JP2003530592A - 予め決められた周波数チャープを有する光変調器 - Google Patents

予め決められた周波数チャープを有する光変調器

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JP2003530592A
JP2003530592A JP2001574533A JP2001574533A JP2003530592A JP 2003530592 A JP2003530592 A JP 2003530592A JP 2001574533 A JP2001574533 A JP 2001574533A JP 2001574533 A JP2001574533 A JP 2001574533A JP 2003530592 A JP2003530592 A JP 2003530592A
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Abstract

(57)【要約】 予め決められた周波数チャープを有する変調光出力を生成する光変調器が、電気光学材料から成る２つの導波路アーム（３６，３８）に沿って伝播するように、変調される光信号を受信して２つの光信号に分離する光分離手段と；２つの光信号を受信して変調された光出力に結合する光結合手段とを備える。少なくとも一の電極ペア（４０，４２／４４）は各アーム（３６，３８）に関連し、印加された単一電気信号（Ｖmod）に応答して光信号の位相を逆位相で変調するように直列に結合されている。変調器は、一のアーム（３８）の電極ペア間の電気信号の大きさが他のアーム（３６）の電極ペア間のそれと異なるように単一電気信号（Ｖmod）の分割を変更して、それによって変調された光出力に予め決められた周波数チャープを付与するように、一のアーム（３８）の電極ペア（４２／４４）に接続された容量性要素（６０，６２）によって特徴付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め決められた周波数チャープを有する光変調器に関し、限定しな
いが、特に、光通信システムにおいて使用する予め決められた周波数チャープを
有する電気光学型マッハ‐ツェンダー光変調器又は方向結合器に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
公知のように、色分散は、例えば、光通信システムで使用される光ファイバの
ような導波媒体の基本的特性である。色分散によって、異なる波長は異なる速度
で伝播し、色分散は材料媒体の性質及び導波機構の両方に起因するものである。
【０００３】 通信システムでは、通信されるデジタル又はアナログデータのストリームの搬
送波における変調によって、搬送波の周波数を一又は二以上の側波帯へ分散させ
ることが基本である。従って、長い光ファイバにおける色分散は、側波帯が互い
に位相ずれを起こすようになって、距離と共にデータを漸進的に劣化させる。色
分散は、光ファイバ通信システムの動範囲及び／又は作動データ転送速度を制限
するデータパルスの広がり又は拡張効果を有する。
【０００４】 光通信では、(i)光源、通常は半導体レーザーの直接変調、(ii)光源を連続作
動する外部変調及び外部変調を用いて変調された光出力、を用いて、光の搬送を
変調することは公知である。直接変調においては、レーザーの駆動電流は変調さ
れ、それによって、光出力の所要強度変調及び関連光周波数変調を生成する活性
（アクティブ）領域の屈折率を変化させる。関連光周波数変調はチャープとして
知られる。定量的には、チャープパラメータαは次の式で定義される：
【数１】 ここで、Ｉは強度、∂φ/∂tは光学位相の変化率、∂Ｉ/∂tは強度の変化率で
ある。レーザーのチャープは、色分散に起因して、光通信における作動範囲及び
／又はデータ転送速度を制限する。半導体レーザーは通常強くチャープする傾向
があるので、特に長距離高ビット転送速度強度変調において電気−光学干渉変調
器を用いて、外部変調を用いるのが好ましい。外部変調、特にマッハ‐ツェンダ
ー変調器の特有の利点として、(i)それのチャープが低いか又はゼロ、(ii)それ
らがかなり高い変調周波数（100GHzを超えることが立証されている）で作動でき
る、(iii)その光／電圧特性は十分に規定され、偶数次数高調波ひずみ製品を排
除する奇数次数対称を有する、(iv)光源が高安定性パワーで連続作動するので、
その光源は高く、波長分割多重（ＷＤＭ）システムに理想的に適するようにさせ
るスペクトル純度を有する。
【０００５】 光変調器は、ゼロチャープで光信号を変調して、それによって光ファイバの色
分散の効果を最小にするが、長距離光ファイバ通信の作動範囲及び／又はデータ
転送速度（率）はやはり光分散によって制限される。この問題を克服し、最適な
システム性能を与えるために、変調器を用いて、ファイバ分散を補償するために
小さくかつ十分に制御された負のチャープを印加することが提案されてきた（IE
EE Photon.Technol.Lett.第３巻（１９９１年）に、グローク（A. H. Grauk）ら
によって発表された論文“調整可能チャープを有する光変調器を用いた分散ペナ
ルティ減少（Dispersion penalty reduction using optical modulators with a
djustable chirp）”を参照されたい）。変調器における全屈折率の増大によっ
て（高屈折率は増大した位相遅れと低周波数とにつながる遅い伝播につながる）
増大する輝度（光量）が光周波数ダウンシフトに結合するとき、及び、その逆の
ときに、負のチャープが得られる。負のチャープパラメータの最適値は、光ファ
イバの種類及び長さに依存し、通常、α＝-0.5から-1.0である。
【０００６】 負のチャープを付与する方法は変調器の種類に依存する。変調器は、固有に電
気吸収型又は電気反射型であるものとして広く特徴付けることができる。
【０００７】 電気吸収装置は、半導体材料のバンドギャップ近傍に材料の透明度の変化を利
用し、非線形特性を有する単純なＯＮ（オン）／ＯＦＦ（オフ）ゲートを提供す
る。光は逆バイアス接合領域に吸収されるので、高い光パワーでの暴走のポテン
シャルによって電気なだれにつながる傾向がある。電気吸収に関連す強力な電気
屈折効果があり、それは高い程度のチャープとなる。それらは高波長に特有であ
る。
【０００８】 電気光学変調器と称されることもある電気屈折変調器は、ある材料の特性であ
る電界誘起屈折率変化を利用する。比較的弱めの電気光学効果が蓄積できるよう
に、数ｃｍまでの距離に対して変調電界の近傍に光を閉じ込めるために、それら
電気屈折変調器は通常干渉計をもとにしており、モノリシック、プラナー、光導
波技術を利用することができる。光はＯＦＦ状態では吸収されないが、他のポー
トに再ルート決めされる。方向性結合器を含むこのクラスの光変調器は、変調器
についてだけでなく、光通信システムにおける光スイッチング及び信号処理につ
いても関心がある。
【０００９】 主な種類の電気光学変調器は、図１で模式的に示したようなマッハ‐ツェンダ
ー干渉計構造を用いる。マッハ‐ツェンダー光変調器は、同量の光が２つの導波
路アーム６，８に沿って通過するように入力４に付与し、また、光を結合して２
つの出力１２，１４のうちの一つに出力を生成する再結合器１０に付与するよう
に光を分離する光スプリッター２を備える。電気光学材料から成る各アーム６，
８は一又は二以上の変調電極を備え、アームに沿って伝播する光に選択可能な位
相シフト（ずれ）を付与する。
【００１０】 公知のように、電気的に導入されたアーム６，８間の±90°の相対位相シフト
によって、再結合器１０での再結合の際に、２つの出力１２，１４のうちのいず
れかへ光をすべてスイッチする。変調電圧Ｖmodに対する光透過は、周期的に生
ずる余弦型を有する。
【００１１】 強度変調は、干渉計の異なるアーム６，８における位相変調間の差への再結合
器１０の作用から生ずる。出力１２，１４での全位相変調は、それらが共通に有
しかつ両出力で同じものから生ずる。マッハ‐ツェンダー変調器のチャープパラ
メータは、以下の式によってほぼ線形（50:50）作用点近傍の小さな可動域（エ
クスカーション）について定義された。
【数２】 ここで、ＶL1は第１の導波路アーム６に対する電圧と長さの積であり、ＶL2は
第２の導波路アーム８に対する電圧と長さの積である。電圧と長さの積は符号を
含む。
【００１２】 全位相変調の制限された源から、異なりかつ共通の位相変調成分は競合する。
結果として残留位相変調（チャープ）を有する強度変調器は、匹敵するゼロチャ
ープ装置より他の点では効率は悪い。
【００１３】 記載したように、マッハ‐ツェンダー変調器は異なるやり方で作動できる。片
面駆動（Single-Sided Drive）と称される第１の駆動法では、、単ＲＦ変調ドラ
イブ電圧Ｖmodを一のアームの変調電極にだけ印加する。これは、±1のチャープ
パラメータを与える。ＲＦドライブ電圧は、Ｖmod／２の共通レベルで重畳され
それによってチャープパラメータがゼロにならない、±Ｖmod／２の異なる電圧
に等価なものとして考えることができる。強度変調はＶmodに比例し、変調器の
駆動に要するＲＦパワーはＶ2 modに比例する。
【００１４】 二段駆動プッシュプルと称される第２の駆動法では、独立で等しく反対のＲＦ
駆動ドライブ電圧±Ｖmod／２を２つのアームのそれぞれに印加した。この駆動
法はゼロチャープとＶmodに比例する強度変調とを与える。要するＲＦ駆動パワ
ーは、Ｖ2 mod／４＋Ｖ2 mod／４−すなわち、片面駆動のそれの半分に比例する。
【００１５】 直列プッシュプルと称される第３の駆動法では、２つのアームの駆動電極は直
列つなぎにされ、単一のＲＦ駆動電圧Ｖmoで駆動する。各アームにわたっては半
分の駆動電圧が現れ、それらは上記の両方法と同じ強度変調であるがチャープが
ないを与えるように逆位相で作用する。ＲＦパワーの必要条件は片面駆動の条件
と同じであるが、変調器はＲＦ源に付与されたキャパシタンスが等分にされるの
で２倍の帯域（バンド）幅を有する。
【００１６】 さらに、平行プッシュプルとして公知の第４の駆動構成では、２つのアームの
駆動電極は、平行に交差結合されかつ単一ＲＦ源駆動電圧Ｖmod／２から駆動さ
れる。この構成では、アームは、上述の方法と同じ強度変調であるがチャープが
ないを与えるように逆位相で作用する。この駆動法についてＲＦパワーの必要条
件は片面駆動の条件の４分の１にすぎない。しかしながら、ＲＦ源に付与された
キャパシタンスは片面駆動のものの２倍であり、そのため、変調器は２分の１の
帯域（バンド）幅を有する。
【００１７】 以下の表１は、説明した異なる駆動法、そのチャープパラメータ、帯域幅及び
パワーについてまとめたものである。表では、全ての数値は片面駆動法に規格化
されている。要する駆動電圧と帯域幅とは、両方が駆動電極の長さに逆比例する
ので、電気光学変調器設計において互いに交換できることが留意されたい。しか
しながら、帯域幅のパワーに対する比（性能指数）において、単一のチャープ因
子は常に2の因子かかっている。
【表１】 表１： 種々のマッハ‐ツェンダー変調器駆動法に対する性能指数 チャープパラメータ、パワー、バンド幅、強度変調
【００１８】 光通信で使用するための変調器の特に好適なものは、GaAs/AlGaAsで製造され
たマッハ‐ツェンダー変調器である。このタイプの変調器は、製造上の理由から
、導波領域に印加された電界を閉じ込めるのに必要な導波路の真下のｎ型ドープ
半導体材料である２つの導波アーム間に固有のビルトイン裏面電気接続を有する
。従って、GaAs/AlGaAs電気光学変調器の固有駆動法は直列プッシュプルであり
、結果としてこのような変調器構成は、変更なしではチャープを付与できない。
【００１９】 高速光通信で特に好適な上記タイプの光変調器の発展型として、進行波GaAs/A
lGaAs電気光学変調器である。公知のように、このタイプの変調器は、変調電極
が各導波アームの長さに沿って配置した多くの電極にセグメント化（分割）され
たマッハ‐ツェンダー変調器である。電極が依存し、光学的に導かれた波（導波
）と同じ方向の進行ＲＦ波の形で伝搬するコプラナー伝送線を用いて、変調電圧
を電極セグメントに印加する。電極セグメントは、遅い波の特性を取得する伝送
線に容量装荷を付与する。負荷線の適切な選択によって、電圧を変調する進行Ｒ
Ｆの位相速度と光学的導波の群速度とは、変調が導波領域の長さ全体にわたって
単調に蓄積するように、精密に一致することができる。これによって、標準マッ
ハ‐ツェンダー変調器を用いて可能なものよりかなり大きな程度の光変調器とな
る。標準GaAs/AlGaAs電気光学変調器と同様に、これらの装置は、２つのアーム
間に固有の裏面接続を有し、結果として直列プッシュプルで駆動され、チャープ
を付与できない。
【００２０】 理論的には、所望のチャープを付与するために、異なる変調駆動電圧を２つの
アームに印加することが可能ではあるが、実際の応用特に最速ビット速度（伝送
速度）通信システムにおいては、そうすることが実際的でなくかつ望まれていな
い。例えば、別々の変調駆動電圧は２つの十分一致したＲＦ源、又は、毎秒数10
ギガビットの非常に高速のビット速度で実行不可能の非常バランス（調整）され
たＲＦスプリッタを必要とする。また、非常に高い周波数の進行波構造において
別々の駆動電圧を使用することは実行不可能である。というのは、それは、線間
の駆動信号のカップリング（結合）を防止するために、変調器が非常に大きくな
ることを必要とする二重（デュアル）伝送線を必要とするからである。このよう
なカップリングは、変調器の周波数応答の平坦さ（フラットネス）を害する。
【００２１】 アーム間の電気光学効率を不均衡にしそれによって固定量のチャープを付与す
るために、リチウムニオブ酸塩マッハ‐ツェンダー変調器において導波アームに
対して変調電極を非対称に変位することが提案されている（IEEE Photonics Tec
hnol.Lett.第８（１０）巻（１９９６年）に、ジャン（P. Jiang）とオドネル（
A O'Donnel）とによって発表された論文“固定された負のチャープを有するLiNb
O3マッハ‐ツェンダー変調器（Mach-Zehner Modulations with fixed Negative
Chirp）”参照）。公知のように、リチウムニオブ酸塩変調器においては、電そ
れは、気光学効果を引き起こす導波路に隣接した配置されたコプラナー電極から
の縞状（フリンジ）電界である。このチャープ付与技術は、変調電極が固有には
光導波路に固定された位置合わせを有しない変調器に対して適しているだけで、
結果として、電極及び導波路が製造プロセスに起因した固有の位置合わせを有す
るGaAs変調器には適していない。
【００２２】 従って、部分的に公知の装置の制限を軽減する、好適にはゼロと±1との間の
予め決めた量の周波数チャープを付与することができる光変調器の必要性が存在
する。変調器は、予め決めた周波数チャープを付与できるGaAs/AlGaAsマッハ‐
ツェンダー電気光学変調器を提供するものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明では、予め決められた周波数チャープを有する変調光出力を生成する光
変調器であって：電気光学材料から成る２つの導波路アームに沿って伝播するよ
うに、変調される光信号を受信して２つの光信号に分離するための光分離手段と
；２つの光信号を受信して変調された光出力に結合するための光結合手段と；各
導波路アームに関連した少なくとも一の電極ペアであって、印加された単一電気
信号（Ｖmod）に応答して前記光信号を逆位相で変調するために電気的に直列に
結合された一の電極ペアと；を備えた光変調器が：一のアームの電極ペア間の電
気信号の大きさが他のアームの電極ペア間のそれと異なるように単一電気信号（
Ｖmod）の分割を変更して、それによって変調された光出力に予め決められた周
波数チャープを付与するように、一のアームの電極ペアに接続された容量性要素
によって特徴付けられている。
【００２４】 容量要素の装備は、本発明の光変調器が0と±1との間のチャープパラメータを
有することを可能とし、片面構成とプッシュプル駆動構成との間の中間の形で駆
動することができるものである。
【００２５】 一の導波路の屈折率が電気信号に対する応答時に他の導波路の屈折率に対して
変化する二又は三以上の導波路を有するいかなる電気光学装置に、予め決めた周
波数チャープを付与するために容量要素を適用することは望ましい。このように
、本発明は他のタイプの光変調器にも適用され、特に、スイッチング装置より変
調器として作動するときに特に方向結合器に適用される。
【００２６】 本発明の第２の実施形態では、予め決められた周波数チャープを有する変調光
出力を生成する光変調器であって：導波路間の光結合が可能となるように互いに
近接した配置された電気光学材料から成る２つの光導波路と、各光導波路に関連
した少なくとも一の電極ペアとを備え、前記電極ペアが、電極ペアに印加された
単一電気信号に応答して導波路間の光結合を逆位相で非同期化するように電気的
に直列に接続されている光変調器が：一の導波路の電極ペア間の電気信号の大き
さが他の導波路の電極ペア間のそれと異なるように単一電気信号の分割を変更し
て、それによって変調された光出力に予め決められた周波数チャープを付与する
ように、一の導波路の電極ペアに接続された容量性要素によって特徴付けられて
いる。
【００２７】 容量要素は前記アームの電極対に並列に接続され、電気信号は直列プッシュプ
ル構成で電極対に印加されるのが好都合である。また、容量要素は、前記アーム
の電極対に直列に接続され、電気信号は並列プッシュプル構成で電極対に印加さ
れる。
【００２８】 本発明は、集中波（定在波）及び進行波の実施のいずれにも適用される。一の
実施形態は、各導波路アームに沿って配置された複数の電極対と；一のアームの
各電極対に接続された容量要素と電極対が電気的に接続された各アームに関連し
た伝送線と；を備え、電気信号が伝送線に沿って伝播するときの電気信号の位相
速度が実質的に光信号の光群速度に一致するように、電極対が配置されている。
【００２９】 好適に実施においては、光変調器は、GaAsやAlGaAsのようなIII-V半導体材料
で製造される。また、電気光学媒体でも製造できる。
【００３０】 各容量要素は、変調器において光信号を導くために使用される材料層に追加の
電極対を備え、前記追加の電極は、それが関連する導波路アームを介して伝播す
る光信号の位相に実質的に影響を与えないように前記材料の領域に配置される。
【００３１】 本発明の第３の実施形態では、予め決められた周波数チャープを有する変調光
出力を生成する光変調器であって：電気光学材料から成る２つの導波路アームに
沿って伝播するように、変調される光信号を受信して２つの光信号に分離するた
めの光分離手段と；２つの光信号を受信して変調された光出力に結合するための
光結合手段と；各導波路アームに関連した複数の電極ペアであって、電極ペアと
電極ペアが電気的に接続された各アームに関連する伝送ラインに印加された単一
電気信号（Ｖmod）に応答して、一の導波路アームに沿って伝播する光の位相を
他の導波路アームに沿って伝播する光の位相に対して異なるように変調するため
に各導波路アームに沿って配置された複数の電極ペアと、を備え、各導波路アー
ム上の各電極ペアが電気的に直列に接続され、かつ、伝送ラインに沿って電気信
号が伝播する際の電気信号の位相速度が光信号の光の群速度に実質的に一致する
ように電極ペアが伝送ラインに接続された光変調器において：変調された光出力
において予め決められたチャープを得るように光信号の位相に対して各電極ペア
が実質的に影響を与えないように、一又は二以上の選択された電極ペアが関連す
る導波路からずれていることを特徴とする。
【００３２】 各選択電極対のうちの一の電極は、関連する導波路に対して面方向に変位し、
その際、前記導波路を介して伝播する光信号の位相が変位した電極によって実質
的に影響されないようにされており、ここで、電極対の電気的性質は変位しない
他の電極対のそれと実質的に同じである。
【００３３】 光変調器は、GaAsやAlGaAsのようなIII-V半導体材料で製造されるのが好まし
い。また、光変調器は、いかなるｎ電気光学媒体でも製造できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明をよりよく理解するためめに、本発明の２つの態様に対応する３個の光
変調器を、図面を参照して例を用いて説明する。
【００３５】 本発明の光変調器の理解を容易にするために、まず、GaAs/AlGaAsで製造され
た公知のマッハ‐ツェンダー光変調器について説明する。図２に、図１のこのよ
うな変調器のＡＡ線に沿った断面図を示す。光変調器２０は、順に、アンドープ
のガリウムヒ素（GaAs）基板２２と、導電性ドープｎ型アルミニウムガリウムヒ
素（AlGaAs）層２４と、アンドープガリウムヒ素層２６と、アンドープAlGaAs層
２８と、金属導電性層３０とを備える。GaAs層２６は、AlGaAs層２４と２８の間
に屈折率コントラストを有する光導波媒体を提供し、GaAs層２６が垂直閉じ込め
を提供して、層２６内を伝播する光を拘束する。変調器の光導波路アーム（図１
の符号４，６参照）は、AlGaAs層２８の２つのメサ（プラトー領域）に選択的に
エッチングされたGaAs層２６内に画定されている。正３２，３４は、メサの下の
領域に光を閉じ込める面内有効屈折率コントラストを提供する。図２で示したよ
うに、光は、２つの平行な経路すなわち、図示したように紙面の面内を伝播し破
線３６，３８で示された導波路アームに閉じ込められる。金属層３０は適当にパ
ターニングされてメサを覆い、各導波アームの各変調電極４０，４２を構成する
。電極４０，４２は導波アームの長さ方向に延びている。
【００３６】 直列プッシュプル法を用いて変調器を駆動することを意図しているので、導電
性ｎ型ドープAlGaAs層２４の領域４４によって構成された背面電極は、ＲＦ変調
電圧の中間点に自由に浮遊し、グランド電位に固定しない。これがその場合であ
ることを保証するために、２つのトレンチ４６，４８は層２４，２６，２８を介
してエッチングされ、導波アームの軸に平行に延びている。背面電極４４の良好
な電気的絶縁を保証するために、半絶縁体GaAs基板２２の中へ若干距離まで絶縁
トレンチ４６，４８をエッチングする。
【００３７】 各変調駆動電圧線４０ｂ、４２ｂへ絶縁トレンチ４６，４８を超えてエアブリ
ッジを形成する導電性金属被膜層３０に、標準薄膜金属構造４０ａ，４２ａによ
り変調電極４０，４２の電気的接続を形成する。図２で示したように、左側の変
調駆動電圧線４０ｂはＲＦ変調駆動線を備え、右側の線４２ｂはＲＦ変調駆動電
圧グランドを備える。
【００３８】 図３に、図２の光変調器を作動する駆動回路を示す。背面電極４４にｄｃバイ
アス電位を印加することができるように、一方、背面をＲＦ変調周波数で浮動で
きるが、ｄｃカップリングキャパシタＣd５０、インダクタＬd５２及び駆動抵抗
Ｒd６５を図のように接続する。実際、キャパシタ５０はキャパシタ５０はショ
ットキーコンタクト金属被膜によって形成され、他方、インダクタＬd５２と駆
動抵抗Ｒd６５とは、変調電極を含まないリードイン又はリードアウト導波路ラ
ンのナロートレンチ孤立領域として実現されている。図３に示したように、変調
ＲＦ電圧Ｖmodを直列で変調電極４０，４２に印加し、他方、バイアス電圧は平
行配置で印加する。この駆動構成は、装置の枯渇層にわたる（すなわち、層２４
，２６，２８にわたる）逆バイアス条件は、ＲＦ変調電圧サイクルにわたって保
持される。
【００３９】 図４に、図３の変調器に対するａｃ等価電気回路及び駆動回路を示す。半絶縁
GaAs及びAlGaAs層２６，２８に接続された変調電極４０，４２及び背面電極４４
は、２つの直列キャパシタ５６，５８に電気的に等価であり、駆動構成が直列プ
ッシュプルと称される理由である。
【００４０】 図５に、選択された量の周波数チャープを光信号に付与できる本発明の第１の
態様による光変調器を示す。構造は、図２を参照してすでに記載されたものと本
質的には同じであるが、AlGaAs層２８内に形成された付加的なメサ構造６０を含
む。構造６０はメサ３２，３４のそれぞれと同等であるが、GaAs層３６の領域は
その構造の下にあるが、光学的には導波アームに接続されていず、従って、光を
導かない。構造６０は変調電極４２の長さ方向に平行である。構造の最上部上の
金属被膜層６２は、背面電極４４ａにに接続してパッシブキャパシタンス要素を
構成する第１の電極を構成する。電気的キャパシタンス要素は、変調電極／背面
電極で構成されるキャパシタと等価である。この電極６２は変調電極４２に電気
的に接続されている。図６で真価が認識されるように、この付加容量要素６０，
６１は、右側の導波アームのキャパシタンスに並列に接続されたキャパシタンス
と電気的に等価である。上述のように、GaAs電極２６においては光は導かれず、
そのため、変調器の対称性は光学的に影響されない。容量要素は導波アームに沿
って伝播する光信号に直接の影響を与えないので、後述するようにパッシブキャ
パシタ要素と称される。
【００４１】 図７に示したように、一のアームの変調電極に平行なパッシブキャパシタ要素
７０の付加によって、アームのリアクタンスを低減する効果がある。結果として
、変調電圧の低減された一部分（フラクション）が変調器のこのアームに現れる
一方、対応して他方のアームには増大した他の部分が現れる。従って、（図７の
右側の）第１のアームに沿って伝播する光信号に付与される電気光学位相シフト
は低減し、他のアームに沿って伝播する光信号の位相シフトは増大する。調整さ
れていない異なる位相シフトの結果として、予め決められた量の位相変調は、２
つの光信号が再結合するときに光信号出力に残る。容量要素がパッシブなので、
チャープの量は固定され、要素のキャパシタンスに依存する。
【００４２】 図８には、変調電極４０，４２及びパッシブ容量要素の平面図を示す；各電極
について単位長さ当たりの容量は電極の長さに依存する。パッシブ容量要素のキ
ャパシタンスは、電極６２の幅によって変更することができる。任意に、図８に
示したように、変調電極４２及び電極６２の長さは等しくなく形成し、容量要素
について必要な構造のサイズを低減している。前述の式２から、図８の印加変調
器についてのチャープパラメータは以下の式で与えられることが示される。
【数３】 ここで、Ｌ1は電極４０，６２の長さであり、Ｌ2は電極４２の長さであり、Ｃ
は変調電極４０，４２についての単位長さ当たりのキャパシタンス、Ｃgは電極
６２の単位長さ当たりのキャパシタンスである。式３から、Ｃg＝０でかつこれ
が変調電極の相対長さＬ1、Ｌ2に関係しないとき、チャープは付与されない。こ
れは、光変調器が電極の長さに対して自己調整しないからである：短めの変調電
極はＣgがないときに小さめのキャパシタンスを有し、変調ＲＦ電圧の大きめの
割合を得、短めの長さを正確に補償する。チャープの符号は光／電圧特性の傾斜
に依存し、２つの相補的出力のうちの一の出力で正であり、他方、他の出力では
負である。チャープの程度は、主にパッシブ要素の幅によって選択する。付加の
容量正要素は、変調器は、片面構成とプッシュプル構成と中間のやり方であって
、単一ＲＦ変調駆動電圧を要する方法で駆動されるやり方で駆動されることを意
味する。
【００４３】 図９には、本発明の第１の態様による進行波光変調器の平面図を示す。この実
施形態では、変調駆動電極４０，４２は、各導波アームの長さに沿って配置され
た多くの離散的セグメント４０1−４０5，４２1−４２5に分割される。加えて、
セグメント化されたパッシブ容量要素６２1−６２5を備え、一のアームの変調駆
動電極４２1−４２5に接続される。また、この構成によれば、異なる大きさの変
調ＲＦ電圧は導波アームで落ち、それによってチャープを光出力に付与すること
ができる。
【００４４】 図１０には、予め決めたチャープパラメータ０、-0.33、-0.51、-0.68のそれ
ぞれを有する進行波変調器について、周波数に対するデシベル（ｄＢ）単位で計
算された光変調深さ（左側縦軸）及びマイクロ波有効屈折率（右側縦軸）のプロ
ットを示すものである。線８０は、ゼロチャープを有するすなわち付加のパッシ
ブ容量要素がない変調器の場合を示している。線８２，８４，８６は、それぞれ
-0.33、-0.51、-0.68のチャープの値を有する光変調器についてのものである。
これらの変調器のそれぞれについて、パッシブ容量要素の要素６２1−６２5は長
さが等しく、異なるチャープパラメータは電極の幅を変えることによって得られ
る。
【００４５】 本発明の範囲内で光変調器を変更できることは当業者には明らかである。例え
ば、GaAs／AlGaAsから成る変調器を製造するのが好ましく、一方、他のIII-V族
半導体材料又は他の電気光学材料を適当な製造方法を用いて製造できる。
【００４６】 さらに、本発明は特に電気光学光変調器に関してではあるが、予め決められた
周波数チャープを付与するために容量要素の付与を、２又は３以上の導波路を有
する他の電気光学装置、すなわち、一の導波路の屈折率を電気信号に応答して他
の導波路の屈折率に対して変更された他の電気光学装置に適用できることは、好
都合である。例えば、本発明をスイッチング装置よりも変調器として作動すると
きに、本発明を電気光学方向結合器に適用することが考えられる。このような装
置では、２つの導波路を互いに近接して配置し、それらの間の光カップリングを
可能となる。電極を各導波路に備え、プッシュプル構成において電気信号を電極
に印加することは、この非同期によって、各導波路に沿って伝播する光信号が変
調される。本発明により、一の導波路における電気信号の大きさが他の導波路の
電極の電気信号の大きさと異なり、それによって光信号に予め決めた周波数チャ
ープを付与するように、電気信号の分割を変更するため等に、パッシブ容量要素
を一の導波路の電極に接続する。
【００４７】 装置が直列プッシュプル構成で駆動するとき、容量要素が一の導波路の電極に
平行に接続されたものとしてとして記載される一方、並列プッシュプル駆動構成
を用いるときに一の導波路の電極と直列に接続することができる。また、周波数
チャープが適当なd.c.バイアス電圧の印加によって選択的に調整されるように、
集積型バリキャップやバラクターダイオードのような可変容量要素を用いること
も考えられる。
【００４８】 図１１から図１３には、所望の周波数チャープを、片面に調整されたプッシュ
プル要素を結合することによって、量子化又はデジタル式に組み込まれる本発明
の第２の態様による他の進行波光変調器をしめす。図１１では、５個の変調電極
４０1−４０5，４２1−４２5を各導波路アーム４，６上に示す。５個の各組の最
初の４個の変調電極について、地面側電極４２1−４２4は、導波アーム６の上に
ならないように変位されている。結果として、これらの電極要素４０1−４０4，
４２1−４２4は片面式で駆動し、結果として±1のチャープパラメータを付与す
る。それぞれ５番目の変調電極対４０5、４２5において、両方の電極は導波アー
ム４，６を覆い、従って、この組は直列プッシュプル構成で駆動し、結果として
ゼロチャープを付与する。±1のチャープを印加する電極セグメントと0のチャー
プを付与する電極セグメントとの比を選択することによって、所望のチャープパ
ラメータを得ることができる。この構成の利点は、付加のパッシブキャパシタン
スを付加するより変調電極が単に導波路から移動されるため、標準プッシュプル
変調器構成のＲＦ対称性は保持されることである。後でダミー電極と称される変
位電極は、異なる種類の電極セグメントの下の材料のＲＦポテンシャルにおける
コンフリク（衝突）を回避するために、後で活性電極と称する導波路を覆う変調
器と同じ幅である。
【００４９】 Ｍがプッシュプル構成を有しかつＮ−Ｍは片面駆動構成を有するＮ個の活性ダ
ミー電極の全てのを有する変調器について、チャープパラメータは以下の式によ
って与えられる：
【数４】 Ｎ＝５でかつＭ＝１の図示した実施形態については、±0.6667のチャープパラ
メータが得られる。この構成の特有の利点は、ダミー電極は、単に地面側電極を
導波路から変位させることによって作るので、特に構成は標準プッシュプル構成
のものと本質的に等価であることである。ダミー電極はＲＦ変調駆動ポテンシャ
ルの半分を不活性ダミー部を横切ってそれを落とすことによって捨てるので、変
調器を駆動するのに要する駆動電圧は増大する。しかしながら、変調器が電気的
に標準プッシュプル構成に等価なので、それはエンハンスされたバンド幅の利点
を全て保持する。従って、選択的チャープの印加は、第１の発明と同様に、縮小
されたバンド幅より増大した駆動電圧における不利益を単に犠牲にしたものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 公知のマッハ‐ツェンダー光変調器の平面図である。
【図２】 図１のＡＡ線に沿ったGaAs/AlGaAsで製造された公知のマッハ‐
ツェンダー光変調器の概略断面図である。
【図３】 図２の変調器の駆動回路図である。
【図４】 図３の駆動回路及び変調器と等価なa.c.回路である。
【図５】 図８のＢＢ線に沿った本発明の第１の態様による光変調器の概略
断面図である。
【図６】 図５の変調器の駆動回路図である。
【図７】 図６の駆動回路及び変調器と等価なa.c.回路である。
【図８】 変調電極と容量要素回路を示す図５の変調器の概略平面図である
。
【図９】 本発明の第１の態様による進行波光変調器の概略平面図である。
【図１０】 図９の様々な予め決めたチャープパラメータについての光変調
深さと周波数の関係のグラフである。
【図１１】 本発明の第２の態様による進行波光変調器の概略平面図である
。
【図１２】 駆動回路を含む図１１の光変調器の概略平面図である。
【図１３】 図１１の駆動回路及び変調器と等価なa.c.回路である。
【符号の説明】
２ 光分離手段 ４，６ 導波路アーム ８ 光結合手段 ２６ 材料層 ３６，３８ 導波路アーム ４０，４２／４４ 電極ペア ４０ｂ、４２ｂ 伝送ライン ６０，６２ 容量性要素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 予め決められた周波数チャープを有する変調光出力を生成す
    る光変調器であって： 電気光学材料から成る２つの導波路アーム（４，６）に沿って伝播するように
    、変調される光信号を受信して２つの光信号に分離するための光分離手段（２）
    と； ２つの光信号を受信して変調された光出力に結合するための光結合手段（８）
    と； 各導波路アーム（４，６）に関連した少なくとも一の電極ペア（４０，４２／
    ４４）であって、印加された単一電気信号（Ｖmod）に応答して前記光信号の位
    相を逆位相で変調するために電気的に直列に結合された一の電極ペア（４０，４
    ２／４４）と；を備えた光変調器において： 一のアーム（６）の電極ペア間の電気信号の大きさが他のアーム（４）の電極
    ペア間の電気信号の大きさと異なるように単一電気信号（Ｖmod）の分割を変更
    して、それによって変調された光出力に予め決められた周波数チャープを付与す
    るために、一のアーム（６）の電極ペア（４２／４４）に接続された容量性要素
    （６０，６２）を備えたことを特徴とする光変調器。
  2. 【請求項２】 予め決められた周波数チャープを有する変調光出力を生成す
    る光変調器であって： 導波路間の光結合が可能となるように互いに近接した配置された電気光学材料
    から成る２つの光導波路と、 各光導波路に関連した少なくとも一の電極ペアとを備え、 前記電極ペアが、電極ペアに印加された単一電気信号に応答して導波路間の光
    結合を逆位相で非同期化するように電気的に直列に接続されている光変調器にお
    いて： 一の導波路の電極ペア間の電気信号の大きさが他の導波路の電極ペア間の電気
    信号の大きさと異なるように単一電気信号の分割を変更して、それによって変調
    された光出力に予め決められた周波数チャープを付与するために、一のアームの
    電極ペアに接続された容量性要素を備えたことを特徴とする光変調器。
  3. 【請求項３】 容量性要素（６０，６２）が、前記アーム（６）の電極ペア
    （４２／４４）と並列に接続され、単一電気信号（Ｖmod）が直列プッシュプル
    構成の電極ペアに印加される請求項１又は２のいずれかに記載の光変調器。
  4. 【請求項４】 容量性要素（６０，６２）が、前記アームの電極ペア（４２
    ／４４）と直列に接続され、電気信号（Ｖmod）が並列プッシュプル構成の電極
    ペアに印加される請求項１又は２のいずれかに記載の光変調器。
  5. 【請求項５】 各導波路アーム（４，６）に沿って配置された複数の電極ペ
    ア（４０，４２／４４）と、 一のアーム（６）の各電極ペア（４２／４４）に接続された容量性要素（６０
    ，６２）と、 電極ペア（４０，４２，６２）が電気的に接続された（４０ａ、４２ａ）各ア
    ーム（４，６）に関連する伝送ライン（４０ｂ、４２ｂ）と、を備え、 伝送ラインに沿って電気信号が伝播する際の電気信号の位相速度が、光信号の
    光の群速度に実質的に一致するように電極ペアが位置付けられたされた請求項１
    から４のいずれか一項に記載の光変調器。
  6. 【請求項６】 III-V属半導体材料で製造された請求項１から５のいずれか
    一項に記載の光変調器。
  7. 【請求項７】 GaAsとAlGaAsとで製造された請求項６に記載の光変調器。
  8. 【請求項８】 容量性要素（６０）が、変換器において光信号をガイドする
    ために用いられる材料層（２６）間に備えた付加的な電極ペア（６２／６４）を
    備え、前記の付加的な電極ペアが、関連する導波路アームを伝播する光信号の位
    相に実質的に影響が与えないように前記材料の一領域上に配置された請求項１か
    ら７のいずれか一項に記載の光変調器。
  9. 【請求項９】 予め決められた周波数チャープを有する変調光出力を生成す
    る光変調器であって： 電気光学材料から成る２つの導波路アーム（４，６）に沿って伝播するように
    、変調される光信号を受信して２つの光信号に分離するための光分離手段（２）
    と； ２つの光信号を受信して変調された光出力に結合するための光結合手段（８）
    と； 各導波路アーム（４，６）に関連した複数の電極ペア（４０1−４０5，４２1
    −４２5／４４）であって、電極ペアと電極ペアが電気的に接続された各アーム
    に関連する伝送ライン（４０ｂ、４２ｂ）に印加された単一電気信号（Ｖmod）
    に応答して、一の導波路アームに沿って伝播する光の位相を他の導波路アームに
    沿って伝播する光の位相に対して異なるように変調するために各導波路アームに
    沿って配置された複数の電極ペア（４０1−４０5，４２1−４２5／４４）と、を
    備え、 各導波路アーム上の各電極ペアが電気的に直列に接続され、かつ、伝送ライン
    に沿って電気信号が伝播する際の電気信号の位相速度が光信号の光の群速度に実
    質的に一致するように電極ペアが伝送ラインに接続された光変調器において： 変調された光出力において予め決められたチャープを得るように各電極ペアが
    光信号の位相に実質的に影響を与えないように、一又は二以上の選択された電極
    ペア（４２1−４２4）が関連する導波路からずれて配置されていることを特徴と
    する光変調器。
  10. 【請求項１０】 それぞれの選択された電極ペアのうちの一の電極（４２1
    −４２4）が、関連する導波路（６）に対して側面方向にずれて配置され、それ
    によって、前記導波路を介して伝播する光信号の位相がずれて配置された電極に
    よって実質的に影響を受けないが、電極ペアの電気的特性がずれていない他の電
    極ペアの電気的特性と実質的に同じである請求項９に記載の光変調器。
  11. 【請求項１１】 III-V属半導体材料で製造された請求項９又は１０のいず
    れかに記載の光変調器。
  12. 【請求項１２】 GaAsとAlGaAsとで製造された請求項１１に記載の光変調器
    。
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