(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する材料からなる基板と、光波を導波するための光導波路と、前記光波に定在波型の変調信号を印加して前記光波を変調するための共振電極及び接地電極と、この共振電極に外部電源から所定の電気信号を供給するための給電電極とを具えた共振型光変調器の光変調方法であって、
前記共振電極及び前記給電電極の少なくとも一方に凸状電極を設け、この凸状電極の長さを調整することにより、前記共振電極及び前記給電電極間のインピーダンス整合を図り、前記給電電極に供給された前記電気信号を前記共振電極に導入し、前記共振電極に前記定在波型の変調信号を発生させて、前記光導波路を導波する光波を変調する共振型光変調器の光変調方法であって、
前記凸状電極の長さの調整は、
予め所定の長さを有する凸状電極を当該共振型光変調器に設けた後にインピーダンス整合を図るべく、前記凸状電極の長さを短くするように切断して行うか、又は、
予め所定の長さを有する所定数の凸状電極を電気的に分離させた状態で当該凸状電極の長さ方向に並べて当該共振型光変調器に設けた後にインピーダンス整合を図るべく、前記凸状電極の長さを長くするように当該分離された所定数の凸状電極の各々を電気的に接続して行うことを特徴とする、共振型光変調器の光変調方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は共振型光変調器の光変調方法及び共振型光変調器に関し、さらに詳しくは、ミリ波フォトニクスに基づく新たな情報通信技術において好適に用いることができる、共振型光変調器の光変調方法及び共振型光変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の高速・大容量光ファイバ通信システムにおける進歩に伴い、広帯域特性及び低チャープ特性、並びに伝搬損失が小さいなどの理由から、従来のレーザダイオードの直接変調に代わって、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3：以下、ＬＮと略す場合がある）を用いた導波路型の光変調器の実用化が進められている。
【０００３】
特に、定在波型の変調信号を生成することによって、光導波路中を導波する光波を高効率で変調させることができ、ミリ波フォトニクスに基づく新たな情報通信技術において好適に用いることができるという理由から、共振型光変調器が有望視されている。
【０００４】
図１は、従来の共振型光変調器の一例を示す平面図であり、図２は、図１のＡ―Ａ’線に沿って切った場合の断面図である。
図１及び２に示す共振型光変調器は、電気光学効果を有する材料、例えば、ＬＮからなる基板１と、この基板１に形成された光波を導波するためのマッハツエンダー型の光導波路２と、基板１上に形成された前記光波を変調するための共振電極３並びに接地電極４−１及び４−２とを具えている。さらに、基板１上において、共振電極３に外部電源１０より所定の電気信号を印加するための給電電極５と、共振電極３と給電電極５とのインピーダンス整合を図るためのインピーダンス整合素子６とを具えている。
【０００５】
共振電極３は、給電電極５からの電気信号を共振させて所定の定在波を生成すべく、両端が開放されており、有限の長さを有している。接地電極４−１及び４−２は、給電電極５の長手方向において並列に配置されている。
【０００６】
インピーダンス整合素子６は、図２から明らなように、誘電体７とその上に形成された上部電極８とから構成される。そして、誘電体７の誘電率や膜厚、上部電極８の大きさなどを適宜に設定することによって整合素子全体の容量を制御し、これによって共振電極３と給電電極５とのインピーダンス整合を図るようにしている。
【０００７】
なお、光導波路２中を導波する光波の共振電極などによる吸収などを防止する目的で、基板１と共振電極３などとの間には、バッファ層９が設けられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際に共振型光変調器を作製する際に、誘電体の誘電率や厚さなどが設計値とずれてしまい、インピーダンス整合素子がその機能を十分に発揮できない場合があった。
【０００９】
図３は、１０ＧＨｚの設計周波数の共振型光変調器において、インピーダンス整合素子が設計値よりもずれた場合の、給電電極から共振電極に供給された電気信号の反射減衰量の一例を示す図である。
図３から明らかなように、インピーダンス整合素子が設計値通りに形成されている場合、反射減衰量は−４０ｄＢと著しく低くなるが、インピーダンス整合素子がその設計値よりもずれてしまうと、反射減衰量は−７．５ｄＢ程度にまで上昇してしまう。
したがって、このような状態においては、共振電極に十分な大きさの電気信号を供給することができない。このため、このような光変調器においては、その機能を十分に奏することができない。
【００１０】
また、光変調器を加工してインピーダンス整合素子を再度設計値通りに作製することは、他の電極及び光導波路などへのダメージを考慮すると、事実上不可能であった。このため、上記のように、インピーダンス整合素子が設計値からずれてしまった場合においては、光変調器を最初から再度作製する必要が生じ、光変調器の歩留まりを著しく劣化させていた。
【００１１】
本発明は、光変調器を作製した後において、共振電極と給電電極とのインピーダンス制御を可能とする共振型光変調器の光変調方法及びその共振型光変調器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明の共振型光変調器の光変調方法は、電気光学効果を有する材料からなる基板と、光波を導波するための光導波路と、前記光波に定在波型の変調信号を印加して前記光波を変調するための共振電極及び接地電極と、この共振電極に外部電源から所定の電気信号を供給するための給電電極とを具えた共振型光変調器の光変調方法であって、
前記共振電極及び前記給電電極の少なくとも一方に凸状電極を設け、この凸状電極の長さを調整することにより、前記共振電極及び前記給電電極間のインピーダンス整合を図り、前記給電電極に供給された前記電気信号を前記共振電極に導入し、前記共振電極に前記定在波型の変調信号を発生させて、前記光導波路を導波する光波を変調する共振型光変調器の光変調方法であって、
前記凸状電極の長さの調整は、
予め所定の長さを有する凸状電極を当該共振型光変調器に設けた後にインピーダンス整合を図るべく、前記凸状電極の長さを短くするように切断して行うか、又は、
予め所定の長さを有する所定数の凸状電極を電気的に分離させた状態で当該凸状電極の長さ方向に並べて当該共振型光変調器に設けた後にインピーダンス整合を図るべく、前記凸状電極の長さを長くするように当該分離された所定数の凸状電極の各々を電気的に接続して行うことを特徴とする。
【００１４】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を行った。その結果、従来のインピーダンス整合素子に代えて、共振電極及び給電電極の少なくとも一方に凸状電極を設けることにより、前記共振電極あるいは前記給電電極の機能を損なうことなく、これら電極のインピーダンスを変化させ得ることを見出した。
そして、前記凸状電極の長さを調節することにより前記共振電極あるいは前記給電電極のインピーダンスを任意に変化させることができ、これによって前記共振電極と前記給電電極とのインピーダンス整合を達成できることを見出した。
【００１５】
また、上記凸状電極は、光変調器の外部に露出して存在するものであるから、光変調器作製後においても、容易に加工を施すことができる。したがって、凸状電極の大きさが当初の設計値よりずれた場合においても、上記凸状電極の長さを事後的に調節することによって、設計値通りの凸状電極を作製することができる。
さらには、凸状電極を予め任意の大きさに形成しておき、光変調器完成後に共振電極と給電電極とのインピーダンス整合を取りながら、前記凸状電極を任意の長さに加工することもできる。
【００１６】
このように本発明の共振型光変調器の光変調方法及び共振型光変調器においては、光変調器作製後において共振電極と給電電極とのインピーダンス整合を取ることができる。したがって、従来の共振型光変調器と異なり、共振電極と給電電極とのインピーダンス不整合に起因した光変調器の歩留まり低下を防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面と関連させながら、発明の実施の形態に即して詳細に説明する。
図４は、本発明の共振型光変調器の一例を示す平面図である。なお、図１及び２と同様の部分については同じ符号を用いて表している。
図４に示す本発明の共振型光変調器は、電気光学効果を有する材料からなる基板１と、この基板１に形成された光波を導波するためのマッハツエンダー型の光導波路２と、基板１上に形成された前記光波を変調するための共振電極３並びに接地電極４−１及び４−２と、共振電極３に外部電源１０より所定の電気信号を印加するための給電電極５とを具えている。
【００１８】
共振電極３は、給電電極５からの電気信号を共振させて所定の定在波を生成すべく、両端が開放されており、有限の長さを有している。接地電極４−１及び４−２は、給電電極５の長手方向において並列に配置されている。
そして、共振電極３の側部中央に凸状電極１６が形成されている。さらに、凸状電極１６を挟むようにしてグランド電位の対向電極１７−１及び１７−２が設けられている。
【００１９】
凸状電極１６は、共振電極３や給電電極５などと同じく、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの高導電性材料から形成することができる。そして、共振電極３及び給電電極５などと同時にメッキ法あるいは蒸着法などによって形成する。
【００２０】
本発明においては、凸状電極１６の長さＬ１を制御することによって、共振電極３及び給電電極５間のインピーダンス整合を図る。すなわち、凸状電極１６の長さＬ１を制御することによって共振電極３のインピーダンスを変化させ、これによって、給電電極５のインピーダンスと整合させるものである。
【００２１】
凸状電極１６の長さＬ１を短くする場合においては、カッターなどの機械的手段又はレーザ光などを用い、凸状電極１６を長さ方向に切断することによって行う。
【００２２】
凸状電極１６の長さＬ１を長くする場合においては、例えば、図５に示すように、凸状電極１６に対して、電極板１８−１〜１８−３を金線１９によって接続することによって行う。さらには、図６に示すように、凸状電極１６に対して、電極板１８−１〜１８−３を導電性接着剤２０によって接続することによって行う。
【００２３】
通常の共振型光変調器においては、凸状電極１６の幅Ｗ１を５〜３００μｍとした場合に、長さＬ１を１０μｍ〜３ｍｍの範囲で制御することによって、共振電極３及び給電電極５間のインピーダンス整合を達成することができる。
【００２４】
なお、図４に示すように、凸状電極１６を共振電極３の側部に設けることにより、共振電極３における電気信号の共振を妨げることなく、共振電極３のインピーダンスを効果的に変化させることができる。
【００２５】
さらに、凸状電極１６を挟むようにしてグランド電位の対向電極１７−１及び１７−２を設けている。これによって、凸状電極１６の共振電極３における共振状態への影響が減少する。
なお、対向電極１７−１及び１７−２は、凸状電極１６と同時に同じ材料から形成することができる。
【００２６】
基板１を構成する電気光学効果を有する材料としては、上記ＬＮの他に、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）などを用いることができる。
光導波路２は、チタン熱拡散法及びプロトン交換法など公知の方法を用いて形成することができる。
共振電極３、接地電極４−１及び４−２、並びに給電電極５は、上述したように、導電性材料からメッキ法又は蒸着法などによって形成する。
【００２７】
図７は、本発明の共振型光変調器の他の例を示す平面図である。なお、図１及び２と同様の部分については同じ符号を用いて表している。
図７に示す本発明の共振型光変調器は、上記同様に、電気光学効果を有する材料からなる基板１と、この基板１に形成された光波を導波するためのマッハツエンダー型の光導波路２と、前記光波を変調するための有限長かつ両開放端の共振電極３並びに接地電極４−１及び４−２と、共振電極３に外部電源１０より所定の電気信号を印加するための給電電極５とを具えている。
【００２８】
そして、給電電極５の側部に凸状電極２６が設けられている。また、給電電極５の長手方向に並列に配置されている接地電極４−２には凹部２７が形成され、凸状電極２６は凹部２７内に位置するように設けられている。
【００２９】
この例においては、凸状電極２６の長さＬ２を変化させることによって給電電極５のインピーダンスを制御し、これによって共振電極３のインピーダンスとの整合を達成するものである。
凸状電極２６の長さＬ２の調節は、上述したような方法にしたがって実施することができる。また、凸状電極１６と同様にして形成することができる。
【００３０】
そして、凸状電極２６を給電電極５の側部に設けることにより、外部電源１０からの電気信号の供給を妨げることなく、給電電極５のインピーダンスを効果的に変化させることができる。
【００３１】
また、凸状電極２６を接地電極４−２の凹部２７内に位置するように、すなわち、接地電極４−２で凸状電極２６の側部を挟むようにして設けている。これによって、図４に示す凸状電極１６の場合と同様に、凸状電極２６の共振電極３における共振状態への影響を低減させることができる。
【００３２】
通常の共振型光変調器においては、凸状電極２６の幅Ｗ２を５〜３００μｍとした場合に、長さＬ２を１０μｍ〜３ｍｍの範囲で制御することによって、共振電極３及び給電電極５間のインピーダンス整合を達成することができる。
【００３３】
なお、図７における基板１及び光導波路２などについては、図４に示すものと同様の材料を用いることができ、同様の手段を用いて形成することができる。
【００３４】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明したが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【００３５】
例えば、図４及び図７においては、共振電極又は給電電極に凸状電極を設ける場合について示しているが、これら双方の電極に凸状電極を設けることもできる。
また、図４及び７においては、凸状部材を矩形状に形成しているが、必要に応じて円弧状などあらゆる形状に形成することができる。
さらに、光導波路はマッハツエンダー型に限らず、単一の光導波路あるいは方向性結合器型の光導波路とすることもできる。
また、必要に応じて基板と各電極との間にバッファ層を設けることもできる。
【００３６】
さらに、図５及び６に示す方法と同様にして共振電極３の長さを調節することにより、この電極内における共振波長を任意に制御することができ、任意の周波数による変調を可能とすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の共振型光変調器の光変調方法及び共振型光変調器によれば、光変調器を作製した後においても凸状電極の長さを調節することにより、共振電極及び給電電極間のインピーダンス整合を達成することができる。したがって、従来のようなインピーダンス整合素子を用いていた場合と比較して、所望する特性の共振型光変調器を高い歩留まりで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の共振型光変調器の一例を示す平面図である。
【図２】  図１に示す共振型光変調器のＡ−Ａ’線に沿って切った断面図である。
【図３】  共振電極及び給電電極間のインピーダンス整合の有無による反射減衰量を示すグラフである。
【図４】  本発明の共振型光変調器の一例を示す平面図である。
【図５】  凸状電極の長さ調節方法を説明する図である。
【図６】  同じく凸状電極の長さ調節方法を説明する図である。
【図７】  本発明の共振型光変調器の他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１  基板
２  光導波路
３  共振電極
４−１、４−２  接地電極
５  給電電極
６  インピーダンス整合素子
７  誘電体
８  上部電極
９  バッファ層
１０  外部電源
１６、２６  凸状電極
１７−１、１７−２  対向電極
１８−１、１８−２、１８−３  電極板
１９  金線
２０  導電性接着剤
２７  凹部
【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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