JP2014112168A - 光変調器及び光送信機 - Google Patents

Abstract

【課題】良好なモニタ光の消光比を得ること。
【解決手段】光変調器は、マッハツェンダ型光導波路１，２１、分岐導波路２，２２及び受光部３，２３を有する。マッハツェンダ型光導波路１，２１は、一対の平行導波路７，８，２７，２８及び光合波部９，２９を有する。光合波部９，２９は、一対の平行導波路７，８，２７，２８からそれぞれ出力される光を合波する。分岐導波路２，２２は、光合波部９，２９から出力される光の一部を分岐させる。受光部３，２３は、分岐導波路２，２２から出力される光を受光する。分岐導波路２，２２の出力端の向きが受光部３，２３へ向かって平行導波路７，８，２７，２８に対して斜めに傾いており、光合波部９，２９の出力端の向きが平行導波路７，８，２７，２８に対して分岐導波路２，２２の出力端とは反対側に斜めに傾いている。
【選択図】図１

Description

この発明は、光変調器及び光送信機に関する。

従来、マッハツェンダ干渉を利用して光強度を変調する光変調器がある。このような光変調器において、マッハツェンダ型光導波路は、光分岐部と光合波部との間に平行な一対の平行導波路を有する。光合波部には、２入力２出力型のＸカプラが用いられることがある。この場合、一対の平行導波路からそれぞれ出力される光は、Ｘカプラによって合波され、さらに二分岐される。Ｘカプラから出力される一方の光は、一対の平行導波路に印加するバイアス電圧に応じて変化する光の位相を調整するためのモニタ用に用いられることがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００５−２７４８０６号公報 特開２００１−７００２号公報

マッハツェンダ型光導波路の光合波部にＸカプラを用いると、マッハツェンダ型光導波路が形成されるチップの大型化を招くという不都合がある。光合波部に、Ｘカプラよりも短い２入力１出力型のＹカプラを用いれば、Ｘカプラを用いる場合よりもチップを小型化することができる。しかしながら、光合波部にＹカプラを用いて、マッハツェンダ型光導波路から出力される変調光（オン光）の一部をモニタ光として用いる場合、光合波部で放射光（オフ光）が放射される。モニタ用のフォトダイオードが光合波部からの放射光を受光すると、光変調器のモニタ光の消光比が劣化するという問題点がある。

モニタ光の消光比が良好な光変調器及び光送信機を提供することを目的とする。

光変調器は、マッハツェンダ型光導波路、分岐導波路及び受光部を有する。マッハツェンダ型光導波路は、一対の平行導波路及び光合波部を有する。光合波部は、一対の平行導波路からそれぞれ出力される光を合波する。分岐導波路は、光合波部から出力される光の一部を分岐させる。受光部は、分岐導波路から出力される光を受光する。分岐導波路の出力端の向きが受光部へ向かって平行導波路に対して斜めに傾いており、光合波部の出力端の向きが平行導波路に対して分岐導波路の出力端とは反対側に斜めに傾いている。

光送信機は、発光素子、データ生成回路、ドライバ及び光変調器を有する。発光素子は光を出射する。データ生成回路は変調データを生成する。ドライバは、データ生成回路から出力される変調データに対応する電気信号を生成する。光変調器は、ドライバから出力される電気信号に基づいて、発光素子から出射される光の変調を行う。光変調器は、マッハツェンダ型光導波路、分岐導波路及び受光部を有する。マッハツェンダ型光導波路は、一対の平行導波路及び光合波部を有する。光合波部は、一対の平行導波路からそれぞれ出力される光を合波する。分岐導波路は、光合波部から出力される光の一部を分岐させる。受光部は、分岐導波路から出力される光を受光する。分岐導波路の出力端の向きが受光部へ向かって平行導波路に対して斜めに傾いており、光合波部の出力端の向きが平行導波路に対して分岐導波路の出力端とは反対側に斜めに傾いている。

光変調器及び光送信機によれば、モニタ光の消光比が良好であるという効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかる光変調器の第１の例を示す図である。 図２は、図１に示す光変調器における光の伝搬の様子を示す図である。 図３は、実施の形態にかかる光変調器の第２の例を示す図である。 図４は、実施の形態にかかる光変調器の第３の例を示す図である。 図５は、実施の形態にかかる光変調器の第４の例を示す図である。 図６は、実施の形態にかかる光変調器の第５の例を示す図である。 図７は、２入力１出力型光合波部への入力光の位相が等しい場合の光の伝搬を説明する図である。 図８は、２入力１出力型光合波部への入力光の位相が１８０°異なる場合の光の伝搬を説明する図である。 図９は、２入力１出力型光合波部への入力光の位相が等しい場合のシングルモード部分における光の伝搬を説明する図である。 図１０は、２入力１出力型光合波部への入力光の位相が１８０°異なる場合のシングルモード部分における光の伝搬を説明する図である。 図１１は、実施の形態にかかる光変調器の第６の例を示す図である。 図１２は、図１１に示す光変調器における光の伝搬の様子を示す図である。 図１３は、実施の形態にかかる光送信機の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、この光変調器及び光送信機の好適な実施の形態を詳細に説明する。以下の各実施例の説明においては、同様の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

・光変調器の第１の例
図１は、実施の形態にかかる光変調器の第１の例を示す図である。図１に示すように、光変調器は第１のマッハツェンダ型光導波路１、第１の分岐導波路２及び第１の受光部３を有する。図１において、第１の受光部３はＰＤ−Ａと表されている。第１のマッハツェンダ型光導波路１及び第１の分岐導波路２は例えば光変調器チップの基板４に形成されていてもよい。

第１のマッハツェンダ型光導波路１は第１の入力導波路５、１入力２出力型の第１の光分岐部６、第１の平行導波路７、第２の平行導波路８、２入力１出力型の第１の光合波部９を有する。

第１の光分岐部６は第１の入力導波路５に連結されている。第１の平行導波路７は第１の光分岐部６の一方の出力端に連結されている。第２の平行導波路８は第１の光分岐部６のもう一方の出力端に連結されている。

第１の光合波部９の一方の入力端は第１の平行導波路７に連結されている。第１の光合波部９のもう一方の入力端は第２の平行導波路８に連結されている。第１の平行導波路７と第２の平行導波路８とは、第１の光分岐部６と第１の光合波部９との間に平行に配置される。第１及び第２の平行導波路７，８は例えば基板４の長手方向に平行に配置されていてもよい。

第１の光合波部９の出力端の向きは第１及び第２の平行導波路７，８に対して斜めに傾いている。図１に示す例では、第１の光合波部９の出力端の向きは、第１及び第２の平行導波路７，８に対して０よりも大きいθｃの角度をなして、基板４の図１における上側の長辺側に傾いている。第１の光合波部９の出力端の向きは、第１の光合波部９の、第１の平行導波路７に連結される導波路部分と第２の平行導波路８に連結される導波路部分とのなす角の二等分線の方向に一致していてもよい。

第１の分岐導波路２は第１の光合波部９の出力端に連結されている。第１の分岐導波路２から出力される２つの光の出力比をａ：［１−ａ］とする。ただし、ａは０．５よりも小さい正の実数である。

第１の分岐導波路２の、出力比の値が［１−ａ］である導波路（以下、第１の出力［１−ａ］導波路と表す）１０は、例えば第１及び第２の平行導波路７，８と同じ方向に伸びていてもよい。第１の出力［１−ａ］導波路１０は基板４の端、例えば図１における左端まで伸びていてもよい。

第１の分岐導波路２の、出力比の値がａである導波路（以下、第１の出力ａ導波路と表す）１１は、第１及び第２の平行導波路７，８に対して斜めに傾いている。図１に示す例では、第１の出力ａ導波路１１は、第１及び第２の平行導波路７，８に対して０よりも大きいθｍの角度をなして、基板４の図１における下側の長辺側に傾いている。

つまり、第１の光合波部９の出力端と第１の出力ａ導波路１１とは、第１及び第２の平行導波路７，８に対して互いに反対側に斜めに傾いている。第１の出力ａ導波路１１は基板４の端、例えば図１における左端まで伸びていてもよい。

第１の受光部３は、第１の出力ａ導波路１１から出射される光を受光可能な位置、すなわち第１の出力ａ導波路１１の延長線上に配置される。フォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）は第１の受光部３の一例である。本実施例では、第１の受光部３はフォトダイオードであるとする。

光変調器は、上述する第１のマッハツェンダ型光導波路１、第１の分岐導波路２及び第１の受光部３の含む光変調部を複数、有していてもよい。例えば図１に示す例では、光変調器は２つの光変調部を有する。なお、光変調器は３つ以上の光変調部を有していてもよい。以下の説明では、２つの光変調部が並列に配置されているとし、第１のマッハツェンダ型光導波路１、第１の分岐導波路２及び第１の受光部３を含む光変調部を第１の光変調部とし、もう一方の光変調部を第２の光変調部として説明する。

第２の光変調部は第１の光変調部と同様である。第２の光変調部は第２のマッハツェンダ型光導波路２１、第２の分岐導波路２２及び第２の受光部２３を有する。図１において、第２の受光部２３はＰＤ−Ｂと表されている。

第２の光変調部については、上述する第１の光変調部の説明において、第１のマッハツェンダ型光導波路１、第１の分岐導波路２及び第１の受光部３を、それぞれ第２のマッハツェンダ型光導波路２１、第２の分岐導波路２２及び第２の受光部２３と読み替えるものとする。また、第１の入力導波路５、第１の光分岐部６、第１の平行導波路７、第２の平行導波路８及び第１の光合波部９を、それぞれ第２の入力導波路２５、第２の光分岐部２６、第３の平行導波路２７、第４の平行導波路２８及び第２の光合波部２９と読み替えるものとする。

また、第１の出力［１−ａ］導波路１０及び第１の出力ａ導波路１１を、それぞれ第２の出力［１−ａ］導波路３０及び第２の出力ａ導波路３１と読み替えるものとする。第２の出力［１−ａ］導波路３０は、第２の分岐導波路２２の、出力比の値が［１−ａ］である導波路のことである。第２の出力ａ導波路３１は、第２の分岐導波路２２の、出力比の値がａである導波路のことである。

各光変調部において、マッハツェンダ型光導波路１，２１の平行導波路７，８，２７，２８は基板４に互いに平行に配置されてもよい。また、基板４の端、例えば図１における右端に、１入力２出力型の入力光分岐部３６が配置されていてもよい。入力光分岐部３６の入力端には例えば図示しないコネクタを介して光ファイバが接続されてもよい。

入力光分岐部３６の一方の出力端には第１のマッハツェンダ型光導波路１の第１の入力導波路５が接続されてもよい。入力光分岐部３６のもう一方の出力端には第２のマッハツェンダ型光導波路２１の第２の入力導波路２５が接続されてもよい。入力光分岐部３６から出力される２つの光の出力比は例えば１：１であってもよい。

基板４は、例えばＬｉＮｂＯ₃（以下、ＬＮと略す）またはＬｉＴａＯ₂などの電気光学効果を有するＺ−カットの結晶基板であってもよい。このような電気光学結晶を用いる光導波路デバイスは、結晶基板上の一部にＴｉなどの金属膜を形成して熱拡散させたり、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換したりすることによって光導波路を形成し、光導波路の近傍に電極を設けることによって形成されてもよい。

第１のマッハツェンダ型光導波路１において、第１の平行導波路７に沿って第１の信号電極４１が設けられ、第２の平行導波路８に沿って接地電極４３が設けられる。第１の信号電極４１、及び第１の信号電極４１を挟む接地電極４２，４３はコプレーナ電極を形成する。

第２のマッハツェンダ型光導波路２１において、第３の平行導波路２７に沿って第２の信号電極５１が設けられ、第４の平行導波路２８に沿って接地電極５２が設けられる。第２の信号電極５１、及び第２の信号電極５１を挟む接地電極５２，４３はコプレーナ電極を形成する。

基板４にＺカット基板を用いる場合には、第１の平行導波路７の真上に第１の信号電極４１が配置され、第２の平行導波路８の真上に接地電極４３が配置される。第３の平行導波路２７の真上に第２の信号電極５１が配置され、第４の平行導波路２８の真上に接地電極５２が配置される。それによって、Ｚ方向の電界による屈折率変化を利用することができる。

電気光学結晶と、第１の信号電極４１、第２の信号電極５１及び接地電極４２，４３，５２との間には、例えば厚さ０．２〜２μｍ程度のＳｉＯ₂などのバッファ層が設けられてもよい。それによって、第１の平行導波路７、第２の平行導波路８、第３の平行導波路２７及び第４の平行導波路２８の中をそれぞれ伝搬する光が第１の信号電極４１、接地電極４３、第２の信号電極５１及び接地電極５２によって吸収されるのを防ぐことができる。

第１の信号電極４１は、図示しない抵抗を介して接地電極４３に接続されており、それによって進行波電極となっていてもよい。第１の信号電極４１に変調データに対応するマイクロ波の電気信号を印加すると、発生する電界によって第１の平行導波路７及び第２の平行導波路８の屈折率がそれぞれ＋Δｎ₁及び−Δｎ₂のように変化する。それによって、第１の平行導波路７と第２の平行導波路８との間の位相差が変化し、マッハツェンダ干渉によって第１の光合波部９から出力される信号光が強度変調される。

第２の信号電極５１は、図示しない抵抗を介して接地電極５２に接続されており、それによって進行波電極となっていてもよい。第２の信号電極５１に変調データに対応するマイクロ波の電気信号を印加すると、発生する電界によって第３の平行導波路２７及び第４の平行導波路２８の屈折率がそれぞれ＋Δｎ₃及び−Δｎ₄のように変化する。それによって、第３の平行導波路２７と第４の平行導波路２８との間の位相差が変化し、マッハツェンダ干渉によって第２の光合波部２９から出力される信号光が強度変調される。

第１の信号電極４１及び第２の信号電極５１の断面形状を変化させることによって、マイクロ波の実効屈折率を制御することができる。それによって、光とマイクロ波の速度を整合させることができ、高速の光応答特性を得ることができる。

図２は、図１に示す光変調器における光の伝搬の様子を示す図である。図２において、矢印は光の進む向きを表す。図２に示すように、入力光分岐部３６の入力端にＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ、連続波）光が入力されるとする。入力光分岐部３６の入力端から入力される光は、入力光分岐部３６において分岐され、第１のマッハツェンダ型光導波路１の第１の入力導波路５及び第２のマッハツェンダ型光導波路２１の第２の入力導波路２５を伝搬する。

第１の入力導波路５を伝搬する光は、第１の光分岐部６において分岐され、第１の平行導波路７及び第２の平行導波路８を伝搬する。第１の平行導波路７を伝搬する光と第２の平行導波路８を伝搬する光とは、第１の光合波部９において合波される。第１の光合波部９からは、第１のマッハツェンダ型光導波路１におけるマッハツェンダ干渉によって光強度が変調された変調光が出力される。また、第１の光合波部９からは放射光が放射される。

第１の光合波部９から出力される変調光は、第１の分岐導波路２の第１の出力［１−ａ］導波路１０から出力される。変調光の一部は、第１の分岐導波路２において分岐され、第１の出力ａ導波路１１からモニタ光として出力される。図２には、第１の出力［１−ａ］導波路１０から出力される変調光は、変調光Ａと表されており、第１の出力ａ導波路１１から出力されるモニタ光は、モニタ光Ａと表されている。モニタ光Ａは、第１の受光部３によって受光される。

第２の入力導波路２５を伝搬する光は、第２の光分岐部２６において分岐され、第３の平行導波路２７及び第４の平行導波路２８を伝搬する。第３の平行導波路２７を伝搬する光と第４の平行導波路２８を伝搬する光とは、第２の光合波部２９において合波される。第２の光合波部２９からは、第２のマッハツェンダ型光導波路２１におけるマッハツェンダ干渉によって光強度が変調された変調光が出力される。また、第２の光合波部２９からは放射光が放射される。

第２の光合波部２９から出力される変調光は、第２の分岐導波路２２の第２の出力［１−ａ］導波路３０から出力される。変調光の一部は、第２の分岐導波路２２において分岐され、第２の出力ａ導波路３１からモニタ光として出力される。図２には、第２の出力［１−ａ］導波路３０から出力される変調光は、変調光Ｂと表されており、第２の出力ａ導波路３１から出力されるモニタ光は、モニタ光Ｂと表されている。モニタ光Ｂは、第２の受光部２３によって受光される。

ＬＮ基板を用いる変調器では、温度変化などによって、オフとなる電圧が変化する。第１の受光部３によってモニタ光Ａを受光し、変調データに対応するマイクロ波の電気信号に、変調光Ａのパワーに応じたバイアス電圧を重畳することによって、基準となる光の位相を調節してもよい。第２の受光部２３によってモニタ光Ｂを受光し、変調データに対応するマイクロ波の電気信号に、変調光Ｂのパワーに応じたバイアス電圧を重畳することによって、基準となる光の位相を調節してもよい。

第１の出力［１−ａ］導波路１０から出力される変調光Ａと、第２の出力［１−ａ］導波路３０から出力される変調光Ｂとを、互いの偏波が直交するようにして合波してもよい。そうすることによって、第１のマッハツェンダ型光導波路１及び第２のマッハツェンダ型光導波路２１を有する光変調器をＤＰ−ＢＰＳＫ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調器として用いることができる。

図１に示す光変調器によれば、第１及び第２の光合波部９，２９の各出力端と第１及び第２の出力ａ導波路１１，３１とが反対側に傾くことによって、第１及び第２の光合波部９，２９から放射されて第１及び第２の受光部３，２３に入射する放射光が減る。従って、２入力１出力型の第１及び第２の光合波部９，２９を用いる光変調器において、モニタ光の消光比を改善することができ、良好なモニタ光の消光比が得られる。

・光変調器の第２の例
図３は、実施の形態にかかる光変調器の第２の例を示す図である。図３に示す光変調器は、図１に示す光変調器において、第１のマッハツェンダ型光導波路１の一方の平行導波路及び第２のマッハツェンダ型光導波路２１の一方の平行導波路がそれぞれ長さ補正部６１，６２を有するものである。

例えば図１に示す例では、第１のマッハツェンダ型光導波路１において、第１の光合波部９の出力端が第１の平行導波路７及び第２の平行導波路８のうち、第１の平行導波路７の側に傾いている。従って、第１のマッハツェンダ型光導波路１においては、第１の平行導波路７側の導波路が第２の平行導波路８側の導波路よりも短い。

また、第２のマッハツェンダ型光導波路２１において、第２の光合波部２９の出力端が第３の平行導波路２７及び第４の平行導波路２８のうち、第３の平行導波路２７の側に傾いている。従って、第２のマッハツェンダ型光導波路２１においては、第３の平行導波路２７側の導波路が第４の平行導波路２８側の導波路よりも短い。

図３に示すように、第１の平行導波路７側の導波路に例えばＳ字状をなす第１の長さ補正部６１が設けられることによって、第１の長さ補正部６１がない場合よりも第１の平行導波路７側の導波路の長さが長くなる。それによって、第１の平行導波路７側の導波路の長さを第２の平行導波路８側の導波路の長さに近づけるか、または同じにすることができる。

同様に、第３の平行導波路２７側の導波路に例えばＳ字状をなす第２の長さ補正部６２が設けられることによって、第２の長さ補正部６２がない場合よりも第３の平行導波路２７側の導波路の長さが長くなる。それによって、第３の平行導波路２７側の導波路の長さを第４の平行導波路２８側の導波路の長さに近づけるか、または同じにすることができる。

図３に示すように、第１及び第２の長さ補正部６１，６２は、電極のない箇所に設けられていてもよい。第１及び第２の長さ補正部６１，６２の形状は、光の損失を抑えることを考慮すると、曲率半径の大きいＳ字状であるのが望ましい。第２の例のその他の構成は図１に示す光変調器と同様であるので、同様の構成には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

マッハツェンダの２本の導波路の長さが異なると、基準となるバイアス電圧が変化してしまうことがある。従って、マッハツェンダの２本の導波路の長さは同じであるのが望ましい。図３に示す光変調器によれば、マッハツェンダの２本の導波路の長さが同じか、または長さの差が小さくなる。それによって、基準となるバイアス電圧が変化してしまうのを抑えることができる。

・光変調器の第３の例
図４は、実施の形態にかかる光変調器の第３の例を示す図である。図４に示す光変調器は、図１に示す光変調器において、電極の下に、図３に示す第２の例と同様に長さ補正部６１，６２を配置するものである。

図４に示すように、第１及び第２の長さ補正部６１，６２は、第１及び第２の光合波部９，２９の近くに配置されている接地電極５２の下に配置されてもよい。第３の例のその他の構成は図１または図３に示す光変調器と同様であるので、同様の構成には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図４に示す光変調器によれば、接地電極５２と第１及び第２の光合波部９，２９との間に第１及び第２の長さ補正部６１，６２を配置する場合よりも基板４のサイズを小さくすることができる。従って、光変調器チップのサイズを小さくすることができる。

・光変調器の第４の例
図５は、実施の形態にかかる光変調器の第４の例を示す図である。図５に示す光変調器は、図１に示す光変調器において、第１及び第２のマッハツェンダ型光導波路１，２１にバイアス電圧を印加するＤＣ電極６６，６７を有し、ＤＣ電極６６，６７の下に、図３に示す第２の例と同様に長さ補正部６１，６２を配置するものである。

図５に示すように、第１のＤＣ電極６６のうちの第１の平行導波路７の上に配置される電極の下に第１の長さ補正部６１が配置されてもよい。第２のＤＣ電極６７のうちの第３の平行導波路２７の上に配置される電極の下に第２の長さ補正部６２が配置されてもよい。第４の例のその他の構成は図１または図３に示す光変調器と同様であるので、同様の構成には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

長さ補正部６１，６２を、変調データに対応するマイクロ波の電気信号が印加される信号電極４１，５１の下に配置すると、長さ補正部６１，６２が湾曲しているため、信号電極４１，５１と接地電極４３，５２との間隔が広がる部分ができてしまう。その場合には、その電極間隔が広がる部分のインピーダンスが上がり、インピーダンスミスマッチによる電気信号の反射が発生してしまうため、変調帯域が狭くなってしまう。

それに対して、図５に示す光変調器によれば、信号電極４１，５１と接地電極４３，５２との間隔が一定であるため、インピーダンスミスマッチが起こらない。それによって、電気信号の反射の発生を抑えることができ、変調帯域が狭くなるのを防ぐことができる。

・光変調器の第５の例
図６は、実施の形態にかかる光変調器の第５の例を示す図である。図６に示す光変調器は、図１に示す光変調器において、図５に示す第４の例と同様にＤＣ電極６６，６７を有し、ＤＣ電極６６，６７の下に、図３に示す第２の例と同様に長さ補正部６１，６２を配置し、ＤＣ電極６６，６７の間に電極６８，６９，７０を有するものである。

図６に示すように、第１のＤＣ電極６６のうち、第１の平行導波路７の上に配置される電極と第２の平行導波路８の上に配置される電極との間に、第１のＤＣ電極６６との間に隙間を空けて電極６８が配置されてもよい。第２のＤＣ電極６７のうち、第３の平行導波路２７の上に配置される電極と第４の平行導波路２８の上に配置される電極との間に、第２のＤＣ電極６７との間に隙間を空けて電極６９が配置されてもよい。

第１のＤＣ電極６６のうちの第２の平行導波路８の上に配置される電極と第２のＤＣ電極６７のうちの第３の平行導波路２７の上に配置される電極との間に、第１及び第２のＤＣ電極６６，６７との間に隙間を空けて電極７０が配置されてもよい。これらの電極６８，６９，７０は接地電極５２に繋がっていてもよい。第５の例のその他の構成は図１、図３または図５に示す光変調器と同様であるので、同様の構成には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

第１の長さ補正部６１を第１のＤＣ電極６６の下に配置すると、第１の長さ補正部６１が湾曲しているため、第１のＤＣ電極６６のうち、第１の平行導波路７の上に配置される電極と第２の平行導波路８の上に配置される電極との間隔が広がる部分ができてしまう。第２の長さ補正部６２を第２のＤＣ電極６７の下に配置する場合も同様である。その場合には、その電極間隔が広がることによって電界が弱くなるため、駆動電圧が上昇してしまう。

それに対して、図６に示す光変調器によれば、長さ補正部６１，６２によって第１の平行導波路７と第２の平行導波路８との間隔や、第３の平行導波路２７と第４の平行導波路２８との間隔が広がっても、電極６８，６９，７０があることによって、ＤＣ電極６６，６７の電極間隔は一定である。従って、駆動電圧の上昇を抑えることができる。

・シングルモードの導波路による放射光成分の除去
ところで、モニタ光の消光比を改善するには、第１及び第２の光合波部９，２９において放射光をできるだけ放射させて放射光成分を除去し、その後の第１及び第２の分岐導波路２，２２に放射光成分をできるだけ混入させないのが望ましい。そのためには、第１及び第２の光合波部９，２９と第１及び第２の分岐導波路２，２２との間のそれぞれの導波路にシングルモードの部分があってもよい。

第１及び第２の光合波部９，２９における導波路の幅は、他の部分の導波路の幅よりも太くなることがある。幅が太い導波路はマルチモードになりやすい。マルチモードの部分からシングルモードの部分へ移行する境界部分では、光のモードが急激に変化する。このような急激なモードの変化は散乱損失を誘発し、デバイスの挿入損失を増加させてしまう。

このような急激なモードの変化を防ぐためには、第１及び第２の光合波部９，２９から第１及び第２の分岐導波路２，２２へ向かってそれぞれの導波路がテーパ状に狭くなっていてもよい。あるいは、第１及び第２の光合波部９，２９から第１及び第２の分岐導波路２，２２へ向かってそれぞれの導波路の比屈折率が徐々に小さくなっていてもよい。

図７は、２入力１出力型光合波部への入力光の位相が等しい場合の光の伝搬を説明する図である。図７に示すように、第１の光合波部９へ入力される２つの光７１，７２のパワーが等しく、かつ位相も等しい場合、第１の光合波部９の出力は全て基本モードに結合し、基本モードの光７３として第１の光合波部９から出力される。図７において、矢印は光の進む向きを表す。第２の光合波部２９についても同様である。

図８は、２入力１出力型光合波部への入力光の位相が１８０°異なる場合の光の伝搬を説明する図である。図８に示すように、第１の光合波部９へ入力される２つの光７１，７２のパワーが等しく、かつ位相が１８０°異なる場合、第１の光合波部９の出力は１次モードなどの高次モードに結合する。第１の光合波部９から出力される光は、マルチモードの導波路を伝搬する場合、１次モードの光７４として伝搬する。図８において、矢印は光の進む向きを表す。第２の光合波部２９についても同様である。

図８に示す１次モードの光７４は、本来オフ光であるが、ノイズ成分となる。従って、この１次モードの光７４が第１の分岐導波路２に達して出力されると、本来オフである状態、すなわち出力のパワーがゼロである状態においてノイズ光が出力されることになる。モニタ光の消光比は、ノイズ成分がない場合に理論的に無限大となる。出力にノイズ成分が含まれると、そのノイズ成分のパワーに応じてモニタ光の消光比が有限の値となり、劣化することになる。

そこで、図９及び図１０に示すように、第１の光合波部９から第１の分岐導波路２へ向かって導波路をテーパ状に狭くすると、導波路の幅の狭い部分でシングルモードとなる。第１の光合波部９から第１の分岐導波路２へ向かって導波路の比屈折率を徐々に小さくしても同様であり、比屈折率の小さい部分でシングルモードとなる。第２の光合波部２９についても同様である。

図９は、２入力１出力型光合波部への入力光の位相が等しい場合のシングルモード部分における光の伝搬を説明する図である。図９に示すように、基本モードの光７３は、導波路の幅がテーパー状に狭くなるシングルモード部分を伝搬する。図９において、矢印は光の進む向きを表す。

図１０は、２入力１出力型光合波部への入力光の位相が１８０°異なる場合のシングルモード部分における光の伝搬を説明する図である。図１０に示すように、１次モードの光７４は、導波路の幅がテーパー状に狭くなるシングルモード部分を伝搬できずに、放射光として放射される。それによって、１次モードの光７４は第１の分岐導波路２に入力されず、第１の分岐導波路２から出力される変調光Ａ及びモニタ光Ａはノイズを含まないため、モニタ光の消光比が改善される。

従って、図１、図３，図４または図５に示す各光変調器において、第１及び第２の光合波部９，２９と第１及び第２の分岐導波路２，２２との間のそれぞれの導波路にシングルモードの部分があってもよい。それによって、第１及び第２の分岐導波路２，２２にノイズ成分が混入するのを防ぐことができるので、モニタ光の消光比が改善される。

導波路のシングルモードの部分は、第１及び第２の光合波部９，２９から第１及び第２の分岐導波路２，２２へ向かってそれぞれの導波路をテーパ状に狭くすることによって、あるいはそれぞれの導波路の比屈折率を徐々に小さくすることによって、形成されていてもよい。それによって、マルチモードの部分からシングルモードの部分へ移行する境界部分における光のモードの急激な変化を防ぐことができる。従って、散乱損失を抑え、デバイスの挿入損失が増加するのを防ぐことができる。

・光変調器の第６の例
図１１は、実施の形態にかかる光変調器の第６の例を示す図である。図１１に示す光変調器は、図１に示す光変調器において、位相が互いに９０°異なるようにそれぞれの位相を調整して第１の光合波部９の出力光と第２の光合波部２９の出力光とを合波させることによって、ＤＱＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）信号を生成するものである。

また、図１１に示す光変調器は、図５に示す第４の例と同様にＤＣ電極６６，６７を有し、ＤＣ電極６６，６７の下に、図３に示す第２の例と同様に長さ補正部６１，６２を配置し、図６に示す第５の例と同様にＤＣ電極６６，６７の間に電極６８，６９，７０を有するものである。

図１１に示すように、第１の光合波部９の出力端には、図１に示す第１の例における第１の分岐導波路２の代わりに、第１の出力導波路８１が連結されている。第２の光合波部２９の出力端には、図１に示す第１の例における第２の分岐導波路２２の代わりに、第２の出力導波路８２が連結されている。

第１の出力導波路８１の出力端は２入力１出力型の第３の光合波部８３の一方の入力端に連結されている。第２の出力導波路８２の出力端は第３の光合波部８３のもう一方の入力端に連結されている。第３の光合波部８３の出力端には第３の分岐導波路８４が連結されている。第３の分岐導波路８４から出力される２つの光の出力比をａ：［１−ａ］とする。ただし、ａは０．５よりも小さい正の実数である。

第３の分岐導波路８４の、出力比の値が［１−ａ］である導波路（以下、第３の出力［１−ａ］導波路と表す）８５は、例えば第１及び第２の平行導波路７，８と同じ方向に伸びていてもよい。第３の出力［１−ａ］導波路８５は基板４の端、例えば図１１における左端まで伸びていてもよい。

第３の分岐導波路８４の、出力比の値がａである導波路（以下、第３の出力ａ導波路と表す）８６は、第１及び第２の平行導波路７，８に対して斜めに傾いている。図１１に示す例では、第３の出力ａ導波路８６は、第１及び第２の平行導波路７，８に対して０よりも大きいθｍの角度をなして、基板４の図１１における下側の長辺側に傾いている。

つまり、第１及び第２の光合波部９，２９の出力端と第３の出力ａ導波路８６とは、第１及び第２の平行導波路７，８に対して互いに反対側に斜めに傾いている。第３の出力ａ導波路８６は基板４の端、例えば図１１における左端まで伸びていてもよい。

第３の出力ａ導波路８６から出射される光を受光可能な位置、すなわち第３の出力ａ導波路８６の延長線上には、第３の受光部８７が配置される。フォトダイオードは第３の受光部８７の一例である。本実施例では、第３の受光部８７はフォトダイオードであるとし、図１１において第３の受光部８７をＰＤと表す。第６の例のその他の構成は図１、図３、図５または図６に示す光変調器と同様であるので、同様の構成には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１２は、図１１に示す光変調器における光の伝搬の様子を示す図である。図１２において、矢印は光の進む向きを表す。入力光分岐部３６の入力端にＣＷ光が入力されてから、第１及び第２の平行導波路７，８をそれぞれ伝搬する光が第１の光合波部９において合波されるまで、また第３及び第４の平行導波路２７，２８をそれぞれ伝搬する光が第２の光合波部２９において合波されるまでは、光変調器の第１の例において図２を参照しながら説明した通りである。従って、重複する説明を省略する。

第１の光合波部９からは、第１のマッハツェンダ型光導波路１におけるマッハツェンダ干渉によって光強度が変調された変調光が出力される。第２の光合波部２９からは、第２のマッハツェンダ型光導波路２１におけるマッハツェンダ干渉によって光強度が変調された変調光が出力される。また、第１及び第２の光合波部９，２９からは放射光が放射される。

第１の光合波部９から出力される変調光は、第１の出力導波路８１を伝搬し、第３の光合波部８３において、第２の光合波部２９から出力され、第２の出力導波路８２を伝搬してくる変調光と合波される。第１の出力導波路８１から第３の光合波部８３に入力する変調光と、第２の光合波部２９から第３の光合波部８３に入力する変調光とは、位相が互いに９０°異なる。

第３の光合波部８３から出力される変調光は、第３の分岐導波路８４の第３の出力［１−ａ］導波路８５から出力される。変調光の一部は、第３の分岐導波路８４において分岐され、第３の出力ａ導波路８６からモニタ光として出力される。モニタ光は、第３の受光部８７によって受光される。

図１１に示す光変調器によれば、第１及び第２の光合波部９，２９の各出力端と第３の出力ａ導波路８６とが反対側に傾くことによって、第１及び第２の光合波部９，２９から放射されて第３の受光部８７に入射する放射光が減る。従って、２入力１出力型の第１及び第２の光合波部９，２９を用いるＤＱＰＳＫ光変調器において、モニタ光の消光比を改善することができ、良好なモニタ光の消光比が得られる。

なお、図１、図３、図４、図５または図６に示す光変調器に対して、図１１に示す第６の例のように、第１及び第２のマッハツェンダ型光導波路１，２１からそれぞれ出力される変調光を、位相が互いに９０°異なるようにそれぞれの位相を調整して合波させてもよい。また、第３の光合波部８３から放射光が放射される場合には、第３の光合波部８３の出力端の向きを、第１及び第２の平行導波路７，８に対して０よりも大きいθｃの角度をなして、基板４の図１１における上側の長辺側に傾けてもよい。第３の光合波部８３の出力端の向きを傾ける場合、第１の出力導波路８１の途中に長さ補正部を設けてもよい。

・光送信機の一例
図１３は、実施の形態にかかる光送信機の一例を示す図である。図１３に示すように、光送信機１０１は、光変調器１０２、発光素子１０３、データ生成回路１０４及びドライバ１０５を有する。

発光素子１０３は、光を出射する。レーザーダイオード（ＬＤ）は発光素子１０３の一例である。データ生成回路１０４は、変調データを生成する。ドライバ１０５は、データ生成回路１０４から出力される変調データに対応する振幅の電気信号を生成する。光変調器１０２は、ドライバ１０５から出力される電気信号に基づいて、発光素子１０３から出射される光の変調を行う。図１、図３〜図６または図１１のそれぞれに示す光変調器は、光送信機１０１の光変調器１０２の一例である。光変調器１０２から出力される光は，図示省略するコネクタを介して光ファイバ１０６へ出力されてもよい。

図１３に示す光送信機によれば、光変調器１０２として図１、図３〜図６または図１１のそれぞれに示す光変調器を用いることによって、モニタ光の消光比を改善することができ、良好なモニタ光の消光比が得られる。

なお、図１、図３〜図６または図１１のそれぞれに示す光変調器においては、マッハツェンダ型光導波路を２つ有するが、マッハツェンダ型光導波路を３つ以上有する場合も同様である。

上述した各実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）一対の平行導波路、及び前記一対の平行導波路からそれぞれ出力される光を合波する２入力１出力型の光合波部を有するマッハツェンダ型光導波路と、前記光合波部から出力される光の一部を分岐させる分岐導波路と、前記分岐導波路から出力される光を受光する受光部と、を有し、前記分岐導波路の出力端の向きが前記受光部へ向かって前記平行導波路に対して斜めに傾いており、前記光合波部の出力端の向きが前記平行導波路に対して前記分岐導波路の出力端とは反対側に斜めに傾いていることを特徴とする光変調器。

（付記２）前記一対の平行導波路のうちの一方の導波路に、該導波路の長さを補正する長さ補正部を有することを特徴とする付記１に記載の光変調器。

（付記３）電極の下に前記長さ補正部を有することを特徴とする付記２に記載の光変調器。

（付記４）前記電極は、前記平行導波路にバイアス電圧を印加する電極であることを特徴とする付記３に記載の光変調器。

（付記５）前記平行導波路にバイアス電圧を印加する電極の間に電極を有することを特徴とする付記４に記載の光変調器。

（付記６）前記光合波部と前記分岐導波路との間の導波路にシングルモードの部分を有することを特徴とする付記１乃至５のいずれか一項に記載の光変調器。

（付記７）前記光合波部から前記分岐導波路へ向かって導波路がテーパ状に狭くなることを特徴とする付記６に記載の光変調器。

（付記８）前記光合波部から前記分岐導波路へ向かって導波路の比屈折率が徐々に小さくなることを特徴とする付記６に記載の光変調器。

（付記９）光を出射する発光素子と、変調データを生成するデータ生成回路と、前記データ生成回路から出力される変調データに対応する電気信号を生成するドライバと、前記ドライバから出力される電気信号に基づいて、前記発光素子から出射される光の変調を行う光変調器と、を備え、前記光変調器は、一対の平行導波路、及び前記一対の平行導波路からそれぞれ出力される光を合波する２入力１出力型の光合波部を有するマッハツェンダ型光導波路と、前記光合波部から出力される光の一部を分岐させる分岐導波路と、前記分岐導波路から出力される光を受光する受光部と、を有し、前記分岐導波路の出力端の向きが前記受光部へ向かって前記平行導波路に対して斜めに傾いており、前記光合波部の出力端の向きが前記平行導波路に対して前記分岐導波路の出力端とは反対側に斜めに傾いていることを特徴とする光送信機。

（付記１０）前記一対の平行導波路のうちの一方の導波路に、該導波路の長さを補正する長さ補正部を有することを特徴とする付記９に記載の光送信機。

（付記１１）電極の下に前記長さ補正部を有することを特徴とする付記１０に記載の光送信機。

（付記１２）前記電極は、前記平行導波路にバイアス電圧を印加する電極であることを特徴とする付記１１に記載の光送信機。

（付記１３）前記平行導波路にバイアス電圧を印加する電極の間に電極を有することを特徴とする付記１２に記載の光送信機。

（付記１４）前記光合波部と前記分岐導波路との間の導波路にシングルモードの部分を有することを特徴とする付記９乃至１３のいずれか一項に記載の光送信機。

（付記１５）前記光合波部から前記分岐導波路へ向かって導波路がテーパ状に狭くなることを特徴とする付記１４に記載の光送信機。

（付記１６）前記光合波部から前記分岐導波路へ向かって導波路の比屈折率が徐々に小さくなることを特徴とする付記１４に記載の光送信機。

１ 第１のマッハツェンダ型光導波路
２ 第１の分岐導波路
３ 第１の受光部
７ 第１の平行導波路
８ 第２の平行導波路
９ 第１の光合波部
２１ 第２のマッハツェンダ型光導波路
２２ 第２の分岐導波路
２３ 第２の受光部
２７ 第３の平行導波路
２８ 第４の平行導波路
２９ 第２の光合波部
５２ 接地電極
６１ 第１の長さ補正部
６２ 第２の長さ補正部
６６ 第１のＤＣ電極
６７ 第２のＤＣ電極
６８，６９，７０ 電極
１０１ 光送信機
１０２ 光変調器
１０３ 発光素子
１０４ データ生成回路
１０５ ドライバ

Claims (5)

1. 一対の平行導波路、及び前記一対の平行導波路からそれぞれ出力される光を合波する２入力１出力型の光合波部を有するマッハツェンダ型光導波路と、
   前記光合波部から出力される光の一部を分岐させる分岐導波路と、
   前記分岐導波路から出力される光を受光する受光部と、を有し、
   前記分岐導波路の出力端の向きが前記受光部へ向かって前記平行導波路に対して斜めに傾いており、前記光合波部の出力端の向きが前記平行導波路に対して前記分岐導波路の出力端とは反対側に斜めに傾いていることを特徴とする光変調器。
2. 前記一対の平行導波路のうちの一方の導波路に、該導波路の長さを補正する長さ補正部を有することを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
3. 電極の下に前記長さ補正部を有することを特徴とする請求項２に記載の光変調器。
4. 前記光合波部と前記分岐導波路との間の導波路にシングルモードの部分を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光変調器。
5. 光を出射する発光素子と、
   変調データを生成するデータ生成回路と、
   前記データ生成回路から出力される変調データに対応する電気信号を生成するドライバと、
   前記ドライバから出力される電気信号に基づいて、前記発光素子から出射される光の変調を行う光変調器と、を備え、
   前記光変調器は、
   一対の平行導波路、及び前記一対の平行導波路からそれぞれ出力される光を合波する２入力１出力型の光合波部を有するマッハツェンダ型光導波路と、
   前記光合波部から出力される光の一部を分岐させる分岐導波路と、
   前記分岐導波路から出力される光を受光する受光部と、を有し、
   前記分岐導波路の出力端の向きが前記受光部へ向かって前記平行導波路に対して斜めに傾いており、前記光合波部の出力端の向きが前記平行導波路に対して前記分岐導波路の出力端とは反対側に斜めに傾いていることを特徴とする光送信機。

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