(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される光を２つの分岐光にパワー分岐するパワー分岐部と、
該パワー分岐部にて分岐された一方の分岐光について強度変調を施して、直流成分を含む強度変調光信号を出力する第１強度変調部と、
該パワー分岐部にて分岐された他方の分岐光の光位相について、上記強度変調光信号に対して逆位相となるように位相シフトを施す光位相シフト部と、
上記強度変調光信号と、該光位相シフト部にて位相シフトの施された光とを干渉させて、上記強度変調光信号に含まれる直流成分を抑圧して出射する直流成分抑圧部とをそなえて構成されたことを
特徴とする、光変調器。
【請求項２】
該パワー分岐部が、上記他方の分岐光のパワーが上記強度変調光信号に含まれる直流成分と等しくなるように、上記入射される光を分岐すべく構成されたことを特徴とする、請求項１記載の光変調器。
【請求項３】
該パワー分岐部が、上記他方の分岐光のパワーが上記強度変調光信号の最大レベルと等しくなるように、上記入射される光を分岐すべく構成されたことを特徴とする、請求項１記載の光変調器。
【請求項４】
該パワー分岐部が、上記他方の分岐光のパワーが、上記の強度変調光信号の最大レベルと直流成分との中間の光パワーとなるように、上記入射される光を分岐すべく構成されたことを特徴とする、請求項１記載の光変調器。
【請求項５】
上記のパワー分岐部，第１強度変調部，光位相シフト部および直流成分抑圧部が、光学基板上に形成された光導波路素子を用いて一体形成されたことを特徴とする、請求項１記載の光変調器。
【請求項６】
該光位相シフト部が、該パワー分岐部にて分岐された他方の分岐光の光位相について、上記強度変調光信号に対して逆位相となるように、光路長が調整された上記光学基板上の光導波路であることを特徴とする、請求項５記載の光変調器。
【請求項７】
該光位相シフト部が、該パワー分岐部にて分岐された他方の分岐光の光位相について位相変調を施すように構成されたことを特徴とする、請求項５記載の光変調器。
【請求項８】
該パワー分岐部にて分岐された他方の分岐光について強度変調を施す第２強度変調部が、該光位相シフト部と一体形成されたことを特徴とする、請求項５記載の光変調器。
【請求項９】
入射される光を２つの分岐光にパワー分岐するパワー分岐部と、
該パワー分岐部にて分岐された一方の分岐光について強度変調を施すとともに位相変調を施して、直流成分を含む光信号として出力する変調部と、
該パワー分岐部にて分岐された他方の分岐光の光位相について、該変調部からの上記光信号に対して逆位相となるように位相シフトを施す光位相シフト部と、
該変調部からの上記光信号と、該光位相シフト部にて位相シフトの施された光とを干渉させて、該変調部からの上記光信号に含まれる直流成分を抑圧して出射する直流成分抑圧部とをそなえて構成されたことを
特徴とする、光変調器。
【請求項１０】
複屈折性を有する基板上に形成された光導波路を伝播する光を変調して出射する際に、
入射される光を２つの分岐光にパワー分岐し、
上記分岐された一方の分岐光について、直流成分を含む強度変調を施す一方で、上記分岐された他方の分岐光の光位相について、上記強度変調の施された光信号に対して逆位相となるように位相シフトを施し、
上記強度変調光信号と、上記位相シフトの施された光とを干渉させて、上記強度変調光信号に含まれる直流成分を抑圧して出射することを
特徴とする、光変調方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（目次）
発明の属する技術分野
従来の技術（図１６）
発明が解決しようとする課題（図１６）
課題を解決するための手段
発明の実施の形態
・（ａ）第１実施形態の説明（図１〜図８）
・（ａ１）第１実施形態の変形例の説明（図９）
・（ｂ）第２実施形態の説明（図１０〜図１３）
・（ｂ１）第２実施形態の第１変形例の説明（図１４）
・（ｂ２）第２実施形態の第２変形例の説明（図１５）
発明の効果
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光通信システムの端局装置において、光信号の変調を行なう際に用いて好適な、光変調器および光変調方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
近年、高度情報化社会の進展とともに、膨大な量の情報を伝送することが必要とされており、このような膨大な情報を伝送する手段として、情報を光信号として伝送する光通信システムが活用されている。
また、光通信システムにおいては、信号の変調速度の高速化により年々伝送速度の高速化が図られており、このため、例えば信号の高速変調のための光外部変調器等のような光導波路型の光デバイスが各所で使用されている。
【０００４】
このような光通信システムにおいて用いられる光変調器においては、変調速度の更なる高速化が期待されるとともに、光変調器のチップ規模を縮小化すべくこの光変調器を駆動させるための駆動電圧の低減も要求されている。即ち、光変調を高速に行ない、且つ、極めて低電圧で駆動するような光変調器が求められている。
【０００５】
ここで、従来の光変調器を低電圧で駆動させるためには、図１６（ａ）に示すように出力光電力の０出力付近にて低電圧〔図１６（ａ）に示すＶ0 〜Ｖ1 〕で駆動させる場合と、図１６（ｂ）に示すように出力光電力の傾きの最も急峻な部分にて低電圧〔図１６（ｂ）に示すＶ0 ′〜Ｖ1 ′〕で駆動させる場合とが考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光変調器を、出力光電力の０出力付近にて低電圧で駆動させた場合には、出力光電力が正弦波波形であるため、図１６（ａ）に示すように大きな変調光信号を得ることができない。従って、光通信システムにおいてこのような変調光信号を用いると、伝送時の光信号波形の劣化により光信号の有する情報が損なわれるという課題がある。
【０００７】
一方、従来の光変調器を、出力光電力の傾きの最も急峻な部分にて低電圧で駆動させた場合には、図１６（ｂ）に示すように大きな変調光信号を得ることができるものの、この変調光信号には直流的な光〔図１６（ｂ）に示す符号ｄ〕が重畳されてしまうため、消光比が劣化するという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、低電圧で駆動しながらも高消光比の変調光信号を得ることができるようにした、光変調器および光変調方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の光変調器は、入射される光を２つの分岐光にパワー分岐するパワー分岐部と、パワー分岐部にて分岐された一方の分岐光について強度変調を施して、直流成分を含む強度変調光信号を出力する第１強度変調部と、パワー分岐部にて分岐された他方の分岐光の光位相について、上記強度変調光信号に対して逆位相となるように位相シフトを施す光位相シフト部と、上記強度変調光信号と、光位相シフト部にて位相シフトの施された光とを干渉させて、上記強度変調光信号に含まれる直流成分を抑圧して出射する直流成分抑圧部とをそなえて構成されたことを特徴としている（請求項１）。
【０００９】
ここで、パワー分岐部は、上記他方の分岐光のパワーが上記強度変調光信号に含まれる直流成分と等しくなるように、上記入射される光を分岐すべく構成することができる（請求項２）。
また、パワー分岐部は、上記他方の分岐光のパワーが上記強度変調光信号の最大レベルと等しくなるように、上記入射される光を分岐すべく構成してもよい（請求項３）。
【００１０】
さらに、パワー分岐部は、上記他方の分岐光のパワーが、上記の強度変調光信号の最大レベルと直流成分との中間の光パワーとなるように、上記入射される光を分岐すべく構成してもよい（請求項４）。
また、上記のパワー分岐部，第１強度変調部，光位相シフト部および直流成分抑圧部は、光学基板上に形成された光導波路素子を用いて一体形成することができる（請求項５）。
【００１１】
このとき、光位相シフト部は、パワー分岐部にて分岐された他方の分岐光の光位相について、上記強度変調光信号に対して逆位相となるように、光路長が調整された上記光学基板上の光導波路であってもよい（請求項６）。
また、光位相シフト部は、パワー分岐部にて分岐された他方の分岐光の光位相について位相変調を施すように構成してもよい（請求項７）。
【００１２】
さらに、パワー分岐部にて分岐された他方の分岐光について強度変調を施す第２強度変調部を、光位相シフト部と一体形成することもできる（請求項８）。
また、本発明の光変調器は、入射される光を２つの分岐光にパワー分岐するパワー分岐部と、パワー分岐部にて分岐された一方の分岐光について強度変調を施すとともに位相変調を施して直流成分を含む光信号として出力する変調部と、パワー分岐部にて分岐された他方の分岐光の光位相について変調部からの上記光信号に対して逆位相となるように位相シフトを施す光位相シフト部と、変調部からの上記光信号と光位相シフト部にて位相シフトの施された光とを干渉させて変調部からの上記光信号に含まれる直流成分を抑圧して出射する直流成分抑圧部とをそなえて構成されたことを特徴としている（請求項９）。
【００１３】
さらに、本発明の光変調方法は、複屈折性を有する基板上に形成された光導波路を伝播する光を変調して出射する際に、入射される光を２つの分岐光にパワー分岐し、上記分岐された一方の分岐光について、直流成分を含む強度変調を施す一方で、上記分岐された他方の分岐光の光位相について、上記強度変調の施された光信号に対して逆位相となるように位相シフトを施し、上記強度変調光信号と、上記位相シフトの施された光とを干渉させて、上記強度変調光信号に含まれる直流成分を抑圧して出射することを特徴としている（請求項１０）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（ａ）第１実施形態の説明
図１は本発明の第１実施形態にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
この図１に示す光変調器１０は、例えば超高速光通信システムの送信部において、半導体レーザ等の信号光源から出射される光を変調するための外部光変調器として用いられるものである。
【００１５】
ここで、光変調器１０は、基板１上に光導波路２及び強度変調部３が形成され、光導波路２を伝播する光を変調して出射するものである。
基板１は、電気光学効果を有するものであり、例えば結晶構造をＺ軸方向にカットしたニオブ酸リチウム（Ｚ−ｃｕｔ  ＬｉＮｂＯ3 ）基板が用いられる。
また、光導波路２は、入射導波路２−１，中間導波路２−２，２−３及び出射導波路２−４からなり、中間導波路２−２，２−３は、それぞれ入射導波路２−１と出射導波路２−４との間にＹ字状分岐部２Ａ及びＹ字状合波部２Ｂを介して平行に接続されている。
【００１６】
なお、Ｙ字状分岐部２Ａは、入射される光を２つの分岐光にパワー分岐するものであり、パワー分岐部として機能するものである。なお、第１実施形態においては、Ｙ字状分岐部２Ａは、入射導波路２−１から入射された光を等しく分岐するように構成されている。
さらに、強度変調部３は、マッハツェンダ型光導波路３Ｃ，進行波電極３Ａ及び接地電極３Ｂをそなえて構成され、中間導波路２−２，２−３のうちの一方の中間導波路（図１では中間導波路２−２）の一部に形成されている。
【００１７】
ここで、強度変調部３は、通常のマッハツェンダ型光変調器と同様の機能を有するものであるが、第１実施形態においては、前述の図１６（ｂ）に示すように出力光電力の傾きの最も急峻な部分にて低電圧〔図１６（ｂ）に示すＶ0 ′〜Ｖ1 ′〕で駆動するようになっている。従って、このように出力光電力の傾きの最も急峻な部分にて低電圧で駆動させた場合には、前述したように強度変調された光信号には直流的な光〔図１６（ｂ）に示す符号ｄ〕が重畳されるため、強度変調部３からは強度変調された光信号が直流的な光成分を含んだ状態で出力されることになる〔図３（ａ），図５参照〕。
【００１８】
即ち、強度変調部３は、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された一方の分岐光について強度変調を施して、雑音成分としての直流成分を含む強度変調光信号を出力するものであり、第１強度変調部として機能するものである。
なお、光導波路２及び光導波路３Ｃは、例えば基板１の表面に厚さ９００Å程度のチタン（Ｔｉ）等の金属を蒸着して、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターン化し、例えば１０００℃の高温酸素中に８時間おき、Ｔｉ等の金属を同基板１中に拡散させることにより形成される。光導波路のパターン幅は７μｍ程度であり、入射導波路２−１及び出射導波路２−４はシングルモード導波路となっている。
【００１９】
また、進行波電極３Ａ及び接地電極３Ｂは、光導波路３Ｃ上に例えば金（Ａｕ）等の金属を蒸着することにより形成される。進行波電極３Ａ及び接地電極３Ｂは、それぞれ図示しない駆動回路と接続されており、この駆動回路から入力信号（変調信号）に応じた電圧が印加されることにより、光導波路３Ｃの屈折率を変化させて、入射導波路２−１及び中間導波路２−２を介して入射された半導体レーザ（図示せず）からの直流光の変調を行なうものである。
【００２０】
ところで、中間導波路２−３は、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された他方の分岐光を伝播するものであるが、第１実施形態においては、当該他方の分岐光の光位相について、上記強度変調された光信号に対して逆位相となるように、中間導波路２−３の光路長が調整されている。即ち、中間導波路２−３は、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された他方の分岐光の光位相について、上記強度変調光信号に対して逆位相となるように位相シフトを施すものであり、光位相シフト部として機能するものである。
【００２１】
また、Ｙ字状合波部２Ｂは、中間導波路２−２，２−３を伝播した２つの分岐光を合波して出射するものであるが、第１実施形態においては、上記強度変調光信号と位相シフトの施された光とを干渉させて、上記強度変調光信号に含まれる直流成分を抑圧して出射するようになっている。即ち、Ｙ字状合波部２Ｂは、直流成分抑圧部として機能するものである。
【００２２】
そして、第１実施形態にかかる光変調器１０は、上記のパワー分岐部としてのＹ字状分岐部２Ａ，第１強度変調部としての強度変調部３，光位相シフト部としての中間導波路２−３および直流成分抑圧部としてのＹ字状合波部２Ｂが、光学基板１上に形成された光導波路素子を用いて一体形成されているのである。
上述の構成により、本発明の第１実施形態にかかる光変調器１０においては、基板１上に形成された光導波路２を伝播する光を変調して出射する際に、まず、入射導波路２−１から入射された光は、Ｙ字状分岐部２Ａによりパワーの等しい２つの分岐光に分岐される。
【００２３】
続いて、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された一方の分岐光は、中間導波路２−２を伝播する際に、強度変調部３により直流成分を含む強度変調が施される。一方で、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された他方の分岐光は、光路長が調整された中間導波路２−３を伝播する際に、その光位相が上記強度変調の施された光信号に対して逆位相となるように位相シフトが施される。
【００２４】
ここで、図２に示すように、中間導波路２−２を伝播した強度変調光信号を▲１▼で表わし、中間導波路２−３を伝播した位相シフトの施された光を▲２▼で表わす。また、強度変調光信号の出力波形及び位相シフトの施された光の出力波形を、それぞれ図３に示す。なお、強度変調光信号の出力波形と駆動電圧との関係及び位相シフトの施された光の出力波形と駆動電圧との関係を、それぞれ図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す。
【００２５】
Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された一方の分岐光は、図３の▲１▼に示すように直流成分（符号ｄ参照）を含んだ状態で強度変調が施される一方、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された他方の分岐光は、図３の▲２▼に示すように強度は変化しない状態で、その光位相のみが上記強度変調光信号に対して逆位相となるように位相シフトが施される。なお、図３の▲２▼には位相シフトした様子は示されていない。
【００２６】
ここで、第１実施形態においては、Ｙ字状分岐部２Ａは、入射導波路２−１から入射された光を等しく分岐するように構成されているため、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された他方の分岐光のパワーＤは、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された一方の分岐光であって強度変調部３から出力される強度変調光信号の最大レベルＢと等しくなる（図３の▲１▼，▲２▼参照）。
【００２７】
さらに、中間導波路２−２を伝播した強度変調光信号と、中間導波路２−３を伝播した位相シフトの施された光とは、Ｙ字状合波部２Ｂにより合波される。
このとき、Ｙ字状合波部２Ｂでは、強度変調光信号と位相シフトの施された光とが干渉するため、強度変調光信号に含まれる直流成分が抑圧された光信号が出射される。
【００２８】
ここで、図２に示すように、Ｙ字状合波部２Ｂにより合波されて出射導波路２−４へ出射される光信号を▲３▼で表わし、当該光信号の出力波形を図３に示す。
第１実施形態においては、図３の▲１▼，▲２▼に示すように、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された他方の分岐光のパワーＤと、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された一方の分岐光であって強度変調部３から出力される強度変調光信号の最大レベルＢとが等しく、且つ、２つの分岐光の位相が１８０°異なっているため、出射導波路２−４へは、図３の▲３▼に示すように上記強度変調光信号と逆位相の光信号であって上記強度変調光信号に含まれる直流成分が抑圧された光信号が出射される。
【００２９】
即ち、他方の分岐光のパワーＤと強度変調光信号の最大レベルＢとが等しく、且つ、駆動電圧Ｖ0 〔図４（ａ）参照〕で２つの分岐光の位相差がπであるときには、Ｙ字状合波部２Ｂにより合波されて出射される光信号の強度Ｆは、次式（１）により求められる。なお、次式（１）において、Ｃは強度変調光信号の最小レベルを表わす。また、求められた当該光信号の強度Ｆを、図４（ｃ）に示す。
【００３０】
Ｆ＝｜Ｃの振幅（位相含む）＋Ｄの振幅｜2                     …（１）
そして、第１実施形態においては、中間導波路２−３の光路長が調整されているので、強度変調部３における駆動電圧Ｖ0 分の光路長のオフセットを除去することができ、図４（ｄ）に示すように、駆動電圧を０〜（Ｖ0 −Ｖ1 ）とするような動作を行なうことができる。
【００３１】
なお、Ｙ字状合波部２Ｂにて直流成分が抑圧された光信号は、出射導波路２−４を介して出射される。
このように、本発明の第１実施形態にかかる光変調器１０によれば、強度変調部３からの強度変調光信号と、中間導波路２−３を伝播する際に位相シフトの施された光とを干渉させて、強度変調光信号に含まれる直流成分を抑圧して出射することにより、低電圧で駆動しながらも高消光比の変調光信号を得ることができ、ひいては、光変調器のチップ規模を縮小化することができる。
【００３２】
なお、第１実施形態にかかる光変調器１０を、光通信システムの送信部にて用いた場合には、光変調器１０の挿入損失と駆動電圧はトレードオフの関係となることから、少なくとも光変調器１０の挿入損失さえ許容できれば、極めて低い駆動電圧で高消光比の光変調器を供給することが可能である。現在、光通信システムにおいては、極めて効率的に光増幅を行なうことが可能であるため、光変調器１０の挿入損失を許容できる余地は大きい。
【００３３】
また、第１実施形態においては、Ｙ字状分岐部２Ａが、中間導波路２−３を伝播する他方の分岐光のパワーＤが強度変調部３から出力される強度変調光信号の最大レベルＢと等しくなるように、入射導波路２−１から入射される光を等しく分岐すべく構成された場合について説明したが、Ｙ字状分岐部２Ａは、中間導波路２−３を伝播する他方の分岐光のパワーＤが強度変調部３から出力される強度変調光信号に含まれる直流成分Ｃと等しくなるように、入射導波路２−１から入射される光を分岐すべく構成してもよい。
【００３４】
ここで、強度変調光信号の出力波形，位相シフトの施された光の出力波形及びＹ字状合波部２Ｂにより合波されて出射される光信号の出力波形を、それぞれ図５に示す。また、上式（１）にて求められるＹ字状合波部２Ｂにより合波されて出射される光信号の強度Ｆを、図６に示す。
即ち、このような場合には、図５の▲１▼，▲２▼に示すように、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された他方の分岐光のパワーＤと、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された一方の分岐光であって強度変調部３から出力される強度変調光信号に含まれる直流成分Ｃ（即ち、前述した符号ｄ）とが等しく、且つ、２つの分岐光の位相が１８０°異なっているため、出射導波路２−４へは、図５の▲３▼に示すように上記強度変調光信号と同位相の光信号であって上記強度変調光信号に含まれる直流成分が抑圧された光信号が出射される。
【００３５】
その他、Ｙ字状分岐部２Ａは、中間導波路２−３を伝播する他方の分岐光のパワーＤが、強度変調部３から出力される強度変調光信号の最大レベルＢと直流成分Ｃとの中間の光パワーとなるように、入射導波路２−１から入射される光を分岐すべく構成してもよい。
ここで、強度変調光信号の出力波形，位相シフトの施された光の出力波形及びＹ字状合波部２Ｂにより合波されて出射される光信号の出力波形を、それぞれ図７に示す。また、上式（１）にて求められるＹ字状合波部２Ｂにより合波されて出射される光信号の強度Ｆを、図８に示す。
【００３６】
即ち、このような場合には、図７の▲１▼，▲２▼に示すように、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された他方の分岐光のパワーＤが、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された一方の分岐光であって強度変調部３から出力される強度変調光信号の最大レベルＢと直流成分Ｃとの中間の光パワーとなり、且つ、２つの分岐光の位相が１８０°異なっているため、出射導波路２−４へは、図７の▲３▼に示すように上記強度変調光信号に含まれる直流成分が抑圧された光信号が出射される。
【００３７】
また、このような場合に、光変調器１０に駆動電圧Ｖ0 〜Ｖ1 を印加すれば、図８に示すように２倍の周波数出力を得ることができる。従って、これを検知すれば、第１実施形態におけるような他方の分岐光のパワーＤと強度変調光信号の最大レベルＢとを等しくするような設定がずれたことを知ることができ、このずれを補正する方法を適用することもできる。
【００３８】
（ａ１）第１実施形態の変形例の説明
図９は本発明の第１実施形態の変形例にかかる光変調器の構成を示す模式図であり、この図９に示す光変調器１０Ａも、例えば超高速光通信システムの送信部において、半導体レーザ等の信号光源から出射される光を変調するための外部光変調器として用いられるものである。
【００３９】
ここで、基板１，光導波路２及び強度変調部３は、上述した第１実施形態におけるものと同様のものであるが、本変形例にかかる光変調器１０Ａにおいては、中間導波路２−３の一部に位相変調部４が形成されている。
この位相変調部４は、直線光導波路４Ｃ，進行波電極４Ａ及び接地電極４Ｂをそなえて構成されている。
【００４０】
ここで、本変形例においては、位相変調部４は、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された他方の分岐光の光位相について、上記強度変調光信号に対して逆位相となるように補助的に位相変調を施すものであり、光位相シフト部の一部として機能するものである。
なお、直線光導波路４Ｃは、第１実施形態における光導波路２及び光導波路３Ｃと同様に形成される。
【００４１】
また、進行波電極４Ａ及び接地電極４Ｂも、第１実施形態における進行波電極３Ａ及び接地電極３Ｂと同様に形成される。進行波電極４Ａ及び接地電極４Ｂは、それぞれ図示しない駆動回路と接続されており、この駆動回路から電圧が印加されることにより、光導波路４Ｃの屈折率を変化させて、入射導波路２−１及び中間導波路２−２を介して入射された半導体レーザ（図示せず）からの直流光の位相変調を行なうものである。
【００４２】
このような光変調器１０Ａにおいても、上述した第１実施形態にかかる光変調器１０と同様の作用及び効果を得ることができる。
この際、本変形例にかかる光変調器１０Ａにおいては、Ｙ字状分岐部２Ａにて分岐された他方の分岐光は、中間導波路２−３を伝播する際に、位相変調部４によりその光位相が上記強度変調の施された光信号に対して逆位相となるように位相変調が施される。
【００４３】
このように、光変調器１０Ａにおいては、位相変調部４が、中間導波路２−３を伝播する他方の分岐光の位相状態を補助的に調整する機能を有するため、より効果的に強度変調光信号に含まれる直流成分を抑圧することができる。
（ｂ）第２実施形態の説明
図１０は本発明の第２実施形態にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
【００４４】
この図１０に示す光変調器２０も、例えば超高速光通信システムの送信部において、半導体レーザ等の信号光源から出射される光を変調するための外部光変調器として用いられるものであり、基板１１上に光導波路１２及び強度変調部１３，１４が形成され、光導波路１２を伝播する光を変調して出射するようになっている。
【００４５】
この光変調器２０において、光導波路１２は、入射導波路１２−１，中間導波路１２−２，１２−３及び出射導波路１２−４からなり、中間導波路１２−２，１２−３は、それぞれ入射導波路１２−１と出射導波路１２−４との間にＹ字状分岐部１２Ａ及びＹ字状合波部１２Ｂを介して平行に接続されている。
なお、Ｙ字状分岐部１２Ａは、入射される光を２つの分岐光にパワー分岐するものであり、パワー分岐部として機能するものである。
【００４６】
また、強度変調部１３は、マッハツェンダ型光導波路１３Ｃ，進行波電極１３Ａ及び接地電極１３Ｂをそなえて構成され、中間導波路１２−２の一部に形成されている。
ここで、強度変調部１３は、第１実施形態における強度変調部３と同様に、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された一方の分岐光について強度変調を施して、雑音成分としての直流成分を含む強度変調光信号を出力するものであり、第１強度変調部として機能するものである。
【００４７】
さらに、強度変調部１４は、マッハツェンダ型光導波路１４Ｃ，進行波電極１４Ａ及び接地電極１４Ｂをそなえて構成され、中間導波路１２−３の一部に形成されている。
ここで、強度変調部１４は、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された他方の分岐光について強度変調を施して強度変調光を出力するもの（Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された他方の分岐光の光量を変化させるもの）であり、第２強度変調部として機能するものである。
【００４８】
ところで、中間導波路１２−３は、その光路長が調整され、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された他方の分岐光の光位相について、上記強度変調光信号に対して逆位相となるように位相シフトを施すものであり、光位相シフト部として機能するものである。
そして、光変調器２０においては、第２強度変調部としての強度変調部１４が、光位相シフト部としての中間導波路１２−３と一体形成されている。
【００４９】
さらに、Ｙ字状合波部１２Ｂは、中間導波路１２−２，１２−３を伝播した２つの分岐光を合波して出射するものであるが、第２実施形態においては、上記強度変調光信号と位相シフト及び強度変調の施された光とを干渉させて、上記強度変調光信号に含まれる直流成分を抑圧して出射するようになっている。即ち、Ｙ字状合波部１２Ｂは、直流成分抑圧部として機能するものである。
【００５０】
なお、基板１１及び強度変調部１３は、上述した第１実施形態における基板１及び強度変調部３と同様のものであり、強度変調部１４は、第１実施形態における強度変調部３と同様のものである。
また、光導波路１２は、第１実施形態における光導波路２と同様に形成される。
【００５１】
そして、第２実施形態にかかる光変調器２０も、上記のパワー分岐部としてのＹ字状分岐部１２Ａ，第１強度変調部としての強度変調部１３，光位相シフト部としての中間導波路１２−３，第２強度変調部としての強度変調部１４および直流成分抑圧部としてのＹ字状合波部１２Ｂが、光学基板１１上に形成された光導波路素子を用いて一体形成されているのである。
【００５２】
なお、第２実施形態においては、Ｙ字状分岐部１２Ａは、強度変調部１４から出力される位相シフト及び強度変調の施された光の最大レベルＣが、強度変調部１３から出力される強度変調光信号に含まれる直流成分Ｂ（即ち、前述した符号ｄ）と等しくなるように、入射導波路１２−１から入射される光を分岐すべく構成されている。
【００５３】
上述の構成により、本発明の第２実施形態にかかる光変調器２０においては、基板１１上に形成された光導波路１２を伝播する光を変調して出射する際に、まず、入射導波路１２−１から入射された光は、Ｙ字状分岐部１２Ａによりパワーの等しい２つの分岐光に分岐される。
続いて、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された一方の分岐光は、中間導波路１２−２を伝播する際に、強度変調部１３により直流成分を含む強度変調が施される。
【００５４】
一方で、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された他方の分岐光は、光路長が調整された中間導波路１２−３を伝播する際に、その光位相が上記強度変調の施された光信号に対して逆位相となるように位相シフトが施されると同時に、強度変調部１４により強度変調が施される。
ここで、図１１に示すように、中間導波路１２−２を伝播した強度変調光信号を▲１▼で表わし、中間導波路１２−３を伝播した位相シフトの施された強度変調光を▲２▼で表わす。また、強度変調光信号の出力波形及び位相シフトの施された強度変調光の出力波形を、それぞれ図１２に示す。なお、強度変調光信号の出力波形と駆動電圧との関係及び位相シフトの施された強度変調光の出力波形と駆動電圧との関係を、それぞれ図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示す。
【００５５】
Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された一方の分岐光は、図１２の▲１▼に示すように直流成分（符号ｄ参照）を含んだ状態で強度変調が施される一方、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された他方の分岐光は、図１２の▲２▼に示すように強度変調されるとともに、その光位相が上記強度変調光信号に対して逆位相となるように位相シフトが施される。
【００５６】
ここで、第２実施形態においては、Ｙ字状分岐部１２Ａにおける分岐比の設定により、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された他方の分岐光であって強度変調部１４から出力される強度変調光の最大レベルＣは、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された一方の分岐光であって強度変調部１３から出力される強度変調光信号に含まれる直流成分Ｂ（即ち、強度変調光信号の最小レベルであり、前述した符号ｄ）と等しくなる（図１２の▲１▼，▲２▼参照）。
【００５７】
さらに、中間導波路１２−２を伝播した強度変調光信号と、中間導波路１２−３を伝播した位相シフトの施された強度変調光とは、Ｙ字状合波部１２Ｂにより合波される。
このとき、Ｙ字状合波部１２Ｂでは、強度変調光信号と位相シフトの施された強度変調光とが干渉するため、強度変調光信号に含まれる直流成分が抑圧された光信号が出射される。
【００５８】
ここで、図１１に示すように、Ｙ字状合波部１２Ｂにより合波されて出射導波路１２−４へ出射される光信号を▲３▼で表わし、当該光信号の出力波形を図１２に示す。
第２実施形態においては、図１２の▲１▼，▲２▼に示すように、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された他方の分岐光であって強度変調部１４から出力される強度変調光の最大レベルＣと、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された一方の分岐光であって強度変調部１３から出力される強度変調光信号の最小レベルＢとが等しく、且つ、２つの分岐光の位相が１８０°異なっているため、出射導波路１２−４へは、図１２の▲３▼に示すように上記強度変調光信号と同位相の光信号であって上記強度変調光信号に含まれる直流成分が抑圧された光信号が出射される。
【００５９】
即ち、強度変調光の最大レベルＣと強度変調光信号の最小レベルＢとが等しく、且つ、駆動電圧Ｖ1 〔図１３（ａ）参照〕で２つの分岐光の位相差がπであるときには、強度変調光の最大レベルＣと強度変調光信号の最小レベルＢとで打ち消し合うようになる。
そして、強度変調光の最小レベルＤ及び強度変調光信号の最大レベルＡの位相差を縮小させると（即ち、駆動電圧Ｖ2 〜Ｖ1 の電圧変化と駆動電圧Ｖ3 〜Ｖ4 の電圧変化とを同期させると）、Ｙ字状合波部１２Ｂにより合波されて出射される光信号の強度Ｆは、次式（２）により求められる。
【００６０】
Ｆ＝｜Ａの振幅（位相含む）＋Ｄの振幅（位相含む）｜2         …（２）
ここで、次式（２）により求められた当該光信号の強度Ｆを、図１３（ｃ）に示す。この図１３（ｃ）に示すように、駆動電圧Ｖ1 ，Ｖ4 を同じタイミングで印加するときには当該光信号の強度Ｆは最大レベルとなり、駆動電圧Ｖ2 ，Ｖ3 を同じタイミングで印加するときには当該光信号の強度Ｆは最小レベル（０レベル）となる。
【００６１】
そして、第２実施形態においては、強度変調部１４にて分岐光の強度を変化させることができるので、第１実施形態と比較して当該光信号の強度Ｆにおける位相差を縮小させる効果が得られ、結果として当該光信号の強度Ｆを大きくすることができる。
なお、Ｙ字状合波部１２Ｂにて直流成分が抑圧された光信号は、出射導波路１２−４を介して出射される。
【００６２】
このように、本発明の第２実施形態にかかる光変調器２０によれば、強度変調部１３からの強度変調光信号と、中間導波路２−３を伝播する際に位相シフト及び強度変調の施された光とを干渉させて、強度変調光信号に含まれる直流成分を抑圧して出射することにより、低電圧で駆動しながらも高消光比の変調光信号を得ることができ、ひいては、光変調器のチップ規模を縮小化することができる。
【００６３】
また、強度変調部１４にて分岐光の強度を変化させることができるので、任意の変調状態あるいは任意の微小電圧で高消光比の駆動を行なうことが可能となる。
なお、第２実施形態においても、Ｙ字状分岐部１２Ａは、第１実施形態にて説明したように入射された光をその他の異なる比にて分岐するように構成することもできる。
【００６４】
（ｂ１）第２実施形態の第１変形例の説明
図１４は本発明の第２実施形態の第１変形例にかかる光変調器の構成を示す模式図であり、この図１４に示す光変調器２０Ａも、例えば超高速光通信システムの送信部において、半導体レーザ等の信号光源から出射される光を変調するための外部光変調器として用いられるものである。
【００６５】
基板１１，光導波路１２及び強度変調部１３，１４は、上述した第２実施形態におけるものと同様のものであるが、第１変形例にかかる光変調器２０Ａにおいては、中間導波路１２−３の一部に位相変調部１５が形成されている。
ここで、位相変調部１５は、第１実施形態の変形例における位相変調部４と同様のものであり、直線光導波路１５Ｃ，進行波電極１５Ａ及び接地電極１５Ｂをそなえて構成されている。
【００６６】
即ち、第１変形例においては、位相変調部１５は、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された他方の分岐光の光位相について、上記強度変調光信号に対して逆位相となるように補助的に位相変調を施すものであり、光位相シフト部の一部として機能するものである。
このような光変調器２０Ａにおいても、上述した第２実施形態にかかる光変調器２０と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００６７】
この際、第１変形例にかかる光変調器２０Ａにおいては、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された他方の分岐光は、中間導波路１２−３を伝播する際に、位相変調部１５によりその光位相が上記強度変調の施された光信号に対して逆位相となるように位相変調が施される。
このように、光変調器２０Ａによれば、位相変調部１５が、中間導波路１２−３を伝播する他方の分岐光の位相状態を補助的に調整する機能を有するため、より効果的に強度変調光信号に含まれる直流成分を抑圧することができる。
【００６８】
（ｂ２）第２実施形態の第２変形例の説明
図１５は本発明の第２実施形態の第２変形例にかかる光変調器の構成を示す模式図であり、この図１５に示す光変調器２０Ｂも、例えば超高速光通信システムの送信部において、半導体レーザ等の信号光源から出射される光を変調するための外部光変調器として用いられるものである。
【００６９】
基板１１及び光導波路１２は、上述した第２実施形態におけるものと同様のものであり、強度変調部１３′，１４′は、上述した第２実施形態における強度変調部１３，１４と同様のものである。
ここで、第２変形例にかかる光変調器２０Ｂにおいては、強度変調部１３′が、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された一方の分岐光の光位相について位相変調を施す位相変調部１６と一体形成され、強度変調部１４′が、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された他方の分岐光の光位相について位相変調を施す位相変調部１７と一体形成されている。
【００７０】
なお、強度変調部１３′は、マッハツェンダ型光導波路１３Ｃ′，進行波電極１３Ａ′及び接地電極１３Ｂ′をそなえて構成され、強度変調部１４′は、マッハツェンダ型光導波路１４Ｃ′，進行波電極１４Ａ′及び接地電極１４Ｂ′をそなえて構成される。
また、位相変調部１６，１７は、ともに第１実施形態の変形例における位相変調部４と同様のものであり、位相変調部１６は、直線光導波路１６Ｃ，進行波電極１６Ａ及び接地電極１６Ｂをそなえて構成され、位相変調部１７は、直線光導波路１７Ｃ，進行波電極１７Ａ及び接地電極１７Ｂをそなえて構成されている。
【００７１】
そして、第２変形例においては、位相変調部１７は、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された他方の分岐光の光位相について、強度変調部１４′から出力される強度変調光信号に対して逆位相となるように補助的に位相変調を施すものであり、光位相シフト部の一部として機能するものである。
即ち、第２変形例にかかる光変調器２０Ｂは、入射される光を２つの分岐光にパワー分岐するＹ字状分岐部１２Ａと、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された一方の分岐光について強度変調を施すとともに位相変調を施して、直流成分を含む光信号として出力する変調部（第２変形例では強度変調部１３′及び位相変調部１６がこの変調部に相当する）と、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された他方の分岐光の光位相について、変調部からの上記光信号に対して逆位相となるように位相シフトを施す光位相シフト部（中間導波路１２−３及び位相変調部１７がこの光位相シフト部に相当する）と、変調部からの上記光信号と、光位相シフト部にて位相シフトの施された光とを干渉させて、変調部からの上記光信号に含まれる直流成分を抑圧して出射するＹ字状合波部１２Ｂとをそなえて構成されているのである。
【００７２】
このような光変調器２０Ｂにおいても、上述した第２実施形態にかかる光変調器２０と同様の作用及び効果を得ることができる。
この際、第２変形例にかかる光変調器２０Ｂにおいては、Ｙ字状分岐部１２Ａにて分岐された２つの分岐光は、中間導波路１２−２，１２−３をそれぞれ伝播する際に、強度変調部１３′，１４′により強度変調が施されるとともに、位相変調部１６，１７により位相変調が施される。
【００７３】
このように、光変調器２０Ｂによれば、強度変調部１４′にて分岐光の強度を変化させることができるので、任意の変調状態あるいは任意の微小電圧で高消光比の駆動を行なうことが可能となる。
また、光変調器２０Ｂによれば、位相変調部１６，１７が、中間導波路１２−２，１２−３を伝播する２つの分岐光の位相状態を補助的に調整する機能を有するため、Ｙ字状合波部１２Ｂにより合波されて出射される光信号の強度Ｆにおける位相差を縮小させる効果が大きく、より効果的に強度変調部１３′から出力される強度変調光信号に含まれる直流成分を抑圧することができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜１０記載の本発明の光変調器及び光変調方法によれば、パワー分岐された一方の分岐光である強度変調光信号と、パワー分岐された他方の分岐光であって位相シフトの施された光とを干渉させて、強度変調光信号に含まれる直流成分を抑圧して出射することにより、低電圧で駆動しながらも高消光比の変調光信号を得ることができ、ひいては、光変調器のチップ規模を縮小化することができる利点がある。
【００７５】
また、請求項７記載の本発明によれば、光位相シフト部が、パワー分岐部にて分岐された他方の分岐光の光位相について位相変調を施すように構成されたことにより、より効果的に強度変調光信号に含まれる直流成分を抑圧することができる。
さらに、請求項８記載の本発明によれば、パワー分岐部にて分岐された他方の分岐光について強度変調を施す第２強度変調部が、光位相シフト部と一体形成されたことにより、第２強度変調部にて分岐光の強度を変化させることができるので、任意の変調状態あるいは任意の微小電圧で高消光比の駆動を行なうことが可能となる。
【００７６】
また、請求項９記載の本発明によれば、パワー分岐部にて分岐された一方の分岐光について強度変調を施すとともに位相変調を施して、直流成分を含む光信号として出力する変調部をそなえて構成されたことにより、変調部が２つの分岐光の位相状態を補助的に調整するため、より効果的に強度変調光信号に含まれる直流成分を抑圧することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる光変調器の動作を説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる光変調器の動作の第１の態様を説明するための図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）はいずれも本発明の第１実施形態にかかる光変調器の動作の第１の態様を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかる光変調器の動作の第２の態様を説明するための図である。
【図６】本発明の第１実施形態にかかる光変調器の動作の第２の態様を説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態にかかる光変調器の動作の第３の態様を説明するための図である。
【図８】本発明の第１実施形態にかかる光変調器の動作の第３の態様を説明するための図である。
【図９】本発明の第１実施形態の変形例にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２実施形態にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の第２実施形態にかかる光変調器の動作を説明するための図である。
【図１２】本発明の第２実施形態にかかる光変調器の動作を説明するための図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明の第２実施形態にかかる光変調器の動作を説明するための図である。
【図１４】本発明の第２実施形態の第１変形例にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
【図１５】本発明の第２実施形態の第２変形例にかかる光変調器の構成を示す模式図である。
【図１６】（ａ），（ｂ）はいずれも従来の光変調器の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１  基板（光学基板）
２  光導波路
２−１  入射導波路
２−２  中間導波路
２−３  中間導波路（光位相シフト部）
２−４  出射導波路
２Ａ  Ｙ字状分岐部（パワー分岐部）
２Ｂ  Ｙ字状合波部（直流成分抑圧部）
３  強度変調部（第１強度変調部）
３Ａ  進行波電極
３Ｂ  接地電極
３Ｃ  マッハツェンダ型光導波路
４  位相変調部（光位相シフト部）
４Ａ  進行波電極
４Ｂ  接地電極
４Ｃ  直線光導波路
１０，１０Ａ  光変調器
１１  基板（光学基板）
１２  光導波路
１２−１  入射導波路
１２−２  中間導波路
１２−３  中間導波路（光位相シフト部）
１２−４  出射導波路
１２Ａ  Ｙ字状分岐部（パワー分岐部）
１２Ｂ  Ｙ字状合波部（直流成分抑圧部）
１３，１３′  強度変調部（第１強度変調部）
１３Ａ，１３Ａ′  進行波電極
１３Ｂ，１３Ｂ′  接地電極
１３Ｃ，１３Ｃ′  マッハツェンダ型光導波路
１４，１４′  強度変調部（第２強度変調部）
１４Ａ，１４Ａ′  進行波電極
１４Ｂ，１４Ｂ′  接地電極
１４Ｃ，１４Ｃ′  マッハツェンダ型光導波路
１５，１７  位相変調部（光位相シフト部）
１５Ａ，１７Ａ  進行波電極
１５Ｂ，１７Ｂ  接地電極
１５Ｃ，１７Ｃ  直線光導波路
１６  位相変調部
１６Ａ  進行波電極
１６Ｂ  接地電極
１６Ｃ  直線光導波路
２０，２０Ａ，２０Ｂ  光変調器
【図１】
0003820009.tif 000002
【図２】
0003820009.tif 000003
【図３】
0003820009.tif 000004
【図４】
0003820009.tif 000005
【図５】
0003820009.tif 000006
【図６】
0003820009.tif 000007
【図７】
0003820009.tif 000008
【図８】
0003820009.tif 000009
【図９】
0003820009.tif 000010
【図１０】
0003820009.tif 000011
【図１１】
0003820009.tif 000012
【図１２】
0003820009.tif 000013
【図１３】
0003820009.tif 000014
【図１４】
0003820009.tif 000015
【図１５】
0003820009.tif 000016
【図１６】
0003820009.tif 000017