JP4762679B2 - 光変調器 - Google Patents
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Description
本発明は、光変調器に関し、特に、光変調素子の外部に配置される接続基板又は終端基板を有する光変調器に関する。
従来、光通信分野や光測定分野において、電気光学効果を有する基板上に光導波路や変調電極を形成した導波路型光変調器が多用されている。このような光変調器においては、光変調器の多機能化及びコンパクト化が求められており、図１に示すように、光変調素子１の周りに接続基板４や終端基板９などを配置し、これらをケース１０の中に一体的に組み込み光変調器モジュールを構成することが行なわれている。
図１に示した光変調器の一例について説明すると、光変調素子１は、ＬｉＮｂＯ３などの電気光学効果を有する基板上に、光導波路（不図示）と変調電極などが形成されているものであり、変調電極は信号電極２と接地電極（不図示）などで構成されている。光変調素子１には、光波を入射又は出射させるための光ファイバ３が接続されている。
また、光変調素子１の周りには増幅器などの機能素子８を含む接続基板４や終端器９を含む終端基板５が配置されている。接続基板４や終端基板５は、光変調素子１と共にケース１０内に収められ、光変調器モジュールを形成している。
また、光変調素子１の周りには増幅器などの機能素子８を含む接続基板４や終端器９を含む終端基板５が配置されている。接続基板４や終端基板５は、光変調素子１と共にケース１０内に収められ、光変調器モジュールを形成している。
光変調器の駆動方法について説明する。変調信号源６から発生したマイクロ波信号が、ケース１０の入力端子であるＧＰＯコネクタ７に導入され、該コネクタから、図１（ｂ）に示す接続基板４の信号入力端部１１に伝搬する。
接続基板４の中では、増幅器、分配器、位相器などの変調信号を種々の状態に変換するための機能素子８を介して信号出力端部１２に変調信号を導出する。なお、接続基板４は機能素子８を含むものに限らず、特許文献１に開示されているように、例えば、コプレーナ線路のみを有する接続基板であっても良い。
特開２００３−２３３０４３号公報
接続基板４の中では、増幅器、分配器、位相器などの変調信号を種々の状態に変換するための機能素子８を介して信号出力端部１２に変調信号を導出する。なお、接続基板４は機能素子８を含むものに限らず、特許文献１に開示されているように、例えば、コプレーナ線路のみを有する接続基板であっても良い。
接続基板の信号出力端部１２と光変調素子の信号電極２の電極パッドとの間がワイヤボンディングされており、接続基板４から出力される変調信号は、引き続き信号電極２を伝搬する。そして信号電極２を伝搬する変調信号により、光変調素子の光導波路内を伝搬する光波は、光変調を受けることとなる。
信号電極２の終端部には、別の電極パッドが設けられ、該電極パッドと終端基板の信号線の端部との間が、同様にワイヤボンディングされている。このため、変調信号は信号電極２からさらに終端基板５へと伝搬し、終端基板内に設けられた終端器９により吸収されることとなる。
一方、光変調素子が光強度変調を行う場合には、光変調素子１の変調曲線Ｄ（光変調素子に印加される電圧Ｖに対する、変調された光波の光量変化Ｉを示す曲線）は、図２に示すような曲線を形成する。このため、光変調素子１の信号電極２に印加される変調信号は、図２の符号ａに示すように、光出力が最大となる頂点と最小となる底点との範囲で変化するように設定されている。変調信号ａを印加した際の光出力変化を符号Ａで示す。
仮に、変調信号が図２に示すように所定の振幅値より小さい場合（変調信号ｂの場合）には、光出力変化Ｂとなり、光出力の所定の振幅値より小さくなり、Ｓ／Ｎ比が低下することとなる。また、変調信号が図２に示すように所定の振幅値より大きい場合（変調信号ｃの場合）には、光出力変化Ｃとなり、光出力の所定の振幅値より小さくなりＳ／Ｎ比が低下すると共に、光出力波形も歪むこととなる。
仮に、変調信号が図２に示すように所定の振幅値より小さい場合（変調信号ｂの場合）には、光出力変化Ｂとなり、光出力の所定の振幅値より小さくなり、Ｓ／Ｎ比が低下することとなる。また、変調信号が図２に示すように所定の振幅値より大きい場合（変調信号ｃの場合）には、光出力変化Ｃとなり、光出力の所定の振幅値より小さくなりＳ／Ｎ比が低下すると共に、光出力波形も歪むこととなる。
上述したように、光変調素子の変調特性を安定に維持するためには、光変調素子に印加する変調信号の電圧の振幅値を、常に所定の値に維持することが不可欠である。
しかしながら、一般に光変調素子を駆動する変調信号は５Ｖ程度であるのに対し、変調信号源６から出力される変調信号は０．３Ｖ程度であるため、増幅器を利用して変調信号を増幅することが行われている。このため、光変調器モジュール内の温度変化や、該モジュール内外の温度差などにより、増幅器の増幅率が変化し、光変調素子に印加される変調信号の振幅値が所定値から外れるという問題を生じていた。
しかしながら、一般に光変調素子を駆動する変調信号は５Ｖ程度であるのに対し、変調信号源６から出力される変調信号は０．３Ｖ程度であるため、増幅器を利用して変調信号を増幅することが行われている。このため、光変調器モジュール内の温度変化や、該モジュール内外の温度差などにより、増幅器の増幅率が変化し、光変調素子に印加される変調信号の振幅値が所定値から外れるという問題を生じていた。
また、接続基板上に増幅器、分配器、又は位相器などの各種の機能素子を組み込む場合にも、これらの機能素子の動作特性が温度変化に依存して変化し、例えば、機能素子から出力される変調信号の振幅値が変化する場合がある。結果として、光変調素子に印加される変調信号の振幅値が、所定値から外れ、Ｓ／Ｎ比の低下や信号波形の歪みなど光変調器の変調特性が劣化する原因となっている。
さらに、光変調器モジュールの中に組み込まれた接続基板４においては、図１（ｂ）に示すように、変調信号であるマイクロ波信号を導入した際に、信号入力端部１１でマイクロ波信号の放射モード１３が発生し、変調信号の一部が接続基板内に放射されるという現象を生じる。このため、変調信号の電圧の振幅値が変化し、所定の振幅値を有する変調信号を光変調素子に印加することが困難となる。しかも、機能素子８に増幅器を組み込む場合には、増幅器に入力される変調信号自体が変化しているため、増幅器から出力される変調信号はより大きく所定振幅値から外れる結果となる。
しかも、図１の光変調器モジュールの外部に変調信号の電圧の振幅値をモニタするモニタ手段（不図示）を設けた場合には、電圧の振幅値をモニタされた変調信号が、ＧＰＯコネクタ７を介して光変調器モジュールの内部に導入されることとなる。このため、コネクタ７での接続損失により、変調信号の電圧振幅が減少すると、光変調素子１に印加される変調信号の電圧振幅値と上記モニタ手段でモニタした変調信号の電圧振幅値とは、大きく異なり、変調信号の電圧振幅値を高精度にモニタリングすることが困難となる。当然、変調信号の増幅器を光変調器モジュールの外部に設けた場合も同様である。
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、光変調素子の外部に接続基板又は終端基板を配置する光変調器において、光変調素子に印加される変調信号を常に適正な電圧振幅値に保持することが可能な光変調器を提供することである。
請求項１に係る発明では、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを有する光変調素子と、並びに該基板の外部に配置され、該光変調素子を駆動する変調信号を該光変調素子に供給するための接続基板とを含む光変調器において、該接続基板には、変調信号を伝搬する信号線が形成され、該信号線から該光変調素子へ変調信号を供給する信号線の端部の直前に、変調信号の電圧の振幅をモニタするための変調信号モニタ用出力線路が設けられており、該信号線上には変調信号を種々の状態に変換するための機能素子が配置され、該変調信号モニタ用出力線路は該機能素子から出力される変調信号の電圧の振幅をモニタする位置に配置されていることを特徴とする。
本発明における「信号線の端部の直前」とは、機能素子が接続基板上に配置される場合には、機能素子と該信号線の端部との間を意味し、機能素子がない場合には信号線のどの場所でも良いことを意味する。
本発明における「信号線の端部の直前」とは、機能素子が接続基板上に配置される場合には、機能素子と該信号線の端部との間を意味し、機能素子がない場合には信号線のどの場所でも良いことを意味する。
なお、本発明における「変調信号を種々の状態に変換するための機能素子」とは、接続基板に配置され、増幅器、位相器、分配器などのように変調信号に係る信号増幅・減衰、位相調整、信号分配又は合波などを行い、変調信号の状態を特定の状態に変換する機能を有する電気回路素子を意味する。
請求項２に係る発明では、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを有する光変調素子と、並びに該基板の外部に配置され、該光変調素子を駆動した変調信号を該光変調素子から終端器に供給するための終端基板とを含む光変調器において、該終端基板には、終端器と、該終端器に導入される変調信号の電圧の振幅をモニタするための変調信号モニタ用出力線路とが設けられていることを特徴とする。
請求項３に係る発明では、請求項１又は２に記載の光変調器において、光変調器は、ケース内に封入されていることを特徴とする。
請求項１に係る発明により、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを有する光変調素子と、並びに該基板の外部に配置され、該光変調素子を駆動する変調信号を該光変調素子に供給するための接続基板とを含む光変調器において、該接続基板には、変調信号を伝搬する信号線が形成され、該信号線から該光変調素子へ変調信号を供給する信号線の端部の直前に、変調信号の電圧の振幅をモニタするための変調信号モニタ用出力線路が設けられているため、光変調素子に印加される変調信号を、印加する直前でモニタするため、極めて高精度に光変調素子に印加される変調信号の電圧の振幅を把握することが可能となる。そして、このモニタで得た結果に基づいて変調信号源や増幅器の出力を制御することで、変調信号の電圧振幅値を所定値に維持することが可能となる。
しかも、信号線上には変調信号を種々の状態に変換するための機能素子が配置され、変調信号モニタ用出力線路は該機能素子から出力される変調信号の電圧の振幅をモニタする位置に配置されているため、機能素子が温度変化により動作特性が変化した場合でも、機能素子から出力される変調信号の電圧振幅値を常に所定の値に維持することが可能となる。
請求項２に係る発明により、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを有する光変調素子と、並びに該基板の外部に配置され、該光変調素子を駆動した変調信号を該光変調素子から終端器に供給するための終端基板とを含む光変調器において、該終端基板には、終端器と、該終端器に導入される変調信号の電圧の振幅をモニタするための変調信号モニタ用出力線路とが設けられているため、光変調素子に印加された変調信号を、信号電極の終端部分でモニタするため、極めて高精度に光変調素子に印加されている変調信号の電圧を把握することが可能となる。そして、このモニタで得た結果に基づいて変調信号源や増幅器の出力を制御することで、変調信号の電圧振幅値を所定値に維持することが可能となる。
請求項３に係る発明により、光変調器は、ケース内に封入されているため、ケースの内外で温度差が生じた場合でも、ケース内に配置された接続基板又は終端基板の変調信号モニタ用出力線路により、光変調素子に印加されている変調信号の電圧振幅値を高精度に把握することが可能となる。このモニタで得た結果に基づいて光変調器モジュールに導入する変調信号や各種信号を制御することにより、常に適正な変調信号で光変調素子を駆動することが可能となる。
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図３は、本発明に係る光変調器の第１の実施例を示したものである。
なお、図３において、図１と同じ符号を付した部分は、図１と同様の構成を意味する。本発明においては、光変調素子１として、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを有するものであれば、材料やその他の構造について、特に限定されるものではないが、例えば、電気光学効果を有する基板としては、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料が利用可能である。また、基板上の光導波路は、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させることにより形成することができる。さらに、変調電極を構成する信号電極や接地電極などは、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。またさらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ２等のバッファ層を設けることも可能である。
図３は、本発明に係る光変調器の第１の実施例を示したものである。
なお、図３において、図１と同じ符号を付した部分は、図１と同様の構成を意味する。本発明においては、光変調素子１として、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを有するものであれば、材料やその他の構造について、特に限定されるものではないが、例えば、電気光学効果を有する基板としては、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料が利用可能である。また、基板上の光導波路は、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させることにより形成することができる。さらに、変調電極を構成する信号電極や接地電極などは、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。またさらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ２等のバッファ層を設けることも可能である。
図３に係る本発明の特徴は、接続基板２０の変調信号を伝搬する信号線において、該信号線から該光変調素子へ変調信号を供給する信号線の端部の直前に、変調信号の電圧の振幅をモニタするための変調信号モニタ用出力線路２５を設けることである。変調信号モニタ用出力線路２５の取出し口２２は、図５に示すように、分岐点５０、抵抗５１，５２などから構成され、増幅器２１が出力する変調信号の一部を変調信号モニタ用出力線路２５に導入するよう構成される。なお、光変調素子に出力される変調信号を大きく減衰させず、該変調信号の電圧を測定可能なものであれば、変調信号の取出し口２５は図５に示されるものに限らず、抵抗やコンデンサなど、種々の電気部品を組合わせて構成することも可能である。また、接続基板２０や後述する終端基板には、アルミナ、窒化アルミなどの低誘電損失材料を用いることが好ましい。
変調信号モニタ用出力線路２５の信号は、コネクタ２３を介してケース１０の外部設置された信号電圧検出器２４に導入され、例えば、所定の基準値と検出値とを比較し、検出値が該基準値と一致するように、増幅器２１の出力を制御するよう構成することが可能である。
図３の実施例では、接続基板２０に配置される機能素子として増幅器２１を例示しているが、本発明の機能素子は、増幅器に限定されるものではなく、分配器や位相器などであっても良い。ただし、機能素子を制御して変調信号の出力を変化させることが困難な場合には、光変調器モジュールの外部に設置された増幅器（不図示）や信号源６自体を制御し、変調信号モニタ用出力線路からの信号が所定の値になるよう制御することも可能である。当然、機能素子を有しない信号線のみの接続基板の場合も、同様に制御することが可能である。
このように変調信号モニタ用出力線路２５により、光変調素子に印加される変調信号を、印加する直前でモニタするため、温度変化やマイクロ波信号の放射モード、さらにはコネクタでの接続損失などの影響を抑制した、極めて高精度に光変調素子に印加される変調信号の電圧の振幅を把握することが可能となる。そして、このモニタで得た結果に基づいて変調信号源や増幅器などの出力を制御することで、変調信号の電圧振幅値を所定値に維持することができる。
図４は、本発明に係る光変調器の第２の実施例を示したものである。
図４では、終端基板３０において、終端器に導入される変調信号の電圧の振幅をモニタするための変調信号モニタ用出力線路３５が設けられている。変調信号モニタ用出力線路３５から出力される信号は、信号線３２を経て、コネクタ３３から光変調器モジュールの外部に出力され、信号電圧検出器３４に入力される。なお、接続基板４０には、増幅器４１が設けられている。なお、変調信号モニタ用出力線路３５の取出し口３１は、図５と同様な回路を構成することも可能である。
図４では、終端基板３０において、終端器に導入される変調信号の電圧の振幅をモニタするための変調信号モニタ用出力線路３５が設けられている。変調信号モニタ用出力線路３５から出力される信号は、信号線３２を経て、コネクタ３３から光変調器モジュールの外部に出力され、信号電圧検出器３４に入力される。なお、接続基板４０には、増幅器４１が設けられている。なお、変調信号モニタ用出力線路３５の取出し口３１は、図５と同様な回路を構成することも可能である。
この変調信号モニタ用出力線路３５により、光変調素子に印加された変調信号を、信号電極の終端部分でモニタするため、温度変化やマイクロ波信号の放射モード、さらにはコネクタでの接続損失などの影響を抑制した、極めて高精度に光変調素子に印加されている変調信号の電圧の振幅を把握することが可能となる。そして、このモニタで得た結果に基づいて、図３で説明した場合と同様に、変調信号源や増幅器などの出力を制御することで、変調信号の電圧振幅値を所定値に維持することが可能となる。
また、図３や図４のように、光変調器は、ケース１０内に封入されているため、仮にケースの内外で温度差が生じた場合でも、ケース内に配置された接続基板２０又は終端基板３０の変調信号モニタ用出力線路２５，３５により、光変調素子に印加されている変調信号の電圧振幅値を高精度に把握することが可能となる。そして、このモニタで得た結果に基づいて光変調器モジュールに導入する変調信号や各種信号を制御することにより、常に適正な変調信号で光変調素子を駆動することが可能となる。
以上説明したように、本発明によれば、光変調素子の外部に接続基板又は終端基板を配置する光変調器において、光変調素子に印加される変調信号を常に適正な電圧振幅値に保持することが可能な光変調器を提供することができる。
１ 光変調素子
２ 信号電極
３ 光ファイバ
４，２０，４０ 接続基板
５，３０ 終端基板
６ 変調信号源
７，２３，３３ コネクタ
８ 機能素子
９ 終端器
１０ ケース
１１ 信号入力端部
１２ 信号出力端部
１３ マイクロ波の放射モード
２１，４１ 増幅器
２２，３１ 変調信号モニタ用出力線路の取出し口
２４，３４ 信号電圧検出器
２５，３５ 変調信号モニタ用出力線路
３２ 信号線
５０ 分岐点
５１，５２ 抵抗
２ 信号電極
３ 光ファイバ
４，２０，４０ 接続基板
５，３０ 終端基板
６ 変調信号源
７，２３，３３ コネクタ
８ 機能素子
９ 終端器
１０ ケース
１１ 信号入力端部
１２ 信号出力端部
１３ マイクロ波の放射モード
２１，４１ 増幅器
２２，３１ 変調信号モニタ用出力線路の取出し口
２４，３４ 信号電圧検出器
２５，３５ 変調信号モニタ用出力線路
３２ 信号線
５０ 分岐点
５１，５２ 抵抗
Claims (3)
- 電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを有する光変調素子と、並びに該基板の外部に配置され、該光変調素子を駆動する変調信号を該光変調素子に供給するための接続基板とを含む光変調器において、
該接続基板には、変調信号を伝搬する信号線が形成され、
該信号線から該光変調素子へ変調信号を供給する信号線の端部の直前に、変調信号の電圧の振幅をモニタするための変調信号モニタ用出力線路が設けられており、該信号線上には変調信号を種々の状態に変換するための機能素子が配置され、該変調信号モニタ用出力線路は該機能素子から出力される変調信号の電圧の振幅をモニタする位置に配置されていることを特徴とする光変調器。 - 電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを有する光変調素子と、並びに該基板の外部に配置され、該光変調素子を駆動した変調信号を該光変調素子から終端器に供給するための終端基板とを含む光変調器において、
該終端基板には、終端器と、
該終端器に導入される変調信号の電圧の振幅をモニタするための変調信号モニタ用出力線路とが設けられていることを特徴とする光変調器。 - 請求項１又は２に記載の光変調器において、光変調器は、ケース内に封入されていることを特徴とする光変調器。
Priority Applications (7)
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|---|---|---|---|
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