JPH0593891A - 導波型光変調器及びその駆動方法 - Google Patents

導波型光変調器及びその駆動方法

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JPH0593891A
JPH0593891A JP25328091A JP25328091A JPH0593891A JP H0593891 A JPH0593891 A JP H0593891A JP 25328091 A JP25328091 A JP 25328091A JP 25328091 A JP25328091 A JP 25328091A JP H0593891 A JPH0593891 A JP H0593891A
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JP
Japan
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bias
optical
optical modulator
waveguide
type optical
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Mitsukazu Kondo
充和 近藤
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NEC Corp
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    • 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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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、高周波変調信号とは独立にバ
イアス電圧調整をすることが可能な導波型光変調器を提
供し、さらには、長期間の使用に対しても回路上の制約
を受けることなく追従可能な導波型光変調器の駆動法を
提供することにある。 【構成】分岐干渉型光変調器の2本の位相シフト光導波
路13,14上にバイアス調整用電極17を設け、そこ
への印加電圧により変調用電極8へ印加される高周波変
調信号のバイアス点を0Vに設定する。バイアス電圧と
変調信号を独立に制御する。2つのバイアス調整用電極
を用いて交互に使用することにより長期間追従可能。

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,光情報処理,光
信号処理等の分野で用いる光変調器に関し、特に基板中
に設けた光導波路を用いて変調を行なう導波型光変調器
及びその駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光通信システムでは、適用分野の広がり
に伴って益々大容量、高速の光信号伝送が要求されてい
る。現在の実用システムでは光信号は直接半導体レーザ
や発光ダイオードの注入電流を変調することによって得
られているが、直接変調では緩和振動等の効果のため数
GHz以上の高速変調が難しいこと、波長変動が発生す
るため長距離の伝送やコヒーレント光伝送方式には適用
が難しいこと等の欠点がある。
【0003】これを解決する手段としては、外部光変調
器を使用する方法がある。この方法に用いる光変調器と
しては、特に基板中に形成した光導波路により構成した
導波形の光変調器が小形,高効率,高速動作という特徴
があり、適している。
【0004】特にニオブ酸リチウム(LiNbO3 )結
晶等の強誘電体材料を用いたものは、光吸収が小さく低
損失であること、大きな電気光学効果を有しているため
高効率である等の特長があり、従来から様々の方式のデ
バイスが報告されている。
【0005】図5に従来の分岐干渉形光変調器の斜視図
を示す。図5において、Z軸に垂直に切り出したニオブ
酸リチウム(LiNbO3 )結晶基板1上にチタンを拡
散して屈折率を基板より大きくして形成した帯状の入力
光導波路2、入力光導波路2から分岐した長さ数mm〜
30mm程度の移送シフト光導波路3及び4、さらに位
相シフト光導波路3,4が合流した出射側の出力光導波
路5が形成され、分岐干渉器を構成している。また、電
極による光吸収を防ぐためのバッファ層6を介して、光
導波路3及び光導波路4上には1対の変調用電極8が形
成され、変調用電極8の出射端は線路インピーダンスに
近い抵抗R0で終端されている。
【0006】図5において、入力光導波路2への入射光
9は分岐によりエネルギーが分割され、位相シフト光導
波路3,4を通過後、出力光導波路5へ合流する。この
とき、位相シフト光導波路3,4を通過した光が同位相
で合流すれば損失は小さく出射光10は大きな光量とな
るが、位相シフト光導波路3,4を通過した光が互いに
逆相となる場合は、合流部分で大きな損失となり出射光
10の光量は小さい。そこで、変調用電極8への印加電
圧の大きさにって電極下の光導波路6の屈折率が電気光
学効果によって変化し、そこを通過する光の位相が変化
するので、印加電圧に対応した光出力が得られ、出射光
10は変調される。また、図5では、変調用電極8のイ
ンピーダンスを入力電気信号線のインピーダンス(通常
50Ω)に近づけ、電極をそのインピーダンスに近い抵
抗R0 で終端して分布定数化、即ち、進行波形電極とす
ることにより広帯域化をはかっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】分岐干渉型光変調器の
変調用電極への印加電圧と光出力との関係の一例を図6
に示す。光出力は図6(a)に示すように印加電圧に対
して周期的に最大値と最小値をとる。電圧0では原理的
には位相シフト光導波路3と4を同位相で通過するので
出力最大となるが、通常、製造工程で位相シフト光導波
路3と4の間にはわずかな構造上の差が必ず生じてしま
うので、電圧0での光出力は図6(a)に示すように中
間的な値となる。そこで変調用電極8に印加する変調電
圧Vm ′(t)は図6(b)に示すように光出力50%
となるバイアス電圧Va と高周波変調信号を重畳したも
のとなる。
【0008】通常、導波型光変調器にDC電圧成分が長
時間印加された場合、結晶基板や基板とバッファ層の界
面,バッファ層と電極の界面等に電荷が蓄積して光導波
路中に印加される電界強度が経時的に変化するDCドリ
フト現象が生ずる。そこで、従来の導波型光変調器では
バイアス電圧を経時的に変化させていた。しかし、数G
b/s以上にもなる高周波変調信号とバイアス電圧を重
畳させること自体、高周波回路上からも高周波特性を劣
化させる要因となりやすく、また、経時的にそのバイア
ス電圧を変化させることはさらに回路系を複雑にする。
また、さらに長期間連続使用する場合、段々と大きなバ
イアス電圧が必要となり回路上の制約を受け追従できな
くなる。
【0009】本発明の目的は、高周波変調信号とは独立
にバイアス電圧調整をすることが可能な導波型光変調器
を提供し、さらには、長期間の使用に対しても回路上の
制約を受けることなく追従可能な導波型光変調器の駆動
方法を抵抗することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、電気光
学効果を示す結晶基板上に形成された入力光導波路,そ
の入力光導波路より分岐した2本の位相シフト光導波
路,その2本の位相シフト光導波路が合流して入射する
出力光導波路,上記位相シフト光導波路近傍に設けた変
調用電極からなる分岐干渉型光変調器において、前記位
相シフト光導波路の近傍に少くとも一対のバイアス調整
用電極を設けたことを特徴とする導波型光変調器が得ら
れ、さらに、上述の導波型光変調器において、バイアス
調整用電極を少くとも2対設け、そのバイアス調整用電
極の各々に時間的に交互にバイアス電圧を印加し、前記
位相シフト光導波路の合流部に入射する2つの導波光に
大して前記バイアス電圧によって誘起される位相差が常
に一定となるように駆動することを特徴とする導波型光
変調器の駆動方法が得られる。
【0011】
【作用】本発明の導波型光変調器では、光学的な位相バ
イアスを調整するためのバイアス調整用電極を別に設
け、変調用電極にはバイアス0の高周波変調信号のみを
印加することを可能とした。すなわち、バイアス調整用
電極への印加電圧によって2本の位相シフト光導波路間
に任意の光学的位相差を与えることができるので、変調
用電極への印加電圧に対する光出力特性において、光出
力50%となるバイアス点を0Vに設定することが可能
となる。また、バイアス調整用電極への印加電圧は独立
に制御されるので回路上の制約を受けにくい。
【0012】本発明の導波型光変調器の駆動方法では、
2対以上のバイアス調整用電極を設け、それらを時間的
に交互に用いる。長期間連続使用する場合、上述のよう
にDCドリフト現象によってバイアス電圧を変化させる
必要が生ずるが、本発明では長時間なDC電圧印加によ
って蓄積された電荷を交互に放電させることによってバ
イアス電圧の増大を防いでいる。
【0013】一般にDCドリフトが生じても、一旦電圧
を0にして長期間放置すれば上述の界面等に蓄積された
電荷が放電され、初期状態にもどる性質を利用するもの
である。ここで、2つのバイアス調整用電極を切換える
場合、2本の位相シフト光導波路間での光学的位相差が
変化しないように徐々に一方のバイアス調整用電極の電
圧を増加させ、他方を徐々に減少させる。本発明の駆動
方法により長期間の使用に対してもバイアスの追従が可
能となる。
【0014】
【実施例】図1は本発明による導波型光変調器の一実施
例である分岐干渉型光変調器の斜視図を示す。図5の例
と同様に、LiNbO3 基板1にチタンを900〜11
00℃の温度で数時間熱拡散して形成された幅5〜12
μm、深さ3〜10μm程度の入力光導波路2,位相シ
フト光導波路13,14,出力光導波路5が設置され、
分岐干渉器が形成されている。光導波路上にはSiO2
膜からなるバッファ層6が形成され、その上に幅10〜
30μm程度の信号電極と幅100〜1000μmの接
地電極からなる変調用電極8が設置されている。
【0015】本実施例では位相シフト光導波路13,1
4は、図5の従来の例より長く、その長くなった部分に
1対のバイアス調整用電極17が設置されている。
【0016】本実施例の分岐干渉型光変調器の動作は、
基本的には図5の従来の例と同じであるが、但し、バイ
アス調整用電極17への印加電圧Vb を調整することに
よって、位相シフト光導波路13と14の間に光学位相
バイアスを加えることができ、変調用電極8への印加電
圧と光出力の関係におけるバイアス点、すなわち図6
(a)におけるVa の値を任意に設定できる。ここで光
出力50%となる電圧点Va =0とすれば、変調用電極
8へ印加する高周波変調信号Vm (t)は、図2に示す
ように、DC成分を0とすることができる。すなわち、
m (t)は無バイアスで、経時的にも一定の電圧波形
とすることができる。
【0017】図3及び図4は本発明による導波型光変調
器の駆動方法の一例を示す図であり、図3は本発明によ
る分岐干渉型光変調器の平面図、図4は駆動方法を説明
するための図である。
【0018】図3の光変調器はバイアス調整用電極を除
いて図1の光変調器と構造は同じである。図3では、位
相シフト光導波路13の上にバイアス調整用電極18が
設置され、位相シフト光導波路14の上にバイアス調整
用電極19が設置されている。
【0019】図3において、バイアス調整用電極18又
は19のいずれか一方のみを用いて、図1の実施例と同
様なバイアス調整を行うことができるが、本実施例では
両電極を時間的に交互に用いる。すなわち、図4(a)
に示すように先ず最初にバイアス調整用電極18へ、光
変調用電極8へ印加する高周波変調信号のDC成分が0
となるようなバイアス電圧Vb1(t)を印加する。Vb1
(t)はDCドリフトのため徐々に上昇するが、ある時
間t1 経過後に徐々に減少させ、代わりにバイアス調整
用電極19への印加電圧Vb2(t)を上昇させる。Vb1
(t)からVb2(t)へ切換える間、すなわち図4のt
1 からt2 の間は、移送シフト光導波路13と14の間
の位相差が変化しないように電圧を変化させる。
【0020】バイアス調整用電極18にDCドリフトに
より蓄積された電荷が放電された後再びバイアス調整用
電極18へ電圧を印加し、電極17は徐々に電圧0とす
る。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の導波型光変
調器では高周波変調信号とは独立にバイアス電圧を調整
することができ、また、本発明の駆動方法では長期の使
用に対しても回路上の制約を受けることなく追従可能と
なる。
【0022】なお、本発明において、バイアス調整用電
極を設置する位置は入力光導波路から分岐された直後、
又は出力光導波路へ合流する直前の光導波路上へ設置し
ても良く、また、バイアス調整用電極の数は3対以上で
も良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による導波型光変調器の一実施例を示す
図。
【図2】図1の光変調器の駆動方法を説明するための
図。
【図3】本発明による導波型光変調器を示す図。
【図4】本発明の駆動方法を説明するための図。
【図5】従来の導波型光変調器を示す図。
【図6】従来の駆動方法を示す図。
【符号の説明】
1 LiNbO3 基板 2 入力光導波路 5 出力光導波路 3,4,13,14 移送シフト光導波路 8 変調用電極 17,18,19 バイアス調整用電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気光学効果を示す結晶基板に、入力光
    導波路,その入力光導波路より分岐した2本の位相シフ
    ト光導波路,その2本の位相シフト光導波路が合流して
    入射する出力光導波路を備え、上記位相シフト光導波路
    近傍に変調用電極を設けた分岐干渉型光変調器におい
    て、前記位相シフト光導波路の近傍に少くとも一対のバ
    イアス調整用電極を設けたことを特徴とする導波型光変
    調器。
  2. 【請求項2】 特許請求の範囲第1項記載の導波型光変
    調器において、バイアス調整用電極を少くとも2対設
    け、そのバイアス調整用電極の各々に時間的に交互にバ
    イアス電圧を印加し、前記位相シフト光導波路の合流部
    に入射する2つの導波光に対して前記バイアス電圧によ
    って誘起される位相差が常に一定となるように駆動する
    ことを特徴とする導波型光変調器の駆動方法。
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