(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調器において、光入力(2)と、光出力(14)と、前記光入力(2)と前記光出力(14)とを接続する少なくとも１つの光路(6,8)と、制御信号(Ｖmod)に応答して少なくとも１つの光路の一部の光特性を選択的に変化させる手段(10,28)とを備え、前記光路に沿って通過する光を変調し、前記光路が、光低速波構造を形成する一連の結合した共振器構造を備え、該構造(16)が前記光路の一部に沿って光の通過を遅延させ、各共振器構造は、前記光路の部分内に光共振器空洞を形成する一対の部分反射面(16a,16b)により形成され、前記又は各手段(10,28)は、前記一対の部分反射面(16a,16b)の間のそれぞれの光共振空洞に位置することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
各部分反射面(16a,16b)は、グレーティング構造により形成される請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記光路(6,8)は、かけられた電界(Ｅmod)により屈折率が変る電子−光材料を備え、前記光特性を変化させる手段(10,28)は、前記材料に電界をかける電極を備える請求項１又は２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記光路(6,8)は、かけられた電界(Ｅmod)により光吸収が変る電子−吸収材料を備え、前記光特性を変化させる手段は、前記材料に電界をかける請求項１又は２に記載の光変調器。
【請求項５】
前記光路(6,8)は、かけられた温度により光特性が変る熱−光材料を備え、前記光特性を変化させる手段は、前記材料の温度を変化させる請求項１又は２に記載の光変調器。
【請求項６】
更に第２光路(8)と、第１と第２光路(6,8)に沿って通過するように光信号を分割する光スプリッター(4)と、前記２つの光路(6,8)からの光を光信号を結合して光出力(14)を形成する光コンバイナー(12)とを備え、各々の前記光路(6,8)は、電界(Ｅmod)によって屈折率が変る電子−光材料を備え、前記光特性を変化させる手段(10,28)は、前記２つの光路(6,8)に異なる電界をかけることができる請求項１又は２に記載の光変調器。
【請求項７】
前記光特性を変化させる手段(10,28)は、前記制御信号がかけられる前記光路又は各光路(6,8)に沿った光の伝播方向に、前記光路又は各光路(6,8)に沿った複数の電極(10,28)を備え、電極を通って前記光路に沿って進行する電界が発生し、進行する電界の速度と、低速波光信号が一致するようになっている請求項３、４又は６の何れか１項に記載の光変調器。
【請求項８】
前記光入力(2)と前記光出力(14)とは、全く同一である請求項１乃至７の何れか１項に記載の光変調器。
【請求項９】
少なくとも１つの前記光路(6,8)は、導波管により形成される請求項１乃至８の何れか１項に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、光変調器に関し、特に導波管型光変調器に関するが、これに限定されない。
【０００２】
（発明の背景）
光変調器は、光遠距離通信システムでレーザー源からの光を変調するのに広く使用されている。光変調器は、光変調器の制御入力にかけられる変調信号に応答して、そこを通過する光信号の強度を可変に減衰させ、又は光信号の位相を変化させる。
【０００３】
光変調器は、一般に動作原理により、「共振」と「非共振」変調器の２種類に分類できる。両方の種類の変調器は、導波管又は非導波管デバイスとして実現することが出来る。導波管型装置では、光信号は、特定の経路に沿って特定の導波管モードで案内される。導波管内でのモードの伝播特性を変化させることにより、光信号の変調が行われる。このような変調器は、マッハツェンダー強度変調器のように平面デバイスである傾向がある。
【０００４】
非導波管型装置では、光信号に空間的制御が少ないので、デバイスを通る光通路にある程度の融通性がある。また、伝播媒体中での光信号の伝播特性を変化させることにより、変調を行うことが出来る。このような変調器の例は、ファブリペロー変調器と、液晶空間光変調器である。
【０００５】
共振変調器は、共振波長を変化させ、特定の波長における共振と非共振状態の間を切換えることにより作動する。この変化は、信号が「アクティブ」媒体（アクティブ媒体は、デバイスの変調効果がある部分である）を通るとき、信号の光位相の変化を変えることにより行われる。変調は、電子−光、電子−機械、熱−光等の広い範囲の物理的現象を使用して行うことが出来る。
【０００６】
共振変調器の１つの例は、ファブリペロー垂直空洞反射型変調器であり、これは非導波管デバイスである。このデバイスは、電子−光材料で出来た「アクティブ」媒体により分離された２つの部分反射ミラーを備える。ある共振波長において、光信号は、第１のミラーで反射され、デバイスはこの波長の光を透過しない。他の波長では、光信号はほぼ減衰しないで第１のミラーと、「アクティブ」媒体と、第２の部分反射ミラーとを通過する。２つのミラーの間の「アクティブ」媒体に電界をかけることにより、「アクティブ」媒体の有効屈折率を変化させることにより、デバイスの変調が行われる。この屈折率の変化は、共振波長を移動させる効果がある。従って、固定した波長の光信号について、変調器は、反射状態と透過状態の間を切換えることが出来る。
【０００７】
非共振変調器は、変調器内の「アクティブ」媒体内で光信号の位相及び／又は強度を変調することにより作動する。この切り換えは、電子−光、電子−吸収、電子−機械、又は熱効果等の広い範囲の物理的現象により行うことが出来る。このようなデバイスの例は、マッハツェンダー変調器であり、これは干渉による導波管デバイスである。この種類の変調器では、光信号は分割されて２つの光路に沿って通過し、その各々が、かけられる電界によって屈折率が変る電子−光材料で出来た「アクティブ」媒体を備える。デバイスの光出力は、２つの光路からの出力を結合することにより、引出される。デバイスの２つの光路の光信号の間の位相差を変化させ、結合した光出力の強度を変化させることにより、光出力強度の変調が行われる。
【０００８】
全ての種類の光変調器で重要なパラメータは、(i)効率(即ち、駆動力の要求)、(ii)物理的大きさ、(iii)使用されるシステムへの光挿入損失、(iv)光システムへの一体化のし易さ、(v)高データ速度での変調能力、(vi)製造し易さ、(vii)コストである。光変調器の設計では、これらのパラメータのうち１つ又はそれ以上を最適化するため、妥協することがある。
【０００９】
（発明の概要）
本発明は、公知の光変調器より少なくとも一部が改善された光変調器を提供する。
本発明によれば、光変調器は、光入力と、光出力と、光入力と光出力とを接続する少なくとも１つの光路と、制御信号に応答して少なくとも１つの光路の一部の光特性を選択的に変化させる手段とを備え、光路に沿って通過する光を変調し、光路が、光路の一部に沿って光の通過を遅延させる構造を備える。光路内の構造により、光が変調を受ける光路の一部に沿って通過する光信号の相互作用時間が増加し、そのため変調効果が増強される。
【００１０】
構造は、光低速波（遅波）構造を形成するように、一連の結合した共振器構造を備えるのが有利である。各共振器構造は、光路の一部内に光共振器空洞を形成する１対の部分反射面により画成されるのが有利である。好適な実施例では、各々の一部反射面はグレーティング構造により画成される。
【００１１】
光路は、かけられる電界によって屈折率が変る電子−光材料を備え、光特性を変化させる手段は、材料に電界をかけるための電極を備えるのが好ましい。
又は、光路は、電界によって光吸収が変る電子吸収材料を備え、光特性を変化させる手段が、材料に電界をかけるのが好ましい。
又は、光路は、温度によって光特性が変る熱−光材料を備え、光特性を変化させる手段が、材料の温度を変化させるのが好ましい。
【００１２】
好適な実施例では、変調器は、更に第２の光路と、第１と第２の光路に沿って通過するように光信号を分割する光スプリッターと、２つの光路からの光信号を結合して光出力を形成する光コンバイナーとを備え、各々の光路は、屈折率が電界によって変る電子−光材料を備え、光特性を変化させる手段は、２つの光路に異なる電界をかけるのが好ましい。
【００１３】
変調器が電子吸収、又は電子−光デバイスであるときは、光特性を変化させる手段は、光路又は各光路に沿って、光路又は各光路に沿った光の伝播方向に複数の電極が配置され、電界が前記光路に沿って進行し、進行する電界の速度と、低速波光信号が一致するようになっているのが有利である。
どの実施例でも、光路は導波管により画成される。
【００１４】
（実施の形態）
本発明をよりよく理解できるように、本発明の光変調器を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１に本発明の光変調器を示す。光変調器は、変調する光信号がかけられる光入力2を備える。光信号は、光スプリッター4によりそれぞれの光信号に分割され、それらが２つの光路6と8に沿って通過する。光変調器のアクティブ媒体を備える光路6と8は、同一であり、屈折率が電界によって変る電子−光材料で出来ている。光路4に沿って、セグメント化された電極配置10が設けられ、電界をかけ、変調電気信号Ｖmodに応答して光路4の屈折率を変化させる。光路6と8に沿って通過する光信号は、光コンバイナー12により再結合され、光出力14を形成する。変調信号Ｖmodをかけることは、光路6に対して光路4の屈折率を変化させ、それぞれの光信号の位相の関係を変える効果を有する。変調電圧信号の適当な大きさを選択することにより、光信号が再結合されて光出力を形成するとき、逆位相になり、破壊的な干渉が起こって、光出力がない結果になるように出来る。逆に、変調電圧がかけられないとき（又は１波長又はそれ以上の波長に等しい位相シフトを起こす電圧をかけるとき）、2つの光信号は同位相になり、光は光入力2から光出力14へほぼ減衰しないで通過する。実際の実施例では、セグメント化された電極配置10が、両方の光路6,8上に設けられ、異なる電界が各々にかけられて、変調効果を最適化する。しかし、明確のため、１つの電極構造のみを示す。これまで記載したデバイスは、公知の配置で、マッハツェンダー光変調器といわれる。
【００１６】
公知の変調器と異なり、本発明の変調器は、各光路6と8内に複数の部分反射面16を備え、それが、光経路のアクティブ媒体と共に、以後光低速波構造というものを形成する。光低速波構造は、ある波長において、アクティブ媒体を通る光の通過を遅くする効果を有する。光低速波構造は公知であり、我々の英国特許ＧＢ2,262,621号に開示されていて、その内容をここに参照する。
【００１７】
図１に示す光低速波構造は、光信号の伝播方向に延びる一連の結合した光共振器を備える。各光共振器は、隣接する１対の部分反射面（図面では、１対を16a,16bで示す）を備え、この部分反射面は、光信号の伝播方向に対して横方向に延びる。部分反射面の各対16a,16bは、アクティブ媒体内に光共振器空洞を形成する。図１において、各光路6,8内に６つの部分反射面16が示され、従って光低速波構造は、各光路に５つの一連の結合した共振器を備える。典型的には、所望の光低速効果を得るには、各光路6,8内に10から12の光空洞が必要である。
【００１８】
好適な実施形態では、各部分反射面は、ピッチがλR／２ｎのグレーティング構造により画成され、波長λRにおいて部分反射面を形成するようにする。光共振器又は空洞は、複数の反射面16により形成されるが、ＧＢ2,262,621号に開示されるモアレグレーティング構造のような一連の規則的な不連続性で連続分布した反射板を使用することにより同じ効果を達成することが出来る。
【００１９】
光信号は、１つの共振空洞から次へ飛ぶことにより、それぞれの光路の低速波構造を通って進行し、各光共振空洞を通る有効平均グループ速度が、平面の媒体のそれと比較して遅くなる。従って、光低速波構造は、波長λRの光低速波を生じる効果がある。図２（ａ）は、通過帯域が波長λ1とλ2の間のアクティブ媒体の光伝達スペクトルを示し、図２（ｂ）は、光低速波構造（即ち、光路6,8）を組込んだアクティブ媒体の光伝達スペクトル（強度と波長)を示す。図から分かるように、光低速波構造は、帯域幅λswの光低速波の通過帯域を有し、その横に帯域幅λsbの停止帯域があるようにスペクトルを変える効果を有する。停止帯域の帯域幅λsbと低速波通過帯域の帯域幅λswとは、構造のパラメータ（即ち、空洞の長さと数、屈折率等）により求められる。光信号は、各光共振空洞を通って進行するのにより長い時間がかかるので（実際、光信号は、空洞内を同じ速度で進行するが、何回も横断する）、変調効果があるアクティブ媒体内でより長い時間がかかる。その結果、変調効果が促進され、従って、ある電圧で、同じ性能でより小さい光変調器を作ることが出来る。又は、同じ大きさの構造でより低い作動電圧を使用することが出来る。
【００２０】
光低速波の波長における光信号の「アクティブ」媒体中での相互作用時間が増加すると、デバイスの光帯域幅が減少するが（デバイスの光帯域幅は、媒体の光帯域幅λ1−λ2から、低速波通過帯域λswに減少する）、これはデバイスを実際的な用途で使用するとき、必ずしも悪影響を与えない。その理由は、デバイスを通る光キャリヤーの光帯域幅は、変調周波数より実質的に大きいからである。
【００２１】
図３に、本発明の光変調器の実施例の概略図を示す。デバイスは、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）の基板20を備え、その上に高屈折率のガリウム砒素（ＧａＡｓ）層22が形成される。ガリウム砒素（ＧａＡｓ）層22は、「アクティブ」光媒体を形成し、光路6,8は、ＡｌＧａＡｓで出来たリブロード型の導波管構造24によりこのＧａＡｓ層内に画成され、導波管構造はＧａＡｓ層22上に設けられる。公知のように、ＡｌＧａＡｓリブ構造は、光媒体22にロードをかけ、光は、リブ構造に対応する光路に沿って案内され光媒体22中を伝播するようになっている。同様に、光スプリッター8とカプラー12は、リブ構造の一部として画成され、各々は、３ｄＢカプラーとして形成され、デバイスは２つの入力2a,2bと２つの出力14a,14bを有するようにされる。
【００２２】
低速波構造は、リブ構造24のそれぞれのアームのノッチ26の一連のグループとして形成される。各ノッチ26は、変調器を通る光の伝播方向に対して横向きに走る。各グループ内で、ノッチ26は、距離λR／２ｎだけ間隔をおき、各グループは、リブのロード効果により、アクティブ媒体22内に部分反射面を画成する。ノッチの隣接するグループ26a,26bは、低速波共振器構造の光共振器空洞を画成する。
【００２３】
リブ構造24の各アームの平面上のノッチ26のグループの間に、セグメント化された電極構造28が設けられ、これは基板20上の電極と共に、ＧａＡｓ層22に変調する電界をかけるのに使用される。この実施例では、光路6,8に異なる電界がかけられる。
【００２４】
図示する光変調の実施例により、電子−光効率1.6から2.9が達成された（即ち、光信号は、アクティブ媒体中で1.6から2.9倍の時間がかかる）。従って、同じ駆動電圧で、デバイスは約１／２から１／３（1／1.6から1／2.9）の大きさに出来、又はある大きさで駆動電力を同じ割合で減少することが出来る。ここに記述した変調器は、進行波電極構造の形で、光路に対応する方向に伝わる電気的な低速波を生じる。このような電極構造を光低速波構造と共に使用すると、特に有利である。それは、セグメント化した電極にかけられる進行する電気信号の速度と、光信号速度（即ち、光信号が光路に沿って通過する速度）を一致させて、変調器の性能を最適にすることが出来るからである。
【００２５】
本発明は、図に示した実施例に限定されない。例えば、本発明は、変調の大きさが「アクティブ」媒体中の相互作用時間による全ての種類の変調器に適用することが出来、従って、強度及び／又は位相を変調する導波管型と非導波管型の両方の変調器に適用することが出来る。本発明は、光変調器のアクティブ光伝播媒体中に光低速波構造を組込んで、変調効果を増強することにあり、アクティブ媒体は、光媒体の変調効果をかける部分である。それゆえ、媒体中を光が進行する干渉時間を増加させるものであれば、光媒体中に他の種類の構造を使用することも出来る。このような配置は、共振変調器を作らず（もちろん、ここに記述した低速波共振器構造は、共振効果によるが）、むしろ光低速波の波長λRにおいて非共振変調を増強する。本発明は、変調を行うのに、光−吸収、熱−光、又は共振型変調器効果等の他の方法を使用する変調器に適用することも出来る。さらに、本発明を反射型の変調器に適用することも出来、その場合、光入力と出力が全く同じである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による光変調器の概略図である。
【図２（ａ）】  光媒体での光強度（強度Ｉ）と波長λの関係を表す図である。
【図２（ｂ）】  低速波構造を組込んだ光媒体での光強度（強度Ｉ）と波長λの関係を表す図である。
【図３】  図１の光変調器の１実施例の概略図である。
【図１】
0004500452.tif 000002
【図２（ａ）】
0004500452.tif 000003
【図２（ｂ）】
0004500452.tif 000004
【図３】
0004500452.tif 000005