JP2001174766A - 導波路型光変調器 - Google Patents
導波路型光変調器Info
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Abstract
クロストークの防止と高密度化との双方を同時に達成す
る。 【解決手段】 電気光学効果を有する基板1の主面1B
上において、信号電極4―1及び4−2が位置する部分
に溝部6−1及び6−2を形成することにより、かかる
部分に薄肉部分7−1及び7−2を形成する。そして、
薄肉部分7−1及び7−2の厚さt1、t2を、信号電
極4−1及び4−2から発生する変調信号より派生する
寄生モードのカットオフ波長よりも小さくする。
Description
関し、さらに詳しくは、複数の信号波を用い、複数の情
報を同時に伝送及び変調することが可能な多チャンネル
の導波路型光変調器に関する。
テムにおける進歩に伴い、広帯域特性及び低チャープ特
性、並びに伝搬損失が小さいなどの理由から、従来のレ
ーザダイオードの直接変調に代わって、ニオブ酸リチウ
ム(LiNbO3 :以下、LNと略す場合がある)を
用いた導波路型の外部変調器の実用化が進められてい
る。そして、光ファイバ通信システムの大容量化の要求
に答えるべく、単一基板に複数の光導波路を形成すると
ともに、これら複数の光導波路中を導波する光波を変調
するための変調用電極を複数設け、いわゆる単一の導波
路型光変調器が集積してなる多チャンネルの導波路型光
変調器の研究開発が進められている。
調器の一部における断面図である。図1に示す多チャン
ネル導波路型光変調器10は、相対向する一対の主面1
A及び1Bを有し、電気光学効果を具える材料のZカッ
ト板からなる基板1と、光導波路2−1〜2−4とを具
える。そして、基板1の主面1Aにバッファ層3が形成
されるとともに、このバッファ層3上に信号電極4−1
及び4−2、接地電極5−1〜5−3が形成されてい
る。
路2−3及び2−4でそれぞれ一組のマッハツエンダー
型の光導波路を構成している。そして、信号電極4−1
と、接地電極5−1及び5−2とで一組の変調用電極を
構成し、信号電極4−2と、接地電極5−2及び5−3
とで一組の変調用電極を構成している。これらの変調用
電極は、それぞれ独立に光導波路2−2及び2−4中を
導波する光波に対して変調信号を印加してこの光波の位
相を変化させ、光導波路2−1及び2−2、並びに2−
3及び2−4で構成されるマッハツエンダー型光導波路
全体で光波の消光/非消光を行うことにより、かかる光
波に重畳された所定の外部信号のオン/オフを独立に行
うようにしたものである。
波する光波の信号電極及び接地電極による吸収を防止す
るため、及び光導波路中を導波する光波とこれらの光波
に対して信号電極から印加される変調信号との速度整合
を高めるなどの目的で形成されているものである。
路型光変調器10においては、基板1と、バッファ層3
と、光導波路2−1及び2−2と、信号電極4−1と、
接地電極5−1及び5−2とで一つの単一導波路型光変
調器を構成し、基板1と、バッファ層3と、光導波路2
−3及び2−4と、信号電極4−2と、接地電極5−2
及び5−3とで一つの単一導波路型光変調器を構成して
いる。そして、これら単一の導波路型光変調器が集積し
た構成を呈している。
ルの導波路型光変調器においては、単一の導波路型光変
調器を集積化して高密度化し、変調器全体の大きさを小
型化することが要求される。この目的は、例えば、図1
に示す導波路型光変調器10の場合、隣接する単一の導
波路型光変調器のそれぞれを構成する光導波路2−2及
び2−4の距離dを小さくすることにより達成される。
しかしながら、このようにして隣接する単一導波路型光
変調器の距離を小さくして集積化しようとすると、図1
に示す導波路型光変調器10の場合、光導波路2−2と
2−4とが接近し過ぎると、例えば光導波路2−2中を
導波する光波に対して信号電極4−2からの変調信号よ
り派生した寄生モードが影響を及ぼすようになり、いわ
ゆる電気的なクロストークの問題が生じる。
の厚さを小さくする手段などが取られていた。しかしな
がら、変調器全体の強度を確保し、実用上問題のないレ
ベルの強度を有するようにするためには、基板をある程
度厚くすることが要求される。したがって、この手段に
よっては電気的なクロストークを十分に減少させること
ができないでいた。このため、現状においては、電気的
なクロストークを防止すべく多チャンネル導波路型光変
調器の高密度化をある程度犠牲にしている。
器において、電気的なクロストークの防止と高密度化と
の双方を同時に達成することを目的とする。
本発明の導波路型光変調器は、多チャンネルの導波路型
光変調器において、この変調器を構成する単一基板の光
導波路及び変調用電極が形成されていない主面におい
て、前記変調用電極の位置する部分に溝部を形成し、単
一基板の前記変調用電極が位置する部分に薄肉部分を形
成する。さらに、薄肉部分の厚さを変調用電極からの変
調信号より派生した寄生モードのカットオフ波長以下に
する。
調器において、変調用電極から発せられる変調信号より
派生した寄生モードの伝搬状態を種々シュミレートする
とともに、このシュミレートに基づいた多チャンネル導
波路型光変調器を数多く作製した。その結果、本発明に
したがって多チャンネル導波路型光変調器を構成する単
一基板の変調用電極が位置する部分のみを薄肉化すると
ともに、かかる部分の厚さを変調信号から発生する寄生
モードのカットオフ波長以下にすることにより、前記寄
生モードの隣接する電極に対する伝搬を防止できること
を見出した。したがって、単一の導波路型光変調器を集
積させて高密度の多チャンネル導波路型光変調器を作製
した場合においても、寄生モードの隣接する電極への伝
搬を防止できるため、前述のような電気的クロストーク
を効果的に防止することができる。
がら、発明の実施の形態に即して詳細に説明する。図2
は、本発明における好ましい態様の導波路型光変調器の
一部を示す断面図であり、図3は、図2に示す導波路型
光変調器の一部を示す平面図である。図2に示す断面図
は、図3に示す平面図のI―I線に沿って切ったもので
ある。なお、図2及び3に示す導波路型光変調器おい
て、図1と同様の部分は同じ番号を用いて示した。図2
及び3に示す導波路型光変調器20は、図1と同様に、
基板1と、光導波路2−1〜2−4と、バッファ層3
と、信号電極4−1及び4−2と、接地電極5−1〜5
−3とを具えている。そして、基板1とバッファ層3と
光導波路2−1及び2−2と信号電極4−1と接地電極
5−1及び5−2とで一つの単一導波路型変調器を構成
している。同様に、基板1とバッファ層3と光導波路2
−3及び2−4と信号電極4−2と接地電極5−2及び
5−3とで他の単一導波路型光変調器を構成している。
そして、基板1の主面1Bには信号電極4−1及び4−
2が位置する部分に溝部6−1及び6−2が形成されて
おり、これにより基板1のかかる部分において薄肉部分
7−1及び7−2を形成している。
を導波する光波と変調用電極から前記光波に印加される
変調信号とが実質的に相互作用する領域の全体に亘って
形成し、前記薄肉部分を前記実質的相互作用領域の全体
に亘って形成することが好ましい。これにより、光波の
変調領域の全体に亘って寄生モードの発生を効果的に防
止することができ、高密度に多チャンネル導波路型光変
調器を作製した場合においてもクロストークの発生を防
止することができる。
導波路とが実質上平行に並置され、光導波路中を導波す
る光波に対して変調用信号からの変調信号が実際に印加
される領域を言う。例えば図2及び3に示す導波路型光
変調器20の場合、信号電極4−1、接地電極5−1及
び5−2と光導波路2−2、並びに信号電極4−2、接
地電極5−2及び5−3と光導波路2−4とが、長手方
向において平行に並置されてなる領域を言う。
0においては、信号電極4−1及び4−2の下部のみに
溝部6−1及び6−2を形成し、これによりこれらの部
分にのみ薄肉部分を形成するようにしている。一般に、
外部電源から所定の高周波電圧が信号電極に印加される
ことにより、この信号電極から変調信号が出射される。
この変調信号は、光導波路を通過して光波に所定の変調
を加えた後、接地電極に入る。そして、このような変調
信号の性質に基づいて変調信号から発せられる寄生モー
ドの挙動をシュミレートするとともに、実際に導波路型
変調器を作製して寄生モードの挙動を確認した。その結
果、信号電極の下部において最も高密度に寄生モードが
発生していることを見出すとともに、この部分を薄肉化
することにより寄生モードの隣接する電極への伝搬を有
効に防止できることを見出した。この場合、変調用電極
を構成する信号電極の下部にのみ薄肉部分を形成すれば
良いため、基板全体の強度が増し、導波路型光変調器に
対して実用上十分な強度を付与することができる。
場合は、例えば図2に示す導波路型光変調器20におい
て、薄肉部分7−1(溝部6−1)の幅W1及び薄肉部
分7−2(溝部6−2)の幅W2を、隣接する接地電極
5−1及び5−2の間隔D1並びに接地電極5−2及び
5−3の間隔D2よりも大きくすることが好ましい。こ
れにより寄生モードの伝搬をより効果的に防止すること
ができる。
厚さt1及び薄肉部分7−2の厚さt2は、本発明にし
たがって、寄生モードのカットオフ波長以下であること
が必要である。具体的には、使用する変調帯域周波数に
よって異なる。変調帯域周波数が2.5GHzの場合
は、t1及びt2として許容される最大値は約2.2m
mである。また、変調帯域周波数が10GHzの場合
は、t1及びt2として許容される最大値は、0.5m
mである。同様に、変調帯域周波数が30GHzの場合
は、t1及びt2として許容される最大値は、0.2m
mである。
い。しかしながら、ある程度の強度を付与してハンドリ
ングを容易にすべく、t1及びt2の下限値としては、
約0.05mmであることが好ましい。
については、多チャンネル導波路型光変調器を構成する
各単一導波路型光変調器に相当する変調用電極や光導波
路の状態に応じて、各変調用電極毎に独立に制御するこ
とができる。例えば図2に示す導波路型光変調器20の
場合、薄肉部分7−1及び7−2の幅W1、W2及び厚
さt1、t2については、信号電極4−1及び4−2の
状態や光導波路2−2及び2−4の状態などによって同
一にすることもできるし、異なるようにすることもでき
る。
ドライエッチング法又はウエットエッチング法などによ
り基板の主面に溝部を形成することによって作製する。
部6−1及び6−2の内表面6−1A及び6−2Aに、
電波吸収層を形成することもできる。これにより、寄生
モードが前記電波吸収層で吸収されるため、上述した電
気的なクロストークをさらに効果的に防止することがで
きる。この電波吸収層は、内表面6−1A及び6−2A
を含む、基板1の裏面1Bの全体に亘って形成してもよ
い。また、基板1は、強誘電体単結晶のXカット板、Y
カット板、及びZカット板のいずれをも使用することが
できる。
明する。 (実施例)本実施例では、図2及び3に示すような導波
路型光変調器20を作製した。なお、簡単のため導波路
型光変調器は2組の単一導波路型光変調器からなる構
成、すなわち図2及び3に示す態様が導波路型光変調器
の全体を示すような構成のものを作製した。
板を用い、この基板1の主面1A上に、スピンコータを
用いてフォトレジストを0.5μmの厚さに形成した
後、露光及び現像処理を行って、現像幅7μmの光導波
路パターンを形成した。次いで、この光導波路パターン
上に、蒸着法によってチタンからなる層を厚さ800Å
に形成し、電気炉中で1000℃、10時間の熱処理を
行って前記チタンを基板1中に拡散させ、幅9μmの光
導波路2―1〜2−4を形成した。次いで、基板1の主
面1A上に真空蒸着法によってSiO2からなるバッフ
ァ層3を厚さ1μmに形成した。
てチタン層を厚さ0.05μmに形成した。次いで、蒸
着法とメッキ法とを併用することによって信号電極4−
1及び4−2、並びに接地電極5−1〜5−3を厚さ2
0μmに形成した。次いで、基板1の主面1B側にダイ
シングによって溝部6−1及び6−2を形成し、幅W
1、W2がそれぞれ57μm、厚さt1、t2がそれぞ
れ0.5mmの薄肉部分7−1及び7−2を形成した。
なお、信号電極4−1及び4−2の距離dは250μm
とした。
調器の各光導波路に光ファイバーを接続し、クロストー
ク特性及び伝送特性を調べたところ図4及び図5に示す
ような結果を得た。
は実施例と同様にして導波路型光変調器を作製した。実
施例と同様にしてクロストーク特性及び伝送特性を調べ
たところ、図6及び7に示すような結果を得た。
に、比較例において薄肉部分を形成しなかった導波路型
光変調器は、特定の変調信号周波数においてロスディッ
プが生じ、クロストークの発生していることが分かる。
これに対し、本発明にしたがって薄肉部分を形成してな
る導波路型光変調器は、測定変調信号周波数帯域におい
てロスディップは見られず、クロストークの発生してい
ないことが分かる。また、図5及び7から明らかなよう
に、クロストークの発生している導波路型光変調器の伝
送特性は、変調信号の周波数が増大するとともに光変調
信号強度が増加していることが分かる。一方、クロスト
ークの発生していない導波路型光変調器の伝送特性は、
測定変調信号周波数の全体に亘ってほぼ一定の光変調信
号強度を有することが分かる。すなわち、本発明にした
がって薄肉部分を形成した導波路型光変調器は優れた伝
送特性を示すことが分かる。
態に基づいて本発明を詳細に説明したが、本発明は上記
内容に限定されるものではなく、本発明の範疇逸脱しな
い限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
光変調器は多チャンネルであって、この変調器を構成す
る単一基板の、単一導波路型光変調器を構成する変調用
電極が位置する部分に薄肉部分を形成するとともに、こ
の薄肉部分の厚さを変調信号より派生する寄生モードの
カットオフ波長よりも薄くなるようにしている。したが
って、寄生モードの隣接する電極に対する伝搬を防止す
ることができ、これにより単一導波路型光変調器を高密
度に集積させた場合においても、クロストークの発生を
防止でき、良好な伝送特性を得ることができる。
一部を示す断面図である。
ネル)導波路型光変調器の一部を示す断面図である。
面図である。
におけるクロストーク特性の一例を示すグラフである。
における伝送特性の一例を示すグラフである。
おけるクロストーク特性の一例を示すグラフである。
おける伝送特性の一例を示すグラフである。
Claims (5)
- 【請求項1】 相対向する一対の主面を有し、電気光学
効果を有する材料からなる単一基板の一方の主面上に、
光波を導波するための光導波路が複数形成されるととも
に、前記複数の光導波路中を導波する光波に変調信号を
印加して、前記光波を変調するための変調用電極が複数
形成されてなる多チャンネルの導波路型光変調器であっ
て、 前記単一基板の他方の主面における前記複数の変調用電
極のそれぞれが位置する部分に溝部を形成することによ
り、前記単一基板の、前記複数の変調用電極のそれぞれ
が位置する部分に薄肉部分を形成し、この薄肉部分の厚
さを前記変調信号から発生する寄生モードのカットオフ
波長以下にしたことを特徴とする、導波路型光変調器。 - 【請求項2】 前記薄肉部分は、前記光波と前記変調信
号との実質的相互作用領域の全体に亘って形成されてい
ることを特徴とする、請求項1に記載の導波路型光変調
器。 - 【請求項3】 前記変調用電極は信号電極と接地電極と
からなり、前記溝部は前記信号電極が位置する部分に形
成し、前記薄肉部分は前記信号電極が位置する部分にの
み形成したことを特徴とする、請求項1又は2に記載の
導波路型光変調器。 - 【請求項4】 前記薄肉部分の幅が、互いに隣り合う前
記接地電極の間隔以上であることを特徴とする、請求項
3に記載の導波路型光変調器。 - 【請求項5】 前記単一基板の他方の主面の、少なくと
も前記溝部の内表面に電波吸収層を形成したことを特徴
とする、請求項1〜4のいずれか一に記載の導波路型光
変調器。
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