JP2005284129A - 光変調素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
光変調素子の周波数応答特性を平坦化すると共に、製造の容易性や低コスト化を実現する光変調素子を提供すること。
【解決手段】
電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調制御するための制御用電極とを有する光変調素子において、該制御用電極により該光導波路を伝搬する光波を変調制御する作用部の一部に、光変調素子の周波数応答特性を平坦化するための平坦化手段を設けたことを特徴とする。
好ましくは、該平坦化手段は、平坦化手段が設けられた作用部であり該平坦化手段以外の作用部で生じた光波の誘導位相量を減少させることにより、周波数応答特性の平坦化を行うものであることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
従来の光変調素子の周波数応答特性は、制御用電極に印加されるマイクロ波と光導波路を伝搬する光波との速度整合のずれによる変調効率の劣化や、電極損失によるマイクロ波の減衰などにより、変調周波数が高周波になるほど劣化を生じることとなる。
例えば、一般的な40Gbps用の光変調素子では、周波数応答特性が1GHzを基準として30GHzで3dB程度の劣化を生じている。
また、このような電極損失と速度不整合は、信号電極に印加されるマイクロ波の周波数が大きくなるほど影響を受けるため、高周波における光変調素子の光応答特性は、低周波の場合より低くなる。
しかしながら、光変調素子の特性を素子の外部に設けた電気回路等で補償することは、光変調素子を含む装置全体の複雑化を招くと共に、製造作業や調整作業の煩雑化の原因ともなり、製造コストが増大することとなる。
また、平坦化手段による平坦化に係る制御も含め、各分岐光導波路における変調制御に関係する構造を、各分岐光導波路間で同じとなるように設定することにより、チャーピングの発生も防止することが可能である。
さらに、高周波と低周波の誘導位相量がほぼ同じであるため、光変調素子の周波数応答特性を広い周波数帯域に渡り平坦化することが可能となる。
本発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調制御するための制御用電極とを有する光変調素子において、該制御用電極により該光導波路を伝搬する光波を変調制御する作用部の一部に、光変調素子の周波数応答特性を平坦化するための平坦化手段を設けたことを特徴とする。
基板1は、電気光学効果を有する基板であり、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、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、具体的には、これら単結晶材料の、Xカット板、Yカット板、及びZカット板から構成され、特に、光導波路デバイスとして構成されやすく、かつ異方性が大きいという理由から、ニオブ酸リチウム(LN)を用いることが好ましい。
光変調素子の電極損失は、式(1)の減衰定数αを用いて表すことができる。ただし、減衰定数αは周波数をf、導体損αc、誘電体損αdとする。
α=αc√f+αd・f ・・・・(1)
H(f)=exp(−αl/2)SQRT[{sinh2(αl/2)十sin2(ξl/2)}/{(αl)2+(ξl/2)2}] ・・・・(2)
そして、光変調素子を通過した光波の誘導位相量Hは、次式(3)で表現できる。
H(f)=Ha(f)−Hb(f)・・・・(3)
このように、低周波と高周波での作用位置による誘導位相量の変化の違いを利用することにより、分極反転領域における誘導位相量が、高周波より低周波側で顕著に減衰し、光周波数応答特性を平坦化し、広帯域化することができる。
図4は、光変調素子の作用部で分極反転領域10を利用する例である。
本発明を用いない場合には、分極反転領域は、作用部全体に広がって形成されているが、本発明では、作用部における光波の出口側に、非反転領域を設け、反転領域とは逆向きの誘導位相量変化を得るものである。誘導位相量変化の様子は、図3のグラフを上下逆向きにした傾向を示すが、最終的には、図3と同様に、低周波と高周波の誘導位相量を一致させることが可能となる。
なお、分極反転領域11に関しては、周期的な分極反転を形成すると波長変換素子の機能が付加されることとなるため、非周期的な形状・配置とすることが好ましい。
この場合においても、作用部における光波の出口側に、図1と同様に分極反転領域を形成することにより、該作用部における光変調の周波数応答特性を平坦化でき、光変調素子全体での周波数特性を改善することが可能となる。
このような光変調素子においても、図4の実施例と同様に、分極反転した作用部における光波の出口側において、非反転領域を形成することにより、該作用部における周波数応答特性を平坦化することが可能となる。
この場合では、図1及び図6と同様に、各作用部における光波の出口側に、分極反転領域27を形成し、各作用部における周波数応答特性を平坦化するものである。
このような平坦化手段は一方の分岐光導波路のみに形成することも可能であるが、2つの分岐光導波路に均等に形成することで、各分岐光導波路の誘導位相量を等しくし、チャープの発生を抑制することが可能となる。
この構成により、周波数応答特性を平坦化すると共に、ゼロチャープ動作が可能な光変調素子を提供することが可能となる。
2,20 光導波路
3,21,23,25,26 信号電極
4 駆動用ドライバ
6,10,11,22,24,27,28,29 分極反転領域
7 入射光波
8 出射光波
Claims (6)
- 電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調制御するための制御用電極とを有する光変調素子において、
該制御用電極により該光導波路を伝搬する光波を変調制御する作用部の一部に、光変調素子の周波数応答特性を平坦化するための平坦化手段を設けたことを特徴とする光変調素子。 - 請求項1に記載の光変調素子において、該光導波路は、二つの分岐光導波路を有するマッハツェンダ型光導波路であり、該分岐光導波路の一方もしくは各々に該平坦化手段を設けたことを特徴とする光変調素子。
- 請求項1又は2に記載の光変調素子において、該平坦化手段は、平坦化手段が設けられた作用部であり該平坦化手段以外の作用部で生じた光波の誘導位相量を減少させることにより、周波数応答特性の平坦化を行うものであることを特徴とする光変調素子。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の光変調素子において、該平坦化手段は、作用部における基板の分極方向を調整することにより、周波数応答特性の平坦化を行うものであることを特徴とする光変調素子。
- 電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調制御するための制御用電極とを有する光変調素子の製造方法において、
該制御用電極により該光導波路を伝搬する光波を変調制御する作用部の一部に、光変調素子の周波数応答特性を平坦化するための平坦化手段を設け、該変調器により変調された出力光の高周波と低周波の誘電位相量がほぼ同じ値となるように平坦化手段を調整することを特徴とする光変調素子の製造方法。 - 請求項5に記載の光変調素子の製造方法において、該平坦化手段の調整方法は、作用部における基板の分極方向を調整する平坦化手段の作用部に占める長さを調整することを特徴とする光変調素子の製造方法。
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