JP2006126759A

JP2006126759A - 光変調器

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Publication number: JP2006126759A
Application number: JP2004333880A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Fujita; 貴久藤田; Satoru Oikawa; 哲及川
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-11-18
Also published as: US20060165337A1; US7245788B2; JP4751601B2

Abstract

【課題】
複数の変調電極に所定の位相差を有する同一の変調信号を印加する際に、光変調器の外部に位相差を発生させる個別部品を不要とすると共に、位相差精度の高い変調信号の印加を可能とし、コスト的かつスペース的にも優れた光変調器を提供すること。
【解決手段】
電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された複数の光導波路部１０と、該光導波路部内を通過する光を変調するための複数の変調電極２１，２２とを有し、該変調電極に所定の位相差を有する同一の変調信号を印加する光変調器２０において、変調信号を複数に分岐する分岐素子８と、該分岐素子により分岐された変調信号を複数の変調電極に印加する線路の途中に、該位相差を発生させる遅延線路２３を形成することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、光変調器に関し、特に、複数の変調電極に所定の位相差を有する同一の変調信号を印加する光変調器に関する。

従来、光通信分野や光測定分野において、ＳＳＢ(Single-Side band)変調方式やデュオバイナリ（duobinary）変調方式など、複数の変調電極に所定の位相差（＝時間遅延）を有する同一の変調信号を印加する光変調方式が利用されている。
ＳＳＢ型光変調器では、２つのサブ・マッハツェンダ型光導波路（サブＭＺ型光導波路という）をメイン・マッハツェンダ型光導波路（メインＭＺ型光導波路という）の分岐導波路に組み込んだ構成、いわゆる２つ入れ子ＭＺ型光導波路を有しており、ＳＳＢ変調信号を得るためには、90°ハイブリットを用いて２つの分岐された変調信号間の位相差が90°になるよう設定し、各サブ・マッハツェンダ型光導波路の変調電極に印加されている。

また、デュオバイナリ変調方式においては、２重電極型マッハツェンダ光変調器を利用し、２つの分岐導波路の各変調電極に印加される変調信号が、ビット遅延回路を用いて２つの変調信号間に所定のビット差を生じるよう設定されている。一般的にビット遅延量は０〜２Ｔ（Ｔ＝１bit）の範囲で選択される。

以上のようなＳＳＢ変調方式やデュオバイナリ変調方式などでは、複数の変調電極の各々に独立した変調信号を印加することが必要であるため、入力される変調信号として複数のＲＦ信号入力を必要とする。しかも、各ＲＦ信号間に所定の位相差を持たせる変調方式において、位相差を発生させるために、従来は遅延回路などの別途個別の部品を必要としていた。そのため光変調器全体のコスト増加や、遅延回路等の設置スペース増加などの問題が生じていた。しかも、市販品の90°ハイブリットでは正確な90°の位相差精度が得られないため、別途微調整用の位相調整器を用いる必要があり、より構成が複雑となっていた。

さらに、複数の変調信号を個別に光変調器に導入するためには、信号発生源から、変調信号が光導波路中の光に作用する作用部までの間において、所定の位相差を発生させるために異なる長さのケーブルを用意する必要があるため、部品点数は増加し、構成も煩雑になっていた。

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、複数の変調電極に所定の位相差を有する同一の変調信号を印加する際に、光変調器の外部に位相差を発生させる個別部品を不要とすると共に、位相差精度の高い変調信号の印加を可能とし、コスト的かつスペース的にも優れた光変調器を提供することである。

請求項１に係る発明では、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された複数の光導波路部と、該光導波路部内を通過する光を変調するための複数の変調電極とを有し、該変調電極に所定の位相差を有する同一の変調信号を印加する光変調器において、変調信号を複数に分岐する分岐素子と、該分岐素子により分岐された変調信号を複数の変調電極に印加する線路の途中に、該位相差を発生させる遅延線路を形成することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明では、請求項１に記載の光変調器において、該分岐素子は、分配器（divider）又はＴ分岐型電極であることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明では、請求項２に記載の光変調器において、該分配器又は該Ｔ分岐型電極は、該基板の外部に配置された変調信号の中継基盤上に形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調器において、該遅延線路は、該基板の外部に配置された変調信号の中継基盤上又は該基板上の少なくともいずれかに形成されていることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明では、請求項１乃至４のいずれかに記載の光変調器において、該光変調器は、ＳＳＢ型光変調器又はデュオバイナリ型光変調器であることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、変調信号を複数に分岐する分岐素子と、該分岐素子により分岐された変調信号を複数の変調電極に印加する線路の途中に、位相差を発生させる遅延線路を形成するため、従来のような遅延回路を不要とし、位相差精度の高い変調信号の印加が可能となり、しかも、コスト的かつスペース的にも優れた光変調器を提供することができる。

請求項２に係る発明により、分岐素子を分配器（divider）又はＴ分岐型電極で構成するため、分配器やＴ分岐型電極を光変調器基板上や該基板の外部に配置された変調信号の中継基盤上に組み込むことが可能であり、構造的にもコンパクトな構成とすることが可能となる。しかも、基板上にＴ分岐型電極を形成する場合には、変調電極の形成と同時に分岐素子を作製することが可能となるため、製造プロセスの簡素化にも寄与する。

請求項３に係る発明により、分配器又はＴ分岐型電極が、基板の外部に配置された変調信号の中継基盤上に形成されているため、従来の光変調器基板に該中継基板を接続するだけで、コスト的かつスペース的にも優れた光変調器を提供することが可能となる。しかも、複数の中継基板を用意し、使用する変調信号の周波数や強度に応じて、適切な中継基板を選択することも可能となる。

請求項４に係る発明により、遅延線路が光変調器の基板の外部に配置された変調信号の中継基盤上又は該基板上の少なくともいずれかに形成されているため、中継基盤を利用する場合には、異なる遅延線路を形成した複数の中継基盤を用意し、必要な遅延量（位相差）に応じて中継基盤を組み替えるなどの利用形態も可能となる。また、基板上に形成する場合には、変調電極の形成と同時に遅延線路を作成することも可能となる。

請求項５に係る発明により、光変調器がＳＳＢ型光変調器又はデュオバイナリ型光変調器であるため、これらの光変調器において必要とされる複数の変調電極に所定の位相差を有する同一の変調信号を印加する際に、従来のような遅延回路が不要となる上、位相差精度の高い変調信号の印加が可能となり、しかも、コスト的かつスペース的にも優れた光変調器を提供することができる。

以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された複数の光導波路部と、該光導波路部内を通過する光を変調するための複数の変調電極とを有し、該変調電極に所定の位相差を有する同一の変調信号を印加する光変調器において、変調信号を複数に分岐する分岐素子と、該分岐素子により分岐された変調信号を複数の変調電極に印加する線路の途中に、該位相差を発生させる遅延線路を形成することを特徴とするものである。

ＳＳＢ型光変調器に本発明を適用した実施例について説明する。
図１（ａ）は、従来のＳＳＢ型光変調器の駆動図を示す。４は、半導体レーザ等の定常光源４であり、光源４からのレーザ光は、ＳＳＢ型光変調器６に入射し、所定の変調を受けて、入射と反対側から変調光として出射する。図１（ｂ）は図１（ａ）のＳＳＢ型光変調器の構造を示す図であり、光導波路１０を点線で、変調電極１１，１２を太い実線で簡略的に表現している。

ＳＳＢ型光変調器は、電気光学効果を有する基板上に、光導波路や変調電極や接地電極などの制御電極が形成されている。電気光学効果を有する基板としては、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る。また、基板上の光導波路は、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させることにより形成することができる。さらに、変調電極や変調電極を取り巻く接地電極などは、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ_２等のバッファ層を設けることも可能である。

ＳＳＢ型光変調器６の光導波路１０の形状は、２つのサブＭＺ型光導波路をメインＭＺ型光導波路の分岐導波路に組み込んだ２つの入れ子ＭＺ型光導波路を有している。各サブＭＺ型光導波路を伝搬する光は、変調電極１１，１２による変調を受け、さらに、２つのサブＭＺ型光導波路からの出射光の位相を調整するため、直流バイアスを印加するためのＤＣバイアス電極７がメインＭＺ型光導波路に設けられている。

ＳＳＢ型光変調器に印加される変調信号ａ，ｂは、変調信号であるマイクロ波を発生するマイクロ波発生器１の出力を増幅器２で増幅すると共に、３の90°ハイブリットの分周器を用いて位相差が90°となる同一の波形を有する２つの変調信号を生成することにより得られる。
このように、90°ハイブリットの分周器を用いて位相差を発生させるが、90°ハイブリットの精度の問題や、ハイブリットからＳＳＢ型光変調器までの出力後のケーブル長さのズレなどにより、位相ズレが発生し易い。このため、ＳＳＢ型光変調器を実際に動作させて位相ズレをオシロスコープ等で確認しながら、ケーブル長や、ＤＣバイアス電極７に印加する直流バイアス電圧などを調整することが必要であり、調整が非常に煩雑なものとなる。

これに対し、本発明では、図２（ａ）に示すように、90°ハイブリットの代わりに２つの同位相信号を発生する分配器（divider）８を用い、分岐された変調信号ａ，ｂを同位相のままＳＳＢ型光変調器２０に入力している。そして、ＳＳＢ変調に必要な90°の位相差の発生は、図２（ｂ）に示すように、光変調器２０内の変調電極２１，２２の長さを調整することにより、行っている。具体的には、変調信号ａが入力される変調電極２１より、変調信号ｂが入力される変調電極２２の方が、点線で表示された遅延線路２３だけ線路長が長くなっている。該遅延線路の長さは、入力される２つの変調信号ａ，ｂが90°の位相差を生じて、各変調電極の作用部に到達するよう設定されている。

変調信号の位相差は、単純に動作周波数とマイクロ波の屈折率、及び線路長によって生じる遅延量で決まる。このため、動作周波数によって適切な遅延量を選択することで90°の位相差を得ることができる。例えば、動作周波数ｆ＝10GHz、マイクロ波の屈折率n＝3.0、真空での光速をC＝3×10⁸[m/s]とすると、90°の位相差を得るために必要とする遅延線路の長さLは、L=C/(4×n×f）＝2.5×10^-3[m]となる。

また、本発明では、ＳＳＢ型光変調器２０に対して、変調信号ａ，ｂを基板の同一側面側から供給可能としているため、位相ズレを引き起こし易いケーブルの取り回しを簡略化でき、しかもＳＳＢ型光変調器への接続作業も簡便なものとなる。

本発明の第２の実施例を、図３に示す。
図３においては、ＳＳＢ型光変調器３０の外部に分周器などの分岐素子を設けず、図３（ｂ）に示すように、光変調器３０内に分岐素子であるＴ分岐型電極３４と遅延線路３３とを設け、変調電極３２，３３に位相差90°の同一の変調信号を印加するよう構成している。３１は、Ｔ分岐型電極３４までの変調信号の導入線路を示す。
Ｔ分岐型電極の構成としては、特許文献１に開示されているように、接続部のインピーダンス整合を図ることが好ましい。
特開２００４−１６３８５９号公報

図３に示すように、Ｔ分岐型電極と遅延線路を光変調器３０の基板上に組み合わせて形成することで、外部分岐素子も不要となり、光変調器まで１つの変調信号入力で済むことから、ケーブルの接続に係る位相ズレを全く考慮する必要がなく、構成を非常に簡単化することが可能となる。しかも、Ｔ分岐型電極と遅延線路は、光変調器の変調電極の製造工程を利用して形成することができるため、製造工程が複雑化することも無い。

次に、本発明の第３の実施例を、図４に示す。
第３の実施例では、図２に示した遅延線路を、ＳＳＢ型光変調器４０の基板の外に設置された中継基盤４１，４３を用いて形成している。具体的には、中継基盤４１，４３に形成する各線路４２，４４の線路長に差を設け、所定の位相差を発生させている。このように中継基盤を利用することにより、ＳＳＢ型光変調器４０は、図１で示した従来と同様なものを利用することが可能となる。

また、中継基盤４１又は４３として、線路長が異なるものを複数種類用意し、必要な位相差に応じて中継基盤を組み合わせて利用することも可能である。また、ＳＳＢ型光変調器４０と中継基盤４１，４３とを一つのケース内に収納し、単一のモジュールとすることが可能であり、この場合には、図２のように分周器８で生成される同位相の２つの変調信号を、モジュールの各入力ポートに導入することで、ＳＳＢ変調を実現することが可能となる。

図５に、本発明の第４の実施例を示す。
第４の実施例は、第３の実施例と同様に、ＳＳＢ型光変調器５０の基板の外に設置される中継基盤５１を利用するものであるが、該中継基盤５１には、Ｔ分岐型電極５２が形成されており、これにより、図４（ａ）の分周器８を省略することが可能となる。第４実施例の場合には、ＳＳＢ型光変調器５０内に、図２に示した第１の実施例と同様に遅延線路２３が設けられている。このような中継基盤５１を利用することで、変調信号入力を１信号入力とすることができる。

また、図５（ｃ）に示すように、中継基板５３には、Ｔ分岐型電極５４のみでだけでなく、図４（ｂ）の遅延線路４４と同様に、遅延線路５５も併せて形成し、遅延回路２３の遅延機能の一部又は全部を、中継基板５３上の遅延線路５５に持たせることも可能である。

次に、中継基盤の遅延量の調整方法について説明する。
動作周波数が異なる場合には周波数に応じて遅延量を変化させる必要があるが、第３の実施例で述べたように、用意する光変調器素子が１種類であっても、周波数に応じて遅延量が異なる中継基盤を実装することで複数の動作周波数に対応できる。中継基盤の位相変化量を可変するには、図６に示すように、各種の方法が利用可能である。

中継基板の線路としては、ＲＦ信号を伝播可能とするため、同軸線路、マイクロストリップ線路、ＣＰＷ線路を用いる。図６では、マイクロストリップ線路、ＣＰＷ線路の信号線路６１のみを示している。図６（ａ）の中継基盤では、中継基盤の絶縁性ベース６０上に、ＲＦ信号を伝播する信号線路６１が形成されている。
遅延を発生させる手段としては、上述したように信号線路６１の線路長を変化させるほかに、マイクロ波の屈折率を変化させることでも実現可能である。具体的には、絶縁性ベース６０の誘電率が異なる材料を用いる方法や、信号線路６１の形状や信号線路６１と不図示の接地電極との間隔など線路の構造を変化させる方法もある。

電気信号位相を再調整するために、ＣＰＷ線路、マイクロストリップ線路によって構成される遅延線路に、図６（ｂ）に示すように、接着剤等の高屈折率材料６２を塗布してマイクロ波の実行屈折率を変化させることも可能である。さらに、図６（ｃ）に示すように、高屈折率材料や金属などの板状体６３を線路に近接させることで、マイクロ波の実行屈折率を大きくして、動作周波数を調整することができる。
また動作周波数を可変にする場合には、位相変化量が可変する素子を中継基盤部に用いればよい。例えば機械式位相調整器を用いる。

以上では、ＳＳＢ型光変調器を中心に説明したが、本発明は、デュオバイナリ変調方式にも同様に適用可能である。なお、デュオバイナリ変調方式については、特許文献２にも開示されている。
図７（ａ）は、従来のデュオバイナリ変調方式の駆動図であり、信号データ７０をエンコーダ回路７１に入力し、該エンコーダ回路から出力される信号の一部７２を、分周器７３により２つに分岐する。変調信号である分岐信号は、増幅器７４，７６により増幅され信号電圧Ｖ１，Ｖ２となり、２重電極型ＭＺ変調器７７の２つの分岐導波路に対応した各変調電極に印加される。ただし、２つの分岐信号の少なくとも一方は、所定のビット差を生じるように、ビット遅延回路７５が分岐信号線路の途中に設けられている。

本発明の第５の実施例を、図７（ｂ），（ｃ）に示す。
デュオバイナリ型光変調器８０は、図７（ｃ）に示すように、ＭＺ型光導波路８２と、各分岐導波路に対応して形成された変調電極８４，８６とを有している。しかも、変調電極８４，８６に繋がる線路は、導入線路部８３、Ｔ分岐型電極８７、遅延線路８５を有している。これにより、分周器やビット遅延回路が不要となり構成を簡略化させることが可能となる。デュオバイナリ型光変調器８０の駆動は、図７（ｂ）に示すように、エンコーダ回路７１からの信号７２を増幅器８１で増幅し、デュオバイナリ型光変調器８０の１つの変調信号入力部ａに印加するだけで良い。

以上説明したように、実施例ではＳＳＢ型光変調器を用いて説明したが、これに限定するものではなく、本発明によれば、複数の変調電極に所定の位相差を有する同一の変調信号を印加する際に、光変調器の外部に位相差を発生させる個別部品を不要とすると共に、位相差精度の高い変調信号の印加を可能とし、コスト的かつスペース的にも優れた光変調器を提供することができる。

従来のＳＳＢ型光変調器の駆動を説明する概略図である。本発明の第１の実施例を示す図である。本発明の第２の実施例を示す図である。本発明の第３の実施例を示す図である。本発明の第４の実施例を示す図である。本発明に係る中継基盤の応用例を示す図である。本発明の第５の実施例を示す図である。

符号の説明

１マイクロ波発生器
２増幅器
３９０°ハイブリット
４半導体レーザ
６，２０，３０，４０，５０ＳＳＢ型光変調器
７ＤＣバイアス電極
８分配器
１０２つの入れ子ＭＺ型光導波路
１１，１２，２１，２２，３２，３３変調電極
２３，３３，５５遅延線路
３４，５２，５４Ｔ分岐型電極

Claims

電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された複数の光導波路部と、該光導波路部内を通過する光を変調するための複数の変調電極とを有し、該変調電極に所定の位相差を有する同一の変調信号を印加する光変調器において、
変調信号を複数に分岐する分岐素子と、
該分岐素子により分岐された変調信号を複数の変調電極に印加する線路の途中に、該位相差を発生させる遅延線路を形成することを特徴とする光変調器。
請求項１に記載の光変調器において、該分岐素子は、分配器又はＴ分岐型電極であることを特徴とする光変調器。
請求項２に記載の光変調器において、該分配器又は該Ｔ分岐型電極は、該基板の外部に配置された変調信号の中継基盤上に形成されていることを特徴とする光変調器。
請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調器において、該遅延線路は、該基板の外部に配置された変調信号の中継基盤上又は該基板上の少なくともいずれかに形成されていることを特徴とする光変調器。
請求項１乃至４のいずれかに記載の光変調器において、該光変調器は、ＳＳＢ型光変調器又はデュオバイナリ型光変調器であることを特徴とする光変調器。