JPH0246422A - 光変調器 - Google Patents

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〕 光通信装置等における光デバイスとしての光変調器に関
し、 低電圧駆動と広帯域特性の向上を目的とし、結晶基板上
に設けた光導波路と該光導波路上もしくはその近傍に該
光導波路と平行に設けた進行波型電極とを備えた光変調
器であって、該光変調器の外部または内部に光を遅延さ
せるパスを設けて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は光通信装置等における光回路用デバイスに係り
、特に低電圧駆動と広帯域特性の向上を図った光変調器
に関する。

従来、光信号は半導体レーザを０Ｎ−＝ＯＦＦすること
によって発生させているが、近年の如く情報量が増大し
光ファイバで送受信する信号のビットレートがＧｂ／Ｓ
オーダになると、半導体レーザの波長チャーピング現象
によって長距離の光伝送が困難になってきている。

このため、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ０３）等
の結晶基板上に設けた光導波路と該光導波路上もしくは
その近傍に該光導波路と平行に設けた進行波型電極とを
備えた光変調器を用い、それによる外部変調方式で光強
度変調を行い光パルス信号を生成する等の手段が採られ
ているが、充分な特性を得ることができないためその解
決が望まれている。

〔従来の技術〕

第３図は従来の光変調器の例を示す図であり、（八）は
全体の構成図をまた（Ｂ）は光導波路と電極の位置関係
を示す断面図である。

図（Ａ）　、　（Ｂ）で、光変調素子１は、ニオブ酸リ
チウム（ＬｉＮｂ０３）よりなる基板２の表面所定位置
にパターン形成したチタン（Ｔｉ）を該基板中に熱拡散
させて図（Ｂ）に示す如（該基板２の表面に断面がほぼ
半円状をなす径が数μｍ程度の光導波路３を形成したも
のである。

一方、該基板２の表面上で上記光導波路３の真上には該
光導波路３と平行に所定のインピーダンスになるように
設計された厚さ３μｍ程度の金（八Ｕ）メソギ電極４ａ
および該電極４ａより面積の大きいアース電極４ｂをパ
ターン形成している。　なお光導波路に直接」二速の如
き金属電極を形成すると光の吸収が発生ずるため、基板
２の表面」−で該光導波路３と金属電極の間に酸化珪素
（ＳｉＯｚ）等よりなるハソファ層７を形成している。

また５は」二記電極４ａに所定の電気信号を送出する電
源であり、また６は終端抵抗器である。

ここで、電極４ａに所定の電気信号を負荷した状態で光
導波路３に矢印Ｒ方向から所定の光信号を伝送すると、
政党は光導波路上に形成されている電極４ａを流れる電
気信号によって変調され、Ｒ。

方向に射出することから光変調器を構成している。

しかしかかる構成になる光変調器では、一般に光導波路
３中を進行する光速度と電極４ａ中を進行する電気信号
の速度に差が生ずることから期待どおりの変調特性を得
ることができない。

すなわち、一般に物体中を進行する光または電気信号の
進行速度■は、真空中の光速をＣとすると、 ｖ−ｃ／Ｎ　　　　　　　　　　　　　　・　・　・　
・■で示される如く該物体中を進行する光または電気信
号の屈折率Ｎ　に反比例する。

−力光導波路中において、３ｄＢ変調帯域八ｆは通常次
式で表わすことができる。

ここで、 Ｎｍ：電気信号の実効屈折率 Ｎｃ：光の屈折率 Ｌ　：電極長（図示Ａ、Ｂ間） また駆動電圧Ｖｎと上記電極長Ｉ７との間には相互に反
比例する関係がある。

従って、３ｄＢ変調帯域△ｆと駆動電圧Ｖｎとの間には 折率Ｎｍと光の屈折率ＮＣの差を小さくすることが必要
であり、これは光導波路内における電気信号と光の速度
差を小さくする。すなわち速度整合をとることに対応す
る。

従って、上記の如き構成になる光変調器の場合には、通
常電極構造を種々工夫することによって電気信号の実効
屈折率Ｎｍを光の屈折率Ｎｃに近づけて電気信号の進行
速度を速め、上記０式におけるΔｆ　／　ＶＤ　　”の
値を大きくするようにしている。

しかし、光導波路基板を形成しているニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ３）の場合には、光の屈折率（約２．１）
に対して電気信号の屈折率（約４゜２）が大きいことか
ら、電極構造の工夫によって上記“Δｆ／Ｖｎ　　”の
値を大きくするには制約が多く、充分な効果を得ること
ができない。

なる関係が成立する。

このことは光変調器が低駆動電圧で広帯域の変調特性を
持つためには、上記の電気信号の実効屈〔発明が解決し
ようとする課題〕 従来の進行波型電極を備えた光変調器では、光導波路中
での光と電気信号の進行速度を一致させて低電圧駆動と
広帯域特性の向上を図ることが難しいと云う問題があっ
た。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点は、結晶基板上に設りた光導波路と該光導波
路上もしくはその近傍に該光導波路と平行に設けた進行
波型電極とを備えた光変調器であって、 該光変調器の外部または内部に光を遅延させるパスを設
けてなる光変調器によって解決される。

〔作　用〕

電気信号の進行速度を大きくして光の速度に近づける従
来の方法に代えて、電気信号よりも速く進行する光を余
分なパスに導いて遅延させれば実質的に電気信号の進行
速度に合わせることができる。

本発明では、余分なパスを光路上に設け、該パスに光を
通すことによって光を遅延せしめ電気信号の進行速度と
合致させるように構成している。

従って、従来の光変調器を光変調素子として多段に構成
しても、各光変調素子には同期する光信号と電気信号が
同時に伝送されることになり、結果的に電極長りを長く
することができるため駆動電圧が低く広帯域特性を持つ
光変調器を得ることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の原理説明図であり、理解し易くするた
め光変調素子が２個の場合を示したものである。

また第２図は本発明の実施例を示す構成図である。

第１図で、所定間隔を保って配置されている２個の等し
い光変調素子１０．１０’は、第３図で説明した如くニ
オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）よりなる基板１１の表
面所定位置に光導波路１２を形成したものである。

一方、該基板１１の表面上で上記光導波路１２の真上に
はその長手方向に沿ってインピーダンスが５０Ωになる
ように設計された厚さ３μ和程度の金（ＡＵ）メツキ電
極１３ａおよび該電極１３ａより面積の大きいアース電
極１３ｂをパターン形成している。

また図の１４ａ、　１４ｂはいずれもインピーダンス５
゜Ωの同軸コードであり、該同軸コード１４ａの一端は
所定の電源１５に接続され他端は信号線が上記電極１３
ａとまた被覆線が上記アース電極１３ｂとそれぞれ接続
されている。他の同軸コード１４ｂは２個の光変調素子
１０．１０°を電気的に接続するものであり、その両端
で信号線は各電極１３ａと被覆線は各アース電極１３ｂ
とそれぞれ接続されている。

１６は光変調素子１０°の電極間に接続した終端抵抗器
である。

他方、上記２個の光変調素子１０．１０’の間でそれぞ
れの光導波路１２を結ぶ光軸上に配置されている１７．
１８．１９は反射ミラーであり、光変調素子１０から射
出する光信号が所定距離だけ迂回した後に光変調素子１
０°に入射するように配置されている。

ここで、電極１３ａに所定の電気信号を負荷した状態で
光変調素子１０の光導波路１２に矢印Ｒ方向から所定の
光信号を伝送すると、該光信号は光変調素子１０で変調
されたまま射出して反射ミラー１７゜１８、１９よりな
る光回路で迂回した後光変調素子１０１に入射して再度
変調される。

この際、光がＡ点から０点（すなわちＡ−Ｂ−反射ミラ
−１７→反射ミラー１８→反射ミラー１９→Ｃ）に到達
するに要する時間と、電気信号がＡ点から０点（すなわ
ちＡ−Ｂ−同軸ケーブル１４ｂ　−Ｃ）に到達するに要
する時間が等しくなるように上記光回路を構成すると、
０点においては光と電気信号とが同期した状態で同時に
入射することになるため光変調素子１０のＡ点と全く同
じ状態を呈する。従って政党は同一の電気信号によって
二度変調を受けることになる。

他方−膜内に直列に配置する光変調素子がｎ個の場合に
は、電気信号の減衰を無視すると駆動電圧は光変調素子
が１個の場合の１／ｎ　　になることが知られている。

従って図の場合には、光変調素子が一つの場合と比較す
ると、変調帯域は等しいがその駆動電圧を１／２に減ら
ずことができる。

実施例を示す第２図で（Ａ）は遅延用の光回路に光ファ
イバを使用した例をまた（Ｂ）　はリング状光導波路を
使用した例をそれぞれ示している。

第２図（Ａ）は、第１図で説明した光変調器と同様のも
のであるが、第１図における反射ミラーによる遅延用光
回路の代わりに光変調素子１０．１０“の各光導波路１
２の間に結合器２０を介して光ファイバ２１を挿入固定
して迂回路としたものであるる。

また２２はこれらの光変調器１０．１０’に光を出入さ
せるための光ファイバである。

かかる構成になる光変調器では、光ファイバ２１の長さ
を選択することによって、如何なる位置に配置された光
変調素子間でも自由に且つ所要の遅延時間が得られるよ
うに光変調器を構成することができる。

また他の実施例を示す第２図（Ｂ）で、ニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ３）よりなる基板２３の表面所定位置に
は、第１図で説明したのと同様の方法でチタン（Ｔｉ）
を熱拡散してパターン形成した直線状の光導波路２４と
該光導波路２４の長手方向に沿う側面の一点でほぼ数μ
ｍ程度の間隔を保つように近接配置したリング状の光導
波路２５を形成している。

一方、該基板２３の表面上で且つ上記直線状の光導波路
２４上には、第１図同様に所定のインピーダンスになる
ように設計された厚さ３μｍ程度の金（Ａｕ）メツキ電
極２６ａを上記リング状光導波路２５と光導波路２４の
最近接点Ｐを中心とした長手方向両側所定距離範囲を避
けた凹字形の帯状に形成している。

また該凹字型の電極２６ａに沿った所定領域には該電極
２６ａより面積の大きいアース電極２６ｈをそれぞれパ
ターン形成している。

また２７は上記帯状の電極２６ａ　とアース電極２６ｂ
に電気信号を供給する電源であり、２８は上記電極２６
ａとアース電極２６ｂに接続された終端抵抗器である。

かかる構成になる光変調器では、基板２３の表面に形成
された凹字形の電極２６ａの光導波路２４上の凸部三箇
所（図ではＱ、Ｑ’部）がそれぞれ独立した光変調素子
を構成すると共に、光導波路２４中を進行する光はリン
グ状光導波路２５との最近接点Ｐ近傍で該リング状光導
波路２５に移行しまた該リング状光導波路２５内を進行
する光は光導波路２４との最近接点Ｐ近傍で該光導波路
２４に移行する。

すなわち帯状の電極２６ａに所定の電気信号を負荷した
状態で光導波路２４に矢印Ｒ方向から所定の光を送り込
むと、政党はまずＱの部分で変調されて光導波路２４内
を進行するが、Ｐ点の近傍でＲの如くリング状光導波路
２５に乗り移り該導波路２５内を進行する。

一周した後２点近傍に近づくと、政党はＲ２の如く光導
波路２４に乗り移りＱ′部分で再度変調されて該基板２
３からＲ３方向に射出する。

従って、基板２３に形成するリング状光導波路２５の大
きさを適当に設定することにより、第１図の場合と同様
にＡ点から０点に至る電気信号の時間と光の時間が等し
くなるように構成できることから、政党は同一の電気信
号によって二度の変調を受けることになり、その駆動電
圧を１７２に減らすことができる。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明により、低電圧駆動と広帯域特性の向
上を図った光変調器を提供することができる。

なお本発明の説明では光変調素子が２個の場合について
行っているが、３個以上複数個の光変調素子を直列的に
配置し各素子間に光の遅延バスを設ければ更に低駆動電
圧の光変調器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明の実施例を示す構成図、第３図は従来の
光変調器の例を示す図、である。図において、 １０、１０　　“は光変調素子、１１．２３は基板、１
２．２４．２５は光導波路、　１３ａ、２６ａは電極、
１３ｂ　２６ｂはアース電極、 １４ａ、　１４ｂは同軸コート １５．２７は電源、 １７、１８．１９は反射ミラー、 ２Ｌ２２は光ファイバ、 をそれぞれ表わす。 １６．２８は終端抵抗器、 ２０は結合器、 し　餐

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶基板上に設けた光導波路と該光導波路上もし
   くはその近傍に該光導波路と平行に設けた進行波型電極
   とを備えた光変調器であって、該光変調器の外部または
   内部に光を遅延させるパスを設けてなることを特徴とす
   る光変調器。
2. （２）上記光変調器を光導波路と進行波型電極とを備え
   た複数の光変調素子で構成し、隣接する光変調素子間に
   光を遅延させるパスを設けると共に、進行波型電極を通
   過して出てくる電気信号を次段の光変調素子の進行波型
   電極に投入することを特徴とする請求項１項記載の光変
   調器。