JPH0429113A

JPH0429113A - 光変調器

Info

Publication number: JPH0429113A
Application number: JP13441790A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Doi; 正治土居; Naoyuki Mekada; 直之女鹿田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-05-24
Filing date: 1990-05-24
Publication date: 1992-01-31

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】〔概要〕光変調器に関し、高速駆動のマンハツエンダ型光変調器の動作点の変動を
制御して高安定の光変調器を実現することを目的とし、電気光学効果を有する基板上に形成された分岐光導波路
を有する光導波路と、前記分岐光導波路のそれぞれの上
に設けられた変調用電極と、前記分岐光導波路のそれぞ
れの上に設けられた加熱用電極と、前記加熱用電極の少
なくとも一方に電流を流す加熱電流印加制御手段とを少
なくとも備え、前記加熱用電極に流す電流を制御して前
記分岐光導波路間に温度差による屈折率変化を生じさせ
動作点の制御を行うように光変調器を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、高速・高安定の光変調を行うための光変調器
の構成に関する。

近年、光ファイバやレーザ光源の進歩・発達に伴い、光
通信をはじめ光波術を応用した各種のシステム、デバイ
スが実用化され広く利用されるようになる一方、ますま
す、その高度技術開発への要請が強まってきた。

とくに、最近の光通信システムの高速化の要求から、光
信号を送信する光送信器においても、高速で光を変調す
る必要が生じてきた。

たとえば、１．６　Ｇｂｐｓ程度までの低速光通信シス
テムにおいては、レーザダイオード（ＬＤ）を直接変調
する方式を用いてきたが、変調周波数がより高（なると
、変調光波長の時間的微小変動、いわゆる、チャーピン
グ現象のために高速化と長距離通信への限界が生じる。

一方、今後ますます大容量・長距離通信の要求が強まっ
てくるので、より高速、かつ、高安定な光変調方式の開
発が求められている。

〔従来の技術〕

高速光変調方式としては、半導体レーザ光を外部で変調
する外部変調方式がよく知られている。

とくに、電気光学効果を有する基板上に分岐光導波路を
設け、信号電極、たとえば、進行波信号電極を用いて駆
動するマツハツエンダ型外部変調器が有力視されている
。

第４図はマツハツエンダ型外部変調器の例を示す図で、
最も基本的な構成を示したものである。

同図（イ）は上面図（基板上の電極、導波路配置）、同
図（ロ）は同図（イ）のＡ　−Ａ’　　断面図である。

図中、１は電気光学効果を有する基板、２は光導波路で
光入射端２０と光出射端２１との間に分岐光導波路２ａ
および２ｂが形成されている。この光導波路は通常基板
の表面にＴｉなどの金属を光導波路部分だけに選択的に
拡散させ、その部分の屈折率を回りの部分よりも少し大
きくなるようにしである。

３ａ、３ｂは変調用電極、９は光導波路上の金属電極層
への光の吸収を小さくするためのバッファ層で通常、Ｓ
ｉＯ□なとの薄膜が用いられている。

変調用電極３ａ、３ｂはバッファ層９を介して光導波路
上に、Ａｕなどの金属を蒸着あるいはめっきによって形
成している。

いま、半導体レーザ７からの直流光が左側の光入射端２
０から光導波路２に入り、分岐光導波路２ａ。

２ｂの分岐点２２で２つに分けられ、分岐光導波路２ａ
、２ｂを通過する間に、変調用電極３ａ、３ｂに変調用
電源６から変調信号電圧を印加すると、基板上に設けら
れた前記分岐光導波路２ａ、２ｂにおける電気光学効果
によって分岐された両光に位相差が生しる。この両光を
再び合波点２３で合流させて、右側の光導波路２の光出
射端２１から変調された光信号出力を取り出し、光検知
器８で受光して電気信号に変換するように構成されてい
る。

前記分岐光導波路２ａ、２ｂにおける両光の位相差がＯ
およびπになるように駆動電圧を印加すれば光信号出力
は０Ｎ−ＯＦＦのパルス信号として得られる。なお、Ｒ
アは終端抵抗である。

しかし、実際上は製造バラツキやその他種々の原因によ
って、変調器動作点が設計値からずれたり、あるいは、
使用中にシフトすることがある。

第５メは動作点シフトを説明する図であり、同図（イ）
は変調特性、同図（ロ）は光出力パルス特性である。

同図（イ）の実線■が、たとえば、正常な設計値特性で
、破線の■が動作点がシフトした場合である。これに対
応して、同図（ロ）の実線■のきれいな出力パルス波形
から、破線の■のようにピークが下がりボトムが上がっ
た波形、すなわち、消光比の劣化が生ずることになる。

そこで、従来は同図（イ）の破線■を元の正常な特性で
ある実線■に戻すために、直流（ＤＣ）バイアス電圧ｖ
Ｉ＋を印加して動作点を制御するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題ご最近、電気光学効果を有する基板、たとえば、ＬｉＮｂ
Ｏ３を基板とした場合に、光変調器にＤＣバイアスがか
−っていると、次第に動作点がシフトして行き消光比が
劣化する現象、いわゆる、ＤＣドリフトが生しることが
報告されている（たとえば、Ｊａｐ、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐ
ｈｙｓ、、シｏ１．２０．Ｎｏ、４．ｐｐ７３３〜７３
７，１９８１参照）。

したがって、上記のごと（直流（ＤＣ）電圧Ｖ。

を印加して動作点を制御しようとすると、そのためにＤ
Ｃドリフトが生じてしまうという重大な問題があり、そ
の解決が求められていた。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、電気光学効果を有する基板１上に形成さ
れた分岐光導波路２ａ、２ｂを有する光導波路２と、前
記分岐光導波路２ａ、２ｂ上に設けられた変調用電極３
ａ、３ｂと、前記分岐光導波路２ａ、２ｂ上に設けられ
た加熱用電極４ａ、４ｂと、前記加熱用電極４ａ、４ｂ
の少なくとも一方に電流を流す加熱電流印加制御手段５
とを少なくとも備え、前記加熱用電極４ａ、４ｂに流す
電流を制御して前記分岐光導波路２ａ、２ｂ間に温度差
による屈折率変化を生じさせ動作点の制御を行うように
構成した光変調器により解決することができる。

Ｃ作用〕本発明の光変調器は動作点を制御するために、直流（Ｄ
Ｃ）バイアス電圧を印加することはせず、両分岐光導波
路２ａ、２ｂ間に温度差を生じさせ、それにより屈折率
変化に基づく光の位相差が変化するので動作点が変化す
る現象を実現する構成にしている。したがって、ＤＣド
リフトを生じさせることなく動作点の制御が可能となる
のである。

〔実施例］第１図は本発明の実施例を示す図である。

基板１には大きさ５０ｍｍＸ２ｍｍ、厚さ１ｍｍのＬｉ
ＮｂＯ３のＺ板の表面を鏡面研磨して使用した。

この基板の上にＴｉを約１１００ｎの厚さに真空蒸着し
、分岐光導波路２ａおよび２ｂを含む光導波路２に相当
する部分にＴｉが残るように通常のホトエツチング法で
処理したのち、約１０５００Ｃ，酸素中で１０時間加熱
しＴｉをＬｉＮｂＯ３中に熱拡散させて深さ約５μｍの
光導波路２を形成した。

分岐光導波路部分の長さは４０ｍｍ、光導波路の幅は７
μｍになるように調整した。分岐光導波路２ａおよび２
ｂの間隔は約１５μｍとし、分岐部の角度は１°に形成
した。

次いで、バッファ層としてＳｉＯ□を５００ｎｍの厚さ
にスパッタ法で形成した。

変調用電極３ａ、３ｂはＴ　ｉ　−Ａ　ｕ合金膜を蒸着
したのち、分岐光導波路２ａ　、　２ｂの上に２０ｍｍ
の長さにわたって重なるように、図示したごとき所定の
電極形状にパターンエツチングし、さらに、その上に厚
さ８μｍのＡｕをめっきにより付着形成した。終端抵抗
ＲＴは変調用電極３ａ、３ｂの特性インピーダンスに合
わせて５０Ωになるように調整した。

なお、変調用電極は一方を進行波信号電極、もう一方を
接地電極とした。

４ａ、４ｂは加熱用電極で、分岐光導波路２ａ、２ｂの
変調用電極３ａ、３ｂが設けられていない残りの部分に
、１０〜１５ｍ　ｍの長さにわたってそれぞれ形成され
た抵抗体からなる薄膜発熱体であり、それぞれ加熱電流
印加制御手段５（５ａ、５ｂ、５ｃ）に接続されている
。加熱用電極４ａ、４ｂを形成する薄膜発熱体としては
、たとえば、厚さ３００ｎｍのＮｉ−Ｃｒ腰を電子ビー
ム蒸着法で被着し、公知のホトエツチング技術により図
示したごとき所定のパターン形状に形成する。

本実施例の加熱電流印加制御手段５は、加熱用電極４ａ
、４ｂのそれぞれに接続されたダイオード５ｂ。

５ｃと加熱電流制御部５ａとから構成されており、ダイ
オード５ｂおよび５ｃは図示したごとくそれぞれ極性が
反転して接続されている。加熱電流制御部５ａには可変
直流電源が内蔵されており、図示してない動作点ずれ検
知信号に対応して電流が制御されるようになっている。

いま、たとえば、ダイオード５ｂがＯＮのときは加熱用
電極４ａに電流が流れて、その下の分岐光導波路２ａの
近傍の温度が上昇するが、ダイオード５ｃはＯＦＦなの
で加熱用電極４ｃには電流が流れず、したがって、その
下の分岐光導波路２ｂ近傍の温度は上昇せず、分岐光導
波路２ａ、２ｂを伝播する光の間に温度差による屈折率
変化に対応する位相差が生しＤＣバイアスを印加するこ
となしに動作点をシフトさせることができる。そして、
電流を逆に流した場合には位相差も逆の方向に生じて動
作点を逆方向にシフトさせることができる。

第２図は本発明の動作点制御を説明する図で、縦軸に光
出力、横軸に変調用の電圧をとっである。

いま、■の実線に示したごと＜、−Ｖπ／２．＋Ｖπ／
２との間で光のスイッチングを行わせるように設計しで
ある光変調器で、たとえば、温度上昇による屈折率変化
が正で破線■に示したごとく動作点が右側にずれた場合
に、ダイオード５ｂがＯＮになるように、すなわち、加
熱用電極４ａに電流を流して動作点をＶＺ＋だけマイナ
ス側にシフトさせ、所定の変調動作特性曲線■に戻し、
また反対に、破線■に示したごとく動作点が左側にずれ
た場合には、ダイオード５ＣがＯＮになるように、すな
わち、加熱用電極４ｂに電流を流して動作点をＶ３１だ
けフラス側にシフトさせ、所定の変調動作特性曲線■に
戻すように制御すれば、自動的に常に所定の動作特性■
が保持されるようにすることが可能となる。

第３図は本発明の他の実施例を示す図である。

本実施例の場合は加熱電流印加制御手段５が、加熱用電
極４ａ、４ｂのそれぞれに異なる電流を流すように構成
されており、たとえば、定電圧電源５ｄ。

電圧分割用抵抗５ｅおよび加熱電流制御部５ａ１　とか
ら構成されている。

なお、前記の諸図面で説明したものと同等の部分につい
ては同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明は
省略する。

この場合には、加熱電流制御部５ａ１が図示してない動
作点ずれ検知信号を受けて、電圧分割用抵抗５ｅのスラ
イド接点を移動させ、加熱用電極４ａ、４ｂの両方に同
時に電流を流して両分枝先導波路を伝播する光の間の位
相差を変化させて変調器動作点の制御を行うようにした
ものである。

なお、上記実施例では加熱用電極４ａ、４ｂとしてＮｉ
−Ｃｒ　薄膜発熱体を用いたが、その他の金属薄膜や、
あるいは、非金属を用いてもよい。また、加熱用電極４
ａ、４ｂは必ずしも分岐光導波路２ａ、２ｂの直上に設
けるとは限らず、その近傍に形成して分岐光導波路２ａ
、２ｂ部分の屈折率変化が起こるようにしても同様に効
果があることは言うまでもない。

以上述べた実施例は例を示したもので、本発明の趣旨に
添うものである限り、使用する素材や構成など適宜好ま
しいもの、あるいはその組み合わせを用いてもよいこと
は勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の構成によれば、光変調器
の動作点を制御するために、直流（ＤＣ）バイアス電圧
を印加することはせずに、両分枝先導波路２ａ、２ｂ間
に温度差を生じさせ、それにより屈折率変化に基づく光
の位相差が変化するので動作点がシフトする現象を実現
する構成にしている。

したがって、ＤＣドリフトを生じさせることなく動作点
の制御が可能となり、高速・長距離光通信用の光変調器
の性能、信頬性の向上に寄与するところが極めて大きい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、第２図は本発明の動作点制御を説明する図、第３図は本
発明の他の実施例を示す図、第４国はマツハツエンダ型
外部変調器の例を示す図、第５図は動作点シフトを説明する図である。図において、１は基板、２は光導波路、２ａ　、　２ｂは分岐光導波路、３ａ、３ｂは変調用電極、４ａ、４ｂは加熱用電極、５（５ａ、５ａ’　、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ）は加熱
電流印加制御手段、６は変調用電源である。光出力本発明のイ乞の実売イ１１１を示１図第　３　図

Claims

【特許請求の範囲】電気光学効果を有する基板（１）上に形成された分岐光
導波路（２ａ、２ｂ）を有する光導波路（２）と、前記
分岐光導波路（２ａ、２ｂ）上に設けられた変調用電極
（３ａ、３ｂ）と、前記分岐光導波路（２ａ、２ｂ）上に設けられた加熱用
電極（４ａ、４ｂ）と、前記加熱用電極（４ａ、４ｂ）の少なくとも一方に電流
を流す加熱電流印加制御手段（５）とを少なくとも備え
、前記加熱用電極（４ａ、４ｂ）に流す電流を制御して前
記分岐光導波路（２ａ、２ｂ）間に温度差による屈折率
変化を生じさせ動作点の制御を行うことを特徴とした光
変調器。