JPH01231019A

JPH01231019A - 光変調器

Info

Publication number: JPH01231019A
Application number: JP5743388A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Okayama; 秀彰岡山; Akihiro Matoba; 的場　昭大; Masato Kawahara; 正人川原; Akira Watanabe; 彰渡辺
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1988-03-11
Filing date: 1988-03-11
Publication date: 1989-09-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH0814664B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、マイクロ波電気信号を進行波電極に供給して
直流光を所定波長の光信号に変調する光変調器に関する
もので必る。

（従来の技術）従来、このような分野の技術としては、末田正著「光エ
レクトロニクス」初版（１９８５−４−１５）昭晃堂Ｐ
、１８２−１８５に記載、されるものかあった。以下、
その構成を図を用いて説明する。

第２図は、従来の進行波電極を用いた光変調器の一構成
例を示す図で必る。

この光変調器は、ＬｉＮｂｏ３−ｚ板等の電気光学効果
を持つ結晶基板１を備え、ぞの結晶基板１には光の入力
ポートハ及び光信号の出力ボート２ｂか形成されると共
に、（の入出力ポート２ａ、２ｂ、間に、分岐された２
つのアーム３ａ。

３ｂを有するマツハ・ツエンダ型干渉器３が形成されて
いる。これらの入出力ポート２ａ、２ｂ及び干渉器３は
、導波路で構成されている。干渉器３の両側には進行波
電極４とアース電極５か形成されている。また、マイク
ロ波電気信号を入力するための入力端子６は、同軸ケー
ブル７の中心導体７ａを介して進行波電極４の一端に接
続８′れ、その進行波電極４の他端がインピーダンスマ
ツチング用の終端抵抗８を介してアース電極５の一端に
接続され、さらにそのアース電惨５の他端が同軸ケーブ
ル７の外部導体７ｂを介してグランドに接続されている
。

以上の構成において、マイクロ波電気信号を入力端子６
に供給すると共に、直流光を入力ポート２ａに供給する
と、進行波電極４とアース電極５間に電場が生じ、その
電場によって干渉器３の２つのアーム３ａ、３ｂを進行
する光波に位相差が生じ、所定波長の光信＠３か出カポ
−１〜２ｂから送出される。

この種の光変調器では、光波とマイクロ波が同一の方向
に伝搬するため、干渉器３はマイクロ波にとっては一種
の伝送線路となり、集中形のように電気８世による帯域
幅制限がなくなり、それによって変調帯域が広くとれる
という特徴を有している。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記構成の光変調器では、次のような課
題があった。

進行波電慢４の長さ、つまり素子長をし、供給覆るマイ
クロ波電気信号の電圧をＶｉｏとづると、ＬＸＶ、ｏ＝
一定値となり、マイクロ電圧Ｖｊｏを小さくするためにはそれ
に対応して素子長りを長くづる必要がある。

ところが、光の進行速度とマイクロ波の進行速度が異な
るために、素子長りを長くすると両者の速度差が大ぎく
なって変調帯域が下ってしまい、低電圧で帯域の広い光
変調器を得ることが困難て必つｌこ。

本発明は前記従来技術が持っていた課題として、低電圧
で帯域の広い光変調器を得ることが困難な点について解
決した光変調器を提供するものでおる。

（課題を解決Ｊるための手段）本発明は前記課題を解決するために、マイクロ波電気信
号を進行波型４〜に供給して直流光を所定波長の光信号
に変調する光変調器において、光波を所定波長の光信号
に変調するためにその光波の進行方向に配列されたＮ個
（但し、Ｎａ３）の進行波電極と、変調用のマイクロ波
電気信号をＮ等分にパワー分割するパワー分割手段と、
このパワー分割手段でＮ等分に分〃ｊされたパワーを所
定時間遅延させて前記各進行波電極に順次供給する遅延
手段とを備えたもので必る。

（作　用）本発明によれば、以上のように光変調器を構成したので
、マイクロ波電気信号はパワー分割手段で複数のパワー
に分割された後、それらの各パワーが遅延手段で順次遅
延されてＮ個の進行波電極に順次供給される。このため
、パワーの遅延時間を最適値に設定することにより、光
とマイクロ波の進行速度を等しくすることが可能となり
、ぞれによって動作電圧の上昇を抑制しつつ、変調帯域
の拡大化が図れる。従って前記課題を解決できるのであ
る。

（実施例）第１図は、本発明の第１の実施例を示す光変調器の構成
図である。

この光変調器はＬｉＮｂ０３−Ｚ板等の電気光学効果を
持つ結晶基板１１を備え、その結晶基板１１には光の入
力ポート１２ａ及び光信号の出力ポート１２ｂが形成さ
れると共に、その入出力ポート１２ａ、１２ｂ間には、
分岐された２つのアーム１３ａ、１３ｂを有するマツハ
・ツエンダ型干渉器１３か形成されている。これらの入
出力ポート１２ａ、１２ｂ及び干渉器１３は、導波路で
構成されている。干渉器１３の両側には、Ｎ個（但し、
Ｎａ３）の進行波電極１４〜１４ｄとアース電極、１５
が形成され、それらの各進行波電極′１４ａ〜１４ｄと
アース電極１５との間が、例えば５０Ωのインピーダン
ス整合用の終端抵抗１６ａ〜１６ｄでそれぞれ接続され
ている。

また、マイクロ波電気信号を入力するための入力端子１
７には、中心導体１８ａとグランドに接続された外部導
体１８ｂとを有する同軸ケーブル１８を介して、（Ｎ−
１）個の１人力２出力型のマイクロ波用パワー分υｊ器
１９ａ〜１９ｏが接続され、そのパワー分ｖｊ器１９ａ
〜１９ｏにょって入力マイクロ波のパワーがＮ分割され
る。パワー分割器１９ａの一方の出力側は同軸ケーブル
１８により進行波電極１４ａ及びアース電極１１に接続
され、ざらにパワー分割器１９ａの他方の出力側及びパ
ワー分割器１９ｂの２つの出力側は同軸ケーブル１８及
びマイクロ波用遅延器２０゜〜２０ｏを介して各進行波
電極１４ｂ〜１４ｄ及びアース電極１５にそれぞれ接続
されている。遅延器２０ａ、２０ｂ、２０Ｃの遅延時間
は、２０ａく２０ｂく２０ｏに設定されている。

ここで、パワー分割器１９〜１９ｏとしては、例えば横
河ヒューレットパツカード社（ＹＨＰ）製の製品番号１
１６６７Ａ、１１６６７Ｂ等を用いればよい。但し、単
にマイクロ波ストリップラインを分岐した構造のもので
は、その分岐部でのインピーダンス不整合による反射損
失が大ざい問題、おるいは分岐後の電場の大きさが小さ
くなる等の問題がおるため、使用できない。

次に、第１図の動作を説明する。

マイクロ波電気信号を入力端子１７に供給すると共に、
直流光を入力ポート１２ａに供給すると、マイクロ波電
気信号のパワーはパワー分割器１９ｏで２分割され、ざ
らにその２分割されたパワーがパワー分割器１９ａ、１
９ｂでそれぞれ２分割された後、パワー分割器１９ａの
一方の出力が進行波電極１４ａ及びアース電極１５間に
供給され、その進行波電極１４ａとアース電極１５間に
電場が生じる。パワー分割器１９ａの他端の出力は遅延
器１９ａで一定時間遅延されて進行波電極１４ｂ及びア
ース電極１５間に供給され、パワー分１ａ’Ｊ　器１９
　ｂの一方の出力遅延器２０ｂでさら°に遅延されて進
行波電極１４ｏ及びアース電極１５間に供給され、さら
にパワー分ｖｊ器１９ｂの他方の出力は遅延器２０ｏで
さらに遅延されて進行波電極１４ｄ及びアース電極１５
間に供給されていく。このように遅延器２０ａ、２０ｂ
。

２０ｏで順次遅れたマイクロ波パワーが進行波電極１４
ｂ〜１４ｄとアース電極１５との間に順次供給されてい
くと、それらの間に電場が発生していく。これと対応し
て、入力ポート１２ａに供給された直流光は、干渉器１
３の２つのアーム１３ａ、１３ｂ中を分岐して進行し、
その間に変調を受けて所定波長の光信号が出力ポート１
２ｂから出力される。

ここで、入力ポート１２ｉ１から入力された直流光が２
つのアーム１３ａ、１３ｂで分割されて各々の進行波電
極１４．〜１４ｄへ到達する時間Ｔａと、入力端子１７
から入力されたマイクロ波が遅延器２０〜２０ｏで遅延
されて各々の進行枝電極１４ａ〜１４ｄへ到達する時間
Ｔｂとが、同一になるように設定されている。そのため
、入力された直流光はそれぞれの進行波電極１４８〜１
４ｄ箇所で、干渉器１３の２つのアーム１３ａ。

１３ｂ間の位相差を累積していく。この際、マイクロ波
パワーはパワー分割器１９〜１９ｏで１／Ｎ等分されて
各進行波電極１４ａ〜１４ｄに供給されるが、（電場）
２がマイクロ波パワーに比例するため、各進行波電極１
４ａ〜１４ｄとアース電極１５との間に生じる電場は１
／（団になるのみで、それほど小さくならない。干渉器
１３をスイッチするのに必要な位相差はπである。必要
な電場口は、電極１３の全長、つまり素子長をＬとする
と、Ｅ＝定数×π／Ｌでおる。Ｎ分割すると、必要な電場Ｅ。はＥｏ＝定数×
πＸ　ｆｆ／　Ｌである。−１方、変調周波数の評価に適した３ｄＢ帯域
はＮ／Ｌに比例し、それにより、３ｄＢ帯域／Ｅｏはｆ
ｌに比例する。従って分割数Ｎが多いほど、前記の光の
到達時間Ｔａとマイクロ波の到達時間Ｔｂとを精度良く
一致させることができ、つまり光の進行速度とマイクロ
波の進行速度とを高精度に一致させることができ、それ
によって低電圧で広帯域の変調が行える。

第３図は本発明の第２の実施例を示す光変調器の構成図
であり、第１図中の要素と同一の要素には同一の符号が
付されている。

この光変調器では、第１の実施例と同様に、結晶基板１
１上に入力ポート１２．及び出力ポート１２ｂが形成さ
れ、その入出力ボート１２ａ、１２ｂ間に、分岐された
２つのアーム１３ａ、１３ｂを有するマツハ・ツエンダ
型干渉器１３が形成されている。この干渉器１３の両側
には、長さり。のＮ個の進行波電極２４ａ〜２４ｄと、
これに対応してＮｇのアース電極２５ａ〜２５ｄとが形
成され、それらの各進行波電極２４ａ〜２４ｄとアース
電極２５〜２５ｄとの間が、例えば５０Ωのインピーダ
ンス整合用の終端抵抗２６ａ〜２６ｄでてれでれ接続さ
れている。マイクロ波電気信丹を入力するための入力端
子１７には、第１の実施例と同様に、中心導体１８ａ及
び外部導体１８ｂを有覆る同軸ケーブル１８を介して（
Ｎ−１）ｆ［Ｉの１人力２出力型のマイクロ波用パワー
分割器１９ａ〜１９ｏが接続され、そのパワー分割器１
９ａ〜ゴ９゜によって入力マイクロ波のパワーがＮ分割
される。

この実施例では、第１の実施例の遅延器２０ａ〜２０ｏ
に代えて、結晶基板１１上に（Ｎ−１＞本のマイクロ波
の遅延線３０〜３０ｏを形成し、これらの遅延線３０〜
３０ｏで伝搬距離を変え、遅延の最を変化させている。

即ち、入力ポート１２　側の進行波電極２４ａ及びアー
ス電（へ２５ａは、同軸ケーブル１８を介して直接パワ
ー分割器１９の一方の出力側に接続され、ざらに進行波
電極２４ｂ及びアース電極２５ｂは艮ざＬ　の遅延線３
０ａと同軸ケーブル１Ｂを介してローパワー分割器１９ａの他方の出力側に、進行波電（へ２
４　及びアース電極２５　は艮ざ２Ｌｍの遅Ｃ延線３０ｂと同軸ケーブル１８を介してパワー分割器１
９ｂの一方の出力側に、出力ポート１２１゜側の進行波
電極２４ｄ及びアース電極２５ｄは長さ３Ｌ　の遅延線
３０ｏと同鞘ケーブル１８を介ローしてパワー分割器１９ｂの他方の出力側に、それぞれ接
続されている。

遅延線３０ａ、３０ｂ、３０ｏの長さし□　。

２１ｍ、３１ｍと、第３図に示すそれらの配置角度θと
は、次のようにして決定すればよい。

遅延線３０ａの長き＋、は、分割された各進行波電、１
少２４ａ〜２４ｄの長さし。、及び光とマイクロ波の間
の伝搬速度の比により決定される。光速をＣ１光の屈折
率をｎ　　このｎ。に対応する０　ゝマイクロ波の値をｎ１１１として、光の伝搬速度をＣ／
ｎｏ、マイクロ波の伝搬速度をＣ／ｎｌｌ１とする。光
が入力ポート１２ａからＮ番目の進行波電極の始端に達
する時間で。は、となり、同じくマイクロ波がＮ番目の進行波電極の始端
に達する時間τ、は、但し、ζ□；入力時にｄ−３ける光とマイクロ波の位相差。

どなる。（２）式に８３いて、入カポ−１〜１２ａへの
入力光は直流光であるので、位相差ζ。＝Ｏとおくこと
ができる。位相差τ。＝τ。とづると、（１）、（２＞
式よりり。ｎｏ−ＬＩＩｌｎＩＩｌとなる。

従ってＬｌｌｌ−り。ｒｌｏ／ｎｌｌ、とすれば良い。

結晶基板１１として例えばｌｉ＼ｂｏ３−ｚ板を用いた
場合、通常そのＬｉＮｂＯ３−７板においては、ｎｏ／
ｒ）ｌＴｌ；１／２となるため、Ｌｍ／Ｌ−８＝１／２
とすれば良く、これにより第３図の配置角度θ；３０°
とすると、前記第１の実施例と同様の作用、効果が１７
られる。

第４図は、第１図及び第３図において結晶基板１１とし
てＬ　ｉ　ＮｂＯ３−Ｚ板を用いた場合の性能を示す特
性図である。ここで、アーム１３ａ。

１３ｂの間隔１５μｍ、光波長１．３μｍ、各終端抵抗
１６ａ〜１６ｄ、２６ａ〜２６ｄのインピ−ダンス５０
Ωとして、入力端子１７に５Ｖのマイクロ波電気信号を
供給したときの３ｄＢ帯域の性能曲線Ａと、素子長の性
能曲線Ｂが示されている。

例えば、進行波電１１４ａ〜１４．ｄ、２４ａ〜２４ｄ
の分割数Ｎが４．の場合、曲線Ａから、３ｄＢ帯域の変
調可能帯域はＯ〜１４０Ｈ２、ざらに曲線Ｂから進行波
電極の全長、つまり素子長は４ｃｍである。

また、分割数Ｎか８の場合、３ｄＢ帯域の変調可能帯域
はＯ〜２０Ｇ町、素子長は５．７ｃｍである。

このように、分Ｖｊ数Ｎを増加させることにより、動作
電圧を例えば５Ｖのように低電圧に保持しつつ変調帯域
の拡大か図れることが理解できる。

第５図は本発明の第３の実施例を示す光変調器の構成図
でおり、第１図中の要素と同一の要素には同一の符号が
付されている。

この光変調器では、化合物半導体の基板４１を用い、そ
の基板４１上には多重準子井度（ＭＱＷ）型または電界
吸収型の光導波路４３が形成され、その先導波路４３の
一方の端面に入力ポート４３ａが、他方の端面に出力ボ
ート４３ｂがぞれぞれ形成されている。光導波路４３上
にはＮ個の進行波電極／４４ａ〜４４ｄが形成されると
共に、基板４１の底面にアース電極４５か形成され、そ
れらの各進行波電極４４ａ〜４４ｄとアース電極４５と
か終端抵抗１６ａ〜１６ｄで接続されている。マイクロ
波電気信号を入力するための入力端子１７は、第１の実
施例と同様に、同軸ケーブル１８に、より、パワー分ｖ
１器１９ａ〜１９ｏ、及び遅延器２０ａ〜２０ｏを介し
て各進行波電極４３ａ〜４３ｄ及びアース電極４５と接
続されている。

以上の構成において、直流光を入力ポート４３ａに供給
すると共に、マイクロ波電気信号を入力端子１７に供給
すれば、第１の実施例と同様に、光導波路４３中を通る
光の進行速度と、進行波電（Φ４４ａ〜４４ｄに供給さ
れるマイクロ波の進行速度とが等しくなり、低電圧で帯
域の広い光変調器が得られる。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、例えば第５
図の遅延器２０ａ〜２ｏｏを第３図の遅延線３０ａ〜３
０ｏに置き換えたり、あるいは干渉器１３、光導波路４
３、進行波電極１４ａ〜１４ｄ、２４ａ〜２＝１ｄ、４
４ａ〜４４ｄ１パワ一分割器１９ａ〜１９ｏ、遅延器２
ｏａ〜２００、遅延素子３０ａ〜３０６等を図示以外の
形状や構造に変形することも可能でおる。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば、Ｎ等分に
パワー分ｖ１されたマイクロ波電気信号により、Ｎ９ｉ
１の進行波電極を駆動する構成にしたので、光の進行速
度とマイクロ波の進行速度とを等しくすることが可能に
なり、それによって低い動作電圧で、変調帯域を拡大で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す光変調器の構成図
、第２図は従来の光変調器の構成図、第３図は本発明の
第２の実施例を示す光変調器の構成図、第４図は第１図
及び第３図の特性図、第５図は本発明の第３の実施例を
示す光変調器の構成図である。１１・・・・・・結晶基板、１２．４３ａ・・・・・・
入カポ一ト、１２ｂ、４３ｂ・・・・・・出力ボート、
１３・・・・・・マツハ・ツエンダ型干渉器、１４〜１
４ｄ。２４ａ〜２４ｄ、４４ａ〜４４ｄ・・・・・・進行波電
極、１５．２５　〜２５ｄ、４５・・・・・・アース電
極、１７・・・・・・入力端子、１９〜１９　・・・・
・・パワ−分割器、２０ａ〜２０ｏ・・・・・・遅延器
、３ｏａ〜３００・・・・・・遅延線。出願人代理人　　柿　　水　　恭　　成１１゛珀塁墓叛
　　　　　　　　ｊ５：アース電槽１２ａ：へカボ一ト
　　　　　　　１７：入力端子１２６゛出力ボート　　
　　　　　１９α〜１９ｃ：パワー〇割器＋４Ｑ〜＋４
ｄ　：　１ｔｙａＱ不狗杢発明の第１の実施例の尤変謂器第１図不発明の第２の笑施例の尤変調券第３図

Claims

【特許請求の範囲】光波を所定波長の光信号に変調するためにその光波の進
行方向に配列されたＮ個（但し、Ｎ≧２）の進行波電極
と、変調用のマイクロ波電気信号をＮ等分にパワー分割する
パワー分割手段と、このパワー分割手段でＮ等分に分割されたパワーを所定
時間遅延させて前記各進行波電極に順次供給する遅延手
段とを備えたことを特徴とする光変調器。