JP2024006274A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】出射する光の高出力化を容易に図ることができる光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュールは、結晶基板から構成されており、第１の光源から出射される第１の光と、第２の光源から出射され、第１の光と同じ色の第２の光と、を合波して出射する光合波器を備える。光合波器は、第１の方向に延び、第１の光が通る第１導波路と、第１の方向に延び、結晶基板の厚さ方向に見て第１導波路と隣り合って配置され、第２の光が通る第２導波路と、第１の方向において第１導波路と第２導波路とが合流し、第１の光と第２の光とが合波された第１合波光が通る第１合波路と、第２導波路の一部に電界をかける一対の第１電極と、第１合波光を増幅するように、一対の第１電極に印加する電圧を調整する第１電圧印加機構と、を含む。【選択図】図２

Description

本開示は、光モジュールに関するものである。

基板の一方の表面付近に光導波路を有する高速光変調器が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示の光変調器は、光導波路を形成した面上に、中心導体と接地導体で構成される変調電極を備える。そして、変調電極の信号波によって発生する、基板内の電気力線の量と、基板外の電気力線の量との比の大きさによって、変調電極の信号波に対する実効屈折率の大きさを、光導波路の光に対する実効屈折率の大きさに近づけるように、変調電極の厚さを形成している。また、互いに異なる波長の光を出力する複数の励起光源と、各励起光源から出力された光を合波する波長合成器とを有する波長合波モジュールが開示されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示の波長合波モジュールは、励起光源から出射される光の偏光度を零に近づけるデポライザを設けることとしている。

特開平１－９１１１１号公報 特開２００２－３１７３５号公報

半導体レーザを用いた光モジュールについては、半導体チップから出射される光が光源として用いられる。一つの半導体チップから出射される光の出力には限界がある。より高出力の光を容易に得ることが求められる。

そこで、出射する光の高出力化を容易に図ることができる光モジュールを提供することを目的の１つとする。

本開示に従った光モジュールは、結晶基板から構成されており、第１の光源から出射される第１の光と、第２の光源から出射され、第１の光と同じ色の第２の光と、を合波して出射する光合波器を備える。光合波器は、第１の方向に延び、第１の光が通る第１導波路と、第１の方向に延び、結晶基板の厚さ方向に見て第１導波路と隣り合って配置され、第２の光が通る第２導波路と、第１の方向において第１導波路と第２導波路とが合流し、第１の光と第２の光とが合波された第１合波光が通る第１合波路と、第２導波路の一部に電界をかける一対の第１電極と、第１合波光を増幅するように、一対の第１電極に印加する電圧を調整する第１電圧印加機構と、を含む。

上記光モジュールによると、出射する光の高出力化を容易に図ることができる。

図１は、本開示の実施の形態１に係る光モジュールの概略側面図である。 図２は、実施の形態１における光モジュールに含まれる光合波器の概略斜視図である。 図３は、図２に示す光合波器を含む光形成部の一部の概略平面図である。 図４は、第１の光と第２の光とを合波して第１合波光を出射する際の光合波器における光の進行状態を示す概念図である。 図５は、第２領域において第１電圧印加機構によって印加された電圧により生じた電界を示す概念図である。 図６は、本開示の実施の形態２における光モジュールに含まれる光合波器の一部を示す概略平面図である。 図７は、第２領域において第１電圧印加機構によって印加された電圧により生じた電界を示す概念図である。 図８は、本開示の実施の形態３における光モジュールに含まれる光合波器の一部を示す概略平面図である。 図９は、本開示の実施の形態４における光モジュールに含まれる光合波器の一部を示す概略平面図である。 図１０は、本開示の実施の形態５における光モジュールに含まれる光合波器を示す概略平面図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に係る光モジュールは、
（１）結晶基板から構成されており、第１の光源から出射される第１の光と、第２の光源から出射され、第１の光と同じ色の第２の光と、を合波して出射する光合波器を備える。光合波器は、第１の方向に延び、第１の光が通る第１導波路と、第１の方向に延び、結晶基板の厚さ方向に見て第１導波路と隣り合って配置され、第２の光が通る第２導波路と、第１の方向において第１導波路と第２導波路とが合流し、第１の光と第２の光とが合波された第１合波光が通る第１合波路と、第２導波路の一部に電界をかける一対の第１電極と、第１合波光を増幅するように、一対の第１電極に印加する電圧を調整する第１電圧印加機構と、を含む。

本発明者は、光モジュールから出射される光の高出力化について、以下のように検討した。まず、高出力化に際し、複数の光源から出射される光を合波することについて検討した。ここで、例えば２つの半導体レーザから出射させる光の偏光方向を直交させて合波することが考えられる。しかし、このような従来の構成では、偏光方向を調整する機器が必要となる上に、該機器の設置の微調整が必要であり、時間およびコストを要する。また、偏光方向を直交させるために偏向板に光を透過させる場合、出力損失が生じてしまう。さらに、２つの半導体レーザから出射される光までしか合波することができず、光の出力として不十分である場合がある。よって、このような手法は好ましくない。

本発明者は、光源から出射される光の導波路において、平面波の位相を合わせて合波すれば、出力が高くなると考えた。平面波の位相については、合波する際に位相がずれたままであると、それぞれの出力が相殺されることになり、高い出力を得ることができないことに着目した。そこで、合波する２つの光の位相を合わせるべく鋭意検討し、本願発明の構成を着想するに至った。

本開示の光モジュールによると、第１導波路を通る第１の光と、第２導波路を通る第２の光とを合波して第１合波光を形成し、出力することとしている。ここで、一対の第１電極を利用して、第１電圧印加機構により電圧を印加して第２導波路の途中に電界をかけ、光の屈折率を変えることにより第２導波路を通る第２の光の位相を第１の光の位相に合わせた後に合波することにより、第１合波光を増幅することとしている。そうすると、従来の構成のように２つの半導体レーザを合波する際に偏光方向を直交させる必要がなく、２つの半導体レーザの偏光方向がどのような関係にあっても、合波する２つの光の位相を合わせることで出射する光の高出力化が可能となる。この場合、３つ以上の光を合波することも可能である。したがって、このような構成によれば、出射する光の高出力化を容易に図ることができる。ここで、同じ色の光とは、中心波長帯域の差が１０ｎｍ以内の光を指す。

（２）上記（１）において、結晶基板の材質は、ＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム、ＬＮ）、ＬｉＴａＯ_３（タンタル酸リチウム、ＬＴ）、ＫＴａ_１－ｘＮｂ_ｘＯ_３（ＫＴＮ）、ＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）、ＫＨ_２ＰＯ_４（リン酸二水素カリウム）、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４（リン酸二水素アンモニウム）、ＫＨ_２ＡｓＯ_４（ヒ素二水素カリウム）、ＲｂＨ_２ＰＯ_４（リン酸二水素ルビジウム）およびＮＨ_４Ｈ_２ＡｓＯ_４（ヒ素二水素アンモニウム）からなる群から選択される少なくともいずれか一つを含んでもよい。０＜ｘ＜１の関係を有してもよい。このような材質の結晶基板によると、より確実に電気光学効果（ポッケルス効果）を得て、出射する光の高出力化を容易に図ることができる。

（３）上記（１）または（２）において、結晶基板における結晶の成長方向は、結晶基板の厚さ方向に垂直な方向であってもよい。一対の第１電極は、結晶基板の厚さ方向に見て、第２導波路を挟んで配置されてもよい。このようにすることにより、結晶の成長方向に応じて、より適切に第１電極による電界を第２導波路の途中にかけて、第２の光の位相を第１の光の位相に合わせて合流させることができる。したがって、効率的に出射する光の高出力化を図ることができる。

（４）上記（１）または（３）において、結晶基板における結晶の成長方向は、結晶基板の厚さ方向であってもよい。一対の第１電極のうちの一方は、結晶基板の厚さ方向に見て、第２導波路と重なって配置されてもよい。このようにすることにより、結晶の成長方向に応じて、より適切に第１電極による電界を第２導波路の途中にかけて、第２の光の位相を第１の光の位相に合わせて合流させることができる。したがって、効率的に出射する光の高出力化を図ることができる。

（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、第１の光の偏光方向と、第２の光の偏光方向とは、同じであってもよい。２つの半導体レーザから出射させる光の偏光方向を直交させて合波する方法では、偏光方向を揃えた高出力の第１合波光を得ることはできなかった。しかし、このようにすることにより、偏光方向が揃えられた高出力の第１合波光を得ることができる。

（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、光合波器は、第１の光と、第２の光と、第３の光源から出射され、第１の光と同じ色の第３の光と、を合波してもよい。光合波器は、第１の方向に延び、結晶基板の厚さ方向に見て第２導波路と隣り合って配置され、第３の光が通る第３導波路と、第１の方向において第１合波路と第３導波路とが合流し、第１合波光と第３の光とが合波された第２合波光が通る第２合波路と、第３導波路の一部に電界をかける一対の第２電極と、第２合波光を増幅するように、一対の第２電極に印加する電圧を調整する第２電圧印加機構と、を含んでもよい。このようにすることにより、第１合波光に第３の光を合流させて、第２合波光を合波することができ、出射する光のさらなる高出力化を図ることができる。

（７）上記（６）において、第１の光の偏光方向と、第２の光の偏光方向と、第３の光の偏光方向とは、同じであってもよい。このようにすることにより、偏光方向を揃えた第２合波光を得ることができる。

（８）上記（６）または（７）において、一対の第１電極のうちの一つと一対の第２電極のうちの一つとは、共通してもよい。このようにすることにより、装置構成のコンパクト化を図ることができる。

［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示の光モジュールの一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
本開示の実施の形態１における光モジュールの構成について説明する。図１は、本開示の実施の形態１に係る光モジュールの概略側面図である。図１を参照して、本開示の実施の形態１に係る光モジュール１０ａは、いわゆるＣＡＮパッケージタイプであって、円板状の支持基体１１ａと、支持基体１１ａの厚さ方向の一方の主面上に配置されるキャップ１２ａと、キャップ１２ａ内に配置され、光を形成する発光ユニットとしての光形成部１３ａと、複数のリードピン１４ａと、を備える。光形成部１３ａは、一点鎖線で概略的に図示している。キャップ１２ａには、光形成部１３ａにより形成された光を出射する出射窓（図示せず）が設けられている。光形成部１３ａは、複数の光源から出射される光を合波する光合波器２０ａを含む。光合波器２０ａは、二点鎖線で概略的に図示している。

図２は、実施の形態１における光モジュール１０ａに含まれる光合波器２０ａの概略斜視図である。図３は、図２に示す光合波器２０ａを含む光形成部１３ａの一部の概略平面図である。図２および図３において、光合波器２０ａにおいて合波された光である合波光が出射される方向をＸ方向とし、光合波器の厚さ方向をＺ方向とし、Ｘ方向およびＺ方向にそれぞれ直交する方向をＹ方向とする。

図１、図２および図３を参照して、光モジュール１０ａに含まれる光形成部１３ａは、第１の光源１６ａと、第２の光源１６ｂと、光合波器２０ａと、ハーフミラー５１ａと、出力制御用受光素子５２ａと、フィードバック回路５３ａと、を含む。ハーフミラー５１ａ、出力制御用受光素子５２ａおよびフィードバック回路５３ａは、光合波器２０ａによって合波される光の出力の調整に利用される。ハーフミラー５１ａ等の構成については、後に詳述する。第１の光源１６ａおよび第２の光源１６ｂは、概略的に図示しており、例えば、それぞれ半導体レーザが適用される。第１の光Ｌ_１は、第１の光源１６ａから出射される。第２の光Ｌ_２は、第２の光源１６ｂから出射される。第１の光源１６ａおよび第２の光源１６ｂは、Ｙ方向に間隔をあけて配置される。第１の光源１６ａおよび第２の光源１６ｂはそれぞれ、矢印Ｘで示す向きに光を出射する。第２の光源１６ｂは、第１の光源１６ａと同じ色の光を出射することができる。例えば、第１の光源１６ａから出射される第１の光Ｌ_１の色および第２の光源１６ｂから出射される第２の光Ｌ_２の色は共に、赤色である。第１の光源１６ａから出射される第１の光Ｌ_１の偏光方向と、第２の光源１６ｂから出射される第２の光Ｌ_２の偏光方向とは、同じである。

光合波器２０ａは、結晶基板から構成されている。本実施形態においては、光合波器２０ａは、ＬｉＮｂＯ_３から構成されている。また、光合波器２０ａを構成する結晶基板の結晶の成長方向は、結晶基板の厚さ方向（Ｚ方向）に垂直な方向であり、本実施形態においては、結晶の成長方向は、Ｙ方向である。

光合波器２０ａは、直方体形状であって、Ｘ方向の長さがＹ方向の長さよりも長い。光合波器２０ａは、Ｘ方向に間隔をあけて配置される第１端面２１ａおよび第２端面２２ａと、Ｙ方向に間隔をあけて配置される第１側面２３ａおよび第２側面２４ａと、Ｚ方向に間隔をあけて配置される上面２５ａおよび下面２６ａと、を含む。

光合波器２０ａは、第１の光Ｌ_１が通る第１導波路３１ａと、第２の光Ｌ_２が通る第２導波路３１ｂと、を含む。第１導波路３１ａおよび第２導波路３１ｂは共に、第１の方向であるＸ方向に延びている。第２導波路３１ｂは、結晶基板の厚さ方向（Ｚ方向）に見て、第１導波路３１ａと隣り合って配置される。第１導波路３１ａおよび第２導波路３１ｂはそれぞれ、Ｚ方向において上面２５ａ側に設けられている。

第１導波路３１ａを通る第１の光Ｌ_１は、第１端面２１ａ側に配置される第１入射部２７ａから入射し、矢印Ｘで示す向きに進行し、第２端面２２ａ側へ出射する。第２導波路３１ｂを通る第２の光Ｌ_２についても第１の光Ｌ_１と同様に、第１端面２１ａ側に配置される第２入射部２７ｂから入射し、矢印Ｘで示す向きに進行し、第２端面２２ａ側へ出射する。第１導波路３１ａおよび第２導波路３１ｂはそれぞれ、互いに近づくように第１の方向に対して傾斜するよう長手方向の途中から曲げられている。そして、第１導波路３１ａと第２導波路３１ｂとが交わる合流部３２ａにおいて、第１導波路３１ａと第２導波路３１ｂとが合流して、第１合波路３３ａが形成される。第１合波路３３ａは、第１の方向に延びている。第１合波路３３ａの出射部２９ａが、第２端面２２ａに設けられている。すなわち、第１導波路３１ａを通る第１の光Ｌ_１と第２導波路３１ｂを通る第２の光Ｌ_２とが合流部３２ａにおいて合流し、第１の光Ｌ_１と第２の光Ｌ_２とが合波された第１合波光Ｌ_ｘが、第１合波路３３ａを通って第２端面２２ａから出射される。

第２導波路３１ｂは、第１端面２１ａ側から順に第１領域３６ａ、第２領域３７ａ、第３領域３８ａ、第４領域３９ａを有する。光合波器２０ａは、一対の第１電極４１ａ，４２ａと、第１電圧印加機構４３ａと、を含む。一対の第１電極４１ａ，４２ａは、第２導波路３１ｂの一部に電界をかける。具体的には、第２領域３７ａに相当する部分に、一対の第１電極４１ａ，４２ａが設けられている。第３領域３８ａと第４領域３９ａとの境界に、合流部３２ａが配置される。本実施形態においては、一対の第１電極４１ａ，４２ａはそれぞれ、Ｚ方向に見て第２導波路３１ｂを挟んで配置される。第１電圧印加機構４３ａは、第１合波光Ｌ_ｘを増幅するように、一対の第１電極４１ａ，４２ａに印加する電圧を調整する。第１電圧印加機構４３ａにより印加される電圧は、例えば、直流バイアス電圧である。

ここで、光合波器２０ａにより光を合波して出射する場合について説明する。図４は、第１の光Ｌ_１と第２の光Ｌ_２とを合波して第１合波光Ｌ_ｘを出射する際の光合波器２０ａにおける光の進行状態を示す概念図である。図４において、境界Ｂ_１から境界Ｂ_２に至る領域を第１領域３６ａとし、境界Ｂ_２から境界Ｂ_３に至る領域を第２領域３７ａとし、境界Ｂ_３から境界Ｂ_４に至る領域を第３領域３８ａとし、境界Ｂ_４から境界Ｂ_５に至る領域を第４領域３９ａとする。

図４を併せて参照して、第１の光源１６ａから出射された第１の光Ｌ_１は、第１入射部２７ａから光合波器２０ａ内に入射する。第１の光Ｌ_１は、第１導波路３１ａを通って矢印Ｘで示す向きに進行する。第２の光源１６ｂから出射された第２の光Ｌ_２は、第２入射部２７ｂから光合波器２０ａ内に入射する。第２の光Ｌ_２は、第２導波路３１ｂを通ってまず、第１領域３６ａにおいて、矢印Ｘで示す向きに進行する。そして、第２領域３７ａに至る。その後、第２の光Ｌ_２は、第１電圧印加機構４３ａによって電圧が印加された一対の第１電極４１ａ，４２ａ間を通る。

図５は、第２領域３７ａにおいて第１電圧印加機構４３ａによって印加された電圧により生じた電界を示す概念図である。図５を併せて参照して、この場合、例えば、一方の電極、具体的には第１電極４２ａをグラウンド（０Ｖ）とし、他方の電極、具体的には第１電極４１ａにプラスの電圧が印加される。そうすると、第１電極４１ａ，４２ａの間で、図５中の矢印Ｅ_１で示す向きに電界がかかる。この場合、例えば、第１電極４１ａの表面５６ａおよび裏面５７ａからそれぞれ第１電極４２ａの表面５８ａおよび裏面５９ａのそれぞれに向かって電界がかかる。この時、第２導波路３１ｂにおいても、特に結晶の成長方向であるＹ方向の電界の影響を受け、第２導波路３１ｂを通る光の屈折率が変化する。すなわち、一対の第１電極４１ａ，４２ａは、第２導波路３１ｂの一部、具体的には第２領域３７ａにおいて電界がかけられて、第２領域３７ａにおける光の屈折率が、第２導波路３１ｂの他の領域、例えば、第１領域３６ａの光の屈折率に対して変えられる。第２の光Ｌ_２がこの第２導波路３１ｂの第２領域３７ａを通る際に、第２の光Ｌ_２の位相が第１の光Ｌ_１の位相に合わせられる。この場合、第２の光Ｌ_２の位相が第２領域３７ａを進行していくにつれて徐々に変更され、第２領域３７ａを通過する時点で、第２の光Ｌ_２の位相と第１の光Ｌ_１の位相とが、合わせられている。

その後、第２の光Ｌ_２は、第３領域３８ａを進行し、合流部３２ａに至る。ここで、第１導波路３１ａを進行してきた第１の光Ｌ_１と第２の光Ｌ_２とが合波される。この場合、第１の光Ｌ_１の位相と第２の光のＬ_２位相とが合わせられているため、合波された第１合波光Ｌ_ｘは増幅される。増幅された第１合波光Ｌ_ｘは、出射部２９ａから光合波器２０ａ外に出射される。

なお、出射部２９ａから出射された第１合波光Ｌ_ｘの進行方向の先に、ハーフミラー５１ａが配置されている。ハーフミラー５１ａは、第１合波光Ｌ_ｘの進行方向に対して傾斜して配置されている。出射部２９ａから出射された第１合波光Ｌ_ｘは、ハーフミラー５１ａによって一部が反射され、残部が透過する。ハーフミラー５１ａを透過した第１合波光Ｌ_ｘは、光モジュール１０ａ外へ出射される。本実施形態においては、第１合波光Ｌ_ｘの一部の光Ｌ_ｐは、ハーフミラー５１ａによって９０度反射される。ハーフミラー５１ａによって反射された光Ｌ_ｐは、出力制御用受光素子５２ａによって受光され、その光量が検出される。出力制御用受光素子５２ａによって受光された光Ｌ_ｐの光量に基づいて、フィードバック回路５３ａにより印加する電圧が算出される。このようにして、第１電圧印加機構４３ａにフィードバックされた電圧の情報が伝えられ、印加する電圧が調整される。すなわち、出力制御用受光素子５２ａによって一部の光Ｌ_ｐを受光して光量を検出し、この受光した光Ｌ_ｐの光量に基づいて、フィードバック回路５３ａにより印加すべき電圧を算出し、第１電圧印加機構４３ａによる印加電圧を調整して第２の光Ｌ_２の位相を第１の光Ｌ_１の位相に合わせることができる。

このような光モジュール１０ａによると、第１導波路３１ａを通る第１の光Ｌ_１と、第２導波路３１ｂを通る第２の光Ｌ_２とを合波して第１合波光Ｌ_ｘを形成し、出力することとしている。ここで、一対の第１電極４１ａ，４２ａを利用して、第１電圧印加機構４３ａにより電圧を印加して第２導波路３１ｂの途中に電界をかけ、光の屈折率を変えることにより第２導波路３１ｂを通る第２の光Ｌ_２の位相を第１の光Ｌ_１の位相に合わせた後に合波する。このようにすることにより、第１の光Ｌ_１と第２の光Ｌ_２とを合波した第１合波光Ｌ_ｘの出力を増幅することとしている。そうすると、従来の構成のように２つの半導体レーザを合波する際に偏光方向を直交させる必要がなく、２つの半導体レーザの偏光方向がどのような関係にあっても、合波する２つの光の位相を合わせることで出射する光の高出力化が可能となる。したがって、このような構成によれば、出射する光の高出力化を容易に図ることができる。

本実施形態においては、結晶基板における結晶の成長方向は、結晶基板の厚さ方向に垂直な方向である。また、一対の第１電極４１ａ，４２ａは、結晶基板の厚さ方向に見て、第２導波路３１ｂを挟んで配置されている。よって、結晶の成長方向に応じて、より適切に第１電極４１ａ，４２ａによる電界を第２導波路３１ｂの途中、具体的には第２領域３７ａにかけて、第２の光Ｌ_２の位相を第１の光Ｌ_１の位相に合わせて合流させることができる。したがって、効率的に出射する光の高出力化を図ることができる。

本実施形態においては、第１の光Ｌ_１の偏光方向と、第２の光Ｌ_２の偏光方向とは、同じである。よって、偏光方向を揃えた第１合波光Ｌ_ｘを得ることができる。すなわち、偏向板を用いた光の合波によると、偏光方向が直交した合波光しか得られないが、本実施形態においては、偏光方向が揃えられた高出力の第１合波光Ｌ_ｘを得ることができる。また、本実施形態においては、１／２波長板と追加したり、半導体レーザを９０度回転させて取り付けたりして、偏光方向を直交させて増幅させる必要がなくなる。つまり、光学部品を削減できたり、半導体レーザの取り付けを容易にすることができ、生産性を高めることができる。

（実施の形態２）
他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図６は、本開示の実施の形態２における光モジュールに含まれる光合波器の一部を示す概略平面図である。実施の形態２における光モジュールは、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２の光モジュールは、光合波器の構成において実施の形態１の場合とは異なっている。

図６を参照して、実施の形態２における光モジュールに含まれる光合波器２０ｂは、一対の第１電極４４ａ，４５ａと、第１合波光Ｌ_ｘを増幅するように、一対の第１電極４４ａ，４５ａに印加する電圧を調整する第１電圧印加機構４６ａと、を含む。第１電極４４ａ，４５ａは、図６において、破線で示している。結晶基板における結晶の成長方向は、結晶基板の厚さ方向（Ｚ方向）である。一対の第１電極４４ａ，４５ａのうちの一方、本実施形態においては、第１電極４４ａは、結晶基板の厚さ方向に見て、第２導波路３１ｂと重なって配置されている。具体的には、第１電極４４ａは、第２導波路３１ｂよりも下面２６ａ側（上面２５ａと反対側）に形成されている。第１電極４５ａは、第２側面２４ａ側において第１電極４４ａに隣り合って配置される。

図７は、第２領域３７ａにおいて第１電圧印加機構４６ａによって印加された電圧により生じた電界を示す概念図である。図７を併せて参照して、この場合、例えば、一方の電極、具体的には第１電極４５ａをグラウンド（０Ｖ）とし、他方の電極、具体的には第１電極４４ａにプラスの電圧が印加される。そうすると、第１電極４４ａ，４５ａの間で、図７中の矢印Ｅ_２で示す向きに電界がかかる。この場合、例えば、第１電極４４ａの表面５６ｂおよび裏面５７ｂからそれぞれ第１電極４５ａの表面５８ｂおよび裏面５９ｂのそれぞれに向かって電界がかかる。この時、第２導波路３１ｂにおいても特に結晶の成長方向であるＺ方向の電界の影響を受け、第２導波路３１ｂを通る光の屈折率が変化する。すなわち、一対の第１電極４４ａ，４５ａは、第２導波路３１ｂの一部、具体的には第２領域３７ａにおいて電界がかけられて、第２領域３７ａにおける光の屈折率が、第２導波路３１ｂの他の領域、例えば、第１領域３６ａの光の屈折率に対して変えられる。第２の光Ｌ_２がこの第２導波路３１ｂの第２領域３７ａを通る際に、第２の光Ｌ_２の位相が第１の光Ｌ_１の位相に合わせられる。この場合、第２の光Ｌ_２の位相が第２領域３７ａを進行していくにつれて徐々に変更され、第２領域３７ａを通過する時点で、第２の光Ｌ_２の位相と第１の光Ｌ_１の位相とが、合わせられている。

その後、第２の光Ｌ_２は、第３領域３８ａを進行し、合流部３２ａに至る。ここで、第１導波路３１ａを進行してきた第１の光Ｌ_１と第２の光Ｌ_２とが合波される。この場合、第１の光Ｌ_１の位相と第２の光のＬ_２位相とが合わせられているため、合波された第１合波光Ｌ_ｘは増幅される。増幅された第１合波光Ｌ_ｘは、出射部２９ａから光合波器２０ａ外に出射される。

このように構成することによっても、結晶の成長方向に応じて、より適切に第１電極４４ａ，４５ａによる電界を第２導波路３１ｂの途中にかけて、第２の光Ｌ_２の位相を第１の光Ｌ_１の位相に合わせて合流させることができる。したがって、効率的に出射する光の高出力化を図ることができる。

（実施の形態３）
他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図８は、本開示の実施の形態３における光モジュールに含まれる光合波器を示す概略平面図である。実施の形態３における光モジュールは、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態３の光モジュールは、光合波器の構成において実施の形態１の場合とは異なっている。なお、図８においては、実施の形態１におけるハーフミラー５１ａ、出力制御用受光素子５２ａおよびフィードバック回路５３ａの図示を省略している。以下、図９および図１０についても同様である。

図８を参照して、実施の形態３の光モジュールに含まれる光合波器２０ｃは、第１の光Ｌ_１と、第２の光Ｌ_２と、第３の光源１６ｃから出射され、第１の光Ｌ_１と同じ色の第３の光Ｌ_３と、を合波する。第３の光源１６ｃから出射された第３の光Ｌ_３は、第３入射部２７ｃから光合波器２０ｃ内に入射する。第１側面２３ａに近い側から第１入射部２７ａ、第２入射部２７ｂ、第３入射部２７ｃの順に配置される。光合波器２０ｃは、第３の光Ｌ_３が通る第３導波路３１ｃと、第２合波路３３ｂと、一対の第２電極４１ｂ，４２ｂと、第２電圧印加機構４３ｂと、をさらに含む。第３導波路３１ｃは、第１の方向（Ｘ方向）に延び、結晶基板の厚さ方向に見て第２導波路３１ｂと隣り合って配置される。第２合波路３３ｂは、第１の方向において第１合波路３３ａと第３導波路３１ｃとが合流部３２ｂにおいて合流し、第１合波光Ｌ_ｘと第３の光Ｌ_３とが合波された第２合波光Ｌ_ｙが通る。

一対の第２電極４１ｂ，４２ｂは、第３導波路３１ｃの一部、具体的には第２電極４１ｂ，４２ｂが設けられた第５領域３７ｂにおいて、電界をかける。一対の第２電極４１ｂ，４２ｂが設けられる第１の方向（Ｘ方向）位置は、一対の第１電極４１ａ，４２ａが設けられる位置よりも出射部２９ａに近い。すなわち、光の進行方向に対して上流側に第１電極４１ａ，４２ａが配置され、下流側に第２電極４１ｂ，４２ｂが配置される。第２電圧印加機構４３ｂは、第２合波光Ｌ_ｙを増幅するように、一対の第２電極４１ｂ，４２ｂに印加する電圧を調整する。

第１の光源１６ａから出射された第１の光Ｌ_１は、第１導波路３１ａを進行する。第２の光源１６ｂから出射された第２の光Ｌ_２は、第２導波路３１ｂを進行する。第２の光Ｌ_２は、第２領域３７ａにおいて、第１電圧印加機構４３ａによって電圧が印加された第１電極４１ａ，４２ａ間を通り、第１の光Ｌ_１の位相に合わせられる。そしてまず、第１の光Ｌ_１と第２の光Ｌ_２とが合波される。次に、第３の光源１６ｃから出射された第３の光Ｌ３は、第２電圧印加機構４３ｂによって電圧が印加された第２電極４１ｂ，４２ｂ間、すなわち、第５領域３７ｂを通り、第１の光Ｌ_１の位相に合わせられる。その後、第１の光Ｌ_１と第２の光Ｌ_２との合波光である第１合波光Ｌ_ｘと第３の光Ｌ_３とが合波される。

このようにすることにより、第１合波光Ｌ_ｘに第３の光Ｌ_３を合流させて、第２合波光Ｌ_ｙを合波することができ、出射する光のさらなる高出力化を図ることができる。この場合、３つの光源である第１の光源１６ａ、第２の光源１６ｂおよび第３の光源１６ｃから出射された光を合波することができる。また、変調部である第１電極４１ａ，４２ａの位置と第２電極４１ｂ，４２ｂとの第１の方向における位置をずらせることにより、Ｙ方向の長さ、すなわち、第１の方向に直交する方向の長さを小さくすることができる。

この場合、第１の光Ｌ_１の偏光方向と、第２の光Ｌ_２の偏光方向と、第３の光Ｌ_３の偏光方向とは、同じであってもよい。このようにすることにより、偏光方向を揃えた第２合波光Ｌ_ｙを得ることができる。

本実施の形態についても、実施の形態２のように、例えば、結晶基板の厚さ方向に見て、第１電極４１ａを第２導波路３１ｂと重なるように配置し、第２電極４１ｂを第３導波路３１ｃと重なるように配置してもよい。

（実施の形態４）
他の実施の形態である実施の形態４について説明する。図９は、本開示の実施の形態４における光モジュールに含まれる光合波器を示す概略平面図である。実施の形態４における光モジュールは、基本的には実施の形態３の場合と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態４の光モジュールは、光合波器の構成において実施の形態３の場合とは異なっている。

図９を参照して、実施の形態４の光モジュールに含まれる光合波器２０ｄは、第１の光Ｌ_１と、第２の光Ｌ_２と、第３の光源１６ｃから出射され、第１の光Ｌ_１と同じ色の第３の光Ｌ_３と、を合波する。光合波器２０ｄは、第３導波路３１ｃと、第２合波路３３ｂと、一対の第２電極４４ｂ，４５ｂと、第２電圧印加機構４６ｂと、を含む。ここで、一対の第１電極４１ａ，４２ａのうちの一つと一対の第２電極４４ｂ，４５ｂのうちの一つとは、共通している。具体的には、第２電極４４ｂと第１電極４２ａとは共通している。この場合、例えば、第２電極４４ｂ（第１電極４２ａ）をグラウンド（０Ｖ）とし、第１電圧印加機構４３ａにおいて、第１電極４１ａにプラスの電圧を印加すると共に、第２電圧印加機構４６ｂにおいて、第２電極４４ｂにプラスの電圧を印加する。このようにして、第２導波路３１ｂの一部、具体的には、第２導波路３１ｂの第２領域３７ａおよび第３導波路３１ｃの第６領域３７ｃにおいてそれぞれ電界をかけ、第２の光Ｌ_２の位相および第３の光Ｌ_３の位相をそれぞれ第１の光Ｌ_１の位相に合わせる。

このようにすることにより、第１合波光Ｌ_ｘに第３の光Ｌ_３を合流させて、第２合波光Ｌ_ｙを合波することができ、出射する光のさらなる高出力化を図ることができる。この場合、電極の一部を共通化して省略することができるので、装置構成のコンパクト化を図ることができる。

本実施の形態において、実施の形態２を組み合わせた構成であってもよい。例えば、結晶基板の厚さ方向に見て、第１電極４１ａを第２導波路３１ｂと重なるように配置し、第２電極４５ｂを第３導波路３１ｃと重なるように配置してもよい。

（実施の形態５）
他の実施の形態である実施の形態５について説明する。図１０は、本開示の実施の形態５における光モジュールに含まれる光合波器を示す概略平面図である。実施の形態５における光モジュールは、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態５の光モジュールは、光合波器の構成において実施の形態１の場合とは異なっている。

図１０を参照して、実施の形態５の光モジュールに含まれる光合波器２０ｅは、第１の光Ｌ_１と、第２の光Ｌ_２と、第３の光Ｌ_３と、第４の光源１６ｄから出射され、第１の光Ｌ_１と同じ色の第４の光Ｌ_４と、第５の光源１６ｅから出射され、第１の光Ｌ_１と同じ色の第５の光Ｌ_５と、第６の光源１６ｆから出射され、第１の光Ｌ_１と同じ色の第６の光Ｌ_６と、を合波する。第４の光源１６ｄから出射された第４の光Ｌ_４は、第４入射部２７ｄから光合波器２０ｅ内に入射する。第５の光源１６ｅから出射された第５の光Ｌ_５は、第５入射部２７ｅから光合波器２０ｅ内に入射する。第６の光源１６ｆから出射された第６の光Ｌ_６は、第６入射部２７ｆから光合波器２０ｅ内に入射する。各入射部は、第１側面２３ａに近い側から第１入射部２７ａ、第２入射部２７ｂ、第３入射部２７ｃ、第４入射部２７ｄ、第５入射部２７ｅ、第６入射部２７ｆの順に配置される。

光合波器２０ｅは、第１の方向に延び、結晶基板の厚さ方向に見て第３導波路３１ｃと隣り合って配置され、第４の光Ｌ_４が通る第４導波路３１ｄと、第１の方向に延び、第４導波路３１ｄと隣り合って配置され、第５の光Ｌ_５が通る第５導波路３１ｅと、第１の方向に延び、第５導波路３１ｅと隣り合って配置され、第６の光Ｌ_６が通る第６導波路３１ｆと、を含む。また、光合波器２０ｅは、第１の方向において第２合波路３３ｂと第４導波路３１ｄとが合流部３２ｃにおいて合流し、第２合波光Ｌ_ｙと第４の光Ｌ_４とが合波された第３合波光Ｌ_ｚが通る第３合波路３３ｃと、第１の方向において第３合波路３３ｃと第５導波路３１ｅとが合流部３２ｄにおいて合流し、第３合波光Ｌ_ｚと第５の光Ｌ_５とが合波された第４合波光Ｌ_ｗが通る第４合波路３３ｄと、第１の方向において第４合波路３３ｄと第６導波路３１ｆとが合流部３２ｅにおいて合流し、第４合波光Ｌ_ｗと第６の光Ｌ_６とが合波された第５合波光Ｌ_ｖが通る第５合波路３３ｅと、を含む。

また、光合波器２０ｅは、第４導波路３１ｄの一部に電界をかける一対の第３電極４１ｃ，４２ｃと、第３合波光Ｌ_ｚを増幅するように、一対の第３電極４１ｃ，４２ｃに印加する電圧を調整する第３電圧印加機構４３ｃと、第５導波路３１ｅの一部に電界をかける一対の第４電極４１ｄ，４２ｄと、第４合波光Ｌ_ｗを増幅するように、一対の第４電極４１ｄ，４２ｄに印加する電圧を調整する第４電圧印加機構４３ｄと、第６導波路３１ｆの一部に電界をかける一対の第５電極４１ｅ，４２ｅと、第５合波光Ｌ_ｖを増幅するように、一対の第５電極４１ｅ，４２ｅに印加する電圧を調整する第５電圧印加機構４３ｅと、を含む。第１の方向（Ｘ方向）において、第１端面２１ａに近い方から第１電極４１ａ，４２ａ、第５電極４１ｅ，４２ｅ、第２電極４１ｂ，４２ｂ、第４電極４１ｄ，４２ｄ、第３電極４１ｃ，４２ｃの順に配置される。Ｙ方向において、第１側面２３ａに近い方から第１電極４１ａ，４２ａ、第２電極４１ｂ，４２ｂ、第３電極４１ｃ，４２ｃ、第４電極４１ｄ，４２ｄ、第５電極４１ｅ，４２ｅの順に配置される。

このようにすることにより、第１の光源１６ａ、第２の光源１６ｂ、第３の光源１６ｃ、第４の光源１６ｄ、第５の光源１６ｅおよび第６の光源１６ｆの合計６つの光源から出射される光を合波して出力することができる。したがって、出射する光のさらなる高出力化を図ることができる。

本実施の形態において、実施の形態２を組み合わせた構成であってもよい。例えば、結晶基板の厚さ方向に見て、第１電極４１ａを第２導波路３１ｂと重なるように配置してもよい。また、結晶基板の厚さ方向に見て、第２電極４２ｂを第３導波路３１ｃと重なるように配置してもよい。本実施の形態において、実施の形態４を組み合わせた構成であってもよい。例えば、結晶基板の厚さ方向に見て、第１電極４２ａと、第２電極４１ｂが共通であってもよい。このとき、第１電極４２ａと第２電極４２ｂとは、第３導波路３１ｃを間に挟んで隣り合って設けられる。本実施の形態において、実施の形態２と実施の形態４とを組み合わせた構成であってもよい。例えば、結晶基板の厚さ方向に見て、第１電極４１ａを第２導波路３１ｂと重なるように配置し、第２電極４２ｂを第３導波路３１ｃと重なるように配置すると共に、第１電極４２ａと第２電極４１ｂとが共通であってもよい。

（他の実施の形態）
なお、上記の実施の形態においては、結晶基板の材質は、ＬｉＮｂＯ_３であることとしたが、これに限らず、結晶基板の材質は、強誘電性を有する他のＡＢＯ_３形酸化物結晶、具体的には、ＬｉＴａＯ_３、ＫＴＮ（ＫＴａ_１－ｘＮｂ_ｘＯ_３）（０＜ｘ＜１）またはＢａＴｉＯ_３であってもよいし、ＫＤＰ形結晶、具体的には、ＫＨ_２ＰＯ_４、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４、ＫＨ_２ＡｓＯ_４、ＲｂＨ_２ＰＯ_４またはＮＨ_４Ｈ_２ＡｓＯ_４であってもよい。すなわち、結晶基板の材質は、ＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム）、ＬｉＴａＯ_３（タンタル酸リチウム）、ＫＴａ_１－ｘＮｂ_ｘＯ_３（ＫＴＮ）（０＜ｘ＜１）、ＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）、ＫＨ_２ＰＯ_４（リン酸二水素カリウム）、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４（リン酸二水素アンモニウム）、ＫＨ_２ＡｓＯ_４（ヒ素二水素カリウム）、ＲｂＨ_２ＰＯ_４（リン酸二水素ルビジウム）およびＮＨ_４Ｈ_２ＡｓＯ_４（ヒ素二水素アンモニウム）からなる群から選択される少なくともいずれか一つを含んでもよい。このような材質の結晶基板によると、より確実に電気光学効果（ポッケルス効果）を得て、出射する光の高出力化を容易に図ることができる。

また、上記の実施の形態においては、一対の電極において、一方の電極をグラウンド（０Ｖ）とし、他方の電極にプラスの電圧を印加することとしたが、これに限らず、一対の電極間に電位差を付与するように電圧を印加することができればよい。例えば、一方の電極をグラウンド（０Ｖ）とし、他方の電極にマイナスの電圧を印加することとしてもよいし、一方の電極にプラスの電圧を印加し、他方の電極にマイナスの電圧を印加することにしてもよい。

なお、上記の実施の形態においては、合波光に対して１つずつ光を足し合わせて合波することとしたが、これに限らず、合波光と合波光とを形成した後に、これらを足し合わせて合波することにしてもよい。

また、上記の実施の形態において、本開示に係る光モジュールは、光合波器および光源に加え、レンズやフィルタ、温度調整機構等を含む。また、本開示に係る光モジュールは、可視光のみならず、赤外光といった可視光以外の光を合波する際にも利用される。合波され、高出力化された赤外光を用いて、測量や障害物検知、インフラストラクチャーの点検の際のセンシングに利用することもできる。なお、このような光モジュールは、例えばドローンに搭載して上記したセンシングを行うこともできる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、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。

１０ａ 光モジュール
１１ａ 支持基体
１２ａ キャップ
１３ａ 光形成部
１４ａ リードピン
１６ａ 第１の光源
１６ｂ 第２の光源
１６ｃ 第３の光源
１６ｄ 第４の光源
１６ｅ 第５の光源
１６ｆ 第６の光源
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ 光合波器
２１ａ 第１端面
２２ａ 第２端面
２３ａ 第１側面
２４ａ 第２側面
２５ａ 上面
２６ａ 下面
２７ａ 第１入射部
２７ｂ 第２入射部
２７ｃ 第３入射部
２７ｄ 第４入射部
２７ｅ 第５入射部
２７ｆ 第６入射部
２９ａ 出射部
３１ａ 第１導波路
３１ｂ 第２導波路
３１ｃ 第３導波路
３１ｄ 第４導波路
３１ｅ 第５導波路
３１ｆ 第６導波路
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ 合流部
３３ａ 第１合波路
３３ｂ 第２合波路
３３ｃ 第３合波路
３３ｄ 第４合波路
３３ｅ 第５合波路
３６ａ 第１領域
３７ａ 第２領域
３７ｂ 第５領域
３７ｃ 第６領域
３８ａ 第３領域
３９ａ 第４領域
４１ａ，４２ａ，４４ａ，４５ａ 第１電極
４１ｂ，４２ｂ，４４ｂ，４５ｂ 第２電極
４１ｃ，４２ｃ 第３電極
４１ｄ，４２ｄ 第４電極
４１ｅ，４２ｅ 第５電極
４３ａ，４６ａ 第１電圧印加機構
４３ｂ，４６ｂ 第２電圧印加機構
４３ｃ 第３電圧印加機構
４３ｄ 第４電圧印加機構
４３ｅ 第５電圧印加機構
５１ａ ハーフミラー
５２ａ 出力制御用受光素子
５３ａ フィードバック回路
５６ａ，５６ｂ，５８ａ，５８ｂ 表面
５７ａ，５７ｂ，５９ａ，５９ｂ 裏面
Ｂ_１、Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４，Ｂ_５ 境界
Ｅ_１，Ｅ_２ 矢印
Ｌ_１ 第１の光
Ｌ_２ 第２の光
Ｌ_３ 第３の光
Ｌ_４ 第４の光
Ｌ_５ 第５の光
Ｌ_６ 第６の光
Ｌ_ｐ 光
Ｌ_ｖ 第５合波光
Ｌ_ｗ 第４合波光
Ｌ_ｘ 第１合波光
Ｌ_ｙ 第２合波光
Ｌ_ｚ 第３合波光

Claims (8)

1. 結晶基板から構成されており、第１の光源から出射される第１の光と、第２の光源から出射され、前記第１の光と同じ色の第２の光と、を合波して出射する光合波器を備え、
   前記光合波器は、
   第１の方向に延び、前記第１の光が通る第１導波路と、
   前記第１の方向に延び、前記結晶基板の厚さ方向に見て前記第１導波路と隣り合って配置され、前記第２の光が通る第２導波路と、
   前記第１の方向において前記第１導波路と前記第２導波路とが合流し、前記第１の光と前記第２の光とが合波された第１合波光が通る第１合波路と、
   前記第２導波路の一部に電界をかける一対の第１電極と、
   前記第１合波光を増幅するように、前記一対の第１電極に印加する電圧を調整する第１電圧印加機構と、を含む、光モジュール。
2. 前記結晶基板の材質は、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＫＴａ_１－ｘＮｂ_ｘＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、ＫＨ_２ＰＯ_４、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４、ＫＨ_２ＡｓＯ_４、ＲｂＨ_２ＰＯ_４およびＮＨ_４Ｈ_２ＡｓＯ_４からなる群から選択される少なくともいずれか一つを含み、
   ０＜ｘ＜１の関係を有する、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記結晶基板における結晶の成長方向は、前記結晶基板の厚さ方向に垂直な方向であり、
   前記一対の第１電極は、前記結晶基板の厚さ方向に見て、前記第２導波路を挟んで配置される、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記結晶基板における結晶の成長方向は、前記結晶基板の厚さ方向であり、
   前記一対の第１電極のうちの一方は、前記結晶基板の厚さ方向に見て、前記第２導波路と重なって配置される、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
5. 前記第１の光の偏光方向と、前記第２の光の偏光方向とは、同じである、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
6. 前記光合波器は、
   前記第１の光と、前記第２の光と、第３の光源から出射され、前記第１の光と同じ色の第３の光と、を合波し、
   前記光合波器は、
   前記第１の方向に延び、前記結晶基板の厚さ方向に見て前記第２導波路と隣り合って配置され、前記第３の光が通る第３導波路と、
   前記第１の方向において前記第１合波路と前記第３導波路とが合流し、前記第１合波光と前記第３の光とが合波された第２合波光が通る第２合波路と、
   前記第３導波路の一部に電界をかける一対の第２電極と、
   前記第２合波光を増幅するように、前記一対の第２電極に印加する電圧を調整する第２電圧印加機構と、を含む、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
7. 前記第１の光の偏光方向と、前記第２の光の偏光方向と、前記第３の光の偏光方向とは、同じである、請求項６に記載の光モジュール。
8. 前記一対の第１電極のうちの一つと前記一対の第２電極のうちの一つとは、共通する、請求項６に記載の光モジュール。

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