(57)【要約】【課題】共振波長を厳密に制御する必要がなく、製造誤差や温度安定性によらず正常に動作することができるリング変調器を提供する。【解決手段】リング光導波路１４が、第１の光導波路１２および第２の光導波路１３に光結合可能に近接して設けられている。第２の光導波路１３は、一端に、光を反射して進行方向を反転させる反射手段２１を有している。切替手段１５が、磁気光学効果を有して、リング光導波路１４に接するよう設けられた磁気効果部２２と、通過する光に対するリング光導波路１４の相反性と非相反性とを切替可能に、磁気効果部２２の磁化を制御するよう設けられた磁化制御手段２３とを有している。磁化制御手段２３は、電源部と、電源部からの電流を流して、磁気効果部２２に磁場を印加可能に設けられた電気配線２３ａとを有している。【選択図】図１
2014211550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光導波路と、
一端に光を反射して進行方向を反転させる反射手段を有する第２の光導波路と、
前記第１の光導波路および前記第２の光導波路に光結合可能に近接して設けられたリング光導波路と、
通過する光に対する前記リング光導波路の相反性と非相反性とを切替可能に設けられた切替手段とを、
有することを特徴とするリング変調器。
【請求項２】
前記反射手段は、前記第１の光導波路から前記リング光導波路に入力された光が前記第２の光導波路に出力されたとき、その出力光を反射して再び前記リング光導波路に反対回りに入力させるよう設けられていることを特徴とする請求項１記載のリング変調器。
【請求項３】
前記切替手段は、磁気光学効果を有して、前記リング光導波路に接するよう設けられた磁気効果部と、前記リング光導波路の相反性と非相反性とを切替可能に、前記磁気効果部の磁化を制御するよう設けられた磁化制御手段とを、有することを特徴とする請求項１または２記載のリング変調器。
【請求項４】
前記磁化制御手段は、電源部と、前記電源部からの電流を流して、前記磁気効果部に磁場を印加可能に設けられた電気配線とを有していることを特徴とする請求項３記載のリング変調器。
【請求項５】
前記磁気効果部は、ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）、Ｃｅ：ＹＩＧ（セリウム置換イットリウム鉄ガーネット）、およびＢｉ：ＹＩＧ（ビスマス置換イットリウム鉄ガーネット）の少なくともいずれか一つを含む材料から成ることを特徴とする請求項３または４記載のリング変調器。
【請求項６】
前記磁気効果部は、磁気光学効果を有して、前記リング光導波路の外周に沿って設けられた外部磁気効果部と、磁気光学効果を有して、前記リング光導波路の内周に沿って設けられた内部磁気効果部とを有し、
前記磁化制御手段は、電流の方向を切替可能に設けられた電源部と、前記電源部からの電流を流して、前記磁気効果部に磁場を印加可能に、前記内部磁気効果部の内周に沿って設けられた電気配線とを有し、前記電気配線を流れる電流の方向を切り替えることにより、前記内部磁気効果部の磁化方向を、前記外部磁気効果部の磁化方向とその反対方向とに切替可能に構成されていることを
特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のリング変調器。
【請求項７】
前記第１の光導波路、前記第２の光導波路および前記リング光導波路は、幅が２００ｎｍ乃至５００ｎｍ、厚さが２００ｎｍ乃至５００ｎｍであり、
前記リング光導波路は、直径が４μｍ乃至６μｍであり、
前記外部磁気効果部および前記内部磁気効果部は、幅が１００ｎｍ乃至５００ｎｍ、厚さが２００ｎｍ乃至５００ｎｍであり、
前記電気配線は、幅が０．８μｍ乃至１．５μｍ、厚さが０．８μｍ乃至１．５μｍであることを
特徴とする請求項６記載のリング変調器。
【請求項８】
前記第１の光導波路から前記リング光導波路に光を入力するときの、前記リング光導波路より上流側の前記第１の光導波路に設けられた光サーキュレータと、
前記第１の光導波路に対して前記光サーキュレータから枝分かれして伸びる出力光導波路とを有し、
前記光サーキュレータは、前記第１の光導波路を前記リング光導波路に向かう光を通過させ、前記リング光導波路から来た光を前記出力光導波路に流すよう構成されていることを
特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のリング変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リング変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量光通信を実現するために、電気信号を光信号に変換するデバイスである光変調器の小型化、低消費電力化が進められている。従来の主な光変調器として、ＭＺＩ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）変調器や、マイクロリング変調器がある。ＭＺＩ変調器は、作製が容易で、温度安定性も高いが、デバイス長が１００μｍ〜１ｍｍと非常に大きく、消費電力も大きいという問題がある（例えば、非特許文献１参照）。これに対し、マイクロリング共振器を用いた光変調器（マイクロリング変調器）は、直径が５μｍ程度と非常に小型で、消費電力も小さい（例えば、非特許文献２または３参照）。このため、マイクロリング変調器は、小型・低消費電力の光変調器として、最も有望なデバイスであると期待されている。
【０００３】
従来のマイクロリング変調器を、図１３に示す。図１３に示すように、マイクロリング変調器は、ドロップポートからは、マイクロリング変調器の共振波長と一致する波長を有する光のみが出力される。一方、スルーポートからは、マイクロリング変調器の共振波長と一致しない波長を有する光が出力される。例えば、図１３では、マイクロリング変調器の共振波長がλ１であるため、波長λ１の光がドロップポートから出力され、λ１以外の波長λ２、λ３の光がスルーポートから出力される。マイクロリング変調器は、電気信号によりその共振波長を動的に変化させることができ、ドロップポートおよびスルーポートから出力される光の波長を制御することができる。これを利用することにより、マイクロリング変調器は光変調を実現している。
【０００４】
実際の光変調器は、図１４に示すように、図１３に示すマイクロリング変調器にマイクロリング共振器を組み合わせた構造を有している。すなわち、マイクロリング変調器からの出力に、マイクロリング共振器によりフィルタをかけるようになっている。図１４に示す一例では、マイクロリング変調器の共振波長を、出力ＯＮのときにはλ１、出力ＯＦＦのときにはλ０となるように設定し、マイクロリング共振器の共振波長をλ１に設定している。これにより、マイクロリング変調器の出力がＯＦＦのときには、マイクロリング変調器とマイクロリング共振器の共振波長が異なるため、受光器には光が入力されず、マイクロリング変調器の出力をＯＮにすると、波長λ１の光が受光器に入力される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】W. M. Green, et al., “Ultra-compact, 1ow RF power, 10 Gb/s si1iconMach-Zehnder modu1ator”, Optics express, 2007, 15, p.17106-13
【非特許文献２】Q. Xu, et al., “12.5 Gbit/s carrier-injection-based si1icon micro-ringsi1icon modu1ators”, Optics express, 2007, 15, p.430-436
【非特許文献３】G. Li, et a1., “25 Gb/s 1V-driving CMOS ring modu1ator with integrated thema1tuning”, Optics express, Oct. 2011, 19, p.20435-43
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１４に示すような従来の光変調器では、出力ＯＮ／ＯＦＦの前後のマイクロリング変調器の共振波長の少なくとも一方を厳密に制御して動作させる必要がある。しかしながら、マイクロリング変調器の共振波長は、僅かな作製誤差や温度変化で容易に変化してしまうため、共振波長を厳密に制御することは非常に困難であるという課題があった。このため、従来のマイクロリング変調器には、許容できる製造誤差が極めて小さい、温度安定性が低い、という課題があった。
【０００７】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、共振波長を厳密に制御する必要がなく、製造誤差や温度安定性によらず正常に動作することができるリング変調器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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係るリング変調器は、第１の光導波路と、一端に光を反射して進行方向を反転させる反射手段を有する第２の光導波路と、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路に光結合可能に近接して設けられたリング光導波路と、通過する光に対する前記リング光導波路の相反性と非相反性とを切替可能に設けられた切替手段とを、有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るリング変調器で、前記反射手段は、前記第１の光導波路から前記リング光導波路に入力された光が前記第２の光導波路に出力されたとき、その出力光を反射して再び前記リング光導波路に反対回りに入力させるよう設けられていることが好ましい。
【００１０】
本発明に係るリング変調器は、以下のように作動する。すなわち、第１の光導波路の一端側から光を入力すると、第１の光導波路に光結合可能に近接して設けられたリング光導波路に光が入り、リング光導波路を周回する。このとき、リング光導波路の共振波長と一致する波長を有する光のみが、リング光導波路を周回し、リング光導波路の共振波長と一致しない波長を有する光は、リング光導波路を周回せず、第１の光導波路の他端側に向かって進む。リング光導波路からは、リング光導波路と光結合可能に近接して設けられた第２の光導波路に、リング光導波路の共振波長と一致する波長を有する光が出力される。第２の光導波路に入った光は、その光の進行方向に反射手段を配置することにより、反射手段で反射され、進行方向を反転させて、第２の光導波路をリング光導波路に向かって戻ってくる。戻ってきた光は、再びリング光導波路に反対回りに入り、リング光導波路を反対向きに周回する。このとき、リング光導波路の共振波長と一致する波長を有する光のみが、リング光導波路を周回し、リング光導波路の共振波長と一致しない波長を有する光は、リング光導波路を周回せず、第２の光導波路の反射手段とは反対側に向かって進む。リング光導波路からは、第１の光導波路に、リング光導波路の共振波長と一致する波長を有する光が出力される。第１の光導波路に入った光は、第１の光導波路の一端側に向かって進む。
【００１１】
このように、本発明に係るリング変調器は、光がリング光導波路を時計回りに伝搬して共振する場合と、反時計回りに伝搬して共振する場合とがある。また、リング光導波路が相反性のときには、これら２つの共振状態の共振波長は一致し、非相反性のときは一致しない。このため、切替手段により、通過する光に対するリング光導波路を相反性に切り替えることにより、時計回りおよび反時計回りの２つの共振波長が一致して、その共振波長の光を第１の光導波路の一端側に出力することができる。このとき、第２の光導波路の反射手段とは反対側にも、その共振波長の光が出力される。また、切替手段により、通過する光に対するリング光導波路を非相反性に切り替えることにより、第１の光導波路の一端側への光の出力をなくすことができる。このように、本発明に係るリング変調器は、リング光導波路の相反性と非相反性とを切り替えることにより、光変調を実現することができる。なお、リング光導波路の相反性と非相反性とを切り替えることにより、第２の光導波路の反射手段とは反対側への光の出力波長および出力強度も変化させることができる。
【００１２】
本発明に係るリング変調器は、光変調を実現するために、１つのリング光導波路の相反性と非相反性とを切り替えるだけでよく、共振波長を厳密に制御する必要がない。このため、製造誤差や温度変化による影響を考慮する必要がなく、製造誤差や温度安定性によらず正常に動作することができる。本発明に係るリング変調器で、切替手段は、通過する光に対するリング光導波路の相反性と非相反性とを切替可能であれば、いかなる構成を有していてもよい。なお、本発明に係るリング変調器は、リング光導波路を通過する光の周回方向の共振順序に関係なく、光変調を実現することができる。
【００１３】
本発明に係るリング変調器で、前記切替手段は、磁気光学効果を有して、前記リング光導波路に接するよう設けられた磁気効果部と、前記リング光導波路の相反性と非相反性とを切替可能に、前記磁気効果部の磁化を制御するよう設けられた磁化制御手段とを、有することが好ましい。この場合、磁気効果部が磁気光学効果を有しているため、磁化制御手段で磁気効果部の磁化を制御することにより、リング光導波路の相反性と非相反性とを切り替えることができ、リング光導波路を通過する光の周回方向により共振波長を変化させることができる。なお、リング光導波路の相反性と非相反性とを効率良く切替可能に、磁気効果部の磁化の向きが、リング光導波路を通過する光の磁場の向きと平行になるよう構成されていることが好ましい。
【００１４】
本発明に係るリング変調器で、前記磁化制御手段は、電源部と、前記電源部からの電流を流して、前記磁気効果部に磁場を印加可能に設けられた電気配線とを有していることが好ましい。この場合、電源部から電気配線に電流を流して磁気効果部に磁場を印加することにより、磁気効果部の磁化を制御することができる。
【００１５】
本発明に係るリング変調器で、前記磁気効果部は、ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）、Ｃｅ：ＹＩＧ（セリウム置換イットリウム鉄ガーネット）、およびＢｉ：ＹＩＧ（ビスマス置換イットリウム鉄ガーネット）の少なくともいずれか一つを含む材料から成ることが好ましい。この場合、これらの材料の磁気光学効果がある程度大きく、光学損失が少ないため、効率良く光変調を行うことができる。
【００１６】
本発明に係るリング変調器で、前記磁気効果部は、磁気光学効果を有して、前記リング光導波路の外周に沿って設けられた外部磁気効果部と、磁気光学効果を有して、前記リング光導波路の内周に沿って設けられた内部磁気効果部とを有し、前記磁化制御手段は、電流の方向を切替可能に設けられた電源部と、前記電源部からの電流を流して、前記磁気効果部に磁場を印加可能に、前記内部磁気効果部の内周に沿って設けられた電気配線とを有し、前記電気配線を流れる電流の方向を切り替えることにより、前記内部磁気効果部の磁化方向を、前記外部磁気効果部の磁化方向とその反対方向とに切替可能に構成されていてもよい。この場合、効率良く光変調を行うことができる。
【００１７】
この場合、特に、前記第１の光導波路、前記第２の光導波路および前記リング光導波路は、幅が２００ｎｍ乃至５００ｎｍ、厚さが２００ｎｍ乃至５００ｎｍであり、前記リング光導波路は、直径が４μｍ乃至６μｍであり、前記外部磁気効果部および前記内部磁気効果部は、幅が１００ｎｍ乃至５００ｎｍ、厚さが２００ｎｍ乃至５００ｎｍであり、前記電気配線は、幅が０．８μｍ乃至１．５μｍ、厚さが０．８μｍ乃至１．５μｍであることが好ましい。この場合、特に効率良く光変調を行うことができる。
【００１８】
本発明に係るリング変調器は、前記第１の光導波路から前記リング光導波路に光を入力するときの、前記リング光導波路より上流側の前記第１の光導波路に設けられた光サーキュレータと、前記第１の光導波路に対して前記光サーキュレータから枝分かれして伸びる出力光導波路とを有し、前記光サーキュレータは、前記第１の光導波路を前記リング光導波路に向かう光を通過させ、前記リング光導波路から来た光を前記出力光導波路に流すよう構成されていることが好ましい。この場合、光サーキュレータとは反対側の出力光導波路の端部に受光器を設けることにより、変調された光のみを受光器に導くことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、共振波長を厳密に制御する必要がなく、製造誤差や温度安定性によらず正常に動作することができるリング変調器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態のリング変調器を示す（ａ）平面図、（ｂ）相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図、（ｃ）非相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図である。
【図２】図１に示すリング変調器の（ａ）相反性状態のときの動作状態を示す平面図およびスペクトル、（ｂ）非相反性状態のときの動作状態を示す平面図およびスペクトルである。
【図３】図１に示すリング変調器の、光サーキュレータを有する変形例を示す平面図である。
【図４】図１に示すリング変調器の、切替手段の第１の変形例を示す（ａ）平面図、（ｂ）相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図、（ｃ）非相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図である。
【図５】図１に示すリング変調器の、切替手段の第２の変形例を示す（ａ）平面図、（ｂ）相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図、（ｃ）非相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図である。
【図６】図１に示すリング変調器の、切替手段の第３の変形例を示す（ａ）平面図、（ｂ）相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図、（ｃ）非相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図である。
【図７】図１に示すリング変調器の、切替手段の第４の変形例を示す（ａ）平面図、（ｂ）相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図、（ｃ）非相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図である。
【図８】図１に示すリング変調器の、切替手段の第５の変形例を示す（ａ）平面図、（ｂ）相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図、（ｃ）非相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図である。
【図９】図１に示すリング変調器の、切替手段の第６の変形例を示す（ａ）平面図、（ｂ）相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図、（ｃ）非相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図である。
【図１０】図１に示すリング変調器の、切替手段の第７の変形例を示す（ａ）平面図、（ｂ）相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図、（ｃ）非相反性状態のときのＡ−Ｂ線断面図である。
【図１１】図５に示すリング変調器のシミュレーション結果の、非相反性状態のときの、リング光導波路を時計回りで周回したときのスルー光およびドロップ光、ならびに、反時計回りで周回したときのスルー光およびドロップ光のスペクトルである。
【図１２】図５に示すリング変調器のシミュレーション結果の、相反性状態および非相反性状態のときの、ドロップ−ドロップ光のスペクトルである。
【図１３】従来のマイクロリング変調器を示す平面図である。
【図１４】従来の、マイクロリング変調器にマイクロリング共振器を組み合わせた光変調器の動作状態を示す（ａ）マイクロリング変調器の出力がＯＦＦのときの平面図、（ｂ）マイクロリング変調器の出力がＯＮのときの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図１２は、本発明の実施の形態のリング変調器を示している。
図１に示すように、リング変調器１０は、ＳｉＯ２製の埋め込み酸化膜（ＢＯＸ；Ｂｕｒｉｅｄ  Ｏｘｉｄｅ）１１上に形成されており、第１の光導波路１２と第２の光導波路１３とリング光導波路１４と切替手段１５とを有している。
【００２２】
第１の光導波路１２および第２の光導波路１３は、シリコン製で直線状を成し、互いに平行に配置されている。図１（ａ）に示すように、第２の光導波路１３は、一端に、光を反射して進行方向を反転させる反射手段２１を有している。反射手段２１は、ミラーから成っている。なお、第１の光導波路１２は、第２の光導波路１３の反射手段２１が設けられた一端と同じ側の端部から、光を入射するよう構成されている。
【００２３】
図１に示すように、リング光導波路１４は、シリコン製で、平面形状が円形を成し、第１の光導波路１２と第２の光導波路１３との間に配置されている。リング光導波路１４は、一部が第１の光導波路１２および第２の光導波路１３に近接して配置され、その近接位置でそれぞれ第１の光導波路１２および第２の光導波路１３に光結合可能に構成されている。なお、リング光導波路１４は、平面形状が円形に限らず、周回経路であればよく、例えば、楕円形であっても、半円と直線とを組み合わせたオーバルトラックのような形状であってもよい。
【００２４】
切替手段１５は、磁気効果部２２と磁化制御手段２３とを有している。磁気効果部２２は、Ｃｅ：ＹＩＧ製で、磁気光学効果を有している。磁気効果部２２は、リング光導波路１４の外周に沿って環状に設けられた外部磁気効果部２２ａと、リング光導波路１４の内周に沿って環状に設けられた内部磁気効果部２２ｂとを有している。外部磁気効果部２２ａおよび内部磁気効果部２２ｂは、それぞれリング光導波路１４の外周面および内周面に接するよう設けられている。なお、図１に示す具体的な一例では、外部磁気効果部２２ａは、リング光導波路１４を通過する光の磁場の向きと平行になるよう、埋め込み酸化膜１１の設置面に対して上向きに磁化されている。また、磁気効果部２２は、磁気光学効果がある程度大きく、光学損失が少ないものであれば、いかなる材料から成っていてもよく、Ｃｅ：ＹＩＧ製に限らず、例えば、ＹＩＧ製であっても、Ｂｉ：ＹＩＧ製であってもよい。
【００２５】
磁化制御手段２３は、電流の方向を切替可能に設けられた電源部（図示せず）と、電源部からの電流を流す銅製の電気配線２３ａとを有している。電気配線２３ａは、内部磁気効果部２２ｂに磁場を印加可能に、内部磁気効果部２２ｂの内周に沿って設けられている。図１（ａ）に示すように、電気配線２３ａは、内部磁気効果部２２ｂの内周から、リング光導波路１４、外部磁気効果部２２ａおよび内部磁気効果部２２ｂの上を通して電源部まで配線されている。磁化制御手段２３は、電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、内部磁気効果部２２ｂの磁化方向を、図１（ｂ）に示す外部磁気効果部２２ａの磁化方向（上向き）と、図１（ｃ）に示すその反対方向（下向き）とに切替可能に構成されている。
【００２６】
これにより、切替手段１５は、リング光導波路１４を通過する光の周回方向により共振波長を変化させるようになっている。すなわち、切替手段１５は、図１（ｂ）に示す、外部磁気効果部２２ａの磁化方向と内部磁気効果部２２ｂの磁化方向とが同じ方向の、通過する光に対するリング光導波路１４の相反性の状態と、図１（ｃ）に示す、外部磁気効果部２２ａの磁化方向と内部磁気効果部２２ｂの磁化方向とが反対方向の、リング光導波路１４の非相反性の状態とを切替可能になっている。
【００２７】
なお、具体的な一例では、第１の光導波路１２、第２の光導波路１３およびリング光導波路１４は、幅が２００ｎｍ乃至５００ｎｍ、厚さが２００ｎｍ乃至５００ｎｍである。リング光導波路１４は、直径が４μｍ乃至６μｍである。外部磁気効果部２２ａおよび内部磁気効果部２２ｂは、幅が１００ｎｍ乃至５００ｎｍ、厚さが２００ｎｍ乃至５００ｎｍである。電気配線２３ａは、幅が０．８μｍ乃至１．５μｍ、厚さが０．８μｍ乃至１．５μｍである。
【００２８】
次に、作用について説明する。
リング変調器１０は、以下のように作動する。すなわち、第１の光導波路１２の一端側から光を入力すると、第１の光導波路１２に光結合可能に近接して設けられたリング光導波路１４に光が入り、リング光導波路１４を周回する。このとき、リング光導波路１４の共振波長と一致する波長を有する光のみが、リング光導波路１４を周回し、リング光導波路１４の共振波長と一致しない波長を有する光は、リング光導波路１４を周回せず、第１の光導波路１２の他端側に向かって進む。リング光導波路１４からは、リング光導波路１４と光結合可能に近接して設けられた第２の光導波路１３に、リング光導波路１４の共振波長と一致する波長を有する光が出力される。第２の光導波路１３に入った光は、第２の光導波路１３の一端側に向かって進み、反射手段２１で反射され、進行方向を反転させて、第２の光導波路１３をリング光導波路１４に向かって戻ってくる。戻ってきた光は、再びリング光導波路１４に反対回りに入り、リング光導波路１４を反対向きに周回する。このとき、リング光導波路１４の共振波長と一致する波長を有する光のみが、リング光導波路１４を周回し、リング光導波路１４の共振波長と一致しない波長を有する光は、リング光導波路１４を周回せず、第２の光導波路１３の反射手段２１とは反対側に向かって進む。リング光導波路１４からは、第１の光導波路１２に、リング光導波路１４の共振波長と一致する波長を有する光が出力される。第１の光導波路１２に入った光は、第１の光導波路１２の一端側に向かって進む。
【００２９】
このように、リング変調器１０は、光がリング光導波路１４を時計回りに伝搬して共振する場合と、反時計回りに伝搬して共振する場合とがある。図２（ａ）に示すように、切替手段１５によりリング光導波路１４を相反性に切り替えることにより、時計回りの光（ドロップ光）の共振波長λ０と、反時計回りの光（ドロップ光）の共振波長λ０とが一致して、その共振波長λ０の光（ドロップ−ドロップ光）を第１の光導波路１２の一端側に出力することができる。また、図２（ｂ）に示すように、切替手段１５によりリング光導波路１４を非相反性に切り替えることにより、時計回りの光（ドロップ光）の共振波長λ１と、反時計回りの光（ドロップ光）の共振波長λ２とが一致せず、第１の光導波路１２の一端側への光（ドロップ−ドロップ光）の出力をなくすことができる。このように、リング変調器１０は、リング光導波路１４の相反性と非相反性とを切り替えることにより、光変調を実現することができる。なお、リング光導波路１４の相反性と非相反性とを切り替えることにより、第２の光導波路１３の他端側への光の出力波長および出力強度も変化させることができる。
【００３０】
このように、リング変調器１０は、光変調を実現するために、１つのリング光導波路１４の相反性と非相反性とを切り替えるだけでよく、共振波長を厳密に制御する必要がない。このため、製造誤差や温度変化による影響を考慮する必要がなく、製造誤差や温度安定性によらず正常に動作することができる。
【００３１】
なお、図３に示すように、リング変調器１０は、第１の光導波路１２の一端側に設けられた光サーキュレータ３１と、第１の光導波路１２に対して光サーキュレータ３１から枝分かれして伸びる出力光導波路３２とを有し、光サーキュレータ３１は、第１の光導波路１２をリング光導波路１４に向かう光を通過させ、リング光導波路１４から来た光を出力光導波路３２に流すよう構成されていてもよい。この場合、光サーキュレータ３１とは反対側の出力光導波路３２の端部に受光器３３を設けることにより、変調された光のみを受光器３３に導くことができる。
【００３２】
また、リング変調器１０は、第２の光導波路１３の他端側からの光（ドロップ−スルー光）の出力を利用して光変調を行ってもよい。この場合、リング光導波路１４を相反性に切り替えることにより、リング光導波路１４の時計回りの共振波長λ０の光が、反射手段２１により反射されたのち、リング光導波路１４に入って反時計回りに周回し第１の光導波路に出力されるため、第２の光導波路１３の他端側から出力される光（ドロップ−スルー光）の強度は弱くなる。なお、微弱に出力される光の波長は共振波長λ０となる。また、リング光導波路１４を非相反性に切り替えることにより、リング光導波路１４の時計回りの共振波長λ１の光が、反射手段２１により反射されたのち、リング光導波路１４で周回せず第２の光導波路１３の他端側に出力されるため、第２の光導波路１３の他端側から出力される光（ドロップ−スルー光）の強度は強くなる。なお、出力される光の波長は共振波長λ１となる。また、この場合、第２の光導波路１３の他端の延長上に受光器３３を設ければよく、光サーキュレータ３１は不要である。
【００３３】
また、図４に示すように、リング変調器１０は、外部磁気効果部２２ａを有さず、磁化制御手段２３が、電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、図４（ｂ）に示す内部磁気効果部２２ｂの磁化をなくす状態（相反性）と、図４（ｃ）に示す内部磁気効果部２２ｂの磁化を発生させる状態（非相反性）とを切替可能に構成されていてもよい。発生させる内部磁気効果部２２ｂの磁化の方向は、どちら向きでもよい。
【００３４】
また、図５に示すように、リング変調器１０は、内部磁気効果部２２ｂを有さず、磁化制御手段２３が、電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、図５（ｂ）に示す外部磁気効果部２２ａの磁化をなくす状態（相反性）と、図５（ｃ）に示す外部磁気効果部２２ａの磁化を発生させる状態（非相反性）とを切替可能に構成されていてもよい。発生させる外部磁気効果部２２ａの磁化の方向は、どちら向きでもよい。
【００３５】
また、図６に示すように、リング変調器１０は、内部磁気効果部２２ｂを有さず、外部磁気効果部２２ａが２つから成り、それぞれリング光導波路１４の中心に対して対称な位置に設けられ、電気配線２３ａが一方の外部磁気効果部２２ａの外周に沿って設けられており、磁化制御手段２３が、電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、図６（ｂ）に示す各外部磁気効果部２２ａの磁化方向が反対になる状態（相反性）と、図６（ｃ）に示す各外部磁気効果部２２ａの磁化方向が同じになる状態（非相反性）とを切替可能に構成されていてもよい。この場合、各外部磁気効果部２２ａの磁化方向が反対になったとき、各外部磁気効果部２２ａで発生する非相反性が打ち消されて相反性の状態になり、各外部磁気効果部２２ａの磁化方向が同じになったとき、各外部磁気効果部２２ａで発生する非相反性が強め合う状態になる。
【００３６】
また、図７に示すように、リング変調器１０は、内部磁気効果部２２ｂを有さず、外部磁気効果部２２ａが２つから成り、それぞれリング光導波路１４の中心に対して対称な位置に設けられ、２つの電気配線２３ａが各外部磁気効果部２２ａの外周に沿って設けられており、磁化制御手段２３が、各電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、図７（ｂ）に示す各外部磁気効果部２２ａの磁化をなくす状態（相反性）と、図７（ｃ）に示す各外部磁気効果部２２ａの磁化方向が同じになる状態（非相反性）とを切替可能に構成されていてもよい。この場合、各外部磁気効果部２２ａの磁化方向が同じになったとき、各外部磁気効果部２２ａで発生する非相反性が強め合う状態になる。このとき発生させる各外部磁気効果部２２ａの磁化の方向は、どちら向きでもよい。
【００３７】
また、図８に示すように、リング変調器１０は、外部磁気効果部２２ａを有さず、内部磁気効果部２２ｂが２つから成り、それぞれリング光導波路１４の中心に対して対称な位置に設けられ、電気配線２３ａが一方の内部磁気効果部２２ｂの内周に沿って設けられており、磁化制御手段２３が、電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、図８（ｂ）に示す各内部磁気効果部２２ｂの磁化方向が反対になる状態（相反性）と、図８（ｃ）に示す各内部磁気効果部２２ｂの磁化方向が同じになる状態（非相反性）とを切替可能に構成されていてもよい。この場合、各内部磁気効果部２２ｂの磁化方向が反対になったとき、各内部磁気効果部２２ｂで発生する非相反性が打ち消されて相反性の状態になり、各内部磁気効果部２２ｂの磁化方向が同じになったとき、各内部磁気効果部２２ｂで発生する非相反性が強め合う状態になる。
【００３８】
また、図９に示すように、リング変調器１０は、磁気効果部２２がリング光導波路１４の上面に沿って環状に設けられ、電気配線２３ａが磁気効果部２２の上面に沿って設けられており、磁化制御手段２３が、電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、図９（ｂ）に示す磁気効果部２２の磁化をなくす状態（相反性）と、図９（ｃ）に示す磁気効果部２２に磁化を発生させる状態（非相反性）とを切替可能に構成されていてもよい。発生させる磁気効果部２２の磁化の方向は、どちら向きでもよい。
【００３９】
また、図１０に示すように、リング変調器１０は、磁気効果部２２が２つから成り、それぞれリング光導波路１４の上面に沿って、リング光導波路１４の中心に対して対称な位置に設けられ、電気配線２３ａが一方の磁気効果部２２の上面に沿って設けられており、磁化制御手段２３が、電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、図１０（ｂ）に示す各磁気効果部２２の磁化方向が、光の進行方向から見て反対になる状態（相反性）と、図１０（ｃ）に示す各磁気効果部２２の磁化方向が、光の進行方向から見て同じになる状態（非相反性）とを切替可能に構成されていてもよい。この場合、各磁気効果部２２の磁化方向が反対になったとき、各磁気効果部２２で発生する非相反性が打ち消されて相反性の状態になり、各磁気効果部２２の磁化方向が同じになったとき、各磁気効果部２２で発生する非相反性が強め合う状態になる。
【００４０】
図４乃至図１０に示すリング変調器１０でも、図１に示すリング変調器１０と同様に、切替手段１５でリング光導波路１４の相反性と非相反性とを切り替えることにより、光変調を実現することができる。リング変調器１０で、切替手段１５は、図１、図４乃至図１０に示す構成に限らず、通過する光に対するリング光導波路１４の相反性と非相反性とを切替可能であれば、他の構成を有していてもよい。
【実施例１】
【００４１】
図５に示すリング変調器１０の動作について、ＦＤＴＤ法（Ｆｉｎｉｔｅ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ  ｍｅｔｈｏｄ）を用いたシミュレーションにより、検証を行った。シミュレーションでは、磁気効果部２２の材料であるＣｅ：ＹＩＧの一般的な光学特性を用いた。また、リング光導波路１４の直径を、５μｍとした。シミュレーション結果のうち、非相反性状態のときの、リング光導波路１４を時計回りで周回したときのスルー光およびドロップ光、ならびに、反時計回りで周回したときのスルー光およびドロップ光のスペクトルを、図１１に示す。また、相反性状態および非相反性状態のときの、ドロップ−ドロップ光のスペクトルを、図１２に示す。
【００４２】
図１１に示すように、非相反性状態のときには、周回方向によりリング光導波路１４の共振波長が異なることが確認された。また、リング光導波路１４の共振波長で、ドロップ光の強度が上昇することも確認できた。なお、このときのＱ値は約９０００であった。また、図１２に示すように、相反性状態のときには、リング光導波路１４の共振波長で、ドロップ−ドロップ光の光強度が顕著に上昇することも確認できた。また、非相反性状態のときには、ドロップ−ドロップ光がほとんど確認できなかった。なお、このときの消光比は１０ｄＢであった。
【００４３】
このように、リング変調器１０は、直径５μｍで、消光比１０ｄＢが得られており、小型でも高精度で光変調可能であるといえる。また、スイッチングエネルギーを計算すると、１０．７ｆＪ／ｂｉｔであった。これは、従来のマイクロリング変調器１０を利用した光変調器のスイッチングエネルギーの数十ｆＪ／ｂｉｔと比べても小さくなっており、リング変調器１０は低消費電力であるといえる。このように、リング変調器１０は、小型・低消費電力であることから、今後、ＬＳＩチップ内やチップ間などの短距離光配線を実現する上で、非常に有望なデバイスであるといえる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  リング変調器
１１  埋め込み酸化膜
１２  第１の光導波路
１３  第２の光導波路
２１  反射手段
１４  リング光導波路
１５  切替手段
２２  磁気効果部
２２ａ  外部磁気効果部
２２ｂ  内部磁気効果部
２３  磁化制御手段
２３ａ  電気配線
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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