(57)【要約】【課題】２次の電気光学効果を有する半導体光導波路を備えた干渉型光強度変調器のチャープが少ない駆動方法を提供する。【解決手段】  第１及び第２の半導体光導波路１２、１３にそれぞれ印可される第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２を、第１の定常状態と第２の定常状態の間を推移する間、Ｖ１Ｖ１’＋Ｖ２Ｖ２’＝０となるように制御する。ここで、Ｖ１’、Ｖ２’はＶ１、Ｖ２の時間微分である。かかる制御により、チャープパラメータαの２次の電気光学効果に由来する項が小さくなる。【選択図】図１
2010025979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の変調電圧が印可される第１の半導体光導波路と、第２の変調電圧が印可される第２の半導体光導波路と、前記第１の半導体光導波路及び前記第２の半導体光導波路の出力光を干渉させる合波器とを備えた半導体光変調器の駆動方法において、
前記第１及び第２の変調電圧が第１の定常状態と第２の定常状態との間を推移する間、前記第１の変調電圧の時間微分と前記第１の変調電圧との積及び前記第２の変調電圧の時間微分と前記第２の変調電圧との積の和が零となるように、前記第１及び第２の変調電圧を制御することを特徴とする半導体光変調器の駆動方法。
【請求項２】
第１の変調電圧が印可される第１の半導体光導波路と、第２の変調電圧が印可される第２の半導体光導波路と、前記第１の半導体光導波路及び前記第２の半導体光導波路の出力光を合波する合波器とを備えた半導体光変調器の駆動方法において、
前記第１及び第２の変調電圧が第１の定常状態と第２の定常状態との間を推移する間、前記第１の変調電圧の２乗と前記第２の変調電圧の２乗との和が一定値に維持されるように、前記第１及び第２の変調電圧を制御することを特徴とする半導体光変調器の駆動方法。
【請求項３】
前記第１の定常状態では、前記第１の変調電圧Ｖ１及び前記第２の変調電圧Ｖ２はそれそれ第１の負電位及び第２の負電位にあり、
前記第２の定常状態では、前記第１の変調電圧Ｖ１及び前記第２の変調電圧Ｖ２はそれそれ第３の負電位及び第４の負電位にあり、
前記第１の変調電圧Ｖ１及び前記第２の変調電圧Ｖ２が前記第１の定常状態と第２の定常状態との間を推移する間、前記第１の変調電圧Ｖ１及び前記第２の変調電圧Ｖ２は、周期４Δかつ振幅Ａ（Ａ＞０）を有する第１の正弦波形電圧Ｖｕｐ、
Ｖｕｐ＝−Ａｓｉｎ［（２πｔ）／（４Δ）］
の波形で負電位方向へ立ち上がり、
前記正弦波形より位相がπ／２進んだ正弦波形電圧Ｖｄｏｗｎ、
Ｖｄｏｗｎ＝−Ａｓｉｎ［（２πｔ）／（４Δ）＋π／２］
の波形で負電位方向へ立ち下がることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体光変調器の駆動方法。
【請求項４】
第１の変調電圧が印可される第１の半導体光導波路と、
第２の変調電圧が印可される第２の半導体光導波路と、
前記第１の半導体光導波路及び前記第２の半導体光導波路の出力光を干渉させる合波器と、
前記第１及び第２の変調電圧が第１の定常状態と第２の定常状態との間を推移する間、前記第１の変調電圧の時間微分と前記第１の変調電圧との積及び前記第２の変調電圧の時間微分と前記第２の変調電圧との積の和が零となるように、前記第１及び第２の変調電圧を制御する制御部と、
を有することを特徴とする半導体光変調装置。
【請求項５】
データ入力に基づいて前記第１の変調電圧及び前記第１の変調電圧に対して相補的な反転変調電圧を生成する相補電圧生成回路と、
前記反転変調電圧を減衰して前記第２の変調電圧を生成する可変減衰器と、
前記第１の変調電圧の時間微分を生成する第１の微分回路と、
前記第２の変調電圧の時間微分を生成する第２の微分回路と、
前記第１の微分回路の出力と前第１の変調電圧との積を生成する第１の乗算回路と、
前記第２の微分回路の出力と前第２の変調電圧との積を生成する第２の乗算回路と、
前記第１の乗算回路と前記第２の乗算回路の出力の和を前記可変減衰器の減衰量制御端子に出力する加算回路とを備え、
前記加算回路の出力が零になるように、前記可変減衰器の減衰量が制御されることを特徴とする請求項４記載の半導体光変調装置。
【請求項６】
第１の変調電圧が印可される第１の半導体光導波路と、
第２の変調電圧が印可される第２の半導体光導波路と、
前記第１の半導体光導波路及び前記第２の半導体光導波路の出力光を合波する合波器と、
前記第１及び第２の変調電圧が第１の定常状態と第２の定常状態との間を推移する間、前記第１の変調電圧の２乗と前記第２の変調電圧の２乗との和が一定値に維持されるように、前記第１及び第２の変調電圧を制御する制御部と、
を有することを特徴とする半導体光変調装置。
【請求項７】
データ入力に基づいて前記第１の変調電圧及び前記第１の変調電圧に対して相補的な反転変調電圧を生成する相補電圧生成回路と、
前記反転変調電圧を減衰して前記第２の変調電圧を生成する可変減衰器と、
前記第１の変調電圧の二乗値を生成する第１の二乗回路と、
前記第２の変調電圧の二乗値を生成する第２の二乗回路と、
前記第１の二乗回路の出力と前記第２の二乗回路の出力の和を生成する加算回路と、
前記加算回路の出力の時間微分を前記可変減衰器の減衰量制御端子に出力する微分回路とを備え、
前記微分回路の出力が零になるように、前記可変減衰器の減衰量が制御されることを特徴とする半導体光変調装置。
【請求項８】
前記第１の定常状態では、前記第１の変調電圧Ｖ１及び前記第２の変調電圧Ｖ２をそれそれ第１の負電位及び第２の負電位とし、
前記第２の定常状態では、前記第１の変調電圧Ｖ１及び前記第２の変調電圧Ｖ２をそれそれ第３の負電位及び第４の負電位とし、
前記第１の変調電圧Ｖ１及び前記第２の変調電圧Ｖ２が前記第１の定常状態と第２の定常状態との間を推移する間、前記第１の変調電圧Ｖ１及び前記第２の変調電圧Ｖ２を、周期４Δかつ振幅Ａ（Ａ＞０）を有する第１の正弦波形電圧Ｖｕｐ、
Ｖｕｐ＝−Ａｓｉｎ［（２πｔ）／（４Δ）］
の波形で負電位方向へ立ち上げ、
前記正弦波形より位相がπ／２進んだ正弦波形電圧Ｖｄｏｗｎ、
Ｖｄｏｗｎ＝−Ａｓｉｎ［（２πｔ）／（４Δ）＋π／２］
の波形で負電位方向へ立ち下げる制御部を、
有することを特徴とする請求項４〜７のいずれかの請求項に記載の半導体光変調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はそれぞれ第１及び第２の変調電圧が印可される第１及び第２の半導体導波路を有し、第１及び第２の半導体光導波路の出力光の干渉により光強度変調を行う半導体光変調器の駆動方法及び半導体光変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２本の光導波路のそれぞれに第１及び第２の変調電圧を印可することで光導波路の屈折率を変化させて各光導波路を通過する入力光の位相を変調し、位相変調された各光導波路の出力光を合波し干渉させて光強度変調をする干渉型光変調器、例えばマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉型光変調器が高速光通信の分野で広く使用されている。
【０００３】
かかる干渉型光変調器では、変調電圧の推移期間中に、強度変調された光変調器の出力光（以下、「変調出力光」という。）の位相の時間変動に起因してチャープを発生することがある。かかるチャープは、例えば光ファイバを媒体とする長距離、大容量の光通信の伝送特性を劣化させるので好ましくない。
【０００４】
干渉型光変調器のチャープを抑制する駆動方法として、プッシュプル（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）駆動が知られている。プッシュプル駆動では、第１の変調電圧Ｖ１の時間微分Ｖ１' ，及び、第２の変調電圧Ｖ２の時間微分Ｖ２' を、Ｖ１' ＝−Ｖ２' となるように制御する。
【０００５】
光導波路の屈折率変化量が変調電圧Ｖ１、Ｖ２に比例する場合、例えば１次の電気光学効果を生ずるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）を光導波路とする場合では、プッシュプル駆動によりチャープ量をほぼ無視し得る程度に抑制することができる。
【０００６】
近年、半導体光変調器、例えば化合物半導体を光導波路とする干渉型半導体光変調器の開発が推進されている。半導体光変調器は、他の光回路、例えば半導体レーザ等とモノリシックに集積することができるので、小型の光回路装置を実現することができる。とくに、活性層に量子井戸構造を有する半導体光導波路は、量子閉じ込めシュタルク効果による大きな電気光学効果を有するため容易に小型の光変調器を構成することができる。
【０００７】
しかし、半導体の屈折率変化は、量子閉じ込めシュタルク効果を含めて、印可電圧の２乗で変化する２次の電気光学効果が主であるため、プッシュプル駆動によってはチャープ変動を十分に抑制することができない（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平０９−０２１９８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、半導体光導波路では、光導波路が２次の電気光学効果を主とする半導体から構成されているため、光導波路の屈折率の変化量が光導波路への印可電圧の２乗に比例して変化する。このため、従来のプッシュプル駆動による干渉型光変調器の駆動方法をそのまま半導体光導波路を備える半導体光変調器の駆動に適用しても、チャープを抑制することはできない。
【０００９】
本発明は、２本の半導体光導波路の出力光間の干渉により光強度変調を行う干渉型半導体光変調器の駆動に関し、変調電圧の推移期間に発生するチャープを抑制する駆動方法及びかかる駆動を実現するための駆動回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明では、第１の変調電圧が印可される第１の半導体光導波路と、第２の変調電圧が印可される第２の半導体光導波路と、前記第１の半導体光導波路及び前記第２の半導体光導波路の出力光を干渉させる合波器とを備えた半導体光変調器の駆動方法において、
前記第１及び第２の変調電圧が第１の定常状態と第２の定常状態との間を推移する間、前記第１の変調電圧の時間微分と前記第１の変調電圧との積及び前記第２の変調電圧の時間微分と前記第２の変調電圧との積の和が零となるように、前記第１及び第２の変調電圧を制御することを特徴とする半導体光変調器の駆動方法として構成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、干渉型半導体光変調器を、少ないチャープで変調駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態を説明する前に、まず、干渉型光変調器の変調特性について説明する。なお、説明を簡明にするため、マッハツェンダ干渉型光変調器を例に説明するが、他の干渉型光変調器例についても同様である。
【００１３】
マッハツェンダ干渉型光変調器では、入射光を分岐して第１及び第２の光導波路へ入射する。第１及び第２の光導波路にはそれぞれ第１の変調電圧Ｖ１及び第２の変調電圧Ｖ２が印可され、入射光は変調電圧Ｖ１、Ｖ２に応じて位相変調された出力光として各光導波路から出力される。各光導波路からの位相変調された出力光は、合波器により合波され干渉して強度変調された変調出力光として光変調器から出力される。
【００１４】
上述のマッハツェンダ干渉型光変調器において、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２により、第１及び第２の光導波路の出力光がそれぞれ位相変化量φ1 、φ2 だけ位相変調されたとき、変調出力光の電界強度Ｅo は、
【００１５】
【数１】
2010025979.tif 000003
と表される。ここで、κは入力光の分岐比である。従って、変調出力光の光強度Ｉｏ及び位相φｏは、
【００１６】
【数２】
2010025979.tif 000004
及び、
【００１７】
【数３】
2010025979.tif 000005
と表される。
【００１８】
チャープは、周波数の時間変動に起因して発生し、その強度は周知のようにチャープパラメータαで表すことができる。ここでチャープバラメータαは、変調出力光の位相φｏの時間微分φｏ’、及び、変調出力光の光強度Ｉｏの時間微分Ｉｏ’を用いて、
【００１９】
【数４】
2010025979.tif 000006
と定義され、数式２及び数式３を用いて、
【００２０】
【数５】
2010025979.tif 000007
と表される。ここで、φ1'及びφ2'は、それぞれ第１及び第２の光導波路の出力光の位相変化量φ1 、φ2 の時間微分を表している。
【００２１】
以下、第１及び第２の光導波路への入射光の分岐比率が等しいとき、即ち分岐比κ＝１の場合を考える。なお、κ＝１はマッハツェンダ干渉型光変調器で通常用いられる分岐比率である。
【００２２】
κ＝１のとき、数式５は、
【００２３】
【数６】
2010025979.tif 000008
と変形される。
【００２４】
数式6 は、φ1'＋φ2'＝０となるように制御されるとき、αが零となり、任意の位相差、φ1 −φ2 、についてチャープが消失することを示している。
【００２５】
ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムのように１次の電気光学効果、例えばポッケルス効果により屈折率が変化する光導波路を用いた場合、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２により位相変調された光導波路の出力光の位相変化量φ1 、φ2 は、変調電圧Ｖ１、Ｖ２に比例する。即ち、φ1 ∝Ｖ１、及び、φ2 ∝Ｖ２である。
【００２６】
プッシュプル駆動では、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２の時間微分Ｖ１' 、Ｖ２' が符号を逆にして絶対値が等しくなるように、即ち、Ｖ１' ＝−Ｖ２’となるように（言い換えれば、Ｖ１＋Ｖ２＝定数となるように）制御する。従って、ポッケルス効果を利用する光変調器では、光導波路の出力光の位相変化量φ1 、φ2 の時間微分φ1'、φ2'は、常にφ1'＝−φ2'となるように制御される。このため、数式６からチャープバラメータαは零となり、チャープは発生しない。
【００２７】
次に、半導体光導波路を用いたマッハツェンダ干渉型光変調器について説明する。
【００２８】
化合物半導体光導波路に代表される半導体光導波路では、例えばシュタルク効果又はフランツケルディッシュ効果を利用して光変調をする。これらの効果は、光導波路の屈折率が変調電圧の２乗に比例して変化する２次の電気光学効果が主である。このため、光導波路の出力光の位相変化量φ1 、φ2 は、変調電圧Ｖ１、Ｖ２に比例しない。その結果、光導波路の出力光の位相変化量φ1 、φ2 の時間微分φ1'、φ2'は、プッシュプル駆動では必ずしもφ1'＝−φ2'とはならず、チャープが発生する。
【００２９】
フランツケルディッシュ効果は、電子・正孔の波動関数の禁止帯への滲み出しにより生ずる。シュタルク効果は、励起子と電界の相互作用による励起子吸収波長の変化により生ずる。量子井戸構造では、励起子の解離が妨げられるためとくに大きなシュタルク効果、いわゆる量子閉じ込めシュタルク効果を発生する。このため、量子井戸構造は、小型かつ低変調電圧の実用的な光変調器を実現するものとして、開発・研究が進められている。以下、かかる量子井戸構造を有するマッハツェンダ干渉型半導体光変調器を例に半導体光変調器の変調特性について説明する。
【００３０】
量子閉じ込めシュタルク効果は、フランツケルディッシュ効果と同様に２次の電気光学効果である。かかる２次の電気光学効果を有する半導体光導波路では、半導体光導波路中の電界Ｅに対する屈折率の変化量Δｎは、材料固有の係数ｓを用いて、
【００３１】
【数７】
2010025979.tif 000009
と表される。ここで、半導体光導波路中の電界Ｅは、ビルトインポテンシャルに伴う電界Ｅｂと変調電圧Ｖにより印可される電界Ｖ／ｄの和として、
【００３２】
【数８】
2010025979.tif 000010
と表される。なお、ｄは光導波路を構成する活性層の厚さである。
【００３３】
数式８を数式７に代入して、
【００３４】
【数９】
2010025979.tif 000011
を得る。さらに、変形された屈折率変化量Δｎ’＝Δｎ＋（ｎ0 3 ／２）ｓＥｂ2 を導入し、ｒ＝２ｓＥｂとおくと、変形された屈折率変化量Δｎ’は、数式９を用いて、
【００３５】
【数１０】
2010025979.tif 000012
と表すことができる。ここで、Δｎ’の第２項（ｎ0 3 ／２）ｓＥｂ2 は、材料及びビルトインポテンシャルから定まる半導体光変調器に固有の定数であり、変調電圧に依存しない。従って、チャープパラメータαの大きさの評価では、屈折率変化量Δｎの代わりに変形された屈折率変化量Δｎ’を用いることができる。
【００３６】
数式１０は、Δｎ’が変調電圧Ｖの１次及び２次の項を有することを示している。具体例として、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの積層からなる量子井戸構造では、１次の項の係数ｒは１×１０-10 ｃｍ／Ｖ、２次の項の係数ｓは１×１０-14 ｃｍ2 ／Ｖ2 のオーダーである。
【００３７】
長さがＬ、半導体光導波路を構成する活性層の厚さがｄの第１及び第２の半導体光導波路に、それぞれ第１及び第２の変調電圧Ｖ１及びＶ２を印可したとき、各半導体光導波路を通過した出力光の位相変化量φ1 、φ2 は、活性層への光閉じ込め率Γを用いて、
φ1 ＝Δｎ’×Ｌ×Γ、及び、φ2 ＝Δｎ’×Ｌ×Γ
と表される。従って、第１及び第２の変調電圧Ｖ１及びＶ２がそれぞれ印可された第１及び第２の半導体光導波路の出力光の位相変化量φ1 、φ2 は、上記の２式に数式１０を代入して、
【００３８】
【数１１】
2010025979.tif 000013
となる。さらに、数式１１を数式６に代入して
【００３９】
【数１２】
2010025979.tif 000014
を得る。
【００４０】
典型的なマッハツェンダー干渉型半導体光変調器として、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの積層からなる量子井戸構造を例示すると、ｒ≒１×１０-10 ｃｍ／Ｖ、ｓ≒１×１０-14 ｃｍ2 ／Ｖ2 、Ｖ１／ｄ≒Ｖ２／ｄ≒１０5 ／ｃｍ（活性層の厚さｄ≒３００ｎｍ、変調電圧Ｖ１、Ｖ２≒３Ｖの例。）の程度である。
【００４１】
数式１２の分子の｛｝中の第１項の大きさはｒ（Ｖ１' ＋Ｖ２' ）の程度であり、第２項の大きさは（２ｓ／ｄ）Ｖ１（Ｖ１＝Ｖ２とした。）の程度であるから、第１項の第２項に対する比ηは、
【００４２】
【数１３】
2010025979.tif 000015
の程度であり、上記値を代入するとηは０．１のオーダとなる。即ち、チャープパラメータαへの寄与は、変調電圧Ｖ１、Ｖ２の２乗に比例する第２項の寄与が主であり、変調電圧Ｖ１、Ｖ２に比例する第１項の寄与は第１項の僅かに１／１０程度に過ぎない。従って、半導体光変調器においては、数式１２の分子の｛｝中の第１項を無視し、第２項のみを最小にすることでチャープを十分に抑制することができる。即ち、
【００４３】
【数１４】
2010025979.tif 000016
を満たすように第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２を制御することで、チャープを抑制することができる。
【００４４】
なお、数式１４を積分して得られる式、
【００４５】
【数１５】
2010025979.tif 000017
に従って、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２を制御しても同様のチャープ抑制効果が得られる。本発明はかかる知見に基づき考案された。
【００４６】
本発明の第１実施形態は、数式１４を満たすように、即ち数式１５を満たすように第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２を制御するマッハツェンダ干渉型半導体光変調器の駆動方法に関する。
【００４７】
図１は本発明の第１実施形態の光変調装置の構成図であり、半導体光変調器及びその駆動装置を含む主要な構成を表している。
【００４８】
図１を参照して、本第１実施形態の光変調装置は、半導体光変調器１０と、半導体光変調器１０へ供給される第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２を生成するためのファンクションジェネレータ３０とを備える。なお、このファンクションジェネレータ３０は第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２を制御する制御部を構成する。
【００４９】
半導体光変調器１０は、化合物半導体基板１１上に形成された第１の半導体光導波路１２及び第２の半導体光導波路１３を具えたマッハツェンダ干渉型光変調器１０として構成される。これら第１及び第２の半導体光導波路１２、１３の上には、それぞれ第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２が印可される第１の電極１４及び第２の電極１５が設けられている。
【００５０】
第１及び第２の半導体光導波路１２、１３は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの量子井戸構造を有する厚さが３００ｎｍの活性層をコア層中に含む光導波路からなり、第１及び第２の電極１４、１５にそれぞれ印可される負電位の第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２によりバイアスされる。なお、第１及び第２の半導体光導波路１２、１３は、同一構造をなし、長さも等しい。
【００５１】
基板１１上、第１及び第２の半導体光導波路１２、１３の入力端側（図１の左側）に、入射光２０を伝播する入力光導波路１８と、入力光導波路１８を透過した入射光を分岐比率κ＝１（即ち、等分に分配する）で分波する分波器１６が設けられる。そして、分波器１６は、入射光２０を等分に分配して、第１及び第２の半導体光導波路１２、１３に入射する。
【００５２】
さらに、第１及び第２の半導体光導波路１２、１３の出力端側（図１の右側）の基板１１上に、第１及び第２の半導体光導波路１２、１３の出力光を合波する合波器１７と、合波器１７の出力光を半導体光変調器１０の外部へ導光するための出力光導波路１９とが設けられる。そして、合波器１７で合波された第１及び第２の半導体光導波路１２、１３の出力光（位相変調された光）は、互いに干渉し、光強度変調された変調出力光２１として出力光導波路１９を通り半導体光変調器１０から出力される。
【００５３】
ファンクションジェネレータ３０は、入力されたパルス列からなる変調データＤＡＴＡに基づき、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２を発生し、それぞれ配線３１、３２を介して第１及び第２の電極１４、１５に供給する。
【００５４】
上述の半導体光変調器１０において、入射光２０は分波器１６により等強度の２本の光に分岐され、それぞれ第１及び第２の半導体光導波路１２、１３へ入射される。その分岐された入射光は第１及び第２の半導体光導波路１２、１３を通過する間に第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２に従い位相変調を受けたのち、合波器１７により合波され、干渉により強度変調された変調出力光２１として出力される。
【００５５】
本第１実施形態では、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２の立ち上がり及び立ち下がりの波形を、正弦波形の一部分として構成する。なお、本明細書において、負電位のパルス列からなる第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２の「立ち上がり」及び「立ち下がり」は、正電圧に近い電圧（負電圧である。）から負電位方向への変化を立ち上がり、負電圧から正電位方向への変化（変化後の電圧も負電位である。）を立ち下がりと定義する。また、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２が定常状態でとるそれぞれ２値の電圧（第１の定常状態で、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２はそれぞれ第１及び第２の負電位Ｖ１Ｌ、Ｖ２Ｈにあり、第２の定常状態で、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２はそれぞれ第３及び第４の負電位Ｖ１Ｈ、Ｖ２Ｌにある。）のうち、正電圧に近い電圧を低電位と、より負電圧側の電圧を高電位と称する。
【００５６】
図２は本発明の第１実施形態の変調電圧波形図であり、第１及び第２の変調電圧波形を表している。なお、図２（ａ）はデータ列と第１及び第２の変調電圧波形の関係を、図２（ｂ）は第１及び第２の変調電圧波形の一部を拡大して表している。
【００５７】
図２（ａ）を参照して、ファンクションジェネレータ３０は、時間ｔの経過とともに順次入力される２値の信号データ列ＤＡＴＡ（図２（ａ）中にデータとして示す）に従って、それぞれ負の矩形パルス列からなる第１の変調電圧Ｖ１及び第２の変調電圧Ｖ２を発生する。なお、図１を参照して、第１の変調電圧は第１の電極１４に印可され、第２の変調電圧Ｖ２は第２の電極１５に印可される。
【００５８】
第１の変調電圧Ｖ１は、データが０のとき低電位Ｖ１Ｌ（第１の負電位）をとり、データが１のとき高電位Ｖ１Ｈ（第３の負電位）をとる。一方、第２の変調電圧Ｖ２は、第１の変調電圧Ｖ１に対して相補的に変化し、データが０のとき高電位Ｖ２Ｈ（第２の負電位）をとり、データが１のとき低電位Ｖ２Ｌ（第４の負電位）をとる。即ち、ファンクションジェネレータ３０は、互いに反転した第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２を生成する相補電圧生成回路として動作する。なお、図２（ａ）では低電位Ｖ１Ｌは高電位Ｖ２Ｈより負電位としている。これより、後述するようにチャープパラメータαが大きくなる特異点を避けて半導体光変調器１０を駆動することができる。なお、この特異点が問題にならない場合では、これに限られず、等しくても、逆に低電位Ｖ１Ｌが高電位Ｖ２Ｈより正電位としてもよい。
【００５９】
図２（ｂ）を参照して、時間ｔが時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に、第１の変調電圧Ｖ１は低電位Ｖ１Ｌから高電位Ｖ１Ｈまで立ち上がり、他方、第２の変調電圧Ｖ２は高電位Ｖ２Ｈから低電位Ｖ２Ｌまで立ち下がる。また、時間ｔが時刻ｔ３から時刻ｔ４の間に、第１の変調電圧Ｖ１は高電位Ｖ１Ｈから低電位Ｖ１Ｌまで立ち下がり、他方、第２の変調電圧Ｖ２は低電位Ｖ２Ｌから高電位Ｖ２Ｈまで立ち上がる。
【００６０】
図３は本発明の第１実施形態の変調電圧波形の詳細図であり、第１及び第２の変調電圧波形の立ち上がり及び立ち下がりの詳細な波形を表している。なお、図３中にＶｕｐ及びＶｄｏｗｎとして示した曲線は、振幅を表す正の係数Ａ（振幅Ａ）を用いて、それぞれ、
【００６１】
【数１６】
2010025979.tif 000018
により表される正弦波形電圧Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎを表している。即ち、正弦波形電圧Ｖｄｏｗｎは、正弦波形電圧Ｖｕｐより位相がπ／２（時間ｔがΔ）進んだ正弦波形電圧を表している。
【００６２】
図３の左半分を参照して、時刻ｔ１以前では、第１及び第２の変調電圧Ｖ１  Ｖ２はともに第１の定常状態にあり、第１の変調電圧Ｖ１は低電位Ｖ１Ｌの定常状態に、第２の変調電圧Ｖ２は高電位Ｖ２Ｈの定常状態にある。この低電位Ｖ１Ｌ及び高電位Ｖ２Ｈは、推移が開始する時刻ｔ１においてそれぞれ曲線Ｖｕｐ及び曲線Ｖｄｏｗｎに一致する電圧に定められる。即ち、
Ｖ１Ｌ＝−Ａｓｉｎ［（２πｔ１）／（４Δ）］、及び、
Ｖ２Ｈ＝−Ａｓｉｎ［（２πｔ１）／（４Δ）＋π／２］
と定められる。
【００６３】
Ｖｕｐ及びＶｄｏｗｎは、ｔ＝Δ／２の時点で一致し交差する。従って、Ｖ１Ｌ及びＶ２Ｈは、ｔ１＝Δ／２であれば一致する。そして、時刻ｔ１がその一致する時刻ｔ＝Δ／２より時間δだけ遅れるとき、即ちｔ１＝Δ／２＋δのとき、図３に示すようにＶ１ＬはＶ２Ｈより負電位になる。この場合、全ての時刻ｔにわたり第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２が交差することはない。逆に、時刻ｔ１がその一致する時刻ｔ１＝Δ／２より時間δだけ進むとき、即ちｔ１＝Δ／２＋δのとき、低電位Ｖ１Ｌは高電位Ｖ２Ｈより正電位になる。このとき、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２はｔ＝Δ／２の時点で同電位になり交差する。このように、第１の変調電圧Ｖ１の低電位Ｖ１Ｌ及び第２の変調電圧Ｖ２の高電位Ｖ２Ｈは、正弦波形電圧Ｖｕｐ、ＶｄｏｗｎとデータＤＡＴＡが０から１へ推移する時刻ｔ１との間の位相差δを調整することにより制御される。
【００６４】
具体的には、時刻ｔ１は、通常、データＤＡＴＡにより外部因子として与えられる。このデータＤＡＴＡにより与えられる時刻ｔ１に対して、ファンクションジェネレータ３０は、その内部で生成する正弦波形電圧Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎの位相を、時刻ｔ＝Δ／２より時間δ（以下位相差δともいう。）だけ遅らし又は進ませる。このようにして、Ｖ１ＬとＶ２Ｈとの電圧差を任意に制御することができる。
【００６５】
例えば、正弦波形Ｖｕｐに対してｔ１＝Δ／２±δとなるように正弦波形Ｖｕｐの位相を調整すると、Ｖ１Ｌ及びＶ２Ｈは、
【００６６】
【数１７】
2010025979.tif 000019
として決定される。
【００６７】
次いで、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、第１の変調電圧Ｖ１は第１の定常状態の低電位Ｖ１Ｌから第２の定常状態である高電位Ｖ１Ｈまで曲線Ｖｕｐに沿って立ち上がり、一方、第２の変調電圧Ｖ２は第１の定常状態の高電位Ｖ２Ｈから第２の定常状態である低電位Ｖ２Ｌまで曲線Ｖｄｏｗｎに沿って立ち下がる。
【００６８】
即ち、時刻ｔ２には、第１の変調電圧Ｖ１は、
【００６９】
【数１８】
2010025979.tif 000020
により表される高電位Ｖ１Ｈまで立ち上がり、一方、第２の変調電圧Ｖ２は、
【００７０】
【数１９】
2010025979.tif 000021
で表される低電位Ｖ２Ｌまで立ち下がる。
【００７１】
第１の変調電圧Ｖ１の高電位Ｖ１Ｈ及び第２の変調電圧Ｖ２の低電位Ｖ２Ｌは、数式１８、１９に従って振幅Ａ、周期４Δ及び外部因子である時刻ｔ２により決定される。また、第１の変調電圧Ｖ１の低電位Ｖ１Ｌ及び第２の変調電圧Ｖ２の高電位Ｖ２Ｈは、数式１７に従って振幅Ａ、周期４Δ及び位相差δにより決定される。従って、任意に設定可能な位相差δ、振幅Ａ及び周期４Δを適切に設定することで、Ｖ１Ｌ，Ｖ１Ｈ，Ｖ２Ｈ及びＶ２Ｌを適切な値に調整することができる。
【００７２】
なお、時刻ｔ２において、Ｖ１ＨがＶ１Ｌより高電位に、かつ、Ｖ２ＬがＶ２Ｈより低電位になるように位相差δ、振幅Ａ及び周期４Δを設定しなければならない。このとき、図３に示すように、変調電圧Ｖ１及びＶ２が単調に増加又は減少するように、周期４Δをｔ２≦Δとなるように設定することが好ましい。ｔ２＞Δとすると、オーバーシュート又はアンダーシュートを生ずるため好ましくない。
【００７３】
次に、図３の右半分を参照して、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間に、第１の変調電圧Ｖ１は、正弦波形電圧Ｖｄｏｗｎに沿って、第２の定常状態の高電位Ｖ１Ｈ（第３の負電位）から第１の定常状態の低電位Ｖ１Ｌ（第１の負電位）まで立ち下がる。他方、第２の変調電圧Ｖ２は、正弦波形電圧Ｖｕｐに沿って、第２の定常状態の低電位Ｖ２Ｌ（第４の負電位）から第１の定常状態の高電位Ｖ２Ｈ（第２の負電位）まで立ち上がる。なお、これらの電位Ｖ１Ｌ、Ｖ１Ｈ、Ｖ２Ｌ、Ｖ２Ｈは先に述べた数式１７〜１９で設定された値である。
【００７４】
図３の右半分の正弦波形電圧Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎが図３の左半分の正弦波形電圧Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎから連続する同一正弦波形である場合、時刻ｔ３は正弦波形電圧Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎ上でそれぞれＶ２Ｌ及びＶ１Ｈを与える時刻ｔでなければならず、また時刻ｔ４は正弦波形電圧Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎ上でそれぞれＶ２Ｈ及びＶ１Ｌを与える時刻ｔでなければならない。従って、この場合、正弦波形電圧Ｖｕｐ及びＶｄｏｗｎを、外部要因として与えられる時刻ｔ１、ｔ４に同期させて生成する必要がある。
【００７５】
なお、図３の右半分に示した正弦波形電圧Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎの位相、振幅Ａ及び周期４Δ、さらに正弦波形電圧Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎが一致する時刻ｔ＝３Δ／２から時刻ｔ４までの時間（位相差δ）を、左半分に示した正弦波形電圧Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎと異なるものとすることができる。この場合、図３の左半分に示した正弦波形電圧Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎを時刻ｔ１、ｔ２に同期させ、これとは独立に、図３の右半分に示した正弦波形電圧Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎを時刻ｔ３、ｔ４に同期させて生成する。この場合、時刻ｔ１、ｔ２と、時刻ｔ３、ｔ４との関係を、特定の周期４Δと無関係に設定することができるので、設計の自由度と大きくなる。このとき、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２の基底及びパルスハイトの変動を防ぐために、時刻ｔ３、ｔ４において、図３の右半分に示した正弦波形電圧Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎの値が、それぞれＶ１Ｈ、Ｖ２Ｌ及びＶ１Ｌ、Ｖ２Ｈに一致するように正弦波形電圧Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎの上記パラメータを設定する。
【００７６】
さらに、時刻ｔ４を過ぎると、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２は再び第１の定常状態に復帰し、時刻ｔ１前の低電位Ｖ１Ｌ及び高電位Ｖ２Ｈを維持する。以降、同様にパルスの立ち上がり及び立ち下がり動作が繰り返えされる。
【００７７】
上述した本発明の第１実施形態では、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２は、正弦波形電圧Ｖｕｐに沿って立ち上がり、正弦波形電圧Ｖｄｏｗｎに沿って立ち下がる。正弦波形電圧Ｖｄｏｗｎは、数式１６に示すように、正弦波形電圧Ｖｕｐより位相がπ／２進んだ正弦波形であるから、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２は、数式１４及び数式１５、
Ｖ１Ｖ１' ＋Ｖ２Ｖ２' ＝０、及び、
Ｖ１2 ＋Ｖ２2 ＝定数
を常に満たしている。なお、定常電位ではＶ１' ＝Ｖ２' ＝０であり、数式１４、１５は満たされる。また、本第１実施形態の半導体光変調器１０に用いられた半導体光導波路は主として２次の電気光学効果を奏する。従って、チャープパラメータαを表す数式１２において、分子の｛｝中の第２項（２次の電気光学効果を表す係数ｓを含む項）は零となる。このため２次の電気光学効果がチャープに与える影響が除去される。その結果、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２の立ち上がり及び立ち下がりの移行期間に生ずるチャープは、実用上は十分な程度にまで抑制される。
【００７８】
図４は本発明の第１実施形態の一実施例の変調電圧波形図、図５は本発明の第１実施形態の一実施例の変調電圧波形の詳細図であり、それぞれ本発明の第１実施形態の一実施例における第１及び第２の変調電圧波形及びその立ち上がり及び立ち下がりの詳細な波形を表している。なお、図４（ａ）はデータと第１及び第２の変調電圧波形の関係を、図４（ｂ）は第１及び第２の変調電圧波形の一部を拡大して表している。
【００７９】
本発明の第１実施形態の一実施例は、図４を参照して、データ０に対応する第１の変調電圧Ｖ１の低電位Ｖ１Ｌが、データ０に対応する第２の変調電圧Ｖ２の高電位Ｖ２Ｈに一致させた他は、既述の第１実施形態と同様である。
【００８０】
図５を参照して、本第１実施形態の一実施例では、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２の推移開始時刻ｔ１及び推移終了時刻ｔ４を、それぞれ正弦波形電圧Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎが交差する時刻ｔ＝Δ／２及びｔ＝３Δ／２と一致させる。即ち、数式１２における位相差δをδ＝０とする。このとき、低電位Ｖ１Ｌ及び高電位Ｖ２Ｈは一致して、数式１２から、
Ｖ１Ｌ＝Ｖ２Ｈ＝−Ａ／√２
と与えられる。
【００８１】
このように、データ０に対応する第１の変調電圧Ｖ１とデータ０に対応する第２の変調電圧Ｖ２とを一致させることで、半導体光変調器１０の変調度を深くし、消光比を高くすることができる。
【００８２】
また、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２の推移終了時刻ｔ２及び推移開始時刻ｔ３を、時刻ｔ２＝Δ、時刻ｔ３＝Δとすることもできる。この場合、第１の変調電圧Ｖ１の高電位Ｖ１ＨはＶ１Ｈ＝−Ａとなり、第２の変調電圧Ｖ２の低電位Ｖ２ＬはＶ２Ｌ＝０となる。これにより、０〜−Ａの広い範囲で変化する変調電圧を得ることができる。
【００８３】
以下、本発明の第１実施形態（及び一実施例）の変調特性を説明する。
【００８４】
図６は本発明の第１実施形態の出力光の等位相線図であり、本発明の第１実施形態で用いられた半導体光変調器１０の出力光（変調出力光２１）の位相変化量を第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２との関係で表している。図６中の等高線に付した数値は、入力光の位相に対する変調出力光の位相の差をπ（ｒａｄ）で規格化して表示した値である。図７は本発明の第１実施形態のチャープパラメータ特性を表す図であり、本発明の第１実施形態の半導体光変調器１０のチャープパラメータαを第１の変調電圧Ｖ１の変化に対して示している。なお、図６（ｂ）及び図７（ｂ）は本発明の第１実施形態の一実施例の特性であり、図６（ａ）及び図７（ａ）は比較のため示した従来のプッシュプル駆動の特性である。
【００８５】
図６を参照して、２次の電気光学効果を主とする半導体光変調器１０の変調出力光２１の位相は、第１の変調電圧Ｖ１及び第２の変調電圧Ｖ２に依存して変化し、ほぼＶ１2 ＋Ｖ２2 ＝定数で表示される曲線（即ち、図６中の原点を中心とする円弧）がほぼ等位相線となる。なお、図６中の位相は数式３を用いて算出した。
【００８６】
本発明の第１実施形態の一実施例では、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２は、数式１５に従い、
Ｖ１2 ＋Ｖ２2 ＝定数＝１６（Ｖ2 ）、
を満たしつつ変化する。即ち、データＤＡＴＡが０値のとき、図６中のＡ点を参照して、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２はともに等しく−２．８Ｖである。他方、データＤＡＴＡが１値まで変化すると、第１の変調電圧Ｖ１が−３．８Ｖ及び第２の変調電圧Ｖ２が−１．３ＶのＢ点まで変化する。そして、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２は、Ａ点（第１の定常状態に対応する。）からＢ点（第２の定常状態に対応する。）まで、図６中の原点を中心とする円弧に沿って移動する。従って、この移動の間、変調出力光２１の位相は等位相線に沿って推移するので、変調出力光２１の位相は変化せずチャープは発生しない。
【００８７】
これに対して、従来のプッシュプル駆動では、
Ｖ１＋Ｖ２＝定数＝−４．６（Ｖ）、
を満たしつつ駆動する。なお、定数はほぼ同一消光比を得る値に定めている。この場合、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２は、Ｖ１＝Ｖ２＝−２．３ＶのＣ点（データＤＡＴＡ＝０値に対応する）から、Ｖ１＝−３．８Ｖ及びＶ２＝−０．８ＶのＤ点（データＤＡＴＡ＝１値に対応する）まで、等位相線を横切り直線上を移動する。従って、この移動の間に変調出力光の位相は変動するので、大きなチャープが発生する。
【００８８】
図７は本発明の第１実施形態チャープパラメータ特性を表す図であり、本発明の第１実施形態の一実施例におけるチャープパラメータαの変化を表している。図７中、実線は実際の駆動に用いられる範囲の特性を、破線は算出されたそれ以外の範囲の特性を表している。なお、図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ従来のプッシュプル駆動についての特性及び本発明の第１実施形態の一実施例についての特性を表している。
【００８９】
図７（ｂ）を参照して、本発明の第１実施形態の一実施例では、チャープパラメータαは、第１の変調電圧Ｖ１の−３Ｖ付近に特異点を有する他、特異点近傍を除く第１の変調電圧Ｖ１の広範な範囲（即ち、対応する第２変調電圧Ｖ２の範囲）にわたり、ほぼα＝０となる。
【００９０】
これに対して、従来のプッシュプル駆動では、図７（ａ）を参照して、第１の変調電圧Ｖ１の−２．３Ｖ近くの特異点を除いても、第１の変調電圧Ｖ１の駆動に用いられる範囲、例えば−２．３Ｖから−４Ｖの範囲で、チャープパラメータαはほぼα＝０からほぼα＝−４まで変化する。
【００９１】
上述した、本第１実施形態の一実施例における変調出力光２１の位相変化量及びチャープパラメータαの第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２依存性は、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２の範囲が異なる他は、本第１実施形態の半導体光変調器１０の駆動方法においても同様である。このように、本第１実施形態の駆動方法では、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２の推移期間での変調出力光２１の位相変化量が少なく、チャープパラメータαはほぼα＝０に維持されるので、従来のプッシュプル駆動に比べて変調出力光のチャープが少ない。
【００９２】
図８は本発明の第１実施形態の出力光等透過率線図であり、本第１実施形態の半導体光変調器１０を通過する入射光２０の透過率の第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２依存性を表している。なお、透過率は、入射光２０強度に対する変調出力光２１強度をｄｂ表示により表している。また、図８中の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはそれぞれ図６中の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対応している。
【００９３】
図８を参照して、半導体光変調器１０を通過した入射光２０の透過率は、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２がほぼ等しい場合（図８中のＡ点及びＣ点で表すデータＤＡＴＡ＝０に対応する場合）で小さく、透過率は−２８ｄｂ以下である。一方、第１の変調電圧Ｖ１が立ち上がり、第２の変調電圧Ｖ２が立ち下がったＢ点及びＤ点（ＤＡＴＡ＝１に対応する）では、透過率はＢ点及びＤ点でともに−２ｄｂより大きい。このように、ＤＡＴＡ＝０及び１に対応する透過率は、本第１実施形態の一実施例と従来のプッシュプル駆動によるものとでほぼ等しく、従って同等の消光比を有する。
【００９４】
図９は本発明の第１実施形態の変調特性を表す図であり、本第１実施形態の一実施例の透過率の第１の変調電圧Ｖ１依存性を表している。なお、図９（ｂ）は本第１実施形態の一実施例の駆動による特性を、図９（ａ）は本第１実施形態の半導体光変調器１０を従来のプッシュプル駆動した場合の特性を表している。
【００９５】
図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して、透過率はデータＤＡＴＡ＝０に対応する第１の変調電圧Ｖ１（図７、８の点Ａ、Ｃ）近傍に特異点を有し、特異点近傍では急激に小さくなる。しかし、実用上に使用される範囲（図９中に実線で示した範囲で、図７、８の軌跡ＡＢ及び軌跡ＣＤの範囲に相当する）には特異点は存在せず、データＤＡＴＡ＝１に対応する第１の変調電圧Ｖ１の下では、透過率は−２ｄｂより大きい。このように、本第１実施形態形態の一実施例による駆動と従来のプッシュプル駆動とで、最大透過率及び最小透過率に違いはなく、従って消光比も同等である。
【００９６】
上述したように、本第１実施形態の一実施例によると、大きな２次の電気光学効果を有する半導体光変調器を、チャープを抑制し、かつ、プッシュプル駆動と同等の消光比で光強度変調することができる。なお、上記本第１実施形態の一実施例において、第１の定常状態における第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２の電位Ｖ１Ｌ及びＶ２Ｈが、電位Ｖ１ＬがＶ２Ｈより負電位にあるとき、チャープパラメータαが特異点を通過することがある。このとき一時的に大きなチャープが生ずる。しかし、かかる一時的なチャープがおおきな問題にならない用途では、電位Ｖ１ＬがＶ２Ｈより負電位にすることもできる。
【００９７】
上述の第１実施形態の一実施例の説明は、データＤＡＴＡ＝０において第１及び第２の変調電圧Ｖ１が相違する一般的な第１実施形態においても最小透過率が異なる他は全て同様に適用することができる。
【００９８】
本発明の第２実施形態は、大きな２次の電気光学効果を有する半導体光変調器を、数式１４に従って駆動するように、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２を発生する駆動回路に関する。
【００９９】
図１０は本発明の第２実施形態の光変調装置構成図であり、数式１４に従って駆動される半導体光変調器の駆動装置（制御部）の主要な構成を表している。なお、本第２実施形態の半導体光変調器１０は第１実施形態で用いられた半導体光変調器１０と同じものである。
【０１００】
図１０を参照して、本第２実施形態では、２値信号列からなるデータＤＡＴＡ３０を分配器３３−１により２等分する。２等分されたＤＡＴＡ３０の一方は、増幅器３４−１を介して分配器３３−２に入力され、分配器３３−２によりさらに２等分されて第１の変調電圧Ｖ１となり、配線３１を介して電極１４に印可され、半導体光変調器１０の第１の半導体光導波路１２の変調電圧として印可される。
【０１０１】
分配器３３−１により２等分されたＤＡＴＡ３０の他方は、反転増幅器３４−３により反転されてＤＡＴＡ３０に対する相補ＤＡＴＡとなり、増幅器３４−２を介して反転変調電圧となり可変減衰器４０に入力される。可変減衰器４０に入力された反転変調電圧は、後述するように可変減衰器４０により適切な電圧、例えば第２の変調電圧Ｖ２の２倍の電圧を有する信号へ変換された後、分配器３３−４に入力される。そして、分配器３３−２によりさらに２等分されて第２の変調電圧Ｖ２となり、配線３２を介して電極１５に印可され、半導体光変調器１０の第２の半導体光導波路１３の変調電圧として印可される。即ち、反転増幅器３４−３及び増幅器３４−２は、第１の変調電圧Ｖ１に対する相補的な信号（反転変調電圧）を生成する。このように、分配器３３−１、３３−２、３３−４、増幅器３４−１、３４−２及び反転増幅器３４−３は、第１の変調電圧Ｖ１及び第１の変調電圧Ｖ１に対する相補的な信号（反転変調電圧）を生成する相補電圧生成回路を構成している。
【０１０２】
第１の変調電圧Ｖ１を生成した分配器３３−２は、第１の変調電圧Ｖ１と同じ電圧Ｖ１を他のの分岐から出力する。この電圧Ｖ１は、さらに分波器３３−３により２等分され、その２分された電圧Ｖ１の一方は微分回路３５を介して乗算回路３６の第１入力端に入力され、２分された電圧Ｖ１の他方は乗算回路３６の第２入力端に入力される。即ち、乗算回路３６の第１入力端には電圧Ｖ１の時間微分Ｖ１’に比例する電圧、Ｖ１’／２が入力され、第２入力端には電圧Ｖ１に比例する電圧、Ｖ１／２が入力される。従って、乗算回路３６は、Ｖ１Ｖ１' ／４の電圧を出力する。
【０１０３】
他方、可変減衰器４０の出力を２等分して第２の変調電圧Ｖ２を生成する分配器３３−４は、残りの分岐から第２の変調電圧Ｖ２に等しい電圧Ｖ２を出力する。この電圧Ｖ２は、分配器３３−５により２等分され、一方は微分回路３７を介して乗算回路３８の第１入力端へ入力され、他方は直接乗算回路３８の第２入力端へ入力される。即ち、乗算回路３８の第１入力端には電圧Ｖ２の時間微分Ｖ２’に比例する電圧、Ｖ２’／２が入力され、第２入力端には電圧Ｖ２に比例する電圧、Ｖ２／２が入力される。従って、乗算回路３８は、Ｖ２Ｖ２' ／４の電圧を出力する。
【０１０４】
次いで、乗算回路３６及び乗算回路３８の出力は加算回路３９により加算される。この加算回路３９の出力は、可変減衰器４０の減衰量を制御する制御信号として可変減衰器４０に出力される。そして、加算回路３９の出力が０になるように、即ち、数式１４を参照して、
Ｖ１Ｖ１' ＋Ｖ２Ｖ２' ＝０
となるように可変減衰器４０の減衰量が制御される。言い換えれば、乗算回路３８、加算回路３９及び可変減衰器４０を含むフィードバック回路により、第２の変調電圧Ｖ２の値が上式を満たすように制御される。
【０１０５】
このように生成された第１の変調電圧Ｖ１、及び、このように制御された第２の変調電圧Ｖ２は、常に数式１４を満たすから、第１実施形態と同様にチャープが小さい。一方、第１実施形態のように変調電圧が特定の波形に制限されることなく、任意の波形の変調電圧について適用することができる。
【０１０６】
本発明の第３実施形態は、主として２次の電気光学効果を利用する半導体光変調器を、数式１５に従って駆動するための第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２を発生する駆動回路に関する。
【０１０７】
図１１は本発明の第３実施形態の光変調装置構成図であり、数式１５に従って駆動される半導体光変調器の駆動装置（制御部）の主要な構成を表している。なお、本第３実施形態の半導体光変調器１０は第１実施形態で用いられた半導体光変調器１０と同じものである。
【０１０８】
図１１を参照して、データＤＡＴＡ３０を分配器３３−１で２分し、一方を増幅器３４−１及び分配器３３−２を介して第１の変調電圧Ｖ１として第１の電極１４に印可すること、及び、他方を反転増幅器３４−３を通して相補ＤＡＴＡに変換し、その相補ＤＡＴＡを可変減衰器４０を介して反転変調電圧とし、その反転変調電圧を分配器３３−４を介して第２の変調電圧Ｖ２として第２の電極１５へ印可する。ここまでは、上述した第２実施形態と同様である。なお、分配器３３−１、３３−２、３３−４、増幅器３４−１、３４−２及び反転増幅器３４−３は、相補電圧生成回路を構成している。
【０１０９】
本第３実施形態では、分配器３３−２から分岐された第１の変調電圧Ｖ１と同電圧の電圧Ｖ１を、２乗回路４１へ入力する。さらに、分配器３３−４から分岐された第２の変調電圧Ｖ２と同電圧の電圧Ｖ２を、２乗回路４２へ入力する。そして、２乗回路４１、４２の出力は加算回路４３に入力される。従って、加算回路４３の出力は、Ｖ１2 ＋Ｖ２2 となる。
【０１１０】
加算回路４３の出力は、微分回路４４により時間微分されてから、可変減衰器４０の現推量を制御する信号として可変減衰器４０に出力される。そして、その微分回路４４の出力が０になるように可変減衰器４０の減衰量が制御される。即ち、微分回路４４の出力、ｄ（Ｖ１2 ＋Ｖ２2 ）／ｄｔが、
ｄ（Ｖ１2 ＋Ｖ２2 ）／ｄｔ＝０となるように、
言い換えれば、数式１５、
Ｖ１2 ＋Ｖ２2 ＝定数
となるように、第１及び第２の変調電圧Ｖ１、Ｖ２がフィードバックにより制御される。従って、本第３実施形態でも、第２実施形態と同様、任意の波形の第１の変調電圧Ｖ１を用いて、半導体光変調器を少ないチャープで変調することができる。
【０１１１】
なお、上述した第１〜第３の実施形態で用いられた半導体光変調器は、光導波路の電気光学効果が主として２次の効果を利用する干渉型半導体光変調器であればよく、マッハツェンダ型に制限されない。また、第２及び第３の実施形態形態に用いられた微分回路、乗算回路、２乗回路、加算回路はアナログ回路に制限されず、デジタル回路を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明を光通信に用いられる量子井戸構造を含む半導体光導波路を備えた干渉型半導体光変調器の駆動駆動に適用することで、変調時のチャープの少ない高速光通信に適した光強度変調を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の第１実施形態の光変調装置の構成図
【図２】本発明の第１実施形態の変調電圧波形図（その１）
【図３】本発明の第１実施形態の変調電圧波形の詳細図（その１）
【図４】本発明の第１実施形態の一実施例の変調電圧波形図
【図５】本発明の第１実施形態の一実施例の変調電圧波形の詳細図
【図６】本発明の第１実施形態の出力光の等位相線図
【図７】本発明の第１実施形態のチャープパラメータ特性を表す図
【図８】本発明の第１実施形態の出力光等透過率線図
【図９】本発明の第１実施形態の変調特性を表す図
【図１０】本発明の第２実施形態の光変調装置構成図
【図１１】本発明の第３実施形態の光変調装置構成図
【符号の説明】
【０１１４】
１０  光半導体光変調器
１１  基板
１２  第１の半導体光導波路
１３  第２の半導体光導波路
１４  第１の電極
１５  第２の電極
１６  分波器
１７  合波器
１８  入力光導波路
１９  出力光導波路
２０  入射光
２１  変調出力光
３０  ファンクションジェネレータ
３１、３２  配線
３３−１〜３３−５  分配器
３４−１、３４−２  増幅器
３４−３  反転増幅器
３５、３７、４４  微分回路
３６、３８  乗算回路
３９、４３  加算回路
４０  可変減衰器
４１、４２  ２乗回路
Ｖ１  第１の変調電圧
Ｖ１  第２の変調電圧
Ｖｕｐ、Ｖｄｏｗｎ  正弦波形電圧
【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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【図１１】
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