DE69033696T2

DE69033696T2 - Optischer Modulator

Info

Publication number: DE69033696T2
Application number: DE69033696T
Authority: DE
Inventors: Izumi Amemiya; Hiroshi Hamano; Takefumi Namiki; Hiroshi Nishimoto; Tadashi Okiyama; Minoru Seino; Izumi Yokota
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-03-14
Filing date: 1990-03-14
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2010-03-15
Also published as: CA2011954A1; EP0674210B1; EP0387832B1; EP0387832A1; DE69033696D1; US5074631A; CA2011954C; EP0674210A2; DE69025481D1; DE69025481T2; EP0674210A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Modulator, der in einer Sendevorrichtung zum Senden von digitalen Hochgeschwindigkeitssignalen in einem optischen Kommunikationssystem unter Verwendung von optischen Fasern als ein Übertragungskanal verwendet wird.
In den vergangenen Jahren sind optische Kommunikationssysteme, die optische Signale als das Medium für die Kommunikation verwenden, schnell in die Verwendung umgesetzt worden. Die optischen Modulatoren zum Erzeugen der optischen Signale in den optischen Kommunikationssystemen sind extrem wichtige Einrichtungen. Die vorliegende Erfindung betrifft derartige optische Modulatoren, insbesondere optische Modulatoren des Typs mit externer Modulation.

2. Beschreibung des verwandten Sachstands

Wenn in den herkömmlichen optischen Modulatoren des Direktmodulations-Typs die Modulationsgeschwindigkeit groß wurde, trat ein sogenanntes Frequenz-Chirping auf, was zur Verschlechterung der Hochgeschwindigkeits- Eigenschaften führt. Ein Frequenz-Chirping ist die Verschiebung in der Wellenlänge des Lichts aufgrund des Anstiegs und des Abfalls des Signallichts mit jedem derartigen Anstieg und Abfall. Ein Frequenz-Chirping verursacht eine Wellenformverschlechterung in dem Signallicht, welches in dem Empfangssystem über die optische Faser empfangen wird, aufgrund der Wellenlängendispersion der optischen Faser. In einem optischen Hochgeschwindigkeits-Kommunikationssystem, bei dem eine Lichtmodulation mit hoher Geschwindigkeit von mehren Gbps erforderlich ist, ist es deshalb nicht möglich, einen optischen Modulator des Typs mit direkter Modulation zu verwenden.
Ein bekannter Typ eines optischen Modulators des Typs mit externer Modulation ist ein Modulator des Mach- Zehnder-Interferometer-Typs, der nachstehend erläutert wird. Ein derartiger Modulator des Mach-Zehnder- Interferometer-Typs weist die kleinste Spreizung des Spektrums auf und kann deshalb die Wellenformverschlechterung an dem Empfänger, verursacht durch die Effekte der Wellenlängendispersion der Faser, vermeiden. Das heißt, in einem derartigen Modulator des Mach-Zehnder-Interferometer-Typs werden die Phasen des Lichts, welches sich durch zwei optische Wellenleiter ausbreitet, in entgegengesetzte Richtungen mit der gleichen Größe für eine Modulation, die frei von einem Frequenz-Chirping ist, moduliert und es ist somit möglich, die spektrale Spreizung auf die Spreizung des Modulationsseitenbands zu verringern, und zwar die Fourier-Komponente der Modulations-Wellenform. Es sei darauf hingewiesen, dass eine bekannte Literaturstelle, die sich auf einen optischen Modulator dieses Typs bezieht, F. Koyama et al., JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol. 6, No. 1, January 1988, IEEE, pp. 87-93 ist.
Bei dem herkömmlichen Modulator des Mach-Zehnder- Interferometer-Typs gibt es jedoch die folgenden Probleme.
Während zunächst der Wunsch besteht, die Modulations- Ansteuerschaltung des optischen Modulators mit einer integrierten Halbleiterschaltung (IC) zu bilden und somit die Größe zu verringern, ist es als erstes nicht einfach, die Modulations-Ansteuerschaltung mit einem IC- Chip zu bilden. Die Ursache hierfür besteht darin, dass der herkömmliche Modulator des Mach-Zehnder- Interferometer-Typs eine hohe Spannung von -5 V - -8 V benötigt und es schwierig ist, ein IC herzustellen, welches eine derartige hohe Spannung aushalten kann.
Während ein Wunsch dahingehend besteht, den Versatz (offset) des optischen Modulators soweit wie möglich zu verringern, ist es zweitens nicht einfach, den Versatz zu verringern. Hierbei bezeichnet der "Versatz" den Versatz in der Modulations-Ansteuerspannung und die Abweichung in verschiedenen Charakteristiken, die Temperaturschwankungen begleiten.
Drittens ist es nicht möglich, einen optischen Modulator für ein optisches Kommunikationssystem über große Entfernungen zu verwenden, welches bei einer hohen Übertragungsgeschwindigkeit von über mehreren Gbps arbeitet. Die Ursache hierfür ist die sogenannte Wellenlängendispersion in den optischen Fasern. Das heißt, es ist nicht möglich gewesen, die Anforderungen zum Konstruieren eines optischen Kommunikationssystems mit hoher Geschwindigkeit und für große Entfernungen unter Verwendung von derartigen allgemeinen optischen Fasern, die große Wellenlängendispersionen erzeugen, zu erfüllen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Deshalb ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines optischen Modulators, der jede der ersten bis dritten Wünsche, die voranstehend erwähnt wurden, erfüllen kann, wenn von dem Designer des optischen Kommunikationssystems dies gefordert wird.
Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt einen optischen Modulator bereit, der umfasst: ein Substrat; ein Mach-Zehnder-Interferometer mit einem Eingang für ankommendes Licht, einem Ausgang für abgehendes Licht und mit ersten und zweiten optischen Wellenleitern, die in dem Substrat gebildet und zwischen den Eingang und Ausgang gekoppelt sind; und eine Elektroden-Struktur, die auf dem Substrat gebildet ist und wenigstens ein Paar von getrennten Elektroden, die zu dem ersten optischen Wellenleiter gehören und eine ansteuerspannungs-seitige Elektrode und eine damit über einen Abschlusswiderstand verbundene Masseelektrode aufweisen, umfasst; wobei die Anordnung der ersten und zweiten optischen Wellenleiter und der Elektrodenstruktur zwischen dem ersten optischen Wellenleiter und den zweiten optischen Wellenleiter asymmetrisch ist, um die Phase von Licht, welches sich durch den ersten optischen Wellenleiter ausbreitet, unterschiedlich zu der Phase des Lichts, welches sich durch den zweiten optischen Wellenleiter ausbreitet, mit Hilfe des elektrooptischen Effekts zu modulieren, selbst wenn die gleiche Ansteuerspannung an einen optionalen Teil der Elektrodenstruktur, die zu dem zweiten optischen Wellenleiter gehört, hinsichtlich der ansteuerspannungs-seitigen Elektrode des Paars von Elektroden, die zu dem ersten optischen Wellenleiter gehören, angelegt wird.
In einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen optischen Modulator bereit, der umfasst: ein Substrat, ein Mach-Zehnder-Interferometer mit einem Eingang für ankommendes Licht, einem Ausgang für abgehendes Licht und mit ersten und zweiten optischen Wellenleitern, die in dem Substrat gebildet und zwischen den Eingang und den Ausgang gekoppelt sind; und eine Elektrodenstruktur, die auf dem Substrat gebildet ist und umfasst: ein erstes Paar von getrennten Elektroden, die zu dem ersten der optischen Wellenleiter gehören und eine erste ansteuerspannungs-seitige Elektrode und eine über einen ersten Abschlusswiderstand damit verbundene erste Masseelektrode aufweist, und ein zweites Paar von getrennten Elektroden, die zu dem zweiten optischen Wellenleiter gehören und eine zweite ansteuerspannungs-seitige Elektrode und eine damit über einen zweiten Abschlusswiderstand verbundene zweite Masseelektrode aufweisen, wobei die Anordnung der ersten und zweiten optischen Wellenleiter und der Elektrodenstruktur zwischen dem ersten optischen Wellenleiter und den zweiten optischen Wellenleiter und dem zweiten optischen Wellenleiter symmetrisch ist; und eine Ansteuereinrichtung, die angeordnet ist, um eine erste Ansteuerspannung an der ersten ansteuerspanungs-seitigen Elektrode und eine zweite Ansteuerspannung, die sich von der ersten Ansteuerspannung unterscheidet, an der zweiten ansteuerspannungs-seitigen Elektrode bereitzustellen, um die Phase von Licht, welches sich durch den ersten optischen Wellenleiter ausbreitet, unterschiedlich zu der Phase des Lichts, welches sich durch den zweiten optischen Wellenleiter ausbreitet, mit Hilfe des elektrooptischen Effekts zu modulieren.
In einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Modulieren von Licht bereit, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines optischen Modulators, umfassend: ein Substrat; ein Mach-Zehnder-Interferometer mit einem Eingang für ankommendes Licht, einem Ausgang für abgehendes Licht und mit ersten und zweiten optischen Wellenleitern, die in dem Substrat gebildet und zwischen den Eingang und Ausgang gekoppelt sind; und eine Elektroden- Struktur, die auf dem Substrat gebildet ist und wenigstens ein Paar von getrennten Elektroden, die zu dem ersten optischen Wellenleiter gehören und eine ansteuerspannungsseitige Elektrode und eine damit über einen Abschlusswiderstand verbundene Masseelektrode aufweisen, umfasst; wobei die Anordnung der ersten und zweiten optischen Wellenleiter und der Elektrodenstruktur zwischen dem ersten optischen Wellenleiter und den zweiten optischen Wellenleiter asymmetrisch ist; Anwenden von Licht auf den Eingang des Mach-Zehnder-Interferometers; und Bereitstellen einer Ansteuerspannung an der ansteuerspannungs-seitigen Elektrode des Paars von Elektroden, die zu dem ersten optischen Wellenleiter gehören, wodurch die Phase des angelegten Lichts, welches sich durch den ersten optischen Wellenleiter ausbreitet, unterschiedlich zu der Phase des angewendeten Lichts, welches sich durch den zweiten optischen Wellenleiter ausbreitet, mit Hilfe des elektrooptischen Effekts moduliert wird, sogar wenn die gleiche Ansteuerspannung an einen optionalen Teil der Elektrodenstruktur, die zu dem zweiten optischen Wellenleiter gehört, angewendet wird.
In einem vierten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Modulieren von Licht bereit, umfassend: Bereitstellen eines optischen Modulators, umfassend: ein Substrat; ein Mach-Zehnder-Interferometer mit einem Eingang für ankommendes Licht, einen Ausgang für abgehendes Licht und mit ersten und zweiten optischen Wellenleitern, die in dem Substrat gebildet und zwischen den Eingang und Ausgang gekoppelt sind; und eine Elektroden-Struktur, die auf dem Substrat gebildet ist und umfasst: ein erstes Paar von getrennten Elektroden, die zu dem ersten optischen Wellenleiter gehören und eine erste ansteuerspannungs-seitige Elektrode und eine damit über einen ersten Abschlusswiderstand verbundene erste Masseelektrode aufweisen, und ein zweites Paar von getrennten Elektroden, die zu dem zweiten optischen Wellenleiter gehören und eine zweite ansteuerspannungs-seitige Elektrode und eine damit über einen zweiten Abschlusswiderstand verbundene zweite Masseelektrode aufweisen; wobei die Anordnung der ersten und zweiten optischen Wellenleiter und der Elektrodenstruktur zwischen dem ersten optischen Wellenleiter und dem zweiten optischen Wellenleiter symmetrisch ist; Anwenden von Licht auf den Eingang des Mach-Zehnder-Interferometers; und Bereitstellen einer ersten ansteuerspannungs-seitigen Elektrode und einer zweiten Ansteuerspannung, die sich von der ersten Ansteuerspannung unterscheidet, an die zweite ansteuerspannungs-seitige Elektrode, wodurch die Phase des angesendeten Lichts, welches sich durch den ersten optischen Wellenleiter ausbreitet, unterschiedlich zu der Phase des angewendeten Lichts, welches sich durch den zweiten optischen Wellenleiter ausbreitet, mit Hilfe des elektrooptischen Effekts moduliert wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obige Aufgabe und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich näher aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht, die schematisch einen ersten Aspekt eines optischen Modulators zeigt;
Fig. 2 eine Ansicht, die schematisch einen zweiten Aspekt des optischen Modulators zeigt;
Fig. 3 eine Ansicht, die einen ersten Stand der Technik eines externen Modulators zeigt;
Fig. 4 einen Graph zum Erläutern eines optischen Modulationsbetriebs in dem ersten Stand der Technik;
Fig. 5 eine Ansicht eines zweiten Standes der Technik eines externen Modulators;
Fig. 6 einen Graph zum Erläutern eines optischen Modulationsbetriebs in dem zweiten Stand der Technik;
Fig. 7 ein Blockdiagramm des Prinzips und des Aufbaus eines optischen Modulators auf Grundlage der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 eine Ansicht zum Erläutern des Prinzips der ersten und der späteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ein Wellenformdiagramm, welches zum Erläutern der Fig. 8 verwendet wird;
Fig. 10a eine Ansicht der Konstruktion einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10b eine Ansicht eines Beispiels der Schaltung der ersten und zweiten Ansteuereinheiten;
Fig. 11 ein Zeitdiagramm, welches den Betrieb der ersten Ausführungsform zeigt;
Fig. 12 eine Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 eine Aufsicht auf eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 ein Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 eine Querschnittsansicht einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 16 eine Querschnittsansicht einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17 eine Aufsicht auf eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 18 eine Aufsicht auf eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 19 einen Graph der Ergebnisse einer ersten Berechnung zum Erläutern der Verbesserung in den Übertragungscharakteristiken von optischen Fasern gemäss der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 20 einen Graph der Ergebnisse einer zweiten Berechnung zum Erläutern der Verbesserung in den Übertragungscharakteristiken von optischen Fasern gemäss der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Vor der Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die diesbezüglichen Figuren der verwandte Sachstand und die Nachteile damit beschrieben. Fig. 1 ist eine Ansicht eines ersten Aspektes des optischen Modulators, der zu einem Typ gehört, der zu Modulatoren des Direktmodulations-Typs gehört. In der Figur bezeichnet ein Bezugszeichen 11 eine Lichtquelle, z. B. eine Laserdiode (LD), die zu einer Ansteuersignalquelle 12 in Reihe geschaltet ist. Der hier gezeigte optische Modulator wendet eine direkte Modulation auf die Laserdiode 11 an, um moduliertes Licht MO zu erhalten.
Wenn in einem optischen Modulator des Direktmodulations-Typs die Modulationsgeschwindigkeit groß ist, wie voranstehend erwähnt, gibt es den Nachteil des Auftretens des Frequenz- Chirpings, was die Verwendung eines optischen Modulators des externen Modulations-Typs erfordert.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines zweiten Aspekts des optischen Modulators, der zu einem Typ gehört, der zu Modulatoren des externen Modulations-Typs gehört. Um in derartigen optischen Modulatoren des externen Modulations- Typs das vorangehend erwähnte Frequenz-Chirping zu beseitigen, ist es erforderlich, zu vermeiden, dass die Laserdiode, die die Lichtquelle 11 bildet, aufblinkt und dass sie kontinuierlich Licht (Gleichstrom-Licht) CO aussendet. Das Bezugszeichen 14 ist eine Gleichstromquelle. Das kontinuierliche Licht CO wird von dem externen Modulator 13 moduliert. Der externe Modulator 13 wird von der Ansteuerspannung DV von der Ansteuersignalquelle 12 gesteuert und sendet das modulierte Licht MO. Deshalb ist es möglich, dass das Empfangssystem Signallicht mit einer minimierten Wellenformverschlechterung, die durch ein Frequenz-Chirping und eine Faserwellenlängendispersion verursacht wird, empfängt.
Fig. 3 ist eine Ansicht eines ersten Standes der Technik eines externen Modulators. Dieser externe Modulator ist ein bekannter Modulator des Mach-Zehnder-Interferometer-Typs, der konstruiert ist mit einem ersten optischen Wellenleiter 21 und einem zweiten optischen Wellenleiter 22, die in einem Substrat (welches z. B. aus LiNbO&sub3; gebildet ist) gebildet sind, wobei in die Eingangsanschlüsse davon kontinuierliches Licht CO, aufgeteilt in zwei, eingegeben wird, Elektroden 23- 1 und 23-2, die über diesen Teilen gebildet sind, die bereits erwähnte Ansteuersignalquelle (Signaleingangsquelle) 12, die eine Ansteuerspannung DV auf ein Ende von einer Elektrode 23- 1 anwendet, und einen Abschlusswiderstand R, der mit dem anderen Ende verbunden ist. Die andere Elektrode 23-2 ist mit Masse verbunden. Auf den Eingangsanschluss wird das kontinuierliche Licht CO angewendet. Von der Ausgangsseite wird das modulierte Licht MO abgenommen.
Fig. 4 ist ein Graph zum Erläutern des optischen Modulationsbetriebs in dem ersten Stand der Technik. In der Figur ist die charakteristische Kurve oben links diejenige der Eingangsansteuerspannung über dem optischen Ausgang. Wenn die impulsartige Ansteuerspannung DV, die unten links in der Figur gezeigt ist, gemäss dieser charakteristischen Kurve eingegeben wird, wird das impulsartige modulierte licht MO, welches oben rechts gezeigt, erhalten. Es sei darauf hingewiesen, dass die charakteristische Kurve nach links gerichtet gezeichnet ist, weil eine Ansteuerspannung einer negativen Spannung, z. B. -5 V bis -8 V angenommen wird. Wenn z. B. eine Ansteuerspannung von -5 V bis -8 V angewendet wird, wird ein elektrooptischer Effekt durch das elektrische Feld erzeugt, welches zwischen den Elektroden 23-1 und 23-2 durch das Substrat (LiNbO&sub3;) gebildet wird. Unterhalb des Paars von Elektroden 23-1 und 23-2, die sogenannte Wanderwellenelektroden bilden, weicht das kontinuierliche Licht CO, welches sich durch die ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 ausbreitet, in der Phase um 180º zueinander ab. Die zusammengesetzten Lichter an den Ausgabeenden der optischen Wellenleiter 21 und 22 löschen sich gegenseitig aus und werden Null ("0"). Zu dieser Zeit wird das modulierte Licht MO Null. Wenn im Gegensatz dazu die Ansteuerspannung DV Null Volt ist, dann löschen sich die voranstehend erwähnten zusammengesetzten Lichter gegenseitig nicht aus und es existiert ein moduliertes Licht MO (1").
Fig. 5 ist eine Ansicht eines zweiten Standes der Technik eines externen Modulators. Dies ist im wesentlichen der gleiche wie der voranstehend erwähnte erste Stand der Technik (Fig. 3) mit Ausnahme davon, dass ein 3 dB optischer Koppler 35 in das optische Ausgangsende eingefügt ist. Gemäss diesem zweiten Stand der Technik werden zwei differenzielle modulierte Lichter MO und .
Fig. 6 ist eine Graph zum Erläutern eines optischen Modulationsbetriebs in dem zweiten Stand der Technik. Der Unterschied zu dem voranstehenden erwähnten ersten Stand der Technik besteht darin, dass die Ansteuerspannung DV2 Polaritäten von -2,5 V bis -4 V und +2,5 V bis +4 V überspannt. Der Vorteil des zweiten Standes der Technik gegenüber dem ersten Stand der Technik besteht darin, dass ein komplementär moduliertes Licht erhalten werden kann.
Es gibt drei Hauptprobleme bei dem ersten Stand und dem zweiten Stand der Technik.
Das erste Problem betrifft die Ansteuerspannung DV, die voranstehend erwähnt wurde. Das heißt, in dem ersten Stand der Technik wird eine hohe Spannung von -5 V bis -8 V benötigt und es ist schwierig, die Ansteuersignalquelle 12 mit einer tatsächlichen Schaltung zu bilden, insbesondere mit einer integrierten Schaltung (IC). Je höher die benötigte Betriebsgeschwindigkeit wird, desto kleiner wird gewöhnlicherweise die Durchbruchspannung eines IC. Selbst ein GaAs-IC weist eine Durchbruchspannung von z. B. kleiner als 3V auf. Auch die Hochspannungs-Durchschwingung verschlechtert die Signalmodulationsgeschwindigkeit. Wenn mit näheren Einzelheiten versucht wird, eine Ansteuerung mit einer großen Spannungsamplitude von -5 V bis -8 V bereitzustellen, werden zuerst die Effekte der Streukapazität groß sein und deshalb wird ein Betrieb mit hoher Geschwindigkeit schwierig werden, und zweitens wird der Abschlusswiderstand R fest sein (50 Ω) und deshalb wird die Ansteuerung mit einer großen Stromamplitude stattfinden müssen, die Streukapazität der Ansteuersignalquelle 12 wird ansteigen und ein Betrieb mit hoher Geschwindigkeit wird sogar noch schwieriger werden.
Das zweite Problem betrifft den Versatz, der ebenfalls voranstehend erwähnt wurde. Störende Spannungsdriften in den Modulationscharakteristiken und auch die Temperaturschwankungen können sich wegen diesem Versatz ergeben. Die Ursache dafür ist die asymmetrische koplanare Konstruktion der Elektroden (23-1 und 23-2) in sowohl dem ersten als auch dem zweiten Stand der Technik, wie sich der Fig. 3 und der Fig. 5 entnehmen lässt. Ferner überspannt im zweiten Stand der Technik die Spannung sowohl die positiven als auch die negativen Seiten, d. h. -2,5 V bis -4 V und +2,5 V bis +4 V und auch die Spannungsauslenkung der Ansteuerspannung ist die gleiche wie diejenige des ersten Standes der Technik, so dass die Konstruktion der Ansteuersignalquelle 12 schwierig wird. Wenn versucht wird, die Konstruktion einfacher zu machen, muss eine Elektrode zum Anwenden einer getrennten DC Spannung bereitgestellt werden oder die ersten und zweiten optischen Wellenleiter können im Aufbau asymmetrisch gemacht werden, aber in jedem Fall wird die Konstruktion kompliziert, was diese unpraktisch macht.
Das dritte Problem, welches ebenfalls voranstehend erwähnt wurde, bestand darin, dass es in einem optischen Kommunikationssystem mit hoher Geschwindigkeit wünschenswert ist, die spektrale Spreizung der Lichtquelle so weit wie möglich zu verringern und das Auftreten einer Wellenformverschlechterung der optischen Impulse, verursacht durch die spektrale Spreizung und die Wellenlängendispersion der optischen Fasern, zu verhindern.
Deshalb ist das externe Modulationssystem dahingehend vorteilhaft, dass es eine Verringerung der spektralen Spreizung ermöglicht, aber selbst wenn dieses System verwendet wird, gibt es eine Grenze für den Übertragungsabstand bei einer Übertragungsgeschwindigkeit von über mehreren Gbps aufgrund der spektralen Spreizung, die von dem Modulationsseitenband verursacht wird. Deshalb werden einige Maßnahmen für eine weitere Verbesserung der Übertragungscharakteristiken benötigt.
Das Modulationssystem, welches die kleinste spektrale Spreizung aufweist und deshalb eine Widerstandsfähigkeit gegenüber den Effekten einer Faserwellenlängendispersion aufweist, verwendet einen Modulator des Mach-Zehnder- Interferometer-Typs. Mit diesem System, wie voranstehend erwähnt, ist es möglich, die spektrale Spreizung zu verringern.
Deshalb ist in einem herkömmliche optischen Modulationssystem, welches einen Modulator des Mach-Zehnder- Interferometer-Typs verwendet, eine Modulation, die frei von einem Frequenz-Chirping ist, durch Modulieren der Phasen des Lichts, welches sich durch zwei optischen Wellenleiter des Modulators ausbreitet, mit der gleichen Größe in entgegengesetzte Richtungen ausgeführt worden.
Bei einer Übertragungsgeschwindigkeit von größer als mehreren Gbps kann jedoch selbst dann, wenn das Frequenz-Chirping zu Null gemacht wird, die Deformation der optischen Impulse durch die spektrale Spreizung aufgrund des Modulationsseitenbands und der Wellenlängendispersion von optischen Fasern nicht weiter ignoriert werden.
Deshalb besteht das Problem darin, dass eine Übertragung über einen großen Abstand in einer Faser mit einer großen Faserwellenlängendispersion bei einer Übertragungsgeschwindigkeit von größer als mehreren Gbps selbst dann unmöglich ist, wenn die spektrale Spreizung aufgrund der Modulation auf die Spreizung von lediglich dem Modulationsseitenband verringert wird.
In Anbetracht der voranstehend erwähnten Problem stellt die vorliegende Erfindung einen optischen Modulator bereit, der mit einer geringen Spannung angesteuert werden kann, eine Annsteuersignalquelle aufweist, die durch eine integrierte Schaltung (IC) gebildet werden kann, der den Versatz der Ansteuerspannung und die Effekte von Temperaturschwankungen unterdrücken kann, und der sich für einen Betrieb mit einer höheren Geschwindigkeit eignet. Mit einem derartigen optischen Modulator können die ersten und zweiten Probleme gelöst werden.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung einen optischen Modulator bereit, der eine Übertragung über eine große Entfernung unter Verwendung von Fasern mit großen Faserwellenlängendispersionen selbst bei Übertragungsgeschwindigkeiten von größer als mehreren Gbps ermöglicht. Unter Verwendung dieses optischen Modulators ist es möglich, das obige dritte Problem zu lösen.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm des Prinzips und des Aufbaus eines optischen Modulators auf Grundlage der vorliegenden Erfindung. Der optische Modulator der vorliegenden Erfindung ist grundlegend aus einem Modulator des Mach-Zehnder- Interferometer-Typs konstruiert, umfassend einen ersten optischen Wellenleiter 21 und einen zweiten optischen Wellenleiter 22, eine erste Elektrode 33 und eine zweite Elektrode 34, die mit dem ersten optischen Wellenleiter 21 und dem zweiten optischen Wellenleiter 22 in Wechselwirkung steht, eine Ansteuereinrichtung, die relative Änderungen auf die Lichtphasen der ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 über die ersten und zweiten Elektroden 33 und 34 ausübt. Hierbei ist die Ansteuereinrichtung auf einer ersten Ansteuereinheit 31 und einer zweiten Ansteuereinheit 32 konstruiert, die unabhängig die erste Elektrode 33 und die zweite Elektrode 34 ansteuern. Die ersten und zweiten Ansteuereinheiten 31 und 32 wenden eine erste und eine zweite Ansteuerspannung DV&sub1; und DV&sub2;, die individuell bestimmt wird, auf die ersten und die zweiten Elektroden 33 und 34 an.
Das Prinzip des Betriebs des voranstehend erwähnten optischen Modulators wird sich aus der Erläuterung der nachstehend offenbarten folgenden Ausführungsformen näher ergeben.
Die ersten bis achten Ausführungsformen, die nachstehend erläutert werden, beziehen sich insbesondere auf das voranstehend erwähnte dritte Problem in dem Stand der Technik.
Fig. 8 ist eine Ansicht zum Erläutern des Prinzips der ersten und der späteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Fig. 9 ist ein Wellenformdiagramm, welches zum Erläutern der Fig. 8 verwendet wird.
Fig. 8 zeigt das elektrische Feld von Licht an verschiedenen Abschnitten des Modulators des Mach-Zehnder-Interferometer- Typs. In der Figur ist E&sub0; die Amplitude des elektrischen Felds des Eingangslicht CO, ω&sub0; ist die Winkelfrequenz es elektrischen Felds des Licht, t ist die Zeit und φA und φB sind die Phasen des Lichts, das in den ersten und zweiten optischen Wellenleitern 41 und 42 moduliert wird. Eout(t) ist das elektrische Feld des modulierte Lichts (MO). Die Einzelheiten werden mit der folgenden Gleichung (1) angegeben.
Eout (t) = E&sub0;/2{Cos(ω&sub0;t + φA) + Cos(ω&sub0;t + φB)}
= E&sub0;/2{x² + Y²)1/2cos{ω&sub0;t - tan&supmin;¹(Y/X)} (1)
mit X = Cos (φA) + Cos (φB) und
Y = Sin (φA) + Sin (φB)
Wie sich der obigen Gleichung (1) entnehmen lässt, wird eine Phasenmodulation von tan&supmin;¹(Y/X) auf den Eout (t) angewendet. Dies wird ein Frequenz-Chirping, wie nachstehend angegeben.
Wenn ω&sub0;t -tan&supmin;¹(Y/X) auf φ eingestellt wird, dann kann die Winkelfrequenz als ω (t) = dφ/dt = ω&sub0;-d{tan&supmin;¹ (Y/X) /dt ausgedrückt werden und die Wellenlänge kann als λ = 2πc/ω(t) ausgedrückt werden (wobei c die Geschwindigkeit des Lichts ist). Deshalb verursacht die Phasenmodulation von tan&supmin;¹(Y/X) eine Schwankung der Wellenlänge λ, d. h. ein Frequenz- Chirping.
Hierbei wird die Phasenmodulation wie folgt ausgeführt.
φA > 0, + φB < 0, ABS (φA) > ABS (φB)
ABS (φB - φA) 0 (Lichtausgabe hoch)
ABS (φB - φA) π(Lichtausgabe niedrig)
wobei ABS(φ) der Absolutwert von φ ist, d. h. φ .
Die Betriebswellenform an verschiedenen Abschnitten zu dieser Zeit sind in Fig. 9 gezeigt. Wie mit (f) in Fig. 9 gezeigt, wird die Phase des Ausgangslichts an der ansteigenden Flanke der Intensität des Ausgangslicht verzögert und an der abfallenden Flanke vorgerückt. Dementsprechend bewegt sich die Mittenwellenlänge λ&sub0; auf die Seite längerer Wellenlängen an der Anstiegsflanke und auf die Seite kürzerer Wellenlängen an der abfallenden Flanke, wie mit (g) in Fig. 9 gezeigt.
In der Vergangenheit wurde eine Modulation unter der Bedingung von φA = -φB ausgeführt. In diesem Fall wird Eout(t) wie mit Gleichung (2) gezeigt:
Eout (t) = E&sub0;cos(φ)Cos(ω&sub0;t) (2)
wobei φ = φA = -φB ist.
In diesem Fall wird die Amplitude des elektrischen Felds des Licht lediglich durch die Modulation von φ moduliert und es gibt keine Schwankungen der Wellenlänge, die die Modulation begleitet.
Durch asymmetrisches Modulieren der Phase des Lichts der optischen Wellenleiter 41 und 42 des optischen Modulators wird bewirkt, dass die Mittenwellenlänge λ&sub0; des modulierten Lichts, wie mit (g) in Fig. 9 gezeigt, sich auf die Seite längerer Wellenlängen hin an der ansteigenden Flanke und auf die Seite kürzerer Wellenlängen hin an der abfallenden Flanke bewegt.
Andererseits ist die Wellenlängendispersion der optischen Faser für den Fall einer Verwendung einer optischen Monomodefaser mit einem 1,3 um Band Null Dispersion in dem 1,55 um Band, in dem der geringste Fluss gegeben wird, groß. Der Koeffizient einer Dispersion zu dieser Zeit ist maximal 20 ps/nm/km. Je länger die Wellenlänge ist, desto geringer ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit durch die optische Faser.
Aufgrund des Frequenz-Chirpings, welches sich aufgrund des Prinzips der Fig. 8 und der Fig. 9 ergibt, wird deshalb die ansteigende Flanke des optischen Impulses durch die Faserdispersion verzögert, die abfallende Flanke wird vorgerückt und eine Impulskompression tritt auf. Dies wirkt zu Kompensation der Spreizung der Wellenform, die sowohl durch das Modulationsseitenband als auch durch die Wellenlängendispersion der optischen Faser verursacht wird, und dient zur Verlängerung der übertragbaren optischen Faserlänge. Eine Impulskompression bedeutet, dass die Impulsbreite in Richtung auf die Mitte des Impulses schmaler gemacht wird.
In einem Modulator des Mach-Zehnder-Interferometer-Typs, wie voranstehend erwähnt wird der elektrooptische Effekt zum Realisieren einer Phasenmodulation des Lichts verwendet. Das heißt, der Brechungsindex einer Substanz mit einem elektrooptischen Effekt wird durch das elektrische Feld durch die Elektrode so verändert, dass die Phase des Lichts verändert wird.
In dem Modulator des Mach-Zehnder-Interferometer-Typs gibt es mehrere Verfahren, die für ein asymmetrisches Modulieren jeder Phase des Lichts, welches sich durch die zwei optischen Wellenleiter ausbreitet, vorstellbar sind. Ein Verfahren ist das Verfahren zum Modulieren durch Ansteuerspannungen, die sich für die optischen Wellenleiter unterscheiden. Das zweite Verfahren besteht darin, die Ansteuerspannungen gleich zu machen, aber die Querschnittsstrukturen der Elektroden asymmetrisch zu machen, um so die Anwendung der modulierenden elektrischen Felder auf die optischen Wellenleiter asymmetrisch zu machen. Das dritte Verfahren besteht darin, die Längen der Elektroden in den optischen Wellenleitern zu ändern und somit die Längen der optischen Wellenleiter, an denen die Änderungen in dem Brechungsindex erfasst werden können, zu verändern.
Fig. 10A ist eine Ansicht der Konstruktion einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der ersten Ausführungsform werden die Ansteuerspannungen DV&sub1; und DV&sub2; asymmetrisch auf die Elektroden 33 und 34 angewendet. In der Figur ist die optische Phasenmodulation in dem ersten optischen Wellenleiter 21 groß und die optische Phasenmodulation in dem zweiten optischen Wellenleiter 22 ist klein.
Ferner besteht die erste Elektrode 33 aus dem ersten Paar von getrennten Elektroden 33-1 und 33-2, während die zweite Elektrode 34 aus dem zweiten Paar von getrennten Elektroden 34-1 und 34-2 gebildet ist. Diese sind durch ein einfacheres Verständnis durch eine Schraffierung gezeigt. Mit diesen Paaren wird eine sogenannte Elektrode des Wanderwellentyps konstruiert. Zwischen den Elektroden jedes Paars sind, wie dargestellt, Abschlusswiderstände R geschaltet. Die charakteristischen Impedanzen der Elektroden des Wanderwellentyps sind angepasst. Die Längen der Elektroden 33 und 34 sind gleich.
Fig. 10B ist eine Ansicht eines Beispiels der Schaltung der ersten und zweiten Ansteuereinheiten. In der Figur sind Bezugszeichen 51a und 51b Transistoren zum Ausgeben der Ansteuerspannungen DV&sub1; und DV&sub2;. An die Basis dieser Transistoren wird der Dateneingang Din angelegt. Jedoch ist auf einer Transistorseite der Inverter INV eingefügt. Ferner sind Konstantstromquellen 53a und 53b mit den Transistoren verbunden. Es ist auch möglich, die Grösse der Ströme Ia und Ib unterschiedlich zu machen (Ia > Ib oder Ia < Ib).
Fig. 11 ist ein Zeitdiagramm, welches den Betrieb der ersten Ausführungsform zeigt. DV&sub1; ist die Ansteuerwellenform für die Phasenmodulation in dem optischen Wellenleiter 21, während DV&sub2; die Ansteuerwellenform für die Phasenmodulation in dem optischen Wellenleiter 22 ist. Die Polaritäten sind durch DV&sub1; und DV&sub2; umgekehrt und die Amplitude der Ansteuerspannung ist für DV&sub1; größer gemacht, wodurch die Phasenmodulation asymmetrisch gemacht wird.
Wenn man die Position der getrennten Elektroden 33-1 und 34-1 betrachtet, werden die ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 beide in dem Substrat 50 gebildet, welches auf einem Z-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt gebildet ist. Über die ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 sind überlappend die ansteuerspannungs-seitigen Elektroden 33-1 und 34-1 der ersten und zweiten Phase von getrennten Elektroden 33 und 34 gebildet. Alternativ sind die ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 in einem Substrat gebildet, welches aus einem X- oder Y-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt besteht. Ein Teil der ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 sind an den ansteuerspannungs-seitigen Elektroden der ersten und zweiten Paare von getrennten Elektroden gebildet. Die Aufsicht auf diesen Zustand entspricht dem Fall von gleichen Längen der Elektroden 33 und 34 in der später erwähnten Fig. 13.
Fig. 12 ist eine Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (nachstehend werden nur die Elektroden zur Verkürzung gezeigt). In dieser Ausführungsform weisen die ersten und zweiten Paare von getrennten Elektroden 33-1, 33-2 und 34-1, 34-2 zueinander unterschiedliche Längen auf. Die ersten und zweiten Paare von getrennten Elektroden empfangen die ersten und die zweiten Ansteuerspannungen DV&sub1; und DV&sub2; mit den gleichen Pegeln. Dadurch sind die Phasenmodulationen des Lichts zueinander asymmetrisch für die optischen Wellenleiter 21 und 22 gemacht.
In der zweiten Ausführungsform werden die ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 beide in dem Substrat 55 gebildet, welches aus einem Z-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt gebildet ist. Über die ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 sind überlappend die ansteuerspannung-seitigen Elektroden 33-1 und 34-1 der ersten und zweiten Paare von getrennten Elektroden 33 und 34 gebildet.
Fig. 13 ist eine Aufsicht auf eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 sind beide in dem Substrat 55 gebildet, welches aus einem X- oder Y-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt gebildet ist. Getrennt von den ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 sind die ansteuerspannung-seitigen Elektroden 33-1 und 34-1 der ersten und zweiten Paare von getrennten Elektroden 33 und 34 gebildet.
Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Positionsbeziehung, gesehen im Querschnitt, des ersten Paars von getrennten Elektroden 33 zu dem ersten optischen Wellenleiter 21 und die Positionsbeziehung, gesehen im Querschnitt, des zweiten Paars von getrennten Elektroden 34 zu dem zweiten optischen Wellenleiter 22 sind asymmetrisch. Das heißt, das Paar von getrennten Elektroden 34 ist geringfügig nach rechts in der Figur verschoben.
In diesem Fall sind die ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 beide in dem Substrat 55 gebildet, welches aus einem Z-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt gebildet sind. Über die ersten und zweiten Wellenleiter 21 und 22 sind in einer überlappenden Weise die ansteuerspannungs-seitigen Elektroden 33-1 und 34-1 der ersten und zweiten Paare von getrennten Elektroden 33 und 34 gebildet. Ein Z-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt wird verwendet, weil die elektrischen Felder E&sub1; das Innere der ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 in der vertikalen Richtung durchqueren.
Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 sind beide in dem Substrat 55 gebildet, welches aus einem X- oder Y-Schnitt- Kristall mit einem elektrooptischen Effekt gebildet sind. Getrennt von den ersten und zweiten optischen Wellenleitern 21 und 22 sind die ansteuerspannungs-seitigen Elektroden 33-1 und 34-1 der ersten und zweiten Paare von getrennten Elektroden 33 und 34 gebildet. Ein X- oder Y-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt wird verwendet, weil die elektrischen Felder E&sub1; das Innere der ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 in der horizontalen Richtung durchqueren.
Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der optische Modulator der sechsten Ausführungsform ist wie folgt. Die erste Elektrode 33 ist aus einem Paar von getrennten Elektroden 33-1 uns 33-2, die entlang des ersten optischen Wellenleiters 21 getrennt sind, konstruiert. Die zweite Elektrode 34 ist entlang des zweiten optischen Wellenleiters 22 gebildet, aber weg von diesem (22) und ist mit Masse verbunden. Eine Elektrode des Paars von getrennten Elektroden, 33-1, die die erste Elektrode 33 bildet, empfängt an einem Ende eine entsprechende Ansteuerspannung DV&sub1; und ist an dem anderen Ende mit einem Ende der anderen Elektrode des Paars von getrennten Elektroden 33-2 über den Abschlusswiderstand R verbunden, wobei das andere Ende der anderen Elektrode des Paars von getrennten Elektroden 33-2 mit Masse verbunden ist.
Die getrennte Elektrode 33-1 der Ansteuerspannungsseite, betrachtet im Querschnitt, ist an einer asymmetrischen Position bezüglich der ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 angeordnet und die ersten und zweiten optischen Wellenleiter sind in dem Substrat gebildet, welches durch ein X- oder Y-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt gebildet ist.
Fig. 17 ist eine Aufsicht auf eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 18 ist eine Aufsicht auf eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Diese Ausführungsformen sind so konstruiert, dass die Phasen des Lichts, welches in den ersten und zweiten optischen Wellenleitern 21 und 22 ausgebreitet wird, asymmetrisch werden, indem die zweite Ansteuerspannung DV&sub2; immer Null Volt gemacht oder indem die zweite getrennte Elektrode 34 im wesentlichen nicht existent gemacht wird.
In der siebten Ausführungsform sind die ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 in einem Substrat 55 gebildet, welches aus einem Z-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt gebildet ist, und die ansteuerspannungs-seitige Elektrode 33-1 des ersten Paars von getrennten Elektroden 33 ist überlappend mit dem ersten optischen Wellenleiter gebildet.
In der achten Ausführungsform sind die ersten und zweiten optischen Wellenleiter 21 und 22 in einem Substrat 55 gebildet, welches aus einem X-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt gebildet ist, und die ansteuerspannungs-seitige Elektrode 33-1 des ersten Paars von getrennten Elektroden 33 ist getrennt von dem ersten optischen Wellenleiter gebildet.
Fig. 19 ist ein Graph der Ergebnisse einer ersten Berechnung zum Erläutern der Verbessern in den Übertragungscharakteristiken von optischen Fasern gemäss der vorliegenden Erfindung; und Fig. 20 ist ein Graph der Ergebnisse einer zweiten Berechnung zum Erläutern der Verbesserung in Übertragungscharakteristiken von optischen Fasern gemäss der vorliegenden Erfindung.
Fig. 19 zeigt die Ergebnisse einer Berechnung der Verschlechterung in der minimalen empfangen Lichtleistung, verursacht durch die Wellenlängendispersion, d. h. der Leistungsspielraum. Wenn die Zulässigkeit für den Leistungsspielraum, verursacht durch die optische Faserübertragung, 0,5 dB ist, ist die zulässige Wellenlängendispersion in dem herkömmlichen Modulationsverfahren 500-700 ps/nm, wohingegen dann, wenn das Phasenmodulationsverhältnis φA : φB zu 5 : 1 gemacht wird, es auf 1500 ps/nm oder mehr verbessert ist. Ferner zeigt Fig. 20 die Ergebnisse einer ähnlichen Berechnung durch ein anderes Phasenmodulationsverhältnis. Daraus lässt sich lernen, dass das Phasenmodulationsverhältnis 2 : 1 oder mehr sein solle.
In der obigen Erläuterung wurde das Beispiel des Falls eines Betriebs unter Bedingungen verwendet, bei denen sich der Wellenlängendispersionswert nur in dem positiven Bereich ändert (mit dem Ziel einer Verringerung des Übertragungsverlusts). Deshalb wird die Mittenwellenlänge an der ansteigenden Flanke des modulierten Lichts auf die Seite langer Wellenlängen hin verschoben und die Mittenwellenlänge an der abfallenden Flanke des modulierten Lichts wird auf die Seite kurzer Wellenlänge verschoben.
Jedoch gibt es in einem anderen System unter Verwendung von optischen Fasern mit anderen Charakteristiken Fälle eines Betriebs unter den Bedingungen, bei denen der Wellenlängendispersionswert nahezu Null ist und auch ein kleiner Übertragungsverlust gegeben ist. Ein optischer Modulator, der mit einer derartigen optischen Faser zusammenarbeitet, muss nicht nur unter Bedingungen arbeiten, bei denen die Wellenlängendispersion in dem positiven Bereich ist, sondern auch unter Bedingungen, bei denen die Wellenlängendispersion im negativen Bereich ist.
Da dies der Fall ist, müssen die Bedingungen der voranstehend erwähnten Wellenlängenverschiebung, wenn die Wellenlängendispersion negativ ist, eingestellt werden, um eine Einstellung zu ermöglichen, die entgegengesetzt zu dem voranstehend erwähnten Fall ist. Das heißt, die Mittelwellenlänge an der Anstiegsflanke des modulierten Lichts muss auf die Seite kurzer Wellenlängen hin verschoben werden und die Mittenwellenlänge an der abfallenden Flanke des modulierten Lichts muss auf die Seite langer Wellenlängen hin verschoben werden.
Wie voranstehend erläutert, ist es gemäss der vorliegenden Erfindung möglich, die Ansteuerspannung im Vergleich mit der Vergangenheit zu halbieren und die Schaltung der Ansteuersignalquelle durch ein IC leicht zu bilden. Da symmetrisch gekoppelte Leitungen verwendet werden, ist es ferner möglich, den Versatz der Ansteuerspannung in dem Stand der Technik und die Effekte von Temperaturschwankungen zu beseitigen und es ist möglich, Signallicht in dem Empfangssystem ohne eine Wellenformverschlechterung zu empfangen. Ferner werden, wie sich den Ergebnissen der Berechnungen der Fig. 19 und der Fig. 29 entnehmen lässt, gemäss der vorliegenden Erfindung die Übertragungscharakteristiken der optischen Faser gegenüber dem herkömmlichen Modulationssystem verbessert, was stark zu der Verbesserung des Betriebsverhaltens von optischen Kommunikationsvorrichtungen für hohe Geschwindigkeiten beiträgt.
Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen dem besseren Verständnis und engen den Schutzumfang nicht ein.

Claims

1. Optischer Modulator, umfassend:

ein Substrat (55);

ein Mach-Zehnder-Interferometer mit:

einem Eingang für ankommendes Licht (CO), einem Ausgang für abgehendes Licht (MO), und ersten und zweiten optischen Wellenleitern (21, 22), die in dem Substrat gebildet und zwischen den Eingang und den Ausgang gekoppelt sind; und

eine Elektrodenstruktur, die auf dem Substrat gebildet ist und wenigstens ein Paar von getrennten Elektroden (33-1, 33-2), die zu dem ersten optischen Wellenleiter (21) gehörten und eine ansteuerspannungs-seitige Elektrode (33-1) und eine damit über einen Abschlusswiderstand (R) verbunden Masseelektrode (33-2) aufweisen, umfasst;

wobei die Anordnung der ersten und zweiten optischen Wellenleiter und der Elektrodenstruktur zwischen dem ersten optischen Wellenleiter und dem zweiten optischen Wellenleiter asymmetrisch ist, um die Phase des Lichts, welches sich durch den ersten optischen Wellenleiter ausbreitet, unterschiedlich zu der Phase des Lichts, welches sich durch den zweiten optischen Wellenleiter ausbreitet, mit Hilfe des elektrooptischen Effekts zu modulieren.

2. Optischer Modulator nach Anspruch 1, wobei der Querschnittsaufbau der Elektroden asymmetrisch ist, um so die Anwendung von modulierenden elektrischen Feldern durch die Elektroden auf die ersten und zweiten optischen Wellenleiter asymmetrisch zu machen.

3. Optischer Modulator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Paar von Elektroden, welches zu dem ersten optischen Wellenleiter (21) gehört, ein erstes Paar (33- 1, 33-2) der Elektroden ist, der zweite optische Wellenleiter (22) ein zweites Paar (34-1, 34-2) von derartigen Elektroden aufweist, die ersten und zweiten Paare von Elektroden zueinander unterschiedliche Längen aufweisen, wodurch die Länge des ersten optischen Wellenleiters, an der eine Änderung im Brechungsindex des ersten Wellenleiters aufgrund des elektrooptischen Effekts erfasst werden kann, unterschiedlich zu der Länge des zweiten optischen Wellenleiters, an der eine Änderung in dem Brechungsindex des zweiten Wellenleiters aufgrund des elektrooptischen Effekts erfasst werden kann, gemacht wird.

4. Optischer Modulator nach Anspruch 3, wobei das Substrat (55) ein Z-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt ist, die ansteuerspannungs-seitige Elektrode (33- 1) des ersten Paars von Elektroden den ersten optischen Wellenleiter überlappt und die ansteuerspannungs-seitige Elektrode (34-1) des zweiten Paars von Elektroden den zweiten optischen Wellenleiter überlappt.

5. Optischer Modulator nach Anspruch 3, wobei das Substrat (55) ein X- oder Y-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt ist und die ansteuerspannungsseitigen Elektroden (33-1, 34-1) in jedem Paar von Elektroden getrennt von den ersten bzw. zweiten optischen Wellenleitern gebildet sind.

6. Optischer Modulator nach Anspruch 2, wobei das Substrat (55) ein Z-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt ist, das Paar von Elektroden, das zu dem ersten optischen Wellenleiter (21) gehört, ein erstes Paar (33- 1, 33-2) der Elektroden ist, der zweite optische Wellenleiter (22) ein zweites Paar (34-1, 34-2) von derartigen Elektroden aufweist, die ansteuerspannungsseitige Elektrode (33-1) des ersten Paars von Elektroden den ersten optischen Wellenleiter überlappt, die ansteuerspannungs-seitige Elektrode (34-1) des zweiten Paars von Elektroden den zweiten optischen Wellenleiter überlappt, und die Positionsbeziehung, gesehen im Querschnitt, des ersten Paars von Elektroden zu dem ersten optischen Wellenleiter und die Positionsbeziehung des zweiten Paars von Elektroden zu dem zweiten optischen Wellenleiter asymmetrisch sind.

7. Optischer Modulator nach Anspruch 2, wobei das Substrat (55) ein X- oder ein Y-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt ist, das Paar von Elektroden, das zu dem ersten Wellenleiter (21) gehört, ein erstes Paar (33-1, 33-2) der Elektroden ist, der zweite optische Wellenleiter (22) ein zweites Paar von derartigen Elektroden (34-1, 34-2) aufweist, die ansteuerspannungs-seitigen Elektroden (33-1, 34-1) von jedem Paar von Elektroden getrennt von den ersten bzw. den zweiten optischen Wellenleitern gebildet sind, und der Spalt zwischen dem ersten Paar von Elektroden sich von dem Spalt zwischen dem zweiten Paar von Elektroden unterscheidet.

8. Optischer Modulator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Substrat (55) ein X- oder Y-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt ist, die Masseelektrode, die zu dem ersten optischen Wellenleiter (21) gehört, eine erste Masseelektrode (33-2) ist, der zweite optische Wellenleiter (22) eine zweite Masseelektrode (34) aufweist, die ansteuerspannungsseitige Elektrode (33-1) zwischen der ersten Masseelektrode (33-2) und der zweiten Masseelektrode (34) positioniert und an einer asymmetrischen Position bezüglich des ersten optischen Wellenleiters (21) und des zweiten optischen Wellenleiters (22) platziert ist.

9. Optischer Modulator nach Anspruch 2, wobei das Substrat (55) ein Z-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt ist, und die ansteuerspannungs-seitige Elektrode (33-1) des zweiten Paars von Elektroden den ersten optischen Wellenleiter (21) überlappt.

10. Optischer Modulator nach Anspruch 2, wobei das Substrat (55) ein X-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt ist und die ansteuerspannungs-seitige Elektrode (33-1) des Paars von Elektroden weg von dem ersten optischen Wellenleiter (21) gebildet ist.

11. Optischer Modulator, umfassend:

ein Substrat (55);

ein Mach-Zehnder-Interferometer mit:

eine Elektrodenstruktur, die auf dem Substrat gebildet ist und umfasst:

ein erstes Paar von getrennten Elektroden (33-1, 33-2), die zu dem ersten optischen Wellenleiter (21) gehören und eine ansteuerspannungs-seitige Elektrode (33-1) und eine über einen Abschlusswiderstand (R) damit verbundene erste Masseelektrode (33-2) aufweisen, und

ein zweites Paar von getrennten Elektroden (34-1, 34-2), die zu dem zweiten optischen Wellenleiter (22) gehören und eine zweite ansteuerspannungsseitige Elektrode (34-1) und eine damit über einen Abschlusswiderstand (R) damit verbundene zweite Masseelektrode (34-2) aufweisen:

wobei die Anordnung der ersten und zweiten optischen Wellenleiter und der Elektrodenstruktur zwischen dem ersten optischen Wellenleiter und dem zweiten optischen Wellenleiter symmetrisch ist; und

eine Ansteuereinrichtung, die angeordnet ist, um eine erste Ansteuerspannung (DV&sub1;) an der ersten ansteuerspannungs-seitigen Elektrode (33-1) und eine zweite Ansteuerspannung (DV&sub2;), die sich von der ersten Ansteuerspannung unterscheidet, an der zweiten ansteuerspannungs-seitigen Elektrode (34-1) bereitzustellen, um die Phase des Lichts, welches sich durch den ersten optischen Wellenleiter ausbreitet, unterschiedlich zu der Phase des Lichts, welches sich durch den zweiten optischen Wellenleiter ausbreitet, mit Hilfe des elektrooptischen Effekts zu modulieren.

12. Optischer Modulator nach Anspruch 11, wobei die Ansteuereinrichtung umfasst:

eine erste Ansteuereinheit (31) mit einem ersten Bipolartransistor (51a) zum Ausgeben der ersten Ansteuerspannung (DV&sub1;) an einem Kollektor davon im Ansprechen auf ein Datensignal (Din), welches an einer Basis davon eingegeben wird, wobei der Emitter des ersten Transistors mit einer ersten Konstantstromquelle (53a) verbunden ist; und

eine zweite Ansteuereinheit (32) mit einem zweiten Bipolartransistor (51b) zum Ausgeben der zweiten Ansteuerspannung (DV&sub2;) an einen Kollektor davon im Ansprechen auf einen Ausgang von einem Inverter (INV), der an einer Basis davon eingegeben wird, wobei der Inverter an einem Eingang davon das Datensignal (Din) erhält, und wobei der Emitter des zweiten Transistors mit einer zweiten Konstantstromquelle (53b) verbunden ist.

13. Optischer Modulator nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei das Substrat (55) ein Z-Schnitt-Kristall mit einem elektrooptischen Effekt ist, die erste ansteuerspannungs-seitige Elektrode (33-1) den ersten optischen Wellenleiter (21) überlappt und die zweite ansteuerspannungs-seitige Elektrode (34-1) den zweiten optischen Wellenleiter (22) überlappt.

14. Optischer Wellenleiter nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei das Substrat (55) ein X- oder Y-Schnitt- Kristall mit einem elektrooptischen Effekt ist, die erste ansteuerspannungs-seitige Elektrode (33-1) getrennt von dem ersten optischen Wellenleiter (21) gebildet wird und die zweite ansteuerspannungs-seitige Elektrode (34-1) getrennt von dem zweiten optischen Wellenleiter (22) gebildet wird.

15. Verfahren zum Modulieren von Licht, umfassend:

Bereitstellen eines optischen Modulators, umfassend:

ein Substrat (55);

ein Mach-Zehnder-Interferometer mit:

eine Elektrodenstruktur, die auf dem Substrat gebildet ist und wenigstens ein Paar von getrennten Elektroden (33-1, 33-2), die zu dem ersten optischen Wellenleiter (21) gehören und eine ansteuerspannungs-seitige Elektrode (33-1) und eine damit über einen Abschlusswiderstand (R) verbundene Masseelektrode (33-2) aufweisen, umfasst;

wobei die Anordnung der ersten und zweiten optischen Wellenleiter und der Elektrodenstruktur zwischen dem ersten optischen Wellenleiter und dem zweiten optischen Wellenleiter asymmetrisch ist;

Anwenden von Licht auf das Mach-Zehnder-Interferometer; und

Bereitstellen einer Ansteuerspannung an der ansteuerspannungs-seitigen Elektrode (33-1) des Paars von Elektroden, die zu dem ersten optischen Wellenleiter (21) gehören, wodurch die Phase des angewendeten Lichts, welches sich durch den ersten optischen Wellenleiter ausbreitet, unterschiedlich zu der Phase des angewendeten Lichts, welches sich durch den zweiten optischen Wellenleiter ausbreitet, mit Hilfe des elektrooptischen Effekts moduliert wird, selbst wenn die gleiche Ansteuerspannung an einen optionalen Teil der Elektrodenstruktur, die zu dem zweiten optischen Wellenleiter gehört, angelegt wird.

16. Verfahren zum Modulieren von Licht, umfassend:

Bereitstellen eines optischen Modulators, umfassend:

ein Substrat (55);

ein Mach-Zehnder-Interferometer mit:

eine Elektrodenstruktur, die auf dem Substrat gebildet ist und umfasst:

ein erstes Paar von getrennten Elektroden (33-1, 33- 2), die zu dem ersten optischen Wellenleiter (21) gehören und eine erste ansteuerspannungs-seitige Elektrode (33-1) und eine damit über einen Abschlusswiderstand (R) verbundene erste Masseelektrode (33-2) aufweisen, und

ein zweites Paar von getrennten Elektroden (34-1, 34-2), die zu dem zweiten optischen Wellenleiter (22) gehören und eine zweite ansteuerspannungsseitige Elektrode (34-1) und eine damit über einen zweiten Abschlusswiderstand (R) verbundene zweite Masseelektrode (34-2) aufweisen:

wobei die Anordnung der ersten und zweiten optischen Wellenleiter und der Elektrodenstruktur zwischen dem ersten optischen Wellenleiter und dem zweiten optischen Wellenleiter symmetrisch ist;

Anwenden von Licht auf den Eingang des Mach-Zehnder- Interferometers; und

Bereitstellen einer ersten Ansteuerspannung (DV&sub1;) an der ersten ansteuerspannungs-seitigen Elektrode (33-1) und einer zweiten Ansteuerspannung (DV&sub2;), die sich von der ersten Ansteuerspannung unterscheidet an die zweite ansteuerspannungs-seitigen Elektrode (34-1), wodurch die Phase des angelegten Lichts, welches sich durch den ersten optischen Wellenleiter ausbreitet, unterschiedlich zu der Phase des angewendeten Lichts, welches sich durch den zweiten optischen Wellenleiter ausbreitet, mit Hilfe des elektrooptischen Effekts moduliert wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die zweite Ansteuerspannung (DV&sub2;) Null Volt ist.

18. Optischer Modulator nach Anspruch 8, wobei der Querschnittsaufbau der ansteuerspannungs-seitigen Elektrode (33-1) und des ersten optischen Wellenleiters (21) relativ zu dem Querschnittsaufbau der ansteuerspannungs-seitigen Elektrode (33-1) und dem zweiten optischen Wellenleiter (22) asymmetrisch ist.