JPH01163720A - Distribution interference type optical modulator - Google Patents
Distribution interference type optical modulatorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
電気光学効果による導波路の屈折率変化を利用した分布
干渉型光変調器に関し、
低駆動電力化及び広帯域化を目的とし、単一モード導波
路の導波光を分割し、一方の導波光を位相変調して再び
合成することで合成光の強度変調を行なうようにした干
渉型光変調器において、入力側導波路と、該入力側導波
路から分岐される位相変調用導波路と、該位相変調用導
波路が合流する出力側導波路と、該位相変調用導波路の
長手方向に複数設けられる変調信号印加用の電極とを具
備して構成する。[Detailed Description of the Invention] Regarding a distributed interference type optical modulator that utilizes a change in the refractive index of a waveguide due to the electro-optic effect, the guided light of a single mode waveguide is divided to achieve low driving power and wide band. In an interferometric optical modulator that performs intensity modulation of the combined light by phase modulating one waveguide light and recombining it, an input waveguide and a phase modulation waveguide branched from the input waveguide are used. It is configured to include a waveguide, an output side waveguide where the phase modulation waveguide joins, and a plurality of electrodes for applying a modulation signal provided in the longitudinal direction of the phase modulation waveguide.
ｉｓよ立置ユ１１
本発明は、電気光学効果による導波路の屈折率変化を利
用した分布干渉型光変調器に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a distributed interference type optical modulator that utilizes a change in the refractive index of a waveguide due to an electro-optic effect.
一般的な光通信システムにおいては、送信側で信号光を
強度変調し、受信側で受信光を直接検波して伝送情報を
再生するようにしている。送信側における変調は、ＬＤ
（半導体レーザ）等の光源の駆動電圧を変調信号に基づ
いて変化させることにより行なうことができるが、変調
速度の高速化が要求されるような場合には、光源と独立
した光変調器を用いる外部変調方式が有利であるとされ
ている。この種の光変調器の一つとして分布干渉型（マ
ツハツエンダ干渉計型）光変調器があり、超高速光通信
システムの実用化に向けてその構成の最適化が模索され
ている。分布干渉型光変調器ｌ器に要求されることは、
（イ） 消費電力が小さいこと、つまり駆動電圧が低い
こと、
（ロ） 広帯域な変調が可能であること、等である。In a typical optical communication system, signal light is intensity modulated on the transmitting side, and the received light is directly detected on the receiving side to reproduce transmitted information. The modulation on the transmitting side is LD
This can be done by changing the drive voltage of a light source such as a semiconductor laser (semiconductor laser) based on the modulation signal, but if a higher modulation speed is required, an optical modulator independent of the light source is used. External modulation schemes are said to be advantageous. One of this type of optical modulator is a distributed interference type (Matsuhatsu Ender interferometer type) optical modulator, and optimization of its configuration is being sought for the practical application of ultrahigh-speed optical communication systems. Distributed interference optical modulators are required to: (a) have low power consumption, that is, have a low driving voltage; and (b) be capable of wideband modulation.
１迷」口え亘
第４図は従来の一般的な分布干渉型光変調器の構成図で
ある。例えば、ＬｉＮｂＯ３からなる導波路基板３１に
Ｔｉを拡散させることによって導波路３２を形成し、こ
の導波路３２の分岐部分３２ａ、３２ｂにそれぞれ駆動
電圧印加用の電極３３．３４を装架したものである。Figure 4 is a block diagram of a conventional distributed interference type optical modulator. For example, a waveguide 32 is formed by diffusing Ti into a waveguide substrate 31 made of LiNbO3, and electrodes 33 and 34 for applying a driving voltage are mounted on branch portions 32a and 32b of this waveguide 32, respectively. be.
□上記構成によれば、導波路の分岐部分３２ａ。□ According to the above configuration, the branch portion 32a of the waveguide.
３２ｂの屈折率は印加電界の強さに応じて変化するから
、同位相で分岐された分岐光は異なる位相変化を受ける
ことになる。一方、導波路３２は、その分岐部分を含め
て基本モード光のみを伝搬する単一モード導波路とされ
ているから、分岐光の位相差がＯのときは出力される干
渉光の強度は最大となり、分岐光の位相差がπのとぎは
干渉光の強度は最小となる。また、位相差がＯとπの間
のときは、位相差に応じた干渉光強度となる。このよう
に分布干渉型光変調器は、変調信号により駆動電圧を調
整することによって、出力光強度の制御を行なうもので
ある。Since the refractive index of 32b changes depending on the strength of the applied electric field, the branched lights having the same phase will undergo different phase changes. On the other hand, since the waveguide 32 is a single mode waveguide that propagates only the fundamental mode light including its branched portion, when the phase difference of the branched light is O, the intensity of the output interference light is maximum. Therefore, the intensity of the interference light becomes the minimum when the phase difference of the branched lights is π. Furthermore, when the phase difference is between O and π, the intensity of the interference light corresponds to the phase difference. In this manner, the distributed interference type optical modulator controls the output light intensity by adjusting the drive voltage using a modulation signal.
明が 決しようとする問題点
一般に、第４図に示される分布干渉型光変調器において
その動作電圧を■、導波路の屈折率変化部分の長さをＬ
とすると、
■・Ｌ−ａ（ａは定数）・・・（１）
と表わされる。また、変調帯域Δｆは、Δｆ−１，４ｃ
／π（ｎ −ｎｏ）Ｌ−（２）■
と表わされる。ここでＣは真空中の光速、ｎｌは導波路
の変調信号マイクロ波に対する屈折率、ｎｏは導波路の
導波光に対する屈折率である。Generally speaking, in the distributed interference type optical modulator shown in Fig. 4, its operating voltage is ■, and the length of the refractive index changing portion of the waveguide is L.
Then, it is expressed as (1) L-a (a is a constant) (1). Moreover, the modulation band Δf is Δf−1,4c
/π(n −no)L−(2)■. Here, C is the speed of light in vacuum, nl is the refractive index of the waveguide with respect to the modulated signal microwave, and no is the refractive index of the waveguide with respect to the guided light.
したがって、上記（１） 、 （２）式より変調帯域Δ
ｆは駆動電圧Ｖに比例することになり、広帯域化をはか
ると駆動電圧が高くなってしまう。このため、（イ）及
び（ロ）の要求を同時に満足することが困難であるとい
う問題があった。Therefore, from equations (1) and (2) above, the modulation band Δ
f is proportional to the drive voltage V, and if the band is widened, the drive voltage becomes high. Therefore, there was a problem in that it was difficult to simultaneously satisfy requirements (a) and (b).
本発明はこのような事情に鑑みて創作されたちので、駆
動電力の低減及び広帯域化が可能な分布干渉型光変調器
の提供を目的としている。The present invention was created in view of these circumstances, and an object of the present invention is to provide a distributed interference type optical modulator that can reduce driving power and widen the band.
１ を するための
（２）式を変形すると、
Δｆ−１，４／πＬ （ｎｌ／ｃ−ｎｏ／ｃ）−１，４
／７ｒＬ （１／Ｖ、−１／Ｖｏ） ・（３）となるか
ら、駆１１Ｊ電圧が一定の場合には導波路内における変
調信号マイクロ波の速度■、と導波光の速度■。との差
が小さい程帯域Δｆが広くなるととになる。If we transform equation (2) to calculate 1, we get Δf-1,4/πL (nl/c-no/c)-1,4
/7rL (1/V, -1/Vo) (3) Therefore, when the driver 11J voltage is constant, the speed of the modulated signal microwave in the waveguide (■) and the speed of the guided light (■). The smaller the difference between Δf and Δf, the wider the band Δf becomes.
そこで本発明では駆動電圧印加用の電極を分割して実質
的に当該速度差が小さくなるようにして、広帯域化をは
かつている。Therefore, in the present invention, the electrode for applying the drive voltage is divided to substantially reduce the speed difference, thereby achieving a wide band.
すなわち、本発明の分布干渉型光変調器は、その原理図
が第１図に示されるように、単一モード導波路の導波光
を分割し、一方の導波光を位相変調して再び合成するこ
とで合成光の強度変調を行なうようにした干渉型光変調
器において、入力側導波路１と、該入力側導波路１から
分岐される位相変調用導波路２，３と、該位相変調用導
波路２゜３が合流する出力側導波路４と、該位相変調用
導波路２．３の長手方向に複数設けられる変調信号印加
用の電極５とを具備して構成される。That is, the distributed interference type optical modulator of the present invention, as its principle diagram is shown in FIG. In an interferometric optical modulator that performs intensity modulation of combined light by It is configured to include an output side waveguide 4 where the waveguides 2.3 merge, and a plurality of electrodes 5 for applying modulation signals provided in the longitudinal direction of the phase modulation waveguide 2.3.
入力側導波路１を導波された基本モードの導波光は、分
割されて位相変調用導波路２，３を導波される際に、電
極５から印加される電界の強さに応じた位相変化を受け
る。これらの導波光は出力側導波路４に合流されるが、
出力側導波路４は基本モードの光だけを導波することが
できるから、当該導波光の強度は位相変調用導波路２，
３の導波光の位相差に応じて変化する。従って、電極５
に印加する電圧に応じて入力導波光を強度変調すること
ができる。When the fundamental mode guided light guided through the input waveguide 1 is split and guided through the phase modulation waveguides 2 and 3, the phase changes depending on the strength of the electric field applied from the electrode 5. undergo change. These guided lights are merged into the output waveguide 4,
Since the output waveguide 4 can guide only the fundamental mode light, the intensity of the guided light is equal to the phase modulation waveguide 2,
It changes according to the phase difference of the guided light of No. 3. Therefore, electrode 5
The input guided light can be intensity-modulated depending on the voltage applied to the input waveguide.
電極５を位相変調用導波路２，３の長平方向に複数設け
ているのは、変調器＠（例えばマイクロ波）の伝搬速度
が位相変調用導波路２．３の導波光の伝搬速度よりも小
さいことに起因して変調帯域が制限を受けることを防止
するためである。すなわち、電極５を複数設けることに
より、個々の電極における変調信号の遅れを小さくして
広帯域化をはかつているものである。The reason why a plurality of electrodes 5 are provided in the longitudinal direction of the phase modulation waveguides 2 and 3 is because the propagation speed of the modulator @ (e.g. microwave) is higher than the propagation speed of the guided light in the phase modulation waveguides 2 and 3. This is to prevent the modulation band from being limited due to the small size. That is, by providing a plurality of electrodes 5, the delay of the modulated signal at each electrode is reduced, thereby achieving a wider band.
実 施 例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。Example Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
第２図は本発明の実施例を示す分布干渉型光変調器の構
成図である。１１は例えばＬｉＮｂＯ３等の強誘電体結
晶からなる導波路基板であり、この導波路基板１１上に
は、例えばＴｉ（チタン）を選択的に拡散して基板結晶
の屈折率を部分的に大きくすることにより、入力側導波
路１２、位相変調用導波路１３．１４及び出力側導波路
１５が形成されている。位相変調用導波路１３には変調
信号印加用の第１電極１６及び第２電極１８が導波光の
進行方向に向かってこの順で装架されている。１７．１
９は図示しない接地部分に接続される接地電極である。FIG. 2 is a block diagram of a distributed interference type optical modulator showing an embodiment of the present invention. 11 is a waveguide substrate made of a ferroelectric crystal such as LiNbO3, and on this waveguide substrate 11, for example, Ti (titanium) is selectively diffused to partially increase the refractive index of the substrate crystal. As a result, an input waveguide 12, phase modulation waveguides 13 and 14, and an output waveguide 15 are formed. A first electrode 16 and a second electrode 18 for applying a modulation signal are installed in the phase modulation waveguide 13 in this order toward the traveling direction of the guided light. 17.1
9 is a ground electrode connected to a ground portion (not shown).
２１は変調信号を供給するためのストリップラインであ
り、ボンディングワイヤ２０を介して第１電極１６に接
続されている。21 is a strip line for supplying a modulation signal, and is connected to the first electrode 16 via a bonding wire 20.
ストリップライン２１は又、変調信号の位相を後述する
ように調整するための移相器２６を介してストリップラ
イン２３に接続されており、このストリップライン２３
はさらにボンディングワイヤ２２を介して第２電極１８
に接続されている。２４．２５はそれぞれ第１電極１６
と接地電極１７間及び第２電極１８と接地電極１９間に
接続される負荷抵抗又は終端抵抗である。The stripline 21 is also connected to a stripline 23 via a phase shifter 26 for adjusting the phase of the modulation signal as described below.
is further connected to the second electrode 18 via the bonding wire 22.
It is connected to the. 24 and 25 are the first electrodes 16, respectively.
This is a load resistance or a terminating resistance connected between the second electrode 18 and the ground electrode 17 and between the second electrode 18 and the ground electrode 19.
第３図は、位相変調用導波路１３に導波される導波光Ａ
１位相変調用導波路１４に導波される導波光Ｂ、第１電
極１６を伝搬する電気信号Ｃ１及び第２電ｌ１１８を伝
搬する電気信号りのａ−ｄ点（第２図）における位相状
態を、導波光Ｂの位相を基準として示している。ここで
ａ点は入力側導波路１２の分岐部分、ｂ点は位相変調用
導波路１３における第１電極１６の装架開始部分、０点
は位相変調用導波路１３．１４間の部分、ｄ点は位相変
調用導波路１３における第２電極１８の装架終了部分で
ある。FIG. 3 shows guided light A guided to the phase modulation waveguide 13.
Phase states at points a-d (FIG. 2) of the guided light B guided by the 1-phase modulation waveguide 14, the electrical signal C1 propagated through the first electrode 16, and the electrical signal propagated through the second electric signal 118. is shown with the phase of the guided light B as a reference. Here, point a is the branching part of the input waveguide 12, point b is the starting part of the first electrode 16 in the phase modulation waveguide 13, point 0 is the part between the phase modulation waveguides 13 and 14, and d. The point is the end portion of the second electrode 18 in the phase modulation waveguide 13.
ａ、ｂ点において導波光Ａ、Ｂは同位相であるが、０点
においては、電気信号Ｃによる電界を受けた後であるか
ら、導波光Ａは導波光Ｂに対して例えば位相がπ／２遅
れる。一方、電気信号Ｃは、導波光との伝搬速度の差に
応じて時間ｔ、ａれる。At points a and b, guided lights A and B have the same phase, but at point 0, after receiving the electric field from electric signal C, guided light A has a phase with respect to guided light B, for example, π/. 2 late. On the other hand, the electric signal C is delayed for times t and a according to the difference in propagation speed with the guided light.
この遅れが第２電極１８まで保存されると変調帯域が制
限を受けるから、本実施例では第２電極１８に印加され
る電気信号りの印加タイミングをｔ、早めるように移相
器２６の移相器を調整して、導波光と電気信号の伝搬速
度差を補償するようにしている。If this delay is maintained up to the second electrode 18, the modulation band will be limited. Therefore, in this embodiment, the phase shifter 26 is shifted so that the timing of applying the electric signal to the second electrode 18 is advanced by t. The phaser is adjusted to compensate for the difference in propagation speed between the guided light and the electrical signal.
ｄ点では導波光Ａはさらにπ／２遅れて合計で導波光Ｂ
に対してπ遅れるから、これら導波光Ａ。At point d, the guided light A is further delayed by π/2 and becomes the guided light B in total.
These guided lights A are delayed by π.
Ｂは合流する際に互いに干渉し合い、その結果出力光強
度は０となる。B interfere with each other when merging, and as a result, the output light intensity becomes 0.
このように本実施例では変調信号印加用の電極を２つに
（３つ以上でもよい）分割すると共に、それぞれに印加
する変調信号の位相を調整するようにしているので、導
波光と変調信号は見かけ上はぼ同一の速度で伝搬し、従
ってこの光変調器の広帯域化がはかられるものである。In this way, in this embodiment, the electrode for applying the modulated signal is divided into two (or more than three), and the phase of the modulated signal applied to each is adjusted, so that the guided light and the modulated signal appear to propagate at almost the same speed, and therefore the optical modulator can be made to have a wider band.
発明の効果
以上詳述したように、本発明によれば、同一駆動電圧に
おける広帯域化が可能であるから、低駆動電力化及び広
帯域化に適した分布干渉型光変調器を提供することが可
能になるという効果を奏する。Effects of the Invention As detailed above, according to the present invention, it is possible to achieve a wide band with the same driving voltage, so it is possible to provide a distributed interference type optical modulator suitable for low driving power and wide band. It has the effect of becoming
第１図は本発明の原理図、
第２図は本発明の実施例を示す分布干渉型光変調器の構
成図、
第３図は第２図中各点における導波光及び電気信号の位
相状態を説明するための図、
第４図は従来の一般的な分布干渉型光変調器の構成図で
ある。
１．１２・・・入力側導波路、
２．３，１３．１４・・・位相変調用導波路、４．１５
・・・出力側導波路、
５・・・電極、 １１・・・導波路基板、
１６・・・第１電極、 １７．１９・・・接地電極
、１８・・・第２電極、 ２６・・・移相器。
杏尤明の源理区
第１図
−〜ぐ Ｃ
一 因
ｍ：
林へ
へｉ
移（２イダ１ 図
第３図
ス１
イメ〔、ｉ（ブ列 凹
第４図Figure 1 is a diagram of the principle of the present invention. Figure 2 is a configuration diagram of a distributed interference type optical modulator showing an embodiment of the present invention. Figure 3 is the phase state of guided light and electrical signals at each point in Figure 2. FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional general distributed interference type optical modulator. 1.12... Input side waveguide, 2.3, 13.14... Phase modulation waveguide, 4.15
... Output side waveguide, 5... Electrode, 11... Waveguide substrate,
16... First electrode, 17.19... Ground electrode, 18... Second electrode, 26... Phase shifter. Anzumei's Genri District Figure 1 - ~ C 1 cause m: Hayashi hehe i transfer (2 Ida 1 Figure 3 S1 Image [, i (B row concave Figure 4)
Claims (1)
相変調して再び合成することで合成光の強度変調を行な
うようにした干渉型光変調器において、 入力側導波路（１）と、 該入力側導波路（１）から分岐される位相変調用導波路
（２、３）と、 該位相変調用導波路（２、３）が合流する出力側導波路
（４）と、 該位相変調用導波路（２、３）の長手方向に複数設けら
れる変調信号印加用の電極（５）とを具備して構成され
ることを特徴とする分布干渉型光変調器。[Claims] In an interferometric optical modulator, the guided light of a single mode waveguide is split, one of the guided lights is phase modulated, and the combined light is combined again to perform intensity modulation of the combined light. A side waveguide (1), a phase modulation waveguide (2, 3) branched from the input side waveguide (1), and an output side waveguide where the phase modulation waveguide (2, 3) join together. (4); and a plurality of electrodes (5) for applying modulation signals provided in the longitudinal direction of the phase modulation waveguides (2, 3). vessel.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP62322274A JP2675033B2 (en) | 1987-12-19 | 1987-12-19 | Distributed interferometric optical modulator |
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| JPH01163720A true JPH01163720A (en) | 1989-06-28 |
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