CN101501555A - 光调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光调制器，其包括：光波导(3)；和行波电极(4)，其包括用于调制入射光的相位的相互作用单元(9)和输入馈通单元(7)。光调制器另外包括：至少一个阻抗转换单元，其用于减小在相互作用单元的特性阻抗和至少一个输入馈通单元的特性阻抗之间的阻抗不匹配；电连接于输入馈通单元和外部电路的连接器。阻抗转换单元所具有的特性阻抗不同于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的所述特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的电连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的特性阻抗的几何均值。

Description

光调制器
技术领域
本发明涉及具有较低的驱动电压和较高的调制速率的光调制器。
背景技术
直到今天，已经开发出了的光调制器，比如行波电极型铌酸锂(lithiumniobate)光调制器(下文中简单参考为LN光调制器)，其包括：由比如具有电光效应(electro-optic effect)的铌酸锂的材料制成的基底(下文中简单参考为LN基底)，用以使得入射光的折射率响应于施加到基底的电场而变化，由此使得可以在基底中及在基底上形成光波导和行波电极(travelingwaveel ectrode)。LN光调制器由于优秀的啁啾特性而能够应用于具有在2.5Gbit/s到10Gbit/s的容量范围的大体积光调制器。近年来，由此构成的LN光调制器被重新审视用以应用于具有40Gbit/s的超大容量的光传输系统并且因此在这一技术领域被认为是关键装置。
(第一先前技术)
关于基底的状态存在两种类型的LN光调制器，一种基底具有z切状态，而另一种具有x切状态(或y切状态)。这里x切LN基底型LN光调制器将描述为第一先前技术，其中LN光调制器包括x切基底和形成行波电极的共面波导(CPW)。图15示出了x切基底型LN光调制器的透视图。图16是沿图15的线A-A’的横截面视图。附带地，下文中的讨论能够适用于使用z切状态基底的LN光调制器。
在图15和图16中，参考序号1表示x切LN基底，参考序号2表示SiO2缓冲层，其具有近似200nmm到1μm的厚度范围并且对于具有典型地用于光通讯的比如例如1.3或1.55μm的波长的入射光是透明的，参考序号3表示形成Mach-Zehnder干涉仪(Mach-Zehnder光波导)的光波导，光波导3是用在x切LN基底1上蒸发沉积金属Ti(钛)的过程、及在1050℃下热扩散10小时的过程而形成。光波导3包括两个相互作用光波导，即，两个壁3a、3b，其位于电信号和入射光彼此相互作用的位置处(该位置将参考为相互作用部分)，入射光穿过光输入刻面(light entering facet)进入光波导3。CPW行波电极4由中心电极4a和地电极4b、4c构成。在图16中，S表示中心电极4a的宽度，其在大约6μm到20μm的范围中，通常约为10μm，而W表示中心电极4a和地电极4b、4c之间的间隙(或CPW间隙)的宽度。
在第一先前技术中，偏压(通常为DC偏压)和高频电信号(微波或RF电信号)重叠并施加在中心电极4a和地电极4b、4c之间。SiO2缓冲层的重要性在于它作用以通过减小高频电信号的等效折射率nm(微波等效折射率nm)至接近穿过各个相互作用光波导3a、3b的入射光的等效折射率n0而扩展了调制带宽。
由此构成的LN光调制器的操作将在下文描述。首先，DC偏压和高频电信号需要施加在中心电极4a和地电极4b、4c之间以实现LN光调制器的操作。
图17示出了在所施加的电压和LN光调制器在DC偏压设置为“Vb”的一定条件下的输出光功率之间的关系的图表。如图17中示出的，DC偏压“Vb”通常设置使得输出光功率为峰峰值的中值。
图18示出了半波电压Vπ与相互作用部分的长度L的数学乘积Vπ·L和CPW间隙W的宽度之间的关系的图表。CPW间隙W的宽度目前在近似20μm到30μm的范围内。在CPW间隙W的宽度较窄的情况中，相互作用于穿过各个相互作用光波导3a、3b传播的入射光的高频电场强度较高。因此，如图18中示出的，在CPW间隙W的宽度较窄的情况中，数学乘积Vπ·L较小，结果实现了具有较低驱动电压的LN光调制器。对于用于驱动具有大于10Gbps的速率的LN光调制器的驱动电压的实际限制在大约5V到6V的范围内，但是，希望驱动电压更低。因此，希望CPW间隙W的宽度较窄用于实现低的驱动电压。
图19示出了在高频电信号的微波等效折射率nm和CPW间隙W的宽度之间的相互关系、及穿过各个相互作用光波导3a、3b传播的入射光的等效折射率n0(
Figure A200780029835D0006183442QIETU
2.2)的图表。
如果CPW间隙W的宽度较窄，产生在中心电极4a和地电极4b、4c之间的大部分高频电信号传播穿过具有约为4的相对介电常数的SiO2缓冲层，结果使得能够减小微波等效折射率nm。这里，x切LN基底1的相对介电常数约为3.5。
微波等效折射率nm通常大于等效折射率n0的事实对于LN光调制器在较宽频率范围上的高速操作施加了根本性的限制。因此，紧要的是微波等效折射率nm接近于入射光的等效折射率n0而以超过10Gbps的速率驱动LN光调制器。相应地，希望CPW间隙W的宽度较窄用于实现高速操作。
如上所述的，希望CPW间隙W的宽度较窄使得驱动电压得以减小并且微波等效折射率nm接近于入射光的等效折射率n0。但是，问题在CPW间隙W的宽度小于15μm时就出现了，下文中将更为详细描述该问题。
图20示出了在包括中心电极4a和地电极4b、4c的CPW行波电极4的特性阻抗Z(对应于下面示出的图22中的Z3)与CPW间隙W的宽度之间的相互关系的图表。在CPW间隙W相对较窄的情况中，特性阻抗Z极低，例如为30或更低，结果使得行波电极4与具有大约50Ω的特性阻抗的外信号源之间的阻抗不匹配。即，所出现的问题在于反射系数S11恶化。
关于这个问题的更为详细的讨论将在下文中描述。图21示出了图15中示出的x切LN光调制器的CPW行波电极4的顶视平面视图，行波电极4包括中心电极4a和地电极4b、4c。
这里，I表示输入馈通部分(input feed-through protion)，其连接至连接器的芯部，即用于从外信号源(图21中未示出)施加高频电信号至CPW行波电极4的金带、或金线(图21中未示出)，II表示用于连接输入馈通部分I和相互作用部分III的连接部分(或输入连接部分)，III表示相互作用部分，在其中电信号和入射光彼此相互作用，IV表示用于连接输出馈通部分(output feed-through portion)V和相互作用部分III的连接部分(或输出连接部分)。输出馈通部分V连接至连接器的芯部，即金带、金线，或连接至端子(图21中未示出)。
下文中，用于使高频电信号在那儿得以馈送的部分将被称为“馈送部分”其布置在输入馈通部分I的中心电极处，并且用于输出高频电信号的部分将被称为“输出部分”，其布置在输出馈通部分的中心电极处。
图22示出了用于图15中示出的x切LN光调制器的等效电路。这里，参考序号5和6对应于外部电路。参考序号5表示外信号源比如电驱动器，并且参考序号6表示外信号源的负载电阻6(特性阻抗Rg)。参考序号7到11对应于输入馈通部分I和输出馈通部分V之间的等效线路。这里，参考序号7、8、9、10和11分别表示输出馈通部分I、输入连接部分II、相互作用部分III、输出连接部分IV、和输出馈通部分V。参考序号12表示端子。
Z1、Z2、Z3、Z4和Z5分别对应于输入馈通部分I(或线7)、输入连接部分II(或线8)、相互作用部分III(或线9)、输出连接部分IV(或线10)、和输出馈通部分V(或线11)的特性阻抗。ZL表示端子12的阻抗。
关于图15到图22中示出的第一先前技术的x切LN光调制器的阻抗不
匹配和调制带宽的问题的更详细的讨论将在下文中描述。
在图22中，Zin表示x切LN光调制器的输入阻抗，其看为外信号源5的负载电阻(阻抗Rg)。即，Zin是通过综合输入馈通部分I的特性阻抗Z1、输入连接部分II的特性阻抗Z2、相互作用部分III的特性阻抗Z3、输出连接部分IV的特性阻抗Z4、输出馈通部分V的特性阻抗Z5、及端子12的电阻ZL，并考虑到各部分的长度及传播穿过每个部分的电信号的等效折射率而获得的特性阻抗。图22中的参考序号13表示外信号源5的负载电阻6和输出馈通部分I之间的边界。
关于其中CPW间隙W的宽度小于15μm使得驱动电压得以减小并且使得微波等效折射率nm接近于入射光的等效折射率n0的实例的更为详细的讨论将在下文中描述。在这个实例中，相互作用部分III的特性阻抗Z3为例如30Ω或更低。
在第一先前技术中，另外的线7、8、10、11的特性阻抗，即输入馈通部分I的特性阻抗Z1、输入连接部分II的特性阻抗Z2、相互作用部分III的特性阻抗Z3、输出连接部分IV的特性阻抗Z4、输出馈通部分V的特性阻抗Z5、及端子12的电阻ZL全部等于相互作用部分III的特性阻抗Z3(即，Z1＝Z2＝Z3＝Z4＝Z5＝ZL)。
结果使得，x切LN光调制器的输入阻抗Zin的实部Re(Zin)被作为外信号源5的负载电阻6，其几乎独立于频率f，如图23中的实绩所示，并且良好一致于相互作用部分的特性阻抗Z3，并且为例如30Ω或更低。
因此，入射光的调制指数(功率调制指数)|m|2因为输入阻抗Zin和外信号源5的负载电阻6(阻抗Rg)的不匹配而迅速随同频率f恶化，如图24中所示，因此，相当难以获得10GHz的3dB调制带宽。
假设Z1＝Z2＝Z3＝Z4＝Z5＝ZL，用于高频电信号的反射系数S11在其中Zin(在这个实例中，Zin＝Z3)低于30Ω的实例中高于(差于)-10dB，Zin例如为22Ω，如图25中所示。在该实例中，其中Rg＝50Ω并且Z3＝22Ω，反射系数S11为-8.2dB。但是在实际实验中，反射系数S11恶化至大约-5dB，这是因为所反射的高频电信号由于阻抗不匹配而被叠加。这里，用于高频电信号的反射系数S11由下面的方程给出：
S11＝|(Rg-Zin)/(Rg，+Zin)|2        (1)
当高频电信号被反射回至外信号源5时，所调制的光脉冲的抖动不利地增高。
(第二先前技术)
第二先前技术提出在专利文献1中，其减小了在第一先前技术中的外信号源5的特性阻抗Rg和相互作用部分III的特性阻抗Z3之间的不匹配，现在将进行详细描述。本实施例中相同于图15到21中示出的第一先前技术的构成元件的构成元件将不再描述但采用与该先前技术相同的参考序号和图例。
图26示出了用于第二先前技术的CPW行波电极4的顶视平面图。第二先前技术类似于第一先前技术，在于I表示输入馈通部分，II表示输出连接部分，III表示相互作用部分，IV表示输出连接部分，及V表示输入馈通部分。输出馈通部分V连接到连接器的芯部，即金带、金线，或连接至端子(在图26中未示出)，类似于第一先前技术。图26中示出的第二先前技术在包括第一先前技术的组件之外，还包括具有长度为L6的阻抗转换部分VI。
图27示出了沿图26的线B-B’的x切LN光调制器的相互作用部分III的横截面视图。现在假如CPW间隙W的宽度极其窄，例如小于15μm，类似于图16中的第一先前技术。如上所述，CPW间隙W的宽度如此窄使得驱动电压得以减小并且使得高频电信号的微波等效折射率nm接近于入射光的等效折射率n0。但在这个实例中，相互作用部分III的特性阻抗Z3为例如30Ω或更低(例如，如第一先前技术中所述的22Ω)。
图28示出了沿着图26的线C-C’的x切LN光调制器的阻抗转换部分VI的横截面视图。CPW间隙W’的宽度是大约50μm，其比相互作用部分III的CPW间隙W的宽度更宽。
图29示出了用于第二先前技术的等效电路。Z1、Z2、Z3、Z4和Z5分别对应于输入馈通部分I(或线7)、输入连接部分II(或线8)、相互作用部分III(或线9)、输出连接部分IV(或线10)、和输出馈通部分V(或线11)的特性阻抗，类似于图22中示出的第一先前技术。第二先前技术另外包括阻抗转换部分VI(或线14)，其具有特性阻抗Z6。
图29中的参考序号13表示在外信号源5的负载电阻(特性阻抗Rg)和输入馈通部分I之间的边界。在图29中，Zin’表示第二先前技术的x切LN光调制器的输入阻抗，其看为外信号源5和外信号源5的负载电阻6。
即，Zin’是通过综合输入馈通部分I的特性阻抗Z1、阻抗转换部分VI的特性阻抗Z6、输入连接部分II的特性阻抗Z2、相互作用部分III的特性阻抗Z3、输出连接部分IV的特性阻抗Z4、输出馈通部分V的特性阻抗Z5、和端子12的电阻ZL而获得的特性阻抗。
如上所述，CPW间隙W的宽度在第二先前技术中小于15μm，由此导致相互作用部分的较低的特性阻抗Z3，例如为22Ω、30Ω或更低。
现在，将描述阻抗转换部分VI的影响。为简化起见，假设Z2＝Z3＝Z4＝Z5＝ZL，其中Z2，Z3，Z4，和Z5分别对应于输入连接部分II、相互作用部分III、输出连接部分IV、和输出馈通部分V的特性阻抗，并且ZL是端子12的电阻。
图30示出了用于该实例的等效电路。这里，Z3′表示传输线15的特性阻抗，传输线15是作为通过综合Z2、Z3、Z4、Z5和ZL而获得的综合部分III’。图26中描述的”L6”标识了具有特性阻抗Z6的阻抗转换部分VI的长度，其也在图30中进行描述。
假设输入馈通部分I的特性阻抗Z1是50Ω，其相同于外信号源5的负载电阻6的特性阻抗Rg。
在该实例中，其中具有特性阻抗Z和电长度L的阻抗转换部分布置在两个不同的特性阻抗Zi和Zj之间，已经众所周知如果Z、Zi、和Zj之间满足如下的方程，Zi和Zj之间的阻抗匹配得以实现并且电反射完全被抑制：
Z＝(Zi·Zj)1/2      (2)
L＝λ/4             (3)
其中：
λ是高频电信号的电性波长。表示Zi和Zj的几何均值的Z在下文中被称为“匹配阻抗”。
在第二先前技术中，Z1对应于Zi，Z3’对应于Zj，Z6对应于Z，并且L6对应于L。即，输入馈通部分I(Z1)和相互作用部分III’(Z3’)之间的阻抗匹配得以实现并且电反射被完全抑制。为简化起见，在下面的描述中，方程(2)中的Zi、Zj将分别用Z1、Z3′和Z6代替，并且方程(3)中的L将用L6代替。
在第二先前技术中，λ是传播穿过LN基底的阻抗转换部分VI的高频电信号的波长，并且在下文中将称为“导波长度”。现在设定λ0表示在真空中的高频电信号的波长，并且设定nm′表示传播穿过LN基底的高频电信号的等效折射率，λ由下面的方程给出：
λ＝λ0/nm′          (4)
图31示出了所计算的依赖于反射系数S11的频率f的实例，在该实例中Z1＝Rg＝50Ω，Z3′＝22Ω。这里，阻抗转换部分VI的特性阻抗Z6为33.2Ω。阻抗转换部分VI的长度L6为6mm，这对应于2.5的等效折射率nm′。在相互作用部分III中的中心电极和阻抗转换部分VI的宽度S和S’分别地彼此相同。
如图31中所示，通过设计阻抗转换部分VI以满足方程(2)和方程(3)，S11能够在比如5GHz、10GHz、15GHz和20GHz的特定具体频率中低于-50dB，即电反射能够被近似完全地抑制。但在实际实验中，反射系数S11由于来自例如电缆的连接部分的电反射而从不会是无限制的负数。
如上所述，第二先前技术在满足方程(2)和方程(3)的特定具体频率(比如5GHz、10GHz、15GHz和20GHz)中能够近似完全地抑制电反射。但是，不必须反射系数S11极低，例如-50dB或更低。对于反射系数S11为-12dB是足够的，更为优选地为大约-15dB
同时，如在图31中清楚地看到的，类似于在第一先前技术中描述的水平，反射系数S11恶化至由包络线(图31中的折线)标识的-8.2dB的水平，即，电反射特性对于实际使用是极度糟糕的。
由于阻抗转换部分VI的中心电极的宽度S’较窄并且相同于相互作用III的中心电极的宽度S(通常大约为10μm)，高频电信号的等效折射率nm较小，大约是2.5。因此，如在方程(3)和方程(4)中看到的，阻抗转换部分VI的长度相对较长(在第二先前技术中，为6mm)。尤其如在图26中示出的，LN光调制器的横向宽度在阻抗转换部分VI垂直于或倾斜于相互作用部分III而形成的情况中较大，导致从一个LN基底晶元产生的LN光调制器的数目较少。
另外，如上所述的，由于阻抗转换部分VI的中心电极的宽度S’较窄并且相同于相互作用部分III的中心电极的宽度S(通常大约为10μm)，高频电信号容易衰减，导致高频电信号不足以用于调制在相互作用部分III处的入射光。
(专利文献1)
日本专利公开发布第2005-37547号。
如上所述，依据第一先前技术的光调制器中形成CPW行波电极的比如输入和输出馈通部分的部分及相互作用部分的特性阻抗是相同的，其存在这样的问题，即阻抗不匹配发生在光调制器和外部电路之间，结果导致反射系数的频率特性不太好并且使得调制带宽在缓冲层较薄的情况中迅速随同调制频率而恶化，并且CPW行波电极的间隙的宽度较窄使得驱动电压得以减小并且使得微波等效折射率接近于入射光的等效折射率。同时，依据第二先前技术的光调制器得以提出以解决由第一先前技术所遇到的问题，其包括满足如上提到的方程(2)和方程(3)的阻抗转换部分，该阻抗转换部分能够减小反射系数至这样的程度使得反射系数在特定具体频率中极其的低，即，电反射能够被近似完全地抑制，但是，在另外的频率中的电反射特性恶化至类似于第一先前技术的水平的水平，其不适用于实际使用。另外，第二先前技术具有这样的问题即限制了从一个LN基底晶元产生的LN光调制器的数目，因为电性等效折射率相对较小并且由λ/4(λ表示导波长度)给出的阻抗转换部分的长度因为用于调制入射光的相互作用部分的中心电极的宽度和阻抗转换部分的宽度相同而较长。而且，高频电信号由于阻抗转换部分的中心电极与相互作用部分的中心电极一样窄而易于衰减，结果导致高频电信号不足以用于相互作用部分处。
发明内容
为解决上述的问题，依据本发明的限定在权利要求1中的光调制器，其包括：具有电光效应的基底；形成在所述基底中用于使入射光穿过那儿通过的光波导；和用于使使高频电信号施加压力到那儿以调制所述入射光的相位的行波电极，所述行波电极形成所述基底的一个表面上，所述行波电极包括中心电极和地电极；所述行波电极包括：相互作用部分，其中所述入射光的所述相位在所述高频电信被施加到所述行波电极的条件下被调制；输入馈通部分，其用于从外部电路施加所述高频电信号至所述相互作用部分；输出馈通部分，用于传播穿过所述相互作用部分的所述高频电信号，在其中所述光调制器另外包括：至少一个阻抗转换部分，其用于减小在所述相互作用部分的特性阻抗和所述输入馈通部分、电连接至所述输入馈通部分、及所述外部电路的至少一个所述特性阻抗中之间的阻挡不匹配，至少一个所述阻抗转换部分具有的特性阻抗不同于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的所述连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的所述特性阻抗的几何均值。
依据本发明的限定在权利要求2中的光调制器，在其中的至少一个所述阻抗转换部分具有的特性阻抗相同于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的所述连接器的特性阻抗的几何均值、和所述相互作用部分和所述外部电路的所述特性阻抗的几何均值中的至少一个几何均值。
依据本发明的限定的权利要求3中的光调制器，在其中从所述外部电路施加到所述输入馈通部分的所述高频电信号传播进入所述相互作用部分，比较于其中所述光调制器未包括所述阻抗转换部分的情况，残留反射剩余和电反射得以减小。
依据本发明的限定在权利要求4中的光调制器，在其中所述阻抗转换部分的所述中心电极的宽度比所述相互作用部分的所述中心电极的宽度更宽。
依据本发明的限定在权利要求5中的光调制器，在其中所述阻抗转换部分的所述中心电极的至少一部分对齐于所述光波导的纵向方向。
依据本发明的限定在权利要求6中的光调制器，在其中所述阻抗转换部分形成在基底上，该基底不同于在其上形成所述相互作用部分的基底。
依据本发明的限定在权利要求7中的光调制器，在其中所述输入馈通部分的所述中心电极具有馈送部分用于使所述高频电信号在那儿被馈送，所述输出馈通部分的所述中心电极具有输出部分用于输出所述高频电信号，所述相互作用部分的长度比在所述馈送部分和所述输出部分之间的沿着所述基底的纵向方向的距离更长。
依据本发明的限定在权利要求8中的光调制器，在其中，其中所述入射光的相位被调制的相互作用部分中的区域的起始点和用于使所述入射光进入所述光波导的光输入刻面之间的沿着所述基底的纵向方向的距离短于在用于所述高频电信号的所述馈送部分和所述光输入刻面之间的沿着所述基底的纵向方向的距离。
依据本发明的限定在权利要求9中的光调制器，在其中至少一个所述阻抗转换部分的所述中心电极和所述地电极之间的间隙和宽度比所述相互部分的所述中心电极和所述地电极之间的间隙的宽度更宽。
依据本发明的限定在权利要求10中的光调制器，在其中，至少两个所述阻抗转换部分的中心电极的宽度彼此不同。
依据本发明的限定在权利要求11中的光调制器，在其中，所具有的特性阻抗大于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的所述连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的所述特性阻抗的几何均值的数个所述阻抗转换部分相同于数个具有比至少一个所述几何均值小的特性阻抗的所述阻抗转换部分。
依据本发明的限定在权利要求12中的光调制器另外包括：至少一个所述阻抗转换部分，其具有的特性阻抗大于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的所述连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的所述特性阻抗的几何均值；至少一个所述阻抗转换部分，其具有的特性阻抗小于至少一个所述几何均值；和至少一个所述阻抗转换部分，其具有至少一个所述几何均值。
依据本发明的限定在权利要求13中的光调制器，在其中，至少一个阻抗转换部分具有的特性阻抗不同于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的所述连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的所述特性阻抗的几何均值，并且在所述至少一个所述阻抗转换部分的特性阻抗和至少一个所述几何均值之间的差在大约±7Ω内。
依据本发明的限定在权利要求14中的光调制器，在其中，至少一个所述阻抗转换部分具有的特性阻抗不同于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的所述连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的所述特性阻抗的几何均值，并且在所述至少一个所述阻抗转换部分的特性阻抗和至少一个所述几何均值之间的差在大约±15Ω内。
依据本发明的限定在权利要求15中的光调制器，在其中所述基底由半导体材料制成。
依据本发明，作为降低光调制器的驱动电压和使得入射光的速率接近于高频电信号的速率的结果，即使在相互作用部分的特性阻抗较低，及在相互作用部分的特性阻抗和输入馈通部分的特性阻抗、电连接至输入馈通部分的连接器、或外部电路之间发生阻抗不匹配的情况中，本发明能够减小横贯其中光调制器被操作的范围的高频电信号的电反射。本发明并非形成以完全抑制在特定具体频率或周期频率中的电反射。尽管在广泛的应用中剩余有残留电反射，本发明可选地能够在较宽的频率范围内改进电反射特性。因此，在减小对于外部电路的不良影响、光脉冲中的抖动等之外，可以抑制入射光的调制指数的恶化。本发明具有另外的优点，其不仅能够适用于x切LN基底，而且还适用于另外的基底比如z切基底、半导体基底，例如InP基底或GaAs基底。
附图说明
图1示出了依据本发明的第一实施例的行波电极的顶视平面视图；
图2是沿图1的线D-D’的横截面视图；
图3是沿图1的线E-E’的横截面视图；
图4是沿图1的线F-F’的横截面视图；
图5是依据本发明的第一实施例的光调制器的等效电路图；
图6是依据本发明的第一实施例的光调制器的等效电路图；
图7是说明依据本发明的第一实施例的光调制器的S11和f之间相互关系的图表；
图8是说明依据本发明的第一实施例的光调制器的|m|2和f之间相互关系的图表；
图9示出了依据本发明的第二实施例的行波电极的顶视平面图；
图10示出了依据本发明的第二实施例的光调制器的等效电路图；
图11示出了依据本发明的第三实施例的行波电极的顶视平面图；
图12示出了依据本发明的第四实施例的行波电极的顶视平面图；
图13示出了依据本发明的第五实施例的行波电极的顶视平面图；
图14示出了依据本发明的第四实施例的行波电极的顶视平面图；
图15示出了依据第一先前技术的光调制器的透视图；
图16是沿图15的线A-A’的横截面视图；
图17是说明依据第一先前技术的光调制器的操作的图表；
图18是说明在依据第一先前技术的光调制器的Vπ·L和W之间的相互关系的图表；
图19是说明在依据第一先前技术的光调制器的nm和W之间的相互关系的图表；
图20是说明在依据第一先前技术的光调制器的Z和W之间的相互关系的图表；
图21是说明在依据第一先前技术的行波电极的顶视平面视图。
图22是依据第一先前技术的光调制器的等效电路图；
图23是说明依据第一先前技术的光调制器的Zm和f之间的相互关系的图表；
图24是说明依据第一先前技术的光调制器的|m|2和f之间的相互关系的图表；
图25是说明依据第一先前技术的光调制器的S11和f之间的相互关系的图表；
图26是说明在依据第二先前技术的行波电极的顶视平面视图。
图27是沿图26的线B-B’的横截面视图；
图28是沿图26的线C-C’的横截面视图；
图29是依据第二先前技术的光调制器的等效电路图；
图30是依据第二先前技术的光调制器的等效电路图；及
图31是说明依据第二先前技术的光调制器的S11和f之间的相互关系的图表。
参考序号描述
1：x切LN基底(基底，LN基底)
2：SiO2缓冲层(缓冲层)
3：光波导
3a、3b：相互作用光波导(光波导)
4：行波电极
4a：中心电极
4b、4c：地电极
5：外信号源
6：负载电阻
7：对应于输入馈通部分I的线
8：对应于输出连接部分II的线
9：对应于相互作用部分III的线
10：对应于输出连接部分IV的线
11：对应于输出馈通部分V的线
12：端子
13：在外信号源的负载电阻和光调制器之间的边界
14：对应于阻抗转换部分VI的线
15：包括相互作用部分III的传输线
16：对应于第一阻抗转换部分VII的线
17：对应于第二阻抗转换部分VIII的线
18：对应于第一阻抗转换部分IX的线
19：对应于第二阻抗转换部分X的线
20：对应于第三阻抗转换部分XI的线
30：光输入刻面
具体实施方式
依据本发明的光调制器的实施例现在将进行详细描述。该实施例中与图15到31中示出的先前技术的构成元件相同的构成元件将不再描述，但采用与先前技术相同的参考序号和图例。
(第一实施例)
图1示出了用于本发明的第一实施例的CPW行波电极4的顶视平面视图，其包括中心电极4a和地电极4b、4c。第一实施例类似于第一和第二先前技术在于I表示连接至连接器的芯部(图1中未示出)的输入馈通部分，II表示输入连接部分，III表示相互作用部分，IV表示输出连接部分，及V表示输出馈通部分。输出馈通部分V可以连接至连接器的芯部，即金带、金线，或连接至端子(图1中未示出)。VII表示具有长度L7的第一阻抗转换部分，并且VIII表示具有L8的第二阻抗转换部分。
尽管输出馈通部分V的中心电极和中心电极与地电极之间的间隙具有线性构造，如图1中所示，它们可以具有弯曲的楔形构造，使用这种构造使得所希望的特性阻抗能够更易于实现。这个构思适用于本发明的全部实施例。
尽管本发明的第一实施例具有的特性阻抗类似于第二先前技术，其不同于第二先前技术，在于阻抗转换部分包括两个部分，即第一阻抗转换部分VII和第二阻抗转换部分VIII。第一阻抗转换部分VII和第二阻抗转换部分VIII近似地平行于光波导3、或光波导3a、3b(在附图中未示出)而形成。
图2示出了沿图1的线D-D′的第一阻抗转换部分VII的横截面视图。S”和W”分别表示中心电极的宽度和间隙的宽度。图3示出了沿图1的线E-E′的第二阻抗转换部分VIII的横截面视图。S”’和W”’分别表示中心电极的宽度和间隙的宽度。图4示出了沿线F-F′的相互作用部分的横截面视图，其基本上相同于说明第二先前技术的图27。
在本发明的第一实施例中，第一阻抗转换部分VII和第二阻抗转换部分VIII的中心电极的宽度比相互作用部分III的中心电极的宽度(例如，8μm)更宽以防止在第一阻抗转换部分VII和第二阻抗转换部分VIII中的高频电信号被衰减。这里，第一阻抗转换部分VII和中心电极的宽度和第二阻抗转换部分VIII的中心电极的宽度同样为例如50μm。即，S＂＝S＂′>S。在阻抗转换部分包括多个部分的情况，这些部分的中心电极的宽度可以彼此不同。例如，第一阻抗转换部分VII的中心电极的宽度S”可以比第二阻抗转换部分VIII的中心电极的宽度S”’更宽，并且反之亦然。优选的是S＂>S＂′用以实现阻抗匹配于输入馈通部分I。
第一阻抗转换部分VII的间隙的宽度(例如，70μm)比第二阻抗转换部分VIII的间隙更宽(例如，70μm)，即，W”>W”’，这样使得第一阻抗转换部分VII的特性阻抗(Z7)和第二阻抗转换部分VIII的特性阻抗(Z8)彼此不同(这里，Z7>Z8)。
图5示出了用于本发蝗的第一实施例的等效电路。Z1、Z2、Z3、Z4和Z5分别表示输入馈通部分I(或线7)、输入连接部分II(或线8)、相互作用部分III(或线9)、输出连接部分IV(或线10)、和输出馈通部分V(或线11)的特性阻抗，这类似于图22中示出的第一先前技术或图29中示出的第二先前技术。本发明的第一实施例另外包括：具有长度L7和特性阻抗Z7的第一阻抗转换部分VII(或线16)；和具有长度L8和特性阻抗Z8的第二阻抗转换部分VIII(或线17)。
类似于第一和第二先前技术，图5中的参考序号13表示外信号源5的负载电阻6(特性阻抗Rg)和输入馈通部分I之间的边界。在图5中，Zin＂表示第二先前技术的x切LN光调制器的输入阻抗，其看为外信号源5和外信号源5的负载电阻6。
即，Zin＂是通过综合输入馈通部分I的特性阻抗Z1、第一阻抗转换部分VII的特性阻抗Z7、第二阻抗转换部分VIII的特性阻抗Z8、输入连接部分II的特性阻抗Z2、相互作用部分III的特性阻抗Z3、输入连接部分IV的特性阻抗Z4、输出馈通部分V的特性阻抗Z5、和端子12的电阻ZL而得到的特性阻抗。
下面的讨论用以通过给出实现来说明本发明的效果，在实例中CPW间隙W的宽度小于15μm，即，相互作用部分III的特性阻抗Z3较低，例如为22Ω。
现在，将描述第一阻抗转换部分VII和第二阻抗转换部分VIII的效果。为简化起见，类似于先前技术，假设Z2＝Z3＝Z4＝Z5＝ZL，这里Z2对应于输入连接部分II的特性阻抗，Z3对应于相互作用部分III的特性阻抗，Z4对应于输出连接部分IV的特性阻抗，Z5对应于输出馈通部分V的特性阻抗，并且ZL是端子12的电阻。
图6示出了用于这个实例的等效电路。这里，类似于图30中示出的第二先前技术，Z3′表示作为综合部分III’的传输线15的特性阻抗，其通过综合Z2、Z3、Z4、Z5和ZL而获得。图1中描述的“L7”和＂L8＂分别标识具有特性阻抗Z7的第一阻抗转换部分VII和具有特性阻抗Z8的第二阻抗转换部分VIII的长度，其也将在图6中得以描述。
为简单起见，假设输出馈通部分I的特性阻抗Z1为50Ω，其相同于外信号源5的负载电阻6的特性阻抗Rg。但是，存在一些实例，其中输入馈通部分I的特性阻抗Z1低于50Ω。
连接至输入馈通部分I的连接器的芯部，即金线、或金带(在附图中未示出)(其在下文中将称为“连接器芯部”)，其是具有在数十到数百微米范围内的厚度的厚金属。由于厚金属减小了特性阻抗，存在一些实例，其中连接至连接器芯部(附图中未出)的输入馈通部分I的特性阻抗远小于50Ω。
由于连接器芯部(附图中未示出)在LN光调制器的实际使用中被固定至输入馈通部分I，由连接器芯部(附图中未示出)和输入馈通部分I的连接而产生的减小的特性阻抗被认为输入馈通部分I的特性阻抗。这种构思在将在随后描述的实例中尤其重要，其中输入馈通I被认为阻抗转换部分的一部分。在本发明的全部实施例中，类似于先前技术，下文中，用于使高频电信号在那儿被馈送的布置在输入馈通部分I的中心电极处的部分将被称为“馈送部分”，并且用于输入高频电信号的布置在输出馈通部分的中心电极处的部分将被称为“输出部分”。
在输入馈通部分I的长度较低的实例中，存在一些实例，其中电连接至输入馈通部分I的连接器的特性阻抗是重要的。
由于认为阻抗转换是由连接器(该附图中未示出)、图6示出的外信号源5的负载电阻6、和包括中心电极4a和地电极4b、4c的相互作用部分III的行波电极执行，因此输入馈通部分I能够被认为是阻抗转换部分的一部分。
即使输入馈通部分I的中心电极和地电极、输入连接部分II和相互作用部分III的尺寸几何相同，即，输入馈通部分I的中心电极和地电极、输入连接部分II、和相互作用部分III表面上看作输出馈通部分I，在连接至连接器芯部的馈送部分和相互作用III之间的区域能够被认为是阻抗转换部分。
虽然输入馈通部分I的特性阻抗通常为50Ω，连接器的特性阻抗和外信号源5的负载电阻6的特性阻抗Rg在许多实例中也为50Ω。因此，给出几何均值的方程(2)中的Z1的值能够从输入馈通部分I、连接器、外信号源5的负载电阻6的特性阻抗中选择一个。
图1到图6中示出的本发明的第一实施例在构思方向完全不同于图26到图31中示出的第二先前技术。这将在下文中更为详细的描述。
在第二先前技术中，绝对的要求是阻抗转换部分VI的特性阻抗Z6的值和长度L6同时满足方程(2)和方程(3)。在相互作用部分III的特性阻抗Z3较小的实例中，例如，只大于22Ω，电反射在特定频率中接近于零，如图31中所示。但是，电反射在另外的用于x切LN光调制器的实际使用的频率中过大。在第二先前技术中，阻抗转换部分VI的特性阻抗Z6从方程(2)中推导出，并且为33.2Ω。
在本发明的第一实施例中，未使用由方程(2)给出的任何几何均值。即，在这个实施例中，第一阻抗转换部分VII的特性阻抗Z7为例如37Ω，其大于由方程(2)给出的33.2Ω，同时是29Ω，其小于由方程(2)给出的33.2Ω。
尽管并非如第一实施例那样有效，第一阻抗转换部分VII的特性阻抗Z7和第二阻抗转换部分VIII的特性阻抗Z8中的任一个可以是由方程(2)给出的33.2Ω。在这个实例中，仍可以抑制电反射至需要用于实际使用的程度，尽管在宽的频率范围上有(意向的)残留反射剩余，这在构思方面不同于仅在特定具体频率中能够完全抑制电反射的第二先前技术。
因此，方程(2)并不适用于本发明的第一实施例，这样使得反射系数S11在特定频率中并非极其良好，并且在一些周期性频率中并非极其糟糕，这与第二先前技术形成对比。
图7示出了计算出的包括第一阻抗转换部分VII和第二阻抗转换部分VIII的上述构造的反射系数S11。如在图7中示出的，反射系数S11在较宽的频率范围上低于-15dB，即，反射系数S11在特定具体频率中并不是极其的低并且在另外的频率中并不恶化。该值的反射系数S11被认为足够用于10Gbps的光传输。因此，从x切LN光调制器被反射回至外信号源5的高频电信号受到抑制，这样使得可以获得具有较少抖动的调制的光脉冲。应注意到，反射系数S11的测量结果很好地符合于图7中示出的所计算的反射系数S11。
图8示出了响应于入射光的调制指数(功率调制指数)|m|2的频率。由于对于电反射的抑制必需且充分，|m|2示出光滑的曲线，表明可在宽的频率范围上进行光调制。
如上所述，本发明并非形成以在特定具体频率中完全抑制电反射。换句话说，尽管意向电反射在宽的频率范围上有一定程度的剩余，可选地，其可以在宽的频率范围上抑制电反射至一定程度。如上所述，意向反射将被称为“残留反射”。
不必要的是第一阻抗转换部分VII的长度L7和第二阻抗转换部分VIII的长度L8满足方程(3)，因为方程(2)并不满足。即，可以既不满足方程(2)也不满足方程(3)，并且在本发明的第一实施例中电反射有一定程度的剩余，其在构思方面根本不同于第二先前技术，第二先前技术绝对要求满足方程(2)和方程(3)，并且仅特定具体频率中能够完全抑制电反射。
本发明在于其中第一阻抗转换部分VII的特性阻抗Z7与由方程(2)给出的几何均值之间的差异、及第二阻抗转换部分VIII的特性阻抗Z8与由方程(2)给出的几何均值之间的差异在大约±15Ω内的实例中展现出显著效果。如果这些差异在大约±7Ω内，本发明的效果更为显著。阻抗转换部分的特性阻抗不同于由方程(2)给出的几何均值且差异在这些范围(即，在大约±7Ω或±15Ω)内的构思不仅适用于这个实施例而且适用于本发明的全部实施例。
(第二实施例)
图9示出了用于本发明的第二实施例的CPW行波电极的顶视平面视图。在这个实施例中，IX表示第一阻抗转换部分，X表示第二阻抗转换部分，并且XI表示第三阻抗转换部分。
图10示出了用于本发明的第二实施例的等效电路。尽管该等效电路几乎类似于本发明的第一实施例的等效电路，本实施例的特性在于阻抗转换部分包括三个部分，即，具有特性阻抗Z9的第一阻抗转换部分IX(或线18)，具有特性阻抗Z10的第二阻抗转换部分X(或线19)，和具有特性阻抗Z11的第三阻抗转换部分XI(或线20)。应注意到，阻抗转换部分的数目可以大于3。
类似于第一实施例，在第二先前技术中由方程(2)给出的匹配阻抗在相互作用部分III的特性阻抗为22Ω、及外信号源5的负载电阻6的特性阻抗Rg为50Ω的实例中为33.2Ω。
尽管第一阻抗转换部分IX(或线18)的特性阻抗Z9、第二阻抗转换部分X(或线19)的特性阻抗Z10、和第三阻抗转换部分XI(或线20)的特性阻抗Z11在本发明中可以不同于值33.2Ω，在本发明的第二实施例中的CPW间隙的宽度被形成，例如，这样使得Z9>Z10＝33.2Ω>Z11。应注意到，在Zg、Z10和Z11中的两个可以等于匹配阻抗(33.2Ω)。
在第二实施例中，第二阻抗转换部分X的特性阻抗Z10满足方程(2)，同时第一阻抗转换部分IX(或线18)的特性阻抗Z9和第三阻抗转换部分XI(或线20)的特性阻抗Z11不满足方程(2)。这里，不必要方程(3)被满足，因为Z9和Z11并不满足方程(2)。
另外在第二实施例中，可以获得类似于图7中示出的本发明的第一实施例的电反射特性。即，反射系数S11在特定频率中并不极其良好而反射系数S11在一些周期性频率中并不极其糟糕，这与第二先前技术形成对比。
换句话说，尽管意向电反射在宽的频率范围上有一定程度的剩余，其可以在宽的频率范围上抑制电反射至实用的程度。如上所述，这个意向反射将被称为“残留反射”。即，电反射也在本发明的第二实施例中有一定程度的剩余，其在构思方面根本不同于要求同时满足方程(2)和方程(3)并能够完全抑制电反射的第二先前技术。
(第三实施例)
图11示出了用于本发明的第三实施例的CPW行波电极4的顶视平面视图。在这个实施例中，XII表示第一阻抗转换部分，及XIII表示第二阻抗转换部分。在这个实施例中，第一和第二阻抗转换部分XII、XIII形成以沿相互作用部分III的方向折回一次，这样使得相互作用部分III能够具有足够的长度。应注意到，这个构思适应用于本发明的另外的实施例，包括第二实施例。
(第四实施例)
图12示出了用于本发明的第四实施例的包括中心电极4a和地电极4b、4c的CPW行波电极4的顶视平面视图。在这个实施例中，IX表示第一阻抗转换部分，并且X表示第二阻抗转换部分。在这个实施例中，第一和第二阻抗转换部分IX、X形成以沿相互作用部分的方向折回一次，类似于图11中示出的第三实施例。但是，在相互作用部分的起始点和光输入刻面之间的沿着基底的纵向方向的距离短于在用于高频电信号的馈送部分和光输入刻面之间的沿着基底的纵向方向的距离，这样使得相互作用部分III能够具有比第三实施例的对应长度更长的长度。这里，光波导3相同于第一先前技术的光波导，并且光输入刻面由用于第一先前技术的图15中的参考序号30表示。
由此，通过沿相互作用部分III的方向折回阻抗转换部分一次以确保相互作用部分III具有极长的长度的构思适用于本发明的全部实施例。
此外，输入馈通部分V可以相互作用部分III的端点处折叠，这适用于本发明的全部实施例。
(第五实施例)
图13示出了用于本发明的第五实施例的包括中心电极4a和地电极4b、4c的CPW行波电极4的顶视平面视图。第五实施例是图12中示出的第四实施例的改进版。在这个实施例中，IX表示第一阻抗转换部分，并且XIV表示第二阻抗转换部分。如图13中示出的，第一阻抗转换部分IX和第二阻抗转换部分XIV的中心电极的宽度彼此不同。在这个实例中，第一阻抗转换部分IX的中心电极的宽度比第二阻抗转换部分XIV的中心电极的宽度更宽，以实现与输入馈通部分I的电磁匹配。
在上面的实例中，其中阻抗转换部分包括多个部分，至少两个部分的中心电极的宽度彼此不同的构思适用于本发明的全部实施例。为实现优秀的特性，建议距离输入馈通部分最近的阻抗转换部分的中心电极的宽度比距离输入馈通部分最远的阻抗转换部分的中心电极的宽度更宽，即，距离输入馈通部分最近的阻抗转换部分的中心电极的宽度接近于输入馈通部分的中心电极的宽度。
(第六实施例)
阻抗转换部分包括多个部分比如在如上实施例中的第一阻抗转换部分、第二阻抗转换部分、和第三阻抗转换部分，但是，本发明能够仅用一个阻抗转换部分就展示出类似的效果。一个这样的实施例示出在图14中作为第六实施例。XI表示图14中的阻抗转换部分。
尽管其并不如具有多个阻抗转换部分的实施例那样有效，本发明能够通过使用一个阻抗转换部分抑制电反射至一定的程度，该阻抗转换部分具有的特性阻抗并不满足方程(2)，即，其接近于并稍微大于或小于由方程(2)给出的匹配阻抗。并不需要方程(3)得到满足，因为也并未满足方程(2)。重要的是在先前技术中同时满足方程(2)和方程(3)，而在这个实施例中，方程(2)可以被满足只要方程(3)不被满足。这些构思适用于本发明的全部实施例。
如已经提到的，阻抗转换部分的特性阻抗稍微大于或小于由方程(2)给出的几何均值。本发明在其中特性阻抗和由方程(2)给出的几何均值之间的差异在大约±15Ω内的实例中展现出了显著的效果。如果这个差异在大约±27Ω内，本发明的效果更为显著。这个构思适用于本发明的全部实施例。
对于第六实施例的更为透彻的讨论将在下文中描述。高频电信号穿过输入馈通部分和阻抗转换部分至相互作用部分。考虑到输入馈通部分I能够被认为是阻抗转换部分的一部分，图14中示出的第六实施例属于本发明，即使阻抗转换部分XI同时满足方程(2)和方程(3)，只要输入馈通部分I和阻抗转换部分XI的综合特性阻抗未满足方程(2)和方程(3)中的至少任何一个，残留反射仍有剩余，并且电反射得以减小。
即，图14中示出的第六实施例属于本发明，即使阻抗转换部分XI形成使得在具有50Ω特性阻抗的连接器(在该附图中未示出)和包括中心电极4a和地电极4b、4c的行波电极4之间的阻抗转换部分XI同时满足方程(2)和方程(3)，只要输入馈通I的特性阻抗不同于连接器的特性阻抗。这是因为输入馈通部分I并不满足如上提到的方程(2)和方程(3)的条件，并且作为新的阻抗转换部分的一部分工作，其能够在宽的频率范围上减小电反射至实用的程度，而在宽的频率范围上剩余有残留反射。
例如，阻抗转换部分XI得以形成使得在输入馈通部分I和相互作用部分III之间的阻抗转换部分XI同时满足方程(2)和方程(3)，但是，阻抗转换部分XI实际并不满足方程(2)和方程(3)，因为输入馈通部分I连接至连接器芯部，并且连接器芯部的厚金属减小特性阻抗至低于输入馈通部分I的特性阻抗。在这个实例中，本发明应用在连接器和相互作用部分III之间。而且，这个构思对于外信号源(该附图中未示出)的负载电阻和相互作用部分III是正确的。即，包括在负载电阻和相互作用部分III之间的连接器(在该附图中未示出)的电传输线元件可以形成作为阻抗转换部分，其能够在宽的频率范围上减小电反射至实用的程度，而在宽的频率范围上剩余有残留反射。这些构思适用于本发明的全部实施例。
(每个实施例)
已经描述了这样的事情，即行波电极由CPW电极构成，行波电极可以由非对称共面条带(ACPS)、对称共面条带(CPS)等构成。不必要讲的是，行波电极可以由比如集中参数电极代替。Mach-Zehnder光波导可以由任何其它光波导代替，比如光定向耦合器和直线型光波导。此外，至少相互作用部分III可以具有脊形结构。
如上所述，在其中阻抗转换部分包括多个部分的实例中，CPW间隙得以形成使得这些部分的特性阻抗彼此不同。可选地，中心电极的宽度、或中心电极和宽度及间隙可以彼此不同。这个构思也适用于其中行波电极可以由ACPS、CPS等构成的实例。
在如上所述的实施例中，阻抗转换部分的至少一部分近似平行于相互作用光波导形成。应注意到，这样的构造并不影响阻抗转换部分的性能。因此，阻抗转换部分的至少一部分可以倾斜于或垂直于相互作用光波导形成。
如已经提到的，阻抗转换部分的至少一部分的特性阻抗稍微大于或小于由方程(2)给出的几何均值。计算和实验表明本发明在于其中特性阻抗和由方程(2)给出的几何均值之间的差异在大约±15Ω内的实例中展现出显著的效果。如果这个差异在大约±15Ω内，本发明的效果更为显著。
在阻抗转换部分的数目为偶数的实例中，所具有的特性阻抗大于由方程(2)给出的特性阻抗的阻抗转换部分的数目优选地相同于所具有的特性阻抗小于由方程(2)给出的特性阻抗的阻抗转换部分的数目。同时，在阻抗转换部分的数目为奇数的实例中，在如上提到的关于该阻抗转换部分的数目的构思之外，阻抗转换部分的一部分的特性阻抗优选地相同于由方程(2)给出的特性阻抗。通过采用这些构思，可以在宽的频率范围上相当有效地抑制电反射。
第一阻抗转换部分、第二阻抗转换部分、和第三阻抗转换部分的特性阻抗的值可以不同于在本说明书中的值。
在其中两个Mach-Zehnder光波导的相互作用光波导布置在中心电极的两侧的实例中，可以避免DC和动态消光比的恶化，只要两个相互作用光波导的宽度彼此不同。
而且，在每个实施例中，LN基底可以具有x切状态、y切状态、或者z切状态。换句话说，LN基底可以具有这样的表面方向使得晶体的x轴、y轴、或z轴垂直于LN基底的表面(切割表面)。LN基底可以这样形成使得主表面方向，即上述的方向混合于不同于主表面方向的亚表面方向。LN基底可以由比如锂钽和半导体的另外的基底代替。
在上面的描述中，阻抗转换部分形成在LN光调制器的馈通部分和相互作用部分之间，即，形成在LN光调制器芯片上。其即使在于其中阻抗转换部分形成在不同于比如氧化铝基底、LN基底等的LN光调制器芯片的基底上的实例中也可以获得相同的效果。
本发明可应用于多种使用行波电极的光学装置，比如形成在比如InP基底和GaAs基底的半导体基底上的电吸收调制器，和Mach-Zehnder光调制器。
工业应用
依据本发明，提供了一种光调制器，其能够极大地提高RF调制特性，可用于具有高的调制速率和低的驱动电压的光调制器。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1、一种光调制器，其包括：
具有电光效应的基底；
形成在所述基底中用于使入射光从中通过的光波导；和
行波电极，其用于施加高频电信号，以调制所述入射光的相位，所述行波电极形成在所述基底的一个表面上，所述行波电极包括中心电极和地电极；
所述行波电极包括：相互作用部分，其中所述入射光的所述相位在所述高频电信号被施加到所述行波电极的条件下被调制；输入馈通部分，其用于从外部电路将所述高频电信号施加至所述相互作用部分；和输出馈通部分，其用于输出穿过所述相互作用部分传播的所述高频电信号，
其中，所述光调制器还包括：至少一个阻抗转换部分，其用于减小所述相互作用部分的特性阻抗与所述输入馈通部分的至少一个特性阻抗之间的阻抗不匹配；电连接至所述输入馈通部分的连接器；和所述外部电路，
从外部电路施加到所述输入馈通部分的所述高频电信号传播进入所述相互作用部分，并且与所述光调制器未包括所述阻抗转换部分的情况相比，残留反射保持而电反射减少。
2、如权利要求1所述的光调制器，其中，
所述阻抗转换部分形成为所述行波电极的一部分。
3、如权利要求1和2中的任一项所述的光调制器，其中，
所述阻抗转换部分形成在所述相互作用部分和所述输入馈通部分之间作为所述行波电极的一部分。
4、如权利要求1和2中的任一项所述的光调制器，其中，
所述阻抗转换部分包括：在所述相互作用部分和所述输入馈通部分之间的一部分行波电极；和所述输入馈通部分。
5、如权利要求1到4中的任一项所述的光调制器，其中，
至少一个所述阻抗转换部分所具有的特性阻抗不同于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的所述特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的电连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的特性阻抗的几何均值。
6、如权利要求1到4中的任一项所述的光调制器，其中，
至少一个所述阻抗转换部分具有一特性阻抗，该特性阻抗与所述相互作用部分和所述输入馈通部分的所述特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的电连接器的特性阻抗的几何均值、和所述相互作用部分和所述外部电路的特性阻抗的几何均值中的至少一个几何均值相同。
7、如权利要求1到6中的任一项所述的光调制器，其中，
所述阻抗转换部分的所述中心电极的宽度比所述相互作用部分的所述中心电极的宽度更宽。
8、如权利要求1到7中的任一项所述的光调制器，其中，
所述阻抗转换部分的所述中心电极的至少一部分对齐于所述光波导的纵向方向。
9、如权利要求1到8中的任一项所述的光调制器，其中，
所述阻抗转换部分形成在基底上，该基底不同于在其上形成了所述相互作用部分的基底。
10、如权利要求1到9中的任一项所述的光调制器，其中，
所述输入馈通部分的所述中心电极具有用于馈送所述高频电信号的馈送部分，
所述输出馈通部分的所述中心电极具有用于输出所述高频电信号的输出部分，
所述相互作用部分的长度比在所述馈送部分和所述输出部分之间的沿着所述基底的纵向方向的距离更长。
11、如权利要求1到10中的任一项所述的光调制器，其中，
在所述相互作用部分中的、所述入射光的所述相位被调制的区域的一起始点和用于使所述入射光进入所述光波导的光输入刻面之间的距离短于在所述用于所述高频电信号的馈送部分和所述光输入刻面之间的沿着所述基底的纵向方向的距离。
12、如权利要求1到11中的任一项所述的光调制器，其中，
在至少一个所述阻抗转换部分的所述中心电极和所述地电极之间的间隙的宽度比在所述相互作用部分的所述中心电极和所述地电极之间的间隙更宽。
13、如权利要求1到12中的任一项所述的光调制器，其中，
至少两个所述阻抗转换部分的所述中心电极的宽度彼此不同。
14、如权利要求1到13中的任一项所述的光调制器，其中，
具有以下特性阻抗的所述阻抗转换部分的数量与具有比至少一个下述几何均值小的特性阻抗的阻抗转换部分的数量相同，其中，所述特性阻抗大于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的所述特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的电连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的特性阻抗的几何均值。
15、如权利要求1到14中的任一项所述的光调制器，其中，还包括：
至少一个所述阻抗转换部分，其所具有的特性阻抗大于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的所述特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的电连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的特性阻抗的几何均值，
至少一个所述阻抗转换部分，其所具有的特性阻抗小于至少一个上述几何均值，和
至少一个所述阻抗转换部分，其具有至少一个上述几何均值。
16、如权利要求1到15中的任一项所述的光调制器，其中，
至少一个所述阻抗转换部分所具有的特性阻抗不同于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的所述特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的电连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的特性阻抗的几何均值，并且
在所述至少一个所述阻抗转换部分的所述特性阻抗和至少一个所述几何均值之间的差异在大约±7Ω内。
17、如权利要求1到15中的任一项所述的光调制器，其中，
至少一个所述阻抗转换部分所具有的特性阻抗不同于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的所述特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的电连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的特性阻抗的几何均值，并且
在所述至少一个所述阻抗转换部分的所述特性阻抗和至少一个所述几何均值之间的差异在大约±15Ω内。
18、如权利要求1到17中的任一项所述的光调制器，其中，
所述基底由铌酸锂制成。
19、如权利要求1到17中的任一项所述的光调制器，其中，
所述基底由半导体材料制成。

Claims (15)

1、一种光调制器，其包括：
具有电光效应的基底；
形成在所述基底中用于使入射光从中通过的光波导；和
行波电极，其用于施加高频电信号，以调制所述入射光的相位，所述行波电极形成在所述基底的一个表面上，所述行波电极包括中心电极和地电极；
所述行波电极包括：相互作用部分，其中所述入射光的所述相位在所述高频电信号被施加到所述行波电极的条件下被调制；输入馈通部分，其用于从外部电路将所述高频电信号施加至所述相互作用部分；和输出馈通部分，其用于输出穿过所述相互作用部分传播的所述高频电信号，
其中，所述光调制器还包括：至少一个阻抗转换部分，其用于减小所述相互作用部分的特性阻抗与所述输入馈通部分的至少一个特性阻抗之间的阻抗不匹配；电连接至所述输入馈通部分的连接器；和所述外部电路，
至少一个所述阻抗转换部分具有一特性阻抗，该特性阻抗不同于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的所述特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的电连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的特性阻抗的几何均值。
2、如权利要求1所述的光调制器，其中，
至少一个所述阻抗转换部分具有一特性阻抗，该特性阻抗与所述相互作用部分和所述输入馈通部分的所述特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的电连接器的特性阻抗的几何均值、和所述相互作用部分和所述外部电路的特性阻抗的几何均值中的至少一个几何均值相同。
3、如权利要求1和2中的任一项所述的光调制器，其中，
从外部电路施加至所述输入馈通部分的所述高频电信号传播进入所述相互作用部分，并且与其中所述光调制器未包括所述阻抗转换部分的情况相比，残留反射剩余和电反射得以减小。
4、如权利要求1到3中的任一项所述的光调制器，其中，
所述阻抗转换部分的所述中心电极的宽度比所述相互作用部分的所述中心电极的宽度更宽。
5、如权利要求1到4中的任一项所述的光调制器，其中，
所述阻抗转换部分的所述中心电极的至少一部分对齐于所述光波导的纵向方向。
6、如权利要求1到5中的任一项所述的光调制器，其中，
所述阻抗转换部分形成在基底上，该基底不同于在其上形成了所述相互作用部分的基底。
7、如权利要求1到6中的任一项所述的光调制器，其中，
所述输入馈通部分的所述中心电极具有用于馈送所述高频电信号的馈送部分，
所述输出馈通部分的所述中心电极具有用于输出所述高频电信号的输出部分，
所述相互作用部分的长度比在所述馈送部分和所述输出部分之间的沿着所述基底的纵向方向的距离更长。
8、如权利要求1到7中的任一项所述的光调制器，其中，
在所述相互作用部分中的、所述入射光的所述相位被调制的区域的一起始点和用于使所述入射光进入所述光波导的光输入刻面之间的距离短于在所述用于所述高频电信号的馈送部分和所述光输入刻面之间的沿着所述基底的纵向方向的距离。
9、如权利要求1到8中的任一项所述的光调制器，其中，
在至少一个所述阻抗转换部分的所述中心电极和所述地电极之间的间隙的宽度比在所述相互作用部分的所述中心电极和所述地电极之间的间隙更宽。
10、如权利要求1到9中的任一项所述的光调制器，其中，
至少两个所述阻抗转换部分的所述中心电极的宽度彼此不同。
11、如权利要求1到10中的任一项所述的光调制器，其中，
具有以下特性阻抗的多个所述阻抗转换部分与具有比至少一个下述几何均值小的特性阻抗的多个阻抗转换部分相同，其中，所述特性阻抗大于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的所述特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的电连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的特性阻抗的几何均值。
12、如权利要求1到11中的任一项所述的光调制器，其中，还包括：
至少一个所述阻抗转换部分，其所具有的特性阻抗大于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的所述特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的电连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的特性阻抗的几何均值，
至少一个所述阻抗转换部分，其所具有的特性阻抗小于至少一个上述几何均值，和
至少一个所述阻抗转换部分，其具有至少一个上述几何均值。
13、如权利要求1到12中的任一项所述的光调制器，其中，
至少一个所述阻抗转换部分所具有的特性阻抗不同于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的所述特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的电连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的特性阻抗的几何均值，并且
在所述至少一个所述阻抗转换部分的所述特性阻抗和至少一个所述几何均值之间的差异在大约±7Ω内。
14、如权利要求1到12中的任一项所述的光调制器，其中，
至少一个所述阻抗转换部分所具有的特性阻抗不同于所述相互作用部分和所述输入馈通部分的所述特性阻抗的几何均值、所述相互作用部分和电连接至所述输入馈通部分的电连接器的特性阻抗的几何均值、或者所述相互作用部分和所述外部电路的特性阻抗的几何均值，并且
在所述至少一个所述阻抗转换部分的所述特性阻抗和至少一个所述几何均值之间的差异在大约±15Ω内。
15、如权利要求1到14中的任一项所述的光调制器，其中，
所述基底由半导体材料制成。
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