JPH07318874A - Mach-zehunder type optical modulator having improved temperature drift - Google Patents

Mach-zehunder type optical modulator having improved temperature drift

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JPH07318874A
JPH07318874A JP11263194A JP11263194A JPH07318874A JP H07318874 A JPH07318874 A JP H07318874A JP 11263194 A JP11263194 A JP 11263194A JP 11263194 A JP11263194 A JP 11263194A JP H07318874 A JPH07318874 A JP H07318874A
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electrode
optical waveguide
optical
modulator
substrate
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Hirotoshi Nagata
裕俊 永田
Naieeru Jiemushiido
ジェムシード・ナイエール
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Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide an optical modulator which is low in voltage drift according to a temp. rise, is high in reliability and is useful for a high-speed optical communication net, etc. CONSTITUTION:This optical modulator has an electro-optical substrate, a progressive wave type electrode system which is arranged on the substrate and consists of a strip electrode 3 and a pair of ground electrodes 4a, 4b and an optical waveguide system which is formed on the substrate surface and has optical waveguide parts 1, 2 extending by passing respectively the undersides of the strip electrode 3 and the ground electrode 4a. The width of the optical waveguide part 1 under the strip electrode 3 is wider than the width of the optical waveguide part 2 under the ground electrode 4a.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高速光通信網等に有用
な、マッハツェンダー型光変調器に関するものである。
更に詳しく述べるならば、本発明は、著しく低減した温
度ドリフトを有し、より高い信頼性を有するマッハツェ
ンダー型光変調器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Mach-Zehnder type optical modulator useful for high-speed optical communication networks and the like.
More specifically, the present invention relates to a Mach-Zehnder type optical modulator having a significantly reduced temperature drift and higher reliability.

【0002】[0002]

【従来の技術】LiNbO3 に代表される電気光学結晶
を基板として作製されるマッハツェンダー型光変調器
は、高帯域、低動作電圧などの長所を有するため高速光
通信システム要素部品として注目されている。しかし高
速光通信システムで使用される光変調器には、非常に高
い信頼性・耐久性が要求されるため、マッハツェンダー
型光変調器は、dcドリフトおよび温度ドリフトなどの
不安定要因を低減する必要がある。
2. Description of the Related Art A Mach-Zehnder type optical modulator manufactured by using an electro-optic crystal typified by LiNbO 3 as a substrate has advantages such as a high band and a low operating voltage, and thus has been attracting attention as a high-speed optical communication system component. There is. However, since an optical modulator used in a high-speed optical communication system requires extremely high reliability and durability, the Mach-Zehnder type optical modulator reduces instability factors such as dc drift and temperature drift. There is a need.

【0003】温度ドリフトを低減するという目的を達成
するためには、x−カットLiNbO3 を基板として用
いた変調器が好適であるが、この変調器は高速応用には
不適当である。また、高速応用を目指した変調器として
は、z−カットLiNbO3変調器が最適であるが、こ
れには動作点電圧が、温度変化に伴って大きく変動する
(温度ドリフト)という問題点がある。
To achieve the purpose of reducing temperature drift, a modulator using x-cut LiNbO 3 as a substrate is suitable, but this modulator is unsuitable for high-speed applications. A z-cut LiNbO 3 modulator is most suitable as a modulator intended for high-speed applications, but this has a problem that the operating point voltage greatly changes with temperature change (temperature drift). .

【0004】図1に示されているように、従来のLiN
bO3 高速光変調器において、動作点を調整するため電
極に印加される直流制御電圧のドリフト(V)は、温度
の上昇とともに顕著に増大する。
As shown in FIG. 1, conventional LiN
In the bO 3 high-speed optical modulator, the drift (V) of the DC control voltage applied to the electrodes for adjusting the operating point increases remarkably as the temperature rises.

【0005】光変調器を実際にオペレーションする際に
問題となる、LiNbO3 変調器の温度ドリフトの原因
としては、(1)z−カットLiNbO3 結晶の大きな
焦電効果、(2)素子内の熱応力に起因する導波路の屈
折率変動、(3)変調器の半波長電圧の温度変化、など
が知られている。
The cause of the temperature drift of the LiNbO 3 modulator, which is a problem when the optical modulator is actually operated, is (1) a large pyroelectric effect of the z-cut LiNbO 3 crystal, and (2) the inside of the device. It is known that the refractive index of the waveguide changes due to thermal stress, and (3) the half-wave voltage of the modulator changes with temperature.

【0006】一般的な動作温度環境においては、上記要
因(2)(3)の影響は小さく、無視できる。要因
(1)の焦電効果への対策として、光素子表面を半導体
薄膜で覆い、焦電効果により発生した電荷を遮蔽するこ
とにより、電極付近における局所的な不安定電界の生成
を防ぐことが知られている。この手法により、z−カッ
トLiNbO3 変調器の温度ドリフトを著しく低減でき
る。さらに、電極構造を、マッハツェンダー型光導波路
の左右の分岐導波路の対称軸に対し、左右対称の構造に
することにより、温度ドリフトをさらに下げることが可
能である(デュアル電極構造)。しかし、一般に、変調
器の高速化を意図する場合、進行波型電極系は、片側の
導波路上に位置するストリップ電極(ホット電極)と、
その両側を囲みかつ他方の導波路を覆う一対のグランド
電極からなり、この電極配置は非対称型である。このよ
うな非対称型電極を有する変調器では、前述の半導体薄
膜による素子表面の被覆処理を施しても、図1に示すよ
うに、温度上昇とともに、数十mV/℃程度の電圧ドリフ
トが認められる。
In a general operating temperature environment, the influences of the factors (2) and (3) are small and can be ignored. As a measure against the pyroelectric effect of factor (1), the surface of the optical element is covered with a semiconductor thin film to shield the electric charges generated by the pyroelectric effect, thereby preventing the generation of a local unstable electric field near the electrodes. Are known. By this method, the temperature drift of the z-cut LiNbO 3 modulator can be significantly reduced. Further, by making the electrode structure bilaterally symmetrical with respect to the symmetry axes of the left and right branch waveguides of the Mach-Zehnder type optical waveguide, it is possible to further reduce the temperature drift (dual electrode structure). However, in general, when it is intended to increase the speed of the modulator, the traveling wave electrode system includes a strip electrode (hot electrode) located on the waveguide on one side,
It is composed of a pair of ground electrodes that surround both sides of it and cover the other waveguide, and the electrode arrangement is asymmetrical. In the modulator having such an asymmetrical electrode, even if the element surface is coated with the semiconductor thin film as described above, a voltage drift of several tens of mV / ° C. is recognized as the temperature rises, as shown in FIG. .

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、温度上昇に
伴う直流制御電圧のドリフトがなく、又は少なく、信頼
性の高いマッハツェンダー型光変調器を提供しようとす
るものである。本発明は、特に、LiNbO3 基板上に
マッハツェンダー型光導波路が形成され、その上に、非
対称型進行波型電極系を配置したマッハツェンダー型光
変調器に有効なものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly reliable Mach-Zehnder type optical modulator which has no or little DC control voltage drift due to temperature rise. The present invention is particularly effective for a Mach-Zehnder type optical modulator in which a Mach-Zehnder type optical waveguide is formed on a LiNbO 3 substrate and an asymmetrical traveling-wave type electrode system is arranged thereon.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の改善された温度
ドリフトを有するマッハツェンダー型光変調器は、電気
光学効果を有する材料により形成された基板、この基板
上に配置された1本のストリップ電極と、その両側に配
置された1対のグランド電極とからなる進行波型電極
系、および、前記基板表面部に形成され、前記ストリッ
プ電極の下、および前記1対のグランド電極の一方の下
を通って伸びている光導波路系を有し、前記ストリップ
電極の下に位置する光導波路部分の幅が、前記グランド
電極の下に位置する光導波路部分の幅よりも広いことを
特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The Mach-Zehnder interferometer with improved temperature drift of the present invention comprises a substrate formed of a material having an electro-optic effect, and a strip disposed on the substrate. A traveling wave electrode system including an electrode and a pair of ground electrodes arranged on both sides thereof, and below the strip electrode and below one of the pair of ground electrodes formed on the substrate surface portion. An optical waveguide system extending through the strip electrode, wherein the width of the optical waveguide portion located below the strip electrode is wider than the width of the optical waveguide portion located below the ground electrode. Is.

【0009】本発明の光変調器において、前記基板形成
材料がz−カットニオブ酸リチウムであり、前記光導波
路が、前記基板にチタンを拡散させて形成された非対称
マッハツェンダー型光導波路であり、前記進行波型電極
系が、少なくとも1層の誘電体層を介して、前記光導波
路上に配置されていることが好ましい。
In the optical modulator of the present invention, the substrate forming material is z-cut lithium niobate, and the optical waveguide is an asymmetric Mach-Zehnder type optical waveguide formed by diffusing titanium in the substrate, It is preferable that the traveling wave electrode system is arranged on the optical waveguide via at least one dielectric layer.

【0010】本発明の光変調器において、前記ホット電
極の下に位置する光導波路部分の幅が約7μmであり、
前記グランド電極の下に位置する光導波路部分の幅が約
6μmであることが好ましい。このような光導波路幅の
差違は1μm程度である。また導波路が多モードになら
ないためには、7μm程度の幅が必要である。従って、
両導波路部分の幅は、約7μmと約6μmの組み合わせ
が適当であり、7μm/6μm,7.5μm/6.5μ
mなどの組み合わせがある。
In the optical modulator of the present invention, the width of the optical waveguide portion located below the hot electrode is about 7 μm,
The width of the optical waveguide portion located under the ground electrode is preferably about 6 μm. Such a difference in optical waveguide width is about 1 μm. In addition, a width of about 7 μm is necessary so that the waveguide does not have multiple modes. Therefore,
A suitable combination of the widths of both waveguide portions is about 7 μm and about 6 μm, and is 7 μm / 6 μm, 7.5 μm / 6.5 μm.
There are combinations such as m.

【0011】[0011]

【作用】従来のマッハツェンダー型光変調器において
は、左右対称なマッハツェンダー型光導波路系に対し
て、左右非対称に配置された電極を有する進行波型電極
系が配置されている。そのため、半導体層の効果により
変調器表面に均一に分散された焦電効果による電界と、
光導波路との相互作用の大きさが、左右の光導波路にお
いて実効的に互に異なることによって温度ドリフトが発
生する。
In the conventional Mach-Zehnder interferometer type optical modulator, a traveling wave type electrode system having left-right asymmetrical electrodes is arranged with respect to the symmetrical Mach-Zehnder type optical waveguide system. Therefore, due to the effect of the semiconductor layer, the electric field due to the pyroelectric effect evenly dispersed on the modulator surface,
The magnitude of the interaction with the optical waveguides is effectively different from each other in the left and right optical waveguides, which causes temperature drift.

【0012】本発明においては、電気光学的効果を有す
る材料、例えばLiNbO3 単結晶により形成された基
板、この基板上に配置された1個のストリップ(ホッ
ト)電極、およびその両側に配置された1対のグランド
電極を含む進行波型電極系と、前記基板の表面部分に形
成され、前記ストリップ電極および前記1対のグランド
電極の一方の下を通って伸びている光導波路系を有する
マッハツェンダー型光変調器において、前記ストリップ
電極の下に位置している光導波路部分の幅を、前記グラ
ンド電極の下に位置している光導波路部分の幅よりも広
くすることにより、上記温度ドリフトの問題を解決した
ものである。
In the present invention, a substrate made of a material having an electro-optical effect, for example, a LiNbO 3 single crystal, one strip (hot) electrode arranged on this substrate, and both sides thereof are arranged. A Mach-Zehnder having a traveling wave type electrode system including a pair of ground electrodes and an optical waveguide system formed on a surface portion of the substrate and extending under one of the strip electrode and the pair of ground electrodes. Type optical modulator, the width of the optical waveguide portion located below the strip electrode is made wider than the width of the optical waveguide portion located below the ground electrode, thereby causing the temperature drift problem. Is the solution.

【0013】ストリップ電極およびグランド電極の下に
位置している光導波路部分が、左右非対称をなすマッハ
ツェンダー型光導波路系は、米国特許第4,709,9
78号(1987年12月1日)およびJanet L. Jacke
l およびJohn J. Johnson, IEEE/OSA, J. of Lightwave
Technology 、第8巻、1348〜1351頁、1988に開示され
ているが、これらは、導波路間の結合を弱めることを目
的とするものであって、温度ドリフトの低減という技術
的課題、およびその解決方法については全く記載がな
い。つまり、ストリップ(ホット)電極の下に位置する
導波路の幅を必ず広くするということについては記載が
ない。
A Mach-Zehnder type optical waveguide system in which an optical waveguide portion located below a strip electrode and a ground electrode is asymmetrical is disclosed in US Pat. No. 4,709,9.
Issue 78 (December 1, 1987) and Janet L. Jacke
l and John J. Johnson, IEEE / OSA, J. of Lightwave
Technology, Volume 8, pp. 1348-1351, 1988, which aims to weaken the coupling between waveguides, and the technical problem of reducing temperature drift, and There is no mention of any solution. That is, there is no description about increasing the width of the waveguide located under the strip (hot) electrode.

【0014】本発明の光変調器において、図2に示され
ているように基板(図示されていないが紙面に相当す
る)表面部に形成された光導波路系は、2本の分岐・収
斂する光導波路部分1,2を有し、進行波型電極系はス
トリップ(ホット)電極3と、1対のグランド電極4
a,4bを有するものである。光導波路部分1は、スト
リップ電極3の下を通って伸びており、他の光導波路部
分2は、グランド電極4aの下を通って伸びている。こ
のとき、光導波路部分1の幅W1 は、光導波路部分2の
幅W2 より広く形成されている。
In the optical modulator of the present invention, the optical waveguide system formed on the surface portion of the substrate (not shown but corresponding to the paper surface) as shown in FIG. 2 has two branches / converges. The traveling wave type electrode system having the optical waveguide portions 1 and 2 is a strip (hot) electrode 3 and a pair of ground electrodes 4.
a, 4b. The optical waveguide portion 1 extends below the strip electrode 3, and the other optical waveguide portion 2 extends below the ground electrode 4a. At this time, the width W 1 of the optical waveguide portion 1 is formed wider than the width W 2 of the optical waveguide portion 2.

【0015】図3に示されているように、基板5(例え
ばLiNbO3 単結晶)上に緩衝層(例えばSiO2
らなる)6が形成され、その上に半導体層(例えばSi
からなる)7が設けられ、その上に上記ストリップ電極
3および1対のグランド電極4a,4bが設けられる。
これら電極3,4a,4bの厚さは、例えば10μm程
度であって、例えばAuからなるものである。
As shown in FIG. 3, a buffer layer (made of, for example, SiO 2 ) 6 is formed on a substrate 5 (for example, a LiNbO 3 single crystal), and a semiconductor layer (for example, Si) is formed thereon.
7) on which the strip electrode 3 and the pair of ground electrodes 4a and 4b are provided.
The electrodes 3, 4a, 4b have a thickness of, for example, about 10 μm and are made of Au, for example.

【0016】光変調器の表面(例えばLiNbO3 基板
の−z面)において、温度上昇があると、焦電効果によ
り正電荷が発生する。この正電荷は、電極の下に半導体
薄膜層が配置された場合、その効果によりほゞ均一に分
散されるが、変調器を構成する材料が誘電体であるか
ら、この正電荷が直ちに消失することなく保持される。
その結果、光変調器の温度が上昇に伴って正電荷の蓄積
量が増大する。
When the temperature rises on the surface of the optical modulator (for example, the -z plane of the LiNbO 3 substrate), a positive charge is generated due to the pyroelectric effect. When the semiconductor thin film layer is arranged under the electrode, this positive charge is almost uniformly dispersed due to its effect. However, since the material forming the modulator is a dielectric, this positive charge disappears immediately. Retained without.
As a result, the amount of positive charges accumulated increases as the temperature of the optical modulator rises.

【0017】このような正電荷が蓄積されると、図3に
示されているように、ストリップ電極と、グランド電極
の間に印加される電界に加えて、焦電効果による電界が
発生する。従って、非対称型マッハツェンダー型導波路
系における分岐導波路部分1,2を通る光波の位相変化
φ1 ,φ2 は、下記式(1),(2)により表わされ
る。 φ1 =(β1 +k0 Δn1 )L (1) φ2 =(β2 +k0 Δn2 )L (2) 上式中、β1 およびβ2 は、それぞれストリップ電極3
およびグランド電極4aの下に位置する光導波路部分
1,2の光伝搬定数を表わし、Lは電極の長さ(図2参
照)を表わし、Δn1 およびΔn2 は、それぞれ下記式
(3),(4)により定義される。 Δn1 =Δnh +Δnp (T) (3) Δn2 =Δng −Δnp (T) (4) Δnh およびΔng は、それぞれストリップ電極3およ
びグランド電極4aの下に位置する光導波路部分1,2
の、印加電界による屈折率変化量を表わし、Δn
p (T)は、温度Tに依存して焦電効果により発生した
電界による屈折率の変化量である。焦電効果による電界
の方向は、ストリップ(ホット)電極およびグランド電
極下において互に同一であるが、グランド電極側では、
この電界の方向が、制御用印加電圧による電界を弱める
方向であるため(図3参照)、式(4)のΔnp の符号
は負になる。
When such positive charges are accumulated, as shown in FIG.
Strip electrode and ground electrode as shown
In addition to the electric field applied between the
Occur. Therefore, the asymmetric Mach-Zehnder waveguide
Change of light wave passing through branch waveguides 1 and 2 in optical system
φ1, Φ2Is expressed by the following equations (1) and (2)
It φ1= (Β1+ K0Δn1) L (1) φ2= (Β2+ K0Δn2) L (2) where β1And β2Are strip electrodes 3 respectively
And an optical waveguide portion located below the ground electrode 4a
1 and 2 represent the light propagation constants, and L is the length of the electrode (see Fig. 2).
)), And Δn1And Δn2Is the following formula
It is defined by (3) and (4). Δn1= Δnh+ Δnp(T) (3) Δn2= Δng-Δnp(T) (4) ΔnhAnd ΔngAre strip electrodes 3 and
And the optical waveguide portions 1 and 2 located below the ground electrode 4a
Of the refractive index change due to the applied electric field
p(T) is generated by the pyroelectric effect depending on the temperature T
It is the amount of change in the refractive index due to the electric field. Electric field due to pyroelectric effect
The strip (hot) electrode and ground
They are identical to each other underneath, but on the ground electrode side,
The direction of this electric field weakens the electric field due to the applied voltage for control.
Direction (see FIG. 3), Δn in equation (4)pSign of
Becomes negative.

【0018】マッハツェンダー型導波路系から出力する
光波の電界Eは、電極の長さをL、入力光の電界をE0
で表わすと、下記式(5):
The electric field E of the light wave output from the Mach-Zehnder waveguide system is the electrode length L and the electric field E of the input light is E 0.
The following formula (5):

【数1】 により表わされる。[Equation 1] Is represented by

【0019】従って、出力光のパワーPは、下記式
(6):
Therefore, the power P of the output light is expressed by the following equation (6):

【数2】 により表わされる。式(6)においてr(T)およびs
(T)は、それぞれ下記式(7)および(8)
[Equation 2] Is represented by R (T) and s in equation (6)
(T) is the following formulas (7) and (8), respectively.

【数3】 により定義される。[Equation 3] Is defined by

【0020】ストリップ電極3下、グランド電極4a下
の光導波路部分1,2の、電気光学効果による屈折率変
化Δnh ,Δng は、温度にも依存するが、その大きさ
は、焦電効果による屈折率変化に比べきわめて小さいも
のである。したがって、式(8)により表される出力光
の位相は、温度にほとんど影響されない。一方、式
(7)より、出力光の強度が温度変化によりコサイン的
に周期変化することがわかる。さらに式(7)より、導
波路の伝搬定数β1 ,β2 、屈折率Δn1 ,Δn2を調
整することにより、温度T、つまり屈折率Δnp (T)
の変化に対して、r(T)値の変化を大きくしてやるこ
とも、小さくしてやることも可能であることがわかる。
つまり、初期位置を、温度Tの関数であるコサインカー
ブの極小あるいは極大値付近にもってきてやることで、
温度ドリフトを小さくすることができる。本発明におい
て、光導波路部分1の幅W1 は、光導波路部分2の幅W
2 よりも広く、好ましくは、W1 ≒7μm,W2 ≒6μ
mである。導波路幅を広くすることは、導波光の閉じ込
めを強くする効果を有する(表1参照)。従って、同様
な効果を発現する手法、例えばLiNbO3 へのTiの
拡散濃度を変化させる(ストリップ電極側を高濃度にす
る)などの手法を応用することも可能である。
The refractive index changes Δn h and Δn g of the optical waveguide portions 1 and 2 below the strip electrode 3 and the ground electrode 4a due to the electro-optical effect also depend on the temperature, but the magnitude thereof is the pyroelectric effect. It is extremely small compared to the change in refractive index due to. Therefore, the phase of the output light expressed by the equation (8) is hardly affected by the temperature. On the other hand, from the equation (7), it can be seen that the intensity of the output light changes in a cosine cycle with temperature change. Furthermore, by adjusting the propagation constants β 1 and β 2 of the waveguide and the refractive indices Δn 1 and Δn 2 from the equation (7), the temperature T, that is, the refractive index Δn p (T)
It can be seen that it is possible to increase or decrease the change of the r (T) value with respect to the change of.
In other words, by bringing the initial position near the minimum or maximum value of the cosine curve that is a function of the temperature T,
The temperature drift can be reduced. In the present invention, the width W 1 of the optical waveguide portion 1 is the width W 1 of the optical waveguide portion 2.
Wider than 2 , preferably W 1 ≈ 7 μm, W 2 ≈ 6 μ
m. Increasing the waveguide width has the effect of strengthening the confinement of guided light (see Table 1). Therefore, it is also possible to apply a method of producing the same effect, for example, a method of changing the diffusion concentration of Ti into LiNbO 3 (making the strip electrode side high concentration).

【0021】[0021]

【実施例】本発明を、下記実施例によりさらに説明す
る。実施例および比較例 z−カットLiNbO3 基板に、Ti熱拡散法により、
二種類の非対称マッハツェンダー型導波路を形成した。
タイプAは、本発明による構造であり、ホット電極下の
導波路幅は7μm、グランド電極下の導波路幅は6μm
であった。タイプBにおいては、逆に、ホット電極下の
導波路幅が6μm、グランド電極下の導波路幅が7μm
であった。後に示すように、タイプBの構造では、両導
波路とも幅7μmの従来型対称導波路タイプと同様、温
度ドリフトが小さくならなかった。導波路面と非対称型
の進行波型の電極の間には、SiO2 バッファー層と、
半導体層が設けられた。電極サイズ、導波路を伝搬する
光のモードフィールド径(Wx ,Wz )等のパラメータ
を、図3および表1に示す。
The present invention will be further described by the following examples. Examples and Comparative Examples A z-cut LiNbO 3 substrate was coated with a Ti thermal diffusion method,
Two types of asymmetric Mach-Zehnder type waveguides were formed.
Type A is a structure according to the present invention, the waveguide width under the hot electrode is 7 μm, and the waveguide width under the ground electrode is 6 μm.
Met. In the case of Type B, conversely, the waveguide width under the hot electrode is 6 μm and the waveguide width under the ground electrode is 7 μm.
Met. As will be shown later, in the structure of type B, the temperature drift did not become small in both waveguides as in the conventional symmetrical waveguide type with a width of 7 μm. An SiO 2 buffer layer is provided between the waveguide surface and the asymmetrical traveling wave type electrode,
A semiconductor layer was provided. Parameters such as the electrode size and the mode field diameter (W x , W z ) of light propagating in the waveguide are shown in FIG. 3 and Table 1.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】変調器サンプルA,Bの温度ドリフトの測
定結果を、図4,5に示す。温度ドリフトの測定は、変
調器サンプルを、光波長1.55μm、交流印加電圧1
kHz・Vp-p =20Vの条件で動作させながら、温度変
化にともなう、出力光強度のピーク位置(単位V)の変
化を追尾することにより行った。図4,5より、本発明
による変調器Aにおける温度ドリフトは、従来型(図
1)、および比較変調器Bに比較して、著しく小さいこ
とがわかる。
The measurement results of the temperature drift of the modulator samples A and B are shown in FIGS. The temperature drift was measured using a modulator sample with an optical wavelength of 1.55 μm and an AC applied voltage of 1
The operation was performed under the conditions of kHz · V pp = 20 V, and the change in the peak position (unit V) of the output light intensity due to the temperature change was tracked. From FIGS. 4 and 5, it can be seen that the temperature drift in the modulator A according to the present invention is significantly smaller than that in the conventional type (FIG. 1) and the comparative modulator B.

【0024】本発明による変調器Aの温度ドリフトが小
さい理由は、下記のように説明できる。式(7)の第一
項の伝搬定数の差(β1 −β2 )が、タイプAの導波路
では正であり、タイプBおよび従来型対称導波路では負
となる。幅6μmのチタン拡散導波路と7μmチタン拡
散導波路での伝搬定数の違いは、10-4μm-1のオーダ
ーであり(図6参照)、|β1 −β2 |L/2〜1.0
となる。一方、式(7)の屈折率差に関する項k0(L/
2)(Δnh −Δng ) は、タイプA,Bいずれにおいて
も常に正である。
The reason why the temperature drift of the modulator A according to the present invention is small can be explained as follows. The difference in the propagation constant (β 1 −β 2 ) in the first term of Expression (7) is positive in the type A waveguide and negative in the type B and conventional symmetric waveguides. The difference in propagation constant between the titanium diffusion waveguide having a width of 6 μm and the titanium diffusion waveguide having a width of 7 μm is on the order of 10 −4 μm −1 (see FIG. 6), and | β 1 −β 2 | L / 2 to 1. 0
Becomes On the other hand, the term k 0 (L /
2) (Δn h −Δn g ) is always positive in both types A and B.

【0025】表1に示したパラメータより、印加電界低
減係数(overlap integrals) Γh −Γg の大きさは、
5.71×104 -1(A),5.48× 104
-1(B)と数値計算でき、タイプA,Bの違いは、式
(7)の結果に大きく影響しない。したがって、これら
二つの項、特に(β1 −β2 )項の正負の違いにより、
変調器Aでは、初期位置(図4にしたがうと温度0℃で
の位置)が、温度を変数としたコサインカーブ(式
(7))の極大から下りにさしかかった領域に調整され
ているのに対し、変調器Bでは、コサインカーブの正の
急峻な傾きをもつ位置に調整されてしまっている。つま
り、変調器Aでは温度ドリフトが小さく、その傾き方向
は負であり、変調器Bでは傾き方向が正の、大きな温度
ドリフトを示す。
From the parameters shown in Table 1, the magnitude of the applied electric field reduction coefficient (overlap integrals) Γ h −Γ g is
5.71 × 10 4 m -1 (A), 5.48 × 10 4 m
-1 (B) can be calculated numerically, and the difference between types A and B does not significantly affect the result of equation (7). Therefore, due to the difference between the positive and negative of these two terms, especially (β 1 −β 2 ),
In the modulator A, the initial position (the position at the temperature of 0 ° C. according to FIG. 4) is adjusted to the region from the maximum of the cosine curve (equation (7)) where temperature is a variable to the downward direction. On the other hand, the modulator B is adjusted to a position having a positive steep slope of the cosine curve. That is, the temperature drift in the modulator A is small and the tilt direction is negative, and the temperature tilt in the modulator B is positive and a large temperature drift is shown.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明により、温度ドリフトが著しく小
さいマッハツェンダー型光変調器を提供することができ
る。
According to the present invention, it is possible to provide a Mach-Zehnder interferometer type optical modulator having a remarkably small temperature drift.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、従来の光変調器の温度−ドリフト関係
を示すグラフ。
FIG. 1 is a graph showing a temperature-drift relationship of a conventional optical modulator.

【図2】図2は、本発明の光変調器の一例の光導波路系
および電極系の配置を示す平面説明図。
FIG. 2 is an explanatory plan view showing an arrangement of an optical waveguide system and an electrode system of an example of the optical modulator of the present invention.

【図3】図3は、本発明の光変調器の一例の構成を示す
正面断面説明図。
FIG. 3 is a front cross-sectional explanatory view showing the configuration of an example of the optical modulator of the present invention.

【図4】図4は、本発明の光変調器の一実施例の、温度
−ドリフト関係を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing a temperature-drift relationship of an example of the optical modulator of the present invention.

【図5】図5は、比較光変調器の温度−ドリフト関係を
示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing a temperature-drift relationship of a comparative optical modulator.

【図6】図6は、光導波路の幅と、光波標準伝播係数と
の関係を示すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the width of an optical waveguide and the standard propagation coefficient of a light wave.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2…光導波路部分 3…ストリップ電極 4a,4b…グランド電極 5…基板 6…緩衝層 7…半導体層 8…焦電効果による帯電 1, 2 ... Optical waveguide part 3 ... Strip electrodes 4a, 4b ... Ground electrode 5 ... Substrate 6 ... Buffer layer 7 ... Semiconductor layer 8 ... Charging by pyroelectric effect

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気光学効果を有する材料により形成さ
れた基板、この基板上に配置された1本のストリップ電
極とその両側に配置された1対のグランド電極とを含む
進行波型電極系、および前記基板表面部に形成され、か
つ前記ストリップ電極の下、および前記1対のグランド
電極の一方の下を通って伸びている光導波路系を有し、 前記ストリップ電極の下に位置する光導波路部分の幅
が、前記グランド電極の下に位置する光導波路部分の幅
よりも広いことを特徴とする、改善された温度ドリフト
を有するマッハツェンダー型光変調器。
1. A traveling wave type electrode system including a substrate formed of a material having an electro-optical effect, a strip electrode disposed on the substrate, and a pair of ground electrodes disposed on both sides of the strip electrode. And an optical waveguide system formed on the surface of the substrate and extending under the strip electrode and under one of the pair of ground electrodes, the optical waveguide being located under the strip electrode. A Mach-Zehnder interferometer type optical modulator having improved temperature drift, characterized in that the width of the portion is wider than the width of the optical waveguide portion located below the ground electrode.
【請求項2】 前記基板形成材料がz−カットニオブ酸
リチウムであり、前記光導波路が、前記基板にチタンを
拡散させて形成された非対称マッハツェンダー型光導波
路であり、前記進行波型電極系が、少なくとも1層の誘
電体層を介して、前記光導波路上に配置されている、請
求項1に記載の光変調器。
2. The substrate forming material is z-cut lithium niobate, the optical waveguide is an asymmetric Mach-Zehnder optical waveguide formed by diffusing titanium in the substrate, and the traveling wave electrode system is used. The optical modulator according to claim 1, wherein is disposed on the optical waveguide via at least one dielectric layer.
【請求項3】 前記ストリップ電極の下に位置する光導
波路部分の幅が約7μmであり、前記グランド電極の下
に位置する光導波路部分の幅が約6μmである、請求項
1に記載の光変調器。
3. The light according to claim 1, wherein the width of the optical waveguide portion located below the strip electrode is about 7 μm, and the width of the optical waveguide portion located below the ground electrode is about 6 μm. Modulator.
JP11263194A 1993-11-01 1994-05-26 Mach-zehunder type optical modulator having improved temperature drift Pending JPH07318874A (en)

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CA002133300A CA2133300C (en) 1993-11-01 1994-09-29 Optical waveguide device
US08/315,981 US5526448A (en) 1993-11-01 1994-09-30 Optical waveguide modulator having a reduced D.C. drift
EP94307165A EP0652457B1 (en) 1993-11-01 1994-09-30 Optical waveguide device

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006065085A (en) * 2004-08-27 2006-03-09 Fujitsu Ltd Semiconductor mach-zehnder optical modulator and method for manufacturing the same

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