JP2564999B2 - 光変調器 - Google Patents
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Description
くは、電気光学効果を有する基板を用いて高速・高安定
に光変調を行い、かつ,実装上使い易く、素子の小型化
を実現するための,とくに、マッハツェンダ型の光変調
器の光導波路と変調用駆動電極の構成の改良に関する。
て、たとえば、1.6GHz 程度までの光通信システムにお
いては、レーザダイオード(LD)を直接変調する方式
を用いてきたが、変調周波数がより高くなると、変調光
波長の時間的微小変動, いわゆる、チャーピング現象と
光ファイバの分散特性のために高速化と長距離通信への
限界が生じる。
ザ光を外部で変調する外部変調方式がよく知られてい
る。とくに、電気光学効果を有する基板上に分岐光導波
路を設け、変調用駆動電極,たとえば、進行波信号電極
を用いて駆動するマッハツェンダ型外部変調器が有望視
されている。
1)で、平面に加工した電気光学効果を有する基板1,
たとえば、LiNbO3基板上に、たとえば,公知のTiを拡散
して光導波路2,分岐光導波路2a,2b および合流器, た
とえば、3dBカップラを形成する。そして、分岐光導波
路2a,2b の上に図示したごとく進行波型の変調用駆動電
極3を形成した構成のものである。
気信号の伝達をよくするため、図に示したように、信号
側の電極31よりも大きくしてあり, したがって、駆動信
号回路6から分岐光導波路2a,2b に印加される電界分布
は等しくなく、そのために、それぞれにおける光に作用
する実効的な電界の大きさ E31および E32は非対称で、
通常 E31は E32の3〜6倍程度になる。変調効率は( E
31+ E32)に比例するので、上記の如く、 E32が E31に
比較して非常に小さいために変調効率が上がらず、プッ
シュプル動作による駆動が困難であり,結局、変調用の
駆動電圧を大きくしなければならないことになる。
にかゝる電界の非対称性のために、分岐光導波路2a,2b
に温度差が生じ、それに基づく歪みによって光変調特性
の動作点がシフトしてしまうという欠点がある。
2)で、この例は変調用駆動電極3a,3bを分岐光導波路2
a,2b 上にバランスよく配置した, いわゆる、並列2信
号電極型の場合である。
分岐光導波路2a,2b 中を伝送される光に位相差を生じさ
せるように配設されており、分岐光導波路2a,2b にかゝ
る電界 E31aと E31b は等しくプッシュプル動作ができ
るので、前記例( その1)の非対称電極型の場合に比較
して駆動電圧を60% 程度に下げることができる。また、
電極の対称配置により分岐光導波路2a,2b には温度差が
生じないので、前記非対称電極型の場合のように光変調
特性の動作点シフトも生じない。
の光変調器においては、2つの信号用の電極31a,31b が
近接・対向して配置されているので、電気的誘導や基板
1表面近傍での弾性波を介しての相互干渉が大きく、変
調信号のS/Nが劣化するという問題が生じ易い。
3)で、すでに本発明者らによって提案されているもの
である(特願平1-324610参照)。同図(イ)は光変調器
の概略構成図、同図(ロ)は変調信号波形、同図(ハ)
は変調特性である。
b は縦続的に配置されているので両者の距離は離れてい
る。したがって、電気的誘導や基板1表面近傍での弾性
波を介しての相互干渉が小さくなり、高速光変調器の変
調信号のS/Nが大巾に向上する。
回路6から信号Sを変調用駆動電極3aに、また,その相
補信号S’を変調用駆動電極 3bに印加する。かつ、導
波光が両信号用の電極の先頭部間の距離d を伝播するの
に要する時間τ=dn/c (nは導波路の等価屈折率,cは真
空中の光速) だけ相補信号S’を信号Sよりも遅延させ
て印加する。このような構成によって分岐光導波路2a,2
b 中を伝播する光に位相変調をかけたあと3dBカップラ
で合流させると、よく知られたように同図( ハ) に示し
たような光強度変調特性が低電圧駆動によって得られる
という利点がある。
の2つの変調用駆動電極3a,3b を縦続的に配置する構成
の光変調器は、電気的誘導や基板表面近傍での弾性波を
介しての相互干渉が小さくなって高速光変調器の変調信
号のS/Nが大巾に向上し、しかも,低電圧駆動が可能
になるという大きな長所がある。
3a,3b のそれぞれの給電端7a,7b が基板1の反対側に設
けられており、実装上厄介で治具や作業性の面で不都合
があり,しかも、広い接地用の電極部を両側に形成する
ために、基板1の巾がそれだけ大きくなって光変調器の
小型化を阻害するなどの問題がありその解決が求められ
ている。
効果を有する基板1上に形成された光を分岐したあと再
び合流させる分岐光導波路2a,2bと、前記分岐光導波路2
a,2bを伝播する光の位相を変調する縦続的に配置され,
かつ、同一側に給電端7を有するように形成された複数
の変調用駆動電極3と、前記複数の変調用駆動電極3の
間に設けられ前記分岐光導波路2a,2bを伝播する光を交
差させる交差路型光回路4とを少なくとも備えた光変調
器によって解決することができる。具体的には、前記交
差路型光回路4が完全結合長を有する方向性結合器であ
るか、異巾交差光導波路である光変調器によって効果的
に解決することができる。
は交差型光回路で分岐光導波路2a,2b の途中に挿入され
ると、たとえば, 図の左側の光入力I1(2a),I2(2b) が右
側の光出力としては入れ代わって, すなわち、交差して
I2(2a),I1(2b) として出力される機能を有している。30
a,30b は信号線、 RT は終端抵抗、 Ii , Io は光変調
器への入射光強度および出射光強度をそれぞれ示す。な
お、前記の諸図面で説明したものと同等の部分について
は同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明は省
略する。
の変調用駆動電極3a,3b の間で伝播光を入れ換えている
ので、それぞれの給電端7a,7b を共に基板1の同一側に
設けることができる。したがって、光変調器チップの実
装において扱いが容易で作業性も向上し、さらに,素子
の巾も狭くすることが可能となるのである。
中、4aは完全結合長を有する方向性結合器で、すでに公
知の通り設計を最適に行うことによって交差路型光回路
4としての機能を持たせることができる。
の部分については同一符号を付し、かつ、同等部分につ
いての説明は省略する。基板1 としては、たとえば,大
きさ60mm×2 mm,厚さ1mmのLiNbO3のZ板の表面
を鏡面研磨して使用した。この基板の上にTiを約90n
mの厚さに真空蒸着し、分岐光導波路2aおよび2b,完全
結合長を有する方向性結合器4a,3dBカップラ5からな
る光導波路2に相当する部分にTiが残るように通常のホ
トエッチング法で処理したのち、約10500CでTiをLiNbO3
中に熱拡散して全光導波路2を形成する。
路の幅は全て7μmになるように調整した。次いで、光
の金属電極への吸収による伝播損失を抑えるためのバッ
ファ層としてSiO2を300 〜1000nmの厚さにスパッタ法
で形成した。
とく完全結合長を有する方向性結合器4aを挟んで従属的
に2つの進行波信号電極を構成するように配置するた
め、TiーAu合金膜を蒸着したのち、分岐光導波路2aおよ
び2bの上にそれぞれ給電端7a,7b の向きを揃えて同一形
状に配置されるように、幅10μmの電極形状にパターン
エッチングし、さらに、その上に厚さ3μmのAuをめっ
きにより被着して形成すれば、本発明になる光変調器チ
ップが作製される。
収容して、駆動信号回路6の信号Sを送信する信号線30
a を変調用駆動電極3aの給電端7aに、一方, 相補信号
S’を送信する信号線30b を変調用駆動電極3bの給電端
7bに結線する。この時、両者の信号遅延時間が導波光が
両信号用の電極の先頭部間の距離d を伝播するのに要す
る時間τ=dn/c (nは導波路の透過屈折率,cは真空中の
光速) だけ相補信号S’を信号Sよりも遅延させるよう
に, たとえば、信号線30b の長さを信号線30b のそれよ
りも長くして結線すれば本発明になる光変調器が構成さ
れる。
器の実装は極めて容易になり作業性も向上し、さらに,
小型化が可能になった。図3は本発明の他の実施例を示
す図である。
光導波路の伝播定数を変えることによって、2つの導波
光I1,I2 が結合することなく交差して交差路型光回路4
の機能を持つようにしている。
mにし、I2側の光導波路の巾を8μmにして所期の目的
を達成しており、この光変調器チップを用いて光変調器
を構成したところ上記一実施例の場合と同様に実装が容
易で生産性が向上し、かつ,小型化が可能になった。
定数に差を持たせたが、巾は等しくして光導波路の等価
屈折率nに差を付けて伝播定数を変えるようにしてもよ
い。なお、以上の実施例は例を示したもので本発明の趣
旨に反しない限り、使用する素材や細部の構成,プロセ
スなど適宜他のものを選択使用してよいことは勿論であ
る。
差路型光回路4によって2つの変調用駆動電極3a,3b の
間で伝播光を入れ換えているので、それぞれの給電端7
a,7b を共に基板1の同一側に設けることができる。し
たがって、光変調器チップの実装において扱いが容易で
作業性も向上し、さらに,素子の巾も狭くすることが可
能となり、光変調器の性能,実装性の向上と小型化に寄
与するところが極めて大きい。
る。
る。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 電気光学効果を有する基板(1) 上に形成
された光を分岐したあと再び合流させる分岐光導波路(2
a,2b) と、前記分岐光導波路(2a,2b) を伝播する光の位
相を変調する縦続的に配置され,かつ、同一側に給電端
(7) を有するように形成された複数の変調用駆動電極
(3) と、前記複数の変調用駆動電極(3) の間に設けられ
前記分岐光導波路(2a,2b) を伝播する光を交差させる交
差路型光回路(4) とを少なくとも備えることを特徴とし
た光変調器。 - 【請求項2】 前記交差路型光回路(4)が完全結合長を
有する方向性結合器であることを特徴とした請求項1記
載の光変調器。 - 【請求項3】 前記交差路型光回路(4)が異巾交差光導
波路であることを特徴とした請求項1記載の光変調器。
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-
1991
- 1991-01-18 JP JP472291A patent/JP2564999B2/ja not_active Expired - Lifetime
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