(57)【要約】  本発明は、光学的に連続した経路上の異なる２点間の光の伝搬遅延を、簡易な構成で高精度に検出可能な光変調器モジュール、光変調器及び光変調方法を提供する。光変調器モジュール（１００）は、作用部（ＩＲ１）、作用部（ＩＲ２）、光電変換部（２）を有する。作用部（ＩＲ１）は、入力光（１）が通過する。作用部（ＩＲ２）は、作用部（ＩＲ１）と光学的に連続した経路上に配置され、作用部（ＩＲ１）から出た入力光（１）が通過する。光電変換部（２）は、作用部（ＩＲ２）から出た入力光（１）をモニター電気信号（ＭＯＮ）に変換する。作用部（ＩＲ１）は、駆動電気信号（ＳＧ１）に応じて入力光（１）の振幅又は位相を変化させる。作用部（ＩＲ２）は、遅延時間が付加された駆動電気信号（ＳＧ２）に応じて、入力光（１）の振幅又は位相を変化させる。駆動電気信号（ＳＧ２）の出力タイミングは、前記モニター電気信号（ＭＯＮ）に応じて調整される。
2013140482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の駆動電気信号に応じて、入射した第１の光信号の振幅又は位相に第１の作用を与え、第２の光信号を出力する第１の作用手段と、
前記第１の駆動電気信号の第１の出力タイミングよりも所定の遅延時間だけ遅延した第２の出力タイミングで出力される第２の駆動電気信号に応じて、前記第２の光信号の振幅又は位相に第２の作用を与え、第３の光信号を出力する第２の作用手段と、
前記第２の作用手段から出た前記第３の光信号を出力電気信号に変換する光電変換手段と、を備え、
前記遅延時間は、前記出力電気信号に応じて調整される、
光変調器モジュール。
【請求項２】
前記出力電気信号は、前記第１の作用手段から前記第２の作用手段まで前記入力光が伝搬するのに要する光伝搬遅延時間と前記遅延時間との差に応じた、前記第３の光信号の光強度又は位相の変化に基づいて振幅が変化することを特徴とする、
請求項１に記載の光変調器モジュール。
【請求項３】
前記出力電気信号の前記振幅は、前記光伝搬遅延時間と前記遅延時間とが一致したときよりも、前記光伝搬遅延時間と前記遅延時間とが一致しないときの方が大きいことを特徴とする、
請求項２に記載の光変調器モジュール。
【請求項４】
前記第１及び第２の駆動電気信号を出力する駆動回路を更に備えることを特徴とする、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項５】
前記駆動回路は、前記出力電気信号を用いて、前記第２の駆動電気信号が前記第２の作用手段に到達するタイミングを、前記第２の作用手段に前記第２の光信号が到達するタイミングに一致させることを特徴とする、
請求項４に記載の光変調器モジュール。
【請求項６】
前記光電変換手段は、
前記第３の光信号の一部を電流信号に変換する吸収電流取り出し手段と、
前記電流信号を出力電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、
クロック信号と前記出力電圧信号とを比較することにより、前記第１の駆動電気信号と前記第２の駆動電気信号との間の位相ずれを検出し、検出結果を前記出力電気信号として出力する位相比較器と、を備え、
前記駆動回路は、
データ信号、前記クロック信号及び前記出力電気信号に応じて前記第１及び第２の駆動電気信号を出力する信号出力手段と、
入力される前記クロック信号を、前記信号出力手段及び前記位相比較器に供給する電気分岐器と、を備えることを特徴とする、
請求項５に記載の光変調器モジュール。
【請求項７】
前記駆動回路は、
前記第１の駆動電気信号を出力し、前記出力電気信号に応じて前記第１の出力タイミングが調整可能な、第１の遅延制御手段と、
前記第２の駆動電気信号を出力し、前記出力電気信号に応じて前記第２の出力タイミングが調整可能な、第２の遅延制御手段と、備えることを特徴とする、
請求項５に記載の光変調器モジュール。
【請求項８】
第１及び第２の導波路と、
前記第１及び第２の導波路の前記第１の光信号が入力される側に挿入された第１の光合分波器と、
前記第１及び第２の導波路の前記第１の光信号が出力される側に挿入された第２の光合分波器と、を更に備え、
前記第１及び第２の作用手段は、前記第１及び第２の光合分波器間の前記第１の導波路上に挿入され、
前記光電変換手段は、前記第２の光合分波器から出た光信号を受けることを特徴とする、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項９】
前記第１及び第２の駆動電気信号は、逆位相の信号であることを特徴とする、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項１０】
前記第１及び第２の作用手段は、半導体光導波路中で電気的に分離され、独立に所定の振幅変化を与える電界吸収手段であることを特徴とする、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項１１】
前記第１及び第２の作用手段は、半導体光導波路である前記第１の導波路中で電気的に分離され、独立に所定の位相変化を与える位相シフト手段であり、
前記第１及び第２の作用手段と前記第１及び前記第２の光合分波器とは、マッハツェンダ型干渉計を構成することを特徴とする、
請求項８に記載の光変調器モジュール。
【請求項１２】
第１及び第２の導波路と、
前記第１の導波路から出た前記第１の光信号が入力される第３の導波路と、
前記第２の導波路から出た前記第１の光信号が入力される第４の導波路と、
前記第１及び第２の導波路の前記第１の光信号が入力される側に挿入された第１の光合分波器と、
前記第１及び第２の導波路の前記第１の光信号が出力される側に挿入された第２の光合分波器と、
前記第３及び第４の導波路の前記第１の光信号が入力される側に挿入された第３の光合分波器と、
前記第３及び第４の導波路の前記第１の光信号が出力される側に挿入された第４の光合分波器と、を更に備え、
前記第１の作用手段は、前記第１及び第２の光合分波器間の前記第１の導波路上に挿入され、
前記第２の作用手段は、前記第３及び第４の光合分波器間の前記第３の導波路上に挿入され、
前記光電変換手段は、前記第４の光合分波器から出た光信号を受けることを特徴とする、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項１３】
前記第１及び第２の駆動電気信号は、同位相の信号であることを特徴とする、
請求項１２に記載の光変調器モジュール。
【請求項１４】
前記第１及び第２の作用手段は、半導体光導波路中で電気的に分離され、独立に所定の位相変化を与える位相シフト手段であり、前記第１の作用手段と前記第１及び前記第２の光合分波器、前記第２の作用手段と前記第３及び前記第４の光合分波器とが、２組のマッハツェンダ型干渉計を構成することを特徴とする、
請求項１２又は１３に記載の光変調器モジュール。
【請求項１５】
前記第１の作用手段と前記第２の作用手段との間の第１の光路の光路長が既知であり、
前記第１の光路上に、光路長が未知の第２の光路が挿入されていることを特徴とする、
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項１６】
前記第１及び第２の駆動電気信号は、立ち上がり時間と立下り時間とが異なることを特徴とする、
請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項１７】
前記第１及び第２の駆動電気信号の信号波形は、立ち上がり時間と立下り時間とが異なる三角波であることを特徴とする、
請求項１６に記載の光変調器モジュール。
【請求項１８】
前記第１及び第２の駆動電気信号の信号波形は、立ち上がり時間及び立下り時間のいずれか又は両方が、階段状の波形であることを特徴とする、
請求項１７に記載の光変調器モジュール。
【請求項１９】
第１の駆動電気信号に応じて、入射した第１の光信号の振幅又は位相に第１の作用を与え、第２の光信号を出力する第１の作用手段と、
前記第１の駆動電気信号の第１の出力タイミングよりも所定の遅延時間だけ遅延した第２の出力タイミングで出力される第２の駆動電気信号に応じて、前記第２の光信号の振幅又は位相に第２の作用を与え、第３の光信号を出力する第２の作用手段と、を備え、
前記遅延時間は、前記第２の作用手段から出た前記第３の光信号を変換した電気信号に応じて調整される、
光変調器。
【請求項２０】
第１の駆動電気信号により、入射した第１の光信号の振幅又は位相に第１の作用を与えて、第２の光信号を出力し、
前記第１の駆動電気信号の第１の出力タイミングよりも所定の遅延時間だけ遅延した第２の出力タイミングで出力される第２の駆動電気信号により、前記第２の光信号の振幅又は位相に第２の作用を与えて、第３の光信号を出力し、
前記第３の光信号を出力電気信号に変換し、
前記遅延時間を、前記出力電気信号に応じて調整する、
光変調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光変調器モジュール、光変調器及び光変調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットや映像配信等の広帯域マルチメディア通信サービスの需要が爆発的に増加している。これに伴い、幹線系やメトロ系では、より長距離伝送が可能で、より大容量かつ高信頼な高密度波長多重光ファイバ通信システムの導入が進んでいる。また、加入者系においても、光ファイバアクセスサービスの普及が急速に進んでいる。こうした光ファイバを使用した通信システムでは、光ファイバ１本当たりの伝送帯域利用効率を高めることが求められる。さらに、環境負荷を軽減するために、光ファイバを使用した通信システムは、小型化、低消費電力及び低コストを実現できる構成であることが求められる。【０００３】
光ファイバ１本当たりの伝送帯域利用効率を高めるためには、データのシンボル周波数を大きくするか、多値数を大きくする必要がある。【０００４】
データのシンボル周波数を大きくして動作させるためには、素子の帯域が重要な要素となる。光ファイバ通信システムで一般的に用いられる光素子（例えば、光変調器）を例とすると、主に抵抗成分Ｒと素子の容量Ｃの影響によるＣＲ時定数制限のために、帯域が制限される。これらの光素子は、光と電気の相互作用を利用しているため、電界強度と相互作用長によって必要な電圧と素子の容量が決まる。一般に相互作用長が長ければ、単位長さ当りの電界強度は少なくて済むが、その分、素子の容量は増加する。そのため、例えば、光変調器では、消費電力及び消光特性と帯域とが、それぞれトレ−ドオフの関係となる。よって、このような光素子では、上述の様なトレードオフの関係を考慮した、折衷的な設計を行わざるを得なかった。【０００５】
これに対し、相互作用長と帯域とのトレードオフを解決する手法が提案されている。その例として、長い電極を電気的に分離して独立に駆動することで容量を減らす電極分割構造（特許文献１〜４）などが提案されている。【０００６】
一方、データのシンボル周波数が大きくなると、波長分散による波形への影響が大きくなる。具体的には、光スペクトルが広がってしまうために高密度波長多重が困難になることに加え、波長分散が伝送距離を制限する要因の１つとなる。【０００７】
この問題を解決するために、分散耐力に優れる変調方式の開発が不可欠である。具体的には、伝送距離を伸ばすために良好な光Ｓ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ）比を確保でき、かつ大容量化のために高密度の波長多重が可能な光スペクトルの狭い変調方式が必要である。その代表例として、近年、ＮＲＺ（Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏＺｅｒｏ）変調器の後段に、直列に変調器が配置された構成の、ＣＳ−ＲＺ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ  Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）変調方式が開発されている（特許文献５及び６）。【０００８】
その他、光変調器の例として、他にも様々な提案がなされている（例えば、特許文献７及び８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０４３０７９号
【特許文献２】特開平５−２８９０３３号公報
【特許文献３】特開平３−１７９９３９号公報
【特許文献４】特開２００３−３２９９８９号公報
【特許文献５】特開２００４−２９４８８３号公報
【特許文献６】特開２０１０−２０４６８９号公報
【特許文献７】特開２００４−２９４８８３号公報
【特許文献８】特開２００７−４３６３８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、発明者らは、上述の手法には以下のような問題点が有ることを見出した。例えば光通信の分野においては、光ファイバ１本当たりの伝送帯域利用効率を高めることと環境負荷の軽減とを両立するため、上述のように様々な手法が提案されている。これらの手法では、光の伝搬方向に分割された複数の電極や、直列又は並列に接続された複数の光素子を有する構成が用いられる。このような構成では、現在実用化されている構成と比べて、駆動される電極及び光素子の増加とともに、駆動信号の数と配置がはるかに複雑になる。【００１１】
また、光の伝搬方向に電極又は素子を分割する場合には、光の伝搬遅延を考慮しつつ、精密なタイミング制御の下で、分割された電極又は素子のそれぞれに駆動信号を入力する必要がある。もし、光の伝播と駆動信号との間のずれが生じると、帯域や消光比の劣化に繋がるからである。【００１２】
上記の精密な制御を実現するには、光の伝搬遅延と駆動信号との間の位相差の関係を高精度に検出することが必要である。これまでは、入力信号の位相を素子の外で比較する方法が一般的であった（特許文献５）。しかし、この方法では、光との相互作用領域に接した電極までの経路を全て含んだ光の伝搬遅延量を検出できない。また外部に駆動信号の分波器や位相比較器といった高周波のコンポーネント及び回路が必要となるため、コスト及び実装面積の増大につながる。【００１３】
また、ニオブ酸リチウム（以下、ＬＮと表記）変調器において位相ずれやＤＣドリフトを検出する一般的な方法として、適切な位相の低周波信号を重畳した信号で電極又は素子を駆動し、光出力のその低周波信号に応答する光出力の成分をモニターする方法がある（特許文献６）。しかしこの方法では、構成要素の温度変化や計時変化に起因した遅い変化しか検出ができない。従って、数１００μｍ程度の光導波路を伝搬する際の遅延時間である数ｐｓから、１０Ｇｂ／ｓの１ＵＩ（Ｕｎｉｔ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ）である１００ｐｓ以下というようなｐｓオーダーでの高精度な検出が困難である。【００１４】
遅延調整回路により入力電気信号の遅延時間を調整する構成がある（特許文献１〜４）が、その検出方法に関しては、上述した高精度なｐｓオーダーでの検出が可能であることを示す具体的な記載や実施例はない。そのため、実際に実用的な構成で検出が可能か否か不明である。【００１５】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、光学的に連続した経路上の異なる２点間の光の伝搬遅延を、簡易な構成で高精度に検出可能な光変調器モジュール、光変調器及び光変調方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一態様である光変調器モジュールは、第１の駆動電気信号に応じて、入射した第１の光信号の振幅又は位相に第１の作用を与え、第２の光信号を出力する第１の作用部と、前記第１の駆動電気信号の第１の出力タイミングよりも所定の遅延時間だけ遅延した第２の出力タイミングで出力される第２の駆動電気信号に応じて、前記第２の光信号の振幅又は位相に第２の作用を与え、第３の光信号を出力する第２の作用部と、前記第２の作用部から出た前記第３の光信号を出力電気信号に変換する光電変換部と、を備え、前記遅延時間は、前記出力電気信号に応じて調整されるものである。【００１７】
本発明の一態様である光変調器は、第１の駆動電気信号に応じて、入射した第１の光信号の振幅又は位相に第１の作用を与え、第２の光信号を出力する第１の作用部と、前記第１の駆動電気信号の第１の出力タイミングよりも所定の遅延時間だけ遅延した第２の出力タイミングで出力される第２の駆動電気信号に応じて、前記第２の光信号の振幅又は位相に第２の作用を与え、第３の光信号を出力する第２の作用部と、を備え、前記遅延時間は、前記第２の作用部から出た前記第３の光信号を変換した電気信号に応じて調整される、ものである。【００１８】
本発明の一態様である光変調方法は、第１の駆動電気信号により、入射した第１の光信号の振幅又は位相に第１の作用を与えて、第２の光信号を出力し、前記第１の駆動電気信号の第１の出力タイミングよりも所定の遅延時間だけ遅延した第２の出力タイミングで出力される第２の駆動電気信号により、前記第２の光信号の振幅又は位相に第２の作用を与えて、第３の光信号を出力し、前記第３の光信号を出力電気信号に変換し、前記遅延時間を、前記出力電気信号に応じて調整するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光学的に連続した経路上の異なる２点間の光の伝搬遅延を、簡易な構成で高精度に検出可能な光変調器モジュール、光変調器及び光変調方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１にかかる光変調器１００の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる光変調器１００での駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の波形の例を示す波形図である。
【図３】実施の形態１にかかる光変調器１００でのモニター電気信号ＭＯＮの波形を示す波形図である。
【図４】実施の形態２にかかる光変調器モジュール２００の構成を模式的に示すブロックである。
【図５】実施の形態３にかかる光変調器モジュール３００の構成を模式的に示すブロックである。
【図６】実施の形態３にかかる光変調器モジュール３００でのモニター電気信号ＭＯＮの波形を示す波形図である。
【図７】実施の形態４にかかる光変調器モジュール４００の構成を模式的に示すブロックである。
【図８】実施の形態５にかかる光変調器モジュール５００の構成を模式的に示すブロックである。
【図９】実施の形態６における駆動電気信号の波形の例を示す波形図である。
【図１０Ａ】駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２のタイミングが整合している場合の第１の作用部及び第２の作用部での駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の電圧振幅を示すグラフである。
【図１０Ｂ】駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２のタイミングが整合している場合のモニター電気信号ＭＯＮの電圧振幅を示すグラフである。
【図１１Ａ】駆動電気信号ＳＧ２のタイミングが早い場合の第１の作用部及び第２の作用部での駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の電圧振幅を示すグラフである。
【図１１Ｂ】駆動電気信号ＳＧ２のタイミングが早い場合のモニター電気信号ＭＯＮの電圧振幅を示すグラフである。
【図１２Ａ】駆動電気信号ＳＧ２のタイミングが遅い場合の第１の作用部及び第２の作用部での駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の電圧振幅を示すグラフである。
【図１２Ｂ】駆動電気信号ＳＧ２のタイミングが遅い場合のモニター電気信号ＭＯＮの電圧振幅を示すグラフである。
【図１３Ａ】立ち上がりが２ビットの階段波形を有する場合の駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の電圧振幅を示すグラフである。
【図１３Ｂ】駆動電気信号ＳＧ２の位相ずれを示すモニター電気信号ＭＯＮの電圧振幅を示すグラフである。
【図１４Ａ】立ち上がりが３ビットの階段波形を有する場合の駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の電圧振幅を示すグラフである。
【図１４Ｂ】駆動電気信号ＳＧ２の位相ずれを示すモニター電気信号ＭＯＮの電圧振幅を示すグラフである。
【図１５】左右非対称な波形の例を模式的に示す波形図である。
【図１６】実施の形態７にかかる光変調器モジュール７００の構成を模式的に示すブロックである。
【図１７】実施の形態８にかかる光変調器モジュール８００の構成を模式的に示すブロックである。
【図１８】実施の形態９にかかる光変調器モジュール９００の構成を模式的に示すブロックである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
【００２２】
実施の形態１
まず、本発明の実施の形態１にかかる光変調器１００について、具体的な構成例を示して説明する。図１は、実施の形態１にかかる光変調器１００の構成を模式的に示すブロック図である。光変調器１００は、第１の作用部ＩＲ１及び第２の作用部ＩＲ２を有する。
【００２３】
第１の作用部ＩＲ１及び第２の作用部ＩＲ２は、光学的に連続した経路上の異なる位置に配置される。第１の作用部ＩＲ１には、駆動電気信号ＳＧ１が入力される。第２の作用部ＩＲ２には、駆動電気信号ＳＧ２が入力される。入力光１は、第１の作用部ＩＲ１を通過した後、第２の作用部ＩＲ２を通過する。ここで、第１の作用部ＩＲ１及び第１の作用部ＩＲ１と第２の作用部ＩＲ２との間を光が伝搬する光伝搬遅延時間をΔｔｏとする。駆動電気信号ＳＧ２は、駆動電気信号ＳＧ１に対して逆位相で、かつ位相が遅延時間Δｔだけ遅れた波形である。
【００２４】
ｍ個の作用部のうちの、第ｋ番目の作用部ＩＲ（ｋ）と第（ｋ＋１）番目の作用部ＩＲ（ｋ＋１）との間を光が伝播する光伝播遅延時間Δｔｋは、第ｋ番目の作用部ＩＲ（ｋ）の伝播時間、及び、第ｋ番目の作用部ＩＲ（ｋ）と第ｋ＋１番目の作用部ＩＲ（ｋ＋１）との間の伝播時間の和である。以下、それぞれの作用部へ入力される駆動電気信号ＳＧ（ｋ）と駆動電気信号ＳＧ（ｋ＋１）との間の位相差が光伝播遅延時間Δｔｋに等しい状態を、「タイミングが合っている状態」と称する。
【００２５】
また、駆動電気信号ＳＧ２が駆動電気信号ＳＧ１に対して逆位相であるとは、出力電圧の中間値に対して、ある時刻での駆動電気信号ＳＧ１及び号ＳＧ２の電圧が互いに反転した関係（鏡像）であることをいう。このような波形は、例えば反転回路を用いるか、一方の信号の位相を半周期（１８０°）ずらすことによって生成可能であるが、特に断らないかぎり、生成手法は限定されない。
【００２６】
続いて、光変調器１００の動作について説明する。例えば、駆動電気信号ＳＧ１が周波数ｆの正弦波であり、その振幅をＶｐｐ、オフセットをＶｏｆｆとする。この場合、駆動電気信号ＳＧ１は、以下の式（１）で表される。
【数１】
2013140482.tif 000003
【００２７】
一方、駆動電気信号ＳＧ２は、駆動電気信号ＳＧ１に対して逆位相で、かつ位相が遅延時間Δｔだけ遅れる。よって、駆動電気信号ＳＧ２は、以下の式（２）で表される。
【数２】
2013140482.tif 000004
【００２８】
式（１）及び（２）を用いて、周波数ｆ＝１０ＧＨｚ、振幅Ｖｐｐ＝０．５Ｖ、オフセットＶｏｆｆ＝０．５Ｖの場合の駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の波形について検討する。図２は、実施の形態１にかかる光変調器１００での駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の波形の例を示す波形図である。なお、ある時刻（ｔ＝ｔ１）に駆動電気信号ＳＧ１により変化を与えられた入力光１が、光伝搬遅延時間Δｔｏを経て、駆動電気信号ＳＧ２により変化を与えられる瞬間の駆動電気信号ＳＧ２は、以下の式（３）で表される。
【数３】
2013140482.tif 000005
駆動電気信号ＳＧ２の駆動電気信号ＳＧ１に対する遅延時間Δｔが光伝搬遅延時間Δｔｏに等しい理想的な状態のとき、すなわちΔｔ＝Δｔｏのとき、駆動電気信号ＳＧ１とＳＧ２は完全な反転波形となる。そのため、入力光１に与えられる位相の変化はキャンセルされる。一方、遅延時間Δｔが光伝搬遅延時間Δｔｏに等しくないのは、Δｔ＞Δｔｏ及びΔｔ＜Δｔｏの場合である。図２では、式（３）において、（Δｔｏ―Δｔ）＝−５ｐｓ、０ｐｓ、５ｐｓの場合について示している。なお、図２では、駆動電気信号ＳＧ１と駆動電気信号ＳＧ２との間の信号波形の対応が明確になるように、駆動電気信号ＳＧ１及び駆動電気信号ＳＧ２の電圧の変化タイミングを一致させて表示している。
【００２９】
以下、第１の作用部ＩＲ１及び第２の作用部ＩＲ２は、印加される電圧、すなわち駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の電圧に対して、振幅が線形に変化するものとする。この場合に、それぞれに駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２が入力される状態で、第１の作用部ＩＲ１及び第２の作用部ＩＲ２を入力光１が通過し、通過後の入力光１が電圧に変換されたとする。通過後の入力光１が電圧に変換されることにより生成される電気信号を、モニター電気信号ＭＯＮとする。本実施の形態では、モニター電気信号ＭＯＮを電圧信号として説明する。モニター電気信号ＭＯＮは、三角関数の以下の式（４）で表される。なお、式（４）では、Δｔｏ−Δｔがｔ１に比べて十分に小さいことを考慮した三角関数の近似を用いている。
【数４】
2013140482.tif 000006
【００３０】
図３は、実施の形態１にかかる光変調器１００でのモニター電気信号ＭＯＮの波形を示す波形図である。式（４）より、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔと光伝搬遅延時間Δｔｏとの時間差が、モニター電気信号ＭＯＮの振幅として現れることがわかる。図３に示すように、時間差が０ｐｓの場合には、入力光１に与えられる位相の変化はキャンセルされるので、モニター電気信号ＭＯＮの振幅は変化しない。一方、時間差が＋５ｐｓ又は−５ｐｓの場合には、それぞれ逆位相の振幅を有する２つの波形が出力される。
【００３１】
つまり、光変調器１００の出力光１の振幅値をモニターすることにより、数ｐｓオーダーの駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔと光伝搬遅延時間Δｔｏとの時間差を検出することが可能となる。つまり、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間の理想値からのずれ量を検出することができる。換言すれば、本実施の形態は、入力光の導波経路に依存する伝搬遅延時間という検出が困難な物理量を、入力光の振幅又は位相の変化、すなわち直接又は干渉させてから光電変換することで、電圧という検出が容易な物理量の変化として検出することができる。
【００３２】
上述した光伝搬の遅延は、主に素子の製造ばらつきや配置によって決まるため、一度検出すれば、以後は大きな変化はないと考えてよい。従って、実用的な光通信装置等で本実施の形態にかかる光伝搬遅延検出器を用いる場合には、初期トレーニングとして最初に光伝搬遅延の検出を行い、遅延時間を合わせればよい。本実施の形態での駆動電気信号波形が実際の装置の動作に影響を与えることもない。
【００３３】
ここでは駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２が正弦波である場合を説明したが、あくまで波形の一例であって、本発明に適用可能な駆動電気信号波形はこれに限定されない。また正弦波は周期関数であるが、本実施の形態においては、周期性の有無は問わない。
【００３４】
また、本実施の形態では、２つの作用部を有する例について説明したが、作用部の数や配置はこの例に限られない。３つ以上の作用部を有する場合には、任意の２つの作用部間で、上述した原理が同様に成立する。
【００３５】
実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２にかかる光変調器モジュール２００について、具体的な構成例を示して説明する。図４は、実施の形態２にかかる光変調器モジュール２００の構成を模式的に示すブロック図である。光変調器モジュール２００は、光変調器１００及び光電変換部２により構成される。光変調器１００は、実施の形態１にかかる光変調器１００と同一であるので、説明を省略する。
【００３６】
光電変換部２は、入力光１を受け、入力光１の出力に応じたモニター電気信号ＭＯＮを生成する。モニター電気信号ＭＯＮについては、実施の形態１で既に説明したので、重複する説明を省略する。光電変換部２は、入力光１の一部の光出力をモニター電気信号ＭＯＮに変換し、変換されなかった部分を出力光３として出力することができる。なお、光電変換部２は、入力光１の全光出力をモニター電気信号ＭＯＮに変換する構成とすることもできる。
【００３７】
本実施の形態では、光電変換部２がモニター電気信号ＭＯＮを生成する。これにより、光変調器モジュール２００は、光変調器１００の出力光１の振幅値をモニターすることにより、数ｐｓオーダーの駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔと光伝搬遅延時間Δｔｏとの時間差を検出することが可能となる。つまり、光変調器モジュール２００は、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間の理想値からのずれ量を検出することができる。換言すれば、光変調器モジュール２００は、本実施の形態は、入力光の導波経路に依存する伝搬遅延時間という検出が困難な物理量を、入力光の振幅又は位相の変化、すなわち直接又は干渉させてから光電変換することで、電圧という検出が容易な物理量の変化として検出することができる。
【００３８】
実施の形態３
次に、本発明の実施の形態３にかかる光変調器モジュール３００について、具体的な構成例を示して説明する。光変調器モジュール３００は、実施の形態２にかかる光変調器モジュール２００の変形例である。図５は、実施の形態３にかかる光変調器モジュール３００の構成を模式的に示すブロック図である。光変調器モジュール３００は、光変調器３０１、光電変換部２３及び駆動回路４により構成される。
【００３９】
光変調器３０１は、光変調器モジュール２００の光変調器１００に対応する。光変調器３０１は、半導体基板１１上に形成されており、第１の電界吸収部ＥＡ１、第２の電界吸収部ＥＡ２及び光導波路ＷＧを有する。第１の電界吸収部ＥＡ１及び第２の電界吸収部ＥＡ２は、それぞれ光変調器１００の第１の作用部ＩＲ１及び第２の作用部ＩＲ２に対応する。第１の電界吸収部ＥＡ１及び第２の電界吸収部ＥＡ２は、光導波路ＷＧ上に直列に挿入される。
【００４０】
光電変換部２３は、光変調器モジュール２００の光電変換部２に対応する。光電変換部２３は、光変調器３０１と同じ半導体基板１１上に形成された光導波路ＷＧ及び吸収電流取り出し部２３１と、電流電圧変換部２３２と、を有する。光変調器３０１の第１の電界吸収部ＥＡ１及び第２の電界吸収部ＥＡ２と光電変換部２３の吸収電流取り出し部２３１とは、光導波路ＷＧの経路中の電気的に分離された領域であって、それぞれ独立に電気的に外部と接続可能な端子を有している。吸収電流取り出し部２３１は、光導波路ＷＧの光の伝播方向の経路上、第１及び第２の電界吸収部の後に形成され、光導波路ＷＧを通過する入力光１の一部を光電変換し、電流信号ＳＩを発生する。吸収電流取り出し部２３１は、電流信号ＳＩを、電流電圧変換部２３２に出力する。電流電圧変換部２３２は、モニター電気信号ＭＯＮを出力する。
【００４１】
駆動回路４は、外部からデータ信号５及びクロック信号６が供給される。そして、駆動回路４は、データ信号５及びクロック信号６に基づいて、第１の電界吸収部ＥＡ１に駆動電気信号ＳＧ１を、第２の電界吸収部ＥＡ２に駆動電気信号ＳＧ２を出力する。駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００４２】
続いて、光変調器モジュール３００の動作について説明する。入力光１は、まず、光変調器３０１の光導波路ＷＧに入力される。そして、入力光１は、光導波路ＷＧを伝搬し、第１の電界吸収部ＥＡ１を通過した後、第２の電界吸収部ＥＡ２を通過する。ここで、第１の電界吸収部ＥＡ１と第２の電界吸収部ＥＡ２との間を光が伝搬する光伝搬遅延時間を、Δｔｏとする。第２の電界吸収部ＥＡ２を通過した入力光１は、吸収電流取り出し部２３１に入力される。入力光１の大部分は吸収電流取り出し部２３１を通過し、出力光３として出力されるが、一部は吸収電流取り出し部２３１により電流信号ＳＩとして取り出される。電流電圧変換部２３２は、電流信号ＳＩを、電圧信号であるモニター電気信号ＭＯＮに変換する。
【００４３】
半導体基板１１の面内に形成された光導波路ＷＧにおいて、第１の電界吸収部ＥＡ１及び第２の電界吸収部ＥＡ２の長さをＬとする。この場合、駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の電圧Ｖにより入力光１が受ける変化φＬ（Ｖ）は、以下の式（５）で表される。但し、式（５）において、ｎ＊（Ｖ）は複素屈折率であり、ｎ＊（Ｖ）＝ｎ（Ｖ）―ｊκ（Ｖ）のように、屈折率ｎと消衰係数κとで表される。また、Ｃ０は真空中の光速、ｋ０は入力光１の真空中の波数である。ｊは、虚数単位である。
【数５】
2013140482.tif 000007
【００４４】
式（５）の実数部φｎ（Ｖ）は位相変化、虚数部φκ（Ｖ）は振幅変化を示す。つまり、光変調器モジュール３００において、入力光１の光強度変化に寄与するのは、虚数部φκ（Ｖ）のみである。よって、第１の電界吸収部ＥＡ１での振幅変化φκＡ（Ｖ）と、第２の電界吸収部ＥＡ２での振幅変化φκＢ（Ｖ）と、を受けた出力光３の光強度Ｉ（Ｖ）は、以下の式（６）で表される。
【数６】
2013140482.tif 000008
【００４５】
式（６）に示すように、第１の電界吸収部ＥＡ１及び第２の電界吸収部ＥＡ２での振幅変化の和が、光強度として反映される。そのため、第１の電界吸収部ＥＡ１及び第２の電界吸収部ＥＡ２を、互いに逆位相の駆動信号で駆動することにより、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔと光伝搬遅延時間Δｔｏとの差を検出することができる。この光強度変化は、吸収電流取り出し部２３１で光強度に比例した電流信号ＳＩとなり、電流電圧変換部２３２でモニター電気信号ＭＯＮとして出力される。
【００４６】
ここで実施の形態１と同様に、駆動電圧を周波数ｆの正弦波として、（３）式で表される駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔと光伝搬遅延時間Δｔｏとの差（Δｔｏ―Δｔ）が、−５ｐｓ、０ｐｓ、５ｐｓである場合の光強度の変化について検討する。図６は、実施の形態３にかかる光変調器モジュール３００でのモニター電気信号ＭＯＮの波形を示す波形図である。図６に示すように、遅延時間の正負を含めた差が、光強度の変化、すなわちモニター電気信号ＭＯＮとして現れることがわかる。
【００４７】
なお、光変調器モジュール３００では、光導波路ＷＧ、第１の電界吸収部ＥＡ１及び第２の電界吸収部ＥＡ２の数や配置は一例であって、これに限定されるものではない。
【００４８】
実施の形態４
次に、本発明の実施の形態４について、具体的な構成例を示して説明する。光変調器モジュール４００は、実施の形態３にかかる光変調器モジュール３００の変形例である。図７は、実施の形態４にかかる光変調器モジュール４００の構成を模式的に示すブロック図である。光変調器モジュール４００は、光変調器４０１、光電変換部２４及び駆動回路４を有する。
【００４９】
光変調器４０１は、光変調器モジュール３００の光変調器３０１に対応する。光変調器４０１は、半導体基板１１上に形成されており、光導波路ＷＧ１及びＷＧ２、第１〜４の位相シフト部ＰＳ１〜ＰＳ４、第１の合分波部１０ａ、第２の合分波部１０ｂを有する。光変調器４０１は、２本の光伝搬経路を有する、いわゆるマッハツェンダ型干渉計として構成される。第１の位相シフト部ＰＳ１及び第３の位相シフト部ＰＳ３は、光変調器モジュール２００の第１の電界吸収部ＥＡ１に対応する。第２の位相シフト部ＰＳ２及び第４の位相シフト部ＰＳ４は、それぞれ光変調器モジュール２００の第２の電界吸収部ＥＡ２に対応する。
【００５０】
光導波路ＷＧ１及びＷＧ２は、半導体基板１１上に並列に形成される。第１の位相シフト部ＰＳ１及び第２の位相シフト部ＰＳ２は、光導波路ＷＧ１に直列に挿入される。第３の位相シフト部ＰＳ３及び第４の位相シフト部ＰＳ４は、光導波路ＷＧ２に直列に挿入される。光導波路ＷＧ１及びＷＧ２の入力側には、第１の合分波部１０ａが挿入され、出力側には第２の合分波部１０ｂが挿入される。
【００５１】
光電変換部２４は、光変調器モジュール３００の光電変換部２３に対応する。光電変換部２４は、光変調器４０１と同じ半導体基板１１上に形成された光導波路ＷＧ１及びＷＧ２、吸収電流取り出し部２４１及び２４２と、電流電圧変換部２４３と、を有する。光導波路ＷＧ１は光変調器４０１の第１の位相シフト部ＰＳ１及び第２の位相シフト部ＰＳ２、光電変換部２４の吸収電流取り出し部２４１を貫通している。光導波路ＷＧ２は、光変調器４０１の第３の位相シフト部ＰＳ３及び第４の位相シフト部ＰＳ４、光電変換部２４の吸収電流取り出し部２４２を貫通している。吸収電流取り出し部２４１は、光導波路ＷＧ１上に挿入され、光導波路ＷＧ１を通過する入力光１の一部を光電変換し、電流信号ＳＩを発生する。吸収電流取り出し部２４１は、電流信号ＳＩを、電流電圧変換部２４３に出力する。電流電圧変換部２４３は、モニター電気信号ＭＯＮを出力する。吸収電流取り出し部２４２は、光導波路ＷＧ２上に挿入される。
【００５２】
なお光変調器４０１は、第１及び第２の合分波器１０ａ及び１０ｂにより２つの光導波路ＷＧ１及びＷＧ２が接続された、干渉計の構成を有する。従って、図７に示すように、光導波路ＷＧ１へ入力された入力光１を光導波路ＷＧ１上に挿入された吸収電流取り出し分２４１を用いて検出してもよいし、光導波路ＷＧ２上に挿入された吸収電流取り出し分２４２を用いて検出してもよい。また、入力光１が光導波路ＷＧ２へ入力されても、等価な検出が可能である。
【００５３】
駆動回路４には、外部からデータ信号５及びクロック信号６が供給される。そして、駆動回路４は、データ信号５及びクロック信号６に基づいて、第１の位相シフト部ＰＳ１に駆動電気信号ＳＧ１を、第２の位相シフト部ＰＳ２に駆動電気信号ＳＧ１を出力する。駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００５４】
続いて、光変調器モジュール４００の動作について説明する。光変調器モジュール４００は、光導波路ＷＧ１の光学的に連続した経路中の異なる位置に配置された第１の位相シフト部ＰＳ１及び第２の位相シフト部ＰＳ２を有する。第１の位相シフト部ＰＳ１、第２の位相シフト部ＰＳ２は、それぞれ駆動回路４から駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２が入力される。入力光１は、第１の合分波部１０ａで分岐され、第１の位相シフト部ＰＳ１を通過後、第２の位相シフト部ＰＳ２を通過し、第２の合分波部１０ｂで光導波路ＷＧ２からの光と合波される。合波された光のうち、吸収電流取り出し部２４１で一部が電流信号ＳＩとして取り出され、それ以外の部分は出力光３となる。電流信号ＳＩは、電流電圧変換部２４３でモニター電気信号ＭＯＮに変換される。第１の位相シフト部ＰＳ１と第２の位相シフト部ＰＳ２との間を光が伝搬する光伝搬遅延時間は、Δｔｏである。
【００５５】
駆動回路４の動作は、実施の形態２及び３と同様である。駆動電圧Ｖに対して光に与える変化φＬ（Ｖ）の原理は、実施の形態３と同様である。ただし、光変調器モジュール４００では、（５）式において、入力光１の光強度変化に寄与する主な成分は実数部φｎ（Ｖ）である。よって、第１の位相シフト部ＰＳ１での位相変化φｎＡ（Ｖ）及び、第２の位相シフト部ＰＳ２での位相変化φｎＢ（Ｖ）を受けた出力光３の光強度は、光導波路ＷＧ１及びＷＧ２の出力端のそれぞれで、以下の式（７）及び（８）で表される。
【数７】
2013140482.tif 000009
【数８】
2013140482.tif 000010
【００５６】
すなわち、光導波路ＷＧ１及びＷＧ２の出力端のいずれでも、２つの位相シフト部での位相変化は、和の形で光強度に反映される。よって、光導波路ＷＧ１及びＷＧ２上のいずれについても、２つの位相シフト部を互いに逆位相の駆動信号で駆動することにより、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔと光伝搬遅延時間Δｔｏとの差を検出することができる。
【００５７】
本実施の形態も実施の形態２及び３と同様に、光導波路や位相シフト部の数や配置は一例であって、これに限定されるものではない。
【００５８】
実施の形態５
次に、本発明の実施の形態５について、具体的な構成例を示して説明する。図８は、実施の形態５にかかる光変調器モジュール５００の構成を模式的に示すブロック図である。光変調器モジュール５００は、光変調器５０１及び５０２、光電変換部２５、駆動回路４を有する。
【００５９】
光変調器５０１及び５０２は、マッハツェンダ型干渉計として構成された同様の構成を有する。光変調器５０１は、半導体基板１１１に形成された光導波路ＷＧ１１及びＷＧ１２、位相シフト部ＰＳ１１及びＰＳ１２を有する。位相シフト部ＰＳ１１は、光導波路ＷＧ１１に挿入される。位相シフト部ＰＳ１２は、光導波路ＷＧ１２に挿入される。光導波路ＷＧ１１及びＷＧ１２の入力側には、合分波部１１０ａが挿入され、出力側には第２の合分波部１１０ｂが挿入される。
【００６０】
光変調器５０２は、半導体基板１１２に形成された、光導波路ＷＧ２１及びＷＧ２２、位相シフト部ＰＳ２１及びＰＳ２２を有する。半導体基板１１２、光導波路ＷＧ２１及びＷＧ２２、位相シフト部ＰＳ２１及びＰＳ２２は、それぞれ光変調器５０１の半導体基板１１１、光導波路ＷＧ１１及びＷＧ１２、位相シフト部ＰＳ１１及びＰＳ１２に対応する。位相シフト部ＰＳ２１は、光導波路ＷＧ２１に挿入される。位相シフト部ＰＳ２２は、光導波路ＷＧ２２に挿入される。光導波路ＷＧ２１及びＷＧ２２の入力側には、合分波部１２０ａが挿入され、出力側には第２の合分波部１２０ｂが挿入される。
【００６１】
光電変換部２５は、光変調器モジュール２００の光電変換部２に対応する。光電変換部２５は、カプラ２５１及び光電変換素子２５２を有する。光変調器５０１の位相シフト部ＰＳ１１と、光変調器５０２の位相シフト部ＰＳ２１と、カプラ２５１とは、それぞれ独立に電気的に外部と接続可能な端子を有している。カプラ２５１は、光の伝播方向の経路上、光変調器５０１及び光変調器５０２の後に形成され、光変調器５０１及び光変調器５０２を通過する入力光１の一部を分岐して光信号ＳＯとして分岐し、残りの部分を出力光３として出力する。光電変換素子２５２は、モニター電気信号ＭＯＮを出力する。
【００６２】
なお光変調器５０１及び５０２は、２つの合分波器により２つの光導波路が接続された、干渉計の構成を有する。従って、図８に示すように、光導波路ＷＧ１１へ入力された入力光１を、光導波路ＷＧ２１の出力側に配置されたカプラ２５１を用いて検出してもよいし、カプラ２５１を光導波路ＷＧ２２の出力側に配置して光導波路ＷＧ１１へ入力された入力光１を検出してもよい。また、入力光１が光導波路ＷＧ１２へ入力されても、等価な検出が可能である。
【００６３】
駆動回路４には、外部からデータ信号５及びクロック信号６が供給される。そして、駆動回路４は、データ信号５及びクロック信号６に基づいて、光変調器５０１の位相シフト部ＰＳ１１に駆動電気信号ＳＧ１を、光変調器５０２の位相シフト部ＰＳ２１に駆動電気信号ＳＧ２を出力する。駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００６４】
続いて、光変調器モジュール５００の動作について説明する。入力光１は、合分波部１１０ａで光導波路ＷＧ１１及びＷＧ１２に分波される。分岐された入力光１は、それぞれ位相シフト部ＰＳ１１及びＰＳ１２を通過後、合分波部１１０ｂ合波され、合波された入力光はさらに光導波路ＷＧ１１及びＷＧ１２に分波される。その後、光導波路ＷＧ１１から出た光は、光導波路ＷＧ２１に入力される。光導波路ＷＧ１２から出た光は、光導波路ＷＧ２２に入力される。
【００６５】
光変調器５０２光導波路ＷＧ２１及びＷＧ２２に入力された光は、合分波部１２０ａで合分波される。合分波部１２０ａで分波された光は、それぞれ光導波路ＷＧ２１及びＷＧ２２を介して、位相シフト部ＰＳ２１及びＰＳ２２を通過する。位相シフト部ＰＳ２１及びＰＳ２２を通過した光は、合分波部１２０ｂで合波され、合波された光はさらに光導波路ＷＧ２１及びＷＧ２２に分波される。その後、光導波路ＷＧ２１及びＷＧ２２の出力端から光が出力される。
【００６６】
光導波路ＷＧ２１の出力端から出力された光は、光電変換部２５のカプラ２５１で、一部が電流信号ＳＩに変換され、他の部分は出力光３として出力される。光電変換素子２５２は、電流信号ＳＩを電圧信号であるモニター電気信号ＭＯＮに変換する。
【００６７】
駆動回路４は、位相シフト部ＰＳ１１及びＰＳ２１に、それぞれ駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２を出力する以外は、実施の形態３と同様の動作を行う。光変調器モジュール５００では、式（５）において、入力光１の光強度変化に寄与する主な成分は、実施の形態３と同様に実数部φｎ（Ｖ）である。よって、位相シフト部ＰＳ１１での位相変化φｎＡ（Ｖ）及び位相シフト部ＰＳ２１での位相変化φｎＢ（Ｖ）を受けた出力光３の光強度は、１対の出力端それぞれで、以下の式（９）及び（１０）で表される。
【数９】
2013140482.tif 000011
【数１０】
2013140482.tif 000012
【００６８】
すなわち、光導波路ＷＧ２１及びＷＧ２２の出力端のいずれでも、２つの位相シフト部での位相変化は、差の形で光強度に反映される。よって、光導波路ＷＧ２１及びＷＧ２２上のいずれについても、２つの位相シフト部を互いに同位相の駆動信号で駆動することにより、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔと光伝搬遅延時間Δｔｏとの差を検出することができる。
【００６９】
本実施の形態も実施の形態２及び３と同様に、光導波路や位相シフト部の数や配置は一例であって、これに限定されるものではない。また、半導体基板１１１と半導体基板１１２とは、１枚の基板として一体であってもよい。すなわち、光変調器５０１と光変調器５０２とは、同一の基板上に形成されていてもよい。
【００７０】
実施の形態６
次に、本発明の実施の形態１〜４にかかる光変調器モジュールの駆動電気信号について、具体的な波形を例示して説明する。実施の形態１〜４での駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２は、図２に示すとおり正弦波である。実施の形態１〜４でで得られるモニター電気信号ＭＯＮも、図３及び式（４）に示すとおり正弦波である。正弦波の場合には、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔと光伝搬遅延時間Δｔｏとの差からは、位相の変化量、すなわち絶対値が分かるだけである。よって、単純にモニター電気信号ＭＯＮの振幅を見るだけでは、位相ずれの正負の区別がつかない。
【００７１】
図９は、実施の形態６における駆動電気信号の波形の例を示す波形図である。本実施の形態では、駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２として、図９に示すような、左右非対称の三角波状の電圧振幅を有する波形を用いる。この三角波は、電圧振幅が最小駆動電圧Ｖｍｉｎから最大駆動電圧Ｖｍａｘまでの任意の値をとる。また、図９では、駆動電気信号ＳＧ１は立ち上がりが急峻で、立下りが緩慢な、左右非対称の三角波である。駆動電気信号ＳＧ２は、駆動電気信号ＳＧ１に対して逆位相の信号であるので、立ち上がりが緩慢で、立下りが急峻な、左右非対称の三角波である。最小駆動電圧Ｖｍｉｎから最大駆動電圧Ｖｍａｘまでの駆動電圧の立ち上がりに要する時間をＴｒ、立下りに要する時間をＴｆとすると、駆動電気信号ＳＧ１ではＴｒ＜Ｔｆであり、駆動電気信号ＳＧ２ではＴｒ＞Ｔｆである。なお、本明細書中では、特に断りがない限り、電圧の符号は明示していない。半導体光導波路においては、マイナス電圧を印加して位相変化または振幅変化を生じさせることが一般的であり、その変化量は電圧の絶対値に比例する。従って、グラフ中の電圧軸は、上向きを電圧の絶対値としている。
【００７２】
図１０Ａは、駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２のタイミングが整合している場合、すなわち、Δｔ０−Δｔ＝０の場合の第１の作用部及び第２の作用部での駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の電圧振幅を示すグラフである。図１０Ｂは、駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２のタイミングが整合している場合のモニター電気信号ＭＯＮの電圧振幅を示すグラフである。図１０Ａに示すように、駆動電気信号ＳＧ２はタイミングが整合しているので、駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２は、互いに反転波形となっている。このため、図１０Ｂに示すように、駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２により受ける光の変化はキャンセルされ、光出力を示すモニター電気信号ＭＯＮの電圧振幅は、中心値（ＶＡｖｅ）付近で安定する。
【００７３】
なお、図１０Ａでは、駆動電気信号ＳＧ１と駆動電気信号ＳＧ２と間の信号波形の対応が明確になるように、Δｔ０を無視して駆動電気信号ＳＧ２を駆動電気信号ＳＧ１に対する相対時間で表している。すなわち、駆動電気信号ＳＧ１と駆動電気信号ＳＧ２の電圧の変化タイミングを一致させて表示している。しかし、実際には、駆動電気信号ＳＧ２は、図１０Ａで示したタイミングよりもΔｔ０だけ遅らせて、すなわち、駆動電気信号ＳＧ１よりもΔｔ０だけ遅らせて第２の作用部に入力される。つまり、駆動電気信号ＳＧ２を、第１の作用部から第２の作用部までの入力光の伝播遅延時間Δｔ０に等しい時間だけ駆動電気信号ＳＧ１よりも遅らせて入力させる。このとき、入力光が第１の作用部で受けた作用と第２の作用部で受けた作用が相殺され、モニター電気信号ＭＯＮの電圧振幅が０に近づくのである。
【００７４】
図１１Ａは、駆動電気信号ＳＧ２のタイミングが早い場合の第１の作用部及び第２の作用部での駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の電圧振幅を示すグラフである。図１１Ｂは、駆動電気信号ＳＧ２のタイミングが早い場合のモニター電気信号ＭＯＮの電圧振幅を示すグラフである。図１１Ａに示すように、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔが光伝搬遅延時間Δｔｏよりも小さい、すなわちΔｔ＜Δｔｏであるので、駆動電気信号ＳＧ２は駆動電気信号ＳＧ１の立ち上がりよりも早く立ち下がる。このため、駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２がキャンセルされない部分が生じる。キャンセルされない部分については、図１１Ｂに示すように、中心値（ＶＡｖｅ）よりもマイナス側にスパイク状のピークが生じる。
【００７５】
なお、図１１Ａでも、駆動電気信号ＳＧ１と駆動電気信号ＳＧ２との間の信号波形の対応が明確になるように、Δｔ０を無視して、駆動電気信号ＳＧ２を駆動電気信号ＳＧ１に対する相対時間で表している。すなわち、駆動電気信号ＳＧ２の電圧の変化タイミングを（Δｔ０−Δｔ）だけ早く示している。実際には、駆動電気信号ＳＧ２は、図１１Ａで示したタイミングよりもΔｔ０だけ遅らせて、第２の作用部に入力される。このとき、図１１Ａのように駆動電気信号ＳＧ１と駆動電気信号ＳＧ２の電圧の変化タイミングがずれているため、入力光が第１の作用部で受けた作用と第２の作用部で受けた作用は相殺されない。そのため、モニター電気信号ＭＯＮにスパイク状の電圧が発生するのである。
【００７６】
図１２Ａは、駆動電気信号ＳＧ２のタイミングが遅い場合の第１の作用部及び第２の作用部での駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の電圧振幅を示すグラフである。図１２Ｂは、駆動電気信号ＳＧ２のタイミングが遅い場合のモニター電気信号ＭＯＮの電圧振幅を示すグラフである。図１２Ａに示すように、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔが光伝搬遅延時間Δｔｏよりも大きい、すなわちΔｔ＞Δｔｏであるので、駆動電気信号ＳＧ２は駆動電気信号ＳＧ１の立ち上がりよりも遅く立ち下がる。このため、駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２がキャンセルされない部分が生じる。キャンセルされない部分については、図１２Ｂに示すように、中心値（ＶＡｖｅ）よりもプラス側にスパイク状のピークが生じる。
【００７７】
図１２Ａでも、駆動電気信号ＳＧ１と駆動電気信号ＳＧ２との間の信号波形の対応が明確になるように、Δｔ０を無視して、駆動電気信号ＳＧ２を駆動電気信号ＳＧ１に対する相対時間で表している。すなわち、駆動電気信号ＳＧ２の電圧の変化タイミングを（Δｔ−Δｔ０）だけ遅らせて示している。実際には、駆動電気信号ＳＧ２は、図１２Ａで示したタイミングよりもΔｔ０だけ遅らせて、第２の作用部に入力される。このとき、図１２Ａのように駆動電気信号ＳＧ１と駆動電気信号ＳＧ２の電圧の変化タイミングがずれているため、入力光が第１の作用部で受けた作用と第２の作用部で受けた作用は相殺されないので、モニター電気信号ＭＯＮにスパイク状の電圧が発生するのである。さらに、図１１Ａと図１２Ａでは、駆動電気信号ＳＧ１と駆動電気信号ＳＧ２の電圧の変化タイミングのずれの方向が逆になっている。そのため、図１１Ａに示す関係の駆動電気信号ＳＧ１と駆動電気信号ＳＧ２を用いた場合と、図１２Ａに示す関係の駆動電気信号ＳＧ１と駆動電気信号ＳＧ２を用いた場合とでは、モニター電気信号ＭＯＮに発生するスパイクの極性が逆になる。
【００７８】
以上のように、左右非対称の三角波を用いることにより、駆動電気信号ＳＧ２の位相ずれの正負、すなわち、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔが光伝搬遅延時間Δｔｏと等しい場合と比較して位相が早いのか遅れているのかを、モニター電気信号ＭＯＮに現れるスパイク波形の正負で検出することが可能となる。
【００７９】
なお、駆動電気信号の位相ずれを検出するために用いる波形は、左右非対称の三角波に限られない。左右非対称の波形、すなわち、立ち上がり時間と立下り時間が異なる波形、換言すれば、立ち上がり時の波形の平均勾配と立下り時の波形の平均勾配とが異なる波形であれば、三角波に限らず、階段状の波形でもよい。また、立ち上がり及び立下りの波形プロファイルは、下に凸でもよいし、上に凸でもよい。
【００８０】
ここで、他の波形の例として、階段波形の例を２つ説明する。図１３Ａは、立ち上がりが４階調の階段波形を有する場合の駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の電圧振幅を示すグラフである。図１３Ｂは、駆動電気信号ＳＧ２の位相ずれを示すモニター電気信号ＭＯＮの電圧振幅を示すグラフである。駆動電気信号ＳＧ１は立ち上がりが４階調に変化する左右非対称の階段波形である。駆動電気信号ＳＧ２は、駆動電気信号ＳＧ２に対して逆位相の信号であり、立ち下がりが４階調に変化する左右非対称の階段波形である。この場合、図１３Ｂに示すように、駆動電気信号ＳＧ２が遅い場合には、中心値よりもプラス側にスパイク状のピーク（図１３ＢのＰＥＡＫ１）が立ち、駆動電気信号ＳＧ２が早い場合には、中心値よりもマイナス側にスパイク状のピークが立つ。
【００８１】
図１４Ａは、立ち上がりが８階調の階段波形を有する場合の駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の電圧振幅を示すグラフである。図１４Ｂは、駆動電気信号ＳＧ２の位相ずれを示すモニター電気信号ＭＯＮの電圧振幅を示すグラフである。駆動電気信号ＳＧ１は立ち上がり８階調に変化する左右非対称の階段波形である。駆動電気信号ＳＧ２は、駆動電気信号ＳＧ２に対して逆位相の信号であり、立ち下がりが８階調に変化する左右非対称の階段波形である。この場合、図１４Ｂに示すように、駆動電気信号ＳＧ２が遅い場合には、中心値よりもプラス側にスパイク状のピーク（図１３ＢのＰＥＡＫ２）が立ち、駆動電気信号ＳＧ２が早い場合には、中心値よりもマイナス側にスパイク状のピークが立つ。
【００８２】
図１３Ａ及び１４Ａに示す階段状の駆動電気信号波形は、あくまで一例であってこの限りではない。電圧波形は、連続的波形でもパルス状の不連続波形でもよい。
【００８３】
上述のように、立ち上がり及び立ち下がりが階段状でも、駆動電気信号ＳＧ２の位相ずれの正負、すなわち駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔが光伝搬遅延時間Δｔｏと等しい場合と比較して位相が早いのか遅れているのかを、モニター電気信号ＭＯＮに現れるスパイク波形の正負で検出することが可能となる。この際、階段状の変化数の数を大きくすることで、不要な電圧変動を抑圧し、より鋭いスパイク上のピークを得ることができる。
【００８４】
以上、三角波及び階段波形を用いた駆動電気信号ＳＧ２の位相ずれの正負の検出方法についてまとめる。三角波や階段波形を含む左右非対称の波形、すなわち、駆動電気信号ＳＧ１の立ち上がり時間Ｔｒと立ち下がり時間Ｔｆが異なる波形を用いる。図１５は、左右非対称な波形の例を模式的に示す波形図である。ＴｒがＴｆよりも小さい場合（Ｔｒ＜Ｔｆ）について検討する。この場合、モニター電気信号ＭＯＮに中心値よりもマイナス側のピークが立てば、その反転波形である駆動電気信号ＳＧ２の位相ずれは正、すなわち、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔが光伝搬遅延時間Δｔｏよりも小さいことを示す。一方、モニター電気信号ＭＯＮに中心値よりもプラス側のピークが立てば、その反転波形である駆動電気信号ＳＧ２の位相ずれは負、すなわち、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔが光伝搬遅延時間Δｔｏよりも大きいことを示す。
【００８５】
次に、左右非対称の波形を用い、ＴｒがＴｆよりも大きい場合（Ｔｒ＞Ｔｆ）について検討する。この場合、モニター電気信号ＭＯＮにマイナス側のピークが立てば、その反転波形である駆動電気信号ＳＧ２の位相ずれは負、すなわち、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔが光伝搬遅延時間Δｔｏよりも大きいことを示す。一方、モニター電気信号ＭＯＮにプラス側のピークが立てば、その反転波形である駆動電気信号ＳＧ２の位相ずれは正、すなわち、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔが光伝搬遅延時間Δｔｏよりも小さいことを示す。
【００８６】
以上より、実施の形態１〜４では、駆動電気信号の波形として、左右非対称の波形を用いることにより、駆動電気信号ＳＧ２の位相ずれの正負、すなわち、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔが光伝搬遅延時間Δｔｏと等しい場合と比較して位相が早いのか遅れているのかを、モニター電気信号ＭＯＮに現れるスパイク波形の正負で検出することが可能となる。
【００８７】
実施の形態７
次に、本発明の実施の形態７にかかる光変調器モジュール７００について、具体的な構成例を示して説明する。図１６は、実施の形態７にかかる光変調器モジュール７００の構成を模式的に示すブロック図である。光変調器モジュール７００は、実施の形態３にかかる光変調器モジュール３００の光電変換部２３及び駆動回路４を、それぞれ光電変換部２７及び駆動回路４７に置換した構成を有する。
【００８８】
光電変換部２７は、吸収電流取り出し部２３１、電流電圧変換部２７２及び位相比較器２７３を有する。吸収電流取り出し部２３１は、実施の形態３と同様である。電流電圧変換部２７２は、電流信号ＳＩを、電圧信号ＳＶに変換する。位相比較器２７３は、電圧信号ＳＶを、電圧信号であるモニター電気信号ＭＯＮに変換する。
【００８９】
駆動回路４７は、信号出力部４７１及び電気分岐器４７２を有する。電気分岐器４７２には、クロック信号６が入力され、クロック信号６を２分岐する。分岐されたクロック信号６は、信号出力部４７１及び位相比較器２７３に出力される。信号出力部４７１は、データ信号５及び６応じて、駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２を出力する。駆動電気信号ＳＧ２は、実施の形態３と同様に、駆動電気信号ＳＧ１に対して逆位相の信号である。
【００９０】
光変調器モジュール７００では、位相比較器２７３により、クロック信号６と電圧信号ＳＶを比較することにより、振幅変化から位相変化を検出することが可能である。従って、本構成によれば、実施の形態３と同様に、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間の理想値からのずれ量を検出することができる。さらに、本構成によれば、位相比較器２７３により、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔが光伝搬遅延時間Δｔｏと等しい場合と比較して位相が早いのか遅れているのかを検出することも可能である。従って、実施の形態６と同様に、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間の理想値からのずれ量のみならず、ずれの向きも併せて検出することができる。
【００９１】
実施の形態８
次に、本発明の実施の形態８にかかる光変調器モジュール８００について、具体的な構成例を示して説明する。図１７は、実施の形態８にかかる光変調器モジュール８００の構成を模式的に示すブロック図である。光変調器モジュール８００は、実施の形態３にかかる光変調器モジュール３００の駆動回路４を駆動回路４８に置換した構成を有する。
【００９２】
駆動回路４８は、遅延制御部ＤＣ１及びＤＣ２を有し、データ信号５、クロック信号６及びモニター電気信号ＭＯＮが入力される。遅延制御部ＤＣ１は、データ信号５、クロック信号６及びモニター電気信号ＭＯＮに応じて、電界吸収部ＥＡ１に駆動電気信号ＳＧ１を出力する。遅延制御部ＤＣ２は、データ信号５、クロック信号６及びモニター電気信号ＭＯＮに応じて、電界吸収部ＥＡ２に駆動電気信号ＳＧ２を出力する。駆動電気信号ＳＧ２は、実施の形態３と同様に、駆動電気信号ＳＧ１に対して逆位相の信号である。
【００９３】
遅延制御部ＤＣ１及びＤＣ２は、モニター電気信号ＭＯＮにより、駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２の出力タイミングを調整することができる。これにより、光の伝播及び電界吸収部ＥＡ１及びＥＡ２までの経路による影響をも考慮した、駆動電気信号ＳＧ１及びＳＧ２のタイミングのずれを保障することができる。
【００９４】
実施の形態８は、実施の形態３にかかる光変調器モジュール３００の駆動回路４を駆動回路４８に置換した構成であるが、これに限らない。遅延制御部ＤＣ１及びＤＣ２を有した駆動回路４８は、光変調器もモジュール４００、５００、７００においても適用可能である。
【００９５】
実施の形態９
次に、本発明の実施の形態９にかかる光変調器モジュール９００について、具体的な構成例を示して説明する。図１８は、実施の形態９にかかる光変調器モジュール９００の構成を模式的に示すブロック図である。光変調器モジュール９００は、実施の形態３にかかる光変調器モジュール３００の光変調器３０１を光変調器９０１に置換した構成を有する。
【００９６】
光変調器９０１は、光変調器３０１の電界吸収部ＥＡ１及びＥＡ２の間の光導波路ＷＧに、長さＬ、屈折率ｎの、未知のループ状の光路１６が挿入されている。光変調器９０１のその他の構成は、光変調器３０１と同様であるので、説明を省略する。
【００９７】
本実施の形態では、駆動電気信号ＳＧ２の遅延時間Δｔが正確に求まっていて、かつ第１の作用部ＩＲ１と第２の作用部ＩＲ２間の光伝搬遅延時間Δｔｏに等しいとすると、以下の式（１１）が成り立つ。
【数１１】
2013140482.tif 000013
ただし、Ｃは光速である。また、光伝搬遅延時間Δｔoは、作用部ＩＲ１の通過時間と未知のループ状の経路１６の通過時間の和であるが、作用部ＩＲ１の経路長が未知のループ状の経路１６に比べて十分短いため、式（１１）にように近似できる。
【００９８】
本構成によれば、長さＬと屈折率ｎの積、またはいずれか一方が既知のときに他方の値が、遅延時間Δｔによって算出可能であることを示す。従って、本構成によれば、未知の光路１６の光路長、光路１６の長さ又は屈折率を検出することができる。
【００９９】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、作用部の数は２に限られない。すなわち、複数個ある作用部の任意の２つの間の駆動電気信号の位相ずれを検出することができる。
【０１００】
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【０１０１】
この出願は、２０１２年３月２２日に出願された日本出願特願２０１２−０６６２３４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１０２】
１  入力光
２、２３、２４、２５、２７光電変換部
３  出力光
４、４７、４８  駆動回路
５  データ信号
６  クロック信号
１０ａ、１０ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂ  合分波部
１１、１１１、１１２  半導体基板
１６  光路
１００、１０１、３０１、４０１、５０１、５０２、９０１  光変調器
２００、３００、４００、５００、７００、８００、９００  光変調器モジュール
２３１、２４１、２４２  吸収電流取り出し部
２３２、２４３、２７２  電流電圧変換部
２５１  カプラ
２５２  光電変換素子
２７３  位相比較器
４７１  信号出力部
４７２  電気分岐器
ＥＡ１、ＥＡ２  電界吸収部
ＩＲ１、ＩＲ２  作用部
ＭＯＮ  モニター電気信号
ＰＳ１〜ＰＳ４、ＰＳ１１、ＰＳ１２、ＰＳ２１、ＰＳ２２  位相シフト部
ＳＧ１、ＳＧ２  駆動電気信号
ＳＩ  電流信号
ＳＯ  光信号
ＳＶ  電圧信号
ＷＧ、ＷＧ１、ＷＧ２、ＷＧ１１、ＷＧ１２、ＷＧ２１、ＷＧ２２  光導波路
【図１】
2013140482.tif 000014
【図２】
2013140482.tif 000015
【図３】
2013140482.tif 000016
【図４】
2013140482.tif 000017
【図５】
2013140482.tif 000018
【図６】
2013140482.tif 000019
【図７】
2013140482.tif 000020
【図８】
2013140482.tif 000021
【図９】
2013140482.tif 000022
【図１０Ａ】
2013140482.tif 000023
【図１０Ｂ】
2013140482.tif 000024
【図１１Ａ】
2013140482.tif 000025
【図１１Ｂ】
2013140482.tif 000026
【図１２Ａ】
2013140482.tif 000027
【図１２Ｂ】
2013140482.tif 000028
【図１３Ａ】
2013140482.tif 000029
【図１３Ｂ】
2013140482.tif 000030
【図１４Ａ】
2013140482.tif 000031
【図１４Ｂ】
2013140482.tif 000032
【図１５】
2013140482.tif 000033
【図１６】
2013140482.tif 000034
【図１７】
2013140482.tif 000035
【図１８】
2013140482.tif 000036
【国際調査報告】
2013140482.tif 000037
2013140482.tif 000038
2013140482.tif 000039
2013140482.tif 000040