[go: up one dir, main page]

JP2007033793A - Optical modulator - Google Patents

Optical modulator Download PDF

Info

Publication number
JP2007033793A
JP2007033793A JP2005216034A JP2005216034A JP2007033793A JP 2007033793 A JP2007033793 A JP 2007033793A JP 2005216034 A JP2005216034 A JP 2005216034A JP 2005216034 A JP2005216034 A JP 2005216034A JP 2007033793 A JP2007033793 A JP 2007033793A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bias
interaction
substrate
bias voltage
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005216034A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4920212B2 (en
Inventor
Kenji Kono
健治 河野
Masaya Nanami
雅也 名波
Yuji Sato
勇治 佐藤
Yasuji Uchida
靖二 内田
Nobuhiro Igarashi
信弘 五十嵐
Toru Nakahira
中平  徹
Hiroaki Senda
宏明 仙田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anritsu Corp
Original Assignee
Anritsu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anritsu Corp filed Critical Anritsu Corp
Priority to JP2005216034A priority Critical patent/JP4920212B2/en
Publication of JP2007033793A publication Critical patent/JP2007033793A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4920212B2 publication Critical patent/JP4920212B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical modulator superior in yield of manufacture by possessing low drive voltage at a high speed and possessing small DC bias voltage. <P>SOLUTION: The optical modulator includes a substrate 1 having electric optical effect, a light guide 3 formed on the substrate, a traveling wave electrode 4 comprising a center conductor 4a and a contact conductor 4b and 4c formed on one face side of the substrate and for propagating a high-frequency electric signal modulating light, and a bias electrode comprising a center conductor 19a and contact conductors 19b and 19c formed on the above face side and applying bias voltage on light. The optical modulator comprises a high-frequency electric signal interaction part 20 for modulating an optical phase by applying the high-frequency electric signal on the traveling wave electrode in the light guide, and a bias interaction part 21 for regulating the optical phase by applying the bias voltage on the bias electrode. The bias voltage is applied on both of the center conductor of the traveling wave electrode provided on the high-frequency electric signal interaction part and the center conductor of the bias electrode provided on the bias interaction part. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は高速で駆動電圧が低く、かつDCバイアス電圧が小さく、製作の歩留まりの良い光変調器の分野に属する。   The present invention belongs to the field of optical modulators that are high in speed, low in driving voltage, low in DC bias voltage, and good in production yield.

リチウムナイオベート(LiNbO)のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板(以下、リチウムナイオベート基板をLN基板と略す)に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器(以下、LN光変調器と略す)は、その優れたチャーピング特性から2.5Gbit/s、10Gbit/sの大容量光伝送システムに適用されている。最近はさらに40Gbit/sの超大容量光伝送システムにも適用が検討されており、キーデバイスとして期待されている。このLN光変調器にはz−カット基板を使用するタイプとx−カット基板(あるいはy−カット基板)を使用するタイプがある。 An optical waveguide and a traveling wave electrode are provided on a substrate having a so-called electro-optic effect (hereinafter, the lithium niobate substrate is abbreviated as an LN substrate) such as lithium niobate (LiNbO 3 ) whose refractive index is changed by applying an electric field. The formed traveling wave electrode type lithium niobate optical modulator (hereinafter abbreviated as LN optical modulator) is applied to a 2.5 Gbit / s, 10 Gbit / s large capacity optical transmission system because of its excellent chirping characteristics. Yes. Recently, application to an ultra large capacity optical transmission system of 40 Gbit / s is also being studied, and it is expected as a key device. This LN optical modulator includes a type using a z-cut substrate and a type using an x-cut substrate (or y-cut substrate).

[第1の従来技術]
ここでは、第1の従来技術としてx−カットLN基板とコプレーナウェーブガイド(CPW)進行波電極を使用したx−カット基板LN光変調器をとり上げ、その斜視図を図4に示す。図5は図4のA−A’における断面図である。なお、以下の議論はz−カットでも同様に成り立つ。
[First prior art]
Here, an x-cut substrate LN optical modulator using an x-cut LN substrate and a coplanar waveguide (CPW) traveling wave electrode is taken up as a first prior art, and a perspective view thereof is shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. The following discussion holds true for the z-cut.

図中、1はx−カットLN基板、2は1.3μm、あるいは1.55μmなど光通信において使用する波長領域で透明な厚みDのSiOバッファ層(なお、厚みDは200nmから1μm程度である)、3はx−カットLN基板1にTiを蒸着後、1050℃で約10時間熱拡散して形成した光導波路であり、マッハツェンダ干渉系(あるいは、マッハツェンダ光導波路)を構成している。なお、3a、3bは電気信号と光が相互作用する部位(相互作用部と言う)における光導波路(あるいは、相互作用光導波路)、つまりマッハツェンダ光導波路の2本のアームを構成する光導波路である。CPW型の進行波電極4は中心導体4a、接地導体4b、4cからなっている。 In the figure, reference numeral 1 denotes an x-cut LN substrate, 2 denotes a SiO 2 buffer layer having a thickness D that is transparent in a wavelength region used in optical communication such as 1.3 μm or 1.55 μm (note that the thickness D ranges from 200 nm to 1 μm). 3) is an optical waveguide formed by thermal diffusion at 1050 ° C. for about 10 hours after Ti is deposited on the x-cut LN substrate 1, and constitutes a Mach-Zehnder interference system (or Mach-Zehnder optical waveguide). Reference numerals 3a and 3b denote optical waveguides (or interaction optical waveguides) in a portion where an electrical signal and light interact (referred to as an interaction portion), that is, optical waveguides constituting two arms of a Mach-Zehnder optical waveguide. . The CPW traveling wave electrode 4 includes a central conductor 4a and ground conductors 4b and 4c.

この第1の従来技術では、中心導体4aと接地導体4b、4c間にバイアス電圧(通常はDCバイアス電圧)と高周波電気信号(RF電気信号とも言う)を重畳して印加するので、相互作用光導波路においてはRF電気信号のみならず、DCバイアス電圧も光の位相を変える。また、SiOバッファ層2は電気信号のマイクロ波実効屈折率nを光導波路3a、3bを伝搬する光の実効屈折率nに近づけることにより、光変調帯域を拡大するという重要な働きをしている。 In the first prior art, a bias voltage (usually a DC bias voltage) and a high-frequency electric signal (also referred to as an RF electric signal) are superimposed and applied between the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c. In the waveguide, not only the RF electrical signal but also the DC bias voltage changes the phase of the light. Further, SiO 2 buffer layer 2 is effective microwave refractive index n m of the optical waveguide 3a of the electrical signals, 3b by approximating the light of the effective refractive index n o of propagating, an important role of expanding a light modulation band is doing.

この第1の従来技術の上面から見た模式図を図6に示す。ここで、10は電気信号源11に内蔵しているDC成分をカットするコンデンサーである。12は電気的な終端、13はDC成分をカットするコンデンサー、また14はDCバイアス電圧を印加するためのDC電源である。2つのコンデンサー10と13があるために、DC電源14からのDC成分は電流として流れることはない。   FIG. 6 shows a schematic view of the first prior art viewed from the top. Here, reference numeral 10 denotes a capacitor for cutting a DC component built in the electric signal source 11. Reference numeral 12 denotes an electrical terminal, 13 denotes a capacitor for cutting a DC component, and 14 denotes a DC power source for applying a DC bias voltage. Due to the two capacitors 10 and 13, the DC component from the DC power source 14 does not flow as a current.

この第1の従来技術に設けた長さLの進行波電極4を有する相互作用部15には図4に示したようにSiOバッファ層2があり、このSiOバッファ層2にDCバイアス電圧Vbが印加される。ところが、このSiOバッファ層2は電気的抵抗が高いので、ここでの電圧降下により、いわゆるDCドリフトが発生することが知られている。このDCドリフトはLN光変調器の信頼性に大きな悪い影響を与える。 This is the first interaction portion 15 having a traveling wave electrode 4 of a length L 1 which is provided in the prior art there are SiO 2 buffer layer 2 as shown in FIG. 4, DC bias to the SiO 2 buffer layer 2 A voltage Vb is applied. However, since this SiO 2 buffer layer 2 has high electrical resistance, it is known that a so-called DC drift occurs due to a voltage drop here. This DC drift has a great adverse effect on the reliability of the LN optical modulator.

次に、このように構成されるLN光変調器の動作について説明する。このLN光変調器を動作させるには、中心導体4aと接地導体4b、4c間にRF電気信号と同時にDCバイアス電圧を印加する必要がある。   Next, the operation of the LN optical modulator configured as described above will be described. In order to operate this LN optical modulator, it is necessary to apply a DC bias voltage simultaneously with the RF electrical signal between the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c.

図7は、LN光変調器の電圧−光出力特性の一例を示す特性図であり、進行波電極4に印加される電圧と、LN光変調器から出力される光の強度との関係を表している。ここで、Vbは動作時におけるDCバイアス電圧である。この図7に示すように、通常、DCバイアス電圧Vbは光出力特性の山と底の中点に設定される。   FIG. 7 is a characteristic diagram showing an example of voltage-light output characteristics of the LN optical modulator, and shows the relationship between the voltage applied to the traveling wave electrode 4 and the intensity of light output from the LN optical modulator. ing. Here, Vb is a DC bias voltage during operation. As shown in FIG. 7, the DC bias voltage Vb is normally set at the midpoint between the peak and bottom of the light output characteristic.

図8には相互作用部15に設けた進行波電極4の長さLを変数とした場合のRF電気信号についての半波長電圧VπRFとDCバイアスについての半波長電圧VπDCを示す。RF電気信号についての半波長電圧VπRFはLN光変調器における高周波(RF)動作についての重要な性能指標の一つであり、この値が小さいほど高速での駆動が容易となる。一方、DCバイアスについての半波長電圧VπDCはLN光変調器の長期信頼性を決定する極めて重要な性能指標であり、後に述べるようにこの値が小さいほどDCドリフトが小さくなり、長期信頼性が優れている。 Shows a half-wave voltage V [pi DC for half-wave voltage V [pi RF and DC bias for the RF electric signal when the length L 1 of the traveling wave electrode 4 provided on the interaction portion 15 and the variable in Figure 8. The half-wave voltage Vπ RF for the RF electrical signal is one of the important performance indicators for the radio frequency (RF) operation in the LN optical modulator, and the smaller the value, the easier the driving at high speed. On the other hand, the half-wave voltage Vπ DC with respect to the DC bias is an extremely important performance index that determines the long-term reliability of the LN optical modulator. As described later, the smaller this value, the smaller the DC drift, and the longer-term reliability. Are better.

この第1の従来技術では相互作用部15の進行波電極4にRF電気信号とDCバイアス電圧を同時に印加するので、RF電気信号の半波長電圧VπRFとDCバイアスについての半波長電圧VπDCは一致する。また、図からわかるように、RF電気信号の半波長電圧VπRFとDCバイアスについての半波長電圧VπDCはともに進行波電極4の長さLに厳密に反比例する。 Since this first prior art simultaneously applying an RF electrical signal and the DC bias voltage to the traveling wave electrode 4 of the interaction portion 15, half-wave voltage V [pi DC for half-wave voltage V [pi RF and DC bias of the RF electric signal Match. Moreover, as can be seen, the exact inverse proportion to the length L 1 of the half-wave voltage V [pi DC are both traveling wave electrode 4 for half-wave voltage V [pi RF and DC bias of the RF electric signal.

図8に示したように、相互作用部15の長さLを長くすることにより、LN光変調器の重要な性能指標である2つの半波長電圧VπRFとVπDCを低減することができる。では単に相互作用部15の長さLを長くすれば駆動しやすくかつ長期信頼性に優れたLN光変調器を実現できるかというとそうではない。 As shown in FIG. 8, by increasing the length L 1 of the interaction unit 15, two half-wave voltages Vπ RF and Vπ DC , which are important performance indexes of the LN optical modulator, can be reduced. . In just it is not so say it can provide excellent LN optical modulator to the length and the long-term reliability tend to drive if longer L 1 of the interaction portion 15.

図9にはLN光変調器の相互作用部15の長さLに対する3dB光変調帯域Δfを示す。RF電気信号は進行波電極4を伝搬するとともに減衰するので、3dB光変調帯域ΔfはLN光変調器の相互作用部15の長さLに反比例するよりも、さらに急速に劣化する。 FIG. 9 shows a 3 dB light modulation band Δf with respect to the length L 1 of the interaction unit 15 of the LN light modulator. Since the RF electrical signal propagates through the traveling wave electrode 4 and attenuates, the 3 dB optical modulation band Δf deteriorates more rapidly than it is inversely proportional to the length L 1 of the interaction portion 15 of the LN optical modulator.

次に、これを改善する手法について述べる。LN光変調器の3dB光変調帯域Δfは近似的に次式で表される。   Next, a method for improving this will be described. The 3 dB optical modulation band Δf of the LN optical modulator is approximately expressed by the following equation.

Δf=1.4・c/(π|n−n|・L) (1)
ここで、nとnは各々進行波電極4と相互作用光導波路3a、3bを伝搬するRF電気信号と光の等価屈折率、cは真空中の光速である。
Δf = 1.4 · c 0 / (π | n m −n o | · L) (1)
Here, n m and n o is RF electric signal and an optical equivalent refractive index of the respective propagating traveling wave electrode 4 and the interaction optical waveguides 3a, the 3b, c 0 is the speed of light in vacuum.

そのため、RF電気信号等価屈折率nを変数とした場合のLN光変調器の3dB光変調帯域Δfは図10のように示される。つまり、RF電気信号の等価屈折率nが光の等価屈折率nに近づくにつれて、LN光変調器の3dB光変調帯域Δfは急速に大きくなる。なお、実際にはRF電気信号等価屈折率nと光の等価屈折率nの差に加えて中心導体4a、接地導体4b、4cからなる進行波電極4を伝搬するRF電気信号には伝搬損失があるので、例え2つの等価屈折率が等しく(n=n)なってもΔfは発散するほど大きくなることはない。 Therefore, the 3 dB light modulation band Δf of the LN light modulator when the RF electric signal equivalent refractive index nm is used as a variable is shown in FIG. In other words, as the equivalent refractive index n m of the RF electric signal approaches the equivalent refractive index n o of light, 3 dB optical modulation bandwidth Δf of the LN optical modulator grow rapidly. Note that in practice the RF electric signal propagating center electrode 4a in addition to the difference between the RF electric signal equivalent refractive index n m and the light of the equivalent refractive index n o, the ground conductor 4b, and a traveling wave electrode 4 consisting 4c propagation since there is a loss, even equal two equivalent refractive index even (n m = n o) Δf is not larger that the more divergent.

一般に、RF電気信号の等価屈折率nは波長が1.55μm付近では2.2弱である光の等価屈折率nよりも大きく、光変調器の性能を改善するにはその低減が重要となる。そのために、特許文献1に示されている通常中心導体4aと接地導体4b、4cの厚みを厚くする手法と合わせて、特許文献2に示されているSiOバッファ層2の厚みDを厚くする手法が広く用いられている。後者は進行波電極4の特性インピーダンスZを高める上でも有用である。 In general, larger than the light of the equivalent refractive index n o is 2.2 weak in the vicinity of the equivalent refractive index n m wavelength is 1.55μm in the RF electrical signals, to improve the performance of the optical modulator the reduced importance It becomes. For this purpose, the thickness D of the SiO 2 buffer layer 2 shown in Patent Document 2 is increased in combination with the method of increasing the thickness of the normal center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c shown in Patent Document 1. The method is widely used. The latter is also useful for increasing the characteristic impedance Z of the traveling wave electrode 4.

図11にはSiOバッファ層2の厚みDを変数とした場合のRF電気信号の等価屈折率nを示す。図からわかるように、SiOバッファ層2の厚みDが厚くなると、RF電気信号の等価屈折率nは急速に小さくなる。 The Figure 11 shows the equivalent refractive index n m of the RF electric signal in the case of a variable thickness D of the SiO 2 buffer layer 2. As can be seen, when the thickness D of the SiO 2 buffer layer 2 is increased, the equivalent refractive index n m of the RF electric signal rapidly decreases.

つまり、図12に示したように、SiOバッファ層2の厚みDを厚くするとLN光変調器の3dB光変調帯域Δfは改善される。しかしながら、SiOバッファ層2とx−カットLN基板1の熱膨張係数は異なるので、厚いSiOバッファ層2はx−カットLN基板1から剥離しやすい。また、実際に使用するドライバーの出力は5〜6V程度であるので、SiOバッファ層2の厚みDをむやみに厚くすることはできない。従って、SiOバッファ層2の厚みDとしては1.3μm程度が限界である。このことは基板としてz−カットLN基板を用いても同様である。図12には第1の従来技術の例について記号で示している。 That is, as shown in FIG. 12, when the thickness D of the SiO 2 buffer layer 2 is increased, the 3 dB light modulation band Δf of the LN light modulator is improved. However, since the thermal expansion coefficients of the SiO 2 buffer layer 2 and the x-cut LN substrate 1 are different, the thick SiO 2 buffer layer 2 is easily separated from the x-cut LN substrate 1. Moreover, since the output of the driver actually used is about 5 to 6 V, the thickness D of the SiO 2 buffer layer 2 cannot be increased excessively. Accordingly, the thickness D of the SiO 2 buffer layer 2 is limited to about 1.3 μm. This is the same even when a z-cut LN substrate is used as the substrate. In FIG. 12, the first prior art example is indicated by symbols.

第1の従来技術では相互作用部15の長さLをある程度は長くとることができるために、図12に記号で示したようにLN光変調器の3dB光変調帯域Δfが急速に高くなる領域を使用している。但し、前述のようにSiOバッファ層2の厚みDをむやみに厚くすることはできないので、設定できる相互作用部15の長さLにも限界がある。そのため、図4や図6においてマッハツェンダ光導波路3の分岐部と合波部の間にある2本の光導波路3aと3bの長さの全てを活用することはできない。 For the first conventional technique that can take the length L 1 of the interaction portion 15 to some extent is long, 3 dB optical modulation bandwidth Δf of the LN optical modulator increases rapidly as shown by the symbol in Figure 12 Using space. However, since the thickness D of the SiO 2 buffer layer 2 cannot be increased excessively as described above, there is a limit to the length L 1 of the interaction portion 15 that can be set. Therefore, in FIG. 4 and FIG. 6, it is not possible to utilize all of the lengths of the two optical waveguides 3a and 3b between the branching portion and the combining portion of the Mach-Zehnder optical waveguide 3.

次に、LN光変調器の信頼性を左右するDCドリフトについて考える。図7で述べたDCバイアス電圧Vbは時間とともに変化する。これをDCドリフトという。このDCドリフトはSiOバッファ層2に起因する要素と(z−カットLN基板でも同様であるが)x−カットLN基板1に起因する要素があり、一般に前者が後者よりも大きい。また、中期的なDCドリフトはSiOバッファ層2が決定し、長期的なDCドリフトはx−カットLN基板1が決定する。 Next, consider the DC drift that affects the reliability of the LN optical modulator. The DC bias voltage Vb described in FIG. 7 changes with time. This is called DC drift. This DC drift has an element caused by the SiO 2 buffer layer 2 and an element caused by the x-cut LN substrate 1 (the same applies to the z-cut LN substrate), and the former is generally larger than the latter. Further, the medium-term DC drift is determined by the SiO 2 buffer layer 2, and the long-term DC drift is determined by the x-cut LN substrate 1.

図13にはSiOバッファ層2におけるDC的な内部電界強度Eint,Bを変数とした場合におけるSiOバッファ層2に起因するDCドリフトΔVdrift,Bを示す。図からわかるように、SiOバッファ層2に起因するDCドリフトΔVdrift,BはSiOバッファ層2のDC的な内部電界強度Eint,Bが大きくなると増加する。従って、SiOバッファ層2に起因するDCドリフトΔVdrift,Bを小さくするにはバッファ層2のDC的な内部電界強度Eint,Bを小さくすることが重要となる。 DC, internal field strength E int, DC drift [Delta] V drift due to SiO 2 buffer layer 2 in the case where the B and variables in SiO 2 buffer layer 2 in FIG. 13 shows a B. As can be seen from Fig, DC drift [Delta] V drift due to SiO 2 buffer layer 2, B increases the SiO 2 buffer layer 2 DC, internal field strength E int, B is increased. Therefore, in order to reduce the DC drift ΔV drift, B caused by the SiO 2 buffer layer 2, it is important to reduce the DC internal electric field strength E int, B of the buffer layer 2.

図14には相互作用部15の長さLに対するSiOバッファ層2に起因するDCドリフトΔVdrift,Bを示す。図4や図5に示したように、第1の従来技術ではバッファ層2を介してDCバイアス電圧を中心導体4aと接地導体4b、4cに印加しており、5〜6Vと比較的大きな値のDCバイアス電圧VbがSiOバッファ層2に印加されることになる。従って、この第1の従来技術ではバッファ層2に起因するDCドリフトΔVdrift,Bが大きくなってしまう。 FIG. 14 shows the DC drift ΔV drift, B caused by the SiO 2 buffer layer 2 with respect to the length L 1 of the interaction portion 15. As shown in FIGS. 4 and 5, in the first prior art, a DC bias voltage is applied to the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c via the buffer layer 2, and a relatively large value of 5 to 6V. The DC bias voltage Vb is applied to the SiO 2 buffer layer 2. Therefore, in this first prior art, the DC drift ΔV drift, B caused by the buffer layer 2 becomes large.

以上のように、第1の従来技術では、マッハツェンダ光導波路3の2本の光導波路3a、3bの長さを充分には活用できず、その結果SiOバッファ層2に起因するDCドリフトΔVdrift,Bが大きいという問題点があった。 As described above, in the first prior art, the lengths of the two optical waveguides 3a and 3b of the Mach-Zehnder optical waveguide 3 cannot be fully utilized. As a result, the DC drift ΔV drift caused by the SiO 2 buffer layer 2 can be prevented. , B is large.

[第2の従来技術]
第1の従来技術におけるDCドリフトの問題を解決しようとする試みである第2の従来技術について上面から見た模式図を図15に示す。
[Second prior art]
FIG. 15 shows a schematic view of the second prior art, which is an attempt to solve the problem of DC drift in the first prior art, as viewed from above.

前述のように、第1の従来技術における大きな問題、即ちDCドリフトはDCバイアス電圧が印加されたSiOバッファ層2においてDC電圧の降下があるために引き起こされた。 As described above, a major problem in the first prior art, that is, DC drift, was caused by a DC voltage drop in the SiO 2 buffer layer 2 to which a DC bias voltage was applied.

そこで、この第2の従来技術ではRF電気信号を印加する領域(17)とDCバイアス電圧を印加する領域(18)とを分離する。図15に示すように、RF電気信号が印加される長さLのRF電気信号用相互作用部17と、DCバイアス電圧が印加される長さLの中心導体16aと接地導体16b、16cからなるバイアス電極を有するDCバイアス用相互作用部18を具備している。つまり、図15のB−B’における断面図として示した図16からわかるように、DCバイアス用相互作用部18には第1の従来技術として示した図4に存在したSiOバッファ層2がない。 Therefore, in the second prior art, the region (17) for applying the RF electric signal is separated from the region (18) for applying the DC bias voltage. As shown in FIG. 15, an RF electrical signal interaction portion 17 of length L 2 to which an RF electrical signal is applied, a center conductor 16a and ground conductors 16b and 16c of length L 3 to which a DC bias voltage is applied. A DC bias interaction unit 18 having a bias electrode made of That is, as can be seen from FIG. 16 shown as a cross-sectional view at BB ′ in FIG. 15, the DC bias interaction portion 18 has the SiO 2 buffer layer 2 existing in FIG. 4 shown as the first prior art. Absent.

従って、この第2の従来技術ではSiOバッファ層2に起因するDCドリフトが存在せず、長期信頼性はx−カットLN基板1そのものに起因するDCドリフトにより決定される。一般に、x−カットLN基板1そのものに起因するDCドリフトはSiOバッファ層に起因するDCドリフトよりも小さいので、LN光変調器の信頼性向上に有力な手段として採用されてきた。 Therefore, in the second prior art, there is no DC drift due to the SiO 2 buffer layer 2, and the long-term reliability is determined by the DC drift due to the x-cut LN substrate 1 itself. In general, since the DC drift due to the x-cut LN substrate 1 itself is smaller than the DC drift due to the SiO 2 buffer layer, it has been adopted as an effective means for improving the reliability of the LN optical modulator.

しかしながら、図15に示した第2の従来技術の場合であっても、RF電気信号が印加されるRF電気信号用相互作用部17の長さLとDCバイアス電圧が印加されるDCバイアス用相互作用部18の長さLの合計はマッハツェンダ光導波路の2本の光導波路3a、3bの長さでほぼ決まっている。そのため、RF電気信号が印加されるRF電気信号用相互作用部17の長さLを長くするとDCバイアス電圧が印加されるDCバイアス用相互作用部18の長さLが短くなり、逆にDCバイアス用相互作用部18の長さLを長くすると、今度はRF電気信号用相互作用部17の長さLが短くなってしまう。 However, even in the case of the second prior art shown in FIG. 15, for DC biasing the length L 2 and the DC bias voltage of the RF electric signal interaction portion 17 to RF electrical signal is applied is applied total length L 3 of the interaction portion 18 is substantially determined by the two optical waveguides 3a, 3b the length of the Mach-Zehnder optical waveguide. Therefore, the shorter the length L 3 of the DC bias interaction portion 18 which DC bias voltage is applied when increasing the length L 2 of the RF electric signal interaction portion 17 to RF electrical signal is applied, the reverse Increasing the length L 3 of the DC bias interaction portion 18, in turn, the length L 2 of the RF electric signal interaction portion 17 is shortened.

図17にはDCバイアス用相互作用部18の長さLに対するDCバイアスの半波長電圧VπDCを示す。DCバイアス用相互作用部18の長さLが短いと、その中心導体16aと接地導体16b、16cに印加するDCバイアス電圧を高くする必要がある。そうすると、中心導体16aと接地導体16b、16cの間における電界強度が高くなり、SiOバッファ層2に起因するDCドリフトよりは小さいとはいえ、x−カットLN基板1の中における高い内部電界強度に起因するx−カットLN基板1の中でのDCドリフトが生じてしまう。 FIG. 17 shows the DC bias half-wave voltage Vπ DC with respect to the length L 3 of the DC bias interaction section 18. When the length L 3 of the DC bias interaction portion 18 is short, the center conductor 16a and the ground conductor 16b, it is necessary to increase the DC bias voltage applied to 16c. As a result, the electric field strength between the center conductor 16a and the ground conductors 16b and 16c is increased, and the internal electric field strength in the x-cut LN substrate 1 is small although the DC drift due to the SiO 2 buffer layer 2 is small. DC drift occurs in the x-cut LN substrate 1 due to the above.

一方、LN光変調器としての信頼性を確保するために、DCバイアス用相互作用部18の長さLを長くすると、今度はRF電気信号用相互作用部17の長さLが短くなってしまい、RF電気信号の半波長電圧VπRFが高くなる。この様子を図18に示す。第2の従来技術におけるRF電気信号の相互作用部17の長さLは第1の従来技術におけるRF電気信号の相互作用部15の長さLよりも短いため、図からわかるように、RF電気信号の半波長電圧VπRFが高くなっている。 Meanwhile, in order to ensure the reliability of the LN optical modulator, when the length L 3 of the DC bias interaction portion 18, in turn, shorter length L 2 of the RF electric signal interaction portion 17 As a result, the half-wave voltage Vπ RF of the RF electrical signal is increased. This is shown in FIG. Since the length L 2 of the second RF electrical signals in the prior art of the interaction portion 17 is shorter than the length L 1 of the interaction portion 15 of the RF electric signal in the first prior art, as can be seen, The half-wave voltage Vπ RF of the RF electrical signal is high.

これを避けるためには、RF電気信号用相互作用部17におけるSiOバッファ層2(不図示)の厚みDを薄く設定する必要があり、RF電気信号と光との速度整合、および特性インピーダンスの観点から不利となってしまう。
特開平01−091111号公報 特開平02−051123号公報
In order to avoid this, it is necessary to set the thickness D of the SiO 2 buffer layer 2 (not shown) in the RF electric signal interaction unit 17 to be thin, speed matching between the RF electric signal and light, and the characteristic impedance. It will be disadvantageous from the viewpoint.
Japanese Patent Laid-Open No. 01-091111 Japanese Patent Laid-Open No. 02-051123

以上のように、第1の従来技術ではRF電気信号が光と相互作用する相互作用部にDCバイアス電圧も印加していたので、SiOバッファ層に起因するDCドリフトが生じてしまっていた。一方、第1の従来技術の問題を避けるために考案された第2の従来技術では、RF電気信号用相互作用部とは独立に設けたDCバイアス用相互作用部にDCバイアスのみを印加するが、RF電気信号用相互作用部の長さとDCバイアス用相互作用部の長さの和は決まっている。その結果、DCバイアス用相互作用部の長さ、もしくはRF電気信号用相互作用部の長さを充分にとることができないため、LN基板内での高い内部電界強度に起因して信頼性が劣化する、あるいはLN光変調器としてのRF変調性能が劣化するなどの問題があった。 As described above, in the first prior art, the DC bias voltage is also applied to the interaction portion where the RF electrical signal interacts with the light, so that the DC drift caused by the SiO 2 buffer layer has occurred. On the other hand, in the second prior art devised to avoid the problem of the first prior art, only the DC bias is applied to the DC bias interaction portion provided independently of the RF electrical signal interaction portion. The sum of the length of the RF electrical signal interaction portion and the length of the DC bias interaction portion is determined. As a result, the length of the DC bias interaction part or the RF electric signal interaction part cannot be made sufficiently long, and the reliability deteriorates due to the high internal electric field strength in the LN substrate. Or the RF modulation performance as an LN optical modulator deteriorates.

上記課題を解決するために、本発明の請求項1の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成され光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号を伝搬するための中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記面側に形成され、前記光にバイアス電圧を印加する中心導体及び接地導体からなるバイアス電極とを有し、前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号が印加されることにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とが具備され、前記高周波電気信号用相互作用部に設けた前記進行波電極の前記中心導体と前記バイアス用相互作用部に設けた前記バイアス電極の前記中心導体の両方にバイアス電圧が印加されることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an optical modulator according to claim 1 of the present invention includes a substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate for guiding light, and one surface of the substrate. A traveling wave electrode formed on the side and made of a center conductor and a ground conductor for propagating a high-frequency electric signal for modulating the light; and a center conductor and a ground conductor formed on the surface side for applying a bias voltage to the light A bias electrode comprising: a high-frequency electrical signal interaction unit for modulating the phase of the light by applying the high-frequency electrical signal to the traveling-wave electrode in the optical waveguide; and the bias electrode A bias interaction unit for adjusting the phase of the light by applying a bias voltage to the center electrode of the traveling wave electrode provided in the interaction unit for the high frequency electric signal and the bar. Wherein the bias voltage to both of the center conductor of the bias electrodes provided in the interaction portion for astigmatism is applied.

本発明の請求項2の光変調器は、請求項1に記載の光変調器において、前記高周波電気信号用相互作用部に設けた前記進行波電極の前記中心導体と前記バイアス用相互作用部に設けた前記バイアス電極の前記中心導体が電気的に接続されていることを特徴とする。   An optical modulator according to a second aspect of the present invention is the optical modulator according to the first aspect, wherein the central conductor of the traveling wave electrode provided in the high-frequency electrical signal interaction portion and the bias interaction portion are provided. The central conductor of the provided bias electrode is electrically connected.

DCバイアス用相互作用部を具備せずRF電気信号とDCバイアス電圧を同時に相互作用部に印加する、あるいはRF電気信号用相互作用部にはRF電気信号のみを、DCバイアス用相互作用部にはDCバイアス電圧のみを印加していた従来の技術と異なり、本発明の請求項1の発明では、RF電気信号とDCバイアス電圧を同時に印加する進行波電極を具備する相互作用部とDCバイアスのみを印加するバイアス電極を具備するDCバイアス用相互作用部を備えている。従って、DCバイアス電圧を印加する相互作用部の全長が長くなるので、DCバイアス半波長電圧を低減することができる。その結果、RF電気信号とDCバイアス電圧を同時に印加する相互作用部でのSiOバッファ層に起因するDCドリフトと、LN基板そのものに起因するDCドリフトを抑制することが可能となる。また、DCバイアスを印加する相互作用部の全長を長くとれるので、一部をRF電気信号用相互作用部に割り振ることが可能となり、高速応答特性やRF電気信号半波長電圧を低減する設計も可能となる。 An RF electrical signal and a DC bias voltage are simultaneously applied to the interaction unit without the DC bias interaction unit, or only the RF electrical signal is applied to the RF electrical signal interaction unit, and the DC bias interaction unit is applied to the DC bias interaction unit. Unlike the conventional technique in which only the DC bias voltage is applied, in the invention of claim 1 of the present invention, only the interaction unit including the traveling wave electrode for simultaneously applying the RF electric signal and the DC bias voltage and the DC bias are provided. A DC bias interaction unit including a bias electrode to be applied is provided. Therefore, since the total length of the interaction part to which the DC bias voltage is applied becomes long, the DC bias half-wave voltage can be reduced. As a result, it is possible to suppress the DC drift caused by the SiO 2 buffer layer in the interaction portion to which the RF electric signal and the DC bias voltage are applied simultaneously and the DC drift caused by the LN substrate itself. In addition, since the total length of the interaction part to which the DC bias is applied can be increased, a part of the interaction part can be allocated to the RF electric signal interaction part, and a design that reduces the high-speed response characteristics and the half-wave voltage of the RF electric signal is also possible. It becomes.

請求項2の発明では、RF電気信号とDCバイアス電圧を同時に印加する相互作用部の中心導体とDCバイアスのみを印加するDCバイアス用相互作用部の中心導体を電気的に接続することにより、DCバイアス用電源を共通化できるので光変調器を駆動する際の構成が簡単になるという効果がある。   In the second aspect of the invention, by electrically connecting the central conductor of the interaction portion to which the RF electrical signal and the DC bias voltage are simultaneously applied and the central conductor of the DC bias interaction portion to which only the DC bias is applied, the DC Since the bias power source can be shared, there is an effect that the configuration for driving the optical modulator is simplified.

以下、本発明の実施形態について説明するが、図4から図19に示した従来の実施形態と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, since the same numbers as those in the conventional embodiments shown in FIGS. 4 to 19 correspond to the same function units, the description of the function units having the same numbers is omitted here. To do.

[第1の実施形態]
図1に本発明における第1の実施形態の模式的な上面図を示す。図6に示した第1の従来技術と同様に、中心導体4aと接地導体4b、4cからなりRF電気信号とDCバイアス電圧を印加する長さLの相互作用部20を具備している。また、図15に示した第2の従来技術と同様に、中心導体19aと接地導体19b、19cからなりDCバイアス電圧のみを印加する長さLのバイアス電極を有するDCバイアス電圧用相互作用部21を有している。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a schematic top view of the first embodiment of the present invention. Similar to the first prior art shown in FIG. 6, the center electrode 4a and the ground electrodes 4b, which includes the interaction unit 20 of a length L 4 which applies an RF electric signal and the DC bias voltage consists 4c. Moreover, as in the second prior art shown in FIG. 15, the center conductor 19a and the ground conductor 19b, the DC bias voltage interaction portion having a bias electrode length L 5 which applies only a DC bias voltage consists 19c 21.

図2には図1におけるC−C’での断面図を示す。22a、22b、22c、22dはSiOバッファ層である。なお、これらのSiOバッファ層22a、22b、22c、22dは第2の従来技術のようになくても良いが、本実施形態ではこれらを用いることにより中心導体19aや接地導体19b、19cのエッジを光導波路3a、3bに近づけ、DCバイアス半波長電圧VπDCを低減している。 FIG. 2 is a sectional view taken along the line CC ′ in FIG. 22a, 22b, 22c and 22d are SiO 2 buffer layers. These SiO 2 buffer layers 22a, 22b, 22c, and 22d do not have to be the same as in the second prior art, but in this embodiment, by using these, the edges of the center conductor 19a and the ground conductors 19b and 19c are used. an optical waveguide 3a, close to 3b, thereby reducing the DC bias half-wave voltage V [pi DC.

本実施形態では図6に示した第1の従来技術と同じく、中心導体4aと接地導体4b、4cの間にもDCバイアスを印加できるようにDC成分をカットするコンデンサー13を用いるとともに、DC電源14を電気的結線30により電気的に接続している。また、このDC電源14からのDCバイアス電圧はDCバイアス用相互作用部21の中心導体19aと接地導体19b、19cの間にも供給されている。なお、中心導体4aと中心導体19aには個々に設けたDC電源からDCバイアス電圧を供給しても良いが、この実施形態では印加するDCバイアス電圧を同じ電源から供給することにより構成を簡略化している。   In the present embodiment, as in the first prior art shown in FIG. 6, a capacitor 13 that cuts a DC component is used so that a DC bias can be applied between the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c, and a DC power source is used. 14 are electrically connected by an electrical connection 30. The DC bias voltage from the DC power source 14 is also supplied between the center conductor 19a and the ground conductors 19b and 19c of the DC bias interaction unit 21. The central conductor 4a and the central conductor 19a may be supplied with a DC bias voltage from a DC power supply provided individually, but in this embodiment, the configuration is simplified by supplying the DC bias voltage to be applied from the same power supply. ing.

このように、本実施形態ではDCバイアス電圧をDCバイアス用相互作用部21のみならず、RF電気信号を印加する相互作用部20にも供給している。従って、DCバイアス電圧にとってはその相互作用部の長さがL+Lになる。さらに、図2に示したように、DCバイアス用相互作用部21では、中心導体19aと接地導体19b、19cがx−カットLN基板1に直接接触している。 Thus, in the present embodiment, the DC bias voltage is supplied not only to the DC bias interaction unit 21 but also to the interaction unit 20 that applies the RF electrical signal. Therefore, for the DC bias voltage, the length of the interaction portion is L 4 + L 5 . Further, as shown in FIG. 2, in the DC bias interaction portion 21, the center conductor 19 a and the ground conductors 19 b and 19 c are in direct contact with the x-cut LN substrate 1.

DCバイアス半波長電圧VπDCについては、図17に示したSiOバッファ層がなく中心導体19aと接地導体19b、19cがx−カットLN基板1に直接接触している場合には、図8に示したSiOバッファ層2を介してDCバイアス電圧を供給する場合よりも著しく低くなる。つまり、中心導体19aと接地導体19b、19cがx−カットLN基板1に直接接触する場合には、DCバイアス半波長電圧VπDCは低く、たとえDCバイアス用相互作用部21の長さLが短くても効果的にDCバイアス電圧を供給できる。従って、DCバイアス用相互作用部21にDCバイアス電圧を印加することにより、相互作用部20にのみDCバイアス電圧を印加するよりも光変調器全体としてのDCバイアス半波長電圧VπDCを下げることができる。 For the DC bias half-wave voltage Vπ DC , when the SiO 2 buffer layer shown in FIG. 17 is not provided and the center conductor 19a and the ground conductors 19b and 19c are in direct contact with the x-cut LN substrate 1, FIG. This is significantly lower than when a DC bias voltage is supplied through the SiO 2 buffer layer 2 shown. That is, the center conductor 19a and the ground conductor 19b, when 19c is in direct contact with the x- cut LN substrate 1, a DC bias half-wave voltage V [pi DC is low, even if the length L 5 of the DC bias interaction portion 21 A DC bias voltage can be effectively supplied even if it is short. Therefore, by applying a DC bias voltage to the DC bias interaction unit 21, the DC bias half-wave voltage Vπ DC as the entire optical modulator can be lowered as compared with applying a DC bias voltage only to the interaction unit 20. it can.

このように、DCバイアス電圧を印加するための相互作用部の全長さがL+Lと第1と第2の従来技術よりも長くなり、必要なDCバイアス電圧を低く設定できる。つまり、相互作用部20とDCバイアス用相互作用部に印加されるDCバイアス電圧も下げることができる。従って、相互作用部20においてSiOバッファ層2に起因するDCドリフトとDCバイアス用相互作用部21におけるx−カットLN基板に起因するDCドリフトの双方を同時に低減できることを意味している。さらに、RF電気信号を印加する相互作用部20の長さLも第1の従来技術の程度には長くとれるので、3dB光変調帯域Δfも広くできることになる。 Thus, the total length of the interaction part for applying the DC bias voltage is longer than L 4 + L 5 , the first and second conventional techniques, and the necessary DC bias voltage can be set low. That is, the DC bias voltage applied to the interaction unit 20 and the DC bias interaction unit can also be lowered. Therefore, it means that both the DC drift caused by the SiO 2 buffer layer 2 and the DC drift caused by the x-cut LN substrate in the DC bias interaction part 21 can be simultaneously reduced in the interaction part 20. Further, since the length L 4 of the interaction unit 20 to which the RF electric signal is applied can be made as long as the first prior art, the 3 dB light modulation band Δf can be widened.

図1に示した本発明の第1の実施形態と図4と図15に各々示した第1の従来技術と第2の従来技術によるx−カットLN光変調器の特性を表1にまとめている。この表からわかるように、本実施形態では3dB光変調帯域Δf、RF電気信号半波長電圧VπRF、DCバイアス半波長電圧VπDCともにより改善された特性を実現することができた。特に、DCバイアス半波長電圧VπDCが低いので、高い信頼性を実現できるという優れた利点がある。

Figure 2007033793
Table 1 summarizes the characteristics of the x-cut LN optical modulator according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 and the first and second prior arts shown in FIGS. 4 and 15, respectively. Yes. As can be seen from this table, in this embodiment, improved characteristics can be realized by the 3 dB optical modulation band Δf, the RF electrical signal half-wave voltage Vπ RF , and the DC bias half-wave voltage Vπ DC . In particular, since the low DC bias half-wave voltage V [pi DC, there is a great advantage of high reliability.
Figure 2007033793

[第2の実施形態]
図3には本発明の第2の実施形態の光変調器について模式的な上面図を示す。図1に示した本発明の第1の実施形態の光変調器が具備していた中心導体4a、接地導体4b、4cからなりRF電気信号とDCバイアス電圧を印加する長さLの相互作用部25と、中心導体23a、接地導体23b、23cからなりDCバイアス電圧を印加する長さLのバイアス電極を有するDCバイアス用相互作用部26(ここでは第1のDCバイアス用相互作用部と呼ぶ)に加えて、本発明ではさらに、中心導体24aと接地導体24b、24cからなるとともにDCバイアスを印加する長さLのバイアス電極を有するDCバイアス用相互作用部27(第2のDCバイアス用相互作用部と呼ぶ)も具備している。なお、第1のDCバイアス用相互作用部26と第2のDCバイアス用相互作用部27の断面は図2(あるいは図16)と同様である。
[Second Embodiment]
FIG. 3 shows a schematic top view of the optical modulator according to the second embodiment of the present invention. Interaction of length L 6 for applying an RF electrical signal and a DC bias voltage, which comprises the central conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c included in the optical modulator of the first embodiment of the present invention shown in FIG. and parts 25, the center conductor 23a, the ground conductor 23b, the DC bias interaction portion 26 having a bias electrode length L 7 for applying a DC bias voltage consists 23c (wherein the first DC bias interaction portion in addition to called), further in the present invention, the center conductor 24a and the ground conductor 24b, DC bias interaction portion 27 having a bias electrode length L 8 for applying a DC bias with consisting 24c (second DC bias For example). The cross sections of the first DC bias interaction unit 26 and the second DC bias interaction unit 27 are the same as those in FIG. 2 (or FIG. 16).

第1のDCバイアス用相互作用部26と第2のDCバイアス用相互作用部27を構成する各々のバイアス電極の中心導体23aと24aを電気的な結線31で接続し、かつRF電気信号とDCバイアス電圧を同時に印加する相互作用部25の中心導体4aとも電気的な結線30で接続しておけば、DC電源14は1つのみで済むので好適である。なお、第1のDCバイアス用相互作用部26と第2のDCバイアス用相互作用部27の中心導体23aと24aを電気的に接続する場合、相互作用部25の中心導体4aと接地導体4b、4cの間のギャップを避けて配線するのが望ましい。   The center conductors 23a and 24a of the bias electrodes constituting the first DC bias interaction unit 26 and the second DC bias interaction unit 27 are connected by an electrical connection 31, and the RF electrical signal and the DC are connected. If the central conductor 4a of the interaction unit 25 to which the bias voltage is applied simultaneously is also connected by the electrical connection 30, it is preferable that only one DC power source 14 is required. When the center conductors 23a and 24a of the first DC bias interaction unit 26 and the second DC bias interaction unit 27 are electrically connected, the center conductor 4a and the ground conductor 4b of the interaction unit 25 are provided. It is desirable to wire while avoiding the gap between 4c.

また、接地導体23b、23c、24b、24cはお互いに電気的に接続した後、あるいは直接に(不図示の)金属筐体をアースとして接続すれば好都合である。通常バイアスはDCもしくは極めて低周波であるので、このように電極を引き回して接続してもなんら問題が生じることはない。但し、中心導体4a、23aと24aに異なる電源からバイアス電圧を供給しても良いことは言うまでもない。   Also, it is convenient if the ground conductors 23b, 23c, 24b, and 24c are electrically connected to each other or directly connected to a metal housing (not shown) as a ground. Normally, the bias is DC or extremely low frequency, and thus no problem occurs even if the electrodes are routed and connected in this way. However, it goes without saying that a bias voltage may be supplied to the central conductors 4a, 23a and 24a from different power sources.

図3に示した本発明の第2の実施形態ではDCバイアス電圧を印加する領域の長さの総和がL+L+Lと大幅に長くできる。あるいは、その長さの一部を相互作用部25に割り振り、その長さLを長くすることもできる。その結果、表1に示すように、本発明の第2の実施形態では、DCバイアス半波長電圧VπDCを低減できるばかりでなく、3dB光変調帯域Δfも改善できる。 In the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3, the total sum of the lengths of the regions to which the DC bias voltage is applied can be significantly increased to L 6 + L 7 + L 8 . Alternatively, a portion of its length allocation to the interaction unit 25, it is also possible to increase the length L 6. As a result, as shown in Table 1, in the second embodiment of the present invention, not only can reduce the DC bias half-wave voltage V [pi DC, 3 dB optical modulation bandwidth Δf can be improved.

前述のように、一般に、RF電気信号用相互作用部の長さを長くできれば、進行波電極4の直下に形成するバッファ層の厚みを厚くすることが可能となる。従って、マイクロ波と光の速度を近づけるとともに光変調器の特性インピーダンスをドライバーの特性インピーダンスに近づけることができ、変調性能が向上する。   As described above, generally, if the length of the RF electrical signal interaction portion can be increased, the thickness of the buffer layer formed immediately below the traveling wave electrode 4 can be increased. Accordingly, the speed of the microwave and the light can be made close and the characteristic impedance of the optical modulator can be made close to the characteristic impedance of the driver, thereby improving the modulation performance.

また、DCバイアス半波長電圧VπDCを低減されると、相互作用部25に印加するDCバイアス電圧も低くでき、SiOバッファ層2に起因するDCドリフトも抑制できる。さらに、中心導体23a、24a、接地導体23b、23c、24b、24cが直接x−カットLN基板1に接触しているDCバイアス用相互作用部の総和が長くなれば、x−カットLN基板1内のDC電界強度を低くすることができるのでx−カットLN基板1におけるDCドリフトを低減することが可能となる。 Further, when it is reduced DC bias half-wave voltage V [pi DC, DC bias voltage applied to the interaction portion 25 can also be lowered, DC drift due to SiO 2 buffer layer 2 can be suppressed. Furthermore, if the sum of the DC bias interaction portions in which the central conductors 23a, 24a and the ground conductors 23b, 23c, 24b, 24c are in direct contact with the x-cut LN substrate 1 becomes long, the inside of the x-cut LN substrate 1 Therefore, the DC drift in the x-cut LN substrate 1 can be reduced.

[各実施形態について]
なお、x−カットLN基板の代わりにz−カット基板を使用する際には、DCバイアス用相互作用部において光導波路の直上にバッファ層が必要となる。本発明ではDCバイアス用相互作用部の総和を長くとれるので、DCバイアス電圧を低く設定できる。つまり、バッファ層内の電界強度も下げることができるので、z−カットLN基板内におけるDCドリフトのみならず、バッファ層に起因するDCドリフトも低減することが可能となる。
[About each embodiment]
When a z-cut substrate is used instead of the x-cut LN substrate, a buffer layer is required immediately above the optical waveguide in the DC bias interaction section. In the present invention, since the total sum of the DC bias interaction portions can be increased, the DC bias voltage can be set low. That is, since the electric field strength in the buffer layer can be lowered, not only the DC drift in the z-cut LN substrate but also the DC drift due to the buffer layer can be reduced.

以上においては、進行波電極としてはCPW電極を例にとり説明したが、非対称コプレーナストリップ(ACPS)や対称コプレーナストリップ(CPS)などの各種進行波電極、あるいは集中定数型の電極でも良いことは言うまでもない。また、光導波路としてはマッハツェンダ型光導波路の他に、方向性結合器や直線など、その他の光導波路でも良いことは言うまでもない。   In the above description, the CPW electrode has been described as an example of the traveling wave electrode. However, it goes without saying that various traveling wave electrodes such as an asymmetric coplanar strip (ACPS) and a symmetric coplanar strip (CPS), or a lumped constant electrode may be used. . In addition to the Mach-Zehnder type optical waveguide, it goes without saying that other optical waveguides such as directional couplers and straight lines may be used as the optical waveguide.

また、DCバイアス相互作用部にはRF電界は印加されないので、DCバイアス用相互作用部の特性インピーダンスは考える必要はなく、DCバイアス用相互作用部の中心導体の幅はRF電気信号用相互作用部の中心導体の幅よりも広くする、あるいはDCバイアス用相互作用部における中心導体と接地導体の間のギャップをRF電気信号用相互作用部における中心導体と接地導体の間のギャップよりも狭くすることが可能であることは言うまでもない。   In addition, since no RF electric field is applied to the DC bias interaction unit, there is no need to consider the characteristic impedance of the DC bias interaction unit, and the width of the central conductor of the DC bias interaction unit is the RF electrical signal interaction unit. The gap between the center conductor and the ground conductor in the DC bias interaction section should be narrower than the gap between the center conductor and the ground conductor in the RF electrical signal interaction section. It goes without saying that is possible.

また、以上の実施形態においては、x−カット,y−カットもしくはz−カットの面方位、即ち、基板表面(カット面)に対して垂直な方向に結晶のx軸、y軸もしくはz軸を持つ基板でも良いし、以上に述べた各実施形態での面方位を主たる面方位とし、これらに他の面方位が副たる面方位として混在しても良いし、LN基板のみでなく、リチウムタンタレートや半導体などその他の基板でも良いことは言うまでもない。   Further, in the above embodiment, the x-cut, y-cut or z-cut plane orientation, that is, the x-axis, y-axis or z-axis of the crystal is perpendicular to the substrate surface (cut plane). The surface orientation in each of the embodiments described above may be the main surface orientation, and other surface orientations may be mixed as surface orientations subordinate to these, and not only the LN substrate but also the lithium tantalum. It goes without saying that other substrates such as rates and semiconductors may be used.

以上のように、本発明に係る光変調器は、高速で駆動電圧が低く、かつDCバイアス電圧が小さく、製作の歩留まりの良い光変調器として有用である。   As described above, the optical modulator according to the present invention is useful as an optical modulator having a high driving yield, a low drive voltage, a low DC bias voltage, and a high manufacturing yield.

本発明の第1の実施形態における光変調器の模式的な上面図1 is a schematic top view of an optical modulator according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の光変調器を表す図1のC−C’線における断面図Sectional drawing in the C-C 'line | wire of FIG. 1 showing the optical modulator of the 1st Embodiment of this invention 本発明の光変調器における第2の実施形態の模式的な上面図Schematic top view of the second embodiment of the optical modulator of the present invention. 第1の従来技術の斜視図Perspective view of the first prior art 第1の従来技術を表す図4のA−A’線における断面図Sectional drawing in the A-A 'line | wire of FIG. 4 showing 1st prior art 第1の従来技術の模式的な上面図Schematic top view of the first prior art 一般の光変調器の動作を説明する図Diagram explaining the operation of a general optical modulator 一般の光変調器のVπRF、VπDCとLとの関係を示す図General optical modulator V [pi RF, diagram showing the relationship between the V [pi DC and L 1 一般の光変調器のΔfとLとの関係を示す図Diagram showing the relationship between Δf and L 1 of a general optical modulator 一般の光変調器のΔfとnとの関係を示す図Diagram showing the relationship between Δf and n m of a general optical modulator 一般の光変調器のnとDとの関係を示す図The figure which shows the relationship between nm and D of a general optical modulator 一般の光変調器のΔfとDとの関係を示す図The figure which shows the relationship between (DELTA) f and D of a general optical modulator バッファ層の内部電界強度とバッファ層に起因するDCドリフトを説明する図The figure explaining the internal electric field strength of a buffer layer, and DC drift resulting from a buffer layer DCバイアス用相互作用部の長さとバッファ層に起因するDCドリフトを説明する図The figure explaining the DC drift resulting from the length of the interaction part for DC bias, and a buffer layer 第2の従来技術の模式的な上面図Schematic top view of the second prior art 第2の従来技術のB−B’線における断面図Sectional drawing in the B-B 'line of the 2nd prior art 一般の光変調器のVπDCとLとの関係を示す図Diagram showing the relationship between the V [pi DC and L 3 of a general optical modulator 一般の光変調器のVπRFとLとの関係を示す図Diagram showing the relationship between the V [pi RF and L 2 of a general optical modulator DCバイアス用相互作用部の長さとx−カットLN基板に起因するDCドリフトを説明する図The figure explaining the DC drift resulting from the length of the interaction part for DC bias, and an x-cut LN board | substrate

符号の説明Explanation of symbols

1:x−カットLN基板(基板)
2:SiOバッファ層(バッファ層)
3:光導波路
3a、3b:相互作用部の光導波路(光導波路)
4:進行波電極
4a:中心導体
4b、4c:接地導体
10:コンデンサー
11:電気信号源
12:電気的な終端
13:コンデンサー
14:DC電源
15:相互作用部
16a:中心導体
16b、16c:接地導体
17:RF電気信号用相互作用部
18:DCバイアス用相互作用部
19a:中心導体
19b、19c:接地導体
20:相互作用部
21:相互作用部
22a、22b、22c、22d:SiOバッファ層
23a:中心導体
23b、23c:接地導体
24a:中心導体
24b、24c:接地導体
25:相互作用部
26:相互作用部
27:相互作用部
30、31:電気的結線
1: x-cut LN substrate (substrate)
2: SiO 2 buffer layer (buffer layer)
3: Optical waveguide 3a, 3b: Optical waveguide of the interaction part (optical waveguide)
4: traveling wave electrode 4a: center conductor 4b, 4c: ground conductor 10: capacitor 11: electrical signal source 12: electrical termination 13: capacitor 14: DC power supply 15: interaction unit 16a: center conductor 16b, 16c: ground Conductor 17: RF electrical signal interaction part 18: DC bias interaction part 19a: Center conductor 19b, 19c: Ground conductor 20: Interaction part 21: Interaction part 22a, 22b, 22c, 22d: SiO 2 buffer layer 23a: Center conductor 23b, 23c: Ground conductor 24a: Center conductor 24b, 24c: Ground conductor 25: Interaction unit 26: Interaction unit 27: Interaction unit 30, 31: Electrical connection

Claims (2)

電気光学効果を有する基板と、該基板に形成され光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光を変調する高周波電気信号を伝搬するための中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記面側に形成され、前記光にバイアス電圧を印加する中心導体及び接地導体からなるバイアス電極とを有し、
前記光導波路には前記進行波電極に前記高周波電気信号が印加されることにより前記光の位相を変調するための高周波電気信号用相互作用部と、前記バイアス電極にバイアス電圧を印加することにより前記光の位相を調整するためのバイアス用相互作用部とが具備されている光変調器において、
前記高周波電気信号用相互作用部に設けた前記進行波電極の前記中心導体と前記バイアス用相互作用部に設けた前記バイアス電極の前記中心導体の両方にバイアス電圧が印加されることを特徴とする光変調器。
A substrate having an electro-optic effect; an optical waveguide formed on the substrate for guiding light; and a central conductor formed on one side of the substrate for propagating a high-frequency electrical signal that modulates the light And a traveling wave electrode composed of a ground conductor and a bias electrode formed on the surface side and composed of a center conductor and a ground conductor for applying a bias voltage to the light,
The optical waveguide has a high frequency electrical signal interaction unit for modulating the phase of the light by applying the high frequency electrical signal to the traveling wave electrode, and a bias voltage applied to the bias electrode. An optical modulator including a bias interaction unit for adjusting a phase of light;
A bias voltage is applied to both the central conductor of the traveling wave electrode provided in the high-frequency electrical signal interaction portion and the central conductor of the bias electrode provided in the bias interaction portion. Light modulator.
前記高周波電気信号用相互作用部に設けた前記進行波電極の前記中心導体と前記バイアス用相互作用部に設けた前記バイアス電極の前記中心導体が電気的に接続されていることを特徴とする光変調器。   The light characterized in that the central conductor of the traveling wave electrode provided in the high-frequency electrical signal interaction portion and the central conductor of the bias electrode provided in the bias interaction portion are electrically connected. Modulator.
JP2005216034A 2005-07-26 2005-07-26 Light modulator Expired - Fee Related JP4920212B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005216034A JP4920212B2 (en) 2005-07-26 2005-07-26 Light modulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005216034A JP4920212B2 (en) 2005-07-26 2005-07-26 Light modulator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007033793A true JP2007033793A (en) 2007-02-08
JP4920212B2 JP4920212B2 (en) 2012-04-18

Family

ID=37793146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005216034A Expired - Fee Related JP4920212B2 (en) 2005-07-26 2005-07-26 Light modulator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4920212B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009008978A (en) * 2007-06-29 2009-01-15 Anritsu Corp Optical modulator
JP2010522451A (en) * 2007-03-16 2010-07-01 フォトニックシステムズ, インコーポレイテッド Bidirectional signal interface and apparatus using bidirectional signal interface
JP2012155046A (en) * 2011-01-25 2012-08-16 Anritsu Corp Optical modulator

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0593891A (en) * 1991-10-01 1993-04-16 Nec Corp Waveguide type optical modulator and its driving method
JPH05100194A (en) * 1991-10-09 1993-04-23 Sony Corp Three-dimensional waveguide type optical modulator
JP2000275590A (en) * 1999-03-29 2000-10-06 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Waveguide type optical modulator
EP1424591A1 (en) * 2002-11-22 2004-06-02 Corning O.T.I. SRL Electro-optical modulator and method of modulating optical signals

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0593891A (en) * 1991-10-01 1993-04-16 Nec Corp Waveguide type optical modulator and its driving method
JPH05100194A (en) * 1991-10-09 1993-04-23 Sony Corp Three-dimensional waveguide type optical modulator
JP2000275590A (en) * 1999-03-29 2000-10-06 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Waveguide type optical modulator
EP1424591A1 (en) * 2002-11-22 2004-06-02 Corning O.T.I. SRL Electro-optical modulator and method of modulating optical signals

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010522451A (en) * 2007-03-16 2010-07-01 フォトニックシステムズ, インコーポレイテッド Bidirectional signal interface and apparatus using bidirectional signal interface
JP2009008978A (en) * 2007-06-29 2009-01-15 Anritsu Corp Optical modulator
JP2012155046A (en) * 2011-01-25 2012-08-16 Anritsu Corp Optical modulator

Also Published As

Publication number Publication date
JP4920212B2 (en) 2012-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4234117B2 (en) Light modulator
JP4151798B2 (en) Light modulator
US6721085B2 (en) Optical modulator and design method therefor
JP4956296B2 (en) Light modulator
US20100158428A1 (en) Optical modulator
US6885780B2 (en) Suppression of high frequency resonance in an electro-optical modulator
JP5145402B2 (en) Light modulator
JP4671993B2 (en) Light modulator
JP4920212B2 (en) Light modulator
US20030231369A1 (en) Optical modulator
JP2007079249A (en) Optical modulator
JP2006317550A (en) Optical modulator
JP4926423B2 (en) Light modulator
JP4754608B2 (en) Light modulator
JP5075055B2 (en) Light modulator
JP2008139554A (en) Optical modulator
JP2007093742A (en) Optical modulator
JP2008152206A (en) Optical modulator
JP2007072369A (en) Optical modulator
JP5145403B2 (en) Light modulator
JP5421963B2 (en) Optical modulator module
JP2692715B2 (en) Light switch
JP2009086453A (en) Optical modulator
JP2014153537A (en) Optical modulator
JP2007025369A (en) Optical modulator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080530

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101026

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101026

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101224

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110726

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110926

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120131

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120201

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150210

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees