特許 6131954 光変調器及び光送信器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6131954

(24)【登録日】2017年4月28日

(45)【発行日】2017年5月24日

(54)【発明の名称】光変調器及び光送信器

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/035 20060101AFI20170515BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/035

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-526672(P2014-526672)

(86)(22)【出願日】2012年7月26日

(86)【国際出願番号】JP2012069010

(87)【国際公開番号】WO2014016940

(87)【国際公開日】20140130

【審査請求日】2015年1月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】309015134

【氏名又は名称】富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】杉山 昌樹

【審査官】 佐藤 宙子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２５７６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７８５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０７３７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１７２３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０９３８９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００−１／１２５，１／２１−７／００

Ｇ０２Ｂ ６／１２−６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力された光を分岐する分岐部、前記分岐部により分岐された光がそれぞれ伝搬する一対のアーム、及び、前記一対のアームから出力された光を合波する合波部を含む光導波路が形成された基板と、
前記基板上において前記光導波路の前記一対のアームの一部と重なり、印加された電圧に基づいて前記光導波路に電界を発生させる信号電極とを有し、
前記光導波路の前記一対のアームには、他部分より狭い幅を有するとともに、前記一対のアームを伝搬する光のうち、高次モードの光を前記光導波路の外部に放射する狭幅部が、前記信号電極と重ならない部位に設けられていることを特徴とする光変調器。

【請求項2】

前記狭幅部は、前記一対のアームの一方、または両方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。

【請求項3】

前記基板上において前記一対のアームの一部と重なり、印加されたバイアス電圧に基づいて前記光導波路に電界を発生させるバイアス電極を有し、
前記狭幅部は、前記一対のアームにおける前記バイアス電極と重ならない部位に設けられており、
前記信号電極には、前記光を変調するための変調信号が入力され、
前記一対のアームの一方は、前記狭幅部が、前記信号電極と重なる部分、及び前記バイアス電極と重なる部分の間に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光変調器。

【請求項4】

前記光導波路の幅は、前記一対のアームに設けられた前記狭幅部に向けて、徐々に狭くなることを特徴とする請求項３に記載の光変調器。

【請求項5】

前記光導波路の幅は、前記信号電極と重なる部分、及び前記バイアス電極と重なる部分の少なくとも一方から、前記一対のアームに設けられた前記狭幅部に向けて、徐々に狭くなることを特徴とする請求項４に記載の光変調器。

【請求項6】

前記光導波路の幅は、前記信号電極における前記変調信号の終端側の部分と重なる部分から、前記一対のアームに設けられた前記狭幅部に向けて徐々に狭くなることを特徴とする請求項５に記載の光変調器。

【請求項7】

前記一対のアームの各々に設けられた前記狭幅部の幅は、等しいことを特徴とする請求項２乃至６の何れかに記載の光変調器。

【請求項8】

前記分岐部は、光が分岐する分岐点から前記一対のアームまでそれぞれ延びる一対の入力導波路を含み、
前記狭幅部は、前記一対の入力導波路の一方、または両方に設けられていることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の光変調器。

【請求項9】

前記合波部は、前記一対のアームから、光が合流する合流点までそれぞれ延びる一対の出力導波路を含み、
前記狭幅部は、前記一対の出力導波路の一方、または両方に設けられていることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の光変調器。

【請求項10】

光源と、
請求項１乃至９の何れかに記載の光変調器とを有し、
前記光変調器は、前記光源から前記光導波路に入力された光を変調して出力することを特徴とする光送信器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本件は、光変調器及び光送信器に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）基板、ＬｉＴａＯ_２基板等の電気光学結晶を用いた光導波路デバイスが知られている。光導波路は、例えば、基板の表面の一部にチタンなどの金属膜を形成して熱拡散させることにより形成される。または、光導波路は、基板に金属膜のパターニングを行った後、安息香酸中でプロトン交換することにより形成される。また、光導波路デバイスは、光導波路近傍に制御用の電極が設けられている。このような光導波路デバイスとして、例えばマッハツェンダ型（以下、「ＭＺ型」と表記する）光変調器が挙げられる。

【0003】

ＭＺ型光変調器は、光送信器などの光デバイスに用いられ、外部の光源から入力された光を強度変調して光信号を生成する。ＭＺ型光変調器の導波路は、光源から入力された光を分岐する分岐部、分岐した光をそれぞれ伝搬させる一対のアーム、及び、アームを伝搬した光を再度合流させる合波部を有している。

【0004】

ＭＺ型光変調器は、導波路の上部に設けられた電極に電圧を印加することにより電界を発生させ、ポッケルス効果を利用して導波路内の光の屈折率を制御して変調を行う。この制御により、ＭＺ型光変調器は、合波部において合流した２つの光が同位相である場合、光波が強め合って出力されるオン状態となり、他方、逆位相（つまり、位相差がπとなる状態）である場合、光波が互いに打ち消し合って出力光がなくなるオフ状態となる。

【0005】

オン状態及びオフ状態の出力光強度の比は、消光比と称され、通信品質に関するパラメータの１つとして知られている。消光比は、理想的な条件下では無限大となるが、実際には、一対のアームを伝搬する光のパワーの比、及び、高次モードの光などの影響によって有限の値となる。

【0006】

ＭＺ型光変調器に関し、例えば、特許文献１には、電圧調整により各アームを伝搬する光のパワーを均等にする技術が開示されている。特許文献２には、合波部の後段に、高次モード用の出力導波路を設けることによって、出力光にモード不整合光が混入することを防止する技術が開示されている。特許文献３には、分岐部に他より屈折率が低い部位を設けることによって分岐部の分岐比を５０（％）にする技術が開示されている。

【0007】

また、特許文献４には、アームの一部に、幅が徐々に狭くなった後、徐々に広くなる部位を設けることによって、導波路作成時に導波路に生じる応力を吸収して複屈折をキャンセルする技術が開示されている。特許文献５には、一対のアームの一方に、他より幅が狭い部位を設け、他方に、他より幅が広い部位を設けることによって、製造工程において生じた導波路の幅及び角度の誤差を補償する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００９−８０１８９号公報

【特許文献2】特開２０１０−２３７３７６号公報

【特許文献3】特開２０１１−２５７６３４号公報

【特許文献4】特開平７−２８１０４１号公報

【特許文献5】特開２０１１−１１８０５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

高速の光通信ネットワークの普及に伴い、二値変調方式に代えて、ＤＱＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）などの多値変調方式が頻繁に用いられている。このため、ＭＺ型光変調器の消光比の改善が望まれる。

【0010】

例えば、アームがマルチモード導波路である場合、分岐部において分岐した光は、パワーが均等であっても、高次モードの光を含んでいる。高次モードの光は、電極から生ずる電界による変調の程度が、基本モードの光とは異なるから、オフ状態において、２つのアームを伝搬する光の位相差がπとならず、ノイズ光として出力され、結果として消光比を低下させる。なお、特許文献３に開示された技術は、仮に、合波部において生じた高次モードの光を除去することはできても、アームを伝搬し、合波部において基本モードの光と結合する高次モードの光を除去することはできない。

【0011】

そこで本件は上記の課題に鑑みてなされたものであり、消光比を効果的に改善した光変調器及び光送信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】

【0012】

本明細書に記載の光変調器は、入力された光を分岐する分岐部、前記分岐部により分岐された光がそれぞれ伝搬する一対のアーム、及び、前記一対のアームから出力された光を合波する合波部を含む光導波路が形成された基板と、前記基板上において前記光導波路の前記一対のアームの一部と重なり、印加された電圧に基づいて前記光導波路に電界を発生させる信号電極とを有し、前記光導波路の前記一対のアームには、他部分より狭い幅を有するとともに、前記一対のアームを伝搬する光のうち、高次モードの光を前記光導波路の外部に放射する狭幅部が、前記信号電極と重ならない部位に設けられている。

【発明の効果】

【0013】

本明細書に記載の光変調器及び光送信器は、消光比を効果的に改善するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】比較例に係る光変調器の平面図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ線による断面を示す断面図である。

【図3】オン状態における光導波路の各部の光スペクトルを示す図である。

【図4】オフ状態における光導波路の各部の光スペクトルを示す図である。

【図5】第１実施例に係る光変調器の平面図である。

【図6】第２実施例に係る光変調器の平面図である。

【図7】狭幅部を拡大して示した光導波路の平面図である。

【図8】第３実施例に係る光変調器の平面図である。

【図9】第４実施例に係る光変調器の平面図である。

【図10】第５実施例に係る光変調器の平面図である。

【図11】第６実施例に係る光変調器の平面図である。

【図12】光送信器の構成を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（比較例）
図１は、比較例に係る光変調器の平面図である。光変調器１は、光導波路２が形成された基板１０と、接地電極３１，３３と、信号電極３２と、バイアス電極３４，３５と、信号源４１と、終端抵抗４２と、直流電源４３，４４とを有する。なお、図１において、電極３１〜３５は、基板１０の板面の上に形成されているため、光導波路２の形状と区別されように点線により表されている。

【0016】

光変調器１は、光導波路２の入口２０から入力された光Ｌｉｎを変調して、出力光Ｌｏｕｔとして、出口２９から出力する。出力光Ｌｏｕｔは、オン状態、及びオフ状態を有しており、各状態の光パワーの比は、消光比として算出される。

【0017】

基板１０は、ＬＮ基板、及びＬｉＴａＯ_２基板等の電気光学結晶であり、矩形状の板面を有している。基板１０には、ＭＺ型光導波路２が形成されている。すなわち、光導波路２は、入力された光を分岐する分岐部２１、分岐部２１により分岐された光がそれぞれ伝搬する一対のアーム２２，２３、及び、一対のアーム２２，２３から出力された光を合波する合波部２４を含む。なお、図１において、各部２１〜２４の境界は、光導波路２上をＹ軸方向に延びる点線で示されている。また、以降の説明において、Ｘ軸方向の寸法を「長さ」、Ｙ軸方向の寸法を「幅」方向、Ｚ軸方向の寸法を「厚さ」として定義する。

【0018】

一対のアーム２２，２３は、平行に延びる直線状の導波路である。分岐部２１は、Ｙ形状を有し、光が分岐する分岐点Ｐ１から一対のアーム２２，２３までそれぞれ延びる一対の入力導波路２１１，２１２を含む。また、合波部２４は、Ｙ形状を有し、一対のアーム２２，２３から、光が合流する合流点Ｐ２までそれぞれ延びる一対の出力導波路２４１，２４２を含む。一対の入力導波路２１１，２１２、及び一対の出力導波路２４１，２４２は、例えばＳ形状のカーブを有する曲がり導波路である。

【0019】

光導波路２は、マルチモード導波路であるため、分岐部２１においてパワー分岐された光には、基本モードの光だけでなく、高次モードの光も含まれる。この光の伝搬モードは、コアである光導波路２と、クラッドである外部との境界により全反射する光の入射角に応じて決定される。

【0020】

図２には、図１のＩＩ−ＩＩ線による断面が示されている。光導波路２（ここでは、アーム２２，２３）は、半円状の断面を有し、例えば、基板１０の表面の一部にチタンなどの金属膜を形成して熱拡散させることにより形成される。なお、光導波路２は、これに限定されず、例えば、基板１０に金属膜のパターニングを行った後、安息香酸中でプロトン交換することにより形成されてもよい。

【0021】

基板１０の上には、バッファ層１１、及び電極３１〜３３が、この順に積層されている。バッファ層１１は、例えばＳｉＯ_２により形成され、０．２〜２．０（μｍ）の厚さを有する。バッファ層１１は、アーム２２，２３をそれぞれ伝搬する光が、信号電極３２、及び接地電極３１，３３により吸収されることを防止する。

【0022】

バッファ層１１の上には、金などの導電体により形成された電極３１〜３５が設けられている。基板１０が、結晶光学軸のＺ方向に沿ったＺカットのものである場合、Ｚ方向の電界を利用するため、信号電極３２、及びバイアス電極３４，３５は、光導波路２の真上に設けられている。

【0023】

信号電極３２、及びバイアス電極３４，３５は、基板１０上において光導波路２の一部と重なり、印加された電圧に基づいて光導波路２に電界を発生させる。これにより、光導波路２を伝搬する光は、１次の電気光学効果であるポッケルス効果を生じ、屈折率が変化することにより位相変調される。

【0024】

図１に示されるように、信号電極３２は、一方のアーム２３に沿って延びるように形成され、該アーム２３のうち、分岐部２１から連なる部分と重なっている。信号電極３２の両端は、基板１０の側部に向かって曲がっている。

【0025】

バイアス電極３４，３５は、一対のアーム２２，２３に沿って延びるようにそれぞれ形成され、該アーム２２，２３のうち、合波部２４から連なる部分と重なっている。バイアス電極３４，３５の一端は、基板１０の側部に向かって曲がっている。

【0026】

また、接地電極３１，３３は、接地電位が与えられている。一方の接地電極３１は、基板１０の一方の側部に沿って延びるように形成され、その一部が、アーム２２のうち、分岐部２１から連なる部分と重なっている。接地電極３１の両端部は、基板１０の他方の側部に向かって曲がっている。他方の接地電極３３は、接地電極３１とは反対側の基板１０の側部に沿って矩形状に形成されている。すなわち、接地電極３１，３３は、基板１０上において、信号電極３２を挟み込むように設けられている。なお、各電極３１〜３５は、コプレーナ線路型の電極構成を有する。

【0027】

信号電極３２は、進行波電極であり、光を変調するための変調信号Ｓが、信号源４１から入力される。変調信号Ｓは、電気的な高周波信号（マイクロ波）であり、信号電極３２のうち、アーム２３の入力端の近傍部分に入力され、光の伝搬方向に沿って伝送されて、アーム２３の出力端の近傍部分から終端抵抗４２に出力される。終端抵抗４２は、一端がアーム２３に接続され、他端が接地されている。なお、終端抵抗４２の抵抗値は、信号源４１、及び信号電極３２などの電気的な特性に応じて決定される。

【0028】

これにより、一対のアーム２２，２３の屈折率が、例えば＋ΔＮａ，−ΔＮｂとなるように変化して、各アーム２２，２３をそれぞれ伝搬する光に位相差が生ずる。そして、各アーム２２，２３をそれぞれ伝搬する光は、合波部２４における合流したとき、マッハツェンダ干渉を生じ、上記の位相差に応じてオン状態、またはオフ状態の出力光Ｌｏｕｔが出力される。なお、変調信号Ｓは、信号電極３２の断面形状の制御によるアーム２３の実行屈折率の調整により、アーム２３を伝搬する光波との速度整合がなされているため、光変調器１は、例えば１０（ＧＨｚ）以上の広い動作帯域を有する。

【0029】

バイアス電極３４，３５は、直流電源４４，４３とそれぞれ接続されている。直流電源４４，４３は、温度変化などによる変調信号Ｓの特性上の動作点の変位を補償するために、バイアス電圧Ｅｂ１，Ｅｂ２をバイアス電極３４，３５に与える。バイアス電圧Ｅｂ１，Ｅｂ２は、例えば、フォトダイオードなどにより得た出力光Ｌｏｕｔのレベルに応じて決定される。なお、本例において、バイアス電極３４，３５は、信号電極３２とは別に設けられているが、バイアスＴ回路を用いて信号電極３２と共通の電極として設けられてもよい。

【0030】

また、バイアス電極３４，３５は、一対のアーム２２，２３のそれぞれについて独立に制御するために、個別に設けられている。なお、一方のバイアス電極３５は、アーム２３の上部において、信号電極３２の終端側の部分と一定の間隔をおいて設けられている。

【0031】

次に、本例の変調器１の光導波路２を伝搬する光について説明する。図３には、オン状態における光導波路２の各部の光スペクトルが示されている。

【0032】

グラフＧ１０は、分岐部２１に入力された光のスペクトルである。入力された光は、分岐部２１によりパワー分岐されて、一対のアーム２２，２３においてグラフＧ１１〜Ｇ１４に示される光となる。

【0033】

一方のアーム２２には、グラフＧ１１により示される基本モード（０次モード）の光、及び、グラフＧ１２により示される高次モードの光が伝搬する。他方のアーム２３には、グラフＧ１２により示される基本モードの光、及び、グラフＧ１４により示される高次モードの光が伝搬する。このように高次モードの光が生ずるのは、上述した通り、光導波路２がマルチモード導波路であるからである。

【0034】

オン状態において、信号電極３２には、アーム２２，２３を伝搬する光の位相差が０となるように変調信号Ｓの電圧が印加される。このため、アーム２２，２３を伝搬する光は、同一位相のまま、合波部２４に入力される。このときの基本モードの光スペクトルは、グラフＧ１５，Ｇ１６に示され、高次モードの光スペクトルは、グラフＧ１７，Ｇ１８に示されている。

【0035】

合波部２４において合流した光は、同一位相であるためにパワーを強め合い、グラフＧ１９に示される基本モードの光となって出力される。このとき、アーム２２，２３を伝搬した高次モードの光（Ｇ１６，Ｇ１８の光）は、干渉によって基本モードの光となり、出力光に結合される。

【0036】

一方、図４には、オフ状態における光導波路２の各部の光スペクトルが示されている。グラフＧ２０は、分岐部２１に入力される光のスペクトルを示す。また、グラフＧ２１，Ｇ２３は、分岐部２１により分岐された光の基本モードの光スペクトルを示し、グラフＧ２１，Ｇ２３は、高次モードの光スペクトルを示す。

【0037】

オフ状態において、信号電極３２には、アーム２２，２３を伝搬する光の位相差がπとなるように変調信号Ｓの電圧が印加される。このため、アーム２２，２３を伝搬する基本モードの光は、グラフＧ２５，Ｇ２７に示されるように、位相が正反対となって合波部２４に入力される。このため、合波された光は、グラフＧ２９に示される高次モードの光となり外部に放射される。すなわち、グラフＧ２５，Ｇ２７に示された光は、合波部２４において相殺される。

【0038】

一方、高次モードの光は、基本モードの光とは光導波路２への閉じ込め性が違うため、電界による変調の程度（つまり、電界の印加効率）が異なる。すなわち、グラフＧ２６，Ｇ２８に示される高次モードの光の位相差をπとするための変調信号Ｓの電圧は、グラフＧ２５，Ｇ２７に示された基本モードの光とは異なる。

【0039】

このため、グラフＧ２６，Ｇ２８に示される高次モードの光は、合波部２４において相殺されずに残り、グラフＧ３０に示される基本モードのノイズ光として、出口２９から外部に出力される。このノイズ光は、消光比を劣化させる一因となる。そこで、以下に述べる実施例では、高次モードの光を除去するため、光導波路２に、他部分より狭い幅を有する狭幅部が設けられている。

【0040】

（第１実施例）
図５は、第１実施例に係る光変調器１の平面図である。図５において、図１に示された比較例と機能が共通する構成には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0041】

本実施例において、一対のアーム２５，２６は、他部分より狭い幅を有する狭幅部２５１，２６１がそれぞれ設けられている。一方のアーム２６の狭幅部２６１は、信号電極３２と重なる部分、及びバイアス電極３５と重なる部分の間に設けられている。他方のアーム２５の狭幅部２５１は、長さ方向において、上記の狭幅部２６１と同じ位置に設けられている。

【0042】

狭幅部２５１，２６１は、アーム２５，２６において光の閉じ込め性を弱めるように作用する。これは、幅が狭まると、アーム２５，２６内に拡散された不純物の濃度が低下することによって、飽和屈折率が低下するからである。したがって、狭幅部２５１，２６１において、高次モードの光は外部に放射され、基本モードの光だけが狭幅部２５１，２６１を通過することができる。すなわち、狭幅部２５１，２６１は、マルチモード光をフィルタリングするシングルモード導波路として機能する。

【0043】

狭幅部２５１，２６１によりマルチルモードの光が除去されたことは、光導波路２に光を通すことにより確認される。例えば、光導波路２の入口２０に光ファイバを接続して、光源から光を入力し、他方、光導波路２の出口２９に、出力光Ｌｏｕｔを観測するためのカメラを設置する。そして、入口２０の光ファイバを動かしたときに、カメラから得た出力光Ｌｏｕｔの観測画像が変化しなければ、狭幅部２５１，２６１によりマルチルモードの光が除去されたことが確認される。

【0044】

また、狭幅部２５１，２６１は、アーム２５，２６のうち、信号電極３２と重なる部分、及びバイアス電極３５と重なる部分を避けて設けられている。このため、光導波路２のうち、電界強度が比較的に高い部分（電気力線が集中する部分）における光の閉じ込め性の低下が回避される。仮に、狭幅部２５１，２６１が、信号電極３２と重なる部分、及びバイアス電極３５と重なる部分に設けられた場合、光の閉じ込め性が低下することにより、変調信号Ｓによる変調効率が低下する。

【0045】

この傾向は、本例のＬＮ変調器のように、光の閉じ込め性が比較的に弱いものの場合に顕著である。変調効率が低下する場合、信号源４１の駆動電圧が増加するため、消費電力、及び発熱量が増加する。また、変調効率の低下を補償するために信号電極３２及びバイアス電極３５の長さ、または、アーム２５，２６の長さを延長した場合、光変調器１が大型化する。

【0046】

このように、狭幅部２５１，２６１を、光導波路２のうち、電界強度が弱い部分を選択して設けることにより、光変調器１の駆動電圧及びサイズを増加させることなく、光導波路２から高次モードの光を除去することができる。図３及び図４の例の場合、グラフＧ１２，Ｇ１４，Ｇ２２，Ｇ２４により示される高次モードの光が、狭幅部２５１，２６１により除去される。このため、グラフＧ３０により示されるノイズ光が生ずることがなく、光変調器１の消光比が改善される。これは、発明者が行った数値シミュレーションによって、比較例の消光比は−２４．６（ｄＢ）であるのに対し、本実施例の消光比は−３５．２（ｄＢ）という結果が得られたことからも理解される。なお、本実施例において、一対のアーム２５，２６の両方に狭幅部２５１，２６１が設けられているが、狭幅部をアーム２５，２６の一方のみに設けた場合でも、ノイズ光は低減されるため、同様の作用効果が得られる。

【0047】

（第２実施例）
第１実施例では、信号電極３２とバイアス電極３５との間隔によっては、狭幅部２５１，２６１における急な幅の変化のため、光の散乱損失が生ずる場合が考えられる。そこで、図６に示される第２実施例の光変調器１は、光導波路２の幅が狭幅部２５２，２６２に向けて徐々に狭くなるように構成されている。なお、図６において、図１に示された比較例と機能が共通する構成には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0048】

本実施例において、狭幅部２５２，２６２は、一対のアーム２５，２６にそれぞれ設けられている。光導波路２は、狭幅部２５２，２６２に向けてテーパ状に細くなっている。

【0049】

一方のアーム２６において、幅が変化し始める位置は、上述した変調効率の低下を避けるため、信号電極３２と重なる部分、及びバイアス電極３５と重なる部分を避けるように設定されている。また、他方のアーム２５において、幅が変化し始める位置は、上述した変調効率の低下を避けるため、接地電極３１の電界強度が高い部分、及び、バイアス電極３４と重なる部分を避けるように設定されている。

【0050】

このように、狭幅部２５２，２６２に向けて光導波路２の幅を徐々に変化させることによって、上述した光の散乱損失を抑制しつつ、消光比を改善することができる。また、本実施例では、狭幅部２５２，２６２だけでなく、狭幅部２５２，２６２に向けて幅が変化する部分、つまり上記のテーパ状の部分も、高次モードの光の除去に寄与するから、消光比が、さらに効果的に改善される。なお、本実施例では、テーパ状に幅が変化する形態を挙げたが、これに限定されず、例えば、狭幅部２５２，２６２の近傍部分の側部を階段形状とすることにより、狭幅部２５２，２６２に向けて幅が段階的に変化する形態を用いてもよい。

【0051】

また、狭幅部２５２，２６２の寸法などを同一に形成することによって、狭幅部２５２，２６２において生じ得る損失を、さらに低減することができる。例えば、図７に示される狭幅部２５２，２６２の拡大図において、狭幅部２５２，２６２の幅Ｗ１，Ｗ２を同一とするとよい。また、狭幅部２５２，２６２に連なるテーパ状の部分の長さＬ１１、Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２を、それぞれ同一としてもよい。ここで、テーパ状の部分の長さＬ１１，Ｌ１２は、それぞれ、幅が変化し始める位置ｘ１１，ｘ１２から狭幅部２５２までの各長さである。また、テーパ状の部分の長さＬ２１，Ｌ２２は、それぞれ、幅が変化し始める位置ｘ２１，ｘ２２から狭幅部２６２までの各長さである。

【0052】

（第３実施例）
第２実施例では、狭幅部２６２に連なるテーパ状の部分が、信号電極３２と重なる部分、及びバイアス電極３５と重なる部分を避けるように設けられているが、これに限定されない。図８には、光導波路２の幅が、信号電極３２と重なる部分、及びバイアス電極３５と重なる部分から狭幅部２６３に向けて徐々に狭くなるように形成された光変調器１の例が示されている。図８において、図１に示された比較例と機能が共通する構成には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0053】

図８に示された例では、他方の狭幅部２５３についても同様に、光導波路２の幅が、バイアス電極３４と重なる部分から狭幅部２５３に向けて徐々に狭くなる。すなわち、狭幅部２５３，２６３に連なるテーパ状の部分の幅が変化し始める位置が、信号電極３２と重なる部分、及びバイアス電極３５，３４と重なる部分に設定されている。

【0054】

この構成によると、幅が変化するテーパ状の部分の長さ寸法を大きくすることができるため、小型の光変調器１において消光比を改善することができる。なお、狭幅部２６３に連なるテーパ状の部分の幅が変化し始める位置は、信号電極３２と重なる部分、及びバイアス電極３５と重なる部分の両方に限定されることはなく、何れか一方であってもよい。

【0055】

また、上記の構成は、光導波路２の幅が、信号電極３２と重なる部分、及びバイアス電極３４，３５と重なる部分から狭くなり始めるから、光の変調効率が影響を受け得る。特に、信号電極３２と重なる部分の幅を変更する場合、光の変調効率の変化によって、駆動電圧だけではなく、変調帯域も影響され得る。この変調帯域は、アーム２６にわたって変調効率を積分して得た値に基づいて決定される。

【0056】

変調効率は、変調信号Ｓの周波数に依存し、また、光導波路２内の位置によっても変化する。周波数が高いほどマイクロ波の損失は大きくなるから、変調効率は、アーム２６のうち、変調信号Ｓの入力部よりも出力部において低下する。

【0057】

本実施例において、光導波路２の幅は、信号電極３２における変調信号Ｓの終端側の部分３２１と重なる部分から狭幅部２６３に向けて徐々に狭くなる。ここで、変調信号Ｓの終端側の部分３２１とは、信号電極３２のうち、終端抵抗４２との接続位置の近傍部分を指す。

【0058】

この構成によると、もともと変調効率が低いアーム２６の出力部、つまり、変調信号Ｓの終端側の部分３２１において、光導波路２の幅が狭められているから、上記の変調帯域への影響が低減される。

【0059】

（第４実施例）
第１〜３実施例では、一対のアーム２５，２６に、狭幅部２５１〜２５３，２６１〜２６３がそれぞれ設けられているが、これに限定されない。図９には、狭幅部２７１１，２７２１が、分岐部２７の一対の入力導波路２７１，２７２に、それぞれ設けられた光変調器１の例が示されている。図９において、図１に示された比較例と機能が共通する構成には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0060】

本実施例において、一対の入力導波路２７１，２７２の幅は、狭幅部２７１１，２７２１に向けて徐々に狭くなる。つまり、光導波路２は、狭幅部２７１１，２７２１に向けて、テーパ状に細くなっている。ここで、光導波路２の幅が変化し始める位置は、信号電極３２と重なってもよい。

【0061】

本実施例によると、狭幅部２７１１，２７２１に連なる光導波路２の幅が徐々に狭くなるから、上述した第２及び第３実施例と同様の作用効果が得られる。また、本実施例では、一対のアーム２２，２３に狭幅部２７１１，２７２１が設けられていないため、アーム２２，２３の長さを短くすることができる。したがって、本実施例によると、小型の光変調器１において、消光比を改善することができる。

【0062】

（第５実施例）
第４実施例において、狭幅部２７１１，２７２１は、分岐部２７１に設けられているが、これに限定されず、合波部２４に設けられてもよい。図１０には、狭幅部２８１１，２８２１が、合波部２８の一対の出力導波路２８１，２８２にそれぞれ設けられた光変調器１の例が示されている。図１０において、図１に示された比較例と機能が共通する構成には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0063】

本実施例において、一対の出力導波路２８１，２８２の幅は、狭幅部２８１１，２８２１に向けて徐々に狭くなる。つまり、光導波路２は、狭幅部２８１１，２８２１に向けて、テーパ状に細くなっている。ここで、光導波路２の幅が変化し始める位置は、バイアス電極３４，３５と重なってもよい。

【0064】

本実施例によると、狭幅部２８１１，２８２１に連なる光導波路２の幅が徐々に狭くなるから、上述した第２及び第３実施例と同様の作用効果が得られる。また、本実施例によると、一対のアーム２２，２３に狭幅部２８１１，２８２１が設けられていないため、第４実施例と同様の作用効果が得られる。なお、これまで述べた実施例において、狭幅部は、分岐部２７、一対のアーム２５，２６、及び合波部２８の何れかに設けられているが、これに限定されることはなく、複数の部分に設けられてもよい。

【0065】

（第６実施例）
図１１には、高速光通信用のＤＱＰＳＫなどの多値変調方式に用いられる光変調器１の例が示されている。光変調器１の光導波路７は、基板６に形成されたマルチモード導波路である。光導波路７は、第１分岐部７０、一対のサブ導波路７ａ，７ｂ、及び第１合波部７９を含む。なお、図１１において、各部７０〜７９の境界は、光導波路７上を幅方向に延びる点線で示されている。

【0066】

第１分岐部７０は、Ｙ形状を有し、入力された光を分岐して、一対のサブ導波路７ａ，７ｂに導く。一対のサブ導波路７ａ，７ｂは、同様のＭＺ型導波路であり、第２分岐部７１，７２、一対のアーム７３〜７６、及び第２合波部７７，７８をそれぞれ含む。すなわち、一対のサブ導波路７ａ，７ｂは、それぞれ、上述した実施例の光導波路２と同様の構成を有している。

【0067】

第２分岐部７１，７２は、Ｙ形状を有し、第１分岐部７０から入力された光を分岐して、一対のアーム７３〜７６にそれぞれ導く。一対のアーム７３〜７６は、第２分岐部７１，７２により分岐された光がそれぞれ伝搬する。一対のアーム７３〜７６は、光を第２合波部７７，７８にそれぞれ導く。

【0068】

第２合波部７７，７８は、Ｙ形状を有し、一対のアーム７３〜７６から出力された光をそれぞれ合波して、第１合波部７９に導く。第１合波部７９は、Ｙ形状を有し、一対のサブ導波路７ａ，７ｂ、つまり第２合波部７７，７８から出力された光を合波して外部に出力する。したがって、本実施例における光導波路７は、全体的に見るとＭＺ型導波路を構成する。なお、第１及び第２分岐部７０〜７２の枝部、及び、第１及び第２合波部７７〜７９の枝部は、例えばＳ形状のカーブを有する曲がり導波路である。

【0069】

また、光変調器１は、第１及び第２信号電極８２，８３、接地電極８０，８１１，８１２、及び第１〜第６バイアス電極８４〜８９を有する。第１及び第２信号電極８２，８３、接地電極８０、及び第１〜第６バイアス電極８４〜８９は、基板６上において、光導波路７と部分的に重なるように設けられている。各電極８０〜８９，８１１，８１２は、上述した実施例と同様に、基板６上に、バッファ層を介して積層されている。

【0070】

第１及び第２信号電極８２，８３は、一対のアーム７３〜７６内に電界を発生させ、光を変調するための変調信号が、信号源から入力される。第１及び第２信号電極８２，８３は、アーム７３，７６に沿って延びるようにそれぞれ形成され、該アーム７３，７６のうち、第２分岐部７１，７２から連なる部分と重なっている。第１及び第２信号電極８２，８３の両端は、基板６の側部に向かって曲がっている。

【0071】

第１〜第６バイアス電極８４〜８９は、直流電源とそれぞれ接続され、温度変化などによる変調信号の特性上の動作点の変位を補償するため、バイアス電圧が与えられる。第１〜第６バイアス電極８４〜８９は、アーム７３〜７６に沿って延びるようにそれぞれ形成され、該アーム７３〜７６のうち、第２合波部７７，７８から連なる部分と重なっている。第１〜第６バイアス電極８４〜８９の一端は、基板６の側部に向かって曲がっている。

【0072】

また、接地電極８０，８１１，８１２は、接地電位が与えられている。接地電極８０は、アーム７４，７５のうち、第２分岐部７１，７２からそれぞれ連なる部分と重なっている。接地電極８０の両端部は、基板６の側部に向かって曲がっている。

【0073】

接地電極８１１，８１２は、基板６の側部に沿って矩形状に形成されている。接地電極８０，８１１，８１２は、基板６上において、第１及び第２信号電極８２，８３を挟み込むように設けられている。なお、各電極８０〜８９，８１１，８１２は、コプレーナ線路型の電極構成を有する。

【0074】

光導波路７は、幅が他部分より狭い狭幅部７１０，７１１，７３０，７４０，７５０，７６０が設けられている。狭幅部７１０，７１１，７３０，７４０，７５０，７６０は、第１及び第２信号電極８２，８３、及び第１〜第６バイアス電極８４〜８９と重ならないように設けられている。

【0075】

狭幅部７１０，７１１は、第２分岐部７１，７２のうち、第１分岐部７０との境界と、光が分岐する分岐点Ｐ１１，Ｐ２１との間にそれぞれ設けられている。第２分岐部７１，７２の幅は、狭幅部７１０，７１１に向かって徐々に狭くなっている。より具体的には、第２分岐部７１，７２は、狭幅部７１０，７１１に向かってテーパ状に細くなっている。狭幅部７１０，７１１は、第１分岐部７０において生ずる高次モードの光を除去する。

【0076】

一方のアーム７３，７６は、狭幅部７３０，７６０が、第１及び第２信号電極８２，８３と重なる部分、及びバイアス電極８４，８７と重なる部分の間にそれぞれ設けられている。アーム７３，７６の幅は、狭幅部７３０，７６０に向かって徐々に狭くなっている。より具体的には、アーム７３，７６は、狭幅部７３０，７６０に向かってテーパ状に細くなっている。

【0077】

光導波路７ａ，７ｂの幅は、第１及び第２信号電極８２，８３、及び、第１及び第４バイアス電極８４，８７と重なる部分から、狭幅部７３０，７６０に向けて徐々に狭くなるようにしてもよい。すなわち、狭幅部７３０，７６０に連なるテーパ状の部分は、幅が変化し始める位置が、第１及び第２信号電極８２，８３、及び、第１及び第４バイアス電極８４，８７と重なる部分にあってもよい。

【0078】

他方のアーム７４，７５の狭幅部７４０，７５０は、長さ方向において、上記の狭幅部７３０，７６０と同じ位置にそれぞれ設けられている。アーム７４，７５の幅は、狭幅部７３０，７６０に向かって徐々に狭くなっている。より具体的には、アーム７４，７５は、狭幅部７４０，７５０に向かってテーパ状に細くなっている。

【0079】

光導波路７ａ，７ｂの幅は、第２及び第５バイアス電極８５，８８と重なる部分から、狭幅部７４０，７５０に向けて徐々に狭くなるようにしてもよい。すなわち、狭幅部７４０，７５０に連なるテーパ状部分は、幅が変化し始める位置が、第２及び第５バイアス電極８５，８８と重なる部分にあってもよい。なお、一対のアーム７３〜７６は、それぞれ、狭幅部７３０，７６０の幅、及び、狭幅部７３０，７６０に連なるテーパ状の部分の長さが等しい。

【0080】

狭幅部７３０，７４０は、第２分岐部７１において生ずる高次モードの光を除去する。また、狭幅部７５０，７６０は、第２分岐部７２において生ずる高次モードの光を除去する。

【0081】

上述した構成によると、ＤＱＰＳＫなどの多値変調方式に用いられる光変調器１の消光比を効果的に改善することができる。なお、本実施例において、狭幅部が設けられる位置に限定はない。狭幅部は、例えば、一対のアーム７３〜７６の一方のみに設けられてもよく、また、第１分岐部７０や第１及び第２合波部７７〜７９などに設けられてもよい。

【0082】

（光送信器の実施例）
次に、上述した光変調器１を用いた光送信器について説明する。図１２には、光送信器の構成例が示されている。

【0083】

光送信器９は、光変調器１、光源９０、及びデータ生成部９１を含む。光源９０は、例えば、レーザダイオードであり、無変調連続波（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）の光を、光ファイバを介して光変調器１に出力する。なお、光変調器１と光源９０とを接続する光ファイバは、シングルモードファイバ及びマルチモードファイバの何れであってもよい。

【0084】

また、データ生成部９１は、出力対象となるデータに基づいて駆動信号を生成し、光変調器１に出力する。光変調器１は、駆動信号から変調信号Ｓを生成し、光源９０から光導波路２，７に入力された光を変調して出力する。出力された光は、光導波路２，７の出口２９に接続された光ファイバ５を介して、外部に出力される。

【0085】

光送信器９は、上述した光変調器１を含むから、既に述べた作用効果を奏する。なお、光送信器９は、光信号を受信する光受信器とともに、単一のモジュールとして構成されてもよい。

【0086】

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

【符号の説明】

【0087】

１ 光変調器
１０ 基板
２，７ 光導波路
２１，２７ 分岐部
２２，２３，２５，２６ 一対のアーム
２４，２８ 合波部
３２ 信号電極
３１，３３ 接地電極
３４，３５ バイアス電極
２５１〜２５３，２６１〜２６３ 狭幅部
２１１，２１２，２７１，２７２ 一対の入力導波路
２４１，２４２，２８１，２８２ 一対の出力導波路
２７１１，２７２１，２８１１，２８２１ 狭幅部
７ａ，７ｂ サブ導波路
７０ 第１分岐部
７１，７２ 第２分岐部
７３〜７６ 一対のアーム
７９ 第１合波部
７７，７８ 第２合波部
７１０，７１１，７３０，７４０，７５０，７６０ 狭幅部
８２ 第１信号電極
８３ 第２信号電極
８０，８１１，８１２ 接地電極
８４〜８９ 第１〜第６バイアス電極
９ 光送信器
９０ 光源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】