JP2009116290A - 光変調器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光導波路3が形成された基板1と進行波電極4とを有し、進行波電極が、高周波電気信号の印加により光の位相が変調される相互作用部と、コネクタを介し外部回路から高周波電気信号を印加する入力用フィードスルー部と相互作用部を伝搬した高周波電気信号を出力する出力用フィードスルー部を具備し、動作ビットレートの約20〜30%の周波数範囲における少なくとも一点の周波数で、パワー反射率の包絡線が−10〜−15dBにある光変調器であって、動作ビットレートの約40〜70%の周波数範囲内にパワー反射率の包絡線の一次微分が零で二次微分が正となる極小点を持ち、極小点におけるパワー反射率が−15dB以下となるよう、少なくとも一部がコネクタもしくは外部回路の特性インピーダンスよりも低いインピーダンス変換部を備える。
【選択図】図1
Description
このLN光変調器にはz−カット基板を使用するタイプとx−カット基板(あるいはy−カット基板)を使用するタイプがある。ここでは、第1の従来技術としてx−カットLN基板とコプレーナウェーブガイド(CPW)進行波電極を使用したx−カット基板LN光変調器をとり上げ、その斜視図を図10に示す。図11は図10のA−A’における断面図である。なお、以下の議論はz−カット基板でも同様に成り立つ。
S11=|(Rg−Zin)/(Rg+Zin)|2 (1)
また、反射された高周波電気信号は外部信号源5へ戻り、外部信号源5から出力される電気信号に重畳されるので、変調された光パルスのジッタ2psを越えてしまう。このように光パルスのジッタが増加すると実際の光伝送において誤り率が高く(悪く)なるので、光パルスのジッタとしては2ps以下と小さくすることが望ましい。
第1の従来技術における外部信号源5の特性インピーダンスRgと相互作用部IIIの特性インピーダンスZ3とのインピーダンス不整合を改善するための技術として、以下において特許文献1に提案された第2の従来技術について説明する。ここで、図10から図20に示した第1の従来技術と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を省略する。
Z6 =(Z1・Z3’)1/2 (2)
L6 = λ/4 (3)
と設定した場合には入力用フィードスルー部I(Z1)と合成部III’(Z3’)との間にインピーダンス整合が成り立ち、電気的反射は無くなる。Z1とZ3’の相乗平均で表されたZ6を整合インピーダンスと呼ぶ。なお、議論を簡単にするために、出力側接続部IVと出力用フィードスルー部Vを無視することがある。この場合には、(2)式において合成部III’の特性インピーダンスZ3’の代わりに相互作用部IIIの特性インピーダンスZ3で置き換えれば良い。
λ=λ0/nm’ (4)
として与えられる。
図1に本発明の実施形態に使用する中心導体4a、接地導体4b、4cからなるCPW進行波電極4の上面図を示す。この第1の実施形態においても第1の従来技術や第2の従来技術と同様に、Iは入力用フィードスルー部であり、不図示のコネクタの芯線に接続される。またこの不図示のコネクタの芯線は外部回路である不図示のドライバに接続される。IIIは相互作用部、IVは出力側接続部、及びVは出力用フィードスルー部である。出力用フィードスルー部Vが不図示のコネクタの芯線(あるいは金リボンや金ワイヤー)もしくは終端抵抗に接続されるのも同じである。VIIはインピーダンス変換部である。ここで、図2に図1の等価回路を示す。なお、図2には示していないが、図1の相互作用部IIIの特性インピーダンスをZ3とする。図2においてZin’’は外部信号源5と外部信号源5の負荷抵抗6から本実施形態のx−カット基板LN光変調器を見た入力インピーダンスである。
なお、光パルスのジッタを2ps以下とするには、インピーダンス変換部VIIの特性インピーダンスZ7や入力用フィードスルー部Iの特性インピーダンスZ1を前述の相乗平均から2Ω(好適には3Ω)以上離した方が良い。また、入力用フィードスルー部Iの特性インピーダンスZ1についてはコネクタの芯線を接続することにより、結果的にその値を小さくすることが有効である。そしてこれらのことは本発明の全ての実施形態について言える。
図7に本発明の第2の実施形態に使用するCPW進行波電極4の上面図を示す。本実施形態において、IXは第1インピーダンス変換部、Xは第2インピーダンス変換部、XIは第3インピーダンス変換部である。ここで、第1インピーダンス変換部IX、第2インピーダンス変換部X、第3インピーダンス変換部XIの特性インピーダンスの全てが前述の相乗平均と異なっていても良いし、例えば第2インピーダンス変換部Xの特性インピーダンスを前述の相乗平均とし、第1インピーダンス変換部IXの特性インピーダンスをその相乗平均よりも高く、第3インピーダンス変換部XIの特性インピーダンスをその相乗平均よりも低くしても良い。また、この組み合わせに関わらず、第1インピーダンス変換部IX、第2インピーダンス変換部X、第3インピーダンス変換部XIの特性インピーダンスについて各種組み合わせても良いし、どれか二つが相乗平均となっていても良い。なお、本実施形態と含め、本発明では、不図示のコネクタ芯線を入力用フィードスルー部Iに接続することにより、この部分の特性インピーダンスが大幅に低下することを利用するのも前述の相乗平均からずらすという観点から有効である。
図8に本発明の第3の実施形態に使用するCPW進行波電極4の上面図を示す。本実施形態において、XIIは第1インピーダンス変換部、XIIIは第2インピーダンス変換部である。本実施形態の場合には、インピーダンス変換部XII、XIIIを相互作用部IIIに対して一旦逆方向に折り返して形成することにより、相互作用部IIIの長さを充分長く確保している。なお、この考え方は本発明の第2の実施形態を含め、その他の実施形態にも適用可能である。
図9に本発明の第4の実施形態に使用する中心導体4a、接地導体4b、4cからなるCPW進行波電極4の上面図を示す。本実施形態において、XIVは第1インピーダンス変換部、XVは第2インピーダンス変換部である。本実施形態では図8に示した第3の実施形態と同様に、第1インピーダンス変換部XIVと第2インピーダンス変換部XVを相互作用部IIIに対して一旦逆方向に折り返して形成しているが、相互作用部の始点から光入射用端面までの基板の長手方向における距離を、高周波電気信号の給電部から光入射用端面までの前記基板の長手方向における距離よりも短くすることにより、図8に示した第3の実施形態よりも相互作用部IIIの長さを長く確保している。ここで、光導波路3については、本発明と第1の従来技術と同じなので、光入射用端面については第1の従来技術として紹介した図10に30として記している。さらに、相互作用部IIIの終点から出力用フィードスルー部Vも折り返しても良く、このことは本発明の全ての実施形態について言える。この第4の実施形態に記した相互作用長を長くする考え方は、インピーダンス変換部が2段の場合に限らず、1段、3段あるいはそれ以上であっても良く、本発明の全ての実施形態に適用可能である。そして、本実施形態においても不図示のコネクタ芯線を入力用フィードスルー部Iに接続することにより、この部分の特性インピーダンスが大幅に低下することを利用するのが前述の相乗平均からずらすという観点から有効である。
なお、以上においては、進行波電極としてはCPW電極を例にとり説明したが、非対称コプレーナストリップ(ACPS)や対称コプレーナストリップ(CPS)などの各種進行波電極、あるいは集中定数型の電極でも良いことは言うまでもない。また、光導波路としてはマッハツェンダ型光導波路の他に、方向性結合器や直線など、その他の光導波路でも良いことは言うまでもない。LN光変調器としてリッジ構造でも良いことはいうまでもない。
2:SiO2バッファ層(バッファ層)
3:光導波路
3a、3b:相互作用部の光導波路(光導波路)
4:進行波電極
4a:中心導体
4b、4c:接地導体
5:外部信号源
6:負荷抵抗
7:入力用フィードスルー部Iを表す線路
8:入力側接続部IIを表す線路
9:相互作用部IIIを表す線路
10:出力側接続部IVを表す線路
11:出力用フィードスルー部Vを表す線路
12:終端抵抗
13:外部信号源及び負荷抵抗と入力用フィードスルー部Iとの境界
14:インピーダンス変換部VIを表す線路
15:相互作用部IIIを含んで合成した線路
16:インピーダンス変換部VIIを表す線路
17:入力用フィードスルー部Iと入力インピーダンス変換部VIIを合成したインピーダンス変換部を表す線路
30:光入射用端面
Claims (16)
- 電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光の位相を変調する高周波電気信号を印加するための中心導体及び接地導体からなる進行波電極とを有し、前記進行波電極が、前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相が変調される領域である相互作用部と、コネクタを介して外部回路から前記相互作用部に前記高周波電気信号を印加するための入力用フィードスルー部と、前記相互作用部を通過して伝搬してくる前記高周波電気信号を出力するための出力用フィードスルー部とを具備し、動作ビットレートの約20%から約30%の間の周波数範囲における少なくとも一点の周波数で、パワー反射率の包絡線が−10dBから−15dBの間にある光変調器であって、
前記動作ビットレートの約40%から約70%の間の周波数範囲内に前記パワー反射率の包絡線の一次微分が零で二次微分が正となる極小点を持ち、該極小点におけるパワー反射率が−15dB以下となるように、少なくとも一部が前記コネクタもしくは前記外部回路の特性インピーダンスよりも低い特性インピーダンスを有するインピーダンス変換部を備えることを特徴とする光変調器。 - 約2GHzから3.7GHzの間の周波数範囲内における少なくとも1点における前記パワー反射率が−10dBから−15dBの間にあり、約4GHzから9GHzの周波数範囲内に前記極小点を具備することを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
- 約5GHzから8GHzの間の周波数範囲内における少なくとも1点における前記パワー反射率が−10dBから−15dBの間にあり、約10GHzから18GHzの周波数範囲内に前記極小点を具備することを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
- 約9GHzから13GHzの間の周波数範囲内における少なくとも1点における前記パワー反射率が−10dBから−15dBの間にあり、約17GHzから30GHzの周波数範囲内に前記極小点を具備することを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
- 約11GHzから16GHzの間の周波数範囲内における少なくとも1点における前記パワー反射率が−10dBから−15dBの間にあり、約22GHzから38GHzの周波数範囲内に前記極小点を具備することを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
- 約22GHzから33GHzの間の周波数範囲内における少なくとも1点における前記パワー反射率が−10dBから−15dBの間にあり、約44GHzから77GHzの周波数範囲内に前記極小点を具備することを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
- 前記外部回路から前記入力用フィードスルー部に印加された前記高周波電気信号が残留反射を生じつつ、かつ前記インピーダンス変換部が無い場合と比較して電気的反射が小さくなって、前記相互作用部に伝搬することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一つに記載の光変調器。
- 前記コネクタの芯線を接続した前記入力用フィードスルー部もインピーダンス変換機能を有することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一つに記載の光変調器。
- 前記インピーダンス変換部の少なくとも一部が、前記相互作用部の特性インピーダンスと前記入力用フィードスルー部の特性インピーダンスとの相乗平均、前記相互作用部の特性インピーダンスと前記入力用フィードスルー部に電気的に接続されるべきコネクタの特性インピーダンスとの相乗平均、もしくは前記相互作用部の特性インピーダンスと前記外部回路の特性インピーダンスとの相乗平均と異なる特性インピーダンスを有することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一つに記載の光変調器。
- 前記インピーダンス変換部の少なくとも一部が、前記相互作用部の特性インピーダンスと前記入力用フィードスルー部の特性インピーダンスとの相乗平均、前記相互作用部の特性インピーダンスと前記入力用フィードスルー部に電気的に接続されるべきコネクタの特性インピーダンスとの相乗平均、もしくは前記相互作用部の特性インピーダンスと前記外部回路の特性インピーダンスとの相乗平均の少なくとも1つと同じ特性インピーダンスを有することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一つに記載の光変調器。
- 前記出力用フィードスルー部の特性インピーダンスが前記相互作用部の特性インピーダンスとほぼ同じであることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一つに記載の光変調器。
- 前記インピーダンス変換部が前記進行波電極の一部に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか一つに記載の光変調器。
- 前記インピーダンス変換部が、前記相互作用部と前記入力用フィードスルー部の間の前記進行波電極であることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか一つに記載の光変調器。
- 前記コネクタの芯線を接続した前記入力用フィードスルー部が、前記相互作用部の特性インピーダンスと前記入力用フィードスルー部の特性インピーダンスとの相乗平均、前記相互作用部の特性インピーダンスと前記入力用フィードスルー部に電気的に接続されるべきコネクタの特性インピーダンスとの相乗平均、もしくは前記相互作用部の特性インピーダンスと前記外部回路の特性インピーダンスとの相乗平均と異なる特性インピーダンスを有することを特徴とする請求項8に記載の光変調器。
- 前記基板がリチウムナイオベートであることを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか一つに記載の光変調器。
- 前記基板が半導体であることを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか一つに記載の光変調器。
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