１０Ｃは、変調電極の各々に直流バイアス電圧を供給するためのバイアス用電極を備えていることを特徴としている。

図５は、本実施形態における変調装置１０Ｃの構成例を示す図である。変調装置１０Ｃでは、図４に示したものと同様に、（１００）面方位を有するＩｎＰ基板上に、入力導波路６０１と、分波器６０２と、２つの導波路６０３ａ，６０３ｂと、４つの光位相変調器６０４ａ〜６０４ｄと、合波器６０５と、出力導波路６０６と、接続用電極６０７と、電極端子６０８ａ，６０８ｂとが形成される。なお、これらの構成要素６０１，６０２，６０３ａ，６０３ｂ，６０４ａ〜６０４ｄ，６０５，６０６，６０７，６０８ａ，６０８ｂは、それぞれ、図４に示した構成要素５０１，５０２，５０３ａ，５０３ｂ，５０４ａ〜５０４ｄ，５０５，５０６，５０７ａ，５０８ａ，５０８ｂと同様の構成および機能を有する。

一方、図４に示したものと異なり、変調装置１０Ｃは、位相調整電極６０９ａ，６０９ｂの各々に直流バイアス電圧を供給するためのバイアス用電極（バイアス電圧供給手段）６１０ａ，６０１ｂを備える。バイアス用電極６１０ａ，６０１ｂによって、導波路６０３ａ，６０３ｂを伝搬する光信号の位相調整を個別に、光位相変調器６０４ａ，６０４ｂの変調電極に印加するバイアス電圧とは独立して行うことができる。

一般に、半導体材用を用いた場合、変調電極に印加するバイアス電圧により最適な高周波駆動信号の振幅は変化することになるため、変調電極に印加するバイアス電圧を調整して高周波駆動信号の振幅が位相変調器６０４ａ，６０４ｂの最適駆動条件に一致するように設定する必要がある。しかしながら、本実施形態の変調装置１０Ｃの構造を用いることにより、高周波駆動信号の条件を最適な状態に設定した状態で、マッハツェンダー干渉計の動作点を位相調整電極６０９ａ，６０９ｂに印加するバイアス電圧により所望の状態に設定することが可能となる。

以上、各実施形態について詳述してきたが、構成要素の材料などは変更するようにしてもよい。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ半導体マッハツェンダ型光変調装置
３０１，４０１，５０１，６０１入力導波路
３０３ａ，４０３ａ，５０３ａ，６０３ａ第１の導波路
３０３ｂ，４０３ｂ，５０３ｂ，６０３ｂ第２の導波路
３０４ａ，３０４ｂ，４０４ａ，４０４ｂ，５０４ａ〜５０４ｄ光位相変調器
３０７，４０７，５０７ａ〜５０７ｃ接続用電極

Claims

面方位が（１００）の半導体基板を有し、単一の変調信号を用いて駆動する半導体マッハツェンダ型光変調装置であって、
第１の導波路および第２の導波路と、
前記第１の導波路を伝搬する光信号の位相を変調する第１の変調器と、
前記第２の導波路を伝搬する光信号の位相を変調する第２の変調器と、
前記半導体基板の［０１１］方向に形成され、前記第１の変調器に電圧を印加する少なくとも１つの第１の変調電極と、
前記半導体基板の［０１−１］方向に形成され、前記第２の変調器に電圧を印加する少なくとも１つの第２の変調電極と、
前記第１の変調電極と前記第２の変調電極との間にそれぞれ接続され、前記変調信号を通過する少なくとも１つの接続用電極と
を含むことを特徴とする半導体マッハツェンダ型光変調装置。
前記第１の変調電極および前記第２の変調電極において用いられる前記変調信号を生成する変調信号発生器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体マッハツェンダ型光変調装置。
前記第１の変調電極および前記第２の変調電極にそれぞれ直流バイアス電圧を印加するバイアス電圧供給手段をさらに含む場合、
前記接続用電極は、容量性成分を有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体マッハツェンダ型光変調装置。
前記バイアス電圧供給手段は、
前記第１の導波路上に形成され、前記第１の変調電極に第１のバイアス電圧を供給する第１のバイアス用電極と、
前記第２の導波路上に形成され、前記第２の変調電極に第２のバイアス電圧を供給する第２のバイアス用電極と
を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体マッハツェンダ型光変調装置。
前記第１のバイアス用電極および前記第２のバイアス用電極がそれぞれ異なるバイアス電圧を供給する場合、前記接続用電極への各バイアス電圧の供給を遮断することを特徴とする請求項４に記載の半導体マッハツェンダ型光変調装置。