專利名稱：光調制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有較低的驅動電壓和較高的調制速率的光調制器。
背景技術：
直到今天，已經(jīng)開發(fā)出了的光調制器，比如行波電極型鈮酸鋰(lithium niobate)光調制器(下文中簡單參考為LN光調制器)，其包括由比如具 有電光效應(electro-optic effect )的鈮酸鋰的材料制成的基底(下文中 簡單參考為LN基底)，用以使得入射光的折射率響應于施加到基底的電場而 變化，由此使得可以在基底中及在基底上形成光波導和行波電極(traveling wave electrode )。 LN光調制器由于優(yōu)秀的啁畔火特性而能夠應用于具有在2. 5 Gbit/s到10 Gbit/s的容量范圍的大體積光調制器。近年來，由此構成的 LN光調制器被重新審視用以應用于具有4 0 Gbi t /s的超大容量的光傳輸系統(tǒng) 并且因此在這一技術領域被認為是關鍵裝置。 (第一先前技術)
關于基底的狀態(tài)存在兩種類型的LN光調制器， 一種基底具有z切狀態(tài)， 而另 一種具有x切狀態(tài)(或y切狀態(tài))。這里x切LN基底型LN光調制器將 描述為第一先前技術，其中LN光調制器包括x切基底和形成行波電極的共 面波導(CPW)。圖15示出了 x切基底型LN光調制器的透視圖。圖16是沿 圖15的線A-A，的橫截面視圖。附帶地，下文中的討論能夠適用于使用z切 狀態(tài)基底的LN光調制器。
在圖15和圖16中，參考序號l表示x切LN基底，參考序號2表示Si02 緩沖層，其具有近似200nm到1pm的厚度范圍并且對于具有典型地用于光通 訊的比如例如1. 3或1. 55|luii的波長的入射光是透明的，參考序號3表示形 成Mach-Zehnder干涉儀(Mach-Zehnder光波導)的光波導，光波導3是用 在x切LN基底1上蒸發(fā)沉積金屬Ti (鈦)的過程、及在105(TC下熱擴散10 小時的過程而形成。光波導3包括兩個相互作用光波導，即，兩個壁3a、 3b, 其位于電信號和入射光彼此相互作用的位置處(該位置將參考為相互作用部
5分)，入射光穿過光輸入刻面(light entering facet)進入光波導3。 CPW 行波電極4由中心電極4a和地電極4b、 4c構成。在圖16中，S表示中心電 極4a的寬度，其在大約6^im到20 jom的范圍中，通常約為lO^im,而W表示 中心電極4a和地電極4b、 4c之間的間隙(或CPW間隙)的寬度。
在第一先前技術中，偏壓(通常為DC偏壓)和高頻電信號(微波或RF 電信號)重疊并施加在中心電極4a和地電極4b、 4c之間。SiCM爰沖層的重 要性在于它作用以通過減小高頻電信號的等效折射率nm(微波等效折射率nm) 至接近穿過各個相互作用光波導3a、 3b的入射光的等效折射率n。而擴展了 調制帶寬。
由此構成的LN光調制器的操:作將在下文描述。首先，DC偏壓和高頻電 信號需要施加在中心電極4a和地電極4b、 4c之間以實現(xiàn)LN光調制器的操 作。
圖17示出了在所施加的電壓和LN光調制器在DC偏壓設置為"Vb"的 一定條件下的輸出光功率之間的關系的圖表。如圖17中示出的，DC偏壓"Vb" 通常設置使得輸出光功率為峰峰值的中值。
圖18示出了半波電壓V兀與相互作用部分的長度L的數(shù)學乘積V兀.L和 CPW間隙W的寬度之間的關系的圖表。CPW間隙W的寬度目前在近似20 到30，的范圍內(nèi)。在CPW間隙W的寬度較窄的情況中，相互作用于穿過各 個相互作用光波導3a、 3b傳播的入射光的高頻電場強度較高。因此，如圖 18中示出的，在CPW間隙W的寬度較窄的情況中，數(shù)學乘積V兀.L較小，結 果實現(xiàn)了具有較低驅動電壓的LN光調制器。對于用于驅動具有大于10Gbps 的速率的LN光調制器的驅動電壓的實際限制在大約5 V到6 V的范圍內(nèi)， 但是，希望驅動電壓更低。因此，希望CPW間隙W的寬度較窄用于實現(xiàn)低的 驅動電壓。
圖19示出了在高頻電信號的微波等效折射率n^和CPW間隙W的寬度之 間的相互關系、及穿過各個相互作用光波導3a、 3b傳播的入射光的等效折 射率n。
2. 2)的圖表。
如果CPW間隙W的寬度較窄，產(chǎn)生在中心電極4a和地電極4b、 4c之間 的大部分高頻電信號傳播穿過具有約為4的相對介電常數(shù)的Si(h緩沖層，結 果使得能夠減小微波等效折射率nm。這里，x切LN基底1的相對介電常數(shù)約 為3. 5。微波等效折射率化通常大于等效折射率n。的事實對于LN光調制器在較
寬頻率范圍上的高速操作施加了根本性的限制。因此，緊要的是微波等效折
射率n,接近于入射光的等效折射率n。而以超過10 Gbps的速率驅動LN光調 制器。相應地，希望CPW間隙W的寬度較窄用于實現(xiàn)高速操作。
如上所述的，希望CPW間隙W的寬度較窄使得驅動電壓得以減小并且微 波等效折射率仏接近于入射光的等效折射率n。。但是，問題在CPW間隙W的 寬度小于15 ^m時就出現(xiàn)了，下文中將更為詳細描述該問題。
圖20示出了在包括中心電極4a和地電極4b、 4c的CPW行波電極4的 特性阻抗Z(對應于下面示出的圖22中的ZJ與CPW間隙W的寬度之間的相 互關系的圖表。在CPW間隙W相對較窄的情況中，特性阻抗Z極低，例如為 30或更低，結果使得行波電極4與具有大約50 Q的特性阻抗的外信號源之
間的阻抗不匹配。即，所出現(xiàn)的問題在于反射系數(shù)Su惡化。
關于這個問題的更為詳細的討論將在下文中描述。圖21示出了圖15中 示出的x切LN光調制器的CPW行波電極4的頂視平面視圖，行波電極4包 括中心電極4a和地電極4b、 4c。
這里，I表示輸入饋通部分(i叩ut feed-through protion )，其連接至 連接器的芯部，即用于從外信號源(圖21中未示出)施加高頻電信號至CPW 行波電極4的金帶、或金線(圖21中未示出)，II表示用于連接輸入饋通部 分I和相互作用部分III的連接部分(或輸入連接部分)，III表示相互作用 部分，在其中電信號和入射光彼此相互作用，IV表示用于連接輸出饋通部分 (output feed-through portion) V和相互作用部分III的連接部分(或輸 出連接部分)。輸出饋通部分V連接至連接器的芯部，即金帶、金線，或連 接至端子(圖21中未示出)。
下文中，用于使高頻電信號在那兒得以饋送的部分將被稱為"饋送部分" 其布置在輸入饋通部分I的中心電極處，并且用于輸出高頻電信號的部分將 被稱為"輸出部分"，其布置在輸出饋通部分的中心電極處。
圖22示出了用于圖15中示出的x切LN光調制器的等效電路。這里， 參考序號5和6對應于外部電路。參考序號5表示外信號源比如電驅動器， 并且參考序號6表示外信號源的負載電阻6 (特性阻抗Rg)。參考序號7到 11對應于輸入饋通部分I和輸出饋通部分V之間的等效線路。這里，參考序 號7、 8、 9、 10和11分別表示輸出饋通部分I、輸入連接部分II、相互作用部分III、輸出連接部分IV、和輸出饋通部分V。參考序號12表示端子。
Z,、 Z2、 Z3、 Z4和Z5分別對應于輸入饋通部分I (或線7)、輸入連接部分 II (或線8)、相互作用部分III (或線9)、輸出連接部分IV (或線10)、和 輸出饋通部分V (或線11 )的特性阻抗。Z^表示端子12的阻抗。
關于圖15到圖22中示出的第一先前技術的x切LN光調制器的阻抗不 匹配和調制帶寬的問題的更詳細的討論將在下文中描述。
在圖22中，Zin表示x切LN光調制器的輸入阻抗，其看為外信號源5的 負載電阻(阻抗Rg)。即，Zi。是通過綜合輸入饋通部分I的特性阻抗Z,、輸 入連接部分II的特性阻抗Z2、相互作用部分III的特性阻抗Z3、輸出連接 部分IV的特性阻抗Z4、輸出饋通部分V的特性阻抗Z5、及端子12的電阻 并考慮到各部分的長度及傳播穿過每個部分的電信號的等效折射率而獲得 的特性阻抗。圖22中的參考序號13表示外信號源5的負載電阻6和輸出饋 通部分I之間的邊界。
關于其中CPW間隙W的寬度小于15^m使得驅動電壓得以減小并且使得 微波等效折射率化接近于入射光的等效折射率n。的實例的更為詳細的討論
將在下文中描述。在這個實例中，相互作用部分III的特性阻抗Z3為例如
30 Q或更低。
在第一先前技術中，另外的線7、 8、 10、 11的特性阻抗，即輸入饋通 部分I的特性阻抗Z,、輸入連接部分II的特性阻抗Z2、相互作用部分III 的特性阻抗Z3、輸出連接部分IV的特性阻抗Z4、輸出饋通部分V的特性阻 抗Z5、及端子12的電阻L全部等于相互作用部分III的特性阻抗Z3 (即， Zi 二 Z〗=Z4 = Z5 = Zl )。
結果使得，x切LN光調制器的輸入阻抗Zin的實部Re (Zin)被作為外信 號源5的負載電阻6,其幾乎獨立于頻率f，如圖23中的實績所示，并且良 好一致于相互作用部分的特性阻抗Z3，并且為例如30 Q或更低。
因此，入射光的調制指數(shù)(功率調制指數(shù))Im卩因為輸入阻抗Zi。和外信 號源5的負載電阻6 (阻抗Rg)的不匹配而迅速隨同頻率f惡化，如圖24 中所示，因此，相當難以獲得10GHz的3dB調制帶寬。
假設Z， = Z尸Z3= Z4 = Z5 = ZL，用于高頻電信號的反射系數(shù)Sn在其中 Zin (在這個實例中，Zin= Z3)低于30 Q的實例中高于(差于)-10 dB， Zin 例如為22Q,如圖25中所示。在該實例中，其中Rg = 50 Q并且Z3 = 22 Q,反射系數(shù)Sn為-8. 2 dB。但是在實際實驗中，反射系數(shù)3,,惡化至大約-5 dB, 這是因為所反射的高頻電信號由于阻抗不匹配而被疊加。這里，用于高頻電 信號的反射系數(shù)S,,由下面的方程給出 S =| (Rg - Zin)/(Rg， + Zin) r (1)
當高頻電信號#1反射回至外信號源5時，所調制的光脈沖的抖動不利地增高。
(第二先前技術)
第二先前技術提出在專利文獻l中，其減小了在第一先前技術中的外信 號源5的特性阻抗Rg和相互作用部分III的特性阻抗Z3之間的不匹配，現(xiàn)在 將進行詳細描述。本實施例中相同于圖15到21中示出的第一先前技術的構 成元件的構成元件將不再描述但采用與該先前技術相同的參考序號和圖例。
圖26示出了用于第二先前技術的CPW行波電極4的頂視平面圖。第二 先前技術類似于第一先前技術，在于I表示輸入饋通部分，II表示輸出連接 部分，III表示相互作用部分，IV表示輸出連接部分，及V表示輸入饋通部 分。輸出饋通部分v連接到連接器的芯部，即金帶、金線，或連接至端子(在 圖26中未示出)，類似于第一先前技術。圖26中示出的第二先前技術在包 括第一先前技術的組件之外，還包括具有長度為U的阻抗轉換部分VI。
圖27示出了沿圖26的線B-B，的x切LN光調制器的相互作用部分III 的橫截面視圖。現(xiàn)在假如CPW間隙W的寬度極其窄，例如小于15，，類似于 圖16中的第一先前技術。如上所述，CPW間隙W的寬度如此窄使得驅動電壓 得以減小并且使得高頻電信號的微波等效折射率nm接近于入射光的等效折 射率n。。但在這個實例中，相互作用部分III的特性阻抗Z;為例如30Q或 更低(例如，如第一先前技術中所述的22Q)。
圖28示出了沿著圖26的線C-C，的x切LN光調制器的阻抗轉換部分VI 的橫截面視圖。CPW間隙W，的寬度是大約50jim，其比相互作用部分III的 CPW間隙W的寬度更寬。
圖29示出了用于第二先前技術的等效電路。Z,、 Z2、 Z3、 ^和Z5分別對 應于輸入饋通部分I (或線7)、輸入連接部分II (或線8)、相互作用部分 ni(或線9)、輸出連接部分IV (或線IO)、和輸出饋通部分V (或線11) 的特性阻抗，類似于圖22中示出的第一先前技術。第二先前技術另外包括 阻抗轉換部分VI (或線14 ),其具有特性阻抗Z6。圖29中的參考序號13表示在外信號源5的負栽電阻(特性阻抗Rg)和 輸入饋通部分I之間的邊界。在圖29中，Zin，表示第二先前技術的x切LN 光調制器的輸入阻抗，其看為外信號源5和外信號源5的負載電阻6。
即，Zin，是通過綜合輸入饋通部分I的特性阻抗Z,、阻抗轉換部分VI的 特性阻抗Z6、輸入連接部分II的特性阻抗Z2、相互作用部分III的特性阻 抗Z3、輸出連接部分IV的特性阻抗Z,、輸出饋通部分V的特性阻抗Zs、和 端子12的電阻L而獲得的特性阻抗。
如上所述，CPW間隙W的寬度在第二先前技術中小于15(im，由此導致相 互作用部分的較低的特性阻抗Z"例如為22Q、 30Q或更低。
現(xiàn)在，將描述阻抗轉換部分VI的影響。為簡化起見，假設Z2 = Z3 = Z4 =Z5 = ZL,其中Z2, Z3, Z4,和Zs分別對應于輸入連接部分II、相互作用部 分III、輸出連接部分IV、和輸出饋通部分V的特性阻抗，并且Zl是端子 12的電阻。
圖30示出了用于該實例的等效電路。這里，Z/表示傳輸線15的特性阻 抗，傳輸線15是作為通過綜合Z2、 Z3、 Z4、 Z5和L而獲得的綜合部分in，。 圖26中描述的"U"標識了具有特性阻抗Z6的阻抗轉換部分VI的長度，其也 在圖30中進行描述。
假設輸入饋通部分I的特性阻抗Z是其相同于外信號源5的負—載 電阻6的特性阻抗Rg。
在該實例中，其中具有特性阻抗Z和電長度L的阻抗轉換部分布置在兩 個不同的特性阻抗Zi和Zj之間，已經(jīng)眾所周知如果Z、 Zi、和Zj之間滿足如 下的方程，Zi和Zj之間的阻抗匹配得以實現(xiàn)并且電反射完全被抑制
Z = (Z,.Zj)1/2 (2)
L-入/4 (3)
其中
X是高頻電信號的電性波長。表示Zi和Zj的幾何均值的Z在下文中被稱 為"匹配阻4元"。
在第二先前技術中，Z,對應于Z。 Z3，對應于Zj, Ze對應于z,并且"對
應于l。即，輸入饋通部分i (z,)和相互作用部分nr(Z3，)之間的阻抗匹
配得以實現(xiàn)并且電反射被完全抑制。為簡化起見，在下面的描述中，方程(2) 中的Zi、 Zj將分別用Z,、 Z/和Z6代替，并且方程(3)中的L將用"代替。在第二先前技術中，X是傳播穿過LN基底的阻抗轉換部分VI的高頻電 信號的波長，并且在下文中將稱為"導波長度"?，F(xiàn)在設定人。表示在真空中 的高頻電信號的波長，并且設定n/表示傳播穿過LN基底的高頻電信號的等 效折射率，X由下面的方程給出
入=入。/ n/ (4)
圖31示出了所計算的依賴于反射系數(shù)Sn的頻率f的實例，在該實例中 Z，-R,50Q， Z3'=22Q。這里，阻抗轉換部分VI的特性阻抗Ze為33. 2Q。 阻抗轉換部分VI的長度U為6mm，這對應于2. 5的等效折射率n/ 。在相互 作用部分III中的中心電極和阻抗轉換部分VI的寬度S和S，分別地彼此相同。
如圖31中所示，通過設計阻抗轉換部分VI以滿足方程(2)和方程(3), Sn能夠在比如5 GHz、 10 GHz、 15 GHz和20 GHz的特定具體頻率中低于-50 dB,即電反射能夠被近似完全地抑制。但在實際實驗中，反射系數(shù)S，由于 來自例如電纜的連接部分的電反射而從不會是無限制的負數(shù)。
如上所述，第二先前技術在滿足方程(2)和方程(3)的特定具體頻率 (比如5 GHz、 10 GHz、 15 GHz和20 GHz)中能夠近似完全地抑制電反射。 但是，不必須反射系數(shù)Su極低，例如-50dB或更低。對于反射系數(shù)Su為 -12 dB是足夠的，更為優(yōu)選地為大約-15 dB
同時，如在圖31中清楚地看到的，類似于在第一先前技術中描述的水 平，反射系數(shù)Sn惡化至由包絡線(圖31中的折線)標識的-8. 2dB的水平， 即，電反射特性對于實際使用是極度糟糕的。
由于阻抗轉換部分VI的中心電極的寬度S，較窄并且相同于相互作用 III的中心電極的寬度S (通常大約為lOjim)，高頻電信號的等效折射率nm 較小，大約是2.5。因此，如在方程(3)和方程(4)中看到的，阻抗轉換 部分VI的長度相對較長(在第二先前技術中，為6mm)。尤其如在圖26中示 出的，LN光調制器的橫向寬度在阻抗轉換部分VI垂直于或傾斜于相互作用 部分III而形成的情況中較大，導致從一個LN基底晶元產(chǎn)生的LN光調制器 的數(shù)目較少。
另外，如上所述的，由于阻抗轉換部分VI的中心電極的寬度S，較窄并 且相同于相互作用部分III的中心電極的寬度S (通常大約為l(Vm)，高頻 電信號容易衰減，導致高頻電信號不足以用于調制在相互作用部分III處的
ii入射光。
(專利文獻l)
曰本專利公開發(fā)布第2005-375W號。
如上所述，依據(jù)第一先前技術的光調制器中形成CPW行波電極的比如輸 入和輸出饋通部分的部分及相互作用部分的特性阻抗是相同的，其存在這樣 的問題，即阻抗不匹配發(fā)生在光調制器和外部電路之間，結果導致反射系數(shù) 的頻率特性不太好并且使得調制帶寬在緩沖層較薄的情況中迅速隨同調制 頻率而惡化，并且CPW行波電極的間隙的寬度較窄使得驅動電壓得以減小并 且使得微波等效折射率接近于入射光的等效折射率。同時，依據(jù)第二先前技 術的光調制器得以提出以解決由第 一先前技術所遇到的問題，其包括滿足如 上提到的方程(2)和方程(3)的阻抗轉換部分，該阻抗轉換部分能夠減小 反射系數(shù)至這樣的程度使得反射系數(shù)在特定具體頻率中極其的低，即，電反 射能夠被近似完全地抑制，但是，在另外的頻率中的電反射特性惡化至類似 于第一先前技術的水平的水平，其不適用于實際使用。另外，第二先前技術 具有這樣的問題即限制了從一個LN基底晶元產(chǎn)生的LN光調制器的數(shù)目，因
為電性等效折射率相對較小并且由、/4(X表示導波長度)給出的阻抗轉換部 分的長度因為用于調制入射光的相互作用部分的中心電極的寬度和阻抗轉 換部分的寬度相同而較長。而且，高頻電信號由于阻抗轉換部分的中心電極 與相互作用部分的中心電極一樣窄而易于衰減，結果導致高頻電信號不足以 用于相互作用部分處。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述的問題，依據(jù)本發(fā)明的限定在權利要求1中的光調制器，其 包括具有電光效應的基底；形成在所述基底中用于使入射光穿過那兒通過 的光波導；和用于使使高頻電信號施加壓力到那兒以調制所述入射光的相位 的行波電極，所述行波電極形成所述基底的一個表面上，所述行波電極包括 中心電極和地電極；所述行波電極包括相互作用部分，其中所述入射光的 所述相位在所述高頻電信被施加到所述行波電極的條件下被調制；輸入饋通 部分，其用于從外部電路施加所述高頻電信號至所述相互作用部分；輸出饋 通部分，用于傳播穿過所述相互作用部分的所述高頻電信號，在其中所述光
1調制器另外包括至少一個阻抗轉換部分，其用于減小在所述相互作用部分
的特性阻抗和所述輸入饋通部分、電連接至所述輸入饋通部分、及所述外部 電路的至少一個所述特性阻抗中之間的阻擋不匹配，至少一個所述阻抗轉換 部分具有的特性阻抗不同于所述相互作用部分和所述輸入饋通部分的特性 阻抗的幾何均值、所述相互作用部分和電連接至所述輸入饋通部分的所述連 接器的特性阻抗的幾何均值、或者所述相互作用部分和所述外部電路的所述 特性阻抗的幾何均值。
依據(jù)本發(fā)明的限定在權利要求2中的光調制器，在其中的至少一個所述
分的特性阻抗的幾何均值、所述相互作用部分和電連接至所述輸入饋通部分 的所述連接器的特性阻抗的幾何均值、和所述相互作用部分和所述外部電路 的所述特性阻抗的幾何均值中的至少 一個幾何均值。
依據(jù)本發(fā)明的限定的權利要求3中的光調制器，在其中從所述外部電路 施加到所述輸入饋通部分的所述高頻電信號傳播進入所述相互作用部分，比 較于其中所述光調制器未包括所述阻抗轉換部分的情況，殘留反射剩余和電 反射得以減小。
依據(jù)本發(fā)明的限定在權利要求4中的光調制器，在其中所述阻抗轉換部 分的所述中心電極的寬度比所述相互作用部分的所述中心電極的寬度更寬。
依據(jù)本發(fā)明的限定在權利要求5中的光調制器，在其中所述阻抗轉換部 分的所述中心電極的至少 一部分對齊于所述光波導的縱向方向。
依據(jù)本發(fā)明的限定在權利要求6中的光調制器，在其中所述阻抗轉換部 分形成在基底上，該基底不同于在其上形成所述相互作用部分的基底。
依據(jù)本發(fā)明的限定在權利要求7中的光調制器，在其中所述輸入饋通部 分的所述中心電極具有饋送部分用于使所述高頻電信號在那兒被饋送，所述 輸出饋通部分的所述中心電極具有輸出部分用于輸出所述高頻電信號，所述 相互作用部分的長度比在所述饋送部分和所述輸出部分之間的沿著所述基 底的縱向方向的距離更長。
依據(jù)本發(fā)明的限定在權利要求8中的光調制器，在其中，其中所述入射 光的相位被調制的相互作用部分中的區(qū)域的起始點和用于使所述入射光進 入所述光波導的光輸入刻面之間的沿著所述基底的縱向方向的距離短于在 用于所述高頻電信號的所述饋送部分和所述光輸入刻面之間的沿著所述基底的縱向方向的距離。
依據(jù)本發(fā)明的限定在權利要求9中的光調制器，在其中至少一個所述阻 抗轉換部分的所述中心電極和所緣地電極之間的間隙和寬度比所述相互部 分的所述中心電極和所述地電極之間的間隙的寬度更寬。
依據(jù)本發(fā)明的限定在權利要求10中的光調制器，在其中，至少兩個所 述阻抗轉換部分的中心電極的寬度彼此不同。
依據(jù)本發(fā)明的限定在權利要求11中的光調制器，在其中，所具有的特 性阻抗大于所述相互作用部分和所述輸入饋通部分的特性阻抗的幾何均值、 所述相互作用部分和電連接至所述輸入饋通部分的所述連接器的特性阻抗 的幾何均值、或者所述相互作用部分和所述外部電路的所述特性阻抗的幾何 均值的數(shù)個所述阻抗轉換部分相同于數(shù)個具有比至少一個所述幾何均值小 的特性阻抗的所述阻抗轉換部分。
依據(jù)本發(fā)明的限定在權利要求12中的光調制器另外包括至少一個所 述阻抗轉換部分，其具有的特性阻抗大于所述相互作用部分和所述輸入饋通 部分的特性阻抗的幾何均值、所述相互作用部分和電連接至所述輸入饋通部 分的所述連接器的特性阻抗的幾何均值、或者所述相互作用部分和所述外部 電路的所述特性阻抗的幾何均值；至少一個所述阻抗轉換部分，其具有的特 性阻抗小于至少一個所述幾何均值；和至少一個所述阻抗轉換部分，其具有 至少一個所述幾何均值。
依據(jù)本發(fā)明的限定在權利要求13中的光調制器，在其中，至少一個阻
的特性阻抗的幾何均值、所述相互作用部分和電連接至所述輸入饋通部分的 所述連接器的特性阻抗的幾何均值、或者所述相互作用部分和所述外部電路 的所述特性阻抗的幾何均值，并且在所述至少一個所述阻抗轉換部分的特性 阻抗和至少一個所述幾何均值之間的差在大約士7 Q內(nèi)。
依據(jù)本發(fā)明的限定在權利要求14中的光調制器，在其中，至少一個所
部分的特性阻抗的幾何均值、所述相互作用部分和電連接至所述輸入饋通部 分的所述連接器的特性阻抗的幾何均值、或者所述相互作用部分和所述外部 電路的所述特性阻抗的幾何均值，并且在所述至少一個所述阻抗轉換部分的 特性阻抗和至少一個所述幾何均值之間的差在大約士15 Q內(nèi)。
1420 依據(jù)本發(fā)明的限定在權利要求15中的光調制器，在其中所述基底由半 導體材料制成。
依據(jù)本發(fā)明，作為降低光調制器的驅動電壓和使得入射光的速率接近于 高頻電信號的速率的結果，即使在相互作用部分的特性阻抗較低，及在相互 作用部分的特性阻抗和輸入饋通部分的特性阻抗、電連接至輸入饋通部分的 連接器、或外部電路之間發(fā)生阻抗不匹配的情況中，本發(fā)明能夠減小橫貫其 中光調制器凈皮操作的范圍的高頻電信號的電反射。本發(fā)明并非形成以完全抑 制在特定具體頻率或周期頻率中的電反射。盡管在廣泛的應用中剩余有殘留 電反射，本發(fā)明可選地能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)改進電反射特性。因此，在 減小對于外部電路的不良影響、光脈沖中的抖動等之外，可以抑制入射光的
調制指數(shù)的惡化。本發(fā)明具有另外的優(yōu)點，其不僅能夠適用于x切LN基底， 而且還適用于另外的基底比如z切基底、半導體基底，例如InP基底或GaAs基底。


圖1示出了依據(jù)本發(fā)明的第一實施例的行波電極的頂視平面視圖； 圖2是沿圖1的線D-D'的橫截面視圖； 圖3是沿圖1的線E-E'的橫截面視圖； 圖4是沿圖1的線F-F，的橫截面視圖； 圖5是依據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光調制器的等效電路圖； 圖6是依據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光調制器的等效電路圖； 圖7是說明依據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光調制器的Sn和f之間相互關 系的圖表；
圖8是說明依據(jù)本發(fā)明的第 一 實施例的光調制器的I m 12和f之間相互關 系的圖表；
圖9示出了依據(jù)本發(fā)明的第二實施例的行波電極的頂視平面圖； 圖10示出了依據(jù)本發(fā)明的第二實施例的光調制器的等效電路圖 圖11示出了依據(jù)本發(fā)明的第三實施例的行波電極的頂視平面圖 圖12示出了依據(jù)本發(fā)明的第四實施例的行波電極的頂視平面圖 圖13示出了依據(jù)本發(fā)明的第五實施例的行波電極的頂視平面圖 圖14示出了依據(jù)本發(fā)明的第四實施例的行波電極的頂視平面圖
15圖15示出了依據(jù)第一先前技術的光調制器的透視圖； 圖16是沿圖15的線A-A，的橫截面視圖； 圖17是說明依據(jù)第一先前技術的光調制器的操作的圖表； 圖18是說明在依據(jù)第一先前技術的光調制器的V兀.L和W之間的相互 關系的圖表；
圖19是說明在依據(jù)第一先前技術的光調制器的nm和W之間的相互關系 的圖表；
圖20是說明在依據(jù)第一先前技術的光調制器的Z和W之間的相互關系 的圖表；
圖21是說明在依據(jù)第一先前技術的行波電極的頂視平面視圖。 圖22是依據(jù)第一先前技術的光調制器的等效電路圖； 圖23是說明依據(jù)第一先前技術的光調制器的乙和f之間的相互關系的 圖表；
圖24是說明依據(jù)第一先前技術的光調制器的lml2和f之間的相互關系 的圖表；
圖25是說明依據(jù)第一先前技術的光調制器的Su和f之間的相互關系的
圖表；
圖26是說明在依據(jù)第二先前技術的行波電極的頂視平面視圖。 圖27是沿圖26的線B-B，的橫截面視圖； 圖28是沿圖26的線C-C，的橫截面視圖； 圖29是依據(jù)第二先前技術的光調制器的等效電路圖； 圖30是依據(jù)第二先前技術的光調制器的等效電路圖；及 圖31是說明依據(jù)第二先前技術的光調制器的Su和f之間的相互關系的 圖表。
參考序號描述
1: x切LN基底(基底，LN基底) 2: Si(M爰沖層(緩沖層) 3:光波導
3a、 3b:相互作用光波導(光波導) 4:行波電極4a:中心電才及4b、 4c:地電極5:外信號源6:負載電阻
7:對應于輸入饋通部分I的線8:對應于輸出連接部分II的線9:對應于相互作用部分III的線10:對應于輸出連接部分IV的線11:對應于輸出饋通部分V的線12:端子
13:在外信號源的負載電阻和光調制器之間的邊界
14:對應于阻抗轉換部分VI的線
15:包括相互作用部分III的傳輸線
16:對應于第一阻抗轉換部分VII的線
17:對應于第二阻抗轉換部分VIII的線
18:對應于第一阻抗轉換部分IX的線
19:對應于第二阻抗轉換部分X的線
20:對應于第三阻抗轉換部分XI的線
30:光輸入刻面
具體實施例方式
依據(jù)本發(fā)明的光調制器的實施例現(xiàn)在將進行詳細描述。該實施例中與圖15到31中示出的先前技術的構成元件相同的構成元件將不再描述，但采用與先前技術相同的參考序號和圖例。(第一實施例)
圖1示出了用于本發(fā)明的第一實施例的CPW行波電極4的頂視平面視圖，其包括中心電極4a和地電極4b、 4c。第一實施例類似于第一和第二先前技術在于I表示連接至連接器的芯部(圖1中未示出)的輸入饋通部分，II表示輸入連接部分，III表示相互作用部分，IV表示輸出連接部分，及V表示輸出饋通部分。輸出饋通部分V可以連接至連接器的芯部，即金帶、金線，或連接至端子(圖1中未示出)。VII表示具有長度L7的第一阻抗轉換部分，并且VIII表示具有U的第二阻抗轉換部分。
盡管輸出饋通部分V的中心電極和中心電極與地電極之間的間隙具有線
性構造，如圖1中所示，它們可以具有彎曲的楔形構造，使用這種構造使得所希望的特性阻抗能夠更易于實現(xiàn)。這個構思適用于本發(fā)明的全部實施例。盡管本發(fā)明的第 一 實施例具有的特性阻抗類似于第二先前技術，其不同
于第二先前技術，在于阻抗轉換部分包括兩個部分，即第 一 阻抗轉換部分VII
和第二阻抗轉換部分v i n 。第 一 阻抗轉換部分v n和第二阻抗轉換部分v n i
近似地平行于光波導3、或光波導3a、 3b (在附圖中未示出)而形成。
圖2示出了沿圖1的線D-D'的第一阻抗轉換部分VII的橫截面視圖。S"和W"分別表示中心電極的寬度和間隙的寬度。圖3示出了沿圖1的線E-E'
的第二阻抗轉換部分vni的橫截面視圖。s"，和w，"分別表示中心電極的寬
度和間隙的寬度。圖4示出了沿線F-P的相互作用部分的橫截面視圖，其基本上相同于說明第二先前技術的圖27。
在本發(fā)明的第一實施例中，第一阻抗轉換部分VII和第二阻抗轉換部分VIII的中心電極的寬度比相互作用部分III的中心電極的寬度(例如，8pm)更寬以防止在第一阻抗轉換部分VII和第二阻抗轉換部分VIII中的高頻電信號被衰減。這里，第一阻抗轉換部分VII和中心電極的寬度和第二阻抗轉換部分VIII的中心電極的寬度同樣為例如50|am。即，S" = S"' 〉 S。在阻抗轉換部分包括多個部分的情況，這些部分的中心電極的寬度可以彼此不同。例如，第一阻抗轉換部分VII的中心電極的寬度S"可以比第二阻抗轉換部分VIII的中心電極的寬度S，"更寬，并且反之亦然。優(yōu)選的是S"〉S"'用以實現(xiàn)阻抗匹配于輸入饋通部分I。
第一阻抗轉換部分VII的間隙的寬度(例如，7(Vm)比第二阻抗轉換部分VIII的間隙更寬(例如，70^)，即，W"〉 W"，，這樣使得第一阻抗轉換
部分vn的特性阻抗(z7)和第二阻抗轉換部分vin的特性阻抗(z8)彼此不同(這里，z7 > z8)。
圖5示出了用于本發(fā)蝗的第一實施例的等效電路。Z,、 Z2、 Z3、 Z4和Z5分別表示輸入饋通部分I (或線7)、輸入連接部分II (或線8)、相互作用
部分ni (或線9)、輸出連接部分iv (或線io)、和輸出饋通部分v(或線
11)的特性阻抗，這類似于圖22中示出的第一先前技術或圖29中示出的第二先前技術。本發(fā)明的第一實施例另外包括具有長度"和特性阻抗Z7的第一阻抗轉換部分VII (或線16);和具有長度Ls和特性阻抗Zs的第二阻抗轉換部分VIII (或線17)。
類似于第一和第二先前技術，圖5中的參考序號13表示外信號源5的負載電阻6 (特性阻抗Rg)和輸入饋通部分I之間的邊界。在圖5中，Zin"表示第二先前技術的x切LN光調制器的輸入阻抗，其看為外信號源5和外信號源5的負載電阻6。
即，ZJ'是通過綜合輸入饋通部分I的特性阻抗Z,、第一阻抗轉換部分VII的特性阻抗Z7、第二阻抗轉換部分VIII的特性阻抗Z8、輸入連接部分II的特性阻抗Z2、相互作用部分III的特性阻抗Z3、輸入連接部分IV的特性阻抗Z,、輸出饋通部分V的特性阻抗Z5、和端子12的電阻Z^而得到的特性阻抗。
下面的討論用以通過給出實現(xiàn)來說明本發(fā)明的效果，在實例中CPW間隙W的寬度小于15^m，即，相互作用部分III的特性阻抗Z3較低，例如為22Q。
現(xiàn)在，將描述第一阻抗轉換部分VII和第二阻抗轉換部分VIII的效果。為簡化起見，類似于先前技術，假設Z2 = Z3 = Z4 = Zs = 這里Zz對應于
輸入連接部分n的特性阻抗，Z3對應于相互作用部分in的特性阻抗，z4對應于輸出連接部分iv的特性阻抗，Zs對應于輸出饋通部分v的特性阻抗，
并且Z^是端子12的電阻。
圖6示出了用于這個實例的等效電路。這里，類似于圖30中示出的第
二先前技術，z/表示作為綜合部分nr的傳輸線15的特性阻抗，其通過
綜合Zh Z3、 Z4、 Zs和Z^而獲得。圖1中描述的"L7，，和"IV'分別標識具有特性阻抗Z7的第一阻抗轉換部分VII和具有特性阻抗Zs的第二阻抗轉換部分VIII的長度，其也將在圖6中得以描述。
為簡單起見，假設輸出饋通部分I的特性阻抗Z,為50 Q，其相同于外信號源5的負載電阻6的特性阻抗Rg。但是，存在一些實例，其中輸入饋通部分I的特性阻抗Z,低于50 Q。
連接至輸入饋通部分I的連接器的芯部，即金線、或金帶(在附圖中未示出)(其在下文中將稱為"連接器芯部，，)，其是具有在數(shù)十到數(shù)百微米范圍內(nèi)的厚度的厚金屬。由于厚金屬減小了特性阻抗，存在一些實例，其中連接至連接器芯部(附圖中未出)的輸入饋通部分I的特性阻抗遠小于50 Q。
19由于連接器芯部(附圖中未示出)在LN光調制器的實際使用中被固定 至輸入饋通部分I,由連接器芯部(附圖中未示出)和輸入饋通部分I的連 接而產(chǎn)生的減小的特性阻抗被認為輸入饋通部分I的特性阻抗。這種構思在 將在隨后描述的實例中尤其重要，其中輸入饋通I被認為阻抗轉換部分的一 部分。在本發(fā)明的全部實施例中，類似于先前技術，下文中，用于使高頻電 信號在那兒被饋送的布置在輸入饋通部分I的中心電極處的部分將被稱為 "饋送部分"，并且用于輸入高頻電信號的布置在輸出饋通部分的中心電極 處的部分將被稱為"輸出部分"。
在輸入饋通部分I的長度較低的實例中，存在一些實例，其中電連接至 輸入饋通部分I的連接器的特性阻抗是重要的。
由于認為阻抗轉換是由連接器(該附圖中未示出)、圖6示出的外信號 源5的負載電阻6、和包括中心電極4a和地電極4b、 4c的相互作用部分III 的行波電極執(zhí)行，因此輸入饋通部分I能夠被認為是阻抗轉換部分的一部分。
即使輸入饋通部分I的中心電極和地電極、輸入連接部分II和相互作 用部分III的尺寸幾何相同，即，輸入饋通部分I的中心電極和地電極、輸 入連接部分II、和相互作用部分III表面上看作輸出饋通部分I,在連接至 連接器芯部的饋送部分和相互作用III之間的區(qū)域能夠被認為是阻抗轉換部 分。
雖然輸入饋通部分I的特性阻抗通常為50 Q，連接器的特性阻抗和外 信號源5的負載電阻6的特性阻抗Rg在許多實例中也為50 Q。因此，給出 幾何均值的方程(2)中的的值能夠從輸入饋通部分I、連接器、外信號 源5的負載電阻6的特性阻抗中選擇一個。
圖1到圖6中示出的本發(fā)明的第一實施例在構思方向完全不同于圖26 到圖31中示出的第二先前技術。這將在下文中更為詳細的描述。
在第二先前技術中，絕對的要求是阻抗轉換部分VI的特性阻抗Z6的值 和長度U同時滿足方程(2)和方程(3)。在相互作用部分III的特性阻抗 Z3較小的實例中，例如，只大于22 Q,電反射在特定頻率中接近于零，如 圖31中所示。但是，電反射在另外的用于x切LN光調制器的實際使用的頻 率中過大。在第二先前技術中，阻抗轉換部分VI的特性阻抗Z6從方程(2) 中推導出，并且為33. 2 Q。
在本發(fā)明的第一實施例中，未使用由方程(2)給出的任何幾何均值。
20即，在這個實施例中，第一阻抗轉換部分VII的特性阻抗Z，為例如37 Q， 其大于由方程(2)給出的33. 2 Q，同時是29Q,其小于由方程(2)給出 的33. 2 a
盡管并非如第一實施例那樣有效，第一阻抗轉換部分VII的特性阻抗Z, 和第二阻抗轉換部分VIII的特性阻抗Z8中的任一個可以是由方程(2 )給出 的33. 2Q。在這個實例中，仍可以抑制電反射至需要用于實際使用的程度，
盡管在寬的頻率范圍上有(意向的)殘留反射剩余，這在構思方面不同于僅 在特定具體頻率中能夠完全抑制電反射的第二先前技術。
因此，方程(2)并不適用于本發(fā)明的第一實施例，這樣使得反射系數(shù) Sn在特定頻率中并非極其良好，并且在一些周期性頻率中并非極其糟糕，這 與第二先前技術形成對比。
圖7示出了計算出的包括第一阻抗轉換部分VII和第二阻抗轉換部分 V工II的上述構造的反射系數(shù)Sn。如在圖7中示出的，反射系數(shù)Su在較寬的 頻率范圍上低于-15 dB,即，反射系數(shù)Su在特定具體頻率中并不是極其的 低并且在另外的頻率中并不惡化。該值的反射系數(shù)Su被認為足夠用于10 Gbps的光傳輸。因此，從x切LN光調制器^皮反射回至外信號源5的高頻電 信號受到抑制，這樣使得可以獲得具有較少抖動的調制的光脈沖。應注意到， 反射系數(shù)Sn的測量結果很好地符合于圖7中示出的所計算的反射系數(shù)S,，。
圖8示出了響應于入射光的調制指數(shù)(功率調制指數(shù))Im卩的頻率。由 于對于電反射的抑制必需且充分，Im卩示出光滑的曲線，表明可在寬的頻率 范圍上進行光調制。
如上所述，本發(fā)明并非形成以在特定具體頻率中完全抑制電反射。換句 話說，盡管意向電反射在寬的頻率范圍上有一定程度的剩余，可選地，其可 以在寬的頻率范圍上抑制電反射至一定程度。如上所述，意向反射將被稱為 "殘留反射"。
不必要的是第一阻抗轉換部分VII的長度L7和第二阻抗轉換部分VIII 的長度"滿足方程(3),因為方程(2)并不滿足。即，可以既不滿足方程 (2)也不滿足方程(3),并且在本發(fā)明的第一實施例中電反射有一定程度 的剩余，其在構思方面根本不同于第二先前技術，第二先前技術絕對要求滿 足方程(2)和方程(3),并且僅特定具體頻率中能夠完全抑制電反射。
本發(fā)明在于其中第一阻抗轉換部分VII的特性阻抗Z7與由方程(2)給出的幾何均值之間的差異、及第二阻抗轉換部分vni的特性阻抗Zs與由方
程(2)給出的幾何均值之間的差異在大約士15 Q內(nèi)的實例中展現(xiàn)出顯著效 果。如果這些差異在大約士7 Q內(nèi)，本發(fā)明的效果更為顯著。阻抗轉換部分 的特性阻抗不同于由方程(2)給出的幾何均值且差異在這些范圍(即，在 大約±7 Q或±15 Q)內(nèi)的構思不僅適用于這個實施例而且適用于本發(fā)明的 全部實施例。
(第二實施例)
圖9示出了用于本發(fā)明的第二實施例的CPW行波電極的頂視平面視圖。 在這個實施例中，IX表示第一阻抗轉換部分，X表示第二阻抗轉換部分，并 且XI表示第三阻抗轉換部分。
圖10示出了用于本發(fā)明的第二實施例的等效電路。盡管該等效電路幾 乎類似于本發(fā)明的第一實施例的等效電路，本實施例的特性在于阻抗轉換部 分包括三個部分，即，具有特性阻抗Z9的第一阻抗轉換部分IX (或線18), 具有特性阻抗Z，。的第二阻抗轉換部分X(或線19),和具有特性阻抗Z，的第 三阻抗轉換部分XI (或線20)。應注意到，阻抗轉換部分的數(shù)目可以大于3。
類似于第一實施例，在第二先前技術中由方程(2)給出的匹配阻抗在 相互作用部分III的特性阻抗為22 Q、及外信號源5的負載電阻6的特性 阻抗Rg為50 Q的實例中為33.2 Q。
盡管第一阻抗轉換部分IX (或線18)的特性阻抗Z9、第二阻抗轉換部 分X (或線19)的特性阻抗Z^、和第三阻抗轉換部分XI (或線20)的特性 阻抗Zn在本發(fā)明中可以不同于值33. 2 Q，在本發(fā)明的第二實施例中的CPW 間隙的寬度被形成，例如，這樣使得Zs 〉 Z,。= 33. 2 Q > Z 。應注意到，在 Zg、 Z,。和Zn中的兩個可以等于匹配阻抗(33. 2 Q)。
在第二實施例中，第二阻抗轉換部分X的特性阻抗Z,。滿足方程(2)， 同時第一阻抗轉換部分IX (或線18 )的特性阻抗Z,和第三阻抗轉換部分XI (或線20 )的特性阻抗Z 不滿足方程(2 )。這里，不必要方程(3 )被滿 足，因為Zg和Z,,并不滿足方程(2)。
另外在第二實施例中，可以獲得類似于圖7中示出的本發(fā)明的第一實施 例的電反射特性。即，反射系數(shù)Su在特定頻率中并不極其良好而反射系數(shù) 31,在一些周期性頻率中并不極其糟糕，這與第二先前技術形成對比。
換句話說，盡管意向電反射在寬的頻率范圍上有一定程度的剩余，其可
22以在寬的頻率范圍上抑制電反射至實用的程度。如上所述，這個意向反射將 被稱為"殘留反射"。即，電反射也在本發(fā)明的第二實施例中有一定程度的 剩余，其在構思方面根本不同于要求同時滿足方程(2)和方程(3)并能夠 完全抑制電反射的第二先前技術。 (第三實施例)
圖11示出了用于本發(fā)明的第三實施例的CPW行波電極4的頂碎見平面視
圖。在這個實施例中，xn表示第一阻抗轉換部分，及xin表示第二阻抗轉
換部分。在這個實施例中，第一和第二阻抗轉換部分XII、 XIII形成以沿相
互作用部分III的方向折回一次，這樣使得相互作用部分III能夠具有足夠 的長度。應注意到，這個構思適應用于本發(fā)明的另外的實施例，包括第二實施例。
(第四實施例)
圖12示出了用于本發(fā)明的第四實施例的包括中心電極4a和地電極4b、 4c的CPW行波電極4的頂視平面視圖。在這個實施例中，IX表示第一阻抗 轉換部分，并且X表示第二阻抗轉換部分。在這個實施例中，第一和第二阻 抗轉換部分IX、 X形成以沿相互作用部分的方向折回一次，類似于圖11中 示出的第三實施例。但是，在相互作用部分的起始點和光輸入刻面之間的沿 著基底的縱向方向的距離短于在用于高頻電信號的饋送部分和光輸入刻面
之間的沿著基底的縱向方向的距離，這樣使得相互作用部分ni能夠具有比
第三實施例的對應長度更長的長度。這里，光波導3相同于第一先前技術的 光波導，并且光輸入刻面由用于第一先前技術的圖15中的參考序號30表示。
由此，通過沿相互作用部分ni的方向折回阻抗轉換部分一次以確保相 互作用部分III具有極長的長度的構思適用于本發(fā)明的全部實施例。
此外，輸入饋通部分V可以相互作用部分III的端點處折疊，這適用于
本發(fā)明的全部實施例。 (第五實施例)
圖13示出了用于本發(fā)明的第五實施例的包括中心電極4a和地電極4b、 4c的CPW行波電極4的頂視平面視圖。第五實施例是圖12中示出的第四實 施例的改進版。在這個實施例中，IX表示第一阻抗轉換部分，并且XIV表示 第二阻抗轉換部分。如圖13中示出的，第一阻抗轉換部分1X和第二阻抗轉 換部分XIV的中心電極的寬度彼此不同。在這個實例中，第一阻抗轉換部分IX的中心電極的寬度比第二阻抗轉換部分XIV的中心電極的寬度更寬，以實 現(xiàn)與輸入々貴通部分I的電/ 茲匹配。
在上面的實例中，其中阻抗轉換部分包括多個部分，至少兩個部分的中 心電極的寬度彼此不同的構思適用于本發(fā)明的全部實施例。為實現(xiàn)優(yōu)秀的特 性，建議距離輸入饋通部分最近的阻抗轉換部分的中心電極的寬度比距離輸 入饋通部分最遠的阻抗轉換部分的中心電極的寬度更寬，即，距離輸入饋通 部分最近的阻抗轉換部分的中心電極的寬度接近于輸入饋通部分的中心電 極的寬度。
(第六實施例)
阻抗轉換部分包括多個部分比如在如上實施例中的第一阻抗轉換部分、
第二阻抗轉換部分、和第三阻抗轉換部分，但是，本發(fā)明能夠僅用一^a44 轉換部分就展示出類似的效果。 一個這樣的實施例示出在圖14中作為第六
實施例。XI表示圖14中的阻抗轉換部分。
盡管其并不如具有多個阻抗轉換部分的實施例那樣有效，本發(fā)明能夠通 過使用一個阻抗轉換部分抑制電反射至一定的程度，該阻抗轉換部分具有的
特性阻抗并不滿足方程(2),即，其接近于并稍微大于或小于由方程(2) 給出的匹配阻抗。并不需要方程(3)得到滿足，因為也并未滿足方程(2)。 重要的是在先前技術中同時滿足方程(2)和方程(3)，而在這個實施例中， 方程(2)可以被滿足只要方程(3)不被滿足。這些構思適用于本發(fā)明的全 部實施例。
如已經(jīng)提到的，阻抗轉換部分的特性阻抗稍微大于或小于由方程(2) 給出的幾何均值。本發(fā)明在其中特性阻抗和由方程(2)給出的幾何均值之 間的差異在大約士15Q內(nèi)的實例中展現(xiàn)出了顯著的效果。如果這個差異在大 約士27Q內(nèi)，本發(fā)明的效果更為顯著。這個構思適用于本發(fā)明的全部實施例。
對于第六實施例的更為透徹的討論將在下文中描述。高頻電信號穿過輸 入饋通部分和阻抗轉換部分至相互作用部分?？紤]到輸入饋通部分I能夠被 認為是阻抗轉換部分的一部分，圖14中示出的第六實施例屬于本發(fā)明，即 使阻抗轉換部分XI同時滿足方程(2 )和方程(3 )，只要輸入饋通部分I和 阻抗轉換部分XI的綜合特性阻抗未滿足方程(2)和方程(3)中的至少任 何一個，殘留反射仍有剩余，并且電反射得以減小。
即，圖14中示出的第六實施例屬于本發(fā)明，即使阻抗轉換部分XI形成
24使得在具有50 Q特性阻抗的連接器(在該附圖中未示出)和包括中心電極 4a和地電極4b、 4c的行波電極4之間的阻抗轉換部分XI同時滿足方程(2) 和方程(3),只要輸入饋通I的特性阻抗不同于連接器的特性阻抗。這是因 為輸入饋通部分I并不滿足如上提到的方程(2 )和方程(3 )的條件，并且 作為新的阻抗轉換部分的一部分工作，其能夠在寬的頻率范圍上減小電反射 至實用的程度，而在寬的頻率范圍上剩余有殘留反射。
例如，阻抗轉換部分XI得以形成使得在輸入^t通部分I和相互作用部 分III之間的阻抗轉換部分XI同時滿足方程(2)和方程(3)，但是，阻抗 轉換部分XI實際并不滿足方程(2 )和方程(3 )，因為輸入饋通部分I連接 至連接器芯部，并且連接器芯部的厚金屬減小特性阻抗至低于輸入饋通部分 I的特性阻抗。在這個實例中，本發(fā)明應用在連接器和相互作用部分III之 間。而且，這個構思對于外信號源(該附圖中未示出)的負載電阻和相互作 用部分III是正確的。即，包括在負載電阻和相互作用部分III之間的連接 器(在該附圖中未示出)的電傳輸線元件可以形成作為阻抗轉換部分，其能
夠在寬的頻率范圍上減小電反射至實用的程度，而在寬的頻率范圍上剩余有 殘留反射。這些構思適用于本發(fā)明的全部實施例。 (每個實施例)
已經(jīng)描述了這樣的事情，即行波電極由CPW電極構成，行波電極可以由 非對稱共面條帶(ACPS)、對稱共面條帶(CPS)等構成。不必要講的是，行 波電極可以由比如集中參數(shù)電極代替。Mach-Zehnder光波導可以由任何其它 光波導代替，比如光定向耦合器和直線型光波導。此外，至少相互作用部分 III可以具有脊形結構。
如上所述，在其中阻抗轉換部分包括多個部分的實例中，CPW間隙得以 形成使得這些部分的特性阻抗彼此不同?？蛇x地，中心電極的寬度、或中心 電極和寬度及間隙可以彼此不同。這個構思也適用于其中行波電極可以由 ACPS、 CPS等構成的實例。
在如上所述的實施例中，阻抗轉換部分的至少一部分近似平行于相互作 用光波導形成。應注意到，這樣的構造并不影響阻抗轉換部分的性能。因此， 阻抗轉換部分的至少一部分可以傾斜于或垂直于相互作用光波導形成。
如已經(jīng)提到的，阻抗轉換部分的至少一部分的特性阻抗稍微大于或小于 由方程(2)給出的幾何均值。計算和實驗表明本發(fā)明在于其中特性阻抗和由方程(2)給出的幾何均值之間的差異在大約士15 Q內(nèi)的實例中展現(xiàn)出顯 著的效果。如果這個差異在大約士15 Q內(nèi)，本發(fā)明的效果更為顯著。
在阻抗轉換部分的數(shù)目為偶數(shù)的實例中，所具有的特性阻抗大于由方程 (2 )給出的特性阻抗的阻抗轉換部分的數(shù)目優(yōu)選地相同于所具有的特性阻 抗小于由方程(2)給出的特性阻抗的阻抗轉換部分的數(shù)目。同時，在阻抗 轉換部分的數(shù)目為奇數(shù)的實例中，在如上提到的關于該阻抗轉換部分的數(shù)目 的構思之外，阻抗轉換部分的一部分的特性阻抗優(yōu)選地相同于由方程(2) 給出的特性阻抗。通過采用這些構思，可以在寬的頻率范圍上相當有效地抑 制電反射。
第一阻抗轉換部分、第二阻抗轉換部分、和第三阻抗轉換部分的特性阻 抗的值可以不同于在本說明書中的值。
在其中兩個Mach-Zehnder光波導的相互作用光波導布置在中心電極的 兩側的實例中，可以避免DC和動態(tài)消光比的惡化，只要兩個相互作用光波 導的寬度彼此不同。
而且，在每個實施例中，LN基底可以具有x切狀態(tài)、y切狀態(tài)、或者z 切狀態(tài)。換句話說，LN基底可以具有這樣的表面方向使得晶體的x軸、y軸、 或z軸垂直于LN基底的表面(切割表面)。LN基底可以這樣形成使得主表面 方向，即上述的方向混合于不同于主表面方向的亞表面方向。LN基底可以由 比如鋰鉭和半導體的另外的基底代替。
在上面的描述中，阻抗轉換部分形成在LN光調制器的饋通部分和相互 作用部分之間，即，形成在LN光調制器芯片上。其即使在于其中阻抗轉換 部分形成在不同于比如氧化鋁基底、LN基底等的LN光調制器芯片的基底上 的實例中也可以獲得相同的效果。
本發(fā)明可應用于多種使用行波電極的光學裝置，比如形成在比如InP基 底和GaAs基底的半導體基底上的電吸收調制器，和Mach-Zehnder光調制器。
工業(yè)應用
依據(jù)本發(fā)明，提供了一種光調制器，其能夠極大地提高RF調制特性， 可用于具有高的調制速率和低的驅動電壓的光調制器。
2權利要求
1、一種光調制器，其包括具有電光效應的基底；形成在所述基底中用于使入射光從中通過的光波導；和行波電極，其用于施加高頻電信號，以調制所述入射光的相位，所述行波電極形成在所述基底的一個表面上，所述行波電極包括中心電極和地電極；所述行波電極包括相互作用部分，其中所述入射光的所述相位在所述高頻電信號被施加到所述行波電極的條件下被調制；輸入饋通部分，其用于從外部電路將所述高頻電信號施加至所述相互作用部分；和輸出饋通部分，其用于輸出穿過所述相互作用部分傳播的所述高頻電信號，其中，所述光調制器還包括至少一個阻抗轉換部分，其用于減小所述相互作用部分的特性阻抗與所述輸入饋通部分的至少一個特性阻抗之間的阻抗不匹配；電連接至所述輸入饋通部分的連接器；和所述外部電路，至少一個所述阻抗轉換部分具有一特性阻抗，該特性阻抗不同于所述相互作用部分和所述輸入饋通部分的所述特性阻抗的幾何均值、所述相互作用部分和電連接至所述輸入饋通部分的電連接器的特性阻抗的幾何均值、或者所述相互作用部分和所述外部電路的特性阻抗的幾何均值。
2、 如權利要求1所述的光調制器，其中，至少一個所述阻抗轉換部分具有一特性阻抗，該特性阻抗與所述相互作 用部分和所述輸入饋通部分的所述特性阻抗的幾何均值、所述相互作用部分 和電連接至所述輸入饋通部分的電連接器的特性阻抗的幾何均值、和所述相 互作用部分和所述外部電路的特性阻抗的幾何均值中的至少 一 個幾何均值 相同。
3、 如權利要求1和2中的任一項所述的光調制器，其中， 從外部電路施加至所述輸入饋通部分的所述高頻電信號傳播進入所述比，殘留反射剩余和電反射得以減小。
4、 如權利要求1到3中的任一項所述的光調制器，其中， 所述阻抗轉換部分的所述中心電極的寬度比所述相互作用部分的所述中心電極的寬度更寬。
5、 如權利要求1到4中的任一項所述的光調制器，其中，所述阻抗轉換部分的所述中心電極的至少 一部分對齊于所述光波導的 縱向方向。
6、 如權利要求1到5中的任一項所述的光調制器，其中， 所述阻抗轉換部分形成在基底上，該基底不同于在其上形成了所述相互作用部分的基底。
7、 如權利要求1到6中的任一項所述的光調制器，其中，所述輸入饋通部分的所述中心電極具有用于饋送所述高頻電信號的饋 送部分，所述輸出饋通部分的所述中心電極具有用于輸出所述高頻電信號的輸 出部分，所述相互作用部分的長度比在所述饋送部分和所述輸出部分之間的沿 著所述基底的縱向方向的距離更長。
8、 如權利要求1到7中的任一項所述的光調制器，其中， 在所述相互作用部分中的、所述入射光的所述相位被調制的區(qū)域的一起始點和用于使所述入射光進入所述光波導的光輸入刻面之間的距離短于在 所述用于所述高頻電信號的饋送部分和所述光輸入刻面之間的沿著所述基 底的縱向方向的距離。
9、 如權利要求1到8中的任一項所述的光調制器，其中， 在至少一個所述阻抗轉換部分的所述中心電極和所述地電極之間的間隙的寬度比在所述相互作用部分的所述中心電極和所述地電極之間的間隙 更寬。
10、 如權利要求1到9中的任一項所述的光調制器，其中， 至少兩個所述阻抗轉換部分的所述中心電極的寬度彼此不同。
11、 如權利要求1到10中的任一項所述的光調制器，其中， 具有以下特性阻抗的多個所述阻抗轉換部分與具有比至少一個下述幾何均值小的特性阻抗的多個阻抗轉換部分相同，其中，所述特性阻抗大于所 述相互作用部分和所述輸入饋通部分的所述特性阻抗的幾何均值、所述相互 作用部分和電連接至所述輸入饋通部分的電連接器的特性阻抗的幾何均值、或者所述相互作用部分和所述外部電路的特性阻抗的幾何均值。
12、 如權利要求1到11中的任一項所述的光調制器，其中，還包括 至少一個所述阻抗轉換部分，其所具有的特性阻抗大于所述相互作用部分和所述輸入饋通部分的所述特性阻抗的幾何均值、所述相互作用部分和電連接至所述輸入饋通部分的電連接器的特性阻抗的幾何均值、或者所述相互 作用部分和所述外部電jf各的特性阻抗的幾何均值，至少一個所述阻抗轉換部分，其所具有的特性阻抗小于至少一個上述幾 何均值，和至少一個所述阻抗轉換部分，其具有至少一個上述幾何均值。
13、 如權利要求1到12中的任一項所述的光調制器，其中，分和所述輸入饋通部分的所述特性阻抗的幾何均值、所述相互作用部分和電連接至所述輸入饋通部分的電連接器的特性阻抗的幾何均值、或者所述相互 作用部分和所述外部電路的特性阻抗的幾何均值，并且在所述至少一個所述阻抗轉換部分的所述特性阻抗和至少一個所述幾何均值之間的差異在大約士7Q內(nèi)。
14、 如權利要求1到12中的任一項所述的光調制器，其中，分和所述輸入饋通部分的所述特性阻抗的幾何均值、所述相互作用部分和電 連接至所述輸入^t通部分的電連接器的特性阻抗的幾何均值、或者所述相互 作用部分和所述外部電路的特性阻抗的幾何均值，并且在所述至少 一 個所述阻抗轉換部分的所述特性阻抗和至少 一 個所述幾 何均值之間的差異在大約士15Q內(nèi)。
15、 如權利要求1到14中的任一項所述的光調制器，其中， 所述基底由半導體材料制成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光調制器，其包括光波導(3)；和行波電極(4)，其包括用于調制入射光的相位的相互作用單元(9)和輸入饋通單元(7)。光調制器另外包括至少一個阻抗轉換單元，其用于減小在相互作用單元的特性阻抗和至少一個輸入饋通單元的特性阻抗之間的阻抗不匹配；電連接于輸入饋通單元和外部電路的連接器。阻抗轉換單元所具有的特性阻抗不同于所述相互作用部分和所述輸入饋通部分的所述特性阻抗的幾何均值、所述相互作用部分和電連接至所述輸入饋通部分的電連接器的特性阻抗的幾何均值、或者所述相互作用部分和所述外部電路的特性阻抗的幾何均值。
文檔編號G02F1/03GK101501555SQ20078002983
公開日2009年8月5日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權日2006年6月14日
發(fā)明者中平徹, 五十嵐信弘, 佐藤勇治, 內(nèi)田靖二, 名波雅也, 川面英司, 松本聰, 河野健治 申請人:安立股份有限公司