JPH0659222A - 光デバイスの制御法 - Google Patents

光デバイスの制御法

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JPH0659222A
JPH0659222A JP21027792A JP21027792A JPH0659222A JP H0659222 A JPH0659222 A JP H0659222A JP 21027792 A JP21027792 A JP 21027792A JP 21027792 A JP21027792 A JP 21027792A JP H0659222 A JPH0659222 A JP H0659222A
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JP
Japan
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temperature
optical waveguide
optical
optical device
control case
Prior art date
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Application number
JP21027792A
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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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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 DCドリフト現象による防止して、信頼性が
高く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を有する光デバイス
の中心電極103とアース電極104との間にバイアス
電圧Veを印加する際に、温度制御ケース111の温度
を初期的に環境温度よりも高温に設定する。

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制御法に関
し、より詳細には動作点の調整および安定性を改善する
光デバイスの制御法に関するものである。
【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結晶、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】特に、強誘電体結晶は、固体レーザあるい
はガスレーザ光の変調や波長変換を行う媒体として注目
されている。強誘電体結晶、特に、LiNbO3 を用い
た光変調器は最大の電気光学定数γ33を利用して光導波
路の屈折率を変化させ、光の位相、周波数、振幅のいず
れかを変調する光デバイスである。
【0004】例えば、LiNbO3 結晶を用いた従来の
光デバイスの一つである高速光強度変調器の模式的構成
図を図7に示し、その構成および制御法を以下に説明す
る。
【0005】この例では、電気光学効果を持つxもしく
はy板LiNbO3 基板100にTiの熱拡散により低
損失でしかもパターン化の容易なマッハツェンダ形光導
波路のコア部101および102が形成されている。そ
の基板100の上には中心電極103およびアース電極
104から構成されるコプレーナウェーブガイド(Co
−Planar Waveguide:CPW)が形成
されている。105は終端抵抗、106は変調信号を中
心電極103およびアース電極104に入力する給電線
である。109は入射光、110は出射光である。
【0006】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106に
は変調信号として、信号源107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108か
らバイアス電圧Ve(直流成分)が印加される。このV
eが動作点となる。この時の入力変調信号と出力波形と
の関係を図8中の実線(初期状態)で示す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の光デ
バイスにおいては、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、図8の破線で示される
ように動作点が経時的に変動し、出力波形が順次歪んで
ゆく現象、すなわち、DCドリフト現象が生じる。
【0008】このDCドリフト現象のために、バイアス
電圧Veをその動作点の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。
【0009】この場合、初期的な変動が大きいか、また
は、その変動の時定数が長く徐々にバイアス電圧Veが
変化すると、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共に、制御系が複雑とな
り、長期的な信頼性に問題があった。
【0010】そこで、本発明の目的は、上述した問題点
を解消し、DCドリフト現象による動作点変動を短時間
に抑制して、初期動作時以降の動作点を安定化すること
のできる光デバイスの制御法を提供することにある。
【0011】
【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、該光導波路の近傍に配置さ
れた電極とを有する光デバイスの前記光導波路の近傍の
温度を初期的に環境温度より高く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。
【0012】
【作用】本発明では、光導波路近傍の温度を初期的に環
境温度より高くすることによって、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
当する電圧値へ短期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。
【0013】
【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。
【0014】まず、LiNbO3 基板を用いた光強度変
調器を例にとって、本発明を適用した実施例を説明す
る。
【0015】実施例1 図1は、高速LiNbO3 光強度変調器に適用した本発
明の一実施例を示す模式的構成図である。
【0016】図1において図7と同一の構成には同一の
符号を付して説明は省略する。本図が図7と異なるの
は、光デバイスを温度制御ケース111に収め、光導波
路近傍の温度を制御することができるように構成した点
にある。
【0017】図2は、図1のA−A′線に沿った光デバ
イスの模式的断面図であり、図3は図1に示した光デバ
イスの中心電極103,アース電極104および光導波
路のコア部101と102付近の電気的等価回路図であ
る。
【0018】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。また、R2 およびC
2 は、それぞれ、LiNbO3 基板100に設けられた
コア部101および102の実効的な抵抗および静電容
量である。
【0019】一方、LiNbO3 等の誘電体光学結晶あ
るいは半導体等において、LiNbO3 基板および光導
波路のコア部の抵抗率は温度依存性があり、一般に温度
が高くなるほど抵抗率が小さくなることが知られてい
る。
【0020】光導波路のコア部101および102とク
ラッド部100Aとにおいて、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、寸法等により決定
される。また、容量Cは電極の特性インピーダンスの大
きさによって設定される。このとき、中心電極103と
アース電極104との間のギャップに対して、光導波路
のコア部101および102の光閉じ込め係数を考慮し
た時のクラッド部100Aおよびコア部101および1
02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R1 ′および1/C1 はL1 に比例す
る大きさとなり、R2 あるいはR2 ′および1/C2
2 に比例する大きさとなる。
【0021】例えば、図1の実施例において温度制御ケ
ース111の温度を30℃から100℃に変化させる
と、抵抗率は3〜5桁程度小さくなる。このとき、光導
波路部の誘電率ε2 の変化は、抵抗率の変化と比較して
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、温度制御ケース111の温
度を環境温度より高温に設定した場合のLiNbO3
板100のクラッド部100Aの実効的な抵抗をR
1 ′、光導波路のコア部101および102の実効的な
抵抗をR2 ′とする。この時温度制御ケース111の温
度を環境温度に戻すと、クラッド部100Aの抵抗R
1 ′および光導波路のコア部101および102の抵抗
2 ′は再び、それぞれ、R1 とR2 に戻る。
【0022】図4は、図1に示した光デバイスの動作原
理を説明するための説明図である。
【0023】本図においては、中心電極103とアース
電極104との間の一定のバイアス電圧に対して、温度
制御ケースの温度を、例えば、30℃の環境温度と同じ
にした場合、環境温度より高温(例えば100℃)に設
定した場合、および、一定時間t0 の間環境温度より高
温に設定した場合の光導波路に誘起される実効的な電圧
W ,VW ′およびVW ″の経時変化を示す。VW ,V
W ′およびVW ″の大きさに基づいて入射光109が変
調を受けるので、VW ,VW ′およびVW ″の経時変化
がDCドリフト現象に対応する。
【0024】図4において、温度制御ケースの温度が環
境温度と同じ場合のVW の大きさは、初期(t=0)に
おいては、クラッド部100Aおよび光導波路のコア部
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、Veのバイアス電圧を印加した直後の光
導波路に誘起される実効的な電圧VW1(=C1 /(2C
2 +C1 ))になる。また、時定数τ(=(2C2 +C
1 )R1 ・R2 /(2R1 +R2 ))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R
1 およびR2 の大きさで決まる値、すなわちVeのバイ
アス電圧を印加した後十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 +R
2 ))に収束する。
【0025】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、従って、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
光導波路のコア部102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、LiNbO
3 結晶の抵抗率ρ1 より小さくなっている。一方、Ti
のLiNbO3 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
〜ε2 )となっている。このため、VW2<WW1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。
【0026】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。
【0027】これに対し、本発明では、t=0で温度制
御ケースの温度を環境温度より高温に設定した場合、R
2 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(=
1 /(2C2 +C1 ))と等しくなるが、時定数τ′
(=(2C2 +C1 )R1 ′・R2 ′/(2R1 ′+R
2 ′))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R2 ′の大きさで決まる値
(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
においてVW ′のように変動する。ここで、VW ′≒V
W2となるt=t0 で温度制御ケースの温度を環境温度に
戻すと光導波路に誘起された電圧VW ″は、R1 ′およ
びR2 ′がR1 および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。従って、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t0 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、温度制御ケースの温度を環境温度より高温に僅かな
時間t′(<t0 )の間保持し、温度制御ケースの温度
を環境温度に戻した後の動作点変動量がほぼ0(VW
≒VW2に相当)あるいは僅かに反転する(VW ″<VW2
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。
【0028】ここで、R1 ′/R1 とR2 ′/R2 が等
しい場合、VW2とVW2′が一致するため、温度制御ケー
スの温度を高温に保持し続けても、動作点は安定に保た
れる。
【0029】なお、上記の実施例では、光導波路近傍の
温度を30℃から100℃に急激に変化させた場合であ
るが、環境温度、制御部の温度、および温度変化は、光
デバイスを制御する環境、光デバイスの温度特性等によ
って設定することができる。従って、緩やかな温度変化
においても同様の効果が得られる。また、上記の実施例
では、光導波路近傍の温度を温度制御ケースを用いて制
御した場合であるが、光導波路近傍に加熱ヒータあるい
はペルチェ素子等を用いて温度制御を行っても同様の効
果が得られる。
【0030】実施例2 図5および図6は、それぞれ、本発明を適用した他の実
施例を示す模式的断面図およびその電気的等価回路図で
ある。
【0031】図5および図6において、それぞれ図2お
よび図3と同一の構成については同一の符号を付し説明
は省略する。
【0032】図5においては、光導波路と電極との間に
光導波路の屈折率より小さい誘電体層、例えば、SiO
2 からなるバッファ層112を介在させた。本図におい
てLb は、バッファ層112の等価的な長さを表す。
【0033】図6に示した電気的等価回路図では、バッ
ファ層112の静電容量および抵抗は、それぞれ、Cb
およびRbを用いて表す。また、LiNbO3 基板10
0とバッファ層112との界面には界面抵抗Riが生じ
る。この場合にも、バッファ層の抵抗Rbおよび界面抵
抗Riは、光導波路近傍の温度を環境温度よりも高くす
ることにより、それぞれRb′およびRi′となる。本
実施例においても、初期動作時に温度制御ケースの温度
を環境温度より高温に設定すれば、時定数を充分小さく
することができるので、同様の効果が得られる。
【0034】なお、バッファ層112として、他の強誘
電体結晶、半導体あるいは有機材料等を用いても、図6
と同様な電気的等価回路図に置き換えることができるた
め同様の効果が得られる。
【0035】以上の実施例においては、LiNbO3
用いた光デバイスの制御法を例に採って説明してきた
が、本発明はLiNbO3 に限られず、KH2 PO4
PbMoO3 ,Sr2 Nb27 等の誘電体結晶、Ga
As,GaAlAs,InPまたはInGaAsP等の
半導体、あるいは有機材料についても本発明の光デバイ
スの制御法を適用することができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光導波路近傍の温度を初期的に環境温度より高くするこ
とによって、光導波路に誘起される電圧初期値からVW1
から長時間経過後の電圧に相当するVW2へ短時間で推移
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ので、DCドリフト現象が飽和し
た状態になり、従って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、長期安定性の問
題を解決することができる。
【0037】また、本発明によれば、バイアス電圧Ve
がほとんど変化しないので、動作点ロッキングの制御範
囲を狭くすることができる。これにより、制御装置は小
型化すると共に、制御系が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した光デバイスの一実施例を示す
模式的構成図である。
【図2】図1のA−A′線に沿った模式的断面図であ
る。
【図3】図1に示した光デバイスの電気的等価回路図で
ある。
【図4】図1に示した光デバイスの動作原理を説明する
ための説明図である。
【図5】本発明を適用した光デバイスの他の実施例を示
す模式的断面図である。
【図6】図5に示した光デバイスの電気的等価回路図で
ある。
【図7】従来の光デバイスの模式的構成図である。
【図8】入力変調信号と出力波形との関係を示す特性図
である。
【符号の説明】
100 LiNbO3 基板 100A クラッド部 101,102 コア部 103 中心電極 104 アース電極 105 終端抵抗 106 給電線 107 信号源 108 DCデバイス電源 109 入射光 110 出射光 111 温度制御ケース 112 バッファ層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気光学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、
    該光導波路の近傍に配置された電極とを有する光デバイ
    スの前記光導波路の近傍の温度を初期的に環境温度より
    高く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。
JP21027792A 1992-08-06 1992-08-06 光デバイスの制御法 Pending JPH0659222A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006003619A (ja) * 2004-06-17 2006-01-05 Aisin Seiki Co Ltd マッハツェンダ型光変調器
CN107045214A (zh) * 2016-02-08 2017-08-15 三菱电机株式会社 光调制器

Cited By (3)

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