JP3957217B2 - 光変調器 - Google Patents

Description

本発明は光通信で用いられる光変調器に関し、特に、光導波路を用いたマッハツェンダ型の光変調器に関する。

例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ２などの電気光学結晶を用いた光導波路デバイスは、結晶基板上の一部に金属膜を形成して熱拡散させるか或いはパターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどして光導波路を形成した後、その光導波路の近傍に電極を設けることで各種の機能デバイスが形成される。このような電気光学結晶を用いた光導波路デバイスの１つとして、分岐干渉型の光導波路構造を有するマッハツェンダ型光変調器が知られている。

図９は、従来のマッハツェンダ型光変調器の一例を示す構成図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＸ−Ｘ断面図である。
図９において、従来のマッハツェンダ型光変調器は、基板１０１に形成された入射導波路１１１、分岐部１１２、平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂ、合波部１１４および出射導波路１１５からなる光導波路構造を有し、平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂ上に信号電極１２１および接地電極１２２を設けたコプレーナ電極を備える。このコプレーナ電極は、例えばＺ−カットの結晶基板１０１を用いる場合、Ｚ方向の電界による屈折率変化を利用するために、平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂの真上に信号電極１２１および接地電極１２２が配置される。具体的には、平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂの上に各電極１２１，１２２がそれぞれパターニングされることになるが、平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂ中を伝搬する光が信号電極１２１および接地電極１２２によって吸収されるのを防ぐために、結晶基板１０１と信号電極１２１および接地電極１２２との間にバッファ層１０２が形成される。このバッファ層１０２としては、例えば、厚さ０．２〜１μｍのＳｉＯ２が用いられる。

上記のような従来のマッハツェンダ型光変調器を高速で駆動する場合は、信号電極１２１の一端を抵抗を介して接地して進行波電極とし、信号電極１２１の他端からマイクロ波等の高周波電気信号Ｓを印加する。このとき、信号電極１２１と接地電極１２２の間で発生する電界Ｅによって平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂの屈折率がそれぞれ＋ΔｎＳ，−ΔｎＧのように変化するため、平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂを伝搬する各光の位相差が変化して、強度変調された信号光が出射導波路１１４から出力されるようになる。

また、電極の断面形状を変化させてマイクロ波の実行屈折率を制御し、光とマイクロ波の伝搬速度を整合させることによって、広帯域の光応答特性を得ることなどもできる。さらに、例えば図１０に示すように、上記図９の構成を２段直列に接続して、前段の信号電極１２１にクロック信号を与え、後段の信号電極１２１’にデータ信号を与えることで、ＲＺ（Return to Zero）フォーマット等の変調光を生成できるようにした光変調器も公知である。

しかしながら、上記のような従来のマッハツェンダ型光変調器については、次のような波長チャープに関する問題点がある。すなわち、従来のマッハツェンダ型光変調器では、信号電極１２１に対する配置の違いによって、各平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂに印加される電界Ｅの強さが異なるようになるため、信号電極１２１に近い平行導波路１１３Ｂの屈折率の変化量（ΔｎＳ）の方が、信号電極１２１から遠い平行導波路１１３Ａの屈折率の変化量（ΔｎＧ）よりも大きくなる。このため、平行導波路１１３Ａ，１１３Ｂを伝搬する各光の位相変化も絶対値が異なるようになり、信号が「０」から「１」または「１」から「０」に切り替わる時に、変調光の波長変化（波長チャープ）が発生して伝送後の信号波形を劣化させるという問題がある。

波長チャープを低減するためには、例えば、Ｘ−カットの結晶基板を用いる方法や、２つの信号電極を各平行導波路上にそれぞれ配置して、マッハツェンダ型光変調器をプッシュプル駆動する方法などがある。

Ｘ−カットの結晶基板を用いる場合は、基板と平行な電界を利用して２つの平行導波路にそれぞれ＋ｚ方向と−ｚ方向の電界を印加することで、波長チャープが発生しない変調を行うことが可能になる。しかし、平行導波路を信号電極の直下に配置することができないため、信号電極と導波路の間の距離が長くなり、高い駆動電圧を印加する必要が生じるなどの欠点がある。

また、２つの信号電極を用いてプッシュプル駆動を行う場合は、高周波電気信号の入力コネクタが２つ必要になると共に、両方の信号電極に対してデータの反転した電気信号を位相を制御しながら印加することが必要になるため、駆動系の回路構成が複雑化するなどの欠点がある。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、変調光に生じる波長チャープを低減することのできるマッハツェンダ型の光変調器を提供することを第１の目的とする。また、所望の波長チャープが発生した変調光を出力することのできるマッハツェンダ型の光変調器を提供することを第２の目的とする。

なお、例えば特開昭５３−９０７４７号公報には分極反転形光変調器が開示されている。この分極反転形光変調器は、２次元導波路中に分極方向の反転した領域を帯状に設け、その分極反転領域を平行に挟むように配置した２つの電極間に電圧を印加することによって、分極反転領域を伝搬する光を変調するものである。このような分極反転形光変調器は、シングルモード、マルチモードの区別なく使用でき、偏光子や検光子が不要で、温度に対する依存性も小さいなどの利点を有する。しかしながら、上記の分極反転形光変調器は、基本的に光導波路構造がマッハツェンダ型とは異なるため、前述したような波長チャープについての問題を解決するものではなく、その目的が本発明とは相違している。

上記の目的を達成するため、本発明に係る光変調器の１つの態様は、電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ干渉計の構造を有する光導波路を形成し、該光導波路の分岐部および合波部の間に位置する一対の平行導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、進行波電極としたその信号電極に、変調データに対応した電気信号を印加することにより、光導波路を伝搬する光の変調を行うマッハツェンダ型の光変調器であって、上記の基板は、一対の平行導波路を伝搬する光と信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、一部の領域の分極方向を他の領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域を有し、上記の信号電極は、相互作用部の分極反転領域内では一対の平行導波路のうちの一方の平行導波路近傍に配置され、相互作用部の分極反転されていない非反転領域内では他方の平行導波路近傍に配置され、上記の分極反転領域は、一対の平行導波路における光の伝搬方向についての中心位置が、相互作用部の光の伝搬方向についての中心位置に略一致し、上記の非反転領域は、該分極反転領域の前後に配置されることを特徴とする。
また、本発明に係る光変調器の他の態様は、電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ干渉計の構造を有する光導波路を形成し、該光導波路の分岐部および合波部の間に位置する一対の平行導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、進行波電極としたその信号電極に、変調データに対応した電気信号を印加することにより、光導波路を伝搬する光の変調を行うマッハツェンダ型の光変調器であって、上記の基板は、一対の平行導波路を伝搬する光と信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、一部の領域の分極方向を他の領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域を有し、上記の信号電極は、相互作用部の分極反転領域内では一対の平行導波路のうちの一方の平行導波路近傍に配置され、相互作用部の分極反転されていない非反転領域内では他方の平行導波路近傍に配置され、上記の非反転領域は、一対の平行導波路における光の伝搬方向についての中心位置が、相互作用部の光の伝搬方向についての中心位置に略一致し、上記の分極反転領域は、該非反転領域の前後に配置されることを特徴とする。
また、本発明に係る光変調器の他の態様は、電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ干渉計の構造を有する光導波路を形成し、該光導波路の分岐部および合波部の間に位置する一対の平行導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、進行波電極としたその信号電極に、変調データに対応した電気信号を印加することにより、光導波路を伝搬する光の変調を行うマッハツェンダ型の光変調器であって、上記の基板は、一対の平行導波路を伝搬する光と信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、一部の領域の分極方向を他の領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域を有し、上記の信号電極は、相互作用部の分極反転領域内では一対の平行導波路のうちの一方の平行導波路近傍に配置され、相互作用部の分極反転されていない非反転領域内では他方の平行導波路近傍に配置され、上記の分極反転領域及び前記非反転領域は、それぞれ複数の小領域に分けて、相互作用部の光の伝搬方向についての中心を軸として対称な位置に配置されることを特徴とする。

かかる構成の光変調器では、光導波路に入射された光は分岐部で２分岐されて一対の平行導波路にそれぞれ送られる。各平行導波路には、信号電極を伝搬する電気信号に応じて信号電極と接地電極の間で発生する電界が印加され、この電界による電気光学効果によって各平行導波路の屈折率が変化して、各平行導波路を伝搬する光の位相がそれぞれ変化する。このとき、相互作用部には分極方向が相反する分極反転領域および非反転領域が形成され、一対の平行導波路に対する信号電極の配置が各領域で変えられているので、各平行導波路を伝搬する光の位相変化量の差が打ち消され、合波部で合波される変調光に発生する波長チャープが低減されるようになる。

上記光変調器の１つの態様として、分極反転領域は、一対の平行導波路における光の伝搬方向について相互作用部の全長の略１／２倍の長さを有し、光の伝搬方向に垂直な方向について一対の平行導波路を含むことが可能な長さを有するようにしてもよい。これにより、分極反転領域および非反転領域では、絶対値が略等しく符号が反転した位相変調が行われるようになるため、波長チャープが略零の変調光が生成されるようになる。
また、上記光変調器の他の態様として、分極反転領域は、一対の平行導波路における光の伝搬方向について、波長チャープの要求値に応じて設定される長さを有し、光の伝搬方向に垂直な方向について、一対の平行導波路を含むことが可能な長さを有するようにしてもよい。かかる構成では、適用されるシステムの要求値に応じた波長チャープが発生した変調光を得ることができるようになる。

この発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連する実施態様についての次の説明で明白になるであろう。

以下に、本発明の光変調器を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。

図１は、本発明の第１実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。また、図２は、図１の各部における断面の要部構造を示す図であって、（Ａ）はＸ−Ｘ断面図、（Ｂ）はＹ−Ｙ断面図である。

図１および図２において、本実施形態の光変調器は、電気光学効果を有し、分極方向の反転した領域Ｒを具備する基板１と、その基板１の表面に形成された分岐干渉型の光導波路１０と、基板１の表面にバッファ層２を介して形成されたコプレーナ電極２０とを備えて構成される。

基板１は、例えば、Ｚ−カットのＬｉＮｂＯ３基板等に対して、チタン（Ｔｉ）拡散またはプロトン交換などの公知の処理を施すことで光導波路１０を形成した後、光導波路１０を伝搬する光Ｌとコプレーナ電極２０を伝搬する高周波電気信号Ｓとが相互に作用する部分（以下、相互作用部とする）のうちの後半部分にあたる領域（図１および図２（Ｂ）において破線で囲んだ領域）Ｒの分極方向を他の領域の分極方向に対して反転させたものである。ここでは、相互作用部の分極反転された領域Ｒを分極反転領域と呼び、分極反転されていない領域を非反転領域と呼ぶことにする。上記の分極反転領域Ｒは、例えば、レジスト等でパターニングした後にパルス高電界を印加するなどして形成することが可能である。また、分極反転領域Ｒの大きさは、相互作用部の長手方向（光の伝搬方向）の全長をＬとした場合に、光の伝搬方向について約Ｌ／２の長さを有し、光の伝搬方向に対して垂直な方向については、２分岐された平行な２つの光導波路１３Ａ，１３Ｂを含むことが可能な長さを有するものとする。

光導波路１０は、前述の図９に示した従来の構成の場合と同様に、入射導波路１１、分岐部１２、平行導波路１３Ａ，１３Ｂ、合波部１４および出射導波路１５を有し、マッハツェンダ干渉計を構成する。この光導波路１０は、従来と同様にして熱拡散やプロトン交換等の処理を施すことにより、基板１の−Ｚ面に形成される。入射導波路１１の光入射端（図１で左側に位置する一端）および出射導波路１５の光出射端（図１で右側に位置する一端）は、それぞれ基板１の対向する側面に達している。なお、ここでは図２に示すように、光導波路１０の断面形状を矩形としているが、本発明における光導波路の断面形状は上記の一例に限定されるものではない。

コプレーナ電極２０は、信号電極２１および接地電極２２を有する。信号電極２１は、例えば図１に示したように、基板１の非反転領域において平行導波路１３Ａ上を通り、分極反転領域Ｒにおいて平行導波路１３Ｂ上を通るような所要の形状にパターニングされている。一方、接地電極２２は、信号電極２１とは一定の距離を隔てて、基板１の非反転領域において平行導波路１３Ｂ上を通り、分極反転領域Ｒにおいて平行導波路１３Ａ上を通るような所要の形状にパターニングされている。上記の信号電極２１は、図１において右上に位置する出力端がここでは図示しないが抵抗を介して接地されることにより進行波電極とされ、変調データに対応した高周波電気信号Ｓが図１において左下に位置する入力端から印加される。

なお、コプレーナ電極２０と基板１の表面との間に形成されるバッファ層は、光導波路１０中を伝搬する光がコプレーナ電極２０によって吸収されるのを防ぐためのものであり、具体的には、厚さ０．２〜１μｍのＳｉＯ２などを用いることが可能である。
次に、第１実施形態の光変調器の動作について説明する。
本光変調器では、外部から入射導波路１１に与えられた連続光が分岐部１２で２分岐されて各平行導波路１３Ａ，１３Ｂにそれぞれ送られる。各平行導波路１３Ａ，１３Ｂには、信号電極２１を進行する高周波電気信号Ｓに応じて信号電極２１と接地電極２２の間で発生する電界Ｅ（図２の矢印線）が印加され、この電界Ｅによる電気光学効果によって各平行導波路１３Ａ，１３Ｂの屈折率が変化する。これにより、各平行導波路１３Ａ，１３Ｂを伝搬する各々の光の位相がそれぞれ変化するようになる。

このとき、相互作用部の長手方向（全長Ｌ）について、非反転領域の長さＬ１と分極反転領域Ｒの長さＬ２とが略等しくなるように、すなわち、理想状態としてＬ１＝Ｌ２＝Ｌ／２の関係が成り立つように分極反転領域Ｒが形成されていると、平行導波路１３Ａを伝搬する光の位相は、次の（１）式に示すθＡだけ変化し、平行導波路１３Ｂを伝搬する光の位相は、次の（２）式に示すθＢだけ変化するようになる。
θＡ＝（＋ΔｎＳ）・Ｌ１＋（＋ΔｎＧ）・Ｌ２
＝＋（ΔｎＳ＋ΔｎＧ）・Ｌ／２ …（１）
θＢ＝（−ΔｎＧ）・Ｌ１＋（−ΔｎＳ）・Ｌ２
＝−（ΔｎＳ＋ΔｎＧ）・Ｌ／２ …（２）
ただし、ΔｎＳは信号電極２１の下に位置する平行導波路の屈折率変化量であり、ΔｎＧは接地電極２２の下に位置する平行導波路の屈折率変化量である。

上記の（１）式および（２）式より明らかなように、各平行導波路１３Ａ，１３Ｂを伝搬する各々の光の位相は、非反転領域において（＋ΔｎＳ）・Ｌ１，（−ΔｎＧ）・Ｌ１だけそれぞれ変化し、分極反転領域Ｒにおいて（＋ΔｎＧ）・Ｌ２，（−ΔｎＳ）・Ｌ２だけそれぞれ変化する。従って、各平行導波路１３Ａ，１３Ｂを通って合波部１４に到達する各々の光の位相は、＋（ΔｎＳ＋ΔｎＧ）・Ｌ／２，−（ΔｎＳ＋ΔｎＧ）・Ｌ／２だけ変化することになり、絶対値が等しく符号が反転した位相変調となる。そのため、従来、Ｚ−カットの基板を用いたマッハツェンダ型光変調器において変調光に発生していた波長チャープを略零にすることができる。

図３は、非反転領域（または分極反転領域Ｒ）の長さと発生する波長チャープとの関係を例示した図である。ただし、ここでは相互作用部の全長Ｌ（＝Ｌ１＋Ｌ２）に対する非反転領域の長さＬ１の割合を横軸にとり、発生する波長チャープを示すαパラメータの値を縦軸にとっている。図３より、Ｌ１／Ｌ＝０．５のとき、すなわち、非反転領域の長さＬ１と分極反転領域Ｒの長さＬ２が等しくなる場合に、αパラメータの値が０となって波長チャープの発生がなくなっていることが分かる。

上記のように第１実施形態によれば、Ｚ−カットの基板を用いたマッハツェンダ型光変調器について、相互作用部の後半部分に分極反転領域Ｒを設け、その分極反転領域Ｒに応じて信号電極２１および接地電極２２をパターニングするようにしたことで、従来のプッシュプル駆動のように２つの信号電極に高周波電気信号を印加することなく、１つの信号電極に対して高周波電気信号を印加するだけでも、波長チャープの発生を略零にした光変調器を実現することが可能になる。また、本光変調器は、Ｚ−カットの基板を用いることにより信号電極２１の直下に光導波路を配置できるため、従来のＸ−カットの基板を用いて波長チャープの発生を抑えた光変調器に比べて駆動電圧を低くすることが可能である。

なお、上記の第１実施形態では、相互作用部の後半部分に分極反転領域Ｒを形成するようにしたが、分極反転領域Ｒを相互作用部の前半部分に設けるようにしてもよい。

また、非反転領域では平行導波路１３Ａ上に信号電極２１を配置し、分極反転領域Ｒでは平行導波路１３Ｂ上に信号電極２１を配置するようにしたが、非反転領域および分極反転領域Ｒにおける信号電極２１の配置を上記とは逆にすることも勿論可能である。

さらに、非反転領域の長さＬ１と分極反転領域Ｒの長さＬ２とが略等しくなるようにして波長チャープの発生をなくすようにしたが、例えば、分極反転領域Ｒの電気光学定数が非反転領域の電気光学定数と異なる場合は、その差に応じて反転領域の長さＬ２を調節して波長チャープの発生が抑えられるようにすればよい。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
上記の第１実施形態では、マッハツェンダ型光変調器で発生する波長チャープを略零にすることを目標として分極反転領域Ｒの長さを設計するようにした。しかし、本光変調器が適用されるシステムによっては、波長チャープの要求値が零でない場合もある。そこで、第２実施形態では、上記のような場合に対応した光変調器について説明する。

図４は、第２実施形態のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
図４において、本マッハツェンダ型光変調器の構成が、前述の図１に示した第１実施形態の場合の構成と異なる点は、基板１に形成される分極反転領域Ｒの光の伝搬方向についての長さＬ２を、システムで要求される波長チャープの値に応じて変更すると共に、その分極反転領域Ｒの変更に対応して信号電極２１および接地電極２２のパターンを変更した点である。上記以外の他の構成は、第１実施形態の場合と同様であるためここでの説明を省略する。

前述の図３に例示したように、相互作用部の長手方向の全長Ｌに対する非反転領域の長さＬ１または分極反転領域Ｒの長さＬ２の割合を変えることによって、変調光に発生する波長チャープ（αパラメータ）の値が変化することが分かる（図３の例では−０．７〜＋０．７の変化範囲）。そこで、本実施形態では、波長チャープの要求値に対応したＬ１／ＬまたはＬ２／Ｌの割合を求め、その値に従って基板１の所要の部分（図４では出射側の部分）に分極反転領域Ｒを形成し、また、この分極反転領域Ｒの配置に対応させて、信号電極２１が非反転領域では平行導波路１３Ａ上に位置し、分極反転領域Ｒでは平行導波路１３Ｂ上に位置するようにコプレーナ電極２０をパターニングする。これにより、本光変調器では、システムの要求値に略一致する波長チャープの発生した変調光が出射導波路１５から出射されるようになる。

このように第２実施形態によれば、Ｚ−カットの基板１を用いたマッハツェンダ型光変調器により、所望の値の波長チャープが発生した変調光を容易に得ることが可能になる。

なお、上記の第２実施形態では、分極反転領域Ｒの長さＬ２を非反転領域の長さＬ１よりも短くした一例を図４に示したが、分極反転領域Ｒの長さＬ２を非反転領域の長さＬ１よりも長くして、波長チャープの要求値を実現することも勿論可能である。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図５は、第３実施形態のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
図５において、本マッハツェンダ型光変調器の構成が前述の図１に示した第１実施形態の場合の構成と異なる点は、基板１における相互作用部の長手方向の中央部分に分極反転領域Ｒを形成することによって、その分極反転領域Ｒの前後（図５で左側および右側）に非反転領域がそれぞれ配置されるようにし、また、上記分極反転領域Ｒの配置に対応させて、信号電極２１が非反転領域では平行導波路１３Ａ上に位置し、分極反転領域Ｒでは平行導波路１３Ｂ上に位置するようにコプレーナ電極２０のパターンを変更した点である。上記以外の他の構成は、第１実施形態の場合と同様であるためここでの説明を省略する。

一般に、コプレーナ線路に与えられる電気信号の伝搬損失は、その周波数が高くなるほど増大することが知られている。このため、コプレーナ電極２０の信号電極２１に高周波電気信号Ｓを与えて本光変調器をより高速で駆動する場合には、高周波電気信号Ｓが信号電極２１を進行するにつれて強度が減衰し、平行導波路１３Ａ，１３Ｂを伝搬する各光との相互作用の状態が入射側と出射側とでは相違するようになる。従って、前述した第１実施形態の場合のように、非反転領域および分極反転領域Ｒの長さを略等しく設定して、その一方を入射側に配置し他方を出力側に配置した構成では、非反転領域における光の位相変化と分極反転領域Ｒにおける光の位相変化とに差が生じ、波長チャープの発生を抑えることが難しくなってしまう可能性がある。

これに対して本実施形態のように相互作用部の中央部分に長さがＬ／２の分極反転領域Ｒを形成することによって、相互作用部の前半と後半のそれぞれで位相差の絶対値が補正されるようになる。これにより、コプレーナ線路２０の伝搬損失が大きくなるような駆動状態であって、波長チャープの発生を確実に抑えることが可能になる。

なお、上記の第３実施形態では、分極反転領域Ｒを相互作用部の中央に形成するようにしたが、例えば図６に示すように、相互作用部の入射側および出射側に長さがＬ／４の分極反転領域Ｒ１，Ｒ２をそれぞれ形成し、相互作用部の中央部分を長さＬ／２の非反転領域となるような構成としても、上記の場合と同様の作用効果を得ることができる。また、ここでは相互作用部の前半と後半の２箇所で位相差の補正を行うようにしたが、本発明はこれに限らず、相互作用部の長手方向に非反転領域および分極反転領域の組み合わせを３つ以上順番に並べて配置し、位相差の補正を３箇所以上で行うようにしてもよい。このような構成とすれば、波長チャープの発生をより確実に抑えることが可能になる。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図７は、第４実施形態のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
図７において、本実施形態のマッハツェンダ型光変調器は、例えば、前述の図５に示した第３実施形態の構成を２段直列に接続して１つの光変調器を構成したものである。この光変調器に対しては、例えば、前段の信号電極２１に印加する高周波電気信号Ｓとしてクロック信号を使用し、後段の信号電極２１’に印加する高周波電気信号Ｓ’としてデータ信号を使用することにより、ＲＺフォーマット等に従って変調された光信号が生成されるようになる。これにより、波長チャープの発生を抑えたＲＺ形式の光信号をＺ−カットのマッハツェンダ型光変調器によって容易に得ることが可能になる。

なお、上記の第４実施形態では、図５に示した構成が２段直列に接続される一例を説明したが、図１、図４または図６に示した構成についても同様にして２段構成とすることが可能である。また、２段構成のマッハツェンダ型光変調器により生成される光信号の符号形式としてＲＺフォーマットを例示したが、本発明の光変調器によって得られる変調光の符号形式は上記の一例に限られるものではない。

さらに、上述の第１〜第４実施形態では、コプレーナ電極２０に高周波電気信号を与えてマッハツェンダ型光変調器の高速駆動を行う場合を説明したが、例えば図８に示すように、コプレーナ電極２０とは別に、所要のバイアス電圧ＶＢを基板１に与える電極２３を設け、バイアス電圧ＶＢを調整することで動作点のドリフトの補償を行うようにした構成についても本発明を適用することが可能である。この場合、上述した相互作用部の全長Ｌは、平行導波路１３Ａ，１３Ｂを伝搬する光とコプレーナ電極２０の信号電極２１を伝搬する高周波電気信号Ｓとが相互作用する部分の長さに相当するものであって、バイアス電圧ＶＢが印加される電極２３までを含んだ長さとは相違する。

本発明は、マッハツェンダ型光変調器をプッシュプル駆動することなく、かつ、Ｘ−カットの基板を用いる方式に比べて低い駆動電圧によって、波長チャープの低減を図った光信号、または、所望の波長チャープを有する光信号を生成することができる光変調器を提供すること可能であるため、産業上の利用可能性が大である。

本発明の第１実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。 図１の各部における断面の要部構造を示す図である。 上記の第１実施形態における非反転領域の長さと波長チャープの関係を例示した図である。 本発明の第２実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。 本発明の第３実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。 上記の第３実施形態に関連した他の構成例を示す平面図である。 本発明の第４実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。 上記の各実施形態に関連した応用例の構成を示す平面図である。 従来のマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す図である。 従来のＲＺフォーマットに対応したマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す平面図である。

Claims (12)

1. 電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ干渉計の構造を有する光導波路を形成し、該光導波路の分岐部および合波部の間に位置する一対の平行導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、進行波電極とした前記信号電極に、変調データに対応した電気信号を印加することにより、前記光導波路を伝搬する光の変調を行うマッハツェンダ型の光変調器であって、
   前記基板は、前記一対の平行導波路を伝搬する光と前記信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、一部の領域の分極方向を他の領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域を有し、
   前記信号電極は、前記相互作用部の分極反転領域内では前記一対の平行導波路のうちの一方の平行導波路近傍に配置され、前記相互作用部の分極反転されていない非反転領域内では他方の平行導波路近傍に配置され、
   前記分極反転領域は、前記一対の平行導波路における光の伝搬方向についての中心位置が、前記相互作用部の光の伝搬方向についての中心位置に略一致し、
   前記非反転領域は、該分極反転領域の前後に配置されることを特徴とする光変調器。
2. 電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ干渉計の構造を有する光導波路を形成し、該光導波路の分岐部および合波部の間に位置する一対の平行導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、進行波電極とした前記信号電極に、変調データに対応した電気信号を印加することにより、前記光導波路を伝搬する光の変調を行うマッハツェンダ型の光変調器であって、
   前記基板は、前記一対の平行導波路を伝搬する光と前記信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、一部の領域の分極方向を他の領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域を有し、
   前記信号電極は、前記相互作用部の分極反転領域内では前記一対の平行導波路のうちの一方の平行導波路近傍に配置され、前記相互作用部の分極反転されていない非反転領域内では他方の平行導波路近傍に配置され、
   前記非反転領域は、前記一対の平行導波路における光の伝搬方向についての中心位置が、前記相互作用部の光の伝搬方向についての中心位置に略一致し、
   前記分極反転領域は、該非反転領域の前後に配置されることを特徴とする光変調器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光変調器であって、
   前記分極反転領域は、前記一対の平行導波路における光の伝搬方向について、前記相互作用部の全長の略１／２倍の長さを有し、前記光の伝搬方向に垂直な方向について、前記一対の平行導波路を含むことが可能な長さを有することを特徴とする光変調器。
4. 請求項１又は請求項２に記載の光変調器であって、
   前記分極反転領域は、前記一対の平行導波路における光の伝搬方向について、波長チャープの要求値に応じて設定される長さを有し、前記光の伝搬方向に垂直な方向について、前記一対の平行導波路を含むことが可能な長さを有することを特徴とする光変調器。
5. 電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ干渉計の構造を有する光導波路を形成し、該光導波路の分岐部および合波部の間に位置する一対の平行導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、進行波電極とした前記信号電極に、変調データに対応した電気信号を印加することにより、前記光導波路を伝搬する光の変調を行うマッハツェンダ型の光変調器であって、
   前記基板は、前記一対の平行導波路を伝搬する光と前記信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、一部の領域の分極方向を他の領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域を有し、
   前記信号電極は、前記相互作用部の分極反転領域内では前記一対の平行導波路のうちの一方の平行導波路近傍に配置され、前記相互作用部の分極反転されていない非反転領域内では他方の平行導波路近傍に配置され、
   前記分極反転領域及び前記非反転領域は、それぞれ複数の小領域に分けて、前記相互作用部の光の伝搬方向についての中心を軸として対称な位置に配置されることを特徴とする光変調器。
6. 請求項５に記載の光変調器であって、
   前記分極反転領域をなす複数の小領域は、前記一対の平行導波路における光の伝搬方向についての長さの和が前記相互作用部の全長の略１／２倍の長さを有し、前記光の伝搬方向に垂直な方向について、前記一対の平行導波路を含むことが可能な長さを有することを特徴とする光変調器。
7. 請求項５に記載の光変調器であって、
   前記分極反転領域をなす複数の小領域は、前記一対の平行導波路における光の伝搬方向についての長さの和が前記波長チャープの要求値に応じて設定される長さを有し、前記光の伝搬方向に垂直な方向について、前記一対の平行導波路を含むことが可能な長さを有することを特徴とする光変調器。
8. 請求項１、請求項２又は請求項５に記載の光変調器を１つの単位構成として、複数の単位構成を直列に接続して構成したことを特徴とする光変調器。
9. 請求項１、請求項２又は請求項５に記載の光変調器であって、
   前記基板に対してバイアス電圧に応じた電界を与えるためのバイアス電極を有し、前記信号電極には、変調データに従って変化する高周波電気信号が印加されることを特徴とする光変調器。
10. 請求項１、請求項２又は請求項５に記載の光変調器であって、
    前記信号電極および前記接地電極は、前記基板の表面にバッファ層を介して設けられることを特徴とする光変調器。
11. 請求項１、請求項２又は請求項５に記載の光変調器であって、
    前記基板は、Ｚ−カットのニオブ酸リチウム基板であることを特徴とする光変調器。
12. 請求項１１に記載の光変調器であって、
    前記光導波路は、前記基板の−Ｚ面に形成されることを特徴とする光変調器。

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