JP3866230B2 - 光モニタリングシステム - Google Patents

Description

本発明は、光モニタリングシステムに関するものであり、特に、本発明はモニタ光として、導波路の入射端部で反射される反射光を利用する光モニタリングシステムに関するものである。

一般的に、光導波路型光変調器などのように、基板に光導波路を形成した光学素子においては、該光学素子に入射される光を検出し、該検出結果を利用して、該光学素子の駆動制御や、該入射光を出射する光源などの他の光学素子の駆動制御などを行っている。

従来、光学素子に入射する光を検出する方法としては、以下の特許文献１〜３などのように、入射光の光路上に光カプラやビーム・スプリッターなどの光分岐手段を設け、入射光の一部を取り出し光検出器で検出することが行われていた。
例えば、図１のように、光源である半導体レーザ１から出射した光６を光分岐手段２に入射させ、出力光７，８に分離する。出力光７は光学素子の一種である光変調器３に入射し、光変調器で所要の光変調を受け、出射光９として光学素子の外部に出射される。
特開平８−７６０７１号公報 特開平９−７３０５５号公報 特開２０００−２４１７７８号公報

また、光分岐手段により光６の一部が分岐され、出力光８として、モニタ手段である光検出器４に入射する。光検出器４では、出力光８の光強度に対応した電気信号１０を出力する。
制御手段５では、電気信号１０に対応して、光源である半導体レーザ１の出力光量や光変調器３の駆動電圧などを制御する制御信号１１，１２を出力する。また、制御手段５においては、電気信号１０だけでなく、図示していない光変調器３からの出射光９に係る検出信号や、外部からの制御信号などを組合わせて処理することにより、制御信号１１，１２を出力するよう構成することも可能である。

しかしながら、このような光分岐手段を用いた場合には、光学素子に入射する入射光の一部をモニタ用として分岐するため、該入射光の光損失が増大し、光通信などにおいては光信号の劣化や出力低下の原因となる。
また、光分岐手段を設けるためには、図１においては、半導体レーザ１と光変調器３との間に、光分岐手段２を設ける必要があるため、装置の肥大化や構造の複雑化を招くという問題がある

本発明は、上述したような問題を解決し、導波路が形成された基板を有する光学素子への入射光を、光損失を抑制しながら精度の高い検出を可能とすると共に、装置全体のコンパクト化を達成する光モニタリングシステムを提供することである。

上記課題を解決するための手段としては、請求項１に係る発明は、導波路が形成された基板と、該導波路に光を導入するための光ファイバとを有する光モニタリングシステムにおいて、該光ファイバを保持し、該基板に該光ファイバを接続するためのキャピラリーを有し、該導波路の入射端部で反射した反射光を再度反射させ、キャピラリーの外側に設けられたモニタ手段に再反射光を入射させる反射面を、該キャピラリーに設けることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光モニタリングシステムにおいて、該キャピラリーの表面には、該再反射光が通過する部分を除く全面又は一部に遮光膜を設けることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明では、請求項１又は２に記載の光モニタリングシステムにおいて、該導波路の入射端部には、偏光子が配置されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、入射光の光路上に光検出のための光分岐手段を配置する必要が無く、入射光の光損失を抑制することが可能となる。しかも、光ファイバを支持する部材である、キャピラリーに反射面を形成し、該導波路の入力端部で反射された反射光を、該反射面で再反射することにより、モニタ手段に効率良く導くことが可能となる。これにより、例えば、モニタ手段をキャピラリーの近傍に配置するなど、モニタ手段の設計や配置に係る自由度を高めると共に、装置全体をコンパクト化することも可能となる。

請求項２に係る発明により、キャピラリーの表面には、再反射光が通過する部分を除く全面又は一部に遮光膜を設けるため、再反射光以外の光が、モニタ手段に入射することを防止し、モニタ手段による再反射光の光量をより正確に検出することが可能となる。

請求項３に係る発明により、導波路の入射端部には、偏光子が配置されているため、偏光子で反射した光を、モニタ手段に入射させ、有効利用することが可能となる。

本発明に係る光モニタリングシステムの一例を図２に示す。
光源である半導体レーザ１から出射した光６は、光変調器を内蔵した光変調器ユニット２０に入射し、所要の光変調を受けた後、出射光９として外部に出力される。他方、光変調器ユニット２０内では、光学素子の一種である光変調器に入射する光６の一部が検出され、電気信号１０として、制御手段５に入力される。
制御手段は、先に示した従来技術と同様に、該電気信号１０を用いて、半導体レーザ１の出力光量や光変調器ユニット２０内の光変調器自体の駆動状態を制御する制御信号１１，１２を出力する。

図３は、図２の光変調器ユニット２０に内蔵された光変調器の入射端部の状態を示す図である。２１は、光変調器を構成する基板であり、該基板には、導波路２２が形成されている。
光変調器を構成する基板としては、電気光学効果を有する材料、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３；以下、ＬＮという）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）から構成され、特に、光導波路デバイスとして構成しやすく、かつ異方性が大きいという理由から、ＬｉＮｂＯ_３結晶、ＬｉＴａＯ_３結晶、又はＬｉＮｂＯ_３及びＬｉＴａＯ_３からなる固溶体結晶を用いることが好ましい。
また、導波路は、Ｔｉなどを、熱拡散法、エピタキシャル成長法、及びイオン注入法などにより、基板内に分散させることで形成することが可能である。

次に、基板２１に形成された導波路２２に光を導入するためには、レンズ等の光導入手段２４を用いて、導波路２２の入射端部に入射光２７を集光させることが望ましい。集光させる方法としては、レンズ等による空間的光学系を用いて集光する方法以外に、光ファイバー等の導波路部材を直接的に導波路２２に接合し、光損失を抑制しながら導光することも可能である。
光導入手段２４は、光変調器ユニット２０内に組み込む場合、あるいは、光源等の半導体レーザのユニットに組み込む場合、さらには、光源と光変調器と共に一つのユニットに組み込む場合など、種々の適用が可能である。

入射端部においては、入射光２７の光軸と基板又は導波路の入射端面２３は、垂直から約７〜８°ずれるように該光軸または該端面が形成されている。この角度は、通常、入射端面２３の前後における屈折率の差により、該端面２３で入射光が屈折した際に、透過光の光軸が導波路２２による光の伝播方向と一致するよう設定されている。この構成により、入射光２７の光軸と入射端面２３との関係を垂直に構成した場合のように、入射端面からの反射光が、入射光の光軸を逆方向に進行し、光源である半導体レーザ１内に再入射し、光源の発光状態を不安定化させる原因などを、除去することが可能となる。

上述のように、入射光２７の光軸と入射端面２３との関係が垂直から所定の角度だけずれているため、この入射角に対応して、入射光２７は、光学素子である光変調器の入射端部の端面２３で反射された反射光２８を生ずる。
本発明の特徴は、該反射光２８を、モニタ手段である光検出器２６に導き、入射光２７（または導波路２２に伝播した光）の光強度を効率よく検出するものである。これにより、従来必要とされていた光カプラなどの光分岐手段を用いることなく、装置のコンパクト化を達成しながら、入射光のモニタリングを実現することが可能となる。
また、反射光２８を光検出器２６に効率よく導くため、図３のようにレンズ等の光学部品２５を用いて、反射光２８を光検出器２６に集光させる方法や、入射端部と光検出器との間に、光ファイバーなどの光伝導手段を配置して、反射光を光ファイバーを介して光検出器に導くよう構成することも可能である。

図４は、他の実施例であり、光変調器への光導入手段に光ファイバー３２を用いる場合の例を示す。
光ファイバー３２は、基板２１に設けられた導波路２２に対向して配置され、光ファイバー３２内を伝播する入射光３３を、導波路２２内に透過光３４として伝播させる。
基板２１に対する光ファイバーの接合は、光ファイバー３２を支持する支持手段であるキャピラリー３０を用いて行う。キャピラリー３０には、光ファイバー３２を導入するための貫通孔が設けられ、光ファイバー３２と導波路２２との位置合せを行った後、光硬化性接着剤などにより、接合固定される。

基板２１の入射端部は、図３に示した実施例と同様に、入射端面２３が光軸に対して傾斜しており、導波路２２への入射面において、入射光３３の一部が反射し、反射光３５を生ずる。
反射光は、キャピラリー３０の内部を伝播しながら、基板２１側と反対の端面に形成された、反射面３１により更に反射し、キャピラリー３０の外側に配置された光検出器２６に入射する。
このように、キャピラリー３０の端面を利用して、反射光の光路を任意の方向に折り曲げることが可能であるため、光検出器２６をキャピラリー３０の側部近傍に配置することも可能となり、光検出器２６を含む光変調器ユニット全体のコンパクト化が実現できる。

キャピラリー３０の反射面３１は、鏡面仕上げを施し、反射光の反射面３１への入射角を全反射する角度に設定する方法や、反射面３１に反射膜を形成する方法などにより、反射面３１における反射光３５の反射効率を向上させることも可能である。
また、キャピラリー３０と光検出器２６との間には、レンズ、光ファイバーなどの光学部品を配置し、光検出器に反射光を集光させるよう構成するとも可能である。
さらに、キャピラリー３０の表面のうち、反射光３５が通過する部分を除く全面または一部に遮光膜を設けることにより、反射光３５以外の光が、光検出器２６に入射することを防止し、光検出器による反射光の光量をより正確に検出することが可能となる。

図５は、基板２１の導波路２２の入射面に、偏光子４０を形成した例を示す。ＬＮ型光変調器などのように、基板上に導波路を形成し、該導波路に電界を印加することにより光変調を行うものにおいては、導波路内を通過する光波の偏光面を所定の方向にそろえる必要がある。このため、光変調器の入射面に偏光子を形成する場合があり、このような場合には、該偏光子の表面で、入射光４１の一部が反射され、反射光４３を生ずる。他方、入射光４１は、偏光子４０により偏波面が整えられ、透過光４２として、導波路２２内を伝播する。

本発明は、このような場合にも有効であり、偏光子４０から反射した反射光４３は、光検出器２６に導入され、従来のような光分岐手段を用いることなく、装置のコンパクト化を達成しながら、入射光のモニタリングを実現することが可能となる。
図５の偏光子のように、導波路２２の入射面に近接して他の光学部品を配置する場合において、該光学部品上で反射光を生じる場合には、本発明における「導波路の入射端部」とは、該光学部品上の反射光を生じる反射面を意味するものである。

以上の説明においては、「導波路が形成された基板」の例として、ＬＮ型光変調器を中心に説明したが、本発明は、これに限るものではなく、電界吸収型やキャリヤ注入型のような光吸収変形型の光変調器にも適用可能である。さらに、光変調器に限らず基板に導波路を形成する各種光学素子に適用可能であることは言うまでもない。
また、上記実施例においては、「導波路が形成された基板」に入射する光の出射する手段として、半導体レーザによる光源を例示したが、これに限らず発光ダイオードなどの各種光源であっても良いし、他の光変調器などからの出射光を「導波路が形成された基板」に導入するよう構成しても良い。

本発明によれば、導波路が形成された基板を有する光学素子への入射光を、光損失を抑制しながら精度の高い検出を可能とすると共に、装置全体のコンパクト化を達成する光モニタリングシステムを提供することが可能となる。

従来の光分岐手段を用いた光モニタリングシステムを示した説明図である。 本発明に係る光モニタリングシステムを示した説明図である。 光モニタリングシステムの実施例を示した説明図である。 光ファイバーを利用した場合の光モニタリングシステムの実施例を示した説明図である。 導波路の入射面に偏光子をもうけた場合の光モニタリングシステムの実施例を示した説明図である。

符号の説明

１ 半導体レーザ
２ 光分岐手段
３ 光変調器
４，２６ 光検出器
５ 制御手段
２０ 光変調器ユニット
２１ 基板
２２ 導波路
２４，２５ レンズ
３０ キャピラリー
３２ 光ファイバー
４０ 偏光子

Claims (3)

1. 導波路が形成された基板と、該導波路に光を導入するための光ファイバとを有する光モニタリングシステムにおいて、
   該光ファイバを保持し、該基板に該光ファイバを接続するためのキャピラリーを有し、
   該導波路の入射端部で反射した反射光を再度反射させ、キャピラリーの外側に設けられたモニタ手段に再反射光を入射させる反射面を、該キャピラリーに設けることを特徴とする光モニタリングシステム。
2. 請求項１に記載の光モニタリングシステムにおいて、該キャピラリーの表面には、該再反射光が通過する部分を除く全面又は一部に遮光膜を設けることを特徴とする光モニタリングシステム。
3. 請求項１又は２に記載の光モニタリングシステムにおいて、該導波路の入射端部には、偏光子が配置されていることを特徴とする光モニタリングシステム。

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