光変調器
【課題】小型化が可能な光変調器を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態によるマッハツェンダ型の光変調器は、アーム導波路が形成された電気光学材料の第１の基板と、アーム導波路に結合したＹ分岐部およびＹ合波部の少なくとも一方が形成された第２の基板とを備える。第１の基板は、アーム導波路上に形成された変調用の第１の電極を備え、第２の基板は、第１の電極に結合する第２の電極を備える。第１および第２の電極は、誘電体の接着剤で接合される。このように、電極間を誘電体の接着剤で接合することにより、ＤＣブロック用のキャパシタンスを形成することができる。また、この接着剤は、電極間の接合のみならず、基板間の接合にも使用することができる。
【解決手段】本発明の一実施形態によるマッハツェンダ型の光変調器は、アーム導波路が形成された電気光学材料の第１の基板と、アーム導波路に結合したＹ分岐部およびＹ合波部の少なくとも一方が形成された第２の基板とを備える。第１の基板は、アーム導波路上に形成された変調用の第１の電極を備え、第２の基板は、第１の電極に結合する第２の電極を備える。第１および第２の電極は、誘電体の接着剤で接合される。このように、電極間を誘電体の接着剤で接合することにより、ＤＣブロック用のキャパシタンスを形成することができる。また、この接着剤は、電極間の接合のみならず、基板間の接合にも使用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器に関する。より詳細には、本発明は、マッハツェンダ型の光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信技術の発展に伴って、高速で安定性の高い光変調器が必要とされている。高速の光変調器として、マッハツェンダ型の光変調器が知られている。マッハツェンダ型の光変調器では、入力光を分岐し、分岐した光に位相差を与えて合波することにより、変調された出力光を得る。
【０００３】
図１に、従来のマッハツェンダ型の光変調器を示す。このマッハツェンダ型光変調器１００は、電気光学効果を有する光学基板（ニオブ酸リチウム結晶（ＬｉＮｂＯ３、以下ＬＮと記す）など）１１０上に、入力光が入射される入力導波路１１２と、入力導波路からの光を分岐するＹ分岐部１１４と、分岐した光を導波する２つのアーム導波路１１６ａ，１１６ｂと、これら２つのアーム導波路からの光を合波するＹ合波部１１８と、合波した光を出力する出力導波路１２０とを備えている。これら導波路は、光学基板にＴｉなどの金属を選択的に拡散させて形成することができる。その後、基板表面全体にＳｉＯ２などのバッファ層を設け、アーム導波路上にＡｕなどの金属電極１２２ａ，１２２ｂが形成される。電極１２２ａ，１２２ｂには、光変調器を変調する高周波信号源１２４がＤＣバイアス回路１２７を介して接続されている。また、これら電極間には、終端抵抗１７０とＤＣブロック用のキャパシタ１７１が接続されている。また、ＤＣバイアス回路１２７には、変調器の動作点を設定するためのＤＣ電源１２８が接続されている。
【０００４】
入力導波路１１２に入射した入力光は、Ｙ分岐部１１４で２つに分岐される。分岐した光は、アーム導波路１１６ａ，１１６ｂを伝搬する間、電極１２２ａ，１２２ｂに印加された変調信号により電気光学効果の影響を受けて、位相が変化する。すなわち、電極に印加された変調信号によって、アーム導波路間の位相差を変えることができる。アーム導波路１１６ａ，１１６ｂからの光をＹ合波部１１８で合波すると、これら２つの光の位相差に応じて、強度が変調された光が出力導波路１２０から出射される（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１５４１６４号公報
【特許文献２】特開平５−１００１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のマッハツェンダ型の光変調器では、ＤＣブロック用のキャパシタ１７１が電極に接続されている。その理由は、このキャパシタが無いと、ＤＣ成分が終端抵抗で熱として消費されるために消費電力が増大し、発生した熱がＬＮなどの光学基板へと伝わり、動作不良の原因となるからである。もう一つの理由は、このキャパシタが無いと、ＤＣバイアス印加時に終端抵抗で電圧降下が生じ、より高い電圧が必要となるからである。このＤＣブロック用のキャパシタによって、光変調器のサイズおよびコストが増大する。
【０００７】
このＤＣブロック用のキャパシタを削減するために、光変調器の動作点を設定するための電極を別途設け、変調用の電極には、変調信号を直接印加する方法も知られている（特許文献２）。この方法では、ＤＣブロック用のキャパシタは削減することができるものの、動作点設定用の電極が新たに必要になる。この電極のために、光変調器のサイズおよびコストが増大する。なお、サイズを増大せずに、動作点設定用の電極を設けると、変調用の電極の長さが制限され、導波路の相互作用長が短くなり、高周波特性が劣化する。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＤＣブロック用のキャパシタの数を削減し、小型化が可能な光変調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、マッハツェンダ型の光変調器であって、アーム導波路が形成された電気光学材料の第１の基板と、前記アーム導波路に結合したＹ分岐部およびＹ合波部の少なくとも一方が形成された第２の基板とを備え、前記電気光学材料の第１の基板は、前記アーム導波路上に形成された変調用の第１の電極を備え、前記第２の基板は、前記第１の電極に結合する第２の電極を備え、前記第１および前記第２の電極は、誘電体の接着剤で接合されたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光変調器であって、前記接着剤は、前記第１および第２の基板の接合に使用されることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光変調器であって、前記第２の電極は、終端抵抗を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の光変調器であって、複数のマッハツェンダ干渉計を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の光変調器であって、前記第２の基板は、石英系の基板であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の光変調器であって、前記第１の基板は、ニオブ酸リチウム結晶からなる光学基板であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】マッハツェンダ型光変調器の構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す図である。
【図４】本発明のマッハツェンダ型光変調器の電極間に接着剤で形成されるキャパシタンスを説明するための図である。
【図５】本発明の第３の実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明による光変調器においては、２つの基板を組み合わせ、一方の基板に配置した電極と、他方の基板に配置した電極との間を誘電体層が形成されるように接着剤で接合することによって、誘電体層をＤＣブロック用のキャパシタンスとして機能させることができる。これらの基板として、例えば、一方にニオブ酸リチウム結晶（ＬＮ）などの電気光学材料の基板を用い、他方に石英やシリコンなどの常誘電体の基板を用いてもよい。この場合、電気光学材料の基板には、マッハツェンダ型光変調器のアーム導波路を形成し、その上に変調用の電極を設けることができる。
【００１７】
図２に、本発明の第１の実施形態による光変調器を示す。このマッハツェンダ型光変調器２００は、電気光学材料のＬＮ基板２１０と、石英基板２３０とから構成されている。ＬＮ基板２３０には、入力光が入射される入力導波路２１２と、入力導波路からの光を分岐するＹ分岐部２１４と、分岐した光を導波する２つのアーム導波路２１６ａ，２１６ｂとが形成されている。また、ＬＮ基板のアーム導波路２１６ａ，２１６ｂには、変調用の電極２２２ａ，２２２ｂが設けられている。石英基板２３０には、ＬＮ基板の２つのアーム導波路２１６ａ，２１６ｂと光学的に結合される２つのアーム導波路２３２ａ，２３２ｂと、これら２つの分岐導波路からの光を合波するＹ合波部２３４と、合波した光を出力する出力導波路２３６とが形成されている。
【００１８】
また、ＬＮ基板上の電極２２２ａ，２２２ｂには、ＤＣバイアス回路２２７と外部の高周波信号源２２４が接続されている。また、ＤＣバイアス回路２２７には、変調器の動作点を設定するためのＤＣ電源２２８が接続されている。また、石英基板上には、電極２３８ａ，２３８ｂが設けられ、外部の終端抵抗２７０に接続されている。電極２２２ａ，２２２ｂは、誘電体の接着剤２２６ａ，２２６ｂを用いて石英基板上の電極２３８ａ，２３８ｂに接続されている。後述するように、この接着剤により、これら電極間にＤＣブロック用のキャパシタンスが形成される。なお、本発明においては、石英基板２３０は、ＬＮ基板２１０と別の基板であればよく、石英系の基板でなくてもよい。
【００１９】
入力導波路２１２に入射した入力光は、Ｙ分岐部２１４で２つに分岐される。分岐した光は、アーム導波路２１６ａ，２１６ｂに伝搬する。ＬＮ基板の導波路２１６ａ，２１６ｂを伝搬する光は、電極２２２ａ，２２２ｂに印加された変調信号により、その位相が変調される。その位相変調量は、変調信号の印加電圧および作用長によって決定される。ここで、この変調信号にＤＣ成分を重畳し、光変調器２００の動作点を設定する。本発明においては、ＬＮ基板２１０の電極２２２ａ，２２２ｂと、石英基板２３０の電極２３８ａ，２３８ｂとの間に接着剤２２６ａ，２２６ｂで形成されたキャパシタンスによってＤＣ成分がブロックされるため、ＤＣ電流が抵抗２７０に流れて熱として消費されることを防ぐことができる。そのため消費電力を小さくすることができる。また、抵抗でＤＣ成分による熱が発生しないため、光変調器の動作が安定する。さらには、抵抗によるＤＣ電圧降下がないため、ＤＣバイアス電圧を小さくすることができる。ＬＮ基板と石英基板の微小な接合部によってもＤＣブロック用のキャパシタンスと同様の機能を実現することから、ＬＮ基板のサイズを増加することなくＤＣブロック用のキャパシタンスを削減できる。そのため装置の小型化が可能となる。
【００２０】
次に、ＬＮ基板の導波路２１６ａ，２１６ｂを伝搬した光は、石英基板２３０のアーム導波路２３２ａ，２３２ｂに結合し、Ｙ合波部２３４で合波され、出力導波路２３６から出力光が出射される。
【００２１】
図３に、本発明の第２の実施形態による光変調器を示す。この実施形態では、出力側の基板だけでなく、入力側の基板もＬＮ基板とは異なる基板（例えば、石英基板）で形成している。これにより、より多くの箇所で接着剤を用いたキャパシタンスを形成することができる。
【００２２】
このマッハツェンダ型光変調器３００は、電気光学材料のＬＮ基板３１０と、２つの石英基板３３０，３６０とから構成されている。前段の石英基板３３０には、入力光が入射される入力導波路３３２と、入力導波路からの光を分岐するＹ分岐部３３４と、分岐した光を導波する２つのアーム導波路３３６ａ，３３６ｂとが形成されている。ＬＮ基板３１０には、前段の石英基板の２つのアーム導波路３３６ａ，３３６ｂと光学的に結合される２つのアーム導波路３１２ａ，３１２ｂが形成され、ＬＮ基板のアーム導波路には、変調用の電極３１４ａ，３１４ｂが設けられている。変調用の電極３１４ｂには、コイル３２９を介してＤＣ電源３２８が接続されており、変調器の動作点を設定することができる。後段の石英基板３６０には、ＬＮ基板の２つのアーム導波路３１２ａ，３１２ｂと光学的に結合される２つのアーム導波路３６２ａ，３６２ｂと、これら２つのアーム導波路からの光を合波するＹ合波部３６４と、合波した光を出力する出力導波路３６６とが形成されている。
【００２３】
また、前段の石英基板上には、電極３３８ａ，３３８ｂが設けられ、外部の高周波信号源３２４に接続されている。電極３３８ａ，３３８ｂは、誘電体の接着剤３２６ａ，３２６ｂを用いてＬＮ基板上の電極３１４ａ，３１４ｂに接続されている。同様に、後段の石英基板上には、電極３６８ａ，３６８ｂが設けられ、外部の終端抵抗３７０に接続されている。同様に、電極３６８ａ，３６８ｂは、誘電体の接着剤３２８ａ，３２８ｂを用いてＬＮ基板上の電極３１４ａ，３１４ｂに接続されている。後述するように、この接着剤により、これら電極間にＤＣブロック用のキャパシタンスが形成される。なお、本発明においては、石英基板３３０，３６０は、ＬＮ基板３１０と別の基板であればよく、石英系の基板でなくてもよい。
【００２４】
入力導波路３３２に入射した入力光は、Ｙ分岐部３３４で２つに分岐される。分岐した光は、アーム導波路３３６ａ，３３６ｂを介して、ＬＮ基板３１０のアーム導波路３１２ａ，３１２ｂに伝搬する。ＬＮ基板の導波路３１２ａ，３１２ｂを伝搬する光は、電極３１４ａ，３１４ｂに印加された変調信号により、その位相が変調される。その位相変調量は、変調信号の印加電圧および作用長によって決定される。ここで、この変調信号にＤＣ成分を重畳し、光変調器３００の動作点を設定する。本発明においては、石英基板３３０の電極３３８ａ，３３８ｂとＬＮ基板３１０の電極３１４ａ，３１４ｂとの間に接着剤３２６ａ，３２６ｂで形成されたキャパシタンスと、石英基板３６０の電極３６８ａ，３６８ｂとＬＮ基板３１０の電極３１４ａ，３１４ｂとの間に接着剤３２８ａ，３２８ｂで形成されたキャパシタンスとによってＤＣ成分がブロックされるため、ＤＣ電流が抵抗３７０に流れて熱として消費されることを防ぐことができる。そのため消費電力を小さくすることができる。また、抵抗でＤＣ成分による熱が発生しないため、光変調器の動作が安定する。さらには、抵抗によるＤＣ電圧降下がないため、ＤＣバイアス電圧を小さくすることができる。ＬＮ基板と石英基板の微小な接合部によってもＤＣブロック用のキャパシタンスと同様の機能を実現することから、ＬＮ基板のサイズを増加することなくＤＣブロック用のキャパシタンスを削減できる。そのため装置の小型化が可能となる。本発明においては、接着剤を用いたこれら４箇所の接続部のすべてにおいて、ＤＣブロック用のキャパシタンスを形成する必要はなく、いずれか１箇所でも効果が得られることはいうまでもない。
【００２５】
次に、ＬＮ基板の導波路３１２ａ，３１２ｂを伝搬した光は、石英基板３６０のアーム導波路３６２ａ，３６２ｂに結合し、Ｙ合波部３６４で合波され、出力導波路３６６から出力光が出射される。
【００２６】
図４は、第１および第２の実施形態における電極間の接着剤による接合部を拡大した図である。この接合部は、第１の電極４１０と、第２の電極４３０とが接着剤４２０で接合されて形成されている。このとき、接合部に形成されるキャパシタンスＣは、次式で与えられる。
【００２７】
【数１】
【００２８】
ここで、εは、接着剤の誘電率であり、ｗは電極の幅、ｈは電極の高さ、ｄは電極間の距離を表している。接着剤の誘電率εを２．２５、電極の幅ｗおよび高さｈをそれぞれ１０μｍ、電極間の距離ｄを５μｍとすると、キャパシタンスは、およそ４５μＦとなる。
【００２９】
このときの接合部でのカットオフ周波数は、終端抵抗を５０Ωとすると、次式より、およそ７０Ｈｚとなる。
【００３０】
【数２】
【００３１】
このように、電極間を誘電体の接着剤で接合することにより、ＤＣブロック用のキャパシタンスを形成することができる。また、この接着剤は、電極間の接合のみならず、基板間の接合にも使用することができる。この場合、この接着剤は、導波路を伝搬する光に対して損失の少ないものが望ましい。接着剤の屈折率を、石英導波路の屈折率ｎ＝１．５程度とすると、接着剤の誘電率は、ε≒ｎ２＝２．２５となる。このような接着剤には、アクリレート、エポキシ、シリコーンなどが挙げられる。
【００３２】
図５に、本発明の第３の実施形態による光変調器を示す。この実施形態では、外部の終端抵抗が基板上に集積されている。この終端抵抗は、Ｔａ２Ｎ，ＮｉＣｒ，Ｗなどを用いて基板上に形成することができる。これにより、基板および周辺の電気回路の小型化が可能になる。また、レイアウトによっては、電極が導波路と交差する箇所が減るので、クロストークの影響が削減でき、良好な変調特性を達成することができる。なお、終端抵抗は、スパッタ、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、蒸着等により形成することができる。
【００３３】
このマッハツェンダ型光変調器５００は、電気光学材料のＬＮ基板５１０と、２つの石英基板５３０，５６０とから構成されている。前段の石英基板５３０には、入力光が入射される入力導波路５３２と、入力導波路からの光を分岐するＹ分岐部５３４と、分岐した光を導波する２つのアーム導波路５３６ａ，５３６ｂとが形成されている。ＬＮ基板５１０には、前段の石英基板の２つのアーム導波路５３６ａ，５３６ｂと光学的に結合される２つのアーム導波路５１２ａ，５１２ｂが形成され、ＬＮ基板のアーム導波路には、変調用の電極５１４ａ，５１４ｂが設けられている。変調用の電極５１４ｂには、コイル５２９を介してＤＣ電源５２８が接続されており、変調器の動作点を設定することができる。後段の石英基板５６０には、ＬＮ基板の２つのアーム導波路５１２ａ，５１２ｂと光学的に結合される２つのアーム導波路５６２ａ，５６２ｂと、これら２つのアーム導波路からの光を合波するＹ合波部５６４と、合波した光を出力する出力導波路５６６とが形成されている。
【００３４】
また、前段の石英基板上には、電極５３８ａ，５３８ｂが設けられ、外部の高周波信号源５２４に接続されている。電極５３８ａ，５３８ｂは、誘電体の接着剤５２６ａ，５２６ｂを用いてＬＮ基板上の電極５１２ａ，５１２ｂに接続されている。同様に、後段の石英基板上には、電極５６８ａ，５６８ｂが設けられ、基板上に形成された終端抵抗５７０に接続されている。同様に、電極５６８ａ，５６８ｂは、誘電体の接着剤５２８ａ，５２８ｂを用いてＬＮ基板上の電極５１４ａ，５１４ｂに接続されている。前述したように、この接着剤により、これら電極間にＤＣブロック用のキャパシタンスが形成される。なお、本発明においては、石英基板５３０，５６０は、ＬＮ基板５１０と別の基板であればよく、石英系の基板でなくてもよい。
【００３５】
入力導波路５３２に入射した入力光は、Ｙ分岐部５３４で２つに分岐される。分岐した光は、アーム導波路５３６ａ，５３６ｂを介して、ＬＮ基板５１０のアーム導波路５１２ａ，５１２ｂに伝搬する。ＬＮ基板の導波路５１２ａ，５１２ｂを伝搬する光は、電極５１４ａ，５１４ｂに印加された変調信号により、その位相が変調される。その位相変調量は、変調信号の印加電圧および作用長によって決定される。ここで、この変調信号にＤＣ成分を重畳し、光変調器５００の動作点を設定する。本発明においては、石英基板５３０の電極５３８ａ，５３８ｂとＬＮ基板５１０の電極５１４ａ，５１４ｂとの間に接着剤５２６ａ，５２６ｂで形成されたキャパシタンスと、石英基板５６０の電極５６８ａ，５６８ｂとＬＮ基板５１０の電極５１４ａ，５１４ｂとの間に接着剤５２８ａ，５２８ｂで形成されたキャパシタンスとによってＤＣ成分がブロックされるため、ＤＣ電流が抵抗５７０に流れて熱として消費されることを防ぐことができる。そのため消費電力を小さくすることができる。また、抵抗でＤＣ成分による熱が発生しないため、光変調器の動作が安定する。さらには、抵抗によるＤＣ電圧降下がないため、ＤＣバイアス電圧を小さくすることができる。ＬＮ基板と石英基板の微小な接合部によってもＤＣブロック用のキャパシタンスと同様の機能を実現することから、ＬＮ基板のサイズを増加することなくＤＣブロック用のキャパシタンスを削減できる。そのため装置の小型化が可能となる。本発明においては、接着剤を用いたこれら４箇所の接続部のすべてにおいて、ＤＣブロック用のキャパシタンスを形成する必要はなく、いずれか１箇所でも効果が得られることはいうまでもない。
【００３６】
次に、ＬＮ基板の導波路５１２ａ，５１２ｂを伝搬した光は、石英基板５６０のアーム導波路５６２ａ，５６２ｂに結合し、Ｙ合波部５６４で合波され、出力導波路５６６から出力光が出射される。
【００３７】
図６に、本発明の第４の実施形態による光変調器を示す。この実施形態では、複数のマッハツェンダ干渉計から光変調器が構成されている。このように、複数のマッハツェンダ干渉計からなる光変調器では、接着剤を用いたキャパシタンスを形成し、終端抵抗を基板上に形成することによる本発明の効果が顕著になる。
【００３８】
このマッハツェンダ型光変調器６００は、電気光学材料のＬＮ基板６１０と、２つの石英基板６３０，６６０とから構成されている。前段の石英基板６３０には、入力光が入射される入力導波路６３２と、入力導波路からの光を分岐するＹ分岐部６３４と、分岐した光をさらに分岐するＹ分岐部６３４−１，６３４−２とが形成されている。ＬＮ基板６１０には、前段の石英基板のＹ分岐部６３４−１，６３４−２からの光が結合する４つのアーム導波路６１２−１ａ，６１２−１ｂ，６１２−２ａ，６１２−２ｂが形成され、ＬＮ基板のアーム導波路にはそれぞれ、変調用の電極６１４−１ａ，６１４−１ｂ，６１４−２ａ，６１４−２ｂが設けられている。変調用の電極６１４−１ａ，６１４−２ｂには、それぞれコイル６２９−１，６２９−２を解してそれぞれＤＣ電源６２８−１，６２８−２が接続されており、変調器の動作点を設定することができる。後段の石英基板６６０には、ＬＮ基板の２つのアーム導波路６１２−１ａ，６１２−１ｂと光学的に結合されるＹ合波部６６４−１と、ＬＮ基板の２つアーム導波路６１２−２ａ，６１２−２ｂと光学的に結合されるＹ合波部６６４−２と、２つの合波部からの光をさらに合波するＹ合波部６６４と、合波した光を出力する出力導波路６６６とが形成されている。
【００３９】
また、前段の石英基板上には、電極６３８−１ａ，６３８−１ｂ，６３８−２ａ，６３８−２ｂが設けられ、外部の高周波信号源６２４−１，６２４−２に接続されている。電極６３８−１ａ，６３８−１ｂ，６３８−２ａ，６３８−２ｂは、誘電体の接着剤６２６−１ａ，６２６−１ｂ，６２６−２ａ，６２６−２ｂを用いてＬＮ基板上の電極６１４−１ａ，６１４−１ｂ，６１４−２ａ，６１４−２ｂに接続されている。同様に、後段の石英基板上には、電極６６８−１ａ，６６８−１ｂ，６６８−２ａ，６６８−２ｂが設けられ、基板上に形成された終端抵抗６７０−１，６７０−２に接続されている。同様に、電極６６８−１ａ，６６８−１ｂ，６６８−２ａ，６６８−２ｂは、誘電体の接着剤６２８−１ａ，６２８−１ｂ，６２８−２ａ，６２８−２ｂを用いてＬＮ基板上の電極６１４−１ａ，６１４−１ｂ，６１４−２ａ，６１４−２ｂに接続されている。前述したように、この接着剤により、これら電極間にＤＣブロック用のキャパシタンスが形成される。なお、本発明においては、石英基板６３０，６６０は、ＬＮ基板６１０と別の基板であればよく、石英系の基板でなくてもよい。
【００４０】
入力導波路６３２に入射した入力光は、Ｙ分岐部６３４で２つに分岐される。分岐した光は、それぞれＹ分岐部６３４−１，６３４−２でさらに２つに分岐され、それぞれＬＮ基板６１０のアーム導波路６１２−１ａ，６１２−１ｂ，６１２−２ａ，６１２−２ｂに伝搬する。ＬＮ基板の導波路６１２−１ａ，６１２−１ｂ，６１２−２ａ，６１２−２ｂを伝搬する光は、電極６１４−１ａ，６１４−１ｂ，６１４−２ａ，６１４−２ｂに印加された変調信号により、その位相が変調される。その位相変調量は、変調信号の印加電圧および作用長によって決定される。ここで、この変調信号にＤＣ成分を重畳し、光変調器６００の動作点を設定する。本発明においては、石英基板６３０の電極６３８−１ａ，６３８−１ｂ，６３８−２ａ，６３８−２ｂとＬＮ基板６１０の電極６１４−１ａ，６１４−１ｂ，６１４−２ａ，６１４−２ｂとの間に接着剤６２６−１ａ，６２６−１ｂ，６２６−２ａ，６２６−２ｂで形成されたキャパシタンスと、石英基板６６０の電極６６８−１ａ，６６８−１ｂ，６６８−２ａ、６６８−２ｂとＬＮ基板６１０の電極６１４−１ａ，６１４−１ｂ，６１４−２ａ，６１４−２ｂとの間に接着剤６２８−１ａ，６２８−１ｂ，６２８−２ａ，６２８−２ｂで形成されたキャパシタンスとによってＤＣ成分がブロックされるため、ＤＣ電流が抵抗６７０−１，６７０−２に流れて熱として消費されることを防ぐことができる。そのため消費電力を小さくすることができる。また、抵抗でＤＣ成分による熱が発生しないため、光変調器の動作が安定する。さらには、抵抗によるＤＣ電圧降下がないため、ＤＣバイアス電圧を小さくすることができる。ＬＮ基板と石英基板の微小な接合部によってもＤＣブロック用のキャパシタンスと同様の機能を実現することから、ＬＮ基板のサイズを増加することなくＤＣブロック用のキャパシタンスを削減できる。そのため装置の小型化が可能となる。本発明においては、接着剤を用いたこれら８箇所の接続部のすべてにおいて、ＤＣブロック用のキャパシタンスを形成する必要はなく、各マッハツェンダ干渉計についていずれか１箇所でも効果が得られることはいうまでもない。
【００４１】
次に、ＬＮ基板の導波路６１２−１ａ，６１２−１ｂを伝搬した光は、石英基板６６０のＹ合波部６６４−１で合波され、ＬＮ基板の導波路６１２−２ａ，６１２−２ｂを伝搬した光は、石英基板６６０のＹ合波部６６４−２で合波される。Ｙ合波部６６４−１，６６４−２からの光は、さらにＹ合波部６６４でさらに合波され、出力導波路６６６から出力光が出射される。
【００４２】
以上、本発明について、具体的にいくつかの実施形態について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、上記の実施形態では、電気光学材料の基板として、ＬＮ基板を例に説明したが、本発明の原理は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ＫＴＮ（ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などを用いることができる。また、常誘電体の石英基板を、光変調器の出力側に用いた場合と、入力側および出力側の両方に用いた場合を説明したが、入力側だけに用いてもその部分において本発明の効果を得ることができる。さらに、上記の実施形態では、Ｙ分岐に代えて、方向性結合器やカプラ、多モード干渉カプラ（ＭＭＩ：ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）などの回路を用いてもよい。このように、ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１００，２００，３００，５００，６００ マッハツェンダ型光変調器
１１０ 光学基板
１１２，２１２，３３２，５３２，６３２ 入力導波路
１１４，２１４，３３４，５３４，５６４，６３４，６３４−１，６３４−２ Ｙ分岐部
１１６ａ，１１６ｂ，２１６ａ，２１６ｂ，２３２ａ，２３２ｂ，３１２ａ，３１２ｂ，３３６ａ，３３６ｂ，３６２ａ，３６２ｂ，５１２ａ，５１２ｂ，５３６ａ，５３６ｂ，５６２ａ，５６２ｂ，６１２−１ａ，６１２−１ｂ，６１２−２ａ，６１２−２ｂ アーム導波路
１１８，２３４，３６４，６６４，６６４−１，６６４−２ Ｙ合波部
１２０，２３６，３６６，５６６，６６６ 出力導波路
１２４，２２４，３２４，５２４，６２４−１，６２４−２ 高周波信号源
１２７，２２７ ＤＣバイアス回路
１２８，２２８，３２８，６２８−１，６２８−２ ＤＣ電源
１７０，２７０，３７０，５７０，６７０−１，６７０−２ 終端抵抗
１７１ ＤＣブロック用のキャパシタ
２１０，３１０，５１０，６１０ ＬＮ基板
２２２ａ，２２２ｂ，２３８ａ，２３８ｂ，３１４ａ，３１４ｂ，３３８ａ，３３８ｂ，３６８ａ，３６８ｂ、４１０，４３０，５１４ａ，５１４ｂ，５３８ａ，５３８ｂ，５６８ａ，５６８ｂ，６１４−１ａ，６１４−１ｂ，６１４−２ａ，６１４−２ｂ，６３８−１ａ，６３８−１ｂ，６３８−２ａ，６３８−２ｂ，６６８−１ａ，６６８−１ｂ，６６８−２ａ，６６８−２ｂ 電極
２２６ａ，２２６ｂ，３２６ａ，３２６ｂ，３２８ａ，３２８ｂ，４２０，５２６ａ，５２６ｂ，５２８ａ，５２８ｂ，６２６−１ａ，６２６−１ｂ，６２６−２ａ，６２６−２ｂ，６２８−１ａ，６２８−１ｂ，６２８−２ａ，６２８−２ｂ 接着剤
２３０，３３０，３６０，５３０，５６０，６３０，６６０ 石英基板
３２９，５２９，６２９−１，６２９−２ コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器に関する。より詳細には、本発明は、マッハツェンダ型の光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信技術の発展に伴って、高速で安定性の高い光変調器が必要とされている。高速の光変調器として、マッハツェンダ型の光変調器が知られている。マッハツェンダ型の光変調器では、入力光を分岐し、分岐した光に位相差を与えて合波することにより、変調された出力光を得る。
【０００３】
図１に、従来のマッハツェンダ型の光変調器を示す。このマッハツェンダ型光変調器１００は、電気光学効果を有する光学基板（ニオブ酸リチウム結晶（ＬｉＮｂＯ３、以下ＬＮと記す）など）１１０上に、入力光が入射される入力導波路１１２と、入力導波路からの光を分岐するＹ分岐部１１４と、分岐した光を導波する２つのアーム導波路１１６ａ，１１６ｂと、これら２つのアーム導波路からの光を合波するＹ合波部１１８と、合波した光を出力する出力導波路１２０とを備えている。これら導波路は、光学基板にＴｉなどの金属を選択的に拡散させて形成することができる。その後、基板表面全体にＳｉＯ２などのバッファ層を設け、アーム導波路上にＡｕなどの金属電極１２２ａ，１２２ｂが形成される。電極１２２ａ，１２２ｂには、光変調器を変調する高周波信号源１２４がＤＣバイアス回路１２７を介して接続されている。また、これら電極間には、終端抵抗１７０とＤＣブロック用のキャパシタ１７１が接続されている。また、ＤＣバイアス回路１２７には、変調器の動作点を設定するためのＤＣ電源１２８が接続されている。
【０００４】
入力導波路１１２に入射した入力光は、Ｙ分岐部１１４で２つに分岐される。分岐した光は、アーム導波路１１６ａ，１１６ｂを伝搬する間、電極１２２ａ，１２２ｂに印加された変調信号により電気光学効果の影響を受けて、位相が変化する。すなわち、電極に印加された変調信号によって、アーム導波路間の位相差を変えることができる。アーム導波路１１６ａ，１１６ｂからの光をＹ合波部１１８で合波すると、これら２つの光の位相差に応じて、強度が変調された光が出力導波路１２０から出射される（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１５４１６４号公報
【特許文献２】特開平５−１００１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のマッハツェンダ型の光変調器では、ＤＣブロック用のキャパシタ１７１が電極に接続されている。その理由は、このキャパシタが無いと、ＤＣ成分が終端抵抗で熱として消費されるために消費電力が増大し、発生した熱がＬＮなどの光学基板へと伝わり、動作不良の原因となるからである。もう一つの理由は、このキャパシタが無いと、ＤＣバイアス印加時に終端抵抗で電圧降下が生じ、より高い電圧が必要となるからである。このＤＣブロック用のキャパシタによって、光変調器のサイズおよびコストが増大する。
【０００７】
このＤＣブロック用のキャパシタを削減するために、光変調器の動作点を設定するための電極を別途設け、変調用の電極には、変調信号を直接印加する方法も知られている（特許文献２）。この方法では、ＤＣブロック用のキャパシタは削減することができるものの、動作点設定用の電極が新たに必要になる。この電極のために、光変調器のサイズおよびコストが増大する。なお、サイズを増大せずに、動作点設定用の電極を設けると、変調用の電極の長さが制限され、導波路の相互作用長が短くなり、高周波特性が劣化する。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＤＣブロック用のキャパシタの数を削減し、小型化が可能な光変調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、マッハツェンダ型の光変調器であって、アーム導波路が形成された電気光学材料の第１の基板と、前記アーム導波路に結合したＹ分岐部およびＹ合波部の少なくとも一方が形成された第２の基板とを備え、前記電気光学材料の第１の基板は、前記アーム導波路上に形成された変調用の第１の電極を備え、前記第２の基板は、前記第１の電極に結合する第２の電極を備え、前記第１および前記第２の電極は、誘電体の接着剤で接合されたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光変調器であって、前記接着剤は、前記第１および第２の基板の接合に使用されることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光変調器であって、前記第２の電極は、終端抵抗を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の光変調器であって、複数のマッハツェンダ干渉計を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の光変調器であって、前記第２の基板は、石英系の基板であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の光変調器であって、前記第１の基板は、ニオブ酸リチウム結晶からなる光学基板であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】マッハツェンダ型光変調器の構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す図である。
【図４】本発明のマッハツェンダ型光変調器の電極間に接着剤で形成されるキャパシタンスを説明するための図である。
【図５】本発明の第３の実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明による光変調器においては、２つの基板を組み合わせ、一方の基板に配置した電極と、他方の基板に配置した電極との間を誘電体層が形成されるように接着剤で接合することによって、誘電体層をＤＣブロック用のキャパシタンスとして機能させることができる。これらの基板として、例えば、一方にニオブ酸リチウム結晶（ＬＮ）などの電気光学材料の基板を用い、他方に石英やシリコンなどの常誘電体の基板を用いてもよい。この場合、電気光学材料の基板には、マッハツェンダ型光変調器のアーム導波路を形成し、その上に変調用の電極を設けることができる。
【００１７】
図２に、本発明の第１の実施形態による光変調器を示す。このマッハツェンダ型光変調器２００は、電気光学材料のＬＮ基板２１０と、石英基板２３０とから構成されている。ＬＮ基板２３０には、入力光が入射される入力導波路２１２と、入力導波路からの光を分岐するＹ分岐部２１４と、分岐した光を導波する２つのアーム導波路２１６ａ，２１６ｂとが形成されている。また、ＬＮ基板のアーム導波路２１６ａ，２１６ｂには、変調用の電極２２２ａ，２２２ｂが設けられている。石英基板２３０には、ＬＮ基板の２つのアーム導波路２１６ａ，２１６ｂと光学的に結合される２つのアーム導波路２３２ａ，２３２ｂと、これら２つの分岐導波路からの光を合波するＹ合波部２３４と、合波した光を出力する出力導波路２３６とが形成されている。
【００１８】
また、ＬＮ基板上の電極２２２ａ，２２２ｂには、ＤＣバイアス回路２２７と外部の高周波信号源２２４が接続されている。また、ＤＣバイアス回路２２７には、変調器の動作点を設定するためのＤＣ電源２２８が接続されている。また、石英基板上には、電極２３８ａ，２３８ｂが設けられ、外部の終端抵抗２７０に接続されている。電極２２２ａ，２２２ｂは、誘電体の接着剤２２６ａ，２２６ｂを用いて石英基板上の電極２３８ａ，２３８ｂに接続されている。後述するように、この接着剤により、これら電極間にＤＣブロック用のキャパシタンスが形成される。なお、本発明においては、石英基板２３０は、ＬＮ基板２１０と別の基板であればよく、石英系の基板でなくてもよい。
【００１９】
入力導波路２１２に入射した入力光は、Ｙ分岐部２１４で２つに分岐される。分岐した光は、アーム導波路２１６ａ，２１６ｂに伝搬する。ＬＮ基板の導波路２１６ａ，２１６ｂを伝搬する光は、電極２２２ａ，２２２ｂに印加された変調信号により、その位相が変調される。その位相変調量は、変調信号の印加電圧および作用長によって決定される。ここで、この変調信号にＤＣ成分を重畳し、光変調器２００の動作点を設定する。本発明においては、ＬＮ基板２１０の電極２２２ａ，２２２ｂと、石英基板２３０の電極２３８ａ，２３８ｂとの間に接着剤２２６ａ，２２６ｂで形成されたキャパシタンスによってＤＣ成分がブロックされるため、ＤＣ電流が抵抗２７０に流れて熱として消費されることを防ぐことができる。そのため消費電力を小さくすることができる。また、抵抗でＤＣ成分による熱が発生しないため、光変調器の動作が安定する。さらには、抵抗によるＤＣ電圧降下がないため、ＤＣバイアス電圧を小さくすることができる。ＬＮ基板と石英基板の微小な接合部によってもＤＣブロック用のキャパシタンスと同様の機能を実現することから、ＬＮ基板のサイズを増加することなくＤＣブロック用のキャパシタンスを削減できる。そのため装置の小型化が可能となる。
【００２０】
次に、ＬＮ基板の導波路２１６ａ，２１６ｂを伝搬した光は、石英基板２３０のアーム導波路２３２ａ，２３２ｂに結合し、Ｙ合波部２３４で合波され、出力導波路２３６から出力光が出射される。
【００２１】
図３に、本発明の第２の実施形態による光変調器を示す。この実施形態では、出力側の基板だけでなく、入力側の基板もＬＮ基板とは異なる基板（例えば、石英基板）で形成している。これにより、より多くの箇所で接着剤を用いたキャパシタンスを形成することができる。
【００２２】
このマッハツェンダ型光変調器３００は、電気光学材料のＬＮ基板３１０と、２つの石英基板３３０，３６０とから構成されている。前段の石英基板３３０には、入力光が入射される入力導波路３３２と、入力導波路からの光を分岐するＹ分岐部３３４と、分岐した光を導波する２つのアーム導波路３３６ａ，３３６ｂとが形成されている。ＬＮ基板３１０には、前段の石英基板の２つのアーム導波路３３６ａ，３３６ｂと光学的に結合される２つのアーム導波路３１２ａ，３１２ｂが形成され、ＬＮ基板のアーム導波路には、変調用の電極３１４ａ，３１４ｂが設けられている。変調用の電極３１４ｂには、コイル３２９を介してＤＣ電源３２８が接続されており、変調器の動作点を設定することができる。後段の石英基板３６０には、ＬＮ基板の２つのアーム導波路３１２ａ，３１２ｂと光学的に結合される２つのアーム導波路３６２ａ，３６２ｂと、これら２つのアーム導波路からの光を合波するＹ合波部３６４と、合波した光を出力する出力導波路３６６とが形成されている。
【００２３】
また、前段の石英基板上には、電極３３８ａ，３３８ｂが設けられ、外部の高周波信号源３２４に接続されている。電極３３８ａ，３３８ｂは、誘電体の接着剤３２６ａ，３２６ｂを用いてＬＮ基板上の電極３１４ａ，３１４ｂに接続されている。同様に、後段の石英基板上には、電極３６８ａ，３６８ｂが設けられ、外部の終端抵抗３７０に接続されている。同様に、電極３６８ａ，３６８ｂは、誘電体の接着剤３２８ａ，３２８ｂを用いてＬＮ基板上の電極３１４ａ，３１４ｂに接続されている。後述するように、この接着剤により、これら電極間にＤＣブロック用のキャパシタンスが形成される。なお、本発明においては、石英基板３３０，３６０は、ＬＮ基板３１０と別の基板であればよく、石英系の基板でなくてもよい。
【００２４】
入力導波路３３２に入射した入力光は、Ｙ分岐部３３４で２つに分岐される。分岐した光は、アーム導波路３３６ａ，３３６ｂを介して、ＬＮ基板３１０のアーム導波路３１２ａ，３１２ｂに伝搬する。ＬＮ基板の導波路３１２ａ，３１２ｂを伝搬する光は、電極３１４ａ，３１４ｂに印加された変調信号により、その位相が変調される。その位相変調量は、変調信号の印加電圧および作用長によって決定される。ここで、この変調信号にＤＣ成分を重畳し、光変調器３００の動作点を設定する。本発明においては、石英基板３３０の電極３３８ａ，３３８ｂとＬＮ基板３１０の電極３１４ａ，３１４ｂとの間に接着剤３２６ａ，３２６ｂで形成されたキャパシタンスと、石英基板３６０の電極３６８ａ，３６８ｂとＬＮ基板３１０の電極３１４ａ，３１４ｂとの間に接着剤３２８ａ，３２８ｂで形成されたキャパシタンスとによってＤＣ成分がブロックされるため、ＤＣ電流が抵抗３７０に流れて熱として消費されることを防ぐことができる。そのため消費電力を小さくすることができる。また、抵抗でＤＣ成分による熱が発生しないため、光変調器の動作が安定する。さらには、抵抗によるＤＣ電圧降下がないため、ＤＣバイアス電圧を小さくすることができる。ＬＮ基板と石英基板の微小な接合部によってもＤＣブロック用のキャパシタンスと同様の機能を実現することから、ＬＮ基板のサイズを増加することなくＤＣブロック用のキャパシタンスを削減できる。そのため装置の小型化が可能となる。本発明においては、接着剤を用いたこれら４箇所の接続部のすべてにおいて、ＤＣブロック用のキャパシタンスを形成する必要はなく、いずれか１箇所でも効果が得られることはいうまでもない。
【００２５】
次に、ＬＮ基板の導波路３１２ａ，３１２ｂを伝搬した光は、石英基板３６０のアーム導波路３６２ａ，３６２ｂに結合し、Ｙ合波部３６４で合波され、出力導波路３６６から出力光が出射される。
【００２６】
図４は、第１および第２の実施形態における電極間の接着剤による接合部を拡大した図である。この接合部は、第１の電極４１０と、第２の電極４３０とが接着剤４２０で接合されて形成されている。このとき、接合部に形成されるキャパシタンスＣは、次式で与えられる。
【００２７】
【数１】
【００２８】
ここで、εは、接着剤の誘電率であり、ｗは電極の幅、ｈは電極の高さ、ｄは電極間の距離を表している。接着剤の誘電率εを２．２５、電極の幅ｗおよび高さｈをそれぞれ１０μｍ、電極間の距離ｄを５μｍとすると、キャパシタンスは、およそ４５μＦとなる。
【００２９】
このときの接合部でのカットオフ周波数は、終端抵抗を５０Ωとすると、次式より、およそ７０Ｈｚとなる。
【００３０】
【数２】
【００３１】
このように、電極間を誘電体の接着剤で接合することにより、ＤＣブロック用のキャパシタンスを形成することができる。また、この接着剤は、電極間の接合のみならず、基板間の接合にも使用することができる。この場合、この接着剤は、導波路を伝搬する光に対して損失の少ないものが望ましい。接着剤の屈折率を、石英導波路の屈折率ｎ＝１．５程度とすると、接着剤の誘電率は、ε≒ｎ２＝２．２５となる。このような接着剤には、アクリレート、エポキシ、シリコーンなどが挙げられる。
【００３２】
図５に、本発明の第３の実施形態による光変調器を示す。この実施形態では、外部の終端抵抗が基板上に集積されている。この終端抵抗は、Ｔａ２Ｎ，ＮｉＣｒ，Ｗなどを用いて基板上に形成することができる。これにより、基板および周辺の電気回路の小型化が可能になる。また、レイアウトによっては、電極が導波路と交差する箇所が減るので、クロストークの影響が削減でき、良好な変調特性を達成することができる。なお、終端抵抗は、スパッタ、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、蒸着等により形成することができる。
【００３３】
このマッハツェンダ型光変調器５００は、電気光学材料のＬＮ基板５１０と、２つの石英基板５３０，５６０とから構成されている。前段の石英基板５３０には、入力光が入射される入力導波路５３２と、入力導波路からの光を分岐するＹ分岐部５３４と、分岐した光を導波する２つのアーム導波路５３６ａ，５３６ｂとが形成されている。ＬＮ基板５１０には、前段の石英基板の２つのアーム導波路５３６ａ，５３６ｂと光学的に結合される２つのアーム導波路５１２ａ，５１２ｂが形成され、ＬＮ基板のアーム導波路には、変調用の電極５１４ａ，５１４ｂが設けられている。変調用の電極５１４ｂには、コイル５２９を介してＤＣ電源５２８が接続されており、変調器の動作点を設定することができる。後段の石英基板５６０には、ＬＮ基板の２つのアーム導波路５１２ａ，５１２ｂと光学的に結合される２つのアーム導波路５６２ａ，５６２ｂと、これら２つのアーム導波路からの光を合波するＹ合波部５６４と、合波した光を出力する出力導波路５６６とが形成されている。
【００３４】
また、前段の石英基板上には、電極５３８ａ，５３８ｂが設けられ、外部の高周波信号源５２４に接続されている。電極５３８ａ，５３８ｂは、誘電体の接着剤５２６ａ，５２６ｂを用いてＬＮ基板上の電極５１２ａ，５１２ｂに接続されている。同様に、後段の石英基板上には、電極５６８ａ，５６８ｂが設けられ、基板上に形成された終端抵抗５７０に接続されている。同様に、電極５６８ａ，５６８ｂは、誘電体の接着剤５２８ａ，５２８ｂを用いてＬＮ基板上の電極５１４ａ，５１４ｂに接続されている。前述したように、この接着剤により、これら電極間にＤＣブロック用のキャパシタンスが形成される。なお、本発明においては、石英基板５３０，５６０は、ＬＮ基板５１０と別の基板であればよく、石英系の基板でなくてもよい。
【００３５】
入力導波路５３２に入射した入力光は、Ｙ分岐部５３４で２つに分岐される。分岐した光は、アーム導波路５３６ａ，５３６ｂを介して、ＬＮ基板５１０のアーム導波路５１２ａ，５１２ｂに伝搬する。ＬＮ基板の導波路５１２ａ，５１２ｂを伝搬する光は、電極５１４ａ，５１４ｂに印加された変調信号により、その位相が変調される。その位相変調量は、変調信号の印加電圧および作用長によって決定される。ここで、この変調信号にＤＣ成分を重畳し、光変調器５００の動作点を設定する。本発明においては、石英基板５３０の電極５３８ａ，５３８ｂとＬＮ基板５１０の電極５１４ａ，５１４ｂとの間に接着剤５２６ａ，５２６ｂで形成されたキャパシタンスと、石英基板５６０の電極５６８ａ，５６８ｂとＬＮ基板５１０の電極５１４ａ，５１４ｂとの間に接着剤５２８ａ，５２８ｂで形成されたキャパシタンスとによってＤＣ成分がブロックされるため、ＤＣ電流が抵抗５７０に流れて熱として消費されることを防ぐことができる。そのため消費電力を小さくすることができる。また、抵抗でＤＣ成分による熱が発生しないため、光変調器の動作が安定する。さらには、抵抗によるＤＣ電圧降下がないため、ＤＣバイアス電圧を小さくすることができる。ＬＮ基板と石英基板の微小な接合部によってもＤＣブロック用のキャパシタンスと同様の機能を実現することから、ＬＮ基板のサイズを増加することなくＤＣブロック用のキャパシタンスを削減できる。そのため装置の小型化が可能となる。本発明においては、接着剤を用いたこれら４箇所の接続部のすべてにおいて、ＤＣブロック用のキャパシタンスを形成する必要はなく、いずれか１箇所でも効果が得られることはいうまでもない。
【００３６】
次に、ＬＮ基板の導波路５１２ａ，５１２ｂを伝搬した光は、石英基板５６０のアーム導波路５６２ａ，５６２ｂに結合し、Ｙ合波部５６４で合波され、出力導波路５６６から出力光が出射される。
【００３７】
図６に、本発明の第４の実施形態による光変調器を示す。この実施形態では、複数のマッハツェンダ干渉計から光変調器が構成されている。このように、複数のマッハツェンダ干渉計からなる光変調器では、接着剤を用いたキャパシタンスを形成し、終端抵抗を基板上に形成することによる本発明の効果が顕著になる。
【００３８】
このマッハツェンダ型光変調器６００は、電気光学材料のＬＮ基板６１０と、２つの石英基板６３０，６６０とから構成されている。前段の石英基板６３０には、入力光が入射される入力導波路６３２と、入力導波路からの光を分岐するＹ分岐部６３４と、分岐した光をさらに分岐するＹ分岐部６３４−１，６３４−２とが形成されている。ＬＮ基板６１０には、前段の石英基板のＹ分岐部６３４−１，６３４−２からの光が結合する４つのアーム導波路６１２−１ａ，６１２−１ｂ，６１２−２ａ，６１２−２ｂが形成され、ＬＮ基板のアーム導波路にはそれぞれ、変調用の電極６１４−１ａ，６１４−１ｂ，６１４−２ａ，６１４−２ｂが設けられている。変調用の電極６１４−１ａ，６１４−２ｂには、それぞれコイル６２９−１，６２９−２を解してそれぞれＤＣ電源６２８−１，６２８−２が接続されており、変調器の動作点を設定することができる。後段の石英基板６６０には、ＬＮ基板の２つのアーム導波路６１２−１ａ，６１２−１ｂと光学的に結合されるＹ合波部６６４−１と、ＬＮ基板の２つアーム導波路６１２−２ａ，６１２−２ｂと光学的に結合されるＹ合波部６６４−２と、２つの合波部からの光をさらに合波するＹ合波部６６４と、合波した光を出力する出力導波路６６６とが形成されている。
【００３９】
また、前段の石英基板上には、電極６３８−１ａ，６３８−１ｂ，６３８−２ａ，６３８−２ｂが設けられ、外部の高周波信号源６２４−１，６２４−２に接続されている。電極６３８−１ａ，６３８−１ｂ，６３８−２ａ，６３８−２ｂは、誘電体の接着剤６２６−１ａ，６２６−１ｂ，６２６−２ａ，６２６−２ｂを用いてＬＮ基板上の電極６１４−１ａ，６１４−１ｂ，６１４−２ａ，６１４−２ｂに接続されている。同様に、後段の石英基板上には、電極６６８−１ａ，６６８−１ｂ，６６８−２ａ，６６８−２ｂが設けられ、基板上に形成された終端抵抗６７０−１，６７０−２に接続されている。同様に、電極６６８−１ａ，６６８−１ｂ，６６８−２ａ，６６８−２ｂは、誘電体の接着剤６２８−１ａ，６２８−１ｂ，６２８−２ａ，６２８−２ｂを用いてＬＮ基板上の電極６１４−１ａ，６１４−１ｂ，６１４−２ａ，６１４−２ｂに接続されている。前述したように、この接着剤により、これら電極間にＤＣブロック用のキャパシタンスが形成される。なお、本発明においては、石英基板６３０，６６０は、ＬＮ基板６１０と別の基板であればよく、石英系の基板でなくてもよい。
【００４０】
入力導波路６３２に入射した入力光は、Ｙ分岐部６３４で２つに分岐される。分岐した光は、それぞれＹ分岐部６３４−１，６３４−２でさらに２つに分岐され、それぞれＬＮ基板６１０のアーム導波路６１２−１ａ，６１２−１ｂ，６１２−２ａ，６１２−２ｂに伝搬する。ＬＮ基板の導波路６１２−１ａ，６１２−１ｂ，６１２−２ａ，６１２−２ｂを伝搬する光は、電極６１４−１ａ，６１４−１ｂ，６１４−２ａ，６１４−２ｂに印加された変調信号により、その位相が変調される。その位相変調量は、変調信号の印加電圧および作用長によって決定される。ここで、この変調信号にＤＣ成分を重畳し、光変調器６００の動作点を設定する。本発明においては、石英基板６３０の電極６３８−１ａ，６３８−１ｂ，６３８−２ａ，６３８−２ｂとＬＮ基板６１０の電極６１４−１ａ，６１４−１ｂ，６１４−２ａ，６１４−２ｂとの間に接着剤６２６−１ａ，６２６−１ｂ，６２６−２ａ，６２６−２ｂで形成されたキャパシタンスと、石英基板６６０の電極６６８−１ａ，６６８−１ｂ，６６８−２ａ、６６８−２ｂとＬＮ基板６１０の電極６１４−１ａ，６１４−１ｂ，６１４−２ａ，６１４−２ｂとの間に接着剤６２８−１ａ，６２８−１ｂ，６２８−２ａ，６２８−２ｂで形成されたキャパシタンスとによってＤＣ成分がブロックされるため、ＤＣ電流が抵抗６７０−１，６７０−２に流れて熱として消費されることを防ぐことができる。そのため消費電力を小さくすることができる。また、抵抗でＤＣ成分による熱が発生しないため、光変調器の動作が安定する。さらには、抵抗によるＤＣ電圧降下がないため、ＤＣバイアス電圧を小さくすることができる。ＬＮ基板と石英基板の微小な接合部によってもＤＣブロック用のキャパシタンスと同様の機能を実現することから、ＬＮ基板のサイズを増加することなくＤＣブロック用のキャパシタンスを削減できる。そのため装置の小型化が可能となる。本発明においては、接着剤を用いたこれら８箇所の接続部のすべてにおいて、ＤＣブロック用のキャパシタンスを形成する必要はなく、各マッハツェンダ干渉計についていずれか１箇所でも効果が得られることはいうまでもない。
【００４１】
次に、ＬＮ基板の導波路６１２−１ａ，６１２−１ｂを伝搬した光は、石英基板６６０のＹ合波部６６４−１で合波され、ＬＮ基板の導波路６１２−２ａ，６１２−２ｂを伝搬した光は、石英基板６６０のＹ合波部６６４−２で合波される。Ｙ合波部６６４−１，６６４−２からの光は、さらにＹ合波部６６４でさらに合波され、出力導波路６６６から出力光が出射される。
【００４２】
以上、本発明について、具体的にいくつかの実施形態について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、上記の実施形態では、電気光学材料の基板として、ＬＮ基板を例に説明したが、本発明の原理は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ＫＴＮ（ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などを用いることができる。また、常誘電体の石英基板を、光変調器の出力側に用いた場合と、入力側および出力側の両方に用いた場合を説明したが、入力側だけに用いてもその部分において本発明の効果を得ることができる。さらに、上記の実施形態では、Ｙ分岐に代えて、方向性結合器やカプラ、多モード干渉カプラ（ＭＭＩ：ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）などの回路を用いてもよい。このように、ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１００，２００，３００，５００，６００ マッハツェンダ型光変調器
１１０ 光学基板
１１２，２１２，３３２，５３２，６３２ 入力導波路
１１４，２１４，３３４，５３４，５６４，６３４，６３４−１，６３４−２ Ｙ分岐部
１１６ａ，１１６ｂ，２１６ａ，２１６ｂ，２３２ａ，２３２ｂ，３１２ａ，３１２ｂ，３３６ａ，３３６ｂ，３６２ａ，３６２ｂ，５１２ａ，５１２ｂ，５３６ａ，５３６ｂ，５６２ａ，５６２ｂ，６１２−１ａ，６１２−１ｂ，６１２−２ａ，６１２−２ｂ アーム導波路
１１８，２３４，３６４，６６４，６６４−１，６６４−２ Ｙ合波部
１２０，２３６，３６６，５６６，６６６ 出力導波路
１２４，２２４，３２４，５２４，６２４−１，６２４−２ 高周波信号源
１２７，２２７ ＤＣバイアス回路
１２８，２２８，３２８，６２８−１，６２８−２ ＤＣ電源
１７０，２７０，３７０，５７０，６７０−１，６７０−２ 終端抵抗
１７１ ＤＣブロック用のキャパシタ
２１０，３１０，５１０，６１０ ＬＮ基板
２２２ａ，２２２ｂ，２３８ａ，２３８ｂ，３１４ａ，３１４ｂ，３３８ａ，３３８ｂ，３６８ａ，３６８ｂ、４１０，４３０，５１４ａ，５１４ｂ，５３８ａ，５３８ｂ，５６８ａ，５６８ｂ，６１４−１ａ，６１４−１ｂ，６１４−２ａ，６１４−２ｂ，６３８−１ａ，６３８−１ｂ，６３８−２ａ，６３８−２ｂ，６６８−１ａ，６６８−１ｂ，６６８−２ａ，６６８−２ｂ 電極
２２６ａ，２２６ｂ，３２６ａ，３２６ｂ，３２８ａ，３２８ｂ，４２０，５２６ａ，５２６ｂ，５２８ａ，５２８ｂ，６２６−１ａ，６２６−１ｂ，６２６−２ａ，６２６−２ｂ，６２８−１ａ，６２８−１ｂ，６２８−２ａ，６２８−２ｂ 接着剤
２３０，３３０，３６０，５３０，５６０，６３０，６６０ 石英基板
３２９，５２９，６２９−１，６２９−２ コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マッハツェンダ型の光変調器であって、
アーム導波路が形成された電気光学材料の第１の基板と、
前記アーム導波路に結合したＹ分岐部およびＹ合波部の少なくとも一方が形成された第２の基板と
を備え、
前記電気光学材料の第１の基板は、前記アーム導波路上に形成された変調用の第１の電極を備え、前記第２の基板は、前記第１の電極に結合する第２の電極を備え、前記第１および前記第２の電極は、誘電体の接着剤で接合されたことを特徴とする光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器であって、
前記接着剤は、前記第１および第２の基板の接合に使用されることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光変調器であって、
前記第２の電極は、終端抵抗を備えたことを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の光変調器であって、
複数のマッハツェンダ干渉計を備えたことを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の光変調器であって、
前記第２の基板は、石英系の基板であることを特徴とする光変調器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の光変調器であって、
前記第１の基板は、ニオブ酸リチウム結晶からなる光学基板であることを特徴とする光変調器。
【請求項１】
マッハツェンダ型の光変調器であって、
アーム導波路が形成された電気光学材料の第１の基板と、
前記アーム導波路に結合したＹ分岐部およびＹ合波部の少なくとも一方が形成された第２の基板と
を備え、
前記電気光学材料の第１の基板は、前記アーム導波路上に形成された変調用の第１の電極を備え、前記第２の基板は、前記第１の電極に結合する第２の電極を備え、前記第１および前記第２の電極は、誘電体の接着剤で接合されたことを特徴とする光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器であって、
前記接着剤は、前記第１および第２の基板の接合に使用されることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光変調器であって、
前記第２の電極は、終端抵抗を備えたことを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の光変調器であって、
複数のマッハツェンダ干渉計を備えたことを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の光変調器であって、
前記第２の基板は、石英系の基板であることを特徴とする光変調器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の光変調器であって、
前記第１の基板は、ニオブ酸リチウム結晶からなる光学基板であることを特徴とする光変調器。
【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２０１０−２１１０６０（Ｐ２０１０−２１１０６０Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５８４５４（Ｐ２００９−５８４５４）
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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