WO2011004615A1 - 光変調器 - Google Patents
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Abstract
Description
図4Aに、本願発明の第1の実施形態(形態1a)である複合集積型のネストMZI変調器の構成を示す。本形態の変調器構成は、概ね従来構成と同じであるが、子MZIからの光信号の相対位相を調整する相対位相調整部が相違する。親MZIに相対位相調整部を配置する代わりに、それぞれの子MZI内に、上下両アームとも分極方向と同じ方向(又は逆の方向)に電界が加わるバイアス電極Bias90°(「第1の電極」に対応)及びGND電極(「第2の電極」に対応)が設けられ(図4B参照)、それぞれの子MZIに設けられたバイアス電極Bias90°及びGND電極が全体として相対位相調整部を構成する。このような相対位相調整部は、子MZIの上下アーム導波路の光信号に対してそれぞれ同方向の位相変化を与えることができるので、光信号から見ると子MZIの出力後に位相変化を受けたこと(図1A参照)と等価になる。
第1の実施形態の亜種(形態1b)の実施例として作製したネストMZI変調器の構成を図23に示す。図24A~24Dはそれぞれ、図23のA-A’線、B-B’線、C-C’線及びD-D’線に沿った断面図である。分岐回路/合流回路は、シリコン基板上に石英系導波路(PLC)にて作製した。導波路のコアとクラッドの比屈折率差は1.5%である。変調アレイ部はXカットLN基板を用いチタン拡散により導波路を形成した。両基板は相互に紫外光硬化接着剤により接続し、同様に入出力ファイバーをPLCの入出力にそれぞれ接続している。この複合接続されたチップは、LN基板と熱膨張係数がほぼ等しいステンレス(SUS)パッケージに収納している。チップの固定は導電性接着剤をLN基板裏面に塗布し、パッケージに固定している。パッケージには高周波端子、バイアス端子、50Ω終端抵抗が備えられており、LN基板上の高周波電極、バイアス端子が電気的に接続されている。尚、パッケージ本体は電気的にはGND端子に接続されている。
図7Aに、本願発明の第2の実施形態(形態2a)である複合集積型のネストMZI変調器の構成を示す。本形態の構成は、第1の実施形態における変調動作点調整部と相対位相調整部をまとめた構成としている点が大きく異なる。また、各調整電圧は、抵抗分圧回路を介して、各バイアス電極へ実際に加わる電圧VI,VQ,V90となって印加されている。
図10Aに、本願発明の第3の実施形態である複合集積型のネストMZI変調器の構成を示す。本構成では、変調動作点調整部と相対位相調整部において、各MZI変調器の各アームへ加える電界を独立して制御できるように完全に独立した電極を備えている点が形態1や2と異なる。各電極へ実際に加える電圧は、形態2bと同様に制御回路内でデジタル的に算出する。各バイアス電極へ加える電圧は、以下のようになる。
図11は、本願発明を並列合成型16値QAM変調器に適用した構成(QAM形態1)を示したものである。並列合成型QAM変調器は、QPSK変調器を並列に接続し、パワー分配比を変えて各QPSK信号をベクトル合成することによりQAM信号を得るものである。図11のように、16値QAM変調器の場合は、2個のQPSK変調器をパワー分配比2対1で並列接続する。各QPSK変調器経由の信号光は、図12A及び12Bに示すように4値のQPSK信号になるが、パワー分配比が2対1になっているので信号の大きさが2対1となっている。QAM変調器としての出力信号光は、これら2つの信号光のベクトル合成となり、図12Cのような16の信号点をとるQAM信号になる。尚、二つのQPSK信号光の相対位相がずれていると、本来の信号点位置(×)からずれた信号点(○)となる。従って、ネストMZI変調器での90°位相調整と同じように、両QPSK信号の相対位相を調整する必要がある。
図13は、前述の並列合成型QAM変調器のバイアス電極構成を変形した構成(QAM形態2)を示したものである。QAM形態1ではQPSK変調器内の子MZI出力信号光相対位相調整部とQPSK変調出力信号光相対位相調整部を設けていたが、本形態ではこれを一つにまとめ、相対位相調整部とした点がQAM形態1と異なる。
図14は、他の変調器への適用例として、本願発明をAPSK変調器に適用した構成を示したものである。本変調器にQPSK変調器を従属に接続することにより8値のAPSK変調信号を生成することができる。
ここまでの変調器の例では、Xカット基板を用いた変調器の例で説明をしてきたが、本発明はこれに限定されること無く、Zカット基板等、他の方位性の基板においても同様に適用することができる。Zカット基板では基板面に垂直方向に分極が生じている為、導波路コアに対して垂直に電界が加わるように電極を配置する。本発明をZカット基板の変調器に適用する際の一般則を図16に示す。基本的には、導波路コア部分に生じている2つの電極P,Nからの電界の方向と基板分極の方向の関係が同じ、即ち同方向であれば同方向に、逆方向であれば逆方向になるようにすれば良い。ここまでで説明してきた各変調器の形態に関しては、この適用則を用いて置き換えることでZカット基板でも全て実現することができる。
ここまでの変調器の例では、電極レイアウトを中心に本願発明の構成の説明をしてきたが、電極レイアウトに加えて分極反転構造を用いる構成もある。
本発明の変調器の構成として、上記のように、複合材料による組み合わせの構成を取り上げているが、単一の材料系の変調器においてもEO効果を作用させる部分を位相変調アレイ導波路のように集約した方が良い場合、即ち、EO効果を作用させる部分をMZI変調器の内部だけに集約させた方が良い場合は、複合集積型でなくても本発明の構成が有効に適用できることを付記しておく。
Claims (9)
- 電気光学効果を有する材料で構成された移相器を利用したMZI型の光変調器において、前記光変調器の両アームに同一方向の位相変化を与えることができる移相器を備えることを特徴とする光変調器。
- 電気光学効果を有する材料で構成される基板に形成された第1及び第2のアーム導波路を有するMZI型の光変調器において、
前記第1及び第2のアーム導波路の近傍に配置された第1及び第2の組の電極を備え、
前記第1の組の電極と前記第2の組の電極との間の電界が、前記第1及び第2のアーム導波路を伝搬する光信号に対して共に同一方向の位相変化を与えることを特徴とする光変調器。 - 前記電気光学効果を有する材料は、多元系酸化物材料であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光変調器。
- 前記電気光学効果を生じる分極方向は、前記光信号の伝搬方向に対して垂直、且つ、前記基板の面内方向であることを特徴とする請求項2に記載の光変調器。
- 前記光変調器の受動回路部分は、誘電体材料で構成された基板に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光変調器。
- 前記誘電体材料は石英系ガラスであることを特徴とする請求項5に記載の光変調器。
- 前記第1及び第2のアーム導波路は、前記第1及び第2の組の電極が配置される部分において前記第1のアーム導波路と前記第2の導波路との間のピッチを広げるピッチ変換部を有することを特徴とする請求項2に記載の光変調器。
- 少なくとも2個以上並列接続されたMZI型の光変調器を備える光変調器において、
並列接続された前記MZI型の光変調器の少なくとも一方は請求項1に記載の光変調器であることを特徴とする光変調器。 - 親MZIの各アーム導波路部に第1及び第2の子MZIが配置された光変調器において、
前記第1および第2の子MZIの少なくとも一方は請求項2に記載の光変調器であることを特徴とする光変調器。
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