JP4376795B2 - Waveguide type optical modulator - Google Patents
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Description
本発明は、光源から出力された光を強度(パワー)変調する導波路型光変調器に関する。 The present invention relates to a waveguide type optical modulator that modulates intensity (power) of light output from a light source.
従来、光ファイバ通信システムに使用される光送信機においては、レーザダイオードに流れる電流をデータ信号により変調する直接変調方式が採用されていた。しかし、直接変調方式では、光ファイバ内で生じる波長分散により、伝送速度が高くなるのに従って出力される光信号の動的波長変動(チャーピング)の影響が大きくなるので、長距離伝送が困難となってきた。 Conventionally, in an optical transmitter used in an optical fiber communication system, a direct modulation method for modulating a current flowing through a laser diode with a data signal has been adopted. However, in the direct modulation method, the influence of dynamic wavelength fluctuation (chirping) of the output optical signal increases as the transmission speed increases due to the chromatic dispersion generated in the optical fiber. It has become.
このような事情に鑑み、原理的にチャーピングが生じにくい外部変調器を光源からのCW(連続波)光に作用させるようにした光送信機が実用に供されている。この種の外部変調器として、導波路基板上に予め定められたパターンの光導波路を形成することでマッハツェンダ干渉計を構成し、それに電界をかけるための電極を設けてなる導波路型光変調器が知られている。 In view of such circumstances, an optical transmitter in which an external modulator that hardly causes chirping in principle is applied to CW (continuous wave) light from a light source has been put to practical use. As this type of external modulator, a Mach-Zehnder interferometer is formed by forming an optical waveguide of a predetermined pattern on a waveguide substrate, and an electrode for applying an electric field thereto is provided. It has been known.
この導波路型光変調器は、入力ポートを提供する第1のY分岐光導波路と、出力ポートを提供する第2のY分岐光導波路と、第1及び第2のY分岐光導波路間を接続する第1及び第2の光導波路と、第1及び第2の光導波路上にそれぞれ設けられた第1及び第2の信号電極と、第1及び第2の信号電極との間に電位差を与えられ第1及び第2の信号電極と共に第1及び第2の光導波路に電界を与えるための接地電極とを備えている。 This waveguide type optical modulator connects a first Y-branch optical waveguide that provides an input port, a second Y-branch optical waveguide that provides an output port, and a first and second Y-branch optical waveguide A potential difference is applied between the first and second optical waveguides, the first and second signal electrodes provided on the first and second optical waveguides, and the first and second signal electrodes, respectively. And a ground electrode for applying an electric field to the first and second optical waveguides together with the first and second signal electrodes.
第1のY分岐光導波路でパワーを2等分された光が第1及び第2の光導波路を伝搬し、第2のY分岐光導波路で同相(位相差が2nπ(nは整数))で合流すると光出力はオンになり、逆相(位相差が(2n+1)π)で合流すると光出力はオフになるから、各電極に与える電圧を入力信号に従って変化させることによって、チャーピングが少ない強度変調が可能になる。 The light whose power is divided into two by the first Y branch optical waveguide propagates through the first and second optical waveguides, and is in phase (phase difference is 2nπ (n is an integer)) in the second Y branch optical waveguide. When combined, the optical output is turned on, and when combined in the opposite phase (phase difference is (2n + 1) π), the optical output is turned off. By changing the voltage applied to each electrode according to the input signal, the intensity of chirping is low. Modulation is possible.
図1A及び1Bを参照すると、ZカットLiNbO3基板を用いて構成される従来の導波路型光変調器の平面図及びb−b断面図が示されている。この光変調器は、入力ポート2を提供するY分岐光導波路4と、出力ポート6を提供するY分岐光導波路8と、Y分岐光導波路4及び8を接続する光導波路10及び12とを導波路基板14上に形成して構成されている。製造プロセスをふまえて、詳細な構造及び動作原理を説明しておく。
Referring to FIGS. 1A and 1B, there are shown a plan view and a bb cross-sectional view of a conventional waveguide type optical modulator configured using a Z-cut LiNbO 3 substrate. This optical modulator guides a Y-branch
例えば、LiNbO3からなる導波路基板14上に導波路4,8,10及び12と同じ形状にTiをパターニングした状態で1050℃で7〜10時間加熱して熱拡散させることにより屈折率の高い導波路4,8,10及び12が形成される。LiNbO3がZカットである場合には、厚み方向であるZ方向に強い電界が必要なので、光導波路10及び12の真上にそれぞれ信号電極16及び接地電極18がパターニングされる。この場合、光導波路10及び12を伝搬する光が電極16及び18に吸収されることを防止するために、各導波路4,8,10及び12上に透明なバッファ層20としてSiO2が0.2〜1.0μmの厚みで成膜され、その上に3〜20μm厚のAuからなる電極16及び18が形成される。
For example, a high refractive index is obtained by heating and diffusing by heating at 1050 ° C. for 7 to 10 hours in a state where Ti is patterned in the same shape as the
この光変調器を駆動するには、図1Aに示されるように、信号電極10と接地電極12の終端を抵抗Rで接続して進行波型電極とし、一端から数GHz〜100GHzといったマイクロ波の入力信号Vを印加して、両電極16及び18間に電界22を発生させると、光導波路16及び18の屈折率が+Δn及び−Δnのように変化するので、波長λの入力光が入力信号Vによってオン・オフ変調された状態で出力ポート6から出力される。
このような進行波型電極を有する光変調器においては、導波路基板がマイクロ波の共振箱として作用することがあり、特定の周波数帯域のマイクロ波が共振して周波数応答特性が劣化することがある。即ち、例えば図2に示されるように、光変調器の入力から出力に至る透過損失と周波数との関係を表すグラフにおいて、周波数応答特性にディップが生じたりするものである。 In such an optical modulator having a traveling wave type electrode, the waveguide substrate may act as a microwave resonance box, and the frequency response characteristics may deteriorate due to resonance of microwaves in a specific frequency band. is there. That is, for example, as shown in FIG. 2, a dip occurs in the frequency response characteristic in a graph showing the relationship between the transmission loss from the input to the output of the optical modulator and the frequency.
図1A及び1Bに示されるような信号電極及び接地電極を一組だけ有するシングルドライブ型の光変調器では、接地電極の幅を狭くしてチップの表面に電極が無い部分を設けることにより周波数応答特性におけるディップを抑制することができる。しかしながら、後述するような信号電極を2組有するデュアルドライブ型の光変調器ではシングルドライブ型での対処法を採用することができずに、周波数応答特性におけるディップを抑圧することができないという問題があった。 In a single drive type optical modulator having only one set of signal electrode and ground electrode as shown in FIGS. 1A and 1B, the frequency response is achieved by narrowing the width of the ground electrode and providing a portion having no electrode on the surface of the chip. Dip in the characteristics can be suppressed. However, a dual drive type optical modulator having two sets of signal electrodes, which will be described later, cannot adopt a single drive type countermeasure and cannot suppress a dip in frequency response characteristics. there were.
本発明の目的は、信号電極を2組有するデュアルドライブ型の光変調器において周波数応答特性のディップを有効に抑圧し得る構造の導波路型光変調器を提供することである。 An object of the present invention is to provide a waveguide type optical modulator having a structure capable of effectively suppressing a dip in frequency response characteristics in a dual drive type optical modulator having two sets of signal electrodes.
本発明の他の目的は以下の説明から明らかになる。 Other objects of the present invention will become clear from the following description.
本発明によると、入力ポートを提供する第1のY分岐光導波路と、出力ポートを提供する第2のY分岐光導波路と、前記第1及び第2のY分岐光導波路間を接続する第1及び第2の光導波路と、前記第1及び第2の光導波路上にそれぞれ設けられた第1及び第2の信号電極と、前記第1及び第2の信号電極との間に電位差を与えられ前記第1及び第2の信号電極と共に前記第1及び第2の光導波路に電界を与えるための接地電極とを備え、前記接地電極は、前記第1及び第2の光導波路の間に設けられる中央接地電極と、前記中央電極以外であり前記第1と第2の信号電極の外側に形成された第1及び第2の接地電極と、を備え、前記中央接地電極は開口を有している導波路型光変調器が提供される。 According to the present invention, a first Y-branch optical waveguide that provides an input port, a second Y-branch optical waveguide that provides an output port, and a first that connects between the first and second Y-branch optical waveguides. A potential difference is applied between the first and second optical waveguides, the first and second signal electrodes provided on the first and second optical waveguides, and the first and second signal electrodes, respectively. and a ground electrode for applying an electric field to the first and second optical waveguide together with the first and second signal electrodes, the ground electrode is provided between said first and second optical waveguides A central ground electrode; and first and second ground electrodes other than the central electrode and formed outside the first and second signal electrodes, the central ground electrode having an opening. A waveguide type optical modulator is provided.
本発明によれば、周波数応答特性におけるディップを効果的に抑制することができるデュアルドライブ型の導波路型光変調器の提供が可能になるという効果が生じる。 According to the present invention, there is an effect that it becomes possible to provide a dual drive waveguide type optical modulator capable of effectively suppressing a dip in frequency response characteristics.
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。本発明の実施形態を説明するのに先立ち、本発明の有用性を理解する上で有用と思われる従来技術に関して説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to describing embodiments of the present invention, a description will be given of the prior art that may be useful in understanding the usefulness of the present invention.
図3を参照すると、従来のデュアルドライブ型の光変調器の平面図が示されている。導波路基板14上にY分岐光導波路4及び8並びに光導波路10及び12が形成されているのは図1A及び1Bに示されているものと同じである。光導波路10及び12上にはそれぞれ信号電極161及び162が進行波型に設けられている。また、信号電極161及び162の両側には接地電極181及び182が形成されており、信号電極161及び162の間には中央接地電極183が形成されている。
Referring to FIG. 3, a plan view of a conventional dual drive type optical modulator is shown. The Y branch
信号電極161及び162のそれぞれの一端には互いに逆相のマイクロ波の信号が印加され、それぞれの他端は図示しない終端抵抗により終端されているので、効率的な2値変調が可能になる。しかしながら、シングルドライブ型の光変調器では、接地電極の幅を狭くしてチップの表面に電極が無い部分を設けることにより周波数応答特性におけるディップを抑制することができるのに対して、図3に示されるようなデュアルドライブ型の光変調器では、このような非対称な構造を両方の光導波路10及び12に採用することができないので、周波数応答特性におけるディップを効果的に抑制することができない。
Since microwave signals having phases opposite to each other are applied to one end of each of the
図4は本発明による導波路型光変調器の第1実施形態を示す平面図である。ここで、導波路基板14上にY分岐光導波路4及び8並びに光導波路10及び12が形成され、光導波路10及び12上にそれぞれ信号電極161及び162が進行波型に設けられている点は図3に示されるものと同じである。
FIG. 4 is a plan view showing a first embodiment of a waveguide type optical modulator according to the present invention. Here, the Y-branch
この実施形態では、本願発明で特徴となる中央接地電極の構成を得るために、次のようにして各電極が配置されている。即ち、信号電極161を挟むように接地電極184及び185が設けられ、信号電極162を挟むように接地電極186及び187が設けられている。信号電極161及び162の間に位置する接地電極185及び187の間には電極の形成されていない隙間24がある。従って、接地電極185及び187が中央接地電極に相当し、隙間24が中央電極の開口に相当している。
In this embodiment, in order to obtain the configuration of the central ground electrode, which is a feature of the present invention, each electrode is arranged as follows. That is, the
このように信号電極161及び162の間に位置する中央接地電極を二つの接地電極185及び186から構成してこれらの間に隙間24(開口)を設けることによって、マイクロ波共振箱としても作用する導波路基板14の特性が図3に示される従来技術のものと異なるようになり、周波数応答特性におけるディップを効果的に抑制することができる。
In this way, the central ground electrode located between the
この導波路型光変調器の製造方法について説明する。導波路基板14は、例えば、大きさが40mm×2mmで厚みが1mmのLiNbO3の表面を鏡面研磨することによって提供される。導波路基板14上には約100nmの厚みでTiが真空蒸着され、導波路に相当する部分が残るように通常のフォトエッチング法で処理され、約1050℃で10時間加熱してTiをLiNbO3中に熱拡散させることで、Y分岐光導波路4及び8並びに光導波路10及び12が形成される。
A method for manufacturing the waveguide type optical modulator will be described. The
次いでSiO2からなるバッファ層が例えば500nmの厚みで真空蒸着され、その上に例えば厚み150nmのAuを金属下地層として蒸着する。しかる後、電極形成領域を残してそれ以外の部分の金属下地層をフォトエッチング法により除去する。 Next, a buffer layer made of SiO 2 is vacuum-deposited with a thickness of 500 nm, for example, and Au with a thickness of 150 nm is deposited thereon as a metal underlayer. Thereafter, the metal base layer in the remaining portion is removed by a photoetching method while leaving the electrode formation region.
このように処理された導波路基板14上に、形成すべき電極と同じ厚みでレジストをスピンコートし、通常のフォトリソグラフ法によって電極形成領域以外の領域にレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンが形成されていない金属下地層の上に例えばレジストパターンの上面に一致する程度の厚みでAuメッキを施し、信号電極161及び162並びに接地電極184〜187を形成する。
On the
図5は本発明による導波路型光変調器の第2実施形態を示す平面図である。ここでは、光導波路10及び12間の間隔が比較的に大きく、それに伴い光導波路10及び12は互いに平行な部分とこれらをY分岐光導波路4及び6に接続する湾曲した部分とからなる。
FIG. 5 is a plan view showing a second embodiment of the waveguide type optical modulator according to the present invention. Here, the distance between the
光導波路10及び12上にそれぞれ形成される信号電極163及び164は、この実施形態では、光導波路10及び12の互いに平行な部分だけでなく湾曲した部分の上にも形成されており、これにより導波路基板14の長さを短くすることができる。
In this embodiment, the
信号電極163及び164の両側にはそれぞれ接地電極188及び189が形成され、信号電極163及び164の間には中央接地電極190が形成されている。そして、中央接地電極190は本発明において特徴的な開口26を有している。
この実施形態によっても、マイクロ波共振箱としても作用する導波路基板14の特性が図3に示される従来技術のものと異なるようになり、周波数応答特性におけるディップを効果的に抑制することができる。
Also according to this embodiment, the characteristic of the
図6は本発明による導波路型光変調器の第3実施形態を示す平面図である。導波路基板14上にはY分岐光導波路4及び8並びに光導波路10及び12が形成されており、これらに電界を印加するために信号電極165及び166並びに接地電極191及び192並びに中央接地電極193が形成されている。中央接地電極193には開口26が設けられている。
FIG. 6 is a plan view showing a third embodiment of the waveguide type optical modulator according to the present invention. Y branch
この実施形態では、信号電極165及び166に関連するマイクロ波回路の電気的配線を容易にするために、信号電極165の両端165A及び165Bは導波路基板14の両側部に露出しており、信号電極166の両端166A及び166Bは信号電極165の一端165Bが露出している側に露出している。この場合、信号電極165及び166の形状が非対称となり、マイクロ波の遅延が懸念されるので、これを回避するために、この実施形態では、一方の信号電極166の一端166Bの近傍に遅延部166Cが形成されている。変調のためのマイクロ波は進行波型に形成された信号電極165及び166にそれぞれ端165B及び166Bから供給される。
In this embodiment, both ends 165A and 165B of the
また、接地電極191〜193は、光導波路10を挟むように設けられた第1及び第2の部分W1及びW2と光導波路12を挟むように設けられた第3及び第4の部分W3及びW4とを含み、これらの幅は概ね等しく設定される。これにより信号電極165及び166を伝搬するマイクロ波のモードが安定し、周波数応答特性におけるディップを効果的に抑制することができる。
The
尚、本発明を実施する場合、第1及び第2実施形態のように、第1及び第2の信号電極並びに接地電極を導波路基板の光伝搬方向の中心線に対して概ね対称に設けることによって、周波数応答特性におけるディップを更に効果的に抑制することができる。 When implementing the present invention, as in the first and second embodiments, the first and second signal electrodes and the ground electrode are provided substantially symmetrically with respect to the center line in the light propagation direction of the waveguide substrate. Thus, the dip in the frequency response characteristic can be more effectively suppressed.
また、接地電極の開口を横断する断面において電極が付着していない部分が導波路基板の幅の1/3以上になるようにすることによって、周波数応答特性におけるディップを更に効果的に抑制することができる。 In addition, the dip in the frequency response characteristics can be more effectively suppressed by making the portion where the electrode is not attached in the cross section crossing the opening of the ground electrode be 1/3 or more of the width of the waveguide substrate. Can do.
図7は本発明の実施形態における導波路型光変調器の透過損失と周波数の関係を示すグラフである。図2に示される特性との対比において、周波数応答特性におけるディップが効果的に抑制されていることが明らかである。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the transmission loss and the frequency of the waveguide type optical modulator in the embodiment of the present invention. In contrast with the characteristics shown in FIG. 2, it is clear that the dip in the frequency response characteristics is effectively suppressed.
以上詳述したように、本発明によると、周波数応答特性におけるディップを効果的に抑制することができるデュアルドライブ型の導波路型光変調器の提供が可能になるという効果が生じる。 As described above in detail, according to the present invention, there is an effect that it becomes possible to provide a dual drive type waveguide type optical modulator capable of effectively suppressing the dip in the frequency response characteristic.
Claims (7)
出力ポートを提供する第2のY分岐光導波路と、
前記第1及び第2のY分岐光導波路間を接続する第1及び第2の光導波路と、
前記第1及び第2の光導波路上にそれぞれ設けられた第1及び第2の信号電極と、
前記第1及び第2の信号電極との間に電位差を与えられ前記第1及び第2の信号電極と共に前記第1及び第2の光導波路に電界を与えるための接地電極とを備え、
前記接地電極は、前記第1及び第2の光導波路の間に設けられる中央接地電極と、前記中央接地電極以外であり前記第1と第2の信号電極の外側に形成された第1及び第2の接地電極と、を備え、
前記中央接地電極は開口を有している導波路型光変調器。A first Y-branch optical waveguide providing an input port;
A second Y-branch optical waveguide providing an output port;
First and second optical waveguides connecting between the first and second Y-branch optical waveguides;
First and second signal electrodes respectively provided on the first and second optical waveguides;
A ground electrode for applying a potential difference between the first and second signal electrodes and applying an electric field to the first and second optical waveguides together with the first and second signal electrodes;
The ground electrode includes a central ground electrode provided between the first and second optical waveguides, and first and second electrodes other than the central ground electrode and formed outside the first and second signal electrodes. Two ground electrodes ,
A waveguide type optical modulator in which the central ground electrode has an opening.
出力ポートを提供する第2のY分岐光導波路と、
前記第1及び第2のY分岐光導波路間を接続する第1及び第2の光導波路と、
前記第1及び第2の光導波路上にそれぞれ設けられた第1及び第2の信号電極と、
前記第1及び第2の信号電極との間に電位差を与えられ前記第1及び第2の信号電極と共に前記第1及び第2の光導波路に電界を与えるための接地電極とを備え、
前記接地電極は前記第1及び第2の光導波路の間に設けられる中央接地電極を含み、
前記中央接地電極は開口を有し、
前記第1及び第2のY分岐光導波路並びに前記第1及び第2の光導波路は導波路基板の表面又は表面近傍に形成され、
前記第1及び第2の信号電極並びに前記接地電極は前記導波路基板の光伝搬方向の中心線に対して概ね対称に設けられている導波路型光変調器。 A first Y-branch optical waveguide providing an input port;
A second Y-branch optical waveguide providing an output port;
First and second optical waveguides connecting between the first and second Y-branch optical waveguides;
First and second signal electrodes respectively provided on the first and second optical waveguides;
A ground electrode for applying a potential difference between the first and second signal electrodes and applying an electric field to the first and second optical waveguides together with the first and second signal electrodes;
The ground electrode includes a central ground electrode provided between the first and second optical waveguides,
The central ground electrode has an opening;
The first and second Y branch optical waveguides and the first and second optical waveguides are formed on or near the surface of a waveguide substrate,
The waveguide type optical modulator, wherein the first and second signal electrodes and the ground electrode are provided substantially symmetrically with respect to a center line in the light propagation direction of the waveguide substrate.
出力ポートを提供する第2のY分岐光導波路と、
前記第1及び第2のY分岐光導波路間を接続する第1及び第2の光導波路と、
前記第1及び第2の光導波路上にそれぞれ設けられた第1及び第2の信号電極と、
前記第1及び第2の信号電極との間に電位差を与えられ前記第1及び第2の信号電極と共に前記第1及び第2の光導波路に電界を与えるための接地電極とを備え、
前記接地電極は前記第1及び第2の光導波路の間に設けられる中央接地電極を含み、
前記中央接地電極は開口を有し、
前記第1及び第2のY分岐光導波路並びに前記第1及び第2の光導波路は導波路基板の表面又は表面近傍に形成され、
前記第1の信号電極の一端及びこれに対応する前記第2の信号電極の一端は前記導波路基板の両側部に露出しており、
前記第1の信号電極の他端及びこれに対応する前記第2の信号電極の他端は前記導波路基板の一方の側部に露出している導波路型光変調器。 A first Y-branch optical waveguide providing an input port;
A second Y-branch optical waveguide providing an output port;
First and second optical waveguides connecting between the first and second Y-branch optical waveguides;
First and second signal electrodes respectively provided on the first and second optical waveguides;
A ground electrode for applying a potential difference between the first and second signal electrodes and applying an electric field to the first and second optical waveguides together with the first and second signal electrodes;
The ground electrode includes a central ground electrode provided between the first and second optical waveguides,
The central ground electrode has an opening;
The first and second Y branch optical waveguides and the first and second optical waveguides are formed on or near the surface of a waveguide substrate,
One end of the first signal electrode and one end of the second signal electrode corresponding to the first signal electrode are exposed on both sides of the waveguide substrate,
A waveguide type optical modulator, wherein the other end of the first signal electrode and the other end of the second signal electrode corresponding thereto are exposed on one side of the waveguide substrate.
出力ポートを提供する第2のY分岐光導波路と、
前記第1及び第2のY分岐光導波路間を接続する第1及び第2の光導波路と、
前記第1及び第2の光導波路上にそれぞれ設けられた第1及び第2の信号電極と、
前記第1及び第2の信号電極との間に電位差を与えられ前記第1及び第2の信号電極と共に前記第1及び第2の光導波路に電界を与えるための接地電極とを備え、
前記接地電極は前記第1及び第2の光導波路の間に設けられる中央接地電極を含み、
前記中央接地電極は開口を有し、
前記接地電極は、前記第1の光導波路を挟むように設けられた第1及び第2の部分と前記第2の光導波路を挟むように設けられた第3及び第4の部分とを含み、
前記第1乃至第4の部分は概ね同じ幅を有している導波路型光変調器。 A first Y-branch optical waveguide providing an input port;
A second Y-branch optical waveguide providing an output port;
First and second optical waveguides connecting between the first and second Y-branch optical waveguides;
First and second signal electrodes respectively provided on the first and second optical waveguides;
A ground electrode for applying a potential difference between the first and second signal electrodes and applying an electric field to the first and second optical waveguides together with the first and second signal electrodes;
The ground electrode includes a central ground electrode provided between the first and second optical waveguides,
The central ground electrode has an opening;
The ground electrode includes first and second portions provided to sandwich the first optical waveguide and third and fourth portions provided to sandwich the second optical waveguide,
A waveguide type optical modulator in which the first to fourth portions have substantially the same width.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2003/003540 WO2004086126A1 (en) | 2003-03-24 | 2003-03-24 | Waveguide optical modulator |
Publications (2)
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