JPH03145623A

JPH03145623A - 光変調器

Info

Publication number: JPH03145623A
Application number: JP28540889A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Mekata; 直之女鹿田; Minoru Kiyono; 實清野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-11-01
Filing date: 1989-11-01
Publication date: 1991-06-20
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: JP2738078B2

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〕光変調器に関し、高速駆動の外部光変調において、放射光を用いたフィー
ドバックにより動作点の変動を防止することを目的とし
、平面に加工した電気光学効果を有する基板と、前記基板
上に形成され、光入射端と光出射端との間に分岐光導波
路を有する光導波路と、前記分岐光導波路の一方の上に
設けられた信号電極と、前記分岐光導波路の他方の上に
設けられた接地電極と、前記光導波路の光出射端に近接
して、信号光が導入されるごとくに配置された信号光用
光ファイバと、前記分岐光導波路の合波点から放射され
る放射光が導入されるごとくに配置されたモニタ光用光
ファイバと、前記モニタ光用光ファイバの光出射端に配
設された前記放射光を受光する光検知器と、前記光検知
器の出力電気信号の変化に応じて、前記信号電極に印加
される入力信号電圧の直流バイアスを変化させて、光変
調器の動作点を制御する信号処理・制御回路部とを少な
くとも備えるように光変調器を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、高速・高安定の光変調を行うための光変調器
の構成に関する。

近年、光ファイバやレーザ光源の進歩・発達に伴い、光
通信をはしめ光技術を応用した各種のシステム、デバイ
スが実用化され広く利用されるようになる一方、ますま
す、その高度技術開発への要請が強まってきた。

とくに、最近の光通信システムの高速化の要求から、光
信号を送信する光送信器においても、高速で光を変調す
る必要が生じてきた。

たとえば、Ｌ６　Ｇｂｐｓ程度までの低速光通信システ
ムにおいては、レーザダイオード（Ｌ　Ｄ　）を直接変
調する方式を用いてきたが、変調周波数がより高くなる
と、変調光波長の時間的微小変動、いわゆる、チャーピ
ング現象のために高速化と長距離通信への限界が生じる
。

一方、今後まずます大容量・長距離通信の要求が強まっ
てくるので、より高速、かつ、高安定な光変調方式の開
発が求められている。

〔従来の技術〕

高速光変調方式としては、半導体レーザ光を外部で変調
する外部変調方式がよく知られている。

とくに、電気光学効果を有する基板上に分岐光導波路を
設け、信号電極、たとえば、進行波信号電極を用いて駆
動するマツハツエンダ型光変調器が有力視されている。

第５図はＹ分岐光導波路マツハツエンダ型外部変調器の
構成例を示す図で、最も基本的な構成を示したものであ
る。同図（イ）は上面図（基板上の電極、導波路配置）
、同図（ロ）は同図（イ）のＡ　−Ａ”　断面図である
。

図中、１は電気光学効果を有する基板、４は光導波路で
光入射端４０と光出射端４■との間に分岐光導波路４ａ
および４ｂが形成されている。この光導波路は通常基板
の表面にＴｉなとの金属を光導波路部分だけに選択的に
拡散させ、その部分の屈折率を回りの部分よりも少し大
きくなるようにしである。

２は信号電極で、たとえば、進行波信号電極、３は接地
電極である。１１は光導波路上の金属電極層への光の吸
収を小さくするためのバッファ層で、通常、５ｉＯ７な
どの薄膜が用いられている。

進行波信号電極２と接地電極３は、バッファ層１１を介
して光導波路上に、Ａｕなどの金属を蒸着あるいはめっ
きによって形成している。

いま、半導体レーザ９からの直流光が左側の光入射端４
０から光導波路４に入り、分岐光導波路４ａ。

４ｂの分岐点４２で２つに分けられ、そこを通過する間
に、進行波信号電極２に高周波変調信号電圧を印加する
と、基板上に設けられた前記分岐光導波路４ａ、４ｂに
おける電気光学効果によって分岐された両光に位相差が
生じる。この両光を再び合波点４３で合流させて、右側
の光導波路４の光出射端４１から変調された光信号出力
を取り出し、光検知器１４で受光して電気信号に変換す
るように構成されている。

前記分岐光導波路４ａ、４ｂにおける両光の位相差がＯ
およびπになるように駆動電圧を印加すれば、光信号出
力は０Ｎ−ＯＦＦのパルス信号として得られる。

なお、ＲＴは終端抵抗である。

しかし、図からもわかるように、進行波信号電極２と接
地電極３とは通常面積を異にしており、分岐光導波路４
ａと４ｂの間に温度差を生じ、それに起因する動作点シ
フトが生じたり、あるいはいわゆる、ＤＣドリフトが生
じる（たとえば、Ｊａｐ、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、、
　Ｖｏｌ、２０．Ｎｏ、４．ｐｐ７３３〜７３７．１９
８１参照）。

第６図は動作点シフトを説明する図であり、同図（イ）
は変調特性、同図（ロ）は光出力パルス特性である。同
図（イ）の実線■が正常な特性で、破線の■が動作点が
シフトした場合である。これに対応じて、同図（ロ）の
実線■のきれいな出力パルス波形から、破線の■のよう
にピークが下がりボトムが上がった波形、すなわち、消
光比の劣化が生ずることになる。

第７図はＤＣドリフトを説明する図で、たとえば、最も
多く使用されるＬｉＮｂＯ３を基板１とした場合に、短
期のＤＣドリフトと長期のＤＣドリフトの２種類が、た
とえば、前記文献その他に報告されている。同図（イ）
は駆動電圧と時間の関係を示したもので一定の直流電圧
Ｖπを印加した場合に、同図（ロ）の実線■に示したよ
うに本来光出力レベルがＯであるべきものが、時間の経
過と共に徐々に増加していく、すなわち、動作点がずれ
ていく現象である。

そこで、このように動作点がずれて光変調器の性能が劣
化するのを防止するために、出力信号光からモニタ光を
取り出して入力電気信号にフィードバックをかけ、動作
点の安定化を図ることが提案されている。

第８図は従来の安定化外部変調器の構成例を示す図であ
る。図中、３０はファイバカップラ、８゛は信号処理・
制御回路部、１２゛　は光検知器である。

なお、前記図面で説明したものと同等の部分については
同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明は省略
する。

すなわち、光導波路４の右側の光出射端４１から、変調
された光信号出力を、たとえば、シングルモード光ファ
イバ５に導入・伝送したのち、光検知器１４で受光し電
気信号に変換して送信信号の受信を行う。この間、ファ
イバカップラ３０で信号光の一部を分岐して、たとえば
、シングルモード光ファイバ５′に導入し、光検知器１
２’　で電気信号に変換して、信号処理・制御回路部８
”で動作点のずれを検知し入力信号電源１３にフィード
バックして、ＤＣバイアスの調整を行い常に正しい動作
点に保持するようにしている。

なお、ファイバカップラ３０は２本の光ファイバを平行
に近接・結合させると一方の光ファイバの光の一部（た
とえば、１／１０程度）が、他方の光ファイバに移行し
て伝送されるように構成されたものである。

〔発明が解決しようとする課題］しかし、このような構成の光変調器においては、光導波
路から光ファイバに導入された信号光の一部がファイバ
カップラによってモニタ光として分岐されている。した
がって、送信される光信号パワーが分岐された分だけ減
少し、それに相当する分だけ光ファイバの伝送距離が短
くなるという重大な問題があり、その解決が必要であっ
た。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、平面に加工した電気光学効果を有する基
板１と、前記基板ｌ上に形成され、光入射端４０と光出
射端４１との間に分岐光導波路４ａおよび４ｂを有する
光導波路４と、前記分岐光導波路４ａ上に設けられた信
号電極２と、前記分岐光導波路４ｂ上に設けられた接地
電極３と、前記光導波路４の光出射端４１に近接して、
信号光が導入されるごとくに配置された信号光用光ファ
イバ５と、前記分岐光導波路４ａおよび４ｂの合波点４
３から放射される放射光が導入されるごとくに配置され
たモニタ光用光ファイハロと、前記モニタ光用光ファイ
ハロの光出射端６１に配設された前記放射光を受光する
光検知器１２と、前記光検知器１２の出力電気信号の変
化に応じて、前記信号電極２に印加される入力信号電圧
の直流バイアスを変化させて、光変調器の動作点を制御
する信号処理・制御回路部８とを少なくとも備えた光変
調器を構成することにより解決することができる。

〔作用〕

第１図は合波点における放射光を説明する図で、同図（
イ）は上面図、同図（ロ）はＡ−Ａ’矢視図、同図（ハ
）は信号光と放射光特性の関係を示したものである。す
なわち、信号電圧がＯの時には光出力は１００χ光導波
路４の光出射端４Ｉから出射し、分岐光導波路４ａと４
ｂの光の位相差がλ／２を与える電圧■πまたは−■π
の時は光導波路４の光出射端４１からの光出力はＯとな
る。

それ以外の、すなわち、光出射端４１から出射しない光
は当然のことなから光導波路４から外に洩れ出し損失と
なる。この洩れ光が、いわゆる、放射光１０であり分岐
光導波路４ａと４ｂの合波点４３から放射される。

この放射光１０は同図（ロ）に示したごとく合波点４３
からや＼下方の基板１内に広がった光ビームとして放射
される。そして、その光パワーの合計と位相は同図（ハ
）の破線■に示したごとく、実線のに示した信号光と丁
度相補な関係にある。

以上の説明かられかるように、本発明の構成によれば、
動作点がずれた場合に分岐光導波路４ａおよび４ｂの合
波点４３から放射される放射光をモニタ光として取り出
し、光検知器１２と信号処理・制御回路部８で動作点め
ずれを検知し入力信号電源１３■ にフィードバックして、ＤＣバイアスの調整を行ない常
に正しい動作点に保持するので、信号光の光パワーに何
ら影響を与えることなく、シたがって、光ファイバの伝
送距離の短縮を招くような問題は一切生しることがない
。

〔実施例〕第２図は本発明の原理の要点を説明する図で、光ファイ
バ４から出射する信号光は信号光用光ファイバ５へ導入
し、分岐光導波路４ａおよび４ｂの合波点４３から放射
される放射光はモニタ光用光ファイハロへ導入して電気
信号に変換し、入力信号電源のＤＣバイアスを調節して
動作点を安定させるようにフィードバックさせるのであ
る。

第３図は本発明実施例の構成を示す図である。

基板１には大きさ３０ｍｍＸ２ｍｍ、厚さ１ｍｍのＬｉ
Ｎｂ０ｚのＺ板の表面を鏡面研磨して使用した。

この基板の上にＴｉを約１１００ｎの厚さに真空蒸着し
、分岐光導波路４ａおよび４ｂを含む光導波路４に相当
する部分にＴｉが残るように通常のホトエッチ２フグ法で処理したのち、約１０５０°Ｃ１酸素中で１０
時間加熱しＴｉをＬｉＮｂ０．中に熱拡散させて深さ約
５μｍの光導波路４を形成した。

分岐光導波路部分の長さは２０ｍｍ、光導波路の幅は７
μｍになるように調整した。分岐光導波路４ａおよび４
ｂの間隔は約１５μｍとし、分岐部の角度はｌｏに形成
した。

次いで、バッファ層として５ｉＯｚを５００ｎｍの厚さ
にスパック法で形成した。

信号電極（進行波信号電極）２および接地電極３はＴ　
ｉ　−Ａ　ｕ合金膜を蒸着したのち、光導波路４の上に
重なるように所定の電極形状にパターンエツチングし、
さらに、その上に厚さ８μｍのＡｕをめっきにより付着
形成した。終端抵抗Ｒｔは進行波信号電極２および接地
電極３の特性インピーダンスに合わせて５０Ωになるよ
うに調整した。

信号光用光ファイバ５にはシングルモード光ファイバを
用い、光導波路４の光出射端４１から信号光が導入でき
るように配設し、モニタ光用光ファイバ６にはマルチモ
ード光ファイバを用い、分岐光導波路４ａおよび４ｂの
合波点４３から放射される広がりを持った放射光１０が
導入できるように配設する。

光出射端４１に信号光用光ファイバ５を接続し、放射光
ビーム出射部分にモニタ光用光ファイバ６を接続するた
めに、両光ファイバ５および６をホルダ７に所定の位置
に嵌入固定し、それを通常の光フアイバ接続方法により
接続固定する。

モニタ光用光ファイバ６の光出射端６１から出射したモ
ニタ用の放射光は、光検知器１２で受光して電気信号に
変換したのち、信号処理・制御回路部８に入力し、光検
知器１２の出力電気信号の変化に応じて、信号電極（進
行波信号電極）２に印加される入力信号電源１３の直流
バイアスを変化させ、光変調器の動作点を制御するよう
に構成する。

なお、前記諸図面で説明したものと同等の部分について
は同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明は省
略する。

第４図は本発明実施例の要部を示す図で、同図（イ）は
正面図、同図（ロ）は側面図である。

ボルダ７には、たとえば、軸受は状のルビービーズの中
心に予めあけられた孔に、信号光を導入するコア５０の
径が９μｍφのシングルモード光ファイバを挿入し、ま
た、中心から所要の距離８たとえば、１３０〜１５０μ
ｍの中心距離を離して放射光１０を導入する位置にあけ
られた孔に、たとえば、コア６０の径が１００　μｍφ
の放射光を受けるに充分な太さのマルチモード光ファイ
バを挿入したのち、たとえば、紫外線硬化のエポキシ樹
脂接着材で接着固定する。

上記実施例では、信号光用光ファイバ５とモニタ光用光
ファイバ６とを同一のホルダ７に固定して使用したが、
それぞれ別々に光を導入するようにしてもよいことは勿
論である。

また、上記実施例では、放射光の取り出しは光導波路４
の片側から、１本のモニタ光用光ファイバ６で行ったが
、光導波路４の両側から、２本のモニタ光用光ファイバ
を用いて放射光の受光強度を上げ、感度を上げるように
してもよい。

以上述べた実施例は一例を示したもので、本発明の趣旨
に添うものである限り、使用する素材や構成など適宜好
ましいもの、あるいはその組み合わせを用いることがで
きることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の構成によれば、動作点が
ずれた場合に分岐光導波路４ａおよび４ｂの合波点４３
から放射される放射光をモニタ光として取り出し、光検
知器１２と信号処理・制御回路部８で動作点のずれを検
知し入力信号電源１３にフィードバックして、ＤＣバイ
アスの調整を行ない常に正しい動作点に保持するので、
信号光の光パワーに何ら影響を与えることなく、シたが
って、光ファイバの伝送距離の短縮を招くことがなく、
高速・長距離光通信用の光変調器の性能、信頼性の向上
に寄与するところが極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は合波点における放射光を説明する図、第２図は
本発明の原理の要点を説明する図、６第３図は本発明実施例の構成を示す図、第４図は本発明
実施例の要部を示す図、第５図はＹ分岐光導波路マツハ
ツエンダ型外部変調器の構成例を示す図、第６図は動作点シフトを説明する図、第７図はＤＣドリフトを説明する図、第８図は従来の安定化外部変調器の構成例を示す図であ
る。図において、 ■は基板、２は信号電極、３は接地電極、４は光導波路、４ａ、４ｂは分岐光導波路、５は信号光用光ファイバ、６はモニタ光用光ファイバ、７はホルダ、８は信号処理・制御回路部、９は半導体レーザ、ＩＯは放射光、１１はバッファ層、１２は光検知器、１３ば入力信号電源、４０は光入射端、４１は光出射端、４２は分岐点、４３は合波点である。謡絹輸曵靭おＱｕ’３曲蒜−へ〜

Claims

【特許請求の範囲】　平面に加工した電気光学効果を有する基板（１）と、前記基板（１）上に形成され、光入射端（４０）と光出
射端（４１）との間に分岐光導波路（４ａ）および（４
ｂ）を有する光導波路（４）と、前記分岐光導波路（４ａ）上に設けられた信号電極（２
）と、前記分岐光導波路（４ｂ）上に設けられた接地電極（３
）と、前記光導波路（４）の光出射端（４１）に近接して、信
号光が導入されるごとくに配置された信号光用光ファイ
バ（５）と、前記分岐光導波路（４ａ）および（４ｂ）の合波点（４
３）から放射される放射光が導入されるごとくに配置さ
れたモニタ光用光ファイバ（６）と、前記モニタ光用光ファイバ（６）の光出射端（６１）に
配設された前記放射光を受光する光検知器（１２）と、前記光検知器（１２）の出力電気信号の変化に応じて、
前記信号電極（２）に印加される入力信号電圧の直流バ
イアスを変化させて、光変調器の動作点を制御する信号
処理・制御回路部（８）とを少なくとも備えることを特
徴とした光変調器。