JP7447559B2 - 光デバイスおよび光送受信機 - Google Patents

Description

本発明は、光変調器を含む光デバイスおよび光送受信機に係わる。

図１は、従来の光変調器の一例を示す。この例では、光変調器は、偏波多重光信号を生成する。すなわち、光変調器は、１組の親マッハツェンダ干渉計を備える。そして、各親マッハツェンダ干渉計は、１組のマッハツェンダ干渉計を備える。

光変調器は、ＬＮ基板（または、ＬＮチップ）上に形成される。すなわち、ＬＮ基板上に光導波路を形成することで各マッハツェンダ干渉計が構成される。ここで、ＬＮ基板はＺカットＬＮ基板であるものとする。この場合、信号電極は、マッハツェンダ干渉計を構成する光導波路の上に形成される。

上記構成の光変調器において、信号電極に電気信号が与られると、基板の表面に対して垂直方向（即ち、Ｚ方向）に電界が発生する。そうすると、この電界により、信号電極の下に形成されている光導波路の屈折率が変化し、光の位相が変化する。したがって、電気信号を用いて各マッハツェンダ干渉計を伝搬する光の位相を適切に調整することで、所望の変調光信号が生成される。

光変調器を駆動するための電気信号は、この例では、差動信号である。差動信号は、互いに極性が異なる正極信号および負極信号から構成される。ここで、光変調器がＸＩ変調器、ＸＱ変調器、ＹＩ変調器、ＹＱ変調器を含むものとする。この場合、ＸＩ変調器には１組の電気信号ＸＩｐ、ＸＩｎが与えられ、ＸＱ変調器には１組の電気信号ＸＱｐ、ＸＱｎが与えられ、ＹＩ変調器には１組の電気信号ＹＩｐ、ＹＩｎが与えられ、ＹＱ変調器には１組の電気信号ＹＱｐ、ＹＱｎが与えられる。

各電気信号は、対応する信号電極を介して伝搬され、ＲＦ終端器により終端される。ここで、信号電極に与えられる電気信号は、対応する光導波路を伝搬する光と同じ方向にほぼ同じ速度で伝搬する。このとき、電気信号に応じて各マッハツェンダ干渉計を伝搬する光の位相が変化し、変調光信号が生成される。

他方、光変調器の消費電力を抑制するために、光変調器を駆動する電気信号の電圧（すなわち、駆動電圧）を小さくする構成が知られている。ただし、駆動電圧を小さくする場合、光と電気信号とが干渉する領域の長さ（即ち、相互作用長）を長くする必要がある。ところが、図１に示す構成において相互作用長を長くすると、光変調器を形成するＬＮ基板が長くなる。図１に示す例では、横方向（または、図１に示すＸ方向）においてＬＮ基板が長くなる。この結果、光変調器を収容するパッケージが大きくなってしまう。

この問題は、例えば、図２に示すように、ＬＮ基板上で光導波路を折り返す形状とすることで解決または緩和され得る。すなわち、図２に示す光変調器においては、Ｘ方向に光が伝搬する光導波路および－Ｘ方向に光が伝搬する光導波路の双方で、光と電気信号との干渉が発生するので、相互作用長が実質的に長くなる。この結果、ＬＮ基板を長くすることなく駆動電圧を低くできる。

なお、基板上で光導波路を折り返す構成を有する光デバイスは、例えば、特許文献１に記載されている。また、本件出願に関連する技術が特許文献２～４に記載されている。

ＵＳ２００４／０１８４７５５ ＵＳ２００８／０２２６２１５ 特開２００９－１８６８８１号公報 特開２００８－２２４７４０号公報

ＺカットＬＮ基板上にマッハツェンダ干渉計を有する光変調器においては、図１または図２に示すように、各マッハツェンダを構成する１組の光導波路に対してそれぞれ差動電気信号が与えられる。例えば、図２に示すＸＩ変調器は、１組の電気信号ＸＩｐ、ＸＩｎにより駆動される。この場合、１組の電気信号ＸＩｐ、ＸＩｎの位相および強度が精度よく調整されていることが要求される。しかしながら、送信データのレートが高くなると、マッハツェンダ干渉計に到達した１組の電気信号の位相および強度が適切に調整されているように回路を設計することが難しくなる。そして、１組の電気信号の位相および強度が適切に調整されていないときは、変調光信号にチャープが発生する。すなわち、送信信号の品質が悪くなる。

本発明の１つの側面に係わる目的は、光変調器を含む光デバイスの小型化を図ることである。

本発明の１つの態様の光デバイスは、基板と、前記基板の表面領域に形成される、マッハツェンダ干渉計を構成する光導波路と、前記基板上に形成される信号電極と、前記基板上に形成される接地電極と、を備える。前記信号電極および前記接地電極は、前記光導波路を挟むように形成される。前記基板は、前記信号電極と前記接地電極との間に電圧が与えられたときに、前記基板の表面に沿った方向に電界が発生する特性を有する。前記光導波路は、入力光を第１の方向に伝搬する第１の導波路部と、前記第１の導波路部に光学的に結合し、前記入力光を前記第１の方向と異なる方向に導く曲線導波路部と、前記曲線導波路部に光学的に結合する第２の導波路部と、を備える。前記信号電極は、前記第１の導波路部の近傍に設けられる第１の電極と、前記第２の導波路部の近傍に設けられる第２の電極と、を備える。前記マッハツェンダ干渉計を駆動する差動電気信号の一方の信号が前記第１の電極に与えられる。前記差動電気信号の他方の信号が前記第２の電極に与えられる。

上述の態様によれば、光変調器を含む光デバイスの小型化が実現される。

従来の光デバイスの一例を示す図である。 従来の光デバイスの他の例を示す図である。 本発明の実施形態に係わる光変調器を構成する光導波路の一例を示す図である。 電気信号により発生する電界を説明する図である。 ＸカットＬＮ基板を使用して構成される光変調器の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係わる光デバイスの一例を示す図である。 本発明の実施形態に係わる光デバイスにおいて発生する電界を説明する図である。 図６に示す光デバイスのバリエーションを示す図である。 本発明の実施形態に係わる光デバイスの他の例を示す図である。 本発明の実施形態に係わる光送受信機の一例を示す図である。

図３は、本発明の実施形態に係わる光変調器を構成する光導波路の一例を示す。この実施例では、光変調器は、ニオブ酸リチウム（ＬＮ：ＬｉＮｂＯ３）基板１に実装される。ニオブ酸リチウムは、大きな電気光学定数を有する。また、ニオブ酸リチウムにＴｉ等を拡散させることで、損失の少ない光導波路が形成される。よって、ＬＮ基板は、光変調器等の光デバイスを実現するために広く使用されている。

光変調器は、図３に示すように、１組の親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｘ、ＭＺＩ＿Ｙを備える。各親マッハツェンダ干渉計は、１組のマッハツェンダ干渉計を備える。すなわち、親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｘは、１組のマッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱを備える。親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｙは、１組のマッハツェンダ干渉計ＹＩ、ＹＱを備える。

各マッハツェンダ干渉計は、互いに平行またはほぼ平行に形成されている。また、各マッハツェンダ干渉計は、それぞれ、第１の導波路部、曲線導波路部、および第２の導波路部を含む。第１の導波路部は、入力光を第１の方向（図３では、紙面の左側から右側に向う方向）に伝搬するように形成される。曲線導波路部は、第１の導波路部に光学的に結合され、第１の導波路部からの入力光を第１の方向と異なる方向（図３では、紙面の右側から左側に向う方向）に導く。第２の導波路部は、曲線導波路部に光学的に結合する。この実施例では、第１の導波路部および第２の導波路部は、互いに逆方向に光を伝搬するように形成される。すなわち、曲線導波路部は、第１の導波路部を介して受信する光が反対方向に進むように第２の導波路部に導く。よって、曲線導波路部を「折返し部」と呼ぶことがある。

ＬＮ基板１において上述のように光導波路が形成されると、ＬＮ基板１の同じ辺に入力ポートおよび出力ポートが設けられる。図３においては、ＬＮ基板１の左側の辺に沿って入力ポートおよび出力ポートが設けられている。

入力ファイバを介して入力される連続光は、親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｘ、ＭＺＩ＿Ｙに導かれる。親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｘにおいては、連続光は、マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱに導かれ、親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｙにおいては、連続光は、マッハツェンダ干渉計ＹＩ、ＹＱに導かれる。各マッハツェンダ干渉計を通過する連続光は、不図示の信号電極に印加される電気信号により変調される。これにより、親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｘは変調光信号Ｘを生成し、親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｙは変調光信号Ｙを生成する。そして、変調光信号Ｘおよび変調光信号Ｙは、偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）により合波され、出力ファイバに導かれる。

光導波路は、ＬＮ基板１の表面領域に形成される。一例としては、図４に示すように、ＬＮ基板１の表面領域にＴｉ等を拡散させることで光導波路が形成される。なお、図４に示す光導波路Ｇａおよび光導波路Ｇｂは、マッハツェンダ干渉計を構成する１組の光導波路である。

ＬＮ基板１は、この実施例では、ＸカットＬＮ基板である。よって、信号電極は、マッハツェンダ干渉計を構成する１組の光導波路に挟まれる領域の上に形成される。図４に示す例では、信号電極は、光導波路Ｇａ、Ｇｂの間の領域の上に形成されている。また、ＬＮ基板１の表面の他の領域には、接地電極が形成される。したがって、信号電極および接地電極は、対応する光導波路を挟むように形成されことになる。なお、ＬＮ基板１の表面には、バッファ層が形成されていてもよい。また、バッファ層と電極との間には、絶縁層が形成されていてもよい。

上記構成の光デバイスにおいて、信号電極と接地電極との間に電圧が印加されると、ＬＮ基板１の表面領域に電界が発生する。ここで、ＬＮ基板１はＸカットＬＮ基板なので、ＬＮ基板１の表面に沿った方向に電界が発生する。したがって、図４に示す例では、光導波路Ｇａ内に＋Ｚ方向に向う電界が発生し、光導波路Ｇａ内に－Ｚ方向に向う電界が発生する。即ち、光導波路Ｇａ、Ｇｂにおいて、互いに逆方向の電界が発生する。そして、この電界により光導波路Ｇａ、Ｇｂの屈折率（または、光パス長）が変化し、各光導波路から出力される光の位相が変化する。

図５は、ＸカットＬＮ基板を使用して構成される光変調器の一例を示す。なお、ＬＮ基板１に形成される光導波路は、図３および図５において互いに実質的に同じである。光変調器が実装されたＬＮ基板１は、パッケージに収容されている。

中継基板２は、不図示のドライバ回路からＬＮ基板１に電気信号を伝搬する。ドライバ回路からＬＮ基板１に与えられる電気信号は、信号ＸＩ、信号ＸＱ、信号ＹＩ、信号ＹＱを含む。加えて、ドライバ回路から中継基板２を介してＬＮ基板１に接地電圧ＧＮＤが与えられる。

ＬＮ基板１の表面には、信号電極および接地電極が形成される。信号電極は、信号ＸＩを伝搬する電極ＸＩ、信号ＸＱを伝搬する電極ＸＱ、信号ＹＩを伝搬する電極ＹＩ、および信号ＹＱを伝搬する電極ＹＱを含む。ここで、電極ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱは、それぞれマッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱに対して形成される。具体的には、電極ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱは、図４を参照して説明したように、対応するマッハツェンダ干渉計を構成する１組の光導波路の間の領域の上に形成される。また、この実施例では、各信号電極は、図３に示す第１の導波路部において、対応するマッハツェンダ干渉計を構成する光導波路に沿って形成される。そして、各信号電極は、ＲＦ終端器によって終端される。

接地電極ＧＤＮは、信号電極間に形成される。即ち、電極ＸＩ、ＸＱ間、電極ＸＱ、ＹＩ間、電極ＹＩ、ＹＱ間にそれぞれ接地電極ＧＮＤが形成される。また、図面を見やすくするために省略しているが、ＬＮ基板１の表面の他の領域にも接地電極が形成される。

上記構成の光変調器において、入力ファイバを介して連続光が入力される。また、不図示のドライバ回路から信号ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱが与えられる。そうすると、マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｘにおいて信号ＸＩ、ＸＱにより連続光が変調されて変調光信号Ｘが生成される。また、マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｙにおいて信号ＹＩ、ＹＱにより連続光が変調されて変調光信号Ｙが生成される。そして、変調光信号Ｘおよび変調光信号Ｙは、偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）により合波され、出力ファイバに導かれる。

このように、ＸカットＬＮ基板を用いて構成される光変調器においては、各マッハツェンダ干渉計に対して１本の信号電極が形成され、１つの電気信号が与えられる。即ち、各マッハツェンダ干渉計を駆動するために差動信号を生成する必要はない。

ただし、図５に示す構成では、各信号電極は、図３に示す第１の導波路部のみに形成されている。このため、光と電気信号とが干渉する領域の長さ（すなわち、相互作用長）が短く、駆動電圧を小さくできないことがある。

なお、相互作用長を長くするためには、図２に示す光変調器と同様に、第１の導波路部に形成される信号電極を第２の導波路部まで伸ばす構成が考えられる。ところが、そのような構成では、各マッハツェンダ干渉計において、第１の導波路部で発生する電界による効果と第２の導波路部で発生する電界による効果とが相殺されてしまう。例えば、あるマッハツェンダ干渉計の第１の導波路部において、図４に示すように、光導波路Ｇａ内で＋Ｚ方向に向かう電界が発生し、光導波路Ｇｂ内で－Ｚ方向に向かう電界が発生するものとする。この場合、このマッハツェンダ干渉計の第２の導波路部においては、光導波路Ｇａ内で－Ｚ方向に向かう電界が発生し、光導波路Ｇｂ内で＋Ｚ方向に向かう電界が発生することになる。よって、第１の導波路部において現れる電気光学効果と第２の導波路部において現れる電気光学効果とは、互いに相殺されることになる。したがって、ＬＮ基板１がＸカットＬＮ基板である場合、各信号電極を第１の導波路部から第２の導波路部まで伸ばす構成は、好ましくない。

＜実施形態＞
図６は、本発明の実施形態に係わる光デバイスの一例を示す。光デバイスは、この実施例では、偏波多重光信号を生成する光変調器である。ＬＮ基板１は、ＸカットＬＮ基板であり、図５および図６において実質的に同じである。また、ＬＮ基板１の表面領域に形成される光導波路は、図５および図６において実質的に同じであるものとする。すなわち、ＬＮ基板１上には、図３に示すように、親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｘおよび親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｙが構成される。親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｘは、１組のマッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱを備え、親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｙは、１組のマッハツェンダ干渉計ＹＩ、ＹＱを備える。また、各マッハツェンダ干渉計は、第１の導波路部、曲線導波路部、および第２の導波路部を含む。

図６に示す光変調器においては、各マッハツェンダ干渉計に対して２つの信号電極が設けられる。具体的には、マッハツェンダ干渉計ＸＩに対して信号電極ＸＩｐおよび信号電極ＸＩｎが設けられ、マッハツェンダ干渉計ＸＱに対して信号電極ＸＱｐおよび信号電極ＸＱｎが設けられ、マッハツェンダ干渉計ＹＩに対して信号電極ＹＩｐおよび信号電極ＹＩｎが設けられ、マッハツェンダ干渉計ＹＱに対して信号電極ＹＱｐおよび信号電極ＹＱｎが設けられる。そして、信号電極ＸＩｐは、マッハツェンダ干渉計ＸＩの第１の導波路部に形成され、信号電極ＸＩｎは、マッハツェンダ干渉計ＸＩの第２の導波路部に形成される。同様に、信号電極ＸＱｐは、マッハツェンダ干渉計ＸＱの第１の導波路部に形成され、信号電極ＸＱｎは、マッハツェンダ干渉計ＸＱの第２の導波路部に形成される。信号電極ＹＩｐは、マッハツェンダ干渉計ＹＩの第１の導波路部に形成され、信号電極ＹＩｎは、マッハツェンダ干渉計ＹＩの第２の導波路部に形成される。信号電極ＹＱｐは、マッハツェンダ干渉計ＹＱの第１の導波路部に形成され、信号電極ＹＱｎは、マッハツェンダ干渉計ＹＱの第２の導波路部に形成される。

不図示のドライバ回路は、各マッハツェンダ干渉計を駆動するための電気信号を生成する。ここで、各マッハツェンダ干渉計を駆動するための電気信号は、差動信号である。具体的には、ドライバ回路は、マッハツェンダ干渉計ＸＩを駆動する差動信号ＸＩｐ／ＸＩｎ、マッハツェンダ干渉計ＸＱを駆動する差動信号ＸＱｐ／ＸＱｎ、マッハツェンダ干渉計ＹＩを駆動する差動信号ＹＩｐ／ＹＩｎ、およびマッハツェンダ干渉計ＹＱを駆動する差動信号ＹＱｐ／ＹＱｎを生成する。そして、各正極電気信号ＸＩｐ、ＸＱｐ、ＹＩｐ、ＹＱｐは、それぞれ、第１の導波路部に形成される電極ＸＩｐ、ＸＱｐ、ＹＩｐ、ＹＱｐに与えられる。また、各負極電気信号ＸＩｎ、ＸＱｎ、ＹＩｎ、ＹＱｎは、それぞれ、第２の導波路部に形成される電極ＸＩｎ、ＸＱｎ、ＹＩｎ、ＹＱｎに与えられる。

電極ＸＩｐ、ＸＱｐ、ＹＩｐ、ＹＱｐを介して伝搬される電気信号は、それぞれＲＦ終端器３により終端される。電極ＸＩｎ、ＸＱｎ、ＹＩｎ、ＹＱｎを介して伝搬される電気信号は、それぞれＲＦ終端器４により終端される。

接地電極は、信号電極間に形成される。即ち、電極ＸＩｐ、ＸＱｐ間、電極ＸＱｐ、ＹＩｐ間、電極ＹＩｐ、ＹＱｐ間にそれぞれ接地電極が形成される。また、電極ＸＩｎ、ＸＱｎ間、電極ＸＱｎ、ＹＩｎ間、電極ＹＩｎ、ＹＱｎ間にもそれぞれ接地電極が形成される。さらに、親マッハツェンダ干渉計間にも接地電極が形成される。なお、図面を見やすくするために省略しているが、ＬＮ基板１の表面の他の領域にも接地電極が形成される。

上記構成の光変調器において、入力ファイバを介して連続光が入力される。この連続光は、各マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱに導かれる。また、不図示のドライバ回路から信号ＸＩｐ、ＸＱｐ、ＹＩｐ、ＹＱｐ、ＸＩｎ、ＸＱｎ、ＹＩｎ、ＹＱｎが与えられる。そうすると、マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱにおいてそれぞれ連続光が変調される。以下、マッハツェンダ干渉計ＸＩにおける変調について説明する。

マッハツェンダ干渉計ＸＩには、信号ＸＩｐおよび信号ＸＩｎが与えられる。具体的には、マッハツェンダ干渉計ＸＩの第１の導波路部に形成されている電極ＸＩｐに信号ＸＩｐが与えられる。また、マッハツェンダ干渉計ＸＩの第２の導波路部に形成されている電極ＸＩｎに信号ＸＩｎが与えられる。

図７は、本発明の実施形態に係わる光デバイスにおいて発生する電界を説明する図である。なお、図７は、図６に示す視点Ｖから光変調器を見たときのＬＮ基板１の断面を示している。図７（ａ）は、マッハツェンダ干渉計ＸＩの第１の導波路部が形成されている領域の断面を示し、図７（ｂ）は、マッハツェンダ干渉計ＸＩの第２の導波路部が形成されている領域の断面を示す。なお、マッハツェンダ干渉計ＸＩは、図７に示すように、１組の光導波路Ｇａ、Ｇｂで構成されているものとする。

第１の導波路部においては、マッハツェンダ干渉計ＸＩの上に形成される電極ＸＩｐに正極信号ＸＩｐが与えられる。この正極信号ＸＩｐにより、図７（ａ）に示す電界が発生するものとする。すなわち、光導波路Ｇａ内で＋Ｚ方向に向かう電界が発生し、光導波路Ｇｂ内で－Ｚ方向に向かう電界が発生するものとする。

第２の導波路部においては、マッハツェンダ干渉計ＸＩの上に形成される電極ＸＩｎに負極信号ＸＩｎが与えられる。ここで、負極信号ＸＩｎは、正極信号ＸＩｐを反転させることで得られる。したがって、第２の導波路部においては、第１の導波路部において正極信号ＸＩｐに起因して発生する電界と逆向きの電界が発生する。すなわち、第１の導波路部において図７（ａ）に示す電界が発生するときは、第２の導波路部において図７（ｂ）に示す電界が発生する。なお、図７（ａ）において光導波路Ｇａの左側に光導波路Ｇｂが形成されているが、図７（ｂ）においては、光導波路Ｇａの右側に光導波路Ｇｂが形成されている。

このように、第１の導波路部と同様に、第２の導波路部においても、光導波路Ｇａ内で＋Ｚ方向に向かう電界が発生し、光導波路Ｇｂ内で－Ｚ方向に向かう電界が発生する。よって、第２の導波路部において負極信号ＸＩｎに起因して生じる電気光学効果は、第１の導波路部において正極信号ＸＩｐに起因して生じる電気光学効果を強めることになる。したがって、正極信号ＸＩｐが与えられる電極ＸＩｐを第１の導波路部に形成し、正極信号ＸＩｐを反転することで得られる負極信号ＸＩｎが与えられる電極ＸＩｎを第２の導波路部に形成することで、マッハツェンダ干渉計ＸＩの相互作用長が実質的に長くなる。この構成は、マッハツェンダ干渉計ＸＱ、ＹＩ、ＹＱにおいても同様である。

ここで、各マッハツェンダ干渉計の相互作用長が長くなると、光変調器を駆動する信号の駆動電圧を低くできるので消費電力を削減できる。また、各マッハツェンダ干渉計が、互いに平行に配置される２つの導波路部およびそれら２つの導波路部を結合する曲線導波路部から構成されるので、ＬＮ基板１の長さを短くできる。したがって、図６に示す構成によれば、消費電力が小さい光変調器の小型化が実現される。

なお、図６に示す構成では、光変調器を駆動する電気信号が差動信号である。ここで、差動信号を構成する１組の電気信号は、互いに独立した電極に与えられ、互いに異なる領域で光導波路に作用する。具体的には、一方の電気信号（例えば、信号ＸＩｐ）は、第１光導波路部の屈折率を変化させ、他方の電気信号（例えば、信号ＸＩｎ）は、第２導波路部の屈折率を変化させる。このため、差動信号を構成する１組の電気信号の位相および強度を精度よく調整する必要はない。したがって、図６に示す光変調器においては、電気信号を各マッハツェンダ干渉計に与えるための設計が簡単になる。

ただし、第１の導波路部での変調動作および第２の導波路部での変調動作は、互いに同期していることが要求される。ここで、入力光は、第１の導波路部を通過した後、曲線導波路部を介して第２の導波路部に導かれる。すなわち、第１の導波路部での変調動作の後に、第２の導波路部での変調動作が行われる。したがって、各信号電極は、ドライバ回路から第１の導波路部に電気信号を伝搬する電極の長さより、ドライバ回路から第２の導波路部に電極信号を伝搬する電極の長さが長くなるように構成される。例えば、マッハツェンダ干渉計ＸＩにおいては、ドライバ回路から点Ｐ１まで信号ＸＩｐが伝搬する時間とドライバ回路から点Ｐ２まで信号ＸＩｎが伝搬する時間との差分が、光導波路を介して光が点Ｐ１から点Ｐ２まで伝搬する時間とほぼ一致するように、電気信号を伝搬する導電パターンが設計される。なお、ドライバ回路から第２の導波路部へ電気信号を伝搬する導電パターンのうち、パッケージ端からＬＮ基板１の端部までの間の配線は、例えば、不図示の中継基板上に形成される。

このように、図６に示す構成では、第１の導波路部に電気信号を伝搬するための導電パターンより、第２の導波路部に電気信号を伝搬するための導電パターンが長くなる。ここで、光変調器により送信されるデータ信号のレートが高いときは、電極が長くなるほど伝記信号の損失が大きくなる。すなわち、図６に示す構成では、第１の導波路部に与えられる電気信号より、第２の導波路部に与えられる電気信号の品質が低下すると考えられる。

そこで、図８に示す構成では、各マッハツェンダ干渉計において、第１の導波路部の相互作用長より第２の導波路部の相互作用長が短くなるように信号電極が形成される。図８では、相互作用長Ｌ１より相互作用長Ｌ２が短くなるように、電極ＸＩｐ、ＸＱｐ、ＹＩｐ、ＹＱｐ、および、電極ＸＩｎ、ＸＱｎ、ＹＩｎ、ＹＱｎが形成される。この構成により、品質の高い電気信号による変調が支配的となり、光変調器により生成される変調光信号の品質が高くなる。

図９は、本発明の実施形態に係わる光デバイスの他の例を示す。図９に示す光デバイスは、変調器チップ１０、ドライバ回路２０、中継基板３１、中継基板３３を備える。変調器チップ１０、ドライバ回路２０、中継基板３１、中継基板３３は、パッケージ内に収容される。このパッケージには、入力ファイバおよび出力ファイバが接続される。なお、中継基板３１は、積層基板（または、多層基板）である。

変調器チップ１０は、ＸカットＬＮ基板を利用して構成され、偏波多重光信号を生成する光変調器が実装される。ＬＮ基板の表面領域に形成される光導波路は、図６または図８に示す構成と同様に、親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｘおよび親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｙを構成する。親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｘは、１組のマッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱを備え、親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｙは、１組のマッハツェンダ干渉計ＹＩ、ＹＱを備える。なお、この例では、各親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｘ、ＭＺＩ＿ＹにおいてそれぞれＱＰＳＫ光信号が生成される。

マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱに対してそれぞれＤＣバイアス電極が設けられる。ＤＣバイアス電極には、各マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱの動作点を調整するためのＤＣバイアス電圧が印加される。ＤＣバイアス電圧は、不図示の制御回路により生成される。

親マッハツェンダ干渉計ＭＺＩ＿Ｘ、ＭＺＩ＿Ｙに対してそれぞれ位相調整バイアス電極が設けられる。位相調整バイアス電極には、親マッハツェンダ干渉計内の１組のマッハツェンダ干渉計間の位相差を調整するためのＤＣバイアス電圧が印加される。ＤＣバイアス電圧は、不図示の制御回路により生成される。

ドライバ回路２０は、光変調器を駆動する電気信号を生成する。すなわち、ドライバ回路２０は、マッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱをそれぞれ駆動する電気信号を生成する。各電気信号は、作動信号である。すなわち、マッハツェンダ干渉計ＸＩに与えられる差動信号は、正極信号ＸＩｐおよび負極信号ＸＩｎから構成される。マッハツェンダ干渉計ＸＱに与えられる差動信号は、正極信号ＸＱｐおよび負極信号ＸＱｎから構成される。マッハツェンダ干渉計ＹＩに与えられる差動信号は、正極信号ＹＩｐおよび負極信号ＹＩｎから構成される。マッハツェンダ干渉計ＹＱに与えられる差動信号は、正極信号ＹＱｐおよび負極信号ＹＱｎから構成される。

ドライバ回路２０により生成される電気信号のうち、第１の導波路部に与えられる正極信号（ＸＩｐ、ＸＱｐ、ＹＩｐ、ＹＱｐ）は、中継基板３１の表面に形成される配線を介して変調器チップ１０の近くに形成されているパッドまた伝搬される。なお、これらの配線上には、直流成分をカットするブロッキングキャパシタが設けられる。図９では、ブロッキングキャパシタは「Ｃ」で表されている。そして、これらの配線は、変調器チップ１０上に形成される対応する電極にそれぞれ電気的に接続される。

ドライバ回路２０により生成される電気信号のうち、第２の導波路部に与えられる負極信号（ＸＩｎ、ＸＱｎ、ＹＩｎ、ＹＱｎ）は、中継基板３１の内層に形成される配線を介して中継基板３３の近くに形成されているパッドまた伝搬される。内層に形成される配線は、図９では、破線で表されている。また、表面に形成される配線および内層に形成される配線は、ビアを介して手外に電気的に接続される。図９においては、ビアは二重丸印で表されている。さらに、これらの配線上にもブロッキングキャパシタが設けられる。そして、これらの配線は、中継基板３３上に形成される対応する配線パターンにそれぞれ電気的に接続される。

中継基板３３上には、第２の導波路部に与えられる負極信号を伝搬する配線パターンが形成される。そして、これらの配線パターンは、変調器チップ１０上に形成される対応する電極にそれぞれ電気的に接続される。

変調器チップ１０において、正極信号ＸＩｐ、ＸＱｐ、ＹＩｐ、ＹＱｐは、対応するマッハツェンダ干渉計ＸＩｐ、ＸＱｐ、ＹＩｐ、ＹＱｐの第１の導波路部に与えられる。そして、これらの正極信号は、中継基板３３に設けられるＲＦ終端器３４によって終端される。

また、変調器チップ１０において、負極信号ＸＩｎ、ＸＱｎ、ＹＩｎ、ＹＱｎは、対応するマッハツェンダ干渉計ＸＩｎ、ＸＱｎ、ＹＩｎ、ＹＱｎの第２の導波路部に与えられる。そして、これらの負極信号は、中継基板３１に設けられるＲＦ終端器３２によって終端される。

上記構成の光デバイスにおいて、各差動信号を構成する１組の正極信号および負極信号は、互いに近接した端子を介してドライバ回路２０から出力される。他方、変調器チップ１０に与えるときには、複数の正極信号（ＸＩｐ、ＸＱｐ、ＹＩｐ、ＹＱｐ）および複数の負極信号（ＸＩｎ、ＸＱｎ、ＹＩｎ、ＹＱｎ）をそれぞれ集約する必要がある。したがって、正極信号を伝搬する配線の経路と負極信号を伝搬する配線の経路とが互いに重なりあうことになる。

そこで、この実施例では、中継基板３１として積層基板を使用する。そして、負極信号を伝搬する配線の一部が積層基板の内層に形成される。すなわち、負極信号は、中継基板３１において、表面に形成される配線および内層に形成される配線を介して伝搬される。

また、上述したように、ドライバ回路２０からマッハツェンダ干渉計までの配線が長くなるほど、電気信号の品質が悪くなる。よって、正極信号または負極信号の少なくとも一方が、ドライバ回路２０からマッハツェンダ干渉計まで可能な限り短い経路で伝搬するように配線パターンが設計される。この実施例では、正極信号がドライバ回路２０からマッハツェンダ干渉計まで可能な限り短い経路で伝搬するように配線パターンが設計される。よって、中継基板３１において、負極信号が伝搬する配線は、正極信号が伝搬する配線より長くなる。

積層基板に形成される配線の損失は、多くのケースにおいて、単層基板に形成される配線の損失より大きい。よって、ドライバ回路２０とマッハツェンダ干渉計との間の配線の一部が積層基板（すなわち、中継基板３１）に形成される場合、積層基板に形成される配線が可能な限り短いことが好ましい。したがって、この実施例では、中継基板３３は単層基板である。そして、負極信号を伝搬する配線が積層基板（即ち、中継基板３１）および単層基板（即ち、中継基板３３）の双方に形成される場合、積層基板に形成される配線を短く形成し、単層基板に形成される配線を長く形成することが好ましい。

さらに、図９に示す光変調器は、４つのマッハツェンダ干渉計ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱを備えるが、これら４つのマッハツェンダ干渉計を駆動する電気信号のスキューが適切に調整されることが要求される。すなわち、ドライバ回路２０から各マッハツェンダ干渉計まで電気信号が伝搬する時間が互いに一致または略一致することが要求される。ここで、ＬＮ基板上では、例えば、電気信号が伝搬する経路がそれぞれ最短になるように各信号電極が形成される。そうすると、ＬＮ基板上に形成される各信号電極の長さが互いに一致しないことがある。この場合、中継基板に形成される各配線の長さを適切に調整することにより、スキューが調整される。

図１０は、本発明の実施形態に係わる光送受信機の一例を示す。光送受信機１００は、光源（ＬＤ）１０１、光変調器１０２、光受信器１０３、およびデジタル信号処理器（ＤＳＰ）１０４を備える。

光源１０１は、例えば、レーザ光源であり、所定の波長の連続光を生成する。光変調器１０２は、光源１０１により生成される連続光を、ＤＳＰから与えられる送信信号で変調して変調光信号を生成する。なお、光変調器１０２は、例えば、図６、図８、または図９に示す光デバイスに相当する。光受信器１０３は、例えば、コヒーレント受信器であり、光源１０１により生成される連続光を利用して受信光信号を復調する。ＤＳＰ１０４は、アプリケーションから与えられるデータから送信信号を生成する。この送信信号は、光変調器１０２に与えられる。また、ＤＳＰ１０４は、光受信器１０３により復調された受信信号からデータを再生する。

このように、光送受信機１００は、光変調器として本発明の実施形態に係わる光デバイスが実装される。したがって、光送受信機の消費電力の削減および光送受信機の小型化の双方が実現される。

１ ＬＮ基板
２ 中継基板
３、４ ＲＦ終端器
１０ 変調器チップ
２０ ドライバ回路
３１、３３ 中継基板
３２、３４ ＲＦ終端器
１００ 光送受信機
１０１ 光源（ＬＤ）
１０２ 光変調器
１０３ 光受信器
１０４ ＤＳＰ

Claims (7)

1. ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）基板と、
   前記ＬＮ基板の表面領域に形成される、マッハツェンダ干渉計を構成する光導波路と、
   前記ＬＮ基板上に形成される信号電極と、
   前記ＬＮ基板上に形成される接地電極と、を備え、
   前記信号電極および前記接地電極は、前記光導波路を挟むように形成され、
   前記ＬＮ基板は、前記信号電極と前記接地電極との間に電圧が与えられたときに、前記ＬＮ基板の表面に沿った方向に電界が発生するＸカットＬＮ基板であり、
   前記光導波路は、
   入力光を第１の方向に伝搬する第１の導波路部と、
   前記第１の導波路部に光学的に結合し、前記入力光を前記第１の方向と異なる方向に導く曲線導波路部と、
   前記曲線導波路部に光学的に結合する第２の導波路部と、を備え、
   前記信号電極は、
   前記第１の導波路部の近傍に設けられる第１の電極と、
   前記第２の導波路部の近傍に設けられる第２の電極と、を備え、
   前記マッハツェンダ干渉計を駆動する差動電気信号の一方の信号が前記第１の電極に与えられ、前記差動電気信号の他方の信号が前記第２の電極に与えられる
   ことを特徴とする光デバイス。
2. 前記差動電気信号を生成するドライバ回路と前記第１の電極との間の配線の長さより、前記ドライバ回路と前記第２の電極との間の配線の長さが長く、
   前記第１の導波路部と前記第１の電極とが互いに平行に形成される領域の長さより、前記第２の導波路部と前記第２の電極とが互いに平行に形成される領域の長さが短い
   ことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記差動電気信号を生成するドライバ回路と前記ＬＮ基板との間に１または複数の中継基板をさらに備え、
   前記１または複数の中継基板のうちの少なくとも１つは積層基板である
   ことを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
4. 前記積層基板において、前記ドライバ回路と前記第１の電極との間の配線は、前記積層基板の表面のみに形成され、
   前記積層基板において、前記ドライバ回路と前記第２の電極との間の配線の一部は、前記積層基板の内層に形成される
   ことを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。
5. 前記積層基板に形成される前記ドライバ回路と前記第１の電極との間の配線の長さは、前記積層基板に形成される前記ドライバ回路と前記第２の電極との間の配線の長さより短い
   ことを特徴とする請求項４に記載の光デバイス。
6. 光変調器および光受信器を含む光送受信機であって、
   前記光変調器は、
   ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）基板と、
   前記ＬＮ基板の表面領域に形成される、マッハツェンダ干渉計を構成する光導波路と、
   前記ＬＮ基板上に形成される信号電極と、
   前記ＬＮ基板上に形成される接地電極と、を備え、
   前記信号電極および前記接地電極は、前記光導波路を挟むように形成され、
   前記ＬＮ基板は、前記信号電極と前記接地電極との間に電圧が与えられたときに、前記ＬＮ基板の表面に沿った方向に電界が発生するＸカットＬＮ基板であり、
   前記光導波路は、
   入力光を第１の方向に伝搬する第１の導波路部と、
   前記第１の導波路部に光学的に結合し、前記入力光を前記第１の方向と異なる方向に導く曲線導波路部と、
   前記曲線導波路部に光学的に結合する第２の導波路部と、を備え、
   前記信号電極は、
   前記第１の導波路部の近傍に設けられる第１の電極と、
   前記第２の導波路部の近傍に設けられる第２の電極と、を備え、
   前記マッハツェンダ干渉計を駆動する差動電気信号の一方の信号が前記第１の電極に与えられ、前記差動電気信号の他方の信号が前記第２の電極に与えられる
   ことを特徴とする光送受信機。
7. 前記差動電気信号を生成するドライバ回路と前記第１の電極との間の配線の長さより、前記ドライバ回路と前記第２の電極との間の配線の長さが長く、
   前記第１の導波路部と前記第１の電極とが互いに平行に形成される領域の長さより、前記第２の導波路部と前記第２の電極とが互いに平行に形成される領域の長さが短い
   ことを特徴とする請求項６に記載の光送受信機。

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