JP4519436B2 - 反射型光変調器 - Google Patents
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Description
このような光変調器の例としては、図11に示すようなマッハ−ツェンダー型光変調器(MZ型光変調器)が知られている。これは、電気光学効果を有する基板101上に、分岐導波路部103を有する導波路102を形成すると共に、該分岐導波路に電界を印加するための変調用電極を形成し、該導波路を通過する光波の位相を変調するものである。
一般に光変調効果を高めるためには、変調用電極に印加される変調信号であるマイクロ波の出力を増加させる方法や、MZ型光変調器の分岐導波路部のように、変調用電極から印加される電界の影響を受ける導波路の領域を長くする方法などがある。
前者のように変調信号の出力を高めるには、変調信号を発生する駆動回路に掛かる負担が増し、高コスト化、大型化を招くだけでなく、高速変調に限界を生ずる結果となる。他方、後者のように電界が作用する導波路を長くすると、光変調器自体が大型化し、光通信や光計測に係る機材が大型化するという欠点を生ずる。
V RF ≒V OP cosθ(ただし、θは、V OP の伝播方向とV RF の伝播方向との成す角度)
の関係を満足すると共に、該光波の伝播方向と該マイクロ波の伝播方向とが平行でないことを特徴とする反射型光変調器である。
なお、信号電極又は接地電極は、基板自体に構成する必要はなく、光変調器を支持する部材側に設けることも可能であり、光変調器の構成を単純化すると共に製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
図1は、本発明に係る反射型光変調器の基本的な構成を示す概略図である。
1は、電気光学効果を有する材料で構成される基板であり、該基板の表面には、変調用電極を構成する信号電極2が形成されている。
変調用電極は、変調信号であるマイクロ波を伝播する信号電極と接地電極とから構成され、図1の反射型光変調器においては、接地電極は、該基板1の裏面に形成されている。
なお、信号電極と接地電極の位置関係を逆にすることも可能である。
該光波3は、信号電極2の形成領域を通過する毎に、信号電極を伝播するマイクロ波が形成する電界により位相変調を受けることとなる。このため、基板1から出射した光波は、位相が変調された光波となる。
さらに、基板表面に直接、変調用電極を形成するだけでなく、誘電体SiO2等のバッファ層を形成した後、電極層を形成することも可能である。
基板1に入射した光波3を、効率良く基板側面で反射させるためには、基板側面を鏡面状に仕上げる必要がある。また、上述したように全反射を利用する場合には、基板側面に対する光波3の入射角が限定され、光変調器を設計する上で自由度が限られることとなる。これらの問題を解消するため、基板側面に反射部材として反射膜10を設けることも可能である。
反射膜としては、Alなどの金属を蒸着する方法や異なる誘電体を多層状に積層した多層反射膜を構成する方法など、当該技術分野において公知の技術を用いることが可能である。
基板1内を伝播する光波3を、効率良く導波するため、導波路20を基板上に形成することも可能である。
導波路の形成方法としては、従来の光変調器と同様に、Tiなどを基板内に熱拡散させることにより形成することが可能である。
基板1内を伝播する光波3は、伝播の途中で徐々に光径が拡大する傾向があるため、光損失を低減するために、レンズ部材30を基板上に形成し、光波3のビーム成形を行うことが望ましい。
レンズ部材30の形成方法としては、基板1と異なる屈折率を有する領域を、正確に基板上に形成するものであるならば、種々の方法が利用可能であり、例えば、イオン注入や熱拡散などの方法が利用可能である。
また、上記レンズ部材30は、光波のビーム成形の用途に限らず、プリズムなどの光学部品のように、光波の波長成分の分離や、光波の伝播方向の変更などにも利用可能である。
基板1内を伝播する光波3に沿って、基板1の表面に信号電極40と、該信号電極を挟むように接地電極1が形成されている。
図5のように、光波の伝播方向と信号電極を伝播するマイクロ波の進行方向が常に一致しているため、マイクロ波による光波の変調効率を高めることが可能となる。
ただし、マイクロ波は直進性が高いため、基板側面での急激な折り返しは、マイクロ波の基板外への放出を招き易くするため、折り返し部へ滑らかな曲線を描くように構成することが好ましい。
基板上に形成する電極の形状としては、図6(a)のように、基板1内を伝播する光波の光路又は導波路50の上に、信号電極51を設け、該信号電極51を挟むように接地電極52を設けることが可能である。このような電極の形状は、Zカット基板に好適な電極配置である。
なお、矢印53は、信号電極51と接地電極52とが形成する電気力線を、模式的に示したものである。
なお、矢印56は、信号電極54と接地電極55とが形成する電気力線を、模式的に示したものである。
このような電極配置により、信号電極57の形状・配置を設計する際に、接地電極の位置を考慮することなく信号電極を配置することが可能となり、光変調器の電極に係る設計の自由度を向上させることができる。
しかも、接地電極については、光変調器を支持する部材に導電性を持たせ、該部材を光変調器の下面に近接して配置することにより、接地電極を省略することも可能である。これにより、部品点数の減少や製造工程の簡略化にも寄与する。
なお、図示していないが、前記の信号電極と接地電極との位置関係を、上下逆にしても同様の効果を得ることができる。
基板1内に3種類の反射部材60,61,62を設けたものであり、基板1内に入射した光波3は、ビームスプリッターと同様の機能を有する反射部材60により、光波63,64に分離され、分離された各光波は、基板側面と反射部材61との間を反射しながら伝播していく。そして、光波64は、ハーフミラーと同様の機能を有する反射部材62により、光波63と合波され、光波65を形成する。
このように、一つの光波を2つに分け、異なる経路を通過させた後、再度、合波させた場合では、分岐から合波するまでの光路長の差や、その間の光変調などにより、合波時の2つの光波の位相差が変化する。この位相差を調整することで、光強度変調などの各種の光変調を実現することが可能となる。
図8に示した反射型光変調器は、基板1に入射した光波3を、分岐用の導波路70を用いて、2つの光波72,73に分岐し、各光波72,73を、基板側面と反射部材71との間で反射させながら伝播させる。そして、合波用の導波路74により、2つの光波を合波し、合波光75として、基板1より出射させるものである。
光波72は、伝播中に信号電極76により位相変調を受け、光波73と合波した際には、2つの光波に位相差が発生するよう構成されている。この位相差の変化により、合波光75は強度変調を発生することとなる。
図9の反射型光変調器においては、分岐用の導波路80で分岐した2つの光波81,82は、基板側面で反射を繰り返しながら伝播し、合波用の導波路84で合波光85となり、基板1より出射する。
83は、分岐後の一つの光波81の光路に沿って配置された信号電極であり、図5に示すものと同様のものである。
図10の反射型光変調器は、基板1における光波が通過する領域の一部を、分極反転したものである。分岐用の導波路90で分岐した光波91,92は、共に信号電極93により、同様の電界が印加されるが、光波92の経路には分極反転領域94が存在するため、この領域においては、信号電極93による位相の変化が、光波91と92では逆方向となり、2つの光波間の位相差が増加する。このように、同一の信号電極による簡単な電極構造で、効率的な光変調を実現することが可能となる。
2,40,51,54,57,76,83,93 信号電極
3 光波
6,7 基板側面
10,12 反射部材
20 導波路
30 レンズ部材
41,52,55,58、接地電極
Claims (7)
- 電気光学効果を有する材料からなる基板と、該基板の表面に形成される変調用電極とを有し、該基板内に入射された光波が、基板側面又は基板内の反射面により反射しながら基板内を伝播すると共に、該変調用電極により位相変調を受けた後、該基板から出射する反射型光変調器において、
基板内を伝播する光波の速度V OP と、該変調用電極を伝播する変調用のマイクロ波の伝播速度V RF とは、
V RF ≒V OP cosθ(ただし、θは、V OP の伝播方向とV RF の伝播方向との成す角度)
の関係を満足すると共に、該光波の伝播方向と該マイクロ波の伝播方向とが平行でないことを特徴とする反射型光変調器。 - 請求項1に記載の反射型光変調器において、該基板側面が反射部材を有していることを特徴とする反射型光変調器。
- 請求項1又は2に記載の反射型光変調器において、該基板上に導波路が形成され、基板内を伝播する光波が該導波路内を伝播することを特徴とする反射型光導波路。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の反射型光変調器において、該基板上のレンズ部が形成され、基板内を伝播する光波の形状又は方向を調整することを特徴とする反射型光導波路。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の反射型光変調器において、該変調用電極は、基板上面側に信号電極又は接地電極のいずれか一方を形成し、基板下面側に他方の電極を形成することを特徴とする反射型光変調器。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の反射型光変調器において、該基板内に入射された光波を分岐するための分岐部と分岐された光波を合波するための合波部とを有し、該分岐部で分岐された光波が基板内の異なる経路を伝播した後、該合波部により合波されることを特徴とする反射型光変調器。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の反射型光変調器において、該基板内を伝播する光波の光路を含む該基板の一部が、分極反転されていることを特徴とする反射型光変調器。
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