(57)【要約】      （修正有）【課題】光強度変調器を駆動するドライバ回路に対して、複雑な駆動を要求せず、従来の簡素な２値のみの電気信号の組み合わせにより、ＰＡＭ（パルス振幅変調）信号を生成できる多値光強度変調器を提供する。【解決手段】２つのアーム導波路の少なくとも一方に電界吸収型光強度変調器を有するマッハツェンダー変調器を、複数、直列接続した多値光強度変調器であって、複数のマッハツェンダー変調器のそれぞれの分岐器および合波器における分岐比および合波比を、互いに異なる分岐比および合波比に設定して、電界吸収型光強度変調器においてオン・オフ制御することにより、出力される光の光強度を多値の離散的な値に制御する。【選択図】図１
2015114373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された光を所定の分岐比で２つに分岐する分岐器と、前記分岐器で分岐した２つの光をそれぞれ導波すると共に位相差を与える２つのアーム導波路と、前記位相差を有する２つの光を干渉させて所定の結合比で出力する合波器とを有し、前記２つのアーム導波路の少なくとも一方に、印加する電界に対して入射した光の光強度をオン・オフすることにより光強度を変調する電界吸収型光強度変調器を有する、複数のマッハツェンダー変調器を直列接続した多値光強度変調器であって、
前記複数のマッハツェンダー変調器のそれぞれの分岐器および合波器における分岐比および合波比を、前記複数のマッハツェンダー変調器で互いに異なる分岐比および合波比に設定して、前記電界吸収型光強度変調器においてオン・オフ制御することにより、出力される光の光強度を多値の離散的な値に制御することを特徴とする多値光強度変調器。
【請求項２】
前記多値光強度変調器は、Ｎ−１個の前記マッハツェンダー変調器が直列接続されて構成され、前記出力される光の光強度をＮ個の離散的な値に制御することを特徴とする請求項１に記載の多値光強度変調器。  
【請求項３】
前記多値光強度変調器は、Ｎ−２個の前記マッハツェンダー変調器と１個の光強度変調器とが直列接続されて構成され、前記出力される光の光強度をＮ個の離散的な値に制御することを特徴とする請求項１に記載の多値光強度変調器。  
【請求項４】
前記マッハツェンダー変調器の分岐器の分岐比を決定する結合係数をＫｘとし、当該マッハツェンダー変調器の合波器の合波比を決定する結合係数をＫｘ’とした場合に、Ｋｘ＝１−Ｋｘ’の関係が成立することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の多値光強度変調器。
【請求項５】
前記分岐器の結合係数Ｋｘが、
【数１】
2015114373.tif 000011
ｉ＝０、１、２・・・Ｎ−２
と設定されていることを特徴とする請求項４に記載の多値光変調器。
【請求項６】
前記分岐器および前記合波器の少なくとも一方は電極を有し、該電極に印加する電圧により前記結合係数を調整することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多値光変調器。
【請求項７】
前記請求項１から６のいずれかに記載の多値光強度変調器と、該多値光強度変調器に入力される光の光源である光源素子とを同一基板上に集積したことを特徴とする光源集積型多値光強度変調器。
【請求項８】
前記光源素子は、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源素子であり、前記多値光強度変調器は、前記光源素子に対応して複数集積されていることを特徴とする請求項７に記載の光源集積型多値光強度変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光デバイスに関し、より詳しくは光の強度を複数の水準に変調する多値光強度変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の光通信の伝送速度の更なる高速化の要求に対して、従来の光強度の０、１による２値のみの光強度変調だけでなく光の強度を０、１／３、２／３、１というように、複数の水準で変調する、いわゆるパルス振幅変調（ＰＡＭ）の検討が進められている。
【０００３】
例えばＰＡＭ−４と言われる変調方式では、一つの光パルスの強度を０、１／３、２／３、１といった様に異なる４つの水準で変調して、これに対して００、０１、１０、１１のビット列を対応させる。すなわち、１つの光パルスで２ビットの光信号を送ることができる。このように多値光強度変調では、光パルスの多値化ができるので光パルス生成の速度を上げることなく、伝送速度を数倍（ＰＡＭ−４では２倍）に高速化することが可能である。
【０００４】
従来の多値光強度変調としては、離散的な電気信号強度を供給できるドライバ回路を用いて、光出力の強度を離散的となる様に光強度変調器を制御する手法が一般的に知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｋｒｚｙｓｚｔｏｆ  Ｓｚｃｚｅｒｂａ，  Ｐｅｔｔｅｒ  Ｗｅｓｔｂｅｒｇｈ，  Ｊｏｈｎｎｙ  Ｋａｒｏｕｔ，  Ｊｏｈａｎ  Ｇｕｓｔａｖｓｓｏｎ，  Ａ°ｓａ  Ｈａｇｌｕｎｄ，  Ｍａｇｎｕｓ  Ｋａｒｌｓｓｏｎ，  Ｐｅｔｅｒ，  “３０  Ｇｂｐｓ  ４−ＰＡＭ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｖｅｒ  ２００  ｍ  ｏｆ  ＭＭＦ  ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ８５０  ｎｍ  ＶＣＳＥＬ”，    Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，  Ｖｏｌ．  １９，  Ｉｓｓｕｅ  ２６，  ｐｐ．  Ｂ２０３−Ｂ２０８  （２０１１）
【非特許文献２】Ｔ．  Ｆｕｊｉｓａｗａ，  Ｔ．  Ｙａｍａｎａｋａ，  Ｔ．  Ｔａｄｏｋｏｒｏ，  Ｎ．  Ｆｕｊｉｗａｒａ，  Ｍ．  Ａｒａｉ，  Ｗ．  Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，  Ｙ．  Ｋａｗａｇｕｃｈｉ，  Ｋ．  Ｔｓｕｚｕｋｉ，  ａｎｄ  Ｆ．  Ｋａｎｏ，  “Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｃｉｄｅｎｔ−Ｐｏｗｅｒ−Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ  ｏｆ  ａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｌａｓｅｒ”，  ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  ｖｏｌ．  ４７，  ｐｐ．６０−６５，  Ｊａｎ．  ２０１１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来手法では、従来の光強度変調器をそのまま用いることができるという利点がある一方で、離散的な電気信号を与えるドライバ回路に複雑な動作が求められることになる。また、用いる光強度変調器も原理は従来のものでよいものの、電気信号に対する応答について、高い直線性が求められる。すなわち、光強度変調器の直線性が低いと、変調電気信号の信号強度の間隔の微調整が必要となり、ドライバ回路がより複雑になるといった問題がある。
【０００７】
例えば非特許文献１では直接変調した面発光レーザを変調器として、パルスパターンジェネレータからの信号を重ね合わせて電圧のＰＡＭ信号を用いて、光ＰＡＭ変調を実現している。
【０００８】
本発明は上記従来の問題に鑑みなされたものであって、本発明の課題は、光強度変調器を駆動するドライバ回路に対して、複雑な駆動を要求せず、従来の簡素な２値のみの電気信号の組み合わせにより、ＰＡＭ信号を生成できる多値光強度変調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、一実施形態に記載された発明は、入力された光を所定の分岐比で２つに分岐する分岐器と、前記分岐器で分岐した２つの光をそれぞれ導波すると共に位相差を与える２つのアーム導波路と、前記位相差を有する２つの光を干渉させて所定の結合比で出力する合波器とを有し、前記２つのアーム導波路の少なくとも一方に、印加する電界に対して入射した光の光強度をオン・オフすることにより光強度を変調する電界吸収型光強度変調器を有する、複数のマッハツェンダー変調器を直列接続した多値光強度変調器であって、前記複数のマッハツェンダー変調器のそれぞれの分岐器および合波器における分岐比および合波比を、前記複数のマッハツェンダー変調器で互いに異なる分岐比および合波比に設定して、前記電界吸収型光強度変調器においてオン・オフ制御することにより、出力される光の光強度を多値の離散的な値に制御することを特徴とする多値光強度変調器である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態の多値光強度変調器の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態のマッハツェンダー干渉計を構成する導波路の断面構造を示す図である。
【図３】第１の実施形態の多値光強度変調器を構成するマッハツェンダー干渉計の模式図である。
【図４】第１の実施形態のマッハツェンダー干渉計の透過率の数値計算例である。
【図５】第２の実施形態の多値光強度変調器においてカプラに電極を設けた構造の模式図である。
【図６】多値光強度変調器と光源またはこれらを複数、同一基板上に集積した集積型の多値光強度変調器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１２】
本発明の多値光強度変調器は、入力された光を所定の分岐比で２つに分岐する分岐器と、分岐器で分岐した２つの光をそれぞれ導波すると共に位相差を与える２つのアーム導波路と、位相差を有する２つの光を干渉させて所定の合波比で出力する合波器とを有し、２つのアーム導波路の少なくとも一方に、印加する電界に対して入射した光の光強度をオン・オフすることにより光強度を変調する電界吸収型光強度変調器を有する、複数のマッハツェンダー変調器を直列接続した多値光強度変調器であって、複数のマッハツェンダー変調器のそれぞれの分岐器および合波器における分岐比および合波比を、複数のマッハツェンダー変調器で互いに異なる分岐比および合波比に設定して、電界吸収型光強度変調器においてオン・オフ制御することにより、出力される光の光強度を多値の離散的な値に制御する構成を備えている。
【００１３】
多値光強度変調器は、出力される光の光強度をＮ個の離散的な値に制御する場合は、Ｎ−１個のマッハツェンダー変調器を直列接続して構成することができる。または、Ｎ−２個のマッハツェンダー変調器と１個の光強度変調器とを直列接続して構成することができる。  
【００１４】
すなわち、ｘを１以上の整数として表記するとして、入力導波路Ｉｘと、入力導波路Ｉｘからの光強度をある割合で分岐する分波器Ｃｘ−１と、分波器Ｃｘ−１からの二つの光を個別に導波させるアーム導波路Ａｘ−１とＡｘ−２と、アーム導波路Ａｘ−１とＡｘ−２からの光を、ある割合で合波する合波器Ｃｘ−２と、合波器Ｃｘ−２からの光を出力する出力導波路Ｏｘと、アーム導波路Ａｘ−１かＡｘ−２の一方の途中に接続された、外部から電気信号を印加できる電極を持ち、伝搬する光を外部からの電気信号に従って透過・吸収を制御できる光強度変調器Ｍｘと、もう一方のアーム導波路の途中に接続された、光の位相を調整できる位相調整器Ｐｘによって構成されている、マッハツェンダー干渉計（マッハツェンダー変調器）回路ＭＺｘを、ＭＺ１、ＭＺ２、ＭＺ３というように直列接続した構成を備えている。位相変調器Ｐｘは、導波路を加熱したり、電圧を印加したり、電流を供給したりすることによって導波路の屈折率を変化させることによって光の位相を変化させる。
【００１５】
具体的には出力導波路Ｏ１と入力導波路Ｉ２とを接続、出力導波路Ｏ２と入力導波路Ｉ３とを接続した構成を有する直列接続されたマッハツェンダー干渉計型の光回路の形態において、該複数のマッハツェンダー干渉計の光回路がもつ分波器の分波する割合が、それぞれ異なるとともに、該複数のマッハツェンダー干渉計の光回路がもつ合波器の合波する割合がそれぞれ異なる。また、多値光強度変調器に関して、直列接続したマッハツェンダー干渉計の光回路のうち、ある任意の１つだけが、（マッハツェンダー干渉型の光回路ではなく）光強度変調器である多値光強度変調器とすることもできる。
【００１６】
また、上記の直列接続されたマッハツェンダー干渉計の多値光強度変調器に関して、各マッハツェンダー干渉計ＭＺｘを構成する分波器Ｃｘ−１が光強度変調器Ｍｘへ光を結合する光強度の割合をＫｘとし、合波器Ｃｘ−２を出力導波路Ｏｘからの分波器と見て、すなわち合波器Ｃｘ−２が出力導波路Ｏｘから光をＭｘへ結合させる割合をＫｘ’とした時にＫｘ＝１−Ｋｘ’の関係が成り立っている。また、マッハツェンダー干渉計の数をＮとした際に、各マッハツェンダー干渉計ＭＺｘの合分波器の結合係数Ｋｘが、と設定されている。
【００１７】
【数１】
2015114373.tif 000003
【００１８】
上式において、ｉ＝０，１，２，…Ｎ−２である。ｉ＝０の時は入力導波路Ｉｘへ入力された光の全てが光強度変調器Ｍｘに結合され、光強度変調器Ｍｘからの光の全てが出力導波路Ｏｘへ出力されることから、この時は実質的にＭＺｘはマッハツェンダー干渉計でなく、光強度変調器となる。
【００１９】
また、マッハツェンダー干渉計型の多値光強度変調器を構成する合波器や分波器に、電極が設けられ、各合波器や分波器の結合係数を調整できるように構成することが好ましい。
【００２０】
さらに、多値光強度変調器と光源素子とが同一基板上に集積した光源集積型の多値光強度変調器とすることができる。また異なる波長を出力する複数の光源素子と各光源素子に対応する多値光強度変調器とを、同一基板上に集積して光源集積型の多値光強度変調器とすることも好ましい。
【００２１】
本発明の多値光強度変調器の具体的な実施形態について、以下詳細に述べる。
【００２２】
（第１の実施形態）
直列接続された電界吸収型光強度変調器集積型マッハツェンダー光強度変調器（以下、マッハツェンダー干渉計ともいう）を備えた第１の実施形態の多値光強度変調器の素子構造、作製方法、計算による被変調光の出力特性を示す。
【００２３】
図１は本実施形態の多値光強度変調器の一例を示す概略構成図である。本実施形態の多値光強度変調器は、ＰＡＭ−Ｎ（Ｎ値のＰＡＭ出力）を実現するためにＮ−１個のマッハツェンダー干渉計を直列接続する構成を備えている。本実施形態の多値光強度変調器における計算においては、ＰＡＭ−４（４値のＰＡＭ出力）を実現するために三つのマッハツェンダー干渉計１０１、１０２、１０３を直列接続した図１（ａ）の形態の多値光強度変調器を例に挙げて説明する。
【００２４】
各マッハツェンダー干渉計１０１、１０２、１０３は光を入力する入力導波路２１ａ、２１ｂと、入力光に対して分波器として機能するカプラ１１１、１１２、１１３と、分波された光を個別に導波する２つのアーム導波路２２１、２２２、２２３、２３１、２３２、２３３と、一方のアーム導波路上に接続された電界吸収型光強度変調器１３１、１３２、１３３と、他方のアーム導波路上に接続された位相変調器１２１、１２２、１２３と、２つのアーム導波路２２１、２２２、２２３、２３１、２３２、２３３からの光の合波器として機能するカプラ１４１、１４２、１４３と、光を出力する出力導波路２６３とを有している。
【００２５】
また、後述のように多値光強度変調器を構成する複数のマッハツェンダー干渉計１０１、１０２、１０３のうちの１つのマッハツェンダー干渉計１０３の分波器１１３のカプラ結合係数は１であり、合波器１４３のカプラの結合係数は０であるのでこれは、実質的に合・分波器が無いことになる。すなわち、本実施形態の多値光強度変調器では最も後段のマッハツェンダー干渉計１０３を構成するカプラ１１３の結合係数を１とすると、カプラ１４３の結合係数は０となり、これは図１（ｂ）の素子構造と等価になる。マッハツェンダー干渉計１０１、１０２、１０３の１つが強度変調器に置き換えることができることを示している。なお、本実施形態の多値光強度変調器では、最も後段のマッハツェンダー干渉計１０３が強度変調器１３３と置き換えられているが、いずれのマッハツェンダー干渉計が強度変調器と置き換えられてもよい。
【００２６】
図２は、電界吸収型光強度変調器集積型マッハツェンダー光強度変調器の具体的な導波路の構造を示す図である。本実施形態の多値光強度変調器は、複数のマッハツェンダー干渉計で構成されるが、全てにおいて下記の導波路構造でもよいし、必要があれば異なる材料を用いてもよい。ここでは簡単のために全てのマッハツェンダー干渉計が下記の導波路構造であるとして説明する。
【００２７】
ｎ型のＩｎＰ基板３１、ＩｎＰ下部クラッド３２、ＩｎＧａＡｌＡｓベースとした多重量子井戸構造のコア層３３、ｐ型のＩｎＰ上部クラッド層３４、及び、空気クラッド３６からなっている。ここでコア層３３はＩｎＧａＡｌＡｓのＡｌ系の４元混晶としているが、ＩｎＧａＡｓＰのＰ系の４元混晶でも構わない。
【００２８】
また、多値光強度変調器を構成する各マッハツェンダー干渉計において、電気信号を印加する光強度変調器や位相調整器と異なり光を伝搬させることのみを目的とした入力導波路、出力導波路、アーム導波路、合分波器については光強度変調器や位相調整器と異なる半導体材料や層構造となっていても構わない。例えば、入力導波路、出力導波路、アーム導波路に対してはＩｎＧａＡｓＰを用いたバルク型の層として、光強度変調器Ｍｘのコア層３３に対してはＩｎＧａＡｌＡｓベースとした多重量子井戸構造であってもよい。
【００２９】
また、空気クラッド３６はコア層３３よりも屈折率が低い材料であるならば、必ずしも空気によるクラッドでなくてもよい。コア層３３の多重量子井戸の井戸層はフォトルミネッセンスピーク波長で１．２５μｍ付近の光を発光するような組成となっている。
【００３０】
本実施形態の多値光強度変調器に用いられるマッハツェンダー干渉計ＭＺｘの製造方法としては、まずｎ型のＩｎＰ基板３１の上に、ＩｎＰ下部クラッド３２、コア層３３、上部クラッド層３４を成長させる。
【００３１】
次にフォトリソグラフィーにより、図１に示した導波路パターンを形成し、ドライエッチングによりＩｎＰ上部クラッド層３４まで図２のようにエッチングをすることで、いわゆるリッジ導波路構造を形成する。その後、電極加熱型の蒸着装置により半導体表面に金属を蒸着して、多値光強度変調器を構成する各マッハツェンダー干渉計１０１、１０２、１０３内のアーム導波路２２１、２３１、２２２、２３２、２２３、２３３上に、電極３５を形成することで光強度変調器を得る。
【００３２】
本実施形態の多値光強度変調器の特性を数値計算する上で入力光として波長が１．３μｍである光を計算に用いた。今回は１．３μｍの波長を選んだが、例えば光ファイバにおいて損失が最小となる波長が１．５５μｍ付近の光についても効果は同様である。
【００３３】
ここで、本実施形態の多値光強度変調器の計算モデルについて述べる。一般に図３に示すような分波、合波器に２×２カプラを用いたマッハツェンダー干渉計の伝達行列は次式（１）の様に表される。
【００３４】
【数２】
2015114373.tif 000004
【００３５】
図３に示す通り、ここで、ｓｉｎθ１とｓｉｎθ２は前段と後段の２×２カプラ１１ｎ、１４ｎのそれぞれについて、入力された光の電界が入力導波路とはす向かいの出力ポートに移行する割合を示したものである。なお、分波器１１ｎとして用いられるカプラは１×２カプラ１１ｎでもよく、合波器１４ｎとして用いられるカプラは２×１カプラ１４ｎでもよい。
【００３６】
また、α１、α２、φ１、φ２はそれぞれ、アーム導波路における光のパワー減衰量と位相変化を示している。ｔ１とｔ２はマッハツェンダー干渉計の透過率となる。
【００３７】
ここでｔ２は図３の中の出力導波路２６ｎからの出力を表す。
【００３８】
式（１）をｔ２に対して展開すると次式（２）のようになる。
【００３９】
【数３】
2015114373.tif 000005
【００４０】
ここでアーム導波路において、光吸収も位相変化もない時はα１＝α２＝φ１＝φ２＝０であり、この時のパワー透過率｜ｔ２｜２は次式（３）で表される。
【００４１】
【数４】
2015114373.tif 000006
【００４２】
すなわち、マッハツェンダー干渉計へ入力した光が全てｔ２のポートに出力されるためには次式（４）となればよい。
【００４３】
【数５】
2015114373.tif 000007
【００４４】
ここで、本実施形態の多値光強度変調器を構成するマッハツェンダー干渉計の分波器１１ｎの結合係数をＫｘ、合波器１４ｎの結合係数をＫｘ’としたときに、Ｋｘ＝ｓｉｎ２θ１、Ｋｘ’＝ｓｉｎ２θ２とできるので、マッハツェンダー干渉計中の電界吸収型光強度変調器Ｍｘに電圧を印加しない、すなわちアーム導波路を伝搬する光の強度も位相も変化しない時、マッハツェンダー干渉計からの光出力が全て出力される条件は式（４）より次式（５）となる。
【００４５】
【数６】
2015114373.tif 000008
【００４６】
本実施形態の多値光強度変調器では、マッハツェンダー干渉計を構成するカプラ１１ｎの結合係数Ｋｘとカプラ１４ｎの結合係数Ｋｘ’とが式（５）の関係を満たしていれば原理的にはマッハツェンダー干渉計へ入射された光は１００％出射されるが、実際にはアーム導波路２２ｎと２３ｎは全く同一には作製できないために、このアーム導波路２２ｎ、２３ｎ中を導波してカプラ１４ｎへ入射される二つの光線の位相は同じでない。
【００４７】
これは、式（１）においてφ１≠φ２を意味し、例え式（５）の関係が満たされていても、マッハツェンダー干渉計から光は１００％出力されないことを意味する。しかし、図１に示した様に各マッハツェンダー干渉計に位相調整器１２ｎが設けられていれば、φ１＝φ２となるように各アーム導波路からの光線の位相を一致させることができる。
【００４８】
次に、アーム導波路の片側の電界吸収型光強度変調器に電圧を印加して光を吸収させることを考える。理想的な電界吸収型光強度変調器を用いたとして、式（２）においてα２→∞とすればその時のマッハツェンダー干渉計の光出力強度は式（２）と式（５）より
【００４９】
【数７】
2015114373.tif 000009
【００５０】
とできる。すなわち、Ｋｘの値に応じて、電界吸収型光強度変調器１３ｎへ電圧を印加して光を十分消光させるだけで、マッハツェンダー干渉計からの光出力を離散的に制御できることが分かる。
【００５１】
そして、異なるＫｘを持ったマッハツェンダー干渉計を直列に接続させれば、多値光強度変調器全体の光出力は電圧を印加するマッハツェンダー干渉計内の電界吸収型光強度変調器の選択に応じて、光の強度を複数の水準にて離散的に制御できる。
【００５２】
ＰＡＭ−Ｎにおいて必要な光強度は０、１／（Ｎ−１）、２／（Ｎ−１）、、、、（Ｎ−２）／（Ｎ−１）、１のＮ通りであり、光強度１の時はどの電界吸収型光強度変調器１３ｎにも電界を印加しなくてよいので、Ｎ−１個の電界吸収型光強度変調器１３ｎが必要となる。すなわち本実施形態の多値光強度変調器においてはＰＡＭ−Ｎを実現するためにはＮ−１個のマッハツェンダー干渉計が必要になるので、ｘ＝１，２，…，Ｎ−１となる。従って、多値光強度変調器を構成するマッハツェンダー干渉計を構成するカプラの分岐率Ｋｘは次式（７）とを満たす必要がある。
【００５３】
【数８】
2015114373.tif 000010
【００５４】
式（７）においてｉ＝  ０，１，２，…Ｎ−２である。式（７）より明らかなように、少なくとも一つのマッハツェンダー干渉計のカプラ１１ｎの結合係数Ｋｘは１になることがわかる。これは式（５）よりカプラ１４ｎの結合係数は０であるため、図１（ｂ）に示した通り、本実施形態の多値光強度変調器を構成するマッハツェンダー干渉計の内の一つは実質的には光強度変調器１３ｎ単体となることを意味する。
【００５５】
本計算においては式（１）の転送行列を、式（４）と式（７）の関係を用いて、これを順次直列接続して多値光強度変調器の特性を計算した。本実施形態の多値光強度変調器の特性の計算における光強度変調器Ｍの光消光特性、及び位相変化特性の数値計算結果は非特許文献２の計算手法に基づいた特性を用いた。
【００５６】
図４に式（１）を用いて計算した多値光強度変調器の光透過特性を示す。それぞれ、マッハツェンダー干渉計１０１、１０２、１０３（マッハツェンダー干渉計１０３は実質、光強度変調１３３）の中の光強度変調器１３１、１３２、１３３に電界を印加した際の多値光強度変調器からの光強度を示している。図４に示す通り、電圧を印加する光強度変調器の選択によって、本実施形態の多値光強度変調器からの光強度を複数の水準に離散的に制御できることが分かる。
【００５７】
（第２の実施形態）
図５は本実施形態の多値光強度変調器を構成するマッハツェンダー干渉計の一例を示す図である。図５に示すように、本実施形態の多値光強度変調器では、マッハツェンダー干渉計のカプラ部１１ｎ、１４ｎに電極２７を設けることで、本実施形態の多値光強度変調器の特性の微調整を実施することが可能である。
【００５８】
本実施形態の多値光強度変調器は化合物半導体に基づいて作製できるため、電極２７は電流注入のための電極２７でもよいし、または導波路を温めるヒータ電極でも構わない。いずれの場合も、本実施形態の多値光強度変調器を構成する材料の物性に従って、導波路の屈折率が変化する。
【００５９】
電極２７へ加える電気信号に従ってカプラの結合係数Ｋｘを調整できるために、結果として、式（６）に表されるマッハツェンダー干渉計における電界吸収型光強度変調器のオン時の出力を微調整することが可能となる。
【００６０】
（第３の実施形態）
本実施形態の多値光強度変調器は化合物系の半導体によって実現できるため同一半導体基板上において光源との集積も可能である。図６（ａ）は光源と多値光強度変調器を同一基板上へ集積した光源集積型多値光強度変調器の構成図となっており、光源ＬＤ４０と集積化することで多値光強度変調器へ光を入射する際の結合損失の低減や光送信モジュール全体の小型化などを達成できる。
【００６１】
更に波長の異なる複数の光源４０１、４０２、４０３、４０４に対してそれぞれ多値光強度変調器からなる位相変調器を集積化することも可能である。図６（ｂ）は、それぞれＮ個の発光波長の異なる光源とＮ個の多値光強度変調器を接続した光源集積型のＰＡＭ変調器と、更にＮ×１カプラ２９を集積した多波長光源型ＰＡＭ変調器である。
【００６２】
図６（ｂ）にて示した構成により波長の異なるＰＡＭ変調光を同一基板上より得られるため、小型かつ大容量な光送信モジュールを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
多値光強度変調器は既存の多値光強度変調器の制御回路の簡素化により、光通信の一層の普及に寄与できる。
【符号の説明】
【００６４】
１０１、１０２、１０３    マッハツェンダー干渉計
１１１、１１２、１１３    分波器
１２１、１２２、１２３    位相変調器
１３１、１３２、１３３    強度変調器
１４１、１４２、１４３    合波器
２２１、２３１、２２２、２３２、２２３、２３３  アーム導波路
２９      Ｎ×１カプラ
３１      ＩｎＰ基板
３２      下部クラッド
３３      コア層
３４      上部クラッド層
３５      電極
３６      空気クラッド
４０１、４０２、４０３、４０４  光源
【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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