JP5300752B2

JP5300752B2 - Light modulator

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Publication number: JP5300752B2
Application number: JP2010010450A
Authority: JP
Inventors: 真司美野; 芳行土居
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2030-01-20
Also published as: JP2011150089A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress reduction of mechanical reliability due to thermal stress in an optical modulator having an LN waveguide and a PLC waveguide. <P>SOLUTION: The optical modulator 100 includes a PLC-LN chip 110 constituted of the LN waveguide 111 and the PLC waveguide 112, a package 140 housing the PLC-LN chip 110, a fiber 130 passing through a pipe part 140A of the package 140 and a fiber block 120 connecting the fiber 130 to the PLC 112. The LN waveguide 111 is fixed to the package 140. A ferrule 150 is inserted in the pipe part 140A and one end of the fiber 130 is fixed to an end surface 150A thereof. The other end of the fiber 130 is fixed to a point in contact with the fiber block 120. The length ΔL<SB>max</SB>(hereinafter referred to as [fiber free length]) of the fiber 130 between these two points satisfies a relation ΔL<SB>max</SB>/L<SB>fiber</SB><0.0125 of formula (2). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光変調器に関し、より詳細には、ＰＬＣ導波路およびＬＮ導波路を備える光変調器に関する。 The present invention relates to an optical modulator, and more particularly to an optical modulator including a PLC waveguide and an LN waveguide.

インターネット等により通信トラフィックの大容量化が求められている。そのため、波長分割多重（ＷＤＭ）システムにおいて、１チャネル当たりの伝送速度の増加や波長数の増加が求められている。具体的には、ＷＤＭシステムの伝送には４０Ｇｂｉｔ／ｓや１００Ｇｂｉｔ／ｓといった高い伝送速度が求められている。しかし、高速化のために変調シンボルレートを高くすると、分散耐性が急激に劣化し、伝送距離が縮小してしまうという問題がある。また、信号スペクトルの広がりも大きくなるため、波長分割多重（ＷＤＭ)伝送におけるフィルタの帯域やチャネル間隔を大きくとらなければならないという問題もある。そこで、シンボルレートを上げずにビットレートを大きくする多値化技術、多重化技術の必要性が高まっている。 There is a demand for an increase in communication traffic volume via the Internet and the like. Therefore, in a wavelength division multiplexing (WDM) system, an increase in transmission speed per channel and an increase in the number of wavelengths are required. Specifically, high transmission rates such as 40 Gbit / s and 100 Gbit / s are required for transmission in the WDM system. However, if the modulation symbol rate is increased for higher speed, there is a problem that the dispersion tolerance is rapidly deteriorated and the transmission distance is reduced. In addition, since the spread of the signal spectrum is increased, there is a problem that a filter band and a channel interval in wavelength division multiplexing (WDM) transmission must be increased. Thus, there is an increasing need for multilevel technology and multiplexing technology that increases the bit rate without increasing the symbol rate.

このような背景から、実際にチャネル当たり４０Ｇｂｉｔ／ｓや１００Ｇｂｉｔ／ｓの超高速伝送が実現または提案されている。こうした多値変調器の１例として、ニオブ酸リチウム（ＬＮ：ＬｉＮｂＯ₃）基板にチタン（Ｔｉ）拡散を用いて光導波路を形成したＬＮ光変調器が有望であり、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。 Against this background, 40 Gbit / s or 100 Gbit / s ultra high speed transmission is actually realized or proposed per channel. As an example of such a multilevel modulator, an LN optical modulator in which an optical waveguide is formed on a lithium niobate (LN: LiNbO ₃ ) substrate using titanium (Ti) diffusion is promising. For example, DQPSK for 40 Gbit / s Development of a modulator, a polarization multiplexing QPSK modulator for 100 Gbit / s, and the like is underway.

このＬＮ変調器は、光通信システムの重要な光部品であり、その信頼性の向上が求められている。高信頼化には、ＬＮ変調器を筐体（パッケージ）に気密封止する実装技術が大きな影響を持ち、研究が進められている。 This LN modulator is an important optical component of an optical communication system, and its reliability is required to be improved. For high reliability, mounting technology that hermetically seals the LN modulator in a casing (package) has a great influence, and research is being advanced.

一方、図４に示すように、ＬＮ基板と、Ｓｉ基板上にＳｉＯ₂系ガラスを主成分とする石英系光波回路（ＰＬＣ：ＰｌａｎａｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ）を組み合わせて変調器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４では、位相シフタの部分にのみＬＮ基板２２０を用い、引き回しのための光導波路には石英系のＰＬＣ２１０、２３０を用いている。このため、ＬＮ光導波路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、全体の挿入損失を低減したりすることが可能である。 On the other hand, as shown in FIG. 4, a conventional example in which a modulator is configured by combining an LN substrate and a quartz lightwave circuit (PLC) composed mainly of SiO ₂ glass on a Si substrate is also reported. (See Patent Documents 1 and 2). In FIG. 4, the LN substrate 220 is used only for the phase shifter, and quartz-based PLCs 210 and 230 are used for the optical waveguide for routing. For this reason, the characteristics of the passive circuit with excellent PLC can be utilized while maintaining the excellent characteristics of the LN optical waveguide. For example, it is possible to reduce the size of the entire circuit or reduce the entire insertion loss.

図５に、ＬＮ基板と石英系のＰＬＣを組み合わせて変調器を構成する従来例の斜視図を示す。この変調器３００は、光信号の入力側の光ファイバ３０１と、２段のＹ分岐を備えた石英系のＰＬＣ３０２と、複数の位相シフタを備えたＬＮ基板３０３と、２段のカプラを備えた石英系のＰＬＣ３０４と、光信号の出力側の光ファイバ３０５とから構成されている。これらの基板は、それぞれの光導波路同士を調心した後、ＵＶ接着剤により接続することが可能である。 FIG. 5 is a perspective view of a conventional example in which a modulator is configured by combining an LN substrate and a quartz-based PLC. The modulator 300 includes an optical fiber 301 on the input side of an optical signal, a quartz PLC 302 having a two-stage Y branch, an LN substrate 303 having a plurality of phase shifters, and a two-stage coupler. It is composed of a quartz-based PLC 304 and an optical fiber 305 on the optical signal output side. These substrates can be connected by a UV adhesive after aligning the respective optical waveguides.

我々は既にＰＬＣと光ファイバブロックとの接続について、量産性、信頼性を確立しており、このような基板同士の接続技術は、上記接続と構造が似ているため同様に容易に可能であると予想する。ＰＬＣとＬＮ基板上の光波回路は、光導波路同士のモードフィールド径の値が近いものを用いることが可能であり、またＬＮ光導波路の形状が例えば横長の場合でもＰＬＣでスポットサイズ変換機能を構成することにより低い接続損失で接続可能なことが既に示されている。また、図に示すように、ＬＮ基板とＰＬＣの間では、端面を斜めにして導波路を接続することにより反射を防止する構造を取ることが多い。 We have already established mass productivity and reliability for the connection between PLC and optical fiber block, and such a connection technology between substrates is easily possible because the structure is similar to the above connection. I expect. The lightwave circuit on the PLC and LN substrate can use the ones with close mode field diameter values between the optical waveguides, and even if the shape of the LN optical waveguide is horizontally long, for example, the spot size conversion function is constituted by the PLC It has already been shown that connection can be made with low connection loss. In addition, as shown in the figure, the LN substrate and the PLC often have a structure that prevents reflection by connecting the waveguide with the end face inclined.

特開２００３−１９５２３９号公報JP 2003-195239 A 特開２００３−１２１８０６号公報JP 2003-121806 A 特開平０７−０２７９４９号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-027949

パッケージに収納されたＬＮ変調器には、パッケージのパイプ部を通じてファイバが接続される。パッケージの材料をステンレス、例えばＳＵＳ３０３としてＬＮとの熱膨張係数の差を小さくしても、パッケージ材料と、ファイバ及びファイバブロックとの間に熱膨張係数の差が存在し、熱応力に起因する機械的信頼性低下という問題がある。 A fiber is connected to the LN modulator housed in the package through a pipe portion of the package. Even if the package material is made of stainless steel, such as SUS303, and the difference in thermal expansion coefficient is small, there is a difference in thermal expansion coefficient between the package material and the fiber and fiber block. There is a problem of lowering the reliability.

こうした問題に対処するために研究が行われている（特許文献３参照）。一方、ＰＬＣ−ＬＮ変調器においては、問題がさらに大きくなる。ここでＰＬＣ−ＬＮ変調器とは、ＬＮ導波路は伝搬損失や許容曲げ半径がＰＬＣ導波路と比べて大きく複雑な光回路の構成に不向きであることに鑑みて、上記の通りＬＮ導波路とＰＬＣ導波路を組み合わせた光変調器である。ＰＬＣ導波路は、シリコン基板上に形成した石英系ガラス導波路によって構成されたプレーナ光波回路であり、ＰＬＣ−ＬＮ変調器では、パッケージ材料と、ファイバ、ファイバブロック及びＰＬＣ導波路との間に熱膨張係数の差が存在する。パッケージ材料とＰＬＣ導波路との間の熱膨張係数の差はファイバブロックよりも大きく、その影響を無視できない。熱膨張係数の差による熱応力は、ファイバやＰＬＣ導波路とＬＮ導波路との接続部にかかり、機械的信頼性を低下させる。表１に熱膨張係数の値を示す。 Research has been conducted to deal with these problems (see Patent Document 3). On the other hand, in the PLC-LN modulator, the problem is further increased. Here, the PLC-LN modulator means that the LN waveguide has a large propagation loss and allowable bending radius compared to the PLC waveguide and is not suitable for a complicated optical circuit configuration. This is an optical modulator combining a PLC waveguide. The PLC waveguide is a planar lightwave circuit composed of a silica-based glass waveguide formed on a silicon substrate. In the PLC-LN modulator, heat is generated between the package material and the fiber, fiber block, and PLC waveguide. There is a difference in expansion coefficient. The difference in coefficient of thermal expansion between the package material and the PLC waveguide is larger than that of the fiber block, and its influence cannot be ignored. The thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient is applied to the connection portion between the fiber or the PLC waveguide and the LN waveguide, and the mechanical reliability is lowered. Table 1 shows values of thermal expansion coefficients.

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導波路およびＰＬＣ導波路を有する光変調器において、熱応力による機械的信頼性の低下を抑制することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to suppress a decrease in mechanical reliability due to thermal stress in an optical modulator having an LN waveguide and a PLC waveguide. is there.

このような目的を達成するために、本発明は、光変調器において、ＰＬＣ導波路及びＬＮ導波路で構成されたＰＬＣ−ＬＮチップと、前記ＰＬＣ−ＬＮチップの前記ＰＬＣ導波路と接続されるファイバブロックと、前記ファイバブロックの端面位置である第１の固定点で接続されるファイバと、前記ＰＬＣ−ＬＮチップ、前記ファイバブロックおよび前記ファイバを収納するとともに、前記ファイバを外部へ通すためのパイプ部を備えるパッケージとを含み、前記ＬＮ導波路は、前記パッケージ内で固定され、前記ＰＬＣ導波路は、前記パッケージに接触しないように当該パッケージと隙間を有する状態で、前記ＬＮ導波路と接続され、前記ファイバブロックは、前記パッケージに接触しないように当該パッケージと隙間を有する状態で、前記ＰＬＣ導波路と接続され、前記パイプ部内では、前記ファイバが第２の固定点で固定され、前記ファイバが４．８ＧＰａ程度で破断し得る場合に、前記パッケージ内で前記ファイバが固定されている前記第１の固定点から前記第２の固定点までの長さをＬfiberとし、かつ、前記光変調器の最大使用温度範囲にわたる熱膨張による前記パッケージの変位量と、前記熱膨張による前記ＰＬＣ導波路、前記ファイバブロック及び前記ファイバの変位量との差をΔＬmaxとすると、当該ファイバにかかる応力が０．９６ＧＰａ以下となるように、（ΔＬmax／Ｌfiber）＜０．０１２５の関係を満たすようにするものである。 In order to achieve such an object, according to the present invention, an optical modulator is connected to a PLC-LN chip composed of a PLC waveguide and an LN waveguide, and the PLC waveguide of the PLC-LN chip. A fiber block, a fiber connected at a first fixed point that is an end face position of the fiber block, a pipe for housing the PLC-LN chip, the fiber block and the fiber, and passing the fiber to the outside The LN waveguide is fixed in the package, and the PLC waveguide is connected to the LN waveguide in a state of having a gap with the package so as not to contact the package. The fiber block has a gap with the package so that it does not come into contact with the package. Is connected to a PLC waveguide, within the pipe section, the said fiber is fixed at a second fixing point, in the case where the fiber can be broken at about 4.8 GPa, said fiber within said package is fixed The length from the first fixed point to the second fixed point is Lfiber, and the displacement of the package due to thermal expansion over the maximum operating temperature range of the optical modulator, and the PLC waveguide due to the thermal expansion When the difference between the displacement of the fiber block and the fiber is ΔLmax, the relationship of (ΔLmax / Lfiber) <0.0125 is satisfied so that the stress applied to the fiber is 0.96 GPa or less. It is .

あるいは、前記ファイバにはメタルフェルールが接続され、前記メタルフェルールは前記パイプ部にハンダ付けにより固定され、前記メタルフェルールの前記パッケージの内部側の端面が、前記パイプ部の内部に位置するようにしてもよい。 Alternatively, the fiber is connected to a metal ferrule, the metal ferrule is fixed by soldering to the pipe portion, the end face of the inner side of the package of the metal ferrule, so as to be positioned inside the pipe section Also good .

前記光変調器において、前記ファイバを前記パイプ部に固定する際に、前記ファイバが前記パッケージ内にΔＬmax／２以上押し込まれるようにしてもよい。 In the optical modulator, when fixing the pre Symbol fiber to the pipe portion, the fiber may be pushed ΔLmax / 2 or more in said package.

前記ファイバブロックは、前記パッケージの前記パイプ部の中心位置からずらして配置され、前記ファイバがＳ字形状に屈曲されているようにしてもよい。 Before Symbol fiber block is arranged offset from the center of the pipe portion of the package, the fiber may be being bent in an S-shape.

本発明によれば、ＬＮ導波路およびＰＬＣ導波路を有する光変調器において、ファイバ自由長を適切に設定することにより、熱応力による機械的信頼性の低下を抑制することができる。 According to the present invention, in an optical modulator having an LN waveguide and a PLC waveguide, a decrease in mechanical reliability due to thermal stress can be suppressed by appropriately setting the fiber free length.

本発明の一実施形態に係るＰＬＣ−ＬＮ変調器を示す図である。It is a figure which shows the PLC-LN modulator which concerns on one Embodiment of this invention. ファイバ自由長の変位量とファイバにかかる応力との関係の計算結果を異なるファイバ自由長について示す図である。It is a figure which shows the calculation result of the relationship between the displacement amount of fiber free length, and the stress concerning a fiber about different fiber free length. 図１のパイプ部１４０Ａに挿入されたメタルフェルール１５０について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the metal ferrule 150 inserted in the pipe part 140A of FIG. 従来の光変調器を示す図である。It is a figure which shows the conventional optical modulator. 従来の光変調器を示す図である。It is a figure which shows the conventional optical modulator.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施形態に係る光変調器を示す図である。光変調器１００は、ＬＮ導波路１１１及びＰＬＣ導波路１１２で構成されたＰＬＣ−ＬＮ変調器（以下「ＰＬＣ−ＬＮチップ」とも言う。）１１０と、ＰＬＣ−ＬＮチップ１１０を収納するパッケージ１４０と、パッケージ１４０のパイプ部１４０Ａを通るファイバ１３０と、ファイバ１３０をＰＬＣ１１２に接続するファイバブロック１２０とを備える。ＬＮ導波路１１１がパッケージ１４０に固定されている。図１では、説明のため、パッケージ１４０の一部のみを示していることに留意されたい。 FIG. 1 is a diagram illustrating an optical modulator according to an embodiment of the present invention. The optical modulator 100 includes a PLC-LN modulator (hereinafter also referred to as “PLC-LN chip”) 110 configured by an LN waveguide 111 and a PLC waveguide 112, and a package 140 that houses the PLC-LN chip 110. , A fiber 130 that passes through the pipe portion 140A of the package 140, and a fiber block 120 that connects the fiber 130 to the PLC 112. The LN waveguide 111 is fixed to the package 140. It should be noted that only part of the package 140 is shown in FIG.

パイプ部１４０Ａ内にはフェルール１５０が挿入されており、パッケージ１４０の内壁１４０Ｂに近い端面１５０Ａで、ファイバ１３０の一端が固定されている。ファイバ１３０の他端はファイバブロック１２０との接点で固定されている。この二点の間のファイバ１３０の長さ（以下「ファイバ自由長」と言う。）が機械的信頼性を高める上で重要である。 A ferrule 150 is inserted into the pipe portion 140A, and one end of the fiber 130 is fixed on an end surface 150A near the inner wall 140B of the package 140. The other end of the fiber 130 is fixed at a contact point with the fiber block 120. The length of the fiber 130 between these two points (hereinafter referred to as “fiber free length”) is important for enhancing the mechanical reliability.

図２に、ファイバ自由長の変位量とファイバにかかる応力との関係の計算結果を異なるファイバ自由長について示す。×印は、ファイバ自由長を８ｍｍとして破断実験を行った実験結果である。上記計算および実験において、ＰＬＣ導波路１１２の長さを２２ｍｍ、ファイバブロック１２０の長さを６ｍｍとした。 FIG. 2 shows the calculation results of the relationship between the displacement of the fiber free length and the stress applied to the fiber for different fiber free lengths. A cross indicates the experimental result of a fracture experiment with a free fiber length of 8 mm. In the calculations and experiments described above, the length of the PLC waveguide 112 was 22 mm, and the length of the fiber block 120 was 6 mm.

ここでファイバ１３０の破断応力は、以下のように計算で求めることができる。まず直径１２５μｍの光ファイバの破断は６ｋｇｆ＝５８．８Ｎ程度であることが知られている。これを光ファイバの直径１２５μｍに対応した断面積で割ると、光ファイバの破断応力が４．８ＧＰａと求まる。したがって、安全率を５倍にとると、ファイバ１３０にかかる応力は０．９６ＧＰａ以下であることが求められる。光変調器１００の最大使用温度範囲はここでは−５０℃から１００℃とした。この温度範囲にわたる熱膨張によるファイバの変位量はほぼ８２μｍである。図２から分かるように、ファイバ自由長が６ｍｍの場合には、変位量が８２μｍのときに応力が０．９６ＧＰａを超えてしまうため、８ｍｍ以上のファイバ自由長が必要である。ファイバ自由長を８ｍｍ以上とすれば、熱膨張によりファイバ１３０にかかる応力を十分に抑え、機械的信頼性の低下を抑制することができる。 Here, the breaking stress of the fiber 130 can be obtained by calculation as follows. First, it is known that the breakage of an optical fiber having a diameter of 125 μm is about 6 kgf = 58.8 N. When this is divided by the cross-sectional area corresponding to the diameter of the optical fiber of 125 μm, the breaking stress of the optical fiber is found to be 4.8 GPa. Therefore, when the safety factor is five times, the stress applied to the fiber 130 is required to be 0.96 GPa or less. Here, the maximum operating temperature range of the optical modulator 100 is set to −50 ° C. to 100 ° C. The displacement of the fiber due to thermal expansion over this temperature range is approximately 82 μm. As can be seen from FIG. 2, when the fiber free length is 6 mm, the stress exceeds 0.96 GPa when the amount of displacement is 82 μm, so a fiber free length of 8 mm or more is necessary. If the fiber free length is 8 mm or more, the stress applied to the fiber 130 due to thermal expansion can be sufficiently suppressed, and the deterioration of mechanical reliability can be suppressed.

表２に、ファイバ自由長を８ｍｍとして破断実験を行った実験結果を示す。４００μｍまでの変位量に対して破断のないことを確認した。 Table 2 shows the experimental results of a fracture experiment with a free fiber length of 8 mm. It was confirmed that there was no fracture for displacements up to 400 μm.

図２では、特定の構造における見積もりであったが、この結果は以下のようにより一般的な式として表すことができる。各部品の熱膨張係数は表１に示した通りである。ここで、近似のためにＰＬＣ導波路１１２とファイバブロック１２０の熱膨張係数をα、ファイバ１３０の熱膨張係数を０、ＳＵＳパッケージ１４０の熱膨張係数をβとし、光線方向のＰＬＣ導波路１１２の長さをＬ_PLC、ファイバブロック１２０の長さをＬ_FB、ファイバ自由長をＬ_fiberとする。ここで、これらの合計長（Ｌ_PLC＋Ｌ_FB＋Ｌ_fiber）をＬ１とし、一方パッケージ１４０において、これらに対応する部分の長さをＬ２とする。ここでＬ＝（Ｌ２−Ｌ１）とし、温度差ΔＴでの熱膨張による、光線方向のＬの変位量の差をΔＬとすると、
ΔＬ＝｛（Ｌ_PLC+Ｌ_FB）×（β-α）＋Ｌ_fiber×β｝×ΔＴ（１）
となる。ここで変位量の差ΔＬによる引っ張りまたは押し込み応力を最も大きくうけるのが、断面積の小さいファイバであり、このΔＬがほぼファイバ１３０の引っ張り又は押し込み量に対応する。ΔＬの変位量に対してファイバ１３０の破断を充分に回避できるようにするためには、一定値以上のファイバ自由長が必要となる。安全率５倍を確保できるファイバ自由長は実験結果より以下の式で表すことができる。ここで、ΔＬ_maxは、式（１）でΔＴを最大使用温度範囲の上限から下限、即ち最も広い温度範囲としたときのΔＬの値である。ここで最大使用温度範囲は−５０℃から１００℃とした。 In FIG. 2, the estimation was for a specific structure, but this result can be expressed as a more general expression as follows. The thermal expansion coefficient of each part is as shown in Table 1. Here, for the sake of approximation, the thermal expansion coefficient of the PLC waveguide 112 and the fiber block 120 is α, the thermal expansion coefficient of the fiber 130 is 0, the thermal expansion coefficient of the SUS package 140 is β, and the PLC waveguide 112 in the light beam direction The length is L _PLC , the length of the fiber block 120 is L _FB , and the fiber free length is L _fiber . Here, the total length of these (L _PLC + L _FB + L _fiber ) is L1, while the length of the corresponding part of the package 140 is L2. Here, if L = (L2−L1), and the difference in the displacement amount of L in the light beam direction due to thermal expansion at the temperature difference ΔT is ΔL,
ΔL = {(L _PLC + L _FB ) × (β−α) + L _fiber × β} × ΔT (1)
It becomes. Here, the fiber having the smallest cross-sectional area is subjected to the largest tensile or indentation stress due to the difference ΔL in the displacement, and this ΔL substantially corresponds to the amount of tension or indentation of the fiber 130. In order to sufficiently avoid the breakage of the fiber 130 with respect to the amount of displacement of ΔL, a fiber free length of a certain value or more is required. The fiber free length that can secure a safety factor of 5 times can be expressed by the following equation from the experimental results. Here, ΔL _max is a value of ΔL when ΔT is set from the upper limit to the lower limit of the maximum operating temperature range, that is, the widest temperature range in Equation (1). Here, the maximum operating temperature range was -50 ° C to 100 ° C.

ΔＬ_max／Ｌ_fiber＜０．０１２５（２）
図２において、ファイバ自由長Ｌ_fiberが６、８、１０、１２ｍｍのとき、安全率５倍を満たす変位量はそれぞれ約７５、１００、１２５、１５０μｍ以下となっている。よって、Ｌ_fiberの長さによらず、式（２）を安全率５倍を確保する条件とすることができる。ここで、Ｌ_fiberが８ｍｍの時は、上述のようにΔＬ_maxは８２μｍとなり式（２）を満たしている。さらに実際に可能性のあるＬ_fiberの値が８ｍｍより増加させた時に、図２から、同じΔＬに対してファイバにかかる応力は小さくなる傾向になり、安全率５倍に対応する０．９６ＧＰａ以下となるため、式（２）を満たしている。このように式（２）は、Ｌ_fiberが８ｍｍ以上のファイバ長においても成り立っている。 ΔL _max / L _fiber <0.0125 (2)
In FIG. 2, when the fiber free length L _fiber is 6, 8, 10, 12 mm, the displacement amounts satisfying the safety factor of 5 are about 75, 100, 125, 150 μm or less, respectively. Therefore, regardless of the length of the L _fiber , the expression (2) can be set as a condition for securing a safety factor of 5 times. Here, when L _fiber is 8 mm, ΔL _max is 82 μm as described above, which satisfies Expression (2). Furthermore, when the value of L _{fiber which} is actually possible is increased from 8 mm, the stress applied to the fiber tends to decrease with respect to the same ΔL from FIG. 2, and 0.96 GPa or less corresponding to a safety factor of 5 times. Therefore, Expression (2) is satisfied. Thus, the formula (2) holds even when the L _fiber is 8 mm or longer.

なお使用温度変動範囲については、−５０℃から１００℃以外の温度範囲で、この変調器を使用することは現実ありえないため、その温度範囲での使用を想定していればよい。 Regarding the operating temperature fluctuation range, it is impossible to use this modulator in a temperature range other than −50 ° C. to 100 ° C., and it is only necessary to assume use in that temperature range.

ここで、図３を参照して、図１のパイプ部１４０Ａに挿入されたメタルフェルール１５０について説明する。図３は、光変調器１００の断面の斜視図である。パッケージ１４０のパイプ部１４０Ａ内には、従来行われているようにメタライズドファイバをハンダ付けするのではなく、ファイバ１３０に取り付けたメタルフェルール１５０をハンダ付けする。その際、メタルフェルール１５０の内部側の端面１５０Ａは、パッケージ１４０の内壁１４０Ｂよりも外側に位置する状態とする。換言すると、端面１５０Ａは図３（ｂ）に示すようにパイプ部の内部に位置するようにする。こうすることで、パッケージ１４０を小型に保ったまま、ファイバ自由長を式（２）を満たすように長くして熱応力による機械的信頼性の低下を抑制することが可能となる。メタルフェルールのもう一方の端面１５０Ｂは、パイプ部１４０Ａの内部にあっても外部にあってもよい。 Here, with reference to FIG. 3, the metal ferrule 150 inserted in the pipe part 140A of FIG. 1 is demonstrated. FIG. 3 is a perspective view of a cross section of the optical modulator 100. The metal ferrule 150 attached to the fiber 130 is soldered in the pipe portion 140A of the package 140 instead of soldering the metallized fiber as conventionally performed. At this time, the end surface 150A on the inner side of the metal ferrule 150 is positioned outside the inner wall 140B of the package 140. In other words, the end face 150A is positioned inside the pipe portion as shown in FIG. By doing so, it is possible to lengthen the fiber free length so as to satisfy the formula (2) while keeping the package 140 small, and to suppress a decrease in mechanical reliability due to thermal stress. The other end face 150B of the metal ferrule may be inside or outside the pipe portion 140A.

なお、メタルフェルール１５０を用いなくとも式（２）を満たすようにファイバ自由長を定めれば熱応力の影響を低減できることに留意されたい。この場合、ファイバ自由長は、ファイバ１３０とファイバブロック１２０との接点と、ファイバ１３０のパイプ部１４０Ａにおける固定点との間の長さを言う。このファイバ自由長を対応させさえすれば、上記の議論がそのままメタルフェルールを用いない場合にも適用することができる。 Note that the influence of thermal stress can be reduced if the fiber free length is determined so as to satisfy the formula (2) without using the metal ferrule 150. In this case, the fiber free length refers to the length between the contact point of the fiber 130 and the fiber block 120 and the fixed point in the pipe portion 140A of the fiber 130. As long as this fiber free length is made to correspond, the above discussion can be applied to a case where a metal ferrule is not used as it is.

また、図３（ａ）では、ファイバブロック１２０を、パイプ部１４０Ａの中心位置からずらして配置している。当該配置により、ファイバ１３０が予めＳ字形状にたわみ、熱膨張係数差による応力変動に対応することができる。ここでＳ字形状なしで押し込み等のみでたわみをつけることも可能であり問題があるわけではないが、たわみの方向により顕微鏡等で観察しにくい場合もある。一方、パイプ部を中心位置からずらして配置して、Ｓ字形状をつけた場合については、たわみの状態が水平方向になっているため、ファイバのたわみの状態を顕微鏡等で容易に確認することが可能であり、より安全に作業することが可能である。 Further, in FIG. 3A, the fiber block 120 is arranged shifted from the center position of the pipe portion 140A. With this arrangement, the fiber 130 is bent in advance in an S shape, and it is possible to cope with stress fluctuation due to a difference in thermal expansion coefficient. Here, it is possible to add a deflection only by pushing or the like without an S-shape, and there is no problem, but it may be difficult to observe with a microscope or the like depending on the direction of the deflection. On the other hand, when the pipe part is shifted from the center position and the S-shape is applied, the bending state is in the horizontal direction, so the fiber bending state should be easily confirmed with a microscope or the like. It is possible to work more safely.

また、メタルフェルール１５０をパイプ部１４０Ａにハンダ付けする際に、所定量押し込んでからハンダ付けすることにより、使用温度範囲でファイバ１３０にかかる熱応力を緩和することが可能である。図２の実験に用いた実施例のように、最大使用温度範囲が−５０℃から１００℃程度であり、パッケージ１４０の材料がＳＵＳ３０３、ＰＬＣ導波路１１２の長さが２２ｍｍ、ファイバブロック１２０の長さが６ｍｍの場合、熱応力によるファイバの変位量ΔＬ_maxは８２μｍである。使用温度範囲として室温２５℃から１００℃を考えると、変位量は４１μｍ程度であり、ΔＬ_max／２とみることができる。ΔＬ_max／２以上メタルフェルール１５０を押し込んでハンダ付けして、ファイバ１３０にゆとりを持たせることで、熱膨張の差を吸収することができる。上記実施例の場合では、４１μｍ以上、たとえば５０μｍ程度押し込むのが好ましい。 Further, when the metal ferrule 150 is soldered to the pipe portion 140A, it is possible to relieve the thermal stress applied to the fiber 130 in the operating temperature range by pressing the predetermined amount before soldering. As in the embodiment used in the experiment of FIG. 2, the maximum operating temperature range is about −50 ° C. to 100 ° C., the material of the package 140 is SUS303, the length of the PLC waveguide 112 is 22 mm, and the length of the fiber block 120. Is 6 mm, the fiber displacement ΔL _max due to thermal stress is 82 μm. Considering a room temperature of 25 ° C. to 100 ° C. as the operating temperature range, the displacement amount is about 41 μm, which can be regarded as ΔL _max / 2. The difference in thermal expansion can be absorbed by pushing and soldering the metal ferrule 150 by ΔL _max / 2 or more to give the fiber 130 a clearance. In the case of the above-mentioned embodiment, it is preferable to push in 41 μm or more, for example, about 50 μm.

なお、メタルフェルール１５０を使用する場合を例に説明したが、メタルフェルールを用いず、メタライズドファイバ等を用いる際には、ファイバ自体を押し込んでからハンダ付けを行う。 Although the case where the metal ferrule 150 is used has been described as an example, when using a metallized fiber or the like without using the metal ferrule, soldering is performed after pushing the fiber itself.

また、上述してきた構造は、ファイバの本数が異なる場合や、ＰＬＣ−ＬＮチップの片側のみにパイプ部がある場合、両側にある場合のいずれにも適用可能であることに留意されたい。 In addition, it should be noted that the above-described structure can be applied to any case where the number of fibers is different, a case where the pipe portion is provided only on one side of the PLC-LN chip, or a case where the pipe portion is provided on both sides.

１００光変調器
１１０ＰＬＣ−ＬＮチップ
１１１ＬＮ導波路
１１２ＰＬＣ導波路
１２０ファイバブロック
１３０ファイバ
１４０パッケージ
１４０Ａパイプ部
１４０Ｂ内壁
１５０メタルフェルール
１５０Ａ、１５０Ｂメタルフェルール１５０の端面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Optical modulator 110 PLC-LN chip 111 LN waveguide 112 PLC waveguide 120 Fiber block 130 Fiber 140 Package 140A Pipe part 140B Inner wall 150 Metal ferrule 150A, 150B End face of metal ferrule 150

Claims

In the optical modulator,
A PLC-LN chip composed of a PLC waveguide and an LN waveguide;
A fiber block connected to the PLC waveguide of the PLC-LN chip;
A fiber connected at a first fixed point which is an end face position of the fiber block;
A package including the PLC-LN chip, the fiber block, and the fiber, and including a pipe portion for passing the fiber to the outside.
The LN waveguide is fixed in the package;
The PLC waveguide is connected to the LN waveguide in a state having a gap with the package so as not to contact the package,
The fiber block is connected to the PLC waveguide in a state having a gap with the package so as not to contact the package,
In the pipe part, the fiber is fixed at a second fixing point,
When the fiber can be broken at about 4.8 GPa, the length from the first fixing point to which the fiber is fixed in the package to the second fixing point is Lfiber, and the light When the difference between the displacement amount of the package due to thermal expansion over the maximum operating temperature range of the modulator and the displacement amount of the PLC waveguide, the fiber block, and the fiber due to the thermal expansion is ΔLmax , the stress applied to the fiber is (ΔLmax / Lfiber) <0.0125 so that it becomes 0.96 GPa or less.
An optical modulator characterized by satisfying the relationship:

A metal ferrule is connected to the fiber,
The metal ferrule is fixed to the pipe portion by soldering,
The inner side end surface of the package metal ferrule, the optical modulator according to claim 1, characterized in that positioned inside the pipe section.

When fixing the fiber to the pipe section, an optical modulator according to any one of claims 1 to 2 wherein the fiber is characterized in that the pushed DerutaLmax / 2 or more in said package.

3. The light according to claim 1, wherein the fiber block is arranged to be shifted from a center position of the pipe portion of the package, and the fiber is bent into an S shape. 4. Modulator.