マッハツェンダ干渉素子
【課題】 負チャープを生じさせるマッハツェンダ干渉素子において、消光比のチューニングを容易にする。
【解決手段】 マッハツェンダ干渉素子は、入力カプラと、前記入力カプラに接続された第１および第２の半導体アームと、前記第１および第２の半導体アームの出力を干渉させる出力カプラと、前記第１の半導体アームに設けられた第１位相制御電極、第１変調電極、および補助電極と、前記第２の半導体アームに設けられた第２位相制御電極および第２変調電極と、を備え、前記第２変調電極の電極実効長は、前記第１変調電極の電極実効長よりも大きいことを特徴とする。
【解決手段】 マッハツェンダ干渉素子は、入力カプラと、前記入力カプラに接続された第１および第２の半導体アームと、前記第１および第２の半導体アームの出力を干渉させる出力カプラと、前記第１の半導体アームに設けられた第１位相制御電極、第１変調電極、および補助電極と、前記第２の半導体アームに設けられた第２位相制御電極および第２変調電極と、を備え、前記第２変調電極の電極実効長は、前記第１変調電極の電極実効長よりも大きいことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マッハツェンダ干渉素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
１５５０ｎｍ帯で１６〜２０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ程度の波長分散を持つ標準シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）では、負チャープ特性に起因して、光信号を伝送すると同時に光パルスが圧縮を受けて長距離まで伝送させることが可能になる。特許文献１は、負チャープを生じさせることができるマッハツェンダ干渉素子を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−９０３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
負チャープを生じさせるマッハツェンダ干渉素子において消光比をチューニングしようとすると、調整が煩雑になる。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、負チャープを生じさせるマッハツェンダ干渉素子において、消光比のチューニングを容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るマッハツェンダ干渉素子は、入力カプラと、前記入力カプラに接続された第１および第２の半導体アームと、前記第１および第２の半導体アームの出力を干渉させる出力カプラと、前記第１の半導体アームに設けられた第１位相制御電極、第１変調電極、および補助電極と、前記第２の半導体アームに設けられた第２位相制御電極および第２変調電極と、を備え、前記第２変調電極の電極実効長は、前記第１変調電極の電極実効長よりも大きいことを特徴とする。本発明に係る干渉素子によれば、消光比のチューニングが容易になる。
【０００７】
変調信号は、前記第１変調電極および前記第２変調電極のみに入力されてもよい。前記第１変調電極、前記第２変調電極、および前記補助電極には、同じ値のバイアスが印加されてもよい。前記第１変調電極および前記補助電極の電極実効長の和は、前記第２変調電極の電極実効長と実質的に等しくてもよい。前記第２変調電極は、前記第２の半導体アーム上で２つに分割され、前記第２変調電極の一方は、前記第１変調電極と同じ電極実効長を有し、前記第２変調電極の他方は、前記補助電極と同じ電極実効長を有し、前記分割された第２変調電極のいずれにも同じ変調信号が入力されてもよい。前記補助電極に、前記第１変調電極に入力される変調信号と同じ変調信号が入力されてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るマッハツェンダ干渉素子によれば、消光比のチューニングを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】比較例１に係るマッハツェンダ干渉素子の模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、無チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子におけるクロスポイント調整および消光比調整について説明するための図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、負チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子におけるクロスポイント調整および消光比調整について説明するための図である。
【図４】（ａ）は実施例１に係るマッハツェンダ干渉素子の上面模式図の例であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ間の断面模式図の例であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ間の断面模式図の例である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）はマッハツェンダ干渉素子におけるクロスポイント調整および消光比調整について説明するための図である
【図６】（ａ）および（ｂ）は実施例２に係るマッハツェンダ干渉素子の上面模式図の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（比較例１）
実施例の説明の前に、図１を参照しつつ、比較例１について説明する。
【００１１】
図１は、比較例１に係るマッハツェンダ干渉素子２００の模式図である。マッハツェンダ干渉素子２００は、２×２ＭＭＩからなる入力カプラ１１と、２×２ＭＭＩからなる出力カプラ１２と、入力カプラ１１と出力カプラ１２とを接続する第１半導体アーム１３ａおよび第２半導体アーム１３ｂと、を備える。第１半導体アーム１３ａ上には、コンタクト層を介して位相調整用電極１４ａが設けられるとともに、変調用電極１５ａが設けられている。第２半導体アーム１３ｂ上には、コンタクト層を介して位相調整用電極１４ｂが設けられるとともに、変調用電極１５ｂが設けられている。
【００１２】
比較例に係るマッハツェンダ干渉素子２００においては、変調用電極１５ａの長さが変調用電極１５ｂの長さと異なっている。この構成により、変調用電極１５ａと変調用電極１５ｂとに同じセンターバイアスと同じ振幅の変調信号を与えて、マッハツェンダ干渉素子２００の出力光強度がオフからオンに切り替わるときに光の周波数が低くなり、波長を長くすることができる。すなわち、マッハツェンダ干渉素子２００は、負チャープ特性を有している。なお、「電極の長さ」とは、電極自身の長さではなく、電極と半導体とが接している部分の長さ（電極窓の長さ）である。この電極の長さのことを電極実効長と称する。マッハツェンダ干渉素子２００の駆動時には、アイパターンのクロスポイントを５０％に設定し、かつ、消光比を大きくする必要がある。
【００１３】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、無チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子におけるクロスポイント調整および消光比調整について説明するための図である。無チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子とは、各アームにおける変調用電極の電極実効長が同じに設定されている干渉素子である。図２（ａ）は、クロスポイント調整および消光比調整の前のアイパターンを示す。図２（ａ）の例では、各アームの変調用電極に入力される作動の変調信号のセンターバイアスが−２Ｖであり、信号振幅Ｖｐｐが２Ｖに設定されている。
【００１４】
次に、いずれか一方のアームの位相調整用電極を用いてクロスポイントが５０％に設定される。図２（ｂ）は、設定されたクロスポイントでのアイパターンを示す。図２（ｂ）の例では、一方の位相調整用電極に−５Ｖのバイアスが印加されている。次に、変調信号のセンターバイアスを変化させることによって、消光比を拡大する。図２（ｃ）は、拡大された消光比を示し、図２（ｄ）は、最大の消光比を示す。図２（ｃ）の例では、センターバイアスが−４Ｖに設定されている。図２（ｄ）の例では、センターバイアスが−６Ｖに設定されている。なお、無チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子においては、センターバイアスを同じにすれば、消光比が変化してもアイパターンのクロスポイントは変化しない。つまり、消光比はセンターバイアスによって、またクロスポイントは位相調整用電極バイアスによって、各々独立にコントロールすることができる。また、位相調整用電極バイアスによって一度クロスポイントを５０％に設定すれば、センターバイアスを変えてもクロスポイントは殆ど変わらず、消光比だけを変えることができるため、調整が容易である。
【００１５】
図３（ａ）〜図３（ｆ）は、負チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子２００におけるクロスポイント調整および消光比調整について説明するための図である。図３（ａ）は、クロスポイント調整および消光比調整の前のアイパターンを示す。図３（ａ）の例では、変調用電極１５ａ，１５ｂに入力される作動の変調信号のセンターバイアスが−２Ｖであり、信号振幅Ｖｐｐが２Ｖに設定されている。
【００１６】
次に、位相調整用電極１４ａ，１４ｂのいずれかを用いてクロスポイントが５０％に設定される。図３（ｂ）は、設定されたクロスポイントでのアイパターンを示す。図３（ｂ）の例では、位相調整用電極１４ａ，１４ｂのいずれかに−５Ｖのバイアスが印加されている。次に、変調信号のセンターバイアスを変化させることによって、消光比を拡大する。この場合、負チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子２００では、センターバイアスを同じにしても、当該センターバイアスが印加される変調用電極１５ａの長さと変調用電極１５ｂの長さとが異なることから、クロスポイントもずれてしまう。図３（ｃ）は、センターバイアスが−４Ｖに設定され、消光比が拡大してクロスポイントが５０％からずれた例を示す。
【００１７】
そこで、位相調整用電極１４ａ，１４ｂを用いて、クロスポイントを再度５０％に調整する。図３（ｄ）は、クロスポイントが調整された例を示す。図３（ｄ）の例では、位相調整用電極１４ａ，１４ｂのいずれかに−６Ｖのバイアスが印加されている。次に、変調信号のセンターバイアスを変化させることによって、消光比を拡大する。この場合においても、消光比の拡大に伴ってクロスポイントがずれる。図３（ｅ）は、消光比が拡大してクロスポイントが５０％からずれた例を示す。図３（ｆ）は、さらにクロスポイントが調整された例を示す。
【００１８】
このように、負チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子２００では、消光比調整の際にクロスポイントがずれることから、消光比調整が煩雑となる。以下の、実施例においては、消光比の調整が容易なマッハツェンダ干渉素子について説明する。
【実施例１】
【００１９】
図４（ａ）は、実施例１に係るマッハツェンダ干渉素子１００の上面模式図の例である。図４（ａ）に示すように、マッハツェンダ干渉素子１００は、半導体基板上のメサ状の光導波路の経路を組み合わせて構成される。なお、図４（ａ）においては、各光導波路が透過して見えている。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ間の断面模式図の例であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ間の断面模式図の例である。
【００２０】
図４（ｂ）を参照して、光導波路は、半導体基板４１上に形成されている。半導体基板４１は、図３（ｂ）の半導体基板１と共通の半導体基板であってもよい。光導波路は、半導体基板４１上において、下クラッド層４２ａ、コア４３、上クラッド層４２ｂがこの順にメサ状に積層された構造を有している。半導体基板４１の上面、光導波路の上面および側面には、パッシベーション膜４４および絶縁膜４５が順に積層されている。
【００２１】
半導体基板４１は、ＩｎＰなどの半導体からなる。下クラッド層４２ａおよび上クラッド層４２ｂは、ＩｎＰなどの半導体からなる。コア４３は、下クラッド層４２ａおよび上クラッド層４２ｂよりもバンドギャップエネルギが小さい半導体からなり、ＩｎＧａＡｓＰ系バルク層、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ系量子井戸構造層などである。コア４３を通過する光は、下クラッド層４２ａおよび上クラッド層４２ｂによって閉じ込められる。パッシベーション膜４４は、ＩｎＰなどの半導体からなる。絶縁膜４５は、ＳｉＮなどの絶縁体からなる。
【００２２】
図４（ａ）を参照して、マッハツェンダ干渉素子１００には、第１入力端３１ａに接続された第１入力光導波路３２ａが設けられ、第２入力端３１ｂに接続された第２入力光導波路３２ｂが設けられている。第１入力光導波路３２ａおよび第２入力光導波路３２ｂは、入力カプラ３３で合流し、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂに分岐する。マッハツェンダ干渉素子１００の長手方向を対称軸とした場合に、第１半導体アーム３４ａは第１入力端３１ａと同じ側に配置され、第２半導体アーム３４ｂは第２入力端３１ｂと同じ側に配置されている。本実施例においては、入力カプラ３３は、２×２のＭＭＩ（Ｍａｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）である。
【００２３】
第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂは出力カプラ３５で合流し、第１出力端３７ａに接続された第１出力光導波路３６ａと、第２出力端３７ｂに接続された第２出力光導波路３６ｂとに分岐する。マッハツェンダ干渉素子１００の長手方向を対称軸とした場合に、第１出力端３７ａは第２半導体アーム３４ｂと同じ側に配置され、第２出力端３７ｂは第１半導体アーム３４ａと同じ側に配置されている。本実施例においては、出力カプラ３５は、２×２のＭＭＩである。
【００２４】
第１半導体アーム３４ａには、位相調整用電極４６ａと変調用電極４７ａと補助電極４８とが互いに離間して設けられている。位相調整用電極４６ａ、補助電極４８および変調用電極４７ａの位置関係は特に限定されるものではないが、本実施例においては、光入力端側から位相調整用電極４６ａ、補助電極４８および変調用電極４７ａの順に設けられている。第２半導体アーム３４ｂには、位相調整用電極４６ｂと変調用電極４７ｂとが互いに離間して設けられている。位相調整用電極４６ｂおよび変調用電極４７ｂの位置関係は特に限定されるものではないが、本実施例においては、光入力端側から位相調整用電極４６ｂおよび変調用電極４７ｂの順に設けられている。
【００２５】
図４（ｃ）を参照して、変調用電極４７ａ，４７ｂは、上クラッド層４２ｂ上において、コンタクト層４９を介して配置されている。コンタクト層４９は、ＩｎＧａＡｓなどの半導体からなる。なお、上クラッド層４２ｂとコンタクト層４９との間には、パッシベーション膜４４および絶縁膜４５は設けられていない。また、位相調整用電極４６ａ，４６ｂ、変調用電極４７ａ，４７ｂおよび補助電極４８は、Ａｕなどの金属からなる。位相調整用電極４６ａ，４６ｂおよび補助電極４８も、上クラッド層４２ｂ上において、コンタクト層４９を介して配置されている。
【００２６】
位相調整用電極４６ａ，４６ｂおよび各変調用電極４７ａ，４７ｂに電圧が印加されると、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂにおいてコア４３の屈折率が変化し、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂを通過する光の位相が変化する。マッハツェンダ干渉素子１００を変調器として用いる場合には、駆動回路２１から変調用電極４７ａ，４７ｂに差動の変調信号が入力され、位相調整用電極４６ａ，４６ｂには第１半導体アーム３４ａを通過した光と第２半導体アーム３４ｂを通過した光との位相差を調整するためのＤＣバイアスがＤＣ電源２２から印加される。補助電極４８には、変調用電極４７ａ，４７ｂに入力される変調信号のセンターバイアスがＤＣ電源２３から印加される。
【００２７】
本実施例における電極実効長は、コア４３上方において、各電極がコンタクト層４９を介して設けられている長さのことである。本実施例においては、変調用電極４７ｂの電極実効長が変調用電極４７ａの電極実効長よりも大きく設定されている。
【００２８】
本実施例においては、補助電極４８を設けたことから、第１半導体アーム３４ａと第２半導体アーム３４ｂとの間で、センターバイアスが印加される電極実効長の差が小さくなる。この場合、消光比を調整する際にクロスポイントのずれが小さくなる。
【００２９】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、マッハツェンダ干渉素子１００におけるクロスポイント調整および消光比調整について説明するための図である。図５（ａ）は、クロスポイント調整および消光比調整の前のアイパターンを示す。図５（ａ）の例では、変調用電極４７ａ，４７ｂおよび補助電極４８に入力されるセンターバイアスが−２Ｖであり、変調用電極４７ａ，４７ｂに入力される差動の変調信号の信号振幅Ｖｐｐが２Ｖに設定されている。
【００３０】
次に、位相調整用電極４６ａ，４６ｂのいずれかを用いてクロスポイントが５０％に設定される。図５（ｂ）は、設定されたクロスポイントでのアイパターンを示す。図５（ｂ）の例では、位相調整用電極４６ａ，４６ｂのいずれかに−５Ｖのバイアスが印加されている。次に、変調用電極４７ａ，４７ｂおよび補助電極４８に入力されるセンターバイアスを変化させることによって、最大の消光比を探す。
【００３１】
図５（ｃ）は、拡大された消光比を示す。図５（ｃ）の例では、変調用電極４７ａ，４７ｂに入力されるセンターバイアス、および補助電極４８に入力されるＤＣバイアスが−４Ｖに設定されている。図５（ｃ）に示すように、クロスポイントのずれが小さくなっている。これは、第１半導体アーム３４ａと第２半導体アーム３４ｂとの間で、センターバイアスが印加される電極実効長の差が小さくなっているからである。図５（ｄ）は、最大の消光比を示す。図５（ｄ）の例では、変調用電極４７ａ，４７ｂに入力されるセンターバイアス、および補助電極４８に入力されるＤＣバイアスが−６Ｖに設定されている。
【００３２】
補助電極４８の電極実効長は、特に限定されるものではないが、補助電極４８の電極実効長と変調用電極４７ａの電極実効長との和が、変調用電極４７ｂの電極実効長に近いほど好ましく、同一であることがより好ましい。なお、補助電極４８に入力されるＤＣ電圧は変調用電極４７ａ，４７ｂに入力される変調信号のセンターバイアスと同じであることが好ましいが、異なっていてもよい。
【実施例２】
【００３３】
図６（ａ）は、実施例２に係るマッハツェンダ干渉素子１００ａの上面模式図の例である。図６（ａ）に示すように、マッハツェンダ干渉素子１００ａが図４（ａ）のマッハツェンダ干渉素子１００と異なる点は、第２半導体アーム３４ｂの変調用電極４７ｂが互いに離間した複数の電極に分割されている点である。この場合、変調用電極４７ｂの電極実効長は、分割された複数の電極の電極実効長の合計である。本実施例においては、変調用電極４７ｂの分割された全ての複数の電極に同一の変調信号が入力される。
【００３４】
本実施例においては、変調用電極４７ｂの電極実効長が変調用電極４７ａの電極実効長よりも大きく設定されている。補助電極４８を設けたことから、第１半導体アーム３４ａと第２半導体アーム３４ｂとの間で、センターバイアスが印加される電極実効長の差が小さくなる。それにより、消光比を調整する際にクロスポイントのずれが小さくなる。
【００３５】
なお、変調用電極４７ｂが２つの電極に分割されている場合、一方の電極の電極実効長と変調用電極４７ａの電極実効長とが同一であり、他方の電極の電極実効長と補助電極４８の電極実効長とが同一であることが好ましい。この場合、第１半導体アーム３４ａと第２半導体アーム３４ｂとで、電極パターンを同一にすることができる。それにより、第１半導体アーム３４ａと第２半導体アーム３４ｂとで、センターバイアスが印加される電極実効長が同一となるため、クロスポイントのずれをより抑制することができる。この結果、無チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子におけるクロスポイント調整および消光比調整と同様に、消光比はセンターバイアスによって、またクロスポイントは位相調整用電極バイアスによって、各々独立にコントロールすることができる。また、位相調整用電極バイアスによって一度クロスポイントを５０％に設定すれば、センターバイアスを変えてもクロスポイントは殆ど変わらず、消光比だけを変えることができるため、調整が容易である。
【００３６】
また、変調用電極４７ｂの電極実効長と変調用電極４７ａおよび補助電極４８の電極実効長の和とが同一であれば、補助電極４８にも変調用電極４７ａと同じ変調信号を入力することによって、無チャープ駆動を実現することもできる。図６（ｂ）は、無チャープ駆動を実現するための構成図である。
【００３７】
（他の例）
上記各実施例においては、入力カプラおよび出力カプラとして２×２ＭＭＩを用いたが、１×２ＭＭＩなどを用いてもよい。また、方向性結合器をＭＭＩの代わりに用いてもよい。以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例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発明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】
【００３８】
３３ 入力カプラ
３４ａ 第１半導体アーム
３４ｂ 第２半導体アーム
３５ 出力カプラ
４６ａ，４６ｂ 位相調整用電極
４７ａ，４７ｂ 変調用電極
４８ 補助電極
４９ コンタクト層
１００ マッハツェンダ干渉素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マッハツェンダ干渉素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
１５５０ｎｍ帯で１６〜２０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ程度の波長分散を持つ標準シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）では、負チャープ特性に起因して、光信号を伝送すると同時に光パルスが圧縮を受けて長距離まで伝送させることが可能になる。特許文献１は、負チャープを生じさせることができるマッハツェンダ干渉素子を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−９０３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
負チャープを生じさせるマッハツェンダ干渉素子において消光比をチューニングしようとすると、調整が煩雑になる。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、負チャープを生じさせるマッハツェンダ干渉素子において、消光比のチューニングを容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るマッハツェンダ干渉素子は、入力カプラと、前記入力カプラに接続された第１および第２の半導体アームと、前記第１および第２の半導体アームの出力を干渉させる出力カプラと、前記第１の半導体アームに設けられた第１位相制御電極、第１変調電極、および補助電極と、前記第２の半導体アームに設けられた第２位相制御電極および第２変調電極と、を備え、前記第２変調電極の電極実効長は、前記第１変調電極の電極実効長よりも大きいことを特徴とする。本発明に係る干渉素子によれば、消光比のチューニングが容易になる。
【０００７】
変調信号は、前記第１変調電極および前記第２変調電極のみに入力されてもよい。前記第１変調電極、前記第２変調電極、および前記補助電極には、同じ値のバイアスが印加されてもよい。前記第１変調電極および前記補助電極の電極実効長の和は、前記第２変調電極の電極実効長と実質的に等しくてもよい。前記第２変調電極は、前記第２の半導体アーム上で２つに分割され、前記第２変調電極の一方は、前記第１変調電極と同じ電極実効長を有し、前記第２変調電極の他方は、前記補助電極と同じ電極実効長を有し、前記分割された第２変調電極のいずれにも同じ変調信号が入力されてもよい。前記補助電極に、前記第１変調電極に入力される変調信号と同じ変調信号が入力されてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るマッハツェンダ干渉素子によれば、消光比のチューニングを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】比較例１に係るマッハツェンダ干渉素子の模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、無チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子におけるクロスポイント調整および消光比調整について説明するための図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、負チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子におけるクロスポイント調整および消光比調整について説明するための図である。
【図４】（ａ）は実施例１に係るマッハツェンダ干渉素子の上面模式図の例であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ間の断面模式図の例であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ間の断面模式図の例である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）はマッハツェンダ干渉素子におけるクロスポイント調整および消光比調整について説明するための図である
【図６】（ａ）および（ｂ）は実施例２に係るマッハツェンダ干渉素子の上面模式図の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（比較例１）
実施例の説明の前に、図１を参照しつつ、比較例１について説明する。
【００１１】
図１は、比較例１に係るマッハツェンダ干渉素子２００の模式図である。マッハツェンダ干渉素子２００は、２×２ＭＭＩからなる入力カプラ１１と、２×２ＭＭＩからなる出力カプラ１２と、入力カプラ１１と出力カプラ１２とを接続する第１半導体アーム１３ａおよび第２半導体アーム１３ｂと、を備える。第１半導体アーム１３ａ上には、コンタクト層を介して位相調整用電極１４ａが設けられるとともに、変調用電極１５ａが設けられている。第２半導体アーム１３ｂ上には、コンタクト層を介して位相調整用電極１４ｂが設けられるとともに、変調用電極１５ｂが設けられている。
【００１２】
比較例に係るマッハツェンダ干渉素子２００においては、変調用電極１５ａの長さが変調用電極１５ｂの長さと異なっている。この構成により、変調用電極１５ａと変調用電極１５ｂとに同じセンターバイアスと同じ振幅の変調信号を与えて、マッハツェンダ干渉素子２００の出力光強度がオフからオンに切り替わるときに光の周波数が低くなり、波長を長くすることができる。すなわち、マッハツェンダ干渉素子２００は、負チャープ特性を有している。なお、「電極の長さ」とは、電極自身の長さではなく、電極と半導体とが接している部分の長さ（電極窓の長さ）である。この電極の長さのことを電極実効長と称する。マッハツェンダ干渉素子２００の駆動時には、アイパターンのクロスポイントを５０％に設定し、かつ、消光比を大きくする必要がある。
【００１３】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、無チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子におけるクロスポイント調整および消光比調整について説明するための図である。無チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子とは、各アームにおける変調用電極の電極実効長が同じに設定されている干渉素子である。図２（ａ）は、クロスポイント調整および消光比調整の前のアイパターンを示す。図２（ａ）の例では、各アームの変調用電極に入力される作動の変調信号のセンターバイアスが−２Ｖであり、信号振幅Ｖｐｐが２Ｖに設定されている。
【００１４】
次に、いずれか一方のアームの位相調整用電極を用いてクロスポイントが５０％に設定される。図２（ｂ）は、設定されたクロスポイントでのアイパターンを示す。図２（ｂ）の例では、一方の位相調整用電極に−５Ｖのバイアスが印加されている。次に、変調信号のセンターバイアスを変化させることによって、消光比を拡大する。図２（ｃ）は、拡大された消光比を示し、図２（ｄ）は、最大の消光比を示す。図２（ｃ）の例では、センターバイアスが−４Ｖに設定されている。図２（ｄ）の例では、センターバイアスが−６Ｖに設定されている。なお、無チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子においては、センターバイアスを同じにすれば、消光比が変化してもアイパターンのクロスポイントは変化しない。つまり、消光比はセンターバイアスによって、またクロスポイントは位相調整用電極バイアスによって、各々独立にコントロールすることができる。また、位相調整用電極バイアスによって一度クロスポイントを５０％に設定すれば、センターバイアスを変えてもクロスポイントは殆ど変わらず、消光比だけを変えることができるため、調整が容易である。
【００１５】
図３（ａ）〜図３（ｆ）は、負チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子２００におけるクロスポイント調整および消光比調整について説明するための図である。図３（ａ）は、クロスポイント調整および消光比調整の前のアイパターンを示す。図３（ａ）の例では、変調用電極１５ａ，１５ｂに入力される作動の変調信号のセンターバイアスが−２Ｖであり、信号振幅Ｖｐｐが２Ｖに設定されている。
【００１６】
次に、位相調整用電極１４ａ，１４ｂのいずれかを用いてクロスポイントが５０％に設定される。図３（ｂ）は、設定されたクロスポイントでのアイパターンを示す。図３（ｂ）の例では、位相調整用電極１４ａ，１４ｂのいずれかに−５Ｖのバイアスが印加されている。次に、変調信号のセンターバイアスを変化させることによって、消光比を拡大する。この場合、負チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子２００では、センターバイアスを同じにしても、当該センターバイアスが印加される変調用電極１５ａの長さと変調用電極１５ｂの長さとが異なることから、クロスポイントもずれてしまう。図３（ｃ）は、センターバイアスが−４Ｖに設定され、消光比が拡大してクロスポイントが５０％からずれた例を示す。
【００１７】
そこで、位相調整用電極１４ａ，１４ｂを用いて、クロスポイントを再度５０％に調整する。図３（ｄ）は、クロスポイントが調整された例を示す。図３（ｄ）の例では、位相調整用電極１４ａ，１４ｂのいずれかに−６Ｖのバイアスが印加されている。次に、変調信号のセンターバイアスを変化させることによって、消光比を拡大する。この場合においても、消光比の拡大に伴ってクロスポイントがずれる。図３（ｅ）は、消光比が拡大してクロスポイントが５０％からずれた例を示す。図３（ｆ）は、さらにクロスポイントが調整された例を示す。
【００１８】
このように、負チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子２００では、消光比調整の際にクロスポイントがずれることから、消光比調整が煩雑となる。以下の、実施例においては、消光比の調整が容易なマッハツェンダ干渉素子について説明する。
【実施例１】
【００１９】
図４（ａ）は、実施例１に係るマッハツェンダ干渉素子１００の上面模式図の例である。図４（ａ）に示すように、マッハツェンダ干渉素子１００は、半導体基板上のメサ状の光導波路の経路を組み合わせて構成される。なお、図４（ａ）においては、各光導波路が透過して見えている。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ間の断面模式図の例であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ間の断面模式図の例である。
【００２０】
図４（ｂ）を参照して、光導波路は、半導体基板４１上に形成されている。半導体基板４１は、図３（ｂ）の半導体基板１と共通の半導体基板であってもよい。光導波路は、半導体基板４１上において、下クラッド層４２ａ、コア４３、上クラッド層４２ｂがこの順にメサ状に積層された構造を有している。半導体基板４１の上面、光導波路の上面および側面には、パッシベーション膜４４および絶縁膜４５が順に積層されている。
【００２１】
半導体基板４１は、ＩｎＰなどの半導体からなる。下クラッド層４２ａおよび上クラッド層４２ｂは、ＩｎＰなどの半導体からなる。コア４３は、下クラッド層４２ａおよび上クラッド層４２ｂよりもバンドギャップエネルギが小さい半導体からなり、ＩｎＧａＡｓＰ系バルク層、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ系量子井戸構造層などである。コア４３を通過する光は、下クラッド層４２ａおよび上クラッド層４２ｂによって閉じ込められる。パッシベーション膜４４は、ＩｎＰなどの半導体からなる。絶縁膜４５は、ＳｉＮなどの絶縁体からなる。
【００２２】
図４（ａ）を参照して、マッハツェンダ干渉素子１００には、第１入力端３１ａに接続された第１入力光導波路３２ａが設けられ、第２入力端３１ｂに接続された第２入力光導波路３２ｂが設けられている。第１入力光導波路３２ａおよび第２入力光導波路３２ｂは、入力カプラ３３で合流し、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂに分岐する。マッハツェンダ干渉素子１００の長手方向を対称軸とした場合に、第１半導体アーム３４ａは第１入力端３１ａと同じ側に配置され、第２半導体アーム３４ｂは第２入力端３１ｂと同じ側に配置されている。本実施例においては、入力カプラ３３は、２×２のＭＭＩ（Ｍａｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）である。
【００２３】
第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂは出力カプラ３５で合流し、第１出力端３７ａに接続された第１出力光導波路３６ａと、第２出力端３７ｂに接続された第２出力光導波路３６ｂとに分岐する。マッハツェンダ干渉素子１００の長手方向を対称軸とした場合に、第１出力端３７ａは第２半導体アーム３４ｂと同じ側に配置され、第２出力端３７ｂは第１半導体アーム３４ａと同じ側に配置されている。本実施例においては、出力カプラ３５は、２×２のＭＭＩである。
【００２４】
第１半導体アーム３４ａには、位相調整用電極４６ａと変調用電極４７ａと補助電極４８とが互いに離間して設けられている。位相調整用電極４６ａ、補助電極４８および変調用電極４７ａの位置関係は特に限定されるものではないが、本実施例においては、光入力端側から位相調整用電極４６ａ、補助電極４８および変調用電極４７ａの順に設けられている。第２半導体アーム３４ｂには、位相調整用電極４６ｂと変調用電極４７ｂとが互いに離間して設けられている。位相調整用電極４６ｂおよび変調用電極４７ｂの位置関係は特に限定されるものではないが、本実施例においては、光入力端側から位相調整用電極４６ｂおよび変調用電極４７ｂの順に設けられている。
【００２５】
図４（ｃ）を参照して、変調用電極４７ａ，４７ｂは、上クラッド層４２ｂ上において、コンタクト層４９を介して配置されている。コンタクト層４９は、ＩｎＧａＡｓなどの半導体からなる。なお、上クラッド層４２ｂとコンタクト層４９との間には、パッシベーション膜４４および絶縁膜４５は設けられていない。また、位相調整用電極４６ａ，４６ｂ、変調用電極４７ａ，４７ｂおよび補助電極４８は、Ａｕなどの金属からなる。位相調整用電極４６ａ，４６ｂおよび補助電極４８も、上クラッド層４２ｂ上において、コンタクト層４９を介して配置されている。
【００２６】
位相調整用電極４６ａ，４６ｂおよび各変調用電極４７ａ，４７ｂに電圧が印加されると、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂにおいてコア４３の屈折率が変化し、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂを通過する光の位相が変化する。マッハツェンダ干渉素子１００を変調器として用いる場合には、駆動回路２１から変調用電極４７ａ，４７ｂに差動の変調信号が入力され、位相調整用電極４６ａ，４６ｂには第１半導体アーム３４ａを通過した光と第２半導体アーム３４ｂを通過した光との位相差を調整するためのＤＣバイアスがＤＣ電源２２から印加される。補助電極４８には、変調用電極４７ａ，４７ｂに入力される変調信号のセンターバイアスがＤＣ電源２３から印加される。
【００２７】
本実施例における電極実効長は、コア４３上方において、各電極がコンタクト層４９を介して設けられている長さのことである。本実施例においては、変調用電極４７ｂの電極実効長が変調用電極４７ａの電極実効長よりも大きく設定されている。
【００２８】
本実施例においては、補助電極４８を設けたことから、第１半導体アーム３４ａと第２半導体アーム３４ｂとの間で、センターバイアスが印加される電極実効長の差が小さくなる。この場合、消光比を調整する際にクロスポイントのずれが小さくなる。
【００２９】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、マッハツェンダ干渉素子１００におけるクロスポイント調整および消光比調整について説明するための図である。図５（ａ）は、クロスポイント調整および消光比調整の前のアイパターンを示す。図５（ａ）の例では、変調用電極４７ａ，４７ｂおよび補助電極４８に入力されるセンターバイアスが−２Ｖであり、変調用電極４７ａ，４７ｂに入力される差動の変調信号の信号振幅Ｖｐｐが２Ｖに設定されている。
【００３０】
次に、位相調整用電極４６ａ，４６ｂのいずれかを用いてクロスポイントが５０％に設定される。図５（ｂ）は、設定されたクロスポイントでのアイパターンを示す。図５（ｂ）の例では、位相調整用電極４６ａ，４６ｂのいずれかに−５Ｖのバイアスが印加されている。次に、変調用電極４７ａ，４７ｂおよび補助電極４８に入力されるセンターバイアスを変化させることによって、最大の消光比を探す。
【００３１】
図５（ｃ）は、拡大された消光比を示す。図５（ｃ）の例では、変調用電極４７ａ，４７ｂに入力されるセンターバイアス、および補助電極４８に入力されるＤＣバイアスが−４Ｖに設定されている。図５（ｃ）に示すように、クロスポイントのずれが小さくなっている。これは、第１半導体アーム３４ａと第２半導体アーム３４ｂとの間で、センターバイアスが印加される電極実効長の差が小さくなっているからである。図５（ｄ）は、最大の消光比を示す。図５（ｄ）の例では、変調用電極４７ａ，４７ｂに入力されるセンターバイアス、および補助電極４８に入力されるＤＣバイアスが−６Ｖに設定されている。
【００３２】
補助電極４８の電極実効長は、特に限定されるものではないが、補助電極４８の電極実効長と変調用電極４７ａの電極実効長との和が、変調用電極４７ｂの電極実効長に近いほど好ましく、同一であることがより好ましい。なお、補助電極４８に入力されるＤＣ電圧は変調用電極４７ａ，４７ｂに入力される変調信号のセンターバイアスと同じであることが好ましいが、異なっていてもよい。
【実施例２】
【００３３】
図６（ａ）は、実施例２に係るマッハツェンダ干渉素子１００ａの上面模式図の例である。図６（ａ）に示すように、マッハツェンダ干渉素子１００ａが図４（ａ）のマッハツェンダ干渉素子１００と異なる点は、第２半導体アーム３４ｂの変調用電極４７ｂが互いに離間した複数の電極に分割されている点である。この場合、変調用電極４７ｂの電極実効長は、分割された複数の電極の電極実効長の合計である。本実施例においては、変調用電極４７ｂの分割された全ての複数の電極に同一の変調信号が入力される。
【００３４】
本実施例においては、変調用電極４７ｂの電極実効長が変調用電極４７ａの電極実効長よりも大きく設定されている。補助電極４８を設けたことから、第１半導体アーム３４ａと第２半導体アーム３４ｂとの間で、センターバイアスが印加される電極実効長の差が小さくなる。それにより、消光比を調整する際にクロスポイントのずれが小さくなる。
【００３５】
なお、変調用電極４７ｂが２つの電極に分割されている場合、一方の電極の電極実効長と変調用電極４７ａの電極実効長とが同一であり、他方の電極の電極実効長と補助電極４８の電極実効長とが同一であることが好ましい。この場合、第１半導体アーム３４ａと第２半導体アーム３４ｂとで、電極パターンを同一にすることができる。それにより、第１半導体アーム３４ａと第２半導体アーム３４ｂとで、センターバイアスが印加される電極実効長が同一となるため、クロスポイントのずれをより抑制することができる。この結果、無チャープ特性を有するマッハツェンダ干渉素子におけるクロスポイント調整および消光比調整と同様に、消光比はセンターバイアスによって、またクロスポイントは位相調整用電極バイアスによって、各々独立にコントロールすることができる。また、位相調整用電極バイアスによって一度クロスポイントを５０％に設定すれば、センターバイアスを変えてもクロスポイントは殆ど変わらず、消光比だけを変えることができるため、調整が容易である。
【００３６】
また、変調用電極４７ｂの電極実効長と変調用電極４７ａおよび補助電極４８の電極実効長の和とが同一であれば、補助電極４８にも変調用電極４７ａと同じ変調信号を入力することによって、無チャープ駆動を実現することもできる。図６（ｂ）は、無チャープ駆動を実現するための構成図である。
【００３７】
（他の例）
上記各実施例においては、入力カプラおよび出力カプラとして２×２ＭＭＩを用いたが、１×２ＭＭＩなどを用いてもよい。また、方向性結合器をＭＭＩの代わりに用いてもよい。以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例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発明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】
【００３８】
３３ 入力カプラ
３４ａ 第１半導体アーム
３４ｂ 第２半導体アーム
３５ 出力カプラ
４６ａ，４６ｂ 位相調整用電極
４７ａ，４７ｂ 変調用電極
４８ 補助電極
４９ コンタクト層
１００ マッハツェンダ干渉素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力カプラと、
前記入力カプラに接続された第１および第２の半導体アームと、
前記第１および第２の半導体アームの出力を干渉させる出力カプラと、
前記第１の半導体アームに設けられた第１位相制御電極、第１変調電極、および補助電極と、
前記第２の半導体アームに設けられた第２位相制御電極および第２変調電極と、を備え、
前記第２変調電極の電極実効長は、前記第１変調電極の電極実効長よりも大きいことを特徴とするマッハツェンダ干渉素子。
【請求項２】
変調信号は、前記第１変調電極および前記第２変調電極のみに入力されることを特徴とする請求項１記載のマッハツェンダ干渉素子。
【請求項３】
前記第１変調電極、前記第２変調電極、および前記補助電極には、同じ値のバイアスが印加されることを特徴とする請求項２記載のマッハツェンダ干渉素子。
【請求項４】
前記第１変調電極および前記補助電極の電極実効長の和は、前記第２変調電極の電極実効長と実質的に等しいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマッハツェンダ干渉素子。
【請求項５】
前記第２変調電極は、前記第２の半導体アーム上で２つに分割され、
前記第２変調電極の一方は、前記第１変調電極と同じ電極実効長を有し、
前記第２変調電極の他方は、前記補助電極と同じ電極実効長を有し、
前記分割された第２変調電極のいずれにも同じ変調信号が入力されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマッハツェンダ干渉素子。
【請求項６】
前記補助電極に、前記第１変調電極に入力される変調信号と同じ変調信号が入力されることを特徴とする請求項５記載のマッハツェンダ干渉素子。
【請求項１】
入力カプラと、
前記入力カプラに接続された第１および第２の半導体アームと、
前記第１および第２の半導体アームの出力を干渉させる出力カプラと、
前記第１の半導体アームに設けられた第１位相制御電極、第１変調電極、および補助電極と、
前記第２の半導体アームに設けられた第２位相制御電極および第２変調電極と、を備え、
前記第２変調電極の電極実効長は、前記第１変調電極の電極実効長よりも大きいことを特徴とするマッハツェンダ干渉素子。
【請求項２】
変調信号は、前記第１変調電極および前記第２変調電極のみに入力されることを特徴とする請求項１記載のマッハツェンダ干渉素子。
【請求項３】
前記第１変調電極、前記第２変調電極、および前記補助電極には、同じ値のバイアスが印加されることを特徴とする請求項２記載のマッハツェンダ干渉素子。
【請求項４】
前記第１変調電極および前記補助電極の電極実効長の和は、前記第２変調電極の電極実効長と実質的に等しいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマッハツェンダ干渉素子。
【請求項５】
前記第２変調電極は、前記第２の半導体アーム上で２つに分割され、
前記第２変調電極の一方は、前記第１変調電極と同じ電極実効長を有し、
前記第２変調電極の他方は、前記補助電極と同じ電極実効長を有し、
前記分割された第２変調電極のいずれにも同じ変調信号が入力されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマッハツェンダ干渉素子。
【請求項６】
前記補助電極に、前記第１変調電極に入力される変調信号と同じ変調信号が入力されることを特徴とする請求項５記載のマッハツェンダ干渉素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５０６７８（Ｐ２０１３−５０６７８Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８９９２４（Ｐ２０１１−１８９９２４）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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