JP7400661B2 - 光変調器及び光変調素子の駆動方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光変調器及び光変調素子の駆動方法に関する。
インターネットの普及に伴い通信量は飛躍的に増大しており、光ファイバ通信の重要性が非常に高まっている。光ファイバ通信は、電気信号を光信号に変換し、光信号を光ファイバにより伝送するものであり、広帯域、低損失、ノイズに強いという特徴を有する。
光変調器は、電気信号を光信号に変換する。例えば、特許文献１、２には、ニオブ酸リチウム単結晶基板の表面付近にＴｉ（チタン）拡散により光導波路を形成したマッハツェンダー型光変調器が記載されている。また特許文献２には、光変調器の動作点ドリフトを補正することが記載されている。特許文献１、２に記載の光変調器は、４０Ｇｂ／ｓ以上の高速で動作するが、全長が１０ｃｍ前後と長い。
これに対し、特許文献３には、ｃ軸配向のニオブ酸リチウム膜を用いたマッハツェンダー型光変調器が記載されている。ニオブ酸リチウム膜を用いた光変調器は、ニオブ酸リチウム単結晶基板を用いた光変調器と比較して、小型であり、駆動電圧が低い。
ニオブ酸リチウムを用いた光変調器は、消光比が大きく、高周波帯域で動作できるため、都市間のような長距離の通信用に用いられている。また、インジウムリンを用いた光変調器も高周波帯域での動作が可能であるため、長距離の通信用に用いられることが期待されている。一方で、近年、データセンター内及びデータセンター間のような短、中距離の通信も増えており、このような用途では、シリコンを用いた光変調器を使う場合や光変調器を使わずにレーザーダイオードの駆動回路で出射光を直接変調する場合がある。シリコンを用いた光変調器による変調や直接変調では、周波数帯域の更なる高周波化に対応できない。
一方、ニオブ酸リチウム薄膜を用いた光変調器やインジウムリンを用いた光変調器のような高周波帯域で動作できる光変調器をデータセンター内またはデータセンター間の通信に適用するためには、駆動電圧を低電圧化することが求められる。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、低電圧で駆動でき、さらに変調損失が小さい光変調器、及び、低電圧で駆動でき、変調損失を低く抑えることができる光変調素子の駆動方法を提供することを目的とする。
（１）第１の態様に係る光変調器は、第１光導波路と、第２光導波路と、前記第１光導波路に電界を印加する第１電極と、前記第２光導波路に電界を印加する第２電極と、を有する光変調素子と、前記第１電極と前記第２電極との間の印加電圧を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記光変調素子の半波長電圧をＶπ、ｎｕｌｌ点電圧をＶｎとした際に、動作点ＶｄをＶｎ＋０．５０Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ＋０．７５Ｖπ又はＶｎ－０．７５Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ－０．５０Ｖπとし、前記光変調素子に印加される印加電圧の振幅である印加電圧幅Ｖｐｐを０．２２Ｖπ≦Ｖｐｐ≦０．５０Ｖπの範囲とする。
（２）上記態様に係る光変調器において、前記第１光導波路及び前記第２光導波路は、ニオブ酸リチウム膜の第１面から突出するリッジ形状部をそれぞれ含んでもよい。
（３）第２の態様に係る光変調素子の駆動方法は、第１光導波路及び第２光導波路と、前記第１光導波路と平面視重なる位置にある第１電極と、前記第２光導波路と平面視重なる位置にある第２電極と、を有する光変調素子の駆動方法であって、前記光変調素子の半波長電圧をＶπ、ｎｕｌｌ点電圧をＶｎとした際に、動作点ＶｄをＶｎ＋０．５０Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ＋０．７５Ｖπ又はＶｎ－０．７５Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ－０．５０Ｖπとし、前記光変調素子に印加される印加電圧の振幅である印加電圧幅Ｖｐｐを０．２２Ｖπ≦Ｖｐｐ≦０．５０Ｖπの範囲とする。
（４）上記態様に係る光変調素子の駆動方法において、前記第１光導波路及び前記第２光導波路は、ニオブ酸リチウム膜の第１面から突出するリッジ形状部をそれぞれ含んでもよい。
上記態様にかかる光変調器及び光変調素子の駆動方法は、低電圧駆動でき、変調損失が少ない。
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
まず方向について定義する。基板Ｓｂの一面の一方向をｘ方向、ｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。ｘ方向は、例えば、第１光導波路１１の延びる方向である。ｚ方向は、基板Ｓｂと垂直な方向である。ｚ方向は、ｘ方向及びｙ方向と直交する方向である。以下、＋ｚ方向を「上」、－ｚ方向を「下」と表現する場合がある。上下は、必ずしも重力が加わる方向とは一致しない。
図１は、第１実施形態に係る光変調器２００のブロック図である。光変調器２００は、光変調素子１００と駆動回路１１０と直流バイアス印加回路１２０と直流バイアス制御回路１３０とを有する。駆動回路１１０と直流バイアス印加回路１２０と直流バイアス制御回路１３０とで制御部となる。
光変調素子１００は、電気信号を光信号に変換する。光変調素子１００は、入力された入力光Ｌｉｎを変調信号Ｓｍに応じて出力光Ｌｏｕｔに変換する。
駆動回路１１０は、変調信号Ｓｍに応じた変調電圧Ｖｍを光変調素子１００に印加する。直流バイアス印加回路１２０は、直流バイアス電圧Ｖｄｃを光変調素子１００に印加する。直流バイアス制御回路１３０は、出力光Ｌｏｕｔをモニターし、直流バイアス印加回路１２０から出力される直流バイアス電圧Ｖｄｃを制御する。この直流バイアス電圧Ｖｄｃを調整することより、後述する動作点Ｖｄが制御される。
図２は、光変調素子１００の光導波路１０をｚ方向から見た平面図である。図３は、光変調素子１００をｚ方向から見た平面図である。図４は、図３におけるＸ１－Ｘ１’に沿って切断した断面である。光変調素子１００は、光導波路１０と電極２１、２２、２３、２４とを有する。
光変調素子１００は、基板Ｓｂを含む。基板Ｓｂとしては、ニオブ酸リチウム膜等の酸化膜４０をエピタキシャル膜として形成させることができる基板であればよく、サファイア単結晶基板もしくはシリコン単結晶基板が好ましい。基板Ｓｂの結晶方位は特に限定されない。なお、ニオブ酸リチウム膜はさまざまな結晶方位の基板Ｓｂに対して、ｃ軸配向のエピタキシャル膜として形成されやすいという性質を持っている。ｃ軸配向のニオブ酸リチウム膜を構成する結晶は３回対称の対称性を有しているので、下地の基板Ｓｂも同じ対称性を有していることが望ましく、サファイア単結晶基板の場合はｃ面、シリコン単結晶基板の場合は（１１１）面の基板が好ましい。
光導波路１０は、内部を光が伝搬する光の通路である。光導波路１０は、例えば、第１光導波路１１と第２光導波路１２と入力路１３と出力路１４と分岐部１５と結合部１６とを有する。第１光導波路１１及び第２光導波路１２は、例えば、ｘ方向に延びる。第１光導波路１１と第２光導波路１２のｘ方向の長さは、略同一である。分岐部１５は、入力路１３と第１光導波路１１及び第２光導波路１２との間にある。入力路１３は、分岐部１５を介して、第１光導波路１１及び第２光導波路１２と繋がる。結合部１６は、第１光導波路１１及び第２光導波路１２と出力路１４との間にある。第１光導波路１１と第２光導波路１２とは、結合部１６を介して、出力路１４と繋がる。
光導波路１０は、酸化膜４０の第１面４０ａから突出するリッジ形状部である第１光導波路１１及び第２光導波路１２を含む。第１面４０ａは、酸化膜４０のリッジ形状部以外の部分における上面である。リッジ形状部は、第１面４０ａからｚ方向に突出し、光導波路１０に沿って延びる。リッジ形状部のＸ１－Ｘ１’断面（光の進行方向に垂直な断面）の形状は、光を導波できる形状であればその形状は問わず、例えばドーム状、三角形状、矩形状でもよい。リッジ形状部のｙ方向の幅は、例えば、０．３μｍ以上５．０μｍ以下であり、リッジ形状部の高さ（第１面４０ａからの突出高さ）は、例えば、０．１μｍ以上１．０μｍ以下である。
酸化膜４０は、例えば、ｃ軸配向したニオブ酸リチウム膜である。酸化膜４０は、例えば、基板Ｓｂ上にエピタキシャル成長したエピタキシャル膜である。エピタキシャル膜は、下地の基板によって結晶方位が揃えられた単結晶の膜のことである。エピタキシャル膜は、ｚ方向およびｘｙ面内方向に単一の結晶方位をもった膜であり、結晶がｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向にともに揃って配向しているものである。エピタキシャル膜かどうかは、例えば、２θ－θＸ線回折における配向位置でのピーク強度と極点の確認を行うことで証明することができる。また、酸化膜４０は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２を介して設けられたニオブ酸リチウム膜であってもよい。
ニオブ酸リチウムの組成は、ＬｉｘＮｂＡｙＯｚである。Ａは、Ｌｉ、Ｎｂ、Ｏ以外の元素である。ｘは、０．５以上１．２以下であり、好ましくは０．９以上１．０５以下である。ｙは、０以上０．５以下である。ｚは１．５以上４．０以下あり、好ましくは２．５以上３．５以下である。Ａの元素は、例えば、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｃｅであり、これらの元素を２種類以上の組み合わせても良い。
酸化膜４０の膜厚は、例えば、２μｍ以下である。酸化膜４０の膜厚とは、リッジ形状部以外の部分の膜厚である。酸化膜４０の膜厚が厚いと、結晶性が低下する恐れがある。また酸化膜４０の膜厚は、例えば、使用する光の波長の１／１０程度以上である。酸化膜４０の膜厚が薄いと、光の閉じ込めが弱くなり、基板Ｓｂやバッファ層３０に光が漏れる。酸化膜４０の膜厚が薄いと、酸化膜４０に電界を印加しても、光導波路１０の実効屈折率の変化が小さくなるおそれがある。
電極２１、２２は、光導波路１０に変調電圧Ｖｍを印加する電極である。電極２１は、第１電極の一例であり、電極２２は、第２電極の一例である。電極２１の第１端２１ａは電源３１に接続され、第２端２１ｂは終端抵抗３２に接続されている。電極２２の第１端２２ａは電源３１に接続され、第２端２２ｂは終端抵抗３２に接続されている。電源３１は、変調電圧Ｖｍを光変調素子１００に印加する駆動回路１１０の一部である。
電極２３、２４は、光導波路１０に直流バイアス電圧Ｖｄｃを印加する電極である。電極２３の第１端２３ａ及び電極２４の第１端２４ａは電源３３に接続されている。電源３３は、直流バイアス電圧Ｖｄｃを光変調素子１００に印加する直流バイアス印加回路１２０の一部である。
図３では、見易くするために並行して配置した電極２１及び電極２２の線幅、線間を実際よりも広くしている。そのため、電極２１と第１光導波路１１とが重畳する部分の長さと、電極２２と第２光導波路１２とが重畳する部分の長さとが、異なるように見えるが、これらの長さは略同一である。同様に、電極２３と第１光導波路１１とが重畳する部分の長さと、電極２４と第２光導波路１２とが重畳する部分の長さとは、略同一である。
また電極２１、２２に直流バイアス電圧Ｖｄｃを重畳する場合は、電極２３、２４を設けなくてもよい。また電極２１、２２、２３、２４の周囲に接地電極を設けてもよい。
電極２１、２２、２３、２４は、バッファ層３０を挟んで、酸化膜４０上にある。電極２１、２３はそれぞれ、第１光導波路１１に電界を印加できる。電極２１、２３はそれぞれ、例えば、第１光導波路１１とｚ方向からの平面視で重なる位置にある。電極２１、２３はそれぞれ、第１光導波路１１の上方にある。電極２２、２４はそれぞれ、第２光導波路１２に電界を印加できる。電極２２、２４はそれぞれ、例えば、第２光導波路１２とｚ方向からの平面視で重なる位置にある。電極２２、２４はそれぞれ、第２光導波路１２の上方にある。
バッファ層３０は、光導波路１０と電極２０との間にある。バッファ層３０は、リッジ形状部を被覆し、保護する。またバッファ層３０は、光導波路１０を伝搬する光が電極２０に吸収されることを防ぐ。バッファ層３０は、酸化膜４０より屈折率が低い。バッファ層３０は、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２、Ｌａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣａＦ２、Ｉｎ２Ｏ３等又はこれらの混合物である。
光変調素子１００は、公知の方法で作製できる。例えばエピタキシャル成長、フォトリソグラフィ、エッチング、気相成長及びメタライズなどの半導体プロセスを用いて、光変調素子１００は製造される。
光変調素子１００は、電気信号を光信号に変換する。光変調素子１００は、入力光Ｌｉｎを出力光Ｌｏｕｔに変調する。まず光変調素子１００の変調動作について説明する。
入力路１３から入力された入力光Ｌｉｎは、第１光導波路１１と第２光導波路１２に分岐して伝搬する。第１光導波路１１を伝搬する光と第２光導波路１２を伝搬する光との位相差は、分岐した時点ではゼロである。
次いで、電極２１と電極２２との間に印加電圧を加える。例えば、電極２１と電極２２のそれぞれに、絶対値が同じで、正負が反対であり、位相が互いにずれていない差動信号を印加してもよい。第１光導波路１１及び第２光導波路１２の屈折率は、電気光学効果によって変化する。例えば、第１光導波路１１の屈折率は、基準の屈折率ｎから＋Δｎ変化し、第２光導波路１２の屈折率は、基準の屈折率ｎから－Δｎ変化する。
第１光導波路１１と第２光導波路１２との屈折率の違いは、第１光導波路１１を伝搬する光と第２光導波路１２を伝搬する光との間に位相差を生み出す。第１光導波路１１及び第２光導波路１２を伝搬した光は、出力路１４で合流し、出力光Ｌｏｕｔとして出力される。出力光Ｌｏｕｔは、第１光導波路１１を伝搬する光と第２光導波路１２を伝搬する光とを重ね合わせたものである。出力光Ｌｏｕｔの強度は、第１光導波路１１を伝搬する光と第２光導波路１２を伝搬する光の位相差に応じて変化する。例えば、位相差がπの偶数倍の場合は光が強め合い、πの奇数倍の場合は光が弱め合う。このような手順で、光変調素子１００は、電気信号に応じて、入力光Ｌｉｎを出力光Ｌｏｕｔに変調する。
光変調素子１００の変調電圧印加用の電極２１、２２には、変調信号に応じた変調電圧Ｖｍが印加される。直流バイアス電圧印加用の電極２３、２４に印加される電圧、つまり、直流バイアス印加回路１２０から出力される直流バイアス電圧Ｖｄｃは、直流バイアス制御回路１３０により制御される。直流バイアス制御回路１３０は、直流バイアス電圧Ｖｄｃを制御することにより、光変調素子１００の動作点Ｖｄを調整する。動作点Ｖｄとは変調電圧振幅の中心となる電圧である。
直流バイアス制御回路１３０は、光変調素子１００の動作点Ｖｄを電圧幅Ｒ１内とする。電圧幅Ｒ１は、半波長電圧Ｖπ及びｎｕｌｌ点電圧Ｖｎから規定される。
光変調素子１００による光変調について図５を用いて説明する。図５は、第１実施形態にかかる光変調器２００の印加電圧と出力との関係を示す図である。図５の横軸は光変調素子１００に印加した電圧であり、縦軸は光変調素子１００からの出力を規格化したものである。出力は、第１光導波路１１を伝搬する光と第２光導波路１２を伝搬する光の位相差がゼロの場合を「１」として規格化している。
次に、ｎｕｌｌ点電圧Ｖｎ及び半波長電圧Ｖπについて説明する。光変調素子１００の出力は、印加電圧がゼロの場合に最大となる。印加電圧がゼロの場合は、第１光導波路１１を伝搬する光と第２光導波路１２を伝搬する光の位相差がゼロであるためである。光変調素子１００からの出力は、印加電圧を大きくしていくと、徐々に小さくなり、ある点で極小となる。光変調素子１００からの出力が極小となる電圧が、ｎｕｌｌ点電圧Ｖｎである。半波長電圧（半波長位相変調電圧)は、マッハツェンダー型光変調器で光の位相差を１８０°にするための電圧であり、光変調素子１００から出力される光が極大から極小に至るまでの電圧幅が、半波長電圧Ｖπに対応する。ｎｕｌｌ点電圧Ｖｎを超える電圧を印加すると、光変調素子１００からの出力は周期的に変化する。光変調素子１００からの出力は、半波長電圧Ｖπごとに、極大、極小を繰り返す。
光変調素子１００の半波長電圧Ｖπは、光変調素子１００の構成によって変化する。半波長電圧Ｖπは、例えば、第１光導波路１１上の電極２１の長さ、第２光導波路１２上の電極２２の長さ等によって変化する。長さは、光の伝搬方向への長さである。図３の場合、電極２１のうちの第１光導波路１１と重なる部分の長さ、又は、電極２２のうちの第２光導波路１２と重なる部分の長さである。この長さは、相互作用長と言われる。相互作用長が長いと半波長電圧Ｖπは小さくなり、相互作用長が短いと半波長電圧Ｖπが大きくなる。
ニオブ酸リチウム薄膜を用いた光変調素子は、バルクのニオブ酸リチウムを用いた光変調素子と比較して効率的に光導波路に電界を印加できるため、半波長電圧Ｖπを小さくできる。しかしながら、データセンター用のトランシーバーに組み込むには、光変調素子１００の更なる小型化が必要であり、光変調素子１００の相互作用長を短くする必要がある。また光変調素子１００の変調周波数の帯域を広げるためには、相互作用長を短くする必要がある。そのため、光変調素子１００の半波長電圧Ｖπは、例えば、４．９Ｖ以上と大きくなってしまう。そこで、本実施形態にかかる光変調器２００は、動作点Ｖｄを電圧幅Ｒ１内とし、後述する印加電圧幅Ｖｐｐを制御する。
電圧幅Ｒ１は、Ｖｎ＋０．５０Ｖπ以上Ｖｎ＋０．７５Ｖπ以下の範囲又はＶｎ－０．７５Ｖπ以上Ｖｎ－０．５０Ｖπ以下の範囲である。すなわち、動作点Ｖｄは、以下の関係式を満たすように設計される。
Ｖｎ＋０．５０Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ＋０．７５Ｖπ又はＶｎ－０．７５Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ－０．５０Ｖπ
Ｖｎ＋０．５０Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ＋０．７５Ｖπ又はＶｎ－０．７５Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ－０．５０Ｖπ
動作点Ｖｄは、使用環境の温度等で変動する場合がある。使用中に動作点Ｖｄが変動した場合は、直流バイアス制御回路１３０で補正する。直流バイアス制御回路１３０は、例えば、出力光Ｌｏｕｔから分岐した分岐光Ｌｂを基に、動作点の変動を補正する。
駆動回路１１０は、光変調素子１００に印加する印加電圧幅Ｖｐｐを制御する。駆動回路１１０は、光変調素子１００に印加する高周波電圧を制御する。駆動回路１１０は、光信号に変換される電気信号を光変調素子１００に入力する。駆動回路１１０は、例えば、電源、ドライバ等を含む。
図６は、第１実施形態にかかる光変調器２００の印加電圧幅Ｖｐｐを説明するための図である。図６は、図５に印加電圧幅Ｖｐｐの説明を加えた図である。
印加電圧幅Ｖｐｐは、光変調素子１００を動作させる際に利用する電圧の範囲である。光変調素子１００には、動作点Ｖｄを中心に所定の電圧幅の範囲内の電圧が印加される。光変調素子１００には、動作点Ｖｄを中心として、最大値と最小値の差が印加電圧幅Ｖｐｐである高周波電圧が印加される。光変調素子１００からの出力は、印加電圧幅Ｖｐｐに対応する範囲で変化する。
例えば、動作点ＶｄをＶｎ＋０．５πとし、印加電圧幅Ｖｐｐを半波長電圧Ｖπとすると、光変調素子１００にはＶｎからＶｎ＋Ｖπの範囲の電圧が印加される。光変調素子１００からの出力は、印加電圧がＶｎで最小となり、印加電圧がＶｎ＋Ｖπで最大となる。すなわち、印加電圧幅Ｖｐｐを上記の範囲に設定すると、光変調素子１００の出力の変化幅が最大となる。一方で、光変調素子１００を駆動させるのに必要な駆動電圧が大きくなる。
駆動回路１１０は、光変調素子１００に印加する印加電圧幅Ｖｐｐを０．２２Ｖπ≦Ｖｐｐ≦０．５０Ｖπの範囲とする。
図７は、第１実施形態にかかる光変調器２００の印加電圧と消光比との関係を示す図である。図７の横軸は、光変調素子１００に印加した電圧であり、縦軸は印加した電圧における出力光Ｌｏｕｔとｎｕｌｌ点電圧における出力光Ｌｏｕｔとの比を示している。消光比は、出力光Ｌｏｕｔの最大値と最小値の比である。
図５及び図７に示すように、動作点Ｖｄを電圧幅Ｒ１内に設定し、印加電圧幅Ｖｐｐを所定の範囲に設定すると、光変調素子１００は出力光Ｌｏｕｔの光量が相対的に大きい領域で動作する。
出力光Ｌｏｕｔの光量が相対的に小さい領域（ｎｕｌｌ点電圧Ｖｎの近傍）で光変調素子１００を駆動すると、光変調素子１００における変調損失が大きくなり、出力光Ｌｏｕｔを十分検出できない場合がある。すなわち、出力光Ｌｏｕｔを電気信号に変換する際に信号成分がノイズに埋もれてしまい、検知できなくなる可能性がある。
これに対し、光変調素子１００の出力光Ｌｏｕｔの光量が十分大きい領域で光変調素子１００を駆動すると、十分な感度を得ることができる。例えば、動作点Ｖｄを電圧幅Ｒ１内に設定し、印加電圧幅Ｖｐｐを所定の範囲に設定すると、変調損失が３ｄＢ以下の範囲で、光変調素子１００を使うことができる。
ここで、図７に示すように、光変調素子１００の出力光Ｌｏｕｔの光量が十分大きい領域は、消光比が小さい。例えば、印加電圧幅Ｖｐｐが同じであるという条件のもと、動作点Ｖｄをｎｕｌｌ点電圧Ｖｎから離れた位置に設定した場合、動作点Ｖｄをｎｕｌｌ点電圧Ｖｎ近傍に設定した場合より光量は大きくなるが消光比は小さくなる。しかしながら、データセンター用の光変調器に求められる消光比は、長距離の通信用の光変調器より小さく、３ｄＢから９ｄＢ程度である。従って、動作点Ｖｄを電圧幅Ｒ１内に設定し、印加電圧幅Ｖｐｐを所定の範囲に設定すれば、消光比を３ｄＢ以上とすることができ、データセンター用に用いることができる。
またニオブ酸リチウム膜を用いた光変調素子１００は、消光比を最大化しようとすると駆動電圧が大きくなるが、印加電圧幅Ｖｐｐを所定の範囲に設定することで、低電圧駆動が可能となる。
上述のように、第１実施形態に係る光変調器２００は、低電圧駆動でき、変調損失が少ない。
ここまで第１実施形態に係る光変調器２００を一例として説明したが、本発明は第１実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、動作点ＶｄをＶｎ＋０．６２Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ＋０．７５Ｖπ又はＶｎ－０．７５Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ－０．６２Ｖπとし、印加電圧幅Ｖｐｐを０．３２Ｖπ≦Ｖｐｐ≦０．５０Ｖπの範囲としてもよい。この場合、光変調素子１００の変調損失を２ｄＢ以下にできる。
また例えば、動作点ＶｄをＶｎ＋０．６２Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ＋０．７３Ｖπ又はＶｎ－０．７３Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ－０．６２Ｖπとし、印加電圧幅Ｖｐｐを０．３２Ｖπ≦Ｖｐｐ≦０．５０Ｖπの範囲としてもよい。出力光Ｌｏｕｔの出力が最大となる位置では、信号にひずみが生じやすい。このひずみが生じやすい領域を避けることで、再生信号の波形歪が抑えられる。
また図８は、第１変形に係る光変調素子１０１をｚ方向から平面視した平面図である。光変調素子１０１は、光導波路５０と電極６１、６２、６３、６４と有する。
光導波路５０は、第１光導波路５１と第２光導波路５２と入力路５３と出力路５４と分岐部５５と結合部５６とを有する。光導波路５０は、第１光導波路５１及び第２光導波路５２が途中で湾曲している点が、光導波路１０と異なる。光導波路５０のその他の点は、光導波路１０と同様である。
電極６１、６２は、光導波路５０に変調電圧Ｖｍを印加する電極である。電極６１は、第１電極の一例であり、電極６２は、第２電極の一例である。電極６１の第１端６１ａは電源３１に接続され、第２端６１ｂは終端抵抗３２に接続されている。電極６２の第１端６２ａは電源３１に接続され、第２端６２ｂは終端抵抗３２に接続されている。電極６３、６４は、光導波路５０に直流バイアスＶｄｃを印加する電極である。電極６３の第１端６３ａ及び電極６４の第１端６４ａは電源３３に接続されている。
図８では、並行して配置した電極６１及び電極６２の線幅、線間を広くしたため、電極６１と第１光導波路５１とが重畳する部分の長さと、電極６２と第２光導波路５２とが重畳する部分の長さとが、異なるように図示しているが、これらの長さは略同一である。同様に、電極６３と第１光導波路５１とが重畳する部分の長さと、電極６４と第２光導波路５２とが重畳する部分の長さとは、略同一である。
電極６１及び電極６２が第１光導波路５１及び第２光導波路５２に沿って湾曲している点が、電極２１及び電極２２と異なる。電極６１、６２、６３、６４のそれぞれのその他の点は、電極２１、２２、２３、２４のそれぞれと同様である。
光変調素子１０１は、第１光導波路５１及び第２光導波路５２が湾曲していることで、ｘ方向の素子サイズが小さい。光変調素子１０１は、例えば、１００ｍｍ２以下、好ましくは５０ｍｍ２以下の素子サイズを実現できる。データセンター用の光変調器は小型化が求められている。光導波路５０を湾曲させることで、既存のデータセンター用の光変調器に対応した小さいサイズの領域にも、光変調素子１０１を収容できる。
１０、５０ 光導波路
１１、５１ 第１光導波路
１２、５２ 第２光導波路
１３、５３ 入力路
１４、５４ 出力路
１５ 分岐部
１６ 結合部
２１、２２、２３、２４、６１、６２、６３、６４ 電極
３０ バッファ層
４０ 酸化膜
４０ａ 第１面
１００、１０１ 光変調素子
１１０ 駆動回路
１２０ 直流バイアス印加回路
１３０ 直流バイアス制御回路
２００ 光変調器
Ｌｉｎ 入力光
Ｌｏｕｔ 出力光
Ｌｂ 分岐光
Ｖｄ 動作点
Ｖｎ ｎｕｌｌ点電圧
Ｖπ 半波長電圧
Ｖｐｐ 印加電圧幅
１１、５１ 第１光導波路
１２、５２ 第２光導波路
１３、５３ 入力路
１４、５４ 出力路
１５ 分岐部
１６ 結合部
２１、２２、２３、２４、６１、６２、６３、６４ 電極
３０ バッファ層
４０ 酸化膜
４０ａ 第１面
１００、１０１ 光変調素子
１１０ 駆動回路
１２０ 直流バイアス印加回路
１３０ 直流バイアス制御回路
２００ 光変調器
Ｌｉｎ 入力光
Ｌｏｕｔ 出力光
Ｌｂ 分岐光
Ｖｄ 動作点
Ｖｎ ｎｕｌｌ点電圧
Ｖπ 半波長電圧
Ｖｐｐ 印加電圧幅
Claims (4)
- 第１光導波路と、第２光導波路と、前記第１光導波路に電界を印加する第１電極と、前記第２光導波路に電界を印加する第２電極と、を有する光変調素子と、
前記第１電極と前記第２電極との間の印加電圧を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記光変調素子の半波長電圧をＶπ、ｎｕｌｌ点電圧をＶｎとした際に、動作点ＶｄをＶｎ＋０．６２Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ＋０．７５Ｖπ又はＶｎ－０．７５Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ－０．６２Ｖπとし、
前記光変調素子に印加される印加電圧の振幅である印加電圧幅Ｖｐｐを０．２２Ｖπ≦Ｖｐｐ≦０．５０Ｖπの範囲とし、
前記光変調素子から出力される出力光は、一つの周期で極大、極小を繰り返す、光変調器。 - 前記第１光導波路及び前記第２光導波路は、ニオブ酸リチウム膜の第１面から突出するリッジ形状部をそれぞれ含む、請求項１に記載の光変調器。
- 第１光導波路及び第２光導波路と、前記第１光導波路と平面視重なる位置にある第１電極と、前記第２光導波路と平面視重なる位置にある第２電極と、を有する光変調素子の駆動方法であって、
前記光変調素子の半波長電圧をＶπ、ｎｕｌｌ点電圧をＶｎとした際に、動作点ＶｄをＶｎ＋０．６２Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ＋０．７５Ｖπ又はＶｎ－０．７５Ｖπ≦Ｖｄ≦Ｖｎ－０．６２Ｖπとし、
前記光変調素子に印加される印加電圧の振幅である印加電圧幅Ｖｐｐを０．２２Ｖπ≦Ｖｐｐ≦０．５０Ｖπの範囲とし、
前記光変調素子から出力される出力光は、一つの周期で極大、極小を繰り返す、光変調素子の駆動方法。 - 前記第１光導波路及び前記第２光導波路は、ニオブ酸リチウム膜の第１面から突出するリッジ形状部をそれぞれ含む、請求項３に記載の光変調素子の駆動方法。
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