JP2021012334A - 光変調器および光学測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】迷光の反射を抑制することが可能な光変調器および光学測定装置を提供する。【解決手段】基板の端面のうち第１の面に設けられた入射ポートと、前記入射ポートから入力される光を伝搬する導波路と、前記第１の面に設けられ、前記導波路を伝搬する光を出力する出射ポートと、前記導波路に設けられ、前記光を複数の前記導波路に分岐する分岐部と、前記基板の端面のうち前記第１の面とは異なる面である第２の面に設けられ、光の反射を防止する第１反射防止膜と、を具備し、前記分岐部は前記第２の面側に向けて延伸する光変調器。【選択図】 図１
Description
本発明は光変調器および光学測定装置に関するものである。
四位相偏移変調（ＱＰＳＫ：Quadrature Phase Shift Keying）方式の光通信システムに、例えばマッハツェンダー型の光変調器が用いられている。こうした光変調器は、導波路、入射ポートおよび複数の出射ポートを有する。光変調器の小型化のため、導波路を折り曲げ、入射ポートおよび出射ポートを同一の面に配置することがある（例えば特許文献１）。
例えば消光特性など光変調器の特性を評価するために、光ファイバアレイなどから光変調器に光を入射し、出射光の強度などを測定する。しかし光変調器において発生する迷光が、光変調器の端面で反射し、出射ポートから出射されることで測定精度が低下してしまう。そこで、迷光の反射を抑制することが可能な光変調器および光学測定装置を提供することを目的とする。
本発明に係る光変調器は、基板の端面のうち第１の面に設けられた入射ポートと、前記入射ポートから入力される光を伝搬する導波路と、前記第１の面に設けられ、前記導波路を伝搬する光を出力する出射ポートと、前記導波路に設けられ、前記光を複数の前記導波路に分岐する分岐部と、前記基板の端面のうち前記第１の面とは異なる面である第２の面に設けられ、光の反射を防止する第１反射防止膜と、を具備し、前記分岐部は前記第２の面側に向けて延伸するものである。
本発明に係る光学測定装置は、上記の光変調器と、光ファイバアレイと、を具備し、前記光ファイバアレイは、支持体の上に配列された単一モード光ファイバ、および多モード光ファイバと、を有し、前記多モード光ファイバのコア径は前記単一モード光ファイバのコア径より大きく、前記単一モード光ファイバの端面および前記多モード光ファイバの端面は、前記光変調器の第１の面に対向するものである。
上記発明によれば、迷光の反射を抑制することが可能である。
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願発明の一形態は、（１）基板の端面のうち第１の面に設けられた入射ポートと、前記入射ポートから入力される光を伝搬する導波路と、前記第１の面に設けられ、前記導波路を伝搬する光を出力する出射ポートと、前記導波路に設けられ、前記光を複数の前記導波路に分岐する分岐部と、前記基板の端面のうち前記第１の面とは異なる面である第２の面に設けられ、光の反射を防止する第１反射防止膜と、を具備し、前記分岐部は前記第２の面側に向けて延伸する光変調器である。第１反射防止膜により、分岐部において発生する迷光の反射を抑制することができる。
（２）複数の前記分岐部のうち、前記入射ポートから入力される光が最初に分岐する第１分岐部は前記第２の面側に向けて延伸してもよい。第１分岐部からは他の分岐部よりも強い迷光が第２の面に向けて発生する。第１反射防止膜を第２の面に設けることで迷光の反射を効果的に抑制することができる。
（３）前記複数の分岐部のうち、前記第１分岐部以外の第２分岐部は前記第２の面側に向けて延伸してもよい。第２分岐部から生じる迷光の反射を抑制することができる。
（４）前記第２の面は前記第１の面に対向してもよい。第１の面から光が入射され、分岐部において第２の面に向かう迷光が発生しやすい。第２の面に第１反射防止膜を設けることで、迷光の反射を効果的に抑制することができる。
（５）前記基板の端面のうち、前記第２の面に交差する面に設けられた第２反射防止膜を具備してもよい。迷光の反射をより効果的に抑制することができる。
（６）上記の光変調器と、光ファイバアレイと、を具備し、前記光ファイバアレイは、支持体の上に配列された単一モード光ファイバ、および多モード光ファイバと、を有し、前記多モード光ファイバのコア径は前記単一モード光ファイバのコア径より大きく、前記単一モード光ファイバの端面および前記多モード光ファイバの端面は、前記光変調器の第１の面に対向する光学測定装置である。多モード光ファイバは大きなコア径を有するため、迷光を受光しやすい。光変調器の反射防止膜により迷光の反射を抑制することで、光ファイバが受光する迷光の強度を低減することができる。したがって光変調器の特性の測定精度が向上する。
（２）複数の前記分岐部のうち、前記入射ポートから入力される光が最初に分岐する第１分岐部は前記第２の面側に向けて延伸してもよい。第１分岐部からは他の分岐部よりも強い迷光が第２の面に向けて発生する。第１反射防止膜を第２の面に設けることで迷光の反射を効果的に抑制することができる。
（３）前記複数の分岐部のうち、前記第１分岐部以外の第２分岐部は前記第２の面側に向けて延伸してもよい。第２分岐部から生じる迷光の反射を抑制することができる。
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（５）前記基板の端面のうち、前記第２の面に交差する面に設けられた第２反射防止膜を具備してもよい。迷光の反射をより効果的に抑制することができる。
（６）上記の光変調器と、光ファイバアレイと、を具備し、前記光ファイバアレイは、支持体の上に配列された単一モード光ファイバ、および多モード光ファイバと、を有し、前記多モード光ファイバのコア径は前記単一モード光ファイバのコア径より大きく、前記単一モード光ファイバの端面および前記多モード光ファイバの端面は、前記光変調器の第１の面に対向する光学測定装置である。多モード光ファイバは大きなコア径を有するため、迷光を受光しやすい。光変調器の反射防止膜により迷光の反射を抑制することで、光ファイバが受光する迷光の強度を低減することができる。したがって光変調器の特性の測定精度が向上する。
［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る光変調器および光学測定装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の実施形態に係る光変調器および光学測定装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
（光変調器）
図１は実施例１に係る光変調器１００を例示する平面図である。光変調器１００は、例えばＧａＡｓ系半導体またはＩｎＰ系半導体などで形成されたマッハツェンダー型変調器である。光変調器１００は、基板１０、入射ポート１１、出射ポート１２、１４、１６および１８、複数の導波路、複数のカプラ（分岐部）、および反射防止膜４０を備える。
図１は実施例１に係る光変調器１００を例示する平面図である。光変調器１００は、例えばＧａＡｓ系半導体またはＩｎＰ系半導体などで形成されたマッハツェンダー型変調器である。光変調器１００は、基板１０、入射ポート１１、出射ポート１２、１４、１６および１８、複数の導波路、複数のカプラ（分岐部）、および反射防止膜４０を備える。
基板１０は上記のようなＧａＡｓ系またはＩｎＰ系などの化合物半導体で形成された半導体基板である。基板１０は矩形であり、４つの面１０ａ〜１０ｄを有する。面１０ａ（第１の面）と面１０ｂ（第２の面）とはＹ軸方向に延伸し、Ｘ軸方向において互いに対向する。面１０ｃと面１０ｄとはＸ軸方向に延伸し、Ｙ軸方向において互いに対向する。面１０ａおよび１０ｂの長さは例えば８〜９ｍｍであり、面１０ｃおよび１０ｄの長さは例えば１０〜１２ｍｍである。
面１０ａに入射ポート１１、出射ポート１２、１４、１６および１８が設けられている。入射ポート１１の片側に、入射ポート１１に近い順に出射ポート１２および１６が設けられている。反対側に、入射ポート１１に近い順に出射ポート１４および１８が設けられている。面１０ｂには反射防止膜４０（第１反射防止膜）が設けられている。反射防止膜４０は例えば厚さ０．２２μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などで形成され、波長１．５３μｍ〜１．５７μｍの範囲の光の反射を抑制する。なお、面１０ａにも不図示の反射防止膜を設ける。
基板１０には複数の導波路および複数のカプラが形成されている。導波路は例えば複数のクラッド層、およびクラッド層に挟まれたコア層を含む。カプラ３０は１入力１出力の（ＭＭＩ：Multi-Mode Interferometer）カプラである。カプラ３２、３４ａ、３４ｂ、３６ａ〜３６ｄは１入力２出力のＭＭＩカプラである。カプラ３７ａ〜３７ｄは２入力１出力のＭＭＩカプラである。カプラ３８ａおよび３８ｂは２入力２出力のＭＭＩカプラである。カプラは面１０ａ側から面１０ｂ側に向けて、Ｘ軸方向に延伸する。
導波路２０、２１、２４ａ〜２４ｃはＸ軸方向に延伸する。導波路２６ａ〜２６ｈは面１０ａ側から面１０ｂ側にかけてＸ軸方向に延伸し、面１０ｂ付近で折り返し、面１０ｂ側から面１０ａ側に延伸する。導波路２７ａ〜２７ｄ、２８ｂおよび２８ｄは屈曲し、面１０ａに向けて延伸する。
導波路２０の一端は入射ポート１１に結合し、他端はカプラ３０の一端に結合する。導波路２１はカプラ３０の他端とカプラ３２の一端とに結合する。カプラ３２の他端は導波路２２ａおよび２２ｂの一端に結合する。
導波路２２ａの他端はカプラ３４ａの一端に結合し、カプラ３４ａの他端は導波路２４ａおよび２４ｂの一端に結合する。導波路２４ａの他端はカプラ３６ａの一端に結合し、カプラ３６ａの他端は導波路２６ａおよび２６ｂの一端に結合する。導波路２６ａおよび２６ｂの他端はカプラ３７ａの一端に結合し、カプラ３７ａの他端は導波路２７ａの一端に結合する。導波路２４ｂの他端はカプラ３６ｂの一端に結合し、カプラ３６ｂの他端は導波路２６ｃおよび２６ｄの一端に結合する。導波路２６ｃおよび２６ｄの他端はカプラ３７ｂの一端に結合し、カプラ３７ｂの他端は導波路２７ｂの一端に結合する。導波路２７ａおよび２７ｂの他端はカプラ３８ａの一端に結合し、カプラ３８ａの他端は導波路２８ａおよび２８ｂの一端に結合する。導波路２８ａの他端は出射ポート１２に結合し、導波路２８ｂの他端は出射ポート１６に結合する。
導波路２２ｂ、２４ｃ、２４ｄ、導波路２６ｅ〜２６ｈ、導波路２７ｃ、２７ｄ、導波路２８ｃおよび２８ｄ、カプラ３４ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３７ｃ、３７ｄおよび３８ｂは、上記の構成と同様に結合する。導波路２８ｃは出射ポート１４に結合し、導波路２８ｄは出射ポート１８に結合する。
入射ポート１１から入射される光は、導波路２０、カプラ３０、導波路２１を伝搬し、カプラ３２において導波路２２ａおよび２２ｂに分岐される。導波路２２ａを伝搬する光は、カプラ３４ａにおいて導波路２４ａおよび２４ｂに分岐され、さらにカプラ３６ａにおいて導波路２６ａおよび２６ｂに分岐され、カプラ３６ｂにおいて導波路２６ｃおよび２６ｄに分岐される。導波路２６ａおよび２６ｂを伝搬する光はカプラ３７ａにおいて合波し、導波路２７ａを伝搬する。導波路２６ｃおよび２６ｄを伝搬する光はカプラ３７ｂにおいて合波し、導波路２７ｂを伝搬する。導波路２７ａおよび２７ｂを伝搬する光は、カプラ３８ａおよび導波路２８ａを介して出射ポート１２から出射され、またカプラ３８ａおよび導波路２８ｂを介して出射ポート１６から出射される。
導波路２２ｂを伝搬する光は、同様に分岐および合波し、出射ポート１４および１８から出射される。光変調器１００の不図示の電極に電圧を印加することで、光変調器１００を伝搬する光は例えば四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）される。
（光学測定装置）
図２は光学測定装置１１０を例示する図である。光学測定装置１１０は、光変調器１００の特性を測定するものであり、例えば波長可変レーザ光源５０、光パワーメータ５２、光ファイバアレイ６０を有する。
図２は光学測定装置１１０を例示する図である。光学測定装置１１０は、光変調器１００の特性を測定するものであり、例えば波長可変レーザ光源５０、光パワーメータ５２、光ファイバアレイ６０を有する。
光ファイバアレイ６０は、ベースプレート６１（支持体）、光ファイバ６２ａ〜６２ｄおよび光ファイバ６４を有する。ベースプレート６１の上面に形成された溝に光ファイバが配置される。光ファイバ６４はベースプレート６１の中央付近に位置し、光ファイバ６４の一方の側に光ファイバ６２ａおよび６２ｂが配列し、他方の側に光ファイバ６２ｃおよび６２ｄが配列する。光ファイバ６２ａ〜６２ｄおよび光ファイバ６４はＸ軸方向に延伸する。
光ファイバ６２ａ〜６２ｄは多モード光ファイバ（ＭＭＦ：Multi Mode Fiber）である。光ファイバ６４は偏波保持特性を有する単一モード光ファイバ（ＳＭＦ：Single Mode Fiber）であり、かつ先端が凸状に加工されたレンズドファイバである。光ファイバ６２ａ〜６２ｄのコア径は光ファイバ６４のコア径より大きく、例えば４００μｍである。光ファイバ６４のコア径は例えば８μｍであり、ガラス部分の外径は１２５μｍである。
光ファイバアレイ６０のベースプレート６１の面６１ａは光変調器１００に対向する。面６１ａと光変調器１００との間の距離は例えば０．４ｍｍであり、５０μｍ以上、０．５ｍｍ以下としてもよい。
光ファイバ６２ａ〜６２ｄの端面は面６１ａと同一平面に位置する。面６１ａには２つの偏光板６６が貼り付けられている。１つの偏光板６６は光ファイバ６２ａおよび６２ｂの端面を覆い、もう１つの偏光板６６は光ファイバ６２ｃおよび６２ｄの端面を覆う。偏光板６６の厚さは例えば０．２ｍｍであり、１００μｍ以上、４００μｍ以下でもよい。一方、光ファイバ６４の端面は、偏光板６６に覆われず、面６１ａよりも光変調器１００側に突出する。
波長可変レーザ光源５０はレーザ光を光ファイバ６４に入射する。レーザ光は光ファイバ６４から光変調器１００の入射ポート１１に入射され、光変調器１００において変調され、出射ポート１２、１４、１６および１８から出射される。出射ポート１２、１４、１６および１８から出射される光はそれぞれ、偏光板６６を通じて光ファイバ６２ａ〜６２ｄに入射する。光パワーメータ５２は光ファイバ６２ａ〜６２ｄに入射する光の強度を測定する。
光学測定装置１１０は例えば光変調器１００の消光特性を評価する。消光特性の評価においては、光変調器１００に電圧を印加することで導波路を伝搬する光を吸収し、光の強度を低下させる。測定精度の向上のためには、光ファイバ６２ａ〜６２ｄに、光変調器１００の出射光以外の光が入射しないことが好ましい。
光変調器１００のカプラにおいて結合しきれなかった高次モードの光が迷光として光変調器１００内に放射される。面１０ａ〜１０ｄはウェハを劈開することで形成され、光を反射しやすい。反射された迷光が出射ポートから出射される恐れがある。迷光が光ファイバ６２ａ〜６２ｄに入射することで、測定精度が低下してしまう。出射ポートに対向する光ファイバ６２ａ〜６２ｄは大口径の多モード光ファイバであるため、口径の小さい単一モード光ファイバに比べて迷光を受光しやすい。
迷光は光変調器１００のカプラで発生しやすい。光の強度は入射ポート１１付近で大きく、入射ポート１１から離れ、分岐するほど減衰する。したがって、複数のカプラのうち入射ポート１１に近いカプラほど強度の高い迷光が発生し、特に光が最初に入射するカプラ３０で強度の高い迷光が発生する。
実施例１によれば、基板１０の面１０ａに入射ポート１１、出射ポート１２、１４、１６および１８が設けられ、反対側の面１０ｂに反射防止膜４０が設けられている。カプラは面１０ａ側から面１０ｂ側に延伸し、迷光がカプラから放射される。カプラ３０、３２、３４ａおよび３４ｂにはＸ軸方向に伝搬する光が入射し、面１０ｂに向けて迷光が放射される。また、迷光が面１０ｃおよび１０ｂで反射され面１０ｂに向かうこともある。面１０ｂに設けられた反射防止膜４０が、迷光の反射を防止する。このため、出射ポートから出射される迷光が低減し、光ファイバアレイ６０が迷光を受光しにくくなる。この結果、消光特性など特性の測定精度が向上する。
図３は消光特性を例示するグラフである。横軸は光変調器１００に印加する電圧を表し、縦軸は光ファイバアレイ６０が受光する光の強度を表す。比較例は光変調器の面１０ｂに反射防止膜４０を設けない例である。細線は比較例を表し、太線は実施例１を表す。それぞれの例において、実線は光ファイバ６２ａ、破線は光ファイバ６２ｂ、点線は光ファイバ６２ｃ、一点鎖線は光ファイバ６２ｄが受光する光の強度を表す。
図３に示すように、電圧の絶対値を大きくするほど光変調器を伝搬する光は電流に変換されるため、光ファイバが受光する光の強度は低下する。光ファイバごとに比較すると、実施例１の強度は比較例よりも小さい。実施例１によれば反射防止膜４０により迷光の反射を抑制することができるためである。
光変調器１００の複数のカプラのうち、入射ポート１１に近いカプラほど迷光が生じやすい。例えば入射ポート１１から入射される光が最初に入射するカプラ３０は面１０ａ側から面１０ｂ側に延伸し、他のカプラよりも強い迷光が発生する。面１０ｂに反射防止膜４０を設けることで、迷光の反射を効果的に抑制することができる。
また、カプラ３０以外のカプラも、カプラ３０と同様に面１０ａ側から面１０ｂ側に延伸する。これらのカプラから生じる迷光の反射も反射防止膜４０により抑制することができる。
面１０ａに入射ポート１１および出射ポートが設けられている。カプラ３０、３２、３４ａ、および３４ｂには、面１０ａ側から面１０ｂ側に向かう光が入射するため、面１０ｂに向かう迷光が発生しやすい。面１０ａに対向する面１０ｂに反射防止膜４０を設けることで、迷光の反射を効果的に抑制することができる。また、カプラ３７ａ〜３７ｄ、カプラ３８ａおよび３８ｂには出射ポートに向かう光が入射することで、迷光が発生することがある。これらの迷光は端面で反射を繰り返し、出射ポートに向かう恐れがある。反射防止膜４０により迷光の反射を抑制する。
カプラは導波路に結合しており、導波路の延伸方向に沿って延伸する。したがって、カプラはＹ軸方向などＸ軸方向以外の方向に延伸することもある。こうしたカプラから生じる迷光の反射を反射防止膜４０により抑制することができる。反射防止膜４０をカプラの延伸方向と交差する面に設けることが有効である。つまりカプラの延伸方向に応じて面１０ｂ〜１０ｄのうち少なくとも１つの面に反射防止膜４０を設ける。カプラの数は図１の例から変更可能である。
図２に示す光ファイバアレイ６０は光ファイバ６２ａ〜６２ｄを有し、これらは光変調器１００の出射ポートに対向する。迷光が出射ポートから出射されると、光ファイバ６２ａ〜６２ｄは多モード光ファイバであり大口径であるため、迷光を受光する恐れがある。光変調器１００に反射防止膜４０を設けることで、迷光の反射を抑制し、光ファイバ６２ａ〜６２ｄが受光する迷光を低減することができる。この結果、消光特性など光変調器１００の特性の測定精度が向上する。
図４は実施例２に係る光変調器２００を例示する平面図である。基板１０の面１０ｃ（第２の面）に反射防止膜４２（第２反射防止膜）が設けられ、面１０ｄ（第２の面）に反射防止膜４４（第２反射防止膜）が設けられている。他の構成は実施例１と同じである。
実施例２によれば、３つの端面に反射防止膜を設けることで、面１０ｂ〜１０ｃにおける迷光の反射をより効果的に抑制することができる。面１０ｃおよび１０ｄのうちいずれか一方に反射防止膜を設けてもよい。迷光の反射を抑制するためには、各端面に反射防止膜を設け、基板１０を反射防止膜で囲むことが好ましい。
１０ 基板
１０ａ〜１０ｄ、６１ａ 面
１１ 入射ポート
１２、１４、１６、１８ 出射ポート
２０、２１、２２ａ、２２ｂ、２４ａ〜２４ｄ，２６ａ〜２６ｈ、２７ａ〜２７ｄ、２８ａ〜２８ｄ 導波路
３０、３２、３４ａ，３４ｂ，３６ａ〜３６ｄ、３７ａ〜３７ｄ、３８ａ、３８ｂ カプラ
４０、４２、４４ 反射防止膜
５０ 波長可変レーザ光源
５２ 光パワーメータ
６０ 光ファイバアレイ
６１ ベースプレート
６２ａ〜６２ｄ、６４ 光ファイバ
６６ 偏光板
１００、２００ 光変調器
１１０ 光学測定装置
１０ａ〜１０ｄ、６１ａ 面
１１ 入射ポート
１２、１４、１６、１８ 出射ポート
２０、２１、２２ａ、２２ｂ、２４ａ〜２４ｄ，２６ａ〜２６ｈ、２７ａ〜２７ｄ、２８ａ〜２８ｄ 導波路
３０、３２、３４ａ，３４ｂ，３６ａ〜３６ｄ、３７ａ〜３７ｄ、３８ａ、３８ｂ カプラ
４０、４２、４４ 反射防止膜
５０ 波長可変レーザ光源
５２ 光パワーメータ
６０ 光ファイバアレイ
６１ ベースプレート
６２ａ〜６２ｄ、６４ 光ファイバ
６６ 偏光板
１００、２００ 光変調器
１１０ 光学測定装置
Claims (6)
- 基板の端面のうち第１の面に設けられた入射ポートと、
前記入射ポートから入力される光を伝搬する導波路と、
前記第１の面に設けられ、前記導波路を伝搬する光を出力する出射ポートと、
前記導波路に設けられ、前記光を複数の前記導波路に分岐する分岐部と、
前記基板の端面のうち前記第１の面とは異なる面である第２の面に設けられ、光の反射を防止する第１反射防止膜と、を具備し、
前記分岐部は前記第２の面側に向けて延伸する光変調器。 - 複数の前記分岐部のうち、前記入射ポートから入力される光が最初に分岐する第１分岐部は前記第２の面側に向けて延伸する請求項１に記載の光変調器。
- 前記複数の分岐部のうち、前記第１分岐部以外の第２分岐部は前記第２の面側に向けて延伸する請求項２に記載の光変調器。
- 前記第２の面は前記第１の面に対向する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光変調器。
- 前記基板の端面のうち、前記第２の面に交差する面に設けられた第２反射防止膜を具備する請求項１から請求項４のいずれか一項に光変調器。
- 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光変調器と、
光ファイバアレイと、を具備し、
前記光ファイバアレイは、支持体の上に配列された単一モード光ファイバ、および多モード光ファイバと、を有し、
前記多モード光ファイバのコア径は前記単一モード光ファイバのコア径より大きく、
前記単一モード光ファイバの端面および前記多モード光ファイバの端面は、前記光変調器の第１の面に対向する光学測定装置。
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- 2020-07-07 CN CN202010645791.9A patent/CN112213897A/zh active Pending
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|---|---|
| US20210011216A1 (en) | 2021-01-14 |
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| US11125943B2 (en) | 2021-09-21 |
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