JP6938894B2

JP6938894B2 - 光変調器及び光モジュール

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Publication number: JP6938894B2
Application number: JP2016213166A
Authority: JP
Inventors: 土居　正治; 正治土居; 眞示丸山; 嘉伸久保田
Original assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Current assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: US10268099B2; US20180120670A1; JP2018072605A

Description

本発明は、光変調器及び光モジュールに関する。

一般に、光変調器では、入力用の光ファイバと出力用の光ファイバとがそれぞれパッケージの両側に直列に接続される。しかしながら、入力用の光ファイバと出力用の光ファイバとが光変調器の両側に接続されると、光変調器全体のサイズが大きくなり、実装面積が増大してしまう。

そこで、光変調器において、並列に配置された入力用の光ファイバ及び出力用の光ファイバをパッケージの片側に接続することにより、実装面積の削減が図られることがある。

並列に配置された入力用の光ファイバ及び出力用の光ファイバに接続される光変調器では、入力用の光ファイバの端部と、出力用の光ファイバの端部との間において光の方向転換が行われる。このような光の方向転換に関する技術として、例えばミラー及び光変調チップを用いる技術が提案されている。この技術では、入力用の光ファイバの端部から出射される光をミラーによって入射面となる光変調チップの側面に反射し、反射された光を光変調チップ上の光導波路の屈曲部によって光変調チップの側面に直交する一端面に伝搬させつつ光変調を行う。光変調によって得られた光ビームは、出射面となる光変調チップの一端面から出力用の光ファイバの端部へ出力される。

特開２０１４−１６４２４３号公報

ところで、光変調チップには、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などの電気光学結晶が適用されることがある。電気光学結晶が光変調チップに適用される場合、光変調チップ上の光導波路と電気光学結晶との間における屈折率の差が小さいため、光変調チップ上の光導波路に小さい曲率の屈曲部が存在すると、この屈曲部から光が漏出することが知られている。すなわち、ミラーによって反射された光を光変調チップ上の光導波路の屈曲部によって光変調チップの側面に直交する一端面に伝搬させる場合、光の方向転換に起因して損失が増大するという問題がある。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、光の方向転換に起因した損失を低減することができる光変調器及び光モジュールを提供することを目的とする。

本願の開示する光変調器は、一つの態様において、並列に配置された第１の光ファイバ及び第２の光ファイバに接続される光変調器であって、前記第１の光ファイバの端部から出射される光を前記第２の光ファイバの端部に向けて折り返す光路変換部と、前記光路変換部によって折り返される光を変調し、当該光が変調されて得られる光ビームを前記第２の光ファイバの端部へ出力する光変調チップとを有する。

本願の開示する光変調器の一つの態様によれば、光の方向転換に起因した損失を低減することができるという効果を奏する。

図１は、実施例１に係る光変調器の構成例を示す図である。図２は、実施例２に係る光変調器の構成例を示す図である。図３は、実施例３に係る光変調器の構成例を示す図である。図４は、変形例に係る光変調器の構成例を示す図である。図５は、光モジュールの構成例を示す図である。

以下に、本願の開示する光変調器及び光モジュールの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により開示技術が限定されるものではない。

（実施例１）
図１は、実施例１に係る光変調器１００の構成例を示す図である。図１に示す光変調器１００は、並列に配置された光ファイバ１１０ａ、１１０ｂに接続される。そして、光変調器１００は、フェルール１２０ａ、１２０ｂ、レンズ１３０、光路変換部１４０、光変調チップ１５０、中継基板１５４、レンズ群１６０、偏波合成部１７０、レンズ１８０及びパッケージ１９０を有する。

フェルール１２０ａ、１２０ｂは、それぞれ光ファイバ１１０ａ、１１０ｂの先端を収納し、光ファイバ１１０ａ、１１０ｂの位置を固定する。図１に示す光変調器１００においては、光ファイバ１１０ａ及びフェルール１２０ａから信号光が入力され、フェルール１２０ｂ及び光ファイバ１１０ｂから信号光が出力される。

レンズ１３０は、フェルール１２０ａに収納された光ファイバ１１０ａの端部から出射される信号光を平行光に変換し、得られた光ビームを光路変換部１４０へ入力する。

光路変換部１４０は、レンズ１３０から入力される光ビームをフェルール１２０ｂに収納された光ファイバ１１０ｂの端部に向けて折り返す。具体的には、光路変換部１４０は、第１のプリズム１４１及び第２のプリズム１４２を有する。第１のプリズム１４１は、レンズ１３０から入力される光ビームを反射して当該光ビームの進行方向を９０°回転させる。第２のプリズム１４２は、第１のプリズム１４１によって進行方向が９０°回転された光ビームを反射して当該光ビームの進行方向を９０°回転させる。このように、第１のプリズム１４１及び第２のプリズム１４２によって光ビームの進行方向が合計で１８０°回転されることにより、レンズ１３０から入力される光ビームがフェルール１２０ｂに収納された光ファイバ１１０ｂの端部に向けて折り返される。

光変調チップ１５０は、光路変換部１４０によって折り返される光ビームを変調する。そして、光変調チップ１５０は、光変調により得られる光ビームを、レンズ群１６０、偏波合成部１７０及びレンズ１８０を介して、フェルール１２０ｂに収納された光ファイバ１１０ｂの端部へ出力する。具体的には、光変調チップ１５０は、基板１５１、光導波路１５２、信号電極１５３を有する。

基板１５１は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃（ＬＮ））などの電気光学結晶を用いた結晶基板である。基板１５１の端面１５１ａは、光路変換部１４０に対向する。

光導波路１５２は、基板１５１上の一部にチタン（Ｔｉ）などの金属膜を形成し熱拡散することによって形成される。光導波路１５２は、光路変換部１４０によって折り返される光ビームを基板１５１の長手方向に沿って基板１５１の端面１５１ａから端面１５１ａとは反対側の端面１５１ｂまで伝搬させつつ、信号電極１５３に供給される電気信号に基づく光変調を行う。そして、光導波路１５２は、光変調により得られる光ビームを基板１５１の端面１５１ｂからフェルール１２０ｂに収納された光ファイバ１１０ｂの端部に向けて出力する。図１の例では、光導波路１５２は、光路変換部１４０によって折り返される光ビームを２つに分岐し、それぞれの光ビームを基板１５１の端面１５１ｂまで伝搬させつつ光変調を行い、光変調により得られる２つの光ビームを基板１５１の端面１５１ｂから出力する。

信号電極１５３は、光導波路１５２に沿って形成されるコプレーナ線路である。図１の例では、光導波路１５２が４組の平行なマッハツェンダ型光導波路を含んでいるため、それぞれのマッハツェンダ型光導波路に対応する信号電極１５３が形成されている。信号電極１５３は、例えばそれぞれのマッハツェンダ型光導波路の上にパターニングされる。そして、光導波路１５２中を伝搬する光が信号電極１５３によって吸収されるのを防ぐために、基板１５１と信号電極１５３との間にバッファ層が設けられる。バッファ層としては、例えば厚さ０．２〜２μｍ程度の二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）等を用いることができる。

中継基板１５４は、光変調器１００の外部から入力される電気信号を変調器チップ１５０へ中継し、変調器チップ１５０の信号電極１５３へ入力する。

レンズ群１６０は、２つのコリメートレンズから構成され、光変調チップ１５０から出力される２つの光ビームをそれぞれ平行光に変換し、偏波合成部１７０へ向けて出力する。すなわち、レンズ群１６０は、２つの併進する光ビームを偏波合成部１７０へ出力する。レンズ群１６０が出力する２つの光ビームの偏波方向は同一である。

偏波合成部１７０は、レンズ群１６０から出力される２つの光ビームを合成し、偏波方向が直交する２つの偏波を含む光ビームを出力する。すなわち、偏波合成部１７０は、レンズ群１６０から出力される一方の光ビームの偏波方向を回転させた後、他方のビームと合成し、得られた１つの光ビームを出力する。

レンズ１８０は、偏波合成部１７０から出力される光ビームをフェルール１２０ｂに収納された光ファイバ１１０ｂの端部に照射する。

パッケージ１９０は、フェルール１２０ａ、１２０ｂ、レンズ１３０、光路変換部１４０、光変調チップ１５０、レンズ群１６０及び偏波合成部１７０を収容する。パッケージ１９０の片側の側壁には、貫通路１９１が形成される。貫通路１９１は、例えばパッケージ１９０の側壁を貫通する貫通孔と貫通孔に接続する筒状部（パイプ）とから構成され、フェルール１２０ａ及びフェルール１２０ｂは、この貫通路１９１からパッケージ１９０の内部に挿通されて、パッケージ１９０に収容される。そして、貫通路１９１は、パッケージ１９０内の気密性を確保するために、フェルール１２０ａ及びフェルール１２０ｂがパッケージ１９０の内部に挿通された状態で、ハンダによって封止される。

以上のように、本実施例によれば、並列な２つの光ファイバのうち一方の光ファイバの端部からの光を光路変換部により他方の光ファイバの端部に向けて折り返した後に、光変調チップによる光変調を行い、得られた光ビームを他方の光ファイバの端部へ出力する。このため、光変調チップ上の光導波路に屈曲部を設けることなく、並列な２つの光ファイバの端部間において光の方向転換を行うことができる。したがって、光変調チップにニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などの電気光学結晶が適用された場合であっても、光変調チップ上の光導波路から光が漏出することがなく、結果として、光の方向転換に起因した損失を低減することができる。

（実施例２）
実施例２の特徴は、並列な２つの光ファイバのうち一方の光ファイバの端部からの光を光変調チップにより変調した後に、光変調チップによって出力される光ビームを他方の光ファイバの端部へ折り返す点である。

図２は、実施例２に係る光変調器２００の構成例を示す図である。図２において図１と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図２に示す光変調器２００は、フェルール１２０ａ、１２０ｂ、光変調チップ２５０、中継基板１５４、レンズ群１６０、偏波合成部１７０、光路変換部２４０、レンズ２８０及びパッケージ１９０を有する。

光変調チップ２５０は、フェルール１２０ａに収納された光ファイバ１１０ａの端部から出射される信号光を変調する。そして、光変調チップ２５０は、光変調により得られる光ビームを出力する。具体的には、光変調チップ２５０は、基板２５１、光導波路２５２、信号電極１５３を有する。

基板２５１は、基本的には図１に示した基板１５１に対応する。基板２５１の端面２５１ａは、フェルール１２０ａに収納された光ファイバ１１０ａの端部に対向する。基板２５１の端面２５１ａには、基板２５１の端面２５１ａ側の光導波路２５２の端面と、フェルール１２０ａに収納された光ファイバ１１０ａの端部とが接続された状態で、フェルール１２０ａが固定される。これにより、レンズ等の光学部品を用いることなく、基板２５１の端面２５１ａ側の光導波路２５２の端面とフェルール１２０ａに収納された光ファイバ１１０ａの端部とを光学的に接続することができる。

光導波路２５２は、基本的には図１に示した光導波路１５２に対応する。光導波路２５２は、光ファイバ１１０ａの端部から出射される信号光を基板２５１の長手方向に沿って基板２５１の端面２５１ａから端面２５１ａとは反対側の端面２５１ｂまで伝搬させつつ、信号電極１５３に供給される電気信号に基づく光変調を行う。そして、光導波路２５２は、光変調により得られる光ビームを基板２５１の端面２５１ｂからレンズ群１６０及び偏波合成部１７０を介して光路変換部２４０へ出力する。図２の例では、光導波路２５２は、光ファイバ１１０ａの端部から出射される信号光を２つに分岐し、それぞれの信号光を基板２５１の端面２５１ｂまで伝搬させつつ光変調を行い、光変調により得られる２つの光ビームを基板２５１の端面２５１ｂから出力する。

光路変換部２４０は、偏波合成部１７０から出力される光ビームをフェルール１２０ｂに収納された光ファイバ１１０ｂの端部に向けて折り返す。具体的には、光路変換部２４０は、第１のプリズム２４１及び第２のプリズム２４２を有する。第１のプリズム２４１は、偏波合成部１７０から出力される光ビームを反射して当該光ビームの進行方向を９０°回転させる。第２のプリズム２４２は、第１のプリズム２４１によって進行方向が９０°回転された光ビームを反射して当該光ビームの進行方向を９０°回転させる。このように、第１のプリズム２４１及び第２のプリズム２４２によって光ビームの進行方向が合計で１８０°回転されることにより、偏波合成部１７０から出力される光ビームがフェルール１２０ｂに収納された光ファイバ１１０ｂの端部に向けて折り返される。

レンズ２８０は、光路変換部２４０によって折り返された光ビームをフェルール１２０ｂに収納された光ファイバ１１０ｂの端部に照射する。

以上のように、本実施例によれば、並列な２つの光ファイバのうち一方の光ファイバの端部からの光を光変調チップにより変調した後に、光変調チップによって出力される光ビームを光路変換部によって他方の光ファイバの端部へ折り返す。このため、光変調チップ上の光導波路に屈曲部を設けることなく、並列な２つの光ファイバの端部間において光の方向転換を行うことができる。したがって、光変調チップにニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などの電気光学結晶が適用された場合であっても、光変調チップ上の光導波路から光が漏出することがなく、結果として、光の方向転換に起因した損失を低減することができる。

また、本実施例によれば、光変調チップ（基板）の端面に、一方の光ファイバの端部を収納するフェルールを直接固定することができ、基板の端面側の光導波路の端面とフェルールに収納された光ファイバの端部とを光学的に接続するための光学部品が省略される。

（実施例３）
実施例３の特徴は、並列な２つの光ファイバのうち一方の光ファイバの端部を収納するフェルールと、他方の光ファイバの端部を収納するフェルールとを一体的に成形された部品とする点である。

図３は、実施例３に係る光変調器３００の構成例を示す図である。図３において図１と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図３に示す光変調器３００は、フェルール３２０、レンズ１３０、光路変換部１４０、光変調チップ１５０、中継基板１５４、レンズ群１６０、偏波合成部１７０、レンズ１８０及びパッケージ１９０を有する。

フェルール３２０は、図１に示したフェルール１２０ａとフェルール１２０ｂとが一体的に成形されることで得られる部品である。すなわち、フェルール３２０は、光ファイバ１１０ａ、１１０ｂの先端を収納し、光ファイバ１１０ａ、１１０ｂの位置を同一の位置に固定する。

以上のように、本実施例によれば、並列に配置された光ファイバ１１０ａ、１１０ｂ間の距離を近づけても、光ファイバ１１０ａ、１１０ｂの先端を一つのフェルール３２０によって収納することができる。したがって、フェルール３２０のサイズ、及びフェルール３２０が挿通されるパッケージ１９０の貫通路１９１のサイズを共に小さくすることができ、ハンダによる貫通路１９１の封止が安定化され、パッケージ１９０の気密性を向上することが可能となる。

なお、上記実施例１では、フェルール１２０ａ及びフェルール１２０ｂが、パッケージ１９０の貫通路１９１からパッケージ１９０の内部に挿通されて、パッケージ１９０に収容される例を示した。しかしながら、フェルール１２０ａ及びフェルール１２０ｂは、パッケージ１９０の２つの貫通路からパッケージ１９０の内部に挿通されて、パッケージ１９０に収容されても良い。

図４は、変形例に係る光変調器４００の構成例を示す図である。図４において図１と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図４に示す光変調器４００において、パッケージ１９０の片側の側壁には、貫通路１９１−１、１９１−２が形成される。貫通路１９１−１、１９１−２の各々は、例えばパッケージ１９０の側壁を貫通する貫通孔と貫通孔に接続する筒状部（パイプ）とから構成される。フェルール１２０ａは、貫通路１９１−１からパッケージ１９０の内部に挿通されて、パッケージ１９０に収容される。そして、貫通路１９１−１は、パッケージ１９０内の気密性を確保するために、フェルール１２０ａがパッケージ１９０の内部に挿通された状態で、ハンダによって封止される。また、フェルール１２０ｂは、貫通路１９１−２からパッケージ１９０の内部に挿通されて、パッケージ１９０に収容される。そして、貫通路１９１−２は、パッケージ１９０内の気密性を確保するために、フェルール１２０ｂがパッケージ１９０の内部に挿通された状態で、ハンダによって封止される。このような構成により、パッケージ１９０の貫通路１９１−１、１９１−２の各々のサイズを小さくすることができ、ハンダによる貫通路１９１−１、１９１−２の封止が安定化され、パッケージ１９０の気密性を向上することが可能となる。

また、上記各実施例及び変形例において説明した光変調器１００〜４００は、例えば光信号を送受信する送受信装置などの光モジュールに配置することができる。図５は、このような光モジュール５００の構成例を示す図である。図５に示すように、光モジュール５００の内部には、光変調器１００が配置される。

ここで、上記実施例１において説明したように、光変調器１００は、並列な２つの光ファイバのうち一方の光ファイバの端部からの光を他方の光ファイバの端部に向けて折り返した後に、光変調を行い、得られた光ビームを他方の光ファイバの端部へ出力する。これにより、光の方向転換に起因した損失が低減され、光モジュール５００は、光信号を効率よく送受信することができる。

また、上記実施例では、光路変換部として、第１のプリズムと第２のプリズムとを用いた例を示したが、光路変換部として、コーナキューブプリズムなどを用いても良い。

１００〜４００光変調器
１１０ａ、１１０ｂ光ファイバ
１２０ａ、１２０ｂ、３２０フェルール
１３０レンズ
１４０、２４０光路変換部
１４１、２４１第１のプリズム
１４２、２４２第２のプリズム
１５０、２５０光変調チップ
１５１、２５１基板
１５１ａ、１５１ｂ、２５１ａ、２５１ｂ端面
１５２、２５２光導波路
１５３信号電極
１５４中継基板
１６０レンズ群
１７０偏波合成部
１８０、２８０レンズ
１９０パッケージ
１９１、１９１−１、１９１−２貫通路
５００光モジュール

Claims

並列に配置された第１の光ファイバ及び第２の光ファイバに接続される光変調器であって、
前記第１の光ファイバの端部を収納する第１のフェルールと、
前記第２の光ファイバの端部を収納する第２のフェルールと、
前記第１の光ファイバの端部から出射される光を変調し、当該光が変調されて得られる光ビームを出力する光変調チップと、
前記光変調チップによって出力される光ビームを前記第２の光ファイバの端部に向けて折り返す光路変換部と
を有し、
前記光変調チップは、
第１の端面が前記第１の光ファイバの端部に対向する基板と、
前記基板上に形成され、前記第１の光ファイバの端部から出射される光を前記基板の長手方向に沿って前記基板の前記第１の端面から当該第１の端面とは反対側の第２の端面まで伝搬させつつ変調し、当該光が変調されて得られる光ビームを前記第２の端面から前記光路変換部へ出力する光導波路と
を有し、
前記第１のフェルールは、前記基板の前記第１の端面側の前記光導波路の端面と前記第１の光ファイバの端部とが接続された状態で、前記基板の前記第１の端面に固定され、
前記第２のフェルールは、前記第２の光ファイバが前記基板の長手方向に沿った直線であって前記基板の側面と隣接する前記直線上に配置された状態で、前記第２の光ファイバの端部を収納することを特徴とする光変調器。
前記光変調チップ、前記光路変換部、前記第１のフェルール及び前記第２のフェルールを収容するパッケージをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
前記パッケージの片側の側壁には、貫通路が形成され、
前記第１のフェルール及び前記第２のフェルールは、前記貫通路から前記パッケージの内部に挿通されて、前記パッケージに収容されることを特徴とする請求項２に記載の光変調器。
前記第１のフェルールと前記第２のフェルールとは、一体的に成形された部品であることを特徴とする請求項２又は３に記載の光変調器。
請求項１〜４のいずれか一つに記載の光変調器を有する光モジュール。