CN1853132A - 光学调制器 - Google Patents

Abstract

本发明的光学调制器(1C)由电光学材料做成，具备具有一个主面和另一个主面的基板(2)、在基板(2)上形成的具有一个分支部(5)以及另一个分支部(3)的光波导、在基板的一个主面侧设置的接地电极(4A、4C)以及信号电极(4B)。一个分支部(5)和另一个分支部(3)设在接地电极(4A、4C)的边缘与信号电极(4B)的边缘之间。把微波电场施加在一个分支部(5)以及另一个分支部(3)的各电极相互作用部，在对在一个以及另一个分支部(3、5)传播的光进行调制时，在一个分支部以及另一个分支部，电场强度对电极相互作用长度的各积分值不同，得到预定的啁啾量。

Description

光学调制器

技术领域

本发明涉及光学调制器。

背景技术

本申请人在特开平10-133159号公报、特开2002-169133号公报中，公布了在行波型光学调制器的基板的光波导之下设置薄壁部，使该薄壁部的厚度薄至例如10μm以下。这样，不形成由氧化硅做成的缓冲层即可进行高速光学调制，由于能够减小驱动电压Vπ与电极长度L之积(Vπ·L)，从而有利。

在特开平10-133159号公报、特开2002-169133号公报中所述的行波型光学调制器中，在例如铌酸锂单晶的X板上形成CPW(共平面型)电极以及马赫-曾德型光波导，对光波导的各分支部施加同样的电场，同时使电极相互作用长度相等，这样，得到0啁啾特性的光学调制器。

但是，在实际的光传播系统中，对于使用以X板或Y板为基板的光学调制器，有时具有这种所定的啁啾量也有有利的场合。到目前为止尚未探讨具有这种所定的啁啾量。

发明内容

本发明的课题是提供一种由电光学材料做成，具备：具有一个主面和另一个主面的基板、具有一个分支部以及另一个分支部的光波导、以及在基板的一个主面侧设置的接地电极以及信号电极的光学调制器中使啁啾量可以控制成适当的值的结构。

本发明的特征在于，由电光学材料做成，具备：具有一个主面和另一个主面的基板、在该基板上形成的具有一个分支部以及另一个分支部的光波导、在基板的一个主面侧设置的接地电极以及信号电极，一个分支部和另一个分支部设在接地电极与信号电极的间隙，把微波电场施加在一个分支部以及另一个分支部的各电极相互作用部，在对在一个分支部以及另一个分支部传播的光进行调制时，在一个分支部以及另一个分支部，电场强度对电极相互作用长度的各积分值不同，这样来得到预定的啁啾量。

此外，本发明的光学调制器，其特征在于，由电光学材料做成，具备：具有一个主面和另一个主面的基板、在该基板上形成的具有一个分支部以及另一个分支部的光波导、在基板的一个主面侧设置的接地电极以及信号电极，一个分支部设在接地电极和信号电极之间的电极间隙，另一个分支部设在接地电极下，把微波电场施加在一个分支部以及另一个分支部的各电极相互作用部，对在一个分支部以及另一个分支部传播的光进行调制。

以下，对本发明进行更详细的说明。

对最初的啁啾量进行叙述。啁啾量也称为‘啁啾参数α’。

以光学调制器的2个分支部(光波导)a和b分别算出电场强度E_x(z)对电极相互作用长度z的各积分值A₁、A₂。

所谓分支部的电场强度的电极相互作用长度是指把分支部各点z的电场强度Ex(z)对分支部的全长L积分得到的值。该积分值如下给出。

${\∫}_0^L{E}_x\left(z\right)\mathrm{dz}$

例如，根据特开平07-064031号公报，表示啁啾的参数α如下。

$\mathrm{\α}=-\cot \left(\mathrm{\Δ\βL}\right)\·\frac{1+m}{1-m}$

$m=\frac{\mathrm{\Δ}{n}_1}{{\mathrm{\Δn}}_2}$

$\mathrm{\Δ\β}=\frac{{\mathrm{\β}}_1-{\mathrm{\β}}_2}{2}$

在此，由于ΔβL通常为π/4或-π/4，所以，cot(ΔβL)＝1或-1。Δn₁和Δn₂分别表示在波导a、b的折射率变化。该平均折射率的变化为

${\∫}_0^L{E}_x\left(z\right)\mathrm{dz}$

成比例。因此，下式成立。

$m=\frac{\mathrm{\Δ}{n}_1}{{\mathrm{\Δn}}_2}=\frac{A_1}{A_2}$

在原来的X切割LN光学调制器中，一般是以中心电极中央的对称结构，在两个臂部，光波导相互作用长度相同。因此，A₁＝-A₂。因此，m＝-1，啁啾量α＝0。因此，在各种光传播系统中，不能处理对光学调制器需要所定的啁啾量的情况。

根据本发明，在这种类型的光学调制器中，在一个分支部以及另一个分支部，使电场强度对电极相互作用长度的各积分值不同，这样，在光学调制器中调整以得到所定的啁啾量。

附图说明

图1是示意本发明的一个实施方式的光学调制器1A的截面图，电极间隙20A的宽度比电极间隙20B的宽度更小。

图2是示意本发明的另一个实施方式的光学调制器1B的截面图，电极间隙20A的宽度比电极间隙20B的宽度更小。

图3是示意本发明的另一个实施方式的光学调制器1C的截面图，分支部5的一部分5c设在接地电极4C下。

图4是示意本发明的另一个实施方式的光学调制器1D的截面图，分支部3设在薄壁部分12d侧，分支部5设在薄壁部分12c侧。

图5是示意本发明的另一个实施方式的光学调制器1E的截面图，在基板2下设有低介电常数部10A、10B。

图6是示意本发明的另一个实施方式的光学调制器11的截面图，分支部14设在电极间隙25内，分支部15设在接地电极17B下。

图7是示意本发明的另一个实施方式的光学调制器1F的截面图，基板32具备基部32d、厚度不同的薄壁部分32b、32c。

具体实施方式

在优选的实施方式中，通过对一个分支部以及另一个分支部施加不同强度的微波电场，使电场强度对电极相互作用长度的各积分值不同。其具体的方式并不限定，较好的是，设置多个接地电极，使信号电极和各接地电极之间的电极间隙的宽度不同。使一个电极间隙的宽度与另一个电极的宽度不同的话，在配置于各电极间隙下的各分支部的电场强度也不同。

图1是示意本实施方式的光学调制器1A的截面图。光学调制器1A具备例如平板状的基板2。在基板2的一个主面2a侧设有光波导的分支部3、5，此外，在主面2a上，设有例如共平面型信号电极4B以及接地电极4A、4C。分支部3配置在电极间隙20A内、分支部5配置在电极间隙20B内。在本例中，采用所谓的共平面型(Coplanar waveguide：CPW电极)的电极配置，但电极的配置方式并不限定。本发明也能够应用于所谓的非对称共平面传输线(Asymmetric coplanar strip line：A-CPS电极)型电极配置。

在本例中，在接地电极4A和中心电极4B之间，以及中心电极4B和接地电极4C之间分别形成有光波导的分支部3、5，对各分支部分3、5向大致水平的方向施加信号电压。光波导从俯视看来构成所谓的马赫-曾德型光波导。

采用这种设计的话，在宽度相对窄的电极间隙20A，由于施加在分支部3的电场强度E_x相对较大，所以电场强度对电极相对作用长的积分值也变大。在宽度相对大的电极间隙20B，施加在分支部5上的电场强度变小。结果，可把光调制器1A的啁啾量调整到所期望的值。

在改变2个电极间隙的宽度的本实施方式中(例如图1、图2)，根据使光学调制器的啁啾量变大的观点，G₁与G₂之差较好是在3微米或其以上，更好是在20微米或其以上。为了把整体的VπL抑制到较小，G₁较好是在100微米或其以下，更好是40微米或其以下。为了防止信号电极与接地电极导通，G₁、G₂较好是在1微米或其以上，更好是在3微米或其以上。

以下，为了验证，用FEM进行准TEM波解析。G₁设定为20μm。把信号电极4B的宽度设定为30μm，基板2为铌酸锂单晶，厚度Tsub为8μm。使电极膜厚Tm为26μm。使大的电极间隙20B的宽度G₂如表1所示那样在30μm～100μm做各种变更。然后，计算出阻抗Zc、整体的VπL、分支部3侧的VπL1、分支部5侧的VπL2、以及啁啾量(α-para)。表1给出该结果。

从表1可知，通过改变电极间隙20B的宽度G₂，能够在很大的宽度范围适当地控制光学调制器的啁啾量α。

                            表1

G2	nm	Zc	整体的VπL	VπL1	VπL2	α-para
							30	2.22	36	7.6	13	18.6	0.18
40	2.21	38	8.4	13	24.2	0.3
							50	2.21	40	9.1	13	30	0.4
60	2.21	41	9.5	13	36.1	0.47
							70	2.21	42	9.9	13	42.4	0.53
80	2.21	43	10.2	13	48.9	0.58
							90	2.21	43	10.5	13	55.8	0.62
100	2.21	44	10.7	13	62.9	0.66

此外，在优选实施方式中，在宽度相对窄的电极间隙，把一个分支部配置在信号电极或接地电极的边缘附近。例如，在图2所示的光学调制器1B的场合，在宽度相对窄的电极间隙20A，把分支部3配置在信号电极4B的边缘E或接地电极4A的边缘E附近。对于宽度窄的电极间隙20A侧的分支部3，施加相对大的电场，在此，通过把分支部3a配置在信号电极4B的边缘E或接地电极4A的边缘E附近，能够进一步增大施加在分支部3a上的电场强度，这样，能够在更大的范围调整啁啾量，还可减小驱动电压-电极长之积VπL。

根据此观点，较好是使分支部3的中心线S与信号电极或接地电极的间隔d1在20微米或其以下，更好是在10微米或其以下。

此外，为了进一步增大光学调制器的啁啾量，在宽度相对大的电极间隙20B，较好是使分支部5与接地电极以及信号电极的间隔尽可能大。这是因为，这样可使施加在分支部5的电场强度为最小限，能够增大光学调制器的啁啾量。根据此观点，分支部5与接地电极或信号电极的间隔d2(小的值)较好是在10微米或其以上，更好是在20微米或其以上。

此外，在优选实施方式中，一个分支部与另一个分支部的各电极相互作用长度不同。这样，能够使电场强度对电极相互作用长度的各积分值不同。这是因为，使电场强度大致相同时，假如电极相互作用长度L大的话，上述积分值也变大。

在本实施方式中，更好的是，通过把一个分支部的一部分配置在信号电极或接地电极的正下方，就能够使一个分支部的电极相互作用长度比另一个分支部的电极相互作用长度更小。

图3是示意本实施方式的光学调制器1C的俯视图。在光学调制器1C中，在基板2上设有马赫-曾德型光波导6、7、3、5。另一个分支部3在信号电极4B与接地电极4A的电极间隙20A内形成，横跨其全长L(大约L1+L2)施加一定的电场E_x。相对于此，一个分支部5在电极间隙20B内的部分5a横跨其全长施加大致一定强度的电场。此外，在倾斜部分5b也施加电场。但是，在接地电极4C下的被覆盖部分不施加纸面x方向的电场。结果，横跨长度L1，所定的电场施加在分支部，但横跨长度L2完全没有施加电场，上述积分值就变小。例如，为了实现啁啾量α＝0.6，需要使上述积分值的比率为1∶4左右。为此，需要在分支部3和5之间使电极相互作用长度的比率(L∶L1)为1∶4。

这样，在分支部3和5之间使电极相互作用长度不同时，通过进一步使电极间隙的大小相互不同，分支部与电极边缘的间隔不同，就可以在更宽的范围控制光学调制器的啁啾量。

此外，在其它优选实施方式中，设置多个接地电极，使信号电极和一个接地电极之间的间隙下的基板的厚度与信号电极和另一个接地电极之间的间隙下的基板的厚度不同。在基板厚的一侧的电极间隙施加在分支部上的电场强度与在基板薄的一侧的电极间隙施加在分支部上的电场强度不同。因此，能够使两个分支部中的上述积分值不同。

图4是示意本实施方式的光学调制器1D的截面图。对于与图1所示相同的结构部分以及尺寸，给与相同的符号，参照其说明。在本例中，基板12具备厚度相对大的厚壁部分12c和厚度小的薄壁部分12d。12a、12b为主面。电极间隙20A设在薄壁部分12d侧，电极间隙20B设在厚壁部分12c侧。如上所述，为了使上述积分值在分支部3与5之间不同，较好是使薄壁部分12d的厚度Tsub1与厚壁部分12c的厚度Tsub2之差在2微米或其以上，更好是在20微米或其以上。此外，根据高速光学调制的观点，Tsub1较好是在20微米或其以下。

此外，在优选的实施方式中，设置多个接地电极，在信号电极与一个接地电极之间的电极间隙下，在基板下设置一个低介电常数部，在信号电极与另一个接地电极之间的电极间隙下，在基板下设置另一个低介电常数部。并且，使一个低介电常数部比另一个低介电常数部的介电常数不同。基板下的低介电常数部的介电常数相互不同的话，施加在各分支部的电场强度也不同。因此，能够使在两个分支部的上述积分值不同。

图5是示意本实施方式的光学调制器1E的截面图。对于与图1所示的结构部分以及尺寸相同的结构部分以及尺寸，给与相同的符号，沿用其说明。在本例中，在基板2下面设有一个低介电常数部10A和另一个低介电常数部10B。电极间隙20A设在低介电常数部10A侧。电极间隙20B设在低介电常数部10B侧。如上所述，为了使上述积分值在分支部3与5之间不同，较好是使低介电常数部10A与低介电常数部10B的介电常数之比在2倍或其以上，更好是5倍或其以上。

此外，在其它方式的光学调制器中，一个分支部设在接地电极与信号电极之间的电极间隙，另一个分支部设在接地电极下。并且，把微波电场施加在一个分支部和另一个分支部的各电极相互作用部，对在一个分支部以及另一个分支部中传播的光进行调制。此时，通过使一个分支部配置在电极间隙内，能够适当地调整啁啾量。

此外，在原来的Z板光学调制器中，使用单侧驱动的场合，为了使施加在2个分支部的电场强度不同，啁啾量(α-para)典型地为0.6～0.7左右。但是，根据应用的光通信系统，有时更小的α更好。因此，希望能够对应用的系统调整到适当的啁啾量。

图6是示意本实施方式的光学调制器11的截面图。在基板13的主面13a侧形成有马赫-曾德型光波导的一个分支部14以及另一个分支部15。13b是基板13的底面。分支部15通过缓冲层16设在信号电极17B之下。在信号电极17A与接地电极17B之间设有电极间隙25。分支部14在电极间隙15出来，分支部14的中心线S设在外侧离信号电极17A的边缘E间隔t的地方。分支部14与信号电极17A之间被缓冲层16分离开。

在此，通过改变分支部14的中心线S与信号电极17A的边缘E的间隔t，能够改变施加到分支部14的电场强度，这样，能够改变光学调制器11的啁啾量。减小t的话，能够增加施加到分支部14的电场强度，增大t的话，能够减小施加到分支部14的电场强度。为了在分支部14进行有效的光学调制，t较好是在20微米或其以下，更好是在10微米或其以下。此外，根据减小啁啾量的观点，t较好是在0.5微米或其以上，更好是在1微米或其以上。

在本实施方式中，较好是对各分支部向与基板主面大致垂直的方向施加电场。

在优选实施方式中，上述基板的厚度至少在电极相互作用长度部分在30μm或其以下。并且，基板具备厚度30μm或其以上、较好是厚度200μm或其以上的基部，在基部的内侧形成凹部。采用这种基板的话，能够使基板有适宜于操作的机械强度，实现高速光学调制。

在本实施方式中，特别好的是，基板具备面对凹部的厚度相对大的第一薄壁部和面对凹部的厚度相对小的第二薄壁部，光波导设在第一薄壁部内。这种方式的基板可利用特开平10-133159号公报、特开2002-169133号公报所记载的基板主体。例如，图7所示的基板32具备基部32d、面对凹部33的厚度相对大的第一薄壁部32b、面对凹部33的厚度相对小的第二薄壁部32c。光波导设在第一薄壁部分32b内。32a是基板主面。

基板2、12、13的底面也能够通过粘接层与别体的保持基体接合。

构成光波导基板2、12、13的材质由铁电性电光学材料、较好是单晶做成。这种晶体只要是可进行光的调制就没有限定，能够以铌酸锂、钽酸锂、铌酸锂-钽酸锂固溶体、铌酸钾锂、KTP、GaAs以及水晶为例。

接地电极、信号电极是低电阻且阻抗特性良好的材料的话，就没有特别限定，能够由金、银、铜等材料构成。

缓冲层能够使用氧化硅、氟化镁、氮化硅、以及氧化铝等公知的材料。

光波导形成于基板主体上，较好是形成于基板主体的一个主面侧。光波导可以是直接形成于基板主体的一个主面上的脊型光波导，也可以是通过其它层形成于基板主体的一个面上的脊型光波导，或者也可以是利用内扩散法或离子交换法形成于基板主体内部的光波导、例如钛扩散光波导、质子交换光波导。电极设在基板主体的一个主面侧，可以直接形成于基板主体的一个主面上，也可以形成于缓冲层上。

上述所谓的低介电常数部是指具有比构成基板主体的电光学材料的介电常数更小的介电常数的部分。(低介电常数部分的介电常数)/(构成基板的电光学材料的介电常数)较好是在1/3或其以下，更好是在1/10或其以下。

低介电常数部也可以是空气间隙。此外，低介电常数部可以由具有比构成基板主体的电光学材料的介电常数更小的介电常数的固态材料做成。作为这种材料，能够以氧化铝、氮化铝、铌酸锂、钽酸锂、砷化镓、氧化硅为例。

此外，低介电常数部也可以是粘接剂。粘接剂的种类并不限定，厚度300μm或其以下比较合适。此外，对于作为低介电常数层而使用的优选低介电常数材料，根据降低高频调制信号的传播损耗的观点，希望使用具有低介电损耗(低tanδ)的材料。作为这种低介电常数、低介电损耗的材质，能够以聚四氟乙烯、丙烯系粘接剂为例。此外，作为其它低介电材料，能够以玻璃系粘接剂、环氧树脂粘接剂、半导体制造用层间绝缘体、聚酰亚胺树脂为例。

Claims (10)

1.一种光学调制器，其特征在于：由电光学材料做成，具备具有一个主面和另一个主面的基板、在该基板上形成的具有一个分支部以及另一个分支部的光波导、在上述基板的上述一个主面侧设置的接地电极以及信号电极，上述一个分支部和上述另一个分支部设在上述接地电极与上述信号电极的电极间隙，把微波电场施加在上述一个分支部以及上述另一个分支部的各电极相互作用部，在对在上述一个分支部以及上述另一个分支部传播的光进行调制时，在上述一个分支部以及上述另一个分支部，电场强度对电极相互作用长度的各积分值不同，这样来得到预定的啁啾量。

2.根据权利要求1所述的光学调制器，其特征在于：对上述一个分支部以及上述另一个分支部施加不同强度的微波电场。

3.根据权利要求2所述的光学调制器，其特征在于：具有多个上述接地电极，上述信号电极与上述各接地电极之间的上述各电极间隙的宽度相互不同。

4.根据权利要求3所述的光学调制器，其特征在于：在上述电极间隙之中宽度相对小的电极间隙，上述一个分支部配置在上述信号电极或上述接地电极的边缘附近。

5.根据权利要求1所述的光学调制器，其特征在于：上述一个分支部与上述另一个分支部的上述各电极相互作用长度相互不同。

6.根据权利要求5所述的光学调制器，其特征在于：通过把上述一个分支部的一部分配置在上述信号电极或上述接地电极的正下方，使上述一个分支部的上述电极相互作用长度比上述另一个分支部的上述电极相互作用长度更小。

7.根据权利要求1～6任何一项所述的光学调制器，其特征在于：上述电极相互作用长度部分中的上述基板的厚度在30μm或其以下。

8.根据权利要求1所述的光学调制器，其特征在于：具有多个上述接地电极，在上述信号电极和一个上述接地电极间的电极间隙下的上述基板的厚度与上述信号电极和另一个上述接地电极之间的上述电极间隙中的上述基板的厚度不同。

9.根据权利要求1所述的光学调制器，其特征在于：具有多个上述接地电极，在上述信号电极和一个上述接地电极间的电极间隙下，在上述基板下设有一个低介电常数部，在上述信号电极和另一个上述接地电极之间的电极间隙下，在上述基板下设有另一个低介电常数部，上述一个低介电常数部的介电常数与上述另一个低介电常数部的介电常数不同。

10.一种光学调制器，其特征在于：由电光学材料做成，具备具有一个主面和另一个主面的基板、在该基板上形成的具有一个分支部以及另一个分支部的光波导、在上述基板的上述一个主面侧设置的接地电极以及信号电极，上述一个分支部设在上述接地电极和上述信号电极之间的电极间隙，上述另一个分支部设在上述接地电极下，把微波电场施加在上述一个分支部以及上述另一个分支部的各电极相互作用部，对在上述一个分支部以及上述另一个分支部传播的光进行调制。

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