JPS61255328A - Optical modulator - Google Patents
Optical modulatorInfo
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- JPS61255328A JPS61255328A JP9721785A JP9721785A JPS61255328A JP S61255328 A JPS61255328 A JP S61255328A JP 9721785 A JP9721785 A JP 9721785A JP 9721785 A JP9721785 A JP 9721785A JP S61255328 A JPS61255328 A JP S61255328A
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
- G02F1/0356—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide structure
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は光集積回路において導波された光波の強度を
電気的に制御する光変調器に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention This invention relates to an optical modulator that electrically controls the intensity of light waves guided in an optical integrated circuit.
従来の技術
交差光導波路を用いた光変調器の従来例を第２図に示す
。電気光学効果を有する基板１の表面に、光導波路２と
３が交差するように作成されている。BACKGROUND OF THE INVENTION A conventional example of an optical modulator using crossed optical waveguides is shown in FIG. Optical waveguides 2 and 3 are formed so as to intersect on the surface of a substrate 1 having an electro-optic effect.
これら光導波路の交差部分に電極８，９が設けられ、さ
らに、これらの電極は基板の端の電極パッド１０．１１
に接続され、これらの電極パッド１０゜１１の間に抵抗
１２を介して信号源１３からの電圧が印加されるように
なっている。例えば、アール・ニー・ベッカートタブリ
ニ・ニス・シー・チャン“コンピュータ通信線のための
薄膜導波路における電気−光学スイッチ”ニアブライド
・オプテイクス、第１８巻、第１９番、３２９６〜３３
０゜ページ１９ア９年１０月（Ｒ，ム、Ｂｅｃｋｅｒ
ａｎｄＷ。Electrodes 8, 9 are provided at the intersections of these optical waveguides, and these electrodes are further connected to electrode pads 10, 11 at the ends of the substrate.
A voltage from a signal source 13 is applied through a resistor 12 between these electrode pads 10 and 11. See, for example, R. N. Beckert, Tablini Nis., See Chan, “Electro-optical switches in thin film waveguides for computer communication lines,” Nearbride Optics, Vol. 18, No. 19, 3296-33.
0゜Page 19A October 9 (R, M, Becker
andW.
Ｓ、Ｃ，Ｃｈａｎｇ、 ＩＣ１ｅｃｔｖｏｏｐｔｉｃ
ａｌ ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ １ｎｔｈｉｎ ｆｉｌｌｏ
ｗａｖｅｇｕｉａａｓ ｆ’ｏｒ ａ ｃｏｍｐｕｔ
ｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂｕｓ”、 人ｐ
ｐｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ 。S, C, Chang, IC1ectvooptic
al stitching 1nth fillo
Waveguias f'or a compute
ercommunication bus”, person p
plied 0ptics.
ｖｏｌ、１ｓ 、ＮＯ，１９、ＰＰ、３２９６−３３０
０ 、Ｏｃｔ、１９７９ ）がある。vol, 1s, NO, 19, PP, 3296-330
0, Oct. 1979).
このような構造の素子は光スィッチあるいは光変調器と
して動作することはよく知られている。It is well known that an element having such a structure operates as an optical switch or an optical modulator.
すなわち、例えば端子４から光を入射すると外部から電
圧が印加されない場合、光は端子５の方へ直進する。一
方、外部から電圧が印加されると電極８．９の間に発生
する電界によって光導波路の交差部分に電気光学効果に
基づく屈折率変化が生じ、端子４から入射した光は端子
７の方へ出るようになる。従って光スイッチングが可能
となる。That is, for example, when light is incident from the terminal 4, the light travels straight toward the terminal 5 when no voltage is applied from the outside. On the other hand, when a voltage is applied from the outside, the electric field generated between the electrodes 8 and 9 causes a change in the refractive index based on the electro-optic effect at the intersection of the optical waveguides, and the light incident from the terminal 4 is directed toward the terminal 7. It starts to come out. Therefore, optical switching becomes possible.
また、端子５の出力光に着目すると、強度変調された光
が取出されることになり、光変調器としても用いること
ができる。Further, when focusing on the output light from the terminal 5, intensity-modulated light is extracted, and it can also be used as an optical modulator.
発明が解決しようとする問題点
従来例のような交差導波路を用いる光スィッチにおいて
は、例えば端子４から光を入れた場合、端子５から取出
される光をオン（ＯＮ）からオフ（ＯＦＦ）にするのに
必要なスイッチング電圧は、方向性結合器タイプの光ス
ィッチに比べると高くなることが知られている。これは
方向性結合器タイプの光スィッチでは結合長を長くとる
ことによってスイッチング電圧を低くすることができる
のに対して、交差導波路タイプでは、交差部分のみが結
合長として働くため本質的に結合長を長くとることがで
きないことによる。Problems to be Solved by the Invention In an optical switch using crossed waveguides like the conventional example, for example, when light is input from terminal 4, the light extracted from terminal 5 is changed from on (ON) to off (OFF). It is known that the switching voltage required to achieve this is higher than that of a directional coupler type optical switch. This is because in a directional coupler type optical switch, the switching voltage can be lowered by increasing the coupling length, whereas in a crossed waveguide type, only the crossing portion acts as the coupling length, so the coupling length is essentially the same. This is due to the inability to keep the hair long.
また、従来例のような光スィッチの電極構成では、変調
信号の周波数が高くなると、電極８，９に加わる電界は
電極容量と負荷抵抗によって決まる時定数のために、外
部電圧の変化に追従できなくなる。さらに、高周波の電
気信号は通常同軸ケーブルを用いて供給されるので、こ
のような電極構成では同軸ケーブルとの接続がむずかし
く、仮りに接続したとしても電極パッドと同軸ケーブル
との間でインピーダンスの不整合が起こり、外部スイッ
チング信号の電力は効率よく電極部に供給されなくなる
。従って、このような構成の素子では超高速変調は不可
能である。Furthermore, in the electrode configuration of a conventional optical switch, when the frequency of the modulation signal increases, the electric field applied to the electrodes 8 and 9 cannot follow changes in the external voltage due to the time constant determined by the electrode capacitance and load resistance. It disappears. Furthermore, since high-frequency electrical signals are usually supplied using coaxial cables, it is difficult to connect them to coaxial cables with this type of electrode configuration, and even if they are connected, there will be an impedance difference between the electrode pads and the coaxial cables. Matching occurs and the power of the external switching signal is no longer efficiently supplied to the electrode section. Therefore, ultrahigh-speed modulation is impossible with an element having such a configuration.
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、より小さい
電気信号電力で超高速光変調を可能にする構成の光変調
器を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide an optical modulator having a configuration that enables ultrahigh-speed optical modulation with smaller electric signal power.
問題点を解決するだめの手段
本発明は上記問題点を解決するため、交差導波路の交差
部分を長くすることにより結合長を長くしてスイッチン
グ電圧を低くし、また、交差部分のほぼ中央部にギャッ
プ部分が重なるように非対称コプレナー・スｌ−ＩＪツ
ブ線路を設けて進行波電極とし、さらに、チップ抵抗で
終端したマイクロストリップ線路が形成された誘電体基
板を光変調器の電極近傍に配置させ、上記マイクロスＩ
−ＩＪツブ線路から電気信号を効率よく供給するもので
ある。Means for Solving the Problems The present invention solves the above problems by increasing the length of the intersection of the crossed waveguides to increase the coupling length and lowering the switching voltage. An asymmetrical coplanar sl-IJ tube line is provided so that the gap portion overlaps with the electrode to serve as a traveling wave electrode, and a dielectric substrate on which a microstrip line terminated with a chip resistor is formed is placed near the electrode of the optical modulator. The above micros I
- Electrical signals are efficiently supplied from the IJ tube line.
作用
本発明の構成においては、交差導波路の交差部分の長さ
を適当に選んで結合長を最適にし、スイッチング電圧を
低くすることができ、また、非対称コプレナー・ストリ
ップ線路を用いて進行波電極を形成して電極容量による
変調帯域制限をなくすることができる。また、マイクロ
ストリップ線路を介して電極に高周波電気信号を供給す
るようにしており、マイクロストリップ線路と同軸ケー
ブルとの接続は容易に行えることはよく知られているの
で、外部信号源から同軸ケーブルを用いて電極に高周波
電気信号を供給することができる。Operation In the configuration of the present invention, the length of the crossing portion of the crossing waveguides can be appropriately selected to optimize the coupling length and the switching voltage can be lowered. It is possible to eliminate the modulation band limitation due to electrode capacitance by forming the electrode capacitance. In addition, high-frequency electrical signals are supplied to the electrodes via microstrip lines, and it is well known that connecting microstrip lines and coaxial cables is easy. can be used to supply high frequency electrical signals to the electrodes.
さらに、非対称コプレナー、ストリップ線路とマイクロ
ストリップ線路の特性インピーダンスおよびチップ抵抗
の抵抗値を同軸ケーブルの特性インピーダンスに等しく
選ぶことによって、外部信号源と電極との間のインピー
ダンス不整合を小さくすることができ、広い周波数範囲
にわたって超高速変調動作を可能にすることができる。Furthermore, by choosing the characteristic impedance of the asymmetric coplanar, the strip line and microstrip line, and the resistance value of the chip resistor equal to the characteristic impedance of the coaxial cable, the impedance mismatch between the external signal source and the electrodes can be reduced. , can enable ultra-fast modulation operation over a wide frequency range.
実施例
本発明の一実施例を第１図に示す。第１図人は上面図、
第１図Ｂは五−ム線断面図である。第１図において、１
４は電気光学効果を有する物質から成る基板、１５．１
６は直線光導波路、１７゜１８は分岐光導波路である。Embodiment An embodiment of the present invention is shown in FIG. Figure 1: The person is a top view.
FIG. 1B is a sectional view taken along the line 5-5. In Figure 1, 1
4 is a substrate made of a substance having an electro-optical effect; 15.1
6 is a straight optical waveguide, and 17° and 18 are branched optical waveguides.
従来例では交差部の長さは一つの導波路の幅と交差角で
一意的に決まるが、本発明では交差部の長さを自由に設
定することができる。すなわち、スイッチング電圧が低
くなるように交差部の長さを選ぶことが可能である。４
つの導波路１５１１６，１７．１８が交差する部分には
電極２１．２２が設けられ、これは非対称コプレナー・
ストリップ線路を形成する。In the conventional example, the length of the intersection is uniquely determined by the width of one waveguide and the intersection angle, but in the present invention, the length of the intersection can be freely set. That is, it is possible to choose the length of the intersection so that the switching voltage is low. 4
An electrode 21.22 is provided at the intersection of the two waveguides 15116, 17.18, which is an asymmetric coplanar
form a strip line.
誘電体基板２３の上面には２つのマイクロストリップ線
路２４．２７が設けられ、下面にはマイクロスＩ−ＩＪ
ツブ線路の接地導体３ｏが設けられている。また、接地
導体３ｏと電気的に接続された導体部分２６とマイクロ
ストリップ線路２７との間にはチップ抵抗２６が接続さ
れている。電極２１とマイクロストリップ線路２４．２
７はそれぞれリードワイヤ２８・２９により接続され、
電極２２と接地導体３ｏは接するように置かれ、圧着ま
たは導電性接着剤によって電気的に接続されている。Two microstrip lines 24 and 27 are provided on the upper surface of the dielectric substrate 23, and microstrip lines 24 and 27 are provided on the lower surface.
A ground conductor 3o of a tubular line is provided. Further, a chip resistor 26 is connected between the microstrip line 27 and a conductor portion 26 electrically connected to the ground conductor 3o. Electrode 21 and microstrip line 24.2
7 are connected by lead wires 28 and 29, respectively,
The electrode 22 and the ground conductor 3o are placed in contact with each other and are electrically connected by pressure bonding or conductive adhesive.
電気信号は電気信号入力端子３１から供給され、マイク
ロストリップ線路２４、非対称コプレナーストリップ線
路２１、終端マイクロストリップ線路２７を経て、チッ
プ抵抗２６に吸収される。非対称コプレナー・ストリッ
プ線路の特性インピーダンスは基板１４の誘電率、電極
２１の幅、電極２１と２２の間のギャップ幅によって決
まるため、与えられた基板１４に対しては電極２１と２
２の寸法を適当に定めて同軸ケーブルの特性インピーダ
ンス（例えば５０Ω）に等しくすることができる。また
、マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは誘電
体基板２３の誘電率、厚み、および中心導体２４．２７
の幅を適当に選ぶことによ□って同軸ケーブルの特性イ
ンピーダンスに等しくすることができる。さらに、チッ
プ抵抗２５の抵抗値を同軸ケーブルの特性インピーダン
スに等しくすれば、広帯域にわたって電気的整合状態で
動作させることができる。この方法によれば、電極容量
による帯域制限がないため、光変調器の変調帯域幅は光
導波路の交差部分の長さに起因する走、−１時間効果に
よって決まり、数１０ＧＨｚ以上の変調帯域幅が期待で
きる。なお、光は端子１９または２ｏのいずれかから入
射し、残りの端子から強度変調された光が取出される。The electrical signal is supplied from the electrical signal input terminal 31, passes through the microstrip line 24, the asymmetric coplanar strip line 21, and the terminal microstrip line 27, and is absorbed by the chip resistor 26. The characteristic impedance of an asymmetric coplanar strip line is determined by the dielectric constant of the substrate 14, the width of the electrode 21, and the gap width between the electrodes 21 and 22.
2 can be appropriately determined to be equal to the characteristic impedance of the coaxial cable (for example, 50Ω). In addition, the characteristic impedance of the microstrip line depends on the dielectric constant and thickness of the dielectric substrate 23, and the center conductor 24.
By appropriately selecting the width of □, it can be made equal to the characteristic impedance of the coaxial cable. Furthermore, by making the resistance value of the chip resistor 25 equal to the characteristic impedance of the coaxial cable, it is possible to operate in an electrically matched state over a wide band. According to this method, since there is no band limitation due to electrode capacitance, the modulation bandwidth of the optical modulator is determined by the travel time effect caused by the length of the intersection of the optical waveguides, and the modulation bandwidth of several tens of GHz or more is achieved. can be expected. Note that light enters from either terminal 19 or 2o, and intensity-modulated light is extracted from the remaining terminals.
発明の効果
本発明は、光導波路の交差部分の長さを適当に選ぶこと
によってスイッチング電圧を低下させることができ、超
高周波においても低電力の電気信号によって変調を行わ
せることができる。また、電極を進行波電極として動作
させるようにしているので電極容量による変調帯域幅の
制限を受けることなく超広帯域で変調動作を行わせるこ
とができる。さらに、チップ抵抗で終端したマイクロス
トリップ線路が形成された誘電体基板を光変調器の電極
近傍に配置させ、マイクロストリップ線路から変調信号
を供給するようにしているので、接続部の不連続による
反射なしに超高周波の変調信号を電極に効率よく供給で
き、超高速の変調動作を行うことができる。また、マイ
クロストリップ線路と同軸ケーブルの接続は容易である
ため、同軸ケーブルを用いて超高周波の電気信号を容易
に光変調器に供給することができる。Effects of the Invention According to the present invention, the switching voltage can be lowered by appropriately selecting the length of the intersection of the optical waveguides, and modulation can be performed using a low-power electrical signal even at extremely high frequencies. Furthermore, since the electrode is operated as a traveling wave electrode, the modulation operation can be performed in an ultra-wide band without being limited by the modulation bandwidth due to the electrode capacitance. Furthermore, a dielectric substrate on which a microstrip line terminated with a chip resistor is formed is placed near the electrode of the optical modulator, and the modulation signal is supplied from the microstrip line, so reflections due to discontinuities at the connection part can be avoided. Ultrahigh frequency modulation signals can be efficiently supplied to the electrodes without the need for ultrahigh-speed modulation operations. Furthermore, since it is easy to connect a microstrip line and a coaxial cable, it is possible to easily supply an ultra-high frequency electrical signal to an optical modulator using a coaxial cable.
第１図人、Ｂはそれぞれ本発明の一実施例の光変調器の
上面図、ムーム線断面図、第２図は従来の光変調器の基
本構成図である。
１４・・・・・・電気光学効果を有する物質から成る基
板、２１．２２・・・・・・非対称コプレナー・スｌ−
ＩＪツブ線路、２３・・・・・・誘電体基板、２４・・
・・・・入力マイクロストリップ線路、２５・・・・・
・チップ抵抗、２６・・・・・・マイクロストリップ線
路の接地導体。
代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はか１名１’
／、 ２０ 、 、 、χ、入＆ ａ １４６ ２１１
．２’？−＋）−ドワイヤ第２図FIG. 1 and B are a top view and a sectional view along the Moum line of an optical modulator according to an embodiment of the present invention, respectively, and FIG. 2 is a basic configuration diagram of a conventional optical modulator. 14... Substrate made of a substance having an electro-optic effect, 21.22... Asymmetric coplanar sl-
IJ tube line, 23...Dielectric substrate, 24...
...Input microstrip line, 25...
・Chip resistance, 26...Grounding conductor of microstrip line. Name of agent: Patent attorney Toshi Nakao
/, 20, , χ, enter & a 146 211
．． 2'? -+)-Dwyer Figure 2
Claims (1)
互いに一定距離隔った２つのＹ分岐光導波路を有する直
線光導波路を形成し、上記Ｙ分岐光導波路の２つの分岐
点の間の直線光導波路のほぼ中央部にギャップ部分が重
なるように、非対称コプレナー・ストリップ線路を設け
、２つのマイクロストリップ線路が形成された誘電体基
板を上記マイクロストリップ線路の接地導体と上記非対
称コプレナー・ストリップ線路の接地導体とが接するよ
うに配置し、上記マイクロストリップ線路と上記非対称
コプレナー・ストリップ線路とを電気的に接続して１つ
の伝送線路を形成し、上記２つのマイクロストリップ線
路の一方から電気信号を供給するようにし、もう一方の
マイクロストリップ線路をチップ抵抗で終端するように
して構成したことを特徴とする光変調器。Near the surface of a substrate made of a substance that has an electro-optic effect,
A straight optical waveguide having two Y-branch optical waveguides separated by a certain distance from each other is formed, and an asymmetrical waveguide is formed so that the gap portion overlaps approximately the center of the straight optical waveguide between the two branch points of the Y-branch optical waveguide. A coplanar strip line is provided, and a dielectric substrate on which two microstrip lines are formed is arranged so that the ground conductor of the microstrip line and the ground conductor of the asymmetric coplanar strip line are in contact with each other. The asymmetric coplanar strip line is electrically connected to form one transmission line, an electric signal is supplied from one of the two microstrip lines, and the other microstrip line is terminated with a chip resistor. An optical modulator characterized in that it is configured as follows.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9721785A JPH063509B2 (en) | 1985-05-08 | 1985-05-08 | Light modulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9721785A JPH063509B2 (en) | 1985-05-08 | 1985-05-08 | Light modulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61255328A true JPS61255328A (en) | 1986-11-13 |
| JPH063509B2 JPH063509B2 (en) | 1994-01-12 |
Family
ID=14186458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9721785A Expired - Fee Related JPH063509B2 (en) | 1985-05-08 | 1985-05-08 | Light modulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH063509B2 (en) |
-
1985
- 1985-05-08 JP JP9721785A patent/JPH063509B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH063509B2 (en) | 1994-01-12 |
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