JP2002333604A

JP2002333604A - 導波路型光変調器

Info

Publication number: JP2002333604A
Application number: JP2001138998A
Authority: JP
Inventors: Tokuichi Miyazaki; 徳一宮崎; Satoru Oikawa; 哲及川; Masataka Yokozawa; 政貴横澤; Takahisa Fujita; 貴久藤田
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2001-05-09
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2002-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】音響光学効果による低周波帯域での変調の乱
れを低減することができ、より広い帯域に亘って乱れの
無いフラットな変調特性を得ることができ、さらに、電
気反射特性を向上させることができる導波路型光変調器
を提供する。【解決手段】本発明の導波路型光変調器は、ＬＮ、Ｌ
Ｔ等の強誘電体からなる基板１１に光導波路１２が形成
され、この光導波路１２上に信号電極１３が、この信号
電極１３に隣接して共通電極１４，１５がそれぞれ形成
され、これら電極１３、１４（１５）間に印加する電気
信号に対応して光導波路１２を伝搬する光の位相を変調
する導波路型光変調器であり、信号電極１３の幅、及び
信号電極１３と共通電極１４，１５との間隔を光の伝搬
方向に沿って変化させ、かつ、電気信号の等価屈折率が
光導波路１２の光の伝搬方向に沿って変化しないように
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は導波路型光変調器に
関し、更に詳しくは、光伝送、特に、アナログ光伝送に
用いられる光変調器、あるいは電界センサ等の光変調用
部品として好適に用いられ、高周波変調を保った状態で
音響波の低減が可能な導波路型光変調器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、ケーブルテレビ、アンテナリモー
ト等においては、各種のアナログ情報を光ファイバを用
いて伝送する光伝送システムが実用化されている。特
に、長距離大容量の光伝送システムにおいては、光ファ
イバの伝送損失が小さく、光ファイバ増幅器による光増
幅が可能である等の理由により、１．５５μｍ波長帯が
用いられている。ところで、光ファイバの材料である石
英ガラスは、１．３μｍより長波長の光に対して負の周
波数分散を有するものであるから、１．５５μｍ波長帯
を用いた場合、光ファイバの波長分散が問題となる。そ
こで、チャーピングの小さい外部変調器を別途設ける必
要がある。

【０００３】この外部変調器としては、ニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ₃：以下、ＬＮと略称する場合もあ
る）、あるいはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃：以
下、ＬＴと略称する場合もある）等の強誘電体からなる
基板の表面に光導波路を形成し、強誘電体の電気光学効
果を利用して光導波路内を伝搬する光の強度を時間的に
変化させる光強度変調器が用いられている。この光強度
変調器を、例えば、ケーブルテレビ光システム等のアナ
ログ光伝送システムに適用した場合においては、この光
強度変調器の応答特性が用いられる４０ＭＨｚ〜８６０
ＭＨｚの帯域内でリップルを生じることなく平坦な特性
を有することが重要となる。

【０００４】図６は、従来の光強度変調器の一例を示す
平面図であり、この図６では、基板上に形成されたバッ
ファ層を省略してある。図６に示す光強度変調器１０
は、ＬＮ、ＬＴ等の強誘電体からなる基板１と、この基
板１の主面にチタン（Ｔｉ）の熱拡散または安息香酸等
の酸中で熱処理することで形成されたマッハ・ツェンダ
ー型の光導波路２と、信号電極６と、第１の共通電極７
−１及び第２の共通電極７−２とを備えている。これら
第１の共通電極７−１及び第２の共通電極７−２は、信
号電極６に対してそれぞれ反対側の位置に形成されて、
コプレナー型の電極構成となっている。また、上記の光
導波路２は、入力光導波路３と、分岐部２Ａと、２本の
分岐光導波路４−１、４−２と、結合部２Ｂと、出力光
導波路５とから構成されている。

【０００５】この光強度変調器では、低い電圧で高速度
の変調を行うために、コプレナー型の電極構成を用いて
いる。そして、入力端から出力端までの進行方向の全長
において、その特性インピーダンスを５０Ωとする進行
波電極とし、印加電気信号が伝搬する速度と、光が光導
波路を伝搬する速度を一致させるために、電気信号の等
価屈折率（ｎｍ）を光の屈折率（ｎｅｆｆ）に合わせる
電極構造を採るのが一般的である。

【０００６】この光強度変調器では、信号電極６と第１
の共通電極７−１との間と、信号電極６と第２の共通電
極７−２との間とが逆位相になるように、外部電源８に
より高速パルス状の変調信号を印加する。一方、外部か
ら入力光導波路３に入力した光は、分岐部２Ａにおいて
光強度が等しい２つの光に分岐される。これらの光は、
２本の分岐光導波路４−１、４−２各々を導波する間に
前記変調信号によりそれぞれ逆位相の変調を受けるため
に、これらの光が結合部２Ｂにおいて合波されると、そ
れぞれの光の位相変化に対応して強度変調を受けること
となる。

【０００７】一方、１／Ｏのベースバンド変調を基本と
する通常の光伝送システムにおいては、ＰＲＢＳパルス
列の段数（ｂｉｔ数）が益々増加してきており、最近で
は、３１段のものが用いられ始めている。この光伝送シ
ステムでは、段数（Ｎ）と変調周波数（ｆ）及び信号の
スペクトル間隔（Δｆ）との間には、次のような式が成
り立つ。 Δｆ＝ｆ／（２^N−１）例えば、変調周波数（ｆ）が４０ＧＨｚ、段数（Ｎ）が
３１段では、Δｆ＝１８．６Ｈｚとなり、ＤＣに近い低
周波領域から、極狭い周波数間隔で信号スペクトルが並
ぶことになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の光強度変調器においては、上記のコプレナー型電極
が電極長に相当する作用長を有する一対の櫛型電極であ
り、かつ、信号電極６の光の伝搬方向に沿った２つのエ
ッジＡ１、Ａ２、及び共通電極７−１、７−２それぞれ
の信号電極６に近接する２つのエッジＢ１、Ｃ１、さら
には共通電極７−１、７−２それぞれの他方の２つのエ
ッジＢ２、Ｃ２、の合計６つのエッジＡ１、Ａ２、Ｂ
１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２が、長い信号電極６の電極長に渡
って平行となっているために、これらのエッジ間に音響
的な共振器を形成してしまい、信号電極６と第１及び第
２の共通電極７−１，７−２との間に高速パルス状の変
調信号を印加した際に、信号電極６と共通電極７−１、
７−２の間隔で決まる基本周波数を中心とした広い周波
数帯域の強い音響波を発生するという問題点があった。

【０００９】発生した音響波のうち、上記の音響的な共
振器に共振する周波数の音響波は、電極間で強調され、
音響光学作用によって光導波路内を伝搬する光を強く変
調することとなる。この結果、図７に示すように、１０
ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの音響周波数領域において共振様
の乱れｄを生じてしまう。この周波数は、基板の材質、
カット方向、電極構造等により異なるが、その帯域は極
めて狭いものである。

【００１０】一方、上記の光伝送システムにおいては、
上記の信号スペクトルに対して、変調曲線に乱れがある
と、変調後の信号スペクトルが乱れ、特に低周波数領域
において、図７に示すような強い乱れｄがあると、パル
スの１（マーク）または０（スペース）判定をするパル
スの中点のフラットな部分への影響が大きく、伝送特性
である誤り率（ＢＥＲ）を悪化させるという問題点があ
った。

【００１１】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、音響光学効果による低周波帯域で
の変調の乱れを低減することができ、より広い帯域に亘
って乱れの無いフラットな変調特性を得ることができ、
さらに、電気反射特性を向上させることができる導波路
型光変調器を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な導波路型光変調器を採用した。す
なわち、本発明の導波路型光変調器は、電気光学効果及
び圧電効果を有する基板に光導波路が形成され、該光導
波路上に信号電極が、該信号電極に隣接して共通電極が
それぞれ形成され、これら電極間に印加する電気信号に
対応して前記光導波路を伝搬する光の位相を変調する導
波路型光変調器において、前記信号電極の幅、及び該信
号電極と前記共通電極との間隔を、前記光の伝搬方向に
沿って漸次変化させ、かつ、前記電気信号の等価屈折率
が前記光導波路の光の伝搬方向に沿って変化しないよう
にしたことを特徴とする。

【００１３】本発明の他の導波路型光変調器は、電気光
学効果及び圧電効果を有する基板に、入力導波路と、該
入力導波路に光接続される分岐部と、該分岐部の各々の
出力端に光接続される複数の分岐導波路と、これらの分
岐導波路の出力端同士を結合する結合部と、該結合部に
光接続される出力導波路とを備え、前記複数の分岐導波
路のうち少なくとも１つの分岐導波路上に信号電極が、
該信号電極に隣接して共通電極がそれぞれ形成され、こ
れら電極間に印加する電気信号に対応して前記分岐導波
路を伝搬する光の位相を変調する導波路型光変調器にお
いて、前記信号電極の幅、及び該信号電極と前記共通電
極との間隔を、前記光の伝搬方向に沿って漸次変化さ
せ、かつ、前記電気信号の等価屈折率が前記分岐導波路
の光の伝搬方向に沿って変化しないようにしたことを特
徴とする。

【００１４】これらの導波路型光変調器では、変調帯域
を決定する光と電気信号の速度の一致（速度整合）条件
を満たすように、すなわち、信号電極の幅、及び信号電
極と共通電極との間隔を、光の伝搬方向に沿って漸次変
化させ、かつ、電気信号の等価屈折率が光導波路（また
は分岐導波路）の光の伝搬方向に沿って変化しないよう
にする。これにより、信号電極及び共通電極それぞれの
光の伝搬方向に沿うエッジの平行度が弱くなり、信号電
極と共通電極との間に高速パルス状の変調信号を印加し
た際においても、信号電極と共通電極の間隔で決まる基
本周波数を中心とした広い周波数帯域の強い音響波は発
生し難くなる。その結果、変調周波数特性における特定
の周波数での強い共振様の乱れが小さくなる。

【００１５】前記信号電極の出力端におけるインピーダ
ンス負荷のインピーダンスは、前記信号電極の出力端に
おける特性インピーダンスと等しいこととしてもよい。
信号電極の特性インピーダンスは光の伝搬方向に沿って
滑らかに変化するが、この信号電極の出力端において
は、その特性インピーダンスに等しいインピーダンスで
終端することにより、問題となるレベル以下の電気反射
特性が得られる。

【００１６】前記信号電極の入力端における特性インピ
ーダンスは、前記信号電極の出力端における特性インピ
ーダンスよりは大であることとしてもよい。このよう
に、信号電極の特性インピーダンスを、入力端から出力
端に向かって低くなる様にしたことで、電気反射の位相
が入力と逆相となり、その結果、広い帯域に亘ってフラ
ットな変調特性が得られる。

【００１７】前記信号電極の入力端における特性インピ
ーダンスは、前記信号電極の出力端における特性インピ
ーダンスと等しく、かつ、前記信号電極の入力端と出力
端との間における特性インピーダンスは、これら入力端
及び出力端の特性インピーダンスよりは小であることと
してもよい。このように、信号電極の入力端と出力端に
おける特性インピーダンスを等しくすることで、問題と
なるレベル以下の電気反射特性が得られる。また、信号
電極の中間部の特性インピーダンスを、入力端及び出力
端の特性インピーダンスより小さくしたことで、広い帯
域に亘ってフラットな変調特性が得られる。

【００１８】本発明の他の導波路型光変調器において
は、前記複数の分岐導波路のうち少なくとも２つの分岐
導波路それぞれに、前記信号電極及び前記共通電極から
なる電極対を設けた構成としてもよい。また、前記共通
電極を、他の１つの前記分岐導波路上に形成した構成と
してもよい。本発明の導波路型光変調器においては、互
いに対向配置された前記信号電極及び前記共通電極にお
ける離間する側の端面同士を互いに平行でない構成とし
てもよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の導波路型光変調器の各実
施の形態について説明する。なお、以下の各実施の形態
は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説
明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定
するものではない。

【００２０】「第１の実施の形態」図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る導波路型光変調器を示す平面図で
あり、この図１では、基板上に形成されたバッファ層を
省略してある。図において、符号１１は電気光学効果及
び圧電効果を有する基板、１２は基板１１の主面にＴｉ
の熱拡散または安息香酸等の酸中で熱処理することによ
り形成された光導波路、１３は光導波路１２上にかつ該
光導波路１２に沿って形成された信号電極、１４、１５
は信号電極１３の両側にかつ該信号電極１３の電極長方
向に沿って形成された共通電極である。これらの信号電
極１３及び共通電極１４、１５により、所謂コプレーナ
型と称される電極対が構成される。

【００２１】基板１１としては、電気光学効果及び圧電
効果を有する物質、例えば、ＬＮ、ＬＴ等の強誘電体か
らなる強誘電体基板が好適に用いられ、特に、ＬＮのＺ
カット板等が好適である。上記の電極対は、入射端と終
端を両端とする進行波型電極であり、入射端に印加した
電気信号の伝搬方向が光導波路１２を伝搬する光の伝搬
方向と一致するように、信号電極１３及び共通電極１
４、１５が配置されている。

【００２２】この電極対では、入力端における特性イン
ピーダンス（Ｚ_i）は５０Ωで、終端における特性イン
ピーダンス（Ｚ₀）は、信号電極１３の終端が特性イン
ピーダンス（Ｚ）のインピーダンス負荷により終端され
ていることから、この終端された特性インピーダンス
（Ｚ）と等しくなっている。

【００２３】この電極対では、入力端における特性イン
ピーダンス（Ｚ_i）から、終端における特性インピーダ
ンス（Ｚ₀）までが光の伝搬方向に沿って滑らかに変化
するように、かつ、電気信号の等価屈折率（ｎｍ）が光
導波路１２内を伝搬する光の伝搬方向に沿って変化しな
いように、信号電極１３の幅及び信号電極１３と共通電
極１４、１５との間隔が設定されている。

【００２４】この信号電極１３では、信号電極１３の
幅、すなわち、信号電極１３の光の伝搬方向に沿った２
つのエッジＡ１１、Ａ１２間の幅が、光の伝搬方向に沿
って（図１では左から右に向かって）拡大するように、
入射端側が狭く終端側が広い帯状とされている。また、
共通電極１４においては、信号電極１３のエッジＡ１１
と共通電極１４のエッジＢ１１との間隔が、光の伝搬方
向に沿って縮小するようになっている。

【００２５】共通電極１５においても同様に、信号電極
１３のエッジＡ１２と共通電極１５のエッジＣ１１との
間隔が、光の伝搬方向に沿って縮小するようになってい
る。また、共通電極１４の幅も、信号電極１３と同様、
光の伝搬方向に沿った２つのエッジＢ１１、Ｂ１２間の
幅が、光の伝搬方向に沿って拡大するように、入射端側
が狭く終端側が広い帯状とされている。さらに、共通電
極１５の幅も同様に、光の伝搬方向に沿った２つのエッ
ジＣ１１、Ｃ１２間の幅が、光の伝搬方向に沿って拡大
するように、入射端側が狭く終端側が広い帯状とされて
いる。

【００２６】さらに、信号電極１３の両側に形成された
共通電極１４、１５は、信号電極１３の中心線を対称軸
として互いに対称になるように配置されている。このよ
うに配置したことにより、この導波路型光変調器の動作
中、あるいはその後に温度が上昇したような場合におい
ても、これら信号電極１３及び共通電極１４、１５が基
板１１に及ぼす応力は、信号電極１３の両側、すなわち
光導波路１２の両側で常に同じ値となるので、光導波路
１２の周囲では応力が常に安定した状態となる。したが
って、光導波路１２の周囲の屈折率は、動作中、あるい
はその後においても相対的に一定となり、光導波路１２
を伝搬する光へ悪影響を及ぼすおそれが無くなる。

【００２７】この導波路型光変調器では、信号電極１３
と共通電極１４との間と、信号電極１３と共通電極１５
との間とが逆位相になるように、図示しない外部電源に
より高速パルス状の変調信号を印加すると、光導波路１
２に入射した光は、この光導波路１２内を伝搬する間に
印加される変調信号により逆位相の変調を受ける。

【００２８】ここでは、変調帯域を決定する光と電気信
号の速度の一致（速度整合）条件を満たすように、信号
電極１３の幅、すなわち２つのエッジＡ１１、Ａ１２間
の間隔、共通電極１４のエッジＢ１１と信号電極１３の
エッジＡ１１との間隔、共通電極１５のエッジＣ１１と
信号電極１３のエッジＡ１２との間隔が設定されている
ので、これらのエッジＡ１１〜Ｃ１１の平行度が弱くな
り、音響的な共振器が形成され難くなる。

【００２９】例えば、信号電極１３と共通電極１４との
間に高速パルス状の変調信号を印加した場合、信号電極
１３と共通電極１４の間隔で決まる基本周波数を中心と
した広い周波数帯域の音響波が発生する。この音響波は
エッジＡ１１、Ｂ１１各々で反射するが、音響波の反射
条件がエッジＡ１１、Ｂ１１各々において異なるため、
エッジＡ１１、Ｂ１１各々で反射された反射波は互いに
相殺されて音響波の共振作用が弱められてしまうことと
なる。したがって、音響波が発生し難くなり、その結
果、変調周波数特性における特定の周波数での強い共振
様の乱れが極めて小さくなる。

【００３０】また、電極の出力端における特性インピー
ダンス（Ｚ₀）を、終端された特性インピーダンス
（Ｚ）と等しくしたことで、問題となるレベル以下の電
気反射特性が得られる。通常、電気的特性を測定するた
めに用いられる測定装置においては、汎用性、取り扱い
のし易さ等により、特性インピーダンスを５０Ωに設定
してあるものが多い。本実施の形態の導波路型光変調器
では、入力端における特性インピーダンス（Ｚ_i）を５
０Ωとしたことにより、例えば、ｔａｎδ等の電気的特
性を測定したい場合においては、通常の汎用の測定装置
を用いることができる。したがって、特殊な仕様の測定
装置をわざわざ用意する必要が無い。

【００３１】図２は、本実施の形態の導波路型光変調器
の変調周波数特性を示す図である。この図によれば、１
０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの変調周波数領域に、従来にお
いて問題とされた共振様の乱れが認められないことが分
かる。したがって、高周波変調を良好に保ったまま音響
波を低減できることが分かる。ここで、この導波路型光
変調器を１／Ｏのベースバンド変調を基本とする通常の
光伝送システムに適用した場合には、変調周波数特性曲
線に共振様の乱れが生じず、音響波による乱れの無い信
号スペクトルを得ることができる。特に、パルスの１
（マーク）または０（スペース）判定をするパルス信号
では、音響波による影響が無くなるために、高密度かつ
大容量の光伝送システムの構築が可能になる。

【００３２】以上説明したように、本実施形態の導波路
型光変調器によれば、入力端における特性インピーダン
ス（Ｚ_i）から、出力端における特性インピーダンス
（Ｚ₀）までが光の伝搬方向に沿って滑らかに変化する
ように、信号電極１３の幅及び信号電極１３と共通電極
１４、１５との間隔を、光の伝搬方向に沿って漸次変化
させ、かつ、電気信号の等価屈折率（ｎｍ）が光導波路
１２内を伝搬する光の伝搬方向に沿って変化しないよう
にしたので、音響的な共振器が生じるのを防止すること
ができ、共振様の乱れの基となる音響波の発生を防止す
ることができる。したがって、高周波変調を良好に保っ
たまま音響波を低減することができる。

【００３３】また、出力端における特性インピーダンス
（Ｚ₀）を、終端された特性インピーダンス（Ｚ）と等
しくしたので、問題となるレベル以下の電気反射特性を
得ることができる。また、入力端における特性インピー
ダンス（Ｚ_i）を５０Ωとしたので、電気的特性を測定
する際には、通常の汎用の測定装置を用いることがで
き、特殊な仕様の測定装置をわざわざ用意する必要が無
い。

【００３４】また、信号電極１３の両側に形成された共
通電極１４、１５を、信号電極１３の中心線を対称軸と
して互いに対称になるように配置したので、温度変化に
より発生する応力のバランスがとれ、長時間使用した場
合においても、動作点シフトを生じるおそれが無く、長
期的に高い信頼性を付与することができる。

【００３５】さらに、本実施形態の導波路型光変調器を
光伝送システムに適用すれば、高周波変調を良好に保っ
たまま音響波を低減することができるので、変調後にお
いても信号スペクトルに乱れが生じるおそれが無く、よ
り高密度かつ大容量の光伝送システムを構築することが
できる。

【００３６】「第２の実施の形態」図３は、本発明の第
２の実施の形態に係る導波路型光変調器を示す平面図で
あり、この図３では、第１の実施形態と同様、基板上に
形成されたバッファ層を省略してある。図において、符
号２１は電気光学効果及び圧電効果を有する基板１１の
主面にＴｉの熱拡散または安息香酸等の酸中で熱処理す
ることにより形成されたマッハ・ツェンダー型の光導波
路であり、入力光導波路２２と、分岐部２３と、２本の
分岐光導波路２４−１、２４−２と、結合部２５と、出
力光導波路２６とから構成されている。

【００３７】分岐光導波路２４−１上にかつ該分岐光導
波路２４−１に沿って信号電極３１−１が、分岐光導波
路２４−２上にかつ該分岐光導波路２４−２に沿って信
号電極３１−２がそれぞれ形成され、信号電極３１−
１、３１−２間には共通電極３２−１が、信号電極３１
−１に対して共通電極３２−１と反対側の位置には共通
電極３２−２が、信号電極３１−２に対して共通電極３
２−１と反対側の位置には共通電極３２−３が、それぞ
れ形成されている。

【００３８】基板１１は、上述した第１の実施の形態の
基板１１と全く同様のものが好適に用いられ、特に、Ｌ
ＮのＺカット板等が好適である。上記の電極対は、入射
端と終端を両端とする進行波型電極であり、入射端に印
加した電気信号の伝搬方向が光導波路２１を伝搬する光
の伝搬方向と同一方向となるように、信号電極３１−
１、３１−２及び共通電極３２−１〜３２−３が配置さ
れている。

【００３９】この電極対では、信号電極３１−１、３１
−２それぞれの入力端における特性インピーダンス（Ｚ
_i）は５０Ωで、これら信号電極３１−１、３１−２の
終端における特性インピーダンス（Ｚ₀）は、信号電極
３１−１、３１−２それぞれの終端が特性インピーダン
ス（Ｚ）のインピーダンス負荷により終端されているこ
とから、この終端された特性インピーダンス（Ｚ）と等
しくなっている。

【００４０】この電極対では、信号電極３１−１、３１
−２それぞれの、入力端における特性インピーダンス
（Ｚ_i）から終端における特性インピーダンス（Ｚ₀）ま
でが光の伝搬方向に沿って滑らかに変化するように、信
号電極３１−１、３１−２それぞれの幅、信号電極３１
−１と共通電極３２−１、３２−２との間隔、及び信号
電極３１−２と共通電極３２−１、３２−３との間隔
を、光の伝搬方向に沿って漸次変化させ、かつ、電気信
号の等価屈折率（ｎｍ）が光導波路２１内を伝搬する光
の伝搬方向に沿って変化しないようにしている。

【００４１】この信号電極３１−１では、この信号電極
３１−１の幅、すなわち、この信号電極３１−１の光の
伝搬方向に沿った２つのエッジＡ２１、Ａ２２間の幅
が、光の伝搬方向に沿って拡大するように、入射端側が
狭く終端側が広い帯状とされている。また、信号電極３
１−２においても、信号電極３１−１と同様に、入射端
側が狭く終端側が広い帯状とされている。

【００４２】また、信号電極３１−１と共通電極３２−
１、３２−２では、信号電極３１−１のエッジＡ２２と
共通電極３２−１のエッジＢ２１との間隔、及び信号電
極３１−１のエッジＡ２１と共通電極３２−２のエッジ
Ｃ２１との間隔が光の伝搬方向に沿って縮小するように
なっている。信号電極３１−２と共通電極３２−１、３
２−３においても同様に、信号電極３１−２のエッジＡ
２３と共通電極３２−１のエッジＢ２２との間隔、及び
信号電極３１−２のエッジＡ２４と共通電極３２−３の
エッジＤ２１との間隔が光の伝搬方向に沿って縮小する
ようになっている。

【００４３】また、共通電極３２−１の幅も、信号電極
３１−１と同様、光の伝搬方向に沿った２つのエッジＢ
２１、Ｂ２２間の幅が、光の伝搬方向に沿って直線的に
拡大するように、入射端側が狭く終端側が広い帯状とさ
れている。さらに、共通電極３２−２、３２−３それぞ
れの幅も同様に、光の伝搬方向に沿った２つのエッジ間
の幅が、光の伝搬方向に沿って直線的に拡大するよう
に、入射端側が狭く終端側が広い帯状とされている。

【００４４】さらに、信号電極３１−１の両側に形成さ
れた共通電極３２−１、３２−２は、信号電極３１−１
の中心線を対称軸として互いに対称になるように配置さ
れ、信号電極３１−２の両側に形成された共通電極３２
−１、３２−３も同様に、信号電極３１−２の中心線を
対称軸として互いに対称になるように配置されている。

【００４５】このように配置したことにより、この導波
路型光変調器の動作中、あるいはその後に温度が上昇し
たような場合においても、これら信号電極３１−１、３
１−２及び共通電極３２−１〜３２−３が基板１１に及
ぼす応力は、信号電極３１−１、３１−２それぞれの両
側、すなわち光導波路２４−１、２４−２それぞれの両
側で常に同じ値となるので、光導波路２４−１、２４−
２それぞれの周囲では応力バランスがとれた状態とな
る。したがって、光導波路２４−１、２４−２それぞれ
の周囲における屈折率は、動作中、あるいはその後にお
いても相対的に一定となり、光導波路２４−１、２４−
２それぞれを伝搬する光へ悪影響を及ぼすおそれが無く
なる。

【００４６】この導波路型光変調器では、入力光導波路
２２に入射した光は、分岐部２３で光強度が等しい２つ
の光に分岐され、これら分岐された２つの光のうち一方
の光は分岐光導波路２４−１内を、他方の光は分岐光導
波路２４−２内をそれぞれ伝搬する。ここで、信号電極
３１−１と共通電極３２−１との間と、信号電極３１−
１と共通電極３２−２との間とが逆位相になるように、
図示しない外部電源により高速パルス状の変調信号を印
加すると、分岐光導波路２４−１内を伝搬する光は印加
される変調信号により逆位相の変調を受ける。

【００４７】ここでは、変調帯域を決定する光と電気の
速度の一致（速度整合）条件を満たすように、信号電極
３１−１の幅、すなわち２つのエッジＡ２１、Ａ２２間
の距離、信号電極３１−１のエッジＡ２２と共通電極３
２−１のエッジＢ２１との間隔、及び信号電極３１−１
のエッジＡ２１と共通電極３２−２のエッジＣ２１との
間隔が設定されているので、これらのエッジＡ２１〜Ｃ
２１の平行度が弱くなり、音響的な共振器が形成され難
くなる。

【００４８】例えば、信号電極３１−１と共通電極３２
−１との間に高速パルス状の変調信号を印加した場合、
信号電極３１−１と共通電極３２−１の間隔で決まる基
本周波数を中心とした広い周波数帯域の音響波が発生す
る。この音響波はエッジＡ２２、Ｂ２１各々で反射する
が、音響波の反射条件がエッジＡ２２、Ｂ２１各々で異
なるため、エッジＡ２２、Ｂ２１各々で反射された反射
波は互いに相殺されて音響波の共振作用が弱められてし
まい、音響波が発生し難くなる。その結果、変調周波数
特性における特定の周波数での強い共振様の乱れが極め
て小さくなる。また、終端における特性インピーダンス
（Ｚ₀）を、終端された特性インピーダンス（Ｚ）と等
しくしたことで、問題となるレベル以下の電気反射特性
が得られる。

【００４９】また、信号電極３１−２と共通電極３２−
１との間と、信号電極３１−２と共通電極３２−３との
間とが逆位相になるように、図示しない外部電源により
高速パルス状の変調信号を印加した場合においても、上
記と全く同様の作用・効果を奏する。

【００５０】さらに、例えば、信号電極３１−１と共通
電極３２−２との間と、信号電極３１−２と共通電極３
２−３との間とが逆位相になるように、高速パルス状の
変調信号を印加した場合においても、上記と全く同様の
作用・効果を奏する。しかも、信号電極３１−１、３１
−２の双方に高速パルス状の変調信号を印加するので、
音響波の共振作用が大幅に弱められ、変調周波数特性に
おける特定の周波数での強い共振様の乱れが極めて小さ
くなる。

【００５１】以上説明したように、本実施形態の導波路
型光変調器によれば、入力端における特性インピーダン
ス（Ｚ_i）から、終端における特性インピーダンス
（Ｚ₀）までが光の伝搬方向に沿って滑らかに変化する
ように、信号電極３１−１、３１−２それぞれの幅、信
号電極３１−１と共通電極３２−１、３２−２との間
隔、及び信号電極３１−２と共通電極３２−１、３２−
３との間隔を、光の伝搬方向に沿って漸次変化させ、か
つ、電気信号の等価屈折率（ｎｍ）が光導波路１２内を
伝搬する光の伝搬方向に沿って変化しないようにしたの
で、音響的な共振器の発生を防止することができ、共振
様の乱れの基となる音響波の発生を防止することができ
る。したがって、高周波変調を良好に保ったまま音響波
を低減することができる。

【００５２】また、終端における特性インピーダンス
（Ｚ₀）を、終端された特性インピーダンス（Ｚ）と等
しくしたので、問題となるレベル以下の電気反射特性を
得ることができる。また、入力端における特性インピー
ダンス（Ｚ_i）を５０Ωとしたので、電気的特性を測定
する際には、通常の汎用の測定装置を用いることがで
き、特殊な仕様の測定装置をわざわざ用意する必要が無
い。

【００５３】また、共通電極３２−１、３２−２を、信
号電極３１−１の中心線を対称軸として互いに対称にな
るように配置し、共通電極３２−１、３２−３も同様
に、信号電極３１−２の中心線を対称軸として互いに対
称になるように配置したので、温度変化により発生する
応力のバランスがとれ、長時間使用した場合において
も、動作点シフトを生じるおそれが無く、長期的に高い
信頼性を付与することができる。

【００５４】「第３の実施の形態」図４は、本発明の第
３の実施の形態に係る導波路型光変調器を示す平面図で
あり、本実施の形態の導波路型光変調器が上述した第２
の実施の形態の導波路型光変調器と異なる点は、第２の
実施の形態の導波路型光変調器では、分岐光導波路２４
−１上に信号電極３１−１を、分岐光導波路２４−２上
に信号電極３１−２を、信号電極３１−１、３１−２間
に共通電極３２−１を、信号電極３１−１の外側に共通
電極３２−２を、信号電極３１−２の外側に共通電極３
２−３をそれぞれ形成したのに対し、本実施の形態の導
波路型光変調器では、２つの分岐光導波路のうち分岐光
導波路２４−１上のみに信号電極３１−１を形成し、信
号電極３１−１の両側に共通電極３２−１、３２−２を
形成した点である。

【００５５】この導波路型光変調器においても、上述し
た第２の実施の形態の導波路型光変調器と同様、信号電
極３１−１と共通電極３２−１との間と、信号電極３１
−１と共通電極３２−２との間とが逆位相となるよう
に、高速パルス状の変調信号を印加した場合に音響波の
共振作用を弱めることができ、共振様の乱れの基となる
音響波の発生を防止することができる。したがって、高
周波変調を良好に保ったまま音響波を低減することがで
きる。

【００５６】また、終端における特性インピーダンス
（Ｚ₀）を、終端された特性インピーダンス（Ｚ）と等
しくしたので、問題となるレベル以下の電気反射特性を
得ることができる。また、入力端における特性インピー
ダンス（Ｚ_i）を５０Ωとしたので、電気的特性を測定
する際には、通常の汎用の測定装置を用いることがで
き、特殊な仕様の測定装置をわざわざ用意する必要が無
い。

【００５７】ここでは、分岐光導波路２４−１上に信号
電極３１−１を形成したが、分岐光導波路２４−２上に
信号電極３１−２を形成し、信号電極３１−２の両側に
共通電極３２−１、３２−３を形成しても、全く同様の
作用・効果を奏することができる。

【００５８】「第４の実施の形態」図５は、本発明の第
４の実施の形態に係る導波路型光変調器を示す平面図で
あり、図において、符号４１は基板１１の主面に形成さ
れた光導波路１２上にかつ該光導波路１２に沿って形成
された信号電極、４２、４３は信号電極４１の両側にか
つ該信号電極４１の電極長方向に沿って形成された共通
電極である。この電極対は、入射端と終端を両端とする
進行波型電極であり、入射端に印加した電気信号の伝搬
方向が光導波路１２を伝搬する光の伝搬方向と一致する
ように、信号電極４１及び共通電極４２、４３が配置さ
れている。

【００５９】この電極対では、入力端における特性イン
ピーダンス（Ｚ_i）、終端における特性インピーダンス
（Ｚ₀）共に５０Ωであり、入力端と終端との間におけ
る特性インピーダンス（Ｚ_M）は、上記の特性インピー
ダンス（Ｚ_i、Ｚ₀）より小さいとされている。そして、
入力端における特性インピーダンス（Ｚ_i）から、終端
における特性インピーダンス（Ｚ₀）までが光の伝搬方
向に沿って滑らかに変化するように、信号電極４１の幅
及び信号電極４１と共通電極４２、４３との間隔を、光
の伝搬方向に沿って漸次変化させ、かつ、電気信号の等
価屈折率（ｎｍ）が光導波路１２内を伝搬する光の伝搬
方向に沿って変化しないようにしている。

【００６０】この信号電極４１では、信号電極４１の
幅、すなわち、信号電極４１の光の伝搬方向に沿った２
つのエッジＡ３１、Ａ３２間の幅が、入射端から中央部
に向かって拡大し、かつ、中央部から終端に向かって縮
小するように、入射端側及び終端側が狭く、中央部が広
い略菱型状とされている。

【００６１】また、信号電極４１のエッジＡ３１と共通
電極４２のエッジＢ３１との間隔が、入射端から中央部
に向かって縮小し、かつ、中央部から終端に向かって拡
大するように、入射端側及び終端側が広く、中央部が狭
い糸巻状のスペースとされている。共通電極４３におい
ても同様に、信号電極４１のエッジＡ３２と共通電極４
３のエッジＣ３１との間隔が、入射端から中央部に向か
って縮小し、かつ、中央部から終端に向かって拡大する
ように、入射端側及び終端側が広く、中央部が狭い糸巻
状のスペースとされている。

【００６２】また、共通電極４２においても、信号電極
４１と同様、光の伝搬方向に沿った２つのエッジＢ３
１、Ｂ３２間の幅が、入射端から中央部に向かって拡大
し、かつ、中央部から終端に向かって縮小するように、
入射端側及び終端側が狭く、中央部が広い略菱型状とさ
れている。共通電極４３においても、共通電極４２と同
様、２つのエッジＣ３１、Ｃ３２間の幅が、入射端側及
び終端側が狭く、中央部が広い略菱型状とされている。

【００６３】この導波路型光変調器では、信号電極４１
と共通電極４２との間と、信号電極４１と共通電極４３
との間とが逆位相になるように、図示しない外部電源に
より高速パルス状の変調信号を印加すると、光導波路１
２に入射した光は、この光導波路１２内を伝搬する間に
印加される変調信号により逆位相の変調を受ける。

【００６４】ここでは、変調帯域を決定する光と電気信
号の速度の一致（速度整合）条件を満たすように、信号
電極４１の幅、すなわち２つのエッジＡ３１、Ａ３２間
の幅、共通電極４２のエッジＢ３１と信号電極４１のエ
ッジＡ３１との間隔、共通電極４３のエッジＣ３１と信
号電極４１のエッジＡ３２との間隔が設定されているの
で、これらのエッジＡ３１〜Ｃ３１の平行度が弱く、音
響的な共振器が形成され難い。

【００６５】例えば、信号電極４１と共通電極４２との
間に高速パルス状の変調信号を印加した場合、信号電極
４１と共通電極４２の間隔で決まる基本周波数を中心と
した広い周波数帯域の音響波が発生するが、この音響波
をエッジＡ３１、Ｂ３１各々で反射する際の反射条件が
エッジＡ３１、Ｂ３１各々において異なるため、エッジ
Ａ３１、Ｂ３１各々で反射された反射波は互いに相殺さ
れて音響波の共振作用が弱められ、その結果、変調周波
数特性における特定の周波数での強い共振様の乱れが極
めて小さくなる。また、入力端における特性インピーダ
ンス（Ｚ_i）と、終端における特性インピーダンス
（Ｚ₀）とを等しくしたことから、出力端が特性インピ
ーダンス（Ｚ_i）で終端されることとなり、問題となる
レベル以下の電気反射特性が得られる。

【００６６】以上説明したように、本実施形態の導波路
型光変調器によれば、入力端における特性インピーダン
ス（Ｚ_i）から、終端における特性インピーダンス
（Ｚ₀）までが光の伝搬方向に沿って滑らかに変化する
ように、信号電極４１の幅及び信号電極４１と共通電極
４２、４３との間隔を、光の伝搬方向に沿って漸次変化
させ、かつ、電気信号の等価屈折率（ｎｍ）が光導波路
１２内を伝搬する光の伝搬方向に沿って変化しないよう
にしたので、音響的な共振器が生じるのを防止すること
ができ、共振様の乱れの基となる音響波の発生を防止す
ることができる。したがって、高周波変調を良好に保っ
たまま音響波を低減することができる。

【００６７】また、終端における特性インピーダンス
（Ｚ₀）を、終端された特性インピーダンス（Ｚ）と等
しくしたので、問題となるレベル以下の電気反射特性を
得ることができる。また、入力端における特性インピー
ダンス（Ｚ_i）及び終端における特性インピーダンス
（Ｚ₀）共に５０Ωとしたので、電気的特性を測定する
際には、通常の汎用の測定装置を用いることができ、特
殊な仕様の測定装置をわざわざ用意する必要が無い。

【００６８】さらに、本実施形態の導波路型光変調器を
光伝送システムに適用すれば、高周波変調を良好に保っ
たまま音響波を低減することができるので、変調後にお
いても信号スペクトルに乱れが生じるおそれが無く、よ
り高密度かつ大容量の光伝送システムを構築することが
できる。また、電気的特性を測定する際には、通常の光
伝送システムにおける汎用の測定装置を用いることがで
き、特殊な仕様の測定装置をわざわざ用意する必要が無
い。

【００６９】以上、本発明の導波路型光変調器の各実施
の形態について説明してきたが、具体的な構成は上記の
各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で設計の変更等が可能である。例え
ば、第４の実施の形態の導波路型光変調器においては、
信号電極４１及び共通電極４２、４３の形状を、入射端
から中央部に向かって拡大し、かつ、中央部から終端に
向かって縮小するように、入射端側及び終端側が狭く、
中央部が広い略菱型状としたが、これらの形状は、入力
端における特性インピーダンス（Ｚ _i）から終端におけ
る特性インピーダンス（Ｚ₀）までが光の伝搬方向に沿
って滑らかに変化し、かつ、電気信号の等価屈折率（ｎ
ｍ）が光導波路１２内を伝搬する光の伝搬方向に沿って
変化しない形状であればよく、上記の形状に限定される
ことなく適宜様々な形状に変更可能である。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の導波路型
光変調器によれば、信号電極の幅、及び信号電極と共通
電極との間隔を光の伝搬方向に沿って漸次変化させ、か
つ、電気信号の等価屈折率が光導波路の光の伝搬方向に
沿って変化しないようにしたので、音響波の発生を防止
することができ、その結果、変調周波数特性における共
振様の乱れを低減することができ、広い帯域に亘って良
好な変調周波数特性を有する導波路型光変調器を得るこ
とができる。

【００７１】この導波路型光変調器を光伝送システムに
適用すれば、変調後においても信号スペクトルに乱れが
生じるおそれが無いので、より高密度かつ大容量の光伝
送システムを構築することができる。

【００７２】本発明の他の導波路型光変調器によれば、
マッハ・ツェンダ型の導波路型光変調器において、信号
電極の幅、及び信号電極と共通電極との間隔を、光の伝
搬方向に沿って漸次変化させ、かつ、電気信号の等価屈
折率が分岐導波路の光の伝搬方向に沿って変化しないよ
うにしたので、音響波の発生を防止することができ、そ
の結果、変調周波数特性における共振様の乱れを低減す
ることができ、広い帯域に亘って良好な変調周波数特性
を有するマッハ・ツェンダ型の導波路型光変調器を得る
ことができる。

【００７３】この導波路型光変調器を光伝送システムに
適用すれば、変調後においても信号スペクトルに乱れが
生じるおそれが無いので、より高密度かつ大容量の光伝
送システムを構築することができる。特に、波長多重光
伝送システムにおいて優れた効果を発揮することが期待
できる。

【００７４】前記信号電極の出力端におけるインピーダ
ンス負荷のインピーダンスを、前記信号電極の出力端に
おける特性インピーダンスと等しいとすれば、問題とな
るレベル以下の電気反射特性を有する導波路型光変調器
を得ることができる。

【００７５】前記信号電極の入力端における特性インピ
ーダンスを、前記信号電極の出力端における特性インピ
ーダンスより大とすれば、変調周波数特性を広い帯域に
亘ってフラットとすることができ、良好な変調周波数特
性を有する導波路型光変調器を得ることができる。

【００７６】以上により、音響光学効果による低周波帯
域での変調の乱れを低減することができ、より広い帯域
に亘って乱れの無いフラットな変調特性を得ることがで
き、さらに、電気反射特性を向上させることができる導
波路型光変調器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の導波路型光変調
器を示す平面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の導波路型光変調
器の変調周波数特性を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態の導波路型光変調
器を示す平面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態の導波路型光変調
器を示す平面図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態の導波路型光変調
器を示す平面図である。

【図６】従来の導波路型光変調器を示す平面図であ
る。

【図７】従来の導波路型光変調器の変調周波数特性を
示す図である。

【符号の説明】

１基板２光導波路２Ａ分岐部２Ｂ結合部３入力光導波路４−１、４−２分岐光導波路５出力光導波路６信号電極７−１、７−２共通電極１０光強度変調器１１基板１２光導波路１３信号電極１４、１５共通電極２１光導波路２２入力光導波路２３分岐部２４−１、２４−２分岐光導波路２５結合部２６出力光導波路３１−１、３１−２信号電極３２−１、３２−２、３２−３共通電極４１信号電極４２、４３共通電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横澤政貴千葉県船橋市豊富町585番地住友大阪セメント株式会社新規技術研究所内 (72)発明者藤田貴久千葉県船橋市豊富町585番地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 AA02 AA12 BA01 BA03 CA05 DA03 EA05 EB12 HA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気光学効果及び圧電効果を有する基板
に光導波路が形成され、該光導波路上に信号電極が、該
信号電極に隣接して共通電極がそれぞれ形成され、これ
ら電極間に印加する電気信号に対応して前記光導波路を
伝搬する光の位相を変調する導波路型光変調器におい
て、前記信号電極の幅、及び該信号電極と前記共通電極との
間隔を、前記光の伝搬方向に沿って漸次変化させ、か
つ、前記電気信号の等価屈折率が前記光導波路の光の伝
搬方向に沿って変化しないようにしたことを特徴とする
導波路型光変調器。
【請求項２】電気光学効果及び圧電効果を有する基板
に、入力導波路と、該入力導波路に光接続される分岐部
と、該分岐部の各々の出力端に光接続される複数の分岐
導波路と、これらの分岐導波路の出力端同士を結合する
結合部と、該結合部に光接続される出力導波路とを備
え、前記複数の分岐導波路のうち少なくとも１つの分岐
導波路上に信号電極が、該信号電極に隣接して共通電極
がそれぞれ形成され、これら電極間に印加する電気信号
に対応して前記分岐導波路を伝搬する光の位相を変調す
る導波路型光変調器において、前記信号電極の幅、及び該信号電極と前記共通電極との
間隔を、前記光の伝搬方向に沿って漸次変化させ、か
つ、前記電気信号の等価屈折率が前記分岐導波路の光の
伝搬方向に沿って変化しないようにしたことを特徴とす
る導波路型光変調器。
【請求項３】前記信号電極の出力端におけるインピー
ダンス負荷のインピーダンスは、前記信号電極の出力端
における特性インピーダンスと等しいことを特徴とする
請求項１または２記載の導波路型光変調器。
【請求項４】前記信号電極の入力端における特性イン
ピーダンスは、前記信号電極の出力端における特性イン
ピーダンスよりは大であることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の導波路型光変調器。
【請求項５】前記信号電極の入力端における特性イン
ピーダンスは、前記信号電極の出力端における特性イン
ピーダンスと等しく、かつ、前記信号電極の入力端と出
力端との間における特性インピーダンスは、これら入力
端及び出力端の特性インピーダンスよりは小であること
を特徴とする請求項１または２記載の導波路型光変調
器。
【請求項６】前記複数の分岐導波路のうち少なくとも
２つの分岐導波路それぞれに、前記信号電極及び前記共
通電極からなる電極対を設けてなることを特徴とする請
求項２記載の導波路型光変調器。
【請求項７】前記共通電極は、他の１つの前記分岐導
波路上に形成されていることを特徴とする請求項２記載
の導波路型光変調器。
【請求項８】互いに対向配置された前記信号電極及び
前記共通電極における離間する側の端面同士は互いに平
行でないことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか
１項記載の導波路型光変調器。