JP2890585B2 - 光変調器 - Google Patents
光変調器Info
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/01—Devices 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
- G02F1/03—Devices 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
- G02F1/035—Devices 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
- G02F1/0356—Devices 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 controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide structure
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器において、低ビットレートの
変調用電気信号から高ビットレートの変調光信号を得る
ことを目的とし、 電気光学効果を有する基板上に、第１の光導波路と第
２の光導波路とに分岐する光導波路を有し、該第１の光
導波路上に第１の信号電極と、第２の光導波路上に第２
の信号電極とが配置されたマッハツェンダ型の光変調器
において、該第１の信号電極と第２の信号電極とに周期
が等しく半周期ずれた別々の変調用電気パルス信号が印
加されると、該光導波路の光出力端から出射する光が、
該変調用電気パルスの半分の周期をもつ変調光パルス出
力として取り出されるように光変調器を構成する。
変調用電気信号から高ビットレートの変調光信号を得る
ことを目的とし、 電気光学効果を有する基板上に、第１の光導波路と第
２の光導波路とに分岐する光導波路を有し、該第１の光
導波路上に第１の信号電極と、第２の光導波路上に第２
の信号電極とが配置されたマッハツェンダ型の光変調器
において、該第１の信号電極と第２の信号電極とに周期
が等しく半周期ずれた別々の変調用電気パルス信号が印
加されると、該光導波路の光出力端から出射する光が、
該変調用電気パルスの半分の周期をもつ変調光パルス出
力として取り出されるように光変調器を構成する。
本発明は、高ビットレートで光変調を行うための光変
調器の構成と駆動方法に関する。
調器の構成と駆動方法に関する。
最近の光通信システムの光送信系において、たとえ
ば、1.6GHz程度までの光通信システムにおいては、レー
ザダイオード（LD）を直接変調する方式を用いてきた
が、変調周波数がより高くなると、変調光波長の時間的
微小変動，いわゆる、チャーピング現象が起こり高速化
と長距離通信への限界となる。
ば、1.6GHz程度までの光通信システムにおいては、レー
ザダイオード（LD）を直接変調する方式を用いてきた
が、変調周波数がより高くなると、変調光波長の時間的
微小変動，いわゆる、チャーピング現象が起こり高速化
と長距離通信への限界となる。
また、変調用の電気信号を得るための駆動回路の高ビ
ットレート化は、光の変調技術に比較して遅れており、
低ビットレートの電気信号を用いてより高いビットレー
トの変調光信号を得る技術の開発が求められている。
ットレート化は、光の変調技術に比較して遅れており、
低ビットレートの電気信号を用いてより高いビットレー
トの変調光信号を得る技術の開発が求められている。
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。
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。
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４図は従来のマッハツェンダ型外部光変調器の構成
例を示す図で、同図（イ）は上面図で主として基板上の
電極，導波路配置を示し、同図（ロ）は同図（イ）のＹ
−Ｙ′断面図である。
例を示す図で、同図（イ）は上面図で主として基板上の
電極，導波路配置を示し、同図（ロ）は同図（イ）のＹ
−Ｙ′断面図である。
図中、10は電気光学効果を有する基板、２は光導波路
で中間に分岐光導波路2a,2b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。30は信号電
極で，たとえば進行波信号電極、40は接地電極である。
７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。
で中間に分岐光導波路2a,2b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。30は信号電
極で，たとえば進行波信号電極、40は接地電極である。
７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。
信号電極30と接地電極40は、バッファ層７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。
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、半導体レーザ５からの直流光が左側の光導波路
２から入り、分岐光導波路2a,2bで２つに分けられ、そ
こを通過する間に、信号電極30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2a,2
b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。この両光を再び合波点21で合流させて右側
の光導波路２の出力射端から変調された光信号出力を取
り出すよう構成する。
２から入り、分岐光導波路2a,2bで２つに分けられ、そ
こを通過する間に、信号電極30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2a,2
b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。この両光を再び合波点21で合流させて右側
の光導波路２の出力射端から変調された光信号出力を取
り出すよう構成する。
第５図は従来の外部光変調器の動作特性を示す図で、
同図（イ）は変調特性、同図（ロ）は駆動電圧波形、同
図（イ）は光出力波形である。
同図（イ）は変調特性、同図（ロ）は駆動電圧波形、同
図（イ）は光出力波形である。
すなわち、前記分岐光導波路2a,2bにおける両光の位
相差が０およびπになるように駆動電圧（０およびＶ
π）を印加すれば、光信号出力はON−OFFのパルス信号
として得られるのである。
相差が０およびπになるように駆動電圧（０およびＶ
π）を印加すれば、光信号出力はON−OFFのパルス信号
として得られるのである。
しかし、上記従来例の光変調器においては、変調信号
光のビットレートは変調用の電気信号のビットレートと
対応しているので、変調光の帯域を広げるには変調用電
気信号の高周波化が必要となる。現在、光通信における
変調器用ドライバ回路に実用化されている，たとえば、
5vレベルのドライバICは未だ2.4Gb/s程度が限界であ
り、外部光変調器の帯域の拡大を阻害する重大な問題と
なっており、その解決が求められていた。
光のビットレートは変調用の電気信号のビットレートと
対応しているので、変調光の帯域を広げるには変調用電
気信号の高周波化が必要となる。現在、光通信における
変調器用ドライバ回路に実用化されている，たとえば、
5vレベルのドライバICは未だ2.4Gb/s程度が限界であ
り、外部光変調器の帯域の拡大を阻害する重大な問題と
なっており、その解決が求められていた。
上記の課題は、電気光学効果を有する基板10上に、第
１および第２の分岐光導波路2a,2bお有する光導波路２
を設け、前記第１の分岐光導波路2aと第２の分岐光導波
路2bの中を伝送される光の間に位相差を生じさせるよう
に、前記第１および第２の分岐光導波路2a,2bにそれぞ
れ第１の信号電極3aおよび第１の接地電極4aと第２の信
号電極3bおよび第２の接地電極4bとを対称電極配置にお
いて配設したマッハツェンダ型光変調器において、 前記第１の信号電極3aと第２の信号電極3bに、周期
（t1）が等しく半周期ずれた別々の変調用電気パルス信
号（ＡおよびＢ）をそれぞれ印加して、前記光導波路２
の光出射端から出射する光を前記変調用電気パルス信号
（ＡおよびＢ）の周期（t1）の半分の周期（t0）の強度
変調された変調光パルス出力として取り出すように光変
調器を構成することによって解決することができる。
１および第２の分岐光導波路2a,2bお有する光導波路２
を設け、前記第１の分岐光導波路2aと第２の分岐光導波
路2bの中を伝送される光の間に位相差を生じさせるよう
に、前記第１および第２の分岐光導波路2a,2bにそれぞ
れ第１の信号電極3aおよび第１の接地電極4aと第２の信
号電極3bおよび第２の接地電極4bとを対称電極配置にお
いて配設したマッハツェンダ型光変調器において、 前記第１の信号電極3aと第２の信号電極3bに、周期
（t1）が等しく半周期ずれた別々の変調用電気パルス信
号（ＡおよびＢ）をそれぞれ印加して、前記光導波路２
の光出射端から出射する光を前記変調用電気パルス信号
（ＡおよびＢ）の周期（t1）の半分の周期（t0）の強度
変調された変調光パルス出力として取り出すように光変
調器を構成することによって解決することができる。
本発明の構成によれば、対称電極配置されたマッハツ
ェンダ型光変調器の第１および第２の分岐光導波路2a,2
bのそれぞれの上に形成された第１の信号電極3aと第２
の信号電極3bに、周期（t1）が等しく半周期ずれた別々
の変調用電気パルス信号（ＡおよびＢ）をそれぞれ印加
して、両分岐光導波路2a,2bの光を合流させると、光導
波路２の光出射端から出射する強度変調された光パルス
の周期（t0）は、前記変調用電気パルス信号（Ａおよび
Ｂ）の周期（t1）の半分の周期（t1/2）の変調光パルス
出力として取り出すことができるので、低ビットレート
の変調用電気信号で２倍の高ビットレートの光変調が可
能となる。
ェンダ型光変調器の第１および第２の分岐光導波路2a,2
bのそれぞれの上に形成された第１の信号電極3aと第２
の信号電極3bに、周期（t1）が等しく半周期ずれた別々
の変調用電気パルス信号（ＡおよびＢ）をそれぞれ印加
して、両分岐光導波路2a,2bの光を合流させると、光導
波路２の光出射端から出射する強度変調された光パルス
の周期（t0）は、前記変調用電気パルス信号（Ａおよび
Ｂ）の周期（t1）の半分の周期（t1/2）の変調光パルス
出力として取り出すことができるので、低ビットレート
の変調用電気信号で２倍の高ビットレートの光変調が可
能となる。
第１図は本発明による基本的な装置構成例を示す図
で、図中、１は対称電極配置されたマッハツェンダ型の
光変調器、５は光源，たとえば、半導体レーザ（LD）、
９は光ファイバ、６は光検知器（DET）である。8aは第
１の変調用駆動回路、8bは第２の変調用駆動回路で、第
１および第２の分岐光導波路のそれぞれの上に形成され
た第１の信号電極と第２の信号電極に、周期（t1）が等
しく半周期ずれた別々の変調用電気パルス信号（Ａおよ
びＢ）をそれぞれ印加するようにしてある。
で、図中、１は対称電極配置されたマッハツェンダ型の
光変調器、５は光源，たとえば、半導体レーザ（LD）、
９は光ファイバ、６は光検知器（DET）である。8aは第
１の変調用駆動回路、8bは第２の変調用駆動回路で、第
１および第２の分岐光導波路のそれぞれの上に形成され
た第１の信号電極と第２の信号電極に、周期（t1）が等
しく半周期ずれた別々の変調用電気パルス信号（Ａおよ
びＢ）をそれぞれ印加するようにしてある。
光変調器１の光出射端からは、強度変調された光パル
スの周期（t0）が前記変調用電気パルス信号（Ａおよび
Ｂ）の周期（t1）の半分の周期（t1/2）の変調光パルス
出力（Ｃ′）として光ファイバに導入されるように構成
されている。
スの周期（t0）が前記変調用電気パルス信号（Ａおよび
Ｂ）の周期（t1）の半分の周期（t1/2）の変調光パルス
出力（Ｃ′）として光ファイバに導入されるように構成
されている。
第２図は本発明の実施例素子を示す上面図で、図示し
たごとく対称電極配置の構成になるものである。
たごとく対称電極配置の構成になるものである。
なお、前記の諸図面で説明したものと同等の部分につ
いては同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明
は省略する。
いては同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明
は省略する。
基板10には大きさ60mm×3mm,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
100nmの厚さに真空蒸着し、分岐光導波路2aおよび2bを
含む光導波路２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1050℃，酸素中で
10時間加熱しTiをLiNbO3中に熱拡散して深さ約５μｍの
分岐光導波路2aおよび2bを含む光導波路２を形成した。
の表面を鏡面研磨して使用した。この基板の上にTiを約
100nmの厚さに真空蒸着し、分岐光導波路2aおよび2bを
含む光導波路２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1050℃，酸素中で
10時間加熱しTiをLiNbO3中に熱拡散して深さ約５μｍの
分岐光導波路2aおよび2bを含む光導波路２を形成した。
分岐光導波路部分の長さは40mm,光導波路の幅は全て
７μｍになるように調整した。分岐光導波路2aおよび2b
の間隔は約1mmとした。
７μｍになるように調整した。分岐光導波路2aおよび2b
の間隔は約1mmとした。
次いで、バッファ層７としてSiO2を500nmの厚さにス
パッタ法で形成した。
パッタ法で形成した。
第１の信号電極3aおよび第２の信号電極3bはTi−Au合
金膜を蒸着したのち、分岐光導波路2aおよび2bの上に幅
９μｍ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８μｍのAuをめっきにより付着形成した。第
１の接地電極4aと第２の接地電極4bは信号電極と同様の
プロセスで信号電極形成と同時形成した。接地電極と信
号電極の間隔はそれぞれ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。なお、RTは終端抵抗であ
る。
金膜を蒸着したのち、分岐光導波路2aおよび2bの上に幅
９μｍ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８μｍのAuをめっきにより付着形成した。第
１の接地電極4aと第２の接地電極4bは信号電極と同様の
プロセスで信号電極形成と同時形成した。接地電極と信
号電極の間隔はそれぞれ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。なお、RTは終端抵抗であ
る。
いま、第１の信号電極3aと第２の信号電極3bに、周期
（t1）が等しく半周期ずれた別々の変調用電気パルス信
号（A,たとえば、011001およびB,たとえば、010110）を
それぞれ印加すると、光変調器１の光出射端からは、強
度変調された光パルスの周期が前記変調用電気パルス信
号（ＡおよびＢ）の周期の半分の周期（t1/2）の，すな
わち、２倍のビットレートの変調光パルス出力（Ｃ′，
たとえば、1011010001）が得られる。
（t1）が等しく半周期ずれた別々の変調用電気パルス信
号（A,たとえば、011001およびB,たとえば、010110）を
それぞれ印加すると、光変調器１の光出射端からは、強
度変調された光パルスの周期が前記変調用電気パルス信
号（ＡおよびＢ）の周期の半分の周期（t1/2）の，すな
わち、２倍のビットレートの変調光パルス出力（Ｃ′，
たとえば、1011010001）が得られる。
第３図は本発明実施例の動作状態を説明する図で、同
図（イ）は変調特性を、同図（ロ）〜（チ）は本発明の
動作を分かり易く一例として示したものである。
図（イ）は変調特性を、同図（ロ）〜（チ）は本発明の
動作を分かり易く一例として示したものである。
すなわち、同図（イ）の変調特性から、同図（ロ）に
示したごとき直流光が光導波路２の光入射端から入射し
た時、両分岐導波路のパルス信号入力端に印加される信
号レベルがＶπと０のごとく異なる場合は位相差φ
2a-2b＝πとなり，したがって、光出力は０となり、一
方、両分岐導波路のパルス信号入力端に印加される信号
レベルが０と0,または、ＶπとＶπのごとく同一の場合
は位相差φ2a-2b＝０となり，したがって、光出力は１
となる。
示したごとき直流光が光導波路２の光入射端から入射し
た時、両分岐導波路のパルス信号入力端に印加される信
号レベルがＶπと０のごとく異なる場合は位相差φ
2a-2b＝πとなり，したがって、光出力は０となり、一
方、両分岐導波路のパルス信号入力端に印加される信号
レベルが０と0,または、ＶπとＶπのごとく同一の場合
は位相差φ2a-2b＝０となり，したがって、光出力は１
となる。
そこで，いま、同図（ハ）および（ニ）に示したよう
な、周期がいずれもt1で位相が，たとえば、t1/2だけず
れた２つのランダムパルス信号ＡおよびＢを印加する
と、上述の関係から下記の表のごとき論理式が成立す
る。
な、周期がいずれもt1で位相が，たとえば、t1/2だけず
れた２つのランダムパルス信号ＡおよびＢを印加する
と、上述の関係から下記の表のごとき論理式が成立す
る。
したがって、分岐光導波路2aおよび2bのそれぞれで位
相変調された光を合波点21で合流して外部へ取り出す
と、同図（ホ）に示したごとく周期t0＝t1/2の強度変調
された変調光パルス出力Ｃ′が得られる。
相変調された光を合波点21で合流して外部へ取り出す
と、同図（ホ）に示したごとく周期t0＝t1/2の強度変調
された変調光パルス出力Ｃ′が得られる。
この変調光パルス出力Ｃ′を光検知器６で受光して、
そのまゝ電気信号に復調すれば同図（ヘ）に示したごと
き周期t0＝t1/2の，すなわち、元の変調用電気パルス信
号ＡおよびＢの２倍のビットレートの変調電気パルス信
号Ｃが得られる。
そのまゝ電気信号に復調すれば同図（ヘ）に示したごと
き周期t0＝t1/2の，すなわち、元の変調用電気パルス信
号ＡおよびＢの２倍のビットレートの変調電気パルス信
号Ｃが得られる。
以上述べた実施例は例を示したもので、本発明の趣旨
に添うものである限り、使用する素材やプロセス構成な
ど適宜好ましいもの、あるいはその組み合わせを用いる
ことができることは言うまでもない。
に添うものである限り、使用する素材やプロセス構成な
ど適宜好ましいもの、あるいはその組み合わせを用いる
ことができることは言うまでもない。
以上説明したように、本発明の構成によれば、対称電
極配置されたマッハツェンダ型光変調器の第１および第
２の分岐光導波路2a,2bのそれぞれの上に形成された第
１の信号電極3aと第２の信号電極3bに、周期（t1）が等
しく位相が半周期ずれた別々の変調用電気パルス信号
（ＡおよびＢ）をそれぞれ印加して、両分岐光導波路2
a,2bの光を合流させると、光導波路２の光出射端から出
射する強度変調された光パルスの周期（t0）は、前記変
調用電気パルス信号（ＡおよびＢ）の周期（t1）の半分
の周期（t1/2）の変調光パルス出力として取り出すこと
ができるので、低ビットレートの変調用電気信号で２倍
の高ビットレートの光変調が可能となり、高周波・長距
離光通信用の光変調器の帯域の拡大および機能の向上に
寄与するところが極めて大きい。
極配置されたマッハツェンダ型光変調器の第１および第
２の分岐光導波路2a,2bのそれぞれの上に形成された第
１の信号電極3aと第２の信号電極3bに、周期（t1）が等
しく位相が半周期ずれた別々の変調用電気パルス信号
（ＡおよびＢ）をそれぞれ印加して、両分岐光導波路2
a,2bの光を合流させると、光導波路２の光出射端から出
射する強度変調された光パルスの周期（t0）は、前記変
調用電気パルス信号（ＡおよびＢ）の周期（t1）の半分
の周期（t1/2）の変調光パルス出力として取り出すこと
ができるので、低ビットレートの変調用電気信号で２倍
の高ビットレートの光変調が可能となり、高周波・長距
離光通信用の光変調器の帯域の拡大および機能の向上に
寄与するところが極めて大きい。
第１図は本発明による基本的な装置構成例を示す図、 第２図は本発明の実施例素子を示す上面図、 第３図は本発明実施例の動作状態を説明する図、 第４図は従来のマッハツェンダ型外部光変調器の構成例
を示す図、 第５図は従来の外部光変調器の動作特性を示す図であ
る。 図において、 １は光変調器、２は光導波路、 2aは第１の分岐光導波路、 2bは第２の分岐光導波路、 3aは第１の信号電極、3bは第２の信号電極、 4aは第１の接地電極、4bは第２の接地電極、 ５は光源、６は光検知器、７はバッファ層、 8aは第１の変調用駆動回路、 8bは第２の変調用駆動回路 ９は光ファイバ、10は基板である。
を示す図、 第５図は従来の外部光変調器の動作特性を示す図であ
る。 図において、 １は光変調器、２は光導波路、 2aは第１の分岐光導波路、 2bは第２の分岐光導波路、 3aは第１の信号電極、3bは第２の信号電極、 4aは第１の接地電極、4bは第２の接地電極、 ５は光源、６は光検知器、７はバッファ層、 8aは第１の変調用駆動回路、 8bは第２の変調用駆動回路 ９は光ファイバ、10は基板である。
Claims (1)
- 【請求項１】電気光学効果を有する基板上に、第１の光
導波路と第２の光導波路とに分岐する光導波路を有し、
該第１の光導波路上に第１の信号電極と、第２の光導波
路上に第２の信号電極とが配置されたマッハツェンダ型
の光変調器において、 該第１の信号電極と第２の信号電極とに周期が等しく半
周期ずれた別々の変調用電気パルス信号が印加される
と、該光導波路の光出力端から出射する光が、該変調用
電気パルスの半分の周期をもつ変調光パルス出力として
取り出されることを特徴とする光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1344074A JP2890585B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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