JPH03200924A - 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〕 光変調器に関し、 高速駆動の外部光変調において、動作電圧が低く、かつ
、変調周波数帯域中が広い簡易な構成の光変調器を実現
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上に、第１お
よび第２の分岐光導波路を有する光導波路を設け、前記
第１の分岐光導波路と第２の分岐光導波路を伝播する光
の間に位相差を生じさせるように信号電極および接地電
極を対向対称配置してなるマツハツエンダ型光変調器に
おいて、前記接地電極の外側に補助接地電極を分離して
形成し、前記接地電極と補助接地電極との間を、複数の
接地電極ブリッジで電気的に接続して光変調器を構成す
る。さらに、前記接地電極と補助接地電極との間の基板
に細長い溝を形成した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・低動作電圧で光変調を行い、
かつ、簡易な構成の光変調器、とくに、その電極構成に
関する。

最近の光通信システムの光送信系において、たとえば、
１．６ＧＨｚ程度までの光通信システムにおいては、レ
ーザダイオード（ＬＤ）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、チャーピング現象が起こり高速化
と長距離通信への限界となる。

一方、今後ますます大容量・長距離通信の要求が強まっ
てくるので、より高速、かつ、高安定で動作電圧が低い
光変調器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、とくに、電気光学結晶基板上に分岐
光導波路を設け、進行波電極で駆動するマッハツーエン
ダ型光変調器が知られている。

第４図は従来の光変調器の例を示す図（非対称電極配置
型）で、同図（イ）は平面図、同図（ロ）はＹ−Ｙ’断
面図である。

図中、ｌは平面に加工した電気光学効果を有する基板、
たとえば、ＬｔＮｂＯｓ基板である。２は光導波路で中
間に分岐光導波路２ａ、　２ｂ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。３は信
号電極で、たとえば、進行波信号電極、４′は接地電極
である。５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、ＳｉＯ□などの薄
膜が用いられている。信号電極３と接地電極４′はノ＜
・ソファ層５を介して先導波路上に、Ａｕなどの金属を
蒸着あるいはメツキによって形成している。

いま、たとえば、こ＼には図示してない半導体レーザか
ら発した直流光が左側の光導波路２から入り、分岐光導
波路２ａ、　２ｂで２つに分けられ、その間に、信号電
極３に高周波変調信号源７から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２ａ、　２ｂ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。この両光を再び合流させて、右側の一本の光導波
路２から変調された光信号出力を取り出し、こ＼に図示
してない光検知器で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２ａ、　２ｂにおける両光の
位相差が０．あるいは、πになるように駆動電圧を印加
すれば、たとえば、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。

この例では、図からもわかるように信号電極３に比較し
て、接地電極４′を大きく形成してありその抵抗値が低
いので、誘導などによる両電極間の相互作用が小さく、
比較的周波数帯域が広く取れるという特徴がある。

第５図は従来の光変調器の例を示す図（対称電極配置型
）で、同図（イ）は平面図、同図（ロ）はＹ−Ｙ’断面
図である。図中、４”は接地電極である。

なお、前記従来例の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。

この例の構成の場合は、信号電極３と接地電極４”とは
同一の巾で形成されているので、２つの分岐光導波路２
ａ、　２ｂにか＼る実効的な変調電界は等しく、プッシ
ュプル動作による低電圧駆動が可能である。また、両分
岐光導波路間に温度差に基づく歪みが生じることがない
ので、変調器動作点が変動する恐れもないという特徴が
ある。

〔発明が解決しようとした課題〕

しかし、上記の非対称電極配置型の従来例の場合、接地
電極４°は高周波電気信号の伝達をよくするため、信号
電極３よりも大きくしてあり、したがって、分岐光導波
路２ａ、　２ｂに印加される電界分布は等しくなく、そ
のために、それぞれでの光に作用する実効的な電界の大
きさＥ、およびＥ、は非対称で、通常Ｅ、はＥ、の３〜
６倍程度になる。

変調効率は（Ｅ、　＋　Ｅｂ　）に比例するので、上記
の如く、Ｅ、がＥ、に比較して非常に小さいことは変調
効率が上がらず、結局、変調用の駆動電圧を大きくしな
ければならないことになる。

さらに、信号電極３と接地電極４′にか＼る電界の非対
称性のために、分岐光導波路２ａ、　２ｂに温度差が生
じ、それに基づく歪みによって光変調特性の動作点がシ
フトしてしまうという問題がある。

一方、対称電極配置型の従来例の場合には、信号電極３
と同一の巾の接地電極４”が狭い間隔ｇを置いて近接・
対向して配置されているので、電気的誘導などに基づく
相互干渉が大きく、変調信号のＳ／Ｎが劣化し、変調帯
域中が広く取れないなどといった問題があり、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ｌ上に、第１および第２の分岐光導波路２ａ、　２ｂ
を有する光導波路２を設け、前記第１の分岐光導波路２
ａと第２の分岐光導波路２ｂを伝播する光の間に位相差
を生じさせるように信号電極３および接地電極４を対向
対称配置してなるマツハツエンダ型光変調器において、
前記接地電極４の外側に補助接地電極４０を分離して形
成し、前記接地電極４と補助接地電極４０との間を、複
数の接地電極ブリッジ４１で電気的に接続して光変調器
を構成することによって解決することができる。さらに
、前記接地電極４と補助接地電極４０との間の基板ｌに
細長い溝６を形成した前記光変調器により一層効果を高
めることができる。

〔作用〕

本発明の構成によれば、接地電極４は信号電極３と同じ
狭い巾に形成されているので、分岐光導波路２ａ、　２
ｂに印加される電界分布はほり等しく。

したがって、プッシュプル動作による駆動が可能で低電
圧駆動ができる。しかも、接地電極４の外側には離れた
位置に巾の広い補助接地電極４０が形成され、接地電極
４と補助接地電極４０との間を接地電極ブリッジ４１で
電気的に接続しているので、アースが浮いて誘導を受け
るといった心配がなく。

したがって、変調周波数帯域が劣化することがない。さ
らに、接地電極３の直ぐ外側の補助接地電極４０との間
の基板ｌに溝６を形成して、高誘電率の基板ＬｉＮｂＯ
５を通して電気力線が補助接地電極４０側に洩れるのを
防げばより一層効果を上げることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す図で、同図（イ）は平面
図、同図（ロ）はＹ−Ｙ’断面図である。

基板ｌには大きさ３０ｍｍＸ２　ｍｍ、厚さ１ｍｍのＬ
ｔＮｂＯ３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９０ｎｍの厚さに真空蒸着し、
分岐光導波路２ａおよび２ｂを含む光導波路２に相当す
る部分にＴｉが残るように通常のホトエツチング法で処
理したのち、約８００°ＣでＴｉをＬｉＮｂＯ５中に熱
拡散して全光導波路２を形成した。

分岐光導波路部分の長さは２０ｍ　ｍ　、光導波路の幅
は全て７μｍになるように調整した。

次いで、バッファ層として５ｉＯｚを３００ｎｍの厚さ
にスパッタ法で形成した。

信号電極３はＡｕ／Ｔ　ｉの２層膜を蒸着したのち、分
岐光導波路２ａおよび２ｂの上に巾９μｍ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３μｍの
Ａｕをメツキにより付着形成した。

接地電極４は信号電極３と同様のプロセスで９μｍの巾
で信号電極形成と同時形成する。補助接地電極４０は接
地電極４の外側に０．４ｍｍ離して平行に配置し、接地
電極ブリッジ４１は接地電極４と補助接地電極４０の間
を、たとえば、４個所で巾ＩＯμｍの導体膜により電気
的に接続する。補助接地電極４０と接地電極ブリッジ４
１の形成には、たとえば、接地電極４および信号電極３
と同様のプロセスで３μｍの厚さのＡｕメツキ膜を９図
示したごとき形状に信号電極形成と同時形成する。

以上の構成により、従来約５　ＧＨｚまでの周波数帯域
であったものが、駆動電圧６ｖと低電圧動作を維持した
ま＼で、１５ＧＨｚ程度まで帯域中を広げることが可能
となった。

第２図は本発明の他の実施例を示す図で、同図（イ）は
平面図、同図（ロ）はＹ−Ｙ’断面図である。

図中、６は溝で、たとえば、巾０．２ｍｍ、深さ０．１
５ｍｍで接地電極４の直ぐ外側の補助接地電極４０との
間の基板ｌに形成されている。

なお、前記の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。

本実施例では４本の接地電極ブリッジ４１の中央部分の
２本をボンディングワイヤで溝６を跨いで接続しており
、前記第１図の実施例と同等以上の効果が得られる。

第３図は本発明のさらに他の実施例を示す平面図である
。

本実施例は前記第２図で説明した場合よりも、溝６の長
さを大きくして接地電極４と補助接地電極４０の隔離効
果をより高めるようにしている。したがって、接地電極
ブリッジ４１は全てボンディングワイヤにより溝６を跨
いで接続されている。

溝６が形成されていることにより、基板ｌの巾方向に伝
播される弾性波に基づく相互干渉の影響が高周波側にず
れるので（信号電極３と接地電極４が形成されている基
板部分の巾が大きいほど、弾性波に基づくノイズの影響
が低周波側に生じてくることが知られている）、前記第
、１図の溝６を形成してない場合に比較して、周波数帯
域はさらに広がり約３００Ｈ２まで使用可能な光変調器
が得られた。

溝６の形成には、ダイヤモンドカッターやダイシングマ
シンを使用するか、レーザ光により溝付けするか、ある
いは、化学的にエツチングして形成してもよい。

なお、溝６の長さ方向の形成範囲は、さらに広げて信号
電極３の電極引き出し部分を横切るようにしてもよく、
この場合には溝６はウエーノ＼上で連続した溝として、
たとえば、グイシングツ−で−括形成すればよいので極
めて容易であり、また、電気的接続は信号電極の電極引
き出し部分を含めて、溝６を跨いで同様にボンディング
ワイヤで電気的に接続すればよい。

以上述べた実施例は数例を示したもので、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９寸法、製
作プロセス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、本発明によれば接地電極４は信号
電極３と同じ狭い巾に形成されているので、分岐光導波
路２ａ、　２ｂに印加される電界分布はほり等しく低電
圧駆動ができる。しかも、接地電極４の外側には離れた
位置に巾の広い補助接地電極４０が形成され、接地電極
４と補助接地電極４０との間を接地電極ブリッジ４１で
電気的に接続しているので、アースが浮いて誘導を受け
るといった心配がなく、シたがって、広い変調周波数帯
域が得られる。さらに、接地電極３の直ぐ外側の補助接
地電極４０との間の基板ｌに溝６を形成すれば、高誘電
率の基板ＬｔＮｂ０３を通して電気力線が補助接地電極
４０側に洩れるのを防ぐとともに、弾性波に基づくノイ
ズの発生を抑えるので、より一層効果を上げることがで
き、高周波・長距離光通信用の光変調器の性能・品質の
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図は本発明の実施例を示す図、 第４図は従来の光変調器の例を示す図（非対称電極配置
型）、 第５図は従来の光変調器の例を示す図（対称電極配置型
）図である。 図において、 ■は基板、２は光導波路、 ２ａおよび２ｂは第１および第２の分岐光導波路、３は
信号電極、４は接地電極、５はバッファ層、４０は補助
接地電極、 ４１は接地電極ブリッジである。 ＄侘Ｂ月の実、＠ｇ＋１と示す図 第　１　図 （イ）平 面 図 Ｃ口）Ｙ−Ｙ断面図 ＄発明ｌ７）（ｔ！の実加伊区示す間 第　２　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）平面に加工した電気光学効果を有する基板（１）
   上に、第１および第２の分岐光導波路（２ａ、２ｂ）を
   有する光導波路（２）を設け、前記第１の分岐光導波路
   （２ａ）と第２の分岐光導波路（２ｂ）を伝播する光の
   間に位相差を生じさせるように信号電極（３）および接
   地電極（４）を対向対称配置してなるマッハツェンダ型
   光変調器において、 前記接地電極（４）の外側に補助接地電極（４０）を分
   離して形成し、前記接地電極（４）と補助接地電極（４
   ０）との間を、複数の接地電極ブリッジ（４１）で電気
   的に接続することを特徴とした光変調器。
2. （２）前記接地電極（４）と補助接地電極（４０）との
   間の基板（１）に細長い溝（６）を形成することを特徴
   とした請求項（１）記載の光変調器。