JP2017015795A

JP2017015795A - 光変調器

Info

Publication number: JP2017015795A
Application number: JP2015129543A
Authority: JP
Inventors: 雅之高橋; Masayuki Takahashi; 浩太郎武田; Kotaro Takeda; 勉竹谷; Tsutomu Takeya; 秀之野坂; Hideyuki Nosaka
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2017-01-19

Abstract

【課題】進行波電極中での電気変調信号の減衰を補償して、変調効率の低下を防止する光変調器を提供する。【解決手段】光導波路１０を伝搬する光波を電界により変調する進行波電極２１を備えた位相変調器２０と、進行波電極２１に電気変調信号Ｖinを入力する駆動回路３０Ａとを有する光変調器において、駆動回路３０Ａは、進行波電極２１に沿って並列に設けられ、位相変調器２０の入力端側と同じ側に電気変調信号Ｖinが入力されると共に、入力された電気変調信号Ｖinの位相速度が進行波電極２１を伝搬する電気変調信号Ｖinの位相速度と同じとなる特性インピーダンスを有する電気伝送線路３１と、電気伝送線路３１と進行波電極２１との間にラダー型に接続されると共に、電気伝送線路３１に入力された電気変調信号Ｖinを増幅して進行波電極２１に入力する複数の増幅回路Ａ1〜ＡNとを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光送受信器の中で電気信号を光信号に変換する光変調器に関し、特に、駆動用の電気変調信号の損失を補償する機能を有する駆動回路を備えた光変調器に関する。

高速な光変調が可能で、波長依存性の小さい光導波路型マッハツェンダ変調器（ＭＺＭ：Mach-Zehnder Modulator）が、光送受信器の光変調器として広く用いられている。図７に示すように、ＭＺＭは、光導波路１０と１対の位相変調器２０から構成され、駆動回路６０により位相変調器２０を駆動することにより、光導波路１０に入力したＣＷ（Continuous Wave）光波を変調光に変換している。

ここで、ＭＺＭを構成する光導波路１０は、入力光導波路と、２つのアーム光導波路と、出力光導波路とを有し、２つのアーム光導波路の両端部において、各々、一部を互いに近接して配置して、２つの方向性結合器を形成し、２つの方向性結合器に入力光導波路と出力光導波路を各々接続した構成である。

駆動回路６０からの電気変調信号を位相変調器２０に入力するための電極としては、進行波電極が一般的に用いられている。進行波電極は、光導波路１０（アーム光導波路）中の光波の進行方向に沿って設けられており、この進行波電極により、光導波路１０（アーム光導波路）に電界を印加するようにしている。進行波電極では、光導波路１０中を進む光波の位相速度に対して、進行波電極中を進む電気変調信号であるマイクロ波の位相速度が揃うように設計されている。

進行波電極を用いた構成を図８に示す。図８を参照して説明すると、位相変調器２０における光導波路１０の入力端で入力された光波と、駆動回路６０から進行波電極２１に入力されたマイクロ波（電気変調信号Ｖ_inを増幅したもの）の波面は、互いに揃って同じ速度で出力端まで進行する。このため、マイクロ波が光波へと伝わり、変調光を作り出すことができる。なお、図８において、符号Ａは、進行波電極２１の入力端側に接続され、電気変調信号Ｖ_inを増幅する増幅回路であり、符号Ｒ_tは、一端が進行波電極２１の出力端側に接続され、他端がグランドＧに接続された終端抵抗である。

八坂洋、「InP光変調器」、信学技報IEICE Technical Report MWP2012-4(2012-04)、電子情報通信学会、２０１２年、Ｐ１９−２４ I. Kim, 他２名, "Analysis of a New Microwave Low-Loss and Velocity-Matched III-V Transmission Line for Traveling-Wave Electrooptic Modulators", IEEE JURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 8, NO. 5, MAY, 1990, pp. 728-738

従来の進行波電極は、半導体上に作られた伝送線路であり、抵抗損失、誘電体損失等による伝送損失がある。このため、図９に示すように、進行波電極を進むマイクロ波（電気変調信号）の電圧振幅は、包絡線に沿って、指数関数的に減衰する。従って、進行波電極の出力端側では、入力端側と比較して光導波路にかかる電界が小さくなり、光変調器全体の変調効率が下がってしまう問題があった。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、進行波電極中での電気変調信号の減衰を補償して、変調効率の低下を防止する光変調器を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る光変調器は、
光導波路を伝搬する光波を電界により変調する進行波電極を備えた位相変調部と、前記進行波電極に電気変調信号を入力する駆動回路とを有する光変調器において、
前記駆動回路は、
前記進行波電極に沿って並列に設けられ、前記位相変調部の入力端側と同じ側に前記電気変調信号が入力されると共に、入力された前記電気変調信号の位相速度が前記進行波電極を伝搬する前記電気変調信号の位相速度と同じとなる特性インピーダンスを有する電気伝送線路と、
前記電気伝送線路と前記進行波電極との間にラダー型に接続されると共に、前記電気伝送線路に入力された前記電気変調信号を増幅して前記進行波電極に入力する少なくとも２つ以上の増幅回路と
を有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る光変調器は、
上記第１の発明に記載の光変調器において、
前記増幅回路の前記進行波電極における接続点同士の間隔と前記増幅回路の前記電気伝送線路における接続点同士の間隔を共にΔＬの等間隔とし、前記進行波電極における前記電気変調信号の減衰定数をαとし、Ｎ個の前記増幅回路の各々の前記増幅率をβ₁〜β_Nとするとき、前記位相変調部の入力端側からｉ段目の前記増幅回路の前記増幅率β_iを下記式とする
ことを特徴とする。
但し、ｉは２からＮまでの整数とし、Ｎは２以上の整数とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る光変調器は、
上記第２の発明に記載の光変調器において、
前記電気伝送線路を伝搬する前記電気変調信号に減衰がある場合、前記電気伝送線路における前記電気変調信号の減衰定数をα´とすると、前記増幅率β_iに代えて、下記式により求める増幅率γ_iを用いる
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る光変調器は、
上記第１〜第３のいずれか１つの発明に記載の光変調器において、
更に、前記電気変調信号の高周波成分の損失を補償する高周波補償回路を、前記電気伝送線路と各々の前記増幅回路との間又は前記進行波電極と各々の前記増幅回路との間に設けた
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る光変調器は、
上記第１〜第４のいずれか１つの発明に記載の光変調器において、
前記電気伝送線路は、前記進行波電極と同じ基板上に、前記進行波電極と同一の構成で形成されている
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る光変調器は、
上記第５の発明に記載の光変調器において、
前記光導波路は、前記基板の横方向にｐ層領域及びｎ層領域を接合したｐｎ接合部分をリブ型に形成したものか、又は、前記基板の横方向にｐ層領域、ｉ層領域及びｎ層領域を接合したｐｉｎ構造部分をリブ型に形成したものであり、
前記ｐ層領域又は前記ｎ層領域の一方にグランド電極を設け、
前記ｐ層領域又は前記ｎ層領域の他方に２本の電極を並列に設け、前記グランド電極に近い方の電極を前記進行波電極とし、前記グランド電極から遠い方の電極を前記電気伝送線路とした
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第７の発明に係る光変調器は、
上記第５の発明に記載の光変調器において、
前記光導波路は、前記基板の縦方向にｐ層領域及びｎ層領域を積層して接合したｐｎ接合部分をメサ構造に形成したものか、又は、前記基板の縦方向にｐ層領域、ｉ層領域及びｎ層領域を積層して接合したｐｉｎ構造部分をメサ構造に形成したものであり、
前記メサ構造と同一のダミーメサ構造を前記メサ構造と並列に設け、
前記メサ構造のメサ溝の前記ダミーメサ構造がない方にグランド電極を設け、
前記メサ構造と前記ダミーメサ構造の上部に各々電極を設け、前記グランド電極に近い前記メサ構造の上部の電極を前記進行波電極とし、前記グランド電極から遠い前記ダミーメサ構造の上部の電極を前記電気伝送線路とした
ことを特徴とする。

本発明によれば、複数の増幅回路を用いて、進行波電極の入力端から出力端まで所定値以上の振幅の電気変調信号を印加するので、進行波電極中での電気変調信号の減衰を補償することができ、その結果、進行波電極の入力端から出力端まで所定値以上の変調効率を与えることができ、変調効率の低下を防止することができる。

本発明に係る光変調器の実施形態の一例（実施例１）を示す構成図である。本発明に係る光変調器において、進行波電極中のマイクロ波の損失の補償効果を示すグラフである。本発明に係る光変調器の実施形態の他の一例（実施例２）を示す構成図である。図３に示した光変調器で用いられるプリエンファシス回路の通過特性とその効果を示すグラフである。本発明に係る光変調器の実施形態の他の一例（実施例３）を示す構成図である。本発明に係る光変調器の実施形態の他の一例（実施例４）を示す断面図である。一般的なＭＺＭを示す構成図である。従来の進行波電極型ＭＺＭを示す構成図である。従来の進行波電極型ＭＺＭにおいて、進行波電極中を進むマイクロ波の減衰を示すグラフである。

本発明の目的は、光変調器において、進行波電極中で減衰していく電気変調信号（マイクロ波）に対して、その減衰を補償することにより、光変調器の変調効率が減衰により低下するという問題を解決することである。

上記問題を解決する構成の一例を図１に示す。なお、ここでは、例えば、図７に示した光導波路型マッハツェンダ変調器に当該構成を適用する場合を考える。

図１に示すように、光波を変調するための位相変調器２０（位相変調部）自体は、従来と同様に、光導波路１０を伝搬する光波に電界を印加して変調を行う進行波電極２１を有する進行波型位相変調器である。

なお、位相変調器２０においては、光波を入力する側が入力端側であり、変調光を出力する側が出力端側であるので、以降に説明する進行波電極２１、電気伝送線路３１、増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nにおいても、その入力端側にある方を入力端側と、その出力端側にある方を出力端側と呼ぶこととする。

上述した位相変調器２０に対して、駆動回路３０Ａは、長さＬの進行波電極２１に沿って並列に設けられた電気伝送線路３１と、電気伝送線路３１から進行波電極２１へ、位相変調器２０の入力端から順次並列に接続された（謂わば、ラダー型又は梯子型に接続された）、Ｎ個の増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nとを有している。これらの増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nは、電気伝送線路３１に入力された電気変調信号Ｖ_inを進行波電極２１に増幅して入力するためにある。なお、Ｎは少なくとも２以上の整数である。

そして、電気伝送線路３１は、位相変調器２０の入力端側と同じ側の入力端に、電気変調信号Ｖ_in（マイクロ波）が入力されており、電気伝送線路３１中を伝搬する電気変調信号Ｖ_inの位相速度が、進行波電極２１中を進む電気変調信号（電気変調信号Ｖ_inを増幅したもの）の位相速度と同じとなるような特性インピーダンスを持つように設計されている。

又、電気的な構成として、終端抵抗Ｒ_t1、Ｒ_t2と、進行波電極２１を介して、増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nに電源電圧を供給する供給ライン３２とを有している。具体的には、電気伝送線路３１の出力端側には、終端抵抗Ｒ_t1が接続され、この終端抵抗Ｒ_t1を通してグランドＧに接続されている。また、進行波電極２１の入力端側には、供給ライン３２を介して、電源電圧が入力されており、その出力端側には、進行波電極２１を終端させるための終端抵抗Ｒ_t2が接続され、この終端抵抗Ｒ_t2を通してグランドＧに接続されている。なお、ここでは、進行波電極２１を介して、増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nへ電源電圧を供給しているが、進行波電極２１を介さずに、増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nに電源電圧を直接供給する供給ラインを別途設けても良い。

上記構成を用いると、最初に、電気伝送線路３１に入った電気変調信号Ｖ_in（マイクロ波）が増幅回路Ａ₁により増幅され、進行波電極２１に入力される。入力されたマイクロ波は、進行波電極２１中を進み、徐々に減衰する。そのマイクロ波に対して、電気伝送線路３１から増幅回路Ａ₂により増幅された、同じ電気変調信号Ｖ_inを持つマイクロ波が同じタイミングで進行波電極２１に入力される。増幅回路Ａ₁により増幅されたマイクロ波と増幅回路Ａ₂により増幅されたマイクロ波は強め合うため、伝搬による損失を補うことができる。増幅回路Ａ₂以降においても、同様にして、マイクロ波の減衰を補償することになる。

上記構成を用いた場合のマイクロ波の包絡線の様子を図２中に実線で示す。比較のため、従来の構成を用いた場合のマイクロ波の包絡線の様子を図２中に一点鎖線で示す。図２から分かるように、上記構成による補償により、進行波電極２１の入力端側から出力端側まで、所定値以上の振幅の電圧を印加することができ、位相変調器２０の入力端側から出力端側まで所定値以上の変調効率を与えることができる。

このように、本発明は、従来の構成の進行波電極は伝送損失が大きく、位相変調器の出力端側では減衰により電気変調信号が十分に光に対して寄与できず、変調効率が下がってしまうという問題を解決するものである。又、本発明は、代表的なＬＮ、Ｓｉ、ＩｎＰを用いた光変調器に限らず、全ての光変調器に適用可能なものである。

［実施例１］
本実施例は、図１に示した構成を用いたものである。従って、図１を参照して以降の説明を行うが、構成については上述したとおりであるので、ここでは、構成についての説明は省略する。

本実施例においては、増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nの増幅率について説明する。ここでは、電気伝送線路３１中を伝搬する電気変調信号（マイクロ波）の減衰が無視できるほど小さい場合を考える。なお、進行波電極２１中を伝搬する電気変調信号（マイクロ波）の減衰に関して、周波数依存性がないものとする。

図１に示した構成において、増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nの進行波電極２１における接続点同士は、入力端からΔＬの等間隔で配置される共に、増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nの電気伝送線路３１における接続点同士も、入力端からΔＬの等間隔で配置されている。

そして、電気伝送線路３１に入力された電気変調信号Ｖ_in（マイクロ波）は、増幅率β₁を持つ増幅回路Ａ₁によって増幅され、β₁・Ｖ_inとなって進行波電極２１に入力され、位相変調器２０の出力端側に向かって進む。進行波電極２１におけるマイクロ波の減衰定数がαである場合、β₁・Ｖ_inは指数関数的に減衰し、入力端からΔＬ進んだ信号Ｖ（ΔＬ）は、下記式１に示すように減衰する。

減衰した信号を補償して、本来の振幅であるβ₁・Ｖ_inにするためには、増幅回路Ａ₁からΔＬ進んだ位置に設けられた入力端側から２段目の増幅回路Ａ₂の増幅率β₂は、下記式２であれば良い。

次に、進行波電極２１上で入力端から２・ΔＬ進んだ位置の信号Ｖ（２ΔＬ）は、増幅回路Ａ₁からの信号が２・ΔＬ進み減衰した下記式３と、増幅回路Ａ₂からの信号がΔＬ進み減衰した下記式４との重ね合わせであり、下記式５となる。

そのため、減衰した信号を補償し、本来の振幅であるβ₁・Ｖ_inにするためには、増幅回路Ａ₁から２・ΔＬ進んだ位置に設けられた入力端側から３段目の増幅回路Ａ₃は、下記式６に示す増幅率β₃を持てば良い。

以上により、ΔＬの等間隔で複数の増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nが並んでいる場合、入力端から（Ｎ−１）・ΔＬ進んだ信号を補償するため、入力端側からＮ段目の増幅回路Ａ_Nは、下記式７に示す増幅率β_Nを持てば良い。

上述した式２、式６及び式７を整理すると、入力端側からｉ段目の増幅回路Ａ_iの増幅率β_iは、下記式８により規定すれば良い。但し、ｉは２からＮまでの整数である。

上記式８からも分かるように、個別の増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nの増幅率β₁〜β_Nは、入力端側から出力端側に向かうほど小さくなり、このような増幅率β₁〜β_Nを設定することにより、従来は進行波電極２１上で減衰していた信号を、図２に示したように、所定値以上に保つことができる。

［実施例１の変形例］
ここでは、電気伝送線路３１中を伝搬する電気変調信号（マイクロ波）が減衰し、その減衰定数がα´である場合を考える。

上述したような、電気伝送線路３１中を伝搬する電気変調信号（マイクロ波）の減衰が無視できるほど小さい場合、入力端からΔＬの位置で増幅回路Ａ₂によって増幅されて、進行波電極２１へ出力される出力信号Ｖout₂は、下記式９となる。

一方で、電気伝送線路３１がα´の減衰定数を持つ場合、図１において、電気伝送線路３１を入力端からΔＬ進んだ位置の入力信号Ｖ_in（ΔＬ）は、下記式１０に示すように減衰するため、出力信号Ｖout₂は下記式１１となる。

そこで、ここでは、電気伝送線路３１での電気変調信号Ｖ_inの減衰も加味して、増幅回路Ａ₂の増幅率として、上記増幅率β₂に代えて、下記式１２に示す増幅率γ₂を用いるようにしている。

従って、減衰定数α´を持つ電気伝送線路３１において、ΔＬの等間隔で複数の増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nが並んでいる場合、入力端から（ｉ−１）・ΔＬ進んだ信号を補償するため、入力端側からｉ段目の増幅回路Ａ_iは、下記式１３に示す増幅率γ_iを持てば良い。但し、ｉは２からＮまでの整数である。なお、γ₁＝β₁となる。

上記式１３に示すような増幅率γ₁〜γ_Nを個別の増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nに設定することにより、従来は進行波電極２１上で減衰していた信号を、図２に示したように、所定値以上に保つことができる。

［実施例２］
本実施例の構成を図３に示す。本実施例は、図１に示した構成を前提としており、図３において、図１に示した構成と同等の構成要素については同じ符号を付している。そのため、図１に示した構成と同等の構成要素については、その重複する説明を省略して、本実施例の説明を行う。

実施例１では、進行波電極中を伝搬する電気変調信号（マイクロ波）の減衰に関し、周波数依存性がない場合を考えた。しかしながら、一般的に、変調周波数が高くなるほど電気変調信号（マイクロ波）の減衰は大きくなる。このため、進行波電極の出力端側では、電気変調信号（マイクロ波）に含まれる高周波成分ほど大きく減衰してしまう。

そこで、本実施例では、図１に示した駆動回路３０Ａにイコライザ機能を有する回路を入れており、これにより、高周波成分の損失のみを補償することができる。具体的には、図３に示すように、駆動回路３０Ｂにおいて、電気伝送線路３１と各増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nとの間にプリエンファシス回路Ｐ₁〜Ｐ_N（高周波補償回路）を設ければ良い。

プリエンファシス回路Ｐ₁〜Ｐ_Nの周波数特性は、図４中の点線に示すように、進行波電極２１の周波数特性（図４中の破線）に対して逆特性を持つようにすれば良い。そのようにすれば、進行波電極２１を伝搬する高周波信号の損失を多く補償することができ、プリエンファシス回路Ｐ₁〜Ｐ_Nによる補償後は、図４中の実線に示す周波数特性とすることができる。

なお、図３においては、電気伝送線路３１と各増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nとの間にプリエンファシス回路Ｐ₁〜Ｐ_Nを設けているが、進行波電極２１と各増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nとの間にプリエンファシス回路Ｐ₁〜Ｐ_Nを設けるようにしても良い。

［実施例３］
本実施例は、本発明に係る光変調器の実装構造に関するものである。実施例１で示したように、進行波電極中を進む電気変調信号（マイクロ波）は、駆動回路の電気伝送線路を進む電気変調信号（マイクロ波）と、位相速度が揃っている必要がある。これを、基板の横方向にｐｎ接合構造を持つ光変調器で実現する実装構造を図５に示す。

図５に示すように、本実施例の光変調器においては、基板の横方向にｐ層領域４１とｎ層領域４２とを接合し、接合した部分をリブ型に形成し、このリブ型の部分を図１における光導波路１０としている。そして、ｐ層領域４１上に同一の構成の２本の電極（第１の電極４３及び第２の電極４４）を並列に形成し、ｎ層領域４２上にグランド電極４５を形成している。第１の電極４３、第２の電極４４及びグランド電極４５は、光導波路１０に沿って互いに平行に形成されている。なお、基板は、図５においては、図示を省略しているが、ｐ層領域４１及びｎ層領域４２の下層側に配置されている。

当該実装構造においては、グランド電極４５に近い方の第１の電極４３を図１における進行波電極２１とし、グランド電極４５から遠い方の第２の電極４４を図１における電気伝送線路３１としている。第１の電極４３及び第２の電極４４は、同じ基板上の同じ構成の電極であるため、それらの電極内を通る電気変調信号（マイクロ波）の位相速度は互いに揃う。つまり、電気伝送線路３１となる第２の電極４４は、第２の電極４４を伝搬するマイクロ波の位相速度が、進行波電極２１となる第１の電極４３中を進むマイクロ波の位相速度と同じとなるような特性インピーダンスを持つようになっている。

また、本実施例の場合、第１の電極４３及び第２の電極４４が共に等しい減衰定数を持つことになるので、上述した式８、１３において、α=α´として、増幅率γ₁〜γ_Nを求め、各々の増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nに増幅率γ₁〜γ_Nを設定すれば良い。

そして、図１に示した駆動回路３０Ａにおいて、上述した増幅率γ₁〜γ_Nを有する増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nを１つの回路ＩＣ（Integrated Circuit）３３として構成すると、この回路ＩＣ３３を、ワイヤボンディング又はフリップチップによって、第１の電極４３と第２の電極４４との間に実装することにより、実施例１に示した構成を実現することができる。なお、図５では、増幅回路Ａ₁〜Ａ₃のみを図示している。

なお、ここでは、基板の横方向にｐｎ接合を持ち、当該ｐｎ接合部分をリブ型に形成した光変調器に適用する場合を例示したが、基板の横方向にｐｉｎ構造を持ち、当該ｐｉｎ構造部分をリブ型に形成した光変調器にも適用可能である。また、グランド電極４５をｐ層側に、第１の電極４３及び第２の電極４４をｎ層側に設けるようにしても良い。又、上述した回路ＩＣ３３に代えて、図３に示した駆動回路３０Ｂにおいて、増幅回路Ａ₁〜Ａ_N及びプリエンファシス回路Ｐ₁〜Ｐ_Nを１つの回路ＩＣとして構成し、この回路ＩＣを実装するようにしても良い。

［実施例４］
本実施例も、本発明に係る光変調器の実装構造に関するものであるが、本実施例では、基板の縦方向にｐｉｎ構造を持つ光変調器で実現する実装構造を図６に示す。

図６に示すように、本実施例の光変調器においては、基板の縦方向にｐ層領域５１、ｉ層領域５２及びｎ層領域５３を順次積層し、２本のメサ構造（メサ構造５４及びダミーメサ構造５５）を並列に形成している。そして、メサ構造５４の上部のｎ層領域５３上に第１の電極５６を形成し、ダミーメサ構造５５の上部のｎ層領域５３上に第１の電極５６と同一の構成の第２の電極５７を形成し、メサ構造５４の両脇に形成したメサ溝のダミーメサ構造５５がない方のｐ層領域５１上にグランド電極５８を形成している。ダミーメサ構造５５及び第２の電極５７、そして、グランド電極５８は、図１における光導波路１０となるメサ構造５４及び第１の電極５６と互いに平行に形成されている。なお、基板は、図６においては、図示を省略しているが、ｐ層領域５１の下層側に配置されている。

当該構造において、グランド電極５８から遠い方のダミーメサ構造５５は、光導波路１０となるメサ構造５４と同じプロセスで作製され、同じ大きさで設けている。つまり、メサ構造５４と同一の構成のダミーメサ構造５５を形成している。そして、グランド電極５８に近い方の第１の電極５６を図１における進行波電極２１とし、グランド電極５８から遠い方の第２の電極５７を図１における電気伝送線路３１としている。第１の電極５６及び第２の電極５７は、同じ基板上の同じ構成の電極であるため、それらの電極内を通る電気変調信号（マイクロ波）の位相速度は互いに揃う。つまり、電気伝送線路３１となる第２の電極５７は、第２の電極５７を伝搬するマイクロ波の位相速度が、進行波電極２１となる第１の電極５６中を進むマイクロ波の位相速度と同じとなるような特性インピーダンスを持つようになっている。

また、本実施例の場合も、第１の電極５６及び第２の電極５７が共に等しい減衰定数を持つことになるので、上述した式８、１３において、α=α´として、増幅率γ₁〜γ_Nを求め、各々の増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nに増幅率γ₁〜γ_Nを設定すれば良い。

そして、実施例３と同様に、上述した増幅率γ₁〜γ_Nを有する増幅回路Ａ₁〜Ａ_Nからなる回路ＩＣ３３を、ワイヤボンディング又はフリップチップによって、第１の電極５６と第２の電極５７との間に実装することにより、実施例１に示した構成を実現することができる。

なお、ここでは、基板の縦方向にｐｉｎ構造を持ち、当該ｐｉｎ構造部分をメサ構造に形成した光変調器に適用する場合を例示したが、基板の縦方向にｐｎ接合を持ち、当該ｐｎ接合部分をメサ構造に形成した光変調器にも適用可能である。また、ｐｉｎ構造の積層順を図６とは逆にし、メサ溝側となるｎ層側にグランド電極５８を、メサ構造の上部となるｐ層側に第１の電極５６及び第２の電極５７を設けるようにしても良い。又、上述した回路ＩＣ３３に代えて、図３に示した駆動回路３０Ｂにおいて、増幅回路Ａ₁〜Ａ_N及びプリエンファシス回路Ｐ₁〜Ｐ_Nを１つの回路ＩＣとして構成し、この回路ＩＣを実装するようにしても良い。

本発明は、光変調器に適用可能なものであり、特に、光導波路型マッハツェンダ変調器に好適なものである。

１０光導波路
２０位相変調器
２１進行波電極
３０Ａ、３０Ｂ駆動回路
３１電気伝送線路
Ａ₁〜Ａ_N 増幅回路
Ｐ₁〜Ｐ_N プリエンファシス回路
Ｒ_t1、Ｒ_t2 終端抵抗

Claims

光導波路を伝搬する光波を電界により変調する進行波電極を備えた位相変調部と、前記進行波電極に電気変調信号を入力する駆動回路とを有する光変調器において、
前記駆動回路は、
前記進行波電極に沿って並列に設けられ、前記位相変調部の入力端側と同じ側に前記電気変調信号が入力されると共に、入力された前記電気変調信号の位相速度が前記進行波電極を伝搬する前記電気変調信号の位相速度と同じとなる特性インピーダンスを有する電気伝送線路と、
前記電気伝送線路と前記進行波電極との間にラダー型に接続されると共に、前記電気伝送線路に入力された前記電気変調信号を増幅して前記進行波電極に入力する少なくとも２つ以上の増幅回路と
を有する
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、
前記増幅回路の前記進行波電極における接続点同士の間隔と前記増幅回路の前記電気伝送線路における接続点同士の間隔を共にΔＬの等間隔とし、前記進行波電極における前記電気変調信号の減衰定数をαとし、Ｎ個の前記増幅回路の各々の前記増幅率をβ₁〜β_Nとするとき、前記位相変調部の入力端側からｉ段目の前記増幅回路の前記増幅率β_iを下記式とする
ことを特徴とする光変調器。
但し、ｉは２からＮまでの整数とし、Ｎは２以上の整数とする。
請求項２に記載の光変調器において、
前記電気伝送線路を伝搬する前記電気変調信号に減衰がある場合、前記電気伝送線路における前記電気変調信号の減衰定数をα´とすると、前記増幅率β_iに代えて、下記式により求める増幅率γ_iを用いる
ことを特徴とする光変調器。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の光変調器において、
更に、前記電気変調信号の高周波成分の損失を補償する高周波補償回路を、前記電気伝送線路と各々の前記増幅回路との間又は前記進行波電極と各々の前記増幅回路との間に設けた
ことを特徴とする光変調器。
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の光変調器において、
前記電気伝送線路は、前記進行波電極と同じ基板上に、前記進行波電極と同一の構成で形成されている
ことを特徴とする光変調器。
請求項５に記載の光変調器において、
前記光導波路は、前記基板の横方向にｐ層領域及びｎ層領域を接合したｐｎ接合部分をリブ型に形成したものか、又は、前記基板の横方向にｐ層領域、ｉ層領域及びｎ層領域を接合したｐｉｎ構造部分をリブ型に形成したものであり、
前記ｐ層領域又は前記ｎ層領域の一方にグランド電極を設け、
前記ｐ層領域又は前記ｎ層領域の他方に２本の電極を並列に設け、前記グランド電極に近い方の電極を前記進行波電極とし、前記グランド電極から遠い方の電極を前記電気伝送線路とした
ことを特徴とする光変調器。
請求項５に記載の光変調器において、
前記光導波路は、前記基板の縦方向にｐ層領域及びｎ層領域を積層して接合したｐｎ接合部分をメサ構造に形成したものか、又は、前記基板の縦方向にｐ層領域、ｉ層領域及びｎ層領域を積層して接合したｐｉｎ構造部分をメサ構造に形成したものであり、
前記メサ構造と同一のダミーメサ構造を前記メサ構造と並列に設け、
前記メサ構造のメサ溝の前記ダミーメサ構造がない方にグランド電極を設け、
前記メサ構造と前記ダミーメサ構造の上部に各々電極を設け、前記グランド電極に近い前記メサ構造の上部の電極を前記進行波電極とし、前記グランド電極から遠い前記ダミーメサ構造の上部の電極を前記電気伝送線路とした
ことを特徴とする光変調器。