JPH06281897A - 光強度変調器 - Google Patents
光強度変調器Info
- Publication number
- JPH06281897A JPH06281897A JP6673493A JP6673493A JPH06281897A JP H06281897 A JPH06281897 A JP H06281897A JP 6673493 A JP6673493 A JP 6673493A JP 6673493 A JP6673493 A JP 6673493A JP H06281897 A JPH06281897 A JP H06281897A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- intensity modulator
- optical
- branch
- coupler
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 導波路型マッハ・ツェンダー光強度変調器に
1×2方向性結合型3dBカプラー4を用いることで、
直流バイアスが不要な光強度変調器を提供。 【構成】 導波路型マッハ・ツェンダー光強度変調器に
おいて、入力導波路6側の分岐を近接する直線導波路4
a,4bよりなる方向性結合型3dBカプラー4とし、
出力導波路7側の分岐をY分岐5として構成してある。
光回路の相反性から、入力導波路6側の分岐をY分岐と
し、出力導波路7側の分岐を方向性結合型3dBカプラ
ーとしても、光強度変調器としての機能は変わらない。
他の構成要素とし、LiNbO3 基板1,SiO2 バッ
ファ層2,上・下の導波路8a,8b及び上・下の電極
3a,3bを含む。
1×2方向性結合型3dBカプラー4を用いることで、
直流バイアスが不要な光強度変調器を提供。 【構成】 導波路型マッハ・ツェンダー光強度変調器に
おいて、入力導波路6側の分岐を近接する直線導波路4
a,4bよりなる方向性結合型3dBカプラー4とし、
出力導波路7側の分岐をY分岐5として構成してある。
光回路の相反性から、入力導波路6側の分岐をY分岐と
し、出力導波路7側の分岐を方向性結合型3dBカプラ
ーとしても、光強度変調器としての機能は変わらない。
他の構成要素とし、LiNbO3 基板1,SiO2 バッ
ファ層2,上・下の導波路8a,8b及び上・下の電極
3a,3bを含む。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信・光計測の分野
で利用される導波路型光強度変調器、特に導波路型マッ
ハ・ツェンダー光強度変調器に関するものである。
で利用される導波路型光強度変調器、特に導波路型マッ
ハ・ツェンダー光強度変調器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】薄膜あるいは光導波路を用いた導波路型
光強度変調器は、高速光通信のキーデバイスとして大き
な期待が持たれ、広範な研究開発が行われてきた。導波
路型光強度変調器の結晶基板材料としては、誘電体材料
LiNbO3 基板、半導体基板、InP基板等が研究さ
れている。これらの中で、光損失が少ない、駆動電圧が
低い、誘電率が小さい、転移温度が高いなど総合的に性
能のよいLiNbO3 基板の研究が最も進んでおり、現
実に光通信系への実用が検討されている。
光強度変調器は、高速光通信のキーデバイスとして大き
な期待が持たれ、広範な研究開発が行われてきた。導波
路型光強度変調器の結晶基板材料としては、誘電体材料
LiNbO3 基板、半導体基板、InP基板等が研究さ
れている。これらの中で、光損失が少ない、駆動電圧が
低い、誘電率が小さい、転移温度が高いなど総合的に性
能のよいLiNbO3 基板の研究が最も進んでおり、現
実に光通信系への実用が検討されている。
【0003】導波路型光強度変調器の中で、最も一般的
なのは導波路型マッハ・ツェンダー光強度変調器であ
る。図3は、導波路型マッハ・ツェンダー光強度変調器
の典型的な構造と、導波路型マッハ・ツェンダー光強度
変調器の動作原理に関する説明図である。図において、
11はLiNbO3 基板、12はSiO2 バッファ層、
13aは後述する上の導波路に形成された上の電極、1
3bは同じく後述する下の導波路に形成された下の電
極、14は入力側のY分岐導波路、15は出力側のY合
波導波路、16は入力導波路、17は出力導波路、18
aは上の導波路、18bは上の導波路18aと形状及び
屈折率が一致している下の導波路である。
なのは導波路型マッハ・ツェンダー光強度変調器であ
る。図3は、導波路型マッハ・ツェンダー光強度変調器
の典型的な構造と、導波路型マッハ・ツェンダー光強度
変調器の動作原理に関する説明図である。図において、
11はLiNbO3 基板、12はSiO2 バッファ層、
13aは後述する上の導波路に形成された上の電極、1
3bは同じく後述する下の導波路に形成された下の電
極、14は入力側のY分岐導波路、15は出力側のY合
波導波路、16は入力導波路、17は出力導波路、18
aは上の導波路、18bは上の導波路18aと形状及び
屈折率が一致している下の導波路である。
【0004】入力導波路16より入射した光パワーは、
Y分岐導波路14において分岐し、上の導波路18aと
下の導波路18bに均等に配分されて伝搬する。このと
き、上の導波路18aと下の導波路18bとにおける光
波の位相は同一である。しかし、上の電極13aと下の
電極13bによって反対極性の電場が印加されると、L
iNbO3 基板11の電気光学効果のため、上の導波路
18aと下の導波路18bとにおける光波の間に位相差
を生じる。そうして、上の導波路18aと下の導波路1
8bとをそれぞれ伝搬する光波が、位相差を有してY合
波導波路15において合波するとき、次のような動作を
示す。
Y分岐導波路14において分岐し、上の導波路18aと
下の導波路18bに均等に配分されて伝搬する。このと
き、上の導波路18aと下の導波路18bとにおける光
波の位相は同一である。しかし、上の電極13aと下の
電極13bによって反対極性の電場が印加されると、L
iNbO3 基板11の電気光学効果のため、上の導波路
18aと下の導波路18bとにおける光波の間に位相差
を生じる。そうして、上の導波路18aと下の導波路1
8bとをそれぞれ伝搬する光波が、位相差を有してY合
波導波路15において合波するとき、次のような動作を
示す。
【0005】すなわち、mを整数とするとき、位相差が
2mπであれば、Y合波導波路15においてすべての光
パワーは、出力導波路17への光出力となる。一方、位
相差が(2m+1)πであれば、Y合波導波路15にお
いてすべての光パワーは、放射光としてLiNbO3 基
板11中に進み、出力導波路17への光出力は0とな
る。図4は、光出力対印加電圧(詳しくは、出力導波路
17への光出力対上の電極13aと下の電極13bへの
印加電圧)の関係を示したものである。Vπ及び−Vπ
は、出力導波路17への光出力が0に最も近い極小値に
対応する印加電圧である。したがって、1/2Vπの直
流電圧をバイアス電圧とし、これに振幅Vπの交流電圧
を重畳すれば、出力光パワーをオン/オフすることがで
きる。この動作は、導波路型マッハ・ツェンダー光強度
変調器の基本原理及び光スイッチ機能を表している。
2mπであれば、Y合波導波路15においてすべての光
パワーは、出力導波路17への光出力となる。一方、位
相差が(2m+1)πであれば、Y合波導波路15にお
いてすべての光パワーは、放射光としてLiNbO3 基
板11中に進み、出力導波路17への光出力は0とな
る。図4は、光出力対印加電圧(詳しくは、出力導波路
17への光出力対上の電極13aと下の電極13bへの
印加電圧)の関係を示したものである。Vπ及び−Vπ
は、出力導波路17への光出力が0に最も近い極小値に
対応する印加電圧である。したがって、1/2Vπの直
流電圧をバイアス電圧とし、これに振幅Vπの交流電圧
を重畳すれば、出力光パワーをオン/オフすることがで
きる。この動作は、導波路型マッハ・ツェンダー光強度
変調器の基本原理及び光スイッチ機能を表している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光ファイバ
通信に用いる波長1.3μm及び1.55μm用の導波
路型マッハ・ツェンダー光強度変調器には、dcドリフ
トという問題点がある。図3によりdcドリフトを説明
すれば、上の電極13aと下の電極13bに一定電圧を
バイアスしても、上の導波路18aと下の導波路18b
における電場が、時間的に変動する現象である。したが
って、導波路型マッハ・ツェンダー光強度変調器におい
て、dcドリフトはバイアス点の時間的変動となる。バ
イアス点が時間的に変動すれば、一定振幅の交流電圧を
印加しても、本来は出力光パワーの最大値又は最小値に
対応する電圧が印加されたとき、出力光パワーは最大値
又は最小値とは異なる値となる。すなわち、完全なオン
状態又は完全なオフ状態が得られず、消光比(=最小値
/最大値)が劣化する。
通信に用いる波長1.3μm及び1.55μm用の導波
路型マッハ・ツェンダー光強度変調器には、dcドリフ
トという問題点がある。図3によりdcドリフトを説明
すれば、上の電極13aと下の電極13bに一定電圧を
バイアスしても、上の導波路18aと下の導波路18b
における電場が、時間的に変動する現象である。したが
って、導波路型マッハ・ツェンダー光強度変調器におい
て、dcドリフトはバイアス点の時間的変動となる。バ
イアス点が時間的に変動すれば、一定振幅の交流電圧を
印加しても、本来は出力光パワーの最大値又は最小値に
対応する電圧が印加されたとき、出力光パワーは最大値
又は最小値とは異なる値となる。すなわち、完全なオン
状態又は完全なオフ状態が得られず、消光比(=最小値
/最大値)が劣化する。
【0007】dcドリフトの原因は、バッファ層12又
はその下に位置するLiNbO3 基板11を通じての漏
洩電流であることが知られている。上の導波路18aと
下の導波路18bとをそれぞれ伝搬する光波が、上の電
極13aと下の電極13bにより減衰されるのを抑制す
るため、SiO2 バッファ層12が設けられている。S
iO2 バッファ層12は、厚さ約2000Åの絶縁膜で
あり、通常はCVD法で生成したSiO2 膜が用いられ
る。SiO2 バッファ層12及びその下に位置するLi
NbO3 基板11は、完全な絶縁体であることが理想で
あるが、実際にはわずかながら漏洩電流がある。漏洩電
流が存在するため、一定電圧をバイアスしても、上の導
波路18aと下の導波路18bの電場が、時間的に変動
してしまうのである。
はその下に位置するLiNbO3 基板11を通じての漏
洩電流であることが知られている。上の導波路18aと
下の導波路18bとをそれぞれ伝搬する光波が、上の電
極13aと下の電極13bにより減衰されるのを抑制す
るため、SiO2 バッファ層12が設けられている。S
iO2 バッファ層12は、厚さ約2000Åの絶縁膜で
あり、通常はCVD法で生成したSiO2 膜が用いられ
る。SiO2 バッファ層12及びその下に位置するLi
NbO3 基板11は、完全な絶縁体であることが理想で
あるが、実際にはわずかながら漏洩電流がある。漏洩電
流が存在するため、一定電圧をバイアスしても、上の導
波路18aと下の導波路18bの電場が、時間的に変動
してしまうのである。
【0008】dcドリフトに対しては、次に述べるよう
に幾つかの低減法、解決法が提案、実施されているが、
いずれも部分的改良であり、完全には解決されていな
い。例えば、バッファ層を改良して、dcドリフトを低
減する試みがある。蒸着直後の状態下でのSiO2 バッ
ファ層は、一般に酸素欠損が多く、電気伝導度が高い。
このため、SiO2 膜の酸素雰囲気中での焼鈍によっ
て、電気伝導度を低下させる方法が採られている。
に幾つかの低減法、解決法が提案、実施されているが、
いずれも部分的改良であり、完全には解決されていな
い。例えば、バッファ層を改良して、dcドリフトを低
減する試みがある。蒸着直後の状態下でのSiO2 バッ
ファ層は、一般に酸素欠損が多く、電気伝導度が高い。
このため、SiO2 膜の酸素雰囲気中での焼鈍によっ
て、電気伝導度を低下させる方法が採られている。
【0009】SiO2 バッファ層改良に代わって、導電
性バッファITO(Inx Sn2-XO3 )の採用によ
り、dcドリフトが低減できた例も報告されている。S
iO2膜を酸素雰囲気中で焼鈍するのとは対照的に、導
電性バッファITOの採用は、早期にドリフトを発生さ
せてしまい、その後は安定に振る舞うことを期待した低
減法である。しかし、実用上は、10年程度の時間での
安定性を要求されるため、これらのdcドリフト低減法
は、いずれも十分な対策とはいえない。
性バッファITO(Inx Sn2-XO3 )の採用によ
り、dcドリフトが低減できた例も報告されている。S
iO2膜を酸素雰囲気中で焼鈍するのとは対照的に、導
電性バッファITOの採用は、早期にドリフトを発生さ
せてしまい、その後は安定に振る舞うことを期待した低
減法である。しかし、実用上は、10年程度の時間での
安定性を要求されるため、これらのdcドリフト低減法
は、いずれも十分な対策とはいえない。
【0010】上述した電気的特性の改良とは全く別の考
え方に基づき、光導波路に光学的バイアスを設ける試み
がある。光学的バイアスは、構造的に設けるものである
ため、一たび作製すると、外から制御することはできな
い。一方、電気的バイアスを設けることと比較すれば、
dcドリフトの心配がなく、安定なものであることが大
きな長所である。図5及び図6は、導波路型マッハ・ツ
ェンダー光強度変調器に、光学的バイアスを構成する例
を示してある。
え方に基づき、光導波路に光学的バイアスを設ける試み
がある。光学的バイアスは、構造的に設けるものである
ため、一たび作製すると、外から制御することはできな
い。一方、電気的バイアスを設けることと比較すれば、
dcドリフトの心配がなく、安定なものであることが大
きな長所である。図5及び図6は、導波路型マッハ・ツ
ェンダー光強度変調器に、光学的バイアスを構成する例
を示してある。
【0011】図5において、図3と同一部分に対して
は、符号も同一にしてある。上の導波路18aには下の
導波路18bと異なり、導波路幅の広い(あるいは狭
い)領域18a′が形成してある〔C. M. Gee et al.:
Appl. Opt.,22, 2034(1984)〕。実効屈折率は導波路
幅に依存して変化するため、一方の導波路のみに導波路
幅が広い、又は狭い領域を構成すれば、光学的バイアス
を設けたことになる。そうして、この導波路幅変更領域
の導波路幅と長さを適当に選択すれば、光学的バイアス
をπ/2とすることができる。
は、符号も同一にしてある。上の導波路18aには下の
導波路18bと異なり、導波路幅の広い(あるいは狭
い)領域18a′が形成してある〔C. M. Gee et al.:
Appl. Opt.,22, 2034(1984)〕。実効屈折率は導波路
幅に依存して変化するため、一方の導波路のみに導波路
幅が広い、又は狭い領域を構成すれば、光学的バイアス
を設けたことになる。そうして、この導波路幅変更領域
の導波路幅と長さを適当に選択すれば、光学的バイアス
をπ/2とすることができる。
【0012】図6においても、図3と同一部分に対して
は、符号も同一にしてある。図6で示すものは、上の導
波路18aの長さと下の導波路18bの長さに差を設け
てある〔C. H. Bulmer et al.: J. Lightwave Techno
l., 2, 512(1984)〕。この場合、二つの導波路の
光路長差を適当に選択すれば、光学的バイアスをπ/2
とすることができる。
は、符号も同一にしてある。図6で示すものは、上の導
波路18aの長さと下の導波路18bの長さに差を設け
てある〔C. H. Bulmer et al.: J. Lightwave Techno
l., 2, 512(1984)〕。この場合、二つの導波路の
光路長差を適当に選択すれば、光学的バイアスをπ/2
とすることができる。
【0013】しかしながら、導波路に光学的バイアスを
設けるこれらの構造には、下記の問題点がある。 1.導波路の一部に導波路幅を変更した領域を構成する
こと、二つの導波路の長さに所定の差を持たせ構成する
ことは、ともに作製再現性に乏しい。 2.上記二つの構成例ではいずれもY分岐を用いるが、
Y分岐での光損失は通常1dB程度あり、これを低減す
るためには、複雑な構造が必要となる。
設けるこれらの構造には、下記の問題点がある。 1.導波路の一部に導波路幅を変更した領域を構成する
こと、二つの導波路の長さに所定の差を持たせ構成する
ことは、ともに作製再現性に乏しい。 2.上記二つの構成例ではいずれもY分岐を用いるが、
Y分岐での光損失は通常1dB程度あり、これを低減す
るためには、複雑な構造が必要となる。
【0014】本発明は、上述のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的はdcバイアスを必要とせ
ず、しかも作製再現性のある光学的バイアスを有すると
ともに、分岐による光損失が小さい光強度変調器を提供
することである。
れたものであり、その目的はdcバイアスを必要とせ
ず、しかも作製再現性のある光学的バイアスを有すると
ともに、分岐による光損失が小さい光強度変調器を提供
することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の光強度変調器は
導波路型マッハ・ツェンダー光強度変調器において、入
力側の分岐導波路と出力側の合波導波路とのいずれか一
方を方向性結合器とし、他方をY分岐導波路としたこと
を特徴としている。
導波路型マッハ・ツェンダー光強度変調器において、入
力側の分岐導波路と出力側の合波導波路とのいずれか一
方を方向性結合器とし、他方をY分岐導波路としたこと
を特徴としている。
【0016】本発明に係る導波路型マッハ・ツェンダー
光強度変調器の基本的構造を、図1により説明する。図
において、1はLiNbO3 基板、2はSiO2 バッフ
ァ層、3aは後述する上の導波路に形成された上の電
極、3bは同じく後述する下の導波路に形成された下の
電極、4は方向性結合器である。方向性結合器4は、近
接して位置する2本の直線導波路部分4a,4bが構成
する1×2方向性結合型3dBカプラーである。次に5
はY分岐導波路、6は入力導波路、7は出力導波路、8
aは上の導波路、8bは上の導波路8aと形状及び屈折
率が一致している下の導波路である。
光強度変調器の基本的構造を、図1により説明する。図
において、1はLiNbO3 基板、2はSiO2 バッフ
ァ層、3aは後述する上の導波路に形成された上の電
極、3bは同じく後述する下の導波路に形成された下の
電極、4は方向性結合器である。方向性結合器4は、近
接して位置する2本の直線導波路部分4a,4bが構成
する1×2方向性結合型3dBカプラーである。次に5
はY分岐導波路、6は入力導波路、7は出力導波路、8
aは上の導波路、8bは上の導波路8aと形状及び屈折
率が一致している下の導波路である。
【0017】上述した1×2方向性結合型3dBカプラ
ー4の相互作用長を、図示したようにLとすれば、完全
結合長lC との間にL=lC /2という関係がある場合
では、入力導波路6から入射した光パワーは二等分さ
れ、同時に上の導波路8aと下の導波路8bをそれぞれ
伝搬する光波の位相差はπ/2となる。
ー4の相互作用長を、図示したようにLとすれば、完全
結合長lC との間にL=lC /2という関係がある場合
では、入力導波路6から入射した光パワーは二等分さ
れ、同時に上の導波路8aと下の導波路8bをそれぞれ
伝搬する光波の位相差はπ/2となる。
【0018】入力光パワーを1としたとき、二つの出力
ポート、すなわち下の導波路8bと上の導波路8aにお
ける各出力光パワーPb ,PC は、下記の(1)式、
(2)式で表される。 Pb =cos2 〔(π/2)(L/lC )〕 (1) Pc =sin2 〔(π/2)(L/lC )〕 (2) (1),(2)式よりL=lC /2のとき、Pb =PC
であることが分かる。したがって、L=lC /2の条件
を満たすとき、この方向性結合器は3dBカプラーとし
て働くことになる。
ポート、すなわち下の導波路8bと上の導波路8aにお
ける各出力光パワーPb ,PC は、下記の(1)式、
(2)式で表される。 Pb =cos2 〔(π/2)(L/lC )〕 (1) Pc =sin2 〔(π/2)(L/lC )〕 (2) (1),(2)式よりL=lC /2のとき、Pb =PC
であることが分かる。したがって、L=lC /2の条件
を満たすとき、この方向性結合器は3dBカプラーとし
て働くことになる。
【0019】上の導波路8aと下の導波路8bをそれぞ
れ伝搬する両光波は、上の電極3a及び下の電極3bに
よって反対極性の電場を受け、一次の電気光学効果によ
り反対極性の位相シフトを生じる。そうして、出力側の
Y分岐導波路5において、両光波が合波するときの位相
差が2mπの場合はオンとなり、(2m+1)πの場合
はオフとなる(但し、mは整数)。
れ伝搬する両光波は、上の電極3a及び下の電極3bに
よって反対極性の電場を受け、一次の電気光学効果によ
り反対極性の位相シフトを生じる。そうして、出力側の
Y分岐導波路5において、両光波が合波するときの位相
差が2mπの場合はオンとなり、(2m+1)πの場合
はオフとなる(但し、mは整数)。
【0020】ここで外部電圧によってもたらされた位相
差φe で表現すれば、φe =(2m−1/2)πの場合
はオンとなり、φe =(2m+1/2)πの場合はオフ
となる。特にm=0のときは、オン、オフを与える印加
電圧の位相差φe0はそれぞれφe0=−(1/2)π,φ
e0=(1/2)πとなり、絶対値が等しく、逆符号であ
ることが重要な点である。この場合、dcバイアスは不
要で、交流電圧のみでオン/オフの切り換えが可能であ
る。図1で示す本発明の導波路型マッハ・ツェンダー光
強度変調器における印加電圧対光出力の関係は、図2で
示されている。
差φe で表現すれば、φe =(2m−1/2)πの場合
はオンとなり、φe =(2m+1/2)πの場合はオフ
となる。特にm=0のときは、オン、オフを与える印加
電圧の位相差φe0はそれぞれφe0=−(1/2)π,φ
e0=(1/2)πとなり、絶対値が等しく、逆符号であ
ることが重要な点である。この場合、dcバイアスは不
要で、交流電圧のみでオン/オフの切り換えが可能であ
る。図1で示す本発明の導波路型マッハ・ツェンダー光
強度変調器における印加電圧対光出力の関係は、図2で
示されている。
【0021】上述のように、入力側の分岐導波路に方向
性結合器4を用いれば、同時に光学的バイアスπ/2を
設けたことに相当する。このことより、通常のマッハ・
ツェンダー光強度変調器において、入力側の分岐導波路
を1×2方向性結合器で置き換えれば、適当な光学的バ
イアスを有する光強度変調器が実現できる。本構成では
dcバイアスが不要であるので、従来の技術におけるよ
うなdcドリフトの問題はない。なお、この光回路の相
反性から、入力側をY分岐導波路とし、出力側を1×2
方向性結合器として構成しても、光強度変調器としての
機能は、全く変わらないことが分かる。
性結合器4を用いれば、同時に光学的バイアスπ/2を
設けたことに相当する。このことより、通常のマッハ・
ツェンダー光強度変調器において、入力側の分岐導波路
を1×2方向性結合器で置き換えれば、適当な光学的バ
イアスを有する光強度変調器が実現できる。本構成では
dcバイアスが不要であるので、従来の技術におけるよ
うなdcドリフトの問題はない。なお、この光回路の相
反性から、入力側をY分岐導波路とし、出力側を1×2
方向性結合器として構成しても、光強度変調器としての
機能は、全く変わらないことが分かる。
【0022】
【作用】本発明の導波路型マッハ・ツェンダー光強度変
調器は、従来の技術における入力側におけるY分岐導波
路に代わり、入力側に方向性結合型3dBカプラー4を
用いている。そのため、方向性結合器3dBカプラー4
において、上の導波路8aと下の導波路8bとへの光パ
ワーの等分配と、同時に位相差π/2の付与がなされ
る。
調器は、従来の技術における入力側におけるY分岐導波
路に代わり、入力側に方向性結合型3dBカプラー4を
用いている。そのため、方向性結合器3dBカプラー4
において、上の導波路8aと下の導波路8bとへの光パ
ワーの等分配と、同時に位相差π/2の付与がなされ
る。
【0023】すなわち、入力導波路6に入射した光波
は、方向性結合型3dBカプラー4の一方の直線導波路
部分4bから他方の直線導波路部分4aへ移行し、光パ
ワーは直線導波路部分4a,4bに等配分される。同時
に、直線導波路部分4a,4bから出る光波の間には、
π/2の位相差が生じる。上・下の導波路8a,8bを
伝搬した等パワーの両光波は、それぞれ上の電極3a,
下の電極3bによって反対極性の電場を受ける。したが
って、一次の電気光学効果により、それぞれ両光波は反
対極性の位相シフトを生じる。
は、方向性結合型3dBカプラー4の一方の直線導波路
部分4bから他方の直線導波路部分4aへ移行し、光パ
ワーは直線導波路部分4a,4bに等配分される。同時
に、直線導波路部分4a,4bから出る光波の間には、
π/2の位相差が生じる。上・下の導波路8a,8bを
伝搬した等パワーの両光波は、それぞれ上の電極3a,
下の電極3bによって反対極性の電場を受ける。したが
って、一次の電気光学効果により、それぞれ両光波は反
対極性の位相シフトを生じる。
【0024】上述のように変調された両光波は、上・下
の導波路8a,8bから出力しY分岐導波路5において
合波する。そのとき、両光波の位相差が2mπの場合は
オンとなり、(2m+1)πの場合はオフとなる。それ
ぞれ上の電極3a,下の電極3bによって反対極性の電
場を受ける以前に、既にπ/2の位相差をもつため、光
出力は印加電圧−1/2Vπのときオンとなり、印加電
圧+1/2Vπのときオフとなる。このようにして、d
cバイアス不要の光強度変調器が実現でき、その結果d
cドリフトの問題も無くなる。これに加えて、本発明の
導波路型マッハ・ツェンダー光強度変調器は、3dBカ
プラーを方向性結合器4によって作っているため、通常
のY分岐と比較して、分岐による光損失が極めて低い。
の導波路8a,8bから出力しY分岐導波路5において
合波する。そのとき、両光波の位相差が2mπの場合は
オンとなり、(2m+1)πの場合はオフとなる。それ
ぞれ上の電極3a,下の電極3bによって反対極性の電
場を受ける以前に、既にπ/2の位相差をもつため、光
出力は印加電圧−1/2Vπのときオンとなり、印加電
圧+1/2Vπのときオフとなる。このようにして、d
cバイアス不要の光強度変調器が実現でき、その結果d
cドリフトの問題も無くなる。これに加えて、本発明の
導波路型マッハ・ツェンダー光強度変調器は、3dBカ
プラーを方向性結合器4によって作っているため、通常
のY分岐と比較して、分岐による光損失が極めて低い。
【0025】
【実施例】基本的構造が図1で示された本発明の導波路
型マッハ・ツェンダー光強度変調器を、次のように作製
した。まず、xカットのLiNbO3 基板を用いて、y
方向に沿った構成で各導波路を形成した。入力側の分岐
導波路を1×2方向性結合器4に形成し、出力側の合波
導波路をY分岐導波路5に形成した。上・下両導波路8
a,8b間の間隙は13μm,上・下両導波路8a,8
bの長さ(平行直線部分の長さ)は20mmである。
型マッハ・ツェンダー光強度変調器を、次のように作製
した。まず、xカットのLiNbO3 基板を用いて、y
方向に沿った構成で各導波路を形成した。入力側の分岐
導波路を1×2方向性結合器4に形成し、出力側の合波
導波路をY分岐導波路5に形成した。上・下両導波路8
a,8b間の間隙は13μm,上・下両導波路8a,8
bの長さ(平行直線部分の長さ)は20mmである。
【0026】導波路はTi拡散法によって形成した。す
なわち、金属Ti膜にホトリソグラフィによるパターニ
ングで厚さ800Å,幅7.5μmの導波路を成型した
後、1050℃で8時間熱拡散を行った。その後、バッ
ファ層2としてSiO2 を厚さ2000Åに堆積してか
ら、上・下両電極3a,3bとしてTi/Au電極を装
荷した。上・下両電極3a,3bの間隙は、上・下両導
波路8a,8b間の間隙と同じ13μmとした。作製さ
れた導波路型光強度変調器は、レーザ光源として用いた
波長1.3μm,TEモード偏波(光波の電場が基板表
面と平行)の入力光に対して単一モード導波路であるこ
と、伝搬損失が約3dBと十分に小さいことを確認し
た。また、本発明の特徴をなしている方向性結合器4の
試作結果は、次のようである。
なわち、金属Ti膜にホトリソグラフィによるパターニ
ングで厚さ800Å,幅7.5μmの導波路を成型した
後、1050℃で8時間熱拡散を行った。その後、バッ
ファ層2としてSiO2 を厚さ2000Åに堆積してか
ら、上・下両電極3a,3bとしてTi/Au電極を装
荷した。上・下両電極3a,3bの間隙は、上・下両導
波路8a,8b間の間隙と同じ13μmとした。作製さ
れた導波路型光強度変調器は、レーザ光源として用いた
波長1.3μm,TEモード偏波(光波の電場が基板表
面と平行)の入力光に対して単一モード導波路であるこ
と、伝搬損失が約3dBと十分に小さいことを確認し
た。また、本発明の特徴をなしている方向性結合器4の
試作結果は、次のようである。
【0027】上述の作製法による方向性結合器4の相互
作用長Lの変化に対するパワー分岐特性は、(1)式、
(2)式によって精度よくフィッティングできることが
確認された。上述したTiの拡散条件では、導波路4
a,4b間の間隙gを5μmにとったとき、TEモード
に対する完全結合長lc =5.2mmとなることを確か
めた。そこで相互作用長L=lc /2=2.6mmとす
ることにより、所望の3dBカプラーとしての方向性結
合器4が得られた。なお、図1に記載の導波路の曲がり
の角度φは、2°に形成した。一般には、間隙g=5μ
mとする必要はなく、他のgの値に対しても、完全結合
長lc がそれぞれ決まり、更に相互作用長L=lc /2
により相互作用長Lを決めれば、所望の3dBカプラー
が得られる。方向性結合器4の作製再現性に関しても、
同一条件で数回作製したlc のバラツキは、5%以下に
収まっていた。
作用長Lの変化に対するパワー分岐特性は、(1)式、
(2)式によって精度よくフィッティングできることが
確認された。上述したTiの拡散条件では、導波路4
a,4b間の間隙gを5μmにとったとき、TEモード
に対する完全結合長lc =5.2mmとなることを確か
めた。そこで相互作用長L=lc /2=2.6mmとす
ることにより、所望の3dBカプラーとしての方向性結
合器4が得られた。なお、図1に記載の導波路の曲がり
の角度φは、2°に形成した。一般には、間隙g=5μ
mとする必要はなく、他のgの値に対しても、完全結合
長lc がそれぞれ決まり、更に相互作用長L=lc /2
により相互作用長Lを決めれば、所望の3dBカプラー
が得られる。方向性結合器4の作製再現性に関しても、
同一条件で数回作製したlc のバラツキは、5%以下に
収まっていた。
【0028】上述の製法によって作製した本発明の導波
路型マッハ・ツェンダー光強度変調器の動作特性を、図
2を用いて説明する。横軸は印加電圧、縦軸は光出力で
ある。電圧2.7Vで極小値、−2.55Vで極大値と
なっている。極小値/極大値、すなわち、消光比は1/
50である。理想的には、極大値を与える電圧と極小値
を与える電圧は、絶対値が等しく逆符号である。理論と
一致しないのは、上・下両導波路8a,8bの長さ及び
幅が、厳密には対称でないことにより説明される。ま
た、消光比が0でないのは、3dBカプラー条件、L=
lc /2からのズレのため光パワーが厳密に上・下の導
波路8a,8bに等配分されないこと、及びLiNbO
3 基板1への放射光が出力導波路7に混入していること
により説明できる。
路型マッハ・ツェンダー光強度変調器の動作特性を、図
2を用いて説明する。横軸は印加電圧、縦軸は光出力で
ある。電圧2.7Vで極小値、−2.55Vで極大値と
なっている。極小値/極大値、すなわち、消光比は1/
50である。理想的には、極大値を与える電圧と極小値
を与える電圧は、絶対値が等しく逆符号である。理論と
一致しないのは、上・下両導波路8a,8bの長さ及び
幅が、厳密には対称でないことにより説明される。ま
た、消光比が0でないのは、3dBカプラー条件、L=
lc /2からのズレのため光パワーが厳密に上・下の導
波路8a,8bに等配分されないこと、及びLiNbO
3 基板1への放射光が出力導波路7に混入していること
により説明できる。
【0029】また、本発明の導波路型マッハ・ツェンダ
ー光強度変調器が、分岐光損失の極めて低いことは、次
のような方法で確かめた。すなわち、前記の導波路型マ
ッハ・ツェンダー光強度変調器を作製したと同じ基板上
に、1×2方向性結合器及び直線導波路を別個に作製し
た。これらの導波路の幅と作製条件は、同一基板上に位
置していることから強度変調器の導波路と同一の特性を
持つはずであるから、両者の光損失を比較することによ
り、方向性結合器を挿入したことのみによる光損失Ld
を測定できる。この結果、光損失Ldは0.1dB程度
であった。
ー光強度変調器が、分岐光損失の極めて低いことは、次
のような方法で確かめた。すなわち、前記の導波路型マ
ッハ・ツェンダー光強度変調器を作製したと同じ基板上
に、1×2方向性結合器及び直線導波路を別個に作製し
た。これらの導波路の幅と作製条件は、同一基板上に位
置していることから強度変調器の導波路と同一の特性を
持つはずであるから、両者の光損失を比較することによ
り、方向性結合器を挿入したことのみによる光損失Ld
を測定できる。この結果、光損失Ldは0.1dB程度
であった。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明の導波路型マ
ッハ・ツェンダー光強度変調器は、上の導波路と下の導
波路への光パワーの等配分と同時に位相差π/2の付与
が行われるため、dcバイアスが不要であり、dcドリ
フトは存在しない。これに加えて、本発明の導波路型マ
ッハ・ツェンダー光強度変調器は、3dBカプラーを方
向性結合器によって作っているため、通常のY分岐と比
較して分岐による光損失が極めて低い。
ッハ・ツェンダー光強度変調器は、上の導波路と下の導
波路への光パワーの等配分と同時に位相差π/2の付与
が行われるため、dcバイアスが不要であり、dcドリ
フトは存在しない。これに加えて、本発明の導波路型マ
ッハ・ツェンダー光強度変調器は、3dBカプラーを方
向性結合器によって作っているため、通常のY分岐と比
較して分岐による光損失が極めて低い。
【図1】本発明の導波路型マッハ・ツェンダー光強度変
調器の基本的構造を示す図である。
調器の基本的構造を示す図である。
【図2】本発明の導波路型マッハ・ツェンダー光強度変
調器に関する印加電圧対光出力の特性図である。
調器に関する印加電圧対光出力の特性図である。
【図3】従来の技術における導波路型マッハ・ツェンダ
ー光強度変調器の基本的構造を示す図である。
ー光強度変調器の基本的構造を示す図である。
【図4】従来の技術における導波路型マッハ・ツェンダ
ー光強度変調器に関する印加電圧対光出力の特性図であ
る。
ー光強度変調器に関する印加電圧対光出力の特性図であ
る。
【図5】従来の技術における導波路型マッハ・ツェンダ
ー光強度変調器への光学的バイアスの構成例を示す図で
ある。
ー光強度変調器への光学的バイアスの構成例を示す図で
ある。
【図6】従来の技術における導波路型マッハ・ツェンダ
ー光強度変調器への光学的バイアスの他の構造例を示す
図である。
ー光強度変調器への光学的バイアスの他の構造例を示す
図である。
1 LiNbO3 基板 2 SiO2 バッファ層 3a 上の電極 3b 下の電極 4 方向性結合器(方向性結合型3dBカプラー) 5 Y分岐導波路 6 入力導波路 7 出力導波路 8a 上の導波路 8b 下の導波路
Claims (1)
- 【請求項1】 導波路型マッハ・ツェンダー光強度変調
器において、入力側の分岐導波路と出力側の合波導波路
とのいずれか一方を方向性結合器とし、他方をY分岐導
波路としたことを特徴とする導波路型マッハ・ツェンダ
ー光強度変調器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6673493A JPH06281897A (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | 光強度変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6673493A JPH06281897A (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | 光強度変調器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06281897A true JPH06281897A (ja) | 1994-10-07 |
Family
ID=13324417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6673493A Pending JPH06281897A (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | 光強度変調器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06281897A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100438891B1 (ko) * | 2001-12-20 | 2004-07-02 | 한국전자통신연구원 | 반도체 광 변조기 |
WO2011001679A1 (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-06 | 日本電信電話株式会社 | 光90度ハイブリッド回路 |
WO2021161746A1 (ja) * | 2020-02-14 | 2021-08-19 | Tdk株式会社 | 光変調素子 |
-
1993
- 1993-03-25 JP JP6673493A patent/JPH06281897A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100438891B1 (ko) * | 2001-12-20 | 2004-07-02 | 한국전자통신연구원 | 반도체 광 변조기 |
WO2011001679A1 (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-06 | 日本電信電話株式会社 | 光90度ハイブリッド回路 |
JP5243607B2 (ja) * | 2009-06-30 | 2013-07-24 | 日本電信電話株式会社 | 光90度ハイブリッド回路 |
US8971677B2 (en) | 2009-06-30 | 2015-03-03 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical 90-degree hybrid circuit |
WO2021161746A1 (ja) * | 2020-02-14 | 2021-08-19 | Tdk株式会社 | 光変調素子 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7088875B2 (en) | Optical modulator | |
Alferness | Guided-wave devices for optical communication | |
US4070094A (en) | Optical waveguide interferometer modulator-switch | |
US4984861A (en) | Low-loss proton exchanged waveguides for active integrated optic devices and method of making same | |
JP2001154164A (ja) | 光変調器および光変調方法 | |
US6842569B2 (en) | Polarization independent broad wavelength band optical switches/modulators | |
Gee et al. | Minimizing dc drift in LiNbO3 waveguide devices | |
JP2002350796A (ja) | マッハ−ツェンダ電子−光学変調器 | |
US20070280580A1 (en) | Optical device | |
JP3272064B2 (ja) | 4セクション光結合器 | |
Kato et al. | Switching operation in tunable add-drop multiplexer with si-grating waveguides featuring ferroelectric liquid crystal cladding | |
JP3250712B2 (ja) | 偏波無依存光制御素子 | |
JP2000028979A (ja) | 偏波無依存光制御素子 | |
US7088874B2 (en) | Electro-optic devices, including modulators and switches | |
JPH06281897A (ja) | 光強度変調器 | |
Kitoh et al. | Novel broad-band optical switch using silica-based planar lightwave circuit | |
Okayama et al. | Directional coupler switch with reduced voltage-length product | |
Hsu et al. | Polarization splitter with variable TE-TM mode converter using Zn and Ni codiffused LiNbO/sub 3/waveguides | |
JPH0756199A (ja) | 偏波無依存導波路型光スイッチ | |
JP2739405B2 (ja) | 電界センサ | |
JP3139009B2 (ja) | 光スイッチ | |
JP2848455B2 (ja) | 導波型光デバイス | |
JP2998373B2 (ja) | 光制御回路 | |
JPH0980364A (ja) | 導波路型光デバイス | |
JPH06347839A (ja) | 光制御デバイス |