(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マッハツェンダ干渉計を構成する第１光導波路及び第２光導波路と、
前記第１光導波路又は前記第２光導波路を伝搬する光が結合する位置に設けられ、リング共振器を構成するリング光導波路と、
前記リング光導波路に沿って設けられ、伝搬する光の位相が変化するように前記リング光導波路の屈折率を変化させるための電極と、
変調信号を供給するための変調電源とを備え、
前記リング光導波路は、複数のリング共振器のそれぞれを構成する複数のリング光導波路であり、
前記電極は、前記複数のリング光導波路のそれぞれに沿って設けられた複数の電極であり、
前記変調電源から前記複数の電極に前記変調信号が供給されることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記リング光導波路は、複数の第１リング共振器のそれぞれを構成する複数の第１リング光導波路、及び、複数の第２リング共振器のそれぞれを構成する複数の第２リング光導波路であり、
前記複数の第１リング光導波路は、前記第１光導波路を伝搬する光が結合する位置に設けられており、
前記複数の第２リング光導波路は、前記第２光導波路を伝搬する光が結合する位置に設けられており、
前記電極は、前記複数の第１リング光導波路のそれぞれに沿って設けられた複数の第１電極、及び、前記複数の第２リング光導波路のそれぞれに沿って設けられた複数の第２電極であることを特徴とする、請求項１記載の光変調器。
【請求項３】
前記複数の第１リング共振器は、互いに共振波長が異なり、
前記複数の第２リング共振器は、互いに共振波長が異なることを特徴とする、請求項２記載の光変調器。
【請求項４】
前記複数の第１リング共振器は、互いに共振波長が同一であり、
前記複数の第２リング共振器は、互いに共振波長が同一であることを特徴とする、請求項２記載の光変調器。
【請求項５】
前記複数の第１リング光導波路のそれぞれに沿って設けられ、前記複数の第１リング共振器のそれぞれの温度を変化させるための複数の第１ヒータと、
前記複数の第２リング光導波路のそれぞれに沿って設けられ、前記複数の第２リング共振器のそれぞれの温度を変化させるための複数の第２ヒータとを備えることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器、光伝送システム、光変調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光の干渉を利用した変調器としては、例えば図２２に示すようなマッハツェンダ（Mach-Zehnder）型の変調器（ＭＺ変調器）が一般的である。
ＭＺ変調器は、図２２に示すように、入力電気信号（光や熱等でも良い）に基づいて光導波路を構成する材料の屈折率を変化させ（即ち光路長を変化させ）、これによって得られる伝搬光の位相の変化をマッハツェンダ干渉計によって光の強度変化に変換することで、入力された連続光の強度を変調し、変調光として出力するものである。
【０００３】
このようなＭＺ変調器は、図２２に示すように、マッハツェンダ干渉計を構成する２本のアームを備える。２本のアームは、それぞれ、分岐等のない一本の光導波路によって形成されている。そして、ＭＺ変調器に入力された連続光は、分岐されて２本のアームを伝搬した後、再び結合（合波）され、出力される。
また、図２２に示すように、２本のアームには、それぞれ、光導波路の屈折率を変化させるための電極が、ほぼ全領域にわたって設けられている。そして、各電極を介して各アームに電界を印加し、その光導波路の屈折率を変化させることで、各アームを伝搬する光の位相を変化させ、各アームを伝搬してきた光に位相差を生じさせ、これらを干渉させることで、出力される光の強度を変化させる。
【０００４】
ここで、各アームを伝搬してきた光の位相は、アームを構成する光導波路の等価屈折率をｎ、アームの長さをＬ、伝搬する光の波長をλとして、次式（１）によって表される。
２π・ｎＬ／λ・・・（１）
一方、リング共振器を用いた変調器（リング共振器型変調器）も検討されている。
リング共振器型変調器は、直線状光導波路にリング共振器を結合させて構成される。なお、直線状光導波路の一方の端部が入力ポートとなり、他方の端部が出力ポートとなる。
【０００５】
リング共振器型変調器では、リング共振器を構成するリング光導波路に与える変調電圧に応じて、リング共振器の透過スペクトル（強度スペクトル）における遮断波長帯の位置をシフトさせることで、光の変調動作を実現する。
例えば、リング共振器を構成するリング光導波路への印加電圧が０の場合に、動作波長が透過スペクトルの遮断帯（ディップ）上に位置するようにする。これにより、出力ポートから出力される光の強度をＯＦＦ状態とする。一方、リング共振器を構成するリング光導波路に電圧を印加すると、リング光導波路の屈折率がわずかに変化して、透過スペクトルの遮断帯がわずかにシフトする。このシフトによって、動作波長が、透過スペクトルの遮断帯から外れて、透過スペクトルの透過帯上に位置するようになる。これにより、出力ポートから出力される光の強度をＯＮ状態とする。
【０００６】
このように、リング共振器型変調器では、リング共振器の透過スペクトルの透過帯と遮断帯との境界の透過率が急峻に変化する領域を利用することで、リング光導波路のわずかな屈折率変化によって、大きな出力光強度の変化が得られるようにして、十分な消光比を実現している。
【非特許文献１】Ansheng Liu et al., ”High-speed optical modulation based on carrier depletion in a silicon waveguide”, Optics Express, vol. 15, No. 2, pp.660-668, 22 January 2007
【非特許文献２】Qianfan Xu et al., ”Micrometre-scale silicon electro-optic modulator”, Nature, vol. 435, pp.325-327, 19 May 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述のＭＺ変調器において十分な消光比を得るためには、電界の印加によって得られる屈折率変化によって各アームを伝搬する光の位相がπ、あるいは、これに近いだけずれるように、アーム長（作用長）Ｌを決める必要がある。
ここで、各アームを構成する光導波路の屈折率の変化量は、各アームを構成する光導波路の材料によって、得られる値が概ね決まっている。
【０００８】
このため、ＭＺ変調器では、各アームを構成する光導波路の材料によって、必要なアーム長Ｌが決まってしまう。
したがって、アーム長Ｌを大幅に短くすることは困難である。例えば、シリコン材料中のフリーキャリア・プラズマ効果を利用する場合、屈折率の変化量は５×１０−５程度であり、この場合、３．８ｍｍ程度のアーム長が必要になる。
【０００９】
そこで、このようなＭＺ変調器において、十分な消光比を保ちつつ、アーム長（作用長；電極の長さ）を短くしてコンパクト化を図りたい。
一方、上述のリング共振器型変調器では、リング共振器の透過スペクトルを急峻にするために（即ち、リング共振器のＱ値を大きくするために）、直線状光導波路とリング共振器との間の結合係数κを最適化する。このため、十分な消光比が得られるようにしながら、リング共振器を構成するリング光導波路の直径を小さくして、変調器を小型化することが可能である。例えば、リング光導波路の半径を５μｍ程度にすることができる。
【００１０】
しかしながら、リング共振器型変調器の透過スペクトルの遮断帯のシフト量（即ち、リング共振器の共振波長のシフト量；リング共振器型変調器の動作波長帯域）は、リング光導波路を構成する材料の屈折率変化の大きさによって決まってしまう。
ここで、リング共振器の共振波長λｃは、次式（２）によって表される。
λｃ＝２πＲ・ｎ／ｍ・・・（２）
なお、Ｒはリング共振器を構成するリング光導波路の半径（リング径）、ｎはリング共振器を構成するリング光導波路の等価屈折率、ｍは自然数である。
【００１１】
このように、リング共振器の共振波長λｃは、リング共振器を構成するリング光導波路の等価屈折率ｎに比例する。つまり、リング共振器の共振波長λｃのシフト量、即ち、リング共振器の透過スペクトルの遮断帯のシフト量は、リング共振器を構成するリング光導波路の屈折率の変化量に比例する。なお、リング光導波路の屈折率の変化量は、リング光導波路を構成する材料によって、得られる値が概ね決まってしまう。
【００１２】
例えば、シリコン中にキャリアを注入したものでは、屈折率の変化量は概ね１０−４程度であり、これによって得られる透過スペクトルの遮断帯のシフト量（即ち、共振波長λcのシフト量）は０．１ｎｍ程度であり、非常に小さい。
このように透過スペクトルの遮断帯のシフト量、即ち、リング共振器型変調器の動作波長帯域が非常に小さい場合、変調器に入力する連続光の波長が、非常に小さい帯域（例えば０．１ｎｍの範囲内）に入るようにしなければならない。このため、レーザの発振波長と変調器の動作波長との間の波長合わせ制御の精度に対する要求が非常に厳しくなり、実際の光伝送システムにおいて用いることは困難である。
【００１３】
したがって、リング共振器型変調器においては、動作波長帯域を広くしたい。
そこで、動作波長帯域が広く、作用長が短く、コンパクトな光変調器を実現したい。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このため、光変調器は、マッハツェンダ干渉計の第１光導波路又は第２光導波路を伝搬する光が結合する位置に、リング共振器を構成するリング光導波路が設けられており、伝搬する光の位相が変化するようにリング光導波路の屈折率を変化させるための電極が、リング光導波路に沿って設けられており、変調信号を供給するための変調電源を備え、リング光導波路は、複数のリング共振器のそれぞれを構成する複数のリング光導波路であり、電極は、複数のリング光導波路のそれぞれに沿って設けられた複数の電極であり、前記変調電源から複数の電極に変調信号が供給されることを要件とする。
【発明の効果】
【００１５】
したがって、光変調器によれば、動作波長帯域を広くし、作用長を短くし、コンパクト化を図ることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面により、本実施形態にかかる光変調器、光伝送システム、光変調方法について説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかる光変調器について、図１〜図３を参照しながら説明する。
本実施形態では、光変調器として、光通信用の光変調器を例に挙げて説明する。
【００１７】
なお、本光変調器は、例えば光送信器に備えられ、この光送信器と、この光送信器に光伝送路を介して接続された光受信器とを含むものとして光伝送システムが構成される。
図１に示すように、本光変調器１は、２本のアーム（第１光導波路２及び第２光導波路３）を有するマッハツェンダ干渉計（ＭＺ干渉計）４にリング共振器５を装荷したリング装荷型マッハツェンダ変調器（リング共振器アシスト型のＭＺ変調器）である。
【００１８】
本変調器１は、図１に示すように、ＭＺ干渉計４を構成する第１光導波路２及び第２光導波路３と、リング共振器５を構成するリング光導波路（リング共振器型導波路）６と、伝搬する光の位相が変化するようにリング光導波路６の屈折率を変化させるための電極（リング電極）７とを備える。
ここで、リング光導波路６は、図１に示すように、第１光導波路２又は第２光導波路３（ここでは第１光導波路２）を伝搬する光が結合する位置に設けられる。
【００１９】
また、電極７は、図１に示すように、リング光導波路６に沿って設けられる。この電極７は、変調信号が供給される変調電極である。ここでは、リング光導波路６の実質的に全円周部分に、リング光導波路６の屈折率を高周波電気信号によって変調するための電極７が設けられている。
このようなリング装荷型ＭＺ変調器１では、図１に示すように、通常のＭＺ変調器と同様に、ＭＺ干渉計４に入力された連続光は、分岐されてＭＺ干渉計４を構成する２本のアーム２，３を伝搬した後、再び結合（合波）され、変調器出力光として出力される。
【００２０】
この際、アーム２に装荷されたリング共振器５に電界を印加し、リング光導波路６の屈折率を変化させることで、アーム２を伝搬する光の位相を変調する。
そして、アーム２を伝搬する際にリング共振器５によって位相変調された光を、アーム伝搬後にアーム３を伝搬してきた光と干渉させることで、光の強度を変調する。
つまり、本実施形態にかかる光変調方法では、ＭＺ干渉計４を構成する２つのアーム２，３の少なくとも一方（ここではアーム２）を伝搬する光が結合する位置に設けられたリング共振器５によって、伝搬する光の位相を変化させた後、ＭＺ干渉計４によって、伝搬する光の強度を変化させて、入力された連続光を変調する。
【００２１】
より具体的には、本光変調方法では、２つのアーム２，３の少なくとも一方（ここではアーム２）にリング共振器５を装荷されたＭＺ干渉計４に連続光を入力する。次に、リング共振器５を構成するリング光導波路６の屈折率を変化させることによって、２つのアーム２，３の少なくとも一方（ここではアーム２）を伝搬する光の位相スペクトルをシフトさせて位相を変化させる。これによって、２つのアーム２，３のそれぞれを伝搬する光に位相差を生じさせる。そして、ＭＺ干渉計４によって、２つのアーム２，３のそれぞれを伝搬してきた光を干渉させて強度変調する。
【００２２】
また、本変調器１は、次のようにして製造される（本変調器の製造方法）。つまり、ＭＺ干渉計４を構成する第１光導波路２及び第２光導波路３を形成し、リング共振器４を構成するリング光導波路６を、第１光導波路２又は第２光導波路３（ここでは第１光導波路２）を伝搬する光が結合する位置に形成し、伝搬する光の位相が変化するようにリング光導波路６の屈折率を変化させるための電極７を、リング光導波路６に沿って形成する。このようにして、本変調器１が製造される。
【００２３】
ここで、本変調器１におけるリング共振器５による位相変化を利用した変調の動作原理について、図２（Ａ）〜（Ｅ）を参照しながら説明する。
本変調器１では、リング共振器５の出力光（リング出力光；リング共振器５に結合せずに伝搬する光も含む）の位相スペクトルのシフトを利用して変調を行なう。
まず、本変調器１では、ＭＺ干渉計４のアーム２にリング共振器５が装荷されているため、アーム２を伝搬する光のうち、リング共振器５の共振波長帯域に含まれる波長の光は、リング光導波路６に結合し、リング光導波路６を伝搬した後、再びアーム２に結合して伝搬することになる。つまり、リング共振器５の共振波長帯域において、アーム２を伝搬する光の群遅延時間は大きくなる。これは、リング光導波路６が設けられている部分を通過した後、リング共振器５の共振波長帯域において、位相が波長によって大きく変化することになる（即ち、位相スペクトルに大きな傾きが生じる）ことと等価である。
【００２４】
このため、リング出力光の位相スペクトルは、図２（Ａ）に示すように、リング共振器５の中心共振波長を含む広い共振波長帯域（リング共振波長帯域）において、傾き（波長の変化に対する位相の変化の割合）が大きくなっており、直線的に変化している。
なお、本変調器１では、リング出力光の強度スペクトルが、図２（Ｄ）に示すように、広いリング共振波長帯域の内外で比較的小さく変化し、その境界部分（リング共振波長帯域の端部）では比較的なだらかに変化するようになっている。
【００２５】
本変調器１を用いて、入力された連続光（入力連続光）を変調して変調光（変調器出力光）として出力する場合、変調のための電気信号を、電極７を介して、リング光導波路６に印加して、リング光導波路６の屈折率を変化させる（図１参照）。
この屈折率変化によって、図２（Ｂ）に示すように、リング出力光の位相スペクトルが波長軸方向へシフトする。
【００２６】
上述のように、リング共振器５の広いリング共振波長帯域では、図２（Ｂ）に示すように、位相スペクトルの傾きが大きくなっているため、わずかな屈折率変化で位相スペクトルがわずかにシフトすれば、リング出力光の位相が大きく変化する。このため、本変調器では、図２（Ｂ）に示すように、位相スペクトルのリング共振波長帯域内に動作波長を設定する。したがって、本変調器１では、動作波長帯域がリング共振器５の広いリング共振波長帯域とほぼ等しくなり、広い動作波長帯域が得られることになる。また、本変調器では、広い動作波長帯域において位相を変化させることができる。
【００２７】
なお、このようにしてリング出力光の位相スペクトルをシフトさせると、図２（Ｅ）に示すように、リング出力光の強度スペクトルも波長軸方向へ同じ幅だけシフトする。この結果、リング出力光の強度も変化することになる。しかしながら、本変調器の動作波長帯域においてリング出力光の強度変化は非常に小さいため、リング出力光の強度スペクトルがシフトしたとしても、変調器出力光の強度変化にはほとんど影響を与えない。
【００２８】
そして、本変調器１では、リング共振器５がＭＺ干渉計４の中に組み込まれているため、リング出力光に生じた位相変化は、ＭＺ干渉計４によって、変調器出力光における強度変化に変換される。
このように、本変調器１では、リング共振器５によって位相変化を生じさせて、ＭＺ干渉計４の２本のアーム２，３を伝搬する光に位相差を生じさせ、これらをＭＺ干渉計４によって干渉させることで強度変調を行なう。
【００２９】
したがって、図２（Ｃ）に示すように、本変調器１では、その広い動作波長帯域において所望の消光比（変調器出力光の強度変化）が得られることになる。この場合、ＭＺ干渉計４による強度変調によって所望の消光比（変調器出力光の強度変化）が得られるように、リング共振器５によってある程度の位相変化を生じさせることができれば良く、それほど大きな位相変化を生じさせなくても良い。つまり、リング出力光の位相スペクトルの傾きをそれほど大きくしなくても良い。このため、広いリング共振波長帯域（広い動作波長帯域）を実現することができる。
【００３０】
このように、リング出力光の位相スペクトルのシフトを用いて変調を行なう場合には、広い動作波長帯域が得られることになる。
これに対し、従来のリング共振器型変調器では、リング共振器による強度変化を利用して変調を行なうようになっている。
つまり、従来のリング共振器型変調器では、図３（Ａ）に示すように、入力された連続光を、リング共振器によって強度変調し、リング共振器からの出力光をそのまま変調器出力光として出力するようになっている。
【００３１】
この場合、リング共振器による強度変調は、変調のための電気信号を、電極を介してリング光導波路に印加し、リング光導波路の屈折率を変化させて、図３（Ｃ）に示すように、リング共振器の出力光（リング出力光；変調器出力光）の強度スペクトルを波長軸方向へシフトさせることによって行なわれる。
このため、従来のリング共振器型変調器では、図３（Ｃ）に示すように、わずかな屈折率変化で強度スペクトルがわずかにシフトするだけで、リング出力光（変調器出力光）の強度が大きく変化し、十分な消光比が得られるようにする必要がある。
【００３２】
そこで、リング出力光（変調器出力光）の強度スペクトルが、図３（Ｂ）に示すように、リング共振波長帯域において、急峻に、かつ、大きく変化するようにする。
そして、図３（Ｃ）に示すように、リング出力光（変調器出力光）の強度スペクトルの急峻な変化を利用して変調を行なうために、強度スペクトルのリング共振波長帯域の端部の傾き（波長の変化に対する強度の変化の割合）が大きい部分がわずかな屈折率変化でわずかにシフトする狭い帯域内に動作波長を設定する。
【００３３】
したがって、従来のリング共振器型変調器の動作波長帯域は、わずかな屈折率変化で強度スペクトルがシフトする狭い帯域幅とほぼ等しくなり、非常に狭い動作波長帯域となる。
ところで、本変調器１では、上述のように、ＭＺ干渉計４にリング共振器５を装荷し、リング共振器５によってある程度の位相変化を生じさせることによって、所望の消光比を得ることができる。つまり、リング共振器５による位相変化を用いれば、従来のＭＺ変調器と同一の屈折率変化を利用して一定の大きさの消光比を得るのに、従来のＭＺ変調器よりも作用長を短くすることができる。また、リング共振器５の大きさは小さいため、ＭＺ干渉計４の２本のアーム２，３の長さ（アーム長）を短くすることもできる。
【００３４】
したがって、本実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）によれば、動作波長帯域を広くし、作用長を短くし、コンパクト化（小型化）を図ることができるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、ＭＺ干渉計を構成する２本のアームの一方にリング共振器を設けているが、これに限られるものではない。例えば、ＭＺ干渉計を構成する２本のアームの両方に一つずつリング共振器を設けても良い。また、後述する各実施形態のように、ＭＺ干渉計を構成する２本のアームのそれぞれに複数のリング共振器を設けても良い。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）について、図４〜図１１を参照しながら説明する。
【００３５】
本実施形態にかかるリング装荷型ＭＺ変調器は、上述の第１実施形態のリング共振器による位相変化を利用した変調の原理を用いるリング装荷型ＭＺ変調器であって、図４に示すように、ＭＺ干渉計４を構成する２本のアーム（第１光導波路２及び第２光導波路３）のそれぞれに複数のリング共振器（複数の第１リング共振器５０及び複数の第２リング共振器５１）が設けられており、複数の第１リング共振器５０の相互間で、又は、複数の第２リング共振器５１の相互間でリング径が変えられている。なお、図４では、上述の第１実施形態のもの（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
【００３６】
本実施形態では、図４に示すように、複数の第１リング共振器５０のそれぞれを構成する複数の第１リング光導波路６０が、第１光導波路２を伝搬する光が結合する位置に設けられている。また、複数の第２リング共振器５１のそれぞれを構成する複数の第２リング光導波路６１が、第２光導波路３を伝搬する光が結合する位置に設けられている。
また、複数の第１リング光導波路６０は、図４に示すように、互いにリング径が異なるように形成されている。つまり、複数の第１リング共振器５０は、互いに共振波長が異なるように形成されている。なお、本実施形態では、複数の第１リング光導波路６０の導波路幅は同一である。
【００３７】
同様に、複数の第２リング光導波路６１は、図４に示すように、互いにリング径が異なるように形成されている。つまり、複数の第２リング共振器５１は、互いに共振波長が異なるように形成されている。なお、本実施形態では、複数の第２リング光導波路６１の導波路幅は同一である。
また、図４に示すように、複数の第１リング光導波路６０のそれぞれに沿って複数の第１電極７０が設けられている。さらに、複数の第２リング光導波路６１のそれぞれに沿って複数の第２電極７１が設けられている。
【００３８】
この場合、ＭＺ干渉計４を構成する両方のアーム２，３間で同様の構成になるように第１リング共振器５０及び第２リング共振器５１を装荷するのが好ましい。つまり、第１光導波路２、第１リング光導波路６０及び第１電極７０と、第２光導波路３、第２リング光導波路６１及び第２電極７１とは、それぞれ、同一の構成になるようにするのが好ましい。
【００３９】
また、第１電極７０及び第２電極７１には、図４に示すように、それぞれ、高周波変調信号（電気信号）を供給するための変調電源（高周波電源）８，９が接続されている。つまり、本変調器１０は、２つの変調電源８，９から供給される高周波変調信号によって駆動されるようになっている。
ここでは、第１電極８及び第２電極９には、互いに逆相で同一の振幅を有する高周波電気信号（ここでは電圧信号）が供給され、本変調器１０がプッシュプル駆動されるようになっている。
【００４０】
つまり、本変調器１０を駆動する場合、ＭＺ干渉計４の２つのアーム２，３のそれぞれに装荷された第１リング共振器５０及び第２リング共振器５１に設けられる第１電極７０及び第２電極７１には、それぞれ、ハイとローからなる電圧信号が供給される。これらの電圧信号のハイとローとの間の電圧差がアーム２，３間で実質的に等しくなり、かつ、同一時間で見たときに電圧信号のハイとローがアーム２，３間で逆になるようにする。これにより、本変調器１０がプッシュプル駆動されるようにしている。
【００４１】
また、これらの電極７０，７１に供給される電圧信号の直流成分は、リング光導波路６０，６１に形成されたｐｎ接合［図１１（Ｂ）参照］が、電圧信号のハイ又はローの状態に関わらず、常に逆バイアスを保つように設定される。
さらに、初期位相差を考慮して、電圧信号の直流成分は、本変調器１がＯＮ／ＯＦＦ状態の光を出力する際に、２本のアーム２，３を伝搬してきた光の位相差が、それぞれ、極小/極大になるように調整される。
【００４２】
また、電圧信号の高周波成分の振幅は、電圧信号のハイ／ロー間の変化に伴うリング光導波路６０，６１の屈折率変化が５×１０−５程度の値になるように定められており、概ね、２〜３Ｖ程度の値になっている。
次に、複数の第１リング共振器５０の相互間で、又は、複数の第２リング共振器５１の相互間でリング径を変えて（即ち、複数の第１リング共振器５０の相互間で、又は、複数の第２リング共振器５１の相互間で共振波長を変えて）、動作波長帯域を広くする原理を、図５を参照しながら説明する。
【００４３】
ここでは、リング径の異なる３つのリング共振器（１）〜（３）をＭＺ干渉計のアームに装荷して動作波長帯域を広くする場合を例に挙げて説明する。
リング共振器のリング径を変えると、リング共振器の共振波長が変わることになる。そこで、図５（Ａ）に示すように、リング径の異なる３つのリング共振器（１）〜（３）は、個々のリング共振器の出力光（リング出力光）の強度スペクトルの共振波長帯域（リング共振波長帯域）の位置（中心共振波長の位置）が少しずつずれたものとし、これらのリング共振器（１）〜（３）をＭＺ干渉計のアームに装荷する。これにより、各リング共振器（１）〜（３）の出力光の強度スペクトルの共振波長帯域が波長軸方向で結合され、これらのリング共振器（１）〜（３）の全体からの出力光（リング出力光）の強度スペクトルは、図５（Ｂ）に示すように、広い共振波長帯域を有する箱型に近いスペクトル形状となる。
【００４４】
この場合、各リング共振器（１）〜（３）の出力光（リング出力光）の位相スペクトルの共振波長帯域も波長軸方向で結合され、これらのリング共振器（１）〜（３）の全体からの出力光（リング出力光）の位相スペクトルは、図５（Ｃ）に示すように、広い共振波長帯域を有するものとなる。つまり、各リング共振器（１）〜（３）の出力光の位相スペクトルの傾きが大きくなっている部分が連なるように直線状に結合され、これらのリング共振器（１）〜（３）の全体からの出力光の位相スペクトルは、図５（Ｃ）に示すように、傾きが大きくなっている部分の幅が波長軸方向に広くなる。なお、各リング共振器（１）〜（３）は、リング出力光の位相スペクトルの傾きが大きくなる部分の傾きが同一になるように構成されている。
【００４５】
これにより、各リング共振器（１）〜（３）を構成するリング光導波路の屈折率変化によって、必要な位相変化が、広い共振波長帯域内で均一に得られることになる。この結果、図５（Ｄ）に示すように、十分な大きさの消光比（変調器出力光の強度変化）が、広い動作波長帯域内で均一に得られることになる。
以下、本変調器１０の具体的な構成例について、図４を参照しながら説明する。
【００４６】
例えば、２本のアーム２，３及び２つのＹブランチ型光カプラ１１，１２を備えるＭＺ干渉計４を形成し、その両アーム２，３のそれぞれに、複数の第１リング共振器５０及び複数の第２リング共振器５１をアーム２，３間で同様の構成にて装荷した構成とする。
また、ＭＺ干渉計４の両アーム２，３に装荷されるリング共振器５０，５１の個数Ｎは、それぞれ、１０個とする。
【００４７】
また、アーム２，３と各リング共振器５０，５１（各リング光導波路６０，６１）との間の結合係数κは全て０．３９とする。ここでは、アーム２，３と各リング光導波路６０，６１との間のギャップの幅を２００ｎｍ以下の小さな値に設定して、アーム２，３と各リング光導波路６０，６１との間の結合係数κが全て０．３９３となるようにしている。
このように、本実施形態では、アーム２，３と各リング光導波路６０，６１との間のギャップの幅を、装荷された全てのリング光導波路６０，６１において共通の値とし、アーム２，３と各リング光導波路６０，６１との間の結合係数κも、装荷された全てのリング光導波路６０，６１において共通の値としている。
【００４８】
ここで、アーム２，３（第１光導波路２及び第２光導波路３）からリング光導波路６０，６１へのパワー移行率は、結合係数κを用いて|sin（κ）|２と表わされる。
したがって、上述のように、結合係数κの値を０．３９とした場合、パワー移行率は１４．６％［|sin（κ）|２＝１４．６％］となる。
さらに、上述のように、第１光導波路２に装荷される複数の第１リング共振器５０（複数の第１リング光導波路６０）のリング径（第１リング光導波路６０の半径；導波路コアのリブ部分の半径）Ｒは、互いに異なるように、各第１リング共振器５０間で若干ずらされている。つまり、隣り合う第１リング共振器５０間で、リング径Ｒに一定の差ΔＲを与えている。ここでは、アーム２の一端から他端へ向けて、リング径ＲがΔＲ＝０．８ｎｍずつ大きくなるように設定している。
【００４９】
具体的には、複数の第１リング共振器５０のリング径Ｒの平均値が約８．７μｍになるようにしている。このため、各第１リング共振器５０のうち最もリング径の大きいもののリング径Ｒは８．７０３６μｍとなり、最もリング径の小さいもののリング径Ｒは８．６９６４μｍとなる。
ここでは、屈折率変化５×１０−５を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、１０個の第１リング共振器５０を設け、これらの第１リング共振器５０のリング径Ｒの平均値を約８．７μｍとしているが、この場合、総作用長は２π×８．７×１０＝５４６μｍとなる。これに対して、従来のＭＺ変調器（図２２参照）では、同じ屈折率変化を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、大きな作用長（例えば３．８ｍｍ程度）が必要になる。このように、本変調器１０によれば、従来のＭＺ変調器（図２２参照）と比較して、作用長を約７分の１に低減することができる。
【００５０】
また、アーム２に装荷される複数の第１リング共振器５０は、隣り合う第１リング共振器５０の間隔が５μｍ間隔になるように設ける。これは、隣り合う第１リング共振器５０同士が互いに共振器として結合しないようにするためである。
また、複数の第１リング光導波路６０の導波路幅［導波路コアのリブ部分の幅；図１１（Ｂ）参照］は、いずれも、約４５０ｎｍになるようにしている。
【００５１】
同様に、第２光導波路３に装荷される複数の第２リング共振器５１（複数の第２リング光導波路６１）のリング径（第２リング光導波路６１の半径）Ｒは、互いに異なるように、各第２リング共振器５１間で若干ずらされている。つまり、隣り合う第２リング共振器５１間で、リング径Ｒに一定の差ΔＲを与えている。ここでは、アーム３の一端から他端へ向けて、リング径ＲがΔＲ＝０．８ｎｍずつ大きくなるように設定している。
【００５２】
具体的には、複数の第２リング共振器５１のリング径Ｒの平均値が約８．７μｍになるようにしている。このため、各第２リング共振器５１のうち最もリング径の大きいもののリング径Ｒは８．７０３６μｍとなり、最もリング径の小さいもののリング径Ｒは８．６９６４μｍとなる。
ここでは、屈折率変化５×１０−５を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、１０個の第２リング共振器５１を設け、これらのリング共振器５１のリング径Ｒの平均値を約８．７μｍとしているが、この場合、総作用長は２π×８．７×１０＝５４６μｍとなる。これに対して、従来のＭＺ変調器（図２２参照）では、同じ屈折率変化を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、大きな作用長（例えば３．８ｍｍ程度）が必要になる。このように、本変調器によれば、従来のＭＺ変調器（図２２参照）と比較して、作用長を約７分の１に低減することができる。
【００５３】
また、アーム３に装荷される複数の第２リング共振器５１は、隣り合う第２リング共振器５１の間隔が５μｍ間隔になるように設ける。これは、隣り合う第２リング共振器５１同士が互いに共振器として結合しないようにするためである。
また、複数の第２リング光導波路６１の導波路幅［導波路コアのリブ部分の幅；図１１（Ｂ）参照］は、いずれも、約４５０ｎｍになるようにしている。
【００５４】
ところで、本実施形態では、リング共振器５０，５１の個数Ｎ、結合係数κ、リング共振器５０，５１のリング径Ｒ、隣接するリング共振器間のリング径の差ΔＲといった設計パラメータは、以下に説明する指針にしたがって定めている。
まず、複数の第１リング共振器５０の全体の中心共振波長［図５（Ｂ）〜（Ｄ）参照］、及び、複数の第２リング共振器５１の全体の中心共振波長［図５（Ｂ）〜（Ｄ）参照］が、本変調器１０の動作波長帯域の中心（中心動作波長；ここでは１．５５μｍ）に合うように、異なるリング径を有する複数の第１リング共振器５０（第１リング光導波路６０）のリング径Ｒの平均値、及び、異なるリング径を有する複数の第２リング共振器５１（第２リング光導波路６１）のリング径Ｒの平均値を決める。なお、ここでは、リング光導波路５０，５１の等価屈折率は２．５としている。
【００５５】
ここで、リング径Ｒは、真空中における動作波長帯域の中心をλｃとし、リング光導波路の等価屈折率をｎｅｆｆとして、次式（３）によって決められる。
２πＲ＝ｍ・（λｃ／ｎｅｆｆ）（ｍは自然数）・・・（３）
なお、リング径Ｒを小さくし、そのＦＳＲ（フリー・スペクトル・レンジ）を大きくするためには、ｍの値として、なるべく小さい値を用いれば良い。但し、リング径Ｒが小さくなりすぎて、リング光導波路５０，５１を伝搬する光の曲げ損失が大きくならないようにする。
【００５６】
次に、結合係数κ、及び、隣接するリング共振器間のリング径の差ΔＲを決める。
ここで、図６，図７は、上述の本変調器１０の構成において、結合係数κ、又は、隣接するリング共振器間のリング径の差ΔＲの設定を変えた場合に本変調器１０によって得られる消光比のスペクトルを示している。なお、図６、図７では、本変調器１０の動作波長帯域の中心（中心動作波長）が、消光比のスペクトルの中心になるように波長軸を取っている。
【００５７】
まず、図６は、上述の本変調器１０の構成のように、κ＝０．３９、ΔＲ＝０．８ｎｍの場合の出力光の消光比のスペクトルを示している。
図６に示すように、上述の本変調器１０の構成（κ＝０．３９、ΔＲ＝０．８ｎｍ）によれば、出力光の中心動作波長（ここでは１．５５μｍ）において、１２ｄＢ以上の大きな消光比が得られることがわかる。また、消光比が９ｄＢ以上となる波長帯域を、本変調器１０の動作波長帯域とする場合、約１ｎｍの動作波長帯域が得られることがわかる。つまり、動作波長１．５５μｍ付近の１ｎｍの波長帯域において消光比９ｄＢ以上が得られている。この動作波長帯域内においては、特に大きな消光比のディップは見られない。
【００５８】
このように、上述の本変調器１０の構成（κ＝０．３９、ΔＲ＝０．８ｎｍ）によれば、消光比９ｄＢ、動作波長帯域１ｎｍを満たす特性を有する変調器を実現できることがわかる。
これに対し、従来のリング共振器型変調器では、動作波長帯域が０．１ｎｍ程度である。つまり、本変調器１０によれば、従来のリング共振器型変調器と比較して、動作波長帯域を約１０倍に拡大することができる。
【００５９】
一方、図７（Ａ）は、上述の本変調器１０の構成（κ＝０．３９、ΔＲ＝０．８ｎｍ）に対して、ΔＲ＝０．８ｎｍは変化させず、結合係数を大きくしてκ＝０．７８５とした場合の消光比のスペクトルを示している。
このように、結合係数を大きくしてκ＝０．７８５とした場合、図７（Ａ）に示すように、消光比のスペクトルはなだらかになり、全体的に消光比が小さくなることがわかる。
【００６０】
反対に、図７（Ｂ）は、上述の本変調器１０の構成（κ＝０．３９、ΔＲ＝０．８ｎｍ）に対して、ΔＲ＝０．８ｎｍは変化させず、結合係数を小さくしてκ＝０．１５７とした場合の消光比のスペクトルを示している。
このように、結合係数を小さくしてκ＝０．１５７とした場合、図７（Ｂ）に示すように、消光比のスペクトルは急峻になり、消光比のスペクトルの中心動作波長付近で大きなディップが顕著になり、中心動作波長付近において消光比が９ｄＢよりも小さい波長が存在することがわかる。
【００６１】
また、図７（Ｃ）は、上述の本変調器１０の構成（κ＝０．３９、ΔＲ＝０．８ｎｍ）に対して、κ＝０．３９は変化させず、隣接するリング共振器間のリング径の差を小さくしてΔＲ＝０．２４ｎｍとした場合の消光比のスペクトルを示している。
このように、隣接するリング共振器間のリング径の差を小さくしてΔＲ＝０．２４ｎｍとした場合（隣接するリング共振器間で共振波長を近づけた場合）、図７（Ｃ）に示すように、中心動作波長において、得られる位相変化が大きくなりすぎてしまい、消光比は逆に小さくなり、かつ、消光比９ｄＢ以上となる動作波長帯域が、上述の本変調器１０の構成の場合（図４参照）と比較して小さくなることがわかる。
【００６２】
逆に、図７（Ｄ）は、上述の本変調器１０の構成（κ＝０．３９、ΔＲ＝０．８ｎｍ）に対して、κ＝０．３９は変化させず、隣接するリング共振器間のリング径の差を大きくしてΔＲ＝１．６ｎｍとした場合の消光比のスペクトルを示している。
このように、隣接するリング共振器間のリング径の差を大きくしてΔＲ＝１．６ｎｍとした場合（隣接するリング共振器間で共振波長を遠ざけた場合）、図７（Ｄ）に示すように、消光比は全体的に小さくなり、消光比９ｄＢを下回ることがわかる。
【００６３】
以上の結果から、本実施形態では、上述のように、消光比９ｄＢ、動作波長帯域１ｎｍを満たす特性を有する変調器を実現しうるκ及びΔＲの値として、κ＝０．３９、ΔＲ＝０．８ｎｍに設定している。
なお、上述のような消光比スペクトルのκ、ΔＲに対する傾向（図６，図７参照）は、ＭＺ干渉計の両方のアームのそれぞれに複数のリング共振器を装荷したリング装荷型ＭＺ変調器において一般的に見られる傾向である。このため、上述のような傾向を考慮して、変調器の設計において、消光比、動作波長帯域に対する要求を満たすように、適宜、κ、ΔＲの値を決めれば良い。
【００６４】
また、消光比、動作波長帯域に対する要求がより厳しい場合には、例えば、リング共振器の個数Ｎを多くすることが有効である。
ここで、図８は、上述の本変調器１０の構成（κ＝０．３９、ΔＲ＝０．８ｎｍ、Ｎ＝１０；図４参照）よりもリング共振器５０，５１の個数を増やしてＮ＝２０とした場合の消光比のスペクトルを示している。
【００６５】
このように、リング共振器５０，５１の個数を増やしてＮ＝２０とした場合、図８に示すように、中心動作波長付近の波長帯域２ｎｍにおいて、消光比１２ｄＢ以上という値が得られ、波長帯域、消光比共に性能を向上させることができることがわかる。
但し、リング共振器５０，５１の個数Ｎを増やすと、変調器全体のサイズの増大を招くため、コンパクト化の要求を満たすように、リング共振器５０，５１の個数Ｎを設定することになる。また、リング共振器５０，５１の個数Ｎを増やすと、変調器の総作用長（電極の合計長さ）が長くなり、寄生容量の増大を招くため、この点も考慮して、リング共振器５０，５１の個数Ｎを設定することになる。
【００６６】
なお、κ、ΔＲに対する定性的な依存性は、上述のＮ＝１０の場合とほぼ同様であるため、κ、ΔＲの値を調整することで、動作波長帯域、消光比に対する異なる要求に対応することも可能である。
また、例えば、動作波長帯域、消光比に対する要求を満たしながら、コンパクト化の要求を満たし、さらに、寄生容量の増大を招かないようにするためには、リング共振器５０，５１の個数Ｎをできるだけ少なくするのが望ましい。
【００６７】
ところで、図９は、上述の本変調器１０の構成において、アーム３を伝搬する光の位相スペクトル、及び、強度スペクトルの計算結果（図４中、Ａ点での値）を示したものである。
なお、図９では、初期状態、即ちΔｎ＝０の場合の位相スペクトル及び強度スペクトルを実線で示し、Δｎ＝５×１０−５の屈折率変化を生じさせた場合の位相スペクトル及び強度スペクトルを破線で示している。また、強度スペクトルの計算をするにあたり、リング光導波路６１にα＝３．５ｄＢ／ｃｍの伝搬損失を与えている。
【００６８】
図９（Ａ）に示すように、１．５５μｍの共振波長付近で、即ち、位相スペクトルの中心付近で、曲線の傾きが大きくなっていることがわかる。
そして、リング光導波路６１に沿って設けられた電極７１を介して、リング光導波路６１に変調のための電界を印加して、リング光導波路６１の屈折率を変化させると（ここではΔｎ＝５×１０−５の屈折率変化を生じさせると）、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、強度スペクトル及び位相スペクトルは波長軸方向にシフトする。なお、ここでは、屈折率変化が小さいため、シフト量はあまり大きくなく、図９（Ａ），（Ｂ）ではほとんど重なって見える。
【００６９】
特に、図９（Ｂ）に示すように、強度スペクトルのシフトに伴う各波長での強度変化は殆ど無視できる程度であることがわかる。
一方、図１０に示すように、位相スペクトルのシフトに伴って、リング共振器の共振波長帯域において、一定量の位相変化が得られる。これは、図９（Ａ）に示すように、リング共振器の共振波長付近で位相スペクトルの傾きが大きくなっていることに起因している。
【００７０】
本変調器１０では、この位相変化を、ＭＺ干渉計４によって強度変化に変換することで、光導波路の屈折率変化が小さい場合でも、十分に大きな消光比の変調を実現できる。
ところで、リング共振器５０，５１における位相スペクトルの急峻さ（位相スペクトルの傾きが大きくなっている部分の傾きの大きさ）、即ち、リング共振器５０，５１のＱ値は、リング径とは独立に、リング光導波路６０，６１とアーム２，３との間の結合係数κを変化させることで制御することができる。なお、リング光導波路６０，６１とアーム２，３との間のギャップの大きさ又はリング光導波路６０，６１とアーム２，３とが近接している部分の長さを変えることによって、結合係数κを変化させることができる。
【００７１】
このため、リング光導波路６０，６１の曲がりによる伝搬損失が大きくならない範囲でリング径を小さくする（リング光導波路６０，６１の円周を小さくする）とともに、結合係数κの値を小さくして、リング共振器５０，５１のＱ値を高めることで、共振波長付近における群遅延時間を大きくし、導波路の屈折率変化に伴う位相変化を大きくすることができる。つまり、本変調器１０では、電界を印加することによって生じる導波路の屈折率変化が小さい場合であっても、比較的小さな作用長で、リング共振器５０，５１の共振波長付近において十分に大きな位相変化を生じさせることができ、これにより、十分に大きな消光比での変調を実現することができる。
【００７２】
ここで、十分に大きな位相変化を得るために、リング共振器５０，５１のＱ値をある程度大きくして、共振波長付近における群遅延時間を大きくすると、単一のリング共振器の共振波長帯域が狭くなる。つまり、リング出力光（即ち、アーム伝搬後の光）の位相スペクトルの傾きが大きくなる波長帯域が狭くなる。これは、各アームに単一のリング共振器を装荷した構成で、十分に大きな位相変化を得ようとすると、変調器の動作波長帯域が狭くなることを意味する。
【００７３】
そこで、本実施形態では、上述のように、リング出力光の位相スペクトルの共振波長帯域が少しずつずれるように、リング径が変えられている複数の第１リング共振器５０及び複数の第２リング共振器５１を、各アーム２，３のそれぞれに装荷した構成を採用している。
ここでは、複数の第１リング共振器５０及び複数の第２リング共振器５１は、結合係数κが同一（各リング共振器のＱ値が同一；リング出力光の位相スペクトルの共振波長帯域における傾きが同一）になるようにしている。なお、複数の第１リング共振器５０の間で結合係数κが変えられていても良いし、複数の第２リング共振器５１の間で結合係数κが変えられていても良い。
【００７４】
このような構成とすることで、各リング共振器５０，５１のＱ値を十分に大きくし、リング出力光の位相スペクトルの共振波長帯域における傾きを十分に大きくすることで、各リング共振器５０，５１の共振波長帯域において十分に大きな位相変化が得られるようにする。
また、複数の第１リング共振器５０の相互間でリング径を変えて共振波長帯域を少しずつずらし、各第１リング共振器５０の位相スペクトルの共振波長帯域における傾きが大きくなっている部分が波長軸方向に直線的に結合されるようにする。同様に、複数の第２リング共振器５１の相互間でリング径を変えて共振波長帯域を少しずつずらし、各第２リング共振器５１の位相スペクトルの共振波長帯域における傾きが大きくなっている部分が波長軸方向に直線的に結合されるようにする。
【００７５】
これにより、十分に大きな位相変化が得られる共振波長帯域を広げることができる。この結果、リング光導波路６０，６１の屈折率変化が小さい場合であっても、十分に大きな位相変化が、広い共振波長帯域内で均一に得られることになる。
この場合、装荷するリング共振器５０，５１の個数Ｎ、及び、各リング共振器間のリング径の差ΔＲを適切に設計することで、変調器の動作波長帯域を要求仕様に応じて広くすることができる。
【００７６】
このように、本変調器１０では、リング共振器５０，５１を通過した光の位相変化を利用しており、この位相変化をＭＺ干渉計４によって強度変化に変換する構成になっているため、複数のリング共振器５０，５１を、共振波長をずらして装荷することで、変調器の動作波長帯域を広くすることができる。
これに対し、従来のリング共振器型変調器では、導波路の屈折率変化に伴う強度スペクトルのシフトを直接利用して変調を行なう。このリング共振器型変調器では、強度スペクトルが急激に変化する部分（エッジ）を利用して変調を行なうため、装荷されるリング共振器の個数等の構成に関わらず、強度スペクトルのシフト量が動作波長帯域と概ね一致する。このため、従来のリング共振器型変調器では、リング共振器の個数等の構成に関わらず、小さな屈折率変化によって大きな動作波長帯域を得ることはできない。
【００７７】
このように、本変調器１０では、同じ材料の屈折率変化を利用した場合、従来のＭＺ変調器よりも、作用長を短くし、アームの長さを短くすることができるとともに、従来のリング共振器型変調器と比較して、十分な動作波長帯域が得られることになる。
次に、本リング装荷型ＭＺ変調器の断面構造について、図１１（Ａ），（Ｂ）を参照しながら説明する。
【００７８】
まず、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、基板としては、シリコン基板１３上にシリコン酸化膜（埋め込み酸化膜）１４を挟んでシリコン薄膜層１５が形成された基板［ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板］を用いる。
ここでは、最上部のシリコン薄膜層（ＳＯＩ層）１５の厚さ、その下の埋め込み酸化膜（ＢＯＸ層）１４の厚さは、それぞれ、２５０ｎｍ、２μｍとなっている。
【００７９】
次に、このＳＯＩ基板を加工し、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すような断面構造の導波路を形成する。つまり、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、ＳＯＩ層１５を加工して、ＭＺ干渉計４のアーム２，３を構成する直線光導波路の導波路コア［図１１（Ａ）参照］、及び、これに装荷されるリング共振器５０，５１を構成するリング光導波路６０，６１の導波路コア［図１１（Ｂ）参照］として、リブ型光導波路（シリコン材料を含むリブ型光導波路）の導波路コア（リブ型導波路コア）１５Ｘを形成する。
【００８０】
ここでは、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、リブ型導波路コア１５Ｘのリブ部分（Ｓｉコア）１５Ａの幅は４５０ｎｍである。また、リブ型導波路コア１５Ｘのリブ部分１５Ａの厚さは２５０ｎｍであり、リブ型導波路コア１５Ｘの両側へ延びるスラブ部分（Ｓｉスラブ）１５Ｂの厚さは５０ｎｍである。
ここで、リング光導波路６０，６１のリブ型導波路コア１５Ｘは、図１１（Ｂ）に示すように、リブ部分１５Ａのキャリア濃度を変調できるように、リブ部分１５Ａの両脇に接しているスラブ部分１５Ｂの一方にｐ型不純物材料がドーピングされてｐ型領域１５Ｂａが形成されており、他方にｎ型不純物材料がドーピングされてｎ型領域１５Ｂｂが形成されている。これにより、アンドープのシリコンからなるリブ部分１５Ａの内部にｐｎ接合が形成されるようになっている。
【００８１】
ここでは、ｐ型不純物材料、ｎ型不純物材料のドーピングは、それぞれ、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）のイオン・インプランテーションによって行なわれる。ドーピング濃度は、いずれも１０１９ｃｍ−３としている。
次に、上述のリブ型導波路コア１５Ｘが埋め込まれるように、ＳｉＯ２オーバクラッド層１６を形成する。
【００８２】
なお、図１１（Ａ），（Ｂ）には図示していないが、リブ部分１５Ａから離れた場所において、これらのドーピングされたスラブ部分１５Ｂａ，１５Ｂｂの表面に金属電極が形成されている。
このように、本実施形態では、リング装荷型ＭＺ変調器を構成する素子（リング共振器やＭＺ干渉計など）の全てが、同一基板１３上に集積され、一体形成されている。
【００８３】
したがって、本実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）によれば、動作波長帯域を広くし、作用長を短くし、コンパクト化（小型化）を図ることができるという利点がある。つまり、本リング装荷型ＭＺ変調器によれば、従来のＭＺ変調器よりも作用長を小さくし、変調器をコンパクトにすることができるとともに、従来のリング共振器型変調器よりも十分に広い動作波長帯域を得ることができるという利点がある。
【００８４】
なお、上述の実施形態では、具体的な変調器の構成例について説明しているが、本発明は、これらの具体的な構成例に限定されるものではない。
例えば、上述の実施形態では、シリコン基板上にシリコン材料を主に用いて本変調器を形成する場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、ＩｎＰ基板やＧａＡｓ基板を用い、これらの基板に格子整合する材料を用いて本変調器を形成しても良い。また、ニオブ酸リチウムやポリマなどの電界光学効果を有する他の誘電体材料を用いて本変調器を形成しても良い。
【００８５】
また、上述の実施形態では、本変調器が利用する電界光学効果として、導波路コア内に形成したｐｎ接合を逆バイアスに保った上で、コア内に存在するキャリアの密度を、変調のための電圧信号によって変化させることによって生じるフリー・キャリアプラズマ効果を利用して、導波路の屈折率を変化させる場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。
【００８６】
例えば、ｐｎ接合を順バイアスに保った上で、キャリア注入によって屈折率を変化させても良い。また、半導体材料の吸収端位置の電界による変化によって誘起される屈折率の変化を利用しても良い。また、電界によって誘起される線形の屈折率変化（ポッケルス効果）を利用しても良い。
また、上述の実施形態では、リング共振器を構成するリング光導波路として、リブ型で横方向にｐｎ接合を形成した断面構造を持つものを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、チャネル型の導波路とし、縦方向にｐｎ接合を形成したものとしても良い。
【００８７】
また、上述の実施形態では、リング共振器のリング径が、アームの一端から他端へ向けて、少しずつ大きくなるようにしているが、これに限られるものではなく、例えば、アームの一端から他端へ向けて、少しずつ小さくなるようにしても良いし、リング径を変えたものをランダムに配置するようにしても良い。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）について、図１２を参照しながら説明する。
【００８８】
本実施形態にかかるリング装荷型ＭＺ変調器は、上述の第１実施形態のリング共振器による位相変化を利用した変調の原理を用いるリング装荷型ＭＺ変調器であって、上述の第２実施形態のものが、複数の第１リング共振器の相互間で、又は、複数の第２リング共振器の相互間でリング径を変えているのに対し、本実施形態のものは、複数の第１リング共振器の相互間で、又は、複数の第２リング共振器の相互間で導波路幅を変えている点が異なる。
【００８９】
特に、図１２に示すように、本変調器１０Ａでは、複数の第１リング光導波路６０Ａは、互いに導波路幅が異なるように形成されている。つまり、複数の第１リング共振器５０Ａは、互いに共振波長が異なるように形成されている。なお、本実施形態では、複数の第１リング光導波路６０Ａのリング径は同一である。また、図１２では、上述の第２実施形態のもの（図４参照）と同一のものには同一の符号を付している。
【００９０】
また、複数の第２リング光導波路６１Ａは、互いに導波路幅が異なるように形成されている。つまり、複数の第２リング共振器５１Ａは、互いに共振波長が異なるように形成されている。なお、本実施形態では、複数の第２リング光導波路６１Ａのリング径は同一である。
次に、複数の第１リング共振器５０Ａの相互間で、又は、複数の第２リング共振器５１Ａの相互間で、リング光導波路６０Ａ，６１Ａの導波路幅を変えて（即ち、複数の第１リング共振器５０Ａの相互間で、又は、複数の第２リング共振器５１Ａの相互間で共振波長を変えて）、動作波長帯域を広くする原理を説明する。
【００９１】
リング共振器を構成するリング光導波路の導波路幅を変えると、リング共振器の共振波長が変わることになる。
そこで、導波路幅の異なる複数の第１リング共振器５０Ａは、個々のリング共振器の出力光（リング出力光）の強度スペクトルの共振波長帯域（リング共振波長帯域）の位置が少しずつずれたものとし［図５（Ａ）参照］、これらの第１リング共振器５０ＡをＭＺ干渉計４のアーム２に装荷する。これにより、各第１リング共振器５０Ａの出力光の強度スペクトルの共振波長帯域が波長軸方向で結合され、これらの第１リング共振器５０Ａの全体からの出力光（リング出力光）の強度スペクトルは、広い共振波長帯域を有する箱型のスペクトル形状となる［図５（Ｂ）参照］。
【００９２】
この場合、各第１リング共振器５０Ａの出力光（リング出力光）の位相スペクトルの共振波長帯域が波長軸方向で結合され、これらの第１リング共振器５０Ａの全体からの出力光（リング出力光）の位相スペクトルは、広い共振波長帯域を有するものとなる［図５（Ｃ）参照］。つまり、各第１リング共振器５０Ａの出力光の位相スペクトルの傾きが大きくなっている部分が連なるように直線状に結合され、これらの第１リング共振器５０Ａの全体からの出力光の位相スペクトルは、傾きが大きくなっている部分の幅が波長軸方向に広くなる［図５（Ｃ）参照］。なお、各第１リング共振器５０Ａは、リング出力光の位相スペクトルの傾きが大きくなる部分の傾きが同一になるように構成されている。
【００９３】
同様に、導波路幅の異なる複数の第２リング共振器５１Ａは、個々のリング共振器の出力光（リング出力光）の強度スペクトルの共振波長帯域（リング共振波長帯域）の位置が少しずつずれたものとし［図５（Ａ）参照］、これらの第２リング共振器５１ＡをＭＺ干渉計４のアーム３に装荷する。これにより、各第２リング共振器５１Ａの出力光の強度スペクトルの共振波長帯域が波長軸方向で結合され、これらの第２リング共振器５１Ａの全体からの出力光（リング出力光）の強度スペクトルは、広い共振波長帯域を有する箱型のスペクトル形状となる［図５（Ｂ）参照］。
【００９４】
この場合、各第２リング共振器５１Ａの出力光（リング出力光）の位相スペクトルの共振波長帯域が波長軸方向で結合され、これらの第２リング共振器５１Ａの全体からの出力光（リング出力光）の位相スペクトルは、広い共振波長帯域を有するものとなる［図５（Ｃ）参照］。つまり、各第２リング共振器５１Ａの出力光の位相スペクトルの傾きが大きくなっている部分が連なるように直線状に結合され、これらの第２リング共振器５１Ａの全体からの出力光の位相スペクトルは、傾きが大きくなっている部分の幅が波長軸方向に広くなる［図５（Ｃ）参照］。なお、各第２リング共振器５１Ａは、リング出力光の位相スペクトルの傾きが大きくなる部分の傾きが同一になるように構成されている。
【００９５】
これにより、各第１リング共振器５０Ａを構成する第１リング光導波路６０Ａの屈折率変化、及び、各第２リング共振器５１Ａを構成する第１リング光導波路６１Ａの屈折率変化によって、必要な位相変化が、広い共振波長帯域内で均一に得られることになる。この結果、十分な大きさの消光比（変調器出力光の強度変化）が、広い動作波長帯域内で均一に得られることになる［図５（Ｄ）参照］。
【００９６】
次に、本変調器１０Ａの具体的な構成例について、図１２を参照しながら説明する。
本実施形態では、図１２に示すように、第１光導波路２に装荷される複数（ここでは１０個）の第１リング共振器５０Ａを構成する第１リング光導波路６０Ａの導波路幅Ｗは、互いに異なるように、各第１リング共振器５０Ａ間で若干ずらされている。つまり、隣り合う第１リング共振器５０Ａ間で、導波路幅Ｗに一定の差ΔＷを与えている。ここでは、アーム２の一端から他端へ向けて、導波路幅ＷがΔＷ＝０．３ｎｍずつ大きくなるように設定している。なお、図１２では、説明の便宜上、複数のリング共振器として、３つのリング共振器を示している。
【００９７】
具体的には、複数の第１リング共振器５０Ａを構成する第１リング光導波路６０Ａの導波路幅Ｗの平均値が約４４９．８５ｎｍになるようにしている。このため、各第１リング共振器５０Ａのうち最も導波路幅の広いもの導波路幅Ｗは４５１．３５ｎｍとなり、最も導波路幅の狭いものの導波路幅Ｗは４４８．３５ｎｍとなる。
ここでは、屈折率変化５×１０−５を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、１０個の第１リング共振器５０Ａを設け、これらの第１リング共振器５０Ａのリング径Ｒをいずれも８．７μｍとしている。この場合、総作用長は２π×８．７×１０＝５４６μｍとなる。これに対して、従来のＭＺ変調器（図２２参照）では、同じ屈折率変化を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、大きな作用長（例えば３．８ｍｍ程度）が必要になる。このように、本変調器１０Ａによれば、従来のＭＺ変調器（図２２参照）と比較して、作用長を約７分の１に低減することができる。
【００９８】
同様に、図１２に示すように、第２光導波路３に装荷される複数（ここでは１０個）の第２リング共振器５１Ａを構成する第２リング光導波路６１Ａの導波路幅Ｗは、互いに異なるように、各第２リング共振器５１Ａ間で若干ずらされている。つまり、隣り合う第２リング共振器５１Ａ間で、導波路幅Ｗに一定の差ΔＷを与えている。ここでは、アーム３の一端から他端へ向けて、導波路幅ＷがΔＷ＝０．３ｎｍずつ大きくなるように設定している。なお、図１２では、説明の便宜上、複数のリング共振器として、３つのリング共振器を示している。
【００９９】
具体的には、複数の第２リング共振器５１Ａを構成する第２リング光導波路６１Ａの導波路幅Ｗの平均値が約４４９．８５ｎｍになるようにしている。このため、各第２リング共振器５１Ａのうち最も導波路幅の広いもの導波路幅Ｗは４５１．３５ｎｍとなり、最も導波路幅の狭いものの導波路幅Ｗは４４８．３５ｎｍとなる。
ここでは、屈折率変化５×１０−５を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、１０個の第２リング共振器５１Ａを設け、これらの第２リング共振器５１Ａのリング径Ｒをいずれも８．７μｍとしている。この場合、総作用長は２π×８．７×１０＝５４６μｍとなる。これに対して、従来のＭＺ変調器（図２２参照）では、同じ屈折率変化を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、大きな作用長（例えば３．８ｍｍ程度）が必要になる。このように、本変調器１０Ａによれば、従来のＭＺ変調器（図２２参照）と比較して、作用長を約７分の１に低減することができる。
【０１００】
このように、本実施形態では、リング出力光の位相スペクトルの共振波長帯域が少しずつずれるように、導波路幅が変えられている複数の第１リング共振器５０Ａ及び複数の第２リング共振器５１Ａを、各アーム２，３のそれぞれに装荷した構成を採用している。
ここでは、複数の第１リング共振器５０Ａ及び複数の第２リング共振器５１Ａは、結合係数κが同一（各リング共振器のＱ値が同一；リング出力光の位相スペクトルの共振波長帯域における傾きが同一）になるようにしている。なお、複数の第１リング共振器５０Ａの間で結合係数κが変えられていても良いし、複数の第２リング共振器５１Ａの間で結合係数κが変えられていても良い。
【０１０１】
このような構成とすることで、各リング共振器５０Ａ，５１ＡのＱ値を十分に大きくし、リング出力光の位相スペクトルの共振波長帯域における傾きを大きくすることで、各リング共振器５０Ａ，５１Ａの共振波長帯域において十分に大きな位相変化が得られるようにする。
また、複数の第１リング共振器５０Ａの相互間で導波路幅を変えて共振波長帯域を少しずつずらし、各第１リング共振器５０Ａの共振波長帯域における傾きが大きくなっている部分が波長軸方向に直線的に結合されるようにする。同様に、複数の第２リング共振器５１Ａの相互間で導波路幅を変えて共振波長帯域を少しずつずらし、各第２リング共振器５１Ａの位相スペクトルの共振波長帯域における傾きが大きくなっている部分が波長軸方向に直線的に結合されるようにする。
【０１０２】
これにより、十分に大きな位相変化が得られる共振波長帯域を広げることができる。この結果、リング光導波路６０Ａ，６１Ａの屈折率変化が小さい場合であっても、十分に大きな位相変化が、広い共振波長帯域内で均一に得られることになる。
なお、その他の詳細は、上述の第２実施形態のものと同様であるため、ここでは説明を省略する。この場合、上述の第２実施形態の「リング共振器間のリング径の差」は、本実施形態の「リング共振器間の導波路幅の差」に対応する。
【０１０３】
したがって、本実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）によれば、動作波長帯域を広くし、作用長を短くし、コンパクト化（小型化）を図ることができるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、一のアームに装荷される複数のリング共振器のリング径を同一にし、これらの導波路幅を変える場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、一のアームに装荷される複数のリング共振器のリング径及び導波路幅を変えるようにしても良い。つまり、上述の第２実施形態のものと本実施形態のものとを組み合わせても良い。
【０１０４】
また、上述の実施形態では、リング共振器の導波路幅が、アームの一端から他端へ向けて、少しずつ大きくなるようにしているが、これに限られるものではなく、例えば、アームの一端から他端へ向けて、少しずつ小さくなるようにしても良いし、導波路幅を変えたものをランダムに配置するようにしても良い。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）について、図１３，図１４を参照しながら説明する。
【０１０５】
本実施形態にかかるリング装荷型ＭＺ変調器は、上述の第１実施形態のリング共振器による位相変化を利用した変調の原理を用いるリング装荷型ＭＺ変調器であって、上述の第２実施形態のものが、複数の第１リング共振器の相互間で、又は、複数の第２リング共振器の相互間でリング径を変えているのに対し、本実施形態のものは、複数の第１リング共振器の相互間で、又は、複数の第２リング共振器の相互間で温度が変えられている点が異なる。
【０１０６】
特に、図１３に示すように、本変調器１０Ｂでは、複数の第１リング共振器５０Ｂは、互いに温度が異なるようにしている。これにより、複数の第１リング共振器５０Ｂを構成する第１リング光導波路６０Ｂは、互いに等価屈折率が異なるようにしている。このようにして、複数の第１リング共振器５０Ｂは、互いに共振波長が異なるようにしている。なお、本実施形態では、複数の第１リング光導波路６０Ｂの導波路幅及びリング径は同一である。なお、図１３では、上述の第２実施形態のもの（図４参照）と同一のものには同一の符号を付している。
【０１０７】
同様に、複数の第２リング共振器５１Ｂは、互いに温度が異なるようにしている。これにより、複数の第２リング共振器５１Ｂを構成する第２リング光導波路６１Ｂは、互いに等価屈折率が異なるようにしている。このようにして、複数の第２リング共振器５１Ｂは、互いに共振波長が異なるようにしている。なお、本実施形態では、複数の第２リング光導波路６１Ｂの導波路幅及びリング径は同一である。
【０１０８】
次に、複数の第１リング共振器５０Ｂの相互間で、又は、複数の第２リング共振器５１Ｂの相互間で温度を変えて（即ち、複数の第１リング共振器５０Ａの相互間で、又は、複数の第２リング共振器５１Ａの相互間で共振波長を変えて）、動作波長帯域を広くする原理を説明する。
リング共振器の温度を変えると、リング共振器を構成するリング光導波路の等価屈折率が変わり、これによって、リング共振器の共振波長が変わることになる。
【０１０９】
そこで、ＭＺ干渉計４のアーム２に装荷される複数の第１リング共振器５０Ｂのそれぞれの温度を、個々のリング共振器の出力光（リング出力光）の強度スペクトルの共振波長帯域（リング共振波長帯域）の位置が少しずつずれるように調整する［図５（Ａ）参照］。これにより、各第１リング共振器５０Ｂの出力光の強度スペクトルの共振波長帯域が波長軸方向で結合され、これらの第１リング共振器５０Ｂの全体からの出力光（リング出力光）の強度スペクトルは、広い共振波長帯域を有する箱型のスペクトル形状となる［図５（Ｂ）参照］。
【０１１０】
この場合、各第１リング共振器５０Ｂの出力光（リング出力光）の位相スペクトルの共振波長帯域が波長軸方向で結合され、これらの第１リング共振器５０Ｂの全体からの出力光（リング出力光）の位相スペクトルは、広い共振波長帯域を有するものとなる［図５（Ｃ）参照］。つまり、各第１リング共振器５０Ｂの出力光の位相スペクトルの傾きが大きくなっている部分が連なるように直線状に結合され、これらの第１リング共振器５０Ｂの全体からの出力光の位相スペクトルは、傾きが大きくなっている部分の幅が波長軸方向に広くなる［図５（Ｃ）参照］。なお、各第１リング共振器５０Ｂは、リング出力光の位相スペクトルの傾きが大きくなる部分の傾きが同一になるように構成されている。
【０１１１】
同様に、ＭＺ干渉計４のアーム３に装荷される複数の第２リング共振器５１Ｂのそれぞれの温度を、個々のリング共振器の出力光（リング出力光）の強度スペクトルの共振波長帯域（リング共振波長帯域）の位置が少しずつずれるように調整する［図５（Ａ）参照］。これにより、各第２リング共振器５１Ｂの出力光の強度スペクトルの共振波長帯域が波長軸方向で結合され、これらの第２リング共振器５１Ｂの全体からの出力光（リング出力光）の強度スペクトルは、広い共振波長帯域を有する箱型のスペクトル形状となる［図５（Ｂ）参照］。
【０１１２】
この場合、各第２リング共振器５１Ｂの出力光（リング出力光）の位相スペクトルの共振波長帯域が波長軸方向で結合され、これらの第２リング共振器５１Ｂの全体からの出力光（リング出力光）の位相スペクトルは、広い共振波長帯域を有するものとなる［図５（Ｃ）参照］。つまり、各第２リング共振器５１Ｂの出力光の位相スペクトルの傾きが大きくなっている部分が連なるように直線状に結合され、これらの第２リング共振器５１Ｂの全体からの出力光の位相スペクトルは、傾きが大きくなっている部分の幅が波長軸方向に広くなる［図５（Ｃ）参照］。なお、各第２リング共振器５１Ｂは、リング出力光の位相スペクトルの傾きが大きくなる部分の傾きが同一になるように構成されている。
【０１１３】
これにより、各第１電極７０Ａを介して電圧を印加して各第１リング光導波路６０Ｂの屈折率を変化させるとともに、各第２電極７１Ａを介して電圧を印加して各第１リング光導波路６１Ｂの屈折率を変化させることによって、必要な位相変化が、広い共振波長帯域内で均一に得られることになる。この結果、十分な大きさの消光比（変調器出力光の強度変化）が、広い動作波長帯域内で均一に得られることになる［図５（Ｄ）参照］。
【０１１４】
次に、本変調器１０Ｂの具体的な構成例について、図１３，図１４を参照しながら説明する。
本実施形態では、図１３，図１４（Ａ）に示すように、複数（ここでは１０個）の第１リング共振器５０Ｂのそれぞれの温度を変化させるための複数の第１ヒータ（ヒータ素子）１７Ａが、複数の第１リング光導波路６０Ｂのそれぞれに沿って設けられている。なお、図１３では、説明の便宜上、複数のリング共振器として、３つのリング共振器を示している。
【０１１５】
ここでは、図１４（Ｂ）に示すように、複数の第１リング光導波路６０Ｂのそれぞれの上部（ここでは直上）に、例えば厚さ１００ｎｍ、幅１μｍのチタン（Ｔｉ）からなる第１ヒータ（チタンヒータ）１７Ａが別個に設けられている。なお、図１４（Ｂ）では、上述の第２実施形態のもの［図１１（Ｂ）参照］と同一のものには同一の符号を付している。
【０１１６】
また、各第１ヒータ１７Ａには、図１３，図１４（Ａ）に示すように、第１直流電源１８Ａが接続されており、この第１直流電源１８Ａから各第１ヒータ１７Ａに供給される電流の大きさによって、各第１ヒータ１７Ａ及び各第１リング共振器５０Ｂの温度がそれぞれ独立に制御されるようになっている。
特に、本実施形態では、複数の第１ヒータ１７Ａのそれぞれによって、複数の第１リング共振器５０Ｂのそれぞれの温度が互いに異なるように制御される。これにより、複数の第１リング光導波路６０Ｂの等価屈折率が互いに異なるようにし、この結果、複数の第１リング共振器５０Ｂの共振波長が互いに異なるようにしている。
【０１１７】
同様に、図１３，図１４（Ａ）に示すように、複数（ここでは１０個）の第２リング共振器５１Ｂのそれぞれの温度を変化させるための複数の第２ヒータ（ヒータ素子）１７Ｂが、複数の第２リング光導波路６１Ｂのそれぞれに沿って設けられている。
ここでは、図１４（Ｂ）に示すように、複数の第２リング光導波路６１Ｂのそれぞれの上部（ここでは直上）に、例えば厚さ１００ｎｍ、幅１μｍのチタン（Ｔｉ）からなる第２ヒータ（チタンヒータ）１７Ｂが別個に設けられている。
【０１１８】
また、各第２ヒータ１７Ｂには、図１３，図１４（Ａ）に示すように、第２直流電源１８Ｂが接続されており、この第２直流電源１８Ｂから各第２ヒータ１７Ｂに供給される電流の大きさによって、各第２ヒータ１７Ｂ及び各第２リング共振器５１Ｂの温度がそれぞれ独立に制御されるようになっている。
特に、本実施形態では、複数の第２ヒータ１７Ｂのそれぞれによって、複数の第２リング共振器５１Ｂのそれぞれの温度が互いに異なるように制御される。これにより、複数の第２リング光導波路６１Ｂの等価屈折率が互いに異なるようにし、この結果、複数の第２リング共振器５１Ｂの共振波長が互いに異なるようにしている。
【０１１９】
例えば、第１ヒータ１７Ａ及び第２ヒータ１７Ｂとしてのチタンヒータは、第３３回European Conference and Exhibition on Optical Communication(ECOC2007)の予稿集のセッション１．２の論文”Tunable, Fourth-Order Silicon Microring-Resonator Add-Drop Filters”に記載されているものを用いれば良い。
なお、本実施形態では、第１ヒータ１７Ａ及び第２ヒータ１７Ｂとして、チタンヒータを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、抵抗金属又は半導体からなるヒータを用いれば良い。
【０１２０】
特に、本実施形態では、第１光導波路２に装荷される複数（ここでは１０個）の第１リング共振器５０Ｂの温度Ｔは、互いに異なるように、各第１リング共振器５０Ｂ間で若干ずらされている。つまり、隣り合う第１リング共振器５０Ｂ間で、温度Ｔに一定の差ΔＴを与えている。ここでは、アーム２の一端から他端へ向けて、温度ＴがΔＴずつ高くなるように設定している。具体的には、複数の第１リング共振器５０Ｂの温度Ｔの平均値が所定値になるようにしている。
【０１２１】
ここでは、屈折率変化５×１０−５を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、１０個の第１リング共振器５０Ｂを設け、これらの第１リング共振器５０Ｂのリング径Ｒをいずれも８．７μｍとしている。この場合、総作用長は２π×８．７×１０＝５４６μｍとなる。これに対して、従来のＭＺ変調器（図２２参照）では、同じ屈折率変化を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、大きな作用長（例えば３．８ｍｍ程度）が必要になる。このように、本変調器によれば、従来のＭＺ変調器（図２２参照）と比較して、作用長を約７分の１に低減することができる。
【０１２２】
同様に、第２光導波路３に装荷される複数（ここでは１０個）の第２リング共振器５１Ｂの温度Ｔは、互いに異なるように、各第２リング共振器５１Ｂ間で若干ずらされている。つまり、隣り合う第２リング共振器５１Ｂ間で、温度Ｔに一定の差ΔＴを与えている。ここでは、アーム３の一端から他端へ向けて、温度ＴがΔＴずつ大きくなるように設定している。具体的には、複数の第２リング共振器５１Ｂの温度Ｔの平均値が所定値になるようにしている。
【０１２３】
ここでは、屈折率変化５×１０−５を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、１０個の第２リング共振器５１Ｂを設け、これらの第２リング共振器５１Ｂのリング径Ｒをいずれも８．７μｍとしている。この場合、総作用長は２π×８．７×１０＝５４６μｍとなる。これに対して、従来のＭＺ変調器（図２２参照）では、同じ屈折率変化を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、大きな作用長（例えば３．８ｍｍ程度）が必要になる。このように、本変調器によれば、従来のＭＺ変調器（図２２参照）と比較して、作用長を約７分の１に低減することができる。
【０１２４】
このように、本実施形態では、リング出力光の位相スペクトルの共振波長帯域が少しずつずれるように、温度が変えられている複数の第１リング共振器５０Ｂ及び複数の第２リング共振器５１Ｂを、各アーム２，３のそれぞれに装荷した構成を採用している。
ここでは、複数の第１リング共振器５０Ｂ及び複数の第２リング共振器５１Ｂは、結合係数κが同一（各リング共振器のＱ値が同一；リング出力光の位相スペクトルの共振波長帯域における傾きが同一）になるようにしている。なお、複数の第１リング共振器５０Ｂの間で結合係数κが変えられていても良いし、複数の第２リング共振器５１Ｂの間で結合係数κが変えられていても良い。
【０１２５】
このような構成とすることで、各リング共振器５０Ｂ，５１ＢのＱ値を十分に大きくし、リング出力光の位相スペクトルの共振波長帯域における傾きを大きくすることで、各リング共振器５０Ｂ，５１Ｂの共振波長帯域において十分に大きな位相変化が得られるようにする。
また、複数の第１リング共振器５０Ｂの相互間で温度を変えて共振波長帯域を少しずつずらし、各第１リング共振器５０Ｂの共振波長帯域における傾きが大きくなっている部分が波長軸方向に直線的に結合されるようにする。同様に、複数の第２リング共振器５１Ｂの相互間で温度を変えて共振波長帯域を少しずつずらし、各第２リング共振器５１Ｂの位相スペクトルの共振波長帯域における傾きが大きくなっている部分が波長軸方向に直線的に結合されるようにする。
【０１２６】
これにより、十分に大きな位相変化が得られる共振波長帯域を広げることができる。この結果、リング光導波路６０Ｂ，６１Ｂの屈折率変化が小さい場合であっても、十分に大きな位相変化が、広い共振波長帯域内で均一に得られることになる。
なお、その他の詳細は、上述の第２実施形態のものと同様であるため、ここでは説明を省略する。この場合、上述の第２実施形態の「リング共振器間のリング径の差」は、本実施形態の「リング共振器間の温度の差」に対応する。
【０１２７】
したがって、本実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）によれば、動作波長帯域を広くし、作用長を短くし、コンパクト化（小型化）を図ることができるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、一のアームに装荷される複数のリング共振器のリング径を同一にし、これらの温度を変える場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。
【０１２８】
例えば、複数のリング共振器のリング径を変えるとともに、複数のリング共振器の温度を変えるようにしても良い。つまり、上述の第２実施形態のものと本実施形態のものとを組み合わせても良い。
また、例えば、複数のリング共振器のリング径を同一にし、複数のリング共振器を構成するリング光導波路の導波路幅を変え、複数のリング共振器の温度を変えるようにしても良い。つまり、上述の第３実施形態のものと本実施形態のものとを組み合わせても良い。
【０１２９】
また、上述の実施形態では、各リング共振器は一定の温度に制御されるようにしているが、これに限られるものではない。
例えば、ヒータに供給される電流量を制御して（即ち、ヒータの出力を制御して）、各リング共振器の温度を変化させることで、各リング共振器の共振波長を調整できるようにしても良い。これにより、変調器の動作波長帯域を、入力する連続光の波長に合わせてダイナミックに変化させることが可能となる。この場合、入力する連続光の波長をモニタするためのモニタ機構や各ヒータに供給される電流量を制御するための制御回路（コントローラ）を設けることになる。
【０１３０】
これにより、製造の際に生じたリング共振器のリング径の設計に対する誤差を、ヒータを用いた温度調整によって補償することができる。この結果、設計どおりの動作波長帯域、消光比が得られるようにすることができる。
また、リング共振器の温度調整によって、変調器が置かれている環境の温度によらず、温度を一定に保つことができる。これにより、変調器が置かれている環境の温度が変化しても、リング共振器の共振波長を一定に維持し、動作波長帯域や消光比が一定の安定した動作を実現することができる。
【０１３１】
なお、ここでは、上述の実施形態の構成において、各リング共振器の温度を制御して、各リング共振器の共振波長を調整できるようにすることを説明しているが、これに限られるものではない。例えば、上述の第２実施形態の構成において、本実施形態のようにヒータを設け、各リング共振器の温度を制御して、各リング共振器の共振波長を調整できるようにしても良い。また、例えば、上述の第３実施形態の構成において、本実施形態のようにヒータを設け、各リング共振器の温度を制御して、各リング共振器の共振波長を調整できるようにしても良い。
【０１３２】
また、上述の実施形態では、リング共振器の温度が、アームの一端から他端へ向けて、少しずつ高くなるようにしているが、これに限られるものではなく、例えば、アームの一端から他端へ向けて、少しずつ低くなるようにしても良いし、リング共振器の温度をランダムに変えるようにしても良い。
［第５実施形態］
次に、第５実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）について、図１５，図１６を参照しながら説明する。
【０１３３】
本実施形態にかかるリング装荷型ＭＺ変調器は、上述の第１実施形態のリング共振器による位相変化を利用した変調の原理を用いるリング装荷型ＭＺ変調器であって、上述の第２実施形態のものが、複数の第１リング共振器の相互間で、又は、複数の第２リング共振器の相互間で共振波長を変えているのに対し、本実施形態のものは、複数の第１リング共振器の相互間で、又は、複数の第２リング共振器の相互間で共振波長を同一にしている点が異なる。
【０１３４】
特に、図１５に示すように、本変調器１０Ｃでは、複数の第１リング光導波路６０Ｃは、互いにリング径が同一になるように形成されている。また、複数の第１リング光導波路６０Ｃは、互いに導波路幅が同一になるように形成されている。このように、複数の第１リング共振器５０Ｃは、互いに共振波長が同一になるように形成されている。なお、図１５では、上述の第２実施形態のもの（図４参照）と同一のものには同一の符号を付している。
【０１３５】
同様に、複数の第２リング光導波路６１Ｃは、互いにリング径が同一になるように形成されている。また、複数の第２リング光導波路６１Ｃは、互いに導波路幅が同一になるように形成されている。このように、複数の第２リング共振器５１Ｃは、互いに共振波長が同一になるように形成されている。
次に、複数の第１リング光導波路６０Ｃ又は複数の第２リング光導波路６１Ｃのリング径及び導波路幅を同一にして（即ち、複数の第１リング共振器５０Ｃ又は複数の第２リング共振器５１Ｃの共振波長を同一にして）、動作波長帯域を広くする原理を、図１６を参照しながら説明する。
【０１３６】
上述の第１実施形態において説明したように、本変調器１０Ｃの動作波長帯域は、装荷されているリング共振器の共振波長帯域にほぼ等しい。
このため、まず、図１６（Ａ），図１６（Ｂ）中、点線で示すように、単一のリング共振器の共振を弱くして、リング出力光の強度スペクトル及び位相スペクトルのリング共振波長帯域における変化をなだらかにし（即ち、リング共振器のＱ値を小さくし）、リング共振波長帯域を広げることで、本変調器１０Ｃの動作波長帯域を広くする。
【０１３７】
しかしながら、この場合、図１６（Ｂ）中、点線で示すように、リング出力光の位相スペクトルの共振波長帯域における傾き（スロープ）が小さくなってしまう。
このため、屈折率を変化させて位相スペクトルをシフトさせる際に、設定した動作波長における位相変化が小さくなってしまう。
ここで、図１６（Ｃ）中、点線は、上述のように構成した場合に得られる消光比のスペクトルを示している。なお、図１６（Ｃ）では、変調器の動作波長帯域の中心（中心動作波長）が、消光比のスペクトルの中心になるように波長軸を取っている。
【０１３８】
図１６（Ｃ）中、点線で示すように、上述のように構成した場合、変調器の動作波長帯域は広くなるものの、大きな消光比は得られないことがわかる。
そこで、本実施形態では、各リング共振器の出力光（リング出力光）の強度スペクトルの共振波長帯域（リング共振波長帯域）の位置（中心共振波長の位置）が一致する複数のリング共振器を、ＭＺ干渉計４の各アーム２，３に装荷する。このため、複数のリング共振器全体の共振波長帯域は、単一のリング共振器の共振波長帯域と同一である。
【０１３９】
これにより、各リング共振器の出力光の強度スペクトルが強度軸方向で結合され（各リング共振器の出力光の強度スペクトルが足し合わされ）、これらのリング共振器の全体からの出力光（リング出力光）の強度スペクトルは、図１６（Ａ）中、実線で示すように、広い共振波長帯域を有するなだらかなスペクトル形状となる。
この場合、各リング共振器の出力光の位相スペクトルの共振波長帯域も強度軸方向で結合され（各リング共振器の出力光の位相スペクトルも足し合わされ）、これらのリング共振器の全体からの出力光（リング出力光）の位相スペクトルは、図１６（Ｂ）中、実線で示すように、広い共振波長帯域において傾きが大きくなる。
【０１４０】
これにより、各リング共振器を構成するリング光導波路の屈折率変化によって、必要な位相変化が、広い共振波長帯域内で均一に得られることになる。この結果、図１６（Ｃ）中、実線で示すように、十分な大きさの消光比（変調器出力光の強度変化）が、広い動作波長帯域内で得られることになる。
次に、本変調器１０Ｃの具体的な構成例について、図１５を参照しながら説明する。
【０１４１】
本実施形態では、屈折率変化５×１０−５を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、１０個の第１リング共振器５０Ｃを設け、これらの第１リング共振器５０Ｃのリング径Ｒをいずれも８．７μｍとしている。この場合、総作用長は２π×８．７×１０＝５４６μｍとなる。これに対して、従来のＭＺ変調器（図２２参照）では、同じ屈折率変化を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、大きな作用長（例えば３．８ｍｍ程度）が必要になる。このように、本変調器によれば、従来のＭＺ変調器（図２２参照）と比較して、作用長を約７分の１に低減することができる。なお、図１５では、説明の便宜上、複数のリング共振器として、３つのリング共振器を示している。
【０１４２】
同様に、屈折率変化５×１０−５を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、１０個の第２リング共振器５１Ｃを設け、これらの第２リング共振器５１Ｃのリング径Ｒをいずれも８．７μｍとしている。この場合、総作用長は２π×８．７×１０＝５４６μｍとなる。これに対して、従来のＭＺ変調器（図２２参照）では、同じ屈折率変化を利用して、一定の大きさの消光比を得るために、大きな作用長（例えば３．８ｍｍ程度）が必要になる。このように、本変調器によれば、従来のＭＺ変調器（図２２参照）と比較して、作用長を約７分の１に低減することができる。
【０１４３】
なお、その他の詳細は、上述の第２実施形態のものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）によれば、動作波長帯域を広くし、作用長を短くし、コンパクト化（小型化）を図ることができるという利点がある。
【０１４４】
なお、上述の実施形態の構成において、上述の第４実施形態のようにヒータを設け、各リング共振器の温度を制御して、各リング共振器の共振波長を調整できるようにしても良い。
［第６実施形態］
次に、第６実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）について、図１７を参照しながら説明する。
【０１４５】
本実施形態にかかるリング装荷型ＭＺ変調器は、上述の第１実施形態のリング共振器による位相変化を利用した変調の原理を用いるリング装荷型ＭＺ変調器であって、上述の第２実施形態のものに対し、ＭＺ干渉計のアーム（第１光導波路及び第２光導波路）に装荷される複数のリング共振器の配置が異なる。
図１７に示すように、本変調器１０Ｄでは、複数（ここでは５個）の第１リング共振器５０Ｄのそれぞれを構成する複数の第１リング光導波路６０Ｄが、ＭＺ干渉計４のアーム（第１光導波路）２を伝搬する光が結合する位置に設けられている。なお、図１７では、説明の便宜上、複数のリング共振器として、３つのリング共振器を示している。
【０１４６】
なお、図１７では、上述の第２実施形態のもの（図４参照）と同一のものには同一の符号を付している。また、図１７では、説明の便宜上、複数の第１リング光導波路６０Ｄの相互間を、又は、複数の第２リング光導波路６１Ｄの相互間を、同一のリング径として表わしているが、実際には、上述の第２実施形態と同様に、複数の第１リング光導波路６０Ｄの相互間で、又は、複数の第２リング光導波路６１Ｄの相互間で、リング径は異なる。
【０１４７】
特に、本実施形態では、図１７に示すように、これらの第１リング光導波路６０Ｄのそれぞれに一つずつ第３リング共振器５２がアーム２から離れる方向（アーム２に直交する方向）に直列に接続されている。つまり、複数の第３リング共振器５２を構成する第３リング光導波路６２が、第１リング光導波路６０Ｄを伝搬する光が結合する位置にそれぞれ設けられている。
【０１４８】
同様に、図１７に示すように、複数（ここでは５個）の第２リング共振器５１Ｄのそれぞれを構成する複数の第２リング光導波路６１Ｄが、ＭＺ干渉計４のアーム（第２光導波路）３を伝搬する光が結合する位置に設けられている。
特に、本実施形態では、図１７に示すように、これらの第２リング光導波路６１Ｄのそれぞれに一つずつ第４リング共振器５３がアーム３から離れる方向（アーム３に直交する方向）に直列に接続されている。つまり、複数の第４リング共振器５３を構成する第４リング光導波路６３が、第２リング光導波路６１Ｄを伝搬する光が結合する位置にそれぞれ設けられている。
【０１４９】
また、図１７に示すように、複数の第３リング光導波路６２のそれぞれに沿って複数の第３電極７２が設けられている。さらに、複数の第４リング光導波路６３のそれぞれに沿って複数の第４電極７３が設けられている。
また、第１電極７０Ａ及び第２電極７１Ａと同様に、第３電極７２及び第４電極７３には、図１７に示すように、それぞれ、高周波変調信号（電気信号）を供給するための変調電源（高周波電源）８，９が接続されている。
【０１５０】
次に、本変調器１０Ｄの具体的な構成例について、図１７を参照しながら説明する。
本実施形態では、図１７に示すように、２つのリング共振器５０Ｄ，５２（５１Ｄ，５３）を直列に結合して構成される５組の直列結合リング共振器５４が、ＭＺ干渉計４の２つのアーム２，３のそれぞれに装荷された構造となっている。
ここで、ＭＺ干渉計４の両アーム２，３に装荷される直列結合リング共振器５４の個数Ｎは、それぞれ、５個とする。なお、ＭＺ干渉計４の両アーム２，３に装荷されるリング共振器５０Ｄ，５１Ｄ，５２，５３の全個数は、それぞれ、１０個であり、上述の第２実施形態の場合と同じである。
【０１５１】
また、直列結合されている２つのリング共振器は、リング径Ｒを同一にしている。つまり、第３リング光導波路６２のリング径は、直列結合されている第１リング光導波路６０Ｄのリング径と同一になっている。また、第４リング光導波路６３のリング径は、直列結合されている第２リング光導波路６１Ｄのリング径と同一になっている。
また、アーム２，３と各リング共振器５０Ｄ，５１Ｄ（各リング光導波路６０Ｄ，６１Ｄ）との間の結合係数κは、全て０．５８９としている。このため、アームを構成する第１光導波路２及び第２光導波路３からリング共振器５０Ｄ，５１Ｄを構成するリング光導波路６０Ｄ，６１Ｄへのパワー移行率は、３０．９％［|sin（κ）|２＝３０．９％］となる。
【０１５２】
また、直列結合されている２つのリング共振器５０Ｄ，５２（５１Ｄ，５３）［２つのリング光導波路６０Ｄ，６２（６１Ｄ，６３）］の間の結合係数κは、全ての直列結合リング共振器５４において、０．１９６としている。このため、一方のリング共振器５０Ｄ（５１Ｄ）を構成するリング光導波路６０Ｄ（６１Ｄ）から他方のリング共振器５２（５３）を構成するリング光導波路６２（６３）へのパワー移行率は、３．８％［|sin（κ）|２＝３．８％］となる。
【０１５３】
なお、その他の詳細は、上述の第２実施形態のものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）によれば、動作波長帯域を広くし、作用長を短くし、コンパクト化（小型化）を図ることができるという利点がある。
【０１５４】
特に、本実施形態では、直列結合リング共振器を用いるため、ＭＺ干渉計のアームに垂直な方向の素子の大きさは大きくなるものの、アームに平行な方向の素子の大きさ（長さ）は小さくすることができる。一方、上述の第２実施形態では、ＭＺ干渉計のアームに並行な方向の素子の大きさ（長さ）は大きくなるものの、アームに垂直な方向の素子の大きさは小さくすることができる。このため、本実施形態のリング共振器の配置と上述の第２実施形態のリング共振器の配置とを適宜選択し、組み合わせることで、変調器の大きさ、形状等に対する異なった要求を満たすことができることになる。
【０１５５】
なお、上述の実施形態は、上述の第２実施形態の変形例として説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、上述の第１実施形態、第３実施形態〜第５実施形態の変形例として構成することもできる。つまり、本実施形態の構成と、上述の第１実施形態、第３実施形態〜第５実施形態のいずれかの構成とを組み合わせることもできる。
また、上述の実施形態の構成において、上述の第４実施形態のようにヒータを設け、各リング共振器の温度を制御して、各リング共振器の共振波長を調整できるようにしても良い。
［第７実施形態］
次に、第７実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）について、図１８を参照しながら説明する。
【０１５６】
本実施形態にかかるリング装荷型ＭＺ変調器は、上述の第１実施形態のリング共振器による位相変化を利用した変調の原理を用いるリング装荷型ＭＺ変調器であって、上述の第２実施形態のものに対し、変調器を構成する材料が異なる。
本実施形態では、リブ型導波路コアを埋め込むオーバクラッド層の材料が異なる。つまり、上述の第２実施形態［図１１（Ｂ）参照］では、リブ型導波路コア１５Ｘ［特にリブ部分（Ｓｉコア）１５Ａの周り］を覆うオーバクラッド層をＳｉＯ２オーバクラッド層１６としているのに対し、本実施形態では、図１８に示すように、ポリマからなるオーバクラッド層１６Ａとしている点が異なる。なお、図１８では、上述の第２実施形態のもの［図１１（Ｂ）参照］と同一のものには同一の符号を付している。
【０１５７】
つまり、本実施形態では、ＭＺ干渉計４の両アーム２，３（第１光導波路２及び第２光導波路３）、及び、リング共振器５０，５１を構成するリング光導波路６０，６１は、コア１５Ｘが屈折率の温度変化係数（ｄｎ／ｄＴ）が正の値である半導体材料（ここではシリコン）によって形成されており、このコア１５Ｘを覆うクラッド１６Ａが屈折率の温度変化係数（ｄｎ／ｄＴ）が負の値であるポリマ材料によって形成されている。
【０１５８】
ここで、ポリマ材料としては、例えば、”Influence of humidity on refractive index of polymers for optical waveguide and its temperature dependence”, Applied Physics Letters, vol. 72, No. 13, pp.1533-1535, 1998に記載されているdeuterated polymethylmethacrylate（ｄ−ＰＭＭＡ）を用いれば良い。このポリマ材料は、１．４８付近の屈折率を有しているため、シリコン導波路コア１５Ａのクラッド材料として、ＳｉＯ２の代わりに用いることが可能である。
【０１５９】
特に、このポリマ材料は、屈折率の温度変化係数（ｄｎ／ｄＴ）の符号が、シリコンなどの半導体材料と異なっているという特徴がある。つまり、シリコンの屈折率の温度変化係数（ｄｎ／ｄＴ）は１．８×１０−４（ｄｎ／ｄＴ＝１．８×１０−４）であるのに対し、上記のポリマ材料の屈折率の温度変化係数（ｄｎ／ｄＴ）は約−１０−４（ｄｎ／ｄＴ＝−１０−４）である。
【０１６０】
これにより、変調器が置かれている環境温度によらず、変調器の動作波長帯域を比較的一定に保つことができることになる。
これは、上述のように、ポリマ材料の屈折率の温度に対する変化の方向が、シリコンの屈折率の温度に対する変化の方向に対して逆向きであることに起因している。
つまり、コア１５Ｘとクラッド１６Ａの温度に対する屈折率の変化が互いに打ち消しあうことになり、導波路全体として見た場合、温度変化に対する等価屈折率の変化が小さくなる。これにより、温度変化に対するリング共振器５０，５１の共振波長の変化が小さくなり、その結果、温度変化に対する本変調器１０の動作波長帯域の変化が小さくなる。したがって、上述のような構成にすることで、本変調器１０の動作波長帯域を比較的一定に保つことができることになる。
【０１６１】
また、本実施形態では、リブ型導波路コア１５Ｘのリブ部分１５Ａの厚さ（リブ部分１５Ａのシリコン薄膜層の厚さ）を１５０ｎｍとしている。このように、本実施形態において、リブ型導波路コア１５Ｘのリブ部分１５Ａの厚さを、上述の第２実施形態のもの（２５０ｎｍ）よりも薄くしているのは、導波光のコア１５Ｘにおける光閉じ込め係数を小さくし、オーバクラッド層１６Ａの等価屈折率に対する影響を大きくするためである。
【０１６２】
なお、その他の詳細は、上述の第２実施形態のものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）によれば、動作波長帯域を広くし、作用長を短くし、コンパクト化（小型化）を図ることができるという利点がある。
【０１６３】
特に、本実施形態では、上述のような構成を採用することで変調器の動作波長帯域を温度によらず一定に保つことができるため、例えばヒータ、ペルチェ素子、制御回路、共振波長モニタ機構等を設けなくても良く、簡便な構成の光変調器を実現できるという効果もある。
なお、上述の実施形態では、ＭＺ干渉計４の両アーム２，３（第１光導波路２及び第２光導波路３）、及び、リング共振器５０，５１を構成するリング光導波路６０，６１の全ての部分において、コア１５Ｘが、屈折率の温度変化係数（ｄｎ／ｄＴ）が正の値である半導体材料によって形成され、このコア１５Ｘを覆うクラッド１６Ａが屈折率の温度変化係数（ｄｎ／ｄＴ）が負の値であるポリマ材料によって形成される場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。
【０１６４】
例えば、ＭＺ干渉計４を構成する第１光導波路２及び第２光導波路３、及び、リング光導波路６０，６１において、コア１５Ｘを、屈折率の温度変化係数（ｄｎ／ｄＴ）が正の値である誘電体材料によって形成し、このコア１５Ｘを覆うクラッド１６Ａを、屈折率の温度変化係数（ｄｎ／ｄＴ）が負の値であるポリマ材料によって形成しても良い。
また、例えば、リング共振器５０，５１を構成するリング光導波路６０，６１の部分のみにおいて、コア１５Ｘを、屈折率の温度変化係数（ｄｎ／ｄＴ）が正の値である半導体材料又は誘電体材料によって形成し、このコア１５Ｘを覆うクラッド１６Ａが屈折率の温度変化係数（ｄｎ／ｄＴ）が負の値であるポリマ材料によって形成しても良い。この場合、少なくとも、リング共振器５０，５１を構成するリング光導波路６０，６１のコア１５Ｘのリブ部分（Ｓｉコア）１５Ａが覆われるように、屈折率の温度変化係数（ｄｎ／ｄＴ）が負の値であるポリマ材料によってクラッドを形成すれば良い。
【０１６５】
なお、上述の実施形態は、上述の第２実施形態の変形例として説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、上述の第３実施形態〜第６実施形態の変形例として構成することもできる。つまり、本実施形態の構成と、上述の第３実施形態〜第６実施形態のいずれかの構成とを組み合わせることもできる。
また、上述の実施形態の構成において、上述の第４実施形態のようにヒータを設け、各リング共振器の温度を制御して、各リング共振器の共振波長を調整できるようにしても良い。
［第８実施形態］
次に、第８実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）について、図１９を参照しながら説明する。
【０１６６】
本実施形態にかかるリング装荷型ＭＺ変調器は、上述の第１実施形態のリング共振器による位相変化を利用した変調の原理を用いるリング装荷型ＭＺ変調器であって、上述の第２実施形態のものに対し、図１９に示すように、ＭＺ干渉計４を構成する２つの光カプラが、いずれも、２つの入力ポート及び２つの出力ポートを有する２入力２出力（２ｘ２）型光カプラ１９，２０である点が異なる。
【０１６７】
なお、図１９では、上述の第２実施形態のもの（図４参照）と同一のものには同一の符号を付している。また、図１９では、説明の便宜上、複数の第１リング光導波路６０の相互間を、又は、複数の第２リング光導波路６１の相互間を、同一のリング径として表わしているが、実際には、上述の第２実施形態と同様に、複数の第１リング光導波路６０の相互間で、又は、複数の第２リング光導波路６１の相互間で、リング径は異なる。
【０１６８】
特に、図１９に示すように、本変調器１０Ｅでは、上述の第２実施形態のＭＺ干渉計４を構成するＹブランチ（１×２）型光カプラ１１，１２に代えて、２×２型多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ１９，２０を用いている。
なお、その他の詳細は、上述の第２実施形態のものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
【０１６９】
したがって、本実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）によれば、動作波長帯域を広くし、作用長を短くし、コンパクト化（小型化）を図ることができるという利点がある。
ところで、上述の本変調器１０Ｅによって、図１９に示すように、特定の波長の光を選択的に変調する変調器としての機能と、特定の波長の光信号を波長多重信号（ＷＤＭ信号）に追加（アド）するアド素子としての機能とを合わせ持つ光送信器を、簡便な構成で実現することができる。
【０１７０】
この場合、本変調器（本光送信器）１０Ｅでは、図１９に示すように、光入力側の光カプラ１９の一方の入力ポートから一の波長λｉの連続光が入力され、図示しない光伝送路を介して他方の入力ポートから一の波長λｉの信号光を含まない波長多重信号光が入力される。
そして、一方の入力ポートに入力された一の波長λｉの連続光が信号光に変調され、変調された一の波長λｉの信号光（変調光）が、他方の入力ポートに入力された波長多重信号光にアドされ、一の波長λｉの信号光を含む波長多重信号光が、光出力側の光カプラ２０の一方の出力ポートから光伝送路へ出力される。
【０１７１】
つまり、本変調器（本光送信器）１０Ｅは、一方の入力ポートに入力された一の波長λｉの連続光を信号光に変調するとともに、光伝送路を介して他の入力ポートに入力された波長多重信号光に一の波長λｉの信号光をアドする機能を有する。なお、本変調器１０Ｅの動作波長はλｉである。
なお、本変調器１０Ｅでは、光出力側の光カプラ２０も２×２型光カプラを用いているため、一の波長λｉの変調光は両方の出力ポートから、互いに逆相の関係で出力されることになる。つまり、光出力側の光カプラ２０の他方の出力ポートから、一の波長λｉの変調光に対して逆相の変調光（λｉ逆相変調光）が出力される。この場合、一方の出力ポートからの出力光が光のＯＮ状態の時に、他方の出力ポートからの出力光が光のＯＦＦ状態となる。このため、他方の出力ポートから出力された変調光をモニタ等に使用することができる。
【０１７２】
また、ここでは、本変調器（本光送信器）１０Ｅを、一の波長を含まない一つ以上の波長の信号光を含む波長多重信号光に一の波長の信号光をアドする機能を有するものとして説明しているが、これに限られるものではなく、一の波長と異なる他の波長の信号光に一の波長の信号光をアドする機能を有するものであれば良い。
したがって、本実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）を用いることで、一の波長の光のみを選択的に変調し、それ以外の波長からなるＷＤＭ信号に付け加える（アドする）機能を有する光送信器を、簡便な構成で実現できるという利点がある。
【０１７３】
また、このような光送信器１０Ｅを用いて、図２０に示すようなアド・ドロップ型ノードを含むＷＤＭシステム（光伝送システム）を実現することもできる。
つまり、図２０に示すように、上述の本変調器（本光送信器）１０Ｅを含むものとしてアド・ドロップ型のノード２１を構成し、このノード２１に光伝送路２２，２３を接続して、アド・ドロップ型ノード２１を含むＷＤＭシステム２４を構成することができる。
【０１７４】
ここで、ＷＤＭシステム２４に含まれるアド・ドロップ型の各ノード２１は、図２０に示すように、光伝送路２２を伝搬してきた波長多重（ＷＤＭ）信号光から、特定の波長λｉの信号光（ドロップ信号光）のみをドロップ素子２５を用いて取り出し（ドロップし）、光受信器２６で電気信号に変換して受信し、出力電気信号として出力すると同時に、アドしたい信号（入力電気信号）を光送信器２７で特定の波長λｉの信号光（アド信号光）に変換し、アド素子２８を用いて特定の波長λｉの信号光以外の波長多重信号光に追加（アド）し、光伝送路２３に戻す機能を有する。
【０１７５】
このようなアド・ドロップ型ノード２１に含まれるアド素子２８及び光送信器２７を、上述の本変調器（本光送信器）１０Ｅ（図１９参照）を用いて簡便に構成することができる。
この場合、上述の本変調器（本光送信器）１０Ｅ（図１９参照）の光入力側の光カプラ１９の一方の入力ポートに、アドする波長λｉの連続光が入力される。
【０１７６】
また、他方の入力ポートに、ドロップ素子２５をパスしてきた波長多重信号光［このノード２１でドロップされる波長λｉの信号光（ドロップ信号光）を含まない波長多重信号光］が入力される。
そして、一方の入力ポートに入力された一の波長λｉの連続光は、上述の本変調器（本光送信器）１０Ｅ（図１９参照）によって十分な消光比を有する信号光に変調され、変調された一の波長λｉの信号光（変調光）が、他方の入力ポートに入力された波長多重信号光にアドされ、一の波長λｉの信号光（アド信号光）を含む波長多重信号光が、光出力側の光カプラ２０の一方の出力ポートから光伝送路２３へ出力される。
【０１７７】
つまり、本実施形態にかかる光伝送方法では、図１９に示すように、２つの入力ポートを有するＭＺ干渉計４の一の入力ポートに一の波長の連続光を入力するとともに、他の入力ポートに他の波長の信号光（ここでは波長多重信号光）を入力する。そして、ＭＺ干渉計４を構成する２つのアーム２，３の少なくとも一方（ここでは両方）を伝搬する光が結合する位置に設けられたリング共振器５０，５１及びＭＺ干渉計４によって、連続光を変調して一の波長の信号光が生成されるとともに、他の波長の信号光に一の波長の信号光がアドされることになる。
【０１７８】
また、本変調器１０の動作波長は１．５５μｍであるため、一の波長λｉは１．５５μｍを含むチャネルの波長となる。
また、一の波長λｉの信号光以外の本ノード２１をパスする波長（パス波長）の信号光は、本変調器１０Ｅにおける消光比のスペクトル（図６参照）から分かるように、変調を受けず、損失を受けないで通過する［図９（Ｂ）参照］。このため、入力された波長多重信号光のうち一の波長以外の波長の信号光は、信号波形の形を変えずに、入力されたポートに対してＭＺ干渉計４の中心線を挟んで反対側のポートから出力されることになる。
【０１７９】
このように、本変調器（本光送信器）１０Ｅを用いることで、特定の波長（チャネル）λｉの連続光を選択的に変調すること、及び、その変調光を特定の波長λｉ以外の波長の信号光からなるＷＤＭ信号光に付け加える（アド）することを同時に実現することが可能となる。これにより、上述の本光送信器（本変調器）１０Ｅを用いて、アド・ドロップ型ノード２１を含むＷＤＭシステム２４を簡便な構成で実現することができる。
【０１８０】
ところで、本変調器１０Ｅを構成するリング共振器５０，５１のフリー・スペクトル・レンジ（ＦＳＲ）は、リング共振器５０，５１を構成するリング光導波路６０，６１の実効屈折率Ｎｅ、リング径Ｒ、共振波長λｃを用いて、次式によって求めることができる。
λｃ２／（Ｎｅ・２πＲ）
ここで、実効屈折率Ｎｅは導波路の等価（位相）屈折率をｎｅｆｆとした場合、次式で定義される。
【０１８１】
【数１】
0005315792.tif 000002
上述のように、本変調器１０Ｅのリング光導波路６０，６１の実効屈折率Ｎｅは約４．０であり、リング径Ｒは８．７μｍであり、共振波長λｃは１．５５μｍであるため、本リング共振器のＦＳＲは約１０．９ｎｍである。
【０１８２】
本ノード２１において、ドロップする波長とそれ以外の波長の全てを合わせた波長の帯域は、リング共振器５０，５１のＦＳＲによって決まる。
また、波長チャネル間隔は、本変調器１０Ｅにおける動作波長帯域によって決まる。上述の第１実施形態において説明したように、本変調器１０Ｅの動作波長帯域は約１ｎｍである。
【０１８３】
したがって、波長チャネル間隔に少し余裕を与え、１ｎｍより若干大きな値、例えば１．６ｎｍに設定すると、本ノード２１は、１．５５μｍを中心に６程度のチャネル数を用いることができる。
したがって、本実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）を用いることで、ノードに割り当てられた波長の光のみを選択的に変調し、それ以外の波長からなるＷＤＭ信号に付け加える（アドする）機能を有するアド・ドロップ型ノード２１、及び、これを備えるＷＤＭシステム２４を簡便な構成で実現できるという利点がある。また、アド・ドロップ型ノード２１の動作波長帯域を広くし、作用長を短くし、コンパクト化（小型化）を図ることができる。
【０１８４】
なお、上述の実施形態では、ＭＺ干渉計を構成する２つの光カプラがいずれも２入力２出力型光カプラである場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、光入力側の光カプラのみを２入力２出力型光カプラとし、光出力側の光カプラをＹブランチ（１×２）型光カプラとする等、ＭＺ干渉計を構成する２つの光カプラの少なくとも一方を２入力２出力型光カプラとすれば良い。
【０１８５】
また、上述の実施形態は、上述の第２実施形態の変形例として説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、上述の第１実施形態、第３実施形態〜第７実施形態の変形例として構成することもできる。つまり、本実施形態の構成と、上述の第１実施形態、第３実施形態〜第７実施形態のいずれかの構成とを組み合わせることもできる。
また、上述の実施形態の構成において、上述の第４実施形態のようにヒータを設け、各リング共振器の温度を制御して、各リング共振器の共振波長を調整できるようにしても良い。
【０１８６】
なお、上述の実施形態では、本変調器（本光送信器；動作波長１．５５μｍ）を、一の波長λｉの信号光をアド・ドロップするアド・ドロップ型ノードに適用する場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではない。
例えば、動作波長の異なる本変調器（本光送信器）を、他の波長の信号光をアド・ドロップするアド・ドロップ型ノードに適用することも可能である。この場合、アド及びドロップする波長はそのノードに割り当てられた波長に合わせる必要がある。この波長の調整は、本変調器（本光送信器）において、ＭＺ干渉計のアームに装荷するリング共振器の共振波長を、ノードに割り当てられた波長に一致させるように行なわれる。
【０１８７】
また、上述の実施形態において、本変調器（本光送信器）を、ＷＤＭシステムのアド・ドロップ型ノードに含まれるアド素子及び光送信器に適用する場合、ＷＤＭシステムのアド・ドロップ型ノードに含まれるドロップ素子として、上述の本変調器を構成する光素子を用いても良い。
［第９実施形態］
次に、第９実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）について、図２１を参照しながら説明する。
【０１８８】
本実施形態にかかるリング装荷型ＭＺ変調器（光送信器）は、上述の第１実施形態のリング共振器による位相変化を利用した変調の原理を用いるリング装荷型ＭＺ変調器であって、上述の第２実施形態のリング装荷型ＭＺ変調器１０（図４参照）を複数備え、これらが縦属接続された多波長入出力変調器である。
つまり、本実施形態にかかる光変調器は、図２１に示すように、上述の第２実施形態のリング装荷型ＭＺ変調器１０を複数備える光変調器（縦属接続リング装荷型ＭＺ変調器；光集積素子）であって、これらのリング装荷型ＭＺ変調器１０が、光伝搬方向に沿って直列に接続されており、複数のリング装荷型ＭＺ変調器１０は、互いに動作波長帯域が異なるように構成されている。つまり、複数のリング装荷型ＭＺ変調器１０のそれぞれに備えられるリング共振器の共振波長は互いに異なるように構成されている。
【０１８９】
なお、図２１では、上述の第２実施形態のもの（図４参照）と同一のものには同一の符号を付している。また、図２１では、説明の便宜上、複数のリング装荷型ＭＺ変調器として、４つのリング装荷型ＭＺ変調器を示している。
ここでは、隣り合うリング装荷型ＭＺ変調器１０の出力ポートと入力ポートとが光導波路２９を介して接続されている。
【０１９０】
また、各リング装荷型ＭＺ変調器１０を構成するＭＺ干渉計４に装荷されるリング共振器５０，５１の共振波長を、各リング装荷型ＭＺ変調器１０間で変化させることによって、各リング装荷型ＭＺ変調器１０の動作波長帯域が互いに異なるようにしている。
例えば、各リング装荷型ＭＺ変調器１０を構成するＭＺ干渉計に装荷されるリング共振器５０，５１のリング径を調整することで、リング共振器５０，５１の共振波長を、各リング装荷型ＭＺ変調器１０間で変化させ、各リング装荷型ＭＺ変調器１０の動作波長帯域が互いに異なるようにすれば良い。
【０１９１】
なお、リング共振器５０，５１の共振波長を、各リング装荷型ＭＺ変調器１０間で変化させる方法は、これに限られるものではない。例えば、リング共振器５０，５１の導波路幅を調整したり、リング共振器５０，５１の温度を変えたりするなどの方法によって、リング共振器５０，５１の共振波長を、各リング装荷型ＭＺ変調器１０間で変化させるようにしても良い。
【０１９２】
これにより、図２１に示すように、各リング装荷型ＭＺ変調器１０のそれぞれにおいて、異なる波長の連続光が波長毎に独立に変調されることになる。つまり、各リング装荷型ＭＺ変調器１０は、入力される波長多重連続光（λ１〜λＮ）のうち、特定の波長の連続光のみを変調して出力し、その他の波長に対しては実質的に変化を与えずに、スルーして出力することになる。
【０１９３】
この場合、入力する連続光の波長多重度に応じて（波長多重された連続光の波長数に応じて）、本変調器を構成するリング装荷型ＭＺ変調器１０の数を設定し、これらを直列に接続すれば良い。また、入力される波長多重連続光の波長ラインナップは、縦属接続される各リング装荷型ＭＺ変調器１０の動作波長ラインナップと一致するようにすれば良い。
ここで、変調する波長とスルーする波長との全てを合わせた波長の帯域は、リング共振器５０，５１のＦＳＲによって決まる。上述の第８実施形態で説明したように、本変調器を構成するリング装荷型ＭＺ変調器１０に装荷されるリング共振器５０，５１のＦＳＲは１０．９ｎｍである。一方、変調する波長とスルーする波長とを含む全波長における各波長の間隔は、リング装荷型ＭＺ変調器１０の動作波長帯域によって決まる。上述の第１実施形態において説明したように、リング装荷型ＭＺ変調器１０の動作波長帯域は約１ｎｍである。したがって、各波長の間隔に少し余裕を与え、１ｎｍより若干大きな値、例えば１．６ｎｍに設定すると、本変調器は、１．５５μｍを中心に６程度のチャネル数を用いることができる。つまり、本実施形態では、波長チャネル間隔を１．６ｎｍとして、波長多重されうる波長数（波長多重度）は６つ（６チャネル）である。
【０１９４】
なお、本変調器を構成する各リング装荷型ＭＺ変調器１０は、互いに動作波長帯域がずらされているだけであり、基本的な構成は上述の第２実施形態のもの（図４参照）と同様であるため、ここではその詳細な説明は省略する。
また、本変調器に入力される多波長の連続光（波長多重連続光）としては、例えば、発振波長の異なるＤＦＢレーザからの連続光をカプラによって多重化した波長多重連続光を用いても良いし、あるいは、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）による広波長帯域連続光を用いても良い。
【０１９５】
次に、本変調器の動作（光変調方法）について説明する。
まず、本変調器では、図２１に示すように、一のポート（入力ポート）から波長多重された連続光（波長多重連続光；λ１〜λＮ）が入力される。つまり、入力ポートから最入力側のリング装荷型ＭＺ変調器１０を構成するＭＺ干渉計４に複数の波長の連続光（波長多重連続光；λ１〜λＮ）が入力される。
【０１９６】
各リング装荷型ＭＺ変調器１０には、それぞれ、別個の電気信号（入力電気信号）が入力され、各リング装荷型ＭＺ変調器１０のそれぞれにおいて、異なる波長の連続光がそれぞれ独立に変調される。つまり、入力された波長多重連続光は、それぞれ別々のリング装荷型ＭＺ変調器１０によって変調される。
この場合、複数のリング装荷型ＭＺ変調器１０に含まれる一のリング装荷型ＭＺ変調器１０においては、一のリング装荷型ＭＺ変調器１０を構成するＭＺ干渉計４の２つのアーム２，３のそれぞれに設けられた複数のリング共振器５０，５１が、複数の波長の連続光に含まれる一の波長の連続光の位相を変化させた後、一のリング装荷型ＭＺ変調器１０を構成するＭＺ干渉計４が、一の波長の連続光の強度を変化させて、一の波長の連続光が変調される。
【０１９７】
そして、各リング装荷型ＭＺ変調器１０において変調された信号光が波長多重されて、入力ポートとは異なる他のポート（出力ポート）から波長多重信号光として出力される。
このため、本変調器を、多波長入出力型変調器と言う。
したがって、本実施形態にかかる光変調器（リング装荷型ＭＺ変調器）によれば、動作波長帯域を広くし、作用長を短くし、コンパクト化（小型化）を図ることができるという利点がある。
【０１９８】
なお、上述の実施形態は、上述の第２実施形態の変形例として説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、上述の第１実施形態、第３実施形態〜第８実施形態の変形例として構成することもできる。つまり、本実施形態の構成と、上述の第１実施形態、第３実施形態〜第８実施形態のいずれかの構成とを組み合わせることもできる。
ここで、本実施形態の構成と第１実施形態の構成と組み合わせる場合には、以下のように動作する。
【０１９９】
つまり、入力ポートから最入力側のリング装荷型ＭＺ変調器を構成するＭＺ干渉計（一のＭＺ干渉計）に複数の波長の連続光（波長多重連続光）を入力し、一のＭＺ干渉計を構成する２つのアームの少なくとも一方を伝搬する光が結合する位置に設けられた少なくとも１つのリング共振器によって、一の波長の連続光の位相を変化させた後、一のＭＺ干渉計によって、一の波長の連続光の強度を変化させて、一の波長の連続光を変調する。
【０２００】
次に、一のＭＺ干渉計に縦属接続された他のＭＺ干渉計を構成する２つのアームの少なくとも一方を伝搬する光が結合する位置に設けられた少なくとも１つのリング共振器によって、他の波長の連続光の位相を変化させた後、他のＭＺ干渉計によって、他の波長の連続光の強度を変化させて、他の波長の連続光を変調する。
ここで、本実施形態の構成と第８実施形態の構成とを組み合わせる場合には、少なくとも最も入力側又は最も出力側のリング装荷型ＭＺ変調器の入力側の光カプラを２×２型光カプラとすれば良い。
【０２０１】
また、上述の実施形態の構成において、上述の第４実施形態のようにヒータを設け、各リング共振器の温度を制御して、各リング共振器の共振波長を調整できるようにしても良い。
［その他］
なお、上述の各実施形態では、リング径Ｒ、リング径の差ΔＲ、導波路幅Ｗ、導波路幅の差ΔＷ、結合係数κ、リング共振器の個数Ｎなどについて、具体的な数値を記載しているが、これらは、変調器に要求される消光比、動作波長帯域、総作用長等によって、適宜、変更しても良い。
【０２０２】
例えば、上述の第２実施形態〜第９実施形態では、複数のリング共振器間で結合係数κを全て同一にしているが、これに限られるものではなく、例えば、消光比のスペクトルが、動作波長帯域において、より箱型の関数になるように、結合係数κをリング共振器毎に変えても良い。
また、本発明は、上述した各実施形態及びその変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【０２０３】
以下、上述の各実施形態及びその変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
マッハツェンダ干渉計を構成する第１光導波路及び第２光導波路と、
前記第１光導波路又は前記第２光導波路を伝搬する光が結合する位置に設けられ、リング共振器を構成するリング光導波路と、
前記リング光導波路に沿って設けられ、伝搬する光の位相が変化するように前記リング光導波路の屈折率を変化させるための電極とを備えることを特徴とする光変調器。
【０２０４】
（付記２）
前記リング光導波路は、複数の第１リング共振器のそれぞれを構成する複数の第１リング光導波路、及び、複数の第２リング共振器のそれぞれを構成する複数の第２リング光導波路であり、
前記複数の第１リング光導波路は、前記第１光導波路を伝搬する光が結合する位置に設けられており、
前記複数の第２リング光導波路は、前記第２光導波路を伝搬する光が結合する位置に設けられており、
前記電極は、前記複数の第１リング光導波路のそれぞれに沿って設けられた複数の第１電極、及び、前記複数の第２リング光導波路のそれぞれに沿って設けられた複数の第２電極であることを特徴とする、付記１記載の光変調器。
【０２０５】
（付記３）
前記複数の第１リング共振器は、互いに共振波長が異なり、
前記複数の第２リング共振器は、互いに共振波長が異なることを特徴とする、付記２記載の光変調器。
（付記４）
前記複数の第１リング光導波路は、互いにリング径が異なり、
前記複数の第２リング光導波路は、互いにリング径が異なることを特徴とする、付記２又は３記載の光変調器。
【０２０６】
（付記５）
前記複数の第１リング光導波路は、互いに導波路幅が異なり、
前記複数の第２リング光導波路は、互いに導波路幅が異なることを特徴とする、付記２〜４のいずれか１項に記載の光変調器。
（付記６）
前記複数の第１リング共振器は、互いに共振波長が同一であり、
前記複数の第２リング共振器は、互いに共振波長が同一であることを特徴とする、付記２記載の光変調器。
【０２０７】
（付記７）
前記複数の第１リング光導波路のそれぞれに沿って設けられ、前記複数の第１リング共振器のそれぞれの温度を変化させるための複数の第１ヒータと、
前記複数の第２リング光導波路のそれぞれに沿って設けられ、前記複数の第２リング共振器のそれぞれの温度を変化させるための複数の第２ヒータとを備えることを特徴とする、付記２〜６のいずれか１項に記載の光変調器。
【０２０８】
（付記８）
前記第１光導波路、前記第１リング光導波路及び前記第１電極と、前記第２光導波路、前記第２リング光導波路及び前記第２電極とは、それぞれ、同一の構成になっており、
前記第１電極及び前記第２電極は、プッシュプル駆動するための電極であることを特徴とする、付記２〜７のいずれか１項に記載の光変調器。
【０２０９】
（付記９）
前記リング光導波路は、シリコン材料を含むリブ型光導波路であり、
前記リブ型光導波路の両側へ延びるスラブ部分の一方はｐ型不純物材料がドーピングされており、他方はｎ型不純物材料がドーピングされていることを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項に記載の光変調器。
【０２１０】
（付記１０）
前記リング光導波路は、コアが屈折率の温度変化係数（ｄｎ／ｄＴ）が正の値である半導体材料又は誘電体材料によって形成されており、前記コアを覆うクラッドが屈折率の温度変化係数（ｄｎ／ｄＴ）が負の値であるポリマ材料によって形成されていることを特徴とする、付記１〜９のいずれか１項に記載の光変調器。
【０２１１】
（付記１１）
前記リング光導波路を伝搬する光が結合する位置に設けられ、リング共振器を構成する他のリング光導波路を備えることを特徴とする、付記１〜１０のいずれか１項に記載の光変調器。
（付記１２）
前記マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光カプラの少なくとも一方は、２つの入力ポート及び２つの出力ポートを有する２入力２出力型光カプラであることを特徴とする、付記１〜１１のいずれか１項に記載の光変調器。
【０２１２】
（付記１３）
前記電極は、変調信号が供給される変調電極であることを特徴とする、付記１〜１２のいずれか１項に記載の光変調器。
（付記１４）
付記１〜１３のいずれか１項に記載の光変調器を複数備え、
前記複数の光変調器は、光伝搬方向に沿って直列に接続されており、
前記複数の光変調器のそれぞれに備えられる前記リング共振器の共振波長が互いに異なることを特徴とする、光変調器。
【０２１３】
（付記１５）
付記１〜１４のいずれか１項に記載の光変調器を備えることを特徴とする光送信器。
（付記１６）
付記１５記載の光送信器と、
前記光送信器に光伝送路を介して接続された光受信器とを備えることを特徴とする光伝送システム。
【０２１４】
（付記１７）
付記１〜１４のいずれか１項に記載の光変調器を備えるノードと、
前記ノードに接続された光伝送路とを備え、
前記光変調器が、一の入力ポートに入力された一の波長の連続光を信号光に変調するとともに、前記光伝送路を介して他の入力ポートに入力された他の波長の信号光に前記一の波長の信号光をアドする機能を有することを特徴とする光伝送システム。
【０２１５】
（付記１８）
マッハツェンダ干渉計を構成する２つのアームの少なくとも一方を伝搬する光が結合する位置に設けられたリング共振器によって、伝搬する光の位相を変化させた後、前記マッハツェンダ干渉計によって、伝搬する光の強度を変化させて、入力された連続光を変調することを特徴とする光変調方法。
【０２１６】
（付記１９）
一のマッハツェンダ干渉計に複数の波長の連続光を入力し、
前記一のマッハツェンダ干渉計を構成する２つのアームの少なくとも一方を伝搬する光が結合する位置に設けられた少なくとも１つのリング共振器によって、前記複数の波長に含まれる一の波長の連続光の位相を変化させた後、前記一のマッハツェンダ干渉計によって、前記一の波長の連続光の強度を変化させて、前記一の波長の連続光を変調し、
前記一のマッハツェンダ干渉計に縦属接続された他のマッハツェンダ干渉計を構成する２つのアームの少なくとも一方を伝搬する光が結合する位置に設けられた少なくとも１つのリング共振器によって、前記複数の波長に含まれる他の波長の連続光の位相を変化させた後、前記他のマッハツェンダ干渉計によって、前記他の波長の連続光の強度を変化させて、前記他の波長の連続光を変調することを特徴とする、付記１８記載の光変調方法。
【０２１７】
（付記２０）
２つの入力ポートを有するマッハツェンダ干渉計の一の入力ポートに一の波長の連続光を入力するとともに、他の入力ポートに他の波長の信号光を入力し、
前記マッハェンダ干渉計を構成する２つのアームの少なくとも一方を伝搬する光が結合する位置に設けられたリング共振器及び前記マッハツェンダ干渉計によって、前記連続光を変調して一の波長の信号光を生成するとともに、前記他の波長の信号光に前記一の波長の信号光をアドすることを特徴とする光伝送方法。
【図面の簡単な説明】
【０２１８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構成を示す模式図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第１実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）におけるリング共振器による位相変化を利用した変調の原理を説明するための図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、従来のリング共振器型変調器におけるリング共振器による強度変化を利用した変調の原理を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構成を示す模式図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第２実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）におけるリング共振器のリング径を変えて動作波長帯域を広くする原理を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構成によって得られる消光比のスペクトルを示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第２実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構成において、結合係数κ又はリング径の差ΔＲを変えた場合に得られる消光比のスペクトルを示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構成よりもリング共振器の個数Ｎを増やした場合（Ｎ＝２０）の消光比のスペクトルを示す図である。
【図９】（Ａ）は、本発明の第２実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構成において、アームを伝搬する光の位相スペクトルの計算結果を示す図であり、（Ｂ）は、その強度スペクトルの計算結果を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構成において、アームを伝播した光の屈折率変化に伴う位相変化を示す図である。
【図１１】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構造を示す模式的断面図であって、（Ａ）はＭＺ干渉計のアーム部分（直線導波路部分）の断面構造を示す図であり、（Ｂ）はリング共振器部分の断面構造を示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構成を示す模式図である。
【図１３】本発明の第４実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構成を示す模式図である。
【図１４】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第４実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）のヒータの構成を示す模式図であって、（Ａ）はその平面図であり、（Ｂ）はその断面図である。
【図１５】本発明の第５実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構成を示す模式図である。
【図１６】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第５実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）におけるリング共振器の共振波長を同一にして動作波長帯域を広くする原理を説明するための図である。
【図１７】本発明の第６実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構成を示す模式図である。
【図１８】本発明の第７実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構成を示す模式的断面図である。
【図１９】本発明の第８実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構成を示す模式図である。
【図２０】一般的なアド・ドロップ型ノードを備えるＷＤＭシステム（光伝送システム）の構成を示す模式図である。
【図２１】本発明の第９実施形態にかかる光変調器（リング共振器装荷型ＭＺ変調器）の構成を示す模式図である。
【図２２】従来のＭＺ変調器の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０２１９】
１，１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ  光変調器
２  第１光導波路（アーム）
３  第２光導波路（アーム）
４  マッハツェンダ干渉計
５  リング共振器
６  リング光導波路
７  電極
８，９  変調電源
１１，１２  光カプラ
１３  シリコン基板
１４  シリコン酸化膜
１５  シリコン薄膜層
１５Ｘ  導波路コア（リブ型導波路コア）
１５Ａ  リブ部分（Ｓｉコア）
１５Ｂ  スラブ部分（Ｓｉスラブ）
１５Ｂａ  ｐ型領域
１５Ｂｂ  ｎ型領域
１６  ＳｉＯ２オーバクラッド層
１６Ａ  ポリマ・オーバクラッド層
１７Ａ  第１ヒータ
１７Ｂ  第２ヒータ
１８Ａ  第１直流電源
１８Ｂ  第２直流電源
１９，２０  ２ｘ２型光カプラ
２１  アド・ドロップ型のノード
２２，２３  光伝送路
２４  ＷＤＭシステム
２５  ドロップ素子
２６  光受信器
２７  光送信器
２８  アド素子
２９  光導波路
５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ  第１リング共振器
５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ  第２リング共振器
５２  第３リング共振器
５３  第４リング共振器
５４  直列結合リング共振器
６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ  第１リング光導波路
６１，６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄ  第２リング光導波路
６２  第３リング光導波路
６３  第４リング光導波路
７０，７０Ａ  第１電極
７１，７１Ａ  第２電極
７２  第３電極
７３  第４電極
【図１】
0005315792.tif 000003
【図２】
0005315792.tif 000004
【図３】
0005315792.tif 000005
【図４】
0005315792.tif 000006
【図５】
0005315792.tif 000007
【図６】
0005315792.tif 000008
【図７】
0005315792.tif 000009
【図８】
0005315792.tif 000010
【図９】
0005315792.tif 000011
【図１０】
0005315792.tif 000012
【図１１】
0005315792.tif 000013
【図１２】
0005315792.tif 000014
【図１３】
0005315792.tif 000015
【図１４】
0005315792.tif 000016
【図１５】
0005315792.tif 000017
【図１６】
0005315792.tif 000018
【図１７】
0005315792.tif 000019
【図１８】
0005315792.tif 000020
【図１９】
0005315792.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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