JP2015143770A - 光変調素子 - Google Patents

Abstract

【課題】光変調素子の基板の捻れを抑制するとともに、信号電極間のクロストークを低減する。【解決手段】光変調素子１は、光導波路１１を有する基板１０と、信号電極１２，１３と、を備え、基板１０の第１領域１０ｅの分極方向は、基板１０の第２領域１０ｆの分極方向と反対であり、光導波路１１はＭＺ部２１，２２を有し、ＭＺ部２１の分岐導波路２１ａ，２１ｂ及びＭＺ部２２の分岐導波路２２ａ，２２ｂの各々は方向Ａに沿って延び、その順に方向Ｂに沿って配置されており、信号電極１２は、第１領域１０ｅでは分岐導波路２１ａ上に、第２領域１０ｆでは分岐導波路２１ｂ上に設けられ、信号電極１３は、第１領域１０ｅでは分岐導波路２２ｂ上に、第２領域１０ｆでは分岐導波路２２ａ上に設けられ、信号電極１２，１３は、変調信号Ｓ１，Ｓ２を第１領域１０ｅ側から第２領域１０ｆ側に向けて伝送する。【選択図】図１

Description

本発明は、光変調素子に関する。

電気光学効果を奏する基板と、基板に設けられたマッハツェンダ型の光導波路と、光導波路を伝搬する光を変調するための信号電極と、を備える光変調素子がある。例えば、非特許文献１及び非特許文献２に記載の光変調素子では、光のチャープ発生を抑制するために、基板は第１領域及び第１領域と分極方向が反対の第２領域を有し、信号電極は第１領域において一方の分岐導波路上に設けられ、第２領域において他方の分岐導波路上に設けられている。

上記光導波路型の変調素子を駆動する信号電極としては、マイクロストリップライン電極やコプレーナ電極が用いられることが多く、電極の曲がり部において伝搬信号の劣化が起きやすい。非特許文献３には、コプレーナ電極においては特定の周波数帯において伝搬信号の劣化が起きやすいことが示されている。非特許文献４には、信号電極間のクロストークが発生しやすいことが示されている。

また、電気光学効果を奏する基板材料として、ニオブ酸リチウムが広く使われている。ニオブ酸リチウムのように誘電率の大きい材料を用いる場合は、コプレーナ電極の信号電極の幅に比べて信号電極と接地電極との間隔を広くすることが有効であることが、特許文献１に示されている。しかし、信号電極と接地電極との間隔が広いコプレーナ電極においては、電気力線が回り込む範囲が広いので、隣接信号電極とのクロストークが起きやすいといった問題がある。

特開平１０−１４２５６６号公報

N. Courjal, H. Porte, A.Martinez and J.P. Goedgebuer, "LiNb03 Mach-Zehnder ModulatorWith Chirp Adjusted by Ferroelectric Domain Inversion", IEEE PHOTONICSTECHNOLOGY LETTERS, VOL.14, NO.11 , NOVEMBER 2002, pp.1509-1511 H. Porte,N. Courjal, J. Hauden, P. Mollier, "10Gb/s transmission using alow chirp modulator integrated in poled Z-cut LiNbO3 substrate",ECOC-IOOC, 2003, Rimini, Italy, vol. 1, pp. 118-119. 澤佐博行，太田義昭，中野秀樹，越地耕二，周英明，"曲がり部の曲率に対する共平面形線路の透過特性"，信学技報，ＭＷ９３−９３，ｐｐ．１７−２４ （１９９３） 澤佐博行，中野秀樹，越地耕二，周英明，"共平面形線路の曲がり部のクロストーク"，電学論，Ｖｏｌ．１１５，Ｎｏ．４，ｐｐ．５４５−５５０ （１９９５）

上記光変調素子の構成を、複数のマッハツェンダ型の光導波路を有する光変調素子に適用した場合、信号電極の配置によっては信号電極間にクロストークが生じる場合がある。クロストークの問題は、信号電極としてコプレーナ電極、特に高周波に対応した信号電極と接地電極との間隔が広いコプレーナ電極を用いた際に顕著である。また、基板の熱膨張率と信号電極の熱膨張率とは異なるので、基板に応力が生じ、基板が捻れたり歪んだりするおそれがある。非対称な応力及び応力に起因する基板の捻れや非対称な歪みは、マッハツェンダ干渉計のアーム間の実効的な光路長差の変動を誘発し、デバイスの動作状態を不安定にすることがある。このような基板の捻れ及び信号電極間のクロストークは、光変調素子の性能を低下させるおそれがある。

本発明は、基板の捻れを抑制するとともに、信号電極間のクロストークを低減可能な構造を有する光変調素子を提供することを目的とする。なお「捻れ」とは、非対称な応力が付与されている状態及び応力に起因して基板が物理的に非対称に屈曲したり非対称に変形している状態になっていて、マッハツェンダ干渉計のアーム間の実効的な光路長差の変動を誘発する状態になっている様態を指す。またクロストークとは、信号電極を伝送する制御信号が、隣り合う信号電極に漏れて伝わることに起因して、隣り合う信号電極を伝わる信号にノイズが載る、あるいは、相互に干渉して、制御信号の品質が悪化している状態のことを指す。

本発明の一側面に係る光変調素子は、光導波路を有する基板と、光導波路を伝搬する光を変調するための第１信号電極及び第２信号電極と、を備える。基板は、第１方向に沿って順に配列された第１領域及び第２領域を有し、第１領域の分極方向は、第２領域の分極方向と反対である。光導波路は、互いに並行して配置された第１マッハツェンダ部及び第２マッハツェンダ部を有し、第１マッハツェンダ部は、第１分岐導波路及び第２分岐導波路を有し、第２マッハツェンダ部は、第３分岐導波路及び第４分岐導波路を有する。第１分岐導波路、第２分岐導波路、第３分岐導波路及び第４分岐導波路の各々は、第１方向に沿って延びており、第１分岐導波路、第２分岐導波路、第３分岐導波路及び第４分岐導波路は、その順に第１方向と交差する第２方向に沿って配置されている。第１信号電極は、第１領域において第１分岐導波路上に設けられ、第２領域において第２分岐導波路上に設けられ、第２信号電極は、第１領域において第４分岐導波路上に設けられ、第２領域において第３分岐導波路上に設けられている。第１信号電極は、第１マッハツェンダ部を伝搬する光を変調するための第１変調信号を、第１領域側から第２領域側に向けて伝送し、第２信号電極は、第２マッハツェンダ部を伝搬する光を変調するための第２変調信号を、第１領域側から第２領域側に向けて伝送する。

この光変調素子によれば、第１分岐導波路、第２分岐導波路、第３分岐導波路及び第４分岐導波路が第１方向に沿って延びており、その順に第２方向に沿って配置されている。そして、第１信号電極が第１領域において第１分岐導波路上に設けられ、第２領域において第２分岐導波路上に設けられている。また、第２信号電極が第１領域において第４分岐導波路上に設けられ、第２領域において第３分岐導波路上に設けられている。このため、第１信号電極と第２信号電極との線対称性が向上する。したがって、第１信号電極及び第２信号電極の熱膨張率と基板の熱膨張率との差に基づく応力の線対称性を向上させることができ、応力による基板の捻れを抑制することが可能となる。また、変調信号のエネルギーは、信号電極の電気抵抗等によって上流側よりも下流側において減衰するので、第１変調信号及び第２変調信号のエネルギーは、第１領域側よりも第２領域側において減衰する。この光変調素子によれば、第１変調信号及び第２変調信号の上流側である第１領域における第１信号電極と第２信号電極との間隔が、第１変調信号及び第２変調信号の下流側である第２領域における第１信号電極と第２信号電極との間隔よりも大きくなるように配置されている。このため、第１信号電極と第２信号電極との間のクロストークを低減できる。その結果、基板の捻れに起因する光変調素子の性能低下を抑制するとともに、第１信号電極と第２信号電極との間のクロストークに起因する光変調素子の性能低下を抑制することが可能となる。

光変調素子は、光導波路を伝搬する光を変調するための第３信号電極及び第４信号電極をさらに備えてもよい。光導波路は、第１マッハツェンダ部及び第２マッハツェンダ部を挟んで互いに並行して配置された第３マッハツェンダ部及び第４マッハツェンダ部をさらに有してもよい。第３マッハツェンダ部は、第５分岐導波路及び第６分岐導波路を有してもよく、第４マッハツェンダ部は、第７分岐導波路及び第８分岐導波路を有してもよい。第５分岐導波路、第６分岐導波路、第７分岐導波路及び第８分岐導波路の各々は、第１方向に沿って延びており、第５分岐導波路、第６分岐導波路、第１分岐導波路、第２分岐導波路、第３分岐導波路、第４分岐導波路、第７分岐導波路及び第８分岐導波路は、その順に第２方向に沿って配置されてもよい。第３信号電極は、第１領域において第５分岐導波路上に設けられてもよく、第２領域において第６分岐導波路上に設けられてもよく、第４信号電極は、第１領域において第８分岐導波路上に設けられてもよく、第２領域において第７分岐導波路上に設けられてもよい。第３信号電極は、第３マッハツェンダ部を伝搬する光を変調するための第３変調信号を、第１領域側から第２領域側に向けて伝送してもよく、第４信号電極は、第４マッハツェンダ部を伝搬する光を変調するための第４変調信号を、第１領域側から第２領域側に向けて伝送してもよい。

この場合、第５分岐導波路、第６分岐導波路、第１分岐導波路、第２分岐導波路、第３分岐導波路、第４分岐導波路、第７分岐導波路及び第８分岐導波路が、第１方向に沿って延びており、その順に第２方向に沿って配置されている。そして、第３信号電極が、第１領域において第５分岐導波路上に設けられ、第２領域において第６分岐導波路上に設けられている。また、第４信号電極が、第１領域において第８分岐導波路上に設けられ、第２領域において第７分岐導波路上に設けられている。このため、第３信号電極と第４信号電極との線対称性が向上する。このため、第３信号電極及び第４信号電極の熱膨張率と基板の熱膨張率との差に基づく応力の線対称性を向上させることができ、応力による基板の捻れを抑制することが可能となる。また、第１信号電極及び第３信号電極は、第１領域において第６分岐導波路を挟んで第１分岐導波路及び第５分岐導波路に設けられ、第２領域において第１分岐導波路を挟んで第２分岐導波路及び第６分岐導波路に設けられている。また、第２信号電極及び第４信号電極は、第１領域において第７分岐導波路を挟んで第４分岐導波路及び第８分岐導波路に設けられ、第２領域において第４分岐導波路を挟んで第３分岐導波路及び第７分岐導波路に設けられている。このように、第１信号電極及び第３信号電極、並びに、第２信号電極及び第４信号電極は、１つの分岐導波路を挟んで互いに対向する２つの分岐導波路に設けられる。このため、第１信号電極及び第３信号電極の間隔、並びに、第２信号電極及び第４信号電極の間隔を確保することができ、第１信号電極及び第３信号電極の間のクロストーク、並びに、第２信号電極及び第４信号電極の間のクロストークを低減することが可能となる。その結果、基板の捻れに起因する光変調素子の性能低下を抑制するとともに、第１信号電極及び第３信号電極の間のクロストーク、並びに、第２信号電極及び第４信号電極の間のクロストークに起因する光変調素子の性能低下を抑制することが可能となる。

第１マッハツェンダ部及び第３マッハツェンダ部は、対を成して第１信号光成分を生成してもよく、第２マッハツェンダ部及び第４マッハツェンダ部は、対を成して第２信号光成分を生成してもよい。この場合、対を成すマッハツェンダ部に設けられた２つの信号電極間の間隔を確保することができ、対を成すマッハツェンダ部に設けられた２つの信号電極間のクロストークを低減することが可能となる。

第１マッハツェンダ部と第２マッハツェンダ部とは、基板上の第１方向に延びる仮想線に対して線対称であってもよく、第１信号電極と第２信号電極とは、基板上の第１方向に延びる仮想線に対して線対称であってもよい。この場合、基板上の第１方向に延びる仮想線に対して、第１マッハツェンダ部及び第２マッハツェンダ部、並びに、第１信号電極及び第２信号電極が線対称であるので、基板の捻れをさらに低減できる。その結果、基板の捻れに起因する光変調素子の性能低下をさらに抑制することが可能となる。

第３マッハツェンダ部と第４マッハツェンダ部とは、基板上の第１方向に延びる仮想線に対して線対称であってもよく、第３信号電極と第４信号電極とは、基板上の第１方向に延びる仮想線に対して線対称であってもよい。この場合、第１マッハツェンダ部及び第２マッハツェンダ部にさらに第３マッハツェンダ部及び第４マッハツェンダ部が加わったため、各電極の配置を考慮しないと基板での応力がさらに増加し基板が捻れるおそれがある。しかし、基板上の第１方向に延びる仮想線に対して、第３マッハツェンダ部及び第４マッハツェンダ部、並びに、第３信号電極及び第４信号電極が線対称であるので、マッハツェンダ部が増加しても基板の捻れを低減できる。その結果、基板の捻れに起因する光変調素子の性能低下を抑制することが可能となる。

仮想線は、第２方向における基板の中心線であってもよい。この場合、基板の中心線に対してマッハツェンダ部及び信号電極がそれぞれ線対称となるので、基板の応力を中心線に対して均等にすることができる。その結果、基板の捻れをさらに低減でき、基板の捻れに起因する光変調素子の性能低下をさらに抑制することが可能となる。

本発明によれば、基板の捻れを抑制するとともに、信号電極間のクロストークを低減できる。

第１実施形態に係る光変調素子の構成を概略的に示す平面図である。 第２実施形態に係る光変調素子の構成を概略的に示す平面図である。 第３実施形態に係る光変調素子の構成を概略的に示す平面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光変調素子の構成を概略的に示す平面図である。図１に示されるように、光変調素子１は、電気信号である変調信号Ｓ１（第１変調信号）及び変調信号Ｓ２（第２変調信号）に基づいて入力光Ｌｉｎを変調して、変調光Ｌｏｕｔを出力する素子である。変調信号Ｓ１及び変調信号Ｓ２は、高周波の電気信号であって、変調信号Ｓ１及び変調信号Ｓ２の周波数は、例えば４０Ｇｂｐｓもしくは１００Ｇｂｐｓのデジタル信号周波数、または、それらに対応したクロック周波数である。光変調素子１は、基板１０と、信号電極１２（第１信号電極）と、信号電極１３（第２信号電極）と、接地電極１４と、接地電極１５と、接地電極１６と、を備えている。高周波特性を確保するため、信号電極１２と接地電極１４及び接地電極１５との間隔は、信号電極１２の幅より広くしてもよい。同様に、信号電極１３と接地電極１４及び接地電極１６との間隔も、信号電極１３の幅より広くしてもよい。

基板１０は、一方向（以下、「方向Ａ（第１方向）」という。）に沿って延びる板状部材であって、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３、以下「ＬＮ」という。）などの電気光学効果を奏する誘電体材料から構成されている。基板１０は、例えば矩形状を呈している。基板１０の方向Ａに沿った長さは例えば８０ｍｍ程度、基板１０の方向Ａと直交する方向（以下、「方向Ｂ（第２方向）」という。）に沿った長さは例えば２．５ｍｍ程度である。基板１０の厚さは、例えば１．０ｍｍ程度である。基板１０は、方向Ａにおける両端部である端部１０ａ及び端部１０ｂと、方向Ｂにおける両端部である側端部１０ｃ及び側端部１０ｄと、を有している。

基板１０は、第１領域１０ｅと、第２領域１０ｆと、を有している。第１領域１０ｅ及び第２領域１０ｆは、方向Ａに沿って順に配置されている。第１領域１０ｅでは、例えば基板１０の主面１０ｍの法線軸ＮＶ方向に誘電体材料の結晶軸方向Ｚが向いている。第２領域１０ｆでは、例えば基板１０の主面１０ｍの法線軸ＮＶ方向と反対方向に誘電体材料の結晶軸方向Ｚが向いている。ここで、誘電体材料の分極方向は、結晶軸方向Ｚと同じ方向である。すなわち、第１領域１０ｅの分極方向は、第２領域１０ｆの分極方向と反対である。第１領域１０ｅと第２領域１０ｆとの境界Ｄは、基板１０の方向Ａにおける中心線に一致してもよい。

基板１０は、光導波路１１を有している。光導波路１１は、例えばマッハツェンダ（Mach-Zehnder：ＭＺ）型の光導波路であって、光変調素子１の変調方式に応じた構造を有する。第１実施形態では、光変調素子１の変調方式は、ＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying：差動４値位相変調）方式である。この場合、光導波路１１は、入力導波路１１ａと、分岐導波路１１ｂと、分岐導波路１１ｃと、出力導波路１１ｄと、を有し、２つの分岐導波路１１ｂ，１１ｃ上に、ＭＺ部２１（第１マッハツェンダ部）及びＭＺ部２２（第２マッハツェンダ部）が設けられた構造を有する。ＭＺ部２１及びＭＺ部２２は、互いに並行して配置され、方向Ｂに沿って順に配置されている。ＭＺ部２１は、分岐導波路２１ａ（第１分岐導波路）及び分岐導波路２１ｂ（第２分岐導波路）を有している。ＭＺ部２２は、分岐導波路２２ａ（第３分岐導波路）及び分岐導波路２２ｂ（第４分岐導波路）を有している。

入力導波路１１ａは、基板１０の端部１０ａから方向Ａに沿って延び、分岐導波路１１ｂ及び分岐導波路１１ｃに分岐される。分岐導波路１１ｂは、方向Ａに沿って延び、ＭＺ部２１の分岐導波路２１ａ及び分岐導波路２１ｂに分岐される。ＭＺ部２１の分岐導波路２１ａ及び分岐導波路２１ｂは方向Ａに沿って互いに略平行に延び、分岐導波路１１ｂに合流する。分岐導波路１１ｃは、方向Ａに沿って延び、ＭＺ部２２の分岐導波路２２ａ及び分岐導波路２２ｂに分岐される。ＭＺ部２２の分岐導波路２２ａ及び分岐導波路２２ｂは方向Ａに沿って互いに略平行に延び、分岐導波路１１ｃに合流する。分岐導波路１１ｂ及び分岐導波路１１ｃは、出力導波路１１ｄに合流する。出力導波路１１ｄは、方向Ａに沿って端部１０ｂまで延びている。分岐導波路２１ａ、分岐導波路２１ｂ、分岐導波路２２ａ及び分岐導波路２２ｂは、方向Ａに沿って互いに略平行に延びており、その順に方向Ｂに沿って配置されている。

信号電極１２は、ＭＺ部２１を伝搬する光を変調するための変調信号Ｓ１を、基板１０の第１領域１０ｅ側から第２領域１０ｆ側に向けて伝送し、変調信号Ｓ１に応じた電界をＭＺ部２１の分岐導波路２１ａ及び分岐導波路２１ｂに印加する。信号電極１２は、例えば金、銀、銅またはアルミニウム等の金属から構成されている。信号電極１２は、第１領域１０ｅにおいて分岐導波路２１ａ上に設けられ、第２領域１０ｆにおいて分岐導波路２１ｂ上に設けられている。

具体的に説明すると、信号電極１２は、第１部分１２ａと、第２部分１２ｂと、第３部分１２ｃと、第４部分１２ｄと、第５部分１２ｅと、を有している。第１部分１２ａは、基板１０の第１領域１０ｅにおける主面１０ｍ上に設けられている。第１部分１２ａは、基板１０の側端部１０ｃからＭＺ部２１の分岐導波路２１ａ上まで方向Ｂに延びている。第１部分１２ａの一端は、変調信号Ｓ１を供給するための外部回路に電気的に接続されている。第２部分１２ｂは、基板１０の第１領域１０ｅにおける分岐導波路２１ａ上に設けられている。第２部分１２ｂは、第１部分１２ａの他端から境界Ｄまで延びている。第２部分１２ｂの一端は第１部分１２ａの他端に接続されている。

第３部分１２ｃは、境界Ｄ上における主面１０ｍ上に設けられている。第３部分１２ｃは、分岐導波路２１ａから分岐導波路２１ｂまで延びている。第３部分１２ｃの一端は第２部分１２ｂの他端に接続されている。第４部分１２ｄは、基板１０の第２領域１０ｆにおける分岐導波路２１ｂ上に設けられている。第４部分１２ｄは、境界Ｄから方向Ａに延びている。第４部分１２ｄの一端は、第３部分１２ｃの他端に接続されている。第５部分１２ｅは、基板１０の第２領域１０ｆにおける主面１０ｍ上に設けられている。第５部分１２ｅは、第４部分１２ｄの他端から側端部１０ｃまで方向Ｂと反対方向に延びている。第５部分１２ｅの一端は第４部分１２ｄの他端に接続され、第５部分１２ｅの他端は終端回路に電気的に接続されている。

信号電極１３は、ＭＺ部２２を伝搬する光を変調するための変調信号Ｓ２を、基板１０の第１領域１０ｅ側から第２領域１０ｆ側に向けて伝送し、変調信号Ｓ２に応じた電界をＭＺ部２２の分岐導波路２２ａ及び分岐導波路２２ｂに印加する。信号電極１３は、例えば金、銀、銅またはアルミニウム等の金属から構成されている。信号電極１３は、第１領域１０ｅにおいて分岐導波路２２ｂ上に設けられ、第２領域１０ｆにおいて分岐導波路２２ａ上に設けられている。

具体的に説明すると、信号電極１３は、第１部分１３ａと、第２部分１３ｂと、第３部分１３ｃと、第４部分１３ｄと、第５部分１３ｅと、を有している。第１部分１３ａは、基板１０の第１領域１０ｅにおける主面１０ｍ上に設けられている。第１部分１３ａは、基板１０の側端部１０ｄからＭＺ部２２の分岐導波路２２ｂ上まで方向Ｂと反対方向に延びている。第１部分１３ａの一端は、変調信号Ｓ２を供給するための外部回路に電気的に接続されている。第２部分１３ｂは、基板１０の第１領域１０ｅにおける分岐導波路２２ｂ上に設けられている。第２部分１３ｂは、第１部分１３ａの他端から境界Ｄまで延びている。第２部分１３ｂの一端は第１部分１３ａの他端に接続されている。

第３部分１３ｃは、境界Ｄ上における主面１０ｍ上に設けられている。第３部分１３ｃは、分岐導波路２２ｂから分岐導波路２２ａまで方向Ｂと反対方向に延びている。第３部分１３ｃの一端は第２部分１３ｂの他端に接続されている。第４部分１３ｄは、基板１０の第２領域１０ｆにおける分岐導波路２２ａ上に設けられている。第４部分１３ｄは、境界Ｄから方向Ａに延びている。第４部分１３ｄの一端は、第３部分１３ｃの他端に接続されている。第５部分１３ｅは、基板１０の第２領域１０ｆにおける主面１０ｍ上に設けられている。第５部分１３ｅは、第４部分１３ｄの他端から側端部１０ｄまで方向Ｂに延びている。第５部分１３ｅの一端は第４部分１２ｄの他端に接続され、第５部分１３ｅの他端は終端回路に電気的に接続されている。

接地電極１４は、接地電位に接続された電極であって、例えば金、銀、銅またはアルミニウム等の金属から構成されている。接地電極１４は、基板１０の主面１０ｍ上に設けられ、信号電極１２と信号電極１３との間に配置されている。接地電極１４は、基板１０において方向Ａに沿って延びる仮想線Ｃに対して線対称であってもよい。なお、本明細書において、「線対称」とは、完全な線対称だけでなく、完全な線対称とした場合と同程度の効果が得られる範囲内であれば「線対称」と見なすことができる。

接地電極１５は、接地電位に接続された電極であって、例えば金、銀、銅またはアルミニウム等の金属から構成されている。接地電極１５は、基板１０の主面１０ｍ上に設けられ、信号電極１２を挟んで接地電極１４と対向するように配置されている。

接地電極１６は、接地電位に接続された電極であって、例えば金、銀、銅またはアルミニウム等の金属から構成されている。接地電極１６は、基板１０の主面１０ｍ上に設けられ、信号電極１３を挟んで接地電極１４と対向するように配置されている。接地電極１５及び接地電極１６は、仮想線Ｃに対して線対称であってもよい。また、光導波路１１は、接地電極１４、接地電極１５及び接地電極１６のエッジに沿って設けられてもよい。

以上のように構成された光変調素子１では、端部１０ａから入力導波路１１ａに入力光Ｌｉｎが入力される。入力光Ｌｉｎは、入力導波路１１ａを伝搬し、分岐導波路１１ｂ及び分岐導波路１１ｃに分岐される。分岐導波路１１ｂに分岐された光は、ＭＺ部２１の分岐導波路２１ａ及び分岐導波路２１ｂにさらに分岐される。そして、分岐導波路２１ａに分岐された光は、基板１０の第１領域１０ｅにおいて、信号電極１２により伝送される変調信号Ｓ１に基づいて変調される。分岐導波路２１ｂに分岐された光は、基板１０の第２領域１０ｆにおいて、信号電極１２により伝送される変調信号Ｓ１に基づいて変調される。分岐導波路２１ａにおいて変調された光及び分岐導波路２１ｂにおいて変調された光は、分岐導波路１１ｂにおいて合波される。

同様に、分岐導波路１１ｃに分岐された光は、ＭＺ部２２の分岐導波路２２ａ及び分岐導波路２２ｂにさらに分岐される。そして、分岐導波路２２ａに分岐された光は、基板１０の第２領域１０ｆにおいて、信号電極１３により伝送される変調信号Ｓ２に基づいて変調される。分岐導波路２２ｂに分岐された光は、基板１０の第１領域１０ｅにおいて、信号電極１３により伝送される変調信号Ｓ２に基づいて変調される。分岐導波路２２ａにおいて変調された光及び分岐導波路２２ｂにおいて変調された光は、分岐導波路１１ｃにおいて合波される。そして、分岐導波路１１ｂにおいて合波された光及び分岐導波路１１ｃにおいて合波された光は、位相調整手段（不図示）により９０度の位相差を付与され、出力導波路１１ｄにおいて合波されて変調光Ｌｏｕｔとして端部１０ｂから出力される。

ここで、第１領域１０ｅにおける誘電体材料の結晶軸方向Ｚは、基板１０の主面１０ｍの法線軸ＮＶ方向に向いている。第２領域１０ｆにおける誘電体材料の結晶軸方向Ｚは、基板１０の主面１０ｍの法線軸ＮＶ方向と反対方向に向いている。また、第１領域１０ｅ内の分岐導波路２１ａ及び第２領域１０ｆ内の分岐導波路２１ｂには、変調信号Ｓ１に応じた同じ向きの電界が印加される。このため、分岐導波路２１ａと分岐導波路２１ｂとの間では電気光学効果による屈折率変化が逆符号となる。そして、方向Ａに対する第１領域１０ｅでの作用長（分岐導波路２１を伝搬する光が信号電極１２による電界の作用を受ける長さ）及び第２領域１０ｆでの作用長を略等しくすることにより、分岐導波路２１ａを伝搬する光と分岐導波路２１ｂを伝搬する光との位相関係が逆符号で位相変化量が略等しくなる。これにより、分岐導波路２１ａ及び分岐導波路２１ｂを伝搬する光の和で表される分岐導波路１１ｂにおける合波光の位相変化が略ゼロとなり、変調光のチャープが低減される。

同様に、第１領域１０ｅ内の分岐導波路２２ａ及び第２領域１０ｆ内の分岐導波路２２ｂには、変調信号Ｓ２に応じた同じ向きの電界が印加される。このため、分岐導波路２２ａと分岐導波路２２ｂとの間では電気光学効果による屈折率変化が逆符号となる。そして、方向Ａに対する第１領域１０ｅでの作用長（分岐導波路２２を伝搬する光が信号電極１３による電界の作用を受ける長さ）及び第２領域１０ｆでの作用長を略等しくすることにより、分岐導波路２２ａを伝搬する光と分岐導波路２２ｂを伝搬する光との位相関係が逆符号で位相変化量が略等しくなる。これにより、分岐導波路２２ａ及び分岐導波路２２ｂを伝搬する光の和で表される分岐導波路１１ｃにおける合波光の位相変化が略ゼロとなり、変調光のチャープが低減される。

次に、光変調素子１の作用効果について説明する。光変調素子１では、分岐導波路２１ａ、分岐導波路２１ｂ、分岐導波路２２ａ及び分岐導波路２２ｂが方向Ａに沿って互いに並行に配置されるとともに、その順に方向Ｂに沿って配置されている。そして、信号電極１２の第２部分１２ｂが基板１０の第１領域１０ｅにおいて分岐導波路２１ａ上に設けられ、信号電極１２の第４部分１２ｄが基板１０の第２領域１０ｆにおいて分岐導波路２１ｂ上に設けられている。また、信号電極１３の第２部分１３ｂが基板１０の第１領域１０ｅにおいて分岐導波路２２ｂ上に設けられ、信号電極１３の第４部分１３ｄが基板１０の第２領域１０ｆにおいて分岐導波路２２ａ上に設けられている。このため、信号電極１２と信号電極１３との線対称性が向上する。したがって、信号電極１２及び信号電極１３の熱膨張率と基板１０の熱膨張率との差に基づく応力の線対称性を向上させることができ、応力による基板１０の捻れを抑制することが可能となる。

また、信号電極１２は、変調信号Ｓ１を基板１０の第１領域１０ｅ側から第２領域１０ｆ側に向けて伝送する。信号電極１３は、変調信号Ｓ２を基板１０の第１領域１０ｅ側から第２領域１０ｆ側に向けて伝送する。ここで、電気信号のエネルギーは、伝送経路の電気抵抗等により、伝送経路の上流側よりも下流側において減衰する。このため、変調信号Ｓ１及び変調信号Ｓ２のエネルギーは、第１領域１０ｅ側よりも第２領域１０ｆ側において減衰する。そして、第１領域１０ｅにおける信号電極１２（第２部分１２ｂ）と信号電極１３（第２部分１３ｂ）との間隔は、第２領域１０ｆにおける信号電極１２（第４部分１２ｄ）と信号電極１３（第４部分１３ｄ）との間隔よりも大きい。このように、光変調素子１では、変調信号Ｓ１及び変調信号Ｓ２のエネルギーがより大きい第１領域１０ｅにおいて、信号電極１２と信号電極１３とが離れるように配置され、変調信号Ｓ１及び変調信号Ｓ２のエネルギーが減衰した第２領域１０ｆにおいて、信号電極１２と信号電極１３とが近づくように配置されている。このため、信号電極１２と信号電極１３との間のクロストークを低減でき、光変調素子１の性能低下を抑制することが可能となる。

特に電極の構成が進行波電極の場合、クロストークした信号は、その後も光導波路に作用し続けるため、変調信号Ｓ１及び変調信号Ｓ２のエネルギーが大きい第１領域１０ｅにおいてクロストークさせない構成とすることで本発明の効果がより顕著となる。また、変調信号Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ信号電極１２，１３を伝搬し、信号電極１２の第２部分１２ｂ及び信号電極１３の第２部分１３ｂに入った時点では、信号の伝搬が不安定なため放射及びクロストークが大きい。このため、変調信号Ｓ１及び変調信号Ｓ２のエネルギーが大きい第１領域１０ｅにおいてクロストークさせない構成とすることで、それらの問題点を抑制することができる。

以上のように、光変調素子１では、信号電極１２及び信号電極１３が、仮想線Ｃに対する線対称性が向上するように配置されるとともに、変調信号の上流側における信号電極１２と信号電極１３との間隔が変調信号の下流側における信号電極１２と信号電極１３との間隔よりも大きくなるように配置されている。このため、基板１０の捻れに起因する光変調素子１の性能低下を抑制するとともに、信号電極１２と信号電極１３との間のクロストークに起因する光変調素子１の性能低下を抑制することが可能となる。

（第２実施形態）
図２は、第２実施形態に係る光変調素子の構成を概略的に示す平面図である。図２に示されるように、光変調素子１Ａは、変調方式において光変調素子１と相違している。すなわち、光変調素子１Ａの変調方式は、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying：偏波多重４値位相変調）方式である。具体的には、光変調素子１Ａは、光変調素子１に対して、変調信号Ｓ１及び変調信号Ｓ２に代えて変調信号Ｓ１１（第３変調信号）、変調信号Ｓ１２（第１変調信号）、変調信号Ｓ２１（第２変調信号）及び変調信号Ｓ２２（第４変調信号）に基づいて変調を行う点、光導波路１１に代えて光導波路３１を備えている点、信号電極１２及び信号電極１３に代えて信号電極３２（第３信号電極）、信号電極３３（第１信号電極）、信号電極３４（第２信号電極）及び信号電極３５（第４信号電極）を備えている点、並びに、偏波調整部３６をさらに備えている点で相違している。なお、図２では、接地電極は省略されているが、光変調素子１と同様に光変調素子を動作させる上で適当な位置に設けられている。

変調信号Ｓ１１、変調信号Ｓ１２、変調信号Ｓ２１及び変調信号Ｓ２２は、高周波の電気信号であって、変調信号Ｓ１１、変調信号Ｓ１２、変調信号Ｓ２１及び変調信号Ｓ２２の周波数は、例えば４０Ｇｂｐｓもしくは１００Ｇｂｐｓのデジタル信号周波数、または、それらに対応したクロック周波数である。

光導波路３１は、基板１０の主面１０ｍ上に設けられている。光導波路３１は、入力導波路３１ａと、分岐導波路３１ｂと、分岐導波路３１ｃと、出力導波路３１ｄと、を有し、２つの分岐導波路３１ｂ，３１ｃ上に、ＭＺ部４０及びＭＺ部５０が設けられた構造を有する。さらに、ＭＺ部４０の分岐導波路４０ａ上に、サブＭＺ部４１（第３マッハツェンダ部）が設けられ、ＭＺ部４０の分岐導波路４０ｂ上にサブＭＺ部４２（第１マッハツェンダ部）が設けられ、ＭＺ部５０の分岐導波路５０ａ上にサブＭＺ部５１（第２マッハツェンダ部）が設けられ、ＭＺ部５０の分岐導波路５０ｂ上にサブＭＺ部５２（第４マッハツェンダ部）が設けられている。サブＭＺ部４１及びサブＭＺ部４２は、対を成して第１信号光成分を生成する。サブＭＺ部５１及びサブＭＺ部５２は、対を成して第２信号光成分を生成する。

サブＭＺ部４１、サブＭＺ部４２、サブＭＺ部５１及びサブＭＺ部５２は、方向Ａに沿って互いに並行に配置され、方向Ｂに沿って順に配置されている。言い換えると、サブＭＺ部４１及びサブＭＺ部５２は、サブＭＺ部４２及びサブＭＺ部５１を挟んで互いに並行して配置されている。サブＭＺ部４１は、分岐導波路４１ａ（第５分岐導波路）及び分岐導波路４１ｂ（第６分岐導波路）を有している。サブＭＺ部４２は、分岐導波路４２ａ（第１分岐導波路）及び分岐導波路４２ｂ（第２分岐導波路）を有している。サブＭＺ部５１は、分岐導波路５１ａ（第３分岐導波路）及び分岐導波路５１ｂ（第４分岐導波路）を有している。サブＭＺ部５２は、分岐導波路５２ａ（第７分岐導波路）及び分岐導波路５２ｂ（第８分岐導波路）を有している。

入力導波路３１ａは、基板１０の端部１０ａから方向Ａに沿って延び、分岐導波路３１ｂ及び分岐導波路３１ｃに分岐される。分岐導波路３１ｂは、方向Ａに沿って延び、ＭＺ部４０の分岐導波路４０ａ及び分岐導波路４０ｂに分岐される。分岐導波路４０ａは、方向Ａに沿って延び、サブＭＺ部４１の分岐導波路４１ａ及び分岐導波路４１ｂに分岐される。分岐導波路４１ａ及び分岐導波路４１ｂは、方向Ａに沿って互いに略平行に延び、分岐導波路４０ａに合流する。分岐導波路４０ｂは、方向Ａに沿って延び、サブＭＺ部４２の分岐導波路４２ａ及び分岐導波路４２ｂに分岐される。分岐導波路４２ａ及び分岐導波路４２ｂは、方向Ａに沿って互いに略平行に延び、分岐導波路４０ｂに合流する。分岐導波路４０ａ及び分岐導波路４０ｂは方向Ａに沿って互いに略平行に延び、分岐導波路３１ｂに合流する。

分岐導波路３１ｃは、方向Ａに沿って延び、ＭＺ部５０の分岐導波路５０ａ及び分岐導波路５０ｂに分岐される。分岐導波路５０ａは、方向Ａに沿って延び、サブＭＺ部５１の分岐導波路５１ａ及び分岐導波路５１ｂに分岐される。分岐導波路５１ａ及び分岐導波路５１ｂは、方向Ａに沿って互いに略平行に延び、分岐導波路５０ａに合流する。分岐導波路５０ｂは、方向Ａに沿って延び、サブＭＺ部５２の分岐導波路５２ａ及び分岐導波路５２ｂに分岐される。分岐導波路５２ａ及び分岐導波路５２ｂは、方向Ａに沿って互いに略平行に延び、分岐導波路５０ｂに合流する。分岐導波路５０ａ及び分岐導波路５０ｂは方向Ａに沿って互いに略平行に延び、分岐導波路３１ｃに合流する。分岐導波路３１ｂ及び分岐導波路３１ｃは、出力導波路３１ｄに合流する。出力導波路３１ｄは、方向Ａに沿って端部１０ｂまで延びている。分岐導波路４１ａ、分岐導波路４１ｂ、分岐導波路４２ａ、分岐導波路４２ｂ、分岐導波路５１ａ、分岐導波路５１ｂ、分岐導波路５２ａ及び分岐導波路５２ｂは、方向Ａに沿って互いに略平行に延びており、その順に方向Ｂに沿って配置されている。

信号電極３２は、サブＭＺ部４１を伝搬する光を変調するための変調信号Ｓ１１を、基板１０の第１領域１０ｅ側から第２領域１０ｆ側に向けて伝送し、変調信号Ｓ１１に応じた電界をサブＭＺ部４１の分岐導波路４１ａ及び分岐導波路４１ｂに印加する。信号電極３２は、例えば金、銀、銅またはアルミニウム等の金属から構成されている。信号電極３２は、第１領域１０ｅにおいて分岐導波路４１ａ上に設けられ、第２領域１０ｆにおいて分岐導波路４１ｂ上に設けられている。

具体的に説明すると、信号電極３２は、第１部分３２ａと、第２部分３２ｂと、第３部分３２ｃと、第４部分３２ｄと、第５部分３２ｅと、を有している。第１部分３２ａは、基板１０の第１領域１０ｅにおける主面１０ｍ上に設けられている。第１部分３２ａは、基板１０の側端部１０ｃからサブＭＺ部４１の分岐導波路４１ａ上まで方向Ｂに延びている。第１部分３２ａの一端は、変調信号Ｓ１１を供給するための外部回路に電気的に接続されている。第２部分３２ｂは、基板１０の第１領域１０ｅにおける分岐導波路４１ａ上に設けられている。第２部分３２ｂは、第１部分３２ａの他端から境界Ｄまで延びている。第２部分３２ｂの一端は第１部分３２ａの他端に接続されている。

第３部分３２ｃは、境界Ｄ上における主面１０ｍ上に設けられている。第３部分３２ｃは、分岐導波路４１ａから分岐導波路４１ｂまで延びている。第３部分３２ｃの一端は第２部分３２ｂの他端に接続されている。第４部分３２ｄは、基板１０の第２領域１０ｆにおける分岐導波路４１ｂ上に設けられている。第４部分３２ｄは、境界Ｄから方向Ａに延びている。第４部分３２ｄの一端は、第３部分３２ｃの他端に接続されている。第５部分３２ｅは、基板１０の第２領域１０ｆにおける主面１０ｍ上に設けられている。第５部分３２ｅは、第４部分３２ｄの他端から基板１０の側端部１０ｃまで方向Ｂと反対方向に延びている。第５部分３２ｅの一端は第４部分３２ｄの他端に接続され、第５部分３２ｅの他端は終端回路に電気的に接続されている。

信号電極３３は、サブＭＺ部４２を伝搬する光を変調するための変調信号Ｓ１２を、基板１０の第１領域１０ｅ側から第２領域１０ｆ側に向けて伝送し、変調信号Ｓ１２に応じた電界をサブＭＺ部４２の分岐導波路４２ａ及び分岐導波路４２ｂに印加する。信号電極３３は、例えば金、銀、銅またはアルミニウム等の金属から構成されている。信号電極３３は、第１領域１０ｅにおいて分岐導波路４２ａ上に設けられ、第２領域１０ｆにおいて分岐導波路４２ｂ上に設けられている。

具体的に説明すると、信号電極３３は、第１部分３３ａと、第２部分３３ｂと、第３部分３３ｃと、第４部分３３ｄと、第５部分３３ｅと、を有している。第１部分３３ａは、基板１０の第１領域１０ｅにおける主面１０ｍ上に設けられている。第１部分３３ａは、基板１０の側端部１０ｃからサブＭＺ部４２の分岐導波路４２ａ上まで例えば湾曲して延びている。第１部分３３ａの一端は、変調信号Ｓ１２を供給するための外部回路に電気的に接続されている。第２部分３３ｂは、基板１０の第１領域１０ｅにおける分岐導波路４２ａ上に設けられている。第２部分３３ｂは、第１部分３３ａの他端から境界Ｄまで延びている。第２部分３３ｂの一端は第１部分３３ａの他端に接続されている。

第３部分３３ｃは、境界Ｄ上における主面１０ｍ上に設けられている。第３部分３３ｃは、分岐導波路４２ａから分岐導波路４２ｂまで延びている。第３部分３３ｃの一端は第２部分３３ｂの他端に接続されている。第４部分３３ｄは、基板１０の第２領域１０ｆにおける分岐導波路４２ｂ上に設けられている。第４部分３３ｄは、境界Ｄから方向Ａに延びている。第４部分３３ｄの一端は、第３部分３３ｃの他端に接続されている。第５部分３３ｅは、基板１０の第２領域１０ｆにおける主面１０ｍ上に設けられている。第５部分３３ｅは、第４部分３３ｄの他端から基板１０の側端部１０ｃまで方向Ｂと反対方向に例えば湾曲して延びている。第５部分３３ｅの一端は第４部分３３ｄの他端に接続され、第５部分３３ｅの他端は終端回路に電気的に接続されている。

信号電極３４は、サブＭＺ部５１を伝搬する光を変調するための変調信号Ｓ２１を、基板１０の第１領域１０ｅ側から第２領域１０ｆ側に向けて伝送し、変調信号Ｓ２１に応じた電界をサブＭＺ部５１の分岐導波路５１ａ及び分岐導波路５１ｂに印加する。信号電極３４は、例えば金、銀、銅またはアルミニウム等の金属から構成されている。信号電極３４は、第１領域１０ｅにおいて分岐導波路５１ｂ上に設けられ、第２領域１０ｆにおいて分岐導波路５１ａ上に設けられている。

具体的に説明すると、信号電極３４は、第１部分３４ａと、第２部分３４ｂと、第３部分３４ｃと、第４部分３４ｄと、第５部分３４ｅと、を有している。第１部分３４ａは、基板１０の第１領域１０ｅにおける主面１０ｍ上に設けられている。第１部分３４ａは、基板１０の側端部１０ｄからサブＭＺ部５１の分岐導波路５１ｂ上まで方向Ｂと反対方向に例えば湾曲して延びている。第１部分３４ａの一端は、変調信号Ｓ２１を供給するための外部回路に電気的に接続されている。第２部分３４ｂは、基板１０の第１領域１０ｅにおける分岐導波路５１ｂ上に設けられている。第２部分３４ｂは、第１部分３４ａの他端から境界Ｄまで延びている。第２部分３４ｂの一端は第１部分３４ａの他端に接続されている。

第３部分３４ｃは、境界Ｄ上における主面１０ｍ上に設けられている。第３部分３４ｃは、分岐導波路５１ｂから分岐導波路５１ａまで方向Ｂと反対方向に延びている。第３部分３４ｃの一端は第２部分３４ｂの他端に接続されている。第４部分３４ｄは、基板１０の第２領域１０ｆにおける分岐導波路５１ａ上に設けられている。第４部分３４ｄは、境界Ｄから方向Ａに延びている。第４部分３４ｄの一端は、第３部分３４ｃの他端に接続されている。第５部分３４ｅは、基板１０の第２領域１０ｆにおける主面１０ｍ上に設けられている。第５部分３４ｅは、第４部分３４ｄの他端から側端部１０ｄまで方向Ｂに例えば湾曲して延びている。第５部分３４ｅの一端は第４部分３４ｄの他端に接続され、第５部分３４ｅの他端は終端回路に電気的に接続されている。

信号電極３５は、サブＭＺ部５２を伝搬する光を変調するための変調信号Ｓ２２を、基板１０の第１領域１０ｅ側から第２領域１０ｆ側に向けて伝送し、変調信号Ｓ２２に応じた電界をサブＭＺ部５２の分岐導波路５２ａ及び分岐導波路５２ｂに印加する。信号電極３５は、例えば金、銀、銅またはアルミニウム等の金属から構成されている。信号電極３５は、第１領域１０ｅにおいて分岐導波路５２ｂ上に設けられ、第２領域１０ｆにおいて分岐導波路５２ａ上に設けられている。

具体的に説明すると、信号電極３５は、第１部分３５ａと、第２部分３５ｂと、第３部分３５ｃと、第４部分３５ｄと、第５部分３５ｅと、を有している。第１部分３５ａは、基板１０の第１領域１０ｅにおける主面１０ｍ上に設けられている。第１部分３５ａは、基板１０の側端部１０ｄからサブＭＺ部５２の分岐導波路５２ｂ上まで方向Ｂと反対方向に延びている。第１部分３５ａの一端は、変調信号Ｓ２２を供給するための外部回路に電気的に接続されている。第２部分３５ｂは、基板１０の第１領域１０ｅにおける分岐導波路５２ｂ上に設けられている。第２部分３５ｂは、第１部分３５ａの他端から境界Ｄまで延びている。第２部分３５ｂの一端は第１部分３５ａの他端に接続されている。

第３部分３５ｃは、境界Ｄ上における主面１０ｍ上に設けられている。第３部分３５ｃは、分岐導波路５２ｂから分岐導波路５２ａまで方向Ｂと反対方向に延びている。第３部分３５ｃの一端は第２部分３５ｂの他端に接続されている。第４部分３５ｄは、基板１０の第２領域１０ｆにおける分岐導波路５２ａ上に設けられている。第４部分３５ｄは、境界Ｄから方向Ａに延びている。第４部分３５ｄの一端は、第３部分３５ｃの他端に接続されている。第５部分３５ｅは、基板１０の第２領域１０ｆにおける主面１０ｍ上に設けられている。第５部分３５ｅは、第４部分３５ｄの他端から側端部１０ｄまで方向Ｂに延びている。第５部分３５ｅの一端は第４部分３５ｄの他端に接続され、第５部分３５ｅの他端は終端回路に電気的に接続されている。

偏波調整部３６は、光波の偏波方向を調整するものであり、例えば１／２波長板等の光学素子が用いられる。偏波調整部３６は、例えば出力側の分岐導波路３１ｃ上に設けられ、分岐導波路３１ｃを伝搬する光波の偏波方向を調整する。偏波調整部３６は、例えば分岐導波路３１ｃを伝搬する光波の偏波方向を９０度回転させる。

以上のように構成された光変調素子１Ａでは、端部１０ａから入力導波路３１ａに入力光Ｌｉｎが入力される。入力光Ｌｉｎは、入力導波路３１ａを伝搬し、分岐導波路３１ｂ及び分岐導波路３１ｃに分岐される。分岐導波路３１ｂに分岐された光は、分岐導波路４０ａ及び分岐導波路４０ｂに分岐される。さらに、分岐導波路４０ａに分岐された光は、サブＭＺ部４１の分岐導波路４１ａ及び分岐導波路４１ｂに分岐される。そして、分岐導波路４１ａに分岐された光は、基板１０の第１領域１０ｅにおいて、信号電極３２により伝送される変調信号Ｓ１１に基づいて変調される。分岐導波路４１ｂに分岐された光は、基板１０の第２領域１０ｆにおいて、信号電極３２により伝送される変調信号Ｓ１１に基づいて変調される。分岐導波路４１ａにおいて変調された光及び分岐導波路４１ｂにおいて変調された光は、分岐導波路４０ａにおいて合波される。

同様に、分岐導波路４０ｂに分岐された光は、サブＭＺ部４２の分岐導波路４２ａ及び分岐導波路４２ｂにさらに分岐される。そして、分岐導波路４２ａに分岐された光は、基板１０の第１領域１０ｅにおいて、信号電極３３により伝送される変調信号Ｓ１２に基づいて変調される。分岐導波路４２ｂに分岐された光は、基板１０の第２領域１０ｆにおいて、信号電極３３により伝送される変調信号Ｓ１２に基づいて変調される。分岐導波路４２ａにおいて変調された光及び分岐導波路４２ｂにおいて変調された光は、分岐導波路４０ｂにおいて合波される。そして、分岐導波路４０ａにおいて合波された光及び分岐導波路４０ｂにおいて合波された光は、位相調整手段（不図示）により９０度の位相差を付与され、分岐導波路３１ｂにおいて合波されて第１信号光成分を成す。

一方、分岐導波路３１ｃに分岐された光は、分岐導波路５０ａ及び分岐導波路５０ｂに分岐される。分岐導波路５０ａに分岐された光は、サブＭＺ部５１の分岐導波路５１ａ及び分岐導波路５１ｂに分岐される。そして、分岐導波路５１ａに分岐された光は、基板１０の第２領域１０ｆにおいて、信号電極３４により伝送される変調信号Ｓ２１に基づいて変調される。分岐導波路５１ｂに分岐された光は、基板１０の第１領域１０ｅにおいて、信号電極３４により伝送される変調信号Ｓ２１に基づいて変調される。分岐導波路５１ａにおいて変調された光及び分岐導波路５１ｂにおいて変調された光は、分岐導波路５０ａにおいて合波される。

同様に、分岐導波路５０ｂに分岐された光は、サブＭＺ部５２の分岐導波路５２ａ及び分岐導波路５２ｂにさらに分岐される。そして、分岐導波路５２ａに分岐された光は、基板１０の第２領域１０ｆにおいて、信号電極３５により伝送される変調信号Ｓ２２に基づいて変調される。分岐導波路５２ｂに分岐された光は、基板１０の第１領域１０ｅにおいて、信号電極３５により伝送される変調信号Ｓ２２に基づいて変調される。分岐導波路５２ａにおいて変調された光及び分岐導波路５２ｂにおいて変調された光は、分岐導波路５０ｂにおいて合波される。そして、分岐導波路５０ａにおいて合波された光及び分岐導波路５０ｂにおいて合波された光は、位相調整手段（不図示）により９０度の位相差を付与され、分岐導波路３１ｃにおいて合波される。さらに、分岐導波路３１ｃにおいて合波された光は、偏波調整部３６によって偏波方向を調整されて第２信号光成分を成す。第１信号光成分及び第２信号光成分は、出力導波路３１ｄにおいて合波されて、変調光Ｌｏｕｔとして端部１０ｂから出力される。

ここで、第１領域１０ｅにおける誘電体材料の結晶軸方向Ｚは、基板１０の主面１０ｍの法線軸ＮＶ方向に向いている。第２領域１０ｆにおける誘電体材料の結晶軸方向Ｚは、基板１０の主面１０ｍの法線軸ＮＶ方向と反対方向に向いている。このため、光変調素子１と同様の理由により、分岐導波路４０ａ、分岐導波路４０ｂ、分岐導波路５０ａ及び分岐導波路５０ｂにおいて合波された光におけるチャープが低減される。

以上の第２実施形態の光変調素子１Ａでは、光変調素子１と同様に、信号電極３３と信号電極３４との仮想線Ｃに対する線対称性が向上し、信号電極３２と信号電極３５との仮想線Ｃに対する線対称性が向上する。このため、信号電極３２、信号電極３３、信号電極３４及び信号電極３５の熱膨張率と基板１０の熱膨張率との差に基づく応力の仮想線Ｃに対する線対称性を向上させることができる。このため、応力による基板１０の捻れを抑制でき、光変調素子１Ａの性能低下を抑制することが可能となる。

また、光変調素子１Ａでは、分岐導波路４１ａ、分岐導波路４１ｂ、分岐導波路４２ａ、分岐導波路４２ｂ、分岐導波路５１ａ、分岐導波路５１ｂ、分岐導波路５２ａ及び分岐導波路５２ｂが方向Ａに沿って互いに並行に配置されるとともに、その順に方向Ｂに沿って配置されている。そして、信号電極３３の第２部分３３ｂが基板１０の第１領域１０ｅにおいて分岐導波路４２ａ上に設けられ、信号電極３３の第４部分３３ｄが基板１０の第２領域１０ｆにおいて分岐導波路４２ｂ上に設けられている。信号電極３４の第２部分３４ｂが基板１０の第１領域１０ｅにおいて分岐導波路５１ｂ上に設けられ、信号電極３４の第４部分３４ｄが基板１０の第２領域１０ｆにおいて分岐導波路５１ａ上に設けられている。信号電極３３は、変調信号Ｓ１２を基板１０の第１領域１０ｅ側から第２領域１０ｆ側に向けて伝送する。信号電極３４は、変調信号Ｓ２１を基板１０の第１領域１０ｅ側から第２領域１０ｆ側に向けて伝送する。

ここで、電気信号のエネルギーは、伝送経路の電気抵抗等により、伝送経路の上流側よりも下流側において減衰する。このため、変調信号Ｓ１２及び変調信号Ｓ２１のエネルギーは、第１領域１０ｅ側よりも第２領域１０ｆ側において減衰する。そして、第１領域１０ｅにおける信号電極３３（第２部分３３ｂ）と信号電極３４（第２部分３４ｂ）との間隔は、第２領域１０ｆにおける信号電極３３（第４部分３３ｄ）と信号電極３４（第４部分３４ｄ）との間隔よりも大きい。このように、光変調素子１Ａでは、変調信号Ｓ１２及び変調信号Ｓ２１のエネルギーがより大きい第１領域１０ｅにおいて、信号電極３３と信号電極３４とが離れ、変調信号Ｓ１２及び変調信号Ｓ２１のエネルギーが減衰した第２領域１０ｆにおいて、信号電極３３と信号電極３４とが近づくように、信号電極３３及び信号電極３４が配置されている。このため、信号電極３３と信号電極３４との間のクロストークを低減でき、光変調素子１Ａの性能低下を抑制することが可能となる。

さらに、サブＭＺ部４１とサブＭＺ部４２とは対を成して第１信号光成分を生成する。信号電極３２は、サブＭＺ部４１を伝搬する光を変調するための変調信号Ｓ１１を伝送し、信号電極３３は、サブＭＺ部４２を伝搬する光を変調するための変調信号Ｓ１２を伝送する。そして、信号電極３２及び信号電極３３は、第１領域１０ｅにおいて分岐導波路４１ｂを挟んで分岐導波路４１ａ及び分岐導波路４２ａに設けられ、第２領域１０ｆにおいて分岐導波路４２ａを挟んで分岐導波路４１ｂ及び分岐導波路４２ｂに設けられている。このように、第１領域１０ｅにおける信号電極３２と信号電極３３との間隔は、第２領域１０ｆにおける信号電極３３（第４部分３３ｄ）と信号電極３４（第４部分３４ｄ）との間隔よりも大きくなるように配置されている。

また、サブＭＺ部５１とサブＭＺ部５２とは対を成して第２信号光成分を生成する。信号電極３４は、サブＭＺ部５１を伝搬する光を変調するための変調信号Ｓ２１を伝送し、信号電極３５は、サブＭＺ部５２を伝搬する光を変調するための変調信号Ｓ２２を伝送する。そして、信号電極３４及び信号電極３５は、第１領域１０ｅにおいて分岐導波路５２ａを挟んで分岐導波路５１ｂ及び分岐導波路５２ｂに設けられ、第２領域１０ｆにおいて分岐導波路５１ｂを挟んで分岐導波路５１ａ及び分岐導波路５２ａに設けられている。このように、第１領域１０ｅにおける信号電極３４と信号電極３５との間隔は、第２領域１０ｆにおける信号電極３３（第４部分３３ｄ）と信号電極３４（第４部分３４ｄ）との間隔よりも大きくなるように配置されている。

したがって、信号電極３２及び信号電極３３の間隔、並びに、信号電極３４及び信号電極３５の間隔を確保することができ、信号電極３２及び信号電極３３の間のクロストーク、並びに、信号電極３４及び信号電極３５の間のクロストークを低減することが可能となる。その結果、光変調素子１Ａの性能低下を抑制することが可能となる。

以上のように、光変調素子１Ａでは、信号電極３３及び信号電極３４が、仮想線Ｃに対する線対称性が向上するように配置されるとともに、変調信号Ｓ１２及び変調信号Ｓ２１の上流側における信号電極３３と信号電極３４との間隔が変調信号Ｓ１２及び変調信号Ｓ２１の下流側における信号電極３３と信号電極３４との間隔よりも大きくなるように配置されている。さらに、信号電極３２及び信号電極３５が、仮想線Ｃに対する線対称性が向上するように配置されるとともに、信号電極３２と信号電極３３との間隔及び信号電極３４と信号電極３５との間隔が、変調信号Ｓ１２及び変調信号Ｓ２１の下流側における信号電極３３と信号電極３４との間隔よりも大きくなるように配置されている。

このように、光変調素子１Ａでは、仮想線Ｃに対する線対称性が向上するように複数の信号電極を配置する際に、対を成す（同系統の）サブＭＺ部に配置される２つの信号電極の間隔を一定以上に確保して、同系統の信号電極間のクロストークを低減することを優先している。そして、互いに異なる系統に属するサブＭＺ部に配置される２つの信号電極については、変調信号のエネルギーがより大きい第１領域１０ｅにおいて、２つの信号電極が離れるように配置され、変調信号のエネルギーが減衰した第２領域１０ｆにおいて、２つの信号電極が近づくように配置されることで、他系統の信号電極間のクロストークを低減している。これは、同一トリビュタリ信号内のクロストークノイズによる誤変調、つまり同系統のサブＭＺ部に設けられた信号電極間におけるクロストークによる誤変調よりも、各トリビュタリ間のクロストークノイズによる誤変調、つまり互いに異なる系統のサブＭＺ部に設けられた信号電極間におけるクロストークによる誤変調の方が、受信装置において信号を復号できる可能性が高いことによる。このため、光変調素子１Ａにおいても、基板１０の捻れに起因する光変調素子１Ａの性能低下を抑制するとともに、信号電極間のクロストークに起因する光変調素子１Ａの性能低下を抑制することが可能となる。

（第３実施形態）
図３は、第３実施形態に係る光変調素子の構成を概略的に示す平面図である。図３に示されるように、光変調素子１Ｂは、変調方式において光変調素子１及び光変調素子１Ａと相違している。すなわち、光変調素子１Ｂの変調方式は、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）変調方式である。具体的には、光変調素子１Ｂは、光変調素子１Ａに対して、偏波調整部３６を備えていない点で相違している。

以上の第３実施形態の光変調素子１Ｂによっても、上述した第２実施形態の光変調素子１Ａと同様の効果が奏される。ＱＡＭ変調方式では多値の信号レベル判定を行っており、クロストークノイズの影響がより顕著であるため、クロストーク対策が一層重要である。第３実施形態では、サブＭＺ部４１，４２を駆動電圧２Ｖπのフルスイング駆動し、サブＭＺ部５１，５２を駆動電圧Ｖπで駆動することにより、１６ＱＡＭ変調を実現することができる。この動作方式の場合、信号電極３２，３３における信号強度に比べ、信号電極３４，３５における信号強度が小さいため、サブＭＺ部５１，５２は、サブＭＺ部４１，４２からのクロストークノイズの影響を受けやすい。第３実施形態のように、信号電極３２，３３及び信号電極３４，３５の間を優先的に低減する構成が、クロストークノイズの影響を低減する上で特に有効である。また、第３実施形態では、分岐導波路３１ｂと分岐導波路３１ｃとを伝搬する光量の比率を４：１あるいは１：４にすることにより、１６ＱＡＭ変調を実現できる。この動作方式の場合、各サブＭＺ部をフルスイング駆動してデジタル的な変調をしているため、動作クロストークノイズによる影響は比較的小さい。どのサブＭＺ部の間のクロストークノイズを優先して抑圧すべきかについては、データトリビュタリの各サブＭＺ部への割り当ての設計に依存する問題となる。しかしながら、クロストークの発生が最も懸念される信号電極同士の最近接箇所を、信号レベルが最も高い位置から避けて配置すること、及び、クロストークノイズの光への作用が少なくなるよう、入力側から遠い位置に配置することは、いずれの形状の集積型光変調器においてもクロストークノイズの影響を抑制するのに有効である。

なお、本発明に係る光変調素子は上記実施形態に限定されない。例えば、ＭＺ部の数は２つまたは４つに限定されない。光変調素子は、２以上のＭＺ部を備えていればよく、そのうちの２つのＭＺ部における信号電極の配置が光変調素子１における信号電極１２及び信号電極１３の配置と同様であればよい。

また、光変調素子が偶数（２^ｎ）個のＭＺ部を備えている場合、２^ｎ個のＭＺ部のうち２^ｎ−１個のＭＺ部は仮想線Ｃに対して側端部１０ｃ側に配置され、それ以外の２^ｎ−１個のＭＺ部は仮想線Ｃに対して側端部１０ｄ側に配置されてもよい。この場合、仮想線Ｃに対して側端部１０ｃ側のＭＺ部に設けられた信号電極の配置が、光変調素子１Ａの信号電極３２及び信号電極３３の配置と同様であってもよく、仮想線Ｃに対して側端部１０ｄ側のＭＺ部に設けられた信号電極の配置が、光変調素子１Ａの信号電極３４及び信号電極３５の配置と同様であってもよい。このようにすることで、光変調素子の仮想線Ｃに対する線対称性を向上することができる。このため、基板１０の応力の仮想線Ｃに対する線対称性を向上することができ、基板１０の捻れによる光変調素子の性能の低下を抑制することが可能となる。また、仮想線Ｃを挟んで互いに隣り合う２つの信号電極は、変調信号の入力側（第１領域１０ｅ側）において、離れて配置されている。このため、仮想線Ｃを挟んで互いに隣り合う２つの信号電極間のクロストークを低減することが可能となる。

また、光変調素子が奇数個のＭＺ部を備えている場合、完全な対称性を保った配置はできないため、中央に位置するＭＺ部の電極のみを非対称な配置とし、他のＭＺ部では、電極の配置を含めて対称にする。これにより、基板１０の捻れを抑制できる。

また、光変調素子１の光導波路１１は、方向Ａに沿って延びる仮想線Ｃに対して線対称であってもよい。この場合、入力導波路１１ａ及び出力導波路１１ｄは、仮想線Ｃ上に配置され、ＭＺ部２１及びＭＺ部２２は、仮想線Ｃに対して線対称となる。この場合、信号電極１２と信号電極１３とが仮想線Ｃに対して線対称に配置される。このため、信号電極１２及び信号電極１３の熱膨張率と基板１０の熱膨張率との差に基づく応力を、仮想線Ｃに対して線対称に生じさせることができる。このため、応力による基板１０の捻れを抑制でき、光変調素子１の性能低下を抑制することが可能となる。

光変調素子１Ａ及び光変調素子１Ｂの光導波路３１は、方向Ａに沿って延びる仮想線Ｃに対して線対称であってもよい。この場合、入力導波路３１ａ及び出力導波路３１ｄは、仮想線Ｃ上に配置され、サブＭＺ部４２及びサブＭＺ部５１、並びに、サブＭＺ部４１及びサブＭＺ部５２は、仮想線Ｃに対して線対称となる。この場合、信号電極３３と信号電極３４とが仮想線Ｃに対して線対称に配置される。また、信号電極３２と信号電極３５とが仮想線Ｃに対して線対称に配置される。このため、信号電極３２、信号電極３３、信号電極３４及び信号電極３５の熱膨張率と基板１０の熱膨張率との差に基づく応力を、仮想線Ｃに対して線対称に生じさせることができる。このため、応力による基板１０の捻れを抑制でき、光変調素子１の性能低下を抑制することが可能となる。

また、これまでの説明において仮想線Ｃは電極及び光導波路等の配置に関する対称軸として説明してきたが、仮想線Ｃは基板１０の方向Ｂにおける中心線であってもよい。この場合、基板１０を含めて光変調素子１，１Ａ，１Ｂを仮想線Ｃに対して線対称とすることができ、基板１０の捻れによる光変調素子１，１Ａ，１Ｂの性能低下をさらに抑制することが可能となる。

また、光変調素子１では、信号電極１２の第１部分１２ａ及び信号電極１３の第１部分１３ａは、仮想線Ｃに対して線対称でなくてもよく、信号電極１２の第５部分１２ｅ及び信号電極１３の第５部分１３ｅは、仮想線Ｃに対して線対称でなくてもよい。

同様に、光変調素子１Ａ，１Ｂでは、信号電極３２の第１部分３２ａ及び信号電極３５の第１部分３５ａは、仮想線Ｃに対して線対称でなくてもよく、信号電極３２の第５部分３２ｅ及び信号電極３５の第５部分３５ｅは、仮想線Ｃに対して線対称でなくてもよい。さらに、光変調素子１Ａ，１Ｂでは、信号電極３３の第１部分３３ａ及び信号電極３４の第１部分３４ａは、仮想線Ｃに対して線対称でなくてもよく、信号電極３３の第５部分３３ｅ及び信号電極３４の第５部分３４ｅは、仮想線Ｃに対して線対称でなくてもよい。

また、上記実施形態では、基板１０は、第１領域１０ｅ及び第２領域１０ｆの領域に２分割される構成としたが、これに限定されない。基板１０は、３以上の領域に分割される構成としてもよい。この場合、互いに隣り合う領域における分極方向は反対であってもよい。また各信号電極は各領域における分極方向に応じて適宜配置される。また、それぞれの分極方向ごとの作用長の和を略等しくすることにより、変調光のチャープを低減できる。

また、光変調素子１，１Ａ，１Ｂは、バイアス制御用の電極をさらに備えてもよい。また、光変調素子１，１Ａ，１Ｂは、位相調整手段に位相調整用の電極をさらに備えてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ…光変調素子、１０…基板、１０ｅ…第１領域、１０ｆ…第２領域、１１，３１…光導波路、１２…信号電極（第１信号電極）、１３…信号電極（第２信号電極）、２１…ＭＺ部（第１マッハツェンダ部）、２１ａ…分岐導波路（第１分岐導波路）、２１ｂ…分岐導波路（第２分岐導波路）、２２…ＭＺ部（第２マッハツェンダ部）、２２ａ…分岐導波路（第３分岐導波路）、２２ｂ…分岐導波路（第４分岐導波路）、３２…信号電極（第３信号電極）、３３…信号電極（第１信号電極）、３４…信号電極（第２信号電極）、３５…信号電極（第４信号電極）、４１…サブＭＺ部（第３マッハツェンダ部）、４１ａ…分岐導波路（第５分岐導波路）、４１ｂ…分岐導波路（第６分岐導波路）、４２…サブＭＺ部（第１マッハツェンダ部）、４２ａ…分岐導波路（第１分岐導波路）、４２ｂ…分岐導波路（第２分岐導波路）、５１…サブＭＺ部（第２マッハツェンダ部）、５１ａ…分岐導波路（第３分岐導波路）、５１ｂ…分岐導波路（第４分岐導波路）、５２…サブＭＺ部（第４マッハツェンダ部）、５２ａ…分岐導波路（第７分岐導波路）、５２ｂ…分岐導波路（第８分岐導波路）、Ａ…方向（第１方向）、Ｂ…方向（第２方向）、Ｃ…仮想線、Ｓ１…変調信号（第１変調信号）、Ｓ２…変調信号（第２変調信号）、Ｓ１１…変調信号（第３変調信号）、Ｓ１２…変調信号（第１変調信号）、Ｓ２１…変調信号（第２変調信号）、Ｓ２２…変調信号（第４変調信号）。

Claims (6)

1. 光導波路を有する基板と、
   前記光導波路を伝搬する光を変調するための第１信号電極及び第２信号電極と、
   を備え、
   前記基板は、第１方向に沿って順に配置された第１領域及び第２領域を有し、
   前記第１領域の分極方向は、前記第２領域の分極方向と反対であり、
   前記光導波路は、互いに並行して配置された第１マッハツェンダ部及び第２マッハツェンダ部を有し、
   前記第１マッハツェンダ部は、第１分岐導波路及び第２分岐導波路を有し、
   前記第２マッハツェンダ部は、第３分岐導波路及び第４分岐導波路を有し、
   前記第１分岐導波路、前記第２分岐導波路、前記第３分岐導波路及び前記第４分岐導波路の各々は、前記第１方向に沿って延びており、
   前記第１分岐導波路、前記第２分岐導波路、前記第３分岐導波路及び前記第４分岐導波路は、その順に前記第１方向と交差する第２方向に沿って配置されており、
   前記第１信号電極は、前記第１領域において前記第１分岐導波路上に設けられ、前記第２領域において前記第２分岐導波路上に設けられ、
   前記第２信号電極は、前記第１領域において前記第４分岐導波路上に設けられ、前記第２領域において前記第３分岐導波路上に設けられ、
   前記第１信号電極は、前記第１マッハツェンダ部を伝搬する光を変調するための第１変調信号を、前記第１領域側から前記第２領域側に向けて伝送し、
   前記第２信号電極は、前記第２マッハツェンダ部を伝搬する光を変調するための第２変調信号を、前記第１領域側から前記第２領域側に向けて伝送することを特徴とする光変調素子。
2. 前記光導波路を伝搬する光を変調するための第３信号電極及び第４信号電極をさらに備え、
   前記光導波路は、前記第１マッハツェンダ部及び前記第２マッハツェンダ部を挟んで互いに並行して配置された第３マッハツェンダ部及び第４マッハツェンダ部をさらに有し、
   前記第３マッハツェンダ部は、第５分岐導波路及び第６分岐導波路を有し、
   前記第４マッハツェンダ部は、第７分岐導波路及び第８分岐導波路を有し、
   前記第５分岐導波路、前記第６分岐導波路、前記第７分岐導波路及び前記第８分岐導波路の各々は、前記第１方向に沿って延びており、
   前記第５分岐導波路、前記第６分岐導波路、前記第１分岐導波路、前記第２分岐導波路、前記第３分岐導波路、前記第４分岐導波路、前記第７分岐導波路及び前記第８分岐導波路は、その順に前記第２方向に沿って配置されており、
   前記第３信号電極は、前記第１領域において前記第５分岐導波路上に設けられ、前記第２領域において前記第６分岐導波路上に設けられ、
   前記第４信号電極は、前記第１領域において前記第８分岐導波路上に設けられ、前記第２領域において前記第７分岐導波路上に設けられ、
   前記第３信号電極は、前記第３マッハツェンダ部を伝搬する光を変調するための第３変調信号を、前記第１領域側から前記第２領域側に向けて伝送し、
   前記第４信号電極は、前記第４マッハツェンダ部を伝搬する光を変調するための第４変調信号を、前記第１領域側から前記第２領域側に向けて伝送することを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
3. 前記第１マッハツェンダ部及び前記第３マッハツェンダ部は、対を成して第１信号光成分を生成し、
   前記第２マッハツェンダ部及び前記第４マッハツェンダ部は、対を成して第２信号光成分を生成することを特徴とする請求項２に記載の光変調素子。
4. 前記第１マッハツェンダ部と前記第２マッハツェンダ部とは、前記基板上の前記第１方向に延びる仮想線に対して線対称であり、
   前記第１信号電極と前記第２信号電極とは、前記仮想線に対して線対称であることを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
5. 前記第１マッハツェンダ部と前記第２マッハツェンダ部とは、前記基板上の前記第１方向に延びる仮想線に対して線対称であり、
   前記第３マッハツェンダ部と前記第４マッハツェンダ部とは、前記仮想線に対して線対称であり、
   前記第１信号電極と前記第２信号電極とは、前記仮想線に対して線対称であり、
   前記第３信号電極と前記第４信号電極とは、前記仮想線に対して線対称であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光変調素子。
6. 前記仮想線は、前記第２方向における前記基板の中心線であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光変調素子。