JP2010102170A - Optical modulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、簡素な駆動回路で駆動可能な光変調器に関する。 The present invention relates to an optical modulator that can be driven by a simple drive circuit.
電気信号を光信号に変換して伝送する装置(光変調器)として、大きく分けてICを用いたものと導波路を用いたものの2つのタイプがある。 There are two types of devices (optical modulators) that convert electrical signals into optical signals and transmit them, that is, those using ICs and those using waveguides.
ICを用いたものは、送信側では、電圧の変化で情報を表した電気信号をいったん発光素子駆動用のドライバICで受信し、ドライバICが電気信号に基づいて駆動電流を発生しレーザダイオード等の発光素子に流すことにより、発光素子がオンオフ駆動され、光信号が送信される。光受信器では、光信号が入射されたフォトダイオード等の受光素子からの受光電流を増幅ICが増幅して電気信号が得られる。 In the case of using an IC, on the transmission side, an electric signal representing information by a change in voltage is received once by a driver IC for driving a light emitting element, and the driver IC generates a driving current based on the electric signal to generate a laser diode or the like. The light-emitting element is turned on and off, and an optical signal is transmitted. In the optical receiver, an amplification IC amplifies a light receiving current from a light receiving element such as a photodiode to which an optical signal is incident, and an electric signal is obtained.
導波路を用いたものは、発光素子は強度が一定の光(CW光)を出射し、このCW光をシングルモード光ファイバからマッハツェンダ導波路を構成する2つの分岐路に入射させ、一方の分岐路に電界をかけることで両分岐路の光に位相差を生じさせる。位相差に応じて出射光が変調されるので、電気信号を光信号に変換して伝送することができる。光受信器は、前述と同様である。この方式は、光の位相差を利用しているため、マッハツェンダ導波路において分岐路に電界をかけるための駆動電圧の精密な制御が必要となる。 In the case of using a waveguide, the light emitting element emits light having a constant intensity (CW light), and this CW light is incident from a single mode optical fiber to two branch paths constituting the Mach-Zehnder waveguide, and one of the branches. By applying an electric field to the path, a phase difference is generated in the light of both branch paths. Since the emitted light is modulated in accordance with the phase difference, the electric signal can be converted into an optical signal and transmitted. The optical receiver is the same as described above. Since this method uses the phase difference of light, precise control of the driving voltage for applying an electric field to the branch path in the Mach-Zehnder waveguide is required.
従来の2種の光変調器は、ともに構成が複雑である。 Both of the conventional two types of optical modulators have a complicated configuration.
ICを用いたものは、発光素子の駆動条件に温度依存性があるので、温度によって光信号が変動しないよう、ドライバICの中に温度補正回路が設けられる。また、ドライバICでは、電圧信号である電気信号を駆動電流に変換する必要がある。これらのため、ドライバICの内部構成が複雑である。 In the case of using an IC, a temperature correction circuit is provided in the driver IC so that an optical signal does not fluctuate due to temperature because the driving condition of the light emitting element has temperature dependency. In the driver IC, it is necessary to convert an electric signal that is a voltage signal into a drive current. For these reasons, the internal configuration of the driver IC is complicated.
導波路を用いたものは、CW光を得るために発光素子を駆動する駆動電圧の精密な制御が必要となるため、やはり駆動回路が複雑になる。導波路を用いたものは、電気信号の電圧に対して光強度がドリフトする問題もある。 A device using a waveguide requires a precise control of a driving voltage for driving a light emitting element in order to obtain CW light, so that a driving circuit is also complicated. In the case of using the waveguide, the light intensity drifts with respect to the voltage of the electric signal.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡素な駆動回路で駆動可能な光変調器を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems and provide an optical modulator that can be driven by a simple drive circuit.
上記目的を達成するために本発明は、光を長手方向に透過するべく所定の幅及び厚みを有し長手方向に延びたコア層と、該コア層を厚み方向から挟む第1クラッド層及び第2クラッド層とを有する光変調器であって、上記コア層が電界に応じて屈折率が変化する電気光学効果光学材料で形成され、上記第1クラッド層及び第2クラッド層の厚み方向、かつ、上記コア層と接しない側の面のそれぞれに、上記コア層内に電界を形成する第1電極及び第2電極が形成され、上記第1電極及び第2電極の少なくとも一方が、長手方向に対して上記光の入射側から幅方向に傾斜した辺を有するものである。 To achieve the above object, the present invention provides a core layer having a predetermined width and thickness and extending in the longitudinal direction so as to transmit light in the longitudinal direction, a first cladding layer sandwiching the core layer from the thickness direction, and a first cladding layer. An optical modulator having two cladding layers, wherein the core layer is formed of an electro-optic effect optical material whose refractive index changes according to an electric field, and the thickness direction of the first cladding layer and the second cladding layer; A first electrode and a second electrode that form an electric field in the core layer are formed on each of the surfaces that are not in contact with the core layer, and at least one of the first electrode and the second electrode extends in the longitudinal direction. On the other hand, it has sides inclined in the width direction from the light incident side.
上記第1電極及び第2電極の少なくとも一方が、上記傾斜した辺を境界にして互いに異なる電界を形成する複数の電極からなってもよい。 At least one of the first electrode and the second electrode may include a plurality of electrodes that form different electric fields with the inclined side as a boundary.
上記第1電極及び第2電極の間に電圧が印加され、上記傾斜した辺より上記光の入射側に位置する上記コア層の屈折率に比べて、上記傾斜した辺より上記光の出射側に位置する上記コア層の屈折率が低くなるよう電界が形成されてもよい。 A voltage is applied between the first electrode and the second electrode, and the refractive index of the core layer located on the light incident side from the inclined side is larger than the refractive side of the core layer. An electric field may be formed so that the refractive index of the core layer located is low.
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。 The present invention exhibits the following excellent effects.
(1)簡素な駆動回路で駆動可能である。 (1) It can be driven by a simple drive circuit.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1(a)〜図1(c)に示されるように、本実施形態に係る光変調器1は、光を長手方向に透過するべく所定の幅及び厚みを有し長手方向に延びたコア層2と、該コア層2を厚み方向から挟む第1クラッド層3u及び第2クラッド層3dとを有する光変調器1であって、上記コア層2が電界に応じて屈折率が変化する電気光学効果光学材料で形成され、上記第1クラッド層3u及び第2クラッド層3dの、厚み方向、かつ、上記コア層2と接しない側の面のそれぞれに上記コア層2内に電界を形成する第1電極4u及び第2電極4dが形成され、上記第1電極4u及び第2電極4dの少なくとも一方が、長手方向に対して上記光の入射側から幅方向に傾斜した辺(斜辺)5を有するものである。
As shown in FIGS. 1A to 1C, an
ここで、光変調器1は、図示左側を光の入射側とする。図示右側は本発明においては光が出射されるときと出射されないときがあるが、便宜的に出射側と呼ぶことにする。光の入射方向は、光変調器1の長手方向である。
Here, the left side of the
コア層2は、幅方向と長手方向の全域にわたり均一な電気光学効果光学材料で形成される。電気光学効果光学材料は、電圧を加えると屈折率が変化する性質を有する。電圧を加えると屈折率が高くなる電気光学効果光学材料であっても、電圧を加えると屈折率が低くなる電気光学効果光学材料であってもよいが、どちらを用いるかは第1電極4u及び第2電極4dの形状・配置と関連する。また、電圧を加えたときと加えないときの屈折率の差は、光の全反射が生じる臨界角度に関係するので、第1電極4uまたは第2電極4dの斜辺5の傾斜角度と関連する。
The
電気光学効果光学材料は各種のものが公知であり、例えば、LN(ニオブ酸リチウム)他の半導体材料、ポリマ材料、ポーリングにより配向させるDRI(ディスパーズレッズ;アルドリッチ社製)、PN接合半導体への電荷注入により屈折率を変化させるものなどがある。 Various electro-optic effect optical materials are known. For example, LN (lithium niobate) other semiconductor materials, polymer materials, DRI (dispersed reds produced by Aldrich) oriented by poling, PN junction semiconductors Some of them change the refractive index by charge injection.
第1クラッド層3u及び第2クラッド層3dは、屈折率が高く制御されているときのコア層2よりも屈折率が低い材料で形成される。コア層2並びに第1クラッド層3u及び第2クラッド層3dが光信号に使用する光の波長帯域で透明であることは言うまでもない。
The
第1クラッド層3uのコア層2と接しない面に形成される電極を第1電極4uと呼び、第2クラッド層3dのコア層2と接しない面に形成される電極を第2電極4dと呼ぶ。これら電極は、例えば、薄膜電極である。
The electrode formed on the surface not contacting the
本実施形態においては、第2電極4dがGND(接地)電位に導通しており、第1電極4uには所望の電気信号が入力される。第2電極4dが幅方向と長手方向の全面にわたり矩形に形成され、第1電極4uが斜辺を有する形状に形成される。第2電極4dは第1電極4uと同じ形状として第1電極4uに対向させて配置してもよい。また、第2電極4dをGND電位とせず、第1電極4uに入力する電気信号と逆位相で変化する電気信号を第2電極4dに入力してもよい。 In the present embodiment, the second electrode 4d is conducted to the GND (ground) potential, and a desired electrical signal is input to the first electrode 4u. The second electrode 4d is formed in a rectangular shape over the entire surface in the width direction and the longitudinal direction, and the first electrode 4u is formed in a shape having a hypotenuse. The second electrode 4d may have the same shape as the first electrode 4u and may be disposed to face the first electrode 4u. Alternatively, the second electrode 4d may not be set to the GND potential, and an electric signal that changes in an opposite phase to the electric signal input to the first electrode 4u may be input to the second electrode 4d.
本実施形態の電極配置に対応し、コア層2の電気光学効果光学材料は電圧を加えると屈折率が低くなるものが使用される。
Corresponding to the electrode arrangement of the present embodiment, an electro-optic effect optical material for the
図1(a)に示されるように、第1電極4uは、入射側では幅方向の中心位置に頂点を有し、出射側では全幅にわたる底辺を有する二等辺三角形状に形成される。この二等辺三角形形状の第1電極4uの2つの斜辺5は光変調器の長手方向(光の入射方向)に対して幅方向に傾斜している。この傾斜角度は光が全反射する角度(臨界角度を超える角度)である。
As shown in FIG. 1A, the first electrode 4u is formed in an isosceles triangle shape having a vertex at the center position in the width direction on the incident side and a base extending over the entire width on the emission side. The two
図1の光変調器の動作を説明する。 The operation of the optical modulator of FIG. 1 will be described.
光変調器1は、第1電極4uと第2電極4dとの間が同電位で、これら第1電極4uと第2電極4dによってコア層2内に電界が形成されないとき、コア層2の幅方向と長手方向の全域にわたり屈折率が均一であるから、入射側に入射された光がコア層2の長手方向に透過されて出射側から出射される。
When the
第1電極4uと第2電極4dとの間に電圧が印加されると、第1電極4uと第2電極4dによってコア層2内に電界が形成される。コア層2においては、第1電極4uの直下となる図示の二等辺三角形状の領域内に位置するコア層2aでは屈折率が低く変化する。それ以外の領域に位置するコア層2bでは屈折率は変化せず、元のままである。このため第1電極4uの斜辺5に沿った境界面が全反射面となる。入射側に入射された光は、全反射面で全反射されるため、第1電極4uの直下となるコア層2aの領域を光が伝搬することができない。よって、光変調器1の出射側から光は出射されない。
When a voltage is applied between the first electrode 4u and the second electrode 4d, an electric field is formed in the
第1電極4uと第2電極4dとの間の電圧印加を停止すると、コア層2内の電界がなくなる。再びコア層2は幅方向と長手方向の全域にわたり屈折率が均一となるため、入射側に入射された光がコア層2の長手方向に透過されて出射側から出射される。
When the voltage application between the first electrode 4u and the second electrode 4d is stopped, the electric field in the
以上のように、上記実施形態の光変調器1によれば、第1電極4uと第2電極4dによってコア層2内に電界を形成すると、コア層2が屈折率が高い(無電界の)部分(コア層2b)と屈折率が低い(有電界の)部分(コア層2a)とに分かれ、第1電極4uの斜辺5に沿った全反射面が形成され、光変調器1の出射側から光は出射されない。そこで、光変調器1の入射側に光源(図示せず)を配置して強度一定の光を入射させておき、図2の光変調駆動回路から第1電極4uと第2電極4dとの間に所望の電気信号の電圧を印加すると、コア層2aの屈折率は低くなり、コア層2bの屈折率は相対的に高くなる(元の屈折率)ような電界が形成される。この結果、出射側では電気信号に応じて光強度が変調された光信号が出射されることになる。
As described above, according to the
図2に、光変調の信号タイミングを示す。 FIG. 2 shows the signal timing of optical modulation.
図2(a)に示されるように、第1電極4uにGND電圧より高い所定電圧とGND電圧(電圧ゼロ)とが交互に現れる電気信号が印加される。所定電圧とGND電圧の切り替わりにおける過渡波形は斜線で示されている。時間軸は任意時間である。 As shown in FIG. 2A, an electrical signal in which a predetermined voltage higher than the GND voltage and a GND voltage (voltage zero) alternately appear is applied to the first electrode 4u. A transient waveform in switching between the predetermined voltage and the GND voltage is indicated by hatching. The time axis is arbitrary time.
図2(b)に示されるように、電気信号がGND電圧のとき第1電極4uの直下の部分(斜辺5の出射側6)は屈折率が高い(元の屈折率)。電気信号が所定電圧のとき第1電極4uの直下の部分(斜辺5の出射側6)は屈折率が低い。屈折率の切り替わりにおける過渡波形は斜線で示されている。
As shown in FIG. 2B, when the electrical signal is a GND voltage, the portion immediately below the first electrode 4u (the
第1電極4uの直下でない部分(斜辺5より入射側7)の屈折率は図示していないが全時間を通じて屈折率は変化しない。このため、図2(a)の電圧変化、図2(b)の屈折率変化に応じて光の透過量(出射する光信号の強度)が変化する。すなわち、図2(c)に示されるように、光の透過量は、電気信号がGND電圧のとき最大値となり、電気信号が所定電圧のとき透過無し(ゼロ)である。なお、破線のように電気信号が所定電圧のとき透過無し(ゼロ)ではなく、最大値より小さな値(ただし、光変調器1に光学的に接続される検出器が、光変調器1から出力される大光量(電気信号がGND電圧のとき)と、小光量(電気信号が所定電圧のとき)とを区別して検出可能であること)であっても、通信は可能である。
Although the refractive index of the portion not directly under the first electrode 4u (
上記実施形態による本発明の効果は以下の通りである。 The effects of the present invention according to the above embodiment are as follows.
上記実施形態の光変調器1は、屈折率の差異が生じている境界面における光の全反射という現象を利用しているので、光のオンオフ(出射光有り無し)が明確に制御できる。よって、電圧のオンオフで変調された電気信号を光信号に変換して出射させるのに最適である。
Since the
上記実施形態の光変調器1は、電気信号の電圧をそのまま第1電極4u及び第2電極4dに印可できる。よって、従来のICを用いた方式のように電圧信号である電気信号を駆動電流に変換する回路が不要となり、駆動回路が簡素化される。
The
上記実施形態の光変調器1は、入射させる光が強度一定のいわゆるCW光でよいため、従来のICを用いた方式に比べて光源の制御回路が簡素になる。
In the
上記実施形態の光変調器1は、電気信号の電圧がドリフトしたとしても、光の全反射の有無によって出射光がオンオフされるため、電圧ドリフトはキャンセルされる(電圧ドリフトによる信号成分は光信号に伝達されない)。よって、従来の導波路を用いた方式のように電圧ドリフトの影響で光信号が不安定にならない。
In the
上記実施形態の光変調器1において、コア層2を形成している電気光学効果光学材料の屈折率は電界の形成に対して直ちに変化する。つまり、電圧印加に対する屈折率変化の応答時間が短い。よって、電気信号の変化に対して光信号が変化する応答時間が従来よりも短くなり、従来よりも高速の電気信号を光信号に変換できる。したがって、従来よりも高速な光変調器を作製することができる。
In the
上記実施形態の光変調器1は、電気信号における波形の乱れを補正する効果がある。これは、全反射が起きるか起きないかで光の透過を制御していることが、電気信号にスレッショルドを適用することに相当するからである。
The
上記実施形態の光変調器1は、光信号のエンコードが不要となるため、送信側の回路及び光受信器の回路が簡素化される。エンコードに関しては、後述する。
Since the
ところで、上記実施形態では、第1電極4uは、入射側では幅方向の中心位置に頂点を有し、出射側では全幅にわたる底辺を有する二等辺三角形状に形成した。これとは逆に、上記二等辺三角形状を第1電極が無い部分とし、第1電極4uは上記二等辺三角形状を挟む2つの直角三角形状に形成してもよい。この場合、コア層2の電気光学効果光学材料は電圧を加えると屈折率が高くなるものが使用される。第1電極4uと第2電極4dによってコア層2に電界を形成すると、直角三角形状の領域で屈折率が高くなることにより、二等辺三角形状の領域では相対的に屈折率が低い状態となるので、斜辺5に沿った境界面が全反射面となる。このようにコア層2に用いる電気光学効果材料の特性(印加電圧と屈折率変化の関係)によって、電極の形状・配置を変えれば良い。
By the way, in the said embodiment, the 1st electrode 4u was formed in the isosceles triangle shape which has a vertex in the center position of the width direction in the incident side, and has a base over the full width in the output side. On the contrary, the isosceles triangle shape may be a portion without the first electrode, and the first electrode 4u may be formed into two right triangle shapes sandwiching the isosceles triangle shape. In this case, an electro-optic effect optical material for the
次に、本発明の他の実施形態を説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described.
図3(a)及び図3(b)に示されるように、本実施形態に係る光変調器41は、図1に示した前記実施形態と同様に、光を長手方向に透過するべく所定の幅及び厚みを有し長手方向に延びたコア層2と、該コア層2を厚み方向から挟む第1クラッド層3u及び第2クラッド層3dとを有する光変調器41であって、上記コア層2が電界に応じて屈折率が変化する電気光学効果光学材料で形成され、上記第1クラッド層3u及び第2クラッド層3dの、厚み方向、かつ、上記コア層2と接しない側の面のそれぞれに、上記コア層2に電界を形成する第1電極4u及び第2電極4dが形成され、上記第1電極4u及び第2電極4dの少なくとも一方が、長手方向に対して幅方向に傾斜した辺(斜辺)5を有するものである。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the optical modulator 41 according to the present embodiment has a predetermined light transmission rate in the longitudinal direction, similar to the embodiment shown in FIG. An optical modulator 41 having a
図1の実施形態との相違点を述べると、第1クラッド層3uのコア層2と接しない面に2種類の第1電極4u(第一第1電極4u1、第二第1電極4u2)が形成される。すなわち、第一第1電極4u1は、入射側では幅方向の中心位置に頂点を有し、出射側では全幅にわたる底辺を有する二等辺三角形状に形成される。第二第1電極4u2は、上記二等辺三角形状を挟む2つの直角三角形状に形成される。第2電極4dは幅方向と長手方向の全面にわたり矩形に形成される。第2電極4dは第1電極4uと同様に、2種類に分割し、それぞれ第1電極4u1、4u2に対向させて配置してもよい。
When the difference from the embodiment of FIG. 1 is described, two types of first electrodes 4u (first first electrode 4u1 and second first electrode 4u2) are provided on the surface of the
第一第1電極4u1の直下にあるコア層2の領域を第1領域S1、第二第1電極4u2の直下にあるコア層2の領域を第2領域S2と呼ぶことにする。
The region of the
この実施形態では、2種類の第1電極4u1、4u2に差動信号を入力できるよう、第一第1電極4u1には差動信号の一方であるPDATAのラインが電気的に接続され、第二第1電極4u2には差動信号のもう一方であるNDATAのラインが電気的に接続される。第2電極4dは差動信号の中立電位となるGNDに電気的に接続される。 In this embodiment, a PDATA line, which is one of the differential signals, is electrically connected to the first first electrode 4u1 so that differential signals can be input to the two types of first electrodes 4u1 and 4u2. The NDATA line, which is the other side of the differential signal, is electrically connected to the first electrode 4u2. The second electrode 4d is electrically connected to GND which is a neutral potential of the differential signal.
図4(a)に示されるように、第一第1電極4u1に所定の高電圧と所定の低電圧とが交互に現れる一方の差動信号PDATAが印加される。第二第1電極4u2には、これと反対のタイミングで所定の高電圧と所定の低電圧とが交互に現れるもう一方の差動信号NDATAが印加される。 As shown in FIG. 4A, one differential signal PDATA in which a predetermined high voltage and a predetermined low voltage appear alternately is applied to the first first electrode 4u1. The other differential signal NDATA in which a predetermined high voltage and a predetermined low voltage appear alternately at the opposite timing is applied to the second first electrode 4u2.
図4(b)に示されるように、差動信号PDATAが所定の低電圧のとき、第一第1電極4u1の直下となる第1領域(斜辺5の出射側)S1は屈折率が高く(元の屈折率)、差動信号NDATAが所定の高電圧のとき、第二第1電極4u2の直下となる第2領域(斜辺5の入射側)S2は屈折率が低い。このときは、第1領域S1が第2領域S2より屈折率が高いため、前述の実施形態で説明したコア層2内に電界が形成されずコア層2の幅方向と長手方向の全域にわたり屈折率が均一なときよりも、いっそう入射側に入射された光が透過して出射側から出射される効果が大きい。
As shown in FIG. 4B, when the differential signal PDATA has a predetermined low voltage, the first region S1 (exit side of the oblique side 5) S1 directly under the first first electrode 4u1 has a high refractive index ( When the differential signal NDATA has a predetermined high voltage, the second region (incident side of the oblique side 5) S2 immediately below the second first electrode 4u2 has a low refractive index. At this time, since the first region S1 has a higher refractive index than the second region S2, an electric field is not formed in the
差動信号PDATAが所定の高電圧のとき、第一第1電極4u1の直下となる第1領域(斜辺5の出射側)は屈折率が低く、差動信号NDATAが所定の低電圧のとき、第二第1電極4u2の直下となる第2領域(斜辺5の入射側)は屈折率が高い(元の屈折率)。斜辺5に沿って全反射面が形成され、入射側に入射された光は、この全反射面で全反射されるため、第1領域S1には透過することができない。よって、光変調器41の出射側から光は出射されない。
When the differential signal PDATA has a predetermined high voltage, the first region (exit side of the oblique side 5) immediately below the first first electrode 4u1 has a low refractive index, and when the differential signal NDATA has a predetermined low voltage, The second region (incident side of the oblique side 5) immediately below the second first electrode 4u2 has a high refractive index (original refractive index). A total reflection surface is formed along the
この結果、差動信号によって図4(c)に示されるように変調された光信号が光変調器から出射されることになる。 As a result, the optical signal modulated by the differential signal as shown in FIG. 4C is emitted from the optical modulator.
次に、本発明のアレイ化の実施形態を説明する。 Next, an embodiment of arraying according to the present invention will be described.
図5に示されるように、本実施形態に係る光変調器61は、図1に示した光変調器1をコア層2の幅方向に複数N列並べたものである。各列のコア層2の出射側にはch1〜chNのN本の導波路が光学的に接続されている。一方、各列のコア層2の入射側には、共通する1個のCW光光源が設けられている。各列の第1電極4uには、ch1〜chNのそれぞれ異なる電気信号を入力するN本の信号線が電気的に接続される。各列の第2電極4dは共通のGNDに電気的に接続されている。
As shown in FIG. 5, the optical modulator 61 according to the present embodiment includes a plurality of N
各列個別の光変調器1における変調動作は既に説明した通りである。この光変調器61では、各列の第1電極4uにそれぞれ異なる電気信号が入力され、CW光が光信号に変調される。それぞれの光信号がN本の導波路で外部に伝送されるので、Nチャンネルのパラレル伝送が実現される。これにより、例えば、16チャンネル、32チャンネルなどの多チャンネルのパラレル伝送が可能となる。
The modulation operation in the individual
従来の光変調器ではパラレル伝送のためには光源及び駆動回路をそのチャンネル数分必要とするが、本発明の光変調器は簡素な駆動回路で駆動可能になるだけでなく、全チャンネルに対して光源が1つでよいので、光源、光変調器を含めた全体構成が非常に簡素化される。 In the conventional optical modulator, the light source and the drive circuit are required for the number of channels for parallel transmission. However, the optical modulator of the present invention can be driven by a simple drive circuit, and can be applied to all channels. Since only one light source is required, the overall configuration including the light source and the light modulator is greatly simplified.
図6に示されるように、本実施形態に係る光変調器71は、図3に示した光変調器41をコア層2の幅方向に複数N列並べたものである。
As shown in FIG. 6, the optical modulator 71 according to the present embodiment is configured by arranging a plurality of N optical modulators 41 shown in FIG. 3 in the width direction of the
各列個別の光変調器41における変調動作は既に説明した通りである。この光変調器71でパラレル伝送が可能となること、及びこの光変調器71は簡素な駆動回路で駆動可能であることは、図5で説明したのと同様である。 The modulation operation in the optical modulator 41 for each column is as described above. As described with reference to FIG. 5, the optical modulator 71 can perform parallel transmission and can be driven by a simple drive circuit.
図7に示されるように、本実施形態に係る光変調器81は、コア層2並びに第1電極4u及び第2電極4dの構造は図5の光変調器61と同じであるが、チャンネルに対する列の数が倍であり、各列の第1電極4uに電気的に接続する信号線及び各列のコア層2の出射側に光学的に接続する導波路が異なる。すなわち、第1列の第1電極4uには第1チャンネルの差動信号PDATAの信号線が電気的に接続され、第2列の第1電極4uには第1チャンネルのもうひとつの差動信号NDATAの信号線が電気的に接続される。このようにして、第2N−1列の第1電極4uには第Nチャンネルの差動信号PDATAの信号線が電気的に接続され、第2N列の第1電極4uには第Nチャンネルのもうひとつの差動信号NDATAの信号線が電気的に接続される。各列のコア層2の出射側には2N本の導波路が光学的に接続され、各チャンネルの差動信号PDATAの光信号と差動信号NDATAの光信号とが伝送される。
As shown in FIG. 7, the optical modulator 81 according to the present embodiment has the same structure as the optical modulator 61 of FIG. 5 in the
図8に示されるように、本実施形態に係る光変調器91は、コア層2並びに第1電極4u及び第2電極4dの構造は図6の光変調器71と同じであるが、チャンネルに対する列の数が倍であり、各列の第1電極に接続する信号線及び各列のコア層2の出射側に光学的に接続する導波路が異なる。すなわち、第1列の第一第1電極4u1には第1チャンネルの差動信号PDATAの信号線が電気的に接続され、第1列の第二第1電極4u2には第1チャンネルのもうひとつの差動信号NDATAの信号線が電気的に接続される。第2列の第一第1電極4u1には第1列とは反対に、第1チャンネルの差動信号NDATAの信号線が電気的に接続され、第2列の第二第1電極4u2に第1チャンネルの差動信号PDATAの信号線が電気的に接続される。
As shown in FIG. 8, the optical modulator 91 according to the present embodiment has the same structure as the optical modulator 71 of FIG. 6, except for the
このようにして、第2N−1列では、第一第1電極4u1に第Nチャンネルの差動信号PDATAの信号線が電気的に接続され、第二第1電極4u2に第Nチャンネルのもうひとつの差動信号NDATAの信号線が電気的に接続される。第2N列では、第2N−1列とは反対に、第一第1電極4u1に第Nチャンネルの差動信号NDATAの信号線が電気的に接続され、第二第1電極4u2に第Nチャンネルの差動信号PDATAの信号線が電気的に接続される。 In this way, in the 2nd (N-1) th row, the signal line of the N-th channel differential signal PDATA is electrically connected to the first first electrode 4u1, and another one of the N-th channel is connected to the second first electrode 4u2. Are connected to the signal line of the differential signal NDATA. In the second N column, contrary to the second N-1 column, the signal line of the N-channel differential signal NDATA is electrically connected to the first first electrode 4u1, and the Nth channel is connected to the second first electrode 4u2. The signal lines of the differential signal PDATA are electrically connected.
各列のコア層2の出射側には2N本の導波路が光学的に接続され、奇数列の導波路では各チャンネルの差動信号PDATAと差動信号NDATAとによる光信号Pが伝送され、偶数列の導波路では各チャンネルの差動信号NDATAと差動信号PDATAとによる光信号Nが伝送される。同一チャンネルにおける偶数列の導波路を伝送される光信号Pと偶数列の導波路を伝送される光信号Nとは互い逆位相である。
2N waveguides are optically connected to the output side of the
図9に示した光変調器101は、図1に示した光変調器1をコア層2の幅方向に複数N列並べたものであるが、このとき、各列のコア層2とコア層2の間に、光吸収層6を設けたものである。光吸収層6は、光吸収材からなり、斜辺5に沿った全反射面で反射してコア層2の幅方向の進行成分を持つ光を吸収するためのものである。
The
これにより、光変調器1をコア層2の幅方向に複数N列並べるとき、隣の列同士のコア層2間で幅方向の進行成分を持つ光が出入りすることを防止することができる。
Thereby, when a plurality of N rows of
なお、光変調器1をコア層2の幅方向に複数N列並べるとき、隣の列のコア層2同士が接するのではなく、コア層2間に空間(空気の層)を設けたり、クラッド層を形成したりしてもよい。
When the
次に、電極(第1電極4u、第2電極4d)について述べる。 Next, the electrodes (first electrode 4u, second electrode 4d) will be described.
電極は、全反射面を形成するために斜辺5を有することが重要であるが、電極の大きさは特に重要でない。電極を大きくすると、電極のインピーダンスが下がる。
It is important that the electrode has a
コア層2、第1クラッド層3u、第2クラッド層3dは樹脂からなるが、これらコア層2、第1クラッド層3u、第2クラッド層3dの厚さを薄くすると電極間のインピーダンスが下がる。また、電極に用いる材料の導電率を大きくするとインピーダンスが下がる。
The
電極のインピーダンスは、信号線のインピーダンスと整合させることにより、反射をなくすることができる。シングルエンドでは50Ω、ディファレンシャルでは100Ωが望ましい。第1電極4uと電圧源との間または第2電極4dと電圧源との間に並列抵抗を挿入してインピーダンスを調整してもよい。 Reflection can be eliminated by matching the impedance of the electrode with the impedance of the signal line. 50Ω for single end and 100Ω for differential are desirable. Impedance may be adjusted by inserting a parallel resistor between the first electrode 4u and the voltage source or between the second electrode 4d and the voltage source.
次に、これまで述べた本発明の光変調器に対応する光受信器について述べる。 Next, an optical receiver corresponding to the optical modulator of the present invention described so far will be described.
図10に示されるように、光受信器111は、図5〜図8の導波路から出射された光信号が入射されるPD(フォトダイオード)等の受光素子112と、この受光素子112の一端に電気的に接続された接地抵抗113と、この接地抵抗113と上記受光素子112の接続箇所に片側極が電気的に接続されたコンデンサ114と、このコンデンサ114の反対側極に電気的に接続された受信信号線115とを備える。 As shown in FIG. 10, the optical receiver 111 includes a light receiving element 112 such as a PD (photodiode) on which an optical signal emitted from the waveguide of FIGS. 5 to 8 is incident, and one end of the light receiving element 112. A ground resistor 113 electrically connected to the capacitor, a capacitor 114 having one electrode electrically connected to a connection point between the ground resistor 113 and the light receiving element 112, and an electrode electrically connected to the opposite electrode of the capacitor 114. Received signal line 115.
受光素子112には直流電源から直流電圧が印加されており、入射した光信号による受光電流に応じて接地抵抗113の電圧が変化する。この電圧をコンデンサ114を介して受信信号線115に導くことにより、接地抵抗113の電圧から交流成分(電圧変化分)を取り出すことができる。 A direct current voltage is applied to the light receiving element 112 from a direct current power source, and the voltage of the ground resistor 113 changes according to the light reception current by the incident optical signal. By guiding this voltage to the reception signal line 115 via the capacitor 114, an AC component (voltage change) can be extracted from the voltage of the ground resistor 113.
従来の光変調器では、電気信号が電圧が高い状態と電圧が同じ符号で低い状態とを有する電気信号である場合も、電気信号が電圧が正である場合と電気信号が負である状態とを有する電気信号である場合も、光信号は、光強度が大きい状態と光強度がゼロではなく小さい状態とを有する。このような光信号を受信する光受信器は、光強度が大きい状態と光強度がゼロではなく小さい状態とを正しく検出するために、基準となる光強度を受信した光信号から生成する必要があった。この基準となる光強度を安定に得るためには、元の電気信号に担持されている情報コードを加工して比較的短時間内の平均光強度が一定となるような光通信用コードにエンコードする必要がある。このため、従来の光変調器では、ドライバICにエンコード回路を内蔵し、光受信器には光通信用コードを元の電気信号の情報コードに復号するデコード回路が必要となる。 In the conventional optical modulator, even when the electrical signal is an electrical signal having a high voltage state and a low voltage state with the same sign, the electrical signal has a positive voltage state and a negative electrical signal state. The optical signal also has a state in which the light intensity is large and a state in which the light intensity is not zero but small. An optical receiver that receives such an optical signal needs to generate a reference optical intensity from the received optical signal in order to correctly detect a state in which the light intensity is high and a state in which the light intensity is not zero but low. there were. In order to stably obtain the standard light intensity, the information code carried in the original electrical signal is processed and encoded into an optical communication code that keeps the average light intensity within a relatively short time. There is a need to. For this reason, in the conventional optical modulator, an encoding circuit is built in the driver IC, and the optical receiver requires a decoding circuit that decodes the optical communication code into the information code of the original electrical signal.
これに対し本発明の光変調器では、光信号は、光強度が所定の大きさの状態と光強度がゼロの状態とを有する。光強度がゼロの状態が絶対的な基準となるので、光受信器において基準となる光強度を生成する必要がない。このため、平均光強度が一定でなくてもよい。従って、光変調器で情報コードを光通信用コードにエンコードする必要がなく、光受信器でデコードする必要もない。よって、図2のように光変調駆動回路が簡素化されて、光変調器が簡素化されると共に、相手側の光受信器も簡素化される。 In contrast, in the optical modulator of the present invention, the optical signal has a state where the light intensity is a predetermined magnitude and a state where the light intensity is zero. Since the state where the light intensity is zero is an absolute reference, it is not necessary to generate a reference light intensity in the optical receiver. For this reason, the average light intensity may not be constant. Therefore, it is not necessary to encode the information code into an optical communication code by the optical modulator, and it is not necessary to decode by the optical receiver. Therefore, as shown in FIG. 2, the optical modulation driving circuit is simplified, the optical modulator is simplified, and the counterpart optical receiver is also simplified.
次に、本発明の変形例を説明する。 Next, a modified example of the present invention will be described.
図11に示した光変調器121は、光を長手方向に透過するべく所定の幅及び厚みを有し長手方向に延びたコア層2(図1(b)参照)と、該コア層2を厚み方向から挟む第1クラッド層3u及び第2クラッド層3dとを有する光変調器121であって、上記コア層2が電界に応じて屈折率が変化する電気光学効果光学材料で形成され、上記第1クラッド層3u及び第2クラッド層3dの厚み方向、かつ、上記コア層2と接しない側の面のそれぞれに、上記コア層2内に電界を形成する第1電極4u及び第2電極4dが形成され、上記第1電極4u及び第2電極4dの少なくとも一方が、上記コア層2より幅が狭いものである。
The optical modulator 121 shown in FIG. 11 includes a core layer 2 (see FIG. 1B) having a predetermined width and thickness and extending in the longitudinal direction so as to transmit light in the longitudinal direction. An optical modulator 121 having a
ここでは、第1電極4uがコア層2より幅が狭く形成されている。第1電極4uは、出射側から長手方向に延び入射側の途中まで形成されている。第1電極4uは、コア層2の幅方向の中央に設けられている。第2電極4dはこれまでの実施形態同様に、コア層2の全面を覆うか又は第1電極4uと同形状で第1電極4uに対向している。コア層2の出射側には、第1電極4uと同じ位置には、図示しない光受信器に繋がる導波路(又は光ファイバ)122が設けられている。導波路112の幅はコア層2の幅より狭い。入射側にはCW光の光源(図示せず)が設けられている。
Here, the first electrode 4 u is formed to be narrower than the
第1電極4uと第2電極4dとの間に電圧が印加されていないとき、コア層2の電気光学効果光学材料は場所によらず屈折率が均一であるから、入射側に入射したCW光は出射側に透過する。導波路122にはコア層2の幅との率に応じた量の光が入射する。
When no voltage is applied between the first electrode 4u and the second electrode 4d, the electro-optic effect optical material of the
第1電極4uと第2電極4dとの間に電圧が印加されていると、コア層2の電気光学効果光学材料は第1電極4uの直下のみ屈折率が周囲より高いか又は低い(電気光学効果光学材料によってどちらの場合もある)。
When a voltage is applied between the first electrode 4u and the second electrode 4d, the refractive index of the electro-optical effect optical material of the
第1電極4uの直下のみ屈折率が周囲より高いとすると、その領域は光密度が高まるので、導波路122にはより多くの量の光が入射する。第1電極4uの直下のみ屈折率が周囲より低いとすると、その領域は光密度が低まるので、導波路122にはより少ない量の光が入射する。
Assuming that the refractive index is higher than the surroundings just below the first electrode 4 u, the light density increases in that region, so that a larger amount of light enters the
電界強度に対して屈折率がリニアに比例する電気光学効果光学材料(例えば、電界強度を大きくすると、屈折率が高くなる材料)をコア層2に用いたとする。この場合、図12に示されるように、第1電極4uと第2電極4dとの間に印加する電圧をV0からV1までリニアに変化させたとき、導波路122に入射される光量はI0からI1までリニアに変化する。よって、光変調器121は、アナログの電気信号をアナログの光信号に変換することができる。
It is assumed that an electro-optic effect optical material whose refractive index is linearly proportional to the electric field strength (for example, a material that increases the refractive index when the electric field strength is increased) is used for the
1、41、61、71、81、91、101、121 光変調器
2 コア層
3d 第2クラッド層
3u 第1クラッド層
4d 第2電極
4u 第1電極
4u1 第一第1電極
4u2 第二第1電極
5 斜辺
1, 41, 61, 71, 81, 91, 101, 121
Claims (3)
該コア層を厚み方向から挟む第1クラッド層及び第2クラッド層とを有する光変調器であって、
上記コア層が電界に応じて屈折率が変化する電気光学効果光学材料で形成され、
上記第1クラッド層及び第2クラッド層の厚み方向、かつ、上記コア層と接しない側の面のそれぞれに、上記コア層内に電界を形成する第1電極及び第2電極が形成され、
上記第1電極及び第2電極の少なくとも一方が、長手方向に対して上記光の入射側から幅方向に傾斜した辺を有することを特徴とする光変調器。 A core layer having a predetermined width and thickness and extending in the longitudinal direction to transmit light in the longitudinal direction;
An optical modulator having a first cladding layer and a second cladding layer sandwiching the core layer from the thickness direction,
The core layer is formed of an electro-optic effect optical material whose refractive index changes according to an electric field,
A first electrode and a second electrode for forming an electric field in the core layer are formed in the thickness direction of the first clad layer and the second clad layer, and on each of the surfaces not in contact with the core layer,
At least one of the first electrode and the second electrode has a side inclined in the width direction from the light incident side with respect to the longitudinal direction.
上記傾斜した辺より上記光の入射側に位置する上記コア層の屈折率に比べて、上記傾斜した辺より上記光の出射側に位置する上記コア層の屈折率が低くなるよう電界が形成されることを特徴とする請求項1記載の光変調器。 A voltage is applied between the first electrode and the second electrode,
An electric field is formed so that the refractive index of the core layer located on the light emission side from the inclined side is lower than the refractive index of the core layer located on the light incident side from the inclined side. The optical modulator according to claim 1.
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