(57)【要約】複数のマッハツェンダ型光変調器からなる光変調器（例えばＲＺ光変調器）において、コンパクト化を図りながら、低駆動電圧を実現できるようにすべく、光変調器を、電気光学効果を有する基板（４）と、基板上に形成される光導波路（５）と、光導波路の近傍に形成される電極（６），（２２），（３２）とを含む複数のマッハツェンダ型光変調器（２），（３）を備えるものとし、複数のマッハツェンダ型光変調器が、基板上に並列に配置され、多段接続されるように構成する。
2004068221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、前記基板上に形成される光導波路と、前記光導波路の近傍に形成される電極とを含む複数のマッハツェンダ型光変調器を備え、
前記複数のマッハツェンダ型光変調器が、前記基板上に並列に配置され、多段接続されていることを特徴とする、光変調器。
【請求項２】
前記基板の端面にミラーを備え、
前記複数のマッハツェンダ型光変調器が、前記ミラーを介して多段接続されていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の光変調器。
【請求項３】
前記基板の端面に設けられるミラーと、
前記複数のマッハツェンダ型光変調器と前記ミラーとを接続するマルチモード光導波路とを備え、
前記複数のマッハツェンダ型光変調器が、前記マルチモード光導波路及び前記ミラーを介して多段接続されていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の光変調器。
【請求項４】
前記複数のマッハツェンダ型光変調器として、２つのマッハツェンダ型光変調器を備え、
前記ミラーが、前記２つのマッハツェンダ型光変調器の中間に位置する中心線からずれた位置に備えられていることを特徴とする、請求の範囲第２項又は第３項に記載の光変調器。
【請求項５】
前記ミラーが、前記基板の端面に形成される反射コートによって構成されることを特徴とする、請求の範囲第２項〜第４項のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項６】
前記反射コートが、金属膜であることを特徴とする、請求の範囲第５項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記反射コートが、誘電体多層膜であることを特徴とする、請求の範囲第５項に記載の光変調器。
【請求項８】
前記反射コートが、前記基板の端面の前記光導波路が接続される部分のみに形成されていることを特徴とする、請求の範囲第５項に記載の光変調器。
【請求項９】
前記複数のマッハツェンダ型光変調器が、ファイバを介して多段接続されていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の光変調器。
【請求項１０】
前記複数のマッハツェンダ型光変調器が、曲がり導波路を介して多段接続されていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の光変調器。
【請求項１１】
前記複数のマッハツェンダ型光変調器の作用長が４０ｍｍ以上であることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１０項のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項１２】
前記複数のマッハツェンダ型光変調器の信号電極と接地電極との間隔が５０μｍ以上であることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１１項のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項１３】
前記複数のマッハツェンダ型光変調器の電気信号入力用パッドが、全てチップの片側に配置されていることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１２項のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項１４】
前記複数のマッハツェンダ型光変調器が、バイアス制御用電極を有することを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１３項のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項１５】
前記複数のマッハツェンダ型光変調器として、２つのマッハツェンダ型光変調器を備え、
前記２つのマッハツェンダ型光変調器のうち、一方をクロック変調器とし、他方をデータ変調器として構成することを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１４項のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項１６】
前記クロック変調器が、ビットレート（光クロック信号）の１／２の周波数で、かつ、半波長電圧の２倍の電圧で駆動されることを特徴とする、請求の範囲第１５項に記載の光変調器。
【請求項１７】
前記複数のマッハツェンダ型光変調器が、少なくとも１つのデュアルドライブ変調器を含むことを特徴とする、請求の範囲第１項〜１６項のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項１８】
前記デュアルドライブ変調器が、信号電極の入力部に遅延部を有することを特徴とする、請求の範囲第１７項に記載の光変調器。
【請求項１９】
前記複数のマッハツェンダ型光変調器が、相互に作用長が異なるものとして構成されることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１８項のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項２０】
前記複数のマッハツェンダ型光変調器が、相互に信号電極と接地電極との間隔が異なるものとして構成されることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１９項のいずれか１項に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光通信に用いられる光変調器に関する。
【背景技術】  近年、超高速・広帯域の光通信ネットワークシステムを実現するために、外部変調方式の光変調器（外部変調器）に対する期待が高まっている。
特に、光信号の長距離伝送を可能とするために、広帯域での高速変調特性及び耐分散特性に優れている、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム，リチウムナイオベート；ＬＮ）を用いたマッハツェンダ型光変調器の開発が進められている。
最近では、図１０に示すように、ＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  Ｚｅｒｏ）信号を生成できる光変調器として、２つのマッハツェンダ型光変調器１０１，１０２をタンデムに接続したＲＺ光変調器１００が提案されている。このＲＺ光変調器１００では、一方のマッハツェンダ型光変調器１０１にクロックの電気信号（クロック信号）を入力し、他方のマッハツェンダ型光変調器１０２にＮＲＺ（Ｎｏｎ  Ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  Ｚｅｒｏ）データの電気信号（データ信号）を入力することで、ＲＺ変調された光信号を得ることができる。
しかしながら、このようなＲＺ光変調器１００では、２つのマッハツェンダ型光変調器１０１，１０２を基板上に（基板の長手方向に沿って）直列に並べるため、例えば１つのマッハツェンダ型光変調器にＮＲＺデータ信号を入力することでＮＲＺ信号を生成するＮＲＺ光変調器に比べ、チップの長さが略２倍になってしまう。
このため、ＲＺ光変調器１００において、チップ長さをできるだけ短くし、コンパクトなものを実現したい。なお、チップ長さを短くしてコンパクトな光変調器を実現するための技術として、例えば特開平５−２３２４１７号公報，特開平１１−２３７５１７号公報などに開示されたものがある。
一方、コンパクトなＲＺ光変調器を実現すべく、例えば単純にチップ長さを短くすることが考えられるが、これでは作用長（光導波路を伝播する光に対して電気信号（クロック信号，データ信号）を作用させる部分の長さ；信号電極の長さに相当する）がチップサイズで制限されて短くなってしまうため、低駆動電圧を実現するのが難しくなる。つまり、マッハツェンダ型光変調器では、一般に作用長を長くすれば駆動電圧を低くすることができるが、コンパクトなＲＺ光変調器を実現すべく、単純にチップ長さを短くすると作用長が短くなってしまうため、コンパクト化を図れたとしても低駆動電圧を実現するのは難しくなる。
【発明の開示】
本発明は、以上のような課題に鑑み創案されたもので、複数のマッハツェンダ型光変調器からなる光変調器（例えばＲＺ光変調器）において、コンパクト化を図りながら、低駆動電圧を実現できるようにした、光変調器を提供することを目的とする。
このような目的を達成するために、本発明の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、基板上に形成される光導波路と、光導波路の近傍に形成される電極とを含む複数のマッハツェンダ型光変調器を備え、複数のマッハツェンダ型光変調器が、基板上に並列に配置され、多段接続されることを特徴としている。
好ましくは、基板の端面にミラーを備えるものとし、複数のマッハツェンダ型光変調器が、ミラーを介して多段接続されるように構成する。
また、基板の端面に設けられるミラーと、複数のマッハツェンダ型光変調器とミラーとを接続するマルチモード光導波路とを備え、複数のマッハツェンダ型光変調器が、マルチモード光導波路及びミラーを介して多段接続されるように構成するのが好ましい。
さらに、複数のマッハツェンダ型光変調器として、２つのマッハツェンダ型光変調器を備えるものとし、ミラーが、２つのマッハツェンダ型光変調器の中間に位置する中心線からずれた位置に備えられるように構成するのが好ましい。
また、ミラーが、基板の端面に形成される反射コートによって構成されるのが好ましい。
さらに、反射コートは金属膜，誘電体多層膜とするのが好ましい。
また、反射コートは、基板の端面の光導波路が接続される部分のみに形成するのが好ましい。
さらに、複数のマッハツェンダ型光変調器はファイバを介して多段接続されるように構成するのが好ましい。
また、複数のマッハツェンダ型光変調器が曲がり導波路を介して多段接続されるように構成するのが好ましい。
さらに、複数のマッハツェンダ型光変調器の作用長は４０ｍｍ以上であることが好ましい。
また、複数のマッハツェンダ型光変調器の信号電極と接地電極との間隔が５０μｍ以上であることが好ましい。
さらに、複数のマッハツェンダ型光変調器の電気信号入力用パッドが、全てチップの片側に配置されるように構成するのが好ましい。
また、複数のマッハツェンダ型光変調器が、バイアス制御用電極を有するように構成するのが好ましい。
さらに、複数のマッハツェンダ型光変調器として、２つのマッハツェンダ型光変調器を備えるものとし、２つのマッハツェンダ型光変調器のうち、一方をクロック変調器とし、他方をデータ変調器として構成するのが好ましい。
また、クロック変調器を、ビットレートの１／２の周波数で、かつ、半波長電圧の２倍の電圧で駆動するように構成するのが好ましい。
さらに、複数のマッハツェンダ型光変調器を、少なくとも１つのデュアルドライブ変調器を含むように構成するのが好ましい。
また、デュアルドライブ変調器を、信号電極の入力部に遅延部を有するものとして構成するのが好ましい。
さらに、複数のマッハツェンダ型光変調器を、相互に作用長が異なるものとして構成するのが好ましい。
また、複数のマッハツェンダ型光変調器を、相互に信号電極と接地電極との間隔が異なるものとして構成するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の一実施形態にかかるＲＺ光変調器の全体構成を示す模式図である。
図２（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態にかかるＲＺ光変調器のミラー部分を示す模式図である。
図３は、本発明の一実施形態にかかるＲＺ光変調器の変形例を示す模式図である。
図４は、本発明の一実施形態にかかるＲＺ光変調器の他の変形例を示す模式図である。
図５は、本発明の一実施形態にかかるＲＺ光変調器の他の変形例を示す模式図である。
図６は、本発明の一実施形態にかかるＲＺ光変調器の他の変形例を示す模式図である。
図７（ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施形態にかかるＲＺ光変調器による光変調動作を説明するための図である。
図８（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態にかかるＲＺ光変調器による光変調動作を説明するための図である。
図９は、本発明の一実施形態にかかるＲＺ光変調器による光変調動作を説明するための図である。
図１０は、従来のＲＺ光変調器の全体構成を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の一実施形態にかかる光変調器について、図１〜図６を参照しながら説明する。
本実施形態では、ＲＺ光変調器［入力光に対してクロック信号とデータ信号を与えてＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  Ｚｅｒｏ）信号を生成する光変調器（クロック変調型光変調器）］について、図１〜図６を参照しながら説明する。なお、ＲＺ光変調器は、例えば長距離光伝送システムにおける光送信器として用いられる。
本実施形態では、図１に示すように、ＲＺ光変調器１は、ニオブ酸リチウム（リチウムナイオベート，ＬｉＮｂＯ３；ＬＮ）を用いた２段のマッハツェンダ型光変調器（ＭＺ型ＬＮ光変調器）２，３を備えるものとして構成される。
つまり、ＲＺ光変調器１は、図１に示すように、ニオブ酸リチウム結晶を結晶方位のＺ軸方向にカット（Ｚ軸カット）して切り出されたニオブ酸リチウム結晶基板（ＬＮ基板）４上に、マッハツェンダ型の第１光導波路（以下、第１光導波路という）２１，マッハツェンダ型の第２光導波路（以下、第２光導波路という）３１を含む光導波路５を形成し、さらに、第１光導波路２１，第２光導波路３１の近傍にそれぞれ第１電極（信号電極）２２，第２電極（信号電極）３２を形成するとともに、第１電極２２及び第２電極３２に共用の接地電極６を形成して、１チップ内に集積化した構造になっている。
なお、ＲＺ光変調器１の前段側に設けられる第１光導波路２１，第１電極２２を備えるものとして、マッハツェンダ型の第１光変調器２（クロック信号に変調するため、クロック変調器ともいう）が構成され、ＲＺ光変調器１の後段側に設けられる第２光導波路３１，第２電極３２を備えるものとして、マッハツェンダ型の第２光変調器［ＮＲＺ（Ｎｏｎ  Ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  Ｚｅｒｏ）信号に変調するため、ＮＲＺ変調器，データ変調器ともいう］３が構成される。
また、ここでは、基板としてニオブ酸リチウム結晶を用いているが、基板は電気光学効果を有するものであれば良く、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ２；ＬＴ）結晶等の他の強誘電体結晶を用いることもできる。
ここで、ＬｉＮｂＯ３結晶やＬｉＴａＯ２結晶などの電気光学効果を有する基板を用いたＲＺ光変調器１は、例えばＬｉＮｂＯ３結晶やＬｉＴａＯ２結晶等からなる基板上の一部に金属膜を形成し、熱拡散させて光導波路を形成するか、又は、金属膜をパターニングした後に、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、光導波路の近傍に電極を設けることで形成される。
具体的には、例えば、ＬｉＮｂＯ３結晶を基板に用いる場合、基板上にチタン膜（Ｔｉ膜）を所望の光導波路形状に合わせてパターニングし、このようにパターニングした状態で、１０５０℃で７〜１０時間加熱して熱拡散させることによって、光導波路を形成する。
光導波路５は、図１に示すように、入力側光導波路７と、マッハツェンダ型の第１光導波路２１と、中間光導波路８と、マッハツェンダ型の第２光導波路３１と、出力側光導波路９とを備えるものとして構成される。
このうち、マッハツェンダ型の第１光導波路２１は、図１に示すように、入力側光導波路７に接続される光入射側のＹ分岐光導波路２１Ａと、２つの平行な直線状光導波路（平行導波路）２１Ｂ，２１Ｃと、中間光導波路８に接続される光出射側のＹ分岐光導波路２１Ｄとを備えるものとして構成される。
一方、マッハツェンダ型の第２光導波路３１は、図１に示すように、中間光導波路８に接続される光入射側のＹ分岐光導波路３１Ａと、２つの平行な直線状光導波路（平行導波路）３１Ｂ，３１Ｃと、出射側光導波路９に接続される光出射側のＹ分岐光導波路３１Ｄとを備えるものとして構成される。
なお、第１光導波路２１及び第２光導波路３１の配置や中間光導波路の構成は、本発明の特徴であるため、後で詳細に説明する。
第１電極２２は、図１に示すように、一部が第１光導波路２１を構成する一方の直線状光導波路２１Ｂと重なるように設けられる。また、第２電極３２は、図１に示すように、一部が第２光導波路３１を構成する一方の直線状光導波路３１Ｂと重なるように設けられる。なお、符号２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂは、それぞれ第１電極２２及び第２電極３２のコネクタ接点としての接続パッドである。このうち、クロック信号やデータ信号を入力するための接続パッド２２ａ，３２ａを特に入力パッド（電気信号入力用パッド，ＲＦ入力パッド）という。
また、接地電極６は、図１に示すように、信号電極としての第１電極２２及び第２電極３２を所定の間隔で挟み込むように、第１電極２２及び第２電極３２の両側に近接して設けることでコプレーナ型の電極（コプレーナ電極）として構成している。
なお、クロック変調器２の第１電極２２と接地電極６との間隔は、データ変調器３の信号電極３２と接地電極６との間隔と同じにしても良いし、異なるものとしても良い。例えば、２つのマッハツェンダ変調器で、信号電極と接地電極との間隔が異なるようにしても良い。
さらに、第１電極２２には、図１に示すように、例えば２０ＧＨｚの周波数の正弦波電気信号（マイクロ波信号，高周波信号）をクロック信号として供給するクロック信号供給部（信号供給部）１０が接続されている。なお、クロック信号供給部１０は、クロック信号を用いてクロック変調器２を駆動するものであるため、クロック信号駆動部（例えば駆動回路）ともいう。
ここでは、電気クロック信号を、光クロック信号［４０ＧＨｚ；例えば図７（ｄ）参照］のビットレート（光ＲＺ信号）の１／２の周波数（２０ＧＨｚ）としているため、電気クロック信号を用いて第１電極２２に印加されるクロック信号電圧（駆動電圧）を半波長電圧Ｖπの２倍の電圧２Ｖπ（例えば−Ｖπ〜＋Ｖπ）としている［例えば図７（ａ）参照］。つまり、クロック変調器２は、２０ＧＨｚの電気クロック信号を用いて、第１電極２２に半波長電圧Ｖπの２倍の電圧２Ｖπが駆動電圧として印加されると、図９に示す変調曲線に基づいて、４０ＧＨｚの光クロック信号を出力するようになっている。
なお、電気クロック信号を、光クロック信号［４０ＧＨｚ；例えば図８（ｂ）参照］のビットレート（光ＲＺ信号）と同じ周波数（４０ＧＨｚ）とする場合には、クロック信号電圧（駆動電圧）は、半波長電圧Ｖπとすれば良い［例えば図８（ａ）参照］。この場合、クロック変調器２は、４０ＧＨｚの電気クロック信号を用いて、第１電極２２にＶπが印加されると、図９に示す変調曲線に基づいて、４０ＧＨｚの光クロック信号が出力されるように構成すれば良い。
そして、第１電極２２にクロック信号供給部１０からクロック信号を供給し、直線状光導波路２１Ｂ，２１Ｃにクロック信号に応じた電圧（クロック信号電圧，信号電圧）を印加することで、直線状光導波路２１Ｂ，２１Ｃに電界を生じさせて、直線状光導波路２１Ｂ，２１Ｃの屈折率を＋Δｎ，−Δｎのように変化させる。これにより、直線状光導波路２１Ｂ，２１Ｃのそれぞれを伝播する光に位相差を生じさせ、これらの位相差の生じた光を合波干渉させることで、中間光導波路８を介して、第２光導波路３１へ向けて、例えば４０ＧＨｚの光クロック信号［即ち、「１」，「１」，「１」，．．．のデータ配列の４０Ｇｂ／ｓのＲＺデータ信号（光ＲＺ信号）に変調された変調信号；例えば図７（ｄ）参照］が出力されるようにしている。
なお、第１光変調器２を高速で駆動するには、信号電極としての第１電極２２の終端と接地電極６の終端とを抵抗（終端器）で接続して進行波電極とすれば良い。特に、第１電極２２の断面形状を変えることで直線状光導波路２１Ｂ，２１Ｃの実効屈折率を制御し、直線状光導波路２１Ｂ，２１Ｃを伝播する光と、第１電極２２に供給されるマイクロ波の速度とを整合させることで、広帯域の光応答特性を得ることができるようになる。
一方、第２電極３２には、図１に示すように、第１光変調器２からの例えば４０ＧＨｚの光クロック信号に同期したタイミングで、例えば４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺデータ信号［電気信号；例えば図７（ｅ）参照］を供給するＮＲＺデータ信号供給部（信号供給部）１１が接続されている。なお、ＮＲＺデータ信号供給部１１は、データ信号を用いてデータ変調器３を駆動するものであるため、データ信号駆動部（例えば駆動回路）ともいう。
そして、第２電極３２にＮＲＺデータ信号供給部１１からＮＲＺデータ信号を供給して、直線状光導波路３１Ｂ，３１ＣにＮＲＺデータ信号に応じた電圧（ＮＲＺデータ信号電圧，信号電圧）を印加することで、直線状光導波路３１Ｂ，３１Ｃに電界を生じさせて、直線状光導波路３１Ｂ，３１Ｃの屈折率を＋Δｍ，−Δｍのように変化させる。これにより、直線状光導波路３１Ｂ，３１Ｃのそれぞれを伝播する光に位相差を生じさせ、これらの位相差の生じた光を合波干渉させることで、出力側光導波路９を介して、強度変調された信号光として例えば４０Ｇｂ／ｓの光ＲＺデータ信号［変調信号；例えば図７（ｆ）参照］が出力されるようにしている。
なお、第２光変調器３を高速で駆動するには、信号電極としての第２電極３２の終端と接地電極６の終端とを抵抗（終端器）で接続して進行波電極とすれば良い。特に、第２電極３２の断面形状を変えることで直線状光導波路３１Ｂ，３１Ｃの実効屈折率を制御し、直線状光導波路３１Ｂ，３１Ｃを伝播する光と、第２電極３２に供給されるマイクロ波の速度とを整合させることで、広帯域の光応答特性を得ることができるようになる。
本実施形態では、図１に示すように、Ｚ軸カットのニオブ酸リチウム結晶基板４を用いており、Ｚ軸方向の電界による屈折率変化を利用するため、第１電極２２及び接地電極６は、第１光導波路２１の直線状導波路２１Ｂ，２１Ｃの真上に形成され、第２電極３２及び接地電極６は第２光導波路３１の直線状導波路３１Ｂ，３１Ｃの真上に形成される。
このように、本実施形態では、第１電極２２，第２電極３２，接地電極６を直線状導波路２１Ｂ，２１Ｃ，３１Ｂ，３１Ｃの真上にパターニングするため、直線状光導波路２１Ｂ，２１Ｃ，３１Ｂ，３１Ｃ中を伝搬する光が各電極２２，３２，６によって吸収されてしまうおそれがある。これを防ぐために、本実施形態では、ＬＮ基板４と各電極２２，３２，６との間にバッファ層（誘電体層）を形成している。このバッファ層は例えばＳｉＯ２膜として形成すれば良く、その厚さは、０．２〜１μｍ程度とすれば良い。
このため、本ＲＺ光変調器１は、第１，第２電極２２，３２及び接地電極６と基板２２との間に、基板２２の厚さと比べて厚さの薄いバッファ層を積層したものとして構成される。
本実施形態では、ＲＺ光変調器１は、上述のように構成されるため、図示しない光源（半導体レーザ）からの入力光が、入力側光導波路７を介して第１光導波路２１（第１光変調器２）に導入され、この第１光導波路２１を伝播する際に所望のクロック信号（電気信号）に基づいて変調された後、第１光導波路２１の出力側に連結されている中間光導波路８を介して第２光導波路３１（第２光変調器３）へ導かれ、さらに第２光導波路３１でＮＲＺデータ信号（電気信号）に基づいて変調され、第２光導波路３１の出力側に連結されている出力側光導波路９を介して、変調された出力光（信号光，光ＮＲ信号）が出力されることになる。
なお、本実施形態では、第１光変調器２及び第２光変調器３は、電極として信号電極２２，３２，接地電極６を備えるものとして構成しているが、さらに、バイアス電圧を供給できるようにすべく、第１光導波路２１及び／又は第２光導波路３１にバイアス電極（バイアス制御用電極）を備えるものとして構成しても良い。この場合、バイアス電極にはバイアス制御部（例えばバイアス制御回路）を接続し、バイアス電極にバイアス制御部を通じてバイアス電圧（ＤＣ電圧）を供給することで、第１光導波路２１及び／又は第２光導波路３１に対してバイアス電圧（ＤＣ電圧）が印加されるようにすれば良い。また、バイアス制御部によって、モニタ光の強度に基づいてバイアス電圧を制御するフィードバック制御を行なうことで、第１光変調器２及び／又は第２光変調器３の動作点電圧の変動を補償するようにしても良い。
ところで、上述のように構成されるＲＺ光変調器では、光導波路を伝播する光に対して電気信号（クロック信号，データ信号）を作用させる部分の長さ（作用長）を長くするほど駆動電圧を低く抑えることができるため、チップの長さをできるだけ短くしてコンパクト化を図りながら、できるだけ作用長が長くなるようにして低駆動電圧を実現できるようにしたい。
ここで、作用長としては、第１電極２２と直線状光導波路２１Ｂとが重なり合う部分の長さ，接地電極６と直線状光導波路２１Ｃとが重なり合う部分の長さ，第２電極３２と直線状光導波路３１Ｂとが重なり合う部分の長さ，接地電極６と直線状光導波路３１Ｃとが重なり合う部分の長さなどがある。
このため、本実施形態では、図１に示すように、上述のように構成される複数（ここでは２つ）のマッハツェンダ型光変調器２，３が、基板４上に並列に配置され、多段接続（光の伝播方向に直列に接続）されるようにしている。
具体的には、図１に示すように、第１光導波路２１及び第２光導波路３１を基板４の長手方向に沿って並列に配置されるように形成し、基板４の端面４Ａにミラー（反射部）１２を設け、中間光導波路８を入射側部分８Ａと出射側部分８Ｂとに分割し、これらの入射側部分８Ａと出射側部分８Ｂとがミラー１２を介して接続されるようにすることで、２つのマッハツェンダ型光変調器２，３が多段接続されるようにしている。
例えば図２（ａ）に示すように、中間光導波路８をシングルモードの光導波路（シングルモード光導波路，曲がり導波路）として構成し（この場合、第１光導波路２１及び第２光導波路３１もシングルモード光導波路として構成する）、中間光導波路８の入射側部分８Ａ及び出射側部分８Ｂが、いずれも基板端面４Ａに所定角度で接続されるようにすれば良い。この場合、第１光変調器２から中間光導波路８の入射側部分８Ａを介して伝播してきた光は基板端面４Ａに所定角度で斜めに入射し、ミラーとして機能する基板端面４Ａで反射して、中間光導波路８の出射側部分８Ｂを介して第２光変調器３へ伝播していくことになる。
また、図２（ｂ）に示すように、中間光導波路８をシングルモードの光導波路（シングルモード光導波路，曲がり導波路）として構成し（この場合、第１光導波路２１及び第２光導波路３１もシングルモード光導波路として構成する）、モード間干渉を利用すべく、中間光導波路８とミラー１２とが多モード光導波路（マルチモード光導波路）１３を介して接続されるようにしても良い。この場合、第１光変調器２と第２光変調器３とはマルチモード光導波路１３及びミラー１２を介して接続され、第１光変調器２を構成する第１光導波路２１中を伝播してきた光は、マルチモード光導波路１３を介して基板端面４Ａに垂直又は略垂直に入射し、ミラーとして機能する基板端面４Ａで反射して、マルチモード光導波路１３を介して第２光変調器３を構成する第２光導波路３１へ伝播していくことになる。
なお、ここでは、中間光導波路８の入射側部分及び出射側部分をいずれも曲がり導波路として構成しているが、これに限られるものではない。中間光導波路８入射側部分及び出射側部分のいずれか一方を曲がり導波路とし、他方を直線状光導波路として構成しても良い。また、第１光導波路２１及び第２光導波路３１を基板端面４Ａに対して斜めに配置し、中間光導波路８の入射側部分及び出射側部分の双方を直線状光導波路として構成しても良い。
ここで、基板端面４Ａ（特に中間光導波路８が接続される部分）をミラーとして機能させる場合、基板端面４Ａ（特に中間光導波路８が接続される部分）自体が基板端面４Ａに設けられるミラー１２となる。
好ましくは、基板端面４Ａに設けられるミラー１２は、基板端面４Ａを例えば金属膜，誘電体多層膜等で覆うことで形成される反射コートとして構成する。
特に、基板端面４Ａの中間光導波路８を接続する部分のみに反射コートを形成することで、この部分のみにミラー１２を設けるのが好ましい。この場合、基板端面４Ａの全面に反射コートを形成した後、基板端面４Ａの中間光導波路８を接続する部分のみに反射コートを残し、他の部分の反射コートを除去すれば良い。このように、基板端面４Ａの中間光導波路８を接続する部分のみに反射コートを形成することで、光導波路５（例えば第１光導波路２１のＹ分岐光導波路２１Ｄの部分）から放射された放射光が基板端面４Ａで反射し、信号光に影響を与えてしまうのを防止することができる。また、基板端面４Ａの中間光導波路８を接続する部分のみに反射コートを形成するようにすれば、バイアス調整を行なうために、モニタ光を検出するためのフォトディテクタを基板端面４Ａに設ける場合などにも対応できる。
なお、ここでは、基板端面４Ａに設けられるミラー１２によって反射させることで、２つのマッハツェンダ型光変調器２，３を多段接続しているが、これに限られるものではない。
例えば、図３に示すように、中間光導波路を設けずに、基板４上に第１光導波路２１及び第２光導波路３１が基板４上に（基板４の長手方向に沿って）並列に配置されるように形成し、第１光変調器２の出力側に設けられるＹ分岐光導波路２１Ｄと第２光変調器３の入力側に設けられるＹ分岐光導波路３１Ａとを接続しうるように、基板端面４Ａにファイバ（例えば定偏波ファイバ）１４を取り付けることで、２つのマッハツェンダ型光変調器２，３を多段接続するようにしても良い。
また、図４に示すように、基板４上に第１光導波路２１及び第２光導波路３１が基板４上に（基板４の長手方向に沿って）並列に配置されるように形成し、中間光導波路８を、基板端面４Ａに接することなく、第１光変調器２の出力側に設けられるＹ分岐光導波路２１Ｄと第２光変調器３の入力側に設けられるＹ分岐光導波路３１Ａとを接続する曲がり導波路８′として構成することで、２つのマッハツェンダ型光変調器２，３を多段接続するようにしても良い。
ところで、上述のようにしてチップ長さを短くして、チップサイズをコンパクトにする場合、変調帯域を確保するために、信号電極２２，３２と接地電極６との間の間隔はできるだけ広くすることが重要になる。
本実施形態のように、例えば４０Ｇｂ／ｓ変調器に適用する場合には、信号電極２２，３２と接地電極６との間隔は約５０μｍ以上とするのが好ましい。この結果、マイクロ波の損失も低減することができる。なお、信号電極２２，３２及び接地電極６をＲＦ電極ともいう。
このように信号電極２２，３２と接地電極６との間隔を約５０μｍ以上とすれば、マイクロ波の損失を低減することができるため、作用長は４０ｍｍ以上（好ましくは５０ｍｍ以上）に伸ばすことができる。この場合、駆動電圧は３Ｖ以下（所定電圧以下）の低駆動電圧を実現できることになる。これにより、チップサイズをコンパクトにしながら（チップの長さを短くしながら）、作用長を所定長さ以上まで長くすることができ、低駆動電圧を実現できることになる。
したがって、本実施形態にかかるＲＺ光変調器によれば、複数（ここでは２つ）のマッハツェンダ型光変調器からなるＲＺ光変調器１において、コンパクト化を図りながら、低駆動電圧を実現できるようになるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、図１に示すように、２つの入力パッド（クロック信号を入力するための入力パッド２２ａ及びデータ信号を入力するための入力パッド３２ａ）をそれぞれチップの反対側（両側）に配置しているが、例えば図５に示すように、信号電極２２，３２及び接地電極６を形成することで、２つの入力パッド２２ａ，３２ａの双方をチップの片側に配置するようにしても良い。これにより、２つの入力パッド２２ａ，３２ａに接続するコネクタをいずれも光変調器１の片側に配置できるようになり、実装時の光変調器モジュールの占有面積を小さくすることができるようになる。
また、上述の実施形態では、ＲＺ光変調器１を構成する２つのマッハツェンダ型光変調器２，３は、いずれも１つの信号電極（シングル電極）を有するものとし、いずれもシングル駆動型の光変調器（シングルドライブ変調器）として構成しているが、これに限られるものではない。
例えば、駆動電圧を低減すべく、２つのマッハツェンダ型光変調器２，３をいずれも２つの信号電極（デュアル電極）を有するものとし、いずれもデュアル駆動型の光変調器（デュアルドライブ変調器）として構成しても良いし、２つのマッハツェンダ型光変調器２，３のいずれか一方を２つの信号電極（デュアル電極）を有するものとし、デュアル駆動型の光変調器（デュアルドライブ変調器）として構成しても良い。
また、上述の実施形態では、前段側にクロック変調器２を設け、後段側にデータ変調器３を設けているが、これに限られるものではなく、例えば前段側にデータ変調器３を設け、後段側にクロック変調器２を設けても良い。また、上述の実施形態では、２つのマッハツェンダ型光変調器を設けているが、光変調器の数はこれに限られるものではなく、複数の光変調器を多段接続するものであっても良い。
例えば、図６は、デュアルドライブ変調器とシングルドライブ変調器とを組み合わせたＲＺ光変調器の一例を示している。
ここでは、図６に示すように、前段側にデータ変調器３０を設け、後段側にクロック変調器２０を設け、データ変調器３０をシングルドライブ変調器とし、クロック変調器２０をデュアルドライブ変調器として、ＲＺ光変調器１００を構成している。なお、以下に記載した構成以外の構成は、上述の実施形態のものと同様である。
このように、一のマッハツェンダ型光変調器をデュアルドライブ変調器とし、他のマッハツェンダ型光変調器をシングルドライブ変調器とする場合、マイクロ波の干渉を防ぐために、２つのマッハツェンダ型光変調器２０，３０の間隔（少なくとも相互作用部間の間隔）は約１００μｍ〜約２ｍｍ程度になるようにするのが好ましい。なお、上述の実施形態のように、双方ともシングルドライブ変調器とする場合も、２つのマッハツェンダ型光変調器の間隔は１００μｍ〜２ｍｍ程度にするのが好ましい。
具体的には、デュアルドライブ変調器としてのクロック変調器（第２変調器）２０に備えられる２つの信号電極２１Ａ，２１Ｂは、図６に示すように、いずれも、クロック信号が入力される側の部分（入力部，電気信号入力部）２１Ａａ，２１Ｂａと、光導波路（具体的にはマッハツェンダ型光導波路の直線状光導波路）５０と重なり合う部分（作用部，相互作用部；この部分の長さを作用長という）２１Ａｂ，２１Ｂｂと、クロック信号が出力される側の部分（出力部，電気信号出力部）２１Ａｃ，２１Ｂｃとを備える。
特に、デュアルドライブ変調器２０に設けられる２つの信号電極２１Ａ，２１Ｂのそれぞれに供給される信号（クロック信号）の位相を合わせるため、一方の信号電極２１Ｂの入力部２１Ｂａには曲がり部２１Ｂａａが設けられている。この曲がり部２１Ｂａａは、信号を遅延させるために設けられる部分であるため、遅延部（遅延線）ともいう。
また、データ変調器の信号電極と接地電極との間隔は、上述のクロック変調器の信号電極と接地電極との間隔と同じにしても良いし、異なるものとしても良い。例えば、２つのマッハツェンダ変調器で、信号電極と接地電極との間隔が異なるようにしても良い。
さらに、クロック変調器２０には、これらの信号電極２１Ａ，２１Ｂや接地電極６０からなるＲＦ電極のほかにバイアス電極（バイアス制御用電極）２２が設けられており、バイアス制御部１０５を介してバイアス調整を行なえるようになっている。
一方、シングルドライブ変調器としてのデータ変調器（第２変調器）３０も、同様に、信号電極３１は、入力部３１ａと、相互作用部３１ｂと、出力部３１ｃとを備えるものとして構成される。また、信号電極３１にはデータ信号供給部１１１が接続されている。さらに、信号電極３１，接地電極６０からなるＲＦ電極のほかにバイアス電極（バイアス制御用電極）３２が設けられており、バイアス制御部１０６を介してバイアス調整を行なえるようになっている。
なお、ここでは、クロック変調器２０及びデータ変調器３０は、いずれもバイアス電極を有するものとして構成しているが、これに限られるものではなく、バイアス電極を有しないものとして構成しても良い。
ここで、クロック変調器２０及びデータ変調器３０では、相互作用部間の間隔（電極間ギャップ）は、同じにしても良いし、異なるものとしても良い。これは、上述の実施形態のようにＲＺ光変調器を構成する場合も同様である。
また、クロック変調器２０及びデータ変調器３０のそれぞれの相互作用部２１Ａｂ，２１Ｂｂ，３１ｂの長さ（作用長）は、同じにしても良いし、異なるものとしても良い。例えば、クロック変調器２０に設けられる２つの信号電極２１Ａ，２１Ｂの相互作用部２１Ａｂ，２１Ｂｂの長さ（作用長）は同じにし、データ変調器３０に設けられる信号電極３１の相互作用部３１ｂの長さ（作用長）は異なるものとしても良い。つまり、２つのマッハツェンダ型光変調器２０、３０間で作用長が異なるように構成しても良い。また、例えば３つの信号電極２１Ａ，２１Ｂ，３１の相互作用部２１Ａｂ，２１Ｂｂ，３１ｂの長さ（作用長）をそれぞれ異なるものとしても良い。これは、上述の実施形態のようにＲＺ光変調器を構成する場合も同様である。
また、これらの信号電極２１Ａ，２１Ｂ，３１を駆動する駆動電圧やこれらの信号電極２１Ａ，２１Ｂ，３１に供給する電気信号の帯域は用途に応じて任意に設定すれば良い。これは、上述の実施形態のようにＲＺ光変調器を構成する場合も同様である。
特に、クロック変調器２０が、光クロック信号［図７（ｄ）参照］のビットレート（光ＲＺ信号）の半分（１／２）の周波数で、かつ、半波長電圧Ｖπの２倍の電圧２Ｖπ（例えば−Ｖπ〜＋Ｖπ）で駆動される場合［例えば図７（ａ）参照；ここではデュアルドライブであるため、一の信号電極に印加する駆動電圧（クロック信号電圧）はＶπ；図７（ｂ），（ｃ）参照］には、例えばＣＳ−ＲＺ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ  Ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  Ｚｅｒｏ）変調方式のように帯域を犠牲にして（例えば光出力信号として得られる光クロック信号の周波数を４０ＧＨｚから２０ＧＨｚにする）、駆動電圧が低くなるように設計するのが好ましい。
ここでは、クロック変調器２０は、図６に示すように、デュアルドライブ変調器として構成され、２つの信号電極２１Ａ，２１Ｂを備えるため、これらの信号電極２１Ａ，２１Ｂには、一方の信号電極に例えば２０ＧＨｚの周波数の正弦波電気信号［図７（ｂ）参照］をクロック信号として供給し、他方の信号電極に所定の位相（１８０度）に相当する時間分だけ遅延させた例えば２０ＧＨｚの周波数の正弦波電気信号［図７（ｃ）参照］をクロック信号として供給するクロック信号供給部（信号供給部）１１０が接続されている。このため、クロック信号供給部１１０は位相遅延部を備えるものとして構成される。なお、クロック信号供給部１１０は、クロック信号を用いてクロック変調器２０を駆動するものであるため、クロック信号駆動部（例えば駆動回路）ともいう。
そして、それぞれの信号電極２１Ａ，２１Ｂに、これらのクロック信号を用いて半波長電圧Ｖπのクロック信号電圧（駆動電圧）を印加することで、マッハツェンダ型の光導波路に対して、光クロック信号［４０ＧＨｚ；例えば図７（ｄ）参照］のビットレート（光ＲＺ信号）の１／２の周波数（２０ＧＨｚ）で、半波長電圧Ｖπの２倍の電圧２Ｖπ（例えば−Ｖπ〜＋Ｖπ）の電気クロック信号が印加されるようになっている［例えば図７（ａ）参照］。
なお、クロック変調器２０は、２０ＧＨｚの電気クロック信号を用いて、半波長電圧Ｖπの２倍の電圧２Ｖπが印加されると、図９に示す変調曲線に基づいて、４０ＧＨｚの光クロック信号が出力されるように構成すれば良い。
特に、ここでは、クロック変調器２０の駆動電圧を低減することに重点をおき、クロック変調器２０の作用長をデータ変調器３０の作用長よりも長くして駆動電圧の低減を図っている。
この場合、図６に示すように、ミラー１２を長作用長のクロック変調器２０側にずらした位置にすることで、チップの長さを短くすることができ、ひいてはチップサイズを小さくすることができる。つまり、２つのマッハツェンダ型光変調器２０，３０から等しい距離に位置する中心線（２つのマッハツェンダ型光変調器２０，３０の中間に位置する中心線）Ｘからずらした位置にミラー１２を配置することで、チップの長さを短くすることができ、ひいてはチップサイズを小さくすることができることになる。このため、中間光導波路８０は、その出射側部分８０Ｂは直線状光導波路とし、入射側部分８０Ａは曲がり導波路としている。
なお、上述の実施形態では、複数のマッハツェンダ型光変調器を備える光変調器として、ＲＺ光変調器を例に説明しているが、これに限られるものではない。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明によれば、コンパクトで、低駆動電圧の光変調器（例えばＲＺ光変調器）を実現できるようになるので、その有用性は極めて高いと考えられる。
【図１】
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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９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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