説明

光変調器モジュール

【課題】ドライバーから見た際の高周波電気信号の電気的反射S11が小さな光変調器モジュールを提供する。
【解決手段】電気光学効果を有する基板と、基板に形成された光を導波するための光導波路と、基板の一方の面側に形成され、光の位相を変調する高周波電気信号を印加するための中心導体及び接地導体からなる電極とからなる光変調器と、光変調器の電極に接続され、当該電極を通過した高周波電気信号を終端する電気的終端と、光変調器と電気的終端とを内部に配置する筐体と、を有する光変調器モジュールにおいて、電気的終端は、高周波電気信号が入力される電気的終端用中心導体と、当該電気的終端用中心導体と抵抗膜を介して接続される電気的終端用接地導体とを備え、抵抗膜は、電気的終端用中心導体を伝搬する高周波電気信号の伝搬方向に沿って複数個形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は駆動電圧が低く、かつ高速で変調が可能な光変調器モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
リチウムナイオベート(LiNbO)のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板(以下、リチウムナイオベート基板をLN基板と略す)に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器(以下、LN光変調器と略す)は、その優れた伝送特性から1.55μm帯の2.5Gbit/s、10Gbit/sの大容量光伝送システムに適用されている。最近はさらに40Gbit/sの超大容量光伝送システムにも適用が検討されており、キーデバイスとして期待されている。
【0003】
このLN光変調器にはz−カットLN基板を使用するタイプとx−カットLN基板(あるいはy−カットLN基板)を使用するタイプがある。ここでは、従来技術としてz−カットLN基板と2つの接地導体を有し、基本モードの伝搬に有利なコプレーナウェーブガイド(CPW)進行波電極を使用したz−カットLN光変調器をとり上げる。
【0004】
実際に光伝送システムにおいて光変調器を使用する場合には、電気的終端をパッケージ(あるいは筐体)の中に実装したモジュールの形態であるので、ここでは光変調器モジュールとして議論する。なお、以下の議論はx−カットLN基板やy−カットLN基板でも同様に成り立つ。
【0005】
光変調器モジュールの例として、特許文献1に開示されているz−カットLN光変調器モジュール100をとり上げ、その模式的な上面図を図4に示す。LN光変調器50が矩形状の筺体であるパッケージ7の内部に配置されている。1はz−カットLN基板である(実際にはこの上にSiOバッファ層とSi導電層を形成するがここでは省略する)。2はz−カットLN基板1にTiを蒸着後、1050℃で約10時間熱拡散して形成した光導波路であり、マッハツェンダ干渉系(あるいは、マッハツェンダ光導波路)を構成している。CPW進行波電極は中心導体3a、接地導体3b、3cからなっている。4は外部回路であるドライバーであり、5は信号源、6はDC成分をカットするコンデンサである。なお、DQPSK型のLN光変調器モジュールでは複数のマッハツェンダ光導波路をネスト状に用いる。
【0006】
パッケージ7の中にはLN光変調器50の他に電気的終端8も内蔵されている。ここで、9はパッケージ7に設けたバイアス用端子、10は抵抗値Rのバイアス抵抗、11と12は高周波用コンデンサ、13は抵抗値Rの終端抵抗、14はキャパシタンスC14の低周波用コンデンサである。図5に図4に示したz−カットLN光変調器モジュールの等価回路図を示す。15はバイアス電圧Vを出力するバイアス電源であり、通常オペアンプにより構成されている。なお、通常、これらの電気部品はアルミナ基板や窒化アルミなどの誘電体基板の上に搭載されている。
【0007】
16はz−カットLN光変調器のチップのCPW進行波電極を分布定数表現したものであり、17はインダクタンス、18は電極材料のAuに起因する抵抗、19はキャパシタンス、20はコンダクタンスに対応している。
【0008】
次に、このように構成されるLN光変調器モジュールの動作について説明する。このLN光変調器モジュールを動作させるには、ドライバー4から中心導体3aと接地導体3b、3c間に高周波電気信号を印加するとともに、電気的端点Aからバイアス電圧を印加する。
【0009】
図6にLN光変調器モジュールの電圧−光出力特性を示す。ここで、Vはその際のバイアス電圧(ここでは、DCバイアス電圧)である。この図6に示すように、通常、バイアス電圧Vは光出力特性の山と底の中点に設定される。バイアスVを適正に印加することはLN光変調器モジュールの特性を有効に引き出すために極めて重要である。
【0010】
ここで、この従来技術の問題点について考察する。図4に示した従来技術の電気的終端8のコンデンサー以外の部分に対応する抵抗部Iについてその拡大図を図7に示す。ここで、21は電気的終端用基板、22は電気的終端用中心導体、23は電気的終端用接地導体である。25は電気的終端用中心導体22に伝搬した高周波電気信号である。
【0011】
この高周波電気信号25の多くは、電気的終端用中心導体22と電気的終端用接地導体23との間に設けられた抵抗膜24a、24bに伝搬し、そこでジュール熱に変換される。図7では抵抗膜24a、24bに伝搬した高周波電気信号を26a、26bとして示している。
【0012】
ところが、図7に示した従来技術では高周波電気信号25の一部が漏れた高周波電気信号41として電気的終端用中心導体22の端部22aで反射し、反射戻り信号27としてドライバー4まで戻ることになる。このように、漏れた高周波電気信号41は電気的反射S11を劣化させてしまう。
【0013】
図8にはドライバー4からLN変調器モジュールを見た高周波電気信号の電気的反射S11の周波数依存性を示す。図8からこの従来技術では反射戻り信号41に起因する電気的反射S11が周波数とともに著しく劣化していることがわかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0014】
【特許文献1】特開2003−295139号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
以上のように、従来技術では電気的終端用中心導体に伝搬した高周波電気信号のうち、漏れた高周波電気信号が電気的終端用中心導体の端部で反射し、反射戻り信号としてドライバーまで戻り、ドライバーから光変調器モジュールを見た際の電気的反射S11を劣化させることになる。そのため、これらの問題を解決して特性的に充分な電気的反射S11を実現できる光変調器モジュールの実現が望まれていた。
【0016】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高周波電気信号の電気的反射S11が小さな光変調器モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0017】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の光変調器モジュールは、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光の位相を変調する高周波電気信号を印加するための中心導体及び接地導体からなる電極とからなる光変調器と、前記光変調器の前記電極に接続され、当該電極を通過した高周波電気信号を終端する電気的終端と、前記光変調器と前記電気的終端とを内部に配置する筐体と、を有する光変調器モジュールにおいて、前記電気的終端は、前記高周波電気信号が入力される電気的終端用中心導体と、当該電気的終端用中心導体と抵抗膜を介して接続される電気的終端用接地導体とを備え、前記抵抗膜は、前記電気的終端用中心導体を伝搬する前記高周波電気信号の伝搬方向に沿って複数個形成されていることを特徴としている。
【0018】
上記課題を解決するために、本発明の請求項2に記載の光変調器モジュールは、請求項1に記載の光変調器モジュールにおいて、前記抵抗膜が、前記電気的終端用中心導体の、前記高周波電気信号の伝搬方向における両側に形成されていることを特徴としている。
【0019】
上記課題を解決するために、本発明の請求項3に記載の光変調器モジュールは、請求項1または2に記載の光変調器モジュールにおいて、前記基板が半導体基板であることを特徴としている。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、電気的終端からドライバーへの高周波電気信号の戻り量を著しく小さくできるので、結果良好な電気的反射S11を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明に係る光変調器モジュールの電気的終端の一部を示す図
【図2】本発明の効果を説明する図
【図3】本発明に係る光変調器モジュールの第2の実施形態を示す図
【図4】従来技術に係る光変調器モジュールの模式的な上面図
【図5】従来技術に係る光変調器モジュールの等価回路図
【図6】従来技術に係る光変調器モジュールの動作を説明する図
【図7】従来技術に係る光変調器モジュールの電気的終端の一部を示す図
【図8】従来技術の問題点を説明する図
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図4〜図7に示した従来の実施形態と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を省略する。
【0023】
[第1の実施形態]
図1に、本発明における実施形態のLN光変調器モジュールにおける電気的終端の抵抗部についてその模式的な上面図を示す。ここで、従来と同様の抵抗膜24a’、24b’に加え、新たに抵抗膜28a、28bを設けている。なお、抵抗膜24a’、24b’、28a、28bの材料は、例えばニクロムや窒化タンタルなどをあげることができるが、その他の材料でも良いことは言うまでもない。
【0024】
電気的終端用中心導体22に高周波電気信号30が入射すると、図6に示した従来技術と同様にその大部分は抵抗膜24a’、24b’を伝搬することによりジュール熱に変換されるが、漏れた高周波電気信号41は、本発明において新たに設けられた抵抗膜28a、28bを伝搬することにより、さらにジュール熱に変換される。なお、図1では抵抗膜24a’、24b’に伝搬した高周波電気信号を26a、26bとして、また抵抗膜28a、28bに伝搬した高周波電気信号を29a、29bとして示している。
【0025】
従って、本発明では電気的終端用中心導体22の端部40による電気的反射がほとんど生じないので、図2に示すように、不図示のドライバーから不図示のLN変調器モジュールを見た際に良好な電気的反射S11特性を実現できる。
【0026】
なお、図1に示した実施形態では抵抗膜が24a’、24b’と28a、28bの2段構成であるが、3段以上の構成でも良く、それらの構成をとることにより、特性がより改善されることは言うまでもない。
【0027】
[第2の実施形態]
図3に、本発明における実施形態のLN光変調器モジュールにおける電気的終端の抵抗部について、第1の実施形態の変形形態を示す。
【0028】
この第2の実施形態においては、抵抗膜28cが電気的終端用中心導体22に対して一方側のみに設けられており、この抵抗膜28cを高周波電気信号29cが伝搬するようになっている。抵抗膜28cの電気的終端用中心導体22に沿う方向の幅は、インピーダンス整合のために第1の実施形態の抵抗膜28bの幅の略2倍の大きさとなっている。
【0029】
この変形態様においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0030】
[各種実施形態]
以上においては、進行波電極としてはCPW電極を例にとり説明したが、非対称コプレーナストリップ(ACPS)や対称コプレーナストリップ(CPS)などの各種進行波電極、あるいは集中定数型の電極でも良いことは言うまでもない。そしてDQPSK型の光変調器などマッハツェンダ型光導波路をネスト状に組み合わせた構造や、シングル電極、あるいはDual電極などについても本発明は勿論有効である。また、光導波路としてはマッハツェンダ型光導波路の他に、方向性結合器や直線など、その他の光導波路でも良いことは言うまでもない。
【0031】
さらに、以上の実施形態はx−カット、y−カットもしくはz−カットの面方位、即ち、基板表面(カット面)に対して垂直な方向に結晶のx軸、y軸もしくはz軸を持つ基板にも適用可能であるし、以上に述べた各実施形態での面方位を主たる面方位とし、これらに他の面方位が副たる面方位として混在しても良い。また、基板が半導体の場合についても本発明を適用できる。
【産業上の利用可能性】
【0032】
以上のように、本発明に係る光変調器モジュールは、安価で、歩留まりが良い光変調器モジュールとして有用である。
【符号の説明】
【0033】
1:z−カットLN基板(基板、LN基板)
2:光導波路
3a:中心導体
3b、3c:接地導体
4:ドライバー
5:信号源
6:コンデンサ
7:パッケージ(筐体)
8:電気的終端
9:バイアス用端子
10:バイアス抵抗
11、12:高周波用コンデンサ
13:終端抵抗
14:低周波用コンデンサ
15:バイアス電源
16:CPW進行波電極の分布定数表現
17:インダクタンス
18:抵抗
19:キャパシタンス
20:コンダクタンス
21:電気的終端用基板
22:電気的終端用中心導体
22a:電気的終端用中心導体22の端部
23:電気的終端用接地導体
24a、24b、24a’、24b’、28a、28b、28c:抵抗膜
25、26a、26b:高周波電気信号
27:反射戻り信号
41:漏れた高周波電気信号
29a、29b、29c:伝搬する漏れた高周波電気信号41
50:LN光変調器
100:LN光変調器モジュール



【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記基板の一方の面側に形成され、前記光の位相を変調する高周波電気信号を印加するための中心導体及び接地導体からなる電極とからなる光変調器と、
前記光変調器の前記電極に接続され、当該電極を通過した高周波電気信号を終端する電気的終端と、
前記光変調器と前記電気的終端とを内部に配置する筐体と、を有する光変調器モジュールにおいて、
前記電気的終端は、前記高周波電気信号が入力される電気的終端用中心導体と、当該電気的終端用中心導体と抵抗膜を介して接続される電気的終端用接地導体とを備え、
前記抵抗膜は、前記電気的終端用中心導体を伝搬する前記高周波電気信号の伝搬方向に沿って複数個形成されていることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項2】
前記抵抗膜が、前記電気的終端用中心導体の、前記高周波電気信号の伝搬方向における両側に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光変調器モジュール。
【請求項3】
前記基板が半導体基板であることを特徴とする請求項1または2に記載の光変調器モジュール。




【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2013−45022(P2013−45022A)
【公開日】平成25年3月4日(2013.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−184089(P2011−184089)
【出願日】平成23年8月25日(2011.8.25)
【出願人】(000000572)アンリツ株式会社 (838)
【Fターム(参考)】