(57)【要約】【課題】一つの電気信号入力で、光信号を所望の応答特性で変調出力することが可能な光変調器を提供する。【解決手段】第３の導波路３３，３４を信号電極１１５と接地電極１１６との間に配置し、別な信号電極１１５と接地電極１１７との間にも第４の導波路４３，４４を配置する。各々の第３の導波路３３，３４、第４の導波路４３，４４で所望の変調深さを有する被変調光を生成して、それらを第１の合波器３２、第２の合波器４２と第３の合波器１２で合波干渉させることで、光電場の振幅領域で所望の変調曲線を得ることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入力される入力導波路と、
前記入力導波路からの光を分波する第一の分波器と、
前記第一の分波器により分波された光をそれぞれ伝搬する第一の導波路及び第二の導波路と、
前記第一の導波路からの光を複数に分波する第二の分波器と、
前記第二の導波路からの光を複数に分波する第三の分波器と、
前記第二の分波器からの複数の光をそれぞれ伝搬する複数の第三の導波路と、
前記第三の分波器からの複数の光をそれぞれ伝搬する複数の第四の導波路と、
複数の前記第三の導波路と複数の前記第四の導波路との間に配置され、出力される光信号を変調するための入力電圧信号を印加する信号電極と、
複数の前記第三の導波路を前記信号電極との間で挟むように配置された第一の接地電極と、
複数の前記第四の導波路を前記信号電極との間で挟むように配置された第二の接地電極と、
複数の前記第三の導波路からの複数の光を合波する第一の合波器と、
複数の前記第四の導波路からの複数の光を合波する第二の合波器と、
前記第一の合波器からの光を伝搬する第五の導波路と、
前記第二の合波器からの光を伝搬する第六の導波路と、
前記第五の導波路からの光と前記第六の導波路からの光とを合波する第三の合波器と、
前記第三の合波器からの光を出力する出力導波路と
を有する光変調器。
【請求項２】
複数の前記第三の導波路のそれぞれの導波路と、複数の前記第四の導波路のそれぞれの導波路は、前記信号電極から生成される電界の強さが所定の比で異なる位置にそれぞれ配置される請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
複数の前記第三の導波路を透過する光信号の、第三の導波路間の光強度の比、及び複数の前記第四の導波路を透過する光信号の、第四の導波路間の光強度の比は、前記電界の強さの所定の比に対応した値である、請求項２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記第一の分波器が対称分波器であり、
前記第二の分波器及び前記第三の分波器が非対称分波器であり、
前記第一の合波器及び前記第二の合波器が非対称合波器であり、
前記第三の合波器が対称合波器である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項５】
前記第二の分波器と複数の前記第三の導波路との間に配置され、前記第二の分波器で分波された光信号をさらに分波する、少なくとも一つの第四の分波器と、
前記第三の分波器と複数の前記第四の導波路との間に配置され、前記第三の分波器で分波された光信号をさらに分波する、少なくとも一つの第五の分波器と、
前記第三の導波路と前記第一の合波器との間に配置され、前記第四の分波器で分波された光信号を伝搬する複数の前記第三の導波路からの光信号を合波する、少なくとも一つの第四の合波器と、
前記第四の導波路と前記第二の合波器との間に配置され、前記第五の分波器で分波された光信号を伝搬する複数の前記第四の導波路からの光信号を合波する、少なくとも一つの第五の合波器と、
をさらに有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項６】
前記入力電圧信号に対して、変調出力された前記第三の合波器からの光の出力信号の応答特性が、のこぎり波または三角波形状に近付くように構成した請求項１〜５のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記入力電圧信号に対して、変調出力された前記第三の合波器からの光の出力信号の応答特性が矩形波形状に近付くように構成した請求項１〜５のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項８】
複数の前記第三の導波路及び複数の前記第四の導波路を伝搬する光の強度を調整する光強度調整器をさらに備えた請求項１〜７のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項９】
前記信号電極に印加された電圧により変調された前記光信号の位相を調整する、少なくとも１つの光位相調整器をさらに備えた請求項１〜８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、外部からの電気信号により光信号を変調して出力する光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
中・長距離光ファイバ通信では、高消光比かつ低チャープな光信号が必要となるため、外部信号により光信号を変調して出力する外部変調器が用いられる。外部変調器として代表的なものには、マッハツェンダ干渉計を利用したマッハツェンダ変調器がある。光変調器としてのマッハツェンダ変調器は、光信号を分波器と合波器で二つの導波路に分岐、合成する構成とし、導波路間で光信号の位相などを変化させることで変調を行なうものである。
【０００３】
マッハツェンダ変調器を強度変調器もしくは振幅変調器として使用する場合、理論的には無限の消光比かつゼロチャープな変調が可能である。その一方で、マッハツェンダ変調器はその動作原理から、外部からの入力電圧信号に対して正弦（余弦）関数状の透過応答を示し、非線形歪みを含んでいる。この応答関数を制御する方法として、マッハツェンダ変調器を並列や直列もしくはそれらの組み合わせに並べる用いる方法（例えば、非特許文献１を参照）が知られている。また、別な特許文献１や特許文献２では、並列もしくは直列に集積化したマッハツェンダ変調器を用いる方法が報告されている。これらは何れも、用途やリンクに応じて光信号の非線形性を抑圧（若しくは増大）させることが可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ウィリアム  エス．  シー．  チャン（William S. C. Chang）著、「アールエフ  フォトニック  テクノロジー  イン  オプティカル  ファイバー  リンクス（RF Photonic Technology in Optical Fiber Links）」、ケンブリッジ  ユニバーシティ  プレス（Cambridge University Press）、2002年、p.111〜
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２５２２６０号公報
【特許文献２】特開２０１４−６３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これまで一般的なマッハツェンダ変調器を複数個用いた上記の方法は、何れの場合についても高周波の電気信号を、２ポート以上に入力する必要のある構成である。したがって、少なくとも二つの入力する電気信号の電力とスキュー（電圧波形の振幅と位相）を、適切に調節して駆動する必要がある。
【０００７】
また特許文献１では、光信号の非線形性を抑制する手段として、光信号を分岐・合成する分波器や合波器の電界強度比と、複数のマッハツェンダ変調器の応答周期比を調整する考えが示されている。しかし、所望の応答周期比を得るには、各々のマッハツェンダ変調器において、電圧信号を入力する信号電極の長さを適切な比率に調節する必要がある。
【０００８】
本発明は、本件発明者らの新たな知見に基づくものであり、上記した先行技術とは異なる技術を用いて、例えば、一つの電気信号を入力するだけで、光信号を所望の応答特性で変調出力することが可能な光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】
【０００９】
本発明はかかる目的を達成するため、光信号を分岐する複数の分波器と、前記複数の分波器で分岐した光信号を合成する複数の合波器と、各々が間隔を隔てて配置され、前記複数の分波器から前記複数の合波器に光信号を導く複数の導波路と、を備え、信号電極と接地電極との間に入力電圧信号を印加することで、光信号を変調して出力する光変調器において、少なくとも二つ以上の前記導波路を、前記信号電極と前記接地電極との間に配置したことを特徴とする。ここで、前記信号電極と前記接地電極との間に配置とは、デバイス断面においては電界が誘起される領域を指し、断面図における位置的な意味での前記信号電極と前記接地電極の間に限定されず、光導波路が該信号電極あるいは該接地電極と接していても良いし、光導波路の一部あるいは全部が該信号電極あるいは該接地電極と重なっていても良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、信号電極から生成される電界の分布を利用して、一つの信号電極に対して二つ以上の導波路を誘導移相量が適切な割合になるように配置することで、一つの電気信号入力により、二つ以上の導波路間で光信号の位相を調節する。
【００１１】
つまり、一つの電気信号が入力する一つの信号電極に対して、その信号電極と接地電極との間に、光入力部で分波された二つ以上の導波路を配置し、各導波路で所望の変調深さを有する被変調光を生成して、それらを光出力部で合波干渉させることで、光電場の振幅領域で所望の変調曲線を得ることができる。そのため、例えば、信号電極の長さを個々に調節せずに、一つの電気信号を入力するだけで、光信号を所望の応答特性で変調出力する光変調器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一般的なマッハツェンダ変調器の構造と動作を説明するための図である。
【図２】図１のマッハツェンダ変調器で得られる応答曲線を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における光変調器の構造と動作を説明するための図である。
【図４】信号電極の端面を導波路位置の基準とした場合に、電極と導波路との位置関係を示す縦断面図である。
【図５】信号電極に電気信号を入力したときの等電位線を示す図である。
【図６】図４における基準からの位置と、規格化オーバーラップとの関係を表すグラフである。
【図７】図３の光変調器において、規格化された印加電圧に対する規格化された光信号の振幅の応答曲線（変調度が２倍異なる場合）を示す図である。
【図８】図３の光変調器において、規格化された印加電圧に対する規格化された光信号の振幅の応答曲線（変調度が３倍異なる場合）を示す図である。
【図９】図３の光変調器におけるデバイス構造を示す平面図である。
【図１０】図９の光変調器におけるデバイス構造を示すＡ−Ａ’線縦断面図である。
【図１１】図３の光変調器の変形例として、光強度調整器を含むデバイス構造を示す平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における光変調器の構造と動作を説明するための図である。
【図１３】信号電極の端面を導波路位置の基準とした場合に、電極と導波路との位置関係を示す縦断面図である。
【図１４】信号電極に電気信号を入力したときの等電位線を示す図である。
【図１５】図１３における基準からの位置と、規格化オーバーラップとの関係を表すグラフである。
【図１６】本発明の実施の形態２における光変調器を示し、線形応答を実現した光変調器の構造と動作を説明するための図である。
【図１７】図１２，図１６及び図１９の光変調器におけるデバイス構造を示す縦断面図である。
【図１８】図１６の光変調器において、規格化された印加電圧に対する規格化された光信号の振幅の応答曲線を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態２の他の実施例における光変調器を示し、ディジタル応答を実現した光変調器の構造と動作を説明するための図である。
【図２０】図１９の光変調器において、規格化された印加電圧に対する規格化された光信号の振幅の応答曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
初めに、一般的なマッハツェンダ変調器２００の構造と動作を、図１に基づいて説明する。マッハツェンダ変調器２００は、平板状に形成される基板２０１の主面側に、分波器２１１と、合波器２１２と、二つの導波路２１３，２１４とによるマッハツェンダ干渉計を備えている。基板２０１は、例えば強誘電体結晶であるＬＮ（ニオブ酸リチウム）などの電気光学材料が用いられる。
【００１４】
分波器２１１や合波器２１２は、例えば光方向性結合器や、ＭＭＩ（Multi Mode Interference：多モード光干渉）素子や、Ｙ分岐カプラなどを用いることができる。分波器２１１は、入力光信号を受光する一つの入力ポートと、導波路２１３，２１４の入力端に各々接続する二つの出力ポートとを備え、入力光信号を光強度比１：１に分岐して導波路２１３，２１４に出力する対称分波器として構成される。合波器２１２は、導波路２１３，２１４の出力端に各々接続する二つの入力ポートと、出力信号光を放出する一つの出力ポートとを備え、導波路２１３，２１４からの光信号を光強度比１：１に合成して出力する対称合波器として構成される。導波路２１３，２１４は、平面視で入力端と出力端の近傍部分を除いて、相互に平行に配置される。
【００１５】
マッハツェンダ変調器２００は、基板２０１の主面上で同一平面に配置されたコプレーナ型の進行波電極として、信号電極２１５と、接地電極２１６，２１７と、位相シフト用通電電極２２５とを各々備えている。信号電極２１５は、平面視で分波器２１１から分岐した光信号が伝搬する導波路２１３，２１４の間に配置されており、その一方の導波路２１３は信号電極２１５と一方の接地電極２１６との間に配置され、他方の導波路２１４は信号電極２１５と他方の接地電極２１７との間に配置される。また図示しないが、マッハツェンダ変調器２００の外部には、変調用の電気信号を生成して信号電極２１５に入力する信号生成回路が設けられる。これにより、一つの信号電極２１５に一つの電気信号を入力して、信号電極２１５と接地電極２１６，２１７との間に駆動電圧を印加することで、基板２０１の電気光学効果により、導波路２１３，２１４を通過する光信号に対して、等量で逆相の位相変化を与えるプッシュプル位相変調が行われる構成となっている。
【００１６】
位相シフト用通電電極２２５は、平面視で位相変調された光信号が伝搬する導波路２１３，２１４の間に配置される。図示しないが、ここにも接地電極が設けられていて、導波路２１３，２１４は位相シフト用通電電極２２５と接地電極との間に配置される。位相シフト用通電電極２２５と接地電極との間には直流（ＤＣ）電圧が印加され、それに伴う基板２０１の電気光学効果によって、導波路２１３，２１４を各々通過する光信号の位相が所定量シフトする構成となっている。実際のデバイスでは製造誤差等により上記導波路２１３と２１４の光波間の位相差は設計値とは異なることとなるため、この位相差を制御するために上記位相シフト用通電電極２２５が用いられる。
【００１７】
次に、上記構造のマッハツェンダ変調器２００について、その動作を説明する。分波器２１１の入力ポートに与えられる入力光信号Ｓ１の電場は、次の数１の式で表せる。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
分波器２１１は、入力光信号Ｓ１を光強度レベルで１：１の比に分波する。光強度は電場の二乗に比例することから、分波器２１１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ２，Ｓ３の電場は、次の数２，３の式で各々表せる。
【００２０】
【数２】
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【００２１】
【数３】
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【００２２】
分波器２１１で分岐された光信号Ｓ２，Ｓ３は、信号電極２１５に入力する電気信号の電圧レベルに応じて、基板２０１の電気光学効果により各々が位相変調される。この電気信号によって、導波路２１３を伝搬する光信号Ｓ２の位相が＋θ変化し、導波路２１４を伝搬する光信号Ｓ３の位相が−θ変化したとすると、位相変調された光信号Ｓ４，Ｓ５の電場は、次の数４，５の式で各々表せる。
【００２３】
【数４】
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【００２４】
【数５】
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【００２５】
位相変調された光信号Ｓ４，Ｓ５は、位相シフト用通電電極２２５に入力する直流電圧レベルに応じて、基板２０１の電気光学効果により各々が位相シフトされる。この直流電圧によって、導波路２１３を伝搬する光信号Ｓ４の位相が−π／２シフトし、導波路２１４を伝搬する光信号Ｓ５の位相が＋π／２シフトしたとすると、合波器２１２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ６，Ｓ７の電場は、次の数６，７の式で各々表せる。
【００２６】
【数６】
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【００２７】
【数７】
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【００２８】
合波器２１２は、その入力ポートに与えられる光信号Ｓ６，Ｓ７を光強度レベルで１：１の比に結合する。ここでも光強度は電場の二乗に比例することから、最終的に合波器２１２の出力ポートに生成される出力光信号Ｓ８の電場は、次の数８の式で表せる。
【００２９】
【数８】
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【００３０】
数１で示した入力光信号Ｓ１の電場の式と、数８で示した出力光信号Ｓ８の電場の式とを比較すると、位相変調のために印加した電気信号の駆動電圧に対し、変調された出力光信号Ｓ８の電場はsinθ、すなわち正弦波状の非線形な応答曲線となる。図２は、図１で示したマッハツェンダ変調器２００について、その応答曲線をグラフで示したものである。同図横軸は、−１〜＋１の範囲で規格化された電気信号の印加電圧であり、縦軸は同じく−１〜＋１の範囲で規格化された出力光信号Ｓ８の電場の振幅である。このように、一般的なマッハツェンダ変調器２００では、入力電圧信号に対して出力光信号の信号レベルが非線形に応答し、例えば変調方式として多値変調を採用した際には動作範囲が狭められてしまう。また、アナログ信号を入力とするアナログリンクでは、主として相互変調ひずみに代表される非線形歪みが問題となる場合がある。
【００３１】
次に、図３〜図２０を基に本発明の実施の形態について説明する。
【００３２】
図３〜図１１は、本発明における光変調器１の実施の形態１を説明する図である。図３は実施の形態１の光変調器１の構成を模式的に表す図である。上述した一般的なマッハツェンダ変調器２００では信号電極と接地電極との間に１つの導波路が配置されていたが、実施の形態１の光変調器１では、進行波電極である信号電極と接地電極の間に２つの導波路が配置されたマッハツェンダ変調器となっている。なお、ここで、信号電極と接地電極との間に配置、又は後述する信号電極と接地電極とで挟むように配置とは、デバイス断面においては電界が誘起される領域を指し、断面図における位置的な意味での前記信号電極と前記接地電極の間に限定されず、光導波路が該信号電極あるいは該接地電極と接していても良いし、光導波路の一部あるいは全部が該信号電極あるいは該接地電極と重なっていても良い。
【００３３】
図３において、光変調器１は、平板状に形成される基板１０１の主面側に、第１の分波器１１、第２の分波器３１、第３の分波器４１、第１の合波器３２、第２の合波器４２、及び第３の合波器１２を有する。そして、第１の分波器１１と第２の分波器３１の間は第１の導波路１３で、第１の分波器１１と第３の分波器４１との間は第２の導波路１４で接続されている。第２の分波器３１と第１の合波器３２との間は２本の第３の導波路３３、３４で、第３の分波器４１と第２の合波器４２の間は２本の第４の導波路４３、４４で接続されている。そして、第１の合波器３２と第３の合波器１２との間は第５の導波路１５で、第２の合波器４２と第３の合波器１２との間は第６の導波路１６で接続されている。第３の導波路３４と第４の導波路４３の間に信号電極１１５が配置されている。接地電極１１６が、信号電極１１５と接地電極１１６で第３の導波路３３と３４を挟むように配置され、接地電極１１７が、信号電極１１５と接地電極１１７で第４の導波路４３と４４を挟むように配置される。第３の導波路３３と３４の間、第４の導波路４３と４４の間、及び第５の導波路１３と１４の間にはそれぞれ位相シフト用通電電極３５，４５、及び２５が配置されている。
【００３４】
第１の分波器１１、第２の分波器３１、第３の分波器４１、第１の合波器３２、第２の合波器４２、及び第３の合波器１２は、例えば光方向性結合器や、ＭＭＩ（Multi Mode Interference：多モード光干渉）素子や、Ｙ分岐カプラなどを用いることができる。
【００３５】
第１の分波器１１は、入力導波路１７から入力光信号を受光する一つの入力ポートと、第１の導波路１３と第２の導波路１４の入力端に各々接続する二つの出力ポートとを備え、入力光信号を光強度比１：１に分岐して第１の導波路１３と第２の導波路１４に出力する対称分波器として構成される。第３の合波器１２は、第５の導波路１５と第６の導波路１６の出力端に各々接続する二つの入力ポートと、出力信号光を放出する一つの出力ポートとを備え、第５の導波路１５と第６の導波路１６からの光信号を光強度比１：１に合成して出力導波路１８に出力する対称合波器として構成される。
【００３６】
第２の分波器３１は、第１の分波器１１の一方の出力ポートに接続する第１の導波路１３からの入力光信号を受光する一つの入力ポートと、２つの第３の導波路３３，３４の入力端に各々接続する二つの出力ポートとを備え、入力光信号を光強度比Ｎ：Ｍに分岐して２つの第３の導波路３３，３４に出力する非対称分波器として構成される。第３の分波器４１は、第１の分波器１１の他方の出力ポートに接続する第２の導波路１４からの入力光信号を受光する一つの入力ポートと、２つの第４の導波路４３，４４の入力端に各々接続する二つの出力ポートとを備え、入力光信号を光強度比Ｎ：Ｍに分岐して２つの第４の導波路４３，４４に出力する非対称分波器として構成される。これらの第２の分波器３１，第３の分波器４１と、第１の分波器１１とにより、光変調器１に入力する光信号を適切な光強度比で複数の第３の導波路３３，３４、及び第４の導波路４３，４４に分岐する光入力部が構成される。
【００３７】
第１の合波器３２は、２つの第３の導波路３３，３４の出力端に各々接続する二つの入力ポートと、第３の合波器１２の一方の入力ポートに接続する第５の導波路１５に光信号を放出する一つの出力ポートとを備え、２つの第３の導波路３３，３４からの光信号を光強度比Ｎ：Ｍに合成して出力する非対称合波器として構成される。第２の合波器４２は、２つの第４の導波路４３，４４の出力端に各々接続する二つの入力ポートと、第３の合波器１２の他方の入力ポートに接続する第６の導波路１６に光信号を放出する一つの出力ポートとを備え、２つの第４の導波路４３，４４からの光信号を光強度比Ｎ：Ｍに合成して出力する非対称合波器として構成される。これらの第１の合波器３２，第２の合波器４２と、第３の合波器１２とにより、複数の第３の導波路３３，３４と第４の導波路４３，４４からの光信号を、適切な光強度比で合成して出力する光出力部が構成される。また、第３の導波路３３，３４、及び第４の導波路４３，４４は、平面視で入力端と出力端の近傍部分を除いて、相互に平行に配置される。
【００３８】
図４〜図６を基に、実施の形態１における複数の第３の導波路３３，３４、あるいは複数の第４の導波路４３，４４の配置方法について説明する。
図４は、信号電極２０の端面を導波路位置の基準とした場合に、その信号電極２０と、導波路２３との位置関係を、断面図で模式的に示したものある。ここでは信号電極２０の幅ｔ１を２１μｍとし、信号電極２０の端面と接地電極２２の端面との間の距離ｔ２を４０μｍとし、導波路の幅ｔ３を６μｍとしている。しかしながら、これらのｔ１〜ｔ３は適宜設計変更可能である。尚、図４では、信号電極２０に対し接地電極２１と２２は対称的な配置としており、信号電極２０の他端面と接地電極２１の端面との間の距離もｔ２と同じ長さにしている。また、導波路２３は、信号電極２０に向かう端縁が、信号電極２０の端面と一致する位置を、基準の０μｍとする。図４では、導波路２３が基準位置に形成されている状態を示している。
【００３９】
図５は、図４の構成で、信号電極２０に電圧信号を入力したときに表れる等電位線を示している。等電位線の間隔が狭く密であるほど、その位置での電場が大きいと言える。
【００４０】
図６は、図５に示すデータを用いて、前述の基準を０μｍとして、そこから接地電極２２に向かう導波路２３の配置位置を変化させた場合の、オーバーラップ（変調効率）の違いのシミュレーション結果をグラフで示したものである。オーバーラップの値は、各位置での電場の大きさから算出され、基準の位置での値を１として、０〜１の範囲になるように規格化されている。図４の例では、信号電極２０と導波路２３の配置位置により、オーバーラップの値として約０．３から１の間の値をとることができる。
【００４１】
図３で示した光変調器１は、第３の導波路３４と３３を伝搬する光信号の間の変調度、及び第４の導波路４３と４４を伝搬する光信号の間の変調度が、それぞれＮ：Ｍとなるように、これらの第３の導波路３４と３３、及び第４の導波路４３と４４が配置される。図６に示す例では、信号電極１１５と接地電極１１７との間で、信号電極１１５に近いＸ１の位置と、接地電極１１７に近いＸ２の位置に、第３の導波路３４と３３、及び第４の導波路４３と４４を各々配置すれば、規格化オーバーラップの値が概ね２倍異なるため、変調度を２：１とすることができる。同様に、信号電極１１５に近いＸ１の位置と、接地電極１１７の直下のＸ３の位置に、第３の導波路３４と３３、及び第４の導波路４３と４４を各々配置すれば、規格化オーバーラップの値が概ね３倍異なるため、変調度を３：１とすることができる。このように規格化オーバーラップの値を任意に選択し、導波路を配置することで、変調深さが任意に異なる二つ以上の被変調光を、一つの電気信号の入力で取得できる。
【００４２】
オーバーラップの制御方法として、導波路の幅（径）ｔ３や実効屈折率といったパラメータはすべて同じである必要はなく、例えば導波路の幅ｔ３を変えることで実効的なオーバーラップを変えた場合も含む。導波路を複数配置する場合には、導波路間の結合が信号を劣化させる要因(クロストーク)となる問題が生じる場合がある。しかしながら、各導波路の実効屈折率を変える等の技術により、導波路間の結合を低減することもできる。実行屈折率を変える技術としては、例えば導波路に導入する不純物の拡散量を変化させるなどの技術を用いることができる。
【００４３】
次に、図３の光変調器１について、その動作を説明する。初めに、規格化オーバーラップの値が概ね２倍異なる位置に第３の導波路３４，３３，及び第４の導波路４３，４４を配置した例について示す。第１の分波器１１の入力ポートに与えられる入力光信号Ｓ９の電場は、次の数９の式で表せる。
【００４４】
【数９】
2017083626.tif 000011
【００４５】
第１の分波器１１は、入力光信号Ｓ９を光強度レベルで１：１の比に分波する。第１の分波器１１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ１０，Ｓ１１の電場は、次の数１０，１１の式で各々表せる。
【００４６】
【数１０】
2017083626.tif 000012
【００４７】
【数１１】
2017083626.tif 000013
【００４８】
第２の分波器３１は、第１の分波器１１で分岐された光信号Ｓ１０を光強度レベルで５：１の比に分波する（図３でＮ＝５、Ｍ＝１となるように第２の分波器３１を設定）。第２の分波器３１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ１２，Ｓ１３の電場は、次の数１２，１３の式で各々表せる。
【００４９】
【数１２】
2017083626.tif 000014
【００５０】
【数１３】
2017083626.tif 000015
【００５１】
第３の分波器４１は、第１の分波器１１で分岐された光信号Ｓ１１を光強度レベルで５：１の比に分波する（図３でＮ＝５、Ｍ＝１となるように第３の分波器４１を設定）。第３の分波器４１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ１４，Ｓ１５の電場は、次の数１４，１５の式で各々表せる。
【００５２】
【数１４】
2017083626.tif 000016
【００５３】
【数１５】
2017083626.tif 000017
【００５４】
第２の分波器３１で分岐された光信号Ｓ１２，Ｓ１３は、信号電極１１５に入力する電気信号の電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相変調される。特にここでは、電気信号によって一方の第３の導波路３３を伝搬する光信号Ｓ１２の位相が＋θ変化すると、他方の第３の導波路３４を伝搬する光信号Ｓ１３の位相が＋２θ変化するように、第３の導波路３３，３４が信号電極１１５と接地電極１１６との間に配置される。また、位相変調された光信号Ｓ１２，Ｓ１３は、位相シフト用通電電極３５に入力する直流電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相シフトされる。特にここでは、一方の第３の導波路３３を伝搬する光信号Ｓ１２の位相がシフトせず、他方の第３の導波路３４を伝搬する光信号Ｓ１３の位相だけが、直流電圧によって＋πシフトしたとすると、第１の合波器３２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ１６，Ｓ１７の電場は、次の数１６，１７の式で各々表せる。
【００５５】
【数１６】
2017083626.tif 000018
【００５６】
【数１７】
2017083626.tif 000019
【００５７】
第３の分波器４１で分岐された光信号Ｓ１４，Ｓ１５は、信号電極１１５に入力する電気信号の電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相変調される。特にここでは、電気信号によって一方の第４の導波路４４を伝搬する光信号Ｓ１５の位相が−θ変化すると、他方の第４の導波路４３を伝搬する光信号Ｓ１４の位相が−２θ変化するように、第４の導波路４３，４４が信号電極１１５と接地電極１１７との間に配置される。また、位相変調された光信号Ｓ１４，Ｓ１５は、位相シフト用通電電極４５に入力する直流電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相シフトされる。特にここでは、一方の第４の導波路４４を伝搬する光信号Ｓ１５の位相がシフトせず、他方の第４の導波路４３を伝搬する光信号Ｓ１４の位相だけが、直流電圧によって−πシフトしたとすると、第２の合波器４２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ１８，Ｓ１９の電場は、次の数１８，１９の式で各々表せる。
【００５８】
【数１８】
2017083626.tif 000020
【００５９】
【数１９】
2017083626.tif 000021
【００６０】
第１の合波器３２は、その入力ポートに与えられる光信号Ｓ１６，Ｓ１７を光強度レベルで５：１の比に結合する（図３でＮ＝５、Ｍ＝１となるように第１の合波器３２を設定）。第２の合波器４２は、その入力ポートに与えられる光信号Ｓ１８，Ｓ１９を光強度レベルで５：１の比に結合する（図３でＮ＝５、Ｍ＝１となるように第２の合波器４２を設定）。第１の合波器３２，第２の合波器４２から出力する各光信号は、位相シフト用通電電極２５に入力する直流電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相シフトされる。この直流電圧によって、第１の合波器３２から出力して第５の導波路１５を伝搬する光信号の位相が−π／２シフトし、第２の合波器４２から出力して第６の導波路１６を伝搬する光信号の位相が＋π／２シフトしたとすると、第３の合波器１２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ２０，Ｓ２１の電場は、次の数２０，２１の式で各々表せる。
【００６１】
【数２０】
2017083626.tif 000022
【００６２】
【数２１】
2017083626.tif 000023
【００６３】
第３の合波器１２は、その入力ポートに与えられる光信号Ｓ２０，Ｓ２１を光強度レベルで１：１の比に結合する。最終的に第３の合波器１２の出力ポートに生成される出力光信号Ｓ２２の電場は、次の数２２の式で表せる。
【００６４】
【数２２】
2017083626.tif 000024
【００６５】
数９で示した入力光信号Ｓ９の電場の式と、数２２で示した出力光信号Ｓ２２の電場の式とを比較すると、電気信号の駆動電圧に対し、変調された出力光信号Ｓ２２の電場は（(5/6)*sinθ-(1/6)*sin2θ）、すなわち図１に示すマッハツェンダ変調器２００よりものこぎり波状に近付いた応答曲線となる。図７は、図３で示した光変調器１で変調度の比を２：１とした場合について、その応答曲線をグラフで示したものである。図中、実線（合計）が出力光信号Ｓ２２の振幅の応答曲線を示しており、図２と比較して線形となる光振幅の範囲が拡大しているのがわかる。従って、例えば変調方式として多値変調を採用した際には動作範囲が広がり、また、アナログリンクでは、主として相互変調ひずみに代表される非線形歪みを低減することができる。
【００６６】
次に、規格化オーバーラップの値が概ね３倍異なる位置に第３の導波路３４，３３，及び第４の導波路４３，４４を配置した例について説明する。第２の分波器３１は、第１の導波路１３からの入力光信号を光強度比９：１に分岐して第３の導波路３３，３４に出力する非対称分波器であり、第３の分波器４１は、第２の導波路１４からの入力光信号を光強度比９：１に分岐して第４の導波路４３，４４に出力する非対称分波器である。また第１の合波器３２は、第３の導波路３３，３４からの光信号を光強度比９：１に合成して出力する非対称合波器であり、第２の合波器４２は、第４の導波路４３，４４からの光信号を光強度比９：１に合成して出力する非対称合波器である。
【００６７】
上述したように、第３の導波路３３，３４を伝搬する光信号の間と、第４の導波路４３，４４を伝搬する光信号の間で、何れも変調度が３倍異なるように、これらの第３の導波路３３，３４，及び第４の導波路４３，４４が各々配置される。
【００６８】
このとき、第１の分波器１１の入力ポートに与えられる入力光信号Ｓ２３の電場は、次の数２３の式で表せる。
【００６９】
【数２３】
2017083626.tif 000025
【００７０】
第１の分波器１１は、入力光信号Ｓ２３を光強度レベルで１：１の比に分波する。第１の分波器１１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ２４，Ｓ２５の電場は、次の数２４，２５の式で各々表せる。
【００７１】
【数２４】
2017083626.tif 000026
【００７２】
【数２５】
2017083626.tif 000027
【００７３】
第２の分波器３１は、第１の分波器１１で分岐された光信号Ｓ２４を光強度レベルで９：１の比に分波する。第２の分波器３１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ２６，Ｓ２７の電場は、次の数２６，２７の式で各々表せる。
【００７４】
【数２６】
2017083626.tif 000028
【００７５】
【数２７】
2017083626.tif 000029
【００７６】
第３の分波器４１は、第１の分波器１１で分岐された光信号Ｓ２５を光強度レベルで９：１の比に分波する。第３の分波器４１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ２８，Ｓ２９の電場は、次の数２８，２９の式で各々表せる。
【００７７】
【数２８】
2017083626.tif 000030
【００７８】
【数２９】
2017083626.tif 000031
【００７９】
第２の分波器３１で分岐された光信号Ｓ２６，Ｓ２７は、信号電極１１５に入力する電気信号の電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相変調され、光信号Ｓ２６の位相が＋θ変化すると、光信号Ｓ２７の位相が＋３θ変化する。また、位相変調された光信号Ｓ２６，Ｓ２７は、位相シフト用通電電極３５に入力する直流電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相シフトされる。ここで光信号Ｓ２６の位相がシフトせず、光信号Ｓ２７の位相だけが、直流電圧によって＋πシフトしたとすると、第１の合波器３２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ３０，Ｓ３１の電場は、次の数３０，３１の式で各々表せる。
【００８０】
【数３０】
2017083626.tif 000032
【００８１】
【数３１】
2017083626.tif 000033
【００８２】
第３の分波器４１で分岐された光信号Ｓ２８，Ｓ２９は、信号電極１１５に入力する電気信号の電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相変調され、光信号Ｓ２８の位相が−θ変化すると、光信号Ｓ２９の位相が−３θ変化する。また、位相変調された光信号Ｓ２８，Ｓ２９は、位相シフト用通電電極３５に入力する直流電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相シフトされる。ここで光信号Ｓ２９の位相がシフトせず、光信号Ｓ２８の位相だけが、直流電圧によって−πシフトしたとすると、第１の合波器３２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ３２，Ｓ３３の電場は、次の数３２，３３の式で各々表せる。
【００８３】
【数３２】
2017083626.tif 000034
【００８４】
【数３３】
2017083626.tif 000035
【００８５】
第１の合波器３２は、光信号Ｓ３０，Ｓ３１を光強度レベルで９：１の比に結合し、第２の合波器４２は、光信号Ｓ３２，Ｓ３３を光強度レベルで９：１の比に結合する。第１の合波器３２，第２の合波器４２から出力する各光信号は、位相シフト用通電電極２５に入力する直流電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相シフトされる。この直流電圧によって、第１の合波器３２から出力して第５の導波路１５を伝搬する光信号の位相が−π／２シフトし、第２の合波器４２から出力して第６の導波路１６を伝搬する光信号の位相が＋π／２シフトしたとすると、第３の合波器１２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ３４，Ｓ３５の電場は、次の数３４，３５の式で各々表せる。
【００８６】
【数３４】
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【００８７】
【数３５】
2017083626.tif 000037
【００８８】
第３の合波器１２は、その入力ポートに与えられる光信号Ｓ３４，Ｓ３５を光強度レベルで１：１の比に結合する。最終的に第３の合波器１２の出力ポートに生成される出力光信号Ｓ３６の電場は、次の数３６の式で表せる。
【００８９】
【数３６】
2017083626.tif 000038
【００９０】
数２３で示した入力光信号Ｓ２３の電場の式と、数３６で示した出力光信号Ｓ３６の電場の式とを比較すると、電気信号の駆動電圧に対し、変調された出力光信号Ｓ３６の電場は（(9/10)*sinθ-(1/10)*sin3θ）、すなわち図１に示すマッハツェンダ変調器１００や、図３に示す光変調器１よりも三角波状に近付いた応答曲線となる。図１２は、図１１で示した光変調器１について、その応答曲線をグラフで示したもので、実線（合計）が出力光信号Ｓ３６の振幅の応答曲線を示しており、図７よりも線形となる光振幅の範囲が拡大しているのがわかる。
【００９１】
次に、図９および図１０に基づいて、光変調器１の構造を説明する。図９は光変調器の平面図であり、図１０はＡ−Ａ’部分での断面構造を模式的に表す図である。図９及び図１０において、マッハツェンダ変調器は、共通する基板１０１の主面側に、導波路や電極等の各構成を備えている。基板１０１やマッハツェンダ変調器は、光を伝搬できるものであれば特に材料は限定されない。例えば、ＬＮの基板１０１上に、Ｔｉ拡散のニオブ酸リチウム導波路を形成してもよいし、シリコン（Ｓｉ）の基板１０１上に、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）導波路を形成してもよい。なお、ＩｎＰやＧａＡｓの基板１０１上に、ＩｎＧａＡｓＰやＧａＡｌＡｓの導波路を形成した光半導体導波路を用いることも考えられる。
【００９２】
基板１０１は、ＸカットＹ軸伝搬となるように切り出されたＬＮが好ましい。このとき、電気信号により誘起される電界はＺ軸方向（結晶のc軸）となり、大きな電気光学効果を利用できるため低電力駆動が可能であり、かつ優れた応答速度が得られるためである。この基板１０１のＸカット面（ＹＺ面）の表面に導波路や電極等が形成され、導波光はＹ軸に沿って伝搬することとなる。基板１０１は、Ｘカット以外のＬＮとしてもよい。また基板１０１として、ポッケルス効果やカー効果といった電気光学効果を有する三方晶系や六方晶系といった一軸性結晶、結晶の点群がＣ３Ｖ，Ｃ３，Ｄ３，Ｃ３ｈ，Ｄ３ｈである材料を用いることができる。これらの材料は、電界の印加によって屈折率変化が伝搬光のモードによって異符号となるような屈折率調整機能を有する。具体例としては、ＬＮの他に、タンタル酸リチウム（ＬｉＴ：ＬＴ）、β−ＢａＢ２Ｏ４（略称ＢＢＯ）、ＬｉＩＯ３などを用いることができる。
【００９３】
基板１０１の材料は、メトロネットワークやコアネットワークといった中長距離光通信にＬＮを用いられるが、近年では主としてメトロネットワークを対象に、ＩｎＰのような半導体の基板１０１を用いた光変調器１が検討されている。また、ＥＯ（電気光学）ポリマーも基板１０１として使用が検討されている。基板１０１の大きさや形状は、所定のマッハツェンダ干渉計や導波路、電極を形成できるものであれば、特に限定されない。
【００９４】
基板１０１の主面上には、電極金属による光波の伝播損失を防ぐために、ＳｉＯ２のバッファ層１０２（図１０を参照）を形成するのが好ましい。バッファ層１０２は基板１０１と電極との間に設けられるが、必須のものではない。
【００９５】
図９に示すような形で、前述した進行波電極の信号電極１１５、接地電極１１６，１１７、位相シフト用通電電極２５及び対となる位相シフト用接地電極２６，２７、位相シフト用通電電極３５，４５及びそれぞれに対となる位相シフト用接地電極３６，３７、及び４６，４７が形成される。これらは、基板１０１の主面上で同一平面に配置されるコプレーナ型の電極に相当する。これらの電極は、何れも第１の導波路１３，第２の導波路１４や第３の導波路３３，３４、及び第４の導波路４３，４４の光信号が伝搬する方向に沿って配置される印加部と、他の部位との電気的接続を図るために、印加部に連結して配置される接続部と、により構成される。
【００９６】
具体的には、信号電極１１５は、印加部１１５Ａの一端と他端に接続部１１５Ｂ，１１５Ｃを備えており、一方の接続部１１５Ｂを変調用の電気信号の入力端子とし、他方の接続部１１５Ｃを電気信号の終端としている。また、一方の接地電極１１６は、印加部１１６Ａの一端に接続部１１６Ｂを備え、他方の接地電極１１７は、印加部１１７Ａと、その印加部１１７Ａに沿って直線状に配置された接続部１１７Ｂとにより構成される。信号電極１１５の印加部１１５Ａと、接地電極１１６の印加部１１６Ａと、接地電極１１７の印加部１１７Ａは、何れも直線状で間隔を隔てて並んで配置される。そして、印加部１１５Ａ，１１６Ａの間に、二つの第３の導波路３３，３４が配置され、印加部１１５Ａ，１１７Ａの間に、二つの第４の導波路４３，４４が配置される。
【００９７】
位相シフト用通電電極２５は、印加部２５Ａの一端に接続部２５Ｂを備えており、当該接続部２５Ｂを直流電圧の入力端子としている。位相シフト用接地電極２６は、印加部２６Ａに接続部２６Ｂを連続形成して構成され、間隔を隔てて配置した印加部２５Ａ，２６Ａの間に、第１の合波器３２の出力ポートに接続する第５の導波路１５が配設される。同様に、別な位相シフト用接地電極２７は、印加部２７Ａに接続部２７Ｂを連続形成して構成され、間隔を隔てて配置した印加部２５Ａ，２７Ａの間に、第２の合波器４２の出力ポートに接続する第６の導波路１６が配設される。位相シフト用接地電極２６，２７は、接続部２６Ｂ，２７Ｂが基板１０１を横断して連結することで、互いに電気的導通が図られている。
【００９８】
位相シフト用通電電極３５は、印加部３５Ａの一端に接続部３５Ｂを備えており、当該接続部３５Ｂを直流電圧の入力端子としている。同様に、別な位相シフト用通電電極４５は、印加部４５Ａの一端に接続部４５Ｂを備えており、当該接続部４５Ｂを直流電圧の入力端子としている。位相シフト用接地電極３６は、印加部３６Ａに接続部３６Ｂを連続形成して構成され、間隔を隔てて配置した印加部３５Ａ，３６Ａの間に、位相変調された光信号が伝搬する一方の第３の導波路３３が配設される。同様に、別な位相シフト用接地電極４７は、印加部４７Ａに連続して接続部４７Ｂを備えて構成され、間隔を隔てて配置した印加部３５Ａ，４７Ａの間に、位相変調された光信号が伝搬する一方の第４の導波路４４が配設される。位相シフト用接地電極３６，４７は、接続部３６Ｂ，４７Ｂが基板１０１を横断して連結することで、互いに電気的導通が図られている。
【００９９】
さらに、別な位相シフト用接地電極３７，４６は一体的に形成され、印加部３７Ａ，４６の両端を、位相シフト用接地電極３６，４７や位相シフト用接地電極２６，２７との接続部としている。そして、間隔を隔てて配置した印加部３５Ａ，３７Ａの間に、位相変調された光信号が伝搬する他方の第３の導波路３４が配設され、間隔を隔てて配置した印加部４５Ａ，４６Ａの間に、位相変調された光信号が伝搬する他方の第４の導波路４３が配設される。
【０１００】
上述した通電電極２５，３５，４５や、接地電極２６，２７，３６，３７，４６，４７は、何れも光位相調整器４８の電極として構成される。この光位相調整器４８に前述した直流電圧の供給源（図示せず）を接続することで、導波路となる第１の導波路１３，第２の導波路１４や第３の導波路３３，３４，第４の導波路４３，４４を伝搬する光信号の位相を光位相調整器４８で調整できる。
【０１０１】
なお、図９に示す光位相調整器４８の電極構成はあくまでも一例に過ぎない。例えば図９において、第３の導波路３３，第４の導波路４４を伝搬する光信号の位相をシフトさせたくない場合は、位相シフト用接地電極３６，４７を省略すればよい。また、各導波路にそれぞれ通電電極を独立して配置し、その通電電極に直流電圧を個別に供給／遮断できるように供給源を構成すれば、特定の導波路を通過する光信号だけを、位相シフトさせることが可能になる。
【０１０２】
次に、上記光変調器１の製造方法について説明する。上述のマッハツェンダ干渉計を構成する光導波路の形成方法としては、チタン拡散法など等の内拡散法やプロトン交換法など公知の形成方法を利用できる。これはまず、基板１０１となるＬＮのウエハー上に、フォトリソグラフィー法によってチタンをパターニングし、熱拡散法によってチタンを拡散させ、光導波路を形成する。次に、基板１０１の主面に二酸化シリコンの絶縁バッファ層１０２を形成し、これらの上に金属メッキからなる電極を形成する。次いでウエハーを切断する。このようして、チタン拡散導波路が形成された光変調器１が形成される。
【０１０３】
光変調器１は、例えば以下のようにして製造できる。先ず基板１０１上に、第１の導波路１３，第２の導波路１４や第３の導波路３３，３４，第４の導波路４３，４４となる導波路を形成する。導波路は、ＬＮ基板１０１の表面にプロトン交換法やチタン熱拡散法を施して設けることができる。例えば、フォトリソグラフィー技術によってＴｉ金属のストライプを、ＬＮ基板１０１上に列をなした状態で作製する。その後、ＬＮ基板１０１を１０００℃近辺の高温にさらしてＴｉ金属を当該基板１０１の内部に拡散させる。このようにすれば、ＬＮ基板１０１に導波路を形成できる。
【０１０４】
また、光変調器１の電極は金が好ましいが、特に限定されるものではない。金を使用する場合は、例えば、金を全面に蒸着した後、レジストを厚めに塗布し、フォトリソグラフィー技術により電極部分のレジストを剥離し、その部位にメッキで金を圧膜（例えばアスペクト比４〜５程度）に形成した後に、ウェットエッチングにより全てのレジストを除去して、所望のパターン形状と厚さを有する金電極を得る。このようにして、当該電極は、光導波路の形成と同様にフォトリソグラフィー技術によって、同一幅で形成した多数の導波路の両脇に対して、電極間にギャップを設けて形成することができる。
【０１０５】
なお、基板１０１としてシリコンを用いる場合は、例えば以下のようにして製造できる。シリコンの基板１０１上に、火炎堆積法によって二酸化シリコンを主成分とする下部クラッド層を堆積し、次に二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）をドーパントとして添加した二酸化シリコンを主成分とするコア層を堆積する。その後、電気炉で透明ガラス化する。次に、エッチングで光導波路部分を作製し、再び二酸化シリコンを主成分とする上部クラッド層を堆積する。そして、薄膜ヒータ型熱光学強度変調器及び薄膜ヒータ型熱光学位相変調器を上部クラッド層に形成する。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態１における光変調器１は、光信号を分岐する光入力部としての第１の分波器１１や第２の分波器３１，第３の分波器４１と、光入力部で分岐した光信号を合成する光出力部としての第３の合波器１２や第１の合波器３２，第２の合波器４２と、各々が間隔を隔てて配置され、第２の分波器３１，及び第２の分波器４１から第１の合波器３２，第２の合波器４２に光信号を導く複数の導波路としての第１の導波路１３，第２の導波路１４や第３の導波路３３，３４，第４の導波路４３，４４と、を備え、信号電極１１５と接地電極１１６，１１７との間に入力電圧信号を印加することで、光信号を変調して出力するものである。また、少なくとも二つ以上の第３の導波路３３，３４を、信号電極１１５と接地電極１１６との間に配置し、別な信号電極１１５と接地電極１１７との間にも、二つ以上の第４の導波路４３，４４を配置している。
【０１０７】
この場合、信号電極１１５から生成される電界の分布を利用して、一つの信号電極１１５に対して二つ以上の第３の導波路３３，３４や第４の導波路４３，４４を、誘導移相量が適切な割合になるように配置することで(デバイス領域で作りこむことで)、一つの電気信号入力により、二つ以上の第３の導波路３３，３４間や第４の導波路４３，４４間で光信号の位相を調節することが可能になる。
【０１０８】
つまり、一つの電気信号が入力する一つの信号電極１１５に対して、その信号電極１１５と接地電極１１６，１１７との間に、第１の分波器１１と第２の分波器３１，第３の分波器４１で分波された二つ以上の第３の導波路３３，３４や第４の導波路４３，４４を配置し、各々の第３の導波路３３，３４，第４の導波路４３，４４で所望の変調深さを有する被変調光を生成して、それらを第３の合波器１２と第１の合波器３２，第２の合波器４２で合波干渉させることで、光電場の振幅領域で所望の変調曲線を得ることができる。そのため、信号電極１１５の長さを個々に調節せずに、一つの電気信号を入力するだけで、光信号を所望の応答特性で変調出力する光変調器１を提供できる。
【０１０９】
また本実施の形態１では、二つ以上の第３の導波路３３，３４と、二つ以上の第４の導波路４３，４４が、何れも信号電極１５から生成される電界の強さが異なる位置に各々配置される。
【０１１０】
この場合、信号電極１１５に対する第３の導波路３３，３４や第４の導波路４３，４４の位置によるオーバーラップの違いを利用することで、二つ以上の第３の導波路３３，３４および第４の導波路４３，４４で、変調深さの異なる被変調光を簡単に生成することが可能となる。
【０１１１】
また本実施の形態１では、信号電極１１５に入力する電気信号に対して、第１の合波器１２から変調出力された光信号の応答特性が正弦波状からのこきり波形状または三角波形状に近付くように、光変調器１が構成される。
【０１１２】
この場合、信号電極１１５に入力する電気信号に対して、第３の合波器１２から変調出力された光信号の応答特性が正弦波状からのこぎり波形状または三角波形状に近付くように、信号電極１１５に対する各第３の導波路３３，３４，第４の導波路４３，４４の位置や、第２の分波器３１，第３の分波器４１や第１の合波器３２，第２の合波器４２における光強度比を工夫することで、光信号の非線形性を抑制して変調出力することが可能になる。
【０１１３】
また本実施の形態１では、第１の導波路１３，第２の導波路１４や第３の導波路３３，３４，第４の導波路４３，４４を伝搬する光信号の位相を調整する光位相調整器４８をさらに備えている。
【０１１４】
この場合、光変調器１に光位相調整器４８を取り入れて、第１の導波路１３、第２の導波路１４や第３の導波路３３，３４、第４の導波路４３，４４を各々伝搬する光信号の位相をシフトさせることで、設計した所望の応答特性で光信号を変調出力することが可能になる。
【０１１５】
図１１は、本実施の形態１の変形例として、図９で示した光変調器の構成に光強度調整器５０を組み込んだ光変調器１のデバイス構造を示している。光強度調整器５０は、第３の導波路３３，３４、及び第４の導波路４３，４４のそれぞれの途中に各々挿入接続されたマッハツェンダ干渉計５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄと、マッハツェンダ干渉計５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄに各々対応して、制御電極５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄと、接地電極５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄによる光強度調整用電極を備える。また図示しないが、制御電極５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄに各々直流電圧を供給する電圧供給源が設けられる。
【０１１６】
マッハツェンダ干渉計５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄは、何れも二つの導波路の入力端と出力端に、分波器と合波器を各々接続した構成を有する。この並列に配置した二つの導波路の間に、制御電極５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄが各々配置される。接地電極５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄは、前述の接地電極１１６と一体で構成されるが、別体で構成してもよい。
【０１１７】
図１１で示した光変調器１は、光強度調整器５０の各制御電極５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄと接地電極５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄとの間に、適切な値の直流電圧を印加することで、第３の導波路３３，３４、及び第４の導波路４３，４４を伝搬する光信号の強度を任意に調節できる。したがって、第２の分波器３１、第３の分波器４１や第１の合波器３２、第２の合波器４２を、第１の分波器１１や第３の合波器１２と同様に光強度比が１：１の対称なもので構成できる。それ以外のデバイス構造や動作は、図９の光変調器１と共通する。
【０１１８】
以上のように、図１１に示す光変調器１では、第３の導波路３３，３４、及び第４の導波路４３，４４を伝搬する光信号の強度を調整する光強度調整器５０をさらに備えている。つまり、光強度調整器５０を光変調器１のデバイス構造に取り入れることで、第１の分波器１１、第２の分波器３１、第３の分波器４１や第３の合波器１２、第１の合波器３２、第２の合波器４２を光強度比が１：１の対称なものだけで構成し、各第３の導波路３３，３４、第４の導波路４３，４４を伝搬する光信号を所望の光強度比で合成することができる。また、光変調器１を設計・製造する上で、製造誤差などによる光強度分配の設計値のズレや歪みを補償でき、設計値通りの動作特性を得ることができる。さらに、例えば変調度の比が１:２とした設計したのに対し、実際の製品がは１:１.９になるなど、変調度の比の関係が設計とずれた場合についても、光強度の関係をそれに応じた比に調節することで、その変調度の比の関係の下で線形性向上の効果を最大化することができる。光量の分配の関係がずれても、変調度(光の誘導位相)の関係がずれても、どちらも光量分配の調節で最適化することができる。なお、光強度調整器５０は、図１１に示す位置だけに限られず、第１の合波器３２と第２の合波器４２の近傍など、光強度調整の効果が得られる他の場所に配置しても構わない。
【０１１９】
次に図１２〜図２０を基に実施の形態２について説明する。実施の形態１では信号電極１１５と接地電極１１６、１１７との間に２つの導波路を配置した例を示したが、実施の形態２では４つの導波路を配置した例を示す。なお、ここで、信号電極と接地電極との間に配置とは、デバイス断面においては電界が誘起される領域を指し、断面図における位置的な意味での前記信号電極と前記接地電極の間に限定されず、光導波路が該信号電極あるいは該接地電極と接していても良いし、光導波路の一部あるいは全部が該信号電極あるいは該接地電極と重なっていても良い点は実施の形態１と同様である。
【０１２０】
図１２は実施の形態２の光変調器１の構成を模式的に表す図である。図３に示した実施の形態１の構成と同一または同等の構成について、同じ符号を付している。ただし、第２の分波器３１、第３の分波器４１、第１の合波器３２、及び第２の合波器４２の光強度比は、Ｎ１：Ｍ１と表記している。実施の形態１との違いは、２つの第３の導波路３３と３４が第４の分波器６１と第５の分波器７１によってそれぞれ分波され、２つの第４の導波路４３と４４が第６の分波器８１と第７の分波器９１によってそれぞれ分波されている点である。それぞれの分波器に対応して、第４の合波器６２、第５の合波器７２、第６の合波器８２及び第７の合波器９２が設けられている。第４の分波器と第４の合波器の間は２つの第７の導波路６３，６４により、第５の分波器と第５の合波器の間は２つの第８の導波路７３，７４により、第６の分波器と第６の合波器の間は２つの第９の導波路８３，８４により、第７の分波器と第７の合波器の間は２つの第１０の導波路９３，９４により接続されている。第７の導波路６３，６４と第８の導波路７３，７４は、信号電極１１５と一方の接地電極１１６の間に配置されており、第９の導波路８３，８４と第１０の導波路９３，９４は、信号電極１１５と他方の接地電極１１７の間に配置されている。第７の導波路６３と６４の間、第８の導波路７３と７４の間、第９の導波路８３と８４の間、及び第１０の導波路９３と９４の間には、それぞれ位相シフト用通電電極６５，７５，８５、及び９５が配置されている。第４の分波器６１と第５の分波器７１は、それぞれ、入力光信号を光強度比Ｎ２：Ｍ２とＮ３：Ｍ３に分岐して出力する。第６の分波器８１と第７の分波器９１は、それぞれ、入力光信号を光強度比Ｎ３：Ｍ３とＮ２：Ｍ２に分岐して出力する。第４の合波器６２と第５の合波器７２は、それぞれ光信号を光強度比Ｎ２：Ｍ２とＮ３：Ｍ３に合成して出力する。第６の合波器８２及び第７の合波器９２は、それぞれ光信号を光強度比Ｎ３：Ｍ３とＮ２：Ｍ２に合成して出力する。第７導波路６３，６４、第８の導波路７３，７４、第９の導波路８３，８４、及び第１０の導波路９３，９４は、平面視で入力端と出力端の近傍部分を除いて、相互に平行に配置される。図示しないが、位相シフト用通電電極６５，７５，８５，９５には、前述したような位相シフト用接地電極が設けられ、これらも光位相調整器４８の電極を構成している。
【０１２１】
図１３〜図１５を基に、実施の形態２における複数の第７の導波路６３，６４、及び第８の導波路７３，７４、あるいは複数の第９の導波路８３，８４、及び第１０の導波路９３，９４の配置方法について説明する。図１３は、信号電極２０の端面を導波路位置の基準とした場合に、その信号電極２０と、導波路２３との位置関係を、断面図で模式的に示したものある。ここでは信号電極２０の幅ｔ１を２１μｍとし、信号電極２０の端面と接地電極２２の端面との間の距離ｔ２を７０μｍとし、導波路の幅ｔ３を６μｍとしている。しかしながら、これらのｔ１〜ｔ３は適宜設計変更可能である。尚、図１３では、信号電極２０に対し接地電極２１と２２は対称的な配置としており、信号電極２０の他端面と接地電極２１の端面との間の距離もｔ２と同じ長さにしている。また、導波路２３は、信号電極２０に向かう端縁が、信号電極２０の端面と一致する位置を、基準の０μｍとする。図１３では、導波路２３が基準位置に形成されている状態を示している。
【０１２２】
図１４は、図１３の構成で、信号電極２０に電圧信号を入力したときに表れる等電位線を示している。等電位線の間隔が狭く密であるほど、その位置での電場が大きいと言える。
【０１２３】
図１５は、図１４に示すデータを用いて、前述の基準を０μｍとして、そこから接地電極２０に向かう導波路２３の配置位置を変化させた場合のオーバーラップ（変調効率）の違いのシミュレーション結果をグラフで示したものである。オーバーラップの値は、各位置での電場の大きさから算出され、基準の位置での値を１として、０〜１の範囲になるように規格化されている。図１５の例では、信号電極２０と導波路２３の配置位置により、オーバーラップの値として約０．０５から１の間の値をとることができ、実施の形態１よりも広い範囲でオーバーラップの値を利用できる。
【０１２４】
例えば、第９の導波路８３，８４、第１０の導波路９３，９４で、伝搬する光信号の間で、変調度が３倍，５倍，７倍異なるように、信号電極１１５と接地電極１１７との間に配置することを考えてみる。この場合、第９の導波路８３，８４、第１０の導波路９３，９４を伝搬する光信号の間で、変調度の比は７：５：３：１≒１：０．７１：０．４３：０．１４であるから、図１５に示す例では、信号電極１１５と接地電極１１７との間で、規格化オーバーラップの値が概ね１，０．７１，０．４３，０．１４となる４つの位置、すなわち信号電極１１５に近いＸ４の位置と、その近傍のＸ５の位置と、少し離れたＸ６の位置と、接地電極１１７に近いＸ７の位置に、第９の導波路８３，８４、第１０の導波路９３，９４を各々配置すればよい。また図示しないが、第７の導波路６３，６４、第８の導波路７３，７４も同様に、光信号の間で変調度の比が７：５：３：１≒１：０．７１：０．４３：０．１４となるように、すなわち規格化オーバーラップの値が概ね１，０．７１，０．４３，０．１４となるように、信号電極１１５と接地電極１１６との間の適切な位置に各々配置される。
【０１２５】
オーバーラップの制御方法として、導波路の幅（径）ｔ３や実効屈折率といったパラメータはすべて同じである必要はなく、例えば導波路の幅ｔ３を変えることで実効的なオーバーラップを変えた場合も含む。導波路を複数配置する場合には、導波路間の結合が信号を劣化させる要因(クロストーク)となる問題が生じる場合がある。しかしながら、各導波路の実効屈折率を変える等の技術により、導波路間の結合を低減することもできる。実行屈折率を変える技術としては、例えば導波路に導入する不純物の拡散量を変化させるなどの技術がある。
【０１２６】
次に図１６を基に実施の形態２の具体的な例について説明する。図１６は図１２と同じ構成であるが、説明のために非対称分波器の光強度比を表すＮ１、Ｍ１、Ｎ２、Ｍ２、Ｎ３、及びＭ３の各値として具体的な数値を明記したものである。
【０１２７】
図１６において、第４の分波器６１は、第３の導波路３３からの入力光信号を光強度比１１０２５：１２２５に分岐して、２つの第７の導波路６３，６４に各々出力する非対称分波器として構成される。第５の分波器７１は、第３の導波路３４からの入力光信号を光強度比４４１：２２５に分岐して、第８の導波路７３，７４に各々出力する非対称分波器として構成される。第６の分波器８１は、第４の導波路４３からの入力光信号を光強度比４４１：２２５に分岐して、第９の導波路８３，８４に各々出力する非対称分波器として構成される。第７の分波器９１は、第４の導波路４４からの入力光信号を光強度比１１０２５：１２２５に分岐して、第１０の導波路９３，９４に各々出力する非対称分波器として構成される。
【０１２８】
さらに第２の分波器３１は、第１の導波路１３からの入力光信号を光強度比１２２５０：６６６に分岐して、２つの第３の導波路３３，３４に出力する非対称分波器として構成される。また第３の分波器４１は、第２の導波路１４からの入力光信号を光強度比１２２５０：６６６に分岐して、２つの第４の導波路４３，４４に出力する非対称分波器として構成される。これらの第２の分波器３１、第３の分波器４１、第４の分波器６１、第５の分波器７１、第６の分波器８１、第７の分波器９１と、第１の分波器１１とにより、光変調器１に入力する光信号を適切な光強度比で複数の第７の導波路６３，６４、第８の導波路７３，７４、第９の導波路８３，８４、第１０の導波路９３，９４に分岐する光入力部が構成される。
【０１２９】
第４の合波器６２は、第７の導波路６３，６４からの光信号を光強度比１１０２５：１２２５に合成して、第３の導波路３３に出力する非対称合波器として構成される。第５の合波器７２は、第８の導波路７３，７４からの光信号を光強度比４４１：２２５に合成して、第３の導波路３４に出力する非対称合波器として構成される。第６の合波器８２は、第９の導波路８３，８４からの光信号を光強度比４４１：２２５に合成して、第４の導波路４３に出力する非対称合波器として構成される。第７の合波器９２は、第１０の導波路９３，９４からの光信号を光強度比１１０２５：１２２５に合成して、第４の導波路４４に出力する非対称合波器として構成される。
【０１３０】
さらに第１の合波器３２は、第３の導波路３３，３４からの光信号を光強度比１２２５０：６６６に合成して、第５の導波路１５に出力する非対称合波器として構成される。また第２の合波器４２は、第４の導波路４３，４４からの光信号を光強度比１２２５０：６６６に合成して、第６の導波路１６に出力する非対称合波器として構成される。これらの第１の合波器３２、第２の合波器４２、第４の合波器６２、第５の合波器７２、第６の合波器８２、第７の合波器９２と、第３の合波器１２とにより、複数の第７の導波路６３，６４、第８の導波路７３，７４、第９の導波路８３，８４、第１０の導波路９３，９４からの光信号を適切な光強度比で合成して出力する光出力部が構成される。また第７の導波路６３，６４、第８の導波路７３，７４、第９の導波路８３，８４、第１０の導波路９３，９４は、平面視で入力端と出力端の近傍部分を除いて、相互に平行に配置される。
【０１３１】
図示しないが、位相シフト用通電電極６５，７５，８５，９５には、前述したような位相シフト用接地電極が設けられ、これらも光位相調整器４８の電極を構成している。
【０１３２】
図１７は、図１６の光変調器１における縦断面を示したものである。同図において、基板１０１の主面側には第７の導波路６３，６４、第８の導波路７３，７４、第９の導波路８３，８４、第１０の導波路９３，９４が設けられ、バッファ層１０２を介して信号電極１１５や接地電極１１６，１１７が形成される。第７の導波路６３，６４、第８の導波路７３，７４は、伝搬する光信号の間で、変調度が３倍，５倍，７倍異なるように、信号電極１１５と接地電極１１６との間に配置される。また第９の導波路８３，８４、第１０の導波路９３，９４も、伝搬する光信号の間で、変調度が３倍，５倍，７倍異なるように、信号電極１１５と接地電極１１７との間に配置される。その他の構成は、実施の形態１で説明したものと共通する。
【０１３３】
次に、図１６の光変調器１について、その動作を説明する。第１の分波器１１の入力ポートに与えられる入力光信号Ｓ３７の電場は、次の数３７の式で表せる。
【０１３４】
【数３７】
2017083626.tif 000039
【０１３５】
第１の分波器１１は、入力光信号Ｓ３７を光強度レベルで１：１の比に分波する。第１の分波器１１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ３８，Ｓ３９の電場は、次の数３８，３９の式で各々表せる。
【０１３６】
【数３８】
2017083626.tif 000040
【０１３７】
【数３９】
2017083626.tif 000041
【０１３８】
第２の分波器３１は、第１の分波器１１で分岐された光信号Ｓ３８を光強度レベルで１２２５０：６６６の比に分波する。第２の分波器３１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ４０，Ｓ４１の電場は、次の数４０，４１の式で各々表せる。
【０１３９】
【数４０】
2017083626.tif 000042
【０１４０】
【数４１】
2017083626.tif 000043
【０１４１】
第２の分波器４１は、第１の分波器１１で分岐された光信号Ｓ３９を光強度レベルで１２２５０：６６６の比に分波する。第２の分波器４１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ４２，Ｓ４３の電場は、次の数４２，４３の式で各々表せる。
【０１４２】
【数４２】
2017083626.tif 000044
【０１４３】
【数４３】
2017083626.tif 000045
【０１４４】
第４の分波器６１は、第２の分波器３１で分岐された光信号Ｓ４０を光強度レベルで１１０２５：１２２５の比に分波する。第４の分波器６１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ４４，Ｓ４５の電場は、次の数４４，４５の式で各々表せる。
【０１４５】
【数４４】
2017083626.tif 000046
【０１４６】
【数４５】
2017083626.tif 000047
【０１４７】
第５の分波器７１は、第２の分波器３１で分岐された光信号Ｓ４１を光強度レベルで４４１：２２５の比に分波する。第５の分波器７１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ４６，Ｓ４７の電場は、次の数４６，４７の式で各々表せる。
【０１４８】
【数４６】
2017083626.tif 000048
【０１４９】
【数４７】
2017083626.tif 000049
【０１５０】
第６の分波器８１は、第２の分波器４１で分岐された光信号Ｓ４２を光強度レベルで４４１：２２５の比に分波する。第６の分波器８１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ４８，Ｓ４９の電場は、次の数４８，４９の式で各々表せる。
【０１５１】
【数４８】
2017083626.tif 000050
【０１５２】
【数４９】
2017083626.tif 000051
【０１５３】
第７の分波器９１は、第３の分波器４１で分岐された光信号Ｓ４３を光強度レベルで１１０２５：１２２５の比に分波する。第７の分波器９１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ５０，Ｓ５１の電場は、次の数５０，５１の式で各々表せる。
【０１５４】
【数５０】
2017083626.tif 000052
【０１５５】
【数５１】
2017083626.tif 000053
【０１５６】
第４の分波器６１で分岐された光信号Ｓ４４，Ｓ４５と、第５の分波器７１で分岐された光信号Ｓ４６，４７は、信号電極１１５に入力する電気信号の電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相変調され、光信号Ｓ４４の位相が＋θ変化すると、光信号Ｓ４５の位相が＋３θ変化し、光信号Ｓ４６の位相が＋５θ変化し、光信号Ｓ４７の位相が＋７θ変化する。位相変調された光信号Ｓ４４，Ｓ４５は、位相シフト用通電電極６５に入力する直流電圧レベルに応じて、また位相変調された光信号Ｓ４６，Ｓ４７は、位相シフト用通電電極７５に入力する直流電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相シフトされる。ここで第７の導波路６３を伝搬する光信号Ｓ４４の位相が−π／２シフトし、第７の導波路６４を伝搬する光信号Ｓ４５の位相が＋π／２シフトしたとすると、第４の合波器６２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ５２，Ｓ５３の電場は、次の数５２，５３の式で各々表せる。
【０１５７】
【数５２】
2017083626.tif 000054
【０１５８】
【数５３】
2017083626.tif 000055
【０１５９】
また、第８の導波路７３を伝搬する光信号Ｓ４６の位相が−π／２シフトし、第８の導波路７４を伝搬する光信号Ｓ４７の位相が＋π／２シフトしたとすると、第５の合波器７２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ５４，Ｓ５５の電場は、次の数５４，５５の式で各々表せる。
【０１６０】
【数５４】
2017083626.tif 000056
【０１６１】
【数５５】
2017083626.tif 000057
【０１６２】
第６の分波器８１で分岐された光信号Ｓ４８，Ｓ４９と、第７の分波器９１で分岐された光信号Ｓ５０，５１は、信号電極１１５に入力する電気信号の電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相変調され、光信号Ｓ５１の位相が−θ変化すると、光信号Ｓ５０の位相が−３θ変化し、光信号Ｓ４９の位相が−５θ変化し、光信号Ｓ４８の位相が−７θ変化する。位相変調された光信号Ｓ４８，Ｓ４９は、位相シフト用通電電極８５に入力する直流電圧レベルに応じて、また位相変調された光信号Ｓ５０，Ｓ５１は、位相シフト用通電電極９５に入力する直流電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相シフトされる。ここで第９の導波路８３を伝搬する光信号Ｓ４８の位相が−π／２シフトし、第９の導波路８４を伝搬する光信号Ｓ４９の位相が＋π／２シフトしたとすると、第６の合波器８２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ５６，Ｓ５７の電場は、次の数５６，５７の式で各々表せる。
【０１６３】
【数５６】
2017083626.tif 000058
【０１６４】
【数５７】
2017083626.tif 000059
【０１６５】
また、第１０の導波路９３を伝搬する光信号Ｓ５０の位相が−π／２シフトし、第１０の導波路９４を伝搬する光信号Ｓ５１の位相が＋π／２シフトしたとすると、第７の合波器９２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ５８，Ｓ５９の電場は、次の数５８，５９の式で各々表せる。
【０１６６】
【数５８】
2017083626.tif 000060
【０１６７】
【数５９】
2017083626.tif 000061
【０１６８】
第４の合波器６２は、光信号Ｓ５２，Ｓ５３を光強度レベルで１１０２５：１２２５の比に結合し、第５の合波器７２は、光信号Ｓ５４，Ｓ５５を光強度レベルで４４１：２２５の比に結合する。第４の合波器６２、第５の合波器７２から出力する各光信号は、位相シフト用通電電極３５に入力する直流電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相シフトすることができるが、ここでは直流電圧を入力せず、位相シフトさせない。この場合、第１の合波器３２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ６０，Ｓ６１の電場は、次の数６０，６１の式で各々表せる。
【０１６９】
【数６０】
2017083626.tif 000062
【０１７０】
【数６１】
2017083626.tif 000063
【０１７１】
第６の合波器８２は、光信号Ｓ５６，Ｓ５７を光強度レベルで４４１：２２５の比に結合し、第７の合波器９２は、光信号Ｓ５８，Ｓ５９を光強度レベルで１１０２５：１２２５の比に結合する。第６の合波器８２、第７の合波器９２から出力する各光信号は、位相シフト用通電電極４５に入力する直流電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相シフトすることができるが、ここでは直流電圧を入力せず、位相シフトさせない。この場合、第２の合波器４２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ６２，Ｓ６３の電場は、次の数６２，６３の式で各々表せる。
【０１７２】
【数６２】
2017083626.tif 000064
【０１７３】
【数６３】
2017083626.tif 000065
【０１７４】
第１の合波器３２は、光信号Ｓ６０，Ｓ６１を光強度レベルで１２２５０：６６６の比に結合し、第２の合波器４２は、光信号Ｓ６２，Ｓ６３を光強度レベルで１２２５０：６６６の比に結合する。第１の合波器３２、第２の合波器４２から出力する各光信号は、位相シフト用通電電極２５に入力する直流電圧レベルに応じて、基板１０１の電気光学効果により各々が位相シフトすることができるが、ここでは直流電圧を入力せず、位相シフトさせない。この場合、第３の合波器１２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ６４，Ｓ６５の電場は、次の数６４，６５の式で各々表せる。
【０１７５】
【数６４】
2017083626.tif 000066
【０１７６】
【数６５】
2017083626.tif 000067
【０１７７】
第３の合波器１２は、その入力ポートに与えられる光信号Ｓ６４，Ｓ６５を光強度レベルで１：１の比に結合する。最終的に第３の合波器１２の出力ポートに生成される出力光信号Ｓ６６の電場は、次の数６６の式で表せる。
【０１７８】
【数６６】
2017083626.tif 000068
【０１７９】
数３７で示した入力光信号Ｓ３７の電場の式と、数６６で示した出力光信号Ｓ６６の電場の式とを比較すると、電気信号の駆動電圧に対し、変調された出力光信号Ｓ６６の電場は、図１１に示す光変調器１よりもさらに三角波状に近付いた応答曲線となる。図１８は、図１３で示した光変調器１について、その応答曲線をグラフで示したもので、実線（合計）が出力光信号Ｓ６６の振幅の応答曲線を示しており、図１２よりもさらに線形となる光振幅の範囲が拡大しているのがわかる。
【０１８０】
図１９は、実施の形態２の他の実施例を示している。光変調器１の構造について、図１６に示した、実施の形態２の先の実施例との相違点を説明すると、ここでは入力電圧信号に対して、出力光信号が矩形波形状のディジタル応答特性を示すように、第２の分波器３１、第３の分波器４１、第４の分波器６１、第５の分波器７１、第６の分波器８１、第７の分波器９１と、第１の合波器３２、第２の合波器４２、第４の合波器６２、第５の合波器７２、第６の合波器８２、第７の合波器９２の光強度比を各々調節している。
【０１８１】
具体的には、第２の分波器３１、第３の分波器４１は、光信号を光強度比１４０：３６に分岐して出力する非対称分波器を用い、第４の分波器６１、第７の分波器９１は、光信号を光強度比１０５：３５に分岐して出力する非対称分波器を用い、第５の分波器７１、第６の分波器８１は、光信号を光強度比２１：１５に分岐して出力する非対称分波器を用いる。また、第１の合波器３２、第２の合波器４２は、二つの光信号を光強度比１４０：３６に合成して出力する非対称合波器を用い、第４の合波器６２、第７の合波器９２は、二つの光信号を光強度比１０５：３５に合成して出力する非対称合波器を用い、第５の合波器７２、第６の合波器８２は、二つの光信号を光強度比２１：１５に合成して出力する非対称合波器を用いる。それ以外のデバイス構造は、図１６で説明したものと共通する。
【０１８２】
次に、図１９の光変調器１について、その動作を説明する。第１の分波器１１の入力ポートに与えられる入力光信号Ｓ６７の電場は、次の数６７の式で表せる。
【０１８３】
【数６７】
2017083626.tif 000069
【０１８４】
第１の分波器１１は、入力光信号Ｓ６７を光強度レベルで１：１の比に分波する。第１の分波器１１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ６８，Ｓ６９の電場は、次の数６８，６９の式で各々表せる。
【０１８５】
【数６８】
2017083626.tif 000070
【０１８６】
【数６９】
2017083626.tif 000071
【０１８７】
第２の分波器３１は、第１の分波器１１で分岐された光信号Ｓ６８を光強度レベルで１４０：３６の比に分波する。第２の分波器３１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ７０，Ｓ７１の電場は、次の数７０，７１の式で各々表せる。
【０１８８】
【数７０】
2017083626.tif 000072
【０１８９】
【数７１】
2017083626.tif 000073
【０１９０】
第３の分波器４１は、第１の分波器１１で分岐された光信号Ｓ６９を光強度レベルで１４０：３６の比に分波する。第３の分波器４１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ７２，Ｓ７３の電場は、次の数７２，７３の式で各々表せる。
【０１９１】
【数７２】
2017083626.tif 000074
【０１９２】
【数７３】
2017083626.tif 000075
【０１９３】
第４の分波器６１は、第２の分波器３１で分岐された光信号Ｓ７０を光強度レベルで１０５：３５の比に分波する。第４の分波器６１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ７４，Ｓ７５の電場は、次の数７４，７５の式で各々表せる。
【０１９４】
【数７４】
2017083626.tif 000076
【０１９５】
【数７５】
2017083626.tif 000077
【０１９６】
第５の分波器７１は、第２の分波器３１で分岐された光信号Ｓ７１を光強度レベルで２１：１５の比に分波する。第５の分波器７１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ７６，Ｓ７７の電場は、次の数７６，７７の式で各々表せる。
【０１９７】
【数７６】
2017083626.tif 000078
【０１９８】
【数７７】
2017083626.tif 000079
【０１９９】
第６の分波器８１は、第３の分波器４１で分岐された光信号Ｓ７２を光強度レベルで２１：１５の比に分波する。第６の分波器８１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ７８，Ｓ７９の電場は、次の数７８，７９の式で各々表せる。
【０２００】
【数７８】
2017083626.tif 000080
【０２０１】
【数７９】
2017083626.tif 000081
【０２０２】
第７の分波器９１は、第３の分波器４１で分岐された光信号Ｓ７３を光強度レベルで１０５：３５の比に分波する。第７の分波器９１の各出力ポートに分岐する光信号Ｓ８０，Ｓ８１の電場は、次の数８０，８１の式で各々表せる。
【０２０３】
【数８０】
2017083626.tif 000082
【０２０４】
【数８１】
2017083626.tif 000083
【０２０５】
第４の分波器６１で分岐された光信号Ｓ７４，Ｓ７５と、第５の分波器７１で分岐された光信号Ｓ７６，７７は、信号電極１１５に入力する電気信号の電圧レベルに応じて各々が位相変調され、光信号Ｓ７４の位相が＋θ変化すると、光信号Ｓ７５の位相が＋３θ変化し、光信号Ｓ７６の位相が＋５θ変化し、光信号Ｓ４７の位相が＋７θ変化する。位相シフト用通電電極６５に入力する直流電圧により、第７の導波路６３を伝搬する光信号Ｓ７４の位相が−π／２シフトし、第７の導波路６４を伝搬する光信号Ｓ７５の位相が＋π／２シフトしたとすると、第４の合波器６２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ８２，Ｓ８３の電場は、次の数８２，８３の式で各々表せる。
【０２０６】
【数８２】
2017083626.tif 000084
【０２０７】
【数８３】
2017083626.tif 000085
【０２０８】
また、位相シフト用通電電極７５に入力する直流電圧により、第８の導波路７３を伝搬する光信号Ｓ７６の位相が−π／２シフトし、第８の導波路７４を伝搬する光信号Ｓ７７の位相が＋π／２シフトしたとすると、第５の合波器７２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ８４，Ｓ８５の電場は、次の数８４，８５の式で各々表せる。
【０２０９】
【数８４】
2017083626.tif 000086
【０２１０】
【数８５】
2017083626.tif 000087
【０２１１】
第６の分波器８１で分岐された光信号Ｓ７８，Ｓ７９と、第７の分波器９１で分岐された光信号Ｓ８０，８１は、信号電極１１５に入力する電気信号の電圧レベルに応じて各々が位相変調され、光信号Ｓ８１の位相が−θ変化すると、光信号Ｓ８０の位相が−３θ変化し、光信号Ｓ７９の位相が−５θ変化し、光信号Ｓ７８の位相が−７θ変化する。位相シフト用通電電極８５に入力する直流電圧により、第９の導波路８３を伝搬する光信号Ｓ７８の位相が−π／２シフトし、第９の導波路８４を伝搬する光信号Ｓ７９の位相が＋π／２シフトしたとすると、第６の合波器８２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ８６，Ｓ８７の電場は、次の数８６，８７の式で各々表せる。
【０２１２】
【数８６】
2017083626.tif 000088
【０２１３】
【数８７】
2017083626.tif 000089
【０２１４】
また、位相シフト用通電電極９５に入力する直流電圧により、第１０の導波路９３を伝搬する光信号Ｓ８０の位相が−π／２シフトし、第１０の導波路９４を伝搬する光信号Ｓ８１の位相が＋π／２シフトしたとすると、第７の合波器９２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ８８，Ｓ８９の電場は、次の数８８，８９の式で各々表せる。
【０２１５】
【数８８】
2017083626.tif 000090
【０２１６】
【数８９】
2017083626.tif 000091
【０２１７】
第４の合波器６２は、光信号Ｓ８２，Ｓ８３を光強度レベルで１１０５：３５の比に結合し、第５の合波器７２は、光信号Ｓ８４，Ｓ８５を光強度レベルで２１：１５の比に結合する。ここでは位相シフト用通電電極３５に直流電圧を入力せず、位相シフトさせないので、第２の合波器３２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ９０，Ｓ９１の電場は、次の数９０，９１の式で各々表せる。
【０２１８】
【数９０】
2017083626.tif 000092
【０２１９】
【数９１】
2017083626.tif 000093
【０２２０】
第６の合波器８２は、光信号Ｓ８６，Ｓ８７を光強度レベルで２１：１５の比に結合し、第７の合波器９２は、光信号Ｓ８８，Ｓ８９を光強度レベルで１０５：３５の比に結合する。ここでは位相シフト用通電電極４５に直流電圧を入力せず、位相シフトさせないので、第２の合波器４２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ９２，Ｓ９３の電場は、次の数９２，９３の式で各々表せる。
【０２２１】
【数９２】
2017083626.tif 000094
【０２２２】
【数９３】
2017083626.tif 000095
【０２２３】
第１の合波器３２は、光信号Ｓ９０，Ｓ９１を光強度レベルで１４０：３６の比に結合し、第２の合波器４２は、光信号Ｓ９２，Ｓ９３を光強度レベルで１４０：３６の比に結合する。ここでは位相シフト用通電電極２５に直流電圧を入力せず、位相シフトさせないので、第３の合波器１２の入力ポートに与えられる光信号Ｓ９４，Ｓ９５の電場は、次の数６４，６５の式で各々表せる。
【０２２４】
【数９４】
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【０２２５】
【数９５】
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【０２２６】
第３の合波器１２は、その入力ポートに与えられる光信号Ｓ９４，Ｓ９５を光強度レベルで１：１の比に結合する。最終的に第３の合波器１２の出力ポートに生成される出力光信号Ｓ９６の電場は、次の数９６の式で表せる。
【０２２７】
【数９６】
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【０２２８】
数６７で示した入力光信号Ｓ６７の電場の式と、数９６で示した出力光信号Ｓ９６の電場の式とを比較すると、電気信号の駆動電圧に対し、変調された出力光信号Ｓ９６の電場は、矩形波波状に近付いたディジタル応答曲線となる。図２０は、図１９で示した光変調器１について、その応答曲線をグラフで示したもので、実線（合計）が出力光信号Ｓ９６の振幅の応答曲線を示しており、矩形波波状に近付いたディジタル応答曲線が得られている。
【０２２９】
以上のように、本実施例では、信号電極１１５に入力する電気信号に対して、第３の合波器１２から変調出力された光信号の応答特性が正弦波状から矩形波形状に近付くように、光変調器１が構成される。
【０２３０】
この場合、信号電極１１５に入力する電気信号に対して、第３の合波器１２から変調出力された光信号の応答特性が正弦波形状から矩形波形状に近付くように、信号電極１１５に対する第７の導波路６３，６４、第８の導波路７３，７４、第９の導波路８３，８４、第１０の導波路９３，９４の位置や、第２の分波器３１、第３の分波器４１、第４の分波器６１、第５の分波器７１、第６の分波器８１、第７の分波器９１や第１の合波器３２、第２の合波器４２、第４の合波器６２、第５の合波器７２、第６の合波器８２、第７の合波器９２における光強度比を工夫することで、光信号を矩形波形状のディジタル応答特性で変調出力することが可能になる。本実施例は、主としてディジタルな変調方式やＡＤ変換器といったものに適用した場合に有効であり、また、分波器及び合波器を方向性結合器に変えた場合には光スイッチとして好適である。
【０２３１】
また、上記実施の形態１、２に共通して、本発明の光変調器１は、従来のような二信号入力ではなく、一信号入力で異なる変調度の光信号を得ることができる。そのため、光共振器１周辺の付帯構造を簡略化でき、低コスト化が実現できる。
【０２３２】
さらに、被変調光の受信方法として、従来の直接検波（二乗検波）からコヒーレント検波（ヘテロダイン検波やホモダイン検波など）が主流となりつつあり、直接検波では得られる電圧（電流）信号が光強度（振幅の二乗）に比例するのに対し、コヒーレント検波では得られる電圧信号が光の振幅に比例する。この点、本発明の光変調器１は、光の振幅に対応した応答特性の被変調光が得られるので好適である。
【０２３３】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は種々の変形実施をすることができる。例えば、実施の形態１の変形例として説明した光強度調整器５０を、実施の形態２の光変調器１に適用させてもよい。信号電極と接地電極との間に配置する導波路の数も、実施の形態１や実施の形態２で説明した数に限られるわけではなく、所望の特性に応じて変更してもよい。このとき、適宜、分波器や合波器の数を増減することも可能である。また、分波器や合波器の光強度比は、例えば導波路の幅（径）を変えたり、光カプラを使用したりすることで実現でき、光スイッチの集積により可変合分波器を構成することも可能である。
【符号の説明】
【０２３４】
１  光変調器
１１  第１の分波器（第一の分波器）
１２  第３の合波器（第三の合波器）
１３  第１の導波路（第一の導波路）
１４  第２の導波路（第二の導波路）
１５  第５の導波路（第五の導波路）
１６  第６の導波路（第六の導波路）
１７  入力導波路
１８  出力導波路
３１  第２の分波器（第二の分波器）
３２  第１の合波器（第一の合波器）
３３，３４  第３の導波路（第三の導波路）
４１  第３の分波器（第三の分波器）
４２  第２の合波器（第二の合波器）
４３，４４  第４の導波路（第四の導波路）
４８  光位相調整器
５０  光強度調整器
６１  第４の分波器（第四の分波器）
６２  第４の合波器（第四の合波器）
６３，６４  第７の導波路（第三の導波路）
７１  第５の分波器（第四の分波器）
７２  第５の合波器（第四の合波器）
７３，７４  第８の導波路（第三の導波路）
８１  第６の分波器（第五の分波器）
８２  第６の合波器（第五の合波器）
８３，８４  第９の導波路（第四の導波路）
９１  第７の分波器（第五の分波器）
９２  第７の合波器（第五の合波器）
９３，９４  第１０の導波路（第四の導波路）
１１５  信号電極
１１６  接地電極（第一の接地電極）
１１７  接地電極（第二の接地電極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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