JPH03249618A - 光変調装置 - Google Patents

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〕 本発明は光変調装置に係わり、特に導波路形の光装置を
用いた光変調装置に関する。

〔従来の技術〕

導波路形の光装置は、強誘電体材料や半導体材料からな
る基板中に、光を閉じ込めて導波させるための導波路と
して屈折率の高い部分が形成されており、この導波路の
近傍に変調電圧を印加するため電極が形成されている。

この電極に外部から変調電圧を印加することによって導
波路の屈折率を変化させ、光の位相や強度を変調させた
り、あるいは光路を切り換えたりする。この導波路形の
光装置の一例として、強誘電体材料の中で比較的高い電
気光学効果を有するニオブ酸リチウム基板を用いた光装
置がある。この光装置は、基板上にチタン膜を成膜し、
このチタン膜を導波路パターンにパターンニングした後
、１０００°Ｃ前後の高温で数時間チタンを拡散させて
導波路を形成し、この導波路上に蒸着法により二酸化シ
リコンバッファ層を成膜し、その上面に金属膜により電
極を形成したものである。このような導波路形光装置は
、基板上に光を変調させたり光路切り換えを行うための
スイッチング機能を集積化することが可能である。また
、光を高速に変調することができるので、大容量光通信
用の外部変調器や破断点計測装置等における光路切換用
スイッチとして開発が進められている。

第４図および第５図は従来から広く知られているマツハ
ツエンダ型の高速光変調装置を示すものである。以下、
その構造と動作原理を説明する。

導波路１は、ニオブ酸リチウムからなる導波路基板２に
形成されている。この導波路ｌは２つの分岐部１ａ、ｌ
ｂを有するとともに、中央に２本の平行路１０．ｌｄを
有している。この２本の平行路ｌｃ、ｌｄの各々の上部
には、導波路基板２の表面全体に成膜された二酸化シリ
コンバッファ層８を介してクロムまたは金からなる金属
層の電極３および電極４が形成されている。導波路１の
両端面には入力側光ファイバ５と出力側光ファイバ６と
がそれぞれ光学的に結合されている。一方の電極３には
変調電圧を印加させるた約の駆動回路７の出力端が接続
され、この駆動回路７の入力端には正の直流電圧を供給
するための直流電圧源９が接続されている。他方の電極
４は接地されている。

このような構成において、電極３に外部から電圧を印加
すると、第７図（ａ）に示すように導波路１に矢印で表
示するような方向の電界が発生し、ニオブ酸リチウムの
もつ電気光学効果により導波路１の屈折率が変化する。

導波路１の屈折率が変化すると、そこを伝搬する光の位
相が変化するが、これは屈折率が高くなるか低くなるか
で互いに逆方向に印加された電圧に応じて変化する。電
極３に第６図に示すようなパルス電圧を印加したとき、
導波路１の平行路１ｃ、ｌｄに発生する電界は互いに逆
方向であり、このたｔ各年行路１ｃ、ｌｄを伝搬される
光の位相は互いに逆方向に変化する。

なお、第６図に右いて、ａで示す期間は変調電圧（Ｖπ
）が印加され、またｂで示す期間は変調を休止している
期間となる。

第８図の実線３１はこの印加した電圧と光出力との関係
を示すスイッチング曲線を表すものである。電圧を印加
しない状態では一旦分岐され、再び合流した光は位相差
がないため伝搬損や分岐損を除き、再び光が出力される
が、印加電圧を増加させると光に位相差が生じる。この
ため、丁度２つの光の位相が反転するように電圧を印加
すると光は出力されなくなる。マツハツエンダ型の高速
光変調装置は、以上説明した原理をもとに印加電圧をオ
ン、オフさせることによって光を変調するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したように従来の光変調装置は、電圧を印加しない
ｖ＝００状態と変調電圧（Ｖπ）を印加した状態との間
で電圧変調が行われるが、長時間使用し続けると第７図
（ｂ）に示したように、二酸化シリコンバッファ層８あ
るいは導波路基板２中に含まれる不純物イオンのうち、
ナトリウムイオン（Ｎａ＋）等の可動イオンが電極４方
向に移動し始める。この結果、同じ電圧を印加しても導
波路１に発生する電界強度は弱まってしまい、所望の変
調に必要な光の消光比が得られなくなってしまう。この
ことは第８図に破線３０で示すように、印加電圧と光出
力との関係を示すスイッンチング曲線が印加電圧と同じ
極性の方向にシフトを起こしてしまう（ドリフト現象）
のと等価である。

このため元の特性を維持するためには変調電圧を増加さ
せなければならないという問題があった。

このドリフト現象は可逆であり、電極４の近傍に集まっ
た不純物イオンが再び二酸化シリコンバッファ層８ある
いは導波路基板２の中に拡散すればスイッチング曲線は
初期状態に復帰するが、一般に導波路素子が放置状態（
電圧Ｖ＝０）であると、電圧印加によりシフトしたスイ
ッチング曲線を初期状態に戻すには、電圧印加時間の数
倍から数十倍の放置時間を必要とする。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
その目的は、変調電圧の印加によりシフトしたスイッチ
ング曲線を短期間で強制的に初期状態に復帰させること
ができ、常に安定した特性を維持することができる光変
調装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光変調装置は、導波路およびこの導波路の近傍
に変調用の電極を有する導波路基板と、変調に必要な直
流電圧を出力する直流電圧源と、この直流電圧源の出力
を変調電圧に変換して電極へ印加させる駆動回路と、電
極に供給される電圧を駆動回路から出力される変調電圧
もしくは直流電圧源から出力される直流電圧に切り換え
て電極に互いに逆極性の電圧を交互に印加させる切換手
段とを備えている。

また、本発明の光変調装置は、導波路およびこの導波路
の近傍に変調用の電極を有する導波路基板と、変調に必
要な直流電圧を出力する第１の直流電圧源と、この第１
の直流電圧源の出力を変調電圧に変換して電極へ印加さ
せる駆動回路と、第１の直流電圧源の出力とは逆極性の
直流電圧を出力する第２の直流電圧源と、電極に印加さ
れる電圧を駆動回路から出力される変調電圧もしくは第
２の直流電圧源から出力される直流電圧に切り換える切
換手段とを備えている。

このような構成の光変調装置においては、切換手段の切
換により変調電圧の印加を休止している期間に、変調電
圧とは逆極性の直流電圧を印加することができ、これに
より変調電圧が印加されることによりシフトしたスイッ
チング曲線を強制的に初期状態に復帰させることが可能
になる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の一実施例に係わる導波路形の光変調装
置の平面的構成を示すものである。ここで、導波路基板
２と導波路１に光学的に接続された入力側光ファイバ５
と出力側光ファイバ６および電極３に接続される駆動回
路７および正の直流電圧を出力する直流電圧源９は、第
４図に示した従来の光変調装置と同一の構成であるため
、その説明を省略する。本実施例では電極３に接続され
る駆動回路７と直流電圧源９との間に、切換手段として
のリレー回路１０が設けられている。リレー回路１０に
は、互いに連動する可動接点１０ａ、ｌＱｂおよび固定
接点１０Ｃ〜１０ｅが設けられている。一方の可動接点
１０ａは接地されている。他方の可動接点１０ｂには直
流電圧源９の出力端が接続されている。固定接点１０Ｃ
には駆動回路７の変調電圧入力端７ａが接続され、この
駆動回路７の変調電圧出力端７ｂは電極３に接続される
とともに固定接点１０ｅに接続されている。

すなわち、本実施例の光変調装置においては、第１図に
示したようにリレー回路１０の可動接点１０ａ、１０ｂ
がそれぞれ固定接点１０ｄ、１０Ｃ側に接続された状態
では、電極４が接地されるとともに直流電圧源９から駆
動回路７に対して正の直流電圧が供給され、電極３に変
調電圧が印加される。そして可動接点１０ａ、１０ｂが
固定接点１０ｄ、ＩＯＣから固定接点１０ｅＳ１０ｄ側
に切り換わると、電極３が接地されるとともに電極４に
直流電圧源９が接続される。

第２図はこの光変調装置において、電極３に印加される
変調電圧の波形図の一例を示すものである。第２図にａ
で示す期間にはリレー回路ｌＯが第１図に示す状態にあ
り、電極３には変調電圧が印加される。同図にｂで示す
休止期間にはリレー回路１０が切り換わり、可動接点１
０ａ、１０ｂが固定接点１０ｅ、１０ｄ側に接続され、
その結果電極３には負電圧が印加される。すなわち、こ
のリレー回路１０の切り換えにより駆動回路７から出力
される変調電圧と直流電圧源ｌＯの出力電圧とを互いに
逆極性になるように電極３に接続でき、したがって変調
を休止している期間に変調電圧とは逆極性の負の電圧を
電極３に印加することができる。これにより第７図（ｂ
）に示した電極４の近傍に蓄積された不純物イオンを強
制的に再び二酸化シリコンバラフシ層８中に拡散させる
ことができる。つまり第８図に破線３０で示したスイッ
チング曲線を初期状態の実線３１の位置へ強制的に復帰
させることができる。

本実施例および従来例の光変調装置の変調電圧（Ｖπ）
の大きさは、たとえば６．５ｖである。

第９図はこれらの光装置を同時に２時間使用し、１時間
休止させ、これを繰り返した場合の各々のドリフト現象
による電圧シフト量を調べたものである。変調中には周
期１ｍｓ、デユーティ３０％のパルス電圧を電極３に印
加した。休止期間中は、従来の光変調装置では電圧＝Ｏ
Ｖとし、本実施例の光変調装置ではリレー回路１０を駆
動回路７から直流電圧源９に切り換えて直流電圧（６，
５Ｖ）を約２０分間印加し、その後ＯＶとした。従来の
光変調装置では破線３２で示すように１０時間経過後に
約３Ｖの電圧シフトを起こしているのに対し、本実施例
の光変調装置では実線３３で示すように約０．５ＶＬか
電圧シフトを起こしておらず、安定した特性が維持でき
ている。

第３図は本発明の他の実施例を示すものである。

本実施例においては、正の直流電圧を出力する第１の直
流電圧源としての直流電圧源９とは別に、負の直流電圧
を出力する第２の直流電圧源としての負電圧源２０およ
びリレー回路２１を設け、このリレー回路２Ｉにより電
極３と駆動回路７および負電圧源２０との接続を切り換
えるようにしたものである。すなわち、リレー回路２１
の可動接点２１ａは電極３に接続され、一方の固定接点
２１ｂは駆動回路７の変調電圧出力端７ｂに接続され、
また他方の可動接点２１Ｃは負電圧源２０の出力端に接
続されている。その他の構成は第４図の従来例と同様で
あるため、その説明は省略する。

本実施例の光変調装置においては、リレー回路２１の切
り換えにより、電極３に駆動回路７と負電圧源２０とを
交互に接続させることができる。

これにより電極３に第１図の実施例と同様に第２図に示
した変調電圧を印加てき、変調を休止している期間に変
調電圧とは逆極性の負電圧を印加することができる。し
たがって、第１図の実施例と同様にシフトしたスイッチ
ング曲線を初期状態に復帰させることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の光変調装置によれば、切換
手段を設け、この切換手段の切り換えにより駆動回路か
ら出力される変調電圧とは逆極性の直流電圧を導波路の
電極に印加できるようにしたので、変調電圧の印加を休
止する時間に変調電圧とは逆極性の直流電圧を電極に印
加することができ、ドリフト現象によりシフトしたスイ
ッチング曲線を初期状態に強制的に復帰させることが可
能になり、よってドリフト現象による電圧シフトは蓄積
されず、その結果書に安定した特性を維持することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる光変調装置の構成を
示す平面図、第２図はこの光変調装置の電極に印加され
る変調電圧の一例を示す波形図、第３図は本発明の他の
実施例に係る光変調装置の構成を示す平面図、第４図は
従来の光変調装置の構成を示す平面図、第５図は第４図
のＡ−Ａ’部部面面図第６図は従来の光変調装置に印加
される変調電圧の一例を示す波形図、第７図（ａ）、（
ｂ）はそれぞれ従来の光変調装置の使用時の状態を説明
するための図であり、同図（ａ）は初期状態を示す断面
図、同図（ｂ）は使用後の状態を示す断面図、第８図は
電極への印加電圧と光出力との関係を示す図、第９図は
本発明の実施例と従来の光変調装置の使用時における経
過時間とシフトした電圧との関係を示す図である。 １・・・・・・導波路、２・・・・・・導波路基板、３
．４・・・・・・電極、５・・・・・・人力用ファイバ
、６・・・・・・出力用ファイバ、　　７・・・・・・
駆動回路、９・・・・・・直流電圧源（第１の直流電圧
源）、１０．２０・・・・・・リレー回路、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導波路およびこの導波路の近傍に変調用の電極を有
   する導波路基板と、 変調に必要な直流電圧を出力する直流電圧源と、この直
   流電圧源の出力を変調電圧に変換して前記電極へ印加さ
   せる駆動回路と、 前記電極に供給される電圧を前記駆動回路から出力され
   る変調電圧もしくは前記直流電圧源から出力される直流
   電圧に切り換えて前記電極に互いに逆極性の電圧を交互
   に印加させる切換手段とを具備することを特徴とする光
   変調装置。 ２、導波路およびこの導波路の近傍に変調用の電極を有
   する導波路基板と、 変調に必要な直流電圧を出力する第１の直流電圧源と、 この第１の直流電圧源の出力を変調電圧に変換して前記
   電極へ印加させる駆動回路と、 前記第１の直流電圧源の出力とは逆極性の直流電圧を出
   力する第２の直流電圧源と、 前記電極に印加される電圧を前記駆動回路から出力され
   る変調電圧もしくは前記第２の直流電圧源から出力され
   る直流電圧に切り換える切換手段とを具備することを特
   徴とする光変調装置。