(57)【要約】【課題】  Ｙ分岐導波路において光が等分に分岐されないことによる変調比の低下を防止できる光変調器、および前記光変調器を有する光変調モジュールの提供。【解決手段】個別に設けられ、末端において再結合する個別単一モード導波路１Ａ、１Ｂを備える変調部２２と、導入された光を分岐させて前記個別単一モード導波路１Ａ、１Ｂの夫々に導入する光分岐部２１と、変調部２２の一方の面における個別単一モード導波路１Ａ、１Ｂに対応する位置に設けられた変調電極３Ａ、３Ｂと、変調部２２の他方の面に設けられた接地電極８とを備え、光分岐部２１は、個別単一モード導波路１Ａ、１Ｂに導入される光の強度比を変化させることができるように形成された光変調器。【選択図】        図１
2008139671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有するとともに、個別に設けられ、末端において再結合する個別単一モード導波路を備える変調部と、
導入された光を分岐させて前記個別単一モード導波路の夫々に導入する光分岐部と、
前記変調部の一方の面における個別単一モード導波路に対応する位置に設けられた変調電極と、
前記変調部の他方の面に設けられた接地電極と
を備え、
前記光分岐部は、各個別単一モード導波路に導入される光の強度比を変化させることができるように形成されてなることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記光分岐部は、
光を単一モードで伝搬する１本の入射導波路と、
電気光学効果を有し、光を多モードで伝搬するとともに、一端に前記入射導波路が、他端に前記変調部における個別単一モード導波路が接続されてなる多モード導波路と、
前記多モード導波路を伝搬してきた光が単一モードで導出されるととともに、前記変調部における個別単一モード導波路に夫々接続されてなる１対の出射導波路と、
前記多モード導波路の一方の面上において前記多モード導波路の夫々の側縁の近傍に位置するように設けられた少なくとも１対の個別電極と、
前記多モード導波路の他方の面上に設けられた接地電極と
を有し、
前記多モード導波路は、前記入射導波路から入射した光によって中央部と両側縁部とに３（ｎ＋１）個（ｎは自然数である。）の輝点が生じる長さを有し、
前記個別電極は、最も上流側の１対の輝点に対応する位置に対で設けられ、
前記個別単一モード導波路は、前記多モード導波路において最も下流側の１対の輝点に対応した位置に接続されてなる
請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記光分岐部は、
電気光学効果を有するとともに、方向性結合器を形成する１対の単一モード導波路と、
前記光分岐部の一方の面における前記１対の単一モード導波路に対応する位置に設けられた１対の個別電極と、
前記光分岐部の他方の面に設けられた接地電極と
を備える請求項１に記載の光変調器。
【請求項４】
前記光分岐部における多モード導波路は、全体に同一方向の電界を印加して分極化処理することにより、電気光学効果を付与してなる請求項２に記載の光変調器。
【請求項５】
前記光分岐部における多モード導波路は、長さ方向の中心線を境にして互いに反対方向の電界を印加して分極処理することにより電気光学効果を付与してなる請求項２に記載の光変調器。
【請求項６】
前記光分岐部における入射導波路および前記変調部における個別単一モード導波路の幅をＷ１とし、前記多モード導波路の幅をＷ２とすると、２≦Ｗ２／Ｗ１≦１００である請求項２，４、または５に記載の光変調器。
【請求項７】
基板と、
前記基板上に形成された下側クラッド層と、
前記下側クラッド層の上方に位置する上側クラッド層と、
前記下側クラッド層と前記上側クラッド層とに挟まれ、前記変調区間における個別単一モード導波路、および前記光分岐部における前記入射導波路とを形成するコア層と
を備え、
前記コア層は、前記上側クラッド層および下側クラッド層の何れよりも大きな屈折率を有すると共に、
前記個別電極は前記上側クラッド層の表面またはその上方に、前記接地電極は前記基板と下側電極との間に形成されてなる請求項２、および４〜６の何れか１項に記載の光変調器。
【請求項８】
基板と、
前記基板上に形成された下側クラッド層と、
前記下側クラッド層の上方に位置する上側クラッド層と、
前記下側クラッド層と前記上側クラッド層とに挟まれ、前記変調区間における個別単一モード導波路、および前記光分岐部における単一モード導波路とを形成するコア層と
を備え、
前記コア層は、前記上側クラッド層および下側クラッド層の何れよりも大きな屈折率を有すると共に、
前記個別電極は前記上側クラッド層の表面またはその上方に、前記接地電極は前記基板と下側電極との間に形成されてなる請求項３に記載の光変調器。
【請求項９】
前記コア層は、前記上側クラッド層に向かってリブ状に突出したリブ構造を有する請求項７または８に記載の光変調器。
【請求項１０】
前記コア層は、前記下側クラッド層に向かってリブ状に突出した逆リブ構造を有する請求項７または８に記載の光変調器。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の光変調器と、
前記光変調器の変調電極に電気信号を入力する電気信号入力部と、
前記光変調器の入射導波路に連続光を入射する連続光源と
を備えることを特徴とする光変調モジュール。
【請求項１２】
前記電気信号入力部は、デジタル信号を入力するデジタル信号入力部である請求項１１に記載の光変調モジュール。
【請求項１３】
前記電気信号入力部は、アナログ信号を入力するアナログ信号入力部である請求項１１に記載の光変調モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器および光変調モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
高速データ網として、一度に大量のデータを授受できる光通信網が検討されている。光通信網においては、電気信号に基づいて光の強度や位相、波長などを変調する光変調器が重要である。
【０００３】
光変調器としては、導波路を用いたものが一般的であり、具体的には、マッハ・ツェンダー型光変調器（ＭＺＭ；Mach-Zehnder Modulator）が挙げられる（特許文献１）。
【０００４】
マッハ・ツェンダー型光変調器は、Ｙ分岐導波路などを用いてマッハ・ツェンダー型干渉計を構成し、電気光学効果等を利用して強度変調を行う光変調器である。このデバイスでは、光信号の光路が２つに分割され、両光路からの光信号が再結合されて干渉パターンを形成する。各光路の導波路アームに電場が印加されると、両光路から得られる光信号間に位相ずれが発生し干渉パターンが変化する。これにより、印加された電場に応じて光信号の強度が連続的に変調される。
【０００５】
マッハ・ツェンダー型光変調器は、印加した電場に対する変調比が高い故に、光通信網における光変調器としての応用が広く検討されている。
【特許文献１】特開２００１−１５４１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のマッハ・ツェンダー型光変調器においては、Ｙ分岐導波路において単に受動的に光を分割するだけであったので、設計段階において種々のパラメータを最適化させることにより、入射した光を等分に分割させるようにしていた。
【０００７】
しかしながら、設計段階における各部分のパラメータと実際に作成した光変調器における対応するパラメータとは必ずしも一致しないので、Ｙ分岐導波路において光が等分に分岐するように光変調器を設計したとしても、実際の光変調器においてはＹ分岐導波路において光が等分に分岐されないということが起きる可能性がある。そして、Ｙ分岐導波路において光が等分に分岐されないと、変調比が大幅に低下するという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、Ｙ分岐導波路において光が等分に分岐されないことによる変調比の低下を防止できる光変調器、および前記光変調器を有する光変調モジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、個別に設けられ、末端において再結合する個別単一モード導波路を備える変調部と、導入された光を分岐させて前記個別単一モード導波路の夫々に導入する光分岐部と、前記変調部の一方の面における個別単一モード導波路に対応する位置に設けられた変調電極と、前記変調部の他方の面に設けられた接地電極とを備え、前記光分岐部は、各個別単一モード導波路に導入される光の強度比を変化させることができるように形成されてなることを特徴とする光変調器に関する。
【００１０】
前記光変調器においては、各個別単一モード導波路に同一の強度の光が導入されるように前記光分岐部において光の強度比を制御することにより、各個別単一モード導波路に導入される光の強度が異なる場合に比較し、同一の電圧の電場を変調電極に印加したときの変調比を高くすることができる。したがって、製作時の誤差による変調部における変調比の低下が防止される。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記光分岐部が、光を単一モードで伝搬する１本の入射導波路と、電気光学効果を有し、光を多モードで伝搬するとともに、一端に前記入射導波路が、他端に前記変調部における個別単一モード導波路が接続されてなる多モード導波路と、前記多モード導波路を伝搬してきた光が単一モードで導出されるととともに、前記変調部における個別単一モード導波路に夫々接続されてなる１対の出射導波路と、前記多モード導波路の一方の面上において前記多モード導波路の夫々の側縁の近傍に位置するように設けられた少なくとも１対の個別電極と、前記多モード導波路の他方の面上に設けられた接地電極とを有し、前記多モード導波路は、前記入射導波路から入射した光によって中央部と両側縁部とに３（ｎ＋１）個（ｎは自然数である。）の輝点が生じる長さを有し、前記個別電極は、最も上流側の１対の輝点に対応する位置に対で設けられ、前記個別単一モード導波路は、前記多モード導波路において最も下流側の１対の輝点に対応した位置に接続されてなる請求項１に記載の光変調器に関する。
【００１２】
前記光変調器の光分岐部は、前述のように入射導波路と多モード導波路と個別電極と接地電極とによって構成されるから、後述する方向性結合器を有する光分岐部に比較して寸法誤差の許容範囲が大きい。したがって、作製が容易である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記光分岐部が、電気光学効果を有するとともに方向性結合器を形成する１対の単一モード導波路と、前記光分岐部の一方の面における前記１対の単一モード導波路に対応する位置に設けられた１対の個別電極と、前記光分岐部の他方の面に設けられた接地電極とを備える請求項１に記載の光変調器に関する。
【００１４】
方向性結合器は、入射導波路と多モード導波路と個別電極と接地電極とによって構成される変調器に比較して更に感度が大きい。したがって、前記光変調器は、請求項３に記載の光変調器に比較して光分岐部および変調部に印加する電圧が低くても高い変調比が得られる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記光分岐部における多モード導波路が、全体に同一方向の電界を印加して分極化処理することにより、電気光学効果を付与してなる請求項２に記載の光変調器に関する。
【００１６】
前記光変調器における光分岐部においては、多モード導波路の全幅に亘って同一方向の電界を印加して分極化処理を行っているから多モード導波路の分極化処理が容易である。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、前記光分岐部における多モード導波路が、長さ方向の中心線を境にして互いに反対方向の電界を印加して分極処理することにより電気光学効果を付与してなる請求項２に記載の光変調器に関する。
【００１８】
前記光変調器における光分岐部においては、両方の個別電極に同一極性の電圧を印加すれば、前記多モード導波路における双極子モーメントは、長手方向の中心線を境にして互いに逆になる。
【００１９】
したがって、両方の個別電極に同一極性の電圧を印加するだけで光路を切り替えられるから、個別電極に電圧を印加する電圧印加回路の構成が単純になる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、前記光分岐部における入射導波路および出射導波路の幅をＷ１とし、前記多モード導波路の幅をＷ２とすると、２≦Ｗ２／Ｗ１≦１００である請求項２，４、または５に記載の光変調器に関する。
【００２１】
前記入射導波路および出射導波路に対する前記多モード導波路の巾の比率Ｗ２／Ｗ１が前記範囲内であれば、前記入射導波路を単一モードで伝搬された光は、多モード導波路において安定に分散されて多モード光になり、出射導波路において再び単一モードで安定に伝搬される。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、基板と、前記基板上に形成された下側クラッド層と、前記下側クラッド層の上方に位置する上側クラッド層と、前記下側クラッド層と前記上側クラッド層とに挟まれ、前記変調区間における個別単一モード導波路、および前記光分岐部における前記入射導波路と前記出射導波路とを形成するコア層とを備え、前記コア層は、前記上側クラッド層および下側クラッド層の何れよりも大きな屈折率を有すると共に、前記個別電極は前記上側クラッド層の表面またはその上方に、前記接地電極は前記基板と下側電極との間に形成されてなる請求項２、および４〜６の何れか１項に記載の光変調器に関する。
【００２３】
前記光変調器は、請求項２に記載の光変調器においてコア−クラッド構造を有するものの一例である。
【００２４】
前記光変調器においては、前記変調区間における個別単一モード導波路、および前記光分岐部における前記入射導波路と前記出射導波路とは何れもコア層によって形成されている。そして、コア層を伝搬する光は、コア層とクラッド層との境界面で全反射しながら伝搬するから、光がコア層の外に漏洩することがない。したがって、前記個別単一モード導波路と前記入射導波路と前記出射導波路との何れからも光が漏洩することがない故に、前記個別電極に印加された電場は、上側クラッド層を介してコア層における多モード導波路に到達し、多モード導波路において確実に光路を切り替えることができる。したがって、変調部の１対の個別単一モード導波路に導入される光の強度を高精度で制御できる。また、前記変調部においては、変調電極と接地電極との間に生じた電場は、個別単一モード導波路内を伝搬される光に効果的に及ぼされるから、前記変調部においては高い光変調比が得られる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、基板と、前記基板上に形成された下側クラッド層と、前記下側クラッド層の上方に位置する上側クラッド層と、前記下側クラッド層と前記上側クラッド層とに挟まれ、前記変調区間における個別単一モード導波路、および前記光分岐部における単一モード導波路とを形成するコア層とを備え、前記コア層は、前記上側クラッド層および下側クラッド層の何れよりも大きな屈折率を有すると共に、前記個別電極は前記上側クラッド層の表面またはその上方に、前記接地電極は前記基板と下側電極との間に形成されてなる請求項３に記載の光変調器に関する。
【００２６】
前記光変調器は、請求項３に記載の光変調器においてコア−クラッド構造を有するものの一例である。
【００２７】
前記光変調器においても、変調部の個別単一モード導波路および光分岐部における単一モード導波路の何れからも光が漏洩することが防止できるから、光分岐部においては、変調部の１対の個別単一モード導波路に導入される光の強度を高精度で制御できる。また、請求項７の光変調器と同様に変調部において高い光変調比が得られる。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、前記コア層が前記上側クラッド層に向かってリブ状に突出したリブ構造の導波路である請求項７または８に記載の光変調器に関する。
【００２９】
前記光変調器においては、個別電極に印加した電場によってコア層により大きな電界が生じるから、電場が弱い場合においても、高い光変調比が得られる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明は、前記コア層が前記下側クラッド層に向かってリブ状に突出した逆リブ構造の導波路である請求項７または８に記載の光変調器に関する。
【００３１】
前記光変調器においては、基板上に接地電極および下側クラッド層を形成したあと、下側クラッド層の表面を適宜の方法でエッチングし、コア層に形成しようとする個別単一モード導波路、単一モード導波路、多モード導波層、入射導波路、および出射導波路に対応する凹陥部を形成し、次いでコア層を形成することにより、モード導波層と入射導波路と出射導波路とを形成できる。したがって、何らかの事情により、コア層の表面をエッチング処理できない場合に好適である。
【００３２】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０の何れか１項に記載の光変調器と、前記光変調器の変調電極に電気信号を入力する電気信号入力部と、前記光変調器の入射導波路に連続光を入射する連続光源とを備えることを特徴とする光変調モジュールに関する。
【００３３】
請求項１２に記載の発明は、前記電気信号入力部が、デジタル信号を入力するデジタル信号入力部である請求項１１に記載の光変調モジュールに関する。
【００３４】
請求項１３に記載の発明は、前記電気信号入力部が、アナログ信号を入力するアナログ信号入力部である請求項１１に記載の光変調モジュールに関する。
【００３５】
これらの光変調モジュールの備える光変調器は、低い電圧で高速の光変調が可能であるから、電気信号入力部においては高電圧を発生させる必要がない。また、光変調にマイクロ波を使用できるから大容量のデータ伝送が可能である。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように本発明によれば、Ｙ分岐導波路において光が等分に分岐されないことによる変調比の低下を防止できる光変調器、および前記光変調器を有する光変調モジュールが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
１．実施形態１
（１）構成
実施形態１に示す光変調器１００は、図１に示すように、光が入射する入射導波路２と、変調された光が出射する出射導波路６と、入射導波路２から入射した光を変調する変調部２２と、変調部２２と入射導波路２との間に位置する光分岐部２１とを備える。
【００３８】
変調部２２は、図１に示すように、互いに平行に設けられた個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂと、変調部２２の一方の面における個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂに対応する位置に設けられた変調電極３Ａおよび３Ｂと、変調部２２の他方の面に設けられた接地電極８とを備える。個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂの出射側の末端は単一モード導波路である出射導波路６に収束されている。
【００３９】
光分岐部２１は、一端部に単一モード導波路である入射導波路２が接続され、他端部に個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂが接続された多モード導波路４と、多モード導波路４の一方の面に設けられた個別電極５Ａおよび５Ｂとを備える。接地電極は、変調部２２の接地電極８と共用である。
【００４０】
個別単一モード導波路１Ａ、１Ｂ、および多モード導波路４は、所定の電界を印加して分極配向処理することにより、電気光学効果が付与されている。前記分極配向処理は、多モード導波路４および変調部２２全体に同一方向の電界を印加して行ってもよく、多モード導波路４および変調部２２の長手方向に沿った中心線を境にして反対方向の電界を印加して行ってもよい。
【００４１】
個別電極５Ａおよび５Ｂは、図１に示すように多モード導波路４の上方において、長手方向の中心線を間に挟むように配設され、しかも前記長手方向の中心線を挟むように生じる２個の輝点のうち、最も上流側の輝点の位置に重なるように形成されている。個別電極５Ａおよび５Ｂの一方は、多モード導波路４の長辺を形成する側縁の一方から中心部に向かって多モード導波路４を覆うように形成され、個別電極５Ａおよび５Ｂの他方は、多モード導波路４の長辺を形成する側縁の他方から中心部に向かって多モード導波路４を覆うように形成されている。個別電極５Ａおよび５Ｂは、図１に示すように１個づつ設け、言い換えれば１対設けてもよいし、また２個づつ、言い換えれば２対設けてもよく、また３個づつ、言い換えれば３対設けてもよい。個別電極５Ａおよび５Ｂを２対設けるときは、長手方向の中心線を挟んで生じる輝点のうち、最も上流側のものと２番目に上流側のものとが生じる位置に設ければよい。また、個別電極５を３対設けるときは、長手方向の中心線を挟んで生じる輝点のうち、最も上流側のものと２番目に上流側のものと３番目に上流側のものとが生じる位置に設ければよい。
【００４２】
入射導波路２と個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂと多モード導波路４と出射導波路６とは、図２に示すように、下側クラッド層９と上側クラッド層１１とに挟まれたコア層１０によって一体に形成されている。コア層１０は、下側クラッド層９および上側クラッド層１１の何れよりも大きな屈折率を有している。なお、下側クラッド層９と上側クラッド層１１とは屈折率が同一であっても異なっていてもよい。
【００４３】
下側クラッド層９は、基板７の表面に形成され、下側クラッド層９と基板７との間には電位が０になるように接地される接地電極８が形成されている。
【００４４】
入射導波路２と個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂと多モード導波路４と出射導波路６とは、図３において（Ａ）および（Ｂ）に示すように、上側クラッド層１１に向かってリブ状に突出したリブ構造の導波路であってもよく、また図４において（Ａ）および（Ｂ）に示すように、下側クラッド層９に向かってリブ状に突出した逆リブ構造の導波路であってもよい。なお、図３および図４において（Ａ）は、図１および図２における平面Ｙ−Ｙで切断した断面、即ち光分岐部２１の断面を示し、（Ｂ）は、図１および図２における平面Ｘ−Ｘで切断した断面、即ち変調部２２の断面を示す。
【００４５】
リブ構造の導波路であれば、個別電極５Ａおよび５Ｂに印加した電圧および変調電極３Ａおよび３Ｂに印加した変調信号によってコア層１０、具体的には多モード導波路４と個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂにより大きな電界が生じるから、光分岐部２１における個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂに導入される光の強度比の制御、および変調部２２における変調が効率的に行われる。なお、何らかの事情でコア層１０をエッチングして入射導波路２と個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂと多モード導波路４を形成できない場合は、下側クラッド層９を所定の形状にエッチングした後にコア層１０を形成するための形成溶液を流延し、加熱、硬化させることにより、これらの光路を逆リブ構造の導波路として形成することができる。
【００４６】
図５に示すように、入射導波路２と個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂとは同一の巾Ｗ１を有している。そして、多モード導波路４の巾Ｗ２は、以下の関係式：
【００４７】
１＜Ｗ２／Ｗ１＜１００
を満たすことが、多モード導波路４において安定に多モード伝送を行ううえで好ましい。
【００４８】
多モード導波路４の長さＬは、下側クラッド層９および上側クラッド層１１の屈折率ｎ２とコア層１０の屈折率ｎ１との差Δｎと、入射導波路２と個別単一モード導波路１Ａ、１Ｂとの巾Ｗ１と、多モード導波路４の巾Ｗ２との関数として設定できる。
【００４９】
光分岐部２１においては、入射導波路２から入射した光によって多モード導波路４の内部には光モード場が形成されるが、前記光モード場において光が干渉して多モード導波路４における入射導波路２との接合部および多モード導波路４の所定箇所に輝点が生じる。具体的には図１および図５に示すように入射導波路２との接合部、および個別単一モード導波路１Ａ、１Ｂとの接合部に輝点が生じ、更に、入射導波路２から個別単一モード導波路１Ａ、１Ｂとに向かって長手方向の中心線を挟んで両側縁近傍に２個、および前記中心線上に１個の合計３個、したがって、入射導波路２から個別単一モード導波路１Ａ、１Ｂとに向かって１個、２個、１個、２個の計６個の輝点が形成されるように長さＬが設定されている。但し、長さＬは、入射導波路２から個別単一モード導波路１Ａ、１Ｂに向かって１個、２個、１個、２個、１個、２個の合計９個、または１個、２個、１個、２個、１個、２個、１個、２個の合計１２個形成されるように設定してもよい。
【００５０】
個別単一モード導波路１Ａ、１Ｂの中心線の間隔はＷ２／２であり、多モード導波路４の側縁から個別単一モード導波路１Ａ、１Ｂの中心線までの距離は夫々Ｗ２／４である。
【００５１】
図５に示すように、個別電極５Ａおよび５Ｂにおける多モード導波路４の短辺方向の寸法、即ち巾Ｗ４は、多モード導波路４の巾Ｗ２の１／２以下である。また、個別電極５Ａおよび５Ｂにおける多モード導波路４の長辺方向の寸法、即ち長さＷ３は、巾Ｗ４と同一であっても異なっていてもよいが、多モード導波路４の長さＬよりは短いことが好ましい。
【００５２】
個別電極５Ａおよび個別電極５Ｂは、夫々直流電源（図示せず。）に接続されている。多モード導波路４全体が同一の極性に分極配向処理されている場合は、一方の直流電源および他方の直流電源から印加される直流電圧の極性は互いに逆である。一方、多モード導波路４が長さ方向の中心線を境にして反対の極性に分極配向処理されている場合は、個別電極５Ａ、５Ｂには同一の極性の電圧を印加できるから、個別電極５Ａ、５Ｂを１つの直流電源に接続でき、電圧印加回路の構成を簡略化できる。
【００５３】
コア層１０、上側クラッド層１１、および下側クラッド層９の材質としては、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、弗素化ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリシロキサン樹脂などの透光性高分子材料、酸化ケイ素、各種ガラス、チタン酸ストロンチウム、ガリウム砒素、インジウム燐など、電場を印加すると屈折率が変化する電気光学効果を有するとともに、変調しようとする光に対して透明な材料であれば、どのようなものも使用できる。なお、前記透光性高分子を使用する場合には、非線形光学効果を発現させるため、電気光学効果を有する色素を分散させるか、または、主鎖や側鎖に非線形光学効果を有する基を結合させることが好ましい。
【００５４】
個別電極５Ａ，５Ｂ、変調電極３Ａ、３Ｂ、および接地電極８の材質としては、アルミニウム、チタン、金、銅、ＩＴＯなど、電極用材料として知られている各種金属材料や金属酸化物が挙げられる。
【００５５】
（２）作製手順
光変調器１００は、図１６に示す手順で作製することができる。
先ず、図１６において（Ａ）に示すように基板７を用意する。基板７としては、ガラス基板や石英基板、シリコン基板、ポリイミド基板など任意の材料からなる基板を用いることが可能である。基板７にシランカップリング剤などを塗布すれば、接地電極８との接着性を向上させることができる。
【００５６】
次に、同図において（２）に示すように、基板７の表面に接地電極８を形成する。接地電極８は、基板７の表面にアルミニウム、チタン、金、銅などの金属を蒸着または鍍金して形成してもよく、また、前記金属の箔を貼り合わせてもよい。
【００５７】
接地電極８が形成されたら、同図において（３）に示すように、接地電極８の表面に下側クラッド層９を形成する。先ず、接地電極８の表面に、下側クラッド層９を形成する透光性高分子の溶液を塗布する。前記溶液を接地電極８に塗布する方法としては、カーテンコーティング法、押出成形コーティング法、ロールコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、バーコーティング法、スプレーコーティング法、スライドコーティング法、印刷コーティング法などが挙げられる。上記材料の溶液の溶液を第１の基板に塗布したら、加熱して溶媒を溜去し、必要に応じて反応、硬化させて下側クラッド層９を形成する。
【００５８】
次に、同図において（４）に示すように、下側クラッド層９の表面にコア層１０を形成する。コア層１０は、たとえば、コア層１０を形成する透光性高分子の溶液を下側クラッド層９の表面に塗布し、加熱、硬化させて形成できる。前記溶液の塗布方法は、下側クラッド層９のところで述べたのと同様の方法が使用される。
【００５９】
コア層１０が形成されたら、同図において（５）に示すように、コア層１０に入射導波路２、多モード導波路４、個別多モード導波路１Ａ，１Ｂなどの導波路を形成する。導波路を形成する手段としては、エッチングなどの手段が挙げられる。また、下側クラッド層９に前記導波路に対応する形状の凹陥部を形成し、その上から透光性高分子の溶液を塗布して加熱、硬化させることにより、前記導波路を形成してもよい。
【００６０】
次に、同図において（６）に示すように、コア層１０の上に上側クラッド層１１を形成し、コア層１０に厚さ方向の電場を印加して分極配向処理する。
【００６１】
分極配向処理が終了したら、同図において（７）に示すように、上側クラッド層１１の表面に変調電極３Ａ，３Ｂ、個別電極５Ａ、５Ｂを形成する。
このようにして光変調器１００を形成できる。
【００６２】
（３）作用
実施形態１の光変調器１００においては、光分岐部２１で個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂに入射する光の光量を制御して両者が等しくなるようにする。
【００６３】
そして、変調部２２において、変調電極３Ａおよび変調電極３Ｂに変調信号を入力して個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂを伝搬する光の位相を変化させることにより、個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂを伝搬する光が出射導波路６で再結合して生じる光の強度を変化させる。
【００６４】
以下、光分岐部２１について詳細に説明する。
光分岐部２１の個別電極５Ａおよび個別電極５Ｂに電場を印加しない状態で入射導波路２から多モード導波路４に光を入射させると、図１および図５に示すように入射導波路２を単一モードで伝搬された光は、多モード導波路４で多モード光に分離される。それによって入射導波路２と多モード導波路４との接続部において光像が生じる。多モード導波路４においては、光は、多モードで伝播するから、多モード導波路４の内部で互いに干渉して光像を形成する。そして、多モード導波路４を多モードで伝搬された光は、多モード導波路４と個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂとの接続部において互いに干渉しつつ単一モード光に収束されるから、前記接続部においても光像が生じ、個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂからは同一の強度の光が出射する。
【００６５】
ここで、多モード導波路４は電気光学効果を有する材質で形成されているから、個別電極５Ａおよび個別電極５Ｂに電場を印加すると、多モード導波路４の屈折率が変化し、特に光像の生じる箇所において屈折率が大きく変化する。したがって、光像のパターンが変化するから、個別単一モード導波路１Ａに入射する光と個別単一モード導波路１Ｂに入射する光との強度に差が生じる。
【００６６】
このように、光分岐部２１においては、多モード導波路４の長さ方向に沿った中心線を境にして一方の半分と他方の半分とで反対の極性に分極するように個別電極５Ａおよび個別電極５Ｂに電圧を印加するとともに、前記電圧の絶対値を調節することにより、個別単一モード導波路１Ａに入射する光と個別単一モード導波路１Ｂに入射する光との強さの割合を所定の範囲に設定できる。
【００６７】
以下、変調部２２について説明する。
変調部２２においては、個別単一モード導波路１Ａと個別単一モード導波路１Ｂとを伝搬した光が出射導波路６で再結合されて干渉パターンを形成する。ここで、変調電極３Ａおよび変調電極３Ｂに電圧を印加しないときは、光は、個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂの内部を同一の位相で伝搬する。したがって、出射導波路６においては、個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂを伝搬した光が単純に結合されるから、入射導波路２に入射した光と同一の光量の光が出射する。
【００６８】
個別単一モード導波路１Ａと個別単一モード導波路１Ｂとは何れも分極配向処理が施されているから電気光学効果を有しているから、変調電極３Ａおよび変調電極３Ｂに電圧を印加すると、印加した電圧に応じて個別単一モード導波路１Ａと個別単一モード導波路１Ｂとにおいて光の位相が変化するから、両者を伝搬する光の間に位相のずれが生じて干渉パターンが変化する。これにより、変調電極３Ａおよび変調電極３Ｂに印加された電場に応じて出射導波路６を伝搬する光の強度を連続的に変化させることができる。
【００６９】
入射導波路２をＹ分岐導波路２３で分岐させて変調部２２における個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂに接続した形態の図１５に示すマッハ・ツェンダー型の光変調器２００においては、入射導波路２から入射した光は、Ｙ分岐導波路２３で２つに分割されて個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂに導入される。そして、変調電極３Ａおよび３Ｂに変調信号が入力されることにより、個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂを通過する光の位相が変化する。したがって、個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂが結合する部分における光の緩衝パターンが変化するから出射導波路６を伝搬する光の光量も変化する。
【００７０】
しかしながら、図１５の形態の光変調器２００においては、入射導波路２から入射した光がＹ分岐導波路２３で丁度半分に分割されるとは限らない。Ｙ分岐導波路２３で光が半分に分割されないと、個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂに入射する光の光量も異なる。個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂに入射する光の光量に差がある場合は、図８に示すように、個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂに入射する光の光量に差がない場合と比較して変調電極３Ａおよび３Ｂに印加する変調信号に対する出射導波路６から出射する光の強度の変化の比が小さくなり、言い換えれば変換効率が大幅に低下する。図８において横軸は個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂを伝搬する光の光量差を示し、縦軸は、変調比を示す。
【００７１】
これに対して実施形態１の光変調器１００においては、個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂに入射する光の光量が等しくなるように光分岐部２１における光の分割を制御しているから、図８から明らかなように、図１５に示す形態の光変調器２００に比較して高い変調比が得られる。
【００７２】
２．実施形態２
（１）構成、作製手順
実施形態２に示す光変調器１０２は、光が入射する入射導波路２Ａ、２Ｂと、変調された光が出射する出射導波路６と、入射導波路２から入射した光を変調する変調部２２と、変調部２２と入射導波路２との間に位置する光分岐部２１とを備える。
【００７３】
入射導波路２Ａと入射導波路２Ｂとは、光分岐部２１において、電気光学効果を有する２本の導波路である個別単一モード導波路１Ａ、１Ｂに夫々接続されている。個別単一モード導波路１Ａと個別単一モード導波路１Ｂとは、光分岐部２１において、互いに光の授受が行える程度の距離、具体的には数μｍ程度の距離まで近接して方向性結合器２５を形成する。したがって、方向性結合器２５における個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂは本発明の単一モード導波路に相当する。
【００７４】
光分岐部２１の一方の面には、個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂに対応する位置に夫々個別電極１２Ａおよび個別電極１２Ｂが形成されている。光分岐部２１の一方の面には、接地電極８が形成されている。接地電極８は変調部の接地電極もかねている。
【００７５】
変調部２２の構成は実施形態１に係る光変調器と同様である。
【００７６】
入射導波路２Ａ、２Ｂと個別単一モード導波路１Ａ、１Ｂと出射導波路６とは、図７に示すように、下側クラッド層９と上側クラッド層１１とに挟まれたコア層１０によって一体に形成されている。コア層１０は、下側クラッド層９および上側クラッド層１１の何れよりも大きな屈折率を有している。なお、下側クラッド層９と上側クラッド層１１とは屈折率が同一であっても異なっていてもよい。
【００７７】
下側クラッド層９は、基板７の表面に形成され、下側クラッド層９と基板７との間には電位が０になるように接地される接地電極８が形成されている。
【００７８】
入射導波路２と個別単一モード導波路１Ａおよび１Ｂと多モード導波路４とは、図７に示すように、上側クラッド層１１に向かってリブ状に突出したリブ構造の導波路であってもよく、下側クラッド層９に向かってリブ状に突出した逆リブ構造の導波路であってもよい。
【００７９】
光変調器１０２の作成手順もまた、実施形態で述べたとおりである。
【００８０】
（２）作用
前述のように、光分岐部２１においては、個別単一モード導波路１Ａと個別単一モード導波路１Ｂとは数μｍの距離まで近接して方向性結合器２５を形成しているから、個別電極１２Ａと個別電極１２Ｂとに電圧を印加しないときは、前記方向性結合器の１対の単一モード導波路を通過する光は同一の位相であって互いに結合する。したがって、個別単一モード導波路１Ａと個別単一モード導波路１Ｂとにおいては、通過する光の位相は丁度１８０度ずれるので、個別単一モード導波路１Ａにおいて光の強さが１のときは個別単一モード導波路１Ｂにおいて光の強さは０であり、反対に個別単一モード導波路１Ａにおいて光の強さが０のときは個別単一モード導波路１Ｂにおいて光の強さは１である。ここで、個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂにおける光の強さが丁度１／２になるように方向性結合器２５の長さを設定することにより、光分岐部２１においては単一モード導波路１Ａおよび単一モード導波路１Ｂの何れからも１／２の強度の光が出射する。
【００８１】
しかしながら、現実には方向性結合器２５の実際の長さと設定した長さとの間に誤差があることが普通であるから、個別単一モード導波路１Ａと個別単一モード導波路１Ｂとから出射される光の強度に差が生じる。
【００８２】
しかしながら、個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂは何れも電気光学効果を有しているから、電場を印加することによって屈折率が変化し、したがって内部を通過する光の位相にも変化が生じる。
【００８３】
そこで、個別電極１２Ａおよび個別電極１２Ｂに互いに逆の電圧を印加して個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂを通過する光の位相を変化させることにより、たとえ方向性結合器２５の実際の長さと設定した長さとの間に誤差がある場合であっても、個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂからは１／２の強度の光が出射する。これにより、変調部２２においては個別単一モード導波路１Ａおよび個別単一モード導波路１Ｂを伝搬する光の光量を同一にすることができるから、高い変調比を達成できる。
【実施例】
【００８４】
（１）実施例１
図１６に示す手順に従って実施形態１に係る光変調器１００を作製した。
基板７上にＶＣＤ法によって金を蒸着して接地電極８を形成し、その上に、アクリル系樹脂をスピンコートして紫外線硬化させ、厚さ４μｍの下側クラッド層９を形成した。
【００８５】
そして、下側クラッド層９にＦＴＣ（２−ジシアノメチレン−３−シアノ−４−｛２−［トランス−（４−Ｎ，Ｎ−ジアセトキシエチル−アミノ）フェニレン−３，４−ジブチレン−５］ビニル｝−５，５−ジメチル−２，５−ジヒドロフラン）にＤｉｓｐｅｒｓｅ−Ｒｅｄ  １を分散させたものをスピンコートして加熱、硬化させ、厚さ３．３μｍのコア層１０を形成した。
【００８６】
次いで、コア層をエッチングして入射導波路２と多モード導波路４と出射導波路６および６Ｂとを形成した。入射導波路２および出射導波路６の巾Ｗ１を５μｍとし、多モード導波路４の巾Ｗ２を４０μｍとした。したがって、Ｗ２／Ｗ１＝１０である。多モード導波路４の長さＬは３１０５μｍとした。また、多モード導波路４の両側縁から出射導波路６および６Ｂの中心線までの距離を夫々１７．５μｍとして。コア層１０は、入射導波路２と多モード導波路４と出射導波路６の周囲の部分を厚みが２．６μｍになるようにエッチングした。
【００８７】
コア層１０に入射導波路２と多モード導波路４と出射導波路６とを形成したら、その上に下側クラッド層９を形成するのに使用したのと同様のアクリル樹脂を厚さ４μｍにスピンコートして紫外線で硬化させた。下側クラッド層９および上側クラッド層１１の屈折率は１．５４３７であり、コア層１０の屈折率は１．６５６３であった。
【００８８】
上側クラッド層１１が形成されたら、その上に金を蒸着させて種電極を形成した。  種電極が形成されたら、９０〜２５０℃の高温で第３電極３と種電極１２との間に４００〜２０００Ｖの電圧を印加し、前記電圧を印加した状態で常温まで放冷してコア層１０を分極配向処理した。
【００８９】
分極配向処理が終了したら、種電極をエッチングして除去し、長さ５００μｍ×幅１０μｍの変調電極３Ａと変調電極３Ｂと個別電極５Ａと個別電極５Ｂとを金鍍金により形成して光変調器１００を作成した。
【００９０】
作製した光変調器１００について個別電極５Ａおよび個別電極５Ｂに電圧を印加しない状態で入射導波路２に光を導入し、変調電極３Ａおよび変調電極３Ｂに印加する電圧を夫々０〜＋１０Ｖおよび０〜ー１０Ｖの範囲で変化させて変調比ＥＲを測定した。その結果、図９において（Ａ）に示すように変調比ＥＲは９．５ｄＢに過ぎなかった。
【００９１】
次に、個別電極５Ａに＋１Ｖ、個別電極５Ｂに−１Ｖの電圧を印加した状態で入射導波路２に光を導入し、変調電極３Ａおよび変調電極３Ｂに印加する電圧を夫々０〜＋１０Ｖおよび０〜ー１０Ｖの範囲で変化させて変調比ＥＲを測定した。その結果、図９において（Ｂ）に示すように変調比ＥＲは１０．６ｄＢに増加した。そして個別電極５Ａに＋２Ｖ、個別電極５Ｂに−２Ｖの電圧を印加すると、図１０において（Ｃ）に示すように変調比ＥＲは１２．２ｄＢに増加し、個別電極５Ａに＋３Ｖ、個別電極５Ｂに−３Ｖの電圧を印加すると、図１０において（Ｄ）に示すように変調比ＥＲは１３．９ｄＢに増加した。更に、個別電極５Ａに＋４Ｖ、個別電極５Ｂに−４Ｖの電圧を印加すると、図１１において（Ｅ）に示すように変調比ＥＲは１５．６ｄＢに増加し、個別電極５Ａに＋５Ｖ、個別電極５Ｂに−５Ｖの電圧を印加すると、図１１において（Ｆ）に示すように変調比ＥＲは１７．１ｄＢに増加した。
【００９２】
個別電極５Ａに＋５Ｖ、個別電極５Ｂに−５Ｖの電圧を印加したときの変調比ＥＲ＝１７．１ｄＢは、変調部２２において個別単一モード導波路１Ａと個別単一モード導波路１Ｂとにおける光量に差が無いときの図８から求められる変調比１８ｄＢとほぼ同一である。したがって、光分岐部２１において個別電極５Ａに＋５Ｖ、個別電極５Ｂに−５Ｖの電圧を印加することにより、変調部２２における個別単一モード導波路１Ａと個別単一モード導波路１Ｂとを伝搬する光量の差をほぼ解消でき、これによって高い変調比が得られるものと考えられる。
【００９３】
（２）実施例２
図１６に示す手順に従って実施形態２に係る光変調器１０２を作製した。個別単一モード導波路１Ａと個別単一モード導波路１Ｂを形成するコア層１０を分極配向処理後、上側クラッド層１１の表面に個別電極１２Ａおよび個別電極１Ｂと変調電極３Ａおよび変調電極３Ｂを形成して光変調器１０２を得た。
【００９４】
作製した光変調器１０２について個別電極１２Ａおよび個別電極１２Ｂに電圧を印加しない状態で入射導波路２に光を導入し、状態で入射導波路２に光を導入し、変調電極３Ａおよび変調電極３Ｂに印加する電圧を夫々０〜＋１０Ｖおよび０〜ー１０Ｖの範囲で変化させて変調比ＥＲを測定した。その結果、図１２において（Ａ）に示すように変調比ＥＲは９．５ｄＢに過ぎなかった。
【００９５】
次に、個別電極１２Ａに＋１Ｖ、個別電極１２Ｂに−１Ｖの電圧を印加した状態で入射導波路２に光を導入し、変調電極３Ａおよび変調電極３Ｂに印加する電圧を夫々０〜＋１０Ｖおよび０〜ー１０Ｖの範囲で変化させて変調比ＥＲを測定した。その結果、図１２において（Ｂ）に示すように変調比ＥＲは１０．７ｄＢに増加した。そして個別電極１２Ａに＋２Ｖ、個別電極１２Ｂに−２Ｖの電圧を印加すると、図１３において（Ｃ）に示すように変調比ＥＲは１２．０ｄＢに増加し、個別電極１２Ａに＋３Ｖ、個別電極１２Ｂに−３Ｖの電圧を印加すると、図１３において（Ｄ）に示すように変調比ＥＲは１４．９ｄＢに増加した。更に、個別電極１２Ａに＋４Ｖ、個別電極１２Ｂに−４Ｖの電圧を印加すると、図１４において（Ｅ）に示すように変調比ＥＲは１７．４ｄＢに増加し、個別電極１２Ａに＋５Ｖ、個別電極１２Ｂに−５Ｖの電圧を印加すると、図１７において（Ｆ）に示すように変調比ＥＲは３１．０ｄＢに増加した。
【００９６】
このように、実施形態２の光変調器１０２は、実施形態１の光変調器１００に比較して更に高い変調比が得られるから、変調電極３Ａおよび変調電極３Ｂに微弱な変調信号を入力しても大きな変調比を有する変調光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】図１は、実施形態１に係る光変調器の構成を示す平面図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る光変調器の構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る光変調器を幅方向に沿った平面で切断した断面を示す断面図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る光変調器を幅方向に沿った平面で切断した断面を示す断面図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る光変調器の備える光分岐部の構成を示す平面図である。
【図６】図６は、実施形態２に係る光変調器の構成を示す平面図である。
【図７】図７は、実施形態２に係る光変調器の構成を示す斜視図である。
【図８】図８は、通常のマッハ・ツェンダー型光変調器において１対の単一モード導波路の一方と他方とで光量に差を設けたときの変調比の変化を示すグラフである。
【図９】図９は、実施形態１に係る光変調器において光分岐部に設けられた個別電極に印加する電圧を変化させたときの変調比の変化を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施形態１に係る光変調器において光分岐部に設けられた個別電極に印加する電圧を変化させたときの変調比の変化を示すグラフである。
【図１１】図１１は、実施形態１に係る光変調器において光分岐部に設けられた個別電極に印加する電圧を変化させたときの変調比の変化を示すグラフである。
【図１２】図１２は、実施形態２に係る光変調器において光分岐部に設けられた個別電極に印加する電圧を変化させたときの変調比の変化を示すグラフである。
【図１３】図１３は、実施形態２に係る光変調器において光分岐部に設けられた個別電極に印加する電圧を変化させたときの変調比の変化を示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施形態２に係る光変調器において光分岐部に設けられた個別電極に印加する電圧を変化させたときの変調比の変化を示すグラフである。
【図１５】図１５は、光分岐部としてＹ分岐導波路を用いたマッハ・ツェンダー型変調器を示す平面図である。
【図１６】図１６は、実施形態１および２の光変調器を作製する手順を示す工程図である。
【符号の説明】
【００９８】
１Ａ  個別単一モード導波路
１Ｂ  個別単一モード導波路
２    入射導波路
３Ａ  変調電極
３Ｂ  変調電極
４    多モード導波路
５Ａ  個別電極
５Ｂ  個別電極
６    出射導波路
７    基板
８    接地電極
９    下側クラッド層
１０  コア層
１１  上側クラッド層
１２Ａ      個別電極
１２Ｂ      個別電極
２１  光分岐部
２２  変調部
２３  分岐導波路
２５  方向性結合器
１００      光変調器
１０２      光変調器
２００      光変調器
【図１】
2008139671.tif 000003
【図２】
2008139671.tif 000004
【図３】
2008139671.tif 000005
【図４】
2008139671.tif 000006
【図５】
2008139671.tif 000007
【図６】
2008139671.tif 000008
【図７】
2008139671.tif 000009
【図８】
2008139671.tif 000010
【図９】
2008139671.tif 000011
【図１０】
2008139671.tif 000012
【図１１】
2008139671.tif 000013
【図１２】
2008139671.tif 000014
【図１３】
2008139671.tif 000015
【図１４】
2008139671.tif 000016
【図１５】
2008139671.tif 000017
【図１６】
2008139671.tif 000018