(57)【要約】【課題】基板を大型化することなく光損失を抑制できるようにした変調器を提供する。【解決手段】本発明の光変調器は、ビームスプリッターとミラーとを有し単数又は複数の入力光を分岐する光分岐部と、光分岐部で分岐された各光を集光するレンズと、レンズを介して入力される各光をそれぞれ位相変調する複数の位相変調部と、複数の位相変調部から出力される複数の位相変調光を合成して変調信号光を出力する光合成部と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
2013246325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームスプリッターとミラーとを有し単数又は複数の入力光を分岐する光分岐部と、
前記光分岐部で分岐された各光を集光するレンズと、
前記レンズを介して入力される各光をそれぞれ位相変調する複数の位相変調部と、
複数の前記位相変調部から出力される複数の位相変調光を合成して変調信号光を出力する光合成部と、
を有することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
複数の前記位相変調部が単一の基板上に形成されている、請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記レンズは、マイクロレンズ、マイクロレンズアレイ、又はロッドレンズである、請求項１又は２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記光分岐部は、強度の異なる複数の光を出力する、請求項１から３のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項５】
前記光分岐部にコリメート光を入力する光学素子を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項６】
前記ビームスプリッターと前記ミラーのうち少なくとも一方は、誘電体多層膜を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記レンズは、前記位相変調部に直接又は他の光学素子を介して固定されている、請求項１から６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】
【０００１】
本発明は、直交振幅変調（ＱＡＭ：quadrature amplitude modulation）信号を出力する光変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多値変調方式の変調器として、ＱＡＭ変調器が知られている（例えば特許文献１，２参照）。
特許文献１記載の変調器は、片側のアーム出力部に損失部（６ｄＢ）を設け、出力差が６ｄＢのＱＰＳＫ信号同士を重ね合わせることにより１６ＱＡＭ信号を得ていた。また、入出力の分岐部をガラス基板上の平面光導波路（ＰＬＣ）として形成し、このガラス基板をニオブ酸リチウム基板と光学的に接続した構成が採用されていた。一方、特許文献２記載の光変調器においても、片側のアームに光パワー調整部を設け、−６ｄＢの光減衰量を与えることで光パワー比を１／４に調整していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９４９８８号公報
【特許文献２】特開２００９−２４４６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２いずれの変調器においても、片側のアームにおいて光信号を減衰させていたため光損失が大きく、また光パワー調整部を設けるために基板が大型化するという問題があった。
また特許文献１記載の変調器では、異種基板を光学的に接続する構造であったため、接合部における光損失や熱膨張率差による破損のおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、基板を大型化することなく光損失を抑制できるようにした変調器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】
【０００６】
本発明の光変調器は、ビームスプリッターとミラーとを有し単数又は複数の入力光を分岐する光分岐部と、前記光分岐部で分岐された各光を集光するレンズと、前記レンズを介して入力される各光をそれぞれ位相変調する複数の位相変調部と、複数の前記位相変調部から出力される複数の位相変調光を合成して変調信号光を出力する光合成部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、位相変調部に入力する光を、ビームスプリッターを用いて分岐することにより生成し、生成した光をレンズを介して入力するので、光損失をほとんど生じさせることなくパワー調整された複数の光を生成できる。これにより、位相変調後にパワー調整する場合と比較して大幅に光損失を低減することができる。またパワー調整のための機構を位相変調部が設けられた基板上に形成する必要がないため、基板を小型化することができる。また異種基板の光導波路を接合する構造も不要であるため、製造性や信頼性に優れた光変調器となる。
【０００８】
複数の前記位相変調部が単一の基板上に形成されている構成としてもよい。
前記レンズは、マイクロレンズ、マイクロレンズアレイ、又はロッドレンズである構成としてもよい。
前記光分岐部は、強度の異なる複数の光を出力する構成としてもよい。
前記光分岐部にコリメート光を入力する光学素子を有する構成としてもよい。
前記ビームスプリッターと前記ミラーのうち少なくとも一方は、誘電体多層膜を有する構成としてもよい。
前記レンズは、前記位相変調部に直接又は他の光学素子を介して固定されている構成としてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＱＡＭ変調器において、ビームスプリッターとレンズを用いて入力光を分岐させる構成を採用したことで、基板を大型化することなく光損失を抑制をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る光変調器の平面図。
【図２】第２実施形態に係る光変調器を示す図。
【図３】第３実施形態に係る光変調器を示す図。
【図４】第４実施形態に係る光変調器を示す図。
【図５】第５実施形態に係る光変調器を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、第１実施形態に係る光変調器の平面図である。
【００１２】
本実施形態の光変調器１００は、光分岐部１１０と、マイクロレンズアレイ（レンズ）１２０と、光導波路素子１３０と、を備えている。光変調器１００の光入力側には、光変調器１００にコリメート光を入射させる光ファイバーコリメーター１５が配置されている。光ファイバーコリメーター１５には、基端側を図示略のレーザー光源に接続された光ファイバー１１が接続されている。光変調器１００の光出力側には、光ファイバー１２が接続されている。
【００１３】
光分岐部１１０は、ガラス基材１１１の内部に、互いに平行に配置されたビームスプリッター１１２と、ミラー１１３とが設けられた構成を有する。光分岐部１１０は、入射するレーザー光をビームスプリッター１１２により２本のレーザー光に分岐させ、ビームスプリッター１１２を透過したレーザー光と、ビームスプリッター１１２及びミラー１１３で反射されたレーザー光とを射出する。本実施形態の場合、ビームスプリッター１１２は、光ファイバーコリメーター１５から入力されるレーザー光に対して、透過率８０％、反射率２０％に設定されている。ミラー１１３は全反射ミラーである。光分岐部１１０の光入射面や光射出面には、反射防止膜（ＡＲコート）などが形成されていてもよい。
【００１４】
マイクロレンズアレイ１２０は、直方体状の透明な基体１２１と、基体１２１の一方の面（光分岐部１１０側の面）に形成された２つのマイクロレンズ１２２、１２３とを有する。２つのマイクロレンズ１２２、１２３のそれぞれの光軸は、光分岐部１１０から射出される２本のレーザー光の光軸と同軸に配置されている。基体１２１のマイクロレンズ１２２、１２３と反対側の面は、光導波路素子１３０と光学的に接着されている。基体１２１は、マイクロレンズ１２２、１２３の焦点距離に相当する厚さを有する。マイクロレンズ１２２、１２３に入射したレーザー光は、光導波路素子１３０の側端面に形成された光導波路の入力端に集光される。
【００１５】
光導波路素子１３０は、基板１３１と、基板１３１上に形成された光導波路及び電極とを有する。これらの光導波路及び電極により、光変調部１４０と、光合成部１５０とが同一の基板上に形成されている。
【００１６】
基板１３１は、本実施形態の場合、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板である。基板１３１としては、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料、及びこれらの組み合わせが利用可能である。
【００１７】
光変調部１４０は、マッハツェンダー導波路１３４、１３５を有する。マッハツェンダー導波路１３４は位相変調部１４１、１４２を有する。マッハツェンダー導波路１３５は位相変調部１４３、１４４を有する。位相変調部１４１〜１４４は、それぞれマッハツェンダー導波路と電極とを有する。
【００１８】
基板１３１のマイクロレンズアレイ１２０と接合された辺端から、２本の入力導波路１３２、１３３が延びている。入力導波路１３２、１３３は、２本のアームを有するマッハツェンダー導波路１３４、１３５にそれぞれ接続されている。マッハツェンダー導波路１３４の各々のアームには位相変調部１４１、１４２が設けられている。マッハツェンダー導波路１３４の出力端側にバイアス電極部１３４ａが設けられている。マッハツェンダー導波路１３５の各々のアームには位相変調部１４３、１４４が設けられている。マッハツェンダー導波路１３５の出力端側にはバイアス電極部１３５ａが設けられている。
【００１９】
位相変調部１４１〜１４４は、入力される光信号に対して二位相変調（ＢＰＳＫ）を施して出力する。位相変調部１４１、１４２は、それらの位相変化が直交するように動作設定される。また位相変調部１４３、１４４も、それらの位相変化が直交するように動作設定される。マッハツェンダー導波路１３４、１３５は、それぞれＱＰＳＫ（四相位相偏移変調）方式の光変調器を構成している。マッハツェンダー導波路１３４、１３５でそれぞれ変調された光信号は、光合成部１５０へ出力される。
【００２０】
光合成部１５０は、マッハツェンダー導波路１３４、１３５の出力端からそれぞれ延びる光導波路を合流させる光結合部１５１と、光結合部１５１から基板１３１の辺端に延びる出力導波路１５２とを有する。光結合部１５１は、方向性結合器やマルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラなどの光分岐比が調整可能な導波路構成である。マッハツェンダー導波路１３４、１３５から出力される光信号ＱＰＳＫ１、ＱＰＳＫ２は、それらの強度比を維持するように光結合部１５１において合成され、１６ＱＡＭ信号光が生成される。生成された１６ＱＡＭ信号は出力導波路１５２を介して光ファイバー１２へ出力される。
【００２１】
次に、上記構成を備えた本実施形態の光変調器１００について説明する。
光変調器１００には、光ファイバー１１を介して供給され、光ファイバーコリメーター１５により所定の径に広げられたレーザー光が入射される。入射光は、光分岐部１１０のビームスプリッター１１２に入射する。ビームスプリッター１１２は、入射光の８０％を透過し、２０％を反射する。
【００２２】
ビームスプリッター１１２を透過した光は、マイクロレンズ１２２に入射し、マイクロレンズ１２２により入力導波路１３２の入力端に集光される。一方、ビームスプリッター１１２で反射された光は、ミラー１１３で反射された後、マイクロレンズ１２３に入射し、マイクロレンズ１２３により入力導波路１３３の入力端に集光される。
【００２３】
入力導波路１３２に導入された光は、マッハツェンダー導波路１３４の入力端で分岐された後、位相変調部１４１、１４２で変調後、バイアス電極部１３４ａへの電圧印加により、所定の位相差（π／２）となるように調整される。位相差を調整された光は、マッハツェンダー導波路１３４の出力端で合成されて光信号ＱＰＳＫ１となる。光信号ＱＰＳＫ１は、光合成部１５０へ出力される。
【００２４】
入力導波路１３３に導入された光は、マッハツェンダー導波路１３５の入力端で分岐された後、位相変調部１４３、１４４で変調後、バイアス電極部１３５ａへの電圧印加により、所定の位相差（π／２）となるように調整される。位相差を調整された光は、マッハツェンダー導波路１３５の出力端で合成されて光信号ＱＰＳＫ２となる。光信号ＱＰＳＫ２は、光合成部１５０へ出力される。
【００２５】
本実施形態の場合、入力導波路１３３に導入される光は、ビームスプリッター１１２で分岐された強度２０％の光である。そのため、マッハツェンダー導波路１３５から出力される光信号ＱＰＳＫ２は、強度８０％の光から生成された光信号ＱＰＳＫ１に対してパワーが１／４になる。そして、光合成部１５０において、上記のパワー比の光信号ＱＰＳＫ１と光信号ＱＰＳＫ２とが合成されることにより、１６ＱＡＭ信号が生成される。
【００２６】
なお、光信号ＱＰＳＫ１、ＱＰＳＫ２のパワー比率（４：１）は、光変調器１００の製造誤差によって多少ずれていてもよい。例えば上記比率が３：１や５：１となる場合もある。上記比率は、光分岐部１１０におけるビームスプリッター１１２の透過率及び反射率により調整することもできる。
【００２７】
以上、詳細に説明したように、本実施形態の光変調器１００では、光分岐部１１０において所定のパワー比でレーザー光を分岐し、これらのレーザー光を、マイクロレンズアレイ１２０を介して光導波路素子１３０に導入している。光分岐部１１０では、レーザー光を分岐する際に光損失がほとんど生じないため、ニオブ酸リチウム基板上に光信号のパワー調整部を設けていた従来構成と比較して光損失を大幅に低減することができる。
【００２８】
具体的に、入射されたレーザー光を２つに分岐してそれぞれＱＰＳＫ信号を生成した後、一方のＱＰＳＫ信号の強度を１／４に調整する場合、出力される１６ＱＡＭ信号の強度は、入射されたレーザー光に対して６２．５％となる。このような構成に対しては、本実施形態の光変調器１００は、理論上の光損失分だけで１．６ｄＢ（３７．５％）の改善となる。
【００２９】
また上記のようなパワー調整部は、ニオブ酸リチウム基板上に形成されるのに対して、本実施形態ではパワー調整部を備えないＱＰＳＫ変調器と光合成部とを設ければよい。したがって、パワー調整部を設けた構成に対して、ニオブ酸リチウム等からなる基板１３１を小型化することができる。
【００３０】
また本実施形態の光変調器１００では、光分岐部１１０で分岐したレーザー光を、マイクロレンズ１２２、１２３により入力導波路１３２、１３３に集光させて光導波路素子１３０に導入している。したがって、異種基板上に形成された光導波路同士を接続する場合のような製造の困難性もなく、基板同士の膨張率差による破損や、接合ズレに起因する光損失の問題も生じない。
【００３１】
（第２実施形態）
次に、図２を参照しつつ第２の実施形態について説明する。
図２は、第２実施形態に係る光変調器を示す図である。
なお、以下の実施形態において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらについての詳細な説明は簡略化又は省略する。
【００３２】
本実施形態の光変調器２００は、図２に示すように、光分岐部１１０Ａと、マイクロレンズアレイ１２０Ａと、光導波路素子１３０Ａとを有する。
【００３３】
光分岐部１１０Ａは、ガラス基材１１１の内部に、互いに平行に配置されたビームスプリッター１１４、１１５、１１６と、ミラー１１３とが設けられた構成を有する。光分岐部１１０Ａは、入射するレーザー光をビームスプリッター１１４〜１１５により４本のレーザー光に分岐させ、外部へ射出する。光分岐部１１０Ａの光入射面や光射出面には、反射防止膜（ＡＲコート）などが形成されていてもよい。
【００３４】
光分岐部１１０Ａからは、ビームスプリッター１１４を透過したレーザー光と、ビームスプリッター１１４及びビームスプリッター１１５で反射されたレーザー光と、ビームスプリッター１１５を透過した後、ビームスプリッター１１６で反射されたレーザー光と、ビームスプリッター１１６を透過した後、ミラー１１３で反射されたレーザー光とが射出される。
【００３５】
本実施形態の場合、ビームスプリッター１１４は、入射光に対して透過率４０％、反射率６０％に設定されている。ビームスプリッター１１５は、入射光に対して透過率３３％、反射率６７％に設定されている。ビームスプリッター１１６は、入射光に対して透過率５０％、反射率５０％に設定されている。ミラー１１３は全反射ミラーである。
【００３６】
マイクロレンズアレイ１２０Ａは、直方体状の透明な基体１２１と、基体１２１の一方の面（光分岐部１１０Ａ側の面）に形成された４つのマイクロレンズ１２４、１２５、１２６、１２７とを有する。４つのマイクロレンズ１２４〜１２７のそれぞれの光軸は、光分岐部１１０Ａから射出される４本のレーザー光の光軸と同軸に配置されている。
【００３７】
基体１２１のマイクロレンズ１２４〜１２７と反対側の面は、光導波路素子１３０Ａと光学的に接着されている。基体１２１は、マイクロレンズ１２４〜１２７の焦点距離に相当する厚さを有する。マイクロレンズ１２４〜１２７に入射したレーザー光は、光導波路素子１３０Ａの側端面に形成された光導波路の入力端に集光される。
【００３８】
光導波路素子１３０Ａは、基板１３１と、基板１３１上に形成された光導波路及び電極とを有する。これらの光導波路及び電極により、光変調部１４０Ａと、光合成部１５０とが同一の基板上に形成されている。
【００３９】
光変調部１４０Ａは、４つの位相変調部１４１〜１４４を有する。
基板１３１のマイクロレンズアレイ１２０Ａと接合された辺端から、４本の入力導波路２３１〜２３４が延びている。入力導波路２３１は位相変調部１４１の入力端に接続されている。入力導波路２３２は位相変調部１４２の入力端に接続されている。入力導波路２３３は位相変調部１４３の入力端に接続されている。入力導波路２３４は位相変調部１４４の入力端に接続されている。
位相変調部１４１、１４２の出力側は、光合成点１４７において接続されている。また位相変調部１４３、１４４の出力側は、光合成点１４８において接続されている。
【００４０】
位相変調部１４１〜１４４は、入力される光信号に対して二位相変調（ＢＰＳＫ）を施して出力する。位相変調部１４１、１４２は、それらの位相変化が直交するように動作設定される。また位相変調部１４３、１４４も、それらの位相変化が直交するように動作設定される。
【００４１】
本実施形態の場合、位相変調部１４１、１４２と光合成点１４７とによりＱＰＳＫ方式の光変調器が構成され、位相変調部１４３、１４４と光合成点１４８とによりＱＰＳＫ方式の光変調器が構成されている。上記それぞれで変調された光信号は、光合成部１５０へ出力される。
【００４２】
上記構成を備えた本実施形態の光変調器２００では、光ファイバーコリメーター１５から光分岐部１１０Ａのビームスプリッター１１４にレーザー光が入射する。ビームスプリッター１１４は、入射光の４０％を透過し、６０％を反射する。
【００４３】
ビームスプリッター１１４を透過した光は、マイクロレンズ１２４に入射し、マイクロレンズ１２４により入力導波路２３１の入力端に集光される。一方、ビームスプリッター１１４で反射された光は、ビームスプリッター１１５に入射する。ビームスプリッター１１５は入射光の３３％を透過し、６７％を反射する。
【００４４】
ビームスプリッター１１５で反射された光は、マイクロレンズ１２５に入射し、マイクロレンズ１２５により入力導波路２３２の入力端に集光される。一方、ビームスプリッター１１５を透過した光は、ビームスプリッター１１６に入射する。ビームスプリッター１１６は、入射光の５０％を透過し、５０％を反射する。
【００４５】
ビームスプリッター１１６で反射された光は、マイクロレンズ１２６に入射し、マイクロレンズ１２６により入力導波路２３３の入力端に集光される。一方、ビームスプリッター１１６を透過した光は、ミラー１１３で反射された後、マイクロレンズ１２７に入射し、マイクロレンズ１２７により入力導波路２３４の入力端に集光される。
【００４６】
入力導波路２３１、２３２に導入された光は、位相変調部１４１、１４２で変調後、バイアス電極部１３４ａへの電圧印加により所定の位相差（π／２）に調整される。その後、光合成点１４７で合成されて光信号ＱＰＳＫ１となり、光合成部１５０へ出力される。
【００４７】
入力導波路２３３、２３４に導入された光は、位相変調部１４３、１４４で変調後、バイアス電極部１３５ａへの電圧印加により所定の位相差（π／２）に調整される。その後、光合成点１４８で合成されて光信号ＱＰＳＫ２となり、光合成部１５０へ出力される。
【００４８】
本実施形態の場合、入力導波路２３１、２３２に導入される光は、光ファイバーコリメーター１５から入力された光に対してそれぞれ強度４０％の光である。一方、入力導波路２３３、２３４に導入される光は、それぞれ強度１０％の光である。したがって、光合成点１４８で生成される光信号ＱＰＳＫ２は、光信号ＱＰＳＫ１に対してパワーが１／４になる。
そして、光合成部１５０において、上記パワー比の光信号ＱＰＳＫ１と光信号ＱＰＳＫ２とが、それらの強度比を維持するように合成されることにより、１６ＱＡＭ信号が生成される。
【００４９】
なお、光信号ＱＰＳＫ１、ＱＰＳＫ２のパワー比率（４：１）は、光変調器２００の製造誤差によって多少ずれていてもよい。例えば上記比率が３：１や５：１となる場合もある。上記比率は、光分岐部１１０Ａにおけるビームスプリッターの透過率及び反射率により調整することもできる。
【００５０】
本実施形態の光変調器２００では、光分岐部１１０Ａにおいてレーザー光を４分岐し、それぞれのレーザー光をマイクロレンズアレイ１２０Ａにより位相変調部１４１〜１４４に導入する構成である。すなわち、第１実施形態に係る光変調器１００においてマッハツェンダー導波路１３４、１３５に設けられていたレーザー光の分岐点を、本実施形態では光分岐部１１０Ａとして基板外に設けている。
【００５１】
これにより、光導波路における光損失の原因となる光分岐点を減らすことができ、第１実施形態と比較しても光損失の少ない光変調器とすることができる。また、光分岐のための導波路構造が不要であるため、ニオブ酸リチウム等からなる基板１３１を小型化することができる。
【００５２】
また本実施形態の光変調器２００においても、光分岐部１１０Ａで分岐したレーザー光を、マイクロレンズ１２４〜１２７により入力導波路２３１〜２３４に集光させて光導波路素子１３０Ａに導入している。したがって、異種基板上に形成された光導波路同士を接続する場合のような製造の困難性もなく、基板同士の膨張率差による破損や、接合ズレに起因する光損失の問題も生じない。
【００５３】
（第３実施形態）
次に、図３を参照しつつ第２の実施形態について説明する。
図３は、第３実施形態に係る光変調器を示す図である。
なお、以下の実施形態において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらについての詳細な説明は簡略化又は省略する。
【００５４】
本実施形態の光変調器３００は、図３に示すように、光分岐部１１０と、ロッドレンズ１２０Ｂと、光導波路素子１３０Ｂとを有する。光分岐部１１０は、第１実施形態と共通である。
【００５５】
ロッドレンズ１２０Ｂは、曲面形状のレンズ面を有する。ロッドレンズ１２０Ｂは、上記レンズ面と反対側の平坦面を光導波路素子１３０Ｂの側端面に光学的に接着されている。ロッドレンズ１２０Ｂはそのレンズ面には、光分岐部１１０で分岐され射出された２本のレーザー光が入射される。ロッドレンズ１２０Ｂに入射したレーザー光は、光導波路素子１３０Ｂの側端面に形成された光導波路の入力端に集光される。
【００５６】
光導波路素子１３０Ｂは、基板１３１と、基板１３１上に形成された光導波路及び電極とを有する。これらの光導波路及び電極により、光変調部１４０Ｂと、光合成部１５０とが同一の基板上に形成されている。
【００５７】
光変調部１４０Ｂは、第１実施形態に係る光変調部１４０とほぼ同様の構成であり、互いに交差する入力導波路１３６、１３７を備えた点において異なっている。入力導波路１３６、１３７は、ロッドレンズ１２０Ｂが接合される基板１３１の側端面に入力端を有し、基板１３１の端縁から内側に延びた位置で互いに交差した後、各々マッハツェンダー導波路１３４、１３５に接続されている。
【００５８】
上記構成を備えた本実施形態の光変調器３００では、光ファイバーコリメーター１５から射出されたレーザー光が光分岐部１１０のビームスプリッター１１２に入射する。ビームスプリッター１１２は、入射光の８０％を透過し、２０％を反射する。
【００５９】
ビームスプリッター１１２を透過した光は、ロッドレンズ１２０Ｂに入射し、ロッドレンズ１２０Ｂにより入力導波路１３７の入力端に集光される。入力導波路１３７に導入された光は、マッハツェンダー導波路１３５に入力される。
一方、ビームスプリッター１１２で反射された光は、ミラー１１３で反射された後、ロッドレンズ１２０Ｂに入射し、ロッドレンズ１２０Ｂにより入力導波路１３６の入力端に集光される。入力導波路１３６に導入された光は、マッハツェンダー導波路１３４に入力される。
したがって、本実施形態の光変調器３００では、マッハツェンダー導波路１３４、１３５に入力される光の強度比が第１実施形態とは逆になる。
【００６０】
マッハツェンダー導波路１３４に導入された光は、入力端で分岐された後、位相変調部１４１、１４２で変調後、バイアス電極部１３４ａへの電圧印加により所定の位相差（π／２）となるように調整される。その後、マッハツェンダー導波路１３４の出力端で合成されて光信号ＱＰＳＫ１となり、光合成部１５０へ出力される。
【００６１】
マッハツェンダー導波路１３５に導入された光は、入力端で分岐された後、位相変調部１４３、１４４で変調後、バイアス電極部１３５ａへの電圧印加により所定の位相差（π／２）となるように調整される。その後、マッハツェンダー導波路１３５の出力端で合成されて光信号ＱＰＳＫ２となり、光合成部１５０へ出力される。
【００６２】
本実施形態の場合、入力導波路１３６に導入される光は、ビームスプリッター１１２で分岐された強度２０％の光であるため、マッハツェンダー導波路１３４から出力される光信号ＱＰＳＫ１は、マッハツェンダー導波路１３５において強度８０％の光から生成された光信号ＱＰＳＫ１に対してパワーが１／４になる。
そして、光合成部１５０において、上記パワー比の光信号ＱＰＳＫ１と光信号ＱＰＳＫ２とが、それらの強度比を維持するように合成されることにより、１６ＱＡＭ信号が生成される。
【００６３】
なお、光信号ＱＰＳＫ１、ＱＰＳＫ２のパワー比率（４：１）は、光変調器１００の製造誤差によって多少ずれていてもよい。例えば上記比率が３：１や５：１となる場合もある。上記比率は、光分岐部１１０におけるビームスプリッター１１２の透過率及び反射率により調整することもできる。
【００６４】
以上、詳細に説明したように、本実施形態の光変調器３００では、光分岐部１１０において所定のパワー比でレーザー光を分岐し、これらのレーザー光をロッドレンズ１２０Ｂを介して光導波路素子１３０Ｂに導入している。ロッドレンズ１２０Ｂを用いた場合にも、先の第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６５】
（第４実施形態）
次に、図４を参照しつつ第２の実施形態について説明する。
図４は、第４実施形態に係る光変調器を示す図である。
なお、以下の実施形態において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらについての詳細な説明は簡略化又は省略する。
【００６６】
本実施形態の光変調器４００は、図４に示すように、２つの光分岐部１１０Ｂ、１１０Ｃと、マイクロレンズアレイ１２０Ｃと、光導波路素子１３０Ｃとを有する。
【００６７】
光分岐部１１０Ｂは、ガラス基材１１１の内部に、互いに平行に配置されたビームスプリッター１１７と、ミラー１１３とが設けられた構成を有する。ビームスプリッター１１７は、入射した光の７６％を透過し、２４％を反射する。ミラー１１３は全反射ミラーである。
光分岐部１１０Ｃは、ガラス基材１１１の内部に、互いに平行に配置されたビームスプリッター１１８と、ミラー１１３とが設けられた構成を有する。ビームスプリッター１１８は、入射した光の８０％を透過し、２０％を反射する。
【００６８】
光分岐部１１０Ｂ、１１０Ｃは組み合わされて用いられる。光分岐部１１０Ｂから射出される２本のレーザー光のうち、１本のレーザー光はマイクロレンズアレイ１２０Ｃに入射され、他の１本のレーザー光は光分岐部１１０Ｃに入射される。光分岐部１１０Ｃから射出される２本のレーザー光は、マイクロレンズアレイ１２０Ｃに入射される。
光分岐部１１０Ｂ、１１０Ｃの光入射面や光射出面には、反射防止膜（ＡＲコート）などが形成されていてもよい。
【００６９】
マイクロレンズアレイ１２０Ｃは、直方体状の透明な基体１２１と、基体１２１の一方の面（光分岐部１１０Ｂ、１１０Ｃ側の面）に形成された３つのマイクロレンズ４２１、４２２、４２３とを有する。マイクロレンズ４２１の光軸は、光分岐部１１０Ｂから射出されるレーザー光の光軸と同軸に配置されている。マイクロレンズ４２２、４２３の光軸は、光分岐部１１０Ｃから射出される２本のレーザー光の光軸と同軸に配置されている。
【００７０】
基体１２１のマイクロレンズ４２１〜４２３と反対側の面は、光導波路素子１３０Ｃと光学的に接着されている。基体１２１は、マイクロレンズ４２１〜４２３の焦点距離に相当する厚さを有する。マイクロレンズ４２１〜４２３に入射したレーザー光は、光導波路素子１３０Ｃの側端面に形成された光導波路の入力端に集光される。
【００７１】
光導波路素子１３０Ｃは、基板１３１と、基板１３１上に形成された光導波路及び電極とを有する。これらの光導波路及び電極により、光変調部１４０Ｃと、光合成部１５０Ａとが同一の基板上に形成されている。
【００７２】
光変調部１４０Ｃは、マッハツェンダー導波路４３１、４３２、４３３を有する。マッハツェンダー導波路４３１は位相変調部１４１、１４２を有する。マッハツェンダー導波路４３２は位相変調部１４３、１４４を有する。マッハツェンダー導波路４３３は位相変調部１４５、１４６を有する。位相変調部１４１〜１４６は、それぞれマッハツェンダー導波路と電極とを有する。
【００７３】
基板１３１のマイクロレンズアレイ１２０Ｃと接合された辺端から、３本の入力導波路４４１、４４２、４４３が延びている。入力導波路４４１、４４２、４４３は、２本のアームを有するマッハツェンダー導波路４３１、４３２、４３３にそれぞれ接続されている。マッハツェンダー導波路４３１の各々のアームには位相変調部１４１、１４２が設けられている。マッハツェンダー導波路４３１の出力端側にバイアス電極部４３１ａが設けられている。マッハツェンダー導波路４３２の各々のアームには位相変調部１４３、１４４が設けられている。マッハツェンダー導波路４３２の出力端側にバイアス電極部４３２ａが設けられている。マッハツェンダー導波路４３３の各々のアームには位相変調部１４５、１４６が設けられている。マッハツェンダー導波路４３３の出力端側にバイアス電極部４３３ａが設けられている。
【００７４】
位相変調部１４１〜１４６は、入力される光信号に対して二位相変調（ＢＰＳＫ）を施して出力する。位相変調部１４１、１４２は、それらの位相変化が直交するように動作設定される。同様に、位相変調部１４３、１４４、並びに位相変調部１４５、１４６も、各対の位相変化が直交するように動作設定される。マッハツェンダー導波路４３１、４３２、４３３は、それぞれＱＰＳＫ（四相位相偏移変調）方式の光変調器を構成している。マッハツェンダー導波路４３１、４３２、４３３でそれぞれ変調された光信号は、光合成部１５０Ａへ出力される。
【００７５】
光合成部１５０Ａは、マッハツェンダー導波路４３２、４３３の出力端からそれぞれ延びる光導波路を合流させる光結合部１５１ａと、光結合部１５１ａから延びる光導波路とマッハツェンダー導波路４３１から延びる光導波路を合流させる光結合部１５１ｂと、光結合部１５１ｂから基板１３１の辺端に延びる出力導波路１５２とを有する。マッハツェンダー導波路４３１〜４３３から出力される光信号は光結合部１５１ａ、１５１ｂにおいてそれぞれ合成され、６４ＱＡＭ信号光が生成される。生成された６４ＱＡＭ信号は出力導波路１５２を介して光ファイバー１２へ出力される。
【００７６】
上記構成を備えた本実施形態の光変調器４００において、光ファイバーコリメーター１５から射出されたレーザー光は、光分岐部１１０Ｂのビームスプリッター１１７に入射する。ビームスプリッター１１７は、入射光の７６％を透過し、２４％を反射する。ビームスプリッター１１７を透過した光は、マイクロレンズ４２１に入射し、マイクロレンズ４２１により入力導波路４４１の入力端に集光される。
【００７７】
ビームスプリッター１１７で反射された光は、光分岐部１１０Ｂのミラー１１３で反射された後、光分岐部１１０Ｃのビームスプリッター１１８に入射する。ビームスプリッター１１８は、入射光の８０％を透過し、２０％を反射する。ビームスプリッター１１８を透過した光は、マイクロレンズ４２２に入射し、マイクロレンズ４２２により入力導波路４４２の入力端に集光される。
【００７８】
ビームスプリッター１１８で反射された光は、光分岐部１１０Ｃのミラー１１３で反射された後、マイクロレンズ４２３に入射し、マイクロレンズ４２３により入力導波路４４３の入力端に集光される。
【００７９】
入力導波路４４１に導入された光は、マッハツェンダー導波路４３１の入力端で分岐された後、位相変調部１４１、１４２で変調後、バイアス電極部４３１ａへの電圧印加により所定の位相差（π／２）となるように調整される。その後、マッハツェンダー導波路４３１の出力端で合成されて光信号ＱＰＳＫ１となり、光合成部１５０Ａへ出力される。
【００８０】
入力導波路４４２に導入された光は、マッハツェンダー導波路４３２の入力端で分岐された後、位相変調部１４３、１４４で変調後、バイアス電極部４３２ａへの電圧印加により所定の位相差（π／２）となるように調整される。その後、マッハツェンダー導波路４３２の出力端で合成されて光信号ＱＰＳＫ２となり、光合成部１５０へ出力される。
【００８１】
入力導波路４４３に導入された光は、マッハツェンダー導波路４３３の入力端で分岐された後、位相変調部１４５、１４６で変調後、バイアス電極部４３３ａへの電圧印加により所定の位相差（π／２）となるように調整される。その後、マッハツェンダー導波路４３３の出力端で合成されて光信号ＱＰＳＫ３となり、光合成部１５０へ出力される。
【００８２】
本実施形態の場合、入力導波路４４１〜４４３に導入される光は、それぞれビームスプリッター１１７、１１８により所定のパワー比（１６：４：１）となるように調整された光である。したがって、それぞれのマッハツェンダー導波路４３１〜４３３で生成される光信号ＱＰＳＫ１、ＱＰＳＫ２、ＱＰＳＫ３のパワー比も１６：４：１となる。
そして、光合成部１５０Ａにおいて、上記の光信号ＱＰＳＫ１と光信号ＱＰＳＫ２と光信号ＱＰＳＫ３とが、それらの強度比を維持するように合成されることにより、６４ＱＡＭ信号が生成される。
【００８３】
なお、光信号ＱＰＳＫ１、ＱＰＳＫ２、ＱＰＳＫ３のパワー比率（１６：４：１）は、光変調器４００の製造誤差によって多少ずれていてもよい。上記比率は、光分岐部１１０Ｂ、１１０Ｃにおけるビームスプリッターの透過率及び反射率により調整することもできる。
【００８４】
以上、詳細に説明したように、本実施形態の光変調器４００においても、光分岐部１１０Ｂ、１１０Ｃを用いて所定のパワー比でレーザー光を分岐し、これらのレーザー光を、マイクロレンズアレイ１２０Ｃを介して光導波路素子１３０Ｃに導入している。これにより、ニオブ酸リチウム基板上に光信号のパワー調整部を設ける場合と比較して光損失を大幅に低減することができる。
また上記のようなパワー調整部を、ニオブ酸リチウム基板上に形成する必要がないことから、ニオブ酸リチウム等からなる基板１３１を小型化することができる。
【００８５】
また、光分岐部１１０Ｂ、１１０Ｃで分岐したレーザー光は、マイクロレンズ４２１〜４２３により集光されて光導波路素子１３０Ｃに導入されるため、異種基板上に形成された光導波路同士を接続する場合のような製造の困難性もなく、基板同士の膨張率差による破損や、接合ズレに起因する光損失の問題も生じない。
【００８６】
（第５実施形態）
次に、図５を参照しつつ第２の実施形態について説明する。
図５は、第５実施形態に係る光変調器を示す図である。
なお、以下の実施形態において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらについての詳細な説明は簡略化又は省略する。
【００８７】
本実施形態の光変調器５００は、図５に示すように、光分岐部１１０Ｄと、マイクロレンズアレイ１２０Ｃと、光導波路素子１３０Ｃとを有する。すなわち、図４に示した光変調器４００に対して、光分岐部のみを変更した構成である。
【００８８】
光分岐部１１０Ｄは、ガラス基材１１１の内部に、互いに平行に配置されたビームスプリッター５１１、５１２と、ミラー１１３とが設けられた構成を有する。ビームスプリッター５１１は、入射した光の７６％を透過し、２４％を反射する。ビームスプリッター５１２は、入射した光の２０％を透過し、８０％を反射する。ミラー１１３は全反射ミラーである。
【００８９】
光分岐部１１０Ｄは、第４実施形態では２つの光分岐部１１０Ｂ、１１０Ｃにより生成していた３本のレーザー光を単一の光分岐部で生成することができる。光分岐部１１０Ｄにおいて、光ファイバーコリメーター１５から射出されたレーザー光は、ビームスプリッター５１１に入射する。
【００９０】
ビームスプリッター５１１を透過した光は、マイクロレンズ４２１を介して入力導波路４４１に入力される。一方、ビームスプリッター５１１で反射された光は、ビームスプリッター５１２に入射する。
【００９１】
ビームスプリッター５１２で反射された光は、マイクロレンズ４２２を介して入力導波路４４２に入力される。一方、ビームスプリッター５１２を透過した光は、ミラー１１３で反射される。ミラー１１３で反射された光はマイクロレンズ４２３に入射し、入力導波路４４３に入力される。
【００９２】
それぞれの入力導波路４４１〜４４３に入力された光は、ビームスプリッター５１１、５１２により所定のパワー比（１６：４：１）となるように調整された光である。したがって、マッハツェンダー導波路４３１、４３２、４３３で生成される光信号ＱＰＳＫ１、ＱＰＳＫ２、ＱＰＳＫ３も上記のパワー比となり、これらを強度比を維持しつつ合成することで、６４ＱＡＭ信号を得ることができる。
【００９３】
以上説明したように、本実施形態の光変調器５００は、第４実施形態に係る光変調器４００と同様に動作させることができ、同様の作用効果を得ることができる。さらに、本実施形態によれば、より小型の光分岐部１１０Ｄを備えることで、全体の小型化を図ることができる。
【００９４】
なお、上記各実施形態における光合成部の構成は例示であり、本願明細書に記載された構成に限定されるものではない。光合成部としては、入射するそれぞれの位相変調光のパワー比を維持しつつ合成できる構成をであればよい。
【符号の説明】
【００９５】
１００，２００，３００，４００，５００…光変調器、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄ…光分岐部、１１２，１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，５１１，５１２…ビームスプリッター、１１３…ミラー、１２０，１２０Ａ，１２０Ｃ…マイクロレンズアレイ（レンズ）、１２０Ｂ…ロッドレンズ（レンズ）、１３１…基板、１４１，１４２，１４３，１４４，１４５，１４６…位相変調部、１５０，１５０Ａ…光合成部
【図１】
2013246325.tif 000003
【図２】
2013246325.tif 000004
【図３】
2013246325.tif 000005
【図４】
2013246325.tif 000006
【図５】
2013246325.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月16日(2013.8.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の光変調器は、基材の内部にビームスプリッターとミラーとを互いに平行に配置して一体化し、単数又は複数の入力光を分岐する光分岐部と、基板に直接又は前記基材と異なる基材を介して固定され、前記光分岐部で分岐された各光を集光するレンズと、前記基板上に形成され、前記レンズを介して入力される各光をそれぞれ位相変調する複数の位相変調部と、複数の前記位相変調部から出力される複数の位相変調光を合成して変調信号光を出力する光合成部と、を有することを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この構成によれば、位相変調部に入力する光を、ビームスプリッターとミラーとを用いて分岐することにより生成し、生成した各光をレンズを介して入力するので、光損失をほとんど生じさせることなくパワー調整された複数の光を生成できる。これにより、位相変調後にパワー調整する場合と比較して大幅に光損失を低減することができる。またパワー調整のための機構を位相変調部が設けられた基板上に形成する必要がないため、基板を小型化することができる。また異種基板の光導波路を接合する構造も不要であるため、製造性や信頼性に優れた光変調器となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
前記レンズは、マイクロレンズ、マイクロレンズアレイ、又はロッドレンズである構成としてもよい。
前記光分岐部は、強度の異なる複数の光を出力する構成としてもよい。
前記光分岐部にコリメート光を入力する光学素子を有する構成としてもよい。
前記ビームスプリッターと前記ミラーのうち少なくとも一方は、誘電体多層膜を有する構成としてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明によれば、ＱＡＭ変調器において、基材の内部にビームスプリッターとミラーとを互いに平行に配置して一体化した光分岐部と、基板に直接又は前記基材と異なる基材を介して固定されたレンズと、前記基板上に形成された複数の位相変調部と、を有し、これら光分岐部とレンズとを用いて入力光を分岐させる構成を採用したことで、基板を大型化することなく光損失を抑制することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の内部にビームスプリッターとミラーとを互いに平行に配置して一体化し、単数又は複数の入力光を分岐する光分岐部と、
基板に直接又は前記基材と異なる基材を介して固定され、前記光分岐部で分岐された各光を集光するレンズと、
前記基板上に形成され、前記レンズを介して入力される各光をそれぞれ位相変調する複数の位相変調部と、
複数の前記位相変調部から出力される複数の位相変調光を合成して変調信号光を出力する光合成部と、
を有することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記レンズは、マイクロレンズ、マイクロレンズアレイ、又はロッドレンズである、請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記光分岐部は、強度の異なる複数の光を出力する、請求項１又は２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記光分岐部にコリメート光を入力する光学素子を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項５】
前記ビームスプリッターと前記ミラーのうち少なくとも一方は、誘電体多層膜を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の光変調器。