JP2003215518A

JP2003215518A - 光変調器および光変調方法

Info

Publication number: JP2003215518A
Application number: JP2002328683A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Kondo; 厚男近藤; Osamu Mitomi; 修三冨; Jungo Kondo; 順悟近藤; Kenji Aoki; 謙治青木
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】光導波路を伝搬する光に電圧を印加してこの光
を変調する光変調器において、動作点の制御を効率的に
行えるようにする。【解決手段】光変調器は、三次元光導波路５を伝搬する
光に電圧を印加してこの光を変調する。この光変調器
は、少なくとも一対の分岐光導波路５ｂ、５ｃと、分岐
光導波路の合波点５ｆとを含んでいる三次元光導波路
５、合波点５ｆから放射されるオフモードの光を導波す
るスラブ型光導波路４、三次元光導波路５を伝搬する光
を変調する信号電圧を印加するための変調用電極７Ａ、
７Ｂ、７Ｃ、スラブ型光導波路から放射される光を受光
する光検知器１３、および光検知器１３からの出力に基
づいて直流バイアスを変化させることによって、光変調
器の動作点を制御する制御装置１５を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光変調器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】いわゆるマッハツェンダー型の光導波路
を使用した進行波型高速光変調器が注目されている。こ
のタイプの光変調器においては、一対の分岐型光導波路
にそれぞれ光を伝搬させ、各分岐光導波路からの出力を
合波点において合流させる。しかし、一対の分岐光導波
路の間では、温度差などの原因によって動作点シフトが
生ずることがあり、またいわゆるＤＣドリフトが生ずる
ことがある。

【０００３】こうした動作点のシフトやＤＣドリフトを
制御する方法は幾つか提案されている。代表的なものと
して、特開平３−１４５６２３号公報記載の方法では、
一対の分岐光導波路の合波点から基板内部に放射される
基板放射モードの光に着目している。即ち、オンモード
の場合には、光導波路に入射した光は導波路内を伝搬
し、導波路の端面から出射する。オフモードの光は、光
導波路から基板内部に基板放射モードの光として放射さ
れる。基板の端面に光ファイバーを取り付けて基板放射
モードの光を受光し、この光ファイバーからの出射光を
光検知器によって検知する。光検知器からの出力信号を
利用し、変調用電極から光導波路に印加される電圧の直
流バイアスを変更し、光変調器の動作点を調節してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、基板内部を伝
搬してくるオフモードの光は、基板と空気との境界面に
おいて反射され、散乱する。このような基板内部を散乱
しながら伝搬してくる光を、基板端面に取り付けた光フ
ァイバーによって効率的に受光することは困難である。
このため、受光強度が低く、また不安定であって、動作
点の効率的、安定的な制御が難しい。

【０００５】本発明の課題は、光導波路を伝搬する光に
電圧を印加してこの光を変調する光変調器において、動
作点の制御を効率的に行えるようにすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、三次元光導波
路を伝搬する光に電圧を印加してこの光を変調する光変
調器であって、少なくとも一対の分岐光導波路と、分岐
光導波路の合波点とを含んでいる三次元光導波路、合波
点から放射されるオフモードの光を導波するスラブ型光
導波路、三次元光導波路を伝搬する光を変調する信号電
圧を印加するための変調用電極、スラブ型光導波路から
放射される光を受光する光検知器、および光検知器から
の出力に基づいて、変調用電極に対する直流バイアスを
変化させることによって、光変調器の動作点を制御する
制御装置を備えていることを特徴とする。

【０００７】また、本発明は、三次元光導波路を伝搬す
る光に電圧を印加してこの光を変調する光変調方法であ
って、少なくとも一対の分岐光導波路と、分岐光導波路
の合波点とを含んでいる三次元光導波路、および三次元
光導波路を伝搬する光を変調する信号電圧を印加するた
めの変調用電極を備えている光変調器を使用し、合波点
から放射されるオフモードの光をスラブモードで伝搬さ
せ、このオフモードの光を受光し、受光した光に基づい
て、変調用電極に対する直流バイアスを変化させること
によって、光変調器の動作点を制御することを特徴とす
る。

【０００８】本発明によれば、合波点から放射されるオ
フモードの光をスラブモードで伝搬させ、このオフモー
ドの光を受光し、受光した光に基づいて直流バイアスを
変化させている。スラブモード伝搬光は、基板放射モー
ドの光の場合のような散乱による受光困難の問題はな
く、高密度で二次元的に集光された状態で伝搬するもの
である。従って、光変調器におけるオフモードの光をス
ラブモード伝搬させ、この光を受光して動作点制御のた
めのフィードバックに利用することで、安定的な制御が
可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１〜図３を参照しつつ、本発明
を更に説明する。この実施形態の光変調素子１において
は、支持基板２の表面２ａに接着剤層３を介してスラブ
型光導波路４の底面４ｄが接着されている。スラブ型光
導波路４は、接着剤層３の屈折率よりも高い屈折率を有
する材料からなる平板である。平板４の表面４ａ側に
は、マッハツェンダー型の三次元光導波路５と、変調用
電極７Ａ、７Ｂ、７Ｃとが形成されている。光導波路５
は、入射部５ａ、一対の分岐光導波路５ｂ、５ｃおよび
出射部５ｄを備えている。５ｅは分岐点であり、５ｆは
合波点である。光変調器５を伝搬する光の制御方法や変
調用電極の構成は周知であるので、説明を省略する。

【００１０】オンモードの際には、図１、図３に示すよ
うに、三次元光導波路の出射部５ｄの端面５ｇから信号
光が６のように出射する。この光６を光ファイバー２３
によって伝送し、光ファイバー２３から矢印１１のよう
に出射した光を光検知器１２によって検知する。

【００１１】オフモードの際には、三次元光導波路から
は光は出射しない。その代わりに、図２に示すように、
合波点５ｆ付近からの光が矢印９のように平板４内を伝
搬する。この際、平板４の厚さを適切に調節することに
よって、平板４がスラブ型光導波路として作用し、光９
はスラブモード伝搬する。この光は、スラブ型光導波路
４の端面４ｃから１０のように出射する。

【００１２】スラブ型光導波路４の端面４ｃには光検知
器１３が取り付けられており、スラブ型光導波路４内を
伝搬してきた光９を受光する。光検知器１３において
は、受光した光を電気信号に変換し、電線１４を通して
矢印Ａのように制御装置１５へと伝送する。制御装置１
５においては、オフモードの光の情報から、適切な直流
バイアス値を算出し、制御信号を矢印Ｂのように電源制
御装置１６へと伝送し、必要に応じて直流バイアス値を
変更する。

【００１３】スラブ型光導波路ないし二次元光導波路と
は、光の伝搬する方向に対して垂直断面で見た場合に、
特定方向（例えば図５の場合は上下方向）に光の閉じ込
め機能を持つ、ある厚み以上の導波路のことをいい、１
つ以上の導波モードを伝搬させる機能を持つものであ
る。スラブモード伝搬光とは、このスラブ型光導波路な
いし二次元光導波路内で、特定方向（例えば図５の場合
は上下方向）に閉じ込められた状態で伝搬している光を
言う。スラブモード伝搬光は、通常は複数の導波モード
で伝搬するマルチモード伝搬光である。

【００１４】スラブ型光導波路の厚さは特に限定されな
いが、使用する光の波長、光検知器の種類、光検知器の
取り付け方向及びスラブ導波路を伝搬する光の集光性よ
り、最適の効率になるように設定することが好ましい。
具体例として、スラブ導波路としてニオブ酸リチウムを
用い、下部クラッド層に低誘電率の接着層を用い、１.
５５μｍの通信用波長帯を用いる場合には、スラブ導波
路厚さが２０μｍ以下であることが好ましい。ただし、
スラブ導波路部分が薄すぎる場合にはカットオフとな
り、オフモードの光が接着層にしみだしてしまい、集光
できなくなるので、スラブ導波路部分の厚さは３μｍ以
上であることが必要である。

【００１５】好適な実施形態においては、図３に示すよ
うに、スラブ型光導波路の端面に光検知器を取り付け
る。これによって、光変調器の基板と別体の光検知器を
外部に設ける必要がなく、また光変調器から出射したオ
フモードの光を光検知器へと伝送する光伝送部材が不要
となる。

【００１６】例えば、図１−図３に示すような構成にお
いて、スラブ型光導波路４や支持基板の材質としてニオ
ブ酸リチウムを使用した場合、通常の光検知器における
規格化感度は０．４Ａ／Ｗを安定して充分に上回る。こ
れに対して、従来のように基板放射モードの光を受光す
ると、光検知器における規格化感度は高々０．４Ａ／Ｗ
程度であり、かつ不安定である。

【００１７】また、好適な実施形態においては、オフモ
ードの光を受光するための光伝送部材を設け、この光伝
送部材からの出射光を光検知器によって受光する。こう
した光伝送部材としては、光ファイバーが好ましいが、
フェルールなどでもよい。光検知器は、光変調器を収容
するパッケージの壁面に取り付けることが好ましい。

【００１８】光検知器においては、光強度を測定するこ
とが好ましいが、光の位相や波長を測定することもでき
る。また、光検知器の種類は限定されないが、例えば、
１０Ｇｂ／ｓの電気信号で光の変調を行う場合には、検
出するのに充分なバンド幅を持つ応答速度の速いＩｎＧ
ａＡｓ系の光検知器等が用いられる。

【００１９】合波点の形態は限定されない。各分岐光導
波路は、合波点において交わっていてもよいが、空間的
に離れていても良い。ただし、合波点において、各分岐
光導波路を伝搬してきた光エネルギーが合流可能なこと
が必要である。

【００２０】また、分岐光導波路は、一対は必要である
が、複数対存在していてもよい。いわゆるカスケード型
の光導波路であってよい。

【００２１】図４は、この実施形態に係る光変調器を示
す。この光変調器の光変調素子１は、図３のものと同様
である。図４においては、素子１のスラブ型光導波路４
の出射側端面４ｃから離れた位置に光検知器１３を設置
している。そして、光伝送部材２１を端面４ｃに対向す
るように取り付ける。スラブモードの伝搬光９は、端面
４ｃから放射され、光伝送部材２１を矢印Ｄのように伝
搬し、光検知器１３に入射する。

【００２２】三次元光導波路とスラブ型光導波路との位
置関係は特に限定されない。本発明においては、オンモ
ードの光が三次元光導波路を伝搬し、オフモードの光が
スラブ型光導波路を伝搬するように構成されていれば良
い。

【００２３】好適な実施形態においては、三次元光導波
路とスラブ型光導波路とを、空間的に見て接触状態ない
し連続状態とする。これによって、三次元光導波路の合
波点からスラブ型光導波路への光エネルギー伝搬時の損
失が少なくなる。

【００２４】好適な実施形態においては、三次元光導波
路が、スラブ型光導波路の構成材料の加工によって形成
された部分からなる。こうした加工方法としては、プロ
トン交換法、チタン内拡散法、金属イオン拡散法を例示
できる。こうした加工によって、三次元光導波路の構成
材料の屈折率を、スラブ型光導波路の構成材料の屈折率
よりも高くする。また、スラブ型光導波路の表面を機械
加工やレーザーアブレーション加工によって除去するこ
とで、リッジ型の三次元光導波路を形成することができ
る。

【００２５】好適な実施形態においては、三次元光導波
路が、スラブ型光導波路から突出するリッジ型光導波路
である。こうした三次元光導波路は、上述の方法で形成
できる。あるいは、スラブ型光導波路の表面に、高屈折
率膜を、例えば化学的気相成長法、物理的気相成長法、
有機金属化学的気相成長法、スパッタリング法、液相エ
ピタキシャル法によって形成し、この高屈折率膜を機械
加工やレーザーアブレーション加工することによって、
リッジ型の三次元光導波路を形成できる。

【００２６】スラブ型光導波路を構成する材料は、強誘
電性単結晶、ガラス、光学樹脂など、光の透過が可能な
材料であればよい。ただし、強誘電性単結晶が好まし
く、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸
リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウ
ムリチウム、タンタル酸カリウムリチウム、ニオブ酸カ
リウムリチウム−タンタル酸カリウムリチウム固溶体、
ＫＴＰを例示できる。

【００２７】好適な実施形態においては、光変調器が、
支持基板、およびこの支持基板とスラブ型光導波路とを
接着し、スラブ型光導波路の屈折率よりも低い屈折率を
有する接着剤層を備えている。支持基板を構成する材料
としては、前述のような強誘電性単結晶、ガラス、樹脂
を好適に使用できる。接着剤としては、ガラスや樹脂が
好ましい。

【００２８】前述のガラスとしては、低誘電率で接着温
度（作業温度）が約６００℃以下のものが好ましい。ま
た、加工の際に十分な接着強度が得られるものが好まし
い。具体的には、酸化珪素、酸化鉛、酸化アルミニウ
ム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素等
の組成を複数組み合わせた、いわゆるはんだガラスが好
ましい。

【００２９】前述の樹脂としては、室温硬化、加熱硬
化、紫外線硬化型樹脂が好ましく、低誘電率の樹脂が好
ましい。実際には、エポキシ系、アクリル系、ウレタン
系の樹脂が特に好ましい。

【００３０】図５〜図１０は、それぞれ、支持基板に対
してスラブ型光導波路を接着する構造の光変調素子を、
それぞれ端面側から見た正面図である。

【００３１】図５の素子１においては、スラブ型光導波
路４の上側面４ａから、導波路４の内部へと向かって高
屈折率部分５が形成され、高屈折率部分５が三次元光導
波路を構成している。

【００３２】図６の素子１Ａにおいては、スラブ型光導
波路４の厚さ方向に見た中央部分に高屈折率部分５が埋
設されており、高屈折率部分５が三次元光導波路を構成
している。

【００３３】図７の素子１Ｂにおいては、スラブ型光導
波路４の裏面４ｄからスラブ型光導波路の内部へと向か
って高屈折率部分５が形成されており、高屈折率部分５
が三次元光導波路を構成している。三次元光導波路５の
うち、３面はスラブ型光導波路４に連続しており、１面
（下側面）は接着剤３に対して接触している。従って、
三次元光導波路５は、スラブ型光導波路４および接着剤
層３によって包囲されている。

【００３４】図８−図１０は、リッジ型の三次元光導波
路を形成した例である。図８の素子１Ｃにおいては、ス
ラブ型光導波路４の表面４ａ上にリッジ型の三次元光導
波路２０が形成されている。なお、２０ａは光導波路２
０の端面である。

【００３５】図９の素子１Ｄにおいては、スラブ型光導
波路４の底面４ｄ上にリッジ型の三次元光導波路２０が
形成されている。そして、スラブ型光導波路４の底面４
ｄは接着剤層３を介して支持基板２に接合されている。
従って、リッジ型の三次元光導波路２０は、接着剤層３
内に埋設された形となる。

【００３６】図１０の素子１Ｅは、図８の素子１Ｃと同
様のものである。ただし、素子１Ｅにおいては、スラブ
型光導波路４の表面４ａおよびリッジ型三次元光導波路
２０を被覆するオーバーコート層２１が形成されてい
る。

【００３７】本発明においては、光変調素子が、スラブ
型光導波路を構成する平板と、この平板内に設けられた
三次元光導波路とからなっていてよい。あるいは、光変
調素子が、スラブ型光導波路を構成する平板と、この平
板から突出するリッジ型の三次元光導波路とからなって
いてよい。

【００３８】例えば、図１１の素子１Ｆにおいては、平
板４がスラブ型光導波路を構成しており、平板内に三次
元光導波路５が形成されている。こうした平板型の素子
は、スラブモード伝搬を可能とする程度に薄いものであ
る必要があるので、単独では取り扱いに難がある。この
ため、素子１Ｆを、他の支持部材や支持板に対して固定
し、補強することが好ましい。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、三次元光導波路を伝搬
する光に電圧を印加してこの光を変調する光変調器にお
いて、動作点の制御を効率的かつ安定的に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】光変調素子１から信号光６が出射されている状
態を概略的に示す斜視図である。

【図２】光変調素子１からオフモードの参照光１０が出
射されている状態を概略的に示す斜視図である。

【図３】光変調素子１、光検知器１３、制御装置１５、
電源制御装置１６を備えた光変調器を示すブロック図で
ある。

【図４】他の光変調器を示すブロック図である。

【図５】光変調素子１を端面側から見た正面図である。

【図６】光変調素子１Ａを端面側から見た正面図であ
る。

【図７】光変調素子１Ｂを端面側から見た正面図であ
る。

【図８】光変調素子１Ｃを端面側から見た正面図であ
る。

【図９】光変調素子１Ｄを端面側から見た正面図であ
る。

【図１０】光変調素子１Ｅを端面側から見た正面図であ
る。

【図１１】光変調素子１Ｆを端面側から見た正面図であ
る。

【符号の説明】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ光変調素子２支持基板２ａ支持基板２の表面
３接着剤層４平板（スラブ型光導波路）
４ａ平板の表面４ｃ平板の端面
４ｄ平板の底面５三次元光導波路
５ｂ、５ｃ一対の分岐光導波路５ｆ
分岐光導波路の合波点６、１１信号光
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ変調用電極１０合波
点から放射される光１３合波点からの放射光
に対する光検知器１５制御装置Ａ光
検知器１３からの信号Ｂ制御装置１５からの
制御信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤順悟愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者青木謙治愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA12 BA03 CA05 DA03 EA02 EA05 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】三次元光導波路を伝搬する光に電圧を印加
してこの光を変調する光変調器であって、少なくとも一対の分岐光導波路と、分岐光導波路の合波
点とを含んでいる三次元光導波路、前記合波点から放射されるオフモードの光を導波するス
ラブ型光導波路、前記三次元光導波路を伝搬する光を変調する信号電圧を
印加するための変調用電極、前記スラブ型光導波路から放射される光を受光する光検
知器、および前記光検知器からの出力に基づいて、前記変調用電極に
加わる直流バイアスを変化させることによって、前記光
変調器の動作点を制御する制御装置を備えていることを
特徴とする、光変調器。
【請求項２】前記三次元光導波路が、前記スラブ型光導
波路から突出するリッジ型光導波路であることを特徴と
する、請求項１記載の光変調器。
【請求項３】前記三次元光導波路が、前記スラブ型光導
波路の構成材料の加工によって形成されていることを特
徴とする、請求項１記載の光変調器。
【請求項４】支持基板、およびこの支持基板と前記スラ
ブ型光導波路とを接着し、前記スラブ型光導波路の屈折
率よりも低い屈折率を有する接着剤層を備えていること
を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に
記載の光変調器。
【請求項５】前記接着剤層がガラスまたは樹脂からなる
ことを特徴とする、請求項４記載の光変調器。
【請求項６】前記スラブ型光導波路の端面に前記光検知
器が取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜
５のいずれか一つの請求項に記載の光変調器。
【請求項７】前記オフモードの光を受光するための光伝
送部材を備えており、この光伝送部材からの出射光を前
記光検知器によって受光することを特徴とする、請求項
１〜５のいずれか一つの請求項に記載の光変調器。
【請求項８】三次元光導波路を伝搬する光に電圧を印加
してこの光を変調する光変調方法であって、少なくとも一対の分岐光導波路と、分岐光導波路の合波
点とを含んでいる三次元光導波路、および前記三次元光
導波路を伝搬する光を変調する信号電圧を印加するため
の変調用電極を備えている光変調器を使用し、前記合波点から放射されるオフモードの光をスラブモー
ドで伝搬させ、このオフモードの光を受光し、受光した
光に基づいて前記変調用電極に対する直流バイアスを変
化させることによって、前記光変調器の動作点を制御す
ることを特徴とする、光変調方法。
【請求項９】前記光変調器がスラブ型光導波路を備えて
おり、前記スラブモードの光が前記スラブ型光導波路を
伝搬することを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】前記スラブ型光導波路の端面に、前記オ
フモードの光を受光する光検知器を取り付けることを特
徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１１】前記オフモードの光を受光するための光
伝送部材を備えており、この光伝送部材からの出射光を
前記光検知器によって受光することを特徴とする、請求
項８または９記載の方法。
【請求項１２】前記オフモードの光をマルチモード伝搬
させることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一
つの請求項に記載の方法。
【請求項１３】前記三次元光導波路において光をシング
ルモード伝搬させることを特徴とする、請求項８〜１２
のいずれか一つの請求項に記載の方法。