CN108780237B - 光调制器件 - Google Patents

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Abstract

在将从多个光调制元件分别射出的两束直线偏振光进行偏振合成而输出的集成型的光调制器件中，实现光学特性的提高及稳定化、小型化、低成本化。具备：以并列地射出输出光的方式配置的分别射出两束输出光的第一光调制元件及第二光调制元件(102a、120b)；将从所述第一光调制元件射出的两束输出光的光路及从所述第二光调制元件射出的两束输出光的光路分别向第一方向及第二方向移动的第一光路移动元件及第二光路移动元件(108a、108b)；将通过了所述第一光路移动元件及第二光路移动元件的各两束所述输出光分别合成为一个光束而射出的第一偏振合成元件及第二偏振合成元件(110a、110b)，所述第一光路移动元件与第二光路移动元件一体构成为一个光学部件。

Description

光调制器件
技术领域
本发明涉及将从一个光纤入射的光通过光调制元件进行调制后从另一个光纤射出的光调制器件，特别是涉及如下的集成型的光调制器件：具备在单独的基板上分别形成或在一个基板上排列形成的多个光调制元件，将从该多个光调制元件分别输出的2个调制后的直线偏振光进行偏振合成而输出。
背景技术
在高速/大容量光纤通信系统中，多使用装入有波导型的光调制元件的光调制器。其中，将具有电光效应的LiNbO3(以下，也称为LN)使用于基板的光调制元件由于光的损失少并能实现宽带域的光调制特性，因此广泛使用于高速/大容量光纤通信系统。
在该使用了LN的光调制元件中，在LN基板上形成例如马赫-曾德尔型光波导，向形成在该光波导上的电极施加高频信号，由此输出与该高频信号对应的调制信号光(以下，称为调制光)。而且，在光传送装置内使用这样的光调制元件时，使用由壳体、入射光纤、出射光纤构成的光调制器件，该壳体收容有光调制元件，该入射光纤使来自光源的光向光调制元件入射，该出射光纤将从光调制元件输出的光向壳体外部引导。
光纤通信系统中的调制方式受到近年来的传送容量的增大化的潮流的影响，对于偏振光方向相互正交的2个直线偏振光分别进行相位偏移调制或正交振幅调制而通过1根光纤进行传送的DP-QPSK(DualPolarization-Quadrature Phase Shift Keying)或DP-QAM(DualPolarization-Quadrature Amplitude Modulation)等取入了偏振复用的传送制式逐渐成为主流。
在这样的进行DP-QPSK调制或DP-QAM调制的光调制器件中，使从一个光源输出的直线偏振光向光调制元件入射，在该光调制元件中将该入射的直线偏振光分支成2束光而分别使用独立的2个高频信号进行调制，将上述的调制后的2个直线偏振调制光进行偏振合成而与一个光纤耦合并输出。
另一方面，为了进一步增加光传送系统的传送容量，可考虑例如如下的波长复用系统：对于具有互不相同的波长的多束光分别进行了DP-QPSK调制或DP-QAM调制之后，将调制后的具有不同波长的多束光通过波长合成器汇总成一个光束而通过一根光纤传送。在这样的将多束光分别调制而通过一根光纤传送的光传送装置中，从该装置的小型化等的观点出发，希望如下的集成型的光调制器件：在一个壳体内具备多个光调制元件(或者将多个光调制元件形成在一个LN基板上的集成型光调制元件)，对多束输入光分别进行调制而输出多束调制光。
这种情况下，从确保设置对从多个光调制元件分别射出各2束的光(直线偏振光)进行偏振合成用的偏振合成器、或使在该偏振合成器射出的光束与光纤耦合的透镜等光学部件的空间的必要性出发，通常，需要扩大从一个光调制元件射出的2束直线偏振光与从另一光调制元件射出的2束直线偏振光之间的距离。
作为这样的集成型的光调制器件，以往，已知有如下的集成型的光调制器件：具备2个光调制元件，通过2个光路移动用棱镜(用于使光路进行平行移动的棱镜)扩宽了从一个光调制元件输出的2束直线偏振光与从另一光调制元件输出的2束直线偏振光之间的距离之后，将各自的2束直线偏振光通过偏振合成棱镜等进行偏振合成，分别通过1根光纤向壳体外输出(专利文献1)。
在该光调制器件中，使从2个光调制元件至2个光路移动用棱镜的距离互不相同，由此防止上述2个光路移动用棱镜相互接触等造成的光学部件的损伤。
然而，在构成光调制器件的情况下，从光调制元件与出射光纤之间的光耦合效率的提高的观点、及该光耦合效率的温度变动或时效变化的稳定化的观点、以及器件尺寸的小型化或器件成本的降低的观点出发，希望极力减少插入到光路内的光学部件的数量。
即，上述以往的集成型光调制器件从光学特性的提高及其稳定化、以及小型化、低成本化等观点出发，还有改善的余地。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-172630号公报
发明内容
发明的概要
发明要解决的课题
从上述背景出发，在集成型光调制器件中，从光学特性的提高及其稳定化、以及小型化、低成本化等观点出发，希望能够谋求进一步的改善的结构的实现，所述集成型光调制器件具备在单独的基板上分别形成或在一个基板上排列形成的多个光调制元件，将从该多个光调制元件分别输出的2束调制后的直线偏振光进行偏振合成而分别从一根光纤输出。
用于解决课题的方案
本发明的一方式是光调制器件。本光调制器件具备：第一光调制元件及第二光调制元件，分别射出两束输出光；第一光路移动元件，将来自所述第一光调制元件的两束所述输出光的光路向第一方向移动相同距离；第二光路移动元件，将来自所述第二光调制元件的两束所述输出光的光路向与所述第一方向相反的第二方向移动相同距离；第一偏振合成元件，将通过了所述第一光路移动元件的两束所述输出光合成为一个光束并射出；及第二偏振合成元件，将通过了所述第二光路移动元件的两束所述输出光合成为一个光束并射出，所述第一光调制元件和所述第二光调制元件以并列射出所述输出光的方式配置，所述第一光路移动元件和第二光路移动元件一体构成为一个光学部件。
根据本发明的另一方式，所述第一偏振合成元件及所述第二偏振合成元件分别由半波片和偏振合成棱镜构成，构成所述第一偏振合成元件的所述半波片及所述偏振合成棱镜配置在相对于构成所述第二偏振合成元件的所述半波片及所述偏振合成棱镜关于与并列射出的所述输出光的传播方向平行的线段而彼此线对称的位置。
根据本发明的另一方式，所述光调制器件具备收容所述第一偏振合成元件及所述第二偏振合成元件的矩形的壳体，与所述输出光的传播方向平行的所述线段与所述壳体的一条中心线一致，在所述壳体具备将从所述第一偏振合成元件射出的所述光束向所述壳体外引导的第一孔和将从所述第二偏振合成元件射出的所述光束向所述壳体外引导的第二孔，所述第一孔及所述第二孔设置在关于所述一条中心线对称的位置。
根据本发明的另一方式，所述第一光调制元件及所述第二光调制元件分别形成在不同的基板上，或者并列形成在同一基板上。
根据本发明的另一方式，所述第一光调制元件及所述第二光调制元件并列形成在同一基板上，与所述输出光的传播方向平行的所述线段与所述基板的一条中心线一致。
根据本发明的另一方式，所述第一光调制元件及所述第二光调制元件分别形成在单独的两个基板上，所述两个基板相互隔开规定距离的间隙地配置，
与所述输出光的传播方向平行的所述线段与所述间隙的中心线一致。
根据本发明的另一方式，所述第一光调制元件及所述第二光调制元件是进行相位偏移调制或正交振幅调制的光调制元件。
根据本发明的另一方式，所述光调制器件具备分别接受从所述第一光调制元件及所述第二光调制元件射出的四束所述输出光的四个出射用透镜，所述四个出射用透镜是一体形成的微型透镜阵列。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的光调制器件的结构的图。
图2是图1所示的光调制器件的微型透镜阵列周边的局部详细图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的一实施方式的光调制器件的结构的图。本光调制器件100具有光调制器102、作为使来自光源(未图示)的光向光调制器102入射的光纤的入射光纤104a、104b、出射用微型透镜阵列106、光路移动棱镜108、偏振合成器110a、110b、耦合透镜112a、112b、出射光纤114a、114b、壳体116。
入射光纤104a、104b分别使来自2个光源(未图示)的例如具有互不相同的波长的直线偏振光向光调制器102入射。
光调制器102具有形成在一张LN基板上的由光波导构成的2个光调制元件120a、120b。上述的光调制元件120a、120b是进行例如DP-QPSK调制或DP-QAM调制的光调制元件。
如图1所示，光调制元件120a、120b以输出光并列射出的方式配置。即，在图1中，光调制元件120a、120b以该光调制元件120a、120b的全部的输出光从光调制器102的图示左侧的基板端面170向图示左方向沿图示上下方向并列射出的方式配置。而且。在本实施方式中，光调制元件120a、120b配置在关于与上述并列射出的输出光的传播方向平行的线段180而线对称的位置。
需要说明的是，在本实施方式中，光调制元件120a、120b以从该光调制元件120a、120b射出的全部的输出光沿图1的图示上下方向呈直线状地并列射出的方式配置。但是，并不局限于此，关于光调制元件120a、120b，只要上述全部的输出光“并列”射出即可，可以配置成光调制元件120a、120b的出射光相互具有任意的位置关系。例如，光调制元件120a、120b也可以将该光调制元件120a、120b的各自的光的出射端面(图1的图示左侧端面)沿图1的图示左右方向相互错开规定距离地配置。而且，例如，光调制元件120a、120b也可以构成为，来自该光调制元件120a、120b的各自的光的出射点在该光调制元件120a、120b的基板厚度方向(与图1的纸面垂直的方向)上分别处于互不相同的位置。
光调制元件120a是第一光调制元件，将从入射光纤104a入射的直线偏振光分支为2束光，分别通过不同的电信号进行了调制之后，分别从出射波导130a、132a输出。而且，光调制元件120b是第二光调制元件，将从入射光纤104b入射的直线偏振光分支成2束光，分别通过不同的信号进行了调制之后，分别从出射波导130b、132b输出。
在光调制器102的光出射侧的基板端面170(形成有出射波导130a、132a、130b、132b的一侧(即，图示左侧)的基板端面)上配置有由作为出射用透镜的4个微型透镜140a、142a、140b、142b构成的出射用微型透镜阵列106。
图2是图1所示的光调制器件100的出射用微型透镜阵列106周边的局部详细图。
从光调制元件120a的出射波导130a、132a输出的光向微型透镜140a、142a入射，从光调制元件120b的出射波导130b、132b输出的光向微型透镜140b、142b入射。入射到微型透镜140a、142a、140b、142b的光分别被例如准直而成为平行光(准直光)并输出。
光路移动棱镜108是将2个光路移动棱镜构成为一体的结构，具有光路移动棱镜部108a和光路移动棱镜部108b。光路移动棱镜部108a是第一光路移动元件，使从所述光调制元件120a的出射波导130a、132a射出的出射光的光轴在维持光轴方向的状态下移动。而且，光路移动棱镜部108b是第二光路移动元件，使从所述光调制元件120b的出射波导130b、132b射出的出射光的光轴在维持光轴方向的状态下移动。而且，第一光路移动元件及第二光路移动元件中的光轴的移动方向成为相互的光轴分离的方向(即向彼此相反的方向移动)。
在此，光路移动棱镜108例如以光路移动棱镜部108a、108b关于线段180而线对称的方式配置。
从光路移动棱镜部108a、108b射出的各自2束光分别向作为第一偏振合成元件的偏振合成器110a和作为第二偏振合成元件的偏振合成器110b入射。偏振合成器110a、110b分别由例如半波片150a、150b和偏振合成棱镜152a、152b构成。
偏振合成器110a将从光调制元件120a的出射波导130a、132a输出而通过了光路移动棱镜部108a的2束直线偏振光进行偏振合成并作为一个光束输出。同样，偏振合成器110b将从光调制元件120b的出射波导130b、132b输出而通过了光路移动棱镜部108b的2束直线偏振光进行偏振合成并作为一个光束输出。
从偏振合成器110a射出的光束由耦合透镜112a聚光，与出射光纤114a耦合，被导向壳体116的外部。而且，从偏振合成器110b射出的光束由耦合透镜112b聚光，与出射光纤114b耦合，被导向壳体116的外部。
上述偏振合成器110a、110b分别以构成它们的半波片150a、150b及偏振合成棱镜152a、152b关于例如上述线段180相互成为线对称的方式配置。而且，耦合透镜112a及112b、以及出射光纤114a及114b分别以关于例如上述线段180而相互成为线对称的方式配置。
壳体116具有例如矩形的形状，由例如金属(铝、不锈钢等)构成，收容光调制器102、出射用微型透镜阵列106、光路移动棱镜108、偏振合成器110a、110b、耦合透镜112a、112b、入射光纤104a、104b的一部分、及出射光纤114a、114b的一部分。而且，壳体116的一条中心线(在本实施方式中，沿图1的左右方向延伸并通过壳体116的图示上下方向的长度的中心的线)与上述线段180一致。
此外，在壳体116中，将从偏振合成器110a射出的光束向壳体116外引导(在本实施方式中供出射光纤114a插通)的作为第一孔的孔160a与将从偏振合成器110b射出的光束向壳体116外引导(在本实施方式中供出射光纤114b插通)的作为第二孔的160b设置在关于与线段180一致的上述中心线而对称的位置。
通过以上的结构，从入射光纤104a入射的光分别成为被独立调制后的沿相互正交的方向偏振的直线偏振光而从光调制元件120a射出，在通过了光路移动棱镜108的光路移动棱镜部108a之后，由偏振合成器110a偏振合成而从出射光纤114a输出。而且，从入射光纤104b入射的光分别成为被独立调制后的沿相互正交的方向偏振的直线偏振光而从光调制元件120b射出，在通过了光路移动棱镜108的光路移动棱镜部108b之后，由偏振合成器110b偏振合成而从出射光纤114b输出。
特别是在本光调制器件100中，作为第一光路移动元件及第二光路移动元件的光路移动棱镜部108a、108b作为光路移动棱镜108(即作为一个光学部件)而一体形成。因此，能够减少使用的光学元件的数量而降低光损失，并实现该光损失等的光学特性的稳定化(相对于环境温度的变动等的稳定化)，并且能够实现壳体116的小型化及材料成本、组装成本等的降低。
另外，在本实施方式的光调制器件100中，光调制元件120a、120b、光路移动棱镜108、偏振合成器110a、110b、耦合透镜112a、112b、及出射光纤114a、114b分别配置在关于与光调制元件120a、120b的出射光的传播方向平行的线段180而线对称的位置。
通常，图1所示的壳体116那样的矩形壳体在环境温度变动时产生的变形在几何学上具有大致对称性，因此如上所述，通过将从入射光纤104a、104b入射而向出射光纤114a、114b输出为止的光学系统关于线段180对称配置，能够使环境温度变动时的各自的光学系统中的光学元件的位置偏移量相互为相同程度。
其结果是，例如在使用光调制器件100对波长复用传送系统的构成2个波长通道的2束光进行调制时，使从入射光纤104a至出射光纤114a为止的光损失(通过损失或插入损失。以下相同)与从入射光纤104b至出射光纤114b为止的光损失的与环境温度变动相伴的变动为相同程度，能够防止与环境温度变动相伴的上述波长通道间的损失差的产生或增大化(因此，防止上述波长复用系统中的波长通道间的发送光的等级差的产生或增大化)，从而防止通道相互间的传送品质的差异的产生或增大。
另外，如上所述，从入射光纤104a、104b入射的光分别向出射光纤114a、114b输出为止的2个光学系统关于线段180而相互对称地配置。因此，通过使线段180与壳体116的中心线(例如，在图1中沿左右方向延伸的壳体116的图示上下方向的长度的中心线)一致，能够将用于向壳体116外部引导出射光纤114a、114b的孔160a、160b设置成关于壳体116的该中心线对称。其结果是，能够使例如将盖向壳体116进行加压熔融并气密封闭时在孔160a、160b的附近产生的壳体116的变形关于上述中心线大致对称地产生，因此能够使由于该变形而在上述2个光学系统产生的光路偏移(光轴偏移)、基板等光学部件的折射率变化相同。由此，即使在上述的加压封闭那样的制造工序中在壳体116产生了变形的情况下，也能够降低上述2个光学系统的光损失等光学特性的差异的产生。
需要说明的是，在本实施方式中，耦合透镜112a、112b收容于壳体116内，但是并不局限于此，也可以在孔160a、160b分别配置透明玻璃而构成2个窗，使来自偏振合成器110a、110b的2个光束分别通过该2个窗并射出。这种情况下，通过配置在壳体116的外部的耦合透镜112a、112b，能够使从该2个窗分别射出的上述光束分别与配置在壳体116的外部的出射光纤114a、114b耦合。此时，耦合透镜112a与出射光纤114a、及耦合透镜112b与出射光纤114b能够固定在壳体116的外表面上的能够接收从上述2个窗射出的光束的位置。
另外，在上述的实施方式中，将线段180构成为壳体116的中心线，但是在光调制元件120a和光调制元件120b形成于1张基板的情况下，线段180也可以与该基板的中心线(更具体而言，例如与从光调制元件120a、120b射出的光的传播方向平行的一条中心线)一致。而且，在光调制元件120a和光调制元件120b分别形成于不同的2个基板时，线段180也可以与该2个基板间的中心线一致(例如，该2个基板以(例如各自的一条边)相互隔开规定距离的间隙而相对的方式配置，该平行地配置的该各自的一条边之间的间隙的中心线与线段180一致)。
通常，在光调制器件的壳体内，光调制器的基板占据的面积成为主导(或者收容在壳体内的光学部件之中成为最大)，因此会成为上述基板的中心线或基板间的中心线与壳体的中心线未较大地背离的状态。因此，通过设为上述那样的结构，能够使由于环境温度的变化而产生的壳体116的变形相对于上述中心线大致对称地产生。其结果是，能够使由于该变形而在上述光调制元件120a和光调制元件120b产生的光路偏移(光轴偏移)或基板等光学部件的折射率变化(以由于上述变形而产生的应力为起因的折射率变化)相等。由此，即使在上述的加压封闭那样的制造工序中在壳体116产生了变形时、或产生了环境温度的变化时，也能够降低上述光调制元件120a和光调制元件120b的光损失等光学特性的差异的产生。
另外，将构成偏振合成器110a的半波片150a及偏振合成棱镜152a配置在相对于构成偏振合成器110b的半波片150b及偏振合成棱镜152b如上所述关于与基板的中心线或基板间的中心线一致的线段180分别线对称的位置，由此能够进一步提高上述效果。
另外，即使是将光路移动棱镜108a配置在相对于光路移动棱镜108b如上所述关于与基板的中心线或基板间的中心线一致的线段180线对称的位置的结构，(在例如上述基板的中心线或基板间的中心线与壳体的中心线未较大背离时)也能够进一步提高上述效果。或者即使是将从偏振合成器110a射出的光束向壳体外引导的第一孔配置在相对于将从偏振合成器110b射出的光束向壳体外引导的第二孔如上所述关于与基板的中心线或基板间的中心线一致的线段180线对称的位置的结构，(在例如上述基板的中心线或基板间的中心线与壳体的中心线未较大背离时)也能够进一步提高上述效果。
标号说明
100…光调制器件，102…光调制器，104a、104b…入射光纤，106…出射用微型透镜阵列，108…光路移动棱镜，110a、110b…偏振合成器，112a、112b…耦合透镜，114a、114b…出射光纤，116···壳体，120a、120b…光调制元件，130a、132a、130b、132b…出射波导，140a、142a、140b、142b…微型透镜，150a、150b…半波片，152a、152b…偏振合成棱镜，160a、160b…孔，170…基板端面

Claims (8)

1.一种光调制器件，具备：
第一光调制元件及第二光调制元件，分别射出两束输出光；
第一光路移动元件，将来自所述第一光调制元件的两束所述输出光的光路向第一方向移动相同距离；
第二光路移动元件，将来自所述第二光调制元件的两束所述输出光的光路向与所述第一方向相反的第二方向移动相同距离；
第一偏振合成元件，将通过了所述第一光路移动元件的两束所述输出光合成为一个光束并射出；及
第二偏振合成元件，将通过了所述第二光路移动元件的两束所述输出光合成为一个光束并射出，
所述第一光调制元件和所述第二光调制元件以并列射出所述输出光的方式配置，
所述第一光路移动元件和第二光路移动元件一体构成为一个光学部件，
所述第一光路移动元件配置在相对于所述第二光路移动元件关于与并列射出的所述输出光的传播方向平行的线段而彼此线对称的位置。
2.根据权利要求1所述的光调制器件，其中，
所述第一偏振合成元件及所述第二偏振合成元件分别由半波片和偏振合成棱镜构成，
构成所述第一偏振合成元件的所述半波片及所述偏振合成棱镜配置在相对于构成所述第二偏振合成元件的所述半波片及所述偏振合成棱镜关于与并列射出的所述输出光的传播方向平行的线段而彼此线对称的位置。
3.根据权利要求2所述的光调制器件，其中，
所述光调制器件具备收容所述第一偏振合成元件及所述第二偏振合成元件的矩形的壳体，
与所述输出光的传播方向平行的所述线段与所述壳体的一条中心线一致，
在所述壳体具备将从所述第一偏振合成元件射出的所述光束向所述壳体外引导的第一孔和将从所述第二偏振合成元件射出的所述光束向所述壳体外引导的第二孔，
所述第一孔及所述第二孔设置在关于所述一条中心线对称的位置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光调制器件，其中，
所述第一光调制元件及所述第二光调制元件分别形成在不同的基板上，或者并列形成在同一基板上。
5.根据权利要求2所述的光调制器件，其中，
所述第一光调制元件及所述第二光调制元件并列形成在同一基板上，
与所述输出光的传播方向平行的所述线段与所述基板的一条中心线一致。
6.根据权利要求2所述的光调制器件，其中，
所述第一光调制元件及所述第二光调制元件分别形成在单独的两个基板上，
所述两个基板相互隔开规定距离的间隙地配置，
与所述输出光的传播方向平行的所述线段与所述间隙的中心线一致。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的光调制器件，其中，
所述第一光调制元件及所述第二光调制元件是进行相位偏移调制或正交振幅调制的光调制元件。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的光调制器件，其中，
所述光调制器件具备分别接受从所述第一光调制元件及所述第二光调制元件射出的四束所述输出光的四个出射用透镜，
所述四个出射用透镜是一体形成的微型透镜阵列。
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