JP6567541B2 - 電気光学変調器装置 - Google Patents

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Description

本発明は、請求項1の前提部に記載されているような電気光学変調器装置、および請求項17〜19に記載されているような電気光学変調器装置に関する。
例えば、このような電気光学変調器装置は、変調器の光導波路に電圧を与えて当該光導波路を伝播する光波の位相シフトを引き起こすのに用いられる高周波電極配置構造を備える。一例として、光変調器導波路に電圧を与えるのに非特許文献1(「高速III−V半導体強度変調器」)に記載されているような進行波電極が用いられる。そして、進行波電極へと供給される電圧を提供するのに、当該進行波電極に対してボンディングワイヤで接続されたドライバユニットが用いられる。しかし、ボンディングワイヤのインダクタンスは、進行波電極に供給される高周波電気信号を反射させる原因となり変調器の周波数応答を低下させる可能性がある。
"High-Speed lll-V Semiconductor Intensity Modulators", Robert G. Walker, IEEE Journal of Quantum Electronics Vol. 27, No. 3, March 1991
本発明の目的の一つは、電気光学変調器の周波数応答を向上させることである。
本発明は、電気光学変調器装置であって、
−第1および第2の光導波路ならびに前記光導波路に電圧を印加する電極配置構造(電極装置)を含む少なくとも1つの電気光学変調器であって、
−前記電極配置構造が、前記第1の光導波路の上に配置された複数の第1の導波路電極および前記第2の光導波路の上に配置された複数の第2の導波路電極を有し、
−前記第1および第2の導波路電極が互いに容量結合している、少なくとも1つの電気光学変調器と、
−前記電極配置構造に電圧を供給する少なくとも1つのドライバユニットと、
−前記ドライバユニットと前記電極配置構造との間の電気接続部と、
を備え、
−前記ドライバユニットと前記電極配置構造との間の前記電気接続部が、可撓性のコプレーナストリップ線路を含み、前記電極配置構造が、前記第1の導路波電極に接続された第1の電線路および前記第2の導波路電極に接続された第2の電線路を有し、前記第1および第2の電線路がコプレーナストリップ線路を構成しており、
−前記ドライバユニットと前記電極配置構造との間の前記電気接続部が、可撓性のコプレーナストリップ線路を含み、
−前記可撓性のコプレーナストリップ線路が、少なくとも2つの電線路を有し、
−前記可撓性のコプレーナストリップ線路の前記電線路のうちの第1の電線路が、前記電極配置構造の前記第1の電線路に接続されており、前記可撓性のコプレーナストリップ線路の前記電線路のうちの第2の電線路が、前記電極配置構造の前記第2の電線路に接続されており、
−前記ドライバユニットが、前記電極配置構造の前記第1および第2の電線路により構成される前記コプレーナストリップ線路に、差動電圧信号を、前記可撓性のコプレーナストリップ線路の前記第1および第2の電線路を介して供給する、電気光学変調器装置を提供する。
前記ドライバユニットと前記電極配置構造との間の前記電気接続部(すなわち、電気的リンク)は、前記可撓性のコプレーナストリップ線路から少なくとも本質的(実質的)に構成されてもよく、この可撓性のコプレーナストリップ線路により、前記ドライバユニットが前記電極配置構造に直接接続される。しかしながら、前記可撓性のコプレーナストリップ線路を、前記ドライバユニットと前記電極配置構造との前記電気接続部のうちの一部のみを構成するものとすることにより、その電気接続部を、可撓性のコプレーナストリップ線路によって構成されていない少なくとも1つの他の部位を有するものとすることも考えられる。
具体的に述べると、前記可撓性のコプレーナストリップ線路は、前記変調器の前記電極配置構造の前記コプレーナストリップ線路に適応(適合)される(前記コプレーナストリップ線路とインピーダンス整合させる)ことが可能であり、これら前記可撓性のコプレーナストリップ線路と前記変調器側の前記コプレーナストリップ線路とは、均質で、向上した高周波特性を有するインピーダンス整合した線路を構成し得る。一具体例として、前記可撓性のコプレーナストリップ線路の前記少なくとも2つの電線路は、少なくとも1つの可撓性の層に配置されており、かつ、2つの前記電線路は、互いからある距離をもって配置されているため、当該電線路同士が前記ドライバユニットから高周波モードを前記変調器に伝送する電気導波路として機能することが可能である。例えば、前記可撓性のコプレーナストリップ線路の前記第1および第2の電線路間の距離は、25μm未満、10μm未満または5μm未満(例えば、2μm、3μmもしくは4μm)とされる。前記可撓性のコプレーナストリップ線路は、正に2つの電線路を有してもよい。一具体例として、2つの前記電線路は、いずれも接地されていない。
例えば、変調器装置(すなわち、前記ドライバユニットと前記変調器との組合せ)を長距離用途等に利用した場合、その電力損失は400mW未満に抑えられ得る。また、消費電力を低く抑えられるだけでなく変調器の小型化も可能なので、コンパクトな(例えば、CFP4モジュールのサイズで、)(例えば、100ギガビット/秒以上の伝送レートを有する)高周波変調器モジュールを製造することが可能となる。また、前記可撓性のコプレーナストリップ線路の熱伝導率は、従来のボンディングワイヤの熱伝導率よりも低くなり得る。そのため、前記ドライバユニットと前記変調器との間の熱的なクロストークが抑制され得る。また、前記ドライバユニット(例えば、集積回路の形態)と前記変調器との間の距離が大きくなり得ることで、前記変調器装置の組立が容易となる。例えば、前記変調器を熱電冷却器上に配置すると共に、前記ドライバユニットを前記変調器装置のハウジング部上に配置することが可能となる。
前記可撓性のコプレーナストリップ線路の前記電線路は、前記変調器の前記電極配置構造の前記電線路に、(例えば、半田付けされるか、もしくは(導電性接着剤を用いて)接着されるか、または金属接続によって、接合され得る。
また、前記可撓性のコプレーナストリップ線路は、薄膜技術を用いて形成されたものであり得る(具体的に述べると、薄膜技術は、前記可撓性のコプレーナストリップ線路の前記電線路を高精度で作製することが可能である)。例えば、前記可撓性のコプレーナストリップ線路は、少なくとも1つの絶縁層上に配置された2つの電線路を有するものとされ得て、かつ、その絶縁層は、ポリイミド、液晶ポリマー(LCP)、ベンゾシクロブテン(BCB)等の高分子材料から形成され得る。ここで、複数の高分子層が用いられてもよい。なお、"Multilayer polyimide film substrates for interconnections in microsystems(「マイクロシステムにおける相互接続用多層ポリイミドフィルム基板」)", A. Fach, Y. Athanassov, U. Brunner, D. Hablutzel, B. Ketterer, J. Link, MicrosystemTechnologies 5 (1999) 166 - 168の論文に、可撓性の電線路用の絶縁層の作製原理の一例が記載されている。この論文のうち、可撓性のコプレーナストリップ線路の少なくとも1つの絶縁層の作製に関する内容は、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。
例えば、前記少なくとも1つの絶縁層の層厚は、50μm未満、25μm未満または15μm未満とされ得る。また、前記可撓性のコプレーナストリップ線路の前記電線路は、リソグラフィ法を用いて作製されてもよい。このとき、前記電線路は、金属堆積(例えば、電気めっき、蒸着、スパッタリング等を用いる)によって可撓性の基板に配され得る。しかしながら、前記可撓性のコプレーナストリップ線路は、上記のような薄いポリイミド層ではなく、より厚い(例えば、箔状の)(例えば、単一の)絶縁性基板を備えるものであってもよい。
一具体例として、前記変調器装置における他の部品が、別の可撓性の電線路(例えば、前記可撓性のコプレーナストリップ線路と共に作製される別の可撓性の電線路)によって接続されていてもよい。具体的に述べると、前記ドライバユニット(例えば、ドライバIC)が、可撓性の基板上に、前記可撓性のコプレーナ線路の前記電線路および他の配線と共に(例えば、フリップチップ技術を用いて)配置され得る。これにより、テスト可能なドライバユニットであって、当該ドライバユニットとの間での接続部が集積されたドライバユニットを製作することが可能となる。このような構成のドライバユニットは、簡単に且つ経済的にモジュールに集積することができる。
例えば、前記第1および第2の電線路により構成される前記コプレーナストリップ線路は、進行波電極(例えば、マッハツェンダー変調器の進行波電極)として動作される。また、前記第1および第2の電線路は、前記第1の導波路電極と第2の導波路電極とが容量結合していることを介して、互いに容量結合している。例えば、前記変調器の各々の前記光導波路は、互いに離間した複数の容量性セグメントを有しており、かつ、それぞれの容量性セグメントは、電気キャパシタを構成している。そして、前記第1および第2の導波路電極は、それら容量性セグメントの上に配置されている。これにより、前記第1および第2の導波路電極は、それら前記容量性セグメントを介して互いに容量結合している。
なお、"45 GHz Bandwidth Travelling Wave Electrode Mach-Zehnder Modulator with Integrated Spot Size Converter(「スポットサイズ変換器が集積された45GHz帯域幅進行波電極マッハツェンダー変調器」)", D. Hoffmann, Proceedings International Conference on Indium Phosphide and Related Materials, p. 585, 2004の論文に、進行波型マッハツェンダー変調器の光学的・電気的レイアウト原理の一例が記載されている。この論文のうち、マッハツェンダー変調器の光学的・電気的設計原理に関する内容は、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。当然ながら、本発明は、特定の電極構造に限定されるものではなく、その他の電気回路に適用されてもよく、あるいは、その他の電気回路を構成するように適用されてもよい。また、国際公開第2012/175551号には、別の設計例が記載されている。この国際公開のうち、変調器の光学的・電気的設計原理に関する内容は、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。例えば、前記変調器装置は、(例えば、PIC(フォトニックIC)の形態の)IQ変調器および/または少なくとも1つのOFDM変調器を備えるものとされる。
前記第1および第2の電線路は、対称的に駆動される(「差動駆動」)。すなわち、前記ドライバユニットは、前記可撓性のコプレーナストリップ線路に(したがって、前記変調器側の前記コプレーナストリップ線路に)差動電圧信号を供給するように構成されている。例えば、前記電極配置構造および/または前記可撓性のコプレーナストリップ線路の、前記電線路はいずれも接地されていない。例えば、前記ドライバユニットは、前記電極配置構造の前記第1の電線路に、第1の可変信号を、前記可撓性のコプレーナストリップ線路の前記第1の電線路を介して、かつ、前記電極配置構造の前記第2の電線路に、第2の可変信号を、前記可撓性のコプレーナストリップ線路の前記第2の電線路を介して供給するように構成され得る。
また、前記第1および第2の電線路は、少なくとも部分的に、幾何学的に対称な構造として形成され得る。例えば、前記可撓性のコプレーナストリップ線路の前記第1および第2の電線路は、少なくとも本質的に(ほぼ)互いに平行に延びる長手構造(縦長形状)として形成される。
前記ドライバユニットの、当該ドライバユニットの2つのポートのうちの各ポートにおけるインピーダンスは、前記電極配置構造のインピーダンスの、本質的に半分とされ得る。また、前記ドライバユニットは、前記第1の電線路に供給される前記第1の可変信号と前記第2の電線路に供給される前記第2の可変信号とが反対の極性を有するように構成され得る(このとき、前記第1の可変信号の電圧絶対値と前記第2の可変信号の電圧絶対値とは、少なくとも本質的に同一となり得る)。
なお、欧州特許出願公開第2615489号および欧州特許出願公開第2615490号に、対称的に駆動される電極の例が開示されている。これら欧州特許出願公開のうち、それに関する内容は、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。
一例として、前記可撓性のコプレーナストリップ線路の前記第1および第2の電線路は、(例えば、可撓性の)絶縁層に接して、それらの長手方向に垂直な方向で少なくとも部分的に互いに隣接して配置される。しかしながら、前記可撓性のコプレーナストリップ線路の前記第1および第2の電線路は、前記少なくとも1つの絶縁層に垂直な方向で少なくとも部分的に一方が他方の真上に配置されてもよい。
前記可撓性のコプレーナストリップ線路の前記第1および/または第2の電線路は、第1の絶縁層(例えば、第1のポリイミド層)に配置され得て且つ第2の絶縁層(例えば、第2のポリイミド層)により覆われ得る。例えば、第2の絶縁層は、前記第2の電線路の第1の部位と第2の部位との間に延在するものとされる。また、さらなる2つの線路が、前記絶縁層上に配置されていて、接地されてもよい。
本発明の他の実施形態において、前記ドライバユニットは、オープンコレクタモードまたは終端帰還(back termination)のオープンコレクタモードで動作される。同様に、(前記ドライバユニットがCMOSデバイスである場合)当該ドライバユニットは、オープンドレインモードまたは終端帰還のオープンドレインモードで動作され得る。
具体的に述べると、前記ドライバユニット(例えば、ドライバチップ)、前記可撓性のコプレーナストリップ線路、前記第1および第2の電線路、終端抵抗体、ならびに前記終端抵抗体同士を直流的に分離する(ブロッキング)容量性構造は(さらに、用いられている組立・接合技術等も)、後で詳述するように、このようなオープンコレクタ回路(例えば、高周波オープンコレクタ回路)における互いに一体化された部品と見なすことができる。さらなる詳細として、前記ドライバユニット、前記可撓性のコプレーナストリップ線路、前記電線路、および前記変調器の(前記終端抵抗体を少なくとも1つ含む)終端ネットワークのイマーシブ(immersive)電気的設計が、特に、これら構成部品の統合インピーダンスを適合させることで前記変調器の性能を最適化するように実行される。当然ながら、必ずしもオープンコレクタ回路が使用されなくてもよい。むしろ、前記ドライバユニットは、前記電極配置構造のインピーダンスと等しい内部終端抵抗を含むものとされてもよい。このとき、前記ドライバユニットのこの内部終端抵抗に、前記可撓性コプレーナストリップ線路のインピーダンス、前記第1および第2の電線路のインピーダンス、ならびに他の電気部品(例えば、前記終端抵抗体など)のインピーダンスが整合される。
上記のように、前記変調器は、前記第1および第2の電線路により構成される前記コプレーナストリップ線路を終端する、少なくとも1つの終端抵抗体を含み得る。このような終端抵抗体は、前記電極配置構造の前記第1の電線路と前記第2の電線路との間に(物理的に)配置され得る。例えば、前記終端抵抗体は、(例えば、抵抗値が50Ωである)単一の抵抗体とされる。前記終端抵抗体は、材料層(例えば、薄膜層、薄膜層パケット(薄膜層群)など)により構成され得る。前記終端抵抗体は、前記第1および第2の電線路とモノリシックに集積されたものであってもよく、すなわち、前記終端抵抗体は、前記第1および第2の電線路と同じ基板に配置されてもよい。この場合、前記ドライバユニットのみが、可撓性のコプレーナストリップ線路を介して、前記変調器の前記電極配置構造の前記第1および第2の電線路に接続されることとなる。しかしながら、前記終端抵抗体についても、前記変調器の前記電線路とは異なる基板(例えば、セラミックス基板)等に配置された別体の部品として形成されてもよいし、および/または、可撓性のコプレーナストリップ線路(あるいは、短いボンディングワイヤなど)を介して前記変調器の前記第1及び第2の電線路に接続されたものとされてもよい。
また、前記変調器は、端部接点を介して互いに接続された2つの終端抵抗体を含むものとされてもよい。具体的に述べると、前記終端抵抗体のうちの第1の終端抵抗体における第1の端部が前記第1の電線路に接続されて、その第2の端部が前記端部接点に接続される。同様に、第2の終端抵抗体における第1の端部が前記第2の電線路に接続されて、その第2の端部が前記端部接点に接続される。これら2つの終端抵抗体は、前記端部接点を構成する端部接点層によって互いに接続された材料層により形成されたものであってもよい。これら2つの終端抵抗体は、当該終端抵抗体同士をキャパシタを介して互いに接続することにより、直流的に分離されたものとすることも可能である。具体的に述べると、これら2つの終端抵抗体を直流的に分離する少なくとも1つの容量性構造が設けられ得る。例えば、前記容量性構造は、前記第1および第2の電線路間に配置された少なくとも2つの導電層を有し、かつ、これら少なくとも2つの層は、少なくとも1つの誘電層によって隔てられている。
また、前記可撓性のコプレーナストリップ線路は、外部の装置を前記ドライバユニットの入力接点に接続するための複数の導電線路を有する可撓性のコンタクト構造体の、一部であり得る。
本発明の他の構成は、電気光学変調器装置であって、
−第1および第2の光導波路ならびに前記光導波路に電圧を印加する電極配置構造を含む少なくとも1つの電気光学変調器であって、
−前記電極配置構造が、前記第1の光導波路の上に配置された複数の第1の導波路電極および前記第2の光導波路の上に配置された複数の第2の導波路電極を有し、
−前記第1および第2の導波路電極が互いに容量結合している、少なくとも1つの電気光学変調器と、
−前記ドライバユニットと前記電極配置構造との間の電気接続部と、
−複数のドライバユニットと、
を備え、前記ドライバユニットのそれぞれが、前記第1の導波路電極のうちの1つおよび前記第2の導波路電極のうちの1つに、可撓性のコプレーナストリップ線路を含む電気接続部によって接続されている、電気光学変調器装置を提供する。
これにより、"10 Gb/s - 80-km operation of full C-band InP MZ modulator with linear-accelerator-type tiny in-line centipede electrode structure directly driven by logic IC of 90-nm CMOS process(「90nmCMOSプロセスロジックIC直接駆動対応線形加速器型縦列電極構造フルCバンドInPMZ変調器の10Gb/秒−80km動作」)", T. Kato et al., Optical Fiber Communication Conference and Exposition, 2011, p. 1との論文に記載されているように、導波路電極を別個に(互いに独立して)駆動可能となる。この論文のうち、複数ドライバ配置構成に関する内容は、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。
本発明のさらなる他の構成は、電気光学変調器装置であって、
−少なくとも1つのアクティブな(活性的な、有効な)光導波路および前記アクティブな光導波路に電圧を印加する電極配置構造を含む少なくとも1つの電気光学位相変調器であって、
−前記電極配置構造が、前記光導波路により構成される容量性セグメントの上に配置された複数の導波路電極を有する、少なくとも1つの電気光学位相変調器と、
−少なくとも1つの光学的に非アクティブな(非活性な、無効な)容量性エレメントと、
−前記電極配置構造に電圧を供給する少なくとも1つのドライバユニットと、
−前記ドライバユニットと前記電極配置構造との間の電気接続部と、
を備え、
前記導波路電極が、前記少なくとも1つのドライバユニットに、前記容量性セグメント、前記容量性エレメントおよび前記電気接続部を介して容量結合しており、
−前記少なくとも1つのドライバユニットと前記電極配置構造との間の前記電気接続部が、可撓性のコプレーナストリップ線路を含む、電気光学変調器装置に関する。
複数の容量性エレメントが、光学的に非活性な第2の導波路により構成される容量性セグメントの形態で設けられ得る。この第2の導波路の上に(第2の)導波路電極が設けられた場合、前記位相変調器は前述した進行波型マッハツェンダー変調器と同様の構造を有することになるが、それら2つの光導波路のうちの一方のみが光学的に活性であって光信号の位相を変調させるのに利用される。マッハツェンダー変調器とは異なり、前記位相変調器の前記第2の非活性な導波路は(したがって、前記位相変調器の前記第2の導波路電極も)、前記活性的な光導波路およびこの光学的に活性な導波路の上に位置する(第1の)導波路電極よりも幅広とされ得る。
他の実施形態において、前記位相変調器装置は、前記導波路電極を前述したように別個に駆動可能とする複数のドライバユニットを備える。
しかしながら、前記位相変調器装置の前記容量性エレメントは、必ずしも(非活性な)導波路により構成されるものでなくてもよい。むしろ原則として、どのような種類の容量性構造が使用されてもよい。具体的に述べると、その場合の容量性構造は、前記活性的な光導波路により構成される前記容量性セグメントと直列に接続されることとなる。
本発明のさらなる他の構成は、電気光学変調器装置、特には、前述した電気光学変調器装置であって、
−少なくとも1つの光導波路および前記光導波路に電圧を印加する電極配置構造を含む少なくとも1つの電気光学変調器であって、
−前記電極配置構造が、コプレーナストリップ線路を構成している第1および第2の電線路を有する、少なくとも1つの電気光学変調器と、
−前記第1および第2の電線路を終端する少なくとも1つの終端抵抗体と、
−前記終端抵抗体と前記第1および第2の電線路との間の電気接続部と、
を備え、
−前記終端抵抗体と前記第1および第2の電線路との間の前記電気接続部が、可撓性のコプレーナストリップ線路を含む、電気光学変調器装置に関する。
具体的に述べると、前記第1および第2の電線路は互いに容量結合し得る。例えば、前記電気光学変調器は、前述したマッハツェンダー変調器または前述した位相変調器とされる。
以下では、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の一実施形態における電気光学変調器装置を示す斜視図である。 図1Aの実施形態の一変形例を示す図である。 図1Aの実施形態の他の変形例を示す図である。 可撓性のコプレーナストリップ線路の一構成を示す図である。 可撓性のコプレーナストリップ線路の他の構成を示す図である。 可撓性のコプレーナストリップ線路のさらなる他の構成を示す図である。 可撓性のコプレーナストリップ線路のさらなる他の構成を示す図である。 本発明にかかる電気光学変調器装置を動作させる第1のオープンコレクタ回路を示す図である。 本発明にかかる電気光学変調器装置を動作させる第2のオープンコレクタ回路を示す図である。 本発明にかかる電気光学変調器装置を動作させる第3のオープンコレクタ回路を示す図である。 変調器の電極配置構造を終端する終端配置構造(終端装置)の一変形例を示す図である。 変調器の電極配置構造を終端する終端配置構造の他の変形例を示す図である。 本発明の他の実施形態における変調器装置の電気光学変調器の細部を示す平面図である。 図8Aの変調器の線A−Aに沿った断面図である。 図8Aの変調器を当該変調器の容量性構造で切断した(図8Aの変調器の線B−Bに沿った)断面図である。 容量性構造の他の実施形態を示す断面図である。 図1A〜1Cの変調器装置を、ドライバユニットを省略して示した図である。 本発明の他の実施形態における変調器装置を示す斜視図である。 本発明のさらなる他の実施形態における変調器装置を示す斜視図である。 本発明の一実施形態における変調器装置の、複数のドライバユニットによる実施形態を示す概略図である。 図13の変調器装置の一変形例を示す斜視図である。
本発明において、図1Aに示す電気光学変調器装置200は、オープンコレクタ対応のマッハツェンダー変調器100を備える。変調器100は、第1および第2の電線路11,12を有する電極配置構造(電極装置)1を含む。第1および第2の電線路11,12は、コプレーナストリップ線路を構成している。電線路11,12は、エアブリッジを介して導波路電極113,123(図8Bを参照)に接続されており、従来技術から知られている原理に従って前記変調器の光導波路112,122に電圧を印加する。(電極配置構造1が設けられた半導体基板205を含め、)変調器100は、第1の基板70(例えば、セラミックス基板)上に配置される。変調器100の光学的・電気的レイアウトは、前述した"45 GHz Bandwidth Travelling Wave Electrode Mach-Zehnder Modulator with Integrated Spot Size Converter(「スポットサイズ変換器が集積された45GHz帯域幅進行波電極マッハツェンダー変調器」)", D. Hoffmann, Proceedings International Conference on Indium Phosphide and Related Materials, p. 585, 2004の論文に記載されたレイアウトであり得る。
電気光学変調器装置200は、変調器100に加えて、ドライバユニット30を備える。ドライバユニット30は、変調器100の電極配置構造1に、(高周波)差動電圧を供給するように構成されている。ドライバユニット30は、第1の基板70と異なる第2の基板80(例えば、PCB)に配置されており、これら2つの基板70,80間に隙間(例えば、200μm以上)が存在するように第1の基板70から離れて(距離をおいて)配置されている。
ドライバユニット30(すなわち、ドライバユニット30の出力ポートであって、2つの出力接点506を有する出力ポート)は、さらに、第1および第2の電線路11,12に、可撓性のコプレーナ線路50の電気的接続部を介して電気的に接続されている。可撓性のコプレーナ線路50は、少なくとも1つの可撓性の箔状の基板61(例えば、ポリイミド等の高分子から形成された基板)に配置された電線路51,52を有していて、これら電線路51,52の第1の端部が前記出力接点506に接続されており、反対側の第2の端部が前記変調器の電極配置構造1の電線路11,12に接続されている。可撓性のコプレーナ線路50の構成例については、図2A〜図2Dを参照しながら後で説明する。
図1Bは、本発明にかかる変調器装置の一変形例に関する図である。図1Aとは異なり、ドライバユニット30は、第2の基板80にフリップチップ構成で配置されている。すなわち、ドライバユニット30の接点(例えば、前記出力接点506)が、基板80に向かって下側に面している。出力接点506は、基板80に配置されたコプレーナストリップ電線路90に接続されており、この電線路90に可撓性のコプレーナ線路50の一方の端部が接続されており、コプレーナ線路50の他方の端部は前記変調器の電線路11,12に接続されている。換言すれば、ドライバユニット30と電極配置構造1との間の電気接続部は、可撓性のコプレーナ線路50だけでなく電線路90も有しており、これら接続するコプレーナストリップ線路90,50と変調器100の電線路11,12により構成されるコプレーナストリップ線路とを介して、高周波電気モードが連続的に導かれ得る。
さらなる電気部品(図示せず)が第2の基板80に配置されてもよく、その場合、当該さらなる電気部品は、基板80に配置された追加の電線路(図示せず)を介してドライバユニット30に接続される。本発明の他の実施形態において、変調器100は、位相変調器として動作され得る。その場合、光導波路112,122のうちの一方のみが、光信号の位相を変調させるのに利用される。例えば、光導波路112,122のうちの利用されない一方が光学的に非アクティブとなり得るものの、この光学的に非アクティブな導波路により構成される容量性セグメント114又は容量性セグメント124(図8Bを参照)は容量性エレメントとして利用される。これにより、光学的にアクティブな導波路の導波路電極は、それら2つの導波路の容量性セグメントを介して前記ドライバユニットと容量結合されることとなる。
図1Cに示す実施形態では、変調器100とドライバユニット30とが、共通の基板75に配置されている。
(平行な)2つの電線路51,52間の距離は、これら電線路51,52が高周波電気波を伝送する電気導波路を構成するように十分に短く選択されている。例えば、電線路51,52間の距離は25μm未満とされる。
可撓性のコプレーナ線路50の電線路51,52の第1の端部は、前記ドライバユニットの出力ポートに接続されており、電線路51,52の第2の端部は、変調器100側の第1および第2の電線路11,12の端部に接続されている。可撓性のコプレーナストリップ50は電気導波路をもたらすものであるから、可撓性のコプレーナストリップ50のインピーダンスは、ドライバユニット30のインピーダンス及び前記変調器の電極配置構造1のインピーダンスとより良好に整合させることが可能である。これにより、前記変調器の高周波性能を向上させることができる。さらに、この可撓性のコプレーナストリップ50は、それ自体の導波特性により、ボンディングワイヤと違って極めて短くする必要がないので、(動作時に昇温し得る)ドライバユニット30と変調器100との間で優れた熱分離を実現することが可能である。例えば、ドライバユニット30は、変調器100から1mm以上の距離をもって配置される。
変調器100の電線路11,12により構成されるコプレーナストリップ線路を終端するために、2つの終端抵抗体21,22(例えば、それぞれの抵抗値は25Ωとされる)が、それら電線路11,12間に配置される。終端抵抗体21,22は、そのコプレーナストリップ線路と共に基板に配置された材料層(例えば、Ni−Cr層)として形成される。すなわち、終端抵抗体21,22は、前記電気光学変調器における他の部品とモノリシックに集積されている。しかしながら、終端抵抗体21,22は、図11に示すように別個に(例えば、異なる基板に)作製されてもよく、その場合、これら終端抵抗体21,22は、別の可撓性のコプレーナストリップ線路を介して電線路11,12に接続される。一変形例として、終端抵抗体21,22は、従来の様式によって(例えば、短いボンディングワイヤを介して)電線路11,12に接続されたものとされてもよい。図6〜図9に、電線路11,12の終端例を示す。
図2A〜図2Dは、可撓性のコプレーナストリップ線路50の各種実施形態に関する図である。図2Aでは、可撓性のコプレーナストリップ線路50の電線路51,52が、(例えば、可撓性の)第1の電気絶縁層61(例えば、第1のポリイミド層)上に、当該第1の電気絶縁層61における同じ側で、当該電線路51,52の長手方向に垂直な方向で互いに隣合って配置されている。これら第1および第2の電線路51,52を第2の絶縁層(例えば、第2のポリイミド層)が覆っている。このようにして、第1および第2の電線路51,52は、絶縁層61および絶縁層62に埋め込まれている(組み込まれている)。例えば、絶縁層61,62の層厚はそれぞれ20μm未満または15μm未満(例えば、約10μm未満)とされて、かつ、(例えば、金などの金属から形成される)電線路51,52の線路厚はそれぞれ10μm未満または8μm未満(例えば、約5μm未満)とされる。
図2Aに示す可撓性のコプレーナストリップ線路50は(図2B〜図2Dに示す可撓性のコプレーナ線路についても同様に)、薄膜技術を用いて作製することができる。例えば、第1の絶縁層61を作製するために、高分子材料がキャリア基板に施される。この第1の絶縁層61に電線路51,52が堆積された後、第2の絶縁層62が施される。最後に、前記キャリア基板が取り除かれる。絶縁層61,62は、接着剤によって互いに接合されない。これは、特に、接着剤からガスが遊離するのを避けるためである。一具体例として、絶縁層61,62は、ソリッドステートプロセスで用いられる標準的な絶縁性高分子(例えば、液状ポリイミド(例えば、「HD MicroSystems」社製の液状ポリイミド))から形成される。
図2Bは、他の変形例に関する図である。具体的に述べると、電線路51,52が、第1の絶縁層61に垂直な方向で上下に(一方が他方の真上となるように)配置されている。さらに、第2の絶縁層62が、それら第1および第2の電線路51,52間に配設されており、かつ、第3の絶縁層63が、上側の第2の電線路52を覆っている。このようにして、電線路51,52は、絶縁層61、絶縁層62および絶縁層63に埋め込まれている。
図2Cにおいても、3つの絶縁層61〜63が設けられている。具体的に述べると、第1の電線路51と第2の電線路52のうちの第1の部位521とが、(下側の)第1の絶縁層61に配置されている。(中央の)第2の絶縁層62が、それら第1の電線路61の上および第2の電線路52のうちの第1の部位521の上に配設されており、かつ、第2の電線路52のうちの第2の部位523が、中央の絶縁層62上に配置されている。第1の部位521と第2の部位523とは、中央の層62における盗み部(recess)内を通り抜ける連結部位によって互いに(例えば、一体的に)連結されている。そして、第2の電線路52の第2の部位523は、(上側の)第3の絶縁層63により覆われている。
図2Cに示す構造は、中央の層62を第1の電線路51の上および第2の電線路52の第1の部位521の上に配設した後、この中央の層62に開口を形成し、この開口の領域に金属(例えば、金)を堆積することによって連結部位522を生成した後、この連結部位522に繋がるように第2の部位523を生成することによって作製され得る。
図2Dに示す変形例では、可撓性のコプレーナ線路50が、電線路51,52に加えて、2つのさらなる電線路53,54を有する。さらなる電線路53,54は、接地されている(これにより、「GSSG(GND−信号−信号−GND)構成が実現される」)。さらなる線路53,54は、第1の絶縁層61上に、当該第1の絶縁層61における、第1および第2の電線路51,52と同じ側に配置され得る。さらに、第2の絶縁層62が、第1および第2の電線路51,52ならびにさらなる電線路53,54を覆うように配設される。
図3に、変調器100の電極配置構造1を駆動するのに用いられ得るオープンコレクタ回路の第1の例を示す。ドライバユニット30が、前記変調器の電極配置構造1に、差動電圧を、可撓性のコプレーナストリップ線路50を介して供給する。2つの抵抗体21,22が、変調器100側のコプレーナストリップ線路を終端するために設けられている。これら終端抵抗体21,22は、端部接点23を介して互いに接続されている。この端部接点は、さらに、ドライバユニット30の2つのトランジスタ41,42のコレクタ401,402に向けて供給される供給電圧Vccに接続されている。
図4に、オープンコレクタ回路の一変形例を示す。具体的に述べると、終端抵抗体21,22が、キャパシタ31を介して互いに容量結合されている。キャパシタ31の具体例について、図8A〜図8Cに示す。さらに、終端抵抗体21,22に、2つのインダクタンス301,302が接続されている。これらインダクタンス301,302を介して、供給電圧Vccが、ドライバユニット30のトランジスタ41,42のコレクタ401,402に向けて供給される。Vccをインダクタンス301,302を介して供給する構成には、供給電力が終端抵抗体21,22を避けて導かれることによって、これら終端抵抗体21,22での電力損失を回避できるという利点がある。ドライバユニット30がCMOSデバイスである場合には、(電圧Vccを当該ドライバユニットのトランジスタのドレインに供給することによって)オープンドレイン回路が実現され得る。他の実施形態では、インダクタンス301,302が、ドライバユニット30と変調器100との間に配置される。
図5は、変調器100を動作させるのに用いられ得る別のオープンコレクタ回路に関する図である。ここでも、ドライバユニット30が、前記変調器の前記電極配置構造の電線路11,12に可撓性のコプレーナストリップ線路50を介して接続されていると共に、前記変調器側のコプレーナストリップ線路の終端が、2つの終端抵抗体21,22によって実現されている。しかし、これら終端抵抗体21,22のそれぞれが、キャパシタ31a,31bを介して接地されている。これら2つのキャパシタ31a,31bの具体例については、図9に示す。
図6は、変調器100の電極配置構造1の電線路11,12を終端するのに用いられる終端ネットワークの具体例を示す図である。具体的に述べると、この終端ネットワークは、電線路11,12間に配置された2つの終端抵抗体21,22(例えば、それぞれの抵抗値は25Ωとされる)を有する。これら終端抵抗体21,22は、前記コプレーナストリップ線路と共に基板に配置された材料層として形成される。すなわち、終端抵抗体21,22は、前記電気光学変調器における他の部品とモノリシックに集積されている。しかし当然ながら、前にも述べたように、終端抵抗体21,22は、前記変調器とモノリシックに集積されていなくてもよい。例えば、終端抵抗体21,22は、異なる基板に配置されて変調器100の電線路11,12と(例えば、ボンディングワイヤを介して)接合されてもよい。
2つの終端抵抗体21,22を電線路11,12間に配置可能とするために、それら電線路11,12間の間隔は、電線路11,12が互いから第1の距離dをもって延在する第1の領域10および電線路11,12が互いから第1の距離dよりも大きい第2の距離dをもって延在する第2の領域20を電極配置構造1が有するように、終端抵抗体21,22に向かって広がっている。
第2の領域20には、当該第2の領域20での電線路11,12間の第1の領域10に比べて大きい間隔が前記コプレーナストリップ線路のインピーダンスに与える影響を補償する、追加の金属層3の形態の導電性構造が配置されている。具体的に述べると、金属層3は、前記コプレーナストリップ線路のインピーダンスを決める、第1および第2の電線路11,12間の実効距離を減少させる。これにより、終端抵抗体21,22の領域での電線路11,12間の距離が大きくなることによる望ましくない影響が補償され得る。
具体的に述べると、金属層3の寸法は、電線路11,12により構成されるコプレーナストリップ線路のインピーダンスを当該コプレーナ線路の所望の統合インピーダンスに適合するように選択される。具体的に述べると、電線路11,12間の実効距離は、金属層3の幾何形状によって変化する。これにより、金属層3を用いて前記コプレーナストリップ線路のインピーダンスを調整することが可能である。一具体例として、単一の金属層3ではなく、複数の層(例えば、2つ以上の金属層)が配置されてもよい。
さらなる詳細として、金属層3は、三角形状のベース部位311を有しており、このベース部位311は、長手突出部位312と一体的に連結している。三角形状の部位311は、電極配置構造1における(電線路11,12間の距離dを持つ)第2の領域20の下側のサブ領域内で延在しつつ、第1の領域10に向かって延長している。すなわち、三角形状の部位311は、電極配置構造1のうちの、電線路11,12間の間隔が距離dから当該距離dよりも小さいが前記距離dよりは大きい第3の距離dへと減少していく領域内に延在している。金属層3の長手部位312は、その第3の距離dの領域に延在している。
電極配置構造1の前記第1の領域10および/または前記第2の領域20での電線路11,12間の間隔は、必ずしも一定でなくてもよい。当然ながら、電線路11,12間の間隔の形状として図6に示されている形状は、あくまでも例示に過ぎない。すなわち、金属層3の形状として、例えば長方形状および/または丸状および/または正弦波状などのベース部位311を有した他の形状も考えられる。さらに、金属層3の前記長手部位312は、より短くてもよく、あるいは、省略されてもよい。
さらに、終端抵抗体21,22が、端部接点23(一具体例として、金属層により構成される)を介して互いに接続されている。端部接点23は、図3に示すオープンコレクタ回路を実現するのに用いられ得る。すなわち、端部接点23は、供給電圧Vccを電線路11,12に接続して当該供給電圧Vccを前記ドライバユニットに供給するのに用いられ得る。具体的に述べると、端部接点23は、(長方形状の)ベース部位231を有しており、このベース部位231から長手部位232が、金属層3のベース部位311に向かって延びている。この長手部位232によって終端抵抗体21,22が互いに接続されている。
前記変調器の電極配置構造1に差動電圧を供給する場合、すなわち、電線路11,12が対称的に駆動される場合、前記長手部位232が、金属層3の三角形状のベース部位311に接続され得る。すると、金属層3は、終端抵抗体21,22と共に直流電位に接続され得る。金属層3は異なる直流電位を取り得るが、その電位は前記コプレーナストリップ線路に印加される対称交流電圧によって変化しない。すなわち、金属層3は、「フローティング構造」として配置される。
しかしながら、金属層3は、電線路11,12および終端抵抗体21,22から電気的に(直流的に)絶縁されたものとされてもよい。一具体例として、金属層3の電気絶縁は、金属層3と、電線路11,12及び終端抵抗体21,22の当該金属層3を取り囲む部位との間の隙間によって実現され得る。
2つの終端抵抗体21,22は、図7に示すように単一の終端抵抗体24に置き換えられてもよい。この単一の終端抵抗体24は、図6での2つの終端抵抗体21,22と同じく、電極配置構造1の前記第2の領域20に配置される。さらに、金属層3が、電極配置構造1の統合インピーダンスを適合させるように電極配置構造1のその第2の領域20に配置される。ここで、金属層3は、電線路11,12および終端抵抗体24から直流的に絶縁されたものであってもよい。
さらに、前記追加の金属層3に代えて、図8A〜図8Cに示すように、電極配置構造1の前記第2の領域20における電線路11,12(エアブリッジ111,121を介して導波路電極113,123に接続されており、光導波路112,122に電圧を印加する電線路11,12)間に、金属構造31の形態の容量性構造が設けられてもよい。金属構造31は、2つの終端抵抗体21,22を直流的に分離する容量性構造を構成するものであり、図4に示すオープンコレクタ回路を実現するのに用いられ得る。
具体的に述べると、第1の変形例の金属構造31は、上下に(一方が他方の真上となるように)配置されている2つの金属層313,314を有し(図8Cを参照)、かつ、これら金属層313,314(例えば、金層)は、当該金属層313,314間に配設された誘電層315(例えば、窒化シリコン層、酸化シリコン層等)によって隔てられている。上側の金属層313は、第1の終端抵抗体21に電気的に接続されており、下側の金属層314は、第2の終端抵抗体22に電気的に接続されている。これにより、金属構造31は、2つの終端抵抗体21,22を結合するキャパシタを提供している。具体的に述べると、金属構造31によりもたらされる、2つの終端抵抗体21,22間の容量結合は、図4に示すオープンコレクタ回路を実現するのに用いられ得る。
さらに、金属構造31は、図6の実施形態及び図7の実施形態で用いられる金属層3に関して前述したのと同様に、前記第2の領域での電線路11,12間の第1の領域に比べて大きい距離が前記コプレーナストリップ線路のインピーダンスに与える影響を補償するように構成され得る。
図8Bには、第1の光導波路112が複数の第1の容量性セグメント114を有する様子、および第2の光導波路122が複数の第2の容量性セグメント124を有する様子が示されている。さらに、第1の導波路電極113が第1の容量性セグメント114の上に配置されており、第2の導波路電極123が第2の容量性セグメント124の上に配置されている。これにより、第1および第2の導波路電極113,123は(したがって、第1および第2の電線路11,12は)、互いに容量結合している。容量性セグメント114,124は、光導波路112,122のp−i−nダイオード部位によって形成され得る。具体的に述べると、活性層(例えば、多重量子井戸層)がダイオードの真性領域を形成し、この真性領域の上のpドープ層が当該ダイオードのp領域を形成し、前記活性層の下に位置し且つ半絶縁性基板(例えば、InP基板)上に配置されたnドープ層が当該ダイオードのn領域を形成する。
さらに、容量性セグメント114,124は、nドープ層の一部により形成されたnドープ領域115を介して直列に接続され得る。これによって、第1および第2の導波路電極113,123は、互いに容量結合され得る。以上のようにして、変調器100は、前述した容量結合コプレーナ進行波電極構造を有するものとなる。
図9は、第2の変形例の金属構造31を(図8Aの線B−Bに沿った断面視で)示す図である。具体的に述べると、この構成例の金属構造は、3つの金属層313,314,316を有する。第1の金属層313が、第1の誘電層317によって(中央の)第3の金属層316から直流的に絶縁されており、第2の金属層314が、第2の誘電層318によってその第3の金属層316から直流的に絶縁されていることにより、第1および第2のキャパシタを構成している。これら2つの誘電層317,318に代えて、中央の金属層316を埋め込む単一の誘電層が配設されてもよい。
中央の金属層316は接地されて、上側の第1の金属層313は第1の終端抵抗体21に接続されて、下側の第2の金属層314は第2の終端抵抗体22に接続される。これにより、図5に示すオープンコレクタ回路が実現される。すなわち、前記変調器の前記コプレーナストリップ線路の終端は、単一のキャパシタではなく2つのキャパシタによって実現されており、かつ、終端抵抗体21,22のそれぞれが、それら2つのキャパシタのうちの1つを介して接地されている。
図10は、図1A〜1Cのマッハツェンダー変調器100の全体を、前記ドライバユニットを省略して示した斜視図である。この変調器は、電極配置構造1のうちの広がった部位における電線路11,12間に配置されて2つの終端抵抗体21,22を互いに容量結合している図8A〜図8Cの金属構造31を含む。当然ながら、この変調器100には、図7(単一の終端抵抗体)や図9に示す終端ネットワークが用いられてもよい。
さらに、金属構造31により構成されるキャパシタに加えて、少なくとも1つの(任意の)さらなるキャパシタ40が配設されている。キャパシタ40の静電容量は、金属構造31により提供される静電容量よりも大きいものとされる。これにより、終端抵抗体21,22は、低い周波数域に関しても容量結合され得る。例えば、さらなるキャパシタ40は1GHz未満の周波数を通過させることができる一方、金属構造31により構成されるキャパシタによって1GHz超の周波数が通過される。
図11は、変調器装置200の他の実施形態を示す図である。図1と同様に、ドライバユニット30(すなわち、ドライバユニット30の出力接点506)は、前記変調器の電極配置構造1の第1および第2の電線路11,12の第1の端部に、第1の可撓性のコプレーナ線路50を介して接続されている。さらに、2つの終端抵抗体21,22が、変調器100の電線路11,12が配置されている基板205とは別体の基板210に配置されている。これら終端抵抗体21,22は、第1および第2の電線路11,12の第2の端部に、第2の可撓性のコプレーナ線路60を介して接続されている。これら終端抵抗体21,22は、さらに、キャパシタ310を介して互いに接続されている。
この実施形態における第1の可撓性の線路50は、これよりも大きい可撓性のコンタクト構造体500の一部である。コンタクト構造体500は、第1の可撓性のコプレーナ線路50に一体的に連結されている中央セクション501を有する。中央セクション501は、外部の装置(例えば、直流電圧制御器)をドライバユニット30を構成する集積回路の入力接点503に接続するための複数の導電線路502を有している。コンタクト構造体501は、中央セクション501に加えて、ドライバユニットIC30のRF入力接点505にRF電圧を供給するための(一体的に連結された)入力セクション504を有する。例えば、入力セクション504は、第1の可撓性のコプレーナ線路50と同じくコプレーナ線路を構成するものとされ、すなわち、入力接点505にRF波を伝送する導波路を構成するものとされる。
ドライバユニットIC30は、中央セクション501にフリップチップ向き(flip-chip orientation)で接続されており(すなわち、ドライバユニットIC30の背面が中央セクション501から遠ざかる方向に面しており)、かつ、熱伝導性材料(図示せず)上に配置される。すなわち、ドライバユニットIC30は、第1の可撓性の線路50及び可撓性のコンタクト構造体500の可撓性の導電線路502にフリップチップ向きで接続された後、これらドライバユニットIC30と可撓性のコンタクト構造体500との配置関係がひっくり返されて、このひっくり返された(反転)向きで変調器100の電線路11,12へと接続されている。これにより、電線路51,52は、可撓性の線路50における絶縁層61の下側(すなわち、変調器100の電極配置構造1に向かって面する側)に位置することとなる。
終端抵抗体21,22は、図12に示すように変調器100と集積されたものとされてもよく、すなわち、電極配置構造1の第1および第2の電線路11,12と同じ基板205に配置されたものとされてもよい。また、第1および第2の終端抵抗体21,22を直流的に分離するキャパシタ310が、図8A〜図8Cに示す容量性の金属構造31により形成されたものとされてもよい。これら終端抵抗体21,22およびキャパシタ310は、変調器100のうちの広がった部位に配置されている。この広がった部位では、電極配置構造1の第1および第2の電線路11,12間の距離が、その広がった部位以外よりも大きい。
図13は、本発明の他の実施形態を示す概略図である。具体的に述べると、変調器装置200の変調器100が、進行波型変調器として構成されていない。むしろ、この変調器装置200は、複数のドライバユニット30a〜30dを備えており、ドライバユニット30a〜30dのそれぞれが、第1の導波路電極113の1つおよび第2の導波路電極123のうちの1つに割り当てられている。光導波路112,122は、導波路電極113,123を容量結合するために、図8Bを参照しながら説明した容量性セグメント114,124を有するものとされる。さらなる詳細として、ドライバユニット30a〜30dのそれぞれは、第1の導波路電極113のうちの1つおよび第2の導波路電極123のうちの1つに、可撓性のコプレーナストリップ線路50a〜50dを介して接続されている。ここで、可撓性のコプレーナストリップ線路50a〜50dのそれぞれは、図2A〜図2Dに示されているように構成され得る。
図13に示す変調器装置200は、前述した"10 Gb/s - 80-km operation of full C-band InP MZ modulator with linear-accelerator-type tiny in-line centipede electrode structure directly driven by logic IC of 90-nm CMOS process(「90nmCMOSプロセスロジックIC直接駆動対応線形加速器型縦列電極構造フルCバンドInPMZ変調器の10Gb/秒−80km動作」)", T. Kato et al., Optical Fiber Communication Conference and Exposition, 2011, p. 1の論文に記載された配置構成を実現し得る。
本発明の他の実施形態において、変調器装置200は、位相変調器としても動作され得る。その場合、光導波路112,122のうちの一方のみが、光信号の位相を変調させるのに利用される。例えば、光導波路112,122のうちの利用されない一方が光学的に非アクティブとなり得るものの、この光学的に非アクティブな導波路により構成される容量性セグメント114又は容量性セグメント124は容量性エレメントとして利用される。これにより、光学的にアクティブな導波路の導波路電極は、それら2つの導波路の容量性セグメントを介してドライバユニット30a〜30dと容量結合されることとなる。
図14は、図13に示す変調器装置200の一変形例を示す図である。ドライバユニット30a〜30dは、(図1Bに示されたドライバユニット30と同様に)(第2の)基板80にフリップチップ接合されている。ここで、これらドライバユニット30a〜30dは、単一の共通のICによって実現されてもよい。ドライバユニット30a〜30dのそれぞれの出力接点は、基板80上に配置されたコプレーナストリップ線路90a〜90dに接続されている。そして、これらの電線路90a〜90dが、可撓性のコプレーナストリップ線路50a〜50dの第1の端部に接続されている。
その可撓性のコプレーナストリップ線路50a〜50dの反対側の端部は、前記変調器の電極配置構造1の電線路11,12に接続されている。これら電線路11,12は、図1A〜図1Cとは異なり、導波路電極対(当該導波路電極対のそれぞれが、第1の導波路電極113および対向する第2の導波路電極123を含む)のうちの1つに割り当てられた線路セグメントとされる。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
〔態様1〕
電気光学変調器装置であって、
−第1および第2の光導波路(112,122)ならびに前記光導波路(112,122)に電圧を印加する電極配置構造(1)を含む少なくとも1つの電気光学変調器(100)であって、
−前記電極配置構造(1)が、前記第1の光導波路(112)の上に配置された複数の第1の導波路電極(113)および前記第2の光導波路(122)の上に配置された複数の第2の導波路電極(123)を有し、
−前記第1および第2の導波路電極(113,123)が互いに容量結合している、少なくとも1つの電気光学変調器(100)と、
−前記電極配置構造(1)に電圧を供給する少なくとも1つのドライバユニット(30)と、
−前記ドライバユニット(30,30a〜30d)と前記電極配置構造(1)との間の電気接続部と、
を備え、
−前記電極配置構造(1)が、前記第1の導路波電極(113)に接続された第1の電線路(11)および前記第2の導波路電極(123)に接続された第2の電線路(12)を有し、前記第1および第2の電線路(11,12)がコプレーナストリップ線路を構成している、電気光学変調器装置において、
前記ドライバユニット(30,30a〜30d)と前記電極配置構造(1)との間の前記電気接続部が、可撓性のコプレーナストリップ線路(50)を含み、
前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)が、少なくとも2つの電線路(51,52)を有し、
前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記電線路のうちの第1の電線路(51)が、前記電極配置構造(1)の前記第1の電線路(11)に接続されており、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記電線路のうちの第2の電線路(52)が、前記電極配置構造(1)の前記第2の電線路(12)に接続されており、
前記ドライバユニット(30,30a〜30d)が、前記電極配置構造(1)の前記第1および第2の電線路(11,12)により構成される前記コプレーナストリップ線路に、差動電圧信号を、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1および第2の電線路(51,52)を介して供給することを特徴とする、電気光学変調器装置。
〔態様2〕
態様1に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の2つの前記電線路(51,52)が、少なくとも1つの電気絶縁層(61)の内部に、かつ/または、前記少なくとも1つの電気絶縁層(61)に接して、配置されている、電気光学変調器装置。
〔態様3〕
態様1または2に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)が、2つの電線路(51,52)を有する、電気光学変調器装置。
〔態様4〕
態様1から3のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記電線路(51,52)が、前記電極配置構造(1)の前記第1および第2の電線路(11,12)にそれぞれ接合されている、電気光学変調器装置。
〔態様5〕
態様1から4のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1および第2の電線路(51,52)間の距離が、25μm未満、10μm未満または5μm未満である、電気光学変調器装置。
〔態様6〕
態様1から5のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1および第2の電線路(51,52)が、当該第1および第2の電線路(51,52)の長手方向に垂直な方向で少なくとも部分的に互いに隣接して配置されている、電気光学変調器装置。
〔態様7〕
態様1から6のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1および第2の電線路(51,52)が、前記少なくとも1つの絶縁層(61〜63)に垂直な方向で少なくとも部分的に一方が他方の真上に配置されている、電気光学変調器装置。
〔態様8〕
態様1から7のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記第1および/または第2の電線路(51,52)が、第1の絶縁層(61)に配置されて且つ第2の絶縁層(62)により覆われている、電気光学変調器装置。
〔態様9〕
態様6に従属する態様7に記載の電気光学変調器装置において、前記第2の電線路(52)が、第1の絶縁層(61)に配置された第1の部位(521)および第2の絶縁層(62)に配置された第2の部位(523)を有し、前記第2の絶縁層(62)は、前記第1の部位(521)と前記第2の部位との間に延在している、電気光学変調器装置。
〔態様10〕
態様1から9のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記電極配置構造(1)が第1の基板(70)に配置され、前記ドライバユニット(30,30a〜30d)が第2の基板(80)に配置され、前記第1の基板(70)は、前記第2の基板(80)から離れて配置されている、電気光学変調器装置。
〔態様11〕
態様1から10のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記電極配置構造(1)および/または前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の、前記電線路(51,52,11,12)のいずれも接地されていない、電気光学変調器装置。
〔態様12〕
態様1から11のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記ドライバユニットが、前記電極配置構造(1)の前記第1の電線路(11)に、第1の可変信号を、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1の電線路(51)を介して、かつ、前記電極配置構造(1)の前記第2の電線路(12)に、第2の可変信号を、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第2の電線路(52)を介して供給する、電気光学変調器装置。
〔態様13〕
態様1から12のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1および第2の電線路(51,52)が、少なくとも部分的に、幾何学的に対称な構造として形成されている、電気光学変調器装置。
〔態様14〕
態様1から13のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1および第2の電線路(51,52)が、少なくとも本質的に互いに平行に延びる長手構造として形成されている、電気光学変調器装置。
〔態様15〕
態様1から14のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1および第2の電線路(51,52)が、前記ドライバユニット(30,30a〜30d)から高周波モードを前記変調器に伝送する電気導波路を構成しており、当該電気導波路は、電気モードが前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)及び前記電極配置構造(1)を介して連続的に導かれるように前記電極配置構造(1)の前記第1および第2の電線路(11,12)とインピーダンス整合されている、電気光学変調器装置。
〔態様16〕
態様1から15のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)が、外部の装置を前記ドライバユニット(30,30a〜30d)の入力接点に接続するための複数の導電線路(502)を有する可撓性のコンタクト構造体の、一部である、電気光学変調器装置。
〔態様17〕
電気光学変調器装置であって、
−第1および第2の光導波路(112,122)ならびに前記光導波路(112,122)に電圧を印加する電極配置構造(1)を含む少なくとも1つの電気光学変調器(100)であって、
−前記電極配置構造(1)が、前記第1の光導波路(112)の上に配置された複数の第1の導波路電極(113)および前記第2の光導波路(122)の上に配置された複数の第2の導波路電極(123)を有し、
−前記第1および第2の導波路電極(113,123)が互いに容量結合している、少なくとも1つの電気光学変調器(100)と、
−前記ドライバユニット(30,30a〜30d)と前記電極配置構造(1)との間の電気接続部と、
を備える、電気光学変調器装置において、
当該電気光学変調器装置が、複数のドライバユニット(30a〜30d)を備え、
前記ドライバユニット(30a〜30d)のそれぞれが、前記第1の導波路電極(113)のうちの1つおよび前記第2の導波路電極(123)のうちの1つに、可撓性のコプレーナストリップ線路(50a〜50d)を含む電気接続部によって接続されていることを特徴とする、電気光学変調器装置。
〔態様18〕
電気光学変調器装置、特には、態様1から17のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置であって、
−少なくとも1つのアクティブな光導波路(112)および前記アクティブな光導波路(112)に電圧を印加する電極配置構造(1)を含む少なくとも1つの電気光学位相変調器であって、
−前記電極配置構造(1)が、前記光導波路(112)により構成される容量性セグメント(114)の上に配置された複数の導波路電極(113)を有する、少なくとも1つの電気光学位相変調器と、
−少なくとも1つの光学的に非アクティブな容量性エレメント(124)と、
−前記電極配置構造(1)に電圧を供給する少なくとも1つのドライバユニット(30,30a〜30d)と、
−前記少なくとも1つのドライバユニット(30,30a〜30d)と前記電極配置構造(1)との間の電気接続部と、
を備え、
前記導波路電極(113)が、前記少なくとも1つのドライバユニット(30,30a〜30d)に、前記容量性セグメント(114)、前記少なくとも1つの容量性エレメント(124)および前記電気接続部を介して容量結合している、電気光学変調器装置において、
前記少なくとも1つのドライバユニット(30,30a〜30d)と前記電極配置構造(1)との間の前記電気接続部が、可撓性のコプレーナストリップ線路(50)を含むことを特徴とする、電気光学変調器装置。
〔態様19〕
電気光学変調器装置、特には、態様1から18のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置であって、
−少なくとも1つの光導波路(112,122)および前記光導波路(112,122)に電圧を印加する電極配置構造(1)を含む少なくとも1つの電気光学変調器(100)であって、
−前記電極配置構造(1)が、コプレーナストリップ線路を構成している第1および第2の電線路(11,12)を有する、少なくとも1つの電気光学変調器(100)と、
−前記第1および第2の電線路(11,12)を終端する少なくとも1つの終端抵抗体(21,22)と、
−前記終端抵抗体(21,22)と前記第1および第2の電線路(11,12)との間の電気接続部と、
を備える、電気光学変調器装置において、
前記終端抵抗体(21,22)と前記第1および第2の電線路(11,12)との間の前記電気接続部が、可撓性のコプレーナストリップ線路(50)を含むことを特徴とする、電気光学変調器装置。
1 電極配置構造
3 金属層
10 第1の領域
11,12 電線路
20 第2の領域
21,22 終端抵抗体
23 端部接点
24 単一の終端抵抗体
30,30a,30b,30c,30d ドライバユニット
31 金属構造
31a,31b,310 キャパシタ
40 さらなるキャパシタ
41,42 トランジスタ
50,50a,50b,50c,50d 可撓性のコプレーナストリップ線路
51,52 電線路
60 第2のコプレーナストリップ線路
61 第1の絶縁層
62 第2の絶縁層
63 第3の絶縁層
70 第1の基板
75 共通の基板
80 第2の基板
90,90a,90b,90c,90d 電線路
100 変調器
111,121 エアブリッジ
112,122 光導波路
113,123 導波路電極
114,124 容量性セグメント
115 nドープ領域
200 変調器装置
205 半導体基板
311 ベース部位
312 長手部位
313,314,316 金属層
317,318 誘電層
401,402 コレクタ
500 コンタクト構造体
501 中央セクション
502 導電線路
503 入力接点
504 入力セクション
505 入力接点
506 出力接点
521 第2の電線路のうちの第1の部位
522 連結部位
523 第2の電線路のうちの第2の部位

Claims (17)

  1. 電気光学変調器装置であって、
    −第1および第2の光導波路(112,122)ならびに前記光導波路(112,122)に電圧を印加する電極配置構造(1)を含む少なくとも1つの電気光学変調器(100)であって、
    −前記電極配置構造(1)が、前記第1の光導波路(112)の上に配置された複数の第1の導波路電極(113)および前記第2の光導波路(122)の上に配置された複数の第2の導波路電極(123)を有し、
    −前記第1および第2の導波路電極(113,123)が互いに容量結合している、少なくとも1つの電気光学変調器(100)と、
    −前記電極配置構造(1)に電圧を供給する少なくとも1つのドライバユニット(30)と、
    −前記ドライバユニット(30,30a〜30d)と前記電極配置構造(1)との間の電気接続部と、
    を備え、
    −前記電極配置構造(1)が、前記第1の導路波電極(113)に接続された第1の電線路(11)および前記第2の導波路電極(123)に接続された第2の電線路(12)を有し、前記第1および第2の電線路(11,12)がコプレーナストリップ線路を構成している、電気光学変調器装置において、
    前記ドライバユニット(30,30a〜30d)と前記電極配置構造(1)との間の前記電気接続部が、可撓性のコプレーナストリップ線路(50)を含み、
    前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)が、少なくとも2つの電線路(51,52)を有し、
    前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記電線路のうちの第1の電線路(51)が、前記電極配置構造(1)の前記第1の電線路(11)に接続されており、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記電線路のうちの第2の電線路(52)が、前記電極配置構造(1)の前記第2の電線路(12)に接続されており、
    前記ドライバユニット(30,30a〜30d)が、前記電極配置構造(1)の前記第1および第2の電線路(11,12)により構成される前記コプレーナストリップ線路に、差動電圧信号を、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1および第2の電線路(51,52)を介して供給し、
    前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)が、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記電線路に加えて、外部の装置を前記ドライバユニット(30,30a〜30d)の入力接点に接続するための複数の導電線路(502)を有する可撓性のコンタクト構造体(500)の、一部であり、前記可撓性のコンタクト構造体(500)が、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)に一体的に連結されているセクション(501)を有し、
    前記ドライバユニット(30,30a〜30d)の背面が前記可撓性のコンタクト構造体(500)の前記セクション(501)の下側とは反対の方向を面するというフリップチップ向きで、前記ドライバユニット(30,30a〜30d)が前記可撓性のコンタクト構造体(500)の前記セクション(501)に接続されていることを特徴とする、電気光学変調器装置。
  2. 請求項1に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の2つの前記電線路(51,52)が、少なくとも1つの電気絶縁層(61)の内部に、かつ/または、前記少なくとも1つの電気絶縁層(61)に接して、配置されている、電気光学変調器装置。
  3. 請求項1または2に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)が、2つの電線路(51,52)を有する、電気光学変調器装置。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記電線路(51,52)が、前記電極配置構造(1)の前記第1および第2の電線路(11,12)にそれぞれ接合されている、電気光学変調器装置。
  5. 請求項1から4のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1および第2の電線路(51,52)間の距離が、25μm未満である、電気光学変調器装置。
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1および第2の電線路(51,52)が、当該第1および第2の電線路(51,52)の長手方向に垂直な方向で少なくとも部分的に互いに隣接して配置されている、電気光学変調器装置。
  7. 請求項1から6のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1および第2の電線路(51,52)が、前記少なくとも1つの絶縁層(61〜63)に垂直な方向で少なくとも部分的に一方が他方の真上に配置されている、電気光学変調器装置。
  8. 請求項1から7のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記第1および/または第2の電線路(51,52)が、第1の絶縁層(61)に配置されて且つ第2の絶縁層(62)により覆われている、電気光学変調器装置。
  9. 請求項6に従属する請求項7に記載の電気光学変調器装置において、前記第2の電線路(52)が、第1の絶縁層(61)に配置された第1の部位(521)および第2の絶縁層(62)に配置された第2の部位(523)を有し、前記第2の絶縁層(62)は、前記第1の部位(521)と前記第2の部位との間に延在している、電気光学変調器装置。
  10. 請求項1から9のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記電極配置構造(1)が第1の基板(70)に配置され、前記ドライバユニット(30,30a〜30d)が第2の基板(80)に配置され、前記第1の基板(70)は、前記第2の基板(80)から離れて配置されている、電気光学変調器装置。
  11. 請求項1から10のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記電極配置構造(1)および/または前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の、前記電線路(51,52,11,12)のいずれも接地されていない、電気光学変調器装置。
  12. 請求項1から11のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記ドライバユニットが、前記電極配置構造(1)の前記第1の電線路(11)に、第1の可変信号を、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1の電線路(51)を介して、かつ、前記電極配置構造(1)の前記第2の電線路(12)に、第2の可変信号を、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第2の電線路(52)を介して供給する、電気光学変調器装置。
  13. 請求項1から12のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1および第2の電線路(51,52)が、少なくとも部分的に、幾何学的に対称な構造として形成されている、電気光学変調器装置。
  14. 請求項1から13のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1および第2の電線路(51,52)が、少なくとも本質的に互いに平行に延びる長手構造として形成されている、電気光学変調器装置。
  15. 請求項1から14のいずれか一項に記載の電気光学変調器装置において、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)の前記第1および第2の電線路(51,52)が、前記ドライバユニット(30,30a〜30d)から高周波モードを前記変調器に伝送する電気導波路を構成しており、当該電気導波路は、電気モードが前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)及び前記電極配置構造(1)を介して連続的に導かれるように前記電極配置構造(1)の前記第1および第2の電線路(11,12)とインピーダンス整合されている、電気光学変調器装置。
  16. 電気光学変調器装置であって、
    −第1および第2の光導波路(112,122)ならびに前記光導波路(112,122)に電圧を印加する電極配置構造(1)を含む少なくとも1つの電気光学変調器(100)であって、
    −前記電極配置構造(1)が、前記第1の光導波路(112)の上に配置された複数の第1の導波路電極(113)および前記第2の光導波路(122)の上に配置された複数の第2の導波路電極(123)を有し、
    −前記第1および第2の導波路電極(113,123)が互いに容量結合している、少なくとも1つの電気光学変調器(100)
    を備える、電気光学変調器装置において、
    当該電気光学変調器装置が、複数のドライバユニット(30a〜30d)を備え、
    前記ドライバユニット(30a〜30d)のそれぞれが、前記第1の導波路電極(113)のうちの1つおよび前記第2の導波路電極(123)のうちの1つに、可撓性のコプレーナストリップ線路(50a〜50d)を含む電気接続部によって接続され、
    前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50a〜50d)が、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50a〜50d)の前記電線路に加えて、外部の装置を前記ドライバユニット(30a〜30d)の入力接点に接続するための複数の導電線路(502)を有する可撓性のコンタクト構造体(500)の、一部であり、前記可撓性のコンタクト構造体(500)が、前記可撓性のコプレーナストリップ線路(50)に一体的に連結されているセクション(501)を有し、
    前記ドライバユニット(30,30a〜30d)の背面が前記可撓性のコンタクト構造体(500)の前記セクション(501)の下側とは反対の方向を面するというフリップチップ向きで、前記ドライバユニット(30,30a〜30d)が前記可撓性のコンタクト構造体(500)の前記セクション(501)に接続されていることを特徴とする、電気光学変調器装置。
  17. 電気光学変調器装置であって、
    −少なくとも1つのアクティブな光導波路(112)および前記アクティブな光導波路(112)に電圧を印加する電極配置構造(1)を含む少なくとも1つの電気光学位相変調器であって、
    −前記電極配置構造(1)が、前記光導波路(112)により構成される容量性セグメント(114)の上に配置された複数の導波路電極(113)を有し、前記容量性セグメント(114)はそれぞれ電気キャパシタを構成する、少なくとも1つの電気光学位相変調器と、
    −少なくとも1つの光学的に非アクティブな容量性エレメント(124)であって、当該容量性エレメント(124)は、前記光導波路(112)によって構成される前記容量性セグメント(114)に対して直列に接続される容量性構造である、容量性エレメント(124)と、
    −前記電極配置構造(1)に電圧を供給する少なくとも1つのドライバユニット(30,30a〜30d)と、
    −前記少なくとも1つのドライバユニット(30,30a〜30d)と前記電極配置構造(1)との間の電気接続部と、
    を備え、
    前記導波路電極(113)が、前記少なくとも1つのドライバユニット(30,30a〜30d)に、前記容量性セグメント(114)、前記少なくとも1つの容量性エレメント(124)および前記電気接続部を介して容量結合し、
    前記少なくとも1つのドライバユニット(30,30a〜30d)と前記電極配置構造(1)との間の前記電気接続部が、可撓性のコプレーナストリップ線路(50)を含む、電気光学変調器装置。
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