JP2800368B2 - 光変調器 - Google Patents
光変調器Info
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/0121—Operation of devices; Circuit arrangements, not otherwise provided for in this subclass
- G02F1/0123—Circuits for the control or stabilisation of the bias voltage, e.g. automatic bias control [ABC] feedback loops
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference
- G02F1/225—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference in an optical waveguide structure
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 光変調器に関し、 高速駆動の外部光変調において、放射光を用いたフィ
ードバックにより動作点の制御を行うことを目的とし、 電気光学効果を有する基板上に、分岐光導波路と該分
岐光導波路を伝播する光の間に位相差を生じさせるよう
に形成された電極とを少なくとも設けたマッハツエンダ
型光変調器において、前記分岐光導波路の合波点近傍の
前記基板上に傾斜面を有する溝を形成し、前記合波点か
ら放射される放射光を前記傾斜面で反射させて前記基板
の裏面に導出し、光検知器で受光変換した出力電気信号
の変化に応じて、前記電極に印加される直流バイアスを
変化させ、光変調器の動作点を制御するように光変調器
を構成する。
ードバックにより動作点の制御を行うことを目的とし、 電気光学効果を有する基板上に、分岐光導波路と該分
岐光導波路を伝播する光の間に位相差を生じさせるよう
に形成された電極とを少なくとも設けたマッハツエンダ
型光変調器において、前記分岐光導波路の合波点近傍の
前記基板上に傾斜面を有する溝を形成し、前記合波点か
ら放射される放射光を前記傾斜面で反射させて前記基板
の裏面に導出し、光検知器で受光変換した出力電気信号
の変化に応じて、前記電極に印加される直流バイアスを
変化させ、光変調器の動作点を制御するように光変調器
を構成する。
〔産業上の利用分野〕 本発明は、高速・高安定の光変調を行うための光変調
器の構成に関する。
器の構成に関する。
近年、光ファイバやレーザ光源の進歩・発達に伴い、
光通信をはじめ光技術を応用した各種のシステム、デバ
イスが実用化され広く利用されるようになる一方、ます
ます、その高度技術開発への要請が強まってきた。
光通信をはじめ光技術を応用した各種のシステム、デバ
イスが実用化され広く利用されるようになる一方、ます
ます、その高度技術開発への要請が強まってきた。
とくに、最近の光通信システムの高速化の要求から、
光信号を送信する光送信器においても、高速で光を変調
する必要が生じてきた。
光信号を送信する光送信器においても、高速で光を変調
する必要が生じてきた。
たとえば、1.6Gbps程度までの低速光通信システムに
おいては、レーザダイオード(LD)を直接変調する方式
を用いてきたが、変調周波数がより高くなると、変調光
波長の時間的微小変動,いわゆる、チャーピング現象
と、光ファイバの分散特性のために高速化と長距離伝送
が困難になってきている。
おいては、レーザダイオード(LD)を直接変調する方式
を用いてきたが、変調周波数がより高くなると、変調光
波長の時間的微小変動,いわゆる、チャーピング現象
と、光ファイバの分散特性のために高速化と長距離伝送
が困難になってきている。
一方、今後ますます大容量・長距離通信の要求が強ま
ってくるので、より高速,かつ、高安定な光変調方式の
開発が求められている。
ってくるので、より高速,かつ、高安定な光変調方式の
開発が求められている。
高速光変調方式としては、半導体レーザ光を外部で変
調する外部変調方式がよく知られている。
調する外部変調方式がよく知られている。
とくに、電気光学効果を有する基板,たとえば、LiNb
O3基板上に分岐光導波路を設け、信号電極,たとえば、
進行波信号電極を用いて駆動するマッハツェンダ型光変
調器が有力視されている。しかし、このような光変調器
を実際に動作させる際、分岐光導波路間の温度差による
動作点変動が生じたり、DCバイアスが加わることによ
る,いわゆる、DCドリフト(たとえば、Jap.J.Appl.Phy
s.,Vol.20,No.4,pp733〜737,1981参照)によって動作点
がシフトするので、動作点の変動を抑えるようにDCバイ
アスにフィードバックをかけて制御するようにしてい
る。
O3基板上に分岐光導波路を設け、信号電極,たとえば、
進行波信号電極を用いて駆動するマッハツェンダ型光変
調器が有力視されている。しかし、このような光変調器
を実際に動作させる際、分岐光導波路間の温度差による
動作点変動が生じたり、DCバイアスが加わることによ
る,いわゆる、DCドリフト(たとえば、Jap.J.Appl.Phy
s.,Vol.20,No.4,pp733〜737,1981参照)によって動作点
がシフトするので、動作点の変動を抑えるようにDCバイ
アスにフィードバックをかけて制御するようにしてい
る。
そのような制御方法の一例として,たとえば、 第4図は従来の安定化外部変調器の構成例を示す図で
ある。
ある。
図中、1は電気光学効果を有する基板、2a,2bは分岐
光導波路で合波点22で交わって出射側の1本の光導波路
となる。光導波路は分岐光導波路2a,2bを含めて、公知
の方法,たとえば、基板表面にTiなどの金属を光導波路
部分だけに選択的に拡散させ、その部分の屈折率を回り
の部分よりも少し大きくなるようにして形成する。
光導波路で合波点22で交わって出射側の1本の光導波路
となる。光導波路は分岐光導波路2a,2bを含めて、公知
の方法,たとえば、基板表面にTiなどの金属を光導波路
部分だけに選択的に拡散させ、その部分の屈折率を回り
の部分よりも少し大きくなるようにして形成する。
3a,3bはAuなどの金属膜からなる電極で,たとえば、
進行波信号電極と接地電極とから構成され、光導波路と
電極層の間に通常は電極金属層への光の吸収を抑えるた
め、SiO2などの薄膜からなるバッファ層が設けられてい
る。
進行波信号電極と接地電極とから構成され、光導波路と
電極層の間に通常は電極金属層への光の吸収を抑えるた
め、SiO2などの薄膜からなるバッファ層が設けられてい
る。
いま、半導体レーザ7からの直流光が光ファイバ6を
経由して左側の光導波路に入り、分岐光導波路2a,2bの
分岐点で2つに分けられ、そこを通過する間に、電極3
a,3bに電源9から変調信号電圧を印加すると、基板上に
設けられた前記分岐光導波路2a,2bにおける電気光学効
果によって分岐された両光に位相差が生じる。この両光
を再び合波点22で合流させて、右側の光導波路の光出射
端から変調された光信号出力を取り出し、光ファイバ6
を経由して光検知器8で受光して電気信号に変換するよ
うに構成されている。
経由して左側の光導波路に入り、分岐光導波路2a,2bの
分岐点で2つに分けられ、そこを通過する間に、電極3
a,3bに電源9から変調信号電圧を印加すると、基板上に
設けられた前記分岐光導波路2a,2bにおける電気光学効
果によって分岐された両光に位相差が生じる。この両光
を再び合波点22で合流させて、右側の光導波路の光出射
端から変調された光信号出力を取り出し、光ファイバ6
を経由して光検知器8で受光して電気信号に変換するよ
うに構成されている。
前記分岐光導波路2a,2bにおける両光の位相差が0お
よびπになるように駆動電圧を印加すれば光信号出力は
ON−OFFのパルス信号として得られる。なお、RTは終端
抵抗である。
よびπになるように駆動電圧を印加すれば光信号出力は
ON−OFFのパルス信号として得られる。なお、RTは終端
抵抗である。
しかし、実際には上記のごとく変調器を動作させてい
ると、通常は動作点が変動したりシフトしたりし、その
まゝでは消光比が劣化して使用できなくなってしまう。
ると、通常は動作点が変動したりシフトしたりし、その
まゝでは消光比が劣化して使用できなくなってしまう。
そこで、このように動作点がずれて光変調器の性能が
劣化するのを防止するために、出力信号光からモニタ光
を取り出して入力電気信号にフィードバックをかけ、動
作点の安定化を図るようにしたのがこの従来例の構成で
ある。すなわち、ファイバカップラ200を光導波路の右
側の光出射端に結合し、信号光の一部を分岐して,たと
えば、シングルモード光ファイバ6′に導入し、光検知
器5で電気信号に変換して、信号処理・制御回路部90で
動作点のずれを検知し電源9にフィードバックして、DC
バイアスの調整を行い常に正しい動作点に保持するよう
にしている。
劣化するのを防止するために、出力信号光からモニタ光
を取り出して入力電気信号にフィードバックをかけ、動
作点の安定化を図るようにしたのがこの従来例の構成で
ある。すなわち、ファイバカップラ200を光導波路の右
側の光出射端に結合し、信号光の一部を分岐して,たと
えば、シングルモード光ファイバ6′に導入し、光検知
器5で電気信号に変換して、信号処理・制御回路部90で
動作点のずれを検知し電源9にフィードバックして、DC
バイアスの調整を行い常に正しい動作点に保持するよう
にしている。
なお、ファイバカップラ200は2本の光ファイバを平
行に近接・結合させると一方の光ファイバの光の一部
(たとえば、1/10程度)が、他方の光ファイバに移行し
て伝送されるように構成されたものである。
行に近接・結合させると一方の光ファイバの光の一部
(たとえば、1/10程度)が、他方の光ファイバに移行し
て伝送されるように構成されたものである。
しかし、このような構成の光変調器においては、光導
波路から光ファイバに導入された信号光の一部がファイ
バカップラ200によってモニタ光として分岐されてい
る。したがって、送信される光信号パワーが分岐された
分だけ減少し、それに相当する分だけ光ファイバの伝送
距離が短くなるという重大な問題があり、その解決が必
要であった。
波路から光ファイバに導入された信号光の一部がファイ
バカップラ200によってモニタ光として分岐されてい
る。したがって、送信される光信号パワーが分岐された
分だけ減少し、それに相当する分だけ光ファイバの伝送
距離が短くなるという重大な問題があり、その解決が必
要であった。
上記の課題は、電気光学効果を有する基板1上に、分
岐光導波路2a,2bと該分岐光導波路2a,2bを伝播する光の
間に位相差を生じさせるように形成された電極3a,3bと
を少なくとも設けたマッハツエンダ型光変調器におい
て、 前記分岐光導波路2a,2bの合波点22近傍の前記基板1
上に傾斜面40を有する溝4を形成し、前記合波点22から
放射される放射光を前記傾斜面40で反射させて前記基板
1の裏面に導出し、光検知器5で受光変換した出力電気
信号の変化に応じて、前記電極3a,3bに印加される直流
バイアスを変化させ、光変調器の動作点を制御するよう
に構成した光変調器により解決することができる。
岐光導波路2a,2bと該分岐光導波路2a,2bを伝播する光の
間に位相差を生じさせるように形成された電極3a,3bと
を少なくとも設けたマッハツエンダ型光変調器におい
て、 前記分岐光導波路2a,2bの合波点22近傍の前記基板1
上に傾斜面40を有する溝4を形成し、前記合波点22から
放射される放射光を前記傾斜面40で反射させて前記基板
1の裏面に導出し、光検知器5で受光変換した出力電気
信号の変化に応じて、前記電極3a,3bに印加される直流
バイアスを変化させ、光変調器の動作点を制御するよう
に構成した光変調器により解決することができる。
〔作用〕 第3図は合波点における放射光を説明する図で、同図
(イ)は斜視図、同図(ロ)は信号光と放射光特性
の関係を示したものである。すなわち、信号電圧が0の
時には光出力は100%光導波路の光出射端から出射し、
分岐光導波路2aと2bの光の位相差がλ/2を与える電圧V
πまたは−Vπの時は光出力は0となる。
(イ)は斜視図、同図(ロ)は信号光と放射光特性
の関係を示したものである。すなわち、信号電圧が0の
時には光出力は100%光導波路の光出射端から出射し、
分岐光導波路2aと2bの光の位相差がλ/2を与える電圧V
πまたは−Vπの時は光出力は0となる。
それ以外の,すなわち、光出射端から出射しない光は
当然のことながら光導波路から外に洩れ出し損失とな
る。この洩れ光が,いわゆる、放射光10であり分岐光導
波路2aと2bの合波点22から放射される。
当然のことながら光導波路から外に洩れ出し損失とな
る。この洩れ光が,いわゆる、放射光10であり分岐光導
波路2aと2bの合波点22から放射される。
この放射光10は同図(イ)に示したごとく合波点22か
ら両側やゝ下方の基板1内に広がった光ビームとして放
射される。そして、その光パワーの合計と位相は同図
(ロ)の破線に示したごとく、実線に示した信号光
と丁度相補な関係にある。
ら両側やゝ下方の基板1内に広がった光ビームとして放
射される。そして、その光パワーの合計と位相は同図
(ロ)の破線に示したごとく、実線に示した信号光
と丁度相補な関係にある。
以上の説明からわかるように、本発明の構成によれ
ば、動作点がずれた場合に分岐光導波路2aおよび2bの合
波点22から放射される放射光を、合波点22近傍の基板1
上に形成した溝4の傾斜面40で反射させて基板1の裏面
に導出し、モニタ光として光検知器5で受光し、電気信
号に変換した出力の変化に応じて、前記電極3a,3bに印
加される直流バイアスを変化させ光変調器の動作点を制
御するので、常に正しい動作点に保持され,しかも、信
号光の光パワーに何ら影響を与えることなく,したがっ
て、光ファイバの伝送距離の短縮を招くような問題は一
切生じることがない。
ば、動作点がずれた場合に分岐光導波路2aおよび2bの合
波点22から放射される放射光を、合波点22近傍の基板1
上に形成した溝4の傾斜面40で反射させて基板1の裏面
に導出し、モニタ光として光検知器5で受光し、電気信
号に変換した出力の変化に応じて、前記電極3a,3bに印
加される直流バイアスを変化させ光変調器の動作点を制
御するので、常に正しい動作点に保持され,しかも、信
号光の光パワーに何ら影響を与えることなく,したがっ
て、光ファイバの伝送距離の短縮を招くような問題は一
切生じることがない。
第1図は本発明の実施例を示す図で、同図(イ)は上
面図、同図(ロ)はX−X断面図である。
面図、同図(ロ)はX−X断面図である。
基板1には大きさ30mm×2mm,厚さ1mmのLiNbO3のZ板
の表面を鏡面研磨して使用した。
の表面を鏡面研磨して使用した。
この基板の上にTiを約100nmの厚さに真空蒸着し、分
岐光導波路2aおよび2bを含む光導波路に相当する部分に
Tiが残るように通常のホトエッチング法で処理したの
ち、約1050℃,酸素中で10時間加熱しTiをLiNbO3中に熱
拡散させて深さ約5μmの光導波路を形成した。
岐光導波路2aおよび2bを含む光導波路に相当する部分に
Tiが残るように通常のホトエッチング法で処理したの
ち、約1050℃,酸素中で10時間加熱しTiをLiNbO3中に熱
拡散させて深さ約5μmの光導波路を形成した。
分岐光導波路部分の長さは20mm,光導波路の幅は7μ
mになるように調整した。分岐光導波路2aおよび2bの間
隔は約15μmとし、分岐部および合波部の角度は2゜に
形成した。
mになるように調整した。分岐光導波路2aおよび2bの間
隔は約15μmとし、分岐部および合波部の角度は2゜に
形成した。
次いで、バッファ層としてSiO2を500nmの厚さにスパ
ッタ法で形成した。
ッタ法で形成した。
電極3a(進行波信号電極)および電極3b(接地電極)
はTi−Au合金膜を蒸着したのち、分岐光導波路2aおよび
2b上に所定の電極形状にパターンエッチングし、さら
に、その上に厚さ8μmのAuをめっきにより付着形成し
た。終端抵抗RTは電極3aおよび3bの特性インピーダンス
に合わせて50Ωになるように調整した。光ファイバ6に
は定偏波ファイバおよびシングルモード光ファイバを用
いた。
はTi−Au合金膜を蒸着したのち、分岐光導波路2aおよび
2b上に所定の電極形状にパターンエッチングし、さら
に、その上に厚さ8μmのAuをめっきにより付着形成し
た。終端抵抗RTは電極3aおよび3bの特性インピーダンス
に合わせて50Ωになるように調整した。光ファイバ6に
は定偏波ファイバおよびシングルモード光ファイバを用
いた。
4は溝で放射光10のいずれか一方の光路に交叉するよ
うに形成され、放射光10の少なくとも一部が反射されて
基板1の裏面に導出されるような傾斜面を持つている。
5は光検知器で前記傾斜面で反射された放射光を受光す
るように位置させて基板1の裏面に近接配置するか,あ
るいは、光学接着剤などで接着固定する。
うに形成され、放射光10の少なくとも一部が反射されて
基板1の裏面に導出されるような傾斜面を持つている。
5は光検知器で前記傾斜面で反射された放射光を受光す
るように位置させて基板1の裏面に近接配置するか,あ
るいは、光学接着剤などで接着固定する。
光検知器5で受光された光は電気信号に変換され、信
号処理・制御回路部90に入力し、光検知器5の出力電気
信号の変化に応じて、電極3a,3bに印加される電源9の
直流バイアスを変化させ、光変調器の動作点を制御する
ように構成する。
号処理・制御回路部90に入力し、光検知器5の出力電気
信号の変化に応じて、電極3a,3bに印加される電源9の
直流バイアスを変化させ、光変調器の動作点を制御する
ように構成する。
なお、前記の諸図面で説明したものと同等の部分につ
いては同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明
は省略する。
いては同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明
は省略する。
第2図は本発明の要部を示す図で、同図(イ)は拡大
斜視図、同図(ロ)は断面模式図である。
斜視図、同図(ロ)は断面模式図である。
上記に記載した分岐光導波路条件では、放射光10は信
号光に対して1〜2゜の角度をなして広がってくるの
で、溝4は合波後の導波路にほゞ直角に形成すればよ
い。溝4の位置と形状は,たとえば、図中に示したl=
1mm,d=30μm,溝の長さ=100μm,溝の巾=50μm、溝の
深さ=30μm程度にし、溝4の傾斜面40が垂線とのなす
傾斜角θ=35〜55゜程度にすればよい。
号光に対して1〜2゜の角度をなして広がってくるの
で、溝4は合波後の導波路にほゞ直角に形成すればよ
い。溝4の位置と形状は,たとえば、図中に示したl=
1mm,d=30μm,溝の長さ=100μm,溝の巾=50μm、溝の
深さ=30μm程度にし、溝4の傾斜面40が垂線とのなす
傾斜角θ=35〜55゜程度にすればよい。
このような溝4を具体的に形成する方法としては,た
とえば、基板1上にAu膜を蒸着し溝4を形成する所定位
置に50×100μmの大きさの孔部をエッチングで形成し
てマスクとし、40℃,50%の弗酸中で100分間エッチング
を行うと傾斜角θ=約35゜の前記形状の溝4が容易に得
られる。
とえば、基板1上にAu膜を蒸着し溝4を形成する所定位
置に50×100μmの大きさの孔部をエッチングで形成し
てマスクとし、40℃,50%の弗酸中で100分間エッチング
を行うと傾斜角θ=約35゜の前記形状の溝4が容易に得
られる。
なお、上記実施例では、放射光の取り出しは光導波路
の片側から、1個の溝4の傾斜面40からの反射光により
行ったが、光導波路の両側に溝4を形成して両側の放射
光10を利用し、モニタ光の受光強度を上げて感度を高め
るようにしてもよい。
の片側から、1個の溝4の傾斜面40からの反射光により
行ったが、光導波路の両側に溝4を形成して両側の放射
光10を利用し、モニタ光の受光強度を上げて感度を高め
るようにしてもよい。
以上述べた実施例は一例を示したもので、本発明の趣
旨に添うものである限り、使用する素材や構成など適宜
好ましいもの、あるいはその組み合わせを用いてよいこ
とは言うまでもない。
旨に添うものである限り、使用する素材や構成など適宜
好ましいもの、あるいはその組み合わせを用いてよいこ
とは言うまでもない。
以上説明したように、本発明の構成によれば、動作点
がずれた場合に分岐光導波路2aおよび2bの合波点22から
放射される放射光をモニタ光として基板1の裏面に取り
出し、光検知器5と信号処理・制御回路部90で動作点の
ずれを検知し電源9にフィードバックして、DCバイアス
の調整を行ない常に正しい動作点に保持するので、極め
て簡易な構成で,かつ、信号光の光パワーに何ら影響を
与えることなく,すなわち、光ファイバの伝送距離の短
縮を招くことがない。したがって、高速・長距離光通信
用の光変調器の性能,信頼性の向上に寄与するところが
極めて大きい。
がずれた場合に分岐光導波路2aおよび2bの合波点22から
放射される放射光をモニタ光として基板1の裏面に取り
出し、光検知器5と信号処理・制御回路部90で動作点の
ずれを検知し電源9にフィードバックして、DCバイアス
の調整を行ない常に正しい動作点に保持するので、極め
て簡易な構成で,かつ、信号光の光パワーに何ら影響を
与えることなく,すなわち、光ファイバの伝送距離の短
縮を招くことがない。したがって、高速・長距離光通信
用の光変調器の性能,信頼性の向上に寄与するところが
極めて大きい。
第1図は本発明の実施例を示す図、 第2図は本発明の要部を示す図、 第3図は合波点における放射光を説明する図、 第4図は従来の安定化外部変調器の構成例を示す図であ
る。 図において、 1は基板、 2a,2bは分岐光導波路、 3a,3bは電極、 4は溝、 5,8は光検知器、 6は光ファイバ、 7は半導体レーザ、 9は電源、 10は放射光、 22は合波点、 40は傾斜面、 90は信号処理・制御回路部である。
る。 図において、 1は基板、 2a,2bは分岐光導波路、 3a,3bは電極、 4は溝、 5,8は光検知器、 6は光ファイバ、 7は半導体レーザ、 9は電源、 10は放射光、 22は合波点、 40は傾斜面、 90は信号処理・制御回路部である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−145623(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/00 - 1/055 505 G02F 1/29 - 1/313
Claims (1)
- 【請求項1】電気光学効果を有する基板(1)上に、分
岐光導波路(2a,2b)と該分岐光導波路(2a,2b)を伝播
する光の間に位相差を生じさせるように形成された電極
(3a,3b)とを少なくとも設けたマッハツエンダ型光変
調器において、 前記分岐光導波路(2a,2b)の合波点(22)近傍の前記
基板(1)上に傾斜面(40)を有する溝(4)を形成
し、前記合波点(22)から放射される放射光を前記傾斜
面(40)で反射させて前記基板(1)の裏面に導出し、
光検知器(5)で受光変換した出力電気信号の変化に応
じて、前記電極(3a,3b)に印加される直流バイアスを
変化させ、光変調器の動作点を制御することを特徴とし
た光変調器。
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