光変調装置及び光変調集積装置
【課題】小型化可能であって、変調効率を高めた光変調装置を得る。
【解決手段】基板上に間隔を隔てて形成された第１の光導波路及び第２の光導波路と、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路における屈折率を変化させるため、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に沿って設けられた電極と、前記電極に接続されており、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に電圧を印加するための電源と、を有し、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路のうち、どちらか一方または双方の光導波路は、波長λの光を反射する構造の回折格子領域と、０からλ／２の範囲で位相シフトさせる位相シフト領域により形成されていることを特徴とする光変調装置により上記課題を解決する。
【解決手段】基板上に間隔を隔てて形成された第１の光導波路及び第２の光導波路と、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路における屈折率を変化させるため、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に沿って設けられた電極と、前記電極に接続されており、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に電圧を印加するための電源と、を有し、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路のうち、どちらか一方または双方の光導波路は、波長λの光を反射する構造の回折格子領域と、０からλ／２の範囲で位相シフトさせる位相シフト領域により形成されていることを特徴とする光変調装置により上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調装置及び光変調集積装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）システムにおいて用いられる光送信装置の構成としては、ＤＦＢ（Distributed Feedback）レーザと光変調器とを組み合わせたものが一般的に用いられている。ＷＤＭシステムにおいては、数十を超える波長チャネルがあり、広帯域な波長の入力光に対応した光変調器が望まれている。
【０００３】
このような広帯域な波長における動作を実現することができる光変調器の１つとして、半導体材料により形成されるマッハツェンダ（Mach-Zehnder；ＭＺ）型光変調器が挙げられる。（例えば、特許文献１）
【０００４】
図１に、マッハツェンダ型光変調器を示す。マッハツェンダ型光変調器は、半導体基板上に、光導波路となる第１のアーム３１１と第２のアーム３１２が形成されている。第１のアーム３１１及び第２のアームの両側には、電界を印加することにより屈折率を変化させるための電極３２１、３２２及び３２３が、第１のアーム３１１及び第２のアーム３１２に沿って設けられている。このマッハツェンダ型光変調器は、第１のアーム３１１の両側に設けられた電極３２１と電極３２２との間に電圧を印加することにより、第１のアーム３１１における屈折率を変化させることができる。また、第２のアーム３１２の両側に設けられた電極３２２と電極３２３との間に電圧を印加することにより、第２のアーム３１２における屈折率を変化させることができる構造となっている。
【０００５】
このため、電極３２１と電極３２２との間には、第１の電気信号源３３１が設けられており、電極３２２と電極３２３との間には、第２の電気信号源３３２が設けられており、電極３２２は接地されている。入射部３４１より入射した連続光である入射光は、第１のアーム３１１と第２のアーム３１２に分岐して伝搬し、第１の電気信号源３３１と第２の信号源３３２とを制御することにより変調され、再び合波し、出射部３４２より変調光である出射光として出射される。
【０００６】
出射部３４２により出射される出射光の光強度は、第１のアーム３１１及び第２のアームにおいて伝搬する光の位相差により変化する。具体的には、第１のアーム３１１及び第２のアーム３１２のアームの長さをＬ、伝搬する光の波長をλ、第１のアーム３１１及び第２のアーム３１２における屈折率をｎとした場合、第１のアーム３１１及び第２のアーム３１２の光の位相は、（１）式で表される。
【０００７】
２ｎＬ／λ・・・・・・・・・・（１）
【０００８】
このため、第１のアーム３１１又は第２のアーム３１２の両側に設けられた電極３２１、３２２及び３２３に電圧を印加することにより、第１のアーム３１１及び第２のアーム３１２の光導波路の屈折率ｎを変化させることができる。これにより、第１のアーム３１１を伝搬する光と、第２のアーム３１２を伝搬する光との間で、位相差を生じさせ変調するものである。
【０００９】
従って、出射光を十分に変調させるためには、第１のアーム３１１又は第２のアーム３１２を伝搬する光の位相を略π変化させる必要があり、これに基づきアームの長さＬが定まる。
【００１０】
近年、光変調器の大きさは、より小型化が望まれている。光変調器の大きさは、第１のアーム３１１及び第２のアーム３１２における各々のアームの長さＬに依存することから、光導波路に反射部を設け、アーム内を伝搬する光を共振させる構造のアームの長さＬを短くした光変調器が開示されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−３２６５４８号公報
【特許文献２】米国特許第６２８８８２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、光を共振させる構造の光変調器では、形成される共振器の長さが長くなると、極めて高い精度で共振器を作製することが必要となり、このような光変調器を作製することは困難であった。
【００１３】
特許文献２に記載されているように、回折格子からなるミラーを用いて構成したファブリ・ペロー（Fabry-Perot；ＦＰ）型共振器をアームに装荷したマッハツェンダ変調器も検討されている。このようなＦＰ共振器型変調器は、ＦＰ共振器において、伝搬光がミラー間を往復することで、等価的に光路長を大きくする効果が得られている。また、ＦＰ共振器の共振器長Ｌの間を光がゆっくり進むと考えても良い（スローライトの効果）。この場合、一定の導波路の屈折変化に対して、共振器を透過する伝搬光が受ける位相変化は、同じ長さの共振構造のない導波路に比較すると、共振を受ける分だけ大きくなる。これにより、図１に示すような共振器がない場合の変調器に比較すると、このタイプの変調器では必要なアーム長を短くすることができる。この場合、変調器に入射される入力光が共振器において反射されないようにするためには、入力光すなわち変調器の動作波長を共振器の共振波長に合わせる必要がある。この条件は、動作波長λと共振器長Ｌ、導波路の屈折率nとした場合、数１に示す関係式により表される。尚、ｍは負ではない整数である。
【００１４】
【数１】
【００１５】
一方、特許文献２に記載されているものの場合は、共振器により変調効率を高めたことで、必要なアーム長を低減できるものの、想定する変調器の動作波長λに対して、共振器の長さＬを数１に示す式により決まる値に合わせる必要がある。この場合、許容される波長誤差δλに対して、共振器長をδＬ=(δλ／λ)Ｌの精度で合わせる必要がある。例えば、動作波長λを１５５０ｎｍ、共振器長を１００μｍ、波長誤差δλを１ｎｍ以内とすると、共振器長の許容誤差はδＬ＝６４ｎｍとなる。このようなδＬ／Ｌ＜０．０６４％という精度で共振器長を制御することは、実際には非常に困難である。したがって、特許文献２に記載されているものにおいては、変調器の動作波長を必要な精度で設計値に合わせることができない、という問題があった。
【００１６】
以上より、従来技術の変調器における課題は、変調効率が高くアーム長を小さくし、かつ、動作波長の制御性の良くすることである。
【００１７】
よって、アームの長さを短くすることができ小型化可能であって、かつ、変調効率が高く、動作波長の制御性の高い光変調装置及び光変調集積装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本実施の形態の一観点によれば、基板上に間隔を隔てて形成された第１の光導波路及び第２の光導波路と、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路における屈折率を変化させるため、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に沿って設けられた電極と、前記電極に接続されており、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に電圧を印加するための電源と、を有し、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路のうち、どちらか一方または双方の光導波路は、波長λの光を反射する構造の回折格子領域と、０からλ／２の範囲で位相シフトさせる位相シフト領域により形成されている。
【発明の効果】
【００１９】
開示の光変調装置及び光変調集積装置によれば、アームの長さを短くすることができ小型化可能であって、かつ、動作波長の変調効率を高め、制御性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の光変調装置の構造図
【図２】第１の実施の形態における光変調装置の構造図
【図３】第１の実施の形態における光変調装置のアームの要部拡大図
【図４】図２における破線４Ａ−４Ｂにおいて切断した断面図
【図５】第１の実施の形態における光変調装置の高屈折率領域の断面図
【図６】第１の実施の形態における光変調装置の低屈折率領域の断面図
【図７】第１の実施の形態における光変調装置における出射光のスペクトル
【図８】第１の実施の形態における他の光変調装置の構造図（１）
【図９】第１の実施の形態における他の光変調装置の構造図（２）
【図１０】第２の実施の形態における光変調装置における出射光のスペクトル
【図１１】第３の実施の形態における光変調装置における出射光のスペクトル
【図１２】第４の実施の形態における光変調装置における出射光のスペクトル
【図１３】第５の実施の形態における光変調集積装置の構造図
【図１４】第５の実施の形態における他の光変調集積装置の構造図
【図１５】第６の実施の形態における光変調装置の構造図
【図１６】第６の実施の形態における光変調装置のアームの要部拡大図
【図１７】第６の実施の形態における光変調装置の高屈折率領域の断面図
【図１８】第６の実施の形態における光変調装置の低屈折率領域の断面図
【図１９】第７の実施の形態における光変調装置のアームの要部拡大図
【図２０】第７の実施の形態における光変調装置の高屈折率領域の断面図
【図２１】第７の実施の形態における光変調装置の低屈折率領域の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施するための形態について、以下に説明する。
【００２２】
〔第１の実施の形態〕
図２に基づき、本実施の形態における光変調装置について説明する。本実施の形態における光変調装置は、半導体基板上に、第１のアーム１１と第２のアーム１２を有する光導波路１０が形成されている。第１のアーム１１及び第２のアーム１２は、光の入射側に設けられた直線光導波路領域１３とともに接続されており、また、光の出射側に設けられた直線光導波路領域１４とも接続されている。第１のアーム１１及び第２のアーム１２の両側には、第１のアーム１１及び第２のアーム１２に沿って、電界を印加することにより屈折率を変化させるための電極２１、２２及び２３が設けられている。本実施の形態における光変調装置は、第１のアーム１１の両側に設けられた電極２１と電極２２との間に電圧を印加することにより、第１のアーム１１における屈折率を変化させることができる。また、第２のアーム１２の両側に設けられた電極２２と電極２３との間に電圧を印加することにより、第２のアーム１２における屈折率を変化させることができる構造となっている。
【００２３】
このため、電極２１と電極２２との間には、第１の電気信号源３１が設けられており、電極２２と電極２３との間には、第２の電気信号源３２が設けられており、電極２２は接地されている。入射部４１より入射した連続光である入射光は、光導波路１０における直線光導波路領域１３に伝搬した後、第１のアーム１１と第２のアーム１２に分岐して伝搬し、第１の電気信号源３１と第２の電気信号源３２とを制御することにより変調される。この後、再び合波して光導波路１０における直線光導波路領域１４を伝搬し、出射部４２より変調光である出射光として出射される。
【００２４】
光の変調は、第１の電気信号源３１と第２の電気信号源３２により、高周波の電圧による変調を加えることにより、第１のアーム１１又は第２のアーム１２における電子又はホールの濃度を調節し、フリー・キャリア・プラズマ効果を利用する。この電子又はホールのキャリア濃度の変調により、第１のアーム１１又は第２のアーム１２における屈折率を変化させ、伝搬する光の位相を変調させることができる。尚、第１の電気信号源３１と第２の電気信号源３２とはプッシュプル駆動するように制御されている。
【００２５】
次に、図３に基づき、第１のアーム１１及び第２のアーム１２について説明する。図３は、第１のアーム１１の拡大図である。図に示すように、第１のアーム１１における光導波路は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが交互に設けられた回折格子領域と、λ／４位相シフト領域１８を有している。λ／４位相シフト領域１８を形成することにより、この領域が光の共振器となり、共振波長において、光の伝搬が遅くなり、光の位相変調効率を高めることができる。尚、第２のアーム１２についても、第１アーム１１と同様の構造により形成されている。
【００２６】
次に、本実施の形態における光変調装置の断面構造について説明する。図４は、図２における破線４Ａ−４Ｂで切断した断面図である。この部分は、光導波路１０における直線光導波路領域１３の断面であり、光導波路１０における直線光導波路領域１４も同様の構造である。図４に示されるように、シリコン基板５１上に、ＳｉＯ２（酸化シリコン）からなる埋め込み酸化膜５２が形成され、酸化膜５２上にシリコン層５３が形成されている。シリコン層５３は、膜厚の厚い凸部５４と膜厚の薄い平坦部５５を有しており、光導波路１０である直線光導波路領域１３は、主に凸部５４により形成されている。また、シリコン層５３の上には、酸化膜５６が形成されている。シリコン層５３における平坦部５５における膜厚は５０ｎｍであり、凸部５４における膜厚（厚さ）は２５０ｎｍであり、幅は４５０ｎｍである。
【００２７】
また、図５は、図３における破線５Ａ−５Ｂにおいて切断した断面図である。図５に示すように、高屈折率領域１５は、シリコン基板５１上に、ＳｉＯ２からなる埋め込み酸化膜５２が形成され、酸化膜５２上にシリコン（Ｓｉ）からなる高屈折率領域１５が形成されている。また、光導波路１０である高屈折率領域１５の両側には、ｎ型領域５７及びｐ型領域５８が形成されており、高屈折率領域１５の上には、酸化膜５６が形成されている。
【００２８】
一方、図６は、図３における破線６Ａ−６Ｂにおいて切断した断面図である。図６に示すように、低屈折率領域１６は、シリコン基板５１上に、ＳｉＯ２からなる埋め込み酸化膜５２が形成され、酸化膜５２上にシリコンからなる低屈折率領域１６が形成されている。また、光導波路１０である低屈折率領域１６の両側には、ｎ型領域５７及びｐ型領域５８が形成されており、低屈折率領域１６の上には、酸化膜５６が形成されている。
【００２９】
図５及び図６に示すように、高屈折率領域１５では凸部５４が設けられており、導波路の厚さは、低屈折率領域１６よりも厚く形成されている。
【００３０】
尚、高屈折率領域１５及び低屈折率領域１６はともに、ｎ型領域５７上において酸化膜５６には開口が設けられており、金属材料により形成された電極２１がｎ型領域５７と接続されている。同様に、ｐ型領域５８上において酸化膜５６には開口が設けられており、金属材料により形成された電極２２がｐ型領域５８と接続されている。
【００３１】
本実施の形態では、酸化膜５２の膜厚は約２μｍであり、ｎ型領域５７及びｐ型領域５８における膜厚は約５０ｎｍである。また、高屈折率領域１５は厚さが約２５０ｎｍ、幅が約４５０ｎｍであり、低屈折率領域１６の厚さは、ｎ型領域５７及びｐ型領域５８と同じ約５０ｎｍである。尚、λ／４位相シフト領域１８における断面は、高屈折率領域１５における断面構造と同様である。
【００３２】
本実施の形態における光変調装置は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが交互に形成された回折格子領域間に、λ／４位相シフト領域１８が設けられたものである。具体的には、本実施の形態における光変調装置は、波長が１．５５μｍの波長の光に対応するものである。即ち、図３において矢印Ｐ１に示す光の進行方向に対し、高屈折率領域１５の長さＡが約２４８ｎｍ、低屈折率領域１６の長さＢが約６２ｎｍであり、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６は、約３１０ｎｍの周期で形成されている。また、λ／４位相シフト領域１８の長さＣは、約４００ｎｍで形成されている。尚、λ／４位相シフト領域１８の長さＣは、高屈折率領域１５の長さＡと、波長が１．５５μｍの光に対応する高屈折率領域１５と低屈折率領域１６における屈折率を考慮した波長の長さ約６２０ｎｍの１／４との和により算出される。また、長さＡ、Ｂ、Ｃは、使用される波長に依存して異なる。
【００３３】
本実施の形態では、第１のアーム１１及び第２のアーム１２は同様の構造であり、表１に示すように、回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８とが交互に形成されており、λ／４位相シフト領域１８が５ヶ所形成されている。
【００３４】
【表１】
【００３５】
具体的には、第１のアーム１１及び第２のアーム１２には、入射側４１より、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが１６周期形成された第１回折格子領域が形成されている。次に、λ／４位相シフト領域１８と、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが３２周期形成された第２回折格子領域から第５回折格子領域とが交互に形成されている。更に、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが１６周期形成された第６回折格子領域が形成されている。第１回折格子領域及び第６回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が１６周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約４．９６μｍである。また、第２回折格子領域から第５回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が３２周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約９．９２μｍである。よって、第１から第６回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８を合わせた長さは、約４９．６μｍである。従って、図２に示す電極２１、２２及び２３における長さＤは、約４９．６μｍとなる。
【００３６】
表１に示す構造の光変調器において、第１のアーム１１及び第２のアーム１２に、それぞれ第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により、それぞれ０Ｖと−２Ｖの電圧を印加した場合と、第１のアーム１１及び第２のアーム１２に、それぞれ、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により、それぞれ−２Ｖと０Ｖの電圧を印加した場合における出射光のスペクトルを計算した結果を図７に示す。尚、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により−２Ｖの電圧を印加することにより、高屈折率領域１５及びλ／４位相シフト領域１８において、０Vの電圧を印加した場合と比較して、屈折率は４×１０−５変化するものとして計算している。図７に示すように、−２Ｖの電圧を印加することにより、１．５５μｍにおける出射光の光強度を約５ｄＢ低くすることができる。よって、印加される電圧が０Ｖと−２Ｖとの間で、約５ｄＢのコントラスト（消光比）を得ることができる。
【００３７】
図１に示す構造の従来の光変調装置において、光導波路１０を形成する材料と同様の材料を用いた場合では、必要となる光導波路１０の長さ、即ち、第１のアーム３１１及び第２のアーム３１２の長さは、約３．５ｍｍとなる。従って、本実施の形態における光変調装置における第１のアーム１１及び第２のアーム１２の長さは、約４９．６μｍであり、従来の光変調装置に比べ、第１のアーム及び第２のアームの長さを１／７０にすることができる。よって、光変調装置の全体の大きさを小型化することができる。
【００３８】
また、本実施の形態における光変調装置においては、光変調装置における動作波長は、回折格子領域に形成される回折格子の平均的な周期により定まるため、動作波長の制御を高い精度で行うことができる。
【００３９】
本実施の形態における光変調装置の説明においては、λ／４位相シフト領域１８を形成したものについて説明したが、０からλ／２の範囲の任意の値の位相シフト量の位相シフト領域を形成したものであってもよい。但し、位相シフト量がλ／４の場合では、共振は長が回折格子領域におけるブラッグ波長と一致するため、更に、光スペクトルが共振波長を中心に対称となるため、位相シフト領域としては、λ／４位相シフト領域を形成することが好ましい。尚、第１のアーム１１と第２のアーム１２において、同一の回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８の構造のものについて説明したが、第１のアーム１１と第２のアーム１２において、異なる回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８の構造のものを形成してもよい。
【００４０】
また、本実施の形態における光変調装置では、光導波路１０の入射部４１側及び出射部４２側に形成される第１６回折格子領域及び第６回折格子領域の回折格子の周期数は、第２回折格子領域から第５回折格子領域の回折格子の周期数の半分で形成されている。このように外側の回折格子領域における回折格子の周期数を内側の回折格子領域における回折格子の周期数の半分とすることにより、光スペクトルの共振波長帯を比較的平坦なものとすることができ、広帯域な波長において略均一な消光比を得ることができる。
【００４１】
また、本実施の形態における光変調装置は、第１のアーム及び第２のアームのどちらか一方のみに、回折格子領域及びλ／４位相シフト領域１８を形成したものであってもよい。具体的には、図８に示すように、第１のアーム１１に回折格子領域及びλ／４位相シフト領域１８を形成し、第２のアーム１２ａには、回折格子領域及びλ／４位相シフト領域１８を形成することなく通常の導波路とした構造のものであってもよい。このような構造であっても、光変調装置を小型化することができ、変調効率を高めることができる。
【００４２】
第１のアーム１１及び第２のアーム１２の双方に、回折格子領域及びλ／４位相シフト領域１８を形成したもの場合では、第１のアーム１１及び第２のアーム１２を伝搬する光の遅延時間を同一にすることができる。よって、電圧を印加していない状態における位相差を動作波長によらず一定とすることができる。しかしながら、光変調装置の動作波長が常に一定であり、電圧を印加していない状態の位相差が一定である場合等においては、第１のアーム１１及び第２のアーム１２のどちらか一方のみ、回折格子領域及びλ／４位相シフト領域１８を形成したものであってもよい。
【００４３】
また、本実施の形態における光変調装置は、第１の電気信号源及び第２の電気信号源のどちらか一方を設けたものであってもよい。具体的には、図９に示すように、第１の電気信号源３１のみを設け、第２の電気信号源を有しない光変調装置であってもよい。この光変調装置では、第１の電気信号源３１により印加される電圧振幅は、第１及び第２の電気信号源によりプッシュプル駆動を行った場合と比較して、２倍になるものの、電気信号源は１つであるため、制御が簡単となり、低コストで製造することも可能である。尚、電気信号源を１つとした場合であっても、第１のアーム１１及び第２のアーム１２の双方に、回折格子領域及びλ／４位相シフト領域１８を形成することが好ましい。
【００４４】
また、本実施の形態における光変調装置において、第１のアーム１１または第２のアーム１２に形成されるλ／４位相シフト領域１８は、少なくとも１以上である。形成されるλ／４位相シフト領域１８の数は、光変調装置に要求される仕様に応じて、適宜、選定される。
【００４５】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態における光変調装置について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の構造のものであって、第１のアーム１１及び第２のアーム１２に形成されるλ／４位相シフト領域１８の数が、１０ヶ所設けられた構造のものである。
【００４６】
即ち、図２に示す構造の光変変調装置において、表２に示すように、回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８とが交互に形成されており、λ／４位相シフト領域１８が１０ヶ所形成されている。
【００４７】
【表２】
【００４８】
具体的には、第１のアーム１１及び第２のアーム１２には、入射側４１より、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが１４周期形成された第１回折格子領域が形成されている。次に、λ／４位相シフト領域１８と、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが２８周期形成された第２回折格子領域から第１０回折格子領域とが交互に形成されている。更に、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが１４周期形成された第１１回折格子領域が形成されている。第１回折格子領域及び第１１回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が１４周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約４．３４μｍである。また、第２回折格子領域から第１０回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が２８周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約８．６８μｍである。よって、第１から第１１回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８とを合わせた長さは、約８６．８μｍである。従って、図２に示す電極２１、２２及び２３における長さＤは、約８６．８μｍとなる。
【００４９】
表２に示す構造の第１のアーム１１及び第２のアーム１２を有する光変調装置において、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により、それぞれ０Ｖと−２Ｖの電圧を印加した場合における出射光のスペクトルを計算した結果を図１０に示す。尚、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により−２Ｖの電圧を印加することにより、高屈折率領域１５及びλ／４位相シフト領域１８において、屈折率は４×１０−５変化するものとして計算している。図１０に示すように、−２Ｖの電圧を印加することにより、第１の実施の形態と同様に１．５５μｍにおける出射光の光強度を約５ｄＢ低くすることができる。よって、印加される電圧が０Ｖと−２Ｖとの間で、約５ｄＢのコントラスト（消光比）を得ることができる。
【００５０】
また、本実施の形態における光変調装置は、第１の実施の形態における光変調装置と同様に、図１に示す構造の従来の光変調装置よりも小型化させることが可能である。また、第１の実施の形態における光変調装置と比べ、より広い波長帯域において、光変調を行うことが可能である。尚、上記以外の本実施の形態における内容については、第１の実施の形態に記載されている内容と同様である。
【００５１】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態における光変調装置について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の構造のものであって、第１のアーム１１及び第２のアーム１２に形成されるλ／４位相シフト領域１８の数が、２ヶ所設けられた構造のものである。
【００５２】
即ち、図２に示す構造の光変変調装置において、表３に示すように、回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８とが交互に形成されており、λ／４位相シフト領域１８が２ヶ所形成されている。
【００５３】
【表３】
【００５４】
具体的には、第１のアーム１１及び第２のアーム１２には、入射側４１より、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが１８周期形成された第１回折格子領域が形成されている。次に、λ／４位相シフト領域１８と、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが３８周期形成された第２回折格子領域が交互に形成されている。更に、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが１８周期形成された第３回折格子領域が形成されている。第１回折格子領域及び第３回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が１８周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約５．５８μｍである。また、第２回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が３６周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約１１．１６μｍである。よって、第１から第３回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８とを合わせた長さは、約２２．３２μｍである。従って、図２に示す電極２１、２２及び２３における長さＤは、約２２．３２μｍとなる。
【００５５】
表３に示す構造の第１のアーム１１及び第２のアーム１２を有する光変調装置において、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により、それぞれ０Ｖと−２Ｖの電圧を印加した場合における出射光のスペクトルを計算した結果を図１１に示す。尚、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により−２Ｖの電圧を印加することにより、高屈折率領域１５及びλ／４位相シフト領域１８において、屈折率は４×１０−５変化するものとして計算している。図１１に示されるように、−２Ｖの電圧を印加することにより、第１の実施の形態と同様に１．５５μｍにおける出射光の光強度を約５ｄＢ低くすることができる。よって、印加される電圧が０Ｖと−２Ｖとの間で、約５ｄＢのコントラスト（消光比）を得ることができる。
【００５６】
また、本実施の形態における光変調装置は、変調される波長帯域は狭くなるものの、第１の実施の形態における光変調装置よりもさらに小型化させることが可能である。尚、上記以外の本実施の形態における内容については、第１の実施の形態に記載されている内容と同様である。
【００５７】
以上、第１の実施の形態から第３の実施の形態に示されるように、光変調装置の第１のアーム１１及び第２のアーム１２において形成されるλ／４の数を適宜選定することにより、所望の特性の光変調装置を得ることができる。
【００５８】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の構造のものであって、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により印加される電圧の方向が順バイアスとなるものである。
【００５９】
本実施の形態における光変調装置では、図２に示す構造の光変調装置において、表４に示すように、回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８とが交互に形成されており、λ／４位相シフト領域１８が５ヶ所形成されている。
【００６０】
【表４】
【００６１】
具体的には、第１のアーム１１及び第２のアーム１２には、入射側４１より、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが７周期形成された第１回折格子領域が形成されている。次に、λ／４位相シフト領域１８と、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが１４周期形成された第２回折格子領域から第５回折格子領域とが交互に形成されている。更に、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが７周期形成された第６回折格子領域が形成されている。第１回折格子領域及び第６回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が７周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約２．１７μｍである。また、第２回折格子領域から第５回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が１４周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約４．３４μｍである。よって、第１から第６回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８とを合わせた長さは、約２１．７μｍである。従って、図２に示す電極２１、２２及び２３における長さＤは、約２１．７μｍとなる。
【００６２】
表４に示す構造の第１のアーム１１及び第２のアーム１２を有する光変調装置において、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により、それぞれ０Ｖと１Ｖの電圧を印加した場合における出射光のスペクトルを計算した結果を図１２に示す。尚、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により、１Ｖの電圧を印加することにより、高屈折率領域１５及びλ／４位相シフト領域１８において、屈折率は２×１０−３変化するものとして計算している。図１２に示すように、１Ｖの電圧を印加することにより、第１の実施の形態と同様に１．５５μｍにおける出射光の光強度を約５ｄＢ低くすることができる。よって、印加される電圧が０Ｖと１Ｖとの間で、約５ｄＢのコントラスト（消光比）を得ることができる。
【００６３】
また、本実施の形態における光変調装置は、順バイアスに電圧が印加されるため、第１の実施の形態における光変調装置に比べ変調速度は遅くなるものの、第１の実施の形態における光変調装置よりも更に小型化させることが可能である。また、変調される光の波長の帯域幅も広くすることができ、変調のために印加される電圧も低くすることができるため、省電力で駆動することができる。従って、光スイッチ等に用いる場合に適している。
【００６４】
尚、上記以外の本実施の形態における内容については、第１の実施の形態に記載されている内容と同様である。
【００６５】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態から第４の実施の形態における光変調装置と同一基板上に半導体レーザが形成されている光変調集積装置である。
【００６６】
図１３に基づき本実施の形態における光変調集積装置について説明する。本実施の形態における光変調集積装置は、第１の実施の形態における光変調装置１の光導波路１０の入射部に接続されるＤＢＲレーザ６１が設けられており、ＤＢＲレーザ６１には波長選択ミラーとして回折格子ミラー６２が形成されている。
【００６７】
ＤＢＲレーザ６１において発振した光は、光導波路１０を伝搬し、光変調装置１において第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により光が変調され、出射部４２より出射光として出射される。尚、本実施の形態におけるＤＢＲレーザ６１は、回折格子ミラー６２と、誘電体多層膜等からなる高反射率ミラー６３とを有しており、回折格子ミラー６２と高反射率ミラー６３との間における光導波路６４において光が共振する構造のものである。ここで、高反射率ミラー６３と、回折格子ミラー６２との間に挟まれた光導波路６４においては、光利得を有する材料を用いる必要があるため、光変調装置１における光導波路１０を形成する材料とは異なった材料により形成する必要がある。
【００６８】
ＤＢＲレーザ６１における回折格子ミラー６２は、光変調装置１における第１のアーム１１及び第２のアーム１２に形成される高屈折率領域１５及び低屈折率領域１６と同様のプロセスで形成することが可能であり、同時に作製することができる。このため、半導体レーザと光変調装置とを有する光変調集積装置を低コストで製造することが可能である。また、同時に作製することにより、プロセス条件の変動等により、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６の形状等に変動が生じた場合においても、回折格子ミラー６２も同様に変動が生じる。従って、このような形状の変動により生じる動作波長の変動は、ＤＢＲレーザ６１と光変調装置１の間でほぼ同じ量の値となる。よって、プロセス条件に変動が生じた場合においても、ＤＢＲ半導体レーザ６１における動作波長と光変調装置１における動作波長とを一致させやすい。
【００６９】
次に、図１４に基づき本実施の形態における他の光変調集積装置について説明する。この光変調集積装置は、第１の実施の形態における光変調装置１の光導波路１０の入射部に接続される半導体レーザとして、λ／４位相シフトＤＦＢレーザ６５を形成したものである。このλ／４位相シフトＤＦＢレーザ６５は、波長選択反射ミラーとなる回折格子ミラー６６及び６７と、回折格子ミラー６６と回折格子ミラー６７との間には、λ／４位相シフト領域６８が形成される。λ／４位相シフトＤＦＢレーザ６５において発振した光は、光導波路１０を伝搬し、光変調装置１において第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により光が変調され、出射部４２より出射光として出射される。
【００７０】
尚、ＤＦＢレーザは、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）レーザとは異なり、モードホップによる低周波ノイズの問題が少なく、駆動が容易であるという利点を有している。ここで、λ／４位相シフトＤＦＢレーザ６５の形成される領域の光導波路は、光利得を有する材料を用いる必要があるため、光変調装置１における光導波路１０を形成する材料とは異なった材料により形成する必要がある。
【００７１】
尚、本実施の形態では、光変調装置として、第１の実施の形態における光変調装置を用いた場合について説明したが、第２の実施の形態から第４の実施の形態における光変調装置についても同様に用いることが可能である。
【００７２】
また、本実施の形態における光変調集積装置において形成される半導体レーザは、同一基板上に形成されるものであれば、ファブリ・ペロー型半導体レーザ等であってもよく、波長選択ミラーは、リング共振器型であってもよい。
【００７３】
〔第６の実施の形態〕
次に、第６の実施の形態について説明する。図１５に基づき本実施の形態における光変調装置について説明する。本実施の形態における光変調装置は、半導体基板上に、第１のアーム１１１と第２のアーム１１２を有する光導波路１１０が形成されている。第１のアーム１１１及び第２のアーム１１２は、光の入射側に設けられた直線光導波路領域１１３とともに接続されており、また、光の出射側に設けられた直線光導波路領域１１４とも接続されている。第１のアーム１１１及び第２のアーム１１２の両側には、第１のアーム１１１及び第２のアーム１１２に沿って、電界を印加することにより屈折率を変化させるための電極１２１、１２２及び１２３が設けられている。具体的には、第１のアーム１１１の両側に設けられた電極１２１と電極１２２との間に電圧を印加することにより、第１のアーム１１１における屈折率を変化させることができる。また、第２のアーム１１２の両側に設けられた電極１２２と電極１２３との間に電圧を印加することにより、第２のアーム１１２における屈折率を変化させることができる構造となっている。
【００７４】
このため、電極１２１と電極１２２との間には、第１の電気信号源１３１が設けられており、電極１２２と電極１２３との間には、第２の電気信号源１３２が設けられており、電極１２２は接地されている。入射部１４１より入射した連続光である入射光は、光導波路１１０における直線光導波路領域１１３に伝搬した後、第１のアーム１１１と第２のアーム１１２に分岐して伝搬し、第１の電気信号源１３１と第２の電気信号源１３２とを制御することにより変調される。この後、再び合波して光導波路１１０における直線光導波路領域１１４を伝搬し、出射部１４２より変調光である出射光として出射される。
【００７５】
具体的には、第１の電気信号源１３１と第２の電気信号源１３２により、高周波の電圧による変調を加えることにより、第１のアーム１１１又は第２のアーム１１２における電子又はホールの濃度を調節し、フリー・キャリア・プラズマ効果を利用する。この電子又はホールのキャリア濃度の変調により、第１のアーム１１１又は第２のアーム１１２における屈折率を変化させ、光を変調させるものである。尚、第１の電気信号源１３１と第２の電気信号源１３２とはプッシュプル駆動するように制御されている。
【００７６】
次に、図１６に基づき、第１のアーム１１１及び第２のアーム１１２について説明する。図１６は、第１のアーム１１１の要部拡大図である。図に示すように、第１のアーム１１１における光導波路は、高屈折率領域１１５と低屈折率領域１１６とが交互に設けられた回折格子領域と、λ／４位相シフト領域１１８を有している。尚、第２のアーム１１２についても、第１アーム１１１と同様の構造により形成されている。
【００７７】
次に、本実施の形態における光変調装置の断面構造について説明する。図１７は、図１６における破線１７Ａ−１７Ｂにおいて切断した断面図であり、図１８は、図１６における破線１８Ａ−１８Ｂにおいて切断した断面図である。図１７及び図１８に示すように、シリコン基板１５１上に、ＳｉＯ２からなる埋め込み酸化膜１５２が形成され、酸化膜１５２上にシリコンからなる凸部１５３が形成されている。光導波路１１０となる凸部１５３の両側には、ｎ型領域１５７及びｐ型領域１５８が形成されており、凸部１５３の上には、酸化膜１５５が形成されている。
【００７８】
図１７及び図１８に示すように、高屈折率領域１１５における凸部１５３の幅は低屈折率領域１１６よりも広く形成されている。尚、高屈折率領域１１５及び低屈折率領域１１６はともに、ｎ型領域１５７上において酸化膜１５５には開口が設けられており、金属材料により形成された電極１２１がｎ型領域１５７と接続されている。同様に、ｐ型領域１５８上において酸化膜１５５には開口が設けられており、金属材料により形成された電極１２２がｐ型領域１５８と接続されている。
【００７９】
本実施の形態では、酸化膜１５２の膜厚は約２μｍであり、ｎ型領域１５７及びｐ型領域１５８における膜厚は約５０ｎｍである。また、高屈折率領域１１５は、厚さが約２５０ｎｍ、幅が約１．４５μｍであり、低屈折率領域１１６の厚さは、厚さが約２５０ｎｍ、幅が約４５０ｎｍである。更に、λ／４位相シフト領域１１８における断面は、低屈折率領域１１５における断面構造と同様である。
【００８０】
本実施の形態では、高屈折率領域１１５と低屈折率領域１１６が交互に形成された回折格子領域間に、λ／４位相シフト領域１１８が設けられたものである。本実施の形態における光変調装置は、波長が１．５５μｍの波長の光に対応するものである。即ち、図１６において矢印Ｐ２に示す光の進行方向に対し、高屈折率領域１１５の長さＥが約２４０ｎｍ、低屈折率領域１１６の長さＦが約６０ｎｍであり、高屈折率領域１１５と低屈折率領域１１６は、約３００ｎｍの周期で形成されている。また、λ／４位相シフト領域１１８の長さＧは、約３９０ｎｍで形成されている。尚、λ／４位相シフト領域１１８の長さＧは、高屈折率領域１１５の長さＥと、波長が１．５５μｍの光に対応する高屈折率領域１１５と低屈折率領域１１６とにおける屈折率を考慮した波長の長さ約６００ｎｍの１／４との和により算出される。また、長さＥ、Ｆ、Ｇは、使用される波長等に依存して異なる。
【００８１】
本実施の形態における位相変調装置は、第１の実施の形態における光変調装置と同様に用いることができ、第５の実施の形態における光変調集積装置においても用いることができる。尚、上記以外の構造については、第１の実施の形態と同様である。
【００８２】
〔第７の実施の形態〕
次に、第７の実施の形態について説明する。本実施の形態は、光変調装置における第１のアーム及び第２のアームにおける構造が、第１の実施の形態とは異なる構造のものである。具体的には、ＭＯＳ型構造と呼ばれる構造のものである。本実施の形態における光変調装置は、半導体基板上に、第１のアームと第２のアームを有する光導波路が形成されている。また、第１のアーム及び第２のアームは、光の入射側に設けられた直線光導波路領域とともに接続されており、更に、光の出射側に設けられた直線光導波路領域とも接続されている。第１のアーム及び第２のアームの両側及び上部には、第１のアーム及び第２のアームに沿って、電界を印加することにより屈折率を変化させるための電極が設けられている。具体的には、第１のアームの両側に設けられた電極と上部に設けられた電極との間に第１の電気信号源により電圧を印加することにより、第１のアームにおける屈折率を変化させることができる。また、第２のアームの両側に設けられた電極と上部に設けられた電極との間に第２の電気信号源電圧を印加することにより、第２のアームにおける屈折率を変化させることができる構造となっている。
【００８３】
次に、図１９に基づき、本実施の形態の光変調装置における第１のアーム及び第２のアームについて説明する。図１９は、本実施の形態の光変調装置における第１のアームの光導波路が形成される領域の要部拡大図である。図に示すように、第１のアームにおける光導波路は、高屈折率領域２１５と低屈折率領域２１６とが交互に設けられた回折格子領域と、λ／４位相シフト領域２１８を有している。尚、第２のアームについても、第１アームと同様の構造により形成されている。
【００８４】
次に、本実施の形態における光変調装置の断面構造について説明する。図２０は、図１９における破線２０Ａ−２０Ｂにおいて切断した断面図であり、図２１は、図１９における破線２１Ａ−２１Ｂにおいて切断した断面図である。図２０及び図２１に示すように、シリコン基板２５１上に、ＳｉＯ２からなる埋め込み酸化膜２５２が形成され、酸化膜２５２上にシリコン層２５３が形成されている。更に、その上に、酸化膜２５４を介し、ｐ型シリコンにより形成されるｐ型領域２５５が形成され、ｐ型ポリシリコン領域２５６、酸化膜２５７、金属材料により形成された電極２５８及び電極２５９が形成されている。電極２５８と電極２５９との間には電気信号源２６０が設けられている。尚、電気信号源２６０は、第１のアームにおいては、第１の電気信号源に相当し、第２のアームにおいては、第２の電気信号源に相当するものである。また、電極２５９はシリコン層２５３と電気的に接続されており、また、電極２５８はｐ型領域２５６と電気的に接続されており、電気信号源２６０により電圧を印加することにより、ｐ型領域２５５においてキャリアが変動し、屈折率が変化する。
【００８５】
本実施の形態における光変調装置では、酸化膜２５２の膜厚は約２μｍであり、シリコン層２５３における膜厚は約１μｍである。ｐ型領域２５５における膜厚は約０．５５μｍであり、シリコン層２５３とp型領域２５５との間の酸化膜２５４の膜厚は１０ｎｍである。尚、p型領域２５５の幅は、高屈折率領域２１５では１．７μｍで形成されており、低屈折率領域２１６では１μｍで形成されている。よって、高屈折率領域２１５におけるp型領域２５５の幅は、低屈折率領域２１６よりも広く形成されている。入射光は、ｐ型領域２５５と酸化膜２５４を介したシリコン層２５３において伝達される。また、λ／４位相シフト領域２１８における断面は、低屈折率領域２１６における断面構造と同様である。
【００８６】
本実施の形態では、高屈折率領域２１５と低屈折率領域２１６が交互に形成された回折格子領域間に、λ／４位相シフト領域２１８が設けられたものである。本実施の形態における光変調装置は、波長が１．５５μｍの波長の光に対応するものである。即ち、図１９において矢印Ｐ３に示す光の進行方向に対し、高屈折率領域２１５の長さＨが約２４０ｎｍ、低屈折率領域２１６の長さＩが約６０ｎｍであり、従って、高屈折率領域２１５と低屈折率領域２１６とは、約３００ｎｍの周期で形成されている。また、λ／４位相シフト領域２１８の長さJは、約３９０ｎｍで形成されている。尚、λ／４位相シフト領域２１８の長さＪは、高屈折率領域２１５の長さＨと、波長が１．５５μｍの光に対応する高屈折率領域２１５と低屈折率領域２１６における屈折率を考慮した波長の長さ約６００ｎｍの１／４との和により算出される。また、長さＨ、Ｉ、Ｊは、使用される波長等に依存して異なる。
【００８７】
本実施の形態における位相変調装置は、第１の実施の形態における光変調装置と同様に用いることができ、第５の実施の形態における光変調集積装置においても用いることができる。
【００８８】
以上、実施の形態について詳述したが、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範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００８９】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
基板上に間隔を隔てて形成された第１の光導波路及び第２の光導波路と、
前記第１の光導波路または前記第２の光導波路における屈折率を変化させるため、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に沿って設けられた電極と、
前記電極に接続されており、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に電圧を印加するための電源と、
を有し、
前記第１の光導波路または前記第２の光導波路のうち、どちらか一方または双方の光導波路は、波長λの光を反射する構造の回折格子領域と、０からλ／２の範囲で位相シフトさせる位相シフト領域により形成されていることを特徴とする光変調装置。
（付記２）
前記位相シフト領域における位相シフトは略λ／４であることを特徴とする付記１に記載の光変調装置。
（付記３）
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路における双方の光導波路は、前記回折格子領域と、前記位相シフト領域により形成されている場合であって、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路における光導波路は、前記回折格子領域と、前記位相シフト領域により形成される構造が同一の構造であることを特徴とする付記１または２に記載の光変調装置。
（付記４）
前記光導波路において、前記位相シフト領域の両側には、前記回折格子領域が設けられていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の光変調装置。
（付記５）
前記位相シフト領域は複数設けられており、前記位相シフト領域間には前記回折格子領域が設けられていることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光変調装置。
（付記６）
前記位相シフト領域間に形成された回折格子領域における回折格子の周期の数は、一方のみに前記位相シフト領域が隣接する回折格子領域における回折格子の周期の数の２倍であることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の光変調装置。
（付記７）
前記位相シフト領域間に形成された回折格子領域を複数有しており、前記位相シフト領域間に形成された回折格子領域の回折格子の周期の数は、略等しいものであることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の光変調装置。
（付記８）
前記回折格子は、前記光導波路において、高屈折率領域と、前記高屈折率領域よりも低い屈折率の低屈折率領域により形成されており、前記光の進行方向における前記高屈折率領域の長さと前記低屈折率領域の長さの和は、略λ／２に対応する長さであることを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の光変調装置。
（付記９）
前記回折格子は、前記光導波路において、高屈折率領域と、前記高屈折率領域よりも低い屈折率の低屈折率領域により形成されており、前記位相シフト領域の長さは、前記高屈折率領域または低屈折率領域における前記光の進行方向の長さと、略λ／４に対応する長さの和に略等しいものであることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の光変調装置。
（付記１０）
前記高屈折率領域と前記低屈折率領域は同一の材料により形成されており、前記高屈折率領域における前記光導波路の厚さが、前記低屈折率領域における前記光導波路の厚さよりも厚いものであることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の光変調装置。
（付記１１）
前記高屈折率領域と前記低屈折率領域は同一の材料により形成されており、前記高屈折率領域における前記光導波路の幅が、前記低屈折率領域における前記光導波路の幅よりも広いものであることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の光変調装置。
（付記１２）
前記位相シフト領域は、前記光の進行方向に垂直な前記高屈折率領域における断面形状、又は、前記光の進行方向に垂直な前記低屈折率領域における断面形状と同じであることを特徴とする付記１０または１１に記載の光変調装置。
（付記１３）
前記電源により、前記基板の面方向に対し平行に電圧を印加することにより、前記導波路における屈折率を変化させるものであることを特徴とする付記１から１２のいずれかに記載の光変調装置。
（付記１４）
前記電源により、前記基板の面方向に対し垂直に電圧を印加することにより、前記導波路における屈折率を変化させるものであることを特徴とする付記１から１２のいずれかに記載の光変調装置。
（付記１５）
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との光導波路において、一方の光導波路に電圧が印加されている場合には、他方の光導波路には電圧は印加されず、一方の光導波路に電圧が印加されていない場合には、他方の光導波路には電圧は印加されることにより駆動されることを特徴とする付記１から１４のいずれかに記載の光変調装置。
（付記１６）
付記１から１５のいずれかに記載の光変調装置と、
前記基板に形成された前記光変調装置に光を入力するための光を発するレーザと、
を有することを特徴とする光変調集積装置。
（付記１７）
前記レーザは回折格子が設けられていることを特徴とする付記１６に記載の光変調集積装置。
（付記１８）
前記レーザはＤＢＲレーザの構造からなり、前記ＤＢＲレーザにおけるＤＢＲミラーは回折格子を装荷した光導波路からなり、前記光導波路は、前記光変調装置において回折格子が装荷されている部分における光導波路と同じ材料により形成されており、かつ、両者がモノリシック集積形成されていることを特徴とする付記１６または１７に記載の変調器集積装置。
（付記１９）
前記ＤＢＲレーザにおけるＤＢＲミラーの光導波路と、前記光変調装置において回折格子が装荷されている部分における光導波路とは、同一の構造となる部分を有していることを特徴とする付記１８に記載の光変調集積装置。
（付記２０）
前記光変調装置に設けられた回折格子領域における回折格子の周期と、前記レーザにおける回折格子の周期とは、略同一であることを特徴とする付記１９に記載の光変調集積装置。
【符号の説明】
【００９０】
１０ 光導波路
１１ 第１のアーム
１２ 第２のアーム
１３ 直線光導波路領域
１４ 直線光導波路領域
１５ 高屈折率領域
１６ 低屈折率領域
１８ λ／４位相シフト領域
２１ 電極
２２ 電極
２３ 電極
３１ 第１の電気信号源
３２ 第２の電気信号源
４１ 入射部
４２ 出射部
５１ シリコン基板
５２ 酸化膜
５３ シリコン層
５４ 凸部
５５ 平坦部
５６ 酸化膜
５７ ｎ型領域
５８ ｐ型領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調装置及び光変調集積装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）システムにおいて用いられる光送信装置の構成としては、ＤＦＢ（Distributed Feedback）レーザと光変調器とを組み合わせたものが一般的に用いられている。ＷＤＭシステムにおいては、数十を超える波長チャネルがあり、広帯域な波長の入力光に対応した光変調器が望まれている。
【０００３】
このような広帯域な波長における動作を実現することができる光変調器の１つとして、半導体材料により形成されるマッハツェンダ（Mach-Zehnder；ＭＺ）型光変調器が挙げられる。（例えば、特許文献１）
【０００４】
図１に、マッハツェンダ型光変調器を示す。マッハツェンダ型光変調器は、半導体基板上に、光導波路となる第１のアーム３１１と第２のアーム３１２が形成されている。第１のアーム３１１及び第２のアームの両側には、電界を印加することにより屈折率を変化させるための電極３２１、３２２及び３２３が、第１のアーム３１１及び第２のアーム３１２に沿って設けられている。このマッハツェンダ型光変調器は、第１のアーム３１１の両側に設けられた電極３２１と電極３２２との間に電圧を印加することにより、第１のアーム３１１における屈折率を変化させることができる。また、第２のアーム３１２の両側に設けられた電極３２２と電極３２３との間に電圧を印加することにより、第２のアーム３１２における屈折率を変化させることができる構造となっている。
【０００５】
このため、電極３２１と電極３２２との間には、第１の電気信号源３３１が設けられており、電極３２２と電極３２３との間には、第２の電気信号源３３２が設けられており、電極３２２は接地されている。入射部３４１より入射した連続光である入射光は、第１のアーム３１１と第２のアーム３１２に分岐して伝搬し、第１の電気信号源３３１と第２の信号源３３２とを制御することにより変調され、再び合波し、出射部３４２より変調光である出射光として出射される。
【０００６】
出射部３４２により出射される出射光の光強度は、第１のアーム３１１及び第２のアームにおいて伝搬する光の位相差により変化する。具体的には、第１のアーム３１１及び第２のアーム３１２のアームの長さをＬ、伝搬する光の波長をλ、第１のアーム３１１及び第２のアーム３１２における屈折率をｎとした場合、第１のアーム３１１及び第２のアーム３１２の光の位相は、（１）式で表される。
【０００７】
２ｎＬ／λ・・・・・・・・・・（１）
【０００８】
このため、第１のアーム３１１又は第２のアーム３１２の両側に設けられた電極３２１、３２２及び３２３に電圧を印加することにより、第１のアーム３１１及び第２のアーム３１２の光導波路の屈折率ｎを変化させることができる。これにより、第１のアーム３１１を伝搬する光と、第２のアーム３１２を伝搬する光との間で、位相差を生じさせ変調するものである。
【０００９】
従って、出射光を十分に変調させるためには、第１のアーム３１１又は第２のアーム３１２を伝搬する光の位相を略π変化させる必要があり、これに基づきアームの長さＬが定まる。
【００１０】
近年、光変調器の大きさは、より小型化が望まれている。光変調器の大きさは、第１のアーム３１１及び第２のアーム３１２における各々のアームの長さＬに依存することから、光導波路に反射部を設け、アーム内を伝搬する光を共振させる構造のアームの長さＬを短くした光変調器が開示されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−３２６５４８号公報
【特許文献２】米国特許第６２８８８２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、光を共振させる構造の光変調器では、形成される共振器の長さが長くなると、極めて高い精度で共振器を作製することが必要となり、このような光変調器を作製することは困難であった。
【００１３】
特許文献２に記載されているように、回折格子からなるミラーを用いて構成したファブリ・ペロー（Fabry-Perot；ＦＰ）型共振器をアームに装荷したマッハツェンダ変調器も検討されている。このようなＦＰ共振器型変調器は、ＦＰ共振器において、伝搬光がミラー間を往復することで、等価的に光路長を大きくする効果が得られている。また、ＦＰ共振器の共振器長Ｌの間を光がゆっくり進むと考えても良い（スローライトの効果）。この場合、一定の導波路の屈折変化に対して、共振器を透過する伝搬光が受ける位相変化は、同じ長さの共振構造のない導波路に比較すると、共振を受ける分だけ大きくなる。これにより、図１に示すような共振器がない場合の変調器に比較すると、このタイプの変調器では必要なアーム長を短くすることができる。この場合、変調器に入射される入力光が共振器において反射されないようにするためには、入力光すなわち変調器の動作波長を共振器の共振波長に合わせる必要がある。この条件は、動作波長λと共振器長Ｌ、導波路の屈折率nとした場合、数１に示す関係式により表される。尚、ｍは負ではない整数である。
【００１４】
【数１】
【００１５】
一方、特許文献２に記載されているものの場合は、共振器により変調効率を高めたことで、必要なアーム長を低減できるものの、想定する変調器の動作波長λに対して、共振器の長さＬを数１に示す式により決まる値に合わせる必要がある。この場合、許容される波長誤差δλに対して、共振器長をδＬ=(δλ／λ)Ｌの精度で合わせる必要がある。例えば、動作波長λを１５５０ｎｍ、共振器長を１００μｍ、波長誤差δλを１ｎｍ以内とすると、共振器長の許容誤差はδＬ＝６４ｎｍとなる。このようなδＬ／Ｌ＜０．０６４％という精度で共振器長を制御することは、実際には非常に困難である。したがって、特許文献２に記載されているものにおいては、変調器の動作波長を必要な精度で設計値に合わせることができない、という問題があった。
【００１６】
以上より、従来技術の変調器における課題は、変調効率が高くアーム長を小さくし、かつ、動作波長の制御性の良くすることである。
【００１７】
よって、アームの長さを短くすることができ小型化可能であって、かつ、変調効率が高く、動作波長の制御性の高い光変調装置及び光変調集積装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本実施の形態の一観点によれば、基板上に間隔を隔てて形成された第１の光導波路及び第２の光導波路と、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路における屈折率を変化させるため、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に沿って設けられた電極と、前記電極に接続されており、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に電圧を印加するための電源と、を有し、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路のうち、どちらか一方または双方の光導波路は、波長λの光を反射する構造の回折格子領域と、０からλ／２の範囲で位相シフトさせる位相シフト領域により形成されている。
【発明の効果】
【００１９】
開示の光変調装置及び光変調集積装置によれば、アームの長さを短くすることができ小型化可能であって、かつ、動作波長の変調効率を高め、制御性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の光変調装置の構造図
【図２】第１の実施の形態における光変調装置の構造図
【図３】第１の実施の形態における光変調装置のアームの要部拡大図
【図４】図２における破線４Ａ−４Ｂにおいて切断した断面図
【図５】第１の実施の形態における光変調装置の高屈折率領域の断面図
【図６】第１の実施の形態における光変調装置の低屈折率領域の断面図
【図７】第１の実施の形態における光変調装置における出射光のスペクトル
【図８】第１の実施の形態における他の光変調装置の構造図（１）
【図９】第１の実施の形態における他の光変調装置の構造図（２）
【図１０】第２の実施の形態における光変調装置における出射光のスペクトル
【図１１】第３の実施の形態における光変調装置における出射光のスペクトル
【図１２】第４の実施の形態における光変調装置における出射光のスペクトル
【図１３】第５の実施の形態における光変調集積装置の構造図
【図１４】第５の実施の形態における他の光変調集積装置の構造図
【図１５】第６の実施の形態における光変調装置の構造図
【図１６】第６の実施の形態における光変調装置のアームの要部拡大図
【図１７】第６の実施の形態における光変調装置の高屈折率領域の断面図
【図１８】第６の実施の形態における光変調装置の低屈折率領域の断面図
【図１９】第７の実施の形態における光変調装置のアームの要部拡大図
【図２０】第７の実施の形態における光変調装置の高屈折率領域の断面図
【図２１】第７の実施の形態における光変調装置の低屈折率領域の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施するための形態について、以下に説明する。
【００２２】
〔第１の実施の形態〕
図２に基づき、本実施の形態における光変調装置について説明する。本実施の形態における光変調装置は、半導体基板上に、第１のアーム１１と第２のアーム１２を有する光導波路１０が形成されている。第１のアーム１１及び第２のアーム１２は、光の入射側に設けられた直線光導波路領域１３とともに接続されており、また、光の出射側に設けられた直線光導波路領域１４とも接続されている。第１のアーム１１及び第２のアーム１２の両側には、第１のアーム１１及び第２のアーム１２に沿って、電界を印加することにより屈折率を変化させるための電極２１、２２及び２３が設けられている。本実施の形態における光変調装置は、第１のアーム１１の両側に設けられた電極２１と電極２２との間に電圧を印加することにより、第１のアーム１１における屈折率を変化させることができる。また、第２のアーム１２の両側に設けられた電極２２と電極２３との間に電圧を印加することにより、第２のアーム１２における屈折率を変化させることができる構造となっている。
【００２３】
このため、電極２１と電極２２との間には、第１の電気信号源３１が設けられており、電極２２と電極２３との間には、第２の電気信号源３２が設けられており、電極２２は接地されている。入射部４１より入射した連続光である入射光は、光導波路１０における直線光導波路領域１３に伝搬した後、第１のアーム１１と第２のアーム１２に分岐して伝搬し、第１の電気信号源３１と第２の電気信号源３２とを制御することにより変調される。この後、再び合波して光導波路１０における直線光導波路領域１４を伝搬し、出射部４２より変調光である出射光として出射される。
【００２４】
光の変調は、第１の電気信号源３１と第２の電気信号源３２により、高周波の電圧による変調を加えることにより、第１のアーム１１又は第２のアーム１２における電子又はホールの濃度を調節し、フリー・キャリア・プラズマ効果を利用する。この電子又はホールのキャリア濃度の変調により、第１のアーム１１又は第２のアーム１２における屈折率を変化させ、伝搬する光の位相を変調させることができる。尚、第１の電気信号源３１と第２の電気信号源３２とはプッシュプル駆動するように制御されている。
【００２５】
次に、図３に基づき、第１のアーム１１及び第２のアーム１２について説明する。図３は、第１のアーム１１の拡大図である。図に示すように、第１のアーム１１における光導波路は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが交互に設けられた回折格子領域と、λ／４位相シフト領域１８を有している。λ／４位相シフト領域１８を形成することにより、この領域が光の共振器となり、共振波長において、光の伝搬が遅くなり、光の位相変調効率を高めることができる。尚、第２のアーム１２についても、第１アーム１１と同様の構造により形成されている。
【００２６】
次に、本実施の形態における光変調装置の断面構造について説明する。図４は、図２における破線４Ａ−４Ｂで切断した断面図である。この部分は、光導波路１０における直線光導波路領域１３の断面であり、光導波路１０における直線光導波路領域１４も同様の構造である。図４に示されるように、シリコン基板５１上に、ＳｉＯ２（酸化シリコン）からなる埋め込み酸化膜５２が形成され、酸化膜５２上にシリコン層５３が形成されている。シリコン層５３は、膜厚の厚い凸部５４と膜厚の薄い平坦部５５を有しており、光導波路１０である直線光導波路領域１３は、主に凸部５４により形成されている。また、シリコン層５３の上には、酸化膜５６が形成されている。シリコン層５３における平坦部５５における膜厚は５０ｎｍであり、凸部５４における膜厚（厚さ）は２５０ｎｍであり、幅は４５０ｎｍである。
【００２７】
また、図５は、図３における破線５Ａ−５Ｂにおいて切断した断面図である。図５に示すように、高屈折率領域１５は、シリコン基板５１上に、ＳｉＯ２からなる埋め込み酸化膜５２が形成され、酸化膜５２上にシリコン（Ｓｉ）からなる高屈折率領域１５が形成されている。また、光導波路１０である高屈折率領域１５の両側には、ｎ型領域５７及びｐ型領域５８が形成されており、高屈折率領域１５の上には、酸化膜５６が形成されている。
【００２８】
一方、図６は、図３における破線６Ａ−６Ｂにおいて切断した断面図である。図６に示すように、低屈折率領域１６は、シリコン基板５１上に、ＳｉＯ２からなる埋め込み酸化膜５２が形成され、酸化膜５２上にシリコンからなる低屈折率領域１６が形成されている。また、光導波路１０である低屈折率領域１６の両側には、ｎ型領域５７及びｐ型領域５８が形成されており、低屈折率領域１６の上には、酸化膜５６が形成されている。
【００２９】
図５及び図６に示すように、高屈折率領域１５では凸部５４が設けられており、導波路の厚さは、低屈折率領域１６よりも厚く形成されている。
【００３０】
尚、高屈折率領域１５及び低屈折率領域１６はともに、ｎ型領域５７上において酸化膜５６には開口が設けられており、金属材料により形成された電極２１がｎ型領域５７と接続されている。同様に、ｐ型領域５８上において酸化膜５６には開口が設けられており、金属材料により形成された電極２２がｐ型領域５８と接続されている。
【００３１】
本実施の形態では、酸化膜５２の膜厚は約２μｍであり、ｎ型領域５７及びｐ型領域５８における膜厚は約５０ｎｍである。また、高屈折率領域１５は厚さが約２５０ｎｍ、幅が約４５０ｎｍであり、低屈折率領域１６の厚さは、ｎ型領域５７及びｐ型領域５８と同じ約５０ｎｍである。尚、λ／４位相シフト領域１８における断面は、高屈折率領域１５における断面構造と同様である。
【００３２】
本実施の形態における光変調装置は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが交互に形成された回折格子領域間に、λ／４位相シフト領域１８が設けられたものである。具体的には、本実施の形態における光変調装置は、波長が１．５５μｍの波長の光に対応するものである。即ち、図３において矢印Ｐ１に示す光の進行方向に対し、高屈折率領域１５の長さＡが約２４８ｎｍ、低屈折率領域１６の長さＢが約６２ｎｍであり、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６は、約３１０ｎｍの周期で形成されている。また、λ／４位相シフト領域１８の長さＣは、約４００ｎｍで形成されている。尚、λ／４位相シフト領域１８の長さＣは、高屈折率領域１５の長さＡと、波長が１．５５μｍの光に対応する高屈折率領域１５と低屈折率領域１６における屈折率を考慮した波長の長さ約６２０ｎｍの１／４との和により算出される。また、長さＡ、Ｂ、Ｃは、使用される波長に依存して異なる。
【００３３】
本実施の形態では、第１のアーム１１及び第２のアーム１２は同様の構造であり、表１に示すように、回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８とが交互に形成されており、λ／４位相シフト領域１８が５ヶ所形成されている。
【００３４】
【表１】
【００３５】
具体的には、第１のアーム１１及び第２のアーム１２には、入射側４１より、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが１６周期形成された第１回折格子領域が形成されている。次に、λ／４位相シフト領域１８と、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが３２周期形成された第２回折格子領域から第５回折格子領域とが交互に形成されている。更に、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが１６周期形成された第６回折格子領域が形成されている。第１回折格子領域及び第６回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が１６周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約４．９６μｍである。また、第２回折格子領域から第５回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が３２周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約９．９２μｍである。よって、第１から第６回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８を合わせた長さは、約４９．６μｍである。従って、図２に示す電極２１、２２及び２３における長さＤは、約４９．６μｍとなる。
【００３６】
表１に示す構造の光変調器において、第１のアーム１１及び第２のアーム１２に、それぞれ第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により、それぞれ０Ｖと−２Ｖの電圧を印加した場合と、第１のアーム１１及び第２のアーム１２に、それぞれ、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により、それぞれ−２Ｖと０Ｖの電圧を印加した場合における出射光のスペクトルを計算した結果を図７に示す。尚、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により−２Ｖの電圧を印加することにより、高屈折率領域１５及びλ／４位相シフト領域１８において、０Vの電圧を印加した場合と比較して、屈折率は４×１０−５変化するものとして計算している。図７に示すように、−２Ｖの電圧を印加することにより、１．５５μｍにおける出射光の光強度を約５ｄＢ低くすることができる。よって、印加される電圧が０Ｖと−２Ｖとの間で、約５ｄＢのコントラスト（消光比）を得ることができる。
【００３７】
図１に示す構造の従来の光変調装置において、光導波路１０を形成する材料と同様の材料を用いた場合では、必要となる光導波路１０の長さ、即ち、第１のアーム３１１及び第２のアーム３１２の長さは、約３．５ｍｍとなる。従って、本実施の形態における光変調装置における第１のアーム１１及び第２のアーム１２の長さは、約４９．６μｍであり、従来の光変調装置に比べ、第１のアーム及び第２のアームの長さを１／７０にすることができる。よって、光変調装置の全体の大きさを小型化することができる。
【００３８】
また、本実施の形態における光変調装置においては、光変調装置における動作波長は、回折格子領域に形成される回折格子の平均的な周期により定まるため、動作波長の制御を高い精度で行うことができる。
【００３９】
本実施の形態における光変調装置の説明においては、λ／４位相シフト領域１８を形成したものについて説明したが、０からλ／２の範囲の任意の値の位相シフト量の位相シフト領域を形成したものであってもよい。但し、位相シフト量がλ／４の場合では、共振は長が回折格子領域におけるブラッグ波長と一致するため、更に、光スペクトルが共振波長を中心に対称となるため、位相シフト領域としては、λ／４位相シフト領域を形成することが好ましい。尚、第１のアーム１１と第２のアーム１２において、同一の回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８の構造のものについて説明したが、第１のアーム１１と第２のアーム１２において、異なる回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８の構造のものを形成してもよい。
【００４０】
また、本実施の形態における光変調装置では、光導波路１０の入射部４１側及び出射部４２側に形成される第１６回折格子領域及び第６回折格子領域の回折格子の周期数は、第２回折格子領域から第５回折格子領域の回折格子の周期数の半分で形成されている。このように外側の回折格子領域における回折格子の周期数を内側の回折格子領域における回折格子の周期数の半分とすることにより、光スペクトルの共振波長帯を比較的平坦なものとすることができ、広帯域な波長において略均一な消光比を得ることができる。
【００４１】
また、本実施の形態における光変調装置は、第１のアーム及び第２のアームのどちらか一方のみに、回折格子領域及びλ／４位相シフト領域１８を形成したものであってもよい。具体的には、図８に示すように、第１のアーム１１に回折格子領域及びλ／４位相シフト領域１８を形成し、第２のアーム１２ａには、回折格子領域及びλ／４位相シフト領域１８を形成することなく通常の導波路とした構造のものであってもよい。このような構造であっても、光変調装置を小型化することができ、変調効率を高めることができる。
【００４２】
第１のアーム１１及び第２のアーム１２の双方に、回折格子領域及びλ／４位相シフト領域１８を形成したもの場合では、第１のアーム１１及び第２のアーム１２を伝搬する光の遅延時間を同一にすることができる。よって、電圧を印加していない状態における位相差を動作波長によらず一定とすることができる。しかしながら、光変調装置の動作波長が常に一定であり、電圧を印加していない状態の位相差が一定である場合等においては、第１のアーム１１及び第２のアーム１２のどちらか一方のみ、回折格子領域及びλ／４位相シフト領域１８を形成したものであってもよい。
【００４３】
また、本実施の形態における光変調装置は、第１の電気信号源及び第２の電気信号源のどちらか一方を設けたものであってもよい。具体的には、図９に示すように、第１の電気信号源３１のみを設け、第２の電気信号源を有しない光変調装置であってもよい。この光変調装置では、第１の電気信号源３１により印加される電圧振幅は、第１及び第２の電気信号源によりプッシュプル駆動を行った場合と比較して、２倍になるものの、電気信号源は１つであるため、制御が簡単となり、低コストで製造することも可能である。尚、電気信号源を１つとした場合であっても、第１のアーム１１及び第２のアーム１２の双方に、回折格子領域及びλ／４位相シフト領域１８を形成することが好ましい。
【００４４】
また、本実施の形態における光変調装置において、第１のアーム１１または第２のアーム１２に形成されるλ／４位相シフト領域１８は、少なくとも１以上である。形成されるλ／４位相シフト領域１８の数は、光変調装置に要求される仕様に応じて、適宜、選定される。
【００４５】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態における光変調装置について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の構造のものであって、第１のアーム１１及び第２のアーム１２に形成されるλ／４位相シフト領域１８の数が、１０ヶ所設けられた構造のものである。
【００４６】
即ち、図２に示す構造の光変変調装置において、表２に示すように、回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８とが交互に形成されており、λ／４位相シフト領域１８が１０ヶ所形成されている。
【００４７】
【表２】
【００４８】
具体的には、第１のアーム１１及び第２のアーム１２には、入射側４１より、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが１４周期形成された第１回折格子領域が形成されている。次に、λ／４位相シフト領域１８と、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが２８周期形成された第２回折格子領域から第１０回折格子領域とが交互に形成されている。更に、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが１４周期形成された第１１回折格子領域が形成されている。第１回折格子領域及び第１１回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が１４周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約４．３４μｍである。また、第２回折格子領域から第１０回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が２８周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約８．６８μｍである。よって、第１から第１１回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８とを合わせた長さは、約８６．８μｍである。従って、図２に示す電極２１、２２及び２３における長さＤは、約８６．８μｍとなる。
【００４９】
表２に示す構造の第１のアーム１１及び第２のアーム１２を有する光変調装置において、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により、それぞれ０Ｖと−２Ｖの電圧を印加した場合における出射光のスペクトルを計算した結果を図１０に示す。尚、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により−２Ｖの電圧を印加することにより、高屈折率領域１５及びλ／４位相シフト領域１８において、屈折率は４×１０−５変化するものとして計算している。図１０に示すように、−２Ｖの電圧を印加することにより、第１の実施の形態と同様に１．５５μｍにおける出射光の光強度を約５ｄＢ低くすることができる。よって、印加される電圧が０Ｖと−２Ｖとの間で、約５ｄＢのコントラスト（消光比）を得ることができる。
【００５０】
また、本実施の形態における光変調装置は、第１の実施の形態における光変調装置と同様に、図１に示す構造の従来の光変調装置よりも小型化させることが可能である。また、第１の実施の形態における光変調装置と比べ、より広い波長帯域において、光変調を行うことが可能である。尚、上記以外の本実施の形態における内容については、第１の実施の形態に記載されている内容と同様である。
【００５１】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態における光変調装置について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の構造のものであって、第１のアーム１１及び第２のアーム１２に形成されるλ／４位相シフト領域１８の数が、２ヶ所設けられた構造のものである。
【００５２】
即ち、図２に示す構造の光変変調装置において、表３に示すように、回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８とが交互に形成されており、λ／４位相シフト領域１８が２ヶ所形成されている。
【００５３】
【表３】
【００５４】
具体的には、第１のアーム１１及び第２のアーム１２には、入射側４１より、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが１８周期形成された第１回折格子領域が形成されている。次に、λ／４位相シフト領域１８と、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが３８周期形成された第２回折格子領域が交互に形成されている。更に、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが１８周期形成された第３回折格子領域が形成されている。第１回折格子領域及び第３回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が１８周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約５．５８μｍである。また、第２回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が３６周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約１１．１６μｍである。よって、第１から第３回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８とを合わせた長さは、約２２．３２μｍである。従って、図２に示す電極２１、２２及び２３における長さＤは、約２２．３２μｍとなる。
【００５５】
表３に示す構造の第１のアーム１１及び第２のアーム１２を有する光変調装置において、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により、それぞれ０Ｖと−２Ｖの電圧を印加した場合における出射光のスペクトルを計算した結果を図１１に示す。尚、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により−２Ｖの電圧を印加することにより、高屈折率領域１５及びλ／４位相シフト領域１８において、屈折率は４×１０−５変化するものとして計算している。図１１に示されるように、−２Ｖの電圧を印加することにより、第１の実施の形態と同様に１．５５μｍにおける出射光の光強度を約５ｄＢ低くすることができる。よって、印加される電圧が０Ｖと−２Ｖとの間で、約５ｄＢのコントラスト（消光比）を得ることができる。
【００５６】
また、本実施の形態における光変調装置は、変調される波長帯域は狭くなるものの、第１の実施の形態における光変調装置よりもさらに小型化させることが可能である。尚、上記以外の本実施の形態における内容については、第１の実施の形態に記載されている内容と同様である。
【００５７】
以上、第１の実施の形態から第３の実施の形態に示されるように、光変調装置の第１のアーム１１及び第２のアーム１２において形成されるλ／４の数を適宜選定することにより、所望の特性の光変調装置を得ることができる。
【００５８】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の構造のものであって、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により印加される電圧の方向が順バイアスとなるものである。
【００５９】
本実施の形態における光変調装置では、図２に示す構造の光変調装置において、表４に示すように、回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８とが交互に形成されており、λ／４位相シフト領域１８が５ヶ所形成されている。
【００６０】
【表４】
【００６１】
具体的には、第１のアーム１１及び第２のアーム１２には、入射側４１より、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが７周期形成された第１回折格子領域が形成されている。次に、λ／４位相シフト領域１８と、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが１４周期形成された第２回折格子領域から第５回折格子領域とが交互に形成されている。更に、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６とが７周期形成された第６回折格子領域が形成されている。第１回折格子領域及び第６回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が７周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約２．１７μｍである。また、第２回折格子領域から第５回折格子領域は、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６との周期が１４周期であり、この領域における光の進行方向の長さは約４．３４μｍである。よって、第１から第６回折格子領域とλ／４位相シフト領域１８とを合わせた長さは、約２１．７μｍである。従って、図２に示す電極２１、２２及び２３における長さＤは、約２１．７μｍとなる。
【００６２】
表４に示す構造の第１のアーム１１及び第２のアーム１２を有する光変調装置において、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により、それぞれ０Ｖと１Ｖの電圧を印加した場合における出射光のスペクトルを計算した結果を図１２に示す。尚、第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により、１Ｖの電圧を印加することにより、高屈折率領域１５及びλ／４位相シフト領域１８において、屈折率は２×１０−３変化するものとして計算している。図１２に示すように、１Ｖの電圧を印加することにより、第１の実施の形態と同様に１．５５μｍにおける出射光の光強度を約５ｄＢ低くすることができる。よって、印加される電圧が０Ｖと１Ｖとの間で、約５ｄＢのコントラスト（消光比）を得ることができる。
【００６３】
また、本実施の形態における光変調装置は、順バイアスに電圧が印加されるため、第１の実施の形態における光変調装置に比べ変調速度は遅くなるものの、第１の実施の形態における光変調装置よりも更に小型化させることが可能である。また、変調される光の波長の帯域幅も広くすることができ、変調のために印加される電圧も低くすることができるため、省電力で駆動することができる。従って、光スイッチ等に用いる場合に適している。
【００６４】
尚、上記以外の本実施の形態における内容については、第１の実施の形態に記載されている内容と同様である。
【００６５】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態から第４の実施の形態における光変調装置と同一基板上に半導体レーザが形成されている光変調集積装置である。
【００６６】
図１３に基づき本実施の形態における光変調集積装置について説明する。本実施の形態における光変調集積装置は、第１の実施の形態における光変調装置１の光導波路１０の入射部に接続されるＤＢＲレーザ６１が設けられており、ＤＢＲレーザ６１には波長選択ミラーとして回折格子ミラー６２が形成されている。
【００６７】
ＤＢＲレーザ６１において発振した光は、光導波路１０を伝搬し、光変調装置１において第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により光が変調され、出射部４２より出射光として出射される。尚、本実施の形態におけるＤＢＲレーザ６１は、回折格子ミラー６２と、誘電体多層膜等からなる高反射率ミラー６３とを有しており、回折格子ミラー６２と高反射率ミラー６３との間における光導波路６４において光が共振する構造のものである。ここで、高反射率ミラー６３と、回折格子ミラー６２との間に挟まれた光導波路６４においては、光利得を有する材料を用いる必要があるため、光変調装置１における光導波路１０を形成する材料とは異なった材料により形成する必要がある。
【００６８】
ＤＢＲレーザ６１における回折格子ミラー６２は、光変調装置１における第１のアーム１１及び第２のアーム１２に形成される高屈折率領域１５及び低屈折率領域１６と同様のプロセスで形成することが可能であり、同時に作製することができる。このため、半導体レーザと光変調装置とを有する光変調集積装置を低コストで製造することが可能である。また、同時に作製することにより、プロセス条件の変動等により、高屈折率領域１５と低屈折率領域１６の形状等に変動が生じた場合においても、回折格子ミラー６２も同様に変動が生じる。従って、このような形状の変動により生じる動作波長の変動は、ＤＢＲレーザ６１と光変調装置１の間でほぼ同じ量の値となる。よって、プロセス条件に変動が生じた場合においても、ＤＢＲ半導体レーザ６１における動作波長と光変調装置１における動作波長とを一致させやすい。
【００６９】
次に、図１４に基づき本実施の形態における他の光変調集積装置について説明する。この光変調集積装置は、第１の実施の形態における光変調装置１の光導波路１０の入射部に接続される半導体レーザとして、λ／４位相シフトＤＦＢレーザ６５を形成したものである。このλ／４位相シフトＤＦＢレーザ６５は、波長選択反射ミラーとなる回折格子ミラー６６及び６７と、回折格子ミラー６６と回折格子ミラー６７との間には、λ／４位相シフト領域６８が形成される。λ／４位相シフトＤＦＢレーザ６５において発振した光は、光導波路１０を伝搬し、光変調装置１において第１の電気信号源３１及び第２の電気信号源３２により光が変調され、出射部４２より出射光として出射される。
【００７０】
尚、ＤＦＢレーザは、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）レーザとは異なり、モードホップによる低周波ノイズの問題が少なく、駆動が容易であるという利点を有している。ここで、λ／４位相シフトＤＦＢレーザ６５の形成される領域の光導波路は、光利得を有する材料を用いる必要があるため、光変調装置１における光導波路１０を形成する材料とは異なった材料により形成する必要がある。
【００７１】
尚、本実施の形態では、光変調装置として、第１の実施の形態における光変調装置を用いた場合について説明したが、第２の実施の形態から第４の実施の形態における光変調装置についても同様に用いることが可能である。
【００７２】
また、本実施の形態における光変調集積装置において形成される半導体レーザは、同一基板上に形成されるものであれば、ファブリ・ペロー型半導体レーザ等であってもよく、波長選択ミラーは、リング共振器型であってもよい。
【００７３】
〔第６の実施の形態〕
次に、第６の実施の形態について説明する。図１５に基づき本実施の形態における光変調装置について説明する。本実施の形態における光変調装置は、半導体基板上に、第１のアーム１１１と第２のアーム１１２を有する光導波路１１０が形成されている。第１のアーム１１１及び第２のアーム１１２は、光の入射側に設けられた直線光導波路領域１１３とともに接続されており、また、光の出射側に設けられた直線光導波路領域１１４とも接続されている。第１のアーム１１１及び第２のアーム１１２の両側には、第１のアーム１１１及び第２のアーム１１２に沿って、電界を印加することにより屈折率を変化させるための電極１２１、１２２及び１２３が設けられている。具体的には、第１のアーム１１１の両側に設けられた電極１２１と電極１２２との間に電圧を印加することにより、第１のアーム１１１における屈折率を変化させることができる。また、第２のアーム１１２の両側に設けられた電極１２２と電極１２３との間に電圧を印加することにより、第２のアーム１１２における屈折率を変化させることができる構造となっている。
【００７４】
このため、電極１２１と電極１２２との間には、第１の電気信号源１３１が設けられており、電極１２２と電極１２３との間には、第２の電気信号源１３２が設けられており、電極１２２は接地されている。入射部１４１より入射した連続光である入射光は、光導波路１１０における直線光導波路領域１１３に伝搬した後、第１のアーム１１１と第２のアーム１１２に分岐して伝搬し、第１の電気信号源１３１と第２の電気信号源１３２とを制御することにより変調される。この後、再び合波して光導波路１１０における直線光導波路領域１１４を伝搬し、出射部１４２より変調光である出射光として出射される。
【００７５】
具体的には、第１の電気信号源１３１と第２の電気信号源１３２により、高周波の電圧による変調を加えることにより、第１のアーム１１１又は第２のアーム１１２における電子又はホールの濃度を調節し、フリー・キャリア・プラズマ効果を利用する。この電子又はホールのキャリア濃度の変調により、第１のアーム１１１又は第２のアーム１１２における屈折率を変化させ、光を変調させるものである。尚、第１の電気信号源１３１と第２の電気信号源１３２とはプッシュプル駆動するように制御されている。
【００７６】
次に、図１６に基づき、第１のアーム１１１及び第２のアーム１１２について説明する。図１６は、第１のアーム１１１の要部拡大図である。図に示すように、第１のアーム１１１における光導波路は、高屈折率領域１１５と低屈折率領域１１６とが交互に設けられた回折格子領域と、λ／４位相シフト領域１１８を有している。尚、第２のアーム１１２についても、第１アーム１１１と同様の構造により形成されている。
【００７７】
次に、本実施の形態における光変調装置の断面構造について説明する。図１７は、図１６における破線１７Ａ−１７Ｂにおいて切断した断面図であり、図１８は、図１６における破線１８Ａ−１８Ｂにおいて切断した断面図である。図１７及び図１８に示すように、シリコン基板１５１上に、ＳｉＯ２からなる埋め込み酸化膜１５２が形成され、酸化膜１５２上にシリコンからなる凸部１５３が形成されている。光導波路１１０となる凸部１５３の両側には、ｎ型領域１５７及びｐ型領域１５８が形成されており、凸部１５３の上には、酸化膜１５５が形成されている。
【００７８】
図１７及び図１８に示すように、高屈折率領域１１５における凸部１５３の幅は低屈折率領域１１６よりも広く形成されている。尚、高屈折率領域１１５及び低屈折率領域１１６はともに、ｎ型領域１５７上において酸化膜１５５には開口が設けられており、金属材料により形成された電極１２１がｎ型領域１５７と接続されている。同様に、ｐ型領域１５８上において酸化膜１５５には開口が設けられており、金属材料により形成された電極１２２がｐ型領域１５８と接続されている。
【００７９】
本実施の形態では、酸化膜１５２の膜厚は約２μｍであり、ｎ型領域１５７及びｐ型領域１５８における膜厚は約５０ｎｍである。また、高屈折率領域１１５は、厚さが約２５０ｎｍ、幅が約１．４５μｍであり、低屈折率領域１１６の厚さは、厚さが約２５０ｎｍ、幅が約４５０ｎｍである。更に、λ／４位相シフト領域１１８における断面は、低屈折率領域１１５における断面構造と同様である。
【００８０】
本実施の形態では、高屈折率領域１１５と低屈折率領域１１６が交互に形成された回折格子領域間に、λ／４位相シフト領域１１８が設けられたものである。本実施の形態における光変調装置は、波長が１．５５μｍの波長の光に対応するものである。即ち、図１６において矢印Ｐ２に示す光の進行方向に対し、高屈折率領域１１５の長さＥが約２４０ｎｍ、低屈折率領域１１６の長さＦが約６０ｎｍであり、高屈折率領域１１５と低屈折率領域１１６は、約３００ｎｍの周期で形成されている。また、λ／４位相シフト領域１１８の長さＧは、約３９０ｎｍで形成されている。尚、λ／４位相シフト領域１１８の長さＧは、高屈折率領域１１５の長さＥと、波長が１．５５μｍの光に対応する高屈折率領域１１５と低屈折率領域１１６とにおける屈折率を考慮した波長の長さ約６００ｎｍの１／４との和により算出される。また、長さＥ、Ｆ、Ｇは、使用される波長等に依存して異なる。
【００８１】
本実施の形態における位相変調装置は、第１の実施の形態における光変調装置と同様に用いることができ、第５の実施の形態における光変調集積装置においても用いることができる。尚、上記以外の構造については、第１の実施の形態と同様である。
【００８２】
〔第７の実施の形態〕
次に、第７の実施の形態について説明する。本実施の形態は、光変調装置における第１のアーム及び第２のアームにおける構造が、第１の実施の形態とは異なる構造のものである。具体的には、ＭＯＳ型構造と呼ばれる構造のものである。本実施の形態における光変調装置は、半導体基板上に、第１のアームと第２のアームを有する光導波路が形成されている。また、第１のアーム及び第２のアームは、光の入射側に設けられた直線光導波路領域とともに接続されており、更に、光の出射側に設けられた直線光導波路領域とも接続されている。第１のアーム及び第２のアームの両側及び上部には、第１のアーム及び第２のアームに沿って、電界を印加することにより屈折率を変化させるための電極が設けられている。具体的には、第１のアームの両側に設けられた電極と上部に設けられた電極との間に第１の電気信号源により電圧を印加することにより、第１のアームにおける屈折率を変化させることができる。また、第２のアームの両側に設けられた電極と上部に設けられた電極との間に第２の電気信号源電圧を印加することにより、第２のアームにおける屈折率を変化させることができる構造となっている。
【００８３】
次に、図１９に基づき、本実施の形態の光変調装置における第１のアーム及び第２のアームについて説明する。図１９は、本実施の形態の光変調装置における第１のアームの光導波路が形成される領域の要部拡大図である。図に示すように、第１のアームにおける光導波路は、高屈折率領域２１５と低屈折率領域２１６とが交互に設けられた回折格子領域と、λ／４位相シフト領域２１８を有している。尚、第２のアームについても、第１アームと同様の構造により形成されている。
【００８４】
次に、本実施の形態における光変調装置の断面構造について説明する。図２０は、図１９における破線２０Ａ−２０Ｂにおいて切断した断面図であり、図２１は、図１９における破線２１Ａ−２１Ｂにおいて切断した断面図である。図２０及び図２１に示すように、シリコン基板２５１上に、ＳｉＯ２からなる埋め込み酸化膜２５２が形成され、酸化膜２５２上にシリコン層２５３が形成されている。更に、その上に、酸化膜２５４を介し、ｐ型シリコンにより形成されるｐ型領域２５５が形成され、ｐ型ポリシリコン領域２５６、酸化膜２５７、金属材料により形成された電極２５８及び電極２５９が形成されている。電極２５８と電極２５９との間には電気信号源２６０が設けられている。尚、電気信号源２６０は、第１のアームにおいては、第１の電気信号源に相当し、第２のアームにおいては、第２の電気信号源に相当するものである。また、電極２５９はシリコン層２５３と電気的に接続されており、また、電極２５８はｐ型領域２５６と電気的に接続されており、電気信号源２６０により電圧を印加することにより、ｐ型領域２５５においてキャリアが変動し、屈折率が変化する。
【００８５】
本実施の形態における光変調装置では、酸化膜２５２の膜厚は約２μｍであり、シリコン層２５３における膜厚は約１μｍである。ｐ型領域２５５における膜厚は約０．５５μｍであり、シリコン層２５３とp型領域２５５との間の酸化膜２５４の膜厚は１０ｎｍである。尚、p型領域２５５の幅は、高屈折率領域２１５では１．７μｍで形成されており、低屈折率領域２１６では１μｍで形成されている。よって、高屈折率領域２１５におけるp型領域２５５の幅は、低屈折率領域２１６よりも広く形成されている。入射光は、ｐ型領域２５５と酸化膜２５４を介したシリコン層２５３において伝達される。また、λ／４位相シフト領域２１８における断面は、低屈折率領域２１６における断面構造と同様である。
【００８６】
本実施の形態では、高屈折率領域２１５と低屈折率領域２１６が交互に形成された回折格子領域間に、λ／４位相シフト領域２１８が設けられたものである。本実施の形態における光変調装置は、波長が１．５５μｍの波長の光に対応するものである。即ち、図１９において矢印Ｐ３に示す光の進行方向に対し、高屈折率領域２１５の長さＨが約２４０ｎｍ、低屈折率領域２１６の長さＩが約６０ｎｍであり、従って、高屈折率領域２１５と低屈折率領域２１６とは、約３００ｎｍの周期で形成されている。また、λ／４位相シフト領域２１８の長さJは、約３９０ｎｍで形成されている。尚、λ／４位相シフト領域２１８の長さＪは、高屈折率領域２１５の長さＨと、波長が１．５５μｍの光に対応する高屈折率領域２１５と低屈折率領域２１６における屈折率を考慮した波長の長さ約６００ｎｍの１／４との和により算出される。また、長さＨ、Ｉ、Ｊは、使用される波長等に依存して異なる。
【００８７】
本実施の形態における位相変調装置は、第１の実施の形態における光変調装置と同様に用いることができ、第５の実施の形態における光変調集積装置においても用いることができる。
【００８８】
以上、実施の形態について詳述したが、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範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００８９】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
基板上に間隔を隔てて形成された第１の光導波路及び第２の光導波路と、
前記第１の光導波路または前記第２の光導波路における屈折率を変化させるため、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に沿って設けられた電極と、
前記電極に接続されており、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に電圧を印加するための電源と、
を有し、
前記第１の光導波路または前記第２の光導波路のうち、どちらか一方または双方の光導波路は、波長λの光を反射する構造の回折格子領域と、０からλ／２の範囲で位相シフトさせる位相シフト領域により形成されていることを特徴とする光変調装置。
（付記２）
前記位相シフト領域における位相シフトは略λ／４であることを特徴とする付記１に記載の光変調装置。
（付記３）
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路における双方の光導波路は、前記回折格子領域と、前記位相シフト領域により形成されている場合であって、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路における光導波路は、前記回折格子領域と、前記位相シフト領域により形成される構造が同一の構造であることを特徴とする付記１または２に記載の光変調装置。
（付記４）
前記光導波路において、前記位相シフト領域の両側には、前記回折格子領域が設けられていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の光変調装置。
（付記５）
前記位相シフト領域は複数設けられており、前記位相シフト領域間には前記回折格子領域が設けられていることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光変調装置。
（付記６）
前記位相シフト領域間に形成された回折格子領域における回折格子の周期の数は、一方のみに前記位相シフト領域が隣接する回折格子領域における回折格子の周期の数の２倍であることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の光変調装置。
（付記７）
前記位相シフト領域間に形成された回折格子領域を複数有しており、前記位相シフト領域間に形成された回折格子領域の回折格子の周期の数は、略等しいものであることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の光変調装置。
（付記８）
前記回折格子は、前記光導波路において、高屈折率領域と、前記高屈折率領域よりも低い屈折率の低屈折率領域により形成されており、前記光の進行方向における前記高屈折率領域の長さと前記低屈折率領域の長さの和は、略λ／２に対応する長さであることを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の光変調装置。
（付記９）
前記回折格子は、前記光導波路において、高屈折率領域と、前記高屈折率領域よりも低い屈折率の低屈折率領域により形成されており、前記位相シフト領域の長さは、前記高屈折率領域または低屈折率領域における前記光の進行方向の長さと、略λ／４に対応する長さの和に略等しいものであることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の光変調装置。
（付記１０）
前記高屈折率領域と前記低屈折率領域は同一の材料により形成されており、前記高屈折率領域における前記光導波路の厚さが、前記低屈折率領域における前記光導波路の厚さよりも厚いものであることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の光変調装置。
（付記１１）
前記高屈折率領域と前記低屈折率領域は同一の材料により形成されており、前記高屈折率領域における前記光導波路の幅が、前記低屈折率領域における前記光導波路の幅よりも広いものであることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の光変調装置。
（付記１２）
前記位相シフト領域は、前記光の進行方向に垂直な前記高屈折率領域における断面形状、又は、前記光の進行方向に垂直な前記低屈折率領域における断面形状と同じであることを特徴とする付記１０または１１に記載の光変調装置。
（付記１３）
前記電源により、前記基板の面方向に対し平行に電圧を印加することにより、前記導波路における屈折率を変化させるものであることを特徴とする付記１から１２のいずれかに記載の光変調装置。
（付記１４）
前記電源により、前記基板の面方向に対し垂直に電圧を印加することにより、前記導波路における屈折率を変化させるものであることを特徴とする付記１から１２のいずれかに記載の光変調装置。
（付記１５）
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との光導波路において、一方の光導波路に電圧が印加されている場合には、他方の光導波路には電圧は印加されず、一方の光導波路に電圧が印加されていない場合には、他方の光導波路には電圧は印加されることにより駆動されることを特徴とする付記１から１４のいずれかに記載の光変調装置。
（付記１６）
付記１から１５のいずれかに記載の光変調装置と、
前記基板に形成された前記光変調装置に光を入力するための光を発するレーザと、
を有することを特徴とする光変調集積装置。
（付記１７）
前記レーザは回折格子が設けられていることを特徴とする付記１６に記載の光変調集積装置。
（付記１８）
前記レーザはＤＢＲレーザの構造からなり、前記ＤＢＲレーザにおけるＤＢＲミラーは回折格子を装荷した光導波路からなり、前記光導波路は、前記光変調装置において回折格子が装荷されている部分における光導波路と同じ材料により形成されており、かつ、両者がモノリシック集積形成されていることを特徴とする付記１６または１７に記載の変調器集積装置。
（付記１９）
前記ＤＢＲレーザにおけるＤＢＲミラーの光導波路と、前記光変調装置において回折格子が装荷されている部分における光導波路とは、同一の構造となる部分を有していることを特徴とする付記１８に記載の光変調集積装置。
（付記２０）
前記光変調装置に設けられた回折格子領域における回折格子の周期と、前記レーザにおける回折格子の周期とは、略同一であることを特徴とする付記１９に記載の光変調集積装置。
【符号の説明】
【００９０】
１０ 光導波路
１１ 第１のアーム
１２ 第２のアーム
１３ 直線光導波路領域
１４ 直線光導波路領域
１５ 高屈折率領域
１６ 低屈折率領域
１８ λ／４位相シフト領域
２１ 電極
２２ 電極
２３ 電極
３１ 第１の電気信号源
３２ 第２の電気信号源
４１ 入射部
４２ 出射部
５１ シリコン基板
５２ 酸化膜
５３ シリコン層
５４ 凸部
５５ 平坦部
５６ 酸化膜
５７ ｎ型領域
５８ ｐ型領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に間隔を隔てて形成された第１の光導波路及び第２の光導波路と、
前記第１の光導波路または前記第２の光導波路における屈折率を変化させるため、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に沿って設けられた電極と、
前記電極に接続されており、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に電圧を印加するための電源と、
を有し、
前記第１の光導波路または前記第２の光導波路のうち、どちらか一方または双方の光導波路は、波長λの光を反射する構造の回折格子領域と、０からλ／２の範囲で位相シフトさせる位相シフト領域により形成されていることを特徴とする光変調装置。
【請求項２】
前記位相シフト領域における位相シフトは略λ／４であることを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
【請求項３】
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路における双方の光導波路は、前記回折格子領域と、前記位相シフト領域により形成されている場合であって、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路における光導波路は、前記回折格子領域と、前記位相シフト領域により形成される構造が同一の構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調装置。
【請求項４】
前記位相シフト領域間に形成された回折格子領域における回折格子の周期の数は、一方のみに前記位相シフト領域が隣接する回折格子領域における回折格子の周期の数の２倍であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光変調装置。
【請求項５】
前記回折格子は、前記光導波路において、高屈折率領域と、前記高屈折率領域よりも低い屈折率の低屈折率領域により形成されており、前記位相シフト領域の長さは、前記高屈折率領域または低屈折率領域における前記光の進行方向の長さと、略λ／４に対応する長さの和に略等しいものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光変調装置。
【請求項６】
前記高屈折率領域と前記低屈折率領域は同一の材料により形成されており、前記高屈折率領域における前記光導波路の厚さが、前記低屈折率領域における前記光導波路の厚さよりも厚いものであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光変調装置。
【請求項７】
前記高屈折率領域と前記低屈折率領域は同一の材料により形成されており、前記高屈折率領域における前記光導波路の幅が、前記低屈折率領域における前記光導波路の幅よりも広いものであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光変調装置。
【請求項８】
前記位相シフト領域は、前記光の進行方向に垂直な前記高屈折率領域における断面形状、又は、前記光の進行方向に垂直な前記低屈折率領域における断面形状と同じであることを特徴とする請求項６または７に記載の光変調装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の光変調装置と、
前記基板に形成された前記光変調装置に光を入力するための光を発するレーザと、
を有することを特徴とする光変調集積装置。
【請求項１０】
前記レーザはＤＢＲレーザの構造からなり、前記ＤＢＲレーザにおけるＤＢＲミラーは回折格子を装荷した光導波路からなり、前記光導波路は、前記光変調装置において回折格子が装荷されている部分における光導波路と同じ材料により形成されており、かつ、両者がモノリシック集積形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光変調集積装置。
【請求項１】
基板上に間隔を隔てて形成された第１の光導波路及び第２の光導波路と、
前記第１の光導波路または前記第２の光導波路における屈折率を変化させるため、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に沿って設けられた電極と、
前記電極に接続されており、前記第１の光導波路または前記第２の光導波路に電圧を印加するための電源と、
を有し、
前記第１の光導波路または前記第２の光導波路のうち、どちらか一方または双方の光導波路は、波長λの光を反射する構造の回折格子領域と、０からλ／２の範囲で位相シフトさせる位相シフト領域により形成されていることを特徴とする光変調装置。
【請求項２】
前記位相シフト領域における位相シフトは略λ／４であることを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
【請求項３】
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路における双方の光導波路は、前記回折格子領域と、前記位相シフト領域により形成されている場合であって、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路における光導波路は、前記回折格子領域と、前記位相シフト領域により形成される構造が同一の構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調装置。
【請求項４】
前記位相シフト領域間に形成された回折格子領域における回折格子の周期の数は、一方のみに前記位相シフト領域が隣接する回折格子領域における回折格子の周期の数の２倍であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光変調装置。
【請求項５】
前記回折格子は、前記光導波路において、高屈折率領域と、前記高屈折率領域よりも低い屈折率の低屈折率領域により形成されており、前記位相シフト領域の長さは、前記高屈折率領域または低屈折率領域における前記光の進行方向の長さと、略λ／４に対応する長さの和に略等しいものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光変調装置。
【請求項６】
前記高屈折率領域と前記低屈折率領域は同一の材料により形成されており、前記高屈折率領域における前記光導波路の厚さが、前記低屈折率領域における前記光導波路の厚さよりも厚いものであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光変調装置。
【請求項７】
前記高屈折率領域と前記低屈折率領域は同一の材料により形成されており、前記高屈折率領域における前記光導波路の幅が、前記低屈折率領域における前記光導波路の幅よりも広いものであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光変調装置。
【請求項８】
前記位相シフト領域は、前記光の進行方向に垂直な前記高屈折率領域における断面形状、又は、前記光の進行方向に垂直な前記低屈折率領域における断面形状と同じであることを特徴とする請求項６または７に記載の光変調装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の光変調装置と、
前記基板に形成された前記光変調装置に光を入力するための光を発するレーザと、
を有することを特徴とする光変調集積装置。
【請求項１０】
前記レーザはＤＢＲレーザの構造からなり、前記ＤＢＲレーザにおけるＤＢＲミラーは回折格子を装荷した光導波路からなり、前記光導波路は、前記光変調装置において回折格子が装荷されている部分における光導波路と同じ材料により形成されており、かつ、両者がモノリシック集積形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光変調集積装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−７５９９２（Ｐ２０１１−７５９９２Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２９６７３（Ｐ２００９−２２９６７３）
【出願日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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