JP2002107682A - 光変調素子のチャープ制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな直流バイアス電圧を印加することな
く、極性の異なるチャープを付与することを可能とする
方法を提供する。 【解決手段】 第１の接地電極５、信号電極４、並びに
光導波路の長さ方向に分断された第１の部分６−１及び
第２の部分６−２を有する第２の接地電極６との配列方
向を、基板１の主面１Ａと平行な、基板１の結晶軸方向
と逆向きにする。第１の接地電極５、信号電極４、及び
第２の接地電極６は、第１の分岐光導波路２及び第２の
分岐光導波路３間の中心IIに対して、左右対称な変調用
電極を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光変調素子のチャー
プ制御方法に関し、さらに詳しくは、長距離ファイバ通
信システムにおける光変調器などに好適に用いることの
できる、光変調素子のチャープ制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、長距離ファイバ通信システムの進
歩に伴い、外部変調器に代表されるように、光導波路素
子を用いた光変調素子が実用化され、広く用いられるよ
うになってきている。

【０００３】このような光変調素子は、一般に電気光学
効果を有する基板の主面にマッハツエンダー型の光導波
路が形成されるとともに、前記基板の前記主面上に前記
光導波路中を導波する光波を変調させるための、信号電
極と接地電極とからなる変調用電極が形成されてなる構
成を有している。

【０００４】そして、前記変調用電極に所定の外部電源
より高周波電圧を導入し、この高周波電圧を変調信号と
して前記光導波路中の光波に印加して、光信号のオン／
オフを行うものである。この場合においては、前記変調
信号印加による前記光波の光強度の変調度合いが最大と
なるように、前記光変調素子の動作点を予め設定してお
く。

【０００５】しかしながら、この動作点は環境温度の変
化などによって変化してしまうため、前記光変調素子を
長時間使用した場合には、その動作点が大きくシフトし
てしまう場合があった。したがって、当初の高周波電圧
では前記光波に対して所望するオン／オフ動作を行うこ
とができない場合があった。

【０００６】そこで、本発明者らは、このような動作点
シフトの問題を解決した、図１に示すような構成の光変
調素子を発明し、特許出願を行っている（特願平１１−
１７４１０３号）。図１は、このような光変調素子の一
例を示す斜視図である。図１に示す光変調素子１０は、
電気光学効果を有する材料のＸカット板からなる基板１
と、この基板１の主面１Ａに形成された、マッハツエン
ダー型光導波路を構成する第１の分岐光導波路２及び第
２の分岐光導波路３を具えている。そして、バッファ層
８を介して信号電極４、第１の接地電極５、及び第２の
接地電極６から構成される変調用電極が形成されてい
る。

【０００７】信号電極４は、第１の分岐光導波路２及び
第２の分岐光導波路間に位置するとともに、第１の接地
電極５及び第２の接地電極は、それぞれ第１の分岐光導
波路２及び第２の分岐光導波路３を挟んで、信号電極と
対向している。また、第２の接地電極６は、光導波路の
長さ方向に分断されて、信号電極４と同一形態の第１の
部分及び第２の部分とから構成されている。そして、信
号電極４、第１の接地電極５、及び第２の接地電極６か
ら構成される変調用電極は、第１の分岐光導波路２と第
２の分岐光導波路３との中心Ｉに対して実質的に左右対
象となるように構成されている。

【０００８】なお、図１においては、分断したことによ
って生じる第２の接地電極６の導通性の劣化を補って、
高周波特性の劣化を抑制すべく、第２の接地電極の第１
の部分と第２の部分との間を埋めるようにして、導電性
薄膜７を設けている。

【０００９】このような構成の光変調素子によれば、長
時間の使用によって環境温度が変化しても、変調用電極
から第１の分岐光導波路及び第２の分岐光導波路に付加
される応力変化が均一となり、これら光導波路近傍の屈
折率変化が均一となる。したがって、上記のような環境
温度変化に伴う温度ドリフトを防止することができ、こ
れによって上記のような動作点シフトを防止することが
できるものである。なお、図１における矢印Ａは、基板
の結晶軸方向を示している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１に
示す光変調素子を長距離ファイバ通信などに使用する
と、チャーピング及び波長分散の影響を受けて、伝送す
べき光信号の波形劣化を生じる場合がある。このような
波形劣化は、前記光変調素子に予めある一定のチャープ
を付与しておくことにより、抑制することができる。チ
ャープは、例えば、前記光変調素子の変調用電極に所定
の直流バイアス電圧を印加することによって付与するこ
とができる。

【００１１】しかしながら、現状の動作点位置において
ある程度の大きさで発生しているチャープと極性の異な
るチャープを付与しようとすると、前記光変調素子にお
ける光強度曲線の半波長電圧分を加えた、比較的大きな
直流バイアス電圧を印加する必要が生じる。このように
大きな直流バイアス電圧の印加は、ＤＣドリフトなどの
原因となり光変調素子の長期信頼性に劣る結果となる。

【００１２】本発明は、長距離ファイバ通信などにおけ
る波形劣化を防止すべく、光変調素子にチャープを付与
するためのチャープ制御方法において、上記のように大
きな直流バイアス電圧を印加することなく、極性の異な
るチャープを付与することを可能とする方法を提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明の光変調素子のチャープ制御方法は、電気光学効
果を有する材料からなる基板と、この基板の主面に形成
された、第１の分岐光導波路及び第２の分岐光導波路を
有するマッハツエンダー型光導波路と、この光導波路中
を導波する光波を制御するための信号電極、第１の接地
電極及び第２の接地電極からなる変調用電極とを具え、
前記第２の接地電極は、前記マッハツエンダー型光導波
路の長さ方向において、前記信号電極と同一形態の第１
の部分と第２の部分とに分断され、前記信号電極は前記
第１の分岐光導波路と前記第２の分岐光導波路との間に
位置するとともに、前記第１の接地電極及び前記第２の
接地電極は、それぞれ前記第１の分岐光導波路及び前記
第２の分岐光導波路を挟んで前記信号電極と対向するこ
とにより、前記信号電極、前記第１の接地電極、及び前
記第２の接地電極からなる前記変調用電極が、前記第１
の分岐光導波路及び前記第２の分岐光導波路間の中心に
対して実質的に左右対称に形成されてなる光変調素子の
チャープ制御方法であって、前記変調用電極を構成する
前記第１の接地電極、前記信号電極、及び前記第２の接
地電極と、前記基板の結晶軸の方向との相対的位置関係
を変化させることにより、前記光変調素子におけるチャ
ープの極性を変化させることを特徴とする。

【００１４】本発明者らは、大きな直流バイアス電圧を
印加することなく、極性の異なるチャープを付与するこ
とが可能な方法を見出すべく、鋭意検討を実施した。そ
の結果、図１に示すような構成の光変調素子において、
第１の接地電極５、信号電極４、及び第２の接地電極６
の配列方向に対して、電気光学効果を有する材料のＸカ
ット板からなる基板１の、主面１Ａと平行な結晶軸の方
向を変化させることにより、直流バイアス電圧の値を何
ら操作することなく、そのままの電圧値においてチャー
プが変化することを見出したものである。そして、前記
配列方向に対して前記結晶軸の方向を反転させることに
よって、チャープの極性自体が変化することをも見出し
た。

【００１５】さらに、基板１が電気光学効果を有する材
料のＺカット板から構成されている場合は、主面と垂直
な結晶軸の方向を変化させることにより、直流バイアス
電圧の値を何ら操作することなく、チャープを変化させ
ることが可能であることを見出したものである。そし
て、前記結晶軸の方向を反転させることにより、上記同
様にチャープの極性が変化することを見出した。

【００１６】本発明によれば、直流バイアス電圧を印加
することなく、チャープを変化させることができる。さ
らに、大きな直流バイアス電圧を印加することなく、極
性の反転したチャープを付与することができる。したが
って、長距離ファイバ通信などによる光信号の波形劣化
を効果的に防止できるとともに、長期信頼性に優れた光
変調素子の提供が可能となる。

【００１７】なお、上述した説明から明らかなように、
本発明のチャープ制御方法によれば、第１及び第２の接
地電極、並びに信号電極に対する、基板の結晶軸の方向
を適宜に変化させることによって、光変調素子のチャー
プの極性のみならず、その大きさを任意に変化させるこ
とができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。図２は、本発明の光変調素
子のチャープ制御方法を説明するための、光変調素子の
構成の一例を示す図である。なお、図２において、図１
と同様の部分については同じ符号を用いて表している。

【００１９】図２に示す光変調素子２０は、図１に示す
光変調素子１０において第１の接地電極と第２の接地電
極とを入れ換えて、その信号電極、第１の接地電極、及
び第２の接地電極の配列順序を、図１に示すこれらの配
列順序に対して逆向きにして反転させたものである。す
なわち、図１に示す光変調素子１０は、矢印Ａで示され
る基板の結晶軸方向に対して、第１の接地電極５、信号
電極４、及び第２の接地電極６の順に配列されている
が、図２に示す光変調素子２０は、基板の結晶軸方向に
対して、第２の接地電極６、信号電極４、及び第１の接
地電極５の順に並んでいる。

【００２０】したがって、図２に示す光変調素子は、第
１の接地電極、信号電極、及び第２の接地電極の、基板
の結晶軸方向に対する配列順序が、図１に示す光変調素
子と比較して逆向きになっているので、図１に示す光変
調素子と異なる極性のチャープを得ることができる。

【００２１】また、図２に示す光変調素子においては、
第１の接地電極６は、光導波路の長さ方向に分断され
て、信号電極４側に第１の部分６−１を有し、その反対
側に第２の部分６−２を有している。さらに、信号電極
４は、第１の分岐光導波路２及び第２の分岐光導波路３
の間に位置するとともに、第１の接地電極５及び第２の
接地電極６は、それぞれ第１の分岐光導波路２及び第２
の分岐光導波路３を挟んで、信号電極４と対向してい
る。

【００２２】そして、信号電極４、第１の接地電極５、
及び第２の接地電極６からなる変調用電極は、第１の分
岐光導波路２及び第２の分岐光導波路３間の中心IIに対
して、実質的に左右対称に形成されている。したがっ
て、環境温度が変化した場合においても、第１の分岐光
導波路２及び第２の分岐光導波路３に対する変調用電極
からの応力変化が同一となり、このためこれら光導波路
近傍の屈折率変化も同一となるため、使用中における動
作点シフトをも効果的に防止することができる。

【００２３】なお、導電性薄膜７は、図１に示す光変調
素子の場合と同様に、第２の接地電極６の導通性の劣化
を抑制して、高周波特性を改善するために設けられたも
のである。

【００２４】図３は、本発明の光変調素子のチャープ制
御方法を説明するための、光変調素子の構成の他の例を
示す図である。なお、図３においても、図１及び図２に
示す光変調素子と同様の部分については、同一の符号を
用いて表している。図３に示す光変調素子３０は、基本
的には図１に示す光変調素子１０と同一の構成を有す
る。しかしながら、基板１の結晶軸方向が矢印Ｂで示さ
れるように、図１に示す光変調素子１０の基板１と逆向
きに反転している点で異なる。

【００２５】すなわち、図３に示す光変調素子３０は、
基板１の、主面１Ａと平行な結晶軸を反転させることに
より、変調用電極を構成する第１の接地電極５、信号電
極４、及び第２の接地電極６の配列方向を、図１に示す
光変調素子１０に対して逆向きに変化させている。した
がって、図３に示す光変調素子３０は、図１に示す光変
調素子１０に対して極性の異なるチャープを有するよう
になる。

【００２６】なお、図３に示す光変調素子３０におい
て、基板１の結晶軸を反転させることなく、適宜任意の
方向に変化させることにより、光変調素子３０のチャー
プを任意の値に変化させることができる。

【００２７】また、図３に示す光変調素子３０において
も、信号電極４、第１の接地電極５、及び第２の接地電
極６で構成される変調用電極が、第１の分岐光導波路及
び第２の分岐光導波路間の中心IIIに対して左右対称と
なっているので、上述したように、環境温度が変化した
場合においても動作点シフトの発生を抑制することがで
きる。なお、導電性薄膜７は上記と同じ目的で設けてい
るものである。

【００２８】また、図１及び３に示す光変調素子が電気
光学効果を有する材料のＺカット板の基板から構成され
ている場合は、基板の主面に垂直な結晶軸の方向を反転
させることにより、光変調素子のチャープの極性を変化
させることができる。また、前記結晶軸を任意の方向に
変化させることにより、光変調素子のチャープを任意の
値に制御することができる。

【００２９】本発明のチャープ制御方法を適用すべき光
変調素子において、基板は、電気光学効果を有する材料
から構成されることが必要であり、ニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａ
Ｏ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）な
どの強誘電体材料を例示することができる。そして、こ
れら材料のＸカット板、Ｙカット板及びＺカット板のい
ずれをも用いることができる。また、光導波路はＴｉ拡
散法やプロトン交換法など公知の方法によって形成する
ことができる。

【００３０】さらに、信号電極及び接地電極には、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの導電性に富む材料から真空蒸着法
及びスパッタリング法などの公知の成膜法とメッキ法な
どを併用することによって形成することができる。ま
た、導電性薄膜は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ａｕ、及
びＴｉなどから構成することができる。

【００３１】

【実施例】以下、実施例において本発明を具体的に説明
する。 実施例１ ニオブ酸リチウム単結晶のＸカット板を基板１として用
い、この基板上にフォトレジストによってマッハツエン
ダー型の光導波路パターンを作製した。次いで、このパ
ターン上に蒸着法によってチタンを堆積させた。その
後、基板全体を９５０〜１０５０℃で１０〜２０時間加
熱することによって、前記チタンを基板１内部へ拡散
し、マッハツエンダー型光導波路を構成する第１及び第
２の分岐光導波路２及び３を作製した。次いで、基板１
上に酸化シリコンからなるバッファ層８を厚さ０．５μ
ｍに形成した。

【００３２】その後、信号電極及び接地電極に相当する
部分のみに開口部を有するマスクを用い、蒸着法及びメ
ッキ法を併用することによって、金（Ａｕ）からなる信
号電極４と、第１の接地電極５と、第１の部分６−１及
び第２の部分６−２を有する第２の接地電極６とを厚さ
１５μｍに形成した。次いで、第１の部分及び第２の部
分の分断された部分に、蒸着法によってＡｌからなる導
電性薄膜７を厚さ２０００Åに形成して、図１〜３に示
す光導波路素子１０、２０、及び３０を作製した。

【００３３】次いで、このようにして作製した光導波路
素子のそれぞれにおいて、信号電極４と、第１の接地電
極５及び第２の接地電極６との間に１〜２０ＧＨｚ、約
０．５Ｖの高周波電圧を印加し、このときのチャープパ
ラメータαをネットワークアナライザによって測定し
た。

【００３４】その結果、図１に示す光変調素子１０にお
いては、チャープパラメータαが；０．７３であったの
に対し、図２及び図３に示す光変調素子２０及び３０に
おいては、チャープパラメータαが−０．７１及び−
０．６８であった。すなわち、図１に示す光変調素子１
０と比較して、変調用電極を構成する第１の接地電極
５、信号電極４、及び第２の接地電極６の配列方向を、
基板１の主面１Ａと平行な、基板１の結晶軸方向と逆向
きにした図２及び３に示す光変調素子は、チャープの極
性が逆向きになっていることが分かる。すなわち、本発
明の光変調素子のチャープ制御方法によれば、大きな直
流バイアス電圧を加えなくとも、チャープの極性を変化
させることができる。

【００３５】以上、本発明について具体例を挙げながら
発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明
は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を
逸脱しない範囲においてあらゆる変形や変更が可能であ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光変調素
子のチャープ制御方法によれば、大きな直流バイアス電
圧を印加することなく、極性の異なるチャープを付与す
ることができる。したがって、長距離ファイバ通信など
による光信号の波形劣化を効果的に防止できるととも
に、長期信頼性に優れた光変調素子の提供が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の光変調素子の一例を示す断面図であ
る。

【図２】 本発明のチャープ制御方法において用いられ
る光変調素子の一例を示す断面図である。

【図３】 本発明のチャープ制御方法において用いられ
る光変調素子の他の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 １Ａ 基板の主面 ２ 第１の分岐光導波路 ３ 第２の分岐光導波路 ４ 信号電極 ５ 第１の接地電極 ６ 第２の接地電極 ７ 導電性薄膜 ８ バッファ層 １０、２０、３０ 光変調素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅又 徹 千葉県船橋市豊富町585 住友大阪セメン ト株式会社光電子事業部内 (72)発明者 永田 裕俊 千葉県船橋市豊富町585 住友大阪セメン ト株式会社新規技術研究所内 Ｆターム(参考） 2H079 CA04 DA03 DA04 DA26 EA05 EB05 HA12

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気光学効果を有する材料からなる基板
   と、この基板の主面に形成された、第１の分岐光導波路
   及び第２の分岐光導波路を有するマッハツエンダー型光
   導波路と、この光導波路中を導波する光波を制御するた
   めの信号電極、第１の接地電極及び第２の接地電極から
   なる変調用電極とを具え、前記第２の接地電極は、前記
   マッハツエンダー型光導波路の長さ方向において、前記
   信号電極と同一形態の第１の部分と第２の部分とに分断
   され、前記信号電極は前記第１の分岐光導波路と前記第
   ２の分岐光導波路との間に位置するとともに、前記第１
   の接地電極及び前記第２の接地電極は、それぞれ前記第
   １の分岐光導波路及び前記第２の分岐光導波路を挟んで
   前記信号電極と対向することにより、前記信号電極、前
   記第１の接地電極、及び前記第２の接地電極からなる前
   記変調用電極が、前記第１の分岐光導波路及び前記第２
   の分岐光導波路間の中心に対して実質的に左右対称に形
   成されてなる光変調素子のチャープ制御方法であって、 前記変調用電極を構成する前記第１の接地電極、前記信
   号電極、及び前記第２の接地電極と、前記基板の結晶軸
   の方向との相対的位置関係を変化させることにより、前
   記光変調素子におけるチャープを変化させることを特徴
   とする、光変調素子のチャープ制御方法。
2. 【請求項２】 前記変調用電極を構成する前記第１の接
   地電極、前記信号電極、及び前記第２の接地電極の配列
   方向に対して、前記基板の、前記主面と平行な結晶軸の
   方向を変化させることにより、前記光変調素子における
   チャープを変化させることを特徴とする、請求項１に記
   載の光変調素子のチャープ制御方法。
3. 【請求項３】 前記変調用電極を構成する前記第１の接
   地電極と前記第２の接地電極との配置を入れ替えること
   により、前記変調用電極を構成する前記第１の接地電
   極、前記信号電極、及び前記第２の接地電極の配列方向
   に対して、前記基板の、前記主面と平行な結晶軸の方向
   を反転させ、前記光変調素子におけるチャープの極性を
   反転させることを特徴とする、請求項２に記載の光変調
   素子のチャープ制御方法。
4. 【請求項４】 前記基板の、前記主面と平行な結晶軸の
   方向を変化させることにより、前記変調用電極を構成す
   る前記第１の接地電極、前記信号電極、及び前記第２の
   接地電極の配列方向に対して、前記基板の、前記主面と
   平行な結晶軸の方向を変化させることを特徴とする、請
   求項２に記載の光変調素子のチャープ制御方法。
5. 【請求項５】 前記基板の、前記主面と平行な結晶軸の
   方向を反転させることにより、前記変調用電極を構成す
   る前記第１の接地電極、前記信号電極、及び前記第２の
   接地電極の配列方向に対して、前記基板の、前記主面と
   平行な結晶軸の方向を反転させ、前記光変調素子におけ
   るチャープの極性を変化させることを特徴とする、請求
   項４に記載の光変調素子のチャープ制御方法。
6. 【請求項６】 前記変調用電極を構成する前記第１の接
   地電極、前記信号電極、及び前記第２の接地電極に対し
   て、前記基板の、前記主面と垂直な結晶軸の方向を変化
   させることにより、前記光変調素子におけるチャープを
   変化させることを特徴とする、請求項１に記載の光変調
   素子のチャープ制御方法。
7. 【請求項７】 前記基板の、前記主面と垂直な結晶軸の
   方向を反転させることにより、前記変調用電極を構成す
   る前記第１の接地電極、前記信号電極、及び前記第２の
   接地電極に対して、前記基板の、前記主面と垂直な結晶
   軸の方向を反転させ、前記光変調素子におけるチャープ
   の極性を変化させることを特徴とする、請求項６に記載
   の光変調素子のチャープ制御方法。
8. 【請求項８】 前記第２の接地電極の、分断された前記
   第１の部分と前記第２の部分との間を埋めるように導電
   性薄膜を設けたことを特徴とする、請求項１〜７のいず
   れか一に記載の光変調素子のチャープ制御方法。