(57)【要約】【課題】  干渉計のカスケード接続配置を有する光学デジタル外部変調器を提供すること。【解決手段】  本発明の光変調器は、カスケードの各干渉計に電界を印加する電極基板と、所定のバイアス点で各干渉計をバイアスする電極構造に接続されるバイアス回路とを備える。特に、各所定のバイアス点は、クオドラチャの上にあり、かつ、デジタルデータ信号の改良された伝送パフォーマンスを提供するように選択される。好ましくは、変調器は、変調帯域幅を増大させ、駆動電圧を低減し、かつ、サイズを縮小することに役立つ反射性設計を有する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２の干渉計にカスケード接続された第１の干渉計を含む複数の干渉計であって、該第１の干渉計と該第２の干渉計とは空間的に分離している、複数の干渉計と、
電極構造に印加されたＲＦ駆動信号に応答して、該第１および第２の干渉計の各々に電界を印加するように配置された電極構造と、
所定のバイアス点で該第１および第２の干渉計の各々をバイアスするために該電極構造に接続されたバイアス回路であって、該第１および第２の干渉計の各々に対する該所定のバイアス点が選択されることにより、光変調器は、光ファイバを通ってデジタルデータ信号を伝送するように最適化される、バイアス回路と
を含む、光デジタル外部変調器。
【請求項２】
前記第１の干渉計から前記第２の干渉計に出力された光を向け直すように配置されたリフレクタを含む、請求項１に記載の光デジタル外部変調器。
【請求項３】
前記リフレクタは、レンズ、プリズム、反射性方向性カプラ、一体化ミラーシステム、およびＭＥＭＳミラーのうちの少なくとも１つを含む請求項２に記載の光デジタル外部変調器。
【請求項４】
前記第１の干渉計は、前記第２の干渉計の側面に沿って（ｌａｔｅｒａｌｌｙ）配置されている、請求項１に記載の光デジタル外部変調器。
【請求項５】
各所定のバイアス点が、クオドラチャ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）より上であるように選択されることにより、デジタル伝送アイクロス（ｅｙｅ  ｃｒｏｓｓｉｎｇ）レベルが約５０％である、請求項１に記載の光デジタル外部変調器。
【請求項６】
前記複数の干渉計は、複数のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計を含む、請求項１〜５のいずれか１つに記載の光デジタル外部変調器。
【請求項７】
前記複数の干渉計は、同じ電子光学基板に形成される、請求項１〜５のいずれか１つに記載の光デジタル外部変調器。
【請求項８】
前記電極構造は、前記第１の干渉計に電界を印加するように配置された第１の進行波電極と、前記第２の干渉計に電界を印加するように配置された第２の進行波電極とを含み、該第１および第２のトラベルウェーブ電極は、第１の電気パスを介して接続される、請求項１〜５のいずれか１つに記載の光デジタル外部変調器。
【請求項９】
前記第１および第２の干渉計をカプリングする光導波路を含み、該光導波路は、該第１の電気径路の径路長さよりも長い径路長さを有する、請求項８に記載の光デジタル外部変調器。
【請求項１０】
前記第１の電気径路に配置される第１のハイパスフィルタを含む、請求項８に記載の光デジタル外部変調器。
【請求項１１】
前記バイアス回路は、前記第１のハイパスフィルタと一体化した第１および第２のバイアスティー回路を含み、該第１のバイアスティー回路は、第１のバイアス電圧を前記第１の干渉計に提供する第１の入力端子を含み、該第２のバイアスティー回路は、第２のバイアス電圧を前記第２の干渉計に提供する第２の入力端子を含む、請求項１０に記載の光デジタル外部変調器。
【請求項１２】
前記第１および第２のトラベルウェーブ電極の各々は、第１の接地電極、第２の接地電極、およびホット電極を含む、請求項８に記載の光デジタル外部変調器。
【請求項１３】
前記電極構造は、前記印加された電界が前記複数の干渉計を通って伝搬する光信号よりも遅く進行するように設計される、請求項８に記載の光デジタル外部変調器。
【請求項１４】
信号ＲＦ入力端子および信号ＲＦ出力端子であって、各ＲＦ端子は、前記電極構造に接続されて、該ＲＦ出力端子を通って出力される前に、該ＲＦ入力端子を通るＲＦ駆動信号が前記第１のトラベルウェーブ電極に印加されて、その後、前記第２のトラベルウェーブ電極に印加されるように配置される、請求項８に記載の光デジタル外部変調器。
【請求項１５】
光デジタル外部変調器を提供するステップであって、該変調器は、カスケード接続構成を有する複数の干渉計と、該複数の干渉計の各々の干渉計に電界を印加するように配置された電極構造と、該電極構造に接続されたバイアス回路とを含む、光デジタル外部変調器を提供するステップであって、
該光信号を該複数の干渉計に供給するステップと、
ＲＦ駆動信号を該電極構造に印加するステップと、
所定のバイアス点で該複数の干渉計の各々の干渉計をバイアスするステップであって、各所定のバイアス点が選択されることにより、該光変調器が光ファイバを通ってデジタル信号を伝送するように最適化される、バイアスするステップと
を包含する、光信号を変調する方法。
【請求項１６】
各所定のバイアス点は、実質的にクオドラチャより上であるように選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
各所定のバイアス点は、約５０％のアイクロスレベルを有するデジタルアイダイアグラムを前記変調器が提供するように選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
各所定のバイアス点は、約６５°である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記変調器をアンダードライビングするステップを包含する、請求項１５〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】
前記変調器を直列で駆動するステップを包含する、請求項１５〜１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
前記ＲＦ駆動信号を前記電極構造に印加するステップは、前記複数の干渉計のうちの２つの連続した干渉計間に配置されたハイパスフィルタを通ってＲＦ駆動信号を通過させるステップを包含する、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、本明細書中において参照として援用する「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ａ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｃａｓｃｄｅｄ  Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ  Ａｎｄ  Ｂｉａｓｉｎｇ  Ｍｅａｎｓ」と称する２００３年５月３０日に出願された、米国仮出願第６０／４７４，７７１号の優先権を主張する。
（技術分野）
本願は、概して、光変調器に関し、特に、光学デジタル外部変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
光変調器は、現在、光学通信システムにおいて利用され、データまたは音声を表す電気信号を変調された光学信号に変換する。光変調器は、通常、ダイレクトまたは外部変調器に基づく。ダイレクト変調器では、光学ソースは一定の間隔でオンおよびオフにかわる。外部変調器では、光学ソースは連続的に動作し、その出力光は光学外部変調器を利用して変調される。
【０００３】
光学外部変調器は、多くの点でダイレクト変調器より優れている。例えば、光学外部変調器は、多くの高速での用途に適しており、通常、ダイレクト変調器同程度にデータ信号を搬送する波長に影響を与えない。さらに、光学外部変調器は、通常、電子光学、磁気光学、音響光学、および／または電界吸収型効果に基づき、それにより、さらなる設計の柔軟性をもたらす。
【０００４】
特に優れた光学外部変調器の一例は、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器である。これを、図１に示す。Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器１０は、電子光学基板３０の上に形成された光導波管２０を備える。電子光学基板３０は、例えば、リチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）である。光導波管２０は、第１のＹブランチ２２、第１の干渉計アーム２４、第２の干渉計アーム２６、および第２のＹブランチ２８を備える。進行波電極基板４０は、光導波管２０に隣接して提供される。光導波管２０に対する電極基板４０の正確な位置および設計は、通常、リチウムニオベート基板３０の結晶軸に依存する。例えば、リチウムニオベート基板３０は、図１に示されるように、ｘカットである場合、電極基板４０は、第１の干渉計アーム２４がグランド電極４２とホット電極４６との間に配置され、第２の干渉計アーム２６がグランド電極４４とホット電極４６との間に配置されるように位置付けられる。
【０００５】
動作中、光は、左側から変調器１０へ入力され、右側で出力される。より詳細には、入力光は、第１のＹブランチ２２において分割されるまで、光導波管２０を介して伝播する。第１のＹブランチ２２では、入力光は、２つの干渉計２４、２６に対応する２つの分離された経路に沿って等しく伝播する。時間変動電圧が進行波電極基板４０に印加される場合、電界が生成される。この電界は、マイクロ波導波管を形成するように構成される電極基板４０まで伝播される。電界は、２つの干渉計アーム２４および２６と少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、２つの干渉計アームを介して伝播する光の相対速度を変化させ、それにより、位相を生成し、かつ、第２のＹブランチ２８で建設的および／または破壊的干渉を発生させる。建設的および／または破壊的干渉は、振幅変調光学信号を発生させ、ここで、この変調は、時間変動電圧を発生させるために利用される変調されたＲＦデータ信号に対応する。
【０００６】
図２Ａは、図１に示されるような、通常のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒに対する電気的から光学的への変換の伝達関数を示す。伝達関数は、理論上、光変調器が出力なしから最大出力まで遷移する点を表す正弦曲線である。例えば、印加された電圧が第１の値−Ｖπ／２に近い場合、変調器出力は、最小となる。印加された電圧が０に近づくにつれ、変調器出力は、５０％の伝送に近づく。印加された電圧が、第２の値Ｖπ／２に近い場合、変調器出力は最大となる。値Ｖπは、「頂点から頂点（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ）」または「スイッチング」電圧として知られる。伝達関数の最大頂点と最小頂点との間のほぼ半分の道のりである点Ａは、クオドラチャ点として知られる。最大変調効率を達成するために、時間変動電圧（すなわち、ＡＣタイプ電圧）がＶπの最大振幅を含み、光変調器がクオドラチャでバイアスされる（すなわち、ＤＣバイアス電圧がクオドラチャ点で設定される）ことが、通常好ましい。従って、時間変動ＡＣ電圧は、枝分かれの態様でＤＣバイアス電圧のまわりで連続的にスイングする。
【０００７】
図１に関して議論されるＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器のような光学外部変調器は、ケーブルテレビおよび／またはレーダーネットワークのようなアナログシステム、ならびに、今日のｌｏｎｇ−ｈａｕｌ地上波およびサブマリン光学ネットワークのようなデジタルシステムの両方において有用であることが分かっている。アナログシステムにおいて利用される場合、印加された電圧は、通常−ＶπとＶπとの間であるが、通常、この範囲の極まで到達しない。従来の２レベルデジタルデータ信号によるようなデジタルシステムとして利用される場合、印加された電圧は、０とＶπとの間、および／または、０と−Ｖπとの間をスイングし、光学領域のデジタル１および０を発生させる。結果として、光学アナログ外部変調器および光学デジタル外部変調器は、通常、異なるパフォーマンスに関連し、従って、設計に関連する。
【０００８】
光学アナログ外部変調器では、パフォーマンスに関連する主要な事は、伝達関数の線形性の欠如であるように見える。この問題に対する１つのソリューションは、２つの光変調器を直列にカスケード接続することである。例えば、本明細書中において参照として援用される特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、および特許文献５を参照されたい。
【０００９】
光学デジタル外部変調器では、パフォーマンスに関連する主要な事は、０とＶπとの間、および／または、０と−Ｖπとの間をスイッチングすることが必要となる高駆動電力（すなわち、高駆動電圧）であるように見える。光学デジタル外部変調器の駆動電力を低下させる様々な試みが提案された。例えば、特許文献６では、Ｂｕｒｎｓは、リチウムニオベート基板をエッチングすることを教示し、特許文献７では、Ｈｏらは、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計のアームのうちの１つの側に共振計を備えることを教示し、特許文献８では、Ｂｅｔｔｓらは、結晶軸の向き、導波管構造、電極基板、およびＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器のバイアシングを利用することを教示し、必要とされる駆動電圧を低下させた。
【００１０】
光学デジタル外部変調器のパフォーマンスに関連する第２の事は、変調帯域の幅である。変調帯域は、通常、ＲＦ信号は、光学信号が光導波管を進行するよりもゆっくりと電極を介して進行するという事実によって制限される。速度の不整合を訂正する従来の方法は、電極幅、ギャップ、および厚さを変動させること、ならびに／あるいは、基板上に配置されるバッファ層の選択および厚さを変動させることを含む。
【００１１】
光学デジタル外部変調器のパフォーマンスに関連する第３の事は、光学デジタル信号が光変調器によって伝送された後の光学デジタル信号の品質および／またはインテグリティである（すなわち、このファクタは、利用時に受信機から送信機を分離する距離を決定する）。デジタル光学信号のインテグリティは、多くの場合、アイダイアグラムによって特徴付けられ、良好に規定された線を有する透明かつ対称のアイダイアグラムは、高伝送パフォーマンスに関連する（例えば、最小のビットエラー）。
【００１２】
図２Ｂを参照すると、理想的な２レベルのデジタル信号のためのアイダイアグラムが示される。このアイダイアグラムは、光変調器によって生成された全ての光学信号に対して、正規化された振幅対時間を重ね合わせてプロットしたものである。言い換えると、全てのビットのデジタル１および０が１プロットで重なり合う場合を示している（図２Ｂのプロットは、実際は、２ビットの周期幅である）。アイダイアグラムのＸは、全ての１→０および０→１の伝送のオーバーラップによって発生する。Ｘの中心は、５０％の理想的な値を有するように示されるアイクロスするレベルを決定する。デジタル信号は、有限な（３０ｐｓｅｃ）立ち上がりおよび立ち下がり時間以外の全ての特徴において、理想的であると理解される。
【００１３】
デジタル信号およびアイダイアグラムの品質に関するさらなる議論は、本明細書中で参照として援用する特許文献９に提供される。
【特許文献１】米国特許第５，１６８，５３４号
【特許文献２】米国特許第５，１４８，５０３号
【特許文献３】米国特許第５，２４９，２４３号
【特許文献４】米国特許第６，０９１，８６４号
【特許文献５】米国特許第６，５３５，３２０号
【特許文献６】米国特許第６，３０４，６８５号
【特許文献７】米国特許第６，３４１，１８４号
【特許文献８】米国特許第６，６４７，１５８号
【特許文献９】米国特許第６，６８７，４５１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
光学アナログ外部変調器では、パフォーマンスに関連する主要な事は、伝達関数の線形性の欠如である。
【００１５】
光学デジタル外部変調器では、パフォーマンスに関連する主要な事は、０とＶπとの間、および／または、０と−Ｖπとの間をスイッチングすることが必要となる高駆動電力（すなわち、高駆動電圧）である。光学デジタル外部変調器の駆動電力を低下させる様々な試みが提案された。
【００１６】
光学デジタル外部変調器のパフォーマンスに関連する第２の事は、変調帯域の幅である。変調帯域は、通常、ＲＦ信号は、光学信号が光導波管を進行するよりもゆっくりと電極を介して進行するという事実によって制限される。
【００１７】
光学デジタル外部変調器のパフォーマンスに関連する第３の事は、光学デジタル信号が光変調器によって伝送された後の光学デジタル信号の品質および／またはインテグリティである（すなわち、このファクタは、利用時に受信機から送信機を分離する距離を決定する）。デジタル光学信号のインテグリティは、多くの場合、アイダイアグラムによって特徴付けられ、良好に規定された線を有する透明かつ対称のアイダイアグラムは、高伝送パフォーマンスに関連する（例えば、最小のビットエラー）。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明により、第２の干渉計にカスケード接続された第１の干渉計を含む複数の干渉計であって、該第１の干渉計と該第２の干渉計とは空間的に分離している、複数の干渉計と、電極構造に印加されたＲＦ駆動信号に応答して、該第１および第２の干渉計の各々に電界を印加するように配置された電極構造と、所定のバイアス点で該第１および第２の干渉計の各々をバイアスするために該電極構造に接続されたバイアス回路であって、該第１および第２の干渉計の各々に対する該所定のバイアス点が選択されることにより、光変調器は、光ファイバを通ってデジタルデータ信号を伝送するように最適化される、バイアス回路とを含む、光デジタル外部変調器が提供され、これにより、上記目的が達成される。
【００１９】
前記第１の干渉計から前記第２の干渉計に出力された光を向け直すように配置されたリフレクタを含んでもよい。
【００２０】
前記リフレクタは、レンズ、プリズム、反射性方向性カプラ、一体化ミラーシステム、およびＭＥＭＳミラーのうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【００２１】
前記第１の干渉計は、前記第２の干渉計の側面に沿って（ｌａｔｅｒａｌｌｙ）配置されていてもよい。
【００２２】
各所定のバイアス点が、クオドラチャ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）より上であるように選択されることにより、デジタル伝送アイクロス（ｅｙｅ  ｃｒｏｓｓｉｎｇ）レベルが約５０％であってもよい。
【００２３】
前記複数の干渉計は、複数のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計を含んでもよい。
【００２４】
前記複数の干渉計は、同じ電子光学基板に形成されていてもよい。
【００２５】
前記電極構造は、前記第１の干渉計に電界を印加するように配置された第１の進行波電極と、前記第２の干渉計に電界を印加するように配置された第２の進行波電極とを含み、該第１および第２のトラベルウェーブ電極は、第１の電気パスを介して接続されていてもよい。
【００２６】
前記第１および第２の干渉計をカプリングする光導波路を含み、該光導波路は、該第１の電気径路の径路長さよりも長い径路長さを有していてもよい。
【００２７】
前記第１の電気径路に配置される第１のハイパスフィルタを含んでいてもよい。
【００２８】
前記バイアス回路は、前記第１のハイパスフィルタと一体化した第１および第２のバイアスティー回路を含み、該第１のバイアスティー回路は、第１のバイアス電圧を前記第１の干渉計に提供する第１の入力端子を含み、該第２のバイアスティー回路は、第２のバイアス電圧を前記第２の干渉計に提供する第２の入力端子を含んでいてもよい。
【００２９】
前記第１および第２のトラベルウェーブ電極の各々は、第１の接地電極、第２の接地電極、およびホット電極を含んでいてもよい。
【００３０】
前記電極構造は、前記印加された電界が前記複数の干渉計を通って伝搬する光信号よりも遅く進行するように設計されてもよい。
【００３１】
信号ＲＦ入力端子および信号ＲＦ出力端子であって、各ＲＦ端子は、前記電極構造に接続されて、該ＲＦ出力端子を通って出力される前に、該ＲＦ入力端子を通るＲＦ駆動信号が前記第１のトラベルウェーブ電極に印加されて、その後、前記第２のトラベルウェーブ電極に印加されるように配置されてもよい。
【００３２】
本発明により、光デジタル外部変調器を提供するステップであって、該変調器は、カスケード接続構成を有する複数の干渉計と、該複数の干渉計の各々の干渉計に電界を印加するように配置された電極構造と、該電極構造に接続されたバイアス回路とを含む、光デジタル外部変調器を提供するステップであって、該光信号を該複数の干渉計に供給するステップと、ＲＦ駆動信号を該電極構造に印加するステップと、所定のバイアス点で該複数の干渉計の各々の干渉計をバイアスするステップであって、各所定のバイアス点が選択されることにより、該光変調器が光ファイバを通ってデジタル信号を伝送するように最適化される、バイアスするステップとを包含する、光信号を変調する方法が提供され、これにより、上記目的が達成される。
【００３３】
各所定のバイアス点は、実質的にクオドラチャより上であるように選択されてもよい。
【００３４】
各所定のバイアス点は、約５０％のアイクロスレベルを有するデジタルアイダイアグラムを前記変調器が提供するように選択されてもよい。
【００３５】
各所定のバイアス点は、約６５°であってもよい。
【００３６】
前記変調器をアンダードライビングするステップを包含してもよい。
【００３７】
前記変調器を直列で駆動するステップを包含してもよい。
【００３８】
前記ＲＦ駆動信号を前記電極構造に印加するステップは、前記複数の干渉計のうちの２つの連続した干渉計間に配置されたハイパスフィルタを通ってＲＦ駆動信号を通過させるステップを包含してもよい。
【００３９】
（発明の要旨）
本発明は、改良された伝送パフォーマンスを提供する、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有する光学デジタル外部変調器に関する。好ましくは、変調器は、変調帯域を増大させ、駆動電圧を低下させ、かつ、サイズを縮小することに役立つ反射性設計を有する。
【００４０】
本発明のある局面によると、カスケード接続構成を有する複数の干渉計と、電極基板に印加されたＲＦ駆動信号に応答して複数の干渉計の各干渉計に電界を印加するために配置される電極基板と、所定のバイアス点で複数の干渉計の各干渉計をバイアシングするための電極基板に接続されたバイアシング回路であって、各干渉計に対する所定のバイアス点は、光変調器が光ファイバを介してデジタルデータ信号を伝送するために最適化されるように選択される、バイアシング回路とを備える光学デジタル外部変調器が提供される。
【００４１】
本発明のある局面によると、電子光学基板と、電子光学基板に形成される複数の干渉計であって、この複数の干渉計は、第２の干渉計の入力ポートが第１の干渉計の出力ポートに接続されるように第２の干渉計とカスケード接続された第１の干渉計を備える、複数の干渉計と、第１の干渉計と第２の干渉計との間に光学的に配置されるリフレクタであって、このリフレクタは、第１の干渉計から第２の干渉計まで光を向け直すためのものである、リフレクタと、電子光学基板上に配置される電極基板であって、この電極基板は、第１および第２の干渉計のそれぞれを介して少なくとも部分的に電界を伝送するためのものである、電極基板と、電極基板に接続されたバイアシング回路であって、このバイアシング回路は、第１の所定のバイアス点の第１の干渉計および第２の所定のバイアス点の第２の干渉計をバイアシングするためのものであり、この第１および第２の所定のバイアス点の両方は、光変調器が光ファイバを介してデジタルデータ信号を伝送するために最適化されるように選択される、バイアシング回路とを備える光学デジタル外部変調器が提供される。
【００４２】
本発明の別の局面によると、光学デジタル外部変調器、カスケード接続構成を有する複数の干渉計を含む変調器、複数の干渉計の各干渉計に電界を印加するために配置された電極基板、ならびに電界基板に接続されたバイアシング回路を提供するステップと、光学信号を複数の干渉計に供給するステップと、ＲＦ駆動信号を電極基板に印加するステップと、所定のバイアス点に複数の干渉計の各干渉計をバイアシングするステップであって、各所定のバイアス点は、光変調器が光ファイバを介してデジタルデータ信号を伝送するために最適化されるように選択される、ステップとを包含する光学信号を変調する方法が提供される。
【００４３】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面に関連して以下の詳細な説明から明らかになる。
【００４４】
なお、添付の図面を通して、同様の特性は、同様の参照符号によって識別される。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の目的の１つは、改良された伝送パフォーマンスを提供する、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有する光学デジタル外部変調器を提供することにある。好ましくは、本発明による変調器は、変調帯域を増大させ、駆動電圧を低下させ、かつ、サイズを縮小することに役立つ反射性設計を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図３を参照すると、ｘカットリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）基板３３０に形成される光導波管３２０を含む光学デジタル外部変調器３００の概略図が示される。光導波管３２０は、第１のＹブランチ３２２、第１の干渉計アーム３２４ａ／３２４ｂ、第２の干渉計アーム３２６ａ／３２６ｂ、ならびに、第２のＹブランチ３２８を備え、これらは、集まって統合されたＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計を形成する。入力／出力端３１０と反対側の基板３３０の端では、導波管３２０およびミラー３６０が、第１の方向性カプラ３２４ｃおよび第２の方向性カプラ３２６ｃを形成する。進行波電極基板３４０は、第１の干渉計アーム３２４ａの第１の部分がグランド電極３４２ａとホット電極３４６ａとの間に配置され、第２の干渉計アーム３２６ａの第１の部分がグランド電極３４４ａとホット電極３４６ａとの間に配置されるように、光導波管３２０の側に提供される。同様に、第１の干渉計アーム３２４ｂの第２の部分は、グランド電極３４２ｂとホット電極３４６ｂとの間に配置され、第２の干渉計アーム３２６ｂの第２の部分は、グランド電極３４４ｂとホット電極３４６ｂとの間に配置される。単一の入力端子３５０は、駆動およびバイアス電圧用の入力を提供し、単一の出力端子３５２は、残りの駆動信号の出力を提供する。
【００４７】
動作中、光は、入力ポート３１２から変調器３００へ入力され、出力ポート３１４を介して出力される。より詳細には、入力ポートを介して入力された光は、第１のＹブランチ３２２で分割されるまで、光導波管３２０を介して伝播する。Ｙブランチ３２２では、２つの干渉計アーム３２４ａ、３２６ａに対応する２つの分離された経路に沿って等しく伝播する。干渉計３２４ａおよび３２６ａの各アームを介して伝播する光が、対応する方向性カプラ３２４ｃおよび３２６ｃに到達するとき、干渉計アーム３２４ｂおよび３２６ｂのそれぞれの対応する第２の部分に沿って反射して戻される。ＲＦデータ変調信号に対応する時間変動駆動電圧が、進行波電極基板３４０に印加されるとき、電子光学効果は、２つの干渉計アーム３２４ａ／ｂおよび３２６ａ／ｂを介して伝播する光の相対速度を変化させ、それにより、第２のＹブランチ３２８において位相シフトを生成し、建設的または破壊的干渉を発生させる。建設的および／または破壊的干渉は、出力振幅変調光学信号を発生させ、ここで、この変調は、ＲＦデータ信号の変調に対応する。
【００４８】
図１に示される光変調器と比較して、図３に示される光変調器３００の１つの利点は、その反射性設計により、光変調器がよりコンパクトになり、かつ、光が同じ側から光変調器へ入射および出射することを可能にすることである。さらに、レトロな反射性設計と比較して、本発明の設計は、光が２つの別個の光ファイバを介して入射および出射することを可能にし、それにより、光サーキュレータの必要性が排除される。さらに、ＲＦ駆動信号は、電極基板３４０を出た後にターミネーションされるので、入力端子３５０、従って、ＲＦドライバ（示されない）へ戻ることが妨げられる。
【００４９】
図３に示される光変調器３００の別の利点は、その設計により、擬似速度の整合が達成されることである。より詳細には、変調器３００の設計により、２つの電極３４６ａと３４６ｂとの間の光伝播時間がＲＦ進行時間よりも長くなることである。従って、光変調器３００は、ＲＦ信号が光よりずっと遅く進行することを可能にする電極基板との互換性がある。このような電極基板は、概して、光学速度およびＲＦ速度が整合するように構成される電極基板よりも効率的である。遅れているＲＦ信号は、電極間の光学時間遅延により、その光と再同期する。同期したＲＦ信号は、第１のセクションを介して累積された変調を増強することに役立つ。さらなる変調効率を利用して、変調器の駆動電圧および／または全長を低下させる。
【００５０】
もちろん、図３に示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ説明される。もしくは、光変調器３００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、各干渉計にＲＦ入力端子を提供すること、ｚまたはｙカット電子光学基板を利用すること、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えること、ならびに／あるいは、基板の端に配置された反射性コーティングのような別の反射性素子とミラーを置き換えることが可能である。選択的に、基板とミラーとの間、および／または、入力／出力ポートの側に、ポラライザ（図示されない）が提供される。
【００５１】
図４を参照すると、ｘカットリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）基板４３０に形成される光導波管４２０を含む光学デジタル外部変調器４００の概略図が示される。光導波管４２０は、第１のＹブランチ４２２、第１の干渉計アーム４２４ａ／４２４ｂ、第２の干渉計アーム４２６ａ／４２６ｂ、ならびに、第２のＹブランチ４２８を備え、これらは、集まって統合されたＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計を形成する。入力／出力端４１０と反対側の基板４３０の端では、レンズ４６５およびミラー４６０が、４２４ａと４２４ｂとの間、および、４２６ａと４２６ｂとの間で光を反射するために提供される。進行波電極基板４４０は、第１の干渉計アーム４２４ａの第１の部分がグランド電極４４２ａとホット電極４４６ａとの間に配置され、第２の干渉計アーム４２６ａの第１の部分がグランド電極４４４ａとホット電極４４６ａとの間に配置されるように、光導波管４２０の側に提供される。同様に、第１の干渉計アーム４２４ｂの第２の部分は、グランド電極４４２ｂとホット電極４４６ｂとの間に配置され、第２の干渉計アーム４２６ｂの第２の部分は、グランド電極４４４ｂとホット電極４４６ｂとの間に配置される。単一の入力端子４５０は、駆動およびバイアス電圧用の入力を提供し、単一の出力端子４５２は、残りの駆動信号の出力を提供する。
【００５２】
動作中、光は、入力ポート４１２を介して変調器４００へ入力され、出力ポート４１４を介して出力される。より詳細には、入力ポートを介して入力された光は、第１のＹブランチ４２２で分割されるまで、光導波管４２０を介して伝播する。Ｙブランチ４２２では、２つの干渉計アーム４２４ａ、４２６ａに対応する２つの分離された経路に沿って等しく伝播する。干渉計４２４ａおよび４２６ａの各アームを介して伝播する光が、対応するレンズ４６５およびミラー４６０に到達するとき、干渉計アーム４２４ｂおよび４２６ｂのそれぞれの対応する第２の部分に沿って反射して戻される。ＲＦデータ変調信号に対応する時間変動駆動電圧が、進行波電極基板４４０に印加されるとき、電子光学効果は、２つの干渉計アーム４２４ａ／ｂおよび４２６ａ／ｂを介して伝播する光の相対速度を変化させ、それにより、第２のＹブランチ４２８において位相シフトを生成し、建設的または破壊的干渉を発生させる。建設的および／または破壊的干渉は、出力振幅変調光学信号を発生させ、ここで、この変調は、ＲＦデータ信号の変調に対応する。
【００５３】
図３に示される光変調器３００を参照して議論された利点に加えて、図４に示される光変調器４００は、図４に示される光変調器４００は、レンズ４６５およびミラー４６０が、図３に示される方向性カプラと同じ態様で正確にチューニングされる必要はないというさらなる利点を有する。結果として、いくらかの光が、他の導波管を介して接続されず、それにより、光入力まで戻るという危険性が低いことである。さらに、伝送リンクからの残りのまたは後方散乱光が、リンクまで反射して戻るという危険性がほとんどない。
【００５４】
もちろん、図４に示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ説明される。もしくは、光変調器４００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、各干渉計にＲＦ入力端子を提供すること、ｚまたはｙカット電子光学基板を利用すること、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えること、ならびに／あるいは、基板の端に配置された反射性コーティングのような別の反射性素子とミラーを置き換えることが可能である。選択的に、ミラーはプリズムと置き換えられる。さらに選択的に、基板とレンズとの間、および／または、入力／出力ポートの側に、ポラライザ（図示されない）が提供される。
【００５５】
図５Ａを参照すると、ｘカットリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）基板５３０に形成される光導波管５２０を含む発明の実施形態に従う光学デジタル外部変調器５００の概略図が示される。光導波管５２０は、第１のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計５２０ａおよび第２のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計５２０ｂを形成する。第１の干渉計５２０ａおよび第２の干渉計５２０ｂは、カスケード接続構成を有し、第１および第２の干渉計は、側面方向に移動する。第１の干渉計５２０ａは、第１のＹブランチ５２２ａ、第１の干渉計アーム５２４ａ、第２の干渉計アーム５２６ａ、ならびに、第２のＹブランチ５２８ａを備える。第２の干渉計５２０ｂは、第１のＹブランチ５２２ｂ、第１の干渉計アーム５２４ｂ、第２の干渉計アーム５２６ｂ、ならびに、第２のＹブランチ５２８ｂを備える。入力／出力端５１０と反対側の基板５３０の端では、ミラー５６０およびレンズ５６５が、第１の干渉計５２０ａから第２の干渉計５２０ｂまでの光路を折り返すように提供される。進行波電極基板５４０は、第１の干渉計５２０ａの第１の干渉計アーム５２４ａがグランド電極５４２ａとホット電極５４６ａとの間に配置され、第２の干渉計アーム５２６ａがグランド電極５４４ａとホット電極５４６ａとの間に配置されるように、光導波管５２０の側に提供される。同様に、第２の干渉計５２０ｂの第１の干渉計アーム５２４ｂは、グランド電極５４２ｂとホット電極５４６ｂとの間に配置され、第２の干渉計アーム５２６ｂは、グランド電極５４４ｂとホット電極５４６ｂとの間に配置される。単一の入力端子５５０は、駆動電圧用の入力を提供し、単一の出力端子５５２は、残りの駆動信号の出力を提供する。ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク５８０は、第１のホットで局５４６ａと第２のホット電極５４６ｂとの間に提供される。好ましくは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークは、より高い周波数を通過させより低い周波数を拒絶するハイパスフィルタ、ならびに、ＲＦの流れに影響を与えることなくＲＦ回路へＤＣバイアス電圧を注入するバイアスティーを含む。
【００５６】
図５Ｂは、図５Ａに示された光変調気において利用する、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークとして機能する回路の１つの構成を示す。より詳細には、図５Ｂは、１０ｐＦキャパシタ、２つの１００ｎＨインダクタ、２つの６００オーム抵抗、および２つの１０００ｐＦキャパシタを含む回路を示す。１０ｐＦキャパシタは、端子５８２ａにおいてＲＦ信号入力の低周波数をブロックし、かつ、端子５８２ｂにより高い周波数を通過させる。１００ｎＨインダクタ、６００オーム抵抗、ならびに１０００ｐＦキャパシタのうちの１つを含む第１のＬＣＲシャント経路５８４ａは、１０ｐＦキャパシタによってブロックされた低周波数をシャントし、かつ、ＤＣバイアス電圧を第１の干渉計へ注入する入力経路を提供する。１００ｎＨインダクタ、６００オーム抵抗、ならびに１０００ｐＦキャパシタのうちの残りを含む第２のＬＣＲシャント経路は、ＤＣバイアス電圧を第２の干渉計へ注入する入力経路を提供する。言い換えると、Ｐｉ構成は、２つのカスケード接続された干渉計のバイアス点を独立に制御する２つの絶縁されたＤＣ電圧が、端子５８２ａから５８２ｂまで伝送されるＲＦ信号を妨害することなく、端子５８６ａおよび５８６ｂにおいて注入されることを可能にする。もちろん、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークの機能を提供する他の構成もまた可能である。
【００５７】
動作中、光は、入力ポート５１２から変調器５００へ入力され、出力ポート５１４を介して出力される。より詳細には、入力ポート５１２を介して入力された光は、光導波管５２０を介して第１の干渉計５２０ａまで伝播し、ここで、この光は、第１のＹブランチ５２２ａで分割され、２つの干渉計アーム５２４ａ、５２６ａに対応する２つの分離された経路に沿って等しく伝送される。時間変動電圧が、端子５５０を介して電極基板５４０ａの第１の部分に印加される場合、進行波電極基板５４０ａまで伝播される電界が生成される。進行波電極基板５４０ａは、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、２つの干渉計アーム５２４ａおよび５２６ａと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、２つの干渉計アーム５２４ａ、５２６ｂを介して伝播する光の相対速度を変化させ、それにより、位相を生成し、かつ、第２のＹブランチ５２８で建設的および／または破壊的干渉を発生させる。建設的および／または破壊的干渉は、振幅変調光学信号を発生させ、ここで、この変調は、時間変動電圧を発生させるために利用される変調されたＲＦデータ信号に対応する。振幅変調光学信号は、光導波管５２０を介してレンズ５６５およびミラー５６０まで伝播し、ここで、この信号は、第２の干渉計５２０ｂまで反射され、かつ、伝送される。第２の干渉計５２０ｂへ入力された光は、第１のＹブランチ５２２ｂにおいて分割され、ここで、この光は、２つの干渉計アーム５２４ｂ、５２６ｂに対応する２つの分離された経路に沿って等しく伝播する。同様に、第１の電極５４６ａの端に残るＲＦ駆動信号は、ハイパスフィルタ５８０を通過した後に電極構造５４０ｂの第２の部分に送られる。フィルタリングされたＲＦ駆動信号が電極基板５４０ｂの第２の部分に印加されるとき、電極構造５４０ｂまで伝播する電界が生成される。電極構造５４０ｂは、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、２つの干渉計アーム５２４ｂおよび５２６ｂと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、振幅変調光学信号に同期化された変調されたＲＦデータ信号をさらに与え、振幅変調光学信号は、出力ポート５１４を介して連続して出力される。
【００５８】
他のカスケード接続変調器と比較して、図５Ａに示される光変調器５００の１つの利点は、その反射性設計により、光変調器５００がよりコンパクトになり、かつ、光が同じ側から光変調器へ入射および出射することを可能にすることである。さらに、レトロな反射性設計と比較して、本発明の設計は、光が２つの別個の光ファイバを介して入射および出射することを可能にし、それにより、光サーキュレータの必要性が排除される。さらに、ＲＦ駆動信号は、電極基板５４０を出た後にターミネーションされるので、入力端子５５０、従って、ＲＦドライバ（示されない）へ戻ることが妨げられる。
【００５９】
図５Ａに示される光変調器５００の第２の利点は、その設計により、擬似速度の整合が達成されることである。より詳細には、変調器５００の設計により、２つの電極５４６ａと５４６ｂとの間の光伝播時間がＲＦ進行時間よりも長くなることである。従って、光変調器５００は、ＲＦ信号が光よりずっと遅く進行することを可能にする電極基板と互換性がある。このような電極基板は、概して、光学速度およびＲＦ速度が整合するように構成される電極基板よりも効率的である。遅れているＲＦ信号は、電極間の光学時間遅延により、その光と再同期する。同期したＲＦ信号は、第１のセクションを介して累積された変調を増強することに役立つ。さらなる変調効率を利用して、変調器の駆動電圧および／または全長を低下させる。
【００６０】
図５Ａに示される光変調器５００の第３の利点は、この光変調器が、２つの干渉計、すなわち、前方干渉計５２０ａおよび逆経路干渉計５２０ｂに分割されることである。従って、レンズ５６５およびミラー５６０は、干渉計の一部ではない。レンズおよびミラーは、干渉計アームを折り返すためではなく、光線を折り返すためにのみ利用されるので、温度変化、老朽化、振動、および／または衝撃に関連するシフトのバイアスは、最小化される。
【００６１】
図５Ａに示される光変調器５００の第４の利点は、その設計により、前方干渉計および逆経路干渉計の両方が同じＲＦ駆動信号により駆動されることが可能になり、それにより、２つ以上のＲＦデータ信号を同期化し、かつ、必要とされる駆動電力を低減する試みを排除することである。
【００６２】
カスケード接続された干渉計の間にハイパスフィルタ５８０を提供することによって、光変調器５００の周波数応答が容易に成形される。より詳細には、ハイパスフィルタ５８０は、有利にも、より高い周波数が第２の干渉計を通過することを可能にし、それにより、電極構造５４０の相互作用長をより低いＲＦ周波数の２倍だけ低減することによってのみ、周波数応答時のロールオフの量を低下させる。これは、より低い周波数の変調効率を低下させ、かつ、より平坦な周波数応答を生成する。顕著に、ロールオフは、各第１および第２の干渉計内の速度のウォークオフ、ならびに、ＲＦ損失から生じる。
【００６３】
図５Ａに示される光変調器５００の第５の利点は、この光変調器が、デジタルＲＦデータ信号振幅、従って、バイアス点を選択することによって、デジタル信号の伝送のために容易に最適化されることである。例えば、従来のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器において、干渉計は、通常、オン／オフ比を最大化するように単一の干渉計のクオドラチャ点においてバイアスされる。
【００６４】
図５Ｃは、両干渉計がクオドラチャにおいてバイアスされる場合に、図５Ａに示される光変調器を通過した後の、光学信号のシミュレーションされたアイダイアグラムを示す。シミュレーションは、ＲＦ損失、擬似速度の整合、および、ハイパスフィルタ効果を考慮する。顕著に、アイの形は垂直方向に非対称である。より詳細には、アイクロスするレベルは、好ましい５０％ではなく約２５％であり、１（フルオン）は、ゼロ（フルオフ）よりも大きく垂直方向に広げられる。２つの干渉計の伝達関数の増大によるこのゆがみは、特に長い伝送距離の後に、マイナス方向に伝送パフォーマンスに影響を与える。
【００６５】
本発明によると、光変調器は、オン状態で非常に僅かな挿入損失（例えば、１ｄＢよりも低い）のためにバイアスされる。例えば、１つの実施形態では、両干渉計は、クオドラチャから２５°、または、６５°でバイアスされ、ここで９０°は、クオドラチャにおける位相であり、０°は、干渉計がフルオンである位相である。この例では、両干渉計を通過した後の正味の強度は、ＲＦが印加されない場合のほぼ半分の電力点にある。
【００６６】
図５Ｄは、両干渉計がクオドラチャから２５°バイアスされる場合に、図５Ａに示される光変調器を通過した後の、光学信号のシミュレーションされたアイダイアグラムを示す。シミュレーションは、ＲＦ損失、擬似速度の整合およびハイパスフィルタ効果を考慮する。顕著に、アイの形は本質的に非対称でない。より詳細には、アイクロスするレベルは、約５０％であり、１（フルオン）およびゼロ（フルオフ）は、ほぼ垂直幅に等しい。言い換えると、これらのバイアス点設定は、理論的に対称的なデータアイを提供する。もちろん、挿入損失、駆動電圧、およびオン／オフ比との間の歩み寄りをも提供する他のバイアス点もまた可能である。
【００６７】
有利にも、光変調器オフクオドラチャの両干渉計をバイアスすることはまた、ＲＦデータ信号のオフエクスカーションが伝達関数の比較的直線の部分、すなわち中央部分を通過することを可能にする。これは、デジタルデータが、電気的から光学的への変換においてより優れた程度の線形性を体験することを可能にする。この優れた線形性は、特に、変調器に印加される電気信号が帯域制限される場合に、変調光学信号の光スペクトルにおけるサイドローブのサイズを線形的に低下させる。帯域制限は、ＲＦデータ信号の電気的スペクトル、すなわち光スペクトルの幅を切り捨て、それにより、ファイバディストーションに対する耐久性が増大する。このとき、同じ距離に、従来の光変調器よりもずっと少ない伝送デジタル信号のディストーションが存在する。
【００６８】
光変調器をアンダードライブすることは、有利にも、伝達関数のより優れた線形性をもたらす。改良された線形性は、さらに、シングルモードファイバの１２０ｋｍのような、分散ファイバの長い長さを介してパフォーマンスを改良する。カスケード接続された変調器をアンダードライブすることはまた、カスケード接続された変調器は決して完全にオンまたはオフにされないという事実により、単一の干渉計に基づく変調器と比較して、より低いオン／オフ比（９ｄＢ）、および、５ｄｂの光学損失を生じさせる。
【００６９】
もちろん、図５Ａに示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ上述された。もしくは、光変調器５００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、各干渉計にＲＦ入力端子を提供すること、ｚまたはｙカット電子光学基板を利用すること、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えること、ならびに／あるいは、基板の端に配置された反射性コーティングのような別の反射性素子とミラーを置き換えることが可能である。この場合、基板の端は、交差する導波管の頂点に配置される。選択的に、ミラーはプリズムに置き換えられる。さらに選択的には、基板とレンズとの間、および／または、入力／出力ポートの側に、ポラライザ（図示されない）が提供される。
【００７０】
図６を参照すると、ｘカットリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）基板６３０に形成される光導波管６２０を含む本発明の別の実施形態による光学デジタル外部変調器６００の概略図が示される。光導波管６２０は、第１のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計６２０ａおよび第２のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計６２０ｂを形成する。第１の干渉計６２０ａは、第１のＹブランチ６２２ａ、第１の干渉計アーム６２４ａ、第２の干渉計アーム６２６ａ、ならびに、第２のＹブランチ６２８ａを備える。第２の干渉計６２０ｂは、第１のＹブランチ６２２ｂ、第１の干渉計アーム６２４ｂ、第２の干渉計アーム６２６ｂ、ならびに、第２のＹブランチ６２８ｂを備える。入力／出力端６１０と反対側の基板６３０の端では、光導波管６２０およびミラー６６０が、第１の干渉計６２０ａから第２の干渉計６２０ｂへの光路を折り返す反射性方向カプラを形成する。進行波電極基板６４０は、第１の干渉計アーム６２４ａがグランド電極６４２ａとホット電極６４６ａとの間に配置され、第２の干渉計アーム６２６ａがグランド電極６４４ａとホット電極６４６ａとの間に配置されるように、光導波管６２０の側に提供される。同様に、第１の干渉計アーム６２４ｂは、グランド電極６４２ｂとホット電極６４６ｂとの間に配置され、第２の干渉計アーム６２６ｂは、グランド電極６４４ｂとホット電極６４６ｂとの間に配置される。単一の入力端子６５０は、駆動電圧用の入力を提供し、単一の出力端子６５２は、残りの駆動信号用の出力を提供する。ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク６８０は、第１のホット電極６４６ａと第２のホット電極６４６ｂとの間に提供される。ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークは、より高い周波数を通過させより低い周波数を拒絶するハイパスフィルタ、ならびに、ＲＦの流れに影響を与えることなくＲＦ回路へＤＣバイアス電圧を注入するバイアスティーを含む。例えば、図５Ｂは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク６８０として利用することに適した回路の１つの構成を示す。
【００７１】
動作中、光は、入力ポート６１２から変調器６００へ入力され、出力ポート６１４を介して出力される。より詳細には、入力ポート６１２を介して入力された光は、光導波管６２０を介して第１の干渉計６２０ａまで伝播し、ここで、この光は、第１のＹブランチ６２２ａで分割され、２つの干渉計アーム６２４ａ、６２６ａに対応する２つの分離された経路に沿って等しく伝送される。時間変動電圧が、端子６５０を介して電極基板６４０ａの第１の部分に印加される場合、進行波電極基板６４０ａの第１の部分まで伝播される電界が生成される。進行波電極基板６４０ａは、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、２つの干渉計アーム６２４ａおよび６２６ａと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、２つの干渉計アーム６２４ａ、６２６ｂを介して伝播する光の相対速度を変化させ、それにより、位相を生成し、かつ、第２のＹブランチ６２８ａで建設的および／または破壊的干渉を発生させる。建設的および／または破壊的干渉は、振幅変調光学信号を発生させ、ここで、この変調は、時間変動電圧を発生させるために利用される変調されたＲＦデータ信号に対応する。振幅変調光学信号は、光導波管６２０を介してミラー６６０まで伝播し、ここで、この信号は、第２の干渉計６２０ｂまで反射され、かつ、伝送される。第２の干渉計６２０ｂへ入力された光は、第１のＹブランチ６２２ｂにおいて分割され、ここで、この光は、２つの干渉計アーム６２４ｂ、６２６ｂに対応する２つの分離された経路に沿って等しく伝播する。同様に、電極構造６４０ａの第１の部分の端に残るＲＦ駆動信号は、ハイパスフィルタ６８０を介して通過した後、電極構造６４０ｂの第２の部分に送られる。フィルタリングされたＲＦ駆動信号が電極基板６４０ｂの第２の部分に印加されるとき、電極構造６４０ｂまで伝播する電界が生成される。電極構造６４０ｂは、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、２つの干渉計アーム６２４ｂおよび６２６ｂと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、振幅変調光学信号に同期化された変調されたＲＦデータ信号をさらに与え、振幅変調光学信号は、出力ポート６１４を介して連続して出力される。
【００７２】
図５Ａを参照して議論された光変調器の第１、第２、第４、および、第５の利点に加えて、図６に示される光変調器は、さらなる利点を有する。その利点とは、方向性カプラが、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計の一部を形成しないことである。方向性カプラは、干渉計アームを折り返すのではなく、光線を折り返すためにのみ利用されるので、温度変化、老朽化、振動、および／または衝撃に関連するシフトのバイアスは、最小化される。さらに、図６に示された光変調器のみが、基板／チップ上にあるものを越えて、ミラーまたは反射性表面を必要とする。
【００７３】
もちろん、図６に示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ上述された。もしくは、光変調器６００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、各干渉計にＲＦ入力端子を提供すること、ｚまたはｙカット電子光学基板を利用すること、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えること、ならびに／あるいは、基板の端に配置された反射性コーティングのような別の反射性素子とミラーを置き換えることが可能である。この場合、基板の端は、交差する導波管の頂点に配置され、光路がマイクロオプティクスの必要なく折り返されることを可能にする。選択的に、基板とレンズとの間、および／または、入力／出力ポートの側に、ポラライザ（図示されない）が提供される。さらに選択的には、ミラーの必要性は、方向性カプラとしてではなく、ｕターンにより光導波管６２０を設計することによって未然に防がれる。
【００７４】
図７を参照すると、ｚカットリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）基板７３０に形成される光導波管７２０を含む本発明の別の実施形態による光学デジタル外部変調器７００の概略図が示される。光導波管７２０は、第１のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計７２０ａおよび第２のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計７２０ｂを備える。第１の干渉計７２０ａは、第１のＹブランチ７２２ａ、第１の干渉計アーム７２４ａ、第２の干渉計アーム７２６ａ、ならびに、第２のＹブランチ７２８ａを備える。第２の干渉計７２０ｂは、第１のＹブランチ７２２ｂ、第１の干渉計アーム７２４ｂ、第２の干渉計アーム７２６ｂ、ならびに、第２のＹブランチ７２８ｂを備える。入力／出力端７１０と反対側の基板７３０の端では、第１の干渉計７２０ａから第２の干渉計７２０ｂへの光路を折り返すミラー７６０およびレンズ７６５が提供される。グランド電極７４２ａ、７４４ａ、７４２ｂおよび７４４ｂ、ならびに、ホット電極７４６ａおよび７４６ｂを含む進行波電極基板７４０は、第１の干渉計アーム７２４ａがホット電極７４６ａの下に配置され、第２の干渉計アーム７２６ａがグランド電極７４４ａの下に配置されるように、光導波管７２０の側に提供される。同様に、第１の干渉計アーム７２４ｂは、ホット電極７４６ｂの下に配置され、第２の干渉計アーム７２６ｂは、グランド電極７４４ｂの下に配置される。単一の入力端子７５０は、駆動電圧用の入力を提供し、単一の出力端子７５２は、残りの駆動信号用の出力を提供する。ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク７８０は、第１のホット電極７４６ａと第２のホット電極７４６ｂとの間に提供される。好ましくは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークは、より高い周波数を通過させより低い周波数を拒絶するハイパスフィルタ、ならびに、ＲＦの流れに影響を与えることなくＲＦ回路へＤＣバイアス電圧を注入するバイアスティーを含む。例えば、図５Ｂは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークとして利用することに適した回路の１つの例を示す。
【００７５】
動作中、光は、入力ポート７１２から変調器７００へ入力され、出力ポート７１４を介して出力される。より詳細には、入力ポート７１２を介して入力された光は、光導波管７２０を介して第１の干渉計７２０ａまで伝播し、ここで、この光は、第１のＹブランチ７２２ａで分割され、２つの干渉計アーム７２４ａ、７２６ａに対応する２つの分離された経路に沿って等しく伝送される。時間変動電圧が、端子７５０を介して電極基板７４０ａの第１の部分に印加される場合、進行波電極基板７４０ａの第１の部分まで伝播される電界が生成される。進行波電極基板７４０ａは、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、２つの干渉計アーム７２４ａおよび７２６ａと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、２つの干渉計アーム７２４ａ、７２６ｂを介して伝播する光の相対速度を変化させ、それにより、位相を生成し、かつ、第２のＹブランチ７２８ａで建設的および／または破壊的干渉を発生させる。建設的および／または破壊的干渉は、振幅変調光学信号を発生させ、ここで、この変調は、時間変動電圧を発生させるために利用される変調されたＲＦデータ信号に対応する。振幅変調光学信号は、光導波管７２０を介してレンズ７６５およびミラー７６０まで伝播し、ここで、この信号は、第２の干渉計７２０ｂまで反射され、かつ、伝送される。第２の干渉計７２０ｂへ入力された光は、第１のＹブランチ７２２ｂにおいて分割され、ここで、この光は、２つの干渉計アーム７２４ｂ、７２６ｂに対応する２つの分離された経路に沿って等しく伝播する。同様に、電極構造７４０ａの第１の部分の端に残るＲＦ駆動信号は、ハイパスフィルタ７８０を介して通過した後、電極構造７４０ｂの第２の部分に送られる。フィルタリングされたＲＦ駆動信号が電極基板７４０ｂの第２の部分に印加されるとき、電極構造７４０ｂまで伝播する電界が生成される。電極構造７４０ｂは、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、２つの干渉計アーム７２４ｂおよび７２６ｂと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、振幅変調光学信号に同期化された変調されたＲＦデータ信号をさらに与え、振幅変調光学信号は、出力ポート７１４を介して連続して出力される。
【００７６】
図５Ａを参照して議論された利点に加えて、光変調器７００は、ｚカットリチウムニオベートに関連するさらなる利点を示す。より詳細には、電極が電極の下を走っており、ホット電極７４６ａおよび７４６ｂがグランド電極より強い効果を生成するので、変調に不均衡が生じる。この不均衡は、デジタル信号の０→１および１→０の伝送の間の光学周波数をチャープする。このチャープは、分散ファイバを介して伝送される場合に、データストリームのデジタルパルスを圧縮する。改良された線形性とチャープとの組み合わせは、１つの干渉計のみに基づく従来のｚカット変調器に対して１２０ｋｍのシングルモードファイバを介する伝送パフォーマンスを著しく改良する。
【００７７】
もちろん、図７に示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ上述された。もしくは、光変調器７００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、各干渉計にＲＦ入力端子を提供すること、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えること、ならびに／あるいは、基板の端に配置された反射性コーティングのような別の反射性素子とミラーを置き換えることが可能である。この場合、基板の端は、交差する導波管の頂点に配置され、光路がマイクロオプティクスの必要なく折り返されることを可能にする。選択的に、ミラーはプリズムと置き換えられる。選択的に、基板とレンズとの間、および／または、入力／出力ポートの側に、ポラライザ（図示されない）が提供される。
【００７８】
図８を参照すると、ｚカットリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）基板８３０に形成される光導波管８２０を含む本発明のさらに別の実施形態による光学デジタル外部変調器８００の概略図が示される。光導波管８２０は、第１のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計８２０ａおよび第２のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計８２０ｂを備える。入力光ファイバ８１２および出力光ファイバ８１４は、基板８３０の一端８１０に取り付けられる。選択的には、第２のファイバは、シリコンＶグローブとともに基板に配列され、かつ、マウントされる。入力／出力端８１０と反対側の基板８３０の端では、第１の干渉計８２０ａから第２の干渉計８２０ｂへの光路を折り返すビームフォールディングマイクロオプティクスが提供される。より詳細には、ビームフォールディングマイクロオプティクスは、ＧＲＩＮレンズ８６５および反射性コーティング８６０を含む。進行波電極基板８４０（簡単のために個別の電極は示さない）が、第１および第２の干渉計８２０ａおよび８２０ｂの側に提供される。単一の入力端子８５０は、駆動電圧用の入力を提供し、単一の出力端子８５２は、残りの駆動信号用の出力を提供する。入力端子８５０および出力端子８５２は、残りの駆動信号用の出力を提供する。各入力端子８５０および出力端子８５２は、それぞれ、上部にＲＦランチおよびＲＦターミネーション回路が形成される別個のセラミック基板８５０ａおよび８５２ａに接続される。ＲＦドライバ（示されない）は、ＲＦランチセラミック８５０ａに接続される。ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク（図示されない）は、第３の基板８８０ａ上に提供され、光変調器の第１および第２の段にリンクする電気的経路の一部を形成する。好ましくは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークは、より高い周波数を通過させより低い周波数を拒絶するハイパスフィルタ、ならびに、ＲＦの流れに影響を与えることなくＲＦ回路へＤＣバイアス電圧を注入するバイアスティーを含む。例えば、図５Ｂは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークとして利用することに適した回路の１つの例を示す。基板と入力光ファイバ８１２との間にポラライザ８９５が提供され、望まれない極性状態を減衰する。
【００７９】
動作中、光は、入力ファイバ８１２から変調器８００へ入力され、出力ファイバ８１４を出力される。より詳細には、入力ファイバ８１２を介して入力された光は、光導波管８２０を介して第１の干渉計８２０ａまで伝播する。時間変動電圧が、端子８５０を介して電極基板８４０に印加される場合、進行波電極基板８４０まで伝播される電界が生成される。進行波電極基板８４０は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、第１の干渉計８２０ａの２つの干渉計アーム８２４と少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、２つの干渉計アームを介して伝播する光の相対速度を変化させ、それにより、位相を生成し、かつ、第２のＹブランチで建設的および／または破壊的干渉を発生させる。建設的および／または破壊的干渉は、振幅変調光学信号を発生させ、ここで、この変調は、時間変動電圧を発生させるために利用される変調されたＲＦデータ信号に対応する。振幅変調光学信号は、光導波管８２０を介して反射性表面８６０まで伝播し、ここで、この信号は、第２の干渉計８２０ｂまで反射され、かつ、伝送される。同時に、第１の干渉計８２０ａの端に残るＲＦ駆動信号は、ハイパスフィルタを通過し、かつ、第２の干渉計８２０ｂに印加される。これは、電極構造８４０まで伝播する電界を生成し、第２の干渉計８２０ｂの２つの干渉計アームと少なくとも部分的にオーバーラップする。電極構造８４０は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電子光学効果により、電界は、振幅変調光学信号に同期化された変調されたＲＦデータ信号をさらに与え、振幅変調光学信号は、出力ファイバ８１４を介して連続して出力される。
【００８０】
図５Ａを参照して議論された利点に加えて、光変調器８００は、ｚカットリチウムニオベートに関連するさらなる利点を示す。より詳細には、電極が電極の下を走っており、ホット電極がグランド電極より強い効果を生成するので、変調に不均衡が生じる。この不均衡は、デジタル信号の０→１および１→０の伝送の間の光学周波数をチャープする。このチャープは、分散ファイバを介して伝送される場合に、データストリームのデジタルパルスを圧縮する。改良された線形性とチャープとの組み合わせは、１つの干渉計のみに基づく従来のｚカット変調器に対して１２０ｋｍのシングルモードファイバを介する伝送パフォーマンスを著しく改良する。
【００８１】
もちろん、図８に示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ上述された。もしくは、光変調器８００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、各干渉計にＲＦ入力端子を提供すること、ならびに／あるいは、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えることが可能である。選択的に、反射性表面は、プリズムのような別のリフレクタと置き換えられる。
【００８２】
図９を参照すると、ｚカットリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）基板９３０に形成される光導波管９２０を含む本発明のさらに別の実施形態による光学デジタル外部変調器９００の概略図が示される。光導波管９２０は、第１のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計９２０ａおよび第２のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計９２０ｂを備える。入力光ファイバ９１２および出力光ファイバ９１４は、基板９３０の一端９１０に取り付けられる。選択的には、第２のファイバは、シリコンＶグローブとともに基板に配列され、かつ、マウントされる。入力／出力端９１０と反対側の基板９３０の端では、第１の干渉計９２０ａおよび第２の干渉計９２０ｂへの光路を折り返すミラー９６０、第１のレンズ９６５ａ、および第２のレンズ９６５ｂが提供される。より詳細には、ミラーは、第２の干渉計９２０ｂに入射する光の量を制御するように傾斜を変えることができるマイクロエレクトロメカニカル（ＭＥＭＳ）ミラーである。進行波電極基板９４０（簡単のために個別の電極は示さない）が、第１および第２の干渉計９２０ａおよび９２０ｂの側に提供される。単一の入力端子９５０は、駆動電圧用の入力を提供し、単一の出力端子９５２は、残りの駆動信号用の出力を提供する。入力端子９５０および出力端子９５２は、残りの駆動信号用の出力を提供する。各入力端子９５０および出力端子９５２は、それぞれ、上部にＲＦランチおよびＲＦターミネーション回路が形成される別個のセラミック基板９５０ａおよび９５２ａに接続される。ＲＦドライバ（示されない）は、ＲＦランチセラミック９５０ａに接続される。ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク（図示されない）は、第３の基板９８０ａ上に提供され、光変調器の第１および第２の段にリンクする電気的経路の一部を形成する。好ましくは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークは、より高い周波数を通過させより低い周波数を拒絶するハイパスフィルタ、ならびに、ＲＦの流れに影響を与えることなくＲＦ回路へＤＣバイアス電圧を注入するバイアスティーを含む。例えば、図５Ｂは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークとして利用することに適した回路の１つの例を示す。基板と入力光ファイバ９１２との間にポラライザ９９５が提供され、望まれない極性状態を減衰する。
【００８３】
動作中、光は、入力ファイバ９１２から変調器９００へ入力され、出力ファイバ９１４を出力される。より詳細には、入力ファイバ９１２を介して入力された光は、光導波管９２０を介して第１の干渉計９２０ａまで伝播する。時間変動電圧が、端子９５０を介して電極基板９４０に印加される場合、進行波電極基板９４０まで伝播される電界が生成される。進行波電極基板９４０は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、第１の干渉計９２０ａの２つの干渉計アーム９２４と少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、２つの干渉計アームを介して伝播する光の相対速度を変化させ、それにより、位相を生成し、かつ、第２のＹブランチで建設的および／または破壊的干渉を発生させる。建設的および／または破壊的干渉は、振幅変調光学信号を発生させ、ここで、この変調は、時間変動電圧を発生させるために利用される変調されたＲＦデータ信号に対応する。振幅変調光学信号は、光導波管９２０を介してＭＥＭＳミラー９６０まで伝播し、ここで、この信号は、第２の干渉計９２０ｂまで反射され、かつ、伝送される。同時に、第１の干渉計９２０ａの端に残るＲＦ駆動信号は、ハイパスフィルタ（図示されない）を通過し、かつ、第２の干渉計９２０ｂに印加される。これは、電極構造９４０まで伝播する電界を生成し、第２の干渉計９２０ｂの２つの干渉計アームと少なくとも部分的にオーバーラップする。電極構造９４０は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電子光学効果により、電界は、振幅変調光学信号に同期化された変調されたＲＦデータ信号をさらに与え、振幅変調光学信号は、出力ファイバ９１４を介して連続して出力される。
【００８４】
図５Ａを参照して議論された利点に加えて、デュアル直列光変調器９００は、ｚカットリチウムニオベートに関連するさらなる利点を示す。より詳細には、電極が電極の下を走っており、ホット電極がグランド電極より強い効果を生成するので、変調に不均衡が生じる。この不均衡は、デジタル信号の０→１および１→０の伝送の間の光学周波数をチャープする。このチャープは、分散ファイバを介して伝送される場合に、データストリームのデジタルパルスを圧縮する。改良された線形性とチャープとの組み合わせは、１つの干渉計のみに基づく従来のｚカット変調器に対して１２０ｋｍのシングルモードファイバを介する伝送パフォーマンスを著しく改良する。さらに、ＭＥＭＳミラーを組み込むことは、ＶＯＡ（ｖｏｌｔａｇｅ−ｏｐｅｒａｔｅｄ−ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）機能を有利に提供する。
【００８５】
もちろん、図９に示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ上述された。もしくは、光変調器９００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、各干渉計にＲＦ入力端子を提供すること、ならびに／あるいは、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えることが可能である。選択的に、ＭＥＭＳミラーは、別のリフレクタと置き換えられ、ＶＯＡ機能は、光路に液晶シャッター（図示されない）を含むことによって達成される。
【００８６】
図１０を参照すると、ｘカットリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）基板１０３０に形成される光導波管１０２０を含む本発明の別の実施形態による光学デジタル外部変調器１０００の概略図が示される。光導波管１０２０は、第１のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１０２０ａ、第２のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１０２０ｂ、および第３のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１０２０ｃを備える。各干渉計は、第１のＹブランチ、第１の干渉計アーム、第２の干渉計アーム、および第２のＹブランチを備える。入力端１０１０と反対側の基板１０３０の端では、第１の干渉計１０２０ａから第２の干渉計１０２０ｂへの光路を折り返す第１のミラー１０６０ａおよび第１のレンズ１０６５ａが提供される。入力端１０１０では、第２の干渉計１０２０ａから第３の干渉計１０２０ｃへの光路を折り返す第２のミラー１０６０ｂおよび第２のレンズ１０６５ｂが提供される。進行波電極基板１０４０は、第１干渉計１０２０ａがグランド電極１０４２ａとホット電極１０４６ａとの間に配置される第１のアームを有し、第２の干渉計がアームがグランド電極１０４４ａとホット電極１０４６ａとの間に配置されるように、光導波管１０２０の側に提供される。同様に、第２の干渉計１０２０ｂは、グランド電極１０４２ｂとホット電極１０４６ｂとの間に配置される第１の干渉計アームを有し、第２の干渉計アームは、グランド電極１０４４ｂとホット電極１０４６ｂとの間に配置される。最後に、第３の干渉計アーム１０２０ｃは、グランド電極１０４２ｃとホット電極１０４６ｃとの間に配置される第１の干渉計アームを有し、第２の干渉計アームは、グランド電極１０４４ｃとホット電極１０４６ｃとの間に配置される。単一の入力端子１０５０は、駆動電圧用の入力を提供し、単一の出力端子１０５２は、残りの駆動信号用の出力を提供する。入力端子１０５０および出力端子１０５２は、残りの駆動信号用の出力を提供する。第１のハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク１０８０ａは、第１のホット電極１０４６ａと第２のホット電極１０４６ｂとの間に提供され、第２のハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク１０８０ｂは、第２のホット電極１０４６ｂと第３のホット電極１０４６ｃとの間に提供される。好ましくは、各ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークは、より高い周波数を通過させより低い周波数を拒絶するハイパスフィルタ、ならびに、ＲＦの流れに影響を与えることなくＲＦ回路へ１つまたは２つのＤＣバイアス電圧を注入する１つまたは２つのバイアスティーを含む。例えば、図５Ｂは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークとして利用することに適した回路の１つの例を示す。
【００８７】
動作中、光は、入力ポート１０１２から変調器１０００へ入力され、出力ポート１０１４を介して出力される。より詳細には、入力ポート１０１２を介して入力された光は、光導波管１０２０を介して第１の干渉計１０２０ａまで伝播する。時間変動電圧が、端子１０５０を介して電極基板１０４０に印加される場合、進行波電極基板１０４０の第１の部分まで伝播する電界が生成される。進行波電極基板１０４０は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、第１の干渉計１０２０ａの２つの干渉計アームと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、２つの干渉計アームを介して伝播する光の相対速度を変化させ、それにより、位相を生成し、かつ、第２のＹブランチで建設的または破壊的干渉を発生させる。建設的および／または破壊的干渉は、振幅変調光学信号を発生させ、ここで、この変調は、時間変動電圧を発生させるために利用される変調されたＲＦデータ信号に対応する。振幅変調光学信号は、光導波管１０２０を介して第１のミラー１０６０ａまで伝播し、ここで、この信号は、第２の干渉計１０２０ｂまで反射され、かつ、伝送される。同時に、電極基板１０４０の第１の部分の端に残るＲＦ駆動信号は、ハイパスフィルタ１０８０ａを通過した後に、電極構造１０４０の第２の部分に送られる。フィルタリングされたＲＦ駆動信号は、電界構造１０４０の第２の部分に印加されたとき、電極構造１０４０まで伝播する電界を生成し、電極構造は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、第２の干渉計１０２０ｂの２つの干渉計アームと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、振幅変調光学信号に同期化された変調されたＲＦデータ信号をさらに与える。増強された振幅変調光学信号は、光導波管１０２０を介して第２のミラー１０６０ｂまで伝播し、ここで、この信号は、第３の干渉計１０２０ｃまで反射され、かつ、伝送される。同時に、電極基板１０４０の第２の部分の端に残るＲＦ駆動信号は、ハイパスフィルタ１０８０ｂを通過した後に、電極構造の第３の部分に送られる。フィルタリングされたＲＦ駆動信号は、電界構造１０４０の第３の部分に印加されたとき、電極構造１０４０まで伝播する電界を生成し、電極構造１０４０は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、第３の干渉計１０２０ｃの２つの干渉計アームと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、振幅変調光学信号に同期化された変調されたＲＦデータ信号をさらに与え、より強い振幅変調光学信号さえも生成する。この信号は、出力ポート１０１４を介して連続して出力される。
【００８８】
図５Ａを参照して議論された光変調器の利点に加えて、図１０に示される３段光変調器は、全デバイス長が従来の変調器のほぼ３分の１の長さであるというさらなる利点を有する。
【００８９】
もちろん、図１０に示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ上述された。もしくは、光変調器１０００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、各干渉計にＲＦ入力端子を提供すること、ｚまたはｙカット電子光学基板を利用すること、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えること、ならびに／あるいは、基板の端に配置された反射性コーティングのような別の反射性素子とミラーを置き換えることが可能である。この場合、基板の端は、交差する導波管の頂点に配置され、光路がマイクロオプティクスの必要なく折り返されることを可能にする。選択的に、ミラーはプリズムと置き換えられる。さらに選択的には、基板とレンズとの間に、および／または、入力／出力ポートの側にポラライザ（図示されない）が提供される。さらに選択的には、電力モニタリング、および／または、バイアス制御用のフィードバックを提供する光をタッピングするために、基板上にＤＯＣ（図示されない）がマウントされる。
【００９０】
図１１を参照すると、ｘカットリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）基板１１３０に形成される光導波管１１２０を含む本発明の別の実施形態による光学デジタル外部変調器１１００の概略図が示される。光導波管１１２０は、第１のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１１２０ａ、第２のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１１２０ｂ、および第３のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１１２０ｃを備える。各干渉計は、第１のＹブランチ、第１の干渉計アーム、第２の干渉計アーム、および第２のＹブランチを備える。入力端１１１０と反対側の基板１１３０の端では、第１の干渉計１１２０ａから第２の干渉計１１２０ｂへの光路を折り返す第１の反射性表面１１６０ａおよび第２の反射性表面１１６０ｂが提供される。入力端１１１０では、第２の干渉計１１２０ｂから第３の干渉計１１２０ｃへの光路を折り返す第３の反射性表面１１６０ｃおよび第４の反射性表面１１６０ｄが提供される。好ましくは、この反射性表面は、基板の領域をエッチングし、かつ、エッチングされた表面をメタライジングすることによって製造される。理想的には、エッチングされた表面は、ほとんど傾きがなく極めて垂直である。進行波電極基板１１４０は、第１干渉計１１２０ａがグランド電極１１４２ａとホット電極１１４６ａとの間に配置される第１のアームを有し、第２の干渉計アームがグランド電極１１４４ａとホット電極１１４６ａとの間に配置されるように、光導波管１１２０の側に提供される。同様に、第２の干渉計１１２０ｂは、グランド電極１１４２ｂとホット電極１１４６ｂとの間に配置される第１の干渉計アームを有し、第２の干渉計アームは、グランド電極１１４４ｂとホット電極１１４６ｂとの間に配置される。最後に、第３の干渉計１１２０ｃは、グランド電極１１４２ｃとホット電極１１４６ｃとの間に配置される第１の干渉計アームを有し、第２の干渉計アームは、グランド電極１１４４ｃとホット電極１１４６ｃとの間に配置される。単一の入力端子１１５０は、駆動電圧用の入力を提供し、単一の出力端子１１５２は、残りの駆動信号用の出力を提供する。第１のハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク１１８０ａは、第１のホット電極１１４６ａと第２のホット電極１１４６ｂとの間に提供され、第２のハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク１１８０ｂは、第２のホット電極１１４６ｂと第３のホット電極１１４６ｃとの間に提供される。好ましくは、各ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークは、より高い周波数を通過させより低い周波数を拒絶するハイパスフィルタ、ならびに、ＲＦの流れに影響を与えることなくＲＦ回路へＤＣバイアス電圧を注入する１つまたは２つのバイアスティーを含む。例えば、図５Ｂは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークとして利用することに適した回路の１つの例を示す。
【００９１】
動作中、光は、入力ポート１１１２から変調器１１００へ入力され、出力ポート１１１４を介して出力される。より詳細には、入力ポート１１１２を介して入力された光は、光導波管１１２０を介して第１の干渉計１１２０ａまで伝播する。時間変動電圧が、端子１１５０を介して電極基板１１４０に印加される場合、進行波電極基板１１４０の第１の部分まで伝播する電界が生成される。進行波電極基板１１４０は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、第１の干渉計１１２０ａの２つの干渉計アームと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、２つの干渉計アームを介して伝播する光の相対速度を変化させ、それにより、位相を生成し、かつ、第２のＹブランチで建設的または破壊的干渉を発生させる。建設的および／または破壊的干渉は、振幅変調光学信号を発生させ、ここで、この変調は、時間変動電圧を発生させるために利用される変調されたＲＦデータ信号に対応する。振幅変調光学信号は、光導波管１１２０を介して第１の反射性表面１１６０ａまで伝播し、ここで、この信号は、第２の干渉計１１２０ｂまで反射され、かつ、第２の干渉計１１２０ｂまで伝送される。同時に、電極基板１１４０の第１の部分の端に残るＲＦ駆動信号は、ハイパスフィルタ１１８０ａを通過した後に、電極構造の第２の部分に送られる。フィルタリングされたＲＦ駆動信号は、電界構造１１４０の第２の部分に印加されたとき、電極構造まで伝播する電界を生成し、電極構造は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、第２の干渉計１１２０ｂの２つの干渉計アームと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、振幅変調光学信号に同期化された変調されたＲＦデータ信号をさらに与える。増強された振幅変調光学信号は、光導波管１１２０を介して第３の反射性表面１１６０ｃまで伝播し、ここで、この信号は、第４の反射性表面１１６０ｄまで反射し、かつ、第３の干渉計１１２０ｃまで伝送される。同時に、電極基板１１４０の第２の部分の端に残るＲＦ駆動信号は、第２のハイパスフィルタ１１８０ｂを通過した後に、電極構造の第３の部分に送られる。フィルタリングされたＲＦ駆動信号は、電界構造１１４０の第３の部分に印加されたとき、電極構造１１４０まで伝播する電界を生成し、電極構造１１４０は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、第３の干渉計１１２０ｃの２つの干渉計アームと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、振幅変調光学信号に同期化された変調されたＲＦデータ信号をさらに与え、より強い振幅変調光学信号さえも生成する。この信号は、出力ポート１１１４を介して連続して出力される。
【００９２】
図１０を参照して議論された光変調器の利点に加えて、図１１に示される３段光変調器は、反射性表面が基板に組み込まれるというさらなる利点を有する。
【００９３】
もちろん、図１１に示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ上述された。もしくは、光変調器１１００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、各干渉計にＲＦ入力端子を提供すること、ｚまたはｙカット電子光学基板を利用すること、ならびに／あるいは、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えることが可能である。選択的に、ポラライザ（図示されない）が、入力および／または出力ポートの側の基板に隣接して提供される。さらに選択的には、電力モニタリング、および／または、バイアス制御用のフィードバックを提供する光をタッピングするために、１つ以上の反射性表面の側にフォトディテクタ（示されない）がマウントされる。
【００９４】
図１２を参照すると、ｘカットリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）基板１２３０に形成される光導波管１２２０を含む本発明のさらに別の実施形態による光学デジタル外部変調器１２００の概略図が示される。光導波管１２２０は、第１のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１２２０ａ、第２のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１２２０ｂ、第３のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１２２０ｃ、および第４のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１２２０ｄを備える。各干渉計は、第１のＹブランチ、第１の干渉計アーム、第２の干渉計アーム、および第２のＹブランチを備える。入力／出力端１２１０と反対側の基板１２３０の端では、第１の干渉計１２２０ａから第２の干渉計１２２０ｂへの光路を折り返す第１の反射性表面１２６０ａおよび第２の反射性表面１２６０ｂが提供され、第３の干渉計１０２０ｃから第４の干渉計１０２０ｄへの光路を折り返す第５の反射性表面１２６０ｅおよび第６の反射性表面１２６０ｆが提供される。入力端１２１０では、第２の干渉計１２２０ｂから第３の干渉計１２２０ｃへの光路を折り返す第３の反射性表面１２６０ｃおよび第４の反射性表面１２６０ｄが提供される。好ましくは、この反射性表面は、基板の領域をエッチングし、かつ、エッチングされた表面をメタライジングすることによって製造される。理想的には、エッチングされた表面は、ほとんど傾きがなく極めて垂直である。進行波電極基板１２４０は、光学導波管１２２０の側に提供される。単一の入力端子１２５０は、駆動電圧用の入力を提供し、単一の出力端子１２５２は、残りの駆動信号用の出力を提供する。第１のハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク１２８０ａは、第１および第２の干渉計の側に配置された電極基板のセクションと接続する電気経路に提供され、第２のハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク１２８０ｂは、第３の干渉計１２２０ｃおよび第４の干渉計１２２０ｄの側に配置された電極基板のセクションに接続する電気的経路に提供される。好ましくは、各ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークは、より高い周波数を通過させより低い周波数を拒絶するハイパスフィルタ、ならびに、ＲＦの流れに影響を与えることなくＲＦ回路へＤＣバイアス電圧を注入する１つまたは２つのバイアスティーを含む。例えば、図５Ｂは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークとして利用することに適した回路の１つの例を示す。
【００９５】
動作中、光は、入力ポート１２１２から変調器１２００へ入力され、出力ポート１２１４を介して出力される。より詳細には、入力ポート１２１２を介して入力された光は、この光が、連続的に第１の干渉計１２２０ａ、第２の干渉計１２２０ｂ、第３の干渉計１２２０ｃ、および、第４の干渉計１２２０ｄを通過するように、光導波管１２２０を介して伝播する。変調されたＲＦデータ信号に対応する時間変動電圧が、端子１２５０を介して電極基板１２４０にランチされる場合、電界が生成される。この電界は、出力端子１２５２の前に各４つの干渉計と少なくとも部分的にオーバーラップするように、電極基板を介して伝播する。光変調器の各段では、電界は、比較的強い振幅変調光学信号を生成する光学信号にＲＦデータ信号からの変調を与え、この信号は、出力ポート１２１４を介して出力される。
【００９６】
図５Ａを参照して議論された光変調器の利点に加えて、図１２に示される４段光変調器は、全デバイス長が従来の変調器のほぼ４分の１の長さであるという利点を有する。さらに、光変調器１２００は、反射性表面が基板に組み込まれるというさらなる利点を有する。
【００９７】
もちろん、図１２に示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ上述された。もしくは、光変調器１２００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、各干渉計にＲＦ入力端子を提供すること、ｚまたはｙカット電子光学基板を利用すること、ならびに／あるいは、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えることが可能である。選択的に、ポラライザ（図示されない）が、入力および／または出力ポートの側の基板に隣接して提供される。さらに選択的には、電力モニタリング、および／または、バイアス制御用のフィードバックを提供する光をタッピングするために、１つ以上の反射性表面の側にフォトディテクタ（示されない）がマウントされる。
【００９８】
図１３を参照すると、第１のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１３２０ａ、第２のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１３２０ｂ、および、第３のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１３２０ｃを含む本発明の別の実施形態による光学デジタル外部変調器１３００の概略図が示される。これらの干渉計のそれぞれは、別個の基板またはダイに形成される。ｘカットリチウムニオベートに対応する電極／導波管の向きが示される。各ダイは、同じトレー１３０５にマウントされる。各干渉計は、第１のＹブランチ、第１の干渉計アーム、第２の干渉計アーム、および第２のＹブランチを備える。第１の干渉計１３２０ａから第２の干渉計１３２０ｂへの光路を折り返す第１のビームフォールディングプリズム１３６０ａ、第１のレンズ１３６５ａ、および、第２のレンズ１３６５ｂが提供される。第２の干渉計１３２０ｂから第３の干渉計１３２０ｃへの光路を折り返す第２のビームフォールディングプリズム１３６０ｂ、第３のレンズ１３６５ｃ、および、第４のレンズ１３６５ｄが提供される。進行波電極基板１３４０は、第１の段において、第１の干渉計１３２０ａがグランド電極１３４２ａとホット電極１３４６ａとの間に配置される第１の干渉計アームを有し、第２の干渉計アームがグランド電極１３４４ａとホット電極１３４６ａとの間に配置されるように、３つの干渉計のそれぞれに接続される。第３の段では、第３の干渉計１３２０ｃは、グランド電極１３４２ｃとホット電極１３４６ｃとの間に配置される第１の干渉計アームを有し、第２の干渉計アームは、グランド電極１３４４ｃとホット電極１３４６ｃとの間に配置される第１の干渉計アームを有する。単一の入力端子１３５０は、駆動電圧用の入力を提供し、単一の出力端子１３５２は、残りの駆動信号用の出力を提供する。第１のハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク１３８０ａは、第１のホット電極１３４６ａと第２のホット電極１３４６ｂとの間に提供され、第２のハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク１３８０ｂは、第２のホット電極１３４６ｂと第３のホット電極１３４６ｃとの間に提供される。好ましくは、各ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークは、より高い周波数を通過させより低い周波数を拒絶するハイパスフィルタ、ならびに、ＲＦの流れに影響を与えることなくＲＦ回路へＤＣバイアス電圧を注入する１つまたは２つのバイアスティーを含む。例えば、図５Ｂは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークとして利用することに適した回路の１つの例を示す。有利にも、段の間の電気的経路は、段の間の光学的経路よりも短い。
【００９９】
動作中、光は、入力ポート１３１２から変調器１３００へ入力され、出力ポート１３１４を介して出力される。より詳細には、入力ポート１３１２を介して入力された光は、第１の干渉計１３２０ａまで伝播する。時間変動電圧が、端子１３５０を介して電極基板１３４０に印加される場合、進行波電極基板１３４０の第１の部分まで伝播する電界が生成される。進行波電極基板１３４０は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、第１の干渉計１３２０ａの２つの干渉計アームと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、２つの干渉計アームを介して伝播する光の相対速度を変化させ、それにより、位相を生成し、かつ、第２のＹブランチで建設的または破壊的干渉を発生させる。建設的および／または破壊的干渉は、振幅変調光学信号を発生させ、ここで、この変調は、時間変動電圧を発生させるために利用される変調されたＲＦデータ信号に対応する。振幅変調光学信号は、第１のビームフォールディングプリズム１３６０ａまで伝播し、ここで、この信号は、第２の干渉計１３２０ｂに向き直され、かつ、伝送される。同時に、電極基板１３４０の第１の部分の端に残るＲＦ駆動信号は、ハイパスフィルタ１３８０ａを通過した後に、電極構造の第２の部分に送られる。フィルタリングされたＲＦ駆動信号は、電界構造１３４０の第２の部分に印加されたとき、電極構造まで伝播する電界を生成し、電極構造は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、第２の干渉計１３２０ｂの２つの干渉計アームと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、振幅変調光学信号に同期化された変調されたＲＦデータ信号をさらに与える。増強された振幅変調光学信号は、光導波管１３２０を介して第２の反射性表面１３６０ｂまで伝播し、ここで、この信号は、第３の干渉計１３２０ｃに向け直され、かつ、伝送される。同時に、電極基板１３４０の第２の部分の端に残るＲＦ駆動信号は、第２のハイパスフィルタ１３８０ｂを通過した後に、電極構造の第３の部分に送られる。フィルタリングされたＲＦ駆動信号は、電界構造１３４０の第３の部分に印加されたとき、電極構造１３４０まで伝播する電界が生成され、電極構造１３４０は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、第３の干渉計１３２０ｃの２つの干渉計アームと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、振幅変調光学信号に同期化された変調されたＲＦデータ信号をさらに与え、より強い振幅変調光学信号さえも生成する。この信号は、出力ポート１３１４を介して連続して出力される。
【０１００】
もちろん、図１３に示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ上述された。もしくは、光変調器１３００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、各干渉計にＲＦ入力端子を提供すること、ｚまたはｙカット電子光学基板を利用すること、ならびに／あるいは、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えることが可能である。選択的に、ポラライザ（図示されない）が、入力および／または出力ポートの側の基板に隣接して、ならびに／あるいは、基板の１つと対応するレンズとの間に提供される。
【０１０１】
図１４を参照すると、ｚカットリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）基板１４３０に形成される光導波管１４２０を含む本発明の別の実施形態による光学デジタル外部変調器１４００の概略図が示される。光導波管１４２０は、第１のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１４２０ａ、および、第２のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１４２０ｂを備える。各干渉計は、第１のＹブランチ、第１の干渉計アーム、第２の干渉計アーム、および第２のＹブランチを備える。基板１４１０の入力端では、例えば、レーザ１４１６として知られる光源が、連続波光信号を提供する。第１のプリズム１４１８ａ、第１のレンズ１４１９ａ、第２のプリズム１４１８ｂ、第２のレンズ１４１９ｂが光導波管１４２０へ、および、光導波管１４２０から光を結合するように提供される。入力／出力端１４１０と反対側の基板１４３０の端では、第１の干渉計１４２０ａから第２の干渉計１４２０ｂへの光路を折り返す第３のプリズム１４６０、第３のレンズ１４６５ａ、および、第４のレンズ１４６５ｂが提供される。グランド電極１４４２ａ、１４４４ａ、１４４２ａおよび１４４４ｂならびにホット電極１４４６ａおよび１４４６ｂを含む進行波電極基板１４４０が、基板１４３０上に形成される。単一の入力端子１４５０は、駆動電圧用の入力を提供し、単一の出力端子１４５２は、残りの駆動信号用の出力を提供する。第１のハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク１４８０は、第１のホット電極１４４６ａと第２のホット電極１４４６ｂとの間に提供される。好ましくは、各ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークは、より高い周波数を通過させより低い周波数を拒絶するハイパスフィルタ、ならびに、ＲＦの流れに影響を与えることなくＲＦ回路へＤＣバイアス電圧を注入するバイアスティーを含む。例えば、図５Ｂは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークとして利用することに適した回路の１つの例を示す。
【０１０２】
動作中、レーザ１４１６からの光は、プリズム１４１８ａによってレンズ１４１９ａに向け直され、光導波管１４２０を介して第１の干渉計１４２０ａに伝送される。ここで、この光は、第１のＹブランチで分割され、２つの干渉計アームに対応する２つの分離した経路に沿って等しく伝送される。時間変動電圧が、端子１４５０を介して電極基板１４４０の第１の部分に印加される場合、進行波電極基板１４４０の第１の部分まで伝播する電界が生成される。進行波電極基板１４４０は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、２つの干渉計と少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、２つの干渉計アームを介して伝播する光の相対速度を変化させ、それにより、位相を生成し、かつ、第２のＹブランチで建設的および／または破壊的干渉を発生させる。建設的および／または破壊的干渉は、振幅変調光学信号を発生させ、ここで、この変調は、時間変動電圧を発生させるために利用される変調されたＲＦデータ信号に対応する。振幅変調光学信号は、レンズ１４６５ａ、プリズム１４６０およびレンズ１４６５ｂまで光導波管１４２０を介して伝播し、ここで、この信号は、第２の干渉計１４２０ｂまで反射され、かつ、伝送される。第２の干渉計１４２０ｂへ入力された光は、第１のＹブランチで分割され、ここで、この光は、２つの干渉計アームに対応する２つの分離された経路に沿って等しく伝播する。同時に、電極基板１４４０の第１の部分の端に残るＲＦ駆動信号は、ハイパスフィルタ１４８０を通過した後に、電極構造１４４０の第２の部分に送られる。フィルタリングされたＲＦ駆動信号は、電界構造１４４０の第２の部分に印加されたとき、電極構造１４４０まで伝播する電界を生成し、電極構造は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、２つの干渉計アームと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、振幅変調光学信号に同期化された変調されたＲＦデータ信号をさらに与える。変調光学信号は、レンズ１４１９ｂを介して伝送され、光変調器１４００からプリズム１４１８ｂによって向け直される。
【０１０３】
もちろん、図１４に示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ上述された。もしくは、光変調器１４００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、各干渉計にＲＦ入力端子を提供すること、ならびに／あるいは、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えることが可能である。選択的に、ポラライザまたはポラライジングオプティクス（図示されない）が、提供される。
【０１０４】
図１５を参照すると、ｚカットリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）基板１５３０に形成される光導波管１５２０を含む本発明の別の実施形態による光学デジタル外部変調器１５００の概略図が示される。光導波管１５２０は、第１のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１５２０ａ、および、第２のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１５２０ｂを備える。各干渉計は、第１のＹブランチ、第１の干渉計アーム、第２の干渉計アーム、および第２のＹブランチを備える。基板１５１０の入力端では、例えば、レーザ１５１６として知られる光源が、連続的光線を提供する。第１のビームスプリッタ１５１８ａ、第１のレンズ１５１９ａ、第２のビームスプリッタ１５１８ｂ、および、第２のレンズ１５１９ｂが光導波管１５２０へ、および、光導波管１５２０から光を結合するように提供される。入力／出力端１５１０と反対側の基板１５３０の端では、第１の干渉計１５２０ａから第２の干渉計１５２０ｂへの光路を折り返す第３のレンズ１５６５ａ、第３のビームスプリッタ１５６０、プリズム１５６２、および、第４のレンズ１５６５ｂが提供される。第１のビームスプリッタ１５１８ａ、第２のビームスプリッタ１５１８ｂ、および、第３のビームスプリッタ１５１８ｃのそれぞれは、所定の量の光をタップし、かつ、その所定の量の光をそれぞれフォトディテクタ１５９０ａ、１５９０ｂ、および、１５９０ｃまで伝送するように設計される。グランド電極１５４２ａ、１５４４ａ、１５４２ａおよび１５４４ｂならびにホット電極１５４６ａおよび１５４６ｂを含む進行波電極基板１５４０が、第１の干渉計１５２０ａおよび第の干渉計１５２０ｂに隣接する基板１５３０上に形成される。単一の入力端子１５５０は、駆動電圧用の入力を提供し、単一の出力端子１５５２は、残りの駆動信号用の出力を提供する。第１のハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク１５８０は、第１のホット電極１５４６ａと第２のホット電極１５４６ｂとの間に提供される。好ましくは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークは、より高い周波数を通過させより低い周波数を拒絶するハイパスフィルタ、ならびに、ＲＦの流れに影響を与えることなくＲＦ回路へＤＣバイアス電圧を注入するバイアスティーを含む。例えば、図５Ｂは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークとして利用することに適した回路の１つの例を示す。
【０１０５】
動作中、レーザ１５１６からの光は、第１のビームスプリッタ１５１８ａに伝送される。この第１のビームスプリッタは、第１のフォトディテクタ１５９０ａまで伝送される第１のサブビームおよび第１のレンズ１５１９ａに伝送される第２のサブビームへ光を分割する。ここで、光の第２のサブビームは、光導波管１５２０を介して第１の干渉計１５２０ａまで伝送され、この光は、第１のＹブランチで分割され、第１の干渉計１５２０ａの２つの干渉計アームに対応する２つの分離した経路に沿って等しく伝送される。時間変動電圧が、端子１５５０を介して電極基板１５４０の第１の部分に印加される場合、進行波電極基板１５４０の第１の部分まで伝播する電界が生成される。進行波電極基板１５４０は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、２つの干渉計と少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、２つの干渉計アームを介して伝播する光の相対速度を変化させ、それにより、位相を生成し、かつ、第２のＹブランチで建設的または破壊的干渉を発生させる。建設的および／または破壊的干渉は、振幅変調光学信号を発生させ、ここで、この変調は、時間変動電圧を発生させるために利用される変調されたＲＦデータ信号に対応する。振幅変調光学信号は、レンズ１５６５ａおよびビームスプリッタ１５６０まで光導波管１５２０を介して伝播する。ビームスプリッタ１５６０は、フォトディテクタ１５９０ｃに伝送される第１のサブビーム、ならびに、プリズム１５６２およびレンズ１５６５ｂに伝送される第２のサブビームへ光を分割する。光の第２のサブビームは、第２の干渉計１５２０ｂへ入力され、ここで、このビームは、第２の干渉計１５２０ｂの２つの干渉計アームに対応する２つの分離された経路に沿って等しく伝播する。同時に、電極基板１５４０の第１の部分の端に残るＲＦ駆動信号は、ハイパスフィルタ１５８０を通過した後に、電極構造１５４０の第２の部分に送られる。フィルタリングされたＲＦ駆動信号は、電界構造１５４０の第２の部分に印加されたとき、電極構造１５４０まで伝播する電界が生成される。電極構造１５４０は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、第２の干渉計１５２０ｂの２つの干渉計アームと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、振幅変調光学信号に同期化された変調されたＲＦデータ信号をさらに与える。変調光学信号は、第２のレンズ１５１９ｂおよびビームスプリッタ１５１８ｂに伝送される。ビームスプリッタ１５１８ｂは、第２のフォトディテクタ１５９０ｂに伝送される第１のサブビームおよび光変調器に出力される第２のサブビームに光を分割する。
【０１０６】
さらに、タッピングされた光を利用して、電力モニタリングおよび／またはバイアス制御用のフィードバックを提供する。
【０１０７】
もちろん、図１５に示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ上述された。もしくは、光変調器１５００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、各干渉計にＲＦ入力端子を提供すること、ならびに／あるいは、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えることが可能である。選択的に、ポラライザまたはポラライジングオプティクス（図示されない）が、提供される。
【０１０８】
図１６を参照すると、ｘカットリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）基板１６３０に形成される光導波管１６２０を含む本発明の別の実施形態による光学デジタル外部変調器１６００の概略図が示される。光導波管１６２０は、第２のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１６２０ｂに直列に接続される第１のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１６２０ａを備える。第１の干渉計１６２０ａは、第１のＹブランチ１６２２ａ、第１の干渉計アーム１６２４ａ、第２の干渉計アーム１６２６ａ、および第２のＹブランチ１６２８ａを備える。第２の干渉計１６２０ｂは、第１のＹブランチ１６２２ｂ、第１の干渉計アーム１６２４ｂ、第２の干渉計アーム１６２６ｂ、および第２のＹブランチ１６２８ｂを備える。第１の干渉計１６２０ａおよび第２の干渉計１６２０ｂは、カスケード接続構成を有する。進行波電極基板１６４０は、第１の導波管１６２４ａがグランド電極１６２４ａとホット電極１６４６ａとの間に配置され、第２の導波管１６２６ａがグランド電極１６４４ａとホット電極１６４６ａとの間に配置されるように、光導波管１６２０の側に配置される。同様に、第１の干渉計アーム１６２４ｂは、グランド電極１６４２ｂとホット電極１６４６ｂとの間に配置され、第２の干渉計アーム１６２６ｂは、グランド電極１６４４ｂとホット電極１６４６ｂとの間に配置される。単一の入力端子１６５０は、両干渉計を通過するＲＦ駆動信号用の入力を提供し、単一の出力端子１６５２は、残りのＲＦ駆動信号用の出力を提供する。第１のハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク（図示されない）は、より高い周波数を通過させより低い周波数を拒絶するハイパスフィルタ、ならびに、ＲＦの流れに影響を与えることなくＲＦ回路へＤＣバイアス電圧を注入するバイアスティーを含む。
【０１０９】
動作中、光は、入力ポート１６１２から変調器１６００へ入力され、出力ポート１６１４を介して出力される。より詳細には、入力ポート１６１２を介して入力された光は、光導波管１６２０を介して第１の干渉計１６２０ａに伝播され、ここで、この光は、第１のＹブランチ１６２２ａで分割され、２つの干渉計アーム１６２４ａ、１６２６ｂに対応する２つの分離した経路に沿って等しく伝送される。時間変動電圧が、端子１６５０を介して電極基板１６４０に印加される場合、進行波電極基板１６４０まで伝播する電界が生成される。進行波電極基板１６４０は、マイクロ波導波管を形成するように構成される。電界は、２つの干渉計アーム１６２４ａ、１６２６ａと少なくとも部分的にオーバーラップする。電子光学効果により、電界は、２つの干渉計アーム１６２４ａ、１６２６ａを介して伝播する光の相対速度を変化させ、それにより、位相を生成し、かつ、第２のＹブランチ１６２８ａで建設的または破壊的干渉を発生させる。建設的および／または破壊的干渉は、振幅変調光学信号を発生させ、ここで、この変調は、時間変動電圧を発生させるために利用される変調されたＲＦデータ信号に対応する。振幅変調光学信号は、光導波管１６２０を介して第２の干渉計１６２０ｂに伝播する。第２の干渉計１６２０ｂへ入力された光は、第１のＹブランチ１６２２ｂで分割され、ここで、この光は、２つの干渉計アーム１６２４ｂ、１６２６ｂに対応する２つの分離された経路に沿って等しく伝播する。同時に、対応する電界がまた２つの干渉計アーム１６２４ｂおよび１６２６ｂを少なくとも部分的にオーバーラップするように、第１の干渉計１６２０ａの端に残るＲＦ駆動信号は、第２の干渉計１６２０ｂに送られる前に、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク（図示されない）を通過する。電子光学効果により、電界は、振幅変調光学信号に同期化された変調されたＲＦデータ信号をさらに与える。変調光学信号は、出力ポート１６１４を介して連続的に出力される。
【０１１０】
図１６に示される光変調器の利点は、この光変調器が、光変調器１６００が２つの干渉計、すなわち、第１の干渉計１６２０ａおよび第２の干渉計１６２０ｂに分けられるカスケード接続構成を有することである。このカスケード接続構成により、光変調器１６００がデジタル信号伝送のために最適化されることを可能にすることである。例えば、図５Ａに示される光変調器５００のように、ＲＦデータ信号により光変調器１６００を駆動し、かつ、適切なバイアス点を選択することは、デジタル信号伝送のために改良されたパフォーマンスを有する光学外部デジタル変調器を提供する。
【０１１１】
図１７Ａおよび１７Ｂを参照すると、両干渉計が６５°バイアスされる場合に、光変調器１６００の各段の後にシミュレーションされたアイダイアグラムが示される。より詳細には、図１７Ａは、光学信号が第１の干渉計１６２０ａおよび第２の干渉計１６２０ｂを通過した後のデジタルアイダイアグラムを示す。顕著に、光変調器の第１の段のためにクオドラチャからバイアス点２５°を提供することにより、アイクロスするレベルが約５０％レベルとなる。しかし、光変調器の第２の段を通過した後、アイダイアグラムに対する対象性が保存される。各シミュレーションは、各干渉計の速度の整合および６５°のバイアス点を含み、ＲＦ電極損失の効果を無視する。電気的信号帯域は、５ＧＨｚに制限される。
【０１１２】
もちろん、図１６に示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ上述された。もしくは、光変調器１６００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、各干渉計にＲＦ入力端子を提供すること、ならびに／あるいは、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えることが可能である。選択的に、ポラライザまたはポラライジングオプティクス（図示されない）が、提供される。さらに選択的には、電力モニタリング、および／または、バイアス制御用のフィードバックを提供する光をタッピングするために、基板上にＤＯＣ（示されない）がマウントされる。図１６に示されるカスケード接続された変調器の長さを縮小するために、ＥＡ（ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｐｔｉｏｎ）変調器（示されない）が、４つの干渉計アームのそれぞれに選択的に提供される。
【０１１３】
図５Ａおよび６〜１６に示された各実施形態では、通常、オン状態で非常に僅かな挿入損失（例えば、１ｄＢよりも低い）のためにバイアスされる。好ましくは、各個光変調器は、約５０％伝送でアイクロスするレベルを有するデジタルアイダイアグラムを発生させるようにバイアスされる。各光変調器は、１つ以上の干渉計を含み、つまり、カスケードの各干渉計は、特に上記のクオドラチャでバイアスオフされる。
【０１１４】
図５Ａを参照して議論されたように、１つの実施形態は、クオドラチャから２段の干渉計２５°の両干渉計をバイアスすることを含む。ここで、９０°は、クオドラチャの位相であり、０°は、干渉計がフルオンになる位相である。別の実施形態によると、２段光学干渉計の変調器の２つの干渉計のそれぞれは、異なるバイアス点で動作する（例えば、第１の干渉計は、クオドラチャから２０°であり、もしくは、第１の干渉計は、クオドラチャから３５°であり、第２の干渉計は、クオドラチャから１５°である）。さらに別の実施形態によると、４段の光変調器の４つの干渉計のそれぞれは、４７°でバイアスされる。さらに別の実施形態によると、４段の光変調器の第１、第２、第３、および第４の干渉計は、それぞれ、４１．５°、４６．５°、４７．５°、および５１．５°でバイアスされる。他の適切なバイアス点は、当業者によって計算されるおよび／または選択され得る。
【０１１５】
各例では、干渉計のカスケードを通過した後の正味の強度は、ＲＦ駆動信号が印かされない場合に、ほぼ半分の電力点である。従来の光変調器では、これは、５０％の伝送点（すなわち、クオドラチャ点）に設定される単一の干渉計に対応する。カスケード接続された変調器では、正味の強度は、カスケードの各干渉計の伝送の産物となる。従って、２つか、３つか、または４つの干渉計が存在するかどうかに依存して、各干渉計の伝送は、それぞれ約７１％、８０％、および８４％になる。
【０１１６】
デジタルアイダイアグラムが約半分の電力レベルのアイクロスを有するようにカスケードの各干渉計のバイアス点を選択することによって、光変調器を最適化することは、有利にも、光ファイバ（例えば、デジタルデータ信号が、単に等しく間隔の空いた同じパルス列ではない場合）を介してデジタルデータ信号の伝送性能を改良する線形性を提供する。例えば、伝送パフォーマンスは、２レベルのデジタルデータ信号のオン状態とオフ状態との間の伝送が光ファイバの散乱によってゆがめられる場合に、影響を受ける。上述の線形性は、光ファイバ散乱によるデジタル光学信号の劣化を最小化する。
【０１１７】
顕著に、光学デジタル外部変調器、特に、２レベルデジタルデータ信号に利用される光学デジタル外部変調器に線形性を提供することの利点は、従来技術において認識されていなかった。おそらく、当業者には、カスケード接続された変調器をフルオンからフルオフへ駆動する際により大きな信号の歪みを予期し得たからである。さらに、両干渉計が従来のクオドラチャにバイアスされていたことを想定すると、デジタル信号が印加されない場合の挿入損失は、単一の変調器に対するよりも３ｄＢ大きい。
【０１１８】
上述のカスケード接続された光変調器の各実施形態において、従来のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計は、選択的に別の干渉計に置き換えられる。例えば、ある実施形態では、カスケード接続された干渉計は、ネスト化Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計である。
【０１１９】
図１８を参照すると、本発明のある実施形態による光学デジタル外部変調器１８００の概略図が示される。ｘカットリチウムニオベートに対応する電極／導波管の向きが示される。光変調器１８００は、第２のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１８２０ｂにカスケード接続される第１のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１８２０ａを形成する光導波管１８２０を含む。各Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計１８２０ａおよび１８２０ｂは、３つのアームを有するネスト化Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒである。進行波電極構造１８４０ａ／１８４０ｂは、第１の干渉計１８２０ａおよび第２の干渉計１８２０ｂに接続される。進行する電極構造は、第１の干渉計１８２０ａの３つの光路のうちの２つを変調する第１の進行波電極１８４０ａ、ならびに、第２の干渉計１８２０ｂの３つの光路のうちの２つを変調する第２の進行波電極１８４０ｂを備える。各進行電極１８４０ａおよび１８４０ｂは、２つのグランド電極および中心ホット電極を含む。単一の入力端子１８５０ａは、第１のネスト化干渉計から残りのＲＦ駆動信号用の入力を提供し、単一の出力端子１８５２ａは、第１のネスト化干渉計から残りのＲＦ駆動信号用の出力を提供する。同様に、単一の入力端子１８５０ｂは、第２のネスト化干渉計１８２０ｂのＲＦ駆動信号用の入力を提供し、単一の出力端子１８５２ｂは、第２のネスト化干渉計から残りのＲＦ駆動信号用の出力を提供する。公称上、全てのｙ結合は、光学電極を等しく分割し、かつ、結合する。例えば、各ネスト化された干渉計の第３の上部のアームは、公称上、変調される低いアームのどちらかの２倍の光電力を搬送する。
【０１２０】
動作中、変調器１８００へ入力された光は、光導波管１８２０を介して第１の干渉計１８２０ａまで伝播する。時間変動電圧が端子１８５０ａを介して電極１８４０ａに印加された場合、３つのアーム干渉計１８２０ａの２つのアームの光路を変調し、振幅変調光学信号を生成する電界が生成される。振幅変調光学信号は、光導波管１８２０を介して第２の干渉計１８２０ｂに伝播する。時間変動電圧が端子１８５０ｂを介して電極１８４０ｂに印加された場合、３つのアーム干渉計１８２０ｂの２つのアームの光路を変調する別の電界が生成される。第２の段からの変調は、第１の段からの変調を増強して、比較的強い変調された光学信号を生成する。好ましくは、光変調器１８００の各干渉計は、ＲＦデータ信号に対応する時間変動電圧により駆動され、対称的デジタルアイダイアグラムを提供するように選択されたバイアス点で動作する。
【０１２１】
もちろん、図１８に示される光学デジタル外部変調器は、例示の目的でのみ上述された。もしくは、光変調器１８００は、本明細書中で参照として援用する、Ｗｏｏｔｅｎら、「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．６、ｎｏ．１、ｐｐ．６９−８２  Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０００に説明されるような、当業者に公知の他の方法により製造される。例えば、半導体（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）のような別の電子光学基板とリチウムニオベート基板を置き換えること、ならびに／あるいは、ランプ化またはデュアル駆動電極のような別の電極基板と従来の進行波電極を置き換えることが可能である。選択的に、ポラライザまたはポラライジングオプティクス（図示されない）が、提供される。さらに選択的には、電力モニタリング、および／または、バイアス制御用のフィードバックを提供する光をタッピングするために、基板上にＤＯＣ（示されない）がマウントされる。さらに選択的には、２つのＲＦ駆動信号は、単一のＲＦソースによって提供され、２つのサブ信号に分割される。
【０１２２】
図１８に示される光変調器１８００では、２段の変調器の各段は、並列に駆動される。図５Ａおよび６〜１６において説明されたように、光変調器１８００が直列に駆動されることもまた可能である。単一のＲＦドライブ信号は、多段光変調器１８００の各段に直列に印加されるので、駆動電力は、有利にも保存される。
【０１２３】
例えば、１つの実施形態によると、端子１８５２ａからのＲＦ信号は、端子１８５０ｂに送られる前にハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワーク（図示されない）を通過する。好ましくは、ハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークは、より高い周波数を通過させより低い周波数を拒絶するハイパスフィルタを含み、ＲＦの流れに影響を与えることなくＲＦ回路にＤＣバイアス電圧を注入するバイアスティーを含む。
【０１２４】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
（要約）
干渉計のカスケード接続配置を有する光学デジタル外部変調器が提供される。本発明の光変調器は、カスケードの各干渉計に電界を印加する電極基板と、所定のバイアス点で各干渉計をバイアスする電極構造に接続されるバイアス回路とを備える。特に、各所定のバイアス点は、クオドラチャの上にあり、かつ、デジタルデータ信号の改良された伝送パフォーマンスを提供するように選択される。好ましくは、変調器は、変調帯域幅を増大させ、駆動電圧を低減し、かつ、サイズを縮小することに役立つ反射性設計を有する。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】図１は、従来技術のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、通常の伝達関数のグラフである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、理想的な２レベルデジタル信号のデジタルアイダイアグラムである。
【図３】図３は、ｘカットリチウムニオベート基板上に形成され、２つの反射性方向性カプラを含むＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の概略図である。
【図４】図４は、ｘカットリチウムニオベート基板上に形成され、反射性ミラーおよびレンズを含むＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の概略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の１つの実施形態による、ｘカットリチウムニオベート基板上に形成され、反射性ミラーおよびレンズを含み、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有するＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の概略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに示されるハイパスフィルタおよびバイアスティーネットワークとして利用することに適した回路の概略図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、両干渉計がクオドラチャにおいてバイアスされる場合に、図５Ａに示される光変調器を通過した後の光学信号のシミュレーションされたアイダイアグラムである。
【図５Ｄ】図５Ｄは、両干渉計がクオドラチャから２５°バイアスされる場合に、図５Ａに示される光変調器を通過した後の光学信号のシミュレーションされたアイダイアグラムである。
【図６】図６は、本発明の別の実施形態による、ｘカットリチウムニオベート基板上に形成され、反射性方向性カプラを含み、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有するＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の概略図である。
【図７】図７は、本発明の他の実施形態による、ｚカットリチウムニオベート基板上に形成され、反射性ミラーおよびレンズを含み、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有するＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の概略図である。
【図８】図８は、本発明のさらに別の実施形態による、ｚカットリチウムニオベート基板上に形成され、ビームフォールディングマイクロオプティクスを含み、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有するＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の拡大された概略図である。
【図９】図９は、本発明の別の実施形態による、ｚカットリチウムニオベート基板上に形成され、ＭＥＭＳミラーを介するＶＯＡ機能を含み、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有するＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の拡大された概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の別の実施形態による、ｘカットリチウムニオベート基板上に形成され、２つのレンズおよび２つのミラーを含み、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有する３段Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の別の実施形態による、ｘカットリチウムニオベート基板上に形成され、組み込みミラーを含み、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有する３段Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の概略図である。
【図１２】図１２は、本発明の別の実施形態による、ｘカットリチウムニオベート基板上に形成され、組み込みミラーを含み、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有する４段Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の概略図である。
【図１３】図１３は、本発明の別の実施形態による、３つのｘカットリチウムニオベート基板上から形成され、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有する３段Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の概略図である。
【図１４】図１４は、本発明の別の実施形態による、ｚカットリチウムニオベート基板上に形成され、レーザと一体化され、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有するデュアル段Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の概略図である。
【図１５】図１５は、本発明の別の実施形態による、ｚカットリチウムニオベート基板上に形成され、レーザと一体化され、フォトディテクタを含み、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有するデュアル段Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の概略図である。
【図１６】図１６は、本発明の１つの実施形態による、ｘカットリチウムニオベート基板上に形成され、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有するデュアル段Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の概略図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、両干渉計がクオドラチャから２５°バイアスされる場合に、図１７に示される光変調器の第１の段を通過した後の光学信号のシミュレーションされたアイダイアグラムである。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、両干渉計がクオドラチャから２５°バイアスされる場合に、図１７に示される光変調器の第１および第２の両方の段を通過した後の光学信号のシミュレーションされたアイダイアグラムである。
【図１８】図１８は、本発明の別の実施形態による、ｘカットリチウムニオベート基板上に形成され、直列カスケード接続構成およびバイアシング手段を有するデュアル段ネスト化Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光変調器の概略図である。
【符号の説明】
【０１２６】
３００  光学デジタル外部変調器
３１０  入力／出力端
３１２  入力ポート
３１４  出力ポート
３２０  光導波管
３２２  第１のＹブランチ
３２４ａ  第１の干渉計アーム
３２４ｂ  第１の干渉計アーム
３２４ｃ  第１の方向性カプラ３２４ｃ
３２６ａ  第２の干渉計アーム
３２６ｂ  第２の干渉計アーム
３２６ｃ  第２の方向性カプラ
３２８  第２のＹブランチ３２８
３３０  ｘカットリチウムニオベート基板
３４０  進行波電極基板
３５０  単一の入力端子
３５２  単一の出力端子
３６０  ミラー
【図１】
2004361952.tif 000002
【図２Ａ】
2004361952.tif 000003
【図２Ｂ】
2004361952.tif 000004
【図３】
2004361952.tif 000005
【図４】
2004361952.tif 000006
【図５Ａ】
2004361952.tif 000007
【図５Ｂ】
2004361952.tif 000008
【図５Ｃ】
2004361952.tif 000009
【図５Ｄ】
2004361952.tif 000010
【図６】
2004361952.tif 000011
【図７】
2004361952.tif 000012
【図８】
2004361952.tif 000013
【図９】
2004361952.tif 000014
【図１０】
2004361952.tif 000015
【図１１】
2004361952.tif 000016
【図１２】
2004361952.tif 000017
【図１３】
2004361952.tif 000018
【図１４】
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【図１５】
2004361952.tif 000020
【図１６】
2004361952.tif 000021
【図１７Ａ】
2004361952.tif 000022
【図１７Ｂ】
2004361952.tif 000023
【図１８】
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