JP2010217427A - 光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】複数のマッハツェンダ変調器を備える光デバイスのサイズを小さくする。
【解決手段】基板１の表面領域に、複数のマッハツェンダ変調器Ａ、Ｂ、および入力分岐導波路２が形成されている。入力分岐導波路２は、入力光を分岐して複数のマッハツェンダ変調器Ａ、Ｂに導く。各マッハツェンダ変調器は、それぞれ、入力分岐導波路２に結合する分岐部１１、２１、分岐部１１、２１に結合する平行導波路１２（１２ａ、１２ｂ）、２２（２２ａ、２２ｂ）、平行導波路１２、２２に結合する合波部１３、平行導波路１２ａ、２２ｂに信号を与える信号電極１４、２４を備える。各マッハツェンダ変調器の分岐部１１、２１の向きが互いに異なっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数のマッハツェンダ変調器を備える光デバイスに係わる。

光通信システムにおいて使用される光送信機は、一般に、送信データに応じてキャリア光を変調する光変調器を備えている。そして、光変調器の一形態として、マッハツェンダ変調器を備える構成が知られている。

図１は、一般的なマッハツェンダ変調器の構成を示す図である。図１において、基板１００の表面領域に光導波路が形成されている。基板１００は、電気光学効果を有する。光導波路は、分岐部１０１、平行導波路１０２（１０２ａ、１０２ｂ）、合波部１０３を備える。分岐部１０１は、入力光を分岐して平行導波路１０２ａ、１０２ｂに導く。平行導波路１０２ａ、１０２ｂは、それぞれ入力光を伝搬する。合波部１０３は、平行導波路１０２ａ、１０２ｂを介して伝搬される光信号を合波する。信号電極１０４は、平行導波路１０２ａ、１０２ｂの一方（図１に示す例では、平行導波路１０２ａ）の上面に形成されている。

上記構成のマッハツェンダ変調器において、信号電極１０４にデータ信号が与えられる。そうすると、平行導波路１０２の屈折率が制御され、マッハツェンダ干渉により平行導波路１０２ａ、１０２ｂ間の位相差が変化する。したがって、データ信号に応じて強度変調された光信号が生成される。

近年、光信号の大容量化を図るために、複数のマッハツェンダ変調器を利用する送信方式が実用化されてきている。例えば、ＱＰＳＫ（ＤＱＰＳＫを含む）等の多値変調、あるいは偏波多重などが提案されている。ここで、光送信機のサイズを小さくするためには、１チップ上に複数のマッハツェンダ変調器が集積されることが好ましい。

図２は、複数のマッハツェンダ変調器を備える光デバイスの構成を示す図である。この光デバイスは、入力分岐導波路１１１およびマッハツェンダ変調器Ａ、Ｂを備える。入力分岐導波路１１１は、入力ＣＷ光を分岐してマッハツェンダ変調器Ａ、Ｂに導く。各マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの構成および動作は、基本的に、図１を参照しながら説明した通りである。ただし、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂには、それぞれデータ信号ＲＦ−ＡおよびＲＦ−Ｂが与えられる。したがって、この光デバイスによれば、データ信号ＲＦ−Ａ対応する変調光Ａおよびデータ信号ＲＦ−Ｂ対応する変調光Ｂが生成される。

なお、複数のマッハツェンダ変調器を備える光デバイスは、例えば、特許文献１、２に記載されている。また、関連する技術として、マッハツェンダ変調器において、分岐導波路の平行部の間隔を広げることなく特性の改善を図る構成が、例えば、特許文献３に記載されている。

特開２００８−１１６８６５公報 特開２００７−５７７８５公報 特開平５−２９７３３２号公報

複数のマッハツェンダ変調器を備える光デバイスにおいては、マッハツェンダ変調器が互いに近接して配置されると、それらの間で干渉が発生する。このため、各マッハツェンダ変調器は、光導波路が互いに近接しないように配置される。例えば、図２に示す構成では、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂ間での干渉が実質的に無視できるレベルとなるように、平行導波路１１２Ａ、１１２Ｂの間隔Ｄyが設計される。

平行導波路１１２Ａ、１１２Ｂの間隔Ｄyを大きくするためには、マッハツェンダ変調器Ａの分岐部１１３Ａとマッハツェンダ変調器Ｂの分岐部１１３Ｂとの間の間隔も大きくする必要がある。そうすると、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂに入力光を導くための入力分岐導波路１１１は長くなる。すなわち、入力分岐導波路１１１の分岐点Ｅから分岐部１１３Ａの分岐点Ｆaまでの経路長（あるいは、分岐点Ｅから分岐部１１３Ｂの分岐点Ｆbまでの経路長）が長くなる。この結果、図２に示す距離Ｄxが大きくなり、光デバイスの小型化が難しくなる。

図２に示す距離Ｄxを小さくするためには、例えば、分岐点Ｅから分岐点Ｆa、Ｆbまでの間の光導波路の曲率を小さくする構成が考えられる。しかし、光導波路の曲率を小さくすると、放射損失が発生してしまう。すなわち、光デバイスの特性が劣化する。また、光デバイスのサイズを小さくするためには、各マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの平行導波路１１２Ａ、１１２Ｂを短くする構成が考えられる。ところが、平行導波路が短くなると、相互作用長（信号電極によりデータ信号が与えられて特性が制御される光導波路の長さ）が短くなるので、データ信号の駆動電圧を高くする必要が生じる。この場合、光デバイスまたは光送信機の消費電力が増加し、また、駆動アンプのコストも増加してしまう。換言すれば、駆動電圧を高くしないのであれば、相互作用長を長くする必要があり、光デバイスの小型化は困難である。

本発明の課題は、複数のマッハツェンダ変調器を備える光デバイスのサイズを小さくすることである。

本発明の実施形態の光デバイスは、電気光学効果を有する基板の表面領域に形成され、複数のマッハツェンダ変調器と、入力光を分岐して前記複数のマッハツェンダ変調器に導く入力分岐導波路、を有する。各マッハツェンダ変調器は、前記入力分岐導波路に結合する分岐部と、前記分岐部に結合する平行導波路と、前記平行導波路に結合する合波部と、前記平行導波路に信号を与える信号電極、を備える。各マッハツェンダ変調器の分岐部の向きが互いに異なっている。

上記構成によれば、入力分岐導波路の分岐点から各マッハツェンダ変調器の分岐部までの導波路を短くできるので、光デバイスの小型化が実現される。

本発明の実施形態によれば、複数のマッハツェンダ変調器を備える光デバイスのサイズが小さくなる。

一般的なマッハツェンダ変調器の構成を示す図である。 複数のマッハツェンダ変調器を備える光デバイスの構成を示す図である。 第１の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。 第１の実施形態の光デバイスの入力領域の構成を模式的に示す図である。 第２の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。 第３の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。 第４の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。 第５の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。 第６の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。 第７の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。 第８の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。 第９の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。 実施形態の偏波多重変調器の構成を示す図である。 実施形態の光送信機の構成を示す図である。

図３は、第１の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。図３において、基板１は、電気光学効果を有する電気光学基板であり、与えられる電気信号に応じて光学特性（屈折率など）が変化する。また、基板１は、例えば、LiNbO₃(LN)あるいはLiTaO₂等の電気光学結晶により実現される。なお、基板１は、この実施例では、長方形である。

基板１の表面領域には、入力分岐導波路２、およびマッハツェンダ変調器Ａ、Ｂが形成されている。入力分岐導波路２は、入力ＣＷ光を分岐してマッハツェンダ変調器Ａ、Ｂに導く。また、入力分岐導波路２は、例えば、Ｙ分岐カプラであり、入力ＣＷ光を１：１に分岐する。

マッハツェンダ変調器Ａは、入力分岐導波路２に結合する分岐部１１、分岐部１１に結合する平行導波路１２、平行導波路１２に結合する合波部１３を備えている。なお、分岐部１１、平行導波路１２、合波部１３は、互いに分離されているわけではなく、この例では、連続して形成される光導波路である。

分岐部１１は、光導波路により実現され、入力分岐導波路２により分岐されたＣＷ光が入力される。分岐部１１は、この例ではＹ分岐カプラであり、入力ＣＷを１：１に分岐する。平行導波路１２は、互いに平行な１組の光導波路１２ａ、１２ｂを備える。光導波路１２ａ、１２ｂは、それぞれ分岐部１１の出力光を伝搬する。なお、平行導波路１２は、光導波路１２ａ、１２ｂの間隔が概ね一定に維持されるように形成されるが、必ずしも光導波路１２ａ、１２ｂが厳密に平行である必要はない。合波部１３は、光導波路により実現される。合波部１３は、この例ではＹ分岐カプラであり、光導波路１２ａ、１２ｂの出力光を合波する。

なお、光導波路は、例えば、基板１の表面領域にTi等の金属を拡散させることにより形成される。あるいは、光導波路は、基板１の表面にパターニングを行った後に安息香酸中でプロトン交換を行うことにより形成されるようにしてもよい。

マッハツェンダ変調器Ａは、さらに、平行導波路１２にデータ信号を与えるための信号電極１４を備える。信号電極１４は、光導波路１２ａ、１２ｂの一方（図３では、光導波路１２ａ）に沿って形成される。ここで、基板１がＺカット基板である場合、Ｚ方向（基板１に垂直な方向）の電界による屈折率の変化を利用して変調が行われる。この場合、信号電極１４は、光導波路１２ａの真上に形成される。

マッハツェンダ変調器Ｂは、基本的に、マッハツェンダ変調器Ａと同じ構成であり、分岐部２１、平行導波路２２（１組の光導波路２２ａ、２２ｂ）、合波部２３、信号電極２４を備えている。ただし、マッハツェンダ変調器Ａの信号電極１４にはデータ信号ＲＦ−Ａが与えられ、マッハツェンダ変調器Ｂの信号電極２４にはデータ信号ＲＦ−Ｂが与えられる。

なお、図３では省略されているが、基板１の上面において、信号電極１４、２４が形成されていない領域には、接地電極が形成されている。ここで、信号電極１４は、光導波路１２ａの上に形成されているので、光導波路１２ｂの上には接地電極が形成される。同様に、信号電極２４は、光導波路２２ｂの上に形成されているので、光導波路２２ａの上には接地電極が形成される。そして、信号電極１４、２４は、それぞれ終端抵抗を介して接地電極に接続される。この構成により、コプレーナ電極が実現される。

基板１と各電極（信号電極１４、２４、接地電極）との間には、不図示のバッファ層が形成されている。バッファ層は、光導波路を介して伝搬する光が電極に吸収されることを防ぐために設けられる。バッファ層は、例えば、0.2〜2.0μｍ程度のSiO₂により実現される。

上記構成の光デバイスにおいて、マッハツェンダ変調器Ａは、信号電極１４に与えられるデータ信号ＲＦ−Ａに対応する変調光Ａを生成する。同様に、マッハツェンダ変調器Ｂは、信号電極２４に与えられるデータ信号ＲＦ−Ｂに対応する変調光Ｂを生成する。変調光Ａおよび変調光Ｂは、互いに独立した光ファイバを介して伝送されてもよいし、合波または多重化された後に送信されてもよい。

図４は、第１の実施形態の光デバイスの入力領域の構成を模式的に示す図である。図４において、入力分岐導波路２は、入力ＣＷ光を分岐してマッハツェンダ変調器Ａ、Ｂに導く。このとき、一方のＣＷ光は、光導波路２ａを介してマッハツェンダ変調器Ａの分岐部１１に導かれ、他方のＣＷ光は、光導波路２ｂを介してマッハツェンダ変調器Ｂの分岐部２１に導かれる。

光導波路２ａ、２ｂは、特に限定されるものではないが、この例では、互いに同じ曲率で互いに反対側に湾曲して形成されている。この場合、光導波路２ａ、２ｂの曲率は、放射損失が無視できる程度に小さくなるように設計される。なお、一般に、光導波路の曲率が所定の閾値よりも小さくなると、光導波路の放射損失は急激に大きくなる。ここで、この閾値は、基板１および光導波路の材質、および光導波路を伝搬する光の波長などに依存する。そして、光導波路２ａ、２ｂは、特に限定されるものではないが、例えば、曲率が上記閾値よりも大きい範囲で可能な限り小さくなるように設計される。

光導波路２ａはマッハツェンダ変調器Ａの分岐部１１に結合され、分岐部１１は、入力ＣＷ光を分岐して出力導波路１１ａ、１１ｂを介して出力する。同様に、光導波路２ｂはマッハツェンダ変調器Ｂの分岐部２１に結合され、分岐部２１は、入力ＣＷ光を分岐して出力導波路２１ａ、２１ｂを介して出力する。なお、出力導波路１１ａ、１１ｂは、それぞれ光導波路１２ａ、１２ｂに結合され、出力導波路２１ａ、２１ｂは、それぞれ光導波路２２ａ、２２ｂに結合される。

第１の実施形態の光デバイスにおいては、分岐部１１および分岐部２１の向きは互いに異なっている。この実施例では、分岐部１１および分岐部２１は、それぞれ外側に広がる方向に向けて形成されている。ここで、「分岐部１１の向き（または、分岐部１１の出力方向）」は、特に限定されるものではないが、例えば、分岐部１１への光の入射方向、または出力導波路１１ａの伸びる方向および出力導波路１１ｂの伸びる方向の中間の方向を意味する。また、「分岐部２１の向き（または、分岐部２１の出力方向）」は、特に限定されるものではないが、例えば、分岐部２１への光の入射方向、または出力導波路２１ａの伸びる方向および出力導波路２１ｂの伸びる方向の中間の方向を意味する。

図３に戻る。平行導波路１２は、分岐部１１に結合し、分岐部１１の出力方向に伸びるように形成される。同様に、平行導波路２２は、分岐部２１に結合し、分岐部２１の出力方向に伸びるように形成される。すなわち、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂは、基板１の側面に対して斜めに配置される。このため、図３に示すように、分岐部１１、２１が互いに近接して形成されると、分岐部１１、２１に近い領域では、平行導波路１２、２２間の間隔は小さく、分岐部１１、２１から離れた領域では、平行導波路１２、２２間の間隔は大きくなる。ただし、平行導波路１２、２２間の間隔が小さい領域の長さは、平行導波路１２、２２の長さに対して十分に短い。また、平行導波路１２、２２間の間隔が小さい領域では、少なくとも一方のマッハツェンダ変調器（実施例では、マッハツェンダ変調器Ｂ）は信号電極が形成されていない。したがって、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂ間で大きな干渉が発生することはない。なお、「基板１の側面」は、図３においては、基板１の長手方向の辺Ｐ１−Ｐ２、および基板１の長手方向の辺Ｐ３−Ｐ４を意味する。

このように、第１の実施形態の光デバイスにおいては、分岐部１１、２１が互いに近接して形成されても、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂ間での干渉は十分に小さい。ここで、分岐部１１、２１が互いに近接する構成では、図４に示すように、光導波路２ａ、２ｂの曲率を小さくしなくても、光導波路２ａ、２ｂを短くすることができる。すなわち、図３において、基板１の入力端から分岐部１１、２１まで距離Ｄｘが短くなり、光デバイスのサイズが小さくなる。したがって、変調器の性能を下げることなく、光デバイスのサイズを小さくすることができる。

なお、図３において、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの相互作用長は、互いに同じであることが好ましい。ここで、相互作用長とは、データ信号に応じて光導波路の屈折率が制御される領域の長さを意味する。マッハツェンダ変調器Ａの相互作用長は、光導波路１２ａに信号電極１４がオーバラップしている領域の長さに相当し、マッハツェンダ変調器Ｂの相互作用長は、光導波路２２ｂに信号電極２４がオーバラップしている領域の長さに相当する。マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの相互作用長が互いに同じであれば、例えば、データ信号ＲＦ−ＡおよびＲＦ−Ｂの駆動電圧が互いに同じになるので、駆動回路の構成が簡単になる。

図５は、第２の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。第２の実施形態においては、マッハツェンダ変調器Ａの平行導波路１２とマッハツェンダ変調器Ｂの平行導波路２２とが互いに平行または略平行に並ぶように、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの入力領域１８、２８において、平行導波路１２、２２がそれぞれ湾曲している。ここで、入力領域１８、２８における平行導波路１２、２２の曲率は、特に限定されるものではないが、互いに同じまたは略同じである。また、入力領域１８、２８における平行導波路１２、２２の曲率は、この例では、それぞれ一定である。

第２の実施形態の構成によれば、図３に示す第１の実施形態と比較すると、光デバイスの出力端に近い領域でも、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂ間の間隔は大きくならない。すなわち、第２の実施形態の構成によれば、基板１の幅を狭くすることができる。

また、図５に示す構成では、信号電極１４は、マッハツェンダ変調器Ａの入力領域１８にまで形成されている。すなわち、マッハツェンダ変調器Ａでは、平行導波路１２が湾曲している部分まで相互作用領域が形成されている。したがって、相互作用開始領域において、信号電極１４は、基板１の側面に対して斜めに伸びるように形成されている。一方、信号電極２４は、マッハツェンダ変調器Ｂの入力領域２８には形成されていない。すなわち、マッハツェンダ変調器Ｂでは、平行導波路２２の直線部分から相互作用領域が開始されている。このため、相互作用開始領域において、信号電極２４は、基板１の側面に対して平行に伸びるように形成されている。このように、第２の実施形態においては、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂ間で、相互作用開始領域において信号電極１４、２４の伸びる方向が互いに異なっている。この構成を導入することにより、図５に示す距離Ｄxがさらに小さくなる。

ここで、第２の実施形態の構成と、図２に示す一般的な構成とを比較する。第２の実施形態においては、平行導波路１２、２２は互いにほぼ平行に並べられる。このため、第２の実施形態の基板１の幅は、図２に示す基板１００と同じである。一方、第２の実施形態の光デバイスは、第１の実施形態と同様に、図２に示す構成と比較して、基板１の入力端から分岐部１１、２１まで距離Ｄｘが短くなる。したがって、第２の実施形態によれば、光デバイスのサイズを小さくすることができる。

なお、基板１および基板１００の長さが互いに同じであるものとすると、第２の実施形態の光デバイスでは、図２に示す構成を比較して、距離Ｄxが小さいので、相互作用長を長くすることができる。すなわち、第２の実施形態によれば、より低い駆動電圧で同等の特性を実現することができる。

図６は、第３の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。第３の実施形態においては、各マッハツェンダ変調器Ａ、ＢがそれぞれＤＣ電極を備えている。
マッハツェンダ変調器においては、一般に、動作点を調整するために（或いは、光出力をオフ状態に制御するために）、光出力をモニタしながらＤＣバイアス電圧が制御される。ＤＣバイアス電圧は、データ信号に多重化して印加することもできる。

第３の実施形態では、図６に示すように、信号電極１４、２４とは別に設けられるＤＣ電極１５、２５を利用してＤＣ電圧が印加される。なお、図６では、マッハツェンダ変調器の出力をモニタする機能、モニタ結果に応じてＤＣ電圧を計算する機能、ＤＣ電圧を生成する機能は、省略されている。

マッハツェンダ変調器Ａにおいては、ＤＣ電極１５は、信号電極１４の入力側に形成される。ここで、ＤＣ電極１５は、入力領域１８において光導波路１２ａにオーバラップするように形成される。同様に、ＤＣ電極２５は、入力領域２８において光導波路２２ｂにオーバラップするように形成される。

第３の実施形態の光デバイスでは、第２の実施形態と同様に、分岐部１１、２１が互いに近接しているので、入力領域１８、２８において、平行導波路１２、２２も互いに近接している。このため、マッハツェンダ変調器ＡのＤＣ電極１５とマッハツェンダ変調器ＢのＤＣ電極２５も互いに近接することとなる。しかし、データ信号とは異なり、ＤＣ電圧は、実質的に、マッハツェンダ変調器間の干渉を引き起こさない。

このように、第３の実施形態においては、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂ間の間隔が狭くなる入力領域１８、２８にＤＣ電極１５、２５が配置され、それらの間の間隔が広くなる直線領域に信号電極１４、２４が配置される。したがって、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂ間の干渉を抑えながら、光デバイスの小型化が実現される。

図７は、第４の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。第４の実施形態においては、各マッハツェンダ変調器の１組のアーム間の光路長を調整する要素を備える。
第４の実施形態の光デバイスにおいては、第２〜第３の実施形態と同様に、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの入力領域においてそれぞれ平行導波路１２、２２が湾曲している。このため、各マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂにおいて、１組のアーム間で光路長が互いに異なる。例えば、マッハツェンダ変調器Ａでは、外側に形成される光導波路１２ａは、内側に形成される光導波路１２ｂよりも長くなる。そして、マッハツェンダ変調器のアーム間で光導波路の長さが互いに異なると、ＤＣバイアス点を所望の状態に調整できないことがあり、また、温度特性が劣化するおそれがある。

マッハツェンダ変調器Ａでは、平行導波路１２の一方のアーム（図６では、光導波路１２ｂ）に遅延要素１６が形成されている。遅延要素１６は、例えば、信号電極１４が形成されていない領域において光導波路１２ｂを湾曲させることにより実現される。この場合、遅延要素１６は、例えば、入力領域１８における光導波路１２ａ、１２ｂ間の差分を補償するように設計される。なお、マッハツェンダ変調器ＡがＤＣ電極を備える場合には、遅延要素１６は、そのＤＣ電極が形成される領域に形成してもよい。

マッハツェンダ変調器Ｂでは、光導波路２２ａは、光導波路２２ｂよりも短い。このため、合波部２３は、光導波路２２ａに結合する光導波路が光導波路２２ｂに結合する光導波路よりも長くなるように形成されている。このとき、光導波路２２ａに結合する光導波路の曲率が、光導波路２２ｂに結合する光導波路の曲率よりも小さくなるように形成される。なお、合波部２３の２本の光導波路の長さの差分は、例えば、入力領域２８における光導波路２２ａおよび光導波路２２ｂの長さの差分を補償するように設計される。

このように、第４の実施形態によれば、各マッハツェンダ変調器の１組のアームの光路長が互いに同じになので、光デバイスの小型化を図りながら変調器の特性を改善することができる。例えば、マッハツェンダ変調器の１組のアーム間で光導波路の長さが互いに同じであれば、アーム間での損失が等しくなるので、変調器の消光比が高くなる。なお、図６に示す例では、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの構成が互いに異なっているが、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂが同じ構成であってもよい。例えば、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの双方が遅延要素を備えるようにしてもよい。また、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの双方において合波部が非対称形状となってもよい。

図８は、第５の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。第５の実施形態においては、各マッハツェンダ変調器の１組のアームの光路長を互いに同じにするために、入力領域および出力領域において平行導波路が湾曲している。

マッハツェンダ変調器Ａの入力領域１８および出力領域１９において平行導波路１２はそれぞれ湾曲している。ここで、この例では、出力領域１９における平行導波路１２の曲率は、入力領域１８における平行導波路１２の曲率と同じである。ただし、出力領域１９における平行導波路１２は、入力領域１８における平行導波路１２と逆向きに湾曲している。また、平行導波路１２は、分岐部１１の向きと合波部１３の向きが同じまたは略同じになるように形成される。「合波部１３の向き」は、特に限定されるものではないが、例えば、合波部１３の出力導波路が伸びる方向を意味する。この構成により、マッハツェンダ変調器Ａの１組のアームの光路長が同じになる。

マッハツェンダ変調器Ｂの構成は、基本的に、マッハツェンダ変調器Ａと同じである。すなわち、マッハツェンダ変調器Ｂの平行導波路２２も、入力領域２８および出力領域２９において互いに逆向きに湾曲している。なお、この例では、出力領域１９、２９における平行導波路１２、２２の曲率は、互いに同じまたは略同じである。

図９は、第６の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。第６の実施形態においては、１組のマッハツェンダ変調器の構成が互いに異なっている。
図９において、分岐部１１、２１は、基板１の長手方向において異なる位置に形成されている。すなわち、マッハツェンダ変調器Ａの分岐部１１は、入力分岐導波路２の分岐点の近くに配置され、マッハツェンダ変調器Ｂの分岐部２１は、入力分岐導波路２の分岐点からやや離れて配置されている。換言すれば、光導波路２ａよりも光導波路２ｂの方が長くなっている。

このため、マッハツェンダ変調器Ａは、図８に示す第５の構成と同様に、分岐部１１および合波部１３が基板１の長手方向に対して斜めに配置され、また、入力領域１８および出力領域１９において平行導波路１２が湾曲している。一方、マッハツェンダ変調器Ｂに結合する光導波路２ｂは、光導波路２ａよりも長いので、曲率を小さくすることなく所定の曲げ角を得ることができる。すなわち、分岐部２１の向きが基板１の長手方向と平行になるように、光導波路２ｂを十分に曲げることができる。したがって、マッハツェンダ変調器Ｂの平行導波路２２は、平行導波路１２と異なり、湾曲していない。

このように、第６の実施形態では、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの構成が互いに異なっている。ただし、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの相互作用長は、互いに同じであることが好ましい。

図１０および図１１は、第７および第８の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。第７および第８の実施形態においては、１組のマッハツェンダ変調器の出力が合波されて出力される。なお、第７および第８の実施形態の光デバイスは、たとえば、ＱＰＳＫ（ＤＱＰＳＫを含む）変調器に適用可能である。

第７の実施形態の光デバイスは、図１０に示すように、入力分岐導波路２、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂ、および出力合波導波路３１を備える。この例では、入力分岐導波路２およびマッハツェンダ変調器Ａ、Ｂは、基本的に、図９に示す構成と同様である。すなわち、基板１の長手方向において、分岐部１１、２１の位置が異なっている。また、マッハツェンダ変調器Ａにおいて、分岐部１１および合波部１３は、基板１の長手方向に対して斜めに形成されている。一方、マッハツェンダ変調器Ｂにおいては、分岐部２１および合波部２３は、基板１の長手方向に平行に形成されている。このため、相互作用終了領域において、信号電極１４、２４の伸びる方向は、互いに異なっている。すなわち、マッハツェンダ変調器Ａの相互作用終了領域では、信号電極１４は、基板１の側面に対して斜め方向に伸びている。一方、マッハツェンダ変調器Ｂの相互作用終了領域では、信号電極２４は、基板１の側面に平行に伸びている。ただし、図９に示す構成と異なり、基板１の長手方向において、合波部１３、２３の位置は互いに異なっている。

出力合波導波路３１は、それぞれマッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの出力光を伝搬する光導波路３１ａ、３１ｂを備える。ここで、ＱＰＳＫ変調器を実現するためには、マッハツェンダ変調器Ａ介して合波点に至る光パスと、マッハツェンダ変調器Ｂを介して合波点に至る光パスの位相差が「（２ｎ＋１）π／２」となるように設計される。ｎは、ゼロを含む整数である。したがって、光導波路３１ａ、３１ｂは、上記位相差を満足するように設計される。例えば、光導波路３１ａは、上記位相差を提供する位相シフト要素を有するよう湾曲して形成される。そして、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂにより得られる光信号は、出力合波導波路３１により合波されて出力される。

このように、第７の実施形態では、マッハツェンダ変調器Ａがマッハツェンダ変調器Ｂよりも入力端に近い位置に配置され、マッハツェンダ変調器Ａの出力側の空き領域を利用して光導波路３１ａにより位相シフト要素が実現される。したがって、ＱＰＳＫ変調器の小型化を図ることができる。

第８の実施形態の光デバイスは、図１１に示すように、入力分岐導波路２、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂ、および出力合波導波路３１を備える。この例では、入力分岐導波路２およびマッハツェンダ変調器Ａ、Ｂは、基本的に、図８に示す構成と同様である。すなわち、分岐部１１、２１は互いに近接して設けられている。また、入力領域１８、２８、および出力領域１９、２９において、平行導波路１２、２２は湾曲している。

出力合波導波路３１は、それぞれマッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの出力光を伝搬する光導波路３１ａ、３１ｂを備える。ＤＣ電極２６は、光導波路３１ｂにオーバラップするように形成されている。そして、ＤＣ電極２６に印加する電圧を制御することにより、光導波路３１ｂの光パス長が調整される。この場合、ＱＰＳＫ変調器を実現するためには、図１０に示す第７の実施形態と同様に、マッハツェンダ変調器Ａを介して合波点に至る光パス長と、マッハツェンダ変調器Ｂを介して合波点に至る光パス長との位相差が「（２ｎ＋１）π／２」となるようにＤＣ電圧が制御される。

このように、第８の実施形態では、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの出力側に結合される出力合波導波路３１を利用してＤＣバイアス制御（実施例では、位相シフト要素の制御）が実現される。したがって、ＱＰＳＫ変調器の小型化を図ることができる。
なお、マッハツェンダ変調器の出力側にＤＣ電極を設ける構成では、ＤＣ電極が形成される領域において平行導波路１２、２２の間の間隔を狭くするようにしてもよい。

図１２は、第９の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。第９の実施形態においては、各マッハツェンダ変調器の分岐部および合波部がそれぞれ光カプラにより実現される。すなわち、分岐部１１、２１、および合波部１３、２３は、それぞれ２×２光カプラである。

２×２光カプラ１１は、１組の入力ポート１１ｃ、１１ｄを備える。入力ポート１１ｄは、入力ポート１１ｃよりも入力分岐導波路２の分岐点の近くに形成されている。２×２光カプラ２１は、１組の入力ポート２１ｃ、２１ｄを備える。入力ポート２１ｃは、入力ポート２１ｄよりも入力分岐導波路２の分岐点の近くに形成されている。そして、入力分岐導波路２は、入力ポート１１ｄおよび入力ポート２１ｃに結合されている。

２×２光カプラ１３は、１組の出力ポート１３ｃ、１３ｄを備える。そして、マッハツェンダ変調器Ａにより得られる変調光Ａは、出力ポート１３ｄを介して出力される。同様に、２×２光カプラ２３は、１組の出力ポート２３ｃ、２３ｄを備える。そして、マッハツェンダ変調器Ｂにより得られる変調光Ｂは、出力ポート２３ｄを介して出力される。

なお、図１２に示す例では、マッハツェンダ変調器Ａはスルーポートで構成されているのに対し、マッハツェンダ変調器Ｂはクロスポートで構成されている。この場合、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂの消光比が互いに異なることがある。この問題を防ぐためには、入力分岐導波路２が、分岐部１１の入力ポート１１ｃおよび分岐部２１の入力ポート２１ｃに結合されるようにすればよい。そうすると、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂ共に、クロスポートで構成される。或いは、マッハツェンダ変調器Ａ、Ｂ共に、スルーポートで構成するようにしてもよい。

なお、図３〜図１２に示す光デバイスは、基板１の表面領域に２つのマッハツェンダ変調器Ａ、Ｂを備える構成であるが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明の実施形態の光デバイスは、３以上のマッハツェンダ変調器を備えてもよい。この場合、各マッハツェンダ変調器の分岐部の出力方向の角度は、対応するマッハツェンダ変調器が配置されている位置に応じて、扇状に広がるように順番に設定される。

図１３は、実施形態の偏波多重変調器の構成を示す図である。図１３において、光デバイス４１は、例えば、上述した第１〜６、９の実施形態の光デバイスに相当する。すなわち、光デバイス４１は、入力分岐導波路２およびマッハツェンダ変調器Ａ、Ｂを備え、データ信号Ａに対応する光信号Ａおよびデータ信号Ｂに対応する光信号Ｂを生成する。偏波多重カプラ４２は、光信号Ａおよび光信号Ｂを偏波多重する。

上記構成において、光デバイス４１は、変調特性を劣化させることなく、小型化が実現されている。したがって、実施形態の偏波多重変調器も、良好な変調特性および小型化の双方が実現される。

図１４は、実施形態の光送信機の構成を示す図である。この光送信機は、例えば、光ファイバ通信システムにおいて使用される。データ生成部４３は、送信データ（データ信号Ａおよびデータ信号Ｂ）を生成する。光デバイス４１は、例えば、上述した第１〜９の実施形態の光デバイスに相当する。

（付記１）
電気光学効果を有する基板の表面領域に形成される光デバイスであって、
複数のマッハツェンダ変調器と、
入力光を分岐して前記複数のマッハツェンダ変調器に導く入力分岐導波路、を有し、
各マッハツェンダ変調器は、
前記入力分岐導波路に結合する分岐部と、
前記分岐部に結合する平行導波路と、
前記平行導波路に結合する合波部と、
前記平行導波路に信号を与える信号電極、を備え、
各マッハツェンダ変調器の分岐部の向きが互いに異なっている
ことを特徴とする光デバイス。
（付記２）
付記１に記載の光デバイスであって、
前記複数のマッハツェンダ変調器の少なくとも１つは、前記基板の側面に対して斜めに配置される
ことを特徴とする光デバイス。
（付記３）
付記１に記載の光デバイスであって、
前記複数のマッハツェンダ変調器の平行導波路の直線部分が互いに平行または略平行になるように、各マッハツェンダ変調器の入力領域において平行導波路が湾曲している
ことを特徴とする光デバイス。
（付記４）
付記３に記載の光デバイスであって、
各マッハツェンダ変調器の入力領域における平行導波路の曲率は互いに同じまたは略同じである
ことを特徴とする光デバイス。
（付記５）
付記３に記載の光デバイスであって、
各マッハツェンダ変調器において、前記合波部の向きは、前記分岐部の向きと同じまたは略同じである
ことを特徴とする光デバイス。
（付記６）
付記５に記載の光デバイスであって、
各マッハツェンダ変調器の出力領域において平行導波路が湾曲している
ことを特徴とする光デバイス。
（付記７）
付記６に記載の光デバイスであって、
各マッハツェンダ変調器の出力領域における平行導波路の曲率は互いに同じまたは略同じである
ことを特徴とする光デバイス。
（付記８）
付記１に記載の光デバイスであって、
前記複数のマッハツェンダ変調器間で、相互作用開始領域において各信号電極の伸びる方向が互いに異なっている
ことを特徴とする光デバイス。
（付記９）
付記１に記載の光デバイスであって、
前記複数のマッハツェンダ変調器の少なくとも１つにおいて、前記信号電極の入力側に前記平行導波路にＤＣ電圧を与えるＤＣ電極が形成されている
ことを特徴とする光デバイス。
（付記１０）
付記３に記載の光デバイスであって、
前記複数のマッハツェンダ変調器の少なくとも１つにおいて、前記平行導波路の一方のアームに遅延要素が形成されている
ことを特徴とする光デバイス。
（付記１１）
付記３に記載の光デバイスであって、
前記複数のマッハツェンダ変調器の少なくとも１つにおいて、前記平行導波路の出力端から前記合波導部の合波点に至る２本の導波路の長さが互いに異なっている
ことを特徴とする光デバイス。
（付記１２）
付記１に記載の光デバイスであって、
前記入力分岐導波路の分岐点から第１のマッハツェンダ変調器の分岐部までの導波路の長さが、前記入力分岐導波路の分岐点から第２のマッハツェンダ変調器の分岐部までの導波路の長さよりも短い場合には、前記第１のマッハツェンダ変調器の分岐部は前記基板の側面に対して斜めに形成され、前記第２のマッハツェンダ変調器の分岐部は前記基板の側面に対して平行に形成される
ことを特徴とする光デバイス。
（付記１３）
付記１に記載の光デバイスであって、
前記複数のマッハツェンダ変調器の出力光を合波する出力合波導波路をさらに備え、
前記複数のマッハツェンダ変調器間で、相互作用終了領域において各信号電極の伸びる方向が互いに異なっている
ことを特徴とする光デバイス。
（付記１４）
付記１に記載の光デバイスであって、
前記複数のマッハツェンダ変調器の出力光を合波する出力合波導波路をさらに備え、
前記入力分岐導波路から前記出力合波導波路に向かう方向において、各マッハツェンダ変調器の合波部の位置が互いに異なっている
ことを特徴とする光デバイス。
（付記１５）
付記１に記載の光デバイスであって、
第１および第２のマッハツェンダ変調器の出力光を合波する出力合波導波路をさらに備え、
前記第１のマッハツェンダ変調器と前記出力合波導波路の合波点との間の導波路にＤＣ電圧を与えるＤＣ電極が形成されている
ことを特徴とする光デバイス。
（付記１６）
付記１に記載の光デバイスであって、
各マッハツェンダ変調器の分岐部は２×２カプラである
ことを特徴とする光デバイス。
（付記１７）
付記１６に記載の光デバイスであって、
各マッハツェンダ変調器において、前記２×２カプラの２つの入力ポートの中で前記入力分岐導波路に近い側の入力ポートが前記入力分岐導波路に結合される
ことを特徴とする光デバイス。
（付記１８）
付記１６に記載の光デバイスであって、
各マッハツェンダ変調器の合波部は２×２カプラであり、
各マッハツェンダ変調器はクロスポートとなるように結合される
ことを特徴とする光デバイス。
（付記１９）
付記１に記載の光デバイスであって、
各マッハツェンダ変調器の分岐部の出力方向の角度は、対応するマッハツェンダ変調器が配置されている位置に応じて順番に設定される
ことを特徴とする光デバイス。
（付記２０）
電気光学効果を有する基板の表面領域に形成される、第１および第２のマッハツェンダ変調器、および入力光を分岐して前記第１および第２のマッハツェンダ変調器に導く入力分岐導波路、を有する光デバイスと、
前記第１および第２のマッハツェンダ変調器の出力光を偏波多重する偏波多重カプラ、を有し、
各マッハツェンダ変調器は、
前記入力分岐導波路に結合する分岐部と、
前記分岐部に結合する平行導波路と、
前記平行導波路に結合する合波部と、
前記平行導波路に信号を与える信号電極、を備え、
各マッハツェンダ変調器の分岐部の向きが互いに異なっている
ことを特徴とする偏波多重変調器。
（付記２１）
電気光学効果を有する基板の表面領域に形成されるＱＰＳＫ変調器であって、
第１および第２のマッハツェンダ変調器と、
入力光を分岐して前記第１および第２のマッハツェンダ変調器に導く入力分岐導波路と、
前記第１および第２のマッハツェンダ変調器により得られる光信号を合波する出力合波導波路、を有し、
各マッハツェンダ変調器は、
前記入力分岐導波路に結合する分岐部と、
前記分岐部に結合する平行導波路と、
前記平行導波路に結合する合波部と、
前記平行導波路に信号を与える信号電極、を備え、
各マッハツェンダ変調器の分岐部の向きが互いに異なっている
ことを特徴とする光デバイス。
（付記２２）
電気光学効果を有する基板の表面領域に形成される光デバイスを含む光送信機であって、
前記光デバイスは、複数のマッハツェンダ変調器と、入力光を分岐して前記複数のマッハツェンダ変調器に導く入力分岐導波路、を有し、
各マッハツェンダ変調器は、
前記入力分岐導波路に結合する分岐部と、
前記分岐部に結合する平行導波路と、
前記平行導波路に結合する合波部と、
前記平行導波路に信号を与える信号電極、を備え、
各マッハツェンダ変調器の分岐部の向きが互いに異なっている
ことを特徴とする光送信機。

１ 基板
２ 入力分岐導波路
２ａ、２ｂ 光導波路
１１、２１ 分岐部
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ 光導波路
１２、２２ 平行導波路
１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ 光導波路
１３、２３ 合波部
１４、２４ 信号電極
１５、２５、２６ ＤＣ電極
１６ 遅延要素
１８、２８ マッハツェンダ変調器の入力領域
１９、２９ マッハツェンダ変調器の出力領域
３１ 出力合波導波路
３１ａ、３１ｂ 光導波路
４１ 光デバイス
４２ 偏波多重カプラ
４３ データ生成部

Claims (10)

1. 電気光学効果を有する基板の表面領域に形成される光デバイスであって、
   複数のマッハツェンダ変調器と、
   入力光を分岐して前記複数のマッハツェンダ変調器に導く入力分岐導波路、を有し、
   各マッハツェンダ変調器は、
   前記入力分岐導波路に結合する分岐部と、
   前記分岐部に結合する平行導波路と、
   前記平行導波路に結合する合波部と、
   前記平行導波路に信号を与える信号電極、を備え、
   各マッハツェンダ変調器の分岐部の向きが互いに異なっている
   ことを特徴とする光デバイス。
2. 請求項１に記載の光デバイスであって、
   前記複数のマッハツェンダ変調器の平行導波路の直線部分が互いに平行または略平行になるように、各マッハツェンダ変調器の入力領域において平行導波路が湾曲している
   ことを特徴とする光デバイス。
3. 請求項２に記載の光デバイスであって、
   各マッハツェンダ変調器の入力領域における平行導波路の曲率は互いに同じまたは略同じである
   ことを特徴とする光デバイス。
4. 請求項２に記載の光デバイスであって、
   各マッハツェンダ変調器において、前記合波部の向きは、前記分岐部の向きと同じまたは略同じである
   ことを特徴とする光デバイス。
5. 請求項４に記載の光デバイスであって、
   各マッハツェンダ変調器の出力領域において平行導波路が湾曲している
   ことを特徴とする光デバイス。
6. 請求項１に記載の光デバイスであって、
   前記複数のマッハツェンダ変調器の少なくとも１つにおいて、前記信号電極の入力側に前記平行導波路にＤＣ電圧を与えるＤＣ電極が形成されている
   ことを特徴とする光デバイス。
7. 請求項１に記載の光デバイスであって、
   前記入力分岐導波路の分岐点から第１のマッハツェンダ変調器の分岐部までの導波路の長さが、前記入力分岐導波路の分岐点から第２のマッハツェンダ変調器の分岐部までの導波路の長さよりも短い場合には、前記第１のマッハツェンダ変調器の分岐部は前記基板の側面に対して斜めに形成され、前記第２のマッハツェンダ変調器の分岐部は前記基板の側面に対して平行に形成される
   ことを特徴とする光デバイス。
8. 請求項１に記載の光デバイスであって、
   第１および第２のマッハツェンダ変調器の出力光を合波する出力合波導波路をさらに備え、
   前記第１のマッハツェンダ変調器と前記出力合波導波路の合波点との間の導波路にＤＣ電圧を与えるＤＣ電極が形成されている
   ことを特徴とする光デバイス。
9. 電気光学効果を有する基板の表面領域に形成される、第１および第２のマッハツェンダ変調器、および入力光を分岐して前記第１および第２のマッハツェンダ変調器に導く入力分岐導波路、を有する光デバイスと、
   前記第１および第２のマッハツェンダ変調器の出力光を偏波多重する偏波多重カプラ、を有し、
   各マッハツェンダ変調器は、
   前記入力分岐導波路に結合する分岐部と、
   前記分岐部に結合する平行導波路と、
   前記平行導波路に結合する合波部と、
   前記平行導波路に信号を与える信号電極、を備え、
   各マッハツェンダ変調器の分岐部の向きが互いに異なっている
   ことを特徴とする偏波多重変調器。
10. 電気光学効果を有する基板の表面領域に形成される光デバイスを含む光送信機であって、
    前記光デバイスは、複数のマッハツェンダ変調器と、入力光を分岐して前記複数のマッハツェンダ変調器に導く入力分岐導波路、を有し、
    各マッハツェンダ変調器は、
    前記入力分岐導波路に結合する分岐部と、
    前記分岐部に結合する平行導波路と、
    前記平行導波路に結合する合波部と、
    前記平行導波路に信号を与える信号電極、を備え、
    各マッハツェンダ変調器の分岐部の向きが互いに異なっている
    ことを特徴とする光送信機。