JP2003098495A - 出力光モニタ付光導波路型光変調器 - Google Patents
出力光モニタ付光導波路型光変調器Info
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
る放射モード光を、より正確に検出するための出力光モ
ニタ付光導波路型光変調器を提供する。 【解決手段】 誘電体基板1と、該基板上に形成され、
2以上の分岐光導波路部2,3及び該分岐光導波路部の
合一点6から伸び出ている光導波路出力部7を有する光
導波路とを備えた光導波路素子と、該光導波路出力部の
出力端に接続される光ファイバ15と、該光導波路出力
部の出力端と該光ファイバの端面との接続部を補強する
光ファイバ補強部材と、前記分岐光導波路部の合一点6
から放射されかつ該光導波路出力部の両側を通って伝播
される放射モード光8,9の一部を、該誘電体基板及び
該光ファイバ補強部材を介して受光する光検出器20と
を有する出力光モニタ付光導波路型光変調器において、
該光ファイバ補強部材が、該光ファイバの接続端部分を
収容する中空部を有しかつ該放射モード光を伝播するキ
ャピラリー13であり、該キャピラリーの該誘電体基板
側の端面には、前記放射モード光の一部のみを通過させ
る遮光手段60が設けられている。
Description
導波路型変調器に関するものであり、特に、本発明はモ
ニタ用出力光として光導波路から放射される放射モード
光を適宜の方向において利用し、変調器そのものの実質
的構造を変更することなく、簡単なモニタ手段により出
力光をモニタし光変調器の動作点をフィードバック制御
し、モニタ信号におけるノイズを低減させた出力光モニ
タ付光導波路型変調器に関するものである。
変調器の出力光を一定出力の状態に維持するためには、
光変調器の出力光をモニタし、出力光の変化に対応し
て、光変調器に印加する変調電圧などの大きさを変化さ
せることが必要である。光導波路素子などによる光変調
器の出力光をモニタする方法として、従来は光導波路素
子内に方向性結合器(カプラ)などを配置して、光信号
出力用の光導波路とは別に、モニタ光出力用の光導波路
を設ける方式が一般的に行なわれている。この方式にお
いては、光導波路素子内に、モニタ光分岐用の光回路を
新たに設ける必要があり、またモニタ出力用光ファイバ
を、光出力信号用光ファイバとは別に光導波路素子に接
続する必要がある。
−194237号に開示されている様に、光導波路上の
クラッド部に傾斜穴をつけるか、あるいは光導波路素子
上に回折レンズなどを配置し、光導波路中の信号出力光
の一部分を、このレンズ等により素子基板の外に取り出
す方式が知られている。この方式においては、光導波路
型光導波路素子上に、モニタ光取り出し用レンズ等を、
新たに取りつけることが必要であり、また、モニタ光
は、光導波路素子の上方に取り出されるため、モニタ光
の受光部材は、光導波路型素子を、その収容ケース内に
実装した後に、この素子に取りつけなければならず、こ
の取り付けには、かなりの手間を要する。
導波路素子の素子端を斜めに形成し、導波路から出力す
る光の一部分を斜め方向に反射させ、この反射光をモニ
タ光として受光する方式が開示されている。この方式に
おいては、素子端面の傾斜形状は、素子からの主出力光
に悪影響を与えない範囲内において選定する必要があ
り、このためこの方式の実用性については問題がある。
子上に直接受光素子を設置し、光導波路中の信号出力光
の一部を直接受光し、モニタするデバイスが記載されて
いる。このデバイスにおいて、受光素子の取付手段を、
光導波路素子上に取り付けることが必要であり、かつ、
この取付手段の実装及びそれに受光素子を接続する作業
及び調整作業は、光導波路素子を、それを収容するケー
スに実装した後に行われる。このため、この受光素子の
取り付け、調整作業は、かなり難かしくなり、光導波路
素子にダメージを与える可能性が高くなる。
願2000−101316号、平成12年3月31日
付)において、モニタ用出力光として、光導波路から放
射される放射モード光を、適宜の方向において利用し、
光変調器そのものの実質的な構造を変更することなく、
簡単な構造と、優れた加工性及び光ファイバ操作性を有
するキャピラリーを利用したモニタ手段により、出力光
の光強度をモニタできる「出力光モニタ付光導波路型変
調器」を提案した。
路型光変調器」について、以下に説明する。マッハツェ
ンダ型光導波路などを使用してON/OFFの光信号出
力を得る光変調器では、OFFモード状態、すなわち光
信号が出力されていない状態において発生する放射モー
ド光は、光導波路が形成された基板内において、光信号
出力が導波される出力光導波路に対して、斜め外側方向
に放射される。この放射モード光は約0.7度の放射角
をなして光導波路出力部から遠ざかりながら通常基板内
を伝播し、最終的には基板端面より外部に放射される。
また、放射モード光の光量は出力用の光導波路内を通る
光信号出力の光量と相補の関係にあるため、放射モード
光を検知することにより、光信号出力のモニタが可能と
なる。
からの光信号出力を受け取り変調器の外部に導光するた
めの光ファイバが取り付けられるが、この光ファイバの
外径は125μmと非常に細いため、基板端面(出力光
の出射部)に単純に接着しただけでは接着強度が不足す
る。このため、「光ファイバ補強部材」を使用して光フ
ァイバを被覆しこの補強部材の一端面を、基板端面に接
着することにより光ファイバと光導波路との接続部を補
強保護し、その接着強度を向上させている。一般に、こ
の光ファイバ補強部材には、通常シリコン材料あるいは
セラミックス材料が使用されている。本出願人は、この
光ファイバ補強部材の材質として信号光/放射モード光
が透過するものを選択し、さらに、光ファイバ補強部材
の太さを、基板端面より放射される前記放射モード光を
受光し得る大きさに設定することにより、放射モード光
をこの光ファイバ補強部材内に導光することを可能とし
た。
(光ファイバ補強部材における、光導波路素子の出力端
面に接着されている接合端面に対し反対側の面)を、該
接合端面(または、補強保護している光ファイバの延伸
方向)に対して傾斜するように形成すると、この傾斜端
面において、補強部材中を伝播してきた放射モード光が
反射され、補強部材の外(出力光ファイバが取り出され
る方向とは異なる上、右、下、左など希望する一つの方
向)に放射される。この放射された光を、光導波路素子
ケース内で、光導波路素子とは別個に配置された光検出
器、例えばフォトダイオード(PD)により検知して、
放射モード光の光量を測定し、その値から、光導波路か
ら出力されている光量をモニタすることができる。
及び方向を適宜設定することにより、放射モード光の反
射放射方向を変更し、この放射モード光を受光する光検
出器の配置位置を、光導波路素子の機能及び各部材の配
置位置に影響しないように最適選定することが可能にな
る。
は、放射モード光をモニタする装置の一部分の平面(一
部断面)説明図が示されている。図1において、光変調
素子の基板1の出力側端面には基板1と同一の光学的特
性を有する材料からなり、該端面を補強する補強部材1
2が、基板12の導波路を形成している面に、貼合され
ている。基板1と補強部材12とは同一光学軸を有して
いる。
13の一端面16が、接着固定されている。図1におい
て、基板の出力側端面10とキャピラリー端面16とは
離間して描かれているが、両者は、接着剤により、強固
に接着固定されている。キャピラリー13の長手方向中
心軸に沿って中空部14が形成されており、この中空部
14中に光ファイバ15が収容され、接着剤により固定
される。光導波路出力部7の出力端は、キャピラリー1
3の中空部14に露出していて、この出力端に、光ファ
イバ15の先端面が接合固定される。中空部14の直径
は、光ファイバ15を収容可能でありかつ、光ファイバ
のハズレを防止し得るようにするために、光ファイバ1
5の直径とほぼ同程度で、やや大きい程度に設定され
る。
7は、キャピラリー13の中空部14の長手方向軸に対
し傾斜して形成される。キャピラリー13の内部18を
伝播した放射モード光8,9は、先端面17で反射さ
れ、その反射された放射モード光23,24は、光検出
器を構成する光電変換素子20の受光面により受光され
る。光電変換素子は、受光した放射モード光に基いて、
モニタ信号を出力する。
は、放射モード光23,24を共に検知しているため、
次のような問題点が生じる。図1に示された従来装置に
おいては、キャピラリー13の反射面17の、光電変換
素子20に近い上半部17aから反射された放射モード
光23と、光電変換素子20から遠い下半部17bから
反射された放射モード光24とは、それぞれ、図2に示
されているように光電変換素子20の受光面の入射矩形
面域25及び26に入射する。この矩形面域25及び2
6は、面域27において互いに重なるため、この面域2
7に入射した放射モード光23,24は、互いに干渉す
ることとなり、光電変換素子20のモニタ光出力が、環
境温度その他の外乱により変動する(揺らぐ)という問
題を生ずる。
1316号)においては、この問題を解決し、光電変換
素子からのモニタ光出力を安定させるため、キャピラリ
ー13の内部18を伝播する放射モード光8,9の一方
のみを、光電変換素子に入射させるように構成してい
る。具体例として、図3に示すように、キャピラリー1
3の先端面の上半部17a(光電変換素子20に近い約
半部)に反射面が形成され、この上半部反射面17aに
おいて反射された放射モード光23のみが光電変換素子
20により受光される。キャピラリー先端部分の下半部
は、図3に示されているように、先端面から深さWまで
切り込まれ、キャピラリーの周面から深さFの部分28
が、除去される。この除去部分28の除去によりキャピ
ラリー13の下半部に形成された端面29においては、
放射モード光は、矢印29aの方向に反射されるため、
光電変換素子20により受光されることはない。このた
め、図3の光変調器においては、放射モード光の一部9
がキャピラリー先端面の下半部から反射されて、光電変
換素子に受光されることはなく、その結果、図2に示さ
れている面域27のような干渉領域を生ずることがな
く、光電変換素子から出力されるモニタ信号が安定化さ
れる。
ピラリー13の先端面部の下半部28を除去することに
より、下記のような効果も得られる。 (1)キャピラリー13の中空部14は光ファイバ15
を通すためできるだけ大きな直径を有することが望まし
いが、放射モード光の放射角が約0.7度と小さいた
め、放射モード光をキャピラリーの肉質部18を伝搬さ
せるには、中空部の孔径は小さい程好ましい。このた
め、光ファイバ外径よりも1mm程度大きな孔径とする
が、この場合、図1のように、キャピラリー先端面全面
が斜面のままでは、中空部に光ファイバを導入するのが
非常に困難である。また、通常、光ファイバ導入部には
テーパ付き部分を設けて光ファイバを導入し易くする
が、このようなテーパ付導入部も、上記の放射角に関係
した理由により採用できない。しかし、図3の様な構造
とすれば、除去部分28に対向する中空部は、光ファイ
バ導入用溝として機能し、光ファイバを案内し、光ファ
イバの中空部導入を容易にすることができる。 (2)また、光ファイバは、通常、アライメント後に補
強のためキャピラリーに接着固定され、この接着剤が反
射面17aに回り込み反射性能を変動させるという問題
を生ずるが、上記除去部分28は、接着剤に対しトラッ
プ機能を示し、反射面17aへの回り込みを防止するこ
とができる。
びそれに接合された補強部材12の出力端部の端面は、
光導波路出力部7の長手中心軸に直角をなす平面に対
し、傾斜して、例えば5度の傾斜角をもって形成されて
いる。これは、基板1に取りつけられる補強部材12及
び基板1の端面10における放射モード光の基板内への
反射の影響を除くためである。また、これに対応し、キ
ャピラリー13の長手中心軸14aの方向も、光導波路
出力部7の長手方向に対して傾斜する方向に伸びてお
り、従って、光導波路出力部7の出力端面10と、光フ
ァイバの接続端面(図示されていない)とは、互いに傾
斜して接続されている。例えば、補強部材12の端面
と、キャピラリー13の中空部14の長手方向中心軸1
4aに直角をなす平面とは、7度の傾斜角をなしてい
る。
換素子に入射させるための構成としては、上述したキャ
ピラリーの一部を切除する方法以外に、次のような方法
もある。 (1)図4のように、キャピラリー13の反射面の一部
50を非反射面化する。 (2)図5のように、キャピラリー13から反射した放
射モード光が光電変換素子に到達する前に、その一部を
遮光する遮光手段51を設ける。 (3)図6のように、キャピラリー13の内部に、遮光
用凹部又は遮光板52を設け、反射面に到達する前に放
射モード光の一部を遮断する。
基板からは、上述した放射モード光以外にも多様な光が
漏出しており、該基板とキャピラリーを接合した場合、
キャピラリーの内部には、該放射モード光以外にこれら
の光も入射することとなる。このため、キャピラリーに
形成された反射面から光検出器に指向される光も、放射
モード光以外の不要光を多分に含む結果となり(図7参
照)、光検出器からのモニタ信号出力もバックグラウン
ド・ノイズを多く含む波形となる(図8参照)。また、
図3や図6のように、キャピラリーの一部を切除する場
合においては、切除面の平滑性が低いとカットすべき放
射モード光が切除面で乱反射し、その一部が光検出器に
向かうという不具合も生じることとなる。
モニタ用出力光として光導波路から放射される放射モー
ド光を、より正確に検出するための出力光モニタ付光導
波路型光変調器を提供することである。
の手段としては、請求項1に係る発明は、誘電体基板
と、該基板上に形成され、2以上の分岐光導波路部及び
該分岐光導波路部の合一点から伸び出ている光導波路出
力部を有する光導波路とを備えた光導波路素子と、該光
導波路出力部の出力端に接続される光ファイバと、該光
導波路出力部の出力端と該光ファイバの端面との接続部
を補強する光ファイバ補強部材と、前記分岐光導波路部
の合一点から放射され、かつ該光導波路出力部の両側を
通って伝播される放射モード光の一部を、該誘電体基板
及び該光ファイバ補強部材を介して受光する光検出器
と、を有する出力光モニタ付光導波路型光変調器におい
て、該光ファイバ補強部材が、該光ファイバの接続端部
分を収容する中空部を有し、かつ、該放射モード光を伝
播するキャピラリーであり、該キャピラリーの該誘電体
基板側の端面には、前記放射モード光の一部のみを通過
させる遮光手段が設けられていることを特徴とする。
記載の出力光モニタ付光導波路型光変調器において、該
キャピラリーの該誘電体基板側とは反対の端面には、該
遮光手段を通過した放射モード光の一部を該光検出器に
向かって反射させるための反射手段が設けられているこ
とを特徴とする。
に記載の出力光モニタ付光導波路型光変調器において、
該反射手段は、前記キャピラリーの誘電体基板側とは反
対の端面の内、前記放射モード光の一部が入射する部分
にのみ設けられていることを特徴とする。
型光変調器の一例を図9に示す。図9において、ケース
(筐体)30内に、LiNbO3などの強誘電体からな
る基板1を固定し、その表面部分に、光導波路1aを形
成し、この光導波路1aは、光導波路入力部32、それ
から分岐した分岐光導波路部2,3、その分岐部の出力
部4,5、合一点6、及び光導波路出力部7を有し、各
分岐部2,3上に電極33,34が配置されている。基
板1の入力端部には入力端部補強部材12aが配置さ
れ、その入力端面に、入力側キャピラリー31が接合さ
れ(図9においては、両者は離間して画かれている)キ
ャピラリー31の中空部(図示されていない)を通して
入力側光ファイバ15aが導入され、その先端面が、光
導波路入力部32の入力端面に接続されている。
して、出力側キャピラリー13、出力側光ファイバ15
が接続されている。光は、補強部材12aにより補強さ
れた入力側光ファイバ15aから、光導波路入力部32
に入り、分岐部2及び3に分配される。電極33,34
に、印加電気信号35を、例えばケース30の側面に配
置されたコネクタ36を介して印加すると、分岐光導波
路部2及び3を伝播する光波の光位相が、印加電気信号
35に応じて変化し、この光波が、合一点6において合
波し、互に干渉して信号光を発生する。この干渉後の信
号光は、キャピラリー13により補強された光ファイバ
15を通ってケース30の外に出力される。
放射モード光8,9のうち、放射モード光8は、キャピ
ラリー13の内部18を通りキャピラリー13の先端面
の上半部に形成された反射面17aにおいて反射され、
キャピラリー13の円柱状周面において集光されなが
ら、光導波路1aの出力部7にほぼ直角をなす方向(ケ
ース30の側面にほぼ直角をなす方向)に放射される。
この放射モード光23は、その方向にほぼ直角に配置さ
れ、かつ、受光面からの反射光が、反射面17aに戻ら
ない角度で受光し得るように配置された(ケース30の
側面に固定された)光電変換素子(PD)20の受光面
に受光される。受光された放射モード光による信号は、
光電変換素子20において電気信号に変換され、この電
気信号38は、光出力モニタ信号としてコネクタ37を
介して、ケース30の外に出力される。
は、キャピラリー13の基板1側の端面に設けられた遮
光手段60により、キャピラリー13の内部への入射が
遮断される。遮光手段60の構成としては、図10に示
すように、放射モード光の中で必要とする一部の放射モ
ード光のみを通過させ、その他の光は可能な限り遮光す
る形状を有した遮光部材を、キャピラリー13の端面に
設けるよう構成されている。遮光部材の形成方法として
は、例えば、キャピラリー13の端面の一部(放射モー
ド光を通過させる場所)をマスク部材で覆い、Tiなど
の遮光特性を有する材料を蒸着し、後に該マスク部材を
除去することにより形成することができる。
る不要光が制限されているため、光検出器のモニタ信号
出力は、図11に示すように、不要光が原因となって形
成されるバックグラウンド・ノイズ(ボトムレベル)が
低くなる。しかも、先の出願(特願2000−1013
16号)のような、放射モード光の一部のみを抽出する
ための構成である、図3乃至図6に示したいずれかの構
成を併せて用いることにより、光検出器に入射する不要
光(不要な放射モード光を含む)を大幅に減少させるこ
とが可能となる。
る放射モード光の反射を少なくするために、基板端面
を、基板表面の光導波路出力部7の方向に対して直角を
なす平面から基板表面内において(水平方向に)約5度
傾斜させる場合について説明したが、基板の端面を、基
板表面に対して、傾斜させた場合には、キャピラリーを
図12(光変調器の側面図)に示すように形成すること
が、その加工を容易にする上で有効である。
によれば、光ファイバの接続に利用される光ファイバ補
強部材を、放射モード光を伝播するキャピラリーとする
ことにより、従来の光変調器の形状並びに構造、また、
光導波路素子の実装方法などを特に変更することなく、
放射モード光を検出することができ、しかも、キャピラ
リーに入射する不要光を遮光するため、信号ノイズの少
ない安定した光出力の検出が可能となる。
ピラリー内を通過する放射モード光を、反射面の向きに
より適宜必要な方向に出射させることが可能となるた
め、光検出器などの配置を最適化することが可能とな
る。
出器に向かう光の反射手段が限定した位置に形成されて
いるため、光検出器に入射する不要光がより排除され、
より信号ノイズの少ない安定した光出力の検出が可能と
なる。
部を示す平面説明図。
ド光の光電変換素子の受光面における入射面域を示す説
明図。
示す平面説明図。
成を示す図(その1)。
成を示す図(その2)。
成を示す図(その3)。
略図。
おけるモニタ信号出力の例を示す図。
平面説明図。
す概略図。
器におけるモニタ信号出力の例を示す図。
す側面説明図。
Claims (3)
- 【請求項1】誘電体基板と、該基板上に形成され、2以
上の分岐光導波路部及び該分岐光導波路部の合一点から
伸び出ている光導波路出力部を有する光導波路とを備え
た光導波路素子と、 該光導波路出力部の出力端に接続される光ファイバと、 該光導波路出力部の出力端と該光ファイバの端面との接
続部を補強する光ファイバ補強部材と、 前記分岐光導波路部の合一点から放射され、かつ該光導
波路出力部の両側を通って伝播される放射モード光の一
部を、該誘電体基板及び該光ファイバ補強部材を介して
受光する光検出器と、を有する出力光モニタ付光導波路
型光変調器において、 該光ファイバ補強部材が、該光ファイバの接続端部分を
収容する中空部を有し、かつ、該放射モード光を伝播す
るキャピラリーであり、 該キャピラリーの該誘電体基板側の端面には、前記放射
モード光の一部のみを通過させる遮光手段が設けられて
いることを特徴とする出力光モニタ付光導波路型光変調
器。 - 【請求項2】請求項1に記載の出力光モニタ付光導波路
型光変調器において、 該キャピラリーの該誘電体基板側とは反対の端面には、
該遮光手段を通過した放射モード光の一部を該光検出器
に向かって反射させるための反射手段が設けられている
ことを特徴とする出力光モニタ付光導波路型光変調器。 - 【請求項3】請求項2に記載の出力光モニタ付光導波路
型光変調器において、 該反射手段は、前記キャピラリーの誘電体基板側とは反
対の端面の内、前記放射モード光の一部が入射する部分
にのみ設けられていることを特徴とする出力光モニタ付
光導波路型光変調器。
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