特許 7528834 光導波路素子、光変調器、光変調モジュール、及び光送信装置

(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】

(24)【登録日】2024-07-29

(45)【発行日】2024-08-06

(54)【発明の名称】光導波路素子、光変調器、光変調モジュール、及び光送信装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/125 20060101AFI20240730BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20240730BHJP

   G02B 6/30 20060101ALI20240730BHJP

   G02B 6/122 20060101ALI20240730BHJP

   G02F 1/035 20060101ALN20240730BHJP

【ＦＩ】

G02B6/125 311

G02B6/125 301

G02B6/12 361

G02B6/30

G02B6/125

G02B6/122 311

G02F1/035

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021050406

(22)【出願日】2021-03-24

(65)【公開番号】P2022148650

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-08-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(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】中田 悠

(72)【発明者】

【氏名】片岡 優

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 徳一

【審査官】岸 智史

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１１０６０９３９９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平０６－０１８７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０９４４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／１５２２０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／０４７０７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１１０２５４７０（ＣＮ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／０４９００４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／１２－６／１４

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１－７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、前記基板の面内において第１方向と当該第１方向に対し逆方向の第２方向との間で光を折り返す複数の光導波路と、を含む光導波路素子であって、
前記複数の光導波路は、互いに所定距離を隔てて前記第１方向に直線状に延在する第１部分および前記第１方向とは異なる第３方向に直線状に延在する第２部分と、前記第２方向に直線状に延在する第３部分と、を有し、
前記第３方向に延在する前記第２部分が前記第１方向に沿って最も内側にある前記光導波路を除き、前記複数の光導波路のそれぞれは、前記第３方向に延在する前記第２部分が前記第１方向に沿ってより内側にある他の前記光導波路と、前記第３部分において交差する交差部を有する、
光導波路素子。

【請求項2】

前記複数の光導波路の前記第２部分の長さは、前記第２部分が前記第１方向に沿って最も外側にある前記光導波路から最も内側にある前記光導波路の順に、増加するよう構成される、
請求項１に記載の光導波路素子。

【請求項3】

前記第３方向に直線状に延在する線分であって前記複数の光導波路の第１部分のすべて及び第３部分のすべてと交差する線分を引いたとき、
前記複数の光導波路は、前記第１部分と前記線分との交点から、前記第３部分と前記線分との交点までの、当該光導波路に沿った長さ又は光路長が互いに等しい、
請求項１または２に記載の光導波路素子。

【請求項4】

前記複数の光導波路のうち、少なくとも二つの隣り合う前記光導波路は、互いの間隔の中心線の延在方向に関し線対称に、当該中心線の延在方向に沿って互いの間隔が広く又は狭くなる遷移部を含む、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光導波路素子。

【請求項5】

前記複数の光導波路は、
前記基板上に延在する凸部により構成される凸状光導波路であって、
互いに交差する前記交差部における導波路幅が、前記交差部以外における導波路幅よりも広く構成されている、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光導波路素子。

【請求項6】

前記複数の光導波路は、隣接する前記交差部の間の導波路幅が前記交差部における導波路幅と同じである、
請求項５に記載の光導波路素子。

【請求項7】

前記複数の光導波路は、マッハツェンダ型光導波路の並行導波路を構成する、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光導波路素子。

【請求項8】

前記複数の光導波路は、ネスト型マッハツェンダ型光導波路を構成するそれぞれ２つのマッハツェンダ型光導波路の、それぞれの並行導波路を構成する、
請求項７に記載の光導波路素子。

【請求項9】

光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし８のいずれか一項に記載の光導波路素子と、
前記光導波路素子を収容する筐体と、
前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、
前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、
を備える光変調器。

【請求項10】

光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし８のいずれか一項に記載の光導波路素子と、
前記光導波路素子を収容する筐体と、
前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、
前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、
前記光導波路素子を駆動する駆動回路と、
を備える光変調モジュール。

【請求項11】

請求項９に記載の光変調器または請求項１０に記載の光変調モジュールと、
前記光導波路素子に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路と、
を備える光送信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光導波路素子、光変調器、光変調モジュール、及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、基板上に形成された光導波路と、光導波路を伝搬する光波を制御する制御電極と、で構成される光導波路素子としての光変調素子を組み込んだ光変調器が多く用いられている。中でも、電気光学効果を有するＬｉＮｂＯ_３（以下、ＬＮともいう）を基板に用いた光変調素子は、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】

特に、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ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、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おり、基幹光伝送ネットワークにおいて用いられるほか、メトロネットワークにも導入されつつある。

【0004】

近年のインターネットサービスの加速的な普及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】

光変調素子の小型化、広帯域化、省電力化の一つの策として、例えば、基板中における信号電界と導波光との相互作用をより強めるべく（すなわち、電界効率を高めるべく）薄膜化もしくは薄板化したＬＮ基板（例えば、厚さ２０μｍ以下）の表面に帯状の凸部を形成することで構成されるリブ型光導波路またはリッジ型光導波路（以下、総称して凸状光導波路という）を用いた光変調器も実用化されつつある（例えば、特許文献１、２）。

【0006】

また、光変調素子そのものの小型化に加えて、高周波信号の損失を防ぎ広帯域化をはかるために、電子回路と光変調素子とを一つの筺体に収容し、光変調モジュールとして集積化する等の取り組みも進められている。例えば、光変調素子と当該光変調素子を駆動する高周波ドライバアンプとを一つの筺体内に集積して収容し、光入出力部を当該筺体の一の面に並列配置することで、小型・広帯域化を図った光変調モジュールが提案されている。

【0007】

このような、筐体の一の面に光入出力部を並列配置する光変調モジュールに適した光変調素子の一の例として、特許文献３には、２つのネスト型マッハツェンダ形光導波路を備えてＤＰ－ＱＰＳＫ変調を行う半導体光変調器において、それぞれのネスト型マッハツェンダ形光導波路を、光入力ポートと光出力ポートとが基板の一の辺に配されるように、４本の並行導波路（アーム導波路）の光の伝搬方向を折り返すよう構成することが記載されている。また、特許文献３には、上記４本の並行導波路の光路長が互いに同じとなるように、少なくとも３本の並行導波路に蛇行区間を設けることが記載されている。

【0008】

また、光入出力部を並列配置する光変調モジュールに適した光変調素子の他の例として、特許文献４には、２つのネスト型マッハツェンダ形光導波路を備えてＤＰ－ＱＰＳＫ変調を行う光変調器において、上記２つのネスト型マッハツェンダ形光導波路を構成する８つの並行導波路を並行に湾曲させて光の伝搬方向を折り返すことが記載されている。

【0009】

しかしながら、特許文献３に記載のものは、並行導波路に光路長合わせのための蛇行区間を設けるため、設計が複雑になると共に、当該蛇行区間を含む曲がり部分の数が並行導波路間で異なるものとなりやすい。このため、特許文献１に記載の光変調器では、光変調動作における消光比が低下して、伝送信号の信号空間ダイヤグラムにおける信号配列のひずみを招き得る。

【0010】

また、特許文献４に記載のものは、ネスト型マッハツェンダ形光導波路に含まれる複数の並行導波路が並行に湾曲することで折り返される構成となっているため、光変調素子としての小型化が困難になると共に、それら並行導波路間の光路長が互いに大きく異なるものとなりやすい。このような並行導波路間の光路長差は、変調動作おけるバイアス点電圧の光波長依存性や温度依存性の増加となって現れ、光変調動作の安定性に悪影響を与え得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特開２００７－２６４５４８号公報

【文献】国際公開第２０１８－０３１９１６号明細書

【文献】特開２０１９－１５２７３２号公報

【文献】特開２０１９－１５７９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

上記背景より、光の伝搬方向の折り返し部分を含んだ複数の光導波路を含む光導波路素子において、素子サイズの小型化を図りつつ、それら光導波路の互いの間での光路長差の発生を抑制し得る構成を実現することが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の一の態様は、基板と、前記基板の面内において第１方向と当該第１方向に対し逆方向の第２方向との間で光を折り返す複数の光導波路と、を含む光導波路素子であって、前記複数の光導波路は、互いに所定距離を隔てて前記第１方向に直線状に延在する第１部分および前記第１方向とは異なる第３方向に直線状に延在する第２部分と、前記第２方向に直線状に延在する第３部分と、を有し、前記第３方向に延在する前記第２部分が前記第１方向に沿って最も内側にある前記光導波路を除き、前記複数の光導波路のそれぞれは、前記第３方向に延在する前記第２部分が前記第１方向に沿ってより内側にある他の前記光導波路と、前記第３部分において交差する交差部を有する、光導波路素子である。
本発明の他の態様によると、前記複数の光導波路の前記第２部分の長さは、前記第２部分が前記第１方向に沿って最も外側にある前記光導波路から最も内側にある前記光導波路の順に、増加するよう構成される。
本発明の他の態様によると、前記第３方向に直線状に延在する線分であって前記複数の光導波路の第１部分のすべて及び第３部分のすべてと交差する線分を引いたとき、前記複数の光導波路は、前記第１部分と前記線分との交点から、前記第３部分と前記線分との交点までの、当該光導波路に沿った長さ又は光路長が互いに等しい。
本発明の他の態様によると、前記複数の光導波路のうち、少なくとも二つの隣り合う前記光導波路は、互いの間隔の中心線の延在方向に関し線対称に、当該中心線の延在方向に沿って互いの間隔が広く又は狭くなる遷移部を含む。
本発明の他の態様によると、前記複数の光導波路は、前記基板上に延在する凸部により構成される凸状光導波路であって、互いに交差する前記交差部における導波路幅が、前記交差部以外における導波路幅よりも広く構成されている。
本発明の他の態様によると、前記複数の光導波路は、隣接する前記交差部の間の導波路幅が前記交差部における導波路幅と同じである。
本発明の他の態様によると、前記複数の光導波路は、マッハツェンダ型光導波路の並行導波路を構成する。
本発明の他の態様によると、前記複数の光導波路は、ネスト型マッハツェンダ型光導波路を構成するそれぞれ２つのマッハツェンダ型光導波路の、それぞれの並行導波路を構成する。
本発明の他の態様は、上記いずれかの光変調素子である光導波路素子と、前記光導波路素子を収容する筐体と、前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、を備える光変調器である。
本発明の他の態様は、上記いずれかの光変調素子である光導波路素子と、前記光導波路素子を収容する筐体と、前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、前記光導波路素子を駆動する駆動回路と、を備える光変調モジュールである。
本発明の更に他の態様は、前記光変調器または前記光変調モジュールと、前記光導波路素子に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路と、を備える光送信装置である。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、光の伝搬方向の折り返し部分を含んだ複数の光導波路を含む光導波路素子において、素子サイズの小型化を図りつつ、それら光導波路の互いの間での光路長差の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【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】図１に示す光変調素子のＩＩ－ＩＩ断面図である。

【図3】図１に示す光変調素子の光折り返し部Ｂ１の部分詳細図である。

【図4】図１に示す光変調素子の光折り返し部Ｂ１の変形例である。

【図5】図３に示す光折り返し部Ｂ１におけるＣ１部の部分詳細図である。

【図6】本発明の第１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7】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8】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9】図８に示す光変調素子の光折り返し部Ｂ２の部分詳細図である。

【図10】図９に示す光折り返し部Ｂ２におけるＣ２部の部分詳細図である。

【図11】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12】本発明の第４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13】本発明の第５の実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。

【図14】本発明の第６の実施形態に係る光変調モジュールの構成を示す図である。

【図15】本発明の第７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】

【0016】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光導波路素子である光変調素子１００の構成を示す図である。光変調素子１００は、基板１０２に形成された光導波路１０４（図示太い破線）で構成される。

【0017】

基板１０２は、例えば、ＸカットのＬＮ基板である。基板１０２は、例えば矩形であり、図示上下方向に延在する辺１１０ａ、１１０ｂと、図示左右に延在する辺１１０ｃ、１１０ｄと、を有する。なお、図１においては、図示右上部に示す座標軸のとおり、図１の紙面の奥へ（オモテ面からウラ面へ）向かう法線方向をＸ方向、図示右方向をＹ方向、図示下方向をＺ方向とする。これら座標軸は、直交座標軸であり、例えばＬＮ基板である基板１０２の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対応する。

【0018】

光導波路１０４は、図示２つの太線矢印で示すように、基板１０２の図示左の辺１１０ａの上側の端部から光が入力され、辺１１０ａの下側の端部から光を出力する。

【0019】

光導波路１０４は、基板１０２の面内において第１方向に伝搬する光をそれぞれ第１方向と逆方向である第２方向へ折り返す複数の光導波路として、折返し導波路１０６－１及び１０６－２の２つの光導波路を含む。本実施形態では、第１方向は＋Ｙ方向、第２方向は－Ｙ方向、第３方向（後述）は＋Ｚ方向である。また、本実施形態では、折返し導波路１０６－１及び１０６－２は、マッハツェンダ型光導波路１０８を構成する２つの並行導波路である。

【0020】

基板１０２上には、マッハツェンダ型光導波路１０８に変調動作を行わせるための信号電極１２０と、マッハツェンダ型光導波路１０８を所定の初期動作バイアス点に設定し、さらにＤＣドリフトや温度ドリフトによるバイアス点の変動を補償して動作点を調整するためのバイアス電極１２４が設けられている。

【0021】

信号電極１２０は、折返し導波路１０６－１及び１０６－２のうち、第２方向に沿って延在する第３部分１１６－１と１１６－２（後述）との間に形成される。一般に信号電極はその両側に配置された接地電極（不図示）との間で、いわゆるコプレーナ型の高周波信号線路を形成する。信号電極１２０の図示右方の端部に設けられたパッド１２２ａには、マッハツェンダ型光導波路１０８に変調動作を行わせるための高周波電気信号の伝送線路（不図示）が、ワイヤボンディング等によりに接続される。また、信号電極１２０の図示左方の端部に設けられたパッド１２２ｂには、終端抵抗（不図示）が接続される。これにより、パッド１２２ｂに入力された高周波電気信号は、進行波となって信号電極１２０を伝搬し、マッハツェンダ型光導波路１０８を伝搬する光波を変調する。以上は、ＸカットのＬＮ基板を用いた場合を説明したが、本発明は、その他の基板でも適用可能である。例えばＺカットのＬＮ基板を用いた場合は、折り返し導波路の間ではなく、導波路上に電極が配置される。

【0022】

基板１０２は、例えば２０μｍ以下（例えば２μｍ）の厚さに加工され薄膜化されている。光導波路１０４は、薄膜化された基板１０２の表面に形成された、帯状に延在する凸部で構成された凸状光導波路（例えば、リブ型光導波路又はリッジ型光導波路）である。

【0023】

図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ断面矢視図である。基板１０２は、その裏面（図示下側の面）が、接着層１３０を介してガラス等の支持板１３２に接着されている。支持板１３２は、接着に限らず、直接に又は接合層を介して、基板１０２と接合されていてもよい。また、基板１０２は、支持板１３２の上に製膜などにより形成されるものとすることもできる。基板１０２上には、折返し導波路１０６－１および１０６－２（詳細には、後述する第１部分１１２－１および１１２－２）が、それぞれ、基板１０２に形成された凸部１３４－１および１３４－２により凸状光導波路として構成されている。また、基板１０２上には、折返し導波路１０６－１および１０６－２をそれぞれ挟む位置に、バイアス電極１２４が形成されている。なお、図示２つの点線楕円は、それぞれ、凸状光導波路である折返し導波路１０６－１および１０６－２を伝搬する光を模式的に示している。

【0024】

図１を参照し、折返し導波路１０６－１および１０６－２は、それぞれ、互いに所定距離を隔てて第１方向（＋Ｙ方向）に延在する第１部分１１２－１および１１２－２並びに第１方向と異なる第３方向（＋Ｚ方向）に延在する第２部分１１４－１および１１４－２と、第２方向（－Ｙ方向）に延在する第３部分１１６－１および１１６－２と、を有する。

【0025】

図３は、図１に示す光折り返し部Ｂ１（図示一点鎖線の矩形の枠内）の部分詳細図である。図３において、第１部分１１２－１、１１２－２と第２部分１１４－１、１１４－２との間、第２部分１１４－１、１１４－２と第３部分１１６－１、１１６－２との間は、それぞれ、例えば円弧や曲線で接続されている。

【0026】

特に、本実施形態では、折返し導波路１０６－１の第３部分１１６－１は、折返し導波路１０６－２の第２部分１１４－２と交差する交差部１４０を有する。すなわち、折返し導波路１０６－１および１０６－２のうち、第２部分が第１方向に沿って遠い側（外側）にある折返し導波路１０６－１の第３部分１１６－１は、第２部分が第１方向に沿ってより近い側（内側）にある折返し導波路１０６－２の第２部分１１４－２と、交差部１４０において交差する。

【0027】

これにより、複数の並行導波路が互いに交差することなく光の伝搬方向を１８０度折り返す従来の構成に比べて、光変調素子１００では、並行導波路間における光路差の発生を抑制または回避することができる。

【0028】

ここで、理解を容易にするため、第１部分１１２－１、１１２－２と第２部分１１４－１、１１４－２との間、および第２部分１１４－１、１１４－２と第３部分１１６－１、１１６－２との間が、円弧を介さず直接に接続されているとする。また、図３において、第３方向（＋Ｚ方向）に延在する線分であって、折返し導波路１０６－１、１０６－２の第１部分１１２－１、１１２－２および第３部分１１６－１、１１６－２と交差する線分１６０を考える。また、線分１６０と、第１部分１１２－１、１１２－２との交点を、それぞれ、点Ａ１、Ａ２とする。また、線分１６０と、第３部分１１６－１、１１６－２との交点を、それぞれ、点Ａ３、Ａ４とする。

【0029】

さらに、線分１６０と、第１方向において最も内側の第２部分１１４－２と、の間の、第１方向に沿った距離をＬ１０とする。また、第２部分１１４－２と１１４ｂ－１との間の、第１方向に沿った距離をＬ１２とする。

【0030】

また、第２部分１１４－１および１１４－２の、第３方向に沿った長さを、それぞれ、Ｌ１４およびＬ１６とする。また、点Ａ１から点Ａ３に至る折返し導波路１０６－１の長さをＬ１８、点Ａ２から点Ａ４に至る折返し導波路１０６－２の長さをＬ２０とする。

【0031】

このとき、Ｌ１８およびＬ２０は、次式で表される。
Ｌ１８＝２×（Ｌ１０＋Ｌ１２）＋Ｌ１４ （１）
Ｌ２０＝２×Ｌ１０＋Ｌ１６ （２）

【0032】

上式（１）（２）において、次式が成り立てば、折返し導波路１０６－１、１０６－２は、互いの間の光路差がゼロとなる。
Ｌ１８＝Ｌ２０ （３）

【0033】

式（３）の条件のもとに、式（１）（２）を用いて次式を得る。
Ｌ１６＝Ｌ１４＋２×Ｌ１２ （４）

【0034】

図３を見てわかるように、光折り返し部Ｂ１において、折返し導波路１０６－１は、折返し導波路１０６－２に対し、第１方向に向かって間隔Ｌ１２の２倍の距離を遠回りする。したがって、式（４）のように、折返し導波路１０６－１の第２部分１１４－１の長さＬ１４に対して、折返し導波路１０６－２の第２部分１１４－２の長さＬ１６を間隔Ｌ１２の２倍長くすることで、折返し導波路１０６－１と１０６－２との間の光路差はゼロとなる。

【0035】

なお、式（４）の導出に当たっては、上述したように、第１部分１１２－１、１１２－２と第２部分１１４－１、１１４－２との間、および第２部分１１４－１、１１４－２と第３部分１１６－１、１１６－２と間が、それぞれ直接に接続されているものと仮定した。ただし、当業者において明らかなように、第１部分１１２－１、１１２－２と第２部分１１４－１、１１４－２との間、第２部分１１４－１、１１４－２と第３部分１１６－１、１１６－２との間のそれぞれが、円弧や曲線を介して接続される場合にも、上記と同様の幾何学的考察により、折返し導波路１０６－１と折返し導波路１０６－２との間の光路差をゼロとするための条件式が導かれ得る。また、本実施形態では第１部分１１２－１と１１２－２の間隔が第３部分１１６－１と１１６－２の間隔よりも狭くなっているが、この大小関係が逆となっていても同様の効果を得ることができる。

【0036】

また、当業者において明らかなように、第２部分１１４－１、１１４－２の延在方向である第３方向が＋Ｚ方向から傾いている図４のような変形例の場合にも、同様の考察によりゼロ光路差の条件式を導き得る。

【0037】

図３を参照し、折返し導波路１０６－１の第３部分１１６－１と折返し導波路１０６－２の第２部分１１４－２との交差部１４０は、折返し導波路１０６－１および折返し導波路１０６－２の導波路幅を一定にしたまま、これらの導波路が単純に交差する構成とすると、当該交差部１４０において光損失を生じさせる。凸状導波路である折返し導波路１０６－１および折返し導波路１０６－２のそれぞれを伝搬する基本モードの光は、交差部１４０を構成する基板１０２上の凸部の側壁の状態の変化の影響を受けて、反射波を発生し得るためである。

【0038】

本実施形態では、このような交差部１４０における光損失を低減するため、交差部１４０における折返し導波路１０６－１および折返し導波路１０６－２の導波路幅は、交差部１４０以外におけるこれら光導波路の導波路幅よりも広く構成されている。

【0039】

図５は、図３における交差部１４０を含むＣ１部の部分詳細図である。図５に示すように、交差部１４０を構成する折返し導波路１０６－１の第３部分１１６－１および折返し導波路１０６－２の第２部分１１４－２の導波路幅は、それぞれ、交差部１４０以外の他の部分に比べて広く形成されている。これにより、折返し導波路１０６－１の第３部分１１６－１および折返し導波路１０６－２の第２部分１１４－２をそれぞれ伝搬する光は、交差部１４０を通過する際に、これら光導波路を構成する基板１０２上の凸部の側壁の状態の変化の影響を受けにくくなり、交差部１４０における光損失が低減される。

【0040】

また、図５に示す構成においては、交差部１４０の前後における折返し導波路１０６－１の第３部分１１６－１および折返し導波路１０６－２の第２部分１１４－２の導波路幅の変化部分では、それらの導波路幅がテーパ状に変化するように形成されている。これにより、導波路幅の変化部分における光散乱や伝搬モード変換等に起因する光損失も低減される。

【0041】

上記の構成を有する光変調素子１００では、上述したように、第２部分が第１方向に沿って遠い側（外側）にある折返し導波路１０６－１の第３部分１１６－１は、第２部分が第１方向に沿ってより近い側（内側）にある折返し導波路１０６－２の第２部分１１４－２と交差する。

【0042】

これにより、複数の並行導波路が互いに交差することなく光の伝搬方向を１８０度折り返す従来の構成に比べて、光変調素子１００では、並行導波路間における光路差の発生を抑制又は回避することができる。

【0043】

このため、光変調素子１００では、光路差を低減するための蛇行導波路を設ける必要がなく、基板１０２のサイズを小さくすることができる。

【0044】

また、光変調素子１００では、折返し導波路１０６－１及び折返し導波路１０６－２を湾曲させることで第１方向に伝搬する光を第２方向へ折り返すのではなく、第１方向と異なる第３方向（例えば、第１方向に直交する方向）へ光を伝搬する第２部分１１４－１、１１４－２を介して光を折り返すので、複数の並行導波路の湾曲部により光を折り返す従来の構成に比べて、基板１０２のサイズを小さくすることができる。

【0045】

したがって、光変調素子１００では、素子サイズの小型化を図りつつ、光折り返し部分を含む２本の光導波路（折返し導波路１０６－１および折返し導波路１０６－２）の間での光路長差の発生を抑制ないし回避することができる。その結果、光変調素子１００では、バイアス点の波長依存性や消光比の劣化の少ない、安定な変調特性を実現することができる。

【0046】

［第１実施形態の変形例］
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。図６は、第１の実施形態に係る光変調素子１００の変形例である光変調素子１００－１の構成を示す図である。なお、図６において、図１に示す光変調素子１００と同様の構成要素については、図１における符号と同一の符号で示し、上述した図１における説明を援用する。

【0047】

図６に示す光変調素子１００－１は、図１に示す光変調素子１００と同様の構成を有するが、信号電極１２０および光導波路１０４に代えて、信号電極１２０ａおよび光導波路１０４ａを有する点が異なる。光導波路１０４ａは、折返し導波路１０６ａ－１および折返し導波路１０６ａ－２を有し、図１に示すマッハツェンダ型光導波路１０８と同様のマッハツェンダ型光導波路１０８ａを構成する。折返し導波路１０６ａ－１および折返し導波路１０６ａ－２は、第３部分１１６－１及び１１６－２に代えて、第３部分１１６ａ－１および１１６ａ－２を有する。

【0048】

第３部分１１６ａ－１及び１１６ａ－２は、図１に示す第３部分１１６－１および１１６－２と同様の構成を有するが、互いの間隔の中心線１５０に関し線対称に、当該中心線１５０の延在方向に沿って互いの間隔が変化する遷移部１５２を有する点が異なる。

【0049】

上記の構成を有する光変調素子１００－１では、遷移部１５２を有することにより、信号電極１２０ａが形成される電極形成区間における第３部分１１６ａ－１と１１６ａ－２との間隔を調整することができる。このため、当該間隔を調整して、信号電極１２０ａと第３部分１１６ａ－１および１１６ａ－２との間の間隔をそれぞれ一定に保ちつつ、信号電極１２０ａの電極幅や接地電極（不図示）との間隔を図１に示す信号電極１２０に比べて狭く又は広く調整することができる。

【0050】

これにより、光変調素子１００－１では、光変調素子１００と同様に折返し導波路１０６ａ－１および折返し導波路１０６ａ－２における光路差の発生を抑制又は回避し得ることに加えて、信号電極１２０ａから第３部分１１６ａ－１、１１６ａ－２に加わる電界を高く維持しつつ、信号電極１２０ａが構成する高周波伝送線路のインピーダンスの設計自由度を向上することができる。

【0051】

なお、本実施形態では、遷移部１５２は第３部分１１６－１、１１６－２にあるものとしたが、このような遷移部の場所は第３部分には限らない。遷移部は、信号電極が形成される位置に合わせて、第１部分１１２－１、１１２－２及び又は第２部分１１４－１、１１４－２に設けられていてもよい。すなわち、遷移部は、複数の折返し導波路のうち、少なくとも二つの隣り合う折返し導波路の任意の位置に、当該二つの折返し導波路の互いの間隔の中心線に関して線対称に、当該中心線の延在方向に沿って互いの間隔が広く又は狭くなるように形成されるものとすることができる。

【0052】

［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。図７は、第２の実施形態に係る光変調素子２００の構成を示す図である。光変調素子２００は、図１に示すマッハツェンダ型光導波路１０８を２つ含むネスト型マッハツェンダ型光導波路で構成されている。

【0053】

具体的には、光変調素子２００は、基板２０２に形成された光導波路２０４（図示太い破線）で構成されている。基板２０２は、図１における基板１０２と同様に、例えば、ＸカットのＬＮ基板である。基板２０２は、基板１０２と同様に、例えば矩形であり、図示上下方向に延在する辺２１０ａ、２１０ｂと、図示左右に延在する辺２１０ｃ、２１０ｄと、を有する。なお、図７においては、図示右上部に示す座標軸のとおり、図７の紙面の奥へ（オモテ面からウラ面へ）向かう法線方向をＸ方向、図示右方向をＹ方向、図示下方向をＺ方向とする。これら座標軸は、例えば、ＬＮ基板である基板２０２の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対応する。

【0054】

基板２０２は、例えば２０μｍ以下（例えば２μｍ）の厚さに加工され薄膜化されている。光導波路２０４は、薄膜化された基板２０２の表面に形成された、帯状に延在する凸部で構成された凸状光導波路（例えば、リブ型光導波路又はリッジ型光導波路）である。

【0055】

光導波路２０４は、２つのマッハツェンダ型光導波路２０８ａ、２０８ｂを含むネスト型マッハツェンダ型光導波路２６０を構成する。光導波路２０４は、図示２つの太線矢印で示すように、基板１０２の図示左の辺１１０ａの上側の端部から光が入力され、辺１１０ａの下側の端部から光を出力する。

【0056】

マッハツェンダ型光導波路２０８ａ、２０８ｂは、それぞれ、図１に示すマッハツェンダ型光導波路１０８と同様に構成されている。

【0057】

すなわち、マッハツェンダ型光導波路２０８ａは、折返し導波路２０６ａ－１及び２０６ａ－２を有する。折返し導波路２０６ａ－１及び折返し導波路２０６ａ－２は、それぞれ、互いに所定距離を隔てて第１方向（＋Ｙ方向）に延在する第１部分２１２ａ－１及び２１２ａ－２並びに第１方向と異なる第３方向（＋Ｚ方向）に延在する第２部分２１４ａ－１及び２１４ａ－２を有する。また、折返し導波路２０６ａ－１及び２０６ａ－２は、第２方向（－Ｙ方向）に延在する第３部分２１６ａ－１及び２１６ａ－２を有する。

【0058】

そして、第２部分が第１方向に沿って外側にある折返し導波路２０６ａ－１の第３部分２１６ａ－１は、第２部分が第１方向に沿って内側にある折返し導波路２０６ａ－２の第２部分２１４ａ－２と交差する交差部２４０ａを有する。

【0059】

同様に、マッハツェンダ型光導波路２０８ｂは、折返し導波路２０６ｂ－１及び２０６ｂ－２を有する。折返し導波路２０６ｂ－１及び折返し導波路２０６ｂ－２は、それぞれ、互いに所定距離を隔てて第１方向（＋Ｙ方向）に延在する第１部分２１２ｂ－１及び２１２ｂ－２並びに第１方向と異なる第３方向（＋Ｚ方向）に延在する第２部分２１４ｂ－１及び２１４ｂ－２を有する。また、折返し導波路２０６ｂ－１及び２０６ｂ－２は、第２方向（－Ｙ方向）に延在する第３部分２１６ｂ－１及び２１６ｂ－２を有する。

【0060】

そして、第２部分が第１方向に沿って外側にある折返し導波路２０６ｂ－１の第３部分２１６ｂ－１は、第２部分が第１方向に沿って内側にある折返し導波路２０６ｂ－２の第２部分２１４ｂ－２と交差する交差部２４０ｂを有する。

【0061】

基板２０２上には、また、バイアス電極２２４、２２６と、マッハツェンダ型光導波路２０８ａおよび２０８ｂのそれぞれに変調動作を行わせるための信号電極２２０ａおよび２２０ｂが形成されている。

【0062】

上記の構成を有する光変調素子２００では、マッハツェンダ型光導波路２０８ａおよび２０８ｂが、それぞれ、図１に示すマッハツェンダ型光導波路１０８と同様に構成されている。このため、マッハツェンダ型光導波路２０８ａおよび２０８ｂのそれぞれにおいて、折返し導波路２０６ａ－１と折返し導波路２０６ａ－２との間の光路差、および折返し導波路２０６ｂ－１と折返し導波路２０６ｂ－２との間の光路差が、低減またはゼロとなるように構成され得る。

【0063】

［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。上述した第２の実施形態に係る光変調素子２００では、マッハツェンダ型光導波路２０８ａの折返し導波路２０６ａ－１および２０６ａ－２の長さと、マッハツェンダ型光導波路２０８ｂの折返し導波路２０６ｂ－１および２０６ｂ－２の長さと、が異なるため、マッハツェンダ型光導波路２０８ａとマッハツェンダ型光導波路２０８ｂとの間で光路差が生じる。この場合、上記光路差の程度によっては、ネスト型マッハツェンダ型光導波路２６０に変調動作を行わせる際のバイアス電圧が、入力される光の波長に依存して大きく変動してしまうなどの、動作安定性への悪影響を生じてしまう場合があり得る。

【0064】

これに対し、第３の実施形態に係る光変調素子では、ネスト型マッハツェンダ型光導波路を構成する２つのマッハツェンダ型光導波路の合計４本の並行導波路の長さ（又は光路長）を合わせて、上記２つのマッハツェンダ型光導波路間での上記光路差をも低減しまたは解消する。

【0065】

図８は、第３の実施形態に係る光変調素子３００の構成を示す図である。なお、図８において、図７に示す光変調素子２００と同じ構成要素については、図７における符号と同一の符号を用いて示すものとし、上述した図７についての説明を援用する。本実施形態においても、第１方向は＋Ｙ方向、第２方向は－Ｙ方向、第３方向は＋Ｚ方向である。

【0066】

図８に示す光変調素子３００は、図７に示す光変調素子２００と同様の構成を有するが、光導波路２０４に代えて、光導波路３０４を有する点が異なる。

【0067】

光導波路３０４は、基板２０２の面内において第１方向に伝搬する光をそれぞれ第１方向と逆方向である第２方向へ折り返す複数の光導波路として、折返し導波路３０６ａ－１、３０６ａ－２、３０６ｂ－１、および３０６ｂ－２の４つの光導波路を含む。（以下、折返し導波路３０６－１、３０６－２、３０６－３、および３０６－４を総称して折返し導波路３０６ともいうものとする。）

【0068】

本実施形態では、折返し導波路３０６ａ－１及び３０６ａ－２は、マッハツェンダ型光導波路３０８ａの２つの並行導波路を構成する。また、折返し導波路３０６ｂ－１及び３０６ｂ－２は、マッハツェンダ型光導波路３０８ｂの２つの並行導波路を構成する。そして、マッハツェンダ型光導波路３０８ａと３０８ｂとで、ネスト型マッハツェンダ型光導波路３５０を構成している。

【0069】

折返し導波路３０６ａ－１、３０６ａ－２、３０６ｂ－１、および３０６ｂ－２は、それぞれ、互いに所定距離を隔てて第１方向（＋Ｙ方向）に延在する第１部分３１２ａ－１、３１２ａ－２、３１２ｂ－１および３１２ｂ－２を有する。また、折返し導波路３０６ａ－１、３０６ａ－２、３０６ｂ－１、および３０６ｂ－２は、それぞれ、互いに所定距離を隔てて第１方向と異なる第３方向（＋Ｚ方向）に延在する第２部分３１４ａ－１、３１４ａ－２、３１４ｂ－１および３１４ｂ－２を有する。また、折返し導波路３０６ａ－１、３０６ａ－２、３０６ｂ－１、および３０６ｂ－２は、それぞれ、互いに所定距離を隔てて第２方向（－Ｙ方向）に延在する第３部分３１６ａ－１、３１６ａ－２、３１６ｂ－１および３１６ｂ－２を有する。

【0070】

以下、第１部分３１２ａ－１、３１２ａ－２、３１２ｂ－１および３１２ｂ－２を総称して第１部分３１２ともいい、第２部分３１４ａ－１、３１４ａ－２、３１４ｂ－１および３１４ｂ－２を総称して第２部分３１４ともいう。また、第３部分３１６ａ－１、３１６ａ－２、３１６ｂ－１および３１６ｂ－２を総称して第３部分３１６ともいうものとする。

【0071】

図９は、図８に示す光折り返し部Ｂ２（図示一点鎖線の矩形の枠内）の部分詳細図である。図９において、第１部分３１２と第２部分３１４との間、第２部分３１４と第３部分３１６との間は、それぞれ、例えば円弧または曲線で接続されている。

【0072】

特に、本実施形態では、第３方向（＋Ｚ方向）に延在する第２部分３１４が第１方向（＋Ｙ方向）に沿って最も内側に存在する折返し導波路３０６ｂ－２を除き、折返し導波路３０６のそれぞれは、第３方向に延在する第２部分３１４が第１方向においてより内側に存在する他の折返し導波路と、第３部分３１６において交差する。

【0073】

すなわち、折返し導波路３０６ａ－１に着目すると、他の折返し導波路３０６ａ－２、３０６ｂ－１、および３０６ｂ－２は、それぞれの第２部分３１４が、折返し導波路３０６ａ－１の第２部分３１４ａ－１に対し、第１方向（＋Ｙ方向）においてより内側に存在する。そして、折返し導波路３０６ａ－１の第３部分３１６ａ－１は、上記第２部分３１４がより内側に存在する折返し導波路３０６ａ－２、３０６ｂ－１、および３０６ｂ－２の第２部分３１４ａ－２、３１４ｂ－１、及び３１４ｂ－２と交差して、交差部３４０ａ、３４０ｂ、および３４０ｃを形成している。

【0074】

また、折返し導波路３０６ａ－２に着目すると、他の折返し導波路３０６ｂ－１および３０６ｂ－２は、それぞれの第２部分３１４が、折返し導波路３０６ａ－２の第２部分３１４ａ－２に対し、第１方向（＋Ｙ方向）においてより内側に存在する。そして、折返し導波路３０６ａ－２の第３部分３１６ａ－２は、上記第２部分３１４がより内側に存在する折返し導波路３０６ｂ－１および３０６ｂ－２の第２部分３１４ｂ－１及び３１４ｂ－２と交差して、交差部３４０ｄおよび３４０ｅを形成している。

【0075】

また、折返し導波路３０６ｂ－１に着目すると、他の折返し導波路３０６ｂ－２は、その第２部分３１４ｂ－２が、折返し導波路３０６ｂ－１の第２部分３１４ｂ－１に対し、第１方向（＋Ｙ方向）においてより内側に存在する。そして、折返し導波路３０６ｂ－１の第３部分３１６ｂ－１は、折返し導波路３０６ｂ－２の第２部分３１４ｂ－２と交差して、交差部３４０ｆを形成している。以下、交差部３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ、３４０ｅ、３４０ｆを総称して交差部３４０ともいう。

【0076】

これにより、複数の並行導波路が互いに交差することなく光の伝搬方向を１８０度折り返す従来の構成に比べて、光変調素子３００では、ネスト型マッハツェンダ型光導波路３５０が含む４つの並行導波路を構成する４つの折返し導波路３０６の、互いの間における光路差の発生を抑制し又は回避することができる。

【0077】

ここで、理解を容易にするため、第１部分３１２と第２部分３１４との間、および第２部分３１４と第３部分３１６との間が、円弧を介さず直接に接続されているとする。また、図９において、第３方向（＋Ｚ方向）に延在する線分であって、折返し導波路３０６の第１部分３１２と第３部分３１６のすべてと交差する線分３６０を考える。また、線分３６０と、第１部分３１２ａ－１、３１２ａ－２、３１２ｂ－１、及び３１２ｂ－２との交点を、それぞれ、点Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３、Ａ３４とする。また、線分３６０と、第３部分３１６ａ－１、３１６ａ－２、３１６ｂ－１、及び３１６ｂ－２との交点を、それぞれ、点Ａ３５、Ａ３６、Ａ３７、Ａ３８とする。

【0078】

さらに、線分３６０と、第１方向において最も内側の第２部分３１４ｂ－２と、の間の、第１方向に沿った距離をＬ３０とする。また、第２部分３１４ｂ－２と３１４ｂ－１との間、３１４ｂ－１と３１４ａ－２との間、及び３１４ａ－２と３１４ａ－１との間の、第１方向に沿った距離を、それぞれ、Ｌ３１、Ｌ３２、およびＬ３３とする。

【0079】

また、第２部分３１４ａ－１、３１４ａ－２、３１４ｂ－１、及び３１４ｂ－２の、第３方向に沿った長さを、それぞれ、Ｌ３４、Ｌ３５、Ｌ３６、およびＬ３７とする。

【0080】

また、点Ａ３１から点Ａ３５に至る折返し導波路３０６ａ－１の長さをＬ４１、点Ａ３２から点Ａ３６に至る折返し導波路３０６ａ－２の長さをＬ４２、点Ａ３３から点Ａ３７に至る折返し導波路３０６ｂ－１の長さをＬ４３、点Ａ３４から点Ａ３８に至る折返し導波路３０６ｂ－２の長さをＬ４４とする。

【0081】

このとき、Ｌ４１、Ｌ４２、Ｌ４３、およびＬ４４は、次式で表される。
Ｌ４１＝２×（Ｌ３０＋Ｌ３１＋Ｌ３２＋Ｌ３３）＋Ｌ３４ （５）
Ｌ４２＝２×（Ｌ３０＋Ｌ３１＋Ｌ３２）＋Ｌ３５ （６）
Ｌ４３＝２×（Ｌ３０＋Ｌ３１）＋Ｌ３６ （７）
Ｌ４４＝２×Ｌ３０＋Ｌ３７ （８）

【0082】

上記式（５）（６）（７）（８）において、次式が成り立てば、折返し導波路３０６は、互いの間の光路差がゼロとなる。
Ｌ４１＝Ｌ４２＝Ｌ４３＝Ｌ４４ （９）

【0083】

式（９）の条件のもとに、式（５）（６）（７）（８）を用いて次式を得る。
Ｌ３５＝Ｌ３４＋２×Ｌ３３ （１０）
Ｌ３６＝Ｌ３４＋２×（Ｌ３２＋Ｌ３３） （１１）
Ｌ３７＝Ｌ３４＋２×（Ｌ３１＋Ｌ３２＋Ｌ３３） （１２）

【0084】

式（１０）（１１）（１２）より、図９に示す構成において、第２部分３１４が第１方向に沿って最も外側にある折返し導波路３０６（すなわち、折返し導波路３０６ａ－１）から、第２部分３１４が第１方向に沿って最も内側にある折返し導波路３０６（すなわち折返し導波路３０６ｂ－２）の順に、折返し導波路３０６の第２部分３１４の長さが、所定の長さ分増加するよう構成すれば、折返し導波路３０６の相互の光路差をゼロにできることがわかる。上記所定の長さは、式（１０）（１１）（１２）から明らかなように、第２部分３１４の相互の間隔に応じた長さである。

【0085】

なお、式（１０）（１１）（１２）の導出に当たっては、上述したように、第１部分３１２と第２部分３１４との間、および第２部分３１４と第３部分３１６と間が、それぞれ直接に接続されているものと仮定した。ただし、当業者において明らかなように、第１部分３１２と第２部分３１４との間、および第２部分３１４と第３部分３１６と間が、円弧や曲線を介して接続される場合にも、上記と同様の幾何学的考察により、折返し導波路３０６の相互の光路差をゼロとするための条件が導かれ得る。

【0086】

また、当業者において明らかなように、第２部分３１４の延在方向である第３方向が＋Ｚ方向から傾いている場合にも、同様の考察により上記光路差をゼロとするための条件が導かれ得る。

【0087】

なお、光損失の発生要因となり得る６つの交差部３４０については、光変調素子３００においても、図５に示す交差部１４０と同様に、これらの交差部３４０における折返し導波路３０６の導波路幅が、交差部３４０以外における折返し導波路３０６の導波路幅よりも広く構成されている。図１０は、図９における交差部３４０を含むＣ２部の部分詳細図である。特に、光変調素子３００では、折返し導波路３０６は、隣接する交差部３４０の間の導波路幅が、交差部３４０における導波路幅と同じ幅で形成されている。これにより、折返し導波路３０６において導波路幅が変化する部分の数を低減して、折返し導波路３０６における光損失の増加を抑制することができる。

【0088】

その結果、光変調素子３００では、バイアス点の波長依存性が少なく、消光比の劣化がなく、且つ低損失であって安定な、変調特性を実現することができる。

【0089】

［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。図１１は、第４の実施形態に係る光変調素子４００の構成を示す図である。本実施形態に係る光変調素子４００は、図８に示すネスト型マッハツェンダ型光導波路３５０と同様のネスト型マッハツェンダ型光導波路を２つ用いて構成されるＤＰ－ＱＰＳＫ光変調素子である。

【0090】

光変調素子４００は、基板４０２に形成された光導波路４０４（図示太い破線）で構成されている。基板４０２は、図１における基板１０２と同様に、例えば、ＸカットのＬＮ基板である。基板４０２は、基板１０２と同様に、例えば矩形であり、図示上下方向に延在する辺４０６ａ、４０６ｂと、図示左右に延在する辺４０６ｃ、４０６ｄと、を有する。なお、図１１においては、図示右上部に示す座標軸のとおり、図１１の紙面の奥へ（オモテ面からウラ面へ）向かう法線方向をＸ方向、図示右方向をＹ方向、図示下方向をＺ方向とする。これら座標軸は、例えば、ＬＮ基板である基板４０２の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対応する。

【0091】

基板４０２は、例えば２０μｍ以下（例えば２μｍ）の厚さに加工され薄膜化されており、光導波路４０４は、薄膜化された基板４０２の表面に形成された、帯状に延在する凸部で構成された凸状光導波路（例えば、リブ型光導波路又はリッジ型光導波路）である。

【0092】

光導波路４０４は、２つのネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ａおよび４１０ｂにより構成されるＤＰ－ＱＰＳＫ変調器である。光導波路４０４には、図示太線矢印で示すように、基板４０２の図示左の辺４０６ａの上側の端部から光が入力される。入力された光は、分岐導波路４１２により２つの光に分岐され、分岐された２つの光は、２つのネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ａおよび４１０ｂによりそれぞれ変調される。

【0093】

ネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ａは、２つのマッハツェンダ型光導波路４２０ａおよび４２０ｂにより構成される。ネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ａは、基板４０２の面内において第１方向に伝搬する光をそれぞれ第１方向と逆方向である第２方向へ折り返す複数の光導波路として、４つの折返し導波路４３０ａ－１、４３０ａ－２、４３０ｂ－１、および４３０ｂ－２を含む。本実施形態においても、第１方向は＋Ｙ方向、第２方向は－Ｙ方向、第３方向（後述）は＋Ｚ方向である。以下、折返し導波路４３０ａ－１、４３０ａ－２、４３０ｂ－１、および４３０ｂ－２を総称して、折返し導波路４３０ともいうものとする。

【0094】

折返し導波路４３０ａ－１および４３０ａ－２は、マッハツェンダ型光導波路４２０ａの２つの並行導波路を構成し、折返し導波路４３０ｂ－１および４３０ｂ－２は、マッハツェンダ型光導波路４２０ｂの２つの並行導波路を構成する。

【0095】

同様に、ネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ｂは、２つのマッハツェンダ型光導波路４２２ａおよび４２２ｂにより構成され、ネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ｂは、基板４０２の面内において第１方向に伝搬する光をそれぞれ第１方向と逆方向である第２方向へ折り返す複数の光導波路として、４つの折返し導波路４４０ａ－１、４４０ａ－２、４４０ｂ－１、および４４０ｂ－２を含む。折返し導波路４４０ａ－１および４４０ａ－２は、マッハツェンダ型光導波路４２２ａの２つの並行導波路を構成し、折返し導波路４４０ｂ－１および４４０ｂ－２は、マッハツェンダ型光導波路４２２ｂの２つの並行導波路を構成する。以下、折返し導波路４４０ａ－１、４４０ａ－２、４４０ｂ－１、および４４０ｂ－２を総称して、折返し導波路４４０ともいうものとする。

【0096】

基板４０２上には、２つのネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ａ、４１０ｂのバイアス電圧を調整するためのバイアス電極４２４ａ、４２４ｂ、および４２４ｃが設けられている。また、基板４０２上には、４つのマッハツェンダ型光導波路４２０ａ、４２０ｂ、４２２ａ、および４２２ｂのそれぞれに変調動作を行わせるための、４つの信号電極４２６ａ、４２６ｂ、４２６ｃ、および４２６ｄも設けられている。

【0097】

ネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ａが有する折返し導波路４３０は、図８に示すネスト型マッハツェンダ型光導波路３５０が有する折返し導波路３０６と同様に構成されている。すなわち、折返し導波路４３０ａ－１、４３０ａ－２、４３０ｂ－１、および４３０ｂ－２は、それぞれ、互いに所定距離を隔てて第１方向（＋Ｙ方向）に延在する第１部分４３２ａ－１、４３２ａ－２、４３２ｂ－１、および４３２ｂ－２を有する。

【0098】

また、折返し導波路４３０ａ－１、４３０ａ－２、４３０ｂ－１、および４３０ｂ－２は、それぞれ、互いに所定距離を隔てて第１方向と異なる第３方向（＋Ｚ方向）に延在する第２部分４３４ａ－１、４３４ａ－２、４３４ｂ－１、および４３４ｂ－２を有する。また、折返し導波路４３０ａ－１、４３０ａ－２、４３０ｂ－１、および４３０ｂ－２は、それぞれ、互いに所定距離を隔てて第２方向（－Ｙ方向）に延在する第３部分４３６ａ－１、４３６ａ－２、４３６ｂ－１、および４３６ｂ－２を有する。

【0099】

以下、第１部分４３２ａ－１、４３２ａ－２、４３２ｂ－１、および４３２ｂ－２を総称して第１部分４３２ともいい、第２部分４３４ａ－１、４３４ａ－２、４３４ｂ－１、および４３４ｂ－２を総称して第２部分４３４ともいう。また、第３部分４３６ａ－１、４３６ａ－２、４３６ｂ－１、および４３６ｂ－２を総称して第３部分４３６ともいうものとする。

【0100】

そして、第３方向（＋Ｚ方向）に延在する第２部分４３４が第１方向（＋Ｙ方向）に沿って最も内側にある折返し導波路４３０ｂ－２を除き、折返し導波路４３０のそれぞれは、第３方向に延在する第２部分４３４が第１方向においてより内側にある他の折返し導波路と、第３部分４３６において交差している。これにより、折返し導波路４３０の互いの間での光路差は、低減又は解消され得る。

【0101】

同様に、ネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ｂが有する折返し導波路４４０は、図８に示すネスト型マッハツェンダ型光導波路３５０が有する折返し導波路３０６と同様に構成されている。すなわち、折返し導波路４４０ａ－１、４４０ａ－２、４４０ｂ－１、および４４０ｂ－２は、それぞれ、互いに所定距離を隔てて第１方向（＋Ｙ方向）に延在する第１部分４４２ａ－１、４４２ａ－２、４４２ｂ－１、および４４２ｂ－２を有する。

【0102】

また、折返し導波路４４０ａ－１、４４０ａ－２、４４０ｂ－１、および４４０ｂ－２は、それぞれ、互いに所定距離を隔てて第１方向と異なる第３方向（＋Ｚ方向）に延在する第２部分４４４ａ－１、４４４ａ－２、４４４ｂ－１、および４４４ｂ－２を有する。また、折返し導波路４４０ａ－１、４４０ａ－２、４４０ｂ－１、および４４０ｂ－２は、それぞれ、互いに所定距離を隔てて第２方向（－Ｙ方向）に延在する第３部分４４６ａ－１、４４６ａ－２、４４６ｂ－１、および４４６ｂ－２を有する。

【0103】

以下、第１部分４４２ａ－１、４４２ａ－２、４４２ｂ－１、および４４２ｂ－２を総称して第１部分４４２ともいい、第２部分４４４ａ－１、４４４ａ－２、４４４ｂ－１、および４４４ｂ－２を総称して第２部分４４４ともいう。また、第３部分４４６ａ－１、４４６ａ－２、４４６ｂ－１、および４４６ｂ－２を総称して第３部分４４６ともいうものとする。

【0104】

そして、第３方向（＋Ｚ方向）に延在する第２部分４４４が第１方向（＋Ｙ方向）に沿って最も内側にある折返し導波路４４０ｂ－２を除き、折返し導波路４４０のそれぞれは、第３方向に延在する第２部分４４４が、第１方向においてより内側にある他の折返し導波路と、第３部分４４６において交差している。これにより、折返し導波路４４０の互いの間での光路差は、低減又は解消され得る。

【0105】

上記の構成により、光変調素子４００では、ネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ａおよび４１０ｂのそれぞれにおいては、これらのネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ａおよび４１０ｂのそれぞれの並行導波路の光路差を低減又は解消して、波長依存性の少ない安定な変調動作を実現することができる。

【0106】

ネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ａおよび４１０ｂにより変調された２つの光（変調光）は、それぞれ、出力導波路４１４ａおよび４１４ｂから基板４０２の外部へ出力される。出力された２つの変調光は、例えば、基板４０２の外部に設けられた偏波合成器（不図示）により、一つのビームで構成される伝送用光信号となり、伝送用光ファイバケーブル（不図示）に入力されて伝送される。

【0107】

なお、ネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ａと４１０ｂとの間に残る光路差により、上記２つの変調光の間に発生し得る信号間のタイミングずれ（スキュー）については、信号電極４２６ａ、４２６ｂ、４２６ｃ、４２６ｄに入力する高周波のデータ信号に上記の信号間のスキューを補償するように遅延を持たせればよい。このようなデータ信号への遅延の付与は、例えばＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセサ）により行うものとすることができる。

【0108】

［第４実施形態の変形例］
次に、上述した第４の実施形態に係る光変調素子４００の変形例について説明する。図１２は、第４の実施形態の変形例に係る光変調素子４００－１の構成を示す図である。なお、図１２において、図１１に示す構成要素と同じ構成要素については、図１１に示す符号と同一の符号を用いるものとし、上述した図１１についての説明を援用する。

【0109】

光変調素子４００－１は、図１１に示す光変調素子４００と同様の構成を有するが、信号電極４２６ａ、４２６ｂ、４２６ｃ、および４２６ｄに代えて、信号電極５２６ａ、５２６ｂ、５２６ｃ、および５２６ｄを有する点が異なる。信号電極５２６ａ、５２６ｂ、５２６ｃ、および５２６ｄは、図１１に示す信号電極４２６ａ、４２６ｂ、４２６ｃ、および４２６ｄを有するが、それらの電極幅が信号電極４２６ａ、４２６ｂ、４２６ｃ、および４２６ｄの電極幅と異なる。以下、信号電極５２６ａ、５２６ｂ、５２６ｃ、および５２６ｄを総称して信号電極５２６ともいうものとする。

【0110】

光変調素子４００－１は、光導波路４０４に代えて光導波路５０４を有する点が、図１１に示す光変調素子４００と異なる。光導波路５０４は、図１１に示す光導波路４０４と同様の構成を有するが、ネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ａおよび４１０ｂに代えて、ネスト型マッハツェンダ型光導波路５１０ａおよび５１０ｂを有する点が異なる。

【0111】

ネスト型マッハツェンダ型光導波路５１０ａは、ネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ａと同様の構成を有するが、図１１に示す折返し導波路４３０ａ－１、４３０ａ－２、４３０ｂ－１、および４３０ｂ－２に代えて、折返し導波路５３０ａ－１、５３０ａ－２、５３０ｂ－１、および５３０ｂ－２を有する点が異なる。以下、折返し導波路５３０ａ－１、５３０ａ－２、５３０ｂ－１、および５３０ｂ－２を総称して折返し導波路５３０ともいうものとする。

【0112】

また、ネスト型マッハツェンダ型光導波路５１０ａは、図１１に示すマッハツェンダ型光導波路４２０ａおよび４２０ｂに代えて、マッハツェンダ型光導波路５２０ａおよび５２０ｂを有する点が異なる。マッハツェンダ型光導波路５２０ａは、折返し導波路５３０ａ－１および５３０ａ－２を並行導波路として含み、マッハツェンダ型光導波路５２０ｂは、折返し導波路５３０ｂ－１および５３０ｂ－２を並行導波路として含む。

【0113】

折返し導波路５３０ａ－１、５３０ａ－２、５３０ｂ－１、および５３０ｂ－２は、図１１に示す折返し導波路４３０ａ－１、４３０ａ－２、４３０ｂ－１、および４３０ｂ－２と同様の構成を有するが、図１１に示す第３部分４３６ａ－１、４３６ａ－２、４３６ｂ－１、および４３６ｂ－２に代えて、第３部分５３６ａ－１、５３６ａ－２、５３６ｂ－１、および５３６ｂ－２を有する点が異なる。以下、第３部分５３６ａ－１、５３６ａ－２、５３６ｂ－１、および５３６ｂ－２を総称して第３部分５３６ともいうものとする。

【0114】

そして、第３部分５３６ａ－１および５３６ａ－２は、図１１に示す第３部分４３６ａ－１および４３６ａ－２と同様の構成を有するが、互いの間隔の中心線５６０ａに関し線対称に、当該中心線５６０ａの延在方向に沿って互いの間隔が変化する遷移部５５０ａを有する点が異なる。また、第３部分５３６ｂ－１および５３６ｂ－２は、図１１に示す第３部分４３６ｂ－１および４３６ｂ－２と同様の構成を有するが、互いの間隔の中心線５６０ｂに関し線対称に、当該中心線５６０ｂの延在方向に沿って互いの間隔が変化する遷移部５５０ｂを有する点が異なる。

【0115】

同様に、ネスト型マッハツェンダ型光導波路５１０ｂは、図１１に示すネスト型マッハツェンダ型光導波路４１０ｂと同様の構成を有するが、折返し導波路４４０ａ－１、４４０ａ－２、４４０ｂ－１、および４４０ｂ－２に代えて、折返し導波路５４０ａ－１、５４０ａ－２、５４０ｂ－１、および５４０ｂ－２を有する点が異なる。以下、折返し導波路５４０ａ－１、５４０ａ－２、５４０ｂ－１、および５４０ｂ－２を総称して折返し導波路５４０ともいうものとする。

【0116】

また、ネスト型マッハツェンダ型光導波路５１０ｂは、図１１に示すマッハツェンダ型光導波路４２２ａおよび４２２ｂに代えて、マッハツェンダ型光導波路５２２ａおよび５２２ｂを有する点が異なる。マッハツェンダ型光導波路５２２ａは、折返し導波路５４０ａ－１および５４０ａ－２を並行導波路として含み、マッハツェンダ型光導波路５２２ｂは、折返し導波路５４０ｂ－１および５４０ｂ－２を並行導波路として含む。

【0117】

折返し導波路５４０ａ－１、５４０ａ－２、５４０ｂ－１、および５４０ｂ－２は、図１１に示す折返し導波路４４０ａ－１、４４０ａ－２、４４０ｂ－１、および４４０ｂ－２と同様の構成を有するが、図１１に示す第３部分４４６ａ－１、４４６ａ－２、４４６ｂ－１、および４４６ｂ－２に代えて、第３部分５４６ａ－１、５４６ａ－２、５４６ｂ－１、および５４６ｂ－２を有する点が異なる。以下、第３部分５４６ａ－１、５４６ａ－２、５４６ｂ－１、および５４６ｂ－２を総称して第３部分５４６ともいうものとする。

【0118】

そして、第３部分５４６ａ－１および５４６ａ－２は、図１１に示す第３部分４４６ａ－１および４４６ａ－２と同様の構成を有するが、互いの間隔の中心線５６０ｃに関し線対称に、当該中心線５６０ｃの延在方向に沿って互いの間隔が変化する遷移部５５０ｃを有する点が異なる。また、第３部分５４６ｂ－１および５４６ｂ－２は、図１１に示す第３部分４４６ｂ－１および４４６ｂ－２と同様の構成を有するが、互いの間隔の中心線５６０ｄに関し線対称に、当該中心線５６０ｄの延在方向に沿って互いの間隔が変化する遷移部５５０ｄを有する点が異なる。以下、遷移部５５０ａ、５５０ｂ、５５０ｃ、および５５０ｄを総称して、遷移部５５０ともいうものとする。

【0119】

上記の構成を有する光変調素子４００－１では、遷移部５５０を有することにより、信号電極５２６が形成される第３部分５３６及び５４６のそれぞれにおける互いの間隔を調整することができる。このため、当該間隔を調整して、信号電極５２６と第３部分５３６および５４６との間隔をそれぞれ一定に保ちつつ、信号電極５２６の電極幅を調整することができる。

【0120】

これにより光変調素子４００－１では、光変調素子４００と同様に、ネスト型マッハツェンダ型光導波路５１０ａおよび５１０ｂのそれぞれにおいて、波長依存性の少ない安定な変調動作を実現することができると共に、図６に示す光変調素子１００－１と同様に、信号電極５２６から第３部分５３６、５４６に加わる電界を高く維持しつつ、信号電極５２６が構成する高周波伝送線路のインピーダンスの設計自由度を向上することができる。

【0121】

［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。本実施形態は、上述したいずれかの実施形態または変形例に係る光変調素子を用いた光変調器である。図１３は、第５の実施形態に係る光変調器６００の構成を示す図である。光変調器６００は、筐体６０２と、当該筐体６０２内に収容された光変調素子６０４と、中継基板６０６と、を有する。光変調素子６０４は、上述した第１ないし第４の実施形態又は変形例に係る光変調素子４００、４００－１のいずれかである。筐体６０２は、最終的にはその開口部に板体であるカバー（不図示）が固定されて、その内部が気密封止される。中継基板６０６と筐体６０２の側壁は、一体化した積層セラミックスで構成される場合もあり、側壁部のセラミックス内層にも配線が配置されることもある。

【0122】

光変調器６００は、また、光変調素子６０４の変調に用いる高周波電気信号を入力するための信号ピン６０８と、光変調素子６０４の動作点の調整に用いる電気信号を入力するための信号ピン６１０と、を有する。

【0123】

さらに、光変調器６００は、筐体６０２内に光を入力するための入力光ファイバ６１４と、光変調素子６０４により変調された光を筐体６０２の外部へ導く出力光ファイバ６２０と、を筐体６０２の同一面（本実施形態では、図示左側の面）に有する。

【0124】

ここで、入力光ファイバ６１４及び出力光ファイバ６２０は、固定部材であるサポート６２２及び６２４を介して筐体６０２にそれぞれ固定されている。入力光ファイバ６１４から入力された光は、サポート６２２内に配されたレンズ６３０によりコリメートされた後、入力光学ユニット６３４を介して光変調素子６０４へ入力される。入力光学ユニット６３４は、例えばレンズであるが、必要に応じてビーム位置をシフトさせるビームシフタを含み得る。ただし、これは一例であって、光変調素子６０４への光の入力は、従来技術に従い、例えば、入力光ファイバ６１４を、サポート６２２を介して筐体６０２内に導入し、当該導入した入力光ファイバ６１４の端面を光変調素子６０４の基板１０２、２０２、または４０２の端面に接続することで行うものとすることもできる。

【0125】

光変調素子６０４から出力される光は、出力光学ユニット６１６と、サポート６２４に配されたレンズ６１８と、を介して出力光ファイバ６２０に結合される。出力光学ユニット６１６は、例えばレンズであるが、光変調素子６０４が上述したＤＰ－ＱＰＳＫ変調器を構成する光変調素子４００または４００－１であるときは、２つの変調された光を一つのビームに結合する偏波合成器やビーム位置をシフトさせるビームシフタを含み得る。また入力光学ユニットと出力光学ユニットはその一部の部品を一体化することもできる。

【0126】

中継基板６０６は、当該中継基板６０６に形成された導体パターン（不図示）により、信号ピン６０８から入力される高周波電気信号および信号ピン６１０から入力される動作点（バイアス点）調整用等の電気信号を、光変調素子６０４へ中継する。中継基板６０６上の上記導体パターンは、例えばワイヤボンディング等により、光変調素子６０４の電極の一端を構成するパッド（後述）にそれぞれ接続される。また、光変調器６００は、所定のインピーダンスを有する終端器６１２を筐体６０２内に備える。

【0127】

上記の構成を有する光変調器６００は、上述した第１ないし第４の実施形態又は変形例に係る光変調素子４００、４００－１のいずれかである光変調素子６０４を用いて構成されるので、筐体６０２の小型化を図りつつ、波長依存性の少ない良好な光伝送を実現し得る。なお、光変調素子１００、１００－１、２００，３００を用いる場合は、筐体のピンの位置や終端基板の配置位置を適宜調整することで実現できる。

【0128】

［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。本実施形態は、上述したいずれかの実施形態または変形例に係る光変調素子を用いた光変調モジュール７００である。図１４は、本実施形態に係る光変調モジュール７００の構成を示す図である。図１４において、図１３に示す第５の実施形態に係る光変調器６００と同一の構成要素については、図１３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１３についての説明を援用する。

【0129】

光変調モジュール７００は、図１３に示す光変調器６００と同様の構成を有するが、中継基板６０６に代えて、回路基板７０６を備える点が、光変調器６００と異なる。回路基板７０６は、駆動回路７０８を含む電子回路を備える。駆動回路７０８は、信号ピン６０８を介して外部から供給される例えば変調信号に基づいて、光変調素子６０４を駆動する高周波電気信号を生成し、当該生成した高周波電気信号を光変調素子６０４へ出力する。なお、駆動回路７０８は、回路基板７０６上に配置されても良いし、回路基板７０６と光変調素子６０４の間に配置されていても良い。回路基板７０６と筐体６０２の側壁は、一体化した積層セラミックスで構成される場合もあり、側壁部のセラミックス内層にも配線が配置されることもある。

【0130】

上記の構成を有する光変調モジュール７００は、上述した第１ないし第４の実施形態又は変形例に係る光変調素子１００、１００－１、２００、３００、４００、および４００－１（以下、総称して光変調素子１００等ともいう）のいずれかである光変調素子６０４を用いて構成されるので、上述した第５の実施形態に係る光変調器６００と同様に、筐体６０２の小型化を図りつつ、波長依存性の少ない良好な光伝送を実現し得る。なお、光変調素子１００、１００－１、２００，３００を用いる場合は、筐体のピンの位置や終端基板の配置位置を適宜調整することで実現できる。

【0131】

［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。本実施形態は、第５の実施形態に係る光変調器６００を搭載した光送信装置８００である。図１５は、本実施形態に係る光送信装置８００の構成を示す図である。この光送信装置８００は、光変調器６００と、光変調器６００に光を入射する光源８０４と、変調器駆動部８０６と、変調信号生成部８０８と、を有する。なお、光変調器６００及び変調器駆動部８０６に代えて、上述した光変調モジュール７００を用いることもできる。

【0132】

変調信号生成部８０８は、光変調器６００に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路であり、外部から与えられる送信データに基づき、光変調器６００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高周波信号である変調信号を生成して、変調器駆動部８０６へ出力する。

【0133】

変調器駆動部８０６は、変調信号生成部８０８から入力される変調信号を増幅して、光変調器６００が備える光変調素子６０４の信号電極を駆動するための高周波電気信号を出力する。尚、上述したように、光変調器６００および変調器駆動部８０６に代えて、例えば変調器駆動部８０６に相当する回路を含む駆動回路７０８を筐体６０２の内部に備えた、光変調モジュール７００を用いることもできる。

【0134】

上記高周波電気信号は、光変調器６００の信号ピン６０８に入力されて、光変調素子６０４を駆動する。これにより、光源８０４から出力された光は、光変調器６００により変調され、変調光となって光送信装置８００から出力される。また光送信装置だけでなく、受信器と組み合わせた送受信装置とすることも可能である。

【0135】

上記の構成を有する光送信装置８００は、上述した第５の実施形態に係る光変調器６００および第６の実施形態に係る光変調モジュール７００と同様に、小型で且つ波長依存性の少ない変調動作が可能な光変調素子６０４を用いているので、良好な変調特性を実現して、良好な光伝送を行うことができる。

【0136】

なお、本発明は上記実施形態の構成およびその代替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。

【0137】

例えば、上述した実施形態では、折返し導波路（例えば、折返し導波路３０６）は、第１方向に伝搬する光を第２方向へ折り返すものとしたが、折返し導波路を伝搬する光の方向は可逆である。したがって、上述した折返し導波路のそれぞれは、第２方向に伝搬する光を第１方向へ折り返すものとすることができる。

【0138】

また、上述した実施形態では、光導波路素子は、光の変調を行う光変調素子１００等であるものとしたが、本発明に従う光導波路素子は、光変調素子には限られない。光導波路素子は、それぞれが光の伝搬方向を互いに同じ方向へ反転させる複数の光導波路で構成される光折り返し部を有する限りにおいて、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、例えば、光スイッチ、偏光制御器、光方向性結合器、光減衰器等々であり得る。

【0139】

また、光変調素子１００等を構成する基板１０２、２０２、４０２（以下、基板１０２等）はＸカットのＬＮ基板であるものとしたが、基板１０２等はこれには限られない。基板１０２等は、例えば、Ｚカット等の他の結晶方位を持つＬＮ基板でもよい。また、基板１０２等は、光導波路を形成し得る限りＬＮ以外の任意の材料で構成されるものとすることができる。そのような材料は、例えば、タンタル酸リチウム等の他の強誘電体材料、ＩｎＰ、Ｓｉ等の半導体材料であるものとすることができる。例えば、光変調素子１００等は、基板１０２等としてＳｉを用いたいわゆるシリコンフォトニクス・デバイスとして構成されるものとすることができる。

【0140】

以上説明したように、例えば光導波路素子である光変調素子３００は、基板２０２と、基板２０２の面内において第１方向（＋Ｙ方向）に伝搬する光を第１方向と逆方向である第２方向（－Ｙ方向）へ折り返す複数の折返し導波路３０６と、を含む。複数の折返し導波路３０６は、互いに所定距離を隔てて第１方向に延在する第１部分３１２と、第１方向と異なる第３方向（＋Ｚ方向）に延在する第２部分３１４と、第２方向に延在する第３部分３１６と、を有する。そして、第３方向に延在する第２部分３１４が第１方向に沿って最も内側にある折返し導波路３０６ｂ－２を除き、複数の折返し導波路３０６のそれぞれは、第３方向に延在する第２部分３１４が第１方向に沿ってより内側にある他の折返し導波路３０６と、第３部分３１６において交差する。

【0141】

この構成によれば、素子サイズの小型化を図りつつ、複数の折返し導波路３０６の互いの間での光路長差の発生を抑制することができる。その結果、波長依存性の少ない、安定な動作を実現することができる。

【0142】

また、光変調素子３００では、複数の折返し導波路３０６の第２部分３１４の長さは、第２部分３１４が第１方向に沿って最も外側にある折返し導波路３０６から最も内側にある折返し導波路３０６の順に、増加するよう構成される。この構成によれば、複数の折返し導波路３０６間の光路差が効果的に補償され得る。

【0143】

また、光変調素子３００では、第３方向（＋Ｚ方向）に延在する線分であって折返し導波路３０６の第１部分３１２のすべて及び第３部分３１６のすべてと交差する線分３６０を引いたとき、それらの折返し導波路３０６は、第１部分と線分３６０との交点から、第３部分と線分３６０との交点までの、当該折返し導波路３０６に沿った長さ又は光路長が互いに等しい。この構成によれば、素子サイズの小型化を図りつつ、複数の折返し導波路３０６の互いの間での光路長差の発生が抑制または防止される。その結果、波長依存性の少ない、安定な動作が実現される。

【0144】

また、光変調素子４００－１では、複数の折返し導波路５３０、５４０のうち、少なくとも二つの隣り合う折返し導波路５３０、５４０は、例えば第３部分５３６、５４６において、互いの間の間隔の中央にあって当該折返し導波路５３０、５４０の長さ方向（すなわち、第３方向における折返し導波路５３０、５４０の長さ方向である第２方向）に延在する線５６０に関し、当該長さ方向（すなわち第２方向）に沿って互いの間隔が線対称に広く又は狭くなる遷移部５５０を含む。

【0145】

この構成によれば、例えば、第３部分５３６、５４６に形成する信号電極５２６から第３部分５３６、５４６に加わる電界を高く維持しつつ、信号電極５２６が構成する高周波伝送線路のインピーダンスの設計自由度を向上することができる。

【0146】

また、光変調素子３００では、複数の折返し導波路３０６は、基板２０２上に延在する凸部により構成される凸状光導波路であって、互いに交差する交差部３４０における導波路幅が、交差部３４０以外における導波路幅よりも広く構成されている。この構成によれば、交差部３４０における光損失を低減して、低損失の光変調素子３００を実現し得る。

【0147】

また、光変調素子３００では、複数の折返し導波路３０６は、隣接する交差部３４０の間の導波路幅が交差部３４０における導波路幅と同じである。この構成によれば、折返し導波路３０６において導波路幅が変化する部分の数を低減して、折返し導波路３０６における光損失の増加を抑制することができる。

【0148】

また、光変調素子１００等では、複数の折返し導波路（例えば折返し導波路１０６－１、１０６－２）は、マッハツェンダ型光導波路（例えば、マッハツェンダ型光導波路１０８）の並行導波路を構成する。この構成によれば、２本の並行導波路における光路差の程度がその光学特性に大きく影響するマッハツェンダ型光導波路において、低波長依存性等の良好な特性を実現し得る。

【0149】

また、光変調素子３００では、複数の折返し導波路３０６は、ネスト型マッハツェンダ型光導波路を構成するそれぞれ２つのマッハツェンダ型光導波路の、それぞれの並行導波路を構成する。この構成によれば、合計４本の並行導波路における光路差の程度がその光学特性に大きく影響するネスト型マッハツェンダ型光導波路において、低波長依存性等の良好な特性を実現し得る。

【0150】

また、第５の実施形態に係る光変調器６００は、光変調素子１００等のいずれかである光変調素子６０４と、光変調素子６０４を収容する筐体６０２と、を備える。光変調器６００は、また、光変調素子６０４に光を入力する入力光ファイバ６１４と、光変調素子６０４が出力する光を筐体６０２の外部へ導く出力光ファイバ６２０と、を備える。

【0151】

また、第６の実施形態に係る光変調モジュール７００は、光変調素子１００等のいずれかである光変調素子６０４と、光変調素子６０４を収容する筐体６０２と、を備える。光変調モジュール７００は、また、光変調素子６０４に光を入力する入力光ファイバ６１４と、光変調素子６０４が出力する光を筐体６０２の外部へ導く出力光ファイバ６２０と、を備える。光変調モジュール７００は、さらに、光変調素子６０４を駆動する駆動回路７０８を備える。

【0152】

また、第７の実施形態に係る光送信装置８００は、光変調器６００または光変調モジュール７００と、光変調素子６０４に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路である変調信号生成部８０８と、を備える。

【0153】

これらの構成によれば、この構成によれば、筐体の小型化を図りつつ、波長依存性の少ない良好な光伝送を実現し得る光変調器６００、光変調モジュール７００、又は光送信装置８００を実現することができる。

【符号の説明】

【0154】

１００、１００－１、２００、３００、４００、４００－１、６０４…光変調素子、１０２、２０２、４０２…基板、１０４、１０４ａ、２０４、３０４、４０４、５０４…光導波路、１０６－１、１０６－２、１０６ａ－１、１０６ａ－２、２０６ａ－１、２０６ａ－２、２０６ｂ－１、２０６ｂ－２、３０６、３０６ａ－１、３０６ａ－２、３０６ｂ－１、３０６ｂ－２、４３０、４３０ａ－１、４３０ａ－２、４３０ｂ－１、４３０ｂ－２、４４０、４４０ａ－１、４４０ａ－２、４４０ｂ－１、４４０ｂ－２、５３０、５３０ａ－１、５３０ａ－２、５３０ｂ－１、５３０ｂ－２、５４０、５４０ａ－１、５４０ａ－２、５４０ｂ－１、５４０ｂ－２…折返し導波路、１０８、１０８ａ、２０８ａ、２０８ｂ、３０８ａ、３０８ｂ、４２０ａ、４２０ｂ、４２２ａ、４２２ｂ、５２０ａ、５２０ｂ、５２２ａ、５２２ｂ…マッハツェンダ型光導波路、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ、４０６ｄ…辺、１１２－１、１１２－２、２１２ａ－１、２１２ａ－２、２１２ｂ－１、２１２ｂ－２、３１２、３１２ａ－１、３１２ａ－２、３１２ｂ－１、３１２ｂ－２、４３２、４３２ａ－１、４３２ａ－２、４３２ｂ－１、４３２ｂ－２、４４２、４４２ａ－１、４４２ａ－２、４４２ｂ－１、４４２ｂ－２…第１部分、１１４－１、１１４－２、２１４ａ－１、２１４ａ－２、２１４ｂ－１、２１４ｂ－２、３１４、３１４ａ－１、３１４ａ－２、３１４ｂ－１、３１４ｂ－２、４３４、４３４ａ－１、４３４ａ－２、４３４ｂ－１、４３４ｂ－２、４４４、４４４ａ－１、４４４ａ－２、４４４ｂ－１、４４４ｂ－２…第２部分、１１６－１、１１６－２、１１６ａ－１、１１６ａ－２、２１６ａ－１、２１６ａ－２、２１６ｂ－１、２１６ｂ－２、３１６、３１６ａ－１、３１６ａ－２、３１６ｂ－１、３１６ｂ－２、４３６、４３６ａ－１、４３６ａ－２、４３６ｂ－１、４３６ｂ－２、４４６、４４６ａ－１、４４６ａ－２、４４６ｂ－１、４４６ｂ－２、５３６、５３６ａ－１、５３６ａ－２、５３６ｂ－１、５３６ｂ－２、５４６、５４６ａ－１、５４６ａ－２、５４６ｂ－１、５４６ｂ－２…第３部分、１２０、１２０ａ、２２０ａ、２２０ｂ、４２６ａ、４２６ｂ、４２６ｃ、４２６ｄ…信号電極、１２２ａ、１２２ｂ…パッド、１２４、２２４、２２６、４２４ａ、４２４ｂ、４２４ｃ…バイアス電極、１３０…接着層、１３２…支持板、１３４－１、１３４－２…凸部、１４０、２４０ａ、２４０ｂ、３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ、３４０ｅ、３４０ｆ…交差部、１５０、５６０ａ、５６０ｂ、５６０ｃ、５６０ｄ…中心線、１５２、５５０ａ、５５０ｂ、５５０ｃ、５５０ｄ…遷移部、２６０、３５０、４１０ａ、４１０ｂ、５１０ａ、５１０ｂ…ネスト型マッハツェンダ型光導波路、４１２…分岐導波路、４１４ａ、４１４ｂ…出力導波路、６００…光変調器、６０２…筐体、６０６…中継基板、６０８、６１０…信号ピン、６１２…終端器、６１４…入力光ファイバ、６１６…出力光学ユニット、６１８、６３０…レンズ、６２２、６２４…サポート、６３４…入力光学ユニット、７００…光変調モジュール、７０６…回路基板、７０８…駆動回路、８００…光送信装置、８０４…光源、８０６…変調器駆動部、８０８…変調信号生成部。

【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】