JP5416658B2 - Optical modulator and optical modulator module - Google Patents
Optical modulator and optical modulator moduleInfo
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Description
本発明は駆動電圧が低く、かつ高速で変調が可能な光変調器の分野に属する。 The present invention belongs to the field of optical modulators having a low driving voltage and capable of high-speed modulation.
リチウムナイオベート(LiNbO3)のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板(以下、リチウムナイオベート基板をLN基板と略す)に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器(以下、LN光変調器と略す)は、その優れた伝送特性から2.5Gbps、10Gbpsの大容量光伝送システムに適用されている。最近はさらに40Gbpsの超大容量光伝送システムにも適用が検討されており、キーデバイスとして期待されている。 An optical waveguide and a traveling wave electrode are provided on a substrate having a so-called electro-optic effect (hereinafter, the lithium niobate substrate is abbreviated as an LN substrate) such as lithium niobate (LiNbO 3 ) whose refractive index is changed by applying an electric field. The formed traveling-wave electrode type lithium niobate optical modulator (hereinafter abbreviated as LN optical modulator) is applied to a high capacity optical transmission system of 2.5 Gbps and 10 Gbps because of its excellent transmission characteristics. Recently, application to an ultra-high capacity optical transmission system of 40 Gbps has been studied, and it is expected as a key device.
[第1の従来技術]
このLN光変調器にはz−カットLN基板を使用するタイプとx−カットLN基板(あるいはy−カットLN基板)を使用するタイプがある。ここでは、第1の従来技術として特許文献1に開示されたz−カットLN基板と2つの接地導体を有し、基本モードの伝搬に有利なコプレーナウェーブガイド(CPW)進行波電極を使用したz−カットLN基板LN光変調器をとり上げ、その斜視図を図26に示す。図27は図26のA−A’線における断面図である。なお、以下の議論はx−カットLN基板やy−カットLN基板でも同様に成り立つ。
[First prior art]
This LN optical modulator includes a type using a z-cut LN substrate and a type using an x-cut LN substrate (or a y-cut LN substrate). Here, a z-cut LN substrate disclosed in
図中、1はz−カットLN基板、2は1.3μm、あるいは1.55μmなど光通信において使用する波長領域では透明な200nmから1μm程度の厚みのSiO2バッファ層、3はz−カットLN基板1にTiを蒸着後、1050℃で約10時間熱拡散して形成した光導波路であり、マッハツェンダ干渉系(あるいは、マッハツェンダ光導波路)を構成している。ここで、説明を簡単にするために、焦電効果に起因する温度ドリフトを抑圧するために通常用いられるSi導電層は省略した。
In the figure, 1 is a z-cut LN substrate, 2 is a transparent SiO 2 buffer layer having a thickness of about 200 nm to 1 μm in a wavelength region used in optical communication such as 1.3 μm or 1.55 μm, and 3 is a z-cut LN. This is an optical waveguide formed by thermally diffusing Ti at 1050 ° C. for about 10 hours after depositing Ti on the
なお、3a、3bは電気信号と光が相互作用する部位(相互作用部と言う)における光導波路(あるいは、相互作用光導波路)、つまりマッハツェンダ光導波路の2本のアームである。また、位相変調器の場合は直線光導波路でよい。CPW進行波電極4は中心導体4a、接地導体4b、4cからなっている。また、図27において中心導体4aの幅は6μmから20μm程度であり、一般には10μm前後が使用されている。一方、中心導体4aと接地導体4b、4cの間にはギャップ(あるいはCPWのギャップ)を形成している。
Reference numerals 3a and 3b denote optical waveguides (or interactive optical waveguides) in a portion where an electrical signal and light interact (referred to as an interaction portion), that is, two arms of a Mach-Zehnder optical waveguide. In the case of a phase modulator, a straight optical waveguide may be used. The CPW
この第1の従来技術では、中心導体4aと接地導体4b、4c間にバイアス電圧(通常はDCバイアス電圧)と高周波電気信号(RF電気信号とも言う)を重畳して印加するが、ここでの議論はバイアス分離型についても成り立つ。また、SiO2バッファ層2は高周波電気信号の等価屈折率nm(あるいは、マイクロ波等価屈折率nm)を光導波路3a、3bを伝搬する光の実効屈折率noに近づけることにより、光変調帯域を拡大するという重要な働きをしている。
In the first prior art, a bias voltage (usually a DC bias voltage) and a high-frequency electric signal (also referred to as an RF electric signal) are superimposed and applied between the
次に、このように構成されるLN光変調器の動作について説明する。このLN光変調器を動作させるには、中心導体4aと接地導体4b、4c間にDCバイアス電圧とRF電気信号とを印加する必要がある。
Next, the operation of the LN optical modulator configured as described above will be described. In order to operate this LN optical modulator, it is necessary to apply a DC bias voltage and an RF electrical signal between the
図28に示す電圧−光出力特性はある状態でのLN光変調器の電圧−光出力特性であり、Vbはその際のDCバイアス電圧である。この図28に示すように、通常、DCバイアス電圧Vbは光出力特性の山と底の中点に設定される。 The voltage-light output characteristic shown in FIG. 28 is the voltage-light output characteristic of the LN optical modulator in a certain state, and Vb is the DC bias voltage at that time. As shown in FIG. 28, the DC bias voltage Vb is normally set at the midpoint between the peak and bottom of the light output characteristic.
さて、LN光変調器を光伝送システムにおいて使用する際には、金属筐体(パッケージ)にLN光変調器のチップ、光ファイバ、及び電気信号用のマイクロ波コネクタを固定した光変調器モジュールとせねばならない。 When an LN optical modulator is used in an optical transmission system, an optical modulator module in which a chip of an LN optical modulator, an optical fiber, and a microwave connector for electric signals are fixed to a metal casing (package). I have to.
図29にはその光変調器モジュールの構造を示す。図中のいくつかの番号は図26や図27と共通にしている。なお、簡単のために、SiO2バッファ層2は省略している。 FIG. 29 shows the structure of the optical modulator module. Some numbers in the figure are the same as those in FIGS. For simplicity, the SiO 2 buffer layer 2 is omitted.
ここで、5は金属筐体、6a、6bは金属筐体5に固定された不図示のマイクロ波コネクタの芯線である。7a、7bはマイクロ波コネクタの芯線6a、6bの周囲に形成された空洞である。金属筐体5にLN基板1を固定した後、CPW進行波電極とマイクロ波コネクタの芯線6a、6bを電気的に接続する。
Here, 5 is a metal casing, and 6a and 6b are core wires of a microwave connector (not shown) fixed to the
図には示していないがLN光導波路3へ光を入力・出力できるように光学系を設定する。次に、金属のふた8を金属筐体5に固定することにより、LN光変調器モジュールが完成する。なお、高周波電気信号の出力側(図26と図29を比較してわかるように、高周波電気信号の出力側は6b、7bの側に対応する)については、終端抵抗により電気的に終端しても良く、その場合には出力側のマイクロ波コネクタの芯線6bと空洞7bは不要である。
Although not shown in the drawing, an optical system is set so that light can be input to and output from the LN
図30には、図29においてマイクロ波コネクタの芯線6aと金属筐体5に形成された空洞7aの部分を拡大して示す。ここで、EFはマイクロ波コネクタの芯線6aと金属筐体5に形成された空洞7aとの間に生じる高周波電気信号の電気力線である。
FIG. 30 shows an enlarged view of the
図30からわかるように、高周波電気信号の電気力線EFはマイクロ波コネクタの芯線6aを中心とした軸対称な分布をなしている。一方、図31には、図29のz−カットLN基板1に形成された進行波電極のマイクロ波コネクタの芯線6aとの接続部近傍(入力用フィードスルー部と呼ぶ)50におけるB−B’線での断面図を示す。ここで、DEFは中心導体4aと接地導体4bの間に生じた電気力線を表している。図31からわかるように、入力用フィードスルー部50でのB−B’において電気力線DEFは平面的な分布をなしている。
As can be seen from FIG. 30, the electric force lines EF of the high-frequency electric signal have an axially symmetric distribution around the
このようにマイクロ波コネクタの芯線6aを中心とした軸対称な分布(マイクロ波コネクタの固有モードと呼ぶ)の電気力線EFと、進行波電極4の中心導体4aと接地導体4b、4cの間に生じた平面的な分布(CPW進行波電極の固有モードと呼ぶ)の電気力線DEFにはそれらの分布形状にミスマッチがあり、高周波電気信号がマイクロ波コネクタの芯線6aから進行波電極4の中心導体4aと接地導体4bに伝搬する際に高周波電気信号に漏れる成分が生じる。図32にその様子を示す。図32はz−カットLN基板1の上面図であり、11はz−カットLN基板内に漏れた高周波電気信号を表している。一般にこの漏れた高周波電気信号を漏洩高周波電気信号ともいう。
In this way, the electric force lines EF having an axially symmetric distribution (referred to as the eigenmode of the microwave connector) around the
図33にLN光変調器において使用するz−カットLN基板1の形状と寸法を示す。図のx方向が幅方向に、z方向が厚み方向に、y方向が長さ方向に対応し、各々の寸法をLx、Lz、及びLyとする。前述の漏れた高周波電気信号成分11に対しては、z−カットLN基板1は誘電体共振器として機能する。つまり、漏れた高周波電気信号成分はz−カットLN基板1に共振モードを励振し、その中で共振(誘電体共振と呼ぶ)すると考えられる。
FIG. 33 shows the shape and dimensions of the z-
一旦その周波数で誘電体共振が生じると、マイクロ波コネクタの芯線6aから進行波電極の中心導体4aと接地導体4b、4cに伝搬すべき高周波電気信号のエネルギーの多くが、z−カットLN基板1からなる誘電体共振器の内部に共振モードを励振するのに費やされてしまい、図26や図27に示した相互作用光導波路3a、3bにおける光の変調に有効に活用されない。そのため、変調周波数に対する光の変調指数に激しい落ち込み(周波数ディップと呼ぶ)を生じてしまう。
Once dielectric resonance occurs at that frequency, much of the energy of the high-frequency electrical signal that should propagate from the
例えば10Gbpsの変調速度の場合に、この周波数ディップが10GHz付近やそれ以下の周波数領域に生じた場合や、40Gbpsの変調速度の場合に、この周波数ディップが30GHz付近やそれ以下の周波数領域などに生じると、実用上極めて深刻な問題となってしまう。 For example, when the modulation rate is 10 Gbps, this frequency dip occurs in the frequency region around 10 GHz or lower, or when the modulation rate is 40 Gbps, this frequency dip occurs in the frequency region near 30 GHz or lower. This is a very serious problem in practical use.
[第2の従来技術]
第1の従来技術における誘電体共振器としての共振周波数を光変調に必要な周波数領域よりも高周波側に外すことにより、光の変調指数における周波数ディップの影響を改善するために特許文献2に提案された技術を第2の従来技術として説明する。ここで、図26から図33に示した第1の従来技術と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を省略する。
[Second prior art]
Proposed in
図34に図33のz−カットLN基板1の横断面図を示す。特許文献2によれば、変調指数の周波数ディップfcは
fc = c0/(2n・d) (1)
で与えられるとのことである。ここで、c0は真空中の光速、nは高周波電気信号の等価屈折率、そして重要な物理量であるdは図34に示す横断面図において最も長くなる長さ(通常は、対角線の長さ)とされている。
FIG. 34 shows a cross-sectional view of the z-cut
f c = c 0 / (2n · d) (1)
It is said that it is given in. Here, c 0 is the speed of light in vacuum, n is the equivalent refractive index of the high-frequency electrical signal, and d is an important physical quantity, which is the longest length in the cross-sectional view shown in FIG. ).
そして、高周波電気信号の等価屈折率nと対角線の長さdとの積n・dを0.8mmより大きく、11mmよりも小さくすることにより、周波数ディップを10Gbpsの光伝送に支障のない高い周波数にシフトできるとしている。 Then, the product n · d of the equivalent refractive index n of the high-frequency electrical signal and the length d of the diagonal line is made larger than 0.8 mm and smaller than 11 mm, so that the frequency dip is a high frequency that does not interfere with optical transmission at 10 Gbps. It can be shifted to.
我々はこの(1)式に従って、z−カットLN基板1を用いた光変調器を実際に設計・製作した。なお、設計に当たっては高周波電気信号の等価屈折率は図34のx方向では6.56、z方向では5.29とした。
We actually designed and manufactured an optical modulator using the z-cut
ところがこの第2の従来技術の要求条件(1)式に基づいてLN光変調器を設計・製作したところ、機械的強度の観点からLN光変調器を歩留まり良く作ることが困難であることがわかった。 However, when the LN optical modulator is designed and manufactured based on the requirement (1) of the second prior art, it is found that it is difficult to make the LN optical modulator with a high yield from the viewpoint of mechanical strength. It was.
つまり、1例として周波数ディップfcを40GHzとすると、(1)式からz−カットLN基板1の横断面図における対角線の長さdは0.63mmとなる。そこで、z−カットLN基板1の厚み(Lz)を0.5mmと仮定すると、z−カットLN基板1の幅(Lx)は0.39mmとなる。
That is, when the 40GHz frequency dip f c as an example, (1) the length of a diagonal line in the cross-sectional view of the z- cut
通常、z−カットLN基板1の長さ(Ly)は数十mm有るのでz−カットLN基板1の横断面の寸法がこのように小さくなり過ぎると、z−カットLN基板1の剛性が極めて弱くなってしまう。そのため、ウェーハプロセス終了後の切断・研磨工程における取り扱い、及びLN光変調器として金属筐体5に実装する工程において破壊される素子が増え、機械的強度に問題があることがわかった。
Usually, since the length (L y ) of the z-cut
[第3の従来技術]
図35は、特許文献3において提案されたDQPSK型の送信装置について示された第3の従来技術である。図35では、LN光変調器の他に、高周波電気信号を生成するDQPSK信号源700、光を出射するLD500、バイアスを安定化するABC回路100、2つのチャイルドマッハツェンダ干渉系間における光の位相差をπシフトするためのバイアス電圧を供給するバイアス供給部120−2、位相シフトの制御命令を出す位相シフト制御部110、あるいはπ/2シフトするためのバイアス電圧を供給するバイアス供給部120−3などの電気部品・電子部品・制御回路も含んでおり、図35はDQPSK送信装置と言える。
[Third prior art]
FIG. 35 shows a third conventional technique shown for the DQPSK type transmission apparatus proposed in
以下、本従来技術の構成を説明する。200と300は各々チャイルドMZ、200bと300bは変調電極(進行波電極)、200aと300aはチャイルドMZのY分岐光導波路、200cと300cはπシフト部のバイアス電極である。500はLD(レーザーダイオード)からなる光源、400と600はペアレントMZのY分岐光導波路、700はDQPSK信号源、800−1と800−2はドライバ、900はPD(フォトダイオード)、100はABC(オートバイアスコントロール)回路、110は位相シフト制御部、120−1と120−2は各チャイルドMZを構成する各々の光導波路間の位相シフトをπにするための、いわゆるπシフト用のバイアス供給部、120−3はチャイルドMZ間(あるいは、ペアレントマッハツェンダ干渉系間)におけるπ/2(あるいは、2π/4)シフト用のバイアス供給部である。
Hereinafter, the configuration of the conventional technology will be described.
このように第3の従来技術では2つのマッハツェンダ干渉系を構成する光導波路200aや300aが4本も並んでおり、z−カットLN基板の横幅は数mmにもなる。つまり、このようなネスト型の構造においては基板横断面の対角線の長さも数mmオーダーとなるため、特許文献2の手法により共振周波数を40GHzなどの高い使用周波数よりもさらに高い領域に設定することは困難であった。
Thus, in the third prior art, four
以上のように、光伝送を行う上で差し支えないように、変調指数の周波数ディップfcを高い周波数領域にシフトさせるために提案された第2の従来技術、即ちLN基板の横断面において最も長くなる長さ、即ち、対角線の長さをd、高周波電気信号の等価屈折率をnとして、周波数ディップfcをfc = c0/(2n・d)から求め、周波数ディップfcが充分高くなるように対角線の長さdを設定する第2の従来技術では、光変調器としての機械的強度を保ちつつ、周波数ディップfcを使用周波数領域から外すことは困難であったため、より機械的強度を確保できる技術の開発が望まれていた。特に、DQPSKなどのようなネスト型の構造においては、必然的にLN基板の幅が広くなる(換言するとLN基板の横断面における対角線の長さが長くなる)ため、周波数ディップfcが使用周波数よりも充分高くなるように設定することは困難であった。 As described above, as no harm in performing the optical transmission, a second prior art proposed to shift the frequency dips f c of the modulation index to a high frequency range, i.e. the longest in cross-section of the LN substrate becomes long, that is, the length of a diagonal line d, the equivalent refractive index of the high frequency electric signal is n, obtains a frequency dip f c from f c = c 0 / (2n · d), sufficiently high frequency dips f c is In the second prior art in which the diagonal length d is set so that the frequency dip f c is difficult to remove from the operating frequency region while maintaining the mechanical strength as the optical modulator, the mechanical length is more mechanical. Development of technology that can ensure strength has been desired. In particular, in the nested structure, such as DQPSK, inevitably the width of the LN substrate is wider (the length of a diagonal line in the cross section of the LN substrate in other words becomes longer), the frequency dips f c is the operating frequency It was difficult to set it to be sufficiently higher than that.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光の位相を変調する高周波電気信号を印加するための中心導体及び接地導体からなる進行波電極とを有し、前記進行波電極が、前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調するための相互作用部と、外部回路から前記相互作用部に前記高周波電気信号を印加するための入力用フィードスルー部を具備する光変調器において、前記基板は、前記入力用フィードスルー部の下方のみにおいて、少なくとも一部の部位の厚みが当該部位を除く他の部位の厚みよりも薄く形成された薄厚部を備え、前記薄厚部は、前記相互作用部と交差する方向に向かって形成された溝部で構成され、前記溝部の幅は、前記入力用フィードスルー部を構成する前記中心導体の幅と、当該中心導体とその両側に位置する前記接地導体とのギャップとの和よりも大きい幅であって、前記入力用フィードスルー部に印加された前記高周波電気信号の一部が漏れて前記基板を伝搬する漏洩高周波信号が所定量存在する領域の幅で構成され、前記薄厚部を含む前記基板が誘電体共振器を形成し、前記薄厚部の厚みで定まる共振周波数が前記高周波電気信号の周波数よりも高くなるように、前記薄厚部の厚みと、前記薄厚部の厚み方向における前記高周波電気信号の等価屈折率の積が0.4mmより大きく、かつ15mmよりも小さく構成されていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, an optical modulator according to
上記課題を解決するために、本発明の請求項2に記載の光変調器モジュールは、請求項1に記載の光変調器と、前記光変調器が内部に固定される筐体とを備える光変調器モジュールであって、前記筐体には、前記光変調器が固定される台座部の一部が盛り上がった突起部が形成され、当該突起部は前記基板の前記薄厚部の裏面に所定のクリアランスを介して勘合していることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problem, an optical modulator module according to
上記課題を解決するために、本発明の請求項3に記載の光変調器モジュールは、請求項1に記載の光変調器と、前記光変調器が内部に固定される筐体とを備える光変調器モジュールであって、前記光変調器が固定される前記筐体の台座部が略平坦であり、前記基板の前記薄厚部の裏面と前記台座部との間に比誘電率が前記基板よりも低い低誘電率層を具備し、前記薄厚部の厚みと前記低誘電率層の厚みとから決定される共振周波数が前記高周波電気信号よりも高くなるように、前記薄厚部の厚みに応じて前記低誘電率層の厚みを設定したことを特徴としている。
In order to solve the above problems, an optical modulator module according to
上記課題を解決するために、本発明の請求項4に記載の光変調器モジュールは、請求項3に記載の光変調器モジュールにおいて、前記低誘電率層が空気であることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problem, an optical modulator module according to a fourth aspect of the present invention is the optical modulator module according to the third aspect , wherein the low dielectric constant layer is air.
上記課題を解決するために、本発明の請求項5に記載の光変調器モジュールは、請求項3に記載の光変調器モジュールにおいて、前記低誘電率層は、比誘電率が空気よりも大きく、前記基板より小さな材料からなることを特徴としている。
In order to solve the above problems, an optical modulator module according to
本発明では、進行波電極に基本モードを伝搬させ、光変調指数の周波数ディップfcは誘電体共振器としての基板の共振周波数により決定されるようにする。そして、誘電体共振器としての基板の共振周波数により決定されるこの周波数ディップfcに対する基板各辺の寸法の影響はそれらの自乗に反比例して小さくなることを利用する。つまり、誘電体共振器としての基板共振に最も影響を与える漏洩高周波電気信号が存在する入力用フィードスルー部の近傍領域の厚みを他の部分の厚みよりも薄くすることにより、周波数ディップfcを高い周波数領域にシフトさせる。基板における他の領域の厚みは厚いままとするが、この領域には元々漏洩高周波電気信号が存在しないのでこの領域の基板の厚みは周波数ディップfcに影響しない。その結果、基板の一部のみが薄く、その他の多くの領域の厚みは厚いので、本発明により、第2の従来技術では困難であった光変調器としての機械的強度を確保しつつ、周波数ディップfcを充分高い周波数領域にシフトさせることが可能となる。また、4本以上の光導波路があるために基板の幅が広くなり、その結果基板の横断面における対角線の長さが長くなるDQPSKなどのネスト型構造においても、本発明では漏洩高周波電気信号が存在する領域について基板の一部の厚みを薄くするだけでよいので、LN光変調器チップとしての機械的強度を確保しつつ、効率よく周波数ディップfcを所望の周波数よりも高く設定することが可能である。
In the present invention, by propagating fundamental mode to the traveling wave electrode, the frequency dips f c of the optical modulation index is to be determined by the resonance frequency of the substrate as a dielectric resonator. Then, utilizing the fact that the influence of the size of the substrate sides becomes smaller in inverse proportion to their square for the frequency dips f c determined by the resonance frequency of the substrate as a dielectric resonator. That is, by smaller than the thickness of other portions of the thickness of the neighboring region of the input full Idosuru unit leakage high-frequency electrical signal is present that most affect the substrate resonance as a dielectric resonator, a frequency dip f c Shift to higher frequency range. The thickness of the other regions in the substrate is kept thicker, but because originally the leakage high-frequency electrical signals in this region is not present the thickness of the substrate in this region does not affect the frequency dip f c. As a result, since only a part of the substrate is thin and the thickness of many other regions is thick, the present invention ensures the mechanical strength as an optical modulator, which is difficult with the second prior art, while maintaining the frequency. it is possible to shift to a sufficiently high frequency region dip f c. Further, since there are four or more optical waveguides, the width of the substrate is widened, and as a result, even in a nest type structure such as DQPSK in which the length of the diagonal line in the cross section of the substrate is long, in the present invention, leakage high-frequency electric signals are not generated. since it is the existing area by thinning the portion of the thickness of the substrate, while securing the mechanical strength of the LN optical modulator chip, efficiently frequency dips f c be set higher than the desired frequency Is possible.
以下、本発明の実施形態について説明するが、図26から図35に示した従来の実施形態と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を省略する。また、光導波路、進行波電極、相互作用部および入力用フィードスルー部は、従来の実施形態と同様に形成されているものとして説明するが、これに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, since the same reference numerals as those in the conventional embodiment shown in FIGS. 26 to 35 correspond to the same functional units, description of the functional units having the same numbers is omitted here. To do. Further, the optical waveguide, traveling wave electrode, interaction portion, and input feedthrough portion are described as being formed in the same manner as in the conventional embodiment, but are not limited thereto.
[第1の実施形態]
本発明における第1の実施形態と基板のみについての斜視図を各々図1と図2に示す。ここで、9はz−カットLN基板である。コネクタや入力用フィードスルー部などを介して外部回路から進行波電極に高周波電気信号を入力するが、一部の高周波電気信号が漏れて入力用フィードスルー部50の領域に漏れる。本発明においてはこの漏洩高周波信号が存在する領域の基板の厚みを薄くする。10はその厚みを薄くした領域(あるいは、厚みが薄い部位;薄厚部)である。また、図2のB−B´における断面図を図3に示す。z−カットLN基板9の厚みをD、厚みが薄い部位10の幅をW、そこでの基板の厚みをTとすると、D>Tが成り立っている。10´はザグリ部である。
[First Embodiment]
The perspective view about only the 1st Embodiment and a board | substrate in this invention is shown in FIG. 1 and FIG. 2, respectively. Here, 9 is a z-cut LN substrate. A high-frequency electric signal is input from an external circuit to the traveling wave electrode via a connector, an input feed-through portion, or the like. In the present invention, the thickness of the substrate in the region where the leakage high-frequency signal exists is reduced.
第1の従来技術の図29〜図31において議論したように、外部からLN光変調器の進行波電極4に入力された高周波電気信号の全てのパワーが進行波電極4に伝搬することは事実上困難であり、進行波電極の入力用フィードスルー部50において基板に漏れ、周波数ディップfc を有する誘電体共振を引き起こす。そして、このことは図1〜図3に示した本実施形態においても同様である。なお、60は高周波電気信号と相互作用光導波路3a、3bを伝搬する光が相互作用する相互作用領域(相互作用部)である。図4には漏れた高周波電気信号11が伝搬する様子を示す。この漏れた高周波電気信号11が基板共振を発生する。
As discussed in FIGS. 29 to 31 of the first prior art, it is a fact that all the power of the high-frequency electric signal input from the outside to the traveling
以下、本発明の考え方を説明する。図33に示した誘電体共振器に立ち返って考える。つまり、図33に示すz−カットLN基板1からなる誘電体共振器の共振周波数が周波数ディップfc に対応すると考える。この周波数ディップfc は、図33におけるz−カットLN基板1の上面(進行波電極が形成されている基板面)と下面(進行波電極が形成されている基板面と反対の基板面)に金属がある場合には
fc = (c0/2)・{(mx/(nx・Lx))2+(my/(ny・Ly))2+(mz/(nz・Lz))2}1/2 (2)
また、z−カットLN基板1の上面には金属があり、下面の下方には充分に深い空隙があるとすると
fc = (c0/2)・{(mx/(nx・Lx))2+(my/(ny・Ly))2+((mz−1/2)/(nz・Lz))2}1/2 (3)
となる。勿論、z−カットLN基板1の下方にある空隙が有限の厚みであっても本発明は成り立つが、説明を簡単にするために、空隙の厚みが充分に厚いと仮定した(3)式で説明する。
Hereinafter, the concept of the present invention will be described. Returning to the dielectric resonator shown in FIG. In other words, the resonance frequency of the dielectric resonator consisting z- cut
f c = (c 0/2 ) · {(m x / (n x · L x)) 2 + (m y / (n y · L y)) 2 + (m z / (n z · L z) 2 } 1/2 (2)
Also, suppose that there is a metal on the upper surface of the z-cut
f c = (c 0/2 ) · {(m x / (n x · L x)) 2 + (m y / (n y · L y)) 2 + ((m z -1/2) / ( nz · L z )) 2 } 1/2 (3)
It becomes. Of course, the present invention can be realized even if the gap below the z-cut
ここで、mx、my、及びmzは共振の次数を表す自然数であり、問題となるのは最も低い次数(つまり、1)の共振周波数である。2以上のmx、my、及びmzは2次以上の高次モードに対応する。nx、ny、及びnzはx、y、及びzの各方向における高周波電気信号の等価屈折率であり、多くの場合、nx=ny=6.56、nz=5.29と考えてよい。 Here, m x, m y, and m z are natural numbers representing the order of the resonance, The problem is the resonant frequency of the lowest order (i.e., 1). 2 or more m x, m y, and m z corresponds to the second- or higher-order modes. n x, n y, and n z is the equivalent refractive index of the high frequency electric signals in each direction of x, y, and z, often, n x = n y = 6.56 , n z = 5.29 You may think.
また、(2)式と(3)式の比較からわかるように、z−カットLN基板1の幅方向(x方向)において、片方の端面に金属が有り、その反対側の端面が広い空間に接している場合には、mxをmx−1/2により置き換えれば良い。
Further, as can be seen from the comparison between the equations (2) and (3), in the width direction (x direction) of the z-cut
(2)式や(3)式の中において、z−カットLN基板1の幅Lx、長さLy、及び厚みLzが使用されている式の形態を考え、本発明においては、第2の従来技術が主張している「横断面において最も長くなる長さ(通常は対角線の長さ)と、その方向における高周波電気信号の等価屈折率との積」ではなく、「基板の最も薄い部分の厚みと、その方向における高周波電気信号の等価屈折率との積」をキーポイントとする。
Considering the form of the formula in which the width L x , the length L y , and the thickness L z of the z-cut
つまり、本発明では、基板の厚みと基板の厚み方向における高周波電気信号の等価屈折率との積で決まる周波数ディップfcを光伝送で使用する帯域よりも充分高い周波数領域にシフトさせる。 That is, in the present invention shifts to a sufficiently higher frequency region than the band used in the optical transmission frequency dip f c determined by the product of the equivalent refractive index of the high frequency electric signal in the thickness of the substrate and the thickness direction of the substrate.
以上のことを具体的に式を用いて説明する。(2)式と(3)式において、
Lz<<Ly、Lx (4)
と仮定すると、(2)式と(3)式は各々
fc = (c0/2)・mz/(nz・Lz) (5)
fc = (c0/2)・(mz−1/2)/(nz・Lz) (6)
と表現でき、z−カットLN基板9の基板の厚みLzにより周波数ディップfcが決定される。本発明においては(5)式あるいは(6)式におけるLzは近似的にz−カットLN基板1の基板の最も薄くなった部分の厚み(図3のT)により周波数ディップfcが決定される。
The above will be described specifically using equations. In the equations (2) and (3),
L z << L y , L x (4)
Assuming that (2) and (3) are
f c = (c 0/2 ) · m z / (n z · L z ) (5)
f c = (c 0/2 ) · (m z -1/2) / (n z · L z) (6)
And can be expressed, the frequency dips f c is determined by the z- cut LN substrate thickness L z of the
このように本発明では、不図示の外部回路からLN光変調器の不図示のマイクロ波コネクタを通して進行波電極4に伝搬した高周波電気信号のうち、漏れた高周波電気信号が伝搬する領域におけるz−カットLN基板9の基板の厚みを薄くすることにより、実質的に(5)式や(6)式の基板の厚みLzをその薄い基板の厚みTとする。これにより、誘電体共振により生じる周波数ディップfcを使用する周波数領域よりも高くしている。
As described above, in the present invention, among the high-frequency electrical signals propagated from the external circuit (not shown) to the traveling
ここでLzとLxの関係について言及しておく。Lxも周波数ディップfcの式の中にLxの自乗に反比例する形式で入っているので、LxはLzの2倍以上の大きさであるとすると周波数ディップfcに対するLxの影響はLzの影響の1/4と充分小さくなり、Lz<<Lxが成り立つと考えることができる。 Here, the relationship between L z and L x will be mentioned. Since L x also contains a form which is inversely proportional to the square of the L x in the expression of frequency dips f c, L x is the L x with respect to the frequency dips f c When more than twice the size of L z The influence is sufficiently small to be 1/4 of the influence of L z , and it can be considered that L z << L x holds.
厚みが薄い部位10以外のz−カットLN基板9の厚みは、厚みが薄い部位10の厚みより厚いので、機械的強度を高くできることは言うまでもないが、基板の横断面における対角線の長さを短く規定する第2の従来技術と異なり、基板の横幅Lxを広くとるができる。従って、本発明を用いることにより光変調器としての充分な機械的強度が確保できるという利点が生じる。
Since the thickness of the z-cut
なお、z−カットLN基板1の下面の下に有限の厚みの空隙がある場合には、(3)式あるいは(6)式とは異なってくるものの、z−カットLN基板1の比誘電率(その平方根が等価屈折率と近似できる)は高いので、空隙よりもz−カットLN基板1の影響の方が大きい。従って、z−カットLN基板9に厚みが薄い部位を設けることにより周波数ディップfcを使用周波数領域よりも高くできるという考え方は同じである。
Note that when there is a finite gap under the lower surface of the z-cut
以上のように、本発明は第2の従来技術の「横断面において最も長くなる長さ(通常は対角線)とその方向における高周波電気信号の等価屈折率との積」ではなく、その反対の「横断面において基板の厚みとその方向における高周波電気信号の等価屈折率との積」をキーポイントと考えており、従来の第2技術とは発想が全く異なる。 As described above, the present invention is not the “product of the longest length in the cross section (usually a diagonal line) and the equivalent refractive index of the high-frequency electrical signal in that direction” in the second prior art, but the opposite “ The product of the thickness of the substrate and the equivalent refractive index of the high-frequency electrical signal in that direction in the cross section is considered to be a key point, and the idea is completely different from the conventional second technique.
具体的に説明すると、第2の従来技術によれば、周波数ディップfcを高い周波数領域にシフトさせるためには、特にz−カットLN基板1の幅(Lx)を狭くしないといけないことになるが、本発明では逆に幅(Lx)を広くしても、z−カットLN基板9において、入力用フィードスルー部とその近傍の基板の領域10の厚みを薄くすることより周波数ディップfcを充分高くする構造とする。
Specifically, according to the second prior art, that in order to shift the frequency dips f c higher frequency range, dont not specifically narrow the z- cut LN width of the substrate 1 (L x) In the present invention, on the contrary, even if the width (L x ) is increased, in the z-cut
一般に、特許文献3のようなネスト型のLN光変調器では、その光導波路の本数が多いので必然的に幅が数mmと広くなってしまうため、第2の従来技術では周波数ディップfcを充分高くすることが困難であった。しかしながら、基板の横断面における対角線の長さではなく、薄くなった部分の基板の厚みにより共振周波数を高く設定する本発明はDQPSK、あるいはDP−QPSKなどのネスト型構造の変調器にも適用可能である。
Generally, in the nested type LN optical modulator as described in
図1からわかるように、入力用フィードスルー部50と相互作用部60は互いに大きな角度をなしているので、入力用フィードスルー部50(図1を参照)の近傍の基板に漏れた高周波電気信号は相互作用部60には影響しない。従って、相互作用部60を含む領域の基板は厚くても問題ない。そのため、本発明によれば、基板に漏れた高周波電気信号が存在する領域のみの基板の厚みを薄くし、その他の領域における基板の厚みを厚くする。従って、基板の強度を確保しつつ、光伝送にとって有害な周波数ディップfcを正確、確実、かつ容易に使用周波数領域よりも高い周波数にシフトできるという大きな利点がある。
As can be seen from FIG. 1, the
次に、「基板の厚みとその方向における高周波電気信号の等価屈折率との積」についてさらに考察を進める。 Next, further discussion will be made on “the product of the thickness of the substrate and the equivalent refractive index of the high-frequency electrical signal in that direction”.
一般に、周波数ディップfcは周波数に対してシャープではなくある周波数帯域を持つ(言い換えると、誘電体共振器としての共振のQ値が高くない)ので、10Gbpsの光伝送を考える際には、周波数ディップfcとしてはできれば30%程高い13GHz程度には設定したいが、ここでは最低確保したい10GHzとすると、「基板の厚みとその方向における高周波電気信号の等価屈折率との積((5)式や(6)式のnz・Lz)」の大きい値については、15mmとなる。 In general, (in other words, not high Q value of the resonance of a dielectric resonator) having a frequency band which is not a sharp relative frequency dip f c is the frequency, so when considering the optical transmission of 10Gbps, the frequency want to set the order of 13GHz about 30% higher if possible as dip f c, wherein when a 10GHz to be minimum secured, the product of the equivalent refractive index of the high frequency electric signal in that direction and the thickness of the "substrate ((5) The larger value of “n z · L z )” in equation (6) is 15 mm.
一方、nz・Lzの小さな方の値については、現在我々が行っているプロセスではz−カットLN基板1の厚みが薄い部分の厚みLzとして、基板の一部のみを薄くする本発明ではその薄い箇所が0.2mm程度までなら歩留まりを確保できている。厚み方向の共振における等価屈折率nzは5.29として議論して来たが、2程度まで考えられるので、その結果、「横断面について漏洩高周波電気信号が存在する領域において基板の最も厚みが薄くなる部分の厚みとその方向における高周波電気信号の等価屈折率との積((5)式や(6)式のnz・Lz)」の小さい値としては0.4となる。
On the other hand, with respect to the smaller value of n z · L z , the present invention in which only a part of the substrate is thinned as the thickness L z of the thin portion of the z-cut
本発明に従って、z−カットLN基板9を用いて製作したLN光変調器の変調指数の周波数応答特性を図5に示す。ここで、本発明の効果を明らかにするために、z−カットLN基板9の幅Lxは第2の従来技術では許容することができない6mmをあえて採用した。また、基板の厚みLz(図3におけるT)は0.3mm、基板の長さLyは50mmとした。なお、z−カットLN基板9の厚い部分(図3におけるD)は1mmとしている。
FIG. 5 shows the frequency response characteristics of the modulation index of the LN optical modulator manufactured using the z-cut
本発明によるLN光変調器の特性である図5においては、40GHzまでは周波数ディップfcが観測されない。よって、第2の従来技術のように素子を極めて小さくすること無しに、変調指数の周波数ディップfcを40GHz以上の高い周波数にシフトさせることが可能であることがわかる。 In FIG. 5 is a characteristic of the LN optical modulator according to the present invention, the frequency dips f c is not observed until 40 GHz. Therefore, without the very small elements as in the second prior art, it can be seen that it is possible to shift the frequency dips f c of the modulation index to a frequency higher than 40 GHz.
なお、図3におけるTを0.5mmとしても特性に大きな差は見られなかった。しかしながら、TをDと同じ1mm、つまり本発明を用いないと大きな周波数ディップが生じた。できればTは望むらくは0.6mm、厚くても0.7mm程度までとすべきであると考えられる。 In addition, even if T in FIG. 3 was 0.5 mm, there was no significant difference in characteristics. However, T is the same 1 mm as D, that is, a large frequency dip occurs unless the present invention is used. If possible, it is considered that T should be 0.6 mm as much as possible, and 0.7 mm at the maximum.
以上のように、本実施形態によれば、漏洩高周波電気信号が存在しない領域、即ち入力用フィードスルー部から離れた領域の基板の厚みを厚くできるとともに、z−カットLN基板1の横幅を充分に広くできるので、変調指数の周波数ディップfcを高い周波数にシフトしつつ、基板の厚い部分と広い横幅による剛性のためにLN光変調器モジュールを組み立てる上で問題のない機械的強度を確保できるという利点がある。
As described above, according to the present embodiment, the thickness of the substrate in the region where no leakage high-frequency electrical signal exists, that is, the region away from the input feedthrough portion can be increased, and the width of the z-cut
[第2の実施形態]
本発明における第2の実施形態で使用するz−カットLN基板12の斜視図を図6に示す。ここでz−カットLN基板12において厚みを薄くした領域を13としている。また、図6のC−C´とE−E´における断面図を各々図7と図8に示す。また、図6の上面図を図9に示す。
[Second Embodiment]
A perspective view of the z-cut
図1に示した第1の実施形態において述べたように、入力用フィードスルー部50と相互作用部60は互いに大きな角度をなしているので、漏れた高周波電気信号は相互作用部60には影響しない。このことは図6から図9として示した第2の実施形態においても同じである。そして、漏れた高周波電気信号は入力用フィードスルー部(図6から図9には示していないが、第1の実施形態として示した図1の50を参照)の近傍のみに存在する。そこで、この第2の実施形態ではz−カットLN基板12の横幅の途中まで厚みを薄くした領域13を設けている。いわば、漏れた高周波電気信号が存在する領域のみ基板の厚みを薄くし、他の領域の厚みは厚くしているので、第1の実施形態よりも基板の強度が高いという利点がある。なお、13´はザグリ部であり、ダイサーを用いて加工される。
As described in the first embodiment shown in FIG. 1, the input feed-through
[第3の実施形態]
本発明における参考実施形態としての第3の実施形態で使用するz−カットLN基板14の斜視図を図10に示す。ここでz−カットLN基板14において厚みを薄くした領域を15a、15b、15cとしている。また、図10のF−F´における断面図を図11に示す。また、図10の上面図を図12に示す。
[Third Embodiment]
FIG. 10 shows a perspective view of the z-cut
この第3の実施形態においては、厚みを薄くした領域を15a、15b、15cのように分割して設けている。この構造においても基板の強度を保ちつつ、周波数ディップfcを高周波数側にシフトさせるという本発明の効果を実現可能である。 In the third embodiment, the thinned area is divided and provided as 15a, 15b, 15c. While maintaining the strength of the substrate in this structure, it is possible to achieve the effect of the present invention that shifts the frequency dips f c to the high frequency side.
[第4の実施形態]
本発明における参考実施形態としての第4の実施形態で使用するz−カットLN基板16の斜視図を図13に示す。ここでz−カットLN基板16において厚みを薄くした領域を17a、17b、17cとしている。また、図13のG−G´とH−H´における断面図を各々図14と図15に示す。また、図13の上面図を図16に示す。
[Fourth Embodiment]
FIG. 13 shows a perspective view of the z-cut
この第4の実施形態で基板の横方向の途中まで厚みの薄い部分を分割して形成しており、第2の実施形態と第3の実施形態が有する両方の特徴を持っており、周波数ディップfcを高周波数側にシフトすることができ、かつ基板強度が大変高い。 In the fourth embodiment, a thin portion is divided and formed partway in the horizontal direction of the substrate, and has both the characteristics of the second embodiment and the third embodiment. the f c can be shifted to a higher frequency side, and the substrate strength is very high.
[第5の実施形態]
本発明における第5の実施形態で使用するz−カットLN基板18の斜視図を図17に示す。ここでz−カットLN基板18において厚みを薄くした領域を19としている。また、図17のJ−J´での断面図を図18に、I−I´とK−K´における断面図を図19に示す。また、z−カットLN基板18の上面図を図20に示す。本実施形態ではz−カットLN基板18の長手方向の縁に基板の薄い部分が無いので、z−カットLN基板18としての機械的強度が非常に高いという特徴がある。
[Fifth Embodiment]
A perspective view of the z-cut
[第6の実施形態]
本発明における参考実施形態としての第6の実施形態で使用するz−カットLN基板20の上面図を図21に示す。ここでz−カットLN基板20において厚みを薄くした領域を21a、21b、21cとしている。また、図21におけるM−M´での断面図を図22に、L−L´とN−N´における断面図を図23に示す。本実施形態においてもz−カットLN基板20の長手方向の縁に基板の薄い部分が無く、かつ厚みの薄い部位が分割されているので、z−カットLN基板20としての機械的強度が著しく高い。
[Sixth Embodiment]
FIG. 21 shows a top view of the z-cut
[第7の実施形態]
本発明における第7の実施形態として、図1から図4において説明した第1の実施形態のLN光変調器を筐体に実装したLN光変調器モジュールを図24に示す。図24からわかるように、この第7の実施形態においてはz−カットLN基板1が導電性ペーストなどの接着剤により固定される筐体5の台座23´の表面は略平坦である。また、z−カットLN基板1のザグリ部10´に導電ペーストを充填しても良いし、塗布しても良いことは言うまでもない。あるいはSiなどの導電性膜をコーティングし、その後導電ペーストや導電性のない接着剤により筐体5の台座23´に固定しても良い。
[Seventh Embodiment]
As a seventh embodiment of the present invention, FIG. 24 shows an LN optical modulator module in which the LN optical modulator of the first embodiment described in FIGS. As can be seen from FIG. 24, in the seventh embodiment, the surface of the pedestal 23 'of the
なお、ザグリ部10´の裏面と台座23との間に比誘電率が基板9よりも低い低誘電率層(空気、あるいは比誘電率が空気よりも大きく基板よりも小さい材料等)を具備し、基板9の厚みが薄い部位10の厚みと低誘電率層の厚みとから決定される共振周波数が高周波電気信号よりも高くなるように、基板の厚みが薄い部分10の厚みに応じて低誘電率層の厚みを設定するようにしてもよい。
A low dielectric constant layer (air, or a material having a relative dielectric constant larger than air and smaller than that of the substrate) having a relative dielectric constant lower than that of the
[第8の実施形態]
本発明における第8の実施形態として、図1〜図4において説明した第1の実施形態のLN光変調器を筐体に実装したLN光変調器モジュールを図25に示す。図25からわかるように、この第8の実施形態においてはz−カットLN基板1が導電性ペーストなどの接着剤により固定される筐体22の表面には金属筐体22の表面の台座23´に設けた突起部23が形成されている。厚みが薄い部位10にこの突起部23が密着、あるいは適切な所定のクリアランスを持ってザグリ部10´に勘合し、両者が導電ペーストなどにより固定されることが好ましい。
[Eighth Embodiment]
As an eighth embodiment of the present invention, FIG. 25 shows an LN optical modulator module in which the LN optical modulator of the first embodiment described in FIGS. As can be seen from FIG. 25, in the eighth embodiment, the surface of the
[各実施形態について]
以上においては、入力用フィードスルー部について述べたが、出力用フィードスルー部にも適用しても良いことは言うまでも無い。進行波電極としてはCPW電極を例にとり説明したが、非対称コプレーナストリップ(ACPS)や対称コプレーナストリップ(CPS)などの各種進行波電極、あるいは集中定数型の電極でも良いことは言うまでもない。また、光導波路としてはマッハツェンダ型光導波路の他に、方向性結合器や直線など、その他の光導波路でも良い。また、進行波電極の入力用フィードスルー部に本発明を適用する実施形態について説明したが、出力用入力用フィードスルー部にも適用可能であることは言うまでもない。
[About each embodiment]
In the above description, the input feed-through portion has been described. Needless to say, the present invention may also be applied to an output feed-through portion. Although the CPW electrode has been described as an example of the traveling wave electrode, it goes without saying that various traveling wave electrodes such as an asymmetric coplanar strip (ACPS) and a symmetric coplanar strip (CPS), or a lumped constant electrode may be used. In addition to the Mach-Zehnder type optical waveguide, other optical waveguides such as directional couplers and straight lines may be used as the optical waveguide. Further, although the embodiment in which the present invention is applied to the input feedthrough portion of the traveling wave electrode has been described, it goes without saying that the present invention can also be applied to the output input feedthrough portion.
また、以上の実施形態はx−カット、y−カットもしくはz−カットの面方位、即ち、基板表面(カット面)に対して垂直な方向に結晶のx軸、y軸もしくはz軸を持つ基板にも適用可能であるし、以上に述べた各実施形態での面方位を主たる面方位とし、これらに他の面方位が副たる面方位として混在しても良いし、LN基板のみでなく、リチウムタンタレートなどその他の基板でも良いことは言うまでもない。 In the above embodiment, the substrate has an x-cut, y-cut or z-cut plane orientation, that is, a crystal x-axis, y-axis or z-axis in a direction perpendicular to the substrate surface (cut plane). The plane orientation in each of the embodiments described above may be the main plane orientation, and other plane orientations may be mixed as the sub-plane orientation. In addition to the LN substrate, Needless to say, other substrates such as lithium tantalate may be used.
以上のように、本発明に係る光変調器は、RF変調性能について改善することができるという効果を有し、高速で駆動電圧が低い光変調器として有用である。 As described above, the optical modulator according to the present invention has an effect that the RF modulation performance can be improved, and is useful as an optical modulator having a high driving speed and a low driving voltage.
1:z−カットLN基板(基板、LN基板)
2:SiO2バッファ層(バッファ層)
3:光導波路
3a、3b:相互作用部の光導波路(光導波路)
4:進行波電極
4a:中心導体
4b、4c:接地導体
5、22:金属筐体
6a、6b:マイクロ波コネクタの芯線
7a、7b:マイクロ波コネクタの芯線の周囲にある空洞
8:金属のふた
9、12、14、16、18、20:z−カットLN基板(の厚みが厚い領域)
10、13、15a、15b、15c、17a、17b、17c、19、21a、21b、21c:z−カットLN基板(の厚みが薄い部位)
10´:ザグリ部
23:金属筐体の表面の台座に設けた突起部
23´:金属筐体の表面の台座
11:進行波電極にから漏れて基板共振を起こす高周波電気信号
50:入力用フィードスルー部
60:相互作用部
100:ABC回路
110:位相シフト制御部
120−1、120−2、120−3、120−41、120−42:バイアス供給部
200、300:チャイルドMZ
200a、300a:チャイルドMZのY分岐光導波路
200b、300b:変調電極(進行波電極)
200c、300c:バイアス電極
500:LD(レーザーダイオード)
400、600:ペアレントMZのY分岐光導波路
800−1、800−2:ドライバ
700:DQPSK信号源
900:フォトダイオード(PD)
1: z-cut LN substrate (substrate, LN substrate)
2: SiO 2 buffer layer (buffer layer)
3: Optical waveguide 3a, 3b: Optical waveguide of the interaction part (optical waveguide)
4: traveling
10, 13, 15a, 15b, 15c, 17a, 17b, 17c, 19, 21a, 21b, 21c: z-cut LN substrate (part where the thickness is thin)
10 ': Counterbore part 23: Projection provided on the base of the surface of the metal casing 23': Base of the surface of the metal casing 11: High-frequency electric signal that leaks from the traveling wave electrode and causes substrate resonance 50: Feed for input Through unit 60: Interaction unit 100: ABC circuit 110: Phase shift control unit 120-1, 120-2, 120-3, 120-41, 120-42:
200a, 300a: Y branch optical waveguide of
200c, 300c: bias electrode 500: LD (laser diode)
400, 600: Parent MZ Y-branch optical waveguide 800-1, 800-2: Driver 700: DQPSK signal source 900: Photodiode (PD)
Claims (5)
前記進行波電極が、前記高周波電気信号を印加することにより前記光の位相を変調するための相互作用部と、外部回路から前記相互作用部に前記高周波電気信号を印加するための入力用フィードスルー部を具備する光変調器において、
前記基板は、前記入力用フィードスルー部の下方のみにおいて、少なくとも一部の部位の厚みが当該部位を除く他の部位の厚みよりも薄く形成された薄厚部を備え、
前記薄厚部は、前記相互作用部と交差する方向に向かって形成された溝部で構成され、
前記溝部の幅は、前記入力用フィードスルー部を構成する前記中心導体の幅と、当該中心導体とその両側に位置する前記接地導体とのギャップとの和よりも大きい幅であって、前記入力用フィードスルー部に印加された前記高周波電気信号の一部が漏れて前記基板を伝搬する漏洩高周波信号が所定量存在する領域の幅で構成され、
前記薄厚部を含む前記基板が誘電体共振器を形成し、前記薄厚部の厚みで定まる共振周波数が前記高周波電気信号の周波数よりも高くなるように、前記薄厚部の厚みと、前記薄厚部の厚み方向における前記高周波電気信号の等価屈折率の積が0.4mmより大きく、かつ15mmよりも小さく構成されていることを特徴とする光変調器。 A substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide for guiding light formed on the substrate, and a high-frequency electric signal formed on one surface side of the substrate and modulating the phase of the light A traveling wave electrode comprising a central conductor and a ground conductor of
The traveling wave electrode modulates the phase of the light by applying the high frequency electrical signal, and an input feedthrough for applying the high frequency electrical signal from an external circuit to the interaction portion In the optical modulator comprising a unit,
The substrate includes a thin portion formed only at a lower portion of the input feedthrough portion, wherein the thickness of at least a portion of the portion is thinner than the thickness of other portions excluding the portion,
The thin portion is composed of a groove formed in a direction intersecting with the interaction portion,
The width of the groove is greater than the sum of the width of the central conductor constituting the input feed-through portion and the gap between the central conductor and the ground conductor located on both sides thereof, and the input A portion of the high-frequency electrical signal applied to the feedthrough portion for leakage is configured with a width of a region where a predetermined amount of leaked high-frequency signal propagates through the substrate,
The substrate including the thin portion forms a dielectric resonator, and the thickness of the thin portion and the thickness of the thin portion are such that the resonance frequency determined by the thickness of the thin portion is higher than the frequency of the high-frequency electrical signal. An optical modulator characterized in that the product of the equivalent refractive index of the high-frequency electrical signal in the thickness direction is larger than 0.4 mm and smaller than 15 mm.
前記筐体には、前記光変調器が固定される台座部の一部が盛り上がった突起部が形成され、当該突起部は前記基板の前記薄厚部の裏面に所定のクリアランスを介して勘合していることを特徴とする光変調器モジュール。 An optical modulator module comprising: the optical modulator according to claim 1; and a housing in which the optical modulator is fixed.
The casing is formed with a protruding portion in which a part of the pedestal portion to which the optical modulator is fixed is raised, and the protruding portion is fitted to the back surface of the thin portion of the substrate via a predetermined clearance. An optical modulator module comprising:
前記光変調器が固定される前記筐体の台座部が略平坦であり、前記基板の前記薄厚部の裏面と前記台座部との間に比誘電率が前記基板よりも低い低誘電率層を具備し、前記薄厚部の厚みと前記低誘電率層の厚みとから決定される共振周波数が前記高周波電気信号よりも高くなるように、前記薄厚部の厚みに応じて前記低誘電率層の厚みを設定したことを特徴とすることを特徴とする光変調器モジュール。 An optical modulator module comprising: the optical modulator according to claim 1 ; and a housing in which the optical modulator is fixed.
A pedestal portion of the housing to which the optical modulator is fixed is substantially flat, and a low dielectric constant layer having a lower relative dielectric constant than the substrate is provided between the back surface of the thin portion of the substrate and the pedestal portion. The thickness of the low dielectric constant layer according to the thickness of the thin thickness portion so that the resonance frequency determined from the thickness of the thin thickness portion and the thickness of the low dielectric constant layer is higher than the high frequency electrical signal. An optical modulator module characterized in that is set .
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