JP2003207754A - Resonance type optical modulator - Google Patents

Resonance type optical modulator

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JP2003207754A
JP2003207754A JP2002008084A JP2002008084A JP2003207754A JP 2003207754 A JP2003207754 A JP 2003207754A JP 2002008084 A JP2002008084 A JP 2002008084A JP 2002008084 A JP2002008084 A JP 2002008084A JP 2003207754 A JP2003207754 A JP 2003207754A
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electrode
optical modulator
resonance
optical waveguide
substrate
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JP2002008084A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidenori Honda
秀紀 本田
Yuji Yamane
裕治 山根
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Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resonance type optical modulator which requires less driving electric power than a conventional resonance optical modulator. <P>SOLUTION: The resonance type optical modulator which has a substrate 1 made of a material with electrooptic effect, an optical waveguide 2 which is formed on the substrate, and a resonance electrode 5 which modulates light traveling in the optical waveguide 2, is characterized in that at least one or more polarization inversion structures 7 having its border at a node position of a standing wave having an electric field distribution generated at the resonance electrode 5 are formed on the substrate including the optical waveguide. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、共振型光変調器に
関わり、特に、分極反転構造を一部に有する基板を用い
た共振型光変調器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a resonance type optical modulator, and more particularly to a resonance type optical modulator using a substrate partially having a polarization inversion structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高速、大容量光ファイバ通信シス
テムの進歩に伴い、外部変調器に代表されるように、ニ
オブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料を基板
に用いた高速動作可能な光強度変調器が実用化されてい
る。このような光変調器は、図1に示すように、電気光
学効果を有する基板1に、光波を導波するための光導波
路2と、前記光波にマイクロ波帯域の高速変調信号を印
加するための信号電極3及び接地電極4,4’から構成
される変調用電極とが形成されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of high-speed and large-capacity optical fiber communication systems, high-speed operation is possible using a material having an electro-optical effect such as lithium niobate as a substrate, as represented by an external modulator. A light intensity modulator has been put to practical use. In such an optical modulator, as shown in FIG. 1, an optical waveguide 2 for guiding a light wave is applied to a substrate 1 having an electro-optical effect, and a high speed modulation signal in a microwave band is applied to the light wave. And a modulation electrode composed of the signal electrode 3 and the ground electrodes 4 and 4 '.

【0003】次に、図1の光変調器の動作を説明する。
光導波路2には光学研磨された基板端面から光波が入射
される。光波は、光導波路2が形成する第1のY分岐2
−1により2つの光波に分波され、各光波は再度、第2
のY分岐2−2により合波され、光導波路2の他端から
出射される(このような光導波路の形状を「マッハツェ
ンダー型」という)。そして、光波は、光導波路2、特
に第1のY分岐により分波され、第2のY分岐により合
波されるまでの間の光導波路2’(「分岐導波路」とい
う)を通過中に、各電極に印加された電気信号による基
板の屈折率変化のため、光波の位相が変化し、合波した
後の光波は、この位相変化に対応した光強度を有するこ
ととなる。結果として、電気信号の変化に対応した光強
度変化を有する光波を、光変調器により発生することが
可能となる。
Next, the operation of the optical modulator shown in FIG. 1 will be described.
A light wave is incident on the optical waveguide 2 from the end surface of the optically polished substrate. The light wave is generated by the first Y branch 2 formed by the optical waveguide 2.
-1 demultiplexes into two light waves, and each light wave is
Are combined by the Y branch 2-2 and are emitted from the other end of the optical waveguide 2 (the shape of such an optical waveguide is referred to as “Mach-Zehnder type”). Then, the light wave is passing through the optical waveguide 2, particularly the optical waveguide 2 ′ (referred to as “branch waveguide”) while being split by the first Y-branch and being combined by the second Y-branch. The phase of the light wave changes due to the change in the refractive index of the substrate due to the electric signal applied to each electrode, and the combined light wave has a light intensity corresponding to this phase change. As a result, a light wave having a light intensity change corresponding to a change in an electric signal can be generated by the optical modulator.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】図1に示した光変調器
では、0〜40GHz、更には60GHzにも達する広
帯域の周波数に対応した光変調器が出現している。しか
しながら、これらの光変調器を駆動させるためには、数
100ミリワット〜数ワットの駆動電力が必要であり、
光変調器やその駆動電源回路など、光変調器に係るシス
テム全体の低コスト化、小型化を困難としていた。
In the optical modulator shown in FIG. 1, an optical modulator corresponding to a frequency in a wide band of 0 to 40 GHz and even 60 GHz has appeared. However, in order to drive these optical modulators, driving power of several hundred milliwatts to several watts is required,
It has been difficult to reduce the cost and size of the entire system related to the optical modulator, such as the optical modulator and its driving power supply circuit.

【0005】これに対し、図2に示すような共振型光変
調器が提案されている。T字状の共振電極をマッハツェ
ンダー型光導波路の分岐導波路の上に形成し、該共振電
極5に給電電極(共振電極の給電部5’と接地電極6で
構成される電極)を介して信号電圧(マイクロ波)を印
加すると、T字状の上側にある有限長の開放端線路(電
極長l)に、電極端におけるマイクロ波の反射により電
界の定在波が形成され、共振電極5に入力された電圧よ
り大きな振幅電圧を得ることが可能となる。このため共
振型光変調器では、定在波を形成するために、信号電圧
の周波数を特定の共振周波数とする必要があり、信号電
圧の周波数は、例えば、20GHzを中心として19〜
21GHzなどの狭い帯域に限られることとなる。しか
しながらこの定在波のために、駆動電力は数十ミリワッ
トで駆動できるなど光変調器に係るシステム全体の低コ
スト化、小型化が実現可能となる。
On the other hand, a resonance type optical modulator as shown in FIG. 2 has been proposed. A T-shaped resonance electrode is formed on a branching waveguide of a Mach-Zehnder type optical waveguide, and the resonance electrode 5 is provided with a feeding electrode (an electrode composed of a feeding portion 5 ′ of the resonance electrode and a ground electrode 6). When a signal voltage (microwave) is applied, a standing wave of an electric field is formed on the open end line (electrode length 1) of a finite length on the upper side of the T-shape by reflection of microwaves at the electrode end, and the resonance electrode 5 It is possible to obtain an amplitude voltage larger than the voltage input to. Therefore, in the resonance type optical modulator, it is necessary to set the frequency of the signal voltage to a specific resonance frequency in order to form a standing wave, and the frequency of the signal voltage is, for example, 19 to 20 GHz.
It will be limited to a narrow band such as 21 GHz. However, due to this standing wave, it is possible to reduce the cost and size of the entire system related to the optical modulator, such as driving with a driving power of several tens of milliwatts.

【0006】しかし、共振型光変調器においては、図3
が示すように電極長lが定在波の波長λに対して、l=
λ/2の関係である場合には、共振電極には図3(a)
のような定在波が発生し、これにより、マッハツェンダ
ー型光導波路の各分岐導波路を通過した光には、図3
(b)のような位相変化が生じることとなる。この結
果、図3(b)のような位相差2Δφが発生し、これに
より合波した光は強度変調を持つ。他方、電極長l=λ
の関係である場合には、共振電極に図4(a)のような
定在波が発生し、この場合の位相変化は図4(b)に示
すように、x=−λ/2〜−λ/4で増加した位相差
が、x=0において位相差0となり、その後、逆方向に
位相差が再度増加するが、x=λ/2において最終的な
位相差は0で、結果的に強度変調を行うことができな
い。このように、共振電極の電極長lを変化させても、
基本的には図3の状態と図4の状態とを交互に繰り返す
こととなるため、光変調器に印加する駆動電力を一定以
下に減少させることが困難となっていた。
However, in the resonance type optical modulator, as shown in FIG.
, The electrode length l is 1 = for the wavelength λ of the standing wave.
In the case of the relationship of λ / 2, the resonance electrode is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, a standing wave like the one shown in FIG. 3 is generated, which causes light passing through each branch waveguide of the Mach-Zehnder type optical waveguide.
The phase change as shown in (b) will occur. As a result, a phase difference 2Δφ as shown in FIG. 3B is generated, and the combined light has intensity modulation. On the other hand, electrode length l = λ
4A, a standing wave as shown in FIG. 4A is generated in the resonance electrode, and the phase change in this case is x = −λ / 2−− as shown in FIG. 4B. The phase difference increased at λ / 4 becomes 0 at x = 0 and then increases again in the opposite direction, but the final phase difference becomes 0 at x = λ / 2, resulting in Intensity modulation cannot be performed. In this way, even if the electrode length l of the resonance electrode is changed,
Basically, the state shown in FIG. 3 and the state shown in FIG. 4 are alternately repeated, which makes it difficult to reduce the drive power applied to the optical modulator below a certain level.

【0007】本発明が解決しようとする課題は、上述し
た問題を解消し、従来の共振型光変調器より、さらに駆
動電力を低下させた新たな共振型光変調器を提供するこ
とである。
The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a new resonance type optical modulator in which the driving power is further reduced as compared with the conventional resonance type optical modulator.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に係る発明は、電気光学効果を有する材料
からなる基板と、該基板上に形成された光導波路と、該
光導波路内を通過する光を変調するための共振電極とを
有する共振型光変調器において、該共振電極に生じる電
界分布の定在波の節点位置を境目とする分極反転構造
を、該光導波路を含む基板上に少なくとも1つ以上形成
したことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 provides a substrate made of a material having an electro-optical effect, an optical waveguide formed on the substrate, and the optical waveguide. In a resonance type optical modulator having a resonance electrode for modulating light passing through the inside, a polarization inversion structure having a nodal position of a standing wave of an electric field distribution generated in the resonance electrode as a boundary is included in the optical waveguide. At least one or more are formed on the substrate.

【0009】請求項1に係る発明により、共振電極に生
じる電界分布の定在波の節点位置を境目として基板に分
極反転構造を形成するため、分極反転構造の境目におけ
る節点位置の前後で、電界分布が正から負又は負から正
に変化している場合でも、光導波路を通過する光の位相
変化は増加傾向又は減少傾向を維持するため、印加する
駆動電力が従来のものと同じでも、結果として位相差を
より拡大させることが可能となり、従来よりも少ない駆
動電力で共振型光変調器を駆動することが可能となる。
According to the first aspect of the invention, since the domain-inverted structure is formed on the substrate with the node position of the standing wave of the electric field distribution generated in the resonance electrode as the boundary, the electric field is formed before and after the node position at the boundary of the domain-inverted structure. Even when the distribution changes from positive to negative or from negative to positive, the phase change of the light passing through the optical waveguide maintains the increasing tendency or the decreasing tendency, so that even if the applied drive power is the same as the conventional one, the result As a result, it is possible to further increase the phase difference, and it is possible to drive the resonant optical modulator with less drive power than in the past.

【0010】また、請求項2に係る発明は、請求項1に
記載された共振型光変調器において、該分極反転構造
は、該節点位置毎に交互に形成されていることを特徴と
する。
According to a second aspect of the invention, in the resonance type optical modulator according to the first aspect, the polarization inversion structure is alternately formed at each node position.

【0011】請求項2に係る発明のように、節点位置毎
に交互に反転構造を形成することにより、請求項1に係
る発明の効果である、節点位置の前後でも光の位相変化
が増加傾向又は減少傾向を維持する効果を、連続して発
生させることが可能となり、位相変化を共振電極の電極
長方向に連続して増加又は減少させることができ、一層
少ない駆動電力で共振型光変調器を駆動することが可能
となる。
As in the invention according to claim 2, the inversion structure is alternately formed for each node position, which is the effect of the invention according to claim 1, that is, the phase change of light tends to increase before and after the node position. Alternatively, the effect of maintaining the decreasing tendency can be continuously generated, the phase change can be continuously increased or decreased in the electrode length direction of the resonance electrode, and the resonance type optical modulator can be driven with less driving power. Can be driven.

【0012】また、請求項3に係る発明は、請求項1又
は2に記載された共振型光変調器において、該共振電極
に給電するための給電電極と共振電極との間にインピー
ダンス整合素子を設けることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the resonance type optical modulator according to the first or second aspect, an impedance matching element is provided between the resonance electrode and a power supply electrode for supplying power to the resonance electrode. It is characterized in that it is provided.

【0013】請求項3に係る発明により、共振電極が有
限長の開放端線路あるいは短絡端線路(線路の端部が接
地電極に短絡されているもの)であっても、給電電極と
共振電極との間でインピーダンス整合をとることによ
り、電力を効率よく共振電極に送入することが可能とな
る。
According to the third aspect of the present invention, even if the resonance electrode is an open-ended line or a short-circuited line having a finite length (the end of the line is short-circuited to the ground electrode), the feed electrode and the resonance electrode are connected to each other. By performing impedance matching between the two, it becomes possible to efficiently send electric power to the resonance electrode.

【0014】また、請求項4に係る発明により、請求項
1乃至3のいずれかに記載された共振型光変調器におい
て、該共振電極は、マッハツェンダー型光導波路の分岐
した一方の光導波路上に設けられていることを特徴とす
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in the resonance type optical modulator according to any one of the first to third aspects, the resonance electrode is on one of the branched optical waveguides of the Mach-Zehnder optical waveguide. It is provided in.

【0015】また、請求項5に係る発明により、請求項
1乃至3のいずれかに記載された共振型光変調器におい
て、該共振電極は、位相変調器を構成する単一の光導波
路上に設けられていることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the resonance type optical modulator according to any one of the first to third aspects, the resonance electrode is provided on a single optical waveguide forming a phase modulator. It is characterized by being provided.

【0016】請求項4又は5に係る発明により、マッハ
ツェンダー型の光強度変調器や単一光導波路の位相変調
器に対しても、従来より少ない駆動電力で効率的に駆動
する共振型光変調器を提供することが可能となる。
According to the invention according to claim 4 or 5, even for a Mach-Zehnder type optical intensity modulator or a single optical waveguide phase modulator, a resonance type optical modulation can be efficiently driven with less drive power than before. It becomes possible to provide a container.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明を好適例を用いて詳
細に説明する。光変調器を構成する基板としては、電気
光学効果を有する材料、例えば、ニオブ酸リチウム(L
iNbO;以下、LNという)、タンタル酸リチウム
(LiTaO)、PLZT(ジルコン酸チタン酸鉛ラ
ンタン)、及び石英系の材料から構成され、特に、光導
波路デバイスとして構成しやすく、かつ異方性が大きい
という理由から、LiNbO結晶、LiTaO
晶、又はLiNbO及びLiTaOからなる固溶体
結晶を用いることが好ましい。本実施例では、ニオブ酸
リチウム(LN)を用いた例を中心に説明する。また、
本発明では、分極反転構造を形成可能な基板であること
が必要である。以下では、表面に垂直な方向に電気光学
効果により最も効率的に屈折率を変更できる結晶軸の方
向を有する基板(いわゆる「Zカット基板」)を中心に
説明するが、本発明は、Zカット基板に限られるもので
はない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to preferred examples. As a substrate forming the optical modulator, a material having an electro-optical effect, for example, lithium niobate (L
iNbO 3 ; hereinafter referred to as LN), lithium tantalate (LiTaO 3 ), PLZT (lead lanthanum zirconate titanate), and a silica-based material, and particularly easy to configure as an optical waveguide device and anisotropic. It is preferable to use a LiNbO 3 crystal, a LiTaO 3 crystal, or a solid solution crystal composed of LiNbO 3 and LiTaO 3 for the reason that it is large. In this embodiment, an example using lithium niobate (LN) will be mainly described. Also,
In the present invention, it is necessary that the substrate has a domain-inverted structure. In the following, a substrate having a crystal axis direction capable of changing the refractive index most efficiently by the electro-optical effect in a direction perpendicular to the surface (so-called “Z-cut substrate”) will be mainly described. It is not limited to the substrate.

【0018】光変調器を製造する方法としては、LN基
板上にTiを熱拡散させて光導波路を形成し、次いで基
板の一部又は全体に渡りバッファ層を設けずに、LN基
板上に電極を直接形成する方法や、光導波路中の光の伝
搬損失を低減させるために、LN基板上に誘電体SiO
等のバッファ層を設け、さらにその上にTi・Auの
電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより数十μ
mの高さの共振電極及び接地電極を構成して、間接的に
当該電極を形成する方法がある。また、バッファ層上に
SiNやSi等の膜体を設けた多層構造とすることも可
能である。一般に、一枚のLNウェハに複数の光変調器
を作り込み、最後に個々の光変調器のチップに切り離す
ことにより、光変調器が製造される。
As a method of manufacturing an optical modulator, Ti is thermally diffused on an LN substrate to form an optical waveguide, and then an electrode is formed on the LN substrate without providing a buffer layer over a part or the whole of the substrate. In order to reduce the propagation loss of light in the optical waveguide by directly forming
A buffer layer of 2 or the like is provided, and a Ti / Au electrode pattern is formed on the buffer layer and a gold plating method is applied to make it several tens μ
There is a method of forming a resonance electrode and a ground electrode having a height of m and indirectly forming the electrodes. It is also possible to have a multilayer structure in which a film body of SiN, Si, or the like is provided on the buffer layer. In general, an optical modulator is manufactured by forming a plurality of optical modulators on a single LN wafer and finally separating the individual optical modulator chips into chips.

【0019】本発明の特徴は、共振電極に生じる電界分
布の定在波の節点位置を境目として、光導波路を含む基
板上に分極反転構造を形成することである。具体的に
は、図5に示すように、電極長l=λ(電界分布に係る
定在波の波長)である場合には、共振電極5の両端λ/
4に相当する基板領域に、図5の上下方向に縦断する分
極反転構造7を形成する。これにより、図6(a)のよ
うな電界分布に係る定在波が共振電極内で発生しても、
共振電極の両端λ/4では分極反転構造が形成されてい
るため、仮に、負の電界が分極反転構造を有する基板に
印加されても、実質的には正の電界が分極反転していな
い基板に加えられる場合と同様な屈折率の変化(Δn)
を示す(図6(b)を参照)ため、結果として、屈折率
変化に依存した光の位相変化は、図6(c)に示すよう
に、位相変化量が常に加算されるような加算的位相変化
を生じることとなる。
A feature of the present invention is that the domain-inverted structure is formed on the substrate including the optical waveguide with the nodal position of the standing wave of the electric field distribution generated at the resonance electrode as a boundary. Specifically, as shown in FIG. 5, when the electrode length l = λ (the wavelength of the standing wave related to the electric field distribution), both ends of the resonance electrode 5 λ /
In the substrate region corresponding to 4, the domain-inverted structure 7 which is vertically cut in the vertical direction of FIG. 5 is formed. As a result, even if a standing wave related to the electric field distribution as shown in FIG. 6A is generated in the resonance electrode,
Since a domain-inverted structure is formed at both ends λ / 4 of the resonant electrode, even if a negative electric field is applied to the substrate having the domain-inverted structure, the positive field is not substantially domain-inverted. Change in refractive index (Δn) similar to that applied to
(See FIG. 6B), as a result, the phase change of light depending on the refractive index change is additive such that the phase change amount is always added, as shown in FIG. 6C. A phase change will occur.

【0020】そして、図5のようなマッハツェンダー型
光導波路の場合には、共振電極5の電界分布による効果
が、2つの分岐導波路では互いに逆向きの位相変化とな
ることから(図6(c)の実線と破線のグラフの変化を
参照)、分岐した光が合波した際の各光の位相差は図6
(c)の2Δφのように、従来の共振型光変調器より格
段に大きな位相差となっており、同じ駆動電力でより大
きな位相変化を得ることが可能となる。つまり、図5の
ような分極反転構造を有する共振型光変調器により、従
来以上の駆動電力の低減が実現可能となる。
In the case of the Mach-Zehnder type optical waveguide as shown in FIG. 5, the effect of the electric field distribution of the resonance electrode 5 causes opposite phase changes in the two branched waveguides (see FIG. 6 ( (Refer to the changes in the graphs of the solid and broken lines in c)), and the phase difference of each light when the branched lights are combined is shown in FIG.
Like 2Δφ in (c), the phase difference is significantly larger than that of the conventional resonant optical modulator, and it is possible to obtain a larger phase change with the same drive power. That is, with the resonance type optical modulator having the polarization inversion structure as shown in FIG. 5, it is possible to reduce the driving power more than ever before.

【0021】電気光学効果を有する基板に分極反転構造
を形成する方法としては、基板表面近傍のみに形成する
場合には、LN基板を1000℃以上キュリー温度近く
でTiを拡散する方法や、キュリー温度付近で結晶内の
LiOを外拡散する方法など、不純物の拡散や外拡散
など基板内部に発生する電界を利用する方法などがあ
る。また、基板表面から裏面に至る分極反転構造を形成
する場合には、外部電界印加による方法が利用される。
これは、LN基板表面に、フォトリソグラフィーなどに
より分極反転部に対応した電極を形成し、他方LN基板
裏面には一面に電極を蒸着又は塗布する。常温状態で、
20kV/mm程度のパルス電圧を、両者の電極に印加
する。印加時間は、基板表面側から見た分極反転部の面
積にもよるが、1〜30cmで、約100μs〜30
0ms程度である。LN基板の裏面電極に代えて、液体
電極を利用した治具等で代用してもよい。なお、分極反
転部を形成した後は、分極反転部の形成に利用した電極
を除去し、通常通り、光導波路や共振電極及び接地電極
等の作り込み行うことが可能である。
As a method of forming a domain-inverted structure on a substrate having an electro-optical effect, when it is formed only near the surface of the substrate, a method of diffusing Ti in an LN substrate at a temperature of 1000 ° C. or higher and near the Curie temperature, or a Curie temperature is used. There is a method of utilizing an electric field generated inside the substrate, such as a method of outdiffusing Li 2 O in the crystal in the vicinity thereof or a method of diffusing impurities or outdiffusion. Further, when forming a domain-inverted structure extending from the front surface to the back surface of the substrate, a method of applying an external electric field is used.
In this method, an electrode corresponding to the polarization inversion portion is formed on the front surface of the LN substrate by photolithography or the like, and on the other hand, the electrode is vapor-deposited or applied on the back surface of the LN substrate. At room temperature,
A pulse voltage of about 20 kV / mm is applied to both electrodes. The application time depends on the area of the domain-inverted portion viewed from the substrate surface side, but is 1 to 30 cm 2 and is about 100 μs to 30 μs.
It is about 0 ms. A jig or the like using a liquid electrode may be used instead of the back surface electrode of the LN substrate. After forming the domain-inverted portion, the electrodes used for forming the domain-inverted portion can be removed, and the optical waveguide, the resonance electrode, the ground electrode, etc. can be formed as usual.

【0022】第2の例として、図7(a)のように電極
長lが、電界分布に係る定在波の波長λの3/2倍の場
合を考える。この場合は、図7(b)のように電界分布
が定在波を形成しているため、定在波の節点位置を境目
とする分極反転構造7を図7(a)のように形成するこ
とにより、加算的位相変化を実現できる。なお、分極反
転構造を共振電極5の中央に形成し、共振電極の両端は
分極反転を形成しないように設定しても、同様な効果が
実現可能である。
As a second example, consider the case where the electrode length 1 is 3/2 times the wavelength λ of the standing wave related to the electric field distribution as shown in FIG. 7A. In this case, since the electric field distribution forms a standing wave as shown in FIG. 7B, the domain-inverted structure 7 whose boundary is the node position of the standing wave is formed as shown in FIG. 7A. As a result, an additive phase change can be realized. The same effect can be achieved by forming the domain-inverted structure in the center of the resonance electrode 5 and setting the two ends of the resonance electrode so as not to form domain-inversion.

【0023】また、実際の共振型のLN光変調器におい
ては、給電点におけるインピーダンス整合の問題など
で、電界分布にかかる定在波のパターンが図8(a)、
(b)に示すように、上述したような定在波と若干異な
る波形を示す。このような場合でも、上述した実施例と
同様に、電界分布が0となる節点位置を境目とする分極
反転構造(分極反転構造を形成する範囲を*で示す)を
形成することにより、加算的位相変化を実現することが
可能である。
In an actual resonance type LN optical modulator, the pattern of the standing wave applied to the electric field distribution is shown in FIG. 8A due to the problem of impedance matching at the feeding point.
As shown in (b), a waveform slightly different from the above-described standing wave is shown. Even in such a case, similarly to the above-described embodiment, by forming the polarization inversion structure (the range in which the polarization inversion structure is formed is indicated by *) at the nodal point where the electric field distribution is 0, the addition is performed. It is possible to realize a phase change.

【0024】次に、共振電極は有限長の開放端線路であ
るため、給電電極と共振電極とのインピーダンス整合が
取れていない。このため、図9に示すように、整合素子
8を接地電極6と共振電極5の給電部との間に挿入し、
インピーダンス整合を取り、給電電極から共振電極のマ
イクロ波伝播損失を低く抑え、効率の良い変調を可能と
している。インピーダンス整合素子8の構造の例として
は、図9(a)の一点鎖線Aの断面図である図9(b)
に示すように、接地電極6及び共振電極5の給電部5’
を覆うように誘電体9及び上部電極10を成膜すること
により、パッチ型容量を形成するものがある。
Next, since the resonance electrode is an open-ended line of finite length, impedance matching between the feeding electrode and the resonance electrode is not achieved. Therefore, as shown in FIG. 9, the matching element 8 is inserted between the ground electrode 6 and the feeding portion of the resonance electrode 5,
Impedance matching is achieved, microwave propagation loss from the feeding electrode to the resonance electrode is kept low, and efficient modulation is possible. An example of the structure of the impedance matching element 8 is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line A in FIG.
As shown in FIG.
There is one in which a patch type capacitor is formed by forming a film of the dielectric 9 and the upper electrode 10 so as to cover the.

【0025】以上の実施例では、マッハツェンダー型の
光強度変調器を中心に説明したが、図10に示すよう
に、単一の光導波路11を有する位相変調器に対して
も、共振電極5に生じる電界分布にかかる定在波の節点
位置に境目を持つ分極反転構造7を基板に形成すること
により、従来より駆動電力の少ない位相変調器を製造す
ることが可能となる。また、図11に示すように共振電
極15に給電する場所が、共振電極の一端である場合で
も、図11(b)に示すように、共振電極中の電界分布
の定在波の形状を参考に、分極反転構造7を設けること
により、効率的な光変調器の駆動が実現できる。
In the above embodiments, the Mach-Zehnder type optical intensity modulator has been mainly described, but as shown in FIG. 10, the resonance electrode 5 is also used for the phase modulator having the single optical waveguide 11. By forming the domain-inverted structure 7 having a boundary at the node position of the standing wave related to the electric field distribution generated on the substrate, it becomes possible to manufacture a phase modulator having a lower driving power than the conventional one. In addition, even when the place where power is supplied to the resonance electrode 15 is at one end of the resonance electrode as shown in FIG. 11, refer to the shape of the standing wave of the electric field distribution in the resonance electrode as shown in FIG. 11B. In addition, by providing the polarization inversion structure 7, it is possible to efficiently drive the optical modulator.

【0026】なお、分極反転構造と光導波路との位置関
係においては、分極反転構造の境目である分極ドメイン
壁は、光導波路と交叉する点以外は、光導波路より可能
な限り遠くに配置し、光導波路に対する分極ドメイン壁
の応力歪の影響を緩和することが可能となる。また、分
極ドメイン壁と光導波路が交叉する角度は、略垂直にな
るように構成することにより、光導波路の同一場所で分
極反転している領域と分極反転していない領域が混在す
る領域(ここで、「混在する」とは、例えば、光導波路
に対して斜めに分極ドメイン壁が形成された場合、光導
波路の延伸方向に垂直な断面を取ると、光導波路の同一
断面上で分極反転している部分と分極反転していない部
分が共に存在することを意味する)が無いため、分極反
転による効果を効率的に生じさせることが可能となる。
しかも、分岐導波路内を進行する光は分極ドメイン壁に
略垂直に入射するため、分極ドメイン壁による反射や散
乱効果も低減し、より伝播損失の少ない光変調器が実現
できる。
Regarding the positional relationship between the polarization inversion structure and the optical waveguide, the polarization domain wall, which is the boundary of the polarization inversion structure, is arranged as far as possible from the optical waveguide except that it intersects with the optical waveguide. It is possible to reduce the influence of stress strain of the polarization domain wall on the optical waveguide. In addition, the crossing angle between the polarization domain wall and the optical waveguide is configured to be substantially vertical, so that a region in which the polarization inversion region and the non-polarization inversion region coexist at the same location of the optical waveguide (here The term “mixed” means that, for example, when a polarization domain wall is formed obliquely with respect to the optical waveguide, when a cross section perpendicular to the extending direction of the optical waveguide is taken, polarization inversion occurs on the same cross section of the optical waveguide. (Meaning that there is both a part that does not have a polarization inversion and a part that does not have a polarization inversion), it is possible to efficiently produce the effect of the polarization inversion.
Moreover, since the light propagating in the branching waveguide enters the polarization domain wall substantially perpendicularly, the reflection and scattering effects by the polarization domain wall are reduced, and an optical modulator with less propagation loss can be realized.

【0027】本発明の範囲は、これらの実施例に限ら
ず、2本以上の分岐導波路を有する光変調器や同一基板
内に複数の光変調器を集積した場合でも、これら光変調
器内の少なくとも一部に共振電極を配置し、その共振電
極に生じた電界分布の定在波に対応して、基板に分極反
転構造を形成するものも、本発明の範囲に包含するもの
である。
The scope of the present invention is not limited to these embodiments, and even when an optical modulator having two or more branch waveguides or a plurality of optical modulators are integrated on the same substrate, these optical modulators are integrated. In the scope of the present invention, a resonance electrode is disposed on at least a part of the substrate, and a domain-inverted structure is formed on the substrate corresponding to the standing wave of the electric field distribution generated on the resonance electrode.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
共振型光変調器を形成する基板の適切な場所に分極反転
構造を形成することにより、従来以上に光変調器の駆動
電力を低減し、光変調器に係るシステム全体の低コスト
化、小型化が実現可能となる。
As described above, according to the present invention,
By forming a domain-inverted structure at an appropriate place on the substrate that forms the resonant optical modulator, the drive power of the optical modulator can be reduced more than ever, and the overall cost and size of the optical modulator system can be reduced. Can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 従来の光変調器の平面図。FIG. 1 is a plan view of a conventional optical modulator.

【図2】 従来の共振型光変調器の平面図。FIG. 2 is a plan view of a conventional resonant optical modulator.

【図3】 l=λ/2の場合の電界分布と位相変化の関
係を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between electric field distribution and phase change when l = λ / 2.

【図4】 l=3/2×λの場合の電界分布と位相変化
の関係を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between an electric field distribution and a phase change when l = 3/2 × λ.

【図5】 l=λの場合で、分極反転を形成した共振型
光変調器の平面図。
FIG. 5 is a plan view of a resonant optical modulator in which polarization inversion is formed when l = λ.

【図6】 分極反転を形成した場合の電界分布、屈折率
分布と位相変化の関係を示すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the electric field distribution, the refractive index distribution, and the phase change when polarization inversion is formed.

【図7】 l=3/2×λの場合で、分極反転を形成し
た共振型光変調器の平面図。
FIG. 7 is a plan view of a resonance type optical modulator in which polarization inversion is formed in the case of l = 3/2 × λ.

【図8】 実際の共振型LN光変調器の電界分布の定在
波パターンの例。
FIG. 8 shows an example of a standing wave pattern of an electric field distribution of an actual resonance type LN optical modulator.

【図9】 インピーダンス整合素子の構造を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a structure of an impedance matching element.

【図10】 分極反転を形成した単一光導波路を有する
位相変調器の平面図。
FIG. 10 is a plan view of a phase modulator having a single optical waveguide in which polarization inversion is formed.

【図11】 共振電極の一端から給電する共振型光変調
器の平面図。
FIG. 11 is a plan view of a resonance-type optical modulator in which power is supplied from one end of a resonance electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 光導波路 2’ 分岐導波路 3 信号電極 4 接地電極 5 共振電極 6 接地電極 7 分極反転構造 8 インピーダンス整合素子 1 substrate 2 Optical waveguide 2'branch waveguide 3 signal electrodes 4 ground electrode 5 Resonance electrode 6 ground electrode 7 Polarization inversion structure 8 Impedance matching element

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電気光学効果を有する材料からなる基板
と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路内を
通過する光を変調するための共振電極とを有する共振型
光変調器において、 該共振電極に生じる電界分布の定在波の節点位置を境目
とする分極反転構造を、該光導波路を含む基板上に少な
くとも1つ以上形成したことを特徴とする共振型光変調
器。
1. A resonant optical modulator having a substrate made of a material having an electro-optical effect, an optical waveguide formed on the substrate, and a resonant electrode for modulating light passing through the optical waveguide. 2. A resonance type optical modulator, wherein at least one polarization inversion structure is formed on a substrate including the optical waveguide, the polarization inversion structure having a boundary of a node position of a standing wave of an electric field distribution generated in the resonance electrode.
【請求項2】請求項1に記載された共振型光変調器にお
いて、該分極反転構造は、該節点位置毎に交互に形成さ
れていることを特徴とする共振型光変調器。
2. The resonant optical modulator according to claim 1, wherein the domain-inverted structures are alternately formed for each node position.
【請求項3】請求項1又は2に記載された共振型光変調
器において、該共振電極に給電するための給電電極と共
振電極との間にインピーダンス整合素子を設けることを
特徴とする共振型光変調器。
3. The resonance type optical modulator according to claim 1 or 2, wherein an impedance matching element is provided between a resonance electrode and a feeding electrode for feeding the resonance electrode. Light modulator.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載された共
振型光変調器において、該共振電極は、マッハツェンダ
ー型光導波路の分岐した一方の光導波路上に設けられて
いることを特徴とする共振型光変調器。
4. A resonant optical modulator according to claim 1, wherein the resonant electrode is provided on one of the branched optical waveguides of the Mach-Zehnder optical waveguide. Resonant optical modulator.
【請求項5】請求項1乃至3のいずれかに記載された共
振型光変調器において、該共振電極は、位相変調器を構
成する単一の光導波路上に設けられていることを特徴と
する共振型光変調器。
5. The resonance type optical modulator according to claim 1, wherein the resonance electrode is provided on a single optical waveguide forming a phase modulator. Resonant type optical modulator.
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CN102681216A (en) * 2011-03-08 2012-09-19 住友大阪水泥股份有限公司 Optical control element

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CN102681217A (en) * 2011-03-08 2012-09-19 住友大阪水泥股份有限公司 Optical modulator
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