JPH0327883B2 - - Google Patents
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- JPH0327883B2 JPH0327883B2 JP8707386A JP8707386A JPH0327883B2 JP H0327883 B2 JPH0327883 B2 JP H0327883B2 JP 8707386 A JP8707386 A JP 8707386A JP 8707386 A JP8707386 A JP 8707386A JP H0327883 B2 JPH0327883 B2 JP H0327883B2
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Description
（産業上の利用分野）
本発明は、電気光学媒質部材に直流バイアス電
圧とともに変調電圧を印加して透過光ビームに位
相変調を施し、さらに、偏光子・検光子を併用し
て強度変調を施す光学変調器に関し、特に、小型
化、薄膜導波化が容易な広帯域・高感度の光学調
器が得られるようにしたものである。 （従来の技術） 従来のこの種電気光学媒質を用いた光変調器に
おいては、光学バイアスの温度補償を行なうため
に、あるいは、位相変調から強度変調への変換を
行なうために、さらには、それらの双方を行なう
ため等、種々の目的のもとに、専ら差動型に構成
した光変調器が用いられていた。しかして、この
種差動型の光変調器としては、同一の光路に互い
に直交した２偏波の光ビームを通す場合も含め
て、２光路に互いに逆相の変調が施されることが
望ましい。したがつて、電気光学媒質としてポツ
ケルス結晶を用いた従来構成の光変調器において
は、単一のポツケルス結晶の前後半に互いに逆相
の変調電圧をそれぞれ印加したり、結晶軸を互い
に反転させた２個のポツケルス結晶を前後に縦続
配置して同相の変調電圧を印加し、等価的に逆相
の変調を施したりしていたが、互いに逆相の２変
調電界を広い周波数範囲に亘つて用意することは
容易ではなく、また、結晶軸を反転させることも
薄膜導波型のポツケルス結晶を用いたときには困
難であり、不連続部における光の伝送損失も問題
であつた。 上述のような従来のこの種光変調器における
種々の問題のうち、変調周波数帯域を制限し、し
たがつて、変調の速度を制限する要因としては、
電気回路的な要因と、電気信号と光との伝搬速度
の相違による要因、すなわち、いわゆる速度非整
合とがその主たるものである。そのうち、前者は
電気回路を分布定数的進行波型に構成することに
よつて可成り軽減することが可能であつたが、後
者の方は、光変調器を構成する媒質、例えば電気
光学媒質に固有の分散に起因するものであるがた
めに、極めて狭帯域の変調を施す場合、あるい
は、光変調媒質部材を短寸法に構成して極めて低
い変調感度にする場合を除いて、問題解決は不可
能とされていた。 （発明が解決しようとする問題点） ここで、従来のこの種電気光学媒質を用いた光
変調器の基本構成を示して上述した従来の問題点
を明らかにすることとし、第１０図には従来の集
中定数型光変調器の基本構成を示し、また、第１
１図には従来の分布定数的進行波型光変調器の基
本構成を示す。 しかして、第１０図に示す集中定数型の基本構
成は、光変調器自体が電気回路的にはコンデンサ
をなしているものである。 すなわち、第１０図示の基本構成において、直
方体状の電気光学媒質ブロツク１の対向外周面に
変調電極板４と共通電極板５とを被着して内部抵
抗Ｒオームの変調電源６により電極板４，５間に
変調電圧を印加し、電気光学媒質ブロツク１の入
射光ビーム８に位相変調を施した出射光ビーム９
を得る場合には、電極板４，５間の容量Ｃフアラ
ツドが内部抵抗ＲオームとRC回路を構成する。
したがつて、CR時定数に対して変調周波数が格
段に高くなると、容量Ｃをなす電極板４，５間の
変調電圧が低くなり、変調素子に変調電圧がかか
らなくなる。このようにして、変調波が直流電圧
印加時の１／√２に低下する周波数f0は、変調周
波数帯域でもあるが、１／（2πRC）となり、例
えばＲ＝50Ω、Ｃ＝20pFとすると、f0＝159MHz
となる。 一方、第１１図示の基本構成において、長い直
方体状の電気光学媒質ブロツク１の対向外周面に
被着した変調電極４と共通電極板５との一端に同
軸線１７ａを介して変調電源６から変調電圧を供
給するとともに、他端に同軸線１７ｂを介して負
荷７を接続してあり、電気回路としてみると、光
変調器が伝送線路乃至分布定数線路をなしてい
る。いま、簡単のために、光変調器の給電側およ
び負荷側のいずれもインピーダンス整合がとれて
おり、変調信号の反射が生ぜず、最良の変調特性
が得られるものとすると、光変調器の部分におけ
る変調用電気信号の伝送速度は、電気信号の周波
数領域における電気光学媒質の比誘電率εre、比
透磁率μreと電極板および電気光学媒質の形状と
によつて決まる。これに対して、光変調器内を透
過する光ビームの速度は、電気光学媒質を光導波
路型に構成した場合には光導波路の形状によつて
も多少変化するが、主として電気光学媒質の屈折
率ｎによつて決まる。したがつて、光変調器内に
おける電気信号の速さVeは、光速ｃに対して
Ｃ／√reのオーダとなり、光変調器内における
光の速さVppはＣ／√rp＝Ｃ／ｎのオーダとな
る。しかして、多くの電気光学媒質においては、
分散があるために、電気的比誘電率εreと光学的
比誘電率εrpとが相違しているので、光変調機内
における電気信号の速さVeと光の速さVppとが大
幅に相違する。いま、光変調器における電気光学
媒質ブロツク１の長さをｌとすると、入射した光
ビームが光変調器を通過し終えるに要する時間は
ｌ／Vppであり、電気信号が通過に要する時間は
ｌ／Veであり、双方の通過時間の差が電気信号
の半周期に等しくなると、光変調器の入力端と出
力端とにおける変調用電気信号が互いに逆相とな
るので、透過光ビームに及ぼす変調効果が著しく
低下する。このように光変調器の入出力端間で変
調信号が互いに逆相となる変調周波数fcはつぎの
(1)式となる。 fc＝（2l｜１／Ve−１／Vpp｜）-1 (1) また、光変調器における電気信号と光ビームと
の通過時間の差が変調用電気信号の１周期に等し
くなると、光ビームは光変調器内通過中に変調用
電気信号の丁度１周期分の変化による変調を全部
受けることになり、変調効果が完全に打消し合つ
て変調が全くかからない状態になる。 上述したところを厳密に解析すると、周波数
fc、振幅Enの正弦波変調電圧を印加したときに生
ずる誘導位相量の変化Δθはつぎの(2)式によつて
与えられる。 Δθ＝（2π／λ）（∂n／∂E）Enｌ 〔sin｛πfcｌ（１／Ve−１／Vpp）｝ ／｛πfeｌ（１／Ve−１／Vpp）｝ ×exp−ｊ（πfcｌ （１／Ve−１／Vpp）｝ (2) ここに、λは光の波長であり、（∂n／∂E）は単
位電界印加による屈折率の変化量である。この誘
導位相量変化の周波数特性の例を第１２図に示
し、電気光学媒質ブロツク長ｌに対する変化の例
を第１３図に示す。また、変調周波数帯域幅は、
上述の式(1)における周波数fcでほぼ決まり、正確
には−3dB帯域幅が0.89fcとなり、さらに、電気
光学媒質ブロツク長ｌに反比例する。一方、変調
感度は電気光学媒質ブロツク長ｌに正比例する。
したがつて、変調帯域幅と変調感度とは、電気光
学媒質長に対し、互いに逆の傾向を呈して両立し
ないのであるから、目的あるいは用途に応じて、
まずまずのところで甘んじなければならない。か
かる従来のこの種光変調器の問題に対して、従来
からつぎのような解決策がいくつか提案されてい
る。 かかる従来提案の１つは等分割結晶の反転配置
であり、その構成例を第１４図に示す。図示の構
成においては、結晶軸を交互に反転させて継続配
置した複数個、図示の例では４個の電気光学結
晶、例えばポツケルス結晶1Ba〜1Bdの上下もし
くは左右の外周面に変調電極４および共通電極５
を被着して変調電源６から変調電圧を印加してあ
る。しかして、前述したように、電気光学媒質中
における光と変調用電気信号との伝送速度が異な
るので、光が電気光学結晶内を伝搬する際に、光
の進行とともに最初は変調の深さが増大していく
が、途中からは電気信号の位相が最初の位相に対
して反転するようになるために、変調の深さが一
旦ピークに達した後に減少を始める。そこで、上
述の(2)式で｛ ｝内の値がπ／２となり、変調の
深さがピークに対する位置で結晶軸を反転させた
次の電気光学結晶に切換えて伝搬させれば、光ビ
ームに対する電気信号の変調が最初と同相で行な
われるので、変調の深さをさらに増大させ得るこ
とになる。かかる過程を複数段反復して行なえ
ば、電気信号と光との伝搬速度が一致しない速度
非整合の状態にあつても、電気光学媒質ブロツク
長を長くすることによつて高い変調度を高い変調
周波数においても得ることができるようになる。 なお、この等分割結晶反転配置においては、変
調周波数によつて結晶軸を反転させるべき結晶長
が決まり、また、逆に、結晶長が決まると最適変
調周波数も決まることになり、さらに、反転接続
する結晶の個数が多くなると、変調周波数帯域が
狭くなるのを避けられず、その結果、高い変調周
波数における高能率かつ中帯域乃至狭帯域の変調
器とするに適することになり、直流変調に対して
は動作しなことになる。 しかして、この等分割結晶反転配置で特に問題
となる点は結晶間の接続部であり、光ビームに対
して完全な無反射コーテイングが困難であるの
で、結晶間接続部における光ビームの反射による
光透過率の低下が大きい問題になつている。さら
に、薄膜光導波路を構成して変調駆動電力を低減
させる場合には、結晶軸反転自体が技術的に極め
て困難という問題である。 前述したこの種光変調器の問題解決のための従
来提案の他の一つは不等分割結晶反転配置であ
る。上述した等分割結晶反転配置は高能率ではあ
るが、変調が狭帯域となつて直流変調に対しては
動作しないという問題があつた。これに対し、同
様に最適変調周波数は結晶長によつて決まるが、
結晶長の異なる電気光学結晶の結晶軸を交互に反
転させて縦続配置し、上述したと同様の光変調器
を構成すると、変調効率は多少低下するが比較的
広帯域化して直流変調も可能になる。かかる不等
長分割結晶反転配置による光変調器の構成例を第
１５図に示すが、位相変調を行なう図示の構成例
は、後述すのように強度変調を行なう場合には６
段構成とするのに対し、５段構成になつており、
各段結晶長の比を最適に設定したときにおける変
調度の周波数特性の例を単一段の場合と対比して
第１６図に示す。図示の特性例から見ても、結晶
軸を反転させて縦続配置する分割結晶を不等長と
することにより極めて良好な周波数特性の広帯域
光変調器を実現し得ることが判る。なお、かかる
不等長分割結晶反転配置は本発明者がさきに提案
して昭和51年度電子通信学会部門別全国大会に発
表したものである。しかして、広帯域変調が可能
なこの不等分割結晶反転配置においても、電気光
学結晶間の接続面における光反射による損失およ
び光導波路構成にした場合における結晶軸反転の
困難性は前述した等分割結晶反転配置の場合と全
く同様に大きい問題である。 また、第１４図および第１５図にそれぞれ示し
た等長および不等長の分割結晶反転配置により構
成して光ビームに位相変調を施すようにした光変
調器を、いずれも、偶数段構成にしてその縦続接
続した電気光学結晶列の中央に半波長板１８を介
挿し、その前後の結晶反転配置を対称にして差動
型に構成し、温度補償を施すとともに、偏波面を
互いに直角もしくは平行にした偏光子１２および
検光子１３を前後に配置することにより、第１４
図および第１５図に示した構成により光ビームに
施した位相変調を強度変調に変換した光変調器の
構成例を第１７図および第１８図に示す。なお、
結晶反転配置の中央に介挿した半波長板１８は、
通過する光ビームの偏波面を90度回転させて常・
異常の２偏波の入れ替えを行なつて前後の結晶配
置を差動型に動作させるためのものである。しか
して、かかる強度変調用の等分割および不等分割
の結晶反転配置においても、結晶接続面の光反射
による損失および光導波路型にした場合における
結晶軸反転の困難性は、矢張り、従来のこの種光
変調器の大きい問題であることに変わりはない。 本発明の目的は、上述した従来の問題点を解決
し、カー効果媒質等の電気光学媒質を用いて小型
化、薄膜光導波路化が容易であつて、高い周波数
領域の高感度の光変調を行なうとともに、広い周
波数帯域に亘つて平坦な周波数特性を呈する高感
度の位相変調および強度変調を行ない得る広帯域
感度光変調器を提供することにある。 （問題点を解決するための手段） 本発明広帯域高感度光変調器は、電気光学媒質
を用いたこの種光変調器、特に、等分および不等
分の電気光学結晶反転配置により広帯域・高感度
にした光変調器における結晶接続面の光反射によ
る損失および光導波型にしたときの結晶軸反転困
難の問題を電気光学媒質部材自体は一体構成にし
て解決するとともに、電気光学媒質を駆動して電
気光学効果をおこさせるために印加する直流バイ
アス電圧の極性を従来の結晶軸反転に対応させて
反転させることにより、従来の等分および不等分
の電気光学結晶反転配置による光変調器と全く同
様の光変調を行ない得るようにしたものである。 すなわち、本発明広帯域高感度光変調器は、直
方体状電気光学媒質部材の長手方向に直交する方
向に直流バイアス電圧とともに変調電圧を印加し
て長手方向に透過する光ビームに位相変調を施す
とともに、長手方向の前後に偏光方向を互いに直
交させた偏光子および検光子をそれぞれ配置して
位相変調を強度変調に変換し得る光変調器におい
て、前記直方体状電気光学媒質部材の長手方向の
一外周面に複数ブロツクからなつて長手方向に延
在する電極列を被着して共通電極との間に少なく
とも一部の前記ブロツク毎に交互に極性が反転す
る直流バイアス電圧を印加したことを特徴とする
ものである。 （作用） したがつて、本発明によれば、小型化、薄膜光
導波路化が容易な広帯域・高感度の光変調器、特
に高速広帯域光変調器あるいは高周波高感度光変
調器を得ることができる。 （実施例） 以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳
細に説明する。 まず、電気光学媒質中に特に光導波路を設け
ず、媒質部材の端面全体に光ビームを入射させる
バルク型にした場合における本発明光位相変調器
の基本構成の例を第１図および第２図にそれぞれ
示す。第１図示および第２図示の構成例は、それ
ぞれ、第１４図および第１５図にそれぞれ示した
従来の等分割および不等分割の結晶反転配置に対
応してかかる従来構成の光位相変調器を改良した
形態をなしている。すなわち、いずれの構成例に
おいても、例えば印加電圧の自乗に比例して屈折
率が変化するカー効果媒質部材１Ａを用いて高い
変調感度が得られるようにして電気光学媒質部材
は、従来のこの種光変調器におけるような分割を
施さず、直方体状の一体構成のままとし、例えば
図示の下面に被着する下部共通電極５に対向させ
て上面に被着する上部電極のうち、直流バイアス
電圧印加用電極の方を等長もしくは不等長に分割
した長手方向のバイアス電極列２を設けるととも
に、そのバイアス電極列２に平行に一体構成の変
調電極列４を設ける。複数ブロツクに分割したバ
イアス電極２ａ〜２ｅには、従来の結晶軸反転配
置に対応して交互に極性を反転させた直流バイア
ス電圧を各バイアス電源３ａ〜３ｅにより共通電
極５との間にそれぞれ印加し、変調電極列４に
は、変調電源６からの変調信号電圧を共通電極５
との間に印加し、実質的に従来の結晶反転配置と
全く同様の変調動作を行なわさせる。第１図示の
構成は等長４分割の例であり、第２図示の構成は
不等長５分割の例である。 上述した基本構成による本発明光変調器の作
用・効果を説明すると、光が伝搬するカー効果媒
質部材内の光路には、直流バイアス電界と変調電
界とが重畳して印加されており、いま、ｎ段目の
電極ブロツクによる直流バイアス電界をEboとし、
変調電界をenとすると、ｎ段目の電極下における
合成電界Eoはつぎの(3)式となる。 Eo＝Ebo＋en (3) かかる合成電界を印加したカー効果媒質内にお
いては、電界による屈折率変化、したがつて、光
学位相変化は、電界の自乗に比例するのであるか
ら、比例定数を（∂n／∂E2）とすると、ｎ番目の
電極下の光路における屈折率変化Δnoはつぎの(4)
式となる。 Δno＝（∂n／∂E2）（Ebo＋en）2 ＝（∂n／∂E2）（Ebo 2＋en 2＋2Eboen） (4) しかして、直流バイアス電界が変調電界に比べ
て十分に大きく、 Ebo 2＞en 2、さらに、（2π／λ）（∂n／∂E2）en 2l
＜＜１の状態のもとにおいては、上述の(4)式はつ
ぎの（4′）式のように近似することができる。 Δno＝（∂n／∂E2）（Ebo 2＋2Eboen）（4′） すなわち、屈折率変化Δnoはバイアス電界の自
乗Ebo 2とバイアス電界と変調電界との積の２倍
2Eboenとの和に比例することになる。したがつ
て、屈折率変化のうち、変調信号によるものは変
調信号に比例し、線形の変調を行なうことができ
る。一方、バイアス電界の印加はつぎのような効
果を与える。 (a) バイアス電界を大きくすることにより変調感
度を大きくすることができる。 (b) バイアス電界の極性を反転させると、変調信
号と屈折率変化との相対位相が180゜反転する。 しかして、(b)項の効果は、変調電界の極性の反
転、あるいは、印加電圧に比例して屈折率が変化
するポツケルス結晶における結晶軸反転と同等の
作用効果が、従来のように電気光学媒質部材を切
断することなく一単構成のままにして、単に直流
バイアス電圧の極性を反転させるだけで得られる
ことを意味している。 したがつて、本発明光変調器における第１図示
の構成例は、第１４図示の従来構成と同等に作用
し、また、第２図示の構成例は第１５図示の従来
構成と同等に作用する。 なお、カー効果媒質を用いて上述のように構成
する本発明光変調器の等分割バイアス電極１段あ
たりの誘導位相変化量Δθは、従来の(2)式とは異
なり、つぎの(5)式のようになる。 Δθ＝（2π／λ）（∂n／∂E2）ｌ 〔Ebo 2＋2Eboen（sin ｛πfnｌ・（１／Ve−１／Vpp）｝ ／｛πfnｌ（１／Ve−１／Vpp）｝ ×exp−ｊ｛πfnl1／ Ve−１／Vpp）｝〕 (5) つぎに、本発明光変調器の他の構成例を第３図
に示す。図示の構成例においては、例えばカー効
果媒質部材１Ａの下面に被着した下部共通電極５
に対向して上面に被着する単一列の上部電極を等
長の複数ブロツク１０ａ〜１０ｄに分割するとと
もに、順次の電極ブロツクの隣接端部を誘電体材
料を介して相互に重ね合わせ、直流的には相互に
絶縁された順次の電極ブロツク１０ａ〜１０ｄに
対し、バイアス回路３ａ〜３ｄより交互に極性が
反転した直流バイアス電圧を下部共通電極５との
間に印加する。一方、変調電源６により下部共通
電極５との間に印加する変調用交流電気信号に対
しては、各電極ブロツク１０ａ〜１０ｄを端部間
に形成した容量結合１１ａ〜１１ｄにより接続
し、一体構成の変調電極列をなしている。したが
つて、第３図示の構成例は、実質的に第１図示の
構成例と全く同様に動作し、全く同様の作用効果
が得られる。なお、第３図示の構成例における上
部電極例を不等長に分割して、第２図示の構成例
と全く同様に動作させて全く同様の作用効果を得
ることもできる。 つぎに、第１４図および第１５図に示した従来
の光位相変調器に偏光子および検光子を組合わせ
て、光強度変調器に変換した従来構成を第１７図
および第１８図に示したのと全く同様に、第１図
乃至第３図にそれぞれ示した本発明光変調器の各
構成例に、偏波面を互いに直角もしくは平行にし
た偏光子１２および検光子１３を前後に配置して
付加することにより、光位相変調を光強度変調に
変換するようにした各構成例を第４図乃至第６図
にそれぞれ示す。なお、偏光子１２および検光子
１３の偏波面はカー効果媒質に対する電圧印加の
方向に対して45度の角度をなすように配置する。 上述のようにして透過光ビームに対し光強度変
調を施すようにした第４図示乃至第６図示の各構
成による本発明光変調器の作用効果について説明
すると、カー効果媒質部材１Ａ内における印加電
界の変化による屈折率変化の態様は第１図乃至第
３図に示した光位相変調器としての構成例におけ
ると全く同様である。すなわち、電界印加時に
は、カー効果媒質に異方性が生じ、電界方向の直
線偏波をなす光と電界方向に直交する直線偏波を
なす光とでは、それらの光にそれぞれ作用する屈
折率変化の態様が異なつてくる。したがつて、電
界方向に対して45度傾斜した直線偏波光を偏光子
を介して電界印加時のカー効果媒質に入射させ
て、電界方向の偏波成分と電界方向と直交する偏
波成分とを入射させてやれば、カー効果媒質から
射出するそれらの２偏波成分の光の間には位相差
が生じ、その結果、それらの２偏波成分を合成し
た合成偏波光には、２偏波成分間に生じた位相差
に応じた変化が生じ、その合成偏波光の変化は検
光子によつて光強度の変化に変換され、光強度変
調器が構成される。なお、かかる光位相変調器か
ら光強度変調器への変換は、前述したとおり、従
来のこの種光変調器においても普通に行なわれて
いたものであるが、光強度変調器に変換する光位
相変調器自体の構成が本発明と従来とでは、上述
したところから明らかなように格段に相違してい
る。その構成の相違により、本発明による光位相
変調器、したがつて、光強度変調器は、従来の電
気光学媒質ブロツク間反射に基づく損失がなく、
その結果、従来と同等以上に高速広帯域化した高
感度光変調を高効率で実現することが可能になつ
ている。 つぎに、本発明光変調器を光導波路型にした場
合の構成例を第７図ａに示す。図示の構成例は、
第３図に示した構成による本発明光変調器を光導
波路型にしたものであり、カー効果媒質部材１Ａ
の上面近傍に、例えばその光学媒質中に金属イオ
ンを拡散させるなどして高屈折率化し、周囲のク
ラツド領域に対してコア領域とするなどして光導
波路１４を形成し、その光導波路１４の一側に沿
つて平行に変調電極４を被着するとともに、光導
波路１４の他の一側に沿つて第３図示の構成にお
けると同様に等長に分割して相互間に容量結合１
１ａ〜１１ｃを設けた複数ブロツクの電極列１０
ａ〜１０ｄを被着し、さらに、その電極列１０ａ
〜１０ｄを囲んで外側にアース電極１６を被着
し、バイアス電極３ａ〜３ｄによりブロツク毎に
極性が反転する直流バイアス電圧を電極列１０ａ
〜１０ｄとアース電極１６との間に印加するとと
もに、変調電源６により変調電極４とアース電極
１６との間に変調用交流電気信号を印加し、アー
ス電極１６に接続された電極列１０ａ〜１０ｄと
変調電極４とにより、第７図ｂに示す等価回路の
とおりに、光導波路１４を挟んで光導波路１４内
の透過光ビームに位相変調を施す。かかる構成に
より光導波路型にして集積化を容易にした本発明
光変調器の構成例は、第３図示のバルク型構成例
と同様に動作し、その結果、同様の作用・効果が
得られる。 なお、第３図示および第４図示の容量結合電極
列を用いた構成例においては、いずれも、電極例
１０ａ〜１０ｄを等長の偶数ブロツクに分割した
場合の例を示したが、第２図示の構成例における
と同様に、不等長の奇数ブロツクに分割して、同
様に広帯域化し得ること勿論である。 また、以上に述べた本発明光変調器の構成例に
おいては、位相変調、強度変調の別なく、電極列
を不等長ブロツクに分割する場合には、それらブ
ロツク電極の配列について対称型に構成した方が
位相特性に優れており、特に、広帯域平坦特性を
得るには、各段のブロツク長の比を適切な特定値
に設定するのが好適であり、かかる電極列最適分
割比と直流電圧印加による変調の感度とを一定と
した場合における変調周波数帯域幅の相対的拡大
を概ねつぎの第１表に示すように設定するのが好
適である。
圧とともに変調電圧を印加して透過光ビームに位
相変調を施し、さらに、偏光子・検光子を併用し
て強度変調を施す光学変調器に関し、特に、小型
化、薄膜導波化が容易な広帯域・高感度の光学調
器が得られるようにしたものである。 （従来の技術） 従来のこの種電気光学媒質を用いた光変調器に
おいては、光学バイアスの温度補償を行なうため
に、あるいは、位相変調から強度変調への変換を
行なうために、さらには、それらの双方を行なう
ため等、種々の目的のもとに、専ら差動型に構成
した光変調器が用いられていた。しかして、この
種差動型の光変調器としては、同一の光路に互い
に直交した２偏波の光ビームを通す場合も含め
て、２光路に互いに逆相の変調が施されることが
望ましい。したがつて、電気光学媒質としてポツ
ケルス結晶を用いた従来構成の光変調器において
は、単一のポツケルス結晶の前後半に互いに逆相
の変調電圧をそれぞれ印加したり、結晶軸を互い
に反転させた２個のポツケルス結晶を前後に縦続
配置して同相の変調電圧を印加し、等価的に逆相
の変調を施したりしていたが、互いに逆相の２変
調電界を広い周波数範囲に亘つて用意することは
容易ではなく、また、結晶軸を反転させることも
薄膜導波型のポツケルス結晶を用いたときには困
難であり、不連続部における光の伝送損失も問題
であつた。 上述のような従来のこの種光変調器における
種々の問題のうち、変調周波数帯域を制限し、し
たがつて、変調の速度を制限する要因としては、
電気回路的な要因と、電気信号と光との伝搬速度
の相違による要因、すなわち、いわゆる速度非整
合とがその主たるものである。そのうち、前者は
電気回路を分布定数的進行波型に構成することに
よつて可成り軽減することが可能であつたが、後
者の方は、光変調器を構成する媒質、例えば電気
光学媒質に固有の分散に起因するものであるがた
めに、極めて狭帯域の変調を施す場合、あるい
は、光変調媒質部材を短寸法に構成して極めて低
い変調感度にする場合を除いて、問題解決は不可
能とされていた。 （発明が解決しようとする問題点） ここで、従来のこの種電気光学媒質を用いた光
変調器の基本構成を示して上述した従来の問題点
を明らかにすることとし、第１０図には従来の集
中定数型光変調器の基本構成を示し、また、第１
１図には従来の分布定数的進行波型光変調器の基
本構成を示す。 しかして、第１０図に示す集中定数型の基本構
成は、光変調器自体が電気回路的にはコンデンサ
をなしているものである。 すなわち、第１０図示の基本構成において、直
方体状の電気光学媒質ブロツク１の対向外周面に
変調電極板４と共通電極板５とを被着して内部抵
抗Ｒオームの変調電源６により電極板４，５間に
変調電圧を印加し、電気光学媒質ブロツク１の入
射光ビーム８に位相変調を施した出射光ビーム９
を得る場合には、電極板４，５間の容量Ｃフアラ
ツドが内部抵抗ＲオームとRC回路を構成する。
したがつて、CR時定数に対して変調周波数が格
段に高くなると、容量Ｃをなす電極板４，５間の
変調電圧が低くなり、変調素子に変調電圧がかか
らなくなる。このようにして、変調波が直流電圧
印加時の１／√２に低下する周波数f0は、変調周
波数帯域でもあるが、１／（2πRC）となり、例
えばＲ＝50Ω、Ｃ＝20pFとすると、f0＝159MHz
となる。 一方、第１１図示の基本構成において、長い直
方体状の電気光学媒質ブロツク１の対向外周面に
被着した変調電極４と共通電極板５との一端に同
軸線１７ａを介して変調電源６から変調電圧を供
給するとともに、他端に同軸線１７ｂを介して負
荷７を接続してあり、電気回路としてみると、光
変調器が伝送線路乃至分布定数線路をなしてい
る。いま、簡単のために、光変調器の給電側およ
び負荷側のいずれもインピーダンス整合がとれて
おり、変調信号の反射が生ぜず、最良の変調特性
が得られるものとすると、光変調器の部分におけ
る変調用電気信号の伝送速度は、電気信号の周波
数領域における電気光学媒質の比誘電率εre、比
透磁率μreと電極板および電気光学媒質の形状と
によつて決まる。これに対して、光変調器内を透
過する光ビームの速度は、電気光学媒質を光導波
路型に構成した場合には光導波路の形状によつて
も多少変化するが、主として電気光学媒質の屈折
率ｎによつて決まる。したがつて、光変調器内に
おける電気信号の速さVeは、光速ｃに対して
Ｃ／√reのオーダとなり、光変調器内における
光の速さVppはＣ／√rp＝Ｃ／ｎのオーダとな
る。しかして、多くの電気光学媒質においては、
分散があるために、電気的比誘電率εreと光学的
比誘電率εrpとが相違しているので、光変調機内
における電気信号の速さVeと光の速さVppとが大
幅に相違する。いま、光変調器における電気光学
媒質ブロツク１の長さをｌとすると、入射した光
ビームが光変調器を通過し終えるに要する時間は
ｌ／Vppであり、電気信号が通過に要する時間は
ｌ／Veであり、双方の通過時間の差が電気信号
の半周期に等しくなると、光変調器の入力端と出
力端とにおける変調用電気信号が互いに逆相とな
るので、透過光ビームに及ぼす変調効果が著しく
低下する。このように光変調器の入出力端間で変
調信号が互いに逆相となる変調周波数fcはつぎの
(1)式となる。 fc＝（2l｜１／Ve−１／Vpp｜）-1 (1) また、光変調器における電気信号と光ビームと
の通過時間の差が変調用電気信号の１周期に等し
くなると、光ビームは光変調器内通過中に変調用
電気信号の丁度１周期分の変化による変調を全部
受けることになり、変調効果が完全に打消し合つ
て変調が全くかからない状態になる。 上述したところを厳密に解析すると、周波数
fc、振幅Enの正弦波変調電圧を印加したときに生
ずる誘導位相量の変化Δθはつぎの(2)式によつて
与えられる。 Δθ＝（2π／λ）（∂n／∂E）Enｌ 〔sin｛πfcｌ（１／Ve−１／Vpp）｝ ／｛πfeｌ（１／Ve−１／Vpp）｝ ×exp−ｊ（πfcｌ （１／Ve−１／Vpp）｝ (2) ここに、λは光の波長であり、（∂n／∂E）は単
位電界印加による屈折率の変化量である。この誘
導位相量変化の周波数特性の例を第１２図に示
し、電気光学媒質ブロツク長ｌに対する変化の例
を第１３図に示す。また、変調周波数帯域幅は、
上述の式(1)における周波数fcでほぼ決まり、正確
には−3dB帯域幅が0.89fcとなり、さらに、電気
光学媒質ブロツク長ｌに反比例する。一方、変調
感度は電気光学媒質ブロツク長ｌに正比例する。
したがつて、変調帯域幅と変調感度とは、電気光
学媒質長に対し、互いに逆の傾向を呈して両立し
ないのであるから、目的あるいは用途に応じて、
まずまずのところで甘んじなければならない。か
かる従来のこの種光変調器の問題に対して、従来
からつぎのような解決策がいくつか提案されてい
る。 かかる従来提案の１つは等分割結晶の反転配置
であり、その構成例を第１４図に示す。図示の構
成においては、結晶軸を交互に反転させて継続配
置した複数個、図示の例では４個の電気光学結
晶、例えばポツケルス結晶1Ba〜1Bdの上下もし
くは左右の外周面に変調電極４および共通電極５
を被着して変調電源６から変調電圧を印加してあ
る。しかして、前述したように、電気光学媒質中
における光と変調用電気信号との伝送速度が異な
るので、光が電気光学結晶内を伝搬する際に、光
の進行とともに最初は変調の深さが増大していく
が、途中からは電気信号の位相が最初の位相に対
して反転するようになるために、変調の深さが一
旦ピークに達した後に減少を始める。そこで、上
述の(2)式で｛ ｝内の値がπ／２となり、変調の
深さがピークに対する位置で結晶軸を反転させた
次の電気光学結晶に切換えて伝搬させれば、光ビ
ームに対する電気信号の変調が最初と同相で行な
われるので、変調の深さをさらに増大させ得るこ
とになる。かかる過程を複数段反復して行なえ
ば、電気信号と光との伝搬速度が一致しない速度
非整合の状態にあつても、電気光学媒質ブロツク
長を長くすることによつて高い変調度を高い変調
周波数においても得ることができるようになる。 なお、この等分割結晶反転配置においては、変
調周波数によつて結晶軸を反転させるべき結晶長
が決まり、また、逆に、結晶長が決まると最適変
調周波数も決まることになり、さらに、反転接続
する結晶の個数が多くなると、変調周波数帯域が
狭くなるのを避けられず、その結果、高い変調周
波数における高能率かつ中帯域乃至狭帯域の変調
器とするに適することになり、直流変調に対して
は動作しなことになる。 しかして、この等分割結晶反転配置で特に問題
となる点は結晶間の接続部であり、光ビームに対
して完全な無反射コーテイングが困難であるの
で、結晶間接続部における光ビームの反射による
光透過率の低下が大きい問題になつている。さら
に、薄膜光導波路を構成して変調駆動電力を低減
させる場合には、結晶軸反転自体が技術的に極め
て困難という問題である。 前述したこの種光変調器の問題解決のための従
来提案の他の一つは不等分割結晶反転配置であ
る。上述した等分割結晶反転配置は高能率ではあ
るが、変調が狭帯域となつて直流変調に対しては
動作しないという問題があつた。これに対し、同
様に最適変調周波数は結晶長によつて決まるが、
結晶長の異なる電気光学結晶の結晶軸を交互に反
転させて縦続配置し、上述したと同様の光変調器
を構成すると、変調効率は多少低下するが比較的
広帯域化して直流変調も可能になる。かかる不等
長分割結晶反転配置による光変調器の構成例を第
１５図に示すが、位相変調を行なう図示の構成例
は、後述すのように強度変調を行なう場合には６
段構成とするのに対し、５段構成になつており、
各段結晶長の比を最適に設定したときにおける変
調度の周波数特性の例を単一段の場合と対比して
第１６図に示す。図示の特性例から見ても、結晶
軸を反転させて縦続配置する分割結晶を不等長と
することにより極めて良好な周波数特性の広帯域
光変調器を実現し得ることが判る。なお、かかる
不等長分割結晶反転配置は本発明者がさきに提案
して昭和51年度電子通信学会部門別全国大会に発
表したものである。しかして、広帯域変調が可能
なこの不等分割結晶反転配置においても、電気光
学結晶間の接続面における光反射による損失およ
び光導波路構成にした場合における結晶軸反転の
困難性は前述した等分割結晶反転配置の場合と全
く同様に大きい問題である。 また、第１４図および第１５図にそれぞれ示し
た等長および不等長の分割結晶反転配置により構
成して光ビームに位相変調を施すようにした光変
調器を、いずれも、偶数段構成にしてその縦続接
続した電気光学結晶列の中央に半波長板１８を介
挿し、その前後の結晶反転配置を対称にして差動
型に構成し、温度補償を施すとともに、偏波面を
互いに直角もしくは平行にした偏光子１２および
検光子１３を前後に配置することにより、第１４
図および第１５図に示した構成により光ビームに
施した位相変調を強度変調に変換した光変調器の
構成例を第１７図および第１８図に示す。なお、
結晶反転配置の中央に介挿した半波長板１８は、
通過する光ビームの偏波面を90度回転させて常・
異常の２偏波の入れ替えを行なつて前後の結晶配
置を差動型に動作させるためのものである。しか
して、かかる強度変調用の等分割および不等分割
の結晶反転配置においても、結晶接続面の光反射
による損失および光導波路型にした場合における
結晶軸反転の困難性は、矢張り、従来のこの種光
変調器の大きい問題であることに変わりはない。 本発明の目的は、上述した従来の問題点を解決
し、カー効果媒質等の電気光学媒質を用いて小型
化、薄膜光導波路化が容易であつて、高い周波数
領域の高感度の光変調を行なうとともに、広い周
波数帯域に亘つて平坦な周波数特性を呈する高感
度の位相変調および強度変調を行ない得る広帯域
感度光変調器を提供することにある。 （問題点を解決するための手段） 本発明広帯域高感度光変調器は、電気光学媒質
を用いたこの種光変調器、特に、等分および不等
分の電気光学結晶反転配置により広帯域・高感度
にした光変調器における結晶接続面の光反射によ
る損失および光導波型にしたときの結晶軸反転困
難の問題を電気光学媒質部材自体は一体構成にし
て解決するとともに、電気光学媒質を駆動して電
気光学効果をおこさせるために印加する直流バイ
アス電圧の極性を従来の結晶軸反転に対応させて
反転させることにより、従来の等分および不等分
の電気光学結晶反転配置による光変調器と全く同
様の光変調を行ない得るようにしたものである。 すなわち、本発明広帯域高感度光変調器は、直
方体状電気光学媒質部材の長手方向に直交する方
向に直流バイアス電圧とともに変調電圧を印加し
て長手方向に透過する光ビームに位相変調を施す
とともに、長手方向の前後に偏光方向を互いに直
交させた偏光子および検光子をそれぞれ配置して
位相変調を強度変調に変換し得る光変調器におい
て、前記直方体状電気光学媒質部材の長手方向の
一外周面に複数ブロツクからなつて長手方向に延
在する電極列を被着して共通電極との間に少なく
とも一部の前記ブロツク毎に交互に極性が反転す
る直流バイアス電圧を印加したことを特徴とする
ものである。 （作用） したがつて、本発明によれば、小型化、薄膜光
導波路化が容易な広帯域・高感度の光変調器、特
に高速広帯域光変調器あるいは高周波高感度光変
調器を得ることができる。 （実施例） 以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳
細に説明する。 まず、電気光学媒質中に特に光導波路を設け
ず、媒質部材の端面全体に光ビームを入射させる
バルク型にした場合における本発明光位相変調器
の基本構成の例を第１図および第２図にそれぞれ
示す。第１図示および第２図示の構成例は、それ
ぞれ、第１４図および第１５図にそれぞれ示した
従来の等分割および不等分割の結晶反転配置に対
応してかかる従来構成の光位相変調器を改良した
形態をなしている。すなわち、いずれの構成例に
おいても、例えば印加電圧の自乗に比例して屈折
率が変化するカー効果媒質部材１Ａを用いて高い
変調感度が得られるようにして電気光学媒質部材
は、従来のこの種光変調器におけるような分割を
施さず、直方体状の一体構成のままとし、例えば
図示の下面に被着する下部共通電極５に対向させ
て上面に被着する上部電極のうち、直流バイアス
電圧印加用電極の方を等長もしくは不等長に分割
した長手方向のバイアス電極列２を設けるととも
に、そのバイアス電極列２に平行に一体構成の変
調電極列４を設ける。複数ブロツクに分割したバ
イアス電極２ａ〜２ｅには、従来の結晶軸反転配
置に対応して交互に極性を反転させた直流バイア
ス電圧を各バイアス電源３ａ〜３ｅにより共通電
極５との間にそれぞれ印加し、変調電極列４に
は、変調電源６からの変調信号電圧を共通電極５
との間に印加し、実質的に従来の結晶反転配置と
全く同様の変調動作を行なわさせる。第１図示の
構成は等長４分割の例であり、第２図示の構成は
不等長５分割の例である。 上述した基本構成による本発明光変調器の作
用・効果を説明すると、光が伝搬するカー効果媒
質部材内の光路には、直流バイアス電界と変調電
界とが重畳して印加されており、いま、ｎ段目の
電極ブロツクによる直流バイアス電界をEboとし、
変調電界をenとすると、ｎ段目の電極下における
合成電界Eoはつぎの(3)式となる。 Eo＝Ebo＋en (3) かかる合成電界を印加したカー効果媒質内にお
いては、電界による屈折率変化、したがつて、光
学位相変化は、電界の自乗に比例するのであるか
ら、比例定数を（∂n／∂E2）とすると、ｎ番目の
電極下の光路における屈折率変化Δnoはつぎの(4)
式となる。 Δno＝（∂n／∂E2）（Ebo＋en）2 ＝（∂n／∂E2）（Ebo 2＋en 2＋2Eboen） (4) しかして、直流バイアス電界が変調電界に比べ
て十分に大きく、 Ebo 2＞en 2、さらに、（2π／λ）（∂n／∂E2）en 2l
＜＜１の状態のもとにおいては、上述の(4)式はつ
ぎの（4′）式のように近似することができる。 Δno＝（∂n／∂E2）（Ebo 2＋2Eboen）（4′） すなわち、屈折率変化Δnoはバイアス電界の自
乗Ebo 2とバイアス電界と変調電界との積の２倍
2Eboenとの和に比例することになる。したがつ
て、屈折率変化のうち、変調信号によるものは変
調信号に比例し、線形の変調を行なうことができ
る。一方、バイアス電界の印加はつぎのような効
果を与える。 (a) バイアス電界を大きくすることにより変調感
度を大きくすることができる。 (b) バイアス電界の極性を反転させると、変調信
号と屈折率変化との相対位相が180゜反転する。 しかして、(b)項の効果は、変調電界の極性の反
転、あるいは、印加電圧に比例して屈折率が変化
するポツケルス結晶における結晶軸反転と同等の
作用効果が、従来のように電気光学媒質部材を切
断することなく一単構成のままにして、単に直流
バイアス電圧の極性を反転させるだけで得られる
ことを意味している。 したがつて、本発明光変調器における第１図示
の構成例は、第１４図示の従来構成と同等に作用
し、また、第２図示の構成例は第１５図示の従来
構成と同等に作用する。 なお、カー効果媒質を用いて上述のように構成
する本発明光変調器の等分割バイアス電極１段あ
たりの誘導位相変化量Δθは、従来の(2)式とは異
なり、つぎの(5)式のようになる。 Δθ＝（2π／λ）（∂n／∂E2）ｌ 〔Ebo 2＋2Eboen（sin ｛πfnｌ・（１／Ve−１／Vpp）｝ ／｛πfnｌ（１／Ve−１／Vpp）｝ ×exp−ｊ｛πfnl1／ Ve−１／Vpp）｝〕 (5) つぎに、本発明光変調器の他の構成例を第３図
に示す。図示の構成例においては、例えばカー効
果媒質部材１Ａの下面に被着した下部共通電極５
に対向して上面に被着する単一列の上部電極を等
長の複数ブロツク１０ａ〜１０ｄに分割するとと
もに、順次の電極ブロツクの隣接端部を誘電体材
料を介して相互に重ね合わせ、直流的には相互に
絶縁された順次の電極ブロツク１０ａ〜１０ｄに
対し、バイアス回路３ａ〜３ｄより交互に極性が
反転した直流バイアス電圧を下部共通電極５との
間に印加する。一方、変調電源６により下部共通
電極５との間に印加する変調用交流電気信号に対
しては、各電極ブロツク１０ａ〜１０ｄを端部間
に形成した容量結合１１ａ〜１１ｄにより接続
し、一体構成の変調電極列をなしている。したが
つて、第３図示の構成例は、実質的に第１図示の
構成例と全く同様に動作し、全く同様の作用効果
が得られる。なお、第３図示の構成例における上
部電極例を不等長に分割して、第２図示の構成例
と全く同様に動作させて全く同様の作用効果を得
ることもできる。 つぎに、第１４図および第１５図に示した従来
の光位相変調器に偏光子および検光子を組合わせ
て、光強度変調器に変換した従来構成を第１７図
および第１８図に示したのと全く同様に、第１図
乃至第３図にそれぞれ示した本発明光変調器の各
構成例に、偏波面を互いに直角もしくは平行にし
た偏光子１２および検光子１３を前後に配置して
付加することにより、光位相変調を光強度変調に
変換するようにした各構成例を第４図乃至第６図
にそれぞれ示す。なお、偏光子１２および検光子
１３の偏波面はカー効果媒質に対する電圧印加の
方向に対して45度の角度をなすように配置する。 上述のようにして透過光ビームに対し光強度変
調を施すようにした第４図示乃至第６図示の各構
成による本発明光変調器の作用効果について説明
すると、カー効果媒質部材１Ａ内における印加電
界の変化による屈折率変化の態様は第１図乃至第
３図に示した光位相変調器としての構成例におけ
ると全く同様である。すなわち、電界印加時に
は、カー効果媒質に異方性が生じ、電界方向の直
線偏波をなす光と電界方向に直交する直線偏波を
なす光とでは、それらの光にそれぞれ作用する屈
折率変化の態様が異なつてくる。したがつて、電
界方向に対して45度傾斜した直線偏波光を偏光子
を介して電界印加時のカー効果媒質に入射させ
て、電界方向の偏波成分と電界方向と直交する偏
波成分とを入射させてやれば、カー効果媒質から
射出するそれらの２偏波成分の光の間には位相差
が生じ、その結果、それらの２偏波成分を合成し
た合成偏波光には、２偏波成分間に生じた位相差
に応じた変化が生じ、その合成偏波光の変化は検
光子によつて光強度の変化に変換され、光強度変
調器が構成される。なお、かかる光位相変調器か
ら光強度変調器への変換は、前述したとおり、従
来のこの種光変調器においても普通に行なわれて
いたものであるが、光強度変調器に変換する光位
相変調器自体の構成が本発明と従来とでは、上述
したところから明らかなように格段に相違してい
る。その構成の相違により、本発明による光位相
変調器、したがつて、光強度変調器は、従来の電
気光学媒質ブロツク間反射に基づく損失がなく、
その結果、従来と同等以上に高速広帯域化した高
感度光変調を高効率で実現することが可能になつ
ている。 つぎに、本発明光変調器を光導波路型にした場
合の構成例を第７図ａに示す。図示の構成例は、
第３図に示した構成による本発明光変調器を光導
波路型にしたものであり、カー効果媒質部材１Ａ
の上面近傍に、例えばその光学媒質中に金属イオ
ンを拡散させるなどして高屈折率化し、周囲のク
ラツド領域に対してコア領域とするなどして光導
波路１４を形成し、その光導波路１４の一側に沿
つて平行に変調電極４を被着するとともに、光導
波路１４の他の一側に沿つて第３図示の構成にお
けると同様に等長に分割して相互間に容量結合１
１ａ〜１１ｃを設けた複数ブロツクの電極列１０
ａ〜１０ｄを被着し、さらに、その電極列１０ａ
〜１０ｄを囲んで外側にアース電極１６を被着
し、バイアス電極３ａ〜３ｄによりブロツク毎に
極性が反転する直流バイアス電圧を電極列１０ａ
〜１０ｄとアース電極１６との間に印加するとと
もに、変調電源６により変調電極４とアース電極
１６との間に変調用交流電気信号を印加し、アー
ス電極１６に接続された電極列１０ａ〜１０ｄと
変調電極４とにより、第７図ｂに示す等価回路の
とおりに、光導波路１４を挟んで光導波路１４内
の透過光ビームに位相変調を施す。かかる構成に
より光導波路型にして集積化を容易にした本発明
光変調器の構成例は、第３図示のバルク型構成例
と同様に動作し、その結果、同様の作用・効果が
得られる。 なお、第３図示および第４図示の容量結合電極
列を用いた構成例においては、いずれも、電極例
１０ａ〜１０ｄを等長の偶数ブロツクに分割した
場合の例を示したが、第２図示の構成例における
と同様に、不等長の奇数ブロツクに分割して、同
様に広帯域化し得ること勿論である。 また、以上に述べた本発明光変調器の構成例に
おいては、位相変調、強度変調の別なく、電極列
を不等長ブロツクに分割する場合には、それらブ
ロツク電極の配列について対称型に構成した方が
位相特性に優れており、特に、広帯域平坦特性を
得るには、各段のブロツク長の比を適切な特定値
に設定するのが好適であり、かかる電極列最適分
割比と直流電圧印加による変調の感度とを一定と
した場合における変調周波数帯域幅の相対的拡大
を概ねつぎの第１表に示すように設定するのが好
適である。
【表】
さらに、光導波路型の光位相変調器を光強度変
調器に変換するには、本発明光変調器において
も、バルク型について第１図乃至第３図に示した
各構成の光位相変調器の前後に偏光子および検光
子を配置して第４図乃至第６図にそれぞれ示した
構成の光強度変調器に変換したと同様に、第７図
示の構成による光導波型位相変調器の前後に偏光
子および検光子を配置して光導波型光強度変換器
に変換するほかに、第８図に示す従来のマツハツ
エンダ干渉計タイプの光導波路型光強度変調器に
準じて、当初から光強度変調器として作用するよ
うに本発明光変調器を構成することもできる。 しかして、第８図示の従来のマツハツエンダ干
渉計タイプの光導波路型光変調器においては、入
力光導波路１４ａをＹジヤンクシヨン１５ａによ
り２分岐し、２分岐光導波路をそれぞれ挟んで被
着して変調電極列４ａ〜４ｃにより各分岐光導波
路に互いに逆相の位相変調を施したうえでそれら
の２分岐光導波路をＹジヤンクシヨン１５ｂによ
り合成し、出力光導波路１４ｂから位相合成の結
果得られた強度変調光を取出すように作用させて
おり、逆相の位相変調を施すために、従来は互い
に逆相に動作する２個の変調電源６ａ，６ｂを必
要としていた。 これに対し、本発明光変調器においては、さき
に、第１図示の基本構成による本発明光変調器の
作用を表わす（4′）式から明らかにした作用・効
果の(b)項に述べたように、バイアス電界の極性反
転により、変調信号と屈折率変化との相対位相が
180゜度反転する点を巧みに活用し、第９図に示す
ように、単一の変調電源６のみを用いて第８図示
の従来構成と同様に作用するマツハツエンダ干渉
計タイプの光導波路型光強度変調器を構成するこ
とができる。すなわち、第９図示の構成例におい
ては、第８図示の従来構成におけると同様に形成
した２分岐光導波路の相互間に単一ブロツクの変
調電極列４を被着するとともに、２分岐光導波路
の両側にそれぞれ単一ブロツクからなるバイアス
電極列２ａ，２ｂを被着し、さらに、それらの電
極列の外側を囲んで互いに接続したアース電極１
６ａ，１６ｂを被着し、単一の変調電源６により
変調電極列４とアース電極１６ａ，１６ｂとの間
に変調信号電圧を印加するとともに、バイアス電
源３ａ，３ｂにより、バイアス電極列２ａ，２ｂ
とアース電極１６ａ，１６ｂとの間に互いに逆極
性の直流バイアス電圧を印加し、前掲(b)項の作用
効果によりマツハツエンダ干渉計タイプの光導波
路型光強度変調器を実現している。 （発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、カー効果を呈する電気光学媒質部材に変調電
界に重畳して直流バイアス電界を印加し得るよう
にするとともに、直流バイアス電界の極性を順次
交互に反転させると、変調電界による電気光学媒
質の屈折率変化の変調電圧に対する相対的極性を
順次交互に反転させ得ることを巧みに利用した光
変調器、および、そのバイアス電界の極性を等間
隔もしくは所定比率の長さ毎に順次交互に反転さ
せて屈折率変化の変調電界に対する相対的極性を
順次交互に反転させることにより、変調用電気信
号と光との速度非整合による変調電界下の長い光
路を有する光変調器における変調作用の相殺効果
を排除して、高い変調周波数においても高感度の
光変調を可能にした高周波高感度光変調器乃至広
帯域平坦特性高感度光変調器を実現することがで
きる。 すなわち、本発明によれば、光変調器を構成す
るカー効果媒質部材を、従来のこの種光変調器に
おけるポツケルス結晶の結晶軸反転接続のための
切断を同様には切断することなく、一体構成のま
まで単に印加バイアス電界の極性反転のみによつ
て同等の作用効果を達成させ、その結果、従来の
結晶接続面における反射に伴う光伝送損失を除去
し、さらに、構成を簡単化して製造を容易にする
とともに、薄膜光導波路化、微細化、集積化を容
易にするという格別顕著な効果が得られる。
調器に変換するには、本発明光変調器において
も、バルク型について第１図乃至第３図に示した
各構成の光位相変調器の前後に偏光子および検光
子を配置して第４図乃至第６図にそれぞれ示した
構成の光強度変調器に変換したと同様に、第７図
示の構成による光導波型位相変調器の前後に偏光
子および検光子を配置して光導波型光強度変換器
に変換するほかに、第８図に示す従来のマツハツ
エンダ干渉計タイプの光導波路型光強度変調器に
準じて、当初から光強度変調器として作用するよ
うに本発明光変調器を構成することもできる。 しかして、第８図示の従来のマツハツエンダ干
渉計タイプの光導波路型光変調器においては、入
力光導波路１４ａをＹジヤンクシヨン１５ａによ
り２分岐し、２分岐光導波路をそれぞれ挟んで被
着して変調電極列４ａ〜４ｃにより各分岐光導波
路に互いに逆相の位相変調を施したうえでそれら
の２分岐光導波路をＹジヤンクシヨン１５ｂによ
り合成し、出力光導波路１４ｂから位相合成の結
果得られた強度変調光を取出すように作用させて
おり、逆相の位相変調を施すために、従来は互い
に逆相に動作する２個の変調電源６ａ，６ｂを必
要としていた。 これに対し、本発明光変調器においては、さき
に、第１図示の基本構成による本発明光変調器の
作用を表わす（4′）式から明らかにした作用・効
果の(b)項に述べたように、バイアス電界の極性反
転により、変調信号と屈折率変化との相対位相が
180゜度反転する点を巧みに活用し、第９図に示す
ように、単一の変調電源６のみを用いて第８図示
の従来構成と同様に作用するマツハツエンダ干渉
計タイプの光導波路型光強度変調器を構成するこ
とができる。すなわち、第９図示の構成例におい
ては、第８図示の従来構成におけると同様に形成
した２分岐光導波路の相互間に単一ブロツクの変
調電極列４を被着するとともに、２分岐光導波路
の両側にそれぞれ単一ブロツクからなるバイアス
電極列２ａ，２ｂを被着し、さらに、それらの電
極列の外側を囲んで互いに接続したアース電極１
６ａ，１６ｂを被着し、単一の変調電源６により
変調電極列４とアース電極１６ａ，１６ｂとの間
に変調信号電圧を印加するとともに、バイアス電
源３ａ，３ｂにより、バイアス電極列２ａ，２ｂ
とアース電極１６ａ，１６ｂとの間に互いに逆極
性の直流バイアス電圧を印加し、前掲(b)項の作用
効果によりマツハツエンダ干渉計タイプの光導波
路型光強度変調器を実現している。 （発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、カー効果を呈する電気光学媒質部材に変調電
界に重畳して直流バイアス電界を印加し得るよう
にするとともに、直流バイアス電界の極性を順次
交互に反転させると、変調電界による電気光学媒
質の屈折率変化の変調電圧に対する相対的極性を
順次交互に反転させ得ることを巧みに利用した光
変調器、および、そのバイアス電界の極性を等間
隔もしくは所定比率の長さ毎に順次交互に反転さ
せて屈折率変化の変調電界に対する相対的極性を
順次交互に反転させることにより、変調用電気信
号と光との速度非整合による変調電界下の長い光
路を有する光変調器における変調作用の相殺効果
を排除して、高い変調周波数においても高感度の
光変調を可能にした高周波高感度光変調器乃至広
帯域平坦特性高感度光変調器を実現することがで
きる。 すなわち、本発明によれば、光変調器を構成す
るカー効果媒質部材を、従来のこの種光変調器に
おけるポツケルス結晶の結晶軸反転接続のための
切断を同様には切断することなく、一体構成のま
まで単に印加バイアス電界の極性反転のみによつ
て同等の作用効果を達成させ、その結果、従来の
結晶接続面における反射に伴う光伝送損失を除去
し、さらに、構成を簡単化して製造を容易にする
とともに、薄膜光導波路化、微細化、集積化を容
易にするという格別顕著な効果が得られる。
第１図は本発明光変調器の基本構成の一例を示
す斜視図、第２図は同じくしその基本構成の他の
例を示す斜視図、第３図は同じくその基本構成の
さらに他の例を示す斜視図、第４図は第１図示の
基本構成に位相変調・強度変調変換手段を施した
構成例を示す斜視図、第５図は第２図示の基本構
成に位相変調・強度変調変換手段を施した構成例
を示す斜視図、第６図は第３図示の基本構成に位
相変調・強度変調変換手段を施した構成例を示す
斜視図、第７図ａおよびｂは本発明光変調器の光
導波型構成の例およびその等価回路をそれぞれ示
す斜視図および回路図、第８図はマツハツエンダ
干渉計タイプ光強度変調器の従来構成を示す斜視
図、第９図は本発明光変調器のマツハツエンダ干
渉計タイプの構成例を示す斜視図、第１０図は集
中定数型光変調器の概略構成を示す斜視図、第１
１図は進行波型光変調器の概略構成を示す斜視
図、第１２図は電気光学媒質を用いた光変調器の
変調周波数特性の例を示す特性曲線図、第１３図
は同じくその光変調器の電気光学媒質の長さと変
調指数との関係の例を示す特性曲線図、第１４図
は従来の光変調器の等分割結晶反転配置の例を示
す斜視図、第１５図は従来の光変調器の不等分割
結晶反転配置の例を示す斜視図、第１６図は同じ
くその不等分割結晶反転配置による変調感度周波
数特性の例を示す特性曲線図、第１７図は同じく
その等分割結晶反転配置の他の例を示す斜視図、
第１８図は同じくその不等分割結晶反転配置の他
の例を示す斜視図である。 １，１ａ〜１ｅ……電気光学媒質部材、１Ａ…
…カー効果媒質部材、１Ｂ，１Ba〜１Bf……ポ
ツケルス結晶部材、２ａ〜２ｅ……バイアス電
極、３ａ〜３ｅ……バイアス電源、４，４ａ〜４
ｃ……変調電極、５……下部電極、６，６ａ，６
ｂ……変調電源、７……負荷、８……入力光ビー
ム、９……出力光ビーム、１０ａ〜１０ｄ……上
部電極、１１ａ〜１１ｅ……容量結合、１２……
偏光子、１３……検光子、１４，１４ａ，１４ｂ
……光導波路、１５ａ，１５ｂ……Ｙジヤンクシ
ヨン、１６，１６ａ，１６ｂ……アース電極、１
７ａ，１７ｂ……同軸ケーブル、１８……半波長
板。
す斜視図、第２図は同じくしその基本構成の他の
例を示す斜視図、第３図は同じくその基本構成の
さらに他の例を示す斜視図、第４図は第１図示の
基本構成に位相変調・強度変調変換手段を施した
構成例を示す斜視図、第５図は第２図示の基本構
成に位相変調・強度変調変換手段を施した構成例
を示す斜視図、第６図は第３図示の基本構成に位
相変調・強度変調変換手段を施した構成例を示す
斜視図、第７図ａおよびｂは本発明光変調器の光
導波型構成の例およびその等価回路をそれぞれ示
す斜視図および回路図、第８図はマツハツエンダ
干渉計タイプ光強度変調器の従来構成を示す斜視
図、第９図は本発明光変調器のマツハツエンダ干
渉計タイプの構成例を示す斜視図、第１０図は集
中定数型光変調器の概略構成を示す斜視図、第１
１図は進行波型光変調器の概略構成を示す斜視
図、第１２図は電気光学媒質を用いた光変調器の
変調周波数特性の例を示す特性曲線図、第１３図
は同じくその光変調器の電気光学媒質の長さと変
調指数との関係の例を示す特性曲線図、第１４図
は従来の光変調器の等分割結晶反転配置の例を示
す斜視図、第１５図は従来の光変調器の不等分割
結晶反転配置の例を示す斜視図、第１６図は同じ
くその不等分割結晶反転配置による変調感度周波
数特性の例を示す特性曲線図、第１７図は同じく
その等分割結晶反転配置の他の例を示す斜視図、
第１８図は同じくその不等分割結晶反転配置の他
の例を示す斜視図である。 １，１ａ〜１ｅ……電気光学媒質部材、１Ａ…
…カー効果媒質部材、１Ｂ，１Ba〜１Bf……ポ
ツケルス結晶部材、２ａ〜２ｅ……バイアス電
極、３ａ〜３ｅ……バイアス電源、４，４ａ〜４
ｃ……変調電極、５……下部電極、６，６ａ，６
ｂ……変調電源、７……負荷、８……入力光ビー
ム、９……出力光ビーム、１０ａ〜１０ｄ……上
部電極、１１ａ〜１１ｅ……容量結合、１２……
偏光子、１３……検光子、１４，１４ａ，１４ｂ
……光導波路、１５ａ，１５ｂ……Ｙジヤンクシ
ヨン、１６，１６ａ，１６ｂ……アース電極、１
７ａ，１７ｂ……同軸ケーブル、１８……半波長
板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 直方体状電気光学媒質部材の長手方向に直交
する方向に直流バイアス電圧とともに変調電圧を
印加して長手方向に透過する光ビームに位相変調
を施すとともに、長手方向の前後に偏光方向を互
いに直交させた偏光子および検光子をそれぞれ配
置して位相変調を強度変調に変換し得る光変調器
において、前記直方体状電気光学媒質部材の長手
方向の一外周面に複数ブロツクからなつて長手方
向に延在する電極列を被着して共通電極との間に
少なくとも一部の前記ブロツク毎に交互に極性が
反転する直流バイアス電圧を印加したことを特徴
とする光変調器。 ２ 長手方向に順次に延在する複数ブロツクから
なるバイアス電極列と長手方向に延在する単一ブ
ロツクの変調電極列とを対向させて前記複数ブロ
ツクからなる電極列を構成し、前記一外周面と対
向する他の外周面に被着した前記共通電極との間
において、前記バイアス電極列にブロツク毎に極
性が交互に反転する直流バイアス電圧を印加する
とともに、前記変調電極列に変調電圧を印加した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
変調器。 ３ 長手方向に順次に延在するとともに順次に一
部が非接触に重畳して互いに容量結合した複数ブ
ロツクからなる前記電極列に、前記一外周面と対
向する他の外周面に被着した前記共通電極との間
において、変調電圧を印加するとともに、ブロツ
ク毎に極性が交互に反転する直流バイアス電圧を
印加したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の光変調器。 ４ 前記直方体状電気光学媒質部材の前記一外周
面の近傍に長手方向の光導波路を設け、その光導
波路を挟んで、長手方向に順次に延在するととも
に順次に一部が非接触に重畳して互いに容量結合
した複数ブロツクからなるバイアス電極列と、長
手方向に延在する単一ブロツクの変調電極列とを
互いに対向させて前記複数ブロツクからなる電極
列を構成し、前記バイアス電極列を囲んで前記一
外周面に被着した前記共通電極との間において、
前記バイアス電極列にブロツク毎に交互に極性が
反転する直流バイアス電圧を印加するとともに、
前記変調電極列に変調電圧を印加したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の光変調器。 ５ 長手方向に順次に延在して前記電極列を構成
する前記複数ブロツクを互いに不等長にしたこと
を特徴とする特許請求の範囲前記各項のいずれか
に記載の光変調器。 ６ 前記直方体状電気光学媒質部材の前記一外周
面の近傍に両端部においてそれぞれ分岐して長手
方向に延在する２分岐光導波路を設け、その２分
岐光導波路の間および両側における前記一外周面
にそれぞれ長手方向に延在した単一ブロツクから
なる変調電極列およびバイアス電極列をそれぞれ
被着して前記複数ブロツクからなる電極列を構成
し、当該電極列を囲んで前記一外周面に被着した
前記共通電極との間において、前記バイアス電極
列にブロツク毎に互いに極性が反転する直流バイ
アス電圧を印加するとともに、前記変調電極列に
変調電圧を印加したことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8707386A JPS62244015A (ja) | 1986-04-17 | 1986-04-17 | 広帯域高感度光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8707386A JPS62244015A (ja) | 1986-04-17 | 1986-04-17 | 広帯域高感度光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62244015A JPS62244015A (ja) | 1987-10-24 |
| JPH0327883B2 true JPH0327883B2 (ja) | 1991-04-17 |
Family
ID=13904767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8707386A Granted JPS62244015A (ja) | 1986-04-17 | 1986-04-17 | 広帯域高感度光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62244015A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4553876B2 (ja) * | 2002-06-03 | 2010-09-29 | パナソニック株式会社 | 光変調素子及び通信システム |
| JP4964264B2 (ja) * | 2009-03-11 | 2012-06-27 | 日本電信電話株式会社 | 光変調器 |
-
1986
- 1986-04-17 JP JP8707386A patent/JPS62244015A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62244015A (ja) | 1987-10-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |