JPH0434516A - 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、 高速駆動のマツハツエンダ型光変調器の動作点の変動を
制御して高安定の光変調器を実現することを目的とし、 電気光学効果と光弾性効果を有する基板上に、分岐光導
波路を有する先導波路と前記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設けられた変調用電極
とを少なくとも設け、光ファイバ結合端子と変調用信号
入力端子とを少なくとも備えた筺体に収納してなるマツ
ハツエンダ型光変調器において、前記分枝光導波路の少
なくとも一方の上、または、その近傍に圧力を加へる圧
力印加手段を設けて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
通信をはじめ光波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、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
グ現象や光ファイバの分散特性など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外部変調器が有力視されている
。

第５図はマツハツエンダ型外部変調器の例を示す図で、
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、■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２
ｂ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
ようにしである。

３ａ、３ｂは変調用電極、９は光導波路上の電極金属層
への光の吸収を小さくするためのバッファ層で２通常、
ＳｉＯ□などの薄膜が用いられている。

変調用電極３ａ、３ｂはバッファ層９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ｌＯ１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２ａ、２ｂの分岐
点で２つに分けられ、分岐光導波路２ａ、２ｂを通過す
る間に、変調用電極３ａ、３ｂに変調用電源６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。

前記分岐光導波路２ａ、２ｂ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、Ｒ
ｙは終端抵抗である。

しかし、実際上は製造バ与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たり、あるいは、
使用中にシフトすることがある。

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、たとえば、正常な設計値特性で
、破線の■が動作点がシフトした場合である。これに対
応して、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。

そこで、従来は同図（イ）の破線■を元の正常な特性で
ある実線■に戻すために、直流（ＤＣ）バイアス電圧ｖ
３を印加して動作点を制御するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

最近、電気光学効果を有する基板、たとえば、ＬｉＮｂ
０＋を基板とした場合に、光変調器にＤＣバイアスがか
−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、八ｐｐ１．Ｐ
ｈｙｓ、、　　νｏ１．２０．Ｎｏ、４．Ｐｌ）７３３
　〜７３７．１９８１参照）。

したがって、上記のごとく直流（ＤＣ）電圧Ｖ。

を印加して動作点を制御しようとすると、そのためにＤ
Ｃドリフトが生じてしまうという重大な問題があり、そ
の解決が求められていた。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、電気光学効果と光弾性効果を有する基板
１上に、分岐光導波路２ａ、２ｂを有する光導波路２と
前記分岐光導波路２ａ、２ｂを伝播する光の間に位相差
を生じさせるように設けられた変調用電極３ａ、３ｂと
を少なくとも設け、光ファイバ結合端子４１．４２と変
調用信号入力端子４３．４４とを少なくとも備えた筺体
４に収納してなるマツハツエンダ型光変調器において、
前記分岐光導波路２ａ、２ｂの少なくとも一方の上、ま
たは、その近傍に圧力を加へる圧力印加手段５を設けて
構成した光変調器により解決することができる。

〔作用〕

本発明の光変調器は動作点を制御するために、直流（Ｄ
Ｃ）バイアス電圧を印加することはせず、両分岐光導波
路２ａ、２ｂの少なくとも一方の上、または、その近傍
に圧力を加へることによって光弾性効果を生じさせ、そ
れにより屈折率変化に基づく光の位相差が変化するので
動作点がシフトする現象を実現する構成にしている。し
たがって、ＤＣドリフトを生じさせることなく動作点の
制御が可能となるのである。

〔実施例〕

第１図は本発明の詳細な説明する図である。

基板１には、たとえば、大きさ４０ｍｍＸ２ｍｍ。

厚さ１ｍｍのし１ＮｂＯ，のＺ板の表面を鏡面研磨して
使用する。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、湿気（ｌｌｚＯ）を含んだ酸
素中で、約１０５０’Ｃ，１０時間加熱しＴｉをＬｉＮ
ｂ０．中に熱拡散させて光導波路２を形成する。

分岐光導波路部分の長さは２５ｍｍ、光導波路の幅は７
μｍになるように調整し、分岐光導波路２ａおよび２ｂ
の間隔は約１５μｍ、分岐部の角度は２゜程度に形成す
る。

次いで、バッファ層としてＳｉｎ、を５００ｎｍの厚さ
にスパッタ法で形成する。

変調用電極３ａ、３ｂは＾ｕ／Ｔｉ　　２１！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
形状にパターンエツチングし、さらに、その上に厚さ８
μｍのＡｕをめっきにより付着形成する。終端抵抗Ｒ７
は変調用電極３ａ　、　３ｂの特性インピーダンスに合
わせて５０Ωになるように調整する。

なお、変調用電極は一方を進行波信号電極、もう一方を
接地電極とすればよい。

７．８は光ファイバで、それぞれの一端は光導波路２の
入出射端に結合され、他の一端は図示してない半導体レ
ーザ、および、同じく図示してない光検知器に結合され
ている。

いま、たとえば、分岐光導波路２ａに圧力ｐｍ　＋分岐
光導波路２ｂに圧力Ｐ１を印加すると、その圧力の大き
さに対応した歪みが発生し、光弾性効果によってその部
分の屈折率が変化する。もし、圧力Ｐ、およびＰ、の大
きさが異なると光弾性効果による屈折率変化の大きさも
異なるので、分岐光導波路２ａ、２ｂを伝播する光の位
相変化も異なることになり、したがって、両光に変調信
号電圧印加に基づく位相差のほかに圧力印加に基づく位
相差が生じることになり、ＤＣバイアスを印加すること
なく動作点を圧力印加による位相差によって制御できる
。

なお、圧力印加は分岐光導波路２ａ　、　２ｂの直上で
なく、光弾性効果が生じる範囲であればその近傍であっ
てもよ（、同一分岐導波路上に数箇所印加するようにし
てもよい。

また、一方の分岐光導波路だけに圧力を加えても動作点
のシフトは可能である。たりし、任意の方向にシフトさ
せるためには両方に印加するようにした方がよい。すな
わち、圧力Ｐ、およびＰｂの大小関係を適当に選択する
ことにより、位相差を逆の方向に生じさせて動作点を逆
方向にシフトさせることができる。

第２図は本発明の動作点制御を説明する図で、縦軸に光
出力、横軸に変調用の電圧をとっである。

いま、■の実線に示したごとく、−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で
ある光変調器で、たとえば、破線■に示したごとく動作
点が右側にずれた場合に、分岐光導波路２ａに圧力Ｐ、
を印加して動作点をＶ、だけマイナス側にシフトさせ、
所定の変調動作特性曲線■に戻し、また反対に、破線■
に示したごとく動作点が左側にずれた場合には、分岐光
導波路２ｂに圧力Ｐゎを印加して動作点をＶ、たけプラ
ス側にシフトさせ、所定の変調動作特性曲線■に戻すよ
うに制御すれば、自動的に常に所定の動作特性のが保持
されるようにすることが可能となる。

第３図は本発明の実施例を示す図で、同図（イ）は外観
斜視図、同図（ロ）はＡ−Ａ断面図である。

図中、４５は筺体４に接続された。少なくとも上層にセ
ラミック板を有する受は台であり、光変調器が形成され
ている基板１とセラミック配線板６とが載置固定されて
いる。基板１上の変調用電極３ａ、３ｂはその端子部と
セラミック配線板６のポンディングパッドとがボンディ
ングワイヤ７により接続され、さらに、セラミック配線
板６を経由して変調用信号入力端子４３．４４にワイヤ
ボンディングにより接続されている。４１．４２は光フ
ァイバ結合端子で基板ｌに形成された光導波路２の入出
射端と光ファイバ７．８とを結合するためのホルダで公
知の方法で適宜結合すればよい。

基板１上の分岐光導波路２ａ、２ｂに圧力をかけるため
に、図示したごときバイス状の圧力印加手段５が設けら
れており、たとえば、接触点に傷をつけないような大き
さ、あるいは、防護処理を設けた先端を有するネジ５１
．５２を締めつけることにより、必要とする任意の圧力
をかけ動作点を所定値に設定したあとロックペイントな
どで固定する。

そのあとで蓋板４６を筺体４にネジ４７で固定すれば本
発明になる光変調器が作製される。

このように構成された実施例装置により動作点を±１．
５ｖ程度制御することができることを確認した。

第４図は本発明の他の実施例を示す断面図である。なお
、前記の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。

前記実施例では圧力印加手段５による動作点調整を蓋板
４６を筺体４にネジ４７で固定する前に行ったが、本実
施例の場合は蓋板４６を筺体４にネジ４７で固定したあ
と、すなわち、光変調器の実装が完成したあとで、動作
点の調整のみを筺体あるいは蓋板の外から行なえるよう
にしたものである。たとえば、蓋板４６に装着した送り
ネジ５１．５２からなる圧力印加手段５により、外部操
作、すなわちネジ５１．５２を締め付けたり、緩めたり
することにより前記実施例と同様に動作点の制御ができ
る。この例では使用中に再度動作点の制御を行いたい場
合に、蓋板４６を取り外すことな〈実施することができ
る利点がある。

なお、上記実施例ではいずれも基板面に垂直方向から圧
力を加えたが、分岐光導波路近傍の基板結晶の側面、す
なわち、横もしくは斜め方向から圧力を印加しても同様
の効果が得られることは言うまでもない。

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。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の構成によれば光変調器の
動作点を制御するために、直流（ＯＣ）バイアス電圧を
印加することはせず、両分岐光導波路２ａ、２ｂの少な
くとも一方の上、または、その近傍に圧力を加へること
によって光弾性効果を生じさせ、それにより屈折率変化
に基づく光の位相差が変化するので動作点が変化する現
象を実現する構成にしている。したがって、ＤＣドリフ
トを生しさせることなく動作点の制御が可能となり、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。

４１．４２は光ファイバ結合端子、 ４３．４４は変調用信号入力端子である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する図、 第２図は本発明の動作点制御を説明する図、第３図は本
発明の実施例を示す図、 第４図は本発明の他の実施例を示す断面図、第５図はマ
ツハツエンダ型外部変調器の例を示す図、 第６図は動作点シフトを説明する図である。 図において、 ■は基板、 ２は光導波路、 ２ａ、２ｂは分岐光導波路、 ３ａ、３ｂは変調用電極、 ４は筺体、 ５は圧力印加手段、 本発明のＲ壇を説明ｙる回 第　１　回 （ロ）　　Ａ−Ａｕ面図 本発明の笑施例１示す図 第　３　囚 本発明の物も巨制惺衷晩明する図 策　２　図 本発明の他の尖充例薗示す折面図 夷　４　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気光学効果と光弾性効果を有する基板（１）上
   に、分岐光導波路（２ａ、２ｂ）を有する光導波路（２
   ）と前記分岐光導波路（２ａ、２ｂ）を伝播する光の間
   に位相差を生じさせるように設けられた変調用電極（３
   ａ、３ｂ）とを少なくとも設け、光ファイバ結合端子（
   ４１、４２）と変調用信号入力端子（４３、４４）とを
   少なくとも備えた筺体（４）に収納してなるマッハツエ
   ンダ型光変調器において、 前記分岐光導波路（２ａ、２ｂ）の少なくとも一方の上
   、または、その近傍に圧力を加へる圧力印加手段（５）
   を設けることを特徴とした光変調器。
2. （２）前記圧力印加手段（５）が筺体（４）内に収納さ
   れていることを特徴とした光変調器。
3. （３）前記圧力印加手段（５）の少なくとも一部が筺体
   （４）外に設けられ、前記筺体（４）外から動作点の調
   整を可能にすることを特徴とした光変調器。