JP6088349B2 - Traveling-wave electrode light modulator - Google Patents

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本発明はマッハツェンダ型光変調器などの光変調器に関し、特に、光変調器用の進行波型電極構造に関する。   The present invention relates to an optical modulator such as a Mach-Zehnder optical modulator, and more particularly to a traveling wave electrode structure for an optical modulator.

光ファイバ通信においては、光を符号変調する外部変調器としてマッハツェンダ型の光強度変調器が用いられている。従来、干渉計を構成する光導波路としてニオブ酸リチウム（ＬＮ）等の誘電体を用いたマッハツェンダ型光変調器が用いられていたが、近年、光導波路にＩｎＰやＧａＡｓ等の半導体材料を用いたマッハツェンダ光変調器が使用されるようになってきている。半導体マッハツェンダ光変調器は、ＬＮを用いた光変調器に比べて小型であるという特長があり、光送信装置の小型化を実現するための有望な技術である。   In optical fiber communication, a Mach-Zehnder light intensity modulator is used as an external modulator for code-modulating light. Conventionally, a Mach-Zehnder optical modulator using a dielectric material such as lithium niobate (LN) has been used as an optical waveguide constituting an interferometer. Recently, a semiconductor material such as InP or GaAs has been used for the optical waveguide. Mach-Zehnder optical modulators are being used. The semiconductor Mach-Zehnder optical modulator has a feature that it is smaller than an optical modulator using LN, and is a promising technique for realizing miniaturization of an optical transmitter.

光変調器の応答速度は、通常は構成する素子の容量Ｃと終端抵抗ＲのＣＲ時定数により制限される。しかし、信号伝送線路の特性インピーダンスに等しい特性インピーダンスを持つ進行波伝送線路を構成し、入力端に信号を給電し、出力端を特性インピーダンスに等しい終端器で終端すると、ＣＲ時定数に制限されない応答速度を持つ進行波電極型光変調器を実現することができる。即ち、光導波路に電界を印加する変調電極が進行波伝送線路となるように構成することにより広帯域の光変調器を作製できる。そのためには、変調電極の伝送線路の特性インピーダンスを５０Ωにする必要がある。これはインピーダンス整合と呼ばれ、進行波電極を動作させるための条件である。   The response speed of the optical modulator is usually limited by the CR time constant of the capacitance C of the constituent elements and the termination resistor R. However, if a traveling wave transmission line with a characteristic impedance equal to the characteristic impedance of the signal transmission line is configured, a signal is fed to the input end, and the output end is terminated with a terminator equal to the characteristic impedance, the response is not limited by the CR time constant. A traveling wave electrode type optical modulator having a velocity can be realized. That is, a broadband optical modulator can be fabricated by configuring the modulation electrode that applies an electric field to the optical waveguide to be a traveling wave transmission line. For this purpose, it is necessary to set the characteristic impedance of the transmission line of the modulation electrode to 50Ω. This is called impedance matching and is a condition for operating the traveling wave electrode.

このインピーダンス整合条件を満たさない場合、すなわち、変調電極の伝送線路のインピーダンスが５０Ωにならない場合、光の反射によって進行波電極に効率的に電力が伝わらなくなり、変調効率が低下する。あるいは、終端反射した信号によって光が異常に変調され、入力信号のみにより生じるはずの光信号波形とは異なる劣化した光波形になることもある。さらには、入力側への光反射が大きい場合は変調器の駆動回路に及ぼす影響を無視できないこともあり得る。   When this impedance matching condition is not satisfied, that is, when the impedance of the transmission line of the modulation electrode does not become 50Ω, power is not efficiently transmitted to the traveling wave electrode due to light reflection, and the modulation efficiency is lowered. Alternatively, light may be abnormally modulated by the signal reflected at the end, resulting in a degraded optical waveform that is different from the optical signal waveform that should have been generated only by the input signal. Furthermore, when the light reflection to the input side is large, the influence on the drive circuit of the modulator may not be negligible.

光変調器では、進行波電極と光変調器の接地面との間に形成された光導波路に電界を印加して光に対して電界を作用させるようにしている。この場合の光変調器の構成として、進行波電極は光導波路に接触するように光導波路の上部に設けられる。このため、進行波電極の構造および寸法は、光導波路の構造および寸法に大きく依存することになる。一般に、光導波路の構造および寸法は、光を効率的に導波させるようにすることによって決定されるため、それらの自由度は小さい。また、変調用進行波電極のインピーダンス整合条件を満たすように変調用進行波電極の構造および寸法を決定することは必ずしも容易ではない。   In an optical modulator, an electric field is applied to light by applying an electric field to an optical waveguide formed between the traveling wave electrode and the ground plane of the optical modulator. As a configuration of the optical modulator in this case, the traveling wave electrode is provided on the optical waveguide so as to be in contact with the optical waveguide. For this reason, the structure and dimensions of the traveling wave electrode greatly depend on the structure and dimensions of the optical waveguide. In general, since the structure and dimensions of the optical waveguide are determined by efficiently guiding light, their degree of freedom is small. Further, it is not always easy to determine the structure and dimensions of the modulation traveling wave electrode so as to satisfy the impedance matching condition of the modulation traveling wave electrode.

このような問題に対応するために、特許文献１に記載の光変調器では、変調用進行波電極が高周波の波長以下の長さに複数に等分割され、それぞれの分割進行波電極に対して、キャパシタ成分（あるいはインダクタ成分）を有する電極が並列または直列に接続されることにより、変調用進行波電極を動作させるための整合条件としてのインピーダンスが５０Ωとなるように設定されている。   In order to cope with such a problem, in the optical modulator described in Patent Document 1, the traveling wave electrode for modulation is equally divided into a plurality of lengths equal to or shorter than the wavelength of the high frequency, and each divided traveling wave electrode is The electrodes having the capacitor component (or inductor component) are connected in parallel or in series, so that the impedance as a matching condition for operating the traveling wave electrode for modulation is set to 50Ω.

図５は特許文献１に記載の光変調器の構成を示す図であって、（ａ）は直列接続された変調電極とインダクタ電極とを備える光変調器の上面図、（ｂ）は並列接続された変調電極とインダクタ電極とを備える光変調器の上面図、を示す。   5A and 5B are diagrams showing the configuration of the optical modulator described in Patent Document 1, wherein FIG. 5A is a top view of the optical modulator including a modulation electrode and an inductor electrode connected in series, and FIG. 5B is a parallel connection. FIG. 2 shows a top view of an optical modulator comprising a modulated electrode and an inductor electrode.

図５（ａ）に示す光変調器３００は、導電層３０１と、絶縁層３０２と、導波路３０３とを備える。そして、変調電極３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃ，３０４ｄは、変調電極とは別の電極としてのインダクタ３０５´ａ，３０５´ｂ，３０５´ｃと直列に接続されている。接触パッド３０６ａ，３０６ｂの各々は、変調電極３０４ａ，３０４ｄの端部に接続されている。   An optical modulator 300 illustrated in FIG. 5A includes a conductive layer 301, an insulating layer 302, and a waveguide 303. The modulation electrodes 304a, 304b, 304c, and 304d are connected in series with inductors 305′a, 305′b, and 305′c as electrodes different from the modulation electrodes. Each of the contact pads 306a and 306b is connected to the ends of the modulation electrodes 304a and 304d.

一方、図５（ｂ）に示す光変調器３００は、導電層３０１と、絶縁層３０２と、導波路３０３とを備える。そして、変調電極３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃ，３０４ｄは、分岐部３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ，３１２ｄによって、変調電極とは別の電極としてのインダクタ３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃ，３０５ｄ，３０５ｅと並列に接続されている。接触パッド３０６ａ，３０６ｂの各々は、インダクタ３０５ａ，３０５ｅの端部に接続されている。   On the other hand, the optical modulator 300 illustrated in FIG. 5B includes a conductive layer 301, an insulating layer 302, and a waveguide 303. The modulation electrodes 304a, 304b, 304c, and 304d are connected in parallel with inductors 305a, 305b, 305c, 305d, and 305e as electrodes different from the modulation electrodes by branch portions 312a, 312b, 312c, and 312d. . Each of the contact pads 306a and 306b is connected to the ends of the inductors 305a and 305e.

なお、特許文献１では、変調電極とは別に備える電極は、電極が配置される箇所の底面が接地電極に接続されている場合はキャパシタ成分がインダクタ成分よりも優勢となり、電極が配置される箇所の底面が接地電極に接続されていない場合はインダクタ成分がキャパシタ成分よりも優勢となることが記載されている。つまり、特許文献１では、変調用電極とは別に備える電極の寸法を調整することにより、キャパシタ成分（あるいはインダクタ成分）を増加させ、それらと合成してインピーダンス整合できることが開示されている。   In Patent Document 1, the electrode provided separately from the modulation electrode is a portion where the capacitor component is dominant over the inductor component when the bottom surface of the portion where the electrode is disposed is connected to the ground electrode, and the electrode is disposed. It is described that the inductor component is dominant over the capacitor component when the bottom surface is not connected to the ground electrode. That is, Patent Document 1 discloses that by adjusting the dimensions of an electrode provided separately from the modulation electrode, it is possible to increase the capacitor component (or inductor component) and combine it with impedance matching.

米国特許第７８９９２７７号明細書US Pat. No. 7,899,277

ここで、進行波電極を用いた光変調器の周波数帯域は、光導波路を伝搬する光の伝搬速度と、進行波電極を有する伝送線路の高周波の伝搬速度との差によっても決定される。この観点から、光変調器を高速動作させるためには、光の伝搬速度と高周波の伝搬速度を一致させることになるが、光の伝搬速度と高周波の伝搬速度との間に差が生じた場合は、光変調器の周波数帯域に影響を与えるため、光変調器の変調帯域が低下し得る。光の伝搬速度と高周波の伝搬速度を一致させることを速度整合と呼び、これも進行波電極を動作させるための重要な条件となる。   Here, the frequency band of the optical modulator using the traveling wave electrode is also determined by the difference between the propagation speed of the light propagating through the optical waveguide and the high frequency propagation speed of the transmission line having the traveling wave electrode. From this point of view, in order to operate the optical modulator at high speed, the light propagation speed and the high-frequency propagation speed must be matched, but there is a difference between the light propagation speed and the high-frequency propagation speed. Affects the frequency band of the optical modulator, so that the modulation band of the optical modulator can be lowered. Matching the light propagation speed with the high-frequency propagation speed is called speed matching, which is also an important condition for operating the traveling wave electrode.

特許文献１では、光変調器の帯域が、光の伝搬速度と高周波の伝搬速度との差に依存することについて言及している。しかしながら、上述の速度整合によって変調帯域を向上させる方法については開示されていない。特許文献１では、速度整合によって変調帯域を向上させるのではなく、２倍から４倍の速度不整合を生じさせることにより周波数の帯域制限を行うことが提案されている。   Patent Document 1 mentions that the band of the optical modulator depends on the difference between the propagation speed of light and the propagation speed of high frequency. However, a method for improving the modulation band by the above speed matching is not disclosed. In Patent Document 1, it is proposed to limit the frequency band by generating a speed mismatch of 2 to 4 times instead of improving the modulation band by speed matching.

なお、特許文献１では速度整合条件の理解が充分ではないと思われる。例えば、特許文献１に記載の式（６）に示された（ｆ０≒１．４ｃＬ／（π│ｎ０−ｎμ│））では、光の物理的な光路長と高周波の物理的な線路長とが異なる場合の正しい速度整合の条件となっていない。 In Patent Document 1, it seems that understanding of the speed matching condition is not sufficient. For example, in (f 0 ≈1.4 cL / (π | n 0 −n μ |)) shown in Equation (6) described in Patent Document 1, the physical optical path length of light and the physical frequency of high frequency It is not a condition for correct speed matching when the line length is different.

本発明は、このような状況においてなされたものであり、インピーダンス整合条件および速度整合条件をともに満たすようにした、進行波電極を有する光変調器を提供することをその目的とする。   The present invention has been made in such a situation, and an object thereof is to provide an optical modulator having a traveling wave electrode that satisfies both the impedance matching condition and the speed matching condition.

上記課題を解決するために、本発明は、光導波路に電界を印加することにより光変調を行う光変調器であって、基板と、前記基板の接地面と、前記接地面上に形成された光導波路と、前記光導波路上に形成された複数の変調用電極とにより構成され、前記各変調用電極に対応して光の伝搬方向に沿ってＮ（Ｎ≧２）分割して形成される変調用伝送線路と、前記光導波路以外の前記基板の上に形成され、前記各変調用電極にそれぞれ接続される（Ｎ−１）個の接続用電極を有し、光の伝搬方向に沿って（Ｎ−１）分割して形成される接続用伝送線路とを含み、前記分割された各接続用伝送線路の一端は、隣接する２つの前記変調用伝送線路の入出力端以外の部分に接続されるとともに、前記各接続用伝送線路の他端は、前記隣接する２つの前記変調用伝送線路の他方の変調用伝送線路の入力端に接続されるように構成されており、前記接続用伝送線路の特性インピーダンスは、前記変調用伝送線路と前記接続用伝送線路とを合成した伝送線路全体の特性インピーダンスがインピーダンス整合条件を満たすよう設定され、前記光導波路の群屈折率をｎ 0 、前記変調用伝送線路の高周波に対する実効屈折率をｎ 1 、前記接続用伝送線路の高周波に対する実効屈折率をｎ 2 とすると、ｎ 1 ＜ｎ 0 、ｎ 2 ＞ｎ 0 となるように設定し、かつ、前記変調用伝送線路の全長をＬ、前記接続用伝送線路が前記変調用伝送線路に接続する接続点と前記変調用伝送線路の端部との間隔をｚ・Ｌ／Ｎ（ｚ＜１）とすると、前記ｚは、ｚ・ｎ 1 ＋（１−ｚ）・ｎ 2 ＝ｎ 0 となるように設定して、前記光導波路を伝搬する光の伝搬速度と前記接続用伝送線路を伝搬する高周波信号の伝搬速度との速度整合条件を満たすように設定するものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides an optical modulator that performs optical modulation by applying an electric field to an optical waveguide, and is formed on a substrate, a ground plane of the substrate, and the ground plane. An optical waveguide and a plurality of modulation electrodes formed on the optical waveguide are formed and divided into N (N ≧ 2) along the light propagation direction corresponding to the modulation electrodes. and modulating the transmission line, formed on the substrate other than the optical waveguide, wherein are respectively connected to each modulation electrode (N-1) have a number of connecting electrodes, along the propagation direction of the light (N-1) a connection transmission line formed by dividing, and one end of each of the divided connection transmission lines connected to a portion other than the input / output ends of the two adjacent modulation transmission lines And the other end of each connection transmission line is connected to the two adjacent ones. Is configured to be connected to an input end of the other of the modulating transmission line tuning the transmission line, the characteristic impedance of the connecting transmission line, transmission was synthesized and the modulation transmission line and the connecting transmission line The characteristic impedance of the entire line is set so as to satisfy the impedance matching condition, the group refractive index of the optical waveguide is n 0 , the effective refractive index with respect to the high frequency of the modulation transmission line is n 1 , and the effective refractive index with respect to the high frequency of the connection transmission line. When the refractive index is n 2 , n 1 <n 0 , n 2 > n 0 is set, and the total length of the modulation transmission line is L, and the connection transmission line is the modulation transmission line. If the distance between the connection point to be connected and the end of the modulation transmission line is z · L / N (z <1), z is z · n 1 + (1−z) · n 2 = n 0. Is set so that the optical waveguide is transmitted. It is to set so as to satisfy the velocity matching condition of the propagation velocity of the high-frequency signal propagating to the propagation velocity of light the connection transmission line.

前記光変調器は、電気光学効果を利用して光の位相を変調するようにしてもよい。   The optical modulator may modulate the phase of light using an electro-optic effect.

前記光変調器は、マッハツェンダ型光変調器としてもよい。   The optical modulator may be a Mach-Zehnder optical modulator.

前記光変調器は、電界吸収型光変調器としてもよい。   The optical modulator may be an electroabsorption optical modulator.

本発明によれば、インピーダンス整合条件および速度整合条件をともに満たすことができる。   According to the present invention, both the impedance matching condition and the speed matching condition can be satisfied.

第１実施形態の光変調器の構成例を示す図。1 is a diagram illustrating a configuration example of an optical modulator according to a first embodiment. 第２実施形態の光変調器の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the optical modulator of 2nd Embodiment. 第３実施形態の光変調器の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the optical modulator of 3rd Embodiment. 第３実施形態の変形例の光変調器の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the optical modulator of the modification of 3rd Embodiment. 従来の光変調器の構成を示す図。The figure which shows the structure of the conventional optical modulator.

＜第１実施形態＞
以下、本発明の光変調器の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態の光変調器１００の構成例を示す図であって、（ａ）光変調器１００の上面図、（ｂ）光変調器１００のＡ−Ａ´端面図、を示す。 <First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the optical modulator of the present invention will be described. 1A and 1B are diagrams illustrating a configuration example of an optical modulator 100 according to the first embodiment, in which FIG. 1A shows a top view of the optical modulator 100 and FIG. 1B shows an end view taken along line AA ′ of the optical modulator 100. .

この光変調器１００は、光導波路１２に電界を印加することにより光変調を行う。図１（ａ）に示すように、光変調器１００は、基板１０と、複数の変調用電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを有するマイクロストリップ線路型の変調用伝送線路１と、この変調用伝送線路１の各変調用電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに接続される接続用電極２ａ，２ｂ，２ｃを有する接続用伝送線路２とを備える。変調用伝送線路１は、基板１０の接地面１１と、接地面１１上に形成された光導波路１２と、光導波路１２上に形成された変調用電極１ａ〜１ｄとによって形成される。   The optical modulator 100 performs optical modulation by applying an electric field to the optical waveguide 12. As shown in FIG. 1A, an optical modulator 100 includes a substrate 10, a microstrip line type modulation transmission line 1 having a plurality of modulation electrodes 1a, 1b, 1c, and 1d, and the modulation transmission. And a connection transmission line 2 having connection electrodes 2a, 2b, 2c connected to the modulation electrodes 1a, 1b, 1c, 1d of the line 1. The modulation transmission line 1 is formed by a ground surface 11 of a substrate 10, an optical waveguide 12 formed on the ground surface 11, and modulation electrodes 1 a to 1 d formed on the optical waveguide 12.

光導波路１２の光信号は、図１（ａ）の紙面上、下から上の方向に伝搬する。   The optical signal of the optical waveguide 12 propagates from the bottom to the top on the paper surface of FIG.

変調用伝送線路１は、光の伝搬方向に沿ってＮ（Ｎ≧２）分割して形成される。この実施形態では、「Ｎ」の値は、例えば４とするが、２以上の値であれば変更することもできる。「Ｎ」の値は典型的には３〜１０程度となる。この「Ｎ」の値によって、変調用伝送線路１は、４つに等分割される。この実施形態では、分割された各変調用伝送線路１の長さは、対応する変調用電極１ａ〜１ｄの長さと等しいものとする。   The modulation transmission line 1 is formed by N (N ≧ 2) division along the light propagation direction. In this embodiment, the value of “N” is 4, for example, but can be changed as long as the value is 2 or more. The value of “N” is typically about 3 to 10. The modulation transmission line 1 is equally divided into four by the value of “N”. In this embodiment, it is assumed that the length of each of the divided modulation transmission lines 1 is equal to the length of the corresponding modulation electrodes 1a to 1d.

絶縁体１３は、基板１０の接地面１１上に形成される。接地面１１と絶縁体１３と接続用電極２ａ〜２ｃとによって、マイクロストリップ線路型の接続用伝送線路２が形成される。接続用伝送線路２は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、光導波路１２上ではなく、光導波路１２以外の基板１０の上に形成される。この光変調器１００では、接続用電極２ａ〜２ｃおよび変調用電極１ａ〜１ｄによって、進行波型電極が形成される。   The insulator 13 is formed on the ground surface 11 of the substrate 10. The ground strip 11, the insulator 13, and the connection electrodes 2a to 2c form a microstrip line type connection transmission line 2. The connection transmission line 2 is formed not on the optical waveguide 12 but on the substrate 10 other than the optical waveguide 12 as shown in FIGS. In this optical modulator 100, traveling wave electrodes are formed by the connection electrodes 2a to 2c and the modulation electrodes 1a to 1d.

接続用伝送線路２は、光の伝搬方向に沿って（Ｎ−１）分割して形成される。この実施形態では、「Ｎ」の値は例えば４とするので、この「Ｎ」の値によって、接続用伝送線路２は、３つに等分割される。この実施形態では、分割された各接続用伝送線路２の長さは、対応する接続用電極２ａ〜２ｃの長さと等しいものとする。   The connection transmission line 2 is formed by (N-1) division along the light propagation direction. In this embodiment, since the value of “N” is, for example, 4, the connection transmission line 2 is equally divided into three by the value of “N”. In this embodiment, it is assumed that the length of each divided connection transmission line 2 is equal to the length of the corresponding connection electrodes 2a to 2c.

図１（ａ）において、接続用電極２ａに対応する接続用伝送線路２は、隣接する変調用電極１ａ，１ｂと接続され、接続用電極２ｂに対応する接続用伝送線路２は、隣接する変調用電極１ｂ，１ｃと接続され、接続用電極２ｃに対応する接続用伝送線路２は、隣接する変調用電極１ｃ，１ｄと接続される。接続用伝送線路２内を伝搬する高周波信号（ＲＦ）は、図１（ａ）の接触パッド３ａから入力され、接触パッド３ｂから出力される。   In FIG. 1A, the connection transmission line 2 corresponding to the connection electrode 2a is connected to the adjacent modulation electrodes 1a and 1b, and the connection transmission line 2 corresponding to the connection electrode 2b is adjacent to the modulation. The connection transmission line 2 connected to the connection electrodes 1b and 1c and corresponding to the connection electrode 2c is connected to the adjacent modulation electrodes 1c and 1d. A high frequency signal (RF) propagating in the connection transmission line 2 is input from the contact pad 3a in FIG. 1A and output from the contact pad 3b.

ここで、進行波型電極を備える光変調器１００において、高速変調を可能とするには、進行波型電極のインピーダンス整合条件、および、光変調器１００での光と電気との間の速度整合条件を満たすようにすることが重要である。   Here, in the optical modulator 100 including the traveling wave type electrode, in order to enable high speed modulation, impedance matching conditions of the traveling wave type electrode and speed matching between light and electricity in the optical modulator 100 are performed. It is important to satisfy the conditions.

一般に、インピーダンス整合条件を満たすのは、変調用伝送線路１の特性インピーダンスが終端抵抗の値と等しい場合である。   In general, the impedance matching condition is satisfied when the characteristic impedance of the modulation transmission line 1 is equal to the value of the termination resistor.

例えば、変調用伝送線路１の特性インピーダンスをＺ1、変調用伝送線路全体の長さをＬ、変調用伝送線路１の実効屈折率をｎ１、光導波路１２の群屈折率をｎ０とする。なお、ここでは、分割された変調用伝送線路１間の間隙を無視できることとするので、変調用伝送線路全体の長さは、変調領域の光導波路１２の長さに等しい。 For example, the characteristic impedance of the modulation transmission line 1 is Z 1 , the length of the entire modulation transmission line is L, the effective refractive index of the modulation transmission line 1 is n 1 , and the group refractive index of the optical waveguide 12 is n 0 . . Here, since the gap between the divided modulation transmission lines 1 can be ignored, the entire length of the modulation transmission line is equal to the length of the optical waveguide 12 in the modulation region.

この場合、Ｚ１＝５０Ωであれば、インピーダンス整合条件を満たす。また、ｎ１＝ｎ０であれば、速度整合条件を満たす。なお、Ｚ１の値は５０Ωにかかわらず許容度合い（例えば±１０Ω程度）に応じて決定される。 In this case, if Z 1 = 50Ω, the impedance matching condition is satisfied. If n 1 = n 0 , the speed matching condition is satisfied. Note that the value of Z 1 is determined according to the allowable degree regardless of 50 [Omega (for example, about ± 10 [Omega).

一般に、ＩｎＰ系の半導体で光変調器を作製する場合、変調効率および光導波路の光損失を考慮して変調用伝送線路１の長さを設定すると、通常、Ｚ１<５０Ω、ｎ１>ｎoとなる。つまり、インピーダンス整合条件および速度整合条件を満たさない。 In general, when an optical modulator is manufactured using an InP-based semiconductor, when the length of the modulation transmission line 1 is set in consideration of the modulation efficiency and the optical loss of the optical waveguide, normally, Z 1 <50Ω, n 1 > n o . That is, the impedance matching condition and the speed matching condition are not satisfied.

しかし、本実施形態の光変調器１００では、接続用伝送線路２の特性インピーダンスおよび長さを考慮して、インピーダンス整合条件および速度整合条件を満たすようにしている。これは、光変調器１００において、伝送線路全体の特性インピーダンスは、変調用伝送線路１と接続用伝送線路２とからなる２種類の伝送線路の合成からなるとみなせるためである。換言すると、伝送線路全体の特性インピーダンスは、Ｚ1とＺ2との中間の値となる。 However, in the optical modulator 100 of the present embodiment, the impedance matching condition and the speed matching condition are satisfied in consideration of the characteristic impedance and length of the connection transmission line 2. This is because, in the optical modulator 100, the characteristic impedance of the entire transmission line can be regarded as a combination of two types of transmission lines including the modulation transmission line 1 and the connection transmission line 2. In other words, the characteristic impedance of the entire transmission line is an intermediate value between Z 1 and Z 2 .

ここで、接続用伝送線路２の特性インピーダンスをＺ２、接続用伝送線路２の高周波に対する実効屈折率ｎ２とすると、Ｚ２＞５０Ω、ｎ２＜ｎ０、接続用伝送線路２の長さをｘ・Ｌ（ｘ＞１）とする。 Here, assuming that the characteristic impedance of the connection transmission line 2 is Z 2 and the effective refractive index n 2 with respect to the high frequency of the connection transmission line 2 is Z 2 > 50Ω, n 2 <n 0 , the length of the connection transmission line 2 X · L (x> 1).

この場合、伝送線路全体の特性インピーダンスがインピーダンス整合条件を満たす（伝送線路全体の特性インピーダンスが例えば５０Ωとなる）ように、接続用伝送線路２の接続用電極２ａ〜２ｃの寸法（長さ）を変化させることによって、Ｚ２の値を調整している。そして、Ｚ２の値が決定されるときのｎ１，ｎ２の合成値である実効屈折率ｎμが求まる。 In this case, the dimensions (lengths) of the connection electrodes 2a to 2c of the connection transmission line 2 are set so that the characteristic impedance of the entire transmission line satisfies the impedance matching condition (the characteristic impedance of the entire transmission line is, for example, 50Ω). by varying, and adjust the value of Z 2. Then, an effective refractive index n μ that is a combined value of n 1 and n 2 when the value of Z 2 is determined is obtained.

ここで、合成した伝送線路全体の特性インピーダンスは、「ｘ」の値に依存するため、各接続用電極２ａ〜２ｃの「ｘ」の値に応じて、「Ｚ２」および「ｎμ」の値は異なることになる。このようにして、インピーダンス整合条件を満たすときの「ｘ」、「Ｚ2」および「nμ」の組み合わせが求められる。 Here, since the characteristic impedance of the synthesized transmission line as a whole depends on the value of “x”, “Z 2 ” and “n μ ” depend on the value of “x” of each of the connection electrodes 2 a to 2 c . The value will be different. In this way, a combination of “x”, “Z 2 ”, and “n μ” when the impedance matching condition is satisfied is obtained.

次に、速度整合について説明する。   Next, speed matching will be described.

本実施形態では、ｘ・ｎμ＝ｎoとなるように、「ｘ」の値を設定するようにしている。光の伝搬速度と高周波の伝搬速度とが一致し、速度整合条件を満たすからである。なお、本実施形態の光変調器１００において、接続用伝送線路２の分割数（Ｎ−１）が変調用伝送線路１の分割数（Ｎ）よりも１つ少ないが、その影響を無視できるものとしている。 In the present embodiment, as the x · n μ = n o, is to set the value of "x". This is because the light propagation speed and the high-frequency propagation speed coincide with each other and satisfy the speed matching condition. In the optical modulator 100 of the present embodiment, the number of divisions (N−1) of the connection transmission line 2 is one less than the number of divisions (N) of the modulation transmission line 1, but the influence can be ignored. It is said.

この観点から、「ｘ」の値が選定している。そして、「ｘ」の値として、上述のインピーダンス整合条件、および、速度整合条件をともに満たす値が設定される。このため、光変調器１００は、インピーダンス整合条件と速度整合条件をともに満たすものとなる。   From this viewpoint, the value of “x” is selected. Then, a value that satisfies both the impedance matching condition and the speed matching condition is set as the value of “x”. For this reason, the optical modulator 100 satisfies both the impedance matching condition and the speed matching condition.

なお、接続用伝送線路２として、マイクロストリップラインやコプレーナ導波路などを適用する場合、すなわち、データ解析が容易な構造が適用される場合、接続用伝送線路２を構成する絶縁体１３の屈折率が決まると、接続用伝送線路２の特性インピーダンスＺ２および実効屈折率ｎ２が容易に求まることになって、速度整合条件を満たすときの接続用伝送線路２の長さが決定される。さらに、インピーダンス整合条件を満たすときの接続用伝送線路２の特性インピーダンスが決定される。したがって、上記インピーダンス整合条件と速度整合条件をともに満たすように接続用伝送線路２の長さに関連する「ｘ」のパラメータを決定すればよい。 When a microstrip line, a coplanar waveguide, or the like is applied as the connection transmission line 2, that is, when a structure that facilitates data analysis is applied, the refractive index of the insulator 13 constituting the connection transmission line 2 is applied. Is determined, the characteristic impedance Z 2 and the effective refractive index n 2 of the connection transmission line 2 can be easily obtained, and the length of the connection transmission line 2 when the speed matching condition is satisfied is determined. Further, the characteristic impedance of the connection transmission line 2 when the impedance matching condition is satisfied is determined. Therefore, the parameter “x” related to the length of the connection transmission line 2 may be determined so as to satisfy both the impedance matching condition and the speed matching condition.

＜第２実施形態＞
本実施形態の光変調器が第１実施形態と異なるのは主に、接続用伝送線路の形状である。この第２実施形態の光変調器の接続用伝送線路についても、前述のインピーダンス整合条件および速度整合条件をともに満たすようにする点に特徴がある。 Second Embodiment
The optical modulator of the present embodiment differs from the first embodiment mainly in the shape of a connection transmission line. The transmission line for connecting the optical modulator of the second embodiment is also characterized in that both the impedance matching condition and the speed matching condition described above are satisfied.

図２は第２実施形態の光変調器１００Ａの構成例を示す図であって、（ａ）光変調器１００Ａの上面図、（ｂ）光変調器１００ＡのＢ−Ｂ´端面図、を示す。   2A and 2B are diagrams illustrating a configuration example of an optical modulator 100A according to the second embodiment, in which FIG. 2A illustrates a top view of the optical modulator 100A, and FIG. 2B illustrates an end view taken along line BB ′ of the optical modulator 100A. .

この光変調器１００Ａも、図２（ａ）に示すように、基板１０と、複数の変調用電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを有するマイクロストリップ線路型の変調用伝送線路１と、この変調用伝送線路１の各変調用電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに接続される接続用電極２ａ，２ｂ，２ｃを有する接続用伝送線路２とを備える。この実施形態においても、変調用伝送線路１の分割数Ｎ＝４である。   As shown in FIG. 2 (a), this optical modulator 100A also includes a substrate 10, a microstrip line type modulation transmission line 1 having a plurality of modulation electrodes 1a, 1b, 1c, and 1d, and this modulation. And a connection transmission line 2 having connection electrodes 2a, 2b, and 2c connected to the modulation electrodes 1a, 1b, 1c, and 1d of the transmission line 1. Also in this embodiment, the division number N of the modulation transmission line 1 is 4.

変調用伝送線路１は、基板１０の接地面１１と、接地面１１上に形成された光導波路１２と、光導波路１２上に形成された変調用電極１ａ〜１ｄとによって形成される。 接続用伝送線路２は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、光導波路１２上ではなく、光導波路１２以外の基板１０の上に形成される。この光変調器１００Ａでも、接続用電極２ａ〜２ｃおよび変調用電極１ａ〜１ｄによって、進行波型電極が形成される。   The modulation transmission line 1 is formed by a ground surface 11 of a substrate 10, an optical waveguide 12 formed on the ground surface 11, and modulation electrodes 1 a to 1 d formed on the optical waveguide 12. As shown in FIGS. 2A and 2B, the connection transmission line 2 is formed not on the optical waveguide 12 but on the substrate 10 other than the optical waveguide 12. Also in this optical modulator 100A, traveling wave electrodes are formed by the connection electrodes 2a to 2c and the modulation electrodes 1a to 1d.

図２（ａ）において、変調用伝送線路１と接続用伝送線路２とは交互に縦続接続される。具体的には、接続用電極２ａに対応する接続用伝送線路は、変調用電極１ａに対応する変調用伝送線路１の出力端、および、変調用電極１ｂに対応する変調用伝送線路１の入力端に接続される。接続用電極２ｂに対応する接続用伝送線路２は、変調用電極１ｂに対応する変調用伝送線路１の出力端、および、変調用電極１ｃに対応する変調用伝送線路１の入力端に接続される。接続用電極２ｃに対応する接続用伝送線路２は、変調用電極１ｃに対応する変調用伝送線路１の出力端、および、変調用電極１ｄに対応する変調用伝送線路１の入力端に接続される。接続用伝送線路２内を伝搬する高周波信号（ＲＦ）は、図２（ａ）の接触パッド３ａから入力され、接触パッド３ｂから出力される。   In FIG. 2A, the modulation transmission line 1 and the connection transmission line 2 are alternately connected in cascade. Specifically, the connection transmission line corresponding to the connection electrode 2a includes the output end of the modulation transmission line 1 corresponding to the modulation electrode 1a and the input of the modulation transmission line 1 corresponding to the modulation electrode 1b. Connected to the end. The connection transmission line 2 corresponding to the connection electrode 2b is connected to the output end of the modulation transmission line 1 corresponding to the modulation electrode 1b and the input end of the modulation transmission line 1 corresponding to the modulation electrode 1c. The The connection transmission line 2 corresponding to the connection electrode 2c is connected to the output end of the modulation transmission line 1 corresponding to the modulation electrode 1c and the input end of the modulation transmission line 1 corresponding to the modulation electrode 1d. The A high frequency signal (RF) propagating in the connection transmission line 2 is input from the contact pad 3a in FIG. 2A and output from the contact pad 3b.

次に、本実施形態の光変調器１００Ａにおけるインピーダンス整合および速度整合について検討する。ここでも、変調用伝送線路１の特性インピーダンスをＺ1、変調用伝送線路全体の長さをＬ、変調用伝送線路１の実効屈折率をｎ１、光導波路１２の群屈折率をｎ０とする。なお、分割された変調用伝送線路１間の間隙を無視し、変調用伝送線路全体の長さは、変調領域の光導波路１２の長さに等しいものとする。 Next, impedance matching and speed matching in the optical modulator 100A of the present embodiment will be examined. Again, the characteristic impedance of the modulation transmission line 1 is Z 1 , the length of the entire modulation transmission line is L, the effective refractive index of the modulation transmission line 1 is n 1 , and the group refractive index of the optical waveguide 12 is n 0 . To do. Note that the gap between the divided modulation transmission lines 1 is ignored, and the entire length of the modulation transmission line is equal to the length of the optical waveguide 12 in the modulation region.

ここで、ｎ１＝ｎ０の場合は、速度整合条件を満たすことになるが、以下では、ｎ１＜ｎ０となる材質で変調用伝送線路１が構成されている場合について示してある。 Here, when n 1 = n 0 , the speed matching condition is satisfied. In the following, a case where the modulation transmission line 1 is made of a material satisfying n 1 <n 0 is shown.

例えば、接続用伝送線路２の特性インピーダンをＺ２、その高周波に対する実効屈折率をｎ２、接続用伝送線路２全体の長さをy・Ｌ（y＞０）とする。この場合、光変調器１００Ａの伝送線路全体の特性インピーダンスは、変調用伝送線路１と接続用伝送線路２の２種類の伝送線路の合成とみなすことができる。このため、Ｚ1の値が例えば５０Ωより大きい場合は、伝送線路全体の特性インピーダンスがインピーダンス整合条件を満たす（伝送線路全体の特性インピーダンスが例えば５０Ωとなる）ように、接続用伝送線路１の寸法（長さ）を変化させてＺ2の値を５０Ω以下とする。一方、Ｚ1の値が５０Ωより小さい場合は、伝送線路全体の特性インピーダンスがインピーダンス整合条件を満たす（伝送線路全体の特性インピーダンスが例えば５０Ωとなる）ように、接続用伝送線路の寸法（長さ）を変化させてＺ2の値を５０Ωより大きくする。 For example, the characteristic impedance of the connection transmission line 2 is Z 2 , the effective refractive index with respect to the high frequency is n 2 , and the length of the entire connection transmission line 2 is y · L (y> 0). In this case, the characteristic impedance of the entire transmission line of the optical modulator 100 </ b> A can be regarded as a combination of two types of transmission lines, the modulation transmission line 1 and the connection transmission line 2. Therefore, when the value of Z 1 is larger than 50Ω, for example, the dimensions of the connection transmission line 1 are set so that the characteristic impedance of the entire transmission line satisfies the impedance matching condition (the characteristic impedance of the entire transmission line is, for example, 50Ω). (Length) is changed so that the value of Z 2 is 50Ω or less. On the other hand, when the value of Z 1 is smaller than 50Ω, the dimension (length) of the connection transmission line is such that the characteristic impedance of the entire transmission line satisfies the impedance matching condition (the characteristic impedance of the entire transmission line is, for example, 50Ω). ) To change the value of Z 2 to be greater than 50Ω.

ここで、合成した伝送線路全体の特性インピーダンスは、接続用伝送線路２の長さのパラメータｙに依存するので、「ｙ」の値に応じて、「ｙ・Ｌ」、「Ｚ２」および「ｎ２」の値の組み合わせが求められる。 Here, since the characteristic impedance of the synthesized transmission line as a whole depends on the parameter y of the length of the connection transmission line 2, “y · L”, “Z 2 ” and “ A combination of the values of “n2” is obtained.

そして、本実施形態では、ｎ1＋ｙ・ｎ2＝ｎoとなるように、接続用進行波電極２ａ〜２ｃの長さに関する「y」を設定すれば、光の伝搬速度と高周波の伝搬速度を一致させ、速度整合することができる。本実施形態でも、各伝送線路１，２の分割数が十分大きいものとし、接続用伝送線路２の数が変調用伝送線路１の数より１つ少ない影響を無視して検討している。「y」が得られれば、インピーダンス整合を満たす「Ｚ2」が上記のインピーダンス整合の方法で得られる。このように構成することにより、インピーダンス整合条件および速度整合条件をともに満たす光変調器１００Ａが得られる。 In the present embodiment, such that n 1 + y · n 2 = n o, is set to "y" on the length of the connecting traveling wave electrode 2 a to 2 c, the propagation velocity of light and high frequency propagation velocity Can be matched and speed matched. Also in this embodiment, the number of divisions of the transmission lines 1 and 2 is assumed to be sufficiently large, and the influence of the number of the connection transmission lines 2 being one less than the number of the modulation transmission lines 1 is ignored. If “y” is obtained, “Z 2 ” satisfying impedance matching can be obtained by the impedance matching method described above. With this configuration, an optical modulator 100A that satisfies both the impedance matching condition and the speed matching condition can be obtained.

＜第３実施形態＞
本実施形態の光変調器が第１実施形態と異なるのは主に、接続用伝送線路の形状である。この第３実施形態の光変調器の接続用伝送線路についても、前述のインピーダンス整合条件および速度整合条件をともに満たすようにする点に特徴がある。 <Third Embodiment>
The optical modulator of the present embodiment differs from the first embodiment mainly in the shape of a connection transmission line. The connection transmission line of the optical modulator of the third embodiment is also characterized in that both the impedance matching condition and the speed matching condition described above are satisfied.

図３は第３実施形態の光変調器１００Ｂの構成例を示す図であって、（ａ）光変調器１００Ｂの上面図、（ｂ）光変調器１００ＢのＢ−Ｂ´端面図、を示す。   3A and 3B are diagrams illustrating a configuration example of an optical modulator 100B according to the third embodiment. FIG. 3A is a top view of the optical modulator 100B, and FIG. 3B is an end view taken along line BB ′ of the optical modulator 100B. .

この光変調器１００Ｂも、図３（ａ）に示すように、基板１０と、複数の変調用電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを有するマイクロストリップ線路型の変調用伝送線路１と、この変調用伝送線路１の各変調用電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに接続される接続用電極２ａ，２ｂ，２ｃを有する接続用伝送線路２とを備える。この実施形態においても、変調用伝送線路１の分割数Ｎ＝４である。   As shown in FIG. 3A, the optical modulator 100B also includes a substrate 10, a microstrip line type modulation transmission line 1 having a plurality of modulation electrodes 1a, 1b, 1c, and 1d, and the modulation line. And a connection transmission line 2 having connection electrodes 2a, 2b, and 2c connected to the modulation electrodes 1a, 1b, 1c, and 1d of the transmission line 1. Also in this embodiment, the division number N of the modulation transmission line 1 is 4.

変調用伝送線路１は、基板１０の接地面１１と、接地面１１上に形成された光導波路１２と、光導波路１２上に形成された変調用電極１ａ〜１ｄとによって形成される。 接続用伝送線路２は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、光導波路１２上ではなく、光導波路１２以外の基板１０の上に形成される。この光変調器１００Ａでも、接続用電極２ａ〜２ｃおよび変調用電極１ａ〜１ｄによって、進行波型電極が形成される。   The modulation transmission line 1 is formed by a ground surface 11 of a substrate 10, an optical waveguide 12 formed on the ground surface 11, and modulation electrodes 1 a to 1 d formed on the optical waveguide 12. The connection transmission line 2 is formed not on the optical waveguide 12 but on the substrate 10 other than the optical waveguide 12 as shown in FIGS. Also in this optical modulator 100A, traveling wave electrodes are formed by the connection electrodes 2a to 2c and the modulation electrodes 1a to 1d.

図３（ａ）において、接続用電極２ａに対応する接続用伝送線路２の一端は、変調用電極１ａに対応する変調用伝送線路１（端部以外の部分）に接続され、他端は変調用電極１ｂに対応する変調用伝送線路１の端部に接続される。接続用電極２ｂに対応する接続用伝送線路２の一端は、変調用電極１ｂに対応する変調用伝送線路１（端部以外の部分）に接続され、他端は変調用電極１ｃに対応する変調用伝送線路１の端部に接続される。接続用電極２ｃに対応する接続用伝送線路２の一端は、変調用電極１ｃに対応する変調用伝送線路１（端部以外の部分）に接続され、他端は変調用電極１ｄに対応する変調用伝送線路１の端部に接続される。接続用伝送線路２内を伝搬する高周波信号（ＲＦ）は、図３（ａ）の接触パッド３ａから入力され、接触パッド３ｂから出力される。   3A, one end of the connection transmission line 2 corresponding to the connection electrode 2a is connected to the modulation transmission line 1 (part other than the end) corresponding to the modulation electrode 1a, and the other end is modulated. It is connected to the end of the modulation transmission line 1 corresponding to the electrode 1b. One end of the connection transmission line 2 corresponding to the connection electrode 2b is connected to the modulation transmission line 1 (part other than the end) corresponding to the modulation electrode 1b, and the other end is modulated corresponding to the modulation electrode 1c. It is connected to the end of the transmission line 1 for use. One end of the connection transmission line 2 corresponding to the connection electrode 2c is connected to the modulation transmission line 1 (part other than the end) corresponding to the modulation electrode 1c, and the other end is modulated corresponding to the modulation electrode 1d. It is connected to the end of the transmission line 1 for use. A high frequency signal (RF) propagating in the connection transmission line 2 is input from the contact pad 3a in FIG. 3A and output from the contact pad 3b.

なお、図３（ａ）において、各接続用伝送線路２は、各変調用伝送線路１において、各変調用伝送線路１の端部（入力側）からｚ・Ｌ/Ｎ（ｚ<１）の位置で各々接続されている。   In FIG. 3A, each connection transmission line 2 has z · L / N (z <1) from the end (input side) of each modulation transmission line 1 in each modulation transmission line 1. Each connected in position.

次に、本実施形態の光変調器１００Ｂにおけるインピーダンス整合および速度整合について検討する。ここでも、変調用伝送線路１の特性インピーダンスをＺ1、変調用伝送線路全体の長さをＬ、変調用伝送線路１の実効屈折率をｎ１、光導波路１２の群屈折率をｎ０とする。なお、分割された変調用伝送線路１間の間隙を無視し、変調用伝送線路全体の長さは、変調領域の光導波路１２の長さに等しいものとする。 Next, impedance matching and speed matching in the optical modulator 100B of this embodiment will be examined. Again, the characteristic impedance of the modulation transmission line 1 is Z 1 , the length of the entire modulation transmission line is L, the effective refractive index of the modulation transmission line 1 is n 1 , and the group refractive index of the optical waveguide 12 is n 0 . To do. Note that the gap between the divided modulation transmission lines 1 is ignored, and the entire length of the modulation transmission line is equal to the length of the optical waveguide 12 in the modulation region.

ここで、Ｚ1が５０Ωであればインピーダンス整合条件を満たす。また、ｎ１＝ｎ０の場合は、速度整合条件を満たすことになるが、一般に、ＩｎＰ系の半導体で光変調器を作製する場合、変調効率および光導波路の光損失を考慮して変調用伝送線路１の長さを設定すると、通常、Ｚ１<５０Ω、ｎ１>ｎoとなる。つまり、インピーダンス整合条件および速度整合条件を満たさないことになる。 Here, if Z 1 is 50Ω, the impedance matching condition is satisfied. When n 1 = n 0 , the speed matching condition is satisfied. Generally, when an optical modulator is manufactured using an InP-based semiconductor, the modulation efficiency is considered in consideration of the modulation efficiency and the optical loss of the optical waveguide. setting the length of the transmission line 1, consisting usually, Z 1 <50 [Omega, n 1> and n o. That is, the impedance matching condition and the speed matching condition are not satisfied.

この実施形態の光変調器１００Ｂにおいて、例えば、接続用伝送線路２の特性インピーダンをＺ2、その高周波に対する実効屈折率をｎ２とする。この場合、Ｚ2>５０Ω、n2＜noとすると、伝送線路全体の特性インピーダンスは２種類の伝送線路の合成とみなせるので、接続用伝送線路２の寸法を変化させてＺ2の値を調整することにより、伝送線路全体の特性インピーダンスを例えば５０Ωにすることができる（インピーダンス整合条件を満たす）。 In the optical modulator 100B of this embodiment, for example, the characteristic impedance of the connection transmission line 2 is Z 2 , and the effective refractive index for the high frequency is n 2 . In this case, Z 2> 50 [Omega, When n 2 <n o, so can be regarded as the synthesis of the transmission line across the characteristic impedance of two transmission lines, the values of the dimensions by changing the Z 2 connecting transmission line 2 By adjusting, the characteristic impedance of the entire transmission line can be set to, for example, 50Ω (impedance matching condition is satisfied).

ここで、合成した伝送線路全体の特性インピーダンスは、パラメータzに依存するので、各接続用伝送線路２に対応する「ｚ」の値に応じて、インピーダンス整合条件を満たすときの「ｚ」、「Ｚ2」および「n２」の組み合わせが求められる。 Here, since the characteristic impedance of the entire synthesized transmission line depends on the parameter z, “z” and “z” when the impedance matching condition is satisfied according to the value of “z” corresponding to each transmission line 2 for connection. A combination of “Z 2 ” and “n 2 ” is required.

本実施形態では、ｚ・ｎ１＋（１−z）・ｎ２＝ｎ０となるように（速度整合条件を満たすように）、「ｚ」の値を設定するようにしている。なお、本実施形態の光変調器１００Ｂにおいて、接続用伝送線路２の分割数（Ｎ−１）が変調用伝送線路１の分割数（Ｎ）よりも１つ少ないが、その影響を無視できるものとしている。「ｚ」が得られれば、そのときのＺ2の値がインピーダンス整合の関係から得られる。 In the present embodiment, the value of “z” is set so that z · n 1 + (1−z) · n 2 = n 0 (so that the speed matching condition is satisfied). In the optical modulator 100B of the present embodiment, the division number (N-1) of the connection transmission line 2 is one less than the division number (N) of the modulation transmission line 1, but the influence can be ignored. It is said. If “z” is obtained, the value of Z 2 at that time is obtained from the impedance matching relationship.

次に、本実施形態の変形例について説明する。   Next, a modification of this embodiment will be described.

（変形例１）
図３（ａ）および図３（ｂ）に示した光変調器１００Ｂにおいて、変調用伝送線路１と接続用伝送線路２の接続点の位置は、変更するようにしてもよい。 (Modification 1)
In the optical modulator 100B shown in FIGS. 3A and 3B, the position of the connection point between the modulation transmission line 1 and the connection transmission line 2 may be changed.

図４（ａ）〜図４（ｄ）は、変調用伝送線路１と接続用伝送線路２の接続点の位置が異なる光変調器１００Ｃ〜１００Ｆの構成例を示してある。   4A to 4D show configuration examples of the optical modulators 100C to 100F in which the positions of the connection points of the modulation transmission line 1 and the connection transmission line 2 are different.

図４（ａ）の光変調器１００Ｃでは、各接続用伝送線路１の入力端は各変調用伝送線路２の出力端に接続され、他端は各変調用伝送線路２の端部以外の部分に接続される。図４（ｂ）の光変調器１００Ｄでは、各接続用伝送線路１の入力端および出力部はともに、各変調用伝送線路２の端部以外の部分に接続される。   In the optical modulator 100 </ b> C of FIG. 4A, the input end of each connection transmission line 1 is connected to the output end of each modulation transmission line 2, and the other end is a portion other than the end of each modulation transmission line 2. Connected to. In the optical modulator 100 </ b> D of FIG. 4B, both the input end and the output portion of each connection transmission line 1 are connected to a portion other than the end portion of each modulation transmission line 2.

図４（ｃ）の光変調器１００Ｄでは、各接続用伝送線路１の入力端は各変調用伝送線路２の端部以外の部分に接続され、他端は各変調用伝送線路２の入力端に接続される。図４（ｄ）の光変調器１００Ｆでは、各接続用伝送線路１の入力端は各変調用伝送線路２の出力端に接続され、他端は各変調用伝送線路２の端部以外の部分に接続される。なお、図４（ｃ）の接続用伝送線路１と変調用伝送線路２との接続状態は図３のものと同じであり、図４（ｄ）の接続用伝送線路１と変調用伝送線路２との接続状態は図４（ａ）のものと同じである。しかし、図３と図４（ｃ）とは接触パッド３ｂ（ＲＦ終端端子）の位置関係が異なり、図４（ａ）および図４（ｄ）とは接触パッド３ａ（ＲＦ入力用端子）の位置関係が異なる。変調用伝送線路２の端部をＲＦ入力用端子またはＲＦ終端端子で接続することにより、スタブ形成となることを回避でき、余分な反射を防ぐことができる。   In the optical modulator 100D of FIG. 4C, the input end of each connection transmission line 1 is connected to a portion other than the end of each modulation transmission line 2, and the other end is the input end of each modulation transmission line 2. Connected to. In the optical modulator 100F of FIG. 4D, the input end of each connection transmission line 1 is connected to the output end of each modulation transmission line 2, and the other end is a portion other than the end of each modulation transmission line 2. Connected to. The connection state between the connection transmission line 1 and the modulation transmission line 2 in FIG. 4C is the same as that in FIG. 3, and the connection transmission line 1 and the modulation transmission line 2 in FIG. Is the same as that in FIG. However, FIG. 3 is different from FIG. 4C in the positional relationship of the contact pad 3b (RF termination terminal), and FIGS. 4A and 4D are different from the position of the contact pad 3a (RF input terminal). The relationship is different. By connecting the end of the modulation transmission line 2 with an RF input terminal or an RF termination terminal, it is possible to avoid the formation of a stub and to prevent excessive reflection.

各実施形態および変形例の光変調器は、電気光学効果を利用して光の位相を変調する進行波電極型光位相変調器として適用することができるし、あるいは、位相変調器を用いてマッハツェンダ型光変調器を構成して進行波電極型マッハツェンダ型光変調器として適用することもできる。さらに、光導波路の構造を有する電界吸収型光変調とすれば、進行波電極型電界吸収型光変調器として用いることができる。   The optical modulators of the respective embodiments and modifications can be applied as traveling wave electrode type optical phase modulators that modulate the phase of light using the electro-optic effect, or Mach-Zehnder using a phase modulator It is also possible to configure a type optical modulator and apply it as a traveling wave electrode type Mach-Zehnder type optical modulator. Further, if the electroabsorption optical modulation having an optical waveguide structure is used, it can be used as a traveling wave electrode electroabsorption optical modulator.

１ 変調用伝送線路
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 変調用電極
２ 接続用伝送線路
２ａ，２ｂ，２ｃ 接続用電極
１０ 基板
１１ 接地面
１２ 光導波路
１３ 絶縁体
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ 光変調器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Modulation transmission line 1a, 1b, 1c, 1d Modulation electrode 2 Connection transmission line 2a, 2b, 2c Connection electrode 10 Substrate 11 Ground surface 12 Optical waveguide 13 Insulator 100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E Light modulator

Claims (4)

光導波路に電界を印加することにより光変調を行う光変調器であって、
基板と、
前記基板の接地面と、前記接地面上に形成された光導波路と、前記光導波路上に形成された複数の変調用電極とにより構成され、前記各変調用電極に対応して光の伝搬方向に沿ってＮ（Ｎ≧２）分割して形成される変調用伝送線路と、
前記光導波路以外の前記基板の上に形成され、前記各変調用電極にそれぞれ接続される（Ｎ−１）個の接続用電極を有し、光の伝搬方向に沿って（Ｎ−１）分割して形成される接続用伝送線路と
を含み、
前記分割された各接続用伝送線路の一端は、隣接する２つの前記変調用伝送線路の入出力端以外の部分に接続されるとともに、前記各接続用伝送線路の他端は、前記隣接する２つの前記変調用伝送線路の他方の変調用伝送線路の入力端に接続されるように構成されており、
前記接続用伝送線路の特性インピーダンスは、前記変調用伝送線路と前記接続用伝送線路とを合成した伝送線路全体の特性インピーダンスがインピーダンス整合条件を満たすよう設定され、
前記光導波路の群屈折率をｎ 0 、前記変調用伝送線路の高周波に対する実効屈折率をｎ 1 、前記接続用伝送線路の高周波に対する実効屈折率をｎ 2 とすると、ｎ 1 ＜ｎ 0 、ｎ 2 ＞ｎ 0 となるように設定し、かつ、前記変調用伝送線路の全長をＬ、前記接続用伝送線路が前記変調用伝送線路に接続する接続点と前記変調用伝送線路の端部との間隔をｚ・Ｌ／Ｎ（ｚ＜１）とすると、前記ｚは、ｚ・ｎ 1 ＋（１−ｚ）・ｎ 2 ＝ｎ 0 となるように設定して、前記光導波路を伝搬する光の伝搬速度と前記接続用伝送線路を伝搬する高周波信号の伝搬速度との速度整合条件を満たすように設定する
ことを特徴とする光変調器。 An optical modulator that performs optical modulation by applying an electric field to an optical waveguide,
A substrate,
A ground plane of the substrate, an optical waveguide formed on the ground plane, and a plurality of modulation electrodes formed on the optical waveguide, and a light propagation direction corresponding to each of the modulation electrodes A modulation transmission line formed by dividing N (N ≧ 2) along
Formed on the substrate other than the optical waveguide, wherein are respectively connected to each modulation electrode (N-1) pieces of have a connection electrode along the propagation direction of the light (N-1) divided A transmission line for connection formed by
One end of each of the divided connection transmission lines is connected to a portion other than the input / output ends of the two adjacent modulation transmission lines, and the other end of each of the connection transmission lines is the adjacent 2 It is configured to be connected to the input end of the other modulation transmission line of the two modulation transmission lines,
The characteristic impedance of the connection transmission line is set so that the characteristic impedance of the entire transmission line obtained by synthesizing the modulation transmission line and the connection transmission line satisfies the impedance matching condition,
Assuming that the group refractive index of the optical waveguide is n 0 , the effective refractive index for the high frequency of the modulation transmission line is n 1 , and the effective refractive index for the high frequency of the connecting transmission line is n 2 , n 1 <n 0 , n 2 > n 0 , and the total length of the modulation transmission line is L, and the connection transmission line connects to the modulation transmission line and the end of the modulation transmission line. When the interval is z · L / N (z <1), the z is set so that z · n 1 + (1−z) · n 2 = n 0, and the light propagating through the optical waveguide The optical modulator is set so as to satisfy a speed matching condition between the propagation speed of the high-frequency signal and the propagation speed of the high-frequency signal propagating through the connection transmission line . 前記光変調器は、電気光学効果を利用して光の位相を変調することを特徴とする請求項１に記載の光変調器。 The optical modulator according to claim 1, wherein the optical modulator modulates a phase of light using an electro-optic effect. 前記光変調器は、マッハツェンダ型光変調器であることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。 The optical modulator is an optical modulator according to claim 1 or 2, characterized in that a Mach-Zehnder type optical modulator. 前記光変調器は、電界吸収型光変調器であることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。 The optical modulator is an optical modulator according to claim 1 or 2, characterized in that the electro-absorption optical modulator.
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