(57)【要約】【目的】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。【構成】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中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記進行波電極に電気的に接続され、前記高周波電気信号を減衰させるための電気的終端とを有し、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であって、前記電気的終端は、直流的に接地されていない電気的抵抗を含み、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路から出射される光同士の間に位相シフトが生じるように、前記電気的終端を介して前記進行波電極の前記中心導体にバイアス電圧が印加される。【選択図】図１
2010152306.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中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記進行波電極に電気的に接続され、前記高周波電気信号を減衰させるための電気的終端とを有し、
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であって、
前記電気的終端は、直流的に接地されていない電気的抵抗を含み、
前記チャイルドマッハツェンダ光導波路から出射される光同士の間に位相シフトが生じるように、前記電気的終端を介して前記進行波電極の前記中心導体にバイアス電圧が印加されることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記ペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームに沿って、バイアス電極が形成されており、
前記電気的終端を介して前記進行波電極にバイアス電圧が印加されるとともに、前記バイアス電極に前記バイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記ペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームから前記チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームまでの光導波路に沿って、バイアス電極が形成されており、
前記電気的終端を介して前記進行波電極にバイアス電圧が印加されるとともに、前記バイアス電極に前記バイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項４】
前記チャイルドマッハツェンダ光導波路を挟んで前記光が導波する方向の前後に、前記バイアス電極が形成されており、
それぞれのチャイルドマッハツェンダ光導波路における両側の前記バイアス電極の中心導体が、電気的に接続されていることを特徴とする請求項２または３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】
ＬＮ光変調器の例としてｚ―カット基板を使用するＤＱＰＳＫを考える。図１２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１２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、もしくはチャイルドＭＺ）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、もしくはペアレントＭＺ）に組み込まれた構造（ネスト構造とも呼ばれる）となっている。
【０００５】
ここで、１はｚ−カットＬＮ基板、３は光導波路、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは高周波電気信号と光が相互作用する相互作用部の光導波路（正確には、高周波電気信号用相互作用光導波路というが、相互作用光導波路、あるいは簡単に光導波路ともいう）、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは高周波電気信号が伝搬し、高周波電気信号と光とを相互作用させる進行波電極の中心導体、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅは進行波電極の接地導体、６はペアレントＭＺとしての光の位相をπ／２シフトさせるバイアス部（または、π／２シフト部、位相シフト部、あるいはペアレントＭＺとしての位相シフト部）であり、３ｅと３ｆはπ／２シフト部の光導波路（あるいは、バイアス電圧用相互作用光導波路）を示している。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】
なお、実際のｚ−カットＬＮ基板１を用いたＬＮ光変調器では進行波電極やバイアス電極を光導波路の上方に形成するので、これらの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。また、説明を簡単にするために、本明細書では一部の図面については進行波電極を省略した図としている。
【０００７】
図１２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１３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光変調器のペアレントＭＺとしてのπ／２シフトを実現するためにはチャイルドＭＺの直後にあるπ／２シフト部の光導波路３ｅと３ｆを使用していた。
【０００８】
通常、チャイルドＭＺの直後にあるπ／２シフト部の光導波路３ｅと３ｆ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２０Ｖ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。
【０００９】
（第２の従来技術）
図１４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ＭＺの直後に形成された長さが約１０ｍｍと比較的短い光導波路３ｅと３ｆ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２つのチャイルドＭＺから出射される光の位相がπ／２シフトするのに必要な電圧が低減できてはいるものの、それでも１３Ｖ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。
【００１０】
なお、図１４に示した第２の従来技術において高周波電気信号が伝搬する領域をさらに詳しく描くと図１５のようになる。このように実際には、高周波電気信号を伝搬させる進行波電極の中心導体４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと接地導体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅはｚ−カットＬＮ基板１の縁まで形成されている。
【００１１】
なお、後の議論のためにもう少し定量的に説明をしておく。図１６には図１５を簡単化して示す。図を見やすくするために、高周波電気信号用の接地導体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅを省略した。またバイアス電圧用相互作用部の中心導体と接地導体も各々８ａ´、８ｂ´として簡単化した。
【００１２】
図１６において２つのチャイルドＭＺのうち、上側のチャイルドＭＺが持つ高周波電気信号用相互作用部の光導波路３ａ、３ｂを伝搬する各々の光の位相シフトΔΦ１´がπとなるように高周波電気信号用相互作用部の中心導体４ａと４ｂの電圧をＶａ´とＶｂ´（電位差ΔＶ１´＝Ｖａ´−Ｖｂ´）とする。なお、一般に、Ｖａ´とＶｂ´のどちらか片方を０Ｖとするが、例えばＶｂ´＝０Ｖとすると、ΔＶ１´＝Ｖａ´となる。
【００１３】
同様に、下側のチャイルドＭＺが持つ高周波電気信号用相互作用部の光導波路３ｃ、３ｄを伝搬する各々の光の位相シフトΔΦ２´がπとなるように高周波電気信号用相互作用部の中心導体４ｃと４ｄの電圧をＶｃ´とＶｄ´（電位差ΔＶ２´＝Ｖｄ´−Ｖｃ´）とする。なお、一般に、Ｖｃ´とＶｄ´の片方の電圧を０Ｖとするので、ここではＶｃ´＝０Ｖとすると、ΔＶ２´＝Ｖｄ´となる。
【００１４】
このように図１６のチャイルドＭＺを伝搬する光は各々のチャイルドＭＺを構成する相互作用光導波路に対して位相シフトがπとなるように、つまり所望のΔＶ１´とΔＶ２´を得ることができるように、高周波電気信号用相互作用部の進行波電極に対して中心導体４ａの電圧Ｖａ´と中心導体４ｄの電圧Ｖｄ´を与える。ここで、簡単のために、中心導体４ｂの電圧Ｖｂ´と中心導体４ｃの電圧Ｖｃ´は０Ｖとした（つまり、アースに落ちているとした）。
【００１５】
そして、ペアレントＭＺとしてのπ／２シフト部のバイアス電圧用相互作用光導波路３ｅと３ｆを伝搬する各々の光の位相シフトΔΦ３´がπ／２となるように、バイアス電圧用中心導体の電圧ＶＡ´とバイアス電圧用接地導体の電圧ＶＢ´の値を決める。ここで、通常ＶＢ´＝０なので、ΔＶ３´＝ＶＡ´−ＶＢ´＝ＶＡ´となる。そして、ペアレントＭＺとしてのπ／２シフト部のバイアス電圧用相互作用光導波路３ｅと３ｆの長さが約１０ｍｍと短いので、所望の光の位相シフト（あるいは位相差）ΔΦ３´（＝π／２）を得るための電位差ΔＶ３´が大きくなってしまっていた。
【００１６】
（第３の従来技術）
図１７は、特許文献２において提案されたＤＱＰＳＫ型の送信装置について示された第３の従来技術である。図１７では、ＬＮ光変調器の他に、高周波電気信号を生成するＤＱＰＳＫ信号源７００、光を出射するＬＤ５００、バイアスを安定化するＡＢＣ回路１００、２つのチャイルドＭＺ間における光の位相差をπシフトするためのバイアス電圧を供給するバイアス供給部１２０−２、位相シフトの制御命令を出す位相シフト制御部１１０、あるいはπ／２シフトするためのバイアス電圧を供給するバイアス供給部１２０−３などの電気部品・電子部品・制御回路も含んでおり、図１７はＤＱＰＳＫ送信装置と言える。
【００１７】
そして、本従来技術では、チャイルドＭＺ間における光の位相がπ／２シフトするのに必要なバイアス電圧を低減するための工夫をしている。以下、本従来技術の構成を説明する。
【００１８】
ここで、２００と３００は各々チャイルドＭＺ、２００ｂと３００ｂは変調電極（進行波電極）、２００ａと３００ａはチャイルドＭＺのＹ分岐光導波路、２００ｃと３００ｃはπシフト部のバイアス電極である。５００はＬＤ（レーザーダイオード）からなる光源、４００と６００はペアレントＭＺのＹ分岐光導波路、７００はＤＱＰＳＫ信号源、８００−１と８００−２はドライバ、９００はＰＤ（フォトダイオード）、１００はＡＢＣ（オートバイアスコントロール）回路、１１０は位相シフト制御部、１２０−１と１２０−２は各チャイルドＭＺを構成する各々の光導波路間の位相シフトをπにするための、いわゆるπシフト用のバイアス供給部、１２０−３はチャイルドＭＺ間（あるいは、ペアレントＭＺ間）におけるπ／２（あるいは、２π／４）シフト用のバイアス供給部である。
【００１９】
この第３の従来技術では、例えば特許文献２の請求項１において “該合波導波路で合波される２個の前記信号光が実質的に２π／４の位相偏移差となる移送用電圧についても前記駆動電圧信号とともに印加することを特徴とする”と記載されており、また段落［００３０］や［００３９］などの各所に、ＬＮ光変調器にドライバ８００−２からの高周波電気信号を印加する前に、この高周波電気信号とπ／２シフト用のバイアス供給部１２０−３からのバイアス電圧を１３０−２のバイアスＴにより重畳し、この重畳信号（あるいは、合成信号）をＤＱＰＳＫ型のＬＮ光変調器に印加すると記載されている。つまり、本従来技術ではＬＮ光変調器の外部にあるバイアスＴ１３０−２がドライバ８００−２からの高周波電気信号とチャイルドＭＺ間におけるπ／２シフト用のバイアス供給部１２０−３からのバイアス電圧を重畳するという重要な働きをしている。
【００２０】
ところが、チャイルドＭＺ同士間でのπ／２の位相シフトを形成するための電気信号を高周波電気信号に重畳してＬＮ光変調器に供給するこの第３の従来技術では、２つの電気信号を重畳するためにバイアスＴなどの新たなデバイスが必要であり、構造が複雑となる、さらに、バイアスＴを使用すると、高周波電気信号が減衰するとともに場合によっては波形が劣化するという問題が生じていた。
【００２１】
（第４の従来技術）
図１８は、特許文献２において提案されたＤＱＰＳＫ型の送信装置について示された第４の従来技術である。図１８においては、変調電極（進行波電極）２００ｂ、３００ｂは光に高周波電気信号のみを印加しており、２００と３００の各々のチャイルドＭＺ間にπ／２の位相シフトを設ける機能を有していない。従って、図１７に示されているように、特許文献２における特徴である進行波電極を用いてπ／２の位相シフトを発生させるためのバイアスを印加する際に用いるバイアスＴ１３０−２は不要となっている。
【００２２】
なお、各々のチャイルドＭＺ２００と３００内において光の位相をシフトさせるためにＡＢＣ回路１００から供給されるバイアス電圧は、チャイルドＭＺ２００と３００同士の間における位相シフトπ／２（図１８からわかるように、π／４−（−π／４）＝π／２）を与えるために位相シフト制御部１１０で検知されて送られた指令に基づいてバイアス供給部１２０−４１、１２０−４２で発生されたバイアス電圧とともに、バイアス電極２００ｃと３００ｃに印加される。
【００２３】
つまり、この第４の従来技術では、各々のチャイルドＭＺ２００と３００内のうち、高周波電気信号と光との相互作用部として使用することができる平行な２本の光導波路の箇所に位相シフトπ／２のためのバイアス電極２００ｃと３００ｃを設けている。そして、その平行な２本の光導波路においてπ／２の位相シフトを完了している。
【００２４】
その結果、チャイルドＭＺ２００と３００同士の間における位相シフトπ／２を発生させる位相シフトπ／２用のバイアス電極２００ｃと３００ｃの長さを長くすると、進行波電極２００ｂ、３００ｂの長さが短くなるので、高周波電気信号としての駆動電圧が上昇してしまう。逆に、高周波電気信号としての駆動電圧を低減するためにバイアス電極２００ｃ、３００ｃの長さを短くすると、チャイルドＭＺ２００と３００同士の間における位相シフトπ／２を与えるためのバイアス電圧が高くなってしまい、光変調器としての長期信頼性に影響を及ぼすという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開２００７−２０８４７２号公報
【特許文献２】特開２００８−１２２７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
以上のように、第１や第２の従来技術ではチャイルドＭＺ同士間での位相シフトπ／２を形成するために、チャイルドＭＺの直後に設けられたペアレントＭＺの直線状の光導波路にのみバイアスを印加していたので、チャイルドＭＺ同士間での位相シフトを設定するためのバイアス電圧が高くなっていた。そして、実際の光通信システムにおいて使用されるトランスポンダに供給できるバイアス電圧には限界があるため、長期にわたる使用において信頼性上の問題が生じていた。
【００２７】
あるいは、第３の従来技術ではＬＮ光変調器の外部で高周波電気信号とチャイルドＭＺ同士間での位相シフトπ／２を形成するためのバイアス電圧を重畳し、その重畳電気信号（あるいは、合成電気信号）をＬＮ光変調器に供給していた。そして、その高周波電気信号とバイアス電圧の重畳のためにバイアスＴという新たなデバイスが必要であり、構造が複雑となっていた。また、バイアスＴを使用すると、高周波電気信号が減衰する、あるいは波形が劣化するなどの問題を生じていた。
【００２８】
さらに、第４の従来技術では、チャイルドＭＺ同士の間における位相シフトπ／２を形成するためのバイアス電圧をチャイルドＭＺにおいて高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用光導波路として使用することができる平行な直線状の光導波路に設け、その平行な２本の光導波路においてπ／２の位相シフトを完了している。そのため、チャイルドＭＺ同士の間における位相シフトπ／２用のバイアス電極を長くすると高周波電気信号の駆動電圧が上昇し、逆に、高周波電気信号の駆動電圧を低減するために位相シフトπ／２用のバイアス電極を短くすると、位相シフトπ／２を形成するためのバイアス電圧が高くなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
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中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記進行波電極に電気的に接続され、前記高周波電気信号を減衰させるための電気的終端とを有し、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であって、前記電気的終端は、直流的に接地されていない電気的抵抗を含み、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路から出射される光同士の間に位相シフトが生じるように、前記電気的終端を介して前記進行波電極の前記中心導体にバイアス電圧が印加されることを特徴とする。
【００３０】
本発明の請求項２の光変調器は、請求項１に記載の光変調器において、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームに沿って、バイアス電極が形成されており、前記電気的終端を介して前記進行波電極にバイアス電圧が印加されるとともに、前記バイアス電極に前記バイアス電圧が印加されることを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項３の光変調器は、請求項１に記載の光変調器において、前記ペアレントマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームから前記チャイルドマッハツェンダ光導波路のＹ分岐アームまでの光導波路に沿って、バイアス電極が形成されており、前記電気的終端を介して前記進行波電極にバイアス電圧が印加されるとともに、前記バイアス電極に前記バイアス電圧が印加されることを特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項４の光変調器は、請求項２または３に記載の光変調器において、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路を挟んで前記光が導波する方向の前後に、前記バイアス電極が形成されており、それぞれのチャイルドマッハツェンダ光導波路における両側の前記バイアス電極の中心導体が、電気的に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明では、第１や第２の従来技術と異なり、例えばπ／２のようなチャイルドＭＺ同士間での位相シフトを形成するためのバイアスを、電気的終端の電気的抵抗とコンデンサの後と進行波電極を電気的に接続することにより、チャイルドＭＺが有する長さが長い進行波電極にも印加する。これにより、高周波電気信号とＤＣバイアス電圧を重畳するためにバイアスＴを用いることなく、所望の位相シフトπ／２を得るのに必要なバイアス電圧が印加される光導波路の実質的な相互作用長を大幅に長くすることができる。そして位相シフトπ／２を形成するために必要な電圧はこのバイアス電圧にとっての実質的な相互作用長に正確に反比例するので、チャイルドＭＺ同士間での位相シフトπ／２を形成するために必要なバイアス電圧を著しく低減することができる。そして、本発明において重要なことは、第３の従来技術とは異なり、バイアスＴを用いてチャイルドＭＺ同士間での位相シフトを形成するために必要なバイアス電圧と高周波電気信号とを重畳し、その重畳信号を進行波電極に印加していないことである。一般に高周波電気信号に他の電気信号やＤＣバイアスを重畳するには、バイアスＴのような特殊なデバイスが必要となり、ＬＮ光変調器を用いる送信装置の構成が複雑となる。さらに、こうした特殊なデバイスを使用すると、コストが高くなるばかりでなく、高周波電気信号とＬＮ光変調器の間にデバイスが入ることになり、高周波電気信号が減衰する、あるいはその波形が劣化してしまう。そのため、本発明ではπ／２のようなチャイルドＭＺ同士間の位相シフトを形成するバイアス電圧を、ＬＮ光変調器の外部において高周波電気信号と重畳し、その重畳電圧（あるいは合成電圧）をＬＮ光変調器に印加することをしない構成をとっている。つまり、本発明では、バイアス電圧を高周波電気信号とは完全に独立して光導波路に供給する。このように、本発明では本発明ではバイアスＴを使用しないので構成が極めてシンプルである。さらに、高周波電気信号は電気的終端の中の電気的抵抗によりほぼ完全に減衰させることができるので、本発明を適用することにより、位相シフトπ／２のためのバイアス電圧を高周波電気信号とは完全に無関係に独立にＬＮ光変調器に印加できる。従って、高周波電気信号とチャイルドＭＺ同士間の位相シフトを形成するバイアス電圧を重畳するバイアスＴのようなデバイスが必要でなくなるので、コスト低減に著しい効果があるばかりでなく、高周波電気信号が減衰することもないし、その波形が劣化することもない。その結果、実際の光通信システムにおける長期信頼性を向上できるとともに、送信装置として省電力化でき、さらに光の波形の品質を改善することが可能となる。
【００３４】
また、本発明は、ペアレントＭＺを構成するＹ分岐アームの光導波路（あるいは、簡単にＹ分岐アーム）にもバイアス電圧を印加する実施形態も含んでいる。そして、それらの実施形態では高周波電気信号と光との相互作用部のみでなく、ペアレントＭＺの光を合波、あるいは分波するＹ分岐アームにも位相シフトを発生させ、それらを合成した結果、ペアレントＭＺとしての位相シフトπ／２を発生させている。従って、チャイルドＭＺの高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用部のみでなく、ペアレントＭＺの光を合波、あるいは分波するY分岐アームも位相シフトπ／２のための相互作用部として使用するので、バイアス電圧による位相シフトπ／２を得るための実質的な相互作用長が大幅に長くなり、必要なバイアス電圧を著しく低減することが可能となる。そして、ペアレントＭＺとしてのバイアス電極の長さをチャイルドＭＺとしてのバイアス電極の長さよりも長くすることにより、本発明の優れた利点を発揮している。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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】本発明の光変調器における第１の実施形態の部分的な拡大図
【図３】本発明の原理を説明するための光導波路の上面図
【図４】本発明の第１の実施形態についてその原理を説明するための模式的な上面図
【図５】本発明の第１の実施形態についてその原理を説明するための模式的な上面図
【図６】本発明の第１の実施形態についてその原理を説明するための模式的な上面図
【図７】本発明の第１の実施形態についてその原理を説明するための模式的な上面図
【図８】本発明の第１の実施形態についてその原理を説明するために簡略化した概念的な上面図
【図９】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１０】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１１】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１２】第１の従来技術の上面図
【図１３】第１の従来技術についての上面図
【図１４】第２の従来技術の上面図
【図１５】第２の従来技術の上面図
【図１６】第２の従来技術の動作を説明するための上面図
【図１７】第３の従来技術のＤＱＰＳＫ送信装置の上面図
【図１８】第４の従来技術のＤＱＰＳＫ送信装置の上面図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図１２から図１７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。
【００３７】
（第１の実施形態） 
図１にＤＱＰＳＫ型光変調器に本発明を適用した第１の実施形態の上面図を示す。また、参考のために、図２には図１の部分拡大図を示す。図３には光導波路の構成を示す。
【００３８】
図１から図３において、１はｚ−カットＬＮ基板、３は光導波路、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用部の光導波路、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは高周波電気信号を伝搬させ、その高周波電気信号と光とを相互作用させる進行波電極の中心導体である。ここで、説明を簡単にするために、高周波電気信号の入力側については省略した。また、接地導体、及び、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導電層も省略している。なお、基板としてはｘ−カットやｙ−カットなど、ｚ−カット以外の基板を用いても良いことは言うまでもない。
【００３９】
ここで、相互作用光導波路３ａ、３ｂを含むチャイルドＭＺを第１のチャイルドＭＺ、相互作用光導波路３ｃ、３ｄを含むチャイルドＭＺを第２のチャイルドＭＺと呼ぶ。
【００４０】
図３のペアレントＭＺのＹ分岐アーム３ｅ´、３ｆ´、３ｇ´、３ｈ´と、チャイルドＭＺのＹ分岐アーム３ｉ´、３ｊ´、３ｋ´、３ｍ´には、図１に示すように光の位相をシフトさせるためのバイアス電圧用中心導体（あるいは、バイアス電極）２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄが形成されており、２０ａと２０ｂは電気配線２１ａにより、２０ｃと２０ｄは電気配線２１ｂにより電気的に接続されている。また、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは高周波電気信号用の電気的終端である。
【００４１】
ここで、バイアス電極２０ａ、２０ｂ、２１ａと電気的につながっている電極パッド２０ｅと、電気的終端１０ａとは例えばワイヤ２２ａなどにより電気的に接続されている。また、バイアス電極２０ｃ、２０ｄ、２１ｂと電気的につながっている電極パッド２０ｆと、電気的終端１０ｃとは例えばワイヤ２２ｂなどにより電気的に接続されている。ここで、２２ｃと２２ｄは各々電極パッド２０ｅ、２０ｆにペアレントＭＺとしての位相シフトを得るための電圧を供給するためのワイヤである。４ａ´、４ｂ´、４ｃ´、４ｄ´は各々中心導体４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに電気的に接続されている電極パッドである。なお、４０は電極配線である。
【００４２】
ペアレントＭＺとしての位相シフトを生じさせるためのバイアス電圧ＶＡをワイヤ２２ｃから電極パッド２０ｅに印加すると、この電圧ＶＡは電極パッド２０ｅに電気的に接続されているバイアス電極２０ａと２０ｂに印加され、第１のチャイルドＭＺのＹ分岐アーム３ｉ´、３ｊ´とペアレントＭＺのＹ分岐アーム３ｅ´、３ｆ´において光の屈折率変化（位相変化）が生じる。
【００４３】
後で詳しく述べるように、本発明の特徴として電極パッド２０ｅと電気的終端１０ａとは例えばワイヤ２２ａなどにより電気的に接続されている。さらに、電気的終端１０ａと進行波電極の中心導体４ａの電極パッド４ａ´とは例えばワイヤ２２ｅなどにより電気的に接続されている。従って、バイアス電圧ＶAは第１のチャイルドＭＺの進行波電極を構成する中心導体４ａにも印加されるので、高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用光導波路３ａにおいても、位相シフトπ／２のための屈折率変化が生じる。
【００４４】
また、ペアレントＭＺとしての位相シフトを生じさせるためのバイアス電圧ＶＢをワイヤ２２ｄから電極パッド２０ｆに印加すると、この電圧ＶＢは電極パッド２０ｆに電気的に接続されているバイアス電極２０ｃと２０ｄに印加され、第２のチャイルドＭＺのＹ分岐アーム３ｋ´、３ｍ´とペアレントＭＺのＹ分岐アーム３ｇ´、３ｈ´において光導波路の屈折率変化（光の位相変化）が生じる。
【００４５】
そして、前述と同様に、電極パッド２０ｆと電気的終端１０ｃとは例えばワイヤ２２ｂなどにより電気的に接続されている。さらに、電気的終端１０ｃと進行波電極の中心導体４ｃの電極パッド４ｃ´とは例えばワイヤ２２ｇなどにより電気的に接続されている。従って、バイアス電圧ＶＢは第２のチャイルドＭＺの進行波電極を構成する中心導体４ｃにも印加されるので、高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用光導波路３ｃにおいても、位相シフトπ／２のための屈折率変化が生じる。
【００４６】
なお、図１では説明をわかり易くするために、電極配線４０の幅を広く誇張して描いているが、実際には図1における電極配線４０の各々の幅は１０〜５０μｍであり、電極配線４０の幅の合計が光導波路の長手方向において占める長さはほぼ無視できるほど短い。さらに、本実施形態ではペアレントＭＺとしての位相シフトπ／２を得るためにチャイルドＭＺの光導波路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとＹ分岐アーム３ｉ´、３ｊ´、３ｋ´、３ｍ´、及びペアレントＭＺのＹ分岐アーム３ｅ´、３ｆ´、３ｇ´、３ｈ´における屈折率の変化を用いる。
【００４７】
そして本実施形態では、ペアレントＭＺとしての位相シフトを生じさせるためのバイアス電圧をバイアスＴによりあらかじめ高周波電気信号に重畳し、その重畳信号をＬＮ光変調器に印加することをしない。つまり、このバイアス電圧は高周波電気信号に重畳することなく、高周波電気信号とは独立にＬＮ光変調器に印加される。そのために、本発明では１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄの電気的終端を利用する。
【００４８】
まず、図３におけるペアレントＭＺのY分岐アーム３ｆ´、３ｅ´、第１のチャイルドＭＺのＹ分岐アーム３ｊ´、３ｉ´と相互作用光導波路３ａ、３ｂについて考える。
【００４９】
ペアレントＭＺとしての位相シフトを生じさせるために、ワイヤ２２ｃを介してバイアス電圧ＶＡを印加する電極パッド２０ｅが電気的に接続された電気的終端１０ａについて、ワイヤ２２ａ、２２ｃの接続の様子を含め、図４に示す。ここで、１２は電気的抵抗、１３ａ、１３ｂ、１３ｃはコンデンサ、４ａ´は中心導体４ａにつながる電極パッド、５ａ´、５ａ´´は中心導体４ａに対応する不図示の接地導体につながる電極パッド、２２ｅは電極パッド４ａ´と電気的抵抗１２とを電気的に接続する例えばワイヤ、２２ｅ´、２２ｅ´´は電極パッド５ａ´、５ａ´´とコンデンサ１３ａ、１３ｂとを電気的に接続する例えばワイヤである。図４からわかるように、本発明では終端抵抗１０ａを介してペアレントＭＺの電圧を印加するワイヤ２２ｃを第１チャイルドＭＺの中心導体４ａにつながる電極パッド４ａ´に電気的に接続している。
【００５０】
電極パッド４ａ´と電気的抵抗１２とはワイヤ２２ｅにより電気的に接続されているので、ワイヤ２２ｃを介して電極パッド２０ｅに印加されたバイアス電圧ＶＡはバイアス電圧用相互作用部である光導波路３ｅ´と３ｆ´のみでなく、進行波電極の中心導体４ａにも印加され、第１のチャイルドＭＺのＹ分岐アーム３ｉ´、３ｊ´や高周波電気信号用相互作用部の相互作用光導波路３ａにも作用する。なお、図４において中心導体４ａから電極パッド４ａ´まで伝搬してきた高周波電気信号は電気的終端１０ａの電気的抵抗１２によりすでに消費されている。つまり、本発明においてバイアス電圧ＶＡは高周波電気信号に対して独立に供給することができる。
【００５１】
ここで注意すべきことについて述べる。電気的終端１０ａも実際にはＬＮ光変調器の進行波電極と同様に、不図示の中心導体と不図示の接地導体からなっている。そして、その不図示の中心導体と不図示の接地導体の間に電気抵抗１２を設けている。図４に示した電気回路図ではワイヤ２２ａを電気的抵抗１２の直下に接続しているが、これはワイヤ２２ａを電気的終端１０ａの不図示の接地導体に接続しているためである。さて、ワイヤ２２ａの接続点を電気的終端１０ａの不図示の中心導体とし、かつ高周波電気信号にとって幾何学的な配置の観点から電気的抵抗１２を過ぎた箇所にあるように位置させておけば、ワイヤ２２ａの不図示の中心導体への接続が高周波電気信号に与える影響をほとんど無視できるほど小さくできる。そして、この場合には図４の電気回路図ではワイヤ２２ａは電気的抵抗１２の直上に接続されることになる。
【００５２】
なお、図４の電気的抵抗１２はコンデンサ１３ａ、１３ｂ、１３ｃがあるために直流的には接地されていない。
【００５３】
以上のように、この実施形態も含め本発明では、ペアレントＭＺとしての位相シフトを生じさせるためのバイアス電圧ＶAと高周波電気信号とを、あらかじめバイアスＴを用いて重畳した重畳信号を進行波電極の中心導体４ｂに印加することをしていない。
【００５４】
一方、第１のチャイルドＭＺに属し、中心導体４aのペアとなる中心導体４ｂが電気的に接続された電極パッド４ｂ´と電気的終端１０ｂについて、第１のチャイルドＭＺのバイアス電圧Ｖｂを印加するワイヤ３０ｅも含め、図５に示す。ここで、１２´は電気的抵抗、１３ａ´、１３ｂ´、１３ｃ´はコンデンサ、４ｂ´は中心導体４ｂにつながる電極パッド、５ｂ´、５ｂ´´は中心導体４ｂに対応する不図示の接地導体につながる電極パッド、２２ｆは電極パッド４ｂ´と電気的抵抗１２´とを電気的に接続する例えばワイヤ、２２ｆ´、２２ｆ´´は電極パッド５ｂ´、５ｂ´´とコンデンサ１３ａ´、１３ｂ´とを電気的に接続する例えばワイヤである。また、図４において述べたのと同じく、図５の電気回路図においてもワイヤ３０ｅを電気的抵抗１２´の直上に接続しても良い。なお、図５の電気的抵抗１２´は各々コンデンサ１３ａ´、１３ｂ´、１３ｃ´があるため直流的には接地されていない。
【００５５】
次に、図３におけるペアレントＭＺのY分岐アーム３ｈ´、３ｇ´、第２のチャイルドＭＺのＹ分岐アーム３ｍ´、３ｋ´と相互作用光導波路３ｃ、３ｄについて考える。
【００５６】
ペアレントＭＺとしての位相シフトを生じさせるために、ワイヤ２２ｄを介してバイアス電圧ＶＢを印加する電極パッド２０ｆが電気的に接続された電気的終端１０ｃについて、ワイヤ２２ｂ、２２ｄの接続の様子を含め、図６に示す。ここで、１４は電気的抵抗、１５ａ、１５ｂ、１５ｃはコンデンサ、４ｃ´は中心導体４ｃにつながる電極パッド、５ｃ´、５ｃ´´は中心導体４ｃに対応する不図示の接地導体の電極パッド、２２ｇは電極パッド４ｃ´と電気的抵抗１４とを電気的に接続する例えばワイヤ、２２ｇ´、２２ｇ´´は電極パッド５ｃ´、５ｃ´´とコンデンサ１４ａ、１４ｂとを電気的に接続する例えばワイヤである。図６からわかるように、本発明では終端抵抗１０ｃを介してペアレントＭＺの電圧を印加するワイヤ２２ｄを第２チャイルドＭＺの中心導体４ｃにつながる電極パッド４ｃ´に電気的に接続している
電極パッド４ｃ´と電気的抵抗１４とはワイヤ２２ｇにより電気的に接続されているので、ワイヤ２２ｄを介して電極パッド２０ｆに印加されたバイアス電圧ＶＢはバイアス電圧用相互作用部である光導波路３ｈ´と３ｇ´のみでなく、第２のチャイルドＭＺのＹ分岐アーム３ｋ´、３ｍ´や進行波電極の中心導体４ｃにも印加され、高周波電気信号用相互作用部の相互作用光導波路３ｃにも作用する。なお、図６において中心導体４ｃから電極パッド４ｃ´まで伝搬してきた高周波電気信号は電気的終端１０ｃの電気的抵抗１４により消費されている。つまり、本発明においてバイアス電圧ＶＢは高周波電気信号に対して独立に供給される。また、図４において述べたのと同じく、図６の電気回路図においてもワイヤ２２ｂを電気的抵抗１４の直上に接続しても良い。
【００５７】
なお、図６の電気的抵抗１４はコンデンサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃがあるために直流的には接地されていない。
【００５８】
上述のように、本発明では、ペアレントＭＺとしての位相シフトを生じさせるためのバイアス電圧ＶＢと高周波電気信号とを、あらかじめバイアスＴを用いて重畳した重畳信号を進行波電極の中心導体４ｃに印加することをしていない。
【００５９】
また、中心導体４ｃのペアとなる中心導体４ｄが電気的に接続された電極パッド４ｄ´と電気的終端１０ｄについて、第２のチャイルドＭＺ用のバイアス電圧Ｖｄが印加されるワイヤ３０ｆも含め、図７に示す。ここで、１４´は電気的抵抗、１５ａ´、１５ｂ´、１５ｃ´はコンデンサ、４ｄ´は中心導体４ｄにつながる電極パッド、５ｄ´、５ｄ´´は中心導体４ｄに対応する不図示の接地導体につながる電極パッド、３０ｆは電極パッド４ｄ´と電気的抵抗１４´とを電気的に接続する例えばワイヤ、２２ｈ´、２２ｈ´´は電極パッド５ｄ´、５ｄ´´とコンデンサ１５ａ´、１５ｂ´とを電気的に接続する例えばワイヤである。また、図５において述べたのと同じく、図７の電気回路図においてもワイヤ３０ｆを電気的抵抗１４´の直上に接続しても良い。
【００６０】
なお、図７の電気的抵抗１４´は各々コンデンサ１５ａ´、１５ｂ´、１５ｃ´があるため直流的には接地されていない。
【００６１】
図８は本発明の原理をわかりやすく説明するために、図１を模式的に表した図である。２３ａはバイアス電極２０ａと中心導体４ａが電気的に接続されていることを表す模擬的なワイヤ、また２３ｂはバイアス電極２０ｃと中心導体４ｃが電気的に接続されていることを表す模擬的なワイヤである。バイアス電極２０ａ、２０ｂと中心導体４ａはほぼ同電位であり、またバイアス電極２０ｃ、２０ｄと中心導体４ｃはほぼ同電位である。
【００６２】
次に、図１〜図８を用いてこの第１の実施形態の動作原理を説明する。このＤＱＰＳＫＬＮ光変調器をバイアスコントロールするには以下の制御工程を用いる。
【００６３】
ａ）第１の制御工程
この工程はペアレントＭＺに位相シフトπ／２を与える工程である。ワイヤ２２ｃを介してバイアス電極２０ａにバイアス電圧ＶＡを印加すると、前述のようにバイアス電極２０ｂ、さらに中心導体４ａもほぼ同電位ＶＡとなる。すると、ペアレントＭＺのＹ分岐アーム３ｅ´、３ｆ´、第１のチャイルドＭＺのＹ分岐アーム３ｉ´、３ｊ´と第１のチャイルドＭＺを構成する相互作用光導波路３ａの屈折率、つまり光導波路の位相が変化する。
【００６４】
一方、ワイヤ２２ｄを介してバイアス電極２０ｃにバイアス電圧ＶＢを印加すると、バイアス電極２０ｄ、さらに中心導体４ｃもほぼ同電位ＶＢとなる。すると、ペアレントＭＺのＹ分岐アーム３ｇ´、３ｈ´、第２のチャイルドＭＺのＹ分岐アーム３ｋ´、３ｍ´と第２のチャイルドＭＺを構成する相互作用光導波路３ｃの屈折率、つまり光導波路の位相が変化する。
【００６５】
この時、バイアス電圧ＶＡとＶＢの符号を異ならしめておけば、絶対値が小さなバイアス電圧ＶＡ、ＶＢ（電位差ΔＶ３＝ＶＡ−ＶＢ）によりペアレントＭＺとしての位相シフトΔφ３をπ／２に設定することできる。
【００６６】
ｂ）第２の制御工程
この工程は第１のチャイルドＭＺを構成する２本の光導波路に位相シフトπを与える工程である。ワイヤ３０ｅを介して第１のチャイルドＭＺの中心導体４ｂにバイアス電圧Ｖｂを印加することにより第１のチャイルドＭＺを構成する２本の相互作用光導波路３ａ、３ｂの間の位相シフトΔφ１をπとすることができる。第１のチャイルドＭＺの高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用部における中心導体４ａと４ｂの電位差ΔＶ１はＶＡ−Ｖｂとなる。
【００６７】
ｃ）第３の制御工程
この工程は第２のチャイルドＭＺを構成する２本の光導波路に位相シフトπを与える工程である。ワイヤ３０ｆを介して第２のチャイルドＭＺの中心導体４ｄにバイアス電圧Ｖｄを印加することにより第２のチャイルドＭＺを構成する２本の相互作用光導波路３ｃ、３ｄの間の位相シフトΔφ２をπとすることができる。第２のチャイルドＭＺの高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用部における中心導体４ｃと４ｄの電位差ΔＶ２はＶＢ−Ｖｄとなる。
【００６８】
ｄ）第４の制御工程
第２の制御工程と第３の制御工程を行うと（つまりΔφ１をπ、Δφ２をπとするためにＶｂとＶｄを設定しΔＶ１とΔＶ２を与えると）、第１の制御工程において設定したペアレントＭＺとしての位相シフトΔφ３はπ／２からずれてしまう。そこで、再度第１の制御工程を行うが、以下のように本発明の利点を発揮できる。
【００６９】
ペアレントＭＺとしての位相シフトΔφ３をπ／２とするために、ワイヤ２２ｃに加えるバイアス電圧を第１の制御工程のＶＡからＶＡ´へ、ワイヤ２２ｄに加えるバイアス電圧を第１の制御工程のＶＢからＶＢ´へと変更する。その結果バイアス電極２０ａと２０ｃの電位差はΔＶ３＝ＶＡ−ＶＢからΔＶ３´＝ＶＡ´−ＶＢ´へと変わる。ここで、重要なことは、ペアレントＭＺとしての位相シフトΔφ３を生じさせるバイアス電極の長さ（ペアレントＭＺのＹ分岐アームに形成した電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの長さとチャイルドＭＺの中心導体４ａ、４ｃの長さの和）がチャイルドＭＺとしての位相シフトΔφ１と位相シフトΔφ２を得るための中心導体２０ｂ、２０ｄの長さよりも長いことである。
【００７０】
そのため、新たにペアレントＭＺとしての位相シフトΔφ３をπ／２とするのに必要なバイアス電圧の変化ΔＶ３´−ΔＶ３は、チャイルドＭＺとして必要なΔＶ１とΔＶ２に対して、チャイルドＭＺとしてのバイアス電極の長さ（つまりここでは、中心導体４ｂ、４ｄの長さ）とペアレントＭＺとしてのバイアス電極の長さとの比だけ小さくすることができる。ここでこの比をＲとすると、本発明では必ずＲ＜１となる。
【００７１】
さて、ペアレントＭＺとしての位相シフトΔφ３を改めてπ／２としたために、チャイルドＭＺの位相シフトΔφ１、Δφ２がπからずれてしまう。そこで、Δφ１、Δφ２がπとなるように、ΔＶ１とΔＶ２を変更するが、その結果再度ペアレントＭＺとしての最適バイアス電圧が変化してしまう。
【００７２】
しかしながら、容易にわかるように、必要なペアレントＭＺのバイアス電圧の変化量はチャイルドＭＺのバイアス電圧ΔＶ１とΔＶ２の変更分にチャイルドＭＺとしてのバイアス電極の長さとペアレントＭＺとしてのバイアス電極の長さとの比Ｒを掛けた電圧だけを変化させれば良い。このように、バイアス電極の比Ｒが１より小さいために、チャイルドＭＺとペアレントＭＺに必要な電圧はチャイルドＭＺとペアレントＭＺについてバイアス電極に関する長さの比Ｒのべき乗で急速に収束することになる。これは電子回路にとっては瞬時にできる作業である。一方、ＬＮ光変調器における最適バイアス電圧のドリフト現象は時間的に極めて緩やかであるため、本発明を用いることによりバイアス電圧の制御の遅れは全く発生しない。
【００７３】
なお、上記の制御工程は順番を入れ替えても良いことはいうまでもない。また、第２の制御工程と第３の制御工程を行った後、第１のチャイルドＭＺと第２のチャイルドＭＺを出射した各々の光の位相差が、ペアレントＭＺの位相差π／２に影響を与えないように第１のチャイルドＭＺと第２のチャイルドＭＺにバイアス電圧を印加する場合には、第４の工程を省くことが可能である。
【００７４】
中心導体４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの長さは４０〜７０ｍｍである。一方、ペアレントＭＺとしての長さはＹ分岐アームも含めるとそれらの２〜４倍程度ある。従って、図１７に示した第３の従来技術や図１８に示した第４の従来技術と比較して、本実施形態を使用することによりペアレントＭＺの位相シフトπ／２を実現するためのバイアス電圧を著しく低減できるばかりでなく、バイアス電極の長さの比Ｒが１より小さいことを利用して最適バイアス電圧を瞬時に設定することが可能となる。
【００７５】
なお、ペアレントＭＺとしての位相シフトπ／２を実現するためのバイアス電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを高周波電気信号用の中心導体４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの前後に配置し、それらを電気的に接続したが、２０ａと２０ｃのみ、あるいは２０ｂと２０ｄのみ、さらにはどれか一つのみなど、を配置しても良い。そしてこのことは本発明の全ての実施形態について言うことができる。ペアレントＭＺとしてのバイアス電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄについては少なくとも一つを配置すれば良い。
【００７６】
また、以上の説明においては本発明の考え方をＬＮ変調器のチップ内に作り作り付けた実施形態について説明した。そしてキーポイントはネスト型ＬＮ光変調器の例えばペアレントＭＺ用のバイアス電圧を電気的終端から印加するとともに、「ペアレントＭＺとしての位相シフトπ／２を生じさせるためのバイアス電極の長さを、チャイルドＭＺとしての位相シフト（例えばπ）を得るためのチャイルドＭＺ内におけるバイアス電極の長さよりも長く設定する」ことにより、ペアレントＭＺ、及びチャイルドＭＺとして必要なバイアス電圧を必要な値に収束させていることである。この考え方を使う全ての実施形態は本発明に属することになる。
【００７７】
つまり、例えＬＮ光変調器チップ内ではペアレントＭＺのアームに形成したペアレントＭＺとしての位相シフト用のバイアス電極とチャイルドＭＺの進行波電極とが電気的に接続されていない場合でも、そのＬＮ光変調器のチップを筺体の中に組み込んで製作したＬＮ光変調器モジュールについて、ペアレントＭＺとチャイルドＭＺのバイアス端子を電気的に接続することにより、電気長の観点から「ペアレントＭＺとしての位相シフトπ／２を生じさせるためのバイアス電極の長さを、チャイルドＭＺとしての位相シフト（例えばπ）を得るためのチャイルドＭＺ内におけるバイアス電極の長さよりも長く設定する」ことができ、本発明の効果を実現することが可能となる。そして、この考え方は本発明の第３の実施形態を除く全ての実施形態について適用することができる。
【００７８】
（第２の実施形態）
図９は本発明の第２の実施形態についての上面図である。この実施形態では図１に示したバイアス電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄと図９に示す２０ａ´、２０ｂ´、２０ｃ´、２０ｄ´を比較するとわかるように、図９ではチャイルドＭＺのＹ分岐アームに電極を形成しないようにしている。
【００７９】
（第３の実施形態）
図１０は本発明の第３の実施形態についての上面図である。本実施形態では、ペアレントＭＺとしての位相シフトπ／２を実現するために、ペアレントＭＺのＹ分岐アームを用いず、図３に示したチャイルドＭＺの相互作用光導波路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのみを使用している。本発明においてもバイアスＴを用いず、ワイヤ２２ｃ´と２２ｄ´から高周波電気信号と無関係に独立に電気的終端１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを介してバイアス電圧を中心導体４ａ、４ｃ、４ｂ、４ｄに印加している。
【００８０】
図１に示した第１の実施形態と比較して、本実施形態では位相シフトπ／２を生じさせるための相互作用長が短いので、位相シフトπ／２を生じさせるために必要なバイアス電圧は第１の実施形態本実施形態よりも高くなってしまうが、図１７の第３の従来技術とは異なり、バイアスＴを使用しないために得ることのできるコスト削減や変調波形の劣化を抑圧できるという利点を有している。
【００８１】
本発明の第３の実施形態を動作するには、まず、中心導体４ａと４ｂ、４ｃと４ｄにバイアス電圧を印加して、第１のチャイルドＭＺと第２のチャイルドＭＺとしての光の位相差πを実現する。次に、中心導体４ａと４ｂのペアと４ｃと４ｄのペアの少なくとも一方にバイアス電圧を印加することにより、ペアレントＭＺとしての位相差π／２を実現すれば良い。
【００８２】
（第４の実施形態）
図１１は本発明の第４の実施形態についての上面図である。図中、５０は分極反転領域である。この実施形態ではバイアス電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは電極配線２１ｂにより電気的に接続されている。２０ｆ´´はこれらのバイアス電極につながる電極パッドであり例えばワイヤ２２ｄ´にバイアス電圧を印加すると、このバイアス電圧はバイアス電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄのみでなく、チャイルドＭＺの中心導体４ａ、４ｃに印加される。そして、ペアレントＭＺとしてのバイアス電圧印加において、１つのバイアス電源を用いてもプッシュプル型のバイアス動作が可能となる。
【００８３】
（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ＭＺ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、さらにはｍπ／ｎ＋α（αは任意の定数）シフトの場合にも適用できる。
【００８４】
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。
【００８５】
そして、本発明の実施形態におけるπ／２シフト部のバイアス電極については中心導体の両側に接地導体を設ける、あるいは接地導体の両側に中心導体を設けるなどの構造で説明したが、これらは単に説明するために用いた例にすぎず、これに限らない。本発明はどのようなバイアス部の電極構造にでも適用可能である。
【００８６】
さらに、π／２シフトのためのバイアス電圧を高周波電気信号用の進行波電極に印加する構造としたが、チャイルドＭＺを構成する２本の光導波路間の位相を互いにπずらすためにバイアス分離型を採用している光変調器ではその分離したバイアス部、あるいは進行波電極、さらにはそれらの両方に印加しても良いことは言うまでもない。
【００８７】
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。
【符号の説明】
【００８８】
１：ｚ−カットＬＮ基板
３：光導波路
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ：高周波電気信号用相互作用光導波路
３ｅ´、３ｆ´、３ｇ´、３ｈ´：ペアレントＭＺのＹ分岐アーム
３ｅ、３ｆ：バイアス電圧用相互作用光導波路
３ｉ´、３ｊ´、３ｋ´、３ｍ´：チャイルドＭＺのＹ分岐アーム
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ：高周波電気信号用進行波電極の中心導体
４ａ´、４ｂ´、４ｃ´、４ｄ´、５ａ´、５ａ´´、５ｂ´、５ｂ´´、５ｃ´、５ｃ´´、５ｄ´、５ｄ´´、２０ｅ、２０ｆ：電極パッド
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ：高周波電気信号用進行波電極の接地導体
６：π／２シフト部
７ａ、８ａ、８ａ´、２０ａ、２０ａ´、２０ｂ、２０ｂ´、２０ｃ、２０ｃ´、２０ｄ、２０ｄ´：バイアス電圧用中心導体
２１ａ、２１ｂ、４０：電気配線
７ｂ、８ｂ、８ｂ´：バイアス電圧用接地導体
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ：電気的終端
１１、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｃ´、２２ｄ、２２ｄ´、２２ｅ、２２ｅ´、２２ｅ´´、２２ｆ、２２ｆ´、２２ｆ´´、２２ｇ、２２ｇ´、２２ｇ´´、２２ｈ´、２２ｈ´´、２３ａ、２３ｂ、３０ｅ、３０ｆ：ワイヤ
１２、１２´、１４、１４´：電気的抵抗
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ａ´、１３ｂ´、１３ｃ´、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ａ´、１５ｂ´、１５ｃ´：コンデンサ
５０：分極反転領域
１００：ＡＢＣ回路
１１０：位相シフト制御部
１２０−１、１２０−２、１２０−３、１２０−４１、１２０−４２：バイアス供給部
２００、３００：チャイルドＭＺ
２００ａ、３００ａ：チャイルドＭＺのＹ分岐光導波路
２００ｂ、３００ｂ：変調電極（進行波電極）
２００ｃ、３００ｃ：バイアス電極
５００：ＬＤ（レーザーダイオード）
４００、６００：ペアレントＭＺのＹ分岐光導波路
８００−１、８００−２：ドライバ
７００：ＤＱＰＳＫ信号源
９００：フォトダイオード（ＰＤ）
【図１】
2010152306.tif 000003
【図２】
2010152306.tif 000004
【図３】
2010152306.tif 000005
【図４】
2010152306.tif 000006
【図５】
2010152306.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010152306.tif 000009
【図８】
2010152306.tif 000010
【図９】
2010152306.tif 000011
【図１０】
2010152306.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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