JP2007033793A - Optical modulator - Google Patents
Optical modulator Download PDFInfo
- 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
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 90
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 117
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 86
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 48
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 40
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- AWJDQCINSGRBDJ-UHFFFAOYSA-N [Li].[Ta] Chemical compound [Li].[Ta] AWJDQCINSGRBDJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
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(LiNbO3)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SiO2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,
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、SiO2バッファ層2は電気信号のマイクロ波実効屈折率nmを光導波路3a、3bを伝搬する光の実効屈折率no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
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,
この第1の従来技術に設けた長さL1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SiO2バッファ層2があり、このSiO2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SiO2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
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
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
図8には相互作用部15に設けた進行波電極4の長さL1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
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L1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
図8に示したように、相互作用部15の長さL1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L1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
図9にはLN光変調器の相互作用部15の長さL1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L1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
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・c0/(π|nm−no|・L) (1)
ここで、nmとno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、c0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
そのため、RF電気信号等価屈折率nm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nmが光の等価屈折率no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nmと光の等価屈折率no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(nm=no)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
一般に、RF電気信号の等価屈折率nmは波長が1.55μm付近では2.2弱である光の等価屈折率no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SiO2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
図11にはSiO2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nmを示す。図からわかるように、SiO2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nm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、SiO2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、SiO2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SiO2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、SiO2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、SiO2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
第1の従来技術では相互作用部15の長さL1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SiO2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L1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
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SiO2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SiO2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
図13にはSiO2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SiO2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、SiO2バッファ層2に起因するDCドリフトΔVdrift,BはSiO2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、SiO2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
図14には相互作用部15の長さL1に対するSiO2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SiO2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
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SiO2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
[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SiO2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L2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L3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SiO2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
従って、この第2の従来技術ではSiO2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SiO2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
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L2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L3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L2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L3が短くなり、逆にDCバイアス用相互作用部18の長さL3を長くすると、今度はRF電気信号用相互作用部17の長さL2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
図17にはDCバイアス用相互作用部18の長さL3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L3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、SiO2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
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L3を長くすると、今度はRF電気信号用相互作用部17の長さL2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L2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L1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
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SiO2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。
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、SiO2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
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SiO2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
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L4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L5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
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SiO2バッファ層である。なお、これらのSiO2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
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
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L4+L5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
DCバイアス半波長電圧VπDCについては、図17に示したSiO2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SiO2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L5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
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L4+L5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SiO2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L4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
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。
[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L6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L7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L8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
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
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
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L6+L7+L8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L6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
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
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、SiO2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
[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.
1:x−カットLN基板(基板)
2:SiO2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:SiO2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:
4: traveling
Claims (2)
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.
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)
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)
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 |
-
2005
- 2005-07-26 JP JP2005216034A patent/JP4920212B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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)
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 |