(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ干渉計の構造を有する光導波路を形成し、該光導波路の分岐部および合波部の間に位置する一対の分岐導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、前記信号電極に電気信号を印加することにより前記光導波路を伝搬する光の変調を行うマッハツェンダ型の光変調器であって、
前記基板は、前記一対の分岐導波路を伝搬する光と前記信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、光の伝搬方向の入力側に位置する第１領域と出力側に位置する第２領域とを有し、
前記第１および第２領域は、一部の領域の分極方向を残りの領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域をそれぞれ含み、予め設定した波長チャープが各々の領域で独立して得られる構成であり、
前記信号電極は、前記第１および第２領域における各分極反転領域の位置に応じて前記一対の分岐導波路のいずれかの上に配置され、かつ、前記第１領域での変調の向きに対して前記第２領域での変調の向きが逆になるように配置パターンが決められており、さらに、
前記第１および第２領域のうちの一方の領域は、光の伝搬方向について、中央部分に前記分極反転領域が配置され、両端部分が非反転領域とされ、
前記第１および第２領域のうちの他方の領域は、光の伝搬方向について、両端部分に前記分極反転領域を２つに分けた小領域が配置され、中央部分が非反転領域とされることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器であって、
前記第１および第２領域は、前記一対の分岐導波路を伝搬する各光に対する、前記分極反転領域での位相変化と前記分極反転領域以外での位相変化との関係が、絶対値が等しく符号が相違するように、前記分極反転領域の光の伝搬方向についての長さがそれぞれ設定され、各々の領域における波長チャープが略零になる構成であることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項２に記載の光変調器であって、
前記第１および第２領域は、光の伝搬方向について、各々の領域の全長に対する前記分極反転領域の長さの割合が略１／２に設定されていることを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項１に記載の光変調器であって、
前記第１領域の光の伝搬方向についての全長が、前記第２領域の光の伝搬方向についての全長よりも長いことを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項１に記載の光変調器であって、
前記信号電極は、前記第１領域の分極反転領域では一方の分岐導波路上を通り、前記第１領域の分極反転領域以外では他方の分岐導波路上を通り、前記第２領域の分極反転領域では他方の分岐導波路上を通り、前記第２領域の分極反転領域以外では一方の分岐導波路上を通るように配置パターンが決められていることを特徴とする光変調器。
【請求項６】
請求項１に記載の光変調器であって、
前記分岐導波路を伝搬する光の速度が、前記信号電極を伝搬する電気信号の速度の８０％乃至１２０％であることを特徴とする光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信で用いられる光変調器に関し、特に、マッハツェンダ型の光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ２）などの電気光学結晶を用いた光導波路デバイスは、結晶基板上の一部に金属膜を形成して熱拡散させるか、或いは、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどして光導波路を形成した後、その光導波路の近傍に電極を設けることで形成される。このような電気光学結晶を用いた光導波路デバイスの１つとして、分岐干渉型の光導波路構造を有するマッハツェンダ型光変調器が知られている。
【０００３】
図７は、従来のマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す上面図である。このマッハツェンダ型光変調器においては、基板１０１上にチタン（Ｔｉ）膜を形成し、それをマッハツェンダ型の形状にパターニングした後に所要の温度および時間で加熱して熱拡散させることによって、光導波路１１０が形成される。この光導波路１１０は、入射導波路１１１、分岐部１１２、分岐導波路１１３ａ，１１３ｂ、合波部１１４および出射導波路１１５からなり、分岐導波路１１３ａ，１１３ｂに沿って、信号電極１２１および接地電極１２２からなるコプレーナ電極１２０が設けられる。Ｚ−カットの基板１０１を用いる場合には、Ｚ方向の電界による屈折率変化を利用するため、光導波路１１３ａの真上に信号電極１２１および接地電極１２２が配置される。また、信号電極１２１および接地電極１２２は、分岐導波路１１３ａ，１１３ｂ中を伝搬する光の吸収を防ぐために、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなる図示しないバッファ層を介して基板１０１上に形成されている。
【０００４】
このような従来のマッハツェンダ型光変調器を高速で駆動する場合は、信号電極１２１の一端を図示しない抵抗を介して接地して進行波電極とし、信号電極１２１の他端からマイクロ波等の高周波電気信号Ｓを印加する。このとき、信号電極１２１と接地電極１２２の間で発生する電界によって、分岐導波路１１３ａ，１１３ｂの屈折率がそれぞれ変化するため、分岐導波路１１３ａ，１１３ｂを伝搬する各光の位相差が変化して、強度変調された信号光が出射導波路１１５から出力されるようになる。
【０００５】
上記のような従来のマッハツェンダ型光変調器については、信号電極１２１の断面形状を変化させて電気信号Ｓの実効屈折率を制御し、光と電気信号Ｓの伝搬速度を整合させることによって、広帯域の光応答特性が得られることが知られている。しかし、信号電極１２１を伝播する電気信号Ｓは、その周波数が高くなるにつれて伝播損失が大きくなるため、変調帯域が制限されて高速変調が困難になってしまうという課題がある。
【０００６】
マッハツェンダ型変調器の広帯域化に関する従来技術としては、例えば図８に示すように、光と電気信号Ｓとの相互作用部のうち、入力側からある長さまでの部分の基板１０１の分極方向に対して、図中の破線で囲んだ残りの部分の分極方向を反転させた構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構成により、分極方向を反転させていない非反転領域での変調を順方向とすると、分極反転領域では逆向きの変調がかかるようになる。前述したように電気信号Ｓの損失は高周波で大きくなるため、分極反転領域における逆変調の強度は低周波では大きく、高周波では小さくなる。その結果、光変調器全体では低周波での変調が抑えられるようになり、変調帯域が広がることになる。
【０００７】
また、従来のマッハツェンダ型光変調器については、変調時に光の波長が変動する現象（波長チャープ）が知られており、この波長チャープはファイバ伝送後の信号光波形を歪ませる原因となるという課題もある。
波長チャープについて簡単に説明すると、前述の図７に示した光変調器では、２本の分岐導波路１１３ａ，１１３ｂのうち、一方は信号電極１２１の下に、他方は接地電極１２２の下に配置される。信号電極１２１と接地電極１２２の下では電界の向きが逆方向になり、屈折率変化は一方が正、他方が負となる。その結果、分岐導波路１１３ａ，１１３ｂを伝播する各光の位相が変化し、各々を合波したときに強度変調となる。しかしながら、このときの屈折率変化の絶対値は、信号電極１２１の下のほうが接地電極１２２の下よりも大きくなり、その結果、出力光に位相変調が残ってしまう。これが波長チャープの原因である。
【０００８】
上記のような波長チャープを抑えるための従来技術としては、例えば図９に示すように、光と電気信号との相互作用部の中央を分極反転領域とし、該分極反転領域を通る導波路の長さと非反転領域を通る導波路の長さとを等しくする構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この構成では、各分岐導波路１１３ａ，１１３ｂで受ける屈折率変化の積分値は、各々の絶対値が等しくなるため、零チャープが実現される。また、信号電極を複数に分岐させる構成も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
さらに、前述した広帯域化と零チャープを両立させる従来技術として、例えば図１０に示すように、分極反転領域を設けることによって逆変調を加えて広帯域化を図ると共に、信号電極を２つに分岐させて対称の配置とすることにより零チャープを実現する構成も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２８４１２９号公報
【特許文献２】国際公開第２００４／０５３５７４号パンフレット
【特許文献３】特許第３６９５７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記の図１０に示したような構成の従来のマッハツェンダ型光変調器は、２つに分岐させた信号電極について分岐前後のインピーダンスマッチングが困難であるという課題がある。また、信号電極の終端回路が２個必要であるため構成が複雑になり実装面で不利になるという問題点を有する。
本発明は上記の点に着目してなされたもので、変調帯域の広帯域化と波長チャープの抑圧とを同時に実現することのできる簡略な構成の光変調器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明の光変調器は、電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ干渉計の構造を有する光導波路を形成し、該光導波路の分岐部および合波部の間に位置する一対の分岐導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、前記信号電極に電気信号を印加することにより前記光導波路を伝搬する光の変調を行うマッハツェンダ型の構成である。前記基板は、前記一対の分岐導波路を伝搬する光と前記信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、光の伝搬方向の入力側に位置する第１領域と出力側に位置する第２領域とを有する。前記第１および第２領域は、一部の領域の分極方向を残りの領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域をそれぞれ含み、予め設定した波長チャープが各々の領域で独立して得られる構成である。前記信号電極は、前記第１および第２領域における各分極反転領域の位置に応じて前記一対の分岐導波路のいずれかの上に配置され、かつ、前記第１領域での変調の向きに対して前記第２領域での変調の向きが逆になるように配置パターンが決められている。さらに、前記第１および第２領域のうちの一方の領域は、光の伝搬方向について、中央部分に前記分極反転領域が配置され、両端部分が非反転領域とされ、前記第１および第２領域のうちの他方の領域は、光の伝搬方向について、両端部分に前記分極反転領域を２つに分けた小領域が配置され、中央部分が非反転領域とされる。
【００１２】
上記のような構成の光変調器では、光導波路に入射された光は分岐部で２分岐されて一対の分岐導波路にそれぞれ送られる。各分岐導波路には、信号電極を伝搬する電気信号に応じて信号電極と接地電極の間で発生する電界が印加され、この電界による電気光学効果によって各分岐導波路の屈折率が変化して、各々を伝搬する光の位相がそれぞれ変化する。このとき、相互作用部に設定された入力側の第１領域および出力側の第２領域のうちの一方の領域には中央部分に分極反転領域が形成され、他方の領域には両端部分に分極反転領域の２つの小領域が形成されており、該分極反転領域の位置に応じて信号電極の配置パターンが決められることで第１および第２領域で逆向きの変調が行われる。そして、各分岐導波路を伝搬した光が合波部で合波されることにより強度変調された光信号が所要の波長チャープで出力されるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
上記のような本発明の光変調器によれば、相互作用部に第１および第２領域を設定して各々の領域に分極反転領域を形成すると共に、各々の領域における変調の向きを逆方向としたことで、簡略な構成により変調帯域の広帯域化と波長チャープの抑圧とを同時に実現することが可能になる。また、第１および第２領域の分極反転領域が、光の伝搬方向について、一方の領域では中央部分に配置され、他方の領域では両端部分に配置されるようにしたことで、第１および第２領域の境界部分における信号電極の配置パターンを一対の分岐導波路上の一方から他方に切り替える必要がなくなるため、信号電極の配置パターンの簡略化により電気信号の伝搬特性が改善されて、変調帯域のさらなる広帯域化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明の第１実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
図１において、本実施形態の光変調器は、電気光学効果を有する基板１と、その基板１に形成されたマッハツェンダ型の光導波路１０と、基板１の表面に形成されたコプレーナ電極２０とを備えて構成される。
【００１５】
基板１は、例えばＺ−カットのＬｉＮｂＯ３基板等を使用し、光導波路１０を伝搬する光とコプレーナ電極２０を伝搬する高周波電気信号Ｓとが相互に作用する領域（以下、相互作用部とする）について、光の入力端から長手方向（光の伝搬方向）に長さＬまでに亘る第１領域Ａが順変調部１Ａとされ、残りの第２領域Ｂが逆変調部１Ｂとされている。なお、ここでは領域Ｂの長手方向の長さをＬ’とする。順変調部１Ａおよび逆変調部１Ｂには、図の破線で囲んだ分極反転領域ＲＡおよびＲＢがそれぞれ形成されており、順変調部１Ａおよび逆変調部１Ｂで独立して零チャープが実現される構成となっている。
【００１６】
各分極反転領域ＲＡ，ＲＢは、光の伝搬方向について、各領域Ａ，Ｂの全長Ｌ，Ｌ’の１／２倍の長さを有し、各領域Ａ，Ｂの略中央にそれぞれ配置されている。なお、光の伝搬方向に対して垂直な方向については、光導波路１０の後述する分岐導波路１３ａ，１３ｂを含むことが可能な長さを有するものとする。上記の各分極反転領域ＲＡ，ＲＢは、例えば、レジスト等でパターニングした基板１に対してパルス高電界を印加するなどして形成することが可能である。
【００１７】
光導波路１０は、入射導波路１１、分岐部１２、分岐導波路１３ａ，１３ｂ、合波部１４および出射導波路１５を有し、マッハツェンダ干渉計を構成する。この光導波路１０は、従来と同様にして熱拡散やプロトン交換等の処理を施すことにより、基板１の−Ｚ面に形成される。入射導波路１１の光入射端（図１で左側に位置する一端）ＩＮおよび出射導波路１５の光出射端（図１で右側に位置する一端）ＯＵＴは、それぞれ基板１の対向する側面に達している。
【００１８】
コプレーナ電極２０は、信号電極２１および接地電極２２を有する。信号電極２１は、領域Ａについて分極反転領域ＲＡでは分岐導波路１３ｂ上を通り、分極反転領域ＲＡ以外では分岐導波路１３ａ上を通り、また、領域Ｂについて分極反転領域ＲＢでは分岐導波路１３ａ上を通り、分極反転領域ＲＢ以外では分岐導波路１３ｂ上を通るような所要の形状にパターニングされている。一方、接地電極２２は、信号電極２１とは一定の距離を隔てて、領域Ａについて分極反転領域ＲＡでは分岐導波路１３ａ上を通り、分極反転領域ＲＡ以外では分岐導波路１３ｂ上を通り、また、領域Ｂについて分極反転領域ＲＢでは分岐導波路１３ｂ上を通り、分極反転領域ＲＢ以外では分岐導波路１３ａ上を通るような所要の形状にパターニングされている。上記の信号電極２１は、図で右下に位置する一端がここでは図示しないが抵抗を介して接地されることにより進行波電極とされ、変調データに対応した高周波電気信号Ｓが図で左下に位置する他端から印加される。信号電極２１の断面形状は、光導波路１０を伝搬する光と高周波電気信号Ｓとの速度整合条件を満たすよう設計されている。具体的には、例えば４０Ｇｂ／ｓの変調を行う場合、光導波路１０を伝搬する光の速度が信号電極２１を伝搬する高周波電気信号Ｓの速度の８０〜１２０％になるように信号電極２１の断面形状が設計される。
【００１９】
なお、コプレーナ電極２０と基板１の表面との間には、光導波路１０中を伝搬する光がコプレーナ電極２０によって吸収されるのを防ぐためのバッファ層を形成しておくのがよい。このバッファ層としては、例えば、厚さ０．２〜１μｍのＳｉＯ２などを用いることが可能である。
次に、第１実施形態の光変調器の動作について説明する。
【００２０】
上記のような構成のマッハツェンダ型光変調器では、外部から入射導波路１１に与えられた連続光が分岐部１２で２分岐されて各分岐導波路１３ａ，１３ｂにそれぞれ送られる。各分岐導波路１３ａ，１３ｂには、信号電極２１を進行する高周波電気信号Ｓに応じて信号電極２１と接地電極２２の間で発生する電界が印加され、この電界による電気光学効果によって各分岐導波路１３ａ，１３ｂの屈折率が変化する。これにより、各分岐導波路１３ａ，１３ｂを伝搬する各々の光の位相がそれぞれ変化するようになる。
【００２１】
このとき、順変調部１Ａの長手方向（全長Ｌ）について、分極反転領域ＲＡの長さと非反転領域の長さとが略等しくなるように、すなわち、図１の構成では分極反転領域ＲＡの前後に位置する各非反転領域の長さがＬ／４で、分極反転領域ＲＡの長さがＬ／２となるように設計されていると、順変調部１Ａの分岐導波路１３ａを伝搬する光の位相は、次の（１）式に示すθａだけ変化し、順変調部１Ａの分岐導波路１３ｂを伝搬する光の位相は、次の（２）式に示すθｂだけ変化するようになる。
【００２２】
θａ＝（＋ΔｎＳ）・Ｌ／４＋（＋ΔｎＧ）・Ｌ／２＋（＋ΔｎＳ）・Ｌ／４
＝（ΔｎＳ＋ΔｎＧ）・Ｌ／２    …（１）
θｂ＝（−ΔｎＧ）・Ｌ／４＋（−ΔｎＳ）・Ｌ／２＋（−ΔｎＧ）・Ｌ／４
＝−（ΔｎＳ＋ΔｎＧ）・Ｌ／２    …（２）
ただし、ΔｎＳは信号電極２１の下に位置する分岐導波路の屈折率変化量であり、ΔｎＧは接地電極２２の下に位置する分岐導波路の屈折率変化量である。
【００２３】
上記の（１）式および（２）式より明らかなように、順変調部１Ａの各分岐導波路１３ａ，１３ｂを伝搬する各々の光の位相は、非反転領域において（＋ΔｎＳ）・Ｌ／２，（−ΔｎＧ）・Ｌ／２だけそれぞれ変化し、分極反転領域ＲＡにおいて（＋ΔｎＧ）・Ｌ／２，（−ΔｎＳ）・Ｌ／２だけそれぞれ変化する。したがって、各分岐導波路１３ａ，１３ｂを通って順変調部１Ａの出力端に到達する各々の光の位相は、＋（ΔｎＳ＋ΔｎＧ）・Ｌ／２，−（ΔｎＳ＋ΔｎＧ）・Ｌ／２だけ変化することになり、絶対値が等しく符号が反転した位相変調となる。そのため、順変調部１Ａでは波長チャープが発生しなくなり零チャープとなる。
【００２４】
図２は、分極反転領域ＲＡの長さと発生する波長チャープとの関係を例示した図である。ただし、ここでは順変調部１Ａの全長Ｌに対する分極反転領域ＲＡの長さの割合を横軸にとり、発生する波長チャープを示すαパラメータの値を縦軸にとっている。図２より、分極反転領域ＲＡの長さが全長Ｌの１／２倍のとき、すなわち、分極反転領域ＲＡの長さと非反転領域の長さとが等しくなる場合に、αパラメータの値が０となって波長チャープの発生がなくなることが分かる。
【００２５】
また、逆変調部１Ｂの長手方向（全長Ｌ’）についても、上記の順変調部１Ａと同様にして、分極反転領域ＲＢの長さと非反転領域の長さとが略等しくなるように設計されていると、逆変調部１Ｂの分岐導波路１３ａを伝搬する光の位相は、次の（１）’式に示すθａ’だけ変化し、逆変調部１Ｂの分岐導波路１３ｂを伝搬する光の位相は、次の（２）’式に示すθｂ’だけ変化するようになる。
【００２６】
θａ’＝（＋ΔｎＧ）・Ｌ’／４＋（＋ΔｎＳ）・Ｌ’／２＋（＋ΔｎＧ）・Ｌ’／４
＝（ΔｎＳ＋ΔｎＧ）・Ｌ’／２    …（１）’
θｂ’＝（−ΔｎＳ）・Ｌ’／４＋（−ΔｎＧ）・Ｌ’／２＋（−ΔｎＳ）・Ｌ’／４
＝−（ΔｎＳ＋ΔｎＧ）・Ｌ’／２    …（２）’
上記の（１）’式および（２）’式より明らかなように、逆変調部１Ｂの各分岐導波路１３ａ，１３ｂを伝搬する各々の光の位相は、非反転領域において（＋ΔｎＧ）・Ｌ’／２，（−ΔｎＳ）・Ｌ’／２だけそれぞれ変化し、分極反転領域ＲＢにおいて（＋ΔｎＳ）・Ｌ’／２，（−ΔｎＧ）・Ｌ’／２だけそれぞれ変化する。したがって、各分岐導波路１３ａ，１３ｂを通って逆変調部１Ｂの出力端に到達する各々の光の位相は、＋（ΔｎＳ＋ΔｎＧ）・Ｌ’／２，−（ΔｎＳ＋ΔｎＧ）・Ｌ’／２だけ変化することになり、絶対値が等しく符号が反転した位相変調となる。そのため、逆変調部１Ｂでも波長チャープが発生しなくなり零チャープとなる。
【００２７】
上記のような順変調部１Ａおよび逆変調部１Ｂにおける零チャープの実現に加えて、本光変調器では、相互作用部の光入力側に位置する領域Ａでの変調の向きに対して、光出力側に位置する領域Ｂでの変調の向きが逆になるようにコプレーナ電極２０がパターニングされているため、変調帯域が広帯域化されるようになる。すなわち、信号電極２１に入力された高周波電気信号Ｓは信号電極２１を伝搬する間に減衰し、その減衰量は高周波で大きくなる。しかし、相互作用部での変調の向きを入力側の領域Ａで順変調、出力側の領域Ｂで逆変調としたことにより、領域Ｂにおける逆変調の強度は低周波では大きく、高周波では小さくなる。その結果、光変調器全体では低周波での変調が抑えられるようになり、変調帯域が広がることになる。
【００２８】
図３は、電気信号Ｓの周波数に対する光応答特性の一例を示したものである。
図３において、曲線Ｃ０は、相互作用部の出力側で逆変調が行われない従来の光変調器における光出力の周波数特性である。これに対して、曲線Ｃ１は、本光変調器における逆変調成分の周波数特性を示しており、このような逆変調が行われることによって、本光変調器の光出力の周波数特性は曲線Ｃ２となり、従来の曲線Ｃ０と比べて広帯域化される。上記のような広帯域化されたマッハツェンダ型光変調器によれば、例えば、商用で利用される４０Ｇｂ／ｓの光変調器に要求される３０ＧＨｚ以上の３ｄＢ帯域をカバーすることができるようになる。
【００２９】
上記のようにして分岐導波路１３ａ，１３ｂを伝搬し順変調部１Ａおよび逆変調部１Ｂで位相変調された各光は、合波部１４で合波されることにより、強度変調された光信号が出射導波路１５から出力されるようになる。
ここで、順変調部１Ａおよび逆変調部１Ｂの長さの割合について説明する。
図４は、相互作用部の全長に対する逆変調部１Ｂの長さの割合（Ｌ’／（Ｌ＋Ｌ’））を変化させたときの変調帯域の様子を示した一例である。このように、逆変調部１Ｂの長さの割合の増加と伴に変調帯域が広くなる。ただし、逆変調部１Ｂの長さの割合がある程度大きくなると低周波で変調がかかり難くなるので、広帯域化を実現する逆変調部１Ｂの長さの割合は所要の変調度を考慮して最適設計することが必要である。
【００３０】
上記のように第１実施形態によれば、相互作用部のうちの入力側に位置する第１領域Ａを順変調部１Ａとし、出力側に位置する第２領域Ｂを逆変調部１Ｂとすると共に、各々の変調部１Ａ，１Ｂが独立して零チャープとなるようにしたことで、変調帯域の広帯域化と零チャープを同時に実現できる簡略な構成のマッハツェンダ型光変調器を提供することが可能になる。
【００３１】
なお、上記の第１実施形態では、信号電極２１が、順変調部１Ａにおける分極反転領域ＲＡで分岐導波路１３ｂ上、非反転領域で分岐導波路１３ａ上に配置され、逆変調部１Ｂにおける分極反転領域ＲＢで分岐導波路１３ａ上、非反転領域で分岐導波路１３ｂ上に配置されるようにしたが、各々の変調部の分極反転領域および非反転領域における信号電極２１の配置を上記とは逆にすることも勿論可能である。
【００３２】
また、順変調部１Ａおよび逆変調部１Ｂの各々の全長Ｌ，Ｌ’に対して分極反転領域ＲＡ，ＲＢの長さを１／２倍に設定して零チャープが実現されるようにしたが、例えば、分極反転領域ＲＡ，ＲＢの電気光学定数が非反転領域の電気光学定数と異なる場合には、その差に応じて分極反転領域ＲＡ，ＲＢの長さを調節することにより、零チャープを実現することが可能である。
【００３３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
図５において、本実施形態の構成が上述の図１に示した第１実施形態の場合と異なる点は、逆変調部１Ｂにおける分極反転領域の配置を変更して信号電極２１の配置パターンの単純化を図った点である。具体的には、順変調部１Ａに接する逆変調部１Ｂの一端からＬ’／４の長さまでの間に分極反転領域ＲＢ１を形成すると共に、該分極反転領域ＲＢ１との間に長さＬ’／２の非反転領域を挟んで、長さＬ’／４の分極反転領域ＲＢ２を形成する。そして、各分極反転領域ＲＢ１，ＲＢ２では、分岐導波路１３ａ上に信号電極２１、分岐導波路１３ｂ上に接地電極２２が配置され、各分極反転領域ＲＢ１，ＲＢ２の間に位置する非反転領域では、分岐導波路１３ｂ上に信号電極２１、分岐導波路１３ａ上に接地電極２２が配置されるようにコプレーナ電極２０のパターンを変更する。
【００３４】
上記のような構成のマッハツェンダ型光変調器によれば、上述した第１実施形態の場合と同様の作用効果が得られると共に、順変調部１Ａと逆変調部１Ｂの境界部分における信号電極２１の配置パターンを、第１実施形態の場合のように分岐導波路１３ａ上から分岐導波路１３ｂ上に切り替える必要がなくなり、光変調器全体における各分岐導波路１３ａ，１３ｂ間での信号電極２１の往復回数が３回から２回に減少する。信号電極２１の配置パターンが簡略化されることにより、電気信号Ｓの伝搬特性（例えば、損失や反射など）の改善効果が期待できるため、変調帯域のさらなる広帯域化を図ることが可能になる。
【００３５】
なお、上記の第２実施形態では、逆変調部１Ｂの分極反転領域の配置を変更して信号電極パターンの簡略化を図る一例を示したが、例えば図６に示すように、順変調部１Ａの分極反転領域の配置を変更し、順変調部１Ａの長手方向の両端部分に長さＬ／４の分極反転領域ＲＡ１，ＲＡ２を形成するようにしても、信号電極パターンの簡略化を図ることが可能である。上記図６の構成例では、順変調部１Ａの各分極反転領域ＲＡ１，ＲＡ２の長さ（Ｌ／４）と逆変調部１Ｂの分極反転領域ＲＢの長さ（Ｌ’／２）との差が、上述した図１や図５の構成例と比べて小さくなるため、基板１に対する各分極反転領域ＲＡ１，ＲＡ２，ＲＢの形成が容易になり製造性を向上させることも可能になる。
【００３６】
また、上述した第１および第２実施形態では、順変調部１Ａおよび逆変調部１Ｂの各分極反転領域の長さをＬ／２およびＬ’／２とすることで各々の変調部で零チャープが実現されるようにしたが、上述の図２に示したように、分極反転領域の長さを０〜Ｌの範囲で変えることで、チャープ量を示すαパラメータを−０．７〜＋０．７の範囲で任意に設定できることに着目し、順変調部１Ａおよび逆変調部１Ｂの各分極反転領域の長さをＬ／２，Ｌ’／２以外に設定して、所要のαパラメータに対応したマッハツェンダ型光変調器を実現する応用も可能である。
【００３７】
さらに、上述した第１および第２実施形態では、マッハツェンダ型の光導波路１０として分岐導波路１３ａ，１３ｂが平行に配置される構成例を示したが、本発明における分岐導波路１３ａ，１３ｂは各々の光路長が実質的に同じになっていれば平行に配置されていなくても構わない。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００３８】
（付記１）  電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ干渉計の構造を有する光導波路を形成し、該光導波路の分岐部および合波部の間に位置する一対の分岐導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、前記信号電極に電気信号を印加することにより前記光導波路を伝搬する光の変調を行うマッハツェンダ型の光変調器であって、
前記基板は、前記一対の分岐導波路を伝搬する光と前記信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、光の伝搬方向の入力側に位置する第１領域と出力側に位置する第２領域とを有し、
前記第１および第２領域は、一部の領域の分極方向を残りの領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域をそれぞれ含み、予め設定した波長チャープが各々の領域で独立して得られる構成であり、
前記信号電極は、前記第１および第２領域における各分極反転領域の位置に応じて前記一対の分岐導波路のいずれかの上に配置され、かつ、前記第１領域での変調の向きに対して前記第２領域での変調の向きが逆になるように配置パターンが決められていることを特徴とする光変調器。
【００３９】
（付記２）  付記１に記載の光変調器であって、
前記第１および第２領域は、前記一対の分岐導波路を伝搬する各光に対する、前記分極反転領域での位相変化と前記分極反転領域以外での位相変化との関係が、絶対値が等しく符号が相違するように、前記分極反転領域の光の伝搬方向についての長さがそれぞれ設定され、各々の領域における波長チャープが略零になる構成であることを特徴とする光変調器。
【００４０】
（付記３）  付記２に記載の光変調器であって、
前記第１および第２領域は、光の伝搬方向について、各々の領域の全長に対する前記分極反転領域の長さの割合が略１／２に設定されていることを特徴とする光変調器。
【００４１】
（付記４）  付記１に記載の光変調器であって、
前記第１領域の光の伝搬方向についての全長が、前記第２領域の光の伝搬方向についての全長よりも長いことを特徴とする光変調器。
【００４２】
（付記５）  付記１に記載の光変調器であって、
前記第１および第２領域は、光の伝搬方向について、各々の領域の中央部分に前記分極反転領域を有することを特徴とする光変調器。
【００４３】
（付記６）  付記１に記載の光変調器であって、
前記第１および第２領域の少なくとも一方に設けられる前記分極反転領域は、複数の小領域に分けられ、該各小領域が光の伝搬方向に沿って配置されていることを特徴とする光変調器。
【００４４】
（付記７）  付記６に記載の光変調器であって、
前記第１領域は、光の伝搬方向について、中央部分に前記分極反転領域を有し、両端部分が非反転領域とされ、
前記第２領域は、光の伝搬方向について、両端部分に前記小領域に分けられた分極反転領域を有し、中央部分が非反転領域とされたことを特徴とする光変調器。
【００４５】
（付記８）  付記６に記載の光変調器であって、
前記第１領域は、光の伝搬方向について、両端部分に前記小領域に分けられた分極反転領域を有し、中央部分が非反転領域とされ、
前記第２領域は、光の伝搬方向について、中央部分に前記分極反転領域を有し、両端部分が非反転領域とされたことを特徴とする光変調器。
【００４６】
（付記９）  付記１に記載の光変調器であって、
前記信号電極は、前記第１領域の分極反転領域では一方の分岐導波路上を通り、前記第１領域の分極反転領域以外では他方の分岐導波路上を通り、前記第２領域の分極反転領域では他方の分岐導波路上を通り、前記第２領域の分極反転領域以外では一方の分岐導波路上を通るように配置パターンが決められていることを特徴とする光変調器。
【００４７】
（付記１０）  付記１に記載の光変調器であって、
前記分岐導波路を伝搬する光の速度が、前記信号電極を伝搬する電気信号の速度の８０％乃至１２０％であることを特徴とする光変調器。
【００４８】
（付記１１）  付記１に記載の光変調器であって、
前記信号電極および前記接地電極は、前記基板の表面にバッファ層を介して設けられることを特徴とする光変調器。
【００４９】
（付記１２）  付記１に記載の光変調器であって、
前記基板は、Ｚ−カットのニオブ酸リチウム基板であることを特徴とする光変調器。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【図２】上記の第１実施形態について分極反転領域の長さと波長チャープの関係の一例を示した図である。
【図３】上記の第１実施形態について電気信号の周波数に対する光応答特性の一例を示した図である。
【図４】上記の第１実施形態について相互作用部の全長に対する逆変調部の長さの割合を変化させたときの変調帯域の一例を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【図６】上記の第２実施形態に関連した他の応用例を示す平面図である。
【図７】従来のマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す上面図である。
【図８】図７について広帯域化を図った公知の構成例を示す上面図である。
【図９】図７について零チャープを実現した公知の構成例を示す上面図である。
【図１０】図７について広帯域化および零チャープを実現した公知の構成例を示す上面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…基板
１Ａ…順変調部
１Ｂ…逆変調部
１０…光導波路
１１…入射導波路
１２…分岐部
１３ａ，１３ｂ…分岐導波路
１４…合波部
１５…出射導波路
２０…コプレーナ電極
２１…信号電極
２２…接地電極
Ａ…第１領域
Ｂ…第２領域
Ｌ…第１領域の長手方向の長さ
Ｌ’…第２領域の長手方向の長さ
ＲＡ，ＲＡ１，ＲＡ２，ＲＢ，ＲＢ１，ＲＢ２…分極反転領域
Ｓ…高周波電気信号
【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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