DE69318790T2

DE69318790T2 - Optische Modulationsvorrichtung und ihr Ansteuerungsverfahren

Info

Publication number: DE69318790T2
Application number: DE69318790T
Authority: DE
Inventors: Akira Enokihara; Mitsuo Makimoto; Morikazu Sagawa; Kentaro Setsune
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-09-28
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2013-09-22
Also published as: JP2758538B2; US5400416A; EP0590474B1; EP0590474A1; DE69318790D1; JPH06110023A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine optische Modulationsvorrichtung. Diese Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Ansteuerung einer optischen Modulationsvorrichtung.

Verwandter Stand der Technik

Haibleiterlaser werden weitverbreitet als Lichtquellen in optischen Übertragungssystemen verwendet. Eine typische Art der Modulation eines optischen Signals besteht darin, den Injektionsstrom eines Halbleiterlasers im Ansprechen auf ein Modulationssignal zu steuern. Es ist jedoch allgemein schwierig, einen Haibleiterlaser bei Frequenzen, die höher als mehrere GHz sind durch eine derartige direkte Modulation zu betreiben.
Externe elektrooptische Wellenleitermodulatoren, die dielektrische Kristalle verwenden, können Modulationen bei höheren Frequenzen ausführen. Ein typischer elektrooptischer Wellenleitermodulator weist eine Übertragungsleitung und einen optischen Wellenleiter auf. Die Übertragungsleitung dient als Modulationselektrode, die ein Modulationssignal befähigt, sich in einem elektrooptischen Kristall auszubreiten. Der optische Wellenleiter erstreckt sich nahe der Übertragungsleitung Ein elektrisches Feld wird im Ansprechen auf das Modulationssignal um die Modulationselektrode induziert. Der elektrooptische Effekt bewirkt, daß die Brechungsindizes des optischen Wellenleiters mit dem induzierten elektrischen Feld variieren. Entsprechend wird die Phase einer Lichtwelle in dem optischen Wellenleiter im Ansprechen auf das Modulationssignal derart variiert, daß eine optische Modulation erfolgt. Herkömmliche elektrooptische Kristalle wie beispielsweise ein LiNbO&sub3;-Kristall weisen keine großen elektrooptischen Koeffizienten auf. Daher ist es bei einem elektrooptischen Modulator wichtig, ein modulierendes elektrisches Feld effektiv an einen optischen Wellenleiter anzulegen, um einen guten Modulationswirkungsgrad zu erhalten.
In dem Artikel "Guided-wave light modulator using a resonant coplanar electrode" veröffentlicht durch M. Izutsu et al. in "Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers of Japan", Ausgabe J71-C, Nr. 5, 1988, Seiten 653-658, ist eine optische Modulationsvorrichtung mit einem Substrat, einem optischen Wellenleiter, der auf der Oberseite des Substrats ausgebildet ist und einen elektrooptischen Effekt zeigt, und elektronagnetisch miteinander gekoppelte erste und zweite parallele Leitungen offenbart, die auf der Oberseite des Substrats ausgebildet sind und sich jeweils zu gegenüberliegenden Seiten des optischen Wellenleiters erstrecken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte optische Modulationsvorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung einer derartigen optischen Modulationsvorrichtung zu schaffen.
Hinsichtlich der erfindungsgemäßen optischen Modulationsvorrichtung wird diese Aufgabe wahlweise durch eine optische Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3 gelöst.
Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung einer optischen Modulationsvorrichtung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine optische Modulationsvorrichtung entsprechend dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine optische Modulationsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig.
Fig. 5 zeigt eine Darstellung einer optischen Modulationsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 6 zeigt eine Darstellung einer optischen Modulationsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht einer optischen Modulationsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 8 zeigt eine Darstellung einer optischen Modulationsvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
Fig. 9 zeigt eine Darstellung einer optischen Modulationsvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 10 zeigt eine Darstellung einer optischen Modulationsvorrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 11 zeigt eine Schnittansicht einer optischen Modulationsvorrichtung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 12 zeigt eine Schnittansicht einer optischen Modulationsvorrichtung gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK

Der Stand der Technik optischer Modulationsvorrichtungen wird nachstehend zum besseren Verständnis der Erfindung beschrieben.
Mit Bezug auf Fig. 1 und 2 weist eine optische Modulationsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik ein Substrat 51 auf, das einen elektrooptischen Effekt zeigt. Ein optischer Wellenleiter 52 ist in der Oberseite des Substrats 51 ausgebildet. Der optische Welenleiter 52 zeigt ebenso einen elektrooptischen Effekt.
Der optische Wellenleiter 52 erstreckt sich entlang einer Mittellinie der Oberseite des Substrats 51. Eine Lichtwelle breitet sich entlang des optischen Wellenleiters 52 aus.
Modulationselektroden, die eine Streifenelektrode 53 und eine Masseelektrode 54 aufweisen, sind auf der Oberseite des Substrats 51 ausgebildet. Die Streifenelektrode 53 und die Masseelektrode 54 sind aus Metallfilmen wie beispielsweise Aluminiumfilmen hergestellt. Die Streifenelektrode 53 und die Masseelektrode 54 erstrecken sich jeweils zu gegenüberliegenden Seiten des optischen Wellenleiters. Die Streifenelektrode 53 und die Masseelektrode 54 bilden einen Abschnitt einer Übertragungsleitung aus, entlang dessen sich eine Modulationswelle ausbreitet.
Eine Signalguelle 59 zur Erzeugung eines Modulationssignals ist zwischen der Streifenelektrode 53 und der Masselektrode 54 elektrisch angeschlossen. Auf diese Weise wird das Modulationssignal zwischen die Streifenelektrode 53 und die Masseelektrode 54 angelegt. Eine dem Modulationssignal entsprechende Modulationswelle breitet sich in die Streifenelektrode 53 derart aus, daß sich ein von der Modulationswelle abhängiges elektrisches Feld zwischen der Streifenelektrode 53 und der Masseeiektrode 54 entwikkelt. Folglich wird der optische Wellenleiter 52 dem elektrischen Feld ausgesetzt, das von dem Modulationssignal abhängt. Der elektrooptische Effekt bewirkt, daß die Brechungsindizes des optischen Wellenleiters 52 mit dem elektrischen Feld variieren. Entsprechend wird die Phase der Lichtwelle in dem optischen Wellenleiter 52 im Ansprechen auf das Modulationssignal derart variiert, daß eine optische Modulation erfolgt.
Da das Potential der Masseelektrode 54 auf Null verbleibt, ist die Potentialdifferenz zwischen der Streifenelektrode 53 und der Masseelektrode 54 auf einen Pegel entsprechend dem Potential der Streifenelektrode 53 begrenzt. In dem Fall, in dem die Streifenelektrode 53 einen normalen Aufbau einer Mikrostreifenleitung aufweist, dient eine auf der Unterseite des Substrats 51 geschaffene Masseebene ebenso als eine Masseelektrode, so daß die Intensität des um die Streifenelektrode 53 herum entwickelten elektrischen Felds dazu neigt, sehr klein zu sein. Zur Kompensation dieser Neigung und um dadurch ein angemessen starkes elektrisches Feld zu erreichen, weisen die Streifenelektrode 53 und die Masseelektrode 54 einen koplanaren Leitungsaufbau auf, der eine kleine Entfernung dazwischen ermöglicht.
Im Allgemeinen bewirkt der koplanare Leitungsaufbau eine relativ große Ausbreitungsdämpfung der Modulationswelle, woraus sich ein verringerter Modulationswirkungsgrad ergibt. Das Verhältnis der Breite der Streifenelektrode 53 zu der Entfernung zwischen der Streifenelektrode 53 und der Masseelektrode 54 bestimmt den Wellenwiderstand der Übertragungsleitung. Auf diese Weise ist es allgemein erforderlich, entsprechend der sich verringernden Entfernung zwischen der Streifenelektrode 53 und der Masseelektrode 54, die Breite der Streifenelektrode 53 ebenso zu verringern, um den Wellenwiderstand der Übertragungsleitung in einem praktisch verwendbaren Bereich zu halten (beispielsweise in dem Bereich von etwa 50 Ω). Die verringerte Breite der Streifenelektrode 53 bewirkt eine größere Dämpfung durch die Übertragungsleitung.
Eine zweite optische Modulationsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik ist der ersten optischen Modulationsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik bis auf nachstehend beschriebene gestalterische Veränderungen ähnlich. Bei der zweiten optischen Modulationsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik ist eine Streifenelektrode 53 geeignet an deren gegenüberliegenden Enden zur Ausbildung eines Leitungsresonators abgeschlossen. Der verfügbare Modulationswirkungsgrad steigt mit dem Anstieg des Q-(Güte-) Faktors des Leitungsresonators an. Zum Erzeugen eines guten Leitungsresonators wird die Länge der Streifenelektrode 53 auf etwa die Hälfte der Wellenlänge eines Modulationssignals eingestellt. Auf diese Weise neigt bei der optischen Modulationsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik die Streifenelektrode 53 dazu, relativ lang zu sein. In dem Fall, bei dem die Frequenz eines Modulationssignals derart hoch ist, daß die von dem Licht zum Durchqueren einer Seite der Streifenelektrode 53 aufgewendete Zeit verglichen mit einer Periode des Modulationssignals nicht vernachlässigt werden kann, fällt ein verfügbarer Modulationswirkungsgrad abrupt ab, wenn die Länge der Streifenelektrode 53 über eine gegebene Länge ansteigt.

BESCHREIBUNG DES ERSTEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Mit Bezug auf Fig. 3 und 4 weist eine optische Modulationsvorrichtung (optisches Modulationselement) ein Substrat 11 auf, weiches einen elektrooptsichen Effekt zeigt. Das Substrat 11 hat die Form einer rechtwinkligen oder vierkantigen flachen Platte. Das Substrat ist beispielsweise aus einem Einkristall aus LiNbO&sub3; (Lithium-Niobat) hergestellt.
Ein optischer Wellenleiter 12 ist in der Oberseite des Substrats 11 durch ein geeignetes Verfahren wie beispielsweise ein Ti(Titan-) Thermodiffusionsverfahren ausgebildet. Der optische Wellenleiter 12 zeigt ebenso einen eiektrooptischen Effekt. Der optische Wellenleiter 12 erstreckt sich zwischen gegenüberliegenden Seiten des Substrats 11 entlang einer Mittellinie auf dessen Oberseite.
Elektromagnetisch miteinander gekoppelte parallele Leitungen 13A und 13B sind jeweils auf der Oberseite des Substrats 11 an gegenüberliegenden Seiten des optischen Wellenleiters 12 ausgebildet. Die parallelen Leitungen 13A und 13B weisen dünne Metallfilme wie beispielsweise dünne Al-(Aluminium-) Filme oder dünne Au-(Gold-) Filme auf, die durch geeignete Dünnfilmausbildungsverfahren wie beispielsweise ein Vakuumdampfphasenabscheidungs verfahren, ein photolithographisches Verfahren und eine reaktives Ionenätzverfahren hergestellt werden. Die parallelen Leitungen 13A und 13B erstrecken sich entlang oder parallel zu dem optischen Wellenleiter 12. Die parallelen Leitungen 13A und 13B sind voneinander durch einen vorbestimmten Spalt 16 beabstandet, in der der optische Wellenleiter 12 offen liegt.
Eine Masseebene 14, die einen Metailfum aufweist, ist auf der Unterseite des Substrats 11 durch ein geeignetes Verfahren wie beispielsweise ein Dampfphasenabscheidungsverfahren ausgebildet. Auf diese Weise bilden die parallelen Leitungen 13A und 13B, das Substrat 11 und die Masseebene 14 einen Mikrostreifenanordnung.
Ein Eingangslichtstrahl 15 wird einem Ende des optischen Wellenleiters 12 zugeführt. Der Eingangslichtstrahl 15 tritt über dessen Ende in den optischen Wellenleiter 12 ein und breitet sich dann entlang dem optischen Wellenleiter 12 aus, wobei er an dem anderen Ende des optischen Wellenleiters 12 austritt und einen Ausgangslichtstrahl 17 ausbildet. Während der Eingangslichtstrahl 15 entlang dem optischen Wellenleiter 12 wandert, durchquert er einen Bereich, der an den Spalt 16 zwischen den parallelen Leitungen 13A und 13B angrenzt. In dem Fall, in dem eine Modulationswelle entsprechend einem Modulationssignal entlang den parallelen Leitungen 13A und 13B durch ein geeignetes Verfahren ausgebreitet wird, wird ein von dem Modulationssignal abhängiges elektrisches Feld in dem Spalt 16 und um den Spalt 16 herum entwickelt, und folglich werden die Brechungsindizes des optischen Wellenleiters 12 mit dem elektrischen Feld infolge des elektrooptischen Effekts variiert. Im einzelnen weist das entwickelte elektrische Feld eine Amplitude auf, die von dem Modulationssignal abhängt. Daher wird die Phase des abgegebenen Lichtstrahls 17 entsprechend dem Modulationssignal variiert. Auf diese Weise wird der Eingangslichtstrahl 15 mit dem Modulationssignal phasenmoduliert.
Im Allgemeinen können die geführten Wellen, die sich entlang der parallelen Leitungen ausbreiten, als gerade Moden (symmetrische Moden) und ungerade Moden (asymmetrischen Moden) vorliegen. Wenn die geführten Wellen eine ungerade Mode voraussetzen, weisen die Potentiale an entsprechenden Punkten in den parallelen Leitungen entgegengesetzte Vorzeichen auf, so daß sich ein starkes elektrisches Feld in einem Spalt zwischen den parallelen Leitungen entwickelt. Entsprechend ist das Ausführungsbeispiel derart gestaltet, daß die Modulationswelle in einer ungeraden Mode entlang den parallelen Leitungen 13A und 13 B im Ansprechen auf das Modulationssignal angeregt werden kann. Auf diese Weise kann sich ein starkes elektrisches Feld entsprechend dem Modulationssignal in dem Spalt 16 und um den Spalt 16 herum zwischen den parallelen Leitungen 13A und 13B entwickeln. Das starke elektrische Feld ermöglicht einen hohen optischen Modulationswirkungsgrad.
Es sei angemerkt, daß ein Mach-Zehnder-Interferometer auf dem Substrat 11 unter Verwendung eines optischen Verzweigungswellenleiters ausgebildet werden kann. In diesem Fall kann der Eingangslichtstrahl 15 einer Intensitätsmodulation unterzogen werden.
Dieses Ausführungsbeispiel kann wie nachstehend beschrieben abgeändert werden. Bei einer ersten Abänderung wird das Substrat 11 aus anderem Material als LiNbO&sub3; (Lithiumniobat) hergestellt, und Material, das einen elektrooptischen Effekt zeigt und Brechungsindizes aufweist, die höher als die des Substrats 11 sind, ist als ein fumförmiger optischer Wellenleiter auf dem Substrat 11 ausgebildet. Bei einer zweiten Abänderung wird die Oberseite des Substrats 11 mit einem Optischer-Wellenleiter-Kernabschnitausgebildet, der höhere Brechungsindizes aufweist als die einer Umgebung, wobei ein aus elektrooptischen Material hergestellter Optischer-Wellenleiter-Mantelabschnitt auf dem Kernabschnitt ausgebildet ist. In diesem Fall erfolgt die optische Modulation unter Verwendung eines elektrischen Felds eines Lichtstrahls, das sich aus dem Kernabschnitt heraus erstreckt.

BESCHREIBUNG DES ZWEITEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, das dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 bis auf eine zusätzliche Anordnung ähnlich ist, die nachstehend angegeben ist.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist ein Signaleingangsanschluß 18 auf der Oberseite eines Substrats 11 ausgebildet. Eine Signalquelle 19 zur Erzeugung eines Modulationssignals ist zwischen dem Eingangsanschluß 18 und einer Masseebene 14 elektrisch angeschlossen, die auf der Unterseite des Substrats 11 ausgebildet ist.
Der Eingangsanschluß 18 weist zwei Abzweigungen 18a und 18b auf. Die Abzweigung 18a ist von einem Ende einer Leitung 13B durch einen vorbestimmten Spalt 20 derart beabstandet, daß die Abzweigung 18a kapazitiv mit dem Ende der Leitung 13B gekoppelt ist. Die Abzweigung 18b ist über einen Abgriff oder Brücke 21 derart an ein Ende einer Leitung 13A angeschlossen, daß die Abzweigung 18b mit dem Ende der Leitung 13A induktiv gekoppelt ist. Daher wird das durch die Signalguelle 19 erzeugte Modulationssignal über den Eingangsanschluß 18 zu den parallelen Leitungen 13A und 13B in einer derartigen Weise zugeführt, daß die Potentiale an entsprechenden Punkten in den parallelen Leitungen 13A und 13B um 180 Grad phasenverschoben sind. Auf diese Weise wird eine Modulationswelle in einer ungeraden Mode entlang den parallelen Leitungen 13A und 13B im Ansprechen auf das Modulationssignai angeregt, wobei sich ein starkes elektrisches Feld entsprechend dem Modulationssignal in einem Spalt 16 und um einen Spalt 16 herum zwischen den parallelen Leitungen 13A und 13B entwickelt. Das starke elektrische Feld ermöglicht einen hohen optischen Modulationswirkungsgrad.
Es sie angemerkt, daß ein Mach-Zehnder-Interferometer auf dem Substrat 11 unter Verwendung eines optischen Verzweigungswellenleiters ausgebildet sein kann. In diesem Fall kann ein zugeführter Lichtstrahl einer Intensitätsmodulation unterzogen werden.
Das Ausführungsbeispiel kann wie nachstehend beschrieben abgeändert sein. Bei einer ersten Abänderung wird das Substrat 11 aus einem anderen Material als LiNbO&sub3; (Lithiumniobat) hergestellt, und Material, das einen elektrooptischen Effekt zeigt und Brechungsindizes aufweist, die höher als die des Substrats 11 sind, ist als ein filmförmiger optischer Wellenleiter auf dem Substrat 11 ausgebildet. Bei einer zweiten Abänderung wird die Oberseite des Substrats 11 mit einem Optischer-Wellenleiter-Kernabschnitt mit Brechungsindizes ausgebildet, die höher als die einer Umgebung sind, und ein Optischer-Wellenleiter-Mantelabschnitt, der aus elektrooptischen Material hergestellt wurde, ist auf dem Kernabschnitt ausgebildet. In diesem Fall wird eine optische Modulation unter Verwendung eines elektrischen Felds eines Lichtstrahls ausgeführt, das sich aus dem Kernabschnitt heraus erstreckt. Bei einer dritten Abänderung ist die Verzweigung 18a mit der Leitung 13B durch ein geeignetes kapazitives Element gekoppelt, das sich von dem Spalt 20 unterscheidet, während die Verzweigung 18b mit der Leitung 13A durch ein geeignetes induktives Element gekoppelt ist, das sich von dem Abgriff 21 unterscheidet. Bei einer vierten Abänderung wird der Eingangsanschluß 18 mit einer Blindleitung bzw. Stichleitung zur Kompensation von Reflexionen des Modulationssignals ausgebildet, die an dem Spalt 20 und dem Abgriff 21 auftreten können. Bei einer fünften Abänderung sind die von dem Eingangsanschluß 18 entfernten Enden der parallelen Leitungen 13A und 13B über einen Widerstand oder Widerstände abgeschlossen, der/die Widerstandswerte entsprechend dem Wellenwiderstand der parallelen Leitungen 13A und 13B aufweist/aufweisen.

BESCHREIBUNG DES DRITTEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zu dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 und 4 bis auf eine nachstehend aufgeführte zusätzliche Anordnung ähnlich ist.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist ein Signaleingangsanschluß 22 auf der Oberseite eines Substrats 11 ausgebildet. Eine Signalquelle 19 zur Erzeugung eines Modulationssignals ist zwischen dem Eingangsanschluß 22 und einer Masseebene 14 elektrisch angeschlossen, die auf der Unterseite des Substrats 11 ausgebildet ist.
Der Eingangsanschluß 22 weist zwei Verzweigungen 22a und 22b auf. Die Verzweigung 22b ist über ein Signalverzögerungselement, das eine Signalverzögerungsleitung 23 aufweist, an einem Ende einer Leitung 13A angeschlossen. Die Verzögerungsleitung 23 wurde zum Erzeugen einer Signalphasenverschiebung oder einer Signalverzögerung von 180 Grad entworfen. Daher wird das durch die Signalquelle 19 erzeugte Modulationssignal über den Eingangsanschluß 22 zu den parallelen Leitungen 13A und 13B in einer derartigen Weise zugeführt, daß Potentiale an entsprechenden Punkten in den parallelen Leitungen 13A und 13B um 180 Grad phasenverschoben sind. Auf diese Weise wird eine Modulationswelle in einer ungeraden Mode entlang der parallelen Leitungen 13A und 13B im Ansprechen auf das Modulationssignal angeregt, und ein starkes elektrisches Feld entsprechend dem Modulationssignal entwickelt sich in einem Spalt 16 und um einen Spalt 16 herum zwischen den parallelen Leitungen 13A und 13B. Das starke elektrische Feld ermöglicht einen hohen optischen Modulationswirkungsgrad.
Es sei angemerkt, daß ein Mach-Zehnder-Interferometer auf dem Substrat 11 unter Verwendung einer optischen Verzweigungswellenleiters ausgebildet sein kann. In diesem Fall kann ein eingegebener Lichtstrahl einer Intensitätsmodulation unterzogen werden.
Dieses Ausführungsbeispiel kann wie nachstehend beschrieben abgeändert werden. Bei einer ersten Abänderung wird das Substrat aus anderem Material als LiNbO&sub3; (Lithiumniobar) hergestellt, und Material, das einen elektrooptischen Effekt zeigt und Brechungsindizes aufweist, die höher als die des Substrats 11 sind, ist als ein filmförmiger optischer Wellenleiter auf dem Substrat 11 ausgebildet. Bei einer zweiten Abänderung ist die Oberseite des Substrats 11 mit einem Optischer-Wellenleiter-kernabschnitt mit Brechungsindizes ausgebildet, die höher als die einer Umgebung sind, und ein Optischer-Wellenleiter-Mantelabschnitt, der aus elektrooptischen Material hergestellt wurde, ist auf dem Kernabschnitt ausgebildet. In diesem Fall werden optische Modulationen unter Verwendung eines elektrischen Felds eines Lichtstrahls ausgeführt, das sich aus dem kernabschnitt heraus erstreckt. Bei einer dritten Abänderung sind die von dem Eingangsanschluß 22 entfernten der parallelen Leitungen 13A und 13B über einen Widerstand oder Widerstände abgeschlossen, der/die Widerstandswerte entsprechend dem Wellenwiderstand der parallelen Leitungen 13A und 13B aufweist/aufweisen.

BESCHREIBUNG DES VIERTEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, das zu dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 und 4 bis auf eine nachstehend aufgeführte zusätzliche Anordnung ähnlich ist.
Wie in Fig. 7 gezeigt, ist eine Verbindungsleitung 24 auf der Oberseite eines Substrats 11 ausgebildet. Erste benachbarte Enden von parallelen Leitungen 13A und 13B sind über die Verbindungsleitung 24 miteinander verbunden. Zweite benachbarte Enden der parallelen Leitungen 13A und 13B sind offen.
Die parallelen Leitungen 13A und 13B und die Verbindungsleitung 24 bilden einen Resonator. Die offenen Enden der parallelen leitungen 13A und 13B relektieren eine Modulationswelle, so daß Resonanz entsteht. In einem Grundresonanzzustand wird eine Modulationswelle in einer ungeraden Mode entlang den parallelen Leitungen 13A und 13B angeregt.
Somit entwickelt sich in Fällen, in denen der Resonator im Ansprechen auf ein Modulationssignal in geeigneter Weise angesteuert wird, ein starkes elektrisches Feld entsprechend dem Modulationssignal in einem Spalt 16 und um einen Spalt 16 herum zwischen den parallelen Leitungen 13A und 13B. Das starke elektrische Feld ermöglicht einen hohen optischen Modulationswirkungsgrad.
Es sei angemerkt, daß ein Mach-Zehnder-Jnterferometer auf dem Substrat 11 unter Verwendung eines optischen Verzweigungswellen leiters ausgebidet sein kann. In diesem Fall kann ein eingegebe ner Lichtstrahl einer Intensitätsmodulation unterzogen werden.
Dieses Ausführungsbeispiel kann wie nachstehend beschrieben abgeändert sein. Bei einer ersten Abänderung wird das Substrat 11 aus anderem Material als LiNbO&sub3; (Lithiumniobat) hergestellt, und Material, das einen elektrooptischen Effekt zeigt und Brechungsindizes aufweist, die höher als die des Substrats 11 sind, ist als ein fumförmiger optischer Wellenleiter auf dem Substrat 11 ausgebildet. Bei einer zweiten Abänderung ist die Oberseite des Substrats 11 mit einem Optischer-Wellenleiter-Kernabschnitt mit Brechungsindizes ausgebildet, die höher als die einer Umgebung sind, und ein Optischer-Wellenleiter-Mantelabschnitt, der aus elektrooptischen Material hergestellt wurde, ist auf dem Kernabschnitt ausgebildet. In diesem Fall werden optische Modulationen unter Verwendung eines elektrischen Feld eines Lichtstrahls ausgeführt, das sich aus dem Kernabschnitt heraus erstreckt. Bei einer dritten Abänderung sind die parallelen Leitungen 13A und 13B zum Erreichen eines hohen Q-(Güte-) Faktors des Resonators aus einem Supraleiter hergestellt.

BESCHREIBUNG DES FÜNFTEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 8 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung das zu dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 bis auf eine nachstehend aufgeführte zusätzliche Anordnung ähnlich ist.
Wie in Fig. 8 gezeigt sind erste benachbarte Enden von parallelen Leitungen 13A und 13B miteinander über eine Verbindungslei tung 24 verbunden, während zweite benachbarte Enden der parallelen Leitungen 13A und 13B miteinander über einen Kondensator 25 verbunden sind. Wenn eine Modulationswelle an den zweiten Enden der parallelen Leitungen 13A und 13B reflektiert wird, unterzieht sich die Modulationswelle einer Phasenänderung. Diese Phasenänderung hat eine Verringerung der Resonanzfrequenz eines Resonators zur Folge, der die parallelen Leitungen 13A und 13B aufweist.
Es sei angemerkt, daß ein Mach-Zehnder-Interferometer auf dem Substrat 11 unter Verwendung eines optischen Verzweigungswellenleiters ausgebidet sein kann. In diesem Fall kann ein eingegebener Lichtstrahl einer Intensitätsmodulation unterzogen werden.
Dieses Ausführungsbeispiel kann wie nachstehend beschrieben abgeändert sein. Bei einer ersten Abänderung wird das Substrat 11 aus anderem Material als LiNbO&sub3; (Lithiumniobat) hergestellt, und Material, das einen elektrooptischen Effekt zeigt und Brechungsindizes aufweist, die höher als die des Substrats 11 sind, ist als ein filmförmiger optischer Wellenleiter auf dem Substrat 11 ausgebildet. Bei einer zweiten Abänderung ist die Oberseite des Substrats 11 mit einem Optischer-Wellenleiter-Kernabschnitt mit Brechungsindizes ausgebildet, die höher als die einer Umgebung sind, und ein Optischer-Wellenleiter-Mantelabschnitt, der aus elektrooptischen Material hergestellt wurde, ist auf dem Kernabschnitt ausgebildet. In diesem Fall werden optische Modulationen unter Verwendung eines elektrischen Felds eines Lichtstrahls ausgeführt, das sich aus dem Kernabschnitt heraus erstreckt. Bei einer dritten Abänderung sind die zweiten Enden der parallelen Leitungen 13A und 13B über ein sich von dem Kondensator 25 unterscheidendes kapazitives Element miteinander gekoppelt, wobei das kapazitive Element dünne Filme auf der Oberseite eines Substrats 11 aufweist. In diesem Fall wird, nachdem ein einzelner Film auf der Oberseite des Substrats 11 ausgebildet wurde, der einzelne Film in die parallelen Leitungen 13A und 13B und das kapazitive Element strukturiert. Bei einer vierten Abänderung wird der Kondensator 25 durch ein veränderliches Kapazitätselement wie beispielsweise einen Trimmkondensator oder eine Kapazitätsdiode ersetzt. In diesem Fall ist es möglich die Resonanzfrequenz des Resonators einzustellen. Bei einer fünften Abänderung sind die parallelen Leitungen 13A und 13B aus Supraleiter hergestellt, so daß der Resonator einen hohen Q-(Güte-) Faktor aufweist.

BESCHREIBUNG DES SECHSTEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 9 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zu dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 bis auf eine nachstehend aufgeführte zusätzliche Anordnung ähnlich ist.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist ein Signaleingangsanschluß 27 auf der Oberseite eines Substrats 11 ausgebildet. Der Eingangsanschluß 27 ist von einer Seite eine Leitung 13B um einen Spalt 26 einer vorbestimmten Größe beabstandet. Auf diese Weise ist der Eingangsanschluß 27 kapazitiv mit einem Resonator gekoppelt, der parallele Leitungen 13A und 13B aufweist. Eine Signalquelle 19 zur Erzeugung eines Modulationssignals ist zwischen dem Eingangsanschluß 27 und einer Masseebene 14 elektrisch angeschlossen, die auf der Unterseite des Substrats 11 ausgebildet ist.
Das durch die Signaiquelle 19 erzeugte Modulationssignal wird über den Eingangsanschluß 27 der Leitung 13B zugeführt, so daß das Modulationssignal den Resonator ansteuert, der die parallelen Leitungen 13A und 13B aufweist. Auf diese Weise wird ein eingegebener Lichtstrahl, der entlang einem optischen Wellenleiter 12 wandert, mit dem Modulationssignal moduliert.
Der Grad der Kopplung zwischen dem Eingangsanschluß 27 und dem Resonator (die parallelen Leitungen 13A und 13B) wird derart ausgewählt, daß der Resonanzbetrieb des Resonators optimiert werden kann, Es sei angemerkt, daß der Grad der Kopplung zwischen dem Eingangsanschluß 27 und dem Resonator durch Variieren der Größe des dazwischen liegenden Spalts 26 oder durch Verschieben des Ortes der Kopplung zu dem Resonator eingestellt werden kann.
Es sei angemerkt, daß ein Mach-Zehnder-Interferometer auf dem Substrat 11 unter Verwendung eines optischen Verzweigungswellenleiters ausgebidet sein kann. In diesem Fall kann ein eingegebener Lichtstrahl einer Intensitätsmodulation unterzogen werden.
Dieses Ausführungsbeispiel kann wie nachstehend beschrieben abgeändert sein. Bei einer ersten Abänderung wird das Substrat 11 aus anderem Material als LiNbO&sub3; (Lithiumniobat) hergestellt, und Material, das einen elektrooptischen Effekt zeigt und Brechungsindizes aufweist, die höher als die des Substrats 11 sind, ist als ein filmförmiger optischer Wellenleiter auf dem Substrat 11 ausgebildet. Bei einer zweiten Abänderung ist die Oberseite des Substrats 11 mit einem Optischer-Wellenleiter-Kernabschnitt mit Brechungsindizes ausgebildet, die höher als die einer Umgebung sind, und ein Optischer-Wellenleiter-Mantelabschnitt, der aus elektrooptischen Material hergestellt wurde, ist auf dem Kernabschnitt ausgebildet. In diesem Fall werden optische Modulationen unter Verwendung eines elektrischen Felds eines Lichtstrahls ausgeführt, das sich aus dem Kernabschnitt heraus erstreckt. Bei einer dritten Abänderung sind die parallelen Leitungen 13A und 13B aus Supraleitern hergestellt, so daß der Resonator einen hohen Q- (Güte-)Faktor aufweist. Bei einer vierten Abänderung ist der Eingangsanschluß 27 anstatt mit der Leitung 13B mit einem Abschnitt einer Verbindungsleitung 24 gekoppelt.

BESCHREIBUNG DES SIEBTEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 10 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zu dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 bis auf eine nachstehend aufgeführte zusätzliche Anordnung ähnlich ist.
Wie in Fig. 10 gezeigt ist ein Signaleingangsanschluß 29 auf der Oberseite eines Substrats 11 ausgebildet. Der Eingangsanschluß 29 ist über einen Abgriff oder eine Brücke 28 an eine Seite einer Leitung 13B angeschlossen. Auf diese Weise ist der Eingangsanschluß 29 induktiv mit einem Resonator gekoppelt, der parallele Leitungen 13A und 13B aufweist. Eine Signaiquelle 19 zur Erzeugung eines Modulationssignals ist zwischen dem Eingangsanschluß 29 und einer Masseebene 14 elektrisch angeschlossen, die auf der Unterseite des Substrats ausgebildet ist.
Das durch die Signalquelle 19 erzeugte Modulationssignal wird über dem Eingangsanschluß 29 der Leitung 13B derart zugeführt, daß das Modulationssignal den Resonator ansteuert, der die parallelen Leitungen 13A und 13B aufweist. Auf diese Weise wird ein eingegebener Lichtstrahl, der entlang einem optischen Wellenleiter 12 wandert, mit dem Modulationssignal moduliert.
Der Grad der Kopplung zwischen dem Eingangsanschluß 29 und dem Resonator (die parallelen Leitungen 13A und 13B) wird derart ausgewählt, daß der Resonanzbetrieb des Resonators optimiert werden kann. Es sei angemerkt, daß der Grad der Kopplung zwischen dem Eingangsanschluß 29 und dem Resonator durch Verschieben des Ortes der Kopplung zu dem Resonator eingestellt werden kann.
Es sei angemerkt, daß ein Mach-Zehnder-Interferometer auf dem Substrat 11 unter Verwendung eines optischen Verzweigungswellenleiters ausgebidet sein kann. In diesem Fall kann ein eingegebener Lichtstrahl einer Intensitätsmodulation unterzogen werden.
Dieses Ausführungsbeispiel kann wie nachstehend beschrieben abgeändert sein. Bei einer ersten Abänderung wird das Substrat 11 aus anderem Material als LiNbO&sub3; (Lithiumniobat) hergestellt, und Material, das einen elektrooptischen Effekt zeigt und Brechungsindizes aufweist, die höher als die des Substrats 11 sind, ist als ein fumförmiger optischer Wellenleiter auf dem Substrat 11 ausgebildet. Bei einer zweiten Abänderung ist die Oberseite des Substrats 11 mit einem Optischer-Wellenleiter-Kernabschnitt mit Brechungsindizes ausgebildet, die höher als die einer Umgebung sind, und ein Optischer-Wellenleiter-Mantelabschnitt, der aus elektrooptischen Material hergestellt wurde, ist auf dem Kernabschnitt ausgebildet. In diesem Fall werden optische Modulationen unter Verwendung eines elektrischen Felds eines Lichtstrahls ausgeführt, das sich aus dem Kernabschnitt heraus erstreckt. Bei einer dritten Abänderung sind die parallelen Leitungen 13A und 13B aus Supraleitern hergestellt, so daß der Resonator einen hohen Q-(Güte-) Faktor aufweist. Bei einer vierten Abänderung ist der Eingangsanschluß 27 anstatt mit der Leitung 13B mit einem Abschnitt einer Verbindungsleitung 24 gekoppelt.

BESCHREIBUNG DES ACHTEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 11 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zu einem der Ausführungsbeispiele von Fig. 3-10 bis auf eine nachstehend aufgeführte zusätzliche Anordnung ähnlich ist.
Wie in Fig. 11 gezeigt weist das achte Ausführungsbeispiel einen Streifenleitungsaufbau auf. Im einzelnen erstrecken sich parallele Leitungen 13A und 13B zwischen der Oberseite eines Substrats 11 und der Unterseite eines dielektrischen Bauteils 30. Eine Masseebene 31 ist auf der Oberseite des dielektrischen Bauteils 30 ausgebildet.

BESCHREIBUNG DES NEUNTEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 12 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zu einem der Ausführungbeispiele von Fig. 3-10 bis auf nachstehend aufgeführte gestalterische Veränderungen ähnlich ist.
Wie in Fig. 12 gezeigt weist das neunte Ausführungsbeispiel einen koplanaren Leitungsaufbau auf. Im einzelnen sind Masseebenen 14 auf der Oberseite eines Substrats 11 ausgebildet, und parallele Leitungen 13A und 13B erstrecken sich zwischen den Masseebenen 14.

Claims

1. Optische Modulationsvorrichtung mit

einem Substrat (11),

einem optischen Wellenleiter (12), der auf einer Oberseite des Substrats (11) ausgebildet ist und einen elektrooptischen Effekt zeigt, und

elektromagnetisch miteinander gekoppelten ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B), die auf der Oberseite des Substrats (11) ausgebildet sind und sich jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des optischen Wellenleiters (12) erstrekken,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Masseebenenelektrode (14) auf einer Unterseite des Substrats (11) ausgebildet ist, und

die ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B), das Substrat (11) und die Masseebenenelektrode (14) eine Mikrostreifenleitungsanordnung bilden.

2. Optische Modulationsvorrichtung mit

einem Substrat (11),

dadurch gekennzeichnet, daß

sich die ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) zwischen der Oberseite des Substrats (11) und einer Unterseite eines dielektrischen Teils (30) erstrecken,

eine Masseebenenelektrode (14) auf einer Unterseite des Substrats (11) ausgebildet und eine weitere Masseebenenelektrode (31) auf einer Oberseite des dielektrischen Teils (30) ausgebildet ist, und

die ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B), das Substrat (11), die Masseebenenelektrode (14), das dielektrische Teil (30) und die weitere Masseebenenelektrode (31) eine Streifenleitungsanordnung bilden.

3. Optische Modulationsvorrichtung mit einem Substrat (11),

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Masseebenenelektrode (14) und eine weitere Masseebenenelektrode (14) auf der Oberseite des Substrats (11) ausgebildet sind, wobei sich die ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) zwischen den Masseebenenelektroden (14) erstrecken, und

die ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B), das Substrat (11) und die Masseebenenelektroden (14) eine koplanare Leitungsanordnung bilden.

4. Optische Modulationsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß

erste benachbarte Enden der ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) offen sind, und

zweite benachbarte Enden der ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) über eine Verbindungsleitung (24) miteinander verbunden sind.

5. Optische Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (25) zur kapazitiven Kopplung erster benachbarter Enden der ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B), und

eine Verbindungsleitung (24) zur Verbindung zweiter benachbarter Enden der ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B).

6. Optische Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

gekennzeichnet durch

ein veränderliches Kapazitätselement, das zwischen ersten Enden der ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) angeschlossen ist,

wobei zweite benachbarte Enden der ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) über eine Verbindungsleitung (24) miteinander verbunden sind.

7. Optische Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

gekennzeichnet durch

einen Eingangsanschluß (18) mit einer ersten Verzweigung (18a) und einer zweiten Verzweigung (18b),

eine Einrichtung (20) zur kapazitiven Kopplung der ersten Verzweigung (18a) mit einem Ende der ersten (13B) der ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) und

eine Einrichtung (21) zur induktiven Kopplung der zweiten Verzweigung (18b) mit einem Ende der zweiten (13A) der ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B)

8. Optische Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

gekennzeichnet durch

einen Eingangsanschluß (27) und

eine Einrichtung (26) zur kapazitiven Kopplung des Eingangsanschlusses (27) mit einer (13B) der ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B),

wobei benachbarte zweite Enden der ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) über eine Verbindungsleitung (24) miteinander verbunden sind.

9. Optische Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

gekennzeichnet durch

einen Eingangsanschluß (29) und

eine Einrichtung (28) zur induktiven Kopplung des Eingangsanschlusses (29) mit einer (13B) der ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B),

10. Optische Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zur Zufuhr eines Lichtstrahls (15) zu dem optischen Wellenleiter (12), wobei der zugeführte Lichtstrahl (15) sich entlang dem optischen Wellenleiter (12) ausbreitet,

eine Einrichtung zur Zufuhr eines Modulationssignals zu den ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) und

eine Einrichtung zum Anregen einer Modulationswelle in einer ungeraden Mode in den ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) im Ansprechen auf das Modulationssignal, wobei sich ein elektrisches Feld zwischen den ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) entsprechend der angeregten Modulationswelle in der ungeraden Mode entwickelt, und das elektrische Feld auf den optischen Wellenleiter (12) zur Modulation des Lichtstrahls (15) entsprechend dem Modulationssignal wirkt.

11. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Verbindungsleitung (24), die erste Enden der ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) zur Bildung eines Resonators in Verbindung mit den ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) verbindet.

12. Verfahren zur Ansteuerung einer optischen Modulationsvorrichtung mit

einem Substrat (11),

elektromagnetisch miteinander gekoppelte ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B), die auf der Oberseite des Substrats (11) ausgebildet sind und sich jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des optischen Wellenleiters (12) erstrekken, und

einer Masseebenenelektrode (14), die auf der Oberseite oder einer Unterseite des Substrats (11) ausgebildet ist, mit den Schritten

Zuführen eines Lichtstrahls (15) zu dem optischen Wellenleiter (12), wobei der zugeführte Lichtstrahl (15) sich entlang dem optischen Wellenleiter (12) ausbreitet,

Zuführen eines Modulationssignals zu den ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) und

Anregen einer Modulationswelle in einer ungeraden Mode in den ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) im Ansprechen auf das Modulationssignal, wobei sich ein elektrisches Feld zwischen den ersten und zweiten parallelen Elektrodenleitungen (13A, 13B) entsprechend der angeregten Modulationswelle in der ungeraden Mode entwickelt, und das elektrische Feld auf den optischen Wellenleiter (12) zur Modulation des Lichtstrahls (15) entsprechend dem Modulationssignal wirkt.