JP2001154164A

JP2001154164A - 光変調器および光変調方法

Info

Publication number: JP2001154164A
Application number: JP33465599A
Authority: JP
Inventors: Toru Hosoi; 亨細井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-06-08
Also published as: US6400490B1

Abstract

(57)【要約】【課題】制御用ＤＣ電圧を用いることなく好適な初期動
作点を実現することができる光変調器を提供する。【解決手段】伝搬する光波が互いに干渉するように構成
された２本の分岐光導波路１２ｂ、１２ｃが３ｄＢ方向
性結合器１３により結合された光変調器において、３ｄ
Ｂ方向性結合器１３を構成する２本の光導波路の伝搬定
数の差で表わされる不均一さと結合係数との大きさの比
が１対５または１対１５もしくは１対２０のいずれかの
比率以上になるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
る光変調器に関し、特に光強度変調を行うマッハツェン
ダ干渉系型の光変調器に関する。さらには、そのような
光変調器を用いて行う光変調方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】大容量の情報を伝送することが可能な光
通信方式において、伝送レートのさらなる向上は重要で
あり、高速変調器がキーデバイスと考えられている。高
速変調が可能な光変調器の１つに、マッハツェンダ干渉
系型の光導波路構造を有する光変調器がある。このマッ
ハツェンダ干渉系型の光変調器は、駆動電圧のプッシュ
プルな印加によりノイズ成分における同相成分を相殺す
ることで外乱に対して安定でＳ／Ｎの良好な変調特性を
得ることができることから、特に、超高速光通信システ
ムにおける外部変調器としてよく用いられている。

【０００３】マッハツェンダ干渉系型の光変調器では、
入力光が２つに分岐され、分岐された光がそれぞれ位相
変調を受けて合波干渉することにより光強度変調され
る。通常、マッハツェンダ干渉系型の光変調器は、電圧
を印加していない状態で、分岐された光がそれぞれ伝搬
する２つの光導波路の位相差が０となるように構成され
るため、印加電圧０で入力光がそのまま出力され、電圧
印加に伴って出力光がコサインカーブ状に変化する。と
ころで、この光変調器の動作に際しては、外部から印加
される電界の強さに対して出射光強度がほぼ線形に変化
することが好ましい。そのため、マッハツェンダ干渉系
型の光変調器では、一般に、初期動作点はπ／２だけ位
相をずらした位置に設定されている。

【０００４】図２０（ａ）に一般的なマッハツェンダ干
渉系型の光変調器の構成を示す。このマッハツェンダ干
渉系型の光変調器は、電気光学効果を有する光学基板８
１上に埋め込み型の光導波路８２が設けられている。光
導波路８２は、入力導波路８２ａがＹ分岐構造の分岐部
を介して２つの光導波路８２ｂ、８２ｃに分岐され、さ
らにこれら分岐光導波路８２ｂ、８２ｃがＹ分岐構造の
結合部を介して出力導波路８２ｄに結合されており、こ
れによりマッハツェンダ干渉系型の導波路が構成されて
いる。分岐光導波路８２ｂ、８２ｃ上には、さらに光学
バッファ層８９および所定のパターンの進行波型電極８
４が設けられている。

【０００５】この光変調器では、入力導波路８２ａに入
力された単一直線偏光は、Ｙ分岐部で等分されて光導波
路８２ｂ、８２ｃにそれぞれ進む。このとき、光導波路
８２ｂ、８２ｃには、図２０（ｂ）に示すように、進行
波型電極８４に電圧を印加することによって発生した電
界が、光導波路８２ｂ、８２ｃに対して垂直で互いに逆
向きに印加されている。そのため、各光導波路８２ｂ、
８２ｃでは光学基板８１の有する電気光学効果によって
その屈折率が変化するが、各光導波路８２ｂ、８２ｃに
おける屈折率変化は、変化量が同等で、符号が正負逆に
作用する。したがって、屈折率変化による位相変調は光
導波路８２ｂ、８２ｃに対してプッシュプルに働くこと
となる。これら光導波路８２ｂ、８２ｃでそれぞれ位相
変調（±φ／２）を受けた光波は、Ｙ結合部にて合波干
渉して出力導波路８２ｄに進み、出力端から出力され
る。この場合、出力光は、総位相変調量φに対してｃｏ
ｓ²（φ/２）で変化する。例えば、光導波路８２ｂ、８
２ｃを導波する光波の合波干渉に際し、同相の場合（φ
＝２ｎπ）に出力が最大となり、逆相（φ＝(２ｎ＋１)
π）の場合に出力は最小となる（ｎ＝0,1,2…）。

【０００６】図２０（ａ）に示したマッハツェンダ干渉
系型の光変調器では、一般に、光強度変調を行うに当た
って、初期動作点を最大出力と最小出力の中間位置（π
／２位相状態）に設定することが好ましい。そこで、図
２１に示すように、高周波電源８７に加えて、ＤＣ電源
８５およびバイアス回路８６を設け、初期動作点を調整
できるようにしたものが提案されている。この構成によ
れば、駆動電圧である変調信号（ＡＣ）電圧に加えて、
バイアス設定用の直流（ＤＣ）電圧が進行波電極８４に
印加され、これにより光学基板が持つ電気光学効果によ
り光導波路の屈折率が変化して位相がシフトされる。図
２１（ｂ）に、ＤＣ電圧が０の場合の出力特性を示す。

【０００７】上記の他に、特開平５−２９７３３２号公
報には、光変調器の初期動作点をπ／２位相状態に調整
する他の方法として、マッハツェンダ干渉系を構成する
２つに分岐された光導波路の長さを、互いにわずかに異
なるように形成して光波長オーダー程度の光路長差が生
ずるようにしたものが記載されている。

【０００８】さらに、光変調器の初期動作点を調整する
別の方法としては、マッハツェンダ干渉系を構成する２
本の光導波路の幅を部分的に変化させて非対称形状と
し、それによって実効屈折率に差異を生じさせて、初期
動作点をシフトさせる方法（土屋、久保田、清野、1992
年電子通信学会秋期大会予稿集Ｃ−１７１）が知ら
れている。この他、特許第２５６４９９９号公報（特開
平４−２４３２７）には、マッハツェンダ干渉系を構成
する２本の光導波路を３ｄＢ方向性結合器で結合して光
出力をπ／２位相分だけシフトさせる方法が開示されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光変調器には以下のような問題がある。

【００１０】変調信号（ＡＣ）電圧に加えて直流（Ｄ
Ｃ）電圧を印加することにより初期動作点の調整が行わ
れる光変調器においては、動作点の経時変化（ＤＣドリ
フト現象）が生じるために、安定した変調特性を長期に
渡って維持できないという問題がある。このＤＣドリフ
ト現象は、例えばニオブ酸リチウム結晶を光学基板に用
いた場合によくみられる。加えて、直流（ＤＣ）電圧を
印加するためのバイアス回路を必要とするため、その
分、スペースをとるとともにコストも高くなるという問
題もある。なお、ＤＣドリフトによる電界の変化に追従
して電圧を補正するフィードバック回路を設けることに
より、光変調器の出力光の位相および初期動作点を一定
に保持し、これにより変調特性の安定化を図ることがで
きるが、この場合には、コストがかさむばかりか、回路
構成も複雑になってしまう。

【００１１】マッハツェンダ干渉系を構成する２本の光
導波路の長さまたは形状を変えることにより物理的な光
路差を生じさせるもの（特開平５−２９７３３２号公
報、電子通信学会秋期大会予稿集Ｃ−１７１）におい
ては、光変調器の駆動回路に関してオープン制御で良い
ため、構成が単純化されて電気回路の部品点数も少なく
て済む等の有効な利点はあるが、位相差を生じる構造と
したことにより、両光導波路における光損失に差が生じ
るとともに、光波の伝搬速度も空間的に一様でなくな
る。そのため、消光比（出射光強度の最大値と最小値の
比）の劣化や出射光強度の減少、さらにはマイクロ波と
光波の速度整合のずれが発生するという問題がある。

【００１２】マッハツェンダ干渉系を構成する２本の光
導波路を３ｄＢ方向性結合器で結合するもの（特許第２
５６４９９９号公報）においては、上記の各問題を解決
することができるものとして期待できるものの、これま
での実験結果から、両光導波路間に伝搬定数差がある場
合に、初期動作点がπ／２位相状態からずれてしまった
り、消光比が劣化するといった問題を生じることが分か
っている。

【００１３】以上説明した問題に加えて、従来の光変調
器のそれぞれには、温度ドリフトに関する以下のような
問題もある。

【００１４】この種の光変調器に用いられている光学基
板（例えばＬｉＮｂＯ₃）は焦電性を有するため、環境
温度の変化により光学基板の温度が上昇すると、焦電効
果により基板表面に分極電荷が発生し、これにより、マ
ッハツェンダ干渉系を構成する２本の分岐光導波路に加
えられる電界が不均一なものとなって両光導波路の屈折
率に変化が生じ、その結果、安定した変調特性を維持で
きなくなる。

【００１５】また、光学基板は圧電性も有することか
ら、光学基板の温度が上昇すると、光学バッファ層や表
面電極を形成したことで生じる内部応力の温度依存性に
起因して基板にストレスが生じ、圧電効果により基板表
面に分極電荷が発生する。そのため、上記の焦電効果の
場合と同様に、マッハツェンダ干渉系を構成する２本の
分岐光導波路の屈折率に変化が生じ、やはり安定した変
調特性を維持できなくなる。

【００１６】さらにまた、上記の光学基板に生じるスト
レスは、マッハツェンダ干渉系を構成する２本の分岐光
導波路の光路長差を生じさせることから、安定した変調
特性を維持できなくなる。このストレスの問題は、筐体
と光学基板との熱膨張率の違いによっても発生する。

【００１７】そこで、本発明の目的は、上述の問題を解
決し、制御用ＤＣ電圧を用いることなく好適な初期動作
点を実現することができるとともに、光損失の少ない、
良好な消光比を得られる、光変調器を提供することにあ
る。

【００１８】本発明の別の目的は、温度ドリフトを防止
することができる光変調器を提供することにある。

【００１９】さらに、本発明の別の目的は、そのような
光変調器を用いた光変調方法を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明の光変調器は、伝搬する光波が互いに干
渉するように構成された２本の分岐光導波路が３ｄＢ方
向性結合器により結合された光変調器において、前記３
ｄＢ方向性結合器を構成する２本の光導波路の伝搬定数
の差で表わされる不均一さと前記３ｄＢ方向性結合器の
結合係数との大きさの比が１対５以上の比率になるよう
に構成されたことを特徴とする。

【００２１】第２の発明の光変調器は、伝搬する光波が
互いに干渉するように構成された２本の分岐光導波路が
３ｄＢ方向性結合器により結合された光変調器におい
て、前記３ｄＢ方向性結合器を構成する２本の光導波路
の伝搬定数の差で表わされる不均一さと前記３ｄＢ方向
性結合器の結合係数との大きさの比が１対１５以上の比
率になるように構成されたことを特徴とする。

【００２２】第３の発明の光変調器は、伝搬する光波が
互いに干渉するように構成された２本の分岐光導波路が
３ｄＢ方向性結合器により結合された光変調器におい
て、前記３ｄＢ方向性結合器を構成する２本の光導波路
の伝搬定数の差で表わされる不均一さと前記３ｄＢ方向
性結合器の結合係数との大きさの比が１対２０以上の比
率になるように構成されたことを特徴とする。

【００２３】第４の発明の光変調器は、伝搬する光波が
互いに干渉するように構成された２本の分岐光導波路
が、入力された光波をシングルモードからマルチモード
に変換する２入力２出力のマルチモード干渉型の光導波
路により結合されていることを特徴とする。

【００２４】上述のいずれかの光変調器において、前記
２本の分岐光導波路の一方の光導波路上に第１の接地電
極が設けられ、他方の光導波路上に信号電極が設けられ
てもよい。この場合、前記信号電極を挟んで前記第１の
接地電極と対称な位置に第２の接地電極が設けられても
よく、また、前記第２の接地電極の一部が、前記３ｄＢ
方向性結合器の光導波路または前記マルチモード干渉型
の光導波路上に形成されてもよい。

【００２５】第５の発明の光変調器は、伝搬する光波が
互いに干渉するように構成された２本の分岐光導波路が
３ｄＢ方向性結合器により結合された光変調器におい
て、前記２本の分岐光導波路の一方の光導波路上に第１
の接地電極が設けられ、他方の光導波路上に信号電極が
設けられ、前記信号電極を挟んで前記第１の接地電極と
対称な位置に第２の接地電極が設けられていることを特
徴とする。

【００２６】上記第５の発明の光変調器において、前記
第２の接地電極の一部が、前記３ｄＢ方向性結合器を構
成する光導波路上に形成されてもよい。

【００２７】上述の発明において、前記第１および第２
の接地電極および信号電極のそれぞれに設けられるコネ
クタが、同一方向から取り出されるように構成されても
よい。

【００２８】また、前記２本の分岐光導波路が形成され
た電気光学効果を有する基板の裏面および側面に導電性
膜が形成されてもよい。

【００２９】さらに、筐体との接合が可能な接合部を有
し、該接合部が導電性接合材料もしくは軟化状態で接着
可能な接合材料より構成されてもよい。

【００３０】さらに、前記２本の分岐光導波路上に、光
波を閉じ込めるための光学バッファ層が設けられ、前記
２本の分岐光導波路が形成された電気光学効果を有する
基板の裏面に前記光学バッファ層と同じ材料で同じ膜厚
の膜が設けられてもよい。

【００３１】本発明の光変調方法は、上述のいずれかの
光変調器を用いて行う光変調方法であって、前記光変調
器を構成する３ｄＢ方向性結合器またはマルチモード干
渉型の光導波路から出力される２つの光出力のうちの所
望の光出力を取り出すことを特徴とする。

【００３２】（作用）マッハツェンダ干渉型の光導波路
を用いる光変調器において、マッハツェンダ干渉系を構
成する２本の分岐光導波路を３ｄＢ方向性結合器で結合
する構成とすることで、予め動作点をπ／２位相をずら
すよう制御することができ、好適にはバイアス電圧は完
全に印加不要とされる。よって、バイアスフリーの構成
を実現することができる。本発明のうち、第１〜３およ
び５の発明の光変調器においては、そのことが利用さ
れ、マッハツェンダ干渉系を構成する２本の分岐光導波
路が３ｄＢ方向性結合器で結合された構成となっている
ので、バイアス回路は不要である。

【００３３】マッハツェンダ干渉系を構成する２本の分
岐光導波路を３ｄＢ方向性結合器で結合する光変調器で
は、消光比が３ｄＢ方向性結合器を構成する２本の分岐
光導波路の伝搬定数の差で表わされる不均一さと３ｄＢ
方向性結合器の結合係数との大きさの比に依存すること
が、発明者らの研究により分かった。上記第１〜３の発
明の光変調器においては、この知見に基づいて、不均一
さと結合係数との大きさの比が実用的な消光比（概ね２
０ｄＢ）を得られるような値に設定されているので、従
来のように光変調器の出力光の位相および初期動作点が
シフトして変調特性が不安定になるといったことは生じ
ることはない。

【００３４】マッハツェンダ干渉型の光導波路を用いる
光変調器において、３ｄＢ方向性結合器に代えてマルチ
モード干渉型の光導波路（ＭＭＩ型の光導波路）を用い
ることでもバイアスフリーの構成を実現することができ
ることが、発明者らの研究により分かった。本発明のう
ち第４の発明においては、そのことが利用され、マッハ
ツェンダ干渉系を構成する２本の分岐光導波路がマルチ
モード干渉型の光導波路で結合された構成となっている
ので、バイアス回路は不要である。また、この構成によ
れば、３ｄＢ方向性結合器の特有の問題、すなわち、光
変調器の出力光の位相および初期動作点がシフトして変
調特性が不安定になるといった問題は生じない。

【００３５】本発明のうち、第１の接地電極と第２の接
地電極が信号電極を挟んで対称な位置に設けられている
ものにおいては、信号電極から第１および第２の接地電
極のそれぞれに対してほぼ均一な電界が発生するため、
マッハツェンダ干渉系を構成する２本の分岐光導波路に
加わる電界を均一なものとすることができる。加えて、
電極を対称構造としたことで、これら電極の負荷によっ
て生じる光学基板のストレスが各分岐光導波路に与える
影響も均等になる。

【００３６】本発明のうち、第２の接地電極の一部が３
ｄＢ方向性結合器を構成する導波路またはマルチモード
干渉型の光導波路上に形成されるものにおいては、その
導波路を覆うように設けられた電極によって、温度変化
や帯電などの外乱の影響を防ぐことができる。

【００３７】本発明のうち、基板の裏面および側面に導
電性膜が形成されているものにおいては、圧電効果また
は焦電効果により発生する分極電荷の発生がその導電性
膜によって抑制される。

【００３８】本発明のうち、接合部が導電性接合材料よ
り構成されるものにおいては、上記の導電性膜の構成の
ものと同様、圧電効果または焦電効果により発生する分
極電荷の発生がその導電性接合材料の接合部によって抑
制される。

【００３９】本発明のうち、接合部が軟化状態で接着可
能な接合材料より構成されるものにおいては、光導波路
が形成される光学基板と筐体との熱膨張率の差によって
生じるストレスのうち、光学基板に加わるストレスが、
軟化状態の接合部によって緩和される。

【００４０】本発明のうち、光学基板の裏面に光学バッ
ファ層と同じ材料で同じ膜厚の膜が設けられているもの
においては、光学バッファ層を形成したことで生じる内
部応力の温度依存性に起因するストレスが、光学基板の
表面側と裏面側でほぼ同じなる。

【００４１】本発明の光変調方法においては、３ｄＢ方
向性結合器または２入力２出力のマルチモード干渉型の
光導波路から出力される２つの光出力が、互いに逆位相
の関係または等パワーの関係にあることが利用される。
すなわち、本発明によれば、２つの光出力のうちの所望
の光出力を取り出すことができる。したがって、ユーザ
は、必要に応じて２つの光出力のうちの一方の光出力を
選択することができ、また、必要ならば、ユーザは２つ
の光出力の両方を取り出して使用することができる。

【００４２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００４３】（実施形態１）図１は、本発明の第１の実
施形態の光変調器の概略構成図である。この光変調器
は、電気光学効果を有する光学基板１１表面上に光導波
路１２が設けられ、さらにその上に光学バッファ層１９
および所定のパターンの進行波型電極１４が設けられた
構成となっている。

【００４４】光導波路１２は、入力光導波路１２ａがＹ
分岐構造の導波路を介して２つの分岐光導波路１２ｂ、
１２ｃに分岐され、さらにこれら分岐光導波路１２ｂ、
１２ｃが３ｄＢ方向性結合器１３を介してそれぞれ出力
光導波路１２ｄ、１２ｅと接続された、マッハツェンダ
干渉系型の導波路構造になっている。この構造によれ
ば、各出力光導波路１２ｄ、１２ｅから出力される２つ
の光出力のうちの所望の光出力を変調光として取り出す
ことができる。

【００４５】進行波型電極１４は、一部が分岐光導波路
１２ｃと重なるように設けられた電極１４ａ（接地電
極）と、その外周に沿って設けられ、一部が分岐光導波
路１２ｂと重なるように設けられた電極１４ｂ（信号電
極）と、これら電極を囲むように設けられた電極１４ｃ
（接地電極）とからなる。電極１４ｂは、一端が終端器
１８を介して電極１４ａ、１４ｃと接続され、他端がコ
ンデンサ１６と高周波電源１７を直列に接続した回路
（変調回路）を介して電極１４ａ、１４ｃと接続されて
いる。

【００４６】図２に、この光変調器における光波の伝搬
を模式的に示す。図２に示すように、入力光導波路１２
ａに入力された光は、Ｙ分岐部で等分されて分岐光導波
路１２ｂ、１２ｃにそれぞれ進む。このとき、進行波型
電極１４に信号電圧を印加することによって発生した電
界は分岐光導波路１２ｂ、１２ｃに対して垂直で互いに
逆向きに印加されており、光波は分岐光導波路１２ｂ、
１２ｃでそれぞれ位相変調（±φ／２）を受ける。分岐
光導波路１２ｂ、１２ｃでそれぞれ位相変調（±φ／
２）を受けた光波は、３ｄＢ方向性結合器１３にて合波
干渉して出力光導波路１２ｄ、１２ｅにそれぞれ進み、
各導波路の出力端からそれぞれ主信号、反転信号として
出力される。

【００４７】図３に、この光変調器の入力信号電圧に対
する出力光変化を示す。図３に示すように、各出力光導
波路１２ｄ、１２ｅの出力光は、互いに反転した関係に
ある。これら出力光導波路１２ｄ、１２ｅの出力光は、
互いの出力強度が印加信号電圧０において同一になるゼ
ロクロス状態となるように設定することが望ましい。こ
のように設定することで、予め初期動作点をπ／２移相
状態に設定することができる。

【００４８】本形態のように３ｄＢ方向性結合器を用い
る光変調器においては、初期位相シフト、消光比劣化、
光損失は、３ｄＢ方向性結合器を構成する２本の光導波
路の伝搬定数の差で表わされる不均一さとその結合係数
との大きさの比率、結合長のずれに関係する。以下に、
その関係を具体的に説明する。

【００４９】まず、３ｄＢ方向性結合器の不均一さと初
期位相シフトの関係について説明する。３ｄＢ方向性結
合器１３の不均一さは、次のように定義することができ
る。３ｄＢ方向性結合器１３を構成する２本の光導波路
ａ、ｂ（図２参照）の伝搬定数をそれぞれβ_a、β_bとす
ると、不均一さδは、 δ≡（β_a−β_b）／２で表わされる。図４に、３ｄＢ方向性結合器の不均一さ
δが０の場合と０．２の場合における、光変調器の入力
信号電圧に対する出力光の変化を示す。図４中、反転信
号（一点鎖線および点線）、主信号（実線および破線）
はそれぞれ出力導波路１２ｄ、１２ｅの出力光変化を示
す。不均一さδが０の場合は、π／２移相（ゼロクロ
ス）状態であるが、不均一さδが０．２の場合は、移相
量がπ／２からずれて、ゼロクロスしなくなる。ゼロク
ロスしなくなると、良好な変調特性を得られなくなる。

【００５０】続いて、３ｄＢ方向性結合器の結合長Ｌと
消光比劣化の関係について説明する。図５は、３ｄＢ方
向性結合器の結合長Ｌと光変調器の入力信号電圧に対す
る出力光の変化との関係を示す図である。図５におい
て、反転信号（一点鎖線および点線）と主信号（実線お
よび破線）はそれぞれ出力光導波路１２ｄ、１２ｅの出
力光変化を示す。結合長Ｌが３ｄＢ分岐結合長（３ｄＢ
分岐可能な結合長のこと）と一致している場合は、π／
２移相（ゼロクロス）状態である。結合長Ｌが３ｄＢ分
岐結合長からずれた場合（２５％のずれ）もπ／２移相
（ゼロクロス）状態であるが、その振幅の大きさは小さ
くなる。すなわち、結合長Ｌが３ｄＢ分岐結合長からず
れても位相シフトは生じないが、図６に示すように、山
の位置が上がりきらなくなり、また、谷の位置も落ちき
らなくなるために、その分消光比が劣化することにな
る。通常、所定値以上の消光比特性を得る場合、結合長
Ｌの３ｄＢ分岐結合長からのずれにはある程度の許容範
囲があることから、光導波路パターン設計上、結合長Ｌ
のずれに対しては大きなトレランスを持っている。

【００５１】以上のことから分かるように、３ｄＢ方向
性結合器を備える光変調器においては、初期位相シフト
を抑えて好適な初期動作点に設定するためには、結合長
のずれに比べて３ｄＢ方向性結合器の不均一性（不均一
さδ）のずれに着目すべきことがわかる。次に、３ｄＢ
方向性結合器の不均一さδと結合係数との大きさの好適
な比率について説明する。

【００５２】図７は、本発明の光変調器を構成する３ｄ
Ｂ方向性結合器の、不均一さδと結合係数κとの大きさ
の好ましい比率の範囲を示すチャート図である。横軸に
方向性結合器の不均一性をとり、左縦軸に初期バイアス
点変動量を位相量で示し、右縦軸に半波長電圧（Ｖπ）
を３．３Ｖとしたときの初期バイアス点変動量を電圧に
換算して示している。ここで、結合係数κは次のように
定義される。３ｄＢ方向性結合器を構成する、近接して
配置された２本の光導波路（図２の光導波路ａ、ｂ）領
域においては、互いに直交する正規モードとして偶モー
ドと奇モードがあり、その各々の伝搬定数をβ_e、β_oと
すると、結合係数κは、 κ＝（β_e−β_o）／２で表わされる。縦軸の初期バイアス変動量は小さいほう
が望ましい。不均一さδは、ウェハー面内均一性に依存
し、限りなく小さいことが望ましいが、ウェハー自体、
あるいは、作製プロセスに依存した不均一性が実作製上
どうしても存在する。図７において、横軸の不均一性
（δ）は実作製上の許容範囲を表わし、値が大きい程、
作製プロセス上のトレランスを大きくとることが可能と
なる。従って、図７に示すグラフでは、右下の領域が最
も望ましい条件範囲となる。また、結合係数κと初期バ
イアス変動量は比例関係にあり、結合係数κが大きいほ
どその傾きが小さくなっている。これは、結合係数κが
大きいほど、不均一さδに対する光導波路パターン設計
上のトレランスを大きくとることができることを意味す
る。

【００５３】図８は消光比劣化に対する不均一さと結合
係数との比（δ／κ）のトレランスを説明するための図
で、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれδ／κ＝０、０．２、
０．５のときの光変調器の入力信号電圧に対する出力光
変化を示し、（ｄ）は消光比とδ／κの関係を示す。こ
の図８から分かるように、不均一さと結合係数との比
（δ／κ）が大きくなるについれて出力光変化の振幅が
小さくなり（振幅差ΔＡが大きくなり）、消光比が劣化
する。良好な変調特性を得る実用的な消光比は２０ｄＢ
以上であることから、振幅差に関して、実用的な消光比
２０ｄＢ以上を得るには、不均一さδと結合係数κとの
比（δ／κ）は０．２以下とする必要がある。

【００５４】以上説明したように、本形態の光変調器で
は、３ｄＢ方向性結合器の不均一さδと結合係数κとの
大きさの比を１対５以上の比率とすることで、振幅差に
起因する消光比劣化の問題に関して、消光比を２０ｄＢ
以上とすることができ（図８参照）、実用的な光変調器
を得られる。

【００５５】図９は、位相シフトに対する不均一さと結
合係数との比（δ／κ）のトレランスを説明するための
図で、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれδ／κ＝０、０．０６
３、０．２のときの光変調器の入力信号電圧に対する出
力光変化を示し、（ｄ）は許容位相シフト量と消光比の
関係を示す。図９からから分かるように、不均一さと結
合係数との比（δ／κ）が大きくなるにつれて出力光変
化の位相シフト量（位相差Δφ）が大きくなり、消光比
が劣化する。位相差に関して、実用的な消光比２０ｄＢ
以上を得るには、不均一さδと結合係数κとの比（δ／
κ）は０．０６３以下とする必要がある。

【００５６】以上、不均一さδと結合係数との大きさの
比を１対１５以上の比率とすることで、位相シフトに起
因する消光比劣化の問題に関して、消光比を２０ｄＢ以
上とすることができ（図９参照）、実用的な光変調器を
得られる。

【００５７】また、経験的には、初期位相シフトを３％
以下に抑えることで、高品質な光通信を実現できること
が分かっている。たとえば、半波長電圧（Ｖπ）を３．
３Ｖとしたときに、初期バイアス変動量をこれの±３％
（すなわち０．１Ｖ）以内に抑えるには、不均一さδと
結合係数κとの比（δ／κ）を０．０５以下とする必要
がある（図７参照）。つまり、３ｄＢ方向性結合器の不
均一さδと結合係数κとの大きさの比を１対２０以上の
比率とすることで、初期位相シフトを３％以下に抑える
ことができる。バイアス点変動に対して、設定結合長ず
れは無影響である。

【００５８】以上をまとめて、図７に３つの枠で示し
た。

【００５９】なお、結合係数κを大きくとれば、不均一
さδに対する許容値を大きくすることができ、光導波路
設計上のトレランスを大きくできることから、結合係数
κは大きいほうが望ましい。

【００６０】本形態では、電極１４ｂ（信号電極）を挟
んで電極１４ａ（接地電極）と対称な位置に電極１４ｃ
（接地電極）が設けられた構成となっている。この構成
によれば、図１０に示すように、マッハツェンダ干渉系
部を構成する分岐光導波路１２ｂ、１２ｃに電界を均等
に印加することができるため、変調にチャーピング現象
（変調周波数が高い場合に生じる、変調光波長の時間的
微小変動）が発生しにくくなる。加えて、これら分岐光
導波路１２ｂ、１２ｃの上部構造（光学バッファ層や電
極）による負荷によって生じる光学基板１１の歪みの度
合いを均一にすることができるので、前述の課題で述べ
たようなストレスによって分岐光導波路１２ｂ、１２ｃ
に光路長差が生じることを防止することができる。

【００６１】また、本形態では、電極１４ｃの一部が３
ｄＢ方向性結合器１３上を覆うように形成されているの
で、温度変化や帯電などの外乱の影響を防止することが
でき、安定した動作を提供することができる。ここで
は、電極１４ｃの一部が３ｄＢ方向性結合器１３上を覆
うように構成しているが、単に導電性膜で３ｄＢ方向性
結合器１３上を覆うようにしてもよい。

【００６２】さらに、電極１４ｂ（信号電極）および電
極１４ｃ（接地電極）はコの字状のパターンになってお
り、それぞれの電極に設けられるコネクタが、同一方向
から取り出されるように構成されている。このように取
り出し用コネクタを同一方向に配置したことにより、Ｐ
ＫＧ設計における横幅制限や特殊なコネクタの必要性が
なくなり、設計の自由度が向上する。また、実際のＰＫ
Ｇ実装作業に際しても、作業性が良くなり、歩留まり劣
化の要因が少なくなる。

【００６３】次に、上述した不均一さδと結合係数κと
の比（δ／κ）の好適な条件を実現することが可能な光
変調器の具体的な構成および作製手順について説明す
る。以下に説明する実施例は、ＺカットＹ軸伝搬のニオ
ブ酸リチウム結晶基板方位を用いてチタン拡散法により
光導波路を作製した例である。

【００６４】（実施例１）図１に示した構成において、
光学基板１１にＺカットＹ軸伝搬のニオブ酸リチウム結
晶基板を用いる。ニオブ酸リチウム結晶基板１１上に、
幅６〜１０μｍ、膜厚６０〜１１０ｎｍのチタン薄膜パ
ターンを形成し、そのチタン薄膜パターンを酸素及び水
蒸気を含んだガス雰囲気中（場合によっては、窒素やア
ルゴン等の不活性ガスも含む）で９５０〜１１００℃の
温度で６〜１５時間程度の間、熱拡散することによって
光導波路１２を形成する。光導波路１２の一部として形
成される３ｄＢ方向性結合器１３のパターンは、例えば
波長１．５５μｍ帯であれば、３ｄＢ方向性結合器を構
成する２つの光導波路の間隙を７μｍ以下、結合長を１
０ｍｍ以下にすることが望ましい。

【００６５】続いて、光導波路１２の表面に、真空蒸着
法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などの既知の手法を用
いて、厚さ０．５〜２．５μｍ程度のＳｉＯ₂膜からな
る光学バッファ層１９を形成する。この光学バッファ層
１９は、光波を効率良く閉じ込めるためのものである。
ＳｉＯ₂膜の屈折率は１．５程度であり、これは光導波
路１２を構成するチタン拡散光導波路（１２ａ〜１２
ｅ）の屈折率よりも小さい。この光学バッファ層１９の
形成に際しては、酸素欠損を補うとともに誘電体層の電
気抵抗を高くするために、酸素雰囲気中で５００〜８０
０℃で熱処理を行うことが好ましい。なお、ＳｉＯ₂膜
以外でも、導波光の吸収がなく、かつ基板１１よりも屈
折率が小さい誘電体（Ａｌ₂Ｏ₃やＩＴＯなど）であれ
ば、これを光学バッファ層１９として使用できる。

【００６６】続いて、フォトリソグラフィ技術と薄膜形
成技術を用いて、光学バッファ層１９及び光学基板１１
上に、例えば厚さ０．１μｍ程度の金属層（チタン−金
など）を線幅６〜１２μｍの所望の形状にパターニング
することで下地金属を形成し、さらに金メッキ技術を用
いて厚さ１０〜４０μｍの厚膜に肉付けすることにより
電極１４ａ〜１４ｃを形成して、光変調器用デバイスを
完成する。

【００６７】（実施例２）本実施例においても、図１に
示した光変調器の光学基板１１にＺカットＹ軸伝搬のニ
オブ酸リチウム結晶基板を用いる。まず、ニオブ酸リチ
ウム結晶の光学基板１１上に、フォトレジストを塗布
し、露光技術によって所定のレジストパターンを形成す
る。このレジストパターンは、光導波路１２入出力の直
線光導波路１２ａ、１２ｄ、１２ｅおよび干渉系を構成
する光導波路１２ｂ、１２ｃの部分のパターンを形成す
るためのもので、７μｍ幅の導波路パターンを形成でき
る形状になっている。さらに、このレジストパターン
は、干渉系の終端部の方向性結合器１３の部分におい
て、２μｍの間隔を有する２本の直線パターンが１．３
ｍｍの長さにわたって隣接した光導波路パターンを形成
できる形状になっている。

【００６８】レジストパターン形成後、その上にスパッ
タ法によって膜厚８４ｎｍのチタン薄膜を堆積させる。
アセトンなどの有機溶媒を用いてリフトオフし、チタン
薄膜による光導波路パターンを形成する。この光導波路
パターンを、水蒸気を含んだ酸素雰囲気中で、１０４５
℃で８時間、熱拡散を行い、単一モードチタン拡散光導
波路（光導波路１２）を作製する。

【００６９】続いて、光導波路１２表面に厚さ０．９μ
ｍのＳｉＯ₂ 膜よりなる光学バッファ層１９をＣＶＤ法
により形成し、ＳｉＯ₂ 膜の組成欠損を補うため、酸素
雰囲気中で７００℃８時間の熱処理を行う。

【００７０】さらに続いて、光学バッファ層１９が形成
された基板１１上に、蒸着法を用いて、チタン−金から
なる金属薄膜をそれぞれ厚さ０．０２μｍと０．１μｍ
に成膜し、その後、露光技術を用いて、＋電極線の線幅
９μｍ、電極間隔２６μｍの電極パターンを形成する。
さらに、その上に、レジストを塗布し、再度、露光技術
によって、特定形状の電極パターンを残すように、全厚
さが３０μｍ程度のレジストパターンを形成する。そし
て、このレジストパターンをマスクとして、上記電極パ
ターン上に電界金メッキ法によって厚さ２６μｍに厚膜
化した電極を形成し、その後レジストパターンを除去し
て進行波型電極１４を完成する。

【００７１】（実施形態２）前述した第１の実施形態で
は、干渉部を構成する光導波路１２ｂ、１２ｃを伝搬し
た光が３ｄＢ方向性結合器１３によって結合される構成
となっていたが、この３ｄＢ方向性結合器１３に代え
て、２×２ポートのマルチモード干渉器（ＭＭＩ：Mult
i-Mode Interference）光導波路を用いることもでき
る。ここでは、ＭＭＩ導波路を用いた光変調器を説明す
る。

【００７２】図１１は、本発明の第２の実施形態であ
る、ＭＭＩ型導波路を備える光変調器の構成図である。
図１１中、図１に示した構成と同じものには同じ符号を
付している。なお、同じ構成についての詳細な説明は、
ここでは省略する。

【００７３】本形態の光変調器においても、図１に示し
た構成と同様に、電気光学効果を有する光学基板１１上
に光導波路１２が設けられ、さらにその上に光学バッフ
ァ層１９および所定のパターンの進行波型電極１４が設
けられた構成となっている。光導波路１２は、入力光導
波路１２ａがＹ分岐構造の導波路を介して２つの分岐光
導波路１２ｂ、１２ｃに分岐され、さらにこれら分岐光
導波路１２ｂ、１２ｃが２入力２出力のＭＭＩ型導波路
２３で結合されて出力光導波路１２ｄ、１２ｅと接続さ
れた、マッハツェンダ干渉系型の導波路である。ＭＭＩ
導波路２３は、例えば、光導波路幅Ｗが６〜９μｍ、光
導波路間隙Ｇが１０〜２５μｍ、マルチモード光導波路
部分の幅Ｗｍが２８〜４５μｍ、長さＬｍが２〜６ｍｍ
となっている。この他、図１１には示されていないが、
第１の実施形態で説明した進行波型電極、変調のための
回路などを備える。

【００７４】ＭＭＩ型導波路は、一般には、１）分岐比
５０：５０の等パワーの光波に分岐分離する、２）作製
トレランスが大きい、３）波長依存性が小さい、という
３つの特徴を有している。第５８回応用物理学会学術講
演会講演予稿集（１９９７年１０月、Ｐ１１１７）の４
ａ−ＺＢ−８の「Ｔｉ：ＬｉＮｂＯ₃を用いた小型ＭＭ
Ｉカプラ」の記載から分かるように、ＭＭＩ型導波路は
解析的な計算によって設計でき、その作製トレランスは
方向性結合器と比べて緩い、という特徴も持つ。

【００７５】図１２は、２入力２出力のＭＭＩ型導波路
の原理説明図である。ＭＭＩ型導波路は、一方の細幅の
入力導波路から入力された単一モードの光波を、広幅の
光導波路部分においてマルチモード（高次モード）に変
換した後、２つの出力導波路の界分布と漸近させること
で、スムーズにシングルモードに変換し、等パワーの光
波に分岐分離する。

【００７６】図１１に示したＭＭＩ型導波路２３では、
分岐光導波路１２ｂから入力された光波が等パワーの光
波に分岐分離されると同時に、分岐光導波路１２ｃから
入力された光波が等パワーの光波に分岐分離される。こ
れら分岐分離された光波は合波されてＭＭＩ型導波路２
３の各出力導波路から出力される。

【００７７】一般的に、マッハツェンダ干渉系型の光導
波路構造を有する光変調器では、Ｙ分岐部分において放
射光が少なからず発生するため、その放射光が合波・結
合部において再結合し変調特性に悪影響を与えることが
考えられる。本形態のように、合波・結合部がＭＭＩ型
導波路により構成されるものにおいては、放射光の影響
がＭＭＩ型導波路の広幅の光導波路部分（マルチモード
部）において低減される。これにより、通信品質はさら
に向上する。

【００７８】さらに、本形態では、電極１４ｃの一部が
ＭＭＩ型導波路２３上を覆うように形成されているの
で、前述の第１の実施形態のものと同様、温度変化や帯
電などの外乱の影響を防止することができ、安定した動
作を提供することができる。ここでは、電極１４ｃの一
部がＭＭＩ型導波路２３上を覆うように構成している
が、単に導電性膜（ＧＮＤ層）で覆うようにしても同様
の効果を得ることができる。

【００７９】以上説明した第１および第２の実施形態の
光変調器において、温度ドリフトが生じる原因として
は、前述の課題でも述べた通り、焦電効果および圧電効
果によって分極電荷が発生する場合、ストレスによって
分岐光導波路に光路長差が生じる場合の２つがある。以
下に、これらの原因による温度ドリフトの問題を解消す
ることができる４つの実施形態３〜６を示す。

【００８０】（実施形態３）図１３は、本発明の第３の
実施形態である光変調器の構成を説明するための図で、
（ａ）は断面図、（ｂ）は分極電荷の状態を示した模式
図である。図１３中、図１に示した構成と同じものには
同じ符号を付し、それらの詳細な説明はここでは省略す
る。

【００８１】本形態の光変調器は、シリコン膜１０が設
けられている以外は、前述した第１および第２の実施形
態のものと同様の構成のものである。光学基板１１表面
上に分岐光導波路１２ｂ、１２ｃおよび光学バッファ層
１９が形成され、光学バッファ層１９および光学基板１
１の露出面をほぼ覆うようにシリコン膜１０が形成され
ている。電極１４ａ〜１４ｃは、光学バッファ層１９上
にシリコン膜１０を介して形成されている。この構成に
よれば、図１３（ｂ）に示すように、光学基板１１表面
とシリコン膜１０とが直接接する部分では、光学基板１
１表面に発生する分極電荷（＋）がシリコン膜１０側に
発生する電荷（−）と打ち消し合うこととなり、結果的
に分極電荷の発生がシリコン膜１０により抑制されるこ
ととなる。これにより、マッハツェンダ干渉系を構成す
る２本の分岐光導波路１２ａ、１２ｂに加えられる電界
への分極電荷の影響が抑えられ、変調特性の安定性を改
善することができる。

【００８２】（実施形態４）図１４は、本発明の第４の
実施形態である光変調器の断面図である。図１４中、図
１に示した構成と同じものには同じ符号を付し、その詳
細な説明についてはここでは省略する。

【００８３】本形態の光変調器は、光学基板１１の側面
および裏面に導電性膜１５が形成されている以外は、前
述した第３の実施形態のものと同様の構成のものであ
る。導電性膜１５は電極（接地電極）１４ａ、１４ｃに
電気的に接続されている。この構成によれば、上記第３
の実施形態と同様に分極電荷（＋）の発生がシリコン膜
１０により抑制されることに加えて、分極電荷（−）が
発生する光学基板１１裏面が導電性膜１５を介してグラ
ンドと電気的に接続されるため、上記第３の実施形態の
ものより効果的に分極電荷の発生が抑制されることとな
る。

【００８４】本形態の場合、シリコン膜１０の無い状
態、すなわち導電性膜１５を単独で設けたものとして
も、分極電荷の発生をある程度抑制することができる。

【００８５】（実施形態５）図１５は、本発明の第５の
実施形態である光変調器の固着構造の一例を示す図であ
る。図１５中、図１に示した構成と同じものには同じ符
号を付し、その詳細な説明についてはここでは省略す
る。

【００８６】本形態の光変調器は、図１に示した構成の
光変調器の光学基板１１の裏面が接合部２を介して筐体
１に固着された構造となっている。光学基板１１上に形
成された光導波路１２の入力導波路と光ファイバー３ａ
が結合され、出力導波路の一方と光ファイバー３ｂが結
合されている。接合部２は、導電性接合材料もしくは軟
化状態で接着可能な接合材料よりなる。

【００８７】接合部２を軟化状態で接着可能な接合材料
より構成した場合は、光学基板１１と筐体１との熱膨張
率の差から光学基板１１に生じるストレスが接合部２に
って緩和される。一方、接合部２を導電性接合材料より
構成した場合は、分極電荷（−）が発生する光学基板１
１裏面が接合部２を介して筐体１（グランド）と電気的
に接続されるため、上記第４の実施形態の場合と同様、
分極電荷の発生をある程度抑制することができる。

【００８８】（実施形態６）図１６は、本発明の第６の
実施形態である、対称構造を備える光変調器の断面図で
ある。図１６中、図１に示した構成と同じ構成には同じ
符号を付している。

【００８９】本形態の光変調器は、光学基板の裏面にＳ
ｉＯ₂膜２０が設けられている以外は、図１に示した光
変調器と同様の構成のもである。ＳｉＯ₂膜２０は、光
学バッファ層１９と同じ材料で、同じ厚さとなってい
る。このように構成することで、光学バッファ層を形成
したことで生じる内部応力の温度依存性に起因して光学
基板１１に生じるストレスを、基板１１の表面側と裏面
側でほぼ同じにすることができる。よって、マッハツェ
ンダ干渉系を構成する２本の分岐光導波路１２ｂ、１２
ｃにおける、ストレスに伴う屈折率の変化を抑制するこ
とができ、安定した変調特性を維持することができる。

【００９０】以上説明した各実施形態１〜６では、Ｚカ
ットＹ軸伝搬のニオブ酸リチウム結晶基板方位を用いた
場合について説明したが、他の結晶基板方位（例えば、
ＸカットＹ軸伝搬など）にも適用可能である。また、使
用した基板はニオブ酸リチウムを用いているが、電気光
学効果を有する材料ならば、誘電体材料、半導体材料の
区別無く使用することができる。

【００９１】３ｄＢ方向性結合器としては、図１に示し
たような近接する光導波路間の間隔が一定である構造の
ものの他に、図１７に示すように、近接する光導波路間
の間隔ｄが特定の関数に従って変化し、結合係数が空間
的に変化する重み付け結合の結合器構造のものを用いる
こともできる。この場合、３ｄＢ方向性結合器の波長依
存性、偏光依存性、結合長依存性などを緩和することが
可能となる。

【００９２】また、光導波路１２の入力側のＹ分岐構造
に代えて、図１８に示すような多段方向性結合器を用い
ることもできる。この多段方向性結合器は、１つの入力
光導波路３０と、２つの出力光導波路３１、３２とから
なる。各光導波路３０〜３２はそれぞれ分離されてお
り、入力光導波路３０の端部と出力光導波路３１、３２
の端部とが近接して配置されて、略Ｙ字状の結合器を構
成している。この構造によれば、Ｙ分岐構造に比べて過
剰損が少なく、また、ファイバ入射位置ずれなどによる
分岐比の変化も少ない。

【００９３】光導波路１２の入力側のＹ分岐構造は、さ
らに図１９に示すように、入力光導波路にモードフィル
タ４０を備えた構成としてもよい。この構成によれば、
多モードの入力光はモードフィルタ４０にてシングルモ
ードに変換されるので、Ｙ分岐部分に入射する前に入力
光のシングルモード化を行うことができる。よって理想
的な分岐（分岐比１：１）を行うことができる。

【００９４】以上、本発明に好適な実施形態を述べた
が、本発明思想を逸脱しない範囲内で、各部の構成、制
御、及びこれらの組合せの様々な変更が行えることは言
うまでも無い。

【００９５】また、以上の説明では、光強度変調器への
適用例を述べたが、本発明によるマハツェンダ干渉系型
光導波路構造を用いて他の様々な光機能デバイスを実現
できる事は言うまでも無い。

【００９６】次に、上述した各実施形態の光変調器を用
いた光変調方法について説明する。３ｄＢ方向性結合器
を用いた光変調器においては、一方の出力光導波路から
主信号が出力され、他方の出力光導波路からその反転信
号が出力される。本発明の光変調方法は、これら光出力
（主信号、反転信号）が互いに逆相の関係にあることを
利用して、いずれか一方の光出力を取り出して使用す
る、または、それら２つの光出力の両方を取り出して使
用することを特徴とする。この手法は、２入力２出力の
マルチモード干渉型の光導波路（ＭＭＩ型の光導波路）
を用いた光変調器においても適用することができる。特
に、このＭＭＩ型の光導波路を用いる場合は、各出力光
導波路からは分岐比５０：５０の等パワーの光出力が得
られることから、その利用性は高い。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バイアスＤＣ電圧供給電源やバイアス回路、フィードバ
ック回路等、従来変調器毎に必要であった回路を必要と
しないので、低コスト化および小型化を図ることができ
るという効果がある。

【００９８】加えて、ＤＣドリフトおよび温度ドリフト
の影響を低減することができるので、長期に渡って安定
した変調特性を提供することができるとともに、光損失
の少ない、良好な消光比を得られる。よって、従来にな
い、信頼性に優れた光変調器を提供することができる。
このように高機能で高安定性を有する光変調器を供給で
きる効果は極めて大きなものであると言える。

【００９９】また、本発明の光変調方法によれば、上記
効果に加えて、３ｄＢ方向性結合器またはマルチモード
干渉型の光導波路の２つ出力光のうち所望の出力光を選
択することができので、設計上の自由度が高くなるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の光変調器の概略構成
図である。

【図２】図１に示す光変調器における光波の伝搬を示す
模式図である。

【図３】図１に示す光変調器の入力信号電圧に対する出
力光変化を示す波形図である。

【図４】３ｄＢ方向性結合器の不均一さと入力信号電圧
に対する出力光の変化との関係を説明するための図であ
る。

【図５】３ｄＢ方向性結合器の結合長と入力信号電圧に
対する出力光の変化との関係を説明するための図であ
る。

【図６】結合長Ｌのずれと入力信号電圧に対する出力光
の変化との関係を説明するための図である。

【図７】３ｄＢ方向性結合器の不均一さδと結合係数κ
との大きさの比の好ましい比率範囲を示すチャート図で
ある。

【図８】消光比劣化に対する不均一さと結合係数との比
（δ／κ）のトレランスを説明するための図で、（ａ）
〜（ｃ）は、それぞれδ／κ＝０、０．２、０．５のと
きの光変調器の入力信号電圧に対する出力光変化を示す
波形図、（ｄ）は消光比とδ／κの関係を示す特性図で
ある。

【図９】位相シフトに対する不均一さと結合係数との比
（δ／κ）のトレランスを説明するための図で、（ａ）
〜（ｃ）は、それぞれδ／κ＝０、０．０６３、０．２
のときの光変調器の入力信号電圧に対する出力光変化を
示す波形図、（ｄ）は許容位相シフト量あるいはδ／κ
と消光比の関係を示す特性図である。

【図１０】図１に示すマッハツェンダ干渉系部を構成す
る分岐光導波路に加わる電界の状態を示す模式図であ
る。

【図１１】本発明の第２の実施形態である、ＭＭＩ型導
波路を備える光変調器の概略構成図である。

【図１２】ＭＭＩ型導波路の原理説明図である。

【図１３】本発明の第３の実施形態である光変調器の構
成を説明するための図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は分
極電荷の状態を示す模式図である。

【図１４】本発明の第４の実施形態である光変調器の断
面図である。

【図１５】本発明の第５の実施形態である光変調器の固
着構造の一例を示す図である。

【図１６】本発明の第６の実施形態である、対称構造を
備える光変調器の断面図である。

【図１７】３ｄＢ方向性結合器を構成する光導波路の一
構成例を示す図である。

【図１８】多段方向性結合器の一構成例を示す図であ
る。

【図１９】本発明の光変調器に適用可能なＹ分岐構造の
一構成例を示す図である。

【図２０】（ａ）は一般的なマッハツェンダ干渉系型の
光変調器の構成を示す図で、（ｂ）はそのマッハツェン
ダ干渉系光を構成する光導波路に加わる電界の状態を示
す模式図である。

【図２１】（ａ）は初期動作点の調整が可能なマッハツ
ェンダ干渉系型の光変調器の構成を示す図で、（ｂ）は
ＤＣ電圧が０の場合の出力特性を示す特性図である。

【符号の説明】

１筐体２接合部３ａ、３ｂ光ファイバー１１光学基板１２光導波路１２ａ入力光導波路１２ｂ、１２ｃ分岐光導波路１２ｄ、１２ｅ出力光導波路１３３ｄＢ方向性結合器１４進行波電極１４ａ〜１４ｃ電極１７高周波電源１８終端器１９光学バッファ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】伝搬する光波が互いに干渉するように構
成された２本の分岐光導波路が３ｄＢ方向性結合器によ
り結合された光変調器において、前記３ｄＢ方向性結合器を構成する２本の光導波路の伝
搬定数の差で表わされる不均一さと前記３ｄＢ方向性結
合器の結合係数との大きさの比が１対５以上の比率にな
るように構成されたことを特徴とする光変調器。
【請求項２】伝搬する光波が互いに干渉するように構
成された２本の分岐光導波路が３ｄＢ方向性結合器によ
り結合された光変調器において、前記３ｄＢ方向性結合器を構成する２本の光導波路の伝
搬定数の差で表わされる不均一さと前記３ｄＢ方向性結
合器の結合係数との大きさの比が１対１５以上の比率に
なるように構成されたことを特徴とする光変調器。
【請求項３】伝搬する光波が互いに干渉するように構
成された２本の分岐光導波路が３ｄＢ方向性結合器によ
り結合された光変調器において、前記３ｄＢ方向性結合器を構成する２本の光導波路の伝
搬定数の差で表わされる不均一さと前記３ｄＢ方向性結
合器の結合係数との大きさの比が１対２０以上の比率に
なるように構成されたことを特徴とする光変調器。
【請求項４】伝搬する光波が互いに干渉するように構
成された２本の分岐光導波路が、入力された光波をシン
グルモードからマルチモードに変換する２入力２出力の
マルチモード干渉型の光導波路により結合されているこ
とを特徴とする光変調器。
【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載の光変
調器において、前記２本の分岐光導波路の一方の光導波路上に第１の接
地電極が設けられ、他方の光導波路上に信号電極が設け
られていることを特徴とする光変調器。
【請求項６】請求項５に記載の光変調器において、前記信号電極を挟んで前記第１の接地電極と対称な位置
に第２の接地電極が設けられていることを特徴とする光
変調器。
【請求項７】請求項６に記載の光変調器において、前記第２の接地電極の一部が、前記３ｄＢ方向性結合器
の光導波路または前記マルチモード干渉型の光導波路上
に形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項８】伝搬する光波が互いに干渉するように構
成された２本の分岐光導波路が３ｄＢ方向性結合器によ
り結合された光変調器において、前記２本の分岐光導波路の一方の光導波路上に第１の接
地電極が設けられ、他方の光導波路上に信号電極が設け
られ、前記信号電極を挟んで前記第１の接地電極と対称
な位置に第２の接地電極が設けられていることを特徴と
する光変調器。
【請求項９】請求項８に記載の光変調器において、前記第２の接地電極の一部が、前記３ｄＢ方向性結合器
を構成する光導波路上に形成されていることを特徴とす
る光変調器。
【請求項１０】請求項６から９のいずれか１項に記載
の光変調器において、前記第１および第２の接地電極および信号電極のそれぞ
れに設けられるコネクタが、同一方向から取り出される
ように構成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項１１】請求項１から１０のいずれかに記載の
光変調器において、前記２本の分岐光導波路が形成された電気光学効果を有
する基板の裏面および側面に導電性膜が形成されている
ことを特徴とする光変調器。
【請求項１２】請求項１から１０のいずれかに記載の
光変調器において、筐体との接合が可能な接合部を有し、該接合部が導電性
接合材料もしくは軟化状態で接着可能な接合材料より構
成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項１３】請求項１から１２のいずれかに記載の
光変調器において、前記２本の分岐光導波路上に、光波を閉じ込めるための
光学バッファ層が設けられ、前記２本の分岐光導波路が
形成された電気光学効果を有する基板の裏面に前記光学
バッファ層と同じ材料で同じ膜厚の膜が設けられている
ことを特徴とする光変調器。
【請求項１４】請求項１から１３に記載の光変調器を
用いて行う光変調方法であって、前記光変調器を構成する３ｄＢ方向性結合器またはマル
チモード干渉型の光導波路から出力される２つの光出力
のうちの所望の光出力を取り出すことを特徴とする光変
調方法。