JP2725341B2 - 光変調器 - Google Patents

光変調器

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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 光変調器に関し、 高速駆動の外部光変調において、駆動電圧を低減し、
かつ、変調光波長の時間的微小変動(チャーピング)を
防止することを目的とし、 電気光学効果を有する基板上に形成された分岐光導波
路において、一方の光導波路上に、バッファ層を介して
設けられた第1の進行波信号電極と、該信号電極の外側
に、該進行波信号電極より広い幅を持つ第1の接地電極
とにより構成される非対称構造の第1の進行波型電極対
を備え、他方の光導波路上に、バッファ層を介して設け
られた第2の進行波信号電極と、該進行波信号電極の外
側に、該進行波信号電極より広い幅を持つ第2の接地電
極により構成される非対称構造の第2の進行波型電極対
を備え、前記第1と第2の進行波型電極対は、分岐光導
波路に対して対称に形成されており、前記第1と第2の
進行波型電極対には、電圧振幅が等しく極性が逆の電気
信号が同時に入力されるように光変調を構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高速の光変調を行うための光変調器の構成
に関する。
近年、光ファイバやレーザ光源の進歩・発達に伴い、
光通信をはじめ光技術を応用した各種のシステム、デバ
イスが実用化され広く利用されるようになる一方、ます
ます、その高度技術開発への要請が強まってきた。
とくに、最近の光通信システムの高速化の要求から、
光信号を送信する光送信器においても、高速で光を変調
する必要が生じてきた。
たとえば、1.6GHz程度までの低速光通信システムにお
いては、発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(L
D)などを直接変調する方式を用いてきたが、変調周波
数が高くなってある一定の周波数に近づくと、チャーピ
ング現象が発生し高速化と長距離通信への限界となる。
一方、今後ますます大容量・長距離通信の要求が強ま
ってくるので、より高速、かつ安定な光変調方式の開発
が求められている。
〔従来の技術〕
高速光変調方式としては、半導体レーザ光を外部で変
調する外部変調方式がよく知られている。
とくに、電気光学効果を有する基板上に分岐光導波路
を設け、進行波電極を用いて駆動するマッハツェンダ型
光変調器が有力視されている。
第2図はそのようなマッハツェンダ型の一例である従
来の外部光変調器の構成と駆動電圧波形を示す図であ
る。
同図(イ)は平面図(基板上の電極,導波路配置),
(ロ)は同図(イ)のx−y断面図で、3は電気光学効
果を有する基板、4は光導波路で中間に分岐光導波路
4A,4Bが形成されている。この光導波路は通常基板の表
面にTiなどの金属を、光導波路部分だけに選択的に拡散
させ、その部分の屈折率を回りの部分よりも少し大きく
なるようにしてある。10は進行波信号電極、10′は接地
電極である。5は光導波路上の金属電極層への光の吸収
を小さくするためのバッファ層で、通常、SiO2などの薄
膜が用いられている。
進行波信号電極10と接地電極10′は、バッファ層5を
介して光導波路上に、Auなどの金属を蒸着あるいはめっ
きによって形成している。
いま、直流光が左側の光導波路4から入り、分岐光導
波路4A,4Bで2つに分けられ、その間に、進行波信号電
極10に高周波変調信号電圧を印加すると、基板上に設け
られた前記分岐光導波路4A,4Bにおける電気光学効果に
よって分岐された両光に位相差が生じる。この両光を再
び合流させて、右側の一本の光導波路4から変調された
光信号出力を取り出す構成である。
前記分岐光導波路4A,4Bにおける両光の位相差がπに
なるように駆動電圧を印加すれば、光信号出力はON−OF
Fのパルス信号として得られる。なお、RTは終端抵抗で
ある。
同図(ロ)のΓAおよびΓBは各導波路における光に作
用する実効的な電界の大きさと向きを示している。な
お、同図(ハ)は駆動電圧波形の一例を示したものであ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、このような構成の光変調器においては、接地
電極10′は高周波電気信号の伝達をよくするため、図示
した如く大きくしてあり、したがって、分岐光導波路
4A,4Bに印加される電界分布は等しくなく、そのため
に、それぞれにおける光に作用する実効的な電界の大き
さΓAおよびΓBは非対称で、通常ΓAはΓBの3〜6倍程
度になる。
変調効率は(ΓA+ΓB)に比例するので、上記の如
く、ΓBがΓAに比較して非常に小さいことは変調効率が
上がらず、変調用の駆動電圧を大きくしなければならな
いことになる。
さらに、分岐導波光に対する変調電界の非対称性のた
めに、外部変調方式であるにもかかわらずチャーピング
が生じてしまうなどの問題があり、その解決が必要であ
った。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題は、電気光学効果を有する基板上に形成さ
れた分岐光導波路において、一方の光導波路上に、バッ
ファ層を介して設けられた第1の進行波信号電極と、該
信号電極の外側に、該進行波信号電極より広い幅を持つ
第1の接地電極とにより構成される非対称構造の第1の
進行波型電極対を備え、他方の光導波路上に、バッファ
層を介して設けられた第2の進行波信号電極と、該進行
波信号電極の外側に、該進行波信号電極より広い幅を持
つ第2の接地電極により構成される非対称構造の第2の
進行波型電極対を備え、前記第1と第2の進行波型電極
対は、分岐光導波路に対して対称に形成されており、前
記第1と第2の進行波型電極対には、電圧振幅が等しく
極性が逆の電気信号が同時に入力されるように構成され
た光変調によって解決される。
〔作用〕
本発明によれば、第1図において、分岐光導波路4A
よび4Bの上にバッファ層を介して、一対の進行波信号電
極1および2を進行波電気信号が相互干渉しないような
距離lを離して、接地電極1′および2′ともども対称
に配置してある。
そして、前記2つの進行波信号電極1および2に電圧
振幅が等しく、極性が逆の2つの電気信号をそれぞれ同
時に入力させると、分岐光導波路4A上で光に作用する実
効的な電界の大きさΓAと、分岐光導波路4B上で光に作
用する実効的な電界の大きさΓBは相等しく、かつ、方
向は逆向きで第2図に示した従来例の場合のΓBに比較
して、共に3〜6倍大きい値が得られる。
全体の変調効率はΓA+ΓBに比例するので、結局、変
調効率は従来例に比較して2ΓA/〔1+(1/3〜1/
6)〕ΓA=1.5〜1.7倍,言い換えれば、駆動電圧を60〜
70%に低減することができるのである。しかも、ΓA
ΓBは等しいので変調電界の非対称性に基づくチャーピ
ングの発生を防止できるのである。
〔実施例〕
第1図は本発明の光変調器の構成と駆動電圧波形を示
す図で、1は第1の進行波信号電極、1′は第1の接地
電極、2は第2の進行波信号電極、2′は第2の接地電
極である。
基板3には大きさ30mm×5mm,厚さ1mmのLiNbO3のZ板
の表面を鏡面研磨して使用した。
この基板の上にTiを約90nmの厚さに真空蒸着し、分岐
光導波路4Aおよび4Bを含む光導波路4に相当する部分に
Tiが残るように通常のホトエッチング法で処理したの
ち、約800℃でTiをLiNbO3中に熱拡散して全光導波路4
を形成した。
分岐光導波路部分の長さは15mm,光導波路の幅は全て
7〜11μmになるように調整した。
次いで、バッファ層としてSiO2を300nmの厚さにスパ
ッタ法で形成した。
進行波信号電極1および2はTi−Au合金膜を蒸着した
のち、光導波路4の上に幅10μmの電極形状にパターン
エッチングし、さらに、その上に厚さ3μmのAuをめっ
きにより付着形成した。両電極の間の距離lは1mmとし
た。同図(イ),(ロ)に示したように電極は対称型に
配置した。
接地電極1′および2′は進行波信号電極と同様のプ
ロセスで進行波信号電極を形成する工程で同時に形成
し、それぞれ第1の進行波型電極対、第2の進行波型電
極対とした。接地電極と進行波信号電極の間隔は20μm
とし接地電極はできるだけ大きくなるように設計した。
同図(ハ)は駆動電圧波形で、2つの進行波信号電極
1および2に電圧振幅が等しく、極性が逆の2つの電気
信号をそれぞれ同時に入力させるように、駆動電圧電源
,により駆動した。終端抵抗RTは進行波信号電極1
および2の特性インピーダンスにあわせて50Ωになるよ
うに調整した。
以上説明した本発明の構成により、5GHz,2vの変調信
号電圧を印加したところ、チャーピングのないきれいな
変調光信号出力が得られた。
これは、従来法による同様の条件における駆動電圧3v
に比較して、1vの低電圧化が可能となっただけでなく、
変調光信号出力の高品質化にも効果を上げることができ
た。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の光変調器は高周波変調
のための高速駆動において、低電圧化を可能とし、か
つ、チャーピングを防止できるので、高周波・長距離光
通信用の光変調器の性能向上に寄与するところが極めて
大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光変調器の構成と駆動電圧波形を示す
図、 第2図は従来の外部光変調器の構成と駆動電圧波形を示
す図である。 図において、 1は第1の進行波信号電極、1′は第1の接地電極、2
は第2の進行波信号電極、2′は第2の接地電極、3は
基板、4は光導波路、4A,4Bは分岐光導波路、5はバッ
ファ層である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電気光学効果を有する基板上に形成された
    分岐光導波路において、 一方の光導波路上に、バッファ層を介して設けられた第
    1の進行波信号電極と、該信号電極の外側に、該進行波
    信号電極より広い幅を持つ第1の接地電極とにより構成
    される非対称構造の第1の進行波型電極対を備え、 他方の光導波路上に、バッファ層を介して設けられた第
    2の進行波信号電極と、該進行波信号電極の外側に、該
    進行波信号電極より広い幅を持つ第2の接地電極により
    構成される非対称構造の第2の進行波型電極対を備え、 前記第1と第2の進行波型電極対は、分岐光導波路に対
    して対称に形成されており、 前記第1と第2の進行波型電極対には、電圧振幅が等し
    く極性が逆の電気信号が同時に入力されることを特徴と
    する光変調器。
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