JP4105054B2 - 光スイッチ、不交差電極を備えた方向性結合器型変調器および光通信システム - Google Patents
光スイッチ、不交差電極を備えた方向性結合器型変調器および光通信システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP4105054B2 JP4105054B2 JP2003207312A JP2003207312A JP4105054B2 JP 4105054 B2 JP4105054 B2 JP 4105054B2 JP 2003207312 A JP2003207312 A JP 2003207312A JP 2003207312 A JP2003207312 A JP 2003207312A JP 4105054 B2 JP4105054 B2 JP 4105054B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- directional coupler
- optical waveguide
- waveguide
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチ、不交差電極を備えた方向性結合器型変調器および光通信システムに関するものであり、特に光ファイバー通信システムに用いて好適な光スイッチ、不交差電極を備えた方向性結合器型変調器および光通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
数Ｇｂ／ｓのデータ転送率の伝送距離を延ばす目的で、外部光変調器を備えた送信器モジュールが、広く使用される。この送信器モジュールは、チャープ（周波数変動）制御能力および低チャープ特性に優れ、チャープにより引起されたアイパターン劣化を最小限にするために用いられる。半導体光変調器は、小サイズおよび低駆動電圧の可能性があるために魅力的である。
【０００３】
Ｆ．小山教授らにより「外部変調器中の周波数チャープ」というタイトルの論文（非特許文献１参照）で報告された従来の研究において、光方向性結合器変調器がゼロチャープおよび制御可能なチャープ特性の両方を呈することができるかもしれないということが提唱された。
【０００４】
Ｒ．Ｃ．Ａｌｆｅｒｎｅｓｓ博士らにより「高速進行波方向性結合器スイッチ／変調器」というタイトルの論文（非特許文献２参照）において、ＬｉＮｂＯ3結晶を用いた簡単な方向性結合器型変調器が、７．２ＧＨｚで動作したと報告された。変調周波数が数ＧＨｚのオーダーになるにつれて、進行波電極構成は、遮断周波数が寄生ＲＣ時定数で制限されないという理由により、望ましい。
【０００５】
図１は、従来のΔβ反転方向性結合器型変調器２の構成を示す（特許文献１参照）。
【０００６】
このΔβ反転方向性結合器型変調器２は、Δβ交換方向性結合のために十分接近している平行制御電極１２、１３、１４、１５を備えた１対の光導波路１０、１１を含んでいる。このようなデバイスを動作させるために、信号源１６、１７からの反対符号の電気的変調信号を必要とする。ここに、Δβ＝β1−β2であり、β1及びβ2はそれぞれ光導波路１０及び１１を伝播する光の伝播定数である。伝播定数差Δβは、位相不整合とも称されている。
【０００７】
Δβ反転方向性結合器型変調器２の全体の結合領域長（相互作用長）Ｌが、結合長ｌ＝π／（２κ）より長く該結合長の３倍より短いの場合には、クロス状態およびバー状態がそれぞれ、特定印加電圧のとき得られる。ここにκは、結合係数である。電圧ＶcおよびＶbは、結合領域長Ｌ、結合長ｌ及び位相不整合Δβにより定り、Ｖc＜Ｖbである。
【０００８】
印加電圧がＶcのときのクロス状態では、上側（図面上で上側）の光導波路１８の入射光は、第１方向性結合器における上側の光導波路１０および下側（図面上で下側）の光導波路１１の終端で、各々入力電力の５０％ずつに分配されている。その後、Δβ反転方向性結合器型変調器の相反性（時間を逆にした動作も真であるという性質）によって、出射光は、第２方向性結合器の光導波路１９の終端だけから現れる。印加電圧がＶbのときのバー状態では、上側の光導波路１８の入射光は、第２方向性結合器の上側の光導波路２０の終端にのみ伝播する。従って、構造パラメータの広い公差にもかかわらず、信号電圧により、クロス状態およびバー状態の両方を制御することができる。
【０００９】
Ｒ．Ｇ．Ｗａｋｅｒ博士らは、「低電圧、５０Ｑ、２５ＧＨｚを超過する帯域幅をもつＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ進行波変調器」というタイトルの論文（非特許文献３参照）において、分離した共面伝送線路に周期的容量性負荷をかける進行波マッハ・ツェンダー型電気光学変調器を提案した。
【００１０】
図１の変調器に該文献を考慮すると、図２に示すようなΔβ反転方向性結合器型変調器４が考えられる。変調信号は、１つの信号発生器２１により供給され、負荷２２で終端している。
【００１１】
第１方向性結合器２３および第２方向性結合器２４に反対符号の信号を印加するために、図２に示すように中央部５で進行波電極２５、２６を曲げて交差させなければならない。また、伝播定数差Δβを効率的に得るために、第１および第２方向性結合器を電気的に完全に分離することが強く望まれる。
【００１２】
しかしながら、ＲＦ波および光伝送特性を劣化させずにこの構造を実現することは、とても困難である。進行波電極の交差は、ＲＦ波の反射および弱い接地を引き起す。
【００１３】
光導波路に接合される制御電極が１対のみの単純な方向性結合器を用いれば、進行波電極を交差させる必要がないが、よい消光比をもたらすには、チップ長さを正確に結合長の奇数倍にする必要があり、これを達成した方向性結合器型変調器を製造するのは困難である。これに対し、光導波路に接合される制御電極を２対備えた図１のΔβ反転方向性結合器型変調器は、広い製造（寸法）公差をもつので、実用に適しているが、高周波化のために図２の構成を採用しようとすると、上記問題点に高周波化を実現することができない。
【００１４】
したがって、上記問題が生じない進行波電極構成および広い製造公差の両方を備えた方向性結合器が要求されている。
【００１５】
【特許文献１】
米国特許第４，０１２，１１３号明細書
【非特許文献１】
「外部変調器中の周波数チャープ」, IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol. LT-6, No. 1, January 1988
【非特許文献２】
「高速進行波方向性結合器スイッチ／変調器」,IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-19, No. 9, September 1983
【非特許文献３】
「低電圧、５０Ｑ、２５ＧＨｚを超過する帯域幅をもつＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ進行波変調器」, Electronics Letters, 9 November 1989 vol. 25 No. 23 pp. 1549-1550
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、変調の高周波化が可能であるとともに広い製造公差を有する光スイッチ、不交差電極を備えた方向性結合器型変調器および光通信システムを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様では、光を伝播させる第１光導波路と、前記第１光導波路に対して光学的な交差が生じる位置関係で配置され、光を伝播させる第２光導波路と、前記第１及び第２光導波路に沿って配置された第１リード電極と、前記第１光導波路に沿いかつ前記交差の部分を挟んで対向配置され、前記第１リード電極を介して前記交差の状態を制御する制御電圧が印加される１対の第１制御電極と、前記第１リード電極と対向配置された第２リード電極と、前記第２光導波路に沿いかつ前記交差の部分を挟んで対向配置され、前記第２リード電極を介して前記制御電圧が印加される１対の第２制御電極と、を備えている。
【００１８】
第１光導波路と第２光導波路とを光学的な交差が生じる位置関係で配置した構成によれば、１対の第１制御電極（１対の第２制御電極）に印加される制御電圧の極性を同じにすることができ、これにより、互いに交差しない第１リード電極及び第２リード電極を配置することができ、構造パラメータの製造公差を広くしつつＲＦ性能が改善されてより高周波の変調動作が可能になり、光通信システムの高速化に寄与するところが大きい。
【００１９】
また、交差の部分として、２ｘ２マルチモード干渉結合器、Ｘ形交差導波路、又は、互いに略平行に接近した状態で配置された第１光導波路および第２光導波路を用いれば、前後の光導波路と同層に交差の部分を形成することができ、立体交差路を備える必要がないので、製造が容易である。
【００２０】
また、交差の部分として、互いに略平行に接近した状態で配置された第１光導波路および第２光導波路を用いた場合にはさらに、交差の部分における第１光導波路と第２光導波路との間隔を、他部分における第１光導波路と第２光導波路の間隔よりも狭くすることにより、コンパクトな構成とすることができる。
【００２１】
また、本発明の一態様では、第１及び第２方向性結合器部と、該第１方向性結合器部と該第２方向性結合器部との間に接続された光路結合部とを有し、該第１及び第２方向性結合器部はいずれも、方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された１対の第１及び第２光導波路と、該第１及び第２光導波路のコア層にそれぞれ電界をかけて該コア層の屈折率を変化させるため、該第１及び第２光導波路にそれぞれ沿って配置された第１及び第２制御電極と、を有し、該第１方向性結合器部の第１及び第２光導波路の一端がそれぞれ該第２方向性結合器部の第１及び第２光導波路の一端に対応するように該第１及び第２方向性結合器が配置された方向性結合器型変調器において、該光路結合部は、該第１方向性結合器部の第１及び第２光導波路の該一端からの光をそれぞれ該第２方向性結合器部の第２及び第１光導波路の該一端に入射させる光交差導波路であり、該第１及び第２方向性結合器部の該第１及び第２光導波路に沿ってそれぞれ配置され互いに交差しない第１及び第２不交差電極と、該第１及び第２方向性結合器部の第１制御電極と該第１不交差電極との間並びに該第第１及び第２方向性結合器部の第２制御電極と該第２不交差電極との間をそれぞれ電気的に接続する第１〜４ブリッジとをさらに有する。
【００２２】
ここに不交差電極とは、第１不交差電極と第２不交差電極とが不交差という意味であり、第１不交差電極がこれと同電位の他の電極と交差していてもよい。
【００２３】
第１方向性結合器部と第２方向性結合器部との間に光交差導波路が接続されているこの構成によれば、第１と第２の方向性結合器部の制御電極に印加する電圧の極性を同じにすることができ、これにより、互いに交差しない第１及び第２不交差電極を配置することができ、構造パラメータの製造公差を広くしつつＲＦ性能が改善されてより高周波の変調動作が可能になり、光通信システムの高速化に寄与するところが大きい。
【００２４】
特に、光交差導波路として、２ｘ２マルチモード干渉結合器、Ｘ形交差導波路、又は、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路を用いれば、前後の光導波路と同層に光交差導波路を形成することができ、立体交差路を備える必要がないので、製造が容易である。
【００２５】
また、光交差導波路として、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路を用いた場合にはさらに、該一対の光導波路の間隔を、該第１方向性結合器部の一対の光導波路の間隔及び該第２方向性結合器部の一対の光導波路の間隔よりも狭くすることにより、コンパクトな光交差導波路を得ることができる。
【００２６】
本発明の他の目的、構成及び効果は以下の説明から明らかになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。複数の図中の対応する同一又は類似の構成要素には、同一又は類似の符号を付している。
【００２８】
［第１実施形態］
図３は、本発明の第１実施形態の方向性結合器型変調器１００を示す。図４は、図３の３Ａ−３Ａ線に沿った縦断面図である。
【００２９】
この方向性結合器型変調器１００は、一対の光導波路３２、３３の第１部と第２部とを用いた第１方向性結合器２７および第２方向性結合器２９と、光導波路３２、３３における第１方向性結合器２７と第２方向性結合器２９との間の部分である交差導波路２８とを備えている。
【００３０】
第１方向性結合器２７および第２方向性結合器２９は互いに同一構成であり、光導波路と、該光導波路に沿って配置され該光導波路のコア層に電界を印加してＴＥ（Transverse Electric）波に対し屈折率を変化させる制御電極とを備えている。図３中の３９及び４０は、第１方向性結合器２７の制御電極であり、４１及び４２は、第２方向性結合器２９の制御電極である。
【００３１】
各光導波路は、Ｐ層とＮ層の間にＩ層が挟まれたＰＩＮ構造であり、コア層であるＩ層の屈折率は、クラッド層であるＰ層及びＮ層のそれよりも大きい。制御電極３９〜４２は、該Ｐ層の上に堆積されている。
【００３２】
交差導波路２８は、立体交差路のように、光導波路４３と光導波路４４とが上下に離間して交差している。第１方向性結合器２７の、４５の位置にある上側の出力ポートは、光導波路４３を介し第２方向性結合器２９の、４８の位置にある下側の入力ポートに接続されている。同様に、第１方向性結合器２７の、４９の位置にある下側の出力ポートは、光導波路４４を介し第２方向性結合器２９の、５１の位置にある上側の入力ポートに接続されている。図３は一律の縮尺ではなく、交差導波路２８の長さが結合長に比し充分短くて、交差導波路２８は方向性結合器として働かない（光結合が無視できる）。
【００３３】
光導波路３２、３３のうち、第１方向性結合器２７の入力側の光導波路（部分）３４と３３の間、及び、第２方向性結合器２９の出力側の光導波路（部分）３５と３６の間との間は、光結合を避けるため方向性結合器の部分よりも離れている。
【００３４】
光導波路３２、３３の両側に、曲ったり交差したりしていない進行波電極３０、３１が形成されている。進行波電極３０、３１の終端には、進行波の反射が生じないように終端抵抗３８が接続されている。
【００３５】
制御電極３９及び４１はそれぞれエアブリッジ６３及び１６３を介して進行波電極３０に電気的に接続され、制御電極４０及び４２はそれぞれエアブリッジ６４及び１６４を介して進行波電極３１に電気的に接続されている。進行波電極３０、３１、エアブリッジ６３、１６３、６４、１６４及び制御電極３９〜４２は、例えば金で形成されている。
【００３６】
制御電極３９と制御電極４２との間を実質的に絶縁するために、例えば、光導波路４３のＰ層の上部がエッチングにより削られ、又は、該Ｐ層の上部に鉄イオンが打ち込まれて、高抵抗化されている。制御電極４０と制御電極４１との間の光導波路４４のＰ層についても同様である。なお、削られる前の該Ｐ層が充分薄くて実質的に該絶縁がなされていれば、このような処理は不要である。
【００３７】
第１方向性結合器２７と第２方向性結合器２９との長さの合計は、結合長π／（２κ）より大きくて該結合長の３倍より短い。
【００３８】
このような方向性結合器型変調器１００は、従来のΔβ反転方向性結合器型変調器２のように、入力電圧信号によりクロス状態及びバー状態の両方を制御することができる。注目すべき点は、反対極性の２入力信号を使用する必要がなく、１つの入力信号駆動および不交差進行波電極構成を可能にする点である。
【００３９】
方向性結合器型変調器１００の動作は以下のとおりである。以下において、光導波路３２に入射した光が全て同一側の光導波路３５から出射する場合をバー状態、光導波路３２に入射した光が全て反対側の光導波路３６から出射する場合をクロス状態と称する。このため、図１で説明したバー状態及びクロス状態を得るための電圧Ｖb及びＶcと、本実施形態でバー状態及びクロス状態を得るための電圧Ｖb'及びＶc'とは、Ｖb＝Ｖc'、Ｖc＝Ｖb'の関係にある。
【００４０】
Δβ動作モードを達成するために、１組のエアブリッジ６３、６４、１６３、１６４を通って、方向性結合器導波路上の制御電極３９、４０、４１、４２に電圧信号が印加される。この印加状態では、第１方向性結合器２７と第２方向性結合器２９の極性は同じである（この点は従来のΔβ反転方向性結合器型変調器と異なる）。
【００４１】
低い伝播定数差Δβ（理想的には０）のための電圧Ｖb'を信号発生器３７から進行波電極３０、３１間に印加すると、上側（図面上で上側）の光導波路３４の入射光は、第１方向性結合器２７の終端４５、４９において、各々入力電力の５０％になる。終端４５、４９の光はそれぞれ交差導波路２８でクロスし、第２方向性結合器２９の始端４８、５１に至る。次いで上記相反性により、第２方向性結合器２９の終端では、上側の光導波路のみに光が存在し、これが光導波路３５から出射する。
【００４２】
印加電圧がＶc'である場合、上側の光導波路３４の入射光は、大きな伝播定数差Δβのために、第１方向性結合器２７の上側の光導波路のみ通る。次いで、交差導波路の中を光が伝播した後に、第２方向性結合器２９の下側の光導波路のみ伝播する。
【００４３】
本実施形態によれば、交差導波路２８の採用によって、第１方向性結合器２７、第２方向性結合器２９の制御電極に印加する電圧の極性を、同じにすることができる。これにより、直線の進行波電極を用いて、交差するＲＦ信号を無くし、ＲＦ性能を改善することができ、高周波動作が可能となる。
【００４４】
また、構造パラメータの製造公差を広くしつつ、より高周波の信号電圧でバー状態及びクロス状態の両方を完全に制御することが可能となる。
【００４５】
［第２実施形態］
図３の構成では、電気信号波長に比し長い制御電極が進行波特性に大きく影響して、伝送損失を引き起こすので、適切に動作させるためには、図３に示す各制御電極３９、４０、４１、４２の長さを、進行波電極３０、３１を通る電気信号の波長より短くなければならない。
【００４６】
図５は、このような問題点を解消する構造を有する本発明の第２の実施形態の方向性結合器型変調器１０２を示す。
【００４７】
図３の各方向性結合器の制御電極が分割され、図５に示されるように、２組の３つの部分４３、４４および４５になっている。各制御電極片は、別々にエアブリッジ６３、６４を通って、外側の進行波電極４７、４８に接続されている。
【００４８】
信号発生器４９からの電気的駆動信号は、進行波電極４７、４８の各々の入力ポートに印加され、次いでそれぞれ進行波電極４７、４８を通り、エアブリッジ６３、６４を通って、各制御電極４３、４４、４５、４６に伝播する。進行波電極４７、４８の終端には、５０Ωの終端抵抗が接続されている。
【００４９】
光導波路のトポロジーは、図３のものと同一である。第１方向性結合器５１、交差導波路領域５２および第２方向性結合器５３は、カスケード接続されている。
【００５０】
したがって、入力導波路５４に入射した光は、入力信号電圧によって出力導波路５５あるいは５６に切替えられる。
【００５１】
変調器が信号波長に比し長いこの構成は、低損失の電気的伝送をもたらす。同様の構成に基いて、より長い変調器に対しても入力インピーダンスを目標値（典型的には５０Ω）に維持することができる。
【００５２】
［第３実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態の構成の中心を横切る（それは図７の例えば断面５−５の位置に相当する）方向性結合器型変調器１０４の縦断面図を示す。
【００５３】
この構成では、リッジ導波路構造を採用している。Ｎ型クラッド層５７、Ｉ（Intrinsic）コア層５８、および制御電極に接するＰ型クラッド層５９がＧａＡｓ又はＩｎＰなどの半絶縁性閃亜鉛鉱型結晶の基板６０上に配置されている（この点は、他の実施形態についても同様）。電気信号は、進行波電極３０、３１からエアブリッジ６３、６４を通ってＰ型クラッド層５９に供給される。エアブリッジを介して印加した電圧は、Ｉコア層５８内によく閉じ込められた電界を生成するので、駆動電圧を最小にすることを可能にする。また、Ｎ型クラッド層５７は、両方の外側の進行波電極３０、３１から完全にフローティング状態に維持され、好ましい。
【００５４】
エアブリッジ６３、６４の下側のエアの代りに絶縁層を使用することができるかもしれないが、その厚さを、選ばれた半導体製造プロセスに適するものよりもはるかに大きくする必要があるだろう。この理由のため、エアブリッジ構造は好ましい。
【００５５】
領域６５で表される光ビームは、Ｉコア層５８とＮ型クラッド層５７の屈折率差が小さく設定されているので、Ｉコア層５８からＮ型クラッド層５７内にはみ出し、Ｎ型クラッド層５７を介して隣り合う光導波路に結合することができる。
【００５６】
エアブリッジ６３、６４で供給された進行波電極３０、３１からのマイクロ波信号は、Ｐ−Ｉ−Ｎ構造により、各光導波路のＩコア層５８のみに電界を集中させる。したがって、Ｉコア層５８において、光強度とマイクロ波信号強度のオーバラップが増加し、結合領域長が調節されるにつれて駆動電圧が減少する。
【００５７】
［第４実施形態］
図８は、図６の構造の変形例であって、リッジ構造がない方向性結合器型変調器の第４実施形態である。
【００５８】
この構造は、共通のＩコア層５８を含んでおり、この層は共通のＮ型クラッド層５７上に広がっている。ブリッジ間のＩコア層５８の部分の除去は必要ではない。更に、光結合が、このＩコア層５８で直接生じる。２つの光導波路間の結合強度は、該２つの光導波路間の距離を規定することにより特定されるという点に留意すべきである。Ｉコア層５８の中の光閉込は、かなり大きくしておくことができる。
【００５９】
［第５実施形態］
図９は、本発明の第５実施形態の方向性結合器型変調器１０６の、一方の方向性結合器の位置での縦断面図を示す。
【００６０】
この実施形態では、埋込ヘテロ構造（ＢＨ）の光導波路構造を用いている。基板６０上には、Ｎ型クラッド（伝導）層６６、一対のＩコア層６７およびＰクラッド層６８が堆積されている。一対のＩコア層６７の各々の両側部は、半絶縁性クラッド層７０で完全に埋め込まれている。電気信号は、進行波電極７１、７２からエアブリッジ７３、７４を通って供給される。領域７５で表される光ビームは、半絶縁性クラッド層７０より高い屈折率のＩコア層６７内に閉じ込められ、また、該光ビームは半絶縁性クラッド層７０を通って隣接導波路に結合することができる。
【００６１】
一方、進行波電極７１、７２からエアブリッジ７３、７４を介し供給されたマイクロ波信号により生成される電界は、Ｐ−Ｉ−ＮかつＩコア層埋込の構造であることにより、各光導波路のＩコア層６７に集中する。したがって、Ｉコア層内の光強度とマイクロ波信号強度の間のオーバラップが増加し、一対の光導波路間の距離を設定して結合長が調節されている限りは、駆動電圧が低減する。
【００６２】
リッジ導波路構造と比較して、ＢＨ光導波路構造は、より複雑であるが、きつい光閉込めにより、より低い光学的挿入損を示す。
【００６３】
［第６実施形態］
図１０は、本発明の第６実施形態の方向性結合器型変調器１０８を示しており、ここでは光交差導波路として、実際に交差した光導波路の代りに従来のクロス状態方向性結合器７６が使用されている。図中の矢印は、クロス状態であることを示している。クロス状態方向性結合器７６は、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路で構成されている。
【００６４】
注目すべき点は、クロス状態方向性結合器７６の一対の光導波路間の距離が、第１または第２方向性結合器領域のそれらと比較して短いことである。この構造により結合長がより短くなり、よりコンパクトな変調器を提供することができる。
【００６５】
クロス状態方向性結合器７６以外の部分は、上記又は後述の実施形態のいずれの構造であってもよい。
【００６６】
本第６実施形態の方向性結合器型変調器によれば、クロス状態方向性結合器７６の光導波路がその前後の光導波路と同じ層に連続的に形成されており、立体的に交差していないので、製造が容易で実用的である。
【００６７】
［第７実施形態］
図１１は、本発明の第７実施形態の方向性結合器型変調器１１０を示しており、ここでは、光交差導波路として、２つの入力ポート１２１、１２２および２つの出力ポート１２３、１２４を備えた２×２マルチモード干渉（ＭＭＩ）結合器７７が採用されている。２×２ＭＭＩ結合器７７の幅Ｗおよび長さＬを適当に選ぶことによって、Ｌ．Ｂ．ソルダーノ博士らによって述べられているように（"Optical Multi-Mode Interference Devices Based on Self-Imaging: Principles and Applications"Journal of Lightwave Technology, vol. 13, No. 4, pp. 615-627, April 1995.）、反対側の光導波路の位置に鏡像を得ることができる。
【００６８】
光交差導波路としてこのような同層構造の方向性結合器を使用することにより、光交差導波路をチップに容易に形成することができる。
【００６９】
４つの制御電極間は、２×２ＭＭＩ結合器７７のＰＩＮ構造のＰ層につき上記第１実施形態と同様の高抵抗化処理により、又は処理前に、実質的に絶縁されている。
【００７０】
２×２ＭＭＩ結合器７７以外の部分は、上記又は後述の実施形態のいずれの構造であってもよい。
【００７１】
［第８実施形態］
図１２は、本発明の第８実施形態の方向性結合器型変調器１１２を示す。
【００７２】
ここでは、光交差導波路として、簡単なＸ型交差導波路８０およびその前後の屈曲導波路８１、８２が用いられている。
【００７３】
この構成では、図１０のクロス状態方向性結合器７６や図１１の２×２ＭＭＩ結合器７７に対して要求される導波路構造パラメータを正確に調整する必要がないので、比較的単純な構造を用いた波長無依存の光交差導波路が得られる。
【００７４】
４つの制御電極間は、Ｘ形交差導波路８０のＰＩＮ構造のＰ層につき上記第１実施形態と同様の高抵抗化処理により、又は処理前に、実質的に絶縁されている。
【００７５】
光交差導波路以外の部分は、上記又は後述の実施形態のいずれの構造であってもよい。
【００７６】
［第９実施形態］
図１３は、本発明の第９実施形態の方向性結合器型変調器１１４の一部の斜視図（一律の縮尺ではない）を示す。該一部は、例えば図５の一方の方向性結合器の一部に相当しており、光導波路の長手方向に関し分割された制御電極を備えている。
【００７７】
進行波伝送は、周波数が高くなるにつれ、光導波路上の長手方向制御電極間の電気的相互作用に影響される。よい進行波伝送特性を維持するためには、該相互作用を除去した方がよい。該長手方向制御電極間の絶縁が十分でない場合、後方への伝送が容易に引き起こされて、電気的反射損失が増加する。
【００７８】
図１３を参照すれば、Ｐ型クラッド層８３、８４は、制御電極１３１、１３２、１３３、１３４の下でのみ配置されている。すなわち、リッジ構造の光導波路上の制御電極間のＰ型クラッド層が除去されている。したがって、制御電極１３１と１３２の間及び１３３と１３４の間の電流はかなり抑えられる。その結果、そうでなければそのような漏電流で引き起こされた相互作用は、回避される。
【００７９】
一方、Ｉコア層８５および８６、ならびに基板６０上のＮ型クラッド層６６の中の光ビームは、この領域で、大きな光損失なく伝播することができる。リッジ構造の光導波路では、図６に示すようにコア層から下側のクラッド層へ光が大きく侵入しており、上側のクラッド層への光の侵入を無視できるので、このような上側の制御電極間クラッド層の除去は問題ない。
【００８０】
［第１０実施形態］
図ｌ４は、本発明の第１０実施形態の方向性結合器型変調器１１６を示す。
【００８１】
Δβ切換方向性結合器として動作するために、２つの方向性結合器８７、８８を備える必要がある。方向性結合器８７と８８とでは、光導波路の屈折率変化の大きさが同じで極性が逆になるように、所望の屈折率変化を得るように電気光学Ｉ層（不図示）の電界の変化を制御すべきである。図１４では、この目的を達成するためにＤＣバイアス電極が設けられている。
【００８２】
すなわち、バイアス電圧印加用のパッド９１は、図１４に示すように、Ｎ+型電極層９２の上に堆積している。このＮ+型電極層９２は、全体の光導波路と基板の間に配置されている。すなわち、Ｎ+型電極層９２の上にＰＩＮ光導波路のＮ層が堆積している。Ｎ+型電極層９２は、全体の光導波路に沿って形成され、中間部は広幅の一直線になっている。
【００８３】
外側の進行波電極８９、９０に接続された制御電極３９、４０、４１、４２は、コア層の電界強度変化を引起すことができるが、本発明の方向性結合器型変調器１１６はＰ−Ｉ−Ｎ半導体構造に基いているので、ダイオード特性を有する。
【００８４】
パッド９１には、変調モード中に、全ての光導波路をダイオード特性の負バイアス（逆バイアス）状態にさせるＤＣ電圧が印加される。この電圧は、信号発生器９３のＲＦ出力信号の最大値の半分である。例えば、バー状態及びクロス状態にするときのＲＦ出力信号がそれぞれ０Ｖ及び１Ｖで、ＤＣバイアス電圧が０．５Ｖである。なお、９４は終端抵抗である。
【００８５】
［第１１実施形態］
図ｌ５は、本発明の第１１実施形態の方向性結合器型変調器１１７を示す。
【００８６】
この方向性結合器型変調器１１７は、図１４の構成にさらに、出力段に方向性結合器型光減衰器２００を備えている。
【００８７】
方向性結合器型光減衰器２００は、光導波路３４の出力側を延設した光導波路２０１と、光導波路２０１と方向性結合が生ずるように平行に接近して配置された光導波路２０２と、ＰＩＮ構造の光導波路２０２のＰ層（不図示）上に接合された制御電極２０３と、２０１及び２０２の下方まで延設されたＮ+型電極層９２とを備え、制御電極２０３には、可変ＤＣ電源２０５の出力電位が印加される。光導波路２０２の長さは、結合長π／（２κ）の偶数倍、例えば２倍の長さである。
【００８８】
Ｎ+型電極層９２と制御電極２０３との間の電圧Ｖが０である場合、光導波路２０１に入った光は全て光導波路２０１の出口から出射する。この電圧Ｖが０でないとき、電圧値Ｖに応じて、光導波路２０１に入った光の一部が光導波路２０２の出口から出射するので、結果として、光導波路２０１の出口から出射する光は減衰された光となり、方向性結合器型光減衰器２００が可変光減衰器として機能する。
【００８９】
光減衰量、すなわちＤＣ電圧Ｖは、光導波路２０１に接続される不図示の光通信システムが要求する光入力のパワーにより定められる。
【００９０】
光導波路２０１から離れた光導波路２０２上に制御電極２０３が備えられているので、制御電極２０３は制御電極４１に影響を与えず、方向性結合器型変調器１１７の変調性能が確保される。
【００９１】
なお、光導波路２０２の長さを結合長の奇数倍にし、光導波路２０２の出口を方向性結合器型変調器１１７の出力ポートとしてもよい。また、光導波路２０２及びこの上に接合された制御電極２０３の位置は、光導波路２０１に対し図１５の場合の反対側であってもよい。すなわち、光導波路２０２は、光導波路２０１と方向性結合が生ずるように平行に接近して配置されていればよい。さらに、電圧Ｖにより減衰量を調整できるので、光導波路２０２の長さは、結合長の整数倍でなくてもよい。
【００９２】
同様に、光導波路２０２の替わりに、光導波路３３を延設した光導波路２０４（光導波路２０４は、光導波路２０１と光結合が生じないように離れている。）と方向性結合が生ずるように平行に接近して光導波路を配置し、この光導波路又は光導波路２０４の出口を方向性結合器型変調器１１７の出力ポートとしてもよい。
【００９３】
また、方向性結合器型光減衰器２００を、図１４の構成の入力段に備えてもよい。
【００９４】
［第１２実施形態］
さて、前述した第１実施形態では、図３に示したように、方向性結合器型変調器１００の光導波路３５（出力ポート）または光導波路３６（出力ポート）のいずれか一方のポートから出射光が出射されるようにメーカ側で調整された状態でユーザに渡される。
【００９５】
従って、実施形態１では、ユーザ側で出射光の出力ポートを容易に変更することができない。図１０に示した第６実施形態の方向性結合器型変調器１０８においても同様にして、ユーザ側で出力ポートを容易に変更することができない。
【００９６】
そこで、第６実施形態においては、方向性結合器型変調器１０８に方向性結合器を縦列接続し、直流制御により、出射光の出力ポートをユーザ側で容易に変更可能な構成例としてもよい。以下では、この構成例を第１２実施形態として説明する。
【００９７】
図１６は、本発明の第１２実施形態の方向性結合器型変調器１０８および方向性結合器３００を示す平面図である。同図において、図３および図１０の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。
【００９８】
第１２実施形態においては、方向性結合器型変調器１０８と方向性結合器３００とが縦列接続されて一つの方向性結合器型変調器が構成され、直流制御により、方向性結合器型変調器１０８の光導波路３５（または、光導波路３６）からの出射光が、出力ポート３２１または出力ポート３２２に切り替え制御される。
【００９９】
方向性結合器３００は、２入力２出力型とされており、クロス状態方向性結合器７６と同様にして、一対の光導波路３１１、３１２を備えている。
【０１００】
光導波路３１１は、光導波路３５に接続されており、出射光（バー状態）を導く。光導波路３１２も、光導波路３６に接続されており、出射光（クロス状態）を導く。
【０１０１】
クロス状態部３３０は、方向性結合器型変調器１０８のクロス状態方向性結合器７６（図１０参照）と同様の構成とされており、クロス状態の方向性結合が生ずるように一部分が互いに平行に接近して配置された一対の光導波路３３１および光導波路３３２で構成されている。
【０１０２】
光導波路３３１および光導波路３３２には、直流制御電極３４０および直流制御電極３４１が設けられている。これらの直流制御電極３４０および直流制御電極３４１には、直流制御部３５０より、直流電圧Ｖ（０≦Ｖ≦Ｖm）が印加される。直流制御部３５０では、ユーザにより直流電圧Ｖが可変される。
【０１０３】
この直流電圧Ｖは、出力ポート３２１および出力ポート３２２における光出射量比率を制御するための電圧である。すなわち、図１７に示したように、直流電圧Ｖが０の場合、出力ポート３２１からの出射光Ｐ1の光出射量が１００％であるのに対して、出力ポート３２２からの出射光Ｐ2の光出射量が０％である。なお、図１７においては、出射光Ｐ1の光出射量と出射光Ｐ2の光出射量とを加算すると１００％となる。
【０１０４】
直流電圧Ｖが０の場合、例えば、方向性結合器型変調器１０８の光導波路３５からの出射光は、出力ポート３２１から１００％出射され、出力ポート３２２から出射されない。
【０１０５】
また、直流電圧Ｖを増加させると、出射光Ｐ1の光出射量が減少するとともに、出射光Ｐ2の光出射量が増加する。そして、直流電圧ＶがＶh（Ｖm／２）の場合には、出射光Ｐ1の光出射量が５０％、出射光Ｐ2の光出射量も５０％とされる。
【０１０６】
そして、直流電圧ＶがＶmの場合には、出力ポート３２１からの出射光Ｐ1の光出射量が０％であるのに対して、出力ポート３２２からの出射光Ｐ2の光出射量が１００％である。
【０１０７】
直流電圧ＶがＶmの場合、例えば、方向性結合器型変調器１０８の光導波路３５からの出射光は、出力ポート３２２から１００％出射され、出力ポート３２１から出射されない。
【０１０８】
このように、第１２実施形態では、ユーザにより直流制御部３５０の直流電圧Ｖが可変されることにより、出射光の出力ポートをユーザ側で容易に変更可能とされる。なお、実施形態１２においては、方向性結合器型変調器１０８に代えて、その他の実施形態における方向性結合器型変調器を方向性結合器３００に縦列接続する構成としてもよい。
【０１０９】
以上説明したように、第１２実施形態によれば、直流電圧Ｖの可変により、光導波路３５または光導波路３６から出射される出射光を出力ポート３２１（第１ポート）または出力ポート３２２（第２ポート）へ切り替え制御することとしたので、ポート切り替えを容易に行うことができ、ユーザの使い勝手を向上させることができる。
【０１１０】
また、第１２実施形態によれば、直流電圧Ｖの可変により、光導波路３５または光導波路３６から出射される出射光を出力ポート３２１（第１ポート）および出力ポート３２２（第２ポート）へ導き、図１７に示したように、出力ポート３２１（第１ポート）および出力ポート３２２（第２ポート）の各光出射量比率を制御することとしたので、光出射量比率の可変を容易に行うことができ、ユーザの使い勝手を向上させることができる。
【０１１１】
［第１３実施形態］
さて、前述した第１２実施形態では、図１６に示したように、方向性結合器３００を方向性結合器型変調器１０８に縦列接続し、直流制御を行う構成例について説明したが、方向性結合器型変調器１０８で直流制御を行う構成例としてもよい。以下では、この構成例を第１３実施形態として説明する。
【０１１２】
図１８は、本発明の第１３実施形態の方向性結合器型変調器４００の構成を示す平面図である。同図において、図１６の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。
【０１１３】
同図においては、クロス状態方向性結合器７６を構成する光導波路７６ａおよび光導波路７６ｂに沿って、直流制御電極４０１および直流制御電極４０２が対向配置されている。光導波路７６ａおよび光導波路７６ｂは、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置されている。
【０１１４】
また、直流制御電極４０１および直流制御電極４０２には、直流制御部４１０より、直流電圧Ｖが印加される。直流制御部４１０では、ユーザにより直流電圧Ｖが可変される。
【０１１５】
ここで、第６実施形態（その他の実施形態も同様）では、光導波路３５（出力ポート）で負のチャープ（周波数変動）が得られ、光導波路３６でゼロチャープが得られる。
【０１１６】
第１３実施形態では、直流制御部４１０の直流電圧Ｖを可変することにより、負のチャープを表すチャープパラメータαが任意の値に可変（例えば、−０．１〜−１．０）される。なお、直流電圧Ｖを可変した場合であっても、ゼロチャープは変化しない。
【０１１７】
以上説明したように、第１３実施形態によれば、光導波路７６ａおよび光導波路７６ｂに沿って直流制御電極４０１および直流制御電極４０２を対向配置し、光導波路３５または光導波路３６から出射される出射光のチャープを制御するための直流電圧Ｖ（チャープ制御電圧）を直流制御電極４０１および直流制御電極４０２に印加することとしたので、チャープも制御することができ、ユーザの使い勝手を向上させることができる。
【０１１８】
［第１４実施形態］
さて、上述した第１０実施形態（図１４参照）でＤＣ（直流）バイアス電圧を印加する構成例について説明したが、実際には、他の実施形態においてもＤＣバイアス電圧が第１０実施形態と同様の目的で印加されている。以下では、かかる構成例を第１４実施形態として、ＤＣバイアスを印加する構成例について説明する。
【０１１９】
図１９は、本発明の第１４実施形態の方向性結合器型変調器５００を示す。図２０は、図１９のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図である。
【０１２０】
図１９に示した方向性結合器型変調器５００は、一対の光導波路５０４、５０５の第１部と第２部とを用いた第１方向性結合器５０１および第２方向性結合器５０３と、光導波路５０４、５０５における第１方向性結合器５０１と第２方向性結合器５０３との間の部分であるクロス状態方向性結合器５０２とを備えている。
【０１２１】
第１方向性結合器５０１は、光導波路５０４および光導波路５０５と、光導波路５０４および光導波路５０５に沿って配置され、該光導波路５０４および光導波路５０５の各Ｉコア層に電界を印加してＴＥ波に対し屈折率を変化させる制御電極５０８および制御電極５０９とを備えている。
【０１２２】
光導波路５０４および光導波路５０５は、他の実施形態と同様にして、Ｐ層とＮ層の間にＩ層が挟まれたＰＩＮ構造である。コア層であるＩ層の屈折率は、クラッド層であるＰ層及びＮ層のそれよりも大きい。
【０１２３】
ここで、図２０に示したように、方向性結合器型変調器５００は、ＩｎＰなどの半絶縁性閃亜鉛鉱型結晶からなる基板５３０と、基板５３０の上に堆積されたＮ型クラッド層５３１、進行波電極５０６および進行波電極５０７と、Ｎ型クラッド層５３１の上に堆積されたＩコア層５３２およびＤＣバイアス印加用電極５１６と、Ｉコア層５３２の上に堆積されたＰ型クラッド層５３３およびＰ型クラッド層５３４と、Ｐ型クラッド層５３３の上に堆積された制御電極５１２と、Ｐ型クラッド層５３４の上に堆積された制御電極５１３と、進行波電極５０６と制御電極５１２とを電気的に接続するエアブリッジ５１４とを含んでいる。
【０１２４】
光導波路５０４は、Ｐ型クラッド層５３３、Ｉコア層５３２およびＮ型クラッド層５３１からなるＰＩＮ構造である。同様にして、光導波路５０５も、Ｐ型クラッド層５３４、Ｉコア層５３２およびＮ型クラッド層５３１からなるＰＩＮ構造である。
【０１２５】
図１９に戻り、第２方向性結合器５０３は、光導波路５０４および光導波路５０５と、光導波路５０４および光導波路５０５に沿って配置され、該光導波路５０４および光導波路５０５の各Ｉコア層に電界を印加してＴＥ波に対し屈折率を変化させる制御電極５１２および制御電極５１３とを備えている。
【０１２６】
クロス状態方向性結合器５０２は、クロス状態方向性結合器７６（図１０参照）と同様にして、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路で構成されている。
【０１２７】
進行波電極５０６および進行波電極５０７は、光導波路５０４および光導波路５０５を挟むように、平行配置されている。進行波電極５０６は、エアブリッジ５１０およびエアブリッジ５１４を介して、制御電極５０８および制御電極５１２に電気的に接続されている。
【０１２８】
一方、進行波電極５０７は、エアブリッジ５１１およびエアブリッジ５１５を介して、制御電極５０９および制御電極５１３に接続されている。ＤＣバイアス印加用電極５１６は、Ｎ型クラッド層５３１（図２０参照）の上に堆積されており、ＤＣバイアス電源５１７に接続されている。
【０１２９】
ＤＣバイアス電源５１７は、ＤＣバイアス印加用電極５１６を介して、光導波路５０４および光導波路５０５について共通のＮ型クラッド層５３１にＤＣバイアス電圧を印加するための電源である。ＤＣバイアス電圧は、第１０実施形態で説明したように、変調モード中に、全ての光導波路をダイオード特性の負バイアス（逆バイアス）状態にさせるための電圧であり、後述する信号発生器５１８のＲＦ出力信号の最大値の半分である。
【０１３０】
信号発生器５１８は、進行波電極５０６および進行波電極５０７にＲＦ出力信号を供給する。終端抵抗５１９は、進行波電極５０６および進行波電極５０７に接続されている。
【０１３１】
［第１５実施形態］
さて、上述した第１４実施形態においては、図２０に示したように、厚みがある進行波電極５０６および進行波電極５０７を有する構成例について説明したが、図２１に示したように、薄い進行波電極５４５および進行波電極５４６を有する構成例としてもよい。以下では、この構成例を第１５実施形態として説明する。
【０１３２】
図２１は、本発明の第１５実施形態の方向性結合器型変調器５００’を示す。同図において、図２０の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。同図においては、図２０に示したＮ型クラッド層５３１、進行波電極５０６および進行波電極５０７に代えて、Ｎ型クラッド層５４０、Ｎ型クラッド層５４７、Ｉコア層５４１、Ｉコア層５４２、Ｐ型クラッド層５４３、Ｐ型クラッド層５４４、進行波電極５４５および進行波電極５４６が設けられている。
【０１３３】
Ｎ型クラッド層５４０およびＮ型クラッド層５４７は、基板５３０の上に堆積されている。Ｉコア層５３２およびＤＣバイアス印加用電極５１６は、Ｎ型クラッド層５４０の上に堆積されている。
【０１３４】
Ｎ型クラッド層５４７の上には、Ｉコア層５４１、Ｐ型クラッド層５４３および進行波電極５４５が堆積されている。進行波電極５４５は、エアブリッジ５１４を介して、制御電極５１２に接続されている。
【０１３５】
一方、Ｎ型クラッド層５４０の上には、Ｉコア層５４２、Ｐ型クラッド層５４４および進行波電極５４６が堆積されている。進行波電極５４６もエアブリッジ（図示略）を介して、制御電極５１３に接続されている。進行波電極５４５および進行波電極５４６には、信号発生器５１８および終端抵抗５１９（図１９参照）が接続されている。
【０１３６】
［第１６実施形態］
さて、上述した第１０、第１４および１５実施形態でＤＣ（直流）バイアス電圧を印加する構成例について説明したが、図２２および図２３に示した構成例としてもよい。
【０１３７】
図２２は、本発明の第１６実施形態の方向性結合器型変調器６００を示す。図２３は、図２２のＢ−Ｂ’線に沿った縦断面図である。
【０１３８】
図２２に示した方向性結合器型変調器６００は、一対の光導波路６０４、６０５の第１部と第２部とを用いた第１方向性結合器６０１および第２方向性結合器６０３と、光導波路６０４、６０５における第１方向性結合器６０１と第２方向性結合器６０３との間の部分であるクロス状態方向性結合器６０２と、第１のリード電極６０６、第２のリード電極６０７、第３のリード電極６１６および第４のリード電極６１７とを備えている。
【０１３９】
第１方向性結合器６０１は、光導波路６０４および光導波路６０５と、光導波路６０４および光導波路６０５に沿って配置され、該光導波路６０４および光導波路６０５の各Ｉコア層に電界を印加してＴＥ波に対し屈折率を変化させる制御電極６０８および制御電極６０９とを備えている。
【０１４０】
光導波路６０４および光導波路６０５は、他の実施形態と同様にして、Ｐ層とＮ層の間にＩ層が挟まれたＰＩＮ構造である。コア層であるＩ層の屈折率は、クラッド層であるＰ層及びＮ層のそれよりも大きい。
【０１４１】
ここで、図２３に示したように、方向性結合器型変調器６００は、ＩｎＰなどの半絶縁性閃亜鉛鉱型結晶からなる基板６３０と、基板６３０の上に堆積されたＮ型クラッド層６３１と、Ｎ型クラッド層６３１の上に堆積された第３のリード電極６１６、第４のリード電極６１７およびＩコア層６３２と、Ｉコア層６３２の上に堆積されたＰ型クラッド層６３４、Ｐ型クラッド層６３５、Ｐ型クラッド層６３６およびＰ型クラッド層６３７とを含んでいる。
【０１４２】
また、方向性結合器型変調器６００は、Ｐ型クラッド層６３４の上に堆積された第１のリード電極６０６と、Ｐ型クラッド層６３５の上に堆積された第２のリード電極６０７と、Ｐ型クラッド層６３６の上に堆積された制御電極６０８と、Ｐ型クラッド層６３７の上に堆積された制御電極６０９と、第１のリード電極６０６と制御電極６０８との間を電気的に接続するエアブリッジ６１０と、第２のリード電極６０７と制御電極６０９との間を電気的に接続するエアブリッジ６１１とを含んでいる。
【０１４３】
光導波路６０４は、Ｐ型クラッド層６３６、Ｉコア層６３２およびＮ型クラッド層６３１からなるＰＩＮ構造である。同様にして、光導波路６０５も、Ｐ型クラッド層６３７、Ｉコア層６３２およびＮ型クラッド層６３１からなるＰＩＮ構造である。
【０１４４】
図２２に戻り、第２方向性結合器６０３は、光導波路６０４および光導波路６０５と、光導波路６０４および光導波路６０５に沿って配置され、該光導波路６０４および光導波路６０５の各Ｉコア層に電界を印加してＴＥ波に対し屈折率を変化させる制御電極６１２および制御電極６１３とを備えている。
【０１４５】
クロス状態方向性結合器６０２は、クロス状態方向性結合器７６（図１０参照）と同様にして、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路で構成されている。
【０１４６】
第１のリード電極６０６および第２のリード電極６０７は、光導波路６０４および光導波路６０５を挟むように、平行配置されている。第１のリード電極６０６は、エアブリッジ６１０およびエアブリッジ６１４を介して、制御電極６０８および制御電極６１２に電気的に接続されている。
【０１４７】
一方、第２のリード電極６０７は、エアブリッジ６１１およびエアブリッジ６１５を介して、制御電極６０９および制御電極６１３に接続されている。
【０１４８】
第３のリード電極６１６および第４のリード電極６１７は、第１のリード電極６０６および第２のリード電極６０７を挟むように、平行配置されている。これらの第３のリード電極６１６および第４のリード電極６１７は、光導波路６０４および光導波路６０５について共通のＮ型クラッド層６３１（図２３参照）の上に堆積されている。
【０１４９】
信号発生器６１８およびＤＣバイアス電源６１９は、第１のリード電極６０６および第３のリード電極６１６に接続されている。終端抵抗６２０も第１のリード電極６０６および第３のリード電極６１６に接続されている。
【０１５０】
同様にして、信号発生器６２１およびＤＣバイアス電源６２２は、第２のリード電極６０７および第４のリード電極６１７に接続されている。終端抵抗６２３も、第２のリード電極６０７および第４のリード電極６１７に接続されている。
【０１５１】
信号発生器６１８は、第１のリード電極６０６および第３のリード電極６１６にＲＦ出力信号を供給する。ＤＣバイアス電源６１９は、第１のリード電極６０６および第３のリード電極６１６にＤＣバイアス電圧を印加する。
【０１５２】
一方、信号発生器６２１は、信号発生器６１８に対して独立的に動作し、第２のリード電極６０７および第４のリード電極６１７にＲＦ出力信号を供給する。ＤＣバイアス電源６２２は、ＤＣバイアス電源６１９に対して独立的に動作し、第２のリード電極６０７および第４のリード電極６１７にＤＣバイアス電圧を印加する。
【０１５３】
上記ＤＣバイアス電圧は、前述したように、変調モード中に、全ての光導波路をダイオード特性の負バイアス（逆バイアス）状態にさせるための電圧であり、ＲＦ出力信号の最大値の半分である。
【０１５４】
ここで、第１６実施形態においては、信号発生器６１８からのＲＦ出力信号と、信号発生器６２１からのＲＦ出力信号とについて、同一振幅かつ逆位相（位相差＝１８０度）となるように駆動制御してもよい。このように同一振幅かつ逆位相で駆動制御した場合には、例えば、図１９に示した信号発生器５１８からのＲＦ出力信号に比べて、上記ＲＦ出力信号（信号発生器６１８、信号発生器６２１）の振幅（動作電圧）を半分にすることができる。また、第１６実施形態においては、第３のリード電極６１６および第４のリード電極６１７を接地させてもよい。
【０１５５】
［第１７実施形態］
さて、上述した第１６実施形態（図２２参照）においては、第１のリード電極６０６および第２のリード電極６０７の外側に第３のリード電極６１６および第４のリード電極６１７を配置した構成例について説明したが、逆配置とする構成例としてもよい。
【０１５６】
図２４は、本発明の第１７実施形態の方向性結合器型変調器７００を示す。図２５は、図２４のＣ−Ｃ’線に沿った縦断面図である。図２４および図２５においては、図２２および図２３の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。
【０１５７】
図２４に示した方向性結合器型変調器７００は、一対の光導波路６０４’、６０５’の第１部と第２部とを用いた第１方向性結合器７０１および第２方向性結合器７０３と、光導波路６０４’、６０５’における第１方向性結合器７０１と第２方向性結合器７０３との間の部分であるクロス状態方向性結合器７０２と、第１のリード電極７０４、第２のリード電極７０５、第３のリード電極７１１および第４のリード電極７１２とを備えている。
【０１５８】
第１方向性結合器７０１は、光導波路６０４’および光導波路６０５’と、光導波路６０４’および光導波路６０５’に沿って配置され、該光導波路６０４’および光導波路６０５’の各Ｉコア層に電界を印加してＴＥ波に対し屈折率を変化させる制御電極６０８および制御電極６０９とを備えている。
【０１５９】
光導波路６０４’および光導波路６０５’は、他の実施形態と同様にして、Ｐ層とＮ層の間にＩ層が挟まれたＰＩＮ構造である。コア層であるＩ層の屈折率は、クラッド層であるＰ層及びＮ層のそれよりも大きい。
【０１６０】
ここで、図２５に示したように、方向性結合器型変調器７００は、ＩｎＰなどの半絶縁性閃亜鉛鉱型結晶からなる基板６３０と、基板６３０の上に堆積されたＮ型クラッド層７２０、第１のリード電極７０４および第２のリード電極７０５と、Ｎ型クラッド層７２０の上に堆積されたＩコア層７２１、第３のリード電極７１１および第４のリード電極７１２とを含んでいる。
【０１６１】
また、方向性結合器型変調器７００は、Ｉコア層７２１の上に堆積されたＰ型クラッド層７２２およびＰ型クラッド層７２３と、Ｐ型クラッド層７２２の上に堆積された制御電極６０８と、Ｐ型クラッド層７２３の上に堆積された制御電極６０９と、第１のリード電極７０４と制御電極６０８との間を電気的に接続するエアブリッジ７０６と、第２のリード電極７０５と制御電極６０９との間を電気的に接続するエアブリッジ７０８とを含んでいる。
【０１６２】
光導波路６０４’は、Ｐ型クラッド層７２２、Ｉコア層７２１およびＮ型クラッド層７２０からなるＰＩＮ構造である。同様にして、光導波路６０５’も、Ｐ型クラッド層７２３、Ｉコア層７２１およびＮ型クラッド層７２０からなるＰＩＮ構造である。
【０１６３】
図２４に戻り、第２方向性結合器７０３は、光導波路６０４’および光導波路６０５’と、光導波路６０４’および光導波路６０５’に沿って配置され、該光導波路６０４’および光導波路６０５’の各Ｉコア層に電界を印加してＴＥ波に対し屈折率を変化させる制御電極６１２および制御電極６１３とを備えている。
【０１６４】
クロス状態方向性結合器７０２は、クロス状態方向性結合器７６（図１０参照）と同様にして、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路で構成されている。
【０１６５】
第１のリード電極７０４および第２のリード電極７０５は、第３のリード電極７１１および第４のリード電極７１２、光導波路６０４’および光導波路６０５’を挟むように、平行配置されている。第１のリード電極７０４は、エアブリッジ７０６およびエアブリッジ７０９を介して、制御電極６０８および制御電極６１２に電気的に接続されている。
【０１６６】
一方、第２のリード電極７０５は、エアブリッジ７０８およびエアブリッジ７１０を介して、制御電極６０９および制御電極６１３に接続されている。
【０１６７】
第３のリード電極７１１および第４のリード電極７１２は、光導波路６０４’および光導波路６０５’を挟むように、平行配置されている。これらの第３のリード電極７１１および第４のリード電極７１２は、光導波路６０４’および光導波路６０５’について共通のＮ型クラッド層７２０（図２５参照）の上に堆積されている。
【０１６８】
信号発生器６１８およびＤＣバイアス電源６１９は、第１のリード電極７０４および第３のリード電極７１１に接続されている。終端抵抗６２０も第１のリード電極７０４および第３のリード電極７１１に接続されている。
【０１６９】
同様にして、信号発生器６２１およびＤＣバイアス電源６２２は、第２のリード電極７０５および第４のリード電極７１２に接続されている。終端抵抗６２３も、第２のリード電極７０５および第４のリード電極７１２に接続されている。
【０１７０】
信号発生器６１８は、第１のリード電極７０４および第３のリード電極７１１にＲＦ出力信号を供給する。ＤＣバイアス電源６１９は、第１のリード電極７０４および第３のリード電極７１１にＤＣバイアス電圧を印加する。
【０１７１】
一方、信号発生器６２１は、信号発生器６１８に対して独立的に動作し、第２のリード電極７０５および第４のリード電極７１２にＲＦ出力信号を供給する。ＤＣバイアス電源６２２は、ＤＣバイアス電源６１９に対して独立的に動作し、第２のリード電極７０５および第４のリード電極７１２にＤＣバイアス電圧を印加する。
【０１７２】
上記ＤＣバイアス電圧は、前述したように、変調モード中に、全ての光導波路をダイオード特性の負バイアス（逆バイアス）状態にさせるための電圧であり、ＲＦ出力信号の最大値の半分である。
【０１７３】
ここで、第１７実施形態においても、信号発生器６１８からのＲＦ出力信号と、信号発生器６２１からのＲＦ出力信号とについて、同一振幅かつ逆位相（位相差＝１８０度）となるように制御してもよい。また、第１７実施形態においても、第３のリード電極７１１および第４のリード電極７１２を接地させてもよい。
【０１７４】
本発明は、以上述べた実施形態に限定されない。本発明は、その範囲を離れない様々な代案および変形例を含む。したがって、請求項に示されたもの以外については、本発明が制限されることを意図するものではない。
【０１７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１光導波路と第２光導波路とを光学的な交差が生じる位置関係で配置することとしたので、１対の第１制御電極（１対の第２制御電極）に印加される制御電圧の極性を同じにすることができ、これにより、互いに交差しない第１リード電極及び第２リード電極を配置することができ、構造パラメータの製造公差を広くしつつＲＦ性能が改善されてより高周波の変調動作が可能になり、光通信システムの高速化に寄与することができるという効果を奏する。
【０１７６】
また、本発明によれば、交差の部分として、２ｘ２マルチモード干渉結合器、Ｘ形交差導波路、又は、互いに略平行に接近した状態で配置された第１光導波路および第２光導波路を用いれば、前後の光導波路と同層に交差の部分を形成することができ、立体交差路を備える必要がないので、製造が容易であるという効果を奏する。
【０１７７】
また、本発明によれば、交差の部分として、互いに略平行に接近した状態で配置された第１光導波路および第２光導波路を用いた場合にはさらに、交差の部分における第１光導波路と第２光導波路との間隔を、他部分における第１光導波路と第２光導波路の間隔よりも狭くすることにより、コンパクトな構成とすることができるという効果を奏する。
【０１７８】
また、本発明によれば、第１方向性結合器部と第２方向性結合器部との間に光交差導波路を接続することとしたので、第１と第２方向性結合器部の制御電極に印加する電圧の極性を同じにすることができ、これにより、互いに交差しない第１及び第２不交差電極を配置することができ、構造パラメータの製造公差を広くしつつＲＦ性能が改善されてより高周波の変調動作が可能になり、光通信システムの高速化に寄与することができるという効果を奏する。
【０１７９】
また、本発明によれば、特に、光交差導波路として、２ｘ２マルチモード干渉結合器、Ｘ形交差導波路、又は、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路を用いれば、前後の光導波路と同層に光交差導波路を形成することができ、立体交差路を備える必要がないので、製造が容易であるという効果を奏する。
【０１８０】
また、本発明によれば、光交差導波路として、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路を用いた場合にはさらに、該一対の光導波路の間隔を、該第１方向性結合器部の一対の光導波路の間隔及び該第２方向性結合器部の一対の光導波路の間隔よりも狭くすることにより、コンパクトな光交差導波路を得ることができるという効果を奏する。
【０１８１】
また、本発明によれば、交差の部分における第１光導波路および第２光導波路に沿って第１チャープ制御電極および第２チャープ電極を対向配置し、第１光導波路または第２光導波路から出射される光のチャープを制御するためのチャープ制御電圧を第１チャープ制御電極および第２チャープ制御電極に印加することとしたので、チャープも制御することができ、ユーザの使い勝手を向上させることができるという効果を奏する。
【０１８２】
また、本発明によれば、外部電圧の可変により、第１光導波路または第２光導波路から出射される光を第１ポートまたは第２ポートへ切り替え制御することとしたので、ポート切り替えを容易に行うことができ、ユーザの使い勝手を向上させることができるという効果を奏する。
【０１８３】
また、本発明によれば、外部電圧の可変により、第１光導波路または第２光導波路から出射される光を第１ポートおよび第２ポートへ導き、第１ポートおよび第２ポートの各光出射量比率を制御することとしたので、光出射量比率の可変を容易に行うことができ、ユーザの使い勝手を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のΔβ反転方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図２】進行波電極を図１のΔβ反転方向性結合器型の変調器に適用した構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の方向性結合器型変調器を示す平面図である。
【図４】図３の３Ａ−３Ａ線に沿った縦断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す縦断面図である。
【図７】図６の変調器の平面図である。
【図８】本発明の第４実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の第７実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図１２】本発明の第８実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図１３】本発明の第９実施形態の方向性結合器型変調器の一部構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第１０実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図１５】本発明の第１１実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図１６】本発明の第１２実施形態の方向性結合器型変調器および方向性結合器の構成を示す平面図である。
【図１７】本発明の第１２実施形態における直流電圧／光出射量比率を表す特性図である。
【図１８】本発明の第１３実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図１９】本発明の第１４実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図２０】図１９のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図である。
【図２１】本発明の第１５実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す縦断面図である。
【図２２】本発明の第１６実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図２３】図２２のＢ−Ｂ’線に沿った縦断面図である。
【図２４】本発明の第１７実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図２５】図２４のＣ−Ｃ’線に沿った縦断面図である。
【符号の説明】
２７、５１、８７ 第１方向性結合器
２９、５３、８８ 第２方向性結合器
２８、５２ 交差導波路
３０、３１、４７，４８、７１、７２、８９、９０ 進行波電極
３２、３３ 光導波路
３９〜４６、１３１〜１３４ 制御電極
３７、４９、９３ 信号発生器
３８ 終端抵抗
５７、６６ Ｎ型クラッド層
５８、８５、８６ Ｉコア層
５９、６８、８３、８４ Ｐ型クラッド層
７０ 半絶縁性クラッド層
６０ 基板
６３、６４、１６３、１６４、７３、７４ エアブリッジ
７６ クロス状態方向性結合器
７７ ２×２マルチモード干渉（ＭＭＩ）結合器
８０ Ｘ形交差導波路
８１、８２ 屈曲導波路
９１ パッド
９２ Ｎ+型電極層
１００、１０２、１０４、１０８、１１０ 方向性結合器型変調器
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチ、不交差電極を備えた方向性結合器型変調器および光通信システムに関するものであり、特に光ファイバー通信システムに用いて好適な光スイッチ、不交差電極を備えた方向性結合器型変調器および光通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
数Ｇｂ／ｓのデータ転送率の伝送距離を延ばす目的で、外部光変調器を備えた送信器モジュールが、広く使用される。この送信器モジュールは、チャープ（周波数変動）制御能力および低チャープ特性に優れ、チャープにより引起されたアイパターン劣化を最小限にするために用いられる。半導体光変調器は、小サイズおよび低駆動電圧の可能性があるために魅力的である。
【０００３】
Ｆ．小山教授らにより「外部変調器中の周波数チャープ」というタイトルの論文（非特許文献１参照）で報告された従来の研究において、光方向性結合器変調器がゼロチャープおよび制御可能なチャープ特性の両方を呈することができるかもしれないということが提唱された。
【０００４】
Ｒ．Ｃ．Ａｌｆｅｒｎｅｓｓ博士らにより「高速進行波方向性結合器スイッチ／変調器」というタイトルの論文（非特許文献２参照）において、ＬｉＮｂＯ3結晶を用いた簡単な方向性結合器型変調器が、７．２ＧＨｚで動作したと報告された。変調周波数が数ＧＨｚのオーダーになるにつれて、進行波電極構成は、遮断周波数が寄生ＲＣ時定数で制限されないという理由により、望ましい。
【０００５】
図１は、従来のΔβ反転方向性結合器型変調器２の構成を示す（特許文献１参照）。
【０００６】
このΔβ反転方向性結合器型変調器２は、Δβ交換方向性結合のために十分接近している平行制御電極１２、１３、１４、１５を備えた１対の光導波路１０、１１を含んでいる。このようなデバイスを動作させるために、信号源１６、１７からの反対符号の電気的変調信号を必要とする。ここに、Δβ＝β1−β2であり、β1及びβ2はそれぞれ光導波路１０及び１１を伝播する光の伝播定数である。伝播定数差Δβは、位相不整合とも称されている。
【０００７】
Δβ反転方向性結合器型変調器２の全体の結合領域長（相互作用長）Ｌが、結合長ｌ＝π／（２κ）より長く該結合長の３倍より短いの場合には、クロス状態およびバー状態がそれぞれ、特定印加電圧のとき得られる。ここにκは、結合係数である。電圧ＶcおよびＶbは、結合領域長Ｌ、結合長ｌ及び位相不整合Δβにより定り、Ｖc＜Ｖbである。
【０００８】
印加電圧がＶcのときのクロス状態では、上側（図面上で上側）の光導波路１８の入射光は、第１方向性結合器における上側の光導波路１０および下側（図面上で下側）の光導波路１１の終端で、各々入力電力の５０％ずつに分配されている。その後、Δβ反転方向性結合器型変調器の相反性（時間を逆にした動作も真であるという性質）によって、出射光は、第２方向性結合器の光導波路１９の終端だけから現れる。印加電圧がＶbのときのバー状態では、上側の光導波路１８の入射光は、第２方向性結合器の上側の光導波路２０の終端にのみ伝播する。従って、構造パラメータの広い公差にもかかわらず、信号電圧により、クロス状態およびバー状態の両方を制御することができる。
【０００９】
Ｒ．Ｇ．Ｗａｋｅｒ博士らは、「低電圧、５０Ｑ、２５ＧＨｚを超過する帯域幅をもつＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ進行波変調器」というタイトルの論文（非特許文献３参照）において、分離した共面伝送線路に周期的容量性負荷をかける進行波マッハ・ツェンダー型電気光学変調器を提案した。
【００１０】
図１の変調器に該文献を考慮すると、図２に示すようなΔβ反転方向性結合器型変調器４が考えられる。変調信号は、１つの信号発生器２１により供給され、負荷２２で終端している。
【００１１】
第１方向性結合器２３および第２方向性結合器２４に反対符号の信号を印加するために、図２に示すように中央部５で進行波電極２５、２６を曲げて交差させなければならない。また、伝播定数差Δβを効率的に得るために、第１および第２方向性結合器を電気的に完全に分離することが強く望まれる。
【００１２】
しかしながら、ＲＦ波および光伝送特性を劣化させずにこの構造を実現することは、とても困難である。進行波電極の交差は、ＲＦ波の反射および弱い接地を引き起す。
【００１３】
光導波路に接合される制御電極が１対のみの単純な方向性結合器を用いれば、進行波電極を交差させる必要がないが、よい消光比をもたらすには、チップ長さを正確に結合長の奇数倍にする必要があり、これを達成した方向性結合器型変調器を製造するのは困難である。これに対し、光導波路に接合される制御電極を２対備えた図１のΔβ反転方向性結合器型変調器は、広い製造（寸法）公差をもつので、実用に適しているが、高周波化のために図２の構成を採用しようとすると、上記問題点に高周波化を実現することができない。
【００１４】
したがって、上記問題が生じない進行波電極構成および広い製造公差の両方を備えた方向性結合器が要求されている。
【００１５】
【特許文献１】
米国特許第４，０１２，１１３号明細書
【非特許文献１】
「外部変調器中の周波数チャープ」, IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol. LT-6, No. 1, January 1988
【非特許文献２】
「高速進行波方向性結合器スイッチ／変調器」,IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-19, No. 9, September 1983
【非特許文献３】
「低電圧、５０Ｑ、２５ＧＨｚを超過する帯域幅をもつＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ進行波変調器」, Electronics Letters, 9 November 1989 vol. 25 No. 23 pp. 1549-1550
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、変調の高周波化が可能であるとともに広い製造公差を有する光スイッチ、不交差電極を備えた方向性結合器型変調器および光通信システムを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様では、光を伝播させる第１光導波路と、前記第１光導波路に対して光学的な交差が生じる位置関係で配置され、光を伝播させる第２光導波路と、前記第１及び第２光導波路に沿って配置された第１リード電極と、前記第１光導波路に沿いかつ前記交差の部分を挟んで対向配置され、前記第１リード電極を介して前記交差の状態を制御する制御電圧が印加される１対の第１制御電極と、前記第１リード電極と対向配置された第２リード電極と、前記第２光導波路に沿いかつ前記交差の部分を挟んで対向配置され、前記第２リード電極を介して前記制御電圧が印加される１対の第２制御電極と、を備えている。
【００１８】
第１光導波路と第２光導波路とを光学的な交差が生じる位置関係で配置した構成によれば、１対の第１制御電極（１対の第２制御電極）に印加される制御電圧の極性を同じにすることができ、これにより、互いに交差しない第１リード電極及び第２リード電極を配置することができ、構造パラメータの製造公差を広くしつつＲＦ性能が改善されてより高周波の変調動作が可能になり、光通信システムの高速化に寄与するところが大きい。
【００１９】
また、交差の部分として、２ｘ２マルチモード干渉結合器、Ｘ形交差導波路、又は、互いに略平行に接近した状態で配置された第１光導波路および第２光導波路を用いれば、前後の光導波路と同層に交差の部分を形成することができ、立体交差路を備える必要がないので、製造が容易である。
【００２０】
また、交差の部分として、互いに略平行に接近した状態で配置された第１光導波路および第２光導波路を用いた場合にはさらに、交差の部分における第１光導波路と第２光導波路との間隔を、他部分における第１光導波路と第２光導波路の間隔よりも狭くすることにより、コンパクトな構成とすることができる。
【００２１】
また、本発明の一態様では、第１及び第２方向性結合器部と、該第１方向性結合器部と該第２方向性結合器部との間に接続された光路結合部とを有し、該第１及び第２方向性結合器部はいずれも、方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された１対の第１及び第２光導波路と、該第１及び第２光導波路のコア層にそれぞれ電界をかけて該コア層の屈折率を変化させるため、該第１及び第２光導波路にそれぞれ沿って配置された第１及び第２制御電極と、を有し、該第１方向性結合器部の第１及び第２光導波路の一端がそれぞれ該第２方向性結合器部の第１及び第２光導波路の一端に対応するように該第１及び第２方向性結合器が配置された方向性結合器型変調器において、該光路結合部は、該第１方向性結合器部の第１及び第２光導波路の該一端からの光をそれぞれ該第２方向性結合器部の第２及び第１光導波路の該一端に入射させる光交差導波路であり、該第１及び第２方向性結合器部の該第１及び第２光導波路に沿ってそれぞれ配置され互いに交差しない第１及び第２不交差電極と、該第１及び第２方向性結合器部の第１制御電極と該第１不交差電極との間並びに該第第１及び第２方向性結合器部の第２制御電極と該第２不交差電極との間をそれぞれ電気的に接続する第１〜４ブリッジとをさらに有する。
【００２２】
ここに不交差電極とは、第１不交差電極と第２不交差電極とが不交差という意味であり、第１不交差電極がこれと同電位の他の電極と交差していてもよい。
【００２３】
第１方向性結合器部と第２方向性結合器部との間に光交差導波路が接続されているこの構成によれば、第１と第２の方向性結合器部の制御電極に印加する電圧の極性を同じにすることができ、これにより、互いに交差しない第１及び第２不交差電極を配置することができ、構造パラメータの製造公差を広くしつつＲＦ性能が改善されてより高周波の変調動作が可能になり、光通信システムの高速化に寄与するところが大きい。
【００２４】
特に、光交差導波路として、２ｘ２マルチモード干渉結合器、Ｘ形交差導波路、又は、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路を用いれば、前後の光導波路と同層に光交差導波路を形成することができ、立体交差路を備える必要がないので、製造が容易である。
【００２５】
また、光交差導波路として、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路を用いた場合にはさらに、該一対の光導波路の間隔を、該第１方向性結合器部の一対の光導波路の間隔及び該第２方向性結合器部の一対の光導波路の間隔よりも狭くすることにより、コンパクトな光交差導波路を得ることができる。
【００２６】
本発明の他の目的、構成及び効果は以下の説明から明らかになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。複数の図中の対応する同一又は類似の構成要素には、同一又は類似の符号を付している。
【００２８】
［第１実施形態］
図３は、本発明の第１実施形態の方向性結合器型変調器１００を示す。図４は、図３の３Ａ−３Ａ線に沿った縦断面図である。
【００２９】
この方向性結合器型変調器１００は、一対の光導波路３２、３３の第１部と第２部とを用いた第１方向性結合器２７および第２方向性結合器２９と、光導波路３２、３３における第１方向性結合器２７と第２方向性結合器２９との間の部分である交差導波路２８とを備えている。
【００３０】
第１方向性結合器２７および第２方向性結合器２９は互いに同一構成であり、光導波路と、該光導波路に沿って配置され該光導波路のコア層に電界を印加してＴＥ（Transverse Electric）波に対し屈折率を変化させる制御電極とを備えている。図３中の３９及び４０は、第１方向性結合器２７の制御電極であり、４１及び４２は、第２方向性結合器２９の制御電極である。
【００３１】
各光導波路は、Ｐ層とＮ層の間にＩ層が挟まれたＰＩＮ構造であり、コア層であるＩ層の屈折率は、クラッド層であるＰ層及びＮ層のそれよりも大きい。制御電極３９〜４２は、該Ｐ層の上に堆積されている。
【００３２】
交差導波路２８は、立体交差路のように、光導波路４３と光導波路４４とが上下に離間して交差している。第１方向性結合器２７の、４５の位置にある上側の出力ポートは、光導波路４３を介し第２方向性結合器２９の、４８の位置にある下側の入力ポートに接続されている。同様に、第１方向性結合器２７の、４９の位置にある下側の出力ポートは、光導波路４４を介し第２方向性結合器２９の、５１の位置にある上側の入力ポートに接続されている。図３は一律の縮尺ではなく、交差導波路２８の長さが結合長に比し充分短くて、交差導波路２８は方向性結合器として働かない（光結合が無視できる）。
【００３３】
光導波路３２、３３のうち、第１方向性結合器２７の入力側の光導波路（部分）３４と３３の間、及び、第２方向性結合器２９の出力側の光導波路（部分）３５と３６の間との間は、光結合を避けるため方向性結合器の部分よりも離れている。
【００３４】
光導波路３２、３３の両側に、曲ったり交差したりしていない進行波電極３０、３１が形成されている。進行波電極３０、３１の終端には、進行波の反射が生じないように終端抵抗３８が接続されている。
【００３５】
制御電極３９及び４１はそれぞれエアブリッジ６３及び１６３を介して進行波電極３０に電気的に接続され、制御電極４０及び４２はそれぞれエアブリッジ６４及び１６４を介して進行波電極３１に電気的に接続されている。進行波電極３０、３１、エアブリッジ６３、１６３、６４、１６４及び制御電極３９〜４２は、例えば金で形成されている。
【００３６】
制御電極３９と制御電極４２との間を実質的に絶縁するために、例えば、光導波路４３のＰ層の上部がエッチングにより削られ、又は、該Ｐ層の上部に鉄イオンが打ち込まれて、高抵抗化されている。制御電極４０と制御電極４１との間の光導波路４４のＰ層についても同様である。なお、削られる前の該Ｐ層が充分薄くて実質的に該絶縁がなされていれば、このような処理は不要である。
【００３７】
第１方向性結合器２７と第２方向性結合器２９との長さの合計は、結合長π／（２κ）より大きくて該結合長の３倍より短い。
【００３８】
このような方向性結合器型変調器１００は、従来のΔβ反転方向性結合器型変調器２のように、入力電圧信号によりクロス状態及びバー状態の両方を制御することができる。注目すべき点は、反対極性の２入力信号を使用する必要がなく、１つの入力信号駆動および不交差進行波電極構成を可能にする点である。
【００３９】
方向性結合器型変調器１００の動作は以下のとおりである。以下において、光導波路３２に入射した光が全て同一側の光導波路３５から出射する場合をバー状態、光導波路３２に入射した光が全て反対側の光導波路３６から出射する場合をクロス状態と称する。このため、図１で説明したバー状態及びクロス状態を得るための電圧Ｖb及びＶcと、本実施形態でバー状態及びクロス状態を得るための電圧Ｖb'及びＶc'とは、Ｖb＝Ｖc'、Ｖc＝Ｖb'の関係にある。
【００４０】
Δβ動作モードを達成するために、１組のエアブリッジ６３、６４、１６３、１６４を通って、方向性結合器導波路上の制御電極３９、４０、４１、４２に電圧信号が印加される。この印加状態では、第１方向性結合器２７と第２方向性結合器２９の極性は同じである（この点は従来のΔβ反転方向性結合器型変調器と異なる）。
【００４１】
低い伝播定数差Δβ（理想的には０）のための電圧Ｖb'を信号発生器３７から進行波電極３０、３１間に印加すると、上側（図面上で上側）の光導波路３４の入射光は、第１方向性結合器２７の終端４５、４９において、各々入力電力の５０％になる。終端４５、４９の光はそれぞれ交差導波路２８でクロスし、第２方向性結合器２９の始端４８、５１に至る。次いで上記相反性により、第２方向性結合器２９の終端では、上側の光導波路のみに光が存在し、これが光導波路３５から出射する。
【００４２】
印加電圧がＶc'である場合、上側の光導波路３４の入射光は、大きな伝播定数差Δβのために、第１方向性結合器２７の上側の光導波路のみ通る。次いで、交差導波路の中を光が伝播した後に、第２方向性結合器２９の下側の光導波路のみ伝播する。
【００４３】
本実施形態によれば、交差導波路２８の採用によって、第１方向性結合器２７、第２方向性結合器２９の制御電極に印加する電圧の極性を、同じにすることができる。これにより、直線の進行波電極を用いて、交差するＲＦ信号を無くし、ＲＦ性能を改善することができ、高周波動作が可能となる。
【００４４】
また、構造パラメータの製造公差を広くしつつ、より高周波の信号電圧でバー状態及びクロス状態の両方を完全に制御することが可能となる。
【００４５】
［第２実施形態］
図３の構成では、電気信号波長に比し長い制御電極が進行波特性に大きく影響して、伝送損失を引き起こすので、適切に動作させるためには、図３に示す各制御電極３９、４０、４１、４２の長さを、進行波電極３０、３１を通る電気信号の波長より短くなければならない。
【００４６】
図５は、このような問題点を解消する構造を有する本発明の第２の実施形態の方向性結合器型変調器１０２を示す。
【００４７】
図３の各方向性結合器の制御電極が分割され、図５に示されるように、２組の３つの部分４３、４４および４５になっている。各制御電極片は、別々にエアブリッジ６３、６４を通って、外側の進行波電極４７、４８に接続されている。
【００４８】
信号発生器４９からの電気的駆動信号は、進行波電極４７、４８の各々の入力ポートに印加され、次いでそれぞれ進行波電極４７、４８を通り、エアブリッジ６３、６４を通って、各制御電極４３、４４、４５、４６に伝播する。進行波電極４７、４８の終端には、５０Ωの終端抵抗が接続されている。
【００４９】
光導波路のトポロジーは、図３のものと同一である。第１方向性結合器５１、交差導波路領域５２および第２方向性結合器５３は、カスケード接続されている。
【００５０】
したがって、入力導波路５４に入射した光は、入力信号電圧によって出力導波路５５あるいは５６に切替えられる。
【００５１】
変調器が信号波長に比し長いこの構成は、低損失の電気的伝送をもたらす。同様の構成に基いて、より長い変調器に対しても入力インピーダンスを目標値（典型的には５０Ω）に維持することができる。
【００５２】
［第３実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態の構成の中心を横切る（それは図７の例えば断面５−５の位置に相当する）方向性結合器型変調器１０４の縦断面図を示す。
【００５３】
この構成では、リッジ導波路構造を採用している。Ｎ型クラッド層５７、Ｉ（Intrinsic）コア層５８、および制御電極に接するＰ型クラッド層５９がＧａＡｓ又はＩｎＰなどの半絶縁性閃亜鉛鉱型結晶の基板６０上に配置されている（この点は、他の実施形態についても同様）。電気信号は、進行波電極３０、３１からエアブリッジ６３、６４を通ってＰ型クラッド層５９に供給される。エアブリッジを介して印加した電圧は、Ｉコア層５８内によく閉じ込められた電界を生成するので、駆動電圧を最小にすることを可能にする。また、Ｎ型クラッド層５７は、両方の外側の進行波電極３０、３１から完全にフローティング状態に維持され、好ましい。
【００５４】
エアブリッジ６３、６４の下側のエアの代りに絶縁層を使用することができるかもしれないが、その厚さを、選ばれた半導体製造プロセスに適するものよりもはるかに大きくする必要があるだろう。この理由のため、エアブリッジ構造は好ましい。
【００５５】
領域６５で表される光ビームは、Ｉコア層５８とＮ型クラッド層５７の屈折率差が小さく設定されているので、Ｉコア層５８からＮ型クラッド層５７内にはみ出し、Ｎ型クラッド層５７を介して隣り合う光導波路に結合することができる。
【００５６】
エアブリッジ６３、６４で供給された進行波電極３０、３１からのマイクロ波信号は、Ｐ−Ｉ−Ｎ構造により、各光導波路のＩコア層５８のみに電界を集中させる。したがって、Ｉコア層５８において、光強度とマイクロ波信号強度のオーバラップが増加し、結合領域長が調節されるにつれて駆動電圧が減少する。
【００５７】
［第４実施形態］
図８は、図６の構造の変形例であって、リッジ構造がない方向性結合器型変調器の第４実施形態である。
【００５８】
この構造は、共通のＩコア層５８を含んでおり、この層は共通のＮ型クラッド層５７上に広がっている。ブリッジ間のＩコア層５８の部分の除去は必要ではない。更に、光結合が、このＩコア層５８で直接生じる。２つの光導波路間の結合強度は、該２つの光導波路間の距離を規定することにより特定されるという点に留意すべきである。Ｉコア層５８の中の光閉込は、かなり大きくしておくことができる。
【００５９】
［第５実施形態］
図９は、本発明の第５実施形態の方向性結合器型変調器１０６の、一方の方向性結合器の位置での縦断面図を示す。
【００６０】
この実施形態では、埋込ヘテロ構造（ＢＨ）の光導波路構造を用いている。基板６０上には、Ｎ型クラッド（伝導）層６６、一対のＩコア層６７およびＰクラッド層６８が堆積されている。一対のＩコア層６７の各々の両側部は、半絶縁性クラッド層７０で完全に埋め込まれている。電気信号は、進行波電極７１、７２からエアブリッジ７３、７４を通って供給される。領域７５で表される光ビームは、半絶縁性クラッド層７０より高い屈折率のＩコア層６７内に閉じ込められ、また、該光ビームは半絶縁性クラッド層７０を通って隣接導波路に結合することができる。
【００６１】
一方、進行波電極７１、７２からエアブリッジ７３、７４を介し供給されたマイクロ波信号により生成される電界は、Ｐ−Ｉ−ＮかつＩコア層埋込の構造であることにより、各光導波路のＩコア層６７に集中する。したがって、Ｉコア層内の光強度とマイクロ波信号強度の間のオーバラップが増加し、一対の光導波路間の距離を設定して結合長が調節されている限りは、駆動電圧が低減する。
【００６２】
リッジ導波路構造と比較して、ＢＨ光導波路構造は、より複雑であるが、きつい光閉込めにより、より低い光学的挿入損を示す。
【００６３】
［第６実施形態］
図１０は、本発明の第６実施形態の方向性結合器型変調器１０８を示しており、ここでは光交差導波路として、実際に交差した光導波路の代りに従来のクロス状態方向性結合器７６が使用されている。図中の矢印は、クロス状態であることを示している。クロス状態方向性結合器７６は、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路で構成されている。
【００６４】
注目すべき点は、クロス状態方向性結合器７６の一対の光導波路間の距離が、第１または第２方向性結合器領域のそれらと比較して短いことである。この構造により結合長がより短くなり、よりコンパクトな変調器を提供することができる。
【００６５】
クロス状態方向性結合器７６以外の部分は、上記又は後述の実施形態のいずれの構造であってもよい。
【００６６】
本第６実施形態の方向性結合器型変調器によれば、クロス状態方向性結合器７６の光導波路がその前後の光導波路と同じ層に連続的に形成されており、立体的に交差していないので、製造が容易で実用的である。
【００６７】
［第７実施形態］
図１１は、本発明の第７実施形態の方向性結合器型変調器１１０を示しており、ここでは、光交差導波路として、２つの入力ポート１２１、１２２および２つの出力ポート１２３、１２４を備えた２×２マルチモード干渉（ＭＭＩ）結合器７７が採用されている。２×２ＭＭＩ結合器７７の幅Ｗおよび長さＬを適当に選ぶことによって、Ｌ．Ｂ．ソルダーノ博士らによって述べられているように（"Optical Multi-Mode Interference Devices Based on Self-Imaging: Principles and Applications"Journal of Lightwave Technology, vol. 13, No. 4, pp. 615-627, April 1995.）、反対側の光導波路の位置に鏡像を得ることができる。
【００６８】
光交差導波路としてこのような同層構造の方向性結合器を使用することにより、光交差導波路をチップに容易に形成することができる。
【００６９】
４つの制御電極間は、２×２ＭＭＩ結合器７７のＰＩＮ構造のＰ層につき上記第１実施形態と同様の高抵抗化処理により、又は処理前に、実質的に絶縁されている。
【００７０】
２×２ＭＭＩ結合器７７以外の部分は、上記又は後述の実施形態のいずれの構造であってもよい。
【００７１】
［第８実施形態］
図１２は、本発明の第８実施形態の方向性結合器型変調器１１２を示す。
【００７２】
ここでは、光交差導波路として、簡単なＸ型交差導波路８０およびその前後の屈曲導波路８１、８２が用いられている。
【００７３】
この構成では、図１０のクロス状態方向性結合器７６や図１１の２×２ＭＭＩ結合器７７に対して要求される導波路構造パラメータを正確に調整する必要がないので、比較的単純な構造を用いた波長無依存の光交差導波路が得られる。
【００７４】
４つの制御電極間は、Ｘ形交差導波路８０のＰＩＮ構造のＰ層につき上記第１実施形態と同様の高抵抗化処理により、又は処理前に、実質的に絶縁されている。
【００７５】
光交差導波路以外の部分は、上記又は後述の実施形態のいずれの構造であってもよい。
【００７６】
［第９実施形態］
図１３は、本発明の第９実施形態の方向性結合器型変調器１１４の一部の斜視図（一律の縮尺ではない）を示す。該一部は、例えば図５の一方の方向性結合器の一部に相当しており、光導波路の長手方向に関し分割された制御電極を備えている。
【００７７】
進行波伝送は、周波数が高くなるにつれ、光導波路上の長手方向制御電極間の電気的相互作用に影響される。よい進行波伝送特性を維持するためには、該相互作用を除去した方がよい。該長手方向制御電極間の絶縁が十分でない場合、後方への伝送が容易に引き起こされて、電気的反射損失が増加する。
【００７８】
図１３を参照すれば、Ｐ型クラッド層８３、８４は、制御電極１３１、１３２、１３３、１３４の下でのみ配置されている。すなわち、リッジ構造の光導波路上の制御電極間のＰ型クラッド層が除去されている。したがって、制御電極１３１と１３２の間及び１３３と１３４の間の電流はかなり抑えられる。その結果、そうでなければそのような漏電流で引き起こされた相互作用は、回避される。
【００７９】
一方、Ｉコア層８５および８６、ならびに基板６０上のＮ型クラッド層６６の中の光ビームは、この領域で、大きな光損失なく伝播することができる。リッジ構造の光導波路では、図６に示すようにコア層から下側のクラッド層へ光が大きく侵入しており、上側のクラッド層への光の侵入を無視できるので、このような上側の制御電極間クラッド層の除去は問題ない。
【００８０】
［第１０実施形態］
図ｌ４は、本発明の第１０実施形態の方向性結合器型変調器１１６を示す。
【００８１】
Δβ切換方向性結合器として動作するために、２つの方向性結合器８７、８８を備える必要がある。方向性結合器８７と８８とでは、光導波路の屈折率変化の大きさが同じで極性が逆になるように、所望の屈折率変化を得るように電気光学Ｉ層（不図示）の電界の変化を制御すべきである。図１４では、この目的を達成するためにＤＣバイアス電極が設けられている。
【００８２】
すなわち、バイアス電圧印加用のパッド９１は、図１４に示すように、Ｎ+型電極層９２の上に堆積している。このＮ+型電極層９２は、全体の光導波路と基板の間に配置されている。すなわち、Ｎ+型電極層９２の上にＰＩＮ光導波路のＮ層が堆積している。Ｎ+型電極層９２は、全体の光導波路に沿って形成され、中間部は広幅の一直線になっている。
【００８３】
外側の進行波電極８９、９０に接続された制御電極３９、４０、４１、４２は、コア層の電界強度変化を引起すことができるが、本発明の方向性結合器型変調器１１６はＰ−Ｉ−Ｎ半導体構造に基いているので、ダイオード特性を有する。
【００８４】
パッド９１には、変調モード中に、全ての光導波路をダイオード特性の負バイアス（逆バイアス）状態にさせるＤＣ電圧が印加される。この電圧は、信号発生器９３のＲＦ出力信号の最大値の半分である。例えば、バー状態及びクロス状態にするときのＲＦ出力信号がそれぞれ０Ｖ及び１Ｖで、ＤＣバイアス電圧が０．５Ｖである。なお、９４は終端抵抗である。
【００８５】
［第１１実施形態］
図ｌ５は、本発明の第１１実施形態の方向性結合器型変調器１１７を示す。
【００８６】
この方向性結合器型変調器１１７は、図１４の構成にさらに、出力段に方向性結合器型光減衰器２００を備えている。
【００８７】
方向性結合器型光減衰器２００は、光導波路３４の出力側を延設した光導波路２０１と、光導波路２０１と方向性結合が生ずるように平行に接近して配置された光導波路２０２と、ＰＩＮ構造の光導波路２０２のＰ層（不図示）上に接合された制御電極２０３と、２０１及び２０２の下方まで延設されたＮ+型電極層９２とを備え、制御電極２０３には、可変ＤＣ電源２０５の出力電位が印加される。光導波路２０２の長さは、結合長π／（２κ）の偶数倍、例えば２倍の長さである。
【００８８】
Ｎ+型電極層９２と制御電極２０３との間の電圧Ｖが０である場合、光導波路２０１に入った光は全て光導波路２０１の出口から出射する。この電圧Ｖが０でないとき、電圧値Ｖに応じて、光導波路２０１に入った光の一部が光導波路２０２の出口から出射するので、結果として、光導波路２０１の出口から出射する光は減衰された光となり、方向性結合器型光減衰器２００が可変光減衰器として機能する。
【００８９】
光減衰量、すなわちＤＣ電圧Ｖは、光導波路２０１に接続される不図示の光通信システムが要求する光入力のパワーにより定められる。
【００９０】
光導波路２０１から離れた光導波路２０２上に制御電極２０３が備えられているので、制御電極２０３は制御電極４１に影響を与えず、方向性結合器型変調器１１７の変調性能が確保される。
【００９１】
なお、光導波路２０２の長さを結合長の奇数倍にし、光導波路２０２の出口を方向性結合器型変調器１１７の出力ポートとしてもよい。また、光導波路２０２及びこの上に接合された制御電極２０３の位置は、光導波路２０１に対し図１５の場合の反対側であってもよい。すなわち、光導波路２０２は、光導波路２０１と方向性結合が生ずるように平行に接近して配置されていればよい。さらに、電圧Ｖにより減衰量を調整できるので、光導波路２０２の長さは、結合長の整数倍でなくてもよい。
【００９２】
同様に、光導波路２０２の替わりに、光導波路３３を延設した光導波路２０４（光導波路２０４は、光導波路２０１と光結合が生じないように離れている。）と方向性結合が生ずるように平行に接近して光導波路を配置し、この光導波路又は光導波路２０４の出口を方向性結合器型変調器１１７の出力ポートとしてもよい。
【００９３】
また、方向性結合器型光減衰器２００を、図１４の構成の入力段に備えてもよい。
【００９４】
［第１２実施形態］
さて、前述した第１実施形態では、図３に示したように、方向性結合器型変調器１００の光導波路３５（出力ポート）または光導波路３６（出力ポート）のいずれか一方のポートから出射光が出射されるようにメーカ側で調整された状態でユーザに渡される。
【００９５】
従って、実施形態１では、ユーザ側で出射光の出力ポートを容易に変更することができない。図１０に示した第６実施形態の方向性結合器型変調器１０８においても同様にして、ユーザ側で出力ポートを容易に変更することができない。
【００９６】
そこで、第６実施形態においては、方向性結合器型変調器１０８に方向性結合器を縦列接続し、直流制御により、出射光の出力ポートをユーザ側で容易に変更可能な構成例としてもよい。以下では、この構成例を第１２実施形態として説明する。
【００９７】
図１６は、本発明の第１２実施形態の方向性結合器型変調器１０８および方向性結合器３００を示す平面図である。同図において、図３および図１０の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。
【００９８】
第１２実施形態においては、方向性結合器型変調器１０８と方向性結合器３００とが縦列接続されて一つの方向性結合器型変調器が構成され、直流制御により、方向性結合器型変調器１０８の光導波路３５（または、光導波路３６）からの出射光が、出力ポート３２１または出力ポート３２２に切り替え制御される。
【００９９】
方向性結合器３００は、２入力２出力型とされており、クロス状態方向性結合器７６と同様にして、一対の光導波路３１１、３１２を備えている。
【０１００】
光導波路３１１は、光導波路３５に接続されており、出射光（バー状態）を導く。光導波路３１２も、光導波路３６に接続されており、出射光（クロス状態）を導く。
【０１０１】
クロス状態部３３０は、方向性結合器型変調器１０８のクロス状態方向性結合器７６（図１０参照）と同様の構成とされており、クロス状態の方向性結合が生ずるように一部分が互いに平行に接近して配置された一対の光導波路３３１および光導波路３３２で構成されている。
【０１０２】
光導波路３３１および光導波路３３２には、直流制御電極３４０および直流制御電極３４１が設けられている。これらの直流制御電極３４０および直流制御電極３４１には、直流制御部３５０より、直流電圧Ｖ（０≦Ｖ≦Ｖm）が印加される。直流制御部３５０では、ユーザにより直流電圧Ｖが可変される。
【０１０３】
この直流電圧Ｖは、出力ポート３２１および出力ポート３２２における光出射量比率を制御するための電圧である。すなわち、図１７に示したように、直流電圧Ｖが０の場合、出力ポート３２１からの出射光Ｐ1の光出射量が１００％であるのに対して、出力ポート３２２からの出射光Ｐ2の光出射量が０％である。なお、図１７においては、出射光Ｐ1の光出射量と出射光Ｐ2の光出射量とを加算すると１００％となる。
【０１０４】
直流電圧Ｖが０の場合、例えば、方向性結合器型変調器１０８の光導波路３５からの出射光は、出力ポート３２１から１００％出射され、出力ポート３２２から出射されない。
【０１０５】
また、直流電圧Ｖを増加させると、出射光Ｐ1の光出射量が減少するとともに、出射光Ｐ2の光出射量が増加する。そして、直流電圧ＶがＶh（Ｖm／２）の場合には、出射光Ｐ1の光出射量が５０％、出射光Ｐ2の光出射量も５０％とされる。
【０１０６】
そして、直流電圧ＶがＶmの場合には、出力ポート３２１からの出射光Ｐ1の光出射量が０％であるのに対して、出力ポート３２２からの出射光Ｐ2の光出射量が１００％である。
【０１０７】
直流電圧ＶがＶmの場合、例えば、方向性結合器型変調器１０８の光導波路３５からの出射光は、出力ポート３２２から１００％出射され、出力ポート３２１から出射されない。
【０１０８】
このように、第１２実施形態では、ユーザにより直流制御部３５０の直流電圧Ｖが可変されることにより、出射光の出力ポートをユーザ側で容易に変更可能とされる。なお、実施形態１２においては、方向性結合器型変調器１０８に代えて、その他の実施形態における方向性結合器型変調器を方向性結合器３００に縦列接続する構成としてもよい。
【０１０９】
以上説明したように、第１２実施形態によれば、直流電圧Ｖの可変により、光導波路３５または光導波路３６から出射される出射光を出力ポート３２１（第１ポート）または出力ポート３２２（第２ポート）へ切り替え制御することとしたので、ポート切り替えを容易に行うことができ、ユーザの使い勝手を向上させることができる。
【０１１０】
また、第１２実施形態によれば、直流電圧Ｖの可変により、光導波路３５または光導波路３６から出射される出射光を出力ポート３２１（第１ポート）および出力ポート３２２（第２ポート）へ導き、図１７に示したように、出力ポート３２１（第１ポート）および出力ポート３２２（第２ポート）の各光出射量比率を制御することとしたので、光出射量比率の可変を容易に行うことができ、ユーザの使い勝手を向上させることができる。
【０１１１】
［第１３実施形態］
さて、前述した第１２実施形態では、図１６に示したように、方向性結合器３００を方向性結合器型変調器１０８に縦列接続し、直流制御を行う構成例について説明したが、方向性結合器型変調器１０８で直流制御を行う構成例としてもよい。以下では、この構成例を第１３実施形態として説明する。
【０１１２】
図１８は、本発明の第１３実施形態の方向性結合器型変調器４００の構成を示す平面図である。同図において、図１６の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。
【０１１３】
同図においては、クロス状態方向性結合器７６を構成する光導波路７６ａおよび光導波路７６ｂに沿って、直流制御電極４０１および直流制御電極４０２が対向配置されている。光導波路７６ａおよび光導波路７６ｂは、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置されている。
【０１１４】
また、直流制御電極４０１および直流制御電極４０２には、直流制御部４１０より、直流電圧Ｖが印加される。直流制御部４１０では、ユーザにより直流電圧Ｖが可変される。
【０１１５】
ここで、第６実施形態（その他の実施形態も同様）では、光導波路３５（出力ポート）で負のチャープ（周波数変動）が得られ、光導波路３６でゼロチャープが得られる。
【０１１６】
第１３実施形態では、直流制御部４１０の直流電圧Ｖを可変することにより、負のチャープを表すチャープパラメータαが任意の値に可変（例えば、−０．１〜−１．０）される。なお、直流電圧Ｖを可変した場合であっても、ゼロチャープは変化しない。
【０１１７】
以上説明したように、第１３実施形態によれば、光導波路７６ａおよび光導波路７６ｂに沿って直流制御電極４０１および直流制御電極４０２を対向配置し、光導波路３５または光導波路３６から出射される出射光のチャープを制御するための直流電圧Ｖ（チャープ制御電圧）を直流制御電極４０１および直流制御電極４０２に印加することとしたので、チャープも制御することができ、ユーザの使い勝手を向上させることができる。
【０１１８】
［第１４実施形態］
さて、上述した第１０実施形態（図１４参照）でＤＣ（直流）バイアス電圧を印加する構成例について説明したが、実際には、他の実施形態においてもＤＣバイアス電圧が第１０実施形態と同様の目的で印加されている。以下では、かかる構成例を第１４実施形態として、ＤＣバイアスを印加する構成例について説明する。
【０１１９】
図１９は、本発明の第１４実施形態の方向性結合器型変調器５００を示す。図２０は、図１９のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図である。
【０１２０】
図１９に示した方向性結合器型変調器５００は、一対の光導波路５０４、５０５の第１部と第２部とを用いた第１方向性結合器５０１および第２方向性結合器５０３と、光導波路５０４、５０５における第１方向性結合器５０１と第２方向性結合器５０３との間の部分であるクロス状態方向性結合器５０２とを備えている。
【０１２１】
第１方向性結合器５０１は、光導波路５０４および光導波路５０５と、光導波路５０４および光導波路５０５に沿って配置され、該光導波路５０４および光導波路５０５の各Ｉコア層に電界を印加してＴＥ波に対し屈折率を変化させる制御電極５０８および制御電極５０９とを備えている。
【０１２２】
光導波路５０４および光導波路５０５は、他の実施形態と同様にして、Ｐ層とＮ層の間にＩ層が挟まれたＰＩＮ構造である。コア層であるＩ層の屈折率は、クラッド層であるＰ層及びＮ層のそれよりも大きい。
【０１２３】
ここで、図２０に示したように、方向性結合器型変調器５００は、ＩｎＰなどの半絶縁性閃亜鉛鉱型結晶からなる基板５３０と、基板５３０の上に堆積されたＮ型クラッド層５３１、進行波電極５０６および進行波電極５０７と、Ｎ型クラッド層５３１の上に堆積されたＩコア層５３２およびＤＣバイアス印加用電極５１６と、Ｉコア層５３２の上に堆積されたＰ型クラッド層５３３およびＰ型クラッド層５３４と、Ｐ型クラッド層５３３の上に堆積された制御電極５１２と、Ｐ型クラッド層５３４の上に堆積された制御電極５１３と、進行波電極５０６と制御電極５１２とを電気的に接続するエアブリッジ５１４とを含んでいる。
【０１２４】
光導波路５０４は、Ｐ型クラッド層５３３、Ｉコア層５３２およびＮ型クラッド層５３１からなるＰＩＮ構造である。同様にして、光導波路５０５も、Ｐ型クラッド層５３４、Ｉコア層５３２およびＮ型クラッド層５３１からなるＰＩＮ構造である。
【０１２５】
図１９に戻り、第２方向性結合器５０３は、光導波路５０４および光導波路５０５と、光導波路５０４および光導波路５０５に沿って配置され、該光導波路５０４および光導波路５０５の各Ｉコア層に電界を印加してＴＥ波に対し屈折率を変化させる制御電極５１２および制御電極５１３とを備えている。
【０１２６】
クロス状態方向性結合器５０２は、クロス状態方向性結合器７６（図１０参照）と同様にして、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路で構成されている。
【０１２７】
進行波電極５０６および進行波電極５０７は、光導波路５０４および光導波路５０５を挟むように、平行配置されている。進行波電極５０６は、エアブリッジ５１０およびエアブリッジ５１４を介して、制御電極５０８および制御電極５１２に電気的に接続されている。
【０１２８】
一方、進行波電極５０７は、エアブリッジ５１１およびエアブリッジ５１５を介して、制御電極５０９および制御電極５１３に接続されている。ＤＣバイアス印加用電極５１６は、Ｎ型クラッド層５３１（図２０参照）の上に堆積されており、ＤＣバイアス電源５１７に接続されている。
【０１２９】
ＤＣバイアス電源５１７は、ＤＣバイアス印加用電極５１６を介して、光導波路５０４および光導波路５０５について共通のＮ型クラッド層５３１にＤＣバイアス電圧を印加するための電源である。ＤＣバイアス電圧は、第１０実施形態で説明したように、変調モード中に、全ての光導波路をダイオード特性の負バイアス（逆バイアス）状態にさせるための電圧であり、後述する信号発生器５１８のＲＦ出力信号の最大値の半分である。
【０１３０】
信号発生器５１８は、進行波電極５０６および進行波電極５０７にＲＦ出力信号を供給する。終端抵抗５１９は、進行波電極５０６および進行波電極５０７に接続されている。
【０１３１】
［第１５実施形態］
さて、上述した第１４実施形態においては、図２０に示したように、厚みがある進行波電極５０６および進行波電極５０７を有する構成例について説明したが、図２１に示したように、薄い進行波電極５４５および進行波電極５４６を有する構成例としてもよい。以下では、この構成例を第１５実施形態として説明する。
【０１３２】
図２１は、本発明の第１５実施形態の方向性結合器型変調器５００’を示す。同図において、図２０の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。同図においては、図２０に示したＮ型クラッド層５３１、進行波電極５０６および進行波電極５０７に代えて、Ｎ型クラッド層５４０、Ｎ型クラッド層５４７、Ｉコア層５４１、Ｉコア層５４２、Ｐ型クラッド層５４３、Ｐ型クラッド層５４４、進行波電極５４５および進行波電極５４６が設けられている。
【０１３３】
Ｎ型クラッド層５４０およびＮ型クラッド層５４７は、基板５３０の上に堆積されている。Ｉコア層５３２およびＤＣバイアス印加用電極５１６は、Ｎ型クラッド層５４０の上に堆積されている。
【０１３４】
Ｎ型クラッド層５４７の上には、Ｉコア層５４１、Ｐ型クラッド層５４３および進行波電極５４５が堆積されている。進行波電極５４５は、エアブリッジ５１４を介して、制御電極５１２に接続されている。
【０１３５】
一方、Ｎ型クラッド層５４０の上には、Ｉコア層５４２、Ｐ型クラッド層５４４および進行波電極５４６が堆積されている。進行波電極５４６もエアブリッジ（図示略）を介して、制御電極５１３に接続されている。進行波電極５４５および進行波電極５４６には、信号発生器５１８および終端抵抗５１９（図１９参照）が接続されている。
【０１３６】
［第１６実施形態］
さて、上述した第１０、第１４および１５実施形態でＤＣ（直流）バイアス電圧を印加する構成例について説明したが、図２２および図２３に示した構成例としてもよい。
【０１３７】
図２２は、本発明の第１６実施形態の方向性結合器型変調器６００を示す。図２３は、図２２のＢ−Ｂ’線に沿った縦断面図である。
【０１３８】
図２２に示した方向性結合器型変調器６００は、一対の光導波路６０４、６０５の第１部と第２部とを用いた第１方向性結合器６０１および第２方向性結合器６０３と、光導波路６０４、６０５における第１方向性結合器６０１と第２方向性結合器６０３との間の部分であるクロス状態方向性結合器６０２と、第１のリード電極６０６、第２のリード電極６０７、第３のリード電極６１６および第４のリード電極６１７とを備えている。
【０１３９】
第１方向性結合器６０１は、光導波路６０４および光導波路６０５と、光導波路６０４および光導波路６０５に沿って配置され、該光導波路６０４および光導波路６０５の各Ｉコア層に電界を印加してＴＥ波に対し屈折率を変化させる制御電極６０８および制御電極６０９とを備えている。
【０１４０】
光導波路６０４および光導波路６０５は、他の実施形態と同様にして、Ｐ層とＮ層の間にＩ層が挟まれたＰＩＮ構造である。コア層であるＩ層の屈折率は、クラッド層であるＰ層及びＮ層のそれよりも大きい。
【０１４１】
ここで、図２３に示したように、方向性結合器型変調器６００は、ＩｎＰなどの半絶縁性閃亜鉛鉱型結晶からなる基板６３０と、基板６３０の上に堆積されたＮ型クラッド層６３１と、Ｎ型クラッド層６３１の上に堆積された第３のリード電極６１６、第４のリード電極６１７およびＩコア層６３２と、Ｉコア層６３２の上に堆積されたＰ型クラッド層６３４、Ｐ型クラッド層６３５、Ｐ型クラッド層６３６およびＰ型クラッド層６３７とを含んでいる。
【０１４２】
また、方向性結合器型変調器６００は、Ｐ型クラッド層６３４の上に堆積された第１のリード電極６０６と、Ｐ型クラッド層６３５の上に堆積された第２のリード電極６０７と、Ｐ型クラッド層６３６の上に堆積された制御電極６０８と、Ｐ型クラッド層６３７の上に堆積された制御電極６０９と、第１のリード電極６０６と制御電極６０８との間を電気的に接続するエアブリッジ６１０と、第２のリード電極６０７と制御電極６０９との間を電気的に接続するエアブリッジ６１１とを含んでいる。
【０１４３】
光導波路６０４は、Ｐ型クラッド層６３６、Ｉコア層６３２およびＮ型クラッド層６３１からなるＰＩＮ構造である。同様にして、光導波路６０５も、Ｐ型クラッド層６３７、Ｉコア層６３２およびＮ型クラッド層６３１からなるＰＩＮ構造である。
【０１４４】
図２２に戻り、第２方向性結合器６０３は、光導波路６０４および光導波路６０５と、光導波路６０４および光導波路６０５に沿って配置され、該光導波路６０４および光導波路６０５の各Ｉコア層に電界を印加してＴＥ波に対し屈折率を変化させる制御電極６１２および制御電極６１３とを備えている。
【０１４５】
クロス状態方向性結合器６０２は、クロス状態方向性結合器７６（図１０参照）と同様にして、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路で構成されている。
【０１４６】
第１のリード電極６０６および第２のリード電極６０７は、光導波路６０４および光導波路６０５を挟むように、平行配置されている。第１のリード電極６０６は、エアブリッジ６１０およびエアブリッジ６１４を介して、制御電極６０８および制御電極６１２に電気的に接続されている。
【０１４７】
一方、第２のリード電極６０７は、エアブリッジ６１１およびエアブリッジ６１５を介して、制御電極６０９および制御電極６１３に接続されている。
【０１４８】
第３のリード電極６１６および第４のリード電極６１７は、第１のリード電極６０６および第２のリード電極６０７を挟むように、平行配置されている。これらの第３のリード電極６１６および第４のリード電極６１７は、光導波路６０４および光導波路６０５について共通のＮ型クラッド層６３１（図２３参照）の上に堆積されている。
【０１４９】
信号発生器６１８およびＤＣバイアス電源６１９は、第１のリード電極６０６および第３のリード電極６１６に接続されている。終端抵抗６２０も第１のリード電極６０６および第３のリード電極６１６に接続されている。
【０１５０】
同様にして、信号発生器６２１およびＤＣバイアス電源６２２は、第２のリード電極６０７および第４のリード電極６１７に接続されている。終端抵抗６２３も、第２のリード電極６０７および第４のリード電極６１７に接続されている。
【０１５１】
信号発生器６１８は、第１のリード電極６０６および第３のリード電極６１６にＲＦ出力信号を供給する。ＤＣバイアス電源６１９は、第１のリード電極６０６および第３のリード電極６１６にＤＣバイアス電圧を印加する。
【０１５２】
一方、信号発生器６２１は、信号発生器６１８に対して独立的に動作し、第２のリード電極６０７および第４のリード電極６１７にＲＦ出力信号を供給する。ＤＣバイアス電源６２２は、ＤＣバイアス電源６１９に対して独立的に動作し、第２のリード電極６０７および第４のリード電極６１７にＤＣバイアス電圧を印加する。
【０１５３】
上記ＤＣバイアス電圧は、前述したように、変調モード中に、全ての光導波路をダイオード特性の負バイアス（逆バイアス）状態にさせるための電圧であり、ＲＦ出力信号の最大値の半分である。
【０１５４】
ここで、第１６実施形態においては、信号発生器６１８からのＲＦ出力信号と、信号発生器６２１からのＲＦ出力信号とについて、同一振幅かつ逆位相（位相差＝１８０度）となるように駆動制御してもよい。このように同一振幅かつ逆位相で駆動制御した場合には、例えば、図１９に示した信号発生器５１８からのＲＦ出力信号に比べて、上記ＲＦ出力信号（信号発生器６１８、信号発生器６２１）の振幅（動作電圧）を半分にすることができる。また、第１６実施形態においては、第３のリード電極６１６および第４のリード電極６１７を接地させてもよい。
【０１５５】
［第１７実施形態］
さて、上述した第１６実施形態（図２２参照）においては、第１のリード電極６０６および第２のリード電極６０７の外側に第３のリード電極６１６および第４のリード電極６１７を配置した構成例について説明したが、逆配置とする構成例としてもよい。
【０１５６】
図２４は、本発明の第１７実施形態の方向性結合器型変調器７００を示す。図２５は、図２４のＣ−Ｃ’線に沿った縦断面図である。図２４および図２５においては、図２２および図２３の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。
【０１５７】
図２４に示した方向性結合器型変調器７００は、一対の光導波路６０４’、６０５’の第１部と第２部とを用いた第１方向性結合器７０１および第２方向性結合器７０３と、光導波路６０４’、６０５’における第１方向性結合器７０１と第２方向性結合器７０３との間の部分であるクロス状態方向性結合器７０２と、第１のリード電極７０４、第２のリード電極７０５、第３のリード電極７１１および第４のリード電極７１２とを備えている。
【０１５８】
第１方向性結合器７０１は、光導波路６０４’および光導波路６０５’と、光導波路６０４’および光導波路６０５’に沿って配置され、該光導波路６０４’および光導波路６０５’の各Ｉコア層に電界を印加してＴＥ波に対し屈折率を変化させる制御電極６０８および制御電極６０９とを備えている。
【０１５９】
光導波路６０４’および光導波路６０５’は、他の実施形態と同様にして、Ｐ層とＮ層の間にＩ層が挟まれたＰＩＮ構造である。コア層であるＩ層の屈折率は、クラッド層であるＰ層及びＮ層のそれよりも大きい。
【０１６０】
ここで、図２５に示したように、方向性結合器型変調器７００は、ＩｎＰなどの半絶縁性閃亜鉛鉱型結晶からなる基板６３０と、基板６３０の上に堆積されたＮ型クラッド層７２０、第１のリード電極７０４および第２のリード電極７０５と、Ｎ型クラッド層７２０の上に堆積されたＩコア層７２１、第３のリード電極７１１および第４のリード電極７１２とを含んでいる。
【０１６１】
また、方向性結合器型変調器７００は、Ｉコア層７２１の上に堆積されたＰ型クラッド層７２２およびＰ型クラッド層７２３と、Ｐ型クラッド層７２２の上に堆積された制御電極６０８と、Ｐ型クラッド層７２３の上に堆積された制御電極６０９と、第１のリード電極７０４と制御電極６０８との間を電気的に接続するエアブリッジ７０６と、第２のリード電極７０５と制御電極６０９との間を電気的に接続するエアブリッジ７０８とを含んでいる。
【０１６２】
光導波路６０４’は、Ｐ型クラッド層７２２、Ｉコア層７２１およびＮ型クラッド層７２０からなるＰＩＮ構造である。同様にして、光導波路６０５’も、Ｐ型クラッド層７２３、Ｉコア層７２１およびＮ型クラッド層７２０からなるＰＩＮ構造である。
【０１６３】
図２４に戻り、第２方向性結合器７０３は、光導波路６０４’および光導波路６０５’と、光導波路６０４’および光導波路６０５’に沿って配置され、該光導波路６０４’および光導波路６０５’の各Ｉコア層に電界を印加してＴＥ波に対し屈折率を変化させる制御電極６１２および制御電極６１３とを備えている。
【０１６４】
クロス状態方向性結合器７０２は、クロス状態方向性結合器７６（図１０参照）と同様にして、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路で構成されている。
【０１６５】
第１のリード電極７０４および第２のリード電極７０５は、第３のリード電極７１１および第４のリード電極７１２、光導波路６０４’および光導波路６０５’を挟むように、平行配置されている。第１のリード電極７０４は、エアブリッジ７０６およびエアブリッジ７０９を介して、制御電極６０８および制御電極６１２に電気的に接続されている。
【０１６６】
一方、第２のリード電極７０５は、エアブリッジ７０８およびエアブリッジ７１０を介して、制御電極６０９および制御電極６１３に接続されている。
【０１６７】
第３のリード電極７１１および第４のリード電極７１２は、光導波路６０４’および光導波路６０５’を挟むように、平行配置されている。これらの第３のリード電極７１１および第４のリード電極７１２は、光導波路６０４’および光導波路６０５’について共通のＮ型クラッド層７２０（図２５参照）の上に堆積されている。
【０１６８】
信号発生器６１８およびＤＣバイアス電源６１９は、第１のリード電極７０４および第３のリード電極７１１に接続されている。終端抵抗６２０も第１のリード電極７０４および第３のリード電極７１１に接続されている。
【０１６９】
同様にして、信号発生器６２１およびＤＣバイアス電源６２２は、第２のリード電極７０５および第４のリード電極７１２に接続されている。終端抵抗６２３も、第２のリード電極７０５および第４のリード電極７１２に接続されている。
【０１７０】
信号発生器６１８は、第１のリード電極７０４および第３のリード電極７１１にＲＦ出力信号を供給する。ＤＣバイアス電源６１９は、第１のリード電極７０４および第３のリード電極７１１にＤＣバイアス電圧を印加する。
【０１７１】
一方、信号発生器６２１は、信号発生器６１８に対して独立的に動作し、第２のリード電極７０５および第４のリード電極７１２にＲＦ出力信号を供給する。ＤＣバイアス電源６２２は、ＤＣバイアス電源６１９に対して独立的に動作し、第２のリード電極７０５および第４のリード電極７１２にＤＣバイアス電圧を印加する。
【０１７２】
上記ＤＣバイアス電圧は、前述したように、変調モード中に、全ての光導波路をダイオード特性の負バイアス（逆バイアス）状態にさせるための電圧であり、ＲＦ出力信号の最大値の半分である。
【０１７３】
ここで、第１７実施形態においても、信号発生器６１８からのＲＦ出力信号と、信号発生器６２１からのＲＦ出力信号とについて、同一振幅かつ逆位相（位相差＝１８０度）となるように制御してもよい。また、第１７実施形態においても、第３のリード電極７１１および第４のリード電極７１２を接地させてもよい。
【０１７４】
本発明は、以上述べた実施形態に限定されない。本発明は、その範囲を離れない様々な代案および変形例を含む。したがって、請求項に示されたもの以外については、本発明が制限されることを意図するものではない。
【０１７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１光導波路と第２光導波路とを光学的な交差が生じる位置関係で配置することとしたので、１対の第１制御電極（１対の第２制御電極）に印加される制御電圧の極性を同じにすることができ、これにより、互いに交差しない第１リード電極及び第２リード電極を配置することができ、構造パラメータの製造公差を広くしつつＲＦ性能が改善されてより高周波の変調動作が可能になり、光通信システムの高速化に寄与することができるという効果を奏する。
【０１７６】
また、本発明によれば、交差の部分として、２ｘ２マルチモード干渉結合器、Ｘ形交差導波路、又は、互いに略平行に接近した状態で配置された第１光導波路および第２光導波路を用いれば、前後の光導波路と同層に交差の部分を形成することができ、立体交差路を備える必要がないので、製造が容易であるという効果を奏する。
【０１７７】
また、本発明によれば、交差の部分として、互いに略平行に接近した状態で配置された第１光導波路および第２光導波路を用いた場合にはさらに、交差の部分における第１光導波路と第２光導波路との間隔を、他部分における第１光導波路と第２光導波路の間隔よりも狭くすることにより、コンパクトな構成とすることができるという効果を奏する。
【０１７８】
また、本発明によれば、第１方向性結合器部と第２方向性結合器部との間に光交差導波路を接続することとしたので、第１と第２方向性結合器部の制御電極に印加する電圧の極性を同じにすることができ、これにより、互いに交差しない第１及び第２不交差電極を配置することができ、構造パラメータの製造公差を広くしつつＲＦ性能が改善されてより高周波の変調動作が可能になり、光通信システムの高速化に寄与することができるという効果を奏する。
【０１７９】
また、本発明によれば、特に、光交差導波路として、２ｘ２マルチモード干渉結合器、Ｘ形交差導波路、又は、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路を用いれば、前後の光導波路と同層に光交差導波路を形成することができ、立体交差路を備える必要がないので、製造が容易であるという効果を奏する。
【０１８０】
また、本発明によれば、光交差導波路として、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路を用いた場合にはさらに、該一対の光導波路の間隔を、該第１方向性結合器部の一対の光導波路の間隔及び該第２方向性結合器部の一対の光導波路の間隔よりも狭くすることにより、コンパクトな光交差導波路を得ることができるという効果を奏する。
【０１８１】
また、本発明によれば、交差の部分における第１光導波路および第２光導波路に沿って第１チャープ制御電極および第２チャープ電極を対向配置し、第１光導波路または第２光導波路から出射される光のチャープを制御するためのチャープ制御電圧を第１チャープ制御電極および第２チャープ制御電極に印加することとしたので、チャープも制御することができ、ユーザの使い勝手を向上させることができるという効果を奏する。
【０１８２】
また、本発明によれば、外部電圧の可変により、第１光導波路または第２光導波路から出射される光を第１ポートまたは第２ポートへ切り替え制御することとしたので、ポート切り替えを容易に行うことができ、ユーザの使い勝手を向上させることができるという効果を奏する。
【０１８３】
また、本発明によれば、外部電圧の可変により、第１光導波路または第２光導波路から出射される光を第１ポートおよび第２ポートへ導き、第１ポートおよび第２ポートの各光出射量比率を制御することとしたので、光出射量比率の可変を容易に行うことができ、ユーザの使い勝手を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のΔβ反転方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図２】進行波電極を図１のΔβ反転方向性結合器型の変調器に適用した構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の方向性結合器型変調器を示す平面図である。
【図４】図３の３Ａ−３Ａ線に沿った縦断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す縦断面図である。
【図７】図６の変調器の平面図である。
【図８】本発明の第４実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の第７実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図１２】本発明の第８実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図１３】本発明の第９実施形態の方向性結合器型変調器の一部構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第１０実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図１５】本発明の第１１実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図１６】本発明の第１２実施形態の方向性結合器型変調器および方向性結合器の構成を示す平面図である。
【図１７】本発明の第１２実施形態における直流電圧／光出射量比率を表す特性図である。
【図１８】本発明の第１３実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図１９】本発明の第１４実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図２０】図１９のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図である。
【図２１】本発明の第１５実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す縦断面図である。
【図２２】本発明の第１６実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図２３】図２２のＢ−Ｂ’線に沿った縦断面図である。
【図２４】本発明の第１７実施形態の方向性結合器型変調器の構成を示す平面図である。
【図２５】図２４のＣ−Ｃ’線に沿った縦断面図である。
【符号の説明】
２７、５１、８７ 第１方向性結合器
２９、５３、８８ 第２方向性結合器
２８、５２ 交差導波路
３０、３１、４７，４８、７１、７２、８９、９０ 進行波電極
３２、３３ 光導波路
３９〜４６、１３１〜１３４ 制御電極
３７、４９、９３ 信号発生器
３８ 終端抵抗
５７、６６ Ｎ型クラッド層
５８、８５、８６ Ｉコア層
５９、６８、８３、８４ Ｐ型クラッド層
７０ 半絶縁性クラッド層
６０ 基板
６３、６４、１６３、１６４、７３、７４ エアブリッジ
７６ クロス状態方向性結合器
７７ ２×２マルチモード干渉（ＭＭＩ）結合器
８０ Ｘ形交差導波路
８１、８２ 屈曲導波路
９１ パッド
９２ Ｎ+型電極層
１００、１０２、１０４、１０８、１１０ 方向性結合器型変調器
Claims (18)
- 第１及び第２方向性結合器部と、該第１方向性結合器部と該第２方向性結合器部との間に接続された光路結合部とを有し、該第１及び第２方向性結合器部はいずれも、
方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された１対の第１及び第２光導波路と、
該第１及び第２光導波路のコア層にそれぞれ電界をかけて該コア層の屈折率を変化させるため、該第１及び第２光導波路にそれぞれ沿って配置された第１及び第２制御電極と、
を有し、該第１方向性結合器部の第１及び第２光導波路の一端がそれぞれ該第２方向性結合器部の第１及び第２光導波路の一端に対応するように該第１及び第２方向性結合器が配置された光スイッチにおいて、
該光路結合部は、該第１方向性結合器部の第１及び第２光導波路の該一端からの光をそれぞれ該第２方向性結合器部の第２及び第１光導波路の該一端に入射させる光交差導波路であり、
該第１及び第２方向性結合器部の該第１及び第２光導波路に沿ってそれぞれ配置され互いに交差しない第１及び第２不交差電極と、
該第１及び第２方向性結合器部の第１制御電極と該第１不交差電極との間並びに該第１及び第２方向性結合器部の第２制御電極と該第２不交差電極との間をそれぞれ電気的に接続する第１〜４ブリッジと、
をさらに有することを特徴とする光スイッチ。 - 該第１不交差電極と該第２不交差電極とは、該第１及び第２光導波路を挟んで対向配置されていることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
- 該第１不交差電極と該第２不交差電極とは、略平行に配置されていることを特徴とする請求項２記載の光スイッチ。
- 該光交差導波路は、方向性結合が無視できるように互いに離間してクロスする一対の光導波路であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の光スイッチ。
- 該光交差導波路は、２ｘ２マルチモード干渉結合器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の光スイッチ。
- 該光交差導波路は、Ｘ形交差導波路を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の光スイッチ。
- 該光交差導波路は、クロス状態の方向性結合が生ずるように互いに平行に接近して配置された一対の光導波路であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の光スイッチ。
- 該光交差導波路の一対の光導波路の間隔は、該第１方向性結合器部の一対の光導波路の間隔及び該第２方向性結合器部の一対の光導波路の間隔よりも狭いことを特徴とする請求項７記載の光スイッチ。
- 該光交差導波路における該第１光導波路および該第２光導波路に沿って対向配置され、該記第１光導波路または該第２光導波路から出射される光のチャープを制御するためのチャープ制御電圧が印加される第１チャープ制御電極および第２チャープ制御電極を備えたことを特徴とする請求項７または８に記載の光スイッチ。
- 該第１及び第２制御電極はいずれも、長手方向に関し複数に分割された制御電極片を有し、
該第１〜４ブリッジはいずれも、対応する複数の制御電極片を対応する不交差電極に接続する複数のブリッジを有する、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の光スイッチ。 - 該第１及び第２方向性結合器部の第１及び第２光導波路はいずれも、長手方向に隣り合う該制御電極片の間の真下以外は、クラッドであるＰ層とＮ層の間にコアであるＩ層が挟まれたＰＩＮ構造であり、該Ｐ層の上に、対応する該制御電極片が堆積され、
該長手方向に隣り合う該制御電極片の間の真下の光導波路については、該ＰＩＮ構造からＰ層を除去した構造であり、
該ＰＩＮ構造のＮ層は、該第１及び第２方向性結合器部の各々において、該第１及び第２光導波路に共通の層である、
ことを特徴とする請求項１０記載の光スイッチ。 - 該第１及び第２方向性結合器部の第１及び第２光導波路はいずれも、３層形又はＩ層埋込形のＰＩＮ構造であり、該３層形の場合には該第１及び第２光導波路のＰ層の上にそれぞれ該第１及び第２制御電極が堆積され、該Ｉ層埋込形の場合には該第１及び第２光導波路のＩ層の上にそれぞれ該第１及び第２制御電極が堆積されており、
該第１及び第２方向性結合器部の第１及び第２光導波路に共通のＮ層を有すること、
を特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の光スイッチ。 - 該第１及び第２方向性結合器部の少なくとも一方の、該第１及び第２光導波路の少なくとも一方が延設された第３光導波路と、
該第３光導波路と光結合が生ずるように該第３光導波路に平行に接近して配置された第４光導波路と、
該第４光導波路のコア層に電界をかけて該コア層の屈折率を変化させるため、該第４光導波路に沿って配置された第３制御電極と、
を備えた方向性結合器型光減衰器をさらに有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の光スイッチ。 - 第１ポートおよび第２ポートを有し、外部電圧の可変により、前記第１光導波路または前記第２光導波路から出射される光を前記第１ポートまたは前記第２ポートへ切り替え制御する方向性結合器を備えたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の光スイッチ。
- 第１ポートおよび第２ポートを有し、外部電圧の可変により、前記第１光導波路または前記第２光導波路から出射される光を前記第１ポートおよび前記第２ポートへ導き、前記第１ポートおよび前記第２ポートの各光出射量比率を制御する方向性結合器を備えたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の光スイッチ。
- 請求項１乃至１５のいずれか１つに記載の光スイッチを有し、前記第１及び第２不交差電極に変調信号を印加することを特徴とする方向性結合器型変調器。
- 請求項１乃至１５のいずれか１つに記載の光スイッチを有することを特徴とする光通信システム。
- 請求項１６に記載の方向性結合器型変調器を有することを特徴とする光通信システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003207312A JP4105054B2 (ja) | 2002-09-05 | 2003-08-12 | 光スイッチ、不交差電極を備えた方向性結合器型変調器および光通信システム |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/236,341 US6836573B2 (en) | 2002-09-05 | 2002-09-05 | Directional coupler type optical modulator with traveling-wave electrode |
| JP2003090159 | 2003-03-28 | ||
| JP2003207312A JP4105054B2 (ja) | 2002-09-05 | 2003-08-12 | 光スイッチ、不交差電極を備えた方向性結合器型変調器および光通信システム |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004354960A JP2004354960A (ja) | 2004-12-16 |
| JP2004354960A5 JP2004354960A5 (ja) | 2005-08-25 |
| JP4105054B2 true JP4105054B2 (ja) | 2008-06-18 |
Family
ID=34068894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003207312A Expired - Fee Related JP4105054B2 (ja) | 2002-09-05 | 2003-08-12 | 光スイッチ、不交差電極を備えた方向性結合器型変調器および光通信システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4105054B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4789460B2 (ja) * | 2004-12-22 | 2011-10-12 | 株式会社アドバンテスト | 光スイッチ及び光試験装置 |
| JP5055947B2 (ja) * | 2006-10-20 | 2012-10-24 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光変調器および送信装置 |
| JP2016148798A (ja) * | 2015-02-13 | 2016-08-18 | 沖電気工業株式会社 | 光導波路素子 |
| CN112904483B (zh) * | 2021-01-18 | 2022-11-04 | 联合微电子中心有限责任公司 | 光波导定向耦合器及其形成方法、光网络及其控制方法 |
-
2003
- 2003-08-12 JP JP2003207312A patent/JP4105054B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004354960A (ja) | 2004-12-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2603437B2 (ja) | 周期的ドメイン反転電気・光変調器 | |
| KR0136969B1 (ko) | 제어가능한 처어프 발생용 광 변조기 | |
| US7616843B2 (en) | Optical functional device and fabrication process of the same | |
| US6973238B2 (en) | Optical switch and optical communication system | |
| JP3929814B2 (ja) | マッハ−ツェンダ電子−光学変調器 | |
| JP3179408B2 (ja) | 導波路型光デバイス | |
| US5263102A (en) | Polarization-independent optical switches/modulators | |
| JPH09105894A (ja) | 偏光独立性光学装置 | |
| JP3695717B2 (ja) | 光変調器 | |
| JP2012078376A (ja) | 光制御素子 | |
| CN112904599A (zh) | 一种高速调制器 | |
| JP2806425B2 (ja) | 導波型光デバイス | |
| JP2005064051A (ja) | 光モジュールおよび光通信システム | |
| JP4105054B2 (ja) | 光スイッチ、不交差電極を備えた方向性結合器型変調器および光通信システム | |
| JP4703158B2 (ja) | 光制御素子 | |
| JPH1184434A (ja) | 光制御回路および動作方法 | |
| US8606053B2 (en) | Optical modulator | |
| JPH05289119A (ja) | デジタル光スイッチ | |
| JP5467414B2 (ja) | 光機能導波路 | |
| Schmidt | Integrated optics switches and modulators | |
| JP2006243327A (ja) | 光導波路およびこれを用いた光スイッチ | |
| US7373025B2 (en) | Waveguide-type optical device | |
| JP3615108B2 (ja) | 光変調方法及び光変調器 | |
| JP2004004589A (ja) | マッハツェンダー導波路型電気光学光強度変調器 | |
| JP2564999B2 (ja) | 光変調器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050221 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050221 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070726 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070828 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071024 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080304 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080326 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110404 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120404 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130404 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130404 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140404 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |