WO2005124437A1

WO2005124437A1 - 共振型光変調器

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Publication number: WO2005124437A1
Application number: PCT/JP2004/008614
Authority: WO
Inventors: Tsutomu Nagatsuka; Yoshihito Hirano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2005-12-29
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Abstract

　給電点４から電極３を見たときのインピーダンスが給電回路１０のインピーダンスと略一致するように、電極３の長さと給電点４の位置を決定する。これにより、給電点４の付近に整合回路を設けることなく、外部回路とのインピーダンス整合をとることができる。したがって、電極３に電気信号の共振を効率良く生じさせることができるとともに、半波長電圧Ｖπの小さい共振型光変調器を得ることができる。

Description

明細書

共振型光変調器

技術分野

[0001] この発明は、電気光学効果により光導波路の屈折率を変化させて、その光導波路を伝搬する光の強度や位相を変調する共振型光変調器に関するものである。

背景技術

[0002] 従来の共振型光変調器は、例えば、光通信システムの送信装置などに用いられ、その基板がニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料で作られている。その基板上に形成される電極の両端は、電気的に開放されており、給電点から特定の周波数の電気信号を入力すると、その電極に電気信号の定在波が生じる。この電気信号の電圧により、電極とグランドの間に電界が生じ、この電界が基板の電気光学効果によって基板の屈折率を変化させるため、光導波路を伝搬する光の伝搬速度がわずかに変化する。

[0003] したがって、光導波路を伝搬した後の光の位相が、給電点から入力された電気信号に応じて変化するため、光の位相変調器として動作する。

また、光導波路の一部を 2つの経路に分岐させて、 2つの分岐光を干渉させれば、光の強度変調器として動作する。

このように、共振型光変調器は、電気信号の共振を利用しているので、特定の周波数を入力したときに、特に効率良く動作する。

[0004] ところで、このような共振型光変調器では、電気信号の共振が生じるように電極の設計が行われるが、必ずしも電極単体のインピーダンスの値については考慮されていない。

このため、従来の共振型光変調器では、給電点の近傍に整合回路であるスタブを設置して、外部回路とのインピーダンス整合をとる必要がある。

[0005] しかし、スタブを設けることにより、共振型変調回路の大きさが大きくなる。また、本来的には、グランドとして繋がるべきパターンがスタブによって分離されるため、電位の変化によって高周波における特性が劣化してしまうことがある（例えば、非特許文献 1を参照)。

[0006] なお、スタブ以外のキャパシタゃインダクタを設けて整合をとることも可能であるが、共振型変調回路の大きさが大きくなるとともに、製作が煩雑になる。また、整合回路を用いない構成の共振型光変調器もあるが、電気的な整合についての設計が十分なされてレ、なレ、ため、最適な効率が得られなレ、こと力ある。

[0007] 非特許文献 1 : 2000年電子情報通信学会総合大会予稿集、 C - 3 - 25

[0008] 従来の共振型変調回路は以上のように構成されているので、整合回路であるスタブを設けて、外部回路とのインピーダンス整合をとる必要がある。そのため、回路規模が大きくなるとともに、電位の変化に伴う高周波特性が劣化することがある課題があった。

[0009] この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、整合回路を設けることなぐ外部回路とのインピーダンス整合をとることができる共振型変調回路を得ることを目的とする。

発明の開示

[0010] この発明に係る共振型光変調器は、給電点から電極を見たときのインピーダンスが給電回路のインピーダンスと略一致するように、電極の長さと給電点の位置を決定しているものである。

[0011] このことによって、整合回路を設けることなぐ外部回路とのインピーダンス整合をとることができる効果がある。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]この発明の実施の形態 1による共振型光変調器を示す構成図である。

[図 2]アドミタンス整合が完全にとれるときの長さ L , Lの組の値を示す説明図である

1 2

[図 3]アドミタンス整合が完全にとれるときの長さ L , Lの組の値を示す説明図である

1 2

[図 4]アドミタンス整合が完全にとれるときの長さ L , Lの組の値を示す説明図である園 5]この発明の実施の形態 1による共振型光変調器を示す構成図である。 [図 6]この発明の実施の形態 2による共振型光変調器を示す構成図である。

[図 7]アドミタンス整合が完全にとれるときの長さ L , Lの組の値を示す説明図である

1 2

[図 8]この発明の実施の形態 3による共振型光変調器を示す構成図である。

[図 9]アドミタンス整合が完全にとれるときの長さ L， Lの組の値を示す説明図である

1 2

[図 10]この発明の実施の形態 4による共振型光変調器を示す構成図である。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態 1.

図 1はこの発明の実施の形態 1による共振型光変調器を示す構成図である。図において、基板 1は電気光学効果を有するニオブ酸リチウム (LN)を用いて構成されている。

光導波路 2はチタン拡散法によって基板 1上に形成され、光導波路 2の一部が 2つの経路に分岐している。

[0014] 電極 3は光導波路 2に沿うように基板 1上に形成され、その両端が電気的に開放されている。電極 3の長さ Lは電気信号の約 1波長の長さに設計されている。

給電点 4は電極 3上の 1点に形成され、給電回路 10から電気信号を入力して電極 3 に供給する。ただし、給電点 4から左側端部（開放端)までの長さが Lあり、給電点 4 力右側端部（開放端)までの長さが Lであるとき、 L = L +Lが成立する。

2 1 2

なお、基板 1上にはグランド 5が形成されている。

[0015] 次に動作について説明する。

給電点 4が給電回路 10から電気信号を入力すると、その電気信号が電極 3に伝搬する。

電極 3の両端は、図 1に示すように、電気的に開放されているため、電気信号が電極 3の端部で反射して定在波となる。

[0016] このように、電気信号が電極 3の端部で反射して定在波となることにより、電極 3とグランド 5の間に電界が生じ、この電界が基板 1上に形成された光導波路 2に到達するこのため、基板 1の電気光学効果により光導波路 2の屈折率が変化し、光導波路 2 における光の伝搬速度が変化する。

[0017] したがって、光導波路 2を伝搬した後の光の位相は、給電点 4から入力された電気信号の電圧強度に応じて変化し、 2本の分岐波路を伝搬した光が相互に干渉するので、図 1の共振型光変調器は、光の強度変調器として動作する。

[0018] しかし、この種の共振型光変調器は、給電点 4から入力された電気信号の電力の一部が反射によって給電回路 10側に戻り、残りの電力が主に電極 3で消費される。これは、電極 3に損失があり、電極 3のインピーダンス（アドミタンス）に抵抗成分（コンダクタンス成分）があるためである。

[0019] ただし、給電点 4から見た電極 3のインピーダンスを給電回路 10のインピーダンスに近付けて、インピーダンス整合をとれば、給電回路 10側に戻る電力を少なくすることができるとともに、電極 3に入力できる電力を増やすことができる。この場合、電気光学効果が効率的に行われ、共振型変調器の効率を高めることができる。

ここで、 "効率が高い"の意味は、給電点 4から入力する電気信号の電力が小さい場合でも、所要の光の変調度が得られるという意味であり、半波長電圧 V TTが小さいという事と同意である。

[0020] ここで、給電点 4の付近に電気的な整合回路であるスタブを接続すれば、インピーダンス整合をとることができる旨を先に説明したが、整合回路の製作 .調整が必要であり、また、整合回路自体の大きさによって共振器も大きくなつてしまう。さらに、整合回路にも少なからず電気的な損失があるため、インピーダンス整合がとれても、入力電力の一部が整合回路で消費されてしまい、電力が十分に電極 3に入力されないなどの不具合が生じる。

[0021] そこで、この実施の形態 1では、給電点 4の付近に電気的な整合回路を接続することなぐインピーダンス整合をとることができるようにしてレ、る。

具体的には下記の通りである。

[0022] 最初に、給電点 4から見込んだ電極 3のインピーダンス Ζについて考察する。ここでは、説明の簡単化のため、インピーダンス Zの逆数であるアドミタンス Yについて考察する。

給電点 4から見た電極 3は、給電点 4の左側の先端と、右側の先端が共に開放になつている線路と見なすことができる。

したがって、給電点 4から見込んだ電極 3のアドミタンス Yは、給電点 4の左側の線路のアドミタンスと、右側の線路のアドミタンスとの和になり、次のように表すことができる。

[数 1]

^ = Y₀ t nh)i_I + Y₀ tanh yh,

( 1 )

[0023] 式（1)において、 Yは電極 3を線路と見なしたときの特性アドミタンス（特性インピー

0

ダンス Ζの逆数)である。また、 γは電極 3を線路と見なしたときの複素伝搬定数であ

0

り、 γ = ひ +j j3で表すことができる。ひは線路の減衰定数、 βは波数、 jは虚数単位である。

この電極 3のアドミタンス Yは一般的には複素数となる。仮に、電極 3のアドミタンス Y力給電回路 10のアドミタンス G (給電回路 10のインピーダンス Rの逆数）と完全

0 0

に一致するならば、整合回路を設けることなぐインピーダンス整合がとれ、効率の良レ、共振型光変調器が得られる。

[0024] この実施の形態 1では、電極 3の特性アドミタンス Yと、動作周波数によって定まる

0

複素伝搬定数 γとが与えられたとき、電極 3の長さ L , Lを適切に選ぶことにより、完

1 2

全なインピーダンス整合がとれるようにしている。なお、アドミタンスは、インピーダンスの逆数であるので、インピーダンス整合とアドミタンス整合とは、全く同意である。

[0025] 図 1では説明の便宜上、動作周波数 fが 10GHzであり、給電回路 10のアドミタンス G力 S 1/50 Ωであるとする。また、電極 3の特性アドミタンス Y力 S 1/50 Ωであり、電

0 0

極 3を伝搬する電気信号の伝搬速度が、真空中の光速の 2. 75分の 1であるとする。この場合、電気信号の波数が 576. 3 (rad/m)となり、電極 3の減衰定数 αが 1 . 0 (dB/cm)であるとする（単位を変換すれば、 αは 11. 51 (nep/m)である）。上記の条件で、電極 3の長さ L , Lを変化させて、電極 3のアドミタンス Yが給電回

1 2

路 10のアドミタンス Gと完全に一致する条件を求めると次のようになる。

0

[0026] 式（1)を用いて系統的に計算を実施すると、電極 3のアドミタンス Yが完全に給電回路 10のアドミタンス Gと一致するのは、長さし， Lが特定の飛び飛びの値をとつたと

0 1 2

きのみになる。

図 2はアドミタンス整合が完全にとれるときの長さ L ， Lの組の値をグラフ上にプロッ

1 2

トしたものである。

図 2では、記述を分かり易くするため、長さし， Lの値は、動作周波数における電

1 2

極 3上の電気信号の波長 λ (10. 90mm)で規格化した値で示している。実際には m

図 2にプロットした点よりも多くの点でアドミタンスが完全に一致する力図 2では電極のトータルの長さ Lが概ね 3波長以下の整合点に限ってプロットしている。

[0027] 図 2から明らかなように、完全に整合がとれているとき、長さしとしを足した電極 3全

1 2

体の長さ Lは、全ての点で、ほぼ半波長の整数倍になっている。

即ち、右下がりの直線 L=L +L =η λ /2 (ηは 1以上の整数）の上に、各整合点

1 2 m

がのつていることが分かる。詳細に調べると、プロットされている点は、厳密には上記の直線上から少しずれている力このずれは僅かである。

[0028] 次に、特定の nに対応する一つの直線 L +L =η λ /2のみに着目して見てみると、この直線上に対応する整合点は、 2η個存在している。そして、これらの整合点を複数の区間（長さ L , Lをえ /4毎に分けた区間）に分けて見てみると、 1つの区間

1 2 m

には整合点が 1つだけ存在していることが分かる。

[0029] 図 3は電極 3の特性アドミタンス Yを 1/35 Ωとし、それ以外のパラメータを図 2と同

0

一にした場合に、図 2と同様の計算を行って整合点を求めたときのグラフである。整合点の位置は、図 2と少し異なっている力 S、図 3においても、全ての整合点が、直線し +L =η λ /2 (ηは 1以上の整数）の上にほぼのつており、電極 3の長さ Lが半

1 2 m

波長のほぼ整数倍になっていることが分かる。また、一つの直線上の整合点は、 1つの区間（長さ L , Lを; I /4毎に分けた区間）に 1つずつ存在しており、図 2と同様の

1 2 m

結果が得られている。

[0030] 図 4は電極 3の減衰定数ひを 2. 0 (dB/cm)、即ち、 23. 03 (nep/m)とし、それ以外のパラメータを図 2と同一にした場合に、図 2と同様の計算を行って整合点を求めたときのグラフである。

整合点の位置は、図 2及び図 3と少し異なっている力図 4においても、図 2及び図 3の場合と同様に、全ての整合点が、直線 L +L =η λ /2 (ηは 1以上の整数）の上にほぼのつており、電極 3の長さ Lが半波長のほぼ整数倍になっていることが分かる。また、一つの直線上の整合点は、 1つの区間（長さ L , Lを; I /4毎に分けた区

1 2 m

間）に 1つずつ存在しており、図 2と同様の結果が得られている。

このように特性アドミタンスや減衰定数が異なった場合においても、整合がとれる条件は、同様の特徴を有していることが分かる。

[0031] 図 1の共振型光変調器では、電極 3の特性アドミタンス Yを 1/50 Ωとし、減衰定

0

数ひを 1. O (dBZcm)としている。そして、電極 3の給電点 4力、ら左側の長さ Lを 0. 6 94 λ とし、給電点 4から右側の長さ Lを 0. 308 λ として、電極 3の全体の長さ Lを 1 m 2 m

. 002 λ としている。ただし、電極 3の端部の効果などを若干補正して、電極 3の長さ m

の実効的な値を上記の値にしている。

上記のようにして、長さ L , L等を設定すると、図 2から分かるように、電極 3のインピ

1 2

一ダンス Zが、給電回路 10のインピーダンス 50 Ωと完全に一致する条件を満足するしたがって、給電点 4の付近にスタブなどの整合回路を設けなくても、反射による損失が全くなぐ給電点 4から入力された電気信号の電力がすべて電極 3に供給される

[0032] 以上で明らかなように、この実施の形態 1によれば、給電点 4から電極 3を見たときのインピーダンスが給電回路 10のインピーダンスと略一致するように、電極 3の長さと給電点 4の位置を決定しているので、給電点 4の付近に整合回路を設けることなぐ外部回路とのインピーダンス整合をとることができる効果を奏する。

[0033] したがって、電極 3に電気信号の共振を効率良く生じさせることができるとともに、半波長電圧 V πの小さレ、共振型光変調器を得ることができる。

なお、電極 3の長さ L， L等が上記の値から若干ずれていても、上記の値に概略一

1 2

致させることによって、反射損失等を非常に小さく抑えることができる。 [0034] この実施の形態 1では、光導波路 2の一部が 2つの経路に分岐しているものについて示したが、即ち、光導波路 2をマッハツェンダー型に形成して、光の強度を変調する強度変調器を構成するものについて示したが、図 5に示すように、光導波路 2が単一の経路を構成してレ、るようにしてもょレ、。

この場合、光導波路 2を伝搬した後の光の位相を、給電点 4から入力された電気信号に応じて変化させる光の位相変調器として動作する共振型光変調器を得ることができる。

[0035] 実施の形態 2.

図 6はこの発明の実施の形態 2による共振型光変調器を示す構成図である。図において、図 1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

電極 11は光導波路 2に沿うように基板 1上に形成され、その両端が電気的に短絡されている。電極 11の長さ Lは電気信号の約 1波長の長さに設計されている。

[0036] 給電点 12は電極 11上の 1点に形成され、給電回路 10から電気信号を入力して電極 11に供給する。ただし、給電点 12から左側端部（短絡端)までの長さが Lあり、給電点 12から右側端部（短絡端)までの長さが Lであるとき、 L = L +Lが成立する。

2 1 2

[0037] 次に動作について説明する。

図 6の共振型光変調器は、電極 11の両端部が電気的に短絡されている力電気的に短絡されている場合も、電気的に開放されている場合と同様に、電気信号の反射が効率良く行われる。したがって、特定の周波数において電極 11上に共振が生じる

。このため、光が効率良く変調され、図 1の共振型光変調機器と同様に動作する。

[0038] 給電点 12から電極 11を見ると、端部が電気的に短絡になっている線路が両側に接続されているものと見なせる。

したがって、給電点 12から見込んだ電極 11のアドミタンス Yは、給電点 12の左側の線路のアドミタンスと、右側の線路のアドミタンスとの和になり、次のように表すことができる。

[数 2] Y = Y₀ cothyI₁ + Y_Q coth L₂

( 2 ) ただし、式（2)の記号である Yや γは式（1)と同じであり、この場合においても、電

0

極 11のアドミタンス Υを給電回路 10のアドミタンス Gと完全に一致させる条件が存在

0

する。

[0039] 図 7は電極 11の両端が電気的に短絡されているとき、アドミタンス整合条件を完全に満たす長さ L , Lを図 2と同様にプロットしたものである。ただし、長さ Lとしの和、

1 2 1 2 即ち、電極 11の長さ Lが概ね 3波長以下のもののみをプロットしている。

特性アドミタンスゃ複素伝搬定数などの電極 11の物理パラメータは、図 2と同一である。図 7における整合点は、図 2における整合点と位置が異なっている。

し力、し、図 7における全ての整合点は、図 2と同様に、直線 L = L +L =η λ /2 (

1 2 m nは 1以上の整数）の上にほぼのつていることが分かる。詳細に調べると、プロットされている点は、厳密には上記の直線上から少しずれている力このずれは僅かである。

[0040] 次に、特定の nに対応する一つの直線 L +L =η λ /2のみに着目して見てみる

1 2 m

と、この直線上に対応する整合点は、 2n個存在している。そして、これらの整合点を複数の区間（長さ L , Lを; I /4毎に分けた区間）に分けて見てみると、 1つの区間

1 2 m

には整合点が 1つだけ存在していることが分かる。

[0041] 図 6の共振型光変調器では、電極 11の給電点 12から左側の長さ Lを 0. 556 λ と

1 m し、給電点 12力、ら右佃 Jの長さ Lを 0. 443 λ として、電極 11の全体の長さ： Lを 0. 99

2 m

9 λ としている。

m

したがって、図 6から明らかなように、電極 3のインピーダンス Z力給電回路 10のィンピーダンス 50 Ωと完全に一致するため、給電点 12の付近にスタブなどの整合回路を設けなくても、反射による損失が全くなぐ給電点 12から入力された電気信号の電力がすべて電極 11に供給される。

[0042] これにより、給電点 12の付近に整合回路を設けることなぐ外部回路とのインピーダンス整合をとることができるため、電極 11に電気信号の共振を効率良く生じさせること力 Sできるとともに、半波長電圧 V TTの小さい共振型光変調器を得ることができる効果が得られる。

なお、電極 11の長さ L , L等が上記の値力若干ずれていても、上記の値に概略

1 2

一致させることによって、反射損失等を非常に小さく抑えることができる。

[0043] この実施の形態 2では、光導波路 2の一部が 2つの経路に分岐しているものについて示したが、即ち、光導波路 2をマッハツェンダー型に形成して、光の強度を変調する強度変調器を構成するものについて示したが、図 5の共振型光変調器と同様に、光導波路 2が単一の経路を構成してレ、るようにしてもょレ、。

この場合、光導波路 2を伝搬した後の光の位相を、給電点 12から入力された電気信号に応じて変化させる光の位相変調器として動作する共振型光変調器を得ることができる。

[0044] 実施の形態 3.

図 8はこの発明の実施の形態 3による共振型光変調器を示す構成図である。図において、図 1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

電極 13は光導波路 2に沿うように基板 1上に形成され、その左側の端部が電気的に短絡され、右側の端部が電気的に開放されている。電極 13の長さ Lは電気信号の約 1波長の長さに設計されている。

[0045] 給電点 14は電極 13上の 1点に形成され、給電回路 10から電気信号を入力して電極 13に供給する。ただし、給電点 14から左側端部（短絡端)までの長さが Lあり、給電点 14から右側端部（開放端)までの長さが Lであるとき、 L=L +Lが成立する。

2 1 2

[0046] 次に動作について説明する。

図 8の共振型光変調器は、電極 13の左側の端部が電気的に短絡され、右側の端部が電気的に開放されているが、どちらの端部も、電極 13を伝搬する電気信号を効率的に反射する。

したがって、特定の周波数において電極 13上に共振が生じる。このため、光が効率良く変調され、図 1及び図 6の共振型光変調器と同様に動作する。

[0047] 給電点 14から電極 13を見ると、電極 13のアドミタンスは、左側の端部が電気的に短絡されている線路のアドミタンスと、右側の端部が電気的に開放されている線路のアドミタンスとの和になり、次のように表すことができる。 [数 3]

Y = Υ_ΰ cothy 十 Y₀ tanh yh₂ ( 3 )

ただし、式（3)の記号である Yや γは式（1) (2)と同じであり、この場合においても

0

、電極 13のアドミタンス Υを給電回路 10のアドミタンス Gと完全に一致させる条件が

0

存在する。

[0048] 図 9は電極 13の左側の端部が電気的に短絡され、右側の端部が電気的に開放されているとき、アドミタンス整合条件を完全に満たす長さ L , Lを図 2と同様にプロット

1 2

したものである。ただし、長さしとしの禾口、即ち、電極 13の長さ Lが概ね 2. 75波長以

1 2

下のもののみをプロットしてレ、る。

特性アドミタンスゃ複素伝搬定数などの電極 13の物理パラメータは、図 2及び図 7 と同一である。

[0049] 図 9を見ると、図 2及び図 7と同様に、全ての整合点がある特定の直線上にほぼのつて存在している。

しかし、図 9では、図 2及び図 7と異なり、完全に整合がとれているとき、長さしとしを

1 2 足した電極 13の全体の長さ L力 S、全ての整合点で、電気信号のほぼ 4分の 1波長の奇数倍になっている。

即ち、全ての整合点が、直線 L = L +L = (2n-l) λ Ζ4 (ηは 1以上の整数）の

1 2 m

上にほぼのつていることが分かる。

詳細に調べると、プロットされている点は、厳密には上記の直線上から少しずれている力 s、このずれは僅かである。

[0050] 次に、特定の nに対応する一つの直線 L +L = (2n— 1) のみに着目して見

1 2 λ /4

m

てみると、この直線上に対応する整合点は、（2n— 1)個存在している。そして、これらの整合点を複数の区間（長さ L , Lを λ /4毎に分けた区間）に分けて見てみると、

1 2 m

1つの区間には整合点が 1つだけ存在してレ、ることが分かる。

[0051] 図 9では、電極 13の左端が電気的に短絡され、右端が電気的に開放されている場合を示したが、電極 13の左端が電気的に開放され、右端が電気的に短絡されている場合は、式（3)及び図 9の Lとしを入れ替えることにより、全く同様の結果が得られる

1 2

[0052] 図 8の共振型光変調器では、電極 13の給電点 14から左側の長さ Lを 0. 451えとし、給電点 14から右側の長さ Lを 0. 300 λ として、電極 13の全体の長さ Lを 0. 75

2 m

1 λ としてレヽる。

m

したがって、図 9から明らかなように、電極 13のインピーダンス Zが、給電回路 10のインピーダンス 50 Ωと完全に一致するため、給電点 14の付近にスタブなどの整合回路を設けなくても、反射による損失が全くなぐ給電点 14から入力された電気信号の電力がすべて電極 13に供給される。

[0053] これにより、給電点 14の付近に整合回路を設けることなぐ外部回路とのインピーダンス整合をとることができるため、電極 13に電気信号の共振を効率良く生じさせることができるとともに、半波長電圧 V TTの小さい共振型光変調器を得ることができる効果が得られる。

なお、電極 13の長さ L , L等が上記の値力若干ずれていても、上記の値に概略

1 2

[0054] この実施の形態 3では、光導波路 2の一部が 2つの経路に分岐しているものについて示したが、即ち、光導波路 2をマッハツェンダー型に形成して、光の強度を変調する強度変調器を構成するものについて示したが、図 5の共振型光変調器と同様に、光導波路 2が単一の経路を構成してレ、るようにしてもょレ、。

この場合、光導波路 2を伝搬した後の光の位相を、給電点 14から入力された電気信号に応じて変化させる光の位相変調器として動作する共振型光変調器を得ることができる。

[0055] 実施の形態 4.

図 10はこの発明の実施の形態 4による共振型光変調器を示す構成図である。図において、図 1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

給電点 15は電極 3上の 1点に形成され、給電回路 10から電気信号を入力して電極 3に供給する。ただし、給電点 15から左側端部（開放端)までの長さが Lあり、給電点 15から右側端部（開放端)までの長さが Lであるとき、 L = L + Lが成立する。 [0056] また、電極 3の左側の長さ Lを 0. 191 λ 、右側の長さ Lを 0. 805 λ として、全体の長さ Lを 0. 996 λ としている。電極 3の他の物理パラメータは、図 1の共振型光変調器と同一である。なお、光導波路 2を伝播する光は、図中、左側から入力して、右側に出力するものとしている。したがって、光導波路 2中の光は、図中、左側から右側へ向かって伝搬している。

[0057] 図 2から明ら力、なように、長さし， Lが上記の値である場合も、電極 3のインピーダンス Zが、給電回路 10のインピーダンス 50 Ωと完全に一致する。

したがって、図 10の共振型光変調器も、給電点 15の付近にスタブなどの整合回路を用いることなぐ電極 3に電気信号の共振を効率良く生じさせることができ、半波長電圧 V TTの小さい共振型光変調器を得ることができる。

[0058] 図 10の共振型光変調器における長さ L , Lの値は、図 2における直線 (L +L = η λ /2)の ηが" 2"である場合において、 Lがほぼ 1波長である場合の直線上に対応している。

この直線上には 4つの整合点が存在する力図 10の共振型光変調器は、長さ Lが最も小さい値のものであり、 λ /4以内の値になっている。

[0059] 電極 3には共振によって電気信号の定在波が生じており、この定在波は電極 3を左側から右側に向かって伝搬する波と、右側から左側に向かって伝搬する波との重なり合いでできている。図 10においては、光導波路 2には、図中、左側力右側に向かつて光が伝搬している。

光の伝搬速度は、真空中を伝搬する光の速度の 2. 2分の 1の速さとしている。光導波路 2中の光は、左側力右側に向かって伝搬しているので、光が感じる電界は、電気信号の定在波のうち、主に左側から右側に向かって伝搬する波によって生じる電界である。

[0060] 電極 3には必ず多少の損失があるので、給電点 15から電極 3に入力された電気信号は、共振を生じながら伝搬されている力電極 3の中で少しずつ減衰している。したがって、電気信号を電極 3に入力する際には、給電点 15をできるだけ左側に設置し、できるだけ左側から電気信号を入力した方が、同じ入力電力であっても、左側から右側に向かって伝搬する波の成分を大きくすることができる。 [0061] 図 10の共振型光変調器では、図 2において、電極 3の長さ Lがほぼ 1波長である 4 つの整合点のうち、最も左側になる整合点を選択している。

即ち、長さ Lの値が最も小さい整合点を選択している。このような整合点は、 L=n λ Ζ2 (ηは 1以上の整数）のそれぞれの ηに対応する直線において、長さ Lの値が m 1 λ Ζ4より小さいところに必ず 1つずつ存在している。

m

図 10の共振型光変調器では、長さしを 0. 191 λ としており、上記の条件を満足し

1 m

ている。したがって、電極 3の長さ Lが同一である条件下では、左側に進行する電気信号の成分を最も大きくすることができ、最も効率の大きい共振型光変調器を得ることができる。

[0062] なお、電極 3の長さ等 L， Lが上記の値から若干ずれていても、上記の値に概略一

1 2

致させることによって、反射損失等を非常に小さく抑えることができる。

また、電極 3の両端が電気的に短絡されている場合にも、対応する整合点を上記と同様に選択することにとよって、同様の効果を得ることができる。

さらに、電極 3の両端部のうち、一方の端部が電気的に短絡され、他方の端部が電気的に開放されている場合においても、既述した整合点の中で、電極 3上の光の入力側からえ /4以内の点にある給電点 15を選択することにより、やはり同様の効果を得ることができ、最大の効率を有する共振型光変調器を得ることができる。

[0063] この実施の形態 4では、光導波路 2の一部が 2つの経路に分岐しているものについて示したが、即ち、光導波路 2をマッハツェンダー型に形成して、光の強度を変調する強度変調器を構成するものについて示したが、図 5の共振型光変調器と同様に、光導波路 2が単一の経路を構成してレ、るようにしてもょレ、。

この場合、光導波路 2を伝搬した後の光の位相を、給電点 15から入力された電気信号に応じて変化させる光の位相変調器として動作する共振型光変調器を得ることができる。

[0064] 以上の実施の形態 1一 4において、電極の特性アドミタンスゃ複素伝搬定数などの物理パラメータが特定の値である場合について示した力これに限るものではなぐ物理パラメータが異なる値の場合でも同様にインピーダンス整合条件を求めることができる。さらに、上記実施の形態 1一 4では、電極の左側と右側における特性アドミタンスや複素伝搬定数などの物理パラメータが等しいものについて示した力これに限るものではなぐ左側と右側において、電極の断面形状が異なる場合など、電極の物理パラメータが異なる場合でも同様にインピーダンス整合条件を求めることができ、同様の ίカ果を得ること力 Sできる。

[0065] また、上記実施の形態 1一 4では、電気光学効果を有するニオブ酸リチウムからなる基板 1を示したが、ニオブ酸リチウム以外の電気光学効果を有する結晶や、他の材料を用いて基板 1を構成してもよぐ同様の効果を奏することができる。

また、いわゆる Ζカットや Xカットなどのカット角に拘わらず、本発明の効果は同様に得られる。

産業上の利用可能性

[0066] 以上のように、この発明に係る共振型光変調器は、電気光学効果により光導波路の屈折率を変化させて、その光導波路を伝搬する光の強度や位相を変調するに際して、その変調効率を高める必要がある光通信システムの送信装置などに用いるのに適している。

Claims

請求の範囲

[1] 電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と、上記光導波路に沿うように上記基板上に形成された電極と、給電回路から上記電極に供給する電気信号を入力する給電点とを備えた共振型光変調器において、上記給電点から上記電極を見たときのインピーダンスが上記給電回路のインピーダンスと略一致するように、上記電極の長さと上記給電点の位置を決定していることを特徴とする共振型光変調器。

[2] 電極の両端部が電気的に開放されている場合、上記電極の電気的な特性アドミタンスと電気的な複素伝搬定数を考慮して、給電点から上記電極の一方の開放端までの長さと、上記給電点から上記電極の他方の開放端までの長さとを決定していることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の共振型光変調器。

[3] 電極の長さが電気信号の半波長の略整数倍の長さであることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の共振型光変調器。

[4] 電極の両端部が電気的に短絡されている場合、上記電極の電気的な特性アドミタンスと電気的な複素伝搬定数を考慮して、給電点から上記電極の一方の短絡端までの長さと、上記給電点から上記電極の他方の短絡端までの長さとを決定していることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の共振型光変調器。

[5] 電極の長さが電気信号の半波長の略整数倍の長さであることを特徴とする請求の範囲第 4項記載の共振型光変調器。

[6] 電極の一方の端部が電気的に開放され、他方の端部が電気的に短絡されている場合、上記電極の電気的な特性アドミタンスと電気的な複素伝搬定数を考慮して、給電点から上記電極の開放端までの長さと、上記給電点から上記電極の短絡端までの長さとを決定していることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の共振型光変調器。

[7] 電極の長さが電気信号の 4分の 1波長の略奇数倍の長さであることを特徴とする請求の範囲第 6項記載の共振型光変調器。

[8] 電極の両端部のうち光導波路における光の入力端側の端部から、電気信号の 4分の 1波長以内の位置に給電点を設けていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の共振型光変調器。

[9] 光導波路の一部が 2つの経路に分岐していることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の共振型光変調器。

光導波路が単一の経路を構成していることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の共振型光変調器。