DE60204652T2

DE60204652T2 - Optischer Phasenmodulator mit Elektrodenanordnung mit breitbandiger Übertragungscharakteristik

Info

Publication number: DE60204652T2
Application number: DE60204652T
Authority: DE
Inventors: Masaki Kawasaki-shi Sugiyama; Masaharu Kawasaki-shi Doi; Tadao Kawasaki-shi Nakazawa
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: EP1335238A1; US20030151793A1; JP2003233044A; US6741378B2; DE60204652D1; JP3955764B2; EP1335238B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Modulator, in dem ein Element zum Variieren einer optischen Phase durch den elektrooptischen Effekt montiert ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein optisches Kommunikationssystem wird als ein Breitband-Kommunikationssystem großer Kapazität verwendet. In einem derartigen optischen Kommunikationssystem ist eine höhere Bitrate bei einer Übertragung erforderlich, während sich die Nachfrage nach größerer Kommunikationskapazität erhöht.
In der Zwischenzeit wird in dem optischen Kommunikationssystem ein optischer Modulator mit einem Element eingesetzt, das eine optischen Phase durch den elektrooptischen Effekt variiert, was einen Brechungskoeffizienten ändert, wenn ein elektrisches Feld in einem ferroelektrischen Kristall angelegt wird etc.
Ein derartiges Element, das die optische Phase durch den elektrooptischen Effekt variiert (hierin nachstehend wird das Element einfach als Elektrooptikeffektelement bezeichnet), das in dem optischen Modulator zu montieren ist, ist mit einem optischen Wellenleiter versehen, der auf einem Wafer gebildet ist, der aus einem elektrooptischen Kristall aus LiNbO₃, LiTaO₂ etc. ausgeschnitten ist, mit einem metallischen Film aus Ti etc., der darauf durch Musterbildung und thermische Diffusion oder Protonenaustausch in Benzoesäure durch die IC-Produktionstechnik erzeugt wird. Ferner wird eine erforderliche Elektrode in der Nähe des optischen Wellenleiters gebildet.
Der optische Modulator hat eine derartige Konfiguration, dass ein optisches Signal von außerhalb des Elektrooptikeffektelementes dem optischen Wellenleiter so zugeführt wird, um ein Hochfrequenz-Modulationssignal eines Mikrowellenbandes einer Elektrode zuzuführen, die in der Nähe des optischen Wellenleiters gebildet ist.
1 ist ein Grundriss eines Konfigurationsbeispiels des optischen Modulators, wobei eine Abdeckung entfernt ist. Ein Elektrooptikeffektelement 2 ist in einem abschirmenden Gehäuse 1 untergebracht. 2A bis 2C sind schematische Konfigurationsdiagramme vom Elektrooptikeffektelement 2.
Um als ein optischer Modulator zu funktionieren, wird ein beispielhafter optischer Wellenleiter 10, der im Elektrooptikeffektelement 2 ausgebildet ist, hergestellt, in zwei parallele Wellenleiter zu verzweigen, um einen Mach-Zehnder-Wellenleiter zu konfigurieren. 2B ist eine Querschnittsansicht entlang Linie 'a' in dem in 2A gezeigten Grundriss. Auch ist 2C eine Querschnittsansicht entlang Linie 'b'.
Als ein Beispiel wird, wenn ein Z-Schnitt-Wafer für das Elektrooptikeffektelement 2 verwendet wird, herausgeschnitten aus einem LiNbO₃-Kristall in der Z-Achsenrichtung, wobei eine Elektrode aus einer einzelnen Elektrode gebildet wird, und ein Modulationsschema der Intensitätsmodulation angelegt wird, eine Signalelektrode 20 rechts oben von einem der parallelen Zweigwellenleiter aufgestellt, während eine Masseelektrode 22 rechts oben von dem anderen Zweigwellenleiter aufgestellt wird. Ferner ist eine Pufferschicht, die aus SiO₂ etc. gebildet wird, zwischen dem Substrat und Signalelektrode 20 und zwischen dem Substrat und Masseelektrode 22 so vorgesehen, um zu verhindern, dass das optische Signal, das sich in den zwei parallelen Wellenleitern bewegt, durch Signalelektrode 20 und Masseelektrode 22 absorbiert wird.
In 2A wird ein optisches Signal zu einer einfallenden Seite (Opt In) von Wellenleiter 10 eingegeben. Um als ein optischer Modulator zu funktionieren, wird ein rechteckiges Mikrowellensignal, das von einer Signalquelle 25 ausgegeben wird, Signalelektrode 20 als ein Modulationssignal in der gleichen Richtung wie die Bewegungsrichtung des optischen Signals zugeführt. Entsprechend werden die Brechungskoeffizienten von jedem parallelen optischen Wellenleiter, der in zwei verzweigt, in den gegenseitig entgegengesetzten Richtungen variiert, wobei eine Variation einer optischen Phasendifferenz in den parallelen optischen Wellenleitern erzeugt wird. Es wird dann ein intensitätsmoduliertes optisches Signal von einer Ausgangsseite (Opt Out) vom optischen Wellenleiter 10 in 2A ausgegeben.
In der Konfiguration des optischen Modulators, der in 1 gezeigt wird, wird das Hochfrequenz-Mikrowellensignal, das von Signalquelle 25 als ein Modulationssignal zugeführt wird, zu zwischen Signalelektrode 20 und Masseelektroden 21, 22 durch einen HF-Konnektor 3 mit einem Mittelleiter 30 und einem externen Leiter 31 zugeführt.
Mittelleiter 30 von HF-Konnektor 3 wird in ein Schleifkontaktelement 32 eingeführt und ist zwischen Signalelektrode 20 vom Elektrooptikeffektelement 2 und Schleifkontaktelement 32 mit Bonding verbunden. Auch ist der externe Leiter 31 vom HF-Konnektor 3 mit Masseelektroden 21, 22 vom Elektrooptikeffektelement 2 mit Drahtbonding 23 verbunden.
In dem Fall ferner, dass die Wellenlänge vom Hochfrequenzsignal im Vergleich zu der Größe der Elektroden im Elektrooptikeffektelement 2 lang ist, werden die Charakteristika vom Elektrooptikeffektelement 2 nicht wesentlich beeinflusst. Wenn jedoch die Wellenlänge kürzer wird, beeinflusst dies die Hochfrequenzcharakteristik vom Elektrooptikeffektelement 2, was zu einer Erzeugung von Strahlung und Reflexion in dem Hochfrequenzsignal führt. Als ein Ergebnis wird es schwierig, eine Breitbandübertragungscharakteristik im Elektrooptikeffektelement 2 zu erhalten. Ferner sind die Größen von Schleifkontaktelement 32 und Mittelleiter 30 von HF-Konnektor 3 in der Größenordnung von mehreren Dutzend μm winzig und deshalb ist es sehr schwierig sie zusammenzubauen.
Um das zuvor erwähnte Problem zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Verbinden von HF-Konnektor 3 und Elektrooptikeffektelement 2 über ein Relaissubstrat (relay Substrate) untersucht. In diesem Fall ist zu betrachten, dass jede der Eigencharakteristikimpedanz vom HF-Konnektor 3, dem Relaissubstrat und Elektrooptikeffektelement 2 als 50 Ω ausgelegt ist.
Insbesondere ist in dem Fall, dass Drahtbonding verwendet wird, um zwischen Elektrooptikeffektelement 2 und dem Relaissubstrat zu verbinden, ähnlich zu dem Fall einer Verbindung von HF-Konnektor 3 mit Elektrooptikeffektelement 2, gezeigt in 1, zu beachten, die charakteristische Impedanz als 50 Ω zu unterhalten, um Mikrowellenreflexion zu verhindern, um so die Lücke zwischen dem Drahtbondingbereich (hierin nachstehend als Pad bezeichnet) von Signalelektrode 20 und Masseelektroden 21, 22 zu verbreitern.
Falls die zuvor erwähnte Lücke zwischen dem Pad von Signalelektrode 20 und den Pads von Masseelektroden 21, 22 verbrei tert wird, entsteht jedoch ein Problem, dass das elektrische Feld breiter wird und die abstrahlende Mikrowellenkomponente vergrößert wird. Dies erzeugt eine Verschlechterung der Übertragungseigenschaft. Wenn die Frequenz in Verwendung höher wird, wird außerdem der Grad von Abstrahlung größer.
Falls die Padbreite W von Signalelektrode 20 enger eingestellt wird, entsteht in der Zwischenzeit ein anderes Problem dadurch, dass es schwierig ist, zu dem Relaissubstrat mit Bonding zu verbinden.
In US-B-6 192 167 wird ein differenzieller Eingangsoptikmodulator offenbart, umfassend ein Elektrooptikeffektelement mit Signal- und Masseelektroden mit Pads, die senkrecht zu Wellenleitern des Elektrooptikeffektelementes gerichtet sind. Der optische Modulator umfasst ein Relaissubstrat und einen Konnektor zum Verbinden mit einer Modulationssignalquelle. Die Merkmale der Präambel von Anspruch 1 sind aus dieser Literaturstelle bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen optischen Modulator vorzusehen, der ein Element montiert, das eine optische Phase durch den elektrooptischen Effekt variiert, mit einem Merkmal zum Zurückhalten der Erhöhung vom Abstrahlungsverhältnis, selbst wenn eine Mikrowellenfrequenz in Verwendung höher wird, ebenso wie einem Merkmal zum einfachen Verbinden zu dem Relaissubstrat mit Bonding.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Modulator vorgesehen, umfassend: ein Elektrooptikeffektelement mit einer Signalelektrode und einer Masseelektrode darauf, jede versehen mit einem Pad, und geeignet zum Variieren einer optischen Phase durch den elektro optischen Effekt, wobei das Signalelektrodenpad und das Masseelektrodenpad des Elektrooptikeffektelementes senkrecht zu Wellenleitern des Elektrooptikeffektelementes gerichtet sind; ein Relaissubstrat, gebildet aus einem dieelektrischen Wafer, worauf ein koplanarer Wellenleiter, verbunden mit dem Signalelektrodenpad und dem Masseelektrodenpad auf dem Elektrooptikeffektelement ausgebildet ist; und einen Konnektor mit einem Mittelleiter und einem externen Leiter, jeweils verbunden mit dem koplanaren Wellenleiter des Relaissubstrats, und verbindbar in Verwendung des Modulators mit einer Quelle zum Zuführen eines Modulationssignals eines Mikrowellenbandes zu der Signalelektrode des Elektrooptikeffektelementes, und gekennzeichnet dadurch, dass wenn eine charakteristische Impedanz durch das Signalelektrodenpad und das Masseelektrodenpad des Elektrooptikeffektelementes als Z₀ [Ω] definiert ist und die Padlänge als H [μm] definiert ist und nicht größer als 300 [μm] ist, die Beziehung dazwischen als –0,0005H2 + 0,32H – 19 < Z0 < 0,00061H2 – 0,34H + 98eingestellt ist, und dadurch, dass wenn ein Padraum zwischen dem Signalelektrodenpad und dem Masseelektrodenpad des Elektrooptikeffektelementes als 5 [μm] definiert ist und die Padlänge als H [μm] definiert ist und nicht größer als 300 ist, die Beziehung zwischen S und H als –0,002H2 + 1,3H – 160 < S < 0,0025H2 – 1,6H + 550eingestellt ist.
Der Padraum zwischen dem Signalelektrodenpad und dem Masseelektrodenpad kann als 130 [μm] eingestellt sein.
Die charakteristische Impedanz durch das Signalelektrodenpad und das Masseelektrodenpad des Elektrooptikeffektelementes kann als 42 [Ω] eingestellt sein.
Eine Breite des Signalelektrodenpads des Elektrooptikeffektelementes kann zwischen 30 μm und 70 μm sein.
Breiten des Signalelektrodenpads und des Masseelektrodenpads des Elektrooptikeffektelementes können 50 μm sein.
Jede charakteristische Impedanz des Relaissubstrats und des HF-Konnektors können als 50 Ω eingestellt sein.
Weitere Bereiche und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung der Ausführungsformen mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlicher.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Draufsichtsansicht einer beispielhaften Konfiguration eines optischen Modulators, wobei die Abdeckung davon entfernt ist.
2A bis 2C zeigen schematische Diagramme vom Elektrooptikeffektelement 2.
3 zeigt eine beispielhaften Konfiguration des optischen Modulators, der unter dem Konzept durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung untersucht wurde.
4 zeigt ein Diagramm, das ein Elektrodenmuster veranschaulicht, das in dem Elektrooptikeffektelement ausgebildet ist.
5 zeigt eine Ausführungsform vom Elektrooptikeffektelement 2, ein Element, das eine optische Phase durch den elektrooptischen Effekt variiert, vorgesehen in einem optischen Modulator als ein Ziel der vorliegenden Erfindung.
6A und 6B zeigen Diagramme, die den Modulationssignalverlust veranschaulichen, verursacht durch Reflexion bei der Modulationsfrequenz von 30 GHz.
7A und 7B zeigen Diagramme, die den Modulationssignalverlust veranschaulichen, verursacht durch Abstrahlung bei der Modulationsfrequenz von 30 GHz.
8A und 8B zeigen Diagramme, die den Modulationssignalverlust veranschaulichen, verursacht durch Reflexion und Abstrahlung bei der Modulationsfrequenz von 30 GHz.
9A und 9B zeigen Diagramme, die den Modulationssignalverlust veranschaulichen, verursacht durch Reflexion bei der Modulationsfrequenz von 40 GHz.
10A und 10B zeigen Diagramme, die den Modulationssignalverlust veranschaulichen, verursacht durch Abstrahlung bei der Modulationsfrequenz von 40 GHz.
11A und 11B zeigen Diagramme, die den Modulationssignalverlust veranschaulichen, verursacht durch Reflexion und Abstrahlung bei der Modulationsfrequenz von 40 GHz.
12 zeigt ein Diagramm, das die tolerierbare obere Grenze von einem Padraum S ebenso wie die tolerierbare untere Grenze davon veranschaulicht, wenn eine Padhöhe H bei der Modulationsfrequenz von 30 GHz variiert wird.
13 zeigt ein Diagramm, das die tolerierbare obere Grenze der charakteristischen Impedanz Z₀ ebenso wie die tolerierbare untere Grenze davon veranschaulicht, wenn die Padhöhe H bei der Modulationsfrequenz von 30 GHz variiert wird.
14 zeigt ein Diagramm, das die tolerierbare obere Grenze von einem Padraum S ebenso wie die tolerierbare untere Grenze davon veranschaulicht, wenn eine Padhöhe H bei der Modulationsfrequenz von 40 GHz variiert wird.
15 zeigt ein Diagramm, das die tolerierbare obere Grenze der charakteristischen Impedanz Z₀ ebenso wie die tolerierbare untere Grenze davon veranschaulicht, wenn die Padhöhe H bei der Modulationsfrequenz von 40 GHz variiert wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hierin nachstehend unter Bezug auf die Diagramme und Zeichnungen beschrieben. Vor der Beschreibung der Ausführungsformen wird zum Zweck eines einfachen Verstehens der vorliegenden Erfindung eine detaillierte Konfiguration zum Verbinden von HF-Konnektor 3 und Elektrooptikeffektelement 2 unter Verwendung eines Relaissubstrats erläutert, was durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung untersucht wurde.
3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel veranschaulicht, um HF-Konnektor 3 mit Elektrooptikeffektelement 2 unter Verwendung eines Relaissubstrats zu verbinden, was durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung untersucht wurde.
In 3 hat Relaissubstrat 40 Signalelektrode 400, verbunden mit Signalelektrode 20 und Masseelektroden 21, 22 von Elektrooptikeffektelement 2, und einen koplanaren Wellenlei ter mit Masseelektroden 401, 402, jede aufgestellt an einer Seite von Signalelektrode 400 auf einem dieelektrischen Wafer, wie etwa Al₂O₃.
Elektrooptikeffektelement 2 ist mit Relaissubstrat 40 durch die Verbindung zwischen jedem Pad 200, 210, 220 von Elektrooptikeffektelement 2 und jeder entsprechenden Elektrode 400, 401, 402 des Wellenleiters mit Drahtbonding 23 verbunden.
Obwohl hier in 3 die Verbindung zwischen Relaissubstrat 40 und HF-Konnektor 3 nur für die Eingangsseite gezeigt wird, ist die Ausgangsseite auch mit einem nicht-veranschaulichten HF-Konnektor über Relaissubstrat 40 verbunden.
Auch hat Pad 200 von Signalelektrode 20 eine Elektrodenbreite W so, um sich mit Signalelektrode 400 in dem koplanaren Wellenleiter von Relaissubstrat 40 zu verbinden, wie in 4A, 4B gezeigt, worin nur Elektrodenmuster veranschaulicht sind.
Mittlerweile hat ein nicht-veranschaulichtes HF-Kabel zum Verbinden von Signalquelle 25 und HF-Konnektor 3 allgemein eine charakteristische Impedanz von 50 Ω. Entsprechend ist bezüglich HF-Konnektor 3 und Relaissubstrat 40 jede der Eigencharakteristikimpedanz ausgelegt 50 Ω zu sein.
Deshalb wird es für Pads 200, 210 und 220 im Elektrooptikeffektelement 2 als notwendig erachtet, jede charakteristische Impedanz als 50 Ω aufrechtzuerhalten, um Mikrowellenreflexion zu verhindern. Ein Verfahren, um das Obige zu erfüllen, ist es, eine Lücke S zwischen Pad 200 von Signalelektrode 20 und Pads 210, 220 von Masseelektroden 21, 22 zu verbreitern.
Wie zuvor erwähnt, entsteht jedoch, falls Lücke S zwischen Pad 200 von Signalelektrode 20 und Pads 210, 220 von Masseelektroden 21, 22 verbreitert wird, ein derartiges Problem, dass das elektrische Feld verbreitert wird und sich entsprechend die abgestrahlte Mikrowellenkomponente erhöht und die Übertragungseigenschaft verschlechtert wird. Falls die Mikrowellenfrequenzen einer Verwendung höher wird, wird der Grad der Abstrahlung größer.
Falls die Breite W von Pad 200 enger gemacht wird, entsteht in der Zwischenzeit ein Problem dadurch, dass die Verbindung zwischen Relaissubstrat 40 und Pad 200 mit Bonding schwierig wird.
Unter Berücksichtigung dessen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung untersucht um herauszufinden, dass eine optimale Bedingung für eine Übertragungseigenschaft, die ermöglicht, die Mikrowellenreflexion und Abstrahlung in den Eingangs-/Ausgangsabschnitten vom Elektrooptikeffektelement 2 zu reduzieren, d.h. Pads 200, 210 und 220, selbst wenn die charakteristische Impedanz abweicht als ein Ergebnis einer Verbreiterung der Größe von Lücke S zwischen dem zuvor erwähnten Pad 200 von Signalelektrode 20 und Pads 210, 220 von Masseelektroden 21, 22.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Modulator vorgesehen, der ein Element montiert, das eine optische Phase durch den elektrooptischen Effekt mit dieser neu gefundenen optimalen Bedingung für eine Übertragungseigenschaft variiert.
5 ist eine Ausführungsform von Elektrooptikeffektelement 2, das eine optische Phase durch den elektrooptischen Effekt in dem optischen Modulator der vorliegenden Erfindung variiert.
Signalelektrode 20 und Masseelektroden 21, 22 mit einer gegenseitig funktionierenden Elektrodenlänge L mit einem ähnli chen Elektrodenmuster, gezeigt in 4A, 4B, werden durch Musterbildung auf einem LiNbO₃-Substrat 40 mit 2 mm in der Breite, 1 mm in der Höhe und 50 mm in der Länge gebildet.
Hier wird wünschenswert die Spannung des Hochfrequenzsignals tiefer eingestellt, da es schwierig ist, eine hohe Leistung einer Ansteuerschaltung zu erzeugen, die sich in der letzten Stufe von Signalquelle 25 befindet, zum Erzeugen von Hochfrequenzsignalen. In dem Fall, dass der Verlust von Hochfrequenzsignalen groß ist, existiert jedoch eine Grenze, um die Spannung der Hochfrequenzsignale tief zu machen. Aus diesem Aspekt ist es wichtig, den Verlust von Hochfrequenzsignalen zu reduzieren.
Unter Betrachtung von Verlust eines Hochfrequenzsignals als ein Modulationssignal wird nun der Verlust im Eingangs-/Ausgangs-HF-Konnektor 3 und Relaissubstrat 40, im Eingangsabschnitt vom Elektrooptikeffektelement 2, d.h. Pads 200, 210 und 220, und durch die gegenseitig funktionierende Länge L von Elektroden 20, 21 und 22 erzeugt.
Hier ist der Verlust, der im HF-Konnektor 3 und Relaissubstrat 40 erzeugt wird, in der Größenordnung von 0,5 dB auf die Eingangsseite bzw. der Ausgangsseite vom HF-Konnektor 3, wenn die charakteristische Impedanz auf 50 Ω eingestellt ist. Auch wird der Verlust, der durch die gegenseitig funktionierende Elektrodenlänge L erzeugt wird, durch die Längen von Elektroden 20, 21 und 22 fest bestimmt.
Mittlerweile wird der Verlust, der in dem Eingangsabschnitt vom Elektrooptikeffektelement 2 erzeugt wird, d.h. Pads 200, 210 und 220, durch Reflexion und Abstrahlung verursacht: Es wurde als wesentlich erachtet, dass die Impedanz dieser Pads der charakteristischen Impedanz von HF-Konnektor 3 und Relaissubstrat 40 anzupassen ist, d.h. 50 Ω.
In Hinsicht auf den Verlust, der in Pads 200, 210 und 220 erzeugt wird, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung nach Untersuchung verschiedener Fälle herausgefunden, dass eine optimale Bedingung existiert, an Stelle einer Anpassung an die charakteristische Impedanz, 50 Ω, von HF-Konnektor 3 und Relaissubstrat 40.
Diese Bedingung wird in den folgenden Ausführungsformen untersucht.
[Erste Ausführungsform]
In dem in 4 gezeigten Elektrodenmuster wird die Breite W von Pad 200 von Signalelektrode 20 angenommen 50 μm zu sein. Auch wird die Modulationssignalfrequenz angenommen 30 GHz zu sein.
Es wurde Verlust 521, der durch Reflexion verursacht wurde, durch Messen von S21 kalkuliert, wenn Raum S zwischen Pad 200 und Pads 210, 220 variiert wurde, wobei Höhe H von Pad 200 zu 300 μm, 200 μm bzw. 100 μm variiert wurde. Verlust S21 wurde auch kalkuliert, verursacht durch Reflexion, wenn die charakteristische Impedanz variiert wird.
Hier ist Verlust S21 ein Wert, der aus dem Verhältnis von einem Eingangssignalpegel und einem Ausgangssignalpegel erhalten wird.
6A und 6B zeigen die Ergebnisse der zuvor erwähnten Messung. 6A ist ein Diagramm, das Verlust durch Reflexion darstellt, wenn Padraum S variiert wird, und 6B stellt Verlust durch Reflexion dar, wenn die charakteristische Impedanz variiert wird.
Unter Verwendung der gleichen Bedingung wie der obigen wird in der Zwischenzeit Verlust gemessen, der durch Abstrahlung verursacht wird, die Ergebnisse dessen werden in 7A und 7B gezeigt. Das in 7A gezeigte Diagramm stellt Verlust durch Abstrahlung dar, wenn Padraum S variiert wird, und das in 7B gezeigte Diagramm stellt Verlust durch Abstrahlung dar, wenn die charakteristische Impedanz variiert wird.
Ferner sind 8A und 8B Diagramme, in denen jeweils der Verlust durch Reflexion, gezeigt in 6A, 6B, dem Verlust durch Abstrahlung, gezeigt in 7A, 7B, hinzugefügt wird. 8A stellt Verlust dar, wenn Padraum S variiert wird, und 8B stellt Verlust dar, wenn die charakteristische Impedanz variiert wird.
Aus 8A wird verstanden, dass der Verlust, der durch Reflexion und Abstrahlung verursacht wird, minimal wird, wenn Padraum S als 130 μm eingestellt ist, ungeachtet der Höhe H von Pads 200, 210 und 220, eingestellt als 300 μm, 200 μm oder 100 μm. Auch wird aus 8B gezeigt, dass der Verlust minimal wird, wenn die charakteristische Impedanz als 40 Ω eingestellt ist.
Wie zuvor erwähnt, ist der Verlust, der im Relaissubstrat 40 und der Eingangsseite von HF-Konnektor 3 erzeugt wird, ungefähr 0,5 dB, ebenso wie der Verlust, der im Relaissubstrat 40 und der Ausgangsseite von HF-Konnektor 3 erzeugt wird.
Bei Betrachtung des Verlustes, der in dem Eingangs- und Ausgangsabschnitt von Elektrooptikeffektelement 2 zulässig ist bis zu dem äquivalenten Grad, variiert deshalb die obere Grenze und die untere Grenze in dem tolerierbare Bereich von Padraum S, wenn Verlust S21 nicht größer als 0,5 dB ist, mit der Padhöhe H in 8A.
12 ist ein Diagramm, das die obere Grenze A und die untere Grenze B von Padraum S veranschaulicht, wenn Padhöhe H variiert wird, die aus den Diagrammen erhalten wird, die in 8A, 8B gezeigt werden.
Wenn das Modulationssignal eine Komponente von 30 GHz hat, hat entsprechend der tolerierbare Bereich von Padraum S die nachstehend gezeigte Beziehung: Höhe H ist kleiner als 300 μm, und –0,002H2 + 1,3H – 160 < S < 0,0025H2 – 1,6H + 550wobei der Raum zwischen dem Signalelektrodenpad und dem Masseelektrodenpad des Elektrooptikeffektelementes als S [μm] definiert ist, und die Padhöhe als H [μm] definiert ist.
Wenn z.B. H = 300 μm ist, wird aus dieser Beziehung die tolerierbare Größe von S zwischen 50 μm und 280 μm.
Bezüglich der charakteristischen Impedanz zeigt 8B an, dass der Wert, der den Verlust minimiert, 41 Ω ist. Auf eine ähnliche Art und Weise zu dem obigen ist, wenn der Verlust von nicht mehr als ungefähr 0,5 dB zulässig ist, was dem Verlust äquivalent ist, der in der Eingangsseite und der Ausgangsseite von HF-Konnektor 3 und Relaissubstrat 40 erzeugt wird, die tolerierbare charakteristische Impedanz Z₀ [Ω] innerhalb des Bereichs von oberer Grenze A und unterer Grenze B, gezeigt in 13, was die nachstehend gezeigte Beziehung erfüllt 0,0005H2 + 0,32H – 19 < Z0 < 0,00061H2 – 0,34H + 98wobei Z₀ die charakteristische Impedanz ist.
[Zweite Ausführungsform]
Auf eine ähnliche Art und Weise zu der ersten Ausführungsform wird Breite W von Pad 200 von Signalelektrode 20 angenommen 50 μm zu sein. In dieser zweiten Ausführungsform wird jedoch die Modulationssignalfrequenz angenommen 40 GHz zu sein.
Es wurde Verlust S21, der durch Reflexion verursacht wurde, durch Messen von S21 kalkuliert, wenn Raum S zwischen Pad 200 und Pads 210, 220 variiert wurde, wobei Höhe H von Pad 200 zu 300 μm, 200 μm bzw. 100 μm variiert wurde. Verlust S21 wurde auch kalkuliert, verursacht durch Reflexion, wenn die charakteristische Impedanz variiert wird.
9A und 9B sind die Ergebnisse der zuvor erwähnten Messung, wobei 9A ein Diagramm ist, das Verlust durch Reflexion darstellt, wenn Padraum S variiert wird, und 9B Verlust durch Reflexion darstellt, wenn die charakteristische Impedanz variiert wird.
Unter Verwendung der gleichen Bedingung wie der obigen wird unterdessen Verlust, verursacht durch Abstrahlung, gemessen, die Ergebnisse dessen werden in 10A und 10B gezeigt. Das in 10A gezeigte Diagramm stellt Verlust durch Abstrahlung dar, wenn Padraum S variiert wird, und das in 10B gezeigte Diagramm stellt Verlust durch Abstrahlung dar, wenn die charakteristische Impedanz variiert wird.
Ferner sind 11A und 11B Diagramme, in denen jeweils der Verlust durch Reflexion, gezeigt in 9A, 9B, dem Verlust durch Abstrahlung, gezeigt in 10A, 10B, hinzugefügt wird. 11A stellt Verlust dar, wenn Padraum S variiert wird, und 11B stellt Verlust dar, wenn die charakteristische Impedanz variiert wird.
Aus 11A wird verstanden, dass der Verlust, verursacht durch Reflexion und Abstrahlung, minimal wird, wenn Padraum S als 120 μm eingestellt ist. Aus 11B wird auch gezeigt, dass der Verlust minimal wird, wenn die charakteristische Impedanz als 40 Ω eingestellt ist.
Wie zuvor erwähnt, ist der Verlust, der im Relaissubstrat 40 und der Eingangsseite von HF-Konnektor 3 erzeugt wird, ungefähr 0,5 dB, ebenso wie der Verlust, der im Relaissubstrat 40 und der Ausgangsseite von HF-Konnektor 3 erzeugt wird.
Bei Betrachtung des Verlustes, der in dem Eingangs- und Ausgangsabschnitt von Elektrooptikeffektelement 2 zulässig ist bis zu dem äquivalenten Grad, variiert deshalb die obere Grenze und die untere Grenze in dem tolerierbaren Bereich von Padraum S, wenn Verlust S21 nicht größer als 0,5 dB ist, mit der Padhöhe H in 11A.
14 ist ein Diagramm, das die obere Grenze A und die untere Grenze B von Padraum S veranschaulicht, wenn Padhöhe H, erhalten aus den in 11A, 11B gezeigten Diagrammen, variiert wird.
Wenn das Modulationssignal eine Komponente von 40 GHz hat, ist entsprechend Höhe H kleiner als 300 μm und der tolerierbare Bereich von Padraum S hat die nachstehend gezeigte Beziehung: –0,002H2 + 1,3H – 160 < S < 0,001H2 – 0,8H + 370wobei der Raum zwischen dem Signalelektrodenpad und dem Masseelektrodenpad des Elektrooptikeffektelementes als S [μm] definiert ist, und die Padhöhe als H [μm] definiert ist.
Wenn z.B. H = 300 μm ist, wird aus dieser Beziehung die tolerierbare Größe von S zwischen 50 μm und 220 μm.
Bezüglich der charakteristischen Impedanz zeigt 11B an, dass der Wert, der den Verlust minimiert, 42 Ω ist. Auf eine ähnliche Art und Weise zu dem obigen ist, wenn der Verlust von nicht mehr als ungefähr 0,5 dB zulässig ist, was dem Verlust äquivalent ist, der in der Eingangsseite und der Ausgangsseite von HF-Konnektor 3 und Relaissubstrat 40 erzeugt wird, eine tolerierbare charakteristische Impedanz Z₀ [Ω] innerhalb des Bereichs von oberer Grenze A und unterer Grenze B, gezeigt in 15, was die nachstehend gezeigte Beziehung erfüllt 0,0005H2 + 0,32H – 19 < Z0 < 0,000093H2 – 0,061H + 57wobei Z₀ die charakteristische Impedanz ist.
Aus den gemessenen Ergebnissen der zuvor erwähnten Ausführungsformen hängt der Verlust, der durch Abstrahlung und Reflexion in dem Eingangsabschnitt vom Elektrooptikeffektelement 2 verursacht wird, weder von der Modulationsfrequenz noch der Padhöhe H ab. Der Verlust wird minimal, entweder wenn Padraum S 130 μm ist oder wenn die charakteristische Impedanz 42 Ω ist.
In den zuvor erwähnten Ausführungsformen wird die Breite von Pad 200 von Signalelektrode 20 angenommen 50 μm zu sein. Der tolerierbare Bereich, die die charakteristische Impedanz kaum beeinflusst, ist der Bereich zwischen 30 μm und 70 μm.
In der obigen Erläuterung der Ausführungsformen wird das Elektrooptikeffektelement 2 in dem optischen Modulator angenommen, mit einem Z-Schnitt-Dielektrikumwafer und einer einzelnen Elektrode konfiguriert zu werden, und als ein Modula tionsschema wird Intensitätsmodulation eingesetzt. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf die obige Struktur begrenzt.
Es kann nämlich ein anderer optischer Modulator mit einer Elektrode eines dualen Elektrodentyps in dem Fall eines Z-Schnitt-Dielektrikumwafers und des Intensitätsmodulationsschemas konfiguriert werden. Es ist auch möglich, die Phasenmodulation oder die Polaritätsmodulation als das Modulationsschema einzuführen. Ferner können auch in dem Fall, dass der dieelektrische Wafer aus einem X-Schnitt gebildet wird, ähnliche Kombinationen zu dem obigen in Bezug auf die Elektrode und das Modulationsschema angewendet werden.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden in Übereinstimmung mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben. Durch Anwenden der optimalen Bedingung in den Größen der Pads 200, 210 und 220, vorgesehen in dem Eingangsabschnitt vom Elektrooptikeffektelement 2, kann ein Niederspannungs-Modulationssignal realisiert werden, während Reflexion und Abstrahlung eines Hochfrequenz-Modulationssignals reduziert werden.
Die vorangehende Beschreibung der Ausführungsformen ist nicht gedacht, die Erfindung auf die bestimmten Details der veranschaulichten Beispiele zu begrenzen.

Claims

Optikmodulator, umfassend: ein Elektrooptikeffektelement (2) mit einer Signalelektrode (20) und einer Masseelektrode (21, 22) darauf, jede versehen mit einem Pad (200, 210, 220), und geeignet zum Variieren einer optischen Phase durch den elektrooptischen Effekt, wobei das Signalelektrodenpad (200) und das Masseelektrodenpad (210, 220) des Elektrooptikeffektelementes senkrecht zu Wellenleitern des Elektrooptikeffektelementes gerichtet sind; ein Relaissubstrat (40), gebildet aus einem dieelektrischen Wafer, worauf ein koplanarer Wellenleiter, verbunden mit dem Signalelektrodenpad (200) und dem Masseelektrodenpad (210, 220) auf dem Elektrooptikeffektelement (2) ausgebildet ist; und einen Konnektor (3) mit einem Mittelleiter und einem externen Leiter, jeweils verbunden mit dem koplanaren Wellenleiter des Relaissubstrats (40), und verbindbar in Verwendung des Modulators mit einer Quelle (25) zum Zuführen eines Modulationssignals eines Mikrowellenbandes zu der Signalelektrode (20) des Elektrooptikeffektelementes, wobei eine charakteristische Impedanz durch das Signalelektrodenpad (200) und das Masseelektrodenpad (210, 220) des Elektrooptikeffektelementes (2) als Z₀ in Ω definiert ist und die Padlänge als H in μm definiert ist, die Beziehung dazwischen als –0,0005H2 + 0,32H – 19 < Z0 < 0,00061H2 – 0,34H + 98,eingestellt ist, gekennzeichnet dadurch, dass H nicht größer als 300 μm ist, und dadurch, dass ein Padraum zwischen dem Signalelektrodenpad (200) und dem Masseelektrodenpad (210, 220) des Elektrooptikeffektelementes (2) als S in μm definiert ist, die Beziehung zwischen S und H als –0,002H2 + 1,3H – 160 < S < 0,0025H2 – 1,6H + 550eingestellt ist.
Optikmodulator nach Anspruch 1, wobei der Padraum zwischen dem Signalelektrodenpad und dem Masseelektrodenpad des Elektrooptikeffektelementes als 130 μm eingestellt ist.
Optikmodulator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die charakteristische Impedanz durch das Signalelektrodenpad und das Masseelektrodenpad des Elektrooptikeffektelementes als 42Ω eingestellt ist.
Optikmodulator nach einem beliebigen von Ansprüchen 1 bis 3, wobei eine Breite des Signalelektrodenpads des Elektrooptikeffektelementes zwischen 30 μm und 70 μm ist.
Optikmodulator nach einem beliebigen von Ansprüchen 1 bis 3, wobei Breiten des Signalelektrodenpads und des Masseelektrodenpads des Elektrooptikeffektelementes 50 μm sind.
Optikmodulator nach einem beliebigen von Ansprüchen 1 bis 5, wobei jede charakteristische Impedanz des Relaissubstrats und des HF-Konnektors als 50 Ω eingestellt ist.