JPH03252618A - 導波路型光干渉器の動作安定化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 概要 各種光通信システム等に適用される導波路型光干渉器の
動作安定化方法に関し、 光干渉器を通過する光の位相制御を正しく行うことがで
き、これによって適正な光信号を出力することができる
導波路型光干渉器の動作安定化方法を提供することを目
的とし、 基板」二面に入力光を分岐／合成して出力する異なる長
さの分岐光導波路を形成し、該基板下面全体にペルチェ
素子を密着し、該ペルチェ素子に所望の電圧を印加する
ことによって該基板全体の温度を一様に昇降して該分岐
光導波路を通過する光の位相を制御するように構成する
。

産業上の利用分野 本発明は各種光通信システム等に適用される導波路型光
干渉器の動作安定化方法に関する。

−船釣な光通信システムにおいては、発光光源として半
導体レーザが多く使用されている。また、変調方式とし
ては、半導体レーザの駆動電流を送信データによって変
調する直接変調方式と、半導体レーザの出力光を外部変
調器によって変調する外部変調方式とに大別することが
できる。

直接変調方式では、送信側で強度変調された信号光を光
ファイバ等からなる光伝送路を介して受信側に伝送し、
受信側で受信光を直接検波して伝送情報を再生するよう
にしている。送信側における強度変調は、例えば半導体
レーザ等の光源の駆動電圧を変調信号に基づいて変化さ
せる位相変調を行い、この位相変調の行われた光を分岐
／合成する導波路型光干渉器によって強度変調光に変換
して行っている。しかし、この方法においては、導波路
型光干渉器で光波長オーダーでの長さの揺らぎが生じる
た必、その揺らぎを補正するために導波路型光干渉器の
所定位置にヒータ又は電極を設け、先導波路の屈折率を
変化させ、それに伴って光路長差を変化させて補正を行
っている。

ところが、その補正方法では、局所的な温度変化による
歪み、又は先導波路の屈折率のずれによるドリフトが生
じる。そこで、それらが生じることなく、光干渉器を通
過する光の位相制御を正しく行うことができ、これによ
って適正な強度変調が行われた光信号を出力することが
できる導波路型光干渉器の動作安定化方法が要望されて
いる。

従来の技術 半導体レーザの駆動電流を送信データによって変調する
直接変調方式として、ＤＰＳＨ−ＩＭ（Ｄｉｒｅｃｔ　
Ｐｈａｓｅ−３ｈｉｆｔ　ａｎｄ　Ｓｅｌｆ−Ｈｏｍｏ
ｄｙｎｅ　Ｉｎｔｅｎｓ＋ｔｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ
）　方式が本出願人により先に提案されている。この方
式は、高いバイアス下の半導体レーザの注入電流を小振
幅変調することにより発振光に位相変調を生じさせ、そ
の光を例えばマツハツエンダ型光干渉器等の導波路型光
干渉器により強度変調光に変換することによって実現さ
れている。そして、このように光の強度変調を行った場
合、前述したように半導体レーザの直接変調が位相変調
であり、小電流振幅の変調が可能となるので、長距離伝
送システムにおける中継間隔を拡大するか、或いは中継
器数を削減することができる。

また、前記した導波路型光干渉器１は第３図に示すよう
に、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）からなる直方体
形状の導波路基板２上に、チタン（Ｔ１）を熱拡散させ
る等の方法によって、光導波路３と、この先導波路３を
分岐する長さの異なる第１及び第２分岐光導波路３ａ、
３ｂを形成したものである。このように光の干渉を行う
光回路を構成した場合、その回路全体を小型にすること
ができ、光の干渉を行う第１及び第２分枝光導波路３ａ
、３ｂを安定に構成することができる。

しかし、第１及び第２分岐光導波路３ａ、３ｂが安定し
ているとはいっても、外部からの温度及び湿度変化等に
よる導波路基板２及び各先導波路３ａ、３ｂの膨張・収
縮等に起因する光波長オーダーでの長さの揺らぎを抑え
ることは難しく、その揺らぎによって所望の光の強度変
調が行えず、適正な光信号を出力することができなくな
る。

そこで、その揺らぎを補正するために第４図に示すよう
に、第１分岐光導波路３ａ上の所定位置にヒータ４を設
け、このヒータ４に所定電圧を印加し、ヒータ４の温度
変化で、その部分の屈折率を変化させるか、又は、第５
図に示すように、第１及び第２分岐光導波路３ａ、３ｂ
に電極５及び６を設け、これら電極５及び６に所定電圧
を印加することにより生じる電気光学効果によって、各
先導波路３ａ、３ｂの屈折率を変化させ、それに伴って
光路長差を変化させて補正を行っている。

るとともに、ドリフトが生じる問題があった。

つまり、上述したいずれの問題が生じても、適正な光の
強度変調が行えず、このため適正な光信号を出力するこ
とができなくなる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、光干
渉器を通過する光の位相制御を正しく行うことができ、
これによって適正な光信号を出力することができる導波
路型光干渉器の動作安定化方法を提供することを目的と
している。

発明が解決しようとする課題 ところで、上述したような温度変化によって屈折率を変
化させる方法においては、導波路基板２の温度が局所的
に変化するので、その部分に歪みが生じ、第１分岐光導
波路３ａの屈折率が大きく変わり、補正不可能な状態と
なったり、最悪の場合、先導波路３ａが切断する問題が
ある。

また、電気光学効果によって屈折率を変化させる方法に
おいては、所定の電圧を印加して適正な補正を行う屈折
率を得たとしても、時間が経過す課題を解決するための
手段 基板上面に入力光を分岐／合成する異なる長さの分岐光
導波路を形成し、該基板下面全体にペルチェ素子を密着
して導波路型光干渉器を構成する。

そして、該ペルチェ素子に所望の電圧を印加することに
よって該基板全体の温度を一様に制御し、該分岐光導波
路を通過する光の位相を制御する。

また、本発明の特に適した応用方法は、半導体レーザか
ら出力される位相変調のかかった光を前記導波路型光干
渉器に取り入れ、強度変調光に変換して出力し、この強
度変調光の光強度が互いに逆転した関係にある２つの出
力光をそれぞれ第１及び第２検出手段によって検出し、
この検出されたそれぞれの信号を差動増幅手段に取り入
れ、この差動増幅手段から出力される第１及び第２検出
手段の各出力信号の差に応じた電圧を、該導波路型光干
渉器のペルチェ素子に印加し、該導波路型光干渉器の基
板全体の温度を一様に制御し、該分岐光導波路を通過す
る光の位相を制御するように構成されている。

作　　　用 本発明によれば、導波路型光干渉器のペルチェ素子に所
望の電圧を印加することによって、ペルチェ素子の温度
を昇降させ、基板全体の温度を一様に変化させることが
でき、これによって、分岐光導波路の屈折率を変化させ
ることができる。そして、この屈折率の変化に伴って光
路長差が変化するので、各分枝光導波路を通過する光の
位相差が変化する。

従って、ペルチェ素子に印加する電圧を基板全体の温度
が所望の温度となり、これによって所定の光の位相差が
得られる電圧に設定すれば、導波路型光干渉器で行われ
る光の干渉によって適正な強度変調光を得ることができ
る。しかも、基板の温度が局部的に変化しないので基板
及び先導波路に歪みが生じることがない。

また、本発明の特に敵した応用方法によれば、導波路型
光干渉器のペルチェ素子に印加される電圧は、差動増幅
手段から出力される出力電圧であって、この出力電圧は
、導波路型光干渉器から出力される強度変調光の光強度
が互いに逆転した関係にある２つの出力光の差に応じた
電圧である。

従って、その２つの出力光の差がゼロであること、つま
り光導波路を通過する光の位相差が最適な強度変調光を
得るための位相差である場合に、その２つの出力光の差
がゼロとなることに鑑みれば、差動増幅手段の出力電圧
がゼロとなるように絶えず帰還をかげておけば、光の位
相差を適正な強度出力光を得るための理想的な状態に維
持すること１０ ができる。

しかも、この応用方法の場合、前述の方法と同様に、基
板の温度が局部的に変化しないので基板及び光導波路に
歪みが生じることがなく、また、常時光の位相制御を行
っているので、時間の経過によって、ドリフトが生じる
こともない。

実　　施　　例 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。第１図は本発明の第１の実施例による導波路型光干渉
器の動作安定化方法を説明するための図である。

この図において、１０はマツハツエンダ型の導波路型光
干渉器である。この導波路型光干渉器１０は、ニオブ酸
リチウム（ＬｉＮｂ０３）からなる直方体形状の導波路
基板１１上に、チタン（Ｔ１）を熱拡散させる等の方法
によって、先導波路１２と、この光導波路１２を分岐す
る異なる長さの第１及び第２分岐光導波路１２ａ、１２
ｂが形成されている。これら第１及び第２分岐光導波路
１２ａ、１２ｂは光導波路１２に入力される半導体レー
ザの出力光（位相変調光）を、分岐／合成し、一方の第
２分岐光導波路１２ｂを通過する光に対して、他方の第
１分岐光導波路１２ａを通過する光を所定時間遅れるよ
うにしたものであり、合成によって得られる光は、各分
岐光導波路１２ａ、１２ｂを通過する光の位相差に応じ
た強度変調光、即ち「Ｏ」又は「１」の光パルスとなる
。

１３はＢ１−Ｔｅ系のカルコゲン化合物等の材料による
ペルチェ素子であり、導波路基板１１の下面全体に接着
固定されている。

このように導波路型光干渉器１０を構成した場合、ペル
チェ素子１３に所望の電圧Ｖを印加することによって、
ペルチェ素子１３の温度を昇降させることができるので
、導波路基板１１全体の温度を一様に昇降させることが
でき、これによって、光導波路１２ａ及び１２ｂの屈折
率を変化させることができる。そして、この屈折率の変
化に伴って光路長差が変化するので、各分岐光導波路１
２ａ、１２ｂを通過する光の位相が、それぞれ変化する
。この位相変化は、光路長差と屈折率変化との積に対応
したものとなる。

従って、ペルチェ素子１３に印加する電圧Ｖを任意の電
圧に設定することによって、導波路基板１１全体の温度
を所望の温度にすることができ、これによって導波路型
光干渉器１０を通過する光の位相制御を行うことができ
、適正な強度変調光を得ることができる。

また、上述した導波路型光干渉器１０において、導波路
基板１１を酸化シリコン（Ｓ１０２）によって形成し、
各先導波路１２．１２ａ、１２ｂを酸化チタン（Ｔｉ０
２）によって形成してもよい。

次に、第２図を参照して、本発明の第２の実施例を説明
する。

第２図は本発明の第２の実施例による導波路型光干渉器
の動作安定化方法を説明するための図であり、この図に
おいて第１図の各部に対応する部分には同一の符号が付
しである。

この第２の実施例は、上述した導波路型光干渉器１０を
、ＤＰＳＨ−ＩＭに適用して構成したものである。

第２図において、２０は半導体レーザであり、高いバイ
アス下の注入電流を小振幅変調することにより発振光２
１に位相変調を生じさせている。

また、２２及び２３は共にハーフミラ−であり、このハ
ーフミラ−２２，２３は、導波路型光干渉器１０から出
力される強度変調光の光強度が互いに逆転した関係にあ
る２つの出力光２４．２５を、それぞれ反射及び透過さ
せるものである。２６及び２７は光検出器であり、各ハ
ーフミラ−２２゜２３によって反射された出力光を検出
し、その検出信号を差動アンプ２８へ出力するものであ
る。

差動アンプ２８はそれら検出信号の差をとり、その差に
応じた電圧をペルチェ素子１３に印加するものである。

即ち、ペルチェ素子１３の温度は差動アンプ２８の出力
電圧に応じて昇降し、この昇降に伴って、導波路基板１
１全体の温度が一様に昇降し、各分岐光導波路１２ａ及
び１２ｂの屈折率が変化して光路長差が変化する。光路
長差が変化すると、各３ ４− 分岐光導波路１２ａ及び１２ｂを通過する光の位相差が
変化する。つまり、２つの分岐光導波路１２ａ及び１２
ｂを通る光の位相差は差動アンプ２８の出力電圧によっ
て制御されることになるので、この出力電圧が、最適な
強度変調光を得るための光の位相差である場合にゼロと
なることを鑑みれば、差動アンプ２８の出力電圧がゼロ
となるように絶えず帰還をかけておけば、光の位相差を
適正な強度出力光を得るための理想的な状態に維持する
ことができる。

つまり、外部からの温度及び湿度変化等によって導波路
基板１１及び各分岐光導波路１２ａ、１２ｂが膨張・収
縮し、各分岐光導波路１２ａ、１２ｂを通過する光に光
波長オーダーでの長さの揺らぎが発生し、光の位相差が
所望の位相差とならず、所望外の強度変調光が出力され
たとしても、その強度変調光から揺らぎに応じた誤差が
検出され、その誤差に応じた出力電圧がペルチェ素子１
３に印加される。これによって、光の位相差を適正な強
度変調光を得ることができるように制御することができ
る。

しかも、上述した第１及び第２のいずれの実施例におい
ても、基板１１全体の温度を一様に昇降させるので、従
来のように温度変化によって、基板の一部分に歪みが生
じたり、光導波路が切断したりすることがなくなる。

また、第２の実施例のように制御を行えば、時間の経過
によって、ドリフトが生じることもない。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、導波路型光干渉器
の基板全体の温度をペルチェ素子によって一様に昇降さ
せることによって、導波路型光干渉器を通過する光の位
相制御を行うことができ、これによって光の位相差を適
正な強度変調光を得るための理想的な状態に維持するこ
とができる。

また、導波路型光干渉器の基板全体の温度を一様に昇降
させるので、基板の温度が局部的に変化することがなく
基板及び光導波路に歪みが生じることがない。更に、常
時光の位相制御を行っているので、時間の経過によって
、ドリフトが生じることもない。

従って、導波路型光干渉器から適正な光信号を出力する
ことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による導波路型光干渉器
の動作安定化方法を説明するための図、第２図は本発明
の第２の実施例による導波路型光干渉器の動作安定化方
法を説明するための図、第３図は従来の導波路型光干渉
器の概略平面図、第４図は従来の他の導波路型光干渉器
の概略平面図、 第５図は従来のその他の導波路型光干渉器の概略平面図
である。 Ｏ・・・半導体レーザ、 ４．２５・・・出力光、 ６・・・第１検出手段、 ７・・・第２検出手段、 ８・・・差動増幅手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板（１１）上面に入力光を分岐／合成して出力す
   る異なる長さの分岐光導波路（１２ａ、１２ｂ）を形成
   し、 該基板（１１）の下面全体にペルチェ素子（１３）を密
   着し、 該ペルチェ素子（１３）に所望の電圧を印加することに
   よって該基板（１１）全体の温度を一様に昇降して、該
   分岐光導波路（１２ａ、１２ｂ）を通過する光の位相を
   制御することを特徴とする導波路型光干渉器の動作安定
   化方法。 ２、位相変調のかかった光を出力する半導体レーザ（２
   ０）と、 該半導体レーザ（２０）から出力される光を取り入れ強
   度変調光として出力する基板（１１）上面に入力光を分
   岐／合成して出力する異なる長さの分岐光導波路（１２
   ａ、１２ｂ）を形成した導波路型光干渉器（１０）と、 該導波路型光干渉器（１０）から出力される強度変調光
   の光強度が互いに逆転した関係にある２つの出力光（２
   ４、２５）をそれぞれ検出する第１及び第２検出手段（
   ２６、２７）と、 該第１及び第２検出手段（２６、２７）から出力される
   信号の差に応じた電圧を出力する差動増幅手段（２８）
   とを具備した半導体レーザの変調方式において、 前記基板（１１）の下面全体にペルチェ素子（１３）を
   密着させ、 前記差動増幅手段（２８）の出力電圧を該ペルチェ素子
   （１３）に印加することにより、前記導波路型光干渉器
   （１０）の基板（１１）全体の温度を一様に昇降し、前
   記分岐光導波路（１２ａ、１２ｂ）を通過する光の位相
   を制御するようにしたことを特徴とする導波路型光干渉
   器の動作安定化方法。