JPH02191912A - 電気光学変調器 - Google Patents
電気光学変調器Info
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- JPH02191912A JPH02191912A JP1313083A JP31308389A JPH02191912A JP H02191912 A JPH02191912 A JP H02191912A JP 1313083 A JP1313083 A JP 1313083A JP 31308389 A JP31308389 A JP 31308389A JP H02191912 A JPH02191912 A JP H02191912A
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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-
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
本発明は一般に進行波電気光学変調器に関するものであ
り、更に詳細には電気的および光学的信号の位相速度が
実質上整合している変調器に関する。
り、更に詳細には電気的および光学的信号の位相速度が
実質上整合している変調器に関する。
［従来技術とその問題点］
第４図において伝統的なマイクロストリップＰ−ｉ−ｎ
進行波マイクロストリップ電気光学変調器の断面図を示
す。このような変調器では、光学信号は意図的には不純
物導入されていないヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）層１１の
ような電気光学材料内に形成された領域１０の内部で伝
達される。光ビームをこの電気光学層内に捕えるために
、この層は屈折率が電気光学層１１より小さい１対の層
（ｐ−ＡｌＧａＡｓバッファ１２およびｎ−ＡｌＧａＡ
ｓバッファ１３）の間に挟み込まれている。したがって
、層１１は先導波管として働く。層１１の電気光学的挙
動の結果、この導波管内の光ビームの位相速度は導波管
に加えられる電界によって変調されている。この速度変
調によりこの導波管を出る光信号に位相ずれが生ずる。
進行波マイクロストリップ電気光学変調器の断面図を示
す。このような変調器では、光学信号は意図的には不純
物導入されていないヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）層１１の
ような電気光学材料内に形成された領域１０の内部で伝
達される。光ビームをこの電気光学層内に捕えるために
、この層は屈折率が電気光学層１１より小さい１対の層
（ｐ−ＡｌＧａＡｓバッファ１２およびｎ−ＡｌＧａＡ
ｓバッファ１３）の間に挟み込まれている。したがって
、層１１は先導波管として働く。層１１の電気光学的挙
動の結果、この導波管内の光ビームの位相速度は導波管
に加えられる電界によって変調されている。この速度変
調によりこの導波管を出る光信号に位相ずれが生ずる。
それ故、光信号は加えられる電界により位相変調される
。
。
電気光学層１１の中の電界は１対の電極１４と１５との
間の電圧差によって作られる。進行波変調器では、電極
１４と１５との間の電圧差は電極１４における進行波電
気信号によって作られる。この電気信号は典型的にはマ
イクロ波の周波数範囲にある。
間の電圧差によって作られる。進行波変調器では、電極
１４と１５との間の電圧差は電極１４における進行波電
気信号によって作られる。この電気信号は典型的にはマ
イクロ波の周波数範囲にある。
理想的な進行波変調器においては、進行波電気信号は電
極１４の中を光信号が導波管１１の中を進むと同じ速度
で進むので、光ビームの所定のどんな部分でも導波管１
１に沿って進むとき出会う電界は一定である。残念なが
ら、一般に、電極１４における電気信号の位相速度は光
ビームのものと異なる。
極１４の中を光信号が導波管１１の中を進むと同じ速度
で進むので、光ビームの所定のどんな部分でも導波管１
１に沿って進むとき出会う電界は一定である。残念なが
ら、一般に、電極１４における電気信号の位相速度は光
ビームのものと異なる。
電気信号と光信号との間の相対速度により、光ビームの
所定の点の位相変調はどんな点でも光ビームが導波管１
１を通じて移動する期間中に出会う電界の時間積分に比
例する。これにより変調器の帯域幅が制限される。それ
故、このような進行波変調器の帯域幅を増すには、電気
信号の速度と光信号の速度との整合を増す必要がある。
所定の点の位相変調はどんな点でも光ビームが導波管１
１を通じて移動する期間中に出会う電界の時間積分に比
例する。これにより変調器の帯域幅が制限される。それ
故、このような進行波変調器の帯域幅を増すには、電気
信号の速度と光信号の速度との整合を増す必要がある。
多数の方法が速度のこの自然な不整合を処理しようとし
た。一つの方法（たとえば、Ｊ、ＯＰｔ、Ｓｏｃ。
た。一つの方法（たとえば、Ｊ、ＯＰｔ、Ｓｏｃ。
Ａｍｅｒ、 ｖｏｌ ４ （１９８７）のＰＰ、１０
７１〜１０７９のＭ、Ｎａｚａｒａ−ｔｈｙ、他による
Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｍｉｓ−ｍａｔｃｈ ｃｏｏ＋ｐｅ
ｎｓａｔｉｏｎｉｎ ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ、ｗａｖｅ
ａ＋ｏｄｌａｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ｐｓｅｕｄｏｒ
ａｎ−ｄｏｓ＋ ｓｗｔｔｃｈｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄ
ｅ ｐａｔｔｅｒｎｓを参照）では、速度を整合しよう
とはしないが、代りにこれら波の一方が他に対して流れ
去るランオフ（ｒｕｎｏｆｆ）効果を補償する機構が設
けられる。この方法では、電極１４および１５は導波管
を通る電界の極性が擬似ランダム符号にしたがって導波
管に沿って空間的に交互に変化する。これら極性の逆転
および幾つかの関連電子装置によりこれら信号の一方の
他に対するランオフを実質的に補償することができる。
７１〜１０７９のＭ、Ｎａｚａｒａ−ｔｈｙ、他による
Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｍｉｓ−ｍａｔｃｈ ｃｏｏ＋ｐｅ
ｎｓａｔｉｏｎｉｎ ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ、ｗａｖｅ
ａ＋ｏｄｌａｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ｐｓｅｕｄｏｒ
ａｎ−ｄｏｓ＋ ｓｗｔｔｃｈｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄ
ｅ ｐａｔｔｅｒｎｓを参照）では、速度を整合しよう
とはしないが、代りにこれら波の一方が他に対して流れ
去るランオフ（ｒｕｎｏｆｆ）効果を補償する機構が設
けられる。この方法では、電極１４および１５は導波管
を通る電界の極性が擬似ランダム符号にしたがって導波
管に沿って空間的に交互に変化する。これら極性の逆転
および幾つかの関連電子装置によりこれら信号の一方の
他に対するランオフを実質的に補償することができる。
他の方法（１９８８年１１月サンタすララにおけるＩ
ＥＥＥレーザおよび電気光学協会１９８８年年次大会の
論文ＯＥ０．５のに、 Ｋａｗａｎｏ＋他によるｒＨｉ
ｇｈＳｐｅｅｄ ａｎｄ ｌｏｗ ｄｒｉｖｉｎｇ ｐ
ｏｓｙｅｒ Ｔｉ：ＬｉＮＢＯ３Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｒｄ
ｅｒ ０ｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｕｔ １
．５ｎ＋１ｃｒｏｎ ｗａｖｅｌ−ｅｎｇ−ｔｈ Ｊを
参照）では、これら信号の一方または他方の速さを上げ
または下げるように選択された屈折率を持つ特別の層が
追加される。この方法はこれら二つの速度を電極を光導
波管から遠ざかるように動かして実質上等しくすること
ができたが、■π（半波電圧）の実質的増大を生じた。
ＥＥＥレーザおよび電気光学協会１９８８年年次大会の
論文ＯＥ０．５のに、 Ｋａｗａｎｏ＋他によるｒＨｉ
ｇｈＳｐｅｅｄ ａｎｄ ｌｏｗ ｄｒｉｖｉｎｇ ｐ
ｏｓｙｅｒ Ｔｉ：ＬｉＮＢＯ３Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｒｄ
ｅｒ ０ｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｕｔ １
．５ｎ＋１ｃｒｏｎ ｗａｖｅｌ−ｅｎｇ−ｔｈ Ｊを
参照）では、これら信号の一方または他方の速さを上げ
または下げるように選択された屈折率を持つ特別の層が
追加される。この方法はこれら二つの速度を電極を光導
波管から遠ざかるように動かして実質上等しくすること
ができたが、■π（半波電圧）の実質的増大を生じた。
このような■πの増加はＶπの２乗で増大する所要電力
の実質的増大を引起す、これら二つの速度を実質上整合
することができれば、変調器の帯域幅は実質上無限大に
なる。したがって、電気進行波の位相速度を■πを甚だ
しくは増大させずに光信号の位相速度と整合させること
ができる進行波電極構造があれば非常に好都合である。
の実質的増大を引起す、これら二つの速度を実質上整合
することができれば、変調器の帯域幅は実質上無限大に
なる。したがって、電気進行波の位相速度を■πを甚だ
しくは増大させずに光信号の位相速度と整合させること
ができる進行波電極構造があれば非常に好都合である。
第４図の進行波変調器は電気信号の不必要な大量の減衰
をも生ずる。電極１４および１５が基板１６の反対側に
あるため、これら電°極間の距離ｄ＋ はこれら電極間
の特性インピーダンスを５０オームの標準インピーダン
スに等しくするには大き過ぎる。
をも生ずる。電極１４および１５が基板１６の反対側に
あるため、これら電°極間の距離ｄ＋ はこれら電極間
の特性インピーダンスを５０オームの標準インピーダン
スに等しくするには大き過ぎる。
それ故、基板１６は電極１４と接地面との間の有効距離
がｄｚであっても充分導電性であるように充分高濃度で
不純物導入される。残念ながら、基板１６の上面が接地
面として働くためには、導通電流が電極１５から基板１
６を通ってその上面１７まで移動しなければならない、
このπ゛の領域はまだかなり抵抗性であるから、電気信
号を不必要に減衰させることになる。したがって、別の
機構がこの問題をも克服しなければならない。
がｄｚであっても充分導電性であるように充分高濃度で
不純物導入される。残念ながら、基板１６の上面が接地
面として働くためには、導通電流が電極１５から基板１
６を通ってその上面１７まで移動しなければならない、
このπ゛の領域はまだかなり抵抗性であるから、電気信
号を不必要に減衰させることになる。したがって、別の
機構がこの問題をも克服しなければならない。
［発明の目的］
従って本発明の目的は、■πの変化がなく光信号と電気
信号の速度整合をおこなうとともに、信号減衰も小さい
構造の変調器により、上記の問題を解消することである
。
信号の速度整合をおこなうとともに、信号減衰も小さい
構造の変調器により、上記の問題を解消することである
。
［発明の概要］
電気信号および光信号の位相速度が実質的に等しい進行
波変調器の構造を提示する。電気信号は第１電極と第２
電極との間に電界を発生する。この画電極は１対の低屈
折率バッファ層の間にはさまれた電気光学層から成る導
波管が形成されていると同じ基板の側に形成されている
。この構造は基板を通る垂直導電電流の発生を回避する
ので電気信号の減衰がかなり減少する。電極は、その導
電率を光信号の位相速度と電気信号の位相速度との間の
整合の程度が最適になるように変えることができる非絶
縁材料の少くとも一層を備えた基板上に形成される。変
調器の各層の幅、厚さ、導電率、および屈折率は帯域幅
対Ｖπの比のような進行波変調器の良さの指数が最大に
なるように選択される。この最適化は変調器の光信号お
よび電気信号の位相速度を実質的に整合することにより
行われる。
波変調器の構造を提示する。電気信号は第１電極と第２
電極との間に電界を発生する。この画電極は１対の低屈
折率バッファ層の間にはさまれた電気光学層から成る導
波管が形成されていると同じ基板の側に形成されている
。この構造は基板を通る垂直導電電流の発生を回避する
ので電気信号の減衰がかなり減少する。電極は、その導
電率を光信号の位相速度と電気信号の位相速度との間の
整合の程度が最適になるように変えることができる非絶
縁材料の少くとも一層を備えた基板上に形成される。変
調器の各層の幅、厚さ、導電率、および屈折率は帯域幅
対Ｖπの比のような進行波変調器の良さの指数が最大に
なるように選択される。この最適化は変調器の光信号お
よび電気信号の位相速度を実質的に整合することにより
行われる。
［好適実施例の説明］
電気信号および光信号の位相速度が実質上等しい改良さ
れた進行波変調器を作るためには、これできる多層装置
である。ｎ０基板上のＰ−ｉ−ｎ導波管の場合には、等
価回路は第３Ａ図で示される。ここでＬｍ、Ｒｈおよび
Ｃ１は、それぞれ、第に層の、単位長あたりのインダク
タンス、単位長あたりの抵抗、および単位長あたりのキ
ャパシタンスであり、ここで第１層、第２層、第３層、
および第４層はそれぞれ、ｐ、ｉ、ｎおよびｎ゛の各層
である。真性層の単位長あたりの抵抗は充分高いので、
第３Ａ図の等価回路から省略することができる。
れた進行波変調器を作るためには、これできる多層装置
である。ｎ０基板上のＰ−ｉ−ｎ導波管の場合には、等
価回路は第３Ａ図で示される。ここでＬｍ、Ｒｈおよび
Ｃ１は、それぞれ、第に層の、単位長あたりのインダク
タンス、単位長あたりの抵抗、および単位長あたりのキ
ャパシタンスであり、ここで第１層、第２層、第３層、
および第４層はそれぞれ、ｐ、ｉ、ｎおよびｎ゛の各層
である。真性層の単位長あたりの抵抗は充分高いので、
第３Ａ図の等価回路から省略することができる。
各容量性インピーダンスがその並列抵抗性インピーダン
スよりはるかに大きい低周波数限界においては、第３Ａ
図に等価回路を第３Ｂ図の回路で近似することができる
。この回路では、位相速度は（Ｌｓ Ｃｓ ） ”””
である、ただし、Ｌ、は第３Ａ図乃至第３Ｃ図の四つの
インダクタの直列等価インダクタの直列等価インダクタ
ンスＬ、＋Ｌ。
スよりはるかに大きい低周波数限界においては、第３Ａ
図に等価回路を第３Ｂ図の回路で近似することができる
。この回路では、位相速度は（Ｌｓ Ｃｓ ） ”””
である、ただし、Ｌ、は第３Ａ図乃至第３Ｃ図の四つの
インダクタの直列等価インダクタの直列等価インダクタ
ンスＬ、＋Ｌ。
＋Ｌ３ ＋Ｌ４である。各容量性インピーダンスがその
並列抵抗性インピーダンスよりはるかに小さい高周波数
限界においては、第３Ａ図の等価回路を第３Ｃ図の回路
で近似することができる。この回路では、位相速度は＜
Ｌｓ Ｃｓ ） −””である。
並列抵抗性インピーダンスよりはるかに小さい高周波数
限界においては、第３Ａ図の等価回路を第３Ｃ図の回路
で近似することができる。この回路では、位相速度は＜
Ｌｓ Ｃｓ ） −””である。
ただし、Ｃ８はコンデンサＣｒ 、Ｃｔ 、Ｃｓ、およ
びＣ４の直列組合せの等価キャパシタンスＣＣ−’＋Ｃ
ｔ −’＋Ｃｓ −’＋Ｃ４−’）−’である。
びＣ４の直列組合せの等価キャパシタンスＣＣ−’＋Ｃ
ｔ −’＋Ｃｓ −’＋Ｃ４−’）−’である。
Ｃ３はＣｔよりはるかに小さいから、低周波数信号の位
相速度は高周波数信号の位相速度よりはるかに小さい、
簡単なマイクロストリップに対するこの低周波低速化効
果についてはＩ Ｅ Ｅ Ｅ Ｔｒａｎｓ−ａｃｔｉｏ
ｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎ
ｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ。
相速度は高周波数信号の位相速度よりはるかに小さい、
簡単なマイクロストリップに対するこの低周波低速化効
果についてはＩ Ｅ Ｅ Ｅ Ｔｒａｎｓ−ａｃｔｉｏ
ｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎ
ｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ。
ｖｏｌ、 ＭＴＴ−１９，Ｎｏ、１ （１９７１年１１
月） 、Ｐ２Ｓ５のｐｒｏｐｅｒ−ｔｉｅｓ ｏｆ ｍ
ｒｃｏｓｔｒｉｐ １ｉｎｅ ｏｎ ５ｉ−Ｓｉｎ、
ｓｙｓｔｅｍでＨｉｄｅｋｉ Ｈａｓｅｇａｗａ、他が
、およびＩ Ｅ Ｅ Ｅ Ｔｒａｓａｃ−ｔｉｏｎｓ
ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａ
ｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｇｕｓｅ、 ｖｏｌ。
月） 、Ｐ２Ｓ５のｐｒｏｐｅｒ−ｔｉｅｓ ｏｆ ｍ
ｒｃｏｓｔｒｉｐ １ｉｎｅ ｏｎ ５ｉ−Ｓｉｎ、
ｓｙｓｔｅｍでＨｉｄｅｋｉ Ｈａｓｅｇａｗａ、他が
、およびＩ Ｅ Ｅ Ｅ Ｔｒａｓａｃ−ｔｉｏｎｓ
ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａ
ｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｇｕｓｅ、 ｖｏｌ。
ＮＴＴ−１５，Ｎｏ、８ （１９６７年８月）Ｐ、４
６８のＡ ｐａｒａｌｌｅｌ−Ｐｌｏｔｅ ｗａｖｅｇ
ｕｉｄｅ ｅｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｔａｉｃｒｏ−
ｍｉｎＳａｔｕｒ−ｉｚｅｄ、ｐｌａｎｅｒ ｔｒａ
ｎｓｔａｉｓｓｉｏｎ １ｉ７１ｓ、ｓ ｆｏｒ ３
ｎｔｅｇｒａｔ−ｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓで１ｌｅｎｒ
ｙ Ｇｕｃｋｅｌ、他が包括的に説明している。
６８のＡ ｐａｒａｌｌｅｌ−Ｐｌｏｔｅ ｗａｖｅｇ
ｕｉｄｅ ｅｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｔａｉｃｒｏ−
ｍｉｎＳａｔｕｒ−ｉｚｅｄ、ｐｌａｎｅｒ ｔｒａ
ｎｓｔａｉｓｓｉｏｎ １ｉ７１ｓ、ｓ ｆｏｒ ３
ｎｔｅｇｒａｔ−ｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓで１ｌｅｎｒ
ｙ Ｇｕｃｋｅｌ、他が包括的に説明している。
第４図に示すような進行波電気光学変調器においては、
低周波低速化とは電極１４電極１５との間のマイクロ波
電気信号が光信号より低い速度で誘電体領域１１〜１３
および１６を進むという意味である。
低周波低速化とは電極１４電極１５との間のマイクロ波
電気信号が光信号より低い速度で誘電体領域１１〜１３
および１６を進むという意味である。
これはマイクロ波電気信号を光信号よりゆっくり進ませ
る傾向がある。他方、光ビームは誘電体層１１の中だけ
を進むが、電極１４と電極１５間のマイクロ波電界の１
部分は変調器を囲む周囲大気中にある。これはマイクロ
波電気信号を光信号より速く進ませる傾向がある。それ
故、成る進行波電気光学変調器では電気信号が光信号よ
り速く、別のものでは遅い。しかし、現存の変調器では
、二つの信号は同じ速度にならない。
る傾向がある。他方、光ビームは誘電体層１１の中だけ
を進むが、電極１４と電極１５間のマイクロ波電界の１
部分は変調器を囲む周囲大気中にある。これはマイクロ
波電気信号を光信号より速く進ませる傾向がある。それ
故、成る進行波電気光学変調器では電気信号が光信号よ
り速く、別のものでは遅い。しかし、現存の変調器では
、二つの信号は同じ速度にならない。
本発明によれば、電気信号と光信号との間の相対速度が
変調器の各層の物理的パラメータを選択することにより
実質的にＯになるように調節される０層の厚さ、層の横
方向寸法、および層の導電率のようなパラメータがこの
相対速度を実質的に０にするように選択されている。
変調器の各層の物理的パラメータを選択することにより
実質的にＯになるように調節される０層の厚さ、層の横
方向寸法、および層の導電率のようなパラメータがこの
相対速度を実質的に０にするように選択されている。
第１図に第４図の従来の進行波電気光学変調器と比較し
て損失およびマイクロ波数の周波数依存度が大きく改良
されている進行波電気光学変調器を示す、この変調器は
、基板４１、ドープ層４２、電極対４３、第１バッファ
層４４、導波層４５、第２バッファ層４６、および第２
′Ｆ！１極４７から構成されている。
て損失およびマイクロ波数の周波数依存度が大きく改良
されている進行波電気光学変調器を示す、この変調器は
、基板４１、ドープ層４２、電極対４３、第１バッファ
層４４、導波層４５、第２バッファ層４６、および第２
′Ｆ！１極４７から構成されている。
電極対４３を基板上第２電極４７と同じ側に設置するこ
とにより、第２電極４７と電極対４３との間隔を特性イ
ンピーダンスが標準値（たとえば、５０オーム）になる
ように選定することができる。
とにより、第２電極４７と電極対４３との間隔を特性イ
ンピーダンスが標準値（たとえば、５０オーム）になる
ように選定することができる。
Ｗは層４４の幅Ｓより小さくなるように選択されるので
光ビームは光ビームの外縁が変調器の外側から拡がらな
い装置の縁から光分離れている領域４８に閉じ込められ
る。この実施例では、光ビームは導波層４５の領域４８
にこの図の平面に垂直な方向に伝えられる。電極４７と
電極４３との間の進行波電圧差は光ビームと平行に進む
、基板４１は不純物導入（ドープ）するかまたは半絶縁
のいずれにもすることができる。この変調器を他の電子
装置と集積するときは、基板を一般に半絶縁になるよう
選択する０層４２はこれと電極４３とが、関連して、領
域４４の下に延在する接地平面として働くようにｎｏに
なるよう選択される。これにより導波層４５を通して実
質上垂直な電界線が引かれ、領域４８の内部の電界の強
さが増大する。これにより光出力信号にπラジアンの位
相変化を生ずるのに必要な電圧の大きさＶπが小さくな
る。進行波変調器で典型的に利用されるマイクロ波周波
数では、ｎ゛層４２により運ばれる電流は層４２の表面
４１１の表面電流に実質上閉じ込められる。電極４３を
基板４１の電極４７と同じ側に設置することにより、Ｎ
４２により運ばれる電流はもはや、第４図の場合のよう
な層を横切って進めさせられることはない。これにより
電気信号の減衰が第４図の従来の実施例における減衰と
比較して少くなる。損失の周波数依存性の他に全体の大
きさも減ることからマイクロ波信号の分散も小さくなる
。
光ビームは光ビームの外縁が変調器の外側から拡がらな
い装置の縁から光分離れている領域４８に閉じ込められ
る。この実施例では、光ビームは導波層４５の領域４８
にこの図の平面に垂直な方向に伝えられる。電極４７と
電極４３との間の進行波電圧差は光ビームと平行に進む
、基板４１は不純物導入（ドープ）するかまたは半絶縁
のいずれにもすることができる。この変調器を他の電子
装置と集積するときは、基板を一般に半絶縁になるよう
選択する０層４２はこれと電極４３とが、関連して、領
域４４の下に延在する接地平面として働くようにｎｏに
なるよう選択される。これにより導波層４５を通して実
質上垂直な電界線が引かれ、領域４８の内部の電界の強
さが増大する。これにより光出力信号にπラジアンの位
相変化を生ずるのに必要な電圧の大きさＶπが小さくな
る。進行波変調器で典型的に利用されるマイクロ波周波
数では、ｎ゛層４２により運ばれる電流は層４２の表面
４１１の表面電流に実質上閉じ込められる。電極４３を
基板４１の電極４７と同じ側に設置することにより、Ｎ
４２により運ばれる電流はもはや、第４図の場合のよう
な層を横切って進めさせられることはない。これにより
電気信号の減衰が第４図の従来の実施例における減衰と
比較して少くなる。損失の周波数依存性の他に全体の大
きさも減ることからマイクロ波信号の分散も小さくなる
。
下記の理由で、接地電極対４３を基板の最上面に設置す
れば、全体の大きさばかりでなく電気信号の減衰定数の
周波数依存も大幅に小さくなる。
れば、全体の大きさばかりでなく電気信号の減衰定数の
周波数依存も大幅に小さくなる。
層４１〜４２、および４４〜４６の、導電率、厚さおよ
び横方向寸法のような、物理的 パラメータは変調器の
性能が最適になるように選択される。最適化の意味は成
る性能パラメータが最適化されるということである。こ
の変調器に対しては、適切なパラメータは帯域幅対電圧
■πの比である。この比は可能な限り大きくするのがよ
い、大きな範囲で、この最適化は当該マイクロ波および
光の周波数の範囲にわたりマイクロ波電気信号と光信号
との間の速度差を最小にすることにより達成される。
び横方向寸法のような、物理的 パラメータは変調器の
性能が最適になるように選択される。最適化の意味は成
る性能パラメータが最適化されるということである。こ
の変調器に対しては、適切なパラメータは帯域幅対電圧
■πの比である。この比は可能な限り大きくするのがよ
い、大きな範囲で、この最適化は当該マイクロ波および
光の周波数の範囲にわたりマイクロ波電気信号と光信号
との間の速度差を最小にすることにより達成される。
第１図の実施例において、マイクロ波変調信号の位相速
度■、および光信号の位相速度Ｖ０は各層４１〜４２お
よび４４〜４６の厚さおよび導電率を適切に選定するこ
とにより実質上等しくなるように調節することができる
。電気信号と光信号との間の相対速度の主な調節は電極
４３を半絶縁基板４１を使用して基板上電極４７と同じ
側に設置することにより行われる。
度■、および光信号の位相速度Ｖ０は各層４１〜４２お
よび４４〜４６の厚さおよび導電率を適切に選定するこ
とにより実質上等しくなるように調節することができる
。電気信号と光信号との間の相対速度の主な調節は電極
４３を半絶縁基板４１を使用して基板上電極４７と同じ
側に設置することにより行われる。
層４１〜４２および４４〜４６がそれぞれ半絶縁ヒ化ガ
リウム、ヒ化ガリウム、ｎドープ・アルミニウム・ガリ
ウム・ヒ素Ｇ ａ Ａ Ｓ ％および未ドープまたは軽
ドープのｎ−またはＰ−アルミニウム・ガリウム・ヒ素
であるように選択されている特定の実施例について■。
リウム、ヒ化ガリウム、ｎドープ・アルミニウム・ガリ
ウム・ヒ素Ｇ ａ Ａ Ｓ ％および未ドープまたは軽
ドープのｎ−またはＰ−アルミニウム・ガリウム・ヒ素
であるように選択されている特定の実施例について■。
とＶ、とを実質上等しくする層パラメータを次表に示す
。
。
ここで厚さはミクロンで表わしてあり、εＲは電気信号
に対する屈折率の平方に等しく、導電率は。ｈｍ−’
ｍ伺で表わしである。
に対する屈折率の平方に等しく、導電率は。ｈｍ−’
ｍ伺で表わしである。
このようにパラメータを選定したとき、この進行波変調
器は第５図に曲線５１で示した分散関係を示す、この図
には第４図の従来のマイクロストリップ構成に対する曲
線５２をも示しである。この図からこの新しいマイクロ
ストリップ構成はこの図に示す６０ＧＨｚの範囲にわた
り実質上ゼロ分散を生ずることが明らかである。第６図
は第４図および第１図の実施例の伝播損失を比較したも
のである。
器は第５図に曲線５１で示した分散関係を示す、この図
には第４図の従来のマイクロストリップ構成に対する曲
線５２をも示しである。この図からこの新しいマイクロ
ストリップ構成はこの図に示す６０ＧＨｚの範囲にわた
り実質上ゼロ分散を生ずることが明らかである。第６図
は第４図および第１図の実施例の伝播損失を比較したも
のである。
この図は第１図の実施例に対する減衰（曲線６１）が第
４図の従来の実施例に対するもの（曲線６２）より各周
波数においてはるかに小さいばかりでなく、この図に示
した６０ＧＨｚの全範囲にわたり曲線６２の最小減衰よ
り小さいことをも示している。
４図の従来の実施例に対するもの（曲線６２）より各周
波数においてはるかに小さいばかりでなく、この図に示
した６０ＧＨｚの全範囲にわたり曲線６２の最小減衰よ
り小さいことをも示している。
この実施例において、帯域幅対■πの比を最大にすると
光信号と電気信号との間に約３％の速度差を生ずる。光
信号および電気信号の速度が等しい点では、層４２の不
純物濃度が充分低いので損失が帯域幅より優位を占め、
帯域幅がその最大可能値より低くなる。
光信号と電気信号との間に約３％の速度差を生ずる。光
信号および電気信号の速度が等しい点では、層４２の不
純物濃度が充分低いので損失が帯域幅より優位を占め、
帯域幅がその最大可能値より低くなる。
以下の考察は上述の値の選択に関す°るものである。導
波層４５の厚さは一般に１．６〜３ミクロンの範囲に保
たれるのでこの導波層内の光は典型的な単一モード・フ
ァイバと効率よく結合することができる。それ故この厚
さは実質上一定に保たれるので、Ｖπの値は電界を光学
領域４８を通して如何に強く導くことができるかによっ
て決まる。層４２の導電率は充分大きく選択することが
できるのでこの実施例は第４図の実施例が示すのと同じ
■πの値を実質上示す。それ故、良さの指数；帯域幅／
■πを最大をすることには帯域幅を実質上最大にするこ
とが含まれる。
波層４５の厚さは一般に１．６〜３ミクロンの範囲に保
たれるのでこの導波層内の光は典型的な単一モード・フ
ァイバと効率よく結合することができる。それ故この厚
さは実質上一定に保たれるので、Ｖπの値は電界を光学
領域４８を通して如何に強く導くことができるかによっ
て決まる。層４２の導電率は充分大きく選択することが
できるのでこの実施例は第４図の実施例が示すのと同じ
■πの値を実質上示す。それ故、良さの指数；帯域幅／
■πを最大をすることには帯域幅を実質上最大にするこ
とが含まれる。
バッファ層４４および４６は光ビームの次第に消失する
領域が電極４７またはドープＮ４２に貫入しないよう充
分厚くなければならない、というのは、この貫入が起る
と実質的な光減衰が生ずることになるからである。これ
らの層はそれ故ＡｌＧａＡｓのアルミニウム含有量が約
１０％であれば約１ミクロンに、アルミニウムのこの濃
度がそれより低ければ約３ミクロン程度の厚さに、なる
ように選択される。
領域が電極４７またはドープＮ４２に貫入しないよう充
分厚くなければならない、というのは、この貫入が起る
と実質的な光減衰が生ずることになるからである。これ
らの層はそれ故ＡｌＧａＡｓのアルミニウム含有量が約
１０％であれば約１ミクロンに、アルミニウムのこの濃
度がそれより低ければ約３ミクロン程度の厚さに、なる
ように選択される。
このアルミニウム濃度はバッファ層の屈折率に影響し、
したがって光ビームの閉じ込めの程度に影響する。アル
ミニウム濃度は層４５に多重モード導波を生じないよう
に一般に１０％より低く保たれる。
したがって光ビームの閉じ込めの程度に影響する。アル
ミニウム濃度は層４５に多重モード導波を生じないよう
に一般に１０％より低く保たれる。
幅Ｗは所要ビーム幅の程度になるように選択される。ス
ロット幅ＳはＷの３倍程度またはそれより大きくなるよ
うに選択されるので光ビームの各層は導波層４５の側面
から少くとも１ビ一ム幅分離される。こうすれば次第に
消失する領域の過度の量が周囲大気中に広がることが無
くなる： ドープ層４２の厚さは微妙ではないが、この
厚さが２ミクロンよりはるかに小さければ、６０ＧＨｚ
の電気信号で良好な接地平面が形成されないことになる
。基板の厚さは微妙ではな（、一般に供給業者から入手
できるものによって決まる。
ロット幅ＳはＷの３倍程度またはそれより大きくなるよ
うに選択されるので光ビームの各層は導波層４５の側面
から少くとも１ビ一ム幅分離される。こうすれば次第に
消失する領域の過度の量が周囲大気中に広がることが無
くなる： ドープ層４２の厚さは微妙ではないが、この
厚さが２ミクロンよりはるかに小さければ、６０ＧＨｚ
の電気信号で良好な接地平面が形成されないことになる
。基板の厚さは微妙ではな（、一般に供給業者から入手
できるものによって決まる。
主要最適化パラメータは層４２および４４の導電率であ
る。層４４の不純物導入はＶπと速度とに影響するので
、一般に少くとも１０”ｃｍ−’のｎ型になるように選
定される。
る。層４４の不純物導入はＶπと速度とに影響するので
、一般に少くとも１０”ｃｍ−’のｎ型になるように選
定される。
第７図は変調強さを第１図の改良された変調器の周波数
の（曲線７１）および第４図の従来の変調器の周波数の
（曲線７２）関数として示すものである。これら二つの
曲線を比較すると第１図の変調器は第４図の変調器と比
較して帯域幅の非常な増大を示していることがわかる。
の（曲線７１）および第４図の従来の変調器の周波数の
（曲線７２）関数として示すものである。これら二つの
曲線を比較すると第１図の変調器は第４図の変調器と比
較して帯域幅の非常な増大を示していることがわかる。
別の改良された進行波電気光学変調器を第８図に示す。
この図および第１図では、対応する要素の最後の桁の数
字は同じである。この実施例はマイクロ波電界の半分が
導波層８５および空気の誘電率の平均である有効誘電率
を生ずる空気中に存在するという事実を活用している。
字は同じである。この実施例はマイクロ波電界の半分が
導波層８５および空気の誘電率の平均である有効誘電率
を生ずる空気中に存在するという事実を活用している。
この実施例ではＧａＡｓから成る半絶縁基板８Ｌｎ”ド
ープＧａＡｓの層８２、ＧａＡｓのバッファ層８４、Ｇ
ａＡｓの導波層８５、ＧａＡｓのの一対のバッファ層８
６、および一対の電極８３から構成されている。光ビー
ムはバッファ層８６の下の一つ以上の領域８日に横方向
に閉じ込められる。電極８３および８７は実質上共面（
ｃｏ−ｐｌａｎｅｒ）であるから、これら光閉じ込め領
域８８は電極８３および８７の隣接する組の実質上中間
に設置される。層８２のバラメークはマイクロ波電界を
低速にするように選択される。ｖｏとＶ、とが実質上等
しくなる層パラメータは次のとおりである。
ープＧａＡｓの層８２、ＧａＡｓのバッファ層８４、Ｇ
ａＡｓの導波層８５、ＧａＡｓのの一対のバッファ層８
６、および一対の電極８３から構成されている。光ビー
ムはバッファ層８６の下の一つ以上の領域８日に横方向
に閉じ込められる。電極８３および８７は実質上共面（
ｃｏ−ｐｌａｎｅｒ）であるから、これら光閉じ込め領
域８８は電極８３および８７の隣接する組の実質上中間
に設置される。層８２のバラメークはマイクロ波電界を
低速にするように選択される。ｖｏとＶ、とが実質上等
しくなる層パラメータは次のとおりである。
ここで、厚さはミクロンで表わしてあり、ε８は電気信
号に対する屈折率の平方に等しく、導電率はｏｈｍ−’
ｔａ−’で表わしである。層４２．４４．８２．８４、
および８５のような故意にドープした（ｎ型またはｐ型
の）「導電」層は電気信号の位相速度を下げるのに使用
される。このような層の導電率は光信号と電気信号との
間の相対速度を調節するように選定することができる。
号に対する屈折率の平方に等しく、導電率はｏｈｍ−’
ｔａ−’で表わしである。層４２．４４．８２．８４、
および８５のような故意にドープした（ｎ型またはｐ型
の）「導電」層は電気信号の位相速度を下げるのに使用
される。このような層の導電率は光信号と電気信号との
間の相対速度を調節するように選定することができる。
一般に、「導電３層では少くとも４０ｏｈｍ−’ｍ−’
の導電率が得られる。上の二つの実施例に示したように
、成る実施例においては導光率を（第８図の実施例にお
けるように）この限界にかなり近づけることができ、ま
たは（第１図の実施例におけるように）この下限よりか
なり大きくすることができる。
の導電率が得られる。上の二つの実施例に示したように
、成る実施例においては導光率を（第８図の実施例にお
けるように）この限界にかなり近づけることができ、ま
たは（第１図の実施例におけるように）この下限よりか
なり大きくすることができる。
［発明の効果］
前述の説でも明らかなように、本願発明を実施すること
により、多くの効果が得られる。
により、多くの効果が得られる。
■）電気光学変調器としての良さの指数の一つである帯
域幅 ■πが格段に改善される。
域幅 ■πが格段に改善される。
２）光信号の減衰率が改善される。
３）帯域幅を広くできる。
４）電気信号の減衰が少なく、電力損失が減る。
これらは進行波電気信号と進行波光信号の位相速度差の
制御と、電気信号回路の整合された低損失伝搬が可能な
本発明の実施例の構造から明らかである。
制御と、電気信号回路の整合された低損失伝搬が可能な
本発明の実施例の構造から明らかである。
第１図は本発明の１実施例の進行波型電気光学変調器の
構造断面図である。 第２図は進行波電気光学変調器の多重平行板モデルの断
面図である。 第３Ａ図、第３Ｂ図と第３Ｃ図は、それぞれ第２図のモ
デルの等価回路、低周波等価回路、高周波等価回路の概
略回路図である。 第４図は従来技術の進行波型電気光学変調器の構造断面
図である。 第５図は、第１図と第４図の電気光学変調器のマイクロ
波屈折率の分散特性を比較表示するグラフである。 第６図は、第１図と第４図の電気光学変調器の損失の周
波数依存性を比較表示するグラフである。 第７図は、第１図と第４図の電気光学変調器の帯域幅を
比較表示するグラフである。 第８図は、本発明の他の実施例の電気光学変調器の構造
断面図である。 １０：光信号伝達路 １１．１２．１３．１６：誘電体領域 １４．１５：電極 ４１：基板 ４２：ドープ層 電極対 第１バッファ層 導波Ｊｉｍ（導波管） 第２バッファ層 第２電極 光ビーム閉じ込め領域 ドープ層４２の表面
構造断面図である。 第２図は進行波電気光学変調器の多重平行板モデルの断
面図である。 第３Ａ図、第３Ｂ図と第３Ｃ図は、それぞれ第２図のモ
デルの等価回路、低周波等価回路、高周波等価回路の概
略回路図である。 第４図は従来技術の進行波型電気光学変調器の構造断面
図である。 第５図は、第１図と第４図の電気光学変調器のマイクロ
波屈折率の分散特性を比較表示するグラフである。 第６図は、第１図と第４図の電気光学変調器の損失の周
波数依存性を比較表示するグラフである。 第７図は、第１図と第４図の電気光学変調器の帯域幅を
比較表示するグラフである。 第８図は、本発明の他の実施例の電気光学変調器の構造
断面図である。 １０：光信号伝達路 １１．１２．１３．１６：誘電体領域 １４．１５：電極 ４１：基板 ４２：ドープ層 電極対 第１バッファ層 導波Ｊｉｍ（導波管） 第２バッファ層 第２電極 光ビーム閉じ込め領域 ドープ層４２の表面
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、後記（イ）乃至（ハ）を備えた電気光学変調器。 （イ）位相速度Ｖ＿ｏの進行波光信号を伝達するための
半導体の電気光学導波管を有する 基板。 （ロ）前記電気光学導波管に平行に、前記基板の同一側
面に設けられた第１、第２の電 極を備えた電極対。 該電極対は前記電極対に沿って位相速度 Ｖ＿ｍで進行する電気信号が前記電気光学導波管を貫通
するように位置決めされる。 （ハ）前記基板の同一側面に前記電極対を形成するよう
に設けられた少くとも一つの意 図的に不純物導入された導電層。 前記電気光学導波管と前記少くとも一つ の意図的に不純物導入された導電層の物理 パラメータは、前記Ｖ＿ｏとＶ＿ｍの差を調整して前記
電気光学変調器の良さの指数を最 適化するように選択される。 ２、前記良さの指数が帯域対Ｖ＿π比で、該比が最大化
されるようにした請求項１記載の電気光学変調器。 ３、前記良さの指数が前記Ｖ＿ｏとＶ＿ｍの差であって
、該差が実質的にゼロになるようにした請求項１記載の
電気光学変調器。 ４、前記良さの指数が前記帯域幅で該帯域幅が最大にな
るようにした請求項１記載の電気光学変調器。 ５、前記少くとも一つの意図的に不純物導入された導電
層が前記電気光学導波管に接するバッファ層を有し、該
バッファ層の導電率が前記良さの指数を最適化するよう
に調整される請求項１記載の電気光学変調器。 ６、前記少くとも一つの意図的に不純物導入された導電
層が前記電気光学導波管に接するバッファ層と該バッフ
ァ層に接する不純物導入された層を有し、これらバッフ
ァ層と不純物導入された層の導電率が前記良さの指数を
最適化するようにした請求項１記載の電気光学変調器。 ７、前記少くとも一つの意図的に不純物導入された導電
層の各々の導電率が前記良さの指数を最適化するように
した請求項１記載の電気光学変調器。 ８、前記少くとも一つの意図的に不純物導入された導電
層の各々の厚さが前記良さの指数を最適化するようにし
た請求項１記載の電気光学変調器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US280,101 | 1988-12-01 | ||
| US07/280,101 US5004313A (en) | 1988-12-01 | 1988-12-01 | Low loss, low dispersion velocity-matched travelling wave modulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02191912A true JPH02191912A (ja) | 1990-07-27 |
Family
ID=23071678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1313083A Pending JPH02191912A (ja) | 1988-12-01 | 1989-12-01 | 電気光学変調器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5004313A (ja) |
| EP (1) | EP0371583A3 (ja) |
| JP (1) | JPH02191912A (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5140652A (en) * | 1988-05-30 | 1992-08-18 | Koninklijke Ptt Netherland N.V. | Electro-optical component and method for making the same |
| US5138480A (en) * | 1991-08-14 | 1992-08-11 | Hewlett-Packard Company | Traveling wave optical modulator |
| US5150436A (en) * | 1991-09-06 | 1992-09-22 | The University Of British Columbia | Slow-wave electrode structure |
| SE500991C2 (sv) * | 1992-08-17 | 1994-10-17 | Ericsson Telefon Ab L M | Anordning för anpassning av hastigheten för optiska och elektriska signaler i en vågutbredningsstruktur samt dess användning i fiberoptiska system |
| US5355422A (en) * | 1992-11-09 | 1994-10-11 | Honeywell Inc. | Broadband optical modulator |
| US5416859A (en) * | 1993-04-14 | 1995-05-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Broadband, low drive voltage, electrooptic, intergrated optical modulator |
| FR2717330B1 (fr) * | 1994-03-11 | 1996-04-05 | Alcatel Nv | Modulateur semiconducteur électro-optique et liaison optique incluant ce modulateur. |
| US5745630A (en) * | 1996-02-22 | 1998-04-28 | Sandia Corporation | Cutoff-mesa isolated rib optical waveguide for III-V heterostructure photonic integrated circuits |
| CA2218262C (en) * | 1996-10-17 | 2001-04-24 | Kenji Kawano | Ultra-high-speed semiconductor optical modulator with traveling-wave electrode |
| AU1619601A (en) * | 1999-11-19 | 2001-05-30 | New Focus, Inc. | Method and apparatus for an electro optic converter |
| US6620712B2 (en) * | 2001-02-14 | 2003-09-16 | Intpax, Inc. | Defined sacrifical region via ion implantation for micro-opto-electro-mechanical system (MOEMS) applications |
| US6891982B2 (en) * | 2001-05-25 | 2005-05-10 | Anritsu Corporation | Optical modulation device having excellent electric characteristics by effectively restricting heat drift |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1988
- 1988-12-01 US US07/280,101 patent/US5004313A/en not_active Expired - Fee Related
-
1989
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- 1989-12-01 JP JP1313083A patent/JPH02191912A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0371583A2 (en) | 1990-06-06 |
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| US5004313A (en) | 1991-04-02 |
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