JPH05289032A - 光デバイスの制御法 - Google Patents

光デバイスの制御法

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JPH05289032A
JPH05289032A JP9314492A JP9314492A JPH05289032A JP H05289032 A JPH05289032 A JP H05289032A JP 9314492 A JP9314492 A JP 9314492A JP 9314492 A JP9314492 A JP 9314492A JP H05289032 A JPH05289032 A JP H05289032A
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JP
Japan
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optical
operating point
optical waveguide
optical device
light
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Application number
JP9314492A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Miyazawa
弘 宮澤
Osamu Mitomi
修 三冨
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 DCドリフト現象による信頼性の問題を解決
し、動作点を安定化する光デバイスの制御法を提供す
る。 【構成】 LiNbO3 基板100にTiを熱拡散させ
て形成したマッハツェンダ形光導波路のコア部101お
よび102に伝送光より波長の短いバイアス制御光11
1を所定時間入射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気信号によって光の
変調、光路切り替え等を行う光デバイスの光制御法に関
し、特に動作点調整および安定性を改善する光デバイス
の制御法である。
【0002】
【従来の技術】光通信システムにおいては、電気光学効
果を有する強誘電体,半導体あるいは有機材料等を利用
して、例えば光変調器や光スイッチ等の光デバイスのよ
うに、電気信号によって光の変調,スイッチング等の制
御をする方法が多く用いられている。
【0003】例えば、LiNbO3 結晶を用いた従来の
高速光強度変調器の構成例を図5に示し、その制御法を
以下に説明する。
【0004】この例では、電気光学効果を持つxもしく
はy板LiNbO3 基板500にTiの熱拡散によりマ
ッハツェンダ形光導波路501および502が形成され
ている。その基板500の上には、中心電極503およ
びアース電極504から構成されるコプレーナウェーブ
ガイド(Co−Planar Waveguide:C
PW)が形成されている。505は終端抵抗、506は
変調信号を電極503および504に入力する給電線で
ある。509は入射光、510は出射光である。
【0005】このような構成の光変調器を動作させる場
合、適切な出力変調波形を得るために、給電線506に
は変調信号として、信号源507からのマイクロ波信号
(交流成分)以外に、通常、DCバイアス電源508か
ら電圧Ve (直流成分)が印加される。このVe が動作
点となる。このときの入力変調信号と出力波形との関係
を図6中の実線(初期状態)で示す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の光変
調器においては、バイアス電圧Ve を一定電圧で印加し
た状態で長時間動作させると、動作点が経時的に変動
し、出力波形が次第に歪んでゆく現象(図6中の破線で
示すDCドリフト状態)が生じる。このため、バイアス
電圧Ve をその動作点変動に応じて変動させる動作点ロ
ッキング制御法を行う必要があった。この場合、初期的
な変動が大きいと、動作点ロッキングの制御範囲が大き
くなるため制御装置が大型化するとともに、制御系が複
雑となり、長期的な信頼性に問題があった。
【0007】そこで、本発明の目的は、このようなDC
ドリフト現象による動作点変動を短期間に抑え、それ以
後の動作点を安定化する光デバイスの制御法を提供する
ことにある。
【0008】
【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、本発明の光デバイスの制御法は、電気光学効
果と光伝導効果を有する基板面上もしくは基板面付近に
形成された少なくとも1本の光導波路と、該光導波路近
傍に配置された電極を有する光デバイスの前記光導波路
内にバイアス制御光を入射することによって前記光デバ
イスの動作点を制御することを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明では、バイアス制御光を光導波路内に入
射することによって、光導波路に誘起される電圧を初期
値から、長時間経過した場合の電圧値に相当する電圧値
へ短時間のうちに推移させ、バイアス電圧Ve の初期変
動後の変動量をほぼ0に抑えることができる。これによ
り、動作点ロッキング制御における制御範囲を小さくす
ることが可能となるので、動作点を安定化させることが
でき、長期安定性の問題を解決することができる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳
細に説明する。
【0011】まず、LiNbO3 基板を用いた光強度変
調器を例にとって、本発明の実施例を説明する。
【0012】図1は、高速LiNbO3 光変調器に適用
した本発明の1実施例を示す断面図である。ここで、1
00は、例えばTi,Mg,Er,Ta等の金属を基板
表面付近のクラッド部100Aに予めドーピングしたL
iNbO3 基板である。101および102は基板10
0にTiを熱拡散させて形成したマッハツェンダ形光導
波路のコア部である。103および104は、それぞ
れ、基板100の上に配置した中心電極およびアース電
極である。電極103および104はコプレーナウェー
ブガイド(Co−Planar Waveguide:
CPW)を構成している。ここでは、電気信号を光信号
に変換する波長1.55μmの伝送光より波長の短い例
えば0.63μmのバイアス制御光111を光導波路部
101および102に所定時間だけ入射する。
【0013】ここで、制御原理について説明する。
【0014】図2は、図1における高速LiNbO3
強度変調器の断面図を示し、図3は、図1に示した光強
度変調器の電極103および104、および光導波路の
コア部101および102付近の電気的等価回路を示
し、図4は中心電極103とアース電極104との間の
一定バイアス電圧Ve に対して、バイアス制御光111
を入射しない場合,入射した場合,および一定時間Tだ
け入射した場合における光導波路に誘起される実効的な
電圧VW ,VW ′,およびVW ″の経時変化を示す。こ
のVW ,VW ′,VW ″の大きさに基づいて第1の光と
しての伝送光109が変調を受けるので、VW ,V
W ′,VW ″の経時変化がDCドリフト現象に対応す
る。
【0015】図3において、R1 およびC1 は、それぞ
れ、LiNbO3 基板100のクラッド部100Aの実
効的な抵抗および静電容量である。R2 およびC2 は、
それぞれ、伝送光109のみを入射した場合のLiNb
3 光導波路部101および102(Ti拡散コア部)
の実効的な抵抗および静電容量である。
【0016】一般に、短波長の光は長波長の光よりフォ
トンエネルギーが大きいため、この短波長光を光導波路
に入射すると、LiNbO3 の光導波路部に光励起され
たキャリアが発生し、実効的に光導波路部の抵抗率ρが
小さくなることが知られている。この効果は波長が短い
ほど効果が著しく大きくなり、図1の本実施例において
は、抵抗率は2〜5桁程度変化することもある。このと
き、光導波路部の誘電率ε2 の変化は、無視できるほど
僅かであるので、静電容量C2 は変化しないと考えてよ
い。そこで、伝送光109およびバイアス制御光111
を入射した場合のLiNbO3 光導波路101および1
02(Ti拡散コア部)の実効的な抵抗をR2 ′とす
る。ここで、バイアス制御光111を遮断すると、光導
波路部101および102の抵抗R2 ′は再びR2 に戻
る。
【0017】光導波路部101および102とクラッド
部100Aにおいて、それぞれの抵抗Rおよび容量Cの
大きさは、各部の材質,形状,寸法等により決まり、ま
た、容量Cは電極の特性インピーダンスの大きさに応じ
て設定される。このとき、中心導体103とアース電極
104との間のギャップに対して、光導波路部101お
よび102の光閉じ込め係数を考慮したときのクラッド
部100Aおよび光導波路部101および102の等価
的な長さをそれぞれl1 およびl2 とすると、R1 およ
び1/C1 はl1 に比例する大きさになり、R2 あるい
はR2 ′および1/C2 はl2 に比例する大きさにな
る。
【0018】図4において、バイアス制御光111を入
射しない場合のVW の大きさは、初期(t=0)におい
ては、クラッド部100Aおよび光導波路102の各静
電容量C1 およびC2 の大きさで決まる値、すなわちV
e 印加直後の光導波路に誘起される実効的な電圧V
W1(=C1 /(2C2 +C1 ))になる。また、時定数
τ(=(2C2 +C1 )R1 ・R2 /(2R1 +R
2 ))よりも充分に長い時間経過した後(t=∞)に
は、VW の大きさは抵抗R1 およびR2 の大きさで決ま
る値、すなわちバイアス制御光を入射した場合におけ
る、Ve 印加後充分時間を経たときの光導波路に誘起さ
れる実効的な電圧VW2=(R2 /(2R1 +R2 ))に
収束する。
【0019】ここで、クラッド部の誘電率ε1 および光
導波路部の誘電率ε2 とクラッド部の抵抗率ρ1 および
光導波路部の抵抗率ρ2 が互いに同じ大きさ(ε1 =ε
2 ,ρ1 =ρ2 )の場合、等価的にはC1 /C2 =R2
/R1 となり、したがってVW1=VW2になるので、DC
ドリフト現象は発生しないことになる。しかし、実際に
は光導波路部101および102にはTiが拡散されて
いるので、その抵抗率の大きさρ2 は、LiNbO3
晶の抵抗率ρ1 より小さくなっている。一方、TiのL
iNbO3 中における密度が小さいので、誘電率の大き
さは、光導波路部とクラッド部でほぼ等しく(ε1 〜ε
2 )となっている。このため、VW2<VW1の関係とな
り、連続使用時間が時定数τと同程度の長さになると、
DCドリフト現象が原理的に生ずることになり、変調動
作の長期安定性が問題となる。
【0020】通常、このドリフト現象による変調動作の
不安定性を解消するために、ドリフト量に合わせて、バ
イアス電圧Ve を調整する動作点ロッキング制御がとら
れるが、電源の制御可能範囲に制限されるので長期間に
わたって連続的に制御することは、長期安定性および信
頼性の点から問題があった。
【0021】これに対し、本発明では、t=0でバイア
ス制御光を入射した場合、R2 はR2 ′(<R2 )とな
るために、初期(t=0)においては、光導波路に誘起
される電圧VW ″はVW1(=C1 /2(C2 +C1 ))
と等しくなるが、時定数τ′(=(2C2 +C1 )R1
・R2 ′/(2R1 +R2 ′))はτより充分小さくな
る。また、時定数τ′よりも充分に長い時間経過した後
(t=∞)には、VW′の大きさは抵抗R1 およびR
2 ′の大きさで決まる値、すなわちバイアス制御光を入
射した場合における、Ve 印加後充分時間を経たときの
光導波路に誘起される実効的な電圧VW2′=R2 ′/
(2R1 +R2 ′))に収束する。そのため、光導波路
に誘起される電圧VW ″は図4中で示すVW ′のごとく
変動する。ここで、VW ′=VW2となるt=Tでバイア
ス制御光を遮断すると光導波路に誘起された電圧VW
は、R2 ′がR2 に戻るため、VW の収束値であるVW2
の値を保持し、DCドリフト現象は飽和した状態とな
る。したがって、この初期変動以後の動作点変動は生じ
ないことになる。ここで、時間Tは抵抗および抵抗の変
化率や静電容量の値から求めることができる。ただし、
これらの数値を精度良く求めることが困難な場合には、
バイアス制御光を僅かな時間T′(<T)の間に入射
し、バイアス制御光遮断後の動作点変動量がほぼ0(V
W ″≒VW2に相当)あるいは僅かに反転する(VW ″<
W2に相当)まで繰り返すことによって達成することが
できる。また、VW ″がVW2と等しくない場合でも、動
作点の変動量は、非常に小さいので、動作点ロッキング
の制御領域が小さくなり、長期安定性が確保できる。
【0022】なお、上記実施例では、バイアス制御光を
伝送光の入射側から入射した場合を示したが、伝送光の
出射側から入射するか、あるいは両側から入射すること
によっても同様な効果が得られる。
【0023】また、上記実施例では、xまたはy板Li
NbO3 基板を用いた本発明の制御例について説明した
が、その他の結晶の基板を用いた場合でも、同様に本発
明を適用できる。
【0024】さらに、上記実施例では、バイアス制御光
として、伝送光より波長の短い光を用いた場合を示した
が、光パワーが大きいほど、光伝導効果が大きくなるの
で、伝送光と同等あるいは長い波長の光を用いても、光
パワーが充分大きければ同様の効果が得られる。
【0025】上記実施例では、LiNbO3 を用いた高
速光強度変調器の制御法を例にとって本発明の原理,効
果および実施例を述べたが、この他に、電気光学効果お
よび光伝導効果を有する強誘電体,半導体あるいは有機
材料等を利用した光変調器や光スイッチ等のような、電
気信号によって光出力を制御する光導波路形デバイスの
制御法に本発明を適用できる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バイアス制御光を光導波路内に入射することによって、
バイアス電圧の初期変動後の変動量をほぼ0に抑えるこ
とができる。これにより、DCドリフト現象が飽和した
状態になることから、動作点ロッキング制御における制
御範囲を小さくすることが可能となり、動作点を安定化
させることができ、長期安定性の問題を解決することが
できる。
【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】図1のAA´線断面図である。
【図3】図1に示したデバイスの等価回路図である。
【図4】図1に示した本発明実施例の動作原理の説明図
である。
【図5】従来のマッハツェンダ光強度変調器の制御の一
例を示す平面図である。
【図6】入力信号と出力波形の関係を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
100,500 LiNbO3 基板 100A クラッド部 101,102,501,502 光導波路 103,503 CPWの中心電極 104,504 CPWのアース電極 105,505 終端抵抗 106,506 入力信号給電線 107,507 マイクロ波信号源 108,508 DCバイアス電源 109,509 入射光(伝送光:1.55μm) 110,510 出射光(伝送光:1.55μm) 111 入射光(バイアス制御光:0.63μm)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気光学効果と光伝導効果を有する基板
    面上もしくは基板面付近に形成された少なくとも1本の
    光導波路と、該光導波路近傍に配置された電極を有する
    光デバイスの前記光導波路内にバイアス制御光を入射す
    ることによって前記光デバイスの動作点を制御すること
    を特徴とする光デバイスの制御法。
JP9314492A 1992-04-13 1992-04-13 光デバイスの制御法 Pending JPH05289032A (ja)

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JP9314492A JPH05289032A (ja) 1992-04-13 1992-04-13 光デバイスの制御法

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