JPH04269706A - 光変調素子 - Google Patents

光変調素子

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Publication number
JPH04269706A
JPH04269706A JP3039191A JP3039191A JPH04269706A JP H04269706 A JPH04269706 A JP H04269706A JP 3039191 A JP3039191 A JP 3039191A JP 3039191 A JP3039191 A JP 3039191A JP H04269706 A JPH04269706 A JP H04269706A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wave electrode
thickness
traveling wave
overlay
buffer layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP3039191A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Kono
健治 河野
Kazuto Noguchi
一人 野口
Toshio Suzuki
俊雄 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP3039191A priority Critical patent/JPH04269706A/ja
Publication of JPH04269706A publication Critical patent/JPH04269706A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
    • G02F1/0356Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide structure

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  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、動作速度が速い光変調
素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のマッハシェンダ形強度光変調素子
の構成例として、河野他,”Broad−band a
nd low−driving−power LiNb
03 external optical modul
ators”,NTT Review, vol.1,
 pp.103, 1989.に示されているものを図
6および図7に示す。
【0003】この例では、電気光学効果を有するzカッ
トLiNbO3 基板1にTi熱拡散によりマッハツェ
ンダ形光導波路2が形成されている。その基板1の上に
は厚さDのSiO2 バッファ層3が形成され、さらに
そのバッファ層3の上に中心導体4およびアース導体5
から構成されたコプレーナウェーブガイド(CPW)形
の進行波電極が形成されている。6はCPW電極4と5
の間に接続された終端抵抗、7は、電極4と5に接続さ
れ、変調用マイクロ波信号をこれら電極4および5に供
給する給電用同軸線である。なお、この例では、中心導
体4の幅2Wは8μm,導体4と5とのギャップ2Gは
15μm,SiO2 バッファ層3の厚みDは1.2μ
m、進行波電極を構成する導体4および5の厚みTは4
μmとしている。
【0004】変調用マイクロ波信号給電線7から駆動電
力が供給されると、この光変調器では中心導体4とアー
ス導体5との間に電界が加わる。LiNbO3基板1は
電気光学効果を有するので、この電界により屈折率変化
を生じる。その結果、2本の光導波路2を伝搬する光の
位相にずれが生じる。このずれがπになった場合、マッ
ハツェンダ形光導波路の合波部で高次モードを励振し、
光はOFF状態となる。
【0005】この光変調器の場合、CPW電極4および
5は進行波電極として構成されているので、CPW電極
を伝搬する変調用マイクロ波信号と光導波路2を伝搬す
る光との間に速度の差がなければ、理想的には光変調帯
域の制限はない。
【0006】しかしながら、実際にはマイクロ波伝搬損
失の他、マイクロ波信号波と光との間の速度の差によっ
て変調帯域が制限される。信号波に対するCPW電極の
マイクロ波実効屈折率をnm 、光に対する光導波路2
の実効屈折率をno とすると、3dB光変調帯域Δf
はl/(nm −no )に反比例する。但し、この比
例関係の式では、マイクロ波の伝搬損失を無視している
。従って、光変調の帯域を拡大するためには、マイクロ
波と光の実効屈折率を近付けること、すなわち、マイク
ロ波と光の速度を整合させることが不可欠である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】そのために、図5およ
び図6の従来例では、SiO2 バッファ層3の厚みD
を厚くすることにより、マイクロ波と光との実効屈折率
を近付けている。しかしながら、バッファ層3を厚くす
るこの手法でマイクロ波と光との速度整合をとろうとす
ると、バッファ層3を数μmの厚みとする必要があり、
駆動電圧が上昇してしまうという欠点があった。
【0008】そこで、本発明の目的は、駆動電圧が低く
かつマイクロ波と光との速度を完全に整合させた広帯域
の光変調素子を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、少なくとも一本の光導波路を備え
た電気光学効果を有する基板と、前記基板の上に配置さ
れたバッファ層と、前記バッファ層の上に配置された進
行波電極と、前記光導波路と前記進行波電極とが相互作
用する領域の近傍にオーバーレイを介して配設されたシ
ールド導体とを備えた光変調素子において、前記進行波
電極に印加されるマイクロ波実効屈折率が前記光導波路
を伝搬する光の実効屈折率に近づくとともに、前記進行
波電極の特性インピーダンスが外部電気回路の特性イン
ピーダンスに近づくように、前記進行波電極の厚み、前
記バッファ層の厚み、および前記オーバーレイの厚みを
定めたことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明では、進行波電極の厚みを厚くすること
によりマイクロ波実効屈折率を下げるようにし、かつオ
ーバーレイを設けたシールド導体を用いることにより、
そのオーバレイの厚みを厚くすることができるので、マ
イクロ波と光との完全な速度整合を実現でき、以てマイ
クロ波の伝搬損失を低く押えることができ、従って広帯
域光変調が可能となる。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0012】本発明の一実施例の平面図および横断面図
を図1および図2にそれぞれ示す。ここで、図5および
図6と同様の個所には同一符号を付す。この実施例にお
いては、図5および図6に示した従来例の構造と異なっ
て、CPW進行波電極を構成する中心導体4およびアー
ス導体5の厚みTを厚くする。光導波路2とCPW進行
波電極とが相互作用する領域の近傍において、例えば空
気などによる、誘電率の低いオーバレイ8を介して、シ
ールド導体9を中心導体4を内包するようにしてアース
導体5に固着する。残余の構成は図6および図7の従来
例と同様である。
【0013】図3および図4は図1および図2に示した
本発明の実施例について、それぞれ、マイクロ波実効屈
折率nm と特性インピーダンスZを有限要素法により
算出した結果を示す。図中、no は光の実効屈折率で
ある。ここで、CPW進行波電極の中心導体4の幅2W
を8μm、ギャップ2Gを30μm、SiO2 バッフ
ァ層3の厚みを1.2μmとし、パラメータとして進行
波電極の厚みTを取り、T=4μm、10μm、16μ
mの場合についてオーバレイ8の厚みHに対する計算結
果を示している。
【0014】図5は図1および図2に示した本発明の実
施例についての相互作用長が2.7cmの場合について
、3−dB光変調帯域の計算結果を示している。
【0015】図3のnm の計算結果と図5の光変調帯
域の計算結果からわかるように、進行波電極の厚みTが
厚いほど、厚みHの厚いオーバレイ8でマイクロ波と光
との速度整合(nm =no )を達成できる。なお、
実際に進行波電極の厚みTの効果が顕著に現われるよう
にするためには、この厚みTとして4〜5μm以上の厚
みが必要であると考えられる。
【0016】ここで、オーバレイ8の厚みHを厚くする
ことによって、進行波電極の中心導体4およびアース導
体5の表面からシールド導体9までの距離を長くでき、
従って、シールド導体9に起因するマイクロ波伝搬損失
を小さくできる利点がある。しかも、進行波電極の厚み
Tを厚くすることによって、その断面積が大きくなり、
低周波付近でのマイクロ波伝搬損失を低減できる効果も
ある。なお、高周波では表皮効果によりマイクロ波伝搬
損失が決まるので、かかる厚みTを厚くする必要はない
【0017】以上の実施例では、基板としてzカットの
LiNbO3 基板を用いたが、本発明では、xカット
のLiNbO3 基板を用いてもよいし、電気光学効果
を有するその他の基板でもよい。また、進行波電極とし
ては、上述したCPWに限られず、非対称コプレーナス
トリップや対象コプレーナストリップなどのその他のマ
イクロ波電極を用いてもよいことは明白である。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、進行
波電極の厚みを厚くすることによりマイクロ波実効屈折
率を下げるようにし、かつオーバーレイを設けたシール
ド導体を用いることにより、そのオーバレイの厚みを厚
くすることができるので、マイクロ波と光との完全な速
度整合を実現でき、以てマイクロ波の伝搬損失を低く押
えることができ、従って広帯域光変調が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す平面図である。
【図2】本発明の一実施例を示す横断面図である。
【図3】マイクロ波実効屈折率nm との有限要素法に
よる計算結果を示す図である。
【図4】特性インピーダンスの有限要素法による計算結
果を示す図である。
【図5】図1,図2の本発明実施例について計算した光
3−dB帯域の値を示す図である。
【図6】従来のLiNbO3 光変調器の平面図である
【図7】従来のLiNbO3 光変調器の横断面図であ
る。
【符号の説明】
1  LiNbO3 基板 2  マッハツェンダ形光導波路 3  SiO2 バッファ層 4  中心導体 5  アース導体 6  終端抵抗 7  給電用同軸線 8  オーバレイ 9  シールド導体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  少なくとも一本の光導波路を備えた電
    気光学効果を有する基板と、前記基板の上に配置された
    バッファ層と、前記バッファ層の上に配置された進行波
    電極と、前記光導波路と前記進行波電極とが相互作用す
    る領域の近傍にオーバーレイを介して配設されたシール
    ド導体とを備えた光変調素子において、前記進行波電極
    に印加されるマイクロ波実効屈折率が前記光導波路を伝
    搬する光の実効屈折率に近づくとともに、前記進行波電
    極の特性インピーダンスが外部電気回路の特性インピー
    ダンスに近づくように、前記進行波電極の厚み、前記バ
    ッファ層の厚み、および前記オーバーレイの厚みを定め
    たことを特徴とする光変調素子。
JP3039191A 1991-02-25 1991-02-25 光変調素子 Pending JPH04269706A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014066941A (ja) * 2012-09-26 2014-04-17 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 光変調器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014066941A (ja) * 2012-09-26 2014-04-17 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 光変調器
US9235066B2 (en) 2012-09-26 2016-01-12 Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. Optical modulator

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