JP3556873B2 - Optical modulation method and optical modulator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光変調方法及び光変調器に関し、さらに詳しくは、高速・大容量の光ファイバ通信システムや光計測器などの好適に用いることができる光変調方法及び光変調器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の高速・大容量光ファイバ通信システムにおける進歩に伴い、広帯域特性及び低チャープ特性、並びに伝搬損失が小さいなどの理由から、従来のレーザダイオードの直接変調に代わって、ニオブ酸リチウム(LiNbO3 :以下、LNと略す場合がある)を用いた導波路型の光変調器の実用化が進められている。
この光変調器はその駆動方法によって大きく3つに分類される。
【0003】
その一つは集中定数型といわれるもので、光変調器の変調用電極の開放端に平行電極を配置した構成を有する。そして、信号発生器の出力から直接信号を印加して光波の変調を行う。他の一つは、進行波型といわれるもので、光変調器の変調用電極にマイクロ進行波を印加し、光導波路中の光波との速度整合を取りながら光波の変調を行うものである。
最後の一つは共振型といわれるもので、複数の共振電極を用いることによりこれら複数の共振電極のそれぞれに変調信号を誘起させ、この変調信号によって光波の変調を行うものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
集中定数型は、平行電極を長くすることにより変調領域を拡大することができ、これにより光波の変調をより効率的に行うことができる。しかしながら、平行電極を長くすると自己のキャパシタンス成分が増大し、並列キャパシタンスによる帯域が制限されてしまうという現象が生じる。このため、実際には数100MHz程度までの変調しか行うことができず、高速光変調には使用することができないという問題があった。
また、進行波型は、光波とマイクロ進行波との速度整合を取りながら変調を行うものであるため、自己のキャパシタンスの影響を受けることがない。このため、数十GHz程度までの変調を行うことができ、大幅な広帯域化を実現することができる。このため、現在の光変調器の主流をなしているが、動作電圧が高いという問題がある。
【0005】
さらに、共振型は現状では研究の段階にあり、実用レベルには達していない。また、共振原理を用いているため挟帯域な用途に限定される。そして、単位長当たりの動作電圧は進行波型よりも小さくできる一方で、一個当たりの共振電極長が数mm以下と短いため、実用的な変調を行うためには上述したように複数の共振電極を用いる必要がある。したがって、これら複数の共振電極を光波との速度整合が取るように設計・配置することは極めて困難である。
【0006】
本発明は、低い動作電圧で光波の変調を効率的に行うことが可能な新規な光変調方法及び光変調器を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明の光変調方法は、いわゆる導波路型光変調器における変調用電極の電極長の全体に亘って定在波型の変調信号を発生させ、この定在波型の変調信号における同符号の振幅成分のみによって光導波路中を導波する光波を変調するものである。
【0008】
一般に、定在波は入射波とこの入射波が開放端又は短絡端で反射することにより生じた反射波とが互いに干渉して生じるものである。したがって、定在波の腹の部分は入射波単独の場合の2倍になっている。すなわち、定在波型の変調信号は、その腹の部分がマイクロ進行波に代表される、外部電源からの入射変調信号の2倍になっている。
本発明においては、このような定在波型の変調信号を変調用電極の電極長の全体に亘って発生させるとともに、この定在波型の変調信号の同符号成分のみを用いて変調するようにしている。
【0009】
上記のような2倍の振幅成分を有する定在波型の変調信号を用いた場合においても、この変調信号の全体(全振幅成分)を用いて光波の変調を行うと、異符号の振幅成分による変調は互いに打ち消し合ってしまう。このため、光波の変調をほとんど行うことができなくなってしまう。
これに対し、本発明では定在波型の変調信号の同符号振幅成分のみを用いて変調を行う。したがって、上記のように変調が互いに打ち消し合うことがなくなり、定在波型の変調信号における2倍の振幅成分によって光波の変調を行うことができるようになる。すなわち、本発明の光変調方法においては、進行波型の光変調器のマイクロ進行波などの入射変調信号に対して2倍の振幅を有する定在波型の変調信号を用いて変調を行う。
【0010】
一方、進行波型の光変調器においては、光波とマイクロ進行波との速度を完全に整合させることはできないため、実際の変調は入射変調信号であるマイクロ進行波の振幅よりも小さい振幅で行なわれる。
したがって、同一の変調を行うに際し本発明の光変調方法によれば、進行波型の光変調器などにおける従来の光変調方法と比較して半分以下の動作電圧で行うことができる。このため、進行波型光変調器に代表される従来の光変調器に対して動作電圧を大きく低減させることができる。すなわち、本発明の光変調方法によれば極めて低い動作電圧で効率的に光波の変調を行うことができる。
【0011】
また、本発明において、上記定在波型の変調信号は外部電源から変調用信号に入射させた入射変調信号を、この変調用電極の終端で反射させて得ることができる。この場合、本発明に用いる導波路型光変調器の変調用電極の長さは、前記入射変調信号の波長λに対して、変調用電極の終端が短絡端である場合はλ/2×n(n:自然数)とし、変調用電極の終端が開放端である場合は(n+1/2)×λ/2(n:自然数)とする。さらに、この変調用電極をλを周期として屈曲させ、その凸部面の幅又は凹部面の幅がλ/2となるようにする。
【0012】
図1は、このような変調用電極の構成を示す模式図である。
図1に示す変調用電極1は、A→B→C→D→Eで示される屈曲周期の長さが入射変調信号の波長λと等しくなるようにして凹凸状に形成されている。そして、A→Bで示される凸部面2の幅がλ/2となるように形成されている。また、変調用電極1の終端Zは、短絡端を構成している。したがって、変調用電極の全体の長さは、入射変調信号の波長λに対して定在波型の変調信号を生成すべく、約7/2λに設定されている。これは、上記λ/2×n(n:自然数)なる式において、n=7に相当する場合である。
【0013】
図2は、図1に示す変調用電極1に発生する定在波型の変調信号を模式的に示す図である。
図1に示す変調用電極1において、その一端であるA点から入射変調信号を取り込むと、変調用電極1には、図2に示すような定在波型の変調信号が生じる。すなわち、λ/2の幅を有する凸部面2に半波長分の定在波型の変調信号が生じる。そして、この定在波型の変調信号はそれぞれの凸部面2において同符号の振幅成分を有する。したがって、変調用電極1の凸部面2を光導波路に近接させることにより、同符号の定在波型の変調信号で光波を変調することができる。
【0014】
なお、この場合においては前記凸部面と対をなす凹部面3にも定在波型の変調信号が生じるが、この変調信号の振幅成分は凸部面2における変調信号の振幅成分と比較して小さい。したがって、通常は半波長分の定在波型の変調信号が発生している凸部面2を光導波路に近接させる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面と関連させながら、発明の実施の形態に即して詳細に説明する。
図3は、本発明の光変調器の一例を模式的に示す平面図である。なお、本発明の特徴を明確にすべく、図3に示す光変調器は、その構成及び各部の寸法などについては実際のものと異なるように描いている。
図3に示す導波路型の光変調器20は、電気光学効果を有する材料からなる基板11と、光導波路12と変調用電極14とを具えている。さらに、光導波路12は2本の分岐光導波路13−1及び13−2を有している。また、変調用電極14は、屈曲周期P→Q→R→S→Tが、外部電源15から入射される入射変調信号の波長λと等しくなるようにして凹凸状に形成されている。そして、変調用電極14の凹部面14Aの幅Wが、λ/2となるようにして形成されている。
【0016】
なお、変調用電極の一方の端部Pには外部電源15が取り付けられ、他方の端部14Eは開放されている。したがって、図3に示す光変調器20においては、端部14Eで波長λの入射変調信号を反射させ、変調用電極14の全体に亘って波長λを有する前記入射変調信号に対して定在波型の変調信号を発生させるべく、その全体の長さは7/4λに設定している。すなわち、上記(n+1/2)×λ/2(n:自然数)なる式において、n=3とした場合である。
【0017】
外部電源15から変調用電極14に波長λの入射変調信号が入射されると、図4に示す変調用電極14の屈曲周期に応じ、変調用電極14の凹部面14A及び14C、並びに凸部面14B及び14Dには、図5に示すような定在波型の変調信号が発生する。すなわち、凹部面14A及び14Cには波長λ/2の定在波型の変調信号が生成され、凸部面14Bには、例えばこの凸部面14Bの幅をW/3とすると、凹部面に生成された変調信号と振幅と極性の異なる波長約λ/6の変調信号が生成される。
凹部面及び凸部面に生成される変調信号の波長の大きさは、変調用電極14の屈曲周期P→Q→R→S→Tに対する、凹部面の幅P→Q及び凸部面の幅R→Sに応じて決定されている。すなわち、凹部面は屈曲周期に対して約半分の幅を有し、凸部面は屈曲周期に対して約1/6の幅を有するため、入射変調信号の波長λに対してそれぞれ上記のような大きさの波長を有する定在波型の変調信号が生成される。
【0018】
なお、変調用電極14の端部14Eは開放端であり、この部分で入射変調信号を反射させ、変調用電極14の全体に亘って定在波型の変調信号を発生させるものである。したがって、端部14Eには定在波型の変調信号の腹の部分が位置する。そして、端部Eが位置する凸部面14Dは、凸部面14Bの約半分の幅を有している。このため、凸部面14Dに生成される定在波型の変調信号は、凸部面14Bに生成される定在波型の変調信号と同じ極性の振幅を有し、波長の大きさが約半分のλ/12となる。
【0019】
光変調器20における光導波路12の入射口12Aから導入された光波は、分岐点12Bで分岐した後、分岐光導波路13−1及び13−2を導波する。そして、分岐光導波路13−1を導波する光波は、図5に示す変調用電極14の凹部面14A及び14Cに生成された定在波型の変調信号で変調を受ける。一方、分岐光導波路13−2を導波する光波は、変調用電極14の凸部面14B及び14Dで生成された定在波型の変調信号で変調を受ける。そして、変調受けた光波は結合点12Cで結合し、光導波路12の出射口12Dから取り出される。
【0020】
図5及び前述した内容から明らかなように、凹部面と凸部面とに生成される定在波型の変調信号の振幅の極性は互いに異なる。このため、分岐光導波路13−1及び13−2を導波する光波は、それぞれ互いに逆向きの変調を受けることになる。
上述したように、定在波型の変調信号自体が大きな振幅を有するため、これ自体において進行波型の変調信号よりも光波を大きく変調することができる。さらに、図3に示す光変調器20においては、振幅極性の異なる2種類の定在波型の変調信号によって、分岐光導波路を導波するそれぞれの光波を互いに逆向きに変調している。したがって、光導波路12から取り出された光波は相当程度に大きな変調を受けることになる。
【0021】
図3に示す構成の光変調器を用いた場合、同じ長さの変調用電極を有する進行波型の光変調器に対して2〜4倍の変調を行うことができる。したがって、このような進行波型の光変調器に対し、同程度の変調を行う場合、動作電圧を約1/2〜1/4に低下させることができる。
【0022】
図3に示す光変調器20は、変調用電極14の終端に相当する端部14Eを開放端にしているが、図1に示す変調用電極の場合と同様に短絡端とすることもできる。
このように入射変調信号を反射させる終端部分を開放端又は短絡端とすることにより、上記λ/2×n(n:自然数)及び(n+1/2)×λ/2(n:自然数)なる式からも明らかなように、変調用電極に1/2波長ピッチの定在波型の変調信号を生成することができる。このため、定在波型の腹の部分の振幅の大きさを入射変調信号のほぼ2倍とすることができる。したがって、より大きな変調信号で光波を変調することができ、これにより光変調器の動作電圧をより低減することができる。
【0023】
しかしながら、変調用電極の終端部は、図1に示すように短絡端とすることが好ましい。変調用電極の終端部を開放端とすると、その終端部には定在波型の変調信号における腹の部分が位置する。すると、例えば図3に示す光変調器の場合、変調用電極の終端部に相当する端部14Eが位置する凸部面14Dに生成される定在波型の変調信号は、終端部が位置しない凸部面14Bに生成される変調信号の半波長分の大きさのものしか生成されない。
【0024】
これに対して、例えば端部14Eを短絡端とすると、この部分には定在波型の変調信号の節の部分が位置する。したがって、凸部面14Dに生成される 変調信号と凸部面14Bに生成される変調信号とは同じ大きさの波長を有するようになる。このため、変調用電極の終端部を開放端にした場合と比較して、変調信号の同符号振幅成分の成分量が増大する。よって、光導波路を導波する光波をより大きく変調することができ、その結果、光変調器の動作電圧をより低減することができる。
【0025】
図3に示す光変調器20においては、上述したように分岐光導波路13−1及び13−2を導波するそれぞれの光波を、凹部面及び凸部面に生成され、互いに極性の異なる同符号振幅成分を有する定在波型の変調信号で同時に変調している。
しかしながら、凹部面及び凸部面のどちらか一方に生成された同符号の振幅成分を有する定在波型の変調信号のみで、分岐光導波路13−1及び13−2のどちらか一方を導波する光波のみを変調させることもできる。
また、凹部面及び凸部面に形成される同符号の振幅成分は、図2に示すようなどちらか一方の振幅成分を大きくして、分岐光導波路のどちらか一方をより大きく変調することができる。また、凹部面及び凸部面に形成される振幅成分の大きさを同じにして、双方の分岐光導波路を導波する光波を等しく変調することもできる。
【0026】
定在波型の変調信号は、進行波型の光変調器におけるマイクロ進行波などの進行波型の変調信号と比較して、変調に寄与する振幅成分が極めて大きい。このため、2本の分岐光導波路を導波する光波を、それぞれ極性の異なる同符号の振幅成分の変調信号で逆向きに変調させることなく、一方の分岐光導波路を導波する光波のみをどちらか一方の極性の同符号振幅成分の変調信号で変調させても十分大きな変調を加えることができる。したがって、この場合においても、進行波型の光変調器と比較して動作電圧を低減することができる。
【0027】
例えば、図3に示す光変調器20の場合、変調用電極14の凹部面14A及び14Cを分岐光導波路13−1に近接させて配置するとともに、凸部面14B及び14Dを分岐光導波路13−2から隔離させて配置することにより、λ/2の大きさの同符号振幅成分を有する変調信号で、分岐光導波路13−1を導波する光波のみを変調する。
また、変調用電極14の凹部面14A及び14Cを分岐光導波路13−1から隔離させて配置するとともに、凸部面14B及び14Dを分岐光導波路13−2に近接させて配置することにより、約λ/6及び約λ/12の大きさの同符号振幅成分を有する変調信号で、分岐光導波路13−2を導波する光波のみを変調する。
【0028】
なお、以上においてはマッハツエンダー型の光導波路について説明したが、本発明の光変調方法及び光変調器は、このようにマッハツエンダー型の光導波路に限定されるものではない。例えば、分岐光導波路を持たない一本の光導波路からなる位相変調器などにも用いることができる。
【0029】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
(実施例)
本実施例では、図6に示すような光変調器30を用い、その変調特性と動作電圧について調べた。
基板21としてニオブ酸リチウムのZカット板を用い、この基板21の主面21A上に、スピンコータを用いてフォトレジストを0.5μmの厚さに形成した後、露光及び現像処理を行って、現像幅7μmの光導波路パターンを形成した。次いで、この光導波路パターン上に、蒸着法によってチタンからなる層を厚さ800Åに形成し、電気炉中で1000℃、20時間の熱処理を行って前記チタンを基板21中に拡散させ、幅9μmの光導波路22を形成した。
【0030】
その後、基板21上に、所定のマスクを介して蒸着法によってSiO2層を厚さ0.55μmに形成した。次いで、蒸着法とメッキ法とを併用することによって、変調用電極24を光導波路22の分岐光導波路23−1上に厚さ20μmに形成した。変調用電極の一端24Aには、外部電源25が接続されており、変調用電極の終端に相当する他端24Eは接地されている。また、変調用電極24の凸部面24Bの幅Lは58.3mmとした。
変調用電極24に外部電源から周波数820MHz(波長:37mm)のマイクロ波を入射させるとともに、光導波路22に光波を入射させた。そして、分岐光導波路23−1を導波する光波のみを変調させるようにした。
【0031】
これにより得られた変調信号は進行波と比べ+5dBであり、応答性が改善されていることが分かる。また、動作電圧は2.8Vであった。
なお、オッシロスコープを接続することにより、変調用電極の凸部面24Bには、入射変調信号の波長の半分の大きさの定在波が生じていることを確認した。
【0032】
(比較例)
本比較例においては、図7に示すような進行波型の光変調器40を作製し、この変調特性及び動作電圧について調べた。図6に示す光変調器とは変調用電極の構成のみが異なり、その他の部分については同様の構成を有する。したがって、同様の部分については同じ数字を用いて表している。
【0033】
また、使用基板及び光導波路、変調用電極についても実施例と同様にして形成した。但し、変調用電極は信号電極34と接地電極36−1及び36−2とから構成して進行波型の電極を作製し、実施例と同様に分岐光導波路23−1を導波する光波のみを変調するようにした。信号電極34の一端には外部電源25が接続され、他端は終端抵抗37を介して接地電極36−1及び36−2に接続されている。
なお、本比較例の光変調器40においては、光変調器30の変調用電極24の凸部面の幅Lに相当する、光波と変調信号とが実質的に相互作用する領域の長さをLとして同一とした。
【0034】
このような光変調器40の光導波路22に光波を導入するとともに、信号電極34に実施例の場合と同様の周波数(波長)を有するマイクロ波を入射させて、その変調特性及び動作電圧について調べた。その結果、動作電圧は5Vであった。
【0035】
以上、実施例及び比較例から明らかなように、本発明の光変調方式及び光変調器にしたがった実施例においては、従来の進行波型の光変調器と同程度の変調を得るための動作電圧が約0.56倍と極めて小さくできることが分かる。
【0036】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明したが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光変調方式によれば、変調用電極に定在波型の変調信号を発生させるとともに、この変調信号の同符号の振幅成分のみで光波を変調するようにしている。その結果、光波を大きく変調させることができ、従来の進行波型の光変調器などに比較して動作電圧を低減することができる。
さらに、本発明の光変調器によれば、変調用電極の終端が開放端又は短絡端であるかに応じて、変調用電極全体の長さを適宜に調節するようにしている。したがって、変調用電極の終端で入射変調信号を反射させるのみで、電極構造を複雑にすることなく定在波型の変調信号を簡易に生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光変調方法及び光変調器における変調用電極の構造を模式的に示したものである。
【図2】図1に示す変調用電極によって得られる定在波型の変調信号を示す図である。
【図3】本発明の光変調器の一例を示す平面図である。
【図4】図3に示す光変調器の変調用電極を示す図である。
【図5】図4に示す変調用電極によって得られる定在波型の変調信号を示す図である。
【図6】本発明の光変調器の他の例を示す平面図である。
【図7】従来の進行波型の光変調器を示す平面図である。
【符号の説明】
1、14、24 変調用電極
2、14B、14D 変調用電極の凸部面
3、14A、14C 変調用電極の凹部面
11、21 基板
12、22 光導波路
13−1、13−2、23−1、23−2 分岐光導波路
14E 変調用電極の端部(終端部)
15、25 外部電源
20、30、40 光変調器
34 信号電極
36−1、36−2 接地電極
37 終端抵抗
λ 入射変調信号の波長
W 変調用電極の凹部面の幅
L 変調用電極の凸部面の幅[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical modulation method and an optical modulator, and more particularly, to an optical modulation method and an optical modulator that can be suitably used in a high-speed, large-capacity optical fiber communication system, an optical measuring instrument, and the like.
[0002]
[Prior art]
With the recent progress in high-speed, large-capacity optical fiber communication systems, lithium niobate (LiNbO3: hereafter) has been used instead of the conventional direct modulation of a laser diode for reasons such as broadband characteristics, low chirp characteristics, and small propagation loss. , LN) are being put to practical use.
This optical modulator is roughly classified into three according to the driving method.
[0003]
One of them is called a lumped constant type and has a configuration in which a parallel electrode is arranged at an open end of a modulation electrode of an optical modulator. Then, a signal is directly applied from the output of the signal generator to modulate the light wave. The other type is a traveling wave type, which applies a micro traveling wave to a modulation electrode of an optical modulator and modulates the light wave while maintaining speed matching with the light wave in the optical waveguide.
The last one is called a resonance type, in which a modulation signal is induced in each of the plurality of resonance electrodes by using a plurality of resonance electrodes, and a light wave is modulated by the modulation signal.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the lumped-constant type, the modulation region can be expanded by increasing the length of the parallel electrode, whereby the light wave can be more efficiently modulated. However, when the length of the parallel electrodes is increased, the capacitance component of the parallel electrodes increases, and a phenomenon occurs in which the band due to the parallel capacitance is limited. For this reason, there is a problem in that modulation can be performed only up to about several hundred MHz, and cannot be used for high-speed optical modulation.
In addition, the traveling wave type modulates while maintaining the velocity matching between the light wave and the micro traveling wave, and thus is not affected by its own capacitance. For this reason, modulation up to about several tens of GHz can be performed, and a large band can be realized. For this reason, although the mainstream of the current optical modulator is used, there is a problem that the operating voltage is high.
[0005]
Furthermore, the resonance type is in the research stage at present, and has not reached the practical level. Further, since the resonance principle is used, it is limited to narrow band applications. While the operating voltage per unit length can be smaller than that of the traveling wave type, the length of the resonance electrode per unit is as short as several mm or less. Must be used. Therefore, it is extremely difficult to design and arrange the plurality of resonance electrodes so as to achieve speed matching with the light wave.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a novel light modulation method and a light modulator capable of efficiently modulating a light wave at a low operating voltage.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical modulation method according to the present invention generates a standing wave type modulation signal over the entire electrode length of a modulation electrode in a so-called waveguide type optical modulator. This modulates the light wave guided in the optical waveguide only by the amplitude component of the same sign in the modulation signal of FIG.
[0008]
Generally, a standing wave is generated by interference between an incident wave and a reflected wave generated by the incident wave being reflected at an open end or a short-circuited end. Therefore, the antinode portion of the standing wave is twice as large as the case of the incident wave alone. That is, the standing wave type modulation signal is twice as large as the incident modulation signal from the external power supply, whose antinode is represented by a micro traveling wave.
In the present invention, such a standing wave type modulation signal is generated over the entire electrode length of the modulation electrode, and is modulated using only the same sign component of the standing wave type modulation signal. I have to.
[0009]
Even when a standing wave type modulation signal having a double amplitude component as described above is used, if the lightwave is modulated using the entire modulation signal (all amplitude components), the amplitude component of a different sign is obtained. Modulations cancel each other out. For this reason, it is almost impossible to modulate the light wave.
On the other hand, in the present invention, the modulation is performed using only the same sign amplitude component of the standing wave type modulation signal. Therefore, the modulation does not cancel each other as described above, and the light wave can be modulated by the double amplitude component of the standing wave type modulation signal. That is, in the optical modulation method of the present invention, modulation is performed using a standing wave type modulation signal having twice the amplitude of an incident modulation signal such as a micro traveling wave of a traveling wave type optical modulator.
[0010]
On the other hand, in the traveling wave type optical modulator, the speed of the light wave and the speed of the micro traveling wave cannot be perfectly matched, so that the actual modulation is performed with an amplitude smaller than the amplitude of the micro traveling wave which is an incident modulation signal. It is.
Therefore, according to the optical modulation method of the present invention, the same modulation can be performed with an operating voltage that is less than half of the conventional optical modulation method in a traveling wave type optical modulator or the like. For this reason, the operating voltage can be greatly reduced as compared with a conventional optical modulator represented by a traveling wave optical modulator. That is, according to the light modulation method of the present invention, light waves can be efficiently modulated at an extremely low operating voltage.
[0011]
Further, in the present invention, the standing wave type modulation signal can be obtained by reflecting an incident modulation signal, which has been incident on a modulation signal from an external power supply, at the end of the modulation electrode. In this case, the length of the modulation electrode of the waveguide type optical modulator used in the present invention is λ / 2 × n with respect to the wavelength λ of the incident modulation signal when the terminal of the modulation electrode is a short-circuited end. (N: natural number), and when the end of the modulation electrode is an open end, (n + 1/2) × λ / 2 (n: natural number). Further, the modulation electrode is bent at a period of λ so that the width of the convex surface or the width of the concave surface is λ / 2.
[0012]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of such a modulation electrode.
The modulation electrode 1 shown in FIG. 1 is formed in a concavo-convex shape so that the length of the bending period represented by A → B → C → D → E becomes equal to the wavelength λ of the incident modulation signal. Then, the width of the
[0013]
FIG. 2 is a diagram schematically showing a standing wave type modulation signal generated in the modulation electrode 1 shown in FIG.
In the modulation electrode 1 shown in FIG. 1, when an incident modulation signal is taken in from the point A which is one end, a standing wave type modulation signal as shown in FIG. That is, a standing wave type modulation signal corresponding to a half wavelength is generated on the
[0014]
In this case, a standing wave type modulation signal is also generated on the
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail in accordance with embodiments of the present invention with reference to the drawings.
FIG. 3 is a plan view schematically showing one example of the optical modulator of the present invention. Note that, in order to clarify the features of the present invention, the optical modulator shown in FIG.
The waveguide type
[0016]
An
[0017]
When an incident modulation signal having a wavelength λ is incident on the
The magnitude of the wavelength of the modulation signal generated on the concave surface and the convex surface is determined by the width P of the concave surface and the width of the convex surface with respect to the bending period P → Q → R → S → T of the
[0018]
The
[0019]
The light wave introduced from the
[0020]
As is clear from FIG. 5 and the above description, the amplitude polarities of the standing wave type modulation signals generated on the concave surface and the convex surface are different from each other. For this reason, the light waves guided through the branch optical waveguides 13-1 and 13-2 are respectively subjected to modulations in opposite directions.
As described above, since the standing wave type modulation signal itself has a large amplitude, the light wave itself can be modulated larger than the traveling wave type modulation signal. Further, in the
[0021]
When the optical modulator having the configuration shown in FIG. 3 is used, it is possible to perform 2 to 4 times the modulation with respect to the traveling wave type optical modulator having the same length modulation electrodes. Therefore, when the same level of modulation is performed on such a traveling-wave optical modulator, the operating voltage can be reduced to about 1/2 to 1/4.
[0022]
The
By setting the terminal end for reflecting the incident modulation signal to be an open end or a short-circuited end, the above-described expressions of λ / 2 × n (n: natural number) and (n + /) × λ / 2 (n: natural number) As is clear from FIG. 5, a standing wave type modulation signal having a half wavelength pitch can be generated on the modulation electrode. For this reason, the magnitude of the amplitude of the antinode of the standing wave type can be made approximately twice as large as that of the incident modulation signal. Therefore, the light wave can be modulated with a larger modulation signal, and the operating voltage of the light modulator can be further reduced.
[0023]
However, it is preferable that the terminal end of the modulation electrode be a short-circuited end as shown in FIG. Assuming that the end of the modulation electrode is an open end, the antinode of the standing wave type modulation signal is located at the end. Then, for example, in the case of the optical modulator shown in FIG. 3, the standing wave type modulation signal generated on the
[0024]
On the other hand, if the
[0025]
In the
However, one of the branch optical waveguides 13-1 and 13-2 is guided only by the standing wave type modulation signal having the same amplitude component generated on one of the concave surface and the convex surface. It is also possible to modulate only the light waves that are emitted.
The amplitude components of the same sign formed on the concave surface and the convex surface can be obtained by increasing one of the amplitude components as shown in FIG. 2 and modulating one of the branch optical waveguides more greatly. it can. Also, the amplitude of the amplitude component formed on the concave surface and the convex surface can be made the same, and the light waves guided through both branch optical waveguides can be equally modulated.
[0026]
A standing wave type modulation signal has an extremely large amplitude component contributing to modulation as compared with a traveling wave type modulation signal such as a micro traveling wave in a traveling wave type optical modulator. Therefore, without modulating the light waves guided through the two branch optical waveguides in opposite directions with the modulation signals having the same sign but different polarities, only the light waves guided through one of the branch optical waveguides can be used. Even if modulation is performed with a modulation signal of the same sign amplitude component of either polarity, sufficiently large modulation can be applied. Therefore, also in this case, the operating voltage can be reduced as compared with the traveling wave type optical modulator.
[0027]
For example, in the case of the
Also, by arranging the
[0028]
Although the Mach-Zehnder type optical waveguide has been described above, the optical modulation method and the optical modulator of the present invention are not limited to the Mach-Zehnder type optical waveguide. For example, the present invention can be used for a phase modulator including a single optical waveguide without a branch optical waveguide.
[0029]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples.
(Example)
In the present embodiment, an
A Z-cut plate of lithium niobate is used as the
[0030]
Thereafter, an SiO 2 layer was formed to a thickness of 0.55 μm on the
A microwave having a frequency of 820 MHz (wavelength: 37 mm) was incident on the
[0031]
The modulated signal thus obtained is +5 dB compared to the traveling wave, and it can be seen that the response is improved. The operating voltage was 2.8V.
By connecting an oscilloscope, it was confirmed that a standing wave having a half size of the wavelength of the incident modulation signal was generated on the
[0032]
(Comparative example)
In this comparative example, a traveling wave type
[0033]
Further, a substrate to be used, an optical waveguide, and a modulation electrode were formed in the same manner as in the example. However, the modulation electrode is composed of the
In the
[0034]
A light wave is introduced into the
[0035]
As is clear from the above examples and comparative examples, in the embodiment according to the optical modulation method and the optical modulator of the present invention, the operation for obtaining the same level of modulation as the conventional traveling wave type optical modulator. It can be seen that the voltage can be extremely small, about 0.56 times.
[0036]
As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the above contents, and any modifications and changes are possible without departing from the scope of the present invention. Is possible.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the light modulation method of the present invention, a modulation signal of the standing wave type is generated on the modulation electrode, and the light wave is modulated only by the amplitude component of the same sign of the modulation signal. I have. As a result, the light wave can be largely modulated, and the operating voltage can be reduced as compared with a conventional traveling wave type light modulator or the like.
Further, according to the optical modulator of the present invention, the entire length of the modulation electrode is appropriately adjusted depending on whether the end of the modulation electrode is an open end or a short-circuited end. Therefore, by merely reflecting the incident modulation signal at the end of the modulation electrode, a standing wave type modulation signal can be easily generated without complicating the electrode structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 schematically shows the structure of a modulation electrode in a light modulation method and a light modulator according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a standing wave type modulation signal obtained by the modulation electrode shown in FIG.
FIG. 3 is a plan view showing an example of the optical modulator of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a modulation electrode of the optical modulator shown in FIG.
5 is a diagram showing a standing wave type modulation signal obtained by the modulation electrode shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a plan view showing another example of the optical modulator of the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing a conventional traveling wave optical modulator.
[Explanation of symbols]
1, 14, 24
15, 25
Claims (8)
前記変調信号の波長λに対して、前記変調用電極をλの周期で屈曲させて凹凸状に形成し、前記変調用電極の、凸部面又は凹部面を前記光導波路に近接させて配置させるとともに、前記変調用電極の終端を開放端又は短絡端とし、前記変調用電極に対する所定の入射波と、前記入射波が前記変調用電極の前記開放端又は前記短絡端で反射することにより生じた反射波とが互いに干渉して生じた定在波型の変調信号を、前記変調用電極の電極長の全体に亘って発生させ、前記定在波型の変調信号における同符号の振幅成分によって前記光波を変調するようにしたことを特徴とする、光変調方法。A waveguide type optical modulation comprising a substrate made of a material having an electro-optic effect, an optical waveguide for guiding a light wave, and a modulation electrode for applying a modulation signal to the light wave to modulate the light wave. Light modulation method of the vessel,
With respect to the wavelength λ of the modulation signal, the modulation electrode is bent at a period of λ to form an uneven shape, and the convex surface or the concave surface of the modulation electrode is arranged close to the optical waveguide. At the same time, the end of the modulation electrode is an open end or a short-circuited end, and a predetermined incident wave to the modulation electrode and the incident wave are generated by reflection at the open end or the short-circuited end of the modulation electrode. A reflected wave and a standing wave type modulation signal generated by interfering with each other are generated over the entire electrode length of the modulation electrode, and the amplitude component of the same sign in the standing wave type modulation signal is used as the modulation component. An optical modulation method, wherein an optical wave is modulated.
前記変調用電極の終端を短絡端にするとともに、前記変調用電極の全体の長さを、外部電源から前記変調用電極に印加される入射変調信号波長λに対して、λ/2×n(n:自然数)とし、前記変調用電極をλの周期で屈曲させて凹凸状に形成し、凸部面又は凹部面の幅をλ/2とするとともに、前記凸部面又は前記凹部面の一方を前記光導波路に近接して配置し、前記光導波路中を導波する光波を、前記凸部面又は前記凹部面に発生した同符合の定在波型変調信号で変調するようにしたことを特徴とする、光変調器。A waveguide type light comprising a substrate made of a material having an electro-optic effect, an optical waveguide for guiding a light wave, and a modulation electrode for applying a modulation signal to the light wave to modulate the light wave. A modulator,
The end of the modulation electrode is a short-circuited end, and the entire length of the modulation electrode is set to λ / 2 × n with respect to an incident modulation signal wavelength λ applied to the modulation electrode from an external power supply. n: a natural number), the modulation electrode is bent at a period of λ to form irregularities, the width of the convex surface or the concave surface is set to λ / 2, and one of the convex surface or the concave surface is used. Is arranged in close proximity to the optical waveguide, the light wave guided in the optical waveguide, is modulated by a standing wave type modulation signal of the same sign generated in the convex surface or the concave surface. Light modulator.
前記変調用電極の終端を開放端にするとともに、前記変調用電極の全体の長さを、外部電源から前記変調用電極に印加される入射変調信号波長λに対して、(n+1/2)×λ/2(n:自然数)とし、前記変調用電極をλの周期で屈曲させて凹凸状に形成し、凸部面又は凹部面の幅をλ/2とするとともに、前記凸部面又は前記凹部面の一方を前記光導波路に近接して配置し、前記光導波路中を導波する光波を、前記凸部面又は前記凹部面に発生した同符合の定在波型変調信号で変調するようにしたことを特徴とする、光変調器。A waveguide type light comprising a substrate made of a material having an electro-optic effect, an optical waveguide for guiding a light wave, and a modulation electrode for applying a modulation signal to the light wave to modulate the light wave. A modulator,
The end of the modulation electrode is set to an open end, and the entire length of the modulation electrode is set to (n + /) × with respect to an incident modulation signal wavelength λ applied to the modulation electrode from an external power supply. λ / 2 (n: natural number), the modulation electrode is bent at a period of λ to form irregularities, and the width of the convex surface or concave surface is λ / 2, and the convex surface or the convex surface One of the concave surfaces is arranged close to the optical waveguide, and a light wave guided in the optical waveguide is modulated by a standing wave type modulation signal having the same sign generated on the convex surface or the concave surface. An optical modulator, characterized in that:
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