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】基板に形成された光導波路と、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収納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電気的終端用接地導体とを備え、入力される高周波電気信号を吸収してジュール熱に変換する抵抗膜が、第1抵抗膜として電気的終端用中心導体と電気的終端用接地導体とを高周波電気信号の搬送方向と交わる向きで接続して配置されるとともに、第2抵抗膜として電気的終端用中心導体を伝搬する高周波電気信号を遮る位置に配置される。

【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6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7に図6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8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8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6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9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9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9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10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10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、前記電気的終端用中心導体と所定間隔を有した位置で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並んで形成された電気的終端用接地導体とを備え、また、入力される前記高周波電気信号を吸収してジュール熱に変換する抵抗膜が、第1抵抗膜として前記電気的終端用中心導体と前記電気的終端用接地導体とを前記高周波電気信号の搬送方向と交わる向きで接続して配置されているとともに、第2抵抗膜として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を遮る位置に配置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、前記第2抵抗膜が、前記電気的終端用接地導体の前記高周波電気信号伝搬方向側の端に配置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に記載の光変調器モジュールにおいて、前記電気的終端用中心導体が、前記高周波電気信号伝搬方向に沿って順に第1中心導体と第2中心導体とを含む少なくとも2つ以上の複数で構成され、前記第1中心導体と前記第2中心導体との間に前記第2抵抗膜が配置されていることを特徴としている。
【0020】
上記課題を解決するために、本発明の請求項4に記載の光変調器モジュールは、請求項3に記載の光変調器モジュールにおいて、前記第2中心導体と前記電気的終端用接地導体との間に、前記第1抵抗膜が配置されていることを特徴としている。
【0021】
上記課題を解決するために、本発明の請求項5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、前記電気的終端用中心導体が、前記高周波電気信号伝搬方向に沿って複数で構成され、複数の前記電気的終端用中心導体間に前記第2抵抗膜が配置されていることを特徴としている。
【0022】
上記課題を解決するために、本発明の請求項6に記載の光変調器モジュールは、請求項5に記載の光変調器モジュールにおいて、記複数の電気的終端用中心導体のうちの前記高周波電気信号伝搬方向における最後尾の電気的終端用中心導体の、前記高周波電気信号伝搬方向側端に、前記第2抵抗膜がさらに配置されていることを特徴としている。
【0023】
上記課題を解決するために、本発明の請求項7に記載の光変調器モジュールは、請求項3乃至6のいずれか一項に記載の光変調器モジュールにおいて、前記複数の前記電気的終端用中心導体のうちの少なくとも一部が互いに接続されていることを特徴としている。
【0024】
上記課題を解決するために、本発明の請求項8に記載の光変調器モジュールは、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光変調器モジュールにおいて、前記第1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と交わる向きにおける両側に形成されていることを特徴としている。
【0025】
上記課題を解決するために、本発明の請求項9に記載の光変調器モジュールは、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光変調器モジュールにおいて、前記第1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と交わる向きにおける一方側のみに形成されていることを特徴としている。
【0026】
上記課題を解決するために、本発明の請求項10に記載の光変調器モジュールは、請求項1乃至9のいずれか一項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】
【0027】
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、その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】
【0028】
【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】本発明に係る光変調器モジュールの第3の実施形態を示す図
【図5】本発明に係る光変調器モジュールの第4の実施形態を示す図
【図6】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7】従来技術に係る光変調器モジュールの等価回路図
【図8】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9】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10】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】
【0029】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図6〜図9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。
【0030】
[第1の実施形態]
図1に、本発明の第1の実施形態の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。この第1の実施形態では、従来と同様の抵抗膜24a´、24b´(第1抵抗膜)に加え、電気的終端用中心導体用として、電気的終端用中心導体22´を伝搬する高周波電気信号の伝搬方向側の端に、新たに抵抗膜28(第2抵抗膜)を設けている。なお、抵抗膜24a´、24b´、28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。
【0031】
電気的終端用中心導体22´に高周波電気信号25が入射すると、図9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、高周波電気信号25の一部は抵抗膜24a´、24b´により吸収されずに、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を伝搬する。
【0032】
そして本実施形態の構造をとることにより、この漏れた高周波電気信号41を電気的終端用中心導体22´の長手方向側の端に設けた抵抗膜28により吸収することができる。なお、図1において29は抵抗膜28に伝搬する高周波電気信号であり、抵抗膜28により吸収される(ジュール熱に変換される)様子を表している。
【0033】
従って、本発明では電気的終端用中心導体22´の端部22a´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大幅に改善された電気的反射S11特性を実現できる。
【0034】
[第2の実施形態]
図3に、本発明の第2の実施形態の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、図1に示した第1の実施形態の変形形態を示す。
【0035】
この第2の実施形態においては、電気的終端用中心導体を高周波電気信号25の伝搬方向に22´´と22´´´(第1中心導体と第2中心導体)に分割し、22´´と22´´´の間に抵抗膜28´(第2抵抗膜)を設けている。そして従来と同様の抵抗膜24a´、24b´(第1抵抗膜)を、高周波電気信号伝搬方向後段側の電気的終端用中心導体22´´´と接地導体23との間に配置している。
【0036】
電気的終端用中心導体22´´に高周波電気信号25が入射すると、その一部もしくは大部分は抵抗膜28´を伝搬することにより吸収されジュール熱に変換されるが、ある程度の割合は抵抗膜28´では吸収されずに、漏れた高周波電気信号42として電気的終端用中心導体22´´´を伝搬する。この漏れた高周波電気信号42は抵抗膜24a´、24b´に33a、33bとして伝搬し、抵抗膜24a´、24b´により吸収され、ジュール熱に変換される。
本実施形態では高周波電気信号25に抵抗膜28´を伝搬させることによりある程度減衰させた後に、抵抗24a´、24b´によりさらに減衰させるので、第1の実施形態と同様かそれ以上の優れた電気的反射S11特性を実現できる。
【0037】
[第3の実施形態]
図4に、本発明の実施形態の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2の実施形態の変形形態を示す。本第3の実施形態では、電気的終端用中心導体22´´と22´´´との間に設けた抵抗膜28´´の面積(あるいは幅)を、図3に示した第2の実施形態に設けた抵抗膜28´の面積(あるいは幅)よりも広くしている。このように構成することにより、抵抗膜28´´での熱放散の効率が改善されるので、高周波電気信号25のパワーがより大きくなっても壊れにくいという特徴がある。
【0038】
なお、図3に示しているように、抵抗膜28´´と接地導体23とのギャップW´と、電気的終端用中心導体22´´´と接地導体23とのギャップWとは、高周波電気信号としての特性インピーダンスを考慮して互いに異ならしめても良いし、影響は小さいとして互いに同じとしても良いことは言うまでもない。
【0039】
さらに、抵抗膜の幅を電気的終端用中心導体の幅よりも広くするという考え方は、本実施形態以外の全ての実施形態にも適用可能である。
【0040】
また、本実施形態での説明においては、説明を簡単にするために電気的終端用中心導体22´´と22´´´とは完全に電気的に分離されており、それらを抵抗膜28´´が電気的に接続するとしたが、電気的終端用中心導体22´´と22´´´とは完全に電気的に分離されていなくても高周波電気信号にとって抵抗膜28´´が見える程度に(換言すると、高周波電気信号が抵抗膜28´´でジュール熱に変換されるように)電気的終端用中心導体22´´と22´´´とが電気的に接続されていても良いことは言うまでもない。つまり、電気的終端用中心導体22´´と22´´´との間が、幅の狭くなったあるいは厚みが薄くなった電気的終端用中心導体で接続されていても良い。なお、このように互いに接続された電気的終端用中心導体は電気的には完全に絶縁されていないので単一の電気的終端用中心導体と言うこともできるが、実質的には複数の電気的終端用中心導体である。また、この接続構造は、電気的終端用中心導体が分離配置された他の実施形態においても適用することができる。
【0041】
[第4の実施形態]
図5に、本発明の実施形態の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4の実施形態を示す。22´´と22´´´´は電気的終端用中心導体(複数の中心導体)であり、28と28´は抵抗膜(第2抵抗膜)である。この第4の実施形態は、いわば図1に示した第1の実施形態と図3に示した第2の実施形態を組み合わせた構造となっている。
【0042】
つまり、不図示の高周波電気信号を抵抗膜28´によりある程度吸収させた後に抵抗膜24a´、24b´により減衰させ、さらに漏れた高周波電気信号43を抵抗膜28により完全に吸収するという構成である。従って、本実施形態を用いることにより極めて優れた電気的反射S11特性を実現することができる。
【0043】
なお、抵抗膜24a´と24b´はどちらか一方のみの構成としても良い。また、電気的終端用中心導体の高周波電気信号25の伝搬方向に設ける抵抗膜は28、28´の2つとして説明したが、3つ以上設けても良い。そしてこのことは本発明の全ての実施形態について言うことができる。
【0044】
さらに抵抗膜28、28´と抵抗膜24a´、24b´とは、電気的終端用中心導体22´´、22´´´´の長手方向(高周波電気信号25の伝搬方向)において、少なくとも一部が電気的に接続された構成となっていても良いことは言うまでもない。
【0045】
[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。
【0046】
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】
【0047】
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】
【0048】
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、22´、22´´´、22´´´´:電気的終端用中心導体
22a、22a´:電気的終端用中心導体22、22a´の端部
23:電気的終端用接地導体
24a、24b、24a´、24b´:抵抗膜(第1抵抗膜)
28、28´、28´´:抵抗膜(第2抵抗膜)
25、26a、26b、33a、33b:高周波電気信号
27:反射戻り信号
41、42、43:漏れた高周波電気信号
29:伝搬する漏れた高周波電気信号
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、前記電気的終端用中心導体と所定間隔を有した位置で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並んで形成された電気的終端用接地導体とを備え、
また、入力される前記高周波電気信号を吸収してジュール熱に変換する抵抗膜が、第1抵抗膜として前記電気的終端用中心導体と前記電気的終端用接地導体とを前記高周波電気信号の搬送方向と交わる向きで接続して配置されているとともに、第2抵抗膜として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を遮る位置に配置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】
前記第2抵抗膜が、前記電気的終端用接地導体の前記高周波電気信号伝搬方向側の端に配置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】
前記電気的終端用中心導体が、前記高周波電気信号伝搬方向に沿って順に第1中心導体と第2中心導体とを含む少なくとも2つ以上の複数で構成され、
前記第1中心導体と前記第2中心導体との間に前記第2抵抗膜が配置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4】
前記第2中心導体と前記電気的終端用接地導体との間に、前記第1抵抗膜が配置されていることを特徴とする請求項3に記載の光変調器モジュール。
【請求項5】
前記電気的終端用中心導体が、前記高周波電気信号伝搬方向に沿って複数で構成され、
複数の前記電気的終端用中心導体間に前記第2抵抗膜が配置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6】
前記複数の電気的終端用中心導体のうちの前記高周波電気信号伝搬方向における最後尾の電気的終端用中心導体の、前記高周波電気信号伝搬方向側端に、前記第2抵抗膜がさらに配置されていることを特徴とする請求項5に記載の光変調器モジュール。
【請求項7】
前記複数の前記電気的終端用中心導体のうちの少なくとも一部が互いに接続されていることを特徴とする請求項3乃至6のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項8】
前記第1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と交わる向き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乃至7のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項9】
前記第1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と交わる向きにおける一方側のみに形成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項10】
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乃至9のいずれか一項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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【図9】
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【図10】
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