JP2003295142A - 光源内蔵型光変調器モジュール - Google Patents

光源内蔵型光変調器モジュール

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light source
optical
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optical modulator
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Toshio Sakane
敏夫 坂根
Tsutomu Saito
勉 斉藤
Susumu Murata
進 村田
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Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光源に半導体レーザを用いた場合でも、半導体
レーザの発光を安定化させ、温度変化などによる光学部
品間の光軸のズレを抑制でき、これらにより効率的かつ
安定的な光変調が実現できる光源内蔵型光変調器モジュ
ールを提供すること。 【解決手段】光源である半導体レーザ２７と、電気光学
効果を有する材料からなる基板の表面に光導波路を設け
た光変調素子２８を同一の筐体に内蔵する光源内蔵型光
変調器モジュールにおいて、該半導体レーザ２７からの
光の偏波面を該光変調素子の最適導波偏波面に一致させ
ると共に、該光変調素子から該半導体レーザに向かう戻
り光を阻止するため、偏波回転素子４０を該半導体レー
ザと該光変調素子との間に設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源と光変調素子
とを同一の筐体に内蔵する光源内蔵型光変調器モジュー
ルに関し、特に、光源として半導体レーザを用いた光源
内蔵型光変調器モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、高品位な光通信分野においては、
光源に、波長が安定しておりかつスペクトル幅の狭いと
いう特性を有する分布帰還型の半導体レーザ（ＤＦＢレ
ーザ）を用い、これを連続（ＣＷ）動作させ、半導体レ
ーザの外部に設けた光変調器によりレーザ光を伝送デー
タに対応して変調し、光ファイバなどの伝送路により変
調された光を送信する方法が利用されている。しかも、
光変調器には、ＬｉＮｂＯ３（以下、ＬＮという）のよ
うな電気光学効果を有する材料からなる基板の表面に光
導波路を形成し、該光導波路を導波する光をその近傍に
設けた電極を介して高速度光変調をかける方法が、多く
用いられている。
【０００３】このような変調された光を発生する装置に
おいては、半導体レーザ、光変調器などの個別部品を、
レンズ、光ファイバ等の光学部品を用いて相互に接続し
て、装置構成するのが一般的であるが、近年のデータ伝
送における大容量化・高速化を反映して、光通信の波長
多重化を実施する等の理由から、装置構成が大型化、複
雑化してきており、主要部品の集積化や小型化を図るこ
とが、益々要求されている。
【０００４】また、光源として半導体レーザを用いた場
合、安定したレーザ光の発振のためには、半導体レーザ
への有害な戻り光の除去や、半導体レーザの温度制御な
ども必要となる。しかも、半導体レーザからの出力光は
偏波面を有しており、他方、ＬＮ光変調器などの外部変
調器も、変調動作が効果的に機能するためには、変調器
内を通過する光が光変調器の最適導波偏波面に設定され
ていることが必要であり、両者の偏波面の整合性を図る
ことも求められる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】送信側の主要部品であ
る半導体レーザと、外部変調器である光変調素子を同じ
筐体に内蔵して集積化を図る場合には、上述のような課
題に加え、次のような課題が生じる。第１に、半導体レ
ーザからの出力光の偏波面の主な偏光方向と、ＬＮ光変
調素子の最適導波偏波面を形成する最適入射偏光方向と
が一般的に異なる方向となる場合があり、このため、両
者を結合する際に偏波回転機能が必要となる。
【０００６】第２に、半導体レーザの温度制御を行うた
め、半導体レーザの支持部材中にはペルチェ素子などの
温度制御手段が組み込まれており、半導体レーザや該温
度制御手段から発生する温度変化の影響が支持部材全体
に波及し、支持部材自体の寸法変化を発生させることと
なる。このため、半導体レーザなど該支持部材に支持さ
れた光学部品と、該支持部材の外に配置されている光変
調器などとの間で、光軸のズレが生じ、結果として、結
合損の増大、あるいは結合損の変化を起こし、光変調を
効率的かつ安定的に行うことが困難となる。しかも、Ｌ
Ｎ光変調素子の導波モードは、モード径が小さく、また
一般に非対称であるため、アライメント許容量は非常に
小さく、特に、筐体などのＬＮ光変調素子を支持する支
持面に対して垂直な方向の許容量は、より小さいという
問題がある。このため、異なる支持部材上に配置された
２つの素子間の光結合を空間光学系で行う場合、各素子
に対して精密に配置でき、かつ各支持部材に寸法変化が
生じた場合でも光軸のズレのない結合光学系を配する必
要がある。
【０００７】本発明が解決しようとする課題は、上記の
種々の問題を解消し、装置全体の小型化を達成すると共
に、特に、光源に半導体レーザを用いた場合でも、半導
体レーザの発光を安定化させ、温度変化などによる光学
部品間の光軸のズレを抑制でき、これらにより効率的か
つ安定的な光変調が実現できる光源内蔵型光変調器モジ
ュールを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、光源である半導体レーザ
と、電気光学効果を有する材料からなる基板の表面に光
導波路を設けた光変調素子を同一の筐体に内蔵する光源
内蔵型光変調器モジュールにおいて、該半導体レーザか
らの光の偏波面を該光変調素子の最適導波偏波面に一致
させると共に、該光変調素子から該半導体レーザに向か
う戻り光を阻止するため、偏波回転素子を該半導体レー
ザと該光変調素子との間に設けたことを特徴とする。
【０００９】請求項１に係る発明により、半導体レーザ
からの光の偏波面を光変調素子の最適導波偏波面に一致
させる機能と、光変調素子から半導体レーザに向かう戻
り光を阻止する機能（アイソレータ）とを、同一の偏波
回転素子で実現できるため、装置サイズの増大を抑制で
き、しかも、半導体レーザからの光の偏波面と光変調素
子への入射光に期待される最適導波偏波面とが異なる場
合でも、上記偏波回転素子で一致させることが可能であ
るため、半導体レーザと光変調素子との間の光学的結合
による損失を抑えることができる。
【００１０】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
記載された光源内蔵型光変調器モジュールにおいて、該
偏波回転素子は、上記半導体レーザ側から順に、半導体
レーザの主偏光成分を透過する第一の偏光子、該第一の
偏光子の透過軸に対しその透過光を４５°回転させる第
一のファラデー素子、該第一のファラデー素子の出力偏
光を透過させる透過軸を有する第二の偏光子、該第二の
偏光子の透過光を第一のファラデー素子と同一方向に４
５°回転させる第二のファラデー素子を配置し、該第
一、第二のファラデー素子に対し光軸上で同一方向の磁
場を印加する手段を有することを特徴とする。
【００１１】請求項２に係る発明により、半導体レーザ
の主偏光成分の偏光軸と、光変調素子の最適入射偏光方
向（光変調素子に入射した光が最も効率良く変調される
ために最適な入射光の偏光方向を意味する）とが、９０
°異なる場合でも、半導体レーザと光変調素子との間の
光学的結合による損失を抑えることができる。
【００１２】また、請求項３に係る発明は、請求項１に
記載された光源内蔵型光変調器モジュールにおいて、該
偏波回転素子は、上記半導体レーザ側から順に、半導体
レーザの主偏光成分を透過する第一の偏光子、該第一の
偏光子の透過軸に対しその透過光を４５°回転させる第
一のファラデー素子、該第一のファラデー素子の出力偏
光を透過させる透過軸を有する第二の偏光子、該第二の
偏光子の透過光を第一のファラデー素子と同一方向に４
５°回転させる第二のファラデー素子、該第二のファラ
デー素子の出力偏光を透過させる透過軸を有する第三の
偏光子を配置し、該第一、第二のファラデー素子に対し
光軸上で同一方向の磁場を印加する手段を有することを
特徴とする。
【００１３】請求項３に係る発明により、半導体レーザ
の主偏光成分の偏光軸と、光変調素子の最適入射偏光方
向とが、９０°異なる場合でも、半導体レーザと光変調
素子との間の光学的結合による損失を抑えることができ
るだけでなく、光変調素子側から半導体レーザ側に向か
う戻り光を阻止することが可能となる。
【００１４】また、請求項４に係る発明は、請求項１に
記載された光源内蔵型光変調器モジュールにおいて、該
偏波回転素子は、上記半導体レーザ側から順に、半導体
レーザの主偏光成分を透過する第一の偏光子、該第一の
偏光子の透過軸に対しその透過光を４５°回転させる第
一のファラデー素子、該第一のファラデー素子の出力偏
光を透過させる透過軸を有する第二の偏光子、該第二の
偏光子の透過光を第一のファラデー素子と逆方向に４５
°回転させる第二のファラデー素子を配置し、該第一、
第二のファラデー素子に対し光軸上で互いに逆方向の磁
場を各々に印加する手段を有することを特徴とする。
【００１５】請求項４に係る発明により、半導体レーザ
の主偏光成分の偏光軸と、光変調素子の最適入射偏光方
向とが、略同一である場合でも、半導体レーザと光変調
素子との間の光学的結合による損失を抑えることができ
る。
【００１６】また、請求項５に係る発明は、請求項１に
記載された光源内蔵型光変調器モジュールにおいて、該
偏波回転素子は、上記半導体レーザ側から順に、半導体
レーザの主偏光成分を透過する第一の偏光子、該第一の
偏光子の透過軸に対しその透過光を４５°回転させる第
一のファラデー素子、該第一のファラデー素子の出力偏
光を透過させる透過軸を有する第二の偏光子、該第二の
偏光子の透過光を第一のファラデー素子と逆方向に４５
°回転させる第二のファラデー素子、該第二のファラデ
ー素子の出力偏光を透過させる第三の偏光子を配置し、
該第一、第二のファラデー素子に対し光軸上で互いに逆
方向の磁場を各々に印加する手段を有することを特徴と
する。
【００１７】請求項５に係る発明により、半導体レーザ
の主偏光成分の偏光軸と、光変調素子の最適入射偏光方
向とが、略同一である場合でも、半導体レーザと光変調
素子との間の光学的結合による損失を抑えることができ
るだけでなく、光変調素子側から半導体レーザ側に向か
う戻り光を阻止することが可能となる。
【００１８】また、請求項６に係る発明は、請求項１乃
至５のいずれかに記載された光源内蔵型光変調器モジュ
ールにおいて、上記第一又は第二のファラデー素子に対
し磁界を印加する手段として、永久磁石又は磁界強度を
調整可能な電磁石を用いたことを特徴とする。
【００１９】請求項６に係る発明により、永久磁石を用
いる場合には装置の構造を単純化でき、電磁石を用いる
場合には、永久磁石を用いる場合と比較しても、より適
正な偏波回転が実現でき、半導体レーザと光変調素子と
の間の光学的結合による損失の抑制や、光変調素子側か
ら半導体レーザ側に向かう戻り光の阻止などを、より効
果的に実現することができる。
【００２０】また、請求項７に係る発明は、光源である
半導体レーザと、電気光学効果を有する材料からなる基
板の表面に光導波路を設けた光変調素子を同一の筐体に
内蔵する光源内蔵型光変調器モジュールにおいて、上記
半導体レーザ、半導体レーザに係るモニタ用受光素子、
ビーム整形光学素子、アイソレータ、および収束光学素
子を支持する光源用支持部材と、該光源用支持部材上に
一端を固定すると共に、他端を該光源用支持部材の外に
配置された上記光変調素子の入力端に対向して固定した
光ファイバとを有することを特徴とする。
【００２１】請求項７に係る発明により、半導体レーザ
を含む光学部品を支持する光源用支持部材の寸法・位置
が種々の環境変化や経時変化により変化した場合でも、
上記のように固定配置された光ファイバにより、常に適
正な収束状態を有する光を、光変調素子に入射させるこ
とが可能となる。
【００２２】また、請求項８に係る発明は、請求項７に
記載された光源内蔵型光変調器モジュールにおいて、該
光ファイバは偏光保持ファイバであり、上記光変調素子
側に固定された該偏光保持ファイバの応力付与軸を該光
変調素子の最適入射偏光方向に、また、光源用支持部材
側に固定された該偏光保持ファイバの応力付与軸を上記
収束光学素子からの出力光の主偏光方向とすることを特
徴とする。
【００２３】請求項８に係る発明により、半導体レーザ
を含む光学部品を支持する光源用支持部材の寸法・位置
が種々の環境変化や経時変化により変化した場合でも、
上記のように固定配置された偏光保持ファイバにより、
常に適正な偏波面と収束状態とを有する光を、光変調素
子に入射させることが可能となる。
【００２４】また、請求項９に係る発明は、請求項７又
は８に記載された光源内蔵型光変調器モジュールにおい
て、上記光源用支持部材は、上記半導体レーザに対する
温度制御手段を有していることを特徴とする。
【００２５】請求項９に係る発明により、半導体レーザ
の温度を所定温度に維持制御し、安定的なレーザ発光を
実現できるだけでなく、半導体レーザや温度制御手段に
よる温度変化が光源用支持部材に影響を及ぼしても、常
に適正な収束状態又は偏光面を有する光を、光変調素子
に入射させることが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明について、好適例を
用いて詳細に説明する。光変調器を構成する基板として
は、電気光学効果を有する材料、例えば、ニオブ酸リチ
ウム（ＬｉＮｂＯ３；以下、ＬＮという）、タンタル酸
リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタ
ン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料から構成され、特
に、光導波路デバイスとして構成しやすく、かつ異方性
が大きいという理由から、ＬｉＮｂＯ３結晶、ＬｉＴａ
Ｏ３結晶、又はＬｉＮｂＯ３及びＬｉＴａＯ３からなる
固溶体結晶を用いることが好ましい。本実施例では、ニ
オブ酸リチウム（ＬＮ）を用いた例を中心に説明する。
【００２７】光変調器を製造する方法としては、ＬＮ基
板上にＴｉを熱拡散させて光導波路を形成し、次いで基
板の一部又は全体に渡りバッファ層を設けずに、ＬＮ基
板上に電極を直接形成する方法や、光導波路中の光の伝
搬損失を低減させるために、ＬＮ基板上に誘電体ＳｉＯ
２等のバッファ層を設け、さらにその上にＴｉ・Ａｕの
電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより数十μ
ｍの高さの信号電極及び接地電極を構成して、間接的に
当該電極を形成する方法がある。また、バッファ層上に
ＳｉＮやＳｉ等の膜体を設けた多層構造とすることも可
能である。一般に、一枚のＬＮウェハに複数の光変調器
を作り込み、最後に個々の光変調器のチップに切り離す
ことにより、光変調器が製造される。
【００２８】次に、本発明の特徴となる構成について説
明する。ＬＮ光変調素子は、その変調効率を高めるため
に電気光学係数の最も大きいｒ３３を用いる入力偏光、
および変調電界となる構造を用いる。表面に垂直な方向
に電気光学効果により最も効率的に屈折率を変更できる
結晶軸の方向を有する基板（所謂「Ｚ−ＣＵＴ型基
板」）のＬＮ光変調素子を図１に、表面に平行な方向で
ありかつ光の進行方向に垂直な方向に、電気光学効果に
より最も効率的に屈折率を変更できる結晶軸の方向を有
する基板（所謂「Ｘ−ＣＵＴ型基板」）のＬＮ光変調素
子を図２に示す。
【００２９】図１（図１ａはＺ−ＣＵＴ型光変調素子の
俯瞰図であり、図１ｂはその断面図を示す）において、
１はＺ−ＣＵＴ型基板であり、その基板表面に光導波路
２をＴｉ等の内部拡散によって形成し、その表面にＳｉ
Ｏ２によるバッファ層３を設け、さらに光導波路２の上
にＺ方向の電界を作るために、一対の電極４，５を設け
ている。電極４，５間に変調電圧６を印加すると、７の
変調電界が生じ、該変調電界７の光導波路２における電
界成分はほぼＺ成分となる。該光導波路２にＺ方向偏光
であり、光変調素子の表面１６に垂直な偏光成分をもつ
ＴＭ波８を導波すると、最も効率良く相互作用がなさ
れ、電界に比例した光の屈折率変化、すなわち光の位相
が変化する。
【００３０】また、図２（図２ａはＸ−ＣＵＴ型光変調
素子の俯瞰図であり、図２ｂはその断面図を示す）にお
いて、９はＸ−ＣＵＴ型基板であり、その基板表面に光
導波路１０をＴｉ等の内部拡散によって形成し、その表
面にＳｉＯ２によるバッファ層１１を設け、さらに光導
波路近傍に光導波路１０を挟む形で、一対の電極１２，
１３を形成する。電極１２，１３に変調電圧１４を印加
しすると、１５の変調電界が生じ、該変調電界１５の光
導波路１０における電界成分は、図２ａに示すＺ方向と
なる。該光導波路１０に、Ｚ方向と同方向の偏光成分
（光変調素子の表面に平行な偏光成分）をもつＴＥ波１
８を入力すると、最も効率良く相互作用がなされ、電界
に比例した光の屈折率変化、すなわち光の位相が変化す
る。
【００３１】光変調素子の光導波路のモード径は、光導
波路表面に平行な方向に８μｍ程度、光導波路表面に垂
直な方向に６μｍ程度である。一方、光通信用途として
用いられる光源は、波長が安定でかつスペクトル幅の狭
い、所詮分布帰還（ＤＦＢ）型レーザや分布反射（ＤＢ
Ｒ）型レーザが一般的に用いられる。いずれも導波路型
レーザであり、図３に示すように、チップ１９に設けた
リッジ構造の活性層２０が長手方向の光導波路となり、
該光導波路中を不図示の回折格子で作るミラー、もしく
は回折格子と反射膜でつくるミラー間を往復して増幅さ
れ、単一周波数の光として出力面２１から出力される。
他方、バック面２２からも同一周波数の光２６が出力さ
れるが、これは一般に半導体レーザの出力光強度を監視
するモニター用途に用いられる。出力光２３はチップの
底面２４に平行な偏波方向２５を主軸とした楕円偏波で
あり、２０ｄＢ以上の偏光比を持っている。また、ビー
ム形状は底面２４に垂直な方向で１μｍ程度、底面に平
行な方向に２μｍ程度であり、垂直な方向の発散角が大
きく、遠視野において底面２４に垂直な方向の径が大き
な楕円形のビームとなる。
【００３２】また、半導体レーザは外部の反射体からの
戻り光があると、その反射体を外部共振ミラーとみな
し、その発振周波数や発光強度が揺らぐ現象が生じる。
このため、このような戻り光を減らす工夫が必要とな
る。一般に半導体レーザモジュールにおいては、レンズ
等の光学系は表面を傾斜、又は、レンズ等の表面に無反
射コートを施すことにより、反射光がレーザに戻ること
を防いでいる。さらに、アイソレータを内蔵し、モジュ
ール外からの戻り光が半導体レーザと結合しないように
している。
【００３３】図４は、本実施例である半導体レーザ２７
とＬＮ光変調素子２８を同一の筺体２９に内蔵した光源
内蔵型光変調器モジュールの断面図を示す。ここで、筺
体２９はベース３０と蓋３１からなり、ベース３０の内
底面３２に半導体レーザモジュールが、また該内底面３
２に平行な別の内底面３３にＬＮ光変調素子２８が、各
々接着固定されている。半導体レーザ２７の出力光の光
軸３５とＬＮ変調素子２８の導波路軸３６が、ほぼ一致
する高さに、内底面３２，３３の高さを設定する。
【００３４】レーザモジュールは、半導体レーザ２７
と、バック放射２６を受光するホトダイオード３７と、
縦横で発散角の異なる出射光２３を同一の発散角とする
ビーム整形用の円柱レンズ３８と、発散するビームを平
行ビームにする焦点距離ｆ１のレンズ３９と、アイソレ
ータ４０および集光するための焦点距離ｆ２のレンズ４
１とを含み、これらを上部基板４２に接着又は溶接によ
り固定する。該上部基板４２をペルチェ素子を用いたサ
ーモクーラ４３上に固定し、上部基板温度を一定に制御
して、半導体レーザ２７の出力光波長の安定性を向上さ
せる。また、ホトダイオード３７は２分割の受光素子ま
たは単一の受光素子で形成され、前者の場合は出力光量
のモニターと同時に波長ズレのモニターも行う。ホトダ
イオード３７から出力される検出信号は、当該分野にお
ける周知の技術により、半導体レーザの駆動電圧制御な
どに用いられる。なお、半導体レーザ２７を含む上述し
た光源に係る一連の光学部品を保持している上部基板４
２とサーモクーラ４３とを合わせて、「光源用支持部
材」と表現している。特にサーモクーラ４３を設けない
場合は、上部基板４２のみが「光源用支持部材」とな
る。
【００３５】半導体レーザ２７から出射した光は、レン
ズ３８によってほぼ円形断面に整形され、レンズ３９に
より平行ビームとなり、アイソレータ４０に入射する。
アイソレータ４０から出射する平行ビームは、レンズ４
１によって集光され、偏波面を保持する機能を有する光
ファイバ（偏光保持ファイバ）５０を経由して、ＬＮ光
変調素子２８の光導波路３６に入射される。さらに、光
導波路３６内を導波しながら変調を受けた光は、ＬＮ光
変調素子の端面４５とｂｕｔｔ接続した出力用光ファイ
バ４４から出力される。ここで、４６はキャピラリ、４
７は補強部材であり、光ファイバ４４とＬＮ光変調素子
２８との接合強度を補強する。また、出力用光ファイバ
４４は部材４８によって、ベース３０に封止固定され
る。
【００３６】ＬＮ光変調素子２８の入力端面４９におい
ても、キャピラリ５１、補強部材５２などを利用して、
偏光保持ファイバ５０は、該入力端面４９にｂｕｔｔ接
続され、光導波路３６と結合する。偏光保持ファイバ５
０の応力付与方向（ｓｌｏｗ方向）を、ＬＮ光変調素子
の最適導波方向（Ｚ−ＣＵＴ型光変調素子ではＴＭ波の
方向、Ｘ−ＣＵＴ型光変調素子ではＴＥ波の方向）とす
る。
【００３７】偏光保持ファイバ５０の他端５３は、レー
ザモジュールの温度安定化された上部基板４２に溝を設
けて、該溝に接着ないし溶接固定される。図４の実施例
では、偏光保持ファイバ５０の長さは１０ｍｍ程度であ
る。偏光保持ファイバ５０の入射端における応力付与方
向は、ベース３０の内底面３２に対して、ＬＮ光変調素
子の端面４９側で偏光保持ファイバ５０の出射端におけ
る応力付与方向と同一方向である。すなわち偏光保持フ
ァイバ５０は、ネジレが無いように固定される。
【００３８】なお、別の応用例としては、偏光保持ファ
イバ自体に余分なストレスが付加されない程度の十分な
長さの偏光保持ファイバを用意し、該偏光保持ファイバ
の入射端と出射端では応力付与方向が、所定角度（例え
ば、９０°）異なるように該偏光保持ファイバの両端を
固定することにより、半導体レーザの主偏光成分の偏光
軸と光変調素子の最適入射偏光方向とが異なる場合で
も、偏光保持ファイバを光が通過する際に偏波面を所定
角度回転させ、偏光保持ファイバから出射する際には、
偏波面が光変調素子の最適入射偏光方向と同一となるよ
うに設定することも可能である。
【００３９】偏光保持ファイバ５０を利用して、半導体
レーザ２７とＬＮ光変調素子２８との光接続を行う場合
には、レンズ３９の焦点距離ｆ１とレンズ４１の焦点距
離ｆ２との比ｆ１／ｆ２は、偏光保持ファイバのモード
径１０μｍに合うように、ほぼ１／２〜１／３とする。
【００４０】上述した偏光保持ファイバを用いることに
より、図５に示すような、レンズ４１からの収束ビーム
５４をＬＮ光変調素子２８の端面４９に、直接的にフォ
ーカスさせる空間接続系を用いる場合の欠点を除去する
ことできる。すなわち、サーモクーラ４３によって基板
４２は温度を一定に保たれるが、サーモクーラ４３の上
部基板４２側とベース３０側との温度差は大きく、また
素材が半導体およびセラミックであるために、その線膨
張係数が大きい。したがって、温度などの環境変化や経
時変化に対して、ベース３０の内底面３２に対する光軸
３５の位置を一定に保つことが難しい。他方、ＬＮ光変
調素子２８の光導波路３６への光結合は、その許容量が
小さく、特に、高さ方向の許容量は小さく、１μｍ程度
以下のアライメントずれ量に抑える必要がある。このた
め、安定な光学的結合を保つには、ＬＮ光変調素子２８
と同様に、上部基板４２をベース３０に対して固定させ
る必要があるが、この場合には、光源用支持部材（上部
基板４２、サーモクーラ４３）の熱膨張変化による機械
的歪を緩和するため、サーモクーラ４３の放熱側５５
を、ベース３０の内底面３２に対して浮かせる必要が生
じる。しかしながら、このような構成では、放熱効果が
上がらず、半導体レーザの機能が限定されてしまう。図
４に示した本実施例のように、偏光保持ファイバ５０を
介して光源部（上部基板４２により支持される部分）と
光変調部（光変調素子）の両者を接続すれば、両者間の
相対的な位置ずれが偏光保持ファイバ５０によって吸収
でき、環境変化、経時変化に対しても安定な光接続が可
能となる。
【００４１】次に、本発明の別の特徴であるアイソレー
タ機能を有する偏波回転素子について、図６、図７を用
いて説明する。図４に示すように、半導体レーザ２７か
らの出力光の偏波方向はベース３０の内底面３２に平行
である。一方、Ｚ−ＣＵＴ型光変調素子では、最適な入
射偏波はＴＭ波であり、ベース３０の内底面３３に垂直
な方向である。両者の偏波方向を一致させるためには、
半導体レーザ２７とＬＮ光変調素子２８との間に、偏波
を９０°回転させる機能素子が必要である。
【００４２】図６は、その一例であり、図６ａが示すよ
うに、半導体レーザ２７側から、第一の偏光子５６、第
一の４５°ファラデー素子５７、第二の偏光子５８、第
二の４５°ファラデー素子５９および第三の偏光子６０
とからなる。第一、第二のファラデー素子５７、５９に
は不図示のＳｍＣｏ５などの磁石によって、光軸方向の
直流飽和磁場６１、６２を印加する。偏光子５６，５
８、および６０の透過軸は、５６が水平（内底面３２に
平行）、５８がファラデー素子５７によって回転された
偏波を透過する軸、６０は垂直（内底面３２に垂直）と
する。これらの構成により、図６ｂのように、半導体レ
ーザ２７からの内底面３２に平行な偏波６３は、第一の
ファラデー素子５７により４５°回転し（６４）、さら
に第二のファラデー素子５９によってさらに４５°回転
（６５）して、内底面３２に垂直な偏波６６となる。
【００４３】この構成において、ＬＮ光変調素子側から
の反射光は、図６ｃに点線矢印で示すように、無偏波反
射光６７の内、垂直成分のみが第三の偏光子を透過（６
８）して第二のファラデー素子５９を逆伝播する。逆伝
播光は、ファラデー素子の非相反性によって、同一方向
に４５°回転を受け、第二の偏光子の透過軸から９０°
回転した偏波となる。これによって、半導体レーザ２８
への戻り光は阻止される。ファラデー素子の結晶性、波
長依存性などによって偏光６９が完全な直線でなくな
り、第二の偏光子５８を漏れ出す光７０があったとして
も、第一のファラデー素子５７および第一の偏光子５６
によって阻止され、半導体レーザ２７と結合する戻り光
は極端に少なくなる。
【００４４】ファラデー素子５７，５９はＹ３Ｆｅ５Ｏ
１２（ＹＩＧ）などの強磁性体である。第三の偏光子６
０は、アイソレーション機能が低下するが、光学部品点
数の減少化のために省略も可能である。以上の構成によ
り、必要な偏波の回転と共に、アイソレータ機能をも実
現できる。
【００４５】また、Ｘ−ＣＵＴ型光変調素子との光学的
結合の例について、図７により説明する。ＬＮ光変調素
子２８の最適入射偏波はベース３０の内底面３３に平行
であり、半導体レーザ２８の主偏光方向と同じである。
この場合には、ファラデー素子、偏光子は図６と同じで
あるが、第二のファラデー素子５９に印加する磁場８１
を、第一のファラデー素子５７への磁場８０と逆転させ
る。なお、第三の偏光子７２の透過軸は内底面３２と並
行とする。ただし、上述したＺ−ＣＵＴ型光変調素子の
場合と同様に、第三の偏光子を削除することも可能であ
る。
【００４６】図７の場合、第二の偏光子５８を透過した
４５°偏光（６４’）は、第二のファラデー素子によっ
て逆方向の回転を受け、その出力偏光７３は水平に戻
り、第三の偏光子７２を透過（７４）する。一方、ＬＮ
光変調素子側からの戻り光６７は、前述のファラデー素
子の非相反性と偏光子とによって、前述と同様に半導体
レーザ２７への結合が阻止される。磁場８０と磁場８１
は独立したＳｍＣｏ５などの磁石によって供給する。ま
た、偏光子５６，５８，６０，７２はラミポール、ある
いはポーラコアのような３０μｍ程度の偏光子である。
【００４７】ファラデー素子に磁界を印加する手段に
は、上述の永久磁石を用いる方法だけでなく、電磁石の
ような磁界の強度を変更可能なものであってもよい。こ
の場合には、光変調器からの出力光などをモニタしなが
ら、上記磁界の強度を調整し、最適な変調状態を得るこ
とが可能となる。
【００４８】光変調素子としてＬＮの位相変調素子を例
に説明したが、ＬＮ以外の強誘電体変調素子、位相変調
器以外の強度変調器など、あるいはＰＬＣ等のパッシブ
素子であっても、偏波依存性のある多様な光導波路素子
に対して、本発明が適応されることは自明である。ま
た、光変調器モジュールの電気信号入出力に係わるコネ
クタおよび接続構造については、本発明の特徴を阻害す
るものでない限り、当該分野において知られている多く
の技術を、本発明に適用できることは言うまでもない。
【００４９】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、従来の
アイソレータなどの光学部品を活用し、追加すべき部品
点数を抑えているため、光源内蔵型光変調器モジュール
全体の小型化を達成すると共に、特に、光源に半導体レ
ーザを用いた場合でも、温度制御や戻り光の抑制によ
り、半導体レーザの発光を安定化させることが可能とな
る。また、温度変化などによる光学部品間の光軸のズレ
も抑制でき、環境変動、経時変動に左右され難い、効率
的かつ安定的な光変調を実現できる光源内蔵型光変調器
モジュールが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 Ｚ−ＣＵＴ型光変調素子の俯瞰図（図１ａ）
と断面図（図１ｂ）
【図２】 Ｘ−ＣＵＴ型光変調素子の俯瞰図（図１ａ）
と断面図（図１ｂ）
【図３】半導体レーザの概略図
【図４】本発明の光源内蔵型光変調器モジュールの断面
図
【図５】偏光保持ファイバを利用しない光源内蔵型光変
調器モジュールの断面図
【図６】偏波回転機能（９０°回転）を持つアイソレー
タを説明する図
【図７】偏波回転機能（０°回転）を持つアイソレータ
を説明する図
【符号の説明】
１，９ ＬＮ基板 ２，１０ 光導波路 ４，５，１２，１３ 電極 ７，１５ 電界 １９，２７ 半導体レーザ ２８ 光変調素子 ３０ 筐体のベース ４０ アイソレータ ５０ 偏光保持ファイバ ５７，５９ ファラデー素子 ５６，５８，６０，７２ 偏光子 ６１，６２，８０，８１ 磁場方向
フロントページの続き (72)発明者 村田 進 東京都千代田区六番町６番地28 住友大阪 セメント株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 DA03 DA04 DA05 DA06 DA15 DA17 DA36 DA38 2H047 KA04 PA12 QA03 RA08 2H079 AA02 CA04 DA03 DA04 EA31 EA33 KA12 KA18 KA20 5F073 AB25 AB28 AB30 EA12 FA02 FA07 FA25 FA30

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光源である半導体レーザと、電気光学効果
    を有する材料からなる基板の表面に光導波路を設けた光
    変調素子を同一の筐体に内蔵する光源内蔵型光変調器モ
    ジュールにおいて、 該半導体レーザからの光の偏波面を該光変調素子の最適
    導波偏波面に一致させると共に、該光変調素子から該半
    導体レーザに向かう戻り光を阻止するため、偏波回転素
    子を該半導体レーザと該光変調素子との間に設けたこと
    を特徴とする光源内蔵型光変調器モジュール。
  2. 【請求項２】請求項１に記載された光源内蔵型光変調器
    モジュールにおいて、該偏波回転素子は、上記半導体レ
    ーザ側から順に、半導体レーザの主偏光成分を透過する
    第一の偏光子、該第一の偏光子の透過軸に対しその透過
    光を４５°回転させる第一のファラデー素子、該第一の
    ファラデー素子の出力偏光を透過させる透過軸を有する
    第二の偏光子、該第二の偏光子の透過光を第一のファラ
    デー素子と同一方向に４５°回転させる第二のファラデ
    ー素子を配置し、該第一、第二のファラデー素子に対し
    光軸上で同一方向の磁場を印加する手段を有することを
    特徴とする光源内蔵型光変調器モジュール。
  3. 【請求項３】請求項１に記載された光源内蔵型光変調器
    モジュールにおいて、該偏波回転素子は、上記半導体レ
    ーザ側から順に、半導体レーザの主偏光成分を透過する
    第一の偏光子、該第一の偏光子の透過軸に対しその透過
    光を４５°回転させる第一のファラデー素子、該第一の
    ファラデー素子の出力偏光を透過させる透過軸を有する
    第二の偏光子、該第二の偏光子の透過光を第一のファラ
    デー素子と同一方向に４５°回転させる第二のファラデ
    ー素子、該第二のファラデー素子の出力偏光を透過させ
    る透過軸を有する第三の偏光子を配置し、該第一、第二
    のファラデー素子に対し光軸上で同一方向の磁場を印加
    する手段を有することを特徴とする光源内蔵型光変調器
    モジュール。
  4. 【請求項４】請求項１に記載された光源内蔵型光変調器
    モジュールにおいて、該偏波回転素子は、上記半導体レ
    ーザ側から順に、半導体レーザの主偏光成分を透過する
    第一の偏光子、該第一の偏光子の透過軸に対しその透過
    光を４５°回転させる第一のファラデー素子、該第一の
    ファラデー素子の出力偏光を透過させる透過軸を有する
    第二の偏光子、該第二の偏光子の透過光を第一のファラ
    デー素子と逆方向に４５°回転させる第二のファラデー
    素子を配置し、該第一、第二のファラデー素子に対し光
    軸上で互いに逆方向の磁場を各々に印加する手段を有す
    ることを特徴とする光源内蔵型光変調器モジュール。
  5. 【請求項５】請求項１に記載された光源内蔵型光変調器
    モジュールにおいて、該偏波回転素子は、上記半導体レ
    ーザ側から順に、半導体レーザの主偏光成分を透過する
    第一の偏光子、該第一の偏光子の透過軸に対しその透過
    光を４５°回転させる第一のファラデー素子、該第一の
    ファラデー素子の出力偏光を透過させる透過軸を有する
    第二の偏光子、該第二の偏光子の透過光を第一のファラ
    デー素子と逆方向に４５°回転させる第二のファラデー
    素子、該第二のファラデー素子の出力偏光を透過させる
    第三の偏光子を配置し、該第一、第二のファラデー素子
    に対し光軸上で互いに逆方向の磁場を各々に印加する手
    段を有することを特徴とする光源内蔵型光変調器モジュ
    ール。
  6. 【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載された光
    源内蔵型光変調器モジュールにおいて、上記第一又は第
    二のファラデー素子に対し磁界を印加する手段として、
    永久磁石又は磁界強度を調整可能な電磁石を用いたこと
    を特徴とする光源内蔵型光変調器モジュール。
  7. 【請求項７】光源である半導体レーザと、電気光学効果
    を有する材料からなる基板の表面に光導波路を設けた光
    変調素子を同一の筐体に内蔵する光源内蔵型光変調器モ
    ジュールにおいて、 上記半導体レーザ、半導体レーザに係るモニタ用受光素
    子、ビーム整形光学素子、アイソレータ、および収束光
    学素子を支持する光源用支持部材と、該光源用支持部材
    上に一端を固定すると共に、他端を該光源用支持部材の
    外に配置された上記光変調素子の入力端に対向して固定
    した光ファイバとを有することを特徴とする光源内蔵型
    光変調器モジュール。
  8. 【請求項８】請求項７に記載された光源内蔵型光変調器
    モジュールにおいて、該光ファイバは偏光保持ファイバ
    であり、上記光変調素子側に固定された該偏光保持ファ
    イバの応力付与軸を該光変調素子の最適入射偏光方向
    に、また、光源用支持部材側に固定された該偏光保持フ
    ァイバの応力付与軸を上記収束光学素子からの出力光の
    主偏光方向とすることを特徴とする光源内蔵型光変調器
    モジュール。
  9. 【請求項９】請求項７又は８に記載された光源内蔵型光
    変調器モジュールにおいて、上記光源用支持部材は、上
    記半導体レーザに対する温度制御手段を有していること
    を特徴とする光源内蔵型光変調器モジュール。
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