CN103392146B - 光调制器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种光调制器，能够对光调制器的输出光和监视光的相位差进行补偿，且具有简单的结构和能够小型化的结构。光调制器具有：基板(1)，具有电光效应；光波导（2），包括形成于所述基板的马赫-曾德尔型光波导（21～24）；调制电极，用于对在所述光波导中传导的光波进行调制；以及光纤（4），用于对来自所述光波导的出射光进行引导，光调制器的特征在于具有：聚光构件（31、32），使从所述马赫-曾德尔型光波导射出的两束放射光（R1、R2）朝向一个受光元件（5）聚光；以及光量比调整构件，调整所述受光元件（5）接收的所述两束放射光的光量比。

Description

光调制器

技术领域

本发明涉及光调制器，特别涉及到具有用受光元件检测出来自马赫-曾德尔型光波导的放射光的结构的光调制器。

背景技术

在光通信领域和光计量领域中，具有马赫-曾德尔型光波导的强度调制器等光调制器被广泛应用。马赫-曾德尔型光波导具有下述结构：将输入波导分为两部分，并且将两个分支波导结合并与输出波导相连。而且，根据光调制器的种类，还存在下述等各种各样的形态：仅使用一个马赫-曾德尔型光波导的情况；和在一个马赫-曾德尔型光波导的各分支波导的中途呈嵌套状地组合其它马赫-曾德尔型光波导的情况。

在马赫-曾德尔型光波导的各分支波导传导的光波在合波部分以如下方式动作：在以同相结合的情况下，向输出用波导输出的光波处于On状态（接通状态），而在反相的情况下，所述光波向形成有光波导的基板中放射或者被导入以夹着输出波导的方式配置的放射光用波导，以使输出波导的输出成为Off状态（断开状态）。在下面，将从On状态的输出波导输出的光波称为On光（接通光），将以Off状态从合波部分放射的光波称为Off光（断开光）或者放射光。

从马赫-曾德尔型光波导输出的光的强度变化显示出正弦函数式的特性，因此，根据光调制器的用途，为了得到最优的输出光的强度，需要将向调制电极施加的调制信号设定在恰当的动作偏置点，所述调制电极用于对在马赫-曾德尔型光波导传导的光波进行调制。

因此，以往，由与光调制器连接的光纤导出的输出光（On光）的一部分或者Off光作为监测光被光检测器之类的受光元件检测出来，从而对光调制器的输出光的强度的状态进行监测。然后，基于受光元件的检测值（监测输出）对施加于调制电极的调制信号的动作偏置点进行调整（偏置控制）。

在如上所述地通过监视来进行偏置控制的情况下，为了使从光调制器的输出适当，要求光调制器的光纤输出和监视输出的输出函数相对于对调制电极施加的施加电压为同相或者反相的关系且在它们之间不存在相位差。因此，提出有防止不要光混入监视光的结构、和利用两个Off光的结构。

在现有的光通信的控制中，即使是在监视输出产生少许的偏置点偏离的情况下，也不会成为重大的问题。这是因为，作为信号检测出的光等级是具有马赫-曾德尔型光波导的强度调制器的输出函数的最大透过或最小透过的等级，在该情况下通过输出函数的非线性性进行波形整形，因此能够容许数个百分比的相位差。

相对于此，随着近些年的通信的大容量化，例如在利用差动四相相位偏移调制方式（DQPSK）等多值调制格式等情况下，需要进行偏置设定以使输出函数的1/2强度点达到输出光等级。在该情况下，由于将偏置点设定在对光强度变化敏感的点，因此为了确保输出信号的质量良好，需要对光调制器的动作偏置点进行严密地控制，例如控制成相对于半波长电压Vπ在1%以下的精度。

另外，作为马赫-曾德尔型光波导的结构，在合波部的Y分支结构中，在光波从两个分支波导以同相输入到合波部的情况下，其大部分变化为输出用波导的基本模式而作为On光输出。不过，一部分光作为转换损失在输出用波导的两侧以与On光相同的相位放射出去。

而且，在光波从两个分支波导以反相输入到合波部的情况下，输出用波导通常被设计成仅对基本模式进行引导，因此在输出用波导的两侧，相位不同的光（反相）放射而成为Off光。其结果是，放射光中不仅包括Off光（反相）而且混杂有成为转换损失的一部分光（与On光同相地变化），因此两束放射光未成为彼此反相状态，而且产生了相对于反相状态偏离的相位差。

因此，在如专利文献1所示那样仅检测放射光的一方作为监测光的结构中，由于检测出的是Off光的相对于标准的相位偏离的状态，因此难以将偏置精确地调整为如上所述的1/2强度点。

而且，由于光调制器的高性能化，在使用基板厚度在20μm以下的薄板结构的情况下，需要如专利文献2那样在合波部分设置放射光用波导。在这样的情况下，由于是具有平板（slab）波导的特性的薄板基板，不要的光在基板中传导而不会扩散，因此各种各样的不要光容易混入监视输出，在光调制器的输出即主输出与监视输出之间容易产生相位差。

并且，如专利文献3所示，提出有下述方案：通过将向输出波导的两侧放射的两束放射光作为监视光利用，从而改善监视特性。对此，由于放射光之间的相位差的偏差产生的方向在监视输出间存在符号的不同，因此通过利用双方的放射光，能够校正该偏差。

但是，如专利文献3所示，为了得到监视输出，需要采用受光面大的光检测器，或者需要两个光检测器。在前者的情况下，受光直径大的光检测器的部件尺寸大。并且，会产生监视输出的高速频率响应性差的问题。而且，在后者的情况下，部件数量增加，结构和连接复杂化，成为大型化和高成本化的原因。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-281507号公报

专利文献2：日本特开2010-237376号公报

专利文献3：美国专利第6，795，620号公报

专利文献4：日本特开平11-44867号公报

发明内容

本发明要解决的课题为，解决如上所述的课题，提供一种光调制器，其能够对光调制器的输出光和监视光的相位差进行补偿，且具有简单的结构和能够小型化的结构。

为了解决上述课题，技术方案1涉及的发明为一种光调制器，具有：基板，所述基板具有电光效应；光波导，所述光波导包括形成于所述基板的马赫-曾德尔型光波导；调制电极，所述调制电极用于对在所述光波导中传导的光波进行调制；以及光纤，所述光纤用于对来自所述光波导的出射光进行引导，所述光调制器的特征在于，所述光调制器具有：聚光构件，所述聚光构件使从所述马赫-曾德尔型光波导射出的两束放射光朝向一个受光元件聚光；以及光量比调整构件，所述光量比调整构件调整所述受光元件接收的所述两束放射光的光量比。

技术方案2涉及的发明的特征在于，在技术方案1所述的光调制器中，所述聚光构件是在加强用毛细管设置的反射构件，所述加强用毛细管用于将所述光纤与所述基板的端部连接。

技术方案3涉及的发明的特征在于，在技术方案1所述的光调制器中，所述聚光构件采用透镜、反射镜或者光纤中的至少一种构成。

技术方案4涉及的发明的特征在于，在技术方案1至3的任意一项所述的光调制器中，所述光量比调整构件是调整所述受光元件的配置位置的构件。

技术方案5涉及的发明的特征在于，在技术方案4所述的光调制器中，由所述聚光构件使两束放射光构成为彼此交叉，所述受光元件配置在与所述两束放射光交叉的交叉点偏离的位置。

技术方案6涉及的发明的特征在于，在技术方案5涉及的光调制器中，所述受光元件被配置在所述两束放射光的光路间隔成为所述受光元件的受光直径的0.5～2倍的位置。

技术方案7涉及的发明的特征在于，在技术方案1至3的任意一项所述的光调制器中，所述光量比调整构件是光强度调整滤光器。

技术方案8涉及的发明的特征在于，在技术方案1至7的任意一项所述的光调制器中，在所述基板形成有对所述放射光进行引导的放射光用波导。

技术方案9涉及的发明的特征在于，在技术方案1至8的任意一项所述的光调制器中，所述基板的厚度在20μm以下。

发明效果

根据技术方案1涉及的发明，光调制器具有：基板，所述基板具有电光效应；光波导，所述光波导包括形成于所述基板的马赫-曾德尔型光波导；调制电极，所述调制电极用于对在所述光波导中传导的光波进行调制；以及光纤，所述光纤用于对来自所述光波导的出射光进行引导，所述光调制器具有：聚光构件，所述聚光构件使从所述马赫-曾德尔型光波导射出的两束放射光朝向一个受光元件聚光；以及光量比调整构件，所述光量比调整构件调整所述受光元件接收的所述两束放射光的光量比，因此，能够使用一个受光直径小的受光元件来同时接收两束放射光。而且，两束放射光相对于光调制器的输出光反相且各自具有正负不同的特性，通过同时受光将各自的光强度相加而对输出特性进行补偿。即，所述受光元件输出的电信号的变化与由所述光纤引导的出射光的强度变化成为反相状态，因此，能够容易地得到与光调制器的输出光（出射光）成为反相状态的监视光（监视输出）。

根据技术方案2涉及的发明，聚光构件是在加强用毛细管设置的反射构件，所述加强用毛细管用于将光纤与基板的端部连接，因此，抑制了部件数量的增加，因此制造时的组装作业变得容易，能够实现低成本化。

根据技术方案3涉及的发明，聚光构件采用透镜、反射镜或者光纤中的至少一种构成，因此能够形成多种多样的聚光构件。

根据技术方案4涉及的发明，光量比调整构件是调整受光元件的配置位置的构件，因此，通过受光元件的对位，能够容易地调整两束放射光的光量比。

根据技术方案5涉及的发明，由聚光构件使两束放射光构成为彼此交叉，受光元件配置在与所述两束放射光交叉的交叉点偏离的位置，因此，仅通过调整受光元件的位置，就能够容易地调整两束放射光入射到受光元件的光量比（光强度的比率），能够将受光元件检测出的监视输出补偿成适当的相位差。

根据技术方案6涉及的发明，受光元件被配置在两束放射光的光路间隔成为所述受光元件的受光直径的0.5～2倍的位置，因此，仅在所述范围内使受光元件在与放射光的传导方向垂直的面内移动，就能够将受光元件检测出的监视输出补偿成适当的相位差，能够得到高的受光灵敏度，且减少受光灵敏度的变动。

根据技术方案7涉及的发明，强度调整构件是光强度调整滤光器，因此，通过将强度调整构件配置在两束放射光的至少一方，能够容易地进行光量比调整。

根据技术方案8涉及的发明，在基板形成有对放射光进行引导的放射光用波导，因此，能够调整放射光从基板放出的位置和方向，能够容易地将两束放射光引导到恰当的位置。

根据技术方案9涉及的发明，由于基板的厚度在20μm以下，因此即使是在封闭在薄板基板中的不要光较多的情况下，也能够利用两束放射光得到精确的监视光。

附图说明

图1是说明本发明的光调制器的第一实施例的图。

图2是说明本发明的光调制器的输出光与放射光的关系的图。

图3是说明本发明的光调制器的放射光的传导方向与受光元件的位置关系的图。

图4是说明本发明的光调制器的放射光的剖面与受光元件的受光直径的关系的图。

图5是说明本发明的光调制器的第二实施例的图。

图6是说明本发明的光调制器的第三实施例的图。

图7是说明本发明的光调制器的第四实施例的图。

图8是说明本发明的光调制器的第五实施例的图。

图9是说明本发明的光调制器的第六实施例的图。

图10是说明本发明的光调制器所使用的光强度调整滤光器的一例的图。

具体实施方式

下面，使用优选例详细地说明本发明。

图1示出本发明的光调制器的第一实施例。

本发明为光调制器，所述光调制器具有：基板1，所述基板1具有电光效应；光波导2，所述光波导2包括形成于所述基板的马赫-曾德尔型光波导（21～24）；调制电极（未图示），所述调制电极用于对在所述光波导中传导的光波进行调制；以及光纤4，所述光纤4用于对来自所述光波导的出射光进行引导，所述光调制器的特征在于，所述光调制器具有：聚光构件（31、32），所述聚光构件（31、32）使从所述马赫-曾德尔型光波导射出的两束放射光（R1、R2）朝向一个受光元件5聚光；以及光量比调整构件，所述光量比调整构件调整所述受光元件5接收的所述两束放射光的光量比。

作为本发明的光调制器的聚光构件，可以采用图1所示的、设置于加强用毛细管3的反射构件（31、32），所述加强用毛细管（31、32）用于将光纤4与基板1的端部连接。例如，通过如图1所示地改变加强用毛细管3的端部的切断角，能够以一个受光直径小的受光元件5接收由合波部分23产生的两束放射光（R1、R2）。由此，能够补偿监视光与光纤输出光S之间的相位差，能够得到良好的监视特性。

具体来说，光纤的出射光S的光强度由图2的坐标图A表示。坐标图的横轴是施加于调制电极的偏置电压（输入电压）。两束放射光（R1、R2）的光强度以B和C表示。通常，放射光的光强度为：在仅为Off光的情况下，相对于输出光以反相变化，两束放射光的电场振幅处于彼此相反的状态。当在Off光中混杂有On光的作为转换损失的一部分光（与On光处于同相状态）时，两束放射光（R1、R2）的光强度如图2的B和C所表示那样，向彼此相反方向偏离，产生相位差（成为两束放射光到达受光元件时的两者的相位差不是0的状态）。并且，当同时接收放射光B和C时，作为转换损失的一部分光的影响被抵消，作为监视输出能够得到坐标图D。这样，校正放射光的输出特性，能够得到相对于从光纤输出的输出光没有相位差的监视输出。即，监视输出D成为与输出光A反相的反相状态。另外，各坐标图的高度被标准化而示出。

实际上，图1的放射光R1和R2到达受光元件时的光强度分布并不相同。这意味着，图2的坐标图的B和C的振幅值不同。因此，使两者入射到一个受光元件，即使单纯地将光强度变化相加，也无法得到坐标图D的输出。在本发明中，设有调整受光元件接收的两束放射光的光量比的光量比调整构件。

作为光量比调整构件，可以构成为调整受光元件的配置位置的构件。例如，如图3所示，设定成使得两束放射光R1和R2的传导方向交叉，进行调整以避开交叉点X而将受光元件5的受光面配置在预定的范围h。所述“交叉点”并不限于放射光的传导方向处于同一平面的情况，即使在扭转的位置关系下只要是两者接近的部分即可。

受光元件5能够向图3的上下方向和左右方向调整位置进行设置。由此，如图4所示，能够相对于放射光R1的光束形状和放射光R2的光束形状相对地使受光面PD的位置变化，能够改变入射到受光元件的放射光R1和R2的光强度。

优选的是，受光元件5的位置配置在两束放射光（R1、R2）的光路间隔d（光强度分布的峰值间隔）为所述受光元件的受光直径（受光面PD的直径）的0.5～2倍的位置。小于0.5倍的话，即使使受光元件向图3和图4的左右方向移动，也无法使接收的各放射光的光强度比大幅地变化，而且，在大于两倍的情况下，难以以一个受光元件同时高效地接收两者的放射光。

受光面并不限定于圆形，也可以是矩形形状。在该情况下，设图4的受光面PD为矩形，“受光直径”相当于与箭头d相当的方向的长度。

在图3的范围h的部分，表示的是上述两束放射光（R1、R2）的光路间隔d为受光元件的受光直径的0.5～2倍的范围。而且，范围h配置在与两束放射光交叉的交叉点X偏离的位置。通过将受光元件配置在与交叉点X偏离的位置，既将由位置偏移等引起的灵敏度变动抑制在最小限度，又能够调整两种监视光的受光量的比率，能够调整监视输出的相位差。

在加强用毛细管3设置的反射构件可以如图1所示地是平面，也可以是曲面。而且，通过构成为以反射构件对放射光进行全反射，能够使放射光高效地指向受光元件方向。进行全反射的构件能够通过下述等方式实现：以使放射光的光轴与反射面的关系满足全反射的方式设定毛细管的端面角度，或者在毛细管的反射面形成对金属等进行制膜而成的反射镜。

通过图1所示那样的光调制器，将受光元件5设置在与监视光的光轴具有受光元件的受光直径左右的间隔的地点，能够使灵敏度的变动较少，而得到相位差为0的监视输出。而且，与现有的接收单侧的放射光的情况相比，输入到受光元件的光能变多，因此，能够使监视用的受光元件的灵敏度成为高灵敏度。并且，能够采用受光直径小的受光元件，能够得到频率响应优良的监视输出。例如，通过使受光直径在100μm以下，能够实现数百M～数GHz程度的高速的监视光的响应特性。

接着，如图5所示，为了对从马赫-曾德尔型光波导的合波部分放出的放射光进行引导，优选设置以夹着输出用波导24的方式配置的放射光用波导6。特别是在使用基板的厚度为20μm以下的薄板的时候，通过设置放射光用波导，能够高效地进行与输出光的分离。

而且，通过调整该放射光用波导6的形状，能够调整放射光（R1、R2）向加强用毛细管3射出的位置和方向，与所述加强用毛细管的反射构件（31、32）协调动作，能够容易地将两束放射光引导到恰当的位置。

接着，如图6所示，也可以在加强用毛细管的中心部分设置切缺部33。通过该结构，能够抑制由基板内的输出用波导24与光纤4的连接部射出的、光纤的去耦光L入射到受光元件的情况，能够抑制监视输出的消光比的劣化。

而且，也可以如图6所示，使基板与光纤或者加强用毛细管以满足斯涅耳定律的角度倾斜并接合，抑制光波在接合面发生正反射而逆行的情况。

并且，在本发明的光调制器中，通过如图3所示将受光元件的设置位置配置在放射光的传导方向交叉之前或之后，能够通过受光元件的位置容易地调整放射光的受光比率，因此即使是在存在制造误差等的情况下，也能够得到最优的相位差的光调制器。

而且，存在下述情况：使光调制器和光纤不是如专利文献4那样用加强用毛细管连接，而是使用聚光透镜而以空间光学系统光学地连接起来。在这样的光学系统中，如图7或图8所示，作为两束放射光的聚光构件，也可以利用在基板1形成的用于对放射光进行引导的放射光用波导（61、62）。能够以使从放射光用波导（61、62）射出的放射光（R1、R2）朝向受光元件5的方式，通过调整放射光用波导的形状来实现。图7的标号7是用于将来自光调制器的输出光（出射光）S引导到光纤4的聚光透镜。

也可以构成为，设置如图8所示的对放射光进行引导的光纤（81、82），将放射光（R1、R2）向受光元件5引导。也可以取代光纤（81、82），采用透镜或反射镜。

并且，也可以如图9所示，构成为使放射光用波导62在基板的侧面弯曲，将反射膜等反射构件63配置在所述侧面，使两束放射光（R1、R2）在基板1上相交。通过将受光元件5以与基板1的放射光用波导接触或接近的方式配置，能够接收在所述波导传导的两束放射光。当然，通过相对于放射光用波导调整受光元件5的位置，也能够调整受光元件接收的两束放射光的光量比。

在本发明的光调制器中，作为光量比调整构件，也可以取代上述的受光元件的位置调整构件，利用图10所示那样的光强度调整滤光器9。将光强度调整滤光器9插入至少一方的放射光的光路中，调整入射到受光元件5的两束放射光的光量比。也可以通过将所述滤光器9构成为光的透过率随所述插入量而变化，将光量调整为更为多样化的等级。

工业上的可利用性

如上所述，根据本发明涉及的光调制器，能够提供一种光调制器，其能够对光调制器的输出光和监视光的相位差进行补偿，且具有简单的结构和能够小型化的结构。

标号说明

1：具有电光效应的基板；

2：光波导；

21：输入用波导；

22：分支波导；

23：合波部分；

24：输出用波导；

3：加强用毛细管；

31、32：反射构件；

33：切缺部；

4：光纤；

5：受光元件；

6：放射光用波导；

R1、R2：放射光（Off光等）。

Claims (9)

1.一种光调制器，具有：基板，所述基板具有电光效应；光波导，所述光波导包括形成于所述基板的马赫-曾德尔型光波导；调制电极，所述调制电极用于对在所述光波导中传导的光波进行调制；以及光纤，所述光纤用于对来自所述光波导的出射光进行引导，所述光调制器的特征在于，

所述光调制器具有：

聚光构件，所述聚光构件使从所述马赫-曾德尔型光波导射出的两束放射光朝向一个受光元件聚光；以及

光量比调整构件，所述光量比调整构件调整所述受光元件接收的所述两束放射光的光量比。

2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，

所述聚光构件是在加强用毛细管设置的反射构件，所述加强用毛细管用于将所述光纤与所述基板的端部连接。

3.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，

所述聚光构件采用透镜、反射镜或者光纤中的至少一种构成。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的光调制器，其特征在于，

所述光量比调整构件是调整所述受光元件的配置位置的构件。

5.根据权利要求4所述的光调制器，其特征在于，

由所述聚光构件使两束放射光构成为彼此交叉，所述受光元件配置在与所述两束放射光交叉的交叉点偏离的位置。

6.根据权利要求5所述的光调制器，其特征在于，

所述受光元件被配置在所述两束放射光的光路间隔成为所述受光元件的受光直径的0.5～2倍的位置。

7.根据权利要求1至3的任意一项所述的光调制器，其特征在于，

所述光量比调整构件是光强度调整滤光器。

8.根据权利要求1至3的任意一项所述的光调制器，其特征在于，

在所述基板形成有对所述放射光进行引导的放射光用波导。

9.根据权利要求1至3的任意一项所述的光调制器，其特征在于，

所述基板的厚度在20μm以下。