CN113646690B - 光调制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光调制器，在将多个马赫‑曾德尔型光波导集成化而得到的光调制器中，能够进行低电压驱动，抑制串扰现象的发生。其特征在于，在具有电光效应的基板(1)形成有光波导(10)和控制电极，该光波导具有并列地配置多个马赫‑曾德尔型光波导的结构，该控制电极具备GSSG型的差动电极结构，该GSSG型的差动电极结构是对于一个所述马赫‑曾德尔型光波导在2个接地电极(G)(G1与G2或G2与G3)之间配置有2个信号电极(S)(S1与S2或S3与S4)的结构，在被相邻的马赫‑曾德尔型光波导夹着的该接地电极(G2)，设置有用于抑制信号串扰的串扰抑制单元。
Description
技术领域
本发明涉及调制器，尤其涉及具备GSSG型的差动电极结构的光调制器，该GSSG型的差动电极结构并列地配置多个马赫-曾德尔型光波导，对于一个马赫-曾德尔型光波导在2个接地电极G之间配置有2个信号电极S。
背景技术
近年来，对光调制器的高速化、小型化的需求不断提高。因此，正在研究用作为信号处理元件的DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)的输出信号直接驱动调制器或在光调制器的壳体内内置信号放大用的驱动元件。
在DSP或驱动元件的输出中，为了抑制线路传输过程中的外部噪声等的影响或能够在低电压下进行动作，使用差动输出结构。迄今为止，在铌酸锂(LN)等具有电光效应的晶体(EO晶体)的光调制器中，使用专利文献1所示的GSGSG型的电极结构来进行使用差动信号的光调制，该GSGSG型的电极结构是对于一个马赫-曾德尔型光波导在2个信号电极S的两侧配置有接地电极G的结构。
作为施加差动信号的电极配置，如专利文献2所示，提出了在LN基板上形成1个马赫-曾德尔型光波导，在该马赫-曾德尔型光波导的各分支波导上配置信号电极并且在光波导的外侧与各信号电极接近地配置接地电极的所谓的GSSG型的电极结构。另外，在专利文献3中，提出了在半导体型相位调制器中利用差动的电信号的GSSG型的电极结构。
另一方面，在相干通信用调制器等中，使用将多个马赫-曾德尔型光波导配置成嵌套状的嵌套型光波导等将多个马赫-曾德尔型光波导集成化的光调制器。在以往的GSGSG型的电极结构中，电极的数量增多，线路的配置设计变得困难。
另外，在集成化的光调制器中，彼此的马赫-曾德尔型光波导的电极间的间隔变窄，容易发生相邻的光调制部中的调制信号的串扰现象。而且，随着调制速度的上升，串扰现象的发生变得更加显著，调制输出的品质劣化成为大的课题。
作为抑制串扰现象的方法，有效的是扩大相邻的光调制部的信号间隔，扩大信号电极间的接地电极宽度，但为了这些目的，也需要扩大光波导的间隔，分支部等的光波导的弯曲所需的长度变长，不仅光调制器自身的尺寸变大，而且由弯曲引起的光损失的增加也不能忽视。
假设，在为了减少电极的数量而采用GSSG型的电极结构的情况下，由于接地电极间的间隔比GSGSG型宽，所以电场容易漏出到相邻的调制部(作用部)，更容易发生串扰现象。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-56282号公报
专利文献2：日本特开平2-291518号公报
专利文献3：日本特开2017-142487号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明要解决的课题是提供解决上述的问题，在将多个马赫-曾德尔型光波导集成化而得到的光调制器中，能够进行低电压驱动且抑制串扰现象的发生的光调制器。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的光调制器具有以下的技术特征。
(1)一种光调制器，其特征在于，在具有电光效应的基板形成有光波导和控制电极，该光波导具有并列地配置多个马赫-曾德尔型光波导的结构，该控制电极具备GSSG型的差动电极结构，该GSSG型的差动电极结构是对于一个所述马赫-曾德尔型光波导在2个接地电极G之间配置有2个信号电极S的结构，在被相邻的马赫-曾德尔型光波导夹着的该接地电极设置有用于抑制信号串扰的串扰抑制单元。
(2)根据上述(1)所述的光调制器，其特征在于，该串扰抑制单元被设定为，该接地电极的上表面的至少一部分比该信号电极的上表面高，且该接地电极的下表面的至少一部分比该信号电极的下表面低。
(3)根据上述(2)所述的光调制器，其特征在于，该接地电极的与该信号电极相对的侧面部分从该接地电极的其他的主体部分分割开，在该侧面部分与该主体部分之间，沿着光波导延伸的方向局部地实施电连接。
发明效果
本发明由于在具有电光效应的基板形成有光波导和控制电极，该光波导具有并列地配置多个马赫-曾德尔型光波导的结构，该控制电极具备GSSG型的差动电极结构，该GSSG型的差动电极结构是对于一个所述马赫-曾德尔型光波导在2个接地电极G之间配置有2个信号电极S的结构，在被相邻的马赫-曾德尔型光波导夹着的该接地电极设置有用于抑制信号串扰的串扰抑制单元，因此能提供能够进行低电压驱动且抑制串扰现象的发生的光调制器。
附图说明
图1是表示本发明的光调制器涉及的第一实施例的图。
图2是表示图1的光调制器中的电力线的分布的情况的图。
图3是表示本发明的光调制器涉及的第二实施例的图。
图4是表示本发明的光调制器涉及的第三实施例的图。
图5是表示本发明的光调制器涉及的第四实施例的图。
图6是说明图5的接地电极的侧面部分与主体部分的连接构造的图。
图7是表示本发明的光调制器涉及的第五实施例的图。
图8是表示本发明的光调制器涉及的第六实施例的图。
图9是表示本发明的光调制器涉及的第七实施例的图。
图10是表示本发明的光调制器涉及的第八实施例的图。
图11是说明本发明的光调制器中的信号电极间的距离与信号电极和接地电极之间的距离的关系的图。
图12是表示本发明的光调制器涉及的第九实施例的图。
图13是表示本发明的光调制器涉及的第十实施例的图。
具体实施方式
以下，使用优选例详细说明本发明的光调制器。
如图1所示，本发明的光调制器的特征在于，在具有电光效应的基板1形成有光波导10和控制电极，该光波导具有并列地配置多个马赫-曾德尔型光波导的结构，该控制电极具备GSSG型的差动电极结构，该GSSG型的差动电极结构是对于一个所述马赫-曾德尔型光波导在2个接地电极G(G1与G2、或G2与G3)之间配置有2个信号电极S(S1与S2、或S3与S4)的结构，在被相邻的马赫-曾德尔型光波导夹着的该接地电极(G2)设置有用于抑制信号串扰的串扰抑制单元。
本发明中利用的具有电光效应的基板可以利用铌酸锂等的电介质基板、EO聚合物等的树脂基板、半导体基板等。作为在信号电极之下配置波导的结构，在使用电介质基板的情况下，优选电光效应在基板的厚度方向上最大的Z切割型的基板。
在用例如20μm以下的薄板来利用具有电光效应的基板1的情况下，为了提高机械强度，利用保持基板2。保持基板2由折射率比具有电光效应的基板1低的材料形成，例如，由石英、玻璃、树脂等构成。
本发明的光调制器如嵌套型光波导那样，具备并列地配置有多个马赫-曾德尔型光波导的光波导，图1表示将2个相邻的马赫-曾德尔型光波导相对于光波的行进方向垂直地切断的剖视图。位于信号电极S1和S2之下的基板1的隆起部分(脊部分)10是构成马赫-曾德尔型光波导的2个分支波导。另外，位于信号电极S3和S4之下的脊部分10是相邻的马赫-曾德尔型光波导的分支波导。光波导可以仅是形成于基板的脊部分，但如后面所述，也可以在LN基板上热扩散Ti而形成光波导。
控制电极是在基板上通过镀敷法形成Au等的导电体的电极，有施加调制信号的信号电极(S1～S4)、接地电极(G1～G3)，另外，有用于进行相位调整或漂移控制的DC偏置电极等。
本发明的特征在于，在控制电极、特别是施加高速的调制信号的信号电极或接地电极具备GSSG型的差动电极结构。在专利文献2所示的以往的GSSG型中，由于差动信号电极间的距离较大地分离，所以在向光波导施加电场时，专门利用在相邻的信号电极与接地电极之间产生的电场。但是，在本发明的光调制器中，如图2所示，不仅利用以往那样的在信号电极与接地电极之间产生的电场(S1与G1之间、或S2与G2之间)，而且通过使差动信号电极间的距离接近来利用信号电极间的电场(S1与S2之间)。反而积极地利用了信号电极间的电场。如图2所示，信号电极间的电场(S1与S2之间、差动信号的同相信号与反相信号的电位差产生的电场)的强度比信号电极与接地电极之间的电场的强度高，因此能够进一步提高由差动信号产生的低驱动电压化的效果。
另外，本发明的特征在于，为了抑制GSSG型的缺点即串扰现象的发生，在被相邻的马赫-曾德尔型光波导夹着的该接地电极设置用于抑制信号串扰的串扰抑制单元。作为串扰抑制单元的具体的结构，如图1所示，设定为接地电极(G1～G3)的上表面(高度HL2)的至少一部分比信号电极(S1～S4)的上表面(高度HL1)高，且该接地电极的下表面(高度LL2)的至少一部分比该信号电极的下表面(高度LL1)低。在图1中，为了方便，使用信号电极S4和接地电极G3进行高度比较，但该结构也适用于信号电极(S1与S2、或S3与S4)与接地电极G2的关系。
图3及4是本发明的其他实施例，在接地电极的上表面局部地形成高的部分。在图3中，利用以热塑性树脂及热固性树脂的任一方为材料的光致抗蚀剂等树脂层3，在其上部层叠接地电极(G1～G3)时，与树脂层3对应地，在接地电极的上表面形成突出部30。通过该突出部30，抑制与串扰相关的电场跨接地电极而到达相邻的马赫-曾德尔型光波导或相邻的信号电极。也可以代替树脂层而使用将电介质(SiO2等)制膜、图案化所得的层，但在使用光致抗蚀剂的情况下，能够容易地形成比1μm厚的(3～5μm左右)的比较厚的层，因此在本发明中更优选。而且，光致抗蚀剂能够通过光刻工艺高精度且容易地控制图案形状、厚度等，因此能够更优选地用于本发明。
在图4中，在信号电极(S1～S4)与接地电极(G1～G3)之间，电场集中的接地电极的侧面部分41设定在与信号电极相同的位置。而且，在除此以外的接地电极的部分，形成有比信号电极的上表面高的部分、比信号电极的下表面低的部分。在形成高度不同的部分时，也可以利用树脂层4。当然，对于仅由树脂层4无法形成的高低差，利用了多级形成厚度不同的电极等的方法。
图5至图7是其他实施例，接地电极(G1～G3)的与信号电极(S1～S4)相对的侧面部分(5、6)从该接地电极(G1～G3)的其他的主体部分(51、61)分割开，在该侧面部分与该主体部分之间，沿着光波导延伸的方向局部地实施有电连接部分(50、60)。
在图5中，接地电极的侧面部分5和主体部分51为相同的高度，但在图7中，将在信号电极与接地电极之间电场集中的侧面部分6设为与信号电极相同的高度，将主体部分61(位于比所关注的侧面部分6靠外侧的接地电极部分)的高度设定得更高。在图6的结构中，进一步抑制电场超过接地电极向相邻的信号电极漏出而产生串扰。
在图5及图7中，将接地电极的侧面部分(5、6)与主体部分(51、61)电连接的连接部分(50、60)沿着侧面部分5延伸的方向(也是光波导延伸的方向)局部地配置。连接部分50也可以由与侧面部分、主体部分相同的材料一体地形成。连接部分50的配置间隔可以设定为与调制信号中使用的调制频率或调制符号率相等的频率的微波的波长的4分之1以下、优选为10分之1左右。
另外，如图8所示，也可以采用如下结构，通过多次进行电极的图案化，形成厚度不同的电极，由此将连接部分70形成为上表面比侧面部分7低、下表面比连接部分70高，将主体部分71与侧面部分7部分地连接。
图9及图10是其他的实施例，在本发明的光调制器中使用的GSSG型的差动电极结构中，在信号电极间(S1与S2之间、或S3与S4之间)产生更强的电场。通过在该位置配置光波导，能够高效地进行光调制。
图9是在基板1的脊部分形成热扩散Ti等所得的光波导11的图，将光波导11的形成位置不是形成在信号电极(S1～S4)的正下方，而是形成在比正下方更靠近其他信号电极的位置。
在图10中，由于脊部分10为光波导，因此在信号电极S1与S2之间，以更露出脊部分10的方式，将信号电极S1靠近接地电极G1侧配置，将信号电极S2靠近接地电极G2侧配置。
此外，脊部分的基板的厚度为2～4μm左右，基板1的除了脊部分的厚度设定为1～2μm。
图11是说明本发明的光调制器中的信号电极间的距离W1与信号电极和接地电极之间的距离W2的关系的图。假设，向信号电极S1施加+V的信号电压，向信号电极S2施加-V的信号电压。在该情况下，由于接地电极为±0，所以在信号电极与接地电极之间(S1与G1，S2与G2)，产生电位差V。与此相对，在信号电极间(S1与S2)，产生2V的电位差。
在本发明的光调制器中，意图有效地利用信号电极间的电位差2V，为此，需要将距离W1设定为小于距离W2的2倍。
在上述说明中，如图12所示，主要以使用保持基板8的示例为中心进行了说明，但如图13所示，也可以构成为隔着低折射率层9由保持基板80保持。在该情况下，保持基板80与基板1相比，不需要为低折射率。另外，低折射率层也可以利用树脂等粘接剂。
工业实用性
如上所述，根据本发明，在集成化多个马赫-曾德尔型光波导的光调制器中，能提供能够进行低电压驱动并抑制串扰现象的发生的光调制器。
标号说明
1 具有电光效应的基板
10 脊部分(光波导)
11 光波导
2、8 保持基板(低折射率材料)
9 低折射率层
80 保持基板
S1～S4 信号电极
G1～G3 接地电极
Claims (2)
1.一种光调制器，其特征在于，
在具有电光效应的基板形成有光波导和控制电极，
该光波导具有并列地配置多个马赫-曾德尔型光波导的结构，
该控制电极具备GSSG型的差动电极结构，该GSSG型的差动电极结构是对于一个所述马赫-曾德尔型光波导在2个接地电极G之间配置有2个信号电极S的结构，
在被相邻的马赫-曾德尔型光波导夹着的该接地电极设置有用于抑制信号串扰的串扰抑制单元，
该串扰抑制单元被设定为，该接地电极的上表面的至少一部分比该信号电极的上表面高，且该接地电极的下表面的至少一部分比该信号电极的下表面低，
在该接地电极与该基板之间配置树脂层，与该树脂层对应地在该接地电极的上表面形成突出部，
所述两个信号电极S之间的、由差动信号的同相信号与反相信号的电位差产生的电场的强度比相邻的信号电极S与接地电极G之间的电场的强度高，
所述两个信号电极S之间的距离W1设定为小于相邻的信号电极S与接地电极G之间的距离W2的两倍。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，
该接地电极的与该信号电极相对的侧面部分从该接地电极的其他的主体部分分割开，在该侧面部分与该主体部分之间，沿着光波导延伸的方向局部地实施电连接。
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