JP4754608B2 - Light modulator - Google Patents

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は電気光学効果や熱光学効果を利用して、光導波路に入射した光を変調して光信号として出射する光変調器に関する。   The present invention relates to an optical modulator that modulates light incident on an optical waveguide and emits it as an optical signal using an electro-optic effect or a thermo-optic effect.

代表的な光変調器として誘電体材料を用いた光変調器がある。近年、高速、大容量の光通信システムが実用化されているが、このような高速、大容量の光通信システムに組込むための高性能な光変調器の開発が求められている。   There is an optical modulator using a dielectric material as a typical optical modulator. In recent years, high-speed and large-capacity optical communication systems have been put into practical use, and development of high-performance optical modulators to be incorporated into such high-speed and large-capacity optical communication systems is required.

このような要望に応える光変調器として、リチウムナイオベート(LiNbO)のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板(以下、LN基板と略す)に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器(以下、LN光変調器と略す)がある。このLN光変調器は、その優れたチャーピング特性から2.5Gbit/s、10Gbit/sの大容量光通信システムに適用されている。最近はさらに40Gbit/sの超大容量光通信システムにも適用が検討されている。 As an optical modulator that meets such demands, a light modulator such as lithium niobate (LiNbO 3 ) is used for a substrate having a so-called electro-optical effect (hereinafter abbreviated as an LN substrate) whose refractive index changes by applying an electric field. There is a traveling wave electrode type lithium niobate optical modulator (hereinafter abbreviated as an LN optical modulator) in which a waveguide and a traveling wave electrode are formed. This LN optical modulator is applied to a large capacity optical communication system of 2.5 Gbit / s and 10 Gbit / s because of its excellent chirping characteristics. Recently, application to a 40 Gbit / s ultra-high capacity optical communication system is also being studied.

以下、リチウムナイオベートの電気光学効果を利用した従来のLN光変調器の特徴と問題点について考察する。   Hereinafter, characteristics and problems of a conventional LN optical modulator using the electro-optic effect of lithium niobate will be considered.

(第1の従来技術)
近年、開発が進んでいる40Gbit/sの超大容量光通信システムには、DPSKや例えば特許文献1にその原理が開示されているDQPSKのような位相変調器型のLN光変調器が適用されている。
(First prior art)
In recent years, a 40 Gbit / s ultra-high capacity optical communication system that has been developed uses a phase modulator type LN optical modulator such as DPSK or DQPSK whose principle is disclosed in Patent Document 1, for example. Yes.

例えば特許文献1において開示されているDQPSKの信号を発生させる方法について、それを具現化するLN光変調器の模式的な構造図を図8と図9に示す。ここで、説明をわかり易くするために、図8には光導波路のみを示している。このように、DQPSK型LN光変調器の光導波路は2つの小さなマッハツェンダ干渉系(あるいは、マッハツェンダ光導波路)とその2つの小さなマッハツェンダ干渉系を合成する1つの大きなマッハツェンダ干渉系により構成されている。   For example, FIGS. 8 and 9 show schematic structural diagrams of an LN optical modulator that embodies a method of generating a DQPSK signal disclosed in Patent Document 1. FIG. Here, only the optical waveguide is shown in FIG. 8 for easy understanding. As described above, the optical waveguide of the DQPSK LN optical modulator is composed of two small Mach-Zehnder interference systems (or Mach-Zehnder optical waveguides) and one large Mach-Zehnder interference system that synthesizes the two small Mach-Zehnder interference systems.

図中、1はz−カットLN基板、2はSiOバッファ層、3は光導波路である。3a、3b、3c、3dは次の図9で述べる進行波電極を伝搬する高周波電気信号と光が相互作用する光導波路であり、この相互作用する領域Iを相互作用領域(あるいは、相互作用部)、この領域の光導波路3a、3b、3c、3dを相互作用光導波路と呼ぶ。 In the figure, 1 is a z-cut LN substrate, 2 is a SiO 2 buffer layer, and 3 is an optical waveguide. Reference numerals 3a, 3b, 3c, and 3d denote optical waveguides in which light interacts with a high-frequency electrical signal propagating through a traveling wave electrode described in FIG. 9, and this interacting region I is defined as an interaction region (or interaction unit). ), The optical waveguides 3a, 3b, 3c, and 3d in this region are called interaction optical waveguides.

図9には図8に示した光導波路3に加えて、相互作用光導波路3a、3b、3c、3dを伝搬する光と、相互作用領域Iにおいて相互作用する高周波電気信号Sa、Sb、Sc、Sdを伝搬させる進行波電極も示している。なお、説明を簡単にするために温度ドリフト抑圧のためのSi導電層は省略した。また、SiOバッファ層2の厚みは1μm前後が一般的である。 9 includes, in addition to the optical waveguide 3 shown in FIG. 8, light propagating through the interaction optical waveguides 3a, 3b, 3c, and 3d and high-frequency electric signals Sa, Sb, Sc, interacting in the interaction region I. A traveling wave electrode for propagating Sd is also shown. For simplification of explanation, the Si conductive layer for suppressing temperature drift is omitted. The thickness of the SiO 2 buffer layer 2 is generally around 1 μm.

LN光変調器に適用する進行波電極としては、特許文献2に開示されたCPW(共平面線路、あるいはCoplanar−waveguide)構造が一般的に広く使用されている。このCPW型の進行波電極の相互作用部には、中心電極の他に接地電極が必要であるが、説明をわかりやすくするために図9では4つの中心電極4a、4b、4c、4dのみを示し、接地電極を省略した(なお、接地電極については次の図10に詳しく示している)。また、7はπ/2シフト用電極の中心電極であり、同様に接地電極を省略した。   As a traveling wave electrode applied to an LN optical modulator, a CPW (coplanar line or coplanar-waveguide) structure disclosed in Patent Document 2 is generally widely used. The interaction part of this CPW type traveling wave electrode requires a ground electrode in addition to the center electrode. However, in order to make the explanation easy to understand, only four center electrodes 4a, 4b, 4c and 4d are shown in FIG. The ground electrode is omitted (the ground electrode is shown in detail in FIG. 10 below). Reference numeral 7 denotes a center electrode of the π / 2 shift electrode, and similarly the ground electrode is omitted.

高周波電気信号Sa、Sb、Sc、SdがLN光変調器に入力されると、これらの高周波電気信号は図9のIIとして示した入力側フィード部を経由して相互作用領域Iに達し、そこで光と相互作用する。   When the high-frequency electrical signals Sa, Sb, Sc, Sd are input to the LN optical modulator, these high-frequency electrical signals reach the interaction region I via the input-side feed section shown as II in FIG. Interacts with light.

さて、図9に示した従来のDQPSK型LN光変調器の問題点について考察する。LN光変調器のチップの長さは50mm程度と長いが、1枚のウェーハから多くのチップを得るために、その横幅(相互作用光導波路3a、3b、3c、3dの長さ方向に垂直で、かつz−カットLN基板1の表面に平行な方向の長さ)は2mmから5mm程度と短い。そのため、z−カットLN基板1の表面に平行な方向における入力側フィード部IIに割り当てることのできるこの領域の幅も比較的狭くなってしまう。   Now, the problem of the conventional DQPSK type LN optical modulator shown in FIG. 9 will be considered. The length of the LN optical modulator chip is as long as about 50 mm, but in order to obtain many chips from one wafer, its width (perpendicular to the length direction of the interaction optical waveguides 3a, 3b, 3c, and 3d). And the length in the direction parallel to the surface of the z-cut LN substrate 1) is as short as 2 mm to 5 mm. For this reason, the width of this region that can be assigned to the input-side feed unit II in the direction parallel to the surface of the z-cut LN substrate 1 is also relatively narrow.

図10には図9における入力側フィード部IIの詳細な横断面構造(相互作用光導波路3a、3b、3c、3dの長さ方向に垂直で、かつz−カットLN基板1の表面に平行な方向の断面図)を示す。図からわかるように、この構造は平面型(あるいは、プレーナ型)のCPW電極構造である。   10 shows a detailed cross-sectional structure of the input side feed section II in FIG. 9 (perpendicular to the length direction of the interaction optical waveguides 3a, 3b, 3c and 3d and parallel to the surface of the z-cut LN substrate 1). Direction sectional view). As can be seen from the figure, this structure is a planar (or planar) CPW electrode structure.

図10では図9においては省略した接地電極も示している。ここで、中心電極4a、4b、4c、4dの幅をS、中心電極4a、4b、4c、4dと接地電極5a、5b、5c、5d、5e間のギャップをW、接地電極5b、5c、5dの幅をGとする。ギャップWと比較してこの接地電極の幅Gを広くすることにより、中心電極4a、4b、4c、4d間の(あるいは、高周波電気信号Sa、Sb、Sc、Sd間の)クロストークを抑圧できる。つまり、接地電極5b、5c、5dの幅GとギャップWの比は、高周波電気信号間の電気的なクロストークに大きな影響を与える。なお、一般に、電気的クロストークを充分に小さくするためには、接地電極の幅GをギャップWの4〜5倍とすることが望ましい。   10 also shows the ground electrode omitted in FIG. Here, the width of the center electrodes 4a, 4b, 4c and 4d is S, the gap between the center electrodes 4a, 4b, 4c and 4d and the ground electrodes 5a, 5b, 5c, 5d and 5e is W, and the ground electrodes 5b, 5c, Let G be the width of 5d. By making the width G of the ground electrode wider than the gap W, crosstalk between the center electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d (or between the high-frequency electrical signals Sa, Sb, Sc, and Sd) can be suppressed. . That is, the ratio between the width G of the ground electrodes 5b, 5c, and 5d and the gap W greatly affects the electrical crosstalk between high-frequency electrical signals. In general, it is desirable that the width G of the ground electrode be 4 to 5 times the gap W in order to sufficiently reduce the electrical crosstalk.

図11には横軸に中心電極4a、4b、4c、4dと接地電極5a、5b、5c、5d、5e間のギャップWをとり、左側の縦軸にはCPW進行波電極の特性インピーダンスZを、右側の縦軸には接地電極5b、5c、5dの幅Gを示している。図からわかるように、進行波電極の特性インピーダンスZが不図示の外部回路の特性インピーダンスと一致する50ΩとなるギャップWでは接地電極5b、5c、5dの幅Gが狭くなる。また、接地電極5b、5c、5dの幅Gを広くしようとすると、中心電極4a、4b、4c、4dと接地電極5a、5b、5c、5d、5e間のギャップWが狭くなり(例えば、その時のWをWとすると、W<Wとなる)、進行波電極の特性インピーダンスZが50Ωよりも著しく低くなってしまう。 In FIG. 11, the horizontal axis indicates the gap W between the center electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d and the ground electrodes 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e, and the left vertical axis indicates the characteristic impedance Z of the CPW traveling wave electrode. The right vertical axis indicates the width G of the ground electrodes 5b, 5c, and 5d. As can be seen, the characteristic impedance Z of the traveling wave electrode gap W 1 in the ground electrode 5b becomes 50Ω matching the characteristic impedance of the external circuit (not shown), 5c, the width G of 5d becomes narrow. In addition, when the width G of the ground electrodes 5b, 5c, and 5d is increased, the gap W between the center electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d and the ground electrodes 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e becomes narrow (for example, at that time) When W is W 2 , W 2 <W 1 ), and the characteristic impedance Z of the traveling wave electrode is significantly lower than 50Ω.

図12には横軸に中心電極4a、4b、4c、4dと接地電極5a、5b、5c、5d、5e間のギャップWをとり、縦軸に進行波電極から高周波電気信号Sa、Sb、Sc、Sdが不図示の外部電気回路に戻る電気的パワー反射係数(あるいは、電気的パワー反射率)S11を示す。図11に述べたように、ギャップWの場合における進行波電極の特性インピーダンスZは50Ωであるから、電気的パワー反射係数S11は極めて小さくなる。一方、中心電極4a、4b、4c、4dと接地電極5a、5b、5c、5d、5e間のギャップがWと狭いと、進行波電極の特性インピーダンスZは50Ωよりもかなり低く(例えば、30Ω弱)なるので、図12に示すように電気的パワー反射係数S11が−10dB程度、あるいはそれ以上と大きくなってしまい、高速光変調を行うLN光変調器用の進行波電極として好ましくない。 In FIG. 12, the horizontal axis indicates the gap W between the center electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d and the ground electrodes 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e, and the vertical axis indicates the high-frequency electrical signals Sa, Sb, and Sc from the traveling wave electrodes. , Sd represents an electric power reflection coefficient (or electric power reflectivity) S 11 that returns to an external electric circuit (not shown). As described in FIG. 11, since the characteristic impedance Z of the traveling wave electrode in the case of the gap W 1 is 50Ω, the electric power reflection coefficient S 11 becomes extremely small. On the other hand, the center electrode 4a, 4b, 4c, 4d and the ground electrode 5a, 5b, 5c, 5d, the gap between 5e is narrow and W 2, the characteristic impedance Z of the traveling-wave electrode is much lower than 50 [Omega (e.g., 30 [Omega Therefore, as shown in FIG. 12, the electric power reflection coefficient S 11 becomes large at about −10 dB or more, which is not preferable as a traveling wave electrode for an LN optical modulator that performs high-speed optical modulation.

図13には横軸に中心電極4a、4b、4c、4dと接地電極5a、5b、5c、5d、5e間のギャップWをとり、左側の縦軸にはCPW進行波電極の中心電極4a、4b、4c、4d(あるいは、高周波電気信号Sa、Sb、Sc、Sd)間の電気的クロストークを示している。なお、図11と同様に右側の縦軸には接地電極5b、5c、5dの幅Gを示す。図11でも述べたように、進行波電極の特性インピーダンスが50ΩとなるギャップWでは接地電極5b、5c、5dの幅Gが狭くなる。例えば、接地電極5b、5c、5dの幅Gが中心電極4a、4b、4c、4dの幅と同じ程度にまで狭くなると、中心電極4a、4b、4c、4d間の電気的クロストークが−10dB程度、あるいはそれ以上と劣化し、進行波電極としては好ましくない。なお、図11に示した50Ωよりも低い特性インピーダンスとなるギャップWでは電気的クロストークが−20dB以下と優れてはいるが、電気的パワー反射係数S11が劣化するので、これもまた進行波電極として好ましくない。 In FIG. 13, the horizontal axis indicates the gap W between the center electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d and the ground electrodes 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e, and the left vertical axis indicates the center electrode 4a of the CPW traveling wave electrode. 4b, 4c, 4d (or high-frequency electrical signals Sa, Sb, Sc, Sd). As in FIG. 11, the right vertical axis indicates the width G of the ground electrodes 5b, 5c, and 5d. As mentioned in FIG. 11, the characteristic impedance of the traveling wave electrode gap W 1 in the ground electrode 5b becomes 50 [Omega, 5c, the width G of 5d becomes narrow. For example, when the width G of the ground electrodes 5b, 5c, and 5d is reduced to the same extent as the widths of the center electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d, the electrical crosstalk between the center electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d is −10 dB. Deteriorating to a degree or more, it is not preferable as a traveling wave electrode. In addition, although the electrical crosstalk is excellent at −20 dB or less in the gap W 2 having a characteristic impedance lower than 50Ω shown in FIG. 11, the electrical power reflection coefficient S 11 deteriorates, and this also proceeds. It is not preferable as a wave electrode.

前述のように、入力側フィード部IIに割り当てることができる幅(相互作用光導波路3a、3b、3c、3dの長さ方向に垂直で、かつz−カットLN基板1の表面に平行な方向に入力側フィード部IIを割り当てることのできる幅)は限られている。そこで、以上において述べた中心電極4a、4b、4c、4d間のクロストークをある程度抑え、かつ電気的パワー反射係数S11の劣化を抑えようとすると、中心電極4a、4b、4c、4dの幅Sを狭くすることが考えられる。しかしながら、中心電極4a、4b、4c、4dの幅Sを狭く(例えば、図14ではSと)すると、図14に示すように高周波電気信号Sa、Sb、Sc、Sdの伝搬損失αが大きくなるので、図15に示すようにLN光変調器のパワー変調指数|m|が周波数(f)とともに著しく劣化してしまい(換言すると、3dB光変調帯域が狭くなってしまい)、40Gbit/s用のLN光変調器としては極めて好ましくない。 As described above, the width that can be assigned to the input-side feed unit II (in a direction perpendicular to the length direction of the interaction optical waveguides 3a, 3b, 3c, and 3d and parallel to the surface of the z-cut LN substrate 1) The width to which the input side feed unit II can be allocated is limited. Therefore, the center electrode 4a described in the above, 4b, 4c, to some extent suppressed crosstalk between 4d, and when you suppress the deterioration of the electric power reflection coefficient S 11, the center electrode 4a, 4b, 4c, 4d of the width It is conceivable to narrow S. However, the center electrode 4a, 4b, 4c, the width S of 4d narrow (e.g., in Figure 14 and S 1) Then, a high frequency electric signal Sa, as shown in FIG. 14, Sb, Sc, the propagation loss α of Sd large Therefore, as shown in FIG. 15, the power modulation index | m | 2 of the LN optical modulator is significantly deteriorated with the frequency (f) (in other words, the 3 dB optical modulation band is narrowed), and 40 Gbit / s. As an LN optical modulator, it is extremely undesirable.

例えば、中心電極4a、4b、4c、4dの幅Sを5μmとすると、中心電極4a、4b、4c、4d間の電気的クロストークと電気的パワー反射係数S11の両方を−20dB以下に抑えることができるが、このフィード部における高周波電気信号の伝搬損失が著しく増加するため、LN光変調器としての3dB帯域は10GHz程度にまで劣化し、40Gbit/sの光伝送への適用は困難である。
特表2004−516743号公報 特許第2126214号公報
For example, the center electrode 4a, 4b, 4c, when a 5μm width S of 4d, suppress central electrode 4a, 4b, 4c, both electrical crosstalk and electrical power reflection coefficient S 11 between 4d to -20dB or less However, since the propagation loss of the high-frequency electrical signal in this feed portion increases remarkably, the 3 dB band as the LN optical modulator deteriorates to about 10 GHz, and it is difficult to apply to 40 Gbit / s optical transmission. .
JP-T-2004-516743 Japanese Patent No. 2126214

以上のように、LN光変調器の進行波電極の入力側フィード部は平面型のCPW構造を有していた。そのため、入力側フィード部として適切な特性インピーダンス(もっとも好ましくは50Ω)を実現するためには、中心電極と接地電極の間のギャップ(図10におけるW)を広くする必要があった。その結果、図10に示す接地電極5b、5c、5dの幅Gが狭くなり、進行波電極を伝搬する高周波電気信号間に電気的クロストークを生じていた。また、この電気的クロストークを抑圧するために、接地電極5b、5c、5dの幅Gを広くすると、中心電極と接地電極の間のギャップ(図10におけるW)が狭くなる。その結果、進行波電極としての特性インピーダンスZが著しく下がり、電気的パワー反射係数S11が劣化していた。さらに特性インピーダンスの低下と、高周波電気信号間における電気的クロストークの劣化の両方を抑えるために、進行波電極の特性インピーダンスを50Ωに近く設定し、かつ中心電極と接地電極の間のギャップ(図10におけるW)と比較して図10に示す接地電極5b、5c、5dの幅Gを広くするように設定すると、必然的にギャップWが狭くなり、その結果進行波電極の中心電極の幅も狭くなった。そして、中心電極の幅が狭くなると高周波電気信号の伝搬損失が増大した。つまり、従来の平面型のCPW構造からなるフィード部において、特性インピーダンスの低下と、高周波電気信号間における電気的クロストークの劣化の両方を抑えるように設計すると、高周波電気信号の伝搬損失が大きくなり、LN光変調器として高速での光変調が困難となっていた。 As described above, the input side feed portion of the traveling wave electrode of the LN optical modulator has a planar CPW structure. Therefore, in order to realize an appropriate characteristic impedance (most preferably 50Ω) as the input side feed section, it is necessary to widen the gap (W in FIG. 10) between the center electrode and the ground electrode. As a result, the width G of the ground electrodes 5b, 5c, and 5d shown in FIG. 10 is reduced, and electrical crosstalk occurs between the high-frequency electrical signals that propagate through the traveling wave electrodes. Further, if the width G of the ground electrodes 5b, 5c, and 5d is increased in order to suppress this electrical crosstalk, the gap (W in FIG. 10) between the center electrode and the ground electrode is reduced. As a result, the characteristic impedance Z of the traveling-wave electrode is lowered significantly, the electrical power reflection coefficient S 11 is deteriorated. Furthermore, in order to suppress both the reduction of the characteristic impedance and the deterioration of the electrical crosstalk between the high-frequency electric signals, the characteristic impedance of the traveling wave electrode is set close to 50Ω, and the gap between the center electrode and the ground electrode (see FIG. 10), if the width G of the ground electrodes 5b, 5c, 5d shown in FIG. 10 is set to be wide, the gap W is inevitably narrowed. As a result, the width of the central electrode of the traveling wave electrode is also reduced. It became narrower. When the width of the center electrode is narrowed, the propagation loss of the high frequency electric signal is increased. In other words, if the feed section made of a conventional planar CPW structure is designed to suppress both a decrease in characteristic impedance and a deterioration in electrical crosstalk between high-frequency electrical signals, the propagation loss of high-frequency electrical signals increases. As a LN optical modulator, optical modulation at high speed has been difficult.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、小型で、高周波電気信号の電気的クロストークと電気的パワー反射率が低く、光変調帯域が広い光変調器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an optical modulator that is small in size, has low electrical crosstalk and electrical power reflectivity of a high-frequency electrical signal, and has a wide optical modulation band. And

上記課題を解決するために、本発明の請求項1の光変調器は、基板と、該基板に形成された光導波路と、該基板上に形成され電圧を印加するための中心電極と接地電極からなる進行波電極とを備え、前記光導波路は、前記進行波電極に電圧を印加することにより屈折率が変化する領域である相互作用部に複数の相互作用光導波路を具備し、前記進行波電極の入力側フィード部から前記進行波電極の相互作用部に高周波電気信号が入力される光変調器において、前記進行波電極の前記中心電極が複数からなるとともに、前記複数の中心電極のそれぞれの両側に前記接地電極が形成され、前記入力側フィード部の前記中心電極が前記相互作用部の中心電極に対して折り返されるよう形成され、前記進行波電極の特性インピーダンスが所望の値となるように、前記入力側フィード部の前記中心電極が折り返されるように形成される領域にてギャップW´で相対向している前記中心電極と前記接地電極との間の前記基板の厚さを掘り下げて少なくしたリッジ構造を形成し、前記ギャップW´は当該リッジ構造を有さずに前記特性インピーダンスを前記所望の値となるようにした平面型構造である場合の前記入力側フィード部における前記中心電極と前記接地電極とのギャップWに比して狭くなるとともに、前記入力側フィード部の前記中心電極が折り返されるように形成される領域における前記接地電極の幅G´は前記平面型構造である場合の前記入力側フィード部における前記接地電極の幅Gに比して広くなって成り、且つ、前記高周波電気信号間のクロストークが前記平面型構造の場合に比して低減するように、前記入力側フィード部の前記中心電極が折り返されるよう形成される領域において前記接地電極の幅G´と前記ギャップW´の比を前記平面型構造の場合に比して大きく構成することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an optical modulator according to claim 1 of the present invention includes a substrate, an optical waveguide formed on the substrate, a center electrode and a ground electrode formed on the substrate for applying a voltage. and a traveling wave electrode made of, said optical waveguide comprises a plurality of interaction optical waveguides to the interaction portion which is a region of which the refractive index is changed by applying a voltage to said traveling wave electrode, before Symbol progress in the optical modulator frequency electric signal is inputted from the input side feed portion of the wave electrode to the interaction portion of the traveling wave electrode, together with the center electrode of the traveling-wave electrode is formed of a plurality, the plurality of center electrodes are each of the ground electrodes on both sides forming the center electrode of the input side feed portion is formed so as to be folded back relative to the center electrode of the interaction portion, the characteristic impedance of the previous SL traveling wave electrode and the desired value Na As such, dig the thickness of the substrate between the center electrode and the ground electrode are opposed to each other with a gap W'in the region where the central electrode of the input side feed unit is formed as folded The center of the input-side feed section when the gap W ′ is a planar structure in which the characteristic impedance becomes the desired value without the ridge structure is formed. electrode and the narrowly than the gap W between the ground electrode Rutotomoni, width G'of the ground electrode in the region formed such that the center electrode of the input side feed portion is folded back at the plane type structure It becomes What Do wider than the width G of the ground electrode in the input-side feed of a certain case, and, if crosstalk between the high frequency electric signal is of the planar structure As to be reduced, the ratio of the ratio of the width G'said gap W'of Oite the ground electrode to the center area where the electrodes Ru is formed so as to be folded back of the input side feed portion in the case of the planar structure And is configured to be large.

本発明の請求項2の光変調器は、前記入力側フィード部における全ての前記中心電極について、当該中心電極と相対向する前記接地電極との間の前記基板の厚みが薄くなるようにエッチングされ、前記リッジ構造をなしていることを特徴とする。 The optical modulator according to claim 2 of the present invention is etched so that the thickness of the substrate between all the center electrodes in the input side feed section and the ground electrode facing each other is reduced. The ridge structure is used.

本発明の請求項3の光変調器は、前記入力側フィード部における一部の前記中心電極について、当該中心電極と相対向する前記接地電極との間の前記基板の厚みが薄くなるようにエッチングされ、前記リッジ構造をなしていることを特徴とする。
本発明の請求項4の光変調器は、前記ギャップW´が30μm以上60μm以下であることを特徴とする。
本発明の請求項5の光変調器は、前記入力側フィード部の前記リッジ構造をなしている部位における前記中心電極の幅S´が10μm以上50μm以下であることを特徴とする。
The optical modulator according to claim 3 of the present invention is etched so that the thickness of the substrate between a part of the center electrodes in the input-side feed section and the ground electrode facing the center electrode is reduced. And having the ridge structure.
The optical modulator according to claim 4 of the present invention is characterized in that the gap W ′ is not less than 30 μm and not more than 60 μm.
The optical modulator according to claim 5 of the present invention is characterized in that a width S ′ of the center electrode in a portion of the input side feed portion forming the ridge structure is 10 μm or more and 50 μm or less.

本発明では進行波電極の入力側フィード部における中心電極の近傍のz−カットLN基板をエッチングしたリッジ構造を導入する。リッジ構造は進行波電極の特性インピーダンスを高くする効果を有しているので中心電極と接地電極間のギャップWを比較的狭くしても50Ωに近い特性インピーダンスを得ることができる。そしてギャップWを狭くできるので、接地電極の幅を広くすることが可能となり、高周波電気信号間における電気的なクロストークを低減することができる。さらには、中心電極と接地電極間のギャップWを狭くできるということは入力側フィード部の中心電極の幅を広くできることをも意味している。そして入力側フィード部の中心電極の幅を広くすることにより、この領域における高周波電気信号の伝搬損失を小さくすることができるので、電気的パワー反射率と電気的なクロストークを抑圧しつつ、著しく高速変調が可能な光変調器を実現することが可能となる。   In the present invention, a ridge structure in which a z-cut LN substrate in the vicinity of the center electrode in the input side feed portion of the traveling wave electrode is etched is introduced. Since the ridge structure has the effect of increasing the characteristic impedance of the traveling wave electrode, a characteristic impedance close to 50Ω can be obtained even if the gap W between the center electrode and the ground electrode is relatively narrow. Since the gap W can be narrowed, the width of the ground electrode can be increased, and electrical crosstalk between high-frequency electrical signals can be reduced. Furthermore, the fact that the gap W between the center electrode and the ground electrode can be reduced also means that the width of the center electrode of the input side feed section can be increased. And by widening the width of the center electrode of the input side feed section, it is possible to reduce the propagation loss of the high frequency electric signal in this region, so that the electric power reflectivity and the electric crosstalk are suppressed while being remarkably reduced. An optical modulator capable of high-speed modulation can be realized.

以下、本発明の実施形態について説明するが、図8から図15に示した従来技術と同一の符号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一の符号を持つ機能部の説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, since the same reference numerals as those in the related art shown in FIGS. 8 to 15 correspond to the same functional units, description of the functional units having the same reference numerals is omitted here. To do.

(実施形態)
図1に本発明の光変調器に関する実施形態の一つについてその上面図を示す。なお、光変調方式としてDQPSKを例にとっているので、光導波路の構造は図8に示した従来技術と同じである。
(Embodiment)
FIG. 1 shows a top view of one embodiment of the optical modulator of the present invention. Since DQPSK is taken as an example of the optical modulation system, the structure of the optical waveguide is the same as that of the prior art shown in FIG.

また、図10に対応して、図2には図1の入力側フィード部IIIの横断面図(相互作用光導波路3a、3b、3c、3dの長さ方向に垂直で、かつz−カットLN基板1の表面に平行な方向の断面図)を示す。なお、図2には図1では省略した接地電極も示している。また、説明を簡単にするために、温度ドリフト抑圧のためのSi導電層は省略した。   Further, corresponding to FIG. 10, FIG. 2 shows a cross-sectional view of the input side feed section III of FIG. 1 (perpendicular to the length direction of the interaction optical waveguides 3a, 3b, 3c, 3d and z-cut LN 1 is a cross-sectional view in a direction parallel to the surface of the substrate 1. FIG. 2 also shows the ground electrode omitted in FIG. In order to simplify the explanation, the Si conductive layer for suppressing temperature drift is omitted.

図2を用いて本発明の原理を詳細に説明する。本発明の実施形態である図2と従来技術である図10とを比較すると直ちにわかるように、本発明では中心電極4a、4b、4c、4dと接地電極5a、5b、5c、5d、5eの間のz−カットLN基板1をエッチングした、いわゆるリッジ構造としている。   The principle of the present invention will be described in detail with reference to FIG. As can be readily understood by comparing FIG. 2 which is an embodiment of the present invention and FIG. 10 which is the prior art, in the present invention, the center electrodes 4a, 4b, 4c and 4d and the ground electrodes 5a, 5b, 5c, 5d and 5e A so-called ridge structure is formed by etching the z-cut LN substrate 1 therebetween.

つまり、図2において、6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g、6hはエッチング溝部であり、ここにz−カットLN基板1よりも比誘電率が低い材料(比誘電率がz−カットLN基板1よりも低ければいかなる材料でもよいが、ここではもっとも効果が高い空気としている)を充填することにより、フィード部の特性インピーダンスZを高めている。なお、本発明においてはエッチング溝部6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g、6hの深さが深いほど(換言すれば、リッジの高さが高いほど)、進行波電極としての特性インピーダンスが高くなり、発明の効果が著しく発揮される。   That is, in FIG. 2, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, and 6h are etching grooves, and a material having a relative dielectric constant lower than that of the z-cut LN substrate 1 (the relative dielectric constant is z−). Any material may be used as long as it is lower than the cut LN substrate 1, but the characteristic impedance Z of the feed portion is increased by filling it with air that is most effective here. In the present invention, as the depth of the etching grooves 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, and 6h increases (in other words, the height of the ridge increases), the characteristic impedance as the traveling wave electrode is increased. And the effect of the invention is remarkably exhibited.

ここで、中心電極4a、4b、4c、4dの幅をS´、中心電極4a、4b、4c、4dと接地電極5a、5b、5c、5d、5e間のギャップをW´、接地電極5b、5c、5dの幅をG´とする。ギャップW´と比較してこの接地電極の幅G´が広くなると、中心電極4a、4b、4c、4d間の(あるいは、高周波電気信号Sa、Sb、Sc、Sd間の)電気的クロストークを抑圧できる。つまり、接地電極5b、5c、5dの幅G´とギャップW´の比は、高周波電気信号間の電気的なクロストークに大きな影響を与える。なお、一般に、電気的クロストークを充分に小さくするためには、接地電極の幅G´をギャップWの4〜5倍とすることが望ましい。   Here, the width of the center electrodes 4a, 4b, 4c, 4d is S ', the gap between the center electrodes 4a, 4b, 4c, 4d and the ground electrodes 5a, 5b, 5c, 5d, 5e is W', the ground electrode 5b, The width of 5c and 5d is G ′. When the width G ′ of the ground electrode is increased compared to the gap W ′, electrical crosstalk between the center electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d (or between the high-frequency electrical signals Sa, Sb, Sc, and Sd) is caused. Can be suppressed. That is, the ratio between the width G ′ and the gap W ′ of the ground electrodes 5b, 5c, and 5d has a great influence on the electrical crosstalk between the high-frequency electrical signals. In general, it is desirable that the width G ′ of the ground electrode be 4 to 5 times the gap W in order to sufficiently reduce the electrical crosstalk.

図3には横軸に中心電極4a、4b、4c、4dと接地電極5a、5b、5c、5d、5e間のギャップW´をとり、左側の縦軸にはCPW進行波電極の特性インピーダンスZを、右側の縦軸には接地電極5b、5c、5dの幅G´をとり、これらの関係を示している。なお、本発明の効果を説明するために図11に示した従来技術による特性インピーダンスを破線で示す。   In FIG. 3, the horizontal axis indicates the gap W ′ between the center electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d and the ground electrodes 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e, and the left vertical axis indicates the characteristic impedance Z of the CPW traveling wave electrode. The right vertical axis represents the width G ′ of the ground electrodes 5b, 5c, and 5d, and these relationships are shown. In order to explain the effect of the present invention, the characteristic impedance according to the prior art shown in FIG. 11 is indicated by a broken line.

本発明では進行波電極の特性インピーダンスを高める効果を有するリッジ構造を採用している。従って、図3から明らかなように、中心電極と接地電極間のギャップに対して、本発明における進行波電極の特性インピーダンスZは従来技術のものよりも高くなる。   In the present invention, a ridge structure having an effect of increasing the characteristic impedance of the traveling wave electrode is employed. Therefore, as is apparent from FIG. 3, the characteristic impedance Z of the traveling wave electrode in the present invention is higher than that of the prior art with respect to the gap between the center electrode and the ground electrode.

つまり、進行波電極の特性インピーダンスZが不図示の外部回路の特性インピーダンス50Ωと一致するギャップW´を例えば30〜60μm程度と大幅に小さくできるので、接地電極5b、5c、5dの幅G´を広くすることが可能となるばかりでなく、そもそもギャップW´が小さいので、電気信号間の電気的なクロストークを決定する接地電極の幅G´とギャップW´との比を従来技術と比較して著しく大きくすることが可能となる(例えば、従来技術ではG/Wの値が1〜2程度であっても本発明ではG´/W´の値を4から5と大きくすることが可能となる)。 That is, the gap W 1 ′ in which the characteristic impedance Z of the traveling wave electrode coincides with the characteristic impedance 50Ω of the external circuit (not shown) can be significantly reduced to, for example, about 30 to 60 μm, and therefore the width G ′ of the ground electrodes 5b, 5c, and 5d. In addition, since the gap W 1 ′ is small in the first place, the ratio between the width G ′ of the ground electrode and the gap W 1 ′, which determines the electrical crosstalk between the electrical signals, is determined according to the prior art. (For example, even if the G / W value is about 1 to 2 in the prior art, the G ′ / W ′ value is increased from 4 to 5 in the present invention). Is possible).

図4には横軸に中心電極4a、4b、4c、4dと接地電極5a、5b、5c、5d、5e間のギャップW´をとり、縦軸に高周波電気信号Sa、Sb、Sc、Sdが進行波電極から不図示の外部電気回路に戻る電気的パワー反射係数S11を示す。図3に述べたように、本発明ではギャップW´の値を小さくしても進行波電極の特性インピーダンスZをほぼ50Ωとすることができるので、電気的パワー反射係数S11を−20dB以下と極めて小さくすることが可能となる。 In FIG. 4, the horizontal axis indicates the gap W ′ between the center electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d and the ground electrodes 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e, and the vertical axis indicates the high-frequency electrical signals Sa, Sb, Sc, and Sd. showing the electric power reflection coefficient S 11 to return from the traveling wave electrode to an external electrical circuit (not shown). As described in FIG. 3, in the present invention, even if the value of the gap W 1 ′ is reduced, the characteristic impedance Z of the traveling wave electrode can be made approximately 50Ω, so that the electric power reflection coefficient S 11 is −20 dB or less. It becomes possible to make it extremely small.

なお、図4には従来技術による電気的パワー反射係数S11を破線により示している。図12において説明したように、従来技術では高周波電気信号の電気的クロストークを充分抑圧すると、進行波電極の特性インピーダンスZは例えば30Ω弱と50Ωよりもかなり低くなり、電気的パワー反射係数S11が劣化した。このように、本発明を適用することにより、中心電極4a、4b、4c、4dと接地電極5a、5b、5c、5d、5e間のギャップを小さくしても、進行波電極の特性インピーダンスZを50Ωとすることができるので、電気的パワー反射係数S11を大幅に改善することが可能となる。 Incidentally, in FIG. 4 shows an electrical power reflection coefficient S 11 according to the prior art by the dashed line. As described with reference to FIG. 12, in the conventional technique, when the electrical crosstalk of the high-frequency electrical signal is sufficiently suppressed, the characteristic impedance Z of the traveling wave electrode is, for example, slightly lower than 30Ω and lower than 50Ω, and the electrical power reflection coefficient S 11 Deteriorated. Thus, by applying the present invention, the characteristic impedance Z of the traveling wave electrode can be reduced even if the gap between the center electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d and the ground electrodes 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e is reduced. Since it can be set to 50Ω, the electric power reflection coefficient S 11 can be greatly improved.

図5には横軸に中心電極4a、4b、4c、4dと接地電極5a、5b、5c、5d、5e間のギャップW´をとり、左側の縦軸にはCPW進行波電極の中心電極4a、4b、4c、4d間の電気的クロストークを示している。なお、図3と同様に右側の縦軸には接地電極5b、5c、5dの幅G´を示す。   In FIG. 5, the horizontal axis indicates the gap W ′ between the center electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d and the ground electrodes 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e, and the left vertical axis indicates the center electrode 4a of the CPW traveling wave electrode. 4b shows electrical crosstalk between 4b, 4c and 4d. As in FIG. 3, the right vertical axis represents the width G ′ of the ground electrodes 5b, 5c, and 5d.

本発明では、入力側フィード部IIIの特性インピーダンスを不図示の外部回路と整合性の良いほぼ50Ωとしても、中心電極4a、4b、4c、4dと接地電極5a、5b、5c、5d、5e間のギャップW´を狭く設定できるばかりでなく、ギャップW´が狭いので、接地電極5b、5c、5dの幅G´を広く(例えば約200〜250μmなどと)することが可能となる。従って、接地電極の幅G´とギャップW´の比を4〜5と大きくすることができるので、高周波電気信号の電気的クロストークが−20dBあるいはそれ以下となるように大幅に改善することが可能となる。   In the present invention, even if the characteristic impedance of the input side feed section III is set to approximately 50Ω having good matching with an external circuit (not shown), the center electrodes 4a, 4b, 4c, 4d and the ground electrodes 5a, 5b, 5c, 5d, 5e In addition, the gap W ′ can be set narrow, and since the gap W ′ is narrow, the width G ′ of the ground electrodes 5b, 5c, and 5d can be increased (for example, about 200 to 250 μm). Therefore, since the ratio of the width G ′ of the ground electrode and the gap W ′ can be increased to 4 to 5, the electrical crosstalk of the high-frequency electric signal can be greatly improved so as to be −20 dB or less. It becomes possible.

さらには、中心電極と接地電極間のギャップW´を狭くできるということは入力側フィード部IIIの中心電極の幅S´を広くできることをも意味している。そして入力側フィード部の中心電極の幅S´を広くすることにより、図6に示すようにこの領域における高周波電気信号の伝搬損失を小さくすることができる。例えば、入力側フィード部IIIの中心電極の幅S´を10μm〜50μmとすると、電気的パワー反射率と電気的なクロストークを抑圧しつつ、従来技術と比較して著しく改善された高速光変調を実現することが可能となる。中心電極の幅S´を30μmとした場合におけるLN光変調器のパワー変調指数|m|の周波数(f)依存性を図6に示す。図15において示した従来技術と比較して本実施形態の周波数依存性が大幅に改善されていることがわかる。 Furthermore, the fact that the gap W ′ between the center electrode and the ground electrode can be reduced also means that the width S ′ of the center electrode of the input side feed section III can be increased. Then, by increasing the width S ′ of the center electrode of the input side feed portion, it is possible to reduce the propagation loss of the high frequency electric signal in this region as shown in FIG. For example, when the width S ′ of the center electrode of the input side feed part III is 10 μm to 50 μm, the high-speed optical modulation that is remarkably improved as compared with the prior art while suppressing the electric power reflectivity and the electric crosstalk. Can be realized. FIG. 6 shows the frequency (f) dependence of the power modulation index | m | 2 of the LN optical modulator when the width S ′ of the center electrode is 30 μm. It can be seen that the frequency dependency of the present embodiment is greatly improved as compared with the prior art shown in FIG.

(各実施形態)
以上においてDQPSK光変調器を例にとり説明したが、本発明は入力側フィード部に複数の中心電極を有するLN光変調器に有効であるので、DQPSKに限らず1つのマッハツェンダ光導波路からなるDPSK、あるいはDQPSKよりも多くのマッハツェンダ光導波路を具備するその他の位相変調方式、さらには2電極型の強度変調器にも適用可能であることは言うまでもない。
(Each embodiment)
In the above description, the DQPSK optical modulator has been described as an example. However, since the present invention is effective for an LN optical modulator having a plurality of center electrodes in the input side feed section, the DPSK is not limited to DQPSK, but includes a single Mach-Zehnder optical waveguide, It goes without saying that the present invention can also be applied to other phase modulation systems having more Mach-Zehnder optical waveguides than DQPSK, and further to a two-electrode type intensity modulator.

また、進行波電極における入力側フィード部の全ての中心電極を挟んでz−カットLN基板をエッチングし、リッジ加工するとしたが、一部の中心電極についてのみその近傍のz−カットLN基板をリッジ加工しても良い。つまりリッジ型と平面型の電極構造を組み合わせても良い。なお、その場合には、フィード部の進行波電極を伝搬する高周波電気信号の等価屈折率が互いに異なるので、電気的クロストークを一層抑圧できる。なお、リッジの深さとしては2.5〜5μm程度でも効果があるが、例えば10μm程度の深さにエッチングすると著しい効果がある。   In addition, the z-cut LN substrate is etched and ridge-processed by sandwiching all the center electrodes of the input-side feed portion in the traveling wave electrode, but only the z-cut LN substrate in the vicinity of some of the center electrodes is ridged. It may be processed. That is, a ridge type and a planar type electrode structure may be combined. In that case, since the equivalent refractive indexes of the high-frequency electrical signals propagating through the traveling wave electrode of the feed portion are different from each other, electrical crosstalk can be further suppressed. Note that the ridge depth of about 2.5 to 5 μm is effective, but for example, when the depth is about 10 μm, the effect is remarkable.

以上の説明においては、進行波電極の特性インピーダンスが50Ωである場合について説明したが、本発明の効果はこれに限るものではない。 In the above description, although characteristic impedance of the traveling wave electrode case has been described where a 50 [Omega, the effect of the present invention is not limited thereto.

つまり、進行波電極の入力側フィード部の少なくとも一部にリッジ構造を導入することにより、リッジ構造を有さない平面型構造と比べて特性インピーダンスが高くなっている限り、進行波電極の特性インピーダンスが50Ωよりも低くても、高くても本発明としての効果を発揮できる。 In other words, by introducing at least a portion of the ridge structure of the input side feed portion of the traveling-wave electrode, as long as the characteristic impedance in comparison with the planar structure without a ridge structure is high, characteristics of the traveling-wave electrode Even if the impedance is lower or higher than 50Ω, the effect of the present invention can be exhibited.

例えば、進行波電極の特性インピーダンスを50Ωよりもある程度低く設定する場合には、中心電極と接地電極の間のギャップを狭くできるので、接地電極の幅を広く設定することが可能となり、高周波電気信号間のクロストークを改善できる。また、逆に、進行波電極の特性インピーダンスを50Ωよりも高く設定すると、入力側フィード部を伝搬する高周波電気信号の電流値が小さくなるので、ジュール熱による減衰を小さくすることができ、その結果高速光変調が可能となる。 For example, to set somewhat lower than 50Ω the characteristic impedance of the traveling wave electrodes, since the gap between the center electrode and the ground electrode can be narrowed, it is possible to set the width of the ground electrode, high-frequency electrical Crosstalk between signals can be improved. Conversely, when the characteristic impedance of the traveling-wave electrode is set higher than 50 [Omega, the current value of the high frequency electric signal propagating through the input-side feed unit is reduced, it is possible to reduce the attenuation due to Joule heat, the As a result, high-speed light modulation is possible.

さらに、進行波電極における入力側フィード部の複数の中心電極について異なる特性インピーダンスとすることもできる。つまり、特性インピーダンスが異なるということは、高周波電気信号の等価屈折率も異なるので、電磁界の結合理論から電気的クロストークを改善できる。   Furthermore, different characteristic impedances can be set for the plurality of center electrodes of the input side feed section in the traveling wave electrode. In other words, the fact that the characteristic impedance is different means that the equivalent refractive index of the high-frequency electric signal is also different, so that the electrical crosstalk can be improved from the electromagnetic field coupling theory.

なお、入力側フィード部のバッファ層の厚みを高周波電気信号と光が相互作用する相互作用部のバッファ層の厚みよりも厚くすることにより、特性インピーダンスを一層高くできる。従って、この考え方を本発明と組み合わせることにより、本発明の効果をより高めることが可能となる。   Note that the characteristic impedance can be further increased by making the thickness of the buffer layer of the input side feed portion thicker than the thickness of the buffer layer of the interaction portion where the high frequency electrical signal and light interact. Therefore, the effect of the present invention can be further enhanced by combining this concept with the present invention.

また、z−カットLN基板について説明したが、x−カット、y−カット、あるいはそれらを混合したカットなどその他のカットのLN基板でも良いし、半導体基板などその他の基板でも良い。またバッファ層としてはSiOとして説明して来たが、AlやSiN、あるいはSiO等、その他の材料でも良いことは言うまでもない。 Moreover, although the z-cut LN substrate has been described, it may be an LN substrate of another cut such as an x-cut, a y-cut, or a cut obtained by mixing them, or another substrate such as a semiconductor substrate. Although the buffer layer has been described as SiO 2 , it goes without saying that other materials such as Al 2 O 3 , SiN, or SiO x may be used.

電極構成としては構造が対称なCPW電極を用いた構成について説明したが、構造が非対称なCPW電極でも良いし、さらには非対称コプレーナストリップ(ACPS)あるいは対称コプレーナストリップ(CPS)など、その他の構成でも良い。また、相互作用部における進行波電極構造としてはリッジ構造でも平面型構造でも良いことは言うまでもない。   As the electrode configuration, a configuration using a CPW electrode having a symmetrical structure has been described. However, a CPW electrode having an asymmetric structure may be used, and other configurations such as an asymmetric coplanar strip (ACPS) or a symmetric coplanar strip (CPS) may be used. good. Needless to say, the traveling wave electrode structure in the interaction portion may be a ridge structure or a planar structure.

以上のように、本発明により、特性インピーダンス、つまり電気的パワー反射率、及び電気的クロストーク、さらには高周波電気信号の伝搬損失、つまり光変調帯域について大幅に改善された光変調器を提供できる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical modulator that is significantly improved with respect to characteristic impedance, that is, electrical power reflectivity, and electrical crosstalk, and also propagation loss of high-frequency electrical signals, that is, optical modulation band. .

本発明の実施形態に係わる光変調器を構成する進行波電極を含む上面図1 is a top view including a traveling wave electrode constituting an optical modulator according to an embodiment of the invention 図1における入力側フィード部の横断面図Cross section of the input side feed section in FIG. 本発明の原理を説明する図The figure explaining the principle of this invention 本発明の原理を説明する図The figure explaining the principle of this invention 本発明の原理を説明する図The figure explaining the principle of this invention 本発明の原理を説明する図The figure explaining the principle of this invention 本発明の原理を説明する図The figure explaining the principle of this invention 従来技術によるDQPSK光変調器についての光導波路の構成を示す上面図Top view showing configuration of optical waveguide for DQPSK optical modulator according to prior art 従来技術のDQPSK光変調器についての進行波電極を含む上面図Top view including traveling wave electrodes for a prior art DQPSK optical modulator 図9における入力側フィード部の横断面図Cross section of the input side feed section in FIG. 従来技術の問題点を説明する図Diagram explaining the problems of the prior art 従来技術の問題点を説明する図Diagram explaining the problems of the prior art 従来技術の問題点を説明する図Diagram explaining the problems of the prior art 従来技術の問題点を説明する図Diagram explaining the problems of the prior art 従来技術の問題点を説明する図Diagram explaining the problems of the prior art

符号の説明Explanation of symbols

1:z−カットLN基板(基板)
2、9:SiOバッファ層
3、30:マッハツェンダ光導波路(光導波路)
3a、3b、3c、3d:相互作用光導波路
4a、4b、4c、4d、7:中心電極
5a、5b、5c、5d、5e:接地電極
6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g、6h:エッチング溝部
1: z-cut LN substrate (substrate)
2, 9: SiO 2 buffer layer 3, 30: Mach-Zehnder optical waveguide (optical waveguide)
3a, 3b, 3c, 3d: interaction optical waveguides 4a, 4b, 4c, 4d, 7: center electrodes 5a, 5b, 5c, 5d, 5e: ground electrodes 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h: Etching groove

Claims (5)

基板と、該基板に形成された光導波路と、該基板上に形成され電圧を印加するための中心電極と接地電極からなる進行波電極とを備え、前記光導波路は、前記進行波電極に電圧を印加することにより屈折率が変化する領域である相互作用部に複数の相互作用光導波路を具備し、前記進行波電極の入力側フィード部から前記進行波電極の相互作用部に高周波電気信号が入力される光変調器において、
前記進行波電極の前記中心電極が複数からなるとともに、前記複数の中心電極のそれぞれの両側に前記接地電極が形成され、前記入力側フィード部の前記中心電極が前記相互作用部の中心電極に対して折り返されるよう形成され、
記進行波電極の特性インピーダンスが所望の値となるように、前記入力側フィード部の前記中心電極が折り返されるように形成される領域にてギャップW´で相対向している前記中心電極と前記接地電極との間の前記基板の厚さを掘り下げて少なくしたリッジ構造を形成し、前記ギャップW´は当該リッジ構造を有さずに前記特性インピーダンスを前記所望の値となるようにした平面型構造である場合の前記入力側フィード部における前記中心電極と前記接地電極とのギャップWに比して狭くなるとともに、前記入力側フィード部の前記中心電極が折り返されるように形成される領域における前記接地電極の幅G´は前記平面型構造である場合の前記入力側フィード部における前記接地電極の幅Gに比して広くなって成り、且つ、前記高周波電気信号間のクロストークが前記平面型構造の場合に比して低減するように、前記入力側フィード部の前記中心電極が折り返されるよう形成される領域において前記接地電極の幅G´と前記ギャップW´の比を前記平面型構造の場合に比して大きく構成することを特徴とする光変調器。
A substrate, an optical waveguide formed on the substrate, and a traveling wave electrode formed on the substrate and including a center electrode and a ground electrode for applying a voltage, and the optical waveguide has a voltage applied to the traveling wave electrode comprising a plurality of interaction optical waveguides to the interaction portion which is a region of which the refractive index is changed by applying a high frequency electric interaction of the traveling wave electrode from the input side feed portion of the front Symbol traveling wave electrode In an optical modulator to which a signal is input,
The traveling-wave electrode includes a plurality of the center electrodes, and the ground electrodes are formed on both sides of the plurality of center electrodes, and the center electrode of the input-side feed unit is connected to the center electrode of the interaction unit. Formed to be folded
As the characteristic impedance of the previous SL traveling wave electrode becomes a desired value, and the center electrode are opposed to each other with a gap W'in the region where the central electrode of the input side feed unit is formed as folded A plane in which the thickness of the substrate between the ground electrode and the ground electrode is dug down to form a ridge structure, and the gap W ′ does not have the ridge structure and the characteristic impedance becomes the desired value. It said center electrode and said narrowly than the gap W between the ground electrode Rutotomoni, an area where the central electrode of the input side feed unit is formed as folded on the input side feed portion of the case is a mold structure the width G'of the ground electrode is made I Do wider than the width G of the ground electrode in the input-side feed unit when a said planar structure in, and the high frequency As crosstalk between the gas signal is reduced as compared with the case of the planar structure, the width G'of the center electrode Oite the ground electrode formed Ru region so as to be folded back of the input side feed unit An optical modulator characterized in that the ratio of the gap W ′ is made larger than that in the case of the planar structure.
前記入力側フィード部における全ての前記中心電極について、当該中心電極と相対向する前記接地電極との間の前記基板の厚みが薄くなるようにエッチングされ、前記リッジ構造をなしていることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。   All the center electrodes in the input-side feed section are etched so that the thickness of the substrate between the center electrode and the ground electrode opposite to the center electrode is reduced, thereby forming the ridge structure. The optical modulator according to claim 1. 前記入力側フィード部における一部の前記中心電極について、当該中心電極と相対向する前記接地電極との間の前記基板の厚みが薄くなるようにエッチングされ、前記リッジ構造をなしていることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。   A part of the center electrode in the input-side feed section is etched so that the thickness of the substrate between the center electrode and the ground electrode facing the center electrode is reduced, thereby forming the ridge structure. The optical modulator according to claim 1. 前記ギャップW´が30μm以上60μm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1の請求項に記載の光変調器。   The optical modulator according to any one of claims 1 to 3, wherein the gap W 'is not less than 30 µm and not more than 60 µm. 前記入力側フィード部の前記リッジ構造をなしている部位における前記中心電極の幅S´が10μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1の請求項に記載の光変調器。   5. The light according to claim 1, wherein a width S ′ of the center electrode in a portion of the input-side feed portion forming the ridge structure is 10 μm or more and 50 μm or less. Modulator.
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