JP2003262841A - 光変調装置及び設計方法 - Google Patents
光変調装置及び設計方法Info
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 変調帯域を確保し、駆動電圧を低減化し、光
変調装置の高速・高性能化を図る。 【解決手段】 電気光学効果を有する結晶基板上に形成
された光導波路１１と、光導波路１１の近傍に形成され
た信号電極１２と、信号電極１２の両側に形成された接
地電極１３と、から構成され、信号電極１２の特性イン
ピーダンスＺ０の範囲をマイクロ波の反射が一定値以下
となるように定め、光とマイクロ波の位相を整合した場
合に、信号電極１２と接地電極１３のギャップが５０μ
ｍ以上、かつ信号電極１２の作用長Ｌが５０ｍｍ以上
で、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行う。
変調装置の高速・高性能化を図る。 【解決手段】 電気光学効果を有する結晶基板上に形成
された光導波路１１と、光導波路１１の近傍に形成され
た信号電極１２と、信号電極１２の両側に形成された接
地電極１３と、から構成され、信号電極１２の特性イン
ピーダンスＺ０の範囲をマイクロ波の反射が一定値以下
となるように定め、光とマイクロ波の位相を整合した場
合に、信号電極１２と接地電極１３のギャップが５０μ
ｍ以上、かつ信号電極１２の作用長Ｌが５０ｍｍ以上
で、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光変調装置及び設計
方法に関し、特に電気光学効果を有する結晶基板を用い
た光変調装置及び光変調を行って電気信号を光信号に変
換する光変調装置の設計方法に関する。
方法に関し、特に電気光学効果を有する結晶基板を用い
た光変調装置及び光変調を行って電気信号を光信号に変
換する光変調装置の設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】マルチメディアの進展に伴い、高速・大
容量の情報を遠距離まで低コストで伝送するために、光
通信ネットワークの構築が強く要望されている。この光
通信ネットワークを実現するための心臓部にあたる重要
なデバイスとして光変調器がある。
容量の情報を遠距離まで低コストで伝送するために、光
通信ネットワークの構築が強く要望されている。この光
通信ネットワークを実現するための心臓部にあたる重要
なデバイスとして光変調器がある。
【０００３】光変調器は、基板上に光導波路を形成し、
その光導波路にかける電圧によって、光導波路上での光
の位相を変化させる外部変調を行って、電気信号を光信
号に変換するデバイスである。
その光導波路にかける電圧によって、光導波路上での光
の位相を変化させる外部変調を行って、電気信号を光信
号に変換するデバイスである。
【０００４】一方、近年になって、従来の１０Ｇｂ／ｓ
クラスの光通信から、さらなる高速・大容量の通信とし
て、４０Ｇｂ／ｓクラスへの光通信システムの開発が進
められている（例えば、ＤＷＤＭ（Dense Wavelength D
ivision Multiplex）のシステムなど）。
クラスの光通信から、さらなる高速・大容量の通信とし
て、４０Ｇｂ／ｓクラスへの光通信システムの開発が進
められている（例えば、ＤＷＤＭ（Dense Wavelength D
ivision Multiplex）のシステムなど）。
【０００５】このような超高速・大容量のシステムを実
現するために、光変調器では、例えば、４０Ｇｂ／ｓの
光を発生するためには、従来の１０Ｇｂ／ｓ通信用に比
べて光変調の速度を４倍速くする必要がある。また、光
変調器を駆動させるためには、超高速な電子回路は大き
な電圧を発生できないので、光変調器の駆動電圧は小さ
くしなければならない。
現するために、光変調器では、例えば、４０Ｇｂ／ｓの
光を発生するためには、従来の１０Ｇｂ／ｓ通信用に比
べて光変調の速度を４倍速くする必要がある。また、光
変調器を駆動させるためには、超高速な電子回路は大き
な電圧を発生できないので、光変調器の駆動電圧は小さ
くしなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
光変調器は、駆動電圧と動作速度（変調帯域）はトレー
ドオフの関係にある。すなわち、光導波路の長さを短く
すると（光導波路に電界を与えて作用させるための信号
電極の長さを短くすると）電気的容量が減って動作速度
は速くなるが、同じ電圧での位相変化は少なくなる。こ
のため、十分な変調を得るためには、駆動電圧を大きく
しなければならない、といった矛盾がでてくる。このよ
うに、従来の光変調器では、一定以上の高速化や低電圧
化が困難であった。
光変調器は、駆動電圧と動作速度（変調帯域）はトレー
ドオフの関係にある。すなわち、光導波路の長さを短く
すると（光導波路に電界を与えて作用させるための信号
電極の長さを短くすると）電気的容量が減って動作速度
は速くなるが、同じ電圧での位相変化は少なくなる。こ
のため、十分な変調を得るためには、駆動電圧を大きく
しなければならない、といった矛盾がでてくる。このよ
うに、従来の光変調器では、一定以上の高速化や低電圧
化が困難であった。
【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、変調帯域を確保し、駆動電圧の低減化を実現
した、高速・高性能な光変調装置を提供することを目的
とする。
のであり、変調帯域を確保し、駆動電圧の低減化を実現
した、高速・高性能な光変調装置を提供することを目的
とする。
【０００８】また、本発明の他の目的は、変調帯域を確
保し、駆動電圧の低減化を実現する高速・高性能な光変
調装置の設計方法を提供することである。
保し、駆動電圧の低減化を実現する高速・高性能な光変
調装置の設計方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、図１、図２に示すような、電気光学効果
を有する結晶基板上に形成された光導波路１１と、光導
波路１１の近傍に形成された信号電極１２と、信号電極
１２の両側に形成された接地電極１３と、から構成され
る光変調装置１０であって、信号電極１２の特性インピ
ーダンスＺ０の範囲をマイクロ波の反射が一定値以下と
なるように定め、光とマイクロ波の位相を整合した場合
に、信号電極１２と接地電極１３のギャップが５０μｍ
以上、かつ信号電極１２の作用長が５０ｍｍ以上で、４
０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行うことを特徴とする光変調
装置１０が提供される。
決するために、図１、図２に示すような、電気光学効果
を有する結晶基板上に形成された光導波路１１と、光導
波路１１の近傍に形成された信号電極１２と、信号電極
１２の両側に形成された接地電極１３と、から構成され
る光変調装置１０であって、信号電極１２の特性インピ
ーダンスＺ０の範囲をマイクロ波の反射が一定値以下と
なるように定め、光とマイクロ波の位相を整合した場合
に、信号電極１２と接地電極１３のギャップが５０μｍ
以上、かつ信号電極１２の作用長が５０ｍｍ以上で、４
０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行うことを特徴とする光変調
装置１０が提供される。
【００１０】ここで、信号電極１２の特性インピーダン
スＺ０の範囲をマイクロ波の反射が一定値以下となるよ
うに定め、光とマイクロ波の位相を整合した場合に、光
変調装置１０は、信号電極１２と接地電極１３のギャッ
プが５０μｍ以上、かつ信号電極１２の作用長が５０ｍ
ｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行う。
スＺ０の範囲をマイクロ波の反射が一定値以下となるよ
うに定め、光とマイクロ波の位相を整合した場合に、光
変調装置１０は、信号電極１２と接地電極１３のギャッ
プが５０μｍ以上、かつ信号電極１２の作用長が５０ｍ
ｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行う。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の光変調装置の平面
図であり、図２は光変調装置のＡ部の断面図である。本
発明の光変調装置１０は、電気光学効果（電界をかける
と屈折率が変化する現象）を有するニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ3：以下、ＬＮ）等を用いた結晶基板上
に、光導波路１１で形成されたマッハツェンダ干渉計を
介して、光導波路１１内を伝搬する光を制御する装置で
ある。また、光導波路１１の近傍には信号電極１２が形
成され、信号電極１２の両側に接地電極１３が形成され
る。
を参照して説明する。図１は本発明の光変調装置の平面
図であり、図２は光変調装置のＡ部の断面図である。本
発明の光変調装置１０は、電気光学効果（電界をかける
と屈折率が変化する現象）を有するニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ3：以下、ＬＮ）等を用いた結晶基板上
に、光導波路１１で形成されたマッハツェンダ干渉計を
介して、光導波路１１内を伝搬する光を制御する装置で
ある。また、光導波路１１の近傍には信号電極１２が形
成され、信号電極１２の両側に接地電極１３が形成され
る。
【００１２】光変調装置１０では、ＬＮ結晶（電気光学
効果が大きく、光導波路を形成しやすいなどの利点を持
つ）基板上の一部に金属膜を形成し熱拡散させる、また
はパターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなど
して、光導波路１１を形成する。
効果が大きく、光導波路を形成しやすいなどの利点を持
つ）基板上の一部に金属膜を形成し熱拡散させる、また
はパターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなど
して、光導波路１１を形成する。
【００１３】光導波路１１は、２つの平行導波路１１
ａ、１１ｂに分岐され、平行導波路１１ａ、１１ｂ上に
は、それぞれ２本の信号電極１２が設けられている（デ
ュアル電極構造である）。なお、平行導波路１１ａ、１
１ｂの長さ（またはこの部分の信号電極１２の長さ）を
作用長Ｌとする。
ａ、１１ｂに分岐され、平行導波路１１ａ、１１ｂ上に
は、それぞれ２本の信号電極１２が設けられている（デ
ュアル電極構造である）。なお、平行導波路１１ａ、１
１ｂの長さ（またはこの部分の信号電極１２の長さ）を
作用長Ｌとする。
【００１４】また、光変調装置１０は、Ｚ−ｃｕｔのＬ
Ｎ結晶を用いる構成なので、光導波路１１中を伝搬する
光が信号電極１２、接地電極１３によって吸収されるの
を防ぐために、基板と電極の間にバッファ層１４を設け
ている。バッファ層１４としては、例えば厚さ０．２〜
１μｍのＳｉＯ2を用いる。
Ｎ結晶を用いる構成なので、光導波路１１中を伝搬する
光が信号電極１２、接地電極１３によって吸収されるの
を防ぐために、基板と電極の間にバッファ層１４を設け
ている。バッファ層１４としては、例えば厚さ０．２〜
１μｍのＳｉＯ2を用いる。
【００１５】このような構成の本発明の光変調装置１０
では、信号電極１２の特性インピーダンスＺ０の範囲
を、マイクロ波の反射が一定値以下となるように定め、
光とマイクロ波の位相を整合した場合に、信号電極１２
と接地電極１３のギャップＳが５０μｍ以上、かつ信号
電極１２の作用長Ｌが５０ｍｍ以上であり、駆動電圧が
１．７Ｖ以下で４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行うもので
ある。なお、以降の説明のために、接地電極１３の厚み
をＨｇ、リッジ１５の高さをＨｒと符号を付ける。
では、信号電極１２の特性インピーダンスＺ０の範囲
を、マイクロ波の反射が一定値以下となるように定め、
光とマイクロ波の位相を整合した場合に、信号電極１２
と接地電極１３のギャップＳが５０μｍ以上、かつ信号
電極１２の作用長Ｌが５０ｍｍ以上であり、駆動電圧が
１．７Ｖ以下で４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行うもので
ある。なお、以降の説明のために、接地電極１３の厚み
をＨｇ、リッジ１５の高さをＨｒと符号を付ける。
【００１６】次に本発明の光変調装置１０の設計方法に
ついて詳しく説明する。最初に、光変調装置の動作概要
を含め、本発明が解決すべき問題点について説明する。
光変調装置を高速で駆動する場合は、信号電極１２と接
地電極１３を終端抵抗で接続して進行波電極とし、２本
の信号電極１２に対して、図１に示した信号源Ｓａ、Ｓ
ｂからそれぞれ相補信号を入力する。
ついて詳しく説明する。最初に、光変調装置の動作概要
を含め、本発明が解決すべき問題点について説明する。
光変調装置を高速で駆動する場合は、信号電極１２と接
地電極１３を終端抵抗で接続して進行波電極とし、２本
の信号電極１２に対して、図１に示した信号源Ｓａ、Ｓ
ｂからそれぞれ相補信号を入力する。
【００１７】このとき、光導波路１１に与えられる電界
によって平行導波路１１ａ、１１ｂの屈折率がそれぞれ
＋Δｎ、−Δｎのように変化し、平行導波路１１ａ、１
１ｂ間の位相差が変化するため、出射導波路から強度変
調された信号光が出力される（平行導波路１１ａ、１１
ｂの位相差が０°なら光は強め合い、位相差がπならば
光は弱め合う）。
によって平行導波路１１ａ、１１ｂの屈折率がそれぞれ
＋Δｎ、−Δｎのように変化し、平行導波路１１ａ、１
１ｂ間の位相差が変化するため、出射導波路から強度変
調された信号光が出力される（平行導波路１１ａ、１１
ｂの位相差が０°なら光は強め合い、位相差がπならば
光は弱め合う）。
【００１８】また、光の変調帯域をできるだけ広くして
広帯域の光応答特性を得るためには、光とマイクロ波の
実効屈折率を一致させ、光とマイクロ波の位相を整合さ
せる必要がある。ＬＮの場合、光の実効屈折率が２．１
５であるのに対し、マイクロ波の実効屈折率はその倍近
くにもなる。このため、図２に示したように、光導波路
１１の近傍をエッチングしてリッジ形状にしたり、接地
電極１３を厚くするなどして、マイクロ波の実効屈折率
を光の屈折率の２．１５まで下げる工夫を行うことにな
る。
広帯域の光応答特性を得るためには、光とマイクロ波の
実効屈折率を一致させ、光とマイクロ波の位相を整合さ
せる必要がある。ＬＮの場合、光の実効屈折率が２．１
５であるのに対し、マイクロ波の実効屈折率はその倍近
くにもなる。このため、図２に示したように、光導波路
１１の近傍をエッチングしてリッジ形状にしたり、接地
電極１３を厚くするなどして、マイクロ波の実効屈折率
を光の屈折率の２．１５まで下げる工夫を行うことにな
る。
【００１９】一方、４０Ｇｂ／ｓを超える高速信号によ
る駆動では、光変調装置を駆動するためのドライバアン
プの出力が小さいため、駆動電圧は低減しなければなら
ない。この場合、従来では、光導波路１１に対して低電
圧で電界を強く与えようとして、信号電極１２と接地電
極１３をできるだけ接近させて、ギャップＳを狭くして
いた（従来のギャップＳ≒３０μｍ）。
る駆動では、光変調装置を駆動するためのドライバアン
プの出力が小さいため、駆動電圧は低減しなければなら
ない。この場合、従来では、光導波路１１に対して低電
圧で電界を強く与えようとして、信号電極１２と接地電
極１３をできるだけ接近させて、ギャップＳを狭くして
いた（従来のギャップＳ≒３０μｍ）。
【００２０】ところが、ギャップＳを狭くしてマイクロ
波を入力すると、導体損のために、マイクロ波の高周波
成分の損失が増大するため（高周波が通らなくなる）、
光の広帯域化が阻まれてしまう。したがって、このギャ
ップＳを狭くした状態で変調帯域を確保しようとする
と、高周波成分損失の低減化のため、今度は作用長Ｌを
短くする必要がでてくるが、作用長Ｌが短いと光の位相
変化は小さくなるため、駆動電圧を大きくしなければな
らないといった矛盾が生じてしまう。
波を入力すると、導体損のために、マイクロ波の高周波
成分の損失が増大するため（高周波が通らなくなる）、
光の広帯域化が阻まれてしまう。したがって、このギャ
ップＳを狭くした状態で変調帯域を確保しようとする
と、高周波成分損失の低減化のため、今度は作用長Ｌを
短くする必要がでてくるが、作用長Ｌが短いと光の位相
変化は小さくなるため、駆動電圧を大きくしなければな
らないといった矛盾が生じてしまう。
【００２１】図３は光変調装置に対する従来の問題点を
示す図である。 〔Ｓ１〕従来では、まず、駆動電圧を小さくしようとす
る。 〔Ｓ２〕駆動電圧を小さくした分、光導波路１１に強い
電界を与えるために、ギャップＳを狭くする。 〔Ｓ３〕ギャップＳが狭いと導体損の影響が大きくなる
ため、高周波の損質が大きくなる。 〔Ｓ４〕導体損の影響を小さくするため、作用長Ｌを短
くする。 〔Ｓ５〕作用長Ｌが短いため、光の位相変化が小さくな
ってしまう。 〔Ｓ６〕光の位相変化を大きくするため、駆動電圧を大
きくしなければならず、ステップＳ１と矛盾が生じる。
示す図である。 〔Ｓ１〕従来では、まず、駆動電圧を小さくしようとす
る。 〔Ｓ２〕駆動電圧を小さくした分、光導波路１１に強い
電界を与えるために、ギャップＳを狭くする。 〔Ｓ３〕ギャップＳが狭いと導体損の影響が大きくなる
ため、高周波の損質が大きくなる。 〔Ｓ４〕導体損の影響を小さくするため、作用長Ｌを短
くする。 〔Ｓ５〕作用長Ｌが短いため、光の位相変化が小さくな
ってしまう。 〔Ｓ６〕光の位相変化を大きくするため、駆動電圧を大
きくしなければならず、ステップＳ１と矛盾が生じる。
【００２２】このように、従来の光デバイス（特に４０
Ｇｂ／ｓ以上の高速光デバイス）の設計方針では、最適
な装置を開発することが困難であった。本発明では、光
変調デバイスに対する、これらパラメータの最適範囲を
見つけて、従来と比べて、ギャップＳ及び作用長Ｌを伸
ばすことで、駆動電圧及びマイクロ波の高周波成分損失
を低減化して、高速・高性能化を実現した光変調装置１
０を提供するものである。
Ｇｂ／ｓ以上の高速光デバイス）の設計方針では、最適
な装置を開発することが困難であった。本発明では、光
変調デバイスに対する、これらパラメータの最適範囲を
見つけて、従来と比べて、ギャップＳ及び作用長Ｌを伸
ばすことで、駆動電圧及びマイクロ波の高周波成分損失
を低減化して、高速・高性能化を実現した光変調装置１
０を提供するものである。
【００２３】次にドライバアンプの出力が最大２Ｖの場
合を想定し、駆動電圧が２Ｖ以下で４０Ｇｂ／ｓ以上
（４０〜４３．５Ｇｂ／ｓ）の光変調動作を行う、本発
明の光変調装置１０の具体的な設計方法について、図４
〜図２２を用いて説明する。
合を想定し、駆動電圧が２Ｖ以下で４０Ｇｂ／ｓ以上
（４０〜４３．５Ｇｂ／ｓ）の光変調動作を行う、本発
明の光変調装置１０の具体的な設計方法について、図４
〜図２２を用いて説明する。
【００２４】図４は信号電極１２の単位長さあたりのマ
イクロ波の減衰量とギャップＳとの関係を示す図であ
る。縦軸にマイクロ波の減衰量[ｄＢ／（ＧＨｚ）1/2／
ｃｍ]、横軸にギャップＳ[μｍ]をとる。図５は駆動電
圧×作用長ＬとギャップＳとの関係を示す図である。縦
軸に駆動電圧×作用長（＝Ｖπ・Ｌ）[Ｖ・ｃｍ]をと
り、横軸にギャップＳ[μｍ]をとる。なお、Ｖπとは半
波長電圧と呼ばれ、光導波路１１内の伝搬する光の位相
をπだけ変化させるのに必要な電圧を示す。
イクロ波の減衰量とギャップＳとの関係を示す図であ
る。縦軸にマイクロ波の減衰量[ｄＢ／（ＧＨｚ）1/2／
ｃｍ]、横軸にギャップＳ[μｍ]をとる。図５は駆動電
圧×作用長ＬとギャップＳとの関係を示す図である。縦
軸に駆動電圧×作用長（＝Ｖπ・Ｌ）[Ｖ・ｃｍ]をと
り、横軸にギャップＳ[μｍ]をとる。なお、Ｖπとは半
波長電圧と呼ばれ、光導波路１１内の伝搬する光の位相
をπだけ変化させるのに必要な電圧を示す。
【００２５】図４から、ギャップＳが大きくなるほど、
マイクロ波の減衰量が小さくなり、図５から、ギャップ
Ｓが大きくなるほど駆動電圧が大きくなることがわか
る。すなわち、マイクロ波の減衰量を小さくしようとし
て、ギャップＳを大きくしようとすると、駆動電圧が大
きくなってしまうといった不都合な関係がある。
マイクロ波の減衰量が小さくなり、図５から、ギャップ
Ｓが大きくなるほど駆動電圧が大きくなることがわか
る。すなわち、マイクロ波の減衰量を小さくしようとし
て、ギャップＳを大きくしようとすると、駆動電圧が大
きくなってしまうといった不都合な関係がある。
【００２６】一方、マイクロ波の減衰量を一定とした場
合（例えば、−６ｄＢの帯域を４０ＧＨｚでとれるよう
にした場合）、作用長ＬとギャップＳとの関係を調べる
と、図６のようになる。図６はマイクロ波の減衰量を一
定（変調帯域を一定）とした場合の作用長Ｌとギャップ
Ｓとの関係を示す図である。縦軸に作用長Ｌ[ｍｍ]、横
軸にＳ[μｍ]をとる。
合（例えば、−６ｄＢの帯域を４０ＧＨｚでとれるよう
にした場合）、作用長ＬとギャップＳとの関係を調べる
と、図６のようになる。図６はマイクロ波の減衰量を一
定（変調帯域を一定）とした場合の作用長Ｌとギャップ
Ｓとの関係を示す図である。縦軸に作用長Ｌ[ｍｍ]、横
軸にＳ[μｍ]をとる。
【００２７】ここで、図４と図６から、マイクロ波の減
衰量を小さくする場合には、ギャップＳを広げ、広げた
ギャップＳに応じた作用長Ｌをとれば（長くすれば）よ
いことがわかる。例えば、図４でマイクロ波の減衰量を
０．２→０．１の半分にしようとした場合、そのときの
ギャップＳの値は４０→６０であるから、このギャップ
Ｓの値で図６を見ると、作用長Ｌは３３→８２となる
（マイクロ波の減衰量を半分にするのならギャップＳを
約１．５倍広げ、作用長Ｌは約２倍長くすればよい）。
衰量を小さくする場合には、ギャップＳを広げ、広げた
ギャップＳに応じた作用長Ｌをとれば（長くすれば）よ
いことがわかる。例えば、図４でマイクロ波の減衰量を
０．２→０．１の半分にしようとした場合、そのときの
ギャップＳの値は４０→６０であるから、このギャップ
Ｓの値で図６を見ると、作用長Ｌは３３→８２となる
（マイクロ波の減衰量を半分にするのならギャップＳを
約１．５倍広げ、作用長Ｌは約２倍長くすればよい）。
【００２８】図７は図６に示す作用長Ｌにもとづく駆動
電圧とギャップＳとの関係を示す図である。縦軸に駆動
電圧[Ｖ]、横軸にＳ[μｍ]をとる。図７から、作用長Ｌ
を長くした信号電極１２では、ギャップＳが大きくなる
ほど駆動電圧が小さくなることがわかる。
電圧とギャップＳとの関係を示す図である。縦軸に駆動
電圧[Ｖ]、横軸にＳ[μｍ]をとる。図７から、作用長Ｌ
を長くした信号電極１２では、ギャップＳが大きくなる
ほど駆動電圧が小さくなることがわかる。
【００２９】ここで、ギャップＳと作用長Ｌとの関係か
ら見た従来と本発明との差異について図８、図９を用い
て説明する。図８は従来のギャップＳと作用長Ｌとの関
係を示す図である。 〔Ｓ１１〕ギャップＳを狭くする。 〔Ｓ１２〕ギャップＳが狭いと、高周波損失が大きくな
るが、駆動電圧は小さくできる。 〔Ｓ１３〕高周波損失を小さくするために、作用長Ｌを
短くする。 〔Ｓ１４〕作用長Ｌを短くしたため、高周波損失は小さ
くすることができるが、光の位相変化が減少するため、
駆動電圧は大きくしなければならないといった問題が発
生する。
ら見た従来と本発明との差異について図８、図９を用い
て説明する。図８は従来のギャップＳと作用長Ｌとの関
係を示す図である。 〔Ｓ１１〕ギャップＳを狭くする。 〔Ｓ１２〕ギャップＳが狭いと、高周波損失が大きくな
るが、駆動電圧は小さくできる。 〔Ｓ１３〕高周波損失を小さくするために、作用長Ｌを
短くする。 〔Ｓ１４〕作用長Ｌを短くしたため、高周波損失は小さ
くすることができるが、光の位相変化が減少するため、
駆動電圧は大きくしなければならないといった問題が発
生する。
【００３０】図９は本発明のギャップＳと作用長Ｌとの
関係を示す図である。 〔Ｓ２１〕マイクロ波の減衰量を一定となるようにした
場合の作用長ＬとギャップＳとの関係を求めた図６に示
したグラフにもとづき、ギャップＳを広げる。また、こ
のとき、ギャップＳに応じて作用長Ｌを伸ばす。 〔Ｓ２２〕ギャップＳのみを広げた場合では、高周波損
失は小さくなるが、駆動電圧は大きくしなければならな
い。また、作用長Ｌのみを伸ばした場合では、高周波損
失は大きくなるが、駆動電圧は小さくできる。 〔Ｓ２３〕ステップＳ２１のように、ギャップＳを広
げ、作用長Ｌを伸ばすことにより、高周波の損失を低減
し（∵図４、図６）、駆動電圧を低減させる（∵図
７）。
関係を示す図である。 〔Ｓ２１〕マイクロ波の減衰量を一定となるようにした
場合の作用長ＬとギャップＳとの関係を求めた図６に示
したグラフにもとづき、ギャップＳを広げる。また、こ
のとき、ギャップＳに応じて作用長Ｌを伸ばす。 〔Ｓ２２〕ギャップＳのみを広げた場合では、高周波損
失は小さくなるが、駆動電圧は大きくしなければならな
い。また、作用長Ｌのみを伸ばした場合では、高周波損
失は大きくなるが、駆動電圧は小さくできる。 〔Ｓ２３〕ステップＳ２１のように、ギャップＳを広
げ、作用長Ｌを伸ばすことにより、高周波の損失を低減
し（∵図４、図６）、駆動電圧を低減させる（∵図
７）。
【００３１】このように、本発明では、駆動電圧を低減
させるために、従来のようにギャップＳを狭くするとこ
ろからスタートするのではなく、ギャップＳを広げ、か
つ作用長Ｌを伸ばすことにより、駆動電圧及びマイクロ
波の高周波成分損失の低減化を実現するものである。
させるために、従来のようにギャップＳを狭くするとこ
ろからスタートするのではなく、ギャップＳを広げ、か
つ作用長Ｌを伸ばすことにより、駆動電圧及びマイクロ
波の高周波成分損失の低減化を実現するものである。
【００３２】次にギャップＳを広げ、かつ作用長Ｌを伸
ばして光変調装置１０を構成する際の、前提条件（反射
における特性インピーダンスＺ０の範囲、光とマイクロ
波の位相の整合）について説明する。最初に、マイクロ
波の反射における信号電極１２の特性インピーダンスＺ
０の範囲について説明する。
ばして光変調装置１０を構成する際の、前提条件（反射
における特性インピーダンスＺ０の範囲、光とマイクロ
波の位相の整合）について説明する。最初に、マイクロ
波の反射における信号電極１２の特性インピーダンスＺ
０の範囲について説明する。
【００３３】信号電極１２上をマイクロ波が伝搬する
際、信号電極１２上には定在波（進行波と反射波が伝送
路上で干渉して見かけ上移動しない波）が発生する。す
ると、送出電力の一部が戻る反射が生じ、光変調装置１
０へ信号を入力する入力回路へ悪影響を与える場合があ
る。これを防ぐため、マイクロ波の反射は−２０ｄＢ以
下にすることが要求される。
際、信号電極１２上には定在波（進行波と反射波が伝送
路上で干渉して見かけ上移動しない波）が発生する。す
ると、送出電力の一部が戻る反射が生じ、光変調装置１
０へ信号を入力する入力回路へ悪影響を与える場合があ
る。これを防ぐため、マイクロ波の反射は−２０ｄＢ以
下にすることが要求される。
【００３４】図１０はマイクロ波反射と特性インピーダ
ンスＺ０の関係を示す図である。縦軸にマイクロ波反射
[ｄＢ]、横軸に信号電極１２の特性インピーダンスＺ０
[Ω]をとる。図からわかるように、マイクロ波の反射が
−２０ｄＢ以下となるには、特性インピーダンスＺ０を
約４５〜５５Ωの範囲にすればよい。
ンスＺ０の関係を示す図である。縦軸にマイクロ波反射
[ｄＢ]、横軸に信号電極１２の特性インピーダンスＺ０
[Ω]をとる。図からわかるように、マイクロ波の反射が
−２０ｄＢ以下となるには、特性インピーダンスＺ０を
約４５〜５５Ωの範囲にすればよい。
【００３５】次に光とマイクロ波の位相整合について説
明する。変調帯域を拡大するためには、光とマイクロ波
の位相を整合する必要がある。ＬＮの場合、光の実効屈
折率ｎｅｆｆ＝２．１５であるため、マイクロ波の実効
屈折率をこの値に合わせて、位相整合を行う。
明する。変調帯域を拡大するためには、光とマイクロ波
の位相を整合する必要がある。ＬＮの場合、光の実効屈
折率ｎｅｆｆ＝２．１５であるため、マイクロ波の実効
屈折率をこの値に合わせて、位相整合を行う。
【００３６】したがって、特性インピーダンスＺ０＝４
５〜５５Ωの範囲で、マイクロ波の実効屈折率を２．１
５となるように、リッジ高さＨｒ、接地電極厚Ｈｇ、ギ
ャップＳの関係を求めることになる。
５〜５５Ωの範囲で、マイクロ波の実効屈折率を２．１
５となるように、リッジ高さＨｒ、接地電極厚Ｈｇ、ギ
ャップＳの関係を求めることになる。
【００３７】図１１〜図１３はマイクロ波の実効屈折率
ｎｅｆｆとギャップＳとの関係を示す図である（有限要
素法により算出）。縦軸に実効屈折率ｎｅｆｆ、横軸に
ギャップＳ[μｍ]をとる。図１１〜図１３はそれぞれ、
接地電極厚Ｈｇ＝４、１６、２８μｍの場合を示す。ま
た、リッジ高さＨｒに対し、Ｈｒ１〜Ｈｒ３はそれぞ
れ、６、８、１０μｍである。
ｎｅｆｆとギャップＳとの関係を示す図である（有限要
素法により算出）。縦軸に実効屈折率ｎｅｆｆ、横軸に
ギャップＳ[μｍ]をとる。図１１〜図１３はそれぞれ、
接地電極厚Ｈｇ＝４、１６、２８μｍの場合を示す。ま
た、リッジ高さＨｒに対し、Ｈｒ１〜Ｈｒ３はそれぞ
れ、６、８、１０μｍである。
【００３８】図１４〜図１６は特性インピーダンスＺ０
とギャップＳとの関係を示す図である（有限要素法によ
り算出）。縦軸に特性インピーダンスＺ０[Ω]、横軸に
ギャップＳ[μｍ]をとる。図１４〜図１６はそれぞれ、
接地電極厚Ｈｇ＝４、１６、２８μｍの場合を示す。ま
た、リッジ高さＨｒに対し、Ｈｒ１〜Ｈｒ３はそれぞ
れ、６、８、１０μｍである。
とギャップＳとの関係を示す図である（有限要素法によ
り算出）。縦軸に特性インピーダンスＺ０[Ω]、横軸に
ギャップＳ[μｍ]をとる。図１４〜図１６はそれぞれ、
接地電極厚Ｈｇ＝４、１６、２８μｍの場合を示す。ま
た、リッジ高さＨｒに対し、Ｈｒ１〜Ｈｒ３はそれぞ
れ、６、８、１０μｍである。
【００３９】図１７はギャップＳと接地電極厚Ｈｇとの
関係を示す図である。縦軸にギャップＳ[μｍ]、横軸に
接地電極厚Ｈｇ[μｍ]をとる。また、リッジ高さＨｒに
対し、Ｈｒ１〜Ｈｒ３はそれぞれ、６、８、１０μｍで
ある。
関係を示す図である。縦軸にギャップＳ[μｍ]、横軸に
接地電極厚Ｈｇ[μｍ]をとる。また、リッジ高さＨｒに
対し、Ｈｒ１〜Ｈｒ３はそれぞれ、６、８、１０μｍで
ある。
【００４０】図１７は実効屈折率ｎｅｆｆ＝２．１５と
なる場合の図１１〜図１３のデータを変換した図である
（第１の関係の図）。この図に対し、例えば、Ｈｒ＝８
μｍ（＝Ｈｒ２）、Ｈｇ＝３３μｍの場合には、Ｓ＝５
０μｍでｎｅｆｆ＝２．１５となり、位相整合ができ
る。
なる場合の図１１〜図１３のデータを変換した図である
（第１の関係の図）。この図に対し、例えば、Ｈｒ＝８
μｍ（＝Ｈｒ２）、Ｈｇ＝３３μｍの場合には、Ｓ＝５
０μｍでｎｅｆｆ＝２．１５となり、位相整合ができ
る。
【００４１】図１８はギャップＳと接地電極厚Ｈｇとの
関係を示す図である。縦軸にギャップＳ[μｍ]、横軸に
接地電極厚Ｈｇ[μｍ]をとる。また、リッジ高さＨｒに
対し、Ｈｒ１〜Ｈｒ３はそれぞれ、６、８、１０μｍで
ある。図１８は特性インピーダンスＺ０＝４５Ωとなる
場合の図１４〜図１６のデータを変換した図である（第
２の関係の図）。
関係を示す図である。縦軸にギャップＳ[μｍ]、横軸に
接地電極厚Ｈｇ[μｍ]をとる。また、リッジ高さＨｒに
対し、Ｈｒ１〜Ｈｒ３はそれぞれ、６、８、１０μｍで
ある。図１８は特性インピーダンスＺ０＝４５Ωとなる
場合の図１４〜図１６のデータを変換した図である（第
２の関係の図）。
【００４２】図１９はギャップＳと接地電極厚Ｈｇとの
関係を示す図である。縦軸にギャップＳ[μｍ]、横軸に
接地電極厚Ｈｇ[μｍ]をとる。また、リッジ高さＨｒに
対し、Ｈｒ２、Ｈｒ３はそれぞれ、８、１０μｍであ
る。図１９は特性インピーダンスＺ０＝５５Ωとなる場
合の図１４〜図１６のデータを変換した図である（第２
の関係の図）。
関係を示す図である。縦軸にギャップＳ[μｍ]、横軸に
接地電極厚Ｈｇ[μｍ]をとる。また、リッジ高さＨｒに
対し、Ｈｒ２、Ｈｒ３はそれぞれ、８、１０μｍであ
る。図１９は特性インピーダンスＺ０＝５５Ωとなる場
合の図１４〜図１６のデータを変換した図である（第２
の関係の図）。
【００４３】図１８、図１９に対し、例えば、Ｈｒ＝１
０μｍ（＝Ｈｒ３）、Ｈｇ＝２５μｍの場合には、Ｓ＝
４２〜６５μｍでＺ０＝４５〜５５Ωとなり、反射を−
２０ｄＢ以下にできる。
０μｍ（＝Ｈｒ３）、Ｈｇ＝２５μｍの場合には、Ｓ＝
４２〜６５μｍでＺ０＝４５〜５５Ωとなり、反射を−
２０ｄＢ以下にできる。
【００４４】次に図１７と図１８から実効屈折率ｎｅｆ
ｆ＝２．１５で特性インピーダンスＺ０＝４５Ωの場
合、図１７と図１９から実効屈折率ｎｅｆｆ＝２．１５
で特性インピーダンスＺ０＝５５Ωの場合に関するグラ
フを作成する。
ｆ＝２．１５で特性インピーダンスＺ０＝４５Ωの場
合、図１７と図１９から実効屈折率ｎｅｆｆ＝２．１５
で特性インピーダンスＺ０＝５５Ωの場合に関するグラ
フを作成する。
【００４５】図２０は実効屈折率ｎｅｆｆ＝２．１５の
場合の特性インピーダンスＺ０＝４５〜５５Ωを満たす
ギャップＳと接地電極厚Ｈｇとの関係を示す図である。
縦軸にギャップＳ[μｍ]、横軸に接地電極厚Ｈｇ[μｍ]
をとる。
場合の特性インピーダンスＺ０＝４５〜５５Ωを満たす
ギャップＳと接地電極厚Ｈｇとの関係を示す図である。
縦軸にギャップＳ[μｍ]、横軸に接地電極厚Ｈｇ[μｍ]
をとる。
【００４６】図の条件範囲２０内が実効屈折率ｎｅｆｆ
＝２．１５で、特性インピーダンスＺ０＝４５〜５５Ω
を満たす範囲である。したがって、この条件範囲２０内
で、ギャップＳ、作用長Ｌ、駆動電圧、接地電極厚Ｈｇ
の最適値を求めることになる。
＝２．１５で、特性インピーダンスＺ０＝４５〜５５Ω
を満たす範囲である。したがって、この条件範囲２０内
で、ギャップＳ、作用長Ｌ、駆動電圧、接地電極厚Ｈｇ
の最適値を求めることになる。
【００４７】図２１は本発明のギャップＳ、接地電極厚
Ｈｇ、駆動電圧の関係を示す図である。縦軸にギャップ
Ｓ[μｍ]と駆動電圧[Ｖ]、横軸に接地電極厚Ｈｇ[μｍ]
をとる。図２２は本発明のギャップＳ、接地電極厚Ｈ
ｇ、作用長Ｌの関係を示す図である。縦軸にギャップＳ
[μｍ]、横軸に接地電極厚Ｈｇ[μｍ]をとる。
Ｈｇ、駆動電圧の関係を示す図である。縦軸にギャップ
Ｓ[μｍ]と駆動電圧[Ｖ]、横軸に接地電極厚Ｈｇ[μｍ]
をとる。図２２は本発明のギャップＳ、接地電極厚Ｈ
ｇ、作用長Ｌの関係を示す図である。縦軸にギャップＳ
[μｍ]、横軸に接地電極厚Ｈｇ[μｍ]をとる。
【００４８】ここで、ギャップＳが５０μｍ以上で、駆
動電圧が１．７Ｖ以下の範囲２１（太実線で囲まれた範
囲）を用いて、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行う光変調
装置１０の各パラメータの値を決める。
動電圧が１．７Ｖ以下の範囲２１（太実線で囲まれた範
囲）を用いて、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行う光変調
装置１０の各パラメータの値を決める。
【００４９】本発明では、範囲２１に対し、駆動電圧が
１．６Ｖ以下で、ギャップＳが５６μｍ以上、接地電極
１３の厚さＨｇが１１μｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓの光変
調装置１０を設計する。または、範囲２１に対し、駆動
電圧が１．５Ｖ以下で、ギャップＳが６２μｍ以上、接
地電極１３の厚さＨｇが２８μｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓ
の光変調装置１０を設計する。
１．６Ｖ以下で、ギャップＳが５６μｍ以上、接地電極
１３の厚さＨｇが１１μｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓの光変
調装置１０を設計する。または、範囲２１に対し、駆動
電圧が１．５Ｖ以下で、ギャップＳが６２μｍ以上、接
地電極１３の厚さＨｇが２８μｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓ
の光変調装置１０を設計する。
【００５０】ただし、接地電極１３の厚さＨｇは、製造
プロセス上の制限として、上限値を５０μｍとする、な
お、従来の光変調装置の各パラメータが存在していた位
置Ｐを図２１、図２２に示す。従来と比べて、本発明で
は、駆動電圧は低く、ギャップＳは広く、作用長Ｌは長
く、接地電極厚Ｈｇは厚いことがわかる。
プロセス上の制限として、上限値を５０μｍとする、な
お、従来の光変調装置の各パラメータが存在していた位
置Ｐを図２１、図２２に示す。従来と比べて、本発明で
は、駆動電圧は低く、ギャップＳは広く、作用長Ｌは長
く、接地電極厚Ｈｇは厚いことがわかる。
【００５１】次に従来と本発明の光変調装置に対する断
面構造の違いについて示す。図２３は従来の断面構造を
示す図である。なお、各構成部の説明は上述したので、
断面構造の異なる点のみ説明する。
面構造の違いについて示す。図２３は従来の断面構造を
示す図である。なお、各構成部の説明は上述したので、
断面構造の異なる点のみ説明する。
【００５２】従来の断面構造１００では、ギャップＳ’
は狭く、接地電極１３ａの厚さＨｇ’は薄い構造であ
る。一方、図２で上述した本発明の断面構造では、ギャ
ップＳは広く、接地電極１３の厚さＨｇは厚い構造であ
る。すなわち、Ｓ’＜Ｓ、Ｈｇ’＜Ｈｇである。
は狭く、接地電極１３ａの厚さＨｇ’は薄い構造であ
る。一方、図２で上述した本発明の断面構造では、ギャ
ップＳは広く、接地電極１３の厚さＨｇは厚い構造であ
る。すなわち、Ｓ’＜Ｓ、Ｈｇ’＜Ｈｇである。
【００５３】次に本発明の光変調装置に対し、シングル
電極構造の場合について説明する。上記の説明ではデュ
アル電極構造について説明したが、シングル電極構造の
場合にも本発明を適用できる。
電極構造の場合について説明する。上記の説明ではデュ
アル電極構造について説明したが、シングル電極構造の
場合にも本発明を適用できる。
【００５４】図２４はシングル電極構造の光変調装置の
平面図である。断面図は省略する。光変調装置１０ａ
は、ＬＮ結晶基板上に、光導波路１１を形成し、光導波
路１１の近傍には１つの信号電極１２が形成され、信号
電極１２の両側に接地電極１３が形成される。なお、そ
の他は同様なので説明は省略する。
平面図である。断面図は省略する。光変調装置１０ａ
は、ＬＮ結晶基板上に、光導波路１１を形成し、光導波
路１１の近傍には１つの信号電極１２が形成され、信号
電極１２の両側に接地電極１３が形成される。なお、そ
の他は同様なので説明は省略する。
【００５５】以上説明したように、本発明によれば、ギ
ャップＳを広げ、作用長Ｌを伸ばすことにより、駆動電
圧及びマイクロ波の高周波成分損失の低減化を図ること
ができ、高速で高品質の光変調装置を実現することが可
能になる。
ャップＳを広げ、作用長Ｌを伸ばすことにより、駆動電
圧及びマイクロ波の高周波成分損失の低減化を図ること
ができ、高速で高品質の光変調装置を実現することが可
能になる。
【００５６】（付記１） 電気光学効果を有する結晶基
板上に形成された光導波路と、前記光導波路の近傍に形
成された信号電極と、前記信号電極の両側に形成された
接地電極と、から構成される光変調装置であって、前記
信号電極の特性インピーダンスの範囲をマイクロ波の反
射が一定値以下となるように定め、光とマイクロ波の位
相を整合した場合に、前記信号電極と前記接地電極のギ
ャップが５０μｍ以上、かつ前記信号電極の作用長が５
０ｍｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行うことを
特徴とする光変調装置。
板上に形成された光導波路と、前記光導波路の近傍に形
成された信号電極と、前記信号電極の両側に形成された
接地電極と、から構成される光変調装置であって、前記
信号電極の特性インピーダンスの範囲をマイクロ波の反
射が一定値以下となるように定め、光とマイクロ波の位
相を整合した場合に、前記信号電極と前記接地電極のギ
ャップが５０μｍ以上、かつ前記信号電極の作用長が５
０ｍｍ以上で、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行うことを
特徴とする光変調装置。
【００５７】（付記２） 駆動電圧が１．６Ｖ以下で、
前記ギャップが５６μｍ以上、前記接地電極の厚さが１
１μｍ以上であることを特徴とする付記１記載の光変調
装置。
前記ギャップが５６μｍ以上、前記接地電極の厚さが１
１μｍ以上であることを特徴とする付記１記載の光変調
装置。
【００５８】（付記３） 駆動電圧が１．５Ｖ以下で、
前記ギャップが６２μｍ以上、前記接地電極の厚さが２
８μｍ以上であることを特徴とする付記１記載の光変調
装置。
前記ギャップが６２μｍ以上、前記接地電極の厚さが２
８μｍ以上であることを特徴とする付記１記載の光変調
装置。
【００５９】（付記４） 前記接地電極の厚さが５０μ
ｍ以下であることを特徴とする付記１記載の光変調装
置。 （付記５） 前記信号電極は、デュアル電極またはシン
グル電極の形状であることを特徴とする付記１記載の光
変調装置。
ｍ以下であることを特徴とする付記１記載の光変調装
置。 （付記５） 前記信号電極は、デュアル電極またはシン
グル電極の形状であることを特徴とする付記１記載の光
変調装置。
【００６０】（付記６） 光変調を行って電気信号を光
信号に変換する光変調装置の設計方法において、マイク
ロ波の反射が一定値以下となる特性インピーダンスの許
容範囲を求め、前記マイクロ波の実効屈折率を光の実効
屈折率に一致させて位相整合を行い、前記位相整合を行
った場合の、信号電極と接地電極間のギャップと前記接
地電極の厚さとの第１の関係を求め、前記許容範囲内で
の前記ギャップと前記接地電極の厚さとの第２の関係を
求め、前記第１の関係及び前記第２の関係から、前記許
容範囲内でかつ前記位相整合した場合で、前記ギャップ
と前記接地電極の厚さとの関係を定める条件範囲を求
め、前記条件範囲内に、前記駆動電圧及び前記信号電極
の作用長をプロットし、前記駆動電圧及び前記マイクロ
波の高周波成分損失の低減化を図るために、前記ギャッ
プを広げて、かつ前記作用長を伸ばしたときの、前記ギ
ャップと、前記作用長と、前記駆動電圧と、前記接地電
極の厚さとの最適な値を求めることを特徴とする光変調
装置の設計方法。
信号に変換する光変調装置の設計方法において、マイク
ロ波の反射が一定値以下となる特性インピーダンスの許
容範囲を求め、前記マイクロ波の実効屈折率を光の実効
屈折率に一致させて位相整合を行い、前記位相整合を行
った場合の、信号電極と接地電極間のギャップと前記接
地電極の厚さとの第１の関係を求め、前記許容範囲内で
の前記ギャップと前記接地電極の厚さとの第２の関係を
求め、前記第１の関係及び前記第２の関係から、前記許
容範囲内でかつ前記位相整合した場合で、前記ギャップ
と前記接地電極の厚さとの関係を定める条件範囲を求
め、前記条件範囲内に、前記駆動電圧及び前記信号電極
の作用長をプロットし、前記駆動電圧及び前記マイクロ
波の高周波成分損失の低減化を図るために、前記ギャッ
プを広げて、かつ前記作用長を伸ばしたときの、前記ギ
ャップと、前記作用長と、前記駆動電圧と、前記接地電
極の厚さとの最適な値を求めることを特徴とする光変調
装置の設計方法。
【００６１】（付記７） ４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を
行う前記光変調装置に対して、前記作用長が５０ｍｍ以
上、前記ギャップが５０μｍ以上で設計することを特徴
とする付記６記載の光変調装置の設計方法。
行う前記光変調装置に対して、前記作用長が５０ｍｍ以
上、前記ギャップが５０μｍ以上で設計することを特徴
とする付記６記載の光変調装置の設計方法。
【００６２】（付記８） 前記作用長が５０ｍｍ以上、
前記駆動電圧が１．６Ｖ以下、前記ギャップが５６μｍ
以上、前記接地電極の厚さが１１μｍ以上で設計するこ
とを特徴とする付記７記載の光変調装置の設計方法。
前記駆動電圧が１．６Ｖ以下、前記ギャップが５６μｍ
以上、前記接地電極の厚さが１１μｍ以上で設計するこ
とを特徴とする付記７記載の光変調装置の設計方法。
【００６３】（付記９） 前記作用長が５０ｍｍ以上、
前記駆動電圧が１．５Ｖ以下、前記ギャップが６２μｍ
以上、前記接地電極の厚さが２８μｍ以上で設計するこ
とを特徴とする付記７記載の光変調装置の設計方法。
前記駆動電圧が１．５Ｖ以下、前記ギャップが６２μｍ
以上、前記接地電極の厚さが２８μｍ以上で設計するこ
とを特徴とする付記７記載の光変調装置の設計方法。
【００６４】（付記１０） 前記接地電極の厚さが５０
μｍ以下で設計することを特徴とする付記７記載の光変
調装置の設計方法。 （付記１１） 前記信号電極を、デュアル電極またはシ
ングル電極の形状で設計することを特徴とする付記７記
載の光変調装置の設計方法。
μｍ以下で設計することを特徴とする付記７記載の光変
調装置の設計方法。 （付記１１） 前記信号電極を、デュアル電極またはシ
ングル電極の形状で設計することを特徴とする付記７記
載の光変調装置の設計方法。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光変調装
置は、信号電極の特性インピーダンスの範囲をマイクロ
波の反射が一定値以下となるように定め、光とマイクロ
波の位相を整合した場合に、信号電極と接地電極のギャ
ップが５０μｍ以上、かつ信号電極の作用長が５０ｍｍ
以上で、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行う構成とした。
これにより、低減化された駆動電圧で、十分な変調帯域
を確保することができるので、高速・高性能の光変調を
行うことが可能になる。
置は、信号電極の特性インピーダンスの範囲をマイクロ
波の反射が一定値以下となるように定め、光とマイクロ
波の位相を整合した場合に、信号電極と接地電極のギャ
ップが５０μｍ以上、かつ信号電極の作用長が５０ｍｍ
以上で、４０Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行う構成とした。
これにより、低減化された駆動電圧で、十分な変調帯域
を確保することができるので、高速・高性能の光変調を
行うことが可能になる。
【００６６】また、本発明の光変調装置の設計方法で
は、駆動電圧及びマイクロ波の高周波成分損失の低減化
を図るために、ギャップを広げ、かつ作用長を伸ばして
光変調装置を設計することとした。これにより、低減化
された駆動電圧で、十分な変調帯域を確保する高速・高
性能の光変調装置を設計することが可能になる。
は、駆動電圧及びマイクロ波の高周波成分損失の低減化
を図るために、ギャップを広げ、かつ作用長を伸ばして
光変調装置を設計することとした。これにより、低減化
された駆動電圧で、十分な変調帯域を確保する高速・高
性能の光変調装置を設計することが可能になる。
【図１】本発明の光変調装置の平面図である。
【図２】光変調装置のＡ部の断面図である。
【図３】光変調装置に対する従来の問題点を示す図であ
る。
る。
【図４】信号電極の単位長さあたりのマイクロ波の減衰
量とギャップとの関係を示す図である。
量とギャップとの関係を示す図である。
【図５】駆動電圧×作用長とギャップとの関係を示す図
である。
である。
【図６】マイクロ波の減衰量を一定（変調帯域を一定）
とした場合の作用長とギャップとの関係を示す図であ
る。
とした場合の作用長とギャップとの関係を示す図であ
る。
【図７】図６に示す作用長にもとづく駆動電圧とギャッ
プとの関係を示す図である。
プとの関係を示す図である。
【図８】従来のギャップと作用長との関係を示す図であ
る。
る。
【図９】本発明のギャップと作用長との関係を示す図で
ある。
ある。
【図１０】マイクロ波反射と特性インピーダンスの関係
を示す図である。
を示す図である。
【図１１】マイクロ波の実効屈折率とギャップとの関係
を示す図である。
を示す図である。
【図１２】マイクロ波の実効屈折率とギャップとの関係
を示す図である。
を示す図である。
【図１３】マイクロ波の実効屈折率とギャップとの関係
を示す図である。
を示す図である。
【図１４】特性インピーダンスとギャップとの関係を示
す図である。
す図である。
【図１５】特性インピーダンスとギャップとの関係を示
す図である。
す図である。
【図１６】特性インピーダンスとギャップとの関係を示
す図である。
す図である。
【図１７】ギャップと接地電極厚との関係を示す図であ
る。
る。
【図１８】ギャップと接地電極厚との関係を示す図であ
る。
る。
【図１９】ギャップと接地電極厚との関係を示す図であ
る。
る。
【図２０】実効屈折率ｎｅｆｆ＝２．１５の場合の特性
インピーダンスＺ０＝４５〜５５Ωを満たすギャップと
接地電極厚との関係を示す図である。
インピーダンスＺ０＝４５〜５５Ωを満たすギャップと
接地電極厚との関係を示す図である。
【図２１】本発明のギャップ、接地電極厚、駆動電圧の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図２２】本発明のギャップ、接地電極厚、作用長の関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図２３】従来の断面構造を示す図である。
【図２４】シングル電極構造の光変調装置の平面図であ
る
る
１０ 光変調装置
１１、１１ａ、１１ｂ 光導波路
１２ 信号電極
１３ 接地電極
Ｌ 作用長
Ｓａ、Ｓｂ 信号源
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA12 BA03 CA05 DA03
EA05 EB12 EB15 HA12 HA14
Claims (5)
- 【請求項１】 電気光学効果を有する結晶基板上に形成
された光導波路と、前記光導波路の近傍に形成された信
号電極と、前記信号電極の両側に形成された接地電極
と、から構成される光変調装置であって、 前記信号電極の特性インピーダンスの範囲をマイクロ波
の反射が一定値以下となるように定め、光とマイクロ波
の位相を整合した場合に、 前記信号電極と前記接地電極のギャップが５０μｍ以
上、かつ前記信号電極の作用長が５０ｍｍ以上で、４０
Ｇｂ／ｓ以上の光変調を行うことを特徴とする光変調装
置。 - 【請求項２】 駆動電圧が１．６Ｖ以下で、前記ギャッ
プが５６μｍ以上、前記接地電極の厚さが１１μｍ以上
であることを特徴とする請求項１記載の光変調装置。 - 【請求項３】 駆動電圧が１．５Ｖ以下で、前記ギャッ
プが６２μｍ以上、前記接地電極の厚さが２８μｍ以上
であることを特徴とする請求項１記載の光変調装置。 - 【請求項４】 前記信号電極は、デュアル電極またはシ
ングル電極の形状であることを特徴とする請求項１記載
の光変調装置。 - 【請求項５】 光変調を行って電気信号を光信号に変換
する光変調装置の設計方法において、 マイクロ波の反射が一定値以下となる特性インピーダン
スの許容範囲を求め、 前記マイクロ波の実効屈折率を光の実効屈折率に一致さ
せて位相整合を行い、 前記位相整合を行った場合の、信号電極と接地電極間の
ギャップと前記接地電極の厚さとの第１の関係を求め、 前記許容範囲内での前記ギャップと前記接地電極の厚さ
との第２の関係を求め、 前記第１の関係及び前記第２の関係から、前記許容範囲
内でかつ前記位相整合した場合で、前記ギャップと前記
接地電極の厚さとの関係を定める条件範囲を求め、 前記条件範囲内に、前記駆動電圧及び前記信号電極の作
用長をプロットし、 前記駆動電圧及び前記マイクロ波の高周波成分損失の低
減化を図るために、前記ギャップを広げて、かつ前記作
用長を伸ばしたときの、前記ギャップと、前記作用長
と、前記駆動電圧と、前記接地電極の厚さとの最適な値
を求めることを特徴とする光変調装置の設計方法。
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