JPH0651253A

JPH0651253A - 光変調素子およびその駆動方法

Info

Publication number: JPH0651253A
Application number: JP20335992A
Authority: JP
Inventors: Akira Enohara; 晃榎原; Kentaro Setsune; 謙太郎瀬恒
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-07-30
Filing date: 1992-07-30
Publication date: 1994-02-25
Anticipated expiration: 2013-05-28
Also published as: JP2760222B2

Abstract

(57)【要約】【目的】導波路型光変調素子において、スプリットリ
ング型電極を用いて構成し、特に導波管を用いることに
よって高効率の光変調を実現する。【構成】基板１１上に形成されたスプリットリング型
電極１３と、上記電極１３のスリット部１４付近の基板
上に形成された電気光学効果を有する光導波路１２とか
ら、光変調素子を構成する。【効果】上記光変調素子を、例えば円形導波管内に、
上記導波管の壁面に垂直に設置し、導波管を伝搬する変
調波を電極１３に直接結合させることによって、高周波
に置いても効率よい光変調を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速光通信や光信号処
理システムなどにおける基本素子である高速光変調素子
と、光変調素子の駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光変調素子は、高速情報通信や光信号処
理システムにおいて基本となる素子であり、将来、超高
速で動作できる光変調素子に対する要求が、ますます増
大するものと考えられる。このような要求に対しては、
従来利用されてきた、半導体レーザの直接変調では適用
が困難であり、そのために、高速動作が可能な外部変調
型の素子の開発が急がれている。その中で、特に大きな
ポッケルス効果を有する誘電体結晶を用いたいわゆる電
気光学変調素子は、超高速動作が可能であり、また、変
調に伴う位相の乱れが非常に少ないなど、高速情報伝送
や長距離光ファイバ通信などには非常に有効である。さ
らに、光導波路構造を用いることによって、小型化と高
効率化が実現できる可能性がある。

【０００３】この高速電気光学変調素子の一般的な構成
は、変調電極として電気光学結晶上に変調信号を伝搬さ
せる伝送線路、および、その近傍に形成された光導波路
から成る。変調信号によって変調電極周辺に誘起される
電界が生じ、電気光学効果によって光導波路部分の屈折
率が変化する。それによって、光導波路中を伝搬する光
波の位相が変調信号にともなって変化し、光変調が実現
される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】光変調素子の変調周波
数に関しては、光変調のさらなる高速化が求められるこ
とから、ミリ波、サブミリ波の超高周波域で、効率的な
光変調の実現が望まれている。

【０００５】しかし、さきに述べた従来の光変調素子の
構成では、このような超高周波域では、変調電極での変
調波の伝搬損失が非常に大きくなるだけでなく、このよ
うな高周波を効率よく変調電極と結合させることが非常
に困難である。特に、このような高周波の伝送には、導
波管を用いる場合が多く、そのような場合、導波管から
同軸ケーブルに変換し、それを、変調電極に結合させる
方法では、途中の損失が極めて大きくなり、実現性が乏
しいという課題があった。

【０００６】電気光学光変調素子においては、光変調の
基本となる電気光学係数は、通常の結晶においては比較
的小さい。そのため、効率良く電界を光導波路に印加す
ることが重要であるが、従来の電気光学光変調素子では
変調効率が低いという課題もあった。

【０００７】本発明は、超高周波域での変調効率を向上
し、変調波を増幅せずに入力できる光変調素子、および
導波管からの変調波を直接結合できる光変調素子の駆動
法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、スプリットリ
ング型電極を形成した基板表面に、電気光学効果を有す
る光導波路が露出し、かつ、スプリットリング型電極の
スリット部を通り、スプリットリング型電極の電極部と
交差した光変調素子と、この光変調素子を導波路管内部
に設置する駆動法とによって、従来の課題を解決したも
のである。

【０００９】

【作用】本発明の光変調素子においては、ミリ波、サブ
ミリ波などの超高周波域において、変調波を効率的に変
調電極と結合させ、さらに、効率よく光導波路に電界が
集中するので、光変調の変調効率を大幅に改善できる。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例を図面とともに説明する。
図１は、本発明の光変調素子の一実施例の斜視図であ
る。図１において、例えばニオブ酸リチウムに代表され
るような電気光学効果を有する基板１１の表面上に、例
えば、金属拡散法などによって光導波路１２を形成し、
その後、アルミニウムなどの金属薄膜をもちいて、図の
ような一部にスリット部１４を有するリング型線路で構
成されるスプリットリング型電極１３（以後、電極１３
と呼ぶ）を、例えば、スパッタリング法、フォトリソグ
ラフィーおよび反応性イオンエッチング等の手法によっ
て光変調素子を形成する。

【００１１】入力光１５を、この光変調素子の光導波路
１２の一方に導き、電極１３のスリット部１４を通過し
た後、光導波路１２の他方の端から出力光１６として出
力される。このとき、適当な方法で、この電極１３に変
調波を結合させ、線路に沿って電流が流れ、その結果、
スリット部１４には大きな電界が発生し、電気光学効果
によってその電界強度に応じて導波路１２の屈折率が変
化する。そして、出力光１６の位相が変化し、この光変
調素子は位相変調器として動作する。

【００１２】図１では、電極１３は円形を例にしている
が、実際には、環状の線路であれば、四角や細長い形状
でも問題はない。ただし、対向する線路同志が近づきす
ぎ、線路間の結合が生じたり、また、曲がり部分の曲率
半径が小さいと損失が大きくなる。これらは、動作の不
安定化や変調効率の劣化の原因ともなる。

【００１３】本発明の光変調素子を構成しているスプリ
ットリング型電極１３は、線路の開放端が互いにスリッ
ト部１４で向かい合った構造を有していることから、線
路に高周波電流が誘起されると、スリット部１４で対向
した線路両端の電圧振幅は、線路中で最も高くなり、そ
の上、時間的に見れば両端の電圧は互いに逆位相である
ことから、スリット部１４に対向した線路両端には非常
に大きな電位差が生じる。したがって、このスリット部
１４には、非常に大きな電界が誘起されることから、こ
の付近に光導波路を設け、適当な方法で変調信号波によ
って電極１３に高周波電流を誘起させることによって、
極めて高効率の光変調が可能となる。

【００１４】次に、前記光変調素子の駆動方法の実施例
について、図面とともに説明する。本発明の光変調素子
の優れた特徴を損なわずに駆動するためには、本発明の
駆動法を適用することがきわめて有用である。

【００１５】図２は、本発明の光変調素子の駆動方法を
説明するための駆動装置の一実施例の要部概念斜視図で
ある。光変調素子２１を例えば円形導波管２２内に図の
ように壁面に垂直に設置し、導波管内を伝搬する電磁波
の電界によって、スプリットリング型電極２４に電流を
生じさせ、効率よい光変調が実現される。光の入出力で
は、光導波路２３の両端面部分に直接、光ファイバを接
続し、この光ファイバを通して導波管外部より光の入出
力を行う方法が有効である。

【００１６】ミリ波やサブミリ波などの超高周波の伝送
路としては、導波管が伝搬損失の点で適している。従
来、このような超高周波を光変調素子の電極に結合させ
るには、一度、導波管から同軸ケーブルに変換し、その
同軸ケーブルから光変調素子に結合させる。しかし、本
発明の光変調素子の駆動方法では、導波管内の変調波を
直接光変調素子の電極に結合させることができるので、
超高周波の変調信号による光変調において、効率よい変
調が可能であるとともに、光変調システムの簡略化が可
能である。

【００１７】導波管として円形導波管を用い、ＴＥ_0nモ
ードで変調波を光変調素子と結合させたときは、最も結
合効率が高くなり、極めて高効率の光変調が実現でき
る。なぜなら、ＴＥ_0nモードの電界は円周方向を向いて
いることから、最も効率よく電極に高周波電流を生じさ
せる。そのうえ、このＴＥ_0nモードは周波数が高くなる
ほど導波管内での損失が減少する性質を有しているの
で、ミリ波、サブミリ波などの超高周波域での光変調素
子の駆動するのに最適である。

【００１８】電極の材料としては、アルミニウムなどの
金属材料以外に、高周波での表面抵抗の極めて小さい超
伝導体を利用することによって、電極に誘起される電流
の減衰が少なくなり、さらに高効率の光変調が可能とな
る。

【００１９】実施例で示した光変調素子は、光波の位相
を変調する、いわゆる位相変調素子として動作する。位
相変調は、コヒーレント光通信などの次世代の光通信シ
ステムでの利用が期待されている。本発明の光変調素子
を、現在の光通信システムで主として用いられている光
強度変調素子として利用するには、光導波路によって、
マッハツェンダー干渉計を基板上に構成することによっ
て、極めて容易に実現できる。

【００２０】また、本光変調素子では、光導波路部分、
つまり、光波の電界がおよぶ範囲あるいはその一部分が
電気光学効果を有していれば良い。したがって、本実施
例で述べたように、基板１１に電気光学効果を有する材
料を用いなくても、例えば、低屈折率基板上に電気光学
効果を有する材料を薄膜化したものを用い、その薄膜部
分に光導波路を形成したり、あるいは、基板表面に周囲
よりも屈折率の高いコア部分を形成し、その上にクラッ
ド部分として電気光学効果を有する材料を形成すること
で、コア部分から染み出した電界を利用して光変調を行
うことも同様に有効である。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明からわかるように、本発明
は、スプリットリング型電極を形成した基板表面に、電
気光学効果を有する光導波路が露出し、かつ、スプリッ
トリング型電極のスリット部を通り、スプリットリング
型電極の電極部と交差した光変調素子であるため、従来
の導波路型光変調素子に比べて、特に、ミリ波、サブミ
リ波などの超高周波域での変調効率を飛躍的に改善でき
る。

【００２２】また、本発明は、この光変調素子を導波管
内部に設置する光変調素子の駆動法であるため、導波管
からの変調波を直接結合させることが可能であり、超高
周波域での変調効率をさらに改善し、小さな電力で光変
調を可能にでき、光通信システムの超高速化、簡略化、
高性能化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光変調素子の一実施例の構成を示す概
念斜視図

【図２】本発明の光変調素子の駆動方法の一実施例を説
明する要部概念斜視断面図

【符号の説明】

１１基板１２光導波路１３スプリットリング型電極１５スリット部１６入力光１７出力光２１基板２２円形導波管２３光導波路２４スプリットリング型電極２５変調波２６入力光２７出力光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スプリットリング型電極と、電気光学効果
を有する光導波路とを含み、前記スプリットリング型電
極が基板上に形成され、前記光導波路が前記基板表面に
露出し、前記スプリットリング型電極のスリット部を通
り、かつ、前記スプリットリング型電極の電極部と交差
したことを特徴とする光変調素子。
【請求項２】スプリットリング型電極が、超伝導薄膜で
あることを特徴とする、請求項１記載の光変調素子。
【請求項３】スプリットリング型電極を形成した基板表
面に、電気光学効果を有する光導波路が露出し、かつ、
前記スプリットリング型電極のスリット部を通り、前記
スプリットリング型電極の電極部と交差した光変調素子
を、導波管内部に設置することを特徴とする光変調素子
の駆動方法。
【請求項４】導波管が、円形導波管であり、基板を前記
円形導波管の壁面に垂直な方向に設置し、導波管モード
として、ＴＥ_0nモードを用いることを特徴とする、請求
項３記載の光変調素子の駆動方法。