JPH04337707A - 光変調器の動作点制御方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光変調器の動作点制御方
法に関する。詳しくは、電気光学効果を有する基板上に
形成される高速駆動のマッハツエンダ型光変調器の動作
点の制御方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ファイバやレーザ光源の進歩・
発達に伴い、光通信をはじ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。

【０００３】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、１．６　
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（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、チャーピング現象のために高
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
速で高安定な光変調方式の開発が求められている。

【０００４】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
するマッハツェンダ型外部変調器が有力視されている。

【０００５】図３は従来の光変調器の構成と動作点制御
の例を示す図で、最も基本的な構成を示したものである
。同図（イ）は平面図（基板上の電極，導波路配置），
同図（ロ）は同図（イ）のＡ　ーＡ’　　断面図，同図
（ハ）は直流電圧による動作点制御を説明したものであ
る。

【０００６】図中、１は電気光学効果を有する基板、２
は光導波路で光入射端と光出射端との間に分岐光導波路
２ａおよび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など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てある。

【０００７】３ａ，３ｂ　は変調用電極，たとえば、進
行波信号電極と接地電極、９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、
ＳｉＯ２などの薄膜が用いられている。

【０００８】変調用電極３ａ，３ｂ　はバッファ層１０
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。５は変調用電源、７はＤ
Ｃバイアスを与える直流電源である。

【０００９】いま、半導体レーザ１０１からの直流光が
左側の光入射端から光導波路２に入り、分岐光導波路２
ａ，２ｂ　の分岐点で２つに分けられ、分岐光導波路２
ａ，２ｂ　を通過する間に、変調用電極３ａ，３ｂ　に
変調用電源５から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
の両光を再び合波点で合流させて、右側の光導波路２の
光出射端から変調された光信号出力を取り出し、光検知
器１０２で受光して電気信号に変換するように構成され
ている。

【００１０】前記分岐光導波路２ａ，２ｂにおける両光
の位相差が０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ＯＮー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。

【００１１】しかし、実際上は製造バラツキやその他種
々の原因によって、変調器動作点が設計値からずれ，か
つ、そのずれの大きさは各素子で異なるのが一般的であ
る。そこで、通常は同図（ハ）に示したように破線■の
ごとく動作点からずれた変調特性カーブを、実線■の正
規の変調特性カーブへ移動させるために、直流電源７を
用いて変調電気信号に直流電圧（ＶＢ　）を重畳させて
動作点の調整制御を行っている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の動
作点の調整制御方法では動作点が余りに大きくずれてい
ると、重畳させる直流電圧が高くなり過ぎて所定の上限
を越える可能性があり問題となっている。

【００１３】さらに、電気光学効果を有する基板，たと
えば、ＬｉＮｂＯ３を基板とした場合に、光変調器にＤ
Ｃバイアスがかゝっていると、次第に動作点がシフトし
て行き消光比が劣化する現象，　いわゆる、ＤＣドリフ
トが生じることが報告されている（たとえば、Ｊａｐ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，　Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．４
，ｐｐ７３３　〜７３７，１９８１参照）　。

【００１４】したがって、上記のごとく直流（ＤＣ）　
電圧　ＶＢを印加して動作点を調整制御しようとすると
、そのためにＤＣドリフトが生じて動作点の制御ができ
なくなるなどといった重大な問題があり、その解決が求
められていた。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、電気光学
効果を有する基板１上に分岐光導波路２ａ，２ｂを有す
る光導波路２を形成し、前記分岐光導波路２ａ，２ｂに
変調用電極３ａ，３ｂを配設してなる光変調器において
、前記分岐光導波路２ａ，２ｂの少なくとも一方の上に
動作点調整膜４を設け、該動作点調整膜４をトリミング
してその長さを変えるようにした光変調器の動作点制御
方法、あるいは，前記変調用電極３ａ，３ｂのうちの一
方の電気信号を送信する変調用電極３ａに電気信号と独
立した直流電流を流し、前記一方の分岐光導波路２ａの
温度を上昇させるようにした光変調器の動作点制御方法
によって解決することができる。

【００１６】

【作用】本発明方法によれば、直流電圧の印加は一切行
わずに、分岐光導波路２ａ，２ｂのうちの一方に歪み，
または、温度変化を与えることによって屈折率の変化を
生じさせて動作点の調整制御を行うので、面倒な直流電
圧の印加が不要であるばかりでなく重大な障害となるＤ
Ｃドリフトも起こらず、光変調器の動作点の安定した調
整制御が可能となるのである。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す図である。同
図（イ）は平面図，同図（ロ）は動作点調整膜トリミン
グを説明する図，同図（ハ）は動作点調整を説明する図
である。

【００１８】図中、４は動作点調整膜である。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。 基板１には大きさ６０ｍｍ×２ｍｍ，厚さ１ｍｍのＬｉ
ＮｂＯ３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１００　ｎｍ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ッチング法で処理
したのち、約１０５００Ｃ，　酸素中で１０時間加熱し
ＴｉをＬｉＮｂＯ３中に熱拡散させて深さ約５μｍの光
導波路２を形成した。

【００１９】分岐光導波路部分の長さは５０ｍｍ，光導
波路の幅は７μｍになるように調整した。分岐光導波路
２ａおよび２ｂの間隔は約１５μｍとし、分岐部の角度
は１°に形成した。

【００２０】次いで、バッファ層としてＳｉＯ２を５０
０　ｎｍの厚さにスパッタ法で形成した。変調用電極３
ａ，３ｂ　はＴｉーＡｕ合金膜を蒸着したのち、分岐光
導波路２ａ，２ｂ　の上に２０ｍｍの長さにわたって重
なるように、図示したごとき所定の電極形状にパターン
エッチングし，　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　は変調用電
極３ａ，３ｂ　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。

【００２１】なお、変調用電極は一方を進行波信号電極
，　もう一方を接地電極とした。動作点調整膜４として
は、一方の分岐光導波路，たとえば、分岐光導波路２ｂ
の上に、長さ１０ｍｍ，巾１０μｍで８μｍ強の厚さに
なるように金属膜，たとえば、蒸着ＴｉーＡｕ合金膜に
Ａｕめっき膜を積層形成した。この金属膜は実際上は変
調用電極３ａ，３ｂと同時形成すればよい。

【００２２】光導波路の上に厚い金属膜などが形成され
ると、光導波路のＬｉＮｂＯ３が局部的に歪みが与えら
れ屈折率が大きく変化することが知られており、その厚
さや光導波路をカバーする長さによって歪み量，すなわ
ち、屈折率変化が異なってくる。

【００２３】そこで、同図（ロ）に示したごとく、動作
点調整膜４を一方の端から長さが変化するようにトリミ
ング，たとえば、ＹＡＧレーザを用いて加熱蒸散させれ
ば、両分岐光導波路間の位相差が変化して変調特性カー
ブが移動する。

【００２４】この結果、同図（ハ）に示したごとく縦軸
に光出力，横軸に変調電圧をとって変調特性カーブを描
くと、作製されたばかりの素子の変調特性が破線の■カ
ーブであったものが、同図（ロ）の動作点調整膜４の右
端からレーザトリミングするに従って、破線■へとシフ
トし，さらに、トリミングを進めると破線■へ、そして
，最終的に実線の■のカーブ，すなわち、所定の正規動
作点カーブへと調整制御することができる。

【００２５】なお、この動作点の調整作業は変調特性を
チェックしながらトリミングすればよく、これによって
自動調整制御を行うのは極めて容易である。また、動作
点調整膜４としては上記実施例の蒸着ＴｉーＡｕ合金膜
にＡｕめっき膜を積層した膜以外の他の歪み効果を与え
る金属，あるいは、非金属材料膜を用いてもよいことは
言うまでもない。

【００２６】図２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）は動作点制御を説明する
図である。図中、６は加熱用電源である。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。

【００２７】本実施例では、同図（イ）に示したように
変調用電極のうちの一方の電気信号を送信する変調用電
極３ａに電気信号と独立した直流電流を流すように加熱
用電源６を接続している。図のＣ１　，Ｃ２　はＤＣカ
ット用のコンデンサであり、Ｌ１　，Ｌ２　は高周波電
流を阻止するチョークコイルである。

【００２８】変調用電極３ａには若干の抵抗ｒが存在す
るので、加熱用電源６からある直流電圧を印加すると抵
抗ｒに応じた電流ｉが流れ、ｉ２　ｒに比例して発熱し
分岐光導波路２ａの温度が上昇する。

【００２９】したがって、その部分のＬｉＮｂＯ３の屈
折率が変化して両分岐光導波路間の位相差が変化する，
すなわち、変調特性カーブが移動する。いま、たとえば
，同図（ロ）で実線■に示したごとく、電圧が−　Ｖπ
／２，　＋　Ｖπ／２との間で光のスイッチングを行わ
せるように設計してある光変調器で、初期変調特性カー
ブが破線■とずれていたものを実線■の所定の正規動作
点カーブへとシフトするように高周波の変調用信号電圧
に直流電流ｉを重畳すれば、同様に直流電圧を印加する
ことなく本発明の動作点の調整制御を行うことができる
。

【００３０】なお、変調用電極２ａの両端には直流電流
ｉを流すことによりｖ＝ｉｒの電圧降下が生じるが、こ
の直流電圧はＤＣドリフト効果により動作点の制御効果
には影響がなくなり、最終的には直流電流ｉによる動作
点シフトだけが有効に働くようになることは説明するま
でもない。

【００３１】以上述べた実施例は例を示したもので、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
てもよいことは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば直
流電圧の印加を一切行わずに、分岐光導波路２ａ，２ｂ
のうちの一方に歪み，または、温度変化を与えることに
よって屈折率の変化を生じさせて動作点の調整制御を行
うので、面倒な直流電圧の印加が不要であるばかりでな
く重大な障害となるＤＣドリフトも起こらず、光変調器
の動作安定性と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】

【図１】本発明の一実施例を示す図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す図である。

【図３】従来の光変調器の構成と動作点制御の例を示す
図である。

【符号の説明】

１は基板、 ２は光導波路、 ２ａ，２ｂは分岐光導波路、 ３（３ａ，３ｂ）は変調用電極、 ４は動作点調整膜、 ５は変調用電源、 ６は加熱用電源、 ７は直流電源、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電気光学効果を有する基板（１）上に
   分岐光導波路（２ａ，２ｂ）を有する光導波路（２）を
   形成し、前記分岐光導波路（２ａ，２ｂ）に変調用電極
   （３ａ，３ｂ）を配設してなる光変調器において、前記
   分岐光導波路（２ａ，２ｂ）の少なくとも一方の上に動
   作点調整膜（４）を設け、該動作点調整膜（４）をトリ
   ミングしてその長さを変えることを特徴とした光変調器
   の動作点制御方法。
2. 【請求項２】　　前記変調用電極（３ａ，３ｂ）のうち
   の一方の電気信号を送信する変調用電極（３ａ）に電気
   信号と独立した直流電流を流し、前記一方の分岐光導波
   路（２ａ）の温度を上昇させることを特徴とした光変調
   器の動作点制御方法。