(57)【要約】  進行波電極構造に沿って伝搬する電気信号の制御の下で、発色基を含むポリマ・クラッディング領域によって囲まれた導波路コア内を伝搬する光の光信号変調のための光学デバイス（１０、４０）を提供する。マイクロ波電極構造は、一対の接地面電極（７２、７４）間に介在する制御信号電極（７５）を含む共面ストリップラインを備えている。マイクロ波接地面電極の各々は、正又は負ＤＣバイアス源（＋Vbias、−Vbias）に接続されており、ＤＣ遮断コンデンサ（７６）によって、マイクロ波信号入力（４４）に結合されている。信号入力及び出力から隔離された接地電極部（７２’、７４’）は、ポリマのガラス遷移温度付近の温度においてバイアス電圧を印加することにより、発色基を整合するために用いることができる。本発明は、ここに記載し特許請求するような、共面ストリップラインの提供も想定している。
2007518142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光電変調器を備えている光学デバイスであって、前記光電変調器は、光学的機能導波路部と、電極部とを備えており、
前記光学的機能導波路部は、変調入力部と、変調出力部と、前記変調入力部内にある光信号スプリッタと前記変調出力部内にある光信号コンバイナとの間に規定された第１及び第２導波路アームとを備えており、
前記電極部は、そこに印加された制御信号が、前記光学的機能導波路部における前記導波路アームの一方又は双方に沿って伝搬する光の伝送特性を変化させるように構成されており、
前記電極部分は、制御信号入力から、前記光学的機能導波路部を横切って、制御信号出力まで延びる共面ストリップラインを備えており、
前記共面ストリップラインは、制御信号電極と、第１及び第２接地面電極とを備えており、制御信号入力から、前記光学的機能導波路部を横切って、制御信号出力まで、実質的に均一なインピーダンス・プロファイルを規定している
ことを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、
前記第１接地面電極は、−Vbiasに昇圧された接地面部であって、前記制御信号入力及び前記制御信号出力から隔離された接地面部を規定し、
前記第２接地面電極は、＋Vbiasに昇圧された接地面部であって、前記制御信号入力及び前記制御信号出力から隔離された、接地面部を規定している
ことを特徴とする光学デバイス。
【請求項３】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、
前記第１導波路アームの光学的機能導波路部内にある発光基が、前記第１接地面電極と前記制御信号電極との間にある第１電界領域において、−Vbias静止配向を規定し、
前記第２導波路アームの光学的機能導波路部内にある発光基が、前記第２接地面電極と前記制御信号電極との間にある第１電界領域において、＋Vbias静止配向を規定している
ことを特徴とする光学デバイス。
【請求項４】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、前記制御信号電極は、前記第１及び第２接地面電極の間に、前記第１及び第２接地面電極と実質的に共通な平面内に位置付けられている
ことを特徴とする光学デバイス。
【請求項５】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、前記第１及び第２接地面電極は、前記光電変調器の前記光学的機能導波路部の外側にある前記実質的に共通な面において、前記制御信号電極の実質的に全てを中心に対称的に配置されていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項６】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、
前記制御信号電極は、前記変調器の前記光学的機能導波路部の外側において、その長さの実質的に全てに沿って、ギャップｇ１だけ前記第１接地面電極から分離しており、
前記制御信号電極は、前記変調器の前記光学的機能導波路部の外側において、その長さの実質的に全てに沿って、ギャップｇ２だけ前記第２接地面電極から分離しており、
前記ギャップｇ１及び前記ギャップｇ２は、実質的に等しい
ことを特徴とする光学デバイス。
【請求項７】
請求項６記載の光学デバイスにおいて、
前記制御信号電極は、前記変調器の前記光学的機能導波路部の内側において、その長さの実質的に全てに沿って、ギャップｇ１’だけ前記第１接地面電極から分離しており、
前記制御信号電極は、前記変調器の前記光学的機能導波路部の内側において、その長さの実質的に全てに沿って、ギャップｇ２’だけ前記第２接地面電極から分離しており、
前記ギャップｇ１’及び前記ギャップｇ２’は、実質的に等しく、
前記ギャップｇ１’及びｇ２’は、前記ギャップｇ１及びｇ２よりも実質的に小さい
ことを特徴とする光学デバイス。
【請求項８】
請求項７記載の光学デバイスにおいて、前記ギャップｇ１’及びｇ２’が前記ギャップｇ１及びｇ２よりも小さい度合いは、前記ストリップラインが前記光学的機能導波路部に対して双方向に移行する際に、前記同一平面のストリップラインの実質的に均一なインピーダンス・プロファイルを保存するのに十分であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項９】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、
前記制御信号電極は、前記光学的機能導波路部内において、第１及び第２制御信号電極アームを備えており、
前記第１及び第２接地面電極は、前記第１及び第２制御信号電極アームそれぞれを中心に非対称的に配置されている
ことを特徴とする光学デバイス。
【請求項１０】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、
前記制御信号電極は、前記光学的機能導波路部内において、第１及び第２制御信号電極アームを備えており、
前記共面ストリップラインは、前記第１及び第２制御信号電極アームが、前記共面ストリップラインの残り部分によって規定されるインピーダンスの約２倍となるそれぞれのインピーダンス値を個々に規定する
ことを特徴とする光学デバイス。
【請求項１１】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、前記第１及び第２接地面電極の前記昇圧接地面部は、前記制御入力及び出力から、前記制御信号入力及び出力と直列に接続されたそれぞれのＤＣ電圧遮断コンデンサによって遮断されていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項１２】
請求項１１記載の光学デバイスにおいて、前記遮断コンデンサは、前記共面ストリップライン内において、前記ストリップライン内において経路長不連続性を導入するように構成されており、λを前記デバイスの最大動作周波数に対応する波長としたとき、前記不連続性が約１／４λ未満であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項１３】
請求項１１記載の光学デバイスにおいて、前記遮断コンデンサは、前記共面ストリップライン内において、前記ストリップライン内に経路長不連続部を導入するように構成されており、前記不連続部が約７５ｍｍ未満であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項１４】
請求項１１記載の光学デバイスにおいて、前記遮断コンデンサは、前記共面ストリップライン内において、前記ストリップライン内に経路長不連続部を導入するように構成されており、前記不連続部が約７．５ｍｍ未満であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項１５】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、前記第１接地面電極は、負のＤＣ電圧源に接続されており、前記第２接地面電極は正のＤＣ電圧源に接続されていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項１６】
請求項１５記載の光学デバイスにおいて、前記デバイスは、前記負及び正のＤＣ電圧源を供給するように構成された単一の電圧源を備えていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項１７】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、
前記−Vbias昇圧接地面は、少なくとも約−１００ＶのＤＣの電位によって特徴付けられ、
前記＋Vbias昇圧接地面は、少なくとも約＋１００ＶのＤＣの電位によって特徴付けられる
ことを特徴とする光学デバイス。
【請求項１８】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、
前記−Vbias昇圧接地面は、少なくとも約−７５０ＶのＤＣの電位によって特徴付けられ、
前記＋Vbias昇圧接地面は、少なくとも約＋７５０ＶのＤＣの電位によって特徴付けられる
ことを特徴とする光学デバイス。
【請求項１９】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、前記光学的機能導波路部は、支配的光電応答によって特徴付けられるカー効果媒体を備えており、電極の印加によって、伝搬する光信号内に複屈折が生じ、該複屈折は、前記昇圧接地面におけるＤＣ電圧によってバイアスされた、前記制御信号電極における制御信号の大きさの二乗に応じて変化することを特徴とする光学デバイス。
【請求項２０】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、前記光学的機能導波路部は、偏光に無関係に構成されていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２１】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、前記共面ストリップライン及び前記光学的機能導波路部は、約１ＧＨｚを超える光学信号の変調を可能にするように構成されていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２２】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、前記光学デバイスは更に、変調器アレイに配列された複数の前記光電変調器を備えていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２３】
請求項２２記載の光学デバイスにおいて、前記光学デバイスは更に、
光入力と、
光出力と、
前記光入力から下流方向に伝搬する光信号を多重分離し、該多重分離信号を前記変調器アレイに導くように構成されている第１アレイ状導波路格子と、
変調され前記変調器アレイから出力された信号を多重化し、該多重化信号を前記光学出力に導くように構成されている第２アレイ状導波路格子と、
を備えていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２４】
請求項２３記載の光学デバイスにおいて、前記光学デバイスは更に、前記第１及び第２アレイ状導波路格子と連通する光学導波路の受動的光ネットワークを備えていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２５】
請求項２３記載の光学デバイスにおいて、前記第１及び第２波例状導波路格子、並びに前記変調器アレイは、シリカ系平面光波回路として構成されていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２６】
請求項２３記載の光学デバイスにおいて、前記第１アレイ状導波路格子は、約３ｄＢのチャネル幅に対して、少なくとも約２：１のチャネル間隔／幅の比である復調チャネル間隔及び幅を生成するように構成されていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２７】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、前記光学的機能導波路部は、周期的に区分された導波路構造として構成されていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２８】
請求項１記載の光学デバイスにおいて、前記光学的機能導波路部は、前記制御信号電極並びに前記第１及び第２接地面電極が発生するバイアス電圧によって規定されたポーリング輪郭に沿って位置合わせされた発色基を備えていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２９】
少なくとも１つの光電変調器を備えている光学デバイスであって、該光電変調器は、光学的機能導波路部と電極部とを備えており、
前記光学的機能導波路部は、変調入力部と、変調出力部と、前記変調入力部内にある光信号スプリッタと前記変調出力部内にある光信号コンバイナとの間に規定された第１及び第２導波路アームとを備えており、
前記電極部は、そこに印加された制御信号が、前記光学的機能導波路部における前記導波路アームの一方又は双方に沿って伝搬する光の伝送特性を変化させるように構成されており、
前記電極部分は、制御信号入力から、前記光学的機能導波路部を横切って、制御信号出力まで延びるストリップラインを備えており、
前記共面ストリップラインは、制御信号電極と、第１及び第２接地面電極とを備えており、制御信号入力から、前記光学的機能導波路部を横切って、制御信号出力まで、実質的に均一なインピーダンス・プロファイルを規定し、
前記第１接地面電極は、前記制御信号入力及び前記制御信号出力から隔離され、−Vbiasに昇圧された接地面部を規定し、
前記第２接地面電極は、前記制御信号入力及び前記制御信号出力から隔離され、＋Vbiasに昇圧された接地面部を規定する
ことを特徴とする光学デバイス。
【請求項３０】
請求項２９記載の光学デバイスにおいて、前記ストリップラインは、共面ストリップラインを備えていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項３１】
請求項２９記載の光学デバイスにおいて、前記共面ストリップラインは、制御信号入力から、前記光学的機能導波路部を横切って、制御信号出力まで、実質的に均一なインピーダンス・プロファイルを規定することを特徴とする光学デバイス。
【請求項３２】
制御信号入力から制御信号出力まで延びる共面ストリップラインであって、該共面ストリップラインが、
第１接地面電極と、
第２接地面電極と、
制御信号電極と
を備えており、
前記制御信号電極は、前記第１及び第２接地面電極と実質的に共通の面内において、前記第１及び第２接地面電極の間に位置付けられており、
前記第１接地面電極は、前記制御信号入力及び前記制御信号出力から隔離され、−Vbiasに昇圧された接地面部を規定し、
前記第２接地面電極は、前記制御信号入力及び前記制御信号出力から隔離され、＋Vbiasに昇圧された接地面部を規定し、
前記制御信号電極は、前記共面ストリップラインの長さの実質的に共通部分に沿って第１及び第２御信号電極アームを備えており、
前記共面ストリップラインは、該ストリップラインが前記第１及び第２制御信号電極アームに対して双方向に移行する際に、実質的に均一なインピーダンス・プロファイルを規定するように構成されている
ことを特徴とする共面ストリップライン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電デバイスにおける光信号の変調に関し、特定的な実施形態の一部では、高及び低周波数において光電デバイスを駆動するための電極構成に関する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明によれば、進行波電極構造に沿って伝搬する電気信号の制御の下において光信号を変調する光学デバイスを提供する。電極構造は、１対の接地面電極間に介在する制御信号電極を含む共面ストリップラインを備えている。接地面電極の各々は、制御信号入力及び制御信号出力からは隔離され、正及び負にバイアスされた接地面部分を規定する。また、本発明は、ここに説明し特許請求の範囲に規定する共面ストリップラインの提供も想定する。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの光電変調器を備えている光学デバイスを提供する。光電変調器の光学的機能導波路部は、変調入力部と、変調出力部と、変調入力部内にある光信号スプリッタと変調出力部内にある光信号コンバイナとの間に規定された第１及び第２導波路アームとを備えている。電極部は、そこに印加された制御信号が、光学的機能導波路部における導波路アームの一方又は双方に沿って伝搬する光の伝送特性を変化させるように構成されている。電極部分は、制御信号入力から、光学的機能導波路部を横切って、制御信号出力まで延びる共面ストリップラインを備えている。共面ストリップラインは、制御信号電極と、第１及び第２接地面電極とを備えている。制御信号電極は、第１及び第２接地面電極と実質的に共通の平面内において第１及び第２接地面電極の間に位置付けられている。第１接地面電極は、−Vbiasに昇圧された接地面部であって、制御信号入力及び制御信号出力から隔離された接地面部を規定する。第２接地面電極は、＋Vbiasに昇圧された接地面部であって、制御信号入力及び制御信号出力から隔離された接地面部を規定する。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、進行波電極構造に沿って伝搬する電気信号の制御の下において、光信号の変調のための共面ストリップライン及び光学デバイスの改良を提供することである。本発明のその他の目的は、ここに具体化する発明の説明を参照すれば明白であろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の具体的な実施形態についての以下の詳細な説明は、以下の図面と共に読むことにより最良に理解することができる。図面では、同様の構造を同様の参照番号で示すこととする。
【０００６】
最初に図１に示す変調器４０及び関連する電極構造を参照すると、各変調器４０は、光学機能導波路部６０及び電極部７０を備えているものとして記述できることが分かる。光学機能導波路部６０は、変調器入力部６１、変調器出力部６２、並びに入力部６１における光信号スプリッタ６６と出力部６２における光信号コンバイナ６８との間に規定されている第１及び第２導波路アーム６３、６４を備えている。電極部７０は、そこに印加された制御信号が、導波路アーム６３、６４の一方又は双方に沿って伝搬する光の伝送特性を変化させるように構成されている。一般に、制御電極に印加される制御信号は、変調器４０の光学機能領域における導波路に沿って伝搬する光の速度、位相、偏光、振幅、又はその他の伝送特性を変化させる。
【０００７】
本発明に応じて種々の変調器構成を実施することができるが、変調器４０は、導波路コアと、この導波路コアに光学的に結合されている光学機能クラッディング領域とを備えていればよいと考えられる。それぞれのクラッディング領域は、コアよりも低い屈折率を規定することができ、コア／クラッディングに付随する、適した制御電極を通じてそれに印加される制御信号に応答して、変化するように構成することができる。
【０００８】
尚、光学機能クラッディング領域は、光電発色基を含んでもよく、更にポッケル効果媒体、カー効果媒体、又はその組み合わせを含んでもよいことが考えられる。ポッケル効果媒体では、機能性クラッディングは、ポッケル効果によって、電圧制御信号に応答する。これは、電界の印加によって、印加した電界において線形の複屈折が生ずるという光電効果である。ポッケル効果は、異方性媒体においてのみ生ずることができる。機能性ポリマ・クラッディングでは、このポッケル効果に必要な異方性は、通例、クラッディングの電界ポーリングによって導入される。対照的に、極性のない実質的に等方性のポリマ・クラッディングは、本発明の多くの実施形態による使用に最も適している。何故なら、これらはポッケル効果を呈しないので、電界の印加によって生ずる複屈折が印加した電界又は他の制御信号の大きさの二乗で変化する光電効果である、カー効果によって支配的な光電応答が生ずるからである。
【０００９】
コア材料は、電極パターンに印加する制御信号が、導波路コアに沿って伝搬する光の速度、位相、偏光、振幅、又はその他の伝送特性を変化させる媒体も備えることができる。尚、ここに記載する実施形態の多くは、機能性クラッディングがあってもなくても、機能性光電導波路コアにも適用可能であると考えられる。更に、本発明の実施形態の一部では、導波路を周期的に区分された導波路構造として構成し、光信号の伝搬方向に沿って光学機能材料の各区間の間に適した導波路コア材料で形成した一連の導波路区間を備えることが好ましい。
【００１０】
本発明の特定的な実施形態の中には、光学機能導波路部６０の光学機能領域がカー効果媒体を確実に備えることが好ましい場合もある。カー効果媒体は、適した制御信号に応答して、光学的機能領域を伝搬して通過する光信号に位相ずれΔφを誘発するように構成することができる。制御信号の大きさが連続的に増分刻みだけ大きくなるに連れて、１８０゜の連続的な位相ずれΔφを光信号に導入する。制御電圧の大きさの連続的な増分刻みは、制御信号の大きさが大きくなるに連れて、減少する。その結果、制御電圧の比較的小さな増分変化を用いて、十分に大きな値にバイアスされた制御信号の変調を制御することができる。
【００１１】
図１に示すように、電極部７０は、制御信号入力４２から、光学機能導波路部６０を横切って、制御信号出力４４まで達する共面ストリップラインを備えている。共面ストリップラインは、制御信号電極７５と、第１及び第２接地面電極７２、７４とを備えている。制御信号電極７５は、第１及び第２接地面電極７２、７４間に位置し、これらと実質的に共通な平面内にある。第１接地面電極７２は、制御信号入力４２と、制御信号出力４４とから隔離されVbiasに高められた接地面部７２’を、制御信号入力４２及び出力４４と直列に接続されているそれぞれのＤＣ電圧遮断コンデンサ７６によって規定する。同様に、第２接地面電極７４は、制御信号入力４２及び制御信号出力４４から隔離され、＋Vbiasに高められた接地面部７４’を、それぞれのＤＣ電圧遮断コンデンサ７６によって規定する。このように、同一進行波電極構造上において、大きなＤＣ電界を比較的小さなＲＦ電界と組み合わせることができる。加えて、遮断コンデンサ７６は、低周波制御信号の伝送を実質的に制限しない。何故なら、これらは、制御電極７５と対向して、第１及び第２接地面電極の経路内に位置付けられているからである。
【００１２】
第１導波路アーム６３は、第１接地面電極の、昇圧され負にバイアスされた接地面部７２’と、制御信号電極７５とおの間に規定される電界領域内にある。同様に、第２導波路アームは、第２接地面電極７４の、昇圧され正にバイアスされた接地面部７４’と制御信号電極７５との間に規定される電界領域内にある。このように、共面ストリップラインは、プッシュ・プル構成を規定し、一方の電極が一方の導波路アームにおいて屈折率を低下させ、第２電極は他方の導波路アームにおいて屈折率を高める。比較的大きなＤＣバイアスが、ある光電材料の適正な動作に必要な大きなＤＣ電界を発生し、一方、ＲＦ制御信号は光学機能導波路部６０の変調深さを確定する。限定ではなく例示として、約±１００ＶのＤＣ電圧よりも高い、特に約±７５０ＶのＤＣ電圧近傍の動作バイアス電圧を予期するもある。尚、互いに逆にかけたバイアス電圧は、単一の電圧源又は多数の電圧源によって供給できることが考えられる。
【００１３】
尚、本発明のある実施形態では、前述のバイアス電圧の使用を、変調器構造の初期設定に制限することが好ましい場合もある。更に具体的には、前述の比較的高いバイアス電圧は、光電材料の温度がそのガラス遷移温度より高いか又はその付近であるときに、バイアス電圧を印加することによって、光電材料の発色基を配向するために利用することができる。発色基が適正に配向されたならば、デバイスの所望の動作温度に材料を冷却し、バイアス電圧を除去する。所望の動作温度が光電材料のガラス遷移温度よりも十分低い限り、バイアス電圧を除去しても、発色基はその適正な整合を維持する。動作において、ＲＦ制御信号は、前述のように光学機能導波路部の変調深さを確定するが、バイアス電圧は動作の間は用いられないことを除く。
【００１４】
図１、図２Ａ及び図２Ｂに示す電極部７０の構成を参照すると、共面ストリップラインの制御信号電極７５並びに第１及び第２接地面電極７２、７４は、実質的に共通の電極面内において、互いに実質的に平行に延びている。更に、第１及び第２接地面電極７２、７４、又は少なくともそのかなりの部分は、制御信号電極７５を中心に対称的に配置されている。図１に示す実施形態では、光電変調器４０の光学機能導波路部６０の外側にあるストリップラインの部分では、第１及び第２接地面電極７２、７４は、実質的に制御信号電極７５全体を中心に対称的に配置されている。光学的機能導波路部６０内では、制御信号電極７５は、第１及び第２制御信号電極アーム７５Ａ、７５Ｂに分割され、第１及び第２接地面電極７２、７４は、なおも全体的に対称構成を規定するが、電極アーム７５Ａ、７５Ｂのそれぞれに対しては非対称的に配列されることになる。
【００１５】
第１及び第２接地面電極７２、７４、並びに制御信号電極７５によって規定される共面ストリップラインは、電極アーム７５Ａ、７５Ｂが個々にそれぞれのインピーダンス値を規定し、これらが、共面ストリップラインの残りの部分が規定するインピーダンスの約２倍となるように構成されている。このように、実質的に均一なインピーダンス・プロファイルが、光学機能導波路部６０内においてストリップラインが第１及び第２制御信号電極アーム７５Ａ、７５Ｂに、そしてこれらから移行する際に、規定される。
【００１６】
例えば、約５０オームのインピーダンスを近似する共面ストリップラインを確立する場合、光学機能導波路部６０の外側にある制御信号電極７５の幅ｗ、及び制御信号電極を接地から分離するギャップｇを確保して、約５０オームの特性インピーダンスを規定する。光学的機能導波路部内では、並列に電気的に接続されている１対の電極アーム７５Ａ、７５Ｂに電極が分割されており、各電極アーム７５Ａ、７５Ｂの幅ｗ’、及び接地までのそれぞれのギャップｇ’を、各アーム７５Ａ、７５Ｂ内において約１００オームのインピーダンスをそれぞれ規定するように選択する。その結果、並列に接続されている２本のアームによって表されるインピーダンス全体は、約５０オームとなる。限定ではなく一例であるが、本発明の一実施形態では、各電極アーム７５Ａ、７５Ｂの幅ｗ’、及び接地までのそれぞれのギャップｇ’を１５μｍに設定し、各アーム７５Ａ、７５Ｂ内に約１００オームのインピーダンスをそれぞれ確定した。
【００１７】
一般に、ストリップラインの全体的な構成は、ストリップラインの昇圧接地面部７２’、７４’及び光学的機能導波路部６０との優れたマイクロ波遷移を双方向で可能にしなければならない。この課題に取り組む１つの方法は、制御信号電極７５を第１接地面電極７２から分離する度合いを、制御信号電極７５を第２接地面電極７４から分離する度合いがほぼ同等であることを確保することである。更に具体的には、接地面７２、７４を制御信号電極から分離するギャップｇ１、ｇ２を、光学的機能導波路部６０の外側にあるストリップラインのほぼ全てに沿って、又はストリップラインの少なくともかなりの部分に沿って、実質的に等しくすることができる。同様に、制御信号電極アーム７５Ａ、７５Ｂ及び光学的機能導波路部６０内におけるそれぞれの接地面電極７２、７４を分離するギャップｇ１’、ｇ２’も、実質的に等しくすることができる。
【００１８】
尚、制御信号電極アーム７５Ａ、７５Ｂ及びそれぞれの接地面電極７２、７４を分離するギャップｇ１’、ｇ２’は、実質的に均一なインピーダンス・プロファイルをストリップラインに沿って保存することが望ましい場合には、通例、ギャップｇ１、ｇ２よりもかなり小さい。実際、ギャップｇ１’及びｇ２’がギャップｇ１及びｇ２よりも小さい度合いは、通例、ストリップラインが光学的機能導波路部６０に対して双方向に遷移する際に、共面ストリップラインの実質的に均一なインピーダンス・プロファイルを保存するのに十分な値に設定する。更に、第１及び第２制御信号アームのそれぞれの幅方向寸法ｗ’も、均一なインピーダンスを保存するのに役立つように、制御信号電極７５の単独部分の幅方向寸法ｗよりも実質的に小さくすることができる。
【００１９】
共面ストリップラインにおける経路長不連続性も、電極部７０に沿って優れたマイクロ波遷移を確保する際に重大な問題となり得る。例えば、遮断コンデンサ７６は、ストリップラインに沿って経路長不連続性を混入させる可能性がある。何故なら、これらは、接地面電極７２、７４内のみにあるのが通例であり、接地面電極には用いられない場合もあるからである。具体的に、図１２を参照すると、接地面電極７２、７４及び制御信号電極７５が模式的に示されているが、各遮断コンデンサ７６は、制御信号電極７５の対応する経路長ａに対して、ｂを各遮断コンデンサによって生じる横方向の変位としたとき、ｂの大きさの約２倍、接地面経路長を延長する。
【００２０】
４つの遮断コンデンサ７６を集合的に捕らえると、総経路長不連続性は、ｂの大きさの８倍（すなわち、４×２ｂ）となる要因となる。本発明の一態様によれば、遮断コンデンサは、生ずる経路長不連続性が約１／４λとなるように、共面ストリップライン内に導入する。ここで、λはデバイスの最短動作波長である。例えば、最大周波数１ＧＨｚ（λ＝３００ｍｍ）で動作するデバイスは、経路長不連続部が約７５ｍｍとなるように設計することができ、ｂは約１０ｍｍ未満でなければいけないことになる。約１０ＧＨｚ（λ＝３０ｍｍ）の最大周波数で動作するデバイスの場合、経路長不連続部が約７．５ｍｍ未満となるように設計することができ、ｂは１ｍｍ未満でなければいけないことになる。
【００２１】
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、第１及び第２接地面電極７２、７４及び制御信号電極７５によって規定される共面ストリップラインは、図１、図２Ａ、及び図２Ｂに示す個々の電極アーム７５Ａ、７５Ｂがなくても、構成できる。勿論、本発明のこの実施形態では、光学的機能導波路部内にある共面ストリップラインに伴うインピーダンス値は、電極部７０内にある共面ストリップラインに伴うインピーダンス値に実質的に等しいことを確保するように注意しなければならない。一般に、ストリップラインのインピーダンス値は、３つの主要な要因に左右される。すなわち、（ｉ）電極７２、７４、７５を分離する材料の誘電係数、（ｉｉ）制御信号電極７５及び付随する接地面電極間の分離即ちギャップ、そして（ｉｉｉ）制御信号電極７５の幅である。これに応じて、本発明を実施する場合、ストリップラインの長さに沿って均一のインピーダンス特性を保存するようにストリップラインを構成する際には、これらの主要な要因に注意を向けなければならない。
【００２２】
図４〜図７は、導波路部６０の別の構成を示す。図４〜図７において、制御電極アーム７５Ａ、７５Ｂ、接地面電極７２、７４、及び導波路アーム６３、６４は、光信号のＴＥ偏光及びＴＭ偏光双方を変調できるように構成されている。このように、本発明による光電モジュール４０は、偏光に独立して構成することができる。
【００２３】
図８〜図１１に示す別の構成は、これらも偏光に独立した動作を行う点で、図４〜図７と同様である。しかしながら、図８〜図１１の実施形態では、図３Ａ及び図３Ｂに示したのと同様の単一の制御信号電極を、図４〜図７の個々の制御信号電極アーム７５Ａ、７５Ｂの代わりに設けている。
【００２４】
図１３を参照すると、広帯域信号λINの選択部分を変調し、変調信号を再度多重化して出力信号λOUTとして単一の光ファイバに出力する光電変調／多重デバイス１０に関連して本発明の概念を例示することができる。一般に、光学デバイス１０は、広帯域光信号入力１２、変調及び多重化光信号出力１４、第１及び第２アレイ状導波路格子２０、３０、変調器アレイ４４５に配列した複数の光電変調器４０（図１参照）、並びに図１３に示すようにデバイス１０の種々の構成要素を相互接続する種々の導波路５０を備えている。
【００２５】
光ファイバ線１５に沿って伝搬する広帯域光信号λINは、光信号入力１２においてデバイスに入射し、適した導波路５０を通じて第１アレイ状導波路格子２０に導かれる。第１アレイ状導波路格子２０は、広帯域信号を相対的に離散した波長の成分信号に分割することによって、広帯域光信号λINを多重分離する。例えば、広帯域光源が約１４０ｎｍを中心とする約４０ｎｍの３ｄＢスペクトル幅を特徴とするスーパールミネッセント発光ダイオードを備えている場合、信号は、約５ｎｍのチャネル間隔、及び約２ｎｍの３ｄＢチャネル幅を特徴とする８つの成分信号（例えば、１４７０ｎｍ、１４７５ｎｍ、１４８０ｎｍ、１４８５ｎｍ、１４９０ｎｍ、１４９５ｎｍ、１５００ｎｍ、１５０５ｎｍ）に多重分離することができる。このように分割した広帯域信号の個々の成分を、次に、別個の導波路５０に沿って変調器アレイ４５の個々の変調器４０に導く。
【００２６】
本発明を規定し説明する目的のために、広帯域光源とは、光信号の、異なる光波長によって特徴付けられる、複数の異なり別個に使用可能な成分信号への波長分割が可能となるように十分なスペクトル幅を特徴とすることを注記しておく。また、広帯域光源は、異なる光波長によって特徴付けられ別個に使用可能な成分信号を規定する個々の成分光源の集合体から成るものでもよい。いずれの場合でも、光信号の個々の波長部分は、導波路ネットワークのそれぞれの分岐線に沿って搬送することができ、独立した変調を受けることができる。これについては、アレイ４５の光電変調器４０を参照して、以下で説明する。種々の適したスペクトル幅が考えられるが、本発明の多くの実施形態では、第１アレイ状導波路格子２０が光信号λINを互いに少なくとも約２ｎｍ分離した複数の信号に多重分離することができる十分なスペクトル幅によって、広帯域光源が特徴付けられることを確保することが好ましいと言える場合がある。尚、種々の発光ダイオード、例えば、スーパールミネッセント発光ダイオードは、本発明の広帯域光源としての使用に適しているが、他にも適した広帯域光源は種々存在し、更に開発される可能性があることを注記しておく。
【００２７】
本発明の具体的な実施形態は、第１アレイ状導波路格子２０を、約３ｄＢのチャネル幅に対してチャネル間隔／幅の比が少なくとも約２：１であることによって特徴付けられる復調チャネル間隔及び幅を生成するように構成することを確保することによって、最良に実施することができる。更に、本発明の実施形態の中には、第１アレイ状導波路格子２０が、約３ｎｍ未満の復調器周期性によって特徴付けられることを確保することが望ましい場合もある。
【００２８】
光電変調器アレイ４５は、図１３に示す個々の導波路４０に沿って第１アレイ状導波路格子２０から伝搬する光信号の多重分離成分の選択的変調を可能とするように構成されている。図１３に模式的に示すように、変調器アレイ４５は、波長選択分割及び変調用に構成されたマッハ・ゼンダー・カプラ及び光電変調器のアレイを備えている。このために、制御電極の適したアレイは、図１に示すように設けることができるが、本発明を実施する際には、種々の適した制御電極構成を利用できることが考えられる。
【００２９】
第２アレイ状導波路格子３０は、格子３０の方向に変調器アレイから個々の導波路５０に沿って伝搬する、多重分離され選択的に変調された光信号を多重化するように構成されている。続いて、多重化された光信号は、光出力１４に導かれる。図１に示したように、第１及び第２アレイ状導波路格子２０、３０、変調器アレイ４５、並びに光導波路５０は、平面状光波回路（ＰＬＣ）を規定するように、例えば、シリカ、シリコン、又はその他の同様の材料の共通基板上に規定することができる。本発明によって、種々の適した導波路材料が考えられ、シリカ、シリコン等を含むが、これらに限定されるのではない。第１及び第２導波路格子は、通例、機能的に等価な構造を規定する。
【００３０】
また、変調器アレイ４５のアレイ状導波路格子及び機能的領域を形成するためには、種々の構成を利用することができる。例えば、限定としてではなく、機能的領域は、光電クラッド・シリカ導波路、シリコン導波路に注入される電荷が導波路を不透明とする電子吸収性変調器を備えたシリカ導波路、光電クラッディングを備えたゾル・ゲル導波路、導波路の屈折率が印加した電界に依存するニオブ酸リチウム導波路、及び光電ポリマ導波路を備えることができる。尚、光電ポリマ及びその他の適した導波路材料は、本発明の光学アーキテクチャ全体に利用してもよいことを想定している。
【００３１】
ここでは、指向性結合領域の形態の光信号スプリッタ及びコンバイナを参照しながら、本発明の多くの実施形態を例示したが、本発明は、光信号分割又は結合のためのあらゆる従来の構造及びこれから開発される構造の利用も想定している。例えば、光信号を分割及び結合するために適した代替構造には、限定ではないが、２×２指向性結合領域、１×２指向性結合領域、１×２Ｙ信号スプリッタ及びコンバイナ、並びに１×２及び２×２マルチモード干渉エレメント・スプリッタ及びコンバイナを含む。これらの構造の具体的な設計パラメータは、本発明の範囲を超えており、既存の情報源、又はこれから作成される情報源から収集することができ、米国特許公開第２００４／０００８９１６号Ａ１が含まれる。その開示内容はここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。
【００３２】
本発明を規定し記述する目的のために、「光」又は「光信号」の波長は、電磁スペクトルのいずれの特定の波長又は部分にも限定されないことを注記しておく。むしろ、「光」及び「光信号」という用語は、本明細書全体を通じて相互に交換可能に用いられており、主題の異なる集合をその範囲とすることは意図しておらず、ここでは、光導波路内を伝搬可能な電磁放射線のいずれの波長をも包含すると定義する。例えば、電磁スペクトルの可視及び赤外部分における光又は光信号は、双方共、光導波路内を伝搬することができる。光導波路は、適した信号伝搬構造であればいずれでも備えることができる。光導波路の例には、限定ではなく、光ファイバ、スラブ導波路(slab waveguide)、及び、例えば、集積光回路に用いられる薄膜が含まれる。
【００３３】
尚、「好ましくは」、「一般に」、及び「通例」というような用語は、ここでは、特許請求する発明の範囲を限定するためや、ある特徴が特許請求する発明の構造又は機能にとって重大、必須、又は重要でさえあることを暗示するために利用されているのではないことを注記しておく。逆に、これらの用語は、単に、本発明の特定的な実施形態において利用してもしなくてもよい、代替的又は付加的な特徴を強調することを意図するに過ぎない。
【００３４】
本発明を説明し規定する目的のために、「デバイス（装置）」という用語は、要素が他の要素と結合されているかどうかに関わらず、要素の組み合わせ及び個々の要素を表すものとする。
本発明を説明し規定する目的のために、「実質的に」という用語は、いずれかの定量的比較、値、測定、又はその他の表現に帰することができる不確実性の固有の度合いを表すためにここでは利用されている。また、「実質的に」という用語は、定量的表現が、問題の主題の基本的機能の変化を生ずることなく、詳述した基準から変動し得る度合いを表すために、ここでは利用されている。
【００３５】
以上、詳細に、そして具体的な実施形態を参照しつつ本発明について説明したが、添付した特許請求の範囲に規定されている本発明の範囲から逸脱することなく、変更や変形が可能であることは明白であろう。更に具体的には、本発明の態様の一部は、ここでは、好ましい、典型的な、又は特に有利なものとして特定したが、本発明は必ずしも本発明のこれらの態様に限定される訳ではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態による変調器構造の模式図である。
【図２Ａ】別個の制御信号電極アームを含む、図１に示す変調器構造の一部の模式図である。
【図２Ｂ】別個の制御信号電極アームを含む、図１に示す変調器構造の一部の模式図である。
【図３Ａ】別個の制御信号電極アームを省いた、本発明による代替変調器アーキテクチャの選択部分の模式図である。
【図３Ｂ】別個の制御信号電極アームを省いた、本発明による代替変調器アーキテクチャの選択部分の模式図である。
【図４】別個の制御信号電極アームを含む、本発明による別の代替変調器アーキテクチャの模式図である。
【図５】別個の制御信号電極アームを含む、本発明による別の代替変調器アーキテクチャの模式図である。
【図６】別個の制御信号電極アームを含む、本発明による別の代替変調器アーキテクチャの模式図である。
【図７】別個の制御信号電極アームを含む、本発明による別の代替変調器アーキテクチャの模式図である。
【図８】別個の制御信号電極アームを省いた、本発明による別の代替変調器アーキテクチャの模式図である。
【図９】別個の制御信号電極アームを省いた、本発明による別の代替変調器アーキテクチャの模式図である。
【図１０】別個の制御信号電極アームを省いた、本発明による別の代替変調器アーキテクチャの模式図である。
【図１１】別個の制御信号電極アームを省いた、本発明による別の代替変調器アーキテクチャの模式図である。
【図１２】本発明による共面ストリップラインにおける経路長負連続性の模式図である。
【図１３】本発明の一実施形態による光電変調器の模式図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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