JP2010152306A - 光変調器 - Google Patents
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Abstract
【構成】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、前記光を変調する高周波電気信号を印加する中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記進行波電極に電気的に接続され、前記高周波電気信号を減衰させるための電気的終端とを有し、前記光導波路はペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなる光変調器であって、前記電気的終端は、直流的に接地されていない電気的抵抗を含み、前記チャイルドマッハツェンダ光導波路から出射される光同士の間に位相シフトが生じるように、前記電気的終端を介して前記進行波電極の前記中心導体にバイアス電圧が印加される。
【選択図】図1
Description
近年の40Gbit/sでは、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)を用いるDQPSKやDPSKなどの位相変調方式が使用されつつある。
図14には第2の従来技術のπ/2シフト部についての電極を示す。8aと8bが各々π/2シフト部の中心導体と接地導体である。この図からわかるように、この第2の従来技術においても、π/2シフト部の中心導体(あるいは、バイアス電圧用の中心導体)8aと接地導体(あるいは、バイアス電圧用の接地導体)8bはチャイルドMZの直後に形成された長さが約10mmと比較的短い光導波路3eと3fに形成されている。第1の従来技術と比較して、この第2の従来技術では2つのチャイルドMZから出射される光の位相がπ/2シフトするのに必要な電圧が低減できてはいるものの、それでも13V程度と高く、やはり実際の光通信システムにおいて使用するには長期信頼性における問題があった。
図17は、特許文献2において提案されたDQPSK型の送信装置について示された第3の従来技術である。図17では、LN光変調器の他に、高周波電気信号を生成するDQPSK信号源700、光を出射するLD500、バイアスを安定化するABC回路100、2つのチャイルドMZ間における光の位相差をπシフトするためのバイアス電圧を供給するバイアス供給部120−2、位相シフトの制御命令を出す位相シフト制御部110、あるいはπ/2シフトするためのバイアス電圧を供給するバイアス供給部120−3などの電気部品・電子部品・制御回路も含んでおり、図17はDQPSK送信装置と言える。
図18は、特許文献2において提案されたDQPSK型の送信装置について示された第4の従来技術である。図18においては、変調電極(進行波電極)200b、300bは光に高周波電気信号のみを印加しており、200と300の各々のチャイルドMZ間にπ/2の位相シフトを設ける機能を有していない。従って、図17に示されているように、特許文献2における特徴である進行波電極を用いてπ/2の位相シフトを発生させるためのバイアスを印加する際に用いるバイアスT130−2は不要となっている。
図1にDQPSK型光変調器に本発明を適用した第1の実施形態の上面図を示す。また、参考のために、図2には図1の部分拡大図を示す。図3には光導波路の構成を示す。
電極パッド4c´と電気的抵抗14とはワイヤ22gにより電気的に接続されているので、ワイヤ22dを介して電極パッド20fに印加されたバイアス電圧VBはバイアス電圧用相互作用部である光導波路3h´と3g´のみでなく、第2のチャイルドMZのY分岐アーム3k´、3m´や進行波電極の中心導体4cにも印加され、高周波電気信号用相互作用部の相互作用光導波路3cにも作用する。なお、図6において中心導体4cから電極パッド4c´まで伝搬してきた高周波電気信号は電気的終端10cの電気的抵抗14により消費されている。つまり、本発明においてバイアス電圧VBは高周波電気信号に対して独立に供給される。また、図4において述べたのと同じく、図6の電気回路図においてもワイヤ22bを電気的抵抗14の直上に接続しても良い。
この工程はペアレントMZに位相シフトπ/2を与える工程である。ワイヤ22cを介してバイアス電極20aにバイアス電圧VAを印加すると、前述のようにバイアス電極20b、さらに中心導体4aもほぼ同電位VAとなる。すると、ペアレントMZのY分岐アーム3e´、3f´、第1のチャイルドMZのY分岐アーム3i´、3j´と第1のチャイルドMZを構成する相互作用光導波路3aの屈折率、つまり光導波路の位相が変化する。
この工程は第1のチャイルドMZを構成する2本の光導波路に位相シフトπを与える工程である。ワイヤ30eを介して第1のチャイルドMZの中心導体4bにバイアス電圧Vbを印加することにより第1のチャイルドMZを構成する2本の相互作用光導波路3a、3bの間の位相シフトΔφ1をπとすることができる。第1のチャイルドMZの高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用部における中心導体4aと4bの電位差ΔV1はVA−Vbとなる。
この工程は第2のチャイルドMZを構成する2本の光導波路に位相シフトπを与える工程である。ワイヤ30fを介して第2のチャイルドMZの中心導体4dにバイアス電圧Vdを印加することにより第2のチャイルドMZを構成する2本の相互作用光導波路3c、3dの間の位相シフトΔφ2をπとすることができる。第2のチャイルドMZの高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用部における中心導体4cと4dの電位差ΔV2はVB−Vdとなる。
第2の制御工程と第3の制御工程を行うと(つまりΔφ1をπ、Δφ2をπとするためにVbとVdを設定しΔV1とΔV2を与えると)、第1の制御工程において設定したペアレントMZとしての位相シフトΔφ3はπ/2からずれてしまう。そこで、再度第1の制御工程を行うが、以下のように本発明の利点を発揮できる。
図9は本発明の第2の実施形態についての上面図である。この実施形態では図1に示したバイアス電極20a、20b、20c、20dと図9に示す20a´、20b´、20c´、20d´を比較するとわかるように、図9ではチャイルドMZのY分岐アームに電極を形成しないようにしている。
図10は本発明の第3の実施形態についての上面図である。本実施形態では、ペアレントMZとしての位相シフトπ/2を実現するために、ペアレントMZのY分岐アームを用いず、図3に示したチャイルドMZの相互作用光導波路3a、3b、3c、3dのみを使用している。本発明においてもバイアスTを用いず、ワイヤ22c´と22d´から高周波電気信号と無関係に独立に電気的終端10a、10b、10c、10dを介してバイアス電圧を中心導体4a、4c、4b、4dに印加している。
図11は本発明の第4の実施形態についての上面図である。図中、50は分極反転領域である。この実施形態ではバイアス電極20a、20b、20c、20dは電極配線21bにより電気的に接続されている。20f´´はこれらのバイアス電極につながる電極パッドであり例えばワイヤ22d´にバイアス電圧を印加すると、このバイアス電圧はバイアス電極20a、20b、20c、20dのみでなく、チャイルドMZの中心導体4a、4cに印加される。そして、ペアレントMZとしてのバイアス電圧印加において、1つのバイアス電源を用いてもプッシュプル型のバイアス動作が可能となる。
以上においては、DQPSKを例にとり説明したが、チャイルドMZが2個よりも多い構造についても適用できるし、π/2シフトではなく、mとnを整数としてmπ/nシフト、さらにはmπ/n+α(αは任意の定数)シフトの場合にも適用できる。
3:光導波路
3a、3b、3c、3d:高周波電気信号用相互作用光導波路
3e´、3f´、3g´、3h´:ペアレントMZのY分岐アーム
3e、3f:バイアス電圧用相互作用光導波路
3i´、3j´、3k´、3m´:チャイルドMZのY分岐アーム
4a、4b、4c、4d:高周波電気信号用進行波電極の中心導体
4a´、4b´、4c´、4d´、5a´、5a´´、5b´、5b´´、5c´、5c´´、5d´、5d´´、20e、20f:電極パッド
5a、5b、5c、5d、5e:高周波電気信号用進行波電極の接地導体
6:π/2シフト部
7a、8a、8a´、20a、20a´、20b、20b´、20c、20c´、20d、20d´:バイアス電圧用中心導体
21a、21b、40:電気配線
7b、8b、8b´:バイアス電圧用接地導体
10a、10b、10c、10d:電気的終端
11、22a、22b、22c、22c´、22d、22d´、22e、22e´、22e´´、22f、22f´、22f´´、22g、22g´、22g´´、22h´、22h´´、23a、23b、30e、30f:ワイヤ
12、12´、14、14´:電気的抵抗
13a、13b、13c、13a´、13b´、13c´、15a、15b、15c、15a´、15b´、15c´:コンデンサ
50:分極反転領域
100:ABC回路
110:位相シフト制御部
120−1、120−2、120−3、120−41、120−42:バイアス供給部
200、300:チャイルドMZ
200a、300a:チャイルドMZのY分岐光導波路
200b、300b:変調電極(進行波電極)
200c、300c:バイアス電極
500:LD(レーザーダイオード)
400、600:ペアレントMZのY分岐光導波路
800−1、800−2:ドライバ
700:DQPSK信号源
900:フォトダイオード(PD)
Claims (4)
- 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、前記光を変調する高周波電気信号を印加する中心導体及び接地導体からなる進行波電極と、前記進行波電極に電気的に接続され、前記高周波電気信号を減衰させるための電気的終端とを有し、
前記光導波路はペアレントマッハツェンダ光導波路の分岐光導波路上にチャイルドマッハツェンダ光導波路をそれぞれ有するネスト型光導波路でなる光変調器であって、
前記電気的終端は、直流的に接地されていない電気的抵抗を含み、
前記チャイルドマッハツェンダ光導波路から出射される光同士の間に位相シフトが生じるように、前記電気的終端を介して前記進行波電極の前記中心導体にバイアス電圧が印加されることを特徴とする光変調器。 - 前記ペアレントマッハツェンダ光導波路のY分岐アームに沿って、バイアス電極が形成されており、
前記電気的終端を介して前記進行波電極にバイアス電圧が印加されるとともに、前記バイアス電極に前記バイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。 - 前記ペアレントマッハツェンダ光導波路のY分岐アームから前記チャイルドマッハツェンダ光導波路のY分岐アームまでの光導波路に沿って、バイアス電極が形成されており、
前記電気的終端を介して前記進行波電極にバイアス電圧が印加されるとともに、前記バイアス電極に前記バイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。 - 前記チャイルドマッハツェンダ光導波路を挟んで前記光が導波する方向の前後に、前記バイアス電極が形成されており、
それぞれのチャイルドマッハツェンダ光導波路における両側の前記バイアス電極の中心導体が、電気的に接続されていることを特徴とする請求項2または3に記載の光変調器。
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