申请/专利权人：住友大阪水泥股份有限公司

申请日：2015-12-24

公开（公告）日：2020-07-28

公开（公告）号：CN106575049B

主分类号：G02F1/03(20060101)

分类号：G02F1/03(20060101);G02F1/035(20060101)

优先权：["20141226 JP 2014-264665"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.07.28#授权;2017.12.08#实质审查的生效;2017.04.19#公开

摘要：本发明提供一种在宽频带中确保低电压驱动且稳定的调制特性的光调制器。本发明的光调制器具有：基板10；光波导未图示，形成于该基板10；调制电极信号电极11、接地电极12，用于对在该光波导中传播的光波进行调制；及外部信号线路未图示，仅示出连接接头4，设置于该基板的外部，向该调制电极供给调制信号，所述光调制器的特征在于，该调制电极的作用区域S中的阻抗值被设定为低于该外部信号线路的阻抗值，所述调制电极的作用区域是该调制电极所形成的电场施加于该光波导的区域，在该外部信号线路与所述调制电极的作用区域之间配置有阻抗调整部21和阻抗匹配线路L，所述阻抗调整部21主要对低频域的调制信号具备阻抗的调整功能，并由集总常数电路构成，所述阻抗匹配线路L主要对高频域的调制信号具备阻抗的调整功能。

主权项：1.一种光调制器，其具有：基板；光波导，形成于该基板；调制电极，用于对在该光波导中传播的光波进行调制；及外部信号线路，设置于该基板的外部，向该调制电极供给调制信号，所述光调制器的特征在于，该调制电极的作用区域中的阻抗值被设定为低于该外部信号线路的阻抗值，所述调制电极的作用区域是该调制电极所形成的电场施加于该光波导的区域，在该调制电极的终端连接有终端器，该终端器的阻抗被设定为与所述调制电极的作用区域的阻抗值相同或所述调制电极的作用区域的阻抗值以下，在该外部信号线路与所述调制电极的作用区域之间配置有阻抗调整部和阻抗匹配线路，所述阻抗调整部主要对低频域的调制信号具备阻抗的调整功能，并由集总常数电路构成，所述阻抗匹配线路主要对高频域的调制信号具备阻抗的调整功能。

全文数据：光调制器技术领域[0001] 本发明涉及一种光调制器，尤其涉及一种具有基板、形成于该基板的光波导、用于对在该光波导中传播的光波进行调制的调制电极、向该调制电极供给调制信号的外部信号线路的光调制器。背景技术[0002] 在光通信领域和光测量领域中，多使用光调制器，尤其是在基板上具备光波导及对在该光波导中传播的光波进行调制的调制电极的光调制器。近年来，还使用能够进行超过lOOGbps的光通信的偏振合成型多值调制器。这种光调制器为具备马赫-曾德尔型光波导的多个光调制部集成而成的结构。因此，对调制部调制电极所形成的电场作用于光波导的部分。也称为“作用区域”。要求能够以更低电压驱动的结构。[0003] 已知一般为了实现低驱动电压，要通过缩小构成调制部的信号电极与接地电极的间隔来提高施加于光波导的电场的强度。另一方面，行波型电极的光调制器中，为了实现宽频带特性，需要进行调制部中的光波导的传播光与在调制电极中传播的调制信号的速度匹配。通常，为了实现传播光与调制信号的速度匹配，需要增加电极厚度。如此增加电极厚度时，调制部的RF线路调制电极的阻抗变得更低，变得比作为外部信号电路的一般阻抗的50Q更低。[0004] 当调制部的阻抗与作为光调制器的外部信号电路的信号源或调制器驱动器的阻抗不同时，因阻抗不匹配而输入到光调制器的电信号发生反射，成为导致信号的劣化或驱动电压的上升的原因。因此，已知有如专利文献1所示，在调制元件基板上形成阻抗匹配线路的光调制器，以及如专利文献2那样，利用中继基板等将电阻串联插入到线路来改善阻抗匹配的技术。[0005] 在调制部的阻抗较低的情况下，即使利用专利文献1形成阻抗匹配线路而改善了信号反射特性S11的情况下也无法确保充分的线路长度而难以进行阻抗匹配的低频域中，S11特性一般由被设定为与外部信号电路相等的阻抗的信号输入侧的连接器阻抗和终端电路的终端阻抗来决定。例如，当连接器为50Q、终端电路为25Q时，成为-9.5dB的反射量。[0006] 并且，如专利文献2那样，在作为调制部的低阻抗线路的前一级插入具有与信号线路串联连接的电阻的中继基板来改善阻抗时，由电阻消耗电力，发生输入到调制部的信号振幅减少的问题。并且，若频率变高，则无法忽视调制部的线路长度的影响，还存在从连接器观察的调制器侧的合成阻抗大幅偏离于匹配电阻与终端电阻之和而无法实现阻抗的匹配的问题。[0007] 以往技术文献[0008] 专利文献[0009] 专利文献1:日本特开2005-37547号公报[0010] 专利文献2:美国专利公开20050201653A1发明内容[0011] 发明要解决的技术课题[0012] 本发明所要解决的课题在于解决如上问题，并提供一种在宽频带中确保低电压驱动且稳定的调制特性的光调制器。[0013] 用于解决技术课题的手段[0014] 为了解决上述课题，本发明的光调制器具有如下技术特征。[0015] 1—种光调制器，其具有:基板:光波导，形成于该基板;调制电极，用于对在该光波导中传播的光波进行调制;及外部信号线路，设置于该基板的外部，向该调制电极供给调制信号，所述光调制器的特征在于，该调制电极的作用区域中的阻抗值被设定为低于该外部信号线路的阻抗值，所述调制电极的作用区域是该调制电极所形成的电场施加于该光波导的区域，在该外部信号线路与所述调制电极的作用区域之间具备阻抗调整部和阻抗匹配线路，所述阻抗调整部主要对低频域的调制信号具备阻抗的调整功能，并由集总常数电路构成，所述阻抗匹配线路主要对高频域的调制信号具备阻抗的调整功能。[0016] 2在上述1所述的光调制器中，该阻抗调整部具有将电阻与电容器并联连接而成的结构。[0017] 3在上述1或2所述的光调制器中，该阻抗匹配线路通过调整构成该调制电极的信号电极及接地电极的形状和两者的间隔而形成。[0018] ⑷在上述3所述的光调制器中，该阻抗匹配线路为具备多个不同的阻抗值的多级状匹配线路、和阻抗值连续变化的锥形匹配线路中的任一个。[0019] 5上述1至4中任一个所述的光调制器中，该阻抗调整部和该阻抗匹配线路中的至少一方设置于在该基板的外部设置的中继基板。[0020] 6上述⑴至5中任一个所述的光调制器中，在该调制电极的终端连接有终端器，该终端器的阻抗被设定为与所述调制电极的作用区域的阻抗值相同或所述调制电极的作用区域的阻抗值以下。[0〇21]发明效果[〇〇22]本发明能够提供一种光调制器，其即使在调制电极的作用区域中的阻抗值被设定为低于向该调制电极供给调制信号的外部信号线路的阻抗值的情况下，通过在该外部信号线路与所述调制电极的作用区域之间配置有阻抗调整部和阻抗匹配线路，也能够在宽频带中改善调制信号的反射特性，并且能够确保低电压驱动且稳定的调制特性，所述阻抗调整部主要对低频域的调制信号具备阻抗的调整功能，并由集总常数电路构成，所述阻抗匹配线路主要对高频域的调制信号具备阻抗的调整功能。附图说明[0023] 图1是说明本发明的光调制器的概略结构的图。[0024] 图2是说明用于本发明的光调制器的阻抗调整部的电路的一例的图。[0025] 图3是表示设有阻抗调整部时的电反射特性的频率依赖性的坐标图其1。[0026] 图4是表示设有阻抗调整部时的电反射特性的频率依赖性的坐标图其2。[0027] 图5是表示设有阻抗匹配线路时的电反射特性的频率依赖性的坐标图其1。[0028] 图6是表示设有阻抗匹配线路时的电反射特性的频率依赖性的坐标图其2。[0029] 图7是表示设有阻抗调整部及阻抗匹配线路时的电反射特性的频率依赖性的坐标图。具体实施方式[0030] 以下，利用优选例对本发明的光调制器进行详细说明。[0031]如图1所示，本发明的一方式的光调制器具有:基板10;光波导未图示，形成于该基板10;调制电极信号电极11、接地电极12，用于对在该光波导中传播的光波进行调制；及外部信号线路未图示，仅示出连接接头4，设置于该基板的外部，向该调制电极供给调制信号，所述光调制器的特征在于，该调制电极的作用区域S中的阻抗值被设定为低于该外部信号线路的阻抗值，所述调制电极的作用区域是该调制电极所形成的电场施加于该光波导的区域，在该外部信号线路与所述调制电极的作用区域之间配置有阻抗调整部21和阻抗匹配线路L，所述阻抗调整部21主要对低频域的调制信号具备阻抗的调整功能，并由集总常数电路构成，所述阻抗匹配线路L主要对高频域的调制信号具备阻抗的调整功能。[〇〇32] 用于本发明的光调制器的基板可以优选利用LiNb03、LiTa05SPLZT错钛酸铅镧中的任一种单晶或InP等半导体、聚合物等具有电光效应的基板。尤其优选多用于光调制器等光控制元件的LiNb〇3、LiTa〇5。[〇〇33]在基板上形成有光波导。形成于基板的光波导例如通过在LiNb03基板LN基板上使钛Ti等热扩散而形成。并且，也可以利用在基板上形成有沿光波导的凹凸的脊型光波导。作为光波导的图案形状，根据光调制器的用途可以采用马赫-曾德尔型波导或将多个马赫-曾德尔型波导组合而成的嵌套型波导等各种形状。[0034]如图1所示，调制电极由信号电极11及接地电极12构成，在基板表面形成有TiAu的电极图案，能够通过镀金方法等来形成。另外，根据需要也可以在形成光波导之后的基板表面设置电介质Si02等缓冲层，并在该缓冲层的上侧形成调制电极。信号电极并不限于如图1所示的1条信号电极，当具有多个光波导的调制区域时，可以对应于其数量设置多个信号电极。[〇〇35]本发明的光调制器的特征为，即使在光调制器的作用区域调制部的阻抗低于外部信号线路的阻抗的情况下，也能够通过阻抗调整部21和阻抗匹配线路L来改善调制信号的反射特性，从而在宽频带中实现驱动电压的下降。[0036] 以往，如专利文献1所示，当作用区域的阻抗与该信号线路的阻抗不同时，在两者之间设置阻抗匹配线路。然而，在调制信号的低频域中，由于电信号的波长较长，因此通过使用阻抗匹配线路的阻抗调整并不能改善调制信号的反射特性S11特性。[0037] 因此，通过设置于阻抗调整部的电阻来改善反射特性S11。例如，当输入阻抗为50Q且S11特性满足在一般的数字通信中足够的特性即_15dB以下时，设定调整部的电阻匹配电阻与终端电阻的合计为35〜65Q。[〇〇38]但是，随着频率变高，无法忽视以调制部为代表的线路长度，因此仅用电阻并不能改善S11。并且，若单纯将电阻插入到调制部的前一级，则所有频域的调制信号被电阻消耗，实质上输入到调制部的调制信号会衰减，因此导致驱动电压的上升。[0039]因此，通过在阻抗调整部设置具备主要对低频域的调制信号具备阻抗的调整功能的集总常数电路来抑制高频域的调制信号的衰减，由此能够防止驱动电压的上升。作为集总常数电路的一例，可以利用如图2所示的与电阻211并联连接有电容器212的集总常数电路。[0040] 图3是表示当相对于输入阻抗为50Q，将调制部作用区域的阻抗设为40Q时，将作为阻抗调整部的图2所示的电阻211改变为10Q、将电容器212的容量改变为0.5pF、1pF、1.5pF、2pF时的电反射特性S11的频率依赖性的图。[0041] 并且，图4是表示当将阻抗调整部的电阻211设为10Q、将电容器212的容量设为lpF时，相对于输入阻抗50Q，将调制部的阻抗改变为50、40、35、25Q时的电反射特性S11的频率依赖性的图。[〇〇42] 观察图3可以容易地理解，在低频域中，反射特性有效地得到了抑制。然而，虽然依赖于电容器的容量，但由于电容器的连接，在频率较高的区域中，因RF输入与调制部的阻抗之差而发生S11特性的劣化。并且，观察图4可以容易地理解，随着输入阻抗与调制部的阻抗之差变大，无法充分改善S11特性。[0043] 为了防止这种特性的劣化，本发明的光调制器中，还在集总常数型的阻抗调整部与调制部之间构成由线路构成的阻抗匹配线路。[0044] 阻抗匹配线路被设定为调制部与阻抗调整部后面的线路阻抗之间的阻抗，优选为两者的几何平均值。并且，匹配线路可以设为用于在宽频带中改善S11特性的结构，例如多级的匹配线路结构。并且，也可以使用信号电极的宽度或信号电极与接地电极之间的间隔连续变化的锥形阻抗转换，以使阻抗在匹配线路整体或其一部分连续变化。[0045] 在图5及图6中确认到通过以多级构成阻抗匹配线路而产生的效果。图5及图6示出当将阻抗匹配线路的输入侧的阻抗设为40Q、将输出侧的阻抗设定为25Q的情况下，使阻抗匹配线路在1级至4级之间变化而构成阻抗匹配线路时的反射特性的频率依赖性。[0046] 其中，图5中示出在构成各级的各个区间将长度设为恒定的情况，图6示出将所有级加在一起的全部区间的合计长度设为恒定的情况。观察图5或图6可以容易地理解，高频域中的反射特性的改善能够通过增加级数来改善，但对于低频域难以改善。另外，在图5〜图7中，以单点划线A示出在一般的数字通信中所要求的特性水平_15dB。[0047] 图7示出在阻抗调整部将电阻设定为10Q、将电容器容量设为lpF并与图5所示的阻抗匹配线路组合时的状况。据此，在低频域中也实现了_15dB以下，同时在高频域的较宽范围内改善了反射特性。[〇〇48] 将本发明的光调制器的一例示于图1。4为RF输入用的连接器。为了防止高频特性的劣化，向光调制器输入信号的信号输入部使用RF连接器或柔性印刷电路FPC、以及CPW型连通件feedthrough等高频基板。[0049] 图1的实施例中，设有中继基板2。中继基板使用氧化铝陶瓷等高频损失较少的基板。在基板上形成有共面CPW型或微带MS型的高频线路20。在所述线路20上，为了调整反射特性S11及透过特性S21等特性而设有由电阻部及高频用电容器等构成的阻抗调整部21。阻抗调整部为集总常数型电路结构，作为最简单的电路结构，可以采用图2所示的电阻与电容器的并联电路。[0050] 中继基板2和光调制元件1的各电气线路由金等导电性金属线或带状物接合。在信号线路的接合部位形成有焊盘部。[0051] 阻抗调整部21、阻抗匹配线路L、终端电路终端电阻等31可以形成于同一基板上，也可以是各自或其一部分由分体的基板构成。例如，在图1中，在中继基板2设置了阻抗调整部21，但也可以将阻抗匹配线路L组装于该中继基板。并且，也可以将阻抗调整部21设置于光调制元件1。[〇〇52] 光调制元件1中存在对光波导施加电场的区域即调制部作用区域S。尤其，为了将光调制器宽频带化且低驱动电压化，需要将作用区域的阻抗进行低阻抗化。例如，使用具有40以下的特性阻抗的共面结构。[〇〇53] 在调制部S的前一级设有阻抗匹配线路L。原理上，阻抗匹配线路可以配置于阻抗调整部21的前一级或后一级中的任一级。[0054] 阻抗匹配线路通过调整构成调制电极的信号电极11及接地电极12的形状和两者的间隔而形成。具体而言，如图1所示，可以由具备多个不同的阻抗值的多级状的匹配线路L构成。并且，也可以是阻抗值连续变化的锥形的匹配线路。[0055] 经由调制部的调制信号导出至终端电路31。如图1所示，以与光调制元件1相邻的方式设置终端基板3来将各信号线路电连接。通过了低阻抗的调制部S的信号从光调制元件1的信号电极11向终端基板3的信号线路30传播，并终止于终端基板3上的终端电路终端电阻等。[0056] 终端基板的电阻等被设定为与调制部的阻抗大致相同或调制部的阻抗以下。尤其，当外部信号电路或连接器等的RF输入部的特性阻抗为50Q时，例如将终端基板的电阻设为25〜30Q时，则能够进一步期待反射特性的改善。[〇〇57] 产业上的可利用性[〇〇58]如以上说明，根据本发明，能够提供一种在宽频带中确保低电压驱动且稳定的调制特性的光调制器。[〇〇59]标号说明[〇〇6〇] 1 芯片光调制元件[0061] 2 中继基板[〇〇62] 3 终端基板[〇〇63] 4 RF输入连接器[0064] 11信号电极[〇〇65] 12接地电极[〇〇66] 21阻抗调整部[0067] 31终端电路[〇〇68] L 阻抗匹配线路[〇〇69] S 调制部作用区域

权利要求：1.一种光调制器，其具有:基板;光波导，形成于该基板；调制电极，用于对在该光波导中传播的光波进行调制;及外部信号线路，设置于该基板的外部，向该调制电极供给调制信号，所述光调制器的特征在于，该调制电极的作用区域中的阻抗值被设定为低于该外部信号线路的阻抗值，所述调制电极的作用区域是该调制电极所形成的电场施加于该光波导的区域，在该外部信号线路与所述调制电极的作用区域之间配置有阻抗调整部和阻抗匹配线路，所述阻抗调整部主要对低频域的调制信号具备阻抗的调整功能，并由集总常数电路构成，所述阻抗匹配线路主要对高频域的调制信号具备阻抗的调整功能。2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，该阻抗调整部具有将电阻与电容器并联连接而成的结构。3.根据权利要求1或2所述的光调制器，其特征在于，该阻抗匹配线路通过调整构成该调制电极的信号电极及接地电极的形状和两者的间隔而形成。4.根据权利要求3所述的光调制器，其特征在于，该阻抗匹配线路为具备多个不同的阻抗值的多级状匹配线路、和阻抗值连续变化的锥形匹配线路中的任一个。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光调制器，其特征在于，该阻抗调整部和该阻抗匹配线路中的至少一方设置于在该基板的外部设置的中继基板。6.根据权利要求1至5中任一项所述的光调制器，其特征在于，在该调制电极的终端连接有终端器，该终端器的阻抗被设定为与所述调制电极的作用区域的阻抗值相同或所述调制电极的作用区域的阻抗值以下。

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