CN108693603B - 光学元件模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学元件模块，其抑制无用光的混入从而抑制偏压点漂移现象的产生。光学元件模块具备：基板；光调制部，形成于基板且具备光波导；第一透镜单元，配置于基板的端面且具备对从光调制部出射的信号光进行准直的透镜部；及第二透镜单元，用于将通过了第一透镜单元的信号光导入到光纤，该光学元件模块的特征在于，光调制部具备马赫‑曾德尔型光波导，在马赫‑曾德尔型光波导的合波部设有对信号光进行引导的输出波导和对放射光进行引导的放射光用波导，在输出波导与放射光用波导之间且在基板的端部附近设有无用光去除单元，无用光去除单元抑制在输出波导传播的高阶模光和在基板内传播的泄漏光经由第一透镜单元的透镜部入射到光纤的情况。

Description

光学元件模块
技术领域
本发明涉及光学元件模块，尤其涉及使用透镜单元将从光调制部输出的信号光向光纤导入的光学元件模块。
背景技术
在光通信等的技术领域中，使用光学元件模块，该光学元件模块使用透镜单元等空间光学系统将从光调制部输出的信号光向光纤导入。而且，为了实现光调制器等光学元件模块的宽带化，也提出了例如图1所示那样的对从两个光调制部输出的两个信号光进行偏振合成的方案。
当说明图1的光学元件模块的概略时，在铌酸锂等的具有电光效应的基板1上形成光波导2。而且，在光调制部，沿着光波导2在基板上形成有电极，但是在图1中未图示电极。
光波导2对应于各光调制部而具备马赫-曾德尔型光波导(MZ1、MZ2)。在图1中，通过基板内的分支波导将入射光λ分为两个，向各马赫-曾德尔型光波导导入。
由包含马赫-曾德尔型光波导(MZ1或MZ2)的光调制部调制后的信号光(λ1或λ2)从基板1出射，在具备两个透镜的第一透镜单元3中通过。两个信号光中的一个通过波长板4而使偏振面旋转90度，进而，通过将半透半反镜、偏光分束器等进行反射或透射的单元(51、52)组合而成的合波单元5，对两个信号光以偏振面正交的状态进行合波。将波长板4与合波单元5合起来称为偏振合成单元。并且，利用偏振合成单元进行了合波后的信号光通过由聚光用透镜6等构成的第二透镜单元被入射到光纤7。
另外，在马赫-曾德尔型光波导(MZ1、MZ2)的合波部设有将信号光导出的输出波导和将放射光导出的放射光用波导(未图示)。放射光具有与信号光相反的光输出特性，通过将放射光作为监控光进行检测，能够掌握信号光的状态。
在信号光与监控光之间，如图2所示，有时会产生针对向光调制部施加的电压的输出曲线偏移而偏压点漂移的现象。由于偏压点的漂移，引起光调制器等光学元件的控制从适当点偏移，成为光学元件的输出信号的品质劣化的原因。
与在形成有输出波导的基板上直接连接光纤的所谓“对接”的情况相比，在使用图1所示那样的空间光学系统的情况下，偏压点的漂移现象更显著地产生。这是因为，在输出波导的附近分布的高阶模光通过光纤而容易耦合，耦合后的无用光与信号光发生干涉现象。因此，仅由于基板1(输出波导20等光波导)与第一透镜单元3的位置关系或者将第二透镜单元6与光纤7构成为一体的光纤准直器60相对于信号光L的光轴的位置关系稍微偏移，无用光就容易混入信号光。
另外，在图3(参照专利文献1)所示的对接的情况下，通过在输出波导的两侧配置泄漏光去除单元，来抑制无用光进入到信号光的情况。然而，如果将这样的泄漏光去除单元应用于使用了空间光学系统的光学元件模块，则反而无用光容易进入到光纤。
如图4所示，其原因是因为，从放射光用波导(21、22)出射的光波LK1或从泄漏光去除单元(平板波导)9出射的光波LK2通过第一透镜单元3的透镜部聚光，作为无用光LK3向第二透镜单元6入射，被导入到光纤7。尤其是泄漏光去除单元9使用平板波导，因此从泄漏光去除单元出射的光呈宽角度地扩散成为主要原因。
此外，在图1所示的具备偏振合成单元的光学元件模块中，两个信号光被偏振合成，但是由于光学部件的制造误差或安装位置的误差而两个信号光的光轴未完全一致。因此，以使光学元件模块整体的损失成为最小并使两个信号光之间(偏振光之间)的损失差成为最小的方式进行光纤准直器60等的调心。在这样的情况下，也有时在从信号光的光轴微小地偏移的部位配置光纤准直器60等，其结果是，存在偏压点漂移现象更加会产生的问题。例如，在各信号光之间在光波导存在些许的损失差的情况下，为了通过光纤准直器位置使损失差成为最小，而对于损失小的一侧的输出在使损失稍增加地偏移的位置进行调心。其结果是，产生偏压点漂移现象。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特许第5660095号公报
发明内容
【发明的概要】
【发明要解决的课题】
本发明要解决的课题在于提供一种解决上述那样的问题，抑制无用光的混入，从而抑制了偏压点漂移现象的产生的光学元件模块。
【用于解决课题的方案】
为了解决上述课题，本发明的光学元件模块具有以下的技术特征。
(1)一种光学元件模块，具备：基板；光调制部，形成于该基板，且具备光波导；第一透镜单元，配置于该基板的端面，且具备对从该光调制部出射的信号光进行准直的透镜部；以及第二透镜单元，用于将通过了该第一透镜单元的信号光导入到光纤，所述光学元件模块的特征在于，该光调制部具备马赫-曾德尔型光波导，在该马赫-曾德尔型光波导的合波部，设有对信号光进行引导的输出波导和对放射光进行引导的放射光用波导，在该输出波导与该放射光用波导之间且在该基板的端部附近设有无用光去除单元，该无用光去除单元抑制在该输出波导传播的高阶模光和在该基板内传播的泄漏光经由该第一透镜单元的透镜部入射到该光纤的情况。
(2)一种光学元件模块，具备：基板；两个光调制部，形成于该基板，且具备光波导；第一透镜单元，配置于该基板的端面，且具备对从所述两个光调制部出射的两个信号光进行准直的两个透镜部；偏振合成单元，对通过了该第一透镜单元的两个信号光以使其偏振面正交的方式进行合波；以及第二透镜单元，用于将由该偏振合成单元合成后的信号光导入到光纤，所述光学元件模块的特征在于，该光调制部具备马赫-曾德尔型光波导，在该马赫-曾德尔型光波导的合波部设有对信号光进行引导的输出波导和对放射光进行引导的放射光用波导，在该输出波导与该放射光用波导之间且在该基板的端部附近设有无用光去除单元，该无用光去除单元抑制在该输出波导传播的高阶模光和在该基板内传播的泄漏光经由该第一透镜单元的透镜部入射到该光纤的情况。
(3)在上述(1)或(2)所述的光学元件模块中，其特征在于，该无用光去除单元是形成于该基板上的平板波导。
(4)在上述(3)所述的光学元件模块中，其特征在于，该平板波导形成为随着朝向该基板的端面而远离该输出波导。
(5)在上述(3)或(4)所述的光学元件模块中，其特征在于，在该平板波导上配置有光吸收单元。
(6)在上述(1)至(5)中任一项所述的光学元件模块中，其特征在于，该基板是厚度为20μm以下的薄板。
【发明效果】
本发明的光学元件模块具备：基板；光调制部，形成于该基板，且具备光波导；第一透镜单元，配置于该基板的端面，且具备对从该光调制部出射的信号光进行准直的透镜部；以及第二透镜单元，用于将通过了该第一透镜单元的信号光导入到光纤，所述光学元件模块的特征在于，该光调制部具备马赫-曾德尔型光波导，在该马赫-曾德尔型光波导的合波部，设有对信号光进行引导的输出波导和对放射光进行引导的放射光用波导，在该输出波导与该放射光用波导之间且在该基板的端部附近设有无用光去除单元，该无用光去除单元抑制在该输出波导传播的高阶模光和在该基板内传播的泄漏光经由该第一透镜单元的透镜部入射到该光纤，因此能够提供一种抑制无用光混入到信号光从而抑制偏压点漂移现象的产生的光学元件模块。
附图说明
图1是表示具备偏振合成单元的光学元件模块的概略图。
图2是说明信号光与监控光之间的相位变化的图。
图3是说明专利文献1中公开的将沿输出波导传播的放射光的一部分去除的方法的图。
图4是说明使用了图3的泄漏光去除单元时的课题的图。
图5是说明本发明的光学元件模块的第一实施例的图。
图6是说明本发明的光学元件模块的第二实施例的图。
图7是说明本发明的光学元件模块的第三实施例的图。
图8是说明调制曲线的偏移的图。
图9是表示使光纤准直器位置错开时的相位差(偏压漂移)的变化的坐标图。
图10是表示使光纤准直器位置错开时的输出光(信号光)的调制曲线的偏移的坐标图。
图11是表示使光纤准直器位置错开时的监控光(放射光)的调制曲线的偏移的坐标图。
标号说明
1 基板
2 光波导
3 第一透镜单元
4 波长板
51 反射单元
52 透射/反射单元
6 第二透镜单元
7 光纤
具体实施方式
以下，关于本发明的光学元件模块，使用优选例进行详细说明。
如图5所示，本发明的光学元件模块具备：基板1；光调制部，形成于该基板，且具备光波导；第一透镜单元3，配置于该基板的端面，且具备对从该光调制部出射的信号光进行准直的透镜部30；以及第二透镜单元6，用于将通过了该第一透镜单元的信号光导入到光纤7，所述光学元件模块的特征在于，该光调制部具备马赫-曾德尔型光波导MZ，在该马赫-曾德尔型光波导的合波部设有对信号光进行引导的输出波导20和对放射光进行引导的放射光用波导(R1、R2)，在该输出波导与该放射光用波导之间且在该基板的端部附近设有无用光去除单元RM，该无用光去除单元RM抑制在该输出波导传播的高阶模光和在该基板内传播的泄漏光经由该第一透镜单元3的透镜部入射到该光纤7的情况。
另外，在进行偏振合成的光学元件模块的情况下，如图6所示，具备：基板1；两个光调制部，形成于该基板，且具备光波导；第一透镜单元3，配置于该基板的端面，且一体地形成有对从所述两个光调制部出射的两个信号光进行准直的两个透镜部30；偏振合成单元(4、5)，对通过了该第一透镜单元的两个信号光以偏振面正交的方式进行合波；以及第二透镜单元6，用于将由该偏振合成单元合成后的信号光导入到光纤7，所述光学元件模块的特征在于，该光调制部具备马赫-曾德尔型光波导(MZ1、MZ2)，在该马赫-曾德尔型光波导的合波部设有对信号光进行引导的输出波导(201、202)和对放射光进行引导的放射光用波导(R11、R12、R21、R22)，在该输出波导与该放射光用波导之间且在该基板的端部附近设有无用光去除单元(RM1、RM2)，该无用光去除单元(RM1、RM2)抑制在该输出波导传播的高阶模光和在该基板内传播的泄漏光经由该第一透镜单元的透镜部入射到该光纤的情况。
基板1可以利用铌酸锂、钽酸锂等的具有电光效应的基板或半导体基板。作为光波导的形成方法，例如，通过在铌酸锂基板(LN基板)上使钛(Ti)等高折射率物质进行热扩散的方法或质子交换法等来形成。而且，也可以如脊波导那样在基板1上形成凹凸地形成。在脊波导的情况下，可以利用聚合物来形成基板及光波导。例如，在中心部分配置具有凸部的高折射率聚合物，以夹着该高折射率聚合物的方式在上下配置低折射率聚合物作为包层，由此作成具备光波导的平板状的基板。
另外，基板1并非必须由一张基板构成。也可以在图1的单点划线X部分分成两个，如符号10所示，在分支波导等未施加电场的场所，利用石英等的基板，由平面型光学电路基板(PLC)构成。
本发明的光学元件模块在使用基板的厚度为20μm以下的铌酸锂等的基板时，能发挥更显著的效果。在使用这样的薄板时，例如，将形成有Ti扩散波导的LN晶圆研磨至20μm以下，经由粘接剂固定于保持基板来使用。此外，基板的薄板化也可以在电极形成后进行。
虽然未图示，但是在马赫-曾德尔型光波导(MZ、MZ1、MZ2)的紧上方或附近配置有调制用电极或相位漂移用电极。上述的电极可以通过在Ti等的衬底层上电镀Au等来形成。
在图6中，关于第一透镜单元3、反射单元(51、52)、第二透镜单元6、光纤7等，与图1的说明相同，在此省略说明，其中，反射单元(51、52)是构成偏振合成单元的波长板4、半透半反镜或偏光分束器等。此外，在图6中，作为分开的构件而形成两个透镜部30，但是也可以一体地形成两个透镜部30。基板1的端面与第一透镜单元3的配置可以将两者直接接触地配置，也可以利用光学粘接剂进行接合。而且，还可以在两者之间设置滤光片等膜体。
在图5或图6所示的本发明的光学元件模块中，与图4同样地，在马赫-曾德尔型光波导(MZ、MZ1、MZ2)的合波部以夹着输出波导(20、201、202)的方式形成放射光用波导(R1与R2、R11与R12、R21与R22)。放射光用波导的一端与合波部连接或靠近配置。马赫-曾德尔型光波导的合波部处的同相干涉光成为主输出光(信号光)，在输出波导传播。而且，反相干涉光(放射光)在放射光用波导传播，被用作为监控光。
在放射光用波导上配置有具备受光部分(PD1、PD2)的受光元件(81、82)。在图5或图6中，在一个受光元件形成有两个受光部分，但是也可以对应于各受光部分而由分开的受光元件构成。而且，在图5或图6中，放射光用波导由两个光波导构成，但是也可以使用耦合结构或MMI(Multi-Mode Interference，多模干涉)结构将合波部形成为输出波导和一个放射光用波导，而由一个光波导和一个受光元件构成。
受光元件与放射光用波导靠近配置，因此在放射光用波导传播的光波的一部分被吸到受光元件侧，而入射到受光部分(PD1、PD2)，两个受光部分的输出被电合成之后，输出与放射光的光强度成比例的监控信号。
受光元件的配置并不局限于图5或图6所示那样的配置在基板上的方法(片上型)，也可以配置在基板1的外部，检测从放射光用波导的端部向基板外放射的放射光。
在本发明的光学元件模块中，沿着输出波导(20、201、202)形成无用光去除单元(RM、RM1、RM2)。无用光去除单元优选为形成在基板1上的平板波导。平板波导能够在形成包含马赫-曾德尔型光波导的光波导时以同样的方法形成。
如图5或图6所示，平板波导配置在输出波导的附近，形成为相对于光波的行进方向，随着朝向基板1的端面(图的右侧方向)而远离输出波导(20、201、202)。这是因为，将在输出波导传播的放射光的一部分(无用光)向平板波导引导，然后，通过透镜部30避免从平板波导的端部放射的无用光入射到光纤7。
本发明使用的构成无用光去除单元的平板波导的形状如图5所示，平板波导(RM)的左端靠近输出波导20，右端远离输出波导。在基板1的右侧端面，输出波导20与平板波导RM的间隔优选为输出波导的模场直径的1.5倍以上，更优选扩展为2倍以上。由此，能抑制无用光再次返回到输出波导的情况。
另外，如图6所示，关于平板波导(RM1、RM2)的一端侧(图的左端侧)，可以将平板波导与输出波导(201、202)的间隔以规定的间隔在规定的长度上配置成恒定，然后，将两者分离地配置。由此，能够将在输出波导传播的无用光向平板波导侧拉近。
此外，如图7所示，为了减少从平板波导RM出射的无用光，可以在平板波导上设置光吸收单元MT。作为光吸收单元，可以利用由Au、Al等金属材料构成的金属膜、金属片。通过将光吸收单元配置在平板波导上，能够通过光吸收单元的金属材料部分吸收在平板波导传播的无用光。在金属膜的情况下，在形成调制电极或DC偏压电极等电极时，可以是能够一并形成的电极。此外，为了提高金属材料部分对于无用光的吸收效率，也可以在平板波导与金属材料部分之间配置折射率比平板波导高的高折射率膜。而且，图7的光吸收单元MT也可以设置在图6的平板波导(RM1、RM2)或放射光用波导(R11和R12、R21和R22)上。
为了确认无用光去除单元的效果，如图7所示，通过对于一个马赫-曾德尔型光波导(MZ)是否设置无用光去除单元RM或光吸收单元MT而研究了相位差(监控信号与信号光的调制曲线间的偏压点漂移)或调制曲线的偏移。
测定了使一体地构成有聚光透镜6及光纤7的光纤准直器60相对于信号光L的光轴沿垂直方向移动时的、相位差的变化(参照图9)、调制曲线的偏移(参照图10及11)。在图9～图11的坐标图中，以符号◇标绘的坐标图表示未设置本发明的无用光去除单元RM、光吸收单元MT的状态。而且，以符号△标绘的坐标图表示设置有本发明的无用光去除单元RM的状态。
观察图9容易知道，在未设置无用光去除单元、光吸收单元的情况下，随着光纤准直器的位置偏移的增大而相位差也较大地变化。相对于此，在设有无用光去除单元的情况下，相对于光纤准直器的位置偏移而相位差基本恒定。即，可知通过设置本发明的无用光去除单元，能有效地抑制与光学部件的位置偏移相伴的偏压点漂移现象。此外，仅通过无用光去除单元就能够抑制无用光经由第一及第二透镜单元进入光纤的情况，因此通过除了无用光去除单元之外还附加光吸收单元，能够期待更高的效果。即，通过一并使用光吸收单元，也能够抑制已经去除的无用光从平板波导的一端出射的情况，因此能够更有效地抑制无用光进入光纤的情况。
接下来，对于调制曲线的偏移进行说明。在此，调制曲线的偏移是指根据光纤准直器的位置而信号光输出的调制曲线相对于施加电压发生漂移的现象，图8示出其情况。图10是测定了相对于光纤准直器的位置偏移而从光纤7输出的输出光(信号光)的调制曲线的偏移的图。可知在未设置无用光去除单元或光吸收单元的情况下，对应于位置偏移而调制曲线的偏移变大。相对于此，在设有无用光去除单元的情况下，相对于位置偏移而调制曲线的偏移几乎没有变化，容易知道能抑制由放射光向信号光的混入引起的调制曲线的偏移的产生。
图11是在监控器的受光部分检测放射光，并研究了输出的监控信号的调制曲线的偏移的图。观察该图自然可知，关于放射光，监控信号的调制曲线没有因光纤准直器的位置而产生偏移，图9那样的信号光输出与监控信号输出之间的相位差的产生以信号光的调制曲线的偏移为起因。
在以上的说明中，假定了使光纤准直器的位置错开的情况，但是即便在相对于基板1而错开地配置第一透镜单元3的情况下，在无用光去除单元存在时，也确认了能够有效地抑制偏压点漂移现象。
【产业利用性】
如以上说明的那样，根据本发明，能够提供一种抑制无用光的混入从而抑制偏压点漂移现象的产生的光学元件模块。

Claims (4)

1.一种光学元件模块，具备：基板；光调制部，形成于该基板，且具备光波导；第一透镜单元，配置于该基板的端面，且具备对从该光调制部出射的信号光进行准直的透镜部；以及第二透镜单元，用于将通过了该第一透镜单元的信号光导入到光纤，所述光学元件模块的特征在于，
该光调制部具备马赫-曾德尔型光波导，
在该马赫-曾德尔型光波导的合波部，设有对信号光进行引导的输出波导和对放射光进行引导的放射光用波导，
在该输出波导与该放射光用波导之间且在该基板的端部附近设有无用光去除单元，该无用光去除单元抑制在该输出波导传播的高阶模光和在该基板内传播的泄漏光经由该第一透镜单元的透镜部入射到该光纤的情况，
该无用光去除单元是形成于该基板上的平板波导，具有与所述输出波导的间隔保持恒定的第一部分和与所述输出波导的间隔随着朝向所述基板的端面而逐渐增大的第二部分，所述第一部分的在与所述输出波导平行的方向上的长度小于所述第二部分的在与所述输出波导平行的方向上的长度，在所述基板的端面所述输出波导与所述平板波导的间隔为所述输出波导的模场直径的2倍以上。
2.一种光学元件模块，具备：基板；两个光调制部，形成于该基板，且具备光波导；第一透镜单元，配置于该基板的端面，且具备对从所述两个光调制部出射的两个信号光进行准直的两个透镜部；偏振合成单元，对通过了该第一透镜单元的两个信号光以使其偏振面正交的方式进行合波；以及第二透镜单元，用于将由该偏振合成单元合成后的信号光导入到光纤，所述光学元件模块的特征在于，
该光调制部具备马赫-曾德尔型光波导，
在该马赫-曾德尔型光波导的合波部设有对信号光进行引导的输出波导和对放射光进行引导的放射光用波导，
在该输出波导与该放射光用波导之间且在该基板的端部附近设有无用光去除单元，该无用光去除单元抑制在该输出波导传播的高阶模光和在该基板内传播的泄漏光经由该第一透镜单元的透镜部入射到该光纤的情况，
该无用光去除单元是形成于该基板上的平板波导，具有与所述输出波导的间隔保持恒定的第一部分和与所述输出波导的间隔随着朝向所述基板的端面而逐渐增大的第二部分，所述第一部分的在与所述输出波导平行的方向上的长度小于所述第二部分的在与所述输出波导平行的方向上的长度，在所述基板的端面所述输出波导与所述平板波导的间隔为所述输出波导的模场直径的2倍以上。
3.根据权利要求1或2所述的光学元件模块，其特征在于，
在该平板波导上配置有光吸收单元。
4.根据权利要求1或2所述的光学元件模块，其特征在于，
该基板是厚度为20μm以下的薄板。
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