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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024163255
(43)【公開日】2024-11-21
(54)【発明の名称】光導波路素子、光導波路デバイス、および光送信装置
(51)【国際特許分類】
G02F 1/01 20060101AFI20241114BHJP
【ＦＩ】
G02F1/01 C
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024152371
(22)【出願日】2024-09-04
(62)【分割の表示】P 2020183025の分割
【原出願日】2020-10-30
(71)【出願人】
【識別番号】000183266
【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】301022471
【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構
(74)【代理人】
【識別番号】110001081
【氏名又は名称】弁理士法人クシブチ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高野 真悟
(72)【発明者】
【氏名】片岡 優
(72)【発明者】
【氏名】及川 哲
(72)【発明者】
【氏名】市川 潤一郎
(72)【発明者】
【氏名】山口 祐也
(72)【発明者】
【氏名】菅野 敦史
(72)【発明者】
【氏名】山本 直克
(72)【発明者】
【氏名】川西 哲也
(57)【要約】
【課題】基板に形成される光導波路を用いた光導波路素子において、様々な結晶方位を持つ基板において容易かつ低コストに周波数特性を改善し得る構成を実現する。
【解決手段】光導波路素子は、基板に配された光導波路と、光導波路内の光波に位相変化与える進行波型の電極と、を備え、電極及び光導波路は、上記光波が制御される作用部において、電気信号の伝搬方向に沿って下流側の第１作用部分の位相変化が、上流側の第２作用部分の位相変化に対し符号が逆となるよう構成され、第１作用部分は第２作用部分より短い。電極は、中心電極とグランド電極とで構成され、且つ、光導波路は、対を為す２つの並行導波路を含むマッハツェンダ型光導波路であり、第２作用部分を構成する並行導波路のそれぞれの上部に中心電極が形成され、第１作用部分を構成する並行導波路のそれぞれの上部にグランド電極が形成されている。
【選択図】図３３
【解決手段】光導波路素子は、基板に配された光導波路と、光導波路内の光波に位相変化与える進行波型の電極と、を備え、電極及び光導波路は、上記光波が制御される作用部において、電気信号の伝搬方向に沿って下流側の第１作用部分の位相変化が、上流側の第２作用部分の位相変化に対し符号が逆となるよう構成され、第１作用部分は第２作用部分より短い。電極は、中心電極とグランド電極とで構成され、且つ、光導波路は、対を為す２つの並行導波路を含むマッハツェンダ型光導波路であり、第２作用部分を構成する並行導波路のそれぞれの上部に中心電極が形成され、第１作用部分を構成する並行導波路のそれぞれの上部にグランド電極が形成されている。
【選択図】図３３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板内又は前記基板上に配された光導波路と、
光導波路に沿って設けられた、前記光導波路に作用して当該光導波路を伝搬する光波に位相変化を発生させる電極と、
を備え、
前記電極は、進行波型電極であり、
前記電極および前記光導波路は、前記電極により前記光波が制御される作用部において、前記電極を伝搬する電気信号の進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部から所定距離の範囲である第１の作用部分に発生する前記位相変化が、前記伝搬方向に沿って上流側の前記電気信号の入力端から所定距離の範囲である第２の作用部分に発生する前記位相変化に対し符号が逆となるよう構成され、
前記第１の作用部分において前記光導波路に作用する部分の長さは、前記第２の作用部分において前記光導波路に作用する部分の長さより短く、且つ、
前記電極は、中心電極と、所定の距離を隔てて前記中心電極に沿って形成されたグランド電極と、で構成され、
前記光導波路は、対を為す２つの並行導波路を含むマッハツェンダ型光導波路であり、
前記基板上に形成された２つの前記並行導波路で構成される前記作用部は、前記第２の作用部分を構成する前記並行導波路のそれぞれの上部に前記中心電極が形成され、前記第１の作用部分を構成する前記並行導波路のそれぞれの上部に前記グランド電極が形成されている、
光導波路素子。
前記基板内又は前記基板上に配された光導波路と、
光導波路に沿って設けられた、前記光導波路に作用して当該光導波路を伝搬する光波に位相変化を発生させる電極と、
を備え、
前記電極は、進行波型電極であり、
前記電極および前記光導波路は、前記電極により前記光波が制御される作用部において、前記電極を伝搬する電気信号の進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部から所定距離の範囲である第１の作用部分に発生する前記位相変化が、前記伝搬方向に沿って上流側の前記電気信号の入力端から所定距離の範囲である第２の作用部分に発生する前記位相変化に対し符号が逆となるよう構成され、
前記第１の作用部分において前記光導波路に作用する部分の長さは、前記第２の作用部分において前記光導波路に作用する部分の長さより短く、且つ、
前記電極は、中心電極と、所定の距離を隔てて前記中心電極に沿って形成されたグランド電極と、で構成され、
前記光導波路は、対を為す２つの並行導波路を含むマッハツェンダ型光導波路であり、
前記基板上に形成された２つの前記並行導波路で構成される前記作用部は、前記第２の作用部分を構成する前記並行導波路のそれぞれの上部に前記中心電極が形成され、前記第１の作用部分を構成する前記並行導波路のそれぞれの上部に前記グランド電極が形成されている、
光導波路素子。
【請求項2】
前記電極は、前記第１の作用部分における電気信号の電圧減衰係数が、前記第２の作用部分における電圧減衰係数と異なるよう構成されている、
請求項１に記載の光導波路素子。
請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項3】
前記第１の作用部分の長さと前記第２の作用部分の長さの比は、
ｒ：（１＋ｒ）、ｒ＝２、１．５、１．２、１．０、又は０．８
の関係を有する、
請求項１又は２に記載の光導波路素子。
ｒ：（１＋ｒ）、ｒ＝２、１．５、１．２、１．０、又は０．８
の関係を有する、
請求項１又は２に記載の光導波路素子。
【請求項4】
前記第１の作用部分の長さと前記第２の作用部分の長さの比は、１：２であって、
前記第１の作用部分の長さをＬ、前記電極における電気信号の電圧減衰係数をαとしたとき、
Ａ＝ｅｘｐ（－αＬ）
で与えられる値Ａが、
０．１２＜Ａ≦０．８８
の範囲である、
請求項１又は２に記載の光導波路素子。
前記第１の作用部分の長さをＬ、前記電極における電気信号の電圧減衰係数をαとしたとき、
Ａ＝ｅｘｐ（－αＬ）
で与えられる値Ａが、
０．１２＜Ａ≦０．８８
の範囲である、
請求項１又は２に記載の光導波路素子。
【請求項5】
前記第１の作用部分の長さと前記第２の作用部分の長さの比は、１：２であって、
前記第１の作用部分の長さをＬ、前記電極における電気信号の電圧減衰係数をαとしたとき、
Ａ＝ｅｘｐ（－αＬ）
で与えられる値Ａが、
０．２７＜Ａ≦０．８３
の範囲である、
請求項１又は２に記載の光導波路素子。
前記第１の作用部分の長さをＬ、前記電極における電気信号の電圧減衰係数をαとしたとき、
Ａ＝ｅｘｐ（－αＬ）
で与えられる値Ａが、
０．２７＜Ａ≦０．８３
の範囲である、
請求項１又は２に記載の光導波路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば光変調素子などの、光導波路を用いた機能素子である光導波路素子、そのような光導波路素子を用いた光導波路デバイスおよび光送信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
高速／大容量光ファイバ通信システムにおいては、導波路型の光変調器を組み込んだ光送信装置が多く用いられている。中でも、電気光学効果を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）（以下、ＬＮともいう）結晶を基板に用いた光変調素子は、インジウムリン（ＩｎＰ）、シリコン（Ｓｉ）、あるいはガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体系材料を用いた光変調素子に比べて、光の損失が少なく且つ広帯域な光変調特性を実現し得ることから、高速／大容量光ファイバ通信システムに広く用いられている。
【0003】
光ファイバ通信システムにおける変調方式は、近年の伝送容量の増大化の流れを受け、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）やＤＰ－ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ － Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）等、多値変調や、多値変調に偏波多重を取り入れた伝送フォーマットが主流となっている。
【0004】
一方、近年のインターネットサービスの普及加速は、通信トラフィックのより一層の増大を招き、光変調素子の更なる小型化、広帯域化、省電力化の検討が今も進められている。
【0005】
広帯域の観点では、現在広く使われている長距離光ファイバ通信用の光変調器では、光導波路内を伝搬する光波を制御する制御電極として、光導波路に沿って設けられた進行波型電極が用いられている。進行波型電極は、分布定数線路を構成するように配された複数の導体パターンで構成され、電気信号（変調信号）が入力される一方の端部に対向する他の端部が所定のインピーダンスで終端されている。これにより、進行波型電極では、電気信号が進行波となって一方向に伝搬し、当該進行波が光導波路内に電界を生じさせることで、当該光導波路内を伝搬する光波が制御される。
【0006】
このような進行波型電極は、集中定数型（パッド型）電極と比較して、インダクタンスおよびキャパシタンスから計算される時定数による高周波特性の制限を無視できるという優位性がある。
【0007】
その一方で、進行波型電極では、当該進行波型電極を構成する導体パターン内を電気信号が伝搬するときに、当該電気信号に無視し得ない伝搬損失が生じ得る。また、この伝搬損失は、周波数依存性を持つため、上記進行波となって伝搬する信号電圧のうち光導波路内を伝搬する光波の制御に寄与する実効的な電圧は、上記電気信号の周波数に依存して変化する。一般的には、伝搬損失は、電気信号の周波数が高いほど増大するため、光変調素子としての特性は、高周波になるほど駆動電圧が増大し、したがって、高周波になるほど応答感度は小さくなって、動作周波数帯域が制限される。
【0008】
基板上に形成された光導波路で構成される光変調素子の周波数応答特性を平坦化する技術として、従来、制御電極により光導波路内の光波が制御される作用部の一部に、基板の分極方向を調整して成る平坦化手段を設けることが知られている（特許文献１参照）。この光変調素子では、上記のように平坦化手段の分極方向を調整することにより、制御電極が作用部に発生させる誘導位相量を平坦化手段において減少させることで、周波数応答特性が平坦化される。
【0009】
上記従来の光変調素子は、単純な構成により周波数応答特性が平坦化されるため、製造の容易性やコストの面で有利となり得る。例えば、分極方向の調整は、高電界を発生する２枚の平行平板電極の間に上記基板の作用部を挿入することで容易に行い得る。
【0010】
しかしながら、上記従来技術では、目的とする分極の方向によっては上記高電界に対して基板を大きく傾ける必要が生じる。例えば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）結晶で構成されるＸカット基板の場合、平坦化手段における分極調整の方向は、基板面に平行な方向に近くなり得る。この場合、上記平行平板電極の間に傾けた基板を挿入できる十分なスペースを確保すべく、上記平行平板電極の互いの離間距離を当該基板の平面サイズに応じて広げる必要が生ずる。
【0011】
その結果、平行平板電極には、より大きな電圧を印加することが必要となり、製造装置が大型化して製造コストの面で不利となる場合があり得る。したがって、上記従来技術では、所望のコストで実現し得る分極方向に制限が生ずることとなり、平坦化手段の設計に制約が生ずることとなり得る。すなわち、上記従来技術は、平坦化手段の設計自由度の観点で改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開２００５－２８４１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
上記背景より、基板に形成される光導波路を用いた光導波路素子において、様々な結晶方位を持つ基板においても容易かつ低コストで周波数特性を改善することのできる技術の実現が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明の一の態様は、基板と、前記基板内又は前記基板上に配された光導波路と、光導波路に沿って設けられた、前記光導波路に作用して当該光導波路を伝搬する光波に位相変化を発生させる電極と、を備え、前記電極は、進行波型電極であり、前記電極および前記光導波路は、前記電極により前記光波が制御される作用部において、前記電極を伝搬する電気信号の進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部から所定距離の範囲である第１の作用部分に発生する前記位相変化が、前記伝搬方向に沿って上流側の前記電気信号の入力端から所定距離の範囲である第２の作用部分に発生する前記位相変化に対し符号が逆となるよう構成され、前記第１の作用部分において前記光導波路に作用する部分の長さは、前記第２の作用部分において前記光導波路に作用する部分の長さより短く、且つ、前記電極は、中心電極と、所定の距離を隔てて前記中心電極に沿って形成されたグランド電極と、で構成され、前記光導波路は、対を為す２つの並行導波路を含むマッハツェンダ型光導波路であり、前記基板上に形成された２つの前記並行導波路で構成される前記作用部は、前記第２の作用部分を構成する前記並行導波路のそれぞれの上部に前記中心電極が形成され、前記第１の作用部分を構成する前記並行導波路のそれぞれの上部に前記グランド電極が形成されている、光導波路素子である。
本発明の他の態様によると、前記電極は、前記第１の作用部分における電気信号の電圧減衰係数が、前記第２の作用部分における電圧減衰係数と異なるよう構成されている。
本発明の他の態様によると、前記第１の作用部分の長さと前記第２の作用部分の長さの比は、［ｒ：（１＋ｒ）、ｒ＝２、１．５、１．２、１．０、又は０．８］の関係を有する。
本発明の他の態様によると、前記第１の作用部分の長さと前記第２の作用部分の長さの比は、１：２であって、前記第１の作用部分の長さをＬ、前記電極における電気信号の電圧減衰係数をαとしたとき、［Ａ＝ｅｘｐ（－αＬ）］で与えられる値Ａが、［０．１２＜Ａ≦０．８８］の範囲である。
本発明の他の態様によると、前記第１の作用部分の長さと前記第２の作用部分の長さの比は、１：２であって、前記第１の作用部分の長さをＬ、前記電極における電気信号の電圧減衰係数をαとしたとき、［Ａ＝ｅｘｐ（－αＬ）］で与えられる値Ａが、［０．２７＜Ａ≦０．８３］の範囲である。
本発明の他の態様によると、前記電極は、前記第１の作用部分における電気信号の電圧減衰係数が、前記第２の作用部分における電圧減衰係数と異なるよう構成されている。
本発明の他の態様によると、前記第１の作用部分の長さと前記第２の作用部分の長さの比は、［ｒ：（１＋ｒ）、ｒ＝２、１．５、１．２、１．０、又は０．８］の関係を有する。
本発明の他の態様によると、前記第１の作用部分の長さと前記第２の作用部分の長さの比は、１：２であって、前記第１の作用部分の長さをＬ、前記電極における電気信号の電圧減衰係数をαとしたとき、［Ａ＝ｅｘｐ（－αＬ）］で与えられる値Ａが、［０．１２＜Ａ≦０．８８］の範囲である。
本発明の他の態様によると、前記第１の作用部分の長さと前記第２の作用部分の長さの比は、１：２であって、前記第１の作用部分の長さをＬ、前記電極における電気信号の電圧減衰係数をαとしたとき、［Ａ＝ｅｘｐ（－αＬ）］で与えられる値Ａが、［０．２７＜Ａ≦０．８３］の範囲である。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、基板に形成される光導波路を用いた光導波路素子において、様々な結晶方位を持つ基板においても、容易かつ低コストで周波数特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図2】従来の光変調素子の構成を示す図である。
【図6】第１の実施形態の第１の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図8】第１の実施形態の第２の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図10】第１の実施形態の第３の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図14】本発明の第２の実施形態に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図15】本発明の第３の実施形態に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図18】第３の実施形態の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図21】本発明の第４の実施形態に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図24】本発明の第５の実施形態に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図27】本発明の第６の実施形態に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図30】本発明の第７の実施形態に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図33】本発明の第８の実施形態に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図34】本発明の第９の実施形態に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図35】本発明の第１０の実施形態に係る光変調素子の構成を示す図である。
【図37】本発明の第１１の実施形態に係る光変調デバイスの構成を示す図である。
【図38】本発明の第１２の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光導波路素子の構成を示す図である。本実施形態では、光導波路素子は、例えばマッハツェンダ型光導波路を用いて光変調を行う光変調素子１００である。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光導波路素子の構成を示す図である。本実施形態では、光導波路素子は、例えばマッハツェンダ型光導波路を用いて光変調を行う光変調素子１００である。
【0018】
光変調素子１００は、基板１０２に形成された光導波路１０４と、当該光導波路１０４を伝搬する光波を制御する制御電極１０６と、を備える。基板１０２は、電気光学効果を有する基板である。例えば、基板１０２は、ＬＮで構成されたＸカット基板であり、図示上方向にＺ軸、図示右方向にＹ軸が向いているものとする。
【0019】
光導波路１０４は、例えば、マッハツェンダ型光導波路であり、一対をなす２つの並行導波路１０４ａ、１０４ｂを有する。制御電極１０６は、電気信号（以下、変調信号ともいう）が進行波となって一方向に伝搬する進行波型電極である。
【0020】
制御電極１０６は、２つの並行導波路１０４ａ、１０４ｂの長さ方向（延在方向）に沿って設けられており、並行導波路１０４ａ、１０４ｂに電界を作用させて、これらの並行導波路１０４ａ、１０４ｂを伝搬する光波に位相変化を発生させる。これにより、例えば、基板１０２の図示左側の、図示下側の光導波路１０４の端部から入射した入力光（図示右向きの白抜き矢印）が変調されて、図示上側の光導波路１０４の端部から変調された変調光が出射される（図示左向きの白抜き矢印）。
【0021】
具体的には、制御電極１０６は、中心電極１０６ａとグランド電極１０６ｂ、１０６ｃとにより構成され、中心電極１０６ａの一端は変調信号を生成する信号源１１０に接続され、他端は所定のインピーダンスを有する終端器１１２により終端されている。また、中心電極１０６ａは、基板１０２の面内において並行導波路１０４ａ、１０４ｂに挟まれる位置に、当該並行導波路１０４ａ、１０４ｂに沿って配されている。これにより、中心電極１０６ａは、並行導波路１０４ａ、１０４ｂをそれぞれ挟んで対向するグランド電極１０６ｂおよび１０６ｃと共に、それぞれ並行導波路１０４ａおよび１０４ｂに電界を印加する。これにより、並行導波路１０４ａ、１０４ｂには、互いに逆方向の電界が印加され、並行導波路１０４ａ、１０４ｂのそれぞれを伝搬する光波には、互いに逆符号の位相変化が発生する。
【0022】
ここで、制御電極１０６が並行導波路１０４ａ、１０４ｂの光波を制御する部分、すなわち並行導波路１０４ａ、１０４ｂの光波に位相変化を与える部分は、作用部１０８（中心電極１０６ａ中に示す図示破線矢印で示す範囲の部分）を構成する。作用部１０８は、制御電極１０６を伝搬する進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部１０８ｅから所定距離の範囲である第１作用部分１０８ｃ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、上記伝搬方向に沿って上流側の上記電気信号の入力端１０８ｄから所定距離の範囲である第２作用部分１０８ａ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、を有する。ここで、所定距離の範囲とは、中心電極１０６ａとグランド電極１０６ｂ、１０６ｃとの間に直流電圧を印加した場合に、並行導波路１０４ａ及び１０４ｂのそれぞれにおいて、発生する光の位相変化の符号が同じである範囲をいう。
【0023】
そして、特に、制御電極１０６および光導波路１０４は、作用部１０８の第１作用部分１０８ｃにおいて並行導波路１０４ａ、１０４ｂのそれぞれの光波に発生する上記位相変化が、第２作用部分１０８ａにおいて並行導波路１０４ａ、１０４ｂのそれぞれに発生する上記位相変化に対し符号が逆となるよう構成されている。
【0024】
また、第１作用部分１０８ｃおよび第２作用部分１０８ａの、作用部１０８の延在方向に沿って測った長さは、第１作用部分１０８ｃの方が第２作用部分１０８ａより短い。すなわち、制御電極１０６は、第１作用部分１０８ｃにおいて並行導波路１０４ａ、１０４ｂに作用する部分の長さが、第２作用部分１０８ａにおいて並行導波路１０４ａ、１０４ｂに作用する部分の長さより短い。
【0025】
また、本実施形態では、作用部１０８は、光の伝搬方向が反転する第１の折返し部である折返し部１０８ｂ（図示一点鎖線矢印の範囲）を含む。
【0026】
具体的には、作用部１０８の第２作用部分１０８ａは、入力端１０８ｄから並行導波路１０４ａ、１０４ｂの光波の伝搬方向に沿って＋Ｙ方向に延在する直線部分として構成されている。また、折返し部１０８ｂを挟んで第２作用部分１０８ａと接続する第１作用部分１０８ｃは、並行導波路１０４ａ、１０４ｂの光波の伝搬方向に沿って－Ｙ方向に延在して端部１０８ｅで終わる直線部分として構成される。
【0027】
これにより、作用部１０８においては、第１作用部分１０８ｃにおける位相変化が第２作用部分１０８ａにおける位相変化に対し符号が逆となる。
【0028】
例えば、作用部１０８を構成する一方の並行導波路１０４ａに着目すると、中心電極１０６ａからグランド電極１０６ｂに向かう電界は、第２作用部分１０８ａにおいては＋Ｚ方向であり、第１作用部分１０８ｃにおいて－Ｚ方向となる。その結果、並行導波路１０４ａにおいては、第１作用部分１０８ｃにおける位相変化が第２作用部分１０８ａにおける位相変化に対し符号が逆となる。同様に、他方の並行導波路１０４ｂに着目すると、中心電極１０６ａからグランド電極１０６ｃに向かう電界は、第２作用部分１０８ａにおいては－Ｚ方向であり、第１作用部分１０８ｃにおいて＋Ｚ方向となる。その結果、並行導波路１０４ｂにおいては、第１作用部分１０８ｃにおける位相変化が第２作用部分１０８ａにおける位相変化に対し符号が逆となる。
【0029】
なお、図１に示す制御電極１０６の構成は、作用部１０８の構成を模式的に簡略化して説明するためのものであり、実際には、例えば中心電極１０６ａの信号源１１０側の部分および終端器１１２側の部分を含む全体が、グランド電極１０６ｂ、１０６ｃと共に、所定のインピーダンスを有するコプレーナ伝送線路として形成されてもよい（以下の実施形態および変形例においても同様である）。
【0030】
次に、光変調素子１００の作用について説明する。まず、後の比較のため、直線状の（折返しのない）並行導波路を有する従来の一般的なマッハツェンダ型光導波路を用いた光変調素子の作用について説明する。図２は、そのような従来の光変調素子２００の構成の一例を示す図である。光変調素子２００は、例えばＸカットのＬＮで構成される基板２０２上に形成された光導波路２０４と、制御電極２０６と、を有する。光導波路２０４は、Ｙ軸方向に延在する２つの直線状の並行導波路２０４ａ、２０４ｂを備えるマッハツェンダ型光導波路である。制御電極２０６は、並行導波路２０４ａ、２０４ｂに沿って設けられた中心電極２０６ａとグランド電極２０６ｂ、２０６ｃとを有する。
【0031】
中心電極２０６ａは、並行導波路２０４ａ、２０４ｂに沿って、これらの並行導波路の間に設けられている。また、グランド電極２０６ｂ、２０６ｃは、それぞれ、並行導波路２０４ａ、２０４ｂを挟んで中心電極２０６ａと対向する位置に配されている。制御電極２０６は進行波型電極であり、中心電極２０６ａの一端は変調信号を生成する信号源２１０に接続され、他端は所定のインピーダンスを有する終端器２１２により終端されている。並行導波路２０４ａ、２０４ｂのうち制御電極２０６により光波が制御される部分は、長さＬの作用部２０８（図示破線矢印で示される範囲）を構成している。ここで、作用部２０８のうち、制御電極２０６を伝搬する進行波の伝搬方向に沿って上流の端部を入力端２０８ａ、下流側の端部を端部２０８ｂという。
【0032】
上記の構成において、作用部２０８の長さ方向の全体において並行導波路２０４ａと２０４ｂとの間に発生する誘導位相差量φ１は、次式に示すように、作用部２０８の延在方向に延びる軸ｓ（図示上部）に沿って微小区間ｄｓに発生する位相差量を積分することにより求められる。
ここに、
である。
【数1】
【数2】
【0033】
上式において、Ｖ０は、作用部２０８の入力端２０８ａにおける電気信号の電圧振幅、αは、制御電極２０６における電気信号の電圧減衰係数（単位長さ当たりの減衰比率）、Δφは、並行導波路２０４ａ、２０４ｂ間に発生する単位電圧および単位長さ当たりの誘導位相差量である。また、Ａは、制御電極２０６における入力端２０８ａに対する端部２０８ｂでの電圧減衰割合（入力端２０８ａに入力される信号電圧に対する端部２０８ｂから出力される信号電圧の比）を示している。
【0034】
【0035】
なお、以下において光導波路、制御電極、作用部について「長さ」とは、それぞれ当該光導波路、制御電極、作用部に沿って測った長さをいうものとする。また、「誘導位相差」とは、制御電極により２つの並行導波路間に発生する位相差をいい、並行導波路に発生する位相変化とは、制御電極によりそれぞれの並行導波路において発生する光位相の変化をいう。すなわち、制御電極によりそれぞれの並行導波路において発生する位相変化の結果として、２つの並行導波路間に誘導位相差が発生する。
【0036】
図３に示すように、作用部１０８は、第１作用部分１０８ｃが長さＬ、第２作用部分１０８ａが長さ２Ｌで構成されているものとする。第１作用部分１０８ｃは第２作用部分１０８ａに対して位相変化の符号が逆となるので、制御電極１０６の損失が無視できる直流動作においては、第２作用部分１０８ａの図示右半分の長さＬの領域で発生する誘導位相差は、第１作用部分１０８ｃにおいて発生する誘導位相差により相殺される。このため、上記直流動作においては、光変調素子１００は、図２に示す光変調素子２００と等価である。
【0037】
しかしながら、高周波電気信号に対しては、制御電極１０６は伝搬損失を持つことから、第１作用部分１０８ｃにおける誘導位相量は、第２作用部分１０８ａの図示右側の長さＬの部分における誘導位相量を完全には相殺しない。このため、図３に示す光変調素子１００は、図２に示す光変調素子２００とは異なる周波数特性を示すこととなる。
【0038】
【0039】
式（３）の一行目の式のうち、第１項の積分は、作用部１０８の第２作用部分１０８ａの延在方向に延びる軸ｓ１（図示下部に示す軸）に沿った積分、第２項の積分は、作用部１０８の第１作用部分１０８ｃの延在方向に延びる軸ｓ２（図示上部に示す軸）に沿った積分を示している。なお、作用部１０８における折返し部１０８ｂは、並行導波路１０４ａ、１０４ｂのそれぞれにおいて位相変化の符号が逆となる部分であり、第２作用部分１０８ａ及び第１作用部分１０８ｃに比べて位相差の発生量が小さいため、式（３）においては、折返し部１０８ｂで発生する誘導位相量を無視している。
【0040】
【0041】
図４は、式（４）におけるφ２／φ１とＡとの関係を表した図である。図４において、横軸はＡ、縦軸はφ２／φ１であり、ライン４００は式（４）で表されるφ２／φ１を示している。図示のとおり、Ａ＝０．５においてφ２／φ１は最大値１．２５となる。すなわち、図３に示す光変調素子１００は、制御電極１０６の電圧減衰係数αがＡ＝０．５を満たす周波数における誘導位相差量（すなわち、当該周波数における応答）が、図２の光変調素子２００に対し１．２５倍改善される。
【0042】
ここで、Ａは、制御電極１０６、２０６の長さＬあたりの電圧減衰割合であり、Ａ＝０．５は、Ｓパラメータ表記の伝達関数ではＳ２１成分が－６ｄＢ（＝２０ｌｏｇ（０．５））である状態に相当する。また、φ２／φ１＝１．２５は、周波数応答として２ｄＢ（＝２０ｌｏｇ（１．２５））の改善に相当する。
【0043】
図５は、図３に示す光変調素子１００における、周波数応答のシミュレーション結果である。横軸は、制御電極１０６に入力する電気信号の周波数である。また、縦軸は、いわゆるＥＯＥ応答、すなわち、制御電極１０６に印加する電気信号の電力に対する、光導波路１０４から出力される変調光の電力の比である。なお、図５に示すＥＯＥ応答は、周波数０Ｈｚ、すなわち直流信号におけるＥＯＥ応答の値により規格化されている。また、図５の計算においては、制御電極１０６の電圧減衰係数αを次式で近似した。ここで、α０は定数、ｆは周波数である。
【数5】
【0044】
図５のライン５００およびライン５０２は、それぞれ、図３に示す光変調素子１００の応答特性および図２に示す光変調素子２００の応答特性である。図５の例では、図２に示す従来構成の光変調素子２００においてＥＯＥ応答の３ｄＢ帯域を与える周波数ｆ１において、図３に示す光変調素子１００のＡ値が０．５となるように、式（５）のα０が調整されるものとした。このようなα０の値の調整は、例えば、制御電極１０６の中心電極１０６ａの断面積を調整すること等により行うものとすることができる。
【0045】
図５に示すように、図３に示す光変調素子１００では、上記周波数ｆ１においてＥＯＥ応答が２ｄＢ改善される結果、光変調素子１００のＥＯＥ応答の３ｄＢ帯域（すなわち動作周波数帯域）を与える周波数ｆ２は、従来の光変調素子２００のｆ１に対し約３倍改善される。
図５に示すように、図３に示す光変調素子１００では、直流以外の領域においてＥＯＥ応答が改善される。特に周波数ｆ１前後から広帯域までの幅広い領域において、概ね２ｄＢ改善していることが分かる。結果、光変調素子１００のＥＯＥ応答の３ｄＢ帯域は、従来の光変調素子２００における５ｄＢ帯域相当に広帯域化される。
図５に示すように、図３に示す光変調素子１００では、直流以外の領域においてＥＯＥ応答が改善される。特に周波数ｆ１前後から広帯域までの幅広い領域において、概ね２ｄＢ改善していることが分かる。結果、光変調素子１００のＥＯＥ応答の３ｄＢ帯域は、従来の光変調素子２００における５ｄＢ帯域相当に広帯域化される。
【0046】
なお、図２に示す従来の光変調素子２００の構成と図３に示す光変調素子１００の構成とを比較すると、光変調素子１００の作用部１０８は、第１作用部分１０８ｃが追加されると共に、第１作用部分１０８ｃと同じ長さだけ第２作用部分１０８ａの長さが延長されている。そして、上述した周波数応答の改善効果は、第２作用部分１０８ａの上記延長した部分と第１作用部分１０８ｃとにより与えられている。言い換えれば、第１作用部分１０８ｃの長さは第２作用部分１０８ａの長さより短いことが必要であり、したがって、制御電極１０６は、第１作用部分１０８ｃにおける長さが第２作用部分１０８ａにおける長さより短いことが必要である。
【0047】
上記の構成を有する光変調素子１００では、制御電極１０６および並行導波路１０４ａ、１０４ｂは、作用部１０８の第１作用部分１０８ｃにおいて並行導波路１０４ａ、１０４ｂに発生する光の位相変化が、第２作用部分１０８ａにおいて並行導波路１０４ａ、１０４ｂに発生する光の位相変化に対し符号が逆となるよう構成される。したがって、光変調素子１００では、第２作用部分１０８ａにおいて並行導波路１０４ａ、１０４ｂ間に発生する誘導位相差量は、第１作用部分１０８ｃにおいて発生する誘導位相差により減少する。そして、光変調素子１００では、第２作用部分１０８ａにおける誘導位相差量のうち第１作用部分１０８ｃにより相殺される誘導位相差が周波数特性を持つ結果、作用部１０８の全体により実現される動作周波数帯域が拡大される。
【0048】
上記の周波数帯域の改善効果は、作用部１０８を構成する制御電極１０６および並行導波路１０４ａ、１０４ｂの配置によって達成されるものであり、従来の光変調素子のように基板の分極方向を調整する必要はない。したがって、光変調素子１００では、様々な結晶方位を持つ基板においても容易かつ低コストで周波数特性を改善することができる。
【0049】
また、光変調素子１００では、基板１０２の面内において第１作用部分１０８ｃを第２作用部分１０８ａに対して１８０度折り返すことにより、第１作用部分１０８ｃにおける位相変化が第２作用部分１０８ａにおける位相変化に対し符号が逆となるよう構成される。これにより、光変調素子１００では、簡易な構成により、動作周波数帯域を拡大することができる。
【0050】
なお、図３に示す光変調素子１００では、作用部１０８を構成する第１作用部分１０８ｃの長さと第２作用部分１０８ａの長さとの比が１：２であるものとしたが、本発明に係る光導波路素子の構成は、これには限られない。以下、光変調素子１００の変形例について説明する。
【0051】
＜第１変形例＞
まず、本発明の第１の実施形態に係る光変調素子１００の第１の変形例について説明する。本変形例に係る光導波路素子は、第１の実施形態に係る光変調素子１００と同様の構成を有するが、作用部を構成する第１作用部分の長さと第２作用部分の長さの比が１：２ではなく、ｒ：（１＋ｒ）となっている。ここに、ｒは、任意の実数である。
まず、本発明の第１の実施形態に係る光変調素子１００の第１の変形例について説明する。本変形例に係る光導波路素子は、第１の実施形態に係る光変調素子１００と同様の構成を有するが、作用部を構成する第１作用部分の長さと第２作用部分の長さの比が１：２ではなく、ｒ：（１＋ｒ）となっている。ここに、ｒは、任意の実数である。
【0052】
図６は、第１の変形例に係る光変調素子１００－１の構成を示す図である。図６において、図１及び図３に示す光変調素子１００と同じ構成要素については、図１及び図３に示す符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図１及び図３についての説明を援用するものとする。
【0053】
光変調素子１００－１は、光変調素子１００と同様の構成を有するが、制御電極１０６に代えて制御電極１０６－１を有する点が異なる。制御電極１０６－１は、制御電極１０６と同様の構成を有するが、中心電極１０６ａおよびグランド電極１０６ｂ、１０６ｃを有する制御電極１０６に代えて、中心電極１０６－１ａおよびグランド電極１０６－１ｂ、１０６－１ｃを有する。
【0054】
中心電極１０６－１ａおよびグランド電極１０６－１ｂ、１０６－１ｃは、中心電極１０６ａおよびグランド電極１０６ｂ、１０６ｃと同様の構成を有するが、並行導波路１０４ａ、１０４ｂに沿って延在する長さが、中心電極１０６－１ａおよびグランド電極１０６－１ｂ、１０６－１ｃと異なっている。
【0055】
これにより、制御電極１０６－１が並行導波路１０４ａ、１０４ｂの光波を制御する部分である作用部１０８－１は、図１に示す光変調素子１００の作用部１０８とは異なり、第１作用部分１０８－１ｃの長さがｒＬ、第２作用部分１０８－１ａの長さがＬ＋ｒＬとなるように構成されている。すなわち、第１作用部分１０８－１ｃと第２作用部分１０８－１ａの長さの比はｒ：（ｒ＋１）である。
【0056】
ここで、第１作用部分１０８－１ｃおよび第２作用部分１０８－１ａは、図１に示す作用部１０８の第１作用部分１０８ｃおよび第２作用部分１０８ａと同様に、それぞれ、制御電極１０６－１を伝搬する進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部である端部１０８－１ｅから所定距離の範囲（図示一点鎖線矢印の範囲）、および上記伝搬方向に沿って上流側の上記電気信号の入力端１０８－１ｄから所定距離の範囲（図示一点鎖線矢印の範囲）である。また、作用部１０８－１は、作用部１０８の折返し部１０８ｂと同様の折返し部１０８－１ｂを有する。ここで、所定距離の範囲とは、中心電極１０６－１ａとグランド電極１０６－１ｂ、１０６－１ｃとの間に直流電圧を印加した場合に、並行導波路１０４ａ及び１０４ｂのそれぞれにおいて、発生する光の位相変化の符号が同じである範囲をいう。
【0057】
【0058】
図７は、図６に示す光変調素子１００－１における、周波数応答のシミュレーション結果である。図５と同様に、横軸は、制御電極１０６に入力する電気信号の周波数、縦軸は、ＥＯＥ応答である。また、図７においても、図５と同様に、αは式（５）に従うものとし、図２に示す従来構成の光変調素子２００の３ｄＢ帯域を与える周波数ｆ１において、図６に示す光変調素子１００－１のＡ値（すなわち、第２作用部分１０８－１ａの入力端１０８－１ｄから長さＬの範囲における電圧減衰割合）が０．５となるように、式（５）のα０が調整されるものとした。
【0059】
図７に示すライン７００、７０２、７０４、７０６、７０８は、それぞれ、ｒ＝２、１．５、１．２、１．０、０．８であるときのＥＯＥ応答を示している。ここで、ｒ＝１のＥＯＥ応答を示すライン７０６は、第１作用部分１０８－１ｃと第２作用部分１０８－１ａの長さの比が１：２、すなわち、図３に示す光変調素子１００と同構成の場合のＥＯＥ応答であり、図５に示すライン５００に対応する。また、図７に示すライン５０２は、図５のライン５０２と同じであり、図２に示す従来の光変調素子２００のＥＯＥ応答を示している。
【0060】
図７より、ｒの値の増加に伴って、ＥＯＥ応答には、低周波側においてより大きなピーキングを生じることがわかる。すなわち、設計時においてｒの値を適宜選択することにより、ピーキングの大きさを制御して動作周波数帯域を拡大することができる。
【0061】
＜第２変形例＞
次に、本発明の第１実施形態に係る光導波路素子の第２の変形例について説明する。本変形例に係る光導波路素子は、第１の実施形態に係る光変調素子１００と同様の構成を有するが、作用部を構成する制御電極の電圧減衰係数αが、作用部全体において一定ではなく、第１作用部分と第２作用部分とで異なっている。
次に、本発明の第１実施形態に係る光導波路素子の第２の変形例について説明する。本変形例に係る光導波路素子は、第１の実施形態に係る光変調素子１００と同様の構成を有するが、作用部を構成する制御電極の電圧減衰係数αが、作用部全体において一定ではなく、第１作用部分と第２作用部分とで異なっている。
【0062】
図８は、第２の変形例に係る光変調素子１００－２の構成を示す図である。図８において、図１及び図３に示す光変調素子１００と同じ構成要素については、図１及び図３に示す符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図１及び図３についての説明を援用する。
【0063】
光変調素子１００－２は、光変調素子１００と同様の構成を有するが、制御電極１０６に代えて制御電極１０６－２を有する。そして、光変調素子１００－２は、制御電極１０６と並行導波路１０４ａ、１０４ｂとにより構成される作用部１０８に代えて、制御電極１０６－２と並行導波路１０４ａ、１０４ｂとにより構成される作用部１０８－２を備える。作用部１０８－２は、作用部１０８と同様の構成を有するが、第２作用部分１０８ａ、折返し部１０８ｂ、及び第１作用部分１０８ｃに代えて、第２作用部分１０８－２ａ、折返し部１０８－２ｂ、及び第１作用部分１０８－２ｃを備える。
【0064】
第２作用部分１０８－２ａおよび第１作用部分１０８－２ｃは、第２作用部分１０８ａおよび第１作用部分１０８ｃと同様の構成を有するが、第２作用部分１０８－２ａおよび第１作用部分１０８－２ｃにおける制御電極１０６－２の電圧減衰係数αが、互いに異なっている。すなわち、制御電極１０６－２は、制御電極１０６と同様の構成を有するが、中心電極１０６ａに代えて中心電極１０６－２ａを備え、第２作用部分１０８－２ａに対応する部分の電圧減衰係数α１が第１作用部分１０８－２ｃに対応する部分の電圧減衰係数α２と異なるように構成されている。
【0065】
このような構成は、例えば、制御電極１０６－２を構成する中心電極１０６－２ａの断面積を、第２作用部分１０８－２ａに対応する部分と第１作用部分１０８－２ｃに対応する部分とで異なるものとすること等により実現され得る。ここで、作用部１０８－２の端部のうち、制御電極１０６－２を伝搬する進行波の伝搬方向に沿って上流の端部を入力端１０８－２ｄといい、下流の端部を端部１０８－２ｅというものとする。
【0066】
【0067】
図９は、図８に示す光変調素子１００－２における、周波数応答のシミュレーション結果である。図５と同様に、横軸は、制御電極１０６－２に入力する電気信号の周波数、縦軸は、ＥＯＥ応答である。また、図９においても、図５と同様に、α１およびα２は、それぞれ電気信号の周波数の平方根に比例するものとした。したがって、ｍは、周波数依存性を持たないパラメータとして与えられ得る。
【0068】
また、α１は、図１、図３、図６におけるαに等しく、式（５）に従うものとし、図２に示す従来構成の光変調素子２００の３ｄＢ帯域を与える周波数ｆ１において、図８に示す光変調素子１００－２のＡ値（すなわち、第２作用部分１０８－２ａの入力端１０８－２ｄから長さＬの範囲における電圧減衰割合）が０．５となるように、式（５）のα０が調整されるものとした。
【0069】
図９に示すライン９００、９０２、９０４、９０６、９０８は、それぞれ、ｍ＝２．５、２．０、１．５、１．０、０．５であるときのＥＯＥ応答を示している。ここで、ｍ＝１のＥＯＥ応答を示すライン９０６は、第１作用部分１０８－２ｃにおける電圧減衰係数α２が第２作用部分１０８－２ａにおける電圧減衰係数α１（＝α）に等しい場合、すなわち図３に示す光変調素子１００と同構成の場合のＥＯＥ応答であり、図５に示すライン５００に対応する。
【0070】
図９より、ｍの値の増加に伴って、ＥＯＥ応答には、低周波側においてより大きなピーキングを生じることがわかる。すなわち、設計時においてｍの値を適宜選択することにより、ピーキングの大きさを制御して動作周波数帯域を拡大することができる。
【0071】
＜第３変形例＞
次に、本発明の第１実施形態に係る光導波路素子の第３の変形例について説明する。本変形例に係る光導波路素子は、図８に示す光変調素子１００－２と同様の構成を有するが、さらに、作用部の第１作用部分と第２作用部分とで、中心導体とグランド導体との間隔（ギャップ）が異なると共に、第１作用部分の長さと第２作用部分の長さとの比が１：２ではなく、１：ｎとなっている。ここに、ｎは、任意の実数である。
次に、本発明の第１実施形態に係る光導波路素子の第３の変形例について説明する。本変形例に係る光導波路素子は、図８に示す光変調素子１００－２と同様の構成を有するが、さらに、作用部の第１作用部分と第２作用部分とで、中心導体とグランド導体との間隔（ギャップ）が異なると共に、第１作用部分の長さと第２作用部分の長さとの比が１：２ではなく、１：ｎとなっている。ここに、ｎは、任意の実数である。
【0072】
図１０は、第３の変形例に係る光変調素子１００－３の構成を示す図である。図１０において、図８に示す光変調素子１００－２と同じ構成要素については、図８に示す符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図８についての説明を援用する。
【0073】
光変調素子１００－３は、図８に示す光変調素子１００－２と同様の構成を有するが、制御電極１０６－２を含む作用部１０８－２に代えて、制御電極１０６－３を含む作用部１０８－３を備える。
【0074】
制御電極１０６－３は、制御電極１０６－２が備える中心電極１０６－２ａおよびグランド電極１０６ｂ、１０６ｃと同様の中心電極１０６－３ａおよびグランド電極１０６－３ｂ、１０６－３ｃを備える。
【0075】
また、作用部１０８－３は、作用部１０８－２が備える第２作用部分１０８－２ａ、折返し部１０８－２ｂ、第１作用部分１０８－２ｃと同様の構成を有する第２作用部分１０８－３ａ、折返し部１０８－３ｂ、第１作用部分１０８－３ｃを備える。
【0076】
ただし、第２作用部分１０８－３ａにおける制御電極１０６－３の中心電極１０６－３ａとグランド電極１０６－３ｂ及び１０６－３ｃとの間のギャップ（間隔）ｇ１と、第１作用部分１０８－３ｃにおける中心電極１０６－３ａとグランド電極１０６－３ｂ及び１０６－３ｃとの間のギャップｇ２とが、互いに異なる値となっている。
【0077】
また、第２作用部分１０８－３ａの長さが２Ｌであるのに対し、第１作用部分１０８－３ｃの長さはＬ／ｎとなっている。ここに、ｎは任意の実数である。なお、図８に示す光変調素子１００－２と同様に、第２作用部分１０８－３ａにおける制御電極１０６－３の電圧減衰係数はα１、第１作用部分１０８－３ｃにおける制御電極１０６－３の電圧減衰係数はα２であるものとする。このような電圧減衰係数の調整は、例えば、中心電極１０６－３ａの厚さを調整すること等により行うものとすすることができる。
【0078】
なお、作用部１０８－３の端部のうち、制御電極１０６－３を伝搬する進行波の伝搬方向に沿って上流の端部を入力端１０８－３ｄといい、下流の端部を端部１０８－３ｅというものとする。
【0079】
【0080】
図１１、図１２、図１３は、図１０に示す光変調素子１００－２における周波数応答のシミュレーション結果であり、それぞれ、ｇ＝ｎ＝１、２、および４としたときの周波数応答を示している。図５と同様に、図１１、図１２、図１３における横軸は、制御電極１０６－３に入力する電気信号の周波数、縦軸は、ＥＯＥ応答である。また、図１１、図１２、図１３においても、図５と同様に、α１およびα２は、それぞれ電気信号の周波数の平方根に比例するものとした。したがって、ｍは、周波数依存性を持たないパラメータである。
【0081】
また、α１は、図１、図３、図６におけるαに等しく、式（５）に従うものとし、図２に示す従来構成の光変調素子２００の３ｄＢ帯域を与える周波数ｆ１において、図１０に示す光変調素子１００－３のＡ値（すなわち、第２作用部分１０８－３ａの入力端１０８－３ｄから長さＬの範囲における電圧減衰割合）が０．５となるように、式（５）のα０が調整されるものとした。
【0082】
図１１に示すライン１１００、１１０２、１１０４、１１０６、１１０８は、それぞれ、ｇ＝ｎ＝１の場合の、ｍ＝２．５、２．０、１．５、１．０、０．５であるときのＥＯＥ応答を示している。図１１は、ｇ＝ｎ＝１の場合のＥＯＥ応答、すなわち、図１０に示す光変調素子１００－３が図８に示す光変調素子１００－２と同じ構成となる場合のＥＯＥ応答であるので、ライン１１００、１１０２、１１０４、１１０６、１１０８は、図９に示すライン９００、９０２、９０４、９０６、９０８と同じである。ここで、図１１においてｍ＝１のＥＯＥ応答を示すライン１１０６は、図５に示すライン５００に対応する。
【0083】
図１２、図１３は、それぞれ、ｇ＝ｎ＝２およびｇ＝ｎ＝４であるときのＥＯＥ応答を示している。具体的には、図１２に示すライン１２００、１２０２、１２０４、１２０６、１２０８は、それぞれ、ｇ＝ｎ＝２の場合の、ｍ＝２．５、２．０、１．５、１．０、０．５であるときのＥＯＥ応答を示している。図１３に示すライン１３００、１３０２、１３０４、１３０６、１３０８は、それぞれ、ｇ＝ｎ＝４の場合の、ｍ＝２．５、２．０、１．５、１．０、０．５であるときのＥＯＥ応答を示している。
【0084】
図１１、図１２、図１３の比較から明らかなように、ｇ＝ｎの関係を保ってｇ（又はｎ）の値を大きな値に設定するほど、周波数応答の、ｍ値に対する依存度は少なくなる。すなわち、ｍ値の揺らぎに対して周波数応答は安定化される。
【0085】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、図１に示す第１の実施形態に係る光変調素子１００と同様の構成を有するが、作用部の第２作用部分が折返し部を有する点が異なる。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、図１に示す第１の実施形態に係る光変調素子１００と同様の構成を有するが、作用部の第２作用部分が折返し部を有する点が異なる。
【0086】
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る光変調素子１４００の構成を示す図である。光変調素子１４００は、基板１４０２に形成された光導波路１４０４と、当該光導波路１４０４を伝搬する光波を制御する制御電極１４０６と、を備える。基板１４０２は、図１に示す光変調素子１００の基板１０２と同様に、例えば、ＬＮで構成されたＸカット基板であり、図示上方向にＺ軸、図示右方向にＹ軸が向いている。
【0087】
光導波路１４０４は、図１に示す光変調素子１００の光導波路１０４と同様に、例えばマッハツェンダ型光導波路であり、一対をなす２つの並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂを有する。制御電極１４０６は、電気信号（以下、変調信号ともいう）が進行波となって一方向に伝搬する進行波型電極である。
【0088】
制御電極１４０６は、２つの並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂの延在方向に沿って設けられており、並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂに電界を作用させて、これらの並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂを伝搬する光波に位相変化を発生させる。これにより、例えば、光導波路１４０４の、基板１４０２の図示右下の端部から入射した入力光が変調されて、図示左上側の端部から変調された変調光が出射される。
【0089】
制御電極１４０６は、中心電極１４０６ａとグランド電極１４０６ｂ、１４０６ｃとにより構成され、中心電極１４０６ａの一端は変調信号を生成する信号源１４１０に接続され、他端は所定のインピーダンスを有する終端器１４１２により終端される。また、中心電極１４０６ａは、基板１０２の面内において並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂに挟まれる位置に、当該並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂに沿って配されている。これにより、中心電極１４０６ａは、並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂをそれぞれ挟んで対向するグランド電極１４０６ｂおよび１４０６ｃと共に、それぞれ並行導波路１４０４ａおよび１４０４ｂに電界を印加する。これにより、並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂには、互いに逆方向の電界が印加され、並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂのそれぞれを伝搬する光波には、互いに逆方向の位相変化が発生する。
【0090】
ここで、制御電極１４０６が並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂの光波を制御する部分、すなわち並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂの光波に位相変化を与える部分は、作用部１４０８（中心電極１４０６ａ中に示す図示破線矢印で示す範囲の部分）を構成する。作用部１４０８は、制御電極１４０６を伝搬する進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部である端部１４０８ｅから所定距離の範囲である第１作用部分１４０８ｃ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、上記伝搬方向に沿って上流側の上記電気信号の入力端１４０８ｄから所定距離の範囲である第２作用部分１４０８ａ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、を有する。ここで、所定距離の範囲とは、中心電極１４０６ａとグランド電極１４０６ｂ及び１４０６ｃとの間に直流電圧を印加した場合に、並行導波路１４０４ａ及び１４０４ｂのそれぞれにおいて、発生する光の位相変化の符号が同じである範囲をいう。
【0091】
また、作用部１４０８は、図１及び図３に示す光変調素子１００の作用部１０８と同様に、光の伝搬方向が反転する第１の折返し部である折返し部１４０８ｂ（図示一点鎖線矢印の範囲）を含む。これにより、制御電極１４０６および光導波路１４０４は、作用部１４０８の第１作用部分１４０８ｃにおいて並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂの光波に発生する位相変化が、第２作用部分１４０８ａに発生する位相変化に対し符号が逆となるよう構成されている。
【0092】
そして、特に、光変調素子１４００では、作用部１４０８の第２作用部分１４０８ａは、光の伝搬方向が反転する第２の折返し部である折返し部１４０８ｆ（図示一点鎖線矢印の範囲）を含む。そして、折返し部１４０８ｆにおいて、対をなす並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂが交差している。これにより、第２作用部分１４０８ａでは、折返し部１４０８ｆの前後において並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂの光波に発生する位相変化の符号は逆とはならず、制御電極１４０６により並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂにおいてそれぞれ一定の方向の位相変化が誘導される。
【0093】
したがって、光変調素子１４００においても、光変調素子１００と同様に、作用部１４０８の第２作用部分１４０８ａにおいては並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂに一定方向の位相変化が発生し、第１作用部分１４０８ｃにおいてはこれらの位相変化に対し符号が逆となる位相変化が並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂに生ずることとなる。
【0094】
上記の構成を有する光変調素子１４００は、光変調素子１００と同様に、作用部１４０８の第１作用部分１４０８ｃにおいて並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂの光波に発生する上記位相変化が、第２作用部分１４０８ａに発生する上記位相変化に対し符号が逆となるよう構成されているので、光変調素子１００と同様の原理により、図２に示す従来の光変調素子２００の構成に比べて、動作周波数帯域が拡大される。
【0095】
また、光変調素子１４００では、作用部１４０８の第２作用部分１４０８ａが折返し部１４０８ｆを含むように構成されるので、第１の実施形態に係る光変調素子１００（図１）に比べて、図示左右方向のサイズを低減することができる。
【0096】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、図１に示す第１の実施形態に係る光変調素子１００とは異なり、作用部が折返し部を含まず、直線的に延在するよう構成されている。そして、上記作用部の途中で対をなす２つの並行導波路が交差することにより、当該交差した箇所を挟んで、当該２つの並行導波路のそれぞれに発生する位相変化が符号が逆となるよう構成されている。
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、図１に示す第１の実施形態に係る光変調素子１００とは異なり、作用部が折返し部を含まず、直線的に延在するよう構成されている。そして、上記作用部の途中で対をなす２つの並行導波路が交差することにより、当該交差した箇所を挟んで、当該２つの並行導波路のそれぞれに発生する位相変化が符号が逆となるよう構成されている。
【0097】
図１５は、本発明の第３の実施形態に係る光変調素子２４００の構成を示す図である。光変調素子２４００は、基板２４０２に形成された光導波路２４０４と、当該光導波路２４０４を伝搬する光波を制御する制御電極２４０６と、を備える。基板２４０２は、図１に示す光変調素子１００の基板１０２と同様に、例えば、ＬＮで構成されたＸカット基板であり、図示上方向にＺ軸、図示右方向にＹ軸が向いている。
【0098】
光導波路２４０４は、図１に示す光変調素子１００の光導波路１０４と同様に、例えばマッハツェンダ型光導波路であり、一対をなす２つの並行導波路２４０４ａ、２４０４ｂを有する。並行導波路２４０４ａ、２４０４ｂは、並行導波路１０４ａ、１０４ｂとは異なり、折返し部を有さず、Ｙ軸方向に直線的に延在する。
【0099】
制御電極２４０６は、中心電極２４０６ａ－１、２４０６ａ－２と、グランド電極２４０６ｂ、２４０６ｃ、２４０６ｄとにより構成されている。グランド電極２４０６ｂ、２４０６ｃ、及び２４０６ｄは、中心電極２４０６ａ－１、２４０６ａ－２から所定の一定距離を隔てて形成されている。これにより、中心電極２４０６ａ－１は、グランド電極２４０６ｂおよび２４０６ｃと共に分布定数線路を構成し、中心電極２４０６ａ－２は、グランド電極２４０６ｃおよび２４０６ｄと共に分布定数線路を構成している。
【0100】
中心電極２４０６ａ－１の一端は変調信号を生成する信号源２４１０ａに接続され、他端は所定のインピーダンスを有する終端器２４１２ａにより終端される。また、中心電極２４０６ａ－２の一端は変調信号を生成する信号源２４１０ｂに接続され、他端は所定のインピーダンスを有する終端器２４１２ｂにより終端される。これにより、制御電極２４０６は、中心電極２４０６ａ－１、２４０６ａ－２のそれぞれにおいて電気信号（以下、変調信号ともいう）が進行波となって一方向に伝搬する進行波型電極を構成する。ここで、信号源２４１０ａと２４１０ｂとは、同一の変調信号を出力するが、信号源２４１０ｂが出力する変調信号の信号電圧は、信号源２４１０ａが出力する変調信号の信号電圧＋Ｖｓに対し曲線が反転した－Ｖｓとなっている。
【0101】
中心電極２４０６ａ－１、２４０６ａ－２は、２つの並行導波路２４０４ａ、２４０４ｂの延在方向に沿って設けられており、それぞれ並行導波路２４０４ａおよび２４０４ｂに電界を作用させて、これらの並行導波路２４０４ａ、２４０４ｂを伝搬する光波に位相変化を発生させる。これにより、例えば、光導波路２４０４の、基板２４０２の図示左の端部から入射した入力光が変調されて、図示右側の端部から変調された変調光が出射される。
【0102】
ここで、制御電極２４０６が並行導波路２４０４ａ、２４０４ｂの光波を制御する部分、すなわち並行導波路２４０４ａ、２４０４ｂの光波に位相変化を与える部分は、作用部２４０８（中心電極２４０６ａ中に示す図示破線矢印で示す範囲の部分）を構成する。作用部２４０８は、制御電極２４０６を伝搬する進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部である端部２４０８ｅから所定距離の範囲である第１作用部分２４０８ｃ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、上記伝搬方向に沿って上流側の上記電気信号の入力端２４０８ｄから所定距離の範囲である第２作用部分２４０８ａ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、を有する。ここで、所定距離の範囲とは、中心電極２４０６ａ－１及び２４０６ａ－２とグランド電極２４０６ｂ、２４０６ｃ、及び２４０６ｄとの間に直流電圧を印加した場合に、並行導波路２４０４ａ及び２４０４ｂのそれぞれにおいて、発生する光の位相変化の符号が同じである範囲をいう。
【0103】
また、作用部２４０８は、第２作用部分２４０８ａと第１作用部分２４０８ｃとの間に、並行導波路２４０４ａと２４０４ｂとが互いに交差する交差部２４０８ｂを有する。これにより、光変調素子２４００は、第１作用部分２４０８ｃにおいて制御電極２４０６により並行導波路２４０４ａ、２４０４ｂに発生する位相変化が、第２作用部分２４０８ａにおける位相変化に対して符号が逆となるように構成されている。
【0104】
図１６は、図１５における光変調素子２４００のＸＶＩ－ＸＶＩ断面矢視図、すなわち、第２作用部分２４０８ａにおける光変調素子２４００の断面図である。また、図１７は、図１５における光変調素子２４００のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ断面矢視図、すなわち、第１作用部分２４０８ｃにおける光変調素子２４００の断面図である。
【0105】
図１６に示すように、第２作用部分２４０８ａにおいては、基板２４０２のうち中心電極２４０６ａ－１とグランド電極２４０６ｃとの間の部分、および中心電極２４０６ａ－２とグランド電極２４０６ｄとの間の部分に、それぞれ並行導波路２４０４ａおよび２４０４ｂが形成されている。これに対し、第１作用部分２４０８ｃにおいては、これとは逆に、図１７に示す如く基板２４０２のうち中心電極２４０６ａ－１とグランド電極２４０６ｃとの間の部分、および中心電極２４０６ａ－２とグランド電極２４０６ｄとの間の部分に、それぞれ並行導波路２４０４ｂおよび２４０４ａが形成されている。
【0106】
これにより、例えば並行導波路２４０４ａは、第２作用部分２４０８ａにおいては図１６に示すように信号電圧＋Ｖｓの変調信号を伝搬する中心電極２４０６ａ－１により図示右方、すなわち－Ｚ方向へ向かう電界（図示一点鎖線矢印）が印加される一方、第１作用部分２４０８ｃにおいては、図１７に示すように信号電圧－Ｖｓの変調信号を伝搬する中心電極２４０６ａ－２により図示左方、すなわち＋Ｚ方向へ向かう電界が印加される。これにより、並行導波路２４０４ａにおいては、第１作用部分２４０８ｃに生じる位相変化が第２作用部分２４０８ａに生じる位相変化に対して符号が逆となる。
【0107】
同様に、並行導波路２４０４ｂは、第２作用部分２４０８ａにおいては、信号電圧－Ｖｓの変調信号を伝搬する中心電極２４０６ａ－２により、図示左方すなわち＋Ｚ方向へ向かう電界が印加される一方（図１６）、第１作用部分２４０８ｃにおいては、信号電圧＋Ｖｓの変調信号を伝搬する中心電極２４０６ａ－１により、図示右方すなわち－Ｚ方向へ向かう電界が印加される（図１７）。これにより、並行導波路２４０４ｂにおいては、第１作用部分２４０８ｃに生じる位相変化が第２作用部分２４０８ａに生じる位相変化に対して符号が逆となる。
【0108】
上記の構成有する光変調素子２４００は、光変調素子１００と同様に、作用部２４０８の第１作用部分２４０８ｃにおいて並行導波路２４０４ａ、２４０４ｂの光波に発生する位相変化が、第２作用部分２４０８ａに発生する位相変化に対し符号が逆となるよう構成されているので、光変調素子１００と同様の原理により、図２に示す従来の光変調素子２００の構成に比べて、動作周波数帯域が拡大される。
【0109】
また、光変調素子２４００では、作用部２４０８を構成する制御電極２４０６および並行導波路２４０４ａ、２４０４ｂが直線的に延在するように形成されるので、制御電極２４０６を伝搬する電気信号および並行導波路２４０４ａ、２４０４ｂを伝搬する光波には曲げ損失が発生せず、上記電気信号及び光波における損失の少ない効率的な光変調動作を実現し得る。
【0110】
なお、図１５の構成においては、制御電極２４０６は２つの中心電極２４０６ａ－１及び２４０６ａ－２を有し、それぞれ＋Ｖｓおよび－Ｖｓの信号電圧が印加されるものとしたが、制御電極の構成はこれには限られない。制御電極は、例えば、図１に示す制御電極１０６と同様に、一つの中心電極を備えて構成されるものとすることができる。
【0111】
図１８に示す光変調素子２４００－１は、図１５に示す第３実施形態に係る光変調素子２４００の変形例であり、一つの中心電極２５０６ａと二つのグランド電極２５０６ｂ、２５０６ｃとで構成される制御電極２５０６を備えている。図１８において、図１５に示す光変調素子２４００と同じ構成要素については、図１５に示す符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図１５についての説明を援用するものとする。
【0112】
図１９は、図１８における光変調素子２４００－１のＸＩＸ－ＸＩＸ断面矢視図、すなわち、第２作用部分２４０８ａにおける光変調素子２４００－１の断面図である。また、図２０は、図１８における光変調素子２４００－１のＸＸ－ＸＸ断面矢視図、すなわち、第１作用部分２４０８ｃにおける光変調素子２４００の断面図である。
【0113】
光変調素子２４００－１では、光変調素子２４００と同様に、並行導波路２４０４ａと２４０４ｂとが互いに交差する交差部２４０８ｂを有するので、第１作用部分２４０８ｃにおいて制御電極２５０６により並行導波路２４０４ａ、２４０４ｂに発生する位相変化が、第２作用部分２４０８ａにおける位相変化に対して符号が逆となる。
【0114】
具体的には、並行導波路２４０４ａは、図１９に示す第２作用部分２４０８ａにおいては、中心電極２５０６ａとグランド電極２５０６ｂとの間にあって図示左方、すなわち＋Ｚ方向へ向かう電界（図示一点鎖線矢印）が印加される一方、図２０に示す第１作用部分２４０８ｃにおいては、中心電極２５０６ａとグランド電極２５０６ｃとの間にあって図示右方、すなわち－Ｚ方向へ向かう電界が印加される。
【0115】
また、一方、並行導波路２４０４ｂは、並行導波路２４０４ａとは逆に、図１９に示す第２作用部分２４０８ａにおいては、図示右方（－Ｚ方向）へ向かう電界が印加される一方、図２０に示す第１作用部分２４０８ｃにおいては、図示左方（＋Ｚ方向）へ向かう電界が印加される。
【0116】
その結果、光変調素子２４００－１では、光変調素子２４００と同様に、光変調素子１００と同様の原理により、図２に示す従来の光変調素子２００の構成に比べて、動作周波数帯域が拡大される。
【0117】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、図１８に示す第３の実施形態に係る光変調素子２４００と同様に、作用部を構成する２つの並行導波路が折返し部を含まず直線的に延在するよう構成され、２つの中心電極と３つのグランド電極で構成される制御電極も、当該作用部において直線状に形成されている。ただし、本実施形態に係る光変調素子では、第３の実施形態に係る光変調素子２４００とは異なり、上記２つの並行導波路は、互いに交差する部分を含むことなく、それぞれが、制御電極からの印加電界が互いに逆方向となる２つの部分を含んで構成されている。
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、図１８に示す第３の実施形態に係る光変調素子２４００と同様に、作用部を構成する２つの並行導波路が折返し部を含まず直線的に延在するよう構成され、２つの中心電極と３つのグランド電極で構成される制御電極も、当該作用部において直線状に形成されている。ただし、本実施形態に係る光変調素子では、第３の実施形態に係る光変調素子２４００とは異なり、上記２つの並行導波路は、互いに交差する部分を含むことなく、それぞれが、制御電極からの印加電界が互いに逆方向となる２つの部分を含んで構成されている。
【0118】
図２１は、本発明の第４の実施形態に係る光変調素子２６００の構成を示す図である。光変調素子２６００は、基板２６０２に形成された光導波路２６０４と、当該光導波路２６０４を伝搬する光波を制御する制御電極２６０６と、を備える。基板２６０２は、図１に示す光変調素子１００の基板１０２と同様に、例えば、ＬＮで構成されたＸカット基板であり、図示上方向にＺ軸、図示右方向にＹ軸が向いている。
【0119】
光導波路２６０４は、図１に示す光変調素子１００の光導波路１０４と同様に、例えばマッハツェンダ型光導波路であり、一対をなす２つの並行導波路２６０４ａ、２６０４ｂを有する。ただし、並行導波路２６０４ａ、２６０４ｂは、並行導波路１０４ａ、１０４ｂとは異なり、交差部を有さない。
【0120】
制御電極２６０６は、２つの中心電極２６０６ａ－１、２６０６ａ－２と、３つのグランド電極２６０６ｂ、２６０６ｃ、２６０６ｄとにより構成されている。グランド電極２６０６ｂ、２６０６ｃ、及び２６０６ｄは、中心電極２６０６ａ－１、２６０６ａ－２から所定の一定距離を隔てて形成されている。これにより、中心電極２６０６ａ－１は、グランド電極２６０６ｂおよび２６０６ｃと共に分布定数線路を構成し、中心電極２６０６ａ－２は、グランド電極２６０６ｃおよび２６０６ｄと共に分布定数線路を構成している。
【0121】
中心電極２６０６ａ－１の一端は変調信号を生成する信号源２６１０ａに接続され、他端は所定のインピーダンスを有する終端器２６１２ａにより終端される。また、中心電極２６０６ａ－２の一端は変調信号を生成する信号源２６１０ｂに接続され、他端は所定のインピーダンスを有する終端器２６１２ｂにより終端される。これにより、制御電極２６０６は、中心電極２６０６ａ－１、２６０６ａ－２のそれぞれにおいて電気信号（以下、変調信号ともいう）が進行波となって一方向に伝搬する進行波型電極を構成する。ここで、信号源２６１０ａと２６１０ｂとは、同一の変調信号を出力するが、信号源２６１０ｂが出力する変調信号の信号電圧は、信号源２６１０ａが出力する変調信号の信号電圧＋Ｖｓに対し曲線が反転した－Ｖｓとなっている。
【0122】
中心電極２６０６ａ－１、２６０６ａ－２は、２つの並行導波路２６０４ａ、２６０４ｂの延在方向に沿って直線状に設けられており、それぞれ並行導波路２６０４ａおよび２６０４ｂに電界を作用させて、これらの並行導波路２６０４ａ、２６０４ｂを伝搬する光波に位相変化を発生させる。これにより、例えば、光導波路２６０４の、基板２６０２の図示左の端部から入射した入力光が変調されて、図示右側の端部から変調された変調光が出射される。
【0123】
ここで、制御電極２６０６が並行導波路２６０４ａ、２６０４ｂの光波を制御する部分、すなわち並行導波路２６０４ａ、２６０４ｂの光波に位相変化を与える部分は、作用部２６０８（中心電極２６０６ａ中に示す図示破線矢印で示す範囲の部分）を構成する。作用部２６０８は、制御電極２６０６を伝搬する進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部である端部２６０８ｅから所定距離の範囲である第１作用部分２６０８ｃ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、上記伝搬方向に沿って上流側の上記電気信号の入力端２６０８ｄから所定距離の範囲である第２作用部分２６０８ａ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、を有する。ここで、所定距離の範囲とは、中心電極２６０６ａ－１及び２６０６ａ－２とグランド電極２６０６ｂ、２６０６ｃ、及び２６０６ｄとの間に直流電圧を印加した場合に、並行導波路２６０４ａ及び２６０４ｂのそれぞれにおいて、発生する光の位相変化の符号が同じである範囲をいう。
【0124】
本実施形態では、２つの並行導波路２６０４ａと２６０４ｂとは、互いに交差する部分を含むことなく、それぞれが、制御電極２６０６からの印加電界が互いに逆方向となる基板２６０２上の２つの位置にそれぞれ形成された２つの部分を含んで構成されている。
【0125】
具体的には、並行導波路２６０４ａは、信号電圧＋Ｖｓが印加される中心電極２６０６ａ－１に沿って形成され、第２作用部分２６０８ａと第１作用部分２６０８ｃとの間において光伝搬方向を変化させて中心電極２６０６ａ－１と交差する部分を有する。これにより、並行導波路２６０４ａは、第２作用部分２６０８ａにおいて中心電極２６０６ａ－１とグランド電極２６０６ｃとの間に形成されて図示下方（－Ｚ方向）に電界が印加される部分と、第１作用部分２６０８ｃにおいて中心電極２６０６ａ－１とグランド電極２６０６ｂとの間に形成されて図示上方（＋Ｚ方向）に電界が印加される部分と、で構成される。
【0126】
また、並行導波路２６０４ｂは、信号電圧－Ｖｓが印加される中心電極２６０６ａ－２に沿って形成され、第２作用部分２６０８ａと第１作用部分２６０８ｃとの間において光伝搬方向を変化させて中心電極２６０６ａ－２と交差する部分を有する。これにより、並行導波路２６０４ｂは、第２作用部分２６０８ａにおいて中心電極２６０６ａ－２とグランド電極２６０６ｄとの間に形成されて図示上方（＋Ｚ方向）に電界が印加される部分と、第１作用部分２６０８ｃにおいて中心電極２６０６ａ－２とグランド電極２６０６ｃとの間に形成されて図示下方（－Ｚ方向）に電界が印加される部分と、で構成される。
【0127】
上記の構成により、光変調素子２６００は、第１作用部分２６０８ｃにおいて制御電極２６０６により並行導波路２６０４ａ、２６０４ｂに発生する位相変化が、第２作用部分２６０８ａにおける位相変化に対して符号が逆となるように構成されている。
【0128】
図２２は、図２１における光変調素子２６００のＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ断面矢視図、すなわち、第２作用部分２６０８ａにおける光変調素子２６００の断面図である。また、図２３は、図２１における光変調素子２６００のＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩ断面矢視図、すなわち、第１作用部分２６０８ｃにおける光変調素子２６００の断面図である。
【0129】
並行導波路２６０４ａは、第２作用部分２６０８ａにおいては、図２２に示すように中心電極２６０６ａ－１とグランド電極２６０６ｃとの間の部分にあって図示右方（－Ｚ方向）に電界が印加され、第１作用部分２６０８ｃにおいては、図２３に示すように中心電極２６０６ａ－１とグランド電極２６０６ｂとの間の部分にあって図示左方（＋Ｚ方向）に電界が印加される。これにより、並行導波路２６０４ａにおいては、第１作用部分２６０８ｃに生じる位相変化が第２作用部分２６０８ａに生じる位相変化に対して符号が逆となる。
【0130】
一方、並行導波路２６０４ｂは、これとは逆に、第２作用部分２６０８ａにおいては、図２２に示すように中心電極２６０６ａ－２とグランド電極２６０６ｄとの間の部分にあって図示左方（＋Ｚ方向）に電界が印加され、第１作用部分２６０８ｃにおいては、図２３に示すように中心電極２６０６ａ－２とグランド電極２６０６ｃとの間の部分にあって図示右方（－Ｚ方向）に電界が印加される。これにより、並行導波路２６０４ｂにおいても、第１作用部分２６０８ｃに生じる位相変化が第２作用部分２６０８ａに生じる位相変化に対して符号が逆となる。
【0131】
上記の構成有する光変調素子２６００は、光変調素子１００と同様に、作用部２６０８の第１作用部分２６０８ｃにおいて並行導波路２６０４ａ、２６０４ｂの光波に発生する位相変化が、第２作用部分２６０８ａに発生する位相変化に対し符号が逆となるよう構成されているので、光変調素子１００と同様の原理により、図２に示す従来の光変調素子２００の構成に比べて、動作周波数帯域が拡大される。
【0132】
また、光変調素子２６００では、第３の実施形態に係る光変調素子２４００と同様に、作用部２６０８を構成する制御電極２６０６および並行導波路２６０４ａ、２６０４ｂが直線的に延在するように形成されるので、制御電極２６０６を伝搬する電気信号および並行導波路２６０４ａ、２６０４ｂを伝搬する光波には曲げ損失が発生せず、上記電気信号及び光波における損失の少ない効率的な光変調動作を実現し得る。さらに、光変調素子では、並行導波路２６０４ａと２６０４ｂとが互いに交差する部分を含まず互いの伝搬光が干渉し合うことがないので、変調光の消光比を高く維持してより良好な光変調動作を実現し得る。
【0133】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、図２１に示す第４の実施形態に係る光変調素子２６００と同様に、作用部を構成する２つの並行導波路が交差部を含まず直線状に延在するよう構成され、２つの中心電極と３つのグランド電極で構成される制御電極も、当該作用部において直線的に形成されている。
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、図２１に示す第４の実施形態に係る光変調素子２６００と同様に、作用部を構成する２つの並行導波路が交差部を含まず直線状に延在するよう構成され、２つの中心電極と３つのグランド電極で構成される制御電極も、当該作用部において直線的に形成されている。
【0134】
ただし、本実施形態に係る光変調素子では、第４の実施形態に係る光変調素子２６００とは異なり、２つの並行導波路は光伝搬方向を変化させる部分を含まず、上記制御電極の２つの中心電極が、それぞれ、第２作用部分と第１作用部分との間において電気信号伝搬方向を変化させて、それぞれ一方の並行導波路と交差するように形成されている。これにより、本実施形態に係る光変調素子では、第４の実施形態に係る光変調素子２６００と同様に、２つの並行導波路は、それぞれ、制御電極からの印加電界が互いに逆方向となる２つの部分を含んで構成される。
【0135】
図２４は、本発明の第５の実施形態に係る光変調素子２７００の構成を示す図である。光変調素子２７００は、基板２７０２に形成された光導波路２７０４と、当該光導波路２７０４を伝搬する光波を制御する制御電極２７０６と、を備える。基板２７０２は、図１に示す光変調素子１００の基板１０２と同様に、例えば、ＬＮで構成されたＸカット基板であり、図示上方向にＺ軸、図示右方向にＹ軸が向いている。
【0136】
光導波路２７０４は、図１に示す光変調素子１００の光導波路１０４と同様に、例えばマッハツェンダ型光導波路であり、一対をなす２つの並行導波路２７０４ａ、２７０４ｂを有する。並行導波路２７０４ａ、２７０４ｂは、並行導波路１０４ａ、１０４ｂとは異なり、交差部を有さない。
【0137】
制御電極２７０６は、２つの中心電極２７０６ａ－１、２７０６ａ－２と、３つのグランド電極２７０６ｂ、２７０６ｃ、２７０６ｄとにより構成されている。グランド電極２７０６ｂ、２７０６ｃ、及び２７０６ｄは、中心電極２７０６ａ－１、２７０６ａ－２から所定の一定距離を隔てて形成されている。これにより、中心電極２７０６ａ－１は、グランド電極２７０６ｂおよび２７０６ｃと共に分布定数線路を構成し、中心電極２７０６ａ－２は、グランド電極２７０６ｃおよび２７０６ｄと共に分布定数線路を構成している。
【0138】
中心電極２７０６ａ－１の一端は変調信号を生成する信号源２７１０ａに接続され、他端は所定のインピーダンスを有する終端器２７１２ａにより終端される。また、中心電極２７０６ａ－２の一端は変調信号を生成する信号源２７１０ｂに接続され、他端は所定のインピーダンスを有する終端器２７１２ｂにより終端される。これにより、制御電極２７０６は、中心電極２７０６ａ－１、２７０６ａ－２のそれぞれにおいて電気信号（以下、変調信号ともいう）が進行波となって一方向に伝搬する進行波型電極を構成する。ここで、信号源２７１０ａと２７１０ｂとは、同一の変調信号を出力するが、信号源２７１０ｂが出力する変調信号の信号電圧は、信号源２７１０ａが出力する変調信号の信号電圧＋Ｖｓに対し曲線が反転した－Ｖｓとなっている。
【0139】
中心電極２７０６ａ－１、２７０６ａ－２は、２つの並行導波路２７０４ａ、２７０４ｂの延在方向に沿って直線的に設けられており、それぞれ並行導波路２７０４ａおよび２７０４ｂに電界を作用させて、これらの並行導波路２７０４ａ、２７０４ｂを伝搬する光波に位相変化を発生させる。これにより、例えば、光導波路２７０４の、基板２７０２の図示左の端部から入射した入力光が変調されて、図示右側の端部から変調された変調光が出射される。
【0140】
ここで、制御電極２７０６が並行導波路２７０４ａ、２７０４ｂの光波を制御する部分、すなわち並行導波路２７０４ａ、２７０４ｂの光波に位相変化を与える部分は、作用部２７０８（中心電極２７０６ａ中に示す図示破線矢印で示す範囲の部分）を構成する。作用部２７０８は、制御電極２７０６を伝搬する進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部である端部２７０８ｅから所定距離の範囲である第１作用部分２７０８ｃ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、上記伝搬方向に沿って上流側の上記電気信号の入力端２７０８ｄから所定距離の範囲である第２作用部分２７０８ａ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、を有する。ここで、所定距離の範囲とは、中心電極２７０６ａ－１及び２７０６ａ－２とグランド電極２７０６ｂ、２７０６ｃ、及び２７０６ｄとの間に直流電圧を印加した場合に、並行導波路２７０４ａ及び２７０４ｂのそれぞれにおいて、発生する光の位相変化の符号が同じである範囲をいう。
【0141】
本実施形態では、第４の実施形態に係る光変調素子２６００とは異なり、２つの並行導波路２７０４ａ、２７０４ｂは光伝搬方向を変化させる部分を含まず、制御電極２７０６の２つの中心電極２７０６ａ－１および２７０６ａ－２が、それぞれ、第２作用部分２７０８ａと第１作用部分２７０８ｃとの間において電気信号伝搬方向を変化させて、それぞれ一方の並行導波路２７０４ａ及び２７０４ｂと交差するように形成されている。これにより、本実施形態に係る光変調素子２７００では、第４の実施形態に係る光変調素子２６００と同様に、２つの並行導波路２７０４ａ、２７０４ｂは、それぞれ、制御電極２７０６からの印加電界が互いに逆方向となる２つの部分を含んで構成される。
【0142】
具体的には、信号電圧＋Ｖｓが印加される中心電極２７０６ａ－１は、並行導波路２７０４ａに沿って形成されている。そして、中心電極２７０６ａ－１は、第２作用部分２７０８ａと第１作用部分２７０８ｃとの間の遷移部２７０８ｂにおいて電気信号の伝搬方向を変化させて並行導波路２７０４ａと交差するように形成されている。これにより、並行導波路２７０４ａは、第２作用部分２７０８ａにおいては中心電極２７０６ａ－１とグランド電極２７０６ｂとの間にあって図２４の図示上方（＋Ｚ方向）に電界が印加され、第１作用部分２７０８ｃにおいては中心電極２７０６ａ－１とグランド電極２７０６ｃとの間にあって図示下方（－Ｚ方向）に電界が印加されることとなる。
【0143】
一方、信号電圧－Ｖｓが印加される中心電極２７０６ａ－２は、並行導波路２７０４ｂに沿って形成され、遷移部２７０８ｂにおいて電気信号の伝搬方向を変化させて並行導波路２７０４ｂと交差するように形成されている。これにより、並行導波路２７０４ｂは、第２作用部分２７０８ａにおいては中心電極２７０６ａ－２とグランド電極２７０６ｃとの間にあって図示下方（－Ｚ方向）に電界が印加され、第１作用部分２７０８ｃにおいては中心電極２７０６ａ－２とグランド電極２７０６ｄとの間にあって図示上方（＋Ｚ方向）に電界が印加されることとなる。
【0144】
その結果、光変調素子２７００は、第１作用部分２７０８ｃにおいて制御電極２７０６により並行導波路２７０４ａ、２７０４ｂに発生する位相変化が、第２作用部分２７０８ａにおける位相変化に対して符号が逆となるように構成される。
【0145】
図２５は、図２４における光変調素子２７００のＸＸＶ－ＸＸＶ断面矢視図、すなわち、第２作用部分２７０８ａにおける光変調素子２７００の断面図である。また、図２６は、図２４における光変調素子２７００のＸＸＶＩ－ＸＸＶＩ断面矢視図、すなわち、第１作用部分２７０８ｃにおける光変調素子２７００の断面図である。
【0146】
並行導波路２７０４ａは、第２作用部分２７０８ａにおいては、図２５に示すように中心電極２７０６ａ－１とグランド電極２７０６ｂとの間にあって図示左方（＋Ｚ方向）に電界が印加され、第１作用部分２７０８ｃにおいては、図２６に示すように中心電極２７０６ａ－１とグランド電極２７０６ｃとの間の部分にあって図示右方（－Ｚ方向）に電界が印加される。これにより、並行導波路２７０４ａにおいては、第１作用部分２７０８ｃに生じる位相変化が第２作用部分２７０８ａに生じる位相変化に対して符号が逆となる。
【0147】
一方、並行導波路２７０４ｂは、これとは逆に、第２作用部分２７０８ａにおいては、図２５に示すように中心電極２７０６ａ－２とグランド電極２７０６ｃとの間の部分にあって図示右方（－Ｚ方向）に電界が印加され、第１作用部分２７０８ｃにおいては、図２６に示すように中心電極２７０６ａ－２とグランド電極２７０６ｄとの間にあって図示左方（＋Ｚ方向）に電界が印加される。これにより、並行導波路２７０４ｂにおいては、第１作用部分２７０８ｃに生じる位相変化が第２作用部分２７０８ａに生じる位相変化に対して符号が逆となる。
【0148】
上記の構成有する光変調素子２７００は、光変調素子１００と同様に、作用部２７０８の第１作用部分２７０８ｃにおいて並行導波路２７０４ａ、２７０４ｂの光波に発生する位相変化が、第２作用部分２７０８ａに発生する位相変化に対し符号が逆となるよう構成されているので、光変調素子１００と同様の原理により、図２に示す従来の光変調素子２００の構成に比べて、動作周波数帯域が拡大される。
【0149】
また、光変調素子２７００では、第４の実施形態に係る光変調素子２４００と同様に、並行導波路２７０４ａと２７０４ｂとが互いに交差する部分を含まず互いの伝搬光が干渉し合うことがないので、変調光の消光比を高く維持してより良好な光変調動作を実現し得る。
【0150】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、作用部を構成する２つの並行導波路が折返し部を含まず直線状に延在するよう構成されている。また、上記２つの並行導波路は、それぞれ、分極方向が互いに逆方向である基板上の２つの部分をそれぞれ通過するように形成された２つの部分を含んで構成されている。
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、作用部を構成する２つの並行導波路が折返し部を含まず直線状に延在するよう構成されている。また、上記２つの並行導波路は、それぞれ、分極方向が互いに逆方向である基板上の２つの部分をそれぞれ通過するように形成された２つの部分を含んで構成されている。
【0151】
図２７は、本発明の第６の実施形態に係る光変調素子２８００の構成を示す図であり、図２８は、図２７における光変調素子２８００のＸＸＶＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩ断面矢視図、すなわち、第２作用部分２８０８ａにおける光変調素子２８００の断面図である。また、図２９は、図２７における光変調素子２８００のＸＸＩＸ－ＸＸＩＸ断面矢視図、すなわち、第１作用部分２８０８ｃにおける光変調素子２８００の断面図である。
【0152】
光変調素子２８００は、基板２８０２に形成された光導波路２８０４と、当該光導波路２８０４を伝搬する光波を制御する制御電極２８０６と、を備える。基板２８０２は、図１に示す光変調素子１００の基板１０２と同様に、例えば、ＬＮで構成されたＸカット基板であり、図２７における図示上方向にＺ軸、図示右方向にＹ軸が向いている。
【0153】
また、基板２８０２は、その厚さが１０μｍ以下（例えば１μｍ）に加工された薄板基板であり、光導波路２８０４は、基板２８０２の平面上に延在する凸部により構成される凸状光導波路、例えばリブ型光導波路またはリッジ型光導波路である。
【0154】
光導波路２８０４は、図１に示す光変調素子１００の光導波路１０４と同様に、例えばマッハツェンダ型光導波路であり、一対をなす２つの並行導波路２８０４ａ、２８０４ｂを有する。並行導波路２８０４ａ、２８０４ｂは、直線状に形成されており、交差部および折り返し部を有さない。
【0155】
制御電極２８０６は、中心電極２８０６ａと、２つのグランド電極２８０６ｂ、２８０６ｃとにより構成されている。グランド電極２８０６ｂ、２８０６ｃは、中心電極２８０６ａから所定の一定距離を隔てて形成されている。これにより、中心電極２８０６ａは、グランド電極２８０６ｂおよび２８０６ｃと共に分布定数線路を構成している。
【0156】
中心電極２８０６ａの一端は変調信号Ｖｓを生成する信号源２８１０に接続され、他端は所定のインピーダンスを有する終端器２８１２により終端されている。これにより、制御電極２８０６は、電気信号（以下、変調信号ともいう）が進行波となって一方向に伝搬する進行波型電極を構成する。
【0157】
中心電極２８０６ａは、２つの並行導波路２８０４ａ、２８０４ｂの延在方向に沿って直線状に設けられており、それぞれ並行導波路２８０４ａおよび２８０４ｂに電界を作用させて、これらの並行導波路２８０４ａ、２８０４ｂを伝搬する光波に位相変化を発生させる。これにより、例えば、光導波路２８０４の、基板２８０２の図示左の端部から入射した入力光が変調されて、図示右側の端部から変調された変調光が出射される。
【0158】
ここで、制御電極２８０６が並行導波路２８０４ａ、２８０４ｂの光波を制御する部分、すなわち並行導波路２８０４ａ、２８０４ｂの光波に位相変化を与える部分は、作用部２８０８（中心電極２８０６ａ中に示す図示破線矢印で示す範囲の部分）を構成する。作用部２８０８は、制御電極２８０６を伝搬する進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部である端部２８０８ｅから所定距離の範囲である第１作用部分２８０８ｃ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、上記伝搬方向に沿って上流側の上記電気信号の入力端２８０８ｄから所定距離の範囲である第２作用部分２８０８ａ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、を有する。ここで、所定距離の範囲とは、中心電極２８０６ａ－１及び２８０６ａ－２とグランド電極２８０６ｂ、２８０６ｃ、及び２８０６ｄとの間に直流電圧を印加した場合に、並行導波路２８０４ａ及び２８０４ｂのそれぞれにおいて、発生する光の位相変化の符号が同じである範囲をいう。
【0159】
本実施形態では、並行導波路２８０４ａは、作用部２８０８の全範囲において、中心電極２８０６ａとグランド電極２８０６ｂとの間にあって図示上方向の電界が印加される。また、並行導波路２８０４ｂは、作用部２８０８の全範囲において、中心電極２８０６ａとグランド電極２８０６ｃとの間にあって図示下方向の電界が印加される。
【0160】
ただし、本実施形態では、２つの並行導波路２８０４ａと２８０４ｂとは、それぞれ、基板２８０２のうち分極方向が互いに逆方向である２つの部分を通過するように形成された２つの部分を含んで構成されている。
【0161】
具体的には、基板２８０２には、第１作用部分２８０８ｃの範囲内に、当該基板の他の部分に対して分極方向（Ｚ軸方向）が反転した２つの分極反転部２８２０ａおよび２８２０ｂ（図２７及び図２９において図示２つの点線で囲まれた影付き部分）が形成されている。すなわち、基板２８０２のうち分極反転部２８２０ａ、２８２０ｂ以外の部分は、図２７の上部に示すように、分極方向である＋Ｚ方向が図示上方向であるのに対し、分極反転部２８２０ａ、２８２０ｂの範囲内では、分極方向（＋Ｚ方向）が図示下方向を向いている。
【0162】
なお、図２９において分極反転部２８２０ａおよび２８２０ｂの部分に示した太線矢印は、分極反転部２８２０ａおよび２８２０ｂにおける基板２８０２の分極方向を示し、分極反転部２８２０ａおよび２８２０ｂ以外の部分に示した太線矢印は、分極反転部２８２０ａおよび２８２０ｂ以外の基板２８０２の部分における分極方向を示している。
【0163】
上記構成により、並行導波路２８０４ａは、第２作用部分２８０８ａの範囲では、中心電極２８０６ａからグランド電極２８０６ｂに向かって図示上方に向かう印加電界が＋Ｚ方向の電界となり、分極反転部２８２０ａのある第１作用部分２８０８ｃの範囲では、図示上方に向かう上記印加電界が－Ｚ方向の電界となる。このため、並行導波路２８０４ａにおいては、制御電極２８０６により第１作用部分２８０８ｃに生じる屈折率変化は第２作用部分２８０８ａに生じる屈折率変化に対して符号が逆となる。その結果、並行導波路２８０４ａにおいては、第１作用部分２８０８ｃに生じる位相変化が第２作用部分２８０８ａに生じる位相変化に対して符号が逆となる。
【0164】
一方、並行導波路２８０４ｂは、第２作用部分２８０８ａの範囲では、中心電極２８０６ａからグランド電極２８０６ｃに向かって図示下方に向かう印加電界が－Ｚ方向の電界となり、分極反転部２８２０ｂのある第１作用部分２８０８ｃの範囲では、図示下方に向かう印加電界が＋Ｚ方向の電界となる。このため、並行導波路２８０４ｂにおいても、制御電極２８０６により第１作用部分２８０８ｃに生じる屈折率変化は第２作用部分２８０８ａに生じる屈折率変化に対して符号が逆となる。その結果、並行導波路２８０４ｂにおいても、第１作用部分２８０８ｃに生じる位相変化が第２作用部分２８０８ａに生じる位相変化に対して符号が逆となる。
【0165】
したがって、光変調素子２８００においても、光変調素子１００と同様に、作用部２８０８の第１作用部分２８０８ｃにおいて並行導波路２８０４ａ、２８０４ｂの光波に発生する位相変化は、第２作用部分２８０８ａにおいて発生する位相変化に対し符号が逆となり、光変調素子１００と同様の原理により、図２に示す従来の光変調素子２００の構成に比べて、動作周波数帯域が拡大される。
【0166】
特に、光変調素子２８００は、基板２８０２が１０μｍ以下の薄板で構成されるため、基板２８０２上に形成された電極への電圧印加により生成される電界は、基板２８０２内に集中しやすい。このため、光変調素子２８００では、例えば制御電極２８０６の形成前に基板２８０２上に仮電極の対を形成して当該仮電極に高電圧を印加することで、分極反転部２８２０ａ、２８２０ｂを比較的容易に形成することができる。このような仮電極の対は、例えば、基板２８０２上において、分極反転部２８２０ａおよび２８２０ｂを形成すべき部分をそれぞれ挟む位置に設けられ得る。この場合において、制御電極２８０６は、例えば、基板２８０２上の仮電極をエッチング除去した後、所望の位置に形成され得る。
【0167】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、図１に示す第１の実施形態に係る光変調素子１００とは異なり、作用部が折返し部を含まず、直線的に延在するよう構成されている。そして、上記作用部の途中で対をなす２つの並行導波路が交差することにより、当該交差した箇所を挟んで、当該２つの並行導波路のそれぞれに発生する位相変化が符号が逆となるよう構成されている。
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、図１に示す第１の実施形態に係る光変調素子１００とは異なり、作用部が折返し部を含まず、直線的に延在するよう構成されている。そして、上記作用部の途中で対をなす２つの並行導波路が交差することにより、当該交差した箇所を挟んで、当該２つの並行導波路のそれぞれに発生する位相変化が符号が逆となるよう構成されている。
【0168】
図３０は、本発明の第７の実施形態に係る光変調素子１５００の構成を示す図である。光変調素子１５００は、基板１５０２に形成された光導波路１５０４と、当該光導波路１５０４を伝搬する光波を制御する制御電極１５０６と、を備える。基板１５０２は、電気光学効果を有する基板である。例えば、基板１５０２は、図１に示す光変調素子１００の基板１０２と同様のＬＮ基板であるが、基板１０２とは結晶軸方向の異なるＺカット基板であって、図示下方向にＸ軸、図示右方向にＹ軸が向いている。
【0169】
光導波路１５０４は、図１に示す光変調素子１００の光導波路１０４と同様に、例えばマッハツェンダ型光導波路であり、一対をなす２つの並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂを有する。並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂは、並行導波路１０４ａ、１０４ｂとは異なり、折返し部を有さず、Ｙ軸方向に直線的に延在する。
【0170】
制御電極１５０６は、中心電極１５０６ａ－１、１５０６ａ－２と、グランド電極１５０６ｂ、１５０６ｃ、１５０６ｄとにより構成されている。グランド電極１５０６ｂ、１５０６ｃ、及び１５０６ｄは、中心電極１５０６ａ－１、１５０６ａ－２から所定の一定距離を隔てて形成されている。これにより、中心電極１５０６ａ－１は、グランド電極１５０６ｂおよび１５０６ｃと共に分布定数線路を構成し、中心電極１５０６ａ－２は、グランド電極１５０６ｃおよび１５０６ｄと共に分布定数線路を構成している。
【0171】
中心電極１５０６ａ－１の一端は変調信号を生成する信号源１５１０ａに接続され、他端は所定のインピーダンスを有する終端器１５１２ａにより終端される。また、中心電極１５０６ａ－２の一端は変調信号を生成する信号源１５１０ｂに接続され、他端は所定のインピーダンスを有する終端器１５１２ｂにより終端される。これにより、制御電極１５０６は、中心電極１５０６ａ－１、１５０６ａ－２のそれぞれにおいて電気信号（以下、変調信号ともいう）が進行波となって一方向に伝搬する進行波型電極を構成する。ここで、信号源１５１０ａと１５１０ｂとは、同一の変調信号を出力するが、信号源１５１０ｂが出力する変調信号の信号電圧は、信号源１５１０ａが出力する変調信号の信号電圧＋Ｖｓに対し曲線が反転した－Ｖｓとなっている。
【0172】
中心電極１５０６ａ－１、１５０６ａ－２は、２つの並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂの延在方向に沿って設けられており、並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂに電界を作用させて、これらの並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂを伝搬する光波に位相変化を発生させる。これにより、例えば、光導波路１５０４の、基板１５０２の図示左の端部から入射した入力光が変調されて、図示右側の端部から変調された変調光が出射される。
【0173】
ここで、制御電極１５０６が並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂの光波を制御する部分、すなわち並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂの光波に位相変化を与える部分は、作用部１５０８（中心電極１５０６ａ中に示す図示破線矢印で示す範囲の部分）を構成する。作用部１５０８は、制御電極１５０６を伝搬する進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部である端部１５０８ｅから所定距離の範囲である第１作用部分１５０８ｃ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、上記伝搬方向に沿って上流側の上記電気信号の入力端１５０８ｄから所定距離の範囲である第２作用部分１５０８ａ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、を有する。ここで、所定距離の範囲とは、中心電極１５０６ａ－１及び１５０６ａ－２とグランド電極１５０６ｂ、１５０６ｃ、及び１５０６ｄとの間に直流電圧を印加した場合に、並行導波路１５０４ａ及び１５０４ｂのそれぞれにおいて、発生する光の位相変化の符号が同じである範囲をいう。
【0174】
また、作用部１５０８は、第２作用部分１５０８ａと第１作用部分１５０８ｃとの間に、並行導波路１５０４ａと１５０４ｂとが互いに交差する交差部１５０８ｂを有する。これにより、光変調素子１５００は、第１作用部分１５０８ｃにおいて制御電極１５０６により並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂに発生する位相変化が、第２作用部分１５０８ａにおける位相変化に対して符号が逆となるように構成されている。
【0175】
図３１は、図３０における光変調素子１５００のＸＸＸＩ－ＸＸＸＩ断面矢視図、すなわち、第２作用部分１５０８ａにおける光変調素子１５００の断面図である。また、図３２は、図３０における光変調素子１５００のＸＸＸＩＩ－ＸＸＸＩＩ断面矢視図、すなわち、第１作用部分１５０８ｃにおける光変調素子１５００の断面図である。
【0176】
図３１に示すように、第２作用部分１５０８ａにおいては、中心電極１５０６ａ－１および１５０６ａ－２の下部には、それぞれ、並行導波路１５０４ａおよび１５４０ｂが形成されている。これに対し、第１作用部分１５０８ｃにおいては、図３２に示すように、中心電極１５０６ａ－１および１５０６ａ－２の下部には、それぞれ、並行導波路１５０４ｂおよび１５４０ａが形成されている。
【0177】
これにより、例えば並行導波路１５０４ａは、図３１に示すように第２作用部分１５０８ａにおいては、信号電圧＋Ｖｓの変調信号を伝搬する中心電極１５０６ａ－１により図示下方、すなわち－Ｚ方向へ向かう電界（図示一点鎖線矢印）が印加される一方、図３２に示すように第１作用部分１５０８ｃにおいては、信号電圧－Ｖｓの変調信号を伝搬する中心電極１５０６ａ－２により図示上方、すなわち＋Ｚ方向へ向かう電界が印加される。これにより、並行導波路１５０４ａにおいては、第１作用部分１５０８ｃに生じる位相変化が第２作用部分１５０８ａに生じる位相変化に対して符号が逆となる。
【0178】
同様に、並行導波路１５０４ｂは、第２作用部分１５０８ａにおいては、信号電圧－Ｖｓの変調信号を伝搬する中心電極１５０６ａ－２により、図示上方すなわち＋Ｚ方向へ向かう電界が印加される一方（図３１）、第１作用部分１５０８ｃにおいては、信号電圧＋Ｖｓの変調信号を伝搬する中心電極１５０６ａ－１により、図示下方すなわち－Ｚ方向へ向かう電界が印加される。これにより、並行導波路１５０４ｂにおいては、第１作用部分１５０８ｃに生じる位相変化が第２作用部分１５０８ａに生じる位相変化に対して符号が逆となる。ここで、１５０６ｃのグランド電極がない場合においても、中心電極１５０６ａ－１と中心電極１５０６ａ－２に入力する信号電圧を＋Ｖｓ、－Ｖｓと極性を反転させる差動動作することで同様の効果が得られる。以下、Ｚカット基板を用いる際には同様に対応することが出来る。
【0179】
上記の構成有する光変調素子１５００は、光変調素子１００と同様に、作用部１５０８の第１作用部分１５０８ｃにおいて並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂの光波に発生する位相変化が、第２作用部分１５０８ａに発生する位相変化に対し符号が逆となるよう構成されているので、光変調素子１００と同様の原理により、図２に示す従来の光変調素子２００の構成に比べて、動作周波数帯域が拡大される。
【0180】
また、光変調素子１５００では、作用部１５０８を構成する制御電極１５０６および並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂが直線的に延在するように形成されるので、制御電極１５０６を伝搬する電気信号および並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂを伝搬する光波には曲げ損失が発生せず、上記電気信号及び光波における損失の少ない効率的な光変調動作を実現し得る。
【0181】
［第８実施形態］
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、図３０に示す第１１の実施形態に係る光変調素子１５００と同様の構成を有するが、基板１５０２の面内における並行導波路のルートが異なる。
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、図３０に示す第１１の実施形態に係る光変調素子１５００と同様の構成を有するが、基板１５０２の面内における並行導波路のルートが異なる。
【0182】
図３３は、本発明の第８の実施形態に係る光変調素子１８００の構成を示す図である。図３３において、図３０に示す構成要素と同じ構成要素については、図３０における符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図３０についての説明を援用する。
【0183】
光変調素子１８００は、図３０に示す光変調素子１５００と同様の構成を有するが、光導波路１５０４に代えて光導波路１８０４を有する点が異なる。光導波路１８０４は、光導波路１５０４と同様の構成を有するが、並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂに代えて並行導波路１８０４ａ、１８０４ｂを有する点が異なる。
【0184】
制御電極１５０６が並行導波路１８０４ａ、１８０４ｂの光波を制御する部分、すなわち並行導波路１８０４ａ、１８０４ｂの光波に位相変化を与える部分は、作用部１８０８（グランド電極１５０６ｃ中に示す図示破線矢印で示す範囲の部分）を構成する。作用部１８０８は、制御電極１５０６を伝搬する進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部である端部１８０８ｅから所定距離の範囲である第１作用部分１８０８ｃ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、上記伝搬方向に沿って上流側の上記電気信号の入力端１８０８ｄから所定距離の範囲である第２作用部分１８０８ａ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、を有する。ここで、所定距離の範囲とは、中心電極１５０６ａ－１及び１５０６ａ－２とグランド電極１５０６ｂ、１５０６ｃ、及び１５０６ｄとの間に直流電圧を印加した場合に、並行導波路１８０４ａ及び１８０４ｂのそれぞれにおいて、発生する光の位相変化の符号が同じである範囲をいう。
【0185】
作用部１８０８は、図３０に示す光変調素子１５００の作用部１５０８と同様の構成を有するが、第２作用部分１８０８ａと第１作用部分１８０８ｃとの間に、並行導波路１８０４ａと１８０４ｂとが互いに交差する交差部を有さない。すなわち、並行導波路１８０４ａ、１８０４ｂは、並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂと同様の構成を有するが、互いに交差する部分を有さず、基板１５０２の面内におけるルートが異なる。
【0186】
具体的には、並行導波路１８０４ａ、１８０４ｂは、第２作用部分１８０８ａにおいては、図３０に示す光変調素子１５００と同様に中心電極１５０６ａ－１、１５０６ａ－２の下部に形成されている。ただし、並行導波路１８０４ａおよび１８０４ｂは、第１作用部分１８０８ｃの部分において、それぞれ、中心電極１５０６ａ－１に隣接するグランド電極１５０６ｂの下部および中心電極１５０６ａ－２に隣接する１５０６ｄの下部を通るように形成されている。
【0187】
これにより、光変調素子１８００では、第１作用部分１８０８ｃにおいて並行導波路１８０４ａおよび１８０４ｂに発生する位相変化が、第２作用部分１８０８ａにおいて発生する位相変化に対して符号が逆となるよう構成されている。
【0188】
上記の構成有する光変調素子１８００は、作用部１８０８の第１作用部分１８０８ｃにおいて発生する位相変化が、第２作用部分１８０８ａに発生する位相変化に対し符号が逆となるよう構成されているので、光変調素子１００と同様の原理により、図２に示す従来の光変調素子２００の構成に比べて、動作周波数帯域が拡大される。
【0189】
また、光変調素子１８００では、並行導波路１８０４ａ、１８０４ｂが互いに交差する部分を有さないので、光変調素子１００、１５００に比べて更に光損失の少ない光変調動作を実現し得る。
【0190】
［第９実施形態］
次に、本発明の第９の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、図３０に示す第１１の実施形態に係る光変調素子１５００と同様の構成を有するが、２本の並行導波路は交差部を有さず直線状に延在し、かつ、基板面内における制御電極の形状が異なる。
次に、本発明の第９の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子は、図３０に示す第１１の実施形態に係る光変調素子１５００と同様の構成を有するが、２本の並行導波路は交差部を有さず直線状に延在し、かつ、基板面内における制御電極の形状が異なる。
【0191】
図３４は、本発明の第９の実施形態に係る光変調素子１９００の構成を示す図である。図３４のうち、図３０に示す構成要素と同じ構成要素については、図３０と同じ符号を用いるものとし、上述した図３０についての説明を援用するものとする。
【0192】
図３４に示す光変調素子１９００は、図３０に示す光変調素子１５００と同様の構成を有するが、光導波路１５０４および制御電極１５０６に代えて、光導波路１９０４および制御電極１９０６を有する点が異なる。光導波路１９０４は、光導波路１５０４と同様の構成を有するが、交差部を有する並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂに代えて、交差部を有さずそれぞれ直線状に延在する並行導波路１９０４ａ、１９０４ｂを有する。
【0193】
制御電極１９０６は、制御電極１５０６と同様の構成を有するが、基板１５０２の面内における中心電極１９０６ａ－１、１９０６ａ－１、およびグランド電極１９０６ｂ、１９０６ｃ、１９０６ｄのパターン形状が、制御電極１５０６の中心電極１５０６ａ－１、１５０６ａ－１、およびグランド電極１５０６ｂ、１５０６ｃ、１５０６ｄと異なっている。
【0194】
ここで、制御電極１９０６が並行導波路１９０４ａ、１９０４ｂの光波を制御する部分、すなわち並行導波路１９０４ａ、１９０４ｂの光波に位相変化を与える部分は、作用部１９０８（中心電極１９０６ａ中に示す図示破線矢印で示す範囲の部分）を構成する。作用部１９０８は、制御電極１９０６を伝搬する進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部である端部１９０８ｅから所定距離の範囲である第１作用部分１９０８ｃ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、上記伝搬方向に沿って上流側の上記電気信号の入力端１９０８ｄから所定距離の範囲である第２作用部分１９０８ａ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、を有する。ここで、所定距離の範囲とは、中心電極１９０６ａ－１及び１９０６ａ－２とグランド電極１９０６ｂ、１９０６ｃ、及び１９０６ｄとの間に直流電圧を印加した場合に、並行導波路１９０４ａ及び１９０４ｂのそれぞれにおいて、発生する光の位相変化の符号が同じである範囲をいう。
【0195】
中心電極１９０６ａ－１、１９０６ａ－２は、第２作用部分１９０８ａにおいては、図３０、図３１に示す光変調素子１５００と同様に、並行導波路１９０４ａ，１９０４ｂの上部に形成されている。ただし、特に本実施形態では、第１作用部分１９０８ｃにおいては、グランド電極１９０６ｃの幅が図示上下方向に広がることにより、並行導波路１９０４ａ、１９０４ｂの上部にグランド電極１９０６ｃが形成されている。
【0196】
これにより、光変調素子１９００では、第１作用部分１９０８ｃにおいて制御電極１９０６により並行導波路１９０４ａ、１９０４ｂに発生する位相変化が、第２作用部分１９０８ａにおける位相変化に対して符号が逆となるように構成されている。
【0197】
上記の構成有する光変調素子１５００は、光変調素子１００と同様に、作用部１５０８の第１作用部分１５０８ｃにおいて並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂの光波に発生する位相変化が、第２作用部分１５０８ａに発生する位相変化に対し符号が逆となる構成されているので、光変調素子１００と同様の原理により、図２に示す従来の光変調素子２００の構成に比べて、動作周波数帯域が拡大される。
【0198】
また、光変調素子１５００では、作用部１５０８を構成する制御電極１５０６および並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂが直線上に形成されるので、並行導波路１９０４ａ、１９０４ｂを伝搬する光波には曲げ損失が発生しない。このため、光変調素子１５００、１８００よりも更に光損失の少ない光変調動作を実現し得る。
【0199】
［第１０実施形態］
次に、本発明の第１０の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子２０００は、上述した光変調素子１００等とは異なり、光導波路および制御電極が、半導体基板に形成されている。
次に、本発明の第１０の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調素子２０００は、上述した光変調素子１００等とは異なり、光導波路および制御電極が、半導体基板に形成されている。
【0200】
【0201】
光変調素子２０００は、基板２００２に形成された光導波路２００４と、当該光導波路２００４を伝搬する光波を制御する制御電極２００６と、を備える。光導波路２００４は、例えばマッハツェンダ型光導波路であり、一対をなす２つの並行導波路２００４ａ、２００４ｂを有する。
【0202】
基板２００２は、電気光学効果を有する基板であり、例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、Ｓｉ等の半導体で構成される。具体的には、図３６に示すように、基板２００２上には、ｎ層２１２０、ｉ層２１２４が形成されており、ｉ層２１２４は、トレンチ２１２６により図示左右に分断されている。また、左右に分断された２つのｉ層２１２４のそれぞれの上部には、ｐ型チャネル２１２８ａ、２１２８ｂが形成されている。これにより、いわゆるｐ－ｉ－ｎ構造の中間層として構成される図示左右の２つのｉ層２１２４に、それぞれ並行導波路２００４ａおよび２００４ｂが形成される。ｎ層２１２０、ｉ層２１２４、およびｐ型チャネル２１２８ａ、２１２８ｂは、基板２００２上に設けられたクラッド部２１３０に埋め込まれるように形成されている。このクラッド部２１３０は、並行導波路２００４ａおよび２００４ｂが形成されるｉ層２１２４よりも屈折率の低い材料、例えばＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等で構成される。
【0203】
なお、並行導波路２００４ａおよび２００４ｂを構成する半導体接合構造は、上記のｐ－ｉ－ｎ構造には限られず、ｎ－ｐ－ｉ－ｎ構造、ｎ－ｉ－ｐ－ｎ構造、またはｐ－ｎ－ｉ－ｎ構造としてもよい。
【0204】
制御電極２００６は、それぞれ並行導波路２００４ａおよび２００４ｂに沿って形成された２つの導体パターンである第１電極２００６ａと第２電極２００６ｂを備える。第１電極２００６ａと第２電極２００６ｂとは、分布定数線路を構成し、信号源２０１０が接続される図示左端に対向する図示右端が、所定のインピーダンスを有する終端器２０１２により終端されている。これにより、信号源２０１０から入力された電気信号（変調信号）は、第１電極２００６ａ上および第２電極２００６ｂ上を、進行波となって伝搬して、それぞれ並行導波路２００４ａおよび２００４ｂを伝搬する光波に位相変化を生成する。
【0205】
これにより、例えば、光導波路２００４の図示左端から入力された入力光が変調されて、変調された出力光（変調光）が、図示右端から出力される。
【0206】
第１電極２００６ａは、並行導波路２００４ａに沿って図示左右に延在する帯状の第１主導体部２００６ａ－１（図示一点鎖線の矩形で囲んだ部分）と、第１主導体部２００６ａ－１から並行導波路２００４ａに向かって図示下方へ延在するＴ字状の複数の第１突出導体部２００６ａ－２を備える。同様に、第２電極２００６ｂは、並行導波路２００４ｂに沿って図示左右に延在する帯状の第２主導体部２００６ｂ－１（図示一点鎖線の矩形で囲んだ部分）と、第２主導体部２００６ｂ－１から並行導波路２００４ｂに向かって図示下方へ延在するＴ字状の複数の第２突出導体部２００６ｂ－２を備える。
【0207】
ここで、図３５には、図を簡単化して理解を容易にするため、第１主導体部２００６ａ－１及び第２主導体部２００６ｂ－１からそれぞれ延在する一つの突出導体部にのみ符号を付しているが、第１主導体部２００６ａ－１から同様のＴ字形状で突出している部分のすべてが第１突出導体部２００６ａ－２であり、第２主導体部２００６ｂ－１から同様のＴ字形状で突出している部分のすべてが第２突出導体部２００６ｂ－２であるものと理解されたい。
【0208】
制御電極２００６は、上記構成により、第１主導体部２００６ａ－１と第２主導体部２００６ｂ－１とが電気信号を進行波として伝搬させる。そして、第１主導体部２００６ａ－１と第２主導体部２００６ｂ－１の各部における電位を、それぞれ、複数の第１突出導体部２００６ａ－２および第２突出導体部２００６ｂ－２により、並行導波路２００４ａおよび２００４ｂの各部に印加して、並行導波路２００４ａおよび２００４ｂを伝搬する光波に位相変化を発生させる。なお、このような制御電極の構成は、例えば、特開２００６－６５０８５に記載されている。
【0209】
ここで、制御電極２００６が並行導波路２００４ａ、２００４ｂの光波を制御する部分、すなわち並行導波路２００４ａ、２００４ｂの光波に位相変化を与える部分は、作用部２００８（図３５において並行導波路２００４ａ、２００４ｂの間に示す、図示破線矢印が示す範囲の部分）を構成する。作用部２００８は、制御電極２００６を伝搬する進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部である端部２００８ｅから所定距離の範囲である第１作用部分２００８ｃ（第２主導体部２００６ｂ－１上に示した図示一点鎖線矢印の範囲）と、上記伝搬方向に沿って上流側の、上記電気信号の入力端２００８ｄから所定距離の範囲である第２作用部分２００８ａ（図示一点鎖線矢印の範囲）と、を有する。ここで、所定距離の範囲とは、第１電極２００６ａと第２電極２００６ｂとの間に直流電圧を印加した場合に、並行導波路２００４ａ及び２００４ｂのそれぞれにおいて、発生する光の位相変化の符号が同じである範囲をいう。
【0210】
そして、特に、本実施形態では、第２作用部分２００８ａと第１作用部分２００８ｃとの間に、並行導波路２００４ａと２００４ｂとが互いに交差する交差部２００８ｂを有する。これにより、制御電極２００６および光導波路２００４は、作用部２００８の第１作用部分２００８ｃにおいて並行導波路２００４ａ、２００４ｂの光波に発生する位相変化が、第２作用部分２００８ａに発生する位相変化に対し符号が逆となるよう構成されている。
【0211】
また、第１作用部分２００８ｃおよび第２作用部分２００８ａの、作用部２００８の延在方向に沿って測った長さは、第１作用部分２００８ｃの方が第２作用部分２００８ａより短い。すなわち、制御電極２００６は、第１作用部分２００８ｃにおいて並行導波路２００４ａ、２００４ｂに作用する部分の長さが、第２作用部分２００８ａにおいて並行導波路２００４ａ、２００４ｂに作用する部分の長さより短い。
【0212】
上記の構成を有する光変調素子２０００は、図１に示す光変調素子１００と同様に、制御電極２００６および並行導波路２００４ａ、２００４ｂが、作用部２００８において第１作用部分２００８ｃに発生する位相変化が第２作用部分２００８ａに発生する位相変化に対し符号が逆となるように構成される。このため、光変調素子２０００では、光変調素子１００と同様に、制御電極２００６が有する導体損失等に起因して、第２作用部分２００８ａに発生する位相変化量のうち第１作用部分２００８ｃにより相殺される位相変化量が周波数特性を持つこととなり、その結果、作用部２００８の全体により実現される動作周波数帯域が拡大される。
【0213】
［第１１実施形態］
次に、本発明の第１１の実施形態について説明する。本実施形態は、上述した光変調素子１００等のいずれかの光導波路素子を用いて構成される光導波路デバイスである。図３７は、本実施形態に係る光導波路デバイスである光変調デバイス２２００の構成を示す図である。
次に、本発明の第１１の実施形態について説明する。本実施形態は、上述した光変調素子１００等のいずれかの光導波路素子を用いて構成される光導波路デバイスである。図３７は、本実施形態に係る光導波路デバイスである光変調デバイス２２００の構成を示す図である。
【0214】
光変調デバイス２２００は、光変調素子２２０２と、光変調素子２２０２を収容する筐体２２０４と、光変調素子２２０２への入力光を筐体２２０４内に導入する入力光ファイバ２２０６と、光変調素子２２０２から出力される出力光を筐体２２０４外へ導く出力光ファイバ２２０８と、を有する。
【0215】
ここで、光変調素子２２０２は、上述した光変調素子１００、１００－１、１００－２、１００－３、１４００、１５００、１８００、１９００、および２０００（以下、光変調素子１００等ともいう）のいずれかであるものとすることができる。
【0216】
筐体２２０４には、光変調素子２２０２に設けられた、進行波型電極である制御電極（不図示）に印加する電気信号を入力するためのコネクタ２２１０が設けられている。コネクタ２２１０から入力された電気信号は、中継基板２２１２を介してワイヤボンディングなど（不図示）により制御電極の一端に入力され、当該制御電極の他端には、所定のインピーダンスを有する終端器２２１４がワイヤボンディングなど（不図示）により接続されている。
【0217】
上記の構成を有する光変調デバイス２２００は、上述した光変調素子１００等により、従来に比べて広帯域な変調動作を実現し得る。
【0218】
［第１２実施形態］
次に、本発明の第１２の実施形態について説明する。本実施形態は、上述した光変調素子１００等のいずれかを用いた第１１実施形態に係る光変調デバイス２２００を用いて構成される、光送信装置である。
次に、本発明の第１２の実施形態について説明する。本実施形態は、上述した光変調素子１００等のいずれかを用いた第１１実施形態に係る光変調デバイス２２００を用いて構成される、光送信装置である。
【0219】
図３８は、本実施形態に係る光送信装置２３００の構成を示す図である。この光送信装置２３００は、光変調デバイス２２００と、光変調デバイス２２００に光を入射する光源２３０２と、変調信号生成部２３０４と、変調データ生成部２３０６と、を有する。
【0220】
光源２３０２は、例えば半導体レーザである。変調データ生成部２３０６は、外部から与えられる送信データを受信して、当該送信データを送信するための変調データ（例えば、送信データを所定のデータフォーマットに変換又は加工したデータ）を生成し、当該生成した変調データを変調信号生成部２３０４へ出力する。
【0221】
変調信号生成部２３０４は、光変調デバイス２２００に変調動作を行わせるための電気信号を出力する電子回路（ドライブ回路）であり、変調データ生成部２３０６が出力した変調データに基づき、光変調デバイス２２００に当該変調データに従った光変調動作を行わせるための電気信号である変調信号を生成して、光変調デバイス２２００に入力する。ここで、変調信号生成部２３０４は、光導波路デバイスに変調動作を行わせるための電気信号を出力する電子回路に相当する。
【0222】
上記の構成を有する光送信装置２３００は、上述した光変調素子１００等により従来に比べて広帯域な変調動作を実現する光変調デバイス２２００を備えるので、より大きな伝送容量を低コストで実現することができる。
【0223】
なお、本発明は上記実施形態およびその変形例の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【0224】
例えば、各実施形態に係る光変調素子の構成を示した図１、３、６、８、１０、１４、１５、１８、２１、２４、２７、３０、３３、３４、３５では、それぞれ対応する制御電極１０６等は、並行導波路に沿った部分のみが、中心電極とグランド電極とで構成される分布定数線路（例えばコプレーナ伝送線路（ＧＳＧ、ＧＳＳＧ、ＧＳＧＳＧなどの構成）、マイクロストリップライン伝送線路等））を形成されるものとして描かれているが、制御電極１０６等の構成は、これには限られない。制御電極１０６等は、従来技術に従い、基板１０２等の基板面上に形成された中心電極の全体にわたって、グランド電極と共に分布定数線路を形成しているものとすることができる。
【0225】
また、上述した各実施形態では、光導波路素子の一例としてマッハツェンダ型光導波路を用いた光変調素子１００等を示したが、本発明に係る光導波路素子は、光変調素子には限られない。光導波路素子は、光導波路内を伝搬する光波に進行波型電極により位相変化を生成させて動作する任意の機能を有する素子であるものとすることができる。そのような光導波路素子は、光スイッチ素子、偏波回転素子、等々であるものとすることができる。
【0226】
また、上述した実施形態において、光導波路１０４、１４０４、１５０４、１８０４、１９０４、２００４は、それぞれ、基板１０２、１４０２、１５０２、２００２への金属拡散または不純物拡散により形成されるものとすることができる。ただし、これら基板における光導波路の形成方法は、金属拡散または不純物拡散には限られない。例えば、これらの光導波路は、基板の表面に形成された凸部により構成されるリブ型導波路またはリッジ型導波路であってもよい。
【0227】
また、上述した実施形態では、光導波路素子を構成する基板として、ＬＮ基板（例えば、基板１０２）、又はＩｎＰ、ＧａＡｓ、若しくはＳｉ等の半導体基板（基板２００２）を用いるものとしたが、基板の素材は、これらには限られない。本発明に係る光導波路素子を構成する基板は、電気光学効果を有する限り、強誘電体、半導体、または高分子材料など、任意の材料で構成されるものとすることができる。そのような基板は、例えば、ポッケルス効果を有する結晶として、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）、Ｍｇ添加ＬｉＮｂＯ３（Ｍｇ：ＬＮ）、Ｅｒ添加ＬｉＮｂＯ３（Ｅｒ：ＬＮ）、ＬｉＴａＯ３（ＬＴ）、Ｍｇ添加ＬｉＴａＯ３（Ｍｇ：ＬＴ）、Ｅｒ添加ＬｉＴａＯ３（Ｅｒ：ＬＴ）、ＫＴｉＯＰＯ４（ＫＴＰ）、ＫＨ２ＰＯ４（ＫＤＰ）、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４（ＡＤＰ）、ＢａＴｉＯ３（ＢＴまたはＢＴＯ）、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＬＺＴ）等の無機結晶、または分極分子を含有する高分子等有機材料を用いることができる。
【0228】
また、基板には、キャリアプラズマ効果を有する材料として、Ｓｉ、ＳｉＧｅ等を用いることができ、量子閉じ込めシュタルク効果を有する材料としてＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰやＩｎＡｌＧａＡｓ ／ＩｎＧａＡｓ等を含む材料を用いることもできる。なお、基板は、上記効果を有することが可能であれば、列挙した材料に限定されることはなく、構成元素の一部または全部を周期表で示される同族の元素に置き換えたものやＩＶ族の元素をＩＩＩ－Ｖ族の元素で置き換えしたもの、微量の添加物として他元素をドープしたものでもよい。
【0229】
さらに、上述した実施形態では、光導波路１０４、１４０４、１５０４、１８０４、１９０４、２００４は、それぞれ、基板１０２、１４０２、１５０２、２００２の内部に、それら基板の一部として形成されるものとしたが、これらの光導波路は、基板内にその基板の一部として構成されるものには限られない。例えば、これらの光導波路は、電気光学効果を有さない基板の面上に設けられた、電気光学効果を有する高分子材料で構成されていてもよい。そのような光導波路で構成される光変調素子は、いわゆるシリコン－オーガニック・ハイブリッド光変調器（Ｓｉｌｉｃｏｎ－Ｏｒｇａｎｉｃ Ｈｙｂｒｉｄ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）であり得る（例えば、Ｓｔｅｆａｎ Ｗｏｌｆ ｅｔ．ａｌ．，“ＤＡＣ－Ｌｅｓｓ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ－Ｌｅｓｓ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ＱＡＭ Ｓｉｇｎａｌｓ Ｕｓｉｎｇ Ｓｕｂ－Ｖｏｌｔ Ｓｉｌｉｃｏｎ－Ｏｒｇａｎｉｃ Ｈｙｂｒｉｄ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ”ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ， ＶＯＬ． ３３， ＮＯ． ７， ＡＰＲＩＬ １， ２０１５、特開２０１６－７１２１４号公報を参照）。
【0230】
また、上述した実施形態では、光変調素子１００の変形例として、作用部の第１作用部分の長さ、第１作用部分と第２作用部分とにおける制御電極の電圧減衰係数の比ｍ、あるいは第１作用部分と第２作用部分とにおける制御電極と並行導波路とのギャップの比ｇが変更されるものとしたが、当該第１作用部分の長さ、電圧減衰係数の比ｍ、あるいはギャップの比ｇは、光変調素子１４００、１５００、１８００、１９００、２０００においても同様に変更して、周波数応答におけるピーキングを調整するものとすることができる。
【0231】
また、上述した実施形態及び変形例に係る光変調素子１００等における特徴構成は、互いに転用することが可能である。例えば、半導体である基板２００２で構成される光変調素子２０００におけるＴ字状突起を有する制御電極２００６の構成は、ＬＮである基板１０２や１５０２で構成される光変調素子１００や１５００にも適用することができる。
【0232】
以上、説明したように、光導波路素子である例えば光変調素子１００は、電気光学効果を有するＬＮ基板である基板１０２と、基板１０２に設けられた例えばマッハツェンダ型光導波路である光導波路１０４と、を備える。光導波路１０４は、基板１０２の内部に配されていてもよいし、基板１０２の基板面の上に配されていてもよい。また、基板１０２は、光導波路１０４を構成する並行導波路１０４ａ、１０４ｂに沿って設けられた、これら並行導波路に作用して当該並行導波路を伝搬する光波に位相変化を発生させる電極である制御電極１０６と、を備える。ここで、制御電極１０６は、電気信号が進行波となって一方向に伝搬する進行波型電極である。そして、制御電極１０６および並行導波路１０４ａ、１０４ｂは、制御電極１０６により上記光波が制御される作用部１０８において、上記進行波の伝搬方向に沿って下流側の端部１０８ｅから所定距離の範囲である第１作用部分１０８ｃに発生する上記位相変化が、上記伝搬方向に沿って上流側の上記電気信号の入力端１０８ｄから所定距離の範囲である第２作用部分１０８ａに発生する上記位相変化に対し符号が逆となるよう構成されている。
【0233】
この構成によれば、基板に形成される光導波路を用いた光導波路素子において、様々な結晶方位を持つ基板においても容易かつ低コストで周波数特性を改善することができる。
【0234】
また、制御電極１０６は、第１作用部分１０８ｃにおいて並行導波路１０４ａ、１０４ｂに作用する部分の長さが、第２作用部分１０８ａにおいて並行導波路１０４ａ、１０４ｂに作用する部分の長さより短い。この構成によれば、変調動作を確保しつつ、動作周波数帯域を拡大することができる。
【0235】
また、例えば第１作用部分１０８ｃは、第２作用部分１０８ａに対して、それぞれ、並行導波路１０４ａ、１０４ｂに加わる電界が反転するよう構成される。すなわち、例えば光変調素子１００では、基板１０２等の分極方向を変更することなく、並行導波路１０４ａ、１０４ｂに印加される電界が反転するように、制御電極１０６、１５０６および光導波路１０４、１５０４を構成することで、動作周波数帯域を容易に拡大することができる。
【0236】
また、上述した光変調素子１００－２では、制御電極１０６－２は、第１作用部分１０８－２ｃにおける電気信号の電圧減衰係数α２が、第２作用部分１０８－２ａにおける電圧減衰係数α１と異なるよう構成されている。この構成によれば、α１とα２の比を調整することにより、周波数応答特性におけるピーキングの強度を調整することができる。
【0237】
また、例えば光変調素子１００の光導波路１０４は、対を為す２つの並行導波路１０４ａ、１０４ｂを含むマッハツェンダ型光導波路であり、作用部１０８は、対を為す２つの並行導波路１０４ａ、１０４ｂで構成される。この構成によれば、マッハツェンダ型光導波路により構成される光導波路素子、例えば光変調素子の動作周波数帯域を、基板の結晶方位によらず容易且つ低コストに改善することができる。
【0238】
また、作用部１０８は、光の伝搬方向が反転する第１の折返し部である折返し部１０８ｂを有し、第１作用部分１０８ｃは、当該折返し部１０８ｂと上記端部１０８ｅとの間の領域として構成される。この構成によれば、制御電極１０６と並行導波路１０４ａ、１０４ｂとで構成される作用部１０８の、基板１０２の面内における延在方向を、折返し部１０８ｂにより折り返すことで、基板１０２の面方向に沿って制御電極１０６から並行導波路１０４ａ、１０４ｂに印加される電界の方向を、容易に反転させることができる。
【0239】
また、上述した光変調素子１４００では、作用部１４０８の第２作用部分１４０８ａは、光の伝搬方向が反転する第２の折返し部である折返し部１４０８ｆを有し、当該折返し部１４０８ｆにおいて並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂが互いに交差している。この構成によれば、第２作用部分１４０８ａを折り返す場合でも、第２作用部分１４０８ａにおいて並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂに印加される電界の方向、したがって、並行導波路１４０４ａ、１４０４ｂに発生する位相変化を、その符号が逆とならないように容易に維持することができる。このため、光変調素子１００と同様の原理で動作周波数帯域を拡大しつつ、第２作用部分１４０８ａを折り返して光変調素子１４００の長さ方向のサイズを低減することができる。
【0240】
また、光変調素子１５００、２０００では、それぞれ、対を為す並行導波路１５０４ａ、１５０４ｂ及び２００４ａ、２００４ｂは、互いに交差する交差部を有する。そして、第１作用部分１５０８ｃ、２００８ｃは、それぞれ、上記交差部と、端部１５０８ｅ、２００８ｅと、の間の領域として構成される。この構成によれば、制御電極１５０６、２００６を単純な直線状に形成することができるので、制御電極１５０６、２００６における電気信号の放射損失等を低減しつつ、動作周波数帯域を拡大して、効率的な広帯域変調動作を実現することができる。
【0241】
また、例えば光変調素子１８００では、制御電極１８０６は、中心電極１５０６ａ－１、１５０６ａ－２と、所定の距離を隔ててこれら中心電極に沿って形成されたグランド電極１５０６ｂ、１５０６ｃ、１５０６ｄと、で構成される。そして、対を為す並行導波路１８０４ａ、１８０４ｂで構成される作用部１８０８は、第２作用部分１８０８ａを構成する並行導波路１８０４ａ、１８０４ｂの上部に中心電極１５０６ａ－１、１５０６ａ－２が形成され、第１作用部分１８０８ｃを構成する並行導波路１８０４ａ、１８０４ｂの上部にグランド電極１５０６ｂ、１５０６ｄがそれぞれ形成されている。この構成によれば、例えばＺカットのＬＮ基板である基板１５０２を用いた場合において、並行導波路１８０４ａ、１８０４ｂに対し基板１５０２の厚さ方向に印加する電界を、第２作用部分１８０８ａと第１作用部分１８０８ｃとにおいて容易に反転させて、並行導波路１８０４ａ、１８０４ｂに発生する位相変化が、第２作用部分１８０８ａと第１作用部分１８０８ｃとの間において逆となるようにすることができる。
【0242】
また、例えば光変調素子１００の基板１０２は、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）結晶で構成され、制御電極１０６は、光導波路１０４に光変調動作を行わせる。この構成によれば、ＬＮ結晶を用いた基板により構成される光変調素子において、当該基板の結晶方位による制約を受けることなく、周波数特性を容易かつ低コストに改善することができる。
【0243】
また、基板１０２は、強誘電体、半導体、または、高分子材料で構成されていてもよく、光導波路１０４は、基板１０２の一部として構成されるか、または基板１０２の面上に配された高分子材料により構成されていてもよい。そして、制御電極１０６が、光導波路１０４に光変調動作を行わせる。この構成によれば、様々な素材により光変調素子１００を構成することができる。
【0244】
また、光導波路デバイスである光変調デバイス２２００は、光導波路素子である光変調素子１００等のいずれかと、当該光変調素子を収容する筐体と、を有する。この構成によれば、様々な結晶方位を持つ基板においても容易かつ低コストで周波数特性を改善することのできる光導波路素子を用いて、従来に比べて広帯域な変調動作を実現し得る光導波路デバイスを安価に実現することができる。
【0245】
また、光送信装置２３００は、光導波路デバイスである光変調デバイス２２００を備える。この構成によれば、より多くの伝送容量を持った光送信装置を、低コストで実現することができる。
【符号の説明】
【0246】
１００、１００－１、１００－２、１００－３、２００、１４００、１５００、１８００、１９００、２０００、２２０２、２４００、２４００－１、２６００、２７００、２８００…光変調素子、１０２、１４０２、１５０２、２００２、２４０２、２６０２、２７０２、２８０２…基板、１０４、１４０４、１５０４、１８０４、１９０４、２００４、２４０４、２６０４、２７０４、２８０４…光導波路、１０４ａ、１０４ｂ、１４０４ａ、１４０４ｂ、１５０４ａ、１５０４ｂ、１８０４ａ、１８０４ｂ、１９０４ａ、１９０４ｂ、２００４ａ、２００４ｂ、２４０４ａ、２４０４ｂ、２６０４ａ、２６０４ｂ、２７０４ａ、２７０４ｂ、２８０４ａ、２８０４ｂ…並行導波路、１０６、１０６－１、１０６－２、１０６－３、１４０６、１５０６、１９０６、２００６、２４０６、２５０６、２６０６、２７０６、２８０６…制御電極、１０６ａ、１０６－１ａ、１０６－２ａ、１０６－３ａ、１４０６ａ、１５０６ａ－１、１５０６ａ－２、１９０６ａ－１、１９０６ａ－２、２４０６ａ－１、２４０６ａ－２、２５０６ａ、２６０６ａ－１、２６０６ａ－２、２７０６ａ－１、２７０６ａ－２、２８０６ａ…中心電極、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６－１ｂ、１０６－１ｃ、１０６－３ｂ、１０６－３ｃ、１４０６ｂ、１４０６ｃ、１５０６ｂ、１５０６ｃ、１５０６ｄ、１９０６ｂ、１９０６ｃ、１９０６ｄ、２４０６ｂ、２４０６ｃ、２４０６ｄ、２５０６ｂ、２５０６ｃ、２６０６ｂ、２６０６ｃ、２６０６ｄ、２７０６ｂ、２７０６ｃ、２７０６ｄ、２８０６ｂ、２８０６ｃ…グランド電極、１０８、１０８－１、１０８－２、１０８－３、１４０８、１５０８、１８０８、１９０８、２００８、２４０８、２６０８、２７０８、２８０８…作用部、１０８ａ、１０８－１ａ、１０８－２ａ、１０８－３ａ、１４０８ａ、１５０８ａ、１８０８ａ、１９０８ａ、２００８ａ、２４０８ａ、２６０８ａ、２７０８ａ、２８０８ａ…第２作用部分、１０８ｂ、１０８－１ｂ、１０８－２ｂ、１０８－３ｂ、１４０８ｂ、１４０８ｆ…折返し部、１０８ｃ、１０８－１ｃ、１０８－２ｃ、１０８－３ｃ、１４０８ｃ、１５０８ｃ、１８０８ｃ、１９０８ｃ、２００８ｃ、２４０８ｃ、２６０８ｃ、２７０８ｃ、２８０８ｃ…第１作用部分、１０８ｄ、１０８－１ｄ、１０８－２ｄ、１０８－３ｄ、１４０８ｄ、１５０８ｄ、１８０８ｄ、１９０８ｄ、２００８ｄ、２４０８ｄ、２６０８ｄ、２７０８ｄ、２８０８ｄ…入力端、１０８ｅ、１０８－１ｅ、１０８－２ｅ、１０８－３ｅ、１４０８ｅ、１５０８ｅ、１８０８ｅ、１９０８ｅ、２００８ｅ、２４０８ｅ、２６０８ｅ、２７０８ｅ、２８０８ｅ…端部、１１０、２１０、１４１０、１５１０ａ、１５１０ｂ、２０１０、２４１０ａ、２４１０ｂ、２６１０ａ、２６１０ｂ、２７１０ａ、２７１０ｂ、２８１０…信号源、１１２、２１２、１４１２、１５１２ａ、１５１２ｂ、２０１２、２２１４、２４１２ａ、２４１２ｂ、２６１２ａ、２６１２ｂ、２７１２ａ、２７１２ｂ、２８１２…終端器、１５０８ｂ、２００８ｂ…交差部、２００６ａ…第１電極、２００６ｂ…第２電極、２００６ａ－１…第１主導体部、２００６ａ－２…第１突出導体部、２００６ｂ－１…第２主導体部、２００６ｂ－２…第２突出導体部、２１２０…ｎ層、２１２４…ｉ層、２１２６…トレンチ、２１２８ａ、２１２８ｂ…ｐ型チャネル、２１３０…クラッド部、２２００…光変調デバイス、２２０４…筐体、２２０６…入力光ファイバ、２２０８…出力光ファイバ、２２１０…コネクタ、２２１２…中継基板、２３００…光送信装置、２３０２…光源、２３０４…変調信号生成部、２３０６…変調データ生成部、２４０８ｂ…交差部、２７０８ｂ…遷移部、２８２０ａ、２８２０ｂ…分極反転部。
【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14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】