JPH02239223A

JPH02239223A - 光変調器

Info

Publication number: JPH02239223A
Application number: JP5961789A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hamano; 宏濱野; Motoyoshi Amamiya; 雨宮　泉美
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-03-14
Filing date: 1989-03-14
Publication date: 1990-09-21
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: JP2894716B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔概　要〕基板内に形成され、光源からの連続光を２分岐して各入
力端に受光する第１光導波路および第２光導波路と、該
第１および第２光導波路上に形成される電極対と、該電
極対に対し光変調用の駆動電圧を印加する駆動信号源と
を有し、前記第１および第２光導波路の各出力端より変
調光を送出する光変調器に関し、低電圧駆動が可能で駆動信号源の集積回路（ＩＣ）化に
適し、また駆動電圧のオフセットや温度変動による影響
の抑圧が可能で一層高速動作に適した光変調器を提供す
ることを目的とし、前記電極対を、前記第１および第２
光導波路上にそれぞれ設けられた第１ライン電極および
第２ライン電極によって、相互に対称なカップルライン
をなすようにし、前記駆動信号源は、相互に差動的な第
１駆動電圧および第２駆動電圧を出力する差動駆動信号
源となし、該第１および第２駆動電圧をそれぞれ前記第
１および第２ライン電極に印加するようにし、さらに好
ましくは、前記第１光導波路および第２光導波路からの
各出力光をそれぞれ各入力端に受光する３ｄＢ光カプラ
を付加し、該ＪｄＢ光カプラの２つの出力端から相互に
差動的な２つの変調光を送出するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、基板内に形成され、光源からの連続光を２分
岐して各入力端に受光する第１光導波路および第２光導
波路と、該第１および第２光導波路上に形成される電極
対と、該電極対に対し光変調用の駆動電圧を印加する駆
動信号源とを有し、前記第１および第２光導波路各出力
端より変調光を送出する光変調器に関する。

近年、通信システムを光信号を媒体として構築する、い
わゆる光通信システムが急速に実用化されつつある。こ
の光通信システム内の光信号を住成するために光変調器
は極めて重要なデバイスとなる。本発明は光変調器、特
に外部変調形の光変調器について述べる。

〔従来の技術〕

第９図は光変調器の第１の形態を概略的に示す図であり
、いわゆる直接変調形に属するものである。図において
、１ｌは光源、例えばレーザダイオード（ＬＤ）であり
、駆動信号源１２に直列接続される。ここに示す光変調
器は、レーザダイオード（１１）に対して直接変調を加
えて、変調光ＭＯを得るものである。

この直接変調形の光変調器では変調速度が大になると、
いわゆるチャービングを生じ高速特性が劣化ずる．チャ
ーピングとは、レーザダイオードを点滅させた場合、光
が立上る毎に、その立上り途中の光の波長がシフトし、
光ファイバを通して受信系に受光された光にファイバの
分散による波形劣化が含まれてしまうことをいう。した
がって、例えば数Ｇ　ｂｐｓ程度の高速光変調が要求さ
れる高速光通信システムでは直接変調形の光変調器は使
用できない。このため、外部変調形の光変調器を採用せ
ざるを得なくなる。

第１０図は光変調器の第２の形態を概略的に示す図であ
り、いわゆる外部変調形に属するものである。この外部
変調形の光変調器では、前述のヂャービングを無くすた
めに、光源１１をなすレーザダイオードは点滅させず、
連続光（直流光）ＣＯを送出させるものとする．，１４
は直流電流源である．そしてこの連続光ＣＯを外部変調
部１３にて変調する．外部変調部１３は駆動信号源１２
からの駆動電圧ＤＶにより制御され、変調光ＭＯを送出
する。かくして、上述したチャービングによる波形劣化
等のない光を受信系にて受光できる．第１１図は外部変
調器の第１従来例を示す図である。この変調器は公知の
マツハツエンダ形変調器であり、基板（例えばＬｉＮｂ
Ｏｓからなる）内に形成され、連続光ＣＯが各入方端へ
２分岐して人カされる第１光導波路２１および第２光導
波路２２と、これらの上方に形成される電極対２３−１
および２３−２と、一方の電極２３−１の一端に駆動電
圧ＤＶを印加する既述の駆動信号源（信号入力源）１２
およびその他端に接続される終端抵抗Ｒがらなる。また
他方の電極２３−２は接地される。入力端には連続光Ｃ
Ｏが印加され、出方側より変調光ＭＯが取り出される。

第１２図は第１従来例における光変調動作を説明するた
めの特性図である。本図において、上左側に示すのは駆
動電圧入力対先出力の特性カーブであり、この特性カー
ブに従って、同図左下に示すパルス状駆動電圧ＤＶを入
カすると、同図右上に示すパルス状変調光ＭＯが得られ
る。・なお、特性カーブが左向きに描かれているのは、
駆動電圧ＤＶとして負の電圧、例えば−５ｖ〜−８■を
想定したからである．例えば−５ｖ〜−８■の駆動電圧
ＤＶが印加されると、電極２３−１および２３一２間に
基板（ＬｉＮｂＯｘ）を通して形成される電界によって
電気光学効果が現れ、いわゆる進行波形電極をなす電極
対２３−　１　．　２３−　２の下方において、第１お
よび第２光導波路２１および２２をそれぞれ伝搬する連
続光ＣＯは相互に１８０＠の位相ずれを生じ、これら光
導波路２１　．　２２の各出力端における合成光は相互
に相殺し合って零になる．このとき変調光ＭＯは零（“
０“）となる。逆に駆動電圧ＤＶが零Ｖのときは、上記
の合成光は相殺し合うことがなく変調光ＭＯは有り（“
１′）となる．第１３図は外部変調器の第２従来例を示
す図であるが、光出力部分に３ｄＢ光カプラ３１を導入
した点を除けば、既述の第１従来例とほぼ同様である。

この第２従来例によれば、相互に差動的な２つの変調光
ＭＯおよび−ｎ−が得られる．第１４図は第２従来例に
おける光変調動作を説明するための特性図である。前述
した第１従来例と異なるのは、駆動電圧ＤＶが−２．５
ｖ〜−４■と＋２．５ｖ〜＋４■の二極性にまたがる点
である．第１従来例に比べて第２従来例の利点は、反転
した変調光■が得られることである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した第１従来例および第２従来例共に２つの大きな
問題点がある。

第１は駆動電圧ＤＶに関する問題であり、第１従来例に
おいては−５Ｖ〜−８■という高い電圧を要し、駆動信
号源１２を集積回路（ＩＣ）化することが困難である９
通常、ＩＣの耐圧は高速動作を要するものほど小さくな
り、例えばＧａＡｓのＩＣでも３■程度以下である．ま
た第２従来例においては−２．５Ｖ　〜−４Ｖと＋２．
５Ｖ　〜＋４Ｖ（７）ように正負両側にまたがるため、
駆動信号源ｌ２の構成が難しくなる。もしこの構成を容
易にしようとするならば別の直流電圧を印加するための
電極を設けるか、第１および第２光導波路を非対称な構
造とするかという対策を採らなければならず、いずれに
しても構成は複雑化し現実的には実現不可能である。

次に第２の問題点はオフセットに関するものであり、そ
の原因となるのは第１および第２従来例共に第１１図お
よび第１３図から明らかなように非対称コブレーナ形の
電極（２３−１　．　２３−２）構造にある。ここにオ
フセットとは、駆動電圧ＤＹのオフセットや、温度変動
に伴う各種特性のずれのことを意味する。

さらに付言すれば、−５Ｖ〜−８■という大電圧振幅で
駆動しようとすると、第１に浮遊容量の影響を大きく受
けるため、高速動作が困難となり、第２に終端抵抗Ｒが
一定（５０Ω）のため、大電流振幅で駆動しなければな
らず、駆動信号源の浮遊容量が増大し、高速動作が一層
困難となる、という問題も生ずる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、低電圧駆動
が可能で駆動信号源の集積回路（ＩＣ）化に適し、また
駆動電圧のオフセットや温度変動による影響の抑圧が可
能で一層高速動作に適した光変調器を捷供することを目
的とするものである．〔課題を解決するための手段〕第１図は本発明に係る光変調器の原理構成を示す図であ
る。なお、全図を通じて同様の構成要素には同一の参照
番号または記号を付して示す。本図の特徴とするところ
は２点あり、まず電極対（従来の２３−１　．　２３−
２）は、第１および第２光導波路２１　．　２２上にそ
れぞれ設けた第１ライン電極４１および第２ライン電極
４２を、相互に対称なカップルラインをなすように構成
し、従来の非対称コブレーナ形の電極構造を排除したこ
とである。第２の点は、従来の駆動信号源１２に代えて
、相互に差動的な第１駆動電圧１１５７および第２駆動
電圧ＤＶを出力する差動駆動信号源５２を採用したこと
である．第２図は第１図の原理構成の変形例を示す図であり、第
１図の場合に比べて、３ｄＲ光カプラ３１を導入し２つ
の変調光ＭＯおよび■を各光導波路２１　．　２２の出
力端から個別に取り出した点が異なる．この変形例によ
れば、相互に差動的な２つの変調光ＭＯおよび”ｌを独
立に取り出すことができ、第１図の構成では、電極４工
または電極４２のどちらか一方に、直流バイアス電圧（
２〜４Ｖ）を与える必要があるのに対して、第２図の構
成では、この直流バイアス電圧が不要で、電極４１。４
２のどちらも、後述する第３図のように、同レベルの信
号を与えれば良く、差動信号駆動源５２の構成が簡単に
なる．なお、第２図における一方の変調光（例えば■）
はモニター光として利用するのも良い．〔作　用］第１図および第２図に示した光変調器の動作原理は共に
同じであり、第２図を代表として動作説明する。また第
３図は本発明のもとての動作を説明するための特性図で
ある。特性図の見方は既に掲げた従来例での特性図（第
１２図、第１４図）の見方と同様であるが、第１駆動電
圧ｎと第２駆動電圧ＤＶに分けて示される点が異なる。

なお、駆動電圧ＤＶによる第１光導波路２１内の光出カ
と、ＤＶによる第２光導波路２２内の光出力との位相差
は９０゜　（従来例では位相差１８０゜）であるので、
光合成する時点の光出力は第３図の右側の特性図の点線
のカーブＱと等価になる．ある時刻Ｌ１では、ｍがｏ■
であるのに対してＤＶは−４Ｖ、またある時刻Ｌ２では
、丁Ｔが−４ｖであるのに対してＤＶはＯ■である。各
ＤＶおよびｌｆｆによって生み出される光出カはそれぞ
れ対応するカーブより得られる。時刻ｔｌにおいてＤＶ
−Ｏ　Ｖ　，ＤＶ＝−２．５　〜−４　Ｖヨリ、ＭＯ＝
“Ｏ”．ＭＯｗ　”　ｌ　”となる。時刻ｔ２において
匠＝−２、５〜ｉＶ，ＤＶ＝ＯＶより、）１０＝”ｌ゜
゜　，罰＝　ＩＩ　Ｏ　１１となる。

電極構造が対称なカップルライン（４１　．　４２）と
なり、かつ、駆動電圧を差勤（ＤＶ　，　ＤＩ／）で印
加しているため、オフセットや温度変動による影響等が
なくなる。つまり従来のような非対称電極構造に起因す
る特性のアンバランスが無くなる。

また、従来における接地された電極２３〜２が無くなっ
てしまったが、これは対称な両ライン電極（４１　．　
４２）間に仮想接地として依然潜在することになる．そ
して、このような差動構成によって、駆動電圧を従来の
〜５■〜−８■から−２．５■〜−４Ｖとほぼ半減せし
めることができ、ＩＣ化が可能となる。

（実施例）第４図は差動駆動信号源の構成例を示す図である。図示
するとおり、差動駆動信号弘５２は基本的には差動トラ
ンジスタ回路からなる。５３は定電流源であり、定電流
を引き込むための負電源・■ｏが設けられる．差動トラ
ンジスタ対５ｌ−１および５１−２の各コレクタには各
終端抵抗Ｒによる電圧降下に基づく第１および第２駆動
電圧丁■およびＤＶが現れるｊｆｆおよびＤＶの一波形
例が図に示されている。

第５図は本発明に基づく光変調器の概観を示す斜視図で
ある．また、第６図は本発明と対比するための従来例に
よる光変調器の斜視図である。第５図において、光源１
１（レーザダイオード等）からの連続光ＣＯは入力側光
ファイバ５６に案内されて、基板（ＬｆＮｂ０３）　５
　５の一端に入射される。

基板５５内には光導波路２１および２２が形成されてお
り、その上方にストリップラインのライン電極４１およ
び４２が形成され、変調を受けた光は３ｄＢ光カプラ３
１を経て、出力側光ファイバ５７および５８に案内され
て、変調光ＭＯおよび■とじて取り出される。

第６図は既述したマツハツェンダ形変調器の第１従来例
を示しており、その電極対２３−　１　．　２３−２の
構造は、本発明において第５図のライン電極４１　．　
４２の如く変更されている。

第７図は本発明に係る光変調器の部分断面図であり、第
８図は本発明と対比するだめの従来例の光変調器の部分
断面図である。第７図において、上欄は変調光が論理′
”０”を示すときの基板５５内の電界Ｅを表し、下欄は
変調光が論理“１′゛を示すときの基板５５内の電界■
を表す。Ｅとπとは逆向きである。一方、第８図の上欄
は変調光が論理“０”を示すときの基板５５内の電界Ｅ
′を表し、下欄は変調光が論理“１”を示すときには電
界が発生しないことを表す．なお、第７図および第８図
は、それぞれ第５図の７−７断面および第６図の８−８
断面を示す図である．これら第７図および第８図を比較
して明らかなことは、本発明の場合（第７図）、変調光
が論理“Ｏ　Ｉ１のときも″１”のときも共に、第１お
よび第２導波路２１および２２内の各光の位相差は＋９
０゜　，−９０”であり、電界Ｅ．Ｔの強度は従来例の
Ｅ′のそれの約半分となる。従来例（第８図）での第１
および第２光導波路２１および２２内の各光の相互の？
位相差は１８０゜であり、本発明における位相差（９０
゜）の約２倍にならなければならない。これに比例して
電界Ｅ′の強度を電界Ｅ，Ｔの強度に比して約２倍にし
なければならない。これは本発明の場合の駆動電圧ＧＶ
　，　ＤＶが、従来例のそれに比べて約半分でよいこと
を意味する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、駆動電圧を従来に
比して約半分にすることができ、駆動信号源の回路を容
易にｆｃ化することが可能となる。

また、対称なカップルラインを用いることから、従来例
における駆動電圧のオフセットや温度変動による影響を
なくすことができ、受信系において波形劣化なしに受光
可能とすることができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光変調器の原理構成を示す図、第２図は第１図の原理構成の変形例を示す図、第３図は
本発明のもとての動作を説明するための特性図、第４図は差動駆動信号源の構成例を示す図、第５図は本
発明に基づく光変調器の概観を示す斜視図、第６図は本発明と対比するための従来例による光変調器
の斜視図、第７図は本発明に係る光変調器の部分断面図、第８図は
本発明と対比するための従来例の光変調器の部分断面図
、第９図は光変調器の第１の形態を概略的に示す図、第１０図は光変調器の第２の形態を概略的に示す図、第１１図は外部変調器の第１従来例を示す図、第１２図
は第１従来例における光変調動作を説明するための特性
図、第１３図は外部変調器の第２従来例を示す図、第１４図
は第２従来例における光変調動作を説明するための特性
図である。図において、１１・・・光源、　　　　　２１・・・第１光導波路、
２２・・・第２光導波路、　３１・・・３ｄＢ光カプラ
、４１・・・第１ライン電極、４２・・・第２ライン電
極、５２・・・差動駆動信号源、５５・・・基板、ＭＯ
，罰・・・変調光、　　　ＣＯ・・・連続光、ｉｆｆ・
・・第１駆動電圧、　ＤＶ・・・第２連続電圧．本発明
に係る光変調●の原理構成を示す図第１１２１第ｉｌｌの原理構成の変形例を示す図第２図３１・・・３ｄＢ光カプラ光出力光出力本発明のもとでの動作を説明するための特性図本発明に
基プく光変調器の概観を示す斜視図第回差動駆動儒号源のａｍ例を示す図第４図本ｌｌＩｗ４と対比するための従来例による光変調器の
斜視図本弗萌に係る光変調器の部分断２図第図本発明と対比するための従来例の光変調器の部分断Ｗｉ
図第図光変調器の第１の形態を概略的に示す図光出力 −５Ｖ−モ■ 第１従来例における光変調動作を説明するための特性図
第１２図外部変調●の第２従来例を示す図 ″＄１３１１光変調器の第２の形簡を概略的に示￥図第１０図外部変ＩＩＩＩＩのｇ＋従来儒を示亨図光出力第１４　１２ｙ

Claims

【特許請求の範囲】１、基板（５５）内に形成され、光源（１１）からの連
続光（ＣＯ）を２分岐して各入力端に受光する第１光導
波路（２１）および第２光導波路（２２）と、該第１および第２光導波路（２１，２２）上に形成され
る電極対と、該電極対に対し、光変調用の駆動電圧を印加する駆動信
号源とを有し、前記第１および第２光導波路（２１，２
２）の各出力端より変調光（ＭＯ，＠ＭＯ＠）を送出す
る光変調器において、前記電極対を、前記第１および第２光導波路（２１，２
２）上にそれぞれ設けられた第１ライン電極（４１）お
よび第２ライン電極（４２）によって、相互に対称なカ
ップルラインをなすように構成し前記駆動信号源は、相
互に差動的な第１駆動電圧（＠ＤＶ＠）および第２駆動
電圧（ＤＶ）を出力す７差動駆動信号源（５２）によっ
て構成し、該第１および第２駆動電圧（＠ＤＶ＠，ＤＶ
）をそれぞれ前記第１および第２ライン電極（４１，４
２）に印加することを特徴とする光変調器。２、前記第１光導波路（２１）および第２光導波路（２
２）からの各出力光をそれぞれ各入力端に受光する３ｄ
Ｂ光カプラ（３１）を付加し、該３ｄＢ光カプラ（３１
）の２つの出力端から相互に差動的な２つの変調光（＠
ＭＯ＠，ＭＯ）を送出する請求項１記載の光変調器。