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特許7600725光変調器の製造方法、試験方法、および試験プログラム、ならびに光送信装置
(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】2024-12-09
(45)【発行日】2024-12-17
(54)【発明の名称】光変調器の製造方法、試験方法、および試験プログラム、ならびに光送信装置
(51)【国際特許分類】
G02F 1/01 20060101AFI20241210BHJP
H04B 10/516 20130101ALI20241210BHJP
【ＦＩ】
G02F1/01 B
H04B10/516
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2021012461
(22)【出願日】2021-01-28
(65)【公開番号】P2022115726
(43)【公開日】2022-08-09
【審査請求日】2023-10-23
(73)【特許権者】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110004370
【氏名又は名称】弁理士法人片山特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石川 務
(72)【発明者】
【氏名】河野 直哉
【審査官】山本 元彦
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０８７８４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１２６０２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００３／０１０７７９１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１０９３２２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｆ １／００ー１／１２５
Ｇ０２Ｆ １／２１ー７／００
Ｈ０４Ｂ １０／００ー１０／９０
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴＣｈｉｎａ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光変調器の製造方法であって、前記光変調器は、マッハツェンダ変調器を有し、
前記マッハツェンダ変調器は、第１電極、第２電極、第１アーム導波路および第２アーム導波路を有し、
前記第１電極は、前記第１アーム導波路に設けられ、
前記第２電極は、前記第２アーム導波路に設けられ、
前記製造方法は、
前記マッハツェンダ変調器を用意する工程と、
前記第１アーム導波路における光の透過率および前記第２アーム導波路における光の透過率に基づいて、前記第１電極に印加される電圧と前記第１アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係である第１の関係、および前記第２電極に印加される電圧と前記第２アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係である第２の関係を取得する工程と、
前記第１の関係および前記第２の関係に基づいて、前記第１アーム導波路を伝搬する光および前記第２アーム導波路を伝搬する光の変調時に、前記第１アーム導波路における位相の変化量が所定の大きさになるような、前記第１電極に印加される電圧を取得し、前記第２アーム導波路における位相の変化量が所定の大きさになるような、前記第２電極に印加される電圧を取得する工程と、
前記取得する工程で取得された前記第１電極に印加される電圧および前記第２電極に印加される電圧を記憶部に記憶させる工程と、を有する光変調器の製造方法。
【請求項2】
前記マッハツェンダ変調器を用意する工程は、複数の前記マッハツェンダ変調器を用意する工程であり、前記複数のマッハツェンダ変調器のそれぞれに、前記第１の関係および前記第２の関係を取得する工程と、前記第１電極に印加される電圧および前記第２電極に印加される電圧を取得する工程と、を行う請求項１に記載の光変調器の製造方法。
【請求項3】
前記変調時において、前記第１アーム導波路における位相の変化量と前記第２アーム導波路における位相の変化量との差はπである請求項１または請求項２に記載の光変調器の製造方法。
【請求項4】
前記第１電極に印加される電圧は、第１電圧と第２電圧との和であり、前記第２電極に印加される電圧は、前記第１電圧と前記第２電圧との差であり、
前記電圧を取得する工程は、前記第２電圧が所定の値以下になるような前記第１電圧を取得する工程を含む請求項１に記載の光変調器の製造方法。
【請求項5】
前記マッハツェンダ変調器を用意する工程は、前記第１アーム導波路と、前記第２アーム導波路と、前記第１電極と、前記第２電極と、第３電極と、第４電極とを有する前記マッハツェンダ変調器を用意する工程を含み、前記第３電極は、前記第１アーム導波路に設けられ、
前記第４電極は、前記第２アーム導波路に設けられ、
前記第１の関係および前記第２の関係を取得する工程は、
前記第３電極に印加される電圧と前記第１アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係に基づいて、前記第１電極に印加される電圧と前記第１アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係である前記第１の関係を取得する工程、
および前記第４電極に印加される電圧と前記第２アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係に基づいて、前記第２電極に印加される電圧と前記第２アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係である前記第２の関係を取得する工程を含む、請求項４に記載の光変調器の製造方法。
【請求項6】
前記第１アーム導波路および前記第２アーム導波路それぞれにおける光の透過率である第１透過率を測定する工程と、前記第１アーム導波路および前記第２アーム導波路それぞれにおける光の透過率である第２透過率を算出する工程と、をさらに有し、
前記第２透過率を算出する工程において、前記第１アーム導波路における第２透過率を、前記第１アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量の関数として表し、かつ前記第１アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量を、前記第３電極に印加される電圧の関数として表すことで、前記第１アーム導波路における第２透過率を算出し、
前記第２アーム導波路における第２透過率を、前記第２アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量の関数として表し、かつ前記第２アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量を、前記第４電極に印加される電圧の関数として表すことで、前記第２アーム導波路における第２透過率を算出し、
前記第１の関係および前記第２の関係を取得する工程は、前記第１アーム導波路における第１透過率に近づくように、前記第１アーム導波路における第２透過率を調整することで、前記第３電極に印加される電圧と前記第１アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係を取得する工程、
および前記第２アーム導波路における第１透過率に近づくように、前記第２アーム導波路における第２透過率を調整することで、前記第４電極に印加される電圧と前記第２アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係を取得する工程を含む、請求項５に記載の光変調器の製造方法。
【請求項7】
前記マッハツェンダ変調器を用意する工程は、前記マッハツェンダ変調器を形成する工程を含み、前記マッハツェンダ変調器を形成する工程は、第１半導体層と、コア層と、第２半導体層と、を有する前記第１アーム導波路および前記第２アーム導波路を形成する工程を含み、
前記第１半導体層、前記コア層および前記第２半導体層は、順に積層され、
前記第１半導体層は第１の導電型を有し、
前記第２半導体層は第２の導電型を有する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光変調器の製造方法。
【請求項8】
光変調器の試験方法であって、前記光変調器は、マッハツェンダ変調器を有し、
前記マッハツェンダ変調器は、第１電極、第２電極、第１アーム導波路および第２アーム導波路を有し、
前記第１電極は、前記第１アーム導波路に設けられ、
前記第２電極は、前記第２アーム導波路に設けられ、
前記試験方法は、
前記第１アーム導波路における光の透過率および前記第２アーム導波路における光の透過率に基づいて、前記第１電極に印加される電圧と前記第１アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係である第１の関係、および前記第２電極に印加される電圧と前記第２アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係である第２の関係を取得する工程と、
前記第１の関係および前記第２の関係に基づいて、前記第１アーム導波路を伝搬する光および前記第２アーム導波路を伝搬する光の変調時に、前記第１アーム導波路における位相の変化量が所定の大きさになるような、前記第１電極に印加される電圧を取得し、前記第２アーム導波路における位相の変化量が所定の大きさになるような、前記第２電極に印加される電圧を取得する工程と、を有する光変調器の試験方法。
【請求項9】
光変調器の試験プログラムであって、前記光変調器は、マッハツェンダ変調器を有し、
前記マッハツェンダ変調器は、第１電極、第２電極、第１アーム導波路および第２アーム導波路を有し、
前記第１電極は、前記第１アーム導波路に設けられ、
前記第２電極は、前記第２アーム導波路に設けられ、
前記試験プログラムは、
コンピュータに、
前記第１アーム導波路における光の透過率および前記第２アーム導波路における光の透過率に基づいて、前記第１電極に印加される電圧と前記第１アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係である第１の関係、および前記第２電極に印加される電圧と前記第２アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係である第２の関係を取得する処理と、
前記第１の関係および前記第２の関係に基づいて、前記第１アーム導波路を伝搬する光および前記第２アーム導波路を伝搬する光の変調時に、前記第１アーム導波路における位相の変化量が所定の大きさになるような、前記第１電極に印加される電圧を取得し、前記第２アーム導波路における位相の変化量が所定の大きさになるような、前記第２電極に印加される電圧を取得する処理と、を実行させる光変調器の試験プログラム。
【請求項10】
複数のマッハツェンダ変調器と、記憶部と、を具備し、
前記複数のマッハツェンダ変調器は、第１電極、第２電極、第１アーム導波路および第２アーム導波路を有し、
前記第１電極は、前記第１アーム導波路に設けられ、
前記第２電極は、前記第２アーム導波路に設けられ、
前記記憶部は、前記複数のマッハツェンダ変調器ごとに、前記第１アーム導波路を伝搬する光および前記第２アーム導波路を伝搬する光の変調時の、前記光の位相の変化量が所定の大きさになるような、前記第１電極に印加する電圧および前記第２電極に印加する電圧を記憶する光送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は光変調器の製造方法、試験方法、および試験プログラム、ならびに光送信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体層で形成され、光を変調するマッハツェンダ変調器が開発されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１４－１６４２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
光はマッハツェンダ変調器のアーム導波路を伝搬する。マッハツェンダ変調器に電圧を印加することで、光の位相を調整することができる。変調時には、例えば出力光の強度を高めるために、位相の変化量を所定の大きさとする。
【0005】
電圧に対する位相の変化の割合（位相調整効率）には、マッハツェンダ変調器ごとにばらつきがある。同一の電圧を複数のマッハツェンダ変調器に印加する場合、あるマッハツェンダ変調器での位相変化量は大きく、別のマッハツェンダ変調器での位相変化量は小さい。位相調整効率の小さなマッハツェンダ変調器においても、位相変化量を所定の大きさとするためには、電圧を増加させればよい。位相調整効率と、光の吸収損失との間には、正の相関がある。電圧を増加させることで、光の吸収損失も増大してしまう。そこで、光の吸収損失の増加を抑制することが可能な光変調器の製造方法、試験方法、および試験プログラム、ならびに光送信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に係る製造方法は、光変調器の製造方法であって、前記光変調器は、マッハツェンダ変調器を有し、前記マッハツェンダ変調器は、電極とアーム導波路とを有し、前記電極は、前記アーム導波路に設けられ、前記製造方法は、前記マッハツェンダ変調器を用意する工程と、前記アーム導波路における光の透過率に基づいて、前記電極に印加される電圧と、前記アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係を取得する工程と、前記関係に基づいて、前記アーム導波路を伝搬する光の変調時に、前記光の位相の変化量が所定の大きさになる電圧を取得する工程と、前記取得する工程で取得された電圧を記憶部に記憶させる工程と、を有する。
【0007】
本開示に係る試験方法は、光変調器の試験方法であって、前記光変調器は、マッハツェンダ変調器を有し、前記マッハツェンダ変調器は、電極とアーム導波路とを有し、前記電極は、前記アーム導波路に設けられ、前記試験方法は、前記アーム導波路における光の透過率に基づいて、前記電極に印加される電圧と、前記アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係を取得する工程と、前記関係に基づいて、前記アーム導波路を伝搬する光の変調時に、前記光の位相の変化量が所定の大きさになる電圧を取得する工程と、を有する。
【0008】
本開示に係る試験プログラムは、光変調器の試験プログラムであって、前記光変調器は、マッハツェンダ変調器を有し、前記マッハツェンダ変調器は、電極とアーム導波路とを有し、前記電極は、前記アーム導波路に設けられ、前記試験プログラムは、コンピュータに、前記アーム導波路における光の透過率に基づいて、前記電極に印加される電圧と、前記アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係を取得する処理と、前記電極に印加される電圧と、前記アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係に基づいて、前記アーム導波路を伝搬する光の変調時の、前記光の位相の変化量が所定の大きさになる電圧を取得する処理と、を実行させる。
【0009】
本開示に係る光送信装置は、複数のマッハツェンダ変調器と、記憶部と、を具備し、前記複数のマッハツェンダ変調器は、電極とアーム導波路とを有し、前記電極は、前記アーム導波路に設けられ、前記記憶部は、前記複数のマッハツェンダ変調器ごとに、前記アーム導波路を伝搬する光の変調時の、前記光の位相の変化量が所定の大きさになる電圧を記憶する。
【発明の効果】
【0010】
本開示によれば、光の吸収損失の増加を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
【0013】
本開示の一形態は、（１）光変調器の製造方法であって、前記光変調器は、マッハツェンダ変調器を有し、前記マッハツェンダ変調器は、電極とアーム導波路とを有し、前記電極は、前記アーム導波路に設けられ、前記製造方法は、前記マッハツェンダ変調器を用意する工程と、前記アーム導波路における光の透過率に基づいて、前記電極に印加される電圧と、前記アーム導波路を伝搬する光の位相の変化量との関係を取得する工程と、前記関係に基づいて、前記アーム導波路を伝搬する光の変調時に、前記光の位相の変化量が所定の大きさになる電圧を取得する工程と、前記取得する工程で取得された電圧を記憶部に記憶させる工程と、を有する光変調器の製造方法である。取得された電圧をマッハツェンダ変調器に印加して、光を変調することで、変調時の位相の変化量を所定の大きさとし、かつ光の吸収損失の増加を抑制することができる。
【0014】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る光変調器の製造方法、試験方法、および試験プログラム、ならびに光送信装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本開示の実施形態に係る光変調器の製造方法、試験方法、および試験プログラム、ならびに光送信装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0015】
＜第１実施形態＞
（光送信装置）
図１Ａは、第１実施形態に係る光送信装置１００を例示するブロック図である。図１Ａに示すように、光送信装置１００は、制御部１０、波長可変レーザ素子２２、自動バイアス制御（ＡＢＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｂｉａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路２４、ドライバＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）２６、および光変調器４０を備える。
（光送信装置）
図１Ａは、第１実施形態に係る光送信装置１００を例示するブロック図である。図１Ａに示すように、光送信装置１００は、制御部１０、波長可変レーザ素子２２、自動バイアス制御（ＡＢＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｂｉａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路２４、ドライバＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）２６、および光変調器４０を備える。
【0016】
波長可変レーザ素子２２は、例えば半導体レーザ素子などを含む発光素子である。ＡＢＣ回路２４は、光変調器４０に位相調整のための電圧を印加し、自動バイアス制御を行う。ドライバＩＣ２６は、光変調器４０に変調信号を入力する。光変調器４０は、波長可変レーザ素子２２から入射される光を変調し、変調光を出射する。制御部１０は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ：Ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などのコンピュータを含む。
【0017】
図１Ｂは、制御部１０のハードウェア構成を示すブロック図である。図１Ｂに示すように、制御部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央演算処理装置）３０、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３２、記憶装置３４（記憶部）、インターフェース３６を備える。ＣＰＵ３０、ＲＡＭ３２、記憶装置３４およびインターフェース３６は、互いにバスなどで接続されている。ＲＡＭ３２は、プログラムおよびデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置３４は、例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ：Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、ハードディスクドライブ（ＨＨＤ：Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）などである。記憶装置３４は、後述の処理を実行するためのプログラム、および処理で得られる電圧などを記憶する。
【0018】
ＣＰＵ３０がＲＡＭ３２に記憶されるプログラムを実行することにより、制御部１０に、図１Ａに示す位相制御部１２、レーザ制御部１４、算出部１５、変調制御部１６および記憶制御部１８が実現される。位相制御部１２は、ＡＢＣ回路２４を制御し、ＡＢＣ回路２４が光変調器４０に印加する電圧を調整する。レーザ制御部１４は、波長可変レーザ素子２２を制御する。算出部１５は、後述のように透過率、位相変化量などを算出する。変調制御部１６は、ドライバＩＣ２６を制御する。記憶制御部１８は、図１Ｂに示したＲＡＭ３２および記憶装置３４を制御し、これらにデータを記憶させる。制御部１０の各部は、回路などのハードウェアでもよい。
【0019】
（光変調器）
図２Ａは、光変調器４０ａを例示する平面図である。第１実施形態では、図１Ａの光変調器４０として、光変調器４０ａを用いる。光変調器４０ａは、ＩＱ（Ｉｎ－ｐｈａｓｅ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）変調器であり、基板４１、２つの子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂ、および親マッハツェンダ変調器４４ａを有する。基板４１は、例えばセラミックなどで形成された絶縁基板である。基板４１に、図１ＡのＡＢＣ回路２４、ドライバＩＣ２６および不図示のレンズなどを設けることで、光変調器４０ａを含むモジュールを形成してもよい。
図２Ａは、光変調器４０ａを例示する平面図である。第１実施形態では、図１Ａの光変調器４０として、光変調器４０ａを用いる。光変調器４０ａは、ＩＱ（Ｉｎ－ｐｈａｓｅ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）変調器であり、基板４１、２つの子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂ、および親マッハツェンダ変調器４４ａを有する。基板４１は、例えばセラミックなどで形成された絶縁基板である。基板４１に、図１ＡのＡＢＣ回路２４、ドライバＩＣ２６および不図示のレンズなどを設けることで、光変調器４０ａを含むモジュールを形成してもよい。
【0020】
基板４１の上面に、半導体基板８０、２つの終端素子７８ａおよび７８ｂが搭載されている。終端素子７８ａおよび７８ｂは、例えば終端抵抗およびキャパシタなどを含む。２つの子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂ、親マッハツェンダ変調器４４ａ、入力導波路５０および出力導波路５６は、半導体基板８０に形成されている。半導体基板８０は、４つの端面８０ａ、８０ｂ、８０ｃおよび８０ｄを有する。端面８０ａと端面８０ｂとは互いに対向する。端面８０ｃと端面８０ｄとは互いに対向する。
【0021】
入力導波路５０の第１の端部は、半導体基板８０の４つの端面のうち端面８０ａに位置する。入力導波路５０の第２の端部は、カプラ５８に接続されている。出力導波路５６の第１の端部は、カプラ６４に接続されている。出力導波路５６の第２の端部は、半導体基板８０の４つの端面のうち端面８０ｂに位置する。カプラ５８は、１入力２出力（１×２）の多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ ｍｏｄｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラである。カプラ６４は、２入力１出力（２×１）のＭＭＩカプラである。カプラ５８とカプラ６４との間に、２つの子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂが並列に配置される。２つの子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂとカプラ６４との間に、親マッハツェンダ変調器４４ａが配置される。
【0022】
（子マッハツェンダ変調器）
子マッハツェンダ変調器４２ａは、例えばＩｃｈ側の変調器である。子マッハツェンダ変調器４２ｂは、例えばＱｃｈ側の変調器である。子マッハツェンダ変調器４２ａは、アーム導波路５２ａ、５４ａおよび５４ｂ、変調電極６６ａおよび６６ｂ、位相調整電極６８ａおよび６８ｂ、グランド電極６６ｃおよび６８ｃを有する。アーム導波路５４ａは、例えばｐ側の導波路である。アーム導波路５４ｂは、例えばｎ側の導波路である。
子マッハツェンダ変調器４２ａは、例えばＩｃｈ側の変調器である。子マッハツェンダ変調器４２ｂは、例えばＱｃｈ側の変調器である。子マッハツェンダ変調器４２ａは、アーム導波路５２ａ、５４ａおよび５４ｂ、変調電極６６ａおよび６６ｂ、位相調整電極６８ａおよび６８ｂ、グランド電極６６ｃおよび６８ｃを有する。アーム導波路５４ａは、例えばｐ側の導波路である。アーム導波路５４ｂは、例えばｎ側の導波路である。
【0023】
アーム導波路５２ａの第１の端部は、カプラ５８の２つの出力端のうち第１の出力端に接続される。アーム導波路５２ａの第２の端部は、カプラ６０ａの入力端に接続される。アーム導波路５４ａ（第１アーム導波路）の第１の端部は、カプラ６０ａの２つの出力端のうちの第１の出力端に接続される。アーム導波路５４ａの第２の端部は、カプラ６２ａの２つの入力端のうち第１の入力端に接続される。アーム導波路５４ｂ（第２アーム導波路）の第１の端部は、カプラ６０ａの２つの出力端のうちの第２の出力端に接続される。アーム導波路５４ｂの第２の端部は、カプラ６２ａの２つの入力端のうち第２の入力端に接続される。
【0024】
アーム導波路５２ａは、カプラ５８側で屈曲する。アーム導波路５４ａおよび５４ｂは、カプラ６０ａ側で屈曲し、カプラ６２ａ側で屈曲する。これら屈曲した部分以外において、アーム導波路５２ａ、５４ａおよび５４ｂは互いに平行であり、かつ半導体基板８０の端面８０ｃと平行である。
【0025】
変調電極６６ａ（第１電極）および位相調整電極６８ａ（第３電極）は、アーム導波路５４ａの上に設けられている。変調電極６６ａと位相調整電極６８ａとは、互いに離間し、カプラ６０ａ側からカプラ６２ａ側に向けて順に並ぶ。変調電極６６ｂ（第２電極）および位相調整電極６８ｂ（第４電極）は、アーム導波路５４ｂの上に設けられている。変調電極６６ｂおよび位相調整電極６８ｂは、互いに離間し、カプラ６０ａ側からカプラ６２ａ側に向けて順に並ぶ。
【0026】
アーム導波路５４ａおよび５４ｂの延伸方向とは交差する方向において、変調電極６６ａと変調電極６６ｂとは対向する。グランド電極６６ｃは、変調電極６６ａと変調電極６６ｂとの間に位置する。位相調整電極６８ａと位相調整電極６８ｂとは対向する。グランド電極６８ｃは、位相調整電極６８ａと位相調整電極６８ｂとの間に位置する。変調電極６６ａおよび６６ｂ、位相調整電極６８ａおよび６８ｂ、グランド電極６６ｃおよび６８ｃは、アーム導波路５４ａおよび５４ｂと同じ方向に延伸し、半導体基板８０の端面８０ｃに平行である。
【0027】
配線７２ａおよび７４ａは、変調電極６６ａに電気的に接続される。配線７２ａは、変調電極６６ａの第１の端部から、半導体基板８０の端面８０ａまで延伸する。配線７４ａは、変調電極６６ａの第２の端部から、半導体基板８０の端面８０ｃまで延伸する。配線７２ｂおよび７４ｂは、変調電極６６ｂに電気的に接続される。配線７２ｂは、変調電極６６ｂの第１の端部から端面８０ａまで延伸する。配線７４ｂは、変調電極６６ｂの第２の端部から端面８０ｃまで延伸する。配線７２ｃおよび７４ｃは、グランド電極６６ｃに電気的に接続される。配線７２ｃは、グランド電極６６ｃの第１の端部から端面８０ａまで延伸する。配線７４ｃは、グランド電極６６ｃの第２の端部から端面８０ｃまで延伸する。
【0028】
変調電極６６ａは、配線７２ａを介して、図１Ａに示したドライバＩＣ２６と電気的に接続される。変調電極６６ｂは、配線７２ｂを介してドライバＩＣ２６と電気的に接続される。グランド電極６６ｃは、配線７２ｃを介してドライバＩＣ２６と電気的に接続される。配線７４ａ、７４ｂおよび７４ｃは、ボンディングワイヤにより終端素子７８ａに電気的に接続される。
【0029】
配線７５ａは、位相調整電極６８ａに電気的に接続されている。配線７５ｂは、位相調整電極６８ｂに電気的に接続されている。配線７５ｃは、グランド電極６８ｃに電気的に接続されている。配線７５ａ、７５ｂおよび７５ｃは、端面８０ｃまで延伸する。位相調整電極６８ａは、配線７５ａを介して、ＡＢＣ回路２４と電気的に接続される。位相調整電極６８ｂは、配線７５ｂを介してＡＢＣ回路２４と電気的に接続される。グランド電極６８ｃは、配線７５ｃを介してＡＢＣ回路２４と電気的に接続される。
【0030】
子マッハツェンダ変調器４２ｂは、アーム導波路５２ｂ、５４ｃおよび５４ｄ、変調電極６６ｄおよび６６ｅ、位相調整電極６８ｄおよび６８ｅ、グランド電極６６ｆおよび６８ｆを有する。アーム導波路５４ｃ（第１アーム導波路）は、例えばｐ側の導波路である。アーム導波路５４ｄ（第２アーム導波路）は、例えばｎ側の導波路である。
【0031】
アーム導波路５２ｂの第１の端部は、カプラ５８の第２の出力端に接続される。アーム導波路５２ｂの第２の端部は、カプラ６０ｂの入力端に接続される。アーム導波路５４ｃおよび５４ｄは、カプラ６０ｂとカプラ６２ｂとに接続される。子マッハツェンダ変調器４２ｂのアーム導波路の長さは、子マッハツェンダ変調器４２ａの対応するアーム導波路の長さに等しい。子マッハツェンダ変調器４２ｂのアーム導波路の形状は、子マッハツェンダ変調器４２ａの対応するアーム導波路の形状と同じである。
【0032】
変調電極６６ｄ（第１電極）および位相調整電極６８ｄ（第３電極）は、アーム導波路５４ｃの上に設けられている。変調電極６６ｅ（第２電極）および位相調整電極６８ｅ（第４電極）は、アーム導波路５４ｄの上に設けられている。グランド電極６６ｆは、変調電極６６ｄと変調電極６６ｅとの間に設けられている。グランド電極６８ｆは、位相調整電極６８ｄと位相調整電極６８ｅとの間に設けられている。
【0033】
配線７２ｄおよび７４ｄは、変調電極６６ｄに電気的に接続されている。配線７２ｅおよび７４ｅは、変調電極６６ｅに電気的に接続されている。配線７２ｆおよび７４ｆは、グランド電極６６ｆに電気的に接続されている。配線７２ｄ、７２ｅおよび７２ｆは、半導体基板８０の端面８０ａまで延伸する。変調電極６６ｄは、配線７２ｄを介してドライバＩＣ２６と電気的に接続される。変調電極６６ｅは、配線７２ｅを介してドライバＩＣ２６と電気的に接続される。グランド電極６６ｆは、配線７２ｆを介してドライバＩＣ２６と電気的に接続される。配線７４ｄ、７４ｅおよび７４ｆは、半導体基板８０の端面８０ｄまで延伸し、終端素子７８ｂに電気的に接続される。
【0034】
配線７５ｄは、位相調整電極６８ｄに電気的に接続されている。配線７５ｅは、位相調整電極６８ｅに電気的に接続されている。配線７５ｆは、グランド電極６８ｆに電気的に接続されている。配線７５ｄ、７５ｅおよび７５ｆは、端面８０ｄまで延伸する。位相調整電極６８ｄは、配線７５ｄを介してＡＢＣ回路２４と電気的に接続される。位相調整電極６８ｅは、配線７５ｅを介してＡＢＣ回路２４と電気的に接続される。グランド電極６８ｆは、配線７５ｆを介してＡＢＣ回路２４と電気的に接続される。
【0035】
位相調整電極６８ａ、６８ｂ、６８ｄおよび６８ｅの長さは、互いに等しい。変調電極６６ａ、６６ｂ、６６ｄおよび６６ｅの長さ、グランド電極６６ｃおよび６６ｆの長さは、互いに等しい。１つの変調電極の長さは、１つの位相調整電極の長さより大きく、例えば位相調整電極の長さの２．５倍である。グランド電極６８ｃおよび６８ｆの長さは互いに等しく、位相調整電極の長さより小さい。
【0036】
（親マッハツェンダ変調器）
親マッハツェンダ変調器４４ａは、アーム導波路５５ａおよび５５ｂ、位相調整電極７０ａおよび７０ｂ、ならびにグランド電極７０ｃを有する。アーム導波路５５ａの第１の端部は、カプラ６２ａの出力端に接続されている。アーム導波路５５ｂの第１の端部は、カプラ６２ｂの出力端に接続されている。アーム導波路５５ａおよび５５ｂそれぞれの第２の端部は、カプラ６４の入力端に接続されている。アーム導波路５５ａおよび５５ｂは、子マッハツェンダ変調器に近い側では、半導体基板８０の端面８０ｃに平行であり、カプラ６４に近い側では屈曲する。
親マッハツェンダ変調器４４ａは、アーム導波路５５ａおよび５５ｂ、位相調整電極７０ａおよび７０ｂ、ならびにグランド電極７０ｃを有する。アーム導波路５５ａの第１の端部は、カプラ６２ａの出力端に接続されている。アーム導波路５５ｂの第１の端部は、カプラ６２ｂの出力端に接続されている。アーム導波路５５ａおよび５５ｂそれぞれの第２の端部は、カプラ６４の入力端に接続されている。アーム導波路５５ａおよび５５ｂは、子マッハツェンダ変調器に近い側では、半導体基板８０の端面８０ｃに平行であり、カプラ６４に近い側では屈曲する。
【0037】
位相調整電極７０ａは、アーム導波路５５ａの上に設けられている。位相調整電極７０ｂは、アーム導波路５５ｂの上に設けられている。グランド電極７０ｃは、アーム導波路５５ａとアーム導波路５５ｂとの間に設けられている。位相調整電極７０ａおよび７０ｂ、グランド電極７０ｃは、アーム導波路と同じ方向に延伸し、端面８０ｃに平行である。
【0038】
配線７６ａは、位相調整電極７０ａの端部に電気的に接続され、端面８０ｃまで延伸する。配線７６ｂは、位相調整電極７０ｂの端部に電気的に接続され、端面８０ｄまで延伸する。配線７６ｃは、グランド電極７０ｃの端部に電気的に接続され、端面８０ｃまで延伸する。位相調整電極７０ａは、配線７６ａを介してＡＢＣ回路２４と電気的に接続される。位相調整電極７０ｂは、配線７６ｂを介してＡＢＣ回路２４と電気的に接続される。グランド電極７０ｃは、配線７６ｃを介してＡＢＣ回路２４と電気的に接続される。
【0039】
図２Ｂは、図２Ａの線Ａ－Ａに沿った断面図であり、子マッハツェンダ変調器４２ａの断面を図示している。子マッハツェンダ変調器４２ｂおよび親マッハツェンダ変調器４４ａも、子マッハツェンダ変調器４２ａと同様の構成を有する。
【0040】
図２Ｂに示すように、半導体基板８０の上面に、クラッド層８２（第１半導体層）が設けられている。クラッド層８２は、２つの位置において、半導体基板８０とは反対側（図中の上方）に突出する。当該突出部分に、コア層８４、クラッド層８６、およびコンタクト層８８が、順に積層されている。クラッド層８２、コア層８４、クラッド層８６、およびコンタクト層８８が、メサ状のアーム導波路５４ａおよび５４ｂを形成する。クラッド層８６およびコンタクト層８８は、第２半導体層に対応する。
【0041】
半導体基板８０は、例えば半絶縁性のインジウムリン（ＩｎＰ）で形成されている。クラッド層８２は、例えば厚さ８００ｎｍのｎ型ＩｎＰ（ｎ－ＩｎＰ）で形成されている。クラッド層８６は、例えば厚さ１３００ｎｍのｐ－ＩｎＰで形成されている。コンタクト層８８は、例えば厚さ２００ｎｍのｐ－ＩｎＧａＡｓで形成されている。ｎ型のクラッド層８２には、例えばシリコン（Ｓｉ）がドープされている。ｐ型のクラッド層８６およびコンタクト層８８には、例えば亜鉛（Ｚｎ）がドープされている。
【0042】
コア層８４は、例えば多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）を有する。コア層８４は、交互に積層された複数の井戸層とバリア層とを含む。井戸層は、例えばアルミニウムガリウムインジウム砒素（ＡｌＧａＩｎＡｓ）で形成される。バリア層は、例えばアルミニウムインジウム砒素（ＡｌＩｎＡｓ）で形成される。コア層８４の厚さは、例えば５００ｎｍである。
【0043】
半導体基板８０の上面、クラッド層８２の表面、アーム導波路５４ａおよび５４ｂの側面および上面は、絶縁膜８１に覆われる。絶縁膜８１は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの絶縁体で形成されている。樹脂層８５は、例えばベンゾシクロブテン（ＢＣＢ：Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）などで形成され、絶縁膜８１の表面を覆う。絶縁膜８１および樹脂層８５は、クラッド層８２の上面のうちアーム導波路間の部分に開口部を有し、アーム導波路５４ａおよび５４ｂの上に開口部を有する。
【0044】
変調電極６６ａは、アーム導波路５４ａの上に設けられている。変調電極６６ｂは、アーム導波路５４ｂの上に設けられている。変調電極６６ａおよび６６ｂは、絶縁膜８１および樹脂層８５の開口部から露出するコンタクト層８８と電気的に接続される。グランド電極６６ｃは、クラッド層８２の上に設けられ、絶縁膜８１および樹脂層８５から露出するクラッド層８２と電気的に接続される。図２Ａに示す位相調整電極６８ａおよび６８ｂも、コンタクト層８８の上面に設けられている。グランド電極６８ｃも、クラッド層８２の上面に設けられている。
【0045】
変調電極および位相調整電極は、それぞれオーミック電極層および配線層を有する。オーミック電極層は、例えば白金（Ｐｔ）の層、チタン（Ｔｉ）の層、白金（Ｐｔ）の層、および金（Ａｕ）の層を含む。これらの層は、コンタクト層８８側から順に積層されている。配線層は、例えばＡｕなどで形成され、オーミック電極層の上面に接触する。グランド電極は、例えば合金層およびＡｕ層を有する。合金層は、例えばＡｕ、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびニッケル（Ｎｉ）の合金で形成される。Ａｕ層は、合金層の上面に接触する。図２Ａに示した配線は、図２Ｂの樹脂層８５の上に設けられ、例えばＡｕなどの金属で形成される。
【0046】
（光送信装置の動作）
次に光送信装置１００の動作について説明する。図１Ａに示す制御部１０のレーザ制御部１４は、波長可変レーザ素子２２に光を出射させる。図２Ａに示す光変調器４０ａの入力導波路５０に入射した光は、カプラ５８において分岐し、アーム導波路５２ａおよび５２ｂを伝搬する。アーム導波路５２ａを伝搬する光は、カプラ６０ａにおいて分岐し、アーム導波路５４ａおよび５４ｂを伝搬する。アーム導波路５２ｂを伝搬する光は、カプラ６０ｂにおいて分岐し、アーム導波路５４ｃおよび５４ｄを伝搬する。
次に光送信装置１００の動作について説明する。図１Ａに示す制御部１０のレーザ制御部１４は、波長可変レーザ素子２２に光を出射させる。図２Ａに示す光変調器４０ａの入力導波路５０に入射した光は、カプラ５８において分岐し、アーム導波路５２ａおよび５２ｂを伝搬する。アーム導波路５２ａを伝搬する光は、カプラ６０ａにおいて分岐し、アーム導波路５４ａおよび５４ｂを伝搬する。アーム導波路５２ｂを伝搬する光は、カプラ６０ｂにおいて分岐し、アーム導波路５４ｃおよび５４ｄを伝搬する。
【0047】
図１Ａの制御部１０の変調制御部１６は、送信データに基づいて変調信号を生成し、ドライバＩＣ２６に入力する。ドライバＩＣ２６から、子マッハツェンダ変調器４２ａの変調電極６６ａおよび６６ｂに変調信号が入力される。ドライバＩＣ２６から、子マッハツェンダ変調器４２ｂの変調電極６６ｄおよび６６ｅに、変調信号が入力される。変調信号の入力により、アーム導波路の屈折率が変化し、光の変調が行われる。
【0048】
アーム導波路５４ａを伝搬する変調光と、アーム導波路５４ｂを伝搬する変調光とは、カプラ６２ａで合波する。合波後の変調光は、親マッハツェンダ変調器４４ａのアーム導波路５５ａを伝搬する。アーム導波路５４ｃを伝搬する変調光と、アーム導波路５４ｄを伝搬する変調光とは、カプラ６２ｂで合波する。合波後の変調光は、親マッハツェンダ変調器４４ａのアーム導波路５５ｂを伝搬する。アーム導波路５５ａを伝搬する光と、アーム導波路５５ｂを伝搬する光とは、カプラ６４で合波し、出力導波路５６を伝搬する。変調光は、出力導波路５６から、光変調器４０ａの外に出射される。
【0049】
制御部１０の位相制御部１２は、ＡＢＣ回路２４を用いて自動バイアス制御を行い、光の位相を調整する。ＡＢＣ回路２４が、位相調整電極に電圧を印加することで、アーム導波路の屈折率が変化し、光路長が変化する。光路長の変化により、アーム導波路を伝搬する光の位相が変化する。位相制御部１２は、親マッハツェンダ変調器４４ａにおける光の位相と、子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂそれぞれにおける光の位相とを、独立に制御することができる。
【0050】
子マッハツェンダ変調器４２ａに変調信号が入力されていない状態で、アーム導波路５４ａを伝搬する光と、アーム導波路５４ｂを伝搬する光との位相差がπ（ｒａｄ）、またはπ±２π×ｎ（ｎは負または正の整数）になる。すなわち、子マッハツェンダ変調器４２ａは消光点に調整される。子マッハツェンダ変調器４２ｂも消光点に調整される。消光点に調整された状態が、子マッハツェンダ変調器の動作点である。
【0051】
親マッハツェンダ変調器４４ａのアーム導波路５５ａを伝搬する変調光と、アーム導波路５５ｂを伝搬する変調光との位相差が、０．５π（ｒａｄ）、または０．５πに等価な値になる。０．５πに等価な値は、０．５π±２π×ｎ、１．５π±２π×ｎである（ｎは負または正の整数）。アーム導波路５５ａを伝搬する変調光と、アーム導波路５５ｂを伝搬する変調光とが、直交する。
【0052】
光変調器４０ａに用いられる変調方式としては、例えばＱＰＳＫ変調方式がある。ＱＰＳＫ変調方式では、変調信号の４値のシンボル符号００、０１、１０および１１それぞれに対応した変調光を生成する。変調光を生成するために、ドライバＩＣ２６は、変調電極に電圧を印加する。
【0053】
変調電極６６ａに印加される電圧をＶＩｐとし、変調電極６６ｂに印加される電圧をＶＩｎとする。変調電極６６ｄに印加される電圧をＶＱｐとし、変調電極６６ｅに印加される電圧をＶＱｎとする。電圧ＶＩｐ、ＶＩｎ、ＶＱｐおよびＶＱｎのそれぞれは、バイアス電圧Ｖｂと振幅電圧Ｖｐｐとから計算される。
【0054】
数１は、シンボル符号００に対応する電圧ＶＩｐ、ＶＩｎ、ＶＱｐおよびＶＱｎを示す。
数２は、シンボル符号０１に対応する電圧ＶＩｐ、ＶＩｎ、ＶＱｐおよびＶＱｎを示す。
数３は、シンボル符号１０に対応する電圧ＶＩｐ、ＶＩｎ、ＶＱｐおよびＶＱｎを示す。
数４は、シンボル符号１１に対応する電圧ＶＩｐ、ＶＩｎ、ＶＱｐおよびＶＱｎを示す。
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【0055】
図３から図５Ｂは、出力光のコンスタレーション図の例である。各図におけるＩｐは、Ｉｃｈの子マッハツェンダ変調器４２ａのｐ側のアーム導波路５４ａの出力光である。Ｉｎは、Ｉｃｈの子マッハツェンダ変調器４２ａのｎ側のアーム導波路５４ｂの出力光である。Ｑｐは、Ｑｃｈの子マッハツェンダ変調器４２ｂのｐ側のアーム導波路５４ｃの出力光である。Ｑｎは、Ｑｃｈの子マッハツェンダ変調器４２ｂのｎ側のアーム導波路５４ｄの出力光である。
【0056】
図３は、無変調の状態におけるコンスタレーション図である。振幅電圧Ｖｐｐは０Ｖである。複数の変調電極のそれぞれには、バイアス電圧Ｖｂが印加される。子マッハツェンダ変調器は、消光点に調整されている。子マッハツェンダ変調器４２ａのｐ側のアーム導波路５４ａの出力光Ｉｐの位相と、ｎ側のアーム導波路５４ｂの出力光Ｉｎの位相とは、互いに反転している。２つのアーム導波路の出力光は打ち消しあう。子マッハツェンダ変調器４２ｂのアーム導波路５４ｃの出力光Ｑｐの位相と、アーム導波路５４ｄの出力光Ｑｎの位相とは、互いに反転している。２つのアーム導波路の出力光は打ち消しあう。
【0057】
図４Ａは、シンボル符号００におけるコンスタレーション図である。数１で示す電圧を、各変調電極に印加する。数１中の電圧Ｖｐｐ／２により、アーム導波路５４ａの出力光Ｉｐは、図３から反時計回りに、約π／２回転する。電圧－Ｖｐｐ／２により、アーム導波路５４ｂの出力光Ｉｎは、図３から時計回りに、約π／２回転する。子マッハツェンダ変調器４２ａの出力光は、出力光Ｉｐと出力光Ｉｎとを合波して得られるものであり、Ｉ軸上のベクトルで表される。アーム導波路５４ｃの出力光Ｑｐは、図３から反時計回りに、約π／２回転する。アーム導波路５４ｄの出力光Ｑｎは、図３から時計回りに、約π／２回転する。子マッハツェンダ変調器４２ｂの出力光は、出力光Ｑｐと出力光Ｑｎとを合波して得られるものであり、Ｑ軸上のベクトルで表される。子マッハツェンダ変調器４２ａの出力光と子マッハツェンダ変調器４２ｂの出力光とを合波することで、シンボル符号００に対応する光変調器４０ａの出力光が得られる。出力光は、第１象限に位置するベクトルで表される。
【0058】
図４Ｂは、シンボル符号０１におけるコンスタレーション図である。数２で示す電圧を、各変調電極に印加する。アーム導波路５４ａの出力光Ｉｐは、図３から時計回りに、約π／２回転する。アーム導波路５４ｂの出力光Ｉｎは、図３から反時計回りに、約π／２回転する。子マッハツェンダ変調器４２ａの出力光は、Ｉ軸上のベクトルで表される。アーム導波路５４ｃの出力光Ｑｐは、図３から反時計回りに、約π／２回転する。アーム導波路５４ｄの出力光Ｑｎは、図３から時計回りに、約π／２回転する。子マッハツェンダ変調器４２ｂの出力光は、Ｑ軸上のベクトルで表される。シンボル符号０１に対応する光変調器４０ａの出力光は、第２象限に位置するベクトルで表される。
【0059】
図５Ａは、シンボル符号１０におけるコンスタレーション図である。数３で示す電圧を、各変調電極に印加する。アーム導波路５４ａの出力光Ｉｐは、図３から反時計回りに、約π／２回転する。アーム導波路５４ｂの出力光Ｉｎは、図３から時計回りに、約π／２回転する。子マッハツェンダ変調器４２ａの出力光は、Ｉ軸上のベクトルで表される。アーム導波路５４ｃの出力光Ｑｐは、図３から時計回りに、約π／２回転する。アーム導波路５４ｄの出力光Ｑｎは、図３から反時計回りに、約π／２回転する。子マッハツェンダ変調器４２ｂの出力光は、Ｑ軸上のベクトルで表される。光変調器４０ａの出力光は、第４象限に位置するベクトルで表される。
【0060】
図５Ｂは、シンボル符号１１におけるコンスタレーション図である。数４で示す電圧を、各変調電極に印加する。アーム導波路５４ａの出力光Ｉｐは、図３から時計回りに、約π／２回転する。アーム導波路５４ｂの出力光Ｉｎは、図３から反時計回りに、約π／２回転する。子マッハツェンダ変調器４２ａの出力光は、Ｉ軸上のベクトルで表される。アーム導波路５４ｃの出力光Ｑｐは、図３から時計回りに、約π／２回転する。アーム導波路５４ｄの出力光Ｑｎは、図３から反時計回りに、約π／２回転する。子マッハツェンダ変調器４２ｂの出力光は、Ｑ軸上のベクトルで表される。光変調器４０ａの出力光は、第３象限に位置するベクトルで表される。
【0061】
図４Ａから図５Ｂに示すように、各アーム導波路の光の位相を、無変調時から時計回りまたは反時計回りに約π／２回転させることで、変調光の強度が最大となる。振幅電圧Ｖｐｐが、信号の位相をπ回転させる電圧Ｖπに等しければよい。電圧Ｖπの１／２倍である電圧Ｖπ／２は、位相をπ／２回転させる電圧である。Ｖｐｐ＝Ｖπのとき、Ｖｐｐ／２＝Ｖπ／２である。数１から数４の±Ｖｐｐ／２は、電圧±Ｖπ／２に等しくなり、光の位相を±π／２回転させる。
【0062】
ドライバＩＣ２６の消費電力の増加を抑制するためには、振幅電圧Ｖｐｐを小さくすることが効果的である。振幅電圧Ｖｐｐの上限を、例えば１．７Ｖとする。一方、図６Ａおよび図６Ｂで説明するように、バイアス電圧Ｖｂを定めることで、π／２の位相回転に対応する振幅電圧Ｖｐｐも決まる。
【0063】
図６Ａは、電圧と位相変化量との関係を例示する図である。横軸は、子マッハツェンダ変調器４２ａの変調電極に印加される電圧を表す。縦軸は、子マッハツェンダ変調器４２ａのアーム導波路における光の位相の変化量Δφを表す。電圧の増加に伴い、位相変化量Δφも大きくなる。
【0064】
図６Ａの破線は、１１．５Ｖを示す。バイアス電圧Ｖｂが１１．５Ｖの場合、点線で示す位置では、１１．５Ｖの位置を基準として、位相変化量が±π／２となる。つまり、２つのアーム導波路間の位相変化量の差が、πとなる。具体的には、変調電極６６ａに印加する電圧を、Ｖｂ＋Ｖｐｐ／２＝１２．３５Ｖとする。アーム導波路５４ａの出力光が、π／２回転する。変調電極６６ｂに印加する電圧を、Ｖｂ－Ｖｐｐ／２＝１０．６５Ｖとする。アーム導波路５４ｂの出力光が、－π／２回転する。図４Ａに示したような変調が可能である。このとき、Ｖπ／２＝Ｖｐｐ／２＝０．８５Ｖである。振幅電圧Ｖｐｐは１．７Ｖであり、上限の値に等しい。
【0065】
図６Ａに示すように、位相変化量Δφは、電圧に対して非線形な関係を有する。電圧が大きいほど、位相変化量Δφの変化率（傾き）は大きくなる。Ｖｂ＝１１．５Ｖの場合の位相変化量の傾きは、Ｖｂ＜１１．５Ｖでの傾きに比べて大きい。このため、Ｖπ／２が小さくなる。バイアス電圧Ｖｂが１１．５Ｖ未満の場合、位相変化量の傾きが小さくなるため、振幅電圧Ｖｐｐは１．７Ｖを超える。振幅電圧Ｖｐｐを１．７Ｖ以下にするためには、バイアス電圧Ｖｂは１１．５Ｖ以上とする。
【0066】
マッハツェンダ変調器ごとに、電圧に対する位相の変化の割合（位相調整効率）に、ばらつきが生じることがある。位相調整効率の違いは、クラッド層８２および８６、コンタクト層８８などへの、ドーパントの熱拡散量のばらつきに起因すると考えられる。ドーパントの熱拡散量に違いが生じることで、電圧を印加した際にコア層８４に発生する電界の強度にも違いが生じる。電界強度に違いがあると、屈折率にも違いが生じ、位相変化量も異なる大きさとなる。ドーパントの熱拡散量のばらつきによって、バンドギャップエネルギーもばらつくため、位相変化量も変化する。ここでは、子マッハツェンダ変調器４２ａに比べて、子マッハツェンダ変調器４２ｂの位相調整効率が高いものとする。
【0067】
図６Ｂは、電圧と位相変化量との関係を例示する図である。横軸は、子マッハツェンダ変調器４２ｂの変調電極に印加される電圧を表す。縦軸は、子マッハツェンダ変調器４２ｂのアーム導波路における光の位相の変化量Δφを表す。同一の電圧で比較すると、図６Ｂにおける位相変化量Δφは、図６Ａよりも大きい。子マッハツェンダ変調器４２ａと同様に、Ｖｂ＝１１．５Ｖとすると、π／２の位相回転に対応する電圧Ｖπ／２は、０．７Ｖとなる。子マッハツェンダ変調器４２ｂの振幅電圧Ｖｐｐは、子マッハツェンダ変調器４２ａより小さくなり、１．４Ｖである。図６Ｂに点線で示すように、Ｖｂ＋Ｖｐｐ／２＝１２．２Ｖである。Ｖｂ－Ｖｐｐ／２＝１０．８Ｖである。
【0068】
図６Ａおよび図６Ｂに示したように、バイアス電圧Ｖｂを例えば１１．５Ｖとすることで、位相調整効率の高い子マッハツェンダ変調器４２ｂと、位相調整効率の低い子マッハツェンダ変調器４２ａとの両方において、振幅電圧Ｖｐｐを１．７Ｖ以下とすることができる。振幅電圧Ｖｐｐを小さくすることで、ドライバＩＣ２６の消費電力を低減することができる。
【0069】
位相調整効率と、アーム導波路における光の吸収損失との間には、正の相関がある。アーム導波路の屈折率の変化と光吸収量との間には、クラマース・クローニッヒの関係が成立するためである。位相調整効率が小さいほど、吸収損失は小さくなる。位相調整効率が大きいほど、吸収損失は大きくなる。
【0070】
【0071】
図７Ａは、子マッハツェンダ変調器４２ａの例を示す。図７Ｂは、子マッハツェンダ変調器４２ｂの例を示す。子マッハツェンダ変調器４２ｂにおける吸収損失の変化量は、子マッハツェンダ変調器４２ａにおける吸収損失の変化量より大きい。例えば１１．５Ｖにおいて、子マッハツェンダ変調器４２ａの吸収損失の変化量は、０．１８ｄＢである。子マッハツェンダ変調器４２ｂの吸収損失の変化量は、１．１ｄＢである。
【0072】
ドライバＩＣ２６の消費電力を低減するために、位相調整効率の大きな子マッハツェンダ変調器４２ｂ、および位相調整効率の小さな子マッハツェンダ変調器４２ａの両方において、振幅電圧Ｖｐｐを小さくする。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂの両方に対し、バイアス電圧Ｖｂを例えば１１．５Ｖとすればよい。しかし、図７Ｂに示すように、子マッハツェンダ変調器４２ｂの吸収損失の変化量は、子マッハツェンダ変調器４２ａよりも大きくなる。光の吸収損失の増加を抑制するためには、マッハツェンダ変調器ごとに、変調電極に印加する電圧を最適化することが重要である。
【0073】
（製造方法）
図８は、光変調器４０ａの製造方法を例示するフローチャートであり、電圧を最適化する工程を含む。図８に示すように、まずマッハツェンダ変調器を形成する（ステップＳ１からＳ３）。有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などにより、ウェハ（半導体基板８０）の上面に、クラッド層８２、コア層８４、クラッド層８６、およびコンタクト層８８をエピタキシャル成長する。原料ガスにドーパントを添加することで、ｎ型のクラッド層８２、ｐ型のクラッド層８６およびコンタクト層８８が形成される（ステップＳ１）。ドーパントの熱拡散量にばらつきがあると、図４Ａおよび図４Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂに示したように位相調整効率もばらつく。
図８は、光変調器４０ａの製造方法を例示するフローチャートであり、電圧を最適化する工程を含む。図８に示すように、まずマッハツェンダ変調器を形成する（ステップＳ１からＳ３）。有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などにより、ウェハ（半導体基板８０）の上面に、クラッド層８２、コア層８４、クラッド層８６、およびコンタクト層８８をエピタキシャル成長する。原料ガスにドーパントを添加することで、ｎ型のクラッド層８２、ｐ型のクラッド層８６およびコンタクト層８８が形成される（ステップＳ１）。ドーパントの熱拡散量にばらつきがあると、図４Ａおよび図４Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂに示したように位相調整効率もばらつく。
【0074】
ドライエッチングなどで、図２Ｂに示したようなメサ状のアーム導波路を形成する（ステップＳ２）。絶縁膜８１および樹脂層８５を形成する。ドライエッチングなどで絶縁膜８１および樹脂層８５に開口部を形成する。真空蒸着などにより電極（変調電極、位相調整電極およびグランド電極）を形成する（ステップＳ３）。半導体基板８０に、子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂ、ならびに親マッハツェンダ変調器４４ａが形成される。ウェハをダイシングし、複数の光変調器４０ａを形成する。
【0075】
複数の光変調器４０ａのそれぞれを基板４１に配置し、ＡＢＣ回路２４およびドライバＩＣ２６と電気的に接続する。光変調器４０ａごとに試験を行う。具体的には、子マッハツェンダ変調器４２ａの試験を行い、変調電極６６ａおよび６６ｂに印加する電圧を最適化する（ステップＳ４）。子マッハツェンダ変調器４２ｂの試験を行い、変調電極６６ｄおよび６６ｅに印加する電圧を最適化する（ステップＳ５）。以上の工程で光変調器４０ａが形成される。
【0076】
【0077】
子マッハツェンダ変調器４２ａの試験（図８のステップＳ４）を行う際、制御部１０の位相制御部１２は、子マッハツェンダ変調器４２ｂの位相調整電極に電圧を印加し、子マッハツェンダ変調器４２ｂを消光点に調整する。制御部１０のレーザ制御部１４は、波長可変レーザ素子２２を駆動し、波長可変レーザ素子２２から、光変調器４０ａに光を入射する。不図示の受光素子などが、子マッハツェンダ変調器４２ａの出射光を受光する。制御部１０は、入射光の強度と出射光の強度とを比較することで、アーム導波路における光の透過率を測定する。
【0078】
制御部１０は、ＡＢＣ回路２４から子マッハツェンダ変調器４２ａの位相調整電極６８ａに印加する電圧を掃引しながら、子マッハツェンダ変調器４２ａのアーム導波路５４ａにおける光の透過率（第１透過率）を測定する。制御部１０は、ＡＢＣ回路２４から位相調整電極６８ｂに印加する電圧を掃引しながら、子マッハツェンダ変調器４２ａのアーム導波路５４ｂにおける光の透過率（第１透過率）を測定する（図９のステップＳ１０）。制御部１０の算出部１５は、アーム導波路５４ａにおける光の透過率（第２透過率）、およびアーム導波路５４ｂにおける光の透過率（第２透過率）を算出する（ステップＳ１２）。
【0079】
算出部１５は、ステップＳ１２で計算された透過率が、ステップＳ１０で測定された透過率に近づくように、透過率の最適化を行う（ステップＳ１４）。透過率の最適化で、パラメータ（係数）が得られる。位相調整電極の長さと変調電極の長さとの比に基づき、パラメータを補正する（ステップＳ１５）。算出部１５は、変調電極に印加される電圧と、アーム導波路における位相変化量との関係を取得する（ステップＳ１６）。記憶制御部１８は、電圧と位相変化量との関係に基づき、位相変化量が所定の大きさとなるような電圧を取得し、例えば記憶装置３４に当該電圧を記憶させる（ステップＳ１８）。
【0080】
試験について、具体的に説明する。算出部１５は、透過率Ｔを、吸収損失の変化量ΔＬ１、初期位相差φ０、および位相変化量Δφの関数として計算する。算出部１５は、次式のように、１つのアーム導波路における位相変化量Δφを、位相調整電極への印加電圧Ｖの関数として算出する。
【数5】
【0081】
係数の初期値の例を以下に示す。
ｋ１＝１×１０－１（π／Ｖ）、ｋ２＝１×１０－２（π／Ｖ２）、ｋ３＝１×１０－５（π／Ｖ３）、ｋ４＝１×１０－６（π／Ｖ４）、ｋ５＝１×１０－７（π／Ｖ５）、ｋ６＝１×１０－８（π／Ｖ６）
ｋ１＝１×１０－１（π／Ｖ）、ｋ２＝１×１０－２（π／Ｖ２）、ｋ３＝１×１０－５（π／Ｖ３）、ｋ４＝１×１０－６（π／Ｖ４）、ｋ５＝１×１０－７（π／Ｖ５）、ｋ６＝１×１０－８（π／Ｖ６）
【0082】
図１０Ａは、算出された位相変化量を例示する図である。横軸は、子マッハツェンダ変調器４２ａの位相調整電極６８ａおよび６８ｂに印加される電圧を表す。縦軸は、位相変化量Δφを表す。実線は、ｐ側のアーム導波路（アーム導波路５４ａ）の位相変化量、およびｎ側のアーム導波路（アーム導波路５４ｂ）の位相変化量を表す。算出部１５は、アーム導波路５４ａおよび５４ｂに対して同じ関数（数５）および同じ係数（初期値）を用いて計算を行うため、アーム導波路間で位相変化量Δφも等しくなる。
【0083】
算出部１５は、次式のように、アーム導波路における光の吸収損失の変化量ΔＬ１を、位相調整電極への印加電圧Ｖの関数として算出する。
【数6】
【0084】
係数ａ１およびａ２の初期値を以下に示す。
ａ１＝１×１０－４（ｄＢ）、ａ２＝１．５（Ｖ）
ａ１＝１×１０－４（ｄＢ）、ａ２＝１．５（Ｖ）
【0085】
図１０Ｂは、算出された吸収損失の変化量を例示する図である。横軸は、子マッハツェンダ変調器４２ａの位相調整電極６８ａおよび６８ｂに印加される電圧を表す。縦軸は、吸収損失の変化量ΔＬ１を表す。実線は、アーム導波路５４ａの変化量ΔＬ１、およびアーム導波路５４ｂの変化量ΔＬ１を表す。アーム導波路５４ａおよび５４ｂに対して同じ関数（数６）および同じ係数を用いて計算を行うため、吸収損失の変化量ΔＬ１も同じになる。
【0086】
算出部１５は、透過率Ｔを算出する（ステップＳ１２）。次式のように、各アーム導波路における透過率Ｔは、吸収損失の変化量ΔＬ１、初期位相差φ０、および位相変化量Δφの関数として表される。
【数7】
【0087】
位相変化量Δφは、数５で表される。吸収損失の変化量ΔＬ１は、数６で表される。数７の余弦関数（ｃｏｓ）内の符号は、ｐ側のアーム導波路に対してはプラスであり、ｎ側のアーム導波路に対してはマイナスである。初期位相差φ０は、次式で表される。数８中のａｃｏｓは逆余弦関数である。
【数8】
【0088】
Ｔ０は、印加電圧が０Ｖのときの透過率であり、ステップＳ１０で測定される。位相調整電極６８ａへの印加電圧を掃引したときに、透過率に最初に現れる極点が極小点の場合、初期位相差φ０の符号はプラスとし、極大点の場合はマイナスとする。子マッハツェンダ変調器４２ａの例では、φ０＝０．４πとする。
【0089】
図１１Ａは、算出された透過率を例示する図である。図１１Ｂは、測定された透過率と最適化後の透過率とを例示する図である。図１１Ａおよび図１１Ｂの横軸は、子マッハツェンダ変調器４２ａの位相調整電極に印加される電圧を表す。縦軸は、光の透過率を表す。
【0090】
図１１Ａの実線は、ｐ側のアーム導波路（アーム導波路５４ａ）の透過率を表す。点線は、ｎ側のアーム導波路（アーム導波路５４ｂ）の透過率を表す。図１１Ａに示す透過率は、算出部１５が、図９のステップＳ１２において、数７および初期値を用いて算出したものである。図１１Ｂの実線は、アーム導波路５４ａの最適化後の透過率を表す。点線は、アーム導波路５４ｂの最適化後の透過率を表す。円は、アーム導波路５４ａの透過率の測定結果を表す。三角は、アーム導波路５４ｂの透過率の測定結果を表す。
【0091】
図９のステップＳ１４における最適化とは、ステップＳ１２で算出される透過率を、ステップＳ１０で測定される透過率に近づけ、両者の誤差を小さくすることである。図１１Ｂに実線で示す透過率は、図１１Ａに実線で示す透過率から変化し、図１１Ｂ中の円で示す測定された透過率に近づく。図１１Ｂに破線で示す透過率は、図１１Ａに破線で示す透過率から変化し、図１１Ｂ中の三角で示す測定された透過率に近づく。
【0092】
透過率を最適化することで、透過率の式（数７）に含まれる初期位相差φ０、位相変化量Δφおよび吸収損失の変化量ΔＬ１が変化する。位相変化量Δφおよび吸収損失の変化量ΔＬ１が、電圧との関係をより正確に示す関数となる。
【0093】
より詳細には、位相変化量Δφの式（数５）中の係数ｋ１からｋ６、および変化量ΔＬ１の式（数６）中の係数ａ１およびａ２が、初期値から変化する。最適化後の係数を以下に示す。
アーム導波路５４ａに対する係数
ｋ１＝８．３６×１０－２（π／Ｖ）、ｋ２＝２．１４×１０－３（π／Ｖ２）、ｋ３＝１．３３×１０－６（π／Ｖ３）、ｋ４＝１．３７×１０－５（π／Ｖ４）、ｋ５＝３．１５×１０－７（π／Ｖ５）、ｋ６＝９．５４×１０－９（π／Ｖ６）、ａ１＝４．１８×１０－４（ｄＢ）、ａ２＝２．２４（Ｖ）
アーム導波路５４ｂに対する係数
ｋ１＝１．０９×１０－１（π／Ｖ）、ｋ２＝１．２８×１０－３（π／Ｖ２）、ｋ３＝９．０４×１０－７（π／Ｖ３）、ｋ４＝６．６６×１０－６（π／Ｖ４）、ｋ５＝９．０４×１０－８（π／Ｖ５）、ｋ６＝１．９８×１０－８（π／Ｖ６）、ａ１＝８．９６×１０－４（ｄＢ）、ａ２＝２．６０（Ｖ）
透過率の最適化後の初期位相差φ０は、０．３８πである。
アーム導波路５４ａに対する係数
ｋ１＝８．３６×１０－２（π／Ｖ）、ｋ２＝２．１４×１０－３（π／Ｖ２）、ｋ３＝１．３３×１０－６（π／Ｖ３）、ｋ４＝１．３７×１０－５（π／Ｖ４）、ｋ５＝３．１５×１０－７（π／Ｖ５）、ｋ６＝９．５４×１０－９（π／Ｖ６）、ａ１＝４．１８×１０－４（ｄＢ）、ａ２＝２．２４（Ｖ）
アーム導波路５４ｂに対する係数
ｋ１＝１．０９×１０－１（π／Ｖ）、ｋ２＝１．２８×１０－３（π／Ｖ２）、ｋ３＝９．０４×１０－７（π／Ｖ３）、ｋ４＝６．６６×１０－６（π／Ｖ４）、ｋ５＝９．０４×１０－８（π／Ｖ５）、ｋ６＝１．９８×１０－８（π／Ｖ６）、ａ１＝８．９６×１０－４（ｄＢ）、ａ２＝２．６０（Ｖ）
透過率の最適化後の初期位相差φ０は、０．３８πである。
【0094】
これらの係数は、位相調整電極に印加される電圧と、位相変化量との関係を表すものである。変調電極に印加される電圧と、位相変化量との関係を取得するために、上記の係数を補正する。
【0095】
図２Ａに示すように、変調電極と位相調整電極とは、アーム導波路の上に設けられている。位相調整電極に電圧を印加した際の位相調整電極の単位長さ当たりの位相の変化量は、変調電極に電圧を印加した際の変調電極の単位長さ当たりの位相の変化量に等しいと推測される。変調電極の長さは、位相調整電極の長さより大きく、例えば位相調整電極の長さの２．５倍である。変調電極に電圧を印加した際の位相変化量は、位相調整電極に電圧を印加した際の位相変化量に比べ、長さの比と同程度の割合で変わるものと推測される。
【0096】
算出部１５は、電極の長さの比に基づき、上記の係数のうちｋ１からｋ６およびａ１のそれぞれを２．５倍することで、以下の係数を算出する（図９のステップＳ１５）。
アーム導波路５４ａに対する係数
ｋ１＝２．０９×１０－１（π／Ｖ）、ｋ２＝５．３４×１０－３（π／Ｖ２）、ｋ３＝３．３２×１０－６（π／Ｖ３）、ｋ４＝３．４２×１０－５（π／Ｖ４）、ｋ５＝７．８８×１０－７（π／Ｖ５）、ｋ６＝２．３８×１０－８（π／Ｖ６）、ａ１＝１．０５×１０－３（ｄＢ）
アーム導波路５４ｂに対する係数
ｋ１＝２．７３×１０－１（π／Ｖ）、ｋ２＝３．２１×１０－３（π／Ｖ２）、ｋ３＝２．２６×１０－６（π／Ｖ３）、ｋ４＝１．６６×１０－５（π／Ｖ４）、ｋ５＝２．２６×１０－７（π／Ｖ５）、ｋ６＝４．９６×１０－８（π／Ｖ６）、ａ１＝２．２４×１０－３（ｄＢ）
ａ２は、ｋ１などの補正前と同じである。算出部１５は、これらの係数を数５および数６に適用し、変調電極に電圧を印加した際の位相変化量および吸収損失の変化量を算出する。
アーム導波路５４ａに対する係数
ｋ１＝２．０９×１０－１（π／Ｖ）、ｋ２＝５．３４×１０－３（π／Ｖ２）、ｋ３＝３．３２×１０－６（π／Ｖ３）、ｋ４＝３．４２×１０－５（π／Ｖ４）、ｋ５＝７．８８×１０－７（π／Ｖ５）、ｋ６＝２．３８×１０－８（π／Ｖ６）、ａ１＝１．０５×１０－３（ｄＢ）
アーム導波路５４ｂに対する係数
ｋ１＝２．７３×１０－１（π／Ｖ）、ｋ２＝３．２１×１０－３（π／Ｖ２）、ｋ３＝２．２６×１０－６（π／Ｖ３）、ｋ４＝１．６６×１０－５（π／Ｖ４）、ｋ５＝２．２６×１０－７（π／Ｖ５）、ｋ６＝４．９６×１０－８（π／Ｖ６）、ａ１＝２．２４×１０－３（ｄＢ）
ａ２は、ｋ１などの補正前と同じである。算出部１５は、これらの係数を数５および数６に適用し、変調電極に電圧を印加した際の位相変化量および吸収損失の変化量を算出する。
【0097】
図１２Ａは、最適化後の位相変化量を例示する図である。横軸は、子マッハツェンダ変調器４２ａの変調電極６６ａおよび６６ｂへの印加電圧を表す。縦軸は、位相変化量Δφを表す。実線は、ｐ側のアーム導波路（アーム導波路５４ａ）の位相変化量を表す。点線は、ｎ側のアーム導波路（アーム導波路５４ｂ）の位相変化量を表す。図１２Ａに示すように、透過率の最適化と補正とによって得られた係数を数５に代入して計算することで、図６Ａに近い位相変化量が得られる。
【0098】
図１２Ｂは、最適化後の吸収損失の変化量を例示する図である。横軸は、子マッハツェンダ変調器４２ａの変調電極６６ａおよび６６ｂへの印加電圧を表す。縦軸は、吸収損失の変化量を表す。実線は、ｐ側のアーム導波路（アーム導波路５４ａ）の吸収損失の変化量を表す。点線は、ｎ側のアーム導波路（アーム導波路５４ｂ）の吸収損失の変化量を表す。図１２Ｂに示すように、透過率の最適化と補正とによって得られた係数を数６に代入して計算することで、図７Ａに近い変化量が得られる。
【0099】
図１３は、バイアス電圧と位相変化量の差との関係を例示する図である。横軸は、バイアス電圧Ｖｂを表す。縦軸は、変調電極６６ａに電圧Ｖｂ＋Ｖｐｐ／２が印加され、変調電極６６ｂに電圧Ｖｂ－Ｖｐｐ／２が印加されるときの、アーム導波路５４ａにおける位相変化量とアーム導波路５４ｂにおける位相変化量との差を表す。ドライバＩＣ２６の消費電力の増加を抑制するため、Ｖｐｐ＝１．７Ｖとする。図１３の横軸のバイアス電圧Ｖｂごとに、所定の振幅電圧Ｖｐｐ＝１．７Ｖを適用し、位相変化量の差を求める。アーム導波路５４ａとアーム導波路５４ｂとの間の位相変化量の差がπであればよい。図１３に示すように、Ｖｂ＝１１．５Ｖの場合、位相変化量の差がπとなる。図１Ｂに示す記憶装置３４は、子マッハツェンダ変調器４２ａのバイアス電圧Ｖｂを１１．５Ｖと記憶する。
【0100】
次に、子マッハツェンダ変調器４２ｂの試験を行う（図８のステップＳ５）。制御部１０の位相制御部１２は、子マッハツェンダ変調器４２ａの位相調整電極に電圧を印加し、子マッハツェンダ変調器４２ａを消光点に調整する。制御部１０は、ＡＢＣ回路２４から子マッハツェンダ変調器４２ｂの位相調整電極に印加する電圧を掃引しながら、子マッハツェンダ変調器４２ｂのアーム導波路５４ｃおよび５４ｄにおける光の透過率を測定する（図９のステップＳ１０）。制御部１０の算出部１５は、アーム導波路５４ｃにおける光の透過率、およびアーム導波路５４ｄにおける光の透過率を算出する（ステップＳ１２）。
【0101】
算出部１５は、ステップＳ１２で計算された透過率が、ステップＳ１０で測定された透過率に近づくように、最適化を行う（ステップＳ１４）。算出部１５は、位相調整電極の長さと変調電極の長さとの比に基づき、パラメータを補正する（ステップＳ１５）。算出部１５は、変調電極に印加される電圧と、位相変化量との関係を取得する（ステップＳ１６）。記憶制御部１８は、電圧と位相変化量との関係に基づき、位相変化量が所定の大きさとなる電圧を取得し、記憶装置３４に記憶させる（ステップＳ１８）。
【0102】
図１４は、測定された透過率と最適化後の透過率とを例示する図である。横軸は、子マッハツェンダ変調器４２ｂの位相調整電極６８ｄおよび６８ｅに印加される電圧を表す。縦軸は、光の透過率を表す。実線は、ｐ側のアーム導波路（アーム導波路５４ｃ）の最適化後の透過率を表す。点線は、ｎ側のアーム導波路（アーム導波路５４ｄ）の最適化後の透過率を表す。円は、アーム導波路５４ｃの透過率の測定結果を表す。三角は、アーム導波路５４ｄの透過率の測定結果を表す。透過率の最適化により、位相変化量および吸収損失の変化量が得られる。
【0103】
図１５Ａは、最適化後の位相変化量を例示する図である。横軸は、子マッハツェンダ変調器４２ｂの変調電極６６ｄおよび６６ｅへの印加電圧を表す。縦軸は、位相変化量Δφを表す。実線は、ｐ側のアーム導波路（アーム導波路５４ｃ）の位相変化量を表す。点線は、ｎ側のアーム導波路（アーム導波路５４ｄ）の位相変化量を表す。図１５Ａに示すように、透過率の最適化と補正とによって得られた係数を数５に代入して計算することで、図６Ｂに近い位相変化量が得られる。
【0104】
図１５Ｂは、最適化後の吸収損失の変化量を例示する図である。横軸は、子マッハツェンダ変調器４２ｂの変調電極６６ｄおよび６６ｅへの印加電圧を表す。縦軸は、吸収損失の変化量を表す。実線は、ｐ側のアーム導波路（アーム導波路５４ｃ）の吸収損失の変化量を表す。点線は、ｎ側のアーム導波路（アーム導波路５４ｄ）の吸収損失の変化量を表す。図１５Ｂに示すように、透過率の最適化と補正とによって得られた係数を数６に代入して計算することで、図７Ｂに近い変化量が得られる。
【0105】
図１６は、バイアス電圧と位相変化量の差との関係を例示する図である。横軸は、バイアス電圧Ｖｂを表す。縦軸は、変調電極６６ｄに電圧Ｖｂ＋Ｖｐｐ／２が印加され、変調電極６６ｅに電圧Ｖｂ－Ｖｐｐ／２が印加されるときの、アーム導波路５４ｃにおける位相変化量とアーム導波路５４ｄにおける位相変化量との差を表す。横軸のバイアス電圧Ｖｂごとに、所定の振幅電圧Ｖｐｐ＝１．７Ｖを適用し、位相変化量の差を求める。位相変化量の差がπであればよい。図１６に点線で示すように、Ｖｂ＝８．９Ｖの場合、位相変化量の差がπとなる。図１Ｂに示す記憶装置３４は、子マッハツェンダ変調器４２ｂのバイアス電圧Ｖｂを８．９Ｖと記憶する。
【0106】
表１は、記憶装置３４が記憶するデータテーブルの例である。
【表1】
【0107】
Ｉｃｈ側（子マッハツェンダ変調器４２ａ）のバイアス電圧Ｖｂは、１１．５Ｖである。Ｑｃｈ側（子マッハツェンダ変調器４２ｂ）のバイアス電圧Ｖｂは、８．９Ｖである。
【0108】
第１実施形態によれば、制御部１０は、変調電極に印加される電圧と位相変化量との関係を取得し、変調時の位相変化量が所定の大きさとなる電圧を取得する。最適化された電圧をマッハツェンダ変調器に印加することで、光を変調する。変調時の位相変化量を所定の大きさとし、かつ光の吸収損失の増加を抑制することができる。
【0109】
光変調器４０ａは、２つの子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂを有する。子マッハツェンダ変調器４２ｂの位相調整効率は、子マッハツェンダ変調器４２ａに比べて高い。子マッハツェンダ変調器４２ｂに、子マッハツェンダ変調器４２ａと同一のバイアス電圧を印加すると、子マッハツェンダ変調器４２ｂにおける光の吸収損失が、子マッハツェンダ変調器４２ａにおける光の吸収損失よりも増加する。図１５Ｂに示すように、子マッハツェンダ変調器４２ｂのバイアス電圧Ｖｂを、子マッハツェンダ変調器４２ａのバイアス電圧と等しい１１．５Ｖとすると、吸収損失の変化量は１．１ｄＢである。
【0110】
図９の試験により、子マッハツェンダ変調器ごとに電圧を最適化する。表１に示すように、子マッハツェンダ変調器４２ａのバイアス電圧Ｖｂを１１．５Ｖとし、子マッハツェンダ変調器４２ｂのバイアス電圧Ｖｂを８．９Ｖとする。子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂの位相変化量を所定の大きさとし、かつ光の吸収損失の増加を抑制することができる。子マッハツェンダ変調器４２ｂのバイアス電圧Ｖｂを８．９Ｖとすることで、吸収損失の変化量を０．２６ｄＢに低減することができる。
【0111】
図１３に示すように、制御部１０は、子マッハツェンダ変調器４２ａでの変調時において、アーム導波路５４ａにおける位相変化量と、アーム導波路５４ｂにおける位相変化量との差がπになる電圧を取得する。図１６に示すように、制御部１０は、子マッハツェンダ変調器４２ｂにおいても、位相変化量の差がπになる電圧を取得する。図４Ａから図５Ｂに示すように、各アーム導波路の出力光が±π／２回転する。例えば図４Ａでは、図３に比べて、アーム導波路５４ａの出力光Ｉｐの位相およびアーム導波路５４ｃの出力光Ｑｐの位相が＋π／２回転する。アーム導波路５４ｂの出力光Ｉｎの位相およびアーム導波路５４ｄの出力光Ｑｎの位相が－π／２回転する。ＱＰＳＫ方式の変調において、変調光が最大になる。
【0112】
子マッハツェンダ変調器は差動駆動される。変調していない場合、Ｖｐｐ＝０であり、変調電極にはバイアス電圧Ｖｂが印加される。図３のように、対になる２つのアーム導波路間の位相差はπである。例えば変調信号がシンボル符号００の場合、子マッハツェンダ変調器４２ａの変調電極６６ａおよび子マッハツェンダ変調器４２ｂの変調電極６６ｄに印加される電圧は、Ｖｂ＋Ｖｐｐ／２である。電圧Ｖｐｐ／２により、光の位相をπ／２回転させる。変調電極６６ｂおよび変調電極６６ｅに印加される電圧は、Ｖｂ－Ｖｐｐ／２である。電圧－Ｖｐｐ／２により、光の位相を－π／２回転させる（図４Ａ）。これらの光が合成されることで、変調時の出力光が最大になる。
【0113】
差動駆動以外の方法でマッハツェンダ変調器を駆動してもよい。駆動方法に関わらず、最適な電圧でマッハツェンダ変調器の位相変化量を制御し、かつ吸収損失の増加を抑制することができる。
【0114】
変調方式などに応じて、変調時の各アーム導波路の位相変化量を±π／２以外の値としてもよい。制御部１０は、位相変化量が所定の大きさになるような電圧を取得する。変調方式は、ＱＰＳＫ以外に、例えば直交振幅変調（ＱＡＭ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式などでもよい。ＱＡＭ変調方式では、位相変調と振幅変調とを組み合わせる。
【0115】
ドライバＩＣ２６の消費電力の増加を抑制するため、振幅電圧Ｖｐｐは例えば１．７Ｖ以下であることが好ましい。図１３に示すように、振幅電圧Ｖｐｐを１．７Ｖなど所定の大きさに定めた場合に、２つのアーム導波路間の位相変化量の差がπになるバイアス電圧Ｖｂを取得する。バイアス電圧Ｖｂを最適な大きさとすることで、位相変化量を所定の大きさとし、光の吸収損失の増加を抑制することができる。振幅電圧Ｖｐｐが１．７Ｖであるため、ドライバＩＣ２６の消費電力を低減することができる。振幅電圧Ｖｐｐの上限は、１．７Ｖ以外の値でもよい。
【0116】
図２Ａに示すように、変調電極６６ａと位相調整電極６８ａとは、アーム導波路５４ａに設けられている。変調電極６６ｂと位相調整電極６８ｂとは、アーム導波路５４ｂに設けられている。変調電極６６ａおよび６６ｂが、同一の終端素子７８ａに接続されている。このため、変調電極６６ａに印加する直流電圧と、変調電極６６ｂに印加する直流電圧とを異ならせることが困難である。変調電極への電圧を掃引しながら、透過率を測定することも難しい。一方、位相調整電極６８ａに印加される直流電圧と、位相調整電極６８ｂに印加される直流電圧とを異ならせることができる。位相調整電極への電圧を掃引しながら、透過率を測定することが可能である。
【0117】
制御部１０は、位相調整電極に印加される電圧と、位相変化量との関係を取得する（図９のステップＳ１４、数５）。制御部１０は、変調電極の長さと位相調整電極の長さとの比に基づき、係数を補正し、変調電極に印加される電圧と、位相変化量との関係を取得する（ステップＳ１５およびＳ１６）。制御部１０は、各アーム導波路における位相変化量が例えばπ／２になるような電圧を取得する（ステップＳ１８）。位相変化量を所定の大きさとし、かつ光の吸収損失の増加を抑制することができる。
【0118】
具体的には、制御部１０は、図９のステップＳ１０において、位相調整電極に印加する電圧を掃引しながら透過率を測定し、ステップＳ１２において、透過率を算出する。図１１Ｂおよび図１４に示すように、制御部１０は、透過率のフィッティングを行い、算出された透過率を、測定された透過率に近づける。数７に示す透過率は、位相変化量Δφの関数である。数５に示す位相変化量Δφは、位相調整電極に印加される電圧の関数である。透過率のフィッティングによって、数５内の係数が、より適切な値になる。変調電極の長さと位相調整電極の長さとの比は、例えば２．５である。比に応じて、係数を比の定数倍（例えば２．５倍）する。定数倍後の係数を数５に当てはめることで、変調電極に印加される電圧と、位相変化量との間の精度の高い関係が得られる。制御部１０は、位相変化量が所定の大きさになる場合の、変調電極への印加電圧を取得する。位相変化量を所定の大きさとし、かつ光の吸収損失の増加を抑制することができる。透過率、位相変化量、および吸収損失の変化量は、上記の式以外の式から算出してもよい。
【0119】
図２Ｂに示すように、アーム導波路５４ａおよび５４ｂは、クラッド層８２、コア層８４、クラッド層８６およびコンタクト層８８を有する。他のアーム導波路も同じ構成を有する。クラッド層８２は、ｎ型の半導体層である。クラッド層８６およびコンタクト層８８は、ｐ型の半導体層である。ｎ型およびｐ型の導電型を得るために、ドーパントを添加する。ドーパントの熱拡散量がばらつくことで、マッハツェンダ変調器の位相調整効率にもばらつきが発生する。第１実施形態によれば、マッハツェンダ変調器ごとに、位相変化量が所定の大きさとなる電圧を取得する。位相調整効率に応じた電圧でマッハツェンダ変調器を駆動することで、変調時の光の位相を所定の大きさとし、かつ吸収損失の増加を抑制することができる。
【0120】
図１３および図１６の例では、制御部１０は、例えばバイアス電圧Ｖｂを６Ｖ以上、１３Ｖの範囲で０．１Ｖずつ刻みなどで変化させ、位相変化量を算出する。制御部１０は、二分法およびニュートン法などのアルゴリズムを用いて、適切なバイアス電圧Ｖｂを求めてもよい。
【0121】
光の波長に応じて、電圧と位相変化量との関係、電圧と吸収損失の変化量との関係が変わることがある。波長可変レーザ素子２２は、光変調器４０ａの動作時に使用すると推測される、複数の波長の光を入射する。制御部１０は、複数の波長ごとに図９の試験を行う。記憶装置３４は、複数の波長ごとのバイアス電圧を記憶する。制御部１０は、波長範囲のうち、例えば最短の波長および最長の波長で試験を行い、バイアス電圧を取得してもよい。制御部１０は、波長範囲のうち、例えば３つ以上の波長で試験を行い、バイアス電圧を取得してもよい。直線補間、多項式補間、スプライン補間などで補間することで、試験を実施しない波長におけるバイアス電圧も取得できる。
【0122】
第１実施形態では、１つの光変調器４０ａの子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂにおいて位相調整効率にばらつきがあり、子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂごとに最適な電圧を取得する。光変調器４０ａごとに位相調整効率がばらつくこともある。制御部１０は、複数の光変調器４０ａに試験を行い、光変調器４０ａごとの最適な電圧を取得する。図８および図９の工程では、図１Ａの光送信装置１００を、光変調器４０の試験装置として利用する。１つの光変調器４０ａを光送信装置１００に組み込み、試験を行う。光変調器４０ａを他の光変調器に交換し、さらに試験を行う。記憶装置３４は、複数の光変調器４０ａについての電圧を記憶してもよい。光送信装置１００を通信に使用する際などには、光送信装置１００に含まれる１つの光変調器４０ａの試験を行ってもよい。記憶装置３４は、当該１つの光変調器４０ａについての電圧だけを記憶してもよい。
【0123】
＜第２実施形態＞
第２実施形態は、光変調器４０としてＤＰ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）－ＩＱ変調器を用いる例である。光送信装置１００の構成は第１実施形態と同じである。
第２実施形態は、光変調器４０としてＤＰ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）－ＩＱ変調器を用いる例である。光送信装置１００の構成は第１実施形態と同じである。
【0124】
図１７は、光変調器４０ｂを例示する平面図である。光変調器４０ｂは、ＤＰ－ＩＱ変調器であり、２つの光変調器４３ａおよび４３ｂを有する。
【0125】
基板４１の上面に、半導体基板８０、４つの終端素子７８ａ、７８ｂ、７８ｃおよび７８ｄが搭載されている。終端素子７８ａ、７８ｂ、７８ｃおよび７８ｄは、例えば終端抵抗およびキャパシタなどを含む。終端素子７８ａおよび７８ｂは、半導体基板８０の端面８０ｃに対向する。終端素子７８ｃおよび７８ｄは、半導体基板８０の端面８０ｄに対向する。入力導波路５１、光変調器４３ａおよび４３ｂは、半導体基板８０に形成されている。
【0126】
入力導波路５１の第１の端部は、半導体基板８０の端面８０ａに位置する。入力導波路５１の第２の端部は、カプラ５９に接続されている。カプラ５９よりも後段に、２つの光変調器４３ａおよび４３ｂが並列に配置される。
【0127】
光変調器４３ａは、ＩＱ変調器であり、図２Ａの光変調器４０ａと同様に、２つの子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂ、ならびに親マッハツェンダ変調器４４ａを有する。光変調器４３ｂは、ＩＱ変調器であり、２つの子マッハツェンダ変調器４２ｃおよび４２ｄ、ならびに親マッハツェンダ変調器４４ｂを有する。子マッハツェンダ変調器４２ｃおよび４２ｄの構成は、子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂと同じである。親マッハツェンダ変調器４４ｂの構成は、親マッハツェンダ変調器４４ａと同じである。
【0128】
光変調器４３ａはＸチャネル（Ｘ偏波）の変調光を生成する。光変調器４３ｂはＹチャネル（Ｙ偏波）の変調光を生成する。Ｘ偏波の偏波面は、Ｙ偏波の偏波面と直交する。不図示の偏波回転素子および合波素子などを用いて、偏波面が直交するように、２つの変調光を合波する。
【0129】
光変調器４０ｂの製造方法は、図８と同様の工程である。制御部１０は、光変調器４０ｂ内のマッハツェンダ変調器それぞれに図９の試験を行う。光変調器４３ａの子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂ、ならびに親マッハツェンダ変調器４４ａの試験を行う際、光変調器４３ｂの子マッハツェンダ変調器４２ｃおよび４２ｄは、消光点に調整する。光変調器４３ｂの子マッハツェンダ変調器４２ｃおよび４２ｄ、ならびに親マッハツェンダ変調器４４ｂの試験を行う際、光変調器４３ａの子マッハツェンダ変調器４２ａおよび４２ｂは、消光点に調整する。
【0130】
表２は、記憶装置３４が記憶するデータテーブルの例である。記憶装置３４は、光変調器４０ｂの電圧を記憶する。
【表2】
【0131】
Ｘｃｈは、光変調器４３ａを表す。Ｘｃｈのうち、Ｉｃｈは子マッハツェンダ変調器４２ａを表す。Ｑｃｈは、子マッハツェンダ変調器４２ｂを表す。Ｙｃｈは、光変調器４３ｂを表す。Ｙｃｈのうち、Ｉｃｈは子マッハツェンダ変調器４２ｃを表す。Ｑｃｈは、子マッハツェンダ変調器４２ｄを表す。子マッハツェンダ変調器４２ａのバイアス電圧は、例えば８．９Ｖである。子マッハツェンダ変調器４２ｂのバイアス電圧は、例えば９．５Ｖである。子マッハツェンダ変調器４２ｃのバイアス電圧は、例えば９．４Ｖである。子マッハツェンダ変調器４２ｄのバイアス電圧は、例えば９．５Ｖである。
【0132】
第２実施形態によれば、マッハツェンダ変調器ごとに最適化された電圧で、マッハツェンダ変調器を駆動することで、変調時の位相変化量を所定の大きさとし、かつ光の吸収損失の増加を抑制することができる。
【0133】
光変調器４０の例は、第１実施形態ではＩＱ変調器、第２実施形態ではＤＰ－ＩＱ変調器とした。これら以外の光変調器に、本開示を適用してもよい。
【0134】
以上、本開示の実施形態について詳述したが、本開示は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【0135】
１０ 制御部
１２ 位相制御部
１４ レーザ制御部
１５ 算出部
１６ 変調制御部
１８ 記憶制御部
２２ 波長可変レーザ素子
２４ ＡＢＣ回路
２６ ドライバＩＣ
３０ ＣＰＵ
３２ ＲＡＭ
３４ 記憶装置
３６ インターフェース
４０、４０ａ、４０ａ－１、４０ａ－２、４０ｂ、４０ｂ－１、４０ｂ－２ 変調器
４１ 基板
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ 子マッハツェンダ変調器
４４ａ、４４ｂ 親マッハツェンダ変調器
５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂ、５５ａ、５５ｂ アーム導波路
５０、５１ 入力導波路
５６ 出力導波路
５８、５９、６０ａ、６０ｂ、６２ａ、６２ｂ、６４ カプラ
６６ａ、６６ｂ、６６ｄ、６６ｅ、 変調電極
６６ｃ、６６ｆ、６８ｃ、６８ｆ、７０ｃ グランド電極
６８ａ、６８ｂ、６８ｄ、６８ｅ、７０ａ、７０ｂ 位相調整電極
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ、７２ｅ、７２ｆ、７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅ、７４ｆ，７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ、７５ｅ、７５ｆ、７６ａ、７６ｂ、７６ｃ 配線
７８ａ、７８ｂ、７８ｃ、７８ｄ 終端素子
８０ 半導体基板
８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ 端面
８１ 絶縁膜
８２、８６ クラッド層
８４ コア層
８５ 樹脂層
８８ コンタクト層
１００ 光送信装置
１２ 位相制御部
１４ レーザ制御部
１５ 算出部
１６ 変調制御部
１８ 記憶制御部
２２ 波長可変レーザ素子
２４ ＡＢＣ回路
２６ ドライバＩＣ
３０ ＣＰＵ
３２ ＲＡＭ
３４ 記憶装置
３６ インターフェース
４０、４０ａ、４０ａ－１、４０ａ－２、４０ｂ、４０ｂ－１、４０ｂ－２ 変調器
４１ 基板
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ 子マッハツェンダ変調器
４４ａ、４４ｂ 親マッハツェンダ変調器
５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂ、５５ａ、５５ｂ アーム導波路
５０、５１ 入力導波路
５６ 出力導波路
５８、５９、６０ａ、６０ｂ、６２ａ、６２ｂ、６４ カプラ
６６ａ、６６ｂ、６６ｄ、６６ｅ、 変調電極
６６ｃ、６６ｆ、６８ｃ、６８ｆ、７０ｃ グランド電極
６８ａ、６８ｂ、６８ｄ、６８ｅ、７０ａ、７０ｂ 位相調整電極
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ、７２ｅ、７２ｆ、７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅ、７４ｆ，７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ、７５ｅ、７５ｆ、７６ａ、７６ｂ、７６ｃ 配線
７８ａ、７８ｂ、７８ｃ、７８ｄ 終端素子
８０ 半導体基板
８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ 端面
８１ 絶縁膜
８２、８６ クラッド層
８４ コア層
８５ 樹脂層
８８ コンタクト層
１００ 光送信装置
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17】