(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路に進行波型電極を設けると共に、この進行波型電極に変調用の電気信号を印加して進行波電界を発生させることにより、この電界にて光導波路中の光信号に変調をかけるようにした光変調器において、
前記進行波型電極は、光導波路に電界を作用させるための作用領域と、この作用領域から延伸され当該作用領域に連続的な電極線幅を持つ余長領域とを有し、
前記余長領域は前記電気信号に対して前記作用領域と同等のインピーダンスを有すると共に、その電極長によって前記電気信号に対して所定値以上の損失を与えることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
光導波路に進行波型電極を設けると共に、この進行波型電極に変調用の電気信号を印加して進行波電界を発生させることにより、この電界にて光導波路中の光信号に変調をかけるようにした光変調器において、
前記進行波型電極は、光導波路に電界を作用させるための作用領域と、この作用領域から延伸され当該作用領域に連続的な電極線幅を持つ余長領域とを有し、
前記余長領域は前記電気信号に対して前記作用領域と同等のインピーダンスを有すると共に、その曲率半径によって前記電気信号に対して所定値以上の損失を与えることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
直流電圧、または、直流電圧と低周波信号からなるバイアス電圧を印加するためのバイアス印加手段を備え、バイアス電圧は前記進行波型電極の余長領域側端部より印加する構成とすることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記進行波型電極はコプレーナ型線路であり、前記余長領域では徐々に信号線の幅が狭く形成される構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項５】
前記所定値は５［ｄＢ］以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光伝送システムに関わり、特にミリ波等、高周波信号の光ファイバ伝送に使用するための外部光変調器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信の広帯域化が可能なミリ波（６０［ＧＨz ］） 帯の電波は、空気による減衰が大きいため、通信エリア拡大方法として光ファイバによる伝送が期待されている。
【０００３】
すなわち、光ファイバ網を張り巡らせ、光キャリアにミリ波の変調をかけて光ファイバに送り込み、当該光ファイバによる通信網に接続した無線基地局まで伝送してから電波に変換して無線基地局よりそのサービスエリア内の無線端末に送るのである。無線端末からの受信波はこの逆で、ミリ波にて無線送信されてきた電波を基地局で受け、基地局では光キャリアに当該ミリ波で変調をかけてから光ファイバに送り出す。
【０００４】
このように、光ファイバにて伝送して、末端のサービスエリアでは無線基地局より無線にて送受信するようにすることで、空気による減衰の影響を受けにくくし、通信エリアの拡大を図る。
【０００５】
ところで、光キャリアにミリ波の変調をかけるには光変調器を使用するが、それにはしばしば外部変調器が用いられる。外部変調器としてはニオブ酸リチウム(LN)により形成された光導波路上に、金属電極を形成し、電気光学効果を利用して変調する型式のものがよく使用される。
【０００６】
この型式の外部変調器は、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）変調器と呼ばれるが、高速変調用のＬＮ変調器では、―般に進行波型の電極が採用される。この進行波型電極に関して図１６を用いて説明する。
【０００７】
図１６において、１は光導波路、２は電極線路、３は入力端子である。そして、入力端子３より電極線路２に、進行波の高周波電圧信号を加えることにより、光導波路１に進行波による高周波電界を作用させる。いま、進行波の進行方向が、図の左側から右側方向であるとし、また、光導波路１には図の左側すなわち、進行波の進行方向に向けて光を入射させるとする。
【０００８】
そして、光導波路１に左側から入射された光が伝搬していくとき、光導波路１上の電極線路２に印加された電圧信号によって発生した高周波電界の作用を受けて、光導波路１内に屈折率変化が発生し、印加されている高周波電圧信号の大きさに応じた位相変調を受けることになる。
【０００９】
但し、電極線路２は、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路などの線路である。
このように、入力端子３から電極線路２に電気信号が入力されると、この電気信号は電極線路２内を左から右ヘ伝搬する。この時、光が光導波路１を伝搬する速さと、電気信号が電極線路２を伝搬する速さがほぼ―致していると、光は伝搬するに従って常に電気信号の同じ点から変調を受ける。
【００１０】
印加電圧による屈折率変化は印加電圧の大きさに比例するが、大抵の物質では比例定数は小さく、従って、十分な変調をするためには大きな電圧が必要となる。しかしながら、高周波信号では、一般に大きな電圧を得ることは難しい。
【００１１】
進行波型電極は、そのような問題点を解決するに最適な方法であり、小さい電圧であっても、進行する光は電極の長さ方向に亙ってずっと同じ信号から変調を受けることにより、十分に変調されることになる。ミリ波信号で光を変調する場合も、進行波型電極の適用が考えられる。
【００１２】
ＬＮ強度変調器も含めて、光変調器は電気的な直流動作点を中心にして動作するものが多い。その直流動作点を決めるにはバイアスを与えるが、このバイアス分を変調信号に対して加えて光変調器に与え、光変調する。そして、変調信号にバイアス電圧( または電流) を加えるために、しばしば図１７の如き回路構成のバイアスＴと呼ばれる回路を使用する。
【００１３】
このバイアスＴ回路は低域ブロック素子６と、高域ブロック素子７および信号の分岐合流をするための分岐合流部１１とを用いて構成された３端子回路であり、端子5-1 に変調信号、端子5-2 にバイアス電圧（または電流）を印加すると、端子5-3 にそれらが合わさった信号として出力される。
【００１４】
このバイアスＴ回路は低域ブロック素子6 と高域ブロック素子７によって端子5 ‐1 と端子5-2 の間のアイソレーションがとられている。信号周波数が比較的低ければ、このようなバイアス回路はコンデンサとインダクタを使用して容易に製作できる。
【００１５】
しかし、ミリ波のような高い周波数帯用では、その周波数帯に対する理想的な特性を確保できるようなコンデンサや、インダクタと云った素子が容易には製作できない、また、素子間の接続が難しい、等の理由により、特性の良いものの製作が困難になる。
【００１６】
ところで、進行波型電極にバイアスを印加する場合、通常、図１８(a) または図１８(b) のような構成をとる。すなわち、これらにおいて、６は低域ブロック素子、７は高域ブロック素子、９は直流源、８は終端抵抗、１０は信号源であり、図１８(a) に示す構造のものは、光導波路１に設けられた電極線路２に対して、直流源９からのバイアス電圧を高域ブロック素子７を介して光信号の入力側となる端部側より与えるようにすると共に、信号源１０からの変調信号は低域ブロック素子６を介して、光信号の入力側となる端部側より与えるようにする。すなわち、変調信号とバイアス電圧とを電極線路２の同じ位置から入力する構成である。
【００１７】
そして、変調信号とバイアス電圧とを同じ位置から入力するために、互いの影響を受けないように、信号源１０からの変調信号は低域ブロック素子６を介することにより、低域成分を遮断し、バイアス電圧は高域ブロック素子７を介することにより高域成分を遮断するようにしており、さらに変調信号とバイアス電圧を合成するために、分岐合流部１１を設けて両者を合成したものを最終的に電極線路に与える構成である。また、変調信号を終端するために、電極線路２には変調信号を入力する側と反対側の端部に低域ブロック素子６と終端用の抵抗８とによる直列回路を介して接地してある。
【００１８】
また、図１８（ｂ）はバイアス電圧を変調信号の印加端と逆の位置より印加する構成であり、バイアス電圧を変調信号の印加端と逆の位置から入力するために、直流源９からのバイアス電圧は高域ブロック素子７を介して高域成分を遮断するようにした上で電極線路２における変調信号入力側とは逆の端部に接続され、また、ここに変調信号の終端抵抗８を接続するために、低域ブロック素子６を介して当該終端抵抗８を接続してある。そして、変調信号とバイアス電圧を分岐するために、分岐合流部１１を設けてある。
【００１９】
信号源１０からの変調信号は、低域ブロック素子６を介して電極線路２における変調信号入力側に接続してある。このような図１８（ａ），（ｂ）に示す構成において、信号源１０より与えられる伝送対象の信号は、ミリ波の変調信号として低域ブロック素子６を介して入力端子３より電極線路２に与える。この変調信号により、電極線路２には進行波の高周波電圧が発生することになり、光導波路１に進行波による高周波電界が作用されることになる。
【００２０】
いま、進行波の進行方向が、図の左側から右側方向であるとし、また、光導波路１には図の左側から光を入射させるとする。ミリ波信号による変調信号を発生する信号源１０は、図の左側、つまり光の入射側端にあり、また、図１８（ａ）の構成の場合、この信号源１０側に低域ブロック素子６と高域ブロック素子７および分岐合流部１１とからなるバイアスＴ回路が挿入されており、この回路の低域ブロック素子を介して信号源１０からの変調信号が電極線路２に印加され、また、高域ブロック素子を介して電極線路２にバイアスが加えられている。
【００２１】
電極線路２の右側端は信号の出力端子４側となっており、当該出力端子４側には低域ブロック素子６を介して信号終端用の終端抵抗８が接続されている。電気信号は進行波型電極を伝搬中、光に作用をするが、電気信号そのものはほとんど変化しない。
【００２２】
したがって、終端抵抗８は信号源１０より与えられて光を変調し終えたミリ波の変調信号が、電極線路の端部で反射して戻らないように終端する役割を担う。低域ブロック素子６は直流源９からの直流電圧が終端抵抗８( 信号源１０の出力が直流カットされていない場合はその出力抵抗) に流れて、無駄に電力を消費することを防ぐためにある。
【００２３】
図１８（ｂ）の構成は、出力端子４側にバイアスＴ回路を接続した構成であり、出力端子４の側からバイアス電圧（または電流）を入れる構成である。バイアスＴ回路が終端抵抗８の方に入っている他は、動作は図１８（ａ）の場合と同様である。
【００２４】
いずれの構成であっても、信号源１０から出力された信号は、電極線路２を通り、終端抵抗８で終端されるまでに低域ブロック素子６や分岐合流部１１を通ることになる。
【００２５】
しかし、ミリ波のような高周波帯域の信号では、その帯域に合う理想的な素子を製作することが困難であり、従って、低域ブロック素子、分岐合流部、終端抵抗などで反射、過剰損失が発生することが避けられず、それがために、光変調器としての特性が劣化する。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、進行波型電極線路を有する従来の光変調器では電極線路に変調信号を印加するために低域ブロック素子を用い、バイアス分をカットし、また、バイアスを与えるために高域ブロック素子を用い、高周波成分をカットするようにし、また、変調信号を終端するために低域ブロック素子を介して終端抵抗を設けており、また、低域成分と高域成分の合成や分配のための分岐合流部を必要としていた。
【００２７】
しかし、これらは、ミリ波のような高い周波数に対しての動作特性は不十分なものであり、高周波信号に対して減衰を与える。このように、進行波型電極を有する光変調器を、ミリ波帯のような高い周波数で使用する場合、バイアスを印加するための低域ブロック素子や分岐合流部、あるいは信号を終端するための抵抗で過剰損失や反射を受け、それが光の変調に影響を及ぼして光変調器としての変調特性が劣化していた。
【００２８】
素子は一般に、高い周波数に追従しにくく、また、たとえ十分な追従特性があったとしてもそれは高価な物であることが多い。
従って、高い周波数に対しての特性が必要な素子をできるだけ使用しない構成とする必要がある。
【００２９】
そこで、この発明の目的とするところは、高い周波数に対しての特性が必要な素子の使用を最小限にとどめると共に、ミリ波などの高周波変調信号で光を変調するにあたり、変調特性が良好で実用性の高い光変調器を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成する。
［１］本願第１の発明では、進行波型電極を電気信号が伝搬し、光信号に作用を及ぼす光変調器において、前記進行波型電極は前記電気信号が前記光信号に作用し終えた後も伝搬する余長領域を有し、前記余長領域は前記電気信号が前記光信号に作用する作用領域と同等のインピーダンスを有し、前記余長領域は前記電気信号に対して所定値以上、具体的には例えば、５［ｄＢ］以上の損失を有する事を特徴とする光変調器を提供する。
【００３２】
一方、ミリ波帯のように非常に高い周波数では、マイクロストリップ線路などの伝送線路の損失は大きい。従って十分に長い線路を伝搬させると、線路内で信号は減衰して消滅する。ミリ波を図４のように光変調器内で十分に長い線路を伝搬させると、光導波路内を伝搬する光に有効に作用するのは、前述の様な理由から比較的短い長さＬＯである。
【００３３】
光変調器の本来の機能としては、ＬＯの長さで十分であるが、本発明ではそれよりも長い線路2 を用い、光に対する作用が終了した後も線路を伝搬させる。その  結果、ミリ波信号は線路内で減衰し、線路長によっては消滅する。終端抵抗を使用しないため、終端抵抗が理想的な特性を持っていないことに起因する反射がない。
【００３４】
本発明では信号が十分に減衰する長さの余長領域が必要である。以下のような理由により実際には5[dB] 以上の減衰量があれば十分な長さであると考えられる。高周波部品の設計に際して電圧定在波比(VSWR)という反射量によって定まる基準が用いられることが多い。
【００３５】
一般的な高周波デバイスではVSWR=2:1程度がしばしば要求される。これは反射量としては−１０［ｄＢ］に相当する。これを本発明の光変調器に適用すると、図５のように余長領域で片道５［ｄＢ］の損失があれば、端部で信号が全反射して戻ったとしても余長領域から作用領域に戻る信号は往復分の損失を受けて１０［ｄＢ］損失しており、−１０［ｄＢ］の反射となる。
【００３６】
作用領域での損失もあるため、光変調器の信号入力端子から見ると−１０［ｄＢ］以下の反射量となっており、高周波デバイスとしての―般的な要求性能を満たしており、使用に耐え得る。
【００３７】
［２］さらに、本願第２の発明では、前記進行波型電極の前記余長領域側端部に前記進行波型電極に直流電圧、または、直流電圧と低周波信号からなるバイアス電圧を印加する端子が設けられていることを特徴とする本願第1 の発明の光変調器を提供する。
【００３８】
直流電圧や低周波の信号は線路でほとんど減衰しないため、電極線路２にわたって一様にかかる。
そこで、図２のように、信号を入力するＲＦ入力端子１３の反対側にバイアス入力端子１２を設ける。バイアス入力端子１２のある端部では、ＲＦ入力端子１３から入力された信号は十分に減衰しており、端部で反射が大きくても、反射して光と作用する領域に戻る信号はほとんど無い。
【００３９】
このことは、電極線路２において、ＲＦ信号に対して選択的に終端する機能１６を有していることを意味し、等価的に示すと電極線路２は図３に示すようにＲＦ信号のみに対して選択的に終端するための終端機能１６を有していることになる。
【００４０】
従って、光に対する変調作用を終えた後も、電気信号を伝搬させる余長領域は、終端機能１６が信号のみに対して選択的に終端することより、伝送線路のインピーダンスを全く変化させずに信号のみを終端できることを意味するので、低域ブロック素子６と高域ブロック素子７および分岐合流部１１とからなるバイアスＴ回路を設ける従来例のように、分岐合流部１１でのインピーダンス整合の不完全性の問題がなく、また、低域ブロック素子６の数も減らせるので、それらの素子によって生じる反射や損失による特性劣化が小さい。
【００４１】
また、ＲＦ入力端子１３側の低域ブロック素子６は信号源１０内部の出力部に同様の低域ブロック素子が備えられていれば必要ない。そのような場合は信号の伝搬経路にインピーダンス不整合を起こし易い素子が全くなく、光変調器の性能が向上する。また、この構成では従来のように、分岐合流部や、低域ブロック素子が無いにも関わらず、バイアス電圧のかかる部分にバイアス電圧の電力を消費する抵抗が無いので、バイアス電圧の電力消費量が小さく、経済的である。
【００４２】
［３］本願第３の発明では、前記進行波型電極はコプレーナ型線路であり、前記余長領域では徐々に信号線の幅が狭くなっていることを特徴とする本願第1 または第2 の発明の光変調器を提供する。
【００４３】
電気信号用の線路ではインピーダンスを特定した場合、伝搬損失が最も少なくなる最適な信号線の幅がある。それより太いと放射損によって損失が増加し、それより狭いとオーム損によって損失が増加する。本発明では、作用領域の信号線幅よりも、余長領域の信号線幅を狭くすることによってオーム損を大きくし、より短い距離で信号を損失させる。オーム損では信号は線路内で熱に変換されるため、他に影響を与えることがない。
【００４４】
また、作用領域から余長領域へ移る地点で信号線幅が急激に変化すると反射の原因となるため、徐々に狭くなるようにする。
光変調器の基板の厚さは面内でほぼ一様である。基板上に製作される高周波の線路では、マイクロストリップ線路とコプレーナ線路がしばしば用いられる。マイクロストリップ線路でインピーダンスを変えずに信号線の幅を変えるには、基板厚を変える必要があり、現実的でない。
これに対して、コプレーナ線路は同一面上にある信号線とグラウンドの間隔を変えるだけで良く、本発明に適している。
【００４５】
【発明の実施の形態】
本願の実施の形態を図を用いて説明する。
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態における―例としての光変調器の構成図である。図では電極線路のうち信号線のみを示し、グラウンドは省略している。電極線路２はマイクロストリップ線路、コプレーナ線路などが用いられる。
【００４６】
図１において、１は変調対象の光を通す光導波路、２は進行波型の電極線路であって信号線側の電極線路であり、作用領域１４と余長領域１５とからなる。６は低域ブロック素子、１０は高周波帯域の変調信号を出力する信号源、１２はバイアス電圧の入力端子であるバイアス入力端子、１３は変調信号の入力をするためのＲＦ入力端子、１７はバイアス電圧を出力するバイアス源である。
【００４７】
図１に示すように、本発明の光変調器は、電極線路２が作用領域１４と余長領域１５に分けてあり、光導波路１を基準に見て光伝搬方向に前半側が作用領域１４、後半側が余長領域となる。
【００４８】
これら領域のうち、作用領域１４は光に対して変調信号による電界を作用させて変調するための領域であり、また、余長領域１５は変調信号を減衰させるために設けた領域である。従って、作用領域１４においてのみ、変調信号による進行波の高周波電界が光導波路１中の光に作用するように、光導波路１の電極線路２内での配置を工夫してある。すなわち、光導波路１は電極線路２の作用領域１４中を通し、余長領域１５では外部に引き出してこの余長領域１５での作用を受けないように構成してある。
【００４９】
本発明においては、電極線路２は湾曲がなく、真っ直ぐであり、また、光導波路１は電極線路２の作用領域１４内について主として配され、余長領域１５では電極線路２の外に引き出される形で配置してある。従って、光導波路１は作用領域１４を経たあと、湾曲されて電極線路２の外に引き出される。
【００５１】
電極線路２の作用領域１４にはその端部側にＲＦ入力端子１３が設けてあり、余長領域１５側の端部にはバイアス入力端子１２が設けてある。
本装置は信号源１０の出力はバイアス電圧を阻止するため、低域ブロック素子６を介してＲＦ入力端子１３より電極線路２の入力端側に印加され、電極線路２の余長領域１５端側はバイアス源１７よりバイアス入力端子１２を介して電極線路２にバイアスが与えられる構成である。バイアス入力端子１２から与えられるバイアス電圧は直流電圧、または、直流電圧と低周波信号からなる。
【００５２】
このような構成の光変調器は、バイアス入力端子１２にバイアス源１７からのバイアス電圧が印加されることにより、電極線路２全体に所定のバイアスがかけられ、変調の動作点を決めている。また、光導波路１上に電極線路２がついており、ＲＦ入力端子１３より電極線路２における作用領域１４側に信号源１０からの高周波変調信号が印加される。
【００５３】
そして、この高周波変調信号は電極線路２において作用領域１４側から余長領域１５側に向けて進行波電界を発生する。
一方、光導波路１には電極線路２の作用領域１４側端側方向より変調対象の光が伝搬され、この光は電極線路２の作用領域１４内において、この進行波電界が作用されることにより、変調を受ける。
【００５４】
このようにして電極線路２の作用領域１４内において、光導波路１を伝搬する光に電極線路２上を伝搬する電気信号による電界が作用される。そして、電極線路２における作用領域１４を過ぎた後は電極線路２に印加されている電気信号による電界からの作用を受けることがないように、当該光導波路１は電極線路２の外に出る。これによって、適度に変調された光として光変調器より出力されることになる。
【００５５】
一方、信号源１０より出力されて電極線路２に印加された進行波電界形成のための高周波信号は、電極線路２の余長領域１５に進み、この領域において損失を受ける。すなわち、伝搬する線路長が長くなると高周波信号は減衰が大きくなる。そのため、余長領域１５の端部に進行する段階ではレベルが大幅に小さくなる。
【００５６】
余長領域１５の端には、光変調器の動作点を決めるためのバイアス電圧を与えるバイアス入力端子１２があり、ここに直流電圧源１７を接続して直流電圧によるバイアス電圧が印加されている（なお、直流電圧と低周波信号からなるバイアス電圧が印加されることもある）。しかし、直流電圧や低周波の信号は、高周波信号と違い、長い線路長の電極線路２に印加してもこの電極線路内でほとんど減衰することはないため、当該バイアス電圧は電極線路２にわたって一様にかかり、本来意のバイアスの意味を果たす。
【００５７】
従って、本発明の光変調器では、信号源１０の出力とバイアスとを電気的に合成して電極線路２に与えるために従来、設けていた低域阻止用の低域ブロック素子と高域阻止用の高域ブロック素子そして、分岐合流部とからなるバイアスＴ回路を廃止し、図２に示すように、電極線路２における信号源１０からの変調信号を入力するＲＦ入力端子１３の逆側端、つまり、電極線路２における余長領域１５側端にバイアス入力端子１２を設けるようにしたわけである。
【００５８】
バイアス入力端子１２の設けられた端部では、ＲＦ入力端子１３から入力された信号は十分に減衰しており、高周波的にみてたとえ、端部で反射が大きくても、ここで反射して光と作用する領域（すなわち、電極線路２の作用領域）に戻る変調信号はほとんど無い。
【００５９】
このことは、電極線路２において、ＲＦ信号に対して選択的に終端する機能１６を有していることを意味し、等価的に示すと電極線路２は図３に示すようにＲＦ信号のみに対して選択的に終端するための終端機能１６を有していることになる。
【００６０】
従って、光に対する変調作用を終えた後も、電気信号を伝搬させる余長領域は、終端機能１６が信号のみに対して選択的に終端することより、伝送線路のインピーダンスを全く変化させずに信号のみを終端できることを意味するので、低域ブロック素子６と高域ブロック素子７および分岐合流部１１とからなるバイアスＴ回路を設けてバイアス源よりバイアスを印加する従来例のように、分岐合流部１１でのインピーダンス整合の不完全性の問題がなく、また、低域成分阻止用の低域ブロック素子６の数も減らせるので、それらの素子によって生じる反射や損失による特性劣化が小さい。
【００６１】
また、ＲＦ入力端子１３側の低域ブロック素子６は信号源１０内部の出力部に同様の低域ブロック素子が備えられていれば必要ない。そのような場合は信号の伝搬経路にインピーダンス不整合を起こし易い素子が全くなく、光変調器の性能が向上する。また、この構成では従来のように、分岐合流部や、低域ブロック素子が無いにも関わらず、バイアス電圧のかかる部分にバイアス電圧の電力を消費する抵抗が無いので、バイアス電圧の電力消費量が小さく、経済的である。
【００６２】
このように、第１の実施形態に示す本発明では、進行波型電極を電気信号が伝搬し、光信号に作用を及ぼす光変調器において、前記進行波型電極は前記電気信号が前記光信号に作用し終えた後も伝搬する余長領域を有した構成とすると共に、前記余長領域は前記電気信号が前記光信号に作用する作用領域と同等のインピーダンスを有し、前記余長領域は前記電気信号に対して５［ｄＢ］以上の損失を有する構成の光変調器とした。
【００６４】
一方、ミリ波帯のように非常に高い周波数の電気信号では、マイクロストリップ線路などの伝送線路での損失は大きい。従って、十分に長い線路を伝搬させると、線路内で信号は減衰して消滅する。ミリ波信号を図４のように光変調器内で十分に長い線路内を伝搬させると、光導波路内を伝搬する光に有効に作用するのは、前述の様な理由から比較的短い長さＬＯの範囲内である。
【００６５】
光変調器の本来の機能としては、ＬＯの長さで十分であるが、このことを利用して、本発明ではそれよりも長い電極線路２を用いるようにし、光に対する作用が終了した後も電極線路を伝搬させるようにした。
【００６６】
その結果、ミリ波信号は電極線路内で減衰することとなり、あるいは設定した電極線路長によってはミリ波信号は電極線路内で消滅することとなる。
このように、進行波型の電極線路として電極長を十分に長く確保し、光伝送路は電極線路の一部を通して配置する構成とし、電極線路の余長分は電気信号の減衰領域として利用するようにしたため、終端抵抗を使用しない構成とするようにした。そのため、終端抵抗が理想的な特性を持っていないことに起因する反射がない。
【００６７】
なお、図４のようなバイアス印加のない形態は、ＬＮ位相変調器などに用いられる。
本発明においては、使用する電極線路が、高周波変調信号による進行波電界を作用させて光を変調するための作用領域に加えて、この高周波変調信号が十分に減衰する長さの余長領域を有する構成であることが特徴であるが、当該余長領域としては以下のような理由により、実際には５［ｄＢ］以上の減衰量が確保できる余長領域長さがあれば、十分な長さであると考えられる。
【００６８】
すなわち、高周波部品の設計に際しては、電圧定在波比(VSWR)という反射量によって定まる基準が用いられることが多い。そして、一般的な高周波デバイスでは、VSWR=2:1程度がしばしば要求される。これは反射量としては−１０［ｄＢ］に相当する。
【００６９】
これを本発明の光変調器に適用すると、図５に示すように、余長領域で片道５［ｄＢ］の損失がある構成とすれば、電極線路端部で信号がたとえ全反射して戻ったとしても、余長領域１５から作用領域１４に戻る信号は往復分の損失を受けて１０［ｄＢ］損失し、−１０［ｄＢ］の反射となる。
【００７０】
電極線路２における作用領域１４での損失もあるため、５［ｄＢ］の損失のある余長領域を設けた光変調器は、変調信号入力端子（ＲＦ入力端子）から見ると−１０［ｄＢ］以下の反射量となっており、高周波デバイスとしての一般的な要求性能を十分満たしていて、実用に耐え得る。
【００７１】
図６は本発明における光変調器の、別の実施形態を示す構成図である。先の例は、電極線路１は真っ直ぐとし、光導波路１側を途中から曲げるようにしたが、この例では、これとは逆に、光導波路１側は真っ直ぐとし、電極線路２側を途中から曲げるようにした。
【００７２】
すなわち、電極線路２における作用領域１４内では光導波路１と電極線路２が重なっているが、光導波路１は直線状にし、電極線路２を曲げる構成とすることによって両者が次第に離れていくようにした。その他の部分は図１と同様である。
【００７３】
光導波路１も電極線路２も急激な曲がりに対しては損失が大きい。従って、光導波路１および、作用領域１４内の電極線路２に対しては損失が少ない十分に大きな曲率半径で曲げる必要がある。
【００７４】
ミリ波のような高周波信号では線路での減衰が大きいため、余長領域１５内を伝搬するうちに、高周波電気信号のみが選択的に減衰する。
一方、バイアス電圧のような低周波信号は電極線路にわたって―様な電圧がかかる。
【００７５】
このような構成では、バイアス電圧を印加するためのバイアスＴ回路や、ミリ波信号を終端するための終端抵抗などの素子が不要になり、これらの素子による反射や過剰損失が無くなって、高周波領域でのデバイスの性能が向上する。
【００７６】
余長領域１５での電気信号の減衰量は、理想的には多い程良く、そのためにはより長い余長領域１５が必要である。
しかし、実装やパッケージサイズの問題から、余長領域１５の長さは必要最小限にしたい。余長領域１５に要求される減衰量は、先に述べた理由から、片道５［ｄＢ］以上あればよい。従って、図５に示すように、余長領域１５は５［ｄＢ］の減衰量を持つ長さにすればよい。
【００７７】
但し、作用領域１４でも信号は減衰するので、図７に示すように、作用領域１４と余長領域１５を合わせて５［ｄＢ］の減衰量があれば良い。また、作用領域１４のみで５［ｄＢ］以上の減衰があるならば、図８に示すように、余長領域１５を全く設けず、しかも、電極線路２の終わりに、バイアスＴ回路や終端抵抗を設けること無しに、バイアス電圧用の端子１２を引き出す構成としても良い。このようにすると、簡素で構成要素数が少ないから、光変調器の基板やパッケージが小型化できる。
【００７８】
また、本発明では図１０に示す構成のように、余長領域１５の先に、別の電気素子26、例えば、バイアス電圧に対して何らかの作用を及ぼす素子を作り込んでも良い。
【００７９】
この時、電極線路２を伝搬してきた電気信号は余長領域１５で十分に減衰しているか、動作帯域が異なるため、電気素子26とは相互作用しない。バイアス電圧は、これまでの例と同様に端子27に印加しても良いし、回路設計によっては端子２８に電圧を印加し、何か処理をした後余長領域１５にバイアス電圧がかかるようにしても良い。
【００８０】
以上、この実施形態は、終端抵抗を不要とし、また、分岐合流部を不要として高い周波数に対しての特性が必要な素子の使用を最小限にとどめると共に、ミリ波などの高周波変調信号で光を変調するにあたり、変調特性が良好で実用性の高い光変調器を提供できる。
【００８１】
（第２の実施形態）
次に、余長領域を短くする実施形態を、第２の実施形態として図１１を参照して説明する。
【００８２】
図１１に示す実施形態は、電極線路２の形状を次第に絞った構成である。すなわち、余長領域１５内における電極線路２の信号線幅が徐々に狭くなっている形態である。線路はコプレーナ線路であり、信号線２１とグラウンド２０とよりなる電極線路２での、信号線２１とグラウンド２０間での間隔を縮めるようにすることで、インピーダンスを一定に保ちながら信号線２１の幅を狭めるようにしている。
【００８３】
信号線２１が狭くなるとオーム損が増加し、より短い長さで高周波信号のみを選択的に減衰させることができる。この時、急激な変化によってインピーダンスが変動しないように、信号線２１の幅や信号線２１とグラウンド２０の間隔は徐々に狭めていくと良い。
【００８４】
同様にして、図１２に示す構成のように、線路の幅を次第に広げていくようにしても良い。この時は、信号の損失が主に放射損によるので、放射した信号が他の部分で拾われて雑音となったり共振を起こしたりしないように信号が放射される部分に面したパッケージ壁面に電波吸収体を配するなどの配慮が必要である。
【００８５】
また、本発明では、インピーダンスを作用領域１４と同等に保っているならば、図９に示す構成のように、余長領域１５に端部に至るに連れて抵抗値が増大するかたちで純抵抗Ｒを作り込んで、この余長領域１５での損失が大きくなるように構成しても良い。そして、これにより、余長領域１５を、より短く構成することができ、小型化に寄与する技術となる。
【００８６】
また、ミリ波の様な高周波信号は、線路の曲げによる損失が大きい。損失の度合いは曲げの曲率により、曲率半径が小さいほど損失が大きい。
そこで本発明では、図１３に示す構成のように、電極線路２の余長領域１５側部分を、小さい曲率半径で曲げるようにして、電気信号を減衰させるようにしても良い。
【００８７】
このように構成する結果、余長領域１５の長さが、より短くてすむ。但し、この時、放射損が増加するので、前述の場合と同様、雑音や共振に対して配慮する必要がある。
【００８８】
また、図１４に示す構成の様に、線路幅を次第に狭くしつつ、小さい曲率で曲げるようにすると、電気信号の減衰効果が一層増大する。以上、第２の実施形態では、進行波型電極に曲げを与えたり、信号線路幅を狭くしたり、抵抗を作り込んだりすることによって、余長領域長を短くしたものである。
【００８９】
変調電気信号用の電極線路ではインピーダンスを特定した場合、伝搬損失が最も少なくなる最適な信号線の幅がある。そして、それより幅が太いと放射損によって損失が増加し、それより狭いとオーム損によって損失が増加する。
【００９０】
本発明では、作用領域の信号線幅よりも、余長領域の信号線幅を狭くすることによってオーム損を大きくし、より短い距離で信号を損失させるようにした。
そして、オーム損では高周波による変調信号は電極線路内で熱に変換されるため、他に影響を与えることがないことを利用した。
【００９１】
また、作用領域から余長領域へ移る地点で信号線幅が急激に変化すると反射の原因となるため、徐々に狭くなるようにした。光変調器を作り込む基板の厚さは面内でほぼ一様である。基板上に製作される。高周波の線路では、マイクロストリップ線路とコプレーナ線路がしばしば用いられる。マイクロストリップ線路でインピーダンスを変えずに信号線の幅を変えるには、基板厚を変える必要があり、現実的でない。
【００９２】
これに対して、コプレーナ線路は同一面上にある信号線とグラウンドの間隔を変えるだけで良く、本発明に適している。
従って、本発明によれば、高い周波数に対しての特性が必要な素子の使用を最小限にとどめると共に、ミリ波などの高周波変調信号で光を変調するにあたり、変調特性が良好で実用性の高い光変調器を提供できる。
【００９３】
以上、種々の実施形態を説明したが、本発明は上述した例に限定されるものではなく、種々変形して実施可能である。例えば、これまでの例では、１本の光導波路上に１本の電極線路がつけられた構成を説明したが、本発明はそのような形態に限定されるものではない。
【００９４】
例えば、図１５に示すように、複数の光導波路３０-1, ３０-2に作用する構成とした場合にも適用できる。この場合も、作用し終えた後に余長領域１５を伝搬させて信号のみ選択的に減衰させる。
【００９５】
また、以上の各実施形態においては、光変調器としてニオブ酸リチウム光変調器を例にとって説明してきたが、進行波型電極を使用するタイプの光変調器であれば、材質はこれに限らない。
【００９６】
【発明の効果】
以上、述べたように、本発明は、変調信号としてミリ波など高周波電気信号を用い、この変調信号で進行波電界を発生させて光導波路中を伝搬する光に作用させ、当該光に変調をかけるようにした光変調器において、高周波電気信号が電極線路を伝搬しながら光に対して作用し終えた後も伝搬する余長領域を設けた構成とした。そして、ミリ波などの高周波では、線路を伝搬するときの損失が大きく、変調信号としてこのような高周波信号を用いる本発明装置では、余長領域で十分な減衰を受ける構成としたことによって、終端抵抗や、付随する低周波ブロック素子が不要になる。また、バイアス電圧を余長領域端から印加すると、余長領域端では高周波信号はほとんど減衰しているため、バイアス電圧源と信号源のアイソレーションを保つことができる。その結果、従来必要としていた高域ブロック素子や分岐合流部などのバイアス印加用素子からなる回路が不要になるため、デバイスの構成が単純化され、種々の素子を省略できるために、それらの不完全性による反射や損失が無く、特性が大幅に向上する光変調器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための図であって、本発明の実施形態の一例を説明するための概略図。
【図２】本発明を説明するための図であって、本発明の実施形態の一例を説明するための概略図。
【図３】本発明を説明するための図であって、本発明の実施形態における等価的な構成を示す図。
【図４】本発明を説明するための図であって、本発明の実施形態の一例を説明するための概略図。
【図５】本発明を説明するための図であって、本発明の実施形態の一例を説明するための概略図。
【図６】本発明を説明するための図であって、本発明の実施形態の一例を説明するための概略図。
【図７】本発明を説明するための図であって、本発明の実施形態の一例を説明するための概略図。
【図８】本発明を説明するための図であって、本発明の実施形態の一例を説明するための概略図。
【図９】本発明を説明するための図であって、本発明の実施形態の一例を説明するための概略図。
【図１０】本発明を説明するための図であって、本発明の実施形態の一例を説明するための概略図。
【図１１】本発明を説明するための図であって、本発明の実施形態の一例を説明するための概略図。
【図１２】本発明を説明するための図であって、本発明の実施の形態の一つである。
【図１３】本発明を説明するための図であって、本発明の実施形態の一例を説明するための概略図。
【図１４】本発明を説明するための図であって、本発明の実施形態の一例を説明するための概略図。
【図１５】本発明を説明するための図であって、本発明の実施形態の一例を説明するための概略図。
【図１６】従来技術を説明するための図。
【図１７】従来技術を説明するための図。
【図１８】従来技術を説明するための図。
【符号の説明】
1 …光導波路
２…電極線路
３…入力端子
４…出力端子
５…端子
６…低域ブロック素子
７…高域ブロック素子
８…終端抵抗
９…直流源
１０…信号源
１１…分岐合流部
１２…バイアス入力端子
１３…ＲＦ入力端子
１４…作用領域
１５…余長領域
１６…余長領域
１７…バイアス源
１９…コプレーナ線路
２０…グラウンド
２１…信号線
２５…純抵抗を作り込んだ線路
２６…電気素子
２７，２８…端子
３０…光導波路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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