光変調器モジュール
【課題】大きな高周波電気信号が入力されても熱破壊されることのない高い信頼性を有する光変調器モジュールを提供する。
【解決手段】基板と、光導波路と、光の位相を変調する高周波電気信号を印加するための電極とからなる光変調器と、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、電気的終端用接地導体と、電気的終端用中心導体と電気的終端用接地導体とを接続し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複数でなる抵抗膜とを備え、電気的終端用中心導体の近傍に位置する第1抵抗膜は高周波電気信号が入力されることにより発生するジュール熱によって破壊されない吸収効率でなるとともに、別の抵抗膜は、第1抵抗膜の吸収効率よりも大きい吸収効率でなる。
【解決手段】基板と、光導波路と、光の位相を変調する高周波電気信号を印加するための電極とからなる光変調器と、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、電気的終端用接地導体と、電気的終端用中心導体と電気的終端用接地導体とを接続し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複数でなる抵抗膜とを備え、電気的終端用中心導体の近傍に位置する第1抵抗膜は高周波電気信号が入力されることにより発生するジュール熱によって破壊されない吸収効率でなるとともに、別の抵抗膜は、第1抵抗膜の吸収効率よりも大きい吸収効率でなる。
【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(LiNbO3)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7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SiO2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RB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RL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8に図7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Vb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9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、Vb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9に示すように、通常、バイアス電圧Vbは光出力特性の山と底の中点に設定される。バイアスVb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7に示した従来技術の電気的終端8のコンデンサ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10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との間に接続して設けられた一定幅W、長さLでなる抵抗膜24a、24bに伝搬し、そこでジュール熱に変換される。図10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】
図11には抵抗膜24aを伝搬する高周波電気信号26aの伝搬距離zを変数とした場合に抵抗膜24aにおいて生じるジュール熱量の総量を示す。図11からわかるように、ジュール熱量はzが小さい場合には大きく、zが大きくなるにつれて急速に減少する。
【0013】
図12には抵抗膜24aを伝搬する高周波電気信号26aの伝搬距離zを変数とした場合に抵抗膜24aの単位面積当たりに生じるジュール熱量を示す。なお、図12には抵抗膜24aの熱による破壊限界も点線により示している。
図12からわかるように、図10に示した従来技術では高周波電気信号26aの伝搬距離zが小さい領域において抵抗膜24aを構成するNiCrなどの材料が熱により破壊されてしまう。また、破壊防止対策として抵抗膜に吸収効率の小さい材料を適用したとしても、今度は高周波電気信号を完全に終端することができず、反射戻り信号が発生してしまうことになる。
【0014】
なお、以上においては図10における図の左半分についてのみ議論したが、右半分(抵抗膜24b)についても同じことが成り立つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0015】
【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】
【0016】
以上のように、従来技術では抵抗膜に伝搬した高周波電気信号がジュール熱に変換される場合に、抵抗膜が熱破壊されてしまうという問題があった。
【0017】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、熱破壊に強い抵抗膜を具備する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】
【0018】
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、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接続し、接続された前記電気的終端用中心導体から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とを備え、前記抵抗膜は前記電気的終端用中心導体から前記電気的終端用接地導体に向かって複数で構成され、当該複数の抵抗膜のうちの前記電気的終端用中心導体の近傍に位置する第1抵抗膜は、前記高周波電気信号が入力されることにより発生する前記ジュール熱によって破壊されない吸収効率でなるとともに、前記第1抵抗膜と前記電気的終端用接地導体との間に位置する別の抵抗膜は、前記第1抵抗膜の吸収効率よりも大きい吸収効率でな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、前記別の抵抗膜の厚みが、前記第1抵抗膜の厚みよりも厚い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、前記別の抵抗膜の材料が、前記第1抵抗膜の吸収係数よりも大きい吸収係数を持つ材料でな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4に記載の光変調器モジュールは、請求項1乃至3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に接して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5に記載の光変調器モジュールは、請求項1乃至4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。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、高周波電気信号の伝搬する初期の領域では、抵抗膜の吸収効率を小さくしているので、抵抗膜の単位面積当たりに発生するジュール熱を抵抗膜の破壊限界より小さくすることができ、高周波電気信号の伝搬する後段の領域では、初期の領域よりも吸収効率を大きく構成していることにより効率的に終端することができ、高信頼な光変調器モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の第1の実施形態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】本発明の第1の実施形態に係る光変調器モジュールの構成を説明する図
【図3】本発明の第1の実施形態に係る光変調器モジュールの効果を説明する図
【図4】本発明の第2の実施形態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5】本発明の第2の実施形態に係る光変調器モジュールの構成を説明する図
【図6】本発明の第2の実施形態に係る光変調器モジュールの変形例
【図7】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8】従来技術に係る光変調器モジュールの等価回路図
【図9】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10】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11】従来技術の問題点を説明する図
【図12】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】
【0025】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図7〜図12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。
【0026】
[第1の実施形態]
図1に、本発明における第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。本発明における第1の実施形態において特徴的な構成は、一定幅W、長さLで構成された抵抗膜であって、高周波電気信号26aの伝搬距離zが延びるとともに(換言すれば、高周波電気信号26aが電気的終端用中心導体22から電気的終端用接地導体23へ向かうとともに)、抵抗膜の吸収効率が小さな第1抵抗膜27aから大きな第2抵抗膜27bへと変わって配置している点である。なお、抵抗膜27c、27dはそれぞれ27a、27bと同一であり、電気的終端用中心導体22を中心に左右対称で構成されている。抵抗膜27a、27bについての議論は抵抗膜27c、27dについても同様と言うことができるので、説明を簡単にするために、ここでは図1における左半分(抵抗膜27a、27b)についてのみで議論する。
【0027】
高周波電気信号26aの伝搬距離zと抵抗膜27aと27bの吸収効率の関係を図2に示す。図2には図10に示した従来技術における抵抗膜24aの吸収効率も破線で示している。また高周波電気信号26aの伝搬距離zと抵抗膜27a及び27bの単位面積当たりに発生するジュール熱を図3に示す。図3には図10に示した従来技術における抵抗膜24aの単位面積当たりに発生するジュール熱も破線で示している。
【0028】
図2に示すように本実施形態では高周波電気信号26aの伝搬距離zが小さい領域に対応する第1抵抗膜27aの吸収効率を、破線で示した従来技術よりも小さく構成している。これにより、図3に示すように、高周波電気信号26aの伝搬距離zが小さい領域に対応する第1抵抗膜27aにおいて発生する単位面積あたりのジュール熱を、図3中に示した抵抗膜の破壊限界よりも小さくなるようにしている。そして、高周波電気信号26aの伝搬距離zが大きい領域に対応する第2抵抗膜27bの吸収効率を第1抵抗膜27aの吸収効率よりも高く設定している。したがって、この領域においては第1抵抗膜27aにおいて発生する単位面積あたりのジュール熱は従来技術よりも大きくなるが、抵抗膜の破壊限界よりも小さいので問題とならない。
【0029】
このように、高周波電気信号26aについて要求される抵抗膜による吸収量は従来技術と同じ程度に設定しつつ、高周波電気信号26aの伝搬距離zが小さい領域でも大きい領域でも抵抗膜において発生する単位面積あたりのジュール熱を従来技術よりも小さくしている。
【0030】
なお、第1及び第2抵抗膜27a、27bの吸収効率を変えるには、第1及び第2抵抗膜27a、27bの材料としての吸収係数が各抵抗膜について同じであれば、第1抵抗膜27aの厚みを薄くし、第2抵抗膜27bの厚みを厚くすれば良い。具体的な作成手順を述べれば、まず中心導体22と接地導体23との間に所定厚さの抵抗膜(その1)を取り付け、当該抵抗膜(その1)の接地導体23側のみに所定厚さの抵抗膜(その2)を取り付けることで、接地導体23側のみ分厚い構成とすることができる。
【0031】
また、第1及び第2抵抗膜27a、27bの厚みが同じであれば、第1抵抗膜27aの材料として、第2抵抗膜27bの材料の持つ吸収係数よりも小さい吸収係数を持つ材料を選択すれば良い。
【0032】
一般に抵抗値としては35〜50Ω程度が望まれるが、第1及び第2抵抗膜27a、27b合計としての抵抗値は厚みの変化や材料の変化を考慮して所望の値に設定すれば良い。
【0033】
さらに、抵抗膜の厚みの大小による吸収効率の大小と材料選択による吸収係数の大小とを組み合わせた配置としても良い。また、本実施形態においては2種類とした第1及び第2抵抗膜27a、27bを、3種類あるいはそれ以上で構成しても良い。また、高周波電気信号の伝搬距離zが延びるに従って高周波電気信号の吸収効率を変えて構成するという本発明の思想に沿う限りは、図1の全体の構成を電気的終端用中心導体22に対して左右非対称に構成しても良いことは言うまでもない。そして以上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。
【0034】
[第2の実施形態]
図4に、本発明における第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、その模式的な上面図を示す。本発明における第2の実施形態において特徴的な構成は、不図示の高周波電気信号を吸収する抵抗膜を第1〜4抵抗膜28a、28b、28c、28d(右半分では28e、28f、28g、28hであって、それぞれ28a、28b、28c、28dと同じ)の4種類とし、第1の実施形態の2種類よりも多く構成している点である。なおここでは4種類としたが、これは一例であり、もっと多い構成としても良いことはいうまでもない。
【0035】
本実施形態における不図示の高周波電気信号の吸収効率を図5に示す。このように、本実施形態では抵抗膜の吸収効率を多段に変化させているので、不図示の高周波電気信号の伝搬距離zが小さい領域に対応する抵抗膜28aの吸収効率をより小さくすることができるので、発生するジュール熱をより小さくすることができる。
【0036】
図6に、この第2の実施形態の変形例を示す。この態様では、第1〜4抵抗膜28a’〜28d’の幅W1が電気的終端用接地導体23に向かうにしたがって徐々に狭くなって構成されている。このように構成することで、ジュール熱量の大きいzが小さい領域において面積が広いことによって単位面積あたりに生じるジュール熱量を下げることができ、より効果的にジュール熱の発生を抑えることができる。
【0037】
[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。
【0038】
抵抗膜は電気的終端の中心導体の両側にある、いわゆるCPW型の終端抵抗を用いて説明してきたが、第1と第2の実施形態で示したような電気的終端用中心導体をセンターとした左右の抵抗膜が完全にミラー対称の構成でなくてもよい。また、抵抗膜が電気的終端の中心導体の片側のみにある非対称コプレーナストリップ(ACPS)型、マイクロストリップ型でも良い。
【0039】
抵抗膜の単位面積当たりに発生するジュール熱が抵抗膜の破壊限界より小さくなるように、抵抗膜の吸収効率が伝搬方向に向かって階段的にもしくは徐々に大きくなるように構成されていれば、本発明の思想に属することになる。具体的に述べれば、上記した実施形態においては「吸収効率が最も低い抵抗膜;第1抵抗膜」が電気的終端用中心導体に接する構成として説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。第1抵抗膜が実質的に電気的終端用中心導体に接しているとみなせる、電気的終端用中心導体の近傍に配置されている場合(例えば、電気的終端用中心導体に接してz方向に極短い長さの「吸収効率の高い抵抗膜」を配置した構成)であっても、本発明の作用効果を奏する限り、本発明の思想に属することになる。
【0040】
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】
【0041】
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】
【0042】
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
23:電気的終端用接地導体
24a、24b:抵抗膜
27a、27c、28a、28e、28a’、28e’:第1抵抗膜
27b、27d、28b、28f、28b’、28f’:第2抵抗膜
28c、28g、28c’、28g’:第3抵抗膜
28d、28h、28d’、28h’:第4抵抗膜
25、26a、26b:高周波電気信号
50:LN光変調器
100:LN光変調器モジュール
【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(LiNbO3)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7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SiO2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RB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RL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8に図7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Vb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9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、Vb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9に示すように、通常、バイアス電圧Vbは光出力特性の山と底の中点に設定される。バイアスVb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7に示した従来技術の電気的終端8のコンデンサ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10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との間に接続して設けられた一定幅W、長さLでなる抵抗膜24a、24bに伝搬し、そこでジュール熱に変換される。図10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】
図11には抵抗膜24aを伝搬する高周波電気信号26aの伝搬距離zを変数とした場合に抵抗膜24aにおいて生じるジュール熱量の総量を示す。図11からわかるように、ジュール熱量はzが小さい場合には大きく、zが大きくなるにつれて急速に減少する。
【0013】
図12には抵抗膜24aを伝搬する高周波電気信号26aの伝搬距離zを変数とした場合に抵抗膜24aの単位面積当たりに生じるジュール熱量を示す。なお、図12には抵抗膜24aの熱による破壊限界も点線により示している。
図12からわかるように、図10に示した従来技術では高周波電気信号26aの伝搬距離zが小さい領域において抵抗膜24aを構成するNiCrなどの材料が熱により破壊されてしまう。また、破壊防止対策として抵抗膜に吸収効率の小さい材料を適用したとしても、今度は高周波電気信号を完全に終端することができず、反射戻り信号が発生してしまうことになる。
【0014】
なお、以上においては図10における図の左半分についてのみ議論したが、右半分(抵抗膜24b)についても同じことが成り立つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0015】
【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】
【0016】
以上のように、従来技術では抵抗膜に伝搬した高周波電気信号がジュール熱に変換される場合に、抵抗膜が熱破壊されてしまうという問題があった。
【0017】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、熱破壊に強い抵抗膜を具備する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】
【0018】
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、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接続し、接続された前記電気的終端用中心導体から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とを備え、前記抵抗膜は前記電気的終端用中心導体から前記電気的終端用接地導体に向かって複数で構成され、当該複数の抵抗膜のうちの前記電気的終端用中心導体の近傍に位置する第1抵抗膜は、前記高周波電気信号が入力されることにより発生する前記ジュール熱によって破壊されない吸収効率でなるとともに、前記第1抵抗膜と前記電気的終端用接地導体との間に位置する別の抵抗膜は、前記第1抵抗膜の吸収効率よりも大きい吸収効率でな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、前記別の抵抗膜の厚みが、前記第1抵抗膜の厚みよりも厚い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、前記別の抵抗膜の材料が、前記第1抵抗膜の吸収係数よりも大きい吸収係数を持つ材料でな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4に記載の光変調器モジュールは、請求項1乃至3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に接して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5に記載の光変調器モジュールは、請求項1乃至4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。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、高周波電気信号の伝搬する初期の領域では、抵抗膜の吸収効率を小さくしているので、抵抗膜の単位面積当たりに発生するジュール熱を抵抗膜の破壊限界より小さくすることができ、高周波電気信号の伝搬する後段の領域では、初期の領域よりも吸収効率を大きく構成していることにより効率的に終端することができ、高信頼な光変調器モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の第1の実施形態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】本発明の第1の実施形態に係る光変調器モジュールの構成を説明する図
【図3】本発明の第1の実施形態に係る光変調器モジュールの効果を説明する図
【図4】本発明の第2の実施形態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5】本発明の第2の実施形態に係る光変調器モジュールの構成を説明する図
【図6】本発明の第2の実施形態に係る光変調器モジュールの変形例
【図7】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8】従来技術に係る光変調器モジュールの等価回路図
【図9】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10】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11】従来技術の問題点を説明する図
【図12】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】
【0025】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図7〜図12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。
【0026】
[第1の実施形態]
図1に、本発明における第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。本発明における第1の実施形態において特徴的な構成は、一定幅W、長さLで構成された抵抗膜であって、高周波電気信号26aの伝搬距離zが延びるとともに(換言すれば、高周波電気信号26aが電気的終端用中心導体22から電気的終端用接地導体23へ向かうとともに)、抵抗膜の吸収効率が小さな第1抵抗膜27aから大きな第2抵抗膜27bへと変わって配置している点である。なお、抵抗膜27c、27dはそれぞれ27a、27bと同一であり、電気的終端用中心導体22を中心に左右対称で構成されている。抵抗膜27a、27bについての議論は抵抗膜27c、27dについても同様と言うことができるので、説明を簡単にするために、ここでは図1における左半分(抵抗膜27a、27b)についてのみで議論する。
【0027】
高周波電気信号26aの伝搬距離zと抵抗膜27aと27bの吸収効率の関係を図2に示す。図2には図10に示した従来技術における抵抗膜24aの吸収効率も破線で示している。また高周波電気信号26aの伝搬距離zと抵抗膜27a及び27bの単位面積当たりに発生するジュール熱を図3に示す。図3には図10に示した従来技術における抵抗膜24aの単位面積当たりに発生するジュール熱も破線で示している。
【0028】
図2に示すように本実施形態では高周波電気信号26aの伝搬距離zが小さい領域に対応する第1抵抗膜27aの吸収効率を、破線で示した従来技術よりも小さく構成している。これにより、図3に示すように、高周波電気信号26aの伝搬距離zが小さい領域に対応する第1抵抗膜27aにおいて発生する単位面積あたりのジュール熱を、図3中に示した抵抗膜の破壊限界よりも小さくなるようにしている。そして、高周波電気信号26aの伝搬距離zが大きい領域に対応する第2抵抗膜27bの吸収効率を第1抵抗膜27aの吸収効率よりも高く設定している。したがって、この領域においては第1抵抗膜27aにおいて発生する単位面積あたりのジュール熱は従来技術よりも大きくなるが、抵抗膜の破壊限界よりも小さいので問題とならない。
【0029】
このように、高周波電気信号26aについて要求される抵抗膜による吸収量は従来技術と同じ程度に設定しつつ、高周波電気信号26aの伝搬距離zが小さい領域でも大きい領域でも抵抗膜において発生する単位面積あたりのジュール熱を従来技術よりも小さくしている。
【0030】
なお、第1及び第2抵抗膜27a、27bの吸収効率を変えるには、第1及び第2抵抗膜27a、27bの材料としての吸収係数が各抵抗膜について同じであれば、第1抵抗膜27aの厚みを薄くし、第2抵抗膜27bの厚みを厚くすれば良い。具体的な作成手順を述べれば、まず中心導体22と接地導体23との間に所定厚さの抵抗膜(その1)を取り付け、当該抵抗膜(その1)の接地導体23側のみに所定厚さの抵抗膜(その2)を取り付けることで、接地導体23側のみ分厚い構成とすることができる。
【0031】
また、第1及び第2抵抗膜27a、27bの厚みが同じであれば、第1抵抗膜27aの材料として、第2抵抗膜27bの材料の持つ吸収係数よりも小さい吸収係数を持つ材料を選択すれば良い。
【0032】
一般に抵抗値としては35〜50Ω程度が望まれるが、第1及び第2抵抗膜27a、27b合計としての抵抗値は厚みの変化や材料の変化を考慮して所望の値に設定すれば良い。
【0033】
さらに、抵抗膜の厚みの大小による吸収効率の大小と材料選択による吸収係数の大小とを組み合わせた配置としても良い。また、本実施形態においては2種類とした第1及び第2抵抗膜27a、27bを、3種類あるいはそれ以上で構成しても良い。また、高周波電気信号の伝搬距離zが延びるに従って高周波電気信号の吸収効率を変えて構成するという本発明の思想に沿う限りは、図1の全体の構成を電気的終端用中心導体22に対して左右非対称に構成しても良いことは言うまでもない。そして以上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。
【0034】
[第2の実施形態]
図4に、本発明における第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、その模式的な上面図を示す。本発明における第2の実施形態において特徴的な構成は、不図示の高周波電気信号を吸収する抵抗膜を第1〜4抵抗膜28a、28b、28c、28d(右半分では28e、28f、28g、28hであって、それぞれ28a、28b、28c、28dと同じ)の4種類とし、第1の実施形態の2種類よりも多く構成している点である。なおここでは4種類としたが、これは一例であり、もっと多い構成としても良いことはいうまでもない。
【0035】
本実施形態における不図示の高周波電気信号の吸収効率を図5に示す。このように、本実施形態では抵抗膜の吸収効率を多段に変化させているので、不図示の高周波電気信号の伝搬距離zが小さい領域に対応する抵抗膜28aの吸収効率をより小さくすることができるので、発生するジュール熱をより小さくすることができる。
【0036】
図6に、この第2の実施形態の変形例を示す。この態様では、第1〜4抵抗膜28a’〜28d’の幅W1が電気的終端用接地導体23に向かうにしたがって徐々に狭くなって構成されている。このように構成することで、ジュール熱量の大きいzが小さい領域において面積が広いことによって単位面積あたりに生じるジュール熱量を下げることができ、より効果的にジュール熱の発生を抑えることができる。
【0037】
[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。
【0038】
抵抗膜は電気的終端の中心導体の両側にある、いわゆるCPW型の終端抵抗を用いて説明してきたが、第1と第2の実施形態で示したような電気的終端用中心導体をセンターとした左右の抵抗膜が完全にミラー対称の構成でなくてもよい。また、抵抗膜が電気的終端の中心導体の片側のみにある非対称コプレーナストリップ(ACPS)型、マイクロストリップ型でも良い。
【0039】
抵抗膜の単位面積当たりに発生するジュール熱が抵抗膜の破壊限界より小さくなるように、抵抗膜の吸収効率が伝搬方向に向かって階段的にもしくは徐々に大きくなるように構成されていれば、本発明の思想に属することになる。具体的に述べれば、上記した実施形態においては「吸収効率が最も低い抵抗膜;第1抵抗膜」が電気的終端用中心導体に接する構成として説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。第1抵抗膜が実質的に電気的終端用中心導体に接しているとみなせる、電気的終端用中心導体の近傍に配置されている場合(例えば、電気的終端用中心導体に接してz方向に極短い長さの「吸収効率の高い抵抗膜」を配置した構成)であっても、本発明の作用効果を奏する限り、本発明の思想に属することになる。
【0040】
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】
【0041】
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】
【0042】
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
23:電気的終端用接地導体
24a、24b:抵抗膜
27a、27c、28a、28e、28a’、28e’:第1抵抗膜
27b、27d、28b、28f、28b’、28f’:第2抵抗膜
28c、28g、28c’、28g’:第3抵抗膜
28d、28h、28d’、28h’:第4抵抗膜
25、26a、26b: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、
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接続し、接続された前記電気的終端用中心導体から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とを備え、
前記抵抗膜は前記電気的終端用中心導体から前記電気的終端用接地導体に向かって複数で構成され、当該複数の抵抗膜のうちの前記電気的終端用中心導体の近傍に位置する第1抵抗膜は、前記高周波電気信号が入力されることにより発生する前記ジュール熱によって破壊されない吸収効率でなるとともに、前記第1抵抗膜と前記電気的終端用接地導体との間に位置する別の抵抗膜は、前記第1抵抗膜の吸収効率よりも大きい吸収効率でなることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項2】
前記別の抵抗膜の厚みが、前記第1抵抗膜の厚みよりも厚い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】
前記別の抵抗膜の材料が、前記第1抵抗膜の吸収係数よりも大きい吸収係数を持つ材料でな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。
【請求項4】
前記第1抵抗膜が、前記電気的終端用中心導体に接して配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項5】
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4のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【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、
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接続し、接続された前記電気的終端用中心導体から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とを備え、
前記抵抗膜は前記電気的終端用中心導体から前記電気的終端用接地導体に向かって複数で構成され、当該複数の抵抗膜のうちの前記電気的終端用中心導体の近傍に位置する第1抵抗膜は、前記高周波電気信号が入力されることにより発生する前記ジュール熱によって破壊されない吸収効率でなるとともに、前記第1抵抗膜と前記電気的終端用接地導体との間に位置する別の抵抗膜は、前記第1抵抗膜の吸収効率よりも大きい吸収効率でなることを特徴とする光変調器モジュール。
【請求項2】
前記別の抵抗膜の厚みが、前記第1抵抗膜の厚みよりも厚い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】
前記別の抵抗膜の材料が、前記第1抵抗膜の吸収係数よりも大きい吸収係数を持つ材料でな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。
【請求項4】
前記第1抵抗膜が、前記電気的終端用中心導体に接して配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【請求項5】
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4のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2013−88575(P2013−88575A)
【公開日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−228113(P2011−228113)
【出願日】平成23年10月17日(2011.10.17)
【出願人】(000000572)アンリツ株式会社 (838)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年10月17日(2011.10.17)
【出願人】(000000572)アンリツ株式会社 (838)
【Fターム(参考)】
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