JP2008145799A - 出力光モニタ付光導波路型光変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】誘電体基板１上に光導波路２を形成した光導波路素子、該光導波路素子への光ファイバ３の接続を補強する光ファイバ補強部材４、該光導波路の一部から放射される放射モード光２０を該光ファイバ補強部材を介して受光する光検出器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搬するキャピラリー４であり、該キャピラリーの該誘電体基板側とは反対の端面には、前記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反射手段５が形成されており、該放射モード光が該反射手段により反射し該キャピラリーから出射する該キャピラリーの出射面３０は、平面状に形成。
【選択図】図４

Description

本発明は、出力光モニタ付光導波路型光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、光変調器本体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より正確にモニタすることが可能な出力光モニタ付光導波路型変調器に関するものである。

一般的に、光導波路素子などを用いた光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。

また、別のモニタ方式として、特許文献１に開示されているように、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、光導波路素子を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。
特開平１１−１９４２３７号公報

さらに、特許文献２には、光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。
特開平５−３４６５０号公報

特許文献３には、光導波路素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つ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。
特開平５−５３０８６号公報

以上を踏まえ、本出願人は、図１に示すように、特許文献４において、モニタ用出力光として、光導波路２における分岐光導波路部の合一点から放射される放射モード光２０を、適宜の方向において利用し、光変調器本体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４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。図１において、１は誘電体基板、３は光ファイバ、５はキャピラリーに形成された放射モード光２０を反射する反射手段、６は放射モード光を受光する受光素子、７は光導波路素子及び前記受光素子などを内蔵する筐体、１０は入射光、さらに１１は出射光を各々示す。
特開２００１−２８１５０７号公報

しかしながら、一般的にキャピラリーは円柱状で形成されているため、図２及び図３に示すように、光導波路２から放射された放射モード光は、反射手段５から反射され、キャピラリーより出射する際には、キャピラリーの出射面のＲ形状により、図３のようにキャピラリーの近傍で集束し、その後拡散する。このため、キャピラリーに近接して光検出器を配置することができない場合には、光検出器である受光素子６に入射する放射モード光２０の光量が減少し、放射モード光を正確に検知することが困難となる。
なお、図３は、図２の矢印Ａにおけるキャピラリーの側面図を示す。

他方、光変調周波数の広帯域化を実現するためには、変調信号であるマイクロ波と光波との速度整合を図ることが重要であり、これまでに、様々な方法が考案されている。具体例を挙げれば、バッファ層の厚膜化、電極の高アスペクト化やリッジ構造などがこれにあたる。特に、以下の特許文献６又は７においては、３０μｍ以下の厚みを有する極めて薄い基板（以下、「薄板」という。）に、光導波路並びに変調電極を組み込み、該薄板より誘電率の低い他の基板を接合し、マイクロ波に対する実効屈折率を下げ、マイクロ波と光波との速度整合を図ることが行われている。
特開昭６４−１８１２１号公報 特開２００３−２１５５１９号公報

しかしながら、光導波路を形成する基板の厚みが薄くなるに従い、光導波路を伝搬する光波は基板表面に平行な方向（厚み方向に垂直な方向。以下、「横方向」という。）に広がる傾向を示す。このため、反射手段５に到達するまでの放射モード光は図２や図３の上下方向に広がる傾向を示し、キャピラリーの出射面において放射モード光が拡散する（図２の左右方向に広がる）可能性がより高くなる。

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、誘電体基板として薄板を用いた場合においても、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。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、誘電体基板と、該誘電体基板の表面又は裏面に形成され、２つ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搬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搬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とは反対の端面には、前記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反射手段が形成されており、該放射モード光が該反射手段により反射し該キャピラリーから出射する該キャピラリーの出射面は、平面状に形成されていることを特徴とする。
本発明に係る「キャピラリー」とは、光ファイバの接続端部分を収容する中空部を有する円筒形の細管であり、放射モード光を伝搬することが可能な材料で構成されているものを意味する。このようなキャピラリーは、一般的に安価に入手することが可能である。

請求項２に係る発明では、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、該出射面は、該放射モード光がキャピラリーから出射する方向に対し略垂直であることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、請求項１又は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、該出射面の面粗度は、Ｒｍａｘ１μｍ以下であることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の出力光モニタ付光導波路型光変調器において、該誘電体基板の厚さは３０μｍ以下であることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、光ファイバ補強部材が、光ファイバの接続端部分を収容する中空部を有し、かつ、放射モード光を伝搬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とは反対の端面には、前記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反射手段が形成されており、該放射モード光が該反射手段により反射し該キャピラリーから出射する該キャピラリーの出射面は、平面状に形成されているため、キャピラリーから出射する放射モード光の拡散を抑制し、光検出器に入射する放射モード光の光量の減少が防止され、放射モード光をより正確に検出することが可能となる。

請求項２に係る発明により、出射面は、放射モード光がキャピラリーから出射する方向に対し略垂直であるため、キャピラリーから出射する放射モード光の拡散がより抑制される。

請求項３に係る発明により、出射面の面粗度は、Ｒｍａｘ１μｍ以下であるため、キャピラリーから出射する放射モード光の拡散がより一層抑制される。

請求項４に係る発明により、誘電体基板の厚さは３０μｍ以下であるため、キャピラリーの出射面において放射モード光が拡散する可能性が高くなるが、上述した請求項１乃至３の構成を採用することで、放射モード光の拡散を抑制し、より正確に放射モード光を検出することが可能となる。

以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図４及び５は、本発明に係る出力光モニタ付光導波路型光変調器の実施例を示す。
本発明は、誘電体基板１と、該誘電体基板の表面又は裏面に形成され、２つ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る光導波路出力部を有する光導波路２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３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４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搬される放射モード光２０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６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搬するキャピラリー４であり、該キャピラリーの該誘電体基板側とは反対の端面には、前記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反射手段５が形成されており、該放射モード光が該反射手段により反射し該キャピラリーから出射する該キャピラリーの出射面３０は、平面状に形成されていることを特徴とする。

特に、本発明が適用される光変調器は、誘電体基板の厚さが３０μｍ以下であり、このような薄板を用いた光変調器においては、反射手段５に到達するまでの放射モード光は図４や図５の上下方向に広がる傾向を示し、キャピラリーの出射面において放射モード光が拡散する（図４の左右方向に広がる）可能性が高くなる。しかしながら、キャピラリーの出射面３０が平面状に形成されているため、図５のように放射モード光の拡散を抑制することが可能となる。
なお、図５は、図４の矢印Ｂにおけるキャピラリーの側面図を示す。

本発明に係る出力光モニタ付光導波路型光変調器の全体構成としては、図１に示す従来の光変調器の構成が採用でき、特に、キャピラリー４に係る特定の構造を除いて、同様に構成することが可能である。
本発明においても、ケース（筐体）７内に、ＬｉＮｂＯ_３などの強誘電体からなる基板１を固定する。例えば、その表面部分には、マッハツェンダー型光導波路２が形成されている。このマッハツェンダー型光導波路２は、光導波路入力部、それから分岐した分岐光導波路部、その分岐光導波路部の合波部、及び光導波路出力部を有し、各分岐部上に不図示の制御電極（信号電極及び接地電極など）が配置されている。基板１の入力端部（図１の右側）には、入力側キャピラリーが接合されている。キャピラリーの中空部を通して入力側光ファイバが導入され、その先端面が、光導波路入力部の入力端面に接続されている。

光導波路２の出力端側には、同様にして、出力側キャピラリー４、出力側光ファイバ３が接続されている。
光波は、矢印１０のように入力側光ファイバから、光導波路入力部に入り、分岐部に分配される。制御電極に、印加電気信号を、例えばケース７の側面に配置されたコネクタ（不図示）を介して印加すると、分岐光導波路部を伝搬する光波の光位相が、印加電気信号に応じて変化する。位相変化を受けた光波は、合波部において合波し、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４により補強された光ファイバ３を通ってケース７の外に、矢印１１のように出力される。

光導波路合波部で、基板１内に放射された２つの放射モード光のうち、放射モード光２０は、キャピラリー４の内部を通りキャピラリー４の先端面の上半部に形成された反射面５において反射される。放射モード光は、反射手段５により、光導波路２の出力方向にほぼ直角をなす方向に方向転換される。この放射モード光２０は、受光素子６に入射し、放射モード光の光強度に対応した電気信号を出力することとなる。
なお、光導波路２と光ファイバ３との結合部や、キャピラリーの外周面、さらには受光素子の受光面などで、伝搬する光波（信号光又は放射モード光）が反射し、戻り光とならないように、特許文献４又は５のように伝搬光の進行方向と境界面との成す角度を垂直状態から若干傾けて構成することが好ましい。

次に、キャピラリーの出射面の形状について、さらに詳細に説明する。
上述したように、キャピラリーの出射面は平面状とすると共に、該出射面は、放射モード光がキャピラリーから出射する方向に対し略垂直とすることで、放射モード光の拡散をより抑制することが可能となる。なお、放射モード光の最も光量が大きな箇所については、上述したように出射面で反射する放射モード光が逆方向に進行し、戻り光とならないようにするため、垂直状態から若干傾けることが好ましい。

また、出射面の面粗度は、Ｒｍａｘ１μｍ以下とすることにより、放射モード光の拡散をより一層抑制することが可能となる。
以上のようなキャピラリーの出射面の形状を採用することにより、図５に示すように放射モード光の拡散が抑制され、光検出器に入射する放射モード光の光量の減少が防止され、放射モード光をより正確に検出することが可能となる。

本発明に係る出力光モニタ付光導波路型光変調器によれば、誘電体基板として薄板を用いた場合においても、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が可能となる。

従来の出力光モニタ付光導波路型光変調器の概略図である。 従来のキャピラリーによる放射モード光の伝搬の状態を示す平面図である。 図２におけるキャピラリーの側面図である。 本発明に係るキャピラリーによる放射モード光の伝搬の状態を示す平面図である。 図４におけるキャピラリーの側面図である。

符号の説明

１ 誘電体基板
２ 光導波路
３ 光ファイバ
４ キャピラリー
５ 反射手段
６ 受光素子（光検出器）
７ 筐体
１０ 入射光
１１ 出射光（信号光）
２０ 放射モード光
３０ 出射面

Claims (4)

1. 誘電体基板と、該誘電体基板の表面又は裏面に形成され、２つ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搬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搬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とは反対の端面には、前記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反射手段が形成されており、
   該放射モード光が該反射手段により反射し該キャピラリーから出射する該キャピラリーの出射面は、平面状に形成さ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。
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、該出射面は、該放射モード光がキャピラリーから出射する方向に対し略垂直であ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。
3. 請求項１又は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、該出射面の面粗度は、Ｒｍａｘ１μｍ以下であ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。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の出力光モニタ付光導波路型光変調器において、該誘電体基板の厚さは３０μｍ以下であ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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