JP2011191346A - Optical modulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、小型で低損失な光導波路を含むリッジ光導波路を含むマッハツェンダ光導波路を具備し、光導波路に入射した光を高周波電気信号で変調して光信号パルスとして出射する光変調器に関する。 The present invention relates to an optical modulator that includes a Mach-Zehnder optical waveguide including a ridge optical waveguide including a small and low-loss optical waveguide, and that modulates light incident on the optical waveguide with a high-frequency electric signal and emits it as an optical signal pulse.
近年、高速、大容量の光通信システムが実用化されている。このような高速、大容量の光通信システムに組込むための高速、小型、低価格、かつ高安定な光変調器の開発が求められている。 In recent years, high-speed and large-capacity optical communication systems have been put into practical use. There is a demand for the development of a high-speed, small, low-cost, and highly stable optical modulator for incorporation into such a high-speed, large-capacity optical communication system.
このような要望に応える光変調器として、リチウムナイオベート(LiNbO3)のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板(以下、LN基板と略す)に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器(以下、LN光変調器と略す)がある。このLN光変調器は、その優れたチャーピング特性から2.5Gbit/s、10Gbit/sの大容量光通信システムに適用されている。最近はさらに40Gbit/sの超大容量光通信システムにも適用が検討されている。 As an optical modulator that meets such demands, a light modulator such as lithium niobate (LiNbO 3 ) is used for a substrate having a so-called electro-optical effect (hereinafter abbreviated as an LN substrate) whose refractive index changes by applying an electric field. There is a traveling wave electrode type lithium niobate optical modulator (hereinafter abbreviated as an LN optical modulator) in which a waveguide and a traveling wave electrode are formed. This LN optical modulator is applied to a large capacity optical communication system of 2.5 Gbit / s and 10 Gbit / s because of its excellent chirping characteristics. Recently, application to a 40 Gbit / s ultra-high capacity optical communication system is also being studied.
(第1の従来技術)
特許文献1にはz−カットLN基板に分極反転を適用してゼロチャープ光変調器を実現した、いわゆる分極反転ゼロチャープ光変調器が開示されている。また、特許文献2にはz−カットLN基板にプレーナ光導波路を形成した、いわゆるプレーナ型LN変調器が開示されている。そしてこのプレーナ型LN変調器を例として用いて構成した分極反転ゼロチャープLN変調器を第1の従来技術として、図6にその上面図を示す。また、図6のA−A´における断面図を図7に示す。
(First prior art)
ここで、1aは分極反転をしていないz−カット基板(あるいは非分極反転領域)、1bは分極反転をしたz−カット基板(あるいは分極反転領域)である(1aと1bを総称してz−カット基板1と呼ぶ)。z−カット基板1の上に光導波路3が形成されている。この光導波路3は、金属Tiを1050℃で約10時間熱拡散して形成した光導波路であり、分岐光導波路、2本のアーム、合波光導波路からなるマッハツェンダ干渉系(あるいは、マッハツェンダ光導波路)を構成している。3aと3bはマッハツェンダ光導波路を構成する2本のアームであり、高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用光導波路ともいう。3aと3bを各々第1の光導波路と第2の光導波路と呼ぶ。なお、40は分極反転領域1aと非分極反転領域1bの境界である。
Here, 1a is a z-cut substrate (or non-polarization inversion region) that has not undergone polarization inversion, and 1b is a z-cut substrate (or polarization inversion region) that has undergone polarization inversion (collectively referring to 1a and 1b as z). -Called cut substrate 1). An
z−カット基板1の上にSiO2バッファ層2が形成され、このSiO2バッファ層2の上面に進行波電極4が形成されている。進行波電極4としては、1つの中心導体4aと2つの接地導体4b、4cを有するコプレーナウェーブガイド(CPW)を用いている。なお、z−カットLN基板1を用いて製作したLN光変調器に特有の焦電効果に起因する温度ドリフトを抑圧するためにSiO2バッファ層2の上面全面にSi導電層を用いるが、本明細書では説明を簡単にするためにSi導電層については省略して議論する。
A SiO 2 buffer layer 2 is formed on the z-
図6に示した第1の従来技術において特徴的なことは、充分に広い光変調帯域を実現するために、光変調帯域を決定する電気信号の特性を最大限に生かす構造としていることである。つまり、光変調特性を決める相互作用部において、幅やギャップなど寸法が小さい中心導体4aと接地導体4b、4cは不連続部が生じないようにまっすぐ、あるいはほぼまっすぐとし、その代わりに第1の光導波路3aと第2の光導波路3bに曲がり部3a´、3b´(ベンド光導波路)を設けて各光導波路をシフトさせている。
A feature of the first prior art shown in FIG. 6 is that a structure that makes the best use of the characteristics of an electric signal that determines the light modulation band in order to realize a sufficiently wide light modulation band. . That is, in the interaction portion that determines the light modulation characteristics, the
ここで、5aは非分極反転領域1aにおける電気信号と光との相互作用部で、長さがL1でなり、第1の相互作用部と呼ぶ。5bは分極反転領域1bにおける電気信号と光との相互作用部で、長さがL2でなり、第2の相互作用部と呼ぶ。5cは第1の相互作用部5aと第2の相互作用部5bの間に設けた光導波路シフト部で、長さがL3でなる。
Here, 5a in the interaction portion of the electrical signal and the light in the polarization
第1の相互作用部5aの長さL1と第2の相互作用部5bの長さL2については、L1=L2とすれば生成した光パルスにある程度はゼロチャーピングの特性を与えることができる。しかしながら高周波電気信号が中心導体4aと接地導体4b、4cを伝搬するとともに減衰するので、第1の相互作用部5aにおける変調効率の方が第2の相互作用部5cにおける変調効率よりも高いことを考慮すると、L1<L2が好ましいことは明らかである。
The length L 1 of the
図6からわかるように、分極が反転していない第1の相互作用部5aにおいては、第1の光導波路3aの上に中心導体4aがあり、第2の光導波路3bの上に接地導体4cがある。一方、分極が反転した第2の相互作用部5bにおいては、第1の光導波路3aの上に接地導体4bがあり、第2の光導波路3bの上に中心導体4aがある。
As can be seen from FIG. 6, in the
つまり、第1の従来技術では、z−カットLN基板の表面方向に第1の光導波路3aと第2の光導波路3bを第1の相互作用部5aと第2の相互作用部5bの間で位置的にシフトさせることにより、中心導体4a及び接地導体4b、4cと第1の光導波路3aと第2の光導波路3bとの相対位置を入れ替えている。この構造を採用することにより、LN光変調器により生成する光信号パルスのチャーピングを極めて小さくすることが可能である。
That is, in the first conventional technique, the first
この第1の従来技術では、進行波電極をまっすぐ、あるいはほぼまっすぐとしているので、その幅Sが6〜11μm程度と狭い中心導体4aと、中心導体4aから15〜50μm程度のギャップWを介して形成した接地導体4b、4cには光と電気信号が相互作用する領域において電気的な不連続部はない。従って、その製作の歩留まりが格段に向上する。また、電気信号と光との相互作用部5a、5bに電気的な不連続部がないので、電気信号の透過特性であるS21について不連続部に起因した伝搬損失や、電気信号の反射特性であるS11に劣化がないという特徴を有している。
In the first prior art, since the traveling wave electrode is straight or almost straight, the width S is about 6 to 11 μm, the
(第2の従来技術)
特許文献1では分極反転ゼロチャープを実現するための考え方を提案しているだけであり、光導波路の構造に依存しているわけではない。つまり、適用する光導波路としてはプレーナ型でもリッジ型でもよい。
(Second prior art)
そして、特許文献3に開示されたリッジ構造は特許文献2に開示されたプレーナ構造よりも高性能であることが知られている。リッジ構造を用いた場合における分極反転ゼロチャープ光変調器の光導波路3と、LN基板1の一部が掘り下げられて形成された溝部8a、8b、及び8cの構成について、その上面図を第2の従来技術として図8に示す。なお、図9に図8のB−B´における断面を示している。
The ridge structure disclosed in
また、図10に図8のC−C´における断面図を示す。但し、説明を簡単にするために、図10においては第1の光導波路3aと第2の光導波路3bを省略した。さらに、光導波路シフト部5cとその近傍のみを図示している。図10からわかるように、リッジの溝部8aが形成されているために、中心導体に4a´、4a´´、4a´´´のような電気的な不連続、即ち断切れを生じている。
FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. However, in order to simplify the description, the first
この中心導体の断切れはかなり高い確率で発生するために、リッジ構造を有する分極反転ゼロチャープ型のLN光変調器の歩留まりを大きく制限する要因となっていた。 Since the disconnection of the central conductor occurs with a fairly high probability, it has been a factor that greatly limits the yield of a polarization-inverted zero chirp type LN optical modulator having a ridge structure.
リッジ構造を適用した光導波路で、当該光導波路をシフトする構成の分極反転ゼロチャープ型のLN光変調器においては、光導波路シフト部において中心導体に断切れが生じることが多く、LN光変調器としての歩留まりを大きく制限していたため、これを解決するための技術の開発が強く望まれていた。 In a polarization inversion zero chirped LN optical modulator configured to shift the optical waveguide with an optical waveguide using a ridge structure, the center conductor often breaks at the optical waveguide shift portion. Therefore, the development of a technique for solving this problem has been strongly desired.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の光変調器は、電気光学効果を有する材料からなるとともに、分極を反転しない領域と分極を反転する領域を有する基板と、前記基板の一面側に形成され、入射した光を分岐するための分岐光導波路と、分岐された前記光を伝搬するための第1の光導波路及び第2の光導波路と、前記第1の光導波路と前記第2の光導波路を伝搬する前記光を合波するための合波光導波路を備え、前記第1および第2の光導波路に沿って前記基板の一部が掘り下げられた溝部が形成されたリッジ型の光導波路を具備し、前記第1の光導波路と前記第2の光導波路を伝搬する光と、中心導体及び接地導体からなる進行波電極を伝搬する電気信号が相互作用する相互作用部が、互いに異なる方向に分極した第1の相互作用部と第2の相互作用部を含み、前記中心導体は前記第1の相互作用部と前記第2の相互作用部で前記第1の光導波路もしくは前記第2の光導波路に対向し、前記第1の相互作用部及び前記第2の相互作用部で前記第1の光導波路と前記第2の光導波路を伝搬する前記光の位相を変調して光信号パルスを生成する光変調器であって、前記第1の相互作用部と前記第2の相互作用部の間に光導波路シフト部を設けることにより、前記第1の相互作用部における前記第1の光導波路の光軸と前記第2の相互作用部における前記第1の光導波路の光軸とを異ならしめるとともに、前記第1の相互作用部における前記第2の光導波路の光軸と前記第2の相互作用部における前記第2の光導波路の光軸とを異ならしめ、前記第1の相互作用部と前記第2の相互作用部にて、前記中心導体及び前記接地導体と、前記第1の光導波路と前記第2の光導波路の相対位置が入れ替わっており、前記相互作用部における前記中心導体は直線でなっており、前記相互作用部では前記進行波電極に電気的な不連続部を有さないように、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の下方以外の所定の箇所に前記溝部が形成されていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, an optical modulator according to
上記課題を解決するために、本発明の請求項2に記載の光変調器は、電気光学効果を有する材料からなるとともに、分極を反転しない領域と分極を反転する領域を有する基板と、前記基板の一面側に形成され、入射した光を分岐するための分岐光導波路と、分岐された前記光を伝搬するための第1の光導波路及び第2の光導波路と、前記第1の光導波路と前記第2の光導波路を伝搬する前記光を合波するための合波光導波路を備え、前記第1および第2の光導波路に沿って前記基板の一部が掘り下げられた溝部が形成されたリッジ型の光導波路を具備し、前記第1の光導波路と前記第2の光導波路を伝搬する光と、中心導体及び接地導体からなる進行波電極を伝搬する電気信号が相互作用する相互作用部が、互いに異なる方向に分極した第1の相互作用部と第2の相互作用部を含み、前記中心導体は前記第1の相互作用部と前記第2の相互作用部で前記第1の光導波路もしくは前記第2の光導波路に対向し、前記第1の相互作用部及び前記第2の相互作用部で前記第1の光導波路と前記第2の光導波路を伝搬する前記光の位相を変調して光信号パルスを生成する光変調器であって、前記第1の相互作用部と前記第2の相互作用部の間に光導波路シフト部を設けることにより、前記第1の相互作用部における前記第1の光導波路の光軸と前記第2の相互作用部における前記第1の光導波路の光軸とを異ならしめるとともに、前記第1の相互作用部における前記第2の光導波路の光軸と前記第2の相互作用部における前記第2の光導波路の光軸とを異ならしめ、前記第1の相互作用部と前記第2の相互作用部にて、前記中心導体及び前記接地導体と、前記第1の光導波路と前記第2の光導波路の相対位置が入れ替わっており、前記相互作用部における前記中心導体は略直線でなっており、また、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の一部が前記第1の光導波路と前記第2の光導波路の少なくとも一方と略平行に形成されており、前記相互作用部では前記進行波電極に電気的な不連続部を有さないように、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の下方以外の所定の箇所に前記溝部が形成されていることを特徴としている。
In order to solve the above problem, an optical modulator according to
上記課題を解決するために、本発明の請求項3に記載の光変調器は、請求項1または2に記載の光変調器において、前記第1の相互作用部の長さと前記第2の相互作用部の長さが略等しいことを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, an optical modulator according to a third aspect of the present invention is the optical modulator according to the first or second aspect, wherein the length of the first interaction unit and the second mutual length are the same. It is characterized in that the length of the action part is substantially equal.
上記課題を解決するために、本発明の請求項4に記載の光変調器は、請求項1または2に記載の光変調器において、前記第1の相互作用部の長さが前記第2の相互作用部の長さよりも短いことを特徴としている。 In order to solve the above problem, an optical modulator according to a fourth aspect of the present invention is the optical modulator according to the first or second aspect, wherein the length of the first interaction unit is the second length. It is characterized by being shorter than the length of the interaction part.
上記課題を解決するために、本発明の請求項5に記載の光変調器は、請求項1または2に記載の光変調器において、前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の少なくとも一方が複数個あり、該それぞれの領域の境界に前記光導波路シフト部を設けたことを特徴としている。
In order to solve the above-described problem, an optical modulator according to claim 5 of the present invention is the optical modulator according to
上記課題を解決するために、本発明の請求項6に記載の光変調器は、請求項5に記載の光変調器において、前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の数の和が奇数個であることを特徴としている。 In order to solve the above problem, an optical modulator according to a sixth aspect of the present invention is the optical modulator according to the fifth aspect, wherein the region in the interaction unit where the polarization is not inverted and the polarization are inverted. The sum of the number of regions is an odd number.
上記課題を解決するために、本発明の請求項7に記載の光変調器は、請求項6に記載の光変調器において、前記相互作用部における前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域の各々の長さの和が互いに略等しいことを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, an optical modulator according to claim 7 of the present invention is the optical modulator according to claim 6, wherein the region of the interaction unit where the polarization is not inverted and the polarization are inverted. The sum of the lengths of the respective regions is substantially equal to each other.
上記課題を解決するために、本発明の請求項8に記載の光変調器は、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光変調器において、前記基板が前記分極を反転しない領域及び前記分極を反転した領域のどちらか一方である場合よりも、前記光信号パルスのチャーピングが小さくなることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, an optical modulator according to an eighth aspect of the present invention is the optical modulator according to any one of the first to seventh aspects, wherein the substrate does not reverse the polarization, and It is characterized in that the chirping of the optical signal pulse is smaller than in the case of either one of the regions where the polarization is inverted.
本発明にかかるリッジ構造を有する分極反転ゼロチャープ型LN光変調器では、光導波路シフト部において中心導体の下方に前記溝部が形成されておらず、非分極反転領域と分極反転領域をまたいで直線状、もしくは略直線状のリッジが形成されている。これにより、電気的な不連続、即ち中心導体の断切れを防ぐことができ、リッジ構造を有する分極反転ゼロチャープ型LN光変調器の歩留まりを大幅に改善することが可能となる。 In the domain-inverted zero chirped LN optical modulator having a ridge structure according to the present invention, the groove is not formed below the central conductor in the optical waveguide shift unit, and is linearly formed across the non-domain-inverted region and the domain-inverted region. Alternatively, a substantially linear ridge is formed. Thereby, electrical discontinuity, that is, disconnection of the central conductor can be prevented, and the yield of the polarization inversion zero chirped LN optical modulator having the ridge structure can be greatly improved.
以下、本発明の実施形態について説明するが、図6から図10に示した従来技術と同一の符号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一の符号を持つ機能部の説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, since the same reference numerals as those in the related art shown in FIGS. 6 to 10 correspond to the same functional units, description of the functional units having the same reference numerals is omitted here. To do.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態を図1に示す。本発明では高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用部には第2の従来技術として示した図9のリッジ構造を適用する。つまり図1のD−D´における断面図は図9と同じである。図1の領域Iに相当する箇所を拡大した上面図を図2に示す。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention is shown in FIG. In the present invention, the ridge structure of FIG. 9 shown as the second prior art is applied to the interaction portion where the high-frequency electrical signal and light interact. That is, the sectional view taken along the line DD ′ in FIG. 1 is the same as FIG. FIG. 2 shows an enlarged top view of a portion corresponding to the region I in FIG.
ここで、従来技術と同じく、5aは非分極反転領域1aにおいて長さがL1でなる電気信号と光との相互作用部、つまり第1の相互作用部である。5bは分極反転領域1bにおいて長さがL2でなる電気信号と光との相互作用部、つまり第2の相互作用部である。5cは第1の相互作用部5aと第2の相互作用部5bの間に設けた、長さがL3でなる光導波路シフト部である。第2の従来技術においてはこの光導波路シフト部5cにおいて長さL3にわたって中心導体の断切れが生じ、問題となっていた。第1の相互作用部5aの長さL1と第2の相互作用部5bの長さL2についてはL1<L2が好ましい。
Here, the prior art also, 5a interaction portion of the electrical signal and an optical length in the
さらに従来技術と同じく、分極が反転していない第1の相互作用部5aにおいては、第1の光導波路3aの上に中心導体4aがあり、第2の光導波路3bの上に接地導体4cがある。一方、分極が反転した第2の相互作用部5bにおいては、第1の光導波路3aの上に接地導体4bがあり、第2の光導波路3bの上に中心導体4aがある。また、z−カットLN基板の表面方向に第1の光導波路3aと第2の光導波路3bを第1の相互作用部5aと第2の相互作用部5bの間で位置的にシフトさせることにより、中心導体4a及び接地導体4b、4cと第1の光導波路3aと第2の光導波路3bとの相対位置を入れ替えている。これにより、LN光変調器により生成する光信号パルスのチャーピングを極めて小さくすることが可能である。
Further, as in the prior art, in the
図2からわかるように、本発明では図8に示した第2の従来技術におけるリッジの溝部8aが9a、9bのように2つに分割(あるいは分断)されている。そして、リッジ部10は分極反転領域1aと非分極反転領域1bの間を橋渡しし(あるいは、境界40をまたいで)、まっすぐに形成されている。換言すれば、光導波路シフト部5cにおいて、中心導体4aの下方に溝部が形成されておらず中心導体4aの下方以外の所定の箇所に溝部が形成されている。
As can be seen from FIG. 2, in the present invention, the
図1と図2のE−E´における断面図を図3に示す。このように、本発明では分極反転領域と非分極反転領域の境界40をまたいでほぼまっすぐなリッジ部10が形成されているので、z−カットLN基板1の厚み方向に対して中心導体4aに不連続部分が生じることはない。
FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along line EE ′ of FIGS. As described above, in the present invention, the substantially
実際の製造においては、リッジの溝部9a、9bがあっても中心導体4aのいわば台座となるリッジ部10がほぼまっすぐに存在するため、数十ミクロンもの厚さが要求される進行波電極を製作するのに大変都合の良い構造というこができる。本発明を適用することにより工程において、ほぼ100%の高い歩留まりを実現することが可能となった。
In actual manufacturing, even if there are
なお、分極反転領域1aと非分極反転領域1bの間を橋渡しするリッジ部10はほぼ真っ直ぐとして説明したが、もちろん完全に真っ直ぐである必要はなく、特許文献1に説明しているように電気的な不連続が生じない程度であれば曲がっていてもよいことはいうまでもない。これについては後に述べる。
Although the
また、図1では非分極反転領域1aと分極反転領域1bの境界40が光導波路シフト部5cの領域内に存在するが、変調の効率に与える影響が小さいならば、境界40の位置が光導波路シフト部5cの領域から少し程度外れた位置(あるいは、リッジ部10から外れた位置)としてもよい。そして、このことは本発明の全ての実施形態について言うことができる。
In FIG. 1, the
(第2の実施形態)
図4に本発明の第2実施形態の上面図を示す。また、図4では進行波電極を省略して示している。図中、1aと1cはz−カットLN基板の分極を反転していない領域(非分極反転領域)、1bはz−カットLN基板の分極を反転した領域(分極反転領域)である。30はマッハツェンダ光導波路、30a、30bはマッハツェンダ光導波路を構成する2本のアーム(第1の光導波路と第2の光導波路)である。12a、12b、12c、12d、12e、12fはリッジの溝部である。本発明においてもリッジの溝部12a、12d、12eが一続きではなく、互いに分断されている。
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows a top view of the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, traveling wave electrodes are omitted. In the figure, 1a and 1c are regions where the polarization of the z-cut LN substrate is not inverted (non-polarization inversion region), and 1b is a region where the polarization of the z-cut LN substrate is inverted (polarization inversion region).
図4に示した本発明の第2実施形態においても、不図示の中心導体と接地導体に不連続部が生じないようにほぼ真っ直ぐに構成し、その代わりに第1の光導波路30aと第2の光導波路30bを位置的に2回シフトさせている。ここで、11aは分極を反転していない領域1aにおける電気信号と光との相互作用部であり、第1の相互作用部と呼ぶ。11bは分極を反転した領域1bにおける電気信号と光との相互作用部であり、第2の相互作用部と呼ぶ。11cは分極を反転していない領域1cにおける電気信号と光との相互作用部であり、第3の相互作用部と呼ぶ。11dは第1の相互作用部11aと第2の相互作用部11bの間に設けた光導波路シフト部、11eは第2の相互作用部11bと第3の相互作用部11cの間に設けた光導波路シフト部である。リッジ部10´と10´´の上にバッファ層2などを介して不図示の中心導体を形成する。
In the second embodiment of the present invention shown in FIG. 4 as well, the center conductor and the ground conductor (not shown) are configured to be almost straight so that no discontinuity occurs, and instead, the first
電気信号の周波数が高くなると進行波電極を構成する金属が持つ導体損失が増加する。従って、第1の光導波路30aと第2の光導波路30bに作用する電気信号の電界の強度は、第1の相互作用部11aにおいて最も強く、第3の相互作用部11cで最も弱く、また第2の相互作用部11bでは第1の相互作用部と第3の相互作用部の中間となる。
As the frequency of the electrical signal increases, the conductor loss of the metal constituting the traveling wave electrode increases. Therefore, the electric field strength of the electric signal acting on the first
従って、チャーピングを小さくするためのL4、L5、L6の決定の仕方については、L4=L6=L5/2としても効果があるが、さらに改善するには図1の第1の実施形態と同様の考え方を適用できる。 Thus, for method of determining the L 4, L 5, L 6 for reducing the chirping, but it is also effective as L 4 = L 6 = L 5 /2, to further improve the first in FIG. 1 The same idea as in the first embodiment can be applied.
つまり、分極を反転していない領域における第1の相互作用部11aの長さL4と、分極を反転した領域における第2の相互作用部11bの長さL5と、分極を反転していない領域における第3の相互作用部11cの長さL6とを適切に設定することにより、DC付近の低周波領域と高周波領域においてチャーピング量を表すαパラメータの符号が入れ替わり、所定の周波数においてαパラメータをゼロとすることができる。
That is, the length L 4 of the first interaction portion 11a in the region where the polarization is not reversed, the length L 5 of the
なお、分極反転をした領域の数と分極反転をしない領域の数の和は偶数個であってもよいが奇数個であることが好適である。また、分極反転をした領域の数と分極反転をしない領域の数の和が3個以上の場合(特に奇数個の場合)には、分極反転をした領域の長さの和と分極反転をしない領域の長さの和を略等しくすることにより、簡易な設計により良好なゼロチャーピングを実現することができる。 Note that the sum of the number of regions where the polarization is reversed and the number of regions where the polarization is not reversed may be an even number, but is preferably an odd number. In addition, when the sum of the number of regions where polarization is reversed and the number of regions where polarization is not reversed is 3 or more (especially in the case of an odd number), the sum of the lengths of the regions where polarization is reversed and polarization is not reversed. By making the sum of the lengths of the regions substantially equal, good zero chirping can be realized with a simple design.
(第3の実施形態)
図5に本発明における第3の実施形態の上面図を示す。これまでの実施形態における説明では、進行波電極4を省いて説明してきたが、説明をわかりやすくするためにこの第3の実施形態では逆に中心導体4a´、接地導体4b´、4c´を描いている。
(Third embodiment)
FIG. 5 shows a top view of the third embodiment of the present invention. In the description of the embodiments so far, the traveling
先に述べたように、図1に示した本発明の第1の実施形態では相互作用部において進行波電極はまっすぐとし、光導波路のみ光導波路シフト部5cにおいて位置的にずらしている。しかしながら、この第3の実施形態においては、第1の光導波路3aと第2の光導波路3bをシフトするとともに、電極の製作性とマイクロ波の透過特性(S21)や反射特性(S11)の観点から、実用上問題がない程度に中心導体4a´、接地導体4b´、4c´からなる進行波電極をシフトさせている。なお、中心導体4a´のシフト量は第1の光導波路3aと第2の光導波路3bの中心間距離よりも小さくすることにより、優れた電気的特性を実現できる。
As described above, in the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the traveling wave electrode is straight in the interaction portion, and only the optical waveguide is shifted in position in the optical
図5のように構成することにより、光導波路シフト部5cの一部においても光変調を行うことができるので、事実上、第1の相互作用部5aの長さL1と第2の相互作用部5bの長さL2をより長くすることが可能となる。換言すると、光導波路シフト部5cの長さL3の一部を光変調に利用している。従って、進行波電極が真っ直ぐな本発明の第1実施形態と比較してより効率の良い光変調を実現できることになる。
By configuring as shown in FIG. 5, light modulation can be performed even in a part of the optical
(各実施形態)
以上においては、リッジ構造を有する分極反転ゼロチャープ型の光変調器として、第1の光導波路と第2の光導波路が長手方法に光導波路シフト部(曲がり部)を各々1つもしくは2つ持つ構造について説明したが、3つあるいはそれ以上光導波路シフト部があってもよいことは言うまでもない。電極としてはCPW構造のほかに非対称コプレーナストリップ(ACPS)などその他の構造でもよい。
(Each embodiment)
In the above, as a polarization inversion zero chirp type optical modulator having a ridge structure, the first optical waveguide and the second optical waveguide have one or two optical waveguide shift portions (curved portions) in the longitudinal direction. However, it goes without saying that there may be three or more optical waveguide shift portions. In addition to the CPW structure, the electrode may have another structure such as an asymmetric coplanar strip (ACPS).
また、z−カットLN基板について説明したが、リチウムタンタレート基板など異なる材料の基板でも良い。さらに、電極は進行波電極として説明してきたが、原理的には集中定数電極でも良いので、本明細書における電極は集中定数電極も含むものとする。 Further, although the z-cut LN substrate has been described, a substrate of a different material such as a lithium tantalate substrate may be used. Furthermore, although the electrode has been described as a traveling wave electrode, in principle it may be a lumped constant electrode, and therefore the electrode in this specification includes a lumped constant electrode.
1:z−カットLN基板(LN基板)
1a、1c:非分極反転領域
1b:分極反転領域
2:SiO2バッファ層(バッファ層)
3、30:マッハツェンダ光導波路(光導波路)
3a、30a:マッハツェンダ光導波路を構成する第1の光導波路
3b、30b:マッハツェンダ光導波路を構成する第2の光導波路
3a´、3b´:曲がり部(ベンド光導波路)
4:進行波電極
4a、4a´、4a´´、4a´´´:中心導体
4b、4c、4b´、4c´:接地導体
5a、11a、11c:非分極反転領域の相互作用部
5b、11b:分極反転領域の相互作用部
5c、11d、11e:光導波路シフト部
7a、10、10´、10´´:リッジ部
8a、8b、8c、8d、9a、9b、12a、12b、12c、12d、12e、12f、13a、13b、13c、13d:溝部
40:分極反転領域と非分極反転領域の境界
1: z-cut LN substrate (LN substrate)
1a, 1c:
3, 30: Mach-Zehnder optical waveguide (optical waveguide)
3a, 30a: first optical waveguide constituting the Mach-Zehnder
4: Traveling
Claims (8)
前記基板の一面側に形成され、入射した光を分岐するための分岐光導波路と、分岐された前記光を伝搬するための第1の光導波路及び第2の光導波路と、前記第1の光導波路と前記第2の光導波路を伝搬する前記光を合波するための合波光導波路を備え、前記第1および第2の光導波路に沿って前記基板の一部が掘り下げられた溝部が形成されたリッジ型の光導波路を具備し、
前記第1の光導波路と前記第2の光導波路を伝搬する光と、中心導体及び接地導体からなる進行波電極を伝搬する電気信号が相互作用する相互作用部が、互いに異なる方向に分極した第1の相互作用部と第2の相互作用部を含み、
前記中心導体は前記第1の相互作用部と前記第2の相互作用部で前記第1の光導波路もしくは前記第2の光導波路に対向し、
前記第1の相互作用部及び前記第2の相互作用部で前記第1の光導波路と前記第2の光導波路を伝搬する前記光の位相を変調して光信号パルスを生成する光変調器であって、
前記第1の相互作用部と前記第2の相互作用部の間に光導波路シフト部を設けることにより、
前記第1の相互作用部における前記第1の光導波路の光軸と前記第2の相互作用部における前記第1の光導波路の光軸とを異ならしめるとともに、前記第1の相互作用部における前記第2の光導波路の光軸と前記第2の相互作用部における前記第2の光導波路の光軸とを異ならしめ、
前記第1の相互作用部と前記第2の相互作用部にて、前記中心導体及び前記接地導体と、前記第1の光導波路と前記第2の光導波路の相対位置が入れ替わっており、
前記相互作用部における前記中心導体は直線でなっており、
前記相互作用部では前記進行波電極に電気的な不連続部を有さないように、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の下方以外の所定の箇所に前記溝部が形成されていることを特徴とする光変調器。 A substrate made of a material having an electro-optic effect and having a region that does not reverse polarization and a region that reverses polarization,
A branched optical waveguide formed on one side of the substrate for branching incident light, a first optical waveguide and a second optical waveguide for propagating the branched light, and the first optical waveguide A groove portion is provided that includes a combined optical waveguide for combining the light propagating through the waveguide and the second optical waveguide, and a part of the substrate is dug down along the first and second optical waveguides. Comprising a ridge-shaped optical waveguide,
The interaction parts where the light propagating through the first optical waveguide and the second optical waveguide and the electric signal propagating through the traveling wave electrode composed of the center conductor and the ground conductor interact are polarized in different directions. Including one interaction portion and a second interaction portion;
The central conductor is opposed to the first optical waveguide or the second optical waveguide at the first interaction portion and the second interaction portion,
An optical modulator for generating an optical signal pulse by modulating a phase of the light propagating through the first optical waveguide and the second optical waveguide by the first interaction unit and the second interaction unit; There,
By providing an optical waveguide shift portion between the first interaction portion and the second interaction portion,
The optical axis of the first optical waveguide in the first interaction unit is different from the optical axis of the first optical waveguide in the second interaction unit, and the optical axis of the first interaction unit is different from the optical axis of the first interaction unit. Making the optical axis of the second optical waveguide different from the optical axis of the second optical waveguide in the second interaction section;
In the first interaction portion and the second interaction portion, the relative positions of the center conductor and the ground conductor, the first optical waveguide, and the second optical waveguide are switched,
The central conductor in the interaction part is a straight line,
In the interaction portion, the groove portion is formed at a predetermined location other than below the center conductor in the optical waveguide shift portion so that the traveling wave electrode does not have an electrical discontinuity portion. Characteristic light modulator.
前記基板の一面側に形成され、入射した光を分岐するための分岐光導波路と、分岐された前記光を伝搬するための第1の光導波路及び第2の光導波路と、前記第1の光導波路と前記第2の光導波路を伝搬する前記光を合波するための合波光導波路を備え、前記第1および第2の光導波路に沿って前記基板の一部が掘り下げられた溝部が形成されたリッジ型の光導波路を具備し、
前記第1の光導波路と前記第2の光導波路を伝搬する光と、中心導体及び接地導体からなる進行波電極を伝搬する電気信号が相互作用する相互作用部が、互いに異なる方向に分極した第1の相互作用部と第2の相互作用部を含み、
前記中心導体は前記第1の相互作用部と前記第2の相互作用部で前記第1の光導波路もしくは前記第2の光導波路に対向し、
前記第1の相互作用部及び前記第2の相互作用部で前記第1の光導波路と前記第2の光導波路を伝搬する前記光の位相を変調して光信号パルスを生成する光変調器であって、
前記第1の相互作用部と前記第2の相互作用部の間に光導波路シフト部を設けることにより、
前記第1の相互作用部における前記第1の光導波路の光軸と前記第2の相互作用部における前記第1の光導波路の光軸とを異ならしめるとともに、前記第1の相互作用部における前記第2の光導波路の光軸と前記第2の相互作用部における前記第2の光導波路の光軸とを異ならしめ、
前記第1の相互作用部と前記第2の相互作用部にて、前記中心導体及び前記接地導体と、前記第1の光導波路と前記第2の光導波路の相対位置が入れ替わっており、
前記相互作用部における前記中心導体は略直線でなっており、
また、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の一部が前記第1の光導波路と前記第2の光導波路の少なくとも一方と略平行に形成されており、
前記相互作用部では前記進行波電極に電気的な不連続部を有さないように、前記光導波路シフト部にて前記中心導体の下方以外の所定の箇所に前記溝部が形成されていることを特徴とする光変調器。 A substrate made of a material having an electro-optic effect and having a region that does not reverse polarization and a region that reverses polarization,
A branched optical waveguide formed on one side of the substrate for branching incident light, a first optical waveguide and a second optical waveguide for propagating the branched light, and the first optical waveguide A groove portion is provided that includes a combined optical waveguide for combining the light propagating through the waveguide and the second optical waveguide, and a part of the substrate is dug down along the first and second optical waveguides. Comprising a ridge-shaped optical waveguide,
The interaction parts where the light propagating through the first optical waveguide and the second optical waveguide and the electric signal propagating through the traveling wave electrode composed of the center conductor and the ground conductor interact are polarized in different directions. Including one interaction portion and a second interaction portion;
The central conductor is opposed to the first optical waveguide or the second optical waveguide at the first interaction portion and the second interaction portion,
An optical modulator for generating an optical signal pulse by modulating a phase of the light propagating through the first optical waveguide and the second optical waveguide by the first interaction unit and the second interaction unit; There,
By providing an optical waveguide shift portion between the first interaction portion and the second interaction portion,
The optical axis of the first optical waveguide in the first interaction unit is different from the optical axis of the first optical waveguide in the second interaction unit, and the optical axis of the first interaction unit is different from the optical axis of the first interaction unit. Making the optical axis of the second optical waveguide different from the optical axis of the second optical waveguide in the second interaction section;
In the first interaction portion and the second interaction portion, the relative positions of the center conductor and the ground conductor, the first optical waveguide, and the second optical waveguide are switched,
The central conductor in the interaction portion is substantially straight,
A part of the central conductor is formed substantially parallel to at least one of the first optical waveguide and the second optical waveguide in the optical waveguide shift portion;
In the interaction portion, the groove portion is formed at a predetermined location other than below the center conductor in the optical waveguide shift portion so that the traveling wave electrode does not have an electrical discontinuity portion. Characteristic light modulator.
8. The chirping of the optical signal pulse is smaller than that in the case where the substrate is one of a region where the polarization is not reversed and a region where the polarization is reversed. The optical modulator according to item.
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WO2021117358A1 (en) * | 2019-12-12 | 2021-06-17 | Tdk株式会社 | Optical modulator |
Citations (2)
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---|---|---|---|---|
JP2006047746A (en) * | 2004-08-05 | 2006-02-16 | Fujitsu Ltd | Optical modulator |
JP2006259686A (en) * | 2005-02-17 | 2006-09-28 | Anritsu Corp | Optical modulator |
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