光调制器的制作方法

专利名称：光调制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及小型且消耗电力少的光调制器。
技术背景在具有如铌酸锂(LiNb03)那样通过施加电场而折射率就变化的所谓 电光效应的基板上(以下略叫做LN基板)上形成光波导路和行波电极的行 波电极型铌酸锂光调制器(以下略叫做LN光调制器)，由于其优良的编码 脉冲(于卞t。y夕、')特性而被适用在2.5Gbit/s、 10 Gbit/s的大容量光传 送系统中。最近正在讨i仑还适用于40 Gbit / s的超大容量光传送系统，而期 待作为关键设备。[第一现有例]图7表示使用z-断开LN基板1构成LN光调制器的第 一现有例立体图。 图8是图7的A-A'剖面图。LN光调制器包括z-断开LN基板1、 Si02 缓冲层2和马赫-齐纳光波导路3。在此，马赫-齐纳光波导路由把金属Ti 在1050。C下约热扩散10小时形成，构成马赫-齐纳干涉系统(或马赫-齐纳 光波导路)。在电信号与光相互作用的部(叫做相互作用部)中光波导路(或 相互作用光波导路)是马赫-齐纳光波导路的两个臂3a、 3b，被称为在各自 相互作用部中的第 一光波导路和第二光波导路。作为行波电极4々I定使用具有一个中心导体4a和两个4妻地导体4b、 4c 的共面波导管(CPW)。在光波导路中传播的光为了抑制从构成由中心导体4a和接地导体4b、 4c构成的行波电极4的金属(一般使用Au)受到的吸收损失，则降低传播 行波电极4的电信号的微波等价折射率(或行波电极的微波等价折射率) nm，使在第一光波导路3a和第二光波导路3b中传播的光的等价折射率(或 光波导路的等价折射率)n。接近，而且使特性阻抗尽量地接近50D，因此， 在行波电极与z-断开LN基板1之间通常堆积400nm 1 ium程度厚度的Si02 緩沖层2。 图9表示在行波电极的中心导体4a与接地导体4b、 4c之间施加电场 时电力线5的分布。从该图了解到，横穿第一光波导路3a和第二光波导路 3b的电力线5的方向相反。因此，当把在位于中心导体4a下的第二光波导 路3b中传播的光的相位变化量设定成A (]) 1,把在位于接地导体4b的第一 光波导路3a中传播的光的相位变化量设定成A小2时，则△ 4) 1与△ 42的 符号不同。通过把在马赫-齐纳光波导路的第一光波导路3a和第二光波导路 3b中传播的光的相位差A小t (=|A 小2|)设定成兀，则能实现光的OFF状态，能形成光信号脉冲。但由该第一现有例所示的z-断开LN光调制器形成的光信号脉沖在长 度数10Km的单模光纤内传播时，有脉冲的形崩溃的所谓编码脉沖的问题 点。下面关于这点进行说明。如从图9 了解到，中心导体4a的宽度比接地导体4b、 4c的宽度小， 其宽度大致与第二光波导路3b的宽度相同，是6jum 11 ]Lim左右。因此， 在中心导体4a下的第二光波导路3b中传播的光与电力线5的相互作用效率 高。另一方面，由于接地导体4b、 4c宽，所以从中心导体4a出来的电力线 5在接地导体4b、 4c中分布广，接地导体4b侧的第一光波导路3a与电力 线5的相互作用效率低。近似地成为IA cM|-5|A 4>2|。因此，在使用该现 有实施例的光调制器形成的光脉冲中产生编码脉冲。表示编码脉冲程度的 阿尔法参数(或a参数)能使用具有光信号脉沖相位cj)和振幅E的(1 )式 来表现(非专利文献l)。oc=[d4) /dt]/[ (1/E) (dE/dt) ] (1)这样地，a参数能使用具有输出光信号脉沖的相位变化量和强度变化 量来表现。且具体地，a参数能使用把(1 )式发展了的(2 )式来表现。a= ( r i - r2) / ( r 1+r2) (2)ri:把电信号(振幅)和在第一光波导路3a中传播的光(光焦度) 以被1标准化了的重积分表示的效率r2:把电信号(振幅)和在第二光波导路3b中传播的光(光焦度) 以被1标准化了的重积分表示的效率如上，在图7所示第一现有例形成的脉沖中产生编码脉冲的原因，起 因于在中心导体4a侧的第二光波导路3b和在接地导体4b侧的第一光波导 路3 a中产生的相位变化量的绝对值不同。[第二现有例]为了解决图7所示第 一现有例的问题点，把使用的第二现有例LN光调 制器表示在图10。对与第一现有例相同结构元件的号码省略说明。如图10所示，第二现有例的LN光调制器具备两个中心导体6a、 6b 和接地导体7a、 7b和7c。可以说该第二现有例使用了两个第一现有例所示 的CPW电极，被叫做双电极型或推4免型CPW行波电极。图IO还表示了电 力线8。该第二现有例中由于第一光波导路3a和第二光波导路3b位于在各 个宽度相等的两个CPW电极的中心导体6a、 6b正下方，所以在第一光波 导路3a和第二光波导路3b中传播的光的相位变化量成为绝对值相等而符 号相反，在原理上能实现零编码脉沖。但如前所述，由于在第一光波导路3a和第二光波导路3b中传播的光 的相位变化量必须是绝对值相等而符号相反，所以在使本实施例动作时需 要向图10所示第二现有例的中心导体6a、 6b施加正确的正、负逆相位的电 信号，产生了非常难的问题。即从集成电路(Integrated Circuit: IC)不同 的口出来的两个逆相位的电信号在从IC出来后，^巴向中心导体6a、 6b施加 时的相位变成正确的正、负逆相位就意味着在从IC输出后到相互作用部 的电长度要完全相同、且直到电波形的上沿、下沿形状要完全相同，实际 的现状是在技术上是非常艰难的。[第三现有例]为了解决图IO所示第二现有例的问题点，把提案的第三现有例LN光 调制器的上面图表示在图11,把其B-B'的剖面图表示在图12 (专利文献 1 )。且对与第一现有例相同结构元件的号码省略说明。第三现有例的LN光调制器具备马赫-齐纳光波导^各9，马赫-齐纳光波 导路9具备构成臂的两个光波导路即第一光波导路和第二光波导路9a、 9b。 LN光调制器还具备中心导体10a、 10b和接地导体lla、 llb、 llc。 z-断开 LN基板1具备不反转极化的区域la(极化非反转区域)和反转了极化的区 域lb(极化反转区域)。图12表示了电力线12。说明本现有例的动作原理。首先向马赫-齐纳光波导路9射入的光为了 在第一光波导路9a和第二光波导路9b中传播而被分路为2。另一方面，由 于中心导体10也分路成两个中心导体10a、 10b，所以如图12所示，电信
号被同方向地向第 一光波导路9a和第二光波导^各9b施加。通常，z-断开光调制器把用于制作光波导路的金属Ti从扩散状态作为 基板表面而使用-z面。因此，在不反转极化的区域la使用-z面，在反转 了极化的区域lb使用十z面。在电光学中当向-z面和+z面施加电场，则 产生的折射率变化是绝对值相等而符号相反。该第三现有例由于z-断开LN基板1以马赫-齐纳光波导路的中心附近 为边界把极化反转，所以图12所示的同方向的电力线12也是在第一光波 导路9a和第二光波导路9b中传播的光的相位变化符号相反。因此，通过使 在第一光波导路9a和第二光波导路9b中传播的光的相位变化绝对值相同 而符号相反，而想使光信号的编码脉沖变成零。 考察本现有例的问题点。一般地，LN光调制器制作3英寸到4英寸大小的z-断开LN基板，各 LN光调制器具备具有15 M m 30 ju m程度间隙的第 一光波导路9a和第二光 波导路9b。在制作图11所示现有实施例光调制器的工序中，考虑到实际制 作光波导路的工序。首先，把马赫-齐纳光波导路9的第一光波导路9a与第二光波导路9b 之间的中央作为边界来反转极化。在该反转极化的工序中，在z-断开LN基 板1的希望位置的上面和下面整个面上4巴电极进行布图后，施加高电场而 使极化畴反转，然后把在上下形成的电极进行腐蚀剥离。然后为了使极化 反转了的边界在第一光波导路9a与第二光波导路9b之间的中央合起来而 形成马赫-齐纳光波导路用的光刻胶图形，而且把金属Ti进行蒸镀、剥离。 最后使形成的金属Ti图形进行热扩散，形成马赫-齐纳光波导路9。由于在不反转极化的区域la和反转了极化的区域lb而基板的物性不 同，所以用于形成光波导路的金属Ti向z-断开LN基板扩散的状态也不同。 其结果是关于光的点尺寸和传播损失在不反转极化的区域la和反转了极化 的区域lb就不同。在形成于不反转极化区域la的第一光波导路9a中传播的光的点尺寸 与在形成于反转了极化区域lb的第二光波导路9b中传播的光的点尺寸不 同的情况，就变成在由中心导体10a、 10b和接地导体lla、 llb构成的行波 电极中传播的电信号与在第一光波导路9a和第二光波导路9b中传播的光 的相互作用效率(一般以电信号和光的光焦度重积分来表示)在第一光波导路9a和第二光波导路9b中不同。如在第一现有例图9中说明的那样，若在第一光波导路9a和第二光波 导路9b中传播的光的相位变化量绝对值不同，则从LN调制器射出的光具 有编码脉冲特性，使编码脉沖变成非常小的课题没被充分解决。且由于在不反转极化的区域la和反转了极化的区域lb传播损失也不 同，所以在第一光波导路9a和第二光波导路9b中传播的光的光焦度产生了 差，结果是还有OFF时的消光比恶化的问题。且如从图11 了解的那样，最大的问题点在于本实施例中电信号与光的 相互作用部需要把中心导体IO分割成两个中心导体10a、 10b。在此，若把 两个中心导体10a、10b部分设定成50Q系统，则在分割前就低到25Q程度， 若把分割部设定成500系统，则在分割后的中心导体10a、 10b部分就高到 IOOD程度，在原理上具有这样阻抗不整合的重大问题。且把中心导体10 分割成两个中心导体10a、 10b的分路部对于电信号的流动即电流来说是不 连续形状，所以产生电反射。且该分路部的有无对反射特性(S11特性)影 响大，结果具有对LN光调制器的合格品率有大影响的难题。[第四现有例]图13是专利文献2提倡的第四现有例LN调制器的上面图。该第四现有例的LN调制器中构成马赫-齐纳光波导路13的第 一 光波导 路13a和第二光波导路13b从不反转极化的区域15a (极化非反转区域)通 过反转极化的区域15b (极化反转区域)。图13所示第四现有例的特点在于中心导体14a和接地导体14b、 14c 与第一光波导路13a和第二光波导路13b的相对位置。即，不反转极化的区 域15a中第二光波导路13b之上有中心导体14a,第一光波导路13a之上有 接地导体14b。在此，区域16a表示不反转极化的区域15a的相互作用部。另一方面，在迁移区域16c，由中心导体14a和接地导体14b、 14c构 成的行波电极向基板表面方向进行位置位移。其结果是在反转极化的区域 15b中，中心导体14a位于第一光波导路13a之上，第二光波导路13b之上 有接地导体14c。在此，区域16b表示反转极化的区域15b的相互作用部。该第四现有例的LN调制器，把不反转极化的区域15a中的中心导体 14a的长度和反转极化的区域15b中，中心导体14a的长度设定与L/2相 等。即，通过使在第一光波导路13a和第二光波导路13b中传播的各个光在 不反转极化的区域15a和反转极化的区域15b中传播的距离相等，尝试想使 从光调制器射出的光的编码脉沖成为零。但该第四现有例由于存在有迁移区域16c，所以产生有制作一支术高和电 信号特性(或微波特性)恶化的两大问题点。即在不反转极化的区域15a 的相互作用部16a和反转极化的区域15b的相互作用部16b中的中心导体 14a的宽度细到6 11 iam程度，且中心导体14a与接地导体14b、 14c之间 的间隙窄到15um程度。且中心导体14a与接地导体14b、 14c的厚度从20 Hm到30jum地厚。为了形成该厚的行波电极，在涂布比该电极厚的保护膜后形成电极图 形，然后进行电镀。这样，尺寸比(作为中心导体14a的高度与宽度的比来 定义，这时是2到5)大，且为了制作中心导体14a与接地导体14b、 14c 之间的间隙小的电极，则需要高的技术，而且在迁移区域它们进行位置上 的变换，所以包含有厚膜保护膜的曝光和显影工序的形成图形是困难的。 其结果是制作行波电极时的合格品率低下。迁移区域16c对于电信号来说是不连续部。由于在中心导体14a和接 地导体14b、 14c中传播电信号即微波就是高频电流流动，所以由细的中心 导体14a形成的不连续部即迁移区域16c容易产生电反射。对于实际制作的LN光调制器，测定了在由中心导体14a和接地导体 14b、 14c构成行波电极中传播的电信号的透射特性S21，把结果表示在图 14。图中点划线表示的I与没插入光调制器的直通情况对应，把它设定成 基准水平。虚线表示的II与行波电极的形成(形成状态)不太好的情况对 应，虛线表示的III与行波电极的形成比较好的情况对应。从图了解到，在行波电极的形成不太好的情况II中，由于有大的电反 射，所以在微波的S21产生大的尖端。连在行波电极的制作比较好的情况 中，在S21也观测到若干起伏，而且不得不说微波传播损失(相对S21频 率的倾斜)稍微大。同样地，表示反射特性的Sll也产生恶化。S21的恶化就意味着没向第一光波导路13a和第二光波导路13b有效地 施加电信号，不能最终实现宽的光调制频带。如知晓的那样，在进行电信 号和光的速度整合时，电信号的6dB恶化频带成为3dB下降的光调制频带。 因此，当由于迁移区域16c的不连续部而S21恶化时，则光调制频带显著 变窄，在光传送系统中难于生成能适用光信号脉沖。且在40Gbit/s这样高
速传送方式中，迁移区域16c的电反射和电信号的传播损失显著增加。第四现有例通过使在第一光波导路13a和第二光波导路13b中传播的想实现使从光调制器射出的光信号脉沖的编码脉沖成为零。但一般地由于电信号的频率高和金属具有的导体损失，所以在由中心 导体14a和接地导体14b、 14c构成行波电极中传播的电信号在传播的同时 也变弱。因此，由于该电信号的传播损失，所以即使使不反转极化的区域 15a和反转极化的区域15b的长度与L / 2相等，在反转极化的区域15b的 行波电极中传播的电信号的强度也比不反转极化的区域15a的弱。其结果是 频率越高，则在第一光波导路13a和第二光波导路13b中传播的光的相位差 的绝对值就越不同，从光调制器射出的光信号脉沖具有编码脉冲。 专利文献1:(日本)特开2003-202530号公报 专利文献2:(曰本)特开2002-350796号公报非专利文南史 1: Fumio Koyama et al "Frequency Chirping in External Modulators ，， IE EE Journal of Lightwave Technology,vol.6，pp.87-93,Jan. 1988.如上，对于LN基板1作为使用极化反转的现有例，有把中心导体分割 为2并使位于构成马赫-齐纳光波导路的两个臂(光波导路)上方的结构 和通过使中心导体和接地导体向LN基板的表面方向变换而把中心导体 和接地导体与第一光波导路和第二光波导路的相对位置进行调换的结 构。前者的情况，在把中心导体分割为2的部位有阻抗的不整合，且该 分路部由于对于电信号即电流来说是不连续形状，所以产生电反射。后 者的情况，则需要用于把中心导体和接地导体与构成马赫-齐纳光波导路 的臂的两个光波导路的相对位置进行调换的迁移区域。由于在该迁移区 域把尺寸比大的中心导体进行位置变换，所以制作困难。且由于迁移区 域对于电信号来说是不连续部，所以电信号被反射，S21容易产生尖梢或 微波传播损失变大等，微波特性恶化，其结果是有光调制频带变狭窄的 问题。发明内容为了解决上述课题，本发明权利要求1的光调制器由具有电光效果的材料构成，而且包括基板，其具有不反转极化的区域和反转极化的区域；光波导路，其具备形成在所述基板的一面侧而用于把射入的光进行 分路的分路光波导路、用于传播被分路的所述光的第一光波导路和第二 光波导路、把在所述第一光波导路和所述第二光波导路中传播的所述光 进行合波的合波光波导路，使在所述第一光波导路和所述第二光波导路中传播的光与在由中心导 体和接地导体构成行波电极中传播的电信号相互作用的相互作用部包 括向相互不同方向极化的第一相互作用部和第二相互作用部，所述中心导体在所述第一相互作用部和所述第二相互作用部与所述第 一光波导路或所述第二光波导路相对，在所述第一相互作用部和所述第二相互作用部来调制在所述第一光波 导路和所述第二光波导路中传播的所述光的相位并生成光信号脉沖，其 中，通过在所述第一相互作用部与所述第二相互作用部之间设置光波导路 变换部而使在所述第一相互作用部和所述第二相互作用部所述第一光波 导路-波此的光轴不同，而且使在所述第 一相互作用部和所述第二相互作 用部所述第二光波导路彼此的光轴不同，在所述第一相互作用部和所述第二相互作用部^^所述中心导体和所述 接地导体与所述第一光波导路和所述第二光波导路的相对位置进行调 换。本发明权利要求2的光调制器使所述第一相互作用部的长度与所述第 二相互作用部的长度大致相等。本发明权利要求3的光调制器使所述第一相互作用部的长度比所述第 二相互作用部的长度短。本发明权利要求4的光调制器在所述相互作用部中的所述不反转极化 的区域和所述反转极化的区域的至少 一个区域是多个，在各个区域的边 界设置所述光波导路变换部。本发明权利要求5的光调制器使所述相互作用部的所述不反转极化的 区域和所述反转极化的区域的数量的和是奇数个。本发明权利要求6的光调制器使所述相互作用部的所述不反转极化的 区域和所述反转极化的区域的各个长度的和相互大致相等。
本发明权利要求7的光调制器比起所述基板是所述不反转极化的区域 和所述反转极化的区域的任一种的情况，所述光信号脉冲的编码脉冲变本发明权利要求8的光调制器使所述相互作用部的所述中心导体大致 是直线。本发明权利要求9的光调制器在所述光波导路变换部使所述中心导体的一部分形成得与所述第一光波导路和所述第二光波导路的一侧大致平行。本发明通过使行波电极中需要高制作技术的相互作用部大致变成笔直 而能极力抑制微波即电信号的特性恶化。且通过使光波导路进行位置变 换而使中心导体和接地导体与两个光波导路的相对位置在电信号与光的 多个相互作用部逆转。即只要适用本发明，在能通过抑制电信号的恶化 而实现宽的光调制频带，且能对于行波电极把两个光波导路的相对位置 进行调换，能极力抑制光信号脉冲的编码脉冲。


图1是本发明第一实施例光调制器的上面图；图2是图1的C-C'剖面图；图3是说明本发明效果的图；图4是本发明第二实施例光调制器的上面图；图5是图4的D-D'剖面图；图6是本发明第三实施例光调制器的上面图；图7是第 一现有例的光调制器；图8是图7的A-A'剖面图；图9是第一现有例理想的电力线分布的模式图；图IO是第二现有例的光调制器；图11是第三现有例的上面图；图12是图11的B-B'剖面图；图13是第四现有例的光调制器；图14是说明第四现有例问题点的图。符号说明 1: z-断开LN基板 2: Si02緩冲层3、 9、 13、 18、 22:马赫-齐纳光波导路 3a、 9a、 13 a、 18 a、 22 a:第一光波导路 3b、 9b、 13 b、 18 b、 22 b:第二光波导路 4: 4亍:;皮电才及4a、 6a、 6b、 10、 10 a、 10 b、 14 a、 19 a、 24 a:中心导体4b、 4c、 7a、 7 b、 7 c、 11 a、 11 b、 11 c、 14 b、 14 c、 19 b、 19 c、24 b、 24 c: 4妻地导体 5、 8、 12:电力线1 a、 15 a、 17 a、 21 a、 21 c:极化非反转区域 1 b、 15b、 17b、 21 b:极化反转区域16 a、 20 a、 23 a、 25 a:极化非反转区域的相互作用部(第一相互作用部)16 b、 20 b、 23 b、 25 b:极化反转区域的相互作用部(第二相互作用部)20c、 23d、 23e、 25c:光波导i 各变换部23c:极化非反转区域的相互作用部(第三相互作用部)具体实施方式
[第一实施例]图1表示本发明第一实施例的上面图，图2表示图1的C-C'剖面。 由于本实施例假定z-断开LN基板，所以需要图7第一现有例所示那样由 Si02等构成的缓沖层，在此为了说明简单而把Si02緩沖层省略。图2除 了 Si02緩冲层之外还把行波电极和光波导路省略，而仅表示了 z-断开LN基板。如图1所示，本实施例的光调制器具备把z-断开LN基板的极化不反 转的区域(极化非反转区域)17a和把z-断开LN基板的极化反转的区域(极 化反转区域)17b。光调制器还具备马赫-齐纳光波导路18。马赫-齐纳光波 导路18具有两个臂，各个第一光波导路18a和第二光波导路18b，或简单 地叫做光波导路。马赫-齐纳光波导路18还具备用于把向马赫-齐纳光波 导路18射入的光向第一光波导路18a和第二光波导^各18b分路的分路光波 导路和用于把在第一光波导路18a和第二光波导路18b中传播的光进行合 波的合波光波导路。本实施例的光调制器还具备CPW行波电极的中心导 体19a和CPW行波电极的接地导体19b、 19c。图1所示本发明第一实施例的特点在于，为了实现充分宽的光调制频 带而设定成最大限度产生决定光调制频带的电信号特性的结构。即，在决 定光调制特性的相互作用部，使在宽度和间隙等尺寸小的中心导体19a和接 地导体19b、 19c上不产生不连续部地大致设定成笔直，另外，使第一光波 导路18a和第二光波导路18b变换。在此，光调制器在极化不反转区域17a 中设置电信号与光的相互作用部20a,叫做第一相互作用部。且在极化反转 区域17b中设置电信号与光的相互作用部20b，叫做第二相互作用部。在第 一相互作用部20a与第二相互作用部20b之间设置光波导路变换部20c。从图1 了解到，在不反转极化的第一相互作用部20a中第二光波导路 18b之上有中心导体19a,第一光波导路18a之上有接地导体1%。即，中 心导体19a与第二光波导路18b相对。另一方面，在反转极化的第二相互作 用部20b中，第一光波导路18a之上有中心导体19a，第二光波导路18b之 上有接地导体19c。即中心导体19a与第一光波导路18a相对。即，本实施 例在z-断开LN基板的表面方向，通过使第一光波导^各18a和第二光波导路 18b在第 一相互作用部20a与第二相互作用部20b之间进行位置变换，而把 中心导体19a和接地导体19b、19c与第一光波导路18a和第二光波导路18b 的相对位置进行了调换，能把由LN光调制器生成的光信号脉冲的编码脉冲 变成非常小。本实施例由于把行波电极设定成笔直，所以在宽度6 11 nm程度窄的 中心导体19a和从中心导体19a经由15 jam左右的间隙形成的接地导体迁移区域16c这样行波电极不连续部的第四现有例相比，其制作合格品率格 外^t是高。且由于在电信号与光的相互作用部20a、 20b中没有电的不连续部， 所以对于电信号的透射特性S21没有由不连续部而引起的传播损失和电反射的增加。为了表示本发明的效果，把实际制作的本实施例的光调制器与图14所 示第四现有例的电透射特性S21重叠地表示在图3。在此，实线IV是本实施
例的特性。图中的i、 n、 in与图i4中的i、 n、 m各自对应，即i表示直通的基准水平。II是图14所示的第四现有例中迁移区域16c的形成不太 好的情况，III是迁移区域16c的形成比较好的情况。从图了解到，若与行波 电极具有不连续部的第四现有例比较，本实施例的S21对于频率的起伏少，了解到其特性比第四现有例形成好的情况被改善了 。在此，考虑一下本发明实施例具有优良特性的理由。如前所述，电信号即微波在传播时电流在细的中心导体中流动，且在图14所示第四现有例 的不连续部即迁移区域16c中流动时，电流不能乂人电才及流出。即电信号即樣i波容易被反射，可以说往往受到不连续部的影响。另一方面知道，只要光 波导路的不连续部形状变和緩，则光即使从光波导路有稍微流出也能返回18a和第二光波导路18b中传播时，在第一光波导路18a和第二光波导^各18b 从第一相互作用部20a向第二相互作用部20b进^^变换的光波导路变换部 20c中，通过使用具有一定程度大小曲率半径的弯曲光波导路而能大致无损 失地从第 一相互作用部20a向第二相互作用部20b移动。这样，本发明利用 了不连续部中微波和光的动作的不同。且当电极的透射特性S21恶化时， 则马上光调制器的光调制特性恶化，但对于光则即使有损失，也仅是光的 插入损失增加，作为光调制器最重要的特性即光调制频带没有任何影响， 这样的特点被使用。光波导路变换部20c的长度从数100 y m到lmm左右就足够了 。光波 导路变换部20c不能使在第一光波导路18a和第二光波导路18b中传播的光 的相位变化，由于通常电信号与光的相互作用长度的总和(在此是第一相 互作用部20a的长度与第二相互作用部20b的长度的和)是30mm到50mm 程度，所以光波导路变换部20c给予驱动电压的影响非常小。图1中，微波的输出口把第一光波导路18a和第二光波导路18b夹住 地位于在微波输入口的相反侧，但当然也可以与图7所示第一现有例同样 地使微波的输出口与微波的输入口在相同侧。关于图1的极化，在包含第 二相互作用部20b的z-断开LN基板的一半区域，其整体的极化被反转，但 也可以把第二相互作用部20b及仅其近旁的极化反转。图2中/人z-断开LN 基板的表面到反面把极化反转了 ，但也可以仅在z-断开LN基板的形成有马 赫-齐纳光波导路18的正面把极化反转。这些对于本发明的其他实施例也成立。本实施例最简单的结构是第一相互作用部20a的长度Ll与第二相互作 用部20b的长度L2大致相等的情况。在这种情况下通过设置第二相互作用 部20b，与图7所示第一现有例比较，也能大幅度减小生成的光信号脉沖的 编码脉沖。一般地当电信号的频率变高时，则由于金属所具有的导体损失而在由 中心导体19a和接地导体19b、 19c构成的行波电极中传播的电信号就在传 播的同时变弱。由于该电信号的传播损失，所以在第二相互作用部20b中 的行波电极中传播的电信号强度比在第一相互作用部20a的值弱。其结果是 第 一相互作用部20a的长度L1与第二相互作用部20b的长度L2等于L / 2 的情况下，当电信号的频率变高，则在第一光波导路18a和第二光波导路 18b中传播的光的相位差的绝对值在第 一相互作用部20a和第二相互作用部 20b中不同。因此，作为用于把编码脉冲极力变小的第一考虑方案，能举出通过把 不反转极化的第 一相互作用部20a的长度Ll设定成比反转极化的第二相互 作用部20b的长度L2短(L1〈L2)，这样来减小通过光调制器生成的光信 号脉冲的编码脉冲。且作为用于把编码脉冲极力变小的第二考虑方案，能举出通过把不反 转极化的第一相互作用部20a的长度Ll和反转极化的第二相互作用部20b 的长度L2进行适当设定，使在DC附近的低频区域和高频区域把表示编码 脉沖量的cc参数的符号进行调换，在规定的频率中，使oc参数变成零。在 此，由于作为光信号脉冲而在需要的规定频率频带内把oc参数平均设定成 零是重要的，所以a参数常为正或常为负，而仅在某频率变成零的情况把 光信号脉冲的编码脉冲充分减小困难。且作为用于把编码脉冲极力变小的第三考虑方案，能举出关于表示编 码脉冲量的oc参数，通过把频率作为变数而从DC附近到包含光信号脉冲的 规定最大频率进行积分并且使该积分值大致成为零地更抑制编码脉沖。这 点，通过把不反转极化区域的第一相互作用部20a的长度L1和反转极化的 第二相互作用部20b的长度L2进行适当设定就能实现。用于抑制编码脉冲的这三个考虑方案，不仅能适用对于中心导体和接 地导体的光波导路的相互位置进行调换的次数是一次的本发明第一实施例，而且能适用包含把其次数设定成多次的其他实施例的本发明所有实施例。波导路变换部20c进行位置偏移。但把第一光波导^各18a和第二光波导路 18b进行变换的同时，从微波的透射特性(S21 )和反射特性(Sll )的观点 看在实用上没有问题程度地把行波电极进行变换也在本发明的范畴内。其 结构作为第三实施例后述。为了极力抑制编码脉冲，在不反转极化的区域和反转了极化的区域中 需要把中心导体和接地导体与光波导路的相对位置进行调换，通过采用使 光波导路进行变换的本发明的基本考虑，能把用于极力抑制编码脉沖的所 需要的行波电极的变换量变小。因此，通过把光波导路进行位置变换，即 使在第四现有例的把行波电极变换的情况下，也能够抑制微波特性的恶化， 并且能够实现宽的光调制频带。这在本发明的所有实施例中成立。[第二实施例]图4表示本发明第二实施例的上面图。图5表示图4的D-D'剖面。 且为了说明简单而图4把图7所示的Si02缓冲层省略。图5除了 Si02緩 冲层之外还把行波电极和光波导路省略，而仅表示了 z-断开LN基板。如图4、图5所示，本实施例的光调制器具备把z-断开LN基板的极 化不反转的区域(极化非反转区域)21a、 21c和把z-断开LN基板的极化 反转的区域(极化反转区域)21b。光调制器还具备马赫-齐纳光波导路22， 形成有构成马赫-齐纳光波导路22的两个臂(第一光波导路和第二光波导 路)22a、 22b。 CPW行波电极的中心导体19a和CPW行波电才及的接地导体 19b、 19c与图1所示本发明的第一实施例相同。图4所示本发明第二实施例也使在宽度和间隙等尺寸小的中心导体 19a和接地导体19b、 19c上不产生不连续部地大致i殳定成笔直，而代之以， 使第一光波导路22a和第二光波导路22b两次进行位置变换。在此，在光调 制器中，设置在极化不反转区域21a中的电信号与光的相互作用部23a,叫 做第一相互作用部。还设置在极化反转区域21b中的电信号与光的相互作 用部23b，叫做第二相互作用部。且设置在极化不反转区域21c中的电信号 与光的相互作用部23c，叫做第三相互作用部。而且光调制器具备在第一 相互作用部23a与第二相互作用部23b之间设置的光波导路变换部23d和在
第二相互作用部23b与第三相互作用部23c之间设置的光波导路变换部 23e。这样，通过适用使光波导路进行变换的本发明，由于在行波电极上不 制作不连续部即迁移区域，所以能极力抑制电信号即微波的传播损失增加 和反射。且由于能把中心导体19a和接地导体19b、 19c与第一光波导路22a 和第二光波导路22b的相对位置在各相互作用部进4亍调换，所以如前所述， 能一边确保宽的光调制频带一边把由光调制器生成的光信号脉沖的编码脉 冲变得非常小。如前所述，当电信号的频率变高，则金属所具有的导体损失就增加。 因此，向第 一光波导路22a和第二光波导路22b作用的电信号的电场强度在 第一相互作用部23a最强，在第三相互作用部23c最弱，而在第二相互作用 部23b则是位于第一相互作用部与第三相互作用部之间。因此，对于用于把编码脉沖变小的决定L1、 L2、 L3的做法是即使L1 = L3 ^L2/2也有效果，且为了进一步改善而能适用与图l的第一实施例同 样的考虑方案。即通过把不反转极化区域的第一相互作用部23a的长度L1、反转极化 区域的第二相互作用部23b的长度L2和不反转极化区域的第三相互作用部 23c的长度L3进行适当设定，使在DC附近的低频区域和高频区域把表示 编码脉冲量的a参数的符号进行调换，在规定的频率使a参数变成零。在此，由于作为光信号脉冲而在需要的规定频率频带内把oc参数平均 设定成零是重要的，所以oc参数经常是正或经常是负，而仅在某频率变成 零的情况把光信号脉冲的编码脉沖充分减小是困难的。且作为其他的考虑方案，关于表示编码脉冲量的a参数，通过把频率 作为变数而从DC附近到包含光信号脉沖的规定最大频率进行积分，只要使 该积分值大致成为零就能更抑制编码脉沖。这点，通过把不反转极化区域 (极化非反转区域)的相互作用部23a的长度L1、反转极化区域(极化反 转区域)的相互作用部23b的长度L2和不反转极化区域(极化非反转区域) 的相互作用部23c的长度L3进行适当设定就能实现。[第三实施例]图6表示本发明第三实施例的上面图。图6的E-E'剖面与图2的相同。 且本实施例由于假定z-断开LN基板，所以需要图7第 一现有例所示那样由Si02等构成的缓冲层，在此为了说明简单而把Si02緩冲层省略。如前所述，图1所示本发明第一实施例的相互作用部把行波电极设定成笔直，且光波导路仅在光波导路变换部20c进行位置错移。但本第三实施 例在把第一光波导路18a和第二光波导路18b进行变换，并且从电极制作 性、微波的透射特性(S21)和反射特性(S11)的观点看在实用上没有问 题程度地4巴由中心导体24a和接地导体24b、 24c构成的行波电极进行变换。 通过这样，由于在光波导路变换部25c的一部分上也能进行光调制，所以事 实上能把第一相互作用部25a的长度Ll和第二相互作用部25b的长度L2 设定长。因此，与行波电极笔直的本发明第一实施例相比能实现效率更好 的光调制器。以上的说明中把各相互作用部中心导体的宽度和中心导体与接地导体 之间的间隙设定成一定，但也可以使它们在各区域不同。作为分路光波导路的例子使用了马赫-齐纳光波导路，但当然方向性结 合器等其他分路合波型的光波导路也能适用本发明，考虑方案也能适用三 个以上的光波导路。作为光波导路的形成方法，除了Ti热扩散法之外能适 用质子交换法等光波导路的各种形成法，作为緩冲层也能适用Si02以外的 各种材料。作为电极结构说明了使用CPW电极的结构，但也可以是非对称共面带 (ACPS)或对称共面带(CPS)等其他结构。把相互作用部中z-断开LN 基板的反转极化区域作为 一个部位进行了说明， <旦当然也可以是其以上，且现有使用的把行波电极设定厚或把緩冲层设定厚等缩小电信号与光 的速度差的手法也能原封不动地在本发明中适用。当然也可以把电信号的 输出侧在40Q和50Q等的终端器成为终端。如上，本发明的光调制器通过在第一相互作用部和第二相互作用部设 置使中心导体和接地导体与第一光波导路和第二光波导路的相对位置进行 调换的光波导路变换部，而不需要变形大地制作需要高制作技术的行波电 极。因此，有极力抑制微波即电信号特性恶化的效果，作为能极力抑制光 信号脉冲的编码脉冲的光调制器是有用的。
权利要求
1、一种光调制器，包括基板，其由具有电光效果的材料构成，具有不反转极化的区域和反转极化的区域；光波导路，其具备形成在所述基板的一面侧而用于把射入的光进行分路的分路光波导路、用于传播被分路的所述光的第一光波导路和第二光波导路、把在所述第一光波导路和所述第二光波导路中传播的所述光进行合波的合波光波导路，使在所述第一光波导路和所述第二光波导路中传播的光与在由中心导体和接地导体构成行波电极中传播的电信号相互作用的相互作用部包括向相互不同方向极化的第一相互作用部和第二相互作用部，所述中心导体在所述第一相互作用部和所述第二相互作用部与所述第一光波导路或所述第二光波导路相对，在所述第一相互作用部和所述第二相互作用部来调制在所述第一光波导路和所述第二光波导路中传播的所述光的相位并生成光信号脉冲，其特征在于，通过在所述第一相互作用部与所述第二相互作用部之间设置光波导路变换部，而使在所述第一相互作用部和所述第二相互作用部，所述第一光波导路彼此的光轴不同，而且使在所述第一相互作用部和所述第二相互作用部使所述第二光波导路彼此的光轴不同，在所述第一相互作用部和所述第二相互作用部把所述中心导体和所述接地导体与所述第一光波导路和所述第二光波导路的相对位置进行调换。
2、 如权利要求1所述的光调制器，其特征在于，所述第一相互作用部 的长度与所述第二相互作用部的长度大致相等。
3、 如权利要求1所述的光调制器，其特征在于，所述第一相互作用部 的长度比所述第二相互作用部的长度短。
4、 如权利要求1所述的光调制器，其特征在于，在所述相互作用部中 的所述不反转极化的区域和所述反转极化的区域的至少 一个区域是多 个，在该各个区域的边界设置所述光波导路变换部。
5、 如权利要求4所述的光调制器，其特征在于，所述相互作用部的所述不反转极化的区域和所述反转极化的区域的数量的和是奇数个。
6、 如权利要求5所述的光调制器，其特征在于，所述相互作用部的所 述不反转极化的区域和所述反转极化的区域的各个长度的和相互大致相等。
7、 如权利要求1到6所述的光调制器，其特征在于，比起所述基板是 所述不反转极化的区域和所述反转极化的区域的任一种的情况，所述光 信号脉冲的编码脉冲变小。
8、 如权利要求1到7所述的光调制器，其特征在于，所述相互作用部 的所述中心导体大致是直线。
9、 如权利要求1到7所述的光调制器，其特征在于，在所述光波导路 变换部使所述中心导体的一部分形成得与所述第一光波导路和所述第二 光波导路的一方大致平行。
全文摘要
一种光调制器，包括具有不反转极化的区域(17a)和反转极化的区域(17b)的基板、具备第一和第二光波导路(18a)、(18b)的光波导路(18)，使在第一和第二光波导路中传播的光与在由中心导体(19a)和接地导体(19b)、(19c)构成行波电极中传播的电信号相互作用的相互作用部包括向相互不同方向极化的第一、第二相互作用部(20a)、(20b)，中心导体在第一和第二相互作用部与第一或第二光波导路相对，在第一和第二相互作用部来调制在第一和第二光波导路中传播的光的相位，其中，在第一与第二相互作用部之间设置光波导路变换部(20c)，在第一和第二相互作用部，把中心导体和接地导体与第一和第二光波导路的相对位置进行调换。
文档编号G02F1/035GK101151571SQ20068001012
公开日2008年3月26日 申请日期2006年2月16日 优先权日2005年2月17日
发明者中平彻, 仙田宏明, 佐藤勇治, 内田靖二, 名波雅也, 本藤武, 河野健治 申请人:安立股份有限公司