CN101292190B - 光调制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光调制器，其包括：具有电光效果的基板(1)、在基板(1)上形成的用于传导光的光波导(12)、以及形成于基板(1)的一面侧的由用于施加调制光的高频电信号的高频电信号用的中心导体(4a)及多个接地导体(4a、4b)构成的行波电极(4)，在所述光波导(12)上具备马赫-曾德尔光波导，所述马赫-曾德尔光波导具有用于对行波电极(4)施加高频电信号来调制光的相位的多个相互作用光波导(12a、12b)，其中，配置中心导体(4a)及接地导体(4b、4c)，以使多个相互作用光波导(12a、12b)的宽度的至少一部分相互不同，并且高频电信号与在多个相互作用光波导(12a、12b)中传播的光的相互作用的效率大致相等。

Description

光调制器

技术领域

本发明涉及高速、阿尔法参量小且消光比大、驱动电压和DC偏置电压小的光调制器。

背景技术

如铌酸锂(LiNbO₃)那样，在通过施加电场而折射率发生变化的所谓具有电光效应的基板(以下把铌酸锂基板简称为LN基板)上形成光波导和行波电极的行波电极型铌酸锂光调制器(以下简称为LN光调制器)，由于其优良的啁啾(chirp)特性而适于2.5Gbit/s、10Gbit/s的大容量光传输系统。最近正研究用于40Gbit/s的超大容量光传输系统，作为关键器件被期待。

(第一现有技术)

该LN光调制器有使用z轴切面基板的类型和使用x轴切面基板(或者y轴切面基板)的类型。其中，作为第一现有技术提出使用了x轴切面LN基板和共面波导(CPW)行波电极的x轴切面基板LN光调制器，在图13中表示其立体图。图14是图13的A-A’的剖面图。

如图13所示，LN光调制器具有：x轴切面LN基板、在1.3μm或者1.55μm等的光通信中使用的波长范围中透明的从200nm到1μm左右厚度的SiO₂缓冲层2、以及在x轴切面基板1上蒸镀Ti后而在1050℃下热扩散大约10分钟形成的光波导3，光波导3构成马赫-曾德尔干涉系统(或者马赫-曾德尔光波导)。另外，3a、3b是在电信号与光相互作用的部位(称为相互作用部)的光波导(或者相互作用光波导)、即马赫-曾德尔光波导的二个臂。另外，LN光调制器具有由中心导体4a及接地导体4b、4c构成的CPW行波电极4。

在图14中，W_a和W_b是相互作用光波导3a和3b的宽度，在该第一现有技术中，设二个相互作用光波导3a和3b的宽度相等(即W_a＝W_b，例如W_a、W_b都是9μm)。G_wg是相互作用光波导3a和3b之间的距离(也称为波导间隙)，例如是16μm。另外，△是中心导体4a的与接地导体4c相对的边缘与相互作用光波导3b的中心(或者中心线)在水平方向的距离，通常，中心导体4a、接地导体4b、4c与相互作用光波导3a、3b的位置关系对称，所以中心导体4a的边缘与相互作用光波导3a的中心在水平方向的距离(或者中心线)也是△。

这里，在图14中表示出表示中心导体4a宽度方向中心的中心线18和表示相互作用光波导3a、3b宽度方向中心的中心线19a、19b。

在图15中只表示了光波导3的上面图。这里，把相互作用光波导3a、3b的长度设为L。另外，该图15只是光波导，但在与图13的立体图的A-A’对应的位置标记A-A’。

在该第一技术中，由于对中心导体4a和接地导体4b、4c之间重叠施加偏置电压(通常是DC偏置电压)和高频电信号(也称为RF电信号)，所以在相互作用光波导3a、3b，不仅RF电信号，DC偏置电压也改变光的相位。此外，由于缓冲层2使电信号微波的有效折射率n_m接近在相互作用光波导3a、3b中传播的光的有效折射率n_o，所以起到了扩大光调制频带这样重要的作用。

下面，说明这样构成的LN光调制器的动作。要使该LN光调制器动作，就需要在中心导体4a和接地导体4b、4c之间施加DC偏置电压和RF电信号。

图16所示的电压-光输出特性是在某个状态的LN光调制器的电压-光输出特性，Vb是此时的DC偏置电压。如该图16所示，通常DC偏置电压Vb被设定在光输出特性的顶部和底部的中点。

在图17中表示出半波长电压Vπ和相互作用光波导的长度L的积(称为Vπ-L，在考虑驱动电压方面形成的尺度)与中心导体4a的边缘和相互作用光波导3b的中心19b的距离△的关系。在该计算中，通过使相互作用光波导3a、3b之间的间隙G_wg变化来确定△值。从图17可以看出，中心导体4a的边缘与相互作用光波导3b的中心19b的距离△某种程度越小越好，另外存在最佳值。

因此，为了降低驱动电压，减小中心导体4a的边缘与相互作用光波导3b(及3a)的中心19b(及19a)的距离△，相互作用光波导3a、3b间的间隙G_wg就变小。但是，如图18所示，当相互作用光波导3a、3b之间的间隙G_wg变小时，相互作用光波导3a、3b之间的偶合度显著增大，从而存在产生导通/切断光时的功率比即消光比劣化这样的问题。

(第二现有技术)

通常，为了减小二个光波导之间的偶合度，有如下方法，通过增大二个光波导之间的距离G_wg来使在各光波导中传播的光相互远离，或者通过使二个光波导的宽度相互不同，改变在二个光波导中传播的光的等价折射率(或者传播常数)来抑制相互的耦合。

然而，如果增大二个光波导之间的距离G_wg，如在图17中说明的，Vπ·L变大，结果就需要高的驱动电压。因此，在图19中作为剖面图所示的第二现有技术中，使二个相互作用光波导5a、5b的宽度W_a’、W_b’不同。在图20中只表示了该第二现有技术的光波导5的上面图。在图19中在图20的B-B’的剖面图包含x轴切面LN基板1、中心导体4a、接地导体4b、4c及缓冲层2。

另外，△’是中心导体4a的与接地导体相对的边缘和相互作用光波导5b的中心在水平方向的距离。这里，在图19中，表示出表示在相互作用光波导5a、5b的宽度方向的中心的中心线20a、20b。

但是，在该第二现有技术中存在几个问题。首先，如图20所示，在该第二现有技术中，部分地改变相互作用光波导5a、5b的宽度W_a’、W_b’。在相互作用光波导5a、5b中，将长度L₁的区域设为第一区域，将长度L₂的区域设为第二区域。

如图20所示，相互作用光波导5a、5b具有宽度变化的锥形区域6、7、8、9、10、11，在各相互作用光波导5a、5b中，需要分别设置三处。如所知道的，这样改变光波导的宽度，会在该区域产生放射损耗。另外，在光波导的宽度扩大的锥形和光波导的宽度变小的锥形放射损耗不同。因此，在相互作用光波导5a、5b中传播的光的功率相互不同，使作为光调制器的消光比劣化。

其中，第二现有技术的最大问题，即考虑到啁啾。表示啁啾程度的阿尔法参量(或者α参量)使用从该光调制器输出的光信号脉冲所具有的相位

和强度(振幅)E如(1)式所示(非专利文献1)来表现。

α＝[dφ/dt]/[(1/E)(dE/dt)]              ...(1)

这样，α参量可以采用输出的光信号脉冲所具有的相位变化量和强度变化量来表示。

另外，具体的，α参量可以用推广的(1)式的(2)式表示。

α＝(Γ₁-Γ₂)/(Γ₁+Γ₂)            ...(2)

Γ₁：电信号(振幅)与在相互作用光波导5a中传播的光(功率)的在1中以正规化的重积分表示的相互作用的效率。

Γ₂：电信号(振幅)与在相互作用光波导5b中传播的光(功率)的在1中以正规化的重积分表示的相互作用的效率。

如果使在长度L₁的第一区域的相互作用光波导5a的宽度W_a’等于在长度L₂的第二区域的相互作用光波导5b的宽度W_b’，并且，使在第一区域的相互作用光波导5b的宽度W_b’等于在第二区域的相互作用光波导5a的宽度W_a’，则在第一区域的相互作用光波导5a中传播的光的Γ₁就等于在第二区域的相互作用光波导5b中传播的光的Γ₂，在第一区域的相互作用光波导5b中传播的光的Γ₂就等于在第二区域的相互作用光波导5a中传播的光的Γ₁。但是，由于第一区域的长度L₁等于第二区域的长度L₂，所以无法知道啁啾是否为零，即α是否等于0。

即，在图20中，在由没有图示的中心导体4a、接地导体4b、4c构成的行波电极4中传播的高频电信号具有很大的传播损耗，高频电信号随着在行波电极4中传播而衰减。因此，为了使在(2)式中赋予的阿尔法参量α为零，考虑高频电信号的衰减，必须使

L₁＜L₂             ...(3)

在图20中，为了实现啁啾为零即α＝0，更详细地考察对所需要的第一区域的长度和L₁和第二区域的长度L₂应该的条件。在对由中心导体4a和接地导体4b、4c构成的行波电极4施加高频电信号的状态下，将在行波电极4中传播的高频电信号的频率f的微波传播损耗设为β_m(f)，在中心导体4a的长度L₁的第一区域和长度L₂的第二区域中，与针对在相互作用光波导5a、5b中传播的光和电信号的相互作用的效率的长度有关的积分值(或者也简单地称为调制效率)分别表示为I₁(f)、I₂(f)。

当设光及电信号的传播方向为z时，则各调制效率I₁(f)、I₂(f)依赖于频率f，能用(4)、(5)式表述。

$I_1\left(f\right)=\underset{0}{\overset{L_1}{\∫}}\exp (-{\mathrm{\β}}_m\left(f\right)\·z)\mathrm{dz}...\left(4\right)$

$=(1-\exp (-{\mathrm{\β}}_m\left(f\right)\·L_1))/{\mathrm{\β}}_m\left(f\right)$

$I_2\left(f\right)=\underset{L_1}{\overset{L_2}{\∫}}\exp (-{\mathrm{\β}}_m\left(f\right)\·z)\mathrm{dz}$

$=\exp (-{\mathrm{\β}}_m\left(f\right)\·L_1)\·(1-\exp (-{\mathrm{\β}}_m\left(f\right)\·L_2))/{\mathrm{\β}}_m\left(f\right)...\left(5\right)$

因此，通过选择满足二者的调制效率I₁(f)、I₂(f)相等的(6)式的条件

I₁(f)＝I₂(f)    ...(6)

的第一区域的长度L₁和第二区域的长度L₂，能在任意指定的频率f使啁啾为零。即，在(6)式成立的情况下，α参量为零。

另外，根据计算，在第一区域的长度L₁和第二区域的长度L₂之间有下式成立。

L₁/L₂≒0.9              ...(7)

然而，通常行波电极4由20μm或者其以上厚度的镀金形成，所以特别在中心导体4a的宽度和厚度、以及梯形、倒梯形等的形状及中心导体4a与接地导体4b、4c之间的间隙等方面产生制造偏差。因此，在行波电极4的高频电信号的频率f的微波传播损耗β_m(f)，在图20中在未图示的z轴切面LN基板1的晶片内也产生偏差，即使在制造的Run-to-run也产生该偏差，其结果，现状是在实现α＝0时，需要注意到成品率。

非专利文献1：Nadege Courjal et al“Modeling and Optimization of LowChirp LiNbO₃ Mach-Zehnder Modulators With an lnverted Ferroelectric DomainSection“Journal of Lightwave Technology vol.22 No.5 May 2004

如上所述，为了降低驱动电压，如第一现有技术，使二个相互作用光波导接近中心导体，则二个相互作用光波导相互接近。因此，由于光进行耦合，结果产生消光比、脉冲形状、或者啁啾等的高频调制特性的劣化。此外，如第二现有技术，当使二个相互作用光波导的宽度不同时，则由于行波电极引起的高频电信号的传播损耗，从而存在实现啁啾为零时的成品率偏差、或者光调制器的消光比劣化这样的问题。

发明内容

为了解决所述课题，本发明技术方案1提供一种光调制器，包括：具有电光效果的基板、在基板上形成的用于传导光波的光波导、以及在所述基板一面侧形成的由用于施加调制所述光的高频电信号的高频电信号用的中心导体及多个接地导体构成的行波电极，在所述光波导中具备马赫-曾德尔光波导，所述马赫-曾德尔光波导具有多个相互作用光波导，所述多个相互作用光波导用于通过对所述行波电极施加所述高频电信号来调制所述光的相位，所述光调制器的特征在于，配置所述中心导体及所述接地导体，以使得所述多个相互作用光波导的宽度的至少一部分相互不同，并且使所述高频电信号与在所述多个相互作用光波导中传播的所述光的相互作用的效率大致相等。

本发明技术方案2提供一种光调制器，其特征在于，在技术方案1所述的光调制器中，所述多个相互作用光波导的所述宽度的大小关系不互换。

本发明技术方案3提供一种光调制器，其特征在于，在技术方案1所述的光调制器中，所述多个相互作用光波导的所述宽度的大小关系互换。

本发明技术方案4提供一种光调制器，其特征在于，在技术方案3所述的光调制器中，所述多个相互作用光波导的所述宽度不同的二个区域的长度彼此大致相等。

本发明技术方案5提供一种光调制器，其特征在于，在技术方案1到技术方案4的任何一项所述的光调制器中，所述中心导体的中心线与所述多个相互作用光波导中的各个相互作用光波导的中心线的距离在所述中心导体与所述多个接地导体之间不同。

本发明技术方案6提供一种光调制器，其特征在于，在技术方案1到技术方案4的任何一项所述的光调制器中，所述多个相互作用光波导所具有的波导间隙的中心与所述中心导体的中心线在所述基板表面方向上彼此错开配置。

本发明技术方案7提供一种光调制器，其特征在于，在技术方案1到技术方案6的任何一项所述的光调制器中，所述中心导体与所述多个接地导体所构成的间隙中的至少二个间隙不同。

在从技术方案1到3和技术方案5及6的发明中，通过将构成马赫-曾德尔光波导的二个相互作用光波导的宽度彼此改变，由于能够抑制在二个相互作用光波导之间的光耦合，所以，能够改善消光比。此外，通过适当地配置中心导体及接地导体，由于能够使高频电信号与在各自的相互作用光波导中传播的光的相互作用效率大致相等，所以能够实现啁啾为零。

在技术方案4的发明中，由于构成马赫-曾德尔干涉系统的各相互作用光波导的光程长度相等，所以具有不产生对于波长的滤波特性的优点。

在技术方案7的发明中，由于中心导体与接地导体之间的高频电信号的电场强度在中心导体与接地导体之间的间隙越窄时越大，所以通过使中心导体与接地导体所构成的间隙中的两个不同，能够更有效地使高频电信号与在各自的相互作用光波导中传播的光的相互作用效率大致相等。

另外，根据本发明，由于即使二个相互作用光波导之间的间隙变小，也能抑制在其中传播的光的耦合，因此，还能够改善由于该光的耦合而引起的其他高频调制特性的劣化。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的光调制器的C-C’的剖面图；

图2是本发明第一实施方式所具有的光波导的上面图；

图3是表示光波导的宽度与光点尺寸关系的图；

图4是表示中心导体和光波导的距离与调制效率的关系的图；

图5是表示光波导的宽度与光点尺寸的关系的图；

图6是表示中心导体和光波导的距离与调制效率的关系的图；

图7是本发明第三实施方式的光调制器的剖面图；

图8是本发明第四实施方式所具有的光波导的上面图；

图9是本发明第四实施方式的光调制器的D-D’的剖面图；

图10是本发明第四实施方式的光调制器的E-E’的剖面图；

图11是本发明第五实施方式的光调制器的D-D’的剖面图；

图12是本发明第五实施方式的光调制器的E-E’的剖面图；

图13是第一现有技术的光调制器的立体图；

图14是第一现有技术的光调制器的A-A’线剖面图；

图15是第一现有技术所具有的光波导的上面图；

图16是说明第一现有技术动作的图；

图17是表示Vπ·L与△的关系的图；

图18是表示光的偶合度与G_wg的关系的图；

图19是第二现有技术的光调制器的剖面图；

图20是第二现有技术的光波导的上面图。

标记说明

1-x轴切面LN基板(基板)；

2-SiO₂缓冲层(缓冲层)；

3、5、12、23-光波导；

3a、3b、5a、5b、12a、12b、23a、23b-相互作用光波导；

4、17、24-行波电极(CPW行波电极)；

4a、17a、24a、27a-中心导体；

4b、4c、17b、17c、24b、24c、27b、27c-接地导体；

6、7、8、9、10、11、13、14、15、16-锥形区域；

18、22、26、28-中心导体的中心(中心线)；

19a、19b、20a、20b、21a、21b、25a、25b-相互作用光波导的中心线(中心线、中心)。

具体实施方式

下面，说明本发明的实施方式，其中，与从图13到图20中所示的现有技术相同的标记对应相同的功能部分，在此，省略具有相同标记的功能部分的说明。

(第一实施方式)

图1表示本发明第一实施方式的光调制器的剖面图。另外，图2表示光波导12的上面图。这里，光波导12由相互作用光波导12a、12b构成，W_a”、W_b”是相互作用光波导12a、12b的宽度。G_wg”是相互作用光波导12a、12b的边缘间的距离(间隙)。另外，在图1中记入了在图2中的C-C’的剖面图中的中心导体4a、接地导体4b、4c及x轴切面LN基板1、SiO₂缓冲层2。另外，在图1中表示了在相互作用光波导12a、12b的宽度方向的中心(或者中心线)21a、21b。

其中，△₁”表示中心导体4a的边缘与相互作用光波导12a的中心21a的在水平方向的距离，△₂”表示中心导体4a的边缘与相互作用光波导12b的中心21b的在水平方向的距离。

如图2所示，相互作用光波导12a、12b具有宽度变化的锥形区域13、14、15、16，其在各相互作用光波导12a、12b上分别设置二处。在本实施方式中，锥形区域的数量比图20所示的现有技术少，并且，相互作用光波导12a、12b的宽度变窄时与变宽时的锥形区域的数量相等，所以从作为光调制器的消光比的观点考虑是有利的。

下面，对作为光调制器的特性最重要的啁啾进行考虑。在图3中表示将相互作用光波导12a、12b的宽度W_a”、W_b”设为变量时的在相互作用光波导12a、12b中传播的光的光点尺寸。从图中可以看出，在该第一实施方式中，由于使相互作用光波导12a的宽度与相互作用光波导12b的宽度(例如11μm)相比非常细，例如为6μm，所以，在相互作用光波导12a中传播的光的光点尺寸比在相互作用光波导12b中传播的光的光点尺寸大。

另外，这里，使相互作用光波导12a、12b的宽度W_a”、W_b”分别为6μm、11μm，但是，这些数值只是一个例子，对例如3μm、15μm左右的各种宽度的组合本发明都可适用。

在相互作用光波导12a中传播的光的光点尺寸比在相互作用光波导12b中传播的光的光点尺寸大，这意味着用电信号(振幅)和在相互作用光波导12a中传播的光(功率)的正规化的重积分表示的相互作用效率Γ₁”、比用电信号(振幅)和在相互作用光波导12b中传播的光(功率)的正规化的重积分表示的相互作用的效率Γ₂”小。

因此，使中心导体4a的边缘与相互作用光波导12a的中心21a的距离△₁”和中心导体4a的边缘与相互作用光波导12b的中心21b的距离△₂”为变量时的对于相互作用光波导12a的相互作用效率Γ₁”和对于相互作用光波导12b的相互作用效率Γ₂”，如图4所示，整体上相互作用的效率Γ₁”比相互作用的效率Γ₂”小。

在本发明中，通过按照使对于相互作用光波导12a的相互作用的效率Γ₁”和对于相互作用光波导12b的相互作用的效率Γ₂”相等的方式，设定中心导体4a的边缘与相互作用光波导12a的中心(或者中心线)21a的距离△₁”和中心导体4a的边缘与相互作用光波导12b的中心(或者中心线)21b的距离△₂”，由此，实现啁啾为零(α＝0)。另外，中心导体4a的中心线18位于中心导体4a左右边缘的中心。

即，在本发明第一实施方式中，中心导体4a的边缘与相互作用光波导12a的中心21a接近中心导体4a的边缘与相互作用光波导12b的中心21b(△₁”＜△₂”)。

这样，在本发明的实施方式中，通过使相互作用光波导12a、12b的宽度不同，来抑制相互作用光波导12a、12b间的光的耦合，并且，使中心导体4a、接地导体4b、4c的位置关系为非对称，实现啁啾为零(α＝0)。

另外，在所述说明中，所谓中心导体4a的边缘与相互作用光波导12a的中心21a的距离△₁”和中心导体4a的边缘与相互作用光波导12b的中心21b的距离△₂”存在△₁”≠△₂”的关系，换言之，也就是相互作用光波导12a的中心21a和相互作用光波导12b的中心21b间的中点与中心导体4a的中心18错开配置。这种情况，相互作用光波导12a、12b的间隙的中心和中心导体4a的中心18，有相互错开的情况，也有大致一致的情况。

另外，为了容易理解说明，虽然以上说明中的光点尺寸假定为相对基板表面水平方向的尺寸进行说明，但实际上，也同时考虑相对基板表面垂直方向的光点尺寸，由此，能进行精度更高的设计。另外，相对基板表面垂直方向的光点尺寸有随着相互作用光波导12a、12b的宽度变窄而变大的倾向。

如上所述，讨论了中心导体4a的边缘与二个相互作用光波导12a、12b的中心21a、21b的距离△₁”、△₂”，但△₁”与△₂”的大小关系与中心导体4a的中心18与二个相互作用光波导12a、12b的中心21a、21b的距离的大小关系相同。此外，通过相互作用光波导12a、12b的宽度变化的锥形区域13、14、15、16的长度尽可能缩短为不产生光损耗的程度，由此，更能抑制啁啾。另外，这是对本发明的所有实施方式而言的。

如上所述，在本发明的所有实施方式中，由于依赖于第二现有技术那样的长度的主要原因不存在，所以，具有不会依赖于高频电信号的传播损耗的偏差，能够以极高的成品率实现啁啾为零的光调制器这样的优点。

(第二实施方式)

在图3所示的第一实施方式中，由于使相互作用光波导12a的宽度极窄，所以在相互作用光波导12a中传播的光的光点尺寸比在相互作用光波导12b中传播的光的光点尺寸大，结果，对相互作用光波导12a的相互作用的效率Γ₁”比对相互作用光波导12b的相互作用的效率Γ₂”小。

在本发明的第二实施方式中，将相互作用光波导12a的宽度设定为例如7μm，以使得在相互作用光波导12a中传播的光的光点尺寸比在相互作用光波导12b中传播的光的光点尺寸小。

于是，在将中心导体4a的边缘与相互作用光波导12a的中心21a的距离△₁”和中心导体4a的边缘与相互作用光波导12b的中心21b的距离△₂”设为变量的情况下，对相互作用光波导12a的相互作用的效率Γ₁”和对相互作用光波导12b的相互作用的效率Γ₂”如图6所示，整体上效率Γ₁”大。

因此，通过使中心导体4a的边缘与相互作用光波导12b的中心21b的距离△₂”比中心导体4a的边缘与相互作用光波导12a的中心21a的距离△₁”小，由此，即使在该第二实施方式中，也能实现Γ₁”＝Γ₂”，即啁啾为零。

另外，本发明的特征是，使相互作用光波导12a、12b和由中心导体4a和接地导体4b、4c构成的行波电极4从对称的位置关系相互错开配置。因此，如在第一实施方式和第二实施方式中说明的，对中心导体4a的边缘与相互作用光波导12a的中心21a的距离△₁”和中心导体4a的边缘与相互作用光波导12b的中心21b的距离△₂”，设△₁”≠△₂”。

在这种情况下，如所述，相互作用光波导12a、12b的间隙的中心和中心导体4a的中心18，有相互错开的情况，也有大致一致的情况。

另外，无论相互作用光波导12a、12b的宽度及它们的形成条件如何，设△₁”＝△₂”，即使让相互作用光波导的间隙的中心与中心导体4a的中心18不同，也能使二个相互作用光波导12a、12b的高频电信号与光的相互作用的效率相等。这些特征不仅是对第一实施方式和第二实施方式，也是对本发明的全部实施方式而言。

(第三实施方式)

图7表示本发明第三实施方式的光调制器的剖面图。在本实施方式中，在CPW行波电极17的中心导体17a和接地导体17b、17c之间产生的高频电信号的电场强度在CPW电极的间隙窄时变大，利用这一点，形成发展从图1到图4所示的第一实施方式的结构。

这里，图7表示在中心导体17a的宽度方向的中心(或者中心线)22。

即，CPW行波电极17的中心导体17a和相互作用光波导12a、12b的位置不仅不对称(CPW行波电极的中心导体17a的中心22没有配置在相互作用光波导12a、12b的中心)，而且使CPW行波电极的中心导体17a和接地导体17b、17c的间隙G₁、G₂也彼此不同(G₁≠G₂)，由此，更有效地实现Γ₁”＝Γ₂”，即啁啾为零(在该图中G₁＜G₂)。

另外，即使CPW行波电极17的中心导体17a和相互作用光波导12a、12b的位置对称(△₁”＝△₂”，或者配置在相互作用光波导12a、12b的中心)，由于G₁≠G₂，所以能使Γ₁”＝Γ₂”的情况也可以如此。该G₁≠G₂的观点也能适用于包含本发明第一实施方式、第二实施方式的所有实施方式。

(第四实施方式)

图8表示本发明的第四实施方式的光调制器具有的光波导23的上面图。这里，光波导23由相互作用光波导23a、23b构成。W_a”、W_b”是相互作用光波导23a、23b的宽度，为了抑制二个相互作用光波导23a、23b之间的光的耦合，使W_a”与W_b”不同。另外，G_wg”是相互作用光波导23a、23b的边缘之间的距离(间隙)。

如图8所示，在该第四实施方式中，使相互作用光波导23a、23b的宽度W_a”、W_b”在长度L₁”的第一区域和长度L₂”的第二区域中互换。

另外，图9和图10表示图8中的D-D’和E-E’的光调制器的剖面图。这里，在图9和图10中，在图8中的D-D’和E-E’的剖面图中表示有行波电极24的中心导体24a和接地导体24b、24c及x轴切面LN基板1、SiO₂缓冲层2。另外，在图9和图10中表示出中心导体24a的宽度方向的中心(或者中心线)26和在相互作用光波导23a、23b的宽度方向的中心(或者中心线)25a、25b。

另外，△₁”表示中心导体24a的边缘与相互作用光波导23a的中心25a的距离，△₂”表示中心导体24a的边缘与相互作用光波导23b的中心25b的距离。

在图9和图10中，例如中心导体24a的中心26在x轴切面LN基板1的表面在水平方向相互错开，但是，该错开量的数量级为微米或亚微米那样小。因此，通过在第一区域和第二区域的边界设定规定的长度(例如50μm左右)，使第一区域和第二区域的中心导体24a和接地导体24b、24c直线或平缓地相互接合，由此，能避免电特性的劣化。

如图8所示，该第四实施方式的相互作用光波导23a、23b的宽度W_a”与W_b”的关系在长度L₁”的第一区域为W_a”＜W_b”。因此，在该第一区域中，如图9所示，与图1所示的本发明第一实施方式相同，设△₁”＜△₂”，由此使高频电信号和在相互作用光波导23a、23b中传播的光的相互作用的效率(所述的Γ₁”、Γ₂”)相等。

另一方面，在长度L₂”的第一区域为W_a”＞W_b”。因此，在第二区域中，如图10所示，设△₁”＞△₂”，由此使高频电信号和在相互作用光波导23a、23b中传播的光的相互作用的效率(同一所述的Γ₁”、Γ₂”)相等。

另外，与相互作用光波导12a、12b的宽度不互换的第一实施方式和第二实施方式等相同，相互作用光波导23a、23b的间隙的中心和中心导体4a的中心18，有相互错开的情况，也有大致一致的情况。

本发明的特征是，使相互作用光波导23a、23b与由中心导体4a和接地导体24b、24c构成的行波电极24从对称的配置相互错开。

因此，如在第二实施方式中说明的，即使在该第四实施方式中，对中心导体24a的边缘与相互作用光波导23a的中心25a的距离△₁”和中心导体4a的边缘与相互作用光波导23b的中心25b的距离△₂”，设△₁”≠△₂”，但是，无论相互作用光波导23a、23b的宽度及它们的形成条件如何，设△₁”＝△₂”，代替此，可以使相互作用光波导23a、23b的间隙的中心与中心导体24a的中心26不同。

在本发明中，使高频电信号和在相互作用光波导23a、23b中传播的光的相互作用的效率相等。即，如果分别使相互作用光波导23a、23b中传播的光的相互作用的效率为Γ₁”、Γ₂”，则分别在第一区域和第二区域中Γ₁”＝Γ₂”。因此，不需要考虑电极的传播损耗引起的第一区域和第二区域的相位变化量的不同，可以自由地设定第一区域的长度L₁”和第二区域的长度L₂”。因此，也可以使第一区域的长度L₁”和第二区域的长度L₂”相等(L₁”＝L₂”)。

通常，宽度宽的光波导的等价折射率比宽度窄的光波导的等价折射率高。即，在第四实施方式中，第一区域的长度L₁”和第二区域的长度L₂”相等(L₁”＝L₂”)意味着与马赫-曾德尔干涉系统的二个臂相当的相互作用光波导23a、23b整体的光程长度相等。结果，由于不会产生对于波长的滤波特性，因此，不需要对各波长重新设定DC偏置电压。因此，在使用WDM或DWDM这样的宽波长频带的光传输方式中在应用LN光调制器方面具有很大的优点。

(第五实施方式)

此外，在图8所示的本发明的第四实施方式的相互作用光波导23a、23b中，也可以如图7所示的本发明第三实施方式那样，应用使CPW行波电极17的间隙不同的结构。把此作为第五实施方式，分别在图11和图12表示图8的D-D’和E-E’的剖面图。

在这些图中，表示了CPW行波电极的中心导体27a的中心(或者中心线)28。另外，△₁”表示中心导体27a的边缘与相互作用光波导23a的中心25a的距离，△₂”表示中心导体27a的边缘与相互作用光波导23b的中心25b的距离。

如这些图所示，使CPW行波电极27的中心导体27a和接地导体27b、27c的间隙G₁、G₂的大小关系在长度L₁”的第一区域、长度L₂”的第二区域互换(在图11的第一区域，G₁＜G₂并且△₁”＜△₂”，在图12的第二区域，G₁＞G₂并且△₁”＞△₂”)。但是，在本实施方式中，G₁≠G₂是重要的。因此，这里所示的△₁”和△₂”的关系是一例，不只限于此。另外，针对相互作用光波导23a、23b的间隙的中心和中心导体27a的中心28，有相互错开的情况，也有大致一致的情况。

在本实施方式中，由于在第一区域和第二区域，高频电信号和在相互作用光波导23a、23b中传播的光的相互作用的效率相等，因此，第一区域的长度L₁”和第二区域的长度L₂”的设定是自由的。因此，通过设定L₁”＝L₂”，可以与本发明第四实施方式同样，消除对于波长的滤波特性。

此外，如本发明第四实施方式和第五实施方式，在相互作用光波导23a、23b的宽度互换的区域存在的情况下，该区域的数量可以是三个以上。另外，此时具有只要使各相互作用光波导的宽度宽的区域的长度之和与宽度窄的区域的长度之和相等，就能够消除对于波长的滤波特性这样的优点。

另外，本发明不限定于所述的各实施方式。

(关于各实施方式)

如上所述，虽然作为行波电极以CPW电极为例进行了说明，但其他各种行波电极或者集中常数型的电极也可以。另外，虽然设CPW电极的间隙为二个进行了说明，但也可以是更多的间隙。

另外，即使在相互作用光波导12a、12b的一部分设置互换其宽度大小关系的部位，由于在它们的长度的比远远偏离(7)式的情况下，不使用第二现有技术的考虑方法，所以也属于本申请的发明。

进而，在以上叙述中，对于相互改变二个相互作用光波导的宽度通过光点尺寸进行了讨论，但相互改变二个相互作用光波导的宽度与改变作为光波导的等价折射率相对应。因此，如果进行蚀刻而在等价折射率高的相互作用光波导上残留SiO₂或SiO_x等的缓冲层，并在等价折射率低的相互作用光波导上尽量不残留缓冲层，则由于在二个相互作用光波导中传播的光的等价折射率的差变大，所以即使二个相互作用光波导接近，也不易进行耦合。在本发明的结构中采用这种想法也容易。

此外，在以上的实施方式中，可以是x轴切面、y轴切面或者z轴切面的面方位，即，相对基板表面(切面)在垂直方向具有结晶x轴、y轴或者z轴的基板，也可以是把以上所述的各实施方式的面方位作为主要面方位，其他面方位为副面方位而混合存在，此外，不仅是LN基板，也可以是锂钽或者半导体等其他基板。

如上所述，本发明的光调制器作为高速、阿尔法参量小且消光比大、以及驱动电压和DC偏置电压小的光调制器是有作用的。

Claims (5)

1.一种光调制器，包括：具有电光效果的基板、在基板上形成的用于传导光波的光波导、以及在所述基板一表面侧形成的由用于施加调制所述光的高频电信号的高频电信号用的中心导体及与该中心导体相对的两个接地导体构成的行波电极，在所述光波导中具备马赫-曾德尔光波导，所述马赫-曾德尔光波导具有两个相互作用光波导，所述两个相互作用光波导用于通过对所述行波电极施加所述高频电信号来调制所述光的相位，所述中心导体的中心线和所述两个相互作用光波导的各自的中心线不一致，所述光调制器的特征在于，

所述两个相互作用光波导构成为在彼此相对的位置，一个相互作用光波导的宽度比另一个相互作用光波导的宽度宽，

所述中心导体构成为，在所述两个相互作用光波导相对的位置上，被传导的光的光点尺寸大的一方的相互作用光波导的中心线与该相互作用光波导侧的所述中心导体的边缘之间的距离，比被传导的光的光点尺寸小的一方的相互作用光波导的中心线与该相互作用光波导侧的所述中心导体的边缘之间的距离小，以使得所述高频电信号与在所述两个相互作用光波导中传播的光的相互作用的效率大致相等。

2.如权利要求1所述的光调制器，其特征在于，

构成为在所述两个相互作用光波导的彼此相对的位置，所述光点尺寸大的一方的相互作用光波导侧的所述接地导体与所述中心导体的彼此面对的边缘之间的距离，比所述光点尺寸小的一方的相互作用光波导侧的所述接地导体与所述中心导体的彼此面对的边缘之间的距离小。

3.如权利要求1或2所述的光调制器，其特征在于，

所述两个相互作用光波导的宽度沿光的传播方向分别一定。

4.如权利要求1或2所述的光调制器，其特征在于，

所述两个相互作用光波导的宽度沿光的传播方向而改变。

5.如权利要求4所述的光调制器，其特征在于，

所述两个相互作用光波导中的一个相互作用光波导的宽度由沿光的传播方向宽度窄的第一区域和宽度宽的第二区域构成，并且，另一个相互作用光波导的宽度在沿光的传播方向与所述第一区域相对的区域构成宽的宽度，且在与所述第二区域相对的区域构成窄的宽度，而且，所述第一区域和所述第二区域在沿光的传播方向上的长度大致相等。

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