(57)【要約】【課題】  作用電極の数の増加を抑制した光変調器を提供すること。【解決手段】  複数のマッハツェンダー型光導波路を形成した基板１と、該基板上に形成され、該マッハツェンダー型光導波路の少なくとも一つに位相調整を行う作用電極を有する光変調器において、該作用電極は３種類の作用電極を備え、第１作用電極（ａ１，ａ２）と第２作用電極（ｂ１，ｂ２）とは、該マッハツェンダー型光導波路の２つのアーム（２０，２１）に沿った長さが互いに異なると共に、各アームに対して協働してプッシュプル動作を行うよう構成され、第３作用電極（ｃ１，ｃ２）は、該第１作用電極（ａ１）および／又は該第２作用電極（ｂ２）の少なくとも一部と協働して位相調整を行うよう構成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマッハツェンダー型光導波路を形成した基板と、
該基板上に形成され、該マッハツェンダー型光導波路の少なくとも一つに位相調整を行う作用電極を有する光変調器において、
該作用電極は３種類の作用電極を備え、第１作用電極と第２作用電極とは、該マッハツェンダー型光導波路の２つのアームに沿った長さが互いに異なると共に、各アームに対して協働してプッシュプル動作を行うよう構成され、
第３作用電極は、該第１作用電極および／又は該第２作用電極の少なくとも一部と協働して位相調整を行うよう構成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
複数のマッハツェンダー型光導波路を形成した基板と、
該基板上に形成され、該マッハツェンダー型光導波路の少なくとも一つに位相調整を行う作用電極を有する光変調器において、
該作用電極は３種類の作用電極を備え、第１作用電極と第２作用電極とは、該マッハツェンダー型光導波路の２つのアームに沿った長さが互いに異なると共に、各アームに対して協働してプッシュプル動作を行うよう構成され、
第３作用電極は、該第１作用電極および該第２作用電極の少なくとも一部と協働して位相調整を行うよう構成され、
該第１作用電極と第２作用電極とは、該アームに沿った第１の領域で対向するように構成され、
該アームに沿った他の第２の領域では、該第１作用電極と該第３作用電極が一方のアームに作用するように対向し、該第２作用電極と該第３作用電極が他方のアームに作用するように対向するように配置されていることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項２に記載の光変調器において、
該第１作用電極と第３作用電極とが対向している部分の電極の長さと、該第２作用電極と第３作用電極とが対向している部分の電極の長さとが等しくなるように設定されていることを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調器において、
該第３作用電極は接地電極であることを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光変調器において、
該光変調器は四相位相偏移変調方式または直交振幅変調方式で動作していることを特徴とする光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器に関し、特に、複数のマッハツェンダー型光導波路を備え、各マッハツェンダー型光導波路間の位相調整を行う光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信トラフィックの増大に伴い、高速・大容量化が求められる次世代長距離大容量光通信システムでは、差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）方式や直角位相振幅変調（ＱＡＭ）方式等の多値変復調符号化技術の導入が検討されている。
【０００３】
これらの変調を行う光変調器では、一つの基板に複数のマッハツェンダー型光導波路（ＭＺ型光導波路）が並列に形成されており、各ＭＺ型光導波路内の光変調や光位相差調整だけでなく、各ＭＺ型光導波路間の光位相差調整を行う必要がある。
【０００４】
特許文献１では、複数並列したＭＺ型光導波路を用いてＱＡＭ信号発生させる光変調器が開示され、各ＭＺ型光導波路間の位相差調整が必要であることが開示され、各ＭＺ型光導波路の各アームに光位相差を調整するためのオフセット電圧を印加することが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、光導波路間の光位相差調整を行う構成として、電極を入れ子状に構成し、電圧駆動をプッシュプルとすることで、低消費電力化を実現する技術が開示されている。
【０００６】
複数のＭＺ型光導波路を並列に配置した光変調器では、単一のＭＺ型光導波路内の２つのアーム（分岐導波路）間の位相差を調整することに加えて、それぞれのＭＺ型光導波路間における光位相差の調整が求められ、特許文献１のように、ＭＺ型光導波路の数に応じて、位相差調整用の作用電極の数が増加し、作用電極を配置するスペースの確保が必要となる上、光変調器の設計に係る自由度も制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２４４６８２号公報
【特許文献２】特許第３８０６０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を解決し、光位相差調整用の作用電極が占めるスペースを最小限に設定した光変調器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の光変調器は、以下のような技術的特徴を有している。
（１）  複数のマッハツェンダー型光導波路を形成した基板と、該基板上に形成され、該マッハツェンダー型光導波路の少なくとも一つに位相調整を行う作用電極を有する光変調器において、該作用電極は３種類の作用電極を備え、第１作用電極と第２作用電極とは、該マッハツェンダー型光導波路の２つのアームに沿った長さが互いに異なると共に、各アームに対して協働してプッシュプル動作を行うよう構成され、第３作用電極は、該第１作用電極および／又は該第２作用電極の少なくとも一部と協働して位相調整を行うよう構成されていることを特徴とする。
【００１０】
（２）  複数のマッハツェンダー型光導波路を形成した基板と、該基板上に形成され、該マッハツェンダー型光導波路の少なくとも一つに位相調整を行う作用電極を有する光変調器において、該作用電極は３種類の作用電極を備え、第１作用電極と第２作用電極とは、該マッハツェンダー型光導波路の２つのアームに沿った長さが互いに異なると共に、各アームに対して協働してプッシュプル動作を行うよう構成され、第３作用電極は、該第１作用電極および該第２作用電極の少なくとも一部と協働して位相調整を行うよう構成され、該第１作用電極と第２作用電極とは、該アームに沿った第１の領域で対向するように構成され、該アームに沿った他の第２の領域では、該第１作用電極と該第３作用電極が一方のアームに作用するように対向し、該第２作用電極と該第３作用電極が他方のアームに作用するように対向するように配置されていることを特徴とする。
【００１１】
（３）  上記（２）に記載の光変調器において、該第１作用電極と第３作用電極とが対向している部分の電極の長さと、該第２作用電極と第３作用電極とが対向している部分の電極の長さとが等しくなるように設定されている。
【００１２】
（４）  上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光変調器において、該第３作用電極は接地電極であることを特徴とする。
【００１３】
（５）  上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の光変調器において、該光変調器は四相位相偏移変調方式または直交振幅変調方式で動作していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光変調器は、位相調整を行う作用電極は３種類の作用電極を備え、第１作用電極と第２作用電極とは、マッハツェンダー型光導波路の２つのアームに沿った長さが互いに異なると共に、各アームに対して協働してプッシュプル動作を行うよう構成され、第３作用電極は、該第１作用電極又は該第２作用電極の少なくとも一部と協働して位相調整を行うよう構成されているため、第３作用電極に対向する新たな別の作用電極を配置する必要が無く、作用電極が占めるスペース（特に、アームに沿った方向におけるスペース）を最小限に設定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の光変調器に使用される作用電極の構成を示す図であり、第１の実施例を説明する図である。
【図２】本発明の光変調器に使用される作用電極の構成を示す図であり、第２の実施例を説明する図である。
【図３】本発明の光変調器に使用される作用電極の構成を示す図であり、第３の実施例を説明する図である。
【図４】本発明の光変調器の一例を説明する図である。
【図５】本発明の光変調器の他の例を説明する図である。
【図６】図５に示す光変調部を組み込んだ光変調器の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について好適例を用いて説明する。図１〜３は、本発明の光変調器に使用される作用電極の構成を説明する図である。
【００１７】
本発明は、複数のマッハツェンダー型光導波路を形成した基板１と、該基板上に形成され、該マッハツェンダー型光導波路の少なくとも一つに位相調整を行う作用電極を有する光変調器において、該作用電極は３種類の作用電極を備え、第１作用電極（ａ１，ａ２）と第２作用電極（ｂ１，ｂ２）とは、該マッハツェンダー型光導波路の２つのアーム（２０，２１）に沿った長さが互いに異なると共に、各アームに対して協働してプッシュプル動作を行うよう構成され、第３作用電極（ｃ１，ｃ２）は、該第１作用電極（ａ１）および／又は該第２作用電極（ｂ２）の少なくとも一部と協働して位相調整を行うよう構成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の光変調器に使用される基板としては、光変調が行われる部分や位相差調整が行われる部分には、電気光学効果を有する基板を使用する必要があり、例えばニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）等の単結晶材料やこれらの固溶体結晶材料を用いることができる。また、半導体やポリマーも電気光学効果を有する基板として使用することが可能である。他方、光変調や位相差調整を行う部分以外については、光導波路の分岐、合流、曲げなどに対して光の閉じ込めが強く、低損失な基板を用いることが好ましい。例えば、石英などを好適に使用した平面光波回路（ＰＬＣ）を利用することが可能である。
【００１９】
光導波路は、例えば、チタンなどの高屈折率材料を基板に注入又は熱拡散することで形成することが可能である。また、基板に凹凸を形成し、リッジ型又はリブ型の光導波路を形成することも可能である。光変調部分では、光導波路に近接して変調電極（信号電極と接地電極）が形成される。位相差調整部分では、光導波路に近接して作用電極が配置される。Ｚカットの基板を用いる場合のように、光導波路の直上に電極を形成する場合などは、光導波路を伝播する光波の電極層への吸収を抑制するため、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などからなるバッファ層を、光導波路上又は基板上に形成することが可能である。
【００２０】
変調電極や作用電極を形成する際には、導電性金属で下地電極パターンを基板上に形成し、金メッキ処理などにより、必要な厚みの電極を形成する。Ｚカット基板の場合には、光導波路の上に信号電極や接地電極を配置するが、Ｘカット基板を用いる場合には、２つの作用電極を光導波路を挟むように対向して配置する。
【００２１】
本発明の光変調器の特徴は、図１に示すように、単一のＭＺ型光導波路に対して、３つの第１作用電極Ａ（ａ１，ａ２）、第２作用電極Ｂ（ｂ１，ｂ２）、第３作用電極Ｃ（ｃ１，ｃ２）を設けることで、同じＭＺ型光導波路内の２つのアーム（分岐導波路２０，２１）間および他のＭＺ型光導波路との間の光位相差を調整する。
【００２２】
第１作用電極Ａにおける、光導波路２０に沿った部分は、ａ１であり、その長さはＬである。また、第１作用電極Ａにおける、光導波路２１に沿った部分は、ａ２であり、その長さは「Ｌ−ΔＬ−Δｌ」（図１の場合、ΔＬは、第３作用電極Ｃの長さであり、Δｌは、第３作用電極Ｃ（ｃ１）と第２作用電極Ｂ（ｂ１）との隙間の長さである。）となる。
【００２３】
第２作用電極Ｂにおける、光導波路２０に沿った部分は、ｂ１であり、その長さは「Ｌ−ΔＬ−Δｌ」である。また、第２作用電極Ｂにおける、光導波路２１に沿った部分は、ｂ２であり、その長さはＬとなる。
【００２４】
本発明の光変調器に用いられる第１作用電極と第２作用電極とは、アーム（２０，２１）を挟んで対向する電極の長さが異なっている。また、図１は、第１作用電極と第２作用電極とが協働してアーム２０とアーム２１に印加する電界は互いに方向が異なり、所謂、プッシュプル動作が達成されている。このため、第１作用電極と第２作用電極の２つの電極で、２つのアームを伝搬する光波の位相を互いに異なる方向に調整でき、少ない電圧差で効率的に位相差の調整を行うことができる。
【００２５】
２つのアーム（分岐導波路２０，２１）の間の光位相差を調整するには、第１作用電極Ａと第２作用電極Ｂに対してそれぞれ、ΔＶ１、−ΔＶ１のバイアス電圧を印加すれば良い。なお、バイアス電圧を最小にする必要が無い場合には、ΔＶ１、−ΔＶ１’と絶対値の異なる大きさの電圧を印加することも可能である。この電圧の印加により、各アーム（２０，２１）に、作用長が「Ｌ−ΔＬ−Δｌ」のバイアス電圧が印加されることとなる。
【００２６】
次に、ＭＺ型光導波路間における位相差調整について説明する。第３作用電極Ｃ（ｃ１）を第１作用電極Ａ（ａ１）に対してアーム２０を挟んで対向するように配置し、また、第３作用電極Ｃ（ｃ２）を第２作用電極Ｂ（ｂ２）に対してアーム２１を挟んで対向するように配置している。
【００２７】
仮に、他のＭＺ型光導波路間の位相差関係を調整しない場合は、２つのアームの光位相差調整のために、第１作用電極Ａと第２作用電極Ｂに対して、各々ΔＶ１、−ΔＶ１のバイアス電圧を印加するだけで良い。
【００２８】
もし、他ＭＺ型光導波路との間の光位相差を調整する場合には、第１作用電極Ａ、第２作用電極Ｂ、及び第３作用電極Ｃに対して、２つのアームの光位相差調整のためのバイアス電圧とは別に、バイアス電圧を印加する。
【００２９】
上述のようなバイアス制御を行うには、該第１作用電極と第３作用電極とが対向している部分の電極の長さ（ΔＬ）と、該第２作用電極と第３作用電極とが対向している部分の電極の長さ（ΔＬ）とが等しくなるように設定されていることが好ましい。
【００３０】
具体的には、第１作用電極Ａ、第２作用電極Ｂ、及び第３作用電極Ｃに対して、それぞれ、ΔＶ２、ΔＶ２、及び−ΔＶ３のバイアス電圧を印加する。この場合、領域１では第１作用電極Ａと第２作用電極Ｂとがそれぞれ同電圧印加されるため、位相差に影響は無いが、領域２では、分岐導波路２０および２１の光位相が同方向にシフトするように作用する。
【００３１】
また、第３作用電極を接地電極と接続させることで、給電するバイアス電圧の種類の数を削減することも可能となる。
【００３２】
図１乃至３において、第３作用電極は、第１作用電極と第２作用電極の２つに対向するように配置している。しかしながら、バイアス電圧制御が複雑化するが、第３作用電極を第１又は第２作用電極のいずれか一方のみに対向して配置し、第１〜３作用電極に印加するバイアス電圧を総合的に調整し、同じＭＺ型光導波路内の２つのアーム間の位相差調整と各ＭＺ型光導波路間の位相差調整を共に行うことも可能である。
【００３３】
また、第３作用電極を第１又は第２作用電極のいずれか一方のみに対向して配置する場合には、図１乃至３のように、第１作用電極の長さをＬと「Ｌ−ΔＬ−Δｌ」の２つの部分で、第２作用電極の長さをＬと「Ｌ−ΔＬ−Δｌ」の２つの部分で構成するだけでなく、例えば、第１作用電極の長さをＬとＬの２つの部分とし、第２作用電極の長さを「Ｌ−ΔＬ−Δｌ」と「Ｌ−ΔＬ−Δｌ」の２つの部分とすることも可能である。
【００３４】
図１の実施例では、第１作用電極への給電線を第２作用電極と第３作用電極との間を通過させて配線している。これ以外に、図２に示すように、第３作用電極への給電線を２つに分けることで、第１作用電極への給電線を迂回させ、第２作用電極と第３作用電極との隙間を小さくすることも可能である。
【００３５】
図３の実施例では、第１作用電極と第２作用電極とを、光導波路の分岐部近傍まで配置した例を示している。
【００３６】
図４は、光変調器の一部であり、４つのＭＺ型光導波路（各アームは、符号３６〜４３で示す。）を分岐導波路３２と３３、３４と３５を用いて２つの光波に合波する部分を示す図である。光導波路３０と３１との間で位相差調整を行う方法について説明する。上半分の光導波路には、第１作用電極（ａ１，ａ２）、第２作用電極（ｂ１，ｂ２）及び第３作用電極（ｃ１，ｃ２）が設けられており、これらに、ΔＶ２、ΔＶ２及び−ΔＶ３を各々に加えることで、第３作用電極の働きにより、光導波路３０から出射する光波の位相を、光導波路３１から出射する光波に対して、シフトさせることが可能となる。
【００３７】
図４の下側に配置される第１作用電極（ｘ１，ｘ２）と第２作用電極（ｙ１，ｙ２）は、光導波路３４と３５との間の光波の位相差を調整するために使用される。
【００３８】
図５は、４つの並列したＭＺ型光導波路（５６〜６３）に対して、３つのＭＺ型光導波路に上述した作用電極の構成を適用し、それぞれＭＺ型光導波路からの出力光の光位相差を調整可能としたものである。これにより、図４で示した、分岐導波路（３２〜３５）に配置される作用電極を削減することが可能となる。
【００３９】
第３作用電極である「ｃ１とｃ２」「ｆ１とｆ２」又は「ｉ１とｉ２」とは、各々独立したバイアス電圧が印加できるが、光導波路５０と光導波路５１から出射する光波の位相差を調整するためには、「ｃ１とｃ２」及び「ｆ１とｆ２」に同じバイアス電圧を印加する。
【００４０】
なお、本発明の電極構造は全てのＭＺ型光導波路に適用する必要は無く、例えば光導波路５０と光導波路５１から出射する光波の位相差を調整する必要が無い場合は、「ｃ１とｃ２」もしくは「ｆ１およびｆ２」のどちらか一つが不要となるように、光位相差調整機能が必要な部分にのみ適用すれば良い。
【００４１】
図４又は図５で示したように、本発明の光変調器は、複数のＭＺ型光導波路を並列に配置するものに好適に適用することが可能であり、特に、四相位相偏移変調方式または直交振幅変調方式などに利用することが可能である。図６は、図５で示した変調回路の前後に、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit、平面光回路）３，４を接続した光変調器の全体の概略を示している。
【００４２】
ただし、本発明の本質は並列に配置された光導波路を伝播するそれぞれの光の位相差を調整できる点に特徴を有するため、並列したＭＺ型光導波路以外の構成、例えば、カプラ構造などにも適用可能である。
【００４３】
また、本発明の構造は光の合波までの光路長が非対称の場合にも適用可能である。
【００４４】
以上の図は、電気光学効果を有する基板にＸ−ｃｕｔのＬＮ基板を用いる構成を示しているが、Ｚ−ｃｕｔのＬＮ基板を用いても良い。
【００４５】
以上、本発明について実施例を基に説明したが、本発明はこれらに限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によれば、作用電極の数の増加を抑制した光変調器を提供することが可能になる。
【符号の説明】
【００４７】
１  基板
２，２０〜６３  光導波路
３，４  ＰＬＣ
ａ１，ａ２  第１作用電極
ｂ１，ｂ２  第２作用電極
ｃ１，ｃ２  第３作用電極
【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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