JP2016103003A - 電気光学位相変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】電気光学位相変調器の出口における残留振幅変調を低減する。【解決手段】入射光波１の光位相を変調することを意図した電気光学位相変調器１００であって、入射面１１１及び出射面１１２を有する電気光学基板１１０と、入射面上に位置する導波路入射端１２１と出射面上に位置する導波路出射端１２２との間に延びる光導波路１２０と、光導波路に沿って少なくとも部分的に、光導波路に対して平行かつその両側に配置され、互いの間に電極間ギャップ１１８を定める少なくとも２つの電極１３１、１３２とを含み、光導波路は、入射端と少なくとも２つの電極との間に少なくとも１つの第１の湾曲導波路部分１２４を有しており、入射面上の導波路の接線方向１２１Ｔの延長部が、電極間ギャップから偏位する。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、光信号を制御するための光変調器の分野に関する。
本発明は、より詳細には、変調器に入射した光波の光位相を変調することを意図した電気光学位相変調器に関する。

電気光学位相変調器は、変調器に入射してこれを通過する光波の光位相を、それに印加される電気信号の関数として変調することを可能にする光電子装置である。

電気光学位相変調器の特定の種類は、従来技術から公知であり、集積変調器又は導波路型光変調器（ｇｕｉｄｅｄ ｏｐｔｉｃｓ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）と呼ばれ、これは、
−入射面、出射面、２つの側面、下面及び上面を含み、下面及び上面が入射面と出射面との間に延びており、上面が、平坦であり下面に対向する、光学的に透明な基板と、
−上面と平行な面内で、基板の入射面上に位置する導波路入射端と基板の出射面上に位置する導波路出射面との間に延びる光導波路であって、光導波路に一部が結合された入射光波を、導波路入射端と出射端との間で光導波路の光路に沿って光学的導波態様で伝搬する導波光波とする光導波路と、
−導波路に沿って少なくとも部分的に、導波路に対して平行にその両側に配置され、互いの間に電極間ギャップを定める少なくとも２つの電極であって、電極間に変調電圧が印加された場合に、変調電圧の関数である変調位相シフトを、光導波路内を伝搬する導波光波に導入することを可能にする、少なくとも２つの電極と、
を含む。

本出願において、電気光学基板は、モノブロックであること、すなわち単一部品から作られたものであることを意味する。換言すれば、電気光学基板は、例えばその電気光学基板と、１つ又はそれ以上の中間層と、その構造体の機械的強度のための支持部とを含む積層体のような、より複雑な光学構造体の別個の部分ではない。

変調電圧による変調電極の分極は、基板内の電気光学効果により、導波光波が伝搬する導波路の光屈折率をこの変調電圧の関数として変化させることを可能にする。

そして、導波路の光屈折率のこの変動は、変調電圧の符号の関数として、位相進み又は遅れの変調位相シフトを、導波路を通過する導波光波の光位相に導入する。
これが、変調器出口において、射出光波（ｅｍｅｒｇｉｎｇ ｌｉｇｈｔ ｗａｖｅ）の光位相変調をもたらす。

理論上、このような電気光学位相変調器は、光導波路内を伝搬する導波光波の光位相のみを変調する。そのため、光検出器をこの変調器の出口において射出光波の軌道上に配置すると、この光検出器によって計測される光パワー（ワット単位）は一定になり、変調電極により導波光波に導入された変調位相シフトに依存しないはずである。
しかしながら、実際には、計測される光パワーは一定にはならず、位相変調器の出口において光パワーの小さな変動が検出される。
この残留振幅変調（Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）すなわち「ＲＡＭ」は、位相変調器の性能が損なわれることとなるので、場合によっては無視できないことが証明されている。

前記の従来技術の欠点を解消するために、本発明は、変調器の出口における残留振幅変調を低減することを可能にする電気光学位相変調器を提案する。

この目的のために、本発明は、序文で定義した電気光学位相変調器に関する。
本発明によれば、光導波路は、入射端と少なくとも２つの電極との間に少なくとも１つの第１の湾曲導波路部分を有しており、入射面上の導波路の接線方向の延長部が電極間ギャップから偏位するようになっている。

従って、本発明による装置は、光導波路内で導波される光波と、非光学的導波態様で電気光学基板内を伝搬する光波との間の結合を低減することを可能にする。

実際には、導波路入射端において、入射光波が光導波路に注入される場合に、この入射光波の一部は導波路に結合せずに入射面で回折し、光波は、放射して、次に導波されずに導波路外で基板内を伝搬する。

この非導波光波は、導波路に垂直な平面内で横方向の空間的な拡がりを有し、これは、回折により、基板の出射面まで増大する。

換言すれば、非導波光波に関連する光線は、導波路外で基板内を光線が伝搬する間に増大する角度発散を有する。

何の予防措置も講じなければ、変調電圧と呼ばれる電圧が電極間に印加される場合、導波されずに基板内を伝搬する光波の一部は、電極間ギャップから基板内に延びる屈折率変調区域内で捕捉され、次いで導波されると考えられ、この屈折率変調区域は、光導波路の周りで、光導波路を横断する方向に、導波路に沿った電極の寸法に少なくとも等しい距離にわたって、空間的に延びている。

第１の湾曲導波路部分により、電極間ギャップは、基板内での非導波光波の主伝搬方向に対応する入射面上の導波路の接線方向に対してオフセットされる。

それゆえ、この構成は、この接線方向を中心にして電気光学基板内を伝搬する非導波光波が電極間ギャップ内に捕捉されて閉じ込められ、次いで導波路出射端において導波光波と重なり、これら２つの光波が互いに干渉して上述の残留振幅変調を生じさせることを防止できる。

従って、本発明により、変調器の出口における導波光波と非導波光波との間の干渉がかなり低減される。
このようにして、残留振幅変調がかなり低減される。

さらに、本発明の電気光学位相変調器の他の有利な非限定的特徴は、以下の通りである。
−光導波路は、少なくとも１つの第２の湾曲導波路部分を少なくとも２つの電極と導波路出射端との間に有する。
−第１及び／又は第２の湾曲導波路部分は、Ｓ字形を有する。
−第１及び／又は第２の湾曲導波路部分は、その値が所定の最小値Ｒ_{ｃ，ｍｉｎ}よりも大きい曲率半径Ｒ_ｃを有し、各々の湾曲部分によって誘導される光損失が０．５ｄＢ未満になるようになっている。
−各々の湾曲導波路部分の曲率半径の最小値Ｒ_{ｃ，ｍｉｎ}は、２０ｍｍ以上である。

非限定的な実施例として与えられる、添付の図面に関連した以下の説明は、本発明を構成するもの及び本発明をどのように実施することができるのかを理解することを可能にする。

一対の変調電極を含み、入口及び出口で光ファイバのセクションに接続された、本発明による電気光学位相変調器の第１の実施形態の平面図を示す。 図１の位相変調器の断面Ａ−Ａに沿った断面図である。 ２つの導波路端を含む、断面Ａ−Ａに対して垂直な投影面における図１の変調器の投影図である。 ３つの変調電極を含む、本発明による電気光学位相変調器の第２の実施形態の平面図を示す。 導波光波及び非導波光波に関連する光学モードが示された、図１の装置の動作の略図を示す。 第２の湾曲導波路部分を含み、導波光波及び非導波光波に関連する光学モードが示された、本発明の電気光学位相変調器の第３の実施形態の平面図を示す。 変調器が、第１及び第２の湾曲導波路部分の両側に配置された２対の付加的な分極電極を含む、本発明の電気光学位相変調器の第３の実施形態の変形例の平面図を示す。

図１から図７に、電気光学位相変調器１００の異なる実施形態並びにその幾つかの変形例を示す。

一般に、この変調器１００は、変調器１００上の入射光波１（ここでは矢印で表す。例えば図１参照）の光位相を時間の関数として変調することを意図する。

このような変調器１００は、光学系において、特に、データ通信のための光ファイバ遠隔通信、情報処理のための干渉センサ、又はレーザ空胴の動的制御において多くの用途がある。

変調器１００は、まず、光学的に透明な基板１１０を含む。

この基板１１０は、一方で入射面１１１、及び、他方で出射面１１２を含む。これは、本明細書では、２つの側面１１５、１１６と、下面１１４と、上面１１３とを備えた平面的な幾何学的形状を有し（例えば、図１及び図２参照）、上面１１３は、平坦であり、下面１１４に対向する。

従って、下面１１４及び上面１１３は、基板１１０の入射面１１１と出射面１１２との間に互いに平行に延びている。

同様に、図１及び図２に示すように、入射面１１１と出射面１１２もまた、ここでは互いに平行であり、側面１１５、１１６も全く同様である。

従って、基板１１０は、平行六面体の形状である。
好ましくは、この平行六面体は、直方体ではなく、基板１１０は、入射面１１１と側面の一方（ここでは側面１１６、図１参照）とが、９０°未満の、８０°と８９．９°との間に含まれる、例えば８５°に等しい、角度１１９を形成するようになっている。

位相変調器１００の性能を改善するこのような角度１１９の利点は、以下の説明で理解されるであろう。

図２及び図３に示すように、基板１１０は、モノブロックであり、ニオブ酸リチウムの単結晶から形成される。

基板１１０は、厳密に２０ミクロンを超える、下面１１４から上面１１３までの厚さを有することが好ましい。基板１１０の厚さは、３０ミクロンから１ミリメートルまでの範囲にあることがさらにもっと好ましい。

さらに、基板１１０は、１０ミリメートルと１００ミリメートルとの間に含まれる、入射面１１１から出射面１１２までの長さを有する。

基板１１０は、０．５ミリメートルと１００ミリメートルとの間に含まれる、２つの側面１１５、１１６間で測定される幅を有することが好ましい。
基板１１０は、ポッケルス（Ｐｏｃｋｅｌｓ）効果とも呼ばれる、静電場又は変動電場によって誘導される一次複屈折を示す、電気光学基板である。

この電気光学基板１１０は、化学式ＬｉＮｂＯ_３のニオブ酸リチウム結晶から形成されることが好ましく、この材料は、強いポッケルス効果を有する。

基板１１０は、さらに、４００ナノメートル（ｎｍ）と１６００ｎｍとの間に含まれる波長範囲で、２．２５と２．１３との間に含まれる光屈折率ｎ_ｓを有する。

変形例として、位相変調器の電気光学基板は、タンタル酸リチウム結晶（ＬｉＴａＯ_３）とすることができる。

別の変形例として、この電気光学基板は、ポリマー材料又は半導体材料、例えばシリコン（Ｓｉ）又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）で作ることができる。

変調器の基板１１０は、ここではニオブ酸リチウム結晶であり、これは固有の複屈折を有し、それを電場によって誘導される複屈折性から差し引くか又は加えることができ、この基板１１０の幾何学的形状及び配向は、この結晶の軸に対して正確に定めることが重要である。

図１〜図３、図５、及び図６〜図７にそれぞれ示す本発明の第１及び第３の実施形態において、基板１１０は、それゆえＬｉＮｂＯ_３結晶のＸ軸に沿って切断されているので、基板１１０の上面１１３は、結晶のＸ−Ｙ面に平行になっている（図１参照）。さらにより正確に言えば、結晶のＹ軸は、ここでは電気光学基板１１０の側面１１５、１１６に平行に配向される。

従来通り、ニオブ酸リチウムの場合、Ｚ軸は、結晶格子のＣ軸又はａ３と平行である。Ｚ軸は、結晶のＸ軸と垂直であり、Ｘ軸はそれ自体が格子のａ１軸と平行である。Ｙ軸は、Ｚ軸とＸ軸の両方に対して垂直である。Ｙ軸は、格子のａ２軸に対して３０°回転しており、ａ２軸は、ａ１軸に対して１２０°、ａ３軸に対して９０°に配向している。結晶面の切断及び配向は、一般にＸ、Ｙ及びＺ軸を基準にする。

図４に示す本発明の第２の実施形態において、基板１１０は、ＬｉＮｂＯ_３結晶のＺ軸に沿って切断されているので、基板１１０の上面１１３は、結晶のＸ−Ｙ面に平行になっている。この場合でも、結晶のＹ軸は、電気光学基板１１０の側面１１５、１１６に平行に配向される。

全ての実施形態において、位相変調器１００は、一体型であり、
−基板１１０の入射面１１１上に位置する導波路入射端１２１から、
−基板１１０の出射面１１２上に位置する導波路出射端１２２へ
連続的に延びる、唯一の光導波路１２０を含む（図１及び図３から図８参照）。

説明した平面状構成において、導波路１２０は、基板１１０の上面１１３に近接した平行面内に延びる。

特に本明細書では、例えば図２及び図３で第１の実施形態について示すように、導波路１２０は、基板１１０の上面１１３と面一であり、目的とする動作波長に応じて、半径３〜８マイクロメートルの半円形断面（図２参照）を有する。

光導波路１２０は、１０ミリメートルと１００ミリメートルとの間に含まれる長さを有することが好ましい。

この導波路１２０は、当業者に公知の、基板のニオブ酸リチウム結晶内にチタンを拡散する熱プロセスにより、又は焼きなましプロトン交換（ａｎｎｅａｌｅｄ ｐｒｏｔｏｎ−ｅｘｃｈａｎｇｅ）プロセスにより、ニオブ酸リチウム基板１１０内に作られる。

このようにして、光導波路１２０が得られ、これは光屈折率の上昇Δｎ_ｇを示す。光導波路の製造方法がチタンの拡散である場合、常光屈折率及び異常光屈折率の２つの屈折率がその値を高める。よって、チタンの拡散によって作製される導波路は、２つの分極状態をサポートすることが可能である。光導波路の製造方法がプロトン交換である場合、異常光屈折率のみがその値を高め、他方、常光屈折率は、その値が低下する。従って、プロトン交換によって作製される導波路は、１つの分極状態のみをサポートすることができる。

光の導波を保証するために、導波路１２０のこの光屈折率ｎ_ｇは、基板１１０の光屈折率ｎ_ｓよりも高くなければならない。

一般に、導波路１２０と電気光学基板１１０との間の光屈折率の差ｎ_ｇ−ｎ_ｓが大きいほど、光の閉じ込め効果が高くなる。

好都合には、本明細書において、導波路１２０と電気光学基板１１０との間の光屈折率の差ｎ_ｇ−ｎ_ｓは、１０^−２から１０^−３までの範囲内に含まれる。

また、入射光１を変調するために、光位相変調器１００は変調電極を含む。

図１〜図３、図５、及び図６〜図７にそれぞれ示す、基板１１０がＸ軸に沿って切断された本発明の第１及び第３の実施形態において、これらの変調手段は、導波路１２０に沿って少なくとも部分的に、導波路に対して平行にその両側に配置された、２つの変調電極１３１、１３２を含む。

異なる実施形態において、これらの変調電極１３１、１３２は、より正確に、導波路１２０の直線状部分１２３の周りに配置される。

さらに、図１に示すように、２つの変調電極１３１、１３２の各々は、導波路１２０へ向かう内縁１３１Ａ、１３２Ａを含む。従ってそれらは、互いの間に、第１の変調電極１３１の内縁１３１Ａから第２の変調電極１３２の内縁１３２Ａまで延びる電極間ギャップ１１８を定める。

２つの変調電極１３１、１３２は、基板１１０の上面１１３における導波路１２０の幅よりも大きい距離Ｅ（図２参照）で離間しており、その結果、変調電極１３１、１３２は導波路１２０に重ならないようになっている。従って、変調電極１３１、１３２の２つの内縁１３１Ａ、１３２Ａによって境界を定められた電極間距離Ｅは、電極間ギャップ１１８の横方向寸法、すなわち幅に対応する。

例えば、導波路１２０は、ここでは３ミクロンの幅を有し、電極間距離Ｅは１０ミクロンに等しい。

図４に示す、基板１１０がＺ軸に従って切断された本発明の第２の実施形態において、変調手段は、導波路１２０に平行に配置された３つの変調電極１３１、１３２、１３３を含む。

導波路１２０の幅よりも幅が広い第１の電極、すなわち中央電極１３３は、導波路１２０の上側に位置する。

第２及び第３の電極、すなわち側方対向電極１３１、１３２は、導波路１２０の両側に位置するそれらの部分に関して、各々が中央電極１３３に対して距離Ｅ’で離間し、この距離Ｅ’は、側方対向電極１３１、１３２の中心と中央電極１３３の中心との間で決定される。

例えば、導波路１２０はここでは３ミクロンの幅を有し、中央電極１３３と対向電極１３１、１３２との間の距離Ｅ’は１０ミクロンに等しい。
前記の第１の実施形態の場合と同じように、２つの変調電極１３１、１３２は、互いの間に電極間ギャップ１１８を定め（図４参照）、これは、２つの対向電極１３１、１３２の間で、第２の電極１３１の内縁から第３の電極１３２の内縁まで延びる。

従来通り、変調電極１３１、１３２、１３３は、同一平面上にあり、基板１１０の上面１１３上に既知のフォトリソグラフィ技術によって形成される。

変調電極１３１、１３２、１３３の寸法（幅、長さ、及び厚さ）は、変調器の位相変調条件、基板１１０の性質及び幾何学的形状（寸法及び配向）、導波路１２０の幅及び長さ、並びに達成すべき性能の関数として決定される。

変調電極１３１、１３２、１３３は、本明細書においてＶ_ｍ（ｔ）で表される変調電圧によって分極されることが意図され、変調電圧は、時間ｔの関数として変化する電圧である。

換言すれば、この変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）は、変調電極１３１、１３２、１３３間に印加される。

その目的で、変調電極の１つ（第１及び第３の実施形態の場合、電極１３２、例えば図１及び図６参照；第２の実施形態の場合は電極１３３、図４参照）は、変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）に等しい電位にされ、他方、他の１つ変調電極（電極１３１、例えば図１及び図６参照）又は複数の電極（電極１３１、１３２、図４参照）は接地される。電気的制御手段（図示せず）が設けられ、これは、変調電極１３１、１３２、１３３に対して、変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）に関する所望の設定値（振幅、周波数．．．）を適用することを可能にする。

本発明の利点を理解するために、電気光学位相変調器１００の動作を最初に簡単に説明する。
位相変調器１００（図３参照）は、
−入口で入射光波１を受けて、これを導波光波３へ結合し、
−導波路１２０内を伝搬するこの導波光波３の光位相を変調し、
−導波光波３を、変調器１００の出口において送出される射出光波２へ結合し、この射出光波２の光位相は、導波光波３の変調と同様の変調を有する、
ように設計されている。

入口及び出口においてそれぞれ入射光波１及び射出光波２を結合するために、変調器１００は、入射光波１を導波路入射端１２１において結合するための手段及び射出光波２を導波路出射端１２２において結合するための手段を含む。

これらの結合手段は、本明細書において、光ファイバ、例えばシリカ光ファイバのセクション１０、２０（図３参照）を含むことが好ましく、各々が円筒形のコア１２、２２を取り囲むクラッド１１、２１を含み、その中で入射光波１（コア１２内）及び射出光波２（コア２２内）をそれぞれ伝搬し、それゆえ各々が回転対称性を有する。

例示的に、光ファイバのセクション１０のコア１２内を伝搬する入射光波１の振幅１Ａと、光ファイバのセクション２０のコア２２内を伝搬する射出光波２Ａの振幅２Ａとを図３に示す。これらの振幅１Ａ、２Ａは、円筒形の対称性を有する光ファイバのセクション１０、２０内の伝搬モードに対応する。

結合を行うために、光ファイバのセクション１０、２０は、それぞれ入射面１１１及び出射面１１２に近づけられ、光ファイバの各セクション１０、２０のコア１２、２２がそれぞれ導波路入射端１２１及び導波路出射端１２２に対向して位置合わせされるようになっている。

好都合には、一方で、光ファイバのセクション１０、２０を基板１１０に取り付けるために、他方で、ファイバ１０、２０のコア１２、２２と導波路１２０の入射端１２１及び出射端１２２との間の光学的及び機械的な位置合わせ状態で固定するために、光ファイバのセクション１０、２０と、基板１１０の入射面１１１及び出射面１１２との間で、屈折率が一致した接着剤を用いることができる。

入口において、光ファイバのセクション１０のコア１２に沿って基板１１０に向かって伝搬する入射光波１は、導波光波３（図３の矢印参照）として、導波路入射端１２１において光導波路１２０に一部が結合される。

この導波光波３は、次に光導波路１２０の光路に沿って、導波路入射端１２１と出射端１２２との間で光学的導波態様で伝搬する。
導波光波３は、図５に模式的に示されているような振幅３Ａを有する。

入射面１１１及び出射面１１２上での導波光波３の部分反射により、導波路１２０内で干渉が生じ得るので、導波光波３の振幅３Ａは、比較的高い残留振幅変調を有し得る。

それにもかかわらず、基板１１０の角度１１９により、この干渉現象は大幅に低減され、その結果、これらのスプリアス反射による残留振幅変調は無視できるようになる。

電気的制御手段が変調電極１３１、１３２、１３３間に変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）を印加すると、この変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）に比例する外部電場が、変調電極１３１、１３２、１３３の近傍、より正確に言えば、電極間ギャップ１１８内に位置する基板１１０及び導波路１２０の領域に対応する屈折率変調区域１１７（例えば図２及び図３参照）内に生じる。

この屈折率変調区域１１７は、電極間ギャップ１１８から基板１１０内に延びている。より正確に言えば、屈折率変調区域１１７は、光導波路１２０の、ここではその直線部分１２３の周りに、光導波路を横断する方向に、導波路１２０に沿った電極の寸法（すなわち、長さ）に少なくとも等しい距離にわたって、空間的に延びている。

ポッケルス効果により、導波路の光屈折率ｎ_ｇは、この外部電場によって変調される。公知のように、光屈折率の変動は外部電場の振幅に比例し、比例係数は、材料の性質及び変調電極１３１、１３２、１３３の幾何学的形状の両方に依存する。

さらに、基板１１０の光軸に対する外部電場の配向の関数として、変調電極１３１、１３２、１３３の近傍におけるこの変動は、屈折率変調区域１１７内の基板１１０及び導波路１２０の光屈折率ｎ_ｓ、ｎ_ｇの増大又は減少に伴い、それぞれ、正又は負となり得る。

導波路１２０内での導波光波３の伝搬中に、導波路１２０の光屈折率ｎ_ｇのこの変動は、光導波路１２０内を伝搬する導波光波３の光位相に、外部電場の振幅の関数である、従って時間ｔの関数として変化する変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）の振幅の関数である、変調位相シフトを導入する。

変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）の符号の関数として、従って基板１１０の光軸に対する外部電場の配向の関数として、この変調位相シフトは正又は負となり得、導波光波３の光位相遅れ又は進みにそれぞれ関連する。

このようにして、変調電極１３１、１３２、１３３により、導波光波３の光位相を変調することができる。

ここで光導波路１２０内の入射光波１の結合に話を戻す。

この結合中に、光ファイバのセクション１０のコア１２と基板１１０内の導波路１２０との間の屈折率の空間分布の差により、入射光波１の一部が導波路入射端１２１において回折し、その結果、導波路１２０内の非導波光波４が、基板１１０内を伝搬する（図３参照）。

この非導波光波４は、屈折率変調区域１１７を通過する場合には、この屈折率変調区域１１７内で導波されて閉じ込められるので、この非導波光波４は、屈折率変調区域１１７内でもはや回折して発散することもなく、その結果、出口光ファイバのセクション２０内で導波光波３と再結合することが可能になる。

この非導波光波４は、その振幅４Ａが図３に示されており、導波路出射端１２２において、導波路１２０内の導波光波３と干渉することがあり、それゆえ変調器１００の出口において射出光波２内に残留振幅変調を発生させる。

本発明によれば、これらの干渉を防止し、残留振幅変調を制限するために、変調器１００の光導波路１２０は、非直線的であり、第１の湾曲導波路部分１２４（図１及び図４から図７参照）を導波路入射端１２１と変調電極１３１、１３２、１３３との間に有する。

この第１の湾曲導波路部分１２４は、電極間ギャップ１１８を非導波光波４の伝搬方向に対して横方向にオフセットさせるように選択された形状及び寸法を有する。

より正確に言えば、本発明によれば、第１の導波路湾曲部分１２４は、入射面１１１上での導波路１２０の接線方向１２１Ｔの延長部が電極間ギャップ１１８から偏位するようになっている。

換言すれば、非導波光波４が屈折率変調区域１１７内に捕捉されることを避けるために、導波路１２０の入口における入射光波１に関連する、特に接線方向１２１Ｔを含む屈折面が、電極間ギャップ１１８と交差しないようにすることが望ましい。

入射面１２１上での導波路１２０の接線方向１２１Ｔは、従来通り導波路１２０内での入射光波１の屈折の主方向に対応し、より正確に言えば、ここでは上面１１３又は下面１１４の一方に対するこの主方向の投影である。

換言すれば、この接線方向１２１Ｔは、導波路入射端１２１における導波路１２０内の導波光波２の主伝搬方向に対応する。それにもかかわらず、導波路１２０の中に入った後、導波光波３は、導波路１２０の光路に従い、導波路出射端１２２において出射面１１２に到達する。

同様に、非導波光波４は、屈折面内の接線方向１２１Ｔと同一平面にある伝搬の主方向１２１Ｐ（図３参照）で、導波路入射端１２１から基板１１０の出射面１１２まで基板１１０内を自由に伝搬する。

従って、図５から、第１の湾曲導波路部分１２４により、非導波光波４は、電極間ギャップ１１８から基板１１０内に延びる屈折率変調区域１１７をもはや通過しなくなるので、その結果、非導波光波４は、基板１１０内で変調電極１３１、１３２の下に導かれることがなくなることが理解される。

従って、非導波光波４は、変調電極１３１、１３２間に変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）が印加されている間でさえも、図３に示す軌道に沿って基板１１０内を伝搬することになる。

さらに、図５にも示すように、非導波光波４は、発散して振幅４Ａを示し、これは伝搬が進行するにつれて回折によって拡がるので、導波路出射端１２２において、非導波光波は導波光波３と一部しか重ならず、その結果、これらは互いにそれほど干渉することができず、変調器１００の出口において射出光波２内に残留振幅変調をもたらすことができない。

図１及び図５に示すように、第１の湾曲導波路部分１２４は、非導波光波４と電極間ギャップ１１８との間に、以下の説明においてＨで表されるギャップを導入する。

より正確に言えば、このギャップＨは（例えば図１参照）、接線方向１２１Ｔと、光導波路１２０と接線方向１２１Ｔとの間に位置する第１の電極１３１の内縁１３１Ａとの間の距離に対応する。

換言すれば、ギャップＨは、ここでは、
−接線方向１２１Ｔを含み、基板１１０の上面１１３と直交する平面と、
−内縁１３１Ａに接し、基板１１０の上面１１３に直交する平面と、
の間の距離に等しい。
このギャップＨは、前方平面Ｐ_ａ（図１参照）で測定されたものであり、この前方平面は、一方で接線方向１２１Ｔに垂直であり、他方で第１の電極１３１の前方縁１３１Ｃを含む。

好都合には、第１の湾曲導波路部分１２４の形状及び寸法は、この第１の湾曲導波路部分１２４によって導入されるギャップＨが所定の閾値Ｈ_ｍｉｎを上回るように決定される。

このように、非導波光波４は、電極間ギャップ１１８から離れたところにとどまり、非導波光波４は屈折率変調区域１１７に捕捉できないようになっている。

非導波光波は、基板１１０内で回折されるので、これは振幅４Ａ（図３参照）を有し、前方平面Ｐ_ａ内でのその範囲又は空間的拡がりｗ（図５参照）は、入射面１１１と出射面１１２との間の伝搬の間に増大する。

屈折率変調区域１１７によって捕捉されることを避けるために、閾値Ｈ_ｍｉｎは、非導波光波４の空間的拡がりを表すｗの関数として予め定められる。

好ましくは、閾値Ｈ_ｍｉｎは、ｗ／２、すなわち空間的拡がりｗの半分を超えるか又はそれに等しくなるように定められるので、非導波光波４の僅かな部分が、依然として電極間ギャップ１１８の近傍で屈折率変調区域１１７を通って移動することができる。

より好ましくは、電極間ギャップ１１８の幅Ｅ（図２参照）を考慮するために、所定の閾値Ｈ_ｍｉｎは、ｗ／２＋Ｅに等しくなるように予め定められる。

第１の湾曲導波路部分１２４は、ここでは、その値が所定の最小値Ｒ_{Ｃ，ｍｉｎ}よりも大きい曲率半径Ｒ_Ｃ（図５参照）を各々が有する２つの対向する湾曲部を備えたＳ字形（図５参照）を有し、この第１の湾曲導波路部分１２４によって誘導される光損失が０．５ｄＢ未満となるようになっている。

この曲率半径の第１の最小値Ｒ_{Ｃ，ｍｉｎ}は、２０ｍｍ以上であることが好ましい。

出口ファイバ２０内で導波光波と再結合する非導波光波４の部分をさらに低減するために、図６に示す第３の実施形態において、導波路１２０は、第１の湾曲導波路部分１２４に加えて、少なくとも１つの第２の湾曲導波路部分１２５を、２つの変調電極１３１、１３２と導波路出射端１２２との間に有することができる。

図６に示す実施例の場合、２つの湾曲導波路部分１２４、１２５はここでは同一でありＳ字形である。さらに、それらの曲率半径Ｒ_ｃ（第１の湾曲部分１２４についてのみ図６に示す）は、第１の実施形態の実施例（図５参照）における第１の湾曲導波路部分の曲率半径と同一である。

もちろん、変形例において、第１の湾曲導波路部分に加えて、電気光学位相変調器に１つ又は複数の他の湾曲導波路部分を用いることが可能である。

このように、一定の値の空間的オフセットＨに対して、より小さい曲率を有する、変調器１００に導入する損失がより少ない湾曲導波路部分１２４、１２５を用いることが可能になる。

同様に、一定の値の曲率半径Ｒ_ｃに対して、より重要な空間オフセットＨが得られる。

残留振幅変調をさらに低減するために、変調器１００は、電気光学基板１１０の電気分極のための手段を含むことができ、導波路１２０の近傍で基板１１０の光屈折率ｎ_ｓを低減させる永続的電場を基板内に発生させるようになっている。

一般に、これらの電気分極手段は、電極と、これらの電極間に電圧を印加する電気的制御手段とを含む。
従って、図７に示す電気光学位相変調器１００の第３の実施形態において、電気光学位相変調器１００の電気分極のための手段は、
−変調電極１３１、１３２とは別個の分離した第１の対の分極電極１４１、１４２であって、導波路１２０と平行に、ここでは導波路入射端１２１と変調電極１３１、１３２との間に配置される、第１の対の分極電極１４１、１４２と、
−変調電極１３１、１３２とは別個の分離した第２の対の分極電極１５１、１５２であって、導波路１２０と平行に、導波路出射端１２２と変調電極１３１、１３２との間に配置される、第２の対の分極電極１５１、１５２と、
を含む。

同様に図７において、分極電極１４１、１４２、１５１、１５２は、この場合には、その湾曲導波路部分１２４、１２５における光導波路１２０の湾曲に沿うように湾曲している。

分極電極の第１の対１４１、１４２は、付加的な電気的制御手段により変調電極１４１、１４２の間に印加される第１の分極電圧Ｖ_ｓによって分極されることが意図され、導波路１２０の近傍の、ここではこれらの付加的な分極電極１４１、１４２の下に位置する基板１１０の領域内の、基板１１０の光屈折率ｎ_ｓを低減する永続的電場を発生させる。

同様に、分極電極の第２の対１５１、１５２は、付加的な電気的制御手段により分極電極１５１、１５２の間に印加される第２の分極電圧Ｖ’_ｓによって分極されることが意図され、別の永続的電場を、基板１１０の内の、ここでは２つの他の付加的な分極電極１５１、１５２の下に発生させて、導波路１２０の近傍の基板１１０の光屈折率ｎ_ｓを低減する。

好ましくは、分極電圧Ｖ_ｓ、Ｖ’_ｓは経時的に一定であり、そのためポッケルス効果により導波路１２０の近傍で発生する永続的電場もまた一定である。

導波路１２０の近傍の基板１１０の光屈折率ｎ_ｓを低減するこれらの永続的電場により、導波路１２０の導波光波４は基板１１０の下面１１４に向かって偏向されるので、その軌道が導波路１２０から偏向する。

このように、偏向した非導波光波４は、もはや導波路出射端１２２において導波光波３と重ならず、その結果、それらは互いの間で干渉せず、変調器１００の出口における射出光波２に残留振幅変調をもたらすことはない。

別の実施形態において、一対の分極電極のみを用いることができる。この場合、付加的分極電極１４１、１４２の単一の対は、非導波光波４が基板１１０内のその伝搬の開始時から偏向されることになるように、導波路入射端１２１の近くに配置されることが好ましい。

電気分極手段によって発生される永続的電場は、電気光学基板１１０内に誘導される光屈折率の差が好ましくは１０^−５から１０^−６の範囲内に含まれるようなものである。

電気分極手段により、変調器１００は、これらの電気分極手段の分極ステップを含む変調方法を実施することができる。

この分極ステップ中に、永続的電場が、本明細書においては付加的な分極電圧Ｖ_ｓの印加により発生し、導波路１２０の近傍で電気光学基板１１０の光屈折率ｎ_ｓを低減させるようになっている。

試験は、２対の同一の付加的電極の対１４１、１４２、１５１、１５２を用い、各分極電極１４１、１５１が同じ対の他の分極電極から１０マイクロメートルで離間し、分極電極１４１、１４２、１５１、１５２の各対が２．５ボルトに等しい分極電圧で分極されると、残留振幅変調を少なくとも１０ｄＢ低減できることを示した。

変形例として、電気分極手段は、変調電極及び関連の電気的制御手段を含むことができる。

変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）に加えて付加的な分極電圧Ｖ_ｓが変調電極間に印加され、印加される全電圧がＶ_ｍ（ｔ）＋Ｖ_ｓになった場合、変調電極の付近及び下方の、導波路の近傍に位置する基板の分極領域内に、永続的電場が発生する。

好ましくは、この付加的な分極電圧Ｖ_ｓは経時的に一定であり、そのため分極領域内で発生する永続的電場もまた一定になる。

非導波光波を導波路から遠ざかる方向に偏向させるために、付加的な分極電圧Ｖ_ｓは、基板内の永続的電場がポッケルス効果により分極領域において導波路の近傍の電気光学基板の光屈折率ｎ_ｓを低減させるように調節される。

このとき非導波光波は偏向するので、その軌道が、基板の残りの部分よりも屈折率が低い分極領域から偏向するようになっている。

このように、非導波光波は、もはや導波路出射端において導波光波と重ならず、その結果、それらは互いの間で干渉せず、変調器の出口における射出光波に残留振幅変調をもたらすことはない。

１０マイクロメートルで離間した４０ミリメートル長の変調電極を用いて、それらの間に５から１０ボルトの分極電圧を印加すると、残留振幅変調は１０デシベル以上低減される。

実際には、導波路内で導波される光波を変調すること、及び、非導波光波を基板の下面へ向かって偏向させることの両方が同時に行われるように、全電圧Ｖ_ｍ（ｔ）＋Ｖ_ｓが変調電極に印加される。

好ましくは、付加的な分極電圧Ｖ_ｓの振幅は、変調電極に印加される全電圧Ｖ_ｍ（ｔ）＋Ｖ_ｓの正又は負の符号が一定になるように調整される。

例えば、変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）が、交互に正と負の値、例えば＋１Ｖと−１Ｖを取る、周期的な方形波変調である場合、付加的な分極電圧Ｖ_ｓは、印加される全電圧Ｖ_ｍ（ｔ）＋Ｖ_ｓが常に負になるように、一定に、かつ−５Ｖに等しくなるように選択することができる。

付加的な分極電圧Ｖ_ｓは一定なので、これは導波路内で導波される光波の付加的な光位相進み又は遅れに関連し、それゆえ進み又は遅れは時間の関数として一定である。従って、この付加的な分極電圧Ｖ_ｓを変調電極へ印加することで、導波光波の光位相の変調を乱すことはない。

１：入射光波
２：射出光波
３：導波光波
１０、２０：結合手段
１１、２１：クラッド
１２、２２：コア
１００：電気光学位相変調器
１１０：電気光学基板
１１１：入射面
１１２：出射面
１１３：上面
１１４：下面
１１５、１１６：側面
１１７：屈折率変調区域
１１８：電極間ギャップ
１２０：光導波路
１２１：導波路入射端
１２１Ｐ：非導波光波の伝搬の主方向
１２１Ｔ：入射面における導波路の接線方向
１２２：導波路出射端
１２３：導波路の直線状部分
１２４、１２５：湾曲導波路部分
１３１、１３２、１３３：変調電極
１４１、１４２、１５１、１５２：分極電極

Claims (12)

1. 変調器（１００）に入射した光波（１）の光位相を変調することを意図した電気光学位相変調器（１００）であって、
   入射面（１１１）、出射面（１１２）、２つの側面（１１５、１１６）、下面（１１４）、及び上面（１１３）を含み、前記下面（１１４）及び上面（１１３）が前記入射面（１１１）と前記出射面（１１２）との間に延びており、前記上面（１１３）が、平坦であり前記下面（１１４）に対向する、光学的に透明な電気光学基板（１１０）と、
   前記上面（１１３）と平行な平面内で、前記基板（１１０）の前記入射面（１１１）上に位置する導波路入射端（１２１）と前記基板（１１０）の前記出射面（１１２）上に位置する導波路出射端（１２２）との間に延びる光導波路（１２０）であって、前記光導波路（１２０）に一部が結合された前記入射光波（１）を、前記導波路入射端（１２１）と前記出射端（１２２）との間で光導波路（１２０）の光路に沿って光学的導波態様で伝搬する導波光波（３）とする光導波路（１２０）と、
   前記導波路（１２０）に沿って少なくとも部分的に、前記導波路に対して平行かつその両側に配置され、互いの間に電極間ギャップ（１１８）を定める、少なくとも２つの電極（１３１、１３２、１３３）であって、前記電極（１３１、１３２、１３３）間に変調電圧（Ｖ_ｍ）が印加された場合に、前記変調電圧（Ｖ_ｍ）の関数である変調位相シフトを、前記光導波路（１２０）内を伝搬する前記導波光波（３）に導入することを可能にする、少なくとも２つの電極（１３１、１３２、１３３）と、
   を含み、
   前記導波路（１２０）は、前記入射端（１２１）と前記少なくとも２つの電極（１３１、１３２）との間に少なくとも１つの第１の湾曲導波路部分（１２４）を有しており、前記入射面（１１１）上の前記導波路（１２０）の接線方向（１２１Ｔ）の延長部が、前記電極間ギャップ（１１８）から偏位するようになっている、
   ことを特徴とする、電気光学位相変調器（１００）。
2. 前記第１の湾曲導波路部分（１２４）によって導入されたギャップＨは、前記接線方向（１２１Ｔ）と、前記光導波路（１２０）と前記接線方向（１２１Ｔ）との間に位置する第１の電極（１３１）の内縁（１３１Ａ）との間の距離に対応し、該距離は、前記第１の電極（１３１）の前縁（１３１Ｃ）を含む、前記接線（１２１Ｔ）に垂直な前方平面（Ｐ_ａ）内で測定されたものであり、前記ギャップＨが、所定の閾値Ｈ_ｍｉｎを上回ることを特徴とする、請求項１に記載の位相変調器。
3. 前記閾値Ｈ_ｍｉｎは、前記基板（１１０）に一部が結合された前記入射光波（１）が、前記基板（１１０）内を非光学的導波態様で伝搬する光波になり、該光波が前記前方平面（Ｐ_ａ）内で空間的拡がりｗを有する場合に、前記所定の閾値Ｈ_ｍｉｎがｗ／２以上になるように、予め定められることを特徴とする、請求項２に記載の位相変調器（１００）。
4. 前記閾値Ｈ_ｍｉｎは、前記基板（１１０）に一部が結合された前記入射光波（１）が、前記基板（１１０）内を非光学的導波態様で伝搬する光波になり、該光波が前記前方平面（Ｐ_ａ）内で空間的拡がりｗを有し、前記電極間ギャップ（１１８）が幅（Ｅ）を有する場合に、前記所定の閾値Ｈ_ｍｉｎがｗ／２＋Ｅに等しくなるように、予め定められることを特徴とする、請求項２に記載の位相変調器（１００）。
5. 前記光導波路（１２０）は、前記少なくとも２つの電極（１３１、１３２）と前記導波路出射端（１２２）との間に少なくとも１つの第２の湾曲導波路部分（１２５）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電気光学位相変調器（１００）。
6. 前記第１の湾曲導波路部分（１２４）及び／又は前記第２の湾曲導波路部分（１２５）がＳ字形を有することを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電気光学位相変調器（１００）。
7. 前記第１の湾曲導波路部分（１２４）及び／又は前記第２の湾曲導波路部分（１２５）が、その値が所定の最小値Ｒ_{Ｃ，ｍｉｎ}よりも大きい曲率半径Ｒ_Ｃを有しており、各々の湾曲導波路部分（１２４、１２５）によって誘導される光損失が０．５ｄＢ未満になることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の電気光学位相変調器（１００）。
8. 前記各々の湾曲導波路部分（１２４、１２５）の前記曲率半径Ｒ_Ｃの前記最小値Ｒ_{Ｃ，ｍｉｎ}が、２０ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項７に記載の電気光学位相変調器（１００）。
9. 前記基板（１１０）の前記上面（１１３）上に、前記光導波路（１２０）の上側に形成され、前記光導波路（１２０）の幅よりも広い幅を有する、第３の変調電極（１３３）を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の電気光学位相変調器（１００）。
10. 前記導波路入射端（１２１）と前記変調電極（１３１、１３２）との間に、前記光導波路（１２０）と平行に配置された少なくとも一対の分極電極（１４１、１４２）を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の電気光学位相変調器（１００）。
11. 前記変調電極（１３１、１３２）と前記出射端（１２２）との間に、前記光導波路（１２０）と平行に配置された別の対の分極電極（１５１、１５２）を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の電気光学位相変調器（１００）。
12. 前記基板（１１０）は、直方体ではない平行六面体であり、前記入射面（１１１）と前記側面の１つ（１１６）とが９０°未満の角度（１１９）を形成するようになっていることを特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の電気光学位相変調器（１００）。