JP3478063B2 - 光変調器の安定化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光変調器の安定化
装置にかかり、特に、光導波路で入力光を変調して出力
する光変調器を安定させる光変調器の安定化装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】基板上に形成された導波路内を伝播する
光を変調する導波型光変調器が知られている。この導波
型光変調器の動作点を安定させることは重要な技術であ
る。例えばマッハツェンダー干渉計型光変調器の場合、
動作点である位相バイアスをπ／２に設定し安定させる
ことにより、最良の感度でかつ、最良のダイナミックレ
ンジの特性が得られる。

【０００３】しかしながら、マッハツェンダー干渉計型
光変調器の場合、位相バイアスは変調素子を設計すると
きに導波路長の差で設定されるが、その実際の値は数１
００ｎｍであり、作製は容易ではない。また、周辺温度
や基板に作用する応力などの僅かな変動によって、動作
点（位相バイアス）がドリフトしてしまう問題があっ
た。すなわち、動作点を安定させることが困難であっ
た。

【０００４】図１には、正常時と動作点がドリフトした
ときとの各光変調器の特性を示した。図中、横軸は光変
調器の電極への印加電圧を表し、縦軸は光変調器の出力
光強度を表している。マッハツェンダー干渉型光変調器
の場合には、出力光強度は印加電圧の余弦関数的に変化
する。正常特性（特性曲線１００による特性）では位相
バイアスはπ／２に設定されており、動作点は特性曲線
１００の最も勾配の大きな点にある。従って、入力信号
１２０による印加電圧に対する出力光強度の変化（出力
特性１０２の変化量１０４）が最も大きくなり、最も高
感度である。

【０００５】しかしながら、動作点が正常特性のものか
らドリフトして（位相バイアス変動量１３０だけ変動し
て）、特性曲線１１０の特性になったとすると、前記と
同一の入力信号１２０による印加電圧に対して出力光強
度の変化（出力特性１１２の変化量１１４）は極小にな
る。このため、動作点がドリフトすることに関して何ら
かの補償手段が必要であった。

【０００６】そこで、動作点のドリフトを補償するため
に、動作点の変動量に相当する電圧を外部から印加する
ドリフト補償技術が提案されている（特開平３−１４５
６２３号、特開平５−２３２４１２号公報参照）。この
ドリフト補償技術では、光通信用に光変調器を用いて光
を変調するときに、動作点の変動量に相当する電圧を外
部から印加してドリフトを補償している。

【０００７】図２には、動作点のドリフトが補償される
光変調装置１４０を示した。この光変調装置１４０おい
て、１はレーザダイオード、２は電極を備えたＬｉＮｂ
Ｏ₃マッハツェンダー干渉型光変調器（以下、光変調
器）、３はデータ信号入力端子、４は変調器駆動回路、
５はカップリングコンデンサ、６はバイアス供給回路、
７は光分岐器、８は光信号出力端子、９はフォトダイオ
ード、１０は電流電圧変換器、１１は増幅器、１２は基
準電圧源、１３はフィルタ、及び１４は電極に接続され
た金属の電線である。

【０００８】この光変調装置１４０の入力端子３に入力
されたデータ信号は、駆動回路４及びコンデンサ５を経
て、光変調器２に入力される。光変調器２ではレーザダ
イオード１から入力された光信号が、駆動回路４から入
力された電気信号によって強度変調される。変調光のデ
ータ信号は、出力端子８から出力される。

【０００９】このときの光変調器２の動作点は、バイア
ス供給回路６から供給されるバイアス電圧によって制御
される。すなわち、この光変調装置１４０は動作点の変
動量に相当する電圧を外部から印加するために、光変調
器２の電極に金属の電線１４が接続されている。この電
線１４に電気信号が印加されることによって、光変調器
２の動作点が制御される。動作点の制御は、光分岐部７
にて、光出力波形をモニタし、フォトダイオード９、電
流電圧変換器１０によって光出力波形の平均値を検出
し、平均値と基準電圧源１２の誤差電圧を増幅器１１、
フィルタ１３を経て、バイアス電圧に帰還し制御してい
る。すなわち、光変調器２の出力光をモニタすることに
より動作点のずれを検出し、このずれ量を光変調器２の
電極に印加する電圧にフィードバックする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
光変調装置１４０のように、光変調器に金属の電線を接
続して電気信号を印加する方法では、電界プローブのよ
うに導波型変調器をセンサに用いる光計測器に用いるこ
とができない。すなわち、センサに接続された金属の信
号ケーブルが測定しようとする電磁界を乱したり、金属
の信号線に妨害電圧が誘起され信号／雑音比が低下した
りして正しい測定が困難になることや、構造的にセンサ
が大型化すること等のように種々の問題が生じる。この
ため、従来の光変調装置は、使用温度範囲を限定するこ
とにより周辺温度の変動を抑制したり、応力等の負荷が
かからないような構造にしたりして使用環境条件を制限
せざるを得なかった。

【００１１】本発明は、上記事実を考慮して、使用環境
条件を制限することなく、最良の感度でかつ最良のダイ
ナミックレンジの特性が得られるように、導波型光変調
器の動作点を安定させることができる光変調器の安定化
装置を得ることが目的である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明の光変調器の安定化装置は、
基板上に設けられた光導波路及び該光導波路に対応して
設けられた電極を備え、該電極に入力された被測定物理
量に応じた電圧により該光導波路において入力光を変調
して出力する光変調器からの出力光の強度を検出する光
検出手段と、前記光変調器の電極に接して設けられ、照
射された制御光に応じた電圧を前記電極に印加する電圧
印加手段と、前記光検出手段の出力信号に基づいて前記
光変調手段の位相バイアス変動に応じて負帰還され、該
バイアス変動信号を打ち消す駆動信号を出力する信号出
力手段と、前記信号出力手段の駆動信号に応じた制御光
を前記電圧印加手段へ照射する光源手段と、を備えてい
る。

【００１３】請求項１の発明では、光変調器において電
極に入力された被測定物理量に応じた電圧により入力光
が変調され出力される。この出力光の強度が光検出手段
で検出され、検出値から光変調器の位相バイアス変動量
を求めることができる。光変調器の位相バイアスが変動
した場合、光変調器の出力光には位相バイアス変動が強
度変動として含まれる。信号出力手段は、光検出手段の
出力信号に基づいて光変調器の位相バイアス変動に応じ
て負帰還され、該バイアス変動信号を打ち消す駆動信号
を出力する。位相バイアス変動は光の強度変動として検
出され、そのバイアス変動の大きさを検出してその大き
さに略一致する逆のバイアス変動を生じせしめる駆動信
号を出力する。この駆動信号に応じて、光源手段は制御
光を電圧印加手段へ照射する。従って、駆動信号に応じ
た電圧によって制御光はバイアス変動に応じて変化す
る。電圧印加手段は、制御光に応じた電圧を電極に印加
する。このように、制御光を電圧印加手段に照射するこ
とにより、電圧印加手段はバイアス変動に応じた電圧を
印加する。光変調器の電極に印加された電圧は光変調器
の位相バイアスを調整する電圧となる。この調整する電
圧は、位相バイアス変動の変化を打ち消すように設定さ
れたものであるので、位相バイアス変動が発生しても制
御光照射と、その照射により印加される電圧によって、
位相バイアス変動は打ち消され、光変調器の特性は安定
化される。

【００１４】前記被測定物理量は、電界、磁界、電圧、
及び電流の何れかを採用することができる。例えば、前
記光変調器を電界センサとして用いた場合には被測定物
理量として電界が採用され、この電界に応じた電圧によ
って入力光が変調される。同様に、光変調器を磁気セン
サとして用いた場合には被測定物理量として磁気が採用
され、この磁気に応じた電圧によって入力光が変調され
る。また、他のセンサから出力される電圧及び電流を被
測定物理量として採用することができ、この場合、他の
センサで検出した検出量に応じた電圧及び電流による電
圧によって入力光が変調される。

【００１５】前記光源手段は、前記制御光を射出する光
源部と、該光源部から射出された制御光を前記電圧印加
手段へ照射する照射部とから構成することができる。照
射部としてはミラー等の反射手段、ファイバー等の案内
手段、及びこれらの組み合わせから構成することができ
る。このように光源手段として光源部と照射部とから構
成することにより、電圧印加手段に電線等で接続するこ
となく、バイアス変動を抑制するための構成を離間する
ことができる。

【００１６】前記信号出力手段において、光変調手段の
位相バイアス変動に応じた該バイアス変動信号を打ち消
す駆動信号を出力するために、前記信号出力手段は、前
記光変調手段の位相バイアス変動に応じたバイアス変動
信号を抽出し、該バイアス変動信号を負帰還して駆動信
号を出力するように構成することができる。このように
構成することで、信号出力手段は、位相バイアス変動に
応じたバイアス変動信号を負帰還した駆動信号を出力す
る。すなわち、位相バイアス変動に対して、例えば基準
値と比較し差を求めることにより、バイアス変動の大き
さを検出、つまりバイアス変動信号を抽出することがで
きる。バイアス変動信号を負帰還した駆動信号に応じた
制御光を光源手段が電圧印加手段へ照射することによっ
て、電圧印加手段がバイアス変動に応じて位相バイアス
変動の変化を打ち消すように設定された電圧を印加し、
位相バイアス変動は打ち消され、光変調器の特性は安定
化される。

【００１７】請求項２の発明は、請求項１に記載の光変
調器の安定化装置において、前記信号出力手段は、前記
バイアス変動信号を負帰還することにより得られる直流
信号に低周波信号を重畳するための低周波発振器と、前
記低周波発振器の出力信号に基づいて前記バイアス変動
信号を抽出する抽出手段とからなることを特徴とする。

【００１８】請求項２の発明によれば、低周波発振器に
よってバイアス変動信号を負帰還することにより得られ
る直流信号に低周波信号が重畳される。これにより、光
変調器３０の位相バイアスはゆっくりと振動する。この
振動は抽出手段により除去され、バイアス変動信号のみ
が抽出されて、変動した位相バイアスに応じた制御光照
射と、その照射により生じる光起電圧、及び調整電圧が
発生する。これによって、位相バイアス変動は打ち消さ
れ、光変調器の特性は安定化される。

【００１９】請求項３の発明は、請求項１に記載の光変
調器の安定化装置において、前記光電変換手段は、前記
電極に接して集積化された異常光起電力膜で構成された
光電変換手段からなることを特徴とする。

【００２０】請求項３の発明では、制御光が異常光起電
力膜に照射されることで、異常光起電力膜において制御
光に応じた起電力が生じて、位相バイアス変動は打ち消
され、光変調器の特性は安定化される。すなわち、制御
光を光電変換手段である異常光起電力膜に照射すること
により、異常光起電力膜はバイアス変動に応じた光起電
圧を発生する。発生した光起電圧は光変調器の電極に印
加され光変調器の位相バイアスを調整する電圧となる。
この調整する電圧と位相バイアス変動の変化の極性を符
号が逆になるように負帰還構成にしておくことにより、
位相バイアス変動が発生しても制御光照射と、その照射
により生じる光起電圧、及び調整電圧の発生によって、
位相バイアス変動は打ち消され、光変調器の特性は安定
化される。この異常光起電力膜は超高インピーダンスで
あるため、電界センサの周波数特性を劣化させることが
ない。

【００２１】なお、前記異常光起電力膜は、光起電力効
果を有する半導体と導電性物質の複合物質で形成するこ
とや、ＣｄＴｅとＣｄＳとの２つの蒸着源による、２源
斜め同時蒸着により容易に形成することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。本実施の形態は電界
検出のために用いる光変調器の安定化に本発明を適用し
たものである。

【００２３】図３に示すように、本実施の形態の電界検
出装置２０は、電界を検出する主要部分である電界セン
サ部２２と、この電界センサ部２２が有する光変調器３
０を安定させるための安定化部２３から構成されてい
る。

【００２４】電界センサ部２２は、バイアス器４６によ
りＤＣバイアスが印加され発振する計測用光源４４を備
えている。本実施の形態では、この計測用光源として波
長域が１．３μｍ帯の半導体レーザをＣＷ発振で用いて
いる。なお、計測用光源４４は、１．３μｍ帯の半導体
レーザに限定されるものではなく、他光源として、０．
８μ帯の半導体レーザ、ＨｅＮｅレーザ（気体レーザ）
及び他の種類の光源を用いても良い。

【００２５】計測用光源４４から射出される光の射出側
には偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという）４
２、ファラデーローテイタ（以下、ＦＲという）４０、
及び偏波面保存ファイバ（以下、ＰＭＦという）３８が
順に設けられている。このＰＭＦ３８は、一端がＦＲ４
０に他端が光変調器３０に接するように設けられてい
る。

【００２６】光変調器３０には、Ｙ分岐導波路３２、直
線導波路３２Ａ，３２Ｂ及び反射部３４が設けられてい
る。Ｙ分岐導波路３２は、一端がＰＭＦからの光が導か
れるように設けられると共に、Ｙ分岐導波路３２に当該
導かれた光（入射光）がここで分岐されて２つの直線導
波路３２Ａ，３２Ｂに５０：５０に２分されて伝播され
るように他端の各々が直線導波路３２Ａ，３２Ｂの各々
の一端に連続している。直線導波路３２Ａ，３２Ｂの各
他端には反射部３４が設けられている。これらの各直線
導波路３２Ａ，３２Ｂ上には、ダイポールアンテナ２４
が接続された電極２６が設けられている。

【００２７】なお、本実施の形態は、Ｙ分岐導波路を有
する光変調器を用いた場合を説明するが、他の光変調器
にも適用が可能である。例えば、Ｙ分岐部を有しないモ
ード結合型（または方向性結合器型）分岐部を少なくと
も１つ有する、すなわち、上記のＹ分岐部に対応する部
位の少なくとも１つを光方向性結合器に設定した変調器
への適用も可能である。

【００２８】上記ＰＢＳ４２の反射側には、光強度に応
じた電気信号（電圧または電流）を出力する光検出器４
８が設けられている。本実施の形態では、光検出器４８
としてフォトダイオードを用いている。なお、光検出器
４８としてはフォトダイオードに限定されるものではな
く、光電子増倍管等の光強度に応じた電気信号を出力す
る他の光検出器を用いてもよい。

【００２９】この光検出器４８には、高周波通過濾波回
路（以下、ＨＰＦという）５０を介して電界強度の測定
信号を得るための端子５２が接続されている。

【００３０】上記の構成による電界センサ部２２の動作
について説明する。まず、計測用光源４４からの光はＰ
ＢＳ４２を透過し、ＦＲ４０において偏波面がπ／４回
転されて、ＰＭＦ３８で偏波面が維持されて光変調器３
０へ伝送される。光変調器３０に伝送された光は、Ｙ分
岐導波路３２、直線導波路３２Ａ，３２Ｂを介して伝播
されて反射部３４で反射される。反射部３４で反射され
た光（以下、戻り光という）は上記と逆方向に伝播さ
れ、ＰＭＦ３８及びＦＲ４０を透過する。戻り光はＦＲ
４０において偏波面がπ／４回転されて合計π／２回転
されたことになり、ＰＢＳ４２で反射され、光検出器４
８で光強度に応じた電気信号が出力されてＨＰＦ５０を
介して端子５２に測定信号が供給される。この直線導波
路３２Ａ，３２Ｂを光が伝播するとき、ダイポールアン
テナ２４が配置された周囲の電界強度に応じて電極２６
へ電圧が印加され伝播する光が強度変調を受ける。従っ
て、戻り光は強度変調を受けて光検出器４８へ至り、光
検出器４８において電圧変換し出力することにより、被
測定電界を乱すことなく電界強度が測定される。

【００３１】しかしながら、温度などの影響でセンサ部
の導波型光変調器の位相バイアスが変動すると、感度変
動、歪み高調波の発生等により精度が低下する。このた
め、本実施の形態では安定化部２３を設けて、電界セン
サ部２２が有する光変調器３０を安定させることによっ
て、感度変動、歪み高調波の発生等により精度の低下を
抑制している。

【００３２】この電界センサ部２２が有する光変調器３
０を安定させるための安定化部２３の構成を説明する。
安定化部２３は、低周波濾波回路（以下、ＬＰＦとい
う）５４、及び同期検波器（以下、ＬＡという）５６を
備えており、ＬＰＦ５４及びＬＡ５６は光検出器４８の
出力信号がＬＰＦ５４を介してＬＡ５６の比較側に入力
されるように接続されている。ＬＡ５６の参照側は、て
い倍器５８を介して所定周波数（本実施の形態では１０
Ｈｚ）で発振する発振器６０が接続されている。ＬＡ５
６の出力側は、積分器構成の誤差増幅器６４の一方の入
力側に接続されている。誤差増幅器６４の他方の入力側
は、参照電圧を設定するための可変電圧源６２を介して
接地されている。誤差増幅器６４の出力側は加算器６８
の第１入力側に接続されており、その加算器６８の第２
入力側は発振器６０が接続され、第３入力側は参照電圧
を設定するための可変電圧源７０を介して接地されてい
る。加算器６８の出力側は制御用光源７２に接続されて
いる。この加算器６８からは制御電圧（直流）と数十Ｈ
ｚ以下の低周波交流電圧の信号が出力される。

【００３３】制御用光源７２は加算器６８からの入力信
号に応じた光強度でレーザ光を射出する。この制御用光
源７２の光の射出側にはマルチモード光ファイバ（以
下、ＭＭＦという）３６が設けられている。このＭＭＦ
３６は後述する光電変換部７８へ制御用光源７２の光を
導くためのものである。

【００３４】本実施の形態では、制御用光源７２として
波長域が０．８μｍ帯の半導体レーザを用いている。な
お、制御用光源７２は０．８μ帯の半導体レーザに限定
されるものではなく、電気信号により強度変調可能な光
源でかつ、後述する異常光起電力膜７４の感度波長域に
適合するものならば、他の光源を用いてもよい。

【００３５】また、ＭＭＦ３６は光（光強度や光量）を
伝送するだけなので、ガラスファイバ、プラスチックフ
ァイバ、またはそれらのシングルモードファイバ等を用
いることができる。

【００３６】上記光電変換部７８は、光変調器３０上及
びその付近に設けられる。光電変換部７８は安定化用電
極２８を含んでおり、この安定化用電極２８は光変調器
３０の電極２６に接して設けられている。この安定化用
電極２８上には超高インピーダンスの異常光起電力膜７
４が設けられている（図４参照）。詳細は後述するが、
異常光起電力膜７４は、材料として例えばＣｄＴｅ，Ｃ
ｄＳ／ＣｄＴｅを用い、斜め蒸着膜等を形成することに
よって構成することができる。

【００３７】なお、上記では安定化用電極２８を光変調
器３０の電極２６に接して設けた場合を説明したが、電
極２８を設けることなく、異常光起電力膜７４そのもの
を光変調器３０の電極２６に接して堆積させてもよい。

【００３８】図４（１）に示すように、異常光起電力膜
７４の遠方（図４の紙面上方）には、反射膜７６が設け
られている。この反射膜７６の近傍にはＭＭＦ３６の他
端が位置しており、ＭＭＦ３６を伝播した光が所定方向
（図４の矢印Ａ方向）に反射膜７６で反射され、この反
射された光で異常光起電力膜７４が照射される。具体的
には、図４（２）に示すように、光変調器３０の上方の
光電変換部７８に含まれる超高インピーダンスの異常光
起電力膜７４の真上に膜表面から約１ｍｍの間隔を離し
た位置に、ＭＭＦ３６の先端を設置する。このＭＭＦ３
６の先端部の上面を４５度に切断し、切断面上に金（Ａ
ｕ）を電子ビーム蒸着法で形成し、反射膜７６を形成す
る。この反射膜７６が形成されたＭＭＦ３６をエポキシ
樹脂系の接着剤を用いて有機高分子からなるパッケージ
の蓋８０に固定する。なお、光変調器３０自身も有機高
分子からなるパッケージ本体８１に納め、紫外線硬化樹
脂で本体８１と蓋８０を接着して密閉する。従って、Ｍ
ＭＦ３６を伝搬した光は反射膜７６で所定方向Ａに反射
され、この反射された光で異常光起電力膜７４が照射さ
れる。なお、異常光起電力膜７４へ、制御光を照射する
方法としては、図４（２）に示すような反射膜７６を用
いてもよいし、図４（３）に示すように反射膜７６の代
わりにＭＭＦ３６の先端部に紫外線硬化樹脂により固定
したプリズム８２を用いてもよい。

【００３９】このように、安定化部２３は、異常光起電
力膜７４に遠方からＭＭＦ３６を介して制御用光源７２
の光を光電変換部７８へ照射する構成と、電界センサ部
２２の光検出器４８より位相バイアス変動に起因する電
圧を抽出して制御用光源７２に帰還するフィードバック
回路とから構成されている。

【００４０】次に、本実施の形態の作用を説明する。制
御光を射出する制御用光源７２は加算器６８から出力さ
れた制御電圧（直流）と数十Ｈｚ以下の低周波交流電圧
で駆動されている。制御用光源７２から射出された制御
光はＭＭＦ３６を介して、異常光起電力膜７４に照射さ
れる。この制御光の照射によって、制御光の強度に応じ
た電圧が異常光起電力膜７４に発生し、発生した電圧は
光変調器３０の変調電圧として安定化用電極２８を介し
て電極２６に印加される。

【００４１】この電極２８に印加された変調電圧によ
り、光変調器３０の位相バイアスはゆっくりと振動す
る。これによって、光導波路を伝播する光は強度変調を
受ける。すなわち、反射部３４で反射され、光変調器３
０からの戻り光は光強度が変化し、この光強度変化は光
検出器４８において電圧変換される。変換された信号電
圧は、ＬＰＦ５４により抽出され、ＬＡ５６へ出力され
る。なお、ＨＰＦ５０を通した信号は本来の電界測定信
号として端子５２へ出力される。

【００４２】ＬＰＦ５４で抽出された信号は制御用光源
に加えた低周波信号（本実施の形態では周波数１０Ｈｚ
の信号）を基準にしてＬＡ５６によって同期検波され、
光強度変化、すなわち、位相バイアス変動に比例した電
圧として誤差増幅器６４へ出力される。誤差増幅器６４
では入力信号をその出力信号である制御用光源の駆動電
圧に負帰還（ネガティブ・フィードバック）する。この
ように、位相バイアス変動に比例した電圧が制御用光源
の駆動電圧に負帰還されることにより、制御用光源７２
では、位相バイアス変動に比例した強度の光を射出し、
その光が異常光起電力膜７４に照射される。この照射に
よって、位相バイアス変動を抑制する電圧が発生され、
光変調器３０における位相バイアス変動が抑制される。

【００４３】このように、光変調器３０の位相バイアス
が変動した場合、光変調器３０からの光を光検出器４８
で電気信号に変換した出力信号中には位相バイアス変動
に応じたバイアス変動信号が含まれる。この位相バイア
ス変動信号をＬＰＦ５４において抽出し、誤差増幅器６
４で基準値と比較し差を求めることにより、バイアス変
動の大きさが検出される。この基準値との差に応じた電
圧により位相バイアス変動の変化の極性を符号が逆にな
るように負帰還構成にされた加算器６８からの出力信号
を含んで制御用光源７２が駆動されるので、この制御光
が異常光起電力膜に照射され、バイアス変動を打ち消す
ような光起電圧を発生する。従って、位相バイアス変動
が発生しても制御光照射による光起電圧の発生により打
ち消され、光変調器の特性は安定化される。

【００４４】本実施の形態の電界検出装置２０によれ
ば、光変調器３０の位相バイアスを電線を用いずに制御
することができ、感度（利得）の変動を安定化させて、
精度、実用性を向上させることができる。

【００４５】また、光変調器の位相バイアス変動を補正
するために、位相バイアス変動に応じて負帰還された駆
動信号による光を光変調器へ直接照射しているので、光
変調器のＳＮ比を低下させる有害な妨害電圧が誘起され
ることがない。従って、本光変調器を電界センサに用い
れば、シンプルな構成で高精度な測定が可能になる。ま
た、異常光起電力膜は超高インピーダンスであるため、
電界センサの周波数特性を劣化させることがない。この
ように、センサ特性の変動は抑制されるので、精度、実
用性は大幅に向上させることができる。

【００４６】さらに、異常光起電力膜７４が超高インピ
ーダンスであるため、電界センサとして機能する光変調
器３０の周波数特性を劣化させることがない。また、光
変調器に付加するものは、異常光起電力膜７４とＭＭＦ
３６のみであり、金属部品、金属信号線を付加すること
もないため、「被測定電界を乱さない」という特徴を損
なうこともない。

【００４７】図５には、本実施の形態の電界検出のため
に用いる光変調器の安定化の有効性を評価するために行
った実験結果として、異常光起電力膜を集積化した光制
御型光変調器の制御特性、すなわち、制御光強度と光変
調器の出力光強度の関係を示した。制御光強度の増大に
応じて、異常光起電力膜７４の光起電圧も増大し、それ
により光変調器の出力光強度は正弦関数的に変化する様
子を示している。この図から理解されるように、制御光
強度が７ｍＷ付近で、位相バイアスはπ／２となり、特
性曲線の傾きは最大となり、これを動作点とすると、電
界センサとしての電圧に対する感度は最大となる。

【００４８】図６には、本実施の形態の電界検出のため
に用いる光変調器の安定化の有効性を評価するために行
った実験結果として、光変調器の動作点の変動の例を示
した。なお、光変調器の動作点の変動量は、位相に変換
して示している。図６（１）には光制御安定化フィード
バックを行わない場合の光変調器の動作点の変動を示
し、図６（２）には光制御安定化フィードバックを行っ
た場合の光変調器の動作点の変動を示した。

【００４９】図６（１）から理解されるように、安定化
を行わない場合には、室温から４０℃の周囲温度変動に
より、動作点は位相バイアス換算でπ／４程度変動す
る。一方、図６（２）から理解されるように、本実施の
形態による安定化フィードバックを行った場合、動作点
の変動はほとんど無視できる量に制御され、感度の変動
はほぼ零になる。

【００５０】次に、上記の異常光起電力膜７４の形成方
法について説明する。異常光起電力膜７４は、非常に低
光量（例えば、０．１Ｗ／ｃｍ² ）の光照射でも高電圧
を発生するＣｄＳ_X Ｔｅ_1-X 膜で構成されるものであ
り、ＣｄＳとＣｄＴｅの異種物質の２源斜め同時蒸着法
で形成される。すなわち、ＣｄＳとＣｄＴｅの２種類の
ターゲットを基板法線に対して３０度から８０度傾斜さ
せて、法線に対称に配置して同時に斜めスパッタ蒸着し
て作製する。これにより、図７の模式的な断面図に示さ
れるような、異常光起電力膜としての斜め蒸着膜が形成
される。図８には、異常光起電力膜へ、波長０．８μｍ
の光を１ｍｍ² の範囲に照射したときの照射光強度と光
起電圧の関係を示した。なお、異常光起電力膜の組成比
は両側のターゲットへの投入電力で制御し、ＣｄＳ_X Ｔ
ｅ_1-X 膜の組成比ｘを調節して、発生する光起電圧と応
答時間を制御する。上記光変調器３０に集積化するには
組成比ｘは０．２から０．３を使用する。なお、光変調
器３０に集積化するときの組成範囲では発生する光起電
圧は約５Ｖ（０．１Ｗ／ｃｍ² の照射光量）、応答時間
０．１秒となり、光変調器の動作電圧と同レベルとなる
ので、特性安定化に適用可能となる。なお、Ｔｉ：Ｌｉ
ＮｂＯ₃ 基板の影響を最小に抑えるため、異常光起電力
膜は室温で成膜することが望ましい。

【００５１】なお、上記の例では異常光起電力膜は２源
斜め蒸着で形成したが、混晶ＣｄＳ _X Ｔｅ_1-X の蒸着で
も形成可能である。また、膜構造は３元混晶であっても
ＣｄＳとＣｄＴｅの混在した状態であっても良い。

【００５２】また、光起電力膜として上記の例ではＣｄ
Ｓ_X Ｔｅ_1-X 膜で構成したが、その他の単独で高い光起
電力を有する半導体、例えば、ＣｄＴｅ，ＧａＡｓ，Ｓ
ｉ，Ｇｅ，ＰｂＳ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＩｎＰ，ＨｇＴ
ｅ，Ｓｂ₂ Ｓ₃ ，ＺｎＴｅなどと導電性物質、例えば、
ＣｄＳ，Ｉｎ₂ Ｔｅ₃ ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｔｅ₃ ＋Ｓｎ
Ｏ₂ （ＩＴＯ）、金属（Ａｕ，Ａｇなど）などとの混合
物、またはそれらの構成元素からなる材料でも良い。上
記物質系の組み合わせでも２源斜め蒸着法で異常光起電
力膜を形成することができる。

【００５３】本実施の形態のように異常光起電力膜を用
いることにより、３次非線形光学材料を用いた光で光を
制御する方式に比べ、極めて小さな光量の光で光を制御
（光変調）することができる。３次非線形光学材料を用
いた光で光を制御する場合には１ＭＷ／ｃｍ² の光量を
要するに対して、本実施の形態による異常光起電力膜を
用いた場合には０．１Ｗ／ｃｍ² の光量でよく、７桁も
小さな光量で制御することができる。従って、極めて小
さな光量の光で変調することができ、金属信号線を用い
ない光変調器の特性安定化を容易に達成することができ
る。

【００５４】なお、本実施の形態では、電界センサに本
発明を適用した場合について説明したが、電圧センサ、
磁界センサ等の他のセンサ用途に適用した場合も略同様
に構成することができる。例えば、電圧センサなら図３
の光変調器の電極に接続したダイポールアンテナを電圧
測定点に接続するリード線や接触プローブに換えるのみ
で実現可能である。また、磁界センサとして用いる場合
には、ダイポールアンテナに代えてループアンテナを用
いればよく、安定化のための安定化部２３を変更する必
要はない。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載した
発明によれば、光変調手段の位相バイアス変動を補正す
るために、電線を用いることなく、位相バイアス変動に
応じて負帰還された駆動信号による光を光変調手段へ直
接照射しているので、光変調手段のＳＮ比を低下させる
有害な妨害電圧が誘起されることがない、という効果が
ある。

【００５６】請求項２の発明によれば、低周波発振器に
よってバイアス変動信号を負帰還することにより得られ
る直流信号に低周波信号が重畳されるので、光変調器の
位相バイアスはゆっくりと振動すると共に、この振動は
抽出手段により除去され、バイアス変動信号のみが抽出
されて、変動した位相バイアスに応じた制御光照射を容
易に行うことができる、という効果がある。

【００５７】請求項３に記載した発明によれば、光電変
換手段としてまた、異常光起電力膜は超高インピーダン
スの異常光起電力膜を用いているので、電界センサ等の
測定字における周波数特性を劣化させることがない、と
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】正常時と動作点がドリフトしたときの各光変調
器の特性を示す線図である。

【図２】従来の動作点のドリフトが補償される光変調装
置を示す概略構成図である。

【図３】本実施の形態にかかる、電界検出装置の概略構
成を示すブロック図である。

【図４】異常光起電力膜の周辺構成を示す一部抽出図で
ある。

【図５】光変調器の安定化の有効性を評価するために行
った実験結果を示し、異常光起電力膜を集積化した光制
御型光変調器の制御特性（制御光強度と光変調器の出力
光強度の関係）を示した線図である。

【図６】光変調器の安定化の有効性を評価するために行
った実験結果を示し、光変調器の動作点の変動を示した
線図である。

【図７】異常光起電力膜の一構成例を示す線図である。

【図８】異常光起電力膜に光を照射したときの照射光強
度と光起電圧の関係を示す特性図である。

【符号の説明】

２０ 電界検出装置 ２２ 電界センサ部 ２３ 安定化部 ３６ マルチモード光ファイバ ４８ 光検出器 ５４ 低周波濾波回路 ５６ 検波器 ６６ 増幅器 ７２ 制御用光源 ７４ 異常光起電力膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 元廣 友美 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 日置 辰視 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 平５−142504（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−91779（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−318875（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−113557（ＪＰ，Ａ) 22ａ−Ｒ−３ 異常光起電力材料を用 いたマッハツエンダー型光−光スイッチ ング，第55回応用物理学会学術講演会講 演予稿集，1994年，Ｎｏ．３，ｐ．965 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/03 502 G01R 15/24 G01R 29/08 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に設けられた光導波路及び該光導
   波路に対応して設けられた電極を備え、該電極に入力さ
   れた被測定物理量に応じた電圧により該光導波路におい
   て入力光を変調して出力する光変調器からの出力光の強
   度を検出する光検出手段と、 前記光変調器の電極に接して設けられ、照射された制御
   光に応じた電圧を前記電極に印加する電圧印加手段と、 前記光検出手段の出力信号に基づいて前記光変調手段の
   位相バイアス変動に応じて負帰還され、該バイアス変動
   信号を打ち消す駆動信号を出力する信号出力手段と、 前記信号出力手段の駆動信号に応じた制御光を前記電圧
   印加手段へ照射する光源手段と、 を備えた光変調器の安定化装置。
2. 【請求項２】 前記信号出力手段は、前記バイアス変動
   信号を負帰還することにより得られる直流信号に低周波
   信号を重畳するための低周波発振器と、前記低周波発振
   器の出力信号に基づいて前記バイアス変動信号を抽出す
   る抽出手段とからなることを特徴とする請求項１に記載
   の光変調器の安定化装置。
3. 【請求項３】 前記電圧印加手段は、前記電極に接して
   集積化された異常光起電力膜で構成された光電変換手段
   からなることを特徴とする請求項１に記載の光変調器の
   安定化装置。