JP4138760B2

JP4138760B2 - Light modulator

Info

Publication number: JP4138760B2
Application number: JP2005034697A
Authority: JP
Inventors: 健治河野; 雅也名波; 宏明仙田; 武本藤; 靖二内田; 勇治佐藤; 中平　　徹
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2025-02-10
Also published as: JP2006220949A

Description

本発明は、光導波路に入射した光を電気光学効果を利用して高周波電気信号で変調して光信号パルスとして出射する光変調器に関する。 The present invention relates to an optical modulator that modulates light incident on an optical waveguide with a high-frequency electric signal using an electro-optic effect and emits the light as an optical signal pulse.

近年、高速、大容量の光通信システムが実用化されている。このような高速、大容量の光通信システムに組込むための高速、小型、かつ低価格の光変調器の開発が求められている。 In recent years, high-speed and large-capacity optical communication systems have been put into practical use. There is a demand for the development of a high-speed, small, and low-cost optical modulator to be incorporated into such a high-speed, large-capacity optical communication system.

このような要望に応える光変調器として、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ₃）のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板（以下、ＬＮ基板と略す）に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器（以下、ＬＮ光変調器と略す）がある。このＬＮ光変調器は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ/ｓ、１０Ｇｂｉｔ/ｓの大容量光通信システムに適用されている。最近はさらに４０Ｇｂｉｔ/ｓの超大容量光通信システムにも適用が検討されている。 As an optical modulator that meets such demands, a light modulator such as lithium niobate (LiNbO ₃ ) is used for a substrate having a so-called electro-optical effect (hereinafter abbreviated as an LN substrate) whose refractive index changes by applying an electric field. There is a traveling wave electrode type lithium niobate optical modulator (hereinafter abbreviated as an LN optical modulator) in which a waveguide and a traveling wave electrode are formed. This LN optical modulator is applied to a large capacity optical communication system of 2.5 Gbit / s and 10 Gbit / s because of its excellent chirping characteristics. Recently, application to an ultra-high capacity optical communication system of 40 Gbit / s is also being studied.

以下、従来、実用化され、又は提唱されてきたリチウムナイオベートの電気光学効果を利用した各ＬＮ光変調器の特徴を順番に説明していく。 Hereinafter, the characteristics of each LN optical modulator using the electro-optic effect of lithium niobate, which has been practically used or proposed, will be described in order.

（第１従来例）
図４は、ｚ−カットＬＮ基板を用いて構成した第１従来例のＬＮ光変調器の斜視図であり、図５は図４のＡ−Ａ’線における断面図である。 (First conventional example)
4 is a perspective view of a first conventional LN optical modulator configured using a z-cut LN substrate, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

ｚ−カットＬＮ基板１上に光導波路３が形成されている。この光導波路３は、金属Ｔｉを１０５０℃で約１０時間熱拡散して形成した光導波路であり、マッハツェンダ干渉系（あるいは、マッハツェンダ光導波路）を構成している。したがって、光導波路３には、電気信号と光が相互作用する部（相互作用部と言う）における２本の光導波路３ａ、３ｂ（あるいは、相互作用光導波路）、つまりマッハツェンダ光導波路の２本のアームが形成されている。 An optical waveguide 3 is formed on the z-cut LN substrate 1. The optical waveguide 3 is an optical waveguide formed by thermally diffusing metal Ti at 1050 ° C. for about 10 hours, and constitutes a Mach-Zehnder interference system (or Mach-Zehnder optical waveguide). Therefore, the optical waveguide 3 includes two optical waveguides 3a and 3b (or interactive optical waveguides) in an area where an electrical signal and light interact (referred to as an interaction section), that is, two Mach-Zehnder optical waveguides. An arm is formed.

この光導波路３の上面にＳｉＯ₂バッファ層２が形成され、このＳｉＯ₂バッファ層２の上面に進行波電極４が形成されている。進行波電極４としては、１つの中心導体４ａと２つの接地導体４ｂ、４ｃを有するコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を用いることを想定する。 An SiO ₂ buffer layer 2 is formed on the upper surface of the optical waveguide 3, and a traveling wave electrode 4 is formed on the upper surface of the SiO ₂ buffer layer 2. As the traveling wave electrode 4, it is assumed that a coplanar waveguide (CPW) having one central conductor 4a and two ground conductors 4b and 4c is used.

光導波路３ａ、３ｂを導波する光が中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃからなる進行波電極４を構成する金属（一般に、Ａｕを用いる）から受ける吸収損を抑えるためと、進行波電極４を導波する電気信号のマイクロ波等価屈折率（あるいは、進行波電極のマイクロ波等価屈折率）ｎ_mを低減し光導波路３ａ、３ｂを導波する光の等価屈折率（あるいは、光導波路の等価屈折率）ｎ_oに近づけるとともに、特性インピーダンスをなるべく５０Ωに近づけるために、進行波電極４とｚ−カットＬＮ基板１との間には、通常、４００ｎｍ〜１μｍ程度の厚いＳｉＯ₂バッファ層２を堆積する。 In order to suppress the absorption loss that the light guided through the optical waveguides 3a and 3b receives from the metal (generally using Au) constituting the traveling wave electrode 4 composed of the central conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c, the traveling wave electrode 4 microwave equivalent refractive index of the electric signal for guiding (or traveling wave microwave equivalent refractive index of the electrode) n _m a reduced optical waveguide 3a, the equivalent refractive index of 3b a guiding light (or of the optical waveguide In order to make the equivalent refractive index (n0) close to n _o and the characteristic impedance as close to 50Ω as possible, a thick SiO ₂ buffer layer 2 of about 400 nm to 1 μm is usually provided between the traveling wave electrode 4 and the z-cut LN substrate 1. To deposit.

図６に進行波電極の中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間に電界を印加した際における電気力線５の分布を示す。この図６から理解できるように、２つの光導波路３ａ、３ｂを横切る電気力線５の向きは互いに逆向きである。そのため、中心導体４ａの下にある光導波路３ｂを伝搬する光の位相変化量をΔφ₁、接地導体４ｂの下にある光導波路３ａを伝搬する光の位相変化量をΔφ₂とすると、Δφ₁とΔφ₂の符号は異なっている。 FIG. 6 shows the distribution of the lines of electric force 5 when an electric field is applied between the central conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c of the traveling wave electrode. As can be understood from FIG. 6, the directions of the electric lines of force 5 across the two optical waveguides 3a and 3b are opposite to each other. Therefore, if the phase change amount of light propagating through the optical waveguide 3b under the central conductor 4a is Δφ ₁ , and the phase change amount of light propagating through the optical waveguide 3a under the ground conductor 4b is Δφ ₂ , then Δφ ₁ And Δφ ₂ have different signs.

マッハツェンダ光導波路では２本の光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の位相差Δφ_t（＝｜Δφ₁｜＋｜Δφ₂｜）をπとすることにより、合成された光のＯＦＦ状態を実現でき、この光変調器で光信号パルスを形成できる。 In the Mach-Zehnder optical waveguide, the OFF state of the synthesized light can be realized by setting the phase difference Δφ _t (= | Δφ ₁ | + | Δφ ₂ |) of the light propagating through the two optical waveguides 3a and 3b to π. This optical modulator can form an optical signal pulse.

ところが、この第１従来例のｚ-カットＬＮ光変調器で形成した光信号パルスには数１０Ｋｍの長さの単一モード光ファイバー内を伝搬した際に、パルスの形が崩れる、いわゆるチャーピングが発生するという問題点がある。次にこれについて説明する。 However, the optical signal pulse formed by the z-cut LN optical modulator of the first conventional example has a so-called chirping in which the shape of the pulse collapses when propagating through a single mode optical fiber having a length of several tens of kilometers. There is a problem that it occurs. Next, this will be described.

図６から理解できるように、中心導体４ａの幅は接地導体４ｂ、４ｃの幅より小さく、その幅はほぼ光導波路３ｂの幅と同じで６μｍ〜１１μｍ程度である。したがって、中心導体４ａの下にある光導波路３ｂを伝搬する光と電気力線５との相互作用の効率は高い。一方、接地導体４ｂ、４ｃは幅が広いので中心導体４ａから出た電気力線５は接地導体４ｂ、４ｃに広く分布し、接地導体４ｂ側の光導波路３ａと電気力線５との相互作用の効率は低い。近似的に位相変化量は、｜Δφ₁｜≒５｜Δφ₂｜となる。 As can be understood from FIG. 6, the width of the center conductor 4a is smaller than the width of the ground conductors 4b and 4c, and the width is approximately the same as the width of the optical waveguide 3b and is about 6 μm to 11 μm. Therefore, the interaction efficiency between the light propagating through the optical waveguide 3b under the central conductor 4a and the lines of electric force 5 is high. On the other hand, since the ground conductors 4b and 4c are wide, the electric force lines 5 emitted from the center conductor 4a are widely distributed in the ground conductors 4b and 4c, and the interaction between the optical waveguide 3a on the ground conductor 4b side and the electric force lines 5 is achieved. Is less efficient. The amount of phase change is approximately | Δφ ₁ | ≈5 | Δφ ₂ |.

そのため、この第１従来例のＬＮ光変調器を用いて形成した光信号パルスにはチャーピングが生じる。ちなみに、チャーピングの度合いを表すアルファパラメータ（あるいは、αパラメータ）はこの光変調器から出力される光信号パルスが有する位相φと強度（パワー）Ｅとを用いて(1)式のように表現できる（非特許文献１）。 For this reason, chirping occurs in the optical signal pulse formed by using the LN optical modulator of the first conventional example. Incidentally, the alpha parameter (or α parameter) representing the degree of chirping is expressed as in equation (1) using the phase φ and intensity (power) E of the optical signal pulse output from this optical modulator. Yes (Non-Patent Document 1).

α＝［ｄφ／ｄｔ］／［（１／Ｅ）（ｄＥ／ｄｔ）］ …(1)
このように、αパラメータは、出力される光信号パルスが有する位相変化量と強度変化量を用いて表現できる。 α = [dφ / dt] / [(1 / E) (dE / dt)] (1)
Thus, the α parameter can be expressed using the phase change amount and the intensity change amount of the output optical signal pulse.

さらに、具体的には、αパラメータは、(1)式を発展させた(2)式で表現できる。 More specifically, the α parameter can be expressed by equation (2) obtained by developing equation (1).

α＝（Γ₁―Γ₂）／（Γ₁＋Γ₂） …(2)
Γ₁；電気信号（振幅）と光導波路１（３ａ）を伝搬する光（パワー）との１で規格化した重なり積分で示した効率
Γ₂；電気信号（振幅）と光導波路２（３ｂ）を伝搬する光（パワー）との１で規格化した重なり積分で示した効率
以上のように、図４、図５に示した第１従来例のＬＮ光変調器で生成された光信号パルスにチャーピングが発生する原因は中心導体４ａ側の光導波路３ｂと接地導体４ｂ側の光導波路３ａに発生する位相変化量の絶対値が同じでないことに起因する。 α = (Γ ₁ −Γ ₂ ) / (Γ ₁ + Γ ₂ ) (2)
Γ ₁ ; Efficiency shown by overlap integral normalized by 1 between the electric signal (amplitude) and the light (power) propagating in the optical waveguide 1 (3a) Γ ₂ ; Electric signal (amplitude) and the optical waveguide 2 (3b) As described above, the efficiency of the optical signal pulse generated by the LN optical modulator of the first conventional example shown in FIGS. 4 and 5 is as follows. The cause of the chirping is that the absolute value of the phase change amount generated in the optical waveguide 3b on the center conductor 4a side and the optical waveguide 3a on the ground conductor 4b side is not the same.

（第２従来例）
図７は、上述した第１従来例の問題点を解消するために提唱された第２従来例のＬＮ光変調器の断面図である。なお、図５に示す第１従来例のＬＮ光変調器と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。 (Second conventional example)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the LN optical modulator of the second conventional example proposed in order to solve the problems of the first conventional example. The same parts as those of the LN optical modulator of the first conventional example shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the overlapping parts is omitted.

この第２従来例のＬＮ光変調器においては、進行波電極として、２つの中心導体６ａ、６ｂと３つの接地導体７ａ、７ｂ、７ｃが形成されている。すなわち、第１従来例に示したＣＰＷ電極が２つ使用されており、２電極型、あるいはプッシュプル型ＣＰＷ進行波電極と呼ばれている。したがって、中心導体６ａ、６ｂと接地導体７ａ、７ｂ、７ｃとの間に図７に示す電気力線８が生じる。 In the LN optical modulator of the second conventional example, two central conductors 6a and 6b and three ground conductors 7a, 7b and 7c are formed as traveling wave electrodes. That is, two CPW electrodes shown in the first conventional example are used, which is called a two-electrode type or push-pull type CPW traveling wave electrode. Therefore, the electric lines of force 8 shown in FIG. 7 are generated between the center conductors 6a, 6b and the ground conductors 7a, 7b, 7c.

この第２従来例においては、光導波路３ａ、３ｂは各々幅の等しい２つのＣＰＷ電極の中心導体６ａ、６ｂの直下にあるので、光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の位相変化量は絶対値が等しく符号が逆となり、原理的にチャーピングゼロを実現できるはずである。 In the second conventional example, since the optical waveguides 3a and 3b are directly below the central conductors 6a and 6b of the two CPW electrodes having the same width, the phase change amount of the light propagating through the optical waveguides 3a and 3b is an absolute value. Are equal and the sign is reversed, and chirping zero should be realized in principle.

ところが、前述のように、光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の位相変化量は絶対値が等しく符号が正確に逆でなければならないため、この第２従来例のＬＮ光変調器をチャーピングゼロ状態で動作させるためには、中心導体６ａ、６ｂには正確に正、負逆位相の電気信号を加える必要があり、極めて難しい問題を生じる。 However, as described above, the phase change amount of the light propagating through the optical waveguides 3a and 3b must have the same absolute value and the opposite sign, so that the LN optical modulator of the second conventional example is chirped to zero. In order to operate in a state, it is necessary to accurately apply positive and negative electrical signals to the center conductors 6a and 6b, which causes a very difficult problem.

つまり、集積回路（Integrated Circuit ：ＩＣ）の異なるポートから出る２つの逆位相の電気信号が、ＩＣを出た後に中心導体６ａ、６ｂに加わる際の位相を正確に正、負逆位相とすることは、ＩＣからの出力後、進行波電極の各中心導体６ａ、６ｂにおける各相互作用部までの電気的長さを完全に同じにするとともに、電気波形の立ち上がり、立下りの形状まで同じにすることを意味しており、実際には技術的に多大の手間と時間と困難性との課題がある。 In other words, the phases when two anti-phase electrical signals output from different ports of an integrated circuit (IC) are applied to the central conductors 6a and 6b after exiting the IC are accurately set to positive and negative anti-phases. After the output from the IC, the electrical length to each interaction part in each central conductor 6a, 6b of the traveling wave electrode is made completely the same, and the rising and falling shapes of the electric waveform are made the same. In fact, there is a problem of technically much labor, time and difficulty.

（第３従来例）
図８は上述した第２従来例の問題点を解消するために特許文献１にて提唱された第３従来例のＬＮ光変調器の平面図であり、図９は図８のＢ−Ｂ’線における断面図である。なお、図５、図６に示す第１従来例のＬＮ光変調器と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。 (Third conventional example)
FIG. 8 is a plan view of the LN optical modulator of the third conventional example proposed in Patent Document 1 in order to solve the above-described problems of the second conventional example, and FIG. 9 is a BB ′ diagram of FIG. It is sectional drawing in a line. The same parts as those of the LN optical modulator of the first conventional example shown in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the overlapping parts is omitted.

この第３従来例のＬＮ光変調器においては、光導波路９にはマッハツェンダ光導波路を構成する２本の光導波路９ａ、９ｂが形成されている。また、進行波電極として、２つの中心導体１０ａ、１０ｂと３つの接地導体１１ａ、１１ｂ、１１ｃが形成されている。さらに、ｚ−カットＬＮ基板１は分極を反転していない領域１ａと分極を反転した領域１ｂとで構成されている。具体的には、ｚ−カットＬＮ基板１は２本の光導波路９ａ、９ｂ相互間の中心付近を境界として、分極が反転されている。光導波路９ａ側が分極を反転していない領域１ａに対応し、光導波路９ｂ側が分極を反転した領域１ｂに対応する。中心導体１０ａ、１０ｂと接地導体１１ａ、１１ｂ、１１ｃとの間に図９に示す電気力線１２が生じる。 In the third conventional LN optical modulator, the optical waveguide 9 is formed with two optical waveguides 9a and 9b constituting a Mach-Zehnder optical waveguide. In addition, two central conductors 10a and 10b and three ground conductors 11a, 11b, and 11c are formed as traveling wave electrodes. Further, the z-cut LN substrate 1 is composed of a region 1a where the polarization is not reversed and a region 1b where the polarization is reversed. Specifically, the polarization of the z-cut LN substrate 1 is reversed with the vicinity of the center between the two optical waveguides 9a and 9b as a boundary. The optical waveguide 9a side corresponds to the region 1a where the polarization is not inverted, and the optical waveguide 9b side corresponds to the region 1b where the polarization is inverted. The electric lines of force 12 shown in FIG. 9 are generated between the center conductors 10a and 10b and the ground conductors 11a, 11b and 11c.

このような第３従来例のＬＮ光変調器の動作原理を説明する。まず、光導波路９に入射した光は、マッハツェンダ光導波路を構成する２本の光導波路９ａ、９ｂを伝搬するように２分岐される。一方、中心導体１０も２つの中心導体１０ａ、１０ｂに２分岐されているので、電気信号は図９に示すように、光導波路９ａ、９ｂに同方向に印加される。 The operating principle of the third conventional LN optical modulator will be described. First, the light incident on the optical waveguide 9 is branched into two so as to propagate through the two optical waveguides 9a and 9b constituting the Mach-Zehnder optical waveguide. On the other hand, since the central conductor 10 is also bifurcated into two central conductors 10a and 10b, an electric signal is applied to the optical waveguides 9a and 9b in the same direction as shown in FIG.

通常、ｚ−カット光変調器は光導波路９を製作するための金属Ｔｉの拡散状態から基板表面として−ｚ面が使用される。従って、分極を反転していない領域１ａでは−ｚ面を、分極を反転した領域１ｂでは＋ｚ面を使用している。電気光学的には−ｚ面と＋ｚ面に電界を印加すると、生じる屈折率変化は絶対値が等しく符号が逆である。 Usually, in the z-cut optical modulator, a −z plane is used as a substrate surface from the diffusion state of metal Ti for manufacturing the optical waveguide 9. Therefore, the -z plane is used in the region 1a where the polarization is not inverted, and the + z plane is used in the region 1b where the polarization is inverted. In terms of electro-optics, when an electric field is applied to the −z plane and the + z plane, the resulting refractive index changes have the same absolute value and opposite signs.

この第３従来例では、ｚ−カットＬＮ基板１はマッハツェンダ光導波路の中心付近を境界として分極を反転しているので、図９に示す同方向の電気力線１２によっても、光導波路９ａ、９ｂを伝搬する光の位相変化は符号が逆となる。したがって、光導波路９ａ、９ｂを伝搬する光の位相変化を絶対値が同じで符号が逆とすることにより、このＬＮ光変調器から出力される光信号パルスのチャーピングを低減している。 In the third conventional example, since the z-cut LN substrate 1 has its polarization reversed around the center of the Mach-Zehnder optical waveguide, the optical waveguides 9a and 9b are also generated by the electric force lines 12 in the same direction shown in FIG. The sign of the phase change of the light propagating through is reversed. Therefore, the phase change of the light propagating through the optical waveguides 9a and 9b has the same absolute value and the opposite sign, thereby reducing the chirping of the optical signal pulse output from the LN optical modulator.

しかしながら、この第３従来例のＬＮ光変調器においてもまだ次のような課題があった。 However, the third conventional LN optical modulator still has the following problems.

一般に、ＬＮ光変調器は３インチから４インチの大きさのｚ−カットＬＮ基板１上に製作するが、各ＬＮ光変調器は１５μｍ〜３０μｍ程度のギャップを有するマッハツェンダ光導波路９ａ、９ｂを有している。図８に示した第３従来例のＬＮ光変調器を製作する工程のうち、光導波路を実際に製作する工程について考える。 In general, an LN optical modulator is manufactured on a z-cut LN substrate 1 having a size of 3 inches to 4 inches. Each LN optical modulator has Mach-Zehnder optical waveguides 9a and 9b having a gap of about 15 μm to 30 μm. is doing. Of the processes for manufacturing the LN optical modulator of the third conventional example shown in FIG. 8, the process for actually manufacturing the optical waveguide will be considered.

まず、マッハツェンダ光導波路９の２本の光導波路９ａ、９ｂのギャップの中心を境界として分極を反転する。この分極を反転する工程には、ｚ−カットＬＮ基板１における所望の位置の上面と下面全面に電極をパターニングした後、高電界を印加して分極ドメインを反転させた後、上下に形成した電極をエッチングはく離する。次に、分極を反転した境界が２本の光導波路９ａ、９ｂのギャップの中央に合うようにマッハツェンダ光導波路用のフォトレジストパターンを形成するとともに、金属Ｔｉを蒸着・リフトオフする。最後に、形成された金属Ｔｉパターンを熱拡散し、マッハツェンダ光導波路９を形成する。 First, the polarization is inverted with the center of the gap between the two optical waveguides 9a and 9b of the Mach-Zehnder optical waveguide 9 as a boundary. In the step of reversing the polarization, after electrodes are patterned on the entire upper surface and lower surface of the desired position in the z-cut LN substrate 1, the polarization domain is reversed by applying a high electric field, and then the electrodes formed vertically The etching is peeled off. Next, a photoresist pattern for a Mach-Zehnder optical waveguide is formed so that the boundary where the polarization is inverted is aligned with the center of the gap between the two optical waveguides 9a and 9b, and metal Ti is deposited and lifted off. Finally, the formed metal Ti pattern is thermally diffused to form the Mach-Zehnder optical waveguide 9.

分極を反転していない領域１ａと分極を反転した領域１ｂでは基板の物性が異なるため、光導波路９ａ、９ｂを形成するための金属Ｔｉがｚ−カットＬＮ基板１へ拡散する状態も異なってくる。その結果、光のスポットサイズや伝搬損失について、分極を反転していない領域１ａと分極を反転した領域１ｂとでは異なる。 Since the physical properties of the substrate are different between the region 1a where the polarization is not reversed and the region 1b where the polarization is reversed, the state in which the metal Ti for forming the optical waveguides 9a and 9b diffuses into the z-cut LN substrate 1 also differs. . As a result, the spot size and propagation loss of light differ between the region 1a where the polarization is not inverted and the region 1b where the polarization is inverted.

分極を反転していない領域１ａに形成した光導波路９ａを伝搬する光のスポットサイズが分極を反転した領域１ｂに形成した光導波路９ａ、９ｂを伝搬する光のスポットサイズが異なるということは、中心導体１０ａ、１０ｂと接地導体１１ａ、１１ｂからなる進行波電極を伝搬する電気信号と２本の光導波路９ａ、９ｂを伝搬する光の相互作用の効率（一般には、前述したように、電気信号と光のパワーの重なり積分で表される）が２本の光導波路９ａ、９ｂとで異なることになる。 The fact that the spot size of light propagating through the optical waveguide 9a formed in the non-inverted region 1a is different from the spot size of light propagating through the optical waveguides 9a and 9b formed in the region 1b with inverted polarization is Efficiency of interaction between an electric signal propagating through a traveling wave electrode composed of the conductors 10a and 10b and the ground conductors 11a and 11b and light propagating through the two optical waveguides 9a and 9b (generally, as described above, (Which is expressed by the overlap integral of light power) is different between the two optical waveguides 9a and 9b.

図６に示す第１従来例のＬＮ光変調器で説明したように、２本の光導波路９ａ、９ｂを伝搬する光の位相変化量の絶対値が異なると、ＬＮ光変調器から出射された光信号パルスがチャーピング特性を持つことになり、チャーピングを極めて小さくするという課題の充分な解決にはなってはいない。 As described in the LN optical modulator of the first conventional example shown in FIG. 6, when the absolute value of the phase change amount of the light propagating through the two optical waveguides 9a and 9b is different, the light is emitted from the LN optical modulator. The optical signal pulse has a chirping characteristic, and it has not been a sufficient solution to the problem of extremely reducing the chirping.

また、分極を反転していない領域１ａと分極を反転した領域１ｂでは伝搬損失も異なるので、２本の光導波路９ａ、９ｂを伝搬する光のパワーに差が生じ、結果的にＬＮ光変調器から出射された光信号パルスにおけるＯＦＦ時の消光比が劣化するという問題もあった。 In addition, since the propagation loss is different between the region 1a where the polarization is not reversed and the region 1b where the polarization is reversed, a difference occurs in the power of the light propagating through the two optical waveguides 9a and 9b, resulting in the LN optical modulator. There is also a problem that the extinction ratio at the time of OFF in the optical signal pulse emitted from the laser beam deteriorates.

さらに最も大きな問題点は、図８から理解できるように、電気信号と光との相互作用部において中心導体１０を２つの中心導体１０ａ、１０ｂに２分割する必要がある。ここで、中心導体１０ａ、１０ｂの部分において５０Ω系とすると分割前は２５Ω程度と低くなるし、分割部において５０Ω系とすると、分割後の中心導体１０ａ、１０ｂの部分においては１００Ω程度と高くなるというインピーダンス不整合という重大な問題を原理的に持っている。あるいはこの分岐部の寸法精度上及び材料特性上の出来・不出来が反射特性（Ｓ_１１特性）に大きく影響し、結果的にＬＮ光変調器の製造時における歩留まりに大きな影響があるという難しい問題を抱えていた。 Further, as can be understood from FIG. 8, it is necessary to divide the central conductor 10 into two central conductors 10a and 10b at the interaction portion between the electric signal and the light, as can be understood from FIG. Here, if the 50Ω system is used in the central conductors 10a and 10b, the value is about 25Ω before the division, and if the 50Ω system is used in the divided part, the part of the central conductors 10a and 10b after the division is about 100Ω. In principle, it has a serious problem of impedance mismatch. Alternatively this can, poor workmanship on bifurcation dimensional accuracy of and on the material properties significantly affect the reflection characteristic (S ₁₁ characteristics), difficult problem that results in a big impact on the yield in the manufacture of the LN optical modulator Was holding.

（第４従来例）
図１０は非特許文献２にて提唱された第４従来例のＬＮ光変調器の平面図である。 (Fourth conventional example)
FIG. 10 is a plan view of a fourth conventional LN optical modulator proposed in Non-Patent Document 2.

この第４従来例のＬＮ光変調器においては、ＬＮ基板は、光の入射側から順番に、分極を反転していない領域１５ａ、分極を反転している領域１５ｂ、および分極を反転していない領域１５ｃに区分けされている。そして、マッハツェンダ光導波路１３を構成する２本の光導波路１３ａ、１３ｂが、ＬＮ基板における分極を反転していない領域１５ａから分極を反転している領域１５ｂを通過している。 In the LN optical modulator of the fourth conventional example, the LN substrate, in order from the light incident side, the non-inverted region 15a, the inverted region 15b, and the uninverted polarization It is divided into regions 15c. Then, the two optical waveguides 13a and 13b constituting the Mach-Zehnder optical waveguide 13 pass through the region 15b where the polarization is inverted from the region 15a where the polarization is not inverted on the LN substrate.

また、進行波電極として、１つの中心導体１４ａと２つの接地導体１４ｂ、１４ｃとが形成されている。中心導体１４ａは、分極を反転していない領域１５ａでは長さＬ／２だけ光導波路１３ｂの上方に、また分極を反転している領域１５ｂにおいても長さＬ／２だけ光導波路１３ａの上方に位置している。なお、ここでは領域１５ｃも分極を反転していない領域とした。 Further, as the traveling wave electrode, one center conductor 14a and two ground conductors 14b and 14c are formed. The central conductor 14a is above the optical waveguide 13b by a length L / 2 in the region 15a where the polarization is not inverted, and above the optical waveguide 13a by a length L / 2 in the region 15b where the polarization is inverted. positioned. Here, the region 15c is also a region where the polarization is not reversed.

この第４従来例の光変調器の特徴は、分極を反転していない領域１５ａにおける中心導体１４ａの長さと分極を反転している領域１５ｂにおける中心導体１４ａの長さがＬ／２と互いに等しいことである。 The optical modulator of the fourth conventional example is characterized in that the length of the central conductor 14a in the non-inverted region 15a and the length of the central conductor 14a in the inverted region 15b are equal to L / 2. That is.

第４従来例においては、２本の光導波路１３ａ、１３ｂを伝搬する各々の光が分極を反転していない領域１５ａと分極を反転している領域１５ｂを伝搬する距離を等しく（＝Ｌ／２）することにより、このＬＮ光変調器から出射される光信号パルスにおけるチャーピングを小さくできるという考え方である。 In the fourth conventional example, each light propagating through the two optical waveguides 13a and 13b has the same distance for propagating through the region 15a where the polarization is not inverted and the region 15b where the polarization is inverted (= L / 2). ) To reduce the chirping in the optical signal pulse emitted from the LN optical modulator.

さて、一般に、電気信号の周波数が高くなると金属が持つ導体損失のために、中心導体１４ａ、接地導体１４ｂ、１４ｃからなる進行波電極を伝搬する電気信号は伝搬とともに弱くなる。この電気信号の伝搬損失のために、分極を反転していない領域１５ａと分極を反転している領域１５ｂの長さがたとえＬ／２と等しくても、電気信号の下流側に位置する分極を反転している領域１５ｂにおいて進行波電極を伝搬する電気信号の強度は分極を反転していない領域１５ａよりも弱い。 Now, in general, when the frequency of an electric signal increases, the electric signal propagating through the traveling wave electrode composed of the center conductor 14a and the ground conductors 14b and 14c becomes weak with propagation due to the conductor loss of the metal. Due to the propagation loss of the electric signal, even if the length of the non-inverted region 15a and the inverted region 15b is equal to L / 2, the polarization located on the downstream side of the electric signal The intensity of the electric signal propagating through the traveling wave electrode in the inverted region 15b is weaker than that in the region 15a where the polarization is not inverted.

その結果、中心導体１４ａと接地導体１４ｂ、１４ｃとの間に印加される電気信号の周波数が高くなると、２本の光導波路１３ａ、１３ｂを伝搬する光の位相差の絶対値は異なってしまう。 As a result, when the frequency of the electric signal applied between the center conductor 14a and the ground conductors 14b and 14c increases, the absolute value of the phase difference of the light propagating through the two optical waveguides 13a and 13b differs.

図１２に、ＬＮ光変調器の中心導体と接地導体間に印加される電気信号の周波数を変化させた場合における、前述した(1)式又は(2)式で求まるチャーピングの大きさを示すαパラメータの変化（αパラメータの周波数特性）を示す。 FIG. 12 shows the magnitude of chirping obtained from the above-described equation (1) or (2) when the frequency of the electric signal applied between the center conductor and the ground conductor of the LN optical modulator is changed. Changes in the α parameter (frequency characteristics of the α parameter) are shown.

第４従来例のＬＮ光変調器においては、図１２の破線特性で示したように、ＤＣ付近の低周波ではチャーピングゼロ（αパラメータがゼロ）をほぼ実現できるものの、高い周波数ではチャーピングが大きくなる。その結果、光変調器から出射された光信号パルスは大きなチャーピングが生じることが理解できる。 In the LN optical modulator of the fourth conventional example, as shown by the broken line characteristic in FIG. 12, chirping zero (α parameter is zero) can be substantially realized at a low frequency near DC, but chirping is performed at a high frequency. growing. As a result, it can be understood that large chirping occurs in the optical signal pulse emitted from the optical modulator.

（第５従来例）
図１１は上述した第４従来例の問題点を解決するために同じく非特許文献２にて提唱された第５従来例のＬＮ光変調器の平面図である。 (Fifth conventional example)
FIG. 11 is a plan view of the LN optical modulator of the fifth conventional example similarly proposed in Non-Patent Document 2 in order to solve the problems of the fourth conventional example.

この第５従来例のＬＮ光変調器においては、ＬＮ基板は、光の入射側から順番に、分極を反転していない領域１８ａ、分極を反転している領域１８ｂ、および分極を反転していない領域１８ｃに区分けされている。そして、マッハツェンダ光導波路１６の２本の光導波路１６ａ、１６ｂの上にある中心導体１７ａの長さをＬ／４、Ｌ／２、Ｌ／４と分け、中心導体１７ａ、接地導体１７ｂ、１７ｃからなる進行波電極を伝搬する電気信号の強度が強い領域と電気信号が弱い領域に各々長さＬ／４だけ分極を反転していない領域を割り当て、電気信号の強度が中位の領域に長さＬ／２だけ分極を反転した領域を割り当てている。このようにして、光と電気信号の相互作用の絶対値をマッハツェンダ光導波路１６の２本の光導波路１６ａ、１６ｂにおいてなるべく近くしている。 In the LN optical modulator of the fifth conventional example, the LN substrate is, in order from the light incident side, the region 18a where the polarization is not inverted, the region 18b where the polarization is inverted, and the polarization is not inverted. It is divided into regions 18c. The length of the central conductor 17a on the two optical waveguides 16a and 16b of the Mach-Zehnder optical waveguide 16 is divided into L / 4, L / 2, and L / 4, and the central conductor 17a and the ground conductors 17b and 17c are separated. A region in which the polarization is not inverted by a length L / 4 is assigned to a region where the intensity of the electric signal propagating through the traveling-wave electrode is strong and a region where the electric signal is weak, respectively. A region in which the polarization is inverted by L / 2 is assigned. In this way, the absolute value of the interaction between the light and the electric signal is made as close as possible in the two optical waveguides 16 a and 16 b of the Mach-Zehnder optical waveguide 16.

その結果、この第５従来例のＬＮ光変調器においては、図１２の実線特性で示したように、チャーピング量を表すαパラメータを、破線特性で示した第４従来例のＬＮ光変調器のαパラメータより大幅に低減させることができる。 As a result, in the LN optical modulator of the fifth conventional example, as shown by the solid line characteristic in FIG. 12, the α parameter representing the chirping amount is represented by the broken line characteristic of the fourth conventional LN optical modulator. The α parameter can be significantly reduced.

しかしながら、図１２の実線特性からも理解できるように、この第５従来例のＬＮ光変調器においても、中心導体と接地導体間に印加される電気信号の周波数の増加に伴って、αパラメータが大きくなっており、高速光変調を行うとＬＮ光変調器から出力される光信号パルスにチャーピングが生じてしまうという問題がある。
特開２００３−２０２５３０号公報 Nadege Courjal et al “Modeling and Optimization of Low Chirp LiNbO3 Mach-Zehnder Modulators With an Inverted Ferroelectric Domain Section “Journal of Lightwave Technology vol.22 No.5 May 2004 Masaki Sugiyama et al “Compact Zero-Chirp LiNbO3 Modulator for 10-Gb/s Small-Factor Transponder” 30th European Conference on Optical Communication Post Deadline Session 2.Th 4.2.3,2004 However, as can be understood from the solid line characteristics of FIG. 12, also in the LN optical modulator of the fifth conventional example, the α parameter increases as the frequency of the electric signal applied between the center conductor and the ground conductor increases. There is a problem that chirping occurs in the optical signal pulse output from the LN optical modulator when high-speed optical modulation is performed.
JP 2003-202530 A Nadege Courjal et al “Modeling and Optimization of Low Chirp LiNbO3 Mach-Zehnder Modulators With an Inverted Ferroelectric Domain Section“ Journal of Lightwave Technology vol.22 No.5 May 2004 Masaki Sugiyama et al “Compact Zero-Chirp LiNbO3 Modulator for 10-Gb / s Small-Factor Transponder” 30th European Conference on Optical Communication Post Deadline Session 2.Th 4.2.3,2004

以上のように、ＬＮ基板に対して分極反転を用いる従来例としては、分極を反転していない領域と反転した領域の境界がマッハツェンダ光導波路を構成する２本のアーム（光導波路）に平行となるように分極を反転した領域を形成する構成（第３従来例）と、その境界が２本のアーム（光導波路）に垂直になるように分極を反転した領域を形成する構成（第４従来例、第５従来例）とがある。 As described above, as a conventional example using polarization reversal for an LN substrate, the boundary between a region where polarization is not reversed and a region where the polarization is reversed is parallel to the two arms (optical waveguides) constituting the Mach-Zehnder optical waveguide. A configuration in which the polarization-inverted region is formed (third conventional example) and a configuration in which the polarization-inverted region is formed so that the boundary is perpendicular to the two arms (optical waveguide) (fourth conventional example) Example, fifth conventional example).

前者の場合、すなわち光導波路を各々異なる分極のＬＮ基板に形成する場合（第３従来例、図８、図９）には、２本のアーム（光導波路）を伝搬する光のスポットサイズが異なっているので、中心導体と接地導体間に印加される電気信号の周波数が０、すなわち、ＤＣ付近においてでさえもチャーピングを極めて小さくすることが難しく、また何よりも中心導体を２分岐せねばならずインピーダンスが不整となるという重大な問題を持っていた。 In the former case, that is, when the optical waveguides are formed on LN substrates having different polarizations (third conventional example, FIGS. 8 and 9), the spot sizes of light propagating through the two arms (optical waveguides) are different. Therefore, it is difficult to make the chirping extremely small even when the frequency of the electric signal applied between the center conductor and the ground conductor is 0, that is, in the vicinity of DC, and above all, the center conductor must be bifurcated. There was a serious problem that the impedance became irregular.

一方、後者の構成において、分極を反転していない相互作用領域と分極を反転した相互作用領域の長さを等しくする場合（第４従来例、図１０）には、ＤＣ付近においてチャーピングがゼロであっても周波数とともにチャーピングが大幅に大きくなる。また、分極を反転していない相互作用領域と分極を反転した相互作用領域の長さを従来の考え方に基づいて異ならしめるように設定する場合（第５従来例、図１１）には、ＤＣ付近においてチャーピングがゼロであっても周波数が大きくなるとチャーピングが生じてしまうという問題があった。 On the other hand, in the latter configuration, when the length of the interaction region where the polarization is not reversed is equal to the length of the interaction region where the polarization is reversed (fourth conventional example, FIG. 10), the chirping is zero near DC. Even so, chirping increases significantly with frequency. In the case where the length of the interaction region in which the polarization is not reversed and the length of the interaction region in which the polarization is reversed is set based on the conventional concept (fifth conventional example, FIG. 11), However, even if chirping is zero, there is a problem that chirping occurs when the frequency increases.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、進行波電極を１つの中心導体と２つの接地導体とで形成する簡単な構造を維持した状態で、たとえ中心導体と接地導体間に印加される高周波電気信号の周波数が変化したとしても、光導波路から出射される光信号パルスに発生するチャーピングの大きさを極力抑制できる光変調器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and maintains a simple structure in which a traveling wave electrode is formed of one central conductor and two ground conductors, even between the central conductor and the ground conductor. An object of the present invention is to provide an optical modulator capable of suppressing the chirping generated in the optical signal pulse emitted from the optical waveguide as much as possible even if the frequency of the applied high-frequency electrical signal changes.

上記課題を解消するために、本発明は、電気光学効果を有する材料からなるとともに、分極を反転しない領域と分極を反転する領域との２種類の領域で形成された基板と、基板の一面側に形成され、入射された光を分岐し合波するための第1、第２の分岐光導波路を備えた光導波路と、各分岐光導波路を伝搬する光と相互作用する高周波電気信号を伝搬させる中心導体及び接地導体からなる相互作用部とを具備し、中心導体は第１、第２の分岐光導波路に対してそれぞれ第１、第２の長さだけ対向し、基板における第１の長さに対向する部分と第２の長さに対向する部分とは互いに異なる方向に分極した領域で形成され、相互作用部の領域で各分岐光導波路を伝搬する光の位相を変調する光変調器に適応される。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises a substrate made of a material having an electro-optic effect, formed of two types of regions, a region where polarization is not reversed and a region where polarization is reversed, and one surface side of the substrate An optical waveguide having first and second branch optical waveguides for branching and multiplexing incident light, and a high-frequency electric signal that interacts with the light propagating through each branch optical waveguide is propagated An interaction portion comprising a center conductor and a ground conductor, the center conductor facing the first and second branch optical waveguides by the first and second lengths, respectively, and a first length on the substrate The optical modulator that modulates the phase of the light propagating through each branch optical waveguide in the region of the interaction portion is formed by regions polarized in different directions from the portion facing the second length and the portion facing the second length. Adapted.

そして、高周波電気信号に基づいた所定の変調周波数の帯域内で、光導波路から出射される光信号パルスのチャーピングの大きさを表すアルファパラメータの符号が変調周波数変化に伴ってプラスからマイナスへ又はマイナスからプラスへ変化するように、第１、第２の長さを設定し、これにより前記第１の長さと前記第２の長さとが異なっており、これにより、光導波路から出射される光信号パルスに発生するチャーピングを抑制する。 The sign of the alpha parameter representing the chirping magnitude of the optical signal pulse emitted from the optical waveguide within the band of the predetermined modulation frequency based on the high-frequency electrical signal is changed from plus to minus with the modulation frequency change. The first and second lengths are set so as to change from minus to plus, whereby the first length and the second length are different, and thereby the light emitted from the optical waveguide Suppresses chirping that occurs in signal pulses.

このように構成された光変調器においては、接地導体とで印加される高周波電気信号の進行波電極すなわち相互作用部を構成する中心導体は第１、第２の分岐光導波路に対して互いに異なる部分でそれぞれ第１、第２の長さだけ対向している。さらに、基板における第１の長さに対向する部分と第２の長さに対向する部分とは互いに異なる種類（分極非反転と分極反転との２種類）の領域で形成されている。 In the optical modulator configured as described above, the traveling wave electrode of the high-frequency electric signal applied to the ground conductor, that is, the central conductor constituting the interaction portion is different from that of the first and second branch optical waveguides. The portions face each other by the first and second lengths. Further, the portion facing the first length and the portion facing the second length in the substrate are formed of different types of regions (two types of polarization non-inversion and polarization inversion).

そして、第１、第２の分岐光導波路を伝搬されている光の位相を相互作用部が正常に互いに異なる方向（異なる符号に）に変調する範囲である、中心導体における第１の光導波路に対向するとともに分極を反転していない領域に対向する第１の長さと、中心導体における第２の光導波路に対向するとともに分極を反転した領域に対向する第２の長さを調整して、使用周波数が含む変調帯域内においてチャーピング量を表すαパラメータの符号をプラスからマイナスへ、あるいはマイナスからプラスへ変更させている。 Then, the first optical waveguide in the central conductor is a range in which the interaction unit normally modulates the phase of the light propagating through the first and second branch optical waveguides in different directions (in different signs) from each other. The first length that faces the region that is opposite and does not reverse the polarization, and the second length that faces the second optical waveguide in the central conductor and that faces the region where the polarization is reversed are used. The sign of the α parameter representing the chirping amount is changed from plus to minus or from minus to plus within the modulation band included in the frequency.

したがって、この光変調器から出力される光信号パルスに生じるチャーピングが平均的に小さくなる。 Therefore, chirping generated in the optical signal pulse output from the optical modulator is reduced on average.

また、別の発明においては、上述した発明の光変調器において、高周波電気信号に基づいた所定の周波数帯域におけるアルファパラメータの周波数についての積分値がほぼゼロとなるように、第１、第２の長さを設定している。 In another invention, in the optical modulator of the invention described above, the first and second values are set so that the integral value for the frequency of the alpha parameter in a predetermined frequency band based on the high-frequency electrical signal is substantially zero. The length is set.

先の発明においてはαパラメータの符号がプラスからマイナスへ、あるいはマイナスからプラスへ変わり、ある１点の周波数においてαパラメータをゼロとしても、光パルスとして必要な周波数帯域内においてαパラメータが平均的にゼロとなっておらず、チャーピングが生じてしまう可能性もある。 In the previous invention, the sign of the α parameter changes from plus to minus or from minus to plus, and even if the α parameter is zero at a certain frequency, the α parameter is averaged within the frequency band required for the optical pulse. It is not zero and there is a possibility that chirping will occur.

実際の光通信に使用されるＮＲＺ、ＲＺ、ソリトン等の光信号パルスは、単一の周波数でなく広い周波数帯域を含んでいる。したがって、光変調器により生成された光信号パルスのチャーピングを極めて小さくするためには、単一周波数だけではなく、光信号パルスが含む所定の周波数帯域内においてαパラメータを平均的にゼロとすることが重要である。 Optical signal pulses such as NRZ, RZ, and soliton that are used in actual optical communication include a wide frequency band instead of a single frequency. Therefore, in order to extremely reduce the chirping of the optical signal pulse generated by the optical modulator, the α parameter is set to zero on average within a predetermined frequency band included in the optical signal pulse as well as a single frequency. This is very important.

そこで、上述したように、基板における互いに異なる種類（分極非反転と分極反転との２種類）の領域に対向する中央導体における第１、第２の長さを調整して、周波数帯域内におけるαパラメータの周波数についての積分値をほぼゼロにしている。したがって、実際の光通信システムにおいてチャーピングが極めて小さな光変調器を提供できる。 Therefore, as described above, the first and second lengths of the central conductor facing the different types of regions (two types of polarization non-inversion and polarization inversion) in the substrate are adjusted, and α in the frequency band is adjusted. The integral value for the parameter frequency is almost zero. Therefore, it is possible to provide an optical modulator with extremely small chirping in an actual optical communication system.

また、別の発明においては、上述した発明の光変調器において、基板における分極を反転しない領域の数及び分極を反転した領域の少なくとも一方の数が複数個ある。 In another invention, in the optical modulator of the above-described invention, there are a plurality of regions in the substrate where the polarization is not reversed and at least one of the regions where the polarization is reversed.

本発明においては、第１、第２の光導波路に対向するととも基板における互い異なる種類（分極非反転と分極反転との２種類）の領域に対向する中央導体における第１、第２の長さを調整して、光信号パルスのチャーピングの大きさを表すアルファパラメータを変調周波数変化に伴ってプラスからマイナスへ又はマイナスからプラスへ変化させている。 In the present invention, the first and second lengths in the central conductor facing the first and second optical waveguides and facing different types of regions (two types of polarization non-inversion and polarization inversion) in the substrate. Is adjusted to change the alpha parameter representing the chirping magnitude of the optical signal pulse from plus to minus or from minus to plus as the modulation frequency changes.

したがって、進行波電極を１つの中心導体と２つの接地導体とで形成する簡単な構造を維持した状態で、たとえ中心導体と接地導体間に印加される高周波電気信号の周波数が変化したとしても、光導波路から出射される光信号パルスに発生するチャーピングの大きさを極力抑制できる。 Therefore, even if the frequency of the high-frequency electrical signal applied between the center conductor and the ground conductor is changed while maintaining a simple structure in which the traveling wave electrode is formed by one center conductor and two ground conductors, The size of chirping generated in the optical signal pulse emitted from the optical waveguide can be suppressed as much as possible.

以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１実施形態）
図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係わる光変調器の概略構成を模式的に示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の光変調器におけるＣ―Ｃ’線の断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）の光変調器におけるＤ―Ｄ’線の断面図である。 (First embodiment)
FIG. 1A is a plan view schematically showing a schematic configuration of the optical modulator according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a CC diagram of the optical modulator of FIG. FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line DD ′ in the optical modulator of FIG.

ｚ−カットＬＮ基板２１上に光導波路１９が形成されている。この光導波路１９は、金属Ｔｉを１０５０℃で約１０時間熱拡散して形成した光導波路であり、マッハツェンダ干渉系（あるいは、マッハツェンダ光導波路）を構成している。したがって、光導波路１９は、この光変調器の左端の入射面に入射した光を導く導入用の光導波路１９ｃと、光変調器の中央部分における分岐光導波路としての２本の光導波路１９ａ、１９ｂと、右端の出射面から光通信パルスを出射する出射用の光導波路１９ｄとで構成されている。 An optical waveguide 19 is formed on the z-cut LN substrate 21. This optical waveguide 19 is an optical waveguide formed by thermally diffusing metal Ti at 1050 ° C. for about 10 hours, and constitutes a Mach-Zehnder interference system (or Mach-Zehnder optical waveguide). Accordingly, the optical waveguide 19 includes an introduction optical waveguide 19c that guides light incident on the leftmost incident surface of the optical modulator, and two optical waveguides 19a and 19b as branch optical waveguides in the central portion of the optical modulator. And an output optical waveguide 19d that emits an optical communication pulse from the right exit surface.

この光導波路１９の上面に４００ｎｍ〜１μｍ程度の厚みを有するＳｉＯ₂バッファ層２２が形成され、このＳｉＯ₂バッファ層２２の上面に進行波電極が形成されている。進行波電極としては、１つの中心導体２０ａと２つの接地導体２０ｂ、２０ｃを有するコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を採用している。この進行波電極における中心導体２０ａと接地導体２０ｂ、２０ｃとの間に、変調信号としての高周波電気信号が印加される。 A SiO ₂ buffer layer 22 having a thickness of about 400 nm to 1 μm is formed on the upper surface of the optical waveguide 19, and a traveling wave electrode is formed on the upper surface of the SiO ₂ buffer layer 22. As the traveling wave electrode, a coplanar waveguide (CPW) having one central conductor 20a and two ground conductors 20b and 20c is employed. A high-frequency electric signal as a modulation signal is applied between the center conductor 20a and the ground conductors 20b and 20c in the traveling wave electrode.

中心導体２０ａは、第１の長さＬ₁だけ第１の分岐光導波路としての光導波路１９ｂの上方に位置し、さらに、第２の長さＬ₂だけ第２の分岐光導波路としての光導波路１９ａの上方に位置している。一方の接地導体２０ｂは中心導体２０ａに対して所定の間隔（ギャップ）を有して、中心導体２０ａの左側（入射面側）に位置し、他方の接地導体２０ｃは中心導体２０ａに対して所定の間隔（ギャップ）を有して、中心導体２０ａの右側（出射面側）に位置している。 The center conductor 20a is located above the first by a length L ₁ first optical waveguide 19b as branched optical waveguide, and further, the optical waveguide of a second by a length L ₂ second branched optical waveguide It is located above 19a. One ground conductor 20b is located on the left side (incident surface side) of the center conductor 20a with a predetermined interval (gap) with respect to the center conductor 20a, and the other ground conductor 20c is predetermined with respect to the center conductor 20a. Are located on the right side (outgoing surface side) of the central conductor 20a.

ｚ−カットＬＮ基板２１は、分極を反転していない領域（―ｚ面領域）２１ａと、分極を反転している領域（＋ｚ面領域）２１ｂとで構成されている。分極を反転していない領域２１ａと、分極を反転をしている領域２１ｂとの境界は、図１（ａ）に点線で示すように、光導波路１９ａ、１９ｂに対して直角に、かつ、中心導体２０ａの第１の長さＬ₁と第２の長さＬ₂と接点を通過する。 The z-cut LN substrate 21 includes a region (a −z plane region) 21 a that is not inverted in polarization and a region (a + z plane region) 21 b that is inverted in polarization. The boundary between the region 21a where the polarization is not reversed and the region 21b where the polarization is reversed is perpendicular to the optical waveguides 19a and 19b as shown by the dotted line in FIG. The conductor 20a passes through the first length L ₁ and the second length L ₂ and the contact.

その結果、中心導体２０ａの第１の長さＬ₁の部分は、第１の分岐光導波路としての光導波路１９ｂとｚ−カットＬＮ基板２１における分極を反転していない領域２１ａに対向している。また、中心導体２０ａの第２の長さＬ₂の部分は、第２の分岐光導波路としての光導波路１９ａとｚ−カットＬＮ基板２１における分極を反転をしている領域２１ｂに対向している。 As a result, the first length L ₁ portion of the center conductor 20a is opposed to the first region 21a that does not invert the polarization of the optical waveguide 19b and z- cut LN substrate 21 as the branched optical waveguides . The second length L ₂ portion of the center conductor 20a is opposed to a region 21b which inverts the polarization of the optical waveguide 19a and z- cut LN substrate 21 as a second branched optical waveguide .

このような構造の光変調器において、中心導体２０ａと接地導体２１ｂ、２１ｃに変調信号としての高周波電気信号を印加した状態、具体的には中心導体２０ａの第１の長さＬ₁側端からマイクロ波を入力した状態において、光をこの光変調器の左端の入射面から入射すると、光は導入用の光導波路１９ｃを通過して、２本の光導波路１９ａ、１９ｂへ分岐される。分岐された各光は、この光導波路１９ａ、１９ｂを伝搬する過程で、中心導体２０ａと接地導体２０ｂ、２０ｃとからなる相互作用部にて、高周波電気信号に応じて位相変調され、出射用の光導波路１９ｄで波形合成されて、出射端から光信号パルスとして出力される。 In the optical modulator having such a structure, the center conductor 20a and the ground conductor 21b, while applying a high frequency electric signal as a modulation signal to 21c, in particular from a first length L ₁ side end of the central conductor 20a When light is incident from the entrance surface at the left end of the optical modulator in a state where a microwave is input, the light passes through the introduction optical waveguide 19c and is branched into two optical waveguides 19a and 19b. In the process of propagating through the optical waveguides 19a and 19b, the branched light is phase-modulated in accordance with the high-frequency electric signal at the interaction portion composed of the center conductor 20a and the ground conductors 20b and 20c. Waveforms are synthesized by the optical waveguide 19d and output from the output end as optical signal pulses.

このような光変調機能を有する第１実施形態の光変調器において、高周波電気信号を中心導体２０ａと接地導体２０ｂ、２０ｃに印加した状態において、中心導体２０ａと接地導体２０ｂ、２０ｃとからなる進行波電極の高周波電気信号の周波数ｆにおけるマイクロ波伝搬損失をβ_m（ｆ）とし、中心導体２０ａにおける、第１の長さＬ₁の部分（光導波路１９ｂに対向しかつ分極を反転していない領域２１ａに対向する部分）と、第２の長さＬ₂の部分（光導波路１９ａに対向しかつ分極を反転している領域２１ｂに対向する部分）とにおいて、電気信号と光導波路１９ａ、１９ｂを伝搬する光との相互作用の効率をそれぞれＩ₁（ｆ）、Ｉ₂（ｆ）と表す。光及び電気信号の伝搬方向を図１（ａ）に示すようにｚとすると、各相互作用の効率Ｉ₁（ｆ）、Ｉ₂（ｆ）は周波数ｆに依存し、(3)、(4)式で記述できる。 In the optical modulator according to the first embodiment having such an optical modulation function, the progress made up of the center conductor 20a and the ground conductors 20b and 20c in a state where a high-frequency electric signal is applied to the center conductor 20a and the ground conductors 20b and 20c. The microwave propagation loss at the frequency f of the high-frequency electric signal of the wave electrode is β _m (f), and the portion of the center conductor 20a having the first length L ₁ (facing the optical waveguide 19b and having no polarization reversed) a portion) that faces the region 21a, the second length L ₂ of the portion (the portion facing the region 21b which inverts the face vital polarization in the optical waveguide 19a), an electrical signal and an optical waveguide 19a, 19b The efficiency of the interaction with the light propagating through is expressed as I ₁ (f) and I ₂ (f), respectively. If the propagation direction of the optical and electrical signals is z as shown in FIG. 1A, the efficiency of each interaction I ₁ (f), I ₂ (f) depends on the frequency f, and (3), (4 ) Expression.

Ｉ₁（ｆ）＝∫₀ ^Ｌ１ｅｘｐ（−β_m（ｆ）・ｚ）ｄｚ
＝（１−ｅｘｐ（−β_m（ｆ）・Ｌ₁））／β_m（ｆ） …(3)
Ｉ₂（ｆ）＝∫_Ｌ１ ^Ｌ２ｅｘｐ（−β_m（ｆ）・ｚ）ｄｚ
＝ｅｘｐ（−β_m（ｆ）・Ｌ₁）・（１−ｅｘｐ（−β_m（ｆ）・Ｌ₂））／β_m（ｆ）
…(4)
そこで、両者の相互作用の効率Ｉ₁（ｆ）、Ｉ₂（ｆ）が等しくなる(5)式の条件
Ｉ₁（ｆ）＝Ｉ₂（ｆ） …(5)
を満たす中心導体２０ａにおける第１の長さＬ₁と、第２の長さＬ₂を設定することにより、任意に指定された周波数ｆにおいてチャーピングをゼロとできる。つまり、(5)式が成立する場合にはαパラメータがゼロとなる。 I ₁ (f) = ∫ ₀ ^L1 exp (−β _m (f) · z) dz
_{= (1-exp (-β m} (f) · L 1)) / β m (f) ... (3)
I ₂ (f) = ∫ _L1 ^L2 exp (−β _m (f) · z) dz
_{= Exp (-β m (f)} · L 1) · (1-exp (-β m (f) · L 2)) / β m (f)
…(Four)
Therefore, the conditions I ₁ (f) = I ₂ (f) (5) in which the efficiency of the interaction I ₁ (f) and I ₂ (f) are equal to each other.
By setting the first length L ₁ and the second length L ₂ in the center conductor 20a satisfying the above, chirping can be made zero at an arbitrarily designated frequency f. That is, the α parameter is zero when the equation (5) is satisfied.

(5)式を満たす第１の長さＬ₁と第２の長さＬ₂から、第１の長さＬ₁の部分の相互作用の効率Ｉ₁（ｆ）、第２の長さＬ₂の部分の相互作用の効率Ｉ₂（ｆ）を求め、さらに、前述した(2)式を用いて、高周波電気信号の各周波数ｆにおける示すαパラメータの周波数特性が求まる。 From the first length L ₁ and the second length L ₂ satisfying the expression (5), the interaction efficiency I ₁ (f) of the portion of the _first length L ₁ and the second length L ₂ The interaction efficiency I ₂ (f) is obtained, and the frequency characteristic of the α parameter indicated at each frequency f of the high-frequency electric signal is obtained using the above-described equation (2).

図２（ａ）、図２（ｂ）に求めたαパラメータの周波数特性を示す。図２（ａ）に、印加された高周波電気信号の周波数ｆの増加に伴ってαパラメータの符号がマイナス（−）からプラス（＋）へ変化するαパラメータの周波数特性を示し、図２（ｂ）に、高周波電気信号の周波数ｆの増加に伴ってαパラメータの符号がプラス（＋）からマイナス（−）へ変化するαパラメータの周波数特性を示す。 FIG. 2A and FIG. 2B show the frequency characteristics of the α parameter obtained. FIG. 2A shows the frequency characteristics of the α parameter in which the sign of the α parameter changes from minus (−) to plus (+) as the frequency f of the applied high-frequency electrical signal increases. ) Shows the frequency characteristics of the α parameter in which the sign of the α parameter changes from plus (+) to minus (−) as the frequency f of the high-frequency electrical signal increases.

このように、印加された高周波電気信号の周波数ｆにおけるＤＣ付近の低周波領域と高周波領域においてチャーピング量を表すαパラメータの符号が入れ替わるように、中心導体２０ａにおける分極を反転していない領域２１ａに対向する第１の長さＬ₁と、中心導体２０ａにおける分極を反転した領域２１ｂに対向する第２の長さＬ₂を設定している。これを実現するためには、Ｌ₁／Ｌ₂＝０．８９であった。すなわち、中心導体２０ａにお第２の長さＬ₂を第１の長さＬ₁より若干長く設定すればよい。但し、この値は電極の構造により変わるので、第１の長さＬ₁と第２の長さＬ₂の比はこの限りではないことは言うまでもない。 In this way, the region 21a where the polarization of the central conductor 20a is not inverted so that the sign of the α parameter representing the chirping amount is switched between the low frequency region near DC and the high frequency region at the frequency f of the applied high frequency electrical signal. the first length L _1, and sets the second length L ₂ which faces the region 21b by inverting the polarization of the center conductor 20a opposite to. In order to realize this, L ₁ / L ₂ = 0.89. That is, the second length L ₂ may be set slightly longer than the first length L ₁ in the center conductor 20a. However, since this value varies depending on the structure of the electrode, it goes without saying that the ratio of the first length L ₁ and the second length L ₂ is not limited to this.

なお、注意すべきはαパラメータが常に正、あるいは常に負で、ある周波数でのみゼロとなる場合にも(5)式を満足することができるが、光変調器から出射する光信号パルスにとって重要なことは、必要な所定の周波数帯域内においてαパラメータを平均的にゼロとすることであり、特定の周波数のみでゼロになったとしても、このような光変調器を光通信システムに採用することはできない。 Note that (5) can be satisfied even when the α parameter is always positive or always negative and is zero only at a certain frequency, but it is important for the optical signal pulse emitted from the optical modulator. What is important is that the α parameter is averaged to be zero within a required predetermined frequency band, and such an optical modulator is adopted in an optical communication system even if it becomes zero only at a specific frequency. It is not possible.

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態の光変調器を説明する。第２実施形態の光変調器は第１実施形態の光変調器の改良型である。つまり、第１実施形態の光変調器から出射した光信号パルスのチャーピングはかなり小さくなるものの、光通信システムで伝送される光信号パルスとして必要な所定の周波数帯域内においてαパラメータを平均的にゼロとすることがより強く求められる。 (Second Embodiment)
Next, an optical modulator according to a second embodiment of the present invention will be described. The optical modulator of the second embodiment is an improved type of the optical modulator of the first embodiment. That is, the chirping of the optical signal pulse emitted from the optical modulator of the first embodiment is considerably reduced, but the α parameter is averaged within a predetermined frequency band necessary for the optical signal pulse transmitted in the optical communication system. Zero is more strongly required.

第２実施形態の光変調器では、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、光信号パルスとして必要な所定の周波数帯域の最大周波数をｆ_maxとし、図３（ａ）に示すように、周波数ｆの増加に伴ってαパラメータの符号がマイナス（−）からプラス（＋）からへ変化するαパラメータの周波数特性のうちの、ＤＣ近傍からαパラメータがゼロとなる周波数ｆ₀までのαパラメータをα₁（ｆ）とし、周波数ｆ₀から最大周波数ｆ_maxまでのαパラメータをα₂（ｆ）とすると、
∫₀ ^f0α₁（ｆ）ｄｆ＝∫_f0 ^ｆmaxα₂（ｆ）ｄｆ …(6)
となるように、中心導体２０ａにおける分極を反転していない領域２１ａに対向する第１の長さＬ₁と、中心導体２０ａにおける分極を反転した領域２１ｂに対向する第２の長さＬ₂を設定する。このことは、図３(a)において面積Ｓ₁と面積Ｓ₂とを等しくすることに対応する。 In the optical modulator of the second embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, the maximum frequency of a predetermined frequency band required as an optical signal pulse is set to f _max, and FIG. As shown in the frequency characteristic of the α parameter in which the sign of the α parameter changes from minus (−) to plus (+) as the frequency f increases, the frequency f _{0 at} which the α parameter becomes zero from near DC. Α parameters up to α ₁ (f) and α parameters from frequency f ₀ to the maximum frequency f _max are α ₂ (f).
∫ ₀ ^f0 α ₁ (f) df = ∫ _f0 ^fmax α ₂ (f) df (6)
So that the first length L ₁ facing the region 21a where the polarization in the center conductor 20a is not inverted and the second length L ₂ facing the region 21b where the polarization is inverted in the center conductor 20a are Set. This corresponds to making the area S ₁ and the area S ₂ equal in FIG.

また、図３（ｂ）に示すように、周波数ｆの増加に伴ってαパラメータの符号がプラス（＋）からマイナス（−）へ変化するαパラメータの周波数特性のうちの、ＤＣ近傍からαパラメータがゼロとなる周波数ｆ₀までのαパラメータをα₃（ｆ）とし、周波数ｆ₀から最大周波数ｆ_maxまでのαパラメータをα₄（ｆ）とすると、
∫₀ ^f0α₃（ｆ）ｄｆ＝∫_f0 ^ｆmaxα₄（ｆ）ｄｆ …(7)
となるように、中心導体２０ａにおける分極を反転していない領域２１ａに対向する第１の長さＬ₁と、中心導体２０ａにおける分極を反転した領域２１ｂに対向する第２の長さＬ₂を設定する。このことは、図３（ｂ）において面積Ｓ₃と面積Ｓ₄とを等しくすることに対応する。 Further, as shown in FIG. 3B, the α parameter from the vicinity of DC is included in the frequency characteristics of the α parameter in which the sign of the α parameter changes from plus (+) to minus (−) as the frequency f increases. When but a alpha parameter to the frequency f ₀ becomes zero and α ₃ (f), the alpha parameter to the maximum frequency f _max and alpha ₄ (f) from the frequency f _0,
∫ ₀ ^f0 α ₃ (f) df = ∫ _f0 ^fmax α ₄ (f) df (7)
So that the first length L ₁ facing the region 21a where the polarization in the center conductor 20a is not inverted and the second length L ₂ facing the region 21b where the polarization is inverted in the center conductor 20a are Set. This corresponds to making the area S ₃ and the area S ₄ equal in FIG.

これを実現するためには、Ｌ₁／Ｌ₂＝０．７が好ましい値であった。但し、この値は電極の構造により変わるので、この限りではないことは言うまでもない。また、光信号パルスに含まれる最大周波数は光伝送方式によって異なるので、例として図示した実施形態の限りではない。 In order to realize this, L ₁ / L ₂ = 0.7 was a preferable value. However, since this value varies depending on the electrode structure, it is needless to say that this is not the case. Further, the maximum frequency included in the optical signal pulse differs depending on the optical transmission method, and is not limited to the embodiment illustrated as an example.

なお、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す第１実施形態の光変調器においてαパラメータをゼロにする周波数と、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す第２実施形態の光変調器において(6)、(7)式を満たす周波数ｆ₀とは当然異なっている。 In the optical modulator of the first embodiment shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the frequency at which the α parameter is made zero, and the second embodiment shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). Of course, the frequency f ₀ satisfying the expressions (6) and (7) in the optical modulator of FIG.

ここで、本発明の第１実施形態において補足説明したαパラメータが常に正、あるいは常に負で、ある特定周波数においてのみゼロとなる場合には、(5)式は満たすものの、(6)、(7)式を満足することはない。この観点からも上述したαパラメータが常に正、あるいは常に負で、ある特定周波数においてのみゼロとなる場合は、光通信システムで伝送される光信号パルスとして必要な所定の周波数帯域内においてαパラメータを平均的にゼロとすることができない。 Here, when the α parameter supplementarily described in the first embodiment of the present invention is always positive or always negative, and becomes zero only at a specific frequency, the equation (5) is satisfied, but (6), ( 7) The formula is not satisfied. From this point of view, if the α parameter described above is always positive or always negative and becomes zero only at a specific frequency, the α parameter is set within a predetermined frequency band required as an optical signal pulse transmitted in the optical communication system. It cannot be zero on average.

さらに、電気信号をフーリエ変換した場合に、その電気信号が特定の周波数領域の成分を多く有する場合にはその周波数領域を表す重みＷ（ｆ）を用いて、以下のように積分しても良い。 Further, when an electrical signal is Fourier-transformed and the electrical signal has many components in a specific frequency region, integration may be performed as follows using a weight W (f) representing the frequency region. .

∫₀ ^f0α₁（ｆ）Ｗ（ｆ）ｄｆ＝∫_f0 ^ｆmaxα₂（ｆ）Ｗ（ｆ）ｄｆ
…(8)
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。 _{^{_{∫ 0 f0 α 1 (f)}}} W (f) df = ∫ f0 fmax α 2 (f) W (f) df
… (8)
The present invention is not limited to the above-described embodiments.

実施形態においては、ｚ−カットＬＮ基板２１における分極反転をしていない領域２１ａを光の入射面側に配置し、分極反転をしている領域２１ｂを光信号パルスの出射面側に配置したが、この逆の位置に配置してもよい。 In the embodiment, the non-polarized region 21a in the z-cut LN substrate 21 is arranged on the light incident surface side, and the polarized region 21b is arranged on the optical signal pulse emitting surface side. These may be arranged at the opposite positions.

また、実施形態の光変調器においては、簡単のために図１０に示した第４従来例の光変調器とほぼ同じ基本構造としたが、図１１に示した第５従来例の光変調器に対しても、中心導体に対向する分極を反転した領域としない領域の長さを適切に設定することにより本発明の効果を実現できる。 The optical modulator of the embodiment has almost the same basic structure as the optical modulator of the fourth conventional example shown in FIG. 10 for the sake of simplicity, but the optical modulator of the fifth conventional example shown in FIG. On the other hand, the effect of the present invention can be realized by appropriately setting the length of the region where the polarization opposite to the central conductor is reversed and the region where the polarization is not reversed.

さらに、分極を反転した領域と分極を反転しない領域の繰り返しの数を多く増やしても、光信号パルスとして必要な所定の周波数帯域内においてαパラメータの符号を異ならしめる、あるいはその所定の周波数帯域内におけるαパラメータの周波数に対する積分値をほぼゼロとするという本発明の考えを用いることによりチャーピングを著しく小さくすることが可能となる。 Furthermore, even if the number of repetitions of the region where the polarization is reversed and the region where the polarization is not reversed is increased, the sign of the α parameter is changed within the predetermined frequency band necessary for the optical signal pulse, or within the predetermined frequency band. By using the idea of the present invention that the integral value with respect to the frequency of the α parameter at is substantially zero, the chirping can be remarkably reduced.

以上では、進行波電極を伝搬する電気信号と光導波路を伝搬する光が相互作用する相互作用部において、中心導体に対向する分極を反転した領域の長さと分極を反転しない領域の長さを異ならしめる構成について説明した。一方、中心導体の幅や中心導体と接地導体の間のギャップを広くしても進行波電極の伝搬損失を低減できるので、逆に、分極を反転した領域と分極を反転しない領域の長さを等しくするとともに、中心導体の幅や中心導体と接地導体のギャップの幅を光や電気信号の伝搬方向において異ならしめても良いし、これらの構成を組み合わせても良い。 In the above, in the interaction part where the electric signal propagating through the traveling wave electrode interacts with the light propagating through the optical waveguide, the length of the region where the polarization opposite to the central conductor is inverted is different from the length of the region where the polarization is not inverted. The configuration to be shown has been described. On the other hand, even if the width of the center conductor or the gap between the center conductor and the ground conductor is widened, the propagation loss of the traveling wave electrode can be reduced, so conversely, the length of the region where the polarization is reversed and the region where the polarization is not reversed are reduced. In addition, the width of the center conductor and the width of the gap between the center conductor and the ground conductor may be made different in the propagation direction of the light or the electric signal, or these configurations may be combined.

なお、通常は光導波路と上方で重なる中心導体の長さは、光導波路と上方で重なる接地導体の長さと等しいが、どちらか一方を他方よりも長くすることにより、光電気信号の相互作用領域の長さをより長く確保できるので、変調の効率をより高めることが可能となる。 Normally, the length of the central conductor that overlaps the optical waveguide is equal to the length of the ground conductor that overlaps the optical waveguide, but by making one of them longer than the other, the interaction area of the photoelectric signal As a result, the modulation efficiency can be further increased.

分岐光導波路の例としてマッハツェンダ光導波路を用いたが、方向性結合器などその他の分岐合波型の光導波路にも本発明を適用可能であることは言うまでもないし、考え方は３本以上の光導波路にも適用可能である。また光導波路の形成法としてはＴｉ熱拡散法の他に、プロトン交換法など光導波路の各種形成法を適用できるし、バッファ層としてＳｉＯ２以外の各種材料も適用できる。 Although the Mach-Zehnder optical waveguide is used as an example of the branched optical waveguide, it goes without saying that the present invention can be applied to other branched / multiplexed optical waveguides such as directional couplers. It is also applicable to. As a method for forming the optical waveguide, various methods for forming the optical waveguide such as a proton exchange method can be applied in addition to the Ti thermal diffusion method, and various materials other than SiO 2 can be applied as the buffer layer.

電極構成としてはＣＰＷ電極を用いた構成について説明したが、非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）あるいは対称コプレーナストリップ（ＣＰＳ）など、その他の構成でも良い。 Although the configuration using the CPW electrode has been described as the electrode configuration, other configurations such as an asymmetric coplanar strip (ACPS) or a symmetric coplanar strip (CPS) may be used.

また、相互作用部におけるｚ-カットＬＮ基板の分極を反転した領域は１箇所として説明したがそれ以上とし、分極を反転しない領域と分極を反転させた領域を交互に組み合わせた構造でも良いことは言うまでもない。なお、分極は基板の表面のみについて反転してもよい。 In addition, although the region where the polarization of the z-cut LN substrate in the interaction portion is reversed is described as one place, it may be more than that, and the structure in which the region where the polarization is not reversed and the region where the polarization is reversed is alternately combined may be used. Needless to say. The polarization may be reversed only on the surface of the substrate.

さらに、従来使用されている進行波電極を厚くする、あるいはバッファ層を厚くするなど電気信号と光の速度差を小さくする手法はそのまま本発明にも適用可能である。また電気信号の出力側を４０Ωや５０Ωなどの終端器で終端しても良いことは言うまでもない。 Furthermore, a conventionally used technique for reducing the speed difference between an electric signal and light, such as increasing the traveling wave electrode or increasing the buffer layer, can be applied to the present invention as it is. Needless to say, the output side of the electric signal may be terminated by a terminator such as 40Ω or 50Ω.

本発明の第１実施形態に係わる光変調器の概略構成を示す平面図及び断面図The top view and sectional drawing which show schematic structure of the optical modulator concerning 1st Embodiment of this invention 同第１実施形態に係わる光変調器から出射された光信号パルスのαパラメータの周波数特性を示す図The figure which shows the frequency characteristic of (alpha) parameter of the optical signal pulse radiate | emitted from the optical modulator concerning the 1st Embodiment. 本発明の第２実施形態に係わる光変調器から出射された光信号パルスのαパラメータの周波数特性を示す図The figure which shows the frequency characteristic of (alpha) parameter of the optical signal pulse radiate | emitted from the optical modulator concerning 2nd Embodiment of this invention. 第１従来例の光変調器の概略構成を示す斜視図The perspective view which shows schematic structure of the optical modulator of a 1st prior art example. 同第１従来例の光変調器の断面図Sectional view of the optical modulator of the first conventional example 同第１従来例の光変調器の動作を示す電力線図Power line diagram showing operation of optical modulator of first conventional example 第２従来例の光変調器の動作を示す電力線図Power diagram showing operation of optical modulator of second conventional example 第３従来例の光変調器の概略構成を示す平面図The top view which shows schematic structure of the optical modulator of a 3rd prior art example 同第３従来例の光変調器の動作を示す電力線図Power line diagram showing operation of optical modulator of third conventional example 第４従来例の光変調器の概略構成を示す平面図The top view which shows schematic structure of the optical modulator of a 4th prior art example 第５従来例の光変調器の概略構成を示す平面図The top view which shows schematic structure of the optical modulator of a 5th prior art example 第４、第５従来例の光変調器から出射された光信号パルスのαパラメータの周波数特性を示す図The figure which shows the frequency characteristic of alpha parameter of the optical signal pulse radiate | emitted from the optical modulator of the 4th, 5th prior art example

符号の説明Explanation of symbols

１，２１…ｚ−カットＬＮ基板、１ａ，１５ａ，１５ｃ，２１ａ…分極を反転しない領域、１ｂ，１５ｂ，２１ｂ…分極を反転する領域、２，２２…ＳｉＯ_２バッファ層、３，９，１３，１６，１９…マッハツェンダ光導波路、３ａ，３ｂ，９ａ，９ｂ，１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂ，１９ａ，１９ｂ…マッハツェンダ光導波路を構成する光導波路、４…進行波電極、４ａ，６ａ，６ｂ，１０ａ，１０ｂ，１４ａ，１７ａ，２０ａ…中心導体、４ｂ，４ｃ，７ａ，７ｂ，７ｃ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１４ｂ，１４ｃ，１７ｂ，１７ｃ，２０ｂ，２０ｃ…接地導体 1, 21 ... z-cut LN substrate, 1a, 15a, 15c, 21a ... region not reverse the polarization, 1b, 15b, 21b ... region to reverse the polarization, 2, 22 ... SiO ₂ buffer layer, 3,9,13 16, 19 ... Mach-Zehnder optical waveguides, 3a, 3b, 9a, 9b, 13a, 13b, 16a, 16b, 19a, 19b ... Optical waveguides constituting the Mach-Zehnder optical waveguides, 4 ... Traveling wave electrodes, 4a, 6a, 6b, 10a, 10b, 14a, 17a, 20a ... center conductor, 4b, 4c, 7a, 7b, 7c, 11a, 11b, 11c, 14b, 14c, 17b, 17c, 20b, 20c ... ground conductor

Claims

電気光学効果を有する材料からなるとともに、分極を反転しない領域と分極を反転する領域との２種類の領域で形成された基板と、
前記基板の一面側に形成され、入射された光を分岐し合波するための第1、第２の分岐光導波路を備えた光導波路と、
前記各分岐光導波路を伝搬する光と相互作用する高周波電気信号を伝搬させる中心導体及び接地導体からなる相互作用部とを具備し、
前記中心導体は前記第１、第２の分岐光導波路に対してそれぞれ第１、第２の長さだけ対向し、
前記基板における前記第１の長さに対向する部分と前記第２の長さに対向する部分とは互いに異なる方向に分極した領域で形成され、
前記相互作用部の領域で前記各分岐光導波路を伝搬する光の位相を変調する光変調器において、
前記高周波電気信号に基づいた所定の変調周波数の帯域内で、前記光導波路から出射される光信号パルスのチャーピングの大きさを表すアルファパラメータの符号が変調周波数変化に伴ってプラスからマイナスへ又はマイナスからプラスへ変化するように、前記第１、第２の長さを設定し、これにより前記第１の長さと前記第２の長さとが異なってなり、
前記光導波路から出射される光信号パルスに発生するチャーピングを抑制する
ことを特徴とする光変調器。 A substrate made of a material having an electro-optic effect and formed of two types of regions, a region where polarization is not reversed and a region where polarization is reversed;
An optical waveguide formed on one surface side of the substrate and provided with first and second branch optical waveguides for branching and multiplexing incident light;
An interaction portion comprising a central conductor and a ground conductor for propagating a high-frequency electrical signal that interacts with light propagating through each of the branched optical waveguides;
The central conductor faces the first and second branch optical waveguides by the first and second lengths, respectively.
The portion facing the first length and the portion facing the second length in the substrate are formed of regions polarized in different directions,
In an optical modulator that modulates the phase of light propagating through each branch optical waveguide in the region of the interaction section,
Within a predetermined modulation frequency band based on the high-frequency electrical signal, the sign of the alpha parameter representing the chirping magnitude of the optical signal pulse emitted from the optical waveguide is changed from plus to minus as the modulation frequency changes. The first and second lengths are set so as to change from minus to plus, whereby the first length and the second length are different,
An optical modulator characterized in that chirping generated in an optical signal pulse emitted from the optical waveguide is suppressed .

前記高周波電気信号に基づいた所定の周波数帯域における前記アルファパラメータの周波数についての積分値がほぼゼロとなるように、前記第１、第２の長さを設定したことを特徴とする請求項１記載の光変調器。 2. The first and second lengths are set such that an integral value for the frequency of the alpha parameter in a predetermined frequency band based on the high-frequency electric signal is substantially zero. Light modulator.

前記基板における前記分極を反転しない領域の数及び前記分極を反転した領域の少なくとも一方の数が複数個あることを特徴とする請求項１又は２記載の光変調器。 3. The optical modulator according to claim 1, wherein there are a plurality of at least one of the number of regions in which the polarization is not reversed and the number of regions in which the polarization is reversed in the substrate.