JPS61252527A - オプトエレクトロニク変調器 - Google Patents

オプトエレクトロニク変調器

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JPS61252527A
JPS61252527A JP61097007A JP9700786A JPS61252527A JP S61252527 A JPS61252527 A JP S61252527A JP 61097007 A JP61097007 A JP 61097007A JP 9700786 A JP9700786 A JP 9700786A JP S61252527 A JPS61252527 A JP S61252527A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光信号を発生するオプトエレクトロニク変胸器
に閣するものである。オデトエレクトロ二り変調器は6
個の平面電極と2個の光波導体とを含み、それらの差−
R胸が出力で検出される。
(従来の技#) この檻の変調器はオダトエレクトロニク材料のウェーハ
に光波導体が形成され、光波導体に宿って細長96個の
長方形の平面電極が形成されて−るのが知られている。
電極は電気的なマイクロ波発生源に接続されている。そ
してマイクロ波発生源は導体により・砿界を発生し、導
体の屈折率を変化させる。これはまた光波導体の光路長
も変化させるので、2個の光波導体中の光波を重畳させ
ることにより光波を変調するのく用いられる。光波の速
度はマイクロ波よりも速いから、変vI4器の周波数範
囲には限界がある。これがいわゆる「ウオーク・オフ(
walk−off)効果」でおる。上限周波数を上げる
には、電極を短くすればよいが、そうするとマイクロ波
の電圧を高くしなけれはならず、これが難しいのである
。米国特許明細書簡4.448.479号には、普通の
変調電圧で高い上限周波数の得られる比較的複雑な電極
を有する、変調器が開示されている。この変調器は電極
が複雑である点を別にしても不利な点を有する。それは
個別の電気パルスに対する変調能力が貧弱である、すな
わちパルス応答が鈍いという点である。この点は例えば
二進数が離れたパルス列にLり送信されるような情報六
送には非常に不利である。上記変調器はまた低周波の変
調用マイクロ波に対する変調能力にも限界がある。
(発明の目的と要約) 前述の問題は本発明により解決される。本発明によるオ
デトエVクトロニク変調器は藺単に形成できる電極を有
し、低周波の変調能力に秀牡、高−上限周波数を有し、
パルス応答性も良い。本発明の顕著な特徴は特許請求の
範囲で明らかにしである。以下図面を参照しながら詳細
に説明する。
(実施例) 第1図に従来のオプトエレクトロニク・マツハツエンダ
(Maah−ZahncLθr)変調器の斜視図を示す
例えば二オデ酸リチウムのようなオプトエレクトロニク
材料のウェーハ1の上面2に光波導体3が形成されてい
る。これらの導体の屈折率はウェーハの屈折重工9大き
く、ウェーハ1に所定の深さにチタンを拡散するような
方法でつくることができる。光波は共通入力5から入っ
て、2本の平行な光波導体3aと3bとに分岐し、それ
から−緒になって共通出力6から出ていく。ウェーハの
上面には光波導体3aと3bK市って5個の金属電極4
がある。g2図に示すように、これらの電極によりウェ
ーハ内に141をつくり出すことかで龜る。この電界が
2個の平行な光波導体3aと3bに加わると、導体の屈
折率nが少し変化する。
この変化率は電界の強さにほぼ比例する。図示したより
な′電界が生じて、いる場會には、導体3aと3bの屈
折率の変化は逆符号になる。このようにして両光波導体
間に光路長の差が生ずることを利用して、一定の振幅と
波長を持って変調器入力8に人ってくる光波Pを変調す
ることができる。光1!Ill!、PL分割されて、光
波導体3aと3b内では光路長の差に慇じて相互に移相
が生じ、それからこれらの波が出力6で重畳されて光信
号Pmとなる。
両光波は導体内で同じ振幅を有しているので、′電極電
圧を適当に選択することにより、半波長だけ移相させて
、重畳時に光波を完全に消すことができる。
第1図の変調器が第3図では高周波変調器として接続さ
れている。いわゆる移動波電極である電極4はここでは
長さ乙の送信導体であって、抵抗器Rを経由して無反射
終端になっている。高尚波信極に沿って伝播する。ここ
でC8は光の速度でろこでvuくCである。ここでいわ
ゆるウオークオフ効果を生ずる。このウオークオフ効果
を第4図を用いて説明する。第4図に2いて、Jcrr
、周波数flの信号U1によってつくられる電界を表わ
し、Xは電極4に沿った位置7表わしている。第4a図
では、光波導体3b内の光子がちょうど電極4に到達し
比隣間の電界元か示されている。光子の位置は図で矢印
で示され、光子の近傍の’ct界は実線で示されている
。光子の位置では、光波導体3bに加わる電界はg=0
である。第4b図では光子は速度CでX = Li2の
位置に到達しているが、信号Ulは速度vuでX = 
xlの位置に到颯しCいるにすぎない。この例では、こ
の位置で電界の最大値[1が光子に作用するように、周
波数flが選はれている。第4c図では、信号σlはx
=x2に到達しているが、光子はnt*の端X=Lに到
達しているので、変調が終る、すなわち符号が変る。
これが通常「ウオークオフ」と呼はれるものである。信
号σlは光子よりも半波長連れており、光子のいる位置
の電界はE=0である。この例において、光子が光波導
体中を移動する間に光波導p3bに加わる電界の強さを
第5b図に示す。ことでEは′電界の強さを表わし、X
は電極4にθクメ位置を表わし、Lは電極の長さを表わ
す。光波シ合計移相は第2図の説明にしたがって、図で
は任線の下の斜M領域で表わす。この領域は信号σ1が
達成することができる光波の移相と一致する。
2個の干渉する光波が変調器の出力6で半波長掻相して
お互いに完全に消えるためには、信号Ulは所定の振幅
を持たなければならない。第5aβには、信号Uが直流
電圧υ0であるときの光波導体における電界が示されて
いる。第5C図には、f2箋1.3Xfxなる周波数の
信号σ2が電極に加えられたときの、光波導体中で光子
に作用する1界が示されている。光波導体3aと3b内
では餉5b図で説明したようにして、光波は位置x3に
向って周波数f2で相互に移相している。位置X;でウ
オークオフが起こり、両′yt、tL間の移相は位lx
3から電極の端x=Lに光が引続き移動する間に減少す
る。こうして斜線領域で示すように移イー  が起こる
。これはX軸の上の領域と下の領域の差二  である。
光波Pを変調するのに充分な移相な起こ:  すには、
周波数で2の信号U2は信号U、の最大値〉  より実
質的に大きい最大値を持たなければならな這  い。振
幅の大きい周波数信号を発生させるのは峻しいので、今
述べたことは従来の高周波変調器にとって非常に不利な
ことでおる。第5改図には周ト  波数f3 = 2 
X flの信号σ3が4極に加えられたとき、光波導体
内の光子に作用する電界が示されコ  でいる。ウオー
クオフが位t X = 11/2で周波数で3で起こり
、その結果斜線領域はぜ口である。光波Pの変調はなく
、周波数f3はこの従来の高周波変調器の上限周波数で
ある。
L   本発明による高周波変調器の実施例を第6図に
3  示す。ニオブ酸リチウムの工うなオプトエレクト
ロニク材料のウェーハ10には、従来の変調器と1  
同様、所定の深さに光波導体13が拡散され【いt  
る。本発明による変D4器では入力15から光波導体が
分岐して2本の平行な光波導体13aと13t)目  
となり、次いでこnらが一緒になって出力6になる。光
波導体内に電界を形成するために、変調器は3個の1極
14a、14b、14cを有する。
これらの電極は前述のような移動波t@であり、2個の
部分に分かれている。図において、Xは電極に浴った位
置を表わし、dは一方り光波導体13&又は13bと、
隣りのm極の最も近い長辺間の距d&を六わす。入力1
5に近い方の長さLLの最初の部分では、萬2図のlI
r向図で示した工うに光波導体13&は電極14aの下
にあり、隣りの電極14bから距離d712:け離れて
いる。光波導体13t)は1極14bの下にあり、−1
1m14Qから距1ilIIiだけ離註ている。X =
 Llの位置で゛電極は横断方向vc偏移している。こ
こでA1.>−でおる。
導体13aが電、儀14t)の下にわっで、電極14a
からdの距離だけ離れている。導体13oは′4極14
0の下にあって、電極14bからdの距離だけ離れてい
る。このように電極が横断方向に偏移することにより、
電極に直流電圧Doが接続されると、導体に加えられる
′i!を界Eの方向がX = Llの位置で逆転する。
このことは図では■と■の印で示しである。1!極が横
断方向に偏移すると、その結果ウオークオフ効果が妨げ
られるので、上限周波数は上がるであろう。このことは
第7改図を用いて第5dL図と比較しながら説明する。
第7a図から第7a図において、Xは゛電極に沿った位
置を表わし、2は導体13aと13bに加わる電界強度
を表わす。電界は導体を通る光子に作用する。
電極141)と140d前述の周波数f3の高周波信号
U3に接続さ6でいる。第5d図で説明したように、ウ
オークオフはこの周波数では3C= I4/2で起こる
。第4図に示した電@構造を有する従来の変調器では、
x = b/2から@極の端X=Lまで光が移動する間
移相は減少していくので、変調効果は完全Vζなくなる
。本発明の電極構造の場合、鑞痒止の符号は位置x =
 LXで逆転する。この位置で電極は横W「方向に偏移
している。この結果、光波導体1aaと131)におけ
る両光波間の移相は、X=Xr1の位置から電極の端X
=Lまで光が移動する間に再び増加する。選択された周
波& f sでは、両光波間の全移相はこの工うにして
第7d図で斜線を施した領域になる。第7a図と第7b
図は電極の長辺が横断方向K(li!移すると、直流電
圧である変調信号troと、周波数f1の変調信号Ul
が加えられたときに、移相にどのように作用するかを示
している。斜線を施し九領域に相当する、信号Uの所定
の最大値における全移相は、これらの周波数では従来の
変!ill器よりも本発明の変調器の方が少ない。例え
ば周波数f2とf3のような高周波の場合には、第7C
図と第7a図に示すように移相性本発明の変調器の方が
従来の変調器よりも大きい。このように変調器を比較す
るのに、変調器の帯域幅と信号Uの必要な電圧との商で
あるQ因子Gで表わすことができる。このようにして比
較したいくつかの変調器の例を下表に示す。電極の長い
部分はLlで表わし、電極の全長はLで表わし、信号U
が直流電圧であるときの移相の相対値をDで表わしであ
る。
Ll/L       D         G1.0
0     0.24      14.20.90 
    0.20      15.60.80   
  0.15      18.90.75     
0.13     21.1(1,7G      O
,1018,40,600,0518,2 第8図は表からq因子Gを商Ll/Lの関数として描い
たものである。この図からIal/L =、 0.77
である本発明の変調器は、L1/II=1である従来の
変調器よりもq因子Gが約50−大きいことがわかる。
この表によれば、直流電圧印加時の移相はI11/L=
177の本発明の変調器の方が従来の変調器よりも少な
り。このことは実用面から見れば、失色い振幅の高周波
交流゛電圧より4、大きな直流電圧の方がつくりやすり
ので、部分的に釣合いがとれているのである。XJ1/
’b (0,7の値は興味の対象外である、なぜならは
q因子GはLz/Lの小さい方では殆んど一定であり、
低周波特性を表わす因子りは非常に小さ−からである。
第6図によれば、本発明による変調器の電極は変調器の
出力に近い第2の部分が横断方向に鳴移している。この
部分の長さはII/Iより短い。このように電極の長手
側が横断方向Ktl移するのは、本発明では変調器の入
力15に近い部分でろってもよい。この場合第2の部分
の長さが]:Il〉−となる。この変調器の移相特性は
第7a図で説明したのと同じになるであろう。本発明に
よる変調器の他の実施例を第9図に示す。この変調器で
は、オデトエレクトロニク材料のウェーハ2Gの上に光
波導体23が所定の深さに拡散により形成されている。
光波導体には入力25がおり、それから2本の平行な導
体23aと23klに分岐し、次いでそれらが一緒にな
り出力26となる。変11m器の表面には長さ乙の6個
の電極24a、24t)。
240がある。これらは移動波型の電極であり、3個の
部分に分割されている。因では、Xは電極に沿りた位置
を表わし、dは導体23a又は23t)と隣りの電極の
一方の長辺間の距離を表わす。長さIl2の第1の部分
では、導体23aは第2図に示すように電極24&の下
におり、隣りの電極24bからdfeff離れている。
導体23bは電極24bの下にあり、隣りの電極240
からdfeけ離れて−る。!=L2の位置で電極は横断
方向に偏移しているので、長さLlのg2の部分では導
体23aは電極24bの下にあり、隣りの電極24&か
ら戊だけ離れている。導体231)は電極24Gの下に
あり、tffi24bから己だけ離れている。X=L1
+L2の位置で1!極は再び横断力向K(Il移してい
る。長さ[13の第6の部分では、電極は導体23aと
231)KrjIaLで第1の部分と横断力向には同じ
位置関係にある。第7d図で説明したのと同じ理由によ
り、第9図の変調器は第6図の実施例と実質的に同じ移
相特性を示す。
例えば情報の伝送に用いるような多くの高周波変pt器
では、変!ll器のパルス応答が良好であることが必須
でらる。このために、鋭い電気パルスが変調器の電極に
加えられたときに変vI4tFが鋭い光のパルスを生ず
るように図られる。前述の如く、連続的な高周波電気入
力信号に対して高い上限周波数を有する変調器はめるが
、これらは電極に個別に電気パルスが加えられたときの
パルス応答が貧弱である。本発明による変@器は、高い
上限周波数は別にして、第10図の例に示すように良好
なパルス応答を示す。この図では、第6図の従来の変調
器と本発明のLx/ム= 0.75の変調器のパルス応
答が比較しである。第10a図に示すような2個のパル
スが変IiI器の電極に加えられる。ここでVはパルス
・電圧を示し、Tはぎコ秒(ps)で表わした時間を示
す。1 ps = 10−12秒である。
両パルスの鏝大値間の時間は75p8であり、轍大値の
半分の電圧のところではパルス幅が50peになってい
る。従来の変調器のパルス応答は第10b図に、本発明
の変v14器のパルス応答は第100図に示す。これら
の図で、工は光パルスの強度を示し、Tはピコ秒(ps
)で表わした時間を示す。本発明の変調器では光パルス
はお互いに鋭く分離している。従来の変116では元パ
ルスは幅広になってお互いに混じり合っているので、受
信器により1パルスとして受収られるでろろう。本発明
の変調器では、電極が横断方向に偏移しているので、第
1のパルスの変調に負に寄与するが、第2のパルスの立
上りの変調には逆に正に作用するので、良好なパルス応
答が得られるのである。
両パルス間の合計変調効果は小さくなるので、第100
図に示すようにパルスはお互いに鋭く分離することにな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の構造の電極を有するマツハツエンダ−型
オプトエレクトロニク変調器の斜視図である。第2図は
オゾトエレクトロ二り変調器の断面図である。第3図は
従来の変調器の平面図であって、電極は移動波電極とし
て接続され、変調波電圧Uが印加されている。g4a図
から第4c図は光波と変調用マイクロ波との速度を比較
した図である。第5a図から第5d図は電圧σの異なる
変調周波数における従来の変!IlI器の変調能力を示
す図である。第6図は本発明の変tsaの平向図であっ
て、電極は移動波電極として接続され、変調波電圧■が
印加されている。第7111図から第7a図は電圧■の
異なる変調周波数における本発明の変1IIl器の変調
能力を示す図でおる。第8図は従来の変調器と本発明の
変調器とを比較する図でおる。 第9図は本発明の他の実施例の平面図でおる。第1Qa
図は2個の隣り合う電気パルスを示す図である。第10
b図はこれらのパルスに対する従来の変調器のパルス応
答を示す図である。第100図はこれらのパルスに対す
る本発明の変調器のパルス応答を示す図でらる。 (符号の説明) 10・・・ウェーハ 13 、136 、13 k) ・・・光波導体23a
、23b・・・光波導体 14a、14b、140*24a、24kl。 24Q・・・1を億 Ll、 12 、 II3・・・電極の長さ■・・・変
調交流電圧

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  3個の平面電極と2個の光波導体とを含み、その差変
    調が出力で検出される、光信号を発生するオプトエレク
    トロニク変調器において、電極(24a−c)は実質的
    に相互に平行に配置されていて、隣り合う2個の電極の
    長辺が多くて3個の部分(L_1、L_2、L_3)の
    細長い空間を形成しており、これらは相互に横断方向に
    偏移しており、ある部分のある長辺は隣りの部分の他の
    長辺の概ね延長線上に配置されていることと、光波導体
    (23a、23b)は前記延長線上に配置されていて、
    変調交流電圧(U)により隣り合う2個の部分では位相
    が逆になるように変調され、変調交流電圧(U)は中間
    の電極(24b)と両外側電極(24a、24c)間に
    印加されていることと、3個の部分(L_1、L_2、
    L_3)の最長部分間の関係は最長部分の長さ(L_1
    )と電極(24a−c)の長さLとの商が0.70から
    0.95の間の値をとり、好ましくは約0.77である
    ことと、を特徴とするオプトエレクトロニク変調器。
JP61097007A 1985-04-30 1986-04-28 オプトエレクトロニク変調器 Expired - Lifetime JPH0690370B2 (ja)

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SE8502113A SE463740B (sv) 1985-04-30 1985-04-30 Elektrooptisk modulator
SE8502113-7 1985-04-30

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JPS61252527A true JPS61252527A (ja) 1986-11-10
JPH0690370B2 JPH0690370B2 (ja) 1994-11-14

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JP61097007A Expired - Lifetime JPH0690370B2 (ja) 1985-04-30 1986-04-28 オプトエレクトロニク変調器

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US (1) US4797641A (ja)
JP (1) JPH0690370B2 (ja)
GB (1) GB2175101B (ja)
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