(57)【要約】【課題】【解決手段】入力光ビームを第一及び第二の光ビームに分割する光学スプリッタ１１ａ、１１ｂと、前記第一及び第二の光ビームをそれぞれ受け取り且つ伝送すべく前記光学スプリッタ１１ａ、１１ｂと接続された第一及び第二の導波路アーム９、１２であって、前記導波路アーム９、１２の各々がグループＩＶの半導体材料を備え又はグループＩＶの半導体材料の組み合わせを備えるコア領域３２を有する前記第一及び第二の導波路アーム９、１２と、前記第一及び第二の導波路アーム９、１２と接続され、前記記第一及び第二の光ビームを受け取り且つ該光ビームを合成して出力光ビームにする光コンバイナ１４ａ、１４ｂと、前記第一及び第二の導波路アーム９、１２とそれぞれ関係付けられた第一及び第二の電極構造体２０、２１と、前記第一及び第二の電極構造体２０、２１に電圧を供給する駆動回路８０とを備える、光変調器１において、前記駆動回路８０は、第一の電極構造体２０に対して第一のバイアス電圧に重ね合わせた第一の変調電圧を供給し、また、第二の電極構造体２１に対して第二のバイアス電圧に重ね合わせた第二の変調電圧を供給し得るようにされることを特徴とする、光変調器である。
2007531022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光ビームを第一及び第二の光ビームに分割する光学スプリッタ（１１ａ、１１ｂ）と、
前記第一及び第二の光ビームをそれぞれ受け取り且つ伝送すべく前記光学スプリッタ（１１ａ、１１ｂ）と接続された第一及び第二の導波路アーム（９、１２）であって、前記導波路アーム（９、１２）の各々がグループＩＶの半導体材料を備え又はグループＩＶの半導体材料の組み合わせを備えるコア領域（３２）を有する前記第一及び第二の導波路アーム（９、１２）と、
前記第一及び第二の導波路アーム（９、１２）と接続され、前記記第一及び第二の光ビームを受け取り且つ該光ビームを合成して出力光ビームにする光コンバイナ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｍｂｉｎｅｒ）（１４ａ、１４ｂ）と、
前記第一及び第二の導波路アーム（９、１２）とそれぞれ関係付けられた第一及び第二の電極構造体（２０、２１）と、
前記第一及び第二の電極構造体（２０、２１）に電圧を供給する駆動回路（８０）とを備える、光変調器（１）において、
前記駆動回路（８０）は、第一の電極構造体（２０）に対して第一のバイアス電圧に重ね合わせた第一の変調電圧を供給し、また、第二の電極構造体（２１）に対して第二のバイアス電圧に重ね合わせた第二の変調電圧を供給し得るようにされることを特徴とする、光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器（１）において、
光学スプリッタ（１１ａ、１１ｂ）は、入力光ビームを実質的に同一の光学パワーの２つの光ビームに分割し得るようにされた対称型スプリッタである、光変調器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光変調器（１）において、
第一及び第二の導波路アーム（９、１２）は実質的に同一の長さである、光変調器。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか１つの項に記載の光変調器（１）において、
コア領域（３２）の各々のグループＩＶの半導体材料は、Ｓｉと、Ｇｅと、これらの組み合わせから成るグループとから選ばれる、光変調器。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１つの項に記載の光変調器（１）において、
２つの導波路アーム（９、１２）の１つと関係付けられた第三の電極構造体（２２）を更に備える、光変調器。
【請求項６】
請求項５に記載の光変調器（１）において、
駆動回路（８０）は、第三の電極構造体（２２）に対しＣＷ電圧を供給し得るようにされる、光変調器。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか１つの項に記載の光変調器（１）において、
駆動回路（８０）は、同一の波形を有する電気信号として第一及び第二の変調電圧を供給し得るようにされる、光変調器。
【請求項８】
請求項７に記載の光変調器（１）において、
駆動回路（８０）は、逆符号を有する電気信号を供給し得るようにされる、光変調器。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか１つの項に記載の光変調器（１）において、
ケイ素基板上に集積化される、光変調器。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか１つの項に記載の光変調器（１）と、入力光学光ビームを相応する電気信号に変換し得るようにされた電子光学変換器（７１）と、を備える装置（７０）。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置（７０）において、
電子光学変換器（７１）は、光変調器（１）の駆動回路（８０）に対し相応する電気信号を供給し得るよう光変調器（１）に連結される、装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の装置（７０）において、
フィルタリング要素（７２、７３）を更に備える、装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置（７０）において、
フィルタリング要素（７２、７３）は、電子光学変換器（７１）に連結される、装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の装置（７０）において、
フィルタリング要素（７２、７３）は、光変調器（１）に連結される、装置。
【請求項１５】
請求項１２ないし１４の何れか１つの項に記載の装置（７０）において、
フィルタリング要素（ｄｒｏｐ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）（７２、７３）は、電子光学変換器（７１）に連結されたドロップフィルタリング要素（７２）と、光変調器（１）に連結されたアドフィルタリング要素（ａｄｄ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）（７３）とを備える、装置。
【請求項１６】
請求項１０ないし１５の何れか１つの項に記載の装置（７０）において、
電子光学変換器（７１）の少なくとも一部分は、グループＩＶの半導体材料又はグループＩＶの半導体材料の組み合わせを備える、装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置（７０）において、
電子光学変換器（７１）及び光変調器（１）は、同一のケイ素基板上に集積化される、装置。
【請求項１８】
請求項１２ないし１７の何れか１つの項に記載の装置（７０）において、
フィルタリング要素（７２、７３）は、グループＩＶの半導体材料、ＳｉＯ２、添加したＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ及び、それらの組み合わせから成る群から選ばれた材料を備える、装置。
【請求項１９】
請求項１６又は１８に記載の装置（７０）において、
電子光学変換器（７１）、光変調器（１）及びフィルタリング要素（７２、７３）は、同一のケイ素基板上に集積化される、装置。
【請求項２０】
所定の波長の光学光ビームを提供する光源（４１）を有する光伝送機装置（４０）と、光源（４１）と関係付けられて、光学光ビームの強度を変調させる、請求項１ないし９の何れか１つの項に記載の光変調器（１）とを備える、伝送ステーション（５０）。
【請求項２１】
請求項２０に記載の伝送ステーション（５０）において、光伝送機装置（４０）は、一般的な（ｇｅｎｅｒｉｃ）波長の入力変調した光ビームを相応する変調電気信号に変換し得るようにされた電子光学変換器（４２）を更に備え、
該電子光学変換器（４２）は、光変調器（１）の駆動回路（８０）に対し前記相応する変調電気信号を供給し得るよう光変調器（１）に連結される、伝送ステーション。
【請求項２２】
請求項２０又は２１に記載の伝送ステーション（５０）と、該伝送ステーション（５０）に連結された第一の端部を有する光通信線（５４、５６）とを備える、光通信システム（６０）。
【請求項２３】
請求項２２に記載の光通信システム（６０）において、
光通信線（５４、５６）の第二の端部に連結された受信ステーション（５８）を更に備える、光通信システム。
【請求項２４】
請求項２２又は２３に記載の光通信システム（６０）において、
請求項１０ないし１９の何れか１つの項に記載の装置（７０）を更に備える、光通信システム。
【請求項２５】
ａ）光ビームを第一及び第二の光ビームに分割するステップと、
ｂ）前記第一及び第二の光ビームを第一及び第二の光路に沿ってそれぞれ伝搬するステップと、
ｃ）第一及び第二の光路に沿って伝搬した後、前記第一及び第二の光ビームを合成して出力光ビームにするステップと、
ｄ）出力光ビームの強度変調を実現し得るようフランツケルディッシュ効果（Ｆｒａｎｚ−ｋｅｌｄｙｓｈ  ｅｆｆｅｃｔ）を通じて２つの光路の間にて相対的位相シフトを導入するステップとを備える、光ビームの強度を変調する方法において、
前記ステップｄ）は、第一の光路に対し第一のバイアス電圧に重ね合わせた第一の変調電圧を供給することと、第二の光路に対し第二のバイアス電圧に重ね合わせた第二の変調電圧を供給することとにより実行されることを特徴とする、方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法において、
前記ステップａ）にて、光ビームは、実質的に同一の光学パワーを有する２つの光ビームに分割される、方法。
【請求項２７】
請求項２５又は２６に記載の方法において、ステップｅ）を更に備え、該ステップｅ）は、２つの光路の少なくとも一方に対しＣＷ電圧を供給し、２つの光路の間にて更なる予め設定した相対的位相シフトを導入する、方法。
【請求項２８】
請求項２５ないし２７の何れかの項に記載の方法において、
前記ステップｄ）にて、０論理状態を得るためπ又はその整数の奇数の倍数の相対的位相シフトが導入され、また、１論理状態を得るため零又はπの整数の偶数倍数の相対的位相シフトが導入される、方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法において、
第一及び第二の変調電圧は同一の波形を有する電気信号である、方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法において、
電気信号は逆符号を有する、方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法において、
第一及び第二のバイアス電圧及び第一及び第二の変調電圧は、１論理状態から０論理状態に進むとき、またその逆のとき、フランツケルディッシュ効果を通じて、２つの光路にて絶対値にて実質的に同一であるが、逆符号である全体的な位相シフトを発生させるようなものである、方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法において、
第一のバイアス電圧は第二のバイアス電圧と実質的に同一である、方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法において、
第一の変調電圧のピーク対ピーク振幅は第二の変調電圧のピーク対ピークと実質的に同一である、方法。
【請求項３４】
請求項３１に記載の方法において、
第一のバイアス電圧は第二のバイアス電圧と相違する、方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法において、
第一の変調電圧のピーク対ピーク振幅は第二の変調電圧のピーク対ピーク振幅と相違する、方法。
【請求項３６】
請求項３０に記載の方法において、
第一及び第二のバイアス電圧及び第一及び第二の変調電圧は、１論理状態から０論理状態に進むとき、またその逆のとき、フランツケルディッシュ効果を通じて２つの光路内にて絶対値及び符号の点にて相違する全体的な位相シフトを発生させるようなものである、方法。
【請求項３７】
請求項３６に記載の方法において、第一のバイアス電圧は第二のバイアス電圧と相違する、方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法において、
第一の変調電圧のピーク対ピーク振幅は第二の変調電圧のピーク対ピーク振幅と実質的に同一である、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームの強度を変調する光変調器及び方法に関する。
本発明は、光変調器を備える装置、伝送ステーション及び光通信システムにも関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｉ．Ｐ．カミノフ（Ｋａｍｉｎｏｗ）及びＴ．Ｌ．コッホ（Ｋｏｃｈ）（１９９７年、サンディエゴ、アカデミックプレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ）編集の「光ファイバ電気通信ＩＩＩＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ＩＩＩＢ）３７７−４０４頁）に記載されているように、デジタル電気信号の形態をした情報を光キャリアに暗号化するため、デジタル電気通信システムにて採用された初期の方策は、レーザを直接変調するものであった。直接変調する典型的な形態において、電気信号はバイアス電流と合成され且つレーザの端子に印加される。しかし、約１ないし２Ｇｂ／秒以上のデータビット速度にて変調しようとするとき、チャープと称する望ましくない光周波数の変化が生じる。これらの周波数の変化により、レーザ発生周波数がシフトして、これにより伝送されたパルスの光スペクトルの幅が拡がることになる。標準的シングルモードシリカファイバの群速度分散と組み合わさったとき、典型的なレーザに対するチャープの符号及び振幅の結果、パルスがファイバに沿って伝搬する際、パルスが拡がり且つ干渉するときの速度が加速される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この問題点を解決するため、外部光変調器を通ってレーザにより連続波（ＣＷ）にて放出された光ビームの強度を外部から変調することが提案されている。
典型的に、光変調器は、光通信システムを通じて伝送すべき情報を運ぶデジタル電気信号の制御の下、光ビームの強度を所定のビット速度にて変調する。典型的に、電気信号の制御の下、強度光モジュレータは、ＣＷ光線のオンオフを切り換えてそれぞれ「１」論理状態「０」論理状態を得ることができる。
【０００４】
電子光学的効果に基づく強度光変調器は、当該技術にて既知である。これらの装置は、電界を印加することによりその光学特性を適宜に変化させることのできる材料を備えている。
【０００５】
電子光学的効果に基づくマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）光変調器も当該技術にて既知である。この変調器には、位相変調を強度変調に変換する干渉計の形態が付与されている。より具体的には、該光変調器は、典型的に、光導波路スプリッタと光導波路コンバイナとの間にて接続された等しい長さの１対の導波路アームを備えている。入力光ビームは、典型的に、導波路スプリッタにより等しく２つの光線に分割され、スプリッタからの２つの光線は、それぞれのアームを通って進み、また、これらの光線は、導波路コンバイナによって再合成される。電極が導波路アームと関係付けられている。電極の１方又はその双方に変調電圧を印加することにより、電子光学的効果を通じて２つの光ビームの相対的位相を変化させることができる。２つの導波路アームの端部にて２つの光ビームの間に集中した相対的な位相シフトは、π又はその整数奇数の倍数であり、２つの光ビームは、導波路コンバイナにて破壊的に干渉し、「零」論理状態が得られる。これに反して、２つの光ビーム間の相対的な位相シフトが零又はπの整数偶数の倍数であるならば、２つの光ビームは、導波路コンバイナにて建設的に干渉し、「１」論理状態が得られる。
【０００６】
リチウムニオブ酸塩（ＬｉＮｂＯ３）にて製造された２つのアームを有するマッハツェンダ変調器は、当該技術にて周知である（例えば、Ｉ．Ｐ．カミノフ及びＴ．Ｌ．コッホ、１９９７年、サンディエゴ、アカデミックプレス、「光ファイバ電気通信ＩＩＩＢ」３７７−４０４頁を参照）。これらの変調器において、２つの光ビームの相対的位相は、周知の電子光学的ポッケルス効果（Ｐｏｃｋｅｌｓ  ｅｆｆｅｃｔ）を通じて変化する。より具体的には、これらの変調器において、変調電圧を１つ又は双方の電極に印加することは、ポッケルス効果を通じてリチウムニオブ酸塩の屈折率を線形変化させ、これにより導波路アームの光路、従って、光ビームの位相を変化させる。作動電圧を低下させるため、２つの導波路アームの電極は、典型的に、等しいプッシュプルの形態に従って駆動される。すなわち、これらの電極は、２つのアーム内に、同一の絶対値｜Δｎ｜であるが、その符号（±Δｎ）は逆である屈折率ｎの変化Δを生じさせる変調電気信号により駆動される。このようにして、適正な初期状態が使用される限り、電極に電圧が印加されないとき、２つの導波路アームの端部で２つの光ビーム間にて集中した相対的位相シフトは、零であり、「１」論理状態が得られる。これに反して、電圧＋Ｖπ／２が第１のアームに印加され、電圧−Ｖπ／２が第二のアームに印加され、第１のアーム内の位相シフトが＋π／２である一方、第二のアーム内の位相シフトが−π／２であるとき、２つの光ビームの間にて集中した相対的位相シフトはπであり、「０」論理状態が得られる。プッシュプル二重アーム駆動状態は、単一アーム駆動状態のときよりも低い作動電圧を必要とする。更に、ポッケルス効果の線形のため、等しいプッシュプル形態を有する二重アーム駆動状態は、実質的に零チャープを生じさせることができる。
【０００７】
リチャード・エー・ソーレフ（Ｒｉｃｈａｒｄ  Ａ．Ｓｏｒｅｆ）その他の者は（１９８８年３月の光波技術ジャーナル（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）第６巻、３号「振幅及び位相摂動を使用する導波の強度変調器（Ｇｕｉｄｅｄ−Ｗａｖｅ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ａｍｐｌｉｔｉｄｅ−ａｎｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓ）」４３７−４４４頁にて）、結合した導波路及びマッハツェンダ干渉計における強度変調の理論的解析結果を報告している。より具体的には、彼等は、電子光学的自由キャリア又はフランツケルディッシュ効果（Ｆｒａｎｚ−Ｋｅｌｄｙｓｈ  ｅｆｆｅｃｔ）によりグループＩＶ及びＩＩＩ−Ｖ半導体内にて発生された組み合さった振幅及び位相変調を使用する方法を利用する。更に、彼等は、吸収型チャネル、マッハツェンダ干渉計及び結合型導波路という３つの型式の電子光学的導波変調器を解析しており、その内、１つのアームのみを他の２つの変調器内にて摂動させる。両方のアームにて摂動する場合、彼等は、１つのアームにて＋Δβを与え、他方のアームにて−Δβを与える（ここで、β＝２πｎ／λは伝搬係数）プッシュプルポッケルス装置と異なり、フランツケルディッシュ及び電荷制御された装置は、双方のアームにて同一符号のΔβを与えたと説明している。従って、２つの活性アームを有する変調器にて、電圧オン状態のとき、位相−速度の不一致は解消する。このことは、位相の項は取り消され、損失の項のみが残ることを意味する。
【０００８】
多重量子井戸を有するグループＩＩＩ−Ｖの材料にて製造された２つのアームを有するマッハツェンダ光変調器も当該技術にて周知である。
例えば、米国特許明細書５  ５２４  ０７６号には、多重量子井戸を有するグループＩＩＩ−Ｖの材料にて製造されたマッハツェンダ光変調器が開示されており、ここで、チャープパラメータは、干渉計の２つのアームの間にて光学パワーの分割を調節することにより変化させることができる。
【０００９】
米国特許明細書５  ７７８  １１３号には、選択的に、正又は負の周波数チャープの何れかを発生させることのできる多重量子井戸を有するグループＩＩＩ−Ｖの材料を使用して製造したマッハツェンダ光変調器が開示されている。実際上、この文献に記載されているように、正の周波数チャープは、非分散型シフトファイバを通じての長距離伝送に影響を与える。かかる状況において、光変調器により提供される負のチャープの制御されたレベルは有益である。これに反して、一部の伝送ネットワークは、分散型シフト又は分散補償型光ファイバを活用し、この場合、負のチャープは必要でなく、僅かな正のチャープを有するデータパルスを提供することがより適している。
【００１０】
米国特許明細書５  ７７８  １１３号により開示された変調器は、非対称型の入力Ｙ接合導波路カプラーと、非対称型の出力Ｙ接合導波路カプラーと、第一の光路を画成する第一の干渉計アームと、第二の光路を画成する第二の干渉計アームとを備え、光路長さの一方は、既知の波長にてπの一定の位相差を生じさせる距離だけ他方よりも長い。電極が第一及び第二のアームに設けられて、プッシュプルモードにてバイアス及び変調電圧を供給し、アームの間の有効位相差を変調する。制御電極がアームの一方に設けられて制御電界を選択的に付与しアームの間の位相差を選択的に変調させる。制御電極に電界が存在しないとき、負の周波数チャープが発生され、また、一定の位相差を発生させるのに必要とされる界に等しい制御電界がアームに加わったとき、正の周波数チャープが発生される。
【００１１】
米国特許明細書５  ７７８  １１３号において、ＩＩＩ−Ｖマッハツェンダ変調器とＬｉＮｂＯ３マッハツェンダ変調器との間の１つの顕著な相違点は、前者の吸収はアームに印加される電圧と共に増大する一方、後者には吸収効果は存在しない点である。更に、ＩＩＩ−Ｖマッハツェンダ変調器は、バイアス電圧の関数として非線形の位相変化を示す。
【００１２】
米国特許明細書５  ９９１  ４７１号には、多重量子井戸を有するグループＩＩＩ−Ｖの材料にて形成されたマッハツェンダ（ＭＺ）光変調器が開示されている。該変調器は、それぞれの第一及び第二の干渉計アーム上に第一及び第二の変調電極を有しており、プッシュプルモードバイアス電圧及び変調電圧を供給する。２つの変調電極は、長さが異なり、長さの比は、２つのアームの相対的バイアスを制御する設計とされており、これにより正又は負のチャープＭＺ変調器又は形成可能なチャープＭＺ変調器にて周波数チャープを調節し且つそれを最適化することを可能にする。
【００１３】
当該出願人は、米国特許明細書５  ５２４  ０７６号、米国特許明細書５  ７７８  １１３号、米国特許明細書５  ９９１  ４７１号により開示されたマッハツェンダ構造体は非対称型スプリッタ及び非対称型コンバイナと、非対称型スプリッタの分割比を調節する手段と、異なる長さのアームと、及び（又は）異なる長さの電極とを必要とすることを知った。このことは、装置の信頼性を低下させ、製造工程のコストを増し且つ、製造工程を複雑にする可能性がある。
【００１４】
更に、グループＩＩＩ−Ｖの半導体材料は、ケイ素（Ｓｉ）加工と適合せず、これらをＳｉ基板上に集積化することはできない（すなわち、これらは、Ｓｉ基板上にて成長させることはできない）。
【００１５】
シリコンフォトニクスをケイ素基板上にて最新のケイ素電子部品と合体させる経済的なケイ素スーパーチップを形成することが当該技術にて課題となっている。ケイ素基板をグループＩＩＩ−Ｖのプラットフォームと比較すると、ケイ素は、低コスト、より大きいサイズ（直径２０ｃｍのウェハ）、より高い結晶の完全さ、より優れた自然酸化物、優れた機械的及び熱的性質にて利用可能である（リチャード・エー・ソーレフによる、１９９３年１１月の電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）議事録、第８１巻、１２号「ケイ素系の光電子光学機器」（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｂａｓｅｄ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）を参照）。
【００１６】
上記に鑑みて、Ｓｉに適合可能な電子光学的構成要素がケイ素基板上に集積化可能であるように、これらの電子光学的構成要素が当該技術にて必要とされている。
国際出願公開明細書０３／０３６３６７号には、ＳｉＧｅにて且つフランツケルディッシュ効果を使用して製造された光変調器が開示されている。１つの実施の形態によれば、該変調器は、ＳｉＧｅで出来た１つ又は双方のアームを有するマッハツェンダ構造体を備えている。この文献において、構造体の吸収係数（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）はフランツケルディッシュ効果によって改変するとも可能であると述べられている。吸収係数の変化によって光の位相も変化するから、構造体を使用して１つ又は双方のアーム内の光の位相を変化させることにより光を変調させることもできる。吸収率を僅かだけ変化させればよいから、アーム内の波長領域の組成は、ある量のＳｉＧｅを有し、フランツケルディシュ効果によって僅かな程度の吸収が生じるようにする。
【００１７】
この文献により開示されたＳｉＧｅで出来た変調器は、Ｓｉの加工と適合可能である。当該出願人は、ＳｉＧｅ材料がより高い減衰損失（例えば、リチウムニオブ酸塩と比較して）を有すること、印加された電界の関数としてフランツケルディシュ効果を通じて屈折率が非線形に変化することを知った。当該出願人は、ＳｉＧｅ材料の高減衰損失のため、光変調器は該光変調器の全体的な減衰損失を制限し得るようなサイズとする必要があることを更に知った。更に、この文献には、変調した光ビームの周波数チャープを制御する方法は教示されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述したように、周波数チャープの現象は、光伝送システムにおける極めて重要なパラメータである。異なるシステムの状態によれば、正のチャープ、負のチャープ又は零のチャープを有する光パルスを光通信システムに伝送する必要がある。このため、所望の周波数チャープ値を有する変調した光ビームを提供することができる光変調器が必要とされている。
【００１９】
当該出願人は、ケイ素を基板上に集積化することができ、また、全体的な減衰損失が制限された光変調器を提供するという技術的課題に取り組んだ。
更に、当該出願人は、所望の周波数チャープの値を有する変調した光ビームを提供することができる光変調器を提供するという技術的課題に取り組んだ。
【００２０】
当該出願人は、コア領域がＩＶ半導体材料のグループを備える２つの導波路アームと、アームの各々に１つずつ設けられた２つの電極構造体と、電極構造体の各々に対してバイアス電圧に重ね合わされた変調電圧を供給する駆動回路とを備えるマッハツェンダ構造体により、上記の問題点を解決することができることが分かった。
【００２１】
実際上、グループＩＶの半導体材料はケイ素基板上に集積化することができる。
更に、以下に詳細に開示されるように、アームの各々に対し１つずつ設けられた２つの電極構造体及び電極構造体の各々に対してバイアス電圧に重ね合わされた変調電圧を供給する駆動回路は、それぞれのアーム内にて光ビームが受ける全体的な位相シフトは光変調器が「オン」状態から「オフ」状態に進むとき、またその逆のとき、逆符号の状態を得ることを許容する。πの奇数／偶数の整数倍数の２つの光ビームの間の相対的な全体の位相シフトは、より短い長さのアームにて得て、これにより光変調器の減衰損失を制限することができる。更に、パワーの消費量を減少させることもできる。
【００２２】
更に、当該出願人は、アームの各々に対して適宜な電圧供給の形態を使用することにより、出力変調した光ビームの周波数チャープを制御することが可能であることが分かった。
【００２３】
このため、本発明の第一の形態において、光変調器は、
入力光ビームを第一及び第二の光ビームに分割する光学スプリッタと、
上記第一及び第二の光ビームを通してそれぞれ受け取り且つ伝送すべく上記光学スプリッタと接続された第一及び第二の導波路アームであって、上記導波路アームの各々がグループＩＶの半導体材料を備え又はグループＩＶの半導体材料の組み合わせを備えるコア領域を有する上記第一及び第二の導波路アームと、
上記第一及び第二の導波路アームと接続され、上記第一及び第二の光ビームを受け取り且つ該光ビームを合成して出力光ビームにする光コンバイナと、
上記第一及び第二の導波路アームとそれぞれ関係付けられた第一及び第二の電極構造体と、
上記第一及び第二の電極構造体に電圧を供給する駆動回路とを備え、
上記駆動回路は、第一の電極構造体に対して第一のバイアス電圧に重ね合わせた第一の変調電圧を供給し、また、第二の電極構造体に対して第二のバイアス電圧に重ね合わせた第二の変調電圧を供給し得るようにされることを特徴とする。
【００２４】
望ましくは、第一のバイアス電圧に重ね合わせた第一の変調電圧及び第二のバイアス電圧に重ね合わせた第二の変調電圧は、フランツケルディッシュ効果を通じて、それぞれのアームを構成する材料の屈折率の変化を生じさせ得るようにされるものとする。
【００２５】
好ましくは、コア領域の各々を構成する材料は、作用波長にて、フランツケルディッシュ効果により発生された無視し得る程度の吸収係数の変化を有するものとする。好ましくは、吸収係数の変化Δαは、絶対値にて、印加された電界の範囲内にて０．５ｄＢ以下であるものとする。より好ましくは、コア領域の各々を構成する材料は、作用波長にて、それぞれの電極構造体に印加された電界にて実質的に一定の吸収係数を有するものとする。
【００２６】
好ましくは、コア領域の各々を構成する材料は、作用波長にて低い吸収係数を有するものとする。より好ましくは、吸収係数は、１３ｄＢ／ｃｍ（３ｃｍ−１）以下であるものとする。更により好ましくは、吸収係数は、８ｄＢ／ｃｍ（２ｃｍ−１）以下であるものとする。
【００２７】
好ましくは、コア領域の各々を構成する材料は、作用波長にて、フランツケルディッシュ効果により発生された感得可能な屈折率の変化を有するものとする。好ましくは、フランツケルディッシュ効果により発生された屈折率の変化Δｎは、絶対値にて、印加された電界の範囲内にて２＊１０−５以上であるものとする。より好ましくは、この変化は、絶対値にて３＊１０−５以上であるものとする。
【００２８】
好ましくは、材料の直接的な転移吸収端縁に相応する光子エネルギと、最低の作用波長に相応する光子エネルギとの間の絶対値による差は０．３ｅＶ以下であるものとする（光子エネルギはｈｃ／λに等しく、ここでｈはプランク定数であり、λは光子と関係した光線の波長である）。より好ましくは、この値は０．２ｅＶ以下であるものとする。このことは、導波路アームのコア領域を構成する材料にてフランツケルディッシュ効果により発生された感得可能な屈折率の変化を実現することを許容する。
【００２９】
実際上、材料の直接的な転移吸収端縁に相応する光子エネルギと、最低の作用波長に相応する光子エネルギとの間の絶対値による差は十分に小さく、材料が作用波長にて、フランツケルディッシュ効果により発生された感得可能な屈折率の変化を有するようにする必要がある。これと同時に、上記差は十分に大きく、材料が作用波長にて無視可能な吸収係数と、フランツケルディッシュ効果により生じた無視可能な吸収係数の変化とを有するようにする必要がある。
【００３０】
望ましくは、コア領域のグループＩＶの半導体材料は、Ｓｉと、Ｇｅと、これらの組み合わせとから成るグループから選ばれるものとする。
好ましい実施の形態において、グループＩＶの半導体材料は、実質的にＧｅ及びＳｉの組み合わせから成っている。
【００３１】
好ましくは、Ｇｅの量は８０％以上であるものとする。より好ましくは、Ｇｅの量は８５％以上であるものとする。
好ましくは、Ｇｅの量は９２％以下であるものとする。このことは、約１５５０ｎｍの作用波長にて、アーム内の減衰損失を制限することを許容する。
【００３２】
好ましくは、Ｓｉの量は２０％以下であるものとする。好ましくは、Ｓｉの量は１５％以下であるものとする。より好ましくは、Ｓｉの量は８％以上であるものとする。
８０ないし９２％の範囲のＧｅの量と、８ないし２０％の範囲のＳｉの量とを有する材料は、材料の吸収係数及び屈折率に基づき１５３０ないし１５６０ｎｍの範囲の作用波長にて上述した状態を実現することを許容する。
【００３３】
典型的に、導波路アームの各々は、コア領域を取り囲む隣接する領域を含む。上記隣接する領域は、Ｓｉ、ポリＳｉ、（ｎ＋、ｐ＋）添加Ｓｉ、（ｎ＋、ｐ＋）添加ポリＳｉ、（ｎ＋、ｐ＋）添加ＳｉＧｅ、空気又はＳｉＯ２を備えることができる。コア領域と隣接する領域との間の屈折率の差は、コア領域内にて誘導された伝搬を可能にするようなものであることが望ましい。
【００３４】
望ましくは、第一及び第二のアームは実質的に同一の長さであるものとする。このことは、長さの異なるアームを有するマッハツェンダ構造体に関して簡略化した態様にて高消光比を得ることを許容する（消光比とは、光変調器が「１」論理状態にあるときの出力光学パワーと、光変調器が「０」論理状態にあるときの出力光学パワーとの間の比であると定義される）。
【００３５】
望ましくは、第一及び第二の電極構造体は、実質的に同一の長さの電極を備えている。このことは、光変調器の電子部品を簡略化することを許容する。
望ましくは、第一及び第二の光ビームは実質的に同一の光学パワーを有するものとする。すなわち、光学スプリッタは、入力光ビームを同一の光学パワーの２つの光ビームに分割し得るようにされた対称型スプリッタである。このことは、非対称型光学スプリッタを有するマッハツェンダ構造体に比較して高い消光比を簡略化した態様にて得ることを可能にする。
【００３６】
典型的に、光学スプリッタはＹ導波路接合部である。１つの変形例によれば、該光学スプリッタは光カプラーである。好ましくは、該光カプラーは３ｄＢ光カプラーであるものとする。
【００３７】
望ましくは、光コンバイナは対称型コンバイナであるものとする。典型的に、光コンバイナはＹ導波路接合部である。１つの変更例によれば、該導波路接合部は光カプラーである。好ましくは、該光カプラーは３ｄＢ光カプラーであるものとする。
【００３８】
典型的に、第一及び第二の変調電圧は、正のピーク電圧と負のピーク電圧との間にて交番的に現われる２進デジタル情報を運ぶ電気信号であり、ここで、正のピーク電圧は「１」ビットに相応し、負のピーク電圧は「０」ビットに相応する（又はその逆）。
【００３９】
典型的に、第一及び第二の変調電圧は同一波形を有する電気信号である（これらの電気信号は同一の２進デジタル情報を運ぶ）。典型的に、これらの電圧は逆符号を有する。更に、これらの電気信号は、異なる又は実質的に等しいピーク対ピーク振幅を有することができる。
【００４０】
典型的に、第一及び第二の変調電圧は、無線周波数（ＲＦ）電気信号である。典型的なＲＦビット速度値は１００メガビット／秒以上である（例えば、２．５ギガビット／秒、１０ギガビット／秒）。
【００４１】
望ましくは、駆動回路は、第一及び第二の電極構造体に対し第一及び第二の変調電圧を供給し、正のピーク電圧が第一の電極構造体に印加されたとき、負のピーク電圧が第二の電極構造体に供給され、またその逆であるようにする。
【００４２】
第一及び第二のバイアス電圧及び第一及び第二の変調電圧のピーク対ピーク振幅は、光ビームまで伝送すべきデジタル情報に従って「１」論理状態と「０」論理状態との間にて光変調器を交番的に作用させ得るよう選ばれる。これと同時に、これらは、出力光変調した光ビームに対する所望のチャープ値に依存して選ばれる。
【００４３】
特に、第一及び第二のバイアス電圧及び第一及び第二の変調電圧のピーク対ピーク振幅は、２つの導波路アームの光路間にて光変調器が「０」論理状態にあるとき、π（又はその奇数の倍数）の相対的位相シフト及び、光変調器が「１」論理状態にあるとき、零（又はπの偶数の倍数）の相対的位相シフトを発生させ得るように選ばれる。
【００４４】
１つの実施の形態によれば、第一及び第二の電極構造体に供給されるバイアス電圧及び変調電圧は、次のようなものとする、すなわち光変調器が「１」論理状態から「０」論理状態に進むとき、及びその逆のとき、フランツケルディッシュ効果によりアーム内にて発生された全体的な屈折率の変化が絶対値にて実質的に同一であるが、逆符号であるようにする。このことは、実質的に零のチャープを有する出力変調した光ビームを得ることを許容する（発生した全体的な屈折率の変化が、妥当な値の範囲内に制限される場合）。好ましくは、第一の電極構造体に供給された第一のバイアス電圧は、第二の電極構造体に供給された第二のバイアス電圧と実質的に同一である。好ましくは、第一の電極構造体に供給された第一の変調電圧のピーク対ピーク振幅は、第二の電極構造体に供給された第二の変調電圧のピーク対ピーク振幅と実質的に同一である。
【００４５】
１つの変更例によれば、第一のバイアス電圧は、第二のバイアス電圧と相違する。好ましくは、この変更例において、第一の変調電圧のピーク対ピーク振幅は、第二の変調電圧のピーク対ピーク振幅と相違し、その差は、アーム内にてフランツケルディッシュ効果により発生された全体的な屈折率の変化が絶対値にて実質的に同一であるが、逆符号であるようなものとする。
【００４６】
別の実施の形態によれば、第一及び第二の電極構造体に供給されたバイアス電圧及び変調電圧は、光変調器が「１」論理状態から「０」論理状態に進み、及びその逆のとき、アーム内にてフランツケルディッシュ効果により発生された全体的な屈折率の変化が絶対値及び符号の点にて相違するようなものとする。当該出願人は、このことはチャープした出力変調した光ビームを得ることを許容することが分かった。
【００４７】
好ましくは、第一の電極構造体に供給された第一のバイアス電圧は、第二の電極構造体に供給された第二のバイアス電圧と相違するものとする。好ましくは、第一の電極構造体に供給された第一の変調電圧のピーク対ピーク振幅は、第二の電極構造体に供給された第二の変調電圧のピーク対ピーク振幅と実質的に同一であるものとする。１つの変更例によれば、第一の変調電圧のピーク対ピーク振幅は、第二の変調電圧のピーク対ピーク振幅と相違し、その差は、アーム内にてフランツケルディッシュ効果により発生された全体的な屈折率の変化が絶対値及び符号の点にて相違するようなものとする。
【００４８】
望ましくは、光変調器は、２つの導波路アームの１つと関係付けられた第三の電極構造体も備えている。典型的に、駆動回路は、第三の電極構造体に対しＣＷ電圧を供給し得るようにされている。ＣＷ電圧は、典型的に、２つのアームの光路間にて予め設定した初期の相対的位相シフトを導入し得るようにされている。該ＣＷ電圧は、例えば、製造工程の不正確さに起因する導波路アームの長さの望ましくない差を補償し得るようにすることもできる。例えば、上記所定の初期の相対的位相シフトはπ／２である。別の例によれば、上記所定の初期の相対的な位相シフトは零である。
【００４９】
変更例において、光変調器は、第一及び第二の導波路アームとそれぞれ関係付けられた第三及び第四の電極構造体を備えている。典型的に、駆動回路は、第三及び第四の電極構造体に対しＣＷ電圧を供給し得るようにされている。供給されたＣＷ電圧は、典型的に、２つのアームの光路間にて所定の初期の相対的位相シフトを導入し得るようにされている。該ＣＷ電圧は、例えば、製造工程の不正確さに起因する導波路アームの長さの望ましくない差を補償し得るようにすることもできる。例えば、上記所定の初期の相対的位相シフトはπ／２である。別の例によれば、上記所定の初期の相対的な位相シフトは零である。
【００５０】
望ましくは、光変調器はケイ素基板上に集積化されるものとする。
第二の形態において、本発明は、本発明の第一の形態による光変調器と、入力光ビームを相応する電気信号に変換し得るようにされた電子光学変換器とを備える装置に関する。
【００５１】
光変調器の構造上及び機能上の特徴に関して、本発明の第一の形態に関して上記に開示した内容を参照する。
電子光学変換器は、典型的に、フォトダイオードを備えている。
【００５２】
望ましくは、電子光学変換器の少なくとも一部分は、グループＩＶの半導体材料又はグループＩＶの半導体材料の組み合わせを備えるものとする。典型的に、該部分はＳｉ又はＧｅ、若しくはその組み合わせを備えている。
【００５３】
１つの実施の形態によれば、電子光学変換器は、光変調器の駆動回路に対し相応する電気信号を供給し得るよう光変調器に連結されている。
典型的に、該装置は、フィルタリング要素を備えている。該フィルタリング要素は、典型的に、電子光学変換器及び（又は）光変調器に連結されている。
【００５４】
１つの実施の形態によれば、フィルタリング要素は、少なくとも１つのドロップフィルタリング要素（ｄｒｏｐ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を備えている。該ドロップフィルタリング要素は、典型的に、波長分割多重化信号から所定の波長にて光ビームをドロップするのに適している。ドロップフィルタリング要素は、電子光学変換器に対しドロップした光ビームを供給し得るよう該電子光学変換器に連結されることが望ましい。
【００５５】
１つの実施の形態によれば、フィルタリング要素は少なくとも１つのアドフィルタリング要素（ａｄｄ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を備えている。該アドフィルタリング要素は、典型的に、波長分割した多重化信号に対し所定の周波数の光ビームを追加するのに適している。光変調器は、波長分割多重化した信号に対し追加すべき光ビームの強度を変調させ得るようアドフィルタリング要素に連結されることが望ましい。
【００５６】
望ましくは、アドアンドドロップフィルタリング要素は、グループＩＶの半導体材料と、ＳｉＯ２、添加したＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮのようなケイ素適合可能材料と、それらの組み合わせとを備えるものとする。
【００５７】
望ましくは、電子光学変換器及び光変調器は、同一のケイ素基板上に集積化されるものとする。望ましくは、電子光学変換器、光変調器及びフィルタリング要素が同一のケイ素基板上に集積化されるものとする。このことは、これらの装置をその製造工程中、同一のケイ素基板上に単一の製品として成長させ、これにより、その装置の組み立て工程中、さもなければ必要とされるであろう整合及び接着ステップを回避することを許容する。更に、このことは、装置のコスト及びサイズを減少させることになる。
【００５８】
第三の形態において、本発明は、所定の波長の光ビームを提供する光源と、光源と関係付けられて、光ビームの強度を変調させ得るよう本発明の第一の形態による光変調器とを有する、光送信機とを備える伝送ステーションに関する。
【００５９】
光変調器の構造上及び機能上の特徴に関して、本発明の第一の形態に関して上記に開示された内容を参照する。
望ましくは、光源は半導体レーザであるものとする。
【００６０】
１つの実施の形態によれば、光送信機装置はまた、一般的な波長の入力変調した光ビームを相応する変調電気信号に変換し得るようにされた電子光学変換器を備え、該電子光学変換器は、光変調器の駆動回路に対し上記相応する変調電気信号を供給し得るよう光変調器に連結される。このようにして、駆動回路は、電子光学変換器が受信した相応する変調電気信号に従って光変調器の第一及び第二の電極構造体を駆動する。この実施の形態は、一般的な波長を有する光変調した光ビームを、例えば、文献米国特許明細書５  ２６７  ０７３号に開示されている所定の波長を有する光変調した光ビームに変換することを許容する。
【００６１】
望ましくは、電子光学変換器の少なくとも一部分は、グループＩＶの半導体材料又はグループＩＶの半導体材料の組み合わせを備えるものとする。典型的に、該部分はＳｉ又はＧｅ、若しくはその組み合わせを備えている。
【００６２】
望ましくは、電子光学変換器及び光変調器は、同一のケイ素基板上に集積化されるものとする。このことは、その製造工程の間、２つの装置を同一のケイ素基板上に単一の製品として成長させることを許容する点にて望ましく、これにより、伝送ステーションの構成要素を組み立てる過程の間、さもなければ必要とされるであろう整合及び接着ステップを回避する。このことは、伝送ステーションのコスト及びサイズを望ましいように減少させる。
【００６３】
電子光学変換器は典型的に、フォトダイオードを備えている。
１つの実施の形態によれば、伝送ステーションは、互いに相違する所定の波長にて相応する複数の変調した光ビームを提供する複数の光送信機装置を備えている。
【００６４】
この実施の形態によれば、伝送ステーションは、複数の変調した光ビームの波長を多重化する波長多重化装置を更に備えることが望ましい。
第四の形態において、本発明は、本発明の第三の形態による伝送ステーションと、該伝送ステーションに連結された第一の端部を有する光通信線とを備える光通信システムに関する。
【００６５】
典型的に、光通信線は光ファイバを備えている。
光変調器及び伝送ステーションの構造上及び機能上の特徴に関して、本発明の第一及び第三の形態に関して上記に開示した内容を参照する。
【００６６】
典型的に、光通信システムは、光通信線の第二の端部に連結された受信ステーションを更に備えている。
典型的に、光通信線は、少なくとも１つの光増幅器を備えている。典型的に、該光増幅器は、例えば、エルビウム添加ファイバ増幅器のような光ファイバ増幅器を備えている。
【００６７】
１つの実施の形態によれば、光通信システムは本発明の第二の形態による装置を更に備えている。
装置の構造上及び機能上の特徴に関して、本発明の第二の形態に関して上記に開示した内容を参照する。
【００６８】
第五の形態において、本発明は、光ビームの強度を変調する方法であって、
ａ）光ビームを第一及び第二の光ビームに分割するステップと、
ｂ）上記第一及び第二の光ビームを第一及び第二の光路に沿ってそれぞれ伝搬するステップと、
ｃ）第一及び第二の光路に沿って伝搬した後、上記第一及び第二の光ビームを合成して出力光ビームにするステップと、
ｄ）出力光ビームの強度変調を実現し得るようフランツケルディッシュ効果を通じて２つの光路間にて相対的位相シフトを導入するステップとを備え、
ステップｄ）は、第一の光路に対して第一のバイアス電圧に重ね合わせた第一の変調電圧を供給することと、第二の光路に対して第二のバイアス電圧に重ね合わせた第二の変調電圧を供給することとにより実行されることを特徴とする上記方法に関する。
【００６９】
望ましくは、ステップａ）にて、光ビームは、実質的に同一の光学パワーを有する２つの光ビームに分割されるものとする。
典型的に、該方法は、２つの光路の一方に対しＣＷ電圧を供給し、２つの光路の間にて更なる予め設定した相対的位相シフトを導入するステップｅ）を更に備えている。
【００７０】
典型的に、ステップｄ）において、０論理状態を得るためπ又はその整数の奇数の倍数の相対的位相シフトが導入され、また、１論理状態を得るため零又はπの整数の偶数倍数の相対的位相シフトが導入される。
【００７１】
望ましくは、第一及び第二の変調電圧は同一波形を有する電気信号であるものとする。
望ましくは、電気信号は、逆符号を有するものとする。
１つの実施の形態によれば、第一及び第二のバイアス電圧及び第一及び第二の変調電圧は、１論理状態から０論理状態に進むとき、またその逆のとき、絶対値にて実質的に同一であるが、フランツケルディッシュ効果を通じて２つの光路内の逆符号である全体的な位相シフトを発生させるようなものとする。望ましくは、第一のバイアス電圧は、第二のバイアス電圧と実質的に同一であるものとする。好ましくは、第一の変調電圧のピーク対ピーク振幅は第二の変調電圧のピーク対ピークと実質的に同一であるものとする。１つの変更例によれば、第一のバイアス電圧は、第二のバイアス電圧と相違する。好ましくは、この変更例において、第一の変調電圧のピーク対ピーク振幅は、第二の変調電圧のピーク対ピーク振幅と相違するものとする。
【００７２】
別の実施の形態によれば、第一及び第二のバイアス電圧及び第一及び第二の変調電圧は、１論理状態から０論理状態に進むとき、またその逆のとき、フランツケルディッシュ効果を通じて２つの光路内にて絶対値及び符号の点にて相違する全体的な位相シフトを発生させるようにする。望ましくは、第一のバイアス電圧は第二のバイアス電圧と相違するものとする。好ましくは、第一の変調電圧のピーク対ピーク振幅は、第二の変調電圧のピーク対ピーク振幅と実質的に同一であるものとする。
【００７３】
次に、添付図面にて非限定的な一例として示した実施の形態に関して本発明の特徴及び有利な効果について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
図７には、マッハツェンダ構造体と、第一の電極構造体２０と、第二の電極構造体２１と、第三の電極構造体２２と、選択的に、第四の電極構造体２３と、第一、第二、第三及び第四の電極構造体（存在するならば）２０、２１、２２、２３を駆動する駆動回路（図７に図示せず）とを備える、本発明による光変調器１の１つの実施の形態が示されている。
【００７５】
図７（図１ａも参照）の実施の形態において、マッハツェンダ構造体は、入力導波路１０と、入力光ビームを２つの光ビームに分割する光学スプリッタ１１ａと、２つの光ビームを受け取り且つ伝送する第一の導波路及び第二の導波路アーム９、１２と、２つの光ビームを合成して出力光ビームにする光コンバイナ１４ａと、出力導波路１５と、導波路アーム９、１２と光学スプリッタ１１ａとの間の接合領域１３と、光コンバイナ１４ａとを備えている。
【００７６】
光変調器１において、第一の電極構造体２０は、第一の導波路アーム９と関係付けられ、第二の電極構造体２１は、第二の導波路アーム１２と関係付けられ、第三の電極構造体２２は、第二の導波路アーム１２と関係付けられ、第四の電極構造体２３（存在するならば）は、第一の導波路アーム９と関係付けられる。
【００７７】
入力導波路１０は、作用波長にて低吸収係数を有する材料を備えている。例えば、吸収係数は２ｄＢ／ｃｍ以下である。例えば、材料は、Ｓｉ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２及び適宜に添加したＳｉＯ２から成る群から選ばれる。更に、入力導波路１０は、入力光ビームを供給する光ファイバに連結するのに適している。
【００７８】
光学スプリッタ１１ａは、入力光ビームを実質的に同一の光学パワーを有する２つの光ビームに分割し得るようにされた対称型（すなわち５０／５０）スプリッタであることが望ましい。しかし、４５／５５、好ましくは、４７／５３の分割比が許容できる。図１ａ及び図７に示した実施の形態において、光学スプリッタ１１ａは、従来のｙ型導波路接合部である。望ましくは、該光学スプリッタ１１ａは、作用波長にて低吸収係数を有する材料を備えるものとする。例えば、吸収係数は２ｄＢ／ｃｍ以下である。例えば、材料は、Ｓｉ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２及び適宜に添加したＳｉＯ２から成る群から選ばれる。好ましくは、該材料は、入力導波路１０と同一の材料を備えるものとする。
【００７９】
光コンバイナ１４ａは、２つの光ビームを出力光ビームに再合成し得るようにされた対称型コンバイナであることが望ましい。図１ａ及び図７に示した実施の形態において、光コンバイナ１４ａは、従来のｙ型導波路接合部である。光コンバイナ１４ａは、作用波長にて低吸収係数を有する材料を備えることが望ましい。例えば、吸収係数は、２ｄＢ／ｃｍ以下である。例えば、材料は、Ｓｉ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２及び適宜に添加したＳｉＯ２から成る群から選ばれる。
【００８０】
図１ｂには、光学スプリッタ１１ｂ及び光コンバイナ１４ｂが例えば、３ｄＢカプラーのような従来の指向性カプラーである点にて図１ａの実施の形態と相違するマッハツェンダ構造体の別の実施の形態が示されている。
【００８１】
出力導波路１５は、作用波長にて低吸収係数を有する材料を備えることが望ましい。例えば、吸収係数は、２ｄＢ／ｃｍ以下である。例えば、材料は、Ｓｉ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２及び適宜に添加したＳｉＯ２から成る群から選ばれる。好ましくは、該材料は、光コンバイナ１４ａ又は１４ｂと同一の材料を備えるものとする。更に、出力導波路１５は、出力光ビームを受け取り且つ伝送すべく光ファイバに連結するのに適したものであることが好ましい。
【００８２】
接合領域１３は、突き合わせ継手とすることができ（光学スプリッタ１１ａ、１１ｂ及び光コンバイナ１４ａ、１４ｂがＳｉで出来ている場合）又は格子支援型カプラー又はテーパー付き支援型カプラーを備えることができる。
【００８３】
導波路アーム９、１２は、実質的に同一の長さであることが望ましい。更に、本発明によれば、これらの導波路アームの各々は、グループＩＶの半導体材料を備えるコア領域と、該コア領域を取り囲む隣接する領域とを有している。上記の隣接する領域は、Ｓｉ、（ｎ＋、ｐ＋）添加Ｓｉ、（ｎ＋、ｐ＋）添加ポリＳｉ、（ｎ＋、ｐ＋）添加ＳｉＧｅ、空気又はＳｉＯ２を備えることができる。コア領域と隣接する領域との間の屈折率の差は、コア領域内にて誘導された伝搬を可能にするようなものである。
【００８４】
１５３０ないし１６１０ｎｍの範囲（すなわち、電気通信用の典型的な波長帯域）から成る作用波長にて使用するためには、２つのコア領域１５は、特定量のＳｉを備えるＧｅ系材料（すなわち、大部分がＧｅである材料）（以下に、ＳｉＧｅ材料と称する）を備えることが望ましい。
【００８５】
Ｇｅは、約１５５０ｎｍの波長に相応する、０．８ｅＶにて直接的転移部を有することが分かる。このため、Ｇｅは１５５０ｎｍにて極めて吸収性である。しかし、Ｓｉの添加は、Ｇｅ系材料の直接的転移エネルギを上昇させるため、１５５０ｎｍにて低吸収性であるＳｉＧｅ材料を得ることができる。
【００８６】
特に、本発明によれば、Ｓｉ及びＧｅの量は、ＳｉＧｅ材料の直接的転移吸収端縁に相応する光子エネルギと最低の作用波長（例えば、１５３０ｎｍ）に相応する光子エネルギとの間の絶対値で示した差は、十分に小さく、材料は、１５３０ないし１５６０ｎｍの範囲にて、フランツケルディッシュ効果により生じた感得可能な屈折率の変化を有するようなものとする。これと同時に、Ｓｉ及びＧｅの量は、上記の差が極めて大きく、ＳｉＧｅ材料は、１５３０ないし１５６０ｎｍの範囲にて低い吸収係数と、フランツケルディッシュ効果により生じた無視し得る吸収係数の変化とを有するようにすることが好ましい。
【００８７】
例えば、１０％のＳｉ量及び９０％のＧｅ量を備えるＳｉＧｅ材料は、かかる条件を満たす。
図２には、１５３０ないし１５６０ｎｍの波長範囲にてかかるＳｉＧｅ材料に対する屈折率の変化対印加された電界が示されている。屈折率は、印加された電界と共に二次的に（ｑｕａｄｒａｔｉｃａｌｌｙ）変化することが分かる。更に、約８０ＫＶ／ｃｍの印加された電界に対して約０．５×１０−４の屈折率の変化Δｎが得られることが観察される。例えば、このΔｎの値は、約７ｍｍの導波路の長さにてπ／２の位相シフトを得ることを許容する。
【００８８】
図３には、１５３０ないし１５６０ｎｍの波長範囲にて１０％のＳｉ量及び９０％のＧｅ量を備える上記ＳｉＧｅ材料に対する吸収係数対印加された電界が示されている。かかる波長範囲にて、吸収係数は、２ｃｍ−１以下であり、また、印加された電界に対して実質的に一定であることが分かる。
【００８９】
このようにして、２つのアーム９、１２を透過する２つの光ビームは、低減衰率（２ｃｍ−１以下）を受け及び印加された電界に対して実質的に一定である。
このため、第二のアーム１２に印加された電圧よりも高い電圧が第一のアーム９に印加されたとき（又はその逆）、アーム９、１２を透過する２つの光ビームは、実質的に一定の減衰を受けることが望ましい。
【００９０】
図４ａには、本発明の第一の実施の形態に従いそれぞれの電極構造体と関係付けられた導波路アーム９、１２の１つが示されている。この実施の形態によれば、導波路アームの各々は、固有のケイ素（ｉ−Ｓｉ）基板３０上にて成長させ且つ、ポリＳｉの上方クラッディング３１により被覆されたＳｉＧｅリッジ付き領域３２（コア領域）を備えている。ＳｉＧｅリッジ付き領域３２の側部にて添加（ｎ＋又はｐ＋）ポリＳｉ及びＳｉＧｅ領域３３は、図４ａにて示すように、ＰＩＮ構造体のＮ＋及びＰ＋抵抗接点を形成する。金属接点３４（例えば、Ａｕ金属接点）は、更に堆積させ、Ｎ＋及びＰ＋抵抗接点と直接、接触する。金属接点３４（及び添加領域３３）は、光変調器１の第一の電極構造体２０及び第四の電極構造体２３（存在するならば）、又は第二の電極構造体２１及び第三の電極構造体２２を形成する。
【００９１】
図４ｂには、本発明の第二の実施の形態による、それぞれの電極構造体と関係付けられた導波路アーム９、１２の１つが示されている。この実施の形態によれば、導波路アームの各々は、Ｐ＋又はＮ＋抵抗接点を形成し得るように添加され（ｐ＋又はｎ＋）Ｓｉ基板３５上に成長させたＳｉＧｅリッジ付き領域３２（コア領域）を備えている。ＳｉＧｅリッジ付き領域３２は、更なるＮ＋又はＰ＋抵抗接点を形成し得るように添加された（ｎ＋又はｐ＋）ポリＳｉ領域３６により更に被覆されている。導波路アームの各々は、上方クラッディング領域３７（空気、ＳｉＯ２又はポリＳｉを備えることができる）と、側部金属接点３４と、Ｎ＋又はＰ＋抵抗接点３５、３６と直接接触する中央の金属接点３４（例えば、Ａｕ金属接点）とを備えている。金属接点３４（及び添加した領域３５、３６）は、光変調器１の第一の電極構造体２０と、第四の電極構造体２３（存在するならば）と、又は第二の電極構造体２１と、第三の電極構造体２２とを形成する。
【００９２】
図４ｂにおいて、側部金属接点３４とＳｉＧｅリッジ付き領域３２の中央との間の距離は、金属接点３４の存在に起因する光学パワーの損失を回避するため５μｍ以上であることが好ましい。
【００９３】
図４ａ及び図４ｂの双方の実施の形態において、ＳｉＧｅリッジ付き領域３２のサイズは、作用波長にてシングルモードの伝搬を可能にするようなものであることが好ましい。ソーレフ（Ｓｏｒｅｆ）その他の者によって述べられたように（１９９１年、量子エレクトロニクスジャーナル（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、２７巻８号、１９７１頁）、次の関係が満たされるとき、シングルモードの伝搬が得られる。
［数１］
ここで、リッジ付き領域３２の中央部分の幅は、２ａλとして表示され、リッジ付き領域３２の中央部分の高さは、２ｂλとして表示され、リッジ付き領域３２の側部分の高さは２ｂｒλとして表示され、λは、自由空間の光波長であり、ｒは、中央部分と比較した側部分の高さの一部分である。
【００９４】
更に、ａ、及びｂの値及び金属接点３４の位置は、ＳｉＧｅリッジ付き領域３２に印加された電界は、金属接点３４間にて印加された電圧の各々に対して５ＫＶ／ｃｍ以上であり（パワーの消費を制限し得るよう）、また、これと同時に、光の減衰損失が制限されるようなものであることが好ましい。
【００９５】
事実上、印加された電圧が等しいならば、有効電界（このため、フランツケルディッシュ効果）は、ｐ＋添加領域とｎ＋添加領域との間の距離が短くなるとき、増大する。しかし、かかる距離が余りに短いとき、光学界はｐ＋及びｎ＋の高添加領域内に顕著に侵入し、これにより光の減衰損失を増大させることになる。
【００９６】
２つの矛盾する条件の間の良い妥協は、ｐ＋添加領域とｎ＋添加領域との間の距離は、２μｍ以下であり、ドーパントの濃度は１０１７ないし１０１９ｃｍ−３とすることである。
【００９７】
図５には、図４ａに示すように、ｘ＝０．５５μｍにて測定したとき、図４ａのアームの水平方向部分に対する電界対ｙ方向が示されている。図６には、図４ｂに示すように、ｙ＝０にて測定したとき、図４ｂの構造体の垂直部分に対する電界が示されている。
【００９８】
光変調器１の駆動回路は、電圧を金属接点３４に供給する。特に、図４ａの実施の形態において、電圧は、接点の一方に供給し、また、他方は接地することができる。図４ｂの実施の形態において、電圧は、中央接点に供給する一方、側部接点は接地することができる。
【００９９】
本発明によれば、駆動回路は、第一のバイアス電圧に重ね合わせた第一の変調電圧を第一の電極構造体２０に供給し、また、第二のバイアス電圧に重ね合わせた第二の変調電圧を第二の電極構造体２１に供給し、フランツケルディッシュ効果を通じて導波路アーム９、１２のコア領域３２の材料内に屈折率の変化を生じさせ得るようにされている。
【０１００】
典型的に、第一の変調電圧及び第二の変調電圧は、入力光ビームに伝送すべき同一の二進情報を運ぶＲＦ電気信号であり、正のピーク電圧（「１」ビットに相応する）及び負のピーク電圧（「０」ビットに相応する）の間にて交番的である。
【０１０１】
金属接点３４からのＲＦ電気信号の後方反射を回避するため、ＲＦ電気信号が供給される金属接点と接地した金属接点との間に適当なインピーダンス（例えば、適当な抵抗器）が設けられる。
【０１０２】
更に、駆動回路は、ＣＷ電圧を第三の電極構造体２２（また、選択的に、第四の電極構造体２３）に供給し得るようにされている。
第三の電極構造体２２（また、選択的に、第四の電極２３）に供給されたＣＷ電圧は、２つの導波路アーム９の光路間にて所定の初期の位相シフトが得られるように選ばれる。
【０１０３】
典型的に、第一及び第二の変調電圧は、同一波形（これらが同一の二進デジタル情報を運ぶ点にて）を有する電気信号である。しかし、これらの電圧は、異なるピーク対ピーク振幅を有するようにしてもよい。
【０１０４】
更に、第一の変調電圧及び第二の変調電圧は、逆符号にて第一及び第二の電極構造体２０、２１に供給されることが望ましい。すなわち、負のピーク電圧が他の電極構造体に供給されるとき、正のピーク電圧が電極構造体に供給され、また、その逆であるようにこれらの電圧は供給されることが望ましい。
【０１０５】
図２に示すように、ＳｉＧｅ材料の屈折率は、印加された電界と共に二次的に変化することが分かる。
このため、正のピーク電圧と負のピーク電圧との間にて約零で逆符号にて振動する（電極構造体に供給されるバイアス電圧が無い状態）変調電圧を有する形態は、本発明の光変調器にて２つの導波路アーム内にて全体として同一屈折率の変化＋Δｎを生じさせ、このため、２つの導波路アームの間にて相対的な位相シフトは全く生じない。
【０１０６】
従って、プッシュプル状態に達するためには、本発明の装置にて変調電圧の各々は、それぞれのバイアス電圧に重ね合わされ且つ、逆符号にてそれぞれの電極構造体に供給され、このため、フランツケルディッシュ効果を通じて２つのアーム内に異なる符号の全体的な屈折率の変化を発生させることができ、また、それらの間の相対的な位相シフトを得ることができる。
【０１０７】
図１９には、電気駆動体８１と、第一及び第二のバイアスティー装置８２、８３と、第一、第二及び第三の電気路８４、８５、８６とを備える駆動回路８０の１つの実施の形態が示されている。
【０１０８】
典型的に、ドライバ８１は、差動ドライバ、二重均衡ドライバ又は二重出力ドライバとして知られた従来型式のものである。ドライバ８１は、光変調器を通じて光ビームに伝送すべきデジタル情報を運ぶＲＦ電気信号を受け取り、その信号を増幅し、また、同一波形の逆符号を有し、また、異なる又は同一のピーク対ピーク振幅（必要とされる電圧の形態に関して、以下に詳細に開示されたところに依存して）を有する第一及び第二の変調電圧を出力し得るようにされている。
【０１０９】
第一及び第二のバイアスティー装置８２、８３は、ドライバ８１から第一及び第二の変調電圧と第一及び第二のバイアス電圧とをそれぞれ受け取り且つそれらの電圧を出力にて組み合わせ得るようにされた従来の装置である。第一及び第二のバイアスティー装置８２、８３は、それぞれ第一及び第二の電極構造体（図１９に図示せず）に連結され、それぞれのバイアス電圧に重ね合わせたそれぞれの変調電圧をこれらの電極構造体に供給する。
【０１１０】
電路８４、８５は、ドライバの出力をそれぞれのバイアスティー装置８２、８３と接続し、バイアスティー装置の出力を第一及び第二の電極構造体と接続する。望ましくは、電路８４、８５は、第一及び第二の電極構造体における第一及び第二の変調電圧は同一位相であるようなものである。
【０１１１】
第三の電路８６は、ＣＷ電圧を第三の電極構造体２２に供給する。必要なとき、第四の光路（図示せず）がＣＷ電圧を第四の電極構造体２３に供給する。
１つの変形例によれば、単一のドライバに代えて、駆動回路は、２つのドライバ（図示せず）を備えることができる。この場合、２つのドライバは、光変調器を通じて光ビームに伝送すべきデジタル情報を運ぶそれぞれの入力電気信号を受け取り、且つそれを増幅し得るようにされている。ドライバへの入力の電気信号は、既に、同一波形、逆符号及び異なる又は等しいピーク対ピーク振幅を有している（以下に詳細に説明するように、必要とされる電圧の形態に依存して）。
【０１１２】
光ビームに伝送すべき二進情報に依存して、光変調器１は、「１」論理状態と「零」論理状態との間にて交番的である。
第三の電極構造体２２（及び、選択的に、第四の電極構造体２３）に供給されたＣＷ電圧、第一及び第二のバイアス電圧及び第一及び第二の変調電圧のピーク対ピーク振幅は、２つの導波路アーム９、１２の光路の間に、光変調器１が「０」論理状態にあるときπ（又はその奇数の倍数）の相対的シフト、及び光変調器１が「１」論理状態にあるとき、零（又はπの偶数の倍数）の相対的シフトを導入し得るように選ばれる。これと同時に、これらは、出力光変調した光ビームに対する所望のチャープ値に依存して選ばれる。
【０１１３】
図８、図１０及び図１２には、本発明の光変調器１に対する３つの可能な電圧形態が示されている。特に、図８ａ、図１０ａ及び図１２ａには、第一の電極構造体２０に供給されたバイアス電圧（Ｖ、任意の単位）に重ね合わせた変調電圧対位相シフト（ラジアンにてΔφ）（破線）及び第二の電極構造体２１に供給されたバイアス電圧（Ｖ、任意の単位）に重ね合わせた変調電圧対位相シフト（ラジアンにてΔφ）（実線）が示されている。更に、図８ｂ、図１０ｂ及び図１２ｂには、第一の電極構造体に供給されたバイアス電圧（任意の単位）に重ね合わせた変調電圧対時間（ｐｓにて）のパターン（破線、ＶＲＦ１）及び第二の電極構造体２１に供給されたバイアス電圧（任意の単位）に重ね合わせた変調電圧対時間（ｐｓにて）のパターン（実線、ＶＲＦ２）が示されている。
【０１１４】
図８、図１０、図１２に示すように、第一及び第二の変調電圧は、同一波形を有するが、逆符号である。
図８及び図１２には、実質的に零のチャープを有する出力変調ビームを得ることができるようにされた２つの異なる形態が示される一方、図１０には、負のチャープを有する出力変調した光ビームを得ることができるようにされた形態が示されている。
【０１１５】
図８の第一の形態において、光変調器１の駆動回路８０は、第二のアーム１２と第一のアームの光路との間にπ／２のΔφｉｎ＝φ２ｉｎ−φ１ｉｎの初期位相シフトを導入し得るようにＣＷ電圧を第三の電極構造体２２に供給する。更に、駆動回路８０は、同一のバイアス電圧に重ね合わせた、同一のピーク対ピーク振幅を有する変調電圧を第一及び第二の電極構造体２０、２１に供給する。より具体的には、バイアス電圧に重ね合わせた変調電圧は、φ０の位相φＲＦが相応する最小値Ｖ０とφ＋π／２の位相φＲＦが相応する最大値Ｖ０＋π／２との間にて、変化する。更に、この電圧は、最小電圧Ｖ０が第一の電極構造体２０に供給される一方、最大電圧Ｖ０＋π／２が第二の電極構造体２１に供給され、また、その逆であるように、供給される。
【０１１６】
このため、最小電圧Ｖ０が第一の電極構造体２０に供給される一方、最大電圧Ｖ０＋π／２が第二の電極構造体２１に供給されるとき、すなわち、２つの光路間の位相シフトがΔφ＝φ２−φ１＝（φ２ｉｎ＋φＲＦ２）−（φＲＦ１）＝（π／２＋φ０＋π／２）−（φ０）＝πのとき、光変調器１のオフ状態すなわち「０」論理状態が得られる。
【０１１７】
これに反して、最小電圧Ｖ０が第二の電極構造体２１に供給される一方、最大電圧Ｖ０＋π／２が第一の電極構造体２０に供給されるとき、すなわち、２つの光路間の位相シフトがΔφ＝φ２−φ１＝（φ２ｉｎ＋φＲＦ２）−（φＲＦ１）＝（π／２＋φ０）−（φ０＋π／２）＝０であるとき、オン状態すなわち「１」論理状態が得られる。
【０１１８】
図９ａには、第一のアーム９を通って進む第一の光ビームが受ける周波数の変化Δν対時間（破線）及び第二のアーム１２を通って進む第二の光ビームが受ける周波数の変化Δν対時間（実線）が示されている。更に、出力変調した光ビーム（任意の単位）対時間の光学パワーの変化（一点鎖線）が示されている。
【０１１９】
光変調器が「オン」状態から「オフ」状態に進むとき、また、その逆のとき、第一のアームを通って進む第一の光ビーム及び第二のアームを通って進む第二の光ビームが受ける全体的な位相シフトΔφは、絶対値にて同一であるが、逆符号であることが分かる。印加された電界に対して屈折率が線形に変化する場合、このことは、零チャープの出力変調した光ビームを生じることになろう（理想的な場合）。しかし、本発明の光変調器において、屈折率の非線形の変化のため、各時点にて光ビームが受ける瞬間的な位相変化Δφ（及び瞬間的な周波数変化Δν）は、相違する。しかし、図９ａから理解し得るように、この形態にて第一及び第二の光ビームが受ける瞬間的な周波数変化は、極めて類似している。
【０１２０】
実際上、図８の電圧形態にて本発明の変調器に対し当該出願人が行った小さい信号の分析の結果、０．０２チャープ（すなわち、実質的に零のチャープ）が得られた。
更に、図９ｂに示すように、当該出願人は、システムシミュレーションを通じて本発明のこの光変調器の性能をポッケルス効果により生じた屈折率の変化が線形であるプッシュプルＬｉＮｂＯ３光変調器のものと比較した。
【０１２１】
特に、図９ｂには、図８の形態（菱形を有する実線）による本発明の変調器により、又は、＋０．１に等しいチャープパラメータを有する（三角形を有する実線）を有する従来のプッシュプルＬｉＮｂＯ３変調器により変調した光ビームの標準型のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）における伝搬の場合に計算したファイバ長さ対損失（ｐｅｎａｌｔｙ）が示されている。２つの変調器の性能は同等である。
【０１２２】
上述したように、図１２には、実質的に零のチャープの出力変調した光ビームを得ることができるようにされた別の可能な形態が示されている。
この形態によれば、光変調器１の駆動回路８０は、第二のアーム１２と第一のアーム９の光路間に初期の零位相シフト（Δφｉｎ＝φ２ｉｎ−φ１ｉｎ＝０）を導入し得るように、零のＣＷ電圧を第三の電極構造体２２に供給する。実際上、これは、変調器のアーム９、１２の長さが等しいならば、第三の電極構造体２２に供給される零のＣＷ電圧に相応するであろう。更に、駆動回路８０は、異なるバイアス電圧（Ｖｂｉａｓ１及びＶｂｉａｓ２）に重ね合わせた異なるピーク対ピーク振幅を有する変調電圧を第一及び第二の電極構造体２０、２１に供給する。より具体的には、第一のバイアス電圧に重ね合わせた第一の変調電圧は、φ０の位相φＲＦ１が相応する最小値Ｖ０とφ０＋π／２の位相φＲＦ１が相応する最大値Ｖ０＋π／２の間にて変化する。これと同時に、第二のバイアス電圧に重ね合わせた第二の変調電圧は、φ０+πの位相φＲＦ２が相応する最小値Ｖ（０＋π）とφ０＋π／２の位相φＲＦ２が相応する最大値Ｖ０＋π／２の間にて変化する。最小電圧が第一の電極構造体２０に供給される一方、最大電圧が第二の電極構造体２１に供給され、また、その逆であるように、変調電圧が供給される。
【０１２３】
このため、最小電圧Ｖ０が第一の電極構造体２０に供給される一方、最大電圧Ｖ０+πが第二の電極構造体２１に供給されるとき、すなわち、２つの光路間の位相シフトがΔφ＝φ２−φ１＝（φ２ＲＦ）−（φ１ＲＦ）＝（φ０＋π）−（φ０）＝πのとき、オフ状態すなわち「零」論理状態が得られる。
【０１２４】
これに反して、最小電圧Ｖ０+π／２が第二の電極構造体に供給される一方、最大電圧Ｖ０＋π／２が第一の電極構造体２０に供給されるとき、すなわち、２つの光路間の位相シフトがΔφ＝φ２−φ１＝（φ２ＲＦ）−（φ１ＲＦ）＝（φ０＋π／２）−（φ０＋π／２）＝０のとき、オン状態すなわち「１」論理状態が得られる。
【０１２５】
図１３ａには、第一のアーム９を通って進む第一の光ビームが受ける周波数変化Δν対時間（破線）及び第二のアーム１２を通って進む第二の光ビームが受ける周波数変化Δν対時間（実線）が示されている。更に、図１３ａには、出力変調した光ビーム（任意の単位）の光学パワーの変化対時間（一点鎖線）が示されている。
【０１２６】
第一及び第二の変調電圧及び第一及び第二のバイアス電圧のピーク対ピーク振幅は、図８の実施の形態と同様に、光変調器が「オン」状態から「オフ」状態に進むとき、また、その逆のとき、第一のアーム９を通って進む第一の光ビーム及び第二のアーム１２を通って進む第二の光ビームが受ける全体的な位相シフトΔφが絶対値にて等しいが、逆符号であるようなものである（図１３ａ参照）。本発明の光変調器において、屈折率の非線形の変化のため、各瞬間にて光ビームが受ける瞬間的な位相シフトΔφ（及び瞬間的な周波数の変化Δν）は、相違する。しかし、図１３ａから理解し得るように、この形態においても第一及び第二の光ビームが受ける瞬間的な周波数変化は、極めて類似している。
【０１２７】
実際上、当該出願人が図１２の電圧形態にて本発明の変調器に対して行った小さい信号の分析の結果、０．０２のチャープ（すなわち、実質的に零チャープ）が得られた。
更に、図１３ｂに示すように、当該出願人は、システムシミュレーションを通じて本発明のこの光変調器の性能をポッケルス効果により生じた屈折率の変化が線形である従来のプッシュ−プルＬｉＮｂＯ３光変調器の性能と比較した。
【０１２８】
特に、図１３ｂには、図１２（菱形を有する実線）の形態に従った本発明の変調器により、また、＋０．１（三角形を有する実線）に等しいチャープパラメータを有する従来のプッシュ−プルＬｉＮｂＯ３変調器により変調された光ビームの標準のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）にて伝搬する場合に計算したファイバ長さ対損失が示されている。
【０１２９】
２つの変調器の性能は同等である。
図１０には、負のチャープの出力変調した光ビームを得ることができるようにされた形態が示されている。
【０１３０】
この形態によれば、光変調器１の駆動回路８０は、第二のアーム１２及び第一のアーム９の光路間に初期の零位相シフト（Δφｉｎ＝φ２ｉｎ−φ１ｉｎ＝０）を生じさせ得るようＣＷ電圧を第三の電極構造体２２に供給する。更に、駆動回路８０は、同一のピーク対ピーク振幅を有し且つ、異なるバイアス電圧（それぞれＶｂｉａｓ１及びＶｂｉａｓ２）に重ね合わせた変調電圧を第一及び第二の電極構造体２０、２１に供給する。より具体的には、第一のバイアス電圧に重ね合わせた変調電圧は、φ０の位相φＲＦ１が相応する最小電圧Ｖ０と［φ０＋（φ０＋π）］／２の位相φＲＦ１が相応する最大電圧（Ｖ０＋Ｖ０＋π）／２の間にて変化する。これと同時に、第二のバイアス電圧に重ね合わせた変調電圧は、φ０＋πの位相φＲＦ２が相応する最大値Ｖ０＋πと［φ０＋（φ０＋π）］／２の位相φＲＦ２が相応する最小値（Ｖ０＋Ｖ０＋π）／２との間にて変化する。変調電圧は、最小電圧が第一の電極構造体２０に供給される一方、最大電圧が第二の電極構造体２１に供給され、また、その逆であるように、供給される。
【０１３１】
このため、最大電圧Ｖ０＋πが第二の電極構造体２１に供給されている間、最小電圧Ｖ０が第一の電極構造体２０に供給されるとき、すなわち、２つの光路間の位相シフトがΔφ＝φ２−φ１＝（φＲＦ２）−（φＲＦ１）＝（φ０＋π）−（φ０）＝πのとき、オフ状態すなわち「０」論理状態が得られる。
【０１３２】
これに反して、最大電圧（Ｖ０＋Ｖ０＋π）／２が第一の電極構造体２０に供給される間、最小電圧（Ｖ０＋Ｖ０＋π）／２が第二の電極構造体２１に供給されるとき、すなわち、２つの光路間の位相シフトがΔφ＝φ２−φ１＝（φＲＦ２）−（φＲＦ１）＝０のとき、オン状態すなわち「１」論理状態が得られる。
【０１３３】
図８及び図１２の形態と異なり、第一及び第二の変調電圧及び第一及び第二のバイアス電圧のピーク対ピーク振幅は、第一のアーム９を通って進む第一の光ビーム及び第二のアーム１２を通って進む第二の光ビームが受ける全体的な位相シフトΔφ（及び全体的なΔν変化）は、光変調器が「オン」状態から「オフ」状態へ、及びその逆に進むとき、絶対値及び符号の点にて相違する（第一及び第二の光ビームが受ける異なる瞬間的な周波数変化を示す図１１ａも参照）。
【０１３４】
このため、チャープした出力変調光ビームが得られる。より具体的には、開示された形態の場合、小さい信号の分析を通じて計算したチャープは負の約−０．３に等しかった。
図１１ｂには、図１０の形態に従った本発明の変調器（菱形を有する実線）及び同一のチャープパラメータを有する従来のプッシュ−プルＬｉＮｂＯ３変調器（三角形を有する実線）により変調された光ビームの標準のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）内を伝搬する場合、システムシミュレーションを通じて計算した、ファイバ長さ対損失が示されている。
【０１３５】
２つの光変調器の性能は同等である。
本発明の光変調器１によれば、光変調器、第一及び第二の電極構造体２０、２１に印加されたバイアス電圧及び変調電圧を適宜に選ぶことにより、所定の所望のチャープ値を得ることができる。
【０１３６】
例えば、２つのアーム９、１２の光路間の初期の相対的位相シフトπを導入し得るよう初期状態を変化させることにより、図１０と同一の形態にて＋０．３の正のチャープを得ることができる。
【０１３７】
変調器に特徴を持たせるため、所定のチャープ値を得ることを許容する色々なＣＷ、バイアス電圧値及び変調電圧値を含むテーブルを形成することができる。
作用波長のときフランツケルディッシュ効果により生じた屈折率が非線形であり且つ感得可能であり、吸収係数は小さく、フランツケルディッシュ効果により生じた吸収係数の変化が印加された電界に対して無視できる程度である、本発明による光変調器において、同一長さの導波路アーム、同一長さの電極及び対称型光学スプリッタ及びコンバイナを有するマッハツェンダ構造体により所望のチャープ値を得ることができることが分かった。
【０１３８】
本発明の光変調器１は、システムを通して伝送すべきデジタル情報に従って入力光ビームの強度を変調させる光通信システムにて使用することができる。
図１４には、送信機装置４０を備える光通信ステーション５０の第一の実施の形態が示されている。
【０１３９】
図１５ａには、所定の波長の光ビームを提供する光源４１と、光ビームの強度を変調させる本発明による光変調器１とを備える送信機装置４０の第一の実施の形態が示されている。
【０１４０】
望ましくは、光源４１は、従来の半導体レーザであるものとする。
図１５ｂには、基準波長の入力変調した光ビームを相応する変調電気信号に変換し得るようにされた電気光学変換器４２を更に備える点にて図１５ａに示した実施の形態と相違する光送信機装置４０の別の実施の形態が示されている。電子光学変換器４２は、上記の相応する変調電気信号を光変調器１の駆動回路に供給し得るように光変調器１に連結されている。このようにして、駆動回路は、電子光学変換器４２により受け取った変調電気信号に従って光変調器１の第一及び第二の電極構造体を駆動する。この実施の形態は、一般的な波長を有する変調した光ビームを所定の所望の波長を有する変調した光ビームに変換することを許容する。
【０１４１】
電子光学変換器４２は、典型的に、グループＩＶの半導体材料にて実現することのできる従来のフォトダイオードを備えている。
例えば、電子光学変換器４２は、国際出願公開明細書０４／００１８５７号に開示されたような光検出器を備えている。
【０１４２】
電子光学変換器４２及び光変調器１は、同一のケイ素基板上に集積化することが望ましい。
図１６には、互いに異なる所定の波長にて対応する複数の変調した光ビームを提供する複数の光送信機装置４０（図１５ａ又は図１５ｂの実施の形態による）と、複数の変調した光ビームを多重化する従来の波長多重化装置５１とを備えている、ＷＤＭ伝送に適合する伝送ステーション５０の第二の実施の形態が示されている。
【０１４３】
図１７には、伝送ステーション５０と、第一の光ファイバスパン５４及び第二の光ファイバスパン５６を有する光ファイバ線と、第一及び第二の光ファイバスパン５４、５６の間にある光増幅器５５と、受信ステーション５８とを備える光通信システム５０が示されている。
【０１４４】
望ましくは、光増幅器５５は、従来のエルビウム添加光ファイバ増幅器を備えるものとする。
受信ステーション５８は、従来型式のものである。該受信ステーションは、第二の光ファイバスパン５６から光ビームを受け取り、該光ビームを相応する電気信号に変換し且つ、その信号を適当な処理装置（図示せず）に供給する従来のフォトダイオードを典型的に備えている。
【０１４５】
ＷＤＭ伝送の場合、受信ステーション５８は、典型的に、従来のデマルチプレクサと、複数の従来のフォトダイオードとを備えている。
更に、ＷＤＭ伝送の場合、通信システム６０内に含まれた光ラインは、アドドロップ装置を備えることができる。
【０１４６】
図１８には、本発明の１つの実施の形態によるアドドロップ装置７０が示されている。
装置７０は、第一の入力部７５と、第一の出力部７６と、第二の入力部７８と、第二の出力部７７と、本発明による光変調器１と、電子光学変換器７１と、ドロップフィルタリング要素７２と、アドフィルタリング要素７３と、接続導波路７４とを備えている。
【０１４７】
図示した実施の形態において、装置７０は、入力部７５からＷＤＭ信号を受け取る。ドロップフィルタリング要素７２は、所定の波長の光ビームをＷＤＭ信号からドロップさせ、そのドロップした光ビームを電子光学変換器７１に供給し、ＷＤＭ信号の残りをアドフィルタリング要素７３に供給する。電子光学変換器７１は、ドロップした光ビームを相応する電気信号に変換し且つ、その電気信号を第二の出力部７７に供給する。光変調器１は、所定の波長のＣＷビームを第二の入力部７８から受け取り、その強度を適当に変調し、その光ビームをアドフィルタリング要素７３に供給する。該アドフィルタリング要素は、変調した光ビームをＷＤＭ信号にアドし、このように変調されたＷＤＭ信号を第二の出力部７６に供給する。
【０１４８】
アド及びドロップフィルタリング要素７２、７３は、従来のフィルタリング装置である。
アド／ドロップ機能は、図１８にて別個の要素７２、７３により行われるものとして示したが、単一の要素（例えば、干渉フィルタ）が双方の機能を果たすようにすることが可能であることを理解すべきである。
【０１４９】
電子光学変換器７１は、典型的に、グループＩＶの半導体材料又はグループＩＶの半導体材料の組み合わせにて製造された従来のフォトダイオードを備えている。
例えば、電子光学変換器７１は、国際出願公開明細書０４／００１８５７号に開示されたような光検出器を備えている。
【０１５０】
望ましくは、ドロップフィルタリング要素７２、アドフィルタリング要素７３及び接続導波路７４は、グループＩＶの半導体材料、グループＩＶの半導体材料、ＳｉＯ２、添加ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮの組み合わせ又はこれらの組み合わせにて製造されるものとする。
【０１５１】
好ましくは、光変調器１、電子光学変換器７１、ドロップフィルタリング要素７２、アドフィルタリング要素７３及び接続導波路７４は、装置の製造工程の間、同一のケイ素基板上にて成長させる。上述したように、このことは、装置の色々な構成要素の組み立て工程の間、さもなければ必要とされる整合及び接着ステップを不要にし、これにより装置のコスト及びサイズを減少させることになる。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】本発明による光変調器の導波路におけるマッハツェンダ構造体の第一（図１ａ）及び第二（図１ｂ）の実施の形態を示す概略図である。
【図２】１５３０ないし１５６０ｎｍの波長範囲にて１０％のＳｉ量と、９０％のＧｅ量とを備えるＳｉＧｅ材料に対する屈折率の変化対印加された電界を示す図である。
【図３】１５３０ないし１５６０ｎｍの波長範囲にて１０％のＳｉ量と、９０％のＧｅ量とを備えるＳｉＧｅ材料に対する吸収係数対印加された電界を示す図である。
【図４】第一の実施の形態（図４ａ）及び第二の実施の形態（図４ｂ）による本発明による光変調器の導波路アームの構造体を示す図である。
【図５】Ｘ＝０．５５μｍにて測定した、図４ａの導波路アームの水平部分における電界対ｙ方向を示す図である。
【図６】ｙ＝０とした、図４ｂの構造体の垂直部分における電界を示す図である。
【図７】本発明による光変調器の１つの実施の形態を示す概略図である。
【図８】本発明による光変調器の第一の電極構造体に供給されたバイアス電圧（任意の単位にてＶ）に重ね合わせた変調電圧対位相シフト（ラジアンにてΔφ）（破線）及び第二の電極構造体に供給されたバイアス電圧（任意の単位にてＶ）に重ね合わせた変調電圧対位相シフト（ラジアンにてΔφ）（実線）（図８ａ）を示し、また、第一の電圧の形態に従って、第一の電極構造体に供給された時間（ｐｓ単位）対バイアス電圧（任意の単位）に重ね合わせた変調電圧のパターン（ＶＲＦ１、破線）及び第二の電極構造体に供給された時間（ｐｓ単位）対バイアス電圧（任意の単位）に重ね合わせた変調電圧のパターン（ＶＲＦ２、実線；図８ｂ）を示す図である。
【図９】９ａは、第一のアームを通って進む第一の光ビームにより電圧形態にて本発明の光変調器における経過時間（ｐｓ）対周波数の変化Δν（ＧＨｚ）（破線）と、第二のアームを通って進む第二の光ビームとにより電圧形態にて本発明の光変調器における経過時間（ｐｓ）対周波数の変化Δν（ＧＨｚ）（実線）を示し、また、出力変調した光ビーム対時間の光学パワー（任意の単位）（ｐｓ；一点鎖線）を示す図である。９ｂは、図８の電圧形態を有する本発明の変調器（菱形を有する実線）により、又は＋０．１に等しいチャープパラメータを有する従来のプッシュプルＬｉＮｂＯ３変調器（三角形を有する実線）によって変調された光ビームに対する標準シングルモードファイバ（ＳＭＦ）における伝搬の場合に計算されたファイバ長さ対損失の値を示す図である。
【図１０】本発明による光変調器の第一の電極構造体に重ね合わせた変調電圧対位相シフト（ラジアンにてΔφ）（破線）及び第二の電極構造体に供給されたバイアス電圧（任意の単位のＶ）に重ね合わせた変調電圧対位相シフト（ラジアンにてΔφ）（実線）（図１０ａ）を示し、また、第二の電圧形態に従い、第一の電極構造体に供給されたバイアス電圧（任意の単位）に重ね合わせた変調電圧のパターン対時間（ｐｓ単位）（破線ＶＲＦ１）及び第二の電極構造体に供給されたバイアス電圧（任意の単位）に重ね合わせた変調電圧のパターン対時間（ｐｓ単位）（実線ＶＲＦ２；図１０ｂ）を示す図である。
【図１１】１１ａは、第一のアームを通って進む第一の光ビームにより図１０の電圧形態を有する本発明の光変調器における周波数の変化Δν（ＧＨｚ）対経過時間（ｐｓ）（破線）及び第二のアームを通って進む第二の光ビームにより図１０の電圧形態を有する本発明の光変調器における周波数の変化Δν（ＧＨｚ）対経過時間（ｐｓ）（実線）を示し、また、出力変調した光ビームの光学パワー（任意の単位）対時間（ｐｓ；一点鎖線）を示す図である。１１ｂは、図１０の電圧形態有する本発明の変調器（菱形を有する実線）を又は−０．３に等しいチャープパラメータを有する従来のプッシュプルＬｉＮｂＯ３変調器（三角形を有する実線）により変調された光ビームに対する標準のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）における伝搬の場合の計算された損失対ファイバの長さを示す図である。
【図１２】本発明による光変調器の第一の電極構造体に重ね合わせた変調電圧対位相シフト（ラジアンにてΔφ）（破線）及び第二の電極構造体に供給されたバイアス電圧（任意の単位のＶ）に重ね合わせた変調電圧対位相シフト（ラジアンにてΔφ）（実線）（図１２ａ）を示し、また、第三の電圧形態に従い、第一の電極構造体に供給されたバイアス電圧（任意の単位）に重ね合わせた変調電圧のパターン対時間（ｐｓ単位）（破線ＶＲＦ１）及び第二の電極構造体に供給されたバイアス電圧（任意の単位）に重ね合わせた変調電圧のパターン対時間（ｐｓ単位）（実線ＶＲＦ２；図１２ｂ）を示す図である。
【図１３】１３ａは、第一のアームを通って進む第一の光ビームにより図１２の電圧形態を有する本発明の光変調器における周波数の変化Δν（ＧＨｚ）対経過時間（ｐｓ）（破線）及び第二のアームを通って進む第二の光ビームにより図１２の電圧形態を有する本発明の光変調器における周波数の変化Δν（ＧＨｚ）対経過時間（ｐｓ）（実線）を示し、また、出力変調した光ビームの光学パワー（任意の単位）対時間（ｐｓ；一点鎖線）を示す図である。１３ｂは、図１２の電圧形態を有する本発明の変調器（菱形を有する実線）又は＋０．１に等しいチャープパラメータを有する従来のプッシュプルＬｉＮｂＯ３変調器（三角形を有する実線）により変調された光ビームに対する標準のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）における伝搬の場合の計算された損失対ファイバの長さを示す図である。
【図１４】本発明による光伝送ステーションの第一の実施の形態を示す図である。
【図１５】本発明による送信機装置の第一の実施の形態（図１５ａ）及び第二の実施の形態（図１５ｂ）を示す図である。
【図１６】本発明による伝送ステーションの第二の実施の形態を示す図である。
【図１７】本発明による光通信システムの図である。
【図１８】本発明による装置の１つの実施の形態を示す図である。
【図１９】本発明による光変調器の駆動回路の１つの実施の形態を示す図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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