JP2012128277A

JP2012128277A - 導波路型光変調器の性能評価装置および性能評価方法

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Publication number: JP2012128277A
Application number: JP2010281001A
Authority: JP
Inventors: Takashi Go; 隆司郷; Takashi Saida; 隆志才田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-07-05

Abstract

【課題】単体でＭＺＩを構成しない導波路型光変調器の性能評価を従来に比べて容易にする性能評価装置および性能評価方法を提供すること。
【解決手段】第１の偏波保持ファイバー３０３には、第１の偏光子３０２を介して、パンダの目に沿った向きの伝搬モードのみが入力される。ＬＮ変調器３０４の基板に対して第１の偏波保持ファイバー３０３のパンダの目を４５度傾けて、その光導波路の一端に光結合させることにより、ＬＮ変調器３０４の光導波路に、ＴＥモードとＴＭモードに等量分配して光を伝搬させる。次いで、ＬＮ変調器３０４では、電気光学効果（ＥＯ効果）により光導波路の屈折率が変化し、このＥＯ効果には異方性があるため、一方の伝搬モードの伝搬光のみに位相シフトが加わる。第２の偏波保持ファイバー３０５もパンダの目を４５度傾けて光結合させる。第２の偏光子３０６では、第２の偏波保持ファイバー３０５の一方の伝搬モードのみを透過する。
【選択図】図３

Description

本発明は、導波路型光変調器の性能評価装置および性能評価方法に関し、より詳細には、単体でＭＺＩを構成しない導波路型光変調器の性能評価装置および性能評価方法である。

ニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板上にチタン（Ｔｉ）拡散を用いて光導波路を形成したＬＮ変調器は、高速変調が可能で、光通信システムの重要なデバイスであり、例えば４０Ｇｂｉｔ／ｓ用のＤＱＰＳＫ変調器や１００Ｇｂｉｔ／ｓ用偏波多重ＱＰＳＫ変調器等の開発が進められている。しかしながら、ＬＮ基板上の光導波路は、伝搬損失や許容曲げ半径がＰＬＣと比べて大きく、可変カプラ、折返し、偏波合成回路等の複雑な光回路の構成に不向きであるという欠点を有する。ここで、「ＰＬＣ」とは、Ｓｉ基板上にＳｉＯ₂系ガラスを主成分とする光導波路を形成した石英系平面光波回路（ＰｌａｎａｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ）を言う。ＰＬＣの伝搬損失は、例えば、０．０１ｄＢ／ｃｍ未満である。

ＬＮでの欠点を補うために、図１に示すようなＬＮ変調器とＰＬＣを組み合わせた光変調器（以下「ＰＬＣ−ＬＮ変調器」という。）を構成する従来例も報告されている（特許文献１及び２参照）。図１では、位相シフタの部分にのみＬＮ変調器を用い、引き回しのための光導波路には、ＬＮ変調器の両端に接続された第１及び第２のＰＬＣを用いている。このため、ＬＮ変調器の優れた特性はそのままで、ＰＬＣの優れたパッシブ回路の特徴を生かすことができる。例えば、回路全体を小型にしたり、全体の損失を低減したりすることが可能であり、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ（ＲｅｔｕｒｎｔｏＺｅｒｏＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調器や偏波多重ＱＰＳＫ変調器等の高機能集積光変調器を小型低損失に実現できる。

特開２００３−１９５２３９号公報特開２００３−１２１８０６号公報

しかしながら、図１に示すようなＰＬＣ−ＬＮ変調器の製造工程中の検査において、ＬＮ変調器単体の変調帯域やＶπ等の性能評価が困難であるという問題がある。従来のＬＮモノリシック変調器では、マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）を構成するため、位相変調を強度変調として評価することが可能であったが、図１に示すようなＰＬＣ−ＬＮ変調器はＬＮ変調器単体ではＭＺＩを構成せず、損失の評価は可能であるが、強度測定から位相変調状態の評価をすることができない。ここで、Ｖπとは、光信号に位相変化πをもたらすのに必要な印加電圧をいう。

そこで、図２に示すＭＺＩを構成して、強度測定から位相変調状態を評価することが考えられる。図中のＤＵＴ（ＤｅｖｉｃｅＵｎｄｅｒＴｅｓｔ）は、たとえば図１に示すＰＬＣ−ＬＮ変調器におけるＬＮ変調器である。レーザ光源から波長λ、強度Ｉ₀のレーザ光が入射される場合、光検出器（パワーメータ）で検出される強度Ｉは、次式で表される。

しかしながら、図２のＭＺＩは、強度情報に対して位相φだけでなく光路長差（Ｌ_DUT−Ｌ_ref）も影響するため、光路長差の揺らぎが小さい空間光学系で構成する必要がある。また、光路長差が大きいと僅かな波長変動で強度が変化するため、光路長差が小さくなるように系を構成する必要がある。さらに、光源の線幅Δλが狭いものを用意する必要がある。このように、図２のＭＺＩは、評価系として大掛かりになり、調整等の手間が大きいという問題がある。

上述の説明では、ＬＮ変調器を例にしてきたが、ＬＮ変調器に限らず、基板上に光導波路を形成することによって変調器が実現された導波路型光変調器一般についても同様のことが言える。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＮ変調器などの導波路型光変調器であって、単体でＭＺＩを構成しないものの性能評価を従来に比べて容易にする性能評価装置および性能評価方法を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、単体でマッハツェンダー干渉計を構成しない導波路型の光変調器の性能評価装置において、光源と、前記光変調器に光を入力するための第１の偏波保持ファイバーであって、前記光源からの出力光が入力され、第１の偏光子を介して、前記第１の偏波保持ファイバーのいずれかの伝搬モードのみが入力される第１の偏波保持ファイバーと、前記光変調器からの光を入力するための第２の偏波保持ファイバーと、前記第２の偏波保持ファイバーからの出力光が入力される光検出器であって、第２の偏光子を介して、前記第２の偏波保持ファイバーのいずれかの伝搬モードのみが入力される光検出器とを備え、前記第１の偏波保持ファイバーのパンダの目は、前記光変調器の光導波路の伝搬モードと０度より大きく９０度より小さい角度傾いて前記光変調器と結合するように調整されており、前記第２の偏波保持ファイバーのパンダの目は、前記光変調器の光導波路の伝搬モードと０度より大きく９０度より小さい角度傾いて前記光変調器と結合するように調整されていることを特徴とする。

また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記角度が４５度であることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記光変調器がＬＮ変調器であることを特徴とする。

また、本発明の第４の態様は、第１から第３のいずれかの態様において、前記第１の偏波保持ファイバーの前記いずれかの伝搬モードが、Ｓｌｏｗ軸方向の伝搬モードであり、前記第２の偏波保持ファイバーの前記いずれかの伝搬モードは、Ｓｌｏｗ軸方向の伝搬モードであることを特徴とする。

また、本発明の第５の態様は、単体でマッハツェンダー干渉計を構成しない導波路型の光変調器の性能評価方法において、第１の偏波保持ファイバーを、前記第１の偏波保持ファイバーのパンダの目を前記光変調器の光導波路の伝搬モードと０度より大きく９０度より小さい角度傾けて、前記光導波路の一端に光結合するステップと、第２の偏波保持ファイバーを、前記第２の偏波保持ファイバーのパンダの目を前記光導波路の伝搬モードと０度より大きく９０度より小さい角度傾けて、前記光導波路の他端に光結合するステップと、光源からの出力光を前記第１の偏波保持ファイバーに入力するステップであって、第１の偏光子を介して、前記第１の偏波保持ファイバーのいずれかの伝搬モードのみを入力するステップと、前記第２の偏波保持ファイバーからの出力光を検出するステップであって、第２の偏光子を介して、前記第２の偏波保持ファイバーのいずれかの伝搬モードのみを検出するステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記角度が４５度であることを特徴とする。

また、本発明の第７の態様は、第５又は第６の態様において、前記光変調器がＬＮ変調器であることを特徴とする。

また、本発明の第８の態様は、第５から第７の態様において、前記第１の偏波保持ファイバーの前記いずれかの伝搬モードが、Ｓｌｏｗ軸向の伝搬モードであり、前記第２の偏波保持ファイバーの前記いずれかの伝搬モードは、Ｓｌｏｗ軸方向の伝搬モードであることを特徴とする。

本発明によれば、偏波保持ファイバーのいずれかの伝搬モードを光変調器に対して４５度傾けて入射することにより、ＴＥモードとＴＭモードとの間で等価的に干渉計が構成されるので、簡便な装置により位相変調状態を強度測定により評価することができる。

ＰＬＣ−ＬＮ変調器を示す図である。図１のＰＬＣ−ＬＮ変調器の構成要素であるＬＮ変調器を一要素として構成されたＭＺＩを示す図である。（ａ）は本発明の一実施形態による性能評価装置を示す図であり、（ｂ）は図３（ａ）と等価な構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図３（ａ）は、本発明の実施形態による性能評価装置を示す図である。図中の矢印は、レーザ光源３０１から出力された光のそれぞれの位置における伝搬モードを示している。入力側の第１の偏波保持ファイバー３０３には、第１の偏光子３０２を介して、パンダの目に沿った向きの伝搬モードのみがレーザ光源３０１から入力される。「偏波保持ファイバー」は、電界方向がパンダの目（断面図に描かれている２個の丸）に沿った方向（Ｓｌｏｗ軸方向）と垂直の方向（Ｆａｓｔ軸方向）の２つの伝搬モードがある。同様に、ＬＮ変調器の光導波路にも、電界方向が基板に平行な方向と垂直な方向の２つの伝搬モードがあり、これをそれぞれ、ＴＥモード／ＴＭモードと呼ぶ。

ＬＮ変調器３０４の基板に垂直な方向に対して第１の偏波保持ファイバー３０３のパンダの目を４５度傾けて、その光導波路の一端に光結合させることにより、ＬＮ変調器３０４の光導波路に、ＴＥモードとＴＭモードに等量分配して光を伝搬させる。これは、ＴＥモード伝搬光とＴＭモード伝搬光に対して３ｄＢカプラで入力光を分配していることと等価な作用になる。

次いで、ＬＮ変調器３０４では、電気光学効果（ＥＯ効果）により光導波路の屈折率が変化するので、電界印加電極３０４Ａに電圧を加えることで伝搬光の位相を変えることができる。このＥＯ効果には異方性があり、Ｚカット基板ではＴＭモード伝搬光のみ、Ｘカット基板ではＴＥ伝搬光のみに効果が生じる。いずれの場合においても、一方の伝搬モードの伝搬光のみに位相シフトが加わることになる。

出力側の第２の偏波保持ファイバー３０５も、ＬＮ変調器３０４の基板に垂直な方向に対してパンダの目を４５度傾けて光結合させる。これにより、ＬＮ変調器３０４の光導波路でのＴＥ伝搬光は、出力偏波保持ファイバーのＳｌｏｗ軸方向の伝搬光とＦａｓｔ軸方向の伝搬光に等量分配される。同様に、ＴＭ伝搬光も、Ｓｌｏｗ軸方向の伝搬光とＦａｓｔ軸方向の伝搬光に等量分配される。これは、ＬＮ変調器の２つの光導波路中のＴＥモード伝搬光とＴＭモード伝搬光を、３ｄＢカプラにより結合して、偏波保持ファイバーのＳｌｏｗ軸方向伝搬光とＦａｓｔ軸方向伝搬光に出力していることと等価な作用になる。

出力側の第２の偏光子３０６では、第２の偏波保持ファイバー３０５の一方の伝搬モード（図３ではＳｌｏｗ軸方向の伝搬モード）のみを透過して、他方の伝搬モードは遮断する。

以上のことから、本構成の性能評価装置３００は、図３（ｂ）の等価回路と同様の構成となっていることが分かる。入力側の第１の偏光子３０２を介した光入射は、入力側３ｄＢカプラの一方の入力ポートのみに光を入れていることと等価な作用となり、出力側の第２の偏光子３０６を介した光出射は、出力側３ｄＢカプラの一方の出力ポートのみから光を取り出していることと等価な作用になる。３ｄＢカプラと図２の半反射鏡は同じ動作をすることを付記しておく。

従って、本構成を採ることによって、図２の性能評価装置と実質的に同様の光回路を簡便に組みことができるので、位相変調状態を強度測定により評価することができる。

なお、上述の説明では、Ｓｌｏｗ軸方向の伝搬モードを入力し、最終的にＳｌｏｗ軸方向の伝搬モードを出力する態様について説明したが、Ｆａｓｔ軸方向で入力して、Ｓｌｏｗ軸またはＦａｓｔ軸方向の伝搬モードで出力する態様や、Ｓｌｏｗ軸方向で入力してＦａｓｔ軸方向の伝搬モードで出力する態様も本発明に含まれる。入力時と出力時に、いずれかの伝搬モードが選択されていればよい。

また、上記説明では、パンダの目を基板に垂直な方向に対して４５度傾けて光結合を行っているが、これは４５度での光結合が丁度３ｄＢ結合になり、最も効率よく干渉動作が起きるからである。然しながら、厳密に４５度でなくても、即ち厳密に３ｄＢ結合でなくても、光が結合さえすれば、ＴＥ伝搬光とＴＭ伝搬光が存在し、且つ出力側偏波保持ファイバーの各伝搬モードへ結合するので必ず干渉動作が起きる。この干渉効率は、４５度での光結合が最も高く、これからずれるに従いその効率は落ちていき、入力側或いは出力側の少なくとも一方が０度、或いは９０度となった時に干渉動作をしなくなる。従って、入力側、出力側の双方でパンダの目が傾いている（即ち、０度、９０度からずれている）ことが必要条件となる。

また、パンダの目と基板に垂直な方向とがなす角を４５度にするためには、光変調器の基板を置くためのステージ面とパンダの目とがなす角度を４５度にしておけばよい。

３００性能評価装置
３０１レーザ光源（「光源」に相当）
３０２第１の偏光子
３０３第１の偏波保持ファイバー
３０４ＬＮ変調器
３０５第２の偏波保持ファイバー
３０６第２の偏光子
３０７光検出器

Claims

単体でマッハツェンダー干渉計を構成しない導波路型の光変調器の性能評価装置において、
光源と、
前記光変調器に光を入力するための第１の偏波保持ファイバーであって、前記光源からの出力光が入力され、第１の偏光子を介して、前記第１の偏波保持ファイバーのいずれかの伝搬モードのみが入力される第１の偏波保持ファイバーと、
前記光変調器からの光を入力するための第２の偏波保持ファイバーと、
前記第２の偏波保持ファイバーからの出力光が入力される光検出器であって、第２の偏光子を介して、前記第２の偏波保持ファイバーのいずれかの伝搬モードのみが入力される光検出器と
を備え、
前記第１の偏波保持ファイバーのパンダの目は、前記光変調器の光導波路の伝搬モードと０度より大きく９０度より小さい角度傾いて前記光変調器と結合するように調整されており、
前記第２の偏波保持ファイバーのパンダの目は、前記光変調器の光導波路の伝搬モードと０度より大きく９０度より小さい角度傾いて前記光変調器と結合するように調整されていることを特徴とする性能評価装置。
前記角度は４５度であることを特徴とする請求項１に記載の性能評価装置。
前記光変調器はＬＮ変調器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の性能評価装置。
前記第１の偏波保持ファイバーの前記いずれかの伝搬モードは、Ｓｌｏｗ軸方向の伝搬モードであり、前記第２の偏波保持ファイバーの前記いずれかの伝搬モードは、Ｓｌｏｗ軸方向の伝搬モードであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の性能評価装置。
単体でマッハツェンダー干渉計を構成しない導波路型の光変調器の性能評価方法において、
第１の偏波保持ファイバーを、前記第１の偏波保持ファイバーのパンダの目を前記光変調器の光導波路の伝搬モードと０度より大きく９０度より小さい角度傾けて、前記光導波路の一端に光結合するステップと、
第２の偏波保持ファイバーを、前記第２の偏波保持ファイバーのパンダの目を前記光導波路の伝搬モードと０度より大きく９０度より小さい角度傾けて、前記光導波路の他端に光結合するステップと、
光源からの出力光を前記第１の偏波保持ファイバーに入力するステップであって、第１の偏光子を介して、前記第１の偏波保持ファイバーのいずれかの伝搬モードのみを入力するステップと、
前記第２の偏波保持ファイバーからの出力光を検出するステップであって、第２の偏光子を介して、前記第２の偏波保持ファイバーのいずれかの伝搬モードのみを検出するステップと
を含むことを特徴とする性能評価方法。
前記角度は４５度であることを特徴とする請求項５に記載の性能評価方法。
前記光変調器はＬＮ変調器であることを特徴とする請求項５又は６に記載の性能評価方法。
前記第１の偏波保持ファイバーの前記いずれかの伝搬モードは、Ｓｌｏｗ軸向の伝搬モードであり、前記第２の偏波保持ファイバーの前記いずれかの伝搬モードは、Ｓｌｏｗ軸方向の伝搬モードであることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の性能評価方法。