JPH05100194A - 3次元導波路型光変調器 - Google Patents

3次元導波路型光変調器

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JPH05100194A
JPH05100194A JP26236691A JP26236691A JPH05100194A JP H05100194 A JPH05100194 A JP H05100194A JP 26236691 A JP26236691 A JP 26236691A JP 26236691 A JP26236691 A JP 26236691A JP H05100194 A JPH05100194 A JP H05100194A
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JP
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optical modulator
electrode
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output
modulation
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JP26236691A
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Hideaki Hanaoka
英章 花岡
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Sony Corp
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    • 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 
    • G02F1/0121Operation of devices; Circuit arrangements, not otherwise provided for in this subclass
    • G02F1/0123Circuits for the control or stabilisation of the bias voltage, e.g. automatic bias control [ABC] feedback loops
    • 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
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    • G02F1/21Devices 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  by interference
    • G02F1/225Devices 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  by interference in an optical waveguide structure

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 3次元導波路光変調器の変調動作点を常時最
適値に設定できるようにする。 【構成】 3次元導波路型光変調器1の導波路2に、電
気光学効果を利用した動作点設定電極3を設けて光変調
器1からの出力光を検出してこの検出信号によって上述
の動作点設定電極への印加電圧を制御して光変調器1の
動作点の設定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信システム等で用
いられる3次元導波路型光変調器に係わる。
【0002】
【従来の技術】光通信システムは、INS(総合ネット
ワークサービス)通信用、OA(オフィス・オートメー
ション),FA(ファクトリー・オートメーション)等
のコンピュータ・データ・ネットワーク用、さらには航
空機、船舶等の移動体通信用等として多方面に応用され
つつある。
【0003】この光通信システム中の光機能素子とし
て、近年は基板の表面または内部に形成された所定のパ
ターンに沿って光を伝搬させることができる3次元導波
路型の光変調器が用いられるようになってきており、入
力光の強度変調、周波数変調、位相変調等の処理に利用
されている。
【0004】図8は従来の低損失広帯域化をはかった進
行波型の電極構造をもつマッハツェンダ型(以下MZ型
という)光変調器の略線的斜視図を示し、この場合、例
えばニオブ酸リチウム(LiNbO3 、以下LNとい
う)等の基板11に、光導波路2が形成される。この光
導波路2は、その中間部の一部が対称分岐された第1及
び第2の分岐路2A及び2Bが形成され、これら分岐路
2A及び2B上に、それぞれSiO2 等のバッファ層1
4を介して第1及び第2の電極13A及び13B即ち進
行波電極及び接地電極より成る変調電極13が設けられ
て成る。
【0005】そして、変調電極13の終端には数十オー
ム、例えば50Ωの終端抵抗15が設けられる。
【0006】この構成において、導波路2の入力端2i
から光入力Piを供給し、この光を光導波路2の中間部
の第1及び第2の分岐路2A及び2Bに2分し、これら
分岐路2A及び2Bにおいて、変調電極13に与えた変
調信号源16からの変調信号による電界に基づいて電気
光学効果によって光位相変調をなし、両分岐路2A及び
2Bに2分された光を再び共通の導波路2において重ね
合わせてその合波、干渉によって強度変調された出力光
0 を、導波路2の出力端20 から導出されるようにな
されている。図においては出力端20 に光ファイバーが
光学的に結合されていて、これを通じて光導出が行われ
るようになされている。
【0007】ところが、この種の光導波路を使った光変
調器では、温度ドリフト即ち外囲温度の変動、DCドリ
フト即ち変調信号の直流分変動等により、動作点が変動
し、これによって変調波形に歪が生じたり、ダイナミッ
クレンジが減少するなどの不都合が生じる。
【0008】即ち、この種の光変調器の出力特性は、図
2に示す通りで、その出力P0 は、下記数1で与えられ
る。
【数1】 (ここで、Pi は入力パワー、Vπは半波長電圧、γp
はパワー分割比)この特性曲線において、その動作点A
は、一般に良い直線性を示す領域の中心、即ち最大値と
最小値のほぼ中心に設定されて、ダイナミックレンジが
大で変調歪を小さくできるようになされる。
【0009】ところがこのようにしても、上述した温度
ドリフト、DCドリフト等によって動作点Aが変動して
しまってダイナミックレンジの減少、変調歪の増大化を
来たし、所期の特性が得られない場合が生じて来る。
【0010】また、先に本出願人の出願に係る特願平2
−411360号においては、フィードバック信号によ
り変調信号自体に電気的バイアスを掛けるようにした構
成の提案がなされているが、この場合、図8で説明した
ように、進行波電極に数10オームの終端抵抗15を設
ける場合、この終端抵抗15による電力損失が問題とな
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した温
度ドリフト、変調信号の直流ドリフト等による動作点の
変動による諸問題の解決、更に終端抵抗を有する上述の
進行波型のMZ型光変調器における電力損失発生の問題
の回避をはかって、安定したすぐれた変調特性を有する
3次元導波路型光変調器を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、図1にその一
例の構成図を示すように、3次元導波路型光変調器1に
おいて、その導波路2に、その変調電極13とは別に、
電気光学効果を利用した動作点設定電極3を設けて、光
変調器1による出力光を検出してその検出信号によって
動作点設定電極3への印加電圧を制御して光変調器1の
動作点を光変調器1の出力特性の最適位置、例えば、図
2に示す出力特性の最も直線性のすぐれた、即ち出力の
最大点と最小点の中心にその動作点Aを設定する。
【0013】
【作用】本発明による光変調器は、動作点設定電極3を
特設するものであり、これにフィードバック信号を与え
て、変調動作点Aを最適位置に自動調整するので、温度
ドリフト、DCドリフトによる動作点の移動等の影響を
回避できると共に、動作点設定電極3を本来の変調電極
13とは別に新たに設けたので、進行波型構成による場
合のように変調電極13に終端抵抗15が設けられる場
合においてもフィードバック制御装置に対する電力損失
の招来を回避できるものである。
【0014】
【実施例】本発明の実施例を説明する。
【0015】図1は、進行波型のMZ型構成とした場合
で、図1において図8と対応する部分には同一符号を付
して重複説明を省略するが、この場合、例えばZカット
LN基板11が用意され、その一主面側に、例えばTi
拡散による高屈折率化された光導波路2を形成する。
【0016】この光導波路2は、その中間部において対
称に分岐された第1及び第2の分岐路2A及び2Bと、
これらの光導波方向に関してその後方側での合流点より
更に後方側において、導波光の一部の光をモニター光と
して導出するための非対称に分岐された第3の分岐路2
Cを設けて成る。
【0017】この第3の分岐路2Cは、その分岐角の選
定によってモニター光として必要なだけの光パワーを取
り出すことができるようになされるが、この分岐角は、
約1°〜10°で選定される。
【0018】しかしながら、このモニター光の導出は、
上述した非対称2分岐導波路に限られるものではなく、
方向性結合器を用いることもできる。
【0019】基板11が、Zカット基板である場合に
は、電気光学定数γ33が利用されるものであり、この場
合、電界が基板11の深さ方向(Z方向)に印加される
ように、導波路2上に変調電極13と、動作点設定電極
3とが設けられる。
【0020】これら電極13及び3は、導波損失を減少
させるために、基板11上に形成したバッファ層14を
介して導波路2上に形成される。
【0021】これら電極13及び3は、導波路2の対称
型分岐路2A及び2B上に形成される。変調電極13は
各分岐路2上に形成された第1及び第2の電極13A及
び13Bより成り、動作点設定電極3は、変調電極13
とは別に、同様に各分岐路2A及び2B上に設けられた
第1及び第2の電極3A及び3Bより成る。
【0022】これら変調電極13及び動作点設定電極3
は、基板11上に例えば全面的にスパッタ等によって形
成した例えばSiO2 層より成るバッファ層14上に、
Au,Al等の導電層を全面的に蒸着、スパッタ等によ
って形成して後、これをフォトリソグラフィによるパタ
ーンエッチングすることにより同時に形成することがで
きる。
【0023】そして、例えば第3の分岐路2Cから取り
出したモニター光を、例えば光ファイバー27を通じて
受光素子18に導き、これによってモニター光を検出
し、かつ電気信号に変換してこれを制御回路19で信号
処理し、これにより処理して得られた動作点制御信号電
圧、即ちバイアス調整用電圧を動作点設定電極3の両電
極3A及び3Bに印加してフィードバックループを形成
する。
【0024】制御回路19は、例えば図3にその一例の
ブロックダイヤグラムを示すように、直流成分取り出し
回路21と、動作点設定の基準電圧即ち目標値に相当す
る所定の電圧を得る動作点設定電圧発生回路22と、両
者の電圧比較回路23と、減算器24と、電圧増幅器2
5とを有して成る。
【0025】この構成において、光変調信号源16から
の光変調信号を与えない状態で、丁度その動作点、即ち
バイアス値が前述した図2の動作点Aにあるように、動
作点設定電極3への印加電圧V0 を制御回路19から与
えられるように、動作点設定電圧発生回路22の電圧・
増幅器25の増幅度等を設定する。
【0026】即ち、導波路2の入力端2i から与えられ
た入力光Pi が、第1及び第2の分岐路2A及び2Bに
分岐されて、上述した動作点設定電極3の電極3A及び
3Bによって、厚さ方向の所要の電界を受けることによ
って、位相変調を受け、これらが合波、干渉して出力端
0 から出力P0 がとり出されるが、この状態で、図2
で説明した動作点Aに設定された状態にあるように設定
する。
【0027】そして、この状態で、通常のように変調電
極13に、変調信号を変調信号源16から与えて分岐路
2A及び2Bで位相変調し、これら分岐光を合波、干渉
させることによって光強度変調させた光を出力端20
ら取り出す。このようにして強度変調された出力光P0
は、図2で説明したように、動作点Aを中心に変調され
ることになる。
【0028】一方、このとき、導波路2の出力端20
向かう出力光の一部は、分岐路2Cに分岐されてこれが
受光素子18に導入され、これに応じて変換された電気
信号が制御回路19に導入される。
【0029】具体的に説明すると、今、仮に目標値をよ
り実際の光出力が大きくなったとすると、比較回路23
の出力は負になり減算器24の出力が増し、これによっ
て光変調器1の動作点設定電極3への印加電圧が増加す
ることによって光変調器1の光を弱める方向に働き、こ
れの光出力を減少させる。このようにして光出力のモニ
ター光による回路21の出力が目標値となったとき比較
回路23の出力がまた、逆に光変調器1の光出力が目標
より小さくなると比較回路23の出力が正となり、この
場合においては、制御回路19の出力電圧、即ち光変調
器1の動作点設定電極3への印加電圧が減少し、上述し
たとは逆の動作をとって、目標の出力へと近づけられ
る。
【0030】このようにして動作点が所定の動作点Aに
戻るようになされている。
【0031】尚、動作点設定電極3、即ちバイアス設定
電極は、図1に示す例に限らず、種々の構成を採り得
る。例えば図4に示すように、動作点設定電極3の接地
側の電極3Bを、変調電極13の接地電極13Bと共通
にし、他方の電極3Aを、この電極13の近傍に対向配
置することもできる。
【0032】また、LN基板11としては、前述したZ
カット基板、即ちz軸方向を厚さ方向とする基板を用い
るに限られるものではなく、例えばx軸方向を厚さ方向
とする基板を用いることができ、この場合は、電気光学
定数γ22を利用するようにする。図5はこの場合の電極
配置の一例を模式的にしたものである。
【0033】この図5の例においては、対称分岐路2A
及び2Bを基板11のz軸方向に延長させ、これら分岐
路2A及び2B間に位置して、変調電極13及び動作点
設定電極3の各一方の電極13A及び3Aを配置し、各
分岐路2A及び2Bを挟んでこれら電極13A及び3A
の両側に基板11のy軸方向に関して対向してそれぞれ
対の各他方の電極13B及び3Bを配置した構成とする
ことができる。
【0034】更に、この場合の他の例としては、図6に
その配置パターンを模式的に示すように、各一方の分岐
路2A及び2Bを挟んで変調電極13の電極13A及び
13B、動作点設定電極3の電極3A及び3Bを配置す
ることもできる。
【0035】また、上述の各例においては、出力光の一
部を分岐してこれをモニターして、動作点設定にフィー
ドバックを掛けるようにした場合であるが、図7に示す
ように、入力光パワーについても第4の分岐路2Dによ
ってその一部を分岐してフォトダイオード等の受光素子
28によってモニターし、光変調器の消光比から最適バ
イアスに自動的に設定し、制御回路19に変調信号の振
幅を最適にする回路を付加して、これにより変調信号源
となる変調回路26を設けることにより、上述のバイア
ス設定(動作点設定)の機能に加えて、入力光パワーが
変化しても変調指数を常に最良の状態に自動的に制御す
るような機能を持たしめることができ、この場合は単体
の外部変調器としてよりすぐれたものとなる。
【0036】尚、図4〜図7において、図1と対応する
部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【0037】また、上述した例では、本発明を進行波型
MZ型構成に適用した場合であるが、終端抵抗10が設
けられないMZ型光変調器を始めとしてそのほか、バラ
ンスブリッジ型の光変調器、方向性結合器型等の他の変
調方式による3次元導波路型光変調器に適用することも
できる。
【0038】
【発明の効果】上述したように、本発明による光変調器
は、動作点設定電極3を特設するものであり、これにフ
ィードバック信号を与えて、変調動作点Aを最適位置に
自動調整するので、温度ドリフト、DCドリフトによる
動作点の移動等の影響を回避できると共に、動作点設定
電極3を本来の変調電極13とは、実質的に別の構成と
して設けたので、進行波型構成による場合のように変調
電極13に終端抵抗15が設けられる場合においても電
力損失の招来を回避できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による3次元導波型光変調器の一例の斜
視図的構成図である。
【図2】光変調器の出力特性曲線図である。
【図3】制御回路のブロックダイヤグラムである。
【図4】本発明による光変調器の他の例の斜視図的構成
図である。
【図5】本発明による光変調器の他の例の平面図的構成
図である。
【図6】本発明による光変調器の他の例の平面図的構成
図である。
【図7】本発明による光変調器の他の例の平面図的構成
図である。
【図8】従来の光変調器の構成図である。
【符号の説明】
1 光変調器 2 導波路 3 動作点設定電極 13 変調電極 19 制御回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3次元導波路型光変調器において、 その導波路に、その変調電極とは別に、電気光学効果を
    利用した動作点設定電極を設けて、 上記光変調器による出力光を検出して該検出信号によっ
    て上記動作点設定電極への印加電圧を制御して上記光変
    調器の動作点を該光変調器の出力特性の最適位置に設定
    することを特徴とする3次元導波路型光変調器。
JP26236691A 1991-10-09 1991-10-09 3次元導波路型光変調器 Pending JPH05100194A (ja)

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Cited By (5)

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