JP5001310B2 - Light modulator - Google Patents

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Description

本発明は、光変調器に関する。より詳細には、本発明は、マッハツェンダ型の光変調器に関する。   The present invention relates to an optical modulator. More particularly, the present invention relates to a Mach-Zehnder type optical modulator.

光通信技術の発展に伴って、高速で安定性の高い光変調器が必要とされている。高速の光変調器としては、マッハツェンダ型のものが知られている。マッハツェンダ型の光変調器では、入力光を分岐し、分岐した光に位相差を与えて合波することにより、変調された出力光を得る。   With the development of optical communication technology, a high-speed and highly stable optical modulator is required. A Mach-Zehnder type is known as a high-speed optical modulator. In the Mach-Zehnder type optical modulator, the input light is branched, and a phase difference is given to the branched light to combine them, thereby obtaining modulated output light.

図1に、従来のマッハツェンダ型の光変調器を示す(特許文献1)。このマッハツェンダ型光変調器100は、電気光学効果を有する光学基板(ニオブ酸リチウム結晶(LiNbO:LN)など)110上に、入力光が入射される入力導波路112と、入力導波路からの光を分岐するY分岐部114と、分岐した光を導波する2つのアーム導波路116a,116bと、これら2つのアーム導波路からの光を合波するY合波部118と、合波した光を出力する出力導波路120とを備えている。これら導波路は、光学基板にTiなどの金属を選択的に拡散させて形成することができる。その後、基板表面全体にSiOなどのバッファ層を設け、アーム導波路上にAuなどの金属電極122a,122bが形成される。電極122a,122bには、光変調器を変調する高周波信号源124a,124bが接続され、これら電極出力端には、終端抵抗が接続されている。 FIG. 1 shows a conventional Mach-Zehnder type optical modulator (Patent Document 1). The Mach-Zehnder type optical modulator 100 includes an input waveguide 112 into which input light is incident on an optical substrate 110 (such as lithium niobate crystal (LiNbO 3 : LN)) having an electro-optic effect, and an optical waveguide from the input waveguide. A Y branching portion 114 that splits light, two arm waveguides 116a and 116b that guide the branched light, and a Y combining portion 118 that combines the light from these two arm waveguides are combined. And an output waveguide 120 that outputs light. These waveguides can be formed by selectively diffusing a metal such as Ti on the optical substrate. Thereafter, a buffer layer such as SiO 2 is provided on the entire substrate surface, and metal electrodes 122a and 122b such as Au are formed on the arm waveguide. High-frequency signal sources 124a and 124b for modulating the optical modulator are connected to the electrodes 122a and 122b, and termination resistors are connected to the electrode output ends.

入力導波路112に入射した入力光は、Y分岐部114で2つに分岐される。分岐した光は、アーム導波路116a,116bを伝搬する間、電極122a,122bに印加した変調信号により電気光学効果の影響を受けて、位相が変化する。すなわち、電極に印加した信号によって、アーム導波路間の位相差を変えることができる。アーム導波路116a,116bからの光をY合波部118で合波すると、これら2つの光の位相差に応じて、強度が変調された光が出力導波路120から出射される。このマッハツェンダ変調器は、アーム導波路116aと116bの位相を各信号電極によって独立に制御する構成であり、2電極駆動型またはデュアルドライブ型などと呼ばれる。この構成では通常、位相補償回路を簡素化するため、電極122aおよび122bの電気配線のそれぞれの入力部を可能な限り近接させ、かつ各アーム導波路に入力する電気配線の等長化を行う。すなわち、電極122aの入力部からアーム導波路116aと重なるまでの電気配線の電気的位相長と、電極122bの入力部からアーム導波路116bと重なるまでの電気配線の電気的位相長を同じとする。そのため、図1では、電極122bの電気配線にコの字型の部分を設けて、位相長の調整を行っている。   The input light incident on the input waveguide 112 is branched into two at the Y branching portion 114. While the branched light propagates through the arm waveguides 116a and 116b, the phase changes due to the influence of the electro-optic effect by the modulation signal applied to the electrodes 122a and 122b. That is, the phase difference between the arm waveguides can be changed by a signal applied to the electrodes. When the light from the arm waveguides 116 a and 116 b is multiplexed by the Y multiplexing unit 118, light whose intensity is modulated is emitted from the output waveguide 120 in accordance with the phase difference between these two lights. This Mach-Zehnder modulator is configured to control the phase of the arm waveguides 116a and 116b independently by each signal electrode, and is called a two-electrode drive type or a dual drive type. In this configuration, in order to simplify the phase compensation circuit, the input portions of the electrical wirings of the electrodes 122a and 122b are usually brought as close as possible and the electrical wirings input to the arm waveguides are made equal in length. That is, the electrical phase length of the electrical wiring from the input portion of the electrode 122a to the arm waveguide 116a is the same as the electrical phase length of the electrical wiring from the input portion of the electrode 122b to the arm waveguide 116b. . Therefore, in FIG. 1, a U-shaped portion is provided in the electric wiring of the electrode 122b to adjust the phase length.

一方、特許文献2の図4に見られるように、コの字型の部分を設けずに、電気配線のレイアウトを工夫して、電気配線の位相長を調整することもできる。   On the other hand, as shown in FIG. 4 of Patent Document 2, it is also possible to adjust the phase length of the electrical wiring by devising the layout of the electrical wiring without providing a U-shaped portion.

特開2002−182172号公報JP 2002-182172 A 特開2004−029498号公報JP 2004-029498 A 特許第3867148号公報Japanese Patent No. 3867148

しかしながら、従来のマッハツェンダ型の光変調器では、一方の電極(図1の電極122a)の配線が他方のアーム導波路(図1の導波路116b)を跨ぐため、その部分でクロストークを生じるという問題があった。これは、高速で安定性の高い光変調器には望ましくない。また、光単側波帯(SSB:Single Sideband)変調器などのように、複数のマッハツェンダ干渉計を含む変調器では、電極の配線がアーム導波路と交差する箇所が増えるため、この問題が顕著になる(特許文献3)。特に、電気配線のレイアウトを工夫して、電気配線の位相長を調整しようとすると、アーム導波路を複数回跨ぐ構成になり(特許文献2)、クロストークにより信号の劣化が増大することになる。他方、図1に示すように、電気配線にコの字型の部分を設けて、位相長の調整を行うと、基板のサイズが大きくなるという問題がある(特許文献1)。   However, in the conventional Mach-Zehnder type optical modulator, the wiring of one electrode (electrode 122a in FIG. 1) straddles the other arm waveguide (waveguide 116b in FIG. 1), so that crosstalk occurs at that portion. There was a problem. This is undesirable for high speed and high stability optical modulators. Further, in a modulator including a plurality of Mach-Zehnder interferometers such as an optical single sideband (SSB) modulator, the number of locations where the wiring of the electrode intersects the arm waveguide increases, so this problem is remarkable. (Patent Document 3). In particular, if the layout of the electrical wiring is devised to adjust the phase length of the electrical wiring, the arm waveguide is crossed a plurality of times (Patent Document 2), and signal degradation increases due to crosstalk. . On the other hand, as shown in FIG. 1, when the U-shaped portion is provided in the electrical wiring and the phase length is adjusted, there is a problem that the size of the substrate increases (Patent Document 1).

また、マッハツェンダ型の光変調器の2つのアーム導波路に均等に変調信号を印加するために、アーム導波路上の電極の長さ(作用長)は等しくなるように設計することが望ましい。   In addition, in order to apply the modulation signal equally to the two arm waveguides of the Mach-Zehnder type optical modulator, it is desirable to design the lengths (action lengths) of the electrodes on the arm waveguides to be equal.

このように、電極および電極の配線の等長化の要請を満たしつつ、電極の配線がアーム導波路に及ぼす影響を最小化することが望まれる。   As described above, it is desired to minimize the influence of the electrode wiring on the arm waveguide while satisfying the demand for the equal length of the electrode and the electrode wiring.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電極の配線によるクロストークの影響を低減することができる光変調器を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an optical modulator capable of reducing the influence of crosstalk due to electrode wiring.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、マッハツェンダ型の光変調器であって、アーム導波路が形成された強誘電体の基板と、前記アーム導波路に結合したY分岐部およびY合波部の少なくとも一方が形成された非強誘電体の基板とを備え、前記強誘電体の基板は、前記アーム導波路上に形成された変調用の電極を備え、前記非強誘電体の基板は、前記電極の配線を備え、前記非強誘電体の基板の入力側の配線は、それぞれ等しい長さを有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a Mach-Zehnder type optical modulator comprising a ferroelectric substrate on which an arm waveguide is formed, and the arm conductor. A non-ferroelectric substrate on which at least one of a Y branching portion and a Y multiplexing portion coupled to the waveguide is formed, and the ferroelectric substrate is a modulation electrode formed on the arm waveguide The non-ferroelectric substrate includes the electrode wiring, and the input-side wiring of the non-ferroelectric substrate has an equal length.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光変調器であって、前記強誘電体の基板に形成されたアーム導波路は、等しい長さを有し、前記電極は、前記アーム導波路の端から端まで形成されたことを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the optical modulator according to claim 1, wherein the arm waveguides formed on the ferroelectric substrate have equal lengths, and the electrodes are The arm waveguide is formed from end to end.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の光変調器であって、複数のマッハツェンダ干渉計を備えたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the optical modulator according to the first or second aspect, comprising a plurality of Mach-Zehnder interferometers.

また、請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載の光変調器であって、前記電極および前記配線は、導電性の接着剤で接合されたことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the optical modulator according to any one of the first to third aspects, wherein the electrode and the wiring are joined with a conductive adhesive. .

また、請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれかに記載の光変調器であって、前記非強誘電体の基板は、石英系の基板であることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the optical modulator according to any one of claims 1 to 4, wherein the non-ferroelectric substrate is a quartz-based substrate.

また、請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれかに記載の光変調器であって、前記強誘電体の基板は、ニオブ酸リチウム結晶からなる光学基板であることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the optical modulator according to any one of claims 1 to 5, wherein the ferroelectric substrate is an optical substrate made of a lithium niobate crystal. And

マッハツェンダ型光変調器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a Mach-Zehnder type | mold optical modulator. 本発明の第1の実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the Mach-Zehnder type | mold optical modulator by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態によるマッハツェンダ型光変調器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the Mach-Zehnder type | mold optical modulator by the 2nd Embodiment of this invention.

本発明による光変調器においては、ニオブ酸リチウム結晶(LN)などの強誘電体の基板と、石英やシリコンなどの常誘電体の基板とを組み合わせ、強誘電体の基板のアーム導波路上に電極を配置し、常誘電体の基板に電極の配線を配置することによって電極の配線がアーム導波路に及ぼす影響を低減することができる。常誘電体の基板は、強誘電体の基板に比べて電気光学効果による影響が小さい。そのため、電極の配線が常誘電体の基板の導波路と交差しても、クロストークの影響が小さい。   In the optical modulator according to the present invention, a ferroelectric substrate such as lithium niobate crystal (LN) is combined with a paraelectric substrate such as quartz or silicon, and the ferroelectric substrate is placed on the arm waveguide of the ferroelectric substrate. By arranging the electrode and arranging the electrode wiring on the paraelectric substrate, the influence of the electrode wiring on the arm waveguide can be reduced. The paraelectric substrate is less affected by the electro-optic effect than the ferroelectric substrate. Therefore, even if the electrode wiring intersects the waveguide of the paraelectric substrate, the influence of crosstalk is small.

また、本発明による光変調器においては、強誘電体の基板のアーム導波路を等長化し、この導波路の端から端まで電極を形成することで、電極による導波路の作用長を等長化することができる。さらに、電極の配線を常誘電体の基板に配置すれば、配線が導波路と交差しても影響が小さいので、配線の等長化のための設計がし易いという利点がある。以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。   Moreover, in the optical modulator according to the present invention, the arm waveguide of the ferroelectric substrate is made equal in length, and an electrode is formed from end to end of the waveguide so that the working length of the waveguide by the electrode is equal. Can be Further, if the electrode wiring is arranged on the paraelectric substrate, the influence of the wiring even if it intersects the waveguide is small, so that there is an advantage that the design for equalizing the wiring is easy. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図2に、本発明の第1の実施形態による光変調器を示す。このマッハツェンダ型光変調器200は、強誘電体のLN基板210と、2つの石英基板230,260とから構成されている。前段の石英基板230には、入力光が入射される入力導波路232と、入力導波路からの光を分岐するY分岐部234と、分岐した光を導波する2つのアーム導波路236a,236bとが形成されている。LN基板210には、前段の石英基板の2つのアーム導波路236a,236bと光学的に結合される2つのアーム導波路212a,212bが形成され、LN基板のアーム導波路には、変調用の電極214a,214bが設けられている。後段の石英基板260には、LN基板の2つのアーム導波路212a,212bと光学的に結合される2つのアーム導波路262a,262bと、これら2つのアーム導波路からの光を合波するY合波部264と、合波した光を出力する出力導波路266とが形成されている。   FIG. 2 shows an optical modulator according to the first embodiment of the present invention. The Mach-Zehnder type optical modulator 200 includes a ferroelectric LN substrate 210 and two quartz substrates 230 and 260. The quartz substrate 230 at the previous stage has an input waveguide 232 into which input light is incident, a Y branching unit 234 that branches light from the input waveguide, and two arm waveguides 236a and 236b that guide the branched light. And are formed. The LN substrate 210 is formed with two arm waveguides 212a and 212b that are optically coupled with the two arm waveguides 236a and 236b of the preceding quartz substrate. Electrodes 214a and 214b are provided. The quartz substrate 260 at the rear stage has two arm waveguides 262a and 262b optically coupled to the two arm waveguides 212a and 212b of the LN substrate, and Y that combines light from these two arm waveguides. A multiplexing unit 264 and an output waveguide 266 that outputs the combined light are formed.

また、前段の石英基板上には、電極212a,212bに接続された配線238a,238bが設けられ、外部の高周波信号源に接続されている。同様に、後段の石英基板上には、電極212a,212bに接続された配線268a,268bが設けられ、外部の終端抵抗に接続されている。   In addition, wirings 238a and 238b connected to the electrodes 212a and 212b are provided on the previous stage quartz substrate, and are connected to an external high-frequency signal source. Similarly, wirings 268a and 268b connected to the electrodes 212a and 212b are provided on the subsequent quartz substrate, and are connected to an external termination resistor.

入力導波路232に入射した入力光は、Y分岐部234で2つに分岐される。分岐した光は、アーム導波路236a,236bを介して、LN基板210のアーム導波路212a,212bに伝搬する。石英基板230の導波路では、伝搬光は配線238a,238bと交差する部分において変調信号の影響を受けるが、石英基板の電気光学効果は小さく、その影響は無視できるほど小さい。したがって、図に示すように、石英基板230上での配線を自由に配置することができ、それぞれの配線238a,238bの長さが等しくなるように設計することができる。これによって、両配線を伝搬する変調信号の伝搬遅延が等しくなり、良好な変調特性を達成することができる。さらに、導波路との交差を許容した柔軟なレイアウトが可能となるので、波形劣化がなく、かつ光学基板のチップサイズを小さくすることができる。   The input light incident on the input waveguide 232 is branched into two by the Y branching unit 234. The branched light propagates to the arm waveguides 212a and 212b of the LN substrate 210 via the arm waveguides 236a and 236b. In the waveguide of the quartz substrate 230, the propagating light is affected by the modulation signal at the portion intersecting the wirings 238a and 238b, but the electro-optic effect of the quartz substrate is small and the influence is so small that it can be ignored. Therefore, as shown in the figure, the wiring on the quartz substrate 230 can be freely arranged, and the lengths of the respective wirings 238a and 238b can be designed to be equal. As a result, the propagation delays of the modulation signals propagating through both wirings become equal, and good modulation characteristics can be achieved. Furthermore, since a flexible layout allowing crossing with the waveguide is possible, there is no waveform deterioration and the chip size of the optical substrate can be reduced.

一方、LN基板の導波路212a,212bを伝搬する光は、電極214a,214bに印加された変調信号により、その位相が変調される。その位相変調量は、変調信号の印加電圧および作用長によって決定される。ここで、変調信号の作用長は、実質的には導波路上の電極214a,214bの長さによって決定することができる。光変調器200の各アーム導波路間で対称の位相変調を得るためには、電極214a,214bの長さを等しく(等長化)する必要がある。本発明においては、図に示すように、LN基板の導波路の端から端まで電極214a,214bを設ければ、LN基板の導波路の等長化の精度と同程度の精度で電極を等長化することができる。   On the other hand, the phase of light propagating through the waveguides 212a and 212b of the LN substrate is modulated by the modulation signal applied to the electrodes 214a and 214b. The amount of phase modulation is determined by the applied voltage and action length of the modulation signal. Here, the working length of the modulation signal can be substantially determined by the lengths of the electrodes 214a and 214b on the waveguide. In order to obtain symmetric phase modulation between the arm waveguides of the optical modulator 200, the lengths of the electrodes 214a and 214b need to be equal (equal length). In the present invention, as shown in the figure, if electrodes 214a and 214b are provided from end to end of the waveguide of the LN substrate, the electrodes are equalized with the same accuracy as that of the waveguide of the LN substrate. Can be lengthened.

次に、LN基板の導波路212a,212bを伝搬した光は、石英基板260のアーム導波路262a,262bに結合し、Y合波部264で合波され、出力導波路266から出力光が出射される。石英基板260の導波路では、上記と同様に、伝搬光は配線268a,268bと交差する部分において変調信号の影響を受けるが、石英基板の電気光学効果は小さく、その影響は無視できるほど小さい。したがって、上記と同様に、石英基板260上での配線を自由に配置することができ、それぞれの配線268a,268bの長さが等しくなるように設計することができる。これによって、両配線を伝搬する変調信号の伝搬遅延が等しくなり、良好な変調特性を達成することができる。さらに、導波路との交差を許容した柔軟なレイアウトが可能となるので、波形劣化がなく、かつ光学基板のチップサイズを小さくすることができる。   Next, the light propagated through the waveguides 212a and 212b of the LN substrate is coupled to the arm waveguides 262a and 262b of the quartz substrate 260, and is combined by the Y multiplexing unit 264, and the output light is emitted from the output waveguide 266. Is done. In the waveguide of the quartz substrate 260, similarly to the above, the propagating light is affected by the modulation signal at the portions intersecting with the wirings 268a and 268b. Therefore, similarly to the above, wirings on the quartz substrate 260 can be freely arranged, and the lengths of the respective wirings 268a and 268b can be designed to be equal. As a result, the propagation delays of the modulation signals propagating through both wirings become equal, and good modulation characteristics can be achieved. Furthermore, since a flexible layout allowing crossing with the waveguide is possible, there is no waveform deterioration and the chip size of the optical substrate can be reduced.

このように、強誘電体のLN基板と、常誘電体の石英基板とを組み合わせることによって、マッハツェンダ型の光変調器において、配線と導波路との交差部分におけるクロストークを低減することができるだけなく、電極の等長化および配線の等長化が容易になる。さらに、光学基板のサイズが大きくならない。なお、電極および配線は、石英基板とLN基板を組み合わせた後、一括して基板上に形成することができる。また、電極および配線をそれぞれの基板上に形成した後、基板を組み合わせ、電極と配線を導電性の接着剤で接合することもできる。この場合、接着剤は、基板同士の接合を補強する役割も担う。   Thus, by combining the ferroelectric LN substrate and the paraelectric quartz substrate, in the Mach-Zehnder type optical modulator, it is possible to reduce the crosstalk at the intersection between the wiring and the waveguide. In addition, the length of the electrodes and the length of the wirings are facilitated. Furthermore, the size of the optical substrate does not increase. The electrodes and wirings can be formed on the substrate in a lump after combining the quartz substrate and the LN substrate. Moreover, after forming an electrode and wiring on each board | substrate, a board | substrate can be combined and an electrode and wiring can also be joined with a conductive adhesive. In this case, the adhesive also serves to reinforce the bonding between the substrates.

図3に、本発明の第2の実施形態による光変調器を示す。このマッハツェンダ型光変調器300は、強誘電体のLN基板310と、2つの石英基板330,360とから構成されている。前段の石英基板330には、入力光が入射される入力導波路332と、入力導波路からの光を分岐するY分岐部334と、分岐した光をさらに分岐するY分岐部334−1,334−2とが形成されている。LN基板310には、前段の石英基板のY分岐部334−1,334−2からの光が結合する4つのアーム導波路312−1a,312−1b,312−2a,312−2bが形成され、LN基板のアーム導波路にはそれぞれ、変調用の電極314−1a,314−1b,314−2a,314−2bが設けられている。後段の石英基板360には、LN基板の2つのアーム導波路314−1a,314−1bと光学的に結合されるY合波部364−1と、LN基板の2つのアーム導波路314−2a,314−2bと光学的に結合されるY合波部364−2と、2つの合波部からの光をさらに合波するY合波部364と、合波した光を出力する出力導波路366とが形成されている。   FIG. 3 shows an optical modulator according to the second embodiment of the present invention. The Mach-Zehnder optical modulator 300 includes a ferroelectric LN substrate 310 and two quartz substrates 330 and 360. The quartz substrate 330 in the previous stage has an input waveguide 332 into which input light is incident, a Y branch portion 334 that branches light from the input waveguide, and Y branch portions 334-1 and 334 that further branch the branched light. -2 are formed. The LN substrate 310 is formed with four arm waveguides 312-1a, 312-1b, 312-2a, and 312-2b to which light from the Y branch portions 334-1 and 334-2 of the preceding quartz substrate is coupled. The LN substrate arm waveguides are provided with modulation electrodes 314-1a, 314-1b, 314-2a, and 314-2b, respectively. The quartz substrate 360 at the rear stage includes a Y multiplexing unit 364-1 optically coupled to the two arm waveguides 314-1a and 314-1b of the LN substrate, and two arm waveguides 314-2a of the LN substrate. , 314-2b optically coupled to the Y-combining unit 364-2, a Y-combining unit 364 that further combines the light from the two combining units, and an output waveguide that outputs the combined light 366.

また、前段の石英基板上には、電極314−1a,314−1b,314−2a,314−2bに接続された配線338−1a,338−1b,338−2a,338−2bが設けられ、外部の高周波信号源に接続されている。同様に、後段の石英基板上には、電極314−1a,314−1b,314−2a,314−2bに接続された配線368−1a,368−1b,368−2a,368−2bが設けられ、外部の終端抵抗に接続されている。   In addition, wirings 338-1a, 338-1b, 338-2a, and 338-2b connected to the electrodes 314-1a, 314-1b, 314-2a, and 314-2b are provided on the previous stage quartz substrate, It is connected to an external high frequency signal source. Similarly, wirings 368-1a, 368-1b, 368-2a, and 368-2b connected to the electrodes 314-1a, 314-1b, 314-2a, and 314-2b are provided on the subsequent quartz substrate. Connected to an external termination resistor.

入力導波路332に入射した入力光は、Y分岐部334で2つに分岐される。分岐した光は、それぞれY分岐部334−1,334−2でさらに2つに分岐され、それぞれLN基板310のアーム導波路312−1a,312−1b,312−2a,312−2bに伝搬する。石英基板330の導波路では、伝搬光は配線338−1a,338−1b,338−2a,338−2bと交差する部分において変調信号の影響を受けるが、石英基板の電気光学効果は小さく、その影響は無視できるほど小さい。したがって、図に示すように、石英基板330上での配線を自由に配置することができ、それぞれの配線338−1a,338−1b,338−2a,338−2bの長さが等しくなるように設計することができる。これによって、これら配線を伝搬する変調信号の伝搬遅延が等しくなり、良好な変調特性を達成することができる。さらに、導波路との交差を許容した柔軟なレイアウトが可能となるので、波形劣化がなく、かつ光学基板のチップサイズを小さくすることができる。   The input light incident on the input waveguide 332 is branched into two by the Y branching unit 334. The branched light is further split into two at the Y branch portions 334-1 and 334-2, and propagates to the arm waveguides 312-1a, 312-1b, 312-2a, and 312-2b of the LN substrate 310, respectively. . In the waveguide of the quartz substrate 330, the propagating light is affected by the modulation signal at the portions intersecting with the wirings 338-1a, 338-1b, 338-2a, and 338-2b, but the electro-optic effect of the quartz substrate is small. The impact is negligible. Therefore, as shown in the figure, the wiring on the quartz substrate 330 can be freely arranged, and the lengths of the respective wirings 338-1a, 338-1b, 338-2a, 338-2b are equal. Can be designed. As a result, the propagation delays of the modulation signals propagating through these wirings become equal, and good modulation characteristics can be achieved. Furthermore, since a flexible layout allowing crossing with the waveguide is possible, there is no waveform deterioration and the chip size of the optical substrate can be reduced.

一方、LN基板の導波路312−1a,312−1b,312−2a,312−2bを伝搬する光は、電極314−1a,314−1b,314−2a,314−2bに印加された変調信号により、その位相が変調される。その位相変調量は、変調信号の印加電圧および作用長によって決定される。ここで、変調信号の作用長は、実質的には導波路上の電極314−1a,314−1b,314−2a,314−2bの長さによって決定することができる。光変調器300の各アーム導波路間で対称の位相変調を得るためには、電極314−1a,314−1b,314−2a,314−2bの長さを等しく(等長化)する必要がある。本発明においては、図に示すように、LN基板の導波路の端から端まで電極314−1a,314−1b,314−2a,314−2bを設ければ、LN基板の導波路の等長化の精度と同程度の精度で電極を等長化することができる。   On the other hand, the light propagating through the waveguides 312-1a, 312-1b, 312-2a, 312-2b of the LN substrate is modulated signals applied to the electrodes 314-1a, 314-1b, 314-2a, 314-2b. Thus, the phase is modulated. The amount of phase modulation is determined by the applied voltage and action length of the modulation signal. Here, the working length of the modulation signal can be substantially determined by the lengths of the electrodes 314-1a, 314-1b, 314-2a, and 314-2b on the waveguide. In order to obtain symmetrical phase modulation between the arm waveguides of the optical modulator 300, the lengths of the electrodes 314-1a, 314-1b, 314-2a, and 314-2b need to be equal (equal length). is there. In the present invention, as shown in the figure, if the electrodes 314-1a, 314-1b, 314-2a, and 314-2b are provided from end to end of the waveguide of the LN substrate, the length of the waveguide of the LN substrate is equal. The electrodes can be made equal in length with the same degree of accuracy.

次に、LN基板の導波路312−1a,312−1bを伝搬した光は、石英基板360のY合波部364−1で合波され、LN基板の導波路312−2a,312−2bを伝搬した光は、石英基板360のY合波部364−2で合波される。Y合波部364−1,364−2からの光は、さらにY合波部364でさらに合波され、出力導波路366から出力光が出射される。石英基板360の導波路では、上記と同様に、伝搬光は配線368−1a,368−1b,368−2a,368−2bと交差する部分において変調信号の影響を受けるが、石英基板の電気光学効果は小さく、その影響は無視できるほど小さい。したがって、上記と同様に、石英基板360上での配線を自由に配置することができ、それぞれの配線368−1a,368−1b,368−2a,368−2bの長さが等しくなるように設計することができる。これによって、これら配線を伝搬する変調信号の伝搬遅延が等しくなり、良好な変調特性を達成することができる。さらに、導波路との交差を許容した柔軟なレイアウトが可能となるので、波形劣化がなく、かつ光学基板のチップサイズを小さくすることができる。   Next, the light propagating through the waveguides 312-1a and 312-1b of the LN substrate is multiplexed by the Y multiplexing unit 364-1 of the quartz substrate 360, and passes through the waveguides 312-2a and 312-2b of the LN substrate. The propagated light is multiplexed by the Y multiplexing unit 364-2 of the quartz substrate 360. The lights from the Y multiplexing units 364-1 and 364-2 are further multiplexed by the Y multiplexing unit 364, and output light is emitted from the output waveguide 366. In the waveguide of the quartz substrate 360, similarly to the above, the propagating light is affected by the modulation signal at the portions intersecting with the wirings 368-1a, 368-1b, 368-2a, and 368-2b. The effect is small and the impact is negligible. Therefore, similarly to the above, the wiring on the quartz substrate 360 can be freely arranged, and the lengths of the respective wirings 368-1a, 368-1b, 368-2a, 368-2b are designed to be equal. can do. As a result, the propagation delays of the modulation signals propagating through these wirings become equal, and good modulation characteristics can be achieved. Furthermore, since a flexible layout allowing crossing with the waveguide is possible, there is no waveform deterioration and the chip size of the optical substrate can be reduced.

このように、強誘電体のLN基板と、常誘電体の石英基板とを組み合わせることによって、マッハツェンダ型の光変調器において、配線と導波路との交差部分におけるクロストークを低減することができるだけなく、電極の等長化および配線の等長化が容易になる。さらに、光学基板のサイズが大きくならない。なお、電極および配線は、石英基板とLN基板を組み合わせた後、一括して基板上に形成することができる。また、電極および配線をそれぞれの基板上に形成した後、基板を組み合わせ、電極と配線を導電性の接着剤で接合することもできる。この場合、接着剤は、基板同士の接合を補強する役割も担う。   Thus, by combining the ferroelectric LN substrate and the paraelectric quartz substrate, in the Mach-Zehnder type optical modulator, it is possible to reduce the crosstalk at the intersection between the wiring and the waveguide. In addition, the length of the electrodes and the length of the wirings are facilitated. Furthermore, the size of the optical substrate does not increase. The electrodes and wirings can be formed on the substrate in a lump after combining the quartz substrate and the LN substrate. Moreover, after forming an electrode and wiring on each board | substrate, a board | substrate can be combined and an electrode and wiring can also be joined with a conductive adhesive. In this case, the adhesive also serves to reinforce the bonding between the substrates.

以上、本発明について、具体的にいくつかの実施形態について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、上記の実施形態では、強誘電体の基板として、LN基板を例に説明したが、本発明の原理は、タンタル酸リチウム(LiTaO)、KTN(KTa1−xNb)、KTP(KTiOPO)、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)などを用いることができる。また、常誘電体の石英基板を、光変調器の入力側および出力側の両方に用いたが、いずれか一方に用いてもその部分において本発明の効果を得ることができる。さらに、上記の実施形態では、Y分岐に代えて、方向性結合器やカプラ、多モード干渉カプラ(MMI:multimode interferometer)などの回路を用いてもよい。このように、ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。 While the present invention has been described with respect to several specific embodiments, the embodiments described herein are merely illustrative in view of the many possible embodiments to which the principles of the present invention can be applied. It is not intended to limit the scope of the invention. For example, in the above embodiment, an LN substrate has been described as an example of a ferroelectric substrate. However, the principle of the present invention is that lithium tantalate (LiTaO 3 ), KTN (KTa 1-x Nb x O 3 ), KTP (KTiOPO 4 ), PZT (lead zirconate titanate), or the like can be used. Further, although the paraelectric quartz substrate is used for both the input side and the output side of the optical modulator, the effect of the present invention can be obtained in that portion even if it is used for either one. Furthermore, in the above embodiment, a circuit such as a directional coupler, a coupler, or a multimode interference coupler (MMI) may be used instead of the Y branch. As described above, the configuration and details of the embodiment exemplified here can be changed without departing from the gist of the present invention. Further, the illustrative components and procedures may be changed, supplemented, or changed in order without departing from the spirit of the invention.

100,200,300 マッハツェンダ型光変調器
110 電気光学効果を有する光学基板
112,232,332 入力導波路
114,234,334,334−1,334−2 Y分岐部
116a,116b,212a,212b,236a,236b,262a,262b,312−1a、312−1b,312−2a,312−2b アーム導波路
118,264,364,364−1,364−2 Y合波部
120,266,366 出力導波路
122a,122b 金属電極
124a,124b 高周波信号源
210,310 LN基板
214a,214b、314−1a,314−1b,314−2a,314−2b 変調用の電極
230,260,330,360 石英基板
238a,238b,268a,268b、338−1a,338−1b,338−2a,338−2b,368−1a,368−1b,368−2a,368−2b 配線
100, 200, 300 Mach-Zehnder type optical modulator 110 Optical substrate having electro-optic effect 112, 232, 332 Input waveguide 114, 234, 334, 334-1, 334-2 Y branching portions 116a, 116b, 212a, 212b, 236a, 236b, 262a, 262b, 312-1a, 312-1b, 312-2a, 312-2b Arm waveguide 118, 264, 364, 364-1, 364-2 Y multiplexer 120, 266, 366 Waveguide 122a, 122b Metal electrode 124a, 124b High frequency signal source 210, 310 LN substrate 214a, 214b, 314-1a, 314-1b, 314-2a, 314-2b Modulation electrode 230, 260, 330, 360 Quartz substrate 238a , 238b, 268a, 268b, 338-1 , 338-1b, 338-2a, 338-2b, 368-1a, 368-1b, 368-2a, 368-2b wiring

Claims (6)

マッハツェンダ型の光変調器であって、
アーム導波路が形成された強誘電体の基板と、
前記アーム導波路に結合したY分岐部およびY合波部の少なくとも一方が形成された非強誘電体の基板と
を備え、
前記アーム導波路は前記強誘電体の基板の端から端まで形成され等しい長さを有し、前記強誘電体の基板は、前記アーム導波路上にかつ当該強誘電体の基板の端から端まで形成された変調用の電極を備え、前記電極に接続される配線が前記非強誘電体の基板上に形成されており、前記非強誘電体の基板の入力側の配線は、それぞれ等しい長さを有することを特徴とする光変調器。
A Mach-Zehnder type optical modulator,
A ferroelectric substrate on which an arm waveguide is formed;
A non-ferroelectric substrate on which at least one of a Y branch portion and a Y multiplexing portion coupled to the arm waveguide is formed, and
The arm waveguide is formed from end to end of the ferroelectric substrate and has an equal length, and the ferroelectric substrate is on the arm waveguide and from end to end of the ferroelectric substrate. And the wiring connected to the electrode is formed on the non-ferroelectric substrate, and the wiring on the input side of the non-ferroelectric substrate is equal in length. An optical modulator characterized by having a thickness.
請求項1に記載の光変調器であって、
複数のマッハツェンダ干渉計を備えたことを特徴とする光変調器。
The optical modulator according to claim 1 , comprising:
An optical modulator comprising a plurality of Mach-Zehnder interferometers.
請求項1または2に記載の光変調器であって、
前記電極および前記配線は、導電性の接着剤で接合されたことを特徴とする光変調器。
The optical modulator according to claim 1 or 2 ,
The optical modulator, wherein the electrode and the wiring are joined with a conductive adhesive.
請求項1または2に記載の光変調器であって、The optical modulator according to claim 1 or 2,
前記電極および前記配線は、前記強誘電体の基板と前記非強誘電体の基板とを組み合わせた後に一括して形成されたことを特徴とする光変調器。The optical modulator, wherein the electrodes and the wirings are formed in a lump after combining the ferroelectric substrate and the non-ferroelectric substrate.
請求項1から4のいずれかに記載の光変調器であって、
前記非強誘電体の基板は、石英系の基板であることを特徴とする光変調器。
An optical modulator according to any one of claims 1 to 4,
The light modulator according to claim 1, wherein the non-ferroelectric substrate is a quartz substrate.
請求項1から5のいずれかに記載の光変調器であって、
前記強誘電体の基板は、ニオブ酸リチウム結晶からなる光学基板であることを特徴とする光変調器。
An optical modulator according to any one of claims 1 to 5,
The optical modulator, wherein the ferroelectric substrate is an optical substrate made of lithium niobate crystal.
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