JP2006003583A - 有機導波路型光変調器及び光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、有機材料による電気光学効果を利用して、低電圧駆動で光変調する有機導波路型光変調器及び光通信システムに関する。
【解決手段】有機導波路型光変調器１は、電気光学効果を有する有機材料をコア層に持つ光導波路４に、外部から制御された信号を電極６、７に印加して当該信号に応じた電界を発生させて、光導波路４への入射光を電界によって屈折率を変化させて出射光の位相を変化させるに際して、光導波路４と電極６、７を略同一平面に配置している。したがって、電界を効率よく電気光学効果の有機材料に印加することができ、低電圧で駆動して適切に光を変調させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機導波路型光変調器及び光通信システムに関し、詳細には、有機材料による電気光学効果を利用して、低電圧駆動で光変調する有機導波路型光変調器及び光通信システムに関する。

今日、データ通信の高速化・大容量化が要望されているとともに、機器の省エネルギー化に伴って低電圧化が要望されており、このような要望によって、光通信の要求が高まってきている。そこで、幹線系のネットワークだけでなく、ＬＡＮ（Local Area Network）、ネットワーク端末、電子機器相互間、ボード間、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit：大規模集積回路）チップ間においても光を用いた情報伝達が提案され、実用化されてきている。特に、機器間やボード間、ＬＳＩチップ間を結ぶ光インタコネクションにおいては、そこに搭載されているＬＳＩチップの電源電圧が低電圧化される傾向にあるため、これらのチップに対してノイズを与えないためにも、光インタコネクションに用いられるデバイスに対して、低電圧化が求められている。また、電気信号に応じて光を変調するＳｉＧｅ等に代表されるドライバにおいても、高速駆動が進むにつれて、耐圧の問題から駆動電圧が低電圧化される傾向にあり、システム全体の低消費電力の要求ともあいまって、低電圧化の要求が強い。

このような低電圧化において、電気光学効果（electro-optic effect）を用いた導波路型光変調器が注目されている。この電気光学効果とは、光学媒体に電界を印加した場合、電界の強さに応じて光学媒体の屈折率が変化する現象であり、電界に比例する屈折率変化であるポッケルス効果（Pockels effect）と電界の２乗に比例するカー効果（Kerr efect）とがある。一般には、ポッケルス効果のほうがカー効果より大きいため、ポッケルス効果が用いられている。

そして、半導体レーザからの出力光に対して外部から変調を加える外部変調方式の光変調器としては、従来、無機強誘電性結晶であるニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ_３（以下、ＬＮという。）を用いたマッハツェンダ型光変調器がある。このマッハツェンダ型光強度変調器は、その光導波路部分が、適当な方位で切り出されたＬＮ結晶に、Ｔｉイオン等を拡散させることで、屈折率の大きな領域をコア層とし、Ｔｉの拡散のないＬＮ結晶やシリコン酸化膜のバッファ層をクラッド層としている。また、外部からの電場は、ＡｕやＣｕ等の金属からなる進行波型電極で、光導波路を挟んで形成されている対称あるいは非対称平面ストリップラインの変調用電極に印加されるマイクロ波によって形成される。入射光は、光導波路の入口側のＹ分岐で２つに分岐され、光導波路を伝搬する光は、電極に印加されたマイクロ波と相互作用して位相変調を起こす。この位相変調を生じた光は、他方の光導波路を伝搬してきた光と出口側のＹ合流で合成され、合成波は位相変調に起因して強度変化を引き起こして、電気信号に対応した光信号に変換される。

そして、従来の拡散導波路による分岐干渉型光変調器は、図８のように示され、図８は、分岐干渉型光変調器１００の光変調部分の断面図を示している。図８において、分岐干渉型光変調器１００は、基板１０１の上部に光導波路１０２が形成され、基板１０１の上面に光導波路１０２を挟んで電極１０３が形成されている。そして、分岐干渉型光変調器１００は、基板１０１として、ＸあるいはＹカットＬＮ基板を用いた場合、光導波路１０２に対して横方向に電界を印加するため、光導波路１０２の斜め上方に信号電極１０３と設置電極１０３を配置したコプレーナ型電極を形成しているが、電界の閉じ込めは不十分で効率のよい変調を行うことのできる電極構成ではない。また、分岐干渉型光変調器１００は、基板１０１として、一般に用いられているＺカットＬＮ基板を用いた場合には、垂直方向に電界が印加されるように、導波路１０２の上部に信号電極１０３が形成されるものの、十分な電界を印加することができず、低電圧駆動が難しい。

そこで、従来、電気光学効果を有する基板表面に設けられたリッジ型光導波路の上部を除く両側の基板上に、当該基板の比誘電率より低い比誘電率を有する低比誘電率層を設置して、更に光導波路の上部を除く両側近傍の低比誘電率層の上部に進行波電極を設置したリッジ型光導波路デバイスが提案されている（特許文献１参照）。

この従来のリッジ型光導波路デバイスは、図９にその光変調部分の断面図を示すように、基板１１１の上部に、リッジ型光導波路１１２が形成され、基板１１１の上部に、このリッジ型光導波路１１２を挟むように低比誘電率層１１３が形成され、さらに、この低比誘電率層１１３の上部に、コプレーナ型進行波電極１１４が形成されている。

すなわち、このリッジ型光導波路デバイスは、基板１１１として、ＸあるいはＹカットＬＮ基板が用いられ、リッジ型光導波路１１２の上部をのぞく両側に、基板１１１の比誘電率より低い誘電率を有する低比誘電率層１１３が配置され、この低比誘電率層１１３の上部であってリッジ型光導波路１１２の両側近傍にコプレーナ型進行波電極１１４が形成されることによって、給電系とデバイスのインピーダンス整合をとりつつ、光波と変調波の重なりが大きくなることから、駆動電圧の低減化が図られている。

ところが、ＬＮのリッジ型光導波路の加工法としては、ダイヤモンドブレードを用いた超精密機械加工が知られているが（非特許文献１参照）、Ｙ分岐の加工には適しておらず、マッハツェンダ型光変調器を形成することが困難であり、また、ＬＮは、ドライエッチング等による加工法によっても困難である。さらに、この従来のリッジ型光導波路デバイスは、上記構造であっても、電極の位置と光導波路の位置が、同一平面にはなく、より大きな電界を印加することができない。

一方、このような進行波型電極においては、理想的には、電気回路的帯域の制限はないが、実際には、変調信号と光伝搬速度に差があると、上記電極構成であっても、帯域の制限を受ける。例えば、ＬＮ結晶の誘電率が、約ε_１＝４３、ε_３＝２８、と大きいため、マイクロ波の実効屈折率ｎｍが光の屈折率ｎ_０＝２．１５（波長１．３μｍ）に対して大きくなり、マイクロ波と光波の速度不整合により帯域制限を受ける。したがって、１０Ｇｂｐｓ、４０Ｇｂｐｓとより高帯域化、すなわち、高速変調するには、電極長さを小さくして、マイクロ波と光波の相互作用長を小さくする必要があるが、電極の長さを小さくすると、変調のための駆動電圧が高くなり、高速化と低電圧化を両立させることが困難になる。例えば、現状のＬＮ変調器では、１０Ｇｂｐｓで５Ｖ駆動となっており、ＬＳＩチップの電源電圧に比較して、２、３倍の大きさとなっている。

そして、今日、誘電率が無機材料に比べて小さく、薄膜化が可能であって、大きな電気光学定数を有することから、有機結晶や有機高分子材料が、低電圧で高速な光変調器の材料として期待されている。

有機高分子材料としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やアモルファスポリカーボネート（ＡＰＣ）等の高分子中に電気光学効果を有する二次非線形光学材料を溶解したもの、または、二次非線形光学材料を直接またはスペーサー原子団を介して高分子鎖に結合したものがあり、これら電気光学効果を有する有機高分子材料をコア層に用いた光変調器が知られている。例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）にアゾ色素をドープしたものがある（非特許文献２参照）。

ところが、これらの有機高分子材料は、そのガラス転移点が低く、分極が温度や経時変化によって緩和してしまうため、光変調器の材料としての信頼性が劣るという問題がある。

そのため、ＰＭＭＡに対してよりガラス転移点が高いＡＰＣによる耐熱性改善等が検討されているが（非特許文献３参照）、十分ではなく、依然として耐熱性、径時変化が課題となっている。さらに、これらの高分子材料は、中心対称構造を有し、電気光学効果を発現させるために直流電圧印化やコロナ帯電等による分極処理が必要である。そして、有機高分子材料を使用した光変調器の場合、二次非線形光学材料を、溶解させるＰＭＭＡやＡＰＣ等のマトリクス高分子や骨格となる高分子鎖のガラス転移点以上に加熱して、直流電圧印化やコロナ帯電等による外部からの電界を印加して、二次非線形光学材料の分子を配向させるが、コロナ帯電によるものでは、基板に対して垂直方向の電界しか印加できず、また、直流電圧による分極処理の場合でも、光変調器の変調電圧に比べて、分極処理の電圧が非常に大きいため、耐圧不良による問題が生じないように、別途分極処理専用の電極を形成している場合もある。したがって、直流電圧印化やコロナ帯電等による分極処理は、垂直方向に行われる場合が多く、水平方向に電界を印加する変調電極を形成するのは困難であり、また、水平方向に電界を印加する変調電極を形成した場合でも、従来、電気光学効果の媒体からなる光導波路と光の位相を変化させるための電極が略同一平面になっているものはなく、略同一平面にない場合は、変調電極に印加した電圧に比べて、電気光学効果の媒体に十分有効に電界が印加されない。

また、有機結晶に関して、以下にその構造式を示す４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （４−Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノ−４’−Ｎ−メチル−スチルバゾリウム トシレイト：ＤＡＳＴ）が、東北大学中西研究室において開発されている。

このＤＡＳＴは、極めて大きな非線形光学定数ｄ_１１＝１０１０ｐｍ／Ｖ（λ＝１．３μｍ）と電気光学定数ｒ_１１＝７５ｐｍ／Ｖ（λ＝８２０ｎｍ）を有し、有機結晶特有の低い誘電率（ε_１＝５．２）であるために、低電圧、高速の光変調や検波、ミリ波、または、サブミリ波の発生等の関心を集めている。また、ＤＡＳＴは、有機結晶であるため、有機高分子のように分極処理を必要とせず、分極緩和のような経時変化はなく、安定である。実際に、改良シェア法によってＤＡＳＴ結晶の薄膜を形成し、光変調の原理確認を行った報告（非特許文献４等参照）があるが、面型の光変調器であり、作用長が短いため、変調深さが小さい等の課題がある。

そこで、本出願人は、先に、ＤＡＳＴを用いた有機導波路型光変調器及び有機導波路型光変調器の製造方法を提案している（特許文献２参照）。この従来技術は、下層クラッド部にコア溝を形成し、このコア溝に、電気光学効果を示す有機結晶ＤＡＳＴを埋め込み、ＤＡＳＴの特性を劣化しない溶媒を用いて、化学的機械研磨を行って、コア溝部以外のＤＡＳＴを除去し、コア部分にＤＡＳＴを形成することによって、有機導波路型光変調器を実現している。

特開平６−３００９９５号公報 特開２００３−２０２５３３号公報 Ceramic Data Book 2002 Vol.30p189 Journal of Optical Society of America, B4(1987)968 Appl.Phys.Lett.,78(2001)3136 Appl. Phys.Lett.,Vol.74(1999)635

しかしながら、上記本出願人が提案した従来技術にあっては、低電圧駆動を実現する上で、さらなる改良が必要であった。

すなわち、ＤＡＳＴ結晶を用いた光変調器においては、ＤＡＳＴ結晶が、そのａ、ｂ軸が基板に平行に形成しやすいため、大きな電気光学定数ｒ_１１を用いるためには、電界を横方向に印加することが好ましく、低電圧駆動を実現するためには、横方向に効率よく電界を印加できる電極構造が必要となる。

そこで、本発明は、より低電圧駆動が可能な有機導波路型光変調器及び光通信システムをを提供することを目的としている。

具体的には、請求項１記載の発明は、電気光学効果を有する有機材料をコア層に持つ光導波路に、外部から制御された信号を電極に印加して当該信号に応じた電界を発生させて、当該光導波路への入射光を当該電界によって屈折率を変化させて出射光の位相を変化させるに際して、光導波路と電極を略同一平面に配置することにより、電界を効率よく電気光学効果の有機材料に印加し、低電圧で駆動して適切に光を変調させる有機導波路型光変調器を提供することを目的としている。

請求項２記載の発明は、有機材料として、電気光学定数が極めて大きく、かつ、誘電率が小さく、有機結晶であることから熱的に安定した４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）を用いることにより、より一層低電圧で駆動するとともに、高速かつ信頼性の高い有機導波路型光変調器を提供することを目的としている。

請求項３記載の発明は、電極を、進行波型電極とすることにより、低電圧駆動を維持しつつ、より高速な駆動を行う有機導波路型光変調器を提供することを目的としている。

請求項４記載の発明は、光導波路を、１つの入射光を２つに分岐させて伝送した後に合成させる分岐光導波路を有したものとし、進行波型電極を、高周波パルス信号の入力される進行波信号電極と接地電極を備えたものとし、当該進行波信号電極と当該接地電極を、２つの分岐光導波路に対して対称に配置することにより、２つの分岐光導波路の高周波信号が印加される部分での電流による発熱や放熱を等しくして、２つの分岐光導波路での温度差が生じるのを防止し、動作点シフトの発生を防止して、低電圧駆動で高速な光変調を維持しつつ、より一層信頼性の高い有機導波路型光変調器を提供することを目的としている。

請求項５記載の発明は、２つの分岐光導波路のそれぞれに、４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）を配置し、当該各分岐光導波路のＤＡＳＴの結晶軸を同一方向とし、進行波信号電極と接地電極を、その発生する電界が、当該２つの分岐光導波路に配置されたＤＡＳＴの結晶軸に対して反対方向となる状態で配置することにより、プッシュプル駆動により２倍の位相変化を生じさせ、高速の光変調を維持しつつ、より一層低電圧での駆動を行うとともに、チャーピングのない有機導波路型光変調器を提供することを目的としている。

請求項６記載の発明は、光導波路を、１つの入射光を２つに分岐させて伝送した後に合成させる分岐光導波路を有したものとし、当該２つの分岐光導波路の所定の配置範囲にのみ、４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）を配置することにより、低電圧駆動で高速な光変調を維持しつつ、より一層光損失の少ない有機導波路型光変調器を提供することを目的としている。

請求項７記載の発明は、２つの分岐光導波路の所定の配置範囲に配置された４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）の光路長を、略等しくすることにより、両分岐光導波路での光吸収による光損失を等しくし、低損失で高速、低電圧駆動を維持しつつ、消光比の高い有機導波路型光変調器を提供することを目的としている。

請求項８記載の発明は、進行波信号電極と接地電極及び２つの分岐光導波路の所定の配置範囲に配置された４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）を、当該２つの分岐光導波路に対して対称に配置することにより、２つの分岐光導波路の高周波信号が印加される部分での電流による発熱や放熱を等しくして、２つの分岐光導波路での温度差が生じるのを防止し、動作点シフトの発生を防止して、低電圧駆動で高速な光変調を維持しつつ、より一層信頼性の高い有機導波路型光変調器を提供することを目的としている。

請求項９記載の発明は、有機導波路型光変調器を、マッハツェンダ型光変調器とすることにより、高速、低電圧駆動、低コストを維持しつつ、消光比の高い有機導波路型光変調器を提供することを目的としている。

請求項１０記載の発明は、電気信号に基づいて光変調器で変調された光を伝送出力する光出力部からの変調光を光入力部で受光して電気信号に変換するに際して、光出力部の光変調器として、請求項１から請求項９のいずれかに記載の有機導波路型光変調器を用いることにより、低電圧駆動が可能で、データ伝送容量の大きい光通信システムを提供することを目的としている。

請求項１記載の発明の有機導波路型光変調器は、電気光学効果を有する有機材料をコア層に持つ光導波路と、当該光導波路に外部から制御された信号に応じた電界を発生させる電極と、を有し、当該光導波路への入射光を当該電界によって屈折率を変化させて出射光の位相を変化させる有機導波路型光変調器であって、前記光導波路と前記電極が略同一平面に配置されていることにより、上記目的を達成している。

この場合、例えば、請求項２に記載するように、前記有機材料は、４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）であってもよい。

また、例えば、請求項３に記載するように、前記電極は、進行波型電極であってもよい。

さらに、例えば、請求項４に記載するように、前記光導波路は、１つの入射光を２つに分岐させて伝送した後に合成させる分岐光導波路であり、前記進行波型電極は、高周波パルス信号の入力される進行波信号電極と接地電極を備え、当該進行波信号電極と当該接地電極が、前記２つの分岐光導波路に対して対称に配置されていてもよい。

さらに、例えば、請求項５に記載するように、前記２つの分岐光導波路は、それぞれ４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）が配置され、当該各分岐光導波路のＤＡＳＴの結晶軸が同一方向であり、前記進行波信号電極と前記接地電極は、その発生させる電界が、当該２つの分岐光導波路に配置された前記ＤＡＳＴの結晶軸に対して反対方向となる状態で配置されていてもよい。

さらに、例えば、請求項６に記載するように、前記光導波路は、１つの入射光を２つに分岐させて伝送した後に合成させる分岐光導波路を有し、当該２つの分岐光導波路の所定の配置範囲にのみ、４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）が配置されているものであってもよい。

さらに、例えば、請求項７に記載するように、前記２つの分岐光導波路の所定の配置範囲に配置された４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）は、その光路長が略等しいものであってもよい。

さらに、例えば、請求項８に記載するように、前記進行波信号電極と前記接地電極及び前記２つの分岐光導波路の所定の配置範囲に配置された４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）は、当該２つの分岐光導波路に対して対称に配置されているものであってもよい。

さらに、例えば、請求項９に記載するように、前記有機導波路型光変調器は、マッハツェンダ型光変調器であってもよい。

請求項１０記載の発明の光通信システムは、電気信号に基づいて光変調器で変調された光を伝送出力する光出力部と、当該光出力部からの変調光を受光して電気信号に変換する光入力部と、を有する光通信システムにおいて、前記光出力部が、前記光変調器として、前記請求項１から請求項９のいずれかに記載の有機導波路型光変調器を備えていることにより、上記目的を達成している。

請求項１記載の発明の有機導波路型光変調器によれば、電気光学効果を有する有機材料をコア層に持つ光導波路に、外部から制御された信号を電極に印加して当該信号に応じた電界を発生させて、当該光導波路への入射光を当該電界によって屈折率を変化させて出射光の位相を変化させるに際して、光導波路と電極を略同一平面に配置しているので、電界を効率よく電気光学効果の有機材料に印加することができ、低電圧で駆動して適切に光を変調させることができる。

請求項２記載の発明の有機導波路型光変調器によれば、有機材料として、電気光学定数が極めて大きく、かつ、誘電率が小さく、有機結晶であることから熱的に安定した４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）を用いているので、より一層低電圧で駆動することができるとともに、高速かつ信頼性を向上させることができる。

請求項３記載の発明の有機導波路型光変調器によれば、電極を、進行波型電極とすることにより、低電圧駆動を維持しつつ、より高速な駆動を行う有機導波路型光変調器を提供することを目的としている。

請求項４記載の発明の有機導波路型光変調器によれば、光導波路を、１つの入射光を２つに分岐させて伝送した後に合成させる分岐光導波路を有したものとし、進行波型電極を、高周波パルス信号の入力される進行波信号電極と接地電極を備えたものとし、当該進行波信号電極と当該接地電極を、２つの分岐光導波路に対して対称に配置しているので、２つの分岐光導波路の高周波信号が印加される部分での電流による発熱や放熱を等しくして、２つの分岐光導波路での温度差が生じるのを防止することができ、動作点シフトの発生を防止して、低電圧駆動で高速な光変調を維持することができるとともに、より一層信頼性を向上させることができる。

請求項５記載の発明の有機導波路型光変調器によれば、２つの分岐光導波路のそれぞれに、４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）を配置し、当該各分岐光導波路のＤＡＳＴの結晶軸を同一方向とし、進行波信号電極と接地電極を、その発生する電界が、当該２つの分岐光導波路に配置されたＤＡＳＴの結晶軸に対して反対方向となる状態で配置しているので、プッシュプル駆動により２倍の位相変化を生じさせることができ、高速の光変調を維持しつつ、より一層低電圧での駆動を行うことができるとともに、チャーピングの発生を防止することができる。

請求項６記載の発明の有機導波路型光変調器によれば、光導波路を、１つの入射光を２つに分岐させて伝送した後に合成させる分岐光導波路を有したものとし、当該２つの分岐光導波路の所定の配置範囲にのみ、４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）を配置しているので、低電圧駆動で高速な光変調を維持することができるとともに、より一層光損失を低減することができる。

請求項７記載の発明の有機導波路型光変調器によれば、２つの分岐光導波路の所定の配置範囲に配置された４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）の光路長を、略等しくしているので、両分岐光導波路での光吸収による光損失を等しくすることができ、低損失で高速、低電圧駆動を維持することができるとともに、消光比を向上させることができる。

請求項８記載の発明の有機導波路型光変調器によれば、進行波信号電極と接地電極及び２つの分岐光導波路の所定の配置範囲に配置された４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）を、当該２つの分岐光導波路に対して対称に配置しているので、２つの分岐光導波路の高周波信号が印加される部分での電流による発熱や放熱を等しくして、２つの分岐光導波路での温度差が生じるのを防止することができ、動作点シフトの発生を防止して、低電圧駆動で高速な光変調を維持することができるとともに、より一層信頼性を向上させることができる。

請求項９記載の発明の有機導波路型光変調器によれば、有機導波路型光変調器を、マッハツェンダ型光変調器としているので、高速、低電圧駆動、低コストを維持することができるとともに、消光比を向上させることができる。

請求項１０記載の発明の光通信システムによれば、電気信号に基づいて光変調器で変調された光を伝送出力する光出力部からの変調光を光入力部で受光して電気信号に変換するに際して、光出力部の光変調器として、請求項１から請求項９のいずれかに記載の有機導波路型光変調器を用いているので、低電圧駆動で、データ伝送容量の大きい光通信を行うことができる。

以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な実施例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１〜図３は、本発明の有機導波路型光変調器及び光通信システムの第１実施例を示す図であり、図１は、本発明の有機導波路型光変調器及び光通信システムの第１実施例を適用した有機導波路型光変調器１の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。

図１から図３において、有機導波路型光変調器１は、基板２の上部にクラッド層３が形成され、クラッド層３の上部にマッハツェンダの光導波路４が形成された上部クラッド層５が形成されている。この上部クラッド層５には、Ｙ分岐の光導波路４に電界を印加する信号電極６と接地電極７が形成されており、光導波路４の電界の印加される範囲（所定の配置範囲）には、ＤＡＳＴからなるＤＡＳＴ部８が形成されている。

この有機導波路型光変調器１の製造は、まず、基板２としてポリイミド基板を用い、この基板２上に光導波路４のクラッド層３となるポリイミド樹脂をスピンコートする。このクラッド層３となるポリイミド樹脂の上面にマッハツェンダの光導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行って、コア溝を形成し、コアとなる屈折率の大きいポリイミド樹脂を当該形成したコア溝部に形成して低損失な光導波路４を形成する。この分岐したＹ分岐光導波路４部分は、その光路長が等しくなるように形成されている。

次に、リソグラフィーとエッチングを用いて、ＤＡＳＴ部８を選択的に形成する部分だけ、コアとなるポリイミドを除去し、コア溝を再度形成する。

この形成したコア溝に、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴを結晶成長させる。このとき、ＤＡＳＴ単結晶は、そのＤＡＳＴの結晶方位について、種結晶によって光導波路４の方向をｂ軸、同様に、基板２に平行な面内にａ軸及び基板２に対して垂直方向がｃ軸となるように、コア溝を埋め込んだ形で形成される。

このＤＡＳＴ形成においては、コア溝以外にも、結晶成長したＤＡＳＴが存在するため、研磨により不要部分のＤＡＳＴの除去を行う。この研磨は、発泡ウレタンパッドＳｕｐｒｅｍｅ ＲＮ−Ｈ（ロデール製）を用いて、研磨剤としてシリカの研磨粒子を使用して研磨を行い、コア溝以外のＤＡＳＴを除去し、ＤＡＳＴをＤＡＳＴ部８となる特定のコア溝にのみ残す。

このＹ分岐光導波路４に選択配置したＤＡＳＴ部８は、その長さが１０ｍｍ、その厚さが６μｍである。

なお、上記説明では、種結晶を用いた徐冷法でＤＡＳＴ部８を形成したが、上記非特許文献４に記載されているような改良シェア法によってＤＡＳＴ部８を形成してもよい。

そして、ＤＡＳＴ部８を有する光導波路４の上層に、下層のクラッド層３と同じポリイミドをスピンコートして上部クラッド層５を形成する。この上部クラッド層５は、その厚さが２μｍである。

次に、ＤＡＳＴ部８の配置された２つの分岐光導波路４の両側の上部クラッド層５であるポリイミドに対して、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、進行波信号電極６と接地電極７を形成するための電極溝を形成する。この電極溝は、その深さとして、分岐光導波路４と進行波信号電極６及び接地電極７とが、図２及び図３に一点鎖線で示す略同一平面になるように、光導波路４のＤＡＳＴ部８の底部と同じ深さまで形成する。この電極溝に、メッキ法によりＡｕ電極を埋め込み、厚さ８μｍの進行波信号電極６及び接地電極７の一部を形成する。さらに、分岐光導波路４と交わる部分の引出部分の進行波信号電極６及び接地電極７を形成し、進行波信号電極６の一方側の終端に、５０Ωの終端抵抗９を取り付け、進行波信号電極６の他方側に、電源１０を接続することで、信号電極６と接地電極７を進行波型電極とする。

そして、この進行波信号電極６と接地電極７は、２つの分岐導波路４に対して、面積及び形状が対称に配置されている。すなわち、進行波信号電極６と接地電極７は、入射及び出射側の光導波路４に平行で、かつ、２つの分岐光導波路４の対称中心となっている中心線での断面に対して、対称に配置されており、その形状及び面積が等しく形成されている。

次に、本実施例の作用を説明する。本実施例の有機導波路型光変調器１は、電気光学効果の媒体からなる光導波路４と光の位相を変化させるための電極６、７が略同一平面となるように形成されている。すなわち、基板２に平行に横方向に電圧を印加するような電極６、７の配置の電気光学効果媒体において、２つの分岐光導波路４で規定される面内に、信号電極６及び接地電極７が形成されており、分岐光導波路４は、数〜１０数μｍ程度の厚さを有しており、正確には面ではないが、２つの分岐光導波路４で規定される平面と信号電極６及び接地電極７とが交差する状態となっている。

したがって、信号電極６及び接地電極７の厚さは、光導波路４の厚みによって規定されるものではなく、インピーダンスマッチングを取るために、分岐光導波路４の上面と下面とで規定される２つの平面と信号電極６及び接地電極７が交差していれば、その上方または下方により厚く形成されていてもよい。

このように光導波路４と信号電極６及び接地電極７が略同一平面となっているため、電極６、７間に形成される大きな電界が光導波路４に印加され、より低電圧で光変調を行うことができる。

また、有機導波路型光変調器１は、電気光学媒体を誘電率ε_１＝５．２と小さなＤＡＳＴ及び進行波型の電極６、７の周囲も誘電率の小さな樹脂やＳｉＯ_２等の誘電率の小さな無機材料としている。
したがって、マイクロ波の屈折率ｎｍと光の屈折率ｎ_０の差が非常に小さく、光波と変調マイクロ波の速度不整合が生じにくく、高速の光変調を行うことができる。

さらに、有機導波路型光変調器１は、進行波型電極６、７が、高周波パルス信号を入力する進行波信号電極６と接地電極７から構成され、進行波信号電極６と接地電極７が、２つの分岐導波路４に対して、面積及び形状が対称に配置されている。
したがって、両分岐光導波路４のＤＡＳＴ部８によって位相変化が生じる部分において、高周波信号電流によって生じる熱が同じになり、温度差が発生せず、ＤＣドリフトと呼ばれる動作点シフトの発生を防止することができる。

一方、ＤＡＳＴ部８は、波長７５０ｎｍ〜１６００ｎｍ間での吸収係数が０．５ｃｍ^−１程度あり、光導波路４の単に光を分波、合波する部分にもＤＡＳＴを使用すると、伝送損失が大きくなり、好ましくない。なお、結晶品質の向上で、光損失低減の可能性はあるものの現状では上記程度の吸収はある。また、ＤＡＳＴ分子中のＣ−Ｈ結合のＨを重水素Ｄやフッ素Ｆと置換することで、１．７μｍ付近の吸収位置を長波長側にシフトさせて、より吸収の影響を小さくさせることもできるが、今日、その様な分子の合成の報告はなく、非線型性の確認も行われていない。

そこで、本実施例の有機導波路型光変調器１は、光導波路４のうち、電気光学効果による屈折率変化に必要な部分のみをＤＡＳＴで形成してＤＡＳＴ部８とし、その他の部分は、より光損失の少ない材料で形成することで、低損失なものとしている。

この低損失な光導波路４としては、上述のように、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、ＰＭＭＡ、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂等の樹脂からなるものやＳｉＯ_２やＳｉ、ＳｉＮ等の無機膜を用いた光導波路、さらに、周期的な微細構造を形成したフォトニック結晶を用いた光導波路であってもよい。また、ＬＮのように、光導波路４全てが電界効果を持つ場合、電極６、７の配置によっては予期しない部分でも、光導波路４に電界が印加されて位相変化を生じてしまうのに対して、ＤＡＳＴを特定部分にのみ配置したＤＡＳＴ部８を形成することで、位相変化を容易に制御することができる。

また、その光導波路４は、その分岐した光導波路４部分の光路長が等しく形成されているため、吸収による光ロスが等価となり、分岐部分での光強度比の調整を行うことなく、高い消光比を得ることができる。

さらに、光導波路４は、マッハツェンダ型としているので、消光比Ｅｒが、入力側での光強度の分割比ｒ_ｐ＝（｜Ｅａ｜／｜Ｅｂ｜）^２を用いて、次式（１）のように表され、光強度分割比ｒ_ｐ＝１の場合、無限大の消光比となり、等分でない場合であっても、比較的高い消光比を得ることができる。

そして、有機導波路型光変調器１は、マッハツェンダ型の両分岐光導波路４にＤＡＳＴを選択的に配置して、ＤＡＳＴ部８とし、また、分岐光導波路４の光路長を等しくしている。有機導波路型光変調器１、図示しない半導体レーザからのＣＷ光が入射側の光導波路４から入り、入射側のＹ分岐で２つの分岐光導波路４に分けられ、この分岐光導波路４を通過する際に、進行波信号電極６に印加された高周波変調信号電圧により、分岐導波路４に選択的に配置された電気光学効果媒体である有機結晶ＤＡＳＴ部８によって、位相差が生じる。有機導波路型光変調器１は、この位相変化を生じた光を、他方の分岐光導波路４を伝搬してきた光と、光導波路４の出口側のＹ分岐で合成し、合成波に、位相変化に起因して強度変化を引き起こさせて、電気信号に対応した光信号に変換する。

ＤＡＳＴ部８のバルク結晶は、ａ軸及びｂ軸方向に大きく、ｃ軸方向に小さい菱形平板状の形状をしており、また、上記非特許文献４に記載されているように、ＤＡＳＴ薄膜結晶の場合も、膜面内にａ、ｂ軸があり、ｃ軸は、膜に垂直方向となるという幾何学的な構造を有しており、基板２に平行面内にａ、ｂ軸を形成しやすい。

一方、ＤＡＳＴの最も大きな電気光学定数ｒ_１１を使うためには、光をｂ軸方向に伝播させ、ａ軸方向に電界が印加され、入射光の偏波面もａ軸に平行となるように入射するのがよい。

このため、有機導波路型光変調器１は、図１に示すように、進行波信号電極６と接地電極７によって形成される電界も基板２と平行面になるように配置されており、信号電極６と接地電極７は、図２に示すように、ＤＡＳＴ部８と略同一面にある。したがって、電極６、７間に形成される大きな電界が分岐光導波路４に印加され、より低電圧で光変調を行うことができる。

なお、有機導波路型光変調器１では、２つの分岐光導波路４の下面と信号電極６及び接地電極７の下面が同一平面上にあり、信号電極６及び接地電極７が、２つの分岐光導波路４の上面を超えて厚く形成されているが、電極溝をより深く形成して、下側に厚く形成してもよい。

すなわち、図８、９に示した従来の変調器では、分岐光導波路１０２、１１２で規定される面の上部に電極１０３、１１４が形成されており、効率のよい電圧印加を行うことができない構成になっていた。これは、ＬＮでは、加工が困難であること、また、誘電率が大きいため、マイクロ波の実効屈折率ｎ_ｍが光の屈折率ｎ_０に対して大きくなり、マイクロ波と光波の速度不整合により帯域制限を受けるために、本実施例のような電極構成とすることができないことによる。

ところが、本実施例の有機導波路型光変調器１は、ＤＡＳＴの誘電率は小さく、また、電極周囲のクラッド層３、５を形成する材料も、誘電率が小さいポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、ＰＭＭＡ、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂等の樹脂からなるものやＳｉＯ_２等の誘電率の小さな無機膜を用いることで、マイクロ波と光波の速度不整合により帯域制限を受ることなく、電界閉じ込めの大きな進行波型電極６、７を形成している。

一方、図１に示す電気光学効果材料が配置されていない光導波路４と進行波信号電極６と接地電極７の交差する部分は、光導波の妨げとなるため、図３に示すように、略同一平面上にはなく、上部クラッド層５上に形成されている。

さらに、有機導波路型光変調器１は、分岐光導波路４の中央に、進行波信号電極６が配置され、分岐光導波路４の外側に接地電極７が配置されている。

したがって、各ＤＡＳＴ部８には、それぞれ逆向きの電界が印加され、プッシュプル動作により２倍の位相変化を生じさせることができ、より低電圧で駆動することができる。

また、電極６には５０Ωの終端抵抗を付与した進行波型電極とし、高速な光変調に対応できる電極構造としている。

そして、本実施例の有機導波路型光変調器１は、波長１．３μｍのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して電極６、７間に変調信号を入力したところ、約１．２Ｖと低い駆動電圧で、進行波型電極６、７を用いているため、高速の光強度変調を行うことができた。また、有機導波路型光変調器１は、プッシュプル動作をしているため、チャープのない光変調を行うことができる。

さらに、有機導波路型光変調器１は、分岐光導波路４の電気光学効果による屈折率変化に必要な部分のみをＤＡＳＴで形成してＤＡＳＴ部８とし、その他の部分は、より光損失の少ない材料で形成することで、低損失なものとしているため、全てをＤＡＳＴで形成した光変調器に比較して、光強度の減衰を小さくすることができる。

また、有機導波路型光変調器１は、マッハツェンダ型光変調器であるため、高い消光比を得ることができ、コストを低減することができる。

図４及び図５は、本発明の有機導波路型光変調器及び光通信システムの第２実施例を示す図であり、図４は、本発明の有機導波路型光変調器及び光通信システムの第２実施例を適用した有機導波路型光変調器２０の平面図、図５は、図４のＣ−Ｃ矢視断面図である。

図４及び図５において、有機導波路型光変調器２０は、基板２１として、熱酸化膜を形成したＳｉ基板を用い、この基板２１の上部にエポキシ樹脂を用いてクラッド層２２が形成され、また、ＤＡＳＴ部２３以外の部分のコア層として、クラッド層２２よりも屈折率の大きなエポキシ樹脂を用いて、マッハツェンダの光導波路２４が形成されている。

そして、公知技術によるリソグラフィーとエッチングによって、光導波路２４を形成し、ついで、ＤＡＳＴ部２３を選択的に配置するコア溝を形成した。

ここで、上記第１実施例と同様に、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴを結晶成長させてＤＡＳＴ部２３を形成する。このＤＡＳＴの結晶方位については、種結晶によって、導波路２４方向をｂ軸、同じく基板２１に平行な面内にａ軸となるように、コア溝を埋め込んだ形でＤＡＳＴ単結晶が形成される。このとき、コア溝以外のＤＡＳＴは、研磨により除去し、ＤＡＳＴを特定のコア溝にのみ残して、ＤＡＳＴ部２３を形成する。

ここで、分岐光導波路２４に選択配置したＤＡＳＴ部２３は、その長さが、１０ｍｍであり、その厚さが、４μｍである。

次に、下層のクラッド層２２と同じエポキシ樹脂を２μｍの厚さに形成して、上部クラッド層２５とした。

ついで、ＤＡＳＴ部２３の配置された２つの分岐光導波路２４の両側に、進行波信号電極２６と接地電極２７を形成するための電極溝を形成する。このとき、信号電極２６と接地電極２７が、２つの分岐導波路２３に対して対称にとなるパターンを用いて電極溝を配置する。電極溝の深さは、分岐光導波路２４と進行波信号電極２６及び接地電極２７とが略同一平面になるように、光導波路２４のＤＡＳＴ部２３の底部よりも２μｍほど深く形成する。

この電極溝に、蒸着法によりＡｕを埋め込み、ダマシン法で不要なＡｕを除去して、厚さ８μｍの進行波信号電極２６及び接地電極２７の一部を形成する。

ついで、図４に示す分岐光導波路２４と交わる部分、信号電極２６の両側にあるＴ字の引き出し部分のＡｕ電極を上部クラッド層２５上に形成し、終端に５０Ωの終端抵抗２８を取り付け、信号電極２６の他方側に、電源２９を接続することで、進行波型電極とする。

次に、本実施例の作用を説明する。本実施例の有機導波路型光変調器２０は、マッハツェンダ型の両分岐光導波路２４にＤＡＳＴ部２３が選択的に配置されており、ＤＡＳＴ結晶の軸配置は、上記第１実施例の有機導波路型光変調器１と同様に、ＤＡＳＴの最も大きな電気光学定数ｒ_１１を使うために、光はｂ軸伝播させ、ａ軸方向に電界が印加され、入射光の偏波面もａ軸に平行となるように入射する。

そして、進行波信号電極２６と接地電極２７が、２つの分岐導波路２４に対して対称に配置されている。すなわち、進行波信号電極２６と接地電極２７は、２つの分岐導波路２４に対して、図５に示すように、入射側及び出射側の光導波路２４に平行で、かつ、２つの分岐光導波路２４の対称中心となっている中心線Ｏ−Ｏ’での断面に対して、対称に配置されており、その形状及び面積が等しく形成されている。

したがって、２つの分岐導波路２４に対して、電極２６、２７を対称に配置することによって、高周波信号電流によって生じる熱が両分岐光導波路２４の周辺で等しくなり、光の位相変化を生じる２つの分岐光導波路２４において温度差が発生せず、動作点シフトが発生しない。

また、本実施例の有機導波路型光変調器２０は、２つの分岐光導波路２４に選択的に配置されているＤＡＳＴ部２３も、２つの分岐導波路２４に対称配置されており、高い対称性を有しているため、より一層動作点シフトの発生を防止することができる。

さらに、第１実施例の有機導波路型光変調器１と同様に、分岐光導波路２４の中央に進行波信号電極２６に配置し、分岐光導波路２６の外側に接地電極２７を配置することで、分岐光導波路２４のそれぞれに配置されたＤＡＳＴ部２３の結晶軸に対して、逆向きの電界を印加することができ、プッシュプル動作により２倍の位相変化を生じさせることができる。その結果、より一層低電圧での駆動を行うことができる。

また、本実施例の有機導波路型光変調器２０は、信号電極２６と接地電極２７の厚み方向の中心と、光導波路２４のＤＡＳＴ部２３の厚み方向の中心が、図５に示すように、同一面に存在しており、２つの分岐光導波路２４の下面で規定される平面に対して、信号電極２６及び接地電極２７がより深く、形成されている。

そして、このような有機導波路型光変調器２０を用いて、波長１．３μmのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して電極２６、２７間に変調信号を入力したところ、進行波型電極２６、２７を用いているため、約１．２Ｖと低い駆動電圧で、高速の光強度変調を行うことができた。また、有機導波路型光変調器２０は、進行波信号電極２６と接地電極２７が、２つの分岐導波路２４に対して対称に配置されているため、動作点シフトが発生しない。

図６は、本発明の有機導波路型光変調器及び光通信システムの第３実施例を適用した有機導波路型光変調器３０の平面図である。

図６において、本実施例の有機導波路型光変調器３０は、第１実施例の有機導波路型光変調器１と同様に、基板として、熱酸化膜を形成したＳｉ基板を用い、この基板の上部にエポキシ樹脂を用いてクラッド層が形成され、また、ＤＡＳＴ部３１以外の部分のコア層として、クラッド層よりも屈折率の大きなエポキシ樹脂を用いて、マッハツェンダの光導波路３２が形成されている。

そして、公知技術によるリソグラフィーとエッチングによって、ＤＡＳＴ部３１を選択的に形成する部分だけ、コアとなるポリミイドを除去して、コア溝を再度形成する。

ここで、上記第１実施例と同様に、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴを結晶成長させてＤＡＳＴ部３１を形成する。このＤＡＳＴの結晶方位については、種結晶によって、導波路３２方向をｂ軸、同じく基板に平行な面内にａ軸となるように、コア溝を埋め込んだ形でＤＡＳＴ単結晶が形成される。このとき、コア溝以外のＤＡＳＴは、研磨により除去し、ＤＡＳＴを特定のコア溝にのみ残して、ＤＡＳＴ部３１を形成する。

そして、分岐光導波路３２に選択配置したＤＡＳＴ部３１は、その長さが、１０ｍｍであり、その厚さが、６μｍである。

ついで、ＤＡＳＴ部３１の配置された２つの分岐光導波路３２の一方に、クラッド層であるポリイミドに対して、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、進行波信号電極３３と接地電極３４を形成するための電極溝を形成する。このとき、電極溝は、ＤＡＳＴが選択的に配置された分岐光導波路３２の部分（ＤＡＳＴ部３１）にのみ形成する。電極溝は、その溝深さが、分岐光導波路３２と進行波信号電極３３及び接地電極３４とが略同一平面になるように、光導波路３２のＤＡＳＴ部３１の底部と同じ深さまで形成する。

次に、メッキ法によりこの電極溝にＡｕ電極を埋め込み、厚さ８μｍの進行波信号電極３３及び接地電極３４を形成する。このとき、分岐光導波路３２と交わる引き出し部分の信号電極３３は、電極溝に埋め込むのと同時に形成することで、プロセスの簡略化を計っている。

そして、信号電極３３の終端に、５０Ωの終端抵抗３５を取り付け、信号電極３３の他方側に、電源３６を接続することで、信号電極３３と接地電極３４を進行波型電極としている。

この有機導波路型光変調器３０は、上述のように、信号電極３３と接地電極３４が、分岐光導波路３２のＤＡＳＴ部３１と略同一面にあるため、電極３３、３４の間に形成される大きな電界が光導波路３２のＤＡＳＴ部３１に印加されるため、低電圧で光変調を行うことができる。また、この有機導波路型光変調器３０は、一方の分岐光導波路３２のみを位相変調することにより、より簡単なプロセスで信号電極及３３び接地電極３４を形成することができる。

この有機導波路型光変調器３０では、マッハツェンダ型の両分岐光導波路３２にＤＡＳＴ部３１を選択的に配置し、ＤＡＳＴ結晶の軸配置を、ＤＡＳＴのもっとも大きな電気光学定数ｒ_１１を使うため、光はｂ軸に伝播させ、ａ軸方向に電界を印加ささせ、入射光の偏波面もａ軸に平行となるように入射する。

そして、有機導波路型光変調器３０に、波長１．３μｍのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して電源３６から電極３３、３４間に変調信号を入力したところ、進行波型電極３３、３４を用いているため、約２．５Ｖと低い駆動電圧で、高速の光強度変調を行うことができた。

図７は、本発明の有機導波路型光変調器及び光通信システムの第４実施例を適用した光通信システム４０のシステム構成図である。

図７において、光通信システム４０は、２つのガラスエポキシで形成されているボード５０とボード７０が、２本の光伝送路４１、４２で接続されており、ボード５０とボード７０との接続において、その高速の信号線に光伝送路４１、４２が用いられており、図示しないが、低速の信号線には、通常の電気配線が用いられている。

光伝送路４１、４２は、例えば、シングルモードの光ファイバを用いることができるが、光伝送路４１、４２としては、シングルモードの石英光ファイバに限るものではなく、ったえ、比較的低速での短距離の伝送であるか等の用途に応じて、マルチモードの光ファイバやＰＯＦ（Plastic Optical Fiber）等を用いることができる。

ボード５０及びボード７０は、それぞれＩＣ５１、７１、光出力部５２、７２及び光入力部５３、７３等を搭載している。

光出力部５２、７２は、それぞれ電気信号処理部５４、７４、光源５５、７５、光導波路５６、７６及び有機導波路型光変調器５７、７７等を備えており、ＩＣ５１、７１からの電気信号を光信号に変換して出力する。電気信号処理部５４、７４は、ＩＣ５１、７１及び有機導波路型光変調器５７、７７にそれぞれ電気配線５８、７８及び電気配線５９、７９で接続されており、ＩＣ５１、７１からの電気信号をシリアル処理する電気回路と有機導波路型光変調器５７、７７を駆動するためのドライバ等を備えている。光源５５、７５は、半導体レーザ等で構成され、光源５５、７５からのＣＷ光は、石英や樹脂等からなる光導波路５６、７６によって有機導波路型光変調器５７、７７に導かれる。有機導波路型光変調器５７、７７は、上記第１実施例の有機導波路型光変調器１、第２実施例の有機導波路型光変調器２０、第３実施例の有機導波路型光変調器３０等、例えば、第２実施例の有機導波路型光変調器２０が用いられ、電気信号処理部５４、７４からの電気信号で光源５５、７５からのＣＷ光に変調を加えて光信号に変換する。

また、光入力部５３、７３は、受光素子６０、８０と電気信号処理部６１、８１等を備えており、光出力部５２、７２から伝送されてきた光信号を電気信号に変換する。

受光素子６０、８０は、光出力部５２、７２の有機導波路型光変調器５７、６７と光伝送路４１、４２で接続されているとともに、電気信号処理部６１、８１と電気配線６２、８２で接続されている。受光素子６０、８０は、光伝送路４１、４２を通してそれぞれボード５０の光出力部５２の有機導波路型光変調器５７から伝送されてきた光信号及びボード７０の光出力部７２の有機導波路型光変調器７７から伝送されてきた光信号を受信し、電気信号に変換して電気信号処理部６１、８１に出力する。

電気信号処理部６１、８１は、それぞれＩＣ５１、７１に電気配線６３、８３で接続され、必要に応じて受光素子６０、８０からの信号を増幅するためのアンプ及び受光素子６０、８０で受けた信号を再度元のビットに変換するための電気回路等を備えて、ビット変換した電気信号をＩＣ５１、７１に出力する。

そして、本実施例の光通信システム４０は、光出力部５２、７２に、電気光学効果の媒体として、有機結晶ＤＡＳＴからなる光導波路と光の位相を変化させるための電極を略同一平面に形成した有機導波路型光変調器５７、７７を用いている。

したがって、低電圧駆動が可能であるとともに、大きなデータ伝送容量を確保することができる。

このように、本実施例の光通信システム４０は、電気信号に基づいて光変調器で変調された光を伝送出力する光出力部５２、７２からの変調光を光入力部５３、７３で受光して電気信号に変換するに際して、光出力部５２、７２の光変調器として、上記各実施例のいずれかに記載の有機導波路型光変調器１、２０、３０を用いている。したがって、低電圧駆動で、データ伝送容量の大きい光通信を行うことができる。

なお、本実施例においては、各々のボード５０、７０上に光出力部５２、７２と光入力部５３、６３の２つを備えて、双方向の光伝送を行う場合について説明したが、光通信システムとしては、上記構成に限るものではなく、例えば、少なくとも、有機導波路型光変調器を用いた光出力部を有したボードと光入力部のみを有したボードを備えて一方向の伝送のみを行う光通信システムであってもよいし、複数の各ボードが複数の光出力部と光入力部を備えて複数の双方向伝送を行う光通信システムであってもよい。

また、本実施例においては、異なるボード５０、７０の間での光通信システム４０を示しているが、光通信システムとしては、ＩＣが同一ボード内にあるような光通信システムであってもよい。

さらに、上記説明では、有機導波路型光変調器５７、６７を１つしか形成していないが、必要に応じて複数個をアレイ化し、より広帯域な通信を可能にしてもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

低電圧で効率よく光変調を行う有機導波路型光変調器及びこの有機導波路型光変調器を用いた光通信システムに適用することができる。

本発明の有機導波路型光変調器及び光通信システムの第１実施例を適用した有機導波路型光変調器の平面図。 図１のＡ−Ａ矢視断面図。 図１のＢ−Ｂ矢視断面図。 本発明の有機導波路型光変調器及び光通信システムの第２実施例を適用した有機導波路型光変調器の平面図。 図４のＣ−Ｃ矢視断面図。 本発明の有機導波路型光変調器及び光通信システムの第３実施例を適用した有機導波路型光変調器の平面図。 本発明の有機導波路型光変調器及び光通信システムの第４実施例を適用した光通信システムのシステム構成図。 従来の拡散導波路による分岐干渉型光変調器の要部断面図。 従来のリッジ型光導波路変調器の要部断面図。

符号の説明

１ 有機導波路型光変調器
２ 基板
３ クラッド層
４ 光導波路
５ 上部クラッド層
６ 信号電極
７ 接地電極
８ ＤＡＳＴ部
９ 終端抵抗
１０ 電源
２０ 有機導波路型光変調器
２１ 基板
２２ クラッド層
２３ ＤＡＳＴ部
２４ 光導波路
２５ 上部クラッド層
２６ 信号電極
２７ 接地電極
２８ 終端抵抗
２９ 電源
３０ 有機導波路型光変調器
３１ ＤＡＳＴ部
３２ 光導波路
３３ 信号電極
３４ 接地電極
３５ 終端抵抗
３６ 電源
４０ 光通信システム
４１、４２ 光伝送路
５０、７０ ボード
５１、７１ ＩＣ
５２、７２ 光出力部
５３、７３ 光入力部
５４、７４ 電気信号処理部
５５、７５ 光源
５６、７６ 光導波路
５７、７７ 有機導波路型光変調器
５８、５９、７８、７９ 電気配線
６０、８０ 受光素子
６１、８１ 電気信号処理部
６２、８２ 電気配線

Claims (10)

1. 電気光学効果を有する有機材料をコア層に持つ光導波路と、当該光導波路に外部から制御された信号に応じた電界を発生させる電極と、を有し、当該光導波路への入射光を当該電界によって屈折率を変化させて出射光の位相を変化させる有機導波路型光変調器であって、前記光導波路と前記電極が略同一平面に配置されていることを特徴とする有機導波路型光変調器。
2. 前記有機材料は、４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）であることを特徴とする請求項１記載の有機導波路型光変調器。
3. 前記電極は、進行波型電極であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の有機導波路型光変調器。
4. 前記光導波路は、１つの入射光を２つに分岐させて伝送した後に合成させる分岐光導波路であり、前記進行波型電極は、高周波パルス信号の入力される進行波信号電極と接地電極を備え、当該進行波信号電極と当該接地電極が、前記２つの分岐光導波路に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項３記載の有機導波路型光変調器。
5. 前記２つの分岐光導波路は、それぞれ４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）が配置され、当該各分岐光導波路のＤＡＳＴの結晶軸が同一方向であり、前記進行波信号電極と前記接地電極は、その発生させる電界が、当該２つの分岐光導波路に配置された前記ＤＡＳＴの結晶軸に対して反対方向となる状態で配置されていることを特徴とする請求項４記載の有機導波路型光変調器。
6. 前記光導波路は、１つの入射光を２つに分岐させて伝送した後に合成させる分岐光導波路を有し、当該２つの分岐光導波路の所定の配置範囲にのみ、４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の有機導波路型光変調器。
7. 前記２つの分岐光導波路の所定の配置範囲に配置された４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）は、その光路長が略等しいことを特徴とする請求項６記載の有機導波路型光変調器。
8. 前記進行波信号電極と前記接地電極及び前記２つの分岐光導波路の所定の配置範囲に配置された４−Ｎ，Ｎ−dimethylamino−４’−Ｎ−methyl−stilbazolium tosylate （ＤＡＳＴ）は、当該２つの分岐光導波路に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項７記載の有機導波路型光変調器。
9. 前記有機導波路型光変調器は、マッハツェンダ型光変調器であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の有機導波路型光変調器。
10. 電気信号に基づいて光変調器で変調された光を伝送出力する光出力部と、当該光出力部からの変調光を受光して電気信号に変換する光入力部と、を有する光通信システムにおいて、前記光出力部が、前記光変調器として、前記請求項１から請求項９のいずれかに記載の有機導波路型光変調器を備えていることを特徴とする光通信システム。
    

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