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導波路型光変調器

国内特許コード P100001349
整理番号 P10-003
掲載日 2010年12月13日
出願番号 特願2010-153566
公開番号 特開2012-018202
登録番号 特許第5665173号
出願日 平成22年7月6日(2010.7.6)
公開日 平成24年1月26日(2012.1.26)
登録日 平成26年12月19日(2014.12.19)
発明者
  • 古神 義則
  • 清水 隆志
  • 近藤 充和
  • 鳥羽 良和
  • 佐藤 正博
  • 山内 隆行
出願人
  • 国立大学法人宇都宮大学
  • 株式会社精工技研
発明の名称 導波路型光変調器
発明の概要 【課題】 簡単な構成でマイクロ波帯などの超高周波域で高い変調効率を実現することが可能な導波路型光変調器を提供すること。
【解決手段】 基板2と、マッハツェンダー型光導波路3と変調電極とからなり、変調電極は電界印加線路4a、5aを備えた4段の共振電極部9と給電部6とからなり、給電結合線路7b、8b、共振結合線路4b、5bにより各部間の結合がなされている。各共振電極部および4段の共振電極部全体が変調信号の周波数において共振器となるように構成され、1段目と3段目の電界印加線路で同相の電界となり、2段目と4段目の電界印加線路で逆相の反転電界となるように、線路長が調整され、電界印加線路4a、5aの配置の周期Pは、位相シフト光導波路3b,3cの等価屈折率をn、変調信号の周波数をf、真空中での光速をcとすると、P=c/2nfとなるように配置されている。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


近年、放送の再送信やネットワークの柔軟性を高める目的で、無線信号をそのまま光伝送する用途が広がっている。この場合、電源設備の不要化や、雷害、ノイズ対策などの理由で、無線電波の受信点から無給電で信号を受信伝送することが望まれることがある。このためには、受信電波のエネルギーだけで光変調を行うために、高速、高効率の光変調器が要求される。



従来、マイクロ波帯などの超高周波域での高効率の光変調器は、導波路型光変調器で実現されている。このような導波路型光変調器としては、(1)通常の光通信システムで用いられている進行波型光変調器、(2)外付けの共振回路と組み合わせた分割型電極による光変調器(例えば、非特許文献1参照)、(3)共振型電極による光変調器(例えば、特許文献1参照)、などが知られている。



上記(1)の進行波型光変調器は、変調波と光波との速度整合を取ることにより広帯域特性を有し、電極長を大きくして低電圧動作可能な光変調器が実現され、光通信用として実用化されている。しかし、上述したような無給電で光変調する用途には十分でなく、また、電極間容量が大きいため、外付けの共振回路を付加することができない。



上記(2)の光変調器方式では、光の通過時間の制限により電極長を短くする必要があるが、分割電極構造により電極間容量を小さくして共振回路の付加を可能とすることにより、印加電圧を大きくして高効率化している。また、上記(3)の共振電極型では、電極を変調波に対して共振器構造とすることにより、光導波路に印加される電圧を増大させ高効率化している。(2),(3)の方式とも帯域は狭いが、無線電波信号の伝送では狭帯域でも使用できる。



しかし、(2),(3)の方式でも、マイクロ波帯のように数GHz以上の高周波域では、光波の通過時間による制限のため、有効な電極長がさらに小さくなり、変調効率が低下していた。



そこで、光導波路中の変調された光波の速度に整合させて複数の共振電極を周期的に配置する方法が提案されている(例えば、非特許文献2参照)。この方法では、共振電極の数だけ変調効率を増大させることができる。

産業上の利用分野


本発明は、光変調や光のスイッチングを行う光変調器に関し、特に光導波路を用いた導波路型光変調器に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
電気光学効果を有する材料からなる基板と、該基板上に形成された入力光導波路、該入力光導波路より分岐した2本の位相シフト光導波路、および該2本の位相シフト光導波路が合流した出力光導波路を有する光導波路と、前記基板上に配置された前記位相シフト光導波路に電界を印加するための変調電極と、該変調電極に変調信号を印加する変調信号印加手段とを備え、
前記変調電極は、前記変調信号印加手段に接続される給電部と少なくとも1つの共振電極部とからなり、
前記給電部は前記共振電極部に前記変調信号の電力を供給するための給電結合線路を有し、
前記共振電極部はその両端部に設けた共振結合線路と該共振結合線路の間に設けた前記位相シフト光導波路の延伸方向に平行で前記位相シフト光導波路に近接して配置されたスロット線路またはコプレーナ線路からなる電界印加線路とを有し、
前記給電結合線路と前記共振結合線路とが近接して並置され互いに結合することにより、前記給電部より前記共振電極部に前記変調信号の電力の供給がなされ、
前記共振電極部は前記共振結合線路の前記電界印加線路より遠い側の端部を開放端または短絡端とすることにより前記共振結合線路と前記電界印加線路とが全体として共振するように構成されていることを特徴とする導波路型光変調器。

【請求項2】
前記変調電極は前記共振電極部を複数個有し、該共振電極部の少なくとも一方の共振結合線路は、前記給電結合線路または隣接する共振電極部の共振結合線路と近接して並置され互いに結合しており、該互いに結合した複数の共振電極部は全体として共振するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の導波路型光変調器。

【請求項3】
前記位相シフト光導波路の延伸方向に互いに隣接する前記共振電極部の前記電界印加線路により前記各位相シフト光導波路に印加される電界の方向が互いに反転するように形成されていることを特徴とする請求項2に記載の導波路型光変調器。

【請求項4】
前記位相シフト光導波路の等価屈折率をn、前記変調信号の周波数をf0、真空中での光速をcとすると、前記位相シフト光導波路の延伸方向における前記複数の電界印加線路の中心間距離P1が、P1=c/2nf(但し、f=0.4f0~1.3f0)となるように配置されていることを特徴とする請求項3に記載の導波路型光変調器。

【請求項5】
前記変調電極は、前記位相シフト光導波路の延伸方向に互いに隣接する前記共振電極部の前記電界印加線路により前記各位相シフト光導波路に印加される電界の方向が互いに同相となるように形成されていることを特徴とする請求項2に記載の導波路型光変調器。

【請求項6】
前記位相シフト光導波路の等価屈折率をn、前記変調信号の周波数をf0、真空中での光速をcとすると、前記位相シフト光導波路の延伸方向における前記複数の電界印加線路の中心間距離P2が、P2=c/nf(但し、f=0.4f0~1.3f0)となるように配置されていることを特徴とする請求項5に記載の導波路型光変調器。
産業区分
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2010153566thum.jpg
出願権利状態 登録
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