JPH04501013A - 電気光学装置 - 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】 電気光学装置 本発明は電気光学導波管装置に、および特に進行波電極を有する干渉計と方向性 結合器とに関する。

ニオブ酸リチウム（ＬＮＢ　）およびＫＴＰのような電気光学材料は、印加され た電界の大きさおよび方向に応じて変化する屈折率を有する。このような材料を 基礎とした導波管装置は、光フアイバ通信および信号処理システムに対して有用 である可能性を有する。通常のこのような装置は０．６乃至１．６μｍの範囲内 の波長の光によって、および特にｌｊ乃至１．６μｍの範囲内の光によって操作 されることが必要とされる。

２つの基礎的な装置のタイプが存在する二方向性結合器；そしてマツハーツエン ダー（Ｍ２）干渉計である。これらの内の第１のものは電気光学効果を利用して 、１対の隣接する導波管の間の結合を制御する。それらの屈折率を制御すること によって、一方の導波管から他方の導波管への或いはその逆は連結された電極を 有し、２つのアームの屈折率およびそれ故にその中の伝播速度をそれによって独 立して制御することができる。それ故に印加された電界を制御することによって 、組み合わされたときに強め合う或いは弱め合う干渉が結果として生じる２つの アーム内を進行する信号の間の位相差を生成することができる。したがって、電 極の間の電位差によって入力光信号を振幅変調することができる。

不運にも、電気光学効果を示すＬＮＨのような材料は熱電性（ｐ７ｒｏｅｌｕｔ ｒｉｃ）でもある傾向を有する：電界が温度変化の結果として材料内に生成され る。特にＺカットＬＮＢのようないくつかの材料では熱電性効果は非常に強いの で、１度或いはそれより低い温度変化でも、その材料から成る方向性結合器或い はＭｚ干渉計内の状態のスイッチを生成するために印加された電界に匹敵する電 界を生成するのに十分であり得る。

このような電界は装置の光学的状態に強い影響を与える。結果として、もし信頼 性が高く再現可能である性能がこのような材料を基礎とした電気光学導波管装置 から得られるべきであるならば、強い熱電性効果を示すＺカットＬＮＢのような 材料に伴って非常に正確な温度制御を行うことが必要である。

しかし、環境温度の良好な制御の結果によってでさえ、電極内に電力消費のある 装置の中には熱的に導入される不安定性が残る。

電力消費のある電極を備えた装置の例は、進行波電極を有する方向性結合器とＭ ２干渉計とを含む。進行波電極の使用は、超高速運転（ギガビット速度で通常は スイッチできる）ができる装置の製造を可能にする可能性を有する。このような 装置のさらなる利点は、それらが通常ｄｃから４ＧＢｘの非常に広い帯域幅を提 供することである。

進行波電極は送信ラインの部分であり且つ有限の抵抗を有するので、非ゼロ信号 レベルは電極内で消費される電力を生じ、それ故に下側の導波管の温度を上昇さ せる。もしこのような構成要素が電力消費の変化およびそれ故に温度変動を生じ させるので電極の熱応答時間（約０．１秒オーダの）よりも長い周期を有する低 周波数要素が電極に印加される電気信号の中に存在するならば、これらの装置の 安定性は危うくなる。

この電力変化は３ボルトぐらい、或いはそれより高い電圧、３．５乃至４．０ボ ルトの範囲内にあるスイッチ電圧が装置を使用不可能にするのであるが、によっ て伝達特性をシフトすることができる。

この問題に対して提案されてきた１つの解決方法は、進行波電極と送信ライン終 端との間にキャパシタ（例えば４７ｎＦ）を挿入してスイッチ電圧のｄｃ酸成分 除去することによって、進行波電極を減結合にすることである。キャパシタは当 然ながら非常に高い周波数は通過性であり、そしてそれ故にこのような周波数で は性能を抑制しない。低い周波数においてキャパシタは進行波電極を経て通され る電荷を限定し、両方のスイッチ状態での電力消費を限定し、そしてそれ故に温 度変動を限定する。この構造の欠点は、実際に装置の全帯域幅が使用可能ではな くなることで、その装置は通常ＩＭＨｘ乃至２００ＭＨｚの範囲内のスイッチ周 波数では使用不可能であることである。結果としてこの装置の使用者は、ｄｃか ら数ＭＨｚ或いは数百ＭＢｇから４ＧＢｘまでで装置を働かせるように選択しな ければならない。

本発明の目的は、先に述べた問題および欠点を大幅に回避するバイアス構造を提 供することである。

本発明によって、電力消費電極と接地面電極とを具備する電力消費電極構造を有 する電気光学装置を駆動する方法が提供されている。その装置は電力消費電極へ の第１および第２の各電位の印加によって第１と第２の別々の状態の間でスイッ チが可能であり、バイアス電圧が接地面電極に印加されるので電力消費電極によ って伝えられる電流の大きさが前記第１および第２の各状態でほぼ同じであるこ とを特徴とする。

本発°明の好ましい実施例は今、以下の添付の図面を参照した例によってのみ記 載されるであろう：第１図は進行波電極構造とその駆動回路とを有する通常のマ ツハーツエンダー干渉計の概略平面図であり；第２図は第１図に示されたような 干渉計の伝達特性を示し；第３図は本発明によって変形された第１図の干渉計の 概略平面図であり； 第４図は本発明によって操作された第３図の干渉計の伝達特性を示す。

第１図には通常の進行波電極マツハーツエンダー干渉計が示されている。装置は 通常は縦４Ｑｍｍで横１０ｍｍで厚さ１１のＺカットニオブ酸リチウム（ＬＮＢ 　）の基板１上に形成され、チタンをＬＮＢの中に拡散することによって形成さ れた導波管構造２を具備する。接地面電極は干渉計アーム４の内の１つの上にあ り、アースに直接接続される。他方の干渉計アーム５の上には進行波電極６が延 在している。進行波電極６の一端部は５０オーム送信ライン終端７を介してアー スに接続される。

進行波電極の他方の端部は５０オーム送信ライン８を介して変調電圧源９に接続 されており、その他方の極はアースに接続されている。光入力信号は、導波管入 力部分１１と整列した光ファイバ１０によって干渉計に供給される。干渉計出力 は、導波管出力部分１３と整列している第２の光ファイバ１２に供給される。

第２図は、第１図に示されたような干渉計の伝達関数を示す。伝達関数は基本的 に周期的コサインの２乗のタイプである。完全な変調に対して電極電位（進行波 電極とアース電位との間の電位差である）がスイッチされるので、光出力はピー クと谷の間で或いはその逆の間でスイッチされる。出力をピークから谷へと駆動 するのに必要とされる電極電圧はスイッチ電圧Ｖπと呼ばれる。ＺカットＬＮＢ 上の長さ２０ｍｍの電極に対する通常のスイッチ電圧は約３．５Ｖである。破線 で示された曲線は通常の伝達特性に対応しており、そこではゼロ光出力が非ゼロ 電極電位に対応している。ゼロボルトに最も近いゼロ出力を得るのに必要とされ る電圧は位相バイアス電圧Ｖｏである。位相バイアス電圧はスイッチ電圧までの いかなる値をも有することができ、そして装置が概念的に同一であるときでさえ 、装置から装置へと広く変化することができる。

いかなるスイッチ電圧に対しても２つのスイッチされた状態の間の電力消費の差 に関する最悪の場合は、位相バイアス電圧Ｖｏがスイッチ電圧に等しいか、或い は第２図の実線の曲線によって示されるようにゼロであるときに起こる。

第３図では、問題の解決方法が概略的に示されている。ここかられかるように、 装置を駆動する電極は通常使用されているおよび第１図に示されているものとは 異なっている。特に、接地面電極がもはやアースに直接接続されていない。代わ りに接地面電極は、減結合キャパシタ（例えば５０ｎＦ）と抵抗（例えばＩＫ） とを並列に具備する高周波数減結合回路網を介してアースに接続される。また接 地面電極には、ゼロボルトに関連する装置の伝達特性を補うために使用されるバ イアス電圧を提供する電圧源が接続される。第４図を参照すると、何が起こって いるのかが容易に理解されるであろう。その伝達特性が第２図の実線で示されて いる装置に似ている第３図の装置は、３．５ｖのスイッチ電圧Ｖπを有する。− １，７５ボルトの電位を接地面電極に印加することによって伝達特性がシフトさ れるので、ピーク出力は−１．７５ボルトの進行波電極電位に対して発生するが 、一方谷出力は＋１．７５ボルトの進行波電極電位に対して発生する。進行波電 極は有限の抵抗を有するので、電圧はその長さにわたって下降し、そして進行波 電極電位を計測且つ見積もるときにこのことが考慮されねばならない。電極電圧 の平均電極電圧或いは中央値（中間点）のどちらかを使用することは都合が良い 。明瞭に進行波電極に印加された電位の大きさは装置のスイッチされた両方の状 態に対するものと同じであり、進行波電極を通って流れる電流の大きさおよび結 果的に電力消費は、両方の状態で同じであろう。

スイッチする状態から結果として生じるいかなる温度変動をも最小にすることに 加えて、この構造は、進行波電極内の最悪の場合の直流電流レベルでの減少が結 果的に電気移動（ｅｌｅｃｊｒｏｍｉｇｔａｌｉｏｎ）を減少させ結果として電 極の寿命の必然的な増加を生じさせるという利益を加える。本実施例の直流電流 レベルの５０％の減少は、電極の寿命を約４倍まで増加させることが期待される であろう。

実際、必要な接地面バイアス電圧は、ＭＸ干渉計が熱平衡にあるとき、すなわち 進行波電極が十分な期間の間Ｖπ／２Ｉ：バイアスされて熱平衡に到達したとき にのみ、決定されることができる。

国際調査報告 １ｍ−ｊｌｌｌＭｌ　１ｌｌｔｌｌｔＨ−ｅ　＋ｔｊ　ｐ（τ、’ＧＢ　８９／ （ｎ０９９

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．電力消費電極構造および接地面電極を有し且つ第１および第２の各電位を電 力消費電極に印加することによって第１および第２の異なった状態の間でスイッ チ可能である電気光学装置と、前記第１および第２の電位を前記電力消費電極に 供給するための手段とを具備する装置であり、前記第１および第２の電位がほぼ 等しい大きさであるが符号が反対であるように前記接地面電極をバイアスするた めの手段をさらに具備することを特徴とする装置。
2. ２．前記接地面電極に電気的に接続された高周波数減結合回路網をさらに具備す る請求項１記載の装置。
3. ３．電力消費電極が進行波電極である請求項１或いは２記載の装置。
4. ４．電力消費電極構造を有しており、バイアス電圧が接地面電極に印加されて、 位相バイアス点への或いはそこからの全スイッチ電圧Ｖπによるスイッチの際に 反対の極性のほぼ等しい電力消費電極電位の使用を可能にする電気光装置を駆動 する方法。
5. ５．電力消費電極および接地面電極を有し且つ第１および第２の各電位を電力消 費電極に印加することによって第１および第２の異なった状態の間でスイッチ可 能である電気光学装置を駆動する方法であり、バイアス電圧が接地面電極に印加 されるので電力消費電極によって伝えられる電流の大きさが前記第１および第２ の各状態のものとほぼ同じであることを特徴とする方法。