(57)【要約】【課題】高速で駆動電圧が低く、かつバイアス電圧が小さく、製作の歩留まりの良い光変調器を提供する。【解決手段】電気光学効果を有する基板１に形成された光導波路と、高周波電気信号用の中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、バイアス電圧用の中心導体１５ａ及び接地導体１５ｂからなるバイアス電極とを有し、光導波路には進行波電極に高周波電気信号を印加することにより光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備し、光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなる光変調器において、バイアス電極は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路を構成するＹ分岐アームに沿ってバイアス電圧を印加するよう形成される。【選択図】図１
2010134115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号を印加するための高周波電気信号用の中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧用の中心導体及び接地導体からなるバイアス電極とを有し、
前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備しており、
前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなる光変調器において、
前記バイアス電極は、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路の前記分岐光導波路を構成するＹ分岐アームに沿ってバイアス電圧を印加するよう形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号を印加するための高周波電気信号用の中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧用の中心導体及び接地導体からなるバイアス電極とを有し、
前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備しており、
前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなる光変調器において、
前記バイアス電極は、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路の分岐部として形成された光導波路と当該光導波路に連続して形成されている前記ペアレントマッハツェンダ光導波路の前記分岐光導波路の一部に沿って設けられていることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号を印加するための高周波電気信号用の中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧用の中心導体及び接地導体からなるバイアス電極とを有し、
前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備しており、
前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなる光変調器において、
前記バイアス電極は、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路の分岐部を含まず、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームと前記ペアレントマッハツェンダ光導波路の前記分岐光導波路に沿ってバイアス電圧を印加するよう形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項４】
電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号を印加するための高周波電気信号用の中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧用の中心導体及び接地導体からなるバイアス電極とを有し、
前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備しており、
前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなる光変調器において、
前記バイアス電極は、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路の前記分岐光導波路の一部から前記チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームまでの連続した光導波路に沿って、バイアス電圧を印加するよう形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項５】
電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号を印加するための高周波電気信号用の中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧用の中心導体及び接地導体からなるバイアス電極とを有し、
前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備しており、
前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなる光変調器において、
前記バイアス電極は、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路の前記分岐光導波路から前記チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームまでの連続した光導波路に沿って、バイアス電圧を印加するよう形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項６】
前記バイアス電極は、前記高周波電気信号用相互作用部よりも出力側の光導波路にバイアス電圧を印加するよう形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光変調器。
【請求項７】
前記バイアス電極は、前記高周波電気信号用相互作用部よりも入力側の光導波路にバイアス電圧を印加するよう形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光変調器。
【請求項８】
前記ペアレントマッハツェンダ光導波路の前記分岐光導波路のうちの一方の側における、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路の前記分岐光導波路から前記チャイルドマッハツェンダ光導波路の前記Ｙ分岐アームにわたる領域の少なくとも一部の下方に、分極反転領域が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の光変調器。
【請求項９】
前記バイアス電極は、少なくとも２つのマッハツェンダ型光導波路を伝搬した光の位相を互いにｍπ／ｎ（ｍとｎは整数）異ならしめることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高速で駆動電圧が低く、かつバイアス電圧が小さく、製作の歩留まりの良い光変調器の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板（以下、リチウムナイオベート基板をＬＮ基板と略す）に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器（以下、ＬＮ光変調器と略す）は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓの大容量光伝送システムに適用されている。最近はさらに４０Ｇｂｉｔ／ｓの超大容量光伝送システムにも適用が検討されており、キーデバイスとして期待されている。
【０００３】
（第１の従来技術）
近年の４０Ｇｂｉｔ／ｓでは、ｚ−カット基板を使用するタイプとｘ−カット基板（あるいはｙ−カット基板）を用いるＤＱＰＳＫやＤＰＳＫなどの位相変調方式が使用されつつある。
【０００４】
光変調器の例としてＤＱＰＳＫを考える。図８に特許文献１に開示されたＤＱＰＳＫのＬＮ光変調器の構造を示す。図８からわかるように、ＤＱＰＳＫのＬＮ光変調器は２つの小さなマッハツェンダ（あるいは、チャイルドマッハツェンダ）光導波路が大きなマッハツェンダ（あるいは、ペアレントマッハツェンダ）光導波路に組み込まれた構造（ネスト構造、あるいはネスト型とも呼ばれる）となっている。
【０００５】
ここで、１はｚ−カットＬＮ基板、３ａは入力光導波路、３ｂと３ｃはペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム、３ｄと３ｅはチャイルドマッハツェンダ光導波路の直前にある平行光導波路、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉはチャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム、３ｊ、３ｋ、３ｌ、３ｍは高周波電気信号と光が相互作用する相互作用光導波路、３ｎ、３ｏ、３ｐ、３ｑはチャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム、３ｒと３ｓはチャイルドマッハツェンダ光導波路の直後にある平行光導波路、３ｔと３ｕはペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム、３ｖは出力光導波路、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは高周波電気信号と相互作用光導波路３ｊ、３ｋ、３ｌ、３ｍを伝搬する光が相互作用する領域（相互作用部という）に形成した進行波電極の中心導体、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅは相互作用部の進行波電極の接地導体、６はπ／２シフトをさせるバイアス部（あるいは、π／２シフト部）である。なお、説明を簡単にするために、ｚ−カットＬＮ基板１の上に堆積されるＳｉＯ２バッファ層と温度ドリフト抑圧用のＳｉ導電層は省略している。
【０００６】
換言すると、図８の構造はペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム３ｔ、３ｕと平行光導波路３ｒ、３ｓからなるペアレントマッハツェンダ光導波路に、チャイルドマッハツェンダ光導波路が組み込まれたネスト構造と言うことができる。なお、一般に平行光導波路３ｒ、３ｓは１０ｍｍ程度の長さを設けるのが普通である。
【０００７】
なお、実際のＬＮ光変調器では電極を光導波路の上に形成するので、電極の上からは光導波路を見ることはできないが、電極や光導波路に付与している番号を明確にするために本明細書では電極を透過して光導波路を見ることができるように図を描いている。さらに、本明細書ではπ／２シフト部のようにバイアスを印加する部分について考察しており、高周波電気信号が伝搬する進行波電極の構造に依存しない。従って、以降の図では進行波電極を省略する。
【０００８】
図８のＤＱＰＳＫ用ＬＮ光変調器のπ／２シフト部についての実際の電極を図９に示す。ここで、７ａはπ／２シフト部の中心導体（あるいは、バイアス電圧用の中心導体）、７ｂはπ／２シフト部の接地導体（あるいは、バイアス電圧用の接地導体）である。このように、従来技術ではＤＱＰＳＫ用ＬＮ光変調器のπ／２シフト部ではチャイルドマッハツェンダ光導波路の直後にある平行光導波路３ｒ、３ｓを使用していた。
【０００９】
通常、チャイルドマッハツェンダ光導波路の直後にある平行光導波路３ｒ、３ｓの長さ（印加したバイアスと光とが相互作用する長さ）は約１０ｍｍと短いので、π／２シフトに必要な電圧は２５Ｖ程度と高くなる。実際の光通信では供給できるバイアス電圧に限界があるので、２０年以上と長い期間にわたる信頼性上の問題があった。
【００１０】
（第２の従来技術）
図１０には第２の従来技術のπ／２シフト部についての電極を示す。８ａと８ｂが各々π／２シフト部の中心導体と接地導体である。この図からわかるように、この第２の従来技術においても、π／２シフト部の中心導体（あるいは、バイアス電圧用の中心導体）８ａと接地導体（あるいは、バイアス電圧用の接地導体）８ｂはチャイルドマッハツェンダ光導波路の直後に形成された長さが約１０ｍｍと比較的短い平行光導波路３ｒ、３ｓに形成されている。第１の従来技術と比較して、この第２の従来技術ではπ／２シフトに必要な電圧が低減できてはいるものの、それでも２３Ｖ程度と高く、やはり実際の光通信システムにおいて使用するには長期信頼性における問題があった。
【特許文献１】特開２００７−２０８４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
チャイルドマッハツェンダ光導波路同士間の光の位相差を与えるための相互作用長が短かったので、その位相差を与えるためのバイアス電圧が高く、実際の使用において信頼性上の問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号を印加するための高周波電気信号用の中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧用の中心導体及び接地導体からなるバイアス電極とを有し、前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備しており、前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなる光変調器において、前記バイアス電極は、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路の前記分岐光導波路を構成するＹ分岐アームに沿ってバイアス電圧を印加するよう形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項２の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号を印加するための高周波電気信号用の中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧用の中心導体及び接地導体からなるバイアス電極とを有し、前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備しており、前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなる光変調器において、前記バイアス電極は、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路の分岐部として形成された光導波路と当該光導波路に連続して形成されている前記ペアレントマッハツェンダ光導波路の前記分岐光導波路の一部に沿って設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項３の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号を印加するための高周波電気信号用の中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧用の中心導体及び接地導体からなるバイアス電極とを有し、前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備しており、前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなる光変調器において、前記バイアス電極は、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路の分岐部を含まず、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームと前記ペアレントマッハツェンダ光導波路の前記分岐光導波路に沿ってバイアス電圧を印加するよう形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項４の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号を印加するための高周波電気信号用の中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧用の中心導体及び接地導体からなるバイアス電極とを有し、前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備しており、前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなる光変調器において、前記バイアス電極は、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路の前記分岐光導波路の一部から前記チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームまでの連続した光導波路に沿って、バイアス電圧を印加するよう形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項５の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号を印加するための高周波電気信号用の中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記光にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧用の中心導体及び接地導体からなるバイアス電極とを有し、前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とを具備しており、前記光導波路は、ペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなる光変調器において、前記バイアス電極は、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路の前記分岐光導波路から前記チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームまでの連続した光導波路に沿って、バイアス電圧を印加するよう形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項６の光変調器は、前記バイアス電極は、前記高周波電気信号用相互作用部よりも出力側の光導波路にバイアス電圧を印加するよう形成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項７の光変調器は、前記バイアス電極は、前記高周波電気信号用相互作用部よりも入力側の光導波路にバイアス電圧を印加するよう形成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項８の光変調器は、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路の前記分岐光導波路のうちの一方の側における、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路の前記分岐光導波路から前記チャイルドマッハツェンダ光導波路の前記Ｙ分岐アームにわたる領域の少なくとも一部の下方に、分極反転領域が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項９の光変調器は、前記バイアス電極は、少なくとも２つのマッハツェンダ型光導波路を伝搬した光の位相を互いにｍπ／ｎ（ｍとｎは整数）異ならしめることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
π／２シフト部としてチャイルドマッハツェンダ光導波路の直後にある平行光導波路のみを使用する従来技術と異なり、本発明では、さらにペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム、チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム、チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐の分岐部、さらにはペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム、チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームなどにもバイアス電圧用電極を形成し、π／２シフト部のようにチャイルドマッハツェンダ同士間の位相差を形成する部位としてのバイアスと光との相互作用長を実質的に長くしている。π／２シフトに必要な電圧はこの実質的な相互作用長に正確に反比例するので、本発明を適用することにより、π／２シフトに必要なバイアス電圧を著しく低減することができる。従って、実際の光通信システムにおける長期信頼性を飛躍的に改善することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図８から図１０に示した従来の実施形態と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を省略する。
【００２３】
（第１の実施形態） 
図１に本発明における第１の実施形態の上面図を示す。図中、２０が本実施形態による新しいπ／２シフト部であり、１５ａはπ／２シフト部の中心導体、１５ｂはπ／２シフト部の接地導体である。つまり、中心導体１５ａと接地導体１５ｂはバイアス電圧用の電極である。この図からわかるように、この第１の実施形態ではπ／２シフト部として、従来技術において用いられてきたチャイルドマッハツェンダ光導波路の直後にある平行光導波路３ｒと３ｓのみでなく、ペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム３ｔと３ｕ、チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム３ｎ、３ｏ、３ｐ、３ｑも使用されている。さらに、図１からはわかりにくいが、図２で説明するようにＹ分岐アーム３ｎと３ｏの根元のＹ分岐部（図２の９ａ）も使用している。
【００２４】
本発明の目的は、π／２シフト部の実質的な長さを長くすることにより、π／２シフトをさせるために必要なバイアス電圧を小さくすることである。以下において本発明の効果について考察する。
【００２５】
図２には本実施形態におけるπ／２シフト部の一部について光導波路の上面図を示す（光導波路は図中の一点鎖線に対して上下に対称な構造であるので、上下に対して半分の概略構造のみを示している）。ここで、Ｌ１はチャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム３ｎ、３ｏ、３ｐ、３ｑの長さ、Ｌ２はチャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐の分岐部（正確には、光を分岐する場合には分岐光導波路、逆に光を合波する場合には合波光導波路であるが、これらを総称して分岐光導波路と呼ぶ。またテーパ部とも呼ばれる）９ａの長さ、Ｌ３はチャイルドマッハツェンダ光導波路の直後にある平行光導波路３ｒと３ｓの長さ、Ｌ４はペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム３ｔと３ｕの長さである。通常、テーパの角度は１度程度と小さいので、Ｙ分岐の分岐部９ａもある程度の長さを有する。従って、本実施形態ではこのＹ分岐の分岐部９ａもπ／２シフト部の一部として使用している。
【００２６】
ここで、θはチャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームや分岐部、及びペアレントマッハツェンダ光導波路におけるＹ分岐アームやテーパの開き角である。光の挿入損失を低減するために、通常この開き角θは１度程度と小さな角度で設計する。また、Ｇ１は相互作用光導波路３ｊ、３ｋ、３ｌ、３ｍのギャップの半幅、Ｇ２はチャイルドマッハツェンダ光導波路の直後にある平行光導波路３ｒと３ｓのギャップの半幅である。
【００２７】
なお、Ｙ分岐アーム３ｎや３ｏと分岐部９ａから構成される光導波路をチャイルドマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路と呼ぶ。この呼び方は相互作用光導波路３ｊ、３ｋの前のいわゆる入力側についても同様であるし、他のチャイルドマッハツェンダ光導波路についても適用できる。また、平行光導波路３ｒ、３ｓとＹ分岐アーム３ｔ、３ｕから構成される光導波路をペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路と呼ぶ。この呼び方は相互作用光導波路３ｊ、３ｋの前のいわゆる入力側についても同様である。
【００２８】
相互作用光導波路３ｊ、３ｋ、３ｌ、３ｍのギャップの半幅Ｇ１を１５０μｍ、光導波路の幅を１０μｍ、チャイルドマッハツェンダ光導波路の直後にある平行光導波路３ｒと３ｓのギャップの半幅Ｇ２を３００μｍとすると、チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームや分岐部、ペアレントマッハツェンダ光導波路におけるＹ分岐アームや分岐部の長さＬ１、Ｌ２及びＬ４は以下の式のように与えられる。
【００２９】
Ｌ１＝Ｇ１／ｔａｎθ≒８．６ｍｍ                    （１）
Ｌ２＝２０μｍ／ｔａｎθ≒１．２ｍｍ                （２）
Ｌ４＝Ｇ２／ｔａｎθ≒１７．２ｍｍ                  （３）
π／２シフト部として従来技術において使用されてきたチャイルドマッハツェンダ光導波路の直後にある平行光導波路３ｒと３ｓの長さＬ３の長さは１０ｍｍであったが、本発明を使用することにより、π／２シフト部をさらにＬ１＋Ｌ２＋Ｌ４≒２７ｍｍも長くでき、π／２シフト部全体としての長さＬとして３７ｍｍを確保できることになる。
【００３０】
さて、図３には、横軸にπ／２シフト部の長さＬ（従来技術ではＬ＝Ｌ３、本実施形態ではＬ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４）を、縦軸にπ／２シフトに必要なバイアス電圧を示す。図からわかるように、π／２シフトに必要なバイアス電圧はπ／２シフト部の長さＬに完全に半比例する。従来技術におけるＬはＬ３のみ、つまり約１０ｍｍであったが、本実施形態におけるＬはＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４であり、約３７ｍｍもの長さになり、π／２シフトに必要なバイアス電圧は第２の従来技術の約２３Ｖから６．１Ｖへと大幅に低減できる。
【００３１】
そして、本実施形態においては、図１において光導波路３ｎ、３ｏ、３ｒ、３ｔの上方にのみバイアス用電極を形成し、３ｐ、３ｑ、３ｓ、３ｕの上方には電極を形成しなくても本発明としての効果を発揮することができる。なお、これは光導波路の上方に中心導体を形成する方が接地導体を形成するよりも効率が高いためである。また、図１についてのみ説明したが、このことは本発明のすべての実施形態について適用可能である。
【００３２】
なお、図２において、分岐部９ａはこの図のように、テーパで形成してもよいし、多モード干渉型（Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＭＭＩ）カプラなどテーパ以外の各種のカプラを用いても良いことは言うまでもない。
【００３３】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について説明する。図４は本実施形態に適用する電極を除く構造の上面図である。本実施形態ではチャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム３ｐと３ｑ、チャイルドマッハツェンダ光導波路の直後にある平行光導波路３ｓ、ペアレントマッハツェンダ光導波路におけるＹ分岐アーム３ｕを含む領域１０の分極を反転している。
【００３４】
図５にはπ／２シフト部に形成する中心導体１１ａ、接地導体１１ｂも示している。ここで、中心導体１１ａと接地導体１１ｂがバイアス電圧用の電極である。図からわかるように分極反転領域１０にあるチャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム３ｐと３ｑ、チャイルドマッハツェンダ光導波路の直後にある平行光導波路３ｓ、ペアレントマッハツェンダ光導波路におけるＹ分岐アーム３ｕの上方に中心導体１１ａが形成されている。一般に、光導波路の上方に中心導体がある方が、接地導体がある場合よりも屈折率変化の効率が高いので、π／２シフトに必要なバイアス電圧は低くなる。
【００３５】
（第３の実施形態）
図６に本発明の第３の実施形態についてその上面図を示す。ここで１６ａはπ／２シフト部における中心導体、１６ｂはπ／２シフト部における接地導体である。つまり、中心導体１６ａと接地導体１６ｂはバイアス電圧用の電極である。
【００３６】
本実施形態では、本発明の第１の実施形態で追加したペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム３ｔと３ｕ、チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム３ｎ、３ｏ、３ｐ、３ｑの他に、ペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム３ｂと３ｃ、チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ（さらには、チャイルドマッハツェンダ光導波路の直前にある平行光導波路３ｄ、３ｅ）にもπ／２シフト部の役割を担わせている。従って、π／２シフト部としての全体の長さＬは第１の実施形態の２倍となり、π／２シフトに必要なバイアス電圧が半減する。なお、本実施形態では入力側と出力側の中心導体と接地導体が各々接続されているので、π／２シフトに必要なバイアス電源は一つで済む。
【００３７】
（第４の実施形態）
図７に本発明の第４の実施形態についてその上面図を示す。本実施形態では、ペアレントマッハツェンダ光導波路におけるＹ分岐アーム３ｃ、チャイルドマッハツェンダ光導波路の直前にある平行光導波路３ｅ、チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム３ｈと３ｉを含む領域１０ａの分極を反転している。ここで１７ａはπ／２シフト部における中心導体、１７ｂはπ／２シフト部における接地導体である。つまり、中心導体１７ａと接地導体１７ｂはバイアス電圧用の電極である。この構造を採用することにより、π／２シフトに必要なバイアス電圧は本発明における第２の実施形態の半分で済む。なお、本実施形態では入力側と出力側の中心導体と接地導体が各々接続されているので、π／２シフトに必要なバイアス電源は一つで済む。
【００３８】
（各実施形態について）
以上においては、ＤＱＰＳＫを例にとり説明したが、チャイルドマッハツェンダ光導波路が２個よりも多い構造についても適用できるし、π／２シフトではなく、ｍとｎを整数としてｍπ／ｎシフトのようにチャイルドマッハツェンダ光導波路同士間の光の位相を与える全ての光変調器に適用できる。また、Ｙ分岐アームにバイアス電圧を印加するという本発明の考え方はＤＰＳＫのようにＭＺが１個の場合にも適用可能である。
【００３９】
さらに、チャイルドマッハツェンダ光導波路の前後に長さが１０ｍｍ程度の平行光導波路を設けるとしたが、この平行導波路の長さは、さらに短くても長くても良いし、極端には長さはゼロでも良い。また、平行導波路の代わりに湾曲していても良い。なお、ペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームやチャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームは直線として説明したが、曲線でも良い。
【００４０】
また、本発明の実施形態として、チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームからペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームまでにバイアス電圧が印加される構成で説明してきたが、本発明はこれに限られるものではない。平行光導波路にバイアス電圧が印加される構成に加え、ペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム、チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐部、およびチャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームの少なくとも１つにさらにバイアス電圧が印加される構成であれば、本発明に属すると言うことができる。そして、上述した平行光導波路がゼロである構成の場合にあっては、ペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームにバイアス電圧が印加される構成に加え、チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐部と、チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームの少なくとも一方にさらにバイアス電圧が印加される構成であれば、本発明に属することになる。
【００４１】
また、進行波電極としてはＣＰＷ電極を例にとり説明したが、非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）や対称コプレーナストリップ（ＣＰＳ）などの各種進行波電極、あるいは集中定数型の電極でも良いことは言うまでもない。また、光導波路としてはマッハツェンダ型光導波路の他に、方向性結合器や直線など、その他の光導波路でも良いことは言うまでもない。
【００４２】
また、一般にバイアス部には高周波電気信号は印加されないので、バイアス相互作用部の特性インピーダンスは考える必要はなく、バイアス相互作用部の中心導体の幅は高周波電気信号用相互作用部の中心導体の幅よりも広くする、あるいはバイアス相互作用部における中心導体と接地導体の間のギャップを高周波電気信号用相互作用部における中心導体と接地導体の間のギャップよりも狭くすることが可能であることは言うまでもない。
【００４３】
また、以上の実施形態においては、ｚ−カット基板について説明したが、ｘ−カット、ｙ−カットもしくはｚ−カットの面方位、即ち、基板表面（カット面）に対して垂直な方向に結晶のｘ軸、ｙ軸もしくはｚ軸を持つ基板について適用可能であるし、以上に述べた各実施形態での面方位を主たる面方位とし、これらに他の面方位が副たる面方位として混在しても良い。また、ＬＮ基板のみでなく、リチウムタンタレートや半導体などその他の基板でも良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の光変調器における第１の実施形態の模式的な上面図
【図２】本発明の原理を説明するための光導波路の上面図
【図３】本発明の原理を説明するための図
【図４】本発明の第２の実施形態についてその原理を説明するための光導波路の上面図
【図５】本発明の光変調器における第２の実施形態の模式的な上面図
【図６】本発明の光変調器における第３の実施形態の模式的な上面図
【図７】本発明の光変調器における第４の実施形態の模式的な上面図
【図８】第１の従来技術の上面図
【図９】第１の従来技術についての実際の構造の上面図
【図１０】第２の従来技術の上面図
【符号の説明】
【００４５】
１：ｚ−カットＬＮ基板
３ａ：入力光導波路
３ｂ、３ｃ：ペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム
３ｄ、３ｅ：チャイルドマッハツェンダ光導波路の直前にある平行光導波路
３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ：チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム
３ｊ、３ｋ、３ｌ、３ｍ：相互作用光導波路
３ｎ、３ｏ、３ｐ、３ｑ：チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム
３ｒ、３ｓ：チャイルドマッハツェンダ光導波路の直後にある平行光導波路
３ｔ、３ｕ：ペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アーム
３ｖ：出力光導波路
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ：高周波電気信号用進行波電極の中心導体
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ：高周波電気信号用進行波電極の接地導体
６、２０：π／２シフト部
７ａ、８ａ、１１ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａ：バイアス電圧用の中心導体
７ｂ、８ｂ、１１ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ：バイアス電圧用の接地導体
９ａ：分岐部
１０、１０ａ：分極反転領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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