(57)【要約】【課題】リップル量を低減させた光変調器を提供する。【解決手段】マッハツェンダ光変調器において、ＰＮ接合構造を有する光導波路（１０２，１０３）、及び進行波電極（１０８）を備え位相変調部と、位相変調部の光伝搬方向に当該位相変調部よりも長く形成された進行波電極の部分、及び位相変調部の光導波路と同じＰＮ接合構造を有し、位相変調部の光導波路と接続されない光導波路を備えたダミー位相変調部（５３）とを備えた。【選択図】図１０
2020134689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成され、少なくともひとつの光入力と、少なくともひとつの光出力と、少なくともひとつの位相変調部を備えた光変調器であって、
前記位相変調部が、
ＰＮ接合構造を有する光導波路と、
変調用の高周波信号を印加して、前記光導波路を伝播する光が同一方向に伝搬しながら相互作用する進行波電極と
を備え、前記進行波電極が、前記位相変調部の光伝搬方向に、前記位相変調部よりも長く形成され、減衰領域を構成し、
前記減衰領域がダミー位相変調部であり、前記ダミー位相変調部が、
前記進行波電極の前記位相変調部よりも長く形成された部分と、
前記位相変調部の光導波路と同じＰＮ接合構造を有し、前記位相変調部の光導波路と接続されない光導波路と
を備えた、光変調器。
【請求項２】
前記ダミー位相変調部の光導波路のドーピング濃度が前記位相変調部の光導波路のドーピング濃度よりも高く、前記減衰領域を構成する前記進行波電極の前記位相変調部よりも長く形成された部分における前記高周波信号の損失が大きい、請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記ダミー位相変調部が、バイアス電極をさらに備えた、請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光変調器を備え、前記進行波電極の終端側に終端抵抗が接続されていない、光送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器に関し、より詳細には、光伝送信号の品質の高い変調が可能な光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットを基盤とするサービスの爆発的な進展に伴い、これを支える光通信の大容量化、低電力化への期待はますます高まっている。光通信を行う為には、光信号を送信する光変調機が必要である。
【０００３】
マッハツェンダ光変調器は、入力側の光導波路に入射した光を２つの光導波路（アーム光導波路）に１：１の強度で分岐し、分岐した光を一定の長さ伝播させた後に、再度合波させて出力する構造を持つ。２つに分岐された光導波路に設けられた位相変調部により、２つの光の位相を変化させることで、合波されるときの光の干渉条件を変え、出力光の強度や位相を変調することができる。マッハツェンダ光変調器は、波長依存性が小さく、原理的に波長チャープ成分が無く、さらに高速であることからメトロ間距離以上の中・長距離光通信に広く用いられている。
【０００４】
位相変調部の光導波路を構成する材料としては、ＬｉＮｂＯ3等の誘電体、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、Ｓｉ（シリコン）等の半導体が用いられ、これらの光導波路近傍に配置された電極に変調電気信号を入力して光導波路に電圧を印加することで、光導波路を伝搬する光の位相を変化させる。特にＳｉを光導波路として用いた場合には、マッハツェンダ光変調器に加え、Ｓｉ基板上に結晶成長が可能なＧｅ(ゲルマニウム)を用いたフォトダイオードや、Ｓｉ光導波路を用いた方向性結合器や、Ｙ字スプリッタ等のパッシブ光回路等と一括して集積が可能である。そのため、光通信の送受に必要なデバイス群をワンチップ化し小型化が可能であることから、次世代の光送信機、受信機、及び光送受信機への応用に向け、近年研究・開発が盛んに行われている。
【０００５】
例えば、Ｓｉ光変調器はＳｉ基板の表面を熱酸化した酸化膜（Ｂｕｒｉｅｄ  Ｏｘｉｄｅ：ＢＯＸ）層上にＳｉの薄膜を張り付けたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板から構成され、ＳＯＩ層を光が導波できるようＳｉ薄膜を細線に加工した後、ｐ型又はｎ型の半導体となるようドーパントを注入し、光のクラッド層となるＳｉＯ2の堆積、電極の形成等を行い作製する。このとき、光の導波路は光損失が小さくなるように設計・加工する必要があり、ｐ型又はｎ型のドーピング及び電極の作製は、光の損失発生を小さく抑えるとともに、高速電気信号の反射や損失を小さく抑えるように設計・加工する必要がある。
【０００６】
図１に、従来のＳｉ光変調器の基本となるラテラル型のＰＮ接合を持つ光位相変調部の光導波路の断面構造図を示す。図１では、光は紙面垂直方向に伝搬するものとする。このＳｉ光変調器の位相変調部は、上下のＳｉＯ2クラッド層１，３に挟まれたＳｉ層２で構成され、図中央の光を閉じ込めるためのＳｉ細線は、厚さに差があるリブ導波路と呼ばれる構造を取っている。
【０００７】
図１のＳｉ層２の中央の厚い部分を導波路コア２０として、周囲のＳｉＯ2クラッド層１及び３との屈折率差を利用して紙面垂直方向に伝搬する光を閉じ込める光導波路７を構成する。
【０００８】
光導波路７の両側のスラブ領域２１に高濃度ｐ型半導体層２２、高濃度ｎ型半導体層２３が設けられ、更に光導波路７のコア中央部には中濃度ｐ型半導体層２４、中濃度ｎ型半導体層２５によるｐｎ接合構造が形成されて、図１の左右両端より変調電気信号とバイアスが印加されている。中濃度ｐ型半導体層２４、中濃度ｎ型半導体層２５によるｐｎ接合構造は間にドーピングされていないｉ型（真性）半導体を挟んだｐｉｎ構造としても良い。
【０００９】
なお、以下同様であるが半導体デバイスにおいて、一般的に、濃度に関わらずｐ型半導体及びｎ型半導体の一方を任意的に第１の極性を持つ領域、他方を第２の極性を持つ領域ということができる。
【００１０】
図１に図示は無いが、両端の高濃度半導体層２２及び２３に接する金属電極（風図示）を設け、金属電極よりｐｎ接合部に、ＲＦ（高周波）の変調電気信号とともに逆バイアス電界（図１では右から左）を印加する。これにより光導波路コア２０の内部のキャリア密度を変化させ、光導波路の屈折率を変えること（キャリアプラズマ効果）で、光の位相を変調することができる。
【００１１】
導波路寸法はコア／クラッドとなる材料の屈折率に依存するため、一意には決定できないが、図１のような光導波路コア２０と両側のスラブ領域２１を備えるリブ型シリコン導波路構造とした場合の一例を挙げると、導波路は、コアが幅４００〜６００（ｎｍ）×高さ１５０〜３００（ｎｍ）、スラブは厚さ５０〜２００（ｎｍ）で長さ数（ｍｍ）程度になる。
【００１２】
大容量な光通信を行うためには、高速な光変調器が必要である。１０Ｇｂｐｓ以上の帯域を持つ広帯域なマッハツェンダ光変調器として、進行波電極型マッハツェンダ光変調器がある。進行波電極は、変調電気信号（マイクロ波、高周波信号）と光導波路を伝播する光（光波）との速度を整合(位相速度整合)させ、電気信号を伝搬させながら光と相互作用を行う電極である。例えば、非特許文献１は、長さ数ミリメートル程度の進行波型電極を用いたＳｉマッハツェンダ光変調器の報告例である。
【００１３】
図２に、一般的な進行波電極型マッハツェンダ光変調器を示す。また、図３に、図２の断面線ＩＩＩ−ＩＩＩ’における進行波電極型マッハツェンダ光変調器の断面構造を示す。進行波電極型マッハツェンダ光変調器は、入力光カプラ(またはＹ字スプリッタ)１０１と、それより２分岐された入力光を導波する１対２本の並行する第１の導波路１０２及び第２の導波路１０３と、それらの出力光を結合する出力光カプラ１０４とを備える。
【００１４】
導波路１０２及び１０３は、図１を参照して上述した光位相変調部に関する説明のとおり、リブ導波路であり、紙面上下方向に第１の極性を持つ領域１０５及び第２の極性を持つ領域１０６に分かれた光位相変調部を構成する。第１の導波路１０２及び第２の導波路１０３の位相変調部の第１の極性を持つ領域または第２の極性を持つ領域のいずれかは導波路１０２及び１０３に囲まれる領域に形成されている。図２では、第２の極性を持つ領域１０６が、導波路１０２及び１０３に囲まれる領域に形成されている場合を示している。一方で、第１の極性を持つ領域１０５は、第２の極性を持つ領域１０６に対して、それぞれの位相変調部の光進行方向を軸として反対方向に形成されている。
【００１５】
第２の極性を持つ領域１０６には、金属のバイアス電極１０７が設けられ、紙面上下方向に２つある第１の極性を持つ領域１０５には、進行波電極１０８がそれぞれ設けられている。
【００１６】
Ｓｉ光変調器の場合は、ＰＮ接合が逆バイアス状態でなければ、変調速度の劣化を招く。そのため、金属のバイアス電極１０７は、１対の進行波電極１０８それぞれがどのようなバイアス状態であっても、ＰＮ接合が逆バイアス状態となるような電圧を印可される。そして、進行波電極１０８に対して、紙面左方向から差動の電圧を高周波変調電気信号（RF信号）として印可することで、光の変調を行う。
【００１７】
通常、進行波電極１０８には、変調器を駆動する為のドライバからの出力信号をワイヤボンディング等で接続する為の、入力側パッド１０９が設けられる。また、インピーダンス整合をさせ、高周波信号を終端させる為の終端抵抗と接続するための、出力側パッド１１０が設けられる。
【００１８】
図４に、ドライバ５０及び終端抵抗５１とマッハツェンダ光変調器とを組み合わせた接続図を示す。マッハツェンダ光変調器の進行波電極１０８は、終端抵抗５１を介して端子５１６（電源の電位）に接続される。ドライバ５０の出力インピーダンスＲｏｕｔ、光変調器の進行波電極１０８の特性インピーダンスＺ、及び終端抵抗５１の抵抗値Ｒｔｅｒｍがそれぞれ等しければ、インピーダンスマッチングがとれており、ドライバ５０から出力された信号は、反射することなく、終端抵抗５１で終端され、最も良い光変調器の高周波特性が期待できる。そのため、一般的には、Ｒｏｕｔ、Ｚ、及びＲｔｅｒｍの値がそれぞれ等しくなるように設計する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】David Patel, Samir Ghosh, Mathieu Chagnon, Alireza Samani,Venkat Veerasubramanian, Mohamed Osman, and David V. Plant, "Design, analysis, and transmission system performance of a 41 GHz silicon photonic modulator", Opt. Express vol.23, no.11, pp.14263-14275, 2015.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
図４において、マッハツェンダ光変調器とＲｏｕｔ、Ｚ、及びＲｔｅｒｍの値がそれぞれ違う場合には、インピーダンスマッチングが取れていない為に、マッハツェンダ光変調器の高周波特性が劣化する。例えば、Ｒｏｕｔはドライバの設計に依存し、Ｚは変調器の設計に依存するが、ドライバとマッハツェンダ光変調器をそれぞれの小型化を求めた場合のサイズ的な制約や、それぞれの特性を最大化する為に、ＲｏｕｔとＺが異なることがある。また、Ｒｔｅｒｍがプロセスばらつきや、部材としてのばらつきによって、理想値から外れてしまう場合も起こりうる。さらには、Ｚは一般的に周波数特性を持つため、すべての周波数で、Ｒｏｕｔ＝Ｚ＝Ｒｔｅｒｍとなるように設計することは事実上不可能である。
【００２１】
図５に、Ｒｏｕｔ、Ｚ、及びＲｔｅｒｍの値をそれぞれ変えた場合のマッハツェンダ光変調器のＥＯ(光出力)特性を示す。図５では、Ｚを基準として、ＲｏｕｔがＺより概ね１５０ｏｈｍ程度高い場合に、Ｒｔｅｒｍの値をＺと同じ値とした場合、Ｚより±５、±１０ｏｈｍ変化させた場合を示している。Ｒｏｕｔ、Ｚ、及びＲｔｅｒｍの不一致が大きくなればなるほど、周波数特性に大きなリプルを生じさせることが分かる。このような、リプルが大きい特性を持つマッハツェンダ光変調器を用いて、光変調を行った場合には、送信信号の品質が劣化する。そのため、極力リプルが小さくなるように設計すべきであるが、前述の理由から、リプルを完全になくすことは難しい。
【００２２】
特に、ドライバの出力抵抗を持たず、マッハツェンダ光変調器とのインピーダンスマッチングを行わないオープンコレクタ型のドライバやオープンドレイン型のドライバを用いた場合には、ＺとＲｔｅｒｍの不一致により生じた反射信号が、ドライバの出力端でほぼ減衰せずに反射する為、ＺとＲｔｅｒｍのわずかな不一致が、リップル量が増大しやすく、送信信号の品質の劣化を招いてしまう。
【００２３】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、変調特性に影響を与えず、リップル量を低減させた光変調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
このような目的を達成するために、本発明の態様は、基板上に形成され、少なくともひとつの光入力と、少なくともひとつの光出力と、少なくともひとつの位相変調部を備えた光変調器である。一実施形態に係る光位相変調器は、位相変調部が、ＰＮ接合構造を有する光導波路と、変調用の高周波信号を印加して、光導波路を伝播する光が同一方向に伝搬しながら相互作用する進行波電極とを備え、進行波電極が、位相変調部の光伝搬方向に、当該位相変調部よりも長く形成され、減衰領域を構成する。減衰領域はダミー位相変調部であり、当該ダミー位相変調部が、進行波電極の位相変調部よりも長く形成された部分と、位相変調部の光導波路と同じＰＮ接合構造を有し、位相変調部の光導波路と接続されない光導波路とを備える。
【００２５】
本端発明の別の態様は、上記光変調器を備えた光送信器である。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、光変調器が有する進行波電極の構造により、リップルを減少させる領域を持たせることで、ＥＯ帯域特性の劣化や、光出力強度の劣化を招かずに、リップル量のみを低減させ、送信信号の品質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】Ｓｉマッハツェンダ光変調器の位相変調部の断面図である。
【図２】従来の進行波電極型マッハツェンダ光変調器の上面の概略図である。
【図３】従来の進行波電極型マッハツェンダ光変調器の断面の概略図である。
【図４】（ａ）は、ドライバ、進行波電極型マッハツェンダ光変調器、及び終端抵抗を接続した状態の概略上面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図５】従来の進行波電極型マッハツェンダ光変調器を用いた際のＥＯ特性である。
【図６】本発明の一実施形態に係る進行波電極型マッハツェンダ光変調器の概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る進行波電極型マッハツェンダ光変調器のＥＯ特性である。
【図８】本発明の一実施形態に係る進行波電極型マッハツェンダ光変調器の概略図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る進行波電極型マッハツェンダ光変調器の概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る進行波電極型マッハツェンダ光変調器の概略図である。
【図１１】（ａ）は、ドライバ及び本発明の一実施形態に係る進行波電極型マッハツェンダ光変調器を接続した状態の概略図上面図であり、（ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。同一または類似の符号は、同一または類似の要素を示し、繰り返しの説明は省略する。以下の説明における数値例や材料名は例示であり、本願発明は、これに限定されるものではなく、他の数値や材料で実施することができる。
【００２９】
（実施形態１）
図６は、本発明の第１の実施形態に係るマッハツェンダ光変調器の構成を示す平面図である。本実施形態のマッハツェンダ光変調器は、図２に示した従来例のマッハツェンダ光変調器の構成を改良した構成を有する。図６に示す光変調器は、入力光カプラ１０１と、それより２分岐された入力光を導波する１対２本の並行する第１の導波路１０２及び第２の導波路１０３と、それらの出力光を結合する出力光カプラ１０４を備える。入力光は、入力光カプラ１０１の入力ポートに接続された直線導波路または曲げ導波路を介して入力され、また、出力光カプラ１０４の出力ポートに接続された直線導波路または曲げ導波路を介して出力される。
【００３０】
導波路１０２及び１０３は、リブ導波路であり、紙面上下方向に第１の極性を持つ領域１０５及び第２の極性を持つ領域１０６に分かれている。図６では、第１の導波路１０２及び第２の導波路１０３の位相変調部の第２の極性を持つ領域１０６は導波路１０２及び１０３に囲まれる領域に形成されている。一方で、導波路１０２及び１０３の第１の極性を持つ領域は、第２の極性を持つ領域１０６に対して、それぞれの位相変調部の光進行方向を軸として反対方向に形成されている。
【００３１】
そして、第２の極性を持つ領域１０６には、金属のバイアス電極１０７が設けられ、紙面上下方向に２つある第１の極性を持つ領域１０５には、進行波電極１０８がそれぞれ設けられている。通常、進行波電極１０８には、変調器を駆動する為のドライバからの出力信号をワイヤボンディング等で接続する為の、入力側パッド１０９が設けられる。また、インピーダンス整合をさせ、高周波信号を終端させる為の終端抵抗と接続するための、出力側パッド１１０が設けられる。
【００３２】
図２に示した従来例の光変調器と異なる点は、図６の光変調器は、進行波電極１０８が位相変調部に比べて、位相変調部の光伝搬方向に向かって、位相変調部よりも長いことにある。進行波電極１０８は一般的に、高周波を伝搬させた場合に減衰させる特性をもつ。このため、図４において、ドライバ５０及び終端抵抗５１と接続されたマッハツェンダ光変調器を、図６のマッハツェンダ光変調器と置き換えた場合には、ＲｏｕｔとＲｔｅｒｍの間の多重反射を減らすことができる。このため、リプルを減らし、送信信号の品質を高めることができる。
【００３３】
図７は、図２の従来例の光変調器と、図６の光変調器のＥＯ(光出力)特性を示す。図６の光変調器では、Ｒｔｅｒｍの値がＺよりも１０ｏｈｍ高い場合にも、リプル量を抑えることができていることがわかる。なお、図７は、位相変調部よりも後半の領域(減衰領域)における進行波電極の特性が、１０ＧＨｚで３ｄＢ程度の減衰をもつような場合を一例として計算した例である。
【００３４】
また減衰領域は、位相変調部の光伝搬方向に位相変調部よりも後半に設ける必要がある。これにより、入力側パッド１０９を通じてドライバから入力された高周波電気変調信号が位相変調部を伝搬し光変調作用を得た後で、減衰領域で高周波信号が減衰し、出力側パッド１１０を通じて終端抵抗で終端される。このため、本実施形態の光変調器は、従来の光変調器と同等の光変調効果を得て、リプルを減らし、送信信号の品質を高めることができる。減衰領域を、位相変調部の光伝搬方向に位相変調部よりも前半に設けた場合には、入力側パッド１０９を通じてドライバから入力された高周波電気変調信号が減衰領域で減衰した後に位相変調部を伝搬し光変調作用を得ることとなるため、変調性能を損なう原因となる。
【００３５】
（実施形態２）
図６に示す光変調器においては進行波電極１０８について、位相変調部と減衰領域で同じ形状としたが、位相変調部と減衰領域で形状を変化させても良い。一般的に、変調器において、進行波電極に位相変調部を装荷した場合には（Ｓｉマッハツェンダ変調器においては、位相変調部としてＰＮ接合を用いる）、インピーダンスが下がる。このため、位相変調部と減衰領域とのインピーダンスのマッチングとる必要がある。
【００３６】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るマッハツェンダ光変調器の構成を示す平面図である。本実施形態の光変調器は、入力光カプラ１０１と、それより２分岐された入力光を導波する１対２本の並行する第１の導波路１０２及び第２の導波路１０３と、それらの出力光を結合する出力光カプラ１０４を備える。導波路１０２及び１０３は、リブ導波路であり、紙面上下方向に第１の極性を持つ領域１０５及び第２の極性を持つ領域１０６に分かれている。入力光は、入力光カプラ１０１の入力ポートに接続された直線導波路または曲げ導波路を介して入力され、また、出力光カプラ１０４の出力ポートに接続された直線導波路または曲げ導波路を介して出力される。進行波電極１０８は、位相変調部に比べて、位相変調部の光伝搬方向に向かって、位相変調部よりも長く形成され、減衰領域を構成している。第２の極性を持つ領域１０６には、金属のバイアス電極１０７が設けられている。
【００３７】
本実施形態のマッハツェンダ光変調器は、位相変調部と減衰領域とのインピーダンスのマッチングをとることを可能にする構成を有する。
【００３８】
図８に示すように、進行波電極１０８は、減衰領域における幅を位相変調部における幅よりも太くしている。本実施形態の光変調器によれば、２本の進行波電極の電極間隔を狭くすることで、インピーダンスを下げることが可能とし、位相変調部と減衰領域のインピーダンスマッチングをとること可能となる。
【００３９】
（実施形態３）
図９は、本発明の第３の実施形態に係るマッハツェンダ光変調器の構成を示す平面図である。本実施形態の光変調器は、入力光カプラ１０１と、それより２分岐された入力光を導波する１対２本の並行する第１の導波路１０２及び第２の導波路１０３と、それらの出力光を結合する出力光カプラ１０４を備える。導波路１０２及び１０３は、リブ導波路であり、紙面上下方向に第１の極性を持つ領域１０５及び第２の極性を持つ領域１０６に分かれている。入力光は、入力光カプラ１０１の入力ポートに接続された直線導波路または曲げ導波路を介して入力され、また、出力光カプラ１０４の出力ポートに接続された直線導波路または曲げ導波路を介して出力される。進行波電極１０８は、入力光カプラ１０１と出力光カプラ１０４との間に設けられ位相変調部を形成している。第２の極性を持つ領域１０６には、金属のバイアス電極１０７が設けられている。
【００４０】
第１及び第２の実施形態のマッハツェンダ光変調器では、位相変調部を構成する進行波電極を延長し、減衰作用を持つ減衰領域とすることで、リップル量を低減させ、送信信号の品質を向上する効果を得た。
【００４１】
本実施形態に係るマッハツェンダ光変調器は、固定減衰器５２を進行波電極１０８とパッド１１０の間に設置した構成である。固定減衰器５２により、位相変調部を構成する進行波電極１０８を延長せずとも減衰作用を生じさせられることができる。これによって、ＥＯ特性のリプル量を抑えることができる。
【００４２】
固定減衰器５２はチップ部材の小型減衰器を変調器に表面実装して、設置することができる。
【００４３】
（実施形態４）
図１０は、本発明の第４の実施形態に係るマッハツェンダ光変調器の構成を示す平面図である。本実施形態の光変調器は、入力光カプラ１０１と、それより２分岐された入力光を導波する１対２本の並行する第１の導波路１０２及び第２の導波路１０３と、それらの出力光を結合する出力光カプラ１０４を備える。入力光は、入力光カプラ１０１の入力ポートに接続された直線導波路または曲げ導波路を介して入力され、また、出力光カプラ１０４の出力ポートに接続された曲げ導波路を介して出力される。
【００４４】
導波路１０２及び１０３は、リブ導波路であり、紙面上下方向に第１の極性を持つ領域１０５及び第２の極性を持つ領域１０６に分かれている。進行波電極１０８は、位相変調部に比べて、位相変調部の光伝搬方向に向かって、位相変調部よりも長く形成されている。第２の極性を持つ領域１０６には、金属のバイアス電極１０７が設けられている。
【００４５】
本実施形態のマッハツェンダ光変調器は、図９のマッハツェンダ光変調器のように別チップ部材の固定減衰器を設置するのでは無く、シリコンフォトニクス上にモノリシックに形成したダミー位相変調部５３を設けた構成である。ダミー位相変調部５３が、大きな減衰作用を持つ固定減衰器の役割を果たす。シリコンフォトニクス上にモノリシックに形成したダミー位相変調部５３もまた、１対２本の並行する導波路（第１の導波路１０２及び第２の導波路１０３の光伝搬方向にある）と、位相変調部の光伝搬方向に向かって位相変調部よりも長く形成された進行波電極１０８とを備える。ダミー位相変調部５３の１対２本の並行する導波路もまた、リブ導波路であり、第１の極性を持つ領域及び第２の極性を持つ領域に分かれている。第２の極性を持つ領域には、金属のバイアス電極５４が設けられている。
【００４６】
ダミー位相変調部５３の断面構造は、図３に示した位相変調部の断面構造と同じであるが、マッハツェンダ光変調器の出力部には接続されていない。一般的に、ＰＮ接合が装荷された進行波電極は高周波通過時の減衰特性が大きくなるために、固定減衰器として作用させることができる。
【００４７】
図９に示したマッハツェンダ光変調器と異なり、バルクの固定減衰器５２を進行波電極１０８とパッド１１０の間に設置した構成ではないため、本実施形態のマッハツェンダ光変調器は、実装コストや部品点数を削減し低コスト化することができる。さらに、ダミー位相変調部５３の第１の極性を持つ領域１０５及び第２の極性を持つ領域１０６のドーピング濃度を、位相変調部の第１の極性を持つ領域１０５及び第２の極性を持つ領域１０６のドーピング濃度よりも大きくすれば、ダミー位相変調部５３に接続される進行波電極１０８の減衰量は大きくなり、小型化しつつ、リップル量を抑えることができる。
【００４８】
図１に示したように、シリコン変調器に位相変調部においては一般的に２種類以上のドーピング濃度を用いる。図１０のダミー位相変調部５３においては、光導波路コア２０及びスラブ領域２１を、高濃度ｐ型半導体層（ｐ＋＋）および高濃度ｎ型半導体層（ｎ＋＋）のみを用いたＰＮ接合とすることで、より効率よく減衰作用を得ることができる。また、図８を参照して上述したように、ダミー位相変調部５３における進行波電極１０８の幅、電極間隔を調整することで、位相変調部とダミー位相変調部の間のインピーダンスマッチングを整合させることができる。これによって、リップルのない信号品質の良い光を送信することができる。
【００４９】
図１０においては、ダミー位相変調部５３にバイアス電極５４を設けた構成を示したが、バイアス電極５４は無くとも良い。バイアス電極５４がある場合には、バイアス電極５４に逆バイアスする電圧を変化させることで、ＰＮ接合の空乏層を変化させ、ダミー位相変調部５３における減衰量とインピーダンスを変化させることができる。一般的に、逆バイアスが大きければ空乏層は大きく開く為、キャパシタンス性が小さくなり、減衰量は減るが、インピーダンスは大きくなる。ダミー位相変調部５３を設けた場合には、位相変調部とダミー位相変調部５３との間のインピーダンスミスマッチにより、高周波の反射が生じ、リップルが生じうる。バイアス電極５４を設けた場合には、前述の、位相変調部とダミー位相変調部との間のインピーダンスミスマッチによって生じうるリップルをバイアスによって調整しつつ、ダミー位相変調部５３の減衰量も制御出来る為、変調器全体として最もリップルが低減するバイアスに調整することが出来る。
【００５０】
さらにこの効果は、マッハツェンダ光変調器を作製した後にダミー位相変調部５３のインピーダンス特性がばらついた場合においても、インピーダンスを調整できるようになるため、変調器全体として、最もリップルが低減するように調整が可能となる。
【００５１】
（実施形態５）
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る光送信機を示す平面図である。本実施形態の光送信器は、図１０を参照して説明した本発明の第４の実施形態に係るマッハツェンダ光変調器を用いた光送信機である。図４に示したマッハツェンダ光変調器の進行波電極１０８（出力側パッド１１０）を終端抵抗５１を介して端子５１６（電源の電位）に接続する接続構成と異なり、図１１の構成は、終端抵抗５１を介さずに、図１０のマッハツェンダ光変調器の進行波電極１０８を端子５１６（電源の電位）に接続することに特徴がある。図１０のマッハツェンダ光変調器の代わりに、図８または９のマッハツェンダ光変調器を用いてもよい。
【００５２】
一般的には、終端抵抗を用いない場合、Ｒｏｕｔ、Ｚ、及びＲｔｅｒｍ（この場合は電源のインピーダンスに依存し、一般的に数Ｋｏｈｍ）におけるインピーダンスミスマッチにより、光変調器の高周波特性が大きなリプルを持つことになる。
【００５３】
しかし、光送信器を構成するマッハツェンダ光変調器として、図８，９および１０に示したマッハツェンダ光変調器のいずれかを用いることで、終端抵抗５１を用いずに、端子５１６を介して接続される電源のインピーダンスと進行波電極１０８のインピーダンスにミスマッチがある場合にもリップル量を低減させることができる。したがって、終端抵抗５１を用いない場合にもリップルを低減することができる為、光送信機の信号品質を犠牲にせずに、部品点数を削減し、低コスト化が可能となる。また、部品点数の削減により、光送信機の製品信頼性の向上と、実装による歩留り向上の効果も得られる。
【符号の説明】
【００５４】
１、３  ＳｉＯ2クラッド層
２  Ｓｉ層
７  光導波路
２０  光導波路コア
２１  スラブ領域
２２  高濃度ｐ型半導体層、
２３  高濃度ｎ型半導体層
２４  中濃度ｐ型半導体層
２５  中濃度ｎ型半導体層
１０１  入力光カプラ
１０２、１０３  導波路（リブ導波路）
１０４  出力光カプラ
１０５  第１の極性を持つ領域
１０６  第２の極性を持つ領域
５４、１０７  バイアス電極
１０８  進行波電極
１０９、５０１、５１１  入力側パッド
１１０、５０４、５１３  出力側パッド
５０  ドライバ
５０２、５０３  増幅回路
５０５、５１４  ワイヤ
５１  終端抵抗
５１２  抵抗
５１６  端子（電位）
５２  固定減衰器
５３  ダミー位相変調部
【図１】
2020134689.tif 000003
【図２】
2020134689.tif 000004
【図３】
2020134689.tif 000005
【図４】
2020134689.tif 000006
【図５】
2020134689.tif 000007
【図６】
2020134689.tif 000008
【図７】
2020134689.tif 000009
【図８】
2020134689.tif 000010
【図９】
2020134689.tif 000011
【図１０】
2020134689.tif 000012
【図１１】
2020134689.tif 000013