(57)【要約】      （修正有）【課題】電解吸収型光強度変調器の短い電極長を活かして、集中定数型の光強度変調器においてネガティブチャープ特性を得る光強度変調器を提供する。【解決手段】第１のアーム導波路Ａ１の上に装荷される、外部電気信号を反映して導波する光の位相を変化させる事のできる、光導波路上に電極を形成する事により実現される位相変調器Ｐと、第２のアーム導波路の上に装荷される、外部電気信号を反映して導波する光を吸収、あるいは透過させる光導波路上に電極を形成する事により実現される電界吸収型光強度変調器Ｍとからなるマッハツェンダー干渉計型光強度変調器であって、入力光を２分岐した後、再び合波させる光回路より構成される。【選択図】図６
2013238790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入力導波路と、
第２の入力導波路と、
第１の出力導波路と、
第２の出力導波路と、
前記第１の入力導波路と、前記第２の入力導波路とが２つの入力側にそれぞれ接続された第１の２×２カプラと、
前記第１の出力導波路と、前記第２の出力導波路とが２つの出力側にそれぞれ接続された第２の２×２カプラと、
前記第１の２×２カプラの２つの出力側のうちの１つと、前記第２の２×２カプラの２つの入力側のうちの１つに接続された、第１のアーム導波路と、
前記第１の２×２カプラの２つの出力側のうちの前記第１のアーム導波路と接続されていない側と、前記第２の２×２カプラの２つの入力側のうちの前記第１のアーム導波路と接続されていない側に接続された、第２のアーム導波路と、
前記第１のアーム導波路の上に装荷される、外部電気信号を反映して導波する光の位相を変化させる事のできる、光導波路上に電極を形成する事により実現される位相変調器と、
前記第２のアーム導波路の上に装荷される、外部電気信号を反映して導波する光を吸収、あるいは透過させる光導波路上に電極を形成する事により実現される電界吸収型光強度変調器と
からなる入力光を２分岐した後、再び合波させる光回路より構成される事を特徴とするマッハツェンダー干渉計型光強度変調器。
【請求項２】
前記マッハツェンダー干渉計型光強度変調器を構成する電界吸収型光強度変調器の透過率の最大値をＰｍａｘ、最小値をＰｍｉｎとすると、ＰｍａｘとＰｍｉｎの比が１ｄＢ以上である事を特徴とする請求項１に記載のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器。
【請求項３】
前記マッハツェンダー干渉計型光強度変調器を構成する電界吸収型光強度変調器を透過する光の強度がＰｍａｘ、またはＰｍｉｎの時の前記第１の出力導波路からの出力強度をそれぞれＰｏｆｆ、Ｐｏｎとすると、Ｐｏｎ＞Ｐｏｆｆであり、ＰｏｆｆとＰｏｎの比が１ｄＢ以上である事を特徴とする請求項２に記載のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器。
【請求項４】
前記第１の２×２カプラと前記第２の２×２カプラが同じ分岐比を有し、前記同じ分岐比が５０:５０から６５:３５の範囲で調整されている事を特徴とする請求項３に記載のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器。
【請求項５】
前記マッハツェンダー干渉計型光強度変調器を構成する電界吸収型光強度変調器が光を吸収するように前記電界吸収型光強度変調器に電圧を印加すると光出力が増加し、前記電界吸収型光強度変調器が光を吸収せずに、光を透過するように前記電界吸収型光強度変調器に電圧を印加すると光出力が減衰することを特徴とする請求項１に記載のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器。
【請求項６】
第１の入力導波路と、
第１の出力導波路と、
前記第１の入力導波路が入力側に接続された第１の１×２カプラと、
前記第１の出力導波路が出力側に接続された第１の２×１カプラと、
前記第１の１×２カプラの２つの出力側のうちの１つと、前記第１の２×１カプラの２つの入力側のうちの１つに接続された、第１のアーム導波路と、
前記第１の１×２カプラの２つの出力側のうちの前記第１のアーム導波路と接続されていない側と、前記第１の２×１カプラの２つの入力側のうちの前記第１のアーム導波路と接続されていない側に接続された、第２のアーム導波路と、
前記第１のアーム導波路の上に装荷される、外部電気信号を反映して導波する光の位相を変化させる事のできる、光導波路上に電極を形成する事により実現される位相変調器と、
前記第２のアーム導波路の上に装荷される、外部電気信号を反映して導波する光を吸収、あるいは透過させる光導波路上に電極を形成する事により実現される電界吸収型光強度変調器と
からなる入力光を２分岐した後、再び合波させる光回路より構成される事を特徴とするマッハツェンダー干渉計型光強度変調器。
【請求項７】
波長が異なるＮ個の光源と、
Ｎ個の請求項１に記載のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器であって、前記Ｎ個の光源から入力光がそれぞれ入力される、マッハツェンダー干渉計型光強度変調器と、
前記Ｎ個のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器の出力側が入力側にそれぞれ接続された、Ｎ×１合波器と
からなることを特徴とする波長分割多重送信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光デバイスに関し、より詳しくは、光強度を変調する光強度変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の光通信の伝送速度の更なる高速化の要求に対して、光強度のオン・オフを高速に切り替える事ができる光強度変調器が必要とされている。
【０００３】
しかしながら、一般に光強度変調器において光強度のオン・オフを生成すると、該当の光強度のオン・オフの切り替えに伴って被変調光の周波数が変化してしまうチャーピングと呼ばれる現象が生じる（非特許文献１）。このチャーピング特性は光通信の品質を考える上で重要である。
【０００４】
従って、光強度のオン・オフを高速に切り替えつつ、このチャーピング特性を制御できる光強度変調器が必要とされている。以下にこの詳細を述べる。
【０００５】
光強度変調器の種類として、光導波路に電界を印加することで導波路材料に光を吸収させる電界吸収型光強度変調器（ＥＡＭ）と、マッハツェンダー干渉計導波路の一部の屈折率を制御し、光の結像位置を変化させることで光強度の強弱を得るマッハツェンダー干渉計型の光強度変調器（ＭＺＭ）とが挙げられる。作製の容易さや被変調光へ及ぼす影響等、それぞれ特徴を有しているが、上述のチャーピング特性についても両者の間で違いがある。
【０００６】
ＥＡＭとＭＺＭのチャーピング特性の違いについて述べる前に、まず光強度変調器一般のチャーピングの原理とその定式化について述べる。チャーピングの発現は、光強度変調器を通じて被変調光の強度だけでなくその位相も変化する事に起因する。角周波数ω０の光を、強度減衰係数変化α、位相変化φを与える光強度変調器に入力する事を考えると被変調光の電界Ｅ（ｔ）は次の様に表される。
【０００７】
【数１】
2013238790.tif 000003
【０００８】
ここで、位相変化φは光強度変調器中の屈折率が増加するに従って増加し、角周波数による位相変化ω０ｔとは逆の符号になる。α、φは時間的に変化する変調器に加えられる電気信号によって制御されるので時間の関数と見なすことができる。この時、見かけの角周波数ωは（１）式の位相項ω０ｔ−φの時間変化で与えられ、
【０００９】
【数２】
2013238790.tif 000004
【００１０】
となる。これは例えば、光強度変調器のオン・オフの切り替えに伴って、屈折率が時間的に増加する場合、被変調光の周波数が減少する事を意味するのであり、これがチャーピングと呼ばれる現象である。
【００１１】
チャーピングは次式で定義されるチャーピングパラメータＣによって定量的に定義される。
【００１２】
【数３】
2013238790.tif 000005
【００１３】
以上は数式によるチャーピングの表現であるが、チャーピングを表現するにあたって、光強度変調器からの電界を複素平面上のベクトルで表現する手法もよく用いられる。図１は光強度変調器から出力される光の電界を複素平面上にて表した図である。光が変調される事は電界ベクトルのノルムが変化する事に等しい。図１では電界のノルムが小さくなりながら、すなわちαが増加しながら、位相φが増加しているので式（３）においてＣ＞０である光強度変調を表している。以上がチャーピングの原理と定式化である。
【００１４】
チャーピング特性はチャーピングパラメータＣの正負にて大別され、Ｃ＞０の時はポジティブチャープ、逆にＣ＜０の時はネガティブチャープと呼ばれる。図１ にて示した様に、光強度変調器において光強度が減少する時に位相が増加し、逆に光強度が増加するときに位相が減少する光変調はＣ＞０となり、これはポジティブチャープとなる。一般に光通信ではネガティブチャープが有用とされ、−１＜Ｃ＜０程度が望ましいとされている。
【００１５】
次にＭＺＭとＥＡＭの違いについて述べる。図２にＥＡＭの構造を示す。図２に示す様にＥＡＭは光導波路１に電極２を装荷するのみの簡単な構造である。電極２に電圧を印加し、光導波路１の減衰係数を変化させる事で光強度変調を行う。これは式（１）にて主にαを制御する事を意味する。ただし、実際には電圧の印加に伴って導波路の屈折率も変化する事からαのみでなくφも変化し、式（３）の定義からチャーピングパラメータＣ は有限の値となる。一般にＥＡＭはポジティブチャープの光強度変調器である。
【００１６】
上述の通り、ポジティブチャープは光通信にとっては好ましくない特性ではあるが、ＥＡＭはその簡素な構成が長所であり特に電極が１００μｍ−３００μｍ程度とＭＺＭと比較して短い事が有利である。電気素子一般において電極が大きいと、寄生容量の観点から高周波動作には不利である。ＥＡＭは短い電極長で式（１）のαを応用上十分な量を制御できるため素子の高速動作に向いているという利点がある。
【００１７】
次にＭＺＭについて述べる。図３はＭＺＭの構造を示したものである。一般にＭＺＭは２つの入力導波路Ｉ１、Ｉ２、２つの出力導波路Ｏ１、Ｏ２、２つの２×２カプラＣ１、Ｃ２、２×２カプラの間の２つのアーム導波路Ａ１、Ａ２、それぞれのアーム導波路上に装荷される２つの光位相変調器Ｐ１、Ｐ２より構成される。実際には、図４ に示す様に入力導波路Ｉ、出力導波路Ｏ、１×２カプラＣ１’、及び２×１カプラＣ２’、Ｃ１’、Ｃ２’間に配置される二つのアーム導波路Ａ１’、Ａ２’、これらのアーム導波路上に配置される光位相変調器Ｐ１’、Ｐ２’によってでも構成は可能であるが、ここでは２×２カプラを用いて説明する。
【００１８】
ＭＺＭはＥＡＭと異なり、光回路において分岐・合波を用いて光のオン・オフを得るので次に示す伝達行列によって特性を記述すると便利である。
【００１９】
【数４】
2013238790.tif 000006
【００２０】
ｔ１、ｔ２ は図３にて示した様にそれぞれ出力導波路Ｏ１、Ｏ２からの出力を表す。また、Ｋ１、Ｋ２についても図３に示す通り、カプラＣ１とＣ２において、入力された光の電力が入力された導波路に対してはす向かいの導波路に結合する割合を示したものである。通常ＭＺＭは対称な分岐比を持つカプラにより構成されるのでＫ１＝０．５、Ｋ２＝０．５となる。また、α１、α２、φ１、φ２はアーム導波路Ａ１、Ａ２上の光位相変調器Ｐ１、Ｐ２に印加される外部電気信号によって変化する減衰係数と位相変化を示す。理想的なΜΖΜにおいて減衰係数αは変化しないのでα１＝α２＝０とする。従って、理想的なΜΖΜの特性を記述する式は次の様になる。
【００２１】
【数５】
2013238790.tif 000007
【００２２】
式（５）が示している事は、ＭＺＭの光出力はアームＡ１とアームＡ２からの電界の合成で表されるという事であり、これがＭＺＭのチャーピングの制御性が優れている理由となる。
【００２３】
図５（ａ）は光出力ｔ１をアームＡ１とアームＡ２からの電界の合成として示したものである。ただし、φ１＝φ２＝０としている。ここで図５（ｂ）は光位相変調器Ｐ１、Ｐ２に対してφ１とφ２の大きさが等しく符号が異なる様に光位相変調器Ｐ１とＰ２に信号を加えた様子を示している。図５（ｂ）から分かるようにｔ１の電界を表すベクトルはノルムのみ増加し、位相は変化しないことが分かる。これはチャープパラメータＣ＝０を示す。同様に考えて、ＭＺＭにおいてＰ１、またはＰ２の片側の変調器のみを変調し、φ１またはφ２のみを変化させれば、チャープパラメータを自在に制御できることが分かる。従って、ＭＺＭはＰ１、Ｐ２に印加する電気信号を調整する事によって被変調光に所望のチャープ特性を与える事ができる。
【００２４】
一方で、ＭＺＭの欠点として電気信号を与えるＰ１、Ｐ２の長さが１ｍｍを超えるといった問題がある。上述の通り通常のＭＺＭはＰ１、Ｐ２を伝搬する光の位相を変化させる事で変調器として動作するが、一般に電気信号によって位相を制御するためには、減衰係数を制御する事と比較して長い変調器の長さが必要になる。
【００２５】
１ｍｍを超えるような長い電極は、光強度変調器のサイズが大きくなるといった問題だけでなく、寄生容量の観点からＥＡＭの様な集中定数型の電極では１０Ｇｂｐｓや４０Ｇｂｐｓといった高速な光信号を生成する事は困難であり、一般に進行波型電極と呼ばれる複雑な電極構造が必要とされるといった問題がある。
【００２６】
従って、ＥＡＭとＭＺＭはチャープ特性の制御性と高速動作という二つの観点から相反する特徴を有している事が分かる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２７】
【非特許文献１】Govind P. Agrawal and M. J. Potasek, "Effect of frequency chirping on the performance of optical communication systems", Opt. Lett., vol. 11, p.318-320, 1986.
【非特許文献２】T. Fujisawa, T. Yamanaka, T. Tadokoro, N. Fujiwara, M. Arai, W. Kobayashi, Y.Kawaguchi, K. Tsuzuki, and F. Kano, "Theoretical and Experimental Investigation of the Incident-Power-Dependent Extinction Ratio of an Electroabsorption Modulator Integrated with a Distributed Feedback Laser", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 47, pp.60-65, Jan. 2011.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明はこの問題を解決するために提案されるものである。すなわちＥＡＭの利点である短い電極長を活かして、作製の容易な集中定数型の光強度変調器においてこのチャーピング特性を制御、特にネガティブチャープ特性を得る事を目的とする光強度変調器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記課題の克服のために、非対称な分岐比をもつカプラとＥＡＭとを集積した、減衰係数制御型のＭＺＭを考案した。素子の構成としては図３に示したＭＺＭの構成において２つの光位相変調器の内の１つを電界吸収型強度変調器Ｍとしたものである。すなわち請求項１記載の様に、第１の入力導波路と、第２の入力導波路と、第１の出力導波路と、第２の出力導波路と、第１の入力導波路と第２の入力導波路とが２つの入力側にそれぞれ接続された第１の２×２カプラと、第１の出力導波路と第２の出力導波路とが２つの出力側にそれぞれ接続された第２の２×２カプラと、第１の２×２カプラの２つの出力側のうちの１つと第２の２×２カプラの２つの入力側のうちの１つに接続された、第１のアーム導波路と、第１の２×２カプラの２つの出力側のうちの第１のアーム導波路と接続されていない側と、第２の２×２カプラの２つの入力側のうちの第１のアーム導波路と接続されていない側に接続された、第２のアーム導波路と、第１のアーム導波路の上に装荷される、外部電気信号を反映して導波する光の位相を変化させる事のできる、光導波路上に電極を形成する事により実現される位相変調器と、第２のアーム導波路の上に装荷される、外部電気信号を反映して導波する光を吸収、あるいは透過させる光導波路上に電極を形成する事により実現される電界吸収型光強度変調器とからなる入力光を２分岐した後、再び合波させる光回路より構成される事を特徴とする、マッハツェンダー干渉計型光強度変調器。
【００３０】
また通常、ＭＺＭ型の光強度変調器はＭＺＭを構成する光回路の位相を制御する事で光信号を生成するが本発明は被変調光の位相ではなく、減衰係数を制御するＭＺＭである。従って請求項２記載の様に、請求項１記載のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器に関して、マッハツェンダー干渉計型光強度変調器を構成する電界吸収型光強度変調器の透過率の最大値をＰｍａｘ、最小値をＰｍｉｎとすると、ＰｍａｘとＰｍｉｎの比が１ｄＢ以上である事を特徴とするマッハツェンダー干渉計型光強度変調器。
【００３１】
そして、電界吸収型光強度変調器Ｍにて光を減衰させるときにＭＺＭの光出力が増加し、逆に電界吸収型光強度変調器Ｍにて光を減衰させない時にＭＺＭの光出力が減少するようにＭＺＭを駆動する。すなわち請求項３記載の様に、請求項２記載のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器に関して、マッハツェンダー干渉計型光強度変調器を構成する電界吸収型光強度変調器を透過する光の強度がＰｍａｘ、またはＰｍｉｎの時の第１の出力導波路からの出力強度をそれぞれＰｏｆｆ、Ｐｏｎとすると、Ｐｏｎ＞Ｐｏｆｆであり、ＰｏｆｆとＰｏｎの比が１ｄＢ以上である事を特徴とするマッハツェンダー干渉計型光強度変調器。
【００３２】
そして請求項４記載の様に、請求項３記載のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器に関して、第１の２×２カプラと第２の２×２カプラが同じ分岐比を有し、同じ分岐比が５０:５０から６５:３５の範囲で調整されている事を特徴とするマッハツェンダー干渉計型光強度変調器。
【００３３】
また、請求項５記載の様に、請求項１記載のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器に関して、マッハツェンダー干渉計型光強度変調器を構成する電界吸収型光強度変調器が光を吸収するように電界吸収型光強度変調器に電圧を印加すると光出力が増加し、電界吸収型光強度変調器が光を吸収せずに、光を透過するように電界吸収型光強度変調器に電圧を印加すると光出力が減衰することを特徴とするマッハツェンダー干渉計型光強度変調器。
【００３４】
また、請求項６記載の様に、第１の入力導波路と、第１の出力導波路と、第１の入力導波路が入力側に接続された第１の１×２カプラと、第１の出力導波路が出力側に接続された第１の２×１カプラと、第１の１×２カプラの２つの出力側のうちの１つと第１の２×１カプラの２つの入力側のうちの１つに接続された、第１のアーム導波路と、第１の１×２カプラの２つの出力側のうちの第１のアーム導波路と接続されていない側と１の２×１カプラの２つの入力側のうちの第１のアーム導波路と接続されていない側に接続された、第２のアーム導波路と、第１のアーム導波路の上に装荷される、外部電気信号を反映して導波する光の位相を変化させる事のできる、光導波路上に電極を形成する事により実現される位相変調器と、第２のアーム導波路の上に装荷される、外部電気信号を反映して導波する光を吸収、あるいは透過させる光導波路上に電極を形成する事により実現される電界吸収型光強度変調器とからなる入力光を２分岐した後、再び合波させる光回路より構成される事を特徴とするマッハツェンダー干渉計型光強度変調器。
【００３５】
また、請求項７記載の様に、波長が異なるＮ個の光源と、Ｎ個の請求項１に記載のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器であってＮ個の光源から入力光がそれぞれ入力されるマッハツェンダー干渉計型光強度変調器と、Ｎ個のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器の出力側が入力側にそれぞれ接続されたＮ×１合波器とからなることを特徴とする波長分割多重送信器。
【発明の効果】
【００３６】
発明素子は既存のＥＡＭと非対称な分岐比を持つ２×２カプラ、もしくは１×２カプラを集積化するのみで、チャープパラメータの制御が実現されるため、光通信の更なる普及に大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の光強度変調器の出力光を複素平面表示した図である。
【図２】従来のＥＡＭの模式図である。
【図３】従来の２×２カプラをベースとしたＭＺＭの模式図である。
【図４】従来の１×２カプラをベースとしたＭＺＭの模式図である。
【図５】従来のＭＺＭの出力光の電界を複素平面上にて表現した図であり、（ａ）はφ１＝φ２＝０の場合、（ｂ）はφ１とφ２の大きさが等しく符号が異なる場合である。
【図６】本発明の実施例１に係る、光強度変調器の模式図である。
【図７】本発明の実施例１に係る、２×２光強度変調器を構成する導波路の断面構造図である。
【図８】本発明の実施例１に係る、電界吸収型光強度変調器Ｍの消光、位相変化特性の数値計算例を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例１に係る、電界吸収型光強度変調器Ｍのチャーピングパラメータの数値計算例を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例１に係る、光強度変調器の消光、位相変化特性の数値計算例を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例１に係る、光強度変調器のチャーピングパラメータの数値計算例を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例１に係る、光強度変調器の光電界を複素平面上で表した図である。
【図１３】本発明の実施例１に係る、単体の電界吸収型光強度変調器Ｍと光強度変調器（発明素子）の、消光特性とチャーピング特性を比較したグラフであり、上図は透過率を、下図はチャープパラメータを駆動電圧に対してプロットした図である。
【図１４】本発明の実施例２に係る、発明素子とＮ×１カプラ、および複数の光源を集積化した波長分割多重送信器の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００３９】
実施例１として、本発明の減衰係数制御型ＭＺＭ(以下、発明素子という)の素子構造、作製方法、および被変調光のチャープ特性を以下に示す。
【００４０】
本実施例に係る発明素子の模式的な構造を図６に示す。図６中のシンボルに図３と同じものが含まれるが、以後シンボルを用いるときは図６中のものを示す。本実施例に係る発明素子は、２つの入力導波路Ｉ１、Ｉ２、２つの出力導波路Ｏ１、Ｏ２、２つの２×２カプラＣ１、Ｃ２、２×２カプラの間の二つのアーム導波路Ａ１、Ａ２、アーム導波路Ａ２上に装荷される電界吸収型光強度変調器Ｍ、およびアーム導波路Ａ１上に装荷される位相変調器Ｐより構成される。図３に示す従来のＭＺＭと図６に示す本実施例に係る発明素子とは、図３に示す従来のＭＺＭの光位相変調器の一つを、電界吸収型光強度変調器Ｍに置換した点、およびカプラＣ１、Ｃ２の分岐比が必ずしも５０：５０ではない点を除いて同一である。
【００４１】
本実施例に係る２×２光強度変調器を構成する導波路の断面構造を図７に示す。ｎ型のＩｎＰ基板３、ＩｎＰ下部クラッド４、ＩｎＧａＡｌＡｓベースとした多重量子井戸構造のコア層５、ｐ型のＩｎＰ上部クラッド層６、及び、空気クラッド７からなる。ここでコア層５はＩｎＧａＡｌＡｓのＡｌ系の４元混晶としているが、ＩｎＧａＡｓＰのＰ系の４元混晶でも構わない。また、電気信号を印加させる位相変調器Ｐ、電界吸収型光強度変調器Ｍと異なり光を伝搬させる事のみを目的とした入力導波路Ｉ１、Ｉ２、出力導波路Ｏ１、Ｏ２、２×２カプラＣ１、Ｃ２についてはＰ、Ｍと異なる半導体材料や層構造となっていても構わない。例えば、入力導波路Ｉ１、Ｉ２、出力導波路Ｏ１、Ｏ２、２×２カプラＣ１、Ｃ２に対してはＩｎＧａＡｓＰを用いたバルク型の層として、位相変調器ＰとＥＡＭ、Ｍのコア層５に対してはＩｎＧａＡｌＡｓベースとした多重量子井戸構造であってもよい。
【００４２】
コア層の多重量子井戸の井戸層はフォトルミネッセンスピーク波長で１．２５μｍ付近の光を発光するような組成となっている。
【００４３】
本実施例に係る発明素子の製造方法としては、まずｎ型のＩｎＰ基板３の上に、ＩｎＰ下部クラッド４、コア層５、上部クラッド層６を成長させる。次にフォトリソグラフィーにより、図６のようなパターンを形成し、ドライエッチングによりＩｎＰ上部クラッド層６まで図７のようにエッチングをすることで、いわゆるリッジ導波路構造を形成する。その後、電極加熱型の蒸着装置により半導体表面に金属を蒸着して光位相変調器Ｐ、電界吸収型光強度変調器Ｍを得る。
【００４４】
発明素子の特性を数値計算する上で以下のパラメータを用いた。入力光として波長が１．３μｍである光を計算に用いた。今回は計算の都合上１．３μｍの波長を選んだが、本発明の目的であるチャーピング特性の制御がより重要になる例えば波長が１．５５μｍの光についても本発明は有効である。導波路の幅については、本計算においては以下に述べる導波路のパラメータを実現する範囲で任意性があるが、シングルモード条件を考えてここでは入力導波路Ｉ１、Ｉ２、出力導波路Ｏ１、Ｏ２ 、およびアーム導波路Ａ１、Ａ２の幅を１．５μｍとする。非対称な分岐比を持つ２×２カプラＣ１、Ｃ２については、ここでは方向性結合器を仮定し、従って非対称な分岐比を持つ２×２カプラＣ１、Ｃ２を構成する２本の導波路の幅も上記の導波路幅の値に従い１．５μｍとする。非対称な分岐比を持つ２×２カプラＣ１、Ｃ２はここでは、方向性結合器を想定し、Ｃ１、Ｃ２ともに光強度分岐比はＢａｒ：Ｃｒｏｓｓで４０:６０となっている。光強度の分岐比は、２×２カプラとして方向性結合器を選択した場合は、方向性結合器を構成する２つの導波路間隔や、方向性結合器の長さを調整する事で任意の分岐比に設定する事ができる。２×２カプラとしては、任意の強度分岐比を選べるならば、２モード干渉導波路などでも構わない。図６に示した通り、非対称な分岐比を持つカプラＣ１、Ｃ２におけるＣｒｏｓｓへの強度分岐率をＫ１、Ｋ２と定義すると、ここではそれぞれＫ１＝Ｋ２＝６０％となる。すなわち非対称な分岐比を持つカプラＣ１を通じて、入力導波路Ｉ１より入力された光強度の４０％がアーム導波路Ａ１へ、残りの６０％がアーム導波路Ａ２へ結合される。
【００４５】
位相変調器Ｐはマッハツェンダー干渉計を構成するための位相調整に用いるものであり、導波路加熱による屈折率変化や、キャリア注入による屈折率変化など幾通りかの方法が考えられる。本計算において、位相変調器を通過する光減衰は無いとして式（４）においてα１＝０とした。また、位相調整量も素子が理想的に作成された場合は必要ないためφ１＝０とした。
【００４６】
電界吸収型光強度変調器Ｍの光消光特性、及び位相変化特性は非特許文献２の計算方法に基づいて数値計算を行った。その結果を図８に示す。本実施例の特性の計算に図８に示した電界吸収型光強度変調器Μの光消光特性、及び位相変化特性の数値計算結果を用いた。
【００４７】
図８より電界吸収型光強度変調器Μへ電圧を印加すると、励起子吸収スペクトルが変化する事によって光の吸収率が増加し、電界吸収型光強度変調器Μを通過する光の透過率が低くなる事が分かる。また、Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇの関係式より光強度変調器Μの吸収スペクトルの変化は屈折率スペクトルの変化も意味する。従って、電界吸収型光強度変調器Μの透過率の変化に伴って光が感じる屈折率が変化し、結果として電界吸収型光強度変調器Μからの透過光の位相も変化している事が分かる。
【００４８】
図９は式（３）に示したチャープパラメータの定義に従って図８より電界吸収型光強度変調器Μのチャーピングパラメータを算出したものである。図８に示した通り一般にＥＡＭは光が消光するに従って位相は増加するので、チャープパラメータは光の消光を得るために有効となる駆動電圧が１Ｖから３Ｖの駆動電圧のほぼ全域にわたって正であり、光通信で有用とされる負の値となるのは、印加電圧の増加に伴って位相が減少する印加電圧が３Ｖ付近になる箇所に限られる。しかしながら、この付近で駆動電圧を動的に変化させて光の消光を得ると、損失が大きくなってしまう事が分かる。
【００４９】
以上のパラメータを式（４）の転送行列へ代入して出力導波路Ｏ１からの出力ｔ１を計算した。パラメータ代入前のｔ１は次の様になり、
【００５０】
【数６】
2013238790.tif 000008
【００５１】
これにＫ１＝Ｋ２＝６０％、α１＝０、φ１＝０を代入すると
【００５２】
【数７】
2013238790.tif 000009
【００５３】
が得られる。
【００５４】
ｔ１は複素数であり、この絶対値の２乗が出力導波路０１からの光出力強度である。またｔ１の位相が出力導波路Ｏ１からの光出力の位相となる。本発明素子は電界吸収型光強度変調器Ｍにおいて光を吸収しない時にオフ状態となり、逆にＭにおいて光を吸収する時にオン状態となる。すなわち、式（６）において以下が成り立つ。
【００５５】
【数８】
2013238790.tif 000010
【００５６】
【数９】
2013238790.tif 000011
【００５７】
Ｐｏｆｆ＜Ｐｏｎ、Ｐｍａｘ＞Ｐｍｉｎ                （７）
【００５８】
発明素子の光消光特性を図１０に示す。図１０から分かる様に、発明素子では電界吸収型光強度変調器Ｍへの印加電圧の増加、すなわち電界吸収型光強度変調器Ｍでの光吸収量の増加に伴って光出力が増加し、一方で位相も同様に増加するのでチャープパラメータは負になる事が期待される。
【００５９】
実際に式（３）の定義に従って、図１０の特性より発明素子のチャープパラメータを計算した結果が図１１である。発明素子を構成する電界吸収型光強度変調器Ｍは図９にて示した様にチャープパラメータが正であるのにも関わらず、発明素子についてはチャープパラメータが負と変換されている事が分かる。
【００６０】
同様の効果は非対称カプラを用いず、すなわちＫ１＝Ｋ２＝５０％としても得る方法はある。すなわち、アーム導波路Ａ１からの光とアーム導波路Ａ２からの光の強度が等しくなるように位相変調器Ｐを光強度変調器へ置き換えてα１を調整し、この光強度変調器を通過する光強度が発明素子のオフ状態の時のｔ１が０に近くなるように調整すればよい。しかしながら、この手法は該当の光強度変調器にて光を定常的に減衰させる事を意味するので、本発明手法よりも損失が大きくなる。
【００６１】
図１０の結果を複素平面上にて示したものが図１２である。図から分かるように、電界吸収型光強度変調器Μを透過したアーム導波路Ａ２からの光の強度減衰、及び位相増加に伴って、出力ｔ１を表すベクトルはノルムが大きくなり位相は増加している事が分かる。
【００６２】
図１３の上図は図８から図１１で示した電界吸収型光強度変調器Μ及び発明素子の消光特性を一つのグラフ内に示したものであり、図１３の下図は同様にチャーピング特性について示したものである。
【００６３】
電界吸収型光強度変調器Μと発明素子のチャープパラメータが−０．５付近となる電圧領域で、駆動電圧を変化させた場合、Μ単体の消光比（光出力強度の最大値と最小値の比）は９ｄＢ程度である事に対して、発明素子では１２ｄＢ程度と優れている事が分かる。損失に関しても、Ｍ単体では１６ｄＢの損失がある事に対して、発明素子ではおよそ９ｄＢと比較的低損失である。以上より、発明素子は従来のＥＡＭをネガティブチャープで駆動する際と比較して、消光比・損失共に優れた特性を示す事が分かる。
【００６４】
実施例１の最後としてΚ１とΚ２の選択範囲について述べる。Κ１、Κ２は二つの条件に基づいて決定される。第１の条件として式（６）から分かる様に発明素子のオフ状態、すなわち電界吸収型光強度変調器Μが光を透過させる時にｔ１が０に近いほど優れた変調器となる。この時のφ２ は十分小さいとすると、
【００６５】
【数１０】
2013238790.tif 000012
【００６６】
また第２の条件として、発明素子のオン状態、すなわち電界吸収型光強度変調器Μが光を吸収する時はｔ１の絶対値はなるべく大きい方が損失の少ない変調器となる。この時の電界吸収型光強度変調器Μを透過する光の透過率Ｐｍｉｎは十分小さいとして無視すると、ｔ１は次となる。
【００６７】
【数１１】
2013238790.tif 000013
【００６８】
式（９）の最右辺は相加平均と相乗平均の関係から導かれるものであり、等号は
【００６９】
【数１２】
2013238790.tif 000014
【００７０】
の時に成立する。これを式（８）へ代入して次の式を得る。
【００７１】
【数１３】
2013238790.tif 000015
【００７２】
図８においても示した様に、通常ΕΑΜが光を意図的に吸収しない場合においても、−５ｄＢ程度は光は減衰するので、Ｐｍａｘの値として−５ｄＢから０ｄＢとするのが適当である。
【００７３】
【数１４】
2013238790.tif 000016
【００７４】
従ってＫ１＝Ｋ２かつＫ１が０．５から０．６５の範囲のカプラが有用である。
【実施例２】
【００７５】
図１４は発明素子に波長の異なるＮ個の光源と、適当なＮ×１合波器を集積した波長分割多重送信器である。通常、ＥＡＭは特性が入力波長によって異なる、波長依存性が存在する。従って、チャーピング特性についても入力波長における波長依存性がある。
【００７６】
一方で、同一基板上への集積型の波長分割多重送信器において、入力波長ごとに最適動作波長の異なるＥＡＭを集積することは、異なる半導体積層構造を同一基板上へ成長させる必要があり素子作製工程を考慮すると、これは非常に困難である。
【００７７】
そこで、発明素子を用いる事で、同一特性のＥＡＭに対して入射波長に適したＫ１、Ｋ２を選択する事でＥＡＭの波長依存性を補償し、結果として波長依存性の低い、波長分割多重送信機を実現する事が可能となる。
【符号の説明】
【００７８】
１  光導波路
２  電極（変調器）
３  ＩｎＰ基板
４  ＩｎＰ下部クラッド
５  ＩｎＧａＡｌＡｓベースとした多重量子井戸構造のコア層
６  ｐ型ＩｎＰ上部クラッド層
７  空気クラッド
【図１】
2013238790.tif 000017
【図２】
2013238790.tif 000018
【図３】
2013238790.tif 000019
【図４】
2013238790.tif 000020
【図５】
2013238790.tif 000021
【図６】
2013238790.tif 000022
【図７】
2013238790.tif 000023
【図８】
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【図９】
2013238790.tif 000025
【図１０】
2013238790.tif 000026
【図１１】
2013238790.tif 000027
【図１２】
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【図１３】
2013238790.tif 000029
【図１４】
2013238790.tif 000030