(57)【要約】【課題】光チャープ量の制御を幅広く設計または調整できるようにする。【解決手段】光導波路素子は、光学基板の表面付近に形成された２つの位相シフト用導波路と、２つの位相シフト用導波路の入力側に接続された分岐用導波路と、２つの位相シフト用導波路の出力側に接続された合流用導波路とを含む。さらに、当該素子は、位相シフト用導波路の近傍に形成され、少なくとも該位相シフト用導波路における光学的な屈折率を変化させるために、位相シフト用導波路に電界を印加するための電極対とを含む。とりわけ、当該素子は、２つの位相シフト用導波路における各屈折率を変化量の絶対値が不一致となる場合に、分岐用導波路における光エネルギーの分岐比または合流用導波路における合流比を不均等とする。これにより、合流用導波路から出力される光信号のチャープ量を制御する。【選択図】図６
2008009314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する光学基板と、
前記光学基板の表面付近に形成された２つの位相シフト用導波路と、
前記２つの位相シフト用導波路の入力側に接続された分岐用導波路と、
前記２つの位相シフト用導波路の出力側に接続された合流用導波路と、
前記位相シフト用導波路の近傍に形成され、少なくとも該位相シフト用導波路における光学的な屈折率を変化させるために、該位相シフト用導波路に電界を印加するための電極対と
を含み、
前記２つの位相シフト用導波路における各屈折率を変化量の絶対値が不一致となる場合に、前記分岐用導波路における光エネルギーの分岐比または前記合流用導波路における合流比を不均等とすることで、前記合流用導波路から出力される光信号のチャープ量を制御することを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
前記分岐用導波路は、一入力二出力または二入力二出力の導波路であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
前記合流用導波路は、二入力二出力または二入力一出力の導波路であることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路素子。
【請求項４】
前記合流用導波路は、該合流用導波路に入射する位相調整が施されたパワーの不均等な２つの光を低損失で合流させて単一の出力導波路から出射させる機能を有していることを特徴とする請求項３に記載の光導波路素子。
【請求項５】
前記分岐用導波路における分岐比または前記合流用導波路における合流比は、前記２つの位相シフト用導波路における光損失の逆数に基づいて決定されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項６】
前記２つの位相シフト用導波路における光損失の差は、前記２つの位相シフト用導波路の近傍に形成された複数のエッチング溝の非対称性によって実現されていることを特徴とする請求項５に記載の光導波路素子。
【請求項７】
前記２つの位相シフト用導波路における各屈折率の変化量（それぞれΔｎ4aおよびΔｎ4b、｜Δｎ4a｜＞｜Δｎ4b｜とする。）と、該２つの位相シフト用導波路をそれぞれ伝搬する光のパワー（それぞれＰ4a， Ｐ4b， Ｐ4a ＜ Ｐ4bとする。）との関係は、
｜Δｎ4a｜ × Ｐ4a ＝  ｜Δｎ4b｜ × Ｐ４a
をほぼ満足することを特徴とする請求項６に記載の光導波路素子。
【請求項８】
前記２つの位相シフト用導波路における各屈折率の変化量（それぞれΔｎ4aおよびΔｎ4b、｜Δｎ4a｜＞｜Δｎ4b｜とする。）について、
１．０  ＞  ｜Δｎ4b｜／｜Δｎ4a｜  ＞  ０．５
を満足するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項９】
前記電極対は、略対称で、かつ、前記位相シフト用導波路の幅と略同一の幅を有する複数の電極板を含むことを特徴とする請求項１ないし８の何れかに記載の光導波路素子。
【請求項１０】
前記電極対のうち、接地側の電極は、前記２つの位相シフト用導波路のうちの少なくとも一方にそって形成された第１電極部と、該第１の電極部と電気的に接続されているとともに、該第１電極部よりも該導波路から離れた基板上の位置に形成され、かつ、該第１電極部の幅よりも幅広の第２電極部とを含むことを特徴とする請求項１ないし９の何れかに記載の光導波路素子。
【請求項１１】
前記２つの位相シフト用導波路のうち、第１位相シフト用導波路における屈折率の変化量と、第２位相シフト用導波路における屈折率の変化量との比を調整することでさらにチャープ量を制御することを特徴とする請求項１ないし１０の何れかに記載の光導波路素子。
【請求項１２】
請求項１ないし１１の何れかに記載の光導波路素子を含むことを特徴とする光変調器。
【請求項１３】
光ビームを出力する光源と、
前記光源からの光ビームを変調する、請求項１２に記載された光変調器と
を含むことを特徴とする光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、光通信、光情報処理、光信号処理または光センサー等の分野で用いられうる光導波路素子に係り、とりわけ、基板中に設けられた光導波路を用いて変調を行う光導波路型の光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットをはじめとする情報化社会の爆発的に展開している。これにともない、社会インフラを構築する重要な基幹要素の一つである光通信システムの高速や大容量化のニーズがますます高まっている。低速で伝送距離の短い光通信システムの光信号は、直接的に半導体レーザや発光ダイオードの注入電流を変調することによって得られている。これを直接変調と呼ぶ。しかしながら、この直接変調では緩和振動等の効果のため、数ＧＨｚ以上の高速変調が難しい。また、波長変動が発生するため、直接変調を長距離の伝送に適用することが難しい。
【０００３】
これを解決する手段としては、外部光変調器がある（特許文献１）。外部光変調器（以下、光変調器と称す。）は、半導体レーザから出力される一定強度の光に対して変調を行うものである。この方法に用いられる光変調器としては、基板中に形成された光導波路を有する導波路型の光変調器がある。導波路型の光変調器は、一般に、小形で、大量生産に適しており、また、高速動作が可能という特徴を有している。
【特許文献１】特開２００３−０５７６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
とりわけ、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶等の強誘電体材料を用いて光変調器を構成すれば、低損失、かつ、高効率の光変調器が得られる。
【０００５】
図１に、本発明に関連するマッハツェンダ型の光変調器を示す。図１において、１はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶基板である。
【０００６】
入力光導波路２は、結晶基板１上に帯状に形成されたものである。結晶基板１上にチタン（Ｔｉ）を熱拡散すると、導波路部分の屈折率が基板１よりも相対的に大きくなる。これを利用して、入力光導波路２が形成される。ちなみに、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の屈折率は約２．１４であるが、チタン（Ｔｉ）を拡散すると０．２％程度屈折率が上昇し、約２．１４４程度になる。
【０００７】
このように、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の部分と、チタン（Ｔｉ）を拡散された部分での屈折率の差を利用して、良好な光導波路が形成されるのである。もちろん、他の導波路も同様にして形成される。
【０００８】
４ａ及び４ｂは、入力光導波路２から分岐された長さ４ｍｍ〜８０ｍｍ程度の位相シフト光導波路である。５は、位相シフト光導波路４ａ，４ｂの出射側に接続された出力光導波路である。これらにより分岐干渉部が構成されている。
【０００９】
次に電極部について説明する。図１には電極部の一例として、進行波型電極９が示されている。変調用の進行波電極９は、光導波路４ａ及び光導波路４ｂ上にそれぞれ、信号電極９ａおよびアース電極９ｂが対になって形成されている。
【００１０】
ここで、進行波電極９の出射端は、線路インピーダンスに近い抵抗Ｒ（例：５０Ω）で終端されている。進行波電極９の入射端には、変調用の電気信号ｓ（ｔ）が入力される。
【００１１】
図１において、入力光導波路２からの入射光１０は、Ｙ字状の分岐部においてエネルギーが分割される。分割された光エネルギーは、それぞれ位相シフト光導波路４ａ、４ｂを通過し、Ｙ字状の合流部において再び合流し、出力光導波路５に至る。
【００１２】
このとき、位相シフト光導波路４ａ，４ｂを通過した光が同位相（位相差０°）で合流すれば損失は小さくなるため、出力光１１は最大の光量となる。一方、位相シフト光導波路４ａ，４ｂを通過した光が互いに逆相（位相差１８０°）となる場合は合流部分で大きな損失となるため、出力光１１の光量は最小となる。
【００１３】
そこで、変調用電極９への印加電圧の大きさに対応して電極下の光導波路４ａ，４ｂの屈折率が変化させる。すると、そこを通過する光の位相がそれぞれ変化するので、出力光１１として、変調された光信号が得られる。
【００１４】
また、図１では、変調用電極９のインピーダンスを入力電気信号線のインピーダンス（通常５０Ω）に近づけている。すなわち、電極９をそのインピーダンスに近い抵抗Ｒで終端することで進行波型電極が形成され、これにより広帯域化が図られている。
【００１５】
光導波路の屈折率は電界の強さに対応して変化する（電気光学効果）。特に、図１のようなｚ−板のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いた場合には、基板表面に垂直となる電界成分によって効率的に屈折率が変化する。図２は、図１に示した光導波路素子をＡ−Ａ‘破断線で切断した時の断面図である。図には、電界の方向（矢印）と強さ（電気力線の密度）も示されている。図中の１４は、光学的に透明で光導波路の屈折率よりも小さな屈折率の膜体からなるバッファ層である。主として電極による光吸収を防いだり、光と電気信号の速度整合を図ったりする目的で設けられる。
【００１６】
１３は、導波路近傍に設けられたエッチング溝である。これによって導波路への電界の集中を図ったり、光と電気信号の速度の整合を図ったりする目的で設けられている。
【００１７】
図２から明らかなように、信号電極９ａおよびアース電極９ｂ直下の光導波路４ａ及び光導波路４ｂでは、電界の方向が逆であるとともに、その強さも異なっている。このため、電界に対応した屈折率変化量（それぞれΔｎ4a、Δｎ4b）は正負の符号が異なるとともに、絶対値も異なる。
【００１８】
ここで、光導波路４ａ及び光導波路４ｂの屈折率変化量（それぞれΔｎ4a、Δｎ4b）の絶対値が異なると、合流された出力光の波長が僅かに変動する。すなわち、いわゆる波長チャープが発生する。この波長チャープは、光伝送特性に大きな影響を及ぼすため、現在の光通信システムを設計、構築する場合の重要なパラメータの一つとなっている。このため、この波長チャープの量を伝送線路の要求に合わせて設計、作成することが求められる。ちなみに、図１の構造では、例えば、Δｎ4aは、Δｎ4bの５倍となるため、両者には大きな差がある。この場合、チャープ量の指標であるαパラメータは、０．７となる。
【００１９】
現在の光通信システムでは、αパラメータに対して種々の要求が存在しており、α＝０が求められる場合も多い。しかしながら、図１の構成では、少なくとも、αを０（｜Δｎ4a｜＝｜Δｎ4b｜）とすることができない。
【００２０】
チャープ０の光変調器を実現する構造の一例として、図３に示す関連技術がある。この構造は、電界強度の強い信号電極９ａからこれに対応する光導波路４ａを遠ざけるため、両者の中心がオフセットされている。これにより、光導波路４ａの受けている電界強度と、光導波路４ｂの受けている電界強度との各絶対値が等しくなる。
【００２１】
しかしながら、この方法では、光導波路４の受けている電界強度自体が弱くなってしまう。低下した電界強度を補うためには、図１の場合に比較して３倍の駆動電圧を印加する必要がある。よって、この方法は現実的でない。
【００２２】
また、図４に示すように、信号電極９ａとアース電極９ｂをほぼ同じ太さに形成すると、アース電極９ｂ下にも電界を集中できる。そのため、両電極下の屈折率の変化量の絶対値を近づけることができ、α＝０．２を達成できる。しかし、この場合にも実質的に０を達成することはできない。
【００２３】
また、図５には他の関連技術によるチャープ０の変調器の例が示されている。基板１は、図中の破線により２つの領域に分割されている。左側の領域（表面が＋ｃ面）と、右側の領域（表面が−ｃ面）では、強誘電体としての分極方向（結晶のｚ軸（ｃ軸）の方向）が逆となるように作られている（分極反転）。
【００２４】
この場合、同じ電界を加えても、それぞれの領域で発生する屈折率の変化量は、正負逆となるが大きさは等しい。このため、図５に示した光導波路素子では、この領域の長さ（光の伝搬方向における素子の長さ）を所望の値に選ぶことにする。これにより、光導波路４ａ及び光導波路４ｂの屈折率の変化量を、２つの分極領域においてトータルとして正負符号が逆で大きさを等しくすることができる。すなわち、チャープ０の変調器が実現できる。
【００２５】
この変調器の分極反転領域の長さは、電極を伝播する電気信号の減衰を考慮して設計されるが、その減衰定数は周波数依存性を有する。そのため、幅広い周波数に対してチャープ０を実現する変調器を設計することは困難である。また、この場合には、通常の製造プロセスに加えて、分極反転のプロセスを追加する必要があり、製造コストが高くなる問題もある。
【００２６】
今後の光変調器は、チャープ０を含む幅広いチャープ量を実現できるだけでなく、低駆動電圧や広帯域などの高性能性も実現でき、さらに、低コストも実現できることが要求されよう。しかしながら、特に、チャープ量０の変調器を実現することは難しく、かつ、その他の要求もバランス良く満足できる光変調器は未だに実現されていない。
【００２７】
そこで、本発明は、このような課題および他の課題のうち、少なくとも１つを解決することを目的とする。なお、他の課題については明細書の全体を通して理解できよう。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は上記課題を解決すべく、
電気光学効果を有する光学基板と、
前記光学基板の表面付近に形成された２つの位相シフト用導波路と、
前記２つの位相シフト用導波路の入力側に接続された分岐用導波路と、
前記２つの位相シフト用導波路の出力側に接続された合流用導波路と、
前記位相シフト用導波路の近傍に形成され、少なくとも該位相シフト用導波路における光学的な屈折率を変化させるために、該位相シフト用導波路に電界を印加するための電極対と
を含み。
【００２９】
前記２つの位相シフト用導波路における各屈折率を変化量の絶対値が不一致となる場合に、前記分岐用導波路における光エネルギーの分岐比または前記合流用導波路における合流比を不均等とする。これにより、前記合流用導波路から出力される光信号のチャープ量を制御することを特徴とする光導波路素子が提供される。なお、このような光導波路素子は、光変調器や光通信装置などに応用されても良い。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、複数の位相シフト用導波路を伝播する各光パワーに重み付けを行うことで、光チャープ量の制御を幅広く設計または調整できるようになる。これは、従来の電極構造を主体とした設計や調整の手法と比較しても、チャープ量の小さな変調器を実現しやすくなるとともに、その他の要求もバランス良く満足しやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、図面を参照しつつ、本発明についてのいくつかの実施形態を説明する。
【００３２】
図６は、実施形態に係る光導波路素子の一例を示す斜視図である。１はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶から成る電気光学効果を有する光学基板である。基板１の上面は、結晶の−ｃ面（−ｚ軸）となっている。基板１の表面付近において略ｙ軸方向に光導波路が形成されている。
【００３３】
７は、入射した光を所望の分岐比で分岐する分岐用導波路である。図６では、二入力二出力のＸ型の導波路が示されている。分岐用導波路７は、入力導波路２ａ，２ｂと、出力導波路３ａ，３ｂとを有している。
【００３４】
８は、入射した光を所望の合流比で合流させる合流用導波路である。図６では、二入力二出力のＸ型の導波路が示されている。合流用導波路８は、入力導波路６ａ，６ｂと、出力導波路５ａ，５ｂとを有している。分岐用導波路７や合流用導波路８は、合流分岐素子と呼ばれることもある。
【００３５】
通常のマッハツェンダ型導波路の場合、合流分岐素子は、３ｄＢカプラであり、つまり入射した光を１：１の等量に分岐あるいは等量の光を合流させる機能を有している。しかしながら、本発明の合流分岐素子は、ｃ：ｄ（ｃ＜ｄ）の比で光を分岐または合流させる素子となっている。
【００３６】
４ａ，４ｂは、光学基板の表面付近に形成された位相シフト用の光導波路である。２つの位相シフト用導波路４ａ、４ｂの入力側には分岐用導波路７が接続されており、その出力側には合流用導波路８が接続されている。
【００３７】
位相シフト用導波路４ａ、４ｂの近傍には、位相シフト用導波路に電界を印加するための電極対９ａ，９ｂが形成されている。図に示すような形態で機能する電極対９ａ，９ｂは、一般に、進行波電極と呼ばれている。電極対９ａ，９ｂに電気信号が印加されると、電気光学効果により導波路内の屈折率が変化し、導波路を通過する光信号に位相シフトが引き起こされる。
【００３８】
位相シフト用光導波路４ａ，４ｂにおける各屈折率の変化量を、それぞれΔｎ4a、Δｎ4bとする。この場合、図６に示した光導波路素子において実験を行ったところ、
｜Δｎ4a｜：｜Δｎ4b｜＝３：２
という関係が満たされていることがわかった。
【００３９】
この場合、合流分岐素子の分岐比を
ｃ：ｄ＝２：３
とすれば、屈折率変化量の差を光パワーの差で相殺できると推測される。実際に、合流分岐素子の分岐比ｃ：ｄを２：３に設定し、合流用導波路８の出力導波路５ａからの出力光１１を評価したところ、出力光１１のチャープ量αが、ほぼ０であることを確認できた。
【００４０】
この例からわかるように、ほぼ次の式を満足する場合に０チャープが実現できるといえる。
【００４１】
｜Δｎ4a｜  ×  ｃ  ＝  ｜Δｎ4b｜  ×  ｄ
これは、分岐用導波路における分岐比または合流用導波路における合流比が、２つの位相シフト用導波路における光損失の逆数に基づいて決定されることを意味する。
【００４２】
比較のため、図６に示した光導波路素子において、合流分岐素子の分岐比を
ｃ：ｄ＝１：１
として、チャープ量αを評価したところ、
α＝０．２
となった。すなわち、分岐比や合流比を適宜調整することで、チャープ量αを自由に変更できる。とりわけ、上述した条件を満たせば、０チャープの光導波路素子を実現できるといえる。なお、０チャープとは、αが完全に０となることを意味するわけではなく、−０．０２＜α＜０．０２となるなど、αの値が実質的に０になることを意味する。
【００４３】
また、本実施形態に係る光導波路素子の両電極９ａ、９ｂは、ともに細いため、両電極の下には効率的に電界が集中する。なお、両電極の下には位相シフト用の光導波路が設けられていることはいうまでもない。そのため、図１に示した関連技術に比較して、駆動電圧を約４０％の低減ができる。よって、駆動電圧に関しても本発明は有利である。
【００４４】
図７は、実施形態に係る光導波路素子において、印加電圧と出力光１１との関係を示す図である。図に示すように、光パワーの最小値が０になっていないことがわかる。もちろん、最小値が０となることが望ましいことには違いない。しかし、ｃ：ｄ＝２：３の場合でも、その消光比（出力光強度における最大値と最小値との比）は、−１７ｄＢとなった。このような消光比であれば、通常の光通信システムでは充分に小さい値であるため、最終的には問題が無いといえる。
【００４５】
このように、かなりアンバランスの分岐比を採用しても、消光比を小さくでき、本実施形態に係る光導波路素子の構造は、幅広く有効であるといえよう。
【００４６】
一般に、０チャープ型の光導波路素子は、０チャープの実現と、良好な消光比の実現とを両立することが求められる。この観点から好適となる光導波路４ａ、４ｂについての屈折率変化量（Δｎ4aおよびΔｎ4b、｜Δｎ4a｜＞｜Δｎ4b｜）を調べたところ、
１＞｜Δｎ4b｜／｜Δｎ4a｜＞０．５
を満足するように光導波路や電極を構成すると良いことがわかった。すなわち、このような条件を満たせば、光パワーの分岐比をさらに好適に選択するだけで、チャープ０を達成でき、かつ、最悪でも消光比を−１３ｄＢ以下にできることも確認できた。
【００４７】
このような比率の屈折率変化を与える光導波路素子は、図６に示すように、電極４ａ、４ｂの導波路に沿った部分は、略線対称で、かつ、対応する位相シフト用導波路の幅と略同一の幅を有する場合に実現されていることも確認した。
【００４８】
同様に、図６に示した構成で、出力導波路５ｂからの出力光１２を調べたところ、図８に示すような良好な消光比（変調特性）を実現できることがわかった。なお、出力光１２の波長チャープ特性に関しても調べたところ、出力光１１に見られたような光パワーの重み付けによる波長チャープの制御効果は得られなかった。
【００４９】
この結果から、二本ある位相シフト用光導波路を伝播する各光のパワーの不一致によってたらされる波長チャープの制御効果は、出力光の何れにも期待できるわけではないことがわかる。すなわち、複数ある出力導波路のうち特定の出力導波路からの出力光だけが、波長チャープの制御効果を得ることができる。図６では、合流用導波路８の入力導波路６ａ，６ｂから入射する不均等な二つの光に相互に施されている位相調整（位相調整は、電極への電圧の印加によって達成される。）により、一方の出力導波路５ａへと光を低損失で集中させて出射できていることがわかる。なお、図７では、出力光１１についての光強度の最大値が１となっており、損失がないことがわかる。
【００５０】
このように、パワーの不均衡な２つの光がそのまま合流して出射する場合に、本発明の効果が期待できる。一方、出力光１２のパワー（図８）に関しては、最大値が１とはならないため、損失が発生しているといえる。このような出力光には本発明の効果は期待できない。
【００５１】
図９は、実施形態に係る光パワーの重み付けの概念を説明するための図である。図９（ａ）は、図６に示した光導波路素子についての等価的な図である。参照番号は、同一のものが付されている。説明の便宜上、ここでは、光導波路素子の入力導波路２ａに入力された光のパワーを１とする。
【００５２】
図９（ｂ）が示すように、分岐用導波路７では、α：１−α（α＞０．５）に入力光のパワーが分岐される。損失を無視すれば、出力導波路３ａからはパワーがαの光が出力され、出力導波路３ｂからはパワーが１−αの光が出力されることになる。
【００５３】
図９（ｃ）が示すように、合流用導波路８の入力導波路６ａには、パワーがαの光が入力される。合流用導波路８の分岐比（合流比）は、α：１−α（α＞０．５）であるとすれば、出力導波路５ａからは、パワーがα・αの光が出力され、出力導波路５ｂからは、パワーがα・（１−α）の光が出力される。
【００５４】
一方、図９（ｄ）が示すように、合流用導波路８の入力導波路６ｂには、パワーが１−αの光が入力される。ここで、合流用導波路８を形成する光結合器の対称性から、分岐比は、１−α：αとなる。よって、出力導波路５ａからは、パワーが（１−α）・（１−α）の光が出力され、出力導波路５ｂからは、パワーが（１−α）・αの光が出力される。
【００５５】
最終的には、図９（ｅ）が示すように、出力導波路５ａからは、パワーがα・αの光成分と、パワーが（１−α）・（１−α）の光成分とをそれぞれの位相を加味して合成された光が出力されることになる。また、出力導波路５ｂからは、パワーがα・（１−α）の光成分と、パワーが（１−α）・αの光成分とをそれぞれの位相を加味して合成された光が出力されることになる。これらの位相は、位相シフト用導波路４ａ、４ｂにおいて適宜変更される。
【００５６】
ここで、注意すべきは、出力導波路５ａからの出力光では、最大パワーの異なる２つの光成分が位相を加味して加算されるが、出力導波路５ｂからの出力光では、最大パワーの等しい２つの光成分が位相を加味して加算されることである。よって、前者は、光量の重み付けはできる点で有効であるが、出力光の最小値を０にできない。後者は、２つの光成分の最大パワーが等しいため、位相が１８０度ずれていれば、出力光のパワーが０となる利点があるものの、光量の重み付けは実現できない。本発明の観点からは、前者が有効であることは言うまでもない。
【００５７】
換言すれば、合流用導波路８は、合流用導波路８に入射する位相調整が施され、かつ、パワーの不均等な２つの光成分を低損失で合流させて単一の出力導波路から出射させる機能を有していることが望ましい。この機能があれば、光チャープ量の制御を幅広く設計または調整できるようになる。さらに、従来の電極構造を主体とした設計や調整の手法と比較しても、チャープ量の小さな変調器を実現しやすくなるとともに、その他の要求もバランス良く満足しやすくなるといえよう。
【００５８】
図１０は、誘導電流対策を施した実施形態に係る光導波路素子の一例を示す図である。図６に示す進行波電極９ａ，９ｂは、電極の線幅がともに細い。この構造で、図中のｙ軸方向（光の伝搬方向）における電極の長さを長くすると、電極には誘導電流が流れやすくなり、周波数特性が劣化するおそれがある。
【００５９】
この対策としては、図１０に示すように、アース電極９ｂを梯子状としてアースを強化することで、周波数特性を改善できた。
【００６０】
すなわち、梯子状の接地電極９ｂは、第１電極部と第２電極部を含む。第１電極部は、２つの位相シフト用導波路のうちの少なくとも一方にそって形成されている。第２電極部は、第１の電極部と電気的に接続されているとともに、第１電極部よりも導波路から離れた基板上の位置に形成され、かつ、第１電極部の幅よりも幅広である。図１０によれば、導波路４ｂの上方に第１電極部が設けられている。そして、第１電極部と第２電極部との間には、３つのエッチング溝が設けられている。３つのエッチング溝の間には、第１電極部と第２電極部とを接続するための４本の電極板が設けられている。
【００６１】
なお、梯子状電極９ｂが波長チャープに対して与える影響も検討した。梯子の間隔を１ｍｍとし、電極の幅を１０μｍ程度とした。また、導波路４ｂ上の細い第１電極からパッド状の第２電極までの距離を３００μｍとした。このようにすると、チャープ量αに対する影響を、図６の構成と比較して０．０５以下の変化にとどめることができることがわかった。
【００６２】
ここで、図６に示す構成で合流分岐素子の分岐比を上記の説明とは逆に
ｃ：ｄ＝３：２
としてみたところ、チャープ量は、
α＝０．４
となった。ｃ：ｄ＝１：１の場合のチャープ量αは０．２であったが、それよりもチャープ量が大きくなることを確認できた。
【００６３】
すなわち、本発明の技術思想は、０チャープを実現するために利用できるだけでなく、チャープ量を幅広く設計、調整するためにも応用できるのである。
【００６４】
図１１は、他の実施形態に係る光導波路素子の一例を示す図である。この光導波路素子の分岐光導波路７は入射光を等量（１対１）に分岐する機能を持つ。また、位相シフト用光導波路４ａ，４ｂにおいて、両者の伝播損失には差があることは上述したとおりである。
【００６５】
後方の合流用の合流分岐素子８に入射する直前では、それぞれｃ：ｄの光パワーとなるように光導波路素子が作られている。この場合、合流分岐素子８は、導波路５ａから逆に光を入れた場合に、ｃ：ｄの分岐比で光が導波路６ａ，６ｂへ分岐されるように作成されている。すなわち、合流分岐素子８における導波路６ａ，６ｂの合流比が、ｃ：ｄとなっている。このような構成を採用しても、波長チャープに関して前方の分岐光導波路７で光パワーの重み付けをした場合と全く同様の波長チャープ制御機能を実現できる。
【００６６】
この場合には、図１１に示すように、基板１に設けられるエッチング溝１３を、導波路４ａに対して接近させて設ければ、導波路４ａを通過する光信号に多く損失を発生させることができる。すなわち、導波路と溝との距離を変更することでも、光パワーの重み付けを実現できる。このほか、導波路４ａや４ｂとして、曲率を有する導波路を導入するなどしても、損失を調整できる。
【００６７】
本実施形態に適用可能な分岐・合流光導波路としては、種々の構成が考えられる。例えば、二入力二出力タイプの分岐・合流光導波路としては、図１２に示すような中央にギャップの設けられた方向性結合器がある。また、図１３に示すようにギャップ長が０の方向性結合器もある。さらに、図１４に示すような非対称Ｘ型の方向性結合器などもある。
【００６８】
一入力二出力タイプまたは二入力一出力タイプの分岐・合流光導波路としては、図１５に示すような非対称Ｙ分岐型の方向性結合器や、図１６に示すような非対称の方向性結合器型などもある。
【００６９】
何れの方向性結合器であっても、異なる分岐比や合流比を実現するために使用可能である。また、同じ分岐比となるように設計、作成されていれば、前後２つの分岐・合流光導波路として異なるタイプが選択されてもよい。例えば、前段が二入力二出力タイプの分岐・合流光導波路で、後段が一入力二出力タイプの分岐・合流光導波路であってもよい。反対に、後段が二入力二出力タイプの分岐・合流光導波路で、前段が一入力二出力タイプの分岐・合流光導波路であってもよい。もちろん、双方とも一入力二出力タイプであってもよい。
【００７０】
以上はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）導波路型の光素子を中心に説明したが、他の電気光学効果を有する導波路型光素子に関しても、本発明は有効に適用できる。
【００７１】
また、２つの位相シフト用導波路のうち、第１位相シフト用導波路４ａにおける屈折率の変化量と、第２位相シフト用導波路４ｂにおける屈折率の変化量との比を調整することで、さらにチャープ量を制御することができることはいうまでもない。すなわち、分岐比や合流比によって光パワーに重み付けする手法に加えて、電極、位相シフト用導波路または溝のサイズや位置を変更することで屈折率の変化量の比を調整する手法と組み合わせれば、さらに、好適にチャープ量を制御できよう。
【００７２】
本発明に係る光導波路素子が光変調器として応用できることは、いうまでもない。さらに、半導体レーザなどの光ビームを出力する光源とともに、当該光変調器を備える光通信装置を実現できることもいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】関連技術に係る光導波路素子の斜視図である。
【図２】関連技術に係る光導波路素子の断面図である。
【図３】関連技術に係る０チャープを実現するための光導波路素子の断面図である。
【図４】関連技術に係る波長チャープの小さい光導波路素子の断面図である。
【図５】関連技術に係る分極反転技術を用いた光導波路素子の斜視図である。
【図６】実施形態に係る光導波路素子の斜視図である。
【図７】実施形態に係る光導波路素子の出力光強度と印加電圧の関係を示す図である。
【図８】実施形態に係る光導波路素子から廃棄される出力光と印加電圧の関係を示す図である。
【図９】実施形態に係る光パワーの重み付けの概念を説明するための図である。
【図１０】実施形態に係る周波数特性を改善させた光導波路素子の斜視図である。
【図１１】実施形態に係る光損失を利用して実現した光導波路素子の斜視図である。
【図１２】実施形態に係る光導波路素子に用いることが可能な方向性結合器型の導波路型分岐合流素子の平面図である。
【図１３】実施形態に係る光導波路素子に用いることが可能な０−ｇａｐ方向性結合器の平面図である。
【図１４】実施形態に係る光導波路素子に用いることが可能な非対称ｘ型の導波路の平面図である。
【図１５】実施形態に係る光導波路素子に用いることが可能な非対称Ｙ分岐型の導波路の平面図である。
【図１６】実施形態に係る光導波路素子に用いることが可能な非対称方向性結合器の平面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１          …  ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板
２〜６      …  入力光導波路
７，８ …  分岐合流素子
９          …  進行波電極
１０        …  入力光
１１、１２  …  出力光
１３        …  基板に設けられたエッチング溝
１４        …  バッファ層膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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