DE4106993C2 - Elektro-optische Modulator-Anordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der optischen Datenübertragung und speziell einen elektro-optischen Modu­ lator für den Mikrowellenfrequenzbereich mit effektiver Ein­ gangskopplung und glattem breitbandigem Frequenzgang.

Die Datenübertragung mittels optischer Medien ermöglicht sehr hohe Bandbreiten und eine sehr große Zahl von Multi­ plexkanälen mit geringem Signalverlust und geringer Signal­ störung. Ein kohärenter Laserlichtstrahl wird mit einem Da­ tensignal amplitudenmoduliert und breitet sich in Richtung auf einen entfernten Empfänger entweder durch die Atmosphäre oder durch ein System von optischen Fasern und Signalauf­ frischvorrichtungen (repeater) aus. Der Lichtstrahl kann in vorteilhafter Weise mit elektrischen Signalen im Mikrowel­ lenbereich mittels eines elektro-optischen Modulators, wie z. B. einem Mach-Zehnder-Modulator oder einem optischen Kopp­ ler moduliert werden.

Ein auf einem Mach-Zehnder-Interferometer basierender elek­ trooptischer Modulator umfaßt im allgemeinen ein monolithi­ sches Substrat aus einem elektro-optischen Material wie Li­ thiumniobat (LiNbO₃). In dem Substrat wird ein optischer Wellenleiter mit zwei Armen oder Zweigen gebildet, die sich im allgemeinen parallel zueinander erstrecken. Der Bre­ chungsindex des Wellenleitermaterials ist höher als der Bre­ chungsindex des Substratmaterials.

In dem grundlegenden Mach-Zehnder-Modulator haben die Zweige gleiche Länge. In Abwesenheit einer angelegten elektrischen Vorspannung teilt sich ein auf den Wellenleiter einfallender optischer Strahl oder ein einfallender Lichtstrahl, der durch einen Laser oder ähnliches erzeugt wird, gleichmäßig auf die beiden Zweige auf. Die sich durch die Zweige aus­ breitenden optischen Signale vereinigen sich am optischen Ausgang des Wellenleiters wieder in Phase miteinander, so daß sich ihre Amplituden addieren und am Ausgang des Wellen­ leiters erscheint ein optisches Ausgangssignal, das im we­ sentlichen gleich dem optischen Eingangssignal ist.

Wird zwischen den Wellenleiterzweigen eine elektrische Vorspannung angelegt, ergibt sich eine Differenz in den Brechungsindizes der zwei Zweige aufgrund des elektro-optischen Effekts mit einer korrespondierenden Differenz der effektiven optischen Weglängen der Zweige. Mit einer als Vπ bekannten Vorspannung variieren die effektiven optischen Weglängen derart, daß die aus den Zweigen austretenden optischen Signale um 180° außer Phase sind. Die Amplituden der Signale werden subtraktiv kombiniert und löschen sich gegenseitig aus, so daß am optischen Ausgang ein Nullsignal erzeugt wird. Für die meisten optischen Kommunikationsanordnungen ist es wünschenswert, den Modulator mit einer Spannung Vπ/2 vorzuspannen, die einen linearen Betrieb erzeugt.

Einige der Probleme, die zu einer Beschränkung von Mach- Zehnder-elektro-optischen-Modulatoren bei hochfrequenten breitbandigen Anwendungen führen, haben ihre Ursache in den Modulatorelektroden. Derartige Probleme sind Verlust durch Impedanzfehlanpassung am Modulatoreingang und das Vorhanden­ sein von störenden Resonanzen im Frequenzgang des Modula­ tors.

Ein elektro-optischer Mach-Zehnder-Modulator des Typs wie er in der vorliegenden Erfindung weitergebildet wird, ist in einem Artikel mit dem Titel "Traveling-wave 1.3-µm Interfe­ rometermodulator with high bandwidth, low drive power, and low loss" von D. Dolfi, in Applied Optics, Vol. 25, No. 15, Aug. 1986, S. 2479-2480 beschrieben. Dieses dort beschrie­ bene Gerät umfaßt eine Modulationssignalquelle mit einer Ausgangsimpedanz von 50 Ω, die ein elektrisches Modulations- Eingangssignal einer koplanaren Wellenleiterstruktur in dem Modulator mit einer Eingangsimpedanz von 22 Ω zuführt. Refle­ xionsverluste am Eingang aufgrund der Impedanzfehlanpassung reduzierten die effektive Betriebsspannung auf 61% der Quellspannung. Durch Verbindung eines 22 Ω-Serienwiderstands zwischen der Quelle und dem Modulator wurde versucht, die Reflexionen zu eliminieren und die Welligkeit zu minimieren. Dies führte jedoch zu einer Reduzierung der effektiven Be­ triebsspannung sogar auf 44% der Quellenspannung.

Ein vergleichbares Gerät ist in einem Aufsatz mit dem Titel "Microwave integrated optical modulator" von P. Cross, Applied Physics Letters 44(5), 1. März 1984, S. 486-488 be­ schrieben. Die Reflexionsverluste stimmten mit denen von Dolfi berichteten überein. Der Anschluß eines Widerstands­ netzwerkes zwischen der Quelle und dem Modulator um die Wel­ ligkeit des Antwortsignals zu minimieren, reduzierte die effektive Betriebsspannung von 63% auf 27%. Das Gerät zeigte weiterhin auch Störresonanzmoden im Frequenzverhalten, die von einer unerwünschten Microstrip-Mode zwischen der "heißen Leitung" der koplanaren Leitung und dem Metallgehäuse her­ rührten.

Ein weiteres vergleichbares Gerät ist in dem Aufsatz mit dem Titel "Traveling-wave elektrooptic modulator" von C. Gee et al., in Applied Optics, Vol. 22, No. 13, Juli 1983, S. 2034-­ 2037 beschrieben.

Ein herausstechendes Merkmal dieses Modulators war eine be­ richtete Resonanz bei 5,5 GHz, die in dem Gehäuse des Geräts erzeugt wurde. Ein weiteres mit der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang stehendes Gerät ist in einem Aufsatz mit dem Titel "10 GHz Bandwidth Traveling-Wave LiNbO₃ Optical Wave­ guide Modulator" von M. Izutsu et al. in IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-14, No. 6, Juni 1978, S. 394-­ 395 beschrieben. Dieses Gerät ist mehr ein Phasenmodulator denn ein Amplitudenmodulator und erreicht ein glattes Fre­ quenzverhalten durch Verwendung einer symmetrischen Elektro­ denkonfiguration als Mikrowellenleiter.

Aus der EP-A-0 233 797 ist ein elektro-optischer Rich­ tungskoppler mit Wanderwellen und alternierender Phasenver­ schiebung bekannt. Der Richtungskoppler besteht aus zwei optischen Leitern G1 und G2 sowie aus drei Elektroden, näm­ lich einem zentralen Mikrostrip MB, einem ersten lateralen Streifen BL1 und einem zweiten lateralen Streifen BL2. In der Wechselwirkungszone weisen die lateralen Streifen eine Breite W' auf, die erheblich größer ist als die Breite W des zentralen Microstrips. Der dargestellte Koppler besteht aus zwei Bereichen S1 und S2, sowie aus einem Übergang T. Darüberhinaus ist der zentrale Microstrip von den lateralen Streifen jeweils um D1 und D2 entfernt. Gemäß der in diesem Dokument offenbarten Lehre werden die Beträge von W, D1 und D2 so ausgewählt, daß die charakteristische Impedanz der Ausbreitungsleitung, die durch diese Elektroden gebildet wird, gleich einem gegebenen Anpassungswert ist, wobei die­ ser Anpassungswert im Übergang aufrecht erhalten wird.

Das Dokument "Integrated-Optic Devices on LiNbO₃ for optical Communication" von Edgar Voges et al. in "Journal of lightwave technology", Vol. 5, No. 9, 9/87, S. 1232 stellt einen Übersichtsartikel dar, in dem integrierte op­ tische Komponenten auf LiNbO₃ bezüglich Problemen der Fa­ serkopplung, der Konfiguration der Elemente und der anzu­ wendenden Technologie betrachtet werden. Es werden ver­ schiedene Konfigurationen diskutiert, die Anwendungen mit Mach-Zehnder-Modulatoren auf Z-geschnittenem und X- geschnittenem LiNbO₃, sowie eine Anordnung für einen Rich­ tungskoppler umfassen. Eine dort vorgeschlagene Ausfüh­ rungsform zeigt in schematischer Weise einen Aufbau eines Wanderwellen-Mach-Zehnder-Modulator auf X-geschnittenem LiNbO₃, wobei das Elektrodendesign für Interferometermodu­ latoren gemäß der dortigen Lehre illustriert ist. Der Modu­ lator besteht aus drei Elektroden, nämlich einem zentralen Mikrostrip, einem ersten lateralen Streifen und einem zwei­ ten lateralen Streifen. Des weiteren verzweigt sich ein op­ tischer Leiter in dem Bereich des zentralen Mikrostrips und läuft schließlich wieder zusammen.

Die EP-A-0 427 092 offenbart einen elektro-optischen Wanderwellenmodulator, der ein Substrat, einen optischen Eingang, einen optischen Ausgang und eine elektro-optische Modulationselektrodenanordnung aufweist, die einen Wellen­ leiter enthält. Ferner weist der Wellenmodulator eine Ein­ gangsanschlußeinrichtung zum Empfang eines elektrischen Mo­ dulationseingangssignals, deren Ausgangsimpedanz sich von der Eingangsimpedanz der Modulationselektrodenanordnung un­ terscheidet. Eine Impedanzanpassungseinrichtung dient zum Koppeln des Eingangssignals von der Eingangsanschlußein­ richtung zu der Modulationselektrodenanordnung und zum je­ weiligen Anpassen der Ausgangsimpedanz an die Eingangsimpe­ danz, wobei die Impedanzanpassungseinrichtung einen sich verjüngenden Wellenleiter umfaßt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektroop­ tischen Modulator zu schaf­ fen, der eine effiziente Eingangskoppelung und ein glattes breitbandiges Frequenzverhalten zeigt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des An­ spruchs 1.

Die vorliegende Erfindung stellt eine planare elektroopti­ sche Modulator-Anordnung des Mach-Zehnder-Interferometer- Typs zum Modulieren eines optischen Lichtstrahls mit einer bevorzugten, jedoch nicht darauf beschränkten Wellenlänge von 1,3 µm bereit. Hierbei wird eine koplanare Wellenleiter­ elektroden-Struktur für Wanderwellen verwendet, die zum Be­ trieb von faseroptischen Einrichtungen im Hochmikrowellen­ frequenzbereich geeignet ist. Das Problem der großen Impe­ danzfehlanpassung konventioneller Mach-Zehnder-Modulatoren ist auf eine ineffiziente Eingangkoppelung zurückzuführen. Der Modulator gemäß der vorliegenden Erfindung überwindet dieses Problem durch Hinzunahme eines Hochfrequenzimpedanz­ paßwandlers und Übergängen, um eine effiziente Kopplung zu einem 50 Ω-System unter Verwendung von Standardverbindungs­ elementen bereitzustellen. Das Problem von Störresonanzen im Frequenzverhalten des Modulators basiert auf einer Fehlan­ passung der dielektrischen Konstante an der Schnittstelle des Modulatorsubstrats und der Montagestruktur, die den Mo­ dulator trägt, da Modulatorsubstrate üblicherweise auf einen Plastik- oder Keramikblock oder sogar der Luft ausgesetzt montiert wurden. Der erfindungsgemäße Modulator überkommt dieses Problem, indem das Modultorsubstrat, bei dem es sich vorzugsweise um Lithiumniobat handelt, auf einem Block aus mikrowellenabsorbierendem Material montiert wird.

Die erfindungsgemäße Modulator-Anordnung ermöglicht eine effiziente HF-Kopplung zwischen einem konventionellen 50 Ω- Eingangsstecker zu dem HF/Optik-Wechselwirkungsbereich des Modulators bis hinauf zu sehr hohen Mikrowellenfrequenzen für optische Wellenlängen von 1,3 µm. Koplanare Wanderwel­ lenelektroden für Lithiumniobat-Modulatoren benötigen nied­ rige charakteristische Impedanzen (ungefähr 25 Ω) wegen der geringen Dimensionen des Elektrodenabstands (weniger als 12 µm) für X-geschnittene Substrate, die notwendig sind, um genügend große elektrische Felder zu erzeugen, um eine aus­ reichende elektro-optische Phasenmodulation in jedem Arm des Mach-Zehrader-Interferometers bei vernünftigen Eingangslei­ stungen (weniger als 100 mW für 50% Modulation) zu erzeugen. Bekannte Mach-Zehrader-Modulatoren weisen keinerlei Einrich­ tungen zur HF-Impedanzanpassung im Modulator auf, woraus die oben diskutierten hohen Werte für Reflexionsverluste resul­ tieren. Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Impedanzanpassungseinrichtung mit einem sich verjüngenden koplanaren Wellenleiter, vorzugsweise einen Tschebyschev-Wandler, um den HF-Impedanzpe­ gel auf den gewünschten Wert zu bringen, im vorliegenden Fall 50 Ω. Zusätzlich ist das Substrat des erfindungsgemäßen Modulators mit einem Block aus mikrowellenabsorbierendem Ma­ terial verbunden bzw. verklebt, was störende bzw. unerwünschte Resonanzen eli­ miniert. Obwohl die vorliegende Erfindung besonders für Mach-Zehrader-Modulatorkonfigurationen geeignet ist, läßt es sich auch auf andere Typen von elektro-optischen Wanderwel­ lenmodulatoren, wie z. B. optischen Kopplern, anwenden.

Im speziellen weist ein elektro-optischer Wanderwellen-Mach- Zehrader-Modulator zum Betrieb bei elektrischen Mikrowellen­ eingangssignalfrequenzen eine Elektrodenstruktur zum elek­ trischen Modulieren mit koplanaren Wellenleitern auf. Ein Verbindungselement für elektrische Eingangssignale umfaßt einen Microstripleiter bzw. einen Mikrostreifenleiter mit einer Ausgangsimpedanz, die sich signifikant von der Eingangsimpedanz des Wellenleiters un­ terscheidet. Eine Tschebyschev-Impedanzanpassungseinrichtung koppelt das Eingangssignal aus dem Eingangsverbindungselement bzw. der Eingangsanschlußeinrichtung auf die Modulationselektrode, während die Ausgangsimpedanz des Microstripleiters der Eingangsimpedanz des Wellenleiters an­ gepaßt wird, um die Kopplungseffizienz zu maximieren und Rückstrahlverluste zu minimieren. Der Modulator ist auf einem Block aus magnetisch geladenem Epoxidmaterial mon­ tiert, das störende resonante Mikrowellenemissionen absor­ biert und ermöglicht, daß der Modulator mit einem glatten Frequenzgang über einen weiten Bereich der Eingangsmikrowel­ lenfrequenzen arbeitet.

Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestal­ tungen der Erfindung.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, wobei einander entspre­ chende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektro-opti­ schen Mach-Zehnder-Modulatoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die koplanaren optischen Wellenleiter in stark ver­ größertem Maßstab dargestellt sind;

Fig. 2 eine ebene Darstellung einer Tschebyschev-Impedanz­ wandlerkonfiguration der erfindungsgemäßen Modulatoranordnung;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 4 eine Explosionszeichnung der erfindungsgemäßen Modu­ latoranordnung und einer mechanischen Einrichtung zur Montage derselben.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 3 wird nachfolgend eine elektro-optische Modulatoranordnung für Wanderwellen be­ schrieben. Die elektro-optische Modulatoranordnung basiert auf einem ebenen Mach-Zehnder-Interferometer 10 und weist ein Substrat 12 aus einem Material, wie z. B. Lithiumniobat, das den benötigten elektro-optischen Effekt zeigt, auf. Ein optischer Wellenleiter 14 wird durch einen geeigneten Pro­ zeß, z. B. mittels Eindiffusion von Titan gebildet. Der Wel­ lenleiter 14 umfaßt einen optischen Eingang 16 zum Empfangen eines optischen Signales in Form eines Lichtstrahls, der durch ein Mikrowellenfrequenzeingangssignal moduliert wird, und den optischen Ausgang 18 zum Verbinden mit einem An­ schlußelement für optische Fasern. Das opti­ sche Eingangssignal wird durch einen Halbleiterlaser oder eine andere geeignete nicht dargestellte Quelle erzeugt, vorzugsweise aber nicht darauf begrenzt, mit einer Wellen­ länge von 1,3 µm. Der Wellenleiter 14 umfaßt desweiteren zwei Zweige 20 und 22, die vom optischen Eingang 16 aus auseinan­ derlaufen und sich generell parallel zueinander erstrecken. Die Zweige 20 und 22 konvergieren am anderen Ende in den op­ tischen Ausgang 18. In der grundlegenden Mach-Zehnder-Mo­ dulatorkonfiguration sind die Zweige 20 und 22 gleich lang.

Der Modulator 10 umfaßt desweiteren einen elektrischen ko­ planaren Wellenleiter 24, bei dem zum Einkoppeln eines elektrischen Mikrowellenfre­ quenzeingangssignales auf den optischen Wellenleiter 14 der eigentliche Leiter und die Basisebene kopla­ nar sind. Der koplanare Wellenleiter 24 um­ faßt einen Mittelleiter 26 mit einem Eingangsbereich 28, einen Mittelbereich 30 und einen Ausgangsbereich 32. Ein größerer äußerer Leiter 34 umgibt den Mittelleiter 26 und ist mit einem passenden Referenzpotential wie z. B. Masse verbunden.

Der Mittelleiter 26 ist mit einer passenden Vorspannung aus einer nicht näher dargestellten Quelle beaufschlagt, um den Modulator 10 auf einen linearen Arbeitspunkt vorzuspannen. Das Beaufschlagen des Mittelleiters 26 mit einem Mikrowel­ lensignal verursacht eine Änderung der Brechungsindizes des Materials der Zweige 20 und 22 des optischen Wellenleiters 14 in ungleicher Weise aufgrund des elektro-optischen Effekts gemäß dem Indexellipsoiden und der trigonalen Kri­ stallsymmetrie von Lithiumniobat, wodurch sich ein Unter­ schied in den Phasen der sich durch die Zweige 20 und 22 und auf den optischen Ausgang 18 hin ausbreitenden Signale er­ gibt. Dadurch wird eine Interferenz zwischen den optischen Signalen in den Zweigen 20 und 22 in einer Größe bewirkt, die mit dem augenblicklichen Potential des Mikrowellenein­ gangssignals korrespondiert. Es ergibt sich eine entspre­ chende Variation der Energie des optischen Signals am opti­ schen Ausgang 18 und dadurch eine Amplitudenmodulation des optischen Signals.

Desweiteren ist in den Fig. 1 und 3 ein Substrat 36 aus einem Block bestehend aus einem Material wie z. B. Alumini­ umoxid bzw. Tonerde dargestellt, auf dem eine konventionelle Microstripeingangsleitung 38 mit einer typischen Impedanz von 50 Ω ausgebildet ist. Die einander gegenüberliegenden Kanten der Substrate 12 und 36 sind stumpf aneinandergefügt und der Microstripleiter 38 ist mit dem Eingangsbereich 28 des Mittelleiters 26 des koplanaren Wellenleiters 24 mittels eines Bondstreifens 37 aus Gold verbunden. Der äußere Leiter 34 des Wellenleiters 24 ist mit einer Grundplatte 39 des Microstripleiters 38 mittels eines Bondstreifens 40 aus Gold verbunden, wobei der Bondstreifen 40 aus Gold von der oberen Fläche des Substrats um dessen Ecke zu der unteren Fläche des Substrats gebogen ist. Ein entsprechendes Substrat 42, eine 50 Ω-Microstripausgangsleitung 44, eine Basisplatte 45 und Bondstreifen 46 und 48 aus Gold sind mit dem Ausgangsbe­ reich 32 des Mittelleiters 26 des Wellenleiters verbunden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind auf dem elektro-opti­ schen Substratmaterial ausgebildete Impedanzanpassungseinrichtungen zwischen den Microstripleitungen 38 und 44, die typi­ scherweise Impedanzen von ungefähr 50 Ω aufweisen, und dem koplanaren Wellenleiter 24, der typischerweise eine Impedanz in der Größenordnung von 25 Ω aufweist, vorgesehen. Dadurch wird die Impedanzfehlanpassung der Vorrichtung 10 minimiert und ein maximaler Anteil des Mikrowelleneingangssignals wird in den koplanaren Wellenleiter 24 zur Modulation des opti­ schen Signals eingekoppelt. In Fig. 2 sind die Wellenleiter 14 und 24 aufgrund des gewählten Zeichnungsmaßstabes nicht im Detail sichtbar. Die elektro-optische Wechselwirkungs­ länge des Modulators liegt typischerweise im Bereich von 3,5 mm, wobei die vorliegende Erfindung natürlich nicht auf diese Dimension beschränkt ist. Eine Eingangsimpedanzanpas­ sungseinrichtung 50 umfaßt einen Eingangsbereich 28 des Mittel­ leiters 26 des koplanaren Wellenleiters. Kanten 52 und 54 des Eingangsbereichs 28 sind bezüglich gegenüberliegenden Kanten 56 und 58 des äußeren Leiters 34 des koplanaren Wel­ lenleiters 24 derartig ausgebildet, daß die charakteristische Im­ pedanz des Eingangsbereichs 28 glatt bzw. weich von 50 Ω auf 25 Ω übergeht, und zwar vom Eingangsende her, das an die Microstripleitung 38 zu dem Ausgangsende hin ankoppelt, das an den Mittelbereich 30 ankoppelt. Eine entsprechende Impedanzanpassungseinrichtung 60 ist am Ausgangsende des Mittelleiters 26 vorgesehen und umfaßt Kanten 62 und 64 des Ausgangsbereichs 32 des Mittel­ leiters 26 und gegenüberliegende Kanten 66 und 68 des äuße­ ren Leiters 34.

Die Form der Kanten 52, 54, 56, 58, 62, 64, 66 und 68 ist vorzugsweise so ausgebildet, daß die Wandler 50 und 60 Tschebyschev-Wandler bilden. Die charakteristische Impedanz in dem Eingangsbereich 28 kann anhand der Veröffentlichung "A Transmission Line Taper of Improved Design", von R. Klopfen­ stein, in Proceedings of the IRE, 1956, S. 31-35 berechnet werden. Die Verjüngung der Kanten als Funktion der charak­ teristischen Impedanz kann anhand des Lehrbuchs "Microstrip Lines and Slotlines", von K. Gurta, Artech House, 1979, S. 275 berechnet werden. Die jeweilige Dimensionierung der Kanten hängt vom jeweiligen speziellen Anwendungsfall ab, können aber unter Verwendung der Tschebyschev-Beziehungen in diesen Druckschriften errechnet werden. Es hat sich gezeigt, daß die konische Ausgestaltung in Form einer Tschebyschev-Kon­ figuration optimal ist, da sie für eine bestimmte Länge der Verjüngung im Durchlaßband einen minimalen Reflexionskoeffi­ zienten aufweist und dafür eine bestimmte maximale Größe des Reflexionskoeffizienten im Durchlaßband die Verjüngung eine minimale Länge aufweist. Es wurde herausgefunden, daß eine tatsächliche Modulator-Anordnung mit einem Rückstrahlverlust in der Größenordnung von 20 dB möglich ist.

In der nachfolgenden Tabelle sind beispielhafte Dimensionie­ rungen für einen Wandler 50 angegeben, der für die Anpassung einer 50 Ω Microstripleitung 38 zu einem 25 Ω koplanaren Wel­ lenleiter 24 geeignet ist, wie er oben beschrieben ist, wo­ bei die Länge der Mittellinie des Eingangsbereichs 28 von der Microstripleitung 38 zu dem Mittelbereich 30 2723,7 µm beträgt. Die Strecke ist in 21 gleich große Inkremente von je 129,7 µm geteilt. Die Weite W des Eingangsbereichs 28 zwischen den Kanten 52 und 54 und der Basisebenenabstand D zwischen den Kanten 56 und 58 des äußeren Leiters 34 für je­ des Inkrement sind in Mikrometer angegeben.

Tabelle

Gemäß einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, ist das Modulatorsubstrat 12 unter Verwendung von Zement oder Kleber oder sonstiger geeigneter Mittel auf einem Block 70 aus mi­ krowellenabsorbierendem Material montiert. Der Block 70 ist vorzugsweise aus einem magnetisch geladenen Epoxidmaterial gefertigt, wie es beispielsweise von der Fa. Emerson and Cumming Company unter dem Handelsnamen "Eccosorb" herge­ stellt wird. Der Block 70 absorbiert störende resonante Mi­ krowellenemissionen, die von einer Fehlanpassung der dielek­ trischen Konstanten an der Schnittstelle des Substrats 12 und des Blocks 70 herrühren, als auch unerwünschte Microstripmoden oder andere resonante Moden, die in der Vor­ richtung 10 erzeugt werden. Die Reduktion von Störresonanzen auf ein vernachlässigbares Niveau mittels Absorption durch den Block ermöglicht, daß der Modulator über einen weiten Bereich von Mikrowelleneingangsfrequenzen mit einem glatten Frequenzverhalten bzw. mit einem glatten Frequenzgang arbei­ tet. Ein annähernd flacher Frequenzgang zwischen 8 GHz und 18 GHz wurde durch Verwendung von Eccosorb-MF-124-Material erreicht, das bei 18 GHz einen Eingangsverlust von 149 dB/cm aufweist. Neben dem Absorbieren von Störemissionen von Mi­ krowellen weist das Material Eccosorb auch den Vorteil auf, daß es leicht in jede beliebige Form gearbeitet werden kann. Obwohl mit dem Eccosorb-Material hervorragende Ergebnisse erzielt worden sind, ist die vorliegende Erfindung natürlich nicht darauf beschränkt, sondern es können auch andere ge­ eignete Materialien verwendet werden, die störende Resonanz­ emissionen absorbieren.

Eine robuste Anordnung zur Montage der Vorrichtung 10 und zur Halterung und Verbindung mit den standarisierten opti­ schen Verbindungselementen ist in Fig. 4 dargestellt und um­ faßt einen Block 72, der aus Metall oder einem anderen dau­ erhaften Material hergestellt ist. Der Block 70 ist in eine tiefe Rinne 74 in dem Block 72 eingepaßt und ist darin ein­ zementiert oder in anderer Weise fixiert. Die Substrate 36 und 42 sind mit Abschnitten 76 bzw. 68 des Blocks 72 an aufein­ ander gegenüberliegenden Seiten der Rinne 74 aufgeklebt.

Ein Eingangsverbindungselement 80, das vorzugsweise eine konventionelle 50 Ω-SMA-Konfiguration (Sub-Miniatur-A) auf­ weist, ist auf eine Seitenplatte 82 mittels eines Flansches 84 und Schrauben 86, befestigt. Der Mittelleiter des Verbin­ dungselementes 80 ist elektrisch mit der Eingangs- Microstripleitung 38 durch ein Loch 88 in der Seitenplatte 82 mittels eines Bondstreifens aus Gold oder ähnlichem ver­ bunden, was nicht in der Zeichnung dargestellt ist. Ein Aus­ gangsverbindungselement 90 ist mit der Ausgangsmicrostrip­ leitung 44 in gleicher Weise verbunden, wobei die entspre­ chenden Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Block 72 weist auf gegenüberliegenden Seiten ver­ tikale Vertiefungen 92 auf, die in entsprechend geformte Wülste 94 auf den Seitenplatten 82 passen, wodurch sich die einzelnen Bauteile der Anordnung 10 schnell und in präziser Ausrichtung zueinander mittels Schrauben 96 befestigen las­ sen. Desweiteren sind Druckwülste 98 und 100 dargestellt, die an dem Block 72 ausgebildet sind, um zwischen den Microstripmasseebenen und der Masse des SMA einen guten elektrischen Kontakt herzustellen.

Es wird somit ein elektro-optischer Wanderwellen-Mach-Zehn­ der-Modulator 10 zum Betrieb mit elektrischen Mikrowelleneingangssignalfrequenzen angegeben, der eine elektrische Modulationselektrodenstruktur 26, 34, die einen koplanaren Wellenleiter 24 bildet, umfaßt. Ein elektrisches Eingangssignalverbindungselement 80 ist mit einer Microstripleitung 38 gekoppelt, die eine Ausgangsimpedanz aufweist, die sich signifikant von der Eingangsimpedanz des Wellenleiters 24 unterscheidet. Ein Tschebyschev-Impedanzanpas­ sungswandler 50 koppelt die Eingangssignale von dem Ein­ gangsverbindungselement 80 zu der Modula­ tionselektrodenstruktur 26, 34, während die Ausgangsimpedanz der Microstripleitung 38 der Eingangsimpedanz des Wellenlei­ ters 24 angepaßt wird, um die Kopplungseffizienz zu maximie­ ren und die Rückstrahlverluste zu minimieren. Der Modulator 10 ist auf einem Block 70 aus magnetisch geladenem Epoxidma­ terial montiert, das störende resonante Mi­ krowellenemissionen absorbiert und den Modulator 10 in die Lage versetzt, mit einem glatten Frequenzgang über einen weiten Bereich der Mikrowelleneingangsfrequenzen zu arbei­ ten.

Claims (5)

1. Elektro-optische Modulator-Anordnung, mit:
einem elektro-optischen Wanderwellenmodulator (10), der ein elektro-optisches Substrat (12), einen optischen Eingang (16), einen optischen Ausgang (18) und eine Modula­ tionselektrodenanordnung (26, 34) aufweist, die einen elek­ trischen Wellenleiter (24) enthält;
einer Eingangsanschlußeinrichtung (80, 37, 38) zum Empfang eines elektrischen Modulationseingangssignals, de­ ren Ausgangsimpedanz sich von der Eingangsimpedanz der Mo­ dulationselektrodenanordnung (26, 34) unterscheidet, wobei die Eingangsanschlußeinrichtung (80, 37, 38) einen Strei­ fenleiter (38) enthält;
einer mit dem elektro-optischen Substrat (12) des elektro-optischen Wanderwellenmodulators (10) verbundenen Mikrowellenabsorptionsvorrichtung (70) zur Absorption von unerwünschten resonanten Mikrowellenenergieemissionen von dem elektro-optischen Wanderwellenmodulator (10); und
einer Impedanzanpassungseinrichtung (50) zum Koppeln des Modulationseingangssignales von der Eingangsan­ schlußeinrichtung (80, 37, 38) zu der Modulationselektro­ denanordnung (26, 34) und zum jeweiligen Anpassen der Aus­ gangsimpedanz an die Eingangsimpedanz bei Mikrowellensi­ gnalfrequenzen, wobei die Impedanzanpassungseinrichtung (50) einen sich verjüngenden Wellenleiter umfaßt.

2. Elektro-optische Modulator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzanpassungseinrich­ tung (50) einen Tschebyschev-Wandler (50) aufweist.

3. Elektro-optische Modulator-Anordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro-optische Wanderwellenmodulator (10) einen Wanderwellen-Mach-Zehnder-Modulator umfaßt.

4. Elektro-optische Modulator-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mi­ krowellenabsorptionsvorrichtung (70) ein magnetisch gelade­ nes Epoxidmaterial aufweist.

5. Elektro-optische Modulator-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro­ optische Wanderwellenmodulator (10) ein Lithium- Niobatsubstrat (12) umfaßt und die Mikrowellenabsorpti­ onsvorrichtung (70) Mikrowellenemissionen aus dem Lithium- Niobatsubstrat (12) absorbiert.