JP2005106912A - 線路終端回路および光変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】 直流のバイアス電圧の供給が必要な線路の終端を広帯域に行なえるようにする。
【解決手段】 終端抵抗２１の一端側が線路１の一方の導体１ａに接続され、終端抵抗２１の他端側と線路１の他方の導体１ｂとの間が、線路２１を伝搬する信号に対して線路２１の特性インピーダンスより十分低いインピーダンスを示すコンデンサ２２を介して接続され、終端抵抗２１とコンデンサ２２との接続点をバイアス電圧供給端子２３とし、バイアス電圧供給端子２３に受けた直流のバイアス電圧Ｖｂを、終端抵抗２１を介して線路１に印加する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直流のバイアス電圧の印加が必要な線路を広帯域に終端するための技術に関する。

信号を伝搬する各種線路を用いた機器のうち、その線路に対して直流のバイアス電圧の印加を要するものがある。

例えば、電界によって光の導波特性（屈折率等）が変化する電気光学効果を利用した光変調器では、光導波路に変調用の電界を印加するための線路を有しており、変調特性の動作点を適正にするためにその線路に対して直流のバイアス電圧の印加が必要となる場合がある。

また、一般的に、信号を伝搬させる線路は固有の特性インピーダンスを有しており、その特性インピーダンス（例えば５０Ω）とほぼ等しい（例えば、±５パーセントの範囲内）抵抗で終端することで、反射等による信号波形の乱れのない広帯域な伝送が可能となる。

このように、線路をその特性インピーダンスで終端し、且つ直流のバイアス電圧の印加を可能にする回路として、従来では、図８に示すような線路終端回路１０が用いられている。

この線路終端回路１０では、線路１の一端側で、その一方の導体（信号導体）１ａに、直流阻止用のコンデンサ１１と、高周波阻止用のコイル（ＲＦＣ）１２の一端側をそれぞれ接続し、コンデンサ１１の他端側と線路１の他方の導体（アース導体）１ｂの間に終端抵抗１３を接続し、コイル１２の他端側をバイアス電圧供給端子１４とし、バイアス電圧Ｖｂを供給する。

ここで、コンデンサ１１の容量は、線路１に供給される信号に対するインピーダンスが線路１の特性インピーダンスより十分小さくなるように設定されているため、線路１は交流的に終端抵抗１３によって終端される。

また、コイル１２のインダクタンスは、線路１を伝搬する信号に対するインピーダンスが線路１の特性インピーダンスより十分大きくなるように設定され、直流に対して十分低い抵抗値を有するものであるため、その他端側に供給されたバイアス電圧Ｖｂは、コイル１２を介して線路１に印加されることになる。

なお、上記構成の従来の線路終端回路１０は、例えば、次の特許文献１の図４に開示されている。

特開平９−００８５８３号公報

しかしながら、上記のように、コンデンサ１１と終端抵抗１３との直列回路に対して、コイル１２が並列に接続された回路では、高周波信号に対するコイル１２のインピーダンス特性のあばれ等によって整合条件が崩れ、線路１に反射成分が生じて信号を正しく伝搬できなくなる。

そのために、接続するコイルの形状、結線、搭載角度等の検討を十分に行い、整合条件を満足させる必要があった。また、コイル１２が必須であるために小型化が困難であるという問題もあった。

本発明は、これらの問題を解決して、直流のバイアス電圧の供給が必要な線路の終端を広帯域に行なえる線路終端回路およびそれを用いた光変調器を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の線路終端回路は、
所定の特性インピーダンスを有し信号を伝搬させる線路（１）の一端側に接続され、前記特性インピーダンスとほぼ等しい抵抗値を有する終端抵抗（２１）と、直流のバイアス電圧を受けるためのバイアス電圧供給端子（２３）とを有し、前記線路の一端側を終端するとともに、前記線路を形成する２つの導体間に前記バイアス電圧を印加する線路終端回路において、
前記終端抵抗の一端側が前記導体の一方に接続され、前記終端抵抗の他端側と前記導体の他方との間が、前記線路を伝搬する信号に対して前記特性インピーダンスより十分低いインピーダンスを示すコンデンサ（２２）を介して接続され、
前記終端抵抗とコンデンサとの接続点を前記バイアス電圧供給端子とし、該バイアス電圧供給端子に受けた直流のバイアス電圧を前記終端抵抗を介して前記線路に印加することを特徴としている。

また、本発明の光変調器は、
光の導波特性が電界によって変化する光導波路（３２）と、
所定の特性インピーダンスを有し変調用の信号を伝搬させて前記光導波路に電界を印加する線路（４０）と、
前記特性インピーダンスとほぼ等しい抵抗値を有する終端抵抗（２１）と、直流のバイアス電圧を受けるためのバイアス電圧供給端子（２３）とを有し、前記線路の一端側を終端するとともに、前記線路を形成する２つの導体間に前記バイアス電圧を印加する線路終端回路（２０）とを有する光変調器において、
前記線路終端回路の終端抵抗の一端側が前記導体の一方に接続され、前記終端抵抗の他端側と前記導体の他方との間が、前記線路を伝搬する信号に対して前記特性インピーダンスより十分低いインピーダンスを示すコンデンサ（２２）を介して接続され、
前記終端抵抗とコンデンサとの接続点を前記バイアス電圧供給端子とし、該バイアス電圧供給端子に受けた直流のバイアス電圧を、前記終端抵抗を介して前記線路に印加することを特徴としている。

このように構成したため、本発明の線路終端回路では、整合を乱すコイルを用いる必要がないので、線路を広帯域にわたって整合状態で終端することができ、これを用いた光変調器では、広帯域で正確な変調が行なえ、小型化が可能となる。

小型化を優先する場合、終端抵抗の一端側を線路の信号導体の他端側に接続し、終端抵抗の他端側を、線路を伝搬する信号に対して線路の特性インピーダンスより十分低いインピーダンスを示すコンデンサを介して接地し、終端抵抗とコンデンサとの接続点からバイアス電源を供給する。

また、線路短絡時の終端抵抗の焼損防止を優先する場合、終端抵抗とコンデンサとの接続点に電流制限用の抵抗を介してバイアス電源を供給する。

以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明を適用した線路終端回路２０の構成を示している。

図１に示しているように、この線路終端回路２０は、前記従来回路１０と同様に、終端対象の線路１の特性インピーダンス（例えば５０Ω）にほぼ等しい抵抗値（例えば±５パーセントの範囲内）を有する終端抵抗２１と、直流のバイアス電圧を受けるためのバイアス電圧供給端子２３とを有し、線路１の一端側を終端するとともに、線路１を形成する２つの導体１ａ、１ｂ間にバイアス電圧Ｖｂを印加するものである。

ただし、線路終端回路２０では、終端抵抗２１の一端側が一方の導体（信号ライン側）１ａに接続され、終端抵抗２１の他端側と他方の導体（アースライン側）１ｂとの間が、線路１を伝搬する信号に対して前記特性インピーダンスより十分低いインピーダンスを示すコンデンサ２２を介して接続されている。

また、終端抵抗２１とコンデンサ２２との接続点をバイアス電圧供給端子２３とし、そのバイアス電圧供給端子２３で直流のバイアス電圧Ｖｂを受けるようにしている。

ここで、コンデンサ２２の容量は、上記したように線路１を伝搬する信号に対するインピーダンスが線路１の特性インピーダンスより十分小さくなるように設定されているため、線路１の一端側は交流的に終端抵抗２１によって終端される。

また、終端抵抗２１とコンデンサ２２との接続点に供給された直流のバイアス電圧Ｖｂは、終端抵抗２１を介して線路１に印加されることになり、線路１の他端側が直流的に開いた状態であれば、終端抵抗２１による電圧降下が発生せず、線路１の導体間に電圧Ｖｂがそのまま印加されることになる。

この線路終端回路２０を線路１側からみると、終端抵抗２１とコンデンサ２２の直列回路で終端され、コンデンサ２２に対して並列にバイアス電源（図示せず）が接続されることになるが、一般的に信号の周波数に対するコンデンサ２２の特性は安定しており、しかも、そのインピーダンスは線路１を伝搬する信号に対して特性インピーダンスより十分小さいので、バイアス電圧供給端子２３に接続されるバイアス電源の出力インピーダンスの影響を受けない。

したがって、直流のバイアス電圧Ｖｂを印加した状態で、広帯域な整合状態を維持することができ、反射等による伝送波形の乱れが起こらない。

また、高周波阻止用のコイルを必須としないので、簡単に且つ小型に構成することができる。

なお、広帯域な信号に対して１つのコンデンサ２２で十分低いインピーダンスが実現できない場合には、図２に示すように、容量が異なる複数のコンデンサ２２ａ、２２ｂ、…を並列に用いればよい。

また、上記回路で線路１の導体間が短絡すると、比較的低い抵抗値の終端抵抗２１に大きな電流が流れて焼損する恐れがある。

この終端抵抗２１の焼損を防止する場合には、図３に示すように、バイアス電圧を電流制限用の抵抗２４を介してバイアス電圧供給端子２３に供給すればよい。

また、前記したように、バイアス電圧供給端子２３は、コンデンサ２１によって交流的にほぼ短絡された状態になっているので、図４のように高周波阻止用のコイル２５を介してバイアス電圧Ｖｂを供給したり、図５のように、コイル２５と抵抗２６（電流制限用に限らない）の直列回路を介してバイアス電圧Ｖｂを供給した場合でも、前記同様に広帯域な整合状態を維持することができる。

次に、上記線路終端回路２０を用いた光変調器の一例を説明する。
図６は、電気光学効果を有する媒質として、ＬｉＮｂＯ_３結晶（ＬＮ結晶）を用いたＬＮ変調器３０の構成を示している。

このＬＮ変調器３０の基板３１はＬＮ結晶からなり、その一面側表層近傍に光導波路３２が形成されている。

この光導波路３２は、基板３１の一端側に入射された光を、Ｙ分岐路３３を介して２本の平行な導波路３４、３５に分岐し、これをＹ合波路３６によって合波して、基板３１の他端側から出射するように構成されている。

また、基板３１の一面側表面には、２本の導波路３４、３５に逆向きの電界を印加するためのコプレナー型の線路４０が形成されている。

この線路４０の中心導体４１とアース導体４２、４３の間に基準電圧Ｖ０を印加して、一方の導波路３４を通過した光と他方の導波路３５を通過した光に１８０°の位相差が与えられると、Ｙ合波路３５の光出力は０となり、別の電圧Ｖ１を印加して、一方の導波路３４を通過した光と他方の導波路３５を通過した光の位相差を０°にすると、Ｙ合波路３６の光出力は最大となる。

つまり、線路４０に、Ｖ１−Ｖ０の振幅の変調用信号を与えることで、最大消光比の強度変調光が得られる。この振幅を半波長電圧（Ｖπ）と呼んでいる。

ただし、このＬＮ変調器３０の変調特性は、図７に示すように、線路４０に印加される信号の中心電圧の変化に対して正弦状に周期変化する特性Ｆを有しており、この変調特性Ｆの単調変化領域の中心に変調用信号の振幅中心がくるように、線路４０に直流のバイアス電圧Ｖｂを供給する必要がある。

また、線路４０に供給する高周波（例えば数ＧＨｚ）の変調用信号は、線路４０の特性インピーダンスにほぼ等しい抵抗値の終端抵抗で終端する必要がある。

この線路終端とバイアス電圧の供給を行なうために、前記した線路終端回路２０が用いられている。

この線路終端回路２０の場合、終端抵抗２１の一端側が線路４０の中心導体４１に接続され、終端抵抗２１の他端側がコンデンサ２２を介してアースラインに接続されており、終端抵抗２１とコンデンサ２２との接続点をバイアス電圧供給端子２３としている。

このバイアス電圧供給端子２３にバイアス電源５０が接続され、終端抵抗２１を介して線路４０にバイアス電圧Ｖｂが印加される。

一方、線路４０には、変調信号供給回路５５からコンデンサ５６を介して高周波の変調用信号Ｍが供給される。

このように構成された光変調器３０では、変調信号供給回路２５から供給された変調用信号Ｍは線路４０を伝搬して、光導波路３２の２つの導波路３４、３５に対する電界を変化させて、強度変調された光を出力させ、線路終端回路２０の終端抵抗２１とコンデンサ２２の直列回路で終端されるが、コンデンサ２２は変調信号に対してほぼ短絡状態と見なせるため、バイアス電圧供給端子２３に接続されているバイアス電源５０の影響を何ら受けず、整合状態が確保され、反射等による信号波形の悪化はおこらない。

また、前記同様に、バイアス電源５０が出力するバイアス電圧Ｖｂは、電圧降下を受けずに線路４０に供給されることになる。

したがって、任意のバイアス電圧を供給した状態で、広帯域で変調用信号Ｍの波形に応じた正確な変調が行なえる。

なお、ここでは、線路終端回路２０のバイアス電圧供給端子２３にバイアス電源５０を直接接続した例を示したが、前記図３、図４、図５のように、電流制限用の抵抗２４、高周波阻止用のコイル２５、あるいはコイル２５と抵抗２６の直列回路を介してバイアス電圧供給端子２３にバイアス電圧を供給してもよい。

本発明の線路終端回路は、光変調だけでなく、直流のバイアス電圧の印加を要する線路を有する各種機器に適用できる。

また、本発明の光変調器は、コプレナー型だけでなく、他の線路を用いた光変調器についても同様に適用できる。

本発明の実施例の構成を示す図 本発明の変形例の構成を示す図 実施例回路に対するバイアス電圧供給例を示す図 実施例回路に対するバイアス電圧供給例を示す図 実施例回路に対するバイアス電圧供給例を示す図 光変調器の実施例を示す図 光変調器の変調特性を示す図 従来回路を示す図

符号の説明

１……線路、２０……線路終端回路、２１……終端抵抗、２２……コンデンサ、２３……バイアス電圧供給端子、３０……光変調器、３１……基板、３２……光導波路、３３……Ｙ分岐路、３４、３５……導波路、３６……Ｙ合波路、４０……線路、４１……中心導体、４２、４３……アース導体、５０……バイアス電源、５５……変調信号供給回路、５６……コンデンサ

Claims (2)

1. 所定の特性インピーダンスを有し信号を伝搬させる線路（１）の一端側に接続され、前記特性インピーダンスとほぼ等しい抵抗値を有する終端抵抗（２１）と、直流のバイアス電圧を受けるためのバイアス電圧供給端子（２３）とを有し、前記線路の一端側を終端するとともに、前記線路を形成する２つの導体間に前記バイアス電圧を印加する線路終端回路において、
   前記終端抵抗の一端側が前記導体の一方に接続され、前記終端抵抗の他端側と前記導体の他方との間が、前記線路を伝搬する信号に対して前記特性インピーダンスより十分低いインピーダンスを示すコンデンサ（２２）を介して接続され、
   前記終端抵抗とコンデンサとの接続点を前記バイアス電圧供給端子とし、該バイアス電圧供給端子に受けた直流のバイアス電圧を前記終端抵抗を介して前記線路に印加することを特徴とする線路終端回路。
2. 光の導波特性が電界によって変化する光導波路（３２）と、
   所定の特性インピーダンスを有し変調用の信号を伝搬させて前記光導波路に電界を印加する線路（４０）と、
   前記特性インピーダンスとほぼ等しい抵抗値を有する終端抵抗（２１）と、直流のバイアス電圧を受けるためのバイアス電圧供給端子（２３）とを有し、前記線路の一端側を終端するとともに、前記線路を形成する２つの導体間に前記バイアス電圧を印加する線路終端回路（２０）とを有する光変調器において、
   前記線路終端回路の終端抵抗の一端側が前記導体の一方に接続され、前記終端抵抗の他端側と前記導体の他方との間が、前記線路を伝搬する信号に対して前記特性インピーダンスより十分低いインピーダンスを示すコンデンサ（２２）を介して接続され、
   前記終端抵抗とコンデンサとの接続点を前記バイアス電圧供給端子とし、該バイアス電圧供給端子に受けた直流のバイアス電圧を、前記終端抵抗を介して前記線路に印加することを特徴とする光変調器。

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