JP5622293B2

JP5622293B2 - ネスト型変調器

Info

Publication number: JP5622293B2
Application number: JP2012281359A
Authority: JP
Inventors: 市川　潤一郎; 潤一郎市川; 日隈　薫; 薫日隈; 太山本; 及川哲; 哲及川; 森　慎吾; 慎吾森; 栗村　直; 直栗村; 北村　健二; 健二北村; 川西　哲也; 哲也川西; 昌弘土屋; 井筒　雅之; 雅之井筒
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; National Institute for Materials Science; National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; National Institute for Materials Science; National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2026-11-08
Also published as: JP2013080251A

Description

本発明は、主マッハツェンダ型導波路の２つの分岐導波路に副マッハツェンダ型導波路を組み込んだネスト型変調器に関する。

従来、光通信技術や光計測技術において、主マッハツェンダ型導波路（以下、「主ＭＺ型導波路」という）の２つの分岐導波路に副マッハツェンダ型導波路（以下、「副ＭＺ型導波路」という）を組み込んだネスト型変調器の一種であるＳＳＢ（Single Side Band、単側波帯）変調器が利用されている。これは、以下の特許文献１にも開示されているように、例えば、主ＭＺ型導波路１に周波数ωの光波を導入すると共に、２つの副ＭＺ型光導波路２，３に、単一周波数のＲＦ信号（周波数Ω）ＲＦ_Ａと該信号をヒルベルト変換した信号ＲＦ_Ｂとを印加し、主ＭＺ型導波路及び各副ＭＺ型導波路に印加するＤＣバイアスＤＣ_Ａ，ＤＣ_Ｂ，ＤＣ_Ｃを調整することにより、主ＭＺ型導波路から出射する変調光（周波数ω＋ｎΩの離散的スペクトル。ｎは整数）の特定スペクトルを抑圧することを可能とするものである（図１参照）。また、ネスト型変調器には、図１のＤＣバイアスＤＣ_Ｃの代わりにＲＦ信号ＲＦ_Ｃを印加するＦＳＫ変調器や、ＤＱＰＳＫ変調器などがある。

しかしながら、図２のように、ネスト型変調器の基板としてＸカット板を利用した場合には、基板１０上の各副ＭＺ型導波路２，３の副分岐導波路１１，１２及び１３，１４に対し、変調電極である信号電極を１５，１６の位置に形成し、さらに接地電極を１７，１８，１９の位置に形成することとなる。なお、図２は、図１のネスト型変調器の一点鎖線Ａにおける断面図を示す。
図２の場合には、副ＭＺ型導波路毎に単一の信号電極を形成するだけであるため、比較的構造がシンプルなものとなる利点があるものの、導波路と信号電極間が離間するため、駆動電圧が高くなるという欠点を有している。

これに対し、図３のように、ネスト型変調器の基板としてＺカット板を利用した場合には、基板２０上の各副ＭＺ型導波路２，３の副分岐導波路２１，２２及び２３，２４に対し、信号電極２６，２７，２８，２９を各副分岐導波路に近接位置することが可能となるため、駆動電圧の低減を実現することが可能となる。なお、２５は、バッファ層を示す。
しかしながら、各副ＭＺ型導波路２，３に対し、常に２つの信号電極を確保する必要があり、信号電極の取り回しなどが煩雑化する上、各副分岐導波路に対して逆位相の変調信号を印加することが必要であるため、信号電極の作用部までの長さを調整することが、大変難しい。

特開２００４−２４５７５０号公報

本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解決し、信号電極を含む変調電極の回路配置を簡素化すると共に、駆動電圧の低減化を実現可能なネスト型変調器を提供することである。

請求項１に係る発明では、電気光学効果を有する材料からなる基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路を導波する光波を変調する変調電極とを含み、該光導波路が主マッハツェンダ型導波路と該主マッハツェンダ型導波路の２つの分岐導波路に設けられた副マッハツェンダ型導波路とを有し、該変調電極は該副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路に対し設けられているネスト型変調器において、各副マッハツェンダ型導波路には、副マッハツェンダ型導波路における光伝播方向の右側又は左側のいずれか同じ側の副分岐導波路の一部に分極反転領域を形成し、該変調電極が、信号電極と接地電極とから形成され、各副マッハツェンダ型導波路に対し、単一の導入信号電極から分岐する信号電極を２つの副分岐導波路に作用するよう配置すると共に、分岐した信号電極を合流して導出することを特徴とする。

請求項２に係る発明では、請求項１に記載のネスト型変調器において、前記分岐した信号電極が形成する電界が該副分岐導波路に作用する作用長は、該副マッハツェンダ型導波路毎に等しく設定されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、請求項１又は２に記載のネスト型変調器において、該基板はニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムからなるＺカット板であり、該分岐した信号電極は該副分岐導波路上を通過するよう設定されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、各副マッハツェンダ型導波路には、副マッハツェンダ型導波路における光伝播方向の右側又は左側のいずれか同じ側の副分岐導波路の一部に分極反転領域を形成し、変調電極が信号電極と接地電極とから形成され、各副マッハツェンダ型導波路に対し、単一の導入信号電極から分岐する信号電極を２つの副分岐導波路に作用するよう配置すると共に、分岐した信号電極を合流して導出するため、各副ＭＺ型導波路に導入する信号電極が単一となり、電極の取り回しが簡素化できる。しかも、各副ＭＺ型導波路においては基板の分極反転と分岐した信号電極により、各副分岐導波路毎に信号電極を設ける場合と同様に、効率的な変調動作が実現でき、駆動電圧の低下を達成することができる。

請求項２に係る発明により、分岐した信号電極が形成する電界が副分岐導波路に作用する作用長は、副マッハツェンダ型導波路毎に等しく設定されているため、副分岐導波路の一部に分極反転領域を形成すると共に、導入された信号電極を分岐して各副分岐導波路に作用する信号電極を形成するだけで、各副ＭＺ型導波路内の２つの副分岐導波路に、逆位相状態で変調強度の等しい光変調を容易に実現することが可能となる。

請求項３に係る発明により、基板はニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムからなるＺカット板であり、分岐した信号電極は副分岐導波路上を通過するよう設定されているため、基板の分極反転が容易に実現できると共に、極めて変調効率の高いネスト型変調器を提供することが可能となる。

ネスト型変調器の原理を示す図である。従来のＸカット板を用いたネスト型変調器の断面図である。従来のＺカット板を用いたネスト型変調器の断面図である。本発明のネスト型変調器を示す平面図である。本発明のネスト型変調器を示す断面図である。本発明のネスト型変調器に形成する分極反転領域の例を示す図である。

本発明に係るネスト型変調器について、以下に詳細に説明する。
図４は、本発明に係るネスト型変調器の概略平面図であり、図５は、図４の一点鎖線Ｂにおける断面図を示す。
基板２０は、電気光学効果を有する基板であり、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料から構成され、具体的には、これら単結晶材料の、Ｘカット板、Ｙカット板、及びＺカット板から構成され、特に、光導波路デバイスとして構成されやすく、かつ異方性が大きいという理由から、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）やタンタル酸リチウムを用いることが好ましい。また、後述する分極反転の形成し易さを考慮して、図５ではＺカット板を利用する例を示す。

基板２０上には、主ＭＺ型導波路１の２つの分岐導波路に副ＭＺ型導波路２，３を組み込んだ形状の光導波路が形成されており、これらの光導波路は、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させることにより形成することができる。また、変調電極を構成する信号電極（４０〜４５）や該信号電極を取り巻く接地電極（５０〜５４）並びにＤＣバイアスを印加するＤＣバイアス電極（不図示）などは、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ_２等のバッファ層２５を設けることや、信号電極が形成する電界が効率的に導波路に印加されるようにリッジ構造を設けることも可能である。

図５に示すように、副分岐導波路２１〜２４の内、各副ＭＺ型導波路のいずれか一方の副分岐導波路２２，２３の一部には、基板の分極反転領域４６，４７が形成されている。基板結晶内の自発分極方向は、図５において基板２０内に示す矢印の方向で示している。
なお、分極反転を形成する領域については、図４の領域に限らず、例えば、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、ネスト型変調器を構成する主ＭＺ型導波路１及び副ＭＺ型導波路２，３に対し、各種の分極反転領域６０〜６５を選択することが可能である。図６（ｄ）においては、分極反転領域６５を形成し、主ＭＺ型導波路の一部６６に同一のＤＣバイアスやＲＦ信号を印加することにより、バイアス電圧や駆動電圧の低減を図ることが可能となる。

次に、本発明に係るネスト型変調器の信号電極の形状について説明する。
各副ＭＺ型導波路２，３の副分岐導波路２１〜２４に対し、単一の信号電極４０，４３を各々に導入すると共に、該導入信号電極４０，４３から分岐する信号電極４１，４４（図５では、４１−１と４１−２並びに４４−１と４４−２）を、各副ＭＺ型導波路２，３の２つの副分岐導波路（図５では、２１と２２並びに２３と２４）に作用するよう、各副分岐導波路上に配置する。さらに、各副ＭＺ型導波路に対し、分岐された信号電極（４１−１と４１−２並びに４４−１と４４−２）は合流され、導出電極４２，４５を介して、終端器に接続されている。なお、上記合流を行わず、分岐した信号電極の状態で、直接、終端器に接続するよう構成することも可能である。
このような信号電極の形状により、各副ＭＺ型導波路に導入する信号電極が単一であるため、電極の取り回しなどの回路配置が簡素化できる。

本発明に係るネスト型変調器においては、上述した分極反転の形成及び分岐した信号電極の形状により、各副ＭＺ型導波路における２つの副分岐導波路に逆位相で同一の変調強度を有する変調信号を印加することができ、副分岐導波路毎に信号電極を設ける場合と同様に、効率的な変調動作が実現でき、駆動電圧の低下を達成することができる。特に、分岐した信号電極が形成する電界が副分岐導波路に作用する作用長を、副ＭＺ型導波路毎に等しく設定することにより、各副ＭＺ型導波路内の２つの副分岐導波路を伝播する光波に対し、常に、逆位相状態で変調強度の等しい光変調を実現することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、信号電極を含む変調電極の回路配置を簡素化すると共に、駆動電圧の低減化を実現可能なネスト型変調器を提供することができる。

１主ＭＺ型導波路
２，３副ＭＺ型導波路
２０基板
４０，４３導入信号電極
４１，４４分岐した信号電極
４２，４５導出信号電極
４６，４７分極反転領域

Claims

電気光学効果を有する材料からなる基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路を導波する光波を変調する変調電極とを含み、該光導波路が主マッハツェンダ型導波路と該主マッハツェンダ型導波路の２つの分岐導波路に設けられた副マッハツェンダ型導波路とを有し、該変調電極は該副マッハツェンダ型導波路の副分岐導波路に対し設けられているネスト型変調器において、
各副マッハツェンダ型導波路には、副マッハツェンダ型導波路における光伝播方向の右側又は左側のいずれか同じ側の副分岐導波路の一部に分極反転領域を形成し、
該変調電極が、信号電極と接地電極とから形成され、
各副マッハツェンダ型導波路に対し、単一の導入信号電極から分岐する信号電極を２つの副分岐導波路に作用するよう配置すると共に、分岐した信号電極を合流して導出することを特徴とするネスト型変調器。
請求項１に記載のネスト型変調器において、前記分岐した信号電極が形成する電界が該副分岐導波路に作用する作用長は、該副マッハツェンダ型導波路毎に等しく設定されていることを特徴とするネスト型変調器。
請求項１又は２に記載のネスト型変調器において、該基板はニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムからなるＺカット板であり、該分岐した信号電極は該副分岐導波路上を通過するよう設定されていることを特徴とするネスト型変調器。