JP5573985B1

JP5573985B1 - 光変調器

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Publication number: JP5573985B1
Application number: JP2013017746A
Authority: JP
Inventors: 美紀岡村; 徳隆原
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2033-01-31
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Abstract

【課題】２つの変調部から出力される光の光路長の差を補正し、光信号の品質を好適に維持することを可能とする。
【解決手段】光変調器１では、基板４１における出力導波路４２ｂ（第１の光路）の光路長Ｎ１よりも出力導波路４２ｃ（第２の光路）の光路長Ｎ２が長い（Ｎ１＜Ｎ２）構成とすることで、偏波合成素子７２の第１の面７２ａと第２の面７２ｂとの間における光路長の長さの差（ｍ１−ｍ２）を原因として２つの変調部から出力される光の光路長が互いに異なる場合であっても、２つの変調部から出力される光の合波点Ｘまでの光路長（Ｌ１，Ｌ２）の差を少なくするように調整することができ、光変調器１から出射される光信号の品質を好適に維持することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、光変調器に関する。

１００Ｇｂ／ｓの高速且つ大容量の光ファイバ通信を可能にする光デバイスとして、偏波直交４値位相変調器（ＤＰ−ＱＰＳＫ；Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying）が知られている。例えば、特許文献１のＤＰ−ＱＰＳＫでは、ＬＮ基板上に２組のマッハツェンダ型の光導波路が設けられ、それぞれのマッハツェンダ型の光導波路から出射された光の一方または両方の偏波面を回転させ、これらの光の偏波面が互いに直交する関係で合波することにより偏波合成して出力している。偏波合成の光学系構成については、例えば特許文献２において、基板出射端の近くに配置されたレンズ（集光素子）でコリメート（集光）した後に１／２波長板で一方の偏波面を回転させ、ミラーと偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）によって合波して出射する構成が示されている。２つのマッハツェンダ型光導波路により変調された光はそれぞれ４値の信号を形成し、偏波合成素子において合成することで、偏波多重された８値の光出力を得ることができる。

しかし、これらの構成では、一つ一つの光学系の取り付け、調整のためにスペースや工数を必要とするため、変調器のサイズや部材・組立コストの点で問題がある。この問題を解決するために、特許文献２の基板出射端の近くに取り付けられる集光素子として、例えば特許文献３に記載のように、２つの光路から出射された光がそれぞれ入射して平行に出射するレンズが配列形成されたレンズアレイ（集光部材）を用いることが考えられる。このようなレンズアレイや、ミラーやＰＢＳが一体成型された偏波合成素子を用いることで、変調器のサイズ及び部材コストの低減や生産性の向上が期待される。

特開２０１２−０７８５０８号公報特開２０１２−０４７９５３号公報特開２００４−１５１４１６号公報

ところで、上記特許文献１のＤＰ−ＱＰＳＫ変調器では、偏波合成素子として、例えばＴｉＯ_２（ルチル）やＹＶＯ_４等の複屈折結晶が好適に用いられる。複屈折結晶は、互いに直交する偏波をもつ２つの光が互いに異なる方向へ出射される性質を利用したものであり、複屈折結晶の性質に応じて２種類の偏波を所定の位置から複屈折結晶内に入射させることで、１つの合波点から２つの偏波を合波して出力する構成を有する。また、特許文献２の偏波合成光学系では、一方の光の偏波面を回転させて、ミラーおよびＰＢＳの反射面で反射させて合波する構成を有する。したがって、いずれの構成においても、２つの偏波の光路長は互いに異なる。２つの偏波の光路長が異なると、２つのマッハツェンダ型の光導波路から出力される光の光信号タイミングに光路長の差に応じたずれが発生し、光信号品質が劣化する可能性がある。光信号の品質を保つためには、２つの光信号のタイミングは、ほぼ同時に合わせること、または、デジタル信号周期の半ビット分の差に合わせるなど、特定の差に合わせることが求められる。

本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、２つの変調部から出力される光の光路長の差を補正し、光信号の品質を好適に維持することが可能な光変調器を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る光変調器は、第１の光導波路と、該第１の光導波路内を通過する光を変調するための第１の変調電極と、を有する第１の変調部と、第１の光導波路とは異なる第２の光導波路と、該第２の光導波路内を通過する光を変調するための第２の変調電極と、を有する第２の変調部と、第１の変調部と接続された光導波路であって、第１の変調部により変調された光を導波して出射端面から出射する第１の光路と、第２の変調部と接続された光導波路であって、第２の変調部により変調された光を導波して出射端面から出射する第２の光路と、を有する導波路基板と、第１の面と、該第１の面に対向する第２の面と、を備え、前記第１の光路から出射される第１の出射光と、前記第２の光路から出射される第２の出射光と、をそれぞれ前記第１の面の互いに異なる位置から入射し、前記第２の面の合波点において、前記第１の出射光と前記第２の出射光とを合波して出射する合波光学系と、を有する光変調器であって、第１の出射光における第１の面と合波点との間の光路長が第２の出射光における第１の面と合波点との間の光路長よりも長く、第１の変調部と第１の面との間の光路長と、第２の変調部と第１の面との間の光路長と、は、互いに異なることを特徴とする。

上記の光変調器によれば、合波光学系において第１の出射光における第１の面と合波点との間の光路長が第２の出射光における第１の面と合波点との間の光路長よりも長い構成を有する一方で、第１の出射光における第１の面と合波点との間の光路長と、第２の出射光における第１の面と合波点との間の光路長と、互いに異ならせる構成を有することで、合波光学系における光路長の長さを原因として２つの変調部から出力される光の光路長が互いに異なる場合であっても、導波路基板から合波光学系に至るまでの第１の光路と第２の光路との光路長を調整することで、２つの変調部から出力される光の光路長の差を補正することができ、光変調器から出射される光信号の品質を好適に維持することができる。

ここで、上記作用を効果的に奏する構成として、具体的には、第１の変調部と第１の面との間の光路長は、第２の変調部と第１の面との間の光路長よりも長い態様が挙げられる。

上記の構成を有する場合、合波光学系において第１の出射光における第１の面と合波点との間の光路長が第２の出射光における第１の面と合波点との間の光路長よりも長い構成であるのに対して、第１の変調部と第１の面との間の光路長を第２の変調部と第１の面との間の光路長よりも長くすることで補償することができる。これにより、２つの光信号のタイミングをほぼ同時となるように合わせることが可能となり、光信号の品質を好適に維持することができる。

ここで、上記作用を効果的に奏する他の構成として、具体的には、第１の変調部と第１の面との間の光路長は、第２の変調部と第１の面との間の光路長よりも短い態様が挙げられる。

上記の構成を有する場合、合波光学系において第１の出射光における第１の面と合波点との間の光路長が第２の出射光における第１の面と合波点との間の光路長よりも長い構成であるのに対して、第１の変調部と第１の面との間の光路長を第２の変調部と第１の面との間の光路長よりも短くすることで、２つの光信号のタイミングを所望の時間差となるように合わせることが可能となり、光信号の品質を好適に維持することができる。

また、第１の出射光と第２の出射光とは所定の出射方向に向けて平行に出射され、第１の光導波路及び第２の光導波路が設けられた導波路面内において、導波路基板の前記出射端面と、出射方向とのなす角をθとしたときに、０°＜θ＜９０°である態様とすることができる。

上記の構成を有する場合、第１の光路の光路長と第２の光路の光路長との調整を、出射端面の形状の変更によって行うことができるため、光路長の調整をより簡易に行うことができる。

また、第１の変調部及び第２の変調部が設けられる位置は、導波路基板における光の導波方向に沿って互いに異なる態様としてもよい。

さらに、第２の光路は、導波路基板における光の導波方向とは異なる方向に延びる延長路領域をさらに備える態様としてもよい。

また、本発明の一側面に係る光変調器において、合波光学系は、第１の出射光を入射して第１の方向の直線偏光である第１直線偏光を出射すると共に、第２の出射光を入射して該第１の方向に対して直交する第２の方向の直線偏光である第２直線偏光を出射する偏波回転手段と、偏波回転手段から出射された第１直線偏光及び第２直線偏光を入射して、合波して出力する偏波合成手段と、を含み、合波光学系の前記第１の面は、偏波合成手段において第１直線偏光及び第２直線偏光を入射する面であり、合波光学系の第２の面は、偏波合成手段において第１直線偏光及び第２直線偏光を合波して出射する面であり、偏波回転手段よりも前段における第１の出射光及び第２の出射光の少なくとも一方の光路上に、屈折率が１より大きい媒質をさらに備える態様とすることができる。

また、本発明の一側面に係る光変調器において、合波光学系は、第１の出射光を入射して第１の方向の直線偏光である第１直線偏光を出射すると共に、第２の出射光を入射して該第１の方向に対して直交する第２の方向の直線偏光である第２直線偏光を出射する偏波回転手段と、偏波回転手段から出射された第１直線偏光及び第２直線偏光を入射して、合波して出力する偏波合成手段と、を含み、合波光学系の前記第１の面は、偏波合成手段において第１直線偏光及び第２直線偏光を入射する面であり、合波光学系の第２の面は、偏波合成手段において第１直線偏光及び第２直線偏光を合波して出射する面であり、第１の出射光及び第２の出射光は、同一の偏光面を有し偏波回転手段は、第２の出射光の光路上に第２の出射光を入射して偏光面を９０°回転させて第２直線偏光を出射する波長板からなる態様とすることもできる。

また、本発明の一実施形態に係る光変調器において、合波光学系は、第１の出射光を入射して第１の方向の直線偏光である第１直線偏光を出射すると共に、第２の出射光を入射して該第１の方向に対して直交する第２の方向の直線偏光である第２直線偏光を出射する偏波回転手段と、偏波回転手段から出射された第１直線偏光及び第２直線偏光を入射して、合波して出力する偏波合成手段と、を含み、合波光学系の前記第１の面は、偏波合成手段において第１直線偏光及び第２直線偏光を入射する面であり、合波光学系の第２の面は、偏波合成手段において第１直線偏光及び第２直線偏光を合波して出射する面であり、偏波合成手段は、偏光ビームスプリッタである態様とすることもできる。

本発明によれば、２つの変調部から出力される光の光路長の差を補正し、光信号の品質を好適に維持することが可能な光変調器が提供される。

第１実施形態に係る光変調器の構成を概略的に示す図である。従来の光変調器における光導波路及び合波光学系について説明する図である。従来の光変調器における基板及び合波光学系について説明する図である。第１実施形態に係る光変調器における基板及び合波光学系について説明する図である。第１実施形態に係る光変調器における光導波路及び合波光学系について説明する図である。第２実施形態に係る光変調器における基板及び合波光学系について説明する図である。第３実施形態に係る光変調器における基板及び合波光学系について説明する図である。合波光学系の変形例について説明する図である。合波光学系の変形例について説明する図である。合波光学系の変形例について説明する図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光デバイスの一種である光変調器の構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、光変調器１は、光ファイバＦ１によって導入された入力光を変調して、光ファイバＦ２に変調光を出力する装置である。光変調器１は、光入力部２と、中継部３と、光変調素子４と、終端部５と、集光部材６ａ，６ｂと、偏波合成部７（合波光学系）と、光出力部８と、モニタ部９と、筐体１０と、を備え得る。

筐体１０は、一方向（以下、「方向Ａ」という。）に延びる箱型の部材であって、例えばステンレス鋼から構成されている。筐体１０は、方向Ａにおける両端面である一端面１０ａ及び他端面１０ｂを有する。一端面１０ａには光ファイバＦ１を挿入するための開口が設けられている。筐体１０は、例えば、光入力部２、中継部３、光変調素子４、終端部５、集光部材６、偏波合成部７及びモニタ部９を収容する。

光入力部２は、光ファイバＦ１によって導入される入力光を光変調素子４に供給する。光入力部２は、光ファイバＦ１と光変調素子４との接続を補助するための補助部材を備えてもよい。

中継部３は、外部から供給される電気信号である変調信号を中継して光変調素子４に出力する。中継部３は、例えば筐体１０の側面１０ｃに設けられた変調信号入力用のコネクタを介して変調信号を入力し、光変調素子４に変調信号を出力する。

光変調素子４は、中継部３から出力される変調信号に応じて、光入力部２から供給される入力光を変調光に変換する装置である。光変調素子４は、基板４１（導波路基板）と、光導波路４２と、信号電極４３（変調電極）と、を備え得る。基板４１は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３、以下「ＬＮ」という。）などの電気光学効果を奏する誘電体材料から構成されている。ＬＮを用いた光変調素子をＬＮ光変調素子と呼ぶ。基板４１は方向Ａに沿って延びており、方向Ａにおける両端部である一端部４１ａ及び他端部４１ｂを有する。

光導波路４２は、基板４１上に設けられている。光導波路４２は、例えばマッハツェンダ（Mach-Zehnder：ＭＺ）型の光導波路であって、光変調素子４の変調方式に応じた構造を有する。この例では、光変調素子４の変調方式は、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying：偏波多重４値位相変調）変調方式である。この場合、光導波路４２は、入力導波路４２ａと、マッハツェンダ部４２ｄ（第１の変調部）と、マッハツェンダ部４２ｅ（第２の変調部）と、出力導波路４２ｂ（第１の光路）と、出力導波路４２ｃ（第２の光路）と、を備える。入力導波路４２ａは基板４１の一端部４１ａから方向Ａに沿って延び、分岐されてマッハツェンダ部４２ｄの入力端及びマッハツェンダ部４２ｅの入力端にそれぞれ接続されている。出力導波路４２ｂは、マッハツェンダ部４２ｄの出力端から他端部４１ｂまで方向Ａに沿って延びている。出力導波路４２ｃは、マッハツェンダ部４２ｅの出力端から他端部４１ｂまで方向Ａを含む面（導波路面）に沿って方向Ａへ向かって延びている。

信号電極４３は、変調信号に応じた電界を光導波路４２に印加するための部材であって、基板４１上に設けられている。信号電極４３の配置及び数は、基板４１の結晶軸の向き及び光変調素子４の変調方式に応じて決定される。各信号電極４３には、中継部３から出力される変調信号がそれぞれ印加される。

光変調素子４では、光入力部２から光変調素子４に入力される入力光は、入力導波路４２ａによってマッハツェンダ部４２ｄ及びマッハツェンダ部４２ｅに導かれる。入力光は、マッハツェンダ部４２ｄ及びマッハツェンダ部４２ｅにおいてそれぞれ変調され、出力導波路４２ｂ及び出力導波路４２ｃを通って光変調素子４から出力される。

終端部５は、変調信号の電気的終端である。終端部５は、光変調素子４の信号電極４３の各々に対応した抵抗器を備え得る。各抵抗器の一端は光変調素子４の信号電極４３に電気的に接続され、各抵抗器の他端は接地電位に接続されている。各抵抗器の抵抗値は、信号電極４３の特性インピーダンスと略等しく、例えば５０Ω程度である。

集光部材６ａ（第１の集光素子），６ｂ（第２の集光素子）は、光変調素子４から出力される変調光を集光する。集光部材６ａ，６ｂは、基板４１の他端部４１ｂ（基板の出射端面）の近くに取り付けられ、具体的には、集光部材６ａは出力導波路４２ｂの出力端の近くに設けられ、出力導波路４２ｂの他端部４１ｂ側の端部から出射される光（第１の出射光）が入射し、平行光束にして出射する。また、集光部材６ｂは出力導波路４２ｃの出力端の近くに設けられ、出力導波路４２ｃの他端部４１ｂ側の端部から出射される光（第２の出射光）が入射し、平行光束にして出射する。集光部材６ａ，６ｂは、例えば集光レンズである。集光部材６ａ，６ｂによって平行光束にされた光は、偏波合成部７（合波光学系）に供給される。

偏波合成部７は、光変調素子４から出力される複数の変調光を合成する。偏波合成部７は、偏波回転部７１（偏波回転手段）と、偏波合成素子７２（偏波合成手段）と、を備え得る。偏波回転部７１は、偏波回転素子と、ダミー素子と、を有してもよい。偏波回転素子は、入射光の偏波方向を回転する素子であって、例えば波長板である。ダミー素子は、入射光の偏波方向を回転することなく透過する素子である。偏波回転部７１は、光変調素子４の出力導波路４２ｂから出力される変調光と出力導波路４２ｃから出力される変調光とのいずれか一方の偏波方向を例えば９０度回転し、他方の偏波方向を回転しない。なお、別の例として一方の偏波方向を４５度回転し、他方を−４５度回転しても良い。偏波回転部７１により、出力導波路４２ｂから出力される変調光と出力導波路４２ｃから出力される変調光とは、互いに直交する第１直線偏光及び第２直線偏光に変換されて出射される。

偏波合成素子７２は、入射光の偏波方向に応じて光路を変える素子であって、例えばルチル、ＹＶＯ_４などの複屈折結晶から構成されている。偏波合成素子７２は、偏波回転部７１によって偏波回転される光と、偏波回転部７１によって偏波回転されずに透過する光と、を合成する。偏波回転部７１から出射された第１直線偏光及び第２直線偏光は、偏波合成素子７２の方向Ａに対して交差する方向に延びる第１の面７２ａ（合波光学系における第１の面）から入射し、偏波合成素子７２の内部において互いに異なる進路を進み、入射端面７２ａに対向する第２の面７２ｂ（合波光学系における第２の面）から合波されて出射される。

光出力部８は、偏波合成部７によって合成された光を光ファイバＦ２に出力する。光出力部８は、窓部８１と、集光素子８２と、を備え得る。窓部８１は、筐体１０の他端面１０ｂに設けられた開口に嵌め込まれている。窓部８１は、例えばガラスから構成されており、偏波合成部７によって合成された光を筐体１０の外部に透過する。集光素子８２は、筐体１０の外部に設けられている。集光素子８２は例えば集光レンズである。窓部８１を透過した光は、集光素子８２によって集光され、光ファイバＦ２に出力される。

モニタ部９は、例えば、各マッハツェンダ部４２ｄ，４２ｅの光出力の相補的な光強度をモニタする。モニタ部９は光電変換素子を備え得る。光電変換素子は、光信号を電気信号に変換するための素子であって、例えばフォトダイオードである。光電変換素子は、例えば基板４１上で、マッハツェンダ部４２ｄの出力導波路４２ｂと分岐した導波路上に置かれ、導波路から漏れだしたエバネッセント波を受光し、その光強度に応じた電気信号をバイアス制御部（不図示）に出力する。なお、モニタ部９は、光変調素子４から出力される放射光の光強度をモニタしてもよい。

ここで、光変調器１の特徴をなす部分である基板４１の他端部４１ｂ（基板の出射端面）、集光部材６及び偏波合成部７の形状について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、基板４１の他端部４１ｂ（出射端面）、集光部材６及び偏波合成部７を拡大した図である。また、図３は、基板４１の全体を含む図である。

本実施形態に係る光変調器１では、出力導波路４２ｂから出射される光は集光部材６を経て偏波回転部７１ａに入射し、出力導波路４２ｃから出射される光は偏波回転部７１ｂに入射するものとする。また、偏波回転部７１ａは所謂ダミー素子から構成され、入射光の偏波方向を回転することなく第１直線偏光として出射するものとする。また、偏波回転部７１ｂは９０°波長板から構成され、入射光の偏波方向を９０°回転させて第２直線偏光として出射するものとする。なお、偏波回転部７１ａをダミー素子とせず、入射光の偏波方向を偏波回転部７１ａ及び７１ｂにおいてそれぞれ−４５°、＋４５°に回転させて互いに直交させる構成とすることも可能である。

また、偏波合成素子７２として例えばルチル、ＹＶＯ_４などの複屈折結晶が好適に用いられる。偏波合成素子７２は入射光の偏波方向に応じて光路を変える素子であることから、第１の面７２ａから偏波合成素子７２に入射した光は、その偏波方向によって異なる光路を進む。具体的には、出力導波路４２ｂから出射される光は偏波回転部７１ａを通過した後、第１の面７２ａから偏波合成素子７２内に入射し、光路ｍ１を進んで第２の面７２ｂ上の合波点Ｘに到達する。また、出力導波路４２ｃから出射される光は偏波回転部７１ｂを通過した後、第１の面７２ａから偏波合成素子７２内に入射し、光路ｍ２を進んで第２の面７２ｂ上の合波点Ｘに到達する。

ここで、合波点Ｘまでの光路長は、図２に示すように光路ｍ１と光路ｍ２とで互いに異なる。この場合、偏波合成部７よりも前段の位置Ｓ１で、出力導波路４２ｂから出力された光と出力導波路４２ｃから出力された光とのタイミングが合っていたとしても、偏波合成部７よりも後段の位置Ｓ２では、出力導波路４２ｂから出力された光と出力導波路４２ｃから出力された光との間でタイミングにずれが生じる。この場合、２つの光導波路から出力される光の光信号タイミングに生じたずれが、光変調器から出力する光信号の品質を低下させる可能性がある。

この点について、図３に示す従来の光変調器１’を用いて説明する。図３の光変調器１’において、マッハツェンダ部４２ｄ（第１の変調部）の他端部４１ｂ側の端部Ｐ１と偏波合成部７における偏波合成素子７２の第２の面７２ｂ上の合波点Ｘとを結ぶ光路の光路長をＬ１とし、マッハツェンダ部４２ｅ（第２の変調部）の他端部４１ｂ側の端部Ｐ２と偏波合成部７の合波点Ｘとを結ぶ光路の光路長をＬ２とすると、偏波合成素子７２内での光路ｍ１とｍ２とがｍ１＞ｍ２の関係があるために、Ｌ１＞Ｌ２となっている。このように、第１の変調部側の光路と第２の変調部側の光路との間で変調後の光の光路長が互いに異なると、合波点においてこれらを合波した際に、光信号の品質が劣化する可能性がある。

そこで、本実施形態に係る光変調器１では、第１の変調部側の光路長Ｌ１と第２の変調部側の光路長Ｌ２との光路長差を補正するために、偏波合成素子７２とは異なる領域の光路長差を調整することで、偏波合成素子７２内での第１の面７２ａと第２の面７２ｂとの間における光路ｍ１及びｍ２の光路長差に由来する位相のずれを補正する構成を有する。具体的には、光変調器１では、出力導波路４２ｂの光路長Ｎ１と出力導波路４２ｃの光路長Ｎ２とを互いに異ならせる構成を有する。

図４では、出力導波路４２ｂの光路長Ｎ１と出力導波路４２ｃの光路長Ｎ２とを互いに異ならせる構成の一例として、本実施形態に係る光変調器１に適用されている構成を示す。光変調器１では、出力導波路４２ｂ及び出力導波路４２ｃが設けられた基板４１の導波路面内において、基板４１の他端部４１ｂ（出射端面）と、マッハツェンダ部４２ｄ，４２ｅが設けられる方向である方向Ａとのなす角をθとしたときに、０°＜θ＜９０°となり、且つ、出力導波路４２ｃが出力導波路４２ｂに対して長くなるよう傾けられている（角θは、図４では示しておらず、図５で示している。）。これにより、出力導波路４２ｂの光路長Ｎ１と出力導波路４２ｃの光路長Ｎ２との間で、Ｎ１＜Ｎ２の関係を満たす。ここで、出力導波路４２ｂ，４２ｃの屈折率は空気の屈折率よりも大きいため、出力導波路４２ｃの光路長Ｎ２を出力導波路４２ｂの光路長Ｎ１よりも長くすることで、マッハツェンダ部４２ｄの他端部４１ｂ側の端部Ｐ１と偏波合成部７の合波点Ｘとを結ぶ光路の光路長Ｌ１と、マッハツェンダ部４２ｅの他端部４１ｂ側の端部Ｐ２と偏波合成部７の合波点Ｘとを結ぶ光路の光路長Ｌ２との間がＬ１＞Ｌ２の関係であることによる光路長差を基板４１上での光路長差により低減することができ、変調部から合波点までの光路長差に由来する位相のずれの補正が可能となる。

この点について、図５を用いて更に具体的に説明をする。偏波合成部７を構成する偏波合成素子７２の材料がルチルであって、方向Ａに沿った素子の長さｍ０が４．５ｍｍであるとする。この場合、偏波合成素子７２の内部での光路差（ｍ１−ｍ２）は約６００μｍとなる。基板４１上での他端部４１ｂ近傍での出力導波路４２ｂ，４２ｃの間隔ΔＡが４５０μｍである場合に、方向Ａと他端部４１ｂとのなす角θが８５°となるように他端部４１ｂを傾けて配置すると、出力導波路４２ｂ側の光の光路長と出力導波路４２ｃ側の光の光路の光路長との差分は、図５に示すΔＬＮ−Δａｉｒとなる。ここで、基板４１の屈折率と空気の屈折率とを考慮して光路長差を算出すると、ΔＬＮ−Δａｉｒは、約５０μｍとなる。すなわち、基板４１の他端部４１ｂと方向Ａとのなす角が０°＜θ＜９０°となるように基板４１の他端部４１ｂの形状を変更して、出力導波路４２ｂの光路長Ｎ１と出力導波路４２ｃの光路長Ｎ２とを互いに異ならせて、Ｎ２＞Ｎ１の関係とすることで、マッハツェンダ部４２ｄの他端部４１ｂ側の端部Ｐ１と偏波合成部７の合波点Ｘとを結ぶ光路の光路長Ｌ１と、マッハツェンダ部４２ｅの他端部４１ｂ側の端部Ｐ２と偏波合成部７の合波点Ｘとを結ぶ光路の光路長Ｌ２との光路長差（Ｌ１−Ｌ２）を低減することが可能となる。

このように、本実施形態に係る光変調器１では、基板４１における出力導波路４２ｂ（第１の光路）の光路長Ｎ１よりも出力導波路４２ｃ（第２の光路）の光路長Ｎ２が長い（Ｎ１＜Ｎ２）構成とすることで、偏波合成素子７２の第１の面７２ａと第２の面７２ｂとの間における光路長の長さの差（ｍ１−ｍ２）を原因として２つの変調部から出力される光の光路長が互いに異なる場合であっても、２つの変調部から出力される光の合波点Ｘまでの光路長（Ｌ１，Ｌ２）の差を少なくするように調整することができ、光変調器１から出射される光信号の品質を好適に維持することができる。

また、上記実施形態の光変調器１では、基板４１の他端部４１ｂ（出射端面）と方向Ａとのなす角θが０°＜θ＜９０°となり、且つＮ２＞Ｎ１となるように方向Ａに対して傾けられていることで、基板４１における出力導波路４２ｂ（第１の光路）の光路長Ｎ１よりも出力導波路４２ｃ（第２の光路）の光路長Ｎ２が長い（Ｎ１＜Ｎ２）を実現している。このような構成とすることで、基板４１の出力導波路４２ｂ，４２ｃにおける光路長差の調整を容易に行うことができる。なお、他端部４１ｂと方向Ａとのなす角θは、偏波合成素子７２の内部での光路差（ｍ１−ｍ２）に基づいて適宜設定することができる。ただし、集光素子の屈折率＜基板の屈折率の場合、全反射角を除外する。例えば屈折率を１．５の集光素子と、屈折率２．２のＬｉＮｂＯ_３基板を用いる場合、全反射角はθ＝４７°となるため、θは４７°以上であることが好ましい。さらに、θは基板への戻り光が十分にカットできる角度であることが望ましい。例えば基板にＬｉＮｂＯ_３を用いる場合は８７°以下であれば反射戻り光を十分にカットできる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る光変調器について説明する。第２実施形態以降の光変調器１Ａにおいては、基板４１における出力導波路４２ｂ（第１の光路）の光路長Ｎ１よりも出力導波路４２ｃ（第２の光路）の光路長Ｎ２が長い（Ｎ１＜Ｎ２）を実現する方法が第１実施形態の光変調器１と相違する。

図６に示すように、第２実施形態に係る光変調器１Ａでは、マッハツェンダ部４２ｄ（第１の変調部）及びマッハツェンダ部４２ｅ（第２の変調部）が設けられる位置が、基板４１における光の導波方向Ａに沿って互いに異なっている。図６に示すように、方向Ａに沿って見たときに、Ｎ１＜Ｎ２の関係を満たすように、マッハツェンダ部４２ｅを基板４１の一端部４１ａ側に配置し、マッハツェンダ部４２ｄを基板４１の他端部４１ｂ側となるように配置をする。これにより、マッハツェンダ部４２ｄの他端部４１ｂ側の端部Ｐ１から他端部４１ｂまでの光路長Ｎ１とマッハツェンダ部４２ｅの他端部４１ｂ側の端部Ｐ２から他端部４１ｂまでの光路長Ｎ２とがＮ１＜Ｎ２となる。

したがって、第２実施形態に係る光変調器１Ａは、光変調器１と同様に、基板４１における出力導波路４２ｂ（第１の光路）の光路長Ｎ１よりも出力導波路４２ｃ（第２の光路）の光路長Ｎ２が長い（Ｎ１＜Ｎ２）構成を実現することができる。そして、偏波合成素子７２の第１の面７２ａと第２の面７２ｂとの間における光路長の長さの差（ｍ１−ｍ２）を原因として２つの変調部から出力される光の光路長が互いに異なる場合であっても、２つの変調部から出力される光の合波点Ｘまでの光路長（Ｌ１，Ｌ２）の差を少なくするように調整することができ、光変調器１Ａから出射される光信号の品質を好適に維持することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る光変調器について説明する。第３実施形態以降の光変調器１Ｂにおいては、基板４１における出力導波路４２ｂ（第１の光路）の光路長Ｎ１よりも出力導波路４２ｃ（第２の光路）の光路長Ｎ２が長い（Ｎ１＜Ｎ２）を実現する方法が第１実施形態の光変調器１及び第２実施形態の光変調器１Ａと相違する。

図７に示すように、第３実施形態に係る光変調器１Ｂでは、マッハツェンダ部４２ｅ（第２の変調部）の後段に設けられる出力導波路４２ｃにおいて、基板４１における光の導波方向である方向Ａとは異なる方向に延びる延長路領域４２ｘが設けられる。この延長路領域４２ｘは、出力導波路４２ｃの中段に設けられ、出力導波路４２ｃと同様の材料によって形成されることが好ましい。すなわち、マッハツェンダ部４２ｅの他端部４１ｂ側の端部Ｐ２から出射された光は、出力導波路４２１ｃ、延長路領域４２ｘ、出力導波路４２２ｃを経て基板４１の他端部４１ｂへ到達する。このとき、マッハツェンダ部４２ｄの他端部４１ｂ側の端部Ｐ１から他端部４１ｂまでの光路長Ｎ１とマッハツェンダ部４２ｅの他端部４１ｂ側の端部Ｐ２から他端部４１ｂまでの光路長Ｎ２とはＮ１＜Ｎ２となる。

したがって、第３実施形態に係る光変調器１Ｂは、光変調器１，１Ａと同様に、基板４１における出力導波路４２ｂ（第１の光路）の光路長Ｎ１よりも出力導波路４２ｃ（第２の光路）の光路長Ｎ２が長い（Ｎ１＜Ｎ２）構成を実現することができる。そして、偏波合成素子７２の第１の面７２ａと第２の面７２ｂとの間における光路長の長さの差（ｍ１−ｍ２）を原因として２つの変調部から出力される光の光路長が互いに異なる場合であっても、２つの変調部から出力される光の合波点Ｘまでの光路長（Ｌ１，Ｌ２）の差を少なくするように調整することができ、光変調器１Ｂから出射される光信号の品質を好適に維持することができる。

（変形例）
次に、基板４１における出力導波路４２ｂ，４２ｃの長さ（Ｎ１，Ｎ２）を変更することによる光路長の調整とは異なる方法で、偏波合成素子７２内での光路ｍ１及びｍ２の光路長差に由来する光路長差（Ｌ１，Ｌ２）の調整を行う方法について、変形例として説明する。なお、以下で説明する変形例は、上記の実施形態で説明した出力導波路４２ｂ，４２ｃの長さの変更に対して追加する形で実施される。

図８は、偏波合成部７と基板４１との間の光路上であって、マッハツェンダ部４２ｅ（第２の変調部）から出射される光、すなわち出力導波路４２ｃから出射される光の光路上に屈折率が１以上の媒質６５を配置する構成を示している。このように、屈折率が１以上である媒質を光路上に配置することによって、屈折率の差を利用した光路長の調整を追加して行うことが可能である。なお、媒質６５は、出力導波路４２ｃから出射される光の光路上ではなく、出力導波路４２ｂから出射される光の光路上に配置をしてもよい。

図９は、偏波合成部７の偏波回転部７１の構成を変更したものを示している。図９の変形例では、例えば図１に示す光変調器１では、偏波回転部７１ａとしてダミー素子を用いる構成について説明したが、これに代えて、偏波回転部７１ａを取り外し、入射光の偏波方向を９０°回転させる偏波回転部７１ｂのみを用いた構成とされている。偏波回転部７１ａとして一般的に用いられる波長板は、屈折率が１以上の媒質から構成されることがほとんどであることから、出力導波路４２ｃから出射される光の光路上のみに屈折率が１以上の偏波回転部７１ｂを配置する構成とすることで、偏波回転部７１ａと空気の屈折率の差を利用した光路長の調整を追加して行うことが可能である。

また、ダミー素子の屈折率と厚さとを変更することにより、光路長を調整することも可能である。

また、図１０に示すように、偏波合成部７の偏波合成素子として、偏光ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter：ＰＢＳ）を用いてもよい。図１０では三角プリズム型のミラー７５を出力導波路４２ｂ側（図示上側）に配置し、出力導波路４２ｃ側（図示した側）に偏光ビームスプリッタ７６を配置した例を示す。このような部材を用いて偏波合成部７を構成してもよい。なお、図１０に示す偏波合成部７においては、合波光学系の第１の面は、ミラー７５における光の入射面７５ａ及び偏光ビームスプリッタ７６における光の入射面７６ａになり、第２の面は、偏光ビームスプリッタ７６における合波された光の出射面７６ｂになる。

以上、本実施形態に係る光変調器について説明したが、本発明に係る光デバイスは上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態ではＤＰ−ＱＰＳＫ変調方式の光変調器について説明をしたが、２つの変調部から出力された光を合波して用いる構成を有す他の光変調器についても本発明の構成を適用することができる。

また、上記実施形態で記載した内容は、２つの光信号出力のタイミングを同じにする（Ｌ１＝Ｌ２とする）ために偏波合成素子内での光路長が短い側の光路に対して基板側での光路長を長くする構成を配置した構成について説明した。しかしながら、光信号の品質を高める方法として、２つの光信号の出力を丁度半ビット分ずれた状態でタイミングをとる手法も採用することができる。この場合には、例えば、偏波合成素子内での光路長が短い側の光路に対して基板側での光路長を短くする構成を配置することで、Ｌ１とＬ２との差を２つの光信号の出力を半ビット分ずらす構成としてもよい。

また、集光部材６ａ，６ｂは、特許文献２に示されるように、レンズアレイとして一体に成形することも可能である。

さらに、偏波回転部７１と長さ調整用の屈折率１以上の媒質６５は、光学素子４の出力導波路４２ｂ、４２ｃ上に組み込みこんでも良い。

また、光変調素子は上記実施形態で説明したＬＮに限定されず、ポリマーや半導体でも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ…光変調器、２…光入力部、３…中継部、４…光変調素子、５…終端部、６ａ，６ｂ…集光部材、７…偏波合成部、８…光出力部、９…モニタ部、１０…筐体、４１…基板、４２ｂ，４２ｃ…出力導波路、７１…偏波回転部、７２…偏波合成素子。

Claims

第１の光導波路と、該第１の光導波路内を通過する光を変調するための第１の変調電極と、を有する第１の変調部と、
前記第１の光導波路とは異なる第２の光導波路と、該第２の光導波路内を通過する光を変調するための第２の変調電極と、を有する第２の変調部と、
前記第１の変調部と接続された光導波路であって、前記第１の変調部により変調された光を導波して出射端面から出射する第１の光路と、
前記第２の変調部と接続された光導波路であって、前記第２の変調部により変調された光を導波して前記出射端面から出射する第２の光路と、
を有する導波路基板と、
第１の面と、該第１の面に対向する第２の面と、を備え、前記第１の光路から出射される第１の出射光と、前記第２の光路から出射される第２の出射光と、をそれぞれ前記第１の面の互いに異なる位置から入射し、前記第２の面の合波点において、前記第１の出射光と前記第２の出射光とを合波して出射する合波光学系と、
を有する光変調器であって、
前記第１の出射光における前記第１の面と前記合波点との間の光路長が前記第２の出射光における前記第１の面と前記合波点との間の光路長よりも長く、
前記第１の変調部と前記第１の面との間の光路長と、前記第２の変調部と前記第１の面との間の光路長と、は、互いに異なり、
前記第１の変調部及び前記第２の変調部が設けられる位置は、前記導波路基板における光の導波方向に沿って互いに異なる
ことを特徴とする光変調器。
前記第１の変調部と前記第１の面との間の光路長は、前記第２の変調部と前記第１の面との間の光路長よりも長い
ことを特徴とする請求項１記載の光変調器。
前記第１の変調部と前記第１の面との間の光路長は、前記第２の変調部と前記第１の面との間の光路長よりも短い
ことを特徴とする請求項１記載の光変調器。
前記第１の出射光と前記第２の出射光とは所定の出射方向に向けて平行に出射され、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路が設けられた導波路面内において、前記導波路基板の前記出射端面と、前記出射方向とのなす角をθとしたときに、０°＜θ＜９０°であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光変調器。
前記第２の光路は、前記導波路基板における光の導波方向とは異なる方向に延びる延長路領域をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光変調器。
前記合波光学系は、
前記第１の出射光を入射して第１の方向の直線偏光である第１直線偏光を出射すると共に、前記第２の出射光を入射して該第１の方向に対して直交する第２の方向の直線偏光である第２直線偏光を出射する偏波回転手段と、
前記偏波回転手段から出射された前記第１直線偏光及び前記第２直線偏光を入射して、合波して出力する偏波合成手段と、
を含み、
前記合波光学系の前記第１の面は、前記偏波合成手段において前記第１直線偏光及び前記第２直線偏光を入射する面であり、
前記合波光学系の前記第２の面は、前記偏波合成手段において前記第１直線偏光及び前記第２直線偏光を合波して出射する面であり、
前記偏波回転手段よりも前段における前記第１の出射光及び前記第２の出射光の少なくとも一方の光路上に、屈折率が１より大きい媒質をさらに備える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光変調器。
前記合波光学系は、
前記第１の出射光を入射して第１の方向の直線偏光である第１直線偏光を出射すると共に、前記第２の出射光を入射して該第１の方向に対して直交する第２の方向の直線偏光である第２直線偏光を出射する偏波回転手段と、
前記偏波回転手段から出射された前記第１直線偏光及び前記第２直線偏光を入射して、合波して出力する偏波合成手段と、
を含み、
前記合波光学系の前記第１の面は、前記偏波合成手段において前記第１直線偏光及び前記第２直線偏光を入射する面であり、
前記合波光学系の前記第２の面は、前記偏波合成手段において前記第１直線偏光及び前記第２直線偏光を合波して出射する面であり、
前記第１の出射光及び前記第２の出射光は、同一の偏光面を有し、
前記偏波回転手段は、前記第２の出射光の光路上に前記第２の出射光を入射して偏光面を９０°回転させて前記第２直線偏光を出射する波長板からなる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光変調器。
前記合波光学系は、
前記第１の出射光を入射して第１の方向の直線偏光である第１直線偏光を出射すると共に、前記第２の出射光を入射して該第１の方向に対して直交する第２の方向の直線偏光である第２直線偏光を出射する偏波回転手段と、
前記偏波回転手段から出射された前記第１直線偏光及び前記第２直線偏光を入射して、合波して出力する偏波合成手段と、
を含み、
前記合波光学系の前記第１の面は、前記偏波合成手段において前記第１直線偏光及び前記第２直線偏光を入射する面であり、
前記合波光学系の前記第２の面は、前記偏波合成手段において前記第１直線偏光及び前記第２直線偏光を合波して出射する面であり、
前記偏波合成手段は、偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光変調器。