(57)【要約】      （修正有）【課題】位相変調領域への印加電圧に対し非線形な位相変化特性を有するマッハツェンダ変調器においてゼロチャープを実現するための駆動方法を提供する。【解決手段】光変調素子を構成する２本のアームにそれぞれ備えられた第１および第２の位相変調領域への駆動電気信号として第１の位相変調領域にＤＡＴＡ１信号を、第２の位相変調領域にＤＡＴＡ２信号を印加するとき、それぞれの変調電圧のアイパターンにおいて、変調電圧の絶対値が大きいマークレベルと変調電圧の絶対値が小さいスペースレベルとの遷移領域において、変調電圧の立ち上がりと立ち下がりが交差するクロスポイントが全て変調電圧の中心値よりも絶対値の大きな方向にシフトするように設定し、かつＤＡＴＡ１信号を第１の位相変調領域の半波長電圧でそれぞれ規格化した振幅と、ＤＡＴＡ２信号を第２の位相変調領域の半波長電圧でそれぞれ規格化した振幅とを等しくする。【選択図】図７
2014074744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調素子を構成する２本のアームにそれぞれ備えられた第１および第２の位相変調領域への印加電圧に対し非線形な位相変化特性を有するマッハツェンダ型の光変調素子の駆動方法であって、
前記光変調素子の駆動電気信号として前記第１の位相変調領域にＤＡＴＡ１信号を、前記第２の位相変調領域にＤＡＴＡ２信号を印加するとき、前記ＤＡＴＡ１信号および前記ＤＡＴＡ２信号のそれぞれの変調電圧のアイパターンにおいて、前記変調電圧の絶対値が大きいマークレベルと前記変調電圧の絶対値が小さいスペースレベルとの遷移領域において、前記変調電圧の立ち上がりと立ち下がりが交差するクロスポイントが全て前記変調電圧の中心値よりも絶対値の大きな方向にシフトするように設定し、かつ前記ＤＡＴＡ１信号を前記第１の位相変調領域の半波長電圧でそれぞれ規格化した振幅と、前記ＤＡＴＡ２信号を前記第２の位相変調領域の半波長電圧でそれぞれ規格化した振幅とが等しいことを特徴とする光変調素子の駆動方法。
【請求項２】
前記ＤＡＴＡ２信号において、前記ＤＡＴＡ１信号を論理反転して前記ＤＡＴＡ２信号とし、そののち、前記ＤＡＴＡ１信号および前記ＤＡＴＡ２信号を、前記ＤＡＴＡ１信号および前記ＤＡＴＡ２信号の前記変調電圧の和が、ビット遷移領域を除いて一定値をとり、かつビット遷移領域では前記一定値よりも大きくなるように設定したことを特徴とする請求項１に記載の光変調素子の駆動方法。
【請求項３】
前記ＤＡＴＡ１信号および前記ＤＡＴＡ２信号のそれぞれの前記変調電圧の絶対値が大きいマークレベルのビット幅が前記変調電圧の絶対値が小さなスペースレベルのビット幅よりも広くなるように設定することを特徴とする請求項２に記載の光変調素子の駆動方法。
【請求項４】
前記ＤＡＴＡ１信号および前記ＤＡＴＡ２信号の前記変調電圧の和のビット遷移領域における最大値をＥｍａｘ、前記ビット遷移領域を除いた領域における一定値をＥｃｏｎｓｔとするとき、その比であるＲｅ＝Ｅｍａｘ／Ｅｃｏｎｓｔが１＜Ｒｅ＜１．６７の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の光変調素子の駆動方法。
【請求項５】
前記ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の前記変調電圧の大きなマークレベルのビット幅をＴｍｋ、前記変調電圧の小さなスペースレベルのビット幅をＴｓｐとするとき、その比であるＲｔ＝Ｔｍｋ／Ｔｓｐが１＜Ｒｔ＜１．７の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の光変調素子の駆動方法。
【請求項６】
前記ＤＡＴＡ１信号および前記ＤＡＴＡ２信号の前記変調電圧のクロスポイントの位置をＲｘ（％）とするとき、Ｒｘが５０＜Ｒｘ＜８４の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光変調素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調素子に関し、より詳しくは、光の干渉を用いたマッハツェンダ型光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在広く用いられている変調器としては、強誘電体結晶であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いたマッハツェンダ型光変調器があげられる。ニオブ酸リチウムのような電気光学結晶に電界を印加するとポッケルス（Ｐｏｃｋｅｌｓ）効果によりその屈折率が変化するが、その屈折率変化は印加電界に比例する。マッハツェンダ型光変調器では、電界印加による屈折率変化と光の干渉効果を組み合わせることにより信号光のＯＮ／ＯＦＦ等の変調動作を実現している。
【０００３】
図１は一般的なマッハツェンダ型の光変調素子の構成を示した図である。図１に示す光変調素子は、入力導波路１０１、光分岐回路１０２、光合流回路１０３、光分器回路１０２および光合流回路１０３を接続する導波路により構成された２本のアーム１０４ａおよび１０４ｂ、アーム１０４ａおよび１０４ｂ上に設置された位相変調器１０５ａおよび１０５ｂ、そして出力導波路１０６より構成される。また、図１に示す光変調素子には、位相変調器１０５ａおよび１０５ｂに電極１０７ａおよび１０７ｂが形成されており、電極１０７ａおよび１０７ｂは電極の入口１０８ａおよび１０８ｂ、電極の出口１０９ａおよび１０９ｂを有している。通常はマイクロ波の駆動信号が入口１０８ａおよび１０８ｂに加えられ、出口１０９ａおよび１０９ｂから素子外部に接続された終端抵抗へと導かれる。光の変調は次のように行われる。すなわち、入力導波路１０１に入射した信号光は光分岐回路１０２でアーム１０４ａ、１０４ｂに２分岐され、位相変調器１０５ａ、１０５ｂにそれぞれ入射する。位相変調器１０５ａ、１０５ｂにおいては電極１０７ａ、１０７ｂにそれぞれ印加される電気駆動信号により導波路のコアもしくはクラッドを構成する媒質の屈折率が変化し、その結果導波路の等価屈折率が変化することにより、導波路を伝搬する光の位相変調が行われる。位相変調された信号光はアーム１０４ａもしくは１０４ｂ、あるいは位相変調器１０５ａもしくは１０５ｂと、経路に応じて互いの位相関係が変調された状態で光合流回路１０３に入射し、出力導波路１０６に導かれる。その際、光の干渉によりそれぞれのアームを経由した信号光の相対的な位相差に応じて出力導波路１０６に入射する信号光の強度が変化する。これがマッハツェンダ変調器の強度変調動作である。光の強度変調動作においては、強度変化にともなう位相の変化、すなわちチャープについて注意する必要がある。
【０００４】
ここで従来の光変調素子の駆動法について説明する。マッハツェンダ光変調器では駆動方法によりチャープが自由に制御できるという特徴がある。この様子を図２にまとめた。図２は各駆動条件に対し、横軸を時間Ｔ、縦軸を駆動電圧Ｖ、変調出力光強度Ｐ、光周波数シフトΔｆのいずれかとした図を示している。いま、図１に示した上側のアーム１０４ａをアーム１、下側のアーム１０４ｂをアーム２と呼ぶことにする。たとえば、アーム１に設置された位相変調器１０５ａのみを電気信号（この電気信号を「ＤＡＴＡ１」と呼ぶ）により駆動した場合（図２中の駆動条件１、一方のアームのみを駆動するため片アーム駆動と呼ばれる）は出力光強度波形の立ち上がり部において光周波数が負方向にシフトし、出力光強度波形立ち下がり部において光周波数が正方向にシフトするというネガティブチャープになる。またアーム２に設置された位相変調器１０５ｂのみ、駆動条件１で用いた駆動信号の反転信号（この電気信号を「ＤＡＴＡ２」と呼ぶ）により駆動した場合（図２中の駆動条件２、この場合も一方のアームのみを駆動するため片アーム駆動と呼ばれる）は、出力光強度波形の立ち上がり部において光周波数が正方向にシフトし、出力光強度波形立ち下がり部において光周波数が負方向にシフトするというポジティブチャープになるといった具合に駆動条件を設定することができる。ここで重要なのは、出力光強度波形の立ち上がり部および立ち下がり部において光周波数のシフトが生じないゼロチャープの駆動条件である。これは２つの位相変調器１０５ａおよび１０５ｂを差動信号（すなわちＤＡＴＡ１とＤＡＴＡ２）により対称に、すなわち等しい電圧振幅でプッシュプル駆動した場合（図２中の駆動条件３）に実現することが可能となる（例えば非特許文献１および非特許文献２参照）。
【０００５】
非特許文献１および２においては、図１に示されているような、２つのアームが対称な構造を有する対称マッハツェンダ型の変調器において、同一波形でかつ極性、もしくは各レベルの電位の大小関係が反転した２つの駆動波形によりプッシュプル駆動を行った場合に、全ての電圧範囲でゼロチャープ動作が可能なことが示されている。
【０００６】
差動信号を用いた対称プッシュプルであるため、アーム１に設置された位相変調器１０５ａとアーム２に設置された位相変調器１０５ｂに印加される駆動電気信号を足し合わせると、その振幅は一定値となる。差動信号を用いた対称プッシュプル駆動による変調器の出力波形のアイパターンの一例を図３に示す。図３（ａ）は変調速度１０Ｇｂｉｔ／ｓの場合の、アーム１に設置された位相変調器に印加される駆動信号ＤＡＴＡ１とおよびアーム２に設置された位相変調器に印加される駆動信号ＤＡＴＡ２ならびにそれらの和のアイパターンを、図３（ｂ）はマッハツェンダ変調器の変調光出力の光周波数および光強度のアイパターンを、それぞれ示している。光周波数が変動しないゼロチャープを実現するための対称プッシュプルであるため、ＤＡＴＡ１信号とＤＡＴＡ２信号の振幅は等しく、また、その和はビットの遷移領域も含めて一定値となる。ここで、ビットの遷移領域とは、ビット間で、電気駆動信号、または光強度信号のレベルの遷移が生じる領域のことである。また、クロスポイントを、光強度振幅の最大値の５０％の位置にくるようにするために、ＤＡＴＡ１信号とＤＡＴＡ２信号のアイパターンにおいても電気波形のクロスポイントは、振幅の５０％の位置にあることが要求される。ここで、クロスポイントとは、電気駆動信号波形、または光強度波形のビットの遷移領域における立ち上がりと立ち下がりの交差する点である。従来広く用いられてきたマッハツェンダ変調器における、ゼロチャープ信号を発生させるための駆動方法は、クロスポイントが５０％である差動信号ＤＡＴＡ１およびＤＡＴＡ２により、等しい振幅で、駆動電気信号の振幅の和が一定になるように、対称にプッシュプル駆動を行う、ということであった。このような駆動条件のもとでは、図３（ｂ）に示したように、光強度波形はクロスポイントが光強度振幅の最大値の５０％の位置となり、対称性の良い良好な変調波形となり、また光周波数シフトはゼロで一定値となる、すなわちゼロチャープ動作が実現されていることがわかる。
【０００７】
ここで、信号光の強度変調された出力信号が十分な消光比を持つための駆動振幅について補足すると、駆動条件１および２の片アーム駆動の場合は半波長電圧Ｖπで、駆動条件３の対称プッシュプル駆動の場合は差動信号それぞれについて半波長電圧の半分であるＶπ／２で、それぞれ駆動すればよい。
【０００８】
さらに、プッシュプル駆動でありながら、アーム１に設置された位相変調器に印加される駆動信号と、アーム２に設置された位相変調器に印加される駆動信号の振幅が等しくないような非対称なプッシュプル駆動が行われた場合は、アーム１とアーム２にそれぞれ設置されている位相変調器のうち、印加される信号の振幅の大きかった位相変調器に片アーム駆動した場合と同じ方向のチャープが生じる。このため、例えば、アーム１に設置された位相変調器１０５ａに印加される駆動電気信号の振幅がアーム２に設置された位相変調器１０５ｂに印加される駆動電気信号の振幅がよりも大きかった場合は、ネガティブチャープとなる。ただし、チャープの大きさ（絶対値）は片アーム駆動の場合よりは小さくなる。非対称なプッシュプル駆動が行われた場合の信号光の強度変調された出力信号が十分な消光比を持つための駆動振幅の条件は、非対称なプッシュプル駆動を行う振幅の異なる駆動信号の振幅の和が半波長電圧Ｖπとなるようにすればよい。
【０００９】
上記例ではアーム１側を片アーム駆動した際にネガティブチャープとなる場合について説明してきた。しかし、アーム１とアーム２のうちどちらに接続されている位相変調器を駆動した際にネガティブチャープになるかは、初期の位相状態に依存し、または外部から印加される駆動電気信号（上記ＤＡＴＡ１とＤＡＴＡ２）と重畳されてアーム１もしくはアーム２の位相変調器に印加されるバイアス電圧により任意に設定することが可能である。
【００１０】
以上が一般的なマッハツェンダ型の光変調器の動作であるが、半導体材料を用いた変調器の場合は動作が複雑となる。（例えば、非特許文献３参照）。
【００１１】
非特許文献３には、半導体の多重量子井戸構造を用いたマッハツェンダ変調器において、対称プッシュプル駆動を行った場合においてもαパラメータが負、すなわち、ネガティブチャープとなることが示されている（非特許文献３、Ｆｉｇ．４参照）。
【００１２】
以下にこの理由を説明する。図４は半導体における印加電圧と屈折率変化の関係の一例を示したものである。印加電圧（より正確には電界）に対し屈折率が線形に変化するポッケルス効果に加え、印加電圧（より正確には電界）に対し屈折率が非線形に変化する成分が存在する。この非線形な特性は、例えば、光導波路のコア層を多重量子井戸層で構成し、量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）による電気光学効果を利用することにより顕著に現れる。ポッケルス効果とＱＣＳＥのそれぞれの大きさの相対関係は、材料の組成、膜厚、使用時の電界の大きさ等により決定される。導波路の屈折率変化が非線形となった場合は、導波路を伝搬する光の位相変化も非線形となる。このように、光導波路のコアまたはクラッドの一部に半導体を用いた場合には、印加電圧もしくは電界に対する位相変化が非線形となるために、完全なゼロチャープ動作が困難である。この様子を図５にまとめた。図５は半導体材料を用いた場合の変調特性について、各駆動条件に対し、横軸を時間Ｔ、縦軸を駆動電圧Ｖ、変調出力光強度Ｐ、光周波数シフトΔｆのいずれかとした図を示している。
【００１３】
図１のアーム１０４ａ（図５中のアーム１）に設置された位相変調器１０５ａのみを電気信号（ＤＡＴＡ１）により駆動した場合（図５中の駆動条件１）は出力光強度波形の立ち上がり部において光周波数が負方向にシフトし、出力光強度波形立ち下がり部において光周波数が正方向にシフトするというネガティブチャープになり、またアーム１０４ｂ（図５中のアーム２）に設置された位相変調器１０５ｂのみを、駆動条件１で用いた駆動信号の反転信号（ＤＡＴＡ２）により駆動した場合（図５中の駆動条件２）は、出力光強度波形の立ち上がり部において光周波数が正方向にシフトし、出力光強度波形立ち下がり部において光周波数が負方向にシフトするというポジティブチャープになるという点は、図２に示した強誘電体結晶を用いた変調器と同様である。
【００１４】
しかしながら、半導体材料を用いた変調器の場合は、位相変調器１０５ａおよび１０５ｂを差動信号（すなわちＤＡＴＡ１とＤＡＴＡ２）により対称に、すなわち等しい電圧振幅でプッシュプル駆動した場合（図５中の駆動条件３）であっても、出力光強度波形の立ち上がり部において光周波数が正方向にシフトしたのち急速に負方向にシフトする微分波形の様な波形を示し、また出力光強度波形立ち下がり部においても同様に光周波数が正方向にシフトしたのち急速に負方向にシフトする、立ち上がり部と同様な微分波形の様な波形を示す。このように、対称プッシュプル駆動時においても、出力光強度波形の立ち上がり部および立ち下がり部において同様の微分波形状の光周波数変化が生じるということが半導体を用いたマッハツェンダ型光変調器の特徴である。この微分波形状の光周波数シフトは、図５において示すように、一点鎖線で挟まれた出力光強度の強い部分では駆動条件１のネガティブチャープの場合と同方向の周波数シフトであるため、この微分波形状の周波数シフトの場合も実質的にはネガティブチャープとなる。
【００１５】
差動信号を用いた対称プッシュプル駆動による半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器の出力波形のアイパターンの一例を図６に示す。図６（ａ）はアーム１に設置された位相変調器に印加される駆動信号ＤＡＴＡ１およびアーム２に設置された位相変調器に印加される駆動信号ＤＡＴＡ２ならびにそれらの和のアイパターンを、図６（ｂ）はマッハツェンダ変調器の変調光出力の光周波数および光強度のアイパターンを、それぞれ示している。従来広く用いられてきたマッハツェンダ変調器における、ゼロチャープ信号を発生させるための駆動方法、すなわち、クロスポイントが５０％である差動信号ＤＡＴＡ１およびＤＡＴＡ２により、等しい振幅で、駆動電気信号の振幅の和が一定になるように、対称にプッシュプル駆動を行う、という駆動方法を半導体マッハツェンダ変調器に適用したケースに相当する。
【００１６】
図６（ａ）に示したように、図３の場合と同様に駆動電気信号は、ＤＡＴＡ１信号とＤＡＴＡ２信号の振幅は等しく、また、その和はビットの遷移領域も含めて一定値となる。また、ＤＡＴＡ１信号とＤＡＴＡ２信号のアイパターンにおいても電気波形のクロスポイントは振幅の５０％の位置にくる。このような駆動条件の時、光強度波形のビットの遷移領域における立ち上がりと立ち下がりの交差する点、いわゆるクロスポイントは、図６（ｂ）に示したように、光強度振幅の最大値の５０％の位置となる。これも図３に示した従来の誘電体材料を用いた変調器の場合と同様である。しかしながら、周波数シフトについて比較すると、図３に示した従来の誘電体材料を用いた変調器の場合では、周波数シフトはゼロで一定値となっていたのに対し、図６（ｂ）の半導体材料を用いた変調器の場合では、微分形状の周波数シフトがビット遷移部に生じていることがわかる。すなわち、ビットのレベル遷移が生じなかった場合は周波数シフトは生じないためゼロでフラットとなり、一方ビットのレベル遷移が生じた場合は前半部で正の周波数シフト、後半部で負の周波数シフトとなるような微分形状の周波数シフトが生じている。図３（ｂ）に示した誘電体材料を用いた場合と図６（ｂ）に示した半導体材料を用いた場合では、光強度波形には有意差は認められないにもかかわらず、光周波数シフトでは大きな差が生じている。これは、光強度波形からは光周波数シフトの状態、言い換えれば周波数チャープの状態を判断することは不可能であるということを示している。
【００１７】
このように、半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器の場合では、従来の誘電体変調器におけるゼロチャープ動作の条件で駆動した場合においても、光強度波形は対称性の良い変調波形が得られるものの光周波数は微分形状のシフトが発生し、ゼロチャープ動作ができなかった。
【００１８】
すなわち、半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器の場合は、対称プッシュプル駆動を行った場合でもネガティブチャープとなり、ゼロチャープ動作は実現できない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】G. L. Li他，"Optical Intensity Modulators for Digital and Analog Applications"， Journal of Lightwave Technology，Vol.21，No.9，July 2003  pp.2010-2030
【非特許文献２】三冨修「電気通信主任技術者のための光ファイバ通信技術テキスト」，日本理工出版社ISBN978-4-89019-283-0，pp.184-191参照
【非特許文献３】John C. Cartledge，"Optimizing the Bias and Modulation Voltages of MQW Mach-Zehnder Modulators for 10 Gb/s Transmission on Nondispersion Shifted Fiber"，Journal of Lightwave Technology，Vol.17，No.7，July 1999  pp.1142-1151
【非特許文献４】沖テクニカルレビュー2002年4月／第190号Vol.69 No.2 pp.68-71
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従来の半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においては、前述の通り、電圧印加時の屈折率変化、もしくは位相変化が非線形となるために、対称プッシュプル駆動を行った場合でもネガティブチャープとなり、ゼロチャープ動作は実現できなかった。さらにこのネガティブチャープ状態においても光強度波形はクロスポイントが光強度振幅の最大値の５０％の位置となり、光強度波形からチャープの状態を判断することも難しく、チャープを調整するための手段および方法がほとんどなかった。
【００２１】
非特許文献３においては、本願の図１に示したマッハツェンダ干渉計を構成する導波路の分岐回路１０２の分岐比を１：１からずらして非対称にすることで、周波数チャープを低減できることが提案されているが、分岐比を１：１から所望の値にずらすことは難しく、また波長依存性等が発生してしまうリスクも考慮した場合、現実的な方法とは言い難い。また、非特許文献３においては、アーム１とアーム２にそれぞれ設置された位相変調器のバイアス電圧を非対称にすることで、周波数チャープを低減できることも提案されているが、これだけでは非特許文献３のＦｉｇ．４のからわかるように十分な効果を得ることはできない。
【００２２】
本発明は、上述した従来の問題点を解決し、分岐比を１：１から変える等の非現実的な手段をとることなく、通常用いられる構成、例えば、光の分岐比が１：１であり、２本の光変調器の構造が略同一であるマッハツェンダ変調器においてゼロチャープを実現するための駆動方法を提供し、さらには本駆動方法を用いた光送信装置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】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明における請求項１記載の発明では、光変調素子を構成する２本のアームにそれぞれ備えられた第１および第２の位相変調領域への印加電圧に対し非線形な位相変化特性を有するマッハツェンダ型の光変調素子の駆動方法であって、光変調素子の駆動電気信号として第１の位相変調領域にＤＡＴＡ１信号を、第２の位相変調領域にＤＡＴＡ２信号を印加するとき、ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号のそれぞれの変調電圧のアイパターンにおいて、変調電圧の絶対値が大きいマークレベルと変調電圧の絶対値が小さいスペースレベルとの遷移領域において、変調電圧の立ち上がりと立ち下がりが交差するクロスポイントが全て変調電圧の中心値よりも絶対値の大きな方向にシフトするように設定し、かつＤＡＴＡ１信号を第１の位相変調領域の半波長電圧でそれぞれ規格化した振幅と、ＤＡＴＡ２信号を前記第２の位相変調領域の半波長電圧でそれぞれ規格化した振幅とが等しい。これにより非線形な効果を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においても、ゼロチャープ動作が可能となる。
【００２４】
また、請求項２記載の発明では、ＤＡＴＡ２信号において、ＤＡＴＡ１信号を論理反転してＤＡＴＡ２信号とし、そののち、ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号を、ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の変調電圧の和が、ビット遷移領域を除いて一定値をとり、かつビット遷移領域では一定値よりも大きくなるように設定した。これにより非線形な効果を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においても、ゼロチャープ動作が可能となる。
【００２５】
請求項３記載の発明では、ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号のそれぞれの変調電圧の絶対値が大きいマークレベルのビット幅が変調電圧の絶対値が小さなスペースレベルのビット幅よりも広くなるように設定する。これにより非線形な効果を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においても、ゼロチャープ動作が可能となる。
【００２６】
請求項４記載の発明では、ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の変調電圧の和のビット遷移領域における最大値をＥｍａｘ、ビット遷移領域を除いた領域における一定値をＥｃｏｎｓｔとするとき、その比であるＲｅ＝Ｅｍａｘ／Ｅｃｏｎｓｔが１＜Ｒｅ＜１．６７の範囲に設定する。これにより非線形な効果を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においても、ゼロチャープ動作が可能となる。
【００２７】
請求項５記載の発明では、ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の変調電圧の大きなマークレベルのビット幅をＴｍｋ、変調電圧の小さなスペースレベルのビット幅をＴｓｐとするとき、その比であるＲｔ＝Ｔｍｋ／Ｔｓｐが１＜Ｒｔ＜１．７の範囲に設定する。これにより非線形な効果を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においても、ゼロチャープ動作が可能となる。
【００２８】
請求項６記載の発明では、ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の変調電圧のクロスポイントの位置をＲｘ（％）とするとき、Ｒｘが５０＜Ｒｘ＜８４の範囲に設定する。これにより非線形な効果を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においても、ゼロチャープ動作が可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、ＱＣＳＥ効果に代表される非線形な効果を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においても、ゼロチャープ動作が可能となり、小型で高性能な光送信機を実現することが可能となる。またそれによりＱＣＳＥ効果を積極的に利用することも可能となるため、光変調器ならびにそれを用いた光送信機のさらなる低駆動電圧化、低消費電力化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来のマッハツェンダ変調器の構成例を示す構造図である。
【図２】従来の誘電体変調器の各駆動条件に対し、横軸を時間Ｔ、縦軸を駆動電圧Ｖ、変調出力光強度Ｐ、光周波数シフトΔｆのいずれかとした概念図である。
【図３】従来の誘電体変調器の駆動波形および変調出力波形のアイパターンの一例を示すシミュレーションの結果の図であり、（ａ）はＤＡＴＡ１信号、ＤＡＴＡ２信号、およびこれらの和を、（ｂ）は変調光出力の光周波数および光強度のアイパターンを示すシミュレーションの結果の図である。
【図４】半導体導波路の印加電圧と屈折率変化の関係を示す測定データのグラフである。
【図５】従来の半導体変調器の各駆動条件に対し、横軸を時間Ｔ、縦軸を駆動電圧Ｖ、変調出力光強度Ｐ、光周波数シフトΔｆのいずれかとした概念図である。
【図６】従来の半導体変調器の駆動波形および変調出力波形のアイパターンの一例を示すシミュレーションの結果の図であり、（ａ）はＤＡＴＡ１信号、ＤＡＴＡ２信号、およびこれらの和を、（ｂ）は変調光出力の光周波数および光強度のアイパターンを示すシミュレーションの結果の図である。
【図７】本発明の各駆動条件に対し、横軸を時間Ｔ、縦軸を駆動電圧Ｖ、変調出力光強度Ｐ、光周波数シフトΔｆのいずれかとした概念図である。
【図８】本発明の駆動波形および変調出力波形のアイパターンを示すシミュレーションの結果の図であり、（ａ）はＤＡＴＡ１信号、ＤＡＴＡ２信号、およびこれらの和を、（ｂ）は変調光出力の光周波数および光強度のアイパターンを示すシミュレーションの結果の図である。
【図９】本発明の駆動波形のアイパターンの拡大図であり、（ａ）はマークレベルおよびスペースレベルの、（ｂ）はクロスポイントの定義を説明する図である。
【図１０】本発明の駆動波形のアイパターンの定義を説明する図であり、（ａ）は駆動電圧が正の場合、（ｂ）は駆動電圧が負の場合のアイパターンの定義を説明する図である。
【図１１】非特許文献４の図４である。
【図１２】従来のマッハツェンダ変調器の、アーム上に新たな電極を設けた場合の構成例を示す構造図である。
【図１３】図８（ａ）における和のビット遷移領域における最大値Ｅｍａｘと、ビット遷移領域を除いた領域における一定値Ｅｃｏｎｓｔの比Ｒｅと、図６（ｂ）における光周波数シフトのピーク値の関係の一例を示したシミュレーションの結果の図である。
【図１４】図９（ａ）におけるマークレベルのビット幅Ｔｍｋと、スペースレベルのビット幅Ｔｓｐの比Ｒｔと、図６（ｂ）における光周波数シフトのピーク値の関係の一例を示したシミュレーションの結果の図である。
【図１５】図９（ｂ）におけるクロスポイントの位置と、図６（ｂ）における光周波数シフトのピーク値の関係の一例を示したシミュレーションの結果の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
［実施例］
図７は本発明の実施例を説明した図であって、図１に示した様な構成の、半導体材料を用いたマッハツェンダ型光変調素子の変調特性について、横軸を時間Ｔ、縦軸を駆動電圧Ｖ、変調出力光強度Ｐ、光周波数シフトΔｆのいずれかとした図を示している。マッハツェンダ変調器を構成する２本のアームにそれぞれ備えられた位相変調器１０５ａおよび１０５ｂに、とＤＡＴＡ１信号と、ＤＡＴＡ１信号に対し論理反転したＤＡＴＡ２信号で、プッシュプル駆動を行うという点では従来の駆動法と同様である。
【００３２】
本願の駆動法の特徴は、次のとおりである。ＤＡＴＡ２信号において、ＤＡＴＡ１信号に対し論理反転した信号をＤＡＴＡ２信号としたのち、ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の駆動電気信号を、その印加電圧の和が、ビット遷移領域を除いて一定であり、かつビット遷移領域では前記一定値よりも大きくなるように設定する。ビット遷移領域以外ではＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の駆動電気信号の振幅は等しく、対称プッシュプル駆動となっている。従来の対称プッシュプル駆動では、その印可電圧の和がビット遷移領域も含め一定であったのに対し、本願の駆動方法では、ビット遷移領域を除いて対称プッシュプル駆動、ビット遷移領域では対称性を崩すという点が大きく異なっている。
【００３３】
これは、ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の駆動電気信号の印加電圧の絶対値が大きなマークレベルのビット幅が印加電圧の絶対値が小さなスペースレベルのビット幅よりも広くなるように設定することにより実現することが可能である。すなわち、図７に示したように、アーム１に設置された位相変調器１０５ａをＤＡＴＡ１信号により駆動し、アーム２に設置された位相変調器１０５ｂを、ＤＡＴＡ２信号により駆動し、かつＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の両者ともに、駆動信号の電圧の絶対値が大きいマークレベルの１ビット分の幅が一点鎖線で挟まれた出力光強度の強い部分の１ビット幅よりも同じ比率分だけ広くなるように設定することにより実現することが可能である。このとき、印加電圧の絶対値が小さなスペースレベルのビット幅は自動的にマークレベルのビット幅よりも狭くなっている。
【００３４】
このような駆動条件を用いると光変調出力は、強度波形のクロスポイントを５０％に保持した状態で、図７に示したように、光周波数のシフトをほぼゼロになるように大幅に低減し、周波数チャープを大幅に減少させることが可能となる。ここで、クロスポイントとは、電気駆動信号波形、または光強度波形のビットの遷移領域における立ち上がりと立ち下がりの交差する点と定義されている。
【００３５】
本発明の駆動法を用いた場合の半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器の出力波形のアイパターンの一例を図８に示す。図８（ａ）はアーム１に設置された位相変調器に印加される駆動信号ＤＡＴＡ１とおよびアーム２に設置された位相変調器に印加される駆動信号ＤＡＴＡ２ならびにそれらの和のアイパターンを、図８（ｂ）はマッハツェンダ変調器の変調光出力の光周波数および光強度のアイパターンを、それぞれ示している。
【００３６】
図３および図６に示した駆動条件では、アーム１に設置された位相変調器に印加される駆動信号であるＤＡＴＡ１信号とおよびアーム２に設置された位相変調器に印加される駆動信号であるＤＡＴＡ２信号の駆動振幅の和がビットのレベル遷移領域も含めて一定値であった。しかし、図８に示した本願の駆動法ではビットのレベル遷移が生じなかった場合は駆動振幅の和はフラットで一定値となり、一方ビットのレベル遷移が生じた場合はその遷移領域で駆動振幅の和がビット遷移領域を除いた一定の部分よりも大きくなっている。このときのＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号それぞれのアイパターンをみると、図８に示したように、駆動電気信号の振幅はＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号で同一である。すなわち、振幅の等しいＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の駆動電気信号を、その印加電圧の和が、ビット遷移領域を除いて一定であり、かつビット遷移領域では前記一定値よりも大きくなるようにＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の駆動電気信号波形を設定するということが本発明の第１の特徴である。これにより、図８（ｂ）に示したように光強度波形のクロスポイントが５０％であり、かつ周波数シフトがビット遷移領域を含めてほとんど生じないゼロチャープ動作を実現することが可能となる。
【００３７】
また図９（ａ）に示したように、ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の両者ともに、“マークレベル”の１ビット分の幅が“スペースレベル”の１ビット幅よりも同じ比率分だけ広くなっている。ここで、“マークレベル”とは、図９（ａ）に示すように、駆動信号の電圧が、駆動信号の半値よりも大きいレベルを指し、“スペースレベル”とは、駆動信号の電圧が、駆動信号の半値よりも小さいレベルを指す。ここでビット幅について詳しく説明する。図９に駆動電気波形のアイパターンの拡大図を示す。図９（ａ）に示すように“スペースレベル”の電位を０、“マークレベル”の電位を１とし、最大電圧が１になるように規格化して考える。その駆動電気信号のレベルの遷移領域において、立ち上がりにおける駆動信号のレベルが最大振幅の５０％、すなわち規格化後の０．５となる点から、立ち上がり後に最初に現れる立ち下がりにおける駆動信号のレベルが最大振幅の５０％、すなわち規格化後の０．５となる点までの幅を“マークレベル”の幅と定義する。逆に立ち下がりにおける駆動信号のレベルが最大振幅の５０％、すなわち規格化後の０．５となる点から、立ち下がり後に最初に現れる立ち上がりにおける駆動信号のレベルが最大振幅の５０％、すなわち規格化後の０．５となる点までの幅を“スペースレベル”の幅、と定義する。このとき、“マークレベル”の幅が“スペースレベル”の幅よりも広くなっている。ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の“マークレベル”の幅が“スペースレベル”の幅よりも広くなるように設定し、かつＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の両者において一致させるというのが本発明の２番目の特徴である。振幅の等しいＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の駆動電気信号をこのように設定することにより、図８（ｂ）に示したように光強度波形のクロスポイントが５０％であり、かつ周波数シフトがビット遷移領域を含めてほとんど生じないゼロチャープ動作を実現することが可能となる。
【００３８】
図９の駆動電気波形に関しては別の見方をすることも可能である。これについて図９（ｂ）を用いて説明する。図９（ｂ）は図９（ａ）に示した駆動波形を再度掲載したものであるが、今回は、“マークレベル”と“スペースレベル”の遷移領域において立ち上がりと立ち下がりが交差するクロスポイントについて着目する。
【００３９】
図９に示された駆動波形では、クロスポイントが、駆動電気信号の振幅の最大値の５０％よりも大きくなっており、クロスポイントが変調印加電圧の中心値よりも絶対値の大きな方向にシフトするように設定されている。また、本願の駆動法においては、図８（ａ）に示したように、ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の両者において、クロスポイントの位置を変調印加電圧の中心値よりも絶対値の大きな方向にシフトするように設定し、かつそのシフト量がＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号で一致するように設定する。ここで絶対値の大きな方向という意味について図１０を用いて説明する。図１０はいずれも、駆動信号として印加する電気信号の波形（アイパターン）を示している。図１０（ａ）は素子への駆動電圧が正の場合、すなわち、正の電圧を印加した場合に図４に示したような位相変化を生じる場合を示す。また、図１０（ｂ）は駆動電圧が負の場合、すなわち、負の電圧を印加した場合に図４に示したような位相変化を生じる場合を示す。通常、半導体材料を用いた光変調器の場合、直流のバイアス電圧にデータのビットレートに対応した高周波のデータ信号を重畳して素子を駆動するといった方法がとられる。このうち、バイアス電圧成分を除いた高周波のデータ信号による駆動電圧の部分が、本発明においてこれまで説明してきたところのＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号による駆動電気信号に対応する。駆動電圧の極性を考慮し、バイアス電圧も含めた駆動信号の印加電圧の絶対値が一番小さくなる点を０、電圧の絶対値の一番大きくなる点をＶmとしたとき、高周波のＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号による駆動信号の振幅は｜Ｖm｜となる。このように表記した際に、本願でいう絶対値の大きな方向という意味は、図１０（ａ）で示した正方向の駆動条件（すなわちＶｍ＞０）の場合は０．５Ｖm＜Ｖ＜Ｖｍなる電圧Ｖを、図１０（ｂ）で示した負方向の駆動条件（すなわちＶｍ＜０）の場合はＶm＜Ｖ＜0.5 Ｖｍなる電圧Ｖを指す。クロスポイントがこの範囲にある場合、０点からＶm点方向に測ったクロスポイントの位置は最大振幅の変調印加電圧の中心値よりも絶対値の大きな方向にシフトしていることになる。図１０はクロスポイントが６０％となる場合の波形の例を示している。
【００４０】
従来、半導体の非線形な吸収特性を補正するための方法として、電界吸収型変調器（いわゆるＥＡ変調器）の駆動波形においてクロスポイントをずらす方法が採用されている。（非特許文献４）これによれば、「光出力信号のクロスポイントが５０％となるように，本ドライバの出力波形はクロスポイントが７０％程度になるよう調整してある。」と記載されている。これを本願と比較するために非特許文献４の図４を本願の図１１とし、図１１を用いて説明する。ＥＡ変調器においては、クロスポイントが最大振幅の５０％の位置にある駆動波形を用いると変調出力光強度波形のクロスポイントがスペースレベル方向に、すなわち５０％よりも小さな方向にシフトしてしまうため、光出力信号のクロスポイントが５０％となるように調整することを目的として、駆動波形のクロスポイントをシフトさせている。非特許文献４によれば、「７０％程度」となっているが、ＥＡ変調器ではマイナスの電圧を印加するため、本願で用いる定義、すなわち、振幅の絶対値の小さな側から数えて絶対値の最大値に対して何％か、という定義に基づいて表記すると図１１（ａ）に示したように３０％程度に相当する。本願と非特許文献４を比較すると、非特許文献４ではＥＡ変調器の変調出力光強度波形のクロスポイントを図１１（ｂ）に示すように５０％に調整することが目的であり、もともと駆動電気波形のクロスポイントを調整しなくとも出力光強度波形のクロスポイントが５０％となるマッハツェンダ変調器の場合は、駆動電気波形のクロスポイントを調整する必要もない。さらに言えば、マッハツェンダ変調の場合は、対称プッシュプル駆動において駆動電気波形のクロスポイントを５０％以外に設定してしまうと変調出力光強度波形のクロスポイントも５０％からずれてしまうため、ゼロチャープのために従来必須と考えられてきた対称プッシュプル駆動という概念と、駆動電気波形のクロスポイントを調整するという概念はそもそも相容れない。また、望ましい駆動電気信号波形クロスポイントのシフトの方向に関しても、本願ではクロスポイントが変調印加電圧の中心値よりも絶対値の大きな方向、すなわち５０％よりも大きな方向にシフトするように設定するのに対し、非特許文献４ではクロスポイントが変調印加電圧の中心値よりも絶対値の小さな方向、すなわち５０％よりも小さな方向にシフトするように設定するため、方向も反対である。さらに、非特許文献４ではＥＡ変調器の変調出力光強度波形のクロスポイントを５０％に調整することが目的であり、このとき同時に周波数チャープを所望の状態に制御する手段はないために、非特許文献４においては周波数チャープに関しては何ら考慮されていないことは明らかである。以上の事実から、本願において開示される、非線形な位相変化を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器に関して、簡易な構成で周波数チャープを制御し、ゼロチャープ動作を実現するための駆動方法を提供するという技術に関して、非特許文献４がいかなる示唆も与えうるものでは無いことは明らかである。
【００４１】
以上より、マッハツェンダ変調器の駆動方法において、従来からの常識である、完全な対称プッシュプル駆動という概念を捨て、ビット遷移領域では対称性を崩すという概念を導入することにより初めて導き出された、振幅の等しいＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の駆動電気信号のクロスポイントの位置を、変調印加電圧の中心値よりも絶対値の大きな方向にシフトするように設定し、かつそのシフト量がＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号とで一致するように設定するということが、本発明においての初めて開示されるマッハツェンダ光変調器の駆動法の３番目の特徴である。ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の駆動電気信号をこのように設定することにより、図８（ｂ）に示したように光強度波形のクロスポイントが５０％であり、かつ周波数シフトがビット遷移領域を含めてほとんど生じないゼロチャープ動作を実現することが可能となる。
【００４２】
また、クロスポイントをずらす方法の別例として、公知の変調器ドライバが備える、乱れた波形が入力された際にクロスポイントが中央にくるように調整する機能を利用して、常にクロスポイントが所望の位置にずれた形になるように設定する方法もある。
【００４３】
以上の説明においては、対称構造のマッハツェンダ変調器の場合について説明してきたが、２本のアームにそれぞれ設置された位相変調器の太さや長さが異なるいわゆる非対称マッハツェンダの場合は、２つの位相変調器の半波長電圧Ｖπが互いに異なる場合がある。その場合は上記説明における、「ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の振幅が等しい」、という部分を、「ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号がそれぞれ印加される位相変調器の半波長電圧Ｖπで規格化された振幅が等しい」、と読み替えることにより上記説明をそのまま当てはめることが可能である。すなわち、ＤＡＴＡ１信号の振幅がＶdata、ＤＡＴＡ２信号の振幅がＶdatabar、ＤＡＴＡ１信号の印加される位相変調器の半波長電圧振幅がＶπ_data、ＤＡＴＡ２信号の印加される位相変調器の半波長電圧振幅がＶπ_ databarのとき、Ｖdata／Ｖπ_dataとＶdatabar／Ｖπ_ databarが等しいと読み替えればよい。さらに、半導体材料等の非線形な位相変調特性を有する材料を用いたマッハツェンダ変調器の場合では、適切な動作点を設定するためにそれぞれのアームに設置された位相変調器に、異なったバイアス電圧を印加した状態で使用する場合、対称構造のマッハツェンダ変調器であっても２つの位相変調器の半波長電圧Ｖπが互いに異なる場合がある。この場合も、非対称マッハツェンダ変調器の場合と同様に、上記説明における、「ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の振幅が等しい」、という部分を、「ＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号がそれぞれ印加される位相変調器の半波長電圧Ｖπで規格化された振幅が等しい」、と読み替えることにより上記説明をそのまま当てはめることが可能である。
【００４４】
一方、半導体材料等の非線形な位相変調特性を有する材料を用いたマッハツェンダ変調器の場合では、バイアス点を設定した際に２つの位相変調器の半波長電圧Ｖπが互いに異なるという事態が生じないようにするために、アーム上に新たな電極を設けるという場合がある。図１２にその構成を示す。図１２に示すマッハツェンダ変調器は、入力導波路２０１、光分岐回路２０２、光合流回路２０３、光分器回路２０２および光合流回路２０３を接続する導波路により構成された２本のアーム２０４ａおよび２０４ｂ、アーム２０４ａおよび２０４ｂ上に設置された位相変調器２０５ａおよび２０５ｂ、そして出力導波路２０６から構成される。また、位相変調器２０５ａおよび２０５ｂの電極２０７ａおよび２０７ｂ、電極の入口２０８ａおよび２０８ｂ、電極の出口２０９ａおよび２０９ｂを有し、通常はマイクロ波の駆動信号が入口２０８ａおよび２０８ｂに加えられ、出口２０９ａおよび２０９ｂから素子外部に接続された終端抵抗へと導かれる。それぞれ２本のアーム２０４ａおよび２０４ｂ 上に設置された位相調整領域２１０ａおよび２１０ｂおよび、位相調整用電極２１１ａおよび２１１ｂをさらに有する。本構成の素子の動作原理は図１に示した構造の変調素子の動作原理の説明における１０１〜１０９を２０１〜２０９と読み替えればそのまま図１２に示した構成の変調素子の動作を理解することが可能である。図１２に示した構成では新たに位相調整用の領域２１０ａおよび２１０ｂが設けられたため位相変調器２０５ａおよび２０５ｂのバイアス電圧を同じ値に設定したままでマッハツェンダ変調器の動作点を位相調整用電極２１１ａおよび２１１ｂのどちらかまたは両方に印加する電圧もしくは注入する電流で調整することが可能となる。したがって本構成のマッハツェンダ変調器を用いれば、２つの位相変調器２０５ａおよび２０５ｂの半波長電圧Ｖπが互いに異なるという事態が生じない状態で、理想的に本発明の効果を実現することができる。
【００４５】
最後に本発明の効果が期待できる、もっとも望ましい条件について述べる。
【００４６】
図１３は図８（ａ）におけるＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の駆動電気信号の印加電圧の和のビット遷移領域における最大値をＥｍａｘ、ビット遷移領域を除いた領域における一定値をＥｃｏｎｓｔとしたとき、それらの比であるＲｅ＝Ｅｍａｘ／Ｅｃｏｎｓｔと、図６（ｂ）における光周波数シフトのピーク値の関係の一例を示した図であって、Ｒｅ＝１．０が従来の完全な対称プッシュプル駆動に対応している。図１３の縦軸で光周波数シフトの符号はマイナスがネガティブチャープ、プラスがポジティブチャープに対応し、絶対値が小さいほどチャープが少ないことになる。したがって、ゼロチャープ化のために本発明の駆動方法を用いた場合、チャープが減少する範囲は、図６において周波数シフトの絶対値がＲｅ＝１．０のときより小さくなる範囲ということができ、１．０＜Ｒｅ＜１．６７の範囲であることがわかる。すなわち、Ｒｅが上記範囲にくるような駆動条件を用いればチャープを低減することが可能となり、本発明の効果が得られることになる。
【００４７】
図１４は図９（ａ）におけるＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の駆動電気信号の印加電圧の大きなマークレベルのビット幅をＴｍｋ、印加電圧の小さなスペースレベルのビット幅をＴｓｐとしたとき、それらの比であるＲｔ＝Ｔｍｋ／Ｔｓｐと、図６（ｂ）における光周波数シフトのピーク値の関係の一例を示した図であって、Ｒｔ＝１．０が従来の完全な対称プッシュプル駆動に対応している。図１４の縦軸で光周波数シフトの符号はマイナスがネガティブチャープ、プラスがポジティブチャープに対応し、絶対値が小さいほどチャープが少ないことになる。したがって、ゼロチャープ化のために本発明の駆動方法を用いた場合、チャープが減少する範囲は、図１４において周波数シフトの絶対値がＲｔ＝１．０のときより小さくなる範囲ということができ、１．０＜Ｒｔ＜１．７の範囲であることがわかる。すなわち、Ｒｔが上記範囲にくるような駆動条件を用いればチャープを低減することが可能となり、本発明の効果が得られることになる。
【００４８】
図１５は図９（ｂ）におけるＤＡＴＡ１信号およびＤＡＴＡ２信号の駆動電気信号のクロスポイントの位置と、図６（ｂ）における光周波数シフトのピーク値の関係の一例を示した図であって、Ｒｘ＝５０％が従来の完全な対称プッシュプル駆動に対応している。図１５の縦軸で光周波数シフトの符号はマイナスがネガティブチャープ、プラスがポジティブチャープに対応し、絶対値が小さいほどチャープが少ないことになる。したがって、ゼロチャープ化のために本発明の駆動方法を用いた場合、チャープが減少する範囲は、同図において周波数シフトの絶対値がＲｘ＝５０％のときより小さくなる範囲ということができ、５０＜Ｒｘ＜８４の範囲であることがわかる。すなわち、Ｒｘが上記範囲にくるような駆動条件を用いればチャープを低減することが可能となり、本発明の効果が得られることになる。
【００４９】
図１３、１４、１５は図４における非線形な効果であるＱＣＳＥが支配的な場合の例について示したものであるが、非線形の寄与が小さい場合であってもＲｅ、Ｒｔ、およびＲｘの最適値は上記範囲に収まる。非線形の効果の寄与の割合は、マッハツェンダ変調器のアームもしくはアームに設置された位相変調器を形成する導波路の構造により変化するが、Ｒｅ、Ｒｔ、もしくはＲｘが上記範囲にあればどのような構造の変調器を用いた場合でも本発明の効果を得ることが可能である。
【００５０】
以上、ＮＲＺ信号による強度変調を例にマッハツェンダ変調素子の駆動法について説明してきたが、本発明の駆動法はその他の変調方式に対しても有効である。例えば光デュオバイナリ方式に対しても、駆動電気信号の振幅を、光デュオバイナリ変調に必要な振幅に
設定すれば対応可能である。具体的には、ＮＲＺ強度変調の場合には半波長電圧の１／２でプッシュプル駆動していたのに対し、ＮＲＺ強度変調の時の２倍である半波長電圧でプッシュプル駆動するように設定すれば光デュオバイナリ変調に対応することも可能である。また、強度変調のみならず、ＤＰＳＫ変調に代表される位相変調動作についても同様である。
【００５１】
なお、以上実施例においてはアームが２本の通常のマッハツェンダ変調器について説明してきたが、いわゆる親マッハツェンダ干渉計の２本のアームに、それぞれサブマッハツェンダ変調器もしくは子マッハツェンダ変調器と呼ばれる、上記実施例において説明したようなアームが２本のマッハツェンダ変調器を配置した、いわゆる直交変調器もしくはＩＱ変調器についても、サブマッハツェンダ変調器もしくは子マッハツェンダ変調器ごとにそれぞれ上記実施例による駆動法を適用することにより、本発明の効果である、非線形な屈折率変化の影響の低減が可能であることは言うまでもない。
【００５２】
さらにＱＰＳＫ変調やＱＡＭといった多値変調への適用も可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０１、２０１  入力導波路
１０２、２０２  光分岐回路
１０３、２０３  光合流回路
１０４ａ、１０４ｂ、２０４ａ、２０４ｂ  アーム
１０５ａ、１０５ｂ、２０５ａ、２０５ｂ  位相変調器
１０６、２０６  出力導波路
１０７ａ、１０７ｂ、２０７ａ、２０７ｂ  位相変調器
１０８ａ、１０８ｂ、２０８ａ、２０８ｂ  電極の入口
１０９ａ、１０９ｂ、２０９ａ、２０９ｂ  電極の出口
２１０ａ、２１０ｂ  位相調整領域
２１１ａ、２１１ｂ  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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【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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１１】
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