(57)【要約】【課題】  出力光導波路に光強度検出電極を備えたマッハツェンダ型光変調器において、リーク電流を抑制すること。【解決手段】  ２つの出力光導波路３８ａ及び３８ｂに合分波部３４を介して２つの光導波路３２ａ及び３２ｂが接続されたマッハツェンダ型光変調器であって、２つの光導波路３２ａ及び３２ｂのそれぞれに設けられたアーム電極４０及び４２と、２つの出力光導波路３８ａ及び３８ｂのそれぞれに設けられ、アーム電極４０及び４２よりも高い電圧が印加される光強度検出電極４４と、アーム電極４０及び４２と光強度検出電極４４との間の導波路に設けられ、アーム電極４０及び４２に印加される電圧よりも高いが印加されるリーク抑制電極６０と、を備えることを特徴とする光変調器。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの出力光導波路に合分波部を介して２つの光導波路が接続されたマッハツェンダ型光変調器であって、前記２つの光導波路のそれぞれに設けられたアーム電極と、
前記２つの出力光導波路のそれぞれに設けられ、前記アーム電極よりも高い電圧が印加される光強度検出電極と、
前記アーム電極と前記光強度検出電極との間の導波路に設けられ、前記アーム電極に印加される電圧よりも高いが印加されるリーク抑制電極と、を備えることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記アーム電極は、位相調整用電極または変調用電極の何れか一方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】
前記リーク抑制電極は、前記合分波部と前記光強度検出電極との間に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記リーク抑制電極は、前記合波部に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項５】
前記リーク抑制電極は、前記合分波部と、前記アーム電極との間に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項６】
前記光強度検出電極及び前記リーク抑制電極は、同一の電圧源に接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光変調器。
【請求項７】
前記リーク抑制電極の導波路方向の長さは、前記光強度検出電極の導波路方向の長さより短いことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光に信号を乗せて光ファイバで伝送する光通信システムにおいて、光源から出射されたレーザ光を強度変調して光信号を生成する光変調器が利用されている。光変調器として例えばマッハツェンダ型光変調器が広く用いられている。
【０００３】
マッハツェンダ型光変調器における導波路は、入力された光を分岐する分岐部と、分岐された光を伝搬させる２つの光導波路と、光導波路を伝搬した光を再び合波させる合波部と、合波部からの出力光を外部へと導く出力光導波路と、を含む。分岐した２つの光導波路上には、変調用電極及び位相調整用電極が設けられている。変調用電極は、印加された電圧により合波の際の干渉条件を変化させ、光出力のオン・オフの切り替えを行う。位相調整用電極は、２つの光導波路における光の位相差が所定の値となるように調整を行う。
【０００４】
合波部の後段に位置する出力光導波路には、光強度を検出する光強度検出電極が設けられている場合がある。光強度検出電極の検出結果に基づき、位相調整用電極に印加される電圧をフィードバック制御することで、位相調整を精度よく行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−４９４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の光変調器では、位相調整用電極または変調用電極に加えられる電圧により、光強度検出電極との間にクラッド層を介してリーク電流が流れ、位相調整のフィードバック制御に悪影響を与えてしまう場合があった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、出力光導波路に光強度検出電極を備えた光変調器において、リーク電流を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、２つの出力光導波路に合分波部を介して２つの光導波路が接続されたマッハツェンダ型光変調器であって、前記２つの光導波路のそれぞれに設けられたアーム電極と、前記２つの出力光導波路のそれぞれに設けられ、前記アーム電極よりも高い電圧が印加される光強度検出電極と、前記アーム電極と前記光強度検出電極との間の導波路に設けられ、前記アーム電極に印加される電圧よりも高いが印加されるリーク抑制電極と、を備えることを特徴とする光変調器である。
【０００９】
上記構成において、前記アーム電極は、位相調整用電極または変調用電極の何れか一方である構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記リーク抑制電極は、前記合分波部と前記光強度検出電極との間に設けられている構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記リーク抑制電極は、前記合波部に設けられている構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記リーク抑制電極は、前記合分波部と、前記アーム電極との間に設けられている構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記光強度検出電極及び前記リーク抑制電極は、同一の電圧源に接続されている構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記リーク抑制電極の導波路方向の長さは、前記光強度検出電極の導波路方向の長さより短い構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、出力光導波路に光強度検出電極を備えたマッハツェンダ型光変調器において、光強度検出電極に流れ込むリーク電流を抑制することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、比較例に係る光変調装置の平面図である。
【図２】図２は、比較例に係る光変調器の断面図（その１）である。
【図３】図３は、比較例に係る光変調器の断面図（その２）である。
【図４】図４は、実施例１に係る光変調装置の平面図である。
【図５】図５は、実施例１に係る光変調器の断面図である。
【図６】図６は、実施例２に係る光変調器の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（比較例）
最初に、比較例に係る光変調装置について説明する。
【００１８】
図１は、比較例に係る光変調装置の上面模式図の例である。図１のように、比較例に係る光変調装置は、マッハツェンダ型光変調器１０と、位相調整用電極４０にＤＣ電圧を印加する位相調整回路１２と、変調用電極４２に変調用の電圧を印加する駆動回路１４と、を備える。
【００１９】
マッハツェンダ型光変調器１０は、半導体基板上のメサ状の光導波路の経路を組み合わせて構成される光変調器である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ間の断面模式図の例であり、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ間の断面模式図の例である。
【００２０】
図２（ａ）のように、光導波路は、半導体基板１６上に形成されている。光導波路は、半導体基板１６上において、下クラッド層１８ａ、コア２０、上クラッド層１８ｂがこの順にメサ状に積層された構造を有している。半導体基板１６の上面、光導波路の上面及び側面には、絶縁膜２４が設けられている。
【００２１】
半導体基板１６は、例えばＩｎＰ等の半導体からなる。下クラッド層１８ａ及び上クラッド層１８ｂは、例えばＩｎＰ等の半導体からなる。コア２０は、下クラッド層１８ａ及び上クラッド層１８ｂよりもバンドギャップエネルギが小さい半導体からなり、例えばＩｎＧａＡｓＰ等からなる。それにより、コア２０を通過する光が下クラッド層１８ａ及び上クラッド層１８ｂによって閉じ込められる。絶縁膜２４は、例えばＳｉＮ等の絶縁体からなる。
【００２２】
図１のように、マッハツェンダ型光変調器１０には、第１入力端２６ａに接続された第１入力光導波路２８ａが設けられ、第２入力端２６ｂに接続された第２入力光導波路２８ｂが設けられている。第１入力光導波路２８ａ及び第２入力光導波路２８ｂは、第１ＭＭＩ（Multi Mode Interference）３０で合流し、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂに分岐する。マッハツェンダ型光変調器１０の長手方向を対称軸とした場合に、第１光導波路３２ａは第１入力端２６ａと同じ側に配置され、第２光導波路３２ｂは第２入力端２６ｂと同じ側に配置されている。
【００２３】
第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂは第２ＭＭＩ３４で合流し、第１出力端３６ａに接続された第１出力光導波路３８ａと、第２出力端３６ｂに接続された第２出力光導波路３８ｂと、に分岐する。マッハツェンダ型光変調器１０の長手方向を対称軸とした場合に、第１出力端３６ａは第２光導波路３２ｂと同じ側に配置され、第２出力端３６ｂは第１光導波路３２ａと同じ側に配置されている。第１光導波路３２ａの光路長と第２光導波路３２ｂの光路長との間には、あらかじめ差が設けられている。例えば、第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光とに−０．５πの位相差が生じるような光路長差が設けられている。
【００２４】
第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂの夫々はアームとも呼ばれ、そこにはアーム電極が設けられる。アーム電極はアームの位相を制御するための電極である。典型的な例として、アーム電極は、相調整用電極４０と変調電極４２によって構成される。位相調整用電極４０及び変調用電極４２は、互いに離間している。位相調整用電極４０及び変調用電極４２の位置関係は特に限定されるものではないが、本実施例においては、位相調整用電極４０は変調用電極４２よりも光入力端側に配置されている。第１出力光導波路３８ａ及び第２出力光導波路３８ｂの夫々には、光強度検出電極４４が設けられている。
【００２５】
図２（ｂ）のように、変調用電極４２は、上クラッド層１８ｂ上において、コンタクト層４６を介して配置されている。コンタクト層４６は、例えばＩｎＧａＡｓ等の半導体からなる。なお、上クラッド層１８ｂとコンタクト層４６との間には、絶縁膜２４は設けられていない。また、位相調整用電極４０及び光強度検出電極４４も同様に上クラッド層１８ｂ上にコンタクト層４６を介して配置されている。位相調整用電極４０、変調用電極４２、及び光強度検出電極４４は、例えばＡｕ等の金属からなる。
【００２６】
各変調用電極４２の一端には、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂ夫々を伝搬する光を変調させる変調用の電圧が駆動回路１４により印加される。各変調用電極４２の他端には、終端抵抗４８が接続されている。各変調用電極４２に変調用の電圧が印加されると、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂにおいてコア２０の屈折率が変化し、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂを通過する光の位相が変化する。
【００２７】
駆動回路１４は、第１光導波路３２ａに設けられた変調用電極４２と、第２光導波路３２ｂに設けられた変調用電極４２と、に変調信号として差動信号を入力する。つまり、第１光導波路３２ａの変調用電極４２にハイにドライブさせる電圧が印加されと、第２光導波路３２ｂの変調用電極４２にはローにドライブさせる電圧が印加される。反対に、第１光導波路３２ａの変調用電極４２にローにドライブさせる電圧が印加されと、第２光導波路３２ｂの変調用電極４２にはハイにドライブさせる電圧が印加される。このように、第１光導波路３２ａの変調用電極４２に印加される電圧と第２光導波路３２ｂの変調用電極４２に印加される電圧とに電位差があることで、第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光とにその電位差に応じた位相差を生じさせる。
【００２８】
例えば、第１光導波路３２ａの変調用電極４２にハイにドライブさせる電圧が印加され、第２光導波路３２ｂの変調用電極４２にローにドライブさせる電圧が印加された場合に、第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光とに−０．５πの位相差変化が生じる。また、例えば、第１光導波路３２ａの変調用電極４２にローにドライブさせる電圧が印加され、第２光導波路３２ｂの変調用電極４２にハイにドライブさせる電圧が印加された場合に、第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光とに＋０．５πの位相差変化が生じる。
【００２９】
上述したように、第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光とに−０．５πの位相差が生じるような光路長差があらかじめ設けられている。このため、各変調用電極４２に変調用の電圧が印加されて第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光とに−０．５πの位相差変化が生じる場合は、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光とに−πの位相差が生じることになる。このように、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光とに−πの位相差が生じる場合は、第１入力端２６ａから入力された光は第１出力端３６ａから出力され、第２出力端３６ｂからは出力されない。一方、変調用電極４２に変調用の電圧が印加されて第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光とに＋０．５πの位相差変化が生じる場合は、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差は０になる。第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差が０の場合には、第１入力端２６ａから入力された光は第２出力端３６ｂから出力され、第１出力端３６ａからは出力されない。
【００３０】
このように、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差に応じて、第１入力端２６ａから入力された光が出力される出力端が第１出力端３６ａと第２出力端３６ｂとの間で切り替る。これにより、第１出力端３６ａ又は第２出力端３６ｂからの出力信号を変調信号として利用することができる。本実施例においては、第１出力端３６ａの出力信号を変調信号として利用する。
【００３１】
マッハツェンダ型光変調器１０の光導波路の製造において製造バラツキが少なからず発生し、光導波路の長さや幅等が設計寸法から外れてしまうことがある。これにより、第１光導波路３２ａの光路長と第２光導波路３２ｂの光路長とが設計値から外れてしまい、第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光との位相差が設計値からズレてしまうことがある。このような光の位相差の設計値からの誤差を調整するのが位相調整回路１２である。
【００３２】
位相調整回路１２は、各位相調整用電極４０にＤＣ（直流）電圧を印加して、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂにおいてコア２０の屈折率を変化させ、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂを伝搬する光の位相を変化させることで位相調整を行う。具体的には、位相調整回路１２は、各光強度検出電極４４で検出される出力信号の光強度に基づいて、各位相調整用電極４０に印加するＤＣ電圧をフィードバック制御する。光強度検出電極４４の下に位置する出力光導波路３８は、導波路型のフォトダイオード５０として機能する。すなわち、出力光導波路３８を通る光は、電流ＩＰＤに変換され、この電流ＩＰＤを電流計Ａで検出することにより光強度を検出することができる。第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差が０又は−πに合致して変化する場合には、第１出力端３６ａから出力される光強度と第２出力端３６ｂから出力される光強度とは、一定の時間幅で同じ大きさとなる。そこで、位相調整回路１２は、第１出力光導波路３８ａの光強度検出電極４４で検出された光強度と、第２出力光導波路３８ｂの光強度検出電極４４で検出された光強度と、が同じ大きさとなるように、各位相調整用電極４０に印加するＤＣ電圧を調整する。これにより、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差を０又は−πに合致させることができ、製造ばらつきによる位相のズレを調整することができる。
【００３３】
上記のフィードバック制御を正確に行うためには、光強度検出電極４４における光強度の検出精度を高くすることが好ましいが、このとき光強度検出電極４４と変調用電極４２との間におけるリーク電流が問題となる。以下、この点について説明する。
【００３４】
図３は、比較例に係る光変調器の光導波路に沿った断面図である。図１及び図２と共通の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、上クラッド層１８ｂにおけるハッチの表示及び各電極（位相調整用電極４０、変調用電極４２、光強度検出電極４４）の下のクラッド層の表示は省略している。
【００３５】
上クラッド層１８ｂの上に形成された各電極は、それぞれ異なる大きさの電圧源に接続されている。すなわち、位相調整用電極４０は第１電圧Ｖ１を供給する第１電圧源Ｖ１に、変調用電極４２は第２電圧Ｖ２を供給する第２電圧源Ｖ２に、光強度検出電極４４は第３電圧Ｖ３を供給する第３電圧源Ｖ３にそれぞれ接続されている。ここで、変調用電極４２と光強度検出電極４４との間の電位差（Ｖ２−Ｖ３）に起因して、両者の間にリーク電流Ｉｌｅａｋが流れてしまう場合がある。このとき、電流計Ａにより実際に測定される電流の大きさは「ＩＰＤ−Ｉｌｅａｋ」となり、リーク電流の分だけ誤差が生じてしまう。これにより、位相調整のためのフィードバック制御が正確に行えない場合がある。以下に記載の実施例では、本課題を解決することのできる光変調器について説明する。
【実施例１】
【００３６】
図４は、実施例１に係る光変調装置の平面図である。比較例（図１）と共通の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。実施例１では、出力光導波路３８ａ及び３８ｂのそれぞれにおいて、第２ＭＭＩ３４と光強度検出電極４４との間にリーク抑制電極６０が設けられている。リーク抑制電極６０は、例えば光強度検出電極４４と同じ材料により、上クラッド層１８ｂの上にコンタクト層を介して形成することができる（このとき、リーク抑制電極６０における断面図は図２（ｂ）と同様となる）。実施例１に係る光変調装置の動作（光出力切り替え及びフィードバック制御）は、比較例で説明したものと同様である。
【００３７】
図５は、実施例１に係る光変調器の断面図であり、比較例の図３に対応するものである。リーク抑制電極６０は、光強度検出電極４４と共通の第３電圧源Ｖ３に接続されており、リーク抑制電極６０には第３電圧Ｖ３が供給されている。このため、光強度検出電極４４及びリーク抑制電極６０は実質的に同電位となっており、両者の間には電流が流れない状態となっている。
【００３８】
実施例１に係る光変調器によれば、変調用電極４２と光強度検出電極４４との間にリーク抑制電極６０が設けられている。そして、リーク抑制電極６０には、光強度検出電極４４と同じ第３電圧Ｖ３が供給されている。これにより、図５に示すように、変調用電極４２とリーク抑制電極６０との間には、上クラッド層１８ｂを介してリーク電流Ｉｌｅａｋが流れる場合があるが、リーク抑制電極６０と光強度検出電極４４との間にはリーク電流が流れない。これにより、電流計Ａにおけるリーク電流Ｉｌｅａｋに起因する測定誤差を抑制することができるため、光強度検出のための電流ＩＰＤを正確に測定することができる。その結果、位相調整のためのフィードバック制御を精度よく行うことができる。
【００３９】
実施例１に係る光変調器では、リーク抑制電極６０が光強度検出電極４４と共通の電圧源（第３電圧源Ｖ３）に接続されていたが、これらの電極に対し別々の電圧が供給される構成としてもよい。このとき、リーク抑制電極６０に印加される電圧は、位相調整用電極４０に供給される第１電圧Ｖ１と、変調用電極４２に供給される第２電圧Ｖ２のうち、光強度検出電極４４に供給される第３電圧Ｖ３との差が大きい方の電圧と、第３電圧Ｖ３との中間電圧であることが好ましい。すなわち、リーク抑制電極６０に印加される電圧は、第１電圧Ｖ１及び第３電圧の中間電圧、または第２電圧Ｖ２及び第３電圧Ｖ３の中間電圧の少なくとも１つを満たす電圧であることが好ましい。これにより、位相調整用電極４０及び変調用電極４２と、光強度検出電極４４との間の電位差を軽減し、光強度検出電極４４からのリーク電流を低減することができる。
【００４０】
また、リーク抑制電極６０に印加される電圧は、光強度検出電極４４に印加される第３電圧よりも高い電圧とすることもできる。たとえば第３電圧が−１Ｖの場合、リーク抑制電極６０にはグランド電位（０Ｖ）を印加することができる。この場合においても、光強度検出電極４４に対して位相調整用電極４０及び変調用電極４２からのリーク電流の流入を低減することができる。
【００４１】
なお、リーク電流を最も抑制するためには、本実施例のように、光強度検出電極４４及びリーク抑制電極６０に同一の電圧を供給する構成とすることが好ましい。例えば、光強度検出電極４４及びリーク抑制電極６０を同一の電圧源に接続することで、両者に同じ電圧を供給することができる。
【実施例２】
【００４２】
実施例２は、リーク抑制電極６０を実施例１とは別の箇所に設けた例である。
【００４３】
図６は、実施例２に係る光変調装置の平面図である。リーク抑制電極６０が、分合波部としての第２ＭＭＩ３４の上に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり、詳細な説明を省略する。本構成においても、実施例１と同じく、リーク抑制電極６０からのリーク電流を抑制し、光強度検出のための電流ＩＰＤを正確に測定することができる。
【００４４】
また、実施例２に係る光変調装置によれば、２つの出力光導波路３８ａ及び３８ｂのそれぞれにリーク抑制電極６０を設けるのではなく、導波路が合流する第２ＭＭＩ３４にリーク抑制電極６０を設けることで、配線数を低減することができる。なお、リーク抑制電極６０の幅は、第２ＭＭＩ３４の導波路幅より大きいことが好ましい。
【００４５】
以上のように、リーク抑制電極６０は、変調用電極４２及び光強度検出電極４４の間に設けられていればよく、例えば実施例１〜２で説明したように、リーク抑制電極６０は第２ＭＭＩ３４または出力光導波路３８に設けられていてもよい。また、リーク抑制電極６０は、光導波路３２ａ及び３２ｂにおける変調用電極４２の後段に設けられていてもよい。なお、前述のように、位相調整用電極４０と変調用電極４２との位置関係は、実施例１〜２で示した形態に限定されるものではなく、位相調整用電極４０が変調用電極４２の後段に設けられていてもよい。
【００４６】
また、リーク抑制電極６０下部の光導波路において、光の吸収が行われることを抑制するために、リーク抑制電極６０の導波路方向の長さは十分に短くすることが好ましい。例えば、リーク抑制電極６０の長さを、光強度検出電極４４の長さより小さくすることが好ましい。また、リーク抑制電極６０の長さを、光強度検出電極４４の長さの半分より小さくすることがさらに好ましい。なお、上記各実施例においては、第２ＭＭＩ３４が合分波部として機能する。
【００４７】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０    マッハツェンダ型光変調器
１２    位相調整回路
１４    駆動回路
１６    半導体基板
１８    クラッド層
２０    コア
２４    絶縁膜
２６    入力端
２８    入力導波路
３０    第１ＭＭＩ
３２    光導波路
３４    第２ＭＭＩ
３６    出力端
３８    出力光導波路
４０    位相調整用電極
４２    変調用電極
４４    光強度検出電極
４６    コンタクト層
６０    リーク抑制電極
【図１】
2012118278.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2012118278.tif 000007
【図６】
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