JP2017083607A - Optical modulator - Google Patents

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical modulator capable of producing an optical output signal with little nonlinearity while minimizing an increase in manufacturing cost and overall device cost and degradation in modulation characteristics.SOLUTION: Modulation electrodes comprise a signal electrode S1 disposed between a pair of branch waveguides, and two ground electrodes (G1, G2) disposed to sandwich the pair of branch waveguides therebetween. An optical modulator is configured such that, when combining light beams modulated by a pair of modulation waveguides of each branch waveguide, light intensities of the light beams differ by an intensity ratio (1:α), and each ground electrode has an extension (G10, G20) that extends from a portion thereof to partially overlap above a modulation waveguide located near the ground electrode such that depths of modulation by the modulation electrodes for the pair of modulation waveguides of each branch waveguide differ by a predetermined ratio (1:s).SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光を変調するための変調電極とを備えた光変調器に関する。   The present invention relates to an optical modulator comprising a substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and a modulation electrode for modulating light propagating through the optical waveguide.

近年、光通信や光計測の分野において、ニオブ酸リチウム(LN)などの電気光学効果を有する基板上に光導波路を形成すると共に、光導波路内を伝播する光波を変調するための変調電極を形成した光変調器が多用されている。
また、光スペクトルの利用効率を向上させるため、PAM(Pulse Amplitude Modulation)、QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)等の多値変調やアナログ変調の検討も行われている。
In recent years, in the fields of optical communication and optical measurement, an optical waveguide is formed on a substrate having an electro-optic effect such as lithium niobate (LN), and a modulation electrode for modulating a light wave propagating in the optical waveguide is formed. The optical modulators used are often used.
In addition, in order to improve the utilization efficiency of the optical spectrum, multi-level modulation and analog modulation such as PAM (Pulse Amplitude Modulation), QAM (Quadrature Amplitude Modulation), and OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) have been studied.

多値光信号を得る方法の1つとして、駆動電圧を逆相で印加するプッシュプル駆動型のマッハツェンダー変調器(MZM)を多値電気信号で駆動する方法がある。
図1には、従来の対称形のMZMの構成例を示してある。入力光信号は、方向性結合器、多モード光干渉素子(MMI)、Y字型の1×2カプラ等の対称分波器B1により、2の光導波路に分岐される。これら光導波路には、その間に配置した信号電極(Signal Electrode)とこれら光導波路を挟み込むように配置した2つの接地電極(Ground Electrode)によって、+θ及び−θの位相変化が与えられる。ここで、2θ=(π/Vπ)・Vであり、Vは駆動電圧、Vπは光導波路中を伝播する光信号の位相を半波長分変化させる印加電圧である。なお、光導波路において、信号電極と接地電極とが形成する電界により光導波路を伝播する光波の位相が変調を受ける部分を、変調導波路部(PM1,PM2)とする。
One method for obtaining a multilevel optical signal is to drive a push-pull drive type Mach-Zehnder modulator (MZM) that applies a drive voltage in reverse phase with a multilevel electrical signal.
FIG. 1 shows a configuration example of a conventional symmetrical MZM. An input optical signal is branched into two optical waveguides by a symmetric demultiplexer B1 such as a directional coupler, a multimode optical interference element (MMI), or a Y-shaped 1 × 2 coupler. A phase change of + θ and −θ is given to these optical waveguides by a signal electrode (Signal Electrode) disposed therebetween and two ground electrodes (Ground Electrode) disposed so as to sandwich the optical waveguide. Here, 2θ = (π / Vπ) · V, V is a drive voltage, and Vπ is an applied voltage that changes the phase of an optical signal propagating through the optical waveguide by a half wavelength. In the optical waveguide, portions where the phase of the light wave propagating through the optical waveguide is modulated by the electric field formed by the signal electrode and the ground electrode are referred to as modulation waveguide portions (PM1, PM2).

各光導波路で変調を受けた光信号は、バイアス電極(Bias Electrode)によって−π/2及び+π/2の位相調整がされた後に、方向性結合器、MMI、Y字型の1×2カプラ等の対称合成器M1により合成されて、出力光信号として出力される。このとき、出力される光信号の電界Eは、図2に示すようなsin(θ)であり、光強度出力は駆動電圧Vに対してサイン二乗の曲線となる。なお、光導波路において、バイアス電極で所定の位相調整が行われる部分をバイアス調整部(Bias1〜2)という。   The optical signal modulated in each optical waveguide is adjusted in phase by −π / 2 and + π / 2 by a bias electrode, and then a directional coupler, MMI, Y-shaped 1 × 2 coupler. Are combined by a symmetric combiner M1 and the like and output as an output optical signal. At this time, the electric field E of the output optical signal is sin (θ) as shown in FIG. 2, and the light intensity output is a sine-square curve with respect to the drive voltage V. In the optical waveguide, a portion where a predetermined phase adjustment is performed by the bias electrode is referred to as a bias adjustment unit (Bias 1 to 2).

図2には、図1のMZMにおける駆動電圧に対する出力光信号の応答曲線を示してある。同図に示すように、駆動電圧に対する応答曲線がサイン関数の非線形性を有するため、多値電気信号による駆動時に、応答曲線が線形の三角波の場合に得られる理想的な等間隔の出力光信号に対してズレが生じてしまう。   FIG. 2 shows a response curve of the output optical signal with respect to the drive voltage in the MZM of FIG. As shown in the figure, the response curve to the drive voltage has a non-linear sine function, so when driving with a multi-valued electrical signal, ideal output optical signals with equal intervals obtained when the response curve is a linear triangular wave Deviation occurs.

特許文献1においては、駆動電圧に対する応答曲線を三角波に近付けるため、各変調導波路部の変調度を異なるように調整するため、複数の変調信号を用いたり、各変調導波路部に対応する変調電極(特に、信号電極)の長さを、変調導波路部毎に異なるように設定することが開示されている。   In Patent Document 1, in order to make the response curve with respect to the drive voltage closer to a triangular wave, the modulation degree of each modulation waveguide section is adjusted to be different, so that a plurality of modulation signals are used, or the modulation corresponding to each modulation waveguide section is used. It is disclosed that the length of an electrode (in particular, a signal electrode) is set to be different for each modulation waveguide section.

しかしながら、複数の変調信号を用いる場合には、光変調器を駆動する外部回路が複雑化する上、装置全体のコストが増加する。また、変調電極の長さを異なるように設定することは、製品毎の特性にバラツキが生じ易く、製造コストの増加の原因となる。しかも、変調電極は、高周波変調に対応するため、数十μmの高さで形成されているため、基板と変調電極との間に熱膨張差に起因する内部応力が発生し易い。このため、各変調導波路部に対応して変調電極の長さが異なると、基板に加わる内部応力にムラが生じ易く、温度ドリフトや変調特性の劣化が生じる。   However, when a plurality of modulation signals are used, the external circuit for driving the optical modulator becomes complicated and the cost of the entire apparatus increases. In addition, setting the modulation electrodes to have different lengths tends to cause variations in the characteristics of each product, leading to an increase in manufacturing costs. In addition, since the modulation electrode is formed with a height of several tens of μm in order to cope with high frequency modulation, internal stress due to a difference in thermal expansion is likely to occur between the substrate and the modulation electrode. For this reason, if the length of the modulation electrode is different corresponding to each modulation waveguide portion, the internal stress applied to the substrate is likely to be uneven, resulting in temperature drift and deterioration of modulation characteristics.

特開2012−252260号公報JP 2012-252260 A

Y. Yamaguchi, S. Nakajima, A. Kanno, T. Kawanishi, M. Izutsu, and H. Nakajima, “Single Mach-Zehnder Modulator with Active Y-branch for Higher than 60 dB Extinction-Ratio Operation,” Proc. ECOC2013, London, U.K., paper P.2.15, 2013.Y. Yamaguchi, S. Nakajima, A. Kanno, T. Kawanishi, M. Izutsu, and H. Nakajima, “Single Mach-Zehnder Modulator with Active Y-branch for Higher than 60 dB Extinction-Ratio Operation,” Proc. ECOC2013 , London, UK, paper P.2.15, 2013.

本発明が解決しようとする課題は、上記のような問題を解決し、製造コストや装置全体のコストの増加、及び変調特性の劣化を抑制すると共に、非線形性が抑制された光出力信号を得ることが可能な光変調器を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to solve the above problems, and to obtain an optical output signal in which nonlinearity is suppressed while suppressing an increase in manufacturing cost and overall cost of the apparatus, and deterioration of modulation characteristics. An optical modulator is provided.

上記課題を解決するため、本発明の光変調器は以下のような技術的特徴を有する。
(1) 電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光を変調するための変調電極とを備えた光変調器において、
該光導波路は、2つの分岐導波路部を有するマッハツェンダー型導波路であり、
各々の分岐導波路部には、該分岐導波路部に入力された光を分岐する分岐部と、該分岐部で分岐された各光の変調が行われる2つの変調導波路部と、前記2つの変調導波路部で変調された各光を合成する合成部とが設けられ、
該変調電極は、前記2つの分岐導波路部の間に配置された信号電極と、前記2つの分岐導波路部を挟み込むように配置された2つの接地電極から構成され、
各分岐導波路部における前記2つの変調導波路部で変調された各光を合成する際の光強度が、互いに異なると共に所定の強度比を有し、
各分岐導波路部における前記2つの変調導波路部では、該変調電極による変調度が所定の比率で大きさが互いに異なるように、該接地電極の一部に、該接地電極に近接して配置された該変調導波路部の上側に部分的に重なるように張り出した張出部を設けたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the optical modulator of the present invention has the following technical features.
(1) In an optical modulator comprising a substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and a modulation electrode for modulating light propagating through the optical waveguide,
The optical waveguide is a Mach-Zehnder type waveguide having two branched waveguide portions,
Each branch waveguide section includes a branch section for branching light input to the branch waveguide section, two modulation waveguide sections for modulating each light branched by the branch section, and the 2 And a combining unit that combines the lights modulated by the two modulation waveguide units,
The modulation electrode is composed of a signal electrode disposed between the two branch waveguide portions and two ground electrodes disposed so as to sandwich the two branch waveguide portions,
The light intensity at the time of synthesizing each light modulated by the two modulation waveguide sections in each branch waveguide section is different from each other and has a predetermined intensity ratio,
The two modulation waveguide sections in each branch waveguide section are arranged in a part of the ground electrode and in proximity to the ground electrode so that the degree of modulation by the modulation electrode differs from each other by a predetermined ratio. An overhanging portion is provided so as to partially overlap the upper side of the modulated waveguide portion.

(2) 上記(1)に記載の光変調器において、該張出部は、該接地電極の他の部位よりも電極の厚さが薄いことを特徴とする。 (2) In the optical modulator according to (1), the overhanging portion is characterized in that the thickness of the electrode is thinner than the other part of the ground electrode.

(3) 上記(2)に記載の光変調器において、該変調導波路部の上側にバッファ層を介さずに該張出部が設けられると共に、該張出部の一部に該変調導波路部に沿って貫通孔が形成されていることを特徴とする。 (3) In the optical modulator according to (2), the overhanging portion is provided on the upper side of the modulation waveguide portion without a buffer layer, and the modulation waveguide is provided in a part of the overhanging portion. A through hole is formed along the portion.

(4) 上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の光変調器において、
前記合成する際の光の強度比は1:α(但し、αは1より大きい数値)であり、
前記変調度の比率は、光強度の大きい光を伝播する変調導波路部を基準に1:β(但し、βは1より大きい数値)であり、
該数値αが概ね5である場合には該数値βは概ね2であり、該数値αが概ね9である場合には該数値βが概ね3であることを特徴とする。
(4) In the optical modulator according to any one of (1) to (3),
The intensity ratio of the light during the synthesis is 1: α (where α is a numerical value greater than 1),
The ratio of the modulation degree is 1: β (where β is a numerical value greater than 1) based on the modulation waveguide portion that propagates light with high light intensity,
When the numerical value α is approximately 5, the numerical value β is approximately 2, and when the numerical value α is approximately 9, the numerical value β is approximately 3.

なお、本発明における「概ね」の表現が意味することは、実際の数値αや数値βが理想の値(例えば、α=5,β=2)から若干ずれた場合であっても、光変調器として使用する際に、実用上問題が無い範囲まで許容できるという意味である。また、仮に数値βが理想の値からずれた場合でもあって、数値αを理想の値から若干ずらすことで、より直線性の向上した変調特性が得られる場合もあり、このような状況を踏まえて数値を「概ね」と表現している。   Note that the expression “substantially” in the present invention means that even when the actual numerical value α and numerical value β are slightly deviated from ideal values (for example, α = 5, β = 2), the light modulation is performed. When used as a container, it means that it can be tolerated to the extent that there is no practical problem. In addition, even if the numerical value β deviates from the ideal value, there may be a case where a modulation characteristic with improved linearity can be obtained by slightly deviating the numerical value α from the ideal value. The numerical value is expressed as “approximately”.

本発明の光変調器では、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光を変調するための変調電極とを備えた光変調器において、該光導波路は、2つの分岐導波路部を有するマッハツェンダー型導波路であり、各々の分岐導波路部には、該分岐導波路部に入力された光を分岐する分岐部と、該分岐部で分岐された各光の変調が行われる2つの変調導波路部と、前記2つの変調導波路部で変調された各光を合成する合成部とが設けられ、該変調電極は、前記2つの分岐導波路部の間に配置された信号電極と、前記2つの分岐導波路部を挟み込むように配置された2つの接地電極から構成され、各分岐導波路部における前記2つの変調導波路部で変調された各光を合成する際の光強度が、互いに異なると共に所定の強度比を有し、各分岐導波路部における前記2つの変調導波路部では、該変調電極による変調度が所定の比率で大きさが互いに異なるように、該接地電極の一部に、該接地電極に近接して配置された該変調導波路部の上側に部分的に重なるように張り出した張出部を設けたため、変調電極に印加する変調信号の数を抑制できると共に、変調電極の長さも同じ長さに設定できる。これにより、光変調器の製造コストや装置全体のコストの増加が抑制できる。しかも、温度ドリフトの発生や変調特性の劣化も抑制でき、かつ、非線形性が抑制された光出力信号を得ることが可能な光変調器を提供することができる。   In the optical modulator of the present invention, an optical modulator comprising a substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and a modulation electrode for modulating light propagating through the optical waveguide, The optical waveguide is a Mach-Zehnder type waveguide having two branch waveguide portions. Each branch waveguide portion includes a branch portion for branching light input to the branch waveguide portion, and a branch portion. There are provided two modulation waveguide sections for modulating each branched light, and a combining section for combining the lights modulated by the two modulation waveguide sections. It consists of a signal electrode arranged between the waveguide sections and two ground electrodes arranged so as to sandwich the two branch waveguide sections, and is modulated by the two modulation waveguide sections in each branch waveguide section. If the light intensity when combining each light In the two modulation waveguide sections in each branch waveguide section, a part of the ground electrode is formed so that the modulation degree by the modulation electrode differs from each other by a predetermined ratio. Since the overhanging portion is provided so as to partially overlap the modulation waveguide portion arranged close to the ground electrode, the number of modulation signals applied to the modulation electrode can be suppressed, and the modulation electrode Can be set to the same length. Thereby, the increase in the manufacturing cost of an optical modulator and the cost of the whole apparatus can be suppressed. In addition, it is possible to provide an optical modulator that can suppress the occurrence of temperature drift and the deterioration of modulation characteristics and can obtain an optical output signal in which nonlinearity is suppressed.

なお、本発明では、駆動電圧のレベルに対応した光変調器からの出力光の振幅、あるいは光強度の比例関係からの乖離している状態を「非線形である」と表現している。直線的な周期関数である三角波に近い形状の応答曲線を「直線性」が高い、形状が異なる応答曲線を「非線形」であると呼ぶ。   In the present invention, a state where the output light from the optical modulator corresponding to the level of the drive voltage deviates from the amplitude or proportionality of the light intensity is expressed as “non-linear”. A response curve having a shape close to a triangular wave, which is a linear periodic function, is called “nonlinear” as a response curve having a high “linearity” and a different shape.

従来のマッハツェンダー変調器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional Mach-Zehnder modulator. 図1のマッハツェンダー変調器における駆動電圧に対する出力光信号の応答曲線を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a response curve of an output optical signal with respect to a drive voltage in the Mach-Zehnder modulator of FIG. 1. 本発明を実現する光変調器の基本構成を説明する図である。It is a figure explaining the basic composition of the optical modulator which realizes the present invention. 図3の光変調器において、強度比1:5及び変調度比1:2に設定した場合の変調状態を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a modulation state when the intensity ratio is set to 1: 5 and the modulation factor ratio 1: 2 in the optical modulator of FIG. 3. 図4の光変調器による駆動電圧に対する応答曲線を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a response curve with respect to a driving voltage by the optical modulator of FIG. 4. 図3の光変調器において、強度比1:9及び変調度比1:3に設定した場合の変調状態を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a modulation state when the intensity ratio is set to 1: 9 and the modulation factor ratio 1: 3 in the optical modulator of FIG. 3. 図6の光変調器による駆動電圧に対する応答曲線を示す図である。It is a figure which shows the response curve with respect to the drive voltage by the optical modulator of FIG. 本発明に係る光変調器に関し、変調電極を一つの信号電極で構成した例を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the example which comprised the modulation electrode by one signal electrode regarding the optical modulator which concerns on this invention. 図8の光変調器に使用される変調電極と光導波路との位置関係を説明する平面図である。It is a top view explaining the positional relationship of the modulation | alteration electrode used for the optical modulator of FIG. 8, and an optical waveguide. 図9の一点鎖線A−A’における断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line A-A ′ in FIG. 9. 図8の光変調器に使用される変調電極の具体的特徴を説明する平面図である。It is a top view explaining the specific characteristic of the modulation electrode used for the optical modulator of FIG. 図11の一点鎖線A−A’における断面図である。It is sectional drawing in the dashed-dotted line A-A 'of FIG. 図8の接地電極の張出部に関する応用例を説明する図である。It is a figure explaining the application example regarding the overhang | projection part of the ground electrode of FIG. 本発明の光変調器に係る平面図である。It is a top view concerning the optical modulator of the present invention. 図14の一点鎖線A−A’における断面図である。It is sectional drawing in the dashed-dotted line A-A 'of FIG. 本発明の光変調器に係る応用例を説明する平面図である。It is a top view explaining the application example which concerns on the optical modulator of this invention.

以下、本発明の光変調器について詳細に説明する。
図3は、本発明の光変調器を実現するための光変調器の基本構成を説明する図である。光変調器は、電気光学効果を有する基板1と、該基板に形成された光導波路(O10〜O15)と、該光導波路を伝播する光を変調するための変調電極とを備えている。光導波路は、2つの分岐導波路部を有するマッハツェンダー型導波路であり、各々の分岐導波路部には、該分岐導波路部に入力された光を分岐する分岐部(B22,B23)と、該分岐部で分岐された各光の変調が行われる2つの変調導波路部(PM11とPM12,PM13とPM14)と、前記2つの変調導波路部で変調された各光を合成する合成部(M22,M23)とが設けられている。
Hereinafter, the optical modulator of the present invention will be described in detail.
FIG. 3 is a diagram for explaining the basic configuration of an optical modulator for realizing the optical modulator of the present invention. The optical modulator includes a substrate 1 having an electro-optic effect, an optical waveguide (O10 to O15) formed on the substrate, and a modulation electrode for modulating light propagating through the optical waveguide. The optical waveguide is a Mach-Zehnder type waveguide having two branch waveguide sections, and each branch waveguide section includes a branch section (B22, B23) for branching light input to the branch waveguide section. , Two modulation waveguide sections (PM11 and PM12, PM13 and PM14) in which each of the lights branched by the branch section is modulated, and a combining section that combines the lights modulated by the two modulation waveguide sections (M22, M23) are provided.

複数のフーリエ級数成分からなる応答曲線を有する光変調器は、マッハツェンダー変調器を並列集積することで実現される。フーリエ級数の係数は光の強度の比率α、係数の符号はマッハツェンダー干渉計のバイアスの状態、各次数の成分は光の変調度の比率βで調整可能する。つまり、応答曲線のフーリエ級数項の数が2つであれば二並列、三つであれば三並列のマッハツェンダー変調器を、所定の光の強度比率、光の変調度比率をなる構造にすれば良い。三角波の場合、数学的なフーリエ級数展開式は正弦波の奇数次項成分からなり、フーリエ級数項の数が2つによる近似であっても非線形性が大きく改善される。少ない級数項数で応答曲線の直線性を効率的に高めるには、数学的なフーリエ級数展開にかかわらず、偶数次の級数項を用いてもよい。奇数次の項からなる場合と比べて、光損失の増加が本質的に発生し、頂点(折り返し点)付近の近似が悪化するものの、リップル(行き過ぎ量、不足量)を小さくすることができ、直線性は大きく改善することができる。特に二次の成分を用いることが、少ない級数項数で直線性を改善する上で有効である。   An optical modulator having a response curve composed of a plurality of Fourier series components is realized by integrating Mach-Zehnder modulators in parallel. The coefficient of the Fourier series can be adjusted by the light intensity ratio α, the coefficient sign can be adjusted by the bias state of the Mach-Zehnder interferometer, and each order component can be adjusted by the light modulation degree ratio β. In other words, if the number of Fourier series terms in the response curve is two, a parallel Mach-Zehnder modulator with two parallels and three parallel Mach-Zehnder modulators should have a structure with a predetermined light intensity ratio and light modulation degree ratio. It ’s fine. In the case of a triangular wave, the mathematical Fourier series expansion formula is composed of odd-order components of a sine wave, and the non-linearity is greatly improved even when approximation is performed using two Fourier series terms. In order to efficiently increase the linearity of the response curve with a small number of series terms, an even-order series term may be used regardless of the mathematical Fourier series expansion. Compared with the case of an odd-order term, an increase in optical loss occurs essentially, and the approximation near the apex (turning point) deteriorates, but the ripple (overshoot amount, deficiency amount) can be reduced, Linearity can be greatly improved. In particular, the use of a secondary component is effective in improving linearity with a small number of series terms.

図3の光変調器では、入射光Linを2つの分岐導波路部に分けるため分岐部B21が設けられる。分岐部B21では、光の強度比を1:1に均等に分岐する対称分波器である。各変調導波路部には、マッハツェンダー型光導波路が設けられ、各々が、分岐部(B22,B23)や合成部(M22,M23)を備える。分岐部(B22,B23)で分岐され、その後、各変調導波路部で変調された光は、光の強度比が1:α(但し、αは1より大きい数値)となるように合成部で合成される。   In the optical modulator of FIG. 3, a branching section B21 is provided to divide the incident light Lin into two branching waveguide sections. The branching section B21 is a symmetric duplexer that branches the light intensity ratio evenly to 1: 1. Each modulation waveguide section is provided with a Mach-Zehnder type optical waveguide, and each includes a branch section (B22, B23) and a combining section (M22, M23). The light branched at the branching portions (B22, B23) and then modulated at each modulation waveguide portion is combined at the combining portion so that the intensity ratio of the light is 1: α (where α is a numerical value greater than 1). Synthesized.

分岐された光は、各変調導波路部(PM11〜PM14)による光の変調を受ける。各変調導波路部における変調度の比率は、合成時の光強度の大きい光(強度αの光)を伝播する変調導波路部(PM11又はPM14)の変調度を基準に、1:β(但し、βは1より大きい数値)に設定される。具体的には、変調導波路部PM11と変調導波路部PM12とでは、変調度の比は、1:βである。なお、変調導波路部の近傍には、図示していない変調電極が配置されている。具体的には、図1のように、信号電極と接地電極から構成される変調電極が配置される。ただし、各変調導波路部に対応して、個別の信号電極と独立した変調信号源を用意することは、光変調器全体の製品コストの増加を招くため、好ましくない。変調電極の構成については、後に詳細に説明する。また、合成部(M22,M23)において合波される光の強度比の要件が1:αであるが、ここでは、説明や図中の式等を簡単にするために、分岐部(B22,B23)で分岐される光の強度比を1:αとして説明する。図4以降も同様である。   The branched light is modulated by the respective modulation waveguide portions (PM11 to PM14). The ratio of the modulation degree in each modulation waveguide part is 1: β (however, based on the modulation degree of the modulation waveguide part (PM11 or PM14) that propagates light with high light intensity (light of intensity α) at the time of synthesis. , Β is a numerical value greater than 1. Specifically, in the modulation waveguide portion PM11 and the modulation waveguide portion PM12, the ratio of the modulation degree is 1: β. A modulation electrode (not shown) is disposed in the vicinity of the modulation waveguide portion. Specifically, as shown in FIG. 1, a modulation electrode composed of a signal electrode and a ground electrode is disposed. However, it is not preferable to prepare a modulation signal source independent of individual signal electrodes corresponding to each modulation waveguide section, because this increases the product cost of the entire optical modulator. The configuration of the modulation electrode will be described in detail later. In addition, the requirement of the intensity ratio of the light combined in the combining unit (M22, M23) is 1: α, but here, in order to simplify the explanation and the equations in the drawing, the branching unit (B22, The description will be made assuming that the intensity ratio of the light branched in B23) is 1: α. The same applies to FIG.

また、各々の分岐導波路部では、同じ変調度(1又はβ)の変調導波路部(PM11とPM14,PM12とPM13)とが存在するが、これらは、互いに逆相の変調が行われる。各変調導波路部で変調された光は、不図示のバイアス電極によって形成されるバイアス調整部(Bias11〜23)によって所定の位相に調整される。さらに、合波部(M22,M23及びM21)によって、所定強度比で合波され、出力光Loutが形成される。   In addition, each branch waveguide section has modulation waveguide sections (PM11 and PM14, PM12 and PM13) having the same modulation degree (1 or β), and these are modulated in opposite phases. The light modulated by each modulation waveguide section is adjusted to a predetermined phase by a bias adjustment section (Bias 11 to 23) formed by a bias electrode (not shown). Further, the light is multiplexed at a predetermined intensity ratio by the multiplexing units (M22, M23, and M21) to form output light Lout.

図4は、各分岐導波路部における2つの変調導波路部に入力される光の強度比(1:α)を1:5に設定し、変調導波路部による変調度の比率(1:β)を1:2に設定した場合について、光変調器の変調状態を説明する図である。各分岐部(B21〜B23)、変調導波路部(PM11〜PM14)、バイアス調整部(Bias11〜23)、及び合波部(M22〜23,M21)を光波が通過するに従い、図4に示す数式の変調状態となる。図4の各数式を見ると、変調導波路部(PM11,PM14)では、三角波信号に対応する一次のフーリエ級数成分が形成されている。また、変調導波路部(PM12,PM13)では、同様に三角波信号に対応する二次のフーリエ級数成分が形成されている。これらを所定の位相調整を施して合波することで、非線形性が抑制された光出力信号を得ることができる。その結果を図5に示す。   In FIG. 4, the intensity ratio (1: α) of light input to the two modulation waveguide portions in each branch waveguide portion is set to 1: 5, and the ratio of the modulation degree by the modulation waveguide portion (1: β ) Is a diagram for explaining the modulation state of the optical modulator when set to 1: 2. As the light wave passes through each branch part (B21 to B23), modulation waveguide part (PM11 to PM14), bias adjustment part (Bias11 to 23), and multiplexing part (M22 to 23, M21), it is shown in FIG. It becomes the modulation state of the mathematical formula. Looking at the equations in FIG. 4, in the modulation waveguide section (PM11, PM14), a primary Fourier series component corresponding to the triangular wave signal is formed. Similarly, in the modulation waveguide section (PM12, PM13), a second-order Fourier series component corresponding to the triangular wave signal is formed. By combining these signals with a predetermined phase adjustment, it is possible to obtain an optical output signal in which nonlinearity is suppressed. The result is shown in FIG.

図6は、各分岐導波路部における2つの変調導波路部に入力される光の強度比(1:α)を1:9に設定し、変調導波路部による変調度の比率(1:β)を1:3に設定した場合について、光変調器の変調状態を説明する図である。各分岐部(B21〜B23)、変調導波路部(PM11〜PM14)、バイアス調整部(Bias11〜23)、及び合波部(M22〜23,M21)を光波が通過するに従い、図6に示す数式の変調状態となる。図6の各数式を見ると、変調導波路部(PM11,PM14)では、三角波信号に対応する一次のフーリエ級数成分が形成されている。また、変調導波路部(PM12,PM13)では、同様に三角波信号に対応する三次のフーリエ級数成分が形成されている。これらを所定の位相調整を施して合波することで、非線形性が抑制された光出力信号を得ることができる。その結果を図7に示す。   In FIG. 6, the intensity ratio (1: α) of light input to the two modulation waveguide portions in each branch waveguide portion is set to 1: 9, and the ratio of the modulation degree by the modulation waveguide portion (1: β ) Is a diagram for explaining the modulation state of the optical modulator when set to 1: 3. As the light wave passes through each branch part (B21 to B23), modulation waveguide part (PM11 to PM14), bias adjustment part (Bias11 to 23), and multiplexing part (M22 to 23, M21), it is shown in FIG. It becomes the modulation state of the mathematical formula. Looking at the equations in FIG. 6, in the modulation waveguide section (PM11, PM14), a primary Fourier series component corresponding to the triangular wave signal is formed. Similarly, in the modulation waveguide portion (PM12, PM13), a third-order Fourier series component corresponding to the triangular wave signal is formed. By combining these signals with a predetermined phase adjustment, it is possible to obtain an optical output signal in which nonlinearity is suppressed. The result is shown in FIG.

図4や図6では、一次のフーリエ級数成分に二次や三次のフーリエ級数成分を加算する方法を例示したが、本発明に係る光変調器では、光強度比や変調度の比率を調整し、更に高次のフーリエ級数成分を追加で加算することも可能である。さらに、図4や図6では、4つの変調導波路部を並列に配置して、2つのフーリエ級数成分を加算する方法を示したがで、更に多くの変調導波路部を並列に配置し、3つ以上のフーリエ級数成分を加算するよう構成することも可能である。また、得られる信号波形としては三角波信号だけでなく、鋸波形やデジタル応答に適した矩形信号や多段ステップ関数(Multi Step Function)に近づけることも可能である。   4 and 6 exemplify the method of adding the second-order and third-order Fourier series components to the first-order Fourier series components, but in the optical modulator according to the present invention, the light intensity ratio and the modulation degree ratio are adjusted. Further, it is possible to additionally add higher-order Fourier series components. Furthermore, in FIG.4 and FIG.6, although the method of arrange | positioning four modulation | alteration waveguide parts in parallel and adding two Fourier series components was shown, more modulation | alteration waveguide parts are arrange | positioned in parallel, It is also possible to add three or more Fourier series components. In addition to the triangular wave signal, the obtained signal waveform can be close to a sawtooth waveform, a rectangular signal suitable for digital response, or a multi-step function.

次に、光導波路の変調導波路部に電界を印加する変調電極の構成について説明する。
まず、光変調器に使用する基板1としては、ポッケルス効果、カー効果などの電気光学効果を有する材料、及びこれらの材料を組み合わせた基板を用いることができる。特に、ポッケルス効果の高い材料であることが好ましい。具体的には、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、電気光学ポリマーなどの材料が挙げられる。
また、光導波路は、Tiなどの高屈折率物質を熱拡散法やプロトン交換法などで基板1の表面に熱拡散させることにより形成することができる。
Next, the configuration of the modulation electrode that applies an electric field to the modulation waveguide portion of the optical waveguide will be described.
First, as the substrate 1 used for the optical modulator, a material having an electro-optic effect such as Pockels effect or Kerr effect, and a substrate obtained by combining these materials can be used. In particular, a material having a high Pockels effect is preferable. Specific examples include materials such as lithium niobate, lithium tantalate, and electro-optic polymer.
The optical waveguide can be formed by thermally diffusing a high refractive index substance such as Ti on the surface of the substrate 1 by a thermal diffusion method or a proton exchange method.

基板1には、変調導波路部を伝播する光波を変調するための信号電極及び接地電極、変調前後の光波の位相を調整するためのバイアス電極が形成されている。これらの電極は、基板1の表面に、Ti・Auの電極パターンを形成し、金メッキ方法などにより形成することが可能である。更に、必要に応じて光導波路形成後の基板1の表面に誘電体SiO2等のバッファ層を設け、バッファ層の上に電極を形成することも可能である。 The substrate 1 is formed with a signal electrode and a ground electrode for modulating a light wave propagating through the modulation waveguide section, and a bias electrode for adjusting the phase of the light wave before and after the modulation. These electrodes can be formed by forming a Ti / Au electrode pattern on the surface of the substrate 1 and using a gold plating method or the like. Further, if necessary, a buffer layer such as a dielectric SiO 2 may be provided on the surface of the substrate 1 after forming the optical waveguide, and an electrode may be formed on the buffer layer.

本発明の光変調器では、変調導波路部に電界を印加する変調電極は、図8に示すように、一つの信号電極S1で構成されている。具体的には、信号電極S1と接地電極G1とにより、2つの変調導波路部(PM11,PM12)に電界を印加する。また、信号電極S1と接地電極G2とにより、他の2つの変調導波路部(PM13,PM14)に電界を印加する。   In the optical modulator of the present invention, the modulation electrode for applying an electric field to the modulation waveguide section is composed of one signal electrode S1, as shown in FIG. Specifically, an electric field is applied to the two modulation waveguide portions (PM11, PM12) by the signal electrode S1 and the ground electrode G1. Further, an electric field is applied to the other two modulation waveguide portions (PM13, PM14) by the signal electrode S1 and the ground electrode G2.

隣接する2つの変調導波路部(PM11とPM12,PM13とPM14)には、互いに異なる変調度(変調度比率1:β)で変調を施すことが必要である。図9では、変調電極(信号電極S1と接地電極(G1,G2))と光導波路(O11〜O14)との位置関係を調整して、この変調度の調整を実現している。   Two adjacent modulation waveguide sections (PM11 and PM12, PM13 and PM14) need to be modulated with different modulation degrees (modulation degree ratio 1: β). In FIG. 9, the modulation degree is adjusted by adjusting the positional relationship between the modulation electrode (the signal electrode S1 and the ground electrodes (G1, G2)) and the optical waveguide (O11 to O14).

図9は変調電極の配置を示す平面図であるが、図10は、図9の一点鎖線A−A’における断面図を示している。一般的に、信号電極S1と接地電極(G1又はG2)との間の電界の強度分布は、信号電極S1に近づくほど強くなる。このため、変調度の高い変調導波路部を信号電極の近傍に配置するよう構成することが好ましい。なお、接地電極(G1又はG2)の近傍でも、接地電極の端部に電界の一部が局所的に集中する部分も存在し、そのため、電界強度が周辺より若干高くなる部分もある。図9のΔφは、変調導波路部O12とO13における変調度を示しており、sは変調導波路O12又はO13の変調度を基準とした場合の変調度の比率(s=1/β)を示している。   FIG. 9 is a plan view showing the arrangement of the modulation electrodes, while FIG. 10 shows a cross-sectional view taken along one-dot chain line A-A ′ in FIG. 9. In general, the intensity distribution of the electric field between the signal electrode S1 and the ground electrode (G1 or G2) becomes stronger as the signal electrode S1 is approached. For this reason, it is preferable that the modulation waveguide portion having a high modulation degree is arranged in the vicinity of the signal electrode. Even in the vicinity of the ground electrode (G1 or G2), there is a portion where a part of the electric field is locally concentrated on the end portion of the ground electrode, and thus there is a portion where the electric field strength is slightly higher than the periphery. In FIG. 9, Δφ indicates the degree of modulation in the modulation waveguide portions O12 and O13, and s indicates the ratio of the modulation degree (s = 1 / β) when the modulation degree of the modulation waveguide O12 or O13 is used as a reference. Show.

図10に示すように、変調導波路部と信号電極S1からの距離を、光導波路O12は距離g1に設定し、光導波路O11は距離g2に設定している。これにより、光導波路O11とO12の変調導波路部における変調度を異なる値に設定することが可能となる。ただし、変調の位相方向は同相状態となる。このように信号電極からの距離で変調度を変化させるには、基板1の厚みを、50μm以上、好ましくは100μm以上に設定する。基板の厚みが厚い程、信号電極が形成する電気力線が基板内に広がり易く、電界強度の高い所と低い所の電界強度の差がより大きくなり、変調度の比率を一層大きくすることが可能である。図9や図10では、Xカット型の基板を中心に説明したが、Zカット型の基板を利用しても同様に、信号電極からの距離を調整して、各変調導波路部の変調度を調整することが可能である。   As shown in FIG. 10, the distance from the modulation waveguide portion and the signal electrode S1 is set to the distance g1 for the optical waveguide O12 and to the distance g2 for the optical waveguide O11. Thereby, it becomes possible to set the modulation degree in the modulation waveguide portions of the optical waveguides O11 and O12 to different values. However, the phase direction of modulation is in phase. Thus, in order to change the degree of modulation depending on the distance from the signal electrode, the thickness of the substrate 1 is set to 50 μm or more, preferably 100 μm or more. The thicker the substrate is, the more easily the electric lines of force formed by the signal electrodes spread within the substrate, and the difference between the high and low electric field strengths becomes larger and the ratio of the modulation degree can be further increased. Is possible. In FIGS. 9 and 10, the description is centered on the X-cut type substrate. However, even when a Z-cut type substrate is used, the modulation degree of each modulation waveguide section is similarly adjusted by adjusting the distance from the signal electrode. Can be adjusted.

光変調器は高周波帯域で駆動するために、光導波路を伝播する光と信号電極を伝播するマイクロ波信号との速度整合を図ることが必要である。この手段の一つとして基板1の厚みを30μm以下、更には10μm以下に設定することも行われている。このような薄板の基板を使用する場合には、信号電極から出る電気力線の多くは基板内に集中しているため、変調導波路部と信号電極との間の距離が変化しても、変調導波路部での変調度の変化が少ない。その結果、図9のような方法では、変調度の比率を大きくする(例えば、β≧5)ことは困難であった。   Since the optical modulator is driven in a high frequency band, it is necessary to achieve speed matching between the light propagating through the optical waveguide and the microwave signal propagating through the signal electrode. As one of the means, the thickness of the substrate 1 is set to 30 μm or less, and further to 10 μm or less. When using such a thin substrate, since many lines of electric force coming out of the signal electrode are concentrated in the substrate, even if the distance between the modulation waveguide portion and the signal electrode changes, There is little change in the degree of modulation in the modulation waveguide section. As a result, in the method as shown in FIG. 9, it is difficult to increase the ratio of the modulation degree (for example, β ≧ 5).

また、信号電極S1や接地電極G1又はG2の近傍に光導波路を配置すると、いわゆるエッジ効果により、変調効率(信号電界と光の電界の実効重なり積分Γ)をある程度高めることはできる。しかし、バッファ層が無いあるいは薄い場合には、光導波路を伝播する光波の一部が吸収・散乱され、光損失となる。各光導波路を伝播する光には、光強度比(1:α)が所定の値となるように、予め設定されている。しかしながら、変調電極による光損失が発生すると、この光強度比のバランスが崩れ、所望の信号波形を得ることができないという不具合を生じる。所望の光強度比を得るためには、分岐部の光の分岐比、変調導波路部を含む光導波路の光損失、そして光を合成する合成部での合成比を総合的に考慮することが必要である。   If an optical waveguide is disposed in the vicinity of the signal electrode S1 or the ground electrode G1 or G2, the modulation efficiency (effective overlap integral Γ between the signal electric field and the light electric field) can be increased to some extent by a so-called edge effect. However, when the buffer layer is absent or thin, a part of the light wave propagating through the optical waveguide is absorbed and scattered, resulting in light loss. The light propagating through each optical waveguide is preset so that the light intensity ratio (1: α) becomes a predetermined value. However, when light loss due to the modulation electrode occurs, the balance of the light intensity ratio is lost, and there is a problem that a desired signal waveform cannot be obtained. In order to obtain a desired light intensity ratio, it is necessary to comprehensively consider the light branching ratio of the branching section, the optical loss of the optical waveguide including the modulation waveguide section, and the combining ratio in the combining section that combines the light. is necessary.

各変調導波路部の変調効率Γの大きさは、Γa、Γbで表示している。図9のように配置する場合には、Γa<Γbとなるため、光強度の大きい光を伝搬する光導波路部を基準に、前記光変調度の比率を1:βにする配置構造は存在しうる。しかし、信号電極S1や接地電極G1又はG2の近傍に光導波路を配置した場合、光の損失および変調効率Γの光導波路位置依存性および光導波路の形状依存性は極めて大きいため、製造プロセス再現性に起因する歩留まりの低下が大きな問題となっている。図9,10の構造で非線形性が抑制された光変調器の特性を再現よく実現するには、製造プロセスに極めて高い再現性が求められる。   The magnitude of the modulation efficiency Γ of each modulation waveguide portion is indicated by Γa and Γb. In the case of the arrangement as shown in FIG. 9, since Γa <Γb, there is an arrangement structure in which the ratio of the light modulation degree is 1: β with reference to the optical waveguide portion that propagates light with high light intensity. sell. However, when an optical waveguide is disposed in the vicinity of the signal electrode S1 or the ground electrode G1 or G2, the optical loss dependency and the optical waveguide position dependency of the modulation efficiency Γ and the optical waveguide shape dependency are extremely large. Yield reduction due to the problem is a big problem. In order to realize the characteristics of the optical modulator in which the nonlinearity is suppressed with the structure of FIGS. 9 and 10 with high reproducibility, the manufacturing process requires extremely high reproducibility.

このような不具合を解消するため、本発明者らは、図11に示すような変調電極構造を見出した。図12は、図11の一点鎖線A−A’における断面図である。本発明の光変調器に使用される変調電極の構造は、信号電極からより遠くに配置された光導波路(変調導波路部)に印加される電界の強度を弱くするため、接地電極(G1又はG2)から張り出した張出部(G10,G20)を設けることである。分岐導波路部O11、O14の一部は、接地電極(G1又はG2)から張り出した張出部(G10,G20)の下方に設けられ、分岐導波路部O11、O14は、信号電極S1や接地電極G1又はG2から離間した位置に設けられている。この構造により、エッジ効果による変調効率Γの光導波路位置依存性および光導波路形状依存性を大幅に緩和することが可能となる。   In order to solve such a problem, the present inventors have found a modulation electrode structure as shown in FIG. 12 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line A-A ′ in FIG. 11. The structure of the modulation electrode used in the optical modulator of the present invention has a ground electrode (G1 or G1) in order to weaken the strength of the electric field applied to the optical waveguide (modulation waveguide portion) arranged farther from the signal electrode. The projecting part (G10, G20) projecting from G2) is provided. A part of the branch waveguide portions O11 and O14 is provided below the projecting portions (G10 and G20) projecting from the ground electrode (G1 or G2), and the branch waveguide portions O11 and O14 are connected to the signal electrode S1 and the ground. It is provided at a position separated from the electrode G1 or G2. With this structure, the dependency of the modulation efficiency Γ due to the edge effect on the optical waveguide position dependency and the optical waveguide shape dependency can be greatly reduced.

図12のような薄板の基板を使用する場合には、分岐光導波路は、張出部(G10,G20)の端から、基板の厚さの半分程度以上の距離、接地電極側に配置することで、張り出し部の下部の分岐光導波路の変調効率Γを一桁以上低下させることができるため、変調度の比率βの調整を有効に行える。しかも、張出部の厚みを、接地電極の本体部分より薄く構成することで、変調電極の特性インピーダンスが大きく変化することを抑制することが可能となる。   When using a thin substrate as shown in FIG. 12, the branched optical waveguide should be disposed on the ground electrode side at a distance of about half or more of the thickness of the substrate from the end of the overhanging portion (G10, G20). Thus, since the modulation efficiency Γ of the branched optical waveguide below the overhanging portion can be reduced by one digit or more, the modulation ratio β can be effectively adjusted. In addition, by making the thickness of the overhanging portion thinner than the main body portion of the ground electrode, it is possible to suppress a significant change in the characteristic impedance of the modulation electrode.

光導波路に沿って、信号電極の幅swを変更する必要はない。しかしながら、張出部による変調電極の特性インピーダンスが若干変化するのを抑制する場合や、信号電極と接地電極との間の距離が張出部によって変化し、電界強度が変化するのを調整する場合に、例えば、信号電極の幅swを変化させることも可能である。図11では、張り出した張出部(G10,G20)と対向する区間部分の信号電極の幅swを細くし、特性インピーダンスの低下を防いでいる例である。   There is no need to change the width sw of the signal electrode along the optical waveguide. However, when the characteristic impedance of the modulation electrode due to the overhang is suppressed slightly, or when the distance between the signal electrode and the ground electrode changes due to the overhang and the electric field strength is adjusted. For example, the width sw of the signal electrode can be changed. FIG. 11 shows an example in which the width sw of the signal electrode in the section facing the overhanging portions (G10, G20) is narrowed to prevent the characteristic impedance from being lowered.

張出部は、接地電極側のみに形成されているため、変調電極の対称性が変化し熱膨張による内部応力が偏在する可能性がある。しかしながら、張出部の厚みが薄いため、発生する内部応力の大きさを小さくすることが可能となり、特許文献1のような内部応力による温度ドリフトなどの発生も抑制することが可能となる。   Since the overhang portion is formed only on the ground electrode side, the symmetry of the modulation electrode changes and internal stress due to thermal expansion may be unevenly distributed. However, since the thickness of the overhanging portion is thin, it is possible to reduce the magnitude of the generated internal stress, and it is possible to suppress the occurrence of temperature drift due to the internal stress as in Patent Document 1.

張出部(G10,G20)は光導波路の上部に設けられているため、光損失の原因となる。このため、信号電極S1の近傍に配置された光導波路の光損失と、接地電極(G1,G2)の近傍に配置された光導波路の光損失と差を含めて、合波部で合波される光の強度比は1:αに可能である。特に、図13に示すように、張出部の一部に貫通孔を設けることで、電界強度の変化を抑制しながら光損失を低減させることも可能である。   Since the overhang portions (G10, G20) are provided on the upper portion of the optical waveguide, they cause light loss. For this reason, including the difference between the optical loss of the optical waveguide arranged in the vicinity of the signal electrode S1 and the optical loss of the optical waveguide arranged in the vicinity of the ground electrode (G1, G2), it is multiplexed at the multiplexing unit. The light intensity ratio can be 1: α. In particular, as shown in FIG. 13, by providing a through hole in a part of the overhanging portion, it is possible to reduce light loss while suppressing a change in electric field strength.

なお、張出部を含む変調電極の下側には、バッファ層を配置することも可能であり、この場合には、電極全体による光損失を低減することが可能となる。ここでは、分岐導波路や電極が直線状になっている例を示したが屈曲・蛇行していてもよい。張出部(G10,G20)の形成は一ヵ所に限られず、複数箇所に形成しても良い。複数箇所に形成することにより、張出部(G10,G20)を有する区間と有さない区間マイクロ波信号の損失差に起因する、変調度の比率βの信号周波数依存性を低減することも可能である。   Note that a buffer layer can be disposed below the modulation electrode including the overhang, and in this case, light loss due to the entire electrode can be reduced. Here, an example is shown in which the branching waveguide and the electrode are linear, but they may be bent or meandering. The formation of the overhang portions (G10, G20) is not limited to one place, and may be formed at a plurality of places. By forming in multiple places, it is also possible to reduce the signal frequency dependence of the modulation ratio β, which is caused by the loss difference between the sections with and without the overhangs (G10, G20). It is.

図14は、本発明の光変調器の実施例を示す平面図であり、図15は、図14の一点鎖線A−A’における断面図である。図14に示すように、信号電極S1と接地電極G1及びG2が変調部を構成し、信号電極S1に入力される変調信号Sinにより光導波路(O11〜14)を伝播する光が変調される。また、接地電極G1の一部は、バイアス電極を兼ねており、バイアス電圧(DC Bias)を印加することにより、光導波路を伝播する光の位相調整が行われる。   FIG. 14 is a plan view showing an embodiment of the optical modulator of the present invention, and FIG. 15 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line A-A ′ in FIG. 14. As shown in FIG. 14, the signal electrode S1 and the ground electrodes G1 and G2 constitute a modulation unit, and light propagating through the optical waveguide (O11 to O14) is modulated by the modulation signal Sin input to the signal electrode S1. A part of the ground electrode G1 also serves as a bias electrode, and the phase of light propagating through the optical waveguide is adjusted by applying a bias voltage (DC bias).

図16は、本発明の光変調器の応用例を示す平面図である。上述した光変調器では、光強度比の調整には、分岐部による光の分岐比による方法を採用していたが、分岐部は常に対称分波器として、分岐した後の光を光強度変調器(減衰器,Attenuator)で調整し、所望の光強度比に設定することも可能である。減衰器を省いて、非特許文献1に示されるアクティブY分岐を、分岐部に採用しても良い。さらにアクティブY分岐を合成部に採用しても良い。   FIG. 16 is a plan view showing an application example of the optical modulator of the present invention. In the optical modulator described above, the method of adjusting the light intensity ratio is based on the light branching ratio of the branching unit, but the branching unit is always used as a symmetric demultiplexer to modulate the light intensity after branching. It is also possible to adjust with an attenuator (Attenuator) and set to a desired light intensity ratio. The attenuator may be omitted, and the active Y branch shown in Non-Patent Document 1 may be adopted for the branching section. Furthermore, an active Y branch may be employed in the combining unit.

光強度比αを可変調整することにより、製造誤差や、分岐回路、電極特性の帯域特性などに起因して変調度比βが理想状態からずれた場合でも、光強度比αを調整して直線性を補うことも可能である。なお、変調度比βが整数値からおおきくずれた場合の影響は、三角波の頂点(折り返し点)近傍で大きく、三角波の直線部分では比較的小さい。三角波の近似がフーリエ級数的なものであるため、変調度比βや光強度比αは所定の整数であることが望ましいことは言うまでもないが、多くの用途においてアナログ変調用途においては、三角波の頂点付近より直線部分の特性が重視される。光強度比αを調整による直線性の補完は、有用な方法である。なお、各分岐導波路の形状や実効屈折率などの特性は同じである必要はなく、例えば導波路径を違えたり屈曲させたり、不純物濃度を違えても良い。これにより、光導波路間の導波光の結合に起因する特性の悪化 (光クロストーク)が低減される。   By variably adjusting the light intensity ratio α, even if the modulation degree ratio β deviates from the ideal state due to manufacturing errors, branch circuits, band characteristics of electrode characteristics, etc., the light intensity ratio α is adjusted to a straight line. It is also possible to supplement sex. It should be noted that the effect when the modulation factor β is significantly deviated from the integer value is large near the apex (turning point) of the triangular wave and relatively small at the straight line portion of the triangular wave. Since the approximation of the triangular wave is Fourier series, it goes without saying that the modulation factor ratio β and the light intensity ratio α are preferably predetermined integers. In many applications, the peak of the triangular wave is used in analog modulation applications. The characteristics of the straight line part are emphasized from the vicinity. Complementing linearity by adjusting the light intensity ratio α is a useful method. The characteristics such as the shape and effective refractive index of each branch waveguide do not need to be the same. For example, the waveguide diameter may be changed or bent, or the impurity concentration may be changed. As a result, deterioration of characteristics (optical crosstalk) due to coupling of guided light between the optical waveguides is reduced.

以上説明したように、本発明によれば、製造コストや装置全体のコストの増加、及び変調特性の劣化を抑制すると共に、非線形性が抑制された光出力信号を得ることが可能な光変調器を提供することができる。   As described above, according to the present invention, an optical modulator capable of obtaining an optical output signal in which nonlinearity is suppressed while suppressing an increase in manufacturing cost, overall device cost, and deterioration in modulation characteristics. Can be provided.

1 基板
O10〜O15 光導波路
B21〜B23 分岐部
PM11〜PM14 変調導波路部
Bias11〜Bias23 位相調整部
M21〜M23 合波部
S1 信号電極
G1〜G2 接地電極
G10〜G20 張出部
9 バッファ層
10 接着層
11 支持基板
12 バッファ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate O10-O15 Optical waveguide B21-B23 Branch part PM11-PM14 Modulation waveguide part Bias11-Bias23 Phase adjustment part M21-M23 Combined part S1 Signal electrode G1-G2 Ground electrode G10-G20 Overhang part 9 Buffer layer 10 Adhesion Layer 11 Support substrate 12 Buffer layer

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導波路と、該光導波路を伝播する光を変調するための変調電極とを備えた光変調器において、
該光導波路は、2つの分岐導波路部を有するマッハツェンダー型導波路であり、
各々の分岐導波路部には、該分岐導波路部に入力された光を分岐する分岐部と、該分岐部で分岐された各光の変調が行われる2つの変調導波路部と、前記2つの変調導波路部で変調された各光を合成する合成部とが設けられ、
該変調電極は、前記2つの分岐導波路部の間に配置された信号電極と、前記2つの分岐導波路部を挟み込むように配置された2つの接地電極から構成され、
各分岐導波路部における前記2つの変調導波路部で変調された各光を合成する際の光強度が、互いに異なると共に所定の強度比を有し、
各分岐導波路部における前記2つの変調導波路部では、該変調電極による変調度が所定の比率で大きさが互いに異なるように、該接地電極の一部に、該接地電極に近接して配置された該変調導波路部の上側に部分的に重なるように張り出した張出部を設けたことを特徴とする光変調器。
In an optical modulator comprising a substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and a modulation electrode for modulating light propagating through the optical waveguide,
The optical waveguide is a Mach-Zehnder type waveguide having two branched waveguide portions,
Each branch waveguide section includes a branch section for branching light input to the branch waveguide section, two modulation waveguide sections for modulating each light branched by the branch section, and the 2 And a combining unit that combines the lights modulated by the two modulation waveguide units,
The modulation electrode is composed of a signal electrode disposed between the two branch waveguide portions and two ground electrodes disposed so as to sandwich the two branch waveguide portions,
The light intensity at the time of synthesizing each light modulated by the two modulation waveguide sections in each branch waveguide section is different from each other and has a predetermined intensity ratio,
The two modulation waveguide sections in each branch waveguide section are arranged in a part of the ground electrode and in proximity to the ground electrode so that the degree of modulation by the modulation electrode differs from each other by a predetermined ratio. An optical modulator comprising: an overhanging portion that projects so as to partially overlap an upper side of the modulated waveguide portion.
請求項1に記載の光変調器において、
該張出部は、該接地電極の他の部位よりも電極の厚さが薄いことを特徴とする光変調器。
The optical modulator according to claim 1.
The overhanging portion is an optical modulator characterized in that the electrode is thinner than other portions of the ground electrode.
請求項2に記載の光変調器において、
該変調導波路部の上側にバッファ層を介さずに該張出部が設けられると共に、該張出部の一部に該変調導波路部に沿って貫通孔が形成されていることを特徴とする光変調器。
The optical modulator according to claim 2.
The overhanging portion is provided on the upper side of the modulation waveguide portion without a buffer layer, and a through hole is formed in a part of the overhanging portion along the modulation waveguide portion. Light modulator.
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の光変調器において、
前記合成する際の光の強度比は1:α(但し、αは1より大きい数値)であり、
前記変調度の比率は、光強度の大きい光を伝播する変調導波路部を基準に1:β(但し、βは1より大きい数値)であり、
該数値αが概ね5である場合には該数値βは概ね2であり、該数値αが概ね9である場合には該数値βが概ね3であることを特徴とする光変調器。
The optical modulator according to any one of claims 1 to 3,
The intensity ratio of the light during the synthesis is 1: α (where α is a numerical value greater than 1),
The ratio of the modulation degree is 1: β (where β is a numerical value greater than 1) based on the modulation waveguide portion that propagates light with high light intensity,
An optical modulator characterized in that when the numerical value α is approximately 5, the numerical value β is approximately 2, and when the numerical value α is approximately 9, the numerical value β is approximately 3.
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