JPH0798442A - 導波路型光デバイス - Google Patents
導波路型光デバイスInfo
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- JPH0798442A JPH0798442A JP6129988A JP12998894A JPH0798442A JP H0798442 A JPH0798442 A JP H0798442A JP 6129988 A JP6129988 A JP 6129988A JP 12998894 A JP12998894 A JP 12998894A JP H0798442 A JPH0798442 A JP H0798442A
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- optical device
- type optical
- impedance
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/01—Devices 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
- G02F1/03—Devices 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
- G02F1/035—Devices 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
- G02F1/0356—Devices 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
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 透過屈折率のみの着目した設計された信号電
極を用いながらインピーダンス不整合による特性劣化が
ない導波路型光デバイスを提供する。 【構成】 高周波変調信号を導波路型光デバイスに印加
するための信号電極１４と、変調信号が入力されるコネ
クタ１７との間に、それらのインピーダンスを整合させ
るインピーダンス整合回路１６を設ける。これにより、
インピーダンス不整合に起因する特性劣化を防ぐことが
できる。また、信号電極の設計制限要素が透過屈折率整
合だけになるため、設計の自由度が広がる。インピーダ
ンス整合回路は抵抗のみの組合せにより構成でき、基板
上に導電性薄膜の細線によりこれらの抵抗を形成するこ
とができるので、簡易にしかも小型に付加することが可
能である。
極を用いながらインピーダンス不整合による特性劣化が
ない導波路型光デバイスを提供する。 【構成】 高周波変調信号を導波路型光デバイスに印加
するための信号電極１４と、変調信号が入力されるコネ
クタ１７との間に、それらのインピーダンスを整合させ
るインピーダンス整合回路１６を設ける。これにより、
インピーダンス不整合に起因する特性劣化を防ぐことが
できる。また、信号電極の設計制限要素が透過屈折率整
合だけになるため、設計の自由度が広がる。インピーダ
ンス整合回路は抵抗のみの組合せにより構成でき、基板
上に導電性薄膜の細線によりこれらの抵抗を形成するこ
とができるので、簡易にしかも小型に付加することが可
能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、導波路型光デバイスに
係わり、例えば、電気光学効果を利用して、光変調や光
スイッチを行う導波路型光デバイスに関する。
係わり、例えば、電気光学効果を利用して、光変調や光
スイッチを行う導波路型光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】光変調器や光スイッチには、広帯域、超
高速かつ低電力で動作することが要求されるため、原理
的に、動作速度の速い電気光学効果が利用されることが
多い。電気光学効果とは、物質に電界を印加することに
よりその物質の屈折率が変化する現象のことをいい、こ
の効果を利用したさまざまな導波路型光デバイスが開発
されている。
高速かつ低電力で動作することが要求されるため、原理
的に、動作速度の速い電気光学効果が利用されることが
多い。電気光学効果とは、物質に電界を印加することに
よりその物質の屈折率が変化する現象のことをいい、こ
の効果を利用したさまざまな導波路型光デバイスが開発
されている。
【０００３】図９及び図１０に、このような電気光学効
果を利用した導波路型デバイスの例として、マッハツェ
ンダ型光変調器の構成を示す。図９はマッハツェンダ型
光変調器の平面図であり、図１０は、そのＡＡ’断面図
である。まず、これらの図に基づいて、その構成および
動作の説明を行う。
果を利用した導波路型デバイスの例として、マッハツェ
ンダ型光変調器の構成を示す。図９はマッハツェンダ型
光変調器の平面図であり、図１０は、そのＡＡ’断面図
である。まず、これらの図に基づいて、その構成および
動作の説明を行う。
【０００４】マッハツェンダ型光変調器は、電気光学効
果を有する基板１１上に形成された光導波路１２と、そ
の上に、バッファ層１３を介して形成された信号電極１
４とで構成される。各構成部分には、さまざまな材料を
用いることができる。たとえば、基板１１としては、ニ
オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）を用いることが多い。
この場合には、基板であるＬｉＮｂＯ3にチタン（Ｔ
ｉ）を熱拡散させて光導波路１２を形成する。また、バ
ッファ層１３としては、酸化珪素（ＳｉＯ2）などの簿
膜が使用され、信号電極１４としては、金（Ａｕ）を用
いることが多い。信号電極１４には、変調用信号源１５
が接続される。以下に、この光変調器の動作を簡単に説
明する。
果を有する基板１１上に形成された光導波路１２と、そ
の上に、バッファ層１３を介して形成された信号電極１
４とで構成される。各構成部分には、さまざまな材料を
用いることができる。たとえば、基板１１としては、ニ
オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）を用いることが多い。
この場合には、基板であるＬｉＮｂＯ3にチタン（Ｔ
ｉ）を熱拡散させて光導波路１２を形成する。また、バ
ッファ層１３としては、酸化珪素（ＳｉＯ2）などの簿
膜が使用され、信号電極１４としては、金（Ａｕ）を用
いることが多い。信号電極１４には、変調用信号源１５
が接続される。以下に、この光変調器の動作を簡単に説
明する。
【０００５】半導体レーザからの光が光入射端２１から
光導波路１２に入射されると、入射されたレーザ光は、
光分岐部２２で光導波路１２１と１２２に分割される。
一方の光導波路１２１に変調用信号源１５により変調電
圧が印加されると、電気光学効果により光導波路１２１
を伝播中の光と他方の光導波路１２２を伝播する光との
間に位相差が生ずる。これらの光が光合流部２３で合流
するとその位相差に応じた干渉が生じ、光出射端２４で
出射される光に変調電圧に応じた強度変調が加わること
になる。例えば、２つの光の位相差が０とπになるよう
に変調電圧が交互に印加されると、光出射端２４から光
の強度が最大値と最小値に交互に変化する光信号が得ら
れる。
光導波路１２に入射されると、入射されたレーザ光は、
光分岐部２２で光導波路１２１と１２２に分割される。
一方の光導波路１２１に変調用信号源１５により変調電
圧が印加されると、電気光学効果により光導波路１２１
を伝播中の光と他方の光導波路１２２を伝播する光との
間に位相差が生ずる。これらの光が光合流部２３で合流
するとその位相差に応じた干渉が生じ、光出射端２４で
出射される光に変調電圧に応じた強度変調が加わること
になる。例えば、２つの光の位相差が０とπになるよう
に変調電圧が交互に印加されると、光出射端２４から光
の強度が最大値と最小値に交互に変化する光信号が得ら
れる。
【０００６】このような光変調器では、さらに広帯域化
あるいは超高速化を図るために、進行波型電極が用いら
れることが多い。すなわち、光が入射する側の、信号電
極１４の一端からマイクロ波変調電圧が入射され、信号
電極の他端が信号線のインピーダンスで終端する構成が
用いられている。
あるいは超高速化を図るために、進行波型電極が用いら
れることが多い。すなわち、光が入射する側の、信号電
極１４の一端からマイクロ波変調電圧が入射され、信号
電極の他端が信号線のインピーダンスで終端する構成が
用いられている。
【０００７】進行波電極の設計では、大きな光変調帯域
Δｆが得られるようにすることと、少ない駆動電圧Ｖπ
でその変調を行うことができるようにすることが必要で
ある。これらのうち、光変調帯域Δｆは、信号電極長ｌ
とマイクロ波の透過屈折率ｎｍとに依存し、それらの関
係は、進行波電極を伝播するマイクロ波の損失を無視す
ると、
Δｆが得られるようにすることと、少ない駆動電圧Ｖπ
でその変調を行うことができるようにすることが必要で
ある。これらのうち、光変調帯域Δｆは、信号電極長ｌ
とマイクロ波の透過屈折率ｎｍとに依存し、それらの関
係は、進行波電極を伝播するマイクロ波の損失を無視す
ると、
【０００８】
【数１】
【０００９】で表される。なお、Ｃ０は、真空中の光
速、ｎは、光導波路の屈折率である。
速、ｎは、光導波路の屈折率である。
【００１０】すなわち、光変調帯域Δｆ（高速変調周波
数の上限）は、ｎｍとｎとの差で制限され、│ｎｍ−ｎ
│を“０”に近づけるほど、光変調帯域Δｆを大きくす
ることができる。このため、実際の信号電極の設計で
は、透過屈折率ｎｍが光導波路の屈折率ｎに近くなるよ
うに、計算機シミュレーションにより、使用する基板の
誘電率を基に、信号電極の基本構造、信号電極幅
Ｗ、信号電極の間隔Ｇ、信号電極の厚さｔ等のパラ
メータが決定される。
数の上限）は、ｎｍとｎとの差で制限され、│ｎｍ−ｎ
│を“０”に近づけるほど、光変調帯域Δｆを大きくす
ることができる。このため、実際の信号電極の設計で
は、透過屈折率ｎｍが光導波路の屈折率ｎに近くなるよ
うに、計算機シミュレーションにより、使用する基板の
誘電率を基に、信号電極の基本構造、信号電極幅
Ｗ、信号電極の間隔Ｇ、信号電極の厚さｔ等のパラ
メータが決定される。
【００１１】信号電極の基本構造をＣＰＷ（ｃｏ−ｐｌ
ａｎａｒ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）構造として基板にニオ
ブ酸リチウムが用いられ、信号電極幅Ｗを５μｍにした
場合に得られる透過屈折率ｎｍのシミュレーション結果
が図１１に示されている。図１１では、信号電極の厚さ
ｔをパラメータとして、信号電極の間隔Ｇと透過屈折率
ｎｍの関係が示されている。ニオブ酸リチウムにチタン
がドープされた光導波路の屈折率ｎは、およそ２．２で
あるため、マイクロ波の透過屈折率ｎｍもこの値に近い
ことが望まれる。図１１から明らかなように、透過屈折
率ｎｍが２．２となる信号電極間隔Ｇと信号電極の厚さ
ｔの組み合わせは一義的には決定されず、一方を設定す
ることにより他方が決定される。
ａｎａｒ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）構造として基板にニオ
ブ酸リチウムが用いられ、信号電極幅Ｗを５μｍにした
場合に得られる透過屈折率ｎｍのシミュレーション結果
が図１１に示されている。図１１では、信号電極の厚さ
ｔをパラメータとして、信号電極の間隔Ｇと透過屈折率
ｎｍの関係が示されている。ニオブ酸リチウムにチタン
がドープされた光導波路の屈折率ｎは、およそ２．２で
あるため、マイクロ波の透過屈折率ｎｍもこの値に近い
ことが望まれる。図１１から明らかなように、透過屈折
率ｎｍが２．２となる信号電極間隔Ｇと信号電極の厚さ
ｔの組み合わせは一義的には決定されず、一方を設定す
ることにより他方が決定される。
【００１２】信号電極間隔Ｇは、駆動電圧Ｖπに関係
し、信号電極間隔Ｇが狭くなるほど駆動電圧Ｖπは小さ
くなる。また、光変調器のたとえば消光比などの他の特
性からも、信号電極間隔Ｇが狭い方がよく、１５μｍ以
下とする場合が多い。このような理由から、信号電極間
隔Ｇを１５μｍに設定すると、図１１に示した関係によ
り、信号電極厚さｔは１２μｍに決定される。
し、信号電極間隔Ｇが狭くなるほど駆動電圧Ｖπは小さ
くなる。また、光変調器のたとえば消光比などの他の特
性からも、信号電極間隔Ｇが狭い方がよく、１５μｍ以
下とする場合が多い。このような理由から、信号電極間
隔Ｇを１５μｍに設定すると、図１１に示した関係によ
り、信号電極厚さｔは１２μｍに決定される。
【００１３】以上のように、光デバイスの光変調帯域Δ
ｆなどの特性から、信号電極の各パラメータが決定され
ると、信号電極の特性インピーダンスＺが定まる。図１
２に特性インピーダンスＺと信号電極間隔Ｇの関係が示
されている。図１２から信号電極間隔Ｇを１５μｍと
し、信号電極厚さｔを１２μｍとしたときの特性インピ
ーダンスＺは４６Ωとなることが分かる。
ｆなどの特性から、信号電極の各パラメータが決定され
ると、信号電極の特性インピーダンスＺが定まる。図１
２に特性インピーダンスＺと信号電極間隔Ｇの関係が示
されている。図１２から信号電極間隔Ｇを１５μｍと
し、信号電極厚さｔを１２μｍとしたときの特性インピ
ーダンスＺは４６Ωとなることが分かる。
【００１４】すなわち、特性インピーダンスが４６Ωで
ある変調用信号源を用いてこのデバイスを駆動すれば、
所望の特性が得られることになる。ところが、通常、変
調用信号源の特性インピーダンスは、５０Ωであり、従
来の導波路型光デバイスでは信号電極の特性インピーダ
ンスと変調用信号源のそれとが一致しない状態で使用さ
れている。
ある変調用信号源を用いてこのデバイスを駆動すれば、
所望の特性が得られることになる。ところが、通常、変
調用信号源の特性インピーダンスは、５０Ωであり、従
来の導波路型光デバイスでは信号電極の特性インピーダ
ンスと変調用信号源のそれとが一致しない状態で使用さ
れている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】このように、インピー
ダンスと透過屈折率ｎｍをともに所望の値に設計するこ
とは困難であるため、従来の導波路型光デバイスでは、
特性屈折率ｎｍを光導波路の屈折率と一致させることを
優先して設計されている。このため、得られる光デバイ
スの信号電極のインピーダンスは、変調用信号源のイン
ピーダンスと異なり、このインピーダンス不整合による
変調帯域の劣化や、信号入力段における電力反射が生
じ、そのデバイスの機能が十分に発揮できないといった
問題がある。
ダンスと透過屈折率ｎｍをともに所望の値に設計するこ
とは困難であるため、従来の導波路型光デバイスでは、
特性屈折率ｎｍを光導波路の屈折率と一致させることを
優先して設計されている。このため、得られる光デバイ
スの信号電極のインピーダンスは、変調用信号源のイン
ピーダンスと異なり、このインピーダンス不整合による
変調帯域の劣化や、信号入力段における電力反射が生
じ、そのデバイスの機能が十分に発揮できないといった
問題がある。
【００１６】そこで本発明の目的は、透過屈折率のみに
着目した設計された信号電極を用いながらインピーダン
ス不整合による特性劣化がない導波路型光デバイスを提
供することにある。
着目した設計された信号電極を用いながらインピーダン
ス不整合による特性劣化がない導波路型光デバイスを提
供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の導波路型光デバ
イスでは、光導波路が形成された基板と、この基板上に
形成されたバッファ層と、このバッファ層上に形成され
た信号電極と、光導波路を伝播する光波の制御を行う制
御信号を前記信号電極に供給するためのコネクタと、こ
のコネクタのインピーダンスに前記信号電極のインピー
ダンスを整合させるインピーダンス整合回路とを具備す
る。
イスでは、光導波路が形成された基板と、この基板上に
形成されたバッファ層と、このバッファ層上に形成され
た信号電極と、光導波路を伝播する光波の制御を行う制
御信号を前記信号電極に供給するためのコネクタと、こ
のコネクタのインピーダンスに前記信号電極のインピー
ダンスを整合させるインピーダンス整合回路とを具備す
る。
【００１８】すなわち、本発明では、導波路型光デバイ
スの信号電極のインピーダンスをコネクタのインピーダ
ンス（変調用信号源のインピーダンス）に整合させるた
めのインピーダンス整合回路を、信号電極とコネクタの
間に配置する。これにより、信号電極の設計時に、透過
屈折率のみに着目した設計が可能となる。
スの信号電極のインピーダンスをコネクタのインピーダ
ンス（変調用信号源のインピーダンス）に整合させるた
めのインピーダンス整合回路を、信号電極とコネクタの
間に配置する。これにより、信号電極の設計時に、透過
屈折率のみに着目した設計が可能となる。
【００１９】また、本発明の導波路型光デバイスでは、
導波路型光デバイスの信号電極のインピーダンスをコネ
クタのインピーダンス（変調用信号源のインピーダン
ス）に整合させるためのインピーダンス整合回路を光導
波路が形成されている基板上に作製する。これにより、
信号電極の設計時に、透過屈折率のみに着目した設計が
可能となる。また、導波路型光デバイスを小型にするこ
とができる。
導波路型光デバイスの信号電極のインピーダンスをコネ
クタのインピーダンス（変調用信号源のインピーダン
ス）に整合させるためのインピーダンス整合回路を光導
波路が形成されている基板上に作製する。これにより、
信号電極の設計時に、透過屈折率のみに着目した設計が
可能となる。また、導波路型光デバイスを小型にするこ
とができる。
【００２０】
【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【００２１】図１に実施例の導波路型光デバイスの概要
を示す。ここでは、導波路型光デバイスの例として、マ
ッハツェンダ型光変調器を用いている。導波路型光デバ
イスは、マッハツェンダ型光変調器とインピーダンス整
合回路１６とコネクタ１７で構成される。
を示す。ここでは、導波路型光デバイスの例として、マ
ッハツェンダ型光変調器を用いている。導波路型光デバ
イスは、マッハツェンダ型光変調器とインピーダンス整
合回路１６とコネクタ１７で構成される。
【００２２】まず、マッハツェンダ型光変調器の作製法
について説明を行う。
について説明を行う。
【００２３】本実施例では、基板１１としてニオブ酸リ
チウム（ＬｉＮｂ０３）が用いられている。基板１１上
にスパッタ蒸着によりチタン（Ｔｉ）が約１００ｎｍの
膜厚で成膜される。次に、フォトリソグラフィ技術によ
り、光導波路１２に相当する部分にＴｉがパターニング
される。その後、約１０５０℃の雰囲気中で約５時間の
熱処理が行なわれてＴｉが基板１１内に拡散され、光導
波路１２が形成される。なお、本実施例では、光導波路
１２の幅は５μｍ、光分岐部と光合流部の間は５０ｍ
ｍ、分岐後の光導波路の間隔は１５μｍとしている。光
導波路１２が形成された後、スパッタによりバッファ層
１３が約１μｍ厚で成膜される。さらに、バッファ層１
３の上に、下地電極（図示せず）としてＣｒが約２０ｎ
ｍ、Ａｕが約１５０ｎｍ厚で形成される。その後、所望
の形状の信号電極が得られるようにレジストパターンが
形成され、金メッキにより信号電極１４が形成される。
金メッキには、ノンシアンメッキ液が用いられ、メッキ
液温度６５℃、電流密度４ｍＡ／ｃｍ２（ミリアンペア
パースクウェアセンチメータ）の条件で約７０分間、メ
ッキされる。この条件で約１３μｍ厚の電極が得られ
る。金メッキ終了後、周囲のレジストが溶剤で剥離さ
れ、信号電極の形成されていない部分の下地電極をイオ
ンミリングにより除去して、マッハツェンダ型光変調器
を得ている。
チウム（ＬｉＮｂ０３）が用いられている。基板１１上
にスパッタ蒸着によりチタン（Ｔｉ）が約１００ｎｍの
膜厚で成膜される。次に、フォトリソグラフィ技術によ
り、光導波路１２に相当する部分にＴｉがパターニング
される。その後、約１０５０℃の雰囲気中で約５時間の
熱処理が行なわれてＴｉが基板１１内に拡散され、光導
波路１２が形成される。なお、本実施例では、光導波路
１２の幅は５μｍ、光分岐部と光合流部の間は５０ｍ
ｍ、分岐後の光導波路の間隔は１５μｍとしている。光
導波路１２が形成された後、スパッタによりバッファ層
１３が約１μｍ厚で成膜される。さらに、バッファ層１
３の上に、下地電極（図示せず）としてＣｒが約２０ｎ
ｍ、Ａｕが約１５０ｎｍ厚で形成される。その後、所望
の形状の信号電極が得られるようにレジストパターンが
形成され、金メッキにより信号電極１４が形成される。
金メッキには、ノンシアンメッキ液が用いられ、メッキ
液温度６５℃、電流密度４ｍＡ／ｃｍ２（ミリアンペア
パースクウェアセンチメータ）の条件で約７０分間、メ
ッキされる。この条件で約１３μｍ厚の電極が得られ
る。金メッキ終了後、周囲のレジストが溶剤で剥離さ
れ、信号電極の形成されていない部分の下地電極をイオ
ンミリングにより除去して、マッハツェンダ型光変調器
を得ている。
【００２４】このようにして作成されたマッハツェンダ
型光変調器の信号電極の特性インピーダンスＺは、４４
Ω、透過屈折率ｎｍは、２．１５である。ここでは、コ
ネクタ１７として５０Ωのインピーダンスを有するＳＭ
Ａ（エスエムエー）コネクタが用いられている。このた
め、インピーダンス整合回路１６内のコンダクタンスＣ
１、Ｃ２とインダクタンスＬは、それぞれ１ｐＦ（ピコ
ファラッド）、１ｐＦ、３．３ｎＨ（ナノヘンリ）とし
ている。なお、これらは、信号電極の特性インピーダン
ス４４Ωを５０Ωに変換する場合の値であり、これらの
値は整合させるインピーダンスに応じて設定される必要
がある。また、使用されるコンダクタおよびインダクタ
は、所望の電気的特性を有するものであればよく、その
種類は限定されない。
型光変調器の信号電極の特性インピーダンスＺは、４４
Ω、透過屈折率ｎｍは、２．１５である。ここでは、コ
ネクタ１７として５０Ωのインピーダンスを有するＳＭ
Ａ（エスエムエー）コネクタが用いられている。このた
め、インピーダンス整合回路１６内のコンダクタンスＣ
１、Ｃ２とインダクタンスＬは、それぞれ１ｐＦ（ピコ
ファラッド）、１ｐＦ、３．３ｎＨ（ナノヘンリ）とし
ている。なお、これらは、信号電極の特性インピーダン
ス４４Ωを５０Ωに変換する場合の値であり、これらの
値は整合させるインピーダンスに応じて設定される必要
がある。また、使用されるコンダクタおよびインダクタ
は、所望の電気的特性を有するものであればよく、その
種類は限定されない。
【００２５】実施例のインピーダンス整合回路を設けた
光デバイスの特性の評価結果を表１に示す。なお、表１
には、従来例として、インピーダンス整合回路を設けず
に、実施例で作成したマッハツェンダ型光変調器の信号
電極とコネクタとを直接接続した光デバイスの評価結果
も合わせて記載してある。
光デバイスの特性の評価結果を表１に示す。なお、表１
には、従来例として、インピーダンス整合回路を設けず
に、実施例で作成したマッハツェンダ型光変調器の信号
電極とコネクタとを直接接続した光デバイスの評価結果
も合わせて記載してある。
【００２６】
【表１】
【００２７】このように、実施例の光デバイスでは、従
来例と比べ、大きな光変調帯域Δｆが小さな駆動電圧Ｖ
πで得られており、本発明の構成により、インピーダン
ス不整合に起因する特性劣化を防ぐことができることが
確認されている。
来例と比べ、大きな光変調帯域Δｆが小さな駆動電圧Ｖ
πで得られており、本発明の構成により、インピーダン
ス不整合に起因する特性劣化を防ぐことができることが
確認されている。
【００２８】説明を行った導波路型光デバイスでは、イ
ンピーダンス整合回路を基板の外側に設けているが、図
２に示すように、信号電極を形成する際に所定の形状に
レジストパターンを形成しておき、その間にキャパシタ
ンス成分とインダクダンス成分を形成することもでき
る。このような構成とすることにより、より小型な光デ
バイスを作製することができる。
ンピーダンス整合回路を基板の外側に設けているが、図
２に示すように、信号電極を形成する際に所定の形状に
レジストパターンを形成しておき、その間にキャパシタ
ンス成分とインダクダンス成分を形成することもでき
る。このような構成とすることにより、より小型な光デ
バイスを作製することができる。
【００２９】次に、本発明の導波路型光デバイスに用い
るインピーダンス整合回路を抵抗により構成した実施例
について説明する。
るインピーダンス整合回路を抵抗により構成した実施例
について説明する。
【００３０】インピーダンス変換を行う回路について
は、「Ｔ型」と「π型」の二種類がある。図３は「Ｔ
型」のインピーダンス整合回路の構成を示しており、２
個の抵抗Ｒ１とＲ３の間に別の抵抗Ｒ２の一端が接続さ
れる構成をもつ。一方、図４には「π型」のインピーダ
ンス整合回路が示されており、２個の抵抗のＲＡとＲＣ
それぞれの一端を接続するように別の抵抗ＲＢが配置さ
れている。
は、「Ｔ型」と「π型」の二種類がある。図３は「Ｔ
型」のインピーダンス整合回路の構成を示しており、２
個の抵抗Ｒ１とＲ３の間に別の抵抗Ｒ２の一端が接続さ
れる構成をもつ。一方、図４には「π型」のインピーダ
ンス整合回路が示されており、２個の抵抗のＲＡとＲＣ
それぞれの一端を接続するように別の抵抗ＲＢが配置さ
れている。
【００３１】まず、「Ｔ型」インピーダンス整合回路に
おいて、所望のインピーダンス整合するための各抵抗値
の設定について説明する。図３において、Ｒ１、Ｒ２、
Ｒ３を各抵抗の抵抗値、Ｚ０を駆動回路または駆動回路
と接続される同軸ケーブルのインピーダンス、Ｚ１をＬ
ｉＮｂＯ３変調素子の特性インピーダンス、ＺｉをＡよ
り右側をみたときのインピーダンス、ＺｊをＢより左側
をみたときのインピーダンスとする。このときのインピ
ーダンス整合条件は、
おいて、所望のインピーダンス整合するための各抵抗値
の設定について説明する。図３において、Ｒ１、Ｒ２、
Ｒ３を各抵抗の抵抗値、Ｚ０を駆動回路または駆動回路
と接続される同軸ケーブルのインピーダンス、Ｚ１をＬ
ｉＮｂＯ３変調素子の特性インピーダンス、ＺｉをＡよ
り右側をみたときのインピーダンス、ＺｊをＢより左側
をみたときのインピーダンスとする。このときのインピ
ーダンス整合条件は、
【００３２】
【数２】
【００３３】であり、Ｚ０とＺ１はそれぞれ
【００３４】
【数３】
【００３５】
【００３６】
【数４】
【００３７】により表される。ここで、Ｚ０及びＺ１は
既知であるから、式（３）と（４）を満たすＲ１、Ｒ
２、Ｒ３の組合せを決定すればよい。
既知であるから、式（３）と（４）を満たすＲ１、Ｒ
２、Ｒ３の組合せを決定すればよい。
【００３８】ここで、すでに述べたインピーダンスの
値、すなわちＺ０＝５０ΩをＬｉＮｂＯ３変調素子Ｚ１
のインピーダンスＺ１＝４４Ωに整合させるための各抵
抗の抵抗値の具体的な設定について説明する。（３）式
により、Ｒ１＜５０Ωであるから、５０Ωよりも小さい
抵抗値をもつ抵抗を選定する。ここで、Ｒ１の抵抗値が
大きいと消費電力も大きくなるので変調器に印加される
電圧信号が小さくなるので、なるべき小さい値の抵抗を
選定する。また、（４）式より、Ｒ３＜４５Ωであるか
ら、いまＲ３を１０Ωに設定して、インピーダンスが４
４ΩになるようにＲ２、Ｒ３の最適値を計算により求め
る。設定基準はＺ０、Ｚ１に対してＺｉ、Ｚｊがそれぞ
れ±１Ωの範囲内として求めると、Ｒ１＝２０Ω、Ｒ２
＝６８Ω、Ｒ３＝１０Ωとなる。このとき、Ｚ０＝５０
Ωに対してＺｉ＝５０．０Ω、Ｚ１＝４４Ωに対してＺ
ｊ＝４４．４Ωとなり整合が図られる。
値、すなわちＺ０＝５０ΩをＬｉＮｂＯ３変調素子Ｚ１
のインピーダンスＺ１＝４４Ωに整合させるための各抵
抗の抵抗値の具体的な設定について説明する。（３）式
により、Ｒ１＜５０Ωであるから、５０Ωよりも小さい
抵抗値をもつ抵抗を選定する。ここで、Ｒ１の抵抗値が
大きいと消費電力も大きくなるので変調器に印加される
電圧信号が小さくなるので、なるべき小さい値の抵抗を
選定する。また、（４）式より、Ｒ３＜４５Ωであるか
ら、いまＲ３を１０Ωに設定して、インピーダンスが４
４ΩになるようにＲ２、Ｒ３の最適値を計算により求め
る。設定基準はＺ０、Ｚ１に対してＺｉ、Ｚｊがそれぞ
れ±１Ωの範囲内として求めると、Ｒ１＝２０Ω、Ｒ２
＝６８Ω、Ｒ３＝１０Ωとなる。このとき、Ｚ０＝５０
Ωに対してＺｉ＝５０．０Ω、Ｚ１＝４４Ωに対してＺ
ｊ＝４４．４Ωとなり整合が図られる。
【００３９】次に、「π型」インピーダンス整合回路の
構成を用いた例について説明する。インピーダンスを表
す記号等は「Ｔ型」と同様である。また、インピーダン
ス整合条件も「Ｔ型」と同様である。図４におけるＲ
Ａ、ＲＢ、ＲＣの算出は「Ｔ型」よりも複雑であるの
で、これを簡易に行う方法として以下の方法を採る。す
なわち、まず「Ｔ型」で設計してＲ１〜Ｒ３を求める。
次に、以下に示される「Ｔ→π変換式」によりＲＡ〜Ｒ
Ｃを求める。
構成を用いた例について説明する。インピーダンスを表
す記号等は「Ｔ型」と同様である。また、インピーダン
ス整合条件も「Ｔ型」と同様である。図４におけるＲ
Ａ、ＲＢ、ＲＣの算出は「Ｔ型」よりも複雑であるの
で、これを簡易に行う方法として以下の方法を採る。す
なわち、まず「Ｔ型」で設計してＲ１〜Ｒ３を求める。
次に、以下に示される「Ｔ→π変換式」によりＲＡ〜Ｒ
Ｃを求める。
【００４０】
【数５】
【００４１】ここで、上述の「Ｔ型」で求めたＲ１〜Ｒ
３の計算結果を用いると、ＲＡ＝２２４Ω、ＲＢ＝３３
Ω、ＲＣ＝１１２Ωとなる。実際に変調器に適用する場
合には、上記各抵抗値をもつチップ抵抗を用いたインピ
ーダンス整合回路がコネクタと基板の間、若しくは基板
上に形成される。ＲＡ＝２２０Ω、ＲＢ＝３３Ω、ＲＣ
＝１２０Ωとすると、Ｚｊ＝５０．６Ω、Ｚｉ＝４４．
４Ωとなりインピーダンス整合が図られる。
３の計算結果を用いると、ＲＡ＝２２４Ω、ＲＢ＝３３
Ω、ＲＣ＝１１２Ωとなる。実際に変調器に適用する場
合には、上記各抵抗値をもつチップ抵抗を用いたインピ
ーダンス整合回路がコネクタと基板の間、若しくは基板
上に形成される。ＲＡ＝２２０Ω、ＲＢ＝３３Ω、ＲＣ
＝１２０Ωとすると、Ｚｊ＝５０．６Ω、Ｚｉ＝４４．
４Ωとなりインピーダンス整合が図られる。
【００４２】本発明の導波路型光デバイスにおいて用い
るインピーダンス整合回路の構成及び各抵抗値等の設計
手法、数値の選定は上述の通りである。次に、このよう
にして設計されたインピーダンス整合回路の変調器への
適用の一実施例について説明する。図５〜図８は変調器
の基板上にインピーダンス整合回路を形成する場合の実
施例を示している。言うまでもなく、これらのインピー
ダンス整合回路は、コネクタと基板の間に他の基板を用
いて構成してもよい。
るインピーダンス整合回路の構成及び各抵抗値等の設計
手法、数値の選定は上述の通りである。次に、このよう
にして設計されたインピーダンス整合回路の変調器への
適用の一実施例について説明する。図５〜図８は変調器
の基板上にインピーダンス整合回路を形成する場合の実
施例を示している。言うまでもなく、これらのインピー
ダンス整合回路は、コネクタと基板の間に他の基板を用
いて構成してもよい。
【００４３】図５及び図６は、それぞれ「π型」、「Ｔ
型」それぞれのインピーダンス整合回路の実施例であ
り、上記各抵抗値をもつチップ抵抗ＲＡ〜ＲＣあるいは
Ｒ１〜Ｒ３が基板上に形成されたパッド上に半田により
実装されている。
型」それぞれのインピーダンス整合回路の実施例であ
り、上記各抵抗値をもつチップ抵抗ＲＡ〜ＲＣあるいは
Ｒ１〜Ｒ３が基板上に形成されたパッド上に半田により
実装されている。
【００４４】これに対して、図７及び図８は図２に示さ
れる実施例で述べたＬｉＮｂ０３基板上において、信号
電極とコネクタ接続部分の間に金属膜で形成された細線
により上記各抵抗値をもつ抵抗からなるインピーダンス
整合回路が構成例を示している。ここで、図７の「π
型」におけるＲＡ〜ＲＣ、及び図８の「Ｔ型」における
Ｒ１〜Ｒ３をクロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａ
ｕ）の３層からなる金属膜により形成される場合につい
て考える。各金属膜の膜厚をＣｒ＝２０ｎｍ、Ｐｔ＝２
０ｎｍ、Ａｕ＝２００ｎｍ電極幅を１２μｍとすると、
単位長さ当たりの抵抗値は約２０Ωとなる。従って、イ
ンピーダンス整合回路の細線のパターンの一例として、
表２のような構成を用いればよい。
れる実施例で述べたＬｉＮｂ０３基板上において、信号
電極とコネクタ接続部分の間に金属膜で形成された細線
により上記各抵抗値をもつ抵抗からなるインピーダンス
整合回路が構成例を示している。ここで、図７の「π
型」におけるＲＡ〜ＲＣ、及び図８の「Ｔ型」における
Ｒ１〜Ｒ３をクロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａ
ｕ）の３層からなる金属膜により形成される場合につい
て考える。各金属膜の膜厚をＣｒ＝２０ｎｍ、Ｐｔ＝２
０ｎｍ、Ａｕ＝２００ｎｍ電極幅を１２μｍとすると、
単位長さ当たりの抵抗値は約２０Ωとなる。従って、イ
ンピーダンス整合回路の細線のパターンの一例として、
表２のような構成を用いればよい。
【００４５】
【表２】
【００４６】言うまでもなく、上記パターンは一例であ
り、膜厚およびパターンを変化させても同様の特性を有
する回路を構成することができる。
り、膜厚およびパターンを変化させても同様の特性を有
する回路を構成することができる。
【００４７】上述の通り、本発明の導波路型光デバイス
によれば、コネクタと信号電極の間にインピーダンス整
合回路を備えることにより、特性の向上を図ることが可
能になる。なお、実施例では、マッハツェンダ型光変調
器を例として説明を行ったが、本発明が、その他各種の
導波路型光デバイスに適用できることは言うまでもな
い。
によれば、コネクタと信号電極の間にインピーダンス整
合回路を備えることにより、特性の向上を図ることが可
能になる。なお、実施例では、マッハツェンダ型光変調
器を例として説明を行ったが、本発明が、その他各種の
導波路型光デバイスに適用できることは言うまでもな
い。
【００４８】
【発明の効果】本発明の導波路型光デバイスでは、信号
電極のインピーダンスをコネクタのインピーダンスに整
合させるためのインピーダンス整合回路が信号電極とコ
ネクタの間に配置される。これにより、インピーダンス
不整合による変調帯域の劣化や、信号入力段における電
力反射の発生を低減できる。このため、進行波電極の設
計時に、透過屈折率のみに着目した設計が可能となる。
また、本発明の導波路型光デバイスでは、基板上にイン
ピーダンスが形成されているので小型な光デバイスを構
成することができるという特長もある。
電極のインピーダンスをコネクタのインピーダンスに整
合させるためのインピーダンス整合回路が信号電極とコ
ネクタの間に配置される。これにより、インピーダンス
不整合による変調帯域の劣化や、信号入力段における電
力反射の発生を低減できる。このため、進行波電極の設
計時に、透過屈折率のみに着目した設計が可能となる。
また、本発明の導波路型光デバイスでは、基板上にイン
ピーダンスが形成されているので小型な光デバイスを構
成することができるという特長もある。
【図１】本発明の一実施例によりインピーダンス整合回
路を設けた導波路型光デバイスの構成を示す説明図であ
る。
路を設けた導波路型光デバイスの構成を示す説明図であ
る。
【図２】実施例によるインピーダンス整合回路を基板上
に設けた導波路型デバイスの構成を示す説明図である。
に設けた導波路型デバイスの構成を示す説明図である。
【図３】本発明の導波路型光デバイスにインピーダンス
整合回路として用いる回路の第１の構成例を示す図であ
る。
整合回路として用いる回路の第１の構成例を示す図であ
る。
【図４】本発明の導波路型光デバイスにインピーダンス
整合回路として用いる回路の第２の構成例を示す図であ
る。
整合回路として用いる回路の第２の構成例を示す図であ
る。
【図５】本発明の一実施例に用いるチップ抵抗の基板上
での配置の一例を示す図
での配置の一例を示す図
【図６】本発明の一実施例に用いるチップ抵抗の基板上
での配置の他の例を示す図
での配置の他の例を示す図
【図７】本発明の一実施例で基板上に形成された細線に
よる抵抗で構成されるインピーダンス整合回路の一例を
示す図
よる抵抗で構成されるインピーダンス整合回路の一例を
示す図
【図８】本発明の一実施例で基板上に形成された細線に
よる抵抗で構成されるインピーダンス整合回路の他の例
を示す図
よる抵抗で構成されるインピーダンス整合回路の他の例
を示す図
【図９】従来例のマッハツェンダ型光変調器の構成を示
す説明図である。
す説明図である。
【図１０】図９のマッハツェンダ型光変調器のＡ−Ａ’
断面図である。
断面図である。
【図１１】導波路型光デバイスの電極間隔Ｇと透過屈折
率ｎｍの関係を示す特性図である。
率ｎｍの関係を示す特性図である。
【図１２】導波路型光デバイスの電極間隔Ｇと特性イン
ピーダンスＺの関係を示す特性図である。
ピーダンスＺの関係を示す特性図である。
１１ 基板 １２ 光導波路 １３ バッファ層 １４ 信号電極 １５ 変調用信号源 １６ インピーダンス整合回路 １７ コネクタ ２１ 光入射端 ２２ 光分岐部 ２３ 光合流部 ２４ 光出射端
Claims (8)
- 【請求項１】 光導波路が形成された基板と、 この基板上に形成されたバッファ層と、 このバッファ層上に形成された信号電極と、 前記光導波路を伝播する光波の制御を行う制御信号を前
記信号電極に供給するためのコネクタと、 このコネクタのインピーダンスと前記信号電極のインピ
ーダンスとを整合させるインピーダンス整合回路とを具
備することを特徴とする導波路型光デバイス。 - 【請求項２】 前記インピーダンス整合回路は、 前記コネクタと前記信号電極を接続する配線を一端と
し、他端が接地されて配置される第１のコンデンサと、 前記コネクタと前記信号電極を接続する配線を一端と
し、他端が接地されて配置される第２のコンデンサと、 前記第１のコンデンサの前記配線側の一端と前記第２の
コンデンサの前記配線側の一端の間に配置されるコイル
を含んで構成されていることを特徴とする請求項１記載
の導波路型光デバイス。 - 【請求項３】 前記インピーダンス整合回路は、 前記コネクタと前記信号電極を接続する配線を一端と
し、他端が接地されて配置される第１の抵抗と、 前記コネクタと前記信号電極を接続する配線を一端と
し、他端が接地されて配置される第２の抵抗と、 前記第１の抵抗の前記配線側の一端と前記第２の抵抗の
前記配線側の一端の間に配置される第３の抵抗を含んで
構成されていることを特徴とする請求項１記載の導波路
型光デバイス。 - 【請求項４】 前記インピーダンス整合回路は、 前記コネクタと前記信号電極を接続する配線を一端と
し、他端が接地されて配置される第１の抵抗と、 前記コネクタと前記第１の抵抗の前記配線側の一端との
間に配置される第２の抵抗と、 前記第１の抵抗の前記配線の一端と前記信号電極の間に
配置される第３の抵抗を含んで構成されていることを特
徴とする請求項１記載の導波路型光デバイス。 - 【請求項５】 前記インピーダンス整合回路は前記基板
上に形成されていることを特徴とする請求項３記載の導
波路型光デバイス。 - 【請求項６】 前記インピーダンス整合回路は前記基板
上に薄膜からなる細線により形成されていることを特徴
とする請求項５記載の導波路型光デバイス。 - 【請求項７】 前記インピーダンス整合回路は前記基板
上に形成されていることを特徴とする請求項４記載の導
波路型光デバイス。 - 【請求項８】 前記インピーダンス整合回路は前記基板
上に薄膜からなる細線により形成されていることを特徴
とする請求項７記載の導波路型光デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6129988A JPH0798442A (ja) | 1993-06-15 | 1994-06-13 | 導波路型光デバイス |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-143560 | 1993-06-15 | ||
| JP14356093 | 1993-06-15 | ||
| JP6129988A JPH0798442A (ja) | 1993-06-15 | 1994-06-13 | 導波路型光デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0798442A true JPH0798442A (ja) | 1995-04-11 |
Family
ID=26465228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6129988A Pending JPH0798442A (ja) | 1993-06-15 | 1994-06-13 | 導波路型光デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0798442A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5991491A (en) * | 1996-11-08 | 1999-11-23 | Nec Corporation | Optical waveguide type device for reducing microwave attenuation |
| US6687039B2 (en) | 2001-07-04 | 2004-02-03 | Hitachi, Ltd. | Optical modulator |
| EP1734399A1 (en) * | 2004-03-18 | 2006-12-20 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | Optical modulator and optical modulating method |
| WO2007145144A1 (ja) * | 2006-06-14 | 2007-12-21 | Anritsu Corporation | 光変調器 |
| JP2014164243A (ja) * | 2013-02-27 | 2014-09-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光変調モジュール、半導体光変調素子 |
| JP2016072288A (ja) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 沖電気工業株式会社 | 光電変換回路 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4983460A (ja) * | 1972-12-13 | 1974-08-10 | ||
| JPH0230201A (ja) * | 1988-07-20 | 1990-01-31 | Fujitsu Ltd | インピーダンス整合回路 |
| JPH04288518A (ja) * | 1991-03-18 | 1992-10-13 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光変調素子 |
-
1994
- 1994-06-13 JP JP6129988A patent/JPH0798442A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4983460A (ja) * | 1972-12-13 | 1974-08-10 | ||
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| JPH04288518A (ja) * | 1991-03-18 | 1992-10-13 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光変調素子 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5991491A (en) * | 1996-11-08 | 1999-11-23 | Nec Corporation | Optical waveguide type device for reducing microwave attenuation |
| US6687039B2 (en) | 2001-07-04 | 2004-02-03 | Hitachi, Ltd. | Optical modulator |
| EP1734399A1 (en) * | 2004-03-18 | 2006-12-20 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | Optical modulator and optical modulating method |
| EP1734399A4 (en) * | 2004-03-18 | 2007-12-26 | Nippon Telegraph & Telephone | OPTICAL MODULATOR AND OPTICAL MODULATION PROCESS |
| US7345803B2 (en) | 2004-03-18 | 2008-03-18 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical modulator and optical modulating method |
| WO2007145144A1 (ja) * | 2006-06-14 | 2007-12-21 | Anritsu Corporation | 光変調器 |
| JP2009064048A (ja) * | 2006-06-14 | 2009-03-26 | Anritsu Corp | 光変調器 |
| JP2014164243A (ja) * | 2013-02-27 | 2014-09-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光変調モジュール、半導体光変調素子 |
| JP2016072288A (ja) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 沖電気工業株式会社 | 光電変換回路 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980526 |