JP4991909B2 - Light control element - Google Patents

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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical control element that enables stable operation at a low driving voltage, in particular an optical control element using two resonance type electrodes that enables stable operation even if a cross talk (coupling) between both the electrodes is produced. <P>SOLUTION: In an optical control element having a substrate 1 having an electro-optic effect, plural optical waveguides 2 formed on the substrate, and a control electrode 3 formed on the substrate for controlling the phase of light which propagates through the optical waveguide, the control electrode comprises at least resonance type electrodes 31 and 32 having the same resonance frequency; and power supply electrodes 41 and 42 that supply a control signal to each resonance type electrode. A shape and a formation position of each resonance type electrode, and a power supply position of the power supply electrode to each resonance type electrode are provided such that odd mode coupling with each other is enabled. Each resonance type electrode is supplied with an in-phase control signal by the power supply electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2012,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、光制御素子に関し、特に、光導波路を伝搬する光波を変調する共振型電極を備えた光制御素子に関する。   The present invention relates to a light control element, and more particularly to a light control element provided with a resonant electrode that modulates a light wave propagating through an optical waveguide.

無線に用いられる数GHz以上の高周波信号を光伝送するための光変調器や、長距離伝送において、データ変調とともに用いられる光クロック生成用のパルサー変調器などの光通信システムの送信装置に、共振型光変調器のような光制御素子が利用されている。共振型光変調器には、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する基板材料が利用され、共振型電極を有する制御電極を用いて、基板に形成された光導波路の屈折率を変化させて、その光導波路を伝搬する光の強度や位相を変調するよう構成されている。   Resonates with transmitters of optical communication systems such as optical modulators for optical transmission of high-frequency signals of several GHz or more used for radio and pulsar modulators for optical clock generation used with data modulation in long-distance transmission. Light control elements such as type optical modulators are used. A resonant optical modulator uses a substrate material having an electro-optic effect such as lithium niobate, and uses a control electrode having a resonant electrode to change the refractive index of the optical waveguide formed on the substrate, It is configured to modulate the intensity and phase of light propagating through the optical waveguide.

共振型電極では、給電点から特定の周波数の電気信号を入力すると、その電極に電気信号の定在波が生じる。このように、共振型光変調器は、電気信号の共振現象を利用しているので、特定の周波数を入力したときに、特に効率良く動作し、一般に進行波型光変調器よりも電極単位長さ当りの変調効率が良い。   In the resonance type electrode, when an electric signal having a specific frequency is input from the feeding point, a standing wave of the electric signal is generated at the electrode. As described above, since the resonance type optical modulator uses the resonance phenomenon of the electric signal, it operates particularly efficiently when a specific frequency is inputted, and generally has a unit length longer than that of the traveling wave type optical modulator. Modulation efficiency per unit is good.

このような特性があるため、従来の共振型光変調器の電極の長さが、電気信号の1波長分よりも短くなるように設計された例が多い。しかしながら、光導波路を伝搬する光の速度と作用部の電極を伝搬する制御信号の速度がほぼ一致した条件では、電極を長くすることが可能であり、制御信号の減衰にも影響を受けるが、電極の長さに応じた駆動電圧の改善が得られる。   Because of such characteristics, there are many examples in which the length of the electrode of the conventional resonant optical modulator is designed to be shorter than one wavelength of the electric signal. However, in the condition where the speed of light propagating through the optical waveguide and the speed of the control signal propagating through the electrode of the action part are approximately the same, the electrode can be lengthened and affected by the attenuation of the control signal. The driving voltage can be improved according to the length of the electrode.

非特許文献1には、速度整合と共振型電極の併用が効率改善に有効であること開示され、また、非特許文献2には、ニオブ酸リチウムを基板に用いた共振電極型光変調器が記載されており、電気信号の屈折率(nm)をほぼ2.2(ニオブ酸リチウムの光に対する屈折率は約2.2)とすることで、良好な特性が得られた事例が紹介されている。   Non-Patent Document 1 discloses that the combined use of speed matching and a resonant electrode is effective for improving the efficiency, and Non-Patent Document 2 discloses a resonant electrode type optical modulator using lithium niobate as a substrate. It describes the case where good characteristics were obtained by setting the refractive index (nm) of the electrical signal to approximately 2.2 (the refractive index of lithium niobate with respect to light is approximately 2.2).

一方、光と電気信号の速度が一致しない条件では、電極の長さを十分長くすることができず、単位長さあたりの変調効率が高くても、結果として全体の変調効率を良くすることができない。そのため、変調器の効率を表すパラメータである半波長電圧Vπが概ね10V以上となり、非常に高い電圧を印加しなければ、十分な動作が得られない。   On the other hand, under conditions where the speeds of light and electrical signals do not match, the length of the electrode cannot be made sufficiently long, and even if the modulation efficiency per unit length is high, the overall modulation efficiency can be improved as a result. Can not. For this reason, the half-wave voltage Vπ, which is a parameter representing the efficiency of the modulator, is approximately 10 V or higher, and sufficient operation cannot be obtained unless a very high voltage is applied.

また、光導波路の一部を2つの経路に分岐させ、マッハツェンダー(MZ)干渉計構造とし、2つの分岐光を干渉させれば、光の強度変調器として動作する。長距離伝送において、データ変調とともに用いられる光クロック生成用のパルサー変調器などにおいては、2つの分岐光での光の位相変化量が、同じ大きさで逆符号の位相変化で動作させることによって得られる、波長チャープがゼロとなる状態が望ましく、MZ干渉計のそれぞれの分岐導波路に同じ大きさで逆符号の信号を印加する構成が取られている。しかも、このような各分岐導波路に対応する2つの電極に互いに逆符号の信号を印加する場合(「二電極型」という。)には、駆動電圧を下げる効果もある。   Further, if a part of the optical waveguide is branched into two paths to form a Mach-Zehnder (MZ) interferometer structure, if the two branched lights are made to interfere with each other, the optical waveguide operates as a light intensity modulator. In a long-distance transmission, a pulsar modulator for generating an optical clock used with data modulation, etc. can be obtained by operating the amount of phase change of the two split lights with the same magnitude and opposite phase change. It is desirable that the wavelength chirp is zero, and a configuration is adopted in which signals of the same magnitude and opposite signs are applied to the respective branch waveguides of the MZ interferometer. In addition, when signals having opposite signs are applied to the two electrodes corresponding to each of the branched waveguides (referred to as “two-electrode type”), there is an effect of lowering the driving voltage.

これらのことから、光と制御信号の速度の整合がとれた長い共振型電極を用いて、二電極型のMZ変調器を構成すれば、劇的な低駆動電圧化が実現できることが期待される。しかしながら、共振型電極は共振周波数の信号に対しては、効率が高く電界が非常に強いため、周辺の導電性物質との結合(信号のクロストーク)が顕著である。両制御電極の信号がクロストークした状況では、制御信号の位相が乱れ、所望の光変調が得られない。   From these facts, it is expected that a drastic reduction in driving voltage can be realized if a two-electrode type MZ modulator is configured using a long resonant electrode in which the speeds of light and control signals are matched. . However, since the resonance electrode has high efficiency and a very strong electric field for a signal having a resonance frequency, coupling with a surrounding conductive material (signal crosstalk) is remarkable. In a situation where the signals of both control electrodes are cross-talked, the phase of the control signal is disturbed and the desired light modulation cannot be obtained.

特に、同じ周波数に対して共振条件満たす要素(部品)に対しては、信号が結合しやすい。二電極型のMZ光変調器については、各分岐導波路に対応する制御電極には、基本構造が同じ電極を採用する。このため、共振型電極を構成する場合には、各制御電極(共振型電極)は共に同じ周波数の共振周波数となり、結合(信号のクロストーク)が顕著となる。しかも、速度整合した長い電極を用いる場合は、電極が長いため、両電極間の結合の影響がさらに顕著になる。   In particular, signals are likely to be coupled to elements (components) that satisfy the resonance condition for the same frequency. For the two-electrode type MZ optical modulator, an electrode having the same basic structure is adopted as a control electrode corresponding to each branching waveguide. For this reason, when a resonant electrode is configured, each control electrode (resonant electrode) has the same resonant frequency, and coupling (signal crosstalk) becomes significant. In addition, when a long electrode with a speed matching is used, the influence of the coupling between the two electrodes becomes more remarkable because the electrode is long.

ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する基板に、コプレーナ型の電極を形成して作製した光変調器の場合の、複数電極間の制御信号のクロストーク防止策については、特許文献1のように溝を形成する例がある。一般に、制御電界の強度は、制御電極からの距離が大きくなるにつれて小さくなる。これは、基板や電極の構造にも依存する現象であるが、図1に示すように、導波路間隔が約150μmの場合には、他方の光導波路に及ぼす電界の強さは約1%程度であり、約300μmの場合には約0.2%、約400μmの場合には約0.1%程度であることも、開示されている。   Patent Document 1 discloses a countermeasure for preventing crosstalk of a control signal between a plurality of electrodes in the case of an optical modulator manufactured by forming a coplanar electrode on a substrate having an electro-optic effect such as lithium niobate. There is an example of forming a groove. In general, the strength of the control electric field decreases as the distance from the control electrode increases. This is a phenomenon that depends on the structure of the substrate and the electrode. As shown in FIG. 1, when the waveguide interval is about 150 μm, the electric field strength exerted on the other optical waveguide is about 1%. It is also disclosed that it is about 0.2% for about 300 μm and about 0.1% for about 400 μm.

このように、MZ干渉計の2つの分岐光導波路の間隔を大きくとることは、デバイスのサイズやコストの面で不利である。また、特許文献1に示される溝を形成する手法は、一定の改善は見込めるものの、防止の追加構造の加工など、デバイスの製造コストの面で不利である。   Thus, it is disadvantageous in terms of device size and cost to increase the distance between the two branch optical waveguides of the MZ interferometer. In addition, although the method of forming a groove shown in Patent Document 1 can be expected to improve, it is disadvantageous in terms of device manufacturing costs such as processing of an additional structure for prevention.

特開2009−53444号公報JP 2009-53444 A

Mark Yu and Anand Gopinath, "Velocity Matched ResonantSlow-Wave Structure for Optical Modulator", Proceedings of IntegratedPhotonics Research (IPR), ITuH7-1, pp.365-369, Palm Springs, California, March22, 1993Mark Yu and Anand Gopinath, "Velocity Matched ResonantSlow-Wave Structure for Optical Modulator", Proceedings of Integrated Photonics Research (IPR), ITuH7-1, pp.365-369, Palm Springs, California, March22, 1993 Roger Krahenbuhl and M. M. Howerton, "Investigations onShort-Path-Length High-Speed Optical Modulators in LiNbO3 With Resonant-TypeElectrodes", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.19, No. 9, pp.1287-1297,SEPTEMBER 2001Roger Krahenbuhl and M. M. Howerton, "Investigations on Short-Path-Length High-Speed Optical Modulators in LiNbO3 With Resonant-Type Electrodes", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.19, No. 9, pp.1287-1297, SEPTEMBER 2001

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、低駆動電圧で安定動作することが可能な光制御素子を提供することであり、特に、2つの共振型電極を用いて、両電極間のクロストーク(結合)が発生しても安定動作が可能な光制御素子を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a light control element capable of stable operation with a low driving voltage, and in particular, using two resonant electrodes. An object of the present invention is to provide a light control element capable of stable operation even when crosstalk (coupling) between both electrodes occurs.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された複数の光導波路と、該基板に設けられ、該光導波路を伝搬する光の位相を制御するための制御電極とを有する光制御素子において、該制御電極は、同じ共振周波数を有する少なくとも2つの共振型電極と、該共振型電極の各々に制御信号を給電する給電電極とを備え、該光導波路は、単一又は複数のマッハツェンダー干渉計を構成し、前記2つの共振型電極は、該マッハツェンダー干渉計を構成する2つの分岐導波路に対応して配置され、各共振型電極の形状及び形成位置、並びに各共振型電極への給電電極による給電位置は、互いに奇モード結合が可能なように設定され、各共振型電極には、該給電電極により同相の制御信号が給電され、該制御信号が給電された状態で、各共振型電極が互いに奇モード結合することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an invention according to claim 1 is directed to a substrate having an electro-optic effect, a plurality of optical waveguides formed on the substrate, and a phase of light that is provided on the substrate and propagates through the optical waveguide. The control electrode includes a control electrode for controlling the at least two resonance-type electrodes having the same resonance frequency, and a power supply electrode for supplying a control signal to each of the resonance-type electrodes. The optical waveguide constitutes one or a plurality of Mach-Zehnder interferometers, and the two resonant electrodes are arranged corresponding to the two branch waveguides constituting the Mach-Zehnder interferometer, and each resonant type The shape and formation position of the electrodes, and the power feeding position by the power feeding electrode to each resonance type electrode are set so that the odd mode coupling is possible, and a control signal having the same phase is fed to each resonance type electrode by the power feeding electrode. It is In a state where the control signal is fed, the resonant electrode is characterized that you bond odd mode together.

請求項に係る発明は、請求項に記載の光制御素子において、前記2つの共振型電極の形状及び形成位置、並びに各共振型電極への給電電極による給電位置は、互いに点対称となるように設定されていることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the optical control device according to claim 1, the shape and formation position of the two resonant-type electrode, and the feeding position by the feeding electrode to the resonant electrode is a point-symmetric with It is set as follows.

請求項に係る発明は、請求項1又は2に記載の光制御素子において、該共振型電極は、1本の信号電極とそれを取り囲む接地電極から構成され、該信号電極の2つの端部は、該接地電極に対して、共に開放されているか、又は共に短絡されているか、あるいは一方が短絡され他方が開放されているかのいずれかであること特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the light control element according to the first or second aspect , the resonant electrode includes one signal electrode and a ground electrode surrounding the signal electrode, and the two end portions of the signal electrode Are either open to the ground electrode, shorted together, or one shorted and the other open.

請求項に係る発明は、請求項1乃至のいずれかに記載の光制御素子において、該共振型電極は、1本の信号電極を有し、該信号電極の長さは、所定周波数を有する制御信号が該信号電極上に形成する波長より、長いことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the light control element according to any one of the first to third aspects, the resonant electrode has one signal electrode, and the length of the signal electrode has a predetermined frequency. The control signal is longer than the wavelength formed on the signal electrode.

請求項に係る発明は、請求項1乃至のいずれかに記載の光制御素子において、該共振型電極は、1本の信号電極を有し、該信号電極への給電位置は、共振型電極のインピーダンスが50Ωとなる位置であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the light control element according to any one of the first to fourth aspects, the resonant electrode has one signal electrode, and the power supply position to the signal electrode is a resonant type. It is a position where the impedance of the electrode is 50Ω.

請求項に係る発明は、請求項に記載の光制御素子において、該信号電極への給電位置は、該信号電極の中心に最も近い位置であることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the light control element according to claim 5 , wherein the power supply position to the signal electrode is a position closest to the center of the signal electrode.

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、該基板に形成された複数の光導波路と、該基板に設けられ、該光導波路を伝搬する光の位相を制御するための制御電極とを有する光制御素子において、該制御電極は、同じ共振周波数を有する少なくとも2つの共振型電極と、該共振型電極の各々に制御信号を給電する給電電極とを備え、該光導波路は、単一又は複数のマッハツェンダー干渉計を構成し、前記2つの共振型電極は、該マッハツェンダー干渉計を構成する2つの分岐導波路に対応して配置され、各共振型電極の形状及び形成位置、並びに各共振型電極への給電電極による給電位置は、互いに奇モード結合が可能なように設定され、各共振型電極には、該給電電極により同相の制御信号が給電され、該制御信号が給電された状態で、各共振型電極が互いに奇モード結合するため、仮に共振型電極間にクロストーク(結合)が発生しても、他方の電極に結合した分と同じ分の電界エネルギーを同相で受け取るため、結合が無いときと同じように働き、安定した光変調動作が可能である。しかも、これは両電極間の結合の大小を問わず同じとなる。よって、低駆動電圧で安定動作することが可能な光制御素子を提供することが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, a substrate having an electrooptic effect, a plurality of optical waveguides formed on the substrate, and a control electrode for controlling the phase of light provided on the substrate and propagating through the optical waveguide in the light control element having bets, the control electrode includes at least two resonant electrode having the same resonant frequency, and a feeding electrode for feeding a control signal to each of the resonant electrodes, the optical waveguide is a single Constituting one or a plurality of Mach-Zehnder interferometers, and the two resonance-type electrodes are arranged corresponding to two branching waveguides constituting the Mach-Zehnder interferometer, and the shape and formation position of each resonance-type electrode, In addition, the feeding positions of the resonance electrodes by the feeding electrodes are set so that odd-mode coupling is possible. The control signals of the same phase are fed to the resonance electrodes by the feeding electrodes, and the control signals are fed. The In state, because the resonant electrodes to bond odd modes together, even if generated crosstalk (bonds) between the resonant electrodes, the same amount of electric field energy and minute attached to the other electrode in the same phase Since it receives, it works in the same way as when there is no coupling, and a stable light modulation operation is possible. In addition, this is the same regardless of the magnitude of the coupling between both electrodes. Therefore, it is possible to provide a light control element that can stably operate with a low driving voltage.

さらに、光導波路は、単一又は複数のマッハツェンダー干渉計を構成し、2つの共振型電極は、該マッハツェンダー干渉計を構成する2つの分岐導波路に対応して配置されているため、共振型電極を利用した二電極型の光変調器など、より低駆動電圧の光制御素子を提供することが可能となる。 Further , the optical waveguide constitutes one or a plurality of Mach-Zehnder interferometers, and the two resonant electrodes are arranged corresponding to the two branch waveguides constituting the Mach-Zehnder interferometer. It is possible to provide a light control element with a lower driving voltage, such as a two-electrode optical modulator using a mold electrode.

請求項に係る発明により、2つの共振型電極の形状及び形成位置、並びに各共振型電極への給電電極による給電位置は、互いに点対称となるように設定されているため、共振型電極間のクロストーク(結合)が発生しても、常に同相状態で電界エネルギー授受するため、結合が無いときと同じように安定動作することが可能となる。 According to the invention of claim 2 , the shape and formation position of the two resonance electrodes, and the power supply position by the power supply electrode to each resonance electrode are set to be point-symmetric with each other. Even when crosstalk (coupling) occurs, electric field energy is always transmitted and received in the in-phase state, so that stable operation can be performed in the same manner as when there is no coupling.

請求項に係る発明により、共振型電極は、1本の信号電極とそれを取り囲む接地電極から構成され、該信号電極の2つの端部は、該接地電極に対して、共に開放されているか、又は共に短絡されているか、あるいは一方が短絡され他方が開放されているかのいずれかであるため、同じ長さの信号電極を利用しても多様な波長の共振型電極を形成することが可能となる。しかも、信号電極の2つの端部を共に開放、又は共に短絡する場合には、各共振型電極の信号電極は、端部が揃って平行に配置される。このため、2つの共振型電極を並べて配置した際の全体の長さを最小限にすることができる。しかも、マッハツェンダー干渉計に利用する場合には、各分岐導波路に信号電極が電界を印加する作用部分の位置が、マッハツェンダー干渉計の光波の伝搬方向である光軸に対して線対称となるため、波長チャープをゼロとする光制御素子を実現することが可能となる。 According to the invention of claim 3 , the resonance electrode is composed of one signal electrode and a ground electrode surrounding the signal electrode, and are two ends of the signal electrode open to the ground electrode? Or both are short-circuited, or one is short-circuited and the other is open, so it is possible to form resonant electrodes of various wavelengths using the same length of signal electrode It becomes. In addition, when the two ends of the signal electrode are both opened or short-circuited together, the signal electrodes of each resonance electrode are arranged in parallel with the ends aligned. For this reason, the entire length when the two resonance-type electrodes are arranged side by side can be minimized. In addition, when used in a Mach-Zehnder interferometer, the position of the action portion where the signal electrode applies an electric field to each branching waveguide is symmetrical with respect to the optical axis that is the propagation direction of the light wave of the Mach-Zehnder interferometer. Therefore, it is possible to realize a light control element that makes the wavelength chirp zero.

請求項に係る発明により、共振型電極は、1本の信号電極を有し、信号電極の長さは、所定周波数を有する制御信号が該信号電極上に形成する波長より、長いため、より低電圧駆動が可能な光制御素子を提供することが可能となる。 According to the invention of claim 4 , the resonant electrode has one signal electrode, and the length of the signal electrode is longer than the wavelength that the control signal having a predetermined frequency forms on the signal electrode. It is possible to provide a light control element that can be driven at a low voltage.

請求項に係る発明により、共振型電極は、1本の信号電極を有し、該信号電極への給電位置は、共振型電極のインピーダンスが50Ωとなる位置であるため、信号電極への制御信号の入力に際して、インピーダンス不整合などによる反射も抑制し、低駆動電圧の光制御素子を提供することができる。 According to the invention of claim 5 , the resonance electrode has one signal electrode, and the power supply position to the signal electrode is a position where the impedance of the resonance electrode is 50Ω. When a signal is input, reflection due to impedance mismatching or the like is suppressed, and a light control element with a low driving voltage can be provided.

請求項に係る発明により、請求項に記載の光制御素子において、該信号電極への給電位置は、該信号電極の中心に最も近い位置であるため、電極の製造誤差に基づく特性のばらつきを抑制し、さらには、各共振型電極が光導波路に及ぼす電界強度分布をほぼ同じとすることができるため、波長チャープを抑制できる。 According to the invention of claim 6 , in the light control element of claim 5 , the power feeding position to the signal electrode is a position closest to the center of the signal electrode. Furthermore, since the electric field intensity distribution exerted on the optical waveguide by each resonant electrode can be made substantially the same, wavelength chirp can be suppressed.

特許文献1に開示された、電界の強さと距離(光導波路の間隔)との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between electric field strength and distance (interval of optical waveguide) disclosed in Patent Document 1. 本発明の光制御素子に係る第1の実施例(信号電極の両端を接地電極から開放したもの)を説明する図である。It is a figure explaining the 1st Example (what open | released both ends of the signal electrode from the ground electrode) concerning the light control element of this invention. 図2の光制御素子の電極の概観を示す図である。It is a figure which shows the general view of the electrode of the light control element of FIG. 図3の光制御素子の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the light control element of FIG. 本発明の光制御素子に係る第2の実施例(信号電極の両端を接地電極に短絡したもの)を説明する図である。It is a figure explaining the 2nd Example (what shorted both ends of the signal electrode to the ground electrode) concerning the light control element of the present invention. 図2の光制御素子における信号電極の長さが半波長λ/2(λ:信号波長)の場合、給電位置とインピーダンスとの関係及び、特定タイミングにおける電界ベクトルの様子を説明する図である。When the length of the signal electrode in the light control element of FIG. 2 is a half-wavelength λ / 2 (λ: signal wavelength), it is a diagram for explaining the relationship between the feeding position and the impedance and the state of the electric field vector at a specific timing. 図6と同様の場合で、上側の共振型電極のみに制御信号を入力した際に、少し離れた下側の共振型電極にクロストーク現象が発生する様子を説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining how a crosstalk phenomenon occurs in a lower resonance electrode that is slightly apart when a control signal is input only to the upper resonance electrode in the same case as in FIG. 6. 図7と同様の場合で、上側の共振型電極と下側の共振型電極とが近接した場合に、クロストーク現象が発生する様子を説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining how the crosstalk phenomenon occurs when the upper resonance electrode and the lower resonance electrode are close to each other in the same case as in FIG. 7. 図6と同様の場合で、各共振型電極に制御信号を入力した際に、少し離れた他方の共振型電極にクロストーク現象が発生する様子を説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a state in which a crosstalk phenomenon occurs in the other resonance electrode that is slightly apart when a control signal is input to each resonance electrode in the same case as in FIG. 6. 図9と同様の場合で、上側の共振型電極と下側の共振型電極とが近接した場合に、クロストーク現象が発生する様子を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining how the crosstalk phenomenon occurs when the upper resonance electrode and the lower resonance electrode are close to each other in the same case as in FIG. 9. 共振型電極の信号電極(信号電極の両端を接地電極から開放したもの)の長さが3λ/2(λ:信号波長)の場合、給電位置とインピーダンスとの関係及び、特定タイミングにおける電界ベクトルの様子を説明する図である。When the length of the resonance type signal electrode (with both ends of the signal electrode open from the ground electrode) is 3λ / 2 (λ: signal wavelength), the relationship between the feeding position and the impedance, and the electric field vector at a specific timing It is a figure explaining a mode. 図5の光制御素子における信号電極の長さがλ(λ:信号波長)の場合、給電位置とインピーダンスとの関係及び、特定タイミングにおける電界ベクトルの様子を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between a feeding position and impedance and the state of an electric field vector at a specific timing when the length of a signal electrode in the light control element of FIG. 5 is λ (λ: signal wavelength). 共振型電極の信号電極(接地電極に対し、信号電極の左端を短絡し、右端を開放したもの)の長さが3λ/4(λ:信号波長)の場合、給電位置とインピーダンスとの関係及び、特定タイミングにおける電界ベクトルの様子を説明する図である。When the length of the resonant electrode signal electrode (with the left end of the signal electrode shorted and the right end open with respect to the ground electrode) is 3λ / 4 (λ: signal wavelength), the relationship between the feeding position and the impedance It is a figure explaining the mode of the electric field vector in specific timing. 共振型電極の信号電極(接地電極に対し、信号電極の左端を開放し、右端を短絡したもの)の長さが3λ/4(λ:信号波長)の場合、給電位置とインピーダンスとの関係及び、特定タイミングにおける電界ベクトルの様子を説明する図である。When the length of the signal electrode of the resonance electrode (with the left end of the signal electrode open and the right end short-circuited with respect to the ground electrode) is 3λ / 4 (λ: signal wavelength), the relationship between the feeding position and the impedance and It is a figure explaining the mode of the electric field vector in specific timing. 図13と図14の共振型電極を組み合わせた一例を説明する図である。It is a figure explaining an example which combined the resonance type electrode of FIG. 13 and FIG. MZ干渉計の一部に共振型電極を偏在させた構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure which made resonance type electrode unevenly distributed in a part of MZ interferometer. 共振型電極の一部のみを光導波路に作用する作用部とする構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure which uses only a part of resonance type electrode as an action part which acts on an optical waveguide. 本発明の光制御素子に制御信号を入力する駆動回路を配置した様子を説明する図である。It is a figure explaining a mode that the drive circuit which inputs a control signal to the light control element of the present invention has been arranged. 本発明の光制御素子に制御信号を入力する駆動回路を配置した様子を説明する他の図である。It is another figure explaining a mode that the drive circuit which inputs a control signal is arrange | positioned to the light control element of this invention.

以下、本発明の光制御素子について、詳細に説明する。
本発明の光制御素子は、図2又は図5などに示すように、電気光学効果を有する基板1と、該基板に形成された複数の光導波路2と、該基板に設けられ、該光導波路を伝搬する光の位相を制御するための制御電極3とを有する光制御素子において、該制御電極は、同じ共振周波数を有する少なくとも共振型電極31,32と、該共振型電極の各々に制御信号を給電する給電電極41,42とを備え、該光導波路2は、マッハツェンダー干渉計を構成し、2つの共振型電極31,32は、該マッハツェンダー干渉計を構成する2つの分岐導波路に対応して配置され、各共振型電極の形状及び形成位置、並びに各共振型電極への給電電極による給電位置は、互いに奇モード結合が可能なように設定され、各共振型電極には、該給電電極により同相の制御信号が給電され、該制御信号が給電された状態で、各共振型電極が互いに奇モード結合することを特徴とする。
Hereinafter, the light control element of the present invention will be described in detail.
As shown in FIG. 2 or 5, the light control element of the present invention includes a substrate 1 having an electro-optic effect, a plurality of optical waveguides 2 formed on the substrate, and the optical waveguide provided on the substrate. In the light control element having the control electrode 3 for controlling the phase of the light propagating light, the control electrode includes at least the resonance electrodes 31 and 32 having the same resonance frequency, and a control signal to each of the resonance electrodes. The optical waveguide 2 constitutes a Mach-Zehnder interferometer, and the two resonance-type electrodes 31 and 32 are connected to two branch waveguides constituting the Mach-Zehnder interferometer. arranged corresponding shape and the formation position of each resonance electrode, and the feeding position by the feeding electrode to the resonant electrode is set to allow odd-mode coupled together, each resonant electrode, said In-phase with feed electrode Control signal is powered, in a state where the control signal is fed, the resonant electrode is characterized that you bond odd mode together.

電気光学効果を有する基板1としては、例えば、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)、及び石英系の材料及びこれらの組み合わせが利用可能である。特に、電気光学効果の高いニオブ酸リチウム(LN)やタンタル酸リチウム(LT)結晶が好適に利用される。   As the substrate 1 having an electro-optic effect, for example, lithium niobate, lithium tantalate, PLZT (lead lanthanum zirconate titanate), quartz-based materials, and combinations thereof can be used. In particular, lithium niobate (LN) or lithium tantalate (LT) crystals having a high electro-optic effect are preferably used.

光導波路は、基板にリッジを形成する方法や基板の一部の屈折率を調整する方法、又は両者を組み合わせた方法で形成することが可能である。リッジ型導波路では、光導波路となる基板部分を残すように、その他の部分を機械的に切削したり、化学的にエッチングを施すことで除去する。また、光導波路の両側に溝を形成することも可能である。屈折率を調整する方法では、Tiなどを熱拡散法したり、プロトン交換法などを利用することで、光導波路に対応する基板表面の一部の屈折率を、基板自体の屈折率より高くなるよう構成する。   The optical waveguide can be formed by a method of forming a ridge on the substrate, a method of adjusting the refractive index of a part of the substrate, or a method of combining both. In the ridge type waveguide, other portions are removed by mechanical cutting or chemical etching so as to leave a substrate portion to be an optical waveguide. It is also possible to form grooves on both sides of the optical waveguide. In the method of adjusting the refractive index, the refractive index of a part of the substrate surface corresponding to the optical waveguide becomes higher than the refractive index of the substrate itself by using a thermal diffusion method such as Ti or a proton exchange method. Configure as follows.

信号電極や接地電極などの制御電極は、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、各電極は、必要に応じて、基板との間にSiO膜などのバッファ層を介して配置されている。バッファ層には、光導波路を伝搬する光波が、制御電極により吸収又は散乱されることを防止する効果を有している。また、バッファ層の構成としては、必要に応じ、薄板の焦電効果を緩和するため、Si膜などを組み込むことも可能である。 Control electrodes such as signal electrodes and ground electrodes can be formed by forming a Ti / Au electrode pattern, a gold plating method, or the like. Also, each electrode is optionally arranged via a buffer layer such as SiO 2 film between a substrate. The buffer layer has an effect of preventing light waves propagating through the optical waveguide from being absorbed or scattered by the control electrode. Moreover, as a structure of a buffer layer, in order to relieve the pyroelectric effect of a thin plate, it is possible to incorporate a Si film or the like as necessary.

本発明の光制御素子においては、制御電極に少なくとも2つの共振型電極を形成し、双方の共振型電極がクロストークしても、制御信号(変調信号)の変調効率に影響がない構成を採用している。このためには、以下の2つの要件が必要となる。
(1)双方の共振型電極は基本的に同じ形状であり、互いに奇(対称)モード結合する条件にあること。
(2)双方の共振型電極には、同相の信号が給電されること。
The light control element of the present invention employs a configuration in which at least two resonance electrodes are formed on the control electrode, and the modulation efficiency of the control signal (modulation signal) is not affected even if both resonance electrodes cross-talk. is doing. For this purpose, the following two requirements are required.
(1) Both resonance-type electrodes have basically the same shape and are in a condition of being coupled with odd (symmetric) modes.
(2) An in-phase signal is supplied to both resonant electrodes.

共振型電極は、主として、1本の信号電極とそれを取り囲む接地電極から構成される。そして2つの共振型電極の組み合わせとしては、後述するように、信号電極の両端が共に接地電極から開放されている「両端開放−両端開放」か、又は信号電極の両端が共に接地電極に短絡されている「両端短絡−両端短絡」の組み合わせが好ましい形態の一つであるが、本発明の光制御素子はこれに限らず、「両端開放−両端短絡」、「両端開放−一方短絡他方開放」、又は「両端短絡−一方短絡他方開放」など種々の組み合わせが可能であることはいうまでもない。   The resonant electrode is mainly composed of one signal electrode and a ground electrode surrounding it. As a combination of the two resonance-type electrodes, as described later, both ends of the signal electrode are both open from the ground electrode, or both ends of the signal electrode are short-circuited to the ground electrode. The combination of “short-circuited at both ends—short-circuited at both ends” is one of the preferred embodiments. It goes without saying that various combinations such as “short-circuited at both ends—one short-circuited and other open” are possible.

2つの共振型電極は基本的に同じ形状の電極であるため、共振周波数は同じであり、結合しやすい条件となっている。通常、この電極を、MZ干渉計の中心軸(光伝搬方向)に対して対称となるように配置すると、共振型電極を構成する1本の信号電極上の位置により、信号電極に供給された制御信号による電界と、他方の共振型電極が形成する電界とのクロストークにより発生する電界との状態(電界ベクトルの方向)が異なるため、制御信号は複雑に干渉して、共振型電極(特に、1本の信号電極)上の制御信号の正常な伝搬が妨げられる。   Since the two resonance-type electrodes are basically the same shape electrodes, the resonance frequency is the same, and it is easy to combine them. Normally, when this electrode is arranged so as to be symmetric with respect to the central axis (light propagation direction) of the MZ interferometer, it is supplied to the signal electrode by the position on one signal electrode constituting the resonance electrode. Since the state (the direction of the electric field vector) between the electric field generated by the control signal and the electric field generated by the crosstalk between the electric field formed by the other resonant electrode is different, the control signal interferes in a complicated manner, and the resonant electrode (particularly, The normal propagation of the control signal on one signal electrode) is hindered.

一方、双方の共振型電極を、結合しても奇モード結合となる条件に配置し、それぞれに同相等しい大の信号を給電した場合には、他方に結合した分と同じ分の電界エネルギーを同相で受け取るため、結合が無いときと同じように働く。これは両電極間の結合の強弱を問わず、同じである。   On the other hand, if both resonant electrodes are placed under the condition that odd-mode coupling occurs even when coupled, and a large signal with the same phase is fed to each other, the same amount of electric field energy as that coupled to the other is fed to the same phase. It works in the same way as when there is no connection. This is the same regardless of the strength of the coupling between both electrodes.

双方の共振型電極が結合しても奇モード結合となる条件になるよう配置するには、図2に示すように構成にする。つまり、各共振型電極は、同じ形状であり、MZ干渉計の作用部(各共振型電極が形成する電界が光導波路に作用する部分)から等距離の平面上に位置する任意の点を回転中心として、180°回転対称(点対称。図2の定点Oを参照)となる位置に配置してある。各共振型電極の1本の信号電極(31,32)の給電点(給電位置)には、同相で同じ大きさの制御信号が、給電電極41,42を用いて給電されている。   In order to arrange so that the odd mode coupling is achieved even if both resonant electrodes are coupled, the configuration is as shown in FIG. In other words, each resonance electrode has the same shape, and rotates any point located on a plane equidistant from the action part of the MZ interferometer (the part where the electric field formed by each resonance electrode acts on the optical waveguide). As a center, it is arranged at a position that is 180 ° rotationally symmetric (point symmetry, see fixed point O in FIG. 2). A control signal having the same phase and the same magnitude is fed to the feeding point (feeding position) of one signal electrode (31, 32) of each resonance type electrode using the feeding electrodes 41,.

図6は、図2の光制御素子における共振型電極(信号電極)の長さLが半波長λ/2(λ:信号波長)の場合、給電位置とインピーダンスとの関係及び、特定タイミングにおける電界ベクトル(矢印)の様子を説明する図である。図6の給電位置とインピーダンスとの関係を示すグラフからも明らかなように、信号電極(共振型電極)31,32の両端が接地電極33から開放されている場合で、当該信号電極の長さが、信号波長の半波長分である場合には、インピーダンスが50Ωとなる給電位置が2つ存在する。   FIG. 6 shows the relationship between the feeding position and the impedance and the electric field at a specific timing when the length L of the resonant electrode (signal electrode) in the light control element of FIG. 2 is half wavelength λ / 2 (λ: signal wavelength). It is a figure explaining the mode of a vector (arrow). As is apparent from the graph showing the relationship between the power feeding position and impedance in FIG. 6, when both ends of the signal electrodes (resonance type electrodes) 31 and 32 are open from the ground electrode 33, the length of the signal electrode However, when the signal wavelength is a half wavelength, there are two feeding positions where the impedance is 50Ω.

しかも、同相の制御信号を入力しても、この給電位置が異なる場合には、図6の上側の共振型電極と下側の共振型電極に示した電界ベクトルのように、特定タイミングにおける電界ベクトルは互いに逆向きとなる。   In addition, if the power supply position is different even if an in-phase control signal is input, the electric field vector at a specific timing, such as the electric field vectors shown in the upper resonance electrode and the lower resonance electrode in FIG. Are opposite to each other.

図7及び図8は、上側の共振型電極のみに制御信号を給電した場合の電界ベクトルの形成状況を説明する図であり、下側の共振型電極に形成される電界ベクトルは、上側の共振型電極からのクロストーク(結合)によるものである。このように、クロストークでは、位相がπずれた信号(電界ベクトル)が励起される。励起される電界ベクトルの大きさも、2つの共振型電極の間隔が狭い場合(図8)の方がより大きくなる。   FIGS. 7 and 8 are diagrams for explaining the formation state of the electric field vector when the control signal is fed only to the upper resonance electrode. The electric field vector formed on the lower resonance electrode is the upper resonance electrode. This is due to crosstalk (coupling) from the mold electrode. Thus, in crosstalk, a signal (electric field vector) whose phase is shifted by π is excited. The magnitude of the excited electric field vector is also larger when the distance between the two resonant electrodes is narrow (FIG. 8).

ここで、図6のように制御信号を供給し、各共振型電極に発生する電界ベクトルと、図7又は8のように、一方の共振型電極が他方の共振型電極に励起する電界ベクトル(クロストーク)とを重ね合わせて見ると、図9又は図10に示すように、双方の共振型電極間にクロストーク(結合)が起こっても奇(対称)モードとなるため、それぞれの電極上の制御信号(給電による電界ベクトル)が乱されることはなく、所望の光変調を行うことができる。当然、クロストークの影響は、図10のように共振型電極間の間隔が狭い場合には顕著となるが、信号電極に給電されて発生する電界とクロストークにより励起される電界が同じ方向であるため、クロストークによる変調の乱れは発生しない。   Here, a control signal is supplied as shown in FIG. 6, and an electric field vector generated at each resonance electrode and an electric field vector (FIG. 7 or 8) where one resonance electrode excites the other resonance electrode. As shown in FIG. 9 or FIG. 10, even if crosstalk (coupling) occurs between both resonance-type electrodes, an odd (symmetric) mode is obtained. The control signal (electric field vector by feeding) is not disturbed, and desired light modulation can be performed. Naturally, the effect of crosstalk becomes significant when the distance between the resonant electrodes is narrow as shown in FIG. 10, but the electric field generated by feeding the signal electrode and the electric field excited by the crosstalk are in the same direction. Therefore, there is no disturbance of modulation due to crosstalk.

図11に示すように、信号電極(共振型電極)31,32の電極長が、制御信号の波長より長い共振型電極においては、特定のインピーダンス値を有し、かつ、同様の共振動作をする励振点(給電位置)が複数ある。したがって、給電位置については、同じ条件の共振を励振する点であれば、どの励振点を用いても良い。ただし、2つの共振型電極における個々の給電位置は互いに近い位置にある方が、光導波路の伝搬方向における各共振型電極が形成する電界の強度分布がほぼ同じとなるため、例えばMZ干渉計の場合には、波長チャープをゼロにすることが可能となり、より好ましい。   As shown in FIG. 11, the resonance electrode whose signal electrode (resonance type electrode) 31, 32 is longer than the wavelength of the control signal has a specific impedance value and performs the same resonance operation. There are a plurality of excitation points (feeding positions). Therefore, as for the power feeding position, any excitation point may be used as long as resonance of the same condition is excited. However, when the feeding positions of the two resonance electrodes are close to each other, the intensity distribution of the electric field formed by each resonance electrode in the propagation direction of the optical waveguide is almost the same. In this case, the wavelength chirp can be made zero, which is more preferable.

図3に、本発明の光制御素子に用いられる実際の電極の構成を簡単に示す。二電極構造であるたため、基板としては、Zカット型のLN基板が最も適している。光導波路はMZ干渉計型の形状とする。従来技術では、制御信号の干渉の影響を小さくするため、信号電極間(ホット電極間)が400μm以上の間隔となるよう、分岐光導波路の間隔も大きくとる必要があったが、本発明の光制御素子ではその必要はない。むしろ、導波路間隔を狭くすることにより光制御素子自体を小型化できるため、従来の共振型変調ではクロストーク(結合)が顕著となる100μm以下でもよい。   FIG. 3 simply shows the configuration of an actual electrode used in the light control element of the present invention. Since it has a two-electrode structure, a Z-cut LN substrate is most suitable as the substrate. The optical waveguide has an MZ interferometer type shape. In the prior art, in order to reduce the influence of control signal interference, it is necessary to increase the distance between the branch optical waveguides so that the distance between the signal electrodes (hot electrodes) is 400 μm or more. This is not necessary for the control element. Rather, since the light control element itself can be reduced in size by narrowing the waveguide interval, it may be 100 μm or less where crosstalk (coupling) becomes significant in the conventional resonance type modulation.

共振型電極の形状は、好ましくはコプレーナ(CPW)構造(信号電極を接地電極が挟む構成)とし、光導波路を伝搬する光信号の速度と電極を伝搬する制御信号の速度が、ほぼ等しくなるよう構成する。両者の伝搬速度がほぼ等しい場合(速度整合条件がほぼ満たされる場合)には、信号電極(共振型電極)の長さを制御信号の共振周波数の波長より長くすることができ、駆動電圧の低減に有利である。   The shape of the resonant electrode is preferably a coplanar (CPW) structure (a configuration in which the signal electrode is sandwiched by the ground electrode) so that the speed of the optical signal propagating through the optical waveguide and the speed of the control signal propagating through the electrode are approximately equal. Constitute. When the propagation speeds of the two are substantially equal (when the speed matching condition is substantially satisfied), the length of the signal electrode (resonance type electrode) can be made longer than the wavelength of the resonance frequency of the control signal, thereby reducing the drive voltage. Is advantageous.

なお、共振型電極は、上述したCPW構造に限らず、CPS(信号電極の片側に接地電極を設ける構成)、G−CPW(基板の表面にCPWを形成すると共に、基板の裏面に接地電電極を設ける構成)など種々の構成が採用可能である。給電電極についも、共振型電極と同様に種々の構成が採用可能であるが、給電電極と共振型電極との電気的な接続を容易にするため、同じ種類の構成を採用することが好ましい。また、給電電極には、必要に応じて、給電電極の途中にコンデンサーや抵抗等を設け、フィルター回路などを併設することも可能である。   The resonant electrode is not limited to the above-described CPW structure, but CPS (a configuration in which a ground electrode is provided on one side of the signal electrode), G-CPW (a CPW is formed on the surface of the substrate, and a ground electrode on the back surface of the substrate) Various configurations can be employed such as a configuration of Various configurations can be adopted for the power supply electrode as well as the resonance type electrode. However, in order to facilitate electrical connection between the power supply electrode and the resonance type electrode, it is preferable to employ the same type of configuration. Further, if necessary, the power supply electrode may be provided with a capacitor, a resistor, or the like in the middle of the power supply electrode, and a filter circuit or the like may be provided.

本発明の光制御素子では、図4(図3の断面図)に示すように、さらなる駆動電圧の低減を目的として、制御信号が光導波路部に効果的に印加されるリッジ型光導波路としている。当然、光導波路は、リッジ形状に基板を形成するだけでなく、必要に応じて該リッジ部分にTiの熱拡散などを施し、屈折率を調整することを併用することも可能である。また、非コプレーナ(CPW)構造の電極であっても、非リッジ型導波路であっても、速度整合がほぼ満たされる構成であれば、どのような、電極タイプや光導波路であっても良い。   In the light control element of the present invention, as shown in FIG. 4 (cross-sectional view of FIG. 3), a ridge type optical waveguide in which a control signal is effectively applied to the optical waveguide portion is used for the purpose of further reducing the drive voltage. . Of course, the optical waveguide can be used not only to form a substrate in a ridge shape but also to adjust the refractive index by subjecting the ridge portion to thermal diffusion of Ti, if necessary. Further, any electrode type or optical waveguide may be used as long as the velocity matching is substantially satisfied, regardless of whether the electrode has a non-coplanar (CPW) structure or a non-ridge waveguide. .

図2又は3では、信号電極(共振型電極)31,32は、両端が接地電極から開放されているタイプを用いた。給電位置は、信号電極(共振型電極)の中心でなく、非対称な位置に設けられている。ここでは、信号電極(共振型電極)上でインピーダンスが50Ω(通常は50Ωが一般的であるが、必ずしもこのインピーダンス値に限定されない。)となる位置のうち、電極の中心に最も近い位置を給電点とし、駆動回路とはインピーダンス整合回路を用いずに直接制御信号を給電している。これは、電極の端の方に給電した場合に比べ、製造プロセスの再現性の問題で、電極の端の形状などがばらついた際の特性の変化が少ないからである。   2 or 3, the signal electrodes (resonance type electrodes) 31 and 32 are of the type in which both ends are open from the ground electrode. The feeding position is not at the center of the signal electrode (resonance type electrode) but at an asymmetric position. Here, the position closest to the center of the electrode among the positions where the impedance on the signal electrode (resonance type electrode) is 50Ω (usually 50Ω is generally not limited to this impedance value) is fed. As a point, the drive circuit directly feeds the control signal without using the impedance matching circuit. This is because, compared with the case where power is supplied to the end of the electrode, there is a problem of reproducibility of the manufacturing process, and there is less change in characteristics when the shape of the end of the electrode varies.

次に、図5は、本発明の光制御素子の第2の実施例を示している。図2の実施例との違いは、図2に示した実施例では、信号電極(共振型電極)の両端を接地電極から開放しているが、図5では、当該両端は接地電極に短絡されている。   Next, FIG. 5 shows a second embodiment of the light control element of the present invention. The difference from the embodiment of FIG. 2 is that in the embodiment shown in FIG. 2, both ends of the signal electrode (resonance type electrode) are opened from the ground electrode, but in FIG. 5, the both ends are short-circuited to the ground electrode. ing.

図5の実施例においても、図2と同様に、双方の共振型電極は、互いに同じ形状であり、MZ干渉計の中心を回転中心として、180°回転対称(点対称)となる位置に配置し、同相で同じ大きさの制御信号が給電されている。この条件では、それぞれの信号電極(共振型電極)31,32の位置での電界は、同じ大きさ逆符号の電界となっている。このため、図5のような電極配置条件や制御信号の給電の条件を満足すれば、仮に、双方の共振型電極間に結合が起こっても奇(対称)モードとなるため、それぞれの信号電極(共振型電極)上の制御信号が乱されることはない。   In the embodiment of FIG. 5 as well, as in FIG. 2, both resonant electrodes have the same shape, and are arranged at 180 ° rotational symmetry (point symmetry) with the center of the MZ interferometer as the center of rotation. However, control signals having the same phase and the same magnitude are fed. Under this condition, the electric field at the position of each signal electrode (resonance type electrode) 31, 32 is an electric field having the same magnitude and opposite sign. For this reason, if the electrode arrangement conditions and the control signal power supply conditions as shown in FIG. 5 are satisfied, even if coupling occurs between both resonance-type electrodes, an odd (symmetric) mode is obtained. The control signal on the (resonance type electrode) is not disturbed.

図12は、図5の光制御素子における信号電極の長さLがλ(λ:信号波長)の場合、給電位置とインピーダンスとの関係及び、特定タイミングにおける電界ベクトルの様子を説明する図である。図12の給電位置とインピーダンスとの関係を示すグラフからも明らかなように、信号電極(共振型電極)31,32の両端が接地電極33に短絡されている場合で、当該信号電極の長さLが、信号波長の1波長分である場合には、インピーダンスが50Ωとなる給電位置が4つ存在する。   FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship between the feeding position and impedance and the state of the electric field vector at a specific timing when the length L of the signal electrode in the light control element of FIG. 5 is λ (λ: signal wavelength). . As is apparent from the graph showing the relationship between the power feeding position and impedance in FIG. 12, the length of the signal electrode in the case where both ends of the signal electrodes (resonance type electrodes) 31 and 32 are short-circuited to the ground electrode 33 is shown. When L is one wavelength of the signal wavelength, there are four feeding positions where the impedance is 50Ω.

しかも、同相の制御信号を入力しても、この給電位置が図12に示すような関係(点対称)となる場合には、図12の上側の共振型電極と下側の共振型電極に示した電界ベクトルのように、特定タイミングにおける電界ベクトルは互いに逆向きとなる。なお、給電位置として、互いに信号電極(共振型電極)の端部に近い給電位置を選択することも可能であるが、製造プロセスの再現性の問題で、電極の端の形状などがばらついた際の特性の変化が大きくなり、また、光の伝搬方向に対する2つの共振型電極が形成する各電界強度分布が異なり易く、波長チャープをゼロにする観点からも好ましくない。   In addition, even if an in-phase control signal is input, if this feeding position is in the relationship (point symmetry) as shown in FIG. 12, the upper resonance type electrode and the lower resonance type electrode shown in FIG. Like the electric field vector, the electric field vectors at the specific timing are opposite to each other. It is also possible to select a power feeding position that is close to the end of the signal electrode (resonance type electrode) as the power feeding position, but when the shape of the end of the electrode varies due to the reproducibility of the manufacturing process. In addition, the change in the characteristics of the two becomes large, and the electric field intensity distribution formed by the two resonant electrodes in the light propagation direction is likely to be different, which is not preferable from the viewpoint of reducing the wavelength chirp to zero.

さらに、共振型電極を構成する信号電極には、接地電極に対して、一端を開放し、他端を短絡するものがある。図13及び図14は、に示すように、共振型電極の信号電極の長さLが3λ/4(λ:信号波長)の場合、給電位置とインピーダンスとの関係及び、特定タイミングにおける電界ベクトルの様子を説明する図であり、特に、図13は、接地電極に対し、信号電極の左端を短絡し、右端を開放したものを示し、図14は、接地電極に対し、信号電極の左端を開放し、右端を短絡したものを示している。   Further, some of the signal electrodes constituting the resonance electrode open one end and short the other end with respect to the ground electrode. As shown in FIGS. 13 and 14, when the length L of the signal electrode of the resonance electrode is 3λ / 4 (λ: signal wavelength), the relationship between the feeding position and the impedance and the electric field vector at a specific timing are shown. FIG. 13 shows a state in which the left end of the signal electrode is short-circuited and the right end is opened with respect to the ground electrode. FIG. 14 shows an open state of the left end of the signal electrode with respect to the ground electrode. The right end is short-circuited.

図13及び図14のように、このような形状の共振型電極であっても、インピーダンスが50Ωとなる給電位置が3つ存在する。しかも、この給電位置によって、共振型電極に発生する特定タイミングにおける電界ベクトルは、異なる向きのものを選択することが可能である。   As shown in FIGS. 13 and 14, there are three feeding positions where the impedance is 50Ω even with the resonant electrode having such a shape. In addition, the electric field vector at a specific timing generated in the resonant electrode can be selected in different directions depending on the feeding position.

しかしながら、図13に例示した各共振型電極の一つと、図14に例示した各共振型電極の一つとを点対称に組み合わせても、互いに奇モード結合する関係に配置にするためには、図15に示すように、両者をずらして配置することが必要であり、光制御素子自体が大きくなると共に、光波の伝搬方向に対して異なる位置で光変調が行われるため、波長チャープをゼロにすることが難しい。   However, even if one of the resonance electrodes illustrated in FIG. 13 and one of the resonance electrodes illustrated in FIG. As shown in FIG. 15, it is necessary to dispose both of them, the light control element itself becomes large, and light modulation is performed at different positions with respect to the propagation direction of the light wave, so that the wavelength chirp is made zero. It is difficult.

なお、共振型電極の配置を点対称に拘らない場合には、例えば、図13の符号1と5のケースを組み合わせることで、奇モード結合を行うことは可能である。   When the arrangement of the resonance type electrodes is not point-symmetric, it is possible to perform odd mode coupling by combining the cases 1 and 5 in FIG. 13, for example.

以上では、直線状の信号電極(共振型電極)を中心に説明したが、これに制限されることはなく、分岐導波路が湾曲、屈曲している場合には、導波路に応じて、共振電極を湾曲、屈曲させれば良い。また、分岐光導波路にかかる作用効率が同じであり、互いに奇モード結合される位置に配置される要件を満たせば、それぞれの信号電極(共振電極)は、直線型に限らず、リング型であっても差し支えない。   In the above description, the linear signal electrode (resonance type electrode) has been mainly described. However, the present invention is not limited to this, and when the branched waveguide is curved or bent, it resonates according to the waveguide. The electrode may be bent or bent. In addition, the signal electrodes (resonant electrodes) are not limited to a linear type but a ring type as long as the operation efficiency of the branched optical waveguides is the same and the requirements of being arranged at positions where they are odd-mode coupled to each other are satisfied. There is no problem.

また、MZ干渉計を構成する光導波路に対する共振型電極の位置は、上述したように、MZ干渉計の中心に一致するように、2つの共振型電極を配置するもの限定されず、例えば、図16に示すように、MZ干渉計の分岐導波路の一部に共振型電極31,32が偏在するように構成したり、また、図17に示すように、共振型電極の一部のみを分岐導波路と重なるように配置し、共振型電極が光導波路に作用する作用部(範囲S)と非作用部とから構成されるよう配置することも可能である。なお、図17のような場合には、非作用部の共振型電極の形状や配置は、上述した共振型電極全体が作用部となるものと比較し、設計の自由度が増加する。   Further, as described above, the position of the resonance electrode with respect to the optical waveguide constituting the MZ interferometer is not limited to the arrangement of the two resonance electrodes so as to coincide with the center of the MZ interferometer. 16, the resonance type electrodes 31 and 32 are configured to be unevenly distributed in a part of the branch waveguide of the MZ interferometer, or only a part of the resonance type electrode is branched as shown in FIG. It is also possible to arrange so that it overlaps with the waveguide, and the resonance type electrode is constituted by an action part (range S) acting on the optical waveguide and a non-action part. In the case as shown in FIG. 17, the shape and arrangement of the resonance electrode of the non-acting part increases the degree of design freedom compared to the case where the entire resonance electrode described above becomes the action part.

本発明の光制御素子を駆動するには、各共振型電極に同位相で同じ周波数の制御信号を印加する。図18に示すように、2系統の駆動回路を利用し、各共振型電極31,32の給電電極41,42に、制御信号(矢印)を入力する。駆動回路の例としては、信号源からの所定周波数の信号をドライバ1(ドライバ2)に入れ、所定の信号電圧に増幅した後、ノイズを除去する帯域フィルタ1(帯域フィルタ2)を介して、光制御素子の給電電極41,42に入力する。また、図19に示すように、一つの駆動回路を用いて、2つに制御信号を分け、各共振型電極31,32に供給することも可能である。ただし、この場合には、給電する制御信号の位相を調整するため、位相調整器を少なくとも一方の給電線路に介在させることが望ましい。当然、給電線の長さを予め同相となるよう調整することも可能であり、その場合には、位相調整器を省略することも可能となる。   In order to drive the light control element of the present invention, control signals having the same phase and the same frequency are applied to the resonance electrodes. As shown in FIG. 18, a control signal (arrow) is input to the power supply electrodes 41 and 42 of the resonance electrodes 31 and 32 using two systems of drive circuits. As an example of the drive circuit, a signal having a predetermined frequency from a signal source is input to a driver 1 (driver 2), amplified to a predetermined signal voltage, and then passed through a band filter 1 (band filter 2) that removes noise. Input to the power supply electrodes 41 and 42 of the light control element. In addition, as shown in FIG. 19, it is also possible to divide the control signal into two by using one drive circuit and to supply the control signals to the resonance electrodes 31 and 32. However, in this case, in order to adjust the phase of the control signal to be fed, it is desirable to interpose the phase adjuster on at least one of the feed lines. Of course, it is possible to adjust the length of the feeder line in advance to be in phase, and in that case, the phase adjuster can be omitted.

本発明の光制御素子は、光導波路にMZ干渉計を採用する場合には、各分岐光導波路における光の位相変化量は、同じ大きさの逆符号となり、MZ干渉計の光出力部では波長チャープのないON・OFFパルス光信号が生成される。この波長チャープのないON・OFFパルス光信号は、光クロックとしてもっとも望ましい特性である。   When the light control element of the present invention employs an MZ interferometer for the optical waveguide, the amount of phase change of the light in each branch optical waveguide has the same reverse sign, and the wavelength at the optical output unit of the MZ interferometer An ON / OFF pulsed optical signal without chirp is generated. This ON / OFF pulse optical signal without wavelength chirp is the most desirable characteristic as an optical clock.

さらに、本発明の光制御素子では、従来は同時併用が不可能であった、共振型長尺電極の採用と二電極配置構造との併用が可能になったばかりでなく、クロストーク(結合)を利用し、変調効率の劇的改善と電極間のギャップの縮小による小型化などの効果も併せて得られる。   Furthermore, in the light control element of the present invention, it has become possible not only to use a resonance-type long electrode and a two-electrode arrangement structure, which has been impossible to be used at the same time, but also to perform crosstalk (coupling). By using this, it is possible to obtain effects such as dramatic improvement in modulation efficiency and miniaturization by reducing the gap between electrodes.

本発明の光制御素子をパルサーに適用した場合には、以下のような効果も期待できる。
・高速、超低電圧、小型パルサー実現
・消費電力の画期的削減
・低コストな駆動系の使用による、ユーザーのコスト削減
・デバイスのサイズダウン、集積度の改善
・サイズダウンによるデバイス取れ数増加によるコストダウン
When the light control element of the present invention is applied to a pulser, the following effects can be expected.
・ Realization of high-speed, ultra-low voltage, small pulsar ・ Innovative reduction in power consumption ・ Use of low-cost drive system reduces user costs Cost reduction by

以上説明したように、本発明によれば、低駆動電圧で安定動作することが可能な光制御素子を提供することであり、特に、2つの共振型電極を用いて、両電極間のクロストーク(結合)が発生しても安定動作が可能な光制御素子を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, an optical control element capable of stable operation with a low driving voltage is provided, and in particular, crosstalk between both electrodes using two resonance electrodes. It is possible to provide a light control element capable of stable operation even when (coupling) occurs.

1 電気光学効果を有する基板
2 光導波路
21,22 分岐導波路
3 制御電極
31,32 信号電極(共振型電極)
33 接地電極
41,42 給電電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate having electro-optic effect 2 Optical waveguide 21, 22 Branched waveguide 3 Control electrode 31, 32 Signal electrode (resonance type electrode)
33 Ground electrode 41, 42 Feed electrode

Claims (6)

電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された複数の光導波路と、該基板に設けられ、該光導波路を伝搬する光の位相を制御するための制御電極とを有する光制御素子において、
該制御電極は、同じ共振周波数を有する少なくとも2つの共振型電極と、該共振型電極の各々に制御信号を給電する給電電極とを備え、
該光導波路は、単一又は複数のマッハツェンダー干渉計を構成し、前記2つの共振型電極は、該マッハツェンダー干渉計を構成する2つの分岐導波路に対応して配置され、
各共振型電極の形状及び形成位置、並びに各共振型電極への給電電極による給電位置は、互いに奇モード結合が可能なように設定され、
各共振型電極には、該給電電極により同相の制御信号が給電され
該制御信号が給電された状態で、各共振型電極が互いに奇モード結合することを特徴とする光制御素子。
In a light control element having a substrate having an electro-optic effect, a plurality of optical waveguides formed on the substrate, and a control electrode provided on the substrate for controlling the phase of light propagating through the optical waveguide,
The control electrode includes at least two resonance electrodes having the same resonance frequency, and a feeding electrode that supplies a control signal to each of the resonance electrodes,
The optical waveguide constitutes one or a plurality of Mach-Zehnder interferometers, and the two resonant electrodes are arranged corresponding to two branching waveguides constituting the Mach-Zehnder interferometer,
The shape and formation position of each resonance electrode, and the power supply position by the power supply electrode to each resonance electrode are set so that odd mode coupling is possible with each other,
A control signal having the same phase is fed to each resonance electrode by the feeding electrode ,
In a state where the control signal is powered, the light control element characterized Rukoto the resonant electrodes to bond odd mode together.
請求項に記載の光制御素子において、前記2つの共振型電極の形状及び形成位置、並びに各共振型電極への給電電極による給電位置は、互いに点対称となるように設定されていることを特徴とする光制御素子。 2. The light control element according to claim 1 , wherein the shape and formation position of the two resonance electrodes and the power supply position by the power supply electrode to each resonance electrode are set to be point-symmetric with each other. Characteristic light control element. 請求項1又は2に記載の光制御素子において、該共振型電極は、1本の信号電極とそれを取り囲む接地電極から構成され、該信号電極の2つの端部は、該接地電極に対して、共に開放されているか、又は共に短絡されているか、あるいは一方が短絡され他方が開放されているかのいずれかであること特徴とする光制御素子。 3. The light control element according to claim 1, wherein the resonance-type electrode includes one signal electrode and a ground electrode surrounding the signal electrode, and two ends of the signal electrode are connected to the ground electrode. A light control element characterized in that it is either open or shorted together, or one is shorted and the other is open. 請求項1乃至のいずれかに記載の光制御素子において、該共振型電極は、1本の信号電極を有し、該信号電極の長さは、所定周波数を有する制御信号が該信号電極上に形成する波長より、長いことを特徴とする光制御素子。 In the optical control element according to any one of claims 1 to 3, the resonant electrode has one signal electrode, the length of the signal electrode, the control signal is the signal electrode on having a predetermined frequency A light control element characterized in that the light control element is longer than the wavelength to be formed. 請求項1乃至のいずれかに記載の光制御素子において、該共振型電極は、1本の信号電極を有し、該信号電極への給電位置は、共振型電極のインピーダンスが50Ωとなる位置であることを特徴とする光制御素子。 In the optical control element according to any one of claims 1 to 4, the resonant electrode has one signal electrode, the feeding position to the signal electrode, the position where the impedance of the resonant electrode is 50Ω A light control element characterized by the above. 請求項に記載の光制御素子において、該信号電極への給電位置は、該信号電極の中心に最も近い位置であることを特徴とする光制御素子。 6. The light control element according to claim 5 , wherein a power feeding position to the signal electrode is a position closest to a center of the signal electrode.
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