DE102014203925B4

DE102014203925B4 - Elektro-optischer Modulator und Verfahren zum Herstellen eines elektro-optischen Modulators

Info

Publication number: DE102014203925B4
Application number: DE102014203925.8A
Authority: DE
Inventors: Alessandro Aimone; Gerrit Fiol
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2034-03-05
Also published as: US20170075187A1; EP3114529B1; EP3114529A1; US9939708B2; JP2017507364A; DE102014203925A1; JP6491229B2; WO2015132299A1

Abstract

Elektro-optischer Modulator, mit
– mindestens einem optischen Wellenleiter (11, 12);
– einer Mehrzahl von Segmenten (A–E), wobei jedes Segment (A–E) jeweils mindestens eine Wellenleiterelektrode (111a–111e, 121a–121e) zum Anlegen einer Spannung an den optischen Wellenleiter (11, 12) aufweist,
– und wobei jedes Segment (A–E) eine eigene Treibereinheit (2a–2e) umfasst, die mit der Wellenleiterelektrode (111a–111e, 121a–121e) des Segmentes (A–E) zum Zuführen eines elektrischen Signals elektrisch verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
jedes Segment (A–E) einen elektrischen Schwingkreis ausbildet, wobei die Segmente (A–E) so gestaltet sind, dass die Resonanzfrequenz

(f A / R – f E / R)

des Schwingkreises zumindest eines der Segmente (A–E) innerhalb des Frequenzbereiches eines den Treibereinheiten (2a–2e) zugeführten elektrischen Signals liegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektro-optischen Modulator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen elektro-optischen Modulators gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Elektro-optische Modulatoren sind beispielsweise aus der US 2010/0251032 A1 und der US 5 189 547 A bekannt.
Elektro-optische Modulatoren werden insbesondere zur Erzeugung von optischen Pulsen im Bereich der Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung eingesetzt. Beispielsweise werden elektro-optische Modulatoren in Form von Mach-Zehnder-Interferometern verwendet, die zwei optische Wellenleiter als Interferometerarme aufweisen sowie eine Elektrodenanordnung, mit der eine Spannung an die optischen Wellenleiter angelegt werden kann, um einer in den Wellenleitern geführten Lichtwelle eine Phasenverschiebung aufzuprägen. Beispielsweise umfasst die Elektrodenanordnung eine Mehrzahl von Elektroden, denen jeweils eine individuelle Treibereinheit zum Anlegen einer Spannung über ein Segment der optischen Wellenleiter des Modulators zugeordnet ist. Ein derartiger Modulator ist zum Beispiel in dem Artikel „Low-Power Multi-level Modulation of InP MZM with In-line Centipede Structure Directly Driven by CMOS IC”, T. Yamase et al., Proceedings OptoElectronics and Communications Conference held jointly with 2013 International Conference an Photonics in Switching (OECC/PS), 2013 beschrieben.
Das elektrische Datensignal, das über die Treibereinheiten an die optischen Wellenleiter des Modulators angelegt wird, um ein optisches Ausgangsdatensignal zu erzeugen, wird üblicherweise über Digital-Analog-Wandler (die z. B. Bestandteil der Treibereinheiten sind) gewandelt und/oder über Digital-Signal-Prozessoren aufbereitet; insbesondere das Frequenzspektrum eines in die Treibereinheiten eingespeisten Datensignal verändert, um ein optisches Ausgangssignal mit einem vorgegebenen Frequenzspektrum zu erhalten. Eine derartige Signalaufbereitung ist insbesondere erforderlich, um das optische Ausgangssignal einem vorgesehenem Frequenzkanal oder mehreren Frequenzkanälen zuordnen zu können.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin, das optische Ausgangsspektrum eines elektro-optischen Modulators auf möglichst einfache Weise anpassen zu können.
Dieses Problem wird durch die Bereitstellung des elektro-optischen Modulators mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Danach wird ein elektro-optischer Modulator bereitgestellt, mit

– mindestens einem optischen Wellenleiter;
– einer Mehrzahl von Segmenten, wobei jedes Segment jeweils mindestens eine Wellenleiterelektrode zum Anlegen einer Spannung an den optischen Wellenleiter aufweist,
– und wobei jedes Segment eine eigene Treibereinheit umfasst, die mit der Wellenleiterelektrode des Segmentes zum Zuführen eines elektrischen Signals elektrisch verbunden ist, wobei
– jedes Segment einen elektrischen Schwingkreis ausbildet und die Segmente so gestaltet sind, dass die Resonanzfrequenz des Schwingkreises zumindest eines der Segmente innerhalb des Frequenzbereiches eines den Treibereinheiten zugeführten elektrischen Signals liegt.

Die Treibereinheiten des Modulators sind insbesondere hintereinander entlang des optischen Wellenleiters angeordnet, wobei ihnen zum Beispiel über eine gemeinsame Leitung ein elektrisches Datensignal zugeführt wird. Die Treibereinheiten umfassen jeweils z. B. einen elektrischen Verstärker und/oder einen Digital-Analog-Wandler. Die an den Wellenleiterelektroden der Modulatorsegmente anliegende Spannung ist bei den jeweiligen Resonanzfrequenzen der durch die Segmente ausgebildeten Schwingkreise am höchsten. Von den Treibereinheiten erzeugte Signale mit Frequenzen, die einen Abstand von den Resonanzfrequenzen aufweisen, erzeugen eine geringere Spannung an den Wellenleiterelektroden, so dass sie eine geringere Wirkung auf eine in dem optischen Wellenleiter geführte optische Welle haben (insbesondere eine geringere Phasenverschiebung bewirken). Beispielsweise sind die Segmente des Modulators so konfiguriert, dass im Wesentlichen nur Signale, die eine Frequenz im Bereich zumindest einer der Resonanzfrequenzen besitzen, auf eine in dem optischen Wellenleiter geführte optische Welle wirken.
Entsprechend kann durch geeignete Dimensionierung der Modulatorsegmente derjenige Frequenzbereich bzw. diejenige Frequenz, mit der eine optische Welle in dem optischen Wellenleiter moduliert werden soll (entsprechend eines gewünschten optischen Ausgangsfrequenzbereiches oder einer gewünschten optischen Ausgangsfrequenz des Modulators) eingestellt werden. Andere Frequenzen werden unterdrückt. Es ist also insbesondere möglich, das Spektrum des optischen Ausgangssignals des Modulators zu formen; etwa, um die eingangs erwähnte Anpassung des optischen Ausgangspektrums an zur Verfügung stehende optische Datenkanäle vorzunehmen. Eine derartige Anpassung des Ausgangspektrums erfolgt somit durch den Modulator (d. h. den lichtmodulierenden Teil des Modulators zusammen mit den Treibereinheiten), wodurch z. B. eine entsprechende Signalaufbereitung durch einen Signalprozessor vereinfacht wird oder ganz entfällt, was die Herstellungskosten des Modulators senken kann. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Modulator flexibel zur Realisierung unterschiedlicher Modulationsverfahren und Anwendungen eingesetzt werden.
Beispielsweise liegt die Resonanzfrequenz des Schwingkreises zumindest eines der Segmente im Bereich zwischen 1 GHz und 100 GHz.
Des Weiteren sind die durch die Segmente gebildeten Schwingkreise beispielsweise jeweils in Form eines RLC-Schwingkreises ausgebildet, d. h. in Form eines Schwingkreises, der eine Widerstandskomponente (R-Komponente), eine Induktivitätskomponente (L-Komponente) sowie eine Kapazitätskomponente (C-Komponente) aufweist.
Beispielsweise ist die Widerstandskomponente des RLC-Schwingkreises zumindest durch den Widerstand (Serienwiderstand) mindestens einer elektrischen Verbindungsleitung (etwa in Form eines Bonddrahtes oder mehrere Bonddrähte) zwischen der Treibereinheit und der Wellenleiterelektrode des jeweiligen Segmentes gebildet. Darüber hinaus können andere Widerstände des Modulatorsegmentes in die Widerstandskomponente eingehen, insbesondere Kontaktwiderstände, beispielsweise zwischen der Verbindungsleitung und der Treibereinheit auf der einen Seite und/oder der zwischen der Verbindungsleitung und der Wellenleiterelektrode auf der anderen Seite.
Die Induktivitätskomponente des RLC-Schwingkreises wird beispielsweise zumindest durch die Induktivität mindestens einer Verbindungsleitung zwischen der Treibereinheit und der Wellenleiterelektrode des jeweiligen Segmentes erzeugt. Darüber hinaus können weitere Elemente der Modulatorsegmente zu der Induktivitätskomponente beitragen, zum Beispiel eine Induktivität der Wellenleiterelektrode selber und/oder des optischen Wellenleiters.
Die Kapazitätskomponente des RLC-Schwingkreises wird beispielsweise zumindest durch die Kapazität eines kapazitiven Abschnitts des Wellenleiters erzeugt. Der kapazitive Abschnitt des optischen Wellenleiters umfasst insbesondere eine Diodenstruktur; beispielsweise in Form einer p-i-n-Diode, einer n-i-n-Diode oder einer Schottky-Diode. Insbesondere handelt es sich bei dem optischen Wellenleiter um eine Halbleiterstruktur, d. h. der optische Wellenleiter ist auf einem Halbleitersubstrat (z. B. aus Indiumphosphid) angeordnet und umfasst mindestens eine lichtführende Halbleiterschicht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Modulator einen ersten und einen zweiten optischen Wellenleiter auf, wobei jedes der Segmente des Modulators eine erste Wellenleiterelektrode zum Anlegen einer Spannung an den ersten optischen Wellenleiter und eine zweite Wellenleiterelektrode zum Anlegen einer Spannung an den zweiten optischen Wellenleiter aufweist, und wobei die Treibereinheit eines Segmentes jeweils mit der ersten und der zweiten Wellenleiterelektrode des Segmentes verbunden ist. Die Wellenleiterelektroden eines Segmentes können also individuell mit einem Signal beaufschlagt werden. Insbesondere ist der Modulator gemäß dieser Variante der Erfindung in Form eines Mach-Zehnder-Modulators ausgebildet. Der prinzipielle elektrische und optische Aufbau eines derartigen Modulators ist in dem Artikel ”10 Gb/s – 80-km Operation of full C-band InP MZ modulator with linear-accelerator-type tiny in-line centipede electrode structure directly driven by logic IC of 90-nm CMOS process”, T. Kato et al., Optical Fiber Communication Conference and Exposition, 2011, p. 1, beschrieben, der in diesem Zusammenhang durch Verweis einbezogen wird.
Es wird darauf allerdings hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf Mach-Zehnder-Modulatoren beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung auch in anderen Modulatortypen, zum Beispiel Phasenmodulatoren, verwirklicht sein.
Die erste und die zweite Wellenleiterelektrode eines Segmentes des Modulators können jeweils zum Beispiel über kapazitive Abschnitte des ersten und des zweiten Wellenleiters miteinander gekoppelt sein. Wie oben erwähnt, werden die kapazitiven Abschnitte der optischen Wellenleiter insbesondere durch eine Diodenstruktur ausgebildet. Dies ist natürlich nicht zwingend. Vielmehr ist auch denkbar, dass die erste und die zweite Wellenleiterelektrode eines Segmentes jeweils voneinander getrennt sind, wobei z. B. die ersten oder die zweiten Wellenleiterelektrode auf Masse liegen können.
Denkbar ist darüber hinaus, dass zumindest zwei der Segmente des Modulators unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen. Dies ermöglicht insbesondere die Erzeugung eines optischen Ausgangsspektrums, das mehrere Frequenzen (entsprechend den unterschiedlichen Resonanzfrequenzen) aufweist und dient somit zu einer genaueren Formgebung des von dem Modulator erzeugten optischen Ausgangsspektrums. Möglich ist allerdings auch, dass sämtliche Segmente des Modulators zumindest näherungsweise dieselbe Resonanzfrequenz aufweisen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines elektro-optischen Modulators gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten:

– Erzeugen mindestens eines optischen Wellenleiters;
– Erzeugen einer Mehrzahl von Segmenten, wobei jedes Segment jeweils eine Wellenleiterelektrode zum Anlegen einer Spannung an den optischen Wellenleiter aufweist;
– Bereitstellen einer Mehrzahl von Treibereinheit und elektrisches Verbinden der Treibereinheiten jeweils mit der Wellenleiterelektrode eines der Segmente, wobei
– jedes Segment so erzeugt wird, dass es einen elektrischen Schwingkreis ausbildet, wobei die Resonanzfrequenz zumindest eines der Segmente innerhalb des Frequenzbereiches eines den Treibereinheiten zugeführten elektrischen Signals liegt.

Insbesondere kann der Modulator somit auf ein gewünschtes optisches Ausgangssignal mit einem vorgegebenen Frequenzspektrum ausgelegt werden, wie oben bereits erläutert. Beispielsweise werden die Wellenleiterelektroden, die elektrischen Verbindungen zwischen den Treibereinheiten und Wellenleiterelektroden und/oder kapazitive Strukturen des optischen Wellenleiters derart erzeugt, dass die Resonanzfrequenz des Schwingkreises zumindest eines der Segmente innerhalb eines gewünschten optischen Ausgangsspektrums liegt. Denkbar ist zum Beispiel auch, dass anstelle eines Spektrums eine einzelne gewünschte Frequenz des optischen Ausgangssignals des Modulators vorgegeben wird und die Segmente derart erzeugt werden, dass die Resonanzfrequenz des Schwingkreises zumindest eines der Segmente zumindest näherungsweise der gewünschten optischen Ausgangsfrequenz entspricht.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch eine Draufsicht eines elektro-optischen Modulators gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 das Resonanzverhalten der Segmente des Modulators aus 1;
3 ein Ersatzschaltbild eines Segmentes eines erfindungsgemäßen Modulators; und
4 das Resonanzverhalten des Schwingkreises aus 3.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen elektro-optischen Modulator in Form eines Mach-Zehnder-Modulators 1. Der Mach-Zehnder-Modulator 1 weist zwei durch einen ersten und zweiten optischen Wellenleiter 11, 12 gebildete Interferometerarme auf, die über einen Splitter 13 (z. B. Y-Verzweiger oder MMI) mit einem Eingang (der z. B. einen optischen Taper, also einen sich verjüngenden Wellenleiter aufweist oder einen Spot-Size-Converter – Fleckweitentransformator) des Modulators und über einen Kombinierer 14 (zum Beispiel in Form eines MMIs) mit einem Ausgang (oder mehreren Ausgängen) des Modulators verbunden sind.
Der Mach-Zehnder-Modulator 1 weist zudem eine Elektrodenanordnung zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die optischen Wellenleiter 11, 12 auf. Die Elektrodenanordnung umfasst eine Mehrzahl von ersten Wellenleiterelektroden 111a–111e sowie eine Mehrzahl zweiter Wellenleiterelektroden 121a–121e. Die ersten und zweiten Wellenleiterelektroden 111a–111e, 121a–121e sind jeweils mit einem Teilabschnitt auf dem ersten bzw. dem zweiten optischen Wellenleiter 11, 12 angeordnet, wobei die ersten Wellenleiterelektroden 111a–111e voneinander in einem Abstand auf dem ersten optischen Wellenleiter 11 positioniert sind und auch die zweiten Wellenleiterelektroden 121a–121e beabstandet zueinander (auf dem zweiten optischen Wellenleiter 12) angeordnet sind. Jeweils ein aus einer ersten Wellenleiterelektrode 111a–111e und einer zweiten Wellenleiterelektrode 121a–121e, die sich einander in einer Richtung senkrecht zu den optischen Wellenleitern 11, 12 gegenüberliegen, bestehendes Wellenleiterelektrodenpaar gehören zu einem Segment A–E des Modulators 1.
Der Mach-Zehnder-Modulator 1 weist darüber hinaus eine Mehrzahl von Treibereinheiten 2a–2e auf, die jeweils einem der Segmente A–E zugehören und jeweils mit der ersten und der zweiten Wellenleiterelektrode 111a–111e, 121a–121e des entsprechenden Segmentes A–E verbunden sind.
Den Treibereinheiten 2a–2e wird über eine gemeinsame Leitung 3 ein elektrisches Datensignal zugeführt, wobei die Treibereinheiten 2a–2e in Abhängigkeit von diesem Datensignal ein (insbesondere verstärktes) Signal (eine Spannung) an die zugehörige erste und zweite Wellenleiterelektrode 111a–111e, 121a–121e leiten, das auf eine in dem ersten und zweiten optischen Wellenleiter 11, 12 geführte Lichtwelle wirkt. Entsprechend wird einer in die optischen Wellenleiter 11, 12 eingespeisten Lichtwelle eine Phasenverschiebung aufgeprägt, die zu einer Intensitätsmodulation der Lichtwelle führt.
Die Treibereinheiten 2a–2e sind jeweils über Verbindungsleitungen 21–21e, 22a–22e mit den ersten und zweiten Wellenleiterelektroden 111a–111e, 121a–121e verbunden. Die Wellenleiterelektroden 111a–111e, 121a–121e weisen hierfür jeweils neben einem auf den optischen Wellenleitern 11, 12 angeordneten Teilabschnitt senkrecht hierzu verlaufende Stege (z. B. in Form von Luftbrücken) auf, die jeweils in eine (hier quadratische) Kontaktfläche 112a–112e, 122a–122e münden. Die Verbindungsleitungen 21a–21e, 22a–22e setzen jeweils auf diesen Kontaktflächen 112a–112e, 122a–122e auf und sind mit ihnen verbunden (zum Beispiel per Bondverbindung).
Die Segmente A bis E des Modulators 1 sind so beschaffen, dass sie jeweils einen Resonanzschwingkreis ausbilden, der eine Widerstandskomponente, eine Induktivitätskomponente sowie eine Kapazitätskomponente aufweist, d. h. die Schwingkreise sind jeweils als RLC-Schwingkreis ausgebildet. Das Verhalten des jeweiligen Schwingkreises wird durch diese Komponenten bestimmt, insbesondere legen diese Komponenten die jeweilige Resonanzfrequenz der Schwingkreise fest.
Die Widerstandskomponente des jeweiligen Schwingkreises wird insbesondere durch den elektrischen Widerstand der Verbindungsleitungen 21a–21e, 22a–22e, durch den Widerstand der Wellenleiterelektroden 111a–111e, 121a–121e sowie durch Kontaktwiderstände, insbesondere zwischen den Verbindungsleitungen 21a–21e, 22a–22e und den Kontaktflächen 112a–112e, 122a–122e sowie zwischen den auf den optischen Wellenleitern 11, 12 angeordneten Abschnitten der Wellenleiterelektroden 111a–111e, 121a–121e und den optischen Wellenleitern 11, 12, bestimmt.
Die elektrischen Leitungen 21a–21e, 22a–22e und die Wellenleiterelektroden 111a–111e, 121a–121e weisen jeweils auch eine Induktivität auf, die die Induktivitätskomponente des jeweiligen Schwingkreises mitbestimmt. Darüber hinaus bilden die optischen Wellenleiter 11, 12 jeweils eine kapazitative Struktur in Form einer p-i-n-Diode aus, die sich unterhalb der Wellenleiterelektroden 111a–111e, 121a–121e befindet und die wesentlich zur Kapazitivkomponente des jeweiligen Schwingkreises beiträgt; vgl. auch das in 3 gezeigte Ersatzschaltbild eines Schwingkreises eines einzelnen Modulatorsegmentes.
Die Ausgestaltung der erwähnten Elemente der Modulatorsegmente A–E bestimmt demnach die Resonanzfrequenz der durch die Modulatorsegmente A–E gebildeten Schwingkreise. Denkbar ist, dass die Segmente A–E des Modulators 1 so ausgebildet sind, dass sie unterschiedliche Resonanzfrequenzen f A / R – f E / R aufweisen, wie dies in 2 für die Segmente A–E des Modulators der 1 gezeigt ist. In 2 sind die jeweiligen Spannungsverläufe in den Segmenten A–E bei unterschiedlichen Frequenzen der von den Treibereinheiten 2a–2e jeweils erzeugten Spannung dargestellt.
Die genannten elektrischen Komponenten der Segmente A–E werden insbesondere so dimensioniert, dass das optische Ausgangsspektrum des Modulators zumindest näherungsweise einem vorgegebenen Spektrum entspricht. Beispielsweise werden diejenigen elektrischen Komponenten der Segmente A–E, die deren Resonanzfrequenz bestimmen, so gestaltet, dass die Resonanzfrequenzen f A / R – f E / R der Segmente A–E zumindest näherungsweise jeweils einer gewünschten optischen Ausgangsfrequenz des Modulators entsprechen. In Abhängigkeit von der Güte des jeweiligen Schwingkreises (d. h. der Breite des jeweiligen Resonanzmaximums) kann auf diese Weise ein zumindest annähernd diskretes Ausgangsspektrum oder ein sich über einen Frequenzbereich erstreckendes kontinuierliches Ausgangsspektrum erzeugt werden. Die Anzahl der Frequenzen (bzw. die Breite) des Ausgangsspektrum wird insbesondere über die Anzahl der Modulatorsegmente angepasst. Beispielsweise weist das optische Spektrum des Ausgangssignals des in 1 dargestellten Modulators 1 im Wesentlichen fünf Frequenzen im Bereich der Resonanzfrequenzen f A / R – f E / R der Schwingkreise der Modulatorsegmente A bis E auf. Denkbar ist natürlich auch, dass der Modulator 1 mehr oder weniger als fünf Segmente mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen besitzt.
Der prinzipielle elektrische Aufbau eines Segmentes (zum Beispiel der Segmente A bis E des Modulators 1 der 1) eines erfindungsgemäßen Modulators ist anhand eines Ersatzschaltbildes in 3 dargestellt. Wie oben in Zusammenhang mit der 1 bereits erläutert, umfasst ein Segment des Modulators eine Treibereinheit 2, die über Verbindungsleitungen 21, 22 mit Wellenleiterelektroden des Segmentes verbunden ist. Die Verbindungsleitungen 21, 22 sowie die Wellenleiterelektroden besitzen jeweils einen Serienwiderstand, wobei die Serienwiderstände zusammen mit auftretenden Kontaktwiderständen Widerstandskomponenten R₁, R₂ des Schwingkreises bilden. Die Verbindungsleitungen und auch die Wellenleiterelektroden besitzen zudem eine Induktivität, die in 3 als Induktivitäten L₁, L₂ gekennzeichnet sind. Des Weiteren können die optischen Wellenleiter des Modulators jeweils eine kapazitive Struktur aufweisen (insbesondere in Form der oben bereits erwähnten p-i-n-Diode), die Kapazitäten C₁ bzw. C₂ besitzen. Des Weiteren können die optischen Wellenleiter oder eine sonstige elektrisch wirksame Struktur des Modulators im Bereich der optischen Wellenleiter zusätzliche Induktivitäten L₃, L₄ erzeugen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Modulatorsegmente natürlich auch Komponenten umfassen können, die keinen Bestandteil des jeweiligen Schwingkreises bilden. Beispielsweise können die Treibereinheiten der Segmente Komponenten umfassen, die nicht auch Komponenten des jeweiligen Schwingkreises sind. Denkbar ist z. B. dass von den Treibereinheiten jeweils nur die Treiberausgänge auch eine Komponente des durch das jeweilige Segment ausgebildeten Schwingkreises bilden.
Eine Simulation des Schwingungsverhaltens des Schwingkreises der 3 ist in 4 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass für eine Frequenz einer von der Treibereinheit 2 gelieferten Spannung im Bereich der Resonanzfrequenz f_R des Schwingkreises eine deutliche Überhöhung der im Schwingkreis auftretenden Spannung V auftritt. Für Frequenzen außerhalb der Resonanzfrequenz f_R (insbesondere bei höheren Frequenzen) liegt im Schwingkreis nur eine geringe Spannung vor; d. h. eine vom der Treibereinheit eingespeiste Spannung mit einer derartigen Frequenz wirkt nur mit geringer Intensität auf die optischen Wellenleiter und trägt insofern wenig oder gar nicht zur Modulation der in den optischen Wellenleitern geführten optischen Wellen bei.
Bezugszeichenliste

1: Mach-Zehnder-Modulator
2, 2a–2e: Treibereinheit
21, 21a–21e: Verbindungsleitung
22, 22a–22e: Verbindungsleitung
111a–111e: erste Wellenleiterelektroden
121a–121e: zweite Wellenleiterelektroden
112a–112e: Kontaktflächen
122a–122e: Kontaktflächen
A–E: Segment
R₁, R₂: Widerstand
L₁, L₂, L₃, L₄: Induktivität
C₁, C₂: Kapazität
f_R, f A / R – f E / R: Resonanzfrequenz

Claims

Elektro-optischer Modulator, mit – mindestens einem optischen Wellenleiter (11, 12); – einer Mehrzahl von Segmenten (A–E), wobei jedes Segment (A–E) jeweils mindestens eine Wellenleiterelektrode (111a–111e, 121a–121e) zum Anlegen einer Spannung an den optischen Wellenleiter (11, 12) aufweist, – und wobei jedes Segment (A–E) eine eigene Treibereinheit (2a–2e) umfasst, die mit der Wellenleiterelektrode (111a–111e, 121a–121e) des Segmentes (A–E) zum Zuführen eines elektrischen Signals elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Segment (A–E) einen elektrischen Schwingkreis ausbildet, wobei die Segmente (A–E) so gestaltet sind, dass die Resonanzfrequenz (f A / R – f E / R) des Schwingkreises zumindest eines der Segmente (A–E) innerhalb des Frequenzbereiches eines den Treibereinheiten (2a–2e) zugeführten elektrischen Signals liegt.
Elektro-optischer Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz (f A / R – f E / R) des Schwingkreises zumindest eines der Segmente (A–E) im Bereich zwischen 1 GHz und 100 GHz liegt.
Elektro-optischer Modulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Segmente (A–E) gebildeten elektrischen Schwingkreise jeweils in Form eines RLC-Schwingkreises ausgebildet sind.
Elektro-optischer Modulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Widerstandskomponente der RLC-Schwingkreise jeweils zumindest durch den elektrischen Widerstand (R₁, R₂) mindestens einer elektrischen Verbindungsleitung (21a–21e, 22a–22e) zwischen der jeweiligen Treibereinheit (2a–2e) und der jeweiligen Wellenleiterelektrode (111a–111e, 121a–121e) der Segmente (A–E) erzeugt wird.
Elektro-optischer Modulator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Induktivitätskomponente der RLC-Schwingkreise jeweils zumindest durch die Induktivität (L₁, L₂) mindestens einer Verbindungsleitung (21a–21e, 22a–22e) zwischen der jeweiligen Treibereinheit (2a–2e) und der jeweiligen Wellenleiterelektrode (111a–111e, 121a–121e) der Segmente (A–E) erzeugt wird.
Elektro-optischer Modulator nach einem der Anssprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapazitätskomponente des RLC-Schwingkreises zumindest durch die Kapazität (C₁, C₂) eines kapazitiven Abschnitts des optischen Wellenleiters (11, 12) erzeugt wird.
Elektro-optischer Modulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitiven Abschnitte jeweils eine Diodenstruktur umfassen.
Elektro-optischer Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten optischen Wellenleiter (11, 12), wobei jedes der Segmente (A–E) eine erste Wellenleiterelektrode (111a–111e) zum Anlegen einer Spannung an den ersten optischen Wellenleiter (11) und ein zweite Wellenleiterelektrode (121a–121e) zum Anlegen einer Spannung an den zweiten optischen Wellenleiter (12) aufweist, und wobei die Treibereinheit (2a–2e) eines Segmentes (A–E) jeweils mit der ersten und der zweiten Wellenleiterelektrode (111a–111e, 121a–121e) des Segmentes (A–E) verbunden ist.
Elektro-optischer Modulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Wellenleiterelektrode (111a–111e, 121a–121e) eines Segmentes (A–E) jeweils über kapazitive Abschnitte des ersten und des zweiten optischen Wellenleiters (11, 12) miteinander gekoppelt sind.
Elektro-optischer Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Segmente (A–E) unterschiedliche Resonanzfrequenzen (f A / R – f E / R) aufweisen.
Verfahren zum Herstellen eines elektro-optischen Modulators (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: – Erzeugen mindestens eines optischen Wellenleiters (11, 12); – Erzeugen einer Mehrzahl von Segmenten (A–E), wobei jedes Segment (A–E) jeweils eine Wellenleiterelektrode (111a–111e, 121a–121e) zum Anlegen einer Spannung an den optischen Wellenleiter (11, 12) aufweist; – Bereitstellen einer Mehrzahl von Treibereinheiten (2a–2e) und elektrisches Verbinden der Treibereinheiten (2a–2e) jeweils mit der Wellenleiterelektrode (111a–111e, 121a–121e) eines der Segmente (A–E), dadurch gekennzeichnet, dass jedes Segment (A–E) so erzeugt wird, dass es einen elektrischen Schwingkreis ausbildet, wobei die Resonanzfrequenz (f A / R – f E / R) zumindest eines der Segmente (A–E) innerhalb des Frequenzbereiches eines den Treibereinheiten (2a–2e) zugeführten elektrischen Signals liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Vorgeben mindestens eines gewünschten optischen Ausgangsspektrums des elektro-optischen Modulators (1) und Erzeugen der Segmente (A–E) derart, dass die Resonanzfrequenz (f A / R – f E / R) zumindest eines der Segmente (A–E) innerhalb des gewünschten optischen Ausgangsspektrums liegt.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Vorgeben mindestens einer gewünschten optischen Ausgangsfrequenz des elektro-optischen Modulators (1) und Erzeugen der Segmente (A–E) derart, dass die Resonanzfrequenz (f A / R – f E / R) zumindest eines der Segmente (A–E) zumindest näherungsweise der gewünschten optischen Ausgangsfrequenz entspricht.