(57)【要約】【課題】光導波路が半導体から成る場合に位相歪みを低減することができる半導体光位相変調器及びその駆動方法を提供する。【解決手段】半導体光位相変調器は、半導体からなる一対の光導波路１２，１３を有し、一対の光導波路１２，１３に対する電圧Ｖ１１，Ｖ１２の印加により、入力光Ｌｉｎ１に対して位相差π（ｒａｄ）の二値位相変調を行うマッハツェンダー変調器１０を備える。このマッハツェンダー変調器１０は、一対の光導波路１２，１３のうち一方の光導波路１３を伝搬する光Ｌ１２の位相をπ（ｒａｄ）変化させる位相変化部１７を有する。【選択図】図１
2013122546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体からなる一対の光導波路を有し、前記一対の光導波路に対する電圧の印加により、入力光に対して位相差π（ｒａｄ）の二値位相変調を行うマッハツェンダー変調器を備え、
前記マッハツェンダー変調器が、前記一対の光導波路のうち一方の光導波路を伝搬する光の位相をπ（ｒａｄ）変化させる位相変化部を有することを特徴とする、半導体光位相変調器。
【請求項２】
前記位相変化部は、半導体からなる光導波路と、該光導波路に対する電圧の印加により該光導波路を伝搬する光の位相を変化させる電極とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体光位相変調器。
【請求項３】
前記位相変化部は、前記一方の光導波路を伝搬する光の光路長を、前記一対の光導波路のうち他方の光導波路を伝搬する光の光路長よりも長くする光導波路部分を含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体光位相変調器。
【請求項４】
四値位相偏移変調方式の半導体光位相変調器であって、
入力光を第１及び第二光に分岐する光分岐部と、
半導体からなる一対の光導波路を有し、前記一対の光導波路に対する電圧の印加により、前記光分岐部から出力された前記第一光に対して位相差π（ｒａｄ）の二値位相変調を行う第一マッハツェンダー変調器と、
半導体からなる一対の光導波路を有し、前記一対の光導波路に対する電圧の印加により、前記光分岐部から出力された前記第二光に対して位相差π（ｒａｄ）の二値位相変調を行う第二マッハツェンダー変調器と、
前記第二マッハツェンダー変調器から出力された前記第二光の位相をπ／２（ｒａｄ）変化させる第一位相変化部と、
前記第一位相変化部から出力された前記第一光と、前記第二マッハツェンダー変調器から出力された前記第二光とを合波する光合波部と
を備え、
前記第１及び第二マッハツェンダー変調器が、前記一対の光導波路のうち一方の光導波路を伝搬する光の位相をπ（ｒａｄ）変化させる第二位相変化部を有することを特徴とする、半導体光位相変調器。
【請求項５】
前記第二位相変化部は、半導体からなる光導波路と、該光導波路に対する電圧の印加により該光導波路を伝搬する光の位相を変化させる電極とを含むことを特徴とする、請求項４に記載の半導体光位相変調器。
【請求項６】
前記第二位相変化部は、前記一方の光導波路を伝搬する光の光路長を、前記一対の光導波路のうち他方の光導波路を伝搬する光の光路長よりも長くする光導波路部分を含むことを特徴とする、請求項４に記載の半導体光位相変調器。
【請求項７】
四値位相偏移変調方式の半導体光位相変調器であって、
入力光を第１及び第二光に分岐する光分岐部と、
半導体からなる一対の光導波路を有し、前記一対の光導波路に対する電圧の印加により、前記光分岐部から出力された前記第一光に対して位相差π（ｒａｄ）の二値位相変調を行う第一マッハツェンダー変調器と、
半導体からなる一対の光導波路を有し、前記一対の光導波路に対する電圧の印加により、前記光分岐部から出力された前記第二光に対して位相差π（ｒａｄ）の二値位相変調を行う第二マッハツェンダー変調器と、
前記第一マッハツェンダー変調器から出力された前記第一光と、前記第二マッハツェンダー変調器から出力された前記第二光とを合波する光合波部と
を備え、
前記第一マッハツェンダー変調器が、前記一対の光導波路のうち一方の光導波路を伝搬する光の位相をπ（ｒａｄ）変化させる第三位相変化部を有し、
前記第二マッハツェンダー変調器が、前記一対の光導波路のうち一方の光導波路を伝搬する光の位相を３π／２（ｒａｄ）変化させる第四位相変化部と、前記一対の光導波路のうち他方の光導波路を伝搬する光の位相をπ／２（ｒａｄ）変化させる第５の位相変化部とを有することを特徴とする、半導体光位相変調器。
【請求項８】
前記第３、第４及び第５の位相変化部は、半導体からなる光導波路と、該光導波路に対する電圧の印加により該光導波路を伝搬する光の位相を変化させる電極とを含むことを特徴とする、請求項７に記載の半導体光位相変調器。
【請求項９】
前記第三位相変化部は、前記第一マッハツェンダー変調器の前記一方の光導波路を伝搬する光の光路長を、前記第一マッハツェンダー変調器の他方の光導波路を伝搬する光の光路長よりも位相π（ｒａｄ）に相当する長さだけ長くする第一光導波路部分を含み、
前記第四位相変化部は、前記第二マッハツェンダー変調器の前記一方の光導波路を伝搬する光の光路長を、前記第一マッハツェンダー変調器の前記他方の光導波路を伝搬する光の光路長よりも位相３π／２（ｒａｄ）に相当する長さだけ長くする第二光導波路部分を含み、
前記第５の位相変化部は、前記第二マッハツェンダー変調器の他方の光導波路を伝搬する光の光路長を、前記第一マッハツェンダー変調器の前記他方の光導波路を伝搬する光の光路長よりも位相π／２（ｒａｄ）に相当する長さだけ長くする第三光導波路部分を含むことを特徴とする、請求項７に記載の半導体光位相変調器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載された半導体光位相変調器を駆動する方法であって、
前記マッハツェンダー変調器において二値位相変調を行う際に、前記一対の光導波路のうち一方の光導波路に印加する電圧の範囲と、他方の光導波路に印加する電圧の範囲とを互いに等しくすることを特徴とする、半導体光位相変調器の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光位相変調器及びその駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、マッハツェンダ変調器が記載されている。このマッハツェンダ変調器は、入射光を導波する入射光導波路と、導波光を２本の導波路へ分波する分岐部と、この分岐部より分岐された２本の導波路のそれぞれに設けられた位相変調器部と、２本の導波路の出力光を合波する合波部と、合波部からの合波光を導波する出力光導波路とを基板上に備える。２つの位相変調器部の導波路の等価屈折率は互いに異なっており、位相変調器部に変調電気信号が印加されていない状態において、２つの位相変調器部を伝搬した光の位相差は（２Ｎ＋１）π（Ｎは０または正の整数）となる。
【０００３】
また、非特許文献１及び２には、四値位相偏移変調（ＱＰＳＫ；Quadriphase Phase Shift Keying）方式による位相変調器、及び該位相変調器を備える光送信器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−９０３０１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Implementation Agreement for Integrated Polarization MultiplexedQuadrature Modulated Transmitters”, Optical Internetworking Forum、 Mar. 2010
【非特許文献２】Masaharu Doi et. al., “40 Gb/s Low-drive-voltage LiNbO3 Optical Modulator forDQPSK Modulation Format”, OFC2007, Page OWH4
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、光通信の高速化のため、従来の光強度変調方式とは異なるＱＰＳＫ方式を備える光送信器が実用化されている。このような光送信器は、レーザ光を発生する光源と、該レーザ光をＱＰＳＫ方式で変調する光位相変調器とによって実現される。そして、ＱＰＳＫ方式の光位相変調器は、例えば２つのマッハツェンダ（Mach-Zehnder）変調器が並列に結合されることにより構成される。
【０００７】
図１１は、このような光位相変調器の構成の一例を示す図である。図１１に示される光位相変調器１００は、被変調光Ｌｉｎを入力する光入力端１０１と、ＱＰＳＫ変調後の出力信号光Ｌｏｕｔを出力する光出力端１０２とを備える。光入力端１０１には光分岐部１０３が結合されており、光入力端１０１から入力された被変調光Ｌｉｎは、光分岐部１０３によって２つの光Ｌｉｎ１及びＬｉｎ２に分波される。
【０００８】
光分岐部１０３の一方の出力端には、第一マッハツェンダー変調器１１０が結合されている。第一マッハツェンダー変調器１１０は、光分岐部１０３から出力された光Ｌｉｎ１に対し、ビット値０及びビット値１に対応する位相差をそれぞれ０（ｒａｄ）及びπ（ｒａｄ）とする二値位相偏移変調（ＢＰＳＫ；Binary Phase Shift Keying）を行う。具体的には、光分岐部１０３から出力された光Ｌｉｎ１は、光分岐部１１１によって２つの光Ｌ１１及びＬ１２に更に分波される。光Ｌ１１は光導波路１１２を伝搬し、光Ｌ１２は光導波路１１３を伝搬する。このとき、例えばビット値０を表現する際には、光Ｌ１１と光Ｌ１２との位相差が０（ｒａｄ）となるような電圧Ｖ１１，Ｖ１２が、光導波路１１２，１１３上の電極１１５，１１６にそれぞれ印加される。また、ビット値１を表現する際には、光Ｌ１１と光Ｌ１２との位相差がπ（ｒａｄ）となるような電圧Ｖ１１，Ｖ１２が、電極１１５，１１６にそれぞれ印加される。こうして位相変調された光Ｌ１１及びＬ１２は、光合波部１１４によって合波される。
【０００９】
光分岐部１０３の他方の出力端には、第二マッハツェンダー変調器１２０が結合されている。第二マッハツェンダー変調器１２０は、光分岐部１０３から出力された光Ｌｉｎ２に対し、ビット値０及びビット値１に対応する位相差をそれぞれ０（ｒａｄ）及びπ（ｒａｄ）とするＢＰＳＫ変調を行う。すなわち、光分岐部１０３から出力された光Ｌｉｎ２は、光分岐部１２１によって２つの光Ｌ２１及びＬ２２に更に分波される。光Ｌ２１は光導波路１２２を伝搬し、光Ｌ２２は光導波路１２３を伝搬する。そして、例えばビット値０を表現する際には、光Ｌ２１と光Ｌ２２との位相差が０（ｒａｄ）となるような電圧Ｖ２１，Ｖ２２が、光導波路１２２，１２３上の電極１２５，１２６にそれぞれ印加される。また、ビット値１を表現する際には、光Ｌ２１と光Ｌ２２との位相差がπ（ｒａｄ）となるような電圧Ｖ２１，Ｖ２２が、電極１２５，１２６にそれぞれ印加される。こうして位相変調された光Ｌ２１及びＬ２２は、光合波部１２４によって合波される。
【００１０】
第一マッハツェンダー変調器１１０の光合波部１１４の出力端は、光合波部１３０の一方の入力端に直接結合されている。これに対し、第二マッハツェンダー変調器１２０の光合波部１２４の出力端は、位相変化部１４０を介して光合波部１３０の他方の入力端に結合されている。位相変化部１４０は、光導波路１４１と、光導波路１４１上に設けられた電極１４２とを有しており、電極１４２に所定電圧Ｖ３が印加されることによって、光導波路１４１を伝搬する光Ｌ２１及びＬ２２に対してπ／２（ｒａｄ）の位相変化を与える。
【００１１】
光合波部１３０の出力端は、光出力端１０２に結合されている。光合波部１１４から出力された光Ｌ１１及びＬ１２、並びに位相変化部１４０から出力された光Ｌ２１及びＬ２２は、光合波部１３０によって合波され、ＱＰＳＫ変調が為された出力信号光Ｌｏｕｔとして、光出力端１０２から出力される。
【００１２】
図１２は、図１１に示された光位相変調器１００の入力端１０１及び各点Ａ〜Ｈにおける、光の位相の極座標表示（信号空間ダイヤグラム）を示す図である。同図に示されるように、入力端１０１に入力される被変調光Ｌｉｎは、単一の位相を有している。そして、光導波路１１２及び１１３の後端にそれぞれ位置する点Ａ及びＢでは、被変調光Ｌｉｎから分波された光Ｌ１１及びＬ１２が変調されることにより、互いの位相差がπ（ｒａｄ）となるように光Ｌ１１及びＬ１２の位相が揺動している。同様に、光導波路１２２及び１２３の後端にそれぞれ位置する点Ｃ及びＤでは、被変調光Ｌｉｎから分波された光Ｌ２１及びＬ２２が変調されることにより、互いの位相差がπ（ｒａｄ）となるように光Ｌ２１及びＬ２２の位相が揺動している。そして、光合波部１１４の出力端に位置する点Ｅでは、光Ｌ１１及びＬ１２が合波されることにより位相差πを有するＢＰＳＫ信号が生成される。同様に、光合波部１２４の出力端に位置する点Ｆでは、光Ｌ２１及びＬ２２が合波されることにより位相差πを有するＢＰＳＫ信号が生成される。
【００１３】
上述したように、第二マッハツェンダー変調器１２０の後段には、位相変化部１４０が設けられている。これにより、位相変化部１４０の出力端に位置する点Ｇでは、光Ｌ２１及びＬ２２の位相が更にπ／２（ｒａｄ）変化するので、光Ｌ２１及びＬ２２は、光Ｌ１１及びＬ１２に対して更に位相差π／２（ｒａｄ）を有することとなる。したがって、これらの光が全て合波された光合波部１３０の出力端（点Ｈ）では、光Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ１２、及びＬ２２に４つの位相（π／４、３π／４、５π／４、及び７π／４）がそれぞれ割り当てられたＱＰＳＫ信号が生成される。
【００１４】
以上に説明した構成を備える光位相変調器１００において、第１及び第二マッハツェンダー変調器１１０，１２０の光導波路１１２，１１３，１２２，及び１２３の材料として、低駆動電圧化および小型化が可能な化合物半導体（例えばＩｎＰやＧａＡｓ）が用いられることがある。例えば、半導体材料から成る光導波路に量子井戸構造を形成し、量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ；Quantum Confined Stark Effect）による屈折率変化を生じさせることによって、光導波路を伝搬する光の位相を変化させることができる。但し、半導体光導波路におけるそのような作用は、同時に、光導波路を伝搬する光の吸収損失を招く。
【００１５】
ここで、図１３は、印加電圧と位相変化及び吸収損失との関係の一例を示すグラフである。同図において、グラフＧ２１は印加電圧に対する位相変化を示しており、グラフＧ２２は印加電圧に対する吸収損失を示している。これらのグラフＧ２１，Ｇ２２に示されるように、位相変化及び吸収損失の大きさは、印加電圧に対して非線形となる。マッハツェンダー変調器の光導波路が半導体によって構成された場合、印加電圧に対する半導体光導波路のこのような特性によって、以下に説明するような問題が生じる。なお、以下の説明では、第一マッハツェンダー変調器１１０を例示して説明するが、第二マッハツェンダー変調器１２０においても同様の問題が生じる。
【００１６】
比較のため、印加電圧に対して位相が線形に変化する材料（例えばリチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ３））によって光導波路１１２，１１３を構成した場合を考える。これらの光導波路１１２，１１３に対する印加電圧の振幅をＶ（２π）（但し、Ｖ（２π）は光の位相が２π（ｒａｄ）変化する電圧）の１／２に設定し、光導波路１１２への印加電圧Ｖ１１と、光導波路１１３への印加電圧Ｖ１２との間に位相差０，π（ｒａｄ）に相当する電圧差を与えると、印加電圧Ｖ１１，Ｖ１２と光導波路１１２，１１３における位相変化量との関係は、図１４（ａ）に示されるような関係となる。なお、図１４（ａ）において、横軸は印加電圧を示し、縦軸は位相変化量（ｒａｄ）を示している。また、図中の矢印Ａ２１，Ａ２２は印加電圧Ｖ１１，Ｖ１２の変動範囲をそれぞれ示しており、矢印Ａ２３は印加電圧Ｖ１１，Ｖ１２の電圧差（Ｖ（２π）／２すなわちＶ（π））を示している。
【００１７】
図１４（ａ）に示されるように、印加電圧に対して位相が線形に変化する場合には、印加電圧がＶ（２π）の１／２であるときの位相変化量が正確にπ（ｒａｄ）となる。したがって、図１４（ｂ）の信号空間ダイヤグラムに示されるように、ビット値１を表現する際における位相差を正確にπ（ｒａｄ）とすることができる。
【００１８】
これに対し、光導波路１１２，１１３が半導体材料から成る場合には、印加電圧に対して位相が非線形に変化する（図１３を参照）。その場合、図１４（ａ）と同様の印加電圧を光導波路１１２，１１３に与えると、印加電圧Ｖ１１，Ｖ１２と光導波路１１２，１１３における位相変化量との関係は、図１５（ａ）に示されるような関係となる。同図に示されるように、印加電圧に対して位相が非線形に変化する場合には、印加電圧がＶ（２π）の１／２であるときの位相変化量が正確にπ（ｒａｄ）とならず、或る値Φ（≠π）となる。したがって、図１５（ｂ）の信号空間ダイヤグラムに示されるように、ビット値１を表現する際における位相差がΦ（ｒａｄ）となってしまい、正確にπ（ｒａｄ）とならない。
【００１９】
図１６は、ＱＰＳＫ方式の光位相変調器１００において、印加電圧に対して位相が線形に変化する場合（図１６（ａ））と、非線形に変化する場合（図１６（ｂ））とのそれぞれにおける、出力コンスタレーションの一例を示す図である。なお、図１６において、正確にπ／２（ｒａｄ）間隔で位相が割り当てられた場合の各光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１及びＬ２２の位置（理論位置）を＋印で示している。
【００２０】
印加電圧に対して位相が線形に変化する場合、図１６（ａ）に示されるように、出力信号光Ｌｏｕｔに含まれる各光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１及びＬ２２には、π／２（ｒａｄ）間隔の位相が高い精度で割り当てられる。これに対し、印加電圧に対して位相が非線形に変化する場合、図１６（ｂ）に示されるように、出力信号光Ｌｏｕｔに含まれる各光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１及びＬ２２には位相がπ／２（ｒａｄ）間隔で正確に割り当てられず、各光の位相に歪みが生じることとなる。ここで、図１６（ｂ）における各光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１及びＬ２２を示す点のうち、理論位置（＋印）から最も離れた点（図１６（ｂ）においては第一象限に位置する点）が原点に最も近寄っており、その点と原点との距離（すなわち振幅）と、図１６（ａ）においてこの点に対応する第一象限の点から原点までの距離（振幅）との比をペナルティとみなすと、この値として３．９ｄＢが得られた。
【００２１】
なお、上記ペナルティの具体的な算出方法の例は、次のとおりである。図１７は、ペナルティの算出方法を説明するための図である。図１７（ａ）は、印加電圧に対して位相が線形に変化する場合における出力コンスタレーションを示しており、Ｒｅ軸方向における振幅（Ｑチャネルの振幅）をＸ、Ｉｍ軸方向における振幅（Ｉチャネルの振幅）をＹで表している。また、図１７（ｂ）は、印加電圧に対して位相が非線形に変化する場合における出力コンスタレーションを示しており、Ｒｅ軸方向における振幅（Ｑチャネルの振幅）をＡ、Ｉｍ軸方向における振幅（Ｉチャネルの振幅）をＢで表している。このとき、各データシンボルのペナルティＰは例えば以下の数式（１）または（２）によって算出される。
Ｐ＝−２０ｌｏｇ（Ａ／Ｘ）  ・・・（１）
Ｐ＝−２０ｌｏｇ（Ｂ／Ｙ）  ・・・（２）
そして、全データシンボルの中で最も大きなペナルティ（すなわち、理論位置（＋印）から最も離れた点における位相のずれ）をその送信データ列のペナルティとみなすとよい。
【００２２】
光位相変調器の光導波路が半導体で構成される場合、印加電圧に対して位相が非線形に変化するので、上述したような位相歪みに起因する伝送品質の劣化が問題となる。
【００２３】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、光導波路が半導体から成る場合に位相歪みを低減することができる半導体光位相変調器及びその駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上述した課題を解決するために、本発明による第一半導体光位相変調器は、半導体からなる一対の光導波路を有し、一対の光導波路に対する電圧の印加により、入力光に対して位相差π（ｒａｄ）の二値位相変調を行うマッハツェンダー変調器を備え、マッハツェンダー変調器が、一対の光導波路のうち一方の光導波路を伝搬する光の位相をπ（ｒａｄ）変化させる位相変化部を有する。
【００２５】
また、第一半導体光位相変調器では、位相変化部が、半導体からなる光導波路と、該光導波路に対する電圧の印加により該光導波路を伝搬する光の位相を変化させる電極とを含んでもよい。
【００２６】
また、第一半導体光位相変調器では、位相変化部が、一方の光導波路を伝搬する光の光路長を、一対の光導波路のうち他方の光導波路を伝搬する光の光路長よりも長くする光導波路部分を含んでもよい。
【００２７】
また、本発明による第二半導体光位相変調器は、四値位相偏移変調方式の半導体光位相変調器であって、入力光を第１及び第二光に分岐する光分岐部と、半導体からなる一対の光導波路を有し、一対の光導波路に対する電圧の印加により、光分岐部から出力された第一光に対して位相差π（ｒａｄ）の二値位相変調を行う第一マッハツェンダー変調器と、半導体からなる一対の光導波路を有し、一対の光導波路に対する電圧の印加により、光分岐部から出力された第二光に対して位相差π（ｒａｄ）の二値位相変調を行う第二マッハツェンダー変調器と、第一マッハツェンダー変調器から出力された第一光の位相をπ／２（ｒａｄ）変化させる第一位相変化部と、第一位相変化部から出力された第一光と、第二マッハツェンダー変調器から出力された第二光とを合波する光合波部とを備え、第１及び第二マッハツェンダー変調器が、一対の光導波路のうち一方の光導波路を伝搬する光の位相をπ（ｒａｄ）変化させる第二位相変化部を有する。
【００２８】
また、第二半導体光位相変調器は、第二位相変化部が、半導体からなる光導波路と、該光導波路に対する電圧の印加により該光導波路を伝搬する光の位相を変化させる電極とを含んでもよい。
【００２９】
また、第二半導体光位相変調器は、第二位相変調部が、一方の光導波路を伝搬する光の光路長を、一対の光導波路のうち他方の光導波路を伝搬する光の光路長よりも長くする光導波路部分を含んでもよい。
【００３０】
また、本発明による第三半導体光位相変調器は、四値位相偏移変調方式の半導体光位相変調器であって、入力光を第１及び第二光に分岐する光分岐部と、半導体からなる一対の光導波路を有し、一対の光導波路に対する電圧の印加により、光分岐部から出力された第一光に対して位相差π（ｒａｄ）の二値位相変調を行う第一マッハツェンダー変調器と、半導体からなる一対の光導波路を有し、一対の光導波路に対する電圧の印加により、光分岐部から出力された第二光に対して位相差π（ｒａｄ）の二値位相変調を行う第二マッハツェンダー変調器と、第一マッハツェンダー変調器から出力された第一光と、第二マッハツェンダー変調器から出力された第二光とを合波する光合波部とを備え、第一マッハツェンダー変調器が、一対の光導波路のうち一方の光導波路を伝搬する光の位相をπ（ｒａｄ）変化させる第三位相変化部を有し、第二マッハツェンダー変調器が、一対の光導波路のうち一方の光導波路を伝搬する光の位相を３π／２（ｒａｄ）変化させる第四位相変化部と、一対の光導波路のうち他方の光導波路を伝搬する光の位相をπ／２（ｒａｄ）変化させる第５の位相変化部とを有する。
【００３１】
また、第三半導体光位相変調器は、第３、第４及び第５の位相変化部が、半導体からなる光導波路と、該光導波路に対する電圧の印加により該光導波路を伝搬する光の位相を変化させる電極とを含んでもよい。
【００３２】
また、第三半導体光位相変調器は、第三位相変調部が、第一マッハツェンダー変調器の一方の光導波路を伝搬する光の光路長を、第一マッハツェンダー変調器の他方の光導波路を伝搬する光の光路長よりも位相π（ｒａｄ）に相当する長さだけ長くする第一光導波路部分を含み、第四位相変調部は、第二マッハツェンダー変調器の一方の光導波路を伝搬する光の光路長を、第一マッハツェンダー変調器の他方の光導波路を伝搬する光の光路長よりも位相３π／２（ｒａｄ）に相当する長さだけ長くする第二光導波路部分を含み、第５の位相変調部は、第二マッハツェンダー変調器の他方の光導波路を伝搬する光の光路長を、第一マッハツェンダー変調器の他方の光導波路を伝搬する光の光路長よりも位相π／２（ｒａｄ）に相当する長さだけ長くする第三光導波路部分を含んでもよい。
【００３３】
また、本発明による半導体光位相変調器の駆動方法は、上記のうちいずれかの半導体光位相変調器を駆動する方法であって、マッハツェンダー変調器において二値位相変調を行う際に、一対の光導波路のうち一方の光導波路に印加する電圧の範囲と、他方の光導波路に印加する電圧の範囲とを互いに等しくする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明による半導体光位相変調器及びその駆動方法によれば、光導波路が半導体から成る場合に位相歪みを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体光位相変調器として、マッハツェンダー変調器の基本的構成を概略的に示す平面図である。
【図２】図２（ａ）は、マッハツェンダー変調器においてＢＰＳＫ変調を行う際の、印加電圧と位相変化量との関係を示すグラフである。図２（ｂ）は、光合波部から出力される光の位相の極座標表示（信号空間ダイヤグラム）を示す図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係る半導体光位相変調器の構成を示す図である。
【図４】図４は、第２実施形態の光位相変調器における出力コンスタレーションの一例を示す図である。
【図５】図５は、第１変形例に係る半導体光位相変調器の構成を示す図である。
【図６】図６は、第１変形例の光位相変調器における出力コンスタレーションの一例を示す図である。
【図７】図７は、第１変形例に係る半導体光位相変調器の更なる変形例を示す図である。
【図８】図８は、光分岐部を拡大して示す平面図である。
【図９】図９は、特許文献１に記載されたマッハツェンダー変調器の構成を示す平面図である。
【図１０】図１０は、図９に示されたマッハツェンダー変調器の入力端、点Ａ、点Ｂ、及び出力端における、信号空間ダイヤグラムを示している。
【図１１】図１１は、光位相変調器の構成の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、図１１に示された光位相変調器の入力端及び各点Ａ〜Ｈにおける、光の位相の極座標表示（信号空間ダイヤグラム）を示す図である。
【図１３】図１３は、印加電圧と位相変化及び吸収損失との関係の一例を示すグラフである。
【図１４】図１４（ａ）は、図１１に示された光位相変調器における印加電圧と位相変化量との関係を示す図である。図１４（ｂ）は、信号空間ダイヤグラムを示す図である。
【図１５】図１５（ａ）は、光導波路が半導体材料から成る場合における、印加電圧と位相変化量との関係を示す図である。図１５（ｂ）は、信号空間ダイヤグラムを示す図である。
【図１６】図１６は、ＱＰＳＫ方式の光位相変調器において、印加電圧に対して位相が線形に変化する場合（図１６（ａ））と、非線形に変化する場合（図１６（ｂ））とのそれぞれにおける、出力コンスタレーションの一例を示す図である。
【図１７】図１７は、ペナルティ算出方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体光位相変調器及びその駆動方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３７】
（第一実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体光位相変調器として、マッハツェンダー変調器の基本的構成を概略的に示す平面図である。マッハツェンダー変調器１０は、入力された光に対し、ビット値０及びビット値１に対応する位相差をそれぞれ０（ｒａｄ）及びπ（ｒａｄ）とするＢＰＳＫを行う。マッハツェンダー変調器１０は、光分岐部１１と、光分岐部１１の２つの出力端のそれぞれに一端が結合された一対の光導波路（アーム）１２及び１３と、光導波路１２及び１３の他端に結合された光合波部１４とを有する。光分岐部１１及び光合波部１４は、例えばマルチモード干渉（ＭＭＩ）光結合器によって好適に構成される。また、光導波路１２及び１３のそれぞれには、電圧印加のための電極１５及び１６が設けられており、印加される電圧の大きさに応じて光導波路１２及び１３の屈折率が変化する。そして、この屈折率変化によって光導波路１２，１３の光路長が変化することにより、光導波路１２，１３を伝搬する光の位相が変化する。
【００３８】
本実施形態のマッハツェンダー変調器１０は、位相変化部１７を更に有する。位相変化部１７は、一対の光導波路１２，１３のうち一方の光導波路（本実施形態では光導波路１３）に設けられ、その光導波路を伝搬する光の位相をπ（ｒａｄ）変化させる。一例では、位相変化部１７は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体からなる光導波路と、該光導波路に対して電圧を印加する電極とを含んでおり、該電極から光導波路への電圧の印加によって、光導波路を伝搬する光の位相をπ（ｒａｄ）変化させる。また、他の一例では、位相変化部１７は、光導波路１３を伝搬する光の光路長を、光導波路１２を伝搬する光の光路長よりも長くする光導波路部分を含んでおり、光導波路１３の光路長を光導波路１２の光路長に比べて位相π（ｒａｄ）に相当する長さだけ長くすることによって、光導波路１３を伝搬する光と光導波路１２を伝搬する光との間にπ（ｒａｄ）の位相差を生じさせる。なお、位相変化部１７の構成はこれらに限られるものではなく、光導波路を伝搬する光の位相をπ（ｒａｄ）変化させ得るものであれば、他の構成が適用されてもよい。
【００３９】
このマッハツェンダー変調器１０の動作について説明する。マッハツェンダー変調器１０に光Ｌｉｎ１が入力されると、光Ｌｉｎ１は、光分岐部１１によって２つの光Ｌ１１（第一光）及び光Ｌ１２（第二光）に分波される。そして、光Ｌ１１はマッハツェンダー変調器１０の一方のアームに入力され、光Ｌ１２はマッハツェンダー変調器１０の他方のアームに入力される。すなわち、光Ｌ１２は光導波路１３を伝搬し、位相変化部１７に入力される。位相変化部１７は、光Ｌ１２に対してπ（ｒａｄ）の位相変化を与える。従って、この時点で光Ｌ１１と光Ｌ１２との間にはπ（ｒａｄ）の位相差が生じる。
【００４０】
位相変化部１７から出力された光Ｌ１２は、光導波路１３を伝搬する。この光Ｌ１２の位相は、電極１６からの電圧印加により変化する。他方、光Ｌ１１は、光導波路１２を伝搬する。この光Ｌ１１の位相は、電極１５からの電圧印加により変化する。このとき、例えばビット値０を表現する際には、光Ｌ１１と光Ｌ１２との位相差が０（ｒａｄ）となるような電圧Ｖ１１，Ｖ１２が、電極１５，１６にそれぞれ印加される。また、ビット値１を表現する際には、光Ｌ１１と光Ｌ１２との位相差がπ（ｒａｄ）となるような電圧Ｖ１１，Ｖ１２が、電極１５，１６にそれぞれ印加される。
【００４１】
ここで、図２（ａ）は、マッハツェンダー変調器１０においてＢＰＳＫ変調を行う際の、印加電圧と位相変化量との関係を示すグラフである。なお、図２（ａ）において、グラフＧ１１は一方のアーム（光導波路１２）における関係を示しており、グラフＧ１２は他方のアーム（光導波路１３）における関係を示している。また、図中の矢印Ａ１１は一方のアーム（光導波路１２）における印加電圧Ｖ１１の変動範囲を示しており、矢印Ａ１２は他方のアーム（光導波路１３）における印加電圧Ｖ１２の変動範囲を示している。
【００４２】
図２（ａ）に示されるように、本実施形態では、光導波路１２への印加電圧Ｖ１１、及び光導波路１３への印加電圧Ｖ１２の電圧範囲（振幅）は互いに等しく、共にＶ（π）（但し、Ｖ（π）は光の位相がπ（ｒａｄ）変化する電圧）に設定される。そして、ビット値０を表現する際には、印加電圧Ｖ１２としてＶ（π）が印加されることにより、光Ｌ１２の位相は位相変化部１７による変化量（π（ｒａｄ））に加えて更にπ（ｒａｄ）位相が変化し、最終的に２π（ｒａｄ）変化する。一方、印加電圧Ｖ１１は０に設定され、光Ｌ１１の位相は変化しない。これにより、光Ｌ１１と光Ｌ１２を合成した光の位相は０（ｒａｄ）となる。また、ビット値１を表現する際には、印加電圧Ｖ１２は０に設定され、光Ｌ１２の位相変化は位相変化部１７による位相変化（π（ｒａｄ））のみとなる。一方、印加電圧Ｖ１１としてＶ（π）が印加されることにより、光Ｌ１１の位相はπ（ｒａｄ）変化する。これにより、光Ｌ１１と光Ｌ１２を合成した光の位相はπ（ｒａｄ）となる。こうして位相変調された光Ｌ１１及びＬ１２は、光合波部１４によって合波され、ＢＰＳＫ信号として出力される。
【００４３】
本実施形態のマッハツェンダー変調器１０では、光導波路１３を伝搬する光Ｌ１２に対し、位相変化部１７によってπ（ｒａｄ）の位相変化が与えられるので、図２（ａ）に示されるように、光Ｌ１２の位相は０〜Ｖ（π）の変調電圧に応じてπ（ｒａｄ）と２π（ｒａｄ）との間を遷移する。このため、印加電圧が０のときの位相変化量が、正確にπ（ｒａｄ）となる。他方、光導波路１２を伝搬する光Ｌ１１の位相は、０〜Ｖ（π）の変調電圧に応じて０（ｒａｄ）とπ（ｒａｄ）との間を遷移する。このため、印加電圧がＶ（π）のときの位相変化量が、正確にπ（ｒａｄ）となる。
【００４４】
ここで、図２（ｂ）は、光合波部１４から出力される光の位相の極座標表示（信号空間ダイヤグラム）を示す図である。図１５（ｂ）に示された信号空間ダイヤグラムとは異なり、図２（ｂ）では、ビット値０及び１を表現する際における位相差をそれぞれ正確に０，π（ｒａｄ）とすることができる。このように、本実施形態のマッハツェンダー変調器１０によれば、半導体光導波路における位相変化の非線形性に拘わらず、位相歪みを効果的に低減することができる。
【００４５】
（第二実施の形態）
図３は、第２実施形態に係る半導体光位相変調器１Ａの構成を示す図である。図３に示される光位相変調器１Ａは、被変調光Ｌｉｎを入力する光入力端２と、ＱＰＳＫ変調後の出力信号光Ｌｏｕｔを出力する光出力端３とを備える。光入力端２には光分岐部４が結合されており、光入力端２から入力された被変調光Ｌｉｎは、光分岐部４によって２つの光Ｌｉｎ１及びＬｉｎ２に分波される。
【００４６】
光分岐部４の一方の出力端には、第一マッハツェンダー変調器２０が結合されている。第一マッハツェンダー変調器２０は、図１に示されたマッハツェンダー変調器１０を具体化した構成を備えている。つまり、第一マッハツェンダー変調器２０は、光分岐部４の一方の出力端に結合された光分岐部２１と、光分岐部２１の２つの出力端のそれぞれに一端が結合された一対の光導波路２２及び２３と、光導波路２２及び２３の他端に結合された光合波部２４とを有する。光導波路２２及び２３のそれぞれには、電圧印加のための電極２５及び２６が設けられており、印加される電圧の大きさに応じて光導波路２２及び２３の屈折率が変化する。そして、この屈折率変化によって光導波路２２，２３の光路長が変化することにより、光導波路２２，２３を伝搬する光の位相が変化する。
【００４７】
また、第一マッハツェンダー変調器２０は、位相変化部２７を更に有する。位相変化部２７は、本実施形態における第二位相変化部であり、一対の光導波路２２，２３のうち一方の光導波路（本実施形態では光導波路２３）に設けられ、その光導波路を伝搬する光の位相をπ（ｒａｄ）変化させる。位相変化部２７は、半導体からなる光導波路２３と、光導波路２３に対して所定電圧Ｖ１３を常に印加する電極２８とを含んでおり、電極２８から光導波路２３への電圧Ｖ１３の印加によって、光導波路２３を伝搬する光の位相を常にπ（ｒａｄ）だけ変化させる。
【００４８】
第一マッハツェンダー変調器２０は、図１に示されたマッハツェンダー変調器１０と同様の動作を行うことによって、光分岐部４から出力された光Ｌｉｎ１に対し、ビット値０及びビット値１に対応する位相差をそれぞれ０（ｒａｄ）及びπ（ｒａｄ）とするＢＰＳＫ変調を行う。位相変調された光Ｌ１１及びＬ１２は、光合波部２４によって合波される。
【００４９】
光分岐部４の他方の出力端には、第二マッハツェンダー変調器３０が結合されている。第二マッハツェンダー変調器３０は、第一マッハツェンダー変調器２０と同様の構成を備えている。つまり、第二マッハツェンダー変調器３０は、光分岐部４の他方の出力端に結合された光分岐部３１と、光分岐部３１の２つの出力端のそれぞれに一端が結合された一対の光導波路３２及び３３と、光導波路３２及び３３の他端に結合された光合波部３４とを有する。光導波路３２及び３３のそれぞれには、電圧印加のための電極３５及び３６が設けられており、印加される電圧の大きさに応じて光導波路３２及び３３の屈折率が変化する。そして、この屈折率変化によって光導波路３２，３３の光路長が変化することにより、光導波路３２，３３を伝搬する光の位相が変化する。
【００５０】
また、第二マッハツェンダー変調器３０は、位相変化部３７を更に有する。位相変化部３７は、本実施形態における第二位相変化部であり、一対の光導波路３２，３３のうち一方の光導波路（本実施形態では光導波路３３）に設けられ、その光導波路を伝搬する光の位相をπ（ｒａｄ）変化させる。位相変化部３７は、半導体からなる光導波路３３と、光導波路３３に対して所定電圧Ｖ１３を常に印加する電極３８とを含んでおり、電極３８から光導波路３３への電圧Ｖ１３の印加によって、光導波路３３を伝搬する光の位相を常にπ（ｒａｄ）だけ変化させる。
【００５１】
第二マッハツェンダー変調器３０は、図１に示されたマッハツェンダー変調器１０と同様の動作を行うことによって、光分岐部４から出力された光Ｌｉｎ２に対し、ビット値０及びビット値１に対応する位相差をそれぞれ０（ｒａｄ）及びπ（ｒａｄ）とするＢＰＳＫ変調を行う。位相変調された光Ｌ２１及びＬ２２は、光合波部３４によって合波される。
【００５２】
第一マッハツェンダー変調器２０の光合波部２４の出力端は、光合波部５の一方の入力端に直接結合されている。これに対し、第二マッハツェンダー変調器３０の光合波部３４の出力端は、位相変化部４０を介して光合波部５の他方の入力端に結合されている。位相変化部４０は、本実施形態における第一位相変化部であり、光導波路４１と、光導波路４１上に設けられた電極４２とを有しており、電極４２に所定電圧Ｖ３が印加されることによって、光導波路４１を伝搬する光Ｌ２１及びＬ２２に対してπ／２（ｒａｄ）の位相変化を与える。これにより、位相変化部４０の出力端では、光Ｌ２１及びＬ２２の位相が更にπ／２（ｒａｄ）変化するので、光Ｌ２１及びＬ２２は、光Ｌ１１及びＬ１２に対して更に位相差π／２（ｒａｄ）を有することとなる。したがって、これらの光が全て合波された光合波部５の出力端では、光Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ１２、及びＬ２２に４つの位相（π／４、３π／４、５π／４、及び７π／４）がそれぞれ割り当てられたＱＰＳＫ信号が生成される。
【００５３】
光合波部５の出力端は、光出力端３に結合されている。光合波部２４から出力された光Ｌ１１及びＬ１２、並びに位相変化部４０から出力された光Ｌ２１及びＬ２２は、光合波部５によって合波され、ＱＰＳＫ変調が為された出力信号光Ｌｏｕｔとして、光出力端３から出力される。
【００５４】
以上の構成を備える半導体光位相変調器１Ａでは、第一マッハツェンダー変調器２０及び第二マッハツェンダー変調器３０が、図１に示されたマッハツェンダー変調器１０の構成を有する。したがって、これらのマッハツェンダー変調器２０，３０では、ビット値０及び１を表現する際における位相差をそれぞれ正確に０，π（ｒａｄ）とすることができる。これにより、出力信号光Ｌｏｕｔに含まれる光Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ１２、及びＬ２２の４つの位相（π／４、３π／４、５π／４、及び７π／４）の位相歪みを低減することができ、伝送品質を高めることができる。
【００５５】
ここで、図４は、本実施形態の光位相変調器１Ａにおける出力コンスタレーションの一例を示す図である。なお、図４において、正確にπ／２（ｒａｄ）間隔で位相が割り当てられた場合の各光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１及びＬ２２の位置（理論位置）を＋印で示している。
【００５６】
図４に示されるように、本実施形態では、出力信号光Ｌｏｕｔに含まれる各光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１及びＬ２２には、π／２（ｒａｄ）間隔の位相が高い精度で割り当てられる。ここで、図４における各光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１及びＬ２２を示す点のうち、理論位置（＋印）から最も離れた点における位相のずれを前述した方法によりペナルティとして算出した結果、１．１ｄＢであった。この数値は、図１６（ｂ）において算出された数値（３．９ｄＢ）と比較して、極めて小さな値である。このように、本実施形態によれば、位相歪みを効果的に低減することができる。
【００５７】
（第一変形例）
図５は、第２実施形態に係る半導体光位相変調器１Ａの第１変形例として、半導体光位相変調器１Ｂの構成を示す図である。図５に示される光位相変調器１Ｂと第２実施形態に係る半導体光位相変調器１Ａとの相違点は、各マッハツェンダー変調器が有する位相変化部の具体的構成である。すなわち、本変形例では、第一マッハツェンダー変調器２０が、図３に示された位相変化部２７に代えて位相変化部２９を有し、第二マッハツェンダー変調器３０が、図３に示された位相変化部３７に代えて位相変化部３９を有する。なお、位相変化部２９，３９は、本変形例における第二位相変化部である。
【００５８】
位相変化部２９は、光導波路２３を伝搬する光Ｌ１２の光路長を、光導波路２２を伝搬する光Ｌ１１の光路長よりも長くする光導波路部分２９ａを含んでおり、光導波路２３の光路長を光導波路２２の光路長に比べて位相π（ｒａｄ）に相当する長さだけ長くすることによって、光導波路２２を伝搬する光Ｌ１１と光導波路２３を伝搬する光Ｌ１２との間にπ（ｒａｄ）の位相差を常に生じさせる。同様に、位相変化部３９は、光導波路３３を伝搬する光Ｌ２２の光路長を、光導波路３２を伝搬する光Ｌ２１の光路長よりも長くする光導波路部分３９ａを含んでおり、光導波路３３の光路長を光導波路３２の光路長に比べて位相π（ｒａｄ）に相当する長さだけ長くすることによって、光導波路３２を伝搬する光Ｌ２１と光導波路３３を伝搬する光Ｌ２２との間にπ（ｒａｄ）の位相差を常に生じさせる。
【００５９】
また、本変形例の光位相変調器１Ｂは、図３に示された位相変化部４０に代えて、位相変化部５０を有する。位相変化部５０は、本変形例における第一位相変化部であり、光導波路部分５０ａを含んでいる。光導波路部分５０ａは、光合波部３４から光合波部５まで延びる光導波路の光路長を、光合波部２４から光合波部５まで延びる光導波路の光路長と比較して、位相π／２（ｒａｄ）に相当する長さだけ長くする部分である。これにより、光合波部５に達する光Ｌ２１，Ｌ２２は、光合波部５に達する光Ｌ１１，Ｌ１２に対して更に位相差π／２（ｒａｄ）を有することとなる。したがって、これらの光が全て合波された光合波部５の出力端では、光Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ１２、及びＬ２２に４つの位相（π／４、３π／４、５π／４、及び７π／４）がそれぞれ割り当てられたＱＰＳＫ信号が好適に生成される。
【００６０】
以上の構成を備える半導体光位相変調器１Ｂでは、第２実施形態と同様に、第一マッハツェンダー変調器２０及び第二マッハツェンダー変調器３０が、図１に示されたマッハツェンダー変調器１０の構成を有する。したがって、これらのマッハツェンダー変調器２０，３０では、ビット値０及び１を表現する際における位相差をそれぞれ正確に０，π（ｒａｄ）とすることができる。これにより、出力信号光Ｌｏｕｔに含まれる光Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ１２、及びＬ２２の４つの位相（π／４、３π／４、５π／４、及び７π／４）の位相歪みを低減することができ、伝送品質を高めることができる。
【００６１】
ここで、図６は、本変形例の光位相変調器１Ｂにおける出力コンスタレーションの一例を示す図である。なお、図６においても、図４と同様に各光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１及びＬ２２の理論位置が＋印で示されている。図６に示されるように、本変形例においても、出力信号光Ｌｏｕｔに含まれる各光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１及びＬ２２には、π／２（ｒａｄ）間隔の位相が高い精度で割り当てられる。図６における各光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１及びＬ２２を示す点のうち、理論位置（＋印）から最も離れた点における位相のずれを前述した方法によりペナルティとして算出した結果、０．４ｄＢであった。この数値は、図４において算出された数値（１．１ｄＢ）よりも更に小さな値である。このように、本変形例によれば、位相歪みを効果的に低減することができる。なお、この０．４ｄＢという数値は、変調電圧の印加により光導波路２２，２３，３２，及び３３において発生する吸収損失によるものと考えられる。
【００６２】
また、本変形例の位相変化部２９，３９及び５０のように、光導波路の長さによって位相変化を生じさせることにより、第２実施形態と比較して、電圧印加による吸収損失の増大を回避することができる。したがって、本変形例の半導体光位相変調器１Ｂによれば、第２実施形態の半導体光位相変調器１Ａと比較して、吸収損失に起因する伝送品質の劣化を抑えることができる。
【００６３】
なお、本変形例では、位相変化部２９，３９及び５０の全てにおいて光導波路部分２９ａ，３９ａ及び５０ａが設けられているが、位相変化部２９，３９及び５０のうち一部にのみ光導波路部分を設け、他の位相変化部を、第２実施形態のように光導波路に電圧を印加する構成としてもよい。
【００６４】
（第二変形例）
図７は、第１変形例に係る半導体光位相変調器１Ｂの更なる変形例として、半導体光位相変調器１Ｃの構成を示す図である。図７に示される光位相変調器１Ｃと第１変形例に係る半導体光位相変調器１Ｂとの相違点は、第一位相変化部の有無、および第二位相変化部の構成である。すなわち、本変形例において、第一マッハツェンダー変調器２０が位相変化部２９を有している点は第１変形例と同様である。しかしながら、本変形例では、第二マッハツェンダー変調器３０が、図５に示された位相変化部３９に代えて位相変化部６０を有しており、加えて、位相変化部６１を更に有する。また、光位相変調器１Ｃは、図５に示された位相変化部５０を備えていない。なお、本変形例において、位相変化部２９は第三位相変化部であり、位相変化部６０は第四位相変化部であり、位相変化部６１は第５の位相変化部である。
【００６５】
位相変化部６０は、光導波路３３を伝搬する光Ｌ２２の光路長を、光導波路２２を伝搬する光Ｌ１１の光路長よりも長くする光導波路部分６０ａを含んでおり、光導波路３３の光路長を光導波路２２の光路長に比べて位相３π／２（ｒａｄ）に相当する長さだけ長くすることによって、光導波路３３を伝搬する光Ｌ２２の位相を３π／２（ｒａｄ）変化させる。これにより、光導波路３３を伝搬する光Ｌ２２と光導波路２２を伝搬する光Ｌ１１との間には、３π／２（ｒａｄ）の位相差が常に生じる。また、位相変化部６１は、光導波路３２を伝搬する光Ｌ２１の光路長を、光導波路２２を伝搬する光Ｌ１１の光路長よりも長くする光導波路部分６１ａを含んでおり、光導波路３２の光路長を光導波路２２の光路長に比べて位相π／２（ｒａｄ）に相当する長さだけ長くすることによって、光導波路３２を伝搬する光Ｌ２１の位相をπ／２（ｒａｄ）変化させる。これにより、光導波路３２を伝搬する光Ｌ２１と光導波路２２を伝搬する光Ｌ１１との間には、π／２（ｒａｄ）の位相差が常に生じる。また、光Ｌ２１と光Ｌ２２との間には、π（ｒａｄ）の位相差が常に生じる。
【００６６】
本変形例では、位相変化部２９，６０及び６１の働きによって、光合波部５に達する光Ｌ２２，Ｌ１２及びＬ２１は、光Ｌ１１に対してそれぞれπ／２（ｒａｄ）、π（ｒａｄ）及び３π／２（ｒａｄ）の位相差を有することとなる。したがって、これらの光が全て合波された光合波部５の出力端では、光Ｌ１１、Ｌ２２，Ｌ１２及びＬ２１に４つの位相（π／４、３π／４、５π／４、及び７π／４）がそれぞれ割り当てられたＱＰＳＫ信号が好適に生成される。
【００６７】
なお、本変形例では位相変化部２９，６０及び６１が光導波路部分２９ａ，６０ａ及び６１ａを含むように構成されているが、位相変化部２９，６０及び６１は、第２実施形態の位相変化部２７，３７，及び４０のように、半導体からなる光導波路と、該光導波路に対する電圧の印加により該光導波路を伝搬する光の位相を変化させる電極とを含み、電圧印加による屈折率変化によって光路長を変化させる構成を有しても良い。
【００６８】
また、上述した第１変形例および第２変形例において、光導波路部分２９ａ，３９ａ，６０ａ，６１ａの光路長は、例えば次のようにして好適に設定される。図８は、光分岐部２１（または３１）を拡大して示す平面図である。前述したように、光分岐部２１，３１は、例えばＭＭＩ光結合器によって好適に構成される。光導波路部分の光路長は、図８に示される光導波路の傾斜部分Ａの長さを変更することによって任意の長さに調整することが可能である。まず、本来の傾斜部分Ａの光路長Ｌに対し、差分ΔＬを与えた場合の光路長Ｌ’は、
Ｌ’＝Ｌ＋２ΔＬ（１−ｃｏｓθ）
となる（但し、θは傾斜部分Ａの傾斜角度である）。現実的な傾斜角θの範囲（０°＜θ＜９０°）では、０＜ｃｏｓθ＜１となり、ΔＬを長くするほど傾斜部分Ａの光路長も長くなることから、光路長差２ΔＬ（１−ｃｏｓθ）での位相変化量は、
ΔΦ＝２ΔＬ（ｎｅｆｆ／λ）
である。ここで、ｎｅｆｆはＩｎＰの実効屈折率である。例えば、ｎｅｆｆ＝３．３、λ＝１５５０ｎｍ、θ＝４５°として、ΔΦ＝π／２、π、及び３π／２を与えるΔＬを計算すると、それぞれ１８０ｎｍ、３７０ｎｍ、及び５５０ｎｍとなる。
【００６９】
なお、このような光導波路部分の光路長の調整は、光分岐部２１，３１と同様にＭＭＩ光結合器によって構成される光合波部２４，３４においても可能である。
【００７０】
（比較例）
図９は、上述した特許文献１に記載されたマッハツェンダー変調器の構成を示す平面図である。このマッハツェンダ変調器２００は、入射光を導波する入射光導波路２０１と、導波光を２本の導波路２０２，２０３へ分波する分岐部２０４と、この分岐部２０４より分岐された２本の導波路２０２，２０３のそれぞれに設けられた位相変調器部２０５，２０６と、２本の導波路２０２，２０３からの出力光を合波する合波部２０７と、合波部２０７からの合波光を導波する出力光導波路２０８とを備える。そして、２つの位相変調器部２０５，２０６の導波路の等価屈折率は互いに異なっており、位相変調器部２０６に信号源２０９からの変調電気信号が印加されていない状態において、２つの位相変調器部２０５，２０６を伝搬した光の位相差はπ（ｒａｄ）となっている。
【００７１】
このマッハツェンダー変調器２００では、マッハツェンダー変調器において所望のチャープ特性を得るために、位相変調用の電極が片側の位相変調器部２０６にのみ配置され、他方の位相変調器部２０５の電極は接地電位に接続されている。すなわち、このマッハツェンダー変調器２００は、位相変調器部２０５及び２０６の半導体光導波路の組成を互いに異ならせることによって、これらの屈折率を互いに異ならせるような構成に限定されたものである。図１０は、図９に示されたマッハツェンダー変調器２００の入力端、点Ａ、点Ｂ、及び出力端における、信号空間ダイヤグラムを示している。同図に示されるように、入力端に入力される被変調光は、単一の位相を有している。そして、導波路２０３の後端に位置する点Ａでは、被変調光から分波された光が変調されることにより、位相０〜π（ｒａｄ）の範囲内で変動する。他方、導波路２０２の後端に位置する点Ｂでは、印加電圧が接地電位に固定されているため、光の位相は、導波路２０２との屈折率差による位相変化量π（ｒａｄ）で一定となる。したがって、図１０に示されるように、出力端における出力信号光の位相は、上記第１実施形態の図２（ｂ）のように変化することは不可能であり、ＢＰＳＫ信号を得ることはできない。このことから、特許文献１に記載されたマッハツェンダー変調器は、第１実施形態及び各変形例に係るマッハツェンダー変調器とはその構成および機能が全く異なるものである。
【００７２】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…半導体光位相変調器、２…光入力端、３…光出力端、４…光分岐部、５…光合波部、１０…マッハツェンダー変調器、１１…光分岐部、１２，１３…光導波路、１４…光合波部、１５，１６…電極、１７…位相変化部、２０…第一マッハツェンダー変調器、２１，３１…光分岐部、２２，２３，３２，３３…光導波路、２４，３４…光合波部、２５，３５…電極、２８，３８…電極、２７，２９，３７，３９，４０，５０，６０，６１…位相変化部、３０…第二マッハツェンダー変調器、５０…位相変化部。
【図１】
2013122546.tif 000003
【図２】
2013122546.tif 000004
【図３】
2013122546.tif 000005
【図４】
2013122546.tif 000006
【図５】
2013122546.tif 000007
【図６】
2013122546.tif 000008
【図７】
2013122546.tif 000009
【図８】
2013122546.tif 000010
【図９】
2013122546.tif 000011
【図１０】
2013122546.tif 000012
【図１１】
2013122546.tif 000013
【図１２】
2013122546.tif 000014
【図１３】
2013122546.tif 000015
【図１４】
2013122546.tif 000016
【図１５】
2013122546.tif 000017
【図１６】
2013122546.tif 000018
【図１７】
2013122546.tif 000019