JP2023092968A - 光変調器及び光送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数出力を有する駆動回路の一部の出力を用いて光変調素子を駆動する光変調器において、動作の不安定化を回避しつつ、消費電力を低減し又はそのサイズを小型化する。【解決手段】光変調器（１）は、基板（３０）に形成された光導波路（３１）及び光導波路を伝搬する光波を制御する信号電極（４１）を備えた光導波路素子と、２つの高周波信号を出力する駆動回路（１７）と、駆動回路からの２つの高周波信号出力をそれぞれ終端する２つの終端抵抗と、を備え、駆動回路の一方の高周波信号の出力は、光導波路素子の信号電極を伝搬して、一方の終端抵抗である第１終端抵抗（１５）により終端され、駆動回路の他方の高周波信号の出力は、他方の終端抵抗である第２終端抵抗（１８）により終端され、第２終端抵抗の抵抗値Ｒ２は、第１終端抵抗の抵抗値Ｒ１より大きい。【選択図】図３

Description

本発明は、光変調器及び光送信装置に関する。

高速／大容量光ファイバ通信システムにおいては、基板上に形成された光導波路と、光導波路を伝搬する光波を制御する制御電極と、で構成される光導波路素子としての光変調素子を組み込んだ光変調器が多く用いられている。光変調動作を行う光導波路素子としては、ＩｎＰ基板等の半導体基板を用いた半導体光変調素子、およびＬｉＮｂＯ_３（以下、ＬＮともいう）を基板に用いたＬＮ光変調素子が実用化されている。

特許文献１には、マッハツェンダ光導波路を含む半導体光変調素子を備えた半導体光変調モジュールが開示されている。この半導体光変調モジュールでは、ＨＢ－ＣＤＭ（Ｈｉｇｈ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｄｒｉｖｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）という規格化された小型筐体を用い、マッハツェンダ型光導波路を構成する２つの並行導波路上のそれぞれに形成された電極に、互いに位相が反転した一対の差動信号を構成する２つの高周波電気信号（以下、高周波信号）のそれぞれが入力されることにより、光変調動作が行われる。このような半導体光変調素子を駆動するための差動信号を出力する駆動回路素子（高周波ドライバ）は、集積回路の形態で既に実用化され、市販されている。

一方で、ＬＮ光変調素子は、半導体光変調素子に比べて光の損失が少なく且つ広帯域な光変調特性を実現し得ることから、高速／大容量光ファイバ通信システムに広く用いられているものの、上記ＨＢ－ＣＤＭに用いられるＬＮ光変調素子を駆動するための専用の駆動回路素子は、その需要数が少ないこと等から未だ商用化されていない。このため、ＬＮ光変調素子を備える光変調器においても、半導体光変調モジュール用に開発され既に実用化された駆動回路素子を用いることができれば便宜である。

しかしながら、ＬＮ基板として特にＸカット基板を用いるＬＮ光変調素子の場合には、特許文献２に記載のように、差動信号は不要であり、ＬＮ光変調素子を構成する各マッハツェンダ型光導波路の駆動には、２つの並行導波路の間に形成された一つの信号電極に一つの高周波電気信号を入力すれば足りる。

このような、差動信号を用いない光変調素子において、上述のような差動信号を出力する駆動回路素子を流用する場合、差動信号を構成する一方の高周波信号の出力端子を上記信号電極に接続し、他方の高周波信号の出力端子を適切な手段で処置する必要がある。

しかしながら、上記他方の出力端子の処置の仕方によっては、当該出力端子に接続された回路部品において発生し得る高周波信号の反射により駆動回路素子の動作が不安定となったり、当該出力端子から出力されて消費される不要な信号電力により駆動回路素子の全体としての電力消費が非効率な状態となり得る。

特開２０１４－１６４２４３号公報 特許第６９３３２８７号公報

上記背景より、本発明の目的は、差動信号のような複数の信号を出力する駆動回路の一部の信号出力を用いて光変調素子を駆動する光変調器において、動作の不安定化を回避しつつ、消費電力を低減し又はそのサイズを小型化することである。

本発明の一の態様は、基板に形成された光導波路及び前記光導波路を伝搬する光波を制御する信号電極を備えた光導波路素子と、２つの高周波信号を出力する駆動回路と、前記駆動回路からの２つの高周波信号出力をそれぞれ終端する２つの終端抵抗と、を備える光変調器であって、前記駆動回路の一方の高周波信号の出力は、前記光導波路素子の前記信号電極を伝搬して、一方の前記終端抵抗である第１終端抵抗により終端され、前記駆動回路の他方の高周波信号の出力は、他方の前記終端抵抗である第２終端抵抗により終端され、前記第２終端抵抗の抵抗値は、前記第１終端抵抗の抵抗値より大きい、光変調器である。
本発明の他の態様によると、前記駆動回路が出力する前記２つの高周波信号は、互いに位相が反転した一対の差動信号である。
本発明の他の態様によると、前記第１終端抵抗の抵抗値と前記第２終端抵抗の抵抗値との和は、前記駆動回路の、差動信号を構成する２つの高周波信号の出力間の差動インピーダンスと等しい。
本発明の他の態様によると、前記信号電極を駆動する前記一方の高周波信号の出力を終端する第１終端抵抗の抵抗値Ｒ１は、当該一方の高周波信号の出力の、前記駆動回路におけるグランド電位との間の出力インピーダンスの値Ｚｌｉｎに対し、０．４×Ｚｌｉｎ＜Ｒ１≦Ｚｌｉｎの範囲である。
本発明の他の態様によると、前記出力インピーダンスの値Ｚｌｉｎは５０Ωであり、前記第１終端抵抗の抵抗値Ｒ１は４５Ω以下である。
本発明の他の態様によると、前記光導波路素子の前記基板は、ＸカットのＬｉＮｂＯ_３基板である。
本発明の他の態様によると、前記一方の高周波信号の、前記駆動回路の出力から前記第１終端抵抗に至るまでの高周波伝送路の電気長Ｌ１と、前記他方の高周波信号の、前記駆動回路の出力から前記第２終端抵抗に至るまでの高周波伝送路の電気長Ｌ２と、は互いに異なっている。
本発明の他の態様によると、前記電気長Ｌ１およびＬ２は、前記２つの高周波信号の前記高周波伝送路における平均波長λに対し、（Ｌ１－Ｌ２）＞λ／２の関係を有する。
本発明の他の態様は、上記いずれかの光変調器と、前記光導波路素子に変調動作を行わせるための高周波信号である変調信号を生成する電子回路と、を備える光送信装置である。

本発明によれば、差動信号のような複数の信号を出力する駆動回路の一部の信号出力を用いて光変調素子を駆動する光変調器において、動作の不安定化を回避しつつ、消費電力を低減し又はそのサイズを小型化することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。 図１に示す光変調器に用いられる光変調素子の構成を示す図である。 駆動回路素子、信号電極、および終端抵抗が構成する電気回路の回路図である。 第１の実施形態の変形例について説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。 駆動回路素子内に終端抵抗を設ける例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
［１．第１実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る、光導波路素子である光変調素子を用いた光変調器１の構成を示す図である。
光変調器１は、筐体２と、筐体２内に収容された光変調素子３と、を有する。光変調素子３は、例えば、ＤＰ－ＱＰＳＫ変調器構成である。筐体２は、例えば、業界規格であるＨＢ－ＣＤＭ規格（“Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｈｉｇｈ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｄｒｉｖｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ （ＨＢ－ＣＤＭ） ＯＩＦ－ＨＢ－ＣＤＭ－０２．０”（Ｊｕｌｙ １５、２０２１、ＯＩＦ発行））に準拠する。なお、筐体２は、最終的にはその開口部に板体であるカバー（不図示）が固定されて、その内部が気密封止される。

筐体２には、光変調素子３の変調に用いる高周波電気信号を入力するための信号ピン４と、光変調素子３の動作点の調整等に用いる電気信号を入力するための信号ピン５と、が設けられている。なお、以下において、インピーダンスおよび抵抗値とは、それぞれ、光変調素子３の変調に用いられる上記高周波電気信号の周波数におけるインピーダンスおよび抵抗値をいうものとする。

光変調器１は、また、筐体２内に光を入力するための入力光ファイバ６と、光変調素子３により変調された光を筐体２の外部へ導く出力光ファイバ７と、を筐体２の同一面に有する。

入力光ファイバ６及び出力光ファイバ７は、固定部材であるサポート８及び９を介して筐体２にそれぞれ固定されている。入力光ファイバ６から入力された光は、サポート８内に配されたレンズ１０によりコリメートされた後、レンズ１１を介して光変調素子３へ入力される。ただし、これは一例であって、光変調素子３への光の入力は、従来技術に従い、例えば、入力光ファイバ６を、サポート８を介して筐体２内に導入し、当該導入した入力光ファイバ６の端面を光変調素子３の基板３０（後述）の端面に接続することで行うものとすることもできる。

光変調器１は、また、光変調素子３から出力される２つの変調された光を偏波合成する光学ユニット１２を有する。光学ユニット１２から出力される偏波合成後の光は、サポート９内に配されたレンズ１３により集光されて出力光ファイバ７へ結合される。

光変調器１の筐体２内には、また、中継基板１４と、所定のインピーダンスを有する４つの終端抵抗１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを備える終端器１６が配されている。以下、終端抵抗１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを総称して終端抵抗１５ともいうものとする。

中継基板１４には、光変調素子３の４つのマッハツェンダ型光導波路に設けられた４つの信号電極４１（後述）をそれぞれ駆動する４つの駆動回路素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが搭載されている。以下、駆動回路素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを総称して駆動回路素子１７ともいうものとする。駆動回路素子１７は、例えば、集積回路の形態で中継基板１４に実装されている。

駆動回路素子１７は、それぞれ、互いに位相が反転した（すなわち、位相が１８０度ずれた）２つの高周波電気信号（以下、高周波信号という）である差動信号を増幅して２つの増幅された差動信号を出力する、２信号入力２信号出力型の増幅回路である。４つの駆動回路素子１７にそれぞれ入力される４つの（すなわち４対の）差動信号は、例えば、信号ピン４を介して外部装置から与えられる。上記差動信号を構成する高周波信号は、例えば、マイクロ波帯の電気信号であって、ＩＥＥＥ規格に規定された例えばＧバンド帯の周波数以上、具体的には０．２ＧＨｚ以上の信号成分を含んだ電気信号である。

中継基板１４には、また、４つの終端抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが実装されている。以下、終端抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを総称して終端抵抗１８ともいうものとする。

駆動回路素子１７が出力する差動信号である２つの高周波信号のうち、一方の高周波信号は、光変調素子３の一の信号電極４１に入力され、当該信号電極４１を伝搬した後、一の終端抵抗１５により終端される。また、駆動回路素子１７が出力する差動信号である２つの高周波信号のうち、他方の高周波信号は、中継基板１４上に実装された一の終端抵抗１８により終端される。

光変調素子３と、中継基板１４および終端器１６と、の間の電気的接続は、例えばワイヤボンディング等により行われる。

図２は、ＤＰ－ＱＰＳＫ変調器である光変調素子３の構成の一例を示す図である。図２には、中継基板１４の一部と終端器１６も示されている。
光変調素子３は、基板３０上に形成された光導波路３１（図示太線点線の全体）で構成され、例えば２００ＧのＤＰ－ＱＰＳＫ変調を行う。基板３０は、例えば、２０μｍ以下（例えば２μｍ）の厚さに加工され薄膜化された、電気光学効果を有するＸカットのＬＮ基板である。また、光導波路３１は、薄膜化された基板３０の表面に形成された、帯状に延在する凸部で構成された凸状光導波路（例えば、リブ型光導波路又はリッジ型光導波路）である。ここで、ＬＮ基板は、応力が加わると光弾性効果により屈折率が局所的に変化し得るため、基板全体の機械強度を補強すべく、一般的にはＳｉ（シリコン）基板やガラス基板、ＬＮ等の支持板に接着される。

基板３０は、例えば矩形であり、図示上下方向に延在して対向する図示左右の２つの辺３２ａ、３２ｂ、および図示左右方向に延在して対向する図示上下の辺３２ｃ、３２ｄを有する。

光導波路３１は、基板３０の図示右方の辺３２ｂの図示上側において入力光ファイバ６からの入力光（図示右方を向く矢印）を受ける入力導波路３３と、入力された光を同じ光量を有する２つの光に分岐する分岐導波路３４と、を含む。また、光導波路３１は、分岐導波路３４により分岐されたそれぞれの光を変調する２つの変調部である、いわゆるネスト型マッハツェンダ型光導波路３５ａ、３５ｂを含む。

ネスト型マッハツェンダ型光導波路３５ａおよび３５ｂは、基板３０の図示左部分において光の伝搬方向が１８０度折り返され、出力導波路３６ａおよび３６ｂにより基板３０の辺３２ｂから図示右方へ光を出力する。

ネスト型マッハツェンダ型光導波路３５ａ、３５ｂは、それぞれ、一対の並行導波路を成す２つの導波路部分に設けられたそれぞれ２つのマッハツェンダ型光導波路３７ａ、３８ａ、および３７ｂ、３８ｂを含む。

マッハツェンダ型光導波路３７ａは、２本の並行導波路３７ａ１、３７ａ２を含み、マッハツェンダ型光導波路３８ａは、２本の並行導波路３８ａ１及び３８ａ２を含む。また、マッハツェンダ型光導波路３７ｂは、２本の並行導波路３７ｂ１及び３７ｂ２を含み、マッハツェンダ型光導波路３８ｂは、２本の並行導波路３８ｂ１及び３８ｂ２を含む。

基板３０上の図示左部分で折り返されたネスト型マッハツェンダ型光導波路３５ａ、３５ｂの図示上部分には、ネスト型マッハツェンダ型光導波路３５ａ、３５ｂおよび４つのマッハツェンダ型光導波路３７ａ、３８ａ、３７ｂ、３８ｂのそれぞれの、いわゆるＤＣドリフトによるバイアス点の変動を補償して動作点を調整するための、バイアス電極４０ａ、４０ｂ、４０ｃが設けられている。これらのバイアス電極４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、ワイヤボンディングおよび中継基板１４の導体パターン（不図示）を介して、筐体２の信号ピン５に接続される。

また、基板３０上の図示下部分には、ネスト型マッハツェンダ型光導波路３５ａ、３５ｂを構成する合計４つのマッハツェンダ型光導波路３７ａ、３８ａ、３７ｂ、３８ｂのそれぞれに変調動作を行わせるための、信号電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが設けられている。信号電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを総称して信号電極４１ともいうものとする。

信号電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの図示左方は、基板３０の図示左側の辺３２ａまで延在し、それぞれ、パッド４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄに接続されている。また、信号電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの図示右方は、図示下方へ折れ曲がって基板３０の辺３２ｄまで延在し、パッド４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄに接続されている。

なお、信号電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは、従来技術に従い、基板３０上に形成されたグランド導体パターン（不図示）と共に、例えば、所定のインピーダンスＺｍを有するコプレーナ伝送線路を構成している。グランド導体パターンは、例えば、光導波路３１の上には形成されないように設けられ、グランド導体パターンのうち光導波路３１により分割されて形成される複数の領域間は、例えばワイヤボンディング等により互いに接続されるものとすることができる。

信号電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの図示左方のパッド４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは、これらのパッドにボンディングされたワイヤおよび中継基板１４上の導体パターンを介して、駆動回路素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄのそれぞれの、差動信号を構成する一方の高周波信号の出力端子５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄに接続されている。また、信号電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの図示右下方のパッド４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄは、ボンディングワイヤを介して終端器１６内の終端抵抗１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの一端に接続されている。終端抵抗１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの他端は、それぞれ、例えば、終端器１６の構成する基板に設けられたグランドライン（不図示）に接続される。

一方、駆動回路素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄのそれぞれの、差動信号を構成する他方の高周波信号の出力端子５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄは、それぞれ、中継基板１４上の導体パターンを介して、中継基板１４上に実装された終端抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの一端に接続されている。また、終端抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの他端は、中継基板１４に設けられたグランドパターン（不図示）に接続されている。

以下、駆動回路素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄの出力端子５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄを総称して出力端子５０ともいい、出力端子５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを総称して出力端子５１ともいうものとする。

ここで、駆動回路素子１７は、例えば、差動信号を構成する２つの高周波信号の出力端子５０および５１のそれぞれと、グランド電位と、の間で測った出力インピーダンスであるラインインピーダンスが、互いに等しい値Ｚｌｉｎを有している。このラインインピーダンスＺｌｉｎは、例えば５０Ωである。また、駆動回路素子１７の、上記差動信号の出力端子５０と５１との間で測った出力インピーダンスである差動インピーダンスＺｄｉｆは、１００Ωである。

上記の構成を有する光変調器１では、増幅された差動信号を出力する駆動回路素子１７の一方の出力端子５０から出力される高周波信号は、それぞれ、対応する信号電極４１を伝搬したのち、終端抵抗１５により終端される。また、駆動回路素子１７の他方の出力端子５１から出力される高周波信号は、それぞれ、中継基板１４に実装された対応する終端抵抗１８により終端される。ここで、終端抵抗１５および１８は、それぞれ、本開示における第１終端抵抗および第２終端抵抗に対応する。

図３は、駆動回路素子１７と、その負荷としての信号電極４１および終端抵抗１５、１８と、を回路記号により表したものである。図３において、第１終端抵抗である終端抵抗１５の抵抗値はＲ１、第２終端抵抗である終端抵抗１８の抵抗値はＲ２、駆動回路素子１７が出力する高周波信号の信号周波数における信号電極４１のインピーダンスはＺｍである。また、図３には、ラインインピーダンスＺｌｉｎを用いて駆動回路素子１７の出力等価回路も示されている。なお、出力端子５０と５１との間で測った駆動回路素子１７の出力の差動インピーダンスＺｄｉｆは、２×Ｚｌｉｎである。

本実施形態では、特に、光変調器１は、第１終端抵抗である終端抵抗１５の抵抗値Ｒ１に対し、第２終端抵抗である終端抵抗１８の抵抗値Ｒ２が大きい値に設定されている。すなわち、Ｒ１およびＲ２は、次式の関係を有する。
Ｒ２＞Ｒ１ （１）

従来、駆動回路素子１７のような２入力２出力型の高周波増幅回路では、２つの出力は、その高周波増幅回路の出力インピーダンスとほぼ同じであって且つ互いに同じインピーダンスを持つ負荷により終端され、ほぼ同じ電力を出力するように用いられる。
これに対し、本実施形態では、駆動回路素子１７の２つの高周波信号出力のそれぞれに接続される終端抵抗１５および１８の抵抗値Ｒ１およびＲ２は、互いに異なった値を持つ。

一般に、電流や高周波などの電気エネルギーは抵抗の少ない部分を通り易く、抵抗値の高い所は通り難い性質を持つ。このため、駆動回路素子１７のような２出力型の増幅回路の２つの出力にそれぞれ接続される終端抵抗の抵抗値を互いに異なる値にすることによって（すなわち、非対称にすることによって）、増幅回路の２つの出力の出力電力を非対称化することができる。

本実施形態では、上記のように、駆動回路素子１７の２つの高周波信号出力のうち、一方の高周波信号出力は、光変調素子３の信号電極４１を伝搬したのち、抵抗値Ｒ１をもつ終端抵抗１５により終端され、他方の高周波信号出力はＲ１より大きな抵抗値Ｒ２をもつ終端抵抗１８により終端されている。これにより、駆動回路素子１７の２つの高周波信号出力のうち、信号電極４１を伝搬する一方の高周波信号出力の出力電力に対し、他方の高周波信号出力の出力電力を低減して、駆動回路素子１７の消費電力を低減することができる。また、信号電極４１を伝搬する高周波信号出力電力が増加する分、駆動回路素子１７に供給する電力を低減し、低消費電力化する事も可能である。しかも、この低消費電力化は、駆動回路素子１７の差動信号出力に接続される終端抵抗１５，１８の抵抗値Ｒ１、Ｒ２を変えるだけで行うことができるので、大きな設計変更を伴うことなく、非常に簡易的に実現することができる。

その結果、本実施形態の光変調器１では、駆動回路素子１７の２つの高周波信号出力が同じ抵抗値により終端される上記従来の構成に比べて、光変調器１の全体としての消費電力を、容易に低減することができる。

また、同様の理由から、駆動回路素子１７を従来構成と同じ消費電力で駆動した場合には、従来に比べて、信号電極４１へ出力する一方の高周波信号の電力を他方の高周波信号の電力より大きくすることができるので、信号電極４１の長さを短くすることができ、光変調器１の変調動作の広帯域化およびサイズの小型化が容易となる。

さらに、特許文献１に記載のような、駆動回路素子から出力される差動信号の双方の高周波信号を変調動作に用いる構成では、それぞれの高周波信号出力のラインインピーダンスと終端抵抗とを整合させる（すなわち、２つの終端抵抗の抵抗値の対称性を確保する）と共に、２つ高周波信号出力の差動インピーダンスと上記終端抵抗の合成抵抗値とを整合させる必要があり、これらの整合が不完全な場合には、光変調素子の光変調動作が不安定となり得る。

これに対し、本実施形態の光変調器１では、差動信号を構成する２つの高周波信号のうちの一方の高周波信号のみを変調動作に用いるので、上記従来構成に比べて、ラインインピーダンスと終端抵抗とのインピーダンスミスマッチや、２つの終端抵抗の抵抗値の対称性の崩れがあっても、上記光変調動作や増幅動作における不安定性の発生を生じにくい。

なお、差動信号を増幅する駆動回路素子の中には、差動信号出力を構成する２つの高周波信号の出力電力を等価する（すなわち、これらの出力電力が互いに等しくなるように制御する）等価回路を備えるものが存在し得る。ただし、本実施形態の構成は、駆動回路素子１７の差動信号出力間において、それらの出力に接続される終端抵抗の抵抗値を非対称として出力電力の大きさを非対称とするものであるので、駆動回路素子１７としては、上記のような出力電力の等価回路を含まないことが望ましい。

以下、本実施形態の光変調器１における、それぞれの駆動回路素子１７に接続される終端抵抗１５および１８の抵抗値Ｒ１およびＲ２の関係についての、いくつかの態様について説明する。なお、光変調器１においては、４つの駆動回路素子１７について、以下に示すいずれかの一の態様が共通的に適用されるものとしてもよいし、互いに異なる態様が適用されてもよい。

［１．１ 第１の態様］
本実施形態の第１の態様として、終端抵抗１８の抵抗値Ｒ２は、終端抵抗１８における高周波信号の反射を抑制し得るように、駆動回路素子１７のラインインピーダンスＺｌｉｎと同じ値に設定され、終端抵抗１５の抵抗値Ｒ１は、終端抵抗１８の抵抗値Ｒ２よりも小さく設定される。すなわち、Ｒ１、Ｒ２、Ｚｌｉｎが、次式の関係を有するように設定される。
Ｒ２＝Ｚｌｉｎ＞Ｒ１ （２）

具体的には、例えば、駆動回路素子１７のラインインピーダンスＺｌｉｎ、信号電極４１のインピーダンスＺｍ、および終端抵抗１８の抵抗値Ｒ２は５０Ω、終端抵抗１５の抵抗値Ｒ１は４０Ωに設定される。

上述した第１の態様を示す式（２）において、第１終端抵抗である終端抵抗１５の抵抗値Ｒ１をより小さくすれば、これに伴って駆動回路素子１７から信号電極４１に出力される高周波信号の信号電力は増加する。したがって、信号電極４１に出力される信号電力を増加する観点からは、例えば、駆動回路素子１７のラインインピーダンスが５０Ωである場合には、終端抵抗１５の抵抗値Ｒ１は、５０Ω未満、例えば４５Ω以下であることが望ましく、４０Ω以下であれば更に効果的である。

ただし、終端抵抗１５の抵抗値Ｒ１を、駆動回路素子１７のラインインピーダンスＺｌｉｎに比べて大きく下げて設定した場合には、終端抵抗１５において、インピーダンスミスマッチによる高周波信号の反射を増大させてしまうこととなり得る。この場合、終端抵抗１５において反射された高周波信号（以下、反射高周波信号）が駆動回路素子１７の出力端子５０に到達し、駆動回路素子１７の動作を不安定にしてしまうことともなり得る。したがって、終端抵抗１５における高周波信号の反射を抑えて駆動回路素子１７の動作の安定性を確保する観点から、駆動回路素子１７のラインインピーダンスＺｌｉｎと、終端抵抗１５の抵抗値Ｒ１とは、次式の関係を有することが望ましい。
０．４Ｚｌｉｎ＜Ｒ１＜Ｚｌｉｎ （３）

［１．２ 第２の態様］
本実施形態の光変調器１における、終端抵抗１５、１８の抵抗値Ｒ１、Ｒ２の第２の態様として、終端抵抗１５の抵抗値Ｒ１は、終端抵抗１５における高周波信号の反射を抑制し得るように、駆動回路素子１７のラインインピーダンスＺｌｉｎと同じ値に設定され、終端抵抗１８の抵抗値Ｒ２が、終端抵抗１５の抵抗値Ｒ１よりも大きく設定される。すなわち、Ｒ１、Ｒ２、Ｚｌｉｎが、次式の関係を有するように設定される。
Ｒ２＞Ｒ１＝Ｚｌｉｎ （４）

具体的には、例えば、駆動回路素子１７のラインインピーダンスＺｌｉｎ、信号電極４１のインピーダンスＺｍ、および終端抵抗１５の抵抗値Ｒ１は５０Ω、終端抵抗１８の抵抗値Ｒ２は６０Ωに設定され得る。

式（４）で示される態様によれば、終端抵抗１５の抵抗値Ｒ１は、駆動回路素子１７のラインインピーダンスＺｌｉｎと整合しているため、終端抵抗１５における反射高周波信号の発生が抑制され、したがってこの反射高周波信号により光変調素子３の光変調動作が不安定となることが抑制される。すなわち、本態様は、インピーダンス不整合により光変調動作に悪影響が及ぶのを抑制しつつ、光変調器１として低電力化を図りたい場合等に好適である。

［１．３ 第３の態様］
本実施形態の光変調器１における、終端抵抗１５、１８の抵抗値Ｒ１、Ｒ２の第３の態様として、終端抵抗１５および１８の抵抗値Ｒ１およびＲ２は、それらの和が駆動回路素子１７の差動インピーダンスＺｄｉｆと同じ値である範囲において、抵抗値Ｒ２が、駆動回路素子１７のラインインピーダンスＺｌｉｎより大きく、且つ抵抗値Ｒ１が、駆動回路素子１７のラインインピーダンスＺｌｉｎより小さく設定されている。すなわち、Ｒ１、Ｒ２、Ｚｌｉｎ、およびＺｄｉｆが、次式の関係を有するように設定されている。
Ｒ１＋Ｒ２＝Ｚｄｉｆ かつ、
Ｒ２＞Ｚｌｉｎ＞Ｒ１ （５）

具体的には、例えば、駆動回路素子１７の差動インピーダンスＺｄｉｆおよびラインインピーダンスＺｌｉｎは、それぞれ、１００Ωおよび５０Ω、信号電極４１のインピーダンスＺｍは５０Ωであり、終端抵抗１５の抵抗値Ｒ１は４０Ω、終端抵抗１８の抵抗値Ｒ２は６０Ωである。

式（５）で示される態様によれば、終端抵抗１５および１８の合成抵抗値と駆動回路素子１７の差動インピーダンスとの整合状態を確保することで駆動回路動作の不安定化が抑制され得るので、抵抗値Ｒ１とＲ２との差をより大きく設定し得る。このため、本態様では、駆動回路素子１７から信号電極４１へ出力される高周波信号の信号電力に対し、駆動回路素子１７から終端抵抗１８へ出力される高周波信号の信号電力を、より低減することができる。

［１．４ 第４の態様］
本実施形態の光変調器１における、終端抵抗１５、１８の抵抗値Ｒ１、Ｒ２の第４の態様として、終端抵抗１５および１８の抵抗値Ｒ１およびＲ２は、共に駆動回路素子１７のラインインピーダンスＺｌｉｎよりも小さく、かつ、上述の式（１）を満たすように設定される。すなわち、Ｒ１、Ｒ２、およびＺｌｉｎが、次式の関係を有するように設定されている。
Ｚｌｉｎ＞Ｒ２＞Ｒ１ （６）

具体的には、例えば、駆動回路素子１７のラインインピーダンスＺｌｉｎおよび信号電極４１のインピーダンスＺｍは５０Ωであり、終端抵抗１５の抵抗値Ｒ１は３０Ω、終端抵抗１８の抵抗値Ｒ２は４０Ωである。

式（６）で示される態様においても、終端抵抗１８の抵抗値Ｒ２は、終端抵抗１５の抵抗値Ｒ１より大きな値に設定されるので、駆動回路素子１７から信号電極４１へ出力される高周波信号の信号電力に比べて、駆動回路素子１７から終端抵抗１８へ出力される高周波信号の信号電力を低減することができる。ただし、本態様においては、終端抵抗１５および１８の抵抗値Ｒ１及びＲ２は、いずれも駆動回路素子１７のラインインピーダンスと異なるので、終端抵抗１５および１８における高周波信号の反射によって生ずる反射高周波信号は、他の態様に比べて大きくなり得る。したがって、本態様は、駆動回路素子１７が、出力端子５０および５１から入射する反射高周波信号に対して耐性のある場合に適用され得る。

なお、ラインインピーダンスＺｌｉｎは、本実施形態では５０Ωとしたが、この値に限定されるものでは無く、例えば４０Ω等の他の値であっても良い。

［２．第１実施形態の変形例］
次に、本実施形態に係る光変調器１の変形例について説明する。
差動信号を増幅して出力する駆動回路素子１７のような２入力２出力型の増幅回路では、２つの出力端子にそれぞれ入射する２つの反射高周波信号の位相や強度が揃っていると、反射高周波信号同士の干渉によって、回路動作に大きな影響を受けることとなり得る。

このため、一般に、差動信号を出力する増幅回路を用いる場合には、差動信号出力を構成する２つの高周波信号出力のそれぞれに対する終端抵抗の抵抗値も、それらの終端抵抗に至るまでの２つの伝送路の電気長も、互いに同じとなるように設計される。

しかしながら、上記従来構成のように２つの伝送路の電気長を互いにほぼ同じ長さにした状態で、本実施形態のように２つの終端抵抗の抵抗値を異なるものとすると、２つの終端抵抗において発生した反射高周波信号は、２つの伝送路を同じ電気長に亘って逆伝搬し、増幅回路の内部において互いに干渉して、増幅動作に悪影響を与え得る。

これを避けるため、本変形例では、図４に示すように、駆動回路素子１７の出力端子５０から終端抵抗１５までの、信号電極４１を含む高周波伝送路の電気長Ｌ１と、出力端子５１から終端抵抗１８に至るまでの、中継基板１４上における高周波伝送路の電気長Ｌ２とを、互いに異ならせる。この構成は、上述した抵抗値Ｒ１およびＲ２についての第１ないし第４の態様のいずれにおいても適用することができる。

これにより、終端抵抗１５および１８において発生し得る反射高周波信号は、駆動回路素子１７に到達する際には、異なる位相及び異なる強度を有するものとなるので、駆動回路素子１７におけるこれらの反射高周波信号の干渉を抑制して、反射高周波信号（すなわち、戻り電気信号）が回路動作に与える悪影響を効果的に抑制することができる。

なお、光変調器１の構成においては、電気長Ｌ１の中に光変調素子３の信号電極４１の電気長が含まれることから、電気長Ｌ１およびＬ２は、Ｌ１＞Ｌ２の関係となるように設定することが好ましい。

また、反射高周波信号の干渉をより抑制する観点から、電気長Ｌ１およびＬ２は、次式の関係を有することが更に好ましい。
（Ｌ１－Ｌ２）＞λ／２ （７）
ここで、λは、駆動回路素子１７が出力する差動信号（高周波信号）の、高周波伝送路における波長である。

一例として、差動高周波信号の平均周波数が２０ＧＨｚの場合、真空中のマイクロ波の波長は約１５ｍｍであるので、それぞれの高周波伝送路の実行屈折率を２とすれば、λ／２は、３．７５ｍｍとなる。よって、この場合には、電気長の差（Ｌ１－Ｌ２）が３．７５ｍｍより長くなるように、終端抵抗１５、１８までの高周波伝送路を設計することが好ましい。

［３．第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に係る光変調器１を搭載した光送信装置６０である。図５は、本実施形態に係る光送信装置６０の構成を示す図である。この光送信装置６０は、光変調器１と、光源６１と、変調信号生成部６２と、を有する。変調信号生成部６２は、光変調器１に変調動作を行わせるための高周波信号（変調信号）を生成する電子回路である。変調信号生成部６２は、例えば、外部から与えられる送信データに基づき、光変調器１が備える光変調素子３の４つの信号電極４１に対応する４つの変調信号を、それぞれ差動信号の形で光変調器１に入力する。これにより、光変調器１は、入力光ファイバ６から入射される光源６１からの光を変調し、出力光ファイバ７を介して変調光を出力する。

上記構成の光送信装置６０では、上述した光変調器１を用いているので、装置全体を安価に構成しつつ、その消費電力を低減し又はそのサイズを小型化することができる。

［４．他の実施形態］
なお、本発明は上記実施形態の構成およびその代替構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

例えば、駆動回路素子１７が出力する差動信号のうち光変調素子３の駆動に用いられない方の高周波信号を終端する終端抵抗１８は、上述した実施形態では、中継基板１４上に実装されるものとしたが、図６に示す駆動回路素子１７－１のように、当該素子の内部に備えられていてもよい。

また、駆動回路素子１７は、上述した実施形態では互いに位相が反転した２つの高周波信号で構成される差動信号を出力するものとしたが、同位相の複数の高周波信号を出力するものであってもよい。この場合でも、そのような複数の高周波信号の一部を用いて光変調素子３を駆動する場合には、上述した実施形態のように、光変調素子３の駆動に用いる高周波信号の終端抵抗の抵抗値に対し、上記駆動に用いない高周波信号の終端抵抗の抵抗値を大きくすることで、光変調素子３の駆動に用いられない高周波信号として消費される電力を低減することができる。これにより、駆動回路素子１７の消費電力を低減し、又は駆動に用いられる信号の電力をより大きくして信号電極４１の長さを短くすることができるので、光変調器１としての消費電力を低減し、又はそのサイズを小型化することができる。

［５．上記実施形態によりサポートされる構成］
上記の実施形態および変形例は、以下の構成をサポートする。

（構成１）基板に形成された光導波路及び前記光導波路を伝搬する光波を制御する信号電極を備えた光導波路素子と、２つの高周波信号を出力する駆動回路と、前記駆動回路からの２つの高周波信号出力をそれぞれ終端する２つの終端抵抗と、を備える光変調器であって、前記駆動回路の一方の高周波信号の出力は、前記光導波路素子の前記信号電極を伝搬して、一方の前記終端抵抗である第１終端抵抗により終端され、前記駆動回路の他方の高周波信号の出力は、他方の前記終端抵抗である第２終端抵抗により終端され、前記第２終端抵抗の抵抗値は、前記第１終端抵抗の抵抗値より大きい、光変調器。
構成１の光変調器によれば、差動信号のような複数の信号出力を有する駆動回路の一部の信号出力を用いて光変調素子を駆動する場合に、光変調素子の駆動に用いられない信号出力の消費電力を低減することができる。このため、光変調器を、市場において安価に調達し得る差動信号増幅器のような駆動回路を用いて安価に構成しつつ、その消費電力を低減し又はそのサイズを小型化することができる。

（構成２）前記駆動回路が出力する前記２つの高周波信号は、互いに位相が反転した一対の差動信号である、構成１に記載の光変調器。
構成２の光変調器によれば、例えば、既に商用化されている安価かつ高信頼な差動信号増幅素子を用いて、消費電力の増加を招くことなく、光変調器を構成することができる。

（構成３）前記第１終端抵抗の抵抗値と前記第２終端抵抗の抵抗値との和は、前記駆動回路の、前差動信号を構成する２つの高周波信号出力の差動インピーダンスと等しい、構成２に記載の光変調器。
構成３の光変調器によれば、駆動回路の出力の差動インピーダンスと、第１終端抵抗と第２終端抵抗の合成抵抗値と、が整合するように構成されるので、第１終端抵抗および第２終端抵抗において発生し得る反射高周波信号が駆動回路動作の安定性に与える悪影響を抑制することができる。

（構成４）前記信号電極を駆動する前記一方の高周波信号の出力を終端する第１終端抵抗の抵抗値Ｒ１は、当該一方の高周波信号の出力の、前記駆動回路におけるグランド電位との間の出力インピーダンスの値Ｚｌｉｎに対し、０．４×Ｚｌｉｎ＜Ｒ１≦Ｚｌｉｎの範囲である、構成１ないし３のいずれかに記載の光変調器。
構成４の光変調器によれば、第１終端抵抗における高周波信号の反射を抑えて駆動回路の動作が不安定となるのを回避することができる。

（構成５）前記出力インピーダンスの値Ｚｌｉｎは５０Ωであり、前記第１終端抵抗の抵抗値Ｒ１は４５Ω以下である、構成４に記載の光変調器。
構成５の光変調器によれば、第１終端抵抗における高周波信号の反射を抑えて駆動回路の動作の安定性を維持することができる。

（構成６）前記光導波路素子の前記基板は、ＸカットのＬｉＮｂＯ_３基板である、構成１ないし５のいずれかに記載の光変調器。
構成６の光変調器によれば、ＬＮ基板を用いた光変調器において、差動信号のような複数の高周波信号の信号出力を有する駆動回路の一部の信号出力を用いて光変調素子を駆動する場合でも、光変調素子としての消費電力を低減し又はそのサイズを小型化することができる。

（構成７）前記一方の高周波信号の、前記駆動回路の出力から前記第１終端抵抗に至るまでの高周波伝送路の電気長Ｌ１と、前記他方の高周波信号の、前記駆動回路の出力から前記第２終端抵抗に至るまでの高周波伝送路の電気長Ｌ２と、は互いに異なっている、構成１ないし６のいずれかに記載の光変調器。
構成７の光変調器によれば、第１終端抵抗および第２終端抵抗において生じ得る２つの反射高周波信号の互いの干渉により駆動回路の動作が不安定となるのを更に回避することができる。

（構成８）前記電気長Ｌ１およびＬ２は、前記２つの高周波信号の前記高周波伝送路における平均波長λに対し、（Ｌ１－Ｌ２）＞λ／２の関係を有する、構成７に記載の光変調器。
構成８の光変調器によれば、第１終端抵抗および第２終端抵抗において生じ得る２つの反射高周波信号の互いの干渉により駆動回路の動作が不安定となるのをより効果的に回避することができる。

（構成９）構成１ないし８のいずれかに記載の光変調器と、前記光導波路素子に変調動作を行わせるための高周波信号である変調信号を生成する電子回路と、を備える光送信装置。
構成９の光送信装置によれば、構成１ないし８のいずれかに記載の光変調器を用いているので、光送信装置を安価に構成しつつ、その消費電力を低減し又はそのサイズを小型化することができる。

１…光変調器、２…筐体、３…光変調素子、４、５…信号ピン、６…入力光ファイバ、７…出力光ファイバ、８、９…サポート、１０、１１、１３…レンズ、１２…光学ユニット、１４…中継基板、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ…終端抵抗、１６…終端器、１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ…駆動回路素子、３０…基板、３１…光導波路、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ…辺、３３…入力導波路、３４…分岐導波路、３５、３５ａ、３５ｂ…ネスト型マッハツェンダ型光導波路、３６ａ、３６ｂ…出力導波路、３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂ…マッハツェンダ型光導波路、３７ａ１、３７ａ２、３７ｂ１、３７ｂ２、３８ａ１、３８ａ２、３８ｂ１、３８ｂ２…並行導波路、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…バイアス電極、４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ…信号電極、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ…パッド、５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ…出力端子、６０…光送信装置、６１…光源、６２…変調信号生成部。

Claims (9)

1. 基板に形成された光導波路及び前記光導波路を伝搬する光波を制御する信号電極を備えた光導波路素子と、
   ２つの高周波信号を出力する駆動回路と、
   前記駆動回路からの２つの高周波信号出力をそれぞれ終端する２つの終端抵抗と、
   を備える光変調器であって、
   前記駆動回路の一方の高周波信号の出力は、前記光導波路素子の前記信号電極を伝搬して、一方の前記終端抵抗である第１終端抵抗により終端され、
   前記駆動回路の他方の高周波信号の出力は、他方の前記終端抵抗である第２終端抵抗により終端され、
   前記第２終端抵抗の抵抗値は、前記第１終端抵抗の抵抗値より大きい、
   光変調器。
2. 前記駆動回路が出力する前記２つの高周波信号は、互いに位相が反転した一対の差動信号である、
   請求項１に記載の光変調器。
3. 前記第１終端抵抗の抵抗値と前記第２終端抵抗の抵抗値との和は、前記駆動回路の、前差動信号を構成する２つの高周波信号出力の差動インピーダンスと等しい、
   請求項２に記載の光変調器。
4. 前記信号電極を駆動する前記一方の高周波信号の出力を終端する第１終端抵抗の抵抗値Ｒ１は、当該一方の高周波信号の出力の、前記駆動回路におけるグランド電位との間の出力インピーダンスの値Ｚｌｉｎに対し、
   ０．４×Ｚｌｉｎ＜Ｒ１≦Ｚｌｉｎ
   の範囲である、
   請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光変調器。
5. 前記出力インピーダンスの値Ｚｌｉｎは５０Ωであり、
   前記第１終端抵抗の抵抗値Ｒ１は４５Ω以下である、
   請求項４に記載の光変調器。
6. 前記光導波路素子の前記基板は、ＸカットのＬｉＮｂＯ_３基板である、
   請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光変調器。
7. 前記一方の高周波信号の、前記駆動回路の出力から前記第１終端抵抗に至るまでの高周波伝送路の電気長Ｌ１と、前記他方の高周波信号の、前記駆動回路の出力から前記第２終端抵抗に至るまでの高周波伝送路の電気長Ｌ２と、は互いに異なっている、
   請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光変調器。
8. 前記電気長Ｌ１およびＬ２は、前記２つの高周波信号の前記高周波伝送路における平均波長λに対し、
   （Ｌ１－Ｌ２）＞λ／２
   の関係を有する、
   請求項７に記載の光変調器。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の光変調器と、
   前記光導波路素子に変調動作を行わせるための高周波信号である変調信号を生成する電子回路と、
   を備える光送信装置。

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