(57)【要約】【課題】  集積度が高く、コンパクトな光変調器を提供することであり、しかも、駆動電圧の低減、チャーピングの抑制、偏波無依存化など多様な機能を有する光変調器を提供すること。【解決手段】  電気光学効果を有する材料からなる基板１と、該基板の表面に形成された表面側光導波路２−１，２−２と、該基板の裏面に形成された裏面側光導波路と、該表面側光導波路内を伝搬する光波の位相を制御するための表面側制御用電極と、該裏面側光導波路内を伝搬する光波の位相を制御するための裏面側制御用電極とを備え、該基板の少なくとも一端面において、前記異なる面に形成された光導波路が出射口と入射口とを有し、該出射口から出射した光波が該入射口に入射するように、折り返し素子３を前記一端面に近接して配置することを特徴とする光変調器である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する材料からなる基板と、該基板の表面に形成された表面側光導波路と、該基板の裏面に形成された裏面側光導波路と、該表面側光導波路内を伝搬する光波の位相を制御するための表面側制御用電極と、該裏面側光導波路内を伝搬する光波の位相を制御するための裏面側制御用電極とを備え、該基板の少なくとも一端面において、前記異なる面に形成された光導波路が出射口と入射口とを有し、該出射口から出射した光波が該入射口に入射するように、折り返し素子を前記一端面に近接して配置することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器において、該表面側制御用電極又は該裏面側制御電極の少なくとも電極の一部は、前記基板と異なる板状体上に形成され、該板状体を該基板に近接して配置することを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１に記載の光変調器において、該表面側制御用電極と該裏面側制御用電極とが互いに電気的に接続され、表面側制御用電極を進行する高周波信号が引き続き裏面側制御用電極を進行することを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項３に記載の光変調器において、該電気的接続が、該基板を貫通する線路又は該基板の側面に形成される線路、あるいは該基板に当接される導電部材のいずれかで行われることを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項１に記載の光変調器において、該表面側光導波路と該裏面側光導波路とが互いに光学的に接続される少なくとも２つの光導波路を有し、前記２つの光導波路を伝搬する光波に対する表面側制御用電極による変調と、裏面側制御用電極による変調とが、それぞれの光導波路に対して同じ符号の屈折率変化を生じさせるように、前記光学的な接続や、各面の光導波路と制御用電極との配置並びに該制御用電極の形状が設定されていることを特徴とする光変調器。
【請求項６】
請求項１に記載の光変調器において、該表面側光導波路と該裏面側光導波路とが互いに光学的に接続される少なくとも２つの光導波路を有し、前記２つの光導波路を伝搬する光波に対する表面側制御用電極による変調と、裏面側制御用電極による変調とが、それぞれの光導波路に対して逆符号の屈折率変化を生じさせるように、前記光学的な接続や、各面の光導波路と制御用電極との配置並びに該制御用電極の形状が設定されていることを特徴とする光変調器。
【請求項７】
請求項１に記載の光変調器において、該表面側光導波路と該裏面側光導波路とが互いに光学的に接続される少なくとも１つの光導波路を有し、前記光導波路を伝搬する光波に対し、表面側制御用電極により主として変調される偏波面と、裏面側制御用電極により主として変調される偏波面とが異なるように、各面の光導波路と制御用電極との配置並びに該制御用電極の形状が設定されていることを特徴とする光変調器。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかに記載の光変調器において、前記光学的に接続される光導波路が、表面側と裏面側とでは異なる分極方向を有する基板領域を通過す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、光変調器に関し、特に、同一基板の異なる面上に形成された光導波路を、光学的に結合することを特徴とする光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信などの分野において、高速なスイッチングを可能にすることなどの目的から、光導波路デバイスなどの外部変調器が広く用いられるようになった。そして、このような外部変調器としては、高周波特性や低挿入損失、高消光比などの特徴を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３；以下、ＬＮという）を基板に用い、この基板にＴｉなどを熱拡散させることにより形成した光導波路を具える導波路型の光変調器が実用化されている。
【０００３】
従来、光変調器の機能を向上又は追加する際には、光導波路と該導波路に電界を印加する制御用電極との作用長を長く設定したり、機能毎に異なる電極を設けるなどの工夫が行われていた。例えば、駆動電圧の低減のため前記作用長と長くする方法や、変調制御の利便性を考慮して、高周波信号用とＤＣバイアス用の電極を分離する方法などがある。
また、光変調器には、光強度変調器、位相変調器、偏波変調器などがあり、これらを複数組み合わせることにより、多種多様な光回路を形成することも行われている。
【０００４】
これらは、光変調器自体の大型化の原因となり、製造の高コスト化や、光変調器を使用する装置の大きさが限定されるなどの問題を生じる。しかも、限られたサイズの基板上に複数の電極を配置する場合には、電極配線の関係から十分な長さの電極を配置できないなどの問題も生じている。
他方、以下の特許文献１では、基板の同一平面上に複数の光変調部分を並列して形成し、基板の端部側で光波を折り返すことにより、基板の長さの増大を抑制することが提案されている。しかしながら、特許文献１のように複数の光変調部を並列して配置する場合は、基板の横幅が広くなり、依然として製造コストの増加や適用場所の制限は解消されていない。
【特許文献１】特開２００１−３５００４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、集積度が高く、コンパクトな光変調器を提供することであり、しかも、駆動電圧の低減、チャーピングの抑制、偏波無依存化など多様な機能を有する光変調器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、電気光学効果を有する材料からなる基板と、該基板の表面に形成された表面側光導波路と、該基板の裏面に形成された裏面側光導波路と、該表面側光導波路内を伝搬する光波の位相を制御するための表面側制御用電極と、該裏面側光導波路内を伝搬する光波の位相を制御するための裏面側制御用電極とを備え、該基板の少なくとも一端面において、前記異なる面に形成された光導波路が出射口と入射口とを有し、該出射口から出射した光波が該入射口に入射するように、折り返し素子を前記一端面に近接して配置することを特徴とする光変調器である。
本発明における「表面」及び「裏面」とは、基板の一方の面から出射した光波が他方の面に入射する場合、光波が出射する面を「表面」とし、光波が入射する面を「裏面」としている。
【０００７】
また、請求項２に係る発明では、請求項１に記載の光変調器において、該表面側制御用電極又は該裏面側制御電極の少なくとも電極の一部は、前記基板と異なる板状体上に形成され、該板状体を該基板に近接して配置することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明では、請求項１に記載の光変調器において、該表面側制御用電極と該裏面側制御用電極とが互いに電気的に接続され、表面側制御用電極を進行する高周波信号が引き続き裏面側制御用電極を進行することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明では、請求項３に記載の光変調器において、該電気的接続が、該基板を貫通する線路又は該基板の側面に形成される線路、あるいは該基板に当接される導電部材のいずれかで行われることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に係る発明では、請求項１に記載の光変調器において、該表面側光導波路と該裏面側光導波路とが互いに光学的に接続される少なくとも２つの光導波路を有し、前記２つの光導波路を伝搬する光波に対する表面側制御用電極による変調と、裏面側制御用電極による変調とが、それぞれの光導波路に対して同じ符号の屈折率変化を生じさせるように、前記光学的な接続や、各面の光導波路と制御用電極との配置並びに該制御用電極の形状が設定されていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に係る発明では、請求項１に記載の光変調器において、該表面側光導波路と該裏面側光導波路とが互いに光学的に接続される少なくとも２つの光導波路を有し、前記２つの光導波路を伝搬する光波に対する表面側制御用電極による変調と、裏面側制御用電極による変調とが、それぞれの光導波路に対して逆符号の屈折率変化を生じさせるように、前記光学的な接続や、各面の光導波路と制御用電極との配置並びに該制御用電極の形状が設定されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に係る発明では、請求項１に記載の光変調器において、該表面側光導波路と該裏面側光導波路とが互いに光学的に接続される少なくとも１つの光導波路を有し、前記光導波路を伝搬する光波に対し、表面側制御用電極により主として変調される偏波面と、裏面側制御用電極により主として変調される偏波面とが異なるように、各面の光導波路と制御用電極との配置並びに該制御用電極の形状が設定されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に係る発明では、請求項５乃至７のいずれかに記載の光変調器において、前記光学的に接続される光導波路が、表面側と裏面側とでは異なる分極方向を有する基板領域を通過することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、基板の表面と裏面に基板の一端面で折り返す光導波路を形成することで、光変調器の長さを抑え、コンパクト化することが可能となると共に、各面に形成された制御用電極により、光導波路を伝搬する光波を任意に位相制御することが可能となるため、多様な機能を集積化した光変調器を提供することが可能となる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、表面側制御用電極又は裏面側制御電極の一部が、光導波路や他の電極が形成された基板とは異なる板状体上に形成されているため、基板自体に電極を形成する製造工程を簡略化できると共に、基板と該板状体との位置関係を調整することにより、基板上の光導波路に印加する電界の状態を調整することが可能となる。
しかも、板状体上に形成する電極パターンを変化させることにより、多種多様な光変調器を実現することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、表面側制御用電極と裏面側制御用電極とが互いに電気的に接続され、表面側制御用電極を進行する高周波信号が引き続き裏面側制御用電極を進行するため、光変調器自体の大きさを変えずに、電極を進行する高周波信号と光導波路内を伝搬する光波との作用長を長くすることが可能となる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、表面側制御用電極と裏面側制御用電極との電気的接続が、基板を貫通する線路又は基板の側面に形成される線路、あるいは基板に当接される導電部材のいずれかで行われているため、表面側制御用電極と裏面側制御用電極とを細線で接続するなどの煩雑な作業を省略することが可能となる。特に、基板を貫通する線路の場合は、制御用電極の配線が複雑化することを抑制することができる。
【００１８】
請求項５に係る発明によれば、表面側光導波路と裏面側光導波路とが互いに光学的に接続される少なくとも２つの光導波路を有し、しかも前記２つの光導波路を伝搬する光波に対する表面側制御用電極による変調と、裏面側制御用電極による変調とが、それぞれの光導波路に対して同じ符号の屈折率変化を生じさせるため、駆動電圧の低減を実現することが可能となる。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、表面側光導波路と裏面側光導波路とが互いに光学的に接続される少なくとも２つの光導波路を有し、しかも前記２つの光導波路を伝搬する光波に対する表面側制御用電極による変調と、裏面側制御用電極による変調とが、それぞれの光導波路に対して逆符号の屈折率変化を生じさせるため、一方の基板面で制御用電極によるチャーピングが発生する場合でも、他方の基板面において、発生したチャーピングを補正することが可能となり、チャーピングを抑制した光変調が可能となる。
【００２０】
請求項７に係る発明によれば、表面側光導波路と裏面側光導波路とが互いに光学的に接続される少なくとも１つの光導波路を有し、しかも前記光導波路を伝搬する光波に対し、表面側制御用電極により主として変調される偏波面と、裏面側制御用電極により主として変調される偏波面とが異なるため、基板の表面と裏面では同じ光波の異なる偏波面を主として変調することとなり、ランダムな偏波面を有する光波に対しても、偏波面に依存しない変調を行うことが可能となる。
【００２１】
請求項８に係る発明によれば、光学的に接続される光導波路が、表面側と裏面側とでは異なる分極方向を有する基板領域を通過するため、光学的な接続や、各面の光導波路と制御用電極との配置並びに該制御用電極の形状などを設計するに際し、より多様な設計を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、電気光学効果を有する材料からなる基板と、該基板の表面に形成された表面側光導波路と、該基板の裏面に形成された裏面側光導波路と、該表面側光導波路内を伝搬する光波の位相を制御するための表面側制御用電極と、該裏面側光導波路内を伝搬する光波の位相を制御するための裏面側制御用電極とを備え、該基板の少なくとも一端面において、前記異なる面に形成された光導波路が出射口と入射口とを有し、該出射口から出射した光波が該入射口に入射するように、折り返し素子を前記一端面に近接して配置することを特徴とする光変調器である。
【００２３】
図１は、本発明に係る光変調器の概略図を示す。電気光学効果を有する基板１の表面に、光導波路２−１，２−２を形成したものである。光導波路の形状は、光変調器の種類により種々の形状のものが選択可能であるが、ここでは、マッハツェンダー型の光導波路を中心に説明する。
基板１の裏面には、不図示の光導波路が形成され、裏面側の光導波路の形状は、基本的に図１の表面側の光導波路とほぼ同じ形状を有している。そして、表面側光導波路と裏面側光導波路とを光学的に結合させることにより、一つのマッハツェンダー型光導波路を形成する。
【００２４】
光変調器を構成する基板としては、電気光学効果を有する材料、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料から構成され、具体的には、これら単結晶材料の、Ｘカット板、Ｙカット板、及びＺカット板から構成され、特に、光導波路デバイスとして構成されやすく、かつ異方性が大きいという理由から、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）を用いることが好ましい。
基板上の光導波路は、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させることにより形成することができる。
【００２５】
３は、表面側光導波路と裏面側光導波路とを光学的に結合させるための、折り返し素子を示す。
折り返し素子としては、特許文献１に開示されるようなＧＲＩＮレンズを利用することが可能であり、それ以外にも、ミラー、プリズムなどの反射部材を利用することもできる。
【００２６】
図２は、図１の一点鎖線Ａ−Ａ’における断面図を示すものである。
図２（ａ）において、基板１の表面側には、光導波路２−１，２−２を形成し、更に、ＳｉＯ２などで形成されるバッファ層４や、制御用電極を構成する変調電極５と接地電極６などが形成されている。
他方、基板１の裏面側には、光導波路２−３，２−４が形成され、更に、バッファ層４や、ＤＣバイアス電極７，８などが形成されている。
【００２７】
そして、折り返し素子３により、光導波路「２−１」から同「２−４」へ、さらに光導波路「２−２」から同「２−３」へ、または光導波路「２−１」から同「２−３」へ、さらに光導波路「２−２」から同「２−４」へというように、表面側光導波路と裏面側光導波路とを光学的に接続すると、表面側光導波路を伝搬する光波は、変調電極５を進行する高周波信号による変調制御を受け、さらに裏面側光導波路を伝搬する際には、ＤＣバイアス電極７，８によるバイアス制御を受けることとなる。
【００２８】
これにより、高周波信号用とＤＣバイアス用の電極とを分離することによる変調制御の利便性が向上すると共に、光波の光路を折り返しているため光変調器のサイズもコンパクトなものとすることができる。
【００２９】
図２（ｂ）は、図２（ａ）における裏面のＤＣバイアス電極７，８を別の絶縁性のある板状体上に形成し、基板１の裏面に近接（密着又は僅かに離間）して配置したものである。
このように、基板と異なる他の部材に、裏面の電極を形成しているため、基板自体に電極を形成する製造工程を簡略化できると共に、基板と該板状体との位置関係を調整することにより、基板上の光導波路に印加する電界の状態を調整することも可能となる。
【００３０】
図２（ｂ）では、裏面のＤＣバイアス電極の例を示したが、これに限らず、表面側制御用電極又は裏面側制御電極の一部のみを、他の板状体に形成し、基板に近接配置することも可能である。また、板状体上に形成する電極パターンも、複数種類用意することにより、必要に応じて、電極パターンを変化させ、多種多様な光変調器を実現することも可能となる。
【００３１】
次に、表面側制御用電極と裏面側制御用電極とを電気的に接続する例について説明する。
図３は、基板１としてＺカット板を利用し、基板１の表面側には、図２と同様に、光導波路２−１，２−２、バッファ層４、変調電極５及び接地電極６が形成されている。他方、基板１の裏面側には、光導波路２−３，２−４、バッファ層４と、表面側と同様な変調電極５’及び接地電極６’が形成されている。
【００３２】
さらに、基板１の分極方向は、表面側光導波路の形成領域と裏面側光導波路の形成領域とでは、異なる分極方向を有するように、基板の分極反転が行われている。図３（ａ）に示す矢印は、基板１の分極方向を示している。そして、折り返し素子により光導波路２−１から同２−４へ、光導波路２−２から同２−３へ光学的に接続する。また、表面側の変調電極５は裏面側の変調電極５’に、表面側の接地電極６は裏面側の接地電極６’に、各々接続する。
【００３３】
図３（ａ）の光変調器において、光導波路へ光波を導入し、変調電極５に高周波信号を印加すると、基板表面から裏面に渡り、光波が光導波路内を伝搬するのに併せて、変調電極５を高周波信号が進行するため、光波に対して継続的に電界を作用させることが可能となり、光変調器自体の大きさを変えずに、電極を進行する高周波信号と光導波路内を伝搬する光波との作用長を長くすることが可能となる。
【００３４】
また、図３（ａ）では、伝搬する光波に対する表面側制御用電極による変調と、裏面側制御用電極による変調とが、それぞれの光導波路に対して同じ符号の屈折率変化を生じさせるよう設定されている。このような変調状態を「同相状態」とも言う。また、前記変調が、それぞれの光導波路に対して逆符号の屈折率変化を生じさせる場合には、「逆相状態」とも言う。
【００３５】
具体的には、光導波路２−２を伝搬する光波に着目すると、光導波路２−２の形成領域における基板の分極方向は矢印のように上向きであり、変調電極５にプラスの電圧が印加される場合には、分極方向とは逆向きの電界を生じることとなる。これに対し、光導波路２−３においては、光導波路２−３の形成領域における基板の分極方向は矢印のように下向きであり、変調電極５’にプラスの電圧が印加される場合には、分極方向とは逆向きの電界を生じることとなる。つまり、基板の表面側の光導波路２−２を伝搬する光波が、基板の裏面側の光導波路２−３を伝搬する場合には、伝搬する光波に対しては、変調電極にプラスの電圧が印加されると、光導波路の形成領域における基板の分極方向とは逆向きの電界が、常に印加されることとなる。
このように、基板の表面側と裏面側は共に光波に対して同じ動作をすることから、基板の大きさを変えずに、光波に対する実質的な作用長を拡大でき、駆動電圧の低減を実現することが可能となる。
【００３６】
図３（ｂ）は、Ｘカット板を基板１に用いた場合の例を示す。
基板１の表面側には、図３（ａ）と同様に、光導波路２−１，２−２、バッファ層４、変調電極５及び接地電極６が形成されている。他方、基板１の裏面側には、光導波路２−３，２−４、バッファ層４と、表面側と同様な変調電極５’及び接地電極６’が形成されている。基板１の分極方向は、図３（ｂ）の矢印で示す左方向である。
【００３７】
そして、折り返し素子により光導波路２−１から同２−４へ、光導波路２−２から同２−３へ光学的に接続する。また、表面側の変調電極５は裏面側の変調電極５’に、表面側の接地電極６は裏面側の接地電極６’に、各々接続する。
【００３８】
光導波路２−２を伝搬する光波に着目すると、光導波路２−２の形成領域における基板の分極方向は矢印のように左向きであり、変調電極５にプラスの電圧が印加される場合には、分極方向と同方向の電界を生じることとなる。これに対し、光導波路２−３においては、光導波路２−３の形成領域における基板の分極方向は矢印のように左向きであり、変調電極５’にプラスの電圧が印加される場合には、分極方向と同方向の電界を生じることとなる。つまり、基板の表面側の光導波路２−２を伝搬する光波が、基板の裏面側の光導波路２−３を伝搬する場合には、伝搬する光波に対しては、変調電極にプラスの電圧が印加されると、光導波路の形成領域における基板の分極方向と同方向の電界が、常に印加されることとなる。
したがって、図３（ａ）と同様に、図３（ｂ）のＸカット板の場合にも、伝搬する光波に対する表面側制御用電極による変調と、裏面側制御用電極による変調とが、同相状態となるよう設定されている。
【００３９】
図３（ｃ）は、Ｚカット板を基板１に用いた場合の例を示す。
基板１の表面側には、図３（ａ）と同様に、光導波路２−１，２−２、バッファ層４、変調電極５及び接地電極６が形成されている。他方、基板１の裏面側には、光導波路２−３，２−４、バッファ層４と、表面側と同様な変調電極５’及び接地電極６’が形成されている。基板１の分極方向は、図３（ｃ）の矢印で示す上向きである。
【００４０】
そして、折り返し素子により光導波路２−１から同２−４へ、光導波路２−２から同２−３へ光学的に接続する。また、表面側の変調電極５は裏面側の変調電極５’に、表面側の接地電極６は裏面側の接地電極６’に、各々接続する。
【００４１】
光導波路２−２を伝搬する光波に着目すると、光導波路２−２の形成領域における基板の分極方向は矢印のように上向きであり、変調電極５にプラスの電圧が印加される場合には、分極方向と逆方向の電界を生じることとなる。これに対し、光導波路２−３においては、光導波路２−３の形成領域における基板の分極方向は矢印のように上向きであり、変調電極５’にプラスの電圧が印加される場合には、分極方向と同方向の電界を生じることとなる。つまり、基板の表面側の光導波路２−２を伝搬する光波が、基板の裏面側の光導波路２−３を伝搬する場合には、伝搬する光波に対しては、変調電極にプラスの電圧が印加されると、基板の表面側と裏面側とでは、光導波路の形成領域における基板の分極方向に対し異なる方向の電界が、印加されることとなる。
したがって、図３（ｃ）の場合は、伝搬する光波に対する表面側制御用電極による変調と、裏面側制御用電極による変調とが、逆相状態となるよう設定されている。
【００４２】
図３（ｃ）のような逆相状態は、図３（ａ）及び図３（ｂ）においても、各光導波路の接続方法を、光導波路２−１から同２−３へ、また光導波路２−２から同２−４へと接続することにより、同様な逆相状態を実現することができる。
また、制御用電極の形状や光導波路に対する配置を調整することで、電界の方向を変更し、逆相状態とすることも可能である。
【００４３】
例えば、図３（ｃ）の表面側では、光導波路に対する制御用電極の配置・形状が、各光導波路において異なるため、各光導波路２−１，２−２に印加される電界の強さ・方向が異なり（方向に関しては、通常、逆方向であり、方向が異なるとは、この逆方向の関係からズレを生じることを意味する。）、変調された光波を合波した際に、チャーピングを発生することとなる。
しかしながら、このような逆相状態により、基板の表側で生じたチャーピングに対し、基板の裏面では逆方向のチャーピングを生じることとなるため、結果として光変調器全体では、チャーピングが抑制されることとなる。
【００４４】
次に、本発明を、偏波無依存型の光変調器として利用する場合の例を示す。
図４は、基板１の表面側には、光導波路１０、バッファ層４、変調電極５及び接地電極６が形成されている。他方、基板１の裏面側には、光導波路１０’、バッファ層４と、表面側と同様な変調電極５’及び接地電極６’が形成されている。
そして、折り返し素子により光導波路１０から同１０’へ光学的に接続する。また、表面側の変調電極５は裏面側の変調電極５’に、表面側の接地電極６は裏面側の接地電極６’に、各々接続する。
【００４５】
光導波路１０を伝搬する光波に着目すると、変調電極５に高周波信号が印加される場合、伝搬する光波に対しては、基板面に垂直な向きの電界が印加され、光導波路１０’内を伝搬する際には、基板面に平行な向きの電界が印加されることとなる。
これにより、光波の異なる偏波面（基板面に垂直及び平行な偏波面）に対し、共に変調制御することが可能となる。つまり、ランダムな偏波面を有する光波に対しても、偏波面に依存しない変調を行うことが可能となる。
【００４６】
なお、変調効率は、基板の分極方向と電界の方向との関係にも依存するため、図４のような構造を用いた場合には、基板１にＸカット板やＺカット板のいずれを用いても良いが、基板の各面における変調効率を同じに調整するため、光導波路内を伝搬する光波に対する制御用電極の電界が作用する長さである作用長や、電界の強さや方向に影響を与える光導波路と制御用電極との配置及び制御用電極の形状などを調整することが好ましい。
【００４７】
次に、表面側制御用電極と裏面側制御用電極への電気的接続の方法について説明する。
図５は、基板１を表面から裏面に貫通する線路であるビアホール２１を用いた接続方法を示す。ビアホール２１は、光導波路２−１に電界を印加する変調電極２０−１と、光導波路２−２に電界を印加する変調電極２０−２との終端に接続されている。
該ビアホール２１の裏面側には、図５と同様に、光導波路及び変調電極が形成され、基板１を貫通した線路であるビアホールに、裏面側の変調電極の始点が接続されている。
【００４８】
また、図６は、基板１の側面に表面側と裏面側とを接続する線路を形成するものである。
図６（ａ）は、基板１の長手方向に平行な側面に線路２２を形成したものであり、図６（ｂ）は、基板１の折り返し素子３側に線路２３を形成したものである。
さらに、図７のように、図６（ａ）に示す線路２２の代わりに、導電部材２４（絶縁体に表面に導電性部分を形成したものでも良い）を基板１の側面に配置し、表面と裏面と電気的接続を、該導電部材により行うことも可能である。しかも、このような導電部材に、基板１の支持機能を兼用させるなど、基板１を取り巻く筐体の等の部品の一部を利用することも可能である。
【００４９】
以上示した電気的接続方法では、基板１の表面側制御用電極と裏面側制御用電極を接続する際に重要なことは、変調電極の接続において、変調電極を進行する高周波信号と光導波路及び折り返し素子３を介して伝搬する光波とが、同期するように配慮することである。
つまり、高周波信号が形成する電界が光波に作用するタイミングを、基板の表面と裏面とで、同じになるように、接続線路の長さや、変調電極の形状等を設定することが必要である。
【００５０】
また、基板の表面側制御用電極と裏面側制御用電極とに、高周波信号を印加する他の方法として、図８のように、基板１への入力線路を途中で分岐させ、２つの信号線路３０−１，３０−２に分け、信号線路３０−１を表面側の変調電極に、信号線路３０−２を裏面側の変調電極に接続する。
この場合においても、変調電極を進行する高周波信号と光導波路及び折り返し素子３を介して伝搬する光波とを同期させるため、信号線路３０−２を所定時間遅延するように、信号線路の長さを調整することが必要である。
【００５１】
また、高周波信号が形成する電界が光波に作用するタイミングを調整する他の方法としては、光波の折り返しに係る部分の光路長（物理的な長さ、光路中の屈折率など）を調整することにより同期をとる方法や、折り返しまでに変調信号と光波とで時間差が生じる場合には、折り返しに係る部分の光波や変調信号を調整することで、該時間差を補正する方法などがある。
【００５２】
なお、変調信号を常に一定周波数で動作させる場合には、変調信号が一定周期ごとに同じ信号となるため、変調信号と光波のタイミングがずれた場合でも同期を取ることが可能である。つまり、変調信号と光波のタイミングを取るポイントは一点ではなく、変調信号の周期ごとに現れる。
さらに、変調信号を一定周波数で動作させる場合において、変調信号を半周期分ずらして、光波とタイミングを合わせることにより、新しい効果が得られる。
例えば、変調信号と光波のタイミングが合った場合では、図３（ｃ）を用いて説明したように、チャーピングの抑制できる変調が可能となる。また、変調信号を半周期ずらして光波とタイミングを合わせた場合には、裏面の光導波路の屈折率変化も表面と同じ同相状態となり、駆動電圧の低減が実現できる。
従って、変調信号が一定周波数の場合には，変調信号と光波のタイミングを取るポイントが周期ごとに現れ、また、電気光学効果を有する基板の分極方向や光導波路と制御用電極との位置関係などを変更することなく、変調信号と光波のタイミングを調整することにより、同相状態や逆相状態を実現できる。
【００５３】
次に、本発明に係る光変調器の応用例について説明する。
図９は、２つの基板４０，４０’に、各々光変調器を作り込み、重ね合わせることにより、より多機能な光変調器を構成するものである。
基板４０の表面側には、図２のように、光導波路４１、変調電極４３、接地電極４４が形成され、裏面側には光導波路４２、ＤＣ電極４５，４６を形成する。
他方、基板４０’の表面側には光導波路４７を形成し、裏面側には光導波路４８、変調電極４９、接地電極５０が形成されている。
【００５４】
基板４０と基板４０’に光導波路及び各電極を形成した後、両者を重ね合わせて配置し固定することで、基板４０の裏面側のＤＣ電極４５，４６が、基板４０’の表面側の電極を兼ねることが可能となる。
この構成により、複数の光変調器をコンパクトに集積することが可能となると共に、電極の共有化により、電極の製造工程の一部を省略することも可能となるなど、より機能性の高い光変調器を提供することができる。
【００５５】
なお、図９に示すような多機能な光変調器は、例示したものに限定されるものではなく、例えば、共有する電極を変調電極や接地電極の組合せで構成することや、折り返し素子を複数の基板で共有するなどの、各種の変更を行うことも可能である。また、折り返し素子を共有する場合には、基板４０の光導波路４１から出射する光波を基板４０’の光導波路４８に導入し、同様に光導波路４２から出射する光波を光導波路４７に導入するなど、基板を跨ぐ光波の折り返しを行うことも可能である。
【００５６】
次に光変調器内を伝搬する光波の一部を参照光として取り出す方法を、図１０，１１に示す。
図１０（ａ）は、光変調器の表側から見た概略図であり、図１０（ｂ）は裏側から見た概略図を示す。基板６０の表側には、光導波路として分岐導波路６１−１，６１−２が形成され、分岐導波路６１−１の端部からは、光変調器の外部に向かって参照光を出射するよう構成されている。
【００５７】
他方、分岐導波路６１−２は、位相変調電極６３が設けられると共に、折り返し素子６４により、裏面側の光導波路６２に光学的に接続されている。裏面側においては、光導波路６２に繋がる強度変調部６３を形成され、表面側で位相変調された光波を更に強度変調するよう構成されている。
【００５８】
図１１は、基板７０の表側から見た概略図であり、基板７０上にはマッハツェンダー型の光導波路７１に方向性結合器７２を接続した光導波路が形成されている。
方向性結合器７２から出射する光波の一方は参照光として外部に出射され、他方の光波は、折り返し素子７３により裏面側に導入される。
【００５９】
図１０及び１１に示したように、光導波路の一部を分岐する分岐導波路や方向性結合器などを利用することで、光変調器内を伝搬する光波の波長や光強度をモニターする参照光を、容易に取り出すことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上説明したように、本発明によれば、集積度が高く、コンパクトな光変調器をでき、しかも、駆動電圧の低減、チャーピングの抑制、偏波無依存化など多様な機能を有する光変調器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る光変調器の概略図である。
【図２】図１の一点鎖線Ａ−Ａ’における断面図を示し、（ａ）は基板裏面に制御用電極を、（ｂ）は他の板状体に制御用電極を各々形成した場合を示す。
【図３】本発明に係る光変調器の例を示す図であり、（ａ）及び（ｂ）は同相状態のもの、（ｃ）は逆相状態のものを示す。
【図４】偏波無依存型の光変調器を示す図である。
【図５】本発明に係る光変調器の電気的接続方法の第１の例を示す図である。
【図６】本発明に係る光変調器の電気的接続方法の第２の例を示す図である。
【図７】本発明に係る光変調器の電気的接続方法の第３の例を示す図である。
【図８】本発明に係る光変調器の電気的接続方法の第４の例を示す図である。
【図９】本発明に係る光変調器を積み重ねる例を示す図である。
【図１０】本発明に係る光変調器から参照光を取り出す方法の第１の例を示す図であり、（ａ）は表側の概略図、（ｂ）は裏側の概略図を示す。
【図１１】本発明に係る光変調器から参照光を取り出す方法の第２の例を示す図である
【符号の説明】
【００６２】
１    基板
２−１，２−２，２−３，２−４，１０  光導波路
３  折り返し素子
４  バッファ層
５，５’  変調電極
６，６’  接地電極
【図１】
2005275210.tif 000003
【図２】
2005275210.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005275210.tif 000008
【図７】
2005275210.tif 000009
【図８】
2005275210.tif 000010
【図９】
2005275210.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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