光変調器
【課題】分極反転領域を含む基板上に複数の光変調部を並列に配置し、該各光変調部に入力光を低損失で与えることのできる小型で低コストの光変調器を提供する。
【解決手段】分極反転領域Ｐｉを含んだ同一基板１０上に並列に配置した各光変調部２０Ａ，２０Ｂに対し、一つの入力光を分岐した各光が曲線導波路１３Ａ，１３Ｂを介して入力される。各光変調器２０Ａ，２０ＢのＭＺ型光導波路は、隣り合う光変調部の一対の分岐導波路同士の間隔が、相互作用部ＩＮＴの始点近傍よりも入力側の分極反転の境界近傍で広くなるように形成されている。よって、分極反転の境界部分で各光変調部の信号電極３１Ａ，３１Ｂがシフトしても、該信号電極の間隔が狭くはならないので、各光変調器に入力光を導く曲線導波路１３Ａ，１３Ｂの曲率半径を大きくできる。
【解決手段】分極反転領域Ｐｉを含んだ同一基板１０上に並列に配置した各光変調部２０Ａ，２０Ｂに対し、一つの入力光を分岐した各光が曲線導波路１３Ａ，１３Ｂを介して入力される。各光変調器２０Ａ，２０ＢのＭＺ型光導波路は、隣り合う光変調部の一対の分岐導波路同士の間隔が、相互作用部ＩＮＴの始点近傍よりも入力側の分極反転の境界近傍で広くなるように形成されている。よって、分極反転の境界部分で各光変調部の信号電極３１Ａ，３１Ｂがシフトしても、該信号電極の間隔が狭くはならないので、各光変調器に入力光を導く曲線導波路１３Ａ，１３Ｂの曲率半径を大きくできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に利用される光導波路デバイスであって、分極反転領域を含む結晶基板に光導波路および電極を形成して構成される光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ２）などの電気光学結晶を用いた光導波路デバイスは、結晶基板上の一部にチタン（Ｔｉ）等の金属膜を形成して熱拡散させるか、或いは、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどして光導波路を形成した後、その光導波路の近傍に電極を設けることで形成される。このような電気光学結晶を用いた光導波路デバイスとして、例えば、図１に示すような光変調器が知られている。
【０００３】
図１において、基板１００上に形成された光導波路は、入力導波路１０１、一対の分岐導波路１０２，１０３および出力導波路１０４からなり、一対の分岐導波路１０２，１０３上に信号電極１０５、接地電極１０６が設けられてコプレーナ電極を形成する。Ｚカット基板を用いる場合には、Ｚ方向の電界による屈折率変化を利用するため、光導波路の真上に信号電極１０５、接地電極１０６を配置する。具体的には、分岐導波路１０２上に信号電極１０５を、分岐導波路１０３の上に接地電極１０６をパターニングする。ここで、分岐導波路１０２，１０３中を伝搬する光が、信号電極１０５および接地電極１０６によって吸収されるのを防ぐために、基板１００と信号電極１０５および接地電極１０６との間には図示しないバッファ層が設けられる。バッファ層としては、厚さ０．２〜２μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）等が用いられる。
【０００４】
このような光変調器を高速で駆動する場合には、信号電極１０５の出力端１０５ＯＵＴを図示しない抵抗を介して接地電極１０６に接続することで進行波電極とし、信号電極１０５の入力端１０５ＩＮからマイクロ波電気信号を印加する。このとき、信号電極１０５と接地電極１０６との間で発生する電界によって、分岐導波路１０２，１０３の屈折率がそれぞれ＋ｎａ，−ｎｂのように変化し、分岐導波路１０２，１０３を伝搬する光の位相差が変化するため、マッハツェンダ（Mach-Zehnder：ＭＺ）干渉によって、強度変調された信号光が出力導波路１０４から出力される。なお、信号電極１０５の断面形状を変化させることでマイクロ波電気信号の実効屈折率を制御し、光とマイクロ波電気信号との速度を整合させることによって高速の光応答特性を得ることができる。
【０００５】
上記のような光変調器では、２本の分岐導波路のうち１本は信号電極の下にあるのに対し、もう１本は接地電極の下にある。接地電極下の電界は信号電極下の電界に比べて弱いので、両者の間における位相変調量には差異が生じる。このため、ＭＺ干渉では完全なプッシュプルにならず、信号光がオンからオフまたはオフからオンに切り替わる瞬間に該信号光の波長が変動する。すなわち、波長チャープが発生する。
【０００６】
このような波長チャープを低減するための従来技術としては、例えば図２に示すように、光と電界が互いに作用する部分（以下、相互作用部と呼ぶ）ＩＮＴの一部に、結晶の分極方向を反転させた分極反転領域Ｐｉを形成する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この分極反転領域Ｐｉでは、信号電極１０５に電界を印加した際の屈折率の変化の向きが、相互作用部ＩＮＴの残り領域（非分極反転領域）Ｐｎとは反対になる。分極反転領域Ｐｉと非分極反転領域Ｐｎとの境界部分では、一対の分岐導波路１０２，１０３に対する信号電極１０５および接地電極１０６の配置関係が入れ替えられている。このような構成により、分極反転領域Ｐｉおよび非分極反転領域Ｐｎでそれぞれ発生する上記位相変調量の差異が打ち消し合うようになるため、変調光の波長チャープを低減することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第０４／０５３５７４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年の光変調方式の多様化（例えば、多値変調方式、偏波多重方式など）により、上記図１または図２に示したような従来の光変調器を複数台組み合わせることで所望の光変調方式に対応した信号光を生成する場合が多くなっている。この場合、光変調器全体のサイズを小さくするために、複数台の光変調器を一つのチップに集積することが行われる。なお、以下の説明では、一つのチップ上に集積化された個々の光変調器のことを「光変調部」と呼ぶことにする。
【０００９】
一つのチップ上で複数の光変調部が並列に配置されている場合、隣り合う光変調部における電極間のクロストークが発生しないように注意する必要がある。また、各光変調部の間に位置する接地電極が狭くなると接地が不十分になるので、隣り合う光変調部の間隔を十分にあける必要がある。特に、各光変調部が上記図２に示したような分極反転領域を含む場合には、分極反転領域と非分極反転領域の境界部分で信号電極がシフトすることで、隣り合う光変調部における信号電極の間隔が狭くなる場合があるため、該各光変調部の間隔をさらにあける必要がある。
【００１０】
具体的には、例えば図３に示すように同一基板上に二つの光変調部１００Ａ，１００Ｂが並列に配置されており、分極反転領域Ｐｉと非分極反転領域Ｐｎの境界部分の位置が、基板の長手方向について、各光変調部１００Ａ，１００Ｂでずれているような構成が想定される。この構成では、光変調部１００Ａの信号電極１０５Ａと光変調部１００Ｂの信号電極１０５Ｂとの間隔Ｓが、図中の点線で囲んだ境界部分においてＳ’と狭くなる。このため、光変調部１００Ａの分岐導波路１０３Ａと、該分岐導波路１０３Ａに隣り合う光変調部１００Ｂの分岐導波路１０２Ｂとの間隔を広げて、上記境界部分での接地が十分にとられるようにすることが必要になる。この具体例からも明らかなように、複数台の光変調器を一つのチップに集積することによる光変調器全体の小型化には一定の限界がある。
【００１１】
また、一つのチップ上に並列配置された各光変調部に対して入力光を与えるための光導波路の構成に注目すると、上記図３の構成例に示したように、１本の光導波路１１１が光分岐部１１２により２本の光導波路１１３Ａ，１１３Ｂに分岐されて各光変調部の入力導波路１０１Ａ，１０１Ｂに接続されている場合、図示しない１台の光源から出力される光を各光変調部１００Ａ，１００Ｂに与えることができる。この場合、光源および光変調器を含めた光送信装置の構成を簡略化することが可能になる。
【００１２】
しかし、上記のような光変調器の構成において、各光変調部１００Ａ，１００Ｂの間隔が広くなると、光分岐部１１２と各光変調部の入力導波路１０１Ａ，１０１Ｂとの間を接続する略Ｓ字形状の曲線導波路１１３Ａ，１１３Ｂの曲率半径を小さくすることが必要になるため、各々の曲線導波路１１３Ａ，１１３Ｂにおける曲げ損失（放射損失）の増加が問題になる。該曲げ損失の増加を抑えるために曲率半径を大きくすれば、各曲線導波路１１３Ａ，１１３Ｂの長さ（光分岐部１１２と各光変調部１００Ａ，１００Ｂとの間の距離）が長くなり、光変調器の長手方向のサイズが大きくなってしまう。通常、一つのチップの長手方向の全長は、該チップが切り出されるウェハ等のサイズに制約されるので、各曲線導波路１１３Ａ，１１３Ｂの伸長分に応じてチップの全長を伸ばすことができなければ、各光変調部１００Ａ，１００Ｂの相互作用部ＩＮＴを短くせざるを得なくなる。相互作用部ＩＮＴを短くした場合、駆動電圧が上昇するため、高出力のドライバアンプが必要となる。その結果、光変調器のコストおよび消費電力が増加してしまう。
【００１３】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、分極反転領域を含む基板上に複数の光変調部を並列に配置し、該各光変調部に入力光を低損失で与えることのできる小型で低コストの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】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明はその一態様として、電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ型光導波路を形成し、該マッハツェンダ型光導波路の光分岐部および光合波部の間に位置する一対の分岐導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、進行波電極とした前記信号電極に、変調データに対応した電気信号を印加することにより、前記マッハツェンダ型光導波路を伝搬する光の変調を行う少なくとも２つの光変調部が、同一の前記基板上に並列に配置された光変調器を提供する。この光変調器の前記基板は、前記各光変調部における、前記一対の分岐導波路を伝搬する光と前記信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、一部の領域の分極方向を他の領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域を有する。また、前記各光変調部は、それぞれに共通な一つの入力ポートに入力される光を複数に分岐した各分岐光が、各々に対応した曲線導波路を介して前記マッハツェンダ型光導波路の入力端に導かれる。また、前記各光変調部の信号電極は、それぞれ、前記相互作用部の分極反転領域内では前記一対の分岐導波路のうちの一方の分岐導波路上に配置され、前記相互作用部の分極反転されていない非分極反転領域内では他方の分岐導波路上に配置されている。また、前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の一対の分岐導波路との間隔について、前記相互作用部の始点近傍における間隔よりも、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界近傍における間隔が広くなっている。
【発明の効果】
【００１５】
上記のような本光変調器では、分極反転領域を含んだ同一基板上に並列に配置された少なくとも２つの光変調器のマッハツェンダ型光導波路に対して、一つの入力ポートより与えられる入力光を分岐した各光が曲線導波路を介してそれぞれ入力される。各光変調部のマッハツェンダ型光導波路は、隣り合う光変調部の一対の分岐導波路同士の間隔が、相互作用部の始点近傍よりも分極反転領域と非分極反転領域との入力側の境界近傍で広くなるように形成されている。これにより、分極反転領域と非分極反転領域との境界部分で信号電極がシフト（屈曲）しても、該境界近傍において隣り合う光変調部の信号電極の間隔が狭くなることが避けられる。このため、相互作用部の始点近傍での隣り合う光変調部の間隔を、基板が分極反転領域を含まない場合と同様に狭くできるようになり、入力光を各光変調部に導くための曲線導波路を基板の長手方向に伸長することなく曲率半径を大きくすることが可能になる。よって、分極反転領域を含む基板上に複数の光変調部を並列に配置する場合でも、小型の構成により各光変調部に対して共通の入力光を低損失で与えることができ、波長チャープの低減された信号光を低コストで生成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的なマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す平面図である。
【図２】従来の分極反転領域を含む光変調器の構成例を示す平面図である。
【図３】一つの基板上に従来構成の光変調部を二つ並列に配置した場合の構成例を示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
【図５】第１実施形態に関する変形例の構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
【図７】第２実施形態について一つのウェハより複数のチップを切り出す場合の配置例を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
【図９】本発明の第４実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
【図１０】第４実施形態に関する変形例の構成を示す平面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
【図１２】第１〜第５実施形態に関する光導波路パターンの応用例を示す図である。
【図１３】第１〜第５実施形態に関する光導波路パターンの他の応用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図４は、本発明の第１実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
図４において、本実施形態の光変調器は、例えば、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ２など電気光学効果を有する一つの結晶基板１０上に、二つの光変調部２０Ａ，２０Ｂが並列に配置されている。基板１０は、ここでは矩形に切り出したＺ−カットの結晶を用い、その長手方向の中央部分には、分極反転領域Ｐｉが形成されている。この光変調器は、一つの入力ポートＩＮおよび一つの出力ポートＯＵＴを備えており、入力ポートＩＮには１本の入力導波路１１の一端が接続されている。入力導波路１１の他端は、光分岐部１２の入力端に接続しており、光分岐部１２の二つ出力端には、曲線導波路１３Ａ，１３Ｂを介して、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの入力端がそれぞれ接続されている。光分岐部１２は、入力光を所要の強度比で二つに分岐して出力する。
【００１８】
光変調部２０Ａは、基板１０の図で上側に位置する表面部分に分極反転領域Ｐｉおよび非分極反転領域Ｐｎに跨って形成された、入力導波路２１Ａ、光分岐部２２Ａ、一対の分岐導波路２３Ａ，２４Ａ、光合波部２５Ａおよび出力導波路２６Ａからなるマッハツェンダ（ＭＺ）型の光導波路と、一対の分岐導波路２３Ａ，２４Ａに沿ってパターニングされた信号電極３１Ａおよび接地電極３２Ａとを具備する。
【００１９】
入力導波路２１Ａは、一端が曲線導波路１３Ａに接続しており、他端には光分岐部２２Ａの入力端が接続されている。
光分岐部２２Ａは、入力導波路２１Ａを伝搬した光を１：１の強度比で二つに分岐する。光分岐部２２Ａの二つの出力端には、一対の分岐導波路２３Ａ，２４Ａの各一端がそれぞれ接続されている。
【００２０】
一対の分岐導波路２３Ａ，２４Ａは、図で上側に位置する分岐導波路２３Ａと、図で下側に位置する分岐導波路２４Ａとが、基板１０の長手方向に並行している。各分岐導波路２３Ａ，２４Ａは、光分岐部２２Ａに接続する一端から入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界までの間に位置する部分が、分極反転領域Ｐｉに近づくにつれて、並行する光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂから離れていく緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路となっている。また、分極反転領域Ｐｉ内に位置する部分は、基板１０の長手方向に平行な直線導波路となっている。さらに、分極反転領域Ｐｉと出力側の非分極反転領域Ｐｎとの境界から光合波部２５Ａに接続する他端までの間に位置する部分は、光合波部２５Ａに近づくにつれて、並行する光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂに接近していく緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路となっている。上記一対の分岐導波路２３Ａ，２４Ａの間隔は、ここでは、光分岐部２２Ａに接続する一端から光合波部２５Ａに接続する他端まで一定である。
【００２１】
光合波部２５Ａは、二つの入力端が上記各分岐導波路２３Ａ，２４Ａの他端にそれぞれ接続しており、各分岐導波路２３Ａ，２４Ａを伝搬した光を一つに合波する。光合波部２５Ａの一つの出力端には、出力導波路２６Ａの一端が接続されている。
【００２２】
信号電極３１Ａは、入力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２３Ａの真上に沿って形成されており、入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界部分において分岐導波路２３Ａ側から分岐導波路２４Ａ側にシフトし、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２４Ａの真上に沿って形成されている。また、信号電極３１Ａは、分極反転領域Ｐｉと出力側の非分極反転領域Ｐｎとの境界部分において分岐導波路２４Ａ側から分岐導波路２３Ａ側にシフトし、出力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２３Ａの真上に沿って形成されている。
【００２３】
接地電極３２Ａは、信号電極３１Ａから隔離されると共に、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２３Ａの真上に沿う部分と、入力側および出力側の各非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２４Ａの真上に沿う部分とを含んで形成されている。なお、ここでは分岐導波路２４Ａと光変調部２０Ｂの後述する分岐導波路２３Ｂとの間に形成される接地電極３２Ａが、光変調部２０Ｂの後述する接地電極３２Ｂと共有されている。
【００２４】
上記信号電極３１Ａは、基板１０の長手方向に平行な対向側面のうちの一方の側面（図で上側の側面）に引き出した出力端が図示しない抵抗を介して接地電極３２Ａに接続されることで進行波電極を構成し、基板１０の他方の側面（図で下側の側面）に引き出した入力端からマイクロ波電気信号（変調データに対応した電気信号）が印加されるようになっている。なお、信号電極３１Ａおよび接地電極３２Ａについては、図示されていないＳｉＯ２等を用いたバッファ層を介して基板１０（光導波路）の上に形成するのがよい。バッファ層を設けることにより、各分岐導波路２３Ａ，２４Ａ中を伝搬する光が、信号電極３１Ａおよび接地電極３２Ａによって吸収されるのを防ぐことができる。
【００２５】
光変調部２０Ｂは、基板１０の図で下側に位置する表面部分に分極反転領域Ｐｉおよび非分極反転領域Ｐｎに跨って形成された、入力導波路２１Ｂ、光分岐部２２Ｂ、一対の分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂ、光合波部２５Ｂおよび出力導波路２６Ｂからなるマッハツェンダ（ＭＺ）型の光導波路と、一対の分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂに沿ってパターニングされた信号電極３１Ｂおよび接地電極３２Ｂとを具備する。
【００２６】
なお、本実施形態では、光変調部２０ＡのＭＺ型光導波路と光変調部２０ＢのＭＺ型光導波路とが、基板１０の長手方向に平行な軸を挟んで対称の関係にある。また、光変調部２０Ａの信号電極３１Ａおよび接地電極３２Ａに対して、光変調部２０Ｂの信号電極３１Ｂおよび接地電極３２Ｂは、分極反転領域Ｐｉと非分極反転領域Ｐｎの境界部分の位置が基板１０の長手方向についてずれている（分極反転領域Ｐｉの形状が平行四辺形である）ため、基板１０の長手方向にシフトしたパターンとなっている。
【００２７】
入力導波路２１Ｂは、一端が曲線導波路１３Ｂに接続しており、他端には光分岐部２２Ｂの入力端が接続されている。
光分岐部２２Ｂは、入力導波路２１Ｂを伝搬した光を１：１の強度比で二つに分岐する。光分岐部２２Ｂの二つの出力端には、一対の分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂの各一端がそれぞれ接続されている。
【００２８】
一対の分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂは、図で上側に位置する分岐導波路２３Ｂと、図で下側に位置する分岐導波路２４Ｂとが、基板１０の長手方向に並行している。各分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂは、光分岐部２２Ｂに接続する一端から入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界までの間に位置する部分が、分極反転領域Ｐｉに近づくにつれて、並行する光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａから離れていく緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路となっている。また、分極反転領域Ｐｉ内に位置する部分は、基板１０の長手方向に平行な直線導波路となっている。さらに、分極反転領域Ｐｉと出力側の非分極反転領域Ｐｎとの境界から光合波部２５Ｂに接続する他端までの間に位置する部分は、光合波部２５Ｂに近づくにつれて、並行する光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａに接近していく緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路となっている。上記一対の分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂの間隔は、ここでは、光分岐部２２Ｂに接続する一端から光合波部２５Ｂに接続する他端まで一定である。
【００２９】
光合波部２５Ｂは、二つの入力端が上記各分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂの他端にそれぞれ接続しており、各分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂを伝搬した光を一つに合波する。光合波部２５Ｂの一つの出力端には、出力導波路２６Ｂの一端が接続されている。
【００３０】
信号電極３１Ｂは、入力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２３Ｂの真上に沿って形成されており、入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界部分において分岐導波路２３Ｂ側から分岐導波路２４Ｂ側にシフトし、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２４Ｂの真上に沿って形成されている。また、信号電極３１Ｂは、分極反転領域Ｐｉと出力側の非分極反転領域Ｐｎとの境界部分において分岐導波路２４Ｂ側から分岐導波路２３Ｂ側にシフトし、出力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２３Ｂの真上に沿って形成されている。
【００３１】
接地電極３２Ｂは、信号電極３１Ｂから隔離されると共に、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２３Ｂの真上に沿う部分と、入力側および出力側の各非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２４Ｂの真上に沿う部分とを含んで形成されている。なお、ここでは分岐導波路２３Ｂと光変調部２０Ａの分岐導波路２４Ａとの間に形成される接地電極３２Ｂが、光変調部２０Ａの接地電極３２Ａと共有されている。
【００３２】
上記信号電極３１Ｂは、基板１０の長手方向に平行な対向側面のうちの一方の側面（図で上側の側面）に引き出した出力端が図示しない抵抗を介して接地電極３２Ｂに接続されることで進行波電極を構成し、基板１０の他方の側面（図で下側の側面）に引き出した入力端からマイクロ波電気信号（変調データに対応した電気信号）が印加されるようになっている。なお、信号電極３１Ｂおよび接地電極３２Ｂについても、前述した場合と同様にしてバッファ層を介して基板１０（光導波路）の上に形成するのがよい。
【００３３】
上記各光変調部２０Ａ，２０Ｂにおける出力導波路２６Ａ，２６Ｂの他端は、曲線導波路１４Ａ，１４Ｂを介して、光合波部１５の二つの入力端に接続している。光合波部１５は、各光変調部２０Ａ，２０Ｂで変調された各々の信号光を一つに合波する。光合波部１５の出力端は、１本の出力導波路１６の一端に接続しており、出力導波路１６の他端には、出力ポートＯＵＴが接続されている。なお、本光変調器が偏波多重方式に対応している場合には、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの出力光を偏波面を直交させて光合波部１５に入力し、該光合波部１５で偏波合成を行って偏波多重光を出力導波路１６に出力する。
【００３４】
上記のように構成された各光変調部２０Ａ，２０Ｂでは、各々の間隔（互いの隣接する分岐導波路の間の、基板１０の長手方向に垂直な方向についての距離）が、各々の相互作用部ＩＮＴの始点近傍および終点近傍よりも、入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界近傍で広くなる。
【００３５】
具体的に、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔に関して、クロストークの抑圧という観点より、基板１０の長手方向の各位置における、光変調部２０Ａの信号電極３１Ａと光変調部２０Ｂの信号電極３１Ｂとの間隔に注目してみる。ここでは、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの相互作用部ＩＮＴの始点近傍（図中の点線で囲んだ部分Ａ）における各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔をＳ１とする。また、入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界近傍（図中の点線で囲んだ部分Ｂ）において、光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ側から分岐導波路２４Ａ側にシフトした後の信号電極３１Ａと、光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ側から分岐導波路２４Ｂ側にシフトする前の信号電極３１Ｂとの間隔をＳ２とする。さらに、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの相互作用部ＩＮＴの終点近傍（図中の点線で囲んだ部分Ｃ）における各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔をＳ３とする。
【００３６】
このとき、分極反転の境界近傍Ｂでの各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔Ｓ２は、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａでの各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔Ｓ１以上となる（Ｓ２≧Ｓ１）。つまり、光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａと光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂとが、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａから分極反転の境界近傍Ｂに近づくにつれて互いに離れていくことにより、分極反転の境界近傍Ｂでの間隔Ｓ２は、上述の図３に示した従来構成のように狭くはならずに、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａでの間隔Ｓ１と等しくなるか、または、間隔Ｓ１よりも広くなる。言い換えれば、各光変調部の一対の分岐導波路の間隔をＳｗとした場合、従来構成では、分極反転の境界近傍において各光変調部の信号電極の間隔がＳｗだけ狭くなるので、この分を考慮して本発明では、分極反転の境界近傍における各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔が相互作用部ＩＮＴの始点近傍よりもＳｗ以上広がるように、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの分岐導波路２３Ａ，２４Ａ，２３Ｂ，２４Ｂのパターンに工夫を施している。
【００３７】
また、分極反転の境界近傍Ｂでの各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔Ｓ２は、相互作用部ＩＮＴの終点近傍Ｃでの各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔Ｓ３以上にもなる（Ｓ２≧Ｓ３）。つまり、光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａと光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂとが、分極反転の出力側の境界近傍から相互作用部ＩＮＴの終点近傍Ｃに近づくにつれて互いに接近していくことにより、分極反転の境界近傍Ｂでの間隔Ｓ２は、相互作用部ＩＮＴの終点近傍Ｃでの間隔Ｓ３と等しくなるか、または、間隔Ｓ３よりも広くなる。
【００３８】
したがって、各信号電極３１Ａ，３１Ｂが分極反転の境界近傍で屈曲したとしても、各々の間隔が相互作用部ＩＮＴの始点近傍および終点近傍より狭くなることは避けられる。このため、各光変調部２０Ａ，２０Ｂが分極反転領域Ｐｉを含むことにより、従来構成のように各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔を広げる必要はなくなる。言い換えれば、各光変調部２０Ａ，２０Ｂが分極反転領域Ｐｉを含んでいても、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔は、分極反転領域Ｐｉを含まない場合と同様とすることができる。
【００３９】
これにより、本光変調器への入力光を各光変調部２０Ａ，２０Ｂに導くための曲線導波路１３Ａ，１３Ｂについて、曲率半径を小さくすることで曲げ損失が増加するような事態を回避できる。或いは、曲線導波路１３Ａ，１３Ｂの長さを基板１０の長手方向に伸ばすことによって、光変調器が大型化したり、相互作用部ＩＮＴを短くして駆動電圧の上昇を招いたりする事態を回避できる。つまり、本光変調器では、一つの入力光を各光変調部２０Ａ，２０Ｂまで導くための光導波路（入力導波路１１，光分岐部１２および曲線導波路１３Ａ，１３Ｂ）の長さＬ１（図４参照）が短くなる。このことは、各光変調部２０Ａ，２０Ｂで変調された信号光を光合波部１５に導くための曲線導波路１４Ａ，１４Ｂについても同様であり、曲線導波路１４Ａ，１４Ｂ、光合波部１５および出力導波路１６の長さＬ２が短くなる。
【００４０】
また、上記各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔Ｓ１〜Ｓ３について、Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３の関係が成り立つように各光変調部２０Ａ，２０Ｂの光導波路パターンを設計することによって、基板１０の長手方向に垂直な方向のサイズを最小にすることも可能になる。必要とされる各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔は、接地を実質的にとることのできる接地電極の最小幅、およびマイクロ波電気信号のクロストークが抑圧される信号電極間の距離に応じて決まり、これらはマイクロ波電気信号の周波数スペクトルに対応させて適宜決めることができる。具体的には、例えば３０ＧＨｚ以上の変調帯域を有する光変調器の場合、接地電極の最小幅を信号電極の幅と等しくし、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間に位置する接地電極を各々で共有する形で、各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔を設定することが可能である。
【００４１】
次に、第１実施形態による光変調器の動作について説明する。
まず、１台の光源等からの出力光が本光変調器の入力ポートＩＮから入力導波路１１に入力される。該入力光は入力導波路１１を通って光分岐部１２に入力され、所要の強度比に従って二分岐される。光分岐部１２から出力される一方の分岐光は曲線導波路１３Ａを通って光変調部２０Ａの入力導波路２１Ａに入力され、他方の分岐光は曲線導波路１３Ｂを通って光変調部２０Ｂの入力導波路２１Ｂに入力される。このとき、各光変調部２０Ａ，２０Ｂに入力される光は、各曲線導波路１３Ａ，１３Ｂでの曲げ損失により減衰することになる。しかし、本光変調器の構成では、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔がクロストークを抑圧可能な範囲で狭く設定されており、各曲線導波路１３Ａ，１３Ｂの曲率半径は比較的大きな値になっているので、曲げ損失による入力光の減衰は僅か、若しくは殆ど生じない。
【００４２】
光変調部２０Ａ（２０Ｂ）では、入力導波路２１Ａ（２１Ｂ）に入力された光が光分岐部２２Ａ（２２Ｂ）で１：１の強度比に従って二分岐されて分岐導波路２３Ａ，２４Ａ（２３Ｂ，２４Ｂ）にそれぞれ送られる。ここで、信号電極３１Ａ（３１Ｂ）の入力端からマイクロ波電気信号が印加されることにより、該マイクロ波電気信号のレベルに応じて変調された光が出力導波路２６Ａ（２６Ｂ）から出力される。この変調光は、分極反転領域Ｐｉおよび非分極反転領域Ｐｎでそれぞれ発生する位相変調量の差異が打ち消し合うため、波長チャープの低減された光となっている。
【００４３】
各光変調部２０Ａ，２０Ｂからの出力光は、曲線導波路１４Ａ，１４Ｂを通って光合波部１６に入力され、一つの信号光に合波される。このときも、光合波部１６に入力される各光が、各曲線導波路１４Ａ，１４Ｂでの曲げ損失により減衰することになる。しかし、前述した曲線導波路１３Ａ，１３Ｂの場合と同様に、曲げ損失による各光の減衰は僅か、若しくは殆ど生じない。光合波部１６で合波された信号光は、出力導波路１６を通って出力ポートＯＵＴから外部に出力される。
【００４４】
上記のように本実施形態の光変調器によれば、分極反転領域Ｐｉを含む基板１０上に２つの光変調部２０Ａ，２０Ｂを並列に配置する場合でも、小型の構成により各光変調部２０Ａ，２０Ｂに対して共通の入力光を低損失で与えることができ、波長チャープの低減された信号光を低コストで生成することが可能になる。
【００４５】
なお、上記第１実施形態では、各光変調部２０Ａ，２０Ｂで変調された光を曲線導波路１４Ａ，１４Ｂを介して光合波部１５に与えて一つに合波する構成例を示したが、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの変調光を合波せずに別々に出力するような構成であってもよい。
【００４６】
また、上記第１実施形態では、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの信号電極３１Ａ，３１Ｂが、入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界部分において、分岐導波路２３Ａ，２３Ｂ側から分岐導波路２４Ａ，２４Ｂ側へと同じ方向にシフトする一例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図５に示すように、光変調部２０Ａの信号電極３１Ａが分岐導波路２３Ａ側から分岐導波路２４Ａ側にシフトする一方、光変調部２０Ｂの信号電極３１Ｂ’は分岐導波路２４Ｂ側から分岐導波路２３Ｂ側へと逆方向にシフトする場合についても本発明の構成は有効である。
【００４７】
この図５の構成においては、各信号電極３１Ａ，３１Ｂ’が逆方向にシフトした後の間隔Ｓ２’が狭くなるが、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａから分極反転の境界近傍Ｂに近づくにつれて分岐導波路２４Ａ，２３Ｂが互いに離れていくことにより、シフト後の各信号電極３１Ａ，３１Ｂ’の間隔Ｓ２’は、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａでの間隔Ｓ１’以上となる（Ｓ２’≧Ｓ１’）。この関係は相互作用部ＩＮＴの終点近傍Ｃでの間隔Ｓ３’についても同様である（Ｓ２’≧Ｓ３’）。
【００４８】
さらに、上記図５の構成では、各光変調部の一対の分岐導波路の間隔をＳｗとすると、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａにおける各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔（分岐導波路２４Ａと分岐導波路２３Ｂの間の距離）がＳ１’−２×Ｓｗとなる。これに対して、前述の図４に示した第１実施形態では、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａにおける各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔がＳ１−Ｓｗである。よって、前述した必要とされる各信号電極の間隔が図４および図５の各構成で同じである（Ｓ１＝Ｓ１’）とすると、図５の構成を適用することにより、入力導波路１１，光分岐部１２および曲線導波路１３Ａ，１３Ｂの長さＬ１をより短くすることができる。これと同様に、相互作用部ＩＮＴの終点近傍Ｃにおける各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔もＳ３’−２×Ｓｗとなるので、曲線導波路１４Ａ，１４Ｂ、光合波部１５および出力導波路１６の長さＬ２をより短くすることができる。
【００４９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。なお、前述の図４に示した第１実施形態の構成と同一若しくは対応する部分には同じ符号を付して説明を省略するものとし、以降の他の実施形態についても同様とする。
【００５０】
図６において、本実施形態の光変調器の構成が前述した第１実施形態の場合と異なる点は、基板１０に代えて、入力ポートＩＮおよび出力ポートＯＵＴがそれぞれ位置する各端面を斜めにカットした基板１０’を適用している点である。該基板１０’の各端面のカットの向きは、分極反転領域Ｐｉの平行四辺形の向きと同じになっている。ここでは、各端面のカットの方向と、分極反転領域Ｐｉの平行四辺形における各端面に対向する二辺の方向とが平行になるようにしている。なお、上記基板１０’以外の構成は、第１実施形態の場合と同様である。
【００５１】
上記のような構成の光変調器によれば、基板１０’の各端面を斜めにカットしたことで、本光変調器に対して入出力される光の反射戻り光を抑制することが可能になる。また、該各端面のカットの方向が、分極反転領域Ｐｉの平行四辺形の対辺の方向と平行にされているので、例えば図７に示すように一つのウェハ１０Ａより複数の基板（チップ）１０’を切り出す場合を想定すると、該ウェハ１０Ａ上で隣接する各チップの連続性が良くなる。このため、複数の光変調器を容易に製造することができ、光変調器の量産および製造コストの削減が可能になる。
【００５２】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
上述した第１および第２実施形態では、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの一対の分岐導波路について、入力側および出力側の各非分極反転領域Ｐｎ内に位置する部分に緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路を適用することにより、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔が分極反転の境界近傍で狭くならないようにした。このような構成では、各非分極反転領域Ｐｎの基板１０の長手方向についての長さが短い場合、当該部分の曲線導波路の曲率半径が小さくなって曲げ損失が増加してしまう可能性がある。そこで、第３実施形態では、上記のような場合に対応した応用例について説明する。
【００５３】
図８は、第３実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
図８において、本実施形態の光変調器は、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの一対の分岐導波路２３Ａ’，２４Ａ’，２３Ｂ’，２４Ｂ’について、分極反転領域Ｐｉ内に位置する部分にも曲線導波路を適用することにより、入力側および出力側の各非分極反転領域Ｐｎ内に位置する部分の曲率半径が小さくなるのを回避している。なお、本実施形態は、前述の図５に示した第１実施形態の変形例と同様なパターンの信号電極３１Ａ，３１Ｂ’が各光変調部２０Ａ，２０Ｂに適用されると共に、前述の図６に示した第２実施形態と同様な斜めカットの基板１０’が適用される構成を例示している。
【００５４】
具体的に、光変調部２０Ａの各分岐導波路２３Ａ’，２４Ａ’は、光分岐部２２Ａに接続する一端から入力側の分極反転の境界までの間に位置する部分、および、出力側の分極反転の境界から光合波部２５Ａに接続する他端までの間に位置する部分が、上述した第１および第２実施形態の場合と同様な緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路となっている。また、分極反転領域Ｐｉ内に位置する部分は、入力側の分極反転の境界の前後で導波路のカーブの向きが変わると共に、出力側の分極反転の境界の前後でも導波路のカーブの向きが変わる、図で上側に緩やかに湾曲した曲線導波路となっている。
【００５５】
光変調部２０Ｂの各分岐導波路２３Ｂ’，２４Ｂ’は、光分岐部２２Ｂに接続する一端から入力側の分極反転の境界までの間に位置する部分、および、出力側の分極反転の境界から光合波部２５Ｂに接続する他端までの間に位置する部分が、上述した第１および第２実施形態の場合と同様な緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路となっている。また、分極反転領域Ｐｉ内に位置する部分は、入力側の分極反転の境界の前後で導波路のカーブの向きが変わると共に、出力側の分極反転の境界の前後でも導波路のカーブの向きが変わる、図で下側に緩やかに湾曲した曲線導波路となっている。
【００５６】
上記のような構成の光変調器によれば、入力側および出力側の各非分極反転領域Ｐｎの長さが短い場合でも、各分岐導波路２３Ａ’，２４Ａ’，２３Ｂ’，２４Ｂ’の分極反転領域Ｐｉ内に位置する部分を上下に湾曲した曲線導波路としたことで、各非分極反転領域Ｐｎ内に位置する略Ｓ字形状の曲線導波路の曲率半径を大きくすることができるため、各々の分岐導波路における曲げ損失（放射損失）を減らすことが可能になる。
【００５７】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図９は、第４実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
図９において、本実施形態の光変調器は、例えば上述の図５に示した第１実施形態の変形例について、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの信号電極３１Ａ，３１Ｂ’とは別にＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂを設け、該ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂに印加するバイアス電圧を調整することで、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの光出力をオフにする電圧が一定に保たれるようにしている。
【００５８】
各光変調部２０Ａ，２０Ｂの分岐導波路２３Ａ，２４Ａ，２３Ｂ，２４Ｂは、上記各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂを相互作用部ＩＮＴの終点と光合波部２５Ａ，２５Ｂとの間に配置するために、出力側にそれぞれ伸長されている。なお、各分岐導波路２３Ａ，２４Ａ，２３Ｂ，２４Ｂの分極反転領域Ｐｉ内に位置する部分には、前述の図８に示した第３実施形態の場合と同様な曲線導波路が適用されているが、当該部分は直線導波路としてもよい。
【００５９】
各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂは、分岐導波路２３Ａ，２４Ｂの伸長部分の真上に沿って形成され、各々の一端が基板１０の側面まで引き出されている。各接地電極３２Ａ，３２Ｂは、各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂに対応して出力側に伸長されており、各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂから隔離されると共、各分岐導波路２４Ａ，２３Ｂの真上に沿う部分を含んでいる。
【００６０】
上記のような構成の光変調器では、例えば、各光変調部２０Ａ，２０Ｂでそれぞれ変調された信号光の強度が図示しない出力モニタ等を用いてモニタされ、該モニタ結果に応じて各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂに印加するバイアス電圧がフィードバック制御されることにより、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの光出力をオフにする電圧が一定に保たれる。
【００６１】
このとき、各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂが各光変調部２０Ａ，２０Ｂの相互作用部ＩＮＴの出力側に配置されていても、分岐導波路２３Ａ，２４Ｂに沿って各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂが湾曲形成されているので、相互作用部ＩＮＴの終点近傍Ｃにおける各信号電極３１Ａ，３１Ｂ’の間隔Ｓ３’は、各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂの間隔よりも広くなっている。該間隔Ｓ３’が上述した必要とされる信号電極の間隔の条件を満たしていればクロストークを防ぐことができるので、各光合波部２５Ａ，２５Ｂ近傍における光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔は、上述した第１実施形態の変形例の場合よりも狭くなる。
【００６２】
よって、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの出力光を光合波部１５に導くための曲線導波路１４Ａ，１４Ｂの曲率半径を大きくすることが可能である。曲線導波路１４Ａ，１４Ｂの曲率半径を最大にするには、分岐導波路３２Ａ，２４Ｂの信号電極３１Ａ，３１Ｂ’下に位置する部分（出力側の分極反転の境界から相互作用部ＩＮＴの終点までの範囲）の曲率半径と、分岐導波路３２Ａ，２４ＢのＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂ下に位置する部分の曲率半径とが等しくなるようにすればよい。
【００６３】
なお、上記第４実施形態では、ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂを相互作用部ＩＮＴの終点と光合波部２５Ａ，２５Ｂとの間に配置する一例を示したが、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの光分岐部２２Ａ，２２Ｂと相互作用部ＩＮＴの始点との間にＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂを配置するようにしてもよい。このような構成は、例えば図１０に示すように、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの出力光を一つに合波する必要がない場合に好適である。各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂを入力側に配置する場合、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの分岐導波路２３Ａ，２４Ａ，２３Ｂ，２４Ｂは入力側にそれぞれ伸長される。各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂは、各分岐導波路２３Ａ，２４Ｂの伸長部分の真上に沿って形成される。この場合、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａにおける各信号電極３１Ａ，３１Ｂ’の間隔Ｓ１’が、各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂの間隔よりも広くなるので、光分岐部１２で二分岐された入力光を各光変調部２０Ａ，２０Ｂに導くための曲線導波路１３Ａ，１３Ｂの曲率半径を大きくすることが可能できる。
【００６４】
また、上記第４実施形態では、図５に示した第１実施形態の変形例についてＤＣ電極を設ける一例を説明したが、上述した他の実施形態および変形例についても同様にしてＤＣ電極を設けることが可能である。
【００６５】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
上述した第１〜第４実施形態では、一つの基板上に２つの光変調部が並列に配置される光変調器について説明してきたが、本発明は、Ｎを１以上の整数として、２×Ｎ個の光変調部の並列配置にも応用可能である。そこで、第５実施形態では、例えば４つ（Ｎ＝２）の光変調部を同一基板上に並列配置した応用例を説明する。
【００６６】
図１１は、第５実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
図１１において、本実施形態の光変調器は、電気光学効果を有する一つの結晶基板１０上に、４つの光変調部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄが並列に配置されている。基板１０は、上述した第１実施形態の場合と同様に矩形に切り出したＺ−カットの結晶を用い、その長手方向の中央部分には、平行四辺形の形状を持つ分極反転領域Ｐｉが形成されている。
【００６７】
上記光変調器は、一つの入力ポートＩＮおよび一つの出力ポートＯＵＴを備えており、入力ポートＩＮには１本の入力導波路１１の一端が接続されている。入力導波路１１の他端は、光分岐部１２の入力端に接続しており、光分岐部１２の二つ出力端には、曲線導波路１３ＡＢ，１３ＣＤを介して、各光分岐部１２ＡＢ，１２ＣＤの入力端がそれぞれ接続されている。光分岐部１２ＡＢの二つ出力端には、曲線導波路１３Ａ，１３Ｂを介して、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの入力端がそれぞれ接続されている。光分岐部１２ＣＤの二つ出力端には、曲線導波路１３Ｃ，１３Ｄを介して、各光変調部２０Ｃ，２０Ｄの入力端がそれぞれ接続されている。各光分岐部１２，１２ＡＢ，１２ＣＤは、入力光を所要の強度比で二つに分岐して出力する。
【００６８】
図で最上段に位置する光変調部２０Ａは、上述の図４に示した第１実施形態における光変調部２０Ａと同様の構成である。２段目の光変調部２０Ｂは、上述の図２に示した従来の光変調器と同様の構成であり、一対の分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂが分極反転領域Ｐｉおよび非分極反転領域Ｐｎの全体に亘って直線導波路となっている。
【００６９】
各光変調部２０Ａ，２０Ｂの信号電極３１Ａ，３１Ｂは、入力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２３Ａ，２３Ｂの真上に沿って形成されており、入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界部分において分岐導波路２３Ａ，２３Ｂ側から分岐導波路２４Ａ，２４Ｂ側にシフトし、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２４Ａ，２４Ｂの真上に沿って形成されている。また、信号電極３１Ａ，３１Ｂは、分極反転領域Ｐｉと出力側の非分極反転領域Ｐｎとの境界部分において分岐導波路２４Ａ，２４Ｂ側から分岐導波路２３Ａ，２３Ｂ側にシフトし、出力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２３Ａ，２３Ｂの真上に沿って形成されている。
【００７０】
各光変調部２０Ａ，２０Ｂの接地電極３２Ａ，３２Ｂは、信号電極３１Ａ，３１Ｂから隔離されると共に、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２３Ａ，２３Ｂの真上に沿う部分と、入力側および出力側の各非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２４Ａ，２４Ｂの真上に沿う部分とを含んで形成されている。なお、ここでは光変調部２０Ａの分岐導波路２４Ａと光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂとの間に形成される各接地電極３２Ａ，３２Ｂが共有されている。
【００７１】
上記各光変調部２０Ａ，２０Ｂの出力端は、曲線導波路１４Ａ，１４Ｂを介して、光合波部１５ＡＢの二つの入力端に接続している。光合波部１５ＡＢは、各光変調部２０Ａ，２０Ｂで変調された各々の信号光を一つに合波する。光合波部１５ＡＢの出力端には、出力ポートＯＵＴ＿ＡＢが接続されている。
【００７２】
３，４段目の光変調部２０Ｃ，２０Ｄは、上述の図５に示した第１実施形態の変形例における光変調部２０Ｂと同様の構成である。ただし、光変調部２０Ｃにおける各分岐導波路２３Ｃ，２４Ｃの略Ｓ字形状をした曲線部分の曲率半径よりも、光変調部２０Ｄにおける各分岐導波路２３Ｄ，２４Ｄの略Ｓ字形状をした曲線部分の曲率半径が大きくなっている。
【００７３】
各光変調部２０Ｃ，２０Ｄの信号電極３１Ｃ，３１Ｄは、入力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２４Ｃ，２４Ｄの真上に沿って形成されており、入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界部分において分岐導波路２４Ｃ，２４Ｄ側から分岐導波路２３Ｃ，２３Ｄ側にシフトし、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２３Ｃ，２３Ｄの真上に沿って形成されている。また、信号電極３１Ｃ，３１Ｄは、分極反転領域Ｐｉと出力側の非分極反転領域Ｐｎとの境界部分において分岐導波路２３Ｃ，２３Ｄ側から分岐導波路２４Ｃ，２４Ｄ側にシフトし、出力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２４Ｃ，２４Ｄの真上に沿って形成されている。
【００７４】
各光変調部２０Ｃ，２０Ｄの接地電極３２Ｃ，３２Ｄは、信号電極３１Ｃ，３１Ｄから隔離されると共に、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２４Ｃ，２４Ｄの真上に沿う部分と、入力側および出力側の各非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２３Ｃ，２３Ｄの真上に沿う部分とを含んで形成されている。なお、ここでは前述した光変調部２０Ｂの分岐導波路２４Ｂと光変調部２０Ｃの分岐導波路２３Ｃとの間に形成される接地電極３２Ｃが、光変調部２０Ｂの接地電極３２Ｂと共有されている。また、光変調部２０Ｃの分岐導波路２４Ｃと光変調部２０Ｄの分岐導波路２３Ｄとの間に形成される各接地電極３２Ｃ，３２Ｄが共有されている。
【００７５】
上記各光変調部２０Ｃ，２０Ｄの出力端は、曲線導波路１４Ｃ，１４Ｄを介して、光合波部１５ＣＤの二つの入力端に接続している。光合波部１５ＣＤは、各光変調部２０Ｃ，２０Ｄで変調された各々の信号光を一つに合波する。光合波部１５ＣＤの出力端には、出力ポートＯＵＴ＿ＣＤが接続されている。
【００７６】
上記のような構成の光変調器では、光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａが、相互作用部ＩＮＴの始点近傍から入力側の分極反転の境界近傍に近づくにつれて、光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂより離れていくことにより、入力側の分極反転の境界近傍での各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔は、相互作用部ＩＮＴの始点近傍での間隔以上となる。また、光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａが、出力側の分極反転の境界近傍から相互作用部ＩＮＴの終点近傍に近づくにつれて、光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂに接近していくことにより、出力側の分極反転の境界近傍での各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔は、相互作用部ＩＮＴの終点近傍での間隔以上となる。よって、入力側の曲線導波路１３Ａ，１３Ｂおよび出力側の曲線導波路１４Ａ，１４Ｂの各々の曲率半径を大きくすることができる。
【００７７】
さらに、光変調部２０Ｄの分岐導波路２３Ｄ，２４Ｄが、相互作用部ＩＮＴの始点近傍から入力側の分極反転の境界近傍に近づくにつれて、光変調部２０Ｃの分岐導波路２３Ｃ，２４Ｃより離れていくことにより、入力側の分極反転の境界近傍での各信号電極３１Ｃ，３１Ｄの間隔は、相互作用部ＩＮＴの始点近傍での間隔以上となる。また、光変調部２０Ｄの分岐導波路２３Ｄ，２４Ｄが、出力側の分極反転の境界近傍から相互作用部ＩＮＴの終点近傍に近づくにつれて、光変調部２０Ｃの分岐導波路２３Ｃ，２４Ｃに接近していくことにより、出力側の分極反転の境界近傍での各信号電極３１Ｃ，３１Ｄの間隔は、相互作用部ＩＮＴの終点近傍での間隔以上となる。よって、入力側の曲線導波路１３Ｃ，１３Ｄおよび出力側の曲線導波路１４Ｃ，１４Ｄの各々の曲率半径を大きくすることができる。
【００７８】
加えて、光変調部２０Ｃの分岐導波路２３Ｃ，２４Ｃが、相互作用部ＩＮＴの始点近傍から入力側の分極反転の境界近傍に近づくにつれて、光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂより離れていくことにより、入力側の分極反転の境界近傍での各信号電極３１Ｂ，３１Ｃの間隔は、相互作用部ＩＮＴの始点近傍での間隔以上となる。よって、入力側の曲線導波路１３ＡＢ，１３ＣＤの各曲率半径を大きくすることもできる。
【００７９】
上記のように本実施形態の光変調器によれば、分極反転領域Ｐｉを含む基板１０上に４つの光変調部２０Ａ〜２０Ｄを並列に配置する場合でも、小型の構成により各光変調部２０Ａ〜２０Ｄに対して共通の入力光を低損失で与えることができ、波長チャープの低減された信号光を低コストで生成することが可能になる。
【００８０】
なお、上記第５実施形態では、各光合波部１５ＡＢ，１５ＣＤで合波した信号光が二つの出力ポートＯＵＴ＿ＡＢ，ＯＵＴ＿ＣＤより別々に出力される一例を示したが、各光合波部１５ＡＢ，１５ＣＤの出力光を、別途設けた曲線導波路を介して光合波器に与えて合波し、一つの出力ポートより出力するようにしてもよい。また、光変調部２０Ｂの一対の分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂを直線導波路とする構成を示したが、該各分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂの入力側および出力側に略Ｓ字形状の曲線導波路を適用してもよい。この場合、光変調部２０Ｂの各分岐導波路２３Ｂ，２４における曲線部分の曲率半径よりも、光変調部２０Ａの各分岐導波路２３Ａ，２４Ａにおける曲線部分の曲率半径が大きくなるようにする。
【００８１】
また、上述したような各実施形態の光変調器に関しては、各光変調部の信号電極の入力端付近のパターン形状（例えば、電極パッドや電極の曲がりなど）に制約されて、各光変調部のＭＺ型光導波路すべてについての基板の長手方向に平行な中心軸を、該基板の長手方向の中心軸付近に配置することが難しくなる場合がある。このような場合には、例えば、上述した各実施形態と同様にして入力側の非分極反転領域内において隣り合う光変調部の分岐導波路の間隔を広げつつ、各光変調部の分岐導波路の中心軸を長手方向に垂直な方向にシフトさせるようにすればよい。しかし、このとき各光変調部の分岐導波路の長さを同じにすることが一つの課題となる。
【００８２】
上記課題に対しては、例えば図１２の光導波路パターンに示すように、相互作用部ＩＮＴの始点から入力側の分極反転の境界までの領域を基板の長手方向について二つに分け、前半の領域Ａ１において各光変調部２０Ａ，２０Ｂの分岐導波路の間隔を広げ、後半の領域Ａ２において各光変調部２０Ａ，２０Ｂの分岐導波路を緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路によって同じ方向にシフトさせるのがよい。この光導波路パターンでは、領域Ａ１内の曲線導波路の曲率半径Ｒ１と、領域Ａ２内の曲線導波路の曲率半径Ｒ２とが等しくなる（Ｒ１＝Ｒ２）ようにすると、該曲率半径を最も大きくすることができる。このようにして各光変調部２０Ａ，２０Ｂの分岐導波路の長さを同じにすることにより、高い消光比を実現することが可能になる。
【００８３】
また、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの分岐導波路の長さを同じにする別の手法として、例えば図１３の光導波路パターンに示すように、相互作用部ＩＮＴの始点から入力側の分極反転の境界までの領域において、各光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａの曲率半径をＲ３とし、各光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂの曲率半径をＲ３とは異なるＲ４とする。一方、出力側の分極反転の境界から相互作用部ＩＮＴの終点までの領域においては、各光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａの曲率半径をＲ４とし、各光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂの曲率半径をＲ３とする。このような光導波路パターンを適用しても、各光変調部２０Ａ，２０ＢのＭＺ型光導波路の中心軸を同じ方向にシフトさせながら、各々の分岐導波路の長さを同じにすることができる。
【００８４】
さらに、上述した各実施形態では、分極反転領域Ｐｉの形状を平行四辺形として、各光変調部の長手方向の略中央に分極反転領域Ｐｉが配置されるようにしたが、本発明はこれに限らない。例えば、隣り合う光変調部の長手方向のずれが大きく、分極反転領域Ｐｉを平行四辺形にするだけでは各光変調部の長手方向の略中央に分極反転領域Ｐｉを配置できない場合、光変調器の製造性は劣ることになるが、分極反転領域Ｐｉの形状を５角以上の多角形とする、曲線で囲まれた形状とする、或いは、分極反転領域Ｐｉを光変調部の数に応じて分割するなどの応用も可能である。
【００８５】
以上の各実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ型光導波路を形成し、該マッハツェンダ型光導波路の光分岐部および光合波部の間に位置する一対の分岐導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、進行波電極とした前記信号電極に、変調データに対応した電気信号を印加することにより、前記マッハツェンダ型光導波路を伝搬する光の変調を行う少なくとも２つの光変調部が、同一の前記基板上に並列に配置された光変調器であって、
前記基板は、前記各光変調部における、前記一対の分岐導波路を伝搬する光と前記信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、一部の領域の分極方向を他の領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域を有し、
前記各光変調部は、それぞれに共通な一つの入力ポートに入力される光を複数に分岐した各分岐光が、各々に対応した曲線導波路を介して前記マッハツェンダ型光導波路の入力端に導かれ、
前記各光変調部の信号電極は、それぞれ、前記相互作用部の分極反転領域内では前記一対の分岐導波路のうちの一方の分岐導波路上に配置され、前記相互作用部の分極反転されていない非分極反転領域内では他方の分岐導波路上に配置されており、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の一対の分岐導波路との間隔について、前記相互作用部の始点近傍における間隔よりも、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界近傍における間隔が広くなっていることを特徴とする光変調器。
【００８６】
（付記２） 付記１に記載の光変調器であって、
前記各光変調部の信号電極は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の信号電極との間隔について、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界近傍における間隔が、前記相互作用部の始点近傍における間隔以上であることを特徴とする光変調器。
【００８７】
（付記３） 付記１または２に記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の一対の分岐導波路との間隔について、前記相互作用部の終点近傍における間隔よりも、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との出力側の境界近傍における間隔が広くなっていることを特徴とする光変調器。
【００８８】
（付記４） 付記３に記載の光変調器であって、
前記各光変調部の信号電極は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の信号電極との間隔について、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との出力側の境界近傍における間隔が、前記相互作用部の終点近傍における間隔以上であることを特徴とする光変調器。
【００８９】
（付記５） 付記１〜４のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記分極反転領域は、前記基板上で隣り合う前記光変調部における前記非分極反転領域との境界の位置が、入力側および出力側の双方ともに、前記基板の長手方向にずれる形状を有することを特徴とする光変調器。
【００９０】
（付記６） 付記５に記載の光変調器であって、
前記分極反転領域は、平行四辺形であることを特徴とする光変調器。
【００９１】
（付記７） 付記１〜６のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、第１分岐導波路および該第１分岐導波路の一方の側に並行する第２分岐導波路からなり、
少なくとも１つの前記光変調部の信号電極は、前記分極反転領域内では前記第１分岐導波路上に配置され、前記非分極反転領域内では前記第２分岐導波路上に配置されており、
残りの前記光変調部の信号電極は、前記分極反転領域内では前記第２分岐導波路上に配置され、前記非分極反転領域内では前記第１分岐導波路上に配置されていることを特徴とする光変調器。
【００９２】
（付記８） 付記１〜７のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記基板は、光が入出力される端面が斜めにカットされていることを特徴とする光変調器。
【００９３】
（付記９） 付記８に記載の光変調器であって、
前記分極反転領域は、平行四辺形であり、
前記基板は、前記端面のカットの向きが前記分極反転領域の平行四辺形の向きと同じであることを特徴とする光変調器。
【００９４】
（付記１０） 付記１〜９のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、前記非分極反転領域内に位置する部分が、略Ｓ字形状の曲線導波路であり、前記分極反転領域内に位置する部分が、直線導波路であることを特徴とする光変調器。
【００９５】
（付記１１） 付記１〜９のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、前記非分極反転領域内に位置する部分が、略Ｓ字形状の曲線導波路であり、前記分極反転領域内に位置する部分が、前記前記非分極反転領域との境界の前後でカーブの向きが変わる曲線導波路であることを特徴とする光変調器。
【００９６】
（付記１２） 付記１〜１１のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部は、それぞれ、前記一対の分岐導波路上で前記信号電極が配置されていない部分に、バイアス電圧を印加するＤＣ電極を備えたことを特徴とする光変調器。
【００９７】
（付記１３） 付記１２に記載の光変調器であって、
前記各光変調部のＤＣ電極は、それぞれ、前記相互作用部の終点から前記マッハツェンダ型光導波路の光合波部との接続点までの間に位置する、前記一対の分岐導波路のうちの一方の分岐導波路に沿って配置されていることを特徴とする光変調器。
【００９８】
（付記１４） 付記１２に記載の光変調器であって、
前記各光変調部のＤＣ電極は、それぞれ、前記マッハツェンダ型光導波路の光分波部との接続点から前記相互作用部の始点までの間に位置する、前記一対の分岐導波路のうちの一方の分岐導波路に沿って配置されていることを特徴とする光変調器。
【００９９】
（付記１５） 付記１〜１４のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、前記相互作用部の始点から前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界までの間に位置する部分が、当該部分を二つの領域に分けたときの前半の領域において、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の一対の分岐導波路との間隔を広げ、後半の領域において、前記マッハツェンダ型光導波路の中心軸を一方向にシフトさせる、曲線導波路となっていることを特徴とする光変調器。
【０１００】
（付記１６） 付記１〜１４のいずれか１つに記載の光変調器であって、
少なくとも１つの前記光変調部の一対の分岐導波路は、前記相互作用部の始点から前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界までの間に位置する部分が、第１の曲率半径を持つ略Ｓ字形状の曲線導波路であり、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との出力側の境界から前記相互作用部の終点までの間に位置する部分が、前記第１の曲率半径とは異なる第２の曲率半径を持つ略Ｓ字形状の曲線導波路であり、
残りの前記光変調部の一対の分岐導波路は、前記相互作用部の始点から前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界までの間に位置する部分が、前記第２の曲率半径を持つ略Ｓ字形状の曲線導波路であり、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との出力側の境界から前記相互作用部の終点までの間に位置する部分が、前記第１の曲率半径を持つ略Ｓ字形状の曲線導波路であることを特徴とする光変調器
【０１０１】
（付記１７） 付記１〜１６のいずれか１つに記載の光変調器と、単一の光源と、を備え、該光源の出力光が前記光変調器の入力ポートに入力されることを特徴とする光送信装置。
【符号の説明】
【０１０２】
１０，１０’…基板
１１，２１Ａ〜２１Ｄ…入力導波路
１２，２２Ａ〜２２Ｄ…光分岐部
１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ…曲線導波路
１５，２５Ａ〜２５Ｄ…光合波部
１６，２６Ａ，２６Ｂ…出力導波路
２０Ａ〜２０Ｄ…光変調部
２３Ａ〜２３Ｄ，２４Ａ〜２４Ｄ…分岐導波路
３１Ａ〜３１Ｄ…信号電極
３２Ａ〜３２Ｄ…接地電極
３３Ａ，３３Ｂ…ＤＣ電極
ＩＮ…入力ポート
ＩＮＴ…相互作用部
ＯＵＴ…出力ポート
Ｐｉ…分極反転領域
Ｐｎ…非分極反転領域
Ｓ１〜Ｓ３…信号電極の間隔
Ｓｗ…一対の分岐導波路の間隔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に利用される光導波路デバイスであって、分極反転領域を含む結晶基板に光導波路および電極を形成して構成される光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ２）などの電気光学結晶を用いた光導波路デバイスは、結晶基板上の一部にチタン（Ｔｉ）等の金属膜を形成して熱拡散させるか、或いは、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどして光導波路を形成した後、その光導波路の近傍に電極を設けることで形成される。このような電気光学結晶を用いた光導波路デバイスとして、例えば、図１に示すような光変調器が知られている。
【０００３】
図１において、基板１００上に形成された光導波路は、入力導波路１０１、一対の分岐導波路１０２，１０３および出力導波路１０４からなり、一対の分岐導波路１０２，１０３上に信号電極１０５、接地電極１０６が設けられてコプレーナ電極を形成する。Ｚカット基板を用いる場合には、Ｚ方向の電界による屈折率変化を利用するため、光導波路の真上に信号電極１０５、接地電極１０６を配置する。具体的には、分岐導波路１０２上に信号電極１０５を、分岐導波路１０３の上に接地電極１０６をパターニングする。ここで、分岐導波路１０２，１０３中を伝搬する光が、信号電極１０５および接地電極１０６によって吸収されるのを防ぐために、基板１００と信号電極１０５および接地電極１０６との間には図示しないバッファ層が設けられる。バッファ層としては、厚さ０．２〜２μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）等が用いられる。
【０００４】
このような光変調器を高速で駆動する場合には、信号電極１０５の出力端１０５ＯＵＴを図示しない抵抗を介して接地電極１０６に接続することで進行波電極とし、信号電極１０５の入力端１０５ＩＮからマイクロ波電気信号を印加する。このとき、信号電極１０５と接地電極１０６との間で発生する電界によって、分岐導波路１０２，１０３の屈折率がそれぞれ＋ｎａ，−ｎｂのように変化し、分岐導波路１０２，１０３を伝搬する光の位相差が変化するため、マッハツェンダ（Mach-Zehnder：ＭＺ）干渉によって、強度変調された信号光が出力導波路１０４から出力される。なお、信号電極１０５の断面形状を変化させることでマイクロ波電気信号の実効屈折率を制御し、光とマイクロ波電気信号との速度を整合させることによって高速の光応答特性を得ることができる。
【０００５】
上記のような光変調器では、２本の分岐導波路のうち１本は信号電極の下にあるのに対し、もう１本は接地電極の下にある。接地電極下の電界は信号電極下の電界に比べて弱いので、両者の間における位相変調量には差異が生じる。このため、ＭＺ干渉では完全なプッシュプルにならず、信号光がオンからオフまたはオフからオンに切り替わる瞬間に該信号光の波長が変動する。すなわち、波長チャープが発生する。
【０００６】
このような波長チャープを低減するための従来技術としては、例えば図２に示すように、光と電界が互いに作用する部分（以下、相互作用部と呼ぶ）ＩＮＴの一部に、結晶の分極方向を反転させた分極反転領域Ｐｉを形成する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この分極反転領域Ｐｉでは、信号電極１０５に電界を印加した際の屈折率の変化の向きが、相互作用部ＩＮＴの残り領域（非分極反転領域）Ｐｎとは反対になる。分極反転領域Ｐｉと非分極反転領域Ｐｎとの境界部分では、一対の分岐導波路１０２，１０３に対する信号電極１０５および接地電極１０６の配置関係が入れ替えられている。このような構成により、分極反転領域Ｐｉおよび非分極反転領域Ｐｎでそれぞれ発生する上記位相変調量の差異が打ち消し合うようになるため、変調光の波長チャープを低減することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第０４／０５３５７４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年の光変調方式の多様化（例えば、多値変調方式、偏波多重方式など）により、上記図１または図２に示したような従来の光変調器を複数台組み合わせることで所望の光変調方式に対応した信号光を生成する場合が多くなっている。この場合、光変調器全体のサイズを小さくするために、複数台の光変調器を一つのチップに集積することが行われる。なお、以下の説明では、一つのチップ上に集積化された個々の光変調器のことを「光変調部」と呼ぶことにする。
【０００９】
一つのチップ上で複数の光変調部が並列に配置されている場合、隣り合う光変調部における電極間のクロストークが発生しないように注意する必要がある。また、各光変調部の間に位置する接地電極が狭くなると接地が不十分になるので、隣り合う光変調部の間隔を十分にあける必要がある。特に、各光変調部が上記図２に示したような分極反転領域を含む場合には、分極反転領域と非分極反転領域の境界部分で信号電極がシフトすることで、隣り合う光変調部における信号電極の間隔が狭くなる場合があるため、該各光変調部の間隔をさらにあける必要がある。
【００１０】
具体的には、例えば図３に示すように同一基板上に二つの光変調部１００Ａ，１００Ｂが並列に配置されており、分極反転領域Ｐｉと非分極反転領域Ｐｎの境界部分の位置が、基板の長手方向について、各光変調部１００Ａ，１００Ｂでずれているような構成が想定される。この構成では、光変調部１００Ａの信号電極１０５Ａと光変調部１００Ｂの信号電極１０５Ｂとの間隔Ｓが、図中の点線で囲んだ境界部分においてＳ’と狭くなる。このため、光変調部１００Ａの分岐導波路１０３Ａと、該分岐導波路１０３Ａに隣り合う光変調部１００Ｂの分岐導波路１０２Ｂとの間隔を広げて、上記境界部分での接地が十分にとられるようにすることが必要になる。この具体例からも明らかなように、複数台の光変調器を一つのチップに集積することによる光変調器全体の小型化には一定の限界がある。
【００１１】
また、一つのチップ上に並列配置された各光変調部に対して入力光を与えるための光導波路の構成に注目すると、上記図３の構成例に示したように、１本の光導波路１１１が光分岐部１１２により２本の光導波路１１３Ａ，１１３Ｂに分岐されて各光変調部の入力導波路１０１Ａ，１０１Ｂに接続されている場合、図示しない１台の光源から出力される光を各光変調部１００Ａ，１００Ｂに与えることができる。この場合、光源および光変調器を含めた光送信装置の構成を簡略化することが可能になる。
【００１２】
しかし、上記のような光変調器の構成において、各光変調部１００Ａ，１００Ｂの間隔が広くなると、光分岐部１１２と各光変調部の入力導波路１０１Ａ，１０１Ｂとの間を接続する略Ｓ字形状の曲線導波路１１３Ａ，１１３Ｂの曲率半径を小さくすることが必要になるため、各々の曲線導波路１１３Ａ，１１３Ｂにおける曲げ損失（放射損失）の増加が問題になる。該曲げ損失の増加を抑えるために曲率半径を大きくすれば、各曲線導波路１１３Ａ，１１３Ｂの長さ（光分岐部１１２と各光変調部１００Ａ，１００Ｂとの間の距離）が長くなり、光変調器の長手方向のサイズが大きくなってしまう。通常、一つのチップの長手方向の全長は、該チップが切り出されるウェハ等のサイズに制約されるので、各曲線導波路１１３Ａ，１１３Ｂの伸長分に応じてチップの全長を伸ばすことができなければ、各光変調部１００Ａ，１００Ｂの相互作用部ＩＮＴを短くせざるを得なくなる。相互作用部ＩＮＴを短くした場合、駆動電圧が上昇するため、高出力のドライバアンプが必要となる。その結果、光変調器のコストおよび消費電力が増加してしまう。
【００１３】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、分極反転領域を含む基板上に複数の光変調部を並列に配置し、該各光変調部に入力光を低損失で与えることのできる小型で低コストの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】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明はその一態様として、電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ型光導波路を形成し、該マッハツェンダ型光導波路の光分岐部および光合波部の間に位置する一対の分岐導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、進行波電極とした前記信号電極に、変調データに対応した電気信号を印加することにより、前記マッハツェンダ型光導波路を伝搬する光の変調を行う少なくとも２つの光変調部が、同一の前記基板上に並列に配置された光変調器を提供する。この光変調器の前記基板は、前記各光変調部における、前記一対の分岐導波路を伝搬する光と前記信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、一部の領域の分極方向を他の領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域を有する。また、前記各光変調部は、それぞれに共通な一つの入力ポートに入力される光を複数に分岐した各分岐光が、各々に対応した曲線導波路を介して前記マッハツェンダ型光導波路の入力端に導かれる。また、前記各光変調部の信号電極は、それぞれ、前記相互作用部の分極反転領域内では前記一対の分岐導波路のうちの一方の分岐導波路上に配置され、前記相互作用部の分極反転されていない非分極反転領域内では他方の分岐導波路上に配置されている。また、前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の一対の分岐導波路との間隔について、前記相互作用部の始点近傍における間隔よりも、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界近傍における間隔が広くなっている。
【発明の効果】
【００１５】
上記のような本光変調器では、分極反転領域を含んだ同一基板上に並列に配置された少なくとも２つの光変調器のマッハツェンダ型光導波路に対して、一つの入力ポートより与えられる入力光を分岐した各光が曲線導波路を介してそれぞれ入力される。各光変調部のマッハツェンダ型光導波路は、隣り合う光変調部の一対の分岐導波路同士の間隔が、相互作用部の始点近傍よりも分極反転領域と非分極反転領域との入力側の境界近傍で広くなるように形成されている。これにより、分極反転領域と非分極反転領域との境界部分で信号電極がシフト（屈曲）しても、該境界近傍において隣り合う光変調部の信号電極の間隔が狭くなることが避けられる。このため、相互作用部の始点近傍での隣り合う光変調部の間隔を、基板が分極反転領域を含まない場合と同様に狭くできるようになり、入力光を各光変調部に導くための曲線導波路を基板の長手方向に伸長することなく曲率半径を大きくすることが可能になる。よって、分極反転領域を含む基板上に複数の光変調部を並列に配置する場合でも、小型の構成により各光変調部に対して共通の入力光を低損失で与えることができ、波長チャープの低減された信号光を低コストで生成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的なマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す平面図である。
【図２】従来の分極反転領域を含む光変調器の構成例を示す平面図である。
【図３】一つの基板上に従来構成の光変調部を二つ並列に配置した場合の構成例を示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
【図５】第１実施形態に関する変形例の構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
【図７】第２実施形態について一つのウェハより複数のチップを切り出す場合の配置例を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
【図９】本発明の第４実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
【図１０】第４実施形態に関する変形例の構成を示す平面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
【図１２】第１〜第５実施形態に関する光導波路パターンの応用例を示す図である。
【図１３】第１〜第５実施形態に関する光導波路パターンの他の応用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図４は、本発明の第１実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
図４において、本実施形態の光変調器は、例えば、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ２など電気光学効果を有する一つの結晶基板１０上に、二つの光変調部２０Ａ，２０Ｂが並列に配置されている。基板１０は、ここでは矩形に切り出したＺ−カットの結晶を用い、その長手方向の中央部分には、分極反転領域Ｐｉが形成されている。この光変調器は、一つの入力ポートＩＮおよび一つの出力ポートＯＵＴを備えており、入力ポートＩＮには１本の入力導波路１１の一端が接続されている。入力導波路１１の他端は、光分岐部１２の入力端に接続しており、光分岐部１２の二つ出力端には、曲線導波路１３Ａ，１３Ｂを介して、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの入力端がそれぞれ接続されている。光分岐部１２は、入力光を所要の強度比で二つに分岐して出力する。
【００１８】
光変調部２０Ａは、基板１０の図で上側に位置する表面部分に分極反転領域Ｐｉおよび非分極反転領域Ｐｎに跨って形成された、入力導波路２１Ａ、光分岐部２２Ａ、一対の分岐導波路２３Ａ，２４Ａ、光合波部２５Ａおよび出力導波路２６Ａからなるマッハツェンダ（ＭＺ）型の光導波路と、一対の分岐導波路２３Ａ，２４Ａに沿ってパターニングされた信号電極３１Ａおよび接地電極３２Ａとを具備する。
【００１９】
入力導波路２１Ａは、一端が曲線導波路１３Ａに接続しており、他端には光分岐部２２Ａの入力端が接続されている。
光分岐部２２Ａは、入力導波路２１Ａを伝搬した光を１：１の強度比で二つに分岐する。光分岐部２２Ａの二つの出力端には、一対の分岐導波路２３Ａ，２４Ａの各一端がそれぞれ接続されている。
【００２０】
一対の分岐導波路２３Ａ，２４Ａは、図で上側に位置する分岐導波路２３Ａと、図で下側に位置する分岐導波路２４Ａとが、基板１０の長手方向に並行している。各分岐導波路２３Ａ，２４Ａは、光分岐部２２Ａに接続する一端から入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界までの間に位置する部分が、分極反転領域Ｐｉに近づくにつれて、並行する光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂから離れていく緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路となっている。また、分極反転領域Ｐｉ内に位置する部分は、基板１０の長手方向に平行な直線導波路となっている。さらに、分極反転領域Ｐｉと出力側の非分極反転領域Ｐｎとの境界から光合波部２５Ａに接続する他端までの間に位置する部分は、光合波部２５Ａに近づくにつれて、並行する光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂに接近していく緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路となっている。上記一対の分岐導波路２３Ａ，２４Ａの間隔は、ここでは、光分岐部２２Ａに接続する一端から光合波部２５Ａに接続する他端まで一定である。
【００２１】
光合波部２５Ａは、二つの入力端が上記各分岐導波路２３Ａ，２４Ａの他端にそれぞれ接続しており、各分岐導波路２３Ａ，２４Ａを伝搬した光を一つに合波する。光合波部２５Ａの一つの出力端には、出力導波路２６Ａの一端が接続されている。
【００２２】
信号電極３１Ａは、入力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２３Ａの真上に沿って形成されており、入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界部分において分岐導波路２３Ａ側から分岐導波路２４Ａ側にシフトし、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２４Ａの真上に沿って形成されている。また、信号電極３１Ａは、分極反転領域Ｐｉと出力側の非分極反転領域Ｐｎとの境界部分において分岐導波路２４Ａ側から分岐導波路２３Ａ側にシフトし、出力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２３Ａの真上に沿って形成されている。
【００２３】
接地電極３２Ａは、信号電極３１Ａから隔離されると共に、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２３Ａの真上に沿う部分と、入力側および出力側の各非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２４Ａの真上に沿う部分とを含んで形成されている。なお、ここでは分岐導波路２４Ａと光変調部２０Ｂの後述する分岐導波路２３Ｂとの間に形成される接地電極３２Ａが、光変調部２０Ｂの後述する接地電極３２Ｂと共有されている。
【００２４】
上記信号電極３１Ａは、基板１０の長手方向に平行な対向側面のうちの一方の側面（図で上側の側面）に引き出した出力端が図示しない抵抗を介して接地電極３２Ａに接続されることで進行波電極を構成し、基板１０の他方の側面（図で下側の側面）に引き出した入力端からマイクロ波電気信号（変調データに対応した電気信号）が印加されるようになっている。なお、信号電極３１Ａおよび接地電極３２Ａについては、図示されていないＳｉＯ２等を用いたバッファ層を介して基板１０（光導波路）の上に形成するのがよい。バッファ層を設けることにより、各分岐導波路２３Ａ，２４Ａ中を伝搬する光が、信号電極３１Ａおよび接地電極３２Ａによって吸収されるのを防ぐことができる。
【００２５】
光変調部２０Ｂは、基板１０の図で下側に位置する表面部分に分極反転領域Ｐｉおよび非分極反転領域Ｐｎに跨って形成された、入力導波路２１Ｂ、光分岐部２２Ｂ、一対の分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂ、光合波部２５Ｂおよび出力導波路２６Ｂからなるマッハツェンダ（ＭＺ）型の光導波路と、一対の分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂに沿ってパターニングされた信号電極３１Ｂおよび接地電極３２Ｂとを具備する。
【００２６】
なお、本実施形態では、光変調部２０ＡのＭＺ型光導波路と光変調部２０ＢのＭＺ型光導波路とが、基板１０の長手方向に平行な軸を挟んで対称の関係にある。また、光変調部２０Ａの信号電極３１Ａおよび接地電極３２Ａに対して、光変調部２０Ｂの信号電極３１Ｂおよび接地電極３２Ｂは、分極反転領域Ｐｉと非分極反転領域Ｐｎの境界部分の位置が基板１０の長手方向についてずれている（分極反転領域Ｐｉの形状が平行四辺形である）ため、基板１０の長手方向にシフトしたパターンとなっている。
【００２７】
入力導波路２１Ｂは、一端が曲線導波路１３Ｂに接続しており、他端には光分岐部２２Ｂの入力端が接続されている。
光分岐部２２Ｂは、入力導波路２１Ｂを伝搬した光を１：１の強度比で二つに分岐する。光分岐部２２Ｂの二つの出力端には、一対の分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂの各一端がそれぞれ接続されている。
【００２８】
一対の分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂは、図で上側に位置する分岐導波路２３Ｂと、図で下側に位置する分岐導波路２４Ｂとが、基板１０の長手方向に並行している。各分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂは、光分岐部２２Ｂに接続する一端から入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界までの間に位置する部分が、分極反転領域Ｐｉに近づくにつれて、並行する光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａから離れていく緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路となっている。また、分極反転領域Ｐｉ内に位置する部分は、基板１０の長手方向に平行な直線導波路となっている。さらに、分極反転領域Ｐｉと出力側の非分極反転領域Ｐｎとの境界から光合波部２５Ｂに接続する他端までの間に位置する部分は、光合波部２５Ｂに近づくにつれて、並行する光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａに接近していく緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路となっている。上記一対の分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂの間隔は、ここでは、光分岐部２２Ｂに接続する一端から光合波部２５Ｂに接続する他端まで一定である。
【００２９】
光合波部２５Ｂは、二つの入力端が上記各分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂの他端にそれぞれ接続しており、各分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂを伝搬した光を一つに合波する。光合波部２５Ｂの一つの出力端には、出力導波路２６Ｂの一端が接続されている。
【００３０】
信号電極３１Ｂは、入力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２３Ｂの真上に沿って形成されており、入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界部分において分岐導波路２３Ｂ側から分岐導波路２４Ｂ側にシフトし、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２４Ｂの真上に沿って形成されている。また、信号電極３１Ｂは、分極反転領域Ｐｉと出力側の非分極反転領域Ｐｎとの境界部分において分岐導波路２４Ｂ側から分岐導波路２３Ｂ側にシフトし、出力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２３Ｂの真上に沿って形成されている。
【００３１】
接地電極３２Ｂは、信号電極３１Ｂから隔離されると共に、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２３Ｂの真上に沿う部分と、入力側および出力側の各非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２４Ｂの真上に沿う部分とを含んで形成されている。なお、ここでは分岐導波路２３Ｂと光変調部２０Ａの分岐導波路２４Ａとの間に形成される接地電極３２Ｂが、光変調部２０Ａの接地電極３２Ａと共有されている。
【００３２】
上記信号電極３１Ｂは、基板１０の長手方向に平行な対向側面のうちの一方の側面（図で上側の側面）に引き出した出力端が図示しない抵抗を介して接地電極３２Ｂに接続されることで進行波電極を構成し、基板１０の他方の側面（図で下側の側面）に引き出した入力端からマイクロ波電気信号（変調データに対応した電気信号）が印加されるようになっている。なお、信号電極３１Ｂおよび接地電極３２Ｂについても、前述した場合と同様にしてバッファ層を介して基板１０（光導波路）の上に形成するのがよい。
【００３３】
上記各光変調部２０Ａ，２０Ｂにおける出力導波路２６Ａ，２６Ｂの他端は、曲線導波路１４Ａ，１４Ｂを介して、光合波部１５の二つの入力端に接続している。光合波部１５は、各光変調部２０Ａ，２０Ｂで変調された各々の信号光を一つに合波する。光合波部１５の出力端は、１本の出力導波路１６の一端に接続しており、出力導波路１６の他端には、出力ポートＯＵＴが接続されている。なお、本光変調器が偏波多重方式に対応している場合には、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの出力光を偏波面を直交させて光合波部１５に入力し、該光合波部１５で偏波合成を行って偏波多重光を出力導波路１６に出力する。
【００３４】
上記のように構成された各光変調部２０Ａ，２０Ｂでは、各々の間隔（互いの隣接する分岐導波路の間の、基板１０の長手方向に垂直な方向についての距離）が、各々の相互作用部ＩＮＴの始点近傍および終点近傍よりも、入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界近傍で広くなる。
【００３５】
具体的に、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔に関して、クロストークの抑圧という観点より、基板１０の長手方向の各位置における、光変調部２０Ａの信号電極３１Ａと光変調部２０Ｂの信号電極３１Ｂとの間隔に注目してみる。ここでは、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの相互作用部ＩＮＴの始点近傍（図中の点線で囲んだ部分Ａ）における各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔をＳ１とする。また、入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界近傍（図中の点線で囲んだ部分Ｂ）において、光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ側から分岐導波路２４Ａ側にシフトした後の信号電極３１Ａと、光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ側から分岐導波路２４Ｂ側にシフトする前の信号電極３１Ｂとの間隔をＳ２とする。さらに、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの相互作用部ＩＮＴの終点近傍（図中の点線で囲んだ部分Ｃ）における各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔をＳ３とする。
【００３６】
このとき、分極反転の境界近傍Ｂでの各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔Ｓ２は、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａでの各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔Ｓ１以上となる（Ｓ２≧Ｓ１）。つまり、光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａと光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂとが、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａから分極反転の境界近傍Ｂに近づくにつれて互いに離れていくことにより、分極反転の境界近傍Ｂでの間隔Ｓ２は、上述の図３に示した従来構成のように狭くはならずに、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａでの間隔Ｓ１と等しくなるか、または、間隔Ｓ１よりも広くなる。言い換えれば、各光変調部の一対の分岐導波路の間隔をＳｗとした場合、従来構成では、分極反転の境界近傍において各光変調部の信号電極の間隔がＳｗだけ狭くなるので、この分を考慮して本発明では、分極反転の境界近傍における各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔が相互作用部ＩＮＴの始点近傍よりもＳｗ以上広がるように、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの分岐導波路２３Ａ，２４Ａ，２３Ｂ，２４Ｂのパターンに工夫を施している。
【００３７】
また、分極反転の境界近傍Ｂでの各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔Ｓ２は、相互作用部ＩＮＴの終点近傍Ｃでの各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔Ｓ３以上にもなる（Ｓ２≧Ｓ３）。つまり、光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａと光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂとが、分極反転の出力側の境界近傍から相互作用部ＩＮＴの終点近傍Ｃに近づくにつれて互いに接近していくことにより、分極反転の境界近傍Ｂでの間隔Ｓ２は、相互作用部ＩＮＴの終点近傍Ｃでの間隔Ｓ３と等しくなるか、または、間隔Ｓ３よりも広くなる。
【００３８】
したがって、各信号電極３１Ａ，３１Ｂが分極反転の境界近傍で屈曲したとしても、各々の間隔が相互作用部ＩＮＴの始点近傍および終点近傍より狭くなることは避けられる。このため、各光変調部２０Ａ，２０Ｂが分極反転領域Ｐｉを含むことにより、従来構成のように各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔を広げる必要はなくなる。言い換えれば、各光変調部２０Ａ，２０Ｂが分極反転領域Ｐｉを含んでいても、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔は、分極反転領域Ｐｉを含まない場合と同様とすることができる。
【００３９】
これにより、本光変調器への入力光を各光変調部２０Ａ，２０Ｂに導くための曲線導波路１３Ａ，１３Ｂについて、曲率半径を小さくすることで曲げ損失が増加するような事態を回避できる。或いは、曲線導波路１３Ａ，１３Ｂの長さを基板１０の長手方向に伸ばすことによって、光変調器が大型化したり、相互作用部ＩＮＴを短くして駆動電圧の上昇を招いたりする事態を回避できる。つまり、本光変調器では、一つの入力光を各光変調部２０Ａ，２０Ｂまで導くための光導波路（入力導波路１１，光分岐部１２および曲線導波路１３Ａ，１３Ｂ）の長さＬ１（図４参照）が短くなる。このことは、各光変調部２０Ａ，２０Ｂで変調された信号光を光合波部１５に導くための曲線導波路１４Ａ，１４Ｂについても同様であり、曲線導波路１４Ａ，１４Ｂ、光合波部１５および出力導波路１６の長さＬ２が短くなる。
【００４０】
また、上記各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔Ｓ１〜Ｓ３について、Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３の関係が成り立つように各光変調部２０Ａ，２０Ｂの光導波路パターンを設計することによって、基板１０の長手方向に垂直な方向のサイズを最小にすることも可能になる。必要とされる各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔は、接地を実質的にとることのできる接地電極の最小幅、およびマイクロ波電気信号のクロストークが抑圧される信号電極間の距離に応じて決まり、これらはマイクロ波電気信号の周波数スペクトルに対応させて適宜決めることができる。具体的には、例えば３０ＧＨｚ以上の変調帯域を有する光変調器の場合、接地電極の最小幅を信号電極の幅と等しくし、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間に位置する接地電極を各々で共有する形で、各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔を設定することが可能である。
【００４１】
次に、第１実施形態による光変調器の動作について説明する。
まず、１台の光源等からの出力光が本光変調器の入力ポートＩＮから入力導波路１１に入力される。該入力光は入力導波路１１を通って光分岐部１２に入力され、所要の強度比に従って二分岐される。光分岐部１２から出力される一方の分岐光は曲線導波路１３Ａを通って光変調部２０Ａの入力導波路２１Ａに入力され、他方の分岐光は曲線導波路１３Ｂを通って光変調部２０Ｂの入力導波路２１Ｂに入力される。このとき、各光変調部２０Ａ，２０Ｂに入力される光は、各曲線導波路１３Ａ，１３Ｂでの曲げ損失により減衰することになる。しかし、本光変調器の構成では、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔がクロストークを抑圧可能な範囲で狭く設定されており、各曲線導波路１３Ａ，１３Ｂの曲率半径は比較的大きな値になっているので、曲げ損失による入力光の減衰は僅か、若しくは殆ど生じない。
【００４２】
光変調部２０Ａ（２０Ｂ）では、入力導波路２１Ａ（２１Ｂ）に入力された光が光分岐部２２Ａ（２２Ｂ）で１：１の強度比に従って二分岐されて分岐導波路２３Ａ，２４Ａ（２３Ｂ，２４Ｂ）にそれぞれ送られる。ここで、信号電極３１Ａ（３１Ｂ）の入力端からマイクロ波電気信号が印加されることにより、該マイクロ波電気信号のレベルに応じて変調された光が出力導波路２６Ａ（２６Ｂ）から出力される。この変調光は、分極反転領域Ｐｉおよび非分極反転領域Ｐｎでそれぞれ発生する位相変調量の差異が打ち消し合うため、波長チャープの低減された光となっている。
【００４３】
各光変調部２０Ａ，２０Ｂからの出力光は、曲線導波路１４Ａ，１４Ｂを通って光合波部１６に入力され、一つの信号光に合波される。このときも、光合波部１６に入力される各光が、各曲線導波路１４Ａ，１４Ｂでの曲げ損失により減衰することになる。しかし、前述した曲線導波路１３Ａ，１３Ｂの場合と同様に、曲げ損失による各光の減衰は僅か、若しくは殆ど生じない。光合波部１６で合波された信号光は、出力導波路１６を通って出力ポートＯＵＴから外部に出力される。
【００４４】
上記のように本実施形態の光変調器によれば、分極反転領域Ｐｉを含む基板１０上に２つの光変調部２０Ａ，２０Ｂを並列に配置する場合でも、小型の構成により各光変調部２０Ａ，２０Ｂに対して共通の入力光を低損失で与えることができ、波長チャープの低減された信号光を低コストで生成することが可能になる。
【００４５】
なお、上記第１実施形態では、各光変調部２０Ａ，２０Ｂで変調された光を曲線導波路１４Ａ，１４Ｂを介して光合波部１５に与えて一つに合波する構成例を示したが、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの変調光を合波せずに別々に出力するような構成であってもよい。
【００４６】
また、上記第１実施形態では、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの信号電極３１Ａ，３１Ｂが、入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界部分において、分岐導波路２３Ａ，２３Ｂ側から分岐導波路２４Ａ，２４Ｂ側へと同じ方向にシフトする一例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図５に示すように、光変調部２０Ａの信号電極３１Ａが分岐導波路２３Ａ側から分岐導波路２４Ａ側にシフトする一方、光変調部２０Ｂの信号電極３１Ｂ’は分岐導波路２４Ｂ側から分岐導波路２３Ｂ側へと逆方向にシフトする場合についても本発明の構成は有効である。
【００４７】
この図５の構成においては、各信号電極３１Ａ，３１Ｂ’が逆方向にシフトした後の間隔Ｓ２’が狭くなるが、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａから分極反転の境界近傍Ｂに近づくにつれて分岐導波路２４Ａ，２３Ｂが互いに離れていくことにより、シフト後の各信号電極３１Ａ，３１Ｂ’の間隔Ｓ２’は、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａでの間隔Ｓ１’以上となる（Ｓ２’≧Ｓ１’）。この関係は相互作用部ＩＮＴの終点近傍Ｃでの間隔Ｓ３’についても同様である（Ｓ２’≧Ｓ３’）。
【００４８】
さらに、上記図５の構成では、各光変調部の一対の分岐導波路の間隔をＳｗとすると、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａにおける各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔（分岐導波路２４Ａと分岐導波路２３Ｂの間の距離）がＳ１’−２×Ｓｗとなる。これに対して、前述の図４に示した第１実施形態では、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａにおける各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔がＳ１−Ｓｗである。よって、前述した必要とされる各信号電極の間隔が図４および図５の各構成で同じである（Ｓ１＝Ｓ１’）とすると、図５の構成を適用することにより、入力導波路１１，光分岐部１２および曲線導波路１３Ａ，１３Ｂの長さＬ１をより短くすることができる。これと同様に、相互作用部ＩＮＴの終点近傍Ｃにおける各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔もＳ３’−２×Ｓｗとなるので、曲線導波路１４Ａ，１４Ｂ、光合波部１５および出力導波路１６の長さＬ２をより短くすることができる。
【００４９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。なお、前述の図４に示した第１実施形態の構成と同一若しくは対応する部分には同じ符号を付して説明を省略するものとし、以降の他の実施形態についても同様とする。
【００５０】
図６において、本実施形態の光変調器の構成が前述した第１実施形態の場合と異なる点は、基板１０に代えて、入力ポートＩＮおよび出力ポートＯＵＴがそれぞれ位置する各端面を斜めにカットした基板１０’を適用している点である。該基板１０’の各端面のカットの向きは、分極反転領域Ｐｉの平行四辺形の向きと同じになっている。ここでは、各端面のカットの方向と、分極反転領域Ｐｉの平行四辺形における各端面に対向する二辺の方向とが平行になるようにしている。なお、上記基板１０’以外の構成は、第１実施形態の場合と同様である。
【００５１】
上記のような構成の光変調器によれば、基板１０’の各端面を斜めにカットしたことで、本光変調器に対して入出力される光の反射戻り光を抑制することが可能になる。また、該各端面のカットの方向が、分極反転領域Ｐｉの平行四辺形の対辺の方向と平行にされているので、例えば図７に示すように一つのウェハ１０Ａより複数の基板（チップ）１０’を切り出す場合を想定すると、該ウェハ１０Ａ上で隣接する各チップの連続性が良くなる。このため、複数の光変調器を容易に製造することができ、光変調器の量産および製造コストの削減が可能になる。
【００５２】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
上述した第１および第２実施形態では、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの一対の分岐導波路について、入力側および出力側の各非分極反転領域Ｐｎ内に位置する部分に緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路を適用することにより、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔が分極反転の境界近傍で狭くならないようにした。このような構成では、各非分極反転領域Ｐｎの基板１０の長手方向についての長さが短い場合、当該部分の曲線導波路の曲率半径が小さくなって曲げ損失が増加してしまう可能性がある。そこで、第３実施形態では、上記のような場合に対応した応用例について説明する。
【００５３】
図８は、第３実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
図８において、本実施形態の光変調器は、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの一対の分岐導波路２３Ａ’，２４Ａ’，２３Ｂ’，２４Ｂ’について、分極反転領域Ｐｉ内に位置する部分にも曲線導波路を適用することにより、入力側および出力側の各非分極反転領域Ｐｎ内に位置する部分の曲率半径が小さくなるのを回避している。なお、本実施形態は、前述の図５に示した第１実施形態の変形例と同様なパターンの信号電極３１Ａ，３１Ｂ’が各光変調部２０Ａ，２０Ｂに適用されると共に、前述の図６に示した第２実施形態と同様な斜めカットの基板１０’が適用される構成を例示している。
【００５４】
具体的に、光変調部２０Ａの各分岐導波路２３Ａ’，２４Ａ’は、光分岐部２２Ａに接続する一端から入力側の分極反転の境界までの間に位置する部分、および、出力側の分極反転の境界から光合波部２５Ａに接続する他端までの間に位置する部分が、上述した第１および第２実施形態の場合と同様な緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路となっている。また、分極反転領域Ｐｉ内に位置する部分は、入力側の分極反転の境界の前後で導波路のカーブの向きが変わると共に、出力側の分極反転の境界の前後でも導波路のカーブの向きが変わる、図で上側に緩やかに湾曲した曲線導波路となっている。
【００５５】
光変調部２０Ｂの各分岐導波路２３Ｂ’，２４Ｂ’は、光分岐部２２Ｂに接続する一端から入力側の分極反転の境界までの間に位置する部分、および、出力側の分極反転の境界から光合波部２５Ｂに接続する他端までの間に位置する部分が、上述した第１および第２実施形態の場合と同様な緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路となっている。また、分極反転領域Ｐｉ内に位置する部分は、入力側の分極反転の境界の前後で導波路のカーブの向きが変わると共に、出力側の分極反転の境界の前後でも導波路のカーブの向きが変わる、図で下側に緩やかに湾曲した曲線導波路となっている。
【００５６】
上記のような構成の光変調器によれば、入力側および出力側の各非分極反転領域Ｐｎの長さが短い場合でも、各分岐導波路２３Ａ’，２４Ａ’，２３Ｂ’，２４Ｂ’の分極反転領域Ｐｉ内に位置する部分を上下に湾曲した曲線導波路としたことで、各非分極反転領域Ｐｎ内に位置する略Ｓ字形状の曲線導波路の曲率半径を大きくすることができるため、各々の分岐導波路における曲げ損失（放射損失）を減らすことが可能になる。
【００５７】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図９は、第４実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
図９において、本実施形態の光変調器は、例えば上述の図５に示した第１実施形態の変形例について、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの信号電極３１Ａ，３１Ｂ’とは別にＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂを設け、該ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂに印加するバイアス電圧を調整することで、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの光出力をオフにする電圧が一定に保たれるようにしている。
【００５８】
各光変調部２０Ａ，２０Ｂの分岐導波路２３Ａ，２４Ａ，２３Ｂ，２４Ｂは、上記各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂを相互作用部ＩＮＴの終点と光合波部２５Ａ，２５Ｂとの間に配置するために、出力側にそれぞれ伸長されている。なお、各分岐導波路２３Ａ，２４Ａ，２３Ｂ，２４Ｂの分極反転領域Ｐｉ内に位置する部分には、前述の図８に示した第３実施形態の場合と同様な曲線導波路が適用されているが、当該部分は直線導波路としてもよい。
【００５９】
各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂは、分岐導波路２３Ａ，２４Ｂの伸長部分の真上に沿って形成され、各々の一端が基板１０の側面まで引き出されている。各接地電極３２Ａ，３２Ｂは、各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂに対応して出力側に伸長されており、各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂから隔離されると共、各分岐導波路２４Ａ，２３Ｂの真上に沿う部分を含んでいる。
【００６０】
上記のような構成の光変調器では、例えば、各光変調部２０Ａ，２０Ｂでそれぞれ変調された信号光の強度が図示しない出力モニタ等を用いてモニタされ、該モニタ結果に応じて各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂに印加するバイアス電圧がフィードバック制御されることにより、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの光出力をオフにする電圧が一定に保たれる。
【００６１】
このとき、各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂが各光変調部２０Ａ，２０Ｂの相互作用部ＩＮＴの出力側に配置されていても、分岐導波路２３Ａ，２４Ｂに沿って各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂが湾曲形成されているので、相互作用部ＩＮＴの終点近傍Ｃにおける各信号電極３１Ａ，３１Ｂ’の間隔Ｓ３’は、各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂの間隔よりも広くなっている。該間隔Ｓ３’が上述した必要とされる信号電極の間隔の条件を満たしていればクロストークを防ぐことができるので、各光合波部２５Ａ，２５Ｂ近傍における光変調部２０Ａ，２０Ｂの間隔は、上述した第１実施形態の変形例の場合よりも狭くなる。
【００６２】
よって、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの出力光を光合波部１５に導くための曲線導波路１４Ａ，１４Ｂの曲率半径を大きくすることが可能である。曲線導波路１４Ａ，１４Ｂの曲率半径を最大にするには、分岐導波路３２Ａ，２４Ｂの信号電極３１Ａ，３１Ｂ’下に位置する部分（出力側の分極反転の境界から相互作用部ＩＮＴの終点までの範囲）の曲率半径と、分岐導波路３２Ａ，２４ＢのＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂ下に位置する部分の曲率半径とが等しくなるようにすればよい。
【００６３】
なお、上記第４実施形態では、ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂを相互作用部ＩＮＴの終点と光合波部２５Ａ，２５Ｂとの間に配置する一例を示したが、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの光分岐部２２Ａ，２２Ｂと相互作用部ＩＮＴの始点との間にＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂを配置するようにしてもよい。このような構成は、例えば図１０に示すように、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの出力光を一つに合波する必要がない場合に好適である。各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂを入力側に配置する場合、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの分岐導波路２３Ａ，２４Ａ，２３Ｂ，２４Ｂは入力側にそれぞれ伸長される。各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂは、各分岐導波路２３Ａ，２４Ｂの伸長部分の真上に沿って形成される。この場合、相互作用部ＩＮＴの始点近傍Ａにおける各信号電極３１Ａ，３１Ｂ’の間隔Ｓ１’が、各ＤＣ電極３３Ａ，３３Ｂの間隔よりも広くなるので、光分岐部１２で二分岐された入力光を各光変調部２０Ａ，２０Ｂに導くための曲線導波路１３Ａ，１３Ｂの曲率半径を大きくすることが可能できる。
【００６４】
また、上記第４実施形態では、図５に示した第１実施形態の変形例についてＤＣ電極を設ける一例を説明したが、上述した他の実施形態および変形例についても同様にしてＤＣ電極を設けることが可能である。
【００６５】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
上述した第１〜第４実施形態では、一つの基板上に２つの光変調部が並列に配置される光変調器について説明してきたが、本発明は、Ｎを１以上の整数として、２×Ｎ個の光変調部の並列配置にも応用可能である。そこで、第５実施形態では、例えば４つ（Ｎ＝２）の光変調部を同一基板上に並列配置した応用例を説明する。
【００６６】
図１１は、第５実施形態による光変調器の構成を示す平面図である。
図１１において、本実施形態の光変調器は、電気光学効果を有する一つの結晶基板１０上に、４つの光変調部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄが並列に配置されている。基板１０は、上述した第１実施形態の場合と同様に矩形に切り出したＺ−カットの結晶を用い、その長手方向の中央部分には、平行四辺形の形状を持つ分極反転領域Ｐｉが形成されている。
【００６７】
上記光変調器は、一つの入力ポートＩＮおよび一つの出力ポートＯＵＴを備えており、入力ポートＩＮには１本の入力導波路１１の一端が接続されている。入力導波路１１の他端は、光分岐部１２の入力端に接続しており、光分岐部１２の二つ出力端には、曲線導波路１３ＡＢ，１３ＣＤを介して、各光分岐部１２ＡＢ，１２ＣＤの入力端がそれぞれ接続されている。光分岐部１２ＡＢの二つ出力端には、曲線導波路１３Ａ，１３Ｂを介して、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの入力端がそれぞれ接続されている。光分岐部１２ＣＤの二つ出力端には、曲線導波路１３Ｃ，１３Ｄを介して、各光変調部２０Ｃ，２０Ｄの入力端がそれぞれ接続されている。各光分岐部１２，１２ＡＢ，１２ＣＤは、入力光を所要の強度比で二つに分岐して出力する。
【００６８】
図で最上段に位置する光変調部２０Ａは、上述の図４に示した第１実施形態における光変調部２０Ａと同様の構成である。２段目の光変調部２０Ｂは、上述の図２に示した従来の光変調器と同様の構成であり、一対の分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂが分極反転領域Ｐｉおよび非分極反転領域Ｐｎの全体に亘って直線導波路となっている。
【００６９】
各光変調部２０Ａ，２０Ｂの信号電極３１Ａ，３１Ｂは、入力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２３Ａ，２３Ｂの真上に沿って形成されており、入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界部分において分岐導波路２３Ａ，２３Ｂ側から分岐導波路２４Ａ，２４Ｂ側にシフトし、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２４Ａ，２４Ｂの真上に沿って形成されている。また、信号電極３１Ａ，３１Ｂは、分極反転領域Ｐｉと出力側の非分極反転領域Ｐｎとの境界部分において分岐導波路２４Ａ，２４Ｂ側から分岐導波路２３Ａ，２３Ｂ側にシフトし、出力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２３Ａ，２３Ｂの真上に沿って形成されている。
【００７０】
各光変調部２０Ａ，２０Ｂの接地電極３２Ａ，３２Ｂは、信号電極３１Ａ，３１Ｂから隔離されると共に、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２３Ａ，２３Ｂの真上に沿う部分と、入力側および出力側の各非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２４Ａ，２４Ｂの真上に沿う部分とを含んで形成されている。なお、ここでは光変調部２０Ａの分岐導波路２４Ａと光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂとの間に形成される各接地電極３２Ａ，３２Ｂが共有されている。
【００７１】
上記各光変調部２０Ａ，２０Ｂの出力端は、曲線導波路１４Ａ，１４Ｂを介して、光合波部１５ＡＢの二つの入力端に接続している。光合波部１５ＡＢは、各光変調部２０Ａ，２０Ｂで変調された各々の信号光を一つに合波する。光合波部１５ＡＢの出力端には、出力ポートＯＵＴ＿ＡＢが接続されている。
【００７２】
３，４段目の光変調部２０Ｃ，２０Ｄは、上述の図５に示した第１実施形態の変形例における光変調部２０Ｂと同様の構成である。ただし、光変調部２０Ｃにおける各分岐導波路２３Ｃ，２４Ｃの略Ｓ字形状をした曲線部分の曲率半径よりも、光変調部２０Ｄにおける各分岐導波路２３Ｄ，２４Ｄの略Ｓ字形状をした曲線部分の曲率半径が大きくなっている。
【００７３】
各光変調部２０Ｃ，２０Ｄの信号電極３１Ｃ，３１Ｄは、入力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２４Ｃ，２４Ｄの真上に沿って形成されており、入力側の非分極反転領域Ｐｎと分極反転領域Ｐｉとの境界部分において分岐導波路２４Ｃ，２４Ｄ側から分岐導波路２３Ｃ，２３Ｄ側にシフトし、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２３Ｃ，２３Ｄの真上に沿って形成されている。また、信号電極３１Ｃ，３１Ｄは、分極反転領域Ｐｉと出力側の非分極反転領域Ｐｎとの境界部分において分岐導波路２３Ｃ，２３Ｄ側から分岐導波路２４Ｃ，２４Ｄ側にシフトし、出力側の非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２４Ｃ，２４Ｄの真上に沿って形成されている。
【００７４】
各光変調部２０Ｃ，２０Ｄの接地電極３２Ｃ，３２Ｄは、信号電極３１Ｃ，３１Ｄから隔離されると共に、分極反転領域Ｐｉ内において分岐導波路２４Ｃ，２４Ｄの真上に沿う部分と、入力側および出力側の各非分極反転領域Ｐｎ内において分岐導波路２３Ｃ，２３Ｄの真上に沿う部分とを含んで形成されている。なお、ここでは前述した光変調部２０Ｂの分岐導波路２４Ｂと光変調部２０Ｃの分岐導波路２３Ｃとの間に形成される接地電極３２Ｃが、光変調部２０Ｂの接地電極３２Ｂと共有されている。また、光変調部２０Ｃの分岐導波路２４Ｃと光変調部２０Ｄの分岐導波路２３Ｄとの間に形成される各接地電極３２Ｃ，３２Ｄが共有されている。
【００７５】
上記各光変調部２０Ｃ，２０Ｄの出力端は、曲線導波路１４Ｃ，１４Ｄを介して、光合波部１５ＣＤの二つの入力端に接続している。光合波部１５ＣＤは、各光変調部２０Ｃ，２０Ｄで変調された各々の信号光を一つに合波する。光合波部１５ＣＤの出力端には、出力ポートＯＵＴ＿ＣＤが接続されている。
【００７６】
上記のような構成の光変調器では、光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａが、相互作用部ＩＮＴの始点近傍から入力側の分極反転の境界近傍に近づくにつれて、光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂより離れていくことにより、入力側の分極反転の境界近傍での各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔は、相互作用部ＩＮＴの始点近傍での間隔以上となる。また、光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａが、出力側の分極反転の境界近傍から相互作用部ＩＮＴの終点近傍に近づくにつれて、光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂに接近していくことにより、出力側の分極反転の境界近傍での各信号電極３１Ａ，３１Ｂの間隔は、相互作用部ＩＮＴの終点近傍での間隔以上となる。よって、入力側の曲線導波路１３Ａ，１３Ｂおよび出力側の曲線導波路１４Ａ，１４Ｂの各々の曲率半径を大きくすることができる。
【００７７】
さらに、光変調部２０Ｄの分岐導波路２３Ｄ，２４Ｄが、相互作用部ＩＮＴの始点近傍から入力側の分極反転の境界近傍に近づくにつれて、光変調部２０Ｃの分岐導波路２３Ｃ，２４Ｃより離れていくことにより、入力側の分極反転の境界近傍での各信号電極３１Ｃ，３１Ｄの間隔は、相互作用部ＩＮＴの始点近傍での間隔以上となる。また、光変調部２０Ｄの分岐導波路２３Ｄ，２４Ｄが、出力側の分極反転の境界近傍から相互作用部ＩＮＴの終点近傍に近づくにつれて、光変調部２０Ｃの分岐導波路２３Ｃ，２４Ｃに接近していくことにより、出力側の分極反転の境界近傍での各信号電極３１Ｃ，３１Ｄの間隔は、相互作用部ＩＮＴの終点近傍での間隔以上となる。よって、入力側の曲線導波路１３Ｃ，１３Ｄおよび出力側の曲線導波路１４Ｃ，１４Ｄの各々の曲率半径を大きくすることができる。
【００７８】
加えて、光変調部２０Ｃの分岐導波路２３Ｃ，２４Ｃが、相互作用部ＩＮＴの始点近傍から入力側の分極反転の境界近傍に近づくにつれて、光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂより離れていくことにより、入力側の分極反転の境界近傍での各信号電極３１Ｂ，３１Ｃの間隔は、相互作用部ＩＮＴの始点近傍での間隔以上となる。よって、入力側の曲線導波路１３ＡＢ，１３ＣＤの各曲率半径を大きくすることもできる。
【００７９】
上記のように本実施形態の光変調器によれば、分極反転領域Ｐｉを含む基板１０上に４つの光変調部２０Ａ〜２０Ｄを並列に配置する場合でも、小型の構成により各光変調部２０Ａ〜２０Ｄに対して共通の入力光を低損失で与えることができ、波長チャープの低減された信号光を低コストで生成することが可能になる。
【００８０】
なお、上記第５実施形態では、各光合波部１５ＡＢ，１５ＣＤで合波した信号光が二つの出力ポートＯＵＴ＿ＡＢ，ＯＵＴ＿ＣＤより別々に出力される一例を示したが、各光合波部１５ＡＢ，１５ＣＤの出力光を、別途設けた曲線導波路を介して光合波器に与えて合波し、一つの出力ポートより出力するようにしてもよい。また、光変調部２０Ｂの一対の分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂを直線導波路とする構成を示したが、該各分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂの入力側および出力側に略Ｓ字形状の曲線導波路を適用してもよい。この場合、光変調部２０Ｂの各分岐導波路２３Ｂ，２４における曲線部分の曲率半径よりも、光変調部２０Ａの各分岐導波路２３Ａ，２４Ａにおける曲線部分の曲率半径が大きくなるようにする。
【００８１】
また、上述したような各実施形態の光変調器に関しては、各光変調部の信号電極の入力端付近のパターン形状（例えば、電極パッドや電極の曲がりなど）に制約されて、各光変調部のＭＺ型光導波路すべてについての基板の長手方向に平行な中心軸を、該基板の長手方向の中心軸付近に配置することが難しくなる場合がある。このような場合には、例えば、上述した各実施形態と同様にして入力側の非分極反転領域内において隣り合う光変調部の分岐導波路の間隔を広げつつ、各光変調部の分岐導波路の中心軸を長手方向に垂直な方向にシフトさせるようにすればよい。しかし、このとき各光変調部の分岐導波路の長さを同じにすることが一つの課題となる。
【００８２】
上記課題に対しては、例えば図１２の光導波路パターンに示すように、相互作用部ＩＮＴの始点から入力側の分極反転の境界までの領域を基板の長手方向について二つに分け、前半の領域Ａ１において各光変調部２０Ａ，２０Ｂの分岐導波路の間隔を広げ、後半の領域Ａ２において各光変調部２０Ａ，２０Ｂの分岐導波路を緩やかな略Ｓ字形状の曲線導波路によって同じ方向にシフトさせるのがよい。この光導波路パターンでは、領域Ａ１内の曲線導波路の曲率半径Ｒ１と、領域Ａ２内の曲線導波路の曲率半径Ｒ２とが等しくなる（Ｒ１＝Ｒ２）ようにすると、該曲率半径を最も大きくすることができる。このようにして各光変調部２０Ａ，２０Ｂの分岐導波路の長さを同じにすることにより、高い消光比を実現することが可能になる。
【００８３】
また、各光変調部２０Ａ，２０Ｂの分岐導波路の長さを同じにする別の手法として、例えば図１３の光導波路パターンに示すように、相互作用部ＩＮＴの始点から入力側の分極反転の境界までの領域において、各光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａの曲率半径をＲ３とし、各光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂの曲率半径をＲ３とは異なるＲ４とする。一方、出力側の分極反転の境界から相互作用部ＩＮＴの終点までの領域においては、各光変調部２０Ａの分岐導波路２３Ａ，２４Ａの曲率半径をＲ４とし、各光変調部２０Ｂの分岐導波路２３Ｂ，２４Ｂの曲率半径をＲ３とする。このような光導波路パターンを適用しても、各光変調部２０Ａ，２０ＢのＭＺ型光導波路の中心軸を同じ方向にシフトさせながら、各々の分岐導波路の長さを同じにすることができる。
【００８４】
さらに、上述した各実施形態では、分極反転領域Ｐｉの形状を平行四辺形として、各光変調部の長手方向の略中央に分極反転領域Ｐｉが配置されるようにしたが、本発明はこれに限らない。例えば、隣り合う光変調部の長手方向のずれが大きく、分極反転領域Ｐｉを平行四辺形にするだけでは各光変調部の長手方向の略中央に分極反転領域Ｐｉを配置できない場合、光変調器の製造性は劣ることになるが、分極反転領域Ｐｉの形状を５角以上の多角形とする、曲線で囲まれた形状とする、或いは、分極反転領域Ｐｉを光変調部の数に応じて分割するなどの応用も可能である。
【００８５】
以上の各実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ型光導波路を形成し、該マッハツェンダ型光導波路の光分岐部および光合波部の間に位置する一対の分岐導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、進行波電極とした前記信号電極に、変調データに対応した電気信号を印加することにより、前記マッハツェンダ型光導波路を伝搬する光の変調を行う少なくとも２つの光変調部が、同一の前記基板上に並列に配置された光変調器であって、
前記基板は、前記各光変調部における、前記一対の分岐導波路を伝搬する光と前記信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、一部の領域の分極方向を他の領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域を有し、
前記各光変調部は、それぞれに共通な一つの入力ポートに入力される光を複数に分岐した各分岐光が、各々に対応した曲線導波路を介して前記マッハツェンダ型光導波路の入力端に導かれ、
前記各光変調部の信号電極は、それぞれ、前記相互作用部の分極反転領域内では前記一対の分岐導波路のうちの一方の分岐導波路上に配置され、前記相互作用部の分極反転されていない非分極反転領域内では他方の分岐導波路上に配置されており、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の一対の分岐導波路との間隔について、前記相互作用部の始点近傍における間隔よりも、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界近傍における間隔が広くなっていることを特徴とする光変調器。
【００８６】
（付記２） 付記１に記載の光変調器であって、
前記各光変調部の信号電極は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の信号電極との間隔について、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界近傍における間隔が、前記相互作用部の始点近傍における間隔以上であることを特徴とする光変調器。
【００８７】
（付記３） 付記１または２に記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の一対の分岐導波路との間隔について、前記相互作用部の終点近傍における間隔よりも、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との出力側の境界近傍における間隔が広くなっていることを特徴とする光変調器。
【００８８】
（付記４） 付記３に記載の光変調器であって、
前記各光変調部の信号電極は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の信号電極との間隔について、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との出力側の境界近傍における間隔が、前記相互作用部の終点近傍における間隔以上であることを特徴とする光変調器。
【００８９】
（付記５） 付記１〜４のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記分極反転領域は、前記基板上で隣り合う前記光変調部における前記非分極反転領域との境界の位置が、入力側および出力側の双方ともに、前記基板の長手方向にずれる形状を有することを特徴とする光変調器。
【００９０】
（付記６） 付記５に記載の光変調器であって、
前記分極反転領域は、平行四辺形であることを特徴とする光変調器。
【００９１】
（付記７） 付記１〜６のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、第１分岐導波路および該第１分岐導波路の一方の側に並行する第２分岐導波路からなり、
少なくとも１つの前記光変調部の信号電極は、前記分極反転領域内では前記第１分岐導波路上に配置され、前記非分極反転領域内では前記第２分岐導波路上に配置されており、
残りの前記光変調部の信号電極は、前記分極反転領域内では前記第２分岐導波路上に配置され、前記非分極反転領域内では前記第１分岐導波路上に配置されていることを特徴とする光変調器。
【００９２】
（付記８） 付記１〜７のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記基板は、光が入出力される端面が斜めにカットされていることを特徴とする光変調器。
【００９３】
（付記９） 付記８に記載の光変調器であって、
前記分極反転領域は、平行四辺形であり、
前記基板は、前記端面のカットの向きが前記分極反転領域の平行四辺形の向きと同じであることを特徴とする光変調器。
【００９４】
（付記１０） 付記１〜９のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、前記非分極反転領域内に位置する部分が、略Ｓ字形状の曲線導波路であり、前記分極反転領域内に位置する部分が、直線導波路であることを特徴とする光変調器。
【００９５】
（付記１１） 付記１〜９のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、前記非分極反転領域内に位置する部分が、略Ｓ字形状の曲線導波路であり、前記分極反転領域内に位置する部分が、前記前記非分極反転領域との境界の前後でカーブの向きが変わる曲線導波路であることを特徴とする光変調器。
【００９６】
（付記１２） 付記１〜１１のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部は、それぞれ、前記一対の分岐導波路上で前記信号電極が配置されていない部分に、バイアス電圧を印加するＤＣ電極を備えたことを特徴とする光変調器。
【００９７】
（付記１３） 付記１２に記載の光変調器であって、
前記各光変調部のＤＣ電極は、それぞれ、前記相互作用部の終点から前記マッハツェンダ型光導波路の光合波部との接続点までの間に位置する、前記一対の分岐導波路のうちの一方の分岐導波路に沿って配置されていることを特徴とする光変調器。
【００９８】
（付記１４） 付記１２に記載の光変調器であって、
前記各光変調部のＤＣ電極は、それぞれ、前記マッハツェンダ型光導波路の光分波部との接続点から前記相互作用部の始点までの間に位置する、前記一対の分岐導波路のうちの一方の分岐導波路に沿って配置されていることを特徴とする光変調器。
【００９９】
（付記１５） 付記１〜１４のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、前記相互作用部の始点から前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界までの間に位置する部分が、当該部分を二つの領域に分けたときの前半の領域において、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の一対の分岐導波路との間隔を広げ、後半の領域において、前記マッハツェンダ型光導波路の中心軸を一方向にシフトさせる、曲線導波路となっていることを特徴とする光変調器。
【０１００】
（付記１６） 付記１〜１４のいずれか１つに記載の光変調器であって、
少なくとも１つの前記光変調部の一対の分岐導波路は、前記相互作用部の始点から前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界までの間に位置する部分が、第１の曲率半径を持つ略Ｓ字形状の曲線導波路であり、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との出力側の境界から前記相互作用部の終点までの間に位置する部分が、前記第１の曲率半径とは異なる第２の曲率半径を持つ略Ｓ字形状の曲線導波路であり、
残りの前記光変調部の一対の分岐導波路は、前記相互作用部の始点から前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界までの間に位置する部分が、前記第２の曲率半径を持つ略Ｓ字形状の曲線導波路であり、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との出力側の境界から前記相互作用部の終点までの間に位置する部分が、前記第１の曲率半径を持つ略Ｓ字形状の曲線導波路であることを特徴とする光変調器
【０１０１】
（付記１７） 付記１〜１６のいずれか１つに記載の光変調器と、単一の光源と、を備え、該光源の出力光が前記光変調器の入力ポートに入力されることを特徴とする光送信装置。
【符号の説明】
【０１０２】
１０，１０’…基板
１１，２１Ａ〜２１Ｄ…入力導波路
１２，２２Ａ〜２２Ｄ…光分岐部
１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ…曲線導波路
１５，２５Ａ〜２５Ｄ…光合波部
１６，２６Ａ，２６Ｂ…出力導波路
２０Ａ〜２０Ｄ…光変調部
２３Ａ〜２３Ｄ，２４Ａ〜２４Ｄ…分岐導波路
３１Ａ〜３１Ｄ…信号電極
３２Ａ〜３２Ｄ…接地電極
３３Ａ，３３Ｂ…ＤＣ電極
ＩＮ…入力ポート
ＩＮＴ…相互作用部
ＯＵＴ…出力ポート
Ｐｉ…分極反転領域
Ｐｎ…非分極反転領域
Ｓ１〜Ｓ３…信号電極の間隔
Ｓｗ…一対の分岐導波路の間隔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ型光導波路を形成し、該マッハツェンダ型光導波路の光分岐部および光合波部の間に位置する一対の分岐導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、進行波電極とした前記信号電極に、変調データに対応した電気信号を印加することにより、前記マッハツェンダ型光導波路を伝搬する光の変調を行う少なくとも２つの光変調部が、同一の前記基板上に並列に配置された光変調器であって、
前記基板は、前記各光変調部における、前記一対の分岐導波路を伝搬する光と前記信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、一部の領域の分極方向を他の領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域を有し、
前記各光変調部は、それぞれに共通な一つの入力ポートに入力される光を複数に分岐した各分岐光が、各々に対応した曲線導波路を介して前記マッハツェンダ型光導波路の入力端に導かれ、
前記各光変調部の信号電極は、それぞれ、前記相互作用部の分極反転領域内では前記一対の分岐導波路のうちの一方の分岐導波路上に配置され、前記相互作用部の分極反転されていない非分極反転領域内では他方の分岐導波路上に配置されており、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の一対の分岐導波路との間隔について、前記相互作用部の始点近傍における間隔よりも、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界近傍における間隔が広くなっていることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器であって、
前記各光変調部の信号電極は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の信号電極との間隔について、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界近傍における間隔が、前記相互作用部の始点近傍における間隔以上であることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の一対の分岐導波路との間隔について、前記相互作用部の終点近傍における間隔よりも、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との出力側の境界近傍における間隔が広くなっていることを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項３に記載の光変調器であって、
前記各光変調部の信号電極は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の信号電極との間隔について、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との出力側の境界近傍における間隔が、前記相互作用部の終点近傍における間隔以上であることを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記分極反転領域は、前記基板上で隣り合う前記光変調部における前記非分極反転領域との境界の位置が、入力側および出力側の双方ともに、前記基板の長手方向にずれる形状を有することを特徴とする光変調器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、第１分岐導波路および該第１分岐導波路の一方の側に並行する第２分岐導波路からなり、
少なくとも１つの前記光変調部の信号電極は、前記分極反転領域内では前記第１分岐導波路上に配置され、前記非分極反転領域内では前記第２分岐導波路上に配置されており、
残りの前記光変調部の信号電極は、前記分極反転領域内では前記第２分岐導波路上に配置され、前記非分極反転領域内では前記第１分岐導波路上に配置されていることを特徴とする光変調器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記基板は、光が入出力される端面が斜めにカットされていることを特徴とする光変調器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、前記非分極反転領域内に位置する部分が、略Ｓ字形状の曲線導波路であり、前記分極反転領域内に位置する部分が、直線導波路であることを特徴とする光変調器。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、前記非分極反転領域内に位置する部分が、略Ｓ字形状の曲線導波路であり、前記分極反転領域内に位置する部分が、前記前記非分極反転領域との境界の前後でカーブの向きが変わる曲線導波路であることを特徴とする光変調器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部は、それぞれ、前記一対の分岐導波路上で前記信号電極が配置されていない部分に、バイアス電圧を印加するＤＣ電極を備えたことを特徴とする光変調器。
【請求項１】
電気光学効果を有する基板にマッハツェンダ型光導波路を形成し、該マッハツェンダ型光導波路の光分岐部および光合波部の間に位置する一対の分岐導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、進行波電極とした前記信号電極に、変調データに対応した電気信号を印加することにより、前記マッハツェンダ型光導波路を伝搬する光の変調を行う少なくとも２つの光変調部が、同一の前記基板上に並列に配置された光変調器であって、
前記基板は、前記各光変調部における、前記一対の分岐導波路を伝搬する光と前記信号電極を伝搬する電気信号とが相互に作用する相互作用部について、一部の領域の分極方向を他の領域の分極方向に対して反転させた分極反転領域を有し、
前記各光変調部は、それぞれに共通な一つの入力ポートに入力される光を複数に分岐した各分岐光が、各々に対応した曲線導波路を介して前記マッハツェンダ型光導波路の入力端に導かれ、
前記各光変調部の信号電極は、それぞれ、前記相互作用部の分極反転領域内では前記一対の分岐導波路のうちの一方の分岐導波路上に配置され、前記相互作用部の分極反転されていない非分極反転領域内では他方の分岐導波路上に配置されており、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の一対の分岐導波路との間隔について、前記相互作用部の始点近傍における間隔よりも、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界近傍における間隔が広くなっていることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器であって、
前記各光変調部の信号電極は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の信号電極との間隔について、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との入力側の境界近傍における間隔が、前記相互作用部の始点近傍における間隔以上であることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の一対の分岐導波路との間隔について、前記相互作用部の終点近傍における間隔よりも、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との出力側の境界近傍における間隔が広くなっていることを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項３に記載の光変調器であって、
前記各光変調部の信号電極は、それぞれ、前記基板上で隣り合う他の前記光変調部の信号電極との間隔について、前記分極反転領域と前記非分極反転領域との出力側の境界近傍における間隔が、前記相互作用部の終点近傍における間隔以上であることを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記分極反転領域は、前記基板上で隣り合う前記光変調部における前記非分極反転領域との境界の位置が、入力側および出力側の双方ともに、前記基板の長手方向にずれる形状を有することを特徴とする光変調器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、それぞれ、第１分岐導波路および該第１分岐導波路の一方の側に並行する第２分岐導波路からなり、
少なくとも１つの前記光変調部の信号電極は、前記分極反転領域内では前記第１分岐導波路上に配置され、前記非分極反転領域内では前記第２分岐導波路上に配置されており、
残りの前記光変調部の信号電極は、前記分極反転領域内では前記第２分岐導波路上に配置され、前記非分極反転領域内では前記第１分岐導波路上に配置されていることを特徴とする光変調器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記基板は、光が入出力される端面が斜めにカットされていることを特徴とする光変調器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、前記非分極反転領域内に位置する部分が、略Ｓ字形状の曲線導波路であり、前記分極反転領域内に位置する部分が、直線導波路であることを特徴とする光変調器。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部の一対の分岐導波路は、前記非分極反転領域内に位置する部分が、略Ｓ字形状の曲線導波路であり、前記分極反転領域内に位置する部分が、前記前記非分極反転領域との境界の前後でカーブの向きが変わる曲線導波路であることを特徴とする光変調器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記各光変調部は、それぞれ、前記一対の分岐導波路上で前記信号電極が配置されていない部分に、バイアス電圧を印加するＤＣ電極を備えたことを特徴とする光変調器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１８５９７７（Ｐ２０１０−１８５９７７Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９００２（Ｐ２００９−２９００２）
【出願日】平成２１年２月１０日（２００９．２．１０）
【出願人】（３０９０１５１３４）富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 (72)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１０日（２００９．２．１０）
【出願人】（３０９０１５１３４）富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 (72)
【Ｆターム（参考）】
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