CN102918448A - 光控制元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够以低驱动电压进行稳定动作的光控制元件。光控制元件包括：具有电光效应的基板（1）；形成在该基板上的多个光波导（2）；设置于该基板并用于对在该光波导中传播的光的相位进行控制的控制电极（3），所述光控制元件的特征在于，该控制电极具备：具有相同的谐振频率的至少两个谐振型电极（31、32）；向该谐振型电极的各谐振型电极提供控制信号的供电电极（41、42），各谐振型电极的形状及形成位置、以及供电电极向各谐振型电极供电的供电位置设定成彼此能够奇模耦合，通过该供电电极向各谐振型电极提供同相或具有规定相位差的控制信号。

Description

光控制元件

技术领域

本发明涉及光控制元件，尤其是涉及具备谐振型电极的光控制元件，该谐振型电极对在光波导上传播的光波进行调制。

背景技术

在用于对无线所使用的几GHz以上的高频信号进行光传送的光调制器、在长距离传送中伴随着数据调制而使用的光时钟生成用的脉冲发生器调制器等光通信系统的发送装置中，利用谐振型光调制器那样的光控制元件。在谐振型光调制器中，利用铌酸锂等具有电光效应的基板材料，使用具有谐振型电极的控制电极，使形成在基板上的光波导的折射率变化，从而对在该光波导中传播的光的强度或相位进行调制。

在谐振型电极中，当从供电点输入特定的频率的电信号时，在该电极产生电信号的驻波。如此，谐振型光调制器由于利用电信号的谐振现象，因此在输入特定的频率时，特别高效地进行动作，与通常的行波型光调制器相比，电极每单位长度的调制效率高。

由于存在这样的特性，因此以往的谐振型光调制器的电极的长度多是设计得比电信号的1个波长短的例子。然而，在光波导中传播的光的速度与在作用部的电极中传播的控制信号的速度大体一致的条件下，能够延长电极，虽然控制信号的衰减也受到影响，但得到了与电极的长度对应的驱动电压的改善。

在非专利文献1中公开了一种速度匹配与谐振型电极的并用对于改善效率有用的技术，而且，在非专利文献2中记载了将铌酸锂使用于基板的谐振电极型光调制器，并介绍了通过使电信号的折射率（nm）为大致2.2（铌酸锂相对于光的折射率为约2.2）而能得到良好的特性的事例。

另一方面，在光与电信号的速度不一致的条件下，无法充分延长电极的长度，即便每单位长度的调制效率高，结果也无法提升整体的调制效率。因此，表示调制器的效率的参数即半波长电压Vπ大致为10V以上，若不施加非常高的电压，则无法进行充分的动作。

另外，若使光波导的一部分分支成两条路径，形成为马赫－曾德尔（MZ）干涉仪结构，使两条分支光干涉，则作为光的强度调制器而进行动作。在长距离传送中，在伴随着数据调制而使用的光时钟生成用的脉冲发生器调制器等中，两条分支光中的光的相位变化量优选为通过以相同大小且以相反符号的相位变化进行动作而得到的波长啁啾成为零的状态，采取以相同的大小将相反符号的信号向MZ干涉仪的各条分支波导施加的结构。而且，向与这样的各分支波导对应的两个电极施加彼此相反符号的信号时（称为“双电极型”），也具有降低驱动电压的效果。

由此，若使用光和控制信号的速度被匹配的长的谐振型电极而构成双电极型的MZ调制器，则可期待能够实现显著的低驱动电压化。然而，谐振型电极对于谐振频率的信号而言，由于效率高且电场非常强，因此与周边的导电性物质的耦合（信号的串扰）比较明显。在两控制电极的信号发生了串扰的状况下，控制信号的相位发生紊乱，无法得到希望的光调制。

尤其是对于在相同频率下满足谐振条件的要素（部件），信号容易耦合。对于双电极型的MZ光调制器，在与各分支波导对应的控制电极中采用基本结构相同的电极。因此，在构成谐振型电极时，各控制电极（谐振型电极）均成为相同频率的谐振频率，耦合（信号的串扰）变得明显。而且，在使用速度匹配的长电极时，由于电极长，因此两电极间的耦合的影响更加明显。

关于在铌酸锂等的具有电光效应的基板上形成共面型的电极而制作的光调制器的情况下的、多个电极间的控制信号的防串扰对策，有专利文献1那样形成槽的例子。通常，控制电场的强度随着距控制电极的距离增大而减小。这是也取决于基板和电极的结构的现象，但也公开了如下内容，如图1所示，在波导间隔为约150μm时，达到另一方的光波导的电场的强度为约1%左右，在波导间隔为约300μm的情况下所述电场的强度为约0.2%，在波导间隔为约400μm的情况下所述电场的强度为约0.1%左右。

如此，增大MZ干涉仪的两条分支光波导的间隔的情况在器件的尺寸和成本方面不利。而且，形成专利文献1所示的槽的方法虽然能预见到一定的改善，但由于防止的追加结构的加工等而在装置的制造成本方面不利。

另一方面，如双电极型的MZ光调制器那样需要将两系列的控制信号以同相且相同的大小进行供电时，为了驱动光控制元件，需要差动驱动器的使用和外部相位器的使用，装置整体成为高成本。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-53444号公报

非专利文献

非专利文献1：Mark Yu and Anand Gopinath，"Velocity MatchedResonantSlow-Wave Structure for Optical Modulator"，Proceedings ofIntegratedPhotonics Research（IPR），ITuH7-1，pp.365-369，PalmSprings，California，March22，1993

非专利文献2：Roger Krahenbuhl and M.M.Howerton，"Investigations onShort-Path-Length High-Speed Optical Modulators inLiNbO3With Resonant-TypeElectrodes"，JOURNAL OF LIGHTWAVETECHNOLOGY，VOL.19，No.9，pp.1287-1297，SEPTEMBER 2001

发明内容

发明要解决的课题

本发明要解决的课题是解决上述的问题并提供一种能够以低驱动电压进行稳定动作的光控制元件，尤其是提供一种使用两个谐振型电极且即使发生两电极间的串扰（耦合）也能够进行稳定动作的光控制元件。而且，提供一种通过低成本的驱动系部件的使用而能够实现低成本化的光控制元件。

用于解决课题的手段

为了解决上述的课题，本发明具有以下的技术特征。

（1）一种光控制元件，包括：具有电光效应的基板；形成在该基板上的多个光波导；设置于该基板并用于对在该光波导中传播的光的相位进行控制的控制电极，所述光控制元件的特征在于，该控制电极具备：具有相同的谐振频率的至少两个谐振型电极；向各个该谐振型电极提供控制信号的供电电极，各谐振型电极的形状及形成位置、以及供电电极向各谐振型电极供电的供电位置设定成彼此能够奇模耦合，通过该供电电极向各谐振型电极提供同相或具有规定相位差的控制信号。

（2）上述（1）记载的光控制元件中，其特征在于，该供电电极具有将一个输入配线部分支成多个得到的分支配线部，通过该分支配线部向各谐振型电极提供控制信号。

（3）上述（1）或（2）记载的光控制元件中，其特征在于，该光波导构成单一或多个马赫－曾德尔干涉仪，所述两个谐振型电极对应于构成该马赫－曾德尔干涉仪的两个分支波导而配置。

（4）上述（3）记载的光控制元件中，其特征在于，所述两个谐振型电极的形状及形成位置、以及供电电极向各谐振型电极供电的供电位置设定成以彼此成为点对称。

（5）上述（1）至（4）中任一项记载的光控制元件中，其特征在于，该谐振型电极由一个信号电极和将该信号电极包围的接地电极构成，该信号电极的两个端部相对于该接地电极均断开，或均短接，或一方短接而另一方断开。

（6）上述（1）至（5）中任一项记载的光控制元件中，其特征在于，该规定相位差相对于具有规定频率的控制信号为2π的整数倍。

（7）上述（2）记载的光控制元件中，其特征在于，各分支配线部的该供电电极的阻抗和各谐振型电极的该供电位置的阻抗设定为该输入配线部的该供电电极的阻抗的大致两倍。

（8）上述（1）至（7）中任一项记载的光控制元件中，其特征在于，该谐振型电极具有一个信号电极，该信号电极的长度比具有规定频率的控制信号在该信号电极上形成的波长长。

（9）上述（1）至（8）中任一项记载的光控制元件中，其特征在于，该谐振型电极具有一个信号电极，向该信号电极供电的供电位置是该谐振型电极的阻抗与连接在该供电位置的该供电电极的阻抗相同的位置。

（10）上述（1）至（9）中任一项记载的光控制元件中，其特征在于，该供电位置设定在距该谐振型电极的中心最近的位置。

发明效果

本发明如上述（1）那样，光控制元件包括：具有电光效应的基板；形成在该基板上的多个光波导；设置于该基板并用于对在该光波导中传播的光的相位进行控制的控制电极，该控制电极具备：具有相同的谐振频率的至少两个谐振型电极；向该谐振型电极的各谐振型电极提供控制信号的供电电极，各谐振型电极的形状及形成位置、以及供电电极向各谐振型电极供电的供电位置设定成彼此能够奇模耦合，通过该供电电极向各谐振型电极提供同相或具有规定相位差的控制信号，因此，即使在谐振型电极间发生串扰（耦合），也能以同相来接收与另一方的电极耦合的量相同的量的电场能量，因此能够与没有耦合时同样地起作用，能够进行稳定的光调制动作。而且，这变得相同而与两电极间的耦合的大小无关。由此，可提供一种能够以低驱动电压进行稳定动作的光控制元件。

本发明如上述（2）那样，由于供电电极具有将一个输入配线部分支成多个得到的分支配线部，通过该分支配线部向各谐振型电极提供控制信号，因此，能够极简便地形成具有规定的相位差（包括同相）且具有相同大小的控制信号，不需要使用差动驱动器和外部相位器等高价的设备，能够提供一种低成本化的光控制元件。

本发明如上述（3）那样，光波导构成单一或多个马赫－曾德尔干涉仪，两个谐振型电极对应于构成该马赫－曾德尔干涉仪的两个分支波导而配置，因此，能够提供一种利用了谐振型电极的双电极型的光调制器等更低的驱动电压的光控制元件。

本发明如上述（4）那样，两个谐振型电极的形状及形成位置、以及供电电极向各谐振型电极供电的供电位置设定成彼此成为点对称，因此即使发生谐振型电极间的串扰（耦合），也能始终以同相状态来进行电场能量交接，因此能够与没有耦合时同样地进行稳定动作。

本发明如上述（5）那样，谐振型电极由一个信号电极和将该信号电极包围的接地电极构成，该信号电极的两个端部相对于该接地电极为均断开、或均短接、或一方短接而另一方断开中的任一种，因此，即使利用相同长度的信号电极也能够形成多种波长的谐振型电极。而且，在将信号电极的两个端部均断开或均短接时，各谐振型电极的信号电极对齐端部而平行配置。因此，能够将两个谐振型电极排列配置时的整体的长度形成为最小限度。而且，在利用于马赫－曾德尔干涉仪时，信号电极向各分支波导施加电场的作用部分的位置相对于作为马赫－曾德尔干涉仪的光波的传播方向的光轴成为线对称，因此能够实现使波长啁啾为零的光控制元件。

本发明如上述（6）那样，规定相位差相对于具有规定频率的控制信号为2π的整数倍，因此能够容易地实现与将同相的控制信号向谐振型电极供电时相同的动作。

本发明如上述（7）那样，各分支配线部的供电电极的阻抗和各谐振型电极的供电位置的阻抗设定为输入配线部的供电电极的阻抗的大致两倍，因此，能抑制向输入配线部提供的控制信号因阻抗不匹配等而在分支配线部或谐振型电极发生反射的情况，能够提高基于控制信号的调制效率，能够进一步实现低驱动电压化。

本发明如上述（8）那样，谐振型电极具有一个信号电极，信号电极的长度比具有规定频率的控制信号在该信号电极上形成的波长长，因此可提供一种能够进行更低的电压驱动的光控制元件。

本发明如上述（9）那样，谐振型电极具有一个信号电极，向该信号电极供电的供电位置是该谐振型电极的阻抗与连接在该供电位置的该供电电极的阻抗相同的位置，因此在向信号电极输入控制信号时，也抑制阻抗不匹配等引起的反射，能够提供一种低驱动电压的光控制元件。

本发明如上述（10）那样，供电位置设定在距谐振型电极的中心最近的位置，因此能够抑制基于电极的制造误差的特性的变动，而且能够使各谐振型电极影响到光波导的电场强度分布大致相同，从而能够抑制波长啁啾。

附图说明

图1是表示专利文献1公开的电场的强度与距离（光波导的间隔）的关系的坐标图。

图2是说明本发明的光控制元件的第一实施例（使信号电极的两端从接地电极断开的结构）的图。

图3是表示图2的光控制元件的电极的概观的图。

图4是表示图3的光控制元件的剖面结构的图。

图5是说明本发明的光控制元件的第二实施例（将信号电极的两端与接地电极进行短接的结构）的图。

图6是说明图2及图20的光控制元件中的信号电极的长度为半波长λ/2（λ：信号波长）时，供电位置与阻抗的关系及特定时刻的电场矢量的情况的图。

图7是说明在与图6同样的情况下，仅向上侧的谐振型电极输入控制信号时，在稍分离的下侧的谐振型电极发生串扰现象的情况的图。

图8是说明在与图7同样的情况下，上侧的谐振型电极与下侧的谐振型电极接近时，发生串扰现象的情况的图。

图9是说明在与图6同样的情况下，向各谐振型电极输入控制信号时，在稍分离的另一方的谐振型电极发生串扰现象的情况的图。

图10是说明在与图9同样的情况下，上侧的谐振型电极与下侧的谐振型电极接近时，发生串扰现象的情况的图。

图11是说明谐振型电极的信号电极（使信号电极的两端从接地电极断开的结构）的长度为3λ/2（λ：信号波长）时，供电位置与阻抗的关系及特定时刻下的电场矢量的情况的图。

图12是说明图5的光控制元件中的信号电极的长度为λ（λ：信号波长）时，供电位置与阻抗的关系及特定时刻下的电场矢量的情况的图。

图13是说明谐振型电极的信号电极（相对于接地电极，将信号电极的左端短接，并使右端断开）的长度为3λ/4（λ：信号波长）时，供电位置与阻抗的关系及特定时刻下的电场矢量的情况的图。

图14是说明谐振型电极的信号电极（相对于接地电极，使信号电极的左端断开，并将右端短接）的长度为3λ/4（λ：信号波长）时，供电位置与阻抗的关系及特定时刻下的电场矢量的情况的图。

图15是说明将图13与图14的谐振型电极组合的一例的图。

图16是说明使本发明的一实施例的谐振型电极偏在于MZ干涉仪的一部分的结构的图。

图17是说明仅将谐振型电极的一部分设为作用于光波导的作用部的结构的图。

图18是说明配置有向本发明的光控制元件输入控制信号的驱动电路的情况的图。

图19是说明配置有向本发明的光控制元件输入控制信号的驱动电路的情况的另一图。

图20是说明本发明的光控制元件的应用例的图。

图21是说明本发明的光控制元件的另一应用例的图。

图22是说明谐振型电极的信号电极（使信号电极的两端从接地电极断开的结构）的长度为3λ/2（λ：信号波长）时，供电位置与阻抗的关系及特定时刻下的电场矢量的情况的图。

图23是说明使本发明的应用例的谐振型电极偏在于MZ干涉仪的一部分的结构的图。

图24是说明仅将谐振型电极的一部分设为作用于光波导的作用部的结构的图。

图25是表示在本发明的一个应用例的光控制元件上连接有驱动电路的情况的图。

具体实施方式

以下，详细说明本发明的光控制元件。

如图2或图5等所示，本发明的光控制元件包括：具有电光效应的基板1；形成在该基板上的多个光波导2；设置于该基板并用于对在该光波导中传播的光的相位进行控制的控制电极3，所述光控制元件的特征在于，该控制电极具备：具有相同的谐振频率的至少两个谐振型电极31、32；分别向该谐振型电极提供控制信号的供电电极41、42，各谐振型电极的形状及形成位置、以及供电电极向各谐振型电极供电的供电位置以彼此能够奇模耦合的方式设定，通过该供电电极向各谐振型电极提供同相或具有规定相位差的控制信号。

作为具有电光效应的基板1，可以利用例如铌酸锂、钽酸锂、PLZT（锆钛酸铅镧）、石英系的材料及它们的组合。尤其是优选利用电光效应高的铌酸锂（LN）或钽酸锂（LT）结晶。

光波导可以通过在基板上形成隆起的方法、对基板的一部分的折射率进行调整的方法、或将两者组合的方法来形成。在隆起型波导中，通过机械性地切削或化学性地实施蚀刻除去其他的部分以保留作为光波导的基板部分。而且，也可以在光波导的两侧形成槽。在调整折射率的方法中，通过对Ti等实施热扩散法或利用质子交换法等，而使与光波导对应的基板正面的一部分的折射率高于基板自身的折射率。

信号电极或接地电极等控制电极可以通过Ti·Au的电极图案的形成及镀金方法等来形成。而且，各电极也可以根据需要在与基板之间夹设SiO₂膜等缓冲层而配置。缓冲层具有防止在光波导中传播的光波被控制电极吸收或散射的效果。而且，作为缓冲层的结构，也可以根据需要，为了缓和薄板的热释电效应，而装入Si膜等。

在本发明的光控制元件中，采用如下结构：在控制电极形成至少两个谐振型电极，即使双方的谐振型电极发生串扰，也不会影响控制信号（调制信号）的调制效率。为此，需要以下的两个必要条件。

（1）双方的谐振型电极为基本相同的形状，处于相互奇（对称）模耦合的条件。

（2）向双方的谐振型电极提供同相的信号。

谐振型电极主要由一个信号电极和将该信号电极包围的接地电极构成。并且作为两个谐振型电极的组合，如后述那样，优选的一个方式是信号电极的两端均从接地电极断开“两端断开-两端断开”、或信号电极的两端均与接地电极短接的“两端短接-两端短接”的组合，但本发明的光控制元件并不局限于此，也可以是“两端断开-两端短接”、“两端断开-一方短接另一方断开”、或“两端短接-一方短接另一方断开”等各种组合，这是不言自明的。

两个谐振型电极是基本相同形状的电极，因此谐振频率相同，成为容易耦合的条件。通常，当将该电极相对于MZ干涉仪的中心轴（光传播方向）呈对称地配置时，根据构成谐振型电极的一个信号电极上的位置，在向信号电极提供的控制信号产生的电场和由于来自另一方的谐振型电极形成的电场的串扰而产生的电场中，电场的状态（电场矢量的方向）不同，因此控制信号复杂地干涉，而妨碍谐振型电极（尤其是一个信号电极）上的控制信号的正常的传播。

另一方面，将双方的谐振型电极配置成即使耦合也成为奇模耦合的条件，分别向它们提供同相且相等的大小的信号时，以同相来接收与另一方耦合的量相同的量的电场能量，因此与没有耦合时同样地进行动作。这不管两电极间的耦合的强弱如何都相同。

以成为双方的谐振型电极即使耦合也成为奇模耦合的条件的方式进行配置的情况为图2所示的结构。即，各谐振型电极为相同的形状，配置在以位于距MZ干涉仪的作用部（各谐振型电极形成的电场作用于光波导的部分）为等距离的平面上的任意的点为旋转中心呈180°旋转对称（点对称。参照图2的定点O）的位置。使用供电电极41、42将同相且相同大小的控制信号向各谐振型电极的一个信号电极（31、32）的供电点（供电位置）提供。

图6是说明图2的光控制元件中的谐振型电极（信号电极）的长度L为半波长λ/2（λ：信号波长）时，供电位置与阻抗的关系及特定时刻下的电场矢量（箭头）的情况的图。从表示图6的供电位置与阻抗的关系的坐标图可知，在信号电极（谐振型电极）31、32的两端从接地电极33断开时，该信号电极的长度为信号波长的半波长的情况下，阻抗成为50Ω的供电位置存在两个。

而且，即使输入同相的控制信号，在该供电位置不同时，如图6的上侧的谐振型电极和下侧的谐振型电极所示的电场矢量那样，特定时刻的电场矢量也彼此反向。

图7及图8是说明仅向上侧的谐振型电极提供控制信号时的电场矢量的形成状况的图，在下侧的谐振型电极形成的电场矢量由来自上侧的谐振型电极的串扰（耦合）而产生。如此，在串扰中，激发出相位错开π的信号（电场矢量）。激发的电场矢量的大小在两个谐振型电极的间隔窄时（图8）变得更大。

在此，将如图6所示提供控制信号而在各谐振型电极产生的电场矢量与图7或8那样一方的谐振型电极在另一方的谐振型电极激发的电场矢量（串扰）重叠而观察时，如图9或图10所示，即使在双方的谐振型电极间产生串扰（耦合）也成为奇（对称）模，因此各个电极上的控制信号（供电产生的电场矢量）不会发生紊乱，能够进行希望的光调制。当然，串扰的影响如图10所示在谐振型电极间的间隔窄时变得明显，但向信号电极供电而产生的电场与因串扰而激发的电场为相同的方向，因此不会发生串扰引起的调制的紊乱。

如图11所示，在信号电极（谐振型电极）31、32的电极长度比控制信号的波长长的谐振型电极中，具有特定的阻抗值且进行同样的谐振动作的激励点（供电位置）存在多个。因此，关于供电位置，若是对相同条件的谐振进行激励的点，则可以使用任意的激励点。但是，两个谐振型电极的各自的供电位置处于相互接近的位置的情况下，光波导的传播方向上的各谐振型电极形成的电场的强度分布大致相同，因此例如在MZ干涉仪的情况下，能够使波长啁啾为零，更优选。

图3简单地表示在本发明的光控制元件中使用的实际的电极的结构。由于为双电极结构，因此作为基板，Z切型的LN基板最适合。光波导设为MZ干涉仪型的形状。在现有技术中，为了减小控制信号的干涉的影响，也需要增大分支光波导的间隔，以使信号电极间（热电极间）成为400μm以上的间隔，但在本发明的光控制元件中没有这种需要。反而通过缩窄波导间隔而能够使光控制元件自身小型化，因此也可以是在以往的谐振型调制中串扰（耦合）变得明显的100μm以下。

谐振型电极的形状优选为共面（CPW）结构（接地电极夹持信号电极的结构），构成为在光波导中传播的光信号的速度与在电极中传播的控制信号的速度大致相等。在两者的传播速度大致相等时（速度匹配条件大致满足时），能够使信号电极（谐振型电极）的长度比控制信号的谐振频率的波长长，有利于驱动电压的减少。

需要说明的是，谐振型电极并不局限于上述的CPW结构，可以采用CPS（在信号电极的一侧设置接地电极的结构）、G-CPW（在基板的正面形成CPW并且在基板的背面设置接地电极的结构）等各种结构。关于供电电极，与谐振型电极同样地可以采用各种结构，但为了使供电电极与谐振型电极的电连接容易，优选采用相同种类的结构。而且，在供电电极上，根据需要，也可以在供电电极的中途设置电容器、电阻等，同时设置滤波电路等。

在本发明的光控制元件中，如图4（图3的虚线C-C’处的剖视图）所示，以驱动电压的进一步的减少为目的，形成为将控制信号有效地向光波导部施加的隆起型光波导。当然，光波导不仅可以呈隆起形状地形成基板，也可以根据需要对该隆起部分实施Ti的热扩散等，同时使用折射率的调整。而且，无论是非CPW结构的电极，还是非隆起型波导，只要是速度匹配大致满足的结构，就可以是任何电极类型或光波导。

在图2或3中，信号电极（谐振型电极）31、32使用两端从接地电极断开的类型。供电位置不是设置在信号电极（谐振型电极）的中心，而设置在非对称的位置。在此，信号电极（谐振型电极）上阻抗成为50Ω（通常50Ω是一般情况，但未必限定为该阻抗值）的位置中的距信号电极（谐振型电极）的中心最近的位置设为供电点，驱动电路不使用阻抗匹配电路而直接提供控制信号。这是因为，与向电极的端部供电的情况相比，由于制造工艺的再现性的问题，电极的端部的形状等发生变动时的特性的变化少。

接下来，图5表示本发明的光控制元件的第二实施例。与图2的实施例的不同点是，在图2所示的实施例中使信号电极（谐振型电极）的两端从接地电极断开，但在图5中，该两端与接地电极短接。

在图5的实施例中，也与图2同样地，双方的谐振型电极为彼此相同的形状，配置在以MZ干涉仪的中心为旋转中心而成为180°旋转对称（点对称）的位置，被提供同相且相同大小的控制信号。在该条件下，各个信号电极（谐振型电极）31、32的位置处的电场成为相同大小且相反符号的电场。因此，若满足图5那样的电极配置条件或提供控制信号的条件，则即使双方的谐振型电极间引起耦合也成为奇（对称）模，因此各个信号电极（谐振型电极）上的控制信号不会发生紊乱。

图12是说明图5的光控制元件中的信号电极的长度L为λ（λ：信号波长）时，供电位置与阻抗的关系及特定时刻下的电场矢量的情况的图。从图12的表示供电位置与阻抗的关系的坐标图可知，在信号电极（谐振型电极）31、32的两端与接地电极33短接的情况下，该信号电极的长度L为信号波长的1个波长时，阻抗成为50Ω的供电位置存在4个。

而且，即使输入同相的控制信号，在该供电位置成为图12所示的关系（点对称）时，如图12的上侧的谐振型电极和下侧的谐振型电极所示的电场矢量那样，特定时刻下的电场矢量也成为彼此反向。需要说明的是，作为供电位置，也可以选择相互接近信号电极（谐振型电极）的端部的供电位置，但在制造工艺的再现性的问题上，电极的端部的形状等发生变动时的特性的变化增大，而且，相对于光的传播方向的两个谐振型电极形成的各电场强度分布容易不同，从使波长啁啾为零的观点出发不优选。

而且，构成谐振型电极的信号电极中，存在相对于接地电极使一端断开并将另一端短接的情况。如图13及图14所示，是说明在谐振型电极的信号电极的长度L为3λ/4（λ：信号波长）的情况下供电位置与阻抗的关系及特定时刻下的电场矢量的情况的图，尤其是图13表示相对于接地电极将信号电极的左端短接并使右端断开的结构，图14表示相对于接地电极使信号电极的左端断开并将右端短接的结构。

如图13及图14那样，即使是这种形状的谐振型电极，阻抗成为50Ω的供电位置也存在三个。而且，根据该供电位置，在谐振型电极产生的特定时刻下的电场矢量可以选择不同方向的电场矢量。

然而，即使将图13所例示的各谐振型电极的一个和图14所例示的各谐振型电极的一个呈点对称地组合，为了配置成相互奇模耦合的关系，如图15所示，也需要将两者错开配置，光控制元件自身增大，并且在相对于光波的传播方向不同的位置进行光调制，因此难以使波长啁啾为零。

需要说明的是，在不使谐振型电极的配置局限于点对称的情况下，例如通过将图13的标号1和5的实例组合，能够进行奇模耦合。

另外，谐振型电极相对于构成MZ干涉仪的光波导的位置并未限定为上述那样以与MZ干涉仪的中心一致的方式配置两个谐振型电极的情况，例如，也可以如图16所示，构成为谐振型电极31、32偏在于MZ干涉仪的分支波导的一部分，或者如图17所示，仅将谐振型电极的一部分配置成与分支波导重叠而配置成谐振型电极由作用于光波导的作用部（范围S）和非作用部构成。需要说明的是，在图17那样的情况下，与上述的谐振型电极整体成为作用部的情况相比，非作用部的谐振型电极的形状和配置的设计的自由度增加。

为了驱动本发明的光控制元件，而向各谐振型电极施加同相位且同频率的控制信号。如图18所示，利用双系统的驱动电路，向各谐振型电极31、32的供电电极41、42输入控制信号（箭头）。作为驱动电路的例子，将来自信号源的规定频率的信号向驱动器1（驱动器2）输入，放大至规定的信号电压之后，经由除去噪声的带域滤波器1（带域滤波器2），向光控制元件的供电电极41、42输入。而且，如图19所示，使用一个驱动电路，将控制信号分为两个，也能够向各谐振型电极31、32提供。但是，这种情况下，为了调整供电的控制信号的相位，优选使相位调整器介于至少一方的供电线路。当然，也可以将供电线的长度预先调整成为同相，这种情况下，可以省去相位调整器。

接下来，详细说明本发明的光控制元件的应用例。

如图20所示，本发明的光控制元件包括：具有电光效应的基板1；形成在该基板上的多个光波导2；设置于该基板并用于对在该光波导中传播的光的相位进行控制的控制电极3，所述光控制元件的特征在于，该控制电极3具备：具有相同的谐振频率的至少两个谐振型电极31、32；分别向该谐振型电极提供控制信号的供电电极41、42，各谐振型电极的形状及形成位置、以及供电电极向各谐振型电极供电的供电位置以彼此能够奇模耦合的方式设定，该供电电极具有将一个输入配线部40分支成多个得到的分支配线部41、42，通过该分支配线部向各谐振型电极提供同相或具有规定相位差的控制信号。

作为具有电光效应的基板1，与前面说明的实施例相同，如图20所示的光控制元件那样，在光波导上配置谐振型电极的结构能够期待最有效的调制，因此优选Z切型的基板。而且，关于光波导、控制电极、谐振型电极的材料、制法、结构等，与前面说明的实施例同样地可以使用各种技术。

在本发明的光控制元件中，如图20所示，将控制信号分支为两个，对应于相位，向各个谐振型电极31、32供电。以向各自的供电点提供以同相进行谐振的频带的控制信号的方式，调整分支配线的折射率而将分支后的路径配置在同一基板上。并且，由此，不需要差动电极和外部相位调整器等高价的部件。需要说明的是，频带是指6dB以内的带域。

在从光控制元件（芯片）的外部供电的输入配线部40的阻抗为Z0时，如图20所示，没有分支损失而相等地分支成两个得到的各分支配线部41、42的阻抗由于实现阻抗匹配而增大为2Z0。

在本发明中，表示为“大致2倍”，但其意思表示虽然2倍的关系最能够减少分支损失，但在能够期待本发明的作用效果的实用性的范围内，即使阻抗值与该2倍稍有不同，本发明也容许。需要说明的是，优选的容许范围相对于2倍为±20%左右以内，将反射抑制成±10%左右以内。

分支后的控制信号向谐振型电极31、32提供，但谐振型电极根据基于供电电极（分支配线部）41、42的供电点（供电位置），而阻抗不同，有时具有0Ω~大致无限大的阻抗。因此，无论分支配线部的阻抗的大小如何，通过选择适当的供电位置，能够使供电电极的阻抗与谐振型电极的阻抗匹配，能够没有反射损失地进行适当的供电。这是供电目的地为谐振型电极才能够实现的技术。

在电极长度比信号的波长长的谐振型电极中，进行同样的谐振动作的激励点存在多个。因此，关于供电位置，可以将激励相同条件的谐振的点作为供电点，相位差的调整组合存在多种变化。

在光波导采用MZ干涉仪的形状时，以往，为了减小控制信号的干涉的影响，而需要增大分支光波导的间隔以使电极间（热电极间）成为400μm以上的间隔，但在本发明中没有这种需要。可以是串扰变得明显的100μm以下。因此，能够实现光控制元件的小型化。

谐振型电极的形状为以夹持或包围信号电极的方式配置接地电极的共面型（CPW）结构，使用在光波导中传播的光信号的速度与在电极中传播的控制信号的速度大致相等的制作条件。

在速度大致相等时（速度匹配条件大致满足时），能够使电极的长度比控制信号的谐振频率的波长长，有利于驱动电压的减少。在此，以驱动电压的进一步减少为目的，设为将控制信号有效地向光波导部施加的隆起型光波导。当然，无论是非CPW结构的电极，还是非隆起型波导，只要是速度匹配大致满足的结构，就可以是任意的电极类型或光波导。

在图20所示的光控制元件中，作为谐振型电极，使用一个信号电极（谐振型电极）的两端从接地电极断开的形状。供电位置不是设置在谐振型电极的中心，而是考虑如图6所示谐振型电极的阻抗及形成在谐振型电极上的电场矢量的强度波形，设置在上下的谐振型电极中非对称（不相对于附图的横向的直线对称）的位置。

在图6中，将在谐振型电极上阻抗成为50Ω的位置中的距谐振型电极的中心最近的位置设为供电点，但如上所述，在将输入配线部分支而形成两个分支配线部时，供电电极通常为了与外部设备以50Ω实现阻抗匹配，而谐振型电极的供电点主要优选将阻抗为100Ω的位置且距谐振型电极的中心最近的位置设为供电点。处于光控制元件的外部的驱动电路在本发明中，能够不使用阻抗匹配电路而直接提供控制信号。

另外，通过将距谐振型电极的中心最近的位置设为供电点，与向电极的端部供电的情况相比，在制造工艺的再现性的问题上，也具有电极的端部的形状等变动时的特性的变化少的优点。此外，由于能够使各谐振型电极影响到光波导的电场强度分布大致相同，因此能够抑制波长啁啾。

如图20所示，两个谐振型电极为相同的形状，配置在以位于距MZ干涉仪的作用部（各谐振型电极形成的电场作用于光波导的部分）为等距离的平面上的任意的点为旋转中心而成为180°旋转对称（点对称。参照图20的定点O）的位置。使用供电电极41、42将同相且相同大小的控制信号向各谐振型电极的一个信号电极（31、32）的供电点（供电位置）提供。

另外，在电极长度比信号的波长长的谐振型电极中，进行同样的谐振动作的激励点存在多个。在图20的例子中，将距电极的中心近的点设为供电位置，但也可以像图21那样，将能得到与该位置相同的激励作用的位置设为供电点（能够选择a1~a3的任一个和b1~b3的任一个）。因此，在长的谐振型电极的情况下，各自的供电点的选择存在各种组合。

图22是说明对于具有一个信号电极的谐振型电极，在信号电极（使信号电极的两端从接地电极断开的情况）的长度为3λ/2（λ：信号波长）时，供电位置与阻抗的关系及特定时刻下的电场矢量的情况的图。谐振型电极根据位置而阻抗不同，如图22的上侧的坐标图所示，有时具有0Ω~大致无限大的阻抗。

在图22中，实现100Ω的阻抗的供电位置考虑电场矢量的方向时，在一个电场矢量的图案中有3个部位，总计为6个部位。并且以两个谐振型电极形成的电场矢量如图3所示那样彼此反向的方式设定各谐振型电极的供电位置。

如此，无论分支配线的阻抗的大小如何，通过选择适当的供电位置，能够实现阻抗匹配，能够无反射损失地进行适当的供电。需要说明的是，以各分支配线部的各个配线的长度与配线相对于控制信号的折射率之积相等的方式设定，构成为以同相状态向谐振型电极输入。

供电电极的结构在此成为CPW（以夹着信号电极的方式配置接地电极的结构），但也可以是CPS（在信号电极的一侧配置接地电极的结构）、G-CPW（在基板的正面形成CPW且在背面配置接地电极的结构）、或带状线、或它们的组合。而且，为了抑制控制信号的损失，设定成在中途使电极的结构变化的情况下使阻抗为恒定。

关于谐振型电极也同样地，可以采用CPW、CPS、G-CPW的任一结构。但是，为了使谐振型电极与供电电极的连接容易，两者优选采用相同结构的电极结构。而且，关于供电电极的分支配线部，即使例如耦合器、混合器等的供电线的配线不连续，只要电气上连续即可。

若为本发明的光控制元件采用的电极配置条件、控制信号供电的条件，则即使两电极间引起耦合也成为奇对称模，因此各谐振型电极上的控制信号不会发生紊乱。

本发明的光控制元件在光波导采用MZ干涉仪时，各分支光波导的光的相位变化量成为相同大小的相反符号，在MZ干涉仪的光输出部中生成没有波长啁啾的ON·OFF（通·断）脉冲光信号。该没有波长啁啾的ON·OFF脉冲光信号是作为光时钟而最优选的特性。

另外，在将本发明的光控制元件不作为谐振型调制器而作为光脉冲发生器（光时钟生成器）使用时，能够使各谐振型电极向供电点的相位差不为零（不同相）而为2π的整数倍，这是不言自明的。而且，如上所述，通过效果大致等价的供电点的选择与满足2π的整数倍的相位差的组合，控制电极（谐振型电极或供电电极）的形状和配置的自由度增加，产品设计也容易。

需要说明的是，在供电电极的折射率与谐振型电极相同的电极的情况下，为了使相位错开2π所需的配线的长度与图22所示的谐振型电极上的具有相同激励效果的点的间隔相同。由此，若使供电电极与谐振型电极为大致相同的结构，则在供电电极的配置上合适。

以上，以直线状的信号电极（谐振型电极）为中心进行了说明，但并不局限于此，在分支波导弯曲、弯折的情况下，对应于波导使谐振电极弯曲、弯折即可。而且，若满足作用于分支光波导的作用效率相同且配置在彼此奇模耦合的位置上的必要条件，则各个信号电极（谐振型电极）并不局限于直线型，也可以是环型。

另外，谐振型电极相对于构成MZ干涉仪的光波导的位置并未限定为如上所述与MZ干涉仪的中心一致地配置两个谐振型电极，例如可以如图23所示，构成为谐振型电极31、32偏在于MZ干涉仪的分支波导的一部分，或如图24所示，仅将谐振型电极的一部分配置成与分支波导重叠，而配置成谐振型电极由作用于光波导的作用部（范围S）和非作用部构成。需要说明的是，在图24那样的情况下，与上述的谐振型电极整体成为作用部的情况相比，非作用部的谐振型电极的形状和配置的设计的自由度增加。

为了驱动本实施例的光控制元件，如图25所示，可以由一个驱动电路构成。作为驱动电路的例子，将来自信号源的规定频率的信号向驱动器输入，在放大为规定的信号电压之后，经由除去噪声的带域滤波器，向光控制元件的输入配线部40输入。在与本发明不同的以同相且相同大小提供两系列的控制信号的光控制元件中，需要差动驱动器和外部相位器等，但本发明的光控制元件可以仅利用一个驱动电路进行驱动，能够实现装置整体的低成本化。

在本发明的光控制元件中，不仅以往不能同时并用的谐振型长条电极的采用与双电极配置结构的并用成为可能，而且也能利用串扰（耦合）而同时得到调制效率的显著的改善和电极间的间隙的缩小带来的小型化等效果。

在将本发明的光控制元件适用于脉冲发生器时，也能够期待以下的效果。

·实现高速、超低电压、小型脉冲发生器

·划时代地削减消耗电力

·通过低成本的驱动系统的使用削减使用者的成本

·减少包括周边电路在内的尺寸、改善集成度

·尺寸下降带来的器件产量增加引起成本下降

工业实用性

如以上说明那样，根据本发明，可提供一种能够以低驱动电压进行稳定动作的光控制元件，尤其是能够提供一种使用两个谐振型电极，即使发生两电极间的串扰（耦合）也能够进行稳定动作的光控制元件。而且，能够提供一种能够通过低成本的驱动系部件的使用而实现低成本化的光控制元件。

标号说明

1具有电光效应的基板

2光波导

21、22分支波导

3控制电极

31、32信号电极（谐振型电极）

33接地电极

41、42供电电极

Claims (10)

1.一种光控制元件，包括：具有电光效应的基板；形成在该基板上的多个光波导；设置于该基板并用于对在该光波导中传播的光的相位进行控制的控制电极，所述光控制元件的特征在于，

该控制电极具备：具有相同的谐振频率的至少两个谐振型电极；向各个该谐振型电极提供控制信号的供电电极，

各谐振型电极的形状及形成位置、以及供电电极向各谐振型电极供电的供电位置设定成彼此能够奇模耦合，

通过该供电电极向各谐振型电极提供同相或具有规定相位差的控制信号。

2.根据权利要求1所述的光控制元件，其特征在于，

该供电电极具有将一个输入配线部分支成多个得到的分支配线部，通过该分支配线部向各谐振型电极提供控制信号。

3.根据权利要求1或2所述的光控制元件，其特征在于，

该光波导构成单一或多个马赫－曾德尔干涉仪，所述两个谐振型电极对应于构成该马赫－曾德尔干涉仪的两个分支波导而配置。

4.根据权利要求3所述的光控制元件，其特征在于，

所述两个谐振型电极的形状及形成位置、以及供电电极向各谐振型电极供电的供电位置设定成彼此成为点对称。

5.根据权利要求1~4中任一项所述的光控制元件，其特征在于，

该谐振型电极由一个信号电极和将该信号电极包围的接地电极构成，该信号电极的两个端部相对于该接地电极均断开，或均短接，或一方短接而另一方断开。

6.根据权利要求1~5中任一项所述的光控制元件，其特征在于，

该规定相位差相对于具有规定频率的控制信号为2π的整数倍。

7.根据权利要求2所述的光控制元件，其特征在于，

各分支配线部的该供电电极的阻抗和各谐振型电极的该供电位置的阻抗设定为该输入配线部的该供电电极的阻抗的大致两倍。

8.根据权利要求1~7中任一项所述的光控制元件，其特征在于，

该谐振型电极具有一个信号电极，该信号电极的长度比具有规定频率的控制信号在该信号电极上形成的波长长。

9.根据权利要求1~8中任一项所述的光控制元件，其特征在于，

该谐振型电极具有一个信号电极，向该信号电极供电的供电位置是该谐振型电极的阻抗与连接在该供电位置的该供电电极的阻抗相同的位置。

10.根据权利要求1~9中任一项所述的光控制元件，其特征在于，

该供电位置设定在距该谐振型电极的中心最近的位置。

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