JP5120341B2

JP5120341B2 - 光デバイス

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Publication number: JP5120341B2
Application number: JP2009142224A
Authority: JP
Inventors: 昌樹杉山
Original assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Current assignee: Furukawa FITEL Optical Components Co Ltd
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2029-06-15
Also published as: US20100316326A1; JP2010286770A; US9081216B2; US8467634B2; US20130251303A1

Description

本発明は、複数の光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（分岐部１０１、１組の光導波路１０２ａ、１０２ｂ、合波部１０３）が形成されている。基板１００は、電気光学効果を有する。分岐部１０１は、入力光を分岐して光導波路１０２ａ、１０２ｂに導く。ここでは、入力光は、ＴＭモードのＣＷ光である。光導波路１０２ａ、１０２ｂは、それぞれ入力光を伝搬する。合波部１０３は、光導波路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、光導波路１０２ａ、１０２ｂの一方（図１に示す例では、光導波路１０２ｂ）の上に形成されている。また、ＤＣ電極１０５も、光導波路１０２ａ、１０２ｂの一方（図１に示す例では、光導波路１０２ｂ）の上に形成されている。

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と、光導波路の屈折率が制御され、マッハツェンダ干渉により光導波路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変調された光信号が生成される。なお、ＤＣ電極１０５を介してＤＣバイアス電圧を与えることにより、マッハツェンダ変調器の動作点が調整される。ＤＣバイアス電圧は、例えば、データ信号が「オフ」のときに出力光が消光状態となるように、フィードバック制御により調整される。

近年、光信号の大容量化を図るために、複数の光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。

偏波多重変調器は、例えば図２に示すように、１組のマッハツェンダ変調器１１０Ａ、１１０Ｂ、およびマッハツェンダ変調器１１０Ａ、１１０Ｂの出力光を偏波多重する偏波ビームカプラ（ＰＢＣ）１１１を備える。マッハツェンダ変調器１１０Ａ、１１０Ｂは、この例では、それぞれ図１に示すマッハツェンダ変調器である。そして、偏波ビームカプラ１１１は、互いに直交する偏波（ＴＥモード、ＴＭモード）を多重化する。

しかし、この構成では、光送信機のサイズが大きくなってしまう。すなわち、光送信機のサイズを小さくするためには、１チップ上に複数の光変調器が集積されることが好ましい。

図３は、１チップ上に複数の光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、基板１００の表面領域に、入力分岐導波路１２０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１２０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には、信号電極１０４Ａを利用してデータ信号ＲＦ−Ａが与えられ、マッハツェンダ変調器Ｂには、信号電極１０４Ｂを利用してデータ信号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。そして、変調光Ａおよび変調光Ｂは、偏波ビームカプラ１１１により多重化される。

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。

特開２００８−１１６８６５公報特開２００７−５７７８５公報

１チップ上に複数の光変調器を備える光デバイスにおいては、しばしば、各光変調器にデータ信号を入力するための入力ポートが、チップの一方の側面に配置されていることが要求される。しかし、データ信号を入力するための光コネクタは、通常、数ｍｍ程度の大きさを有している。このため、図３に示す間隔Ｓは、光コネクタのサイズよりも小さくすることはできない。

一方、各光変調器の駆動電圧を低くするためには、相互作用長（電極により信号が与えられて特性が制御される光導波路の長さ）を長くすることが好ましい。ところが、図３に示す構成においてマッハツェンダ変調器Ｂの相互作用長を長くするためには、データ信号ＲＦ−Ｂを与えるための信号電極１０４Ｂは、いったん変調器の入力側に引き回してから光導波路上に形成される。すなわち、信号電極１０４Ｂは、長さＬfだけ余計に長くなってしまう。そして、信号電極が長くなると、データ信号の高周波成分が減衰し、変調帯域が劣化してしまう。すなわち、変調信号の波形が劣化し、通信品質が低下するおそれがある。なお、基板１００を長くすれば、電極信号の入力ポート間の間隔を確保しつつ、信号電極の経路長を短くすることは可能である。しかし、この構成では、光デバイスの小型化についての要求を満たすことはできない。

このように、複数の光変調器を備える光デバイスにおいては、サイズの小型化を図ることと、変調信号の品質を両立させることは難しい。
本発明の課題は、複数の光変調器を備える光デバイスにおいて、変調信号の品質を劣化させることなく小型化を図ることである。

本発明の１つ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る第１および第２の光変調器を備える。前記第１の光変調器は、第１の光導波路と、前記第１の光導波路に第１のデータ信号を与える第１の信号電極と、前記第１の信号電極の出力側に設けられ、前記第１の光導波路に第１のＤＣ電圧を与える第１のＤＣ電極、を備える。前記第２の光変調器は、第２の光導波路と、前記第２の光導波路に第２のデータ信号を与える第２の信号電極と、前記第２の信号電極の入力側に設けられ、前記第２の光導波路に第２のＤＣ電圧を与える第２のＤＣ電極、を備える。前記第１および第２の信号電極の入力部は、前記基板の同じ側面に設けられている。

上記構成によれば、第１の信号電極は基板の入力側に配置され、第２の信号電極は基板の出力側に配置される。このため、基板の同じ側面に第１および第２の信号電極の入力部を配置しても、各信号電極を長くすることなく相互作用長を確保できる。

本発明の実施形態によれば、複数の光変調器を備える光デバイスにおいて、変調信号の品質を劣化させることなく小型化を図ることができる。

一般的なマッハツェンダ変調器の構成を示す図である。複数の光変調器を備える従来の光デバイスを示す図である。１チップ上に複数の光変調器を備える光デバイスを示す図である。実施形態の光デバイスを備える光送信機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７の実施形態の変形例を示す図（その１）である。第７の実施形態の変形例を示す図（その２）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８の実施形態の変形例を示す図である。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。

図４は、実施形態の光デバイスを備える光送信機の構成を示す図である。この光送信機１は、レーザ光源（ＬＤ）２、光デバイス３、ドライバ回路４を備える。
レーザ光源２は、この実施例では、所定の周波数のＣＷ光を生成する。ＣＷ光は、特に限定されるものではないが、例えば、直線偏光である。ドライバ回路３は、送信データに基づいてデータ信号を生成する。生成されたデータ信号は、光デバイス４に与えられる。なお、ドライバ回路３と光デバイス４との間は、特に限定されるものではないが、例えば同軸ケーブルにより接続される。

光デバイス４は、複数の光変調器を備え、ドライバ回路３から与えられるデータ信号に従って入力ＣＷ光を変調する。各光変調器は、特に限定されるものではないが、例えばマッハツェンダ変調器である。また、光デバイス４は、例えば、ＱＰＳＫ（ＤＱＰＳＫを含む）光変調器、または偏波多重変調器である。なお、光デバイス４は、複数のＱＰＳＫ変調器を備えてもよいし、複数の偏波多重変調器を備えてもよい。そして、光デバイス４により生成される変調信号は、光ファイバ５を介して伝送される。

図５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。この光デバイスは、図４に示す光デバイス４に相当し、レーザ光源２により生成されるＣＷ光が入力される。また、この光デバイスには、ドライバ回路３により生成されるデータ信号（ＲＦ−Ａ、ＲＦ−Ｂ）が与えられる。

基板１０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（屈折率等）が変化する。基板１０は、例えば、LiNbO₃(LN)またはLiTaO₂等の電気光学結晶により実現される。なお、基板１０は、この実施例では、長方形である。

基板１０の表面領域には、光変調器Ａ、Ｂが形成されている。そして、入力ＣＷ光は、分岐導波路により分岐され、光変調器Ａ、Ｂに導かれる。分岐導波路による分岐比は、例えば、１：１である。なお、分岐導波路は、Ｙ分岐カプラであってもよい。

光変調器Ａは、この実施例では、マッハツェンダ変調器であり、光分岐要素、１組の光導波路１１ａ、１１ｂ、光合波要素を備える。光導波路１１ａ、１１ｂは、互いに平行または略平行に形成されている。光変調器Ａへの入力光は、光分岐要素により分岐されて光導波路１１ａ、１１ｂに導かれる。そして、光合波要素は、光導波路１１ａ、１１ｂから出力される信号光を合波する。

なお、光導波路は、例えば、基板１０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１０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。

光変調器Ａは、光導波路にデータ信号ＲＦ−Ａを与えるための信号電極１２を備えている。また、光変調器Ａは、光導波路にＤＣバイアス電圧を与えるためのＤＣ電極１３を備えている。信号電極１２およびＤＣ電極１３は、この実施例では、光導波路１１ｂに沿って形成される。ここで、基板１０がＺカット基板である場合、Ｚ方向（基板１０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およびバイアス制御が行われる。この場合、信号電極１２およびＤＣ電極１３は、光導波路１１ｂの真上に形成される。

光変調器Ｂは、基本的に、光変調器Ａと同じ構成であり、光導波路２１ａ、２１ｂ、信号電極２２、ＤＣ電極２３を備えている。ただし、光変調器Ｂの信号電極２２にはデータ信号ＲＦ−Ｂが与えられる。また、光変調器Ａ、Ｂに与えられるＤＣバイアス電圧は、互いに独立して制御される。

なお、図５では省略されているが、基板１０の表面において、信号電極１２、２２、およびＤＣ電極１３、２３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１２は光導波路１１ｂの上に形成されているので、光導波路１１ａの上には接地電極が形成される。同様に、信号電極２２は光導波路２１ｂの上に形成されているので、光導波路２１ａの上には接地電極が形成される。そして、信号電極１２、２２の出力端は、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１０と各電極（信号電極１２、２２、ＤＣ電極１３、２３、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、光変調器Ａは、信号電極１２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、光変調器Ｂは、信号電極２２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５に示す実施例では、光デバイスは偏波多重変調器に使用される。すなわち、光変調器Ａ、Ｂにより生成される１組の変調信号は、偏波ビームカプラ１１１による多重化される。なお、実施形態の光デバイスがＱＰＳＫ変調器として使用される場合は、例えば、基板１０の表面領域に、光変調器Ａ、Ｂ間に位相差π／２を与えるための位相シフト要素、および光変調器Ａ、Ｂにより生成される１組の変調信号を合波する合波導波路が形成される。

光変調器Ａの動作点またはゼロ点は、ＤＣ電極１３のＤＣバイアス電圧をフィードバック制御することにより調整される。同様に、光変調器Ｂの動作点またはゼロ点は、ＤＣ電極２３のＤＣバイアス電圧をフィードバック制御することにより調整される。

信号電極１２、２２の入力部は、基板１０の同じ側面に設けられる。ここで、信号電極１２の入力部とは、データ信号ＲＦ−Ａが入力される信号電極１２の端部（あるいは、信号電極１２の端部に設けられるポートまたはコネクタ）を意味する。同様に、信号電極２２の入力部とは、データ信号ＲＦ−Ｂが入力される信号電極２２の端部（あるいは、信号電極２２の端部に設けられるポートまたはコネクタ）を意味する。また、基板１０の側面とは、基板１０の入力端または出力端以外の端部を意味する。図５に示す例では、基板１０の形状は長方形ＥＦＧＨであり、信号電極１２、２２の入力部は辺ＦＧの近傍に設けられている。

上記構成の光デバイスにおいて、データ信号ＲＦ−Ａ、ＲＦ−Ｂのビットレートは、この実施例では、非常に高速（例えば、数Gbit/s〜数１０Gbit/s）であるものとする。このため、データ信号ＲＦ−Ａ、ＲＦ−Ｂは、雑音の影響を抑圧するために、例えば同軸ケーブルを介して与えられる。ここで、同軸ケーブルを終端するコネクタの小型化には限界がある。したがって、信号電極１２、２２の入力部は、コネクタのサイズに応じて決まる所定の間隔よりも大きく隔てられて配置される。

一方、ＤＣバイアス電圧は、雑音の影響を受けにくいので、簡易な配線で与えることができる。すなわち、ＤＣ電極１３、２３の入力部、およびＤＣ電極１３、２３にＤＣバイアス電圧を供給する配線のサイズは、小さくすることができる。したがって、信号電極１２、２２の入力部どうしの間のスペースに、ＤＣ電極１３、２３の入力部を配置することが可能である。図５に示す例では、信号電極１２、２２の入力部の間のスペースに、ＤＣ電極２３の入力部が配置されている。

さらに、光変調器Ａにおいては、信号電極１２の出力側にＤＣ電極１３が設けられている。すなわち、光変調器Ａにおいては、入力光は、信号電極１２による相互作用領域を通過した後に、ＤＣ電極１３による相互作用領域を通過する。反対に、光変調器Ｂにおいては、信号電極２２の入力側にＤＣ電極２３が設けられている。すなわち、光変調器Ｂにおいては、入力光は、ＤＣ電極２３による相互作用領域を通過した後に、信号電極２２による相互作用領域を通過する。

なお、図５に示す構成では、光変調器Ａにおいて、信号電極１２およびＤＣ電極１３が光導波路１１ｂの上に形成されているが、信号電極１２およびＤＣ電極１３が光導波路１１ａの上に形成されてもよい。また、光導波路１１ａの上に一方の電極が形成され、光導波路１１ｂの上に他方の電極が形成されてもよい。これらのバリエーションは、光変調器Ｂにおいても同様に採用することが可能である。

上記構成によれば、例えば光変調器Ｂにおいて、信号電極２２による相互作用領域を光導波路２１ｂの終端部まで形成することができる。このため、信号電極２２を光変調器Ｂの入力側に引き回すことなく、十分な相互作用長を確保することができる。したがって、実施形態の構成によれば、相互作用長を同じとした場合、図３に示す構成と比較して、信号電極の経路長は短くなる。すなわち、実施形態の信号電極２２は、図３に示す信号電極１０４Ｂよりも短くなる。したがって、実施形態の光デバイスにおいては、変調帯域が改善され、変調信号の品質が向上する。

なお、実施形態の光デバイスにおいては、光変調器Ａにおける信号電極１２による相互作用長、および光変調器Ｂにおける信号電極２２による相互作用長は、互いに同じであることが好ましい。光変調器Ａ、Ｂの相互作用長が互いに同じであれば、光変調器Ａ、Ｂの駆動電圧が互いに同じになるので、ドライバ回路３の構成が簡単になる。或いは、光変調器Ａ、Ｂにより生成される変調信号Ａおよび変調信号Ｂのバランスがよくなるので、多重信号（ＱＳＰＫ信号または偏波多重信号）の品質が向上する。

また、光変調器ＡにおけるＤＣ電極１３による相互作用長、および光変調器ＢにおけるＤＣ電極２３による相互作用長も、互いに同じであることが好ましい。この場合、光変調器Ａ、Ｂ間でＤＣ電極のＶπを互いに同じにできるので、バイアス調整のための電源を共通化できる。

図６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の実施形態の光デバイスは、基板１０の表面領域に２個のＤＱＰＳＫ変調器Ａ、Ｂを備える。そして、入力光は、分岐されてＤＱＰＳＫ変調器Ａ、Ｂに導かれる。

ＤＱＰＳＫ変調器Ａは、分岐導波路３１、１組のサブマッハツェンダ導波路３２ａ、３２ｂ、合波導波路３３を備える。ここで、ＤＱＰＳＫ変調器Ａへの入力光は、分岐導波路３１により分岐されてサブマッハツェンダ導波路３２ａ、３２ｂに導かれる。そして、サブマッハツェンダ導波路３２ａ、３２ｂの出力光は、合波導波路により合波される。

サブマッハツェンダ導波路３２ａ、３２ｂには、それぞれ、信号電極３４ａ、３４ｂおよびＤＣ電極３５ａ、３５ｂが設けられている。このとき、ＤＣ電極３５ａ、３５ｂの相互作用領域は、信号電極３４ａ、３４ｂの相互作用領域の出力側に形成される。

さらに、ＤＱＰＳＫ変調器Ａは、サブマッハツェンダ導波路３２ａ、３２ｂ間に所定の位相差（例えば、π／２）を与えるための位相シフト要素を備える。位相シフト要素は、サブマッハツェンダ導波路３２ａ、３２ｂの一方（実施例では、サブマッハツェンダ導波路３２ｂ）の出力導波路に制御信号を与える位相制御電極３６により実現される。なお、位相制御電極３６の制御信号は、例えば、ＤＱＰＳＫ変調器Ａの出力信号をモニタしながら行われるフィードバック制御により生成される。

ＤＱＰＳＫ変調器Ｂの構成は、基本的に、ＤＱＰＳＫ変調器Ａと同じである。すなわち、ＤＱＰＳＫ変調器Ｂは、分岐導波路４１、サブマッハツェンダ導波路４２ａ、４２ｂ、合波導波路４３、信号電極４４ａ、４４ｂ、ＤＣ電極４５ａ、４５ｂ、位相制御電極４６を備える。ただし、ＤＱＰＳＫ変調器Ｂでは、ＤＣ電極４５ａ、４５ｂの相互作用領域は、信号電極４４ａ、４４ｂの相互作用領域の入力側に形成される。また、ＤＱＰＳＫ変調器Ｂでは、位相シフト要素は、サブマッハツェンダ導波路４２ａ、４２ｂの一方（実施例では、サブマッハツェンダ導波路４２ｂ）の入力導波路に制御信号を与える位相制御電極４６により実現される。

このように、ＤＱＰＳＫ変調器Ａにおいては、入力光は、信号電極３４ａ、３４ｂの相互作用領域、ＤＣ電極３５ａ、３５ｂの相互作用領域、位相制御電極３６の相互作用領域の順に通過する。一方、ＤＱＰＳＫ変調器Ｂにおいては、入力光は、位相制御電極４６の相互作用領域、ＤＣ電極４５ａ、４５ｂの相互作用領域、信号電極４４ａ、４４ｂの相互作用領域の順に通過する。したがって、各信号電極３４ａ、３４ｂ、４４ａ、４４ｂの入力部の間隔を広く配置し、且つ、各信号電極３４ａ、３４ｂ、４４ａ、４４ｂを長くすることなくレイアウトすることが可能になる。

なお、上記構成のＤＱＰＳＫ変調器Ａにおいて、信号電極３４ａ、３４ｂの入力側にＤＣ電極３５ａ、３５ｂを配置してもよい。この場合、ＤＱＰＳＫ変調器Ｂにおいては、信号電極４４ａ、４４ｂの出力側にＤＣ電極４５ａ、４５ｂを配置するようにしてもよい。

また、ＤＣ電極３５ａ、３５ｂ、４５ａ、４５ｂ、および位相制御電極３６、４６は、ＤＱＰＳＫ変調器Ａ、Ｂの間の領域を通過する。この構成によれば、これらの電極の入力部を互いに近接して配置することができる。図６に示す構成では、ＤＱＰＳＫ変調器Ａ、Ｂの出力側領域にＤＣ電極３５ａ、３５ｂ、４５ａ、４５ｂ、および位相制御電極３６、４６の入力部が配置されている。したがって、これらの電極と外部回路との接続／配線が容易になる。

図７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の実施形態の光デバイスの構成は、基本的には、図５に示す第１の実施形態と同じである。ただし、第３の実施形態においては、光変調器ＡにＤＣバイアス電圧を与えるための電極が、ＤＣ電極１３ｘおよびＤＣ電極１３ｙに分離されている。ＤＣ電極１３ｘは、基板１０の端部に形成されている。ＤＣ電極１３ｙは、光変調器Ａの光導波路の上およびその近傍に形成されている。そして、ＤＣ電極１３ｘ、１３ｙ間は、ボンディングワイヤ１３ｚにより接続されている。このとき、ボンディングワイヤ１３ｚは、信号電極２２を跨いでいる。

同様に、光変調器ＢにＤＣバイアス電圧を与えるための電極は、ＤＣ電極２３ｘおよびＤＣ電極２３ｙに分離されている。そして、ＤＣ電極２３ｘ、２３ｙ間は、ボンディングワイヤ２３ｚにより接続されている。このとき、ボンディングワイヤ２３ｚは、信号電極２２を跨いでいる。

上記構成によれば、データ信号ＲＦ−Ａの終端器１４およびデータ信号ＲＦ−Ｂの終端器２４を、基板１０の同じ側面に設けられる。図７に示す例では、基板１０の形状は長方形ＥＦＧＨであり、終端器１４、２４は、ＥＨの近傍に設けられている。なお、終端器１４、２４は、それぞれ、例えば、信号電極１２、２２と接地電極との間を所定の抵抗値の抵抗素子で接続することにより実現される。

図８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の実施形態の光デバイスは、ＱＰＳＫ変調器（または、ＤＱＰＳＫ変調器）である。なお、光変調器Ａ、Ｂの構成は、基本的に、図５に示す第１の実施形態と同じである。

ただし、第４の実施形態においては、光変調器Ａ、Ｂから出力される光信号は、基板１０上で合波されて出力される。また、この光デバイスは、光変調器Ａ、Ｂ間に所定に位相差（例えば、π／２）を与えるための位相シフト要素を備える。位相シフト要素は、光変調器Ａ、Ｂの一方（実施例では、光変調器Ａ）の出力導波路に制御信号を与える位相制御電極１５により実現される。なお、位相制御電極１５の制御信号は、例えば、光変調器Ａの出力信号をモニタしながら行われるフィードバック制御により生成される。

ＱＰＳＫ変調器においては、光変調器Ａ、Ｂ間でデータ信号のタイミングが適切に調整される。図８に示す例では、合波点１６において１組の光信号が互いに同期するように、データ信号ＲＦ−Ａ、ＲＦ−Ｂが調整される。この場合、例えば、位置Ｃにおけるデータ信号ＲＦ−Ａと位置Ｄにおけるデータ信号ＲＦ−Ｂが互いに同期するように調整される。ここで、位置Ｃから合波点１６へ至る光パス長と、位置Ｄから合波点１６へ至る光パス長は同じである。

しかし、信号電極１２の入力部から位置Ｃへ至る経路長と、信号電極２２の入力部から位置Ｄへ至る経路長とは、必ずしも同じではない。このため、第４の実施形態の光デバイスは、データ信号ＲＦ−Ａ、ＲＦ−Ｂ間のタイミングを調整するメカニズムを備える。なお、このような調整メカニズムは、光変調器Ａ、Ｂを用いてデュアルドライブ変調器を実現する際にも好適である。

図８に示す構成では、基板１０に入力される前にデータ信号ＲＦ−Ａ、ＲＦ−Ｂ間のタイミングが調整される。すなわち、この光デバイスは、中継基板５０を備える。中継基板５０の材質は、特に限定されるものではなく、基板１０と異なっていてもよい。中継基板５０の表面領域には、信号電極５１、５２、ＤＣ電極５３が形成されている。信号電極５１、５２は、それぞれ、基板１０上に形成されている信号電極１２、２２の入力部にボンディングワイヤで接続される。また、ＤＣ電極５３は、基板１０上に形成されているＤＣ電極２３の入力部にボンディングワイヤで接続される。そして、ドライバ回路３により生成されるデータ信号ＲＦ−Ａ、ＲＦ−Ｂは、それぞれ、信号電極５１、５２を介して基板１０に入力される。

上記構成の光デバイスにおいては、例えば、信号電極５１の入力端から位置Ｃへ至る経路長と、信号電極５２の入力端から位置Ｄへ至る経路長とが同じになるように、信号電極５１、５２のレイアウトが設計される。このような構成にすれば、ドライバ回路３は、データ信号ＲＦ−Ａ、ＲＦ−Ｂを同じタイミングで出力することができる。なお、ドライバ回路３は、必ずしもデータ信号ＲＦ−Ａ、ＲＦ−Ｂを同じタイミングで出力する必要はない。すなわち、データ信号ＲＦ−Ａ、ＲＦ−Ｂを適切なタイミングで出力することによって、変調信号Ａ、Ｂの同期を図るようにしてもよい。

上述の調整メカニズムは、光変調器Ａ、Ｂから出力される１組の光信号のタイミングを調整することで実現するようにしてもよい。例えば、図９に示す第５の実施形態においては、光変調器Ａ、Ｂから出力される光信号は、基板１０の外部に設けられる光カプラ５４により合波される。この場合、光カプラ５４において１組の光信号が互いに同期するように、光変調器Ａ、Ｂと光カプラ５４との間を接続する光ファイバの長さが設計される。

図１０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の実施形態の光デバイスの構成は、基本的には、図５に示す第１の実施形態と同じである。ただし、第６の実施形態では、変調光信号のチャープを抑制するための構成を備えている。

第６の実施形態では、基板１０に分極反転領域６１、６２が形成されている。分極反転領域は、非分極反転領域とは異なる電気光学特性を有している。例えば、印加電圧が高くなったときに非分極反転領域の屈折率が大きくなるものとすると、分極反転領域では、印加電圧が高くなったときに屈折率が小さくなる。そして、光変調器Ａ、Ｂにおいて、信号電極による相互作用領域の一部が、分極反転領域に配置される

光変調器Ａにおいては、信号電極１２は、非分極反転領域では光導波路１１ｂの上に形成され、分極反転領域６１では光導波路１１ａの上に形成されている。ここで、分極反転領域６１の長さは、相互作用長Ｌの半分または略半分である。この構成により、光変調器Ａのチャープをほぼゼロにすることができる。また、分極反転領域６１は、相互作用領域の中央部に配置されている。この構成により、広い帯域に渡ってゼロチャープ化が可能になる。なお、光変調器Ｂにおいても、光変調器Ａと同様に、分極反転領域６２を利用してゼロチャープ化を図っている。

このように、第６の実施形態では、分極反転領域を利用することにより、変調光信号のチャープを抑制することができる。したがって、光デバイスから出力される変調信号の品質が向上する。

図１１は、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７の実施形態の光デバイスの構成は、基本的に、第６の実施形態と同じである。ただし、第７の実施形態では、基板１０に分極反転領域６３が１つだけ形成されている。このため、光変調器Ａにおいては、信号電極１２による相互作用領域の入力側部分は非分極反転領域に配置され、その相互作用領域の出力側部分は分極反転領域６３に配置される。一方、光変調器Ｂにおいては、信号電極２２による相互作用領域の入力側部分は分極反転領域６３に配置され、その相互作用領域の出力側部分は非分極反転領域に配置される。
この構成によれば、図１０に示す構成と比較して、分極反転領域の設計が簡単になり、製造歩留まりの改善が見込まれる。

図１２および図１３は、第７の実施形態の変形例を示す図である。図１２に示す実施形態では、光変調器Ａにおいて、信号電極１２は、分極反転領域６３の入力側の非分極反転領域で光導波路１１ｂの上に配置され、分極反転領域６３で光導波路１１ａの上に配置され、さらに分極反転領域６３の出力側の非分極反転領域で光導波路１１ｂの上に配置されている。同様に、光変調器Ｂにおいて、信号電極２２は、分極反転領域６３の入力側の非分極反転領域で光導波路２１ｂの上に配置され、分極反転領域６３で光導波路２１ａの上に配置され、さらに分極反転領域６３の出力側の非分極反転領域で光導波路２１ｂの上に配置されている。

図１３に示す実施形態では、ＤＣ電極１３、２３の一部が分極反転領域６３に配置されている。ただし、ＤＣ電極１３は、非分極反転領域では光導波路１１ａの上に配置され、分極反転領域６３では光導波路１１ｂの上に配置される。また、ＤＣ電極２３は、非分極反転領域では光導波路２１ａの上に配置され、分極反転領域６３では光導波路２１ｂの上に配置される。

図１４は、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８の実施形態の光デバイスの構成は、基本的には、図１１に示す第７の実施形態と同じである。ただし、第８の実施形態においては、相互作用長Ｌ１よりも相互作用長Ｌ２の方が長い。相互作用長Ｌ１は、光変調器Ａにおいては、信号電極１２により非分極反転領域に形成される相互作用領域の長さであり、光変調器Ｂにおいては、信号電極２２により分極反転領域６３に形成される相互作用領域の長さである。また、相互作用長Ｌ２は、光変調器Ａにおいては、信号電極１２により分極反転領域６３に形成される相互作用領域の長さであり、光変調器Ｂにおいては、信号電極２２により非分極反転領域に形成される相互作用領域の長さである。

上記構成の光デバイスにおいて、データ信号の高周波成分は、信号電極を介して伝搬されるときに減衰する。このため、例えば光変調器Ａにおいて、仮に、Ｌ１＝Ｌ２であったものとすると、データ信号ＲＦ−Ａによる電気光学効果は、非分極反転領域で大きく、分極反転領域６３で小さくなる。そうすると、変調信号のチャープを十分に抑圧できないおそれがある。したがって、第８の実施形態では、信号電極の入力部から近い側に形成される相互作用領域よりも、遠い側に形成される相互作用領域の長さを長くすることにより、より精度の高いゼロチャープ化を実現している。

図１５は、第８の実施形態の変形例を示す図である。図１５に示す構成では、基板１０に分極反転領域６４、６５が形成されている。そして、光変調器Ａにおいて、信号電極１２は、分極反転領域６４の入力側の非分極反転領域で光導波路１１ｂの上に配置され、分極反転領域６３で光導波路１１ａの上に配置され、さらに分極反転領域６３の出力側の非分極反転領域で光導波路１１ｂの上に配置されている。また、光変調器Ｂにおいて、信号電極２２は、分極反転領域６４で光導波路２１ｂの上に配置され、分極反転領域６４、６５間の非分極反転領域で光導波路２１ａの上に配置され、さらに分極反転領域６５で光導波路２１ｂの上に配置されている。この構成においても、各領域の相互作用長を適切に設計することにより、データ信号の高周波領域でもレッド／ブルーチャープのバランスが劣化することはなく、広い帯域に渡ってチャープが抑圧される。

図１６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、基板１０は平行四辺形である。すなわち、レーザ光源２が生成するＣＷ光は、基板１０の入力端面において斜めに入射される。また、光変調器が生成する変調光は、基板１０の出力端面において斜めに出射される。この構成によれば、反射損失が少なくなる。

第９の実施形態の光導波路および電極の構成は、基本的には、図１１に示す第７の実施形態と同じである。ただし、第９の実施形態では、分極反転領域６６の形状は平行四辺形ＩＪＫＬである。ここで、分極反転領域６６の端部ＩＪ、ＬＫは、基板１０の入力端部ＥＦまたは出力端部ＨＧに平行である。このような構成とすれば、分極反転領域を形成するための製造工程が簡単になる。

なお、図５〜図１６に示す実施形態は、基板１０がＺカット基板であるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、基板１０は、Ｘカット基板であってもよい。なお、基板１０がＸカット基板である場合は、信号電極、ＤＣ電極、位相制御電極は、対象となる光導波路の真上に形成されるのではなく、対象となる光導波路の近傍に形成される。

（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第１および第２の光変調器を備える光デバイスであって、
前記第１の光変調器は、
第１の光導波路と、
前記第１の光導波路に第１のデータ信号を与える第１の信号電極と、
前記第１の信号電極の出力側に設けられ、前記第１の光導波路に第１のＤＣ電圧を与える第１のＤＣ電極、を備え、
前記第２の光変調器は、
第２の光導波路と、
前記第２の光導波路に第２のデータ信号を与える第２の信号電極と、
前記第２の信号電極の入力側に設けられ、前記第２の光導波路に第２のＤＣ電圧を与える第２のＤＣ電極、を備え、
前記第１および第２の信号電極の入力部は、前記基板の同じ側面に設けられている
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、
前記第１のＤＣ電極は、入力電極および相互作用電極を含み、
前記入力電極と前記相互作用電極との間は、前記第１または第２の信号電極の少なくとも一方をまたぐワイヤで接続されている
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、
前記第１および第２の光変調器により生成される第１および第２の変調信号が互いに同期するように、前記第１および第２のデータ信号間のタイミングを調整する調整手段をさらに備える
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、
前記調整手段は、表面領域に第１の中継電極および第２の中継電極が形成された中継基板を備え、
前記第１および第２の中継電極は、それぞれ前記第１および第２の信号電極に電気的に接続され、
前記第１および第２の中継電極は、前記第１および第２の変調信号が互いに同期するように、レイアウトされる
ことを特徴とする光デバイス。
（付記５）
付記１に記載の光デバイスであって、
前記基板の一部領域に分極反転領域が形成されており、
前記第１の光導波路と前記第１の信号電極とが互いに隣接する第１の相互作用領域の一部、および前記第２の光導波路と前記第２の信号電極とが互いに隣接する第２の相互作用領域の一部が、前記分極反転領域に配置されている
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、
前記第１の光変調器においては、前記第１の相互作用領域の出力側部分が前記分極反転領域に配置され、
前記第２の光変調器においては、前記第２の相互作用領域の入力側部分が前記分極反転領域に配置されている
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、
前記第１の光変調器においては、前記分極反転領域に配置される前記第１の相互作用領域の長さは、前記第１の相互作用領域の全長の半分よりも長く、
前記第２の光変調器においては、前記分極反転領域に配置される前記第２の相互作用領域の長さは、前記第２の相互作用領域の全長の半分よりも短い
ことを特徴とする光デバイス。
（付記８）
付記５に記載の光デバイスであって、
前記分極反転領域は平行四辺形であり、
前記基板の入力端部および出力端部は、前記平行四辺形の１つの辺に平行である
ことを特徴とする光デバイス。
（付記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ＱＰＳＫ光変調器を備える光デバイスであって、
前記第１および第２のＱＰＳＫ光変調器は、それぞれ、１組のサブマッハツェンダ導波路を有し、
前記第１のＱＰＳＫ光変調器においては、前記１組のサブマッハツェンダ導波路間の位相を制御するための制御信号を与える第１の位相制御電極が、前記１組のサブマッハツェンダ導波路の出力側に形成され、
前記第２のＱＰＳＫ光変調器においては、前記１組のサブマッハツェンダ導波路間の位相を制御するための制御信号を与える第２の位相制御電極が、前記１組のサブマッハツェンダ導波路の入力側に形成されている
ことを特徴とする光デバイス。
（付記１０）
付記９に記載の光デバイスであって、
前記第１または第２のＱＰＳＫ光変調器の一方は、
前記１組のサブマッハツェンダ導波路にデータ信号を与える第１の信号電極と、
前記第１の信号電極の出力側に設けられ、前記１組のサブマッハツェンダ導波路に第１のＤＣ電圧を与える第１のＤＣ電極、を備え、
前記第１または第２のＱＰＳＫ光変調器の他方は、
前記１組のサブマッハツェンダ導波路にデータ信号を与える第２の信号電極と、
前記第２の信号電極の入力側に設けられ、前記１組のサブマッハツェンダ導波路に第２のＤＣ電圧を与える第２のＤＣ電極、を備える
ことを特徴とする光デバイス。
（付記１１）
付記９に記載の光デバイスであって、
前記第１および第２の位相制御電極は、ぞれぞれ、前記第１および第２のＱＰＳＫ光変調器の間の領域を通過する
ことを特徴とする光デバイス。

１光送信機
２レーザ光源
３ドライバ回路
４光デバイス
１０基板
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ光導波路
１２、２２信号電極
１３、２３ＤＣ電極
１５位相制御電極
５０中継基板
６１〜６６分極反転領域
１１１偏波ビームカプラ

Claims

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の光変調器を備える光デバイスであって、
前記第１の光変調器は、
第１の光導波路と、
前記第１の光導波路に第１のデータ信号を与える第１の信号電極と、
前記第１の信号電極の出力側に設けられ、前記第１の光導波路に第１のＤＣ電圧を与える第１のＤＣ電極、を備え、
前記第２の光変調器は、
第２の光導波路と、
前記第２の光導波路に第２のデータ信号を与える第２の信号電極と、
前記第２の信号電極の入力側に設けられ、前記第２の光導波路に第２のＤＣ電圧を与える第２のＤＣ電極、を備え、
前記第１および第２の信号電極の入力部は、前記基板の同じ側面に設けられている
ことを特徴とする光デバイス。
請求項１に記載の光デバイスであって、
前記第１のＤＣ電極は、入力電極および相互作用電極を含み、
前記入力電極と前記相互作用電極との間は、前記第１または第２の信号電極の少なくとも一方をまたぐワイヤで接続されている
ことを特徴とする光デバイス。
請求項１に記載の光デバイスであって、
前記第１および第２の光変調器により生成される第１および第２の変調信号が互いに同期するように、前記第１および第２のデータ信号間のタイミングを調整する調整手段をさらに備える
ことを特徴とする光デバイス。
請求項１に記載の光デバイスであって、
前記基板の一部領域に分極反転領域が形成されており、
前記第１の光導波路と前記第１の信号電極とが互いに隣接する第１の相互作用領域の一部、および前記第２の光導波路と前記第２の信号電極とが互いに隣接する第２の相互作用領域の一部が、前記分極反転領域に配置されている
ことを特徴とする光デバイス。
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ＱＰＳＫ光変調器を備える光デバイスであって、
前記第１および第２のＱＰＳＫ光変調器は、それぞれ、１組のサブマッハツェンダ導波路を有し、
前記第１のＱＰＳＫ光変調器においては、前記１組のサブマッハツェンダ導波路間の位相を制御するための制御信号を与える第１の位相制御電極が、前記１組のサブマッハツェンダ導波路の出力側に形成され、
前記第２のＱＰＳＫ光変調器においては、前記１組のサブマッハツェンダ導波路間の位相を制御するための制御信号を与える第２の位相制御電極が、前記１組のサブマッハツェンダ導波路の入力側に形成されている
ことを特徴とする光デバイス。