JP7367579B2 - 光機能デバイス - Google Patents

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Description

本発明は、光変調等の光機能を発揮する光機能デバイスに関し、特に、筐体の一の面に入力光ファイバと出力光ファイバの両者が配される光機能デバイスに関する。
高速/大容量光ファイバ通信システムにおいては、光変調を行う導波路型光素子(以下、光変調素子)を組み込んだ光送信装置が多く用いられている。中でも、電気光学効果を有するLiNbO(以下、LNともいう)を基板に用いた光変調素子は、インジウムリン(InP)、シリコン(Si)、あるいはガリウム砒素(GaAs)などの半導体系材料を用いた変調素子に比べて、光の損失が少なく且つ広帯域な光変調特性を実現し得ることから、高速/大容量光ファイバ通信システムに広く用いられている。
光ファイバ通信システムにおける変調方式は、近年の伝送容量の増大化の流れを受け、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)やDP-QPSK(Dual Polarization - Quadrature Phase Shift Keying)等、多値変調や、多値変調に偏波多重を取り入れた伝送フォーマットが主流となっている。
近年のインターネットサービスの普及加速は通信トラフィックのより一層の増大を招き、光通信システムについての、継続的な高速大容量化の検討が今も進められている。400Gbpsを超えるような光通信システムでは、変調信号のシンボルレートは64Gbaudや96Gbaud、あるいはそれ以上にも達するため、DSP、変調器ドライバ、変調器間の高周波インターフェースを介した接続により、変調信号が大きく劣化するといった問題が発生している。その一方で、装置の小型化に対する要求は不変であり、光変調素子そのものの小型化に加えて、電子回路と光変調素子とを一つの筐体に収容し、光変調デバイスとして集積化する等の取り組みも進められている。
例えば、光変調素子と、当該光変調素子を駆動する高周波ドライバアンプとを一つの筐体内に集積して収容し、光入出力部を当該筐体の一の面に並列配置することで、高周波接続による変調信号の劣化を低減しながら、小型・集積化を図った光変調デバイスが提案されている。
そのような光変調デバイスとして、従来、筐体内に入力光を導入する入力光ファイバと、筐体内に収容された光変調素子からの出力光を当該筐体の外部へ導く出力光ファイバと、をそれぞれ別個の機構部材(保持部材)のセットを介して、当該筐体の一の面の二つの位置に並列配置するものが知られている(特許文献1参照)。
特許文献1に記載の光変調モジュールでは、光変調素子を収容する筐体の一の面に配された入力光ファイバ及び出力光ファイバと、当該光変調素子と、の間が、それぞれレンズを介した空間光学系により光学的に結合される。そして、この光変調モジュールでは、筐体内部の構成要素の配置を工夫して筐体内部の空間を伝搬する光の経路を効率的に確保することで、光変調素子と電子回路とを内蔵する筐体の小型化が実現されている。
しかしながら、この光変調モジュールでは、入力光ファイバと出力光ファイバとが筐体の一の面に配される一方で、筐体内部において使用される光変調素子は、これを構成する平面視矩形の基板の相異なる2つの端面に光入力部及び光出力部を有するため、例えば入力光ファイバから上記光入力部までの入力光経路の長さが、上記光出力部から出力光ファイバまでの光経路よりも長くなる。このため、入力光ファイバから光入力部への光の結合損失を低減することがやや困難となり得る。さらに長い光経路部分では、温度変動などによる筐体の歪などにより、光の伝搬軸が最適位置から、傾いたりずれたりすることで損失変動が発生しやすくなるといった問題も生じる。
上記結合損失を低減する策として、光変調素子を構成する基板の一の端面に当該光変調素子の光入力部と光出力部の双方を設ける構成が考えられる。しかしながら、この場合には、上記光入力部及び光出力部が設けられた上記基板の一の端面と、筐体の一の面に設けられた入力光ファイバ及び出力光ファイバと、の間の狭い空間の中に入力光ファイバからの入力光の空間伝搬経路と出力光ファイバへの出力光の空間伝搬経路とが混在することとなる。その結果、上記構成では、入力光と出力光との間のクロストークが悪化することとなり得る。
上述した従来技術に関連する構成として、特許文献2には、筐体の一の面に配された2つの出力光ファイバと、当該2つの光ファイバに対向する位置に配された2つの光変調素子のそれぞれの光出力端と、を光学的に結合する構成が記載されている。特許文献2に記載の光送信装置では、上記2つの光変調素子の光出力端からそれぞれ出射される出力光の光軸を、2つのビームシフトプリズムを用いて互いに異なる方向へ並進させることにより、当該光軸間の距離が拡大される。これにより、2つの出力光の空間的な分離度が高められることにより出力光間のクロストークの悪化が抑制されると共に、筐体の一の面に配される2つの光ファイバの相互の距離が拡大されて、これら光ファイバの調整や筐体への固定の作業性が向上し得る。
しかしながら、特許文献2に記載の構成は、筐体の一の面に2つの出力光ファイバが配されて2つの光変調素子からの2つの出力光が当該一の面へ向かう同じ方向に伝搬する構成であり、上述のように入力光ファイバと出力光ファイバとが筐体の一の面に配される構成、すなわち、入力光と出力光とが当該一の面に対して互いに逆方向へ伝搬し得る構成において、出力光ファイバに対する入力光のクロストークについての改善策を与えるものではない。入力光は変調素子での光損失や変調損失が生じていないため、出力光にくらべ光の強度が10dB以上高く、その影響を無視することができない。
特開2014-167546号公報 特開2015-172630号公報
上記背景より、光導波路素子を収容する筐体の一の面に入力光ファイバおよび出力光ファイバの双方が配される光機能デバイスにおいて、入力光ファイバからの入力光と出力光ファイバへ結合する出力光との間のクロストークを低く保って良好な光学特性を実現することが求められている。
本発明の一の態様は、光機能素子と、前記光機能素子を収容する筐体と、前記光機能素子への入力光を前記筐体内へ導く入力光ファイバと、前記光機能素子からの出射光で構成される出力光を前記筐体の外へ導く出力光ファイバと、を備える光機能デバイスであって、前記入力光ファイバと前記出力光ファイバとは、共に前記筐体の一の面に固定され、前記入力光ファイバから出射した入力光を前記出射光の光経路のある方向へ反射する第1の反射面と、前記第1の反射面で反射した前記入力光を前記光機能素子へ向けて反射する第2の反射面と、前記光機能素子からの前記出射光を、前記入力光ファイバの光軸から離れる方向へ反射する第3の反射面と、を備え、前記第1の反射面で反射したのち前記第2の反射面を透過する漏れ光の光軸又は当該光軸を当該漏れ光が伝搬し得る光伝搬媒質内において延長した延長線は、前記第3の反射面で反射した前記出射光の光軸と一致する部分を含ま前記第1の反射面で反射したのち前記第2の反射面を透過する漏れ光の光軸と、前記第3の反射面で反射した前記出射光の光軸とは、互いに平行ではない
本発明の他の態様によると、前記第1の反射面で反射したのち前記第2の反射面を透過する漏れ光の光軸上であって且つ前記第2の反射面と前記第3の反射面との間の位置に、前記漏れ光を遮蔽する遮蔽体が設けられている。
本発明の他の態様によると、前記第1の反射面で反射したのち前記第2の反射面を透過する漏れ光の光軸又は当該光軸の前記延長線は、前記第3の反射面で反射した前記出射光の光軸から、前記漏れ光のビーム径の値より大きな値の距離をもって隔たっている。
本発明の他の態様によると、前記第1の反射面で反射したのち前記第2の反射面を透過する漏れ光の光軸と、前記第3の反射面で反射した前記出射光の光軸とは、互いに平行ではない。
本発明の他の態様によると、前記第3の反射面は、前記第1の反射面で反射したのち前記第2の反射面を透過する漏れ光の光軸の前記延長線上に配されていない。
本発明の他の態様によると、前記光機能素子は、基板上に形成された光導波路で構成され、前記入力光を受ける入力導波路の端部と、前記出射光を出射する出力導波路の端部と、が前記基板の同一端面上に配されている。
本発明によれば、光導波路素子を収容する筐体の一の面に入力光ファイバおよび出力光ファイバの双方が配される光機能デバイスにおいて、入力光ファイバからの入力光と出力光ファイバへ結合する出力光との間のクロストークを低く保って良好な光学特性を実現することができる。
本発明の第1の実施形態に係る光変調デバイスの構成を示す図である。 図1に示す光変調デバイスのA部の部分詳細図である。 第1の実施形態の第1の変形例に係る光変調デバイスの部分詳細図である。 第1の実施形態の第2の変形例に係る光変調デバイスの部分詳細図である。 第1の実施形態の第3の変形例に係る光変調デバイスの部分詳細図である。 第1の実施形態の第4の変形例に係る光変調デバイスの部分詳細図である。 本発明の第2の実施形態に係る光変調デバイスの構成を示す図である。 図7に示す光変調デバイスのB部の部分詳細図である。 図8に示すB部のIX-IX断面矢視図である。 第2の実施形態の第1の変形例に係る光変調デバイスの部分詳細図である。 第2の実施形態の第2の変形例に係る光変調デバイスの部分詳細図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る光機能デバイスである光変調デバイスの構成を示す図である。図1において、図示右側および左側の図は、それぞれ、光変調デバイス100の平面図および側面図である。また、図2は、図1右側の平面図におけるA部の部分詳細図である。
光変調デバイス100は、例えば光変調を行う光機能素子である光変調素子102と、当該光変調素子102を収容する筐体104と、光変調素子102への入力光を導入する入力光ファイバ106と、光変調素子102から出射される変調された光(変調光)を筐体104の外部へ導く出力光ファイバ108と、を含む。
筐体104は、例えば、平面視が長辺長30mm程度、短辺長12mm程度の略長方形をなす六面体であり、図示左側の短辺を一の辺とする一の面105に、入力光ファイバ106および出力光ファイバ108が配されている。また、入力光ファイバ106および出力光ファイバ108は、それぞれ、筐体104の面105に設けられた窓(不図示)を介して、光変調素子102と光学的に結合している。
入力光ファイバ106と出力光ファイバ108とは、それぞれ、異なる二組の保持部材により、筐体104の一の面105の2つの個別の位置に並列に配置されている。入力光ファイバ106は、一方の一組の保持部材を構成するフェルール140と、フランジ付きのスリーブ142と、その内部にレンズ144が固定されたレンズホルダ146と、により筐体104に固定されている。同様に、出力光ファイバ108は、他方の一組の保持部材を構成するフェルール148と、フランジ付きのスリーブ150と、その内部にレンズ152が固定されたレンズホルダ154と、により筐体104に固定されている。
筐体104には、また、光変調素子102を動作させるための駆動回路(ドライバ回路)110が搭載された回路基板112が収容されている。駆動回路110は変調信号を増幅する為のアンプで構成されるが、それに加えて信号処理IC(DSP)が含まれていても良い。駆動回路は必ずしも基板上に搭載されている必要はなく、駆動回路のICの周囲に回路基板が配置・接続され、ICは放熱のため直接か放熱部材を介して筐体に搭載されていてもよい。また回路基板と筐体が一体化したセラミックパッケージのような形態であってもよい。筐体104には、また、外部から供給される変調信号を受ける複数のピン114が設けられている。駆動回路の電源や制御信号は、筐体104の側壁に設けられたピン120、122に接続される。筐体104には、光変調素子102が有するモニタ用受光素子(不図示)が出力する電気信号を中継する中継基板116、118が収容され、筐体104の側壁に当該電気信号を筐体104の外部へ出力するピン120、122が設けられている。これらのピン120、122はどちらか片側の面のみに配置されるものとしても構わない。
光変調素子102は、例えば、LN基板上に形成された光導波路(図示点線)と、当該光導波路を伝搬する光波を制御する複数の電極(不図示)と、で構成される。これらの電極は、高周波の伝送線路を構成し、これら電極の一端には、駆動回路110が出力する高周波信号が入力され、他端には当該伝送線路とほぼ同じインピーダンスを有する終端器124および126がそれぞれ接続される。これにより、上記電極には上記高周波信号が進行波となって伝搬し、当該高周波信号により、光変調素子102に入力された光が変調される。
上述した2つの中継基板116、118は、それぞれ、筐体104の相対向する図示上側および下側の側壁に設けられたピン120、122との接続のため、光変調素子102を挟んで図示上側及び下側にそれぞれ配されている。また、上述した2つの終端器124、126も、例えば上記LN基板上における上記電極の配置の容易さ等のため、光変調素子102を挟んで図示上側及び下側にそれぞれ配される。それらに加え、高周波信号の劣化や減衰を防ぎ、ポート間の特性差を抑えるために、ピン114から変調素子までの複数の高周波の配線は、ほぼ中心対称に短い配線で配置されていることが望ましい。その結果、光変調素子102の図示上側及び下側に中継基板116、118のそれぞれ及び終端器124、126のそれぞれを配する空間を確保すべく、光変調素子102は、例えば、筐体104の幅方向(図示上下方向)の中心に配される。
光変調素子102は、例えばDP-QPSK変調を行う変調素子であり、図示左側の端面である光入出射面128から単一の直線偏波光の入力光が入力される。当該入力光は、光入出射面128にその端部が配された入力導波路202(図2)に入射した後、光変調素子102内において折り返されると共に2つの光波に分岐されてそれぞれ変調され、変調された直線偏波光である2つの出射光が、それぞれ、光入出射面128にその端部が設けられた2つの出力導波路204a、204bから出射される。すなわち、光変調素子102は、光導波路が形成された基板の同一端面上に(具体的には、光入出射面128に)、入力光を受ける入力導波路202の端部と、出射光を出射する出力導波路204a、204bの端部と、が配されている。光変調素子102の光入出射面128には、また、3つのレンズ200a、200b、200c(図2)を備えるマイクロレンズアレイ130が配されている。
光変調素子102のように基板上に形成された光導波路で構成される光機能素子では、一般に、光入出射面128における入力導波路202、出力導波路204a、204bの相互の導波路間隔は数百μm~数mm程度以下であり、これと同じ間隔で筐体104の面105上に入力光ファイバ106と出力光ファイバ108とを配することは困難である。また、一般に、上述のように光変調素子102は筐体104の幅方向の中央部に配される。一方、入力光ファイバ106及び出力光ファイバ108は、レンズホルダやフェルールの固定をYAG溶接などの手段によって、その外周の複数点で筐体と溶接固定するため、その間隔が広い方が、溶接が行いやすい。さらに、環境温度の変動等に起因して発生する筐体104の歪の影響を回避するべく、一般に、筐体104の幅方向中心線に対し対称な位置に配される。
このため、光変調デバイス100では、入力光ファイバ106の光軸及び出力光ファイバ108の光軸を並進方向にシフトして、これらの光軸の間隔を上記導波路間隔と同程度まで寄せるべく、2つのビームシフトプリズム134、136が用いられている。これらのビームシフトプリズム134、136は、例えば、筐体104の底面107(図1左図)に平行な平面内において入力光ファイバ106からの入力光および出力光ファイバ108への出力光を並進方向にシフトするように配される。
図2を参照し、入力光ファイバ106から入射した入力光は、レンズ144によりコリメートされたのち、ビームシフトプリズム134によりその光路が出力光ファイバ108の光軸のある方向へ向かって並進方向にシフトされ、マイクロレンズアレイ130のレンズ200aにより集光されて、入力導波路202に入射する。ここで、ビームシフトプリズム134は2つの反射面210、212で構成される。反射面210は、入力光ファイバ106から出射した入力光を出力光の光経路のある方向へ反射する第1の反射面に対応し、反射面212は、反射面210で反射した入力光を光機能素子である光変調素子102へ向けて反射する第2の反射面に対応する。
また、光変調素子102の出力導波路204a、204bからそれぞれ出射される直線偏波光である2つの出射光は、マイクロレンズアレイ130の2つのレンズ200b、200cによりコリメートされたのち、偏波合成器132により合波されて一つの出力光となる。偏波合成器132は、例えば半波長板と偏波合成プリズムとにより構成される。
偏波合成器132から出力された出力光は、ビームシフトプリズム136によりその光路が出力光ファイバ108の光軸のある方向へ向かって並進方向にシフトされたのち、レンズ152により集光されて出力光ファイバ108に結合する。ここで、ビームシフトプリズム136は2つの反射面220、222で構成される。反射面220は、光機能素子である光変調素子102からの出射光を、入力光ファイバ106の光軸から離れる方向へ反射する第3の反射面に対応する。
そして、特に、本実施形態に係る光変調デバイス100は、ビームシフトプリズム134の一方の反射面210により出射光の光経路のある方向へ反射された入力光のうち、ビームシフトプリズム134の他方の反射面212を透過する漏れ光の光軸214又は光軸214を当該漏れ光が伝搬し得る光伝搬媒質内(以下、単に光伝搬媒質内)において延長した線が、ビームシフトプリズム136の反射面220で反射した出射光の光軸と一致する部分を含まないよう構成されている。ここで、上記光伝搬媒質には、上記漏れ光が伝搬し得るガラス等の固体媒質、気体媒質、および真空空間が含まれ、金属等の上記漏れ光を透過しない物体は含まれない。
一般に、光が伝搬する2つの異なる媒質の境界面(例えば、光反射面や光透過面)では、当該境界面の僅かな汚れや平滑性の乱れ等により、当該境界面への入射光の一部が分岐されて他の部分と異なる方向へ伝搬し得る。このため、反射面210、212、220、222等の反射面においては、例えば当該反射面を透過する漏れ光が発生することとなり、当該漏れ光が迷光となって入力光と出力光との間のクロストークを劣化させ得る。
これに対し、上記の構成を有する光変調デバイス100では、反射面212を透過して出力光の経路のある方向へ向かう漏れ光は、その光軸214が、反射面220により入力光ファイバ106から離れる方向に向かって生成される出力光の光軸216と一致する部分を含まない。このため、上記漏れ光は、反射面220により反射した出力光と混ざり合うことがない。したがって、光変調デバイス100では、ビームシフトプリズム134及び又は136を導入したことに起因する、出力光に対する入力光のクロストーク(以下、単にクロストークという)の悪化を効果的に抑制することができる。
なお、クロストークの増加を効果的に抑制する観点からは、入力光のうち反射面212を透過する漏れ光の光軸214又は当該光軸214を光伝搬媒質内で延長した線と、これらの方向と同じ方向を向く反射面220を反射した出力光の光軸216と、の距離d1は、上記漏れ光のビーム径より大きな値であることが望ましい。すなわち、第1の反射面である反射面210で反射したのち第2の反射面である反射面212を透過する漏れ光の光軸214は、当該光軸214又は光軸214を光伝搬媒質内で延長した線が、第3の反射面である反射面220で反射した出射光の光軸216から、上記漏れ光のビーム径の値より大きな値の距離d1をもって隔たっていることが望ましい。なお、以下においては、記載の冗長さを避けるため、“第1の反射面である反射面210”等の表記は“第1の反射面210”等と簡略化して示すこともあるものする。
次に、上述した実施形態に係る光変調デバイス100の変形例について説明する。
<第1実施形態の第1変形例>
次に、光変調デバイス100の第1の変形例について説明する。図3は、第1の変形例に係る光変調デバイス100-1の構成を示す図であり、光変調デバイス100のA部の構成を示した図2に相当する図である。なお、光変調デバイス100-1のうち、図3に記載のない部分については、図1に示す光変調デバイス100と同様の構成を有するものとし、上述した図1についての説明を援用する。また、図3において、図2に示す光変調デバイス100の構成要素と同じ構成要素については、図2における符号と同一の符号を用いるものとし、上述した図2についての説明を援用するものとする。
図3に示す光変調デバイス100-1は、図1および図2に示す光変調デバイス100と同様の構成を有するが、ビームシフトプリズム134、136に代えてビームシフトプリズム134-1、136-1を用いる点が異なる。ビームシフトプリズム134-1、136-1は、ビームシフトプリズム134、136と同様の構成を有するが、図示左右方向のサイズ(図示左右において対向する光入出射面間の距離)が、ビームシフトプリズム134、136より短い。
ビームシフトプリズム134-1は、ビームシフトプリズム134の反射面210、212と同様の、第1の反射面及び第2の反射面に相当する反射面210-1、212-1をそれぞれ有する。同様に、ビームシフトプリズム136-1は、ビームシフトプリズム136の反射面220、222と同様の、反射面220-1、222-1をそれぞれ有する。ここで、反射面220-1は、第3の反射面に相当する。
図3に示す光変調デバイス100-1における入射光の経路および出射光の経路は、図2に示す光変調デバイス100と同一である。ただし、上記のように、ビームシフトプリズム134-1、136-1の光入出射面間の距離が、それぞれビームシフトプリズム134、136に比べて小さいことから、ビームシフトプリズム134-1、136-1は、筐体104において図示左右の位置が互いに異なるように配されている。
これにより、光変調デバイス100-1では、光変調デバイス100と同様に、入力光のうち反射面212-1を透過する漏れ光が、反射面220-1を反射した出力光と混ざり合うことが無く、クロストークの悪化を効果的に抑制することができる。
これに加え、光変調デバイス100-1では、ビームシフトプリズム134-1、136-1が互いに図示左右方向にずれて配されていることから、反射面212-1を透過する漏れ光の光軸214の延長線上に、ビームシフトプリズム136-1は存在せず、その他の光学部品も存在しない。このため、光変調デバイス100-1では、漏れ光が他の光学部品に入射ないし反射することに起因する散乱光の発生等も回避されることとなり、光変調デバイス100に比べて更にクロストークが抑制され得る。
<第1実施形態の第2変形例>
次に、光変調デバイス100の第2の変形例について説明する。図4は、第2の変形例に係る光変調デバイス100-2の構成を示す図であり、光変調デバイス100のA部の構成を示した図2に相当する図である。なお、光変調デバイス100-2のうち、図4に記載のない部分については、図1に示す光変調デバイス100と同様の構成を有するものとし、上述した図1についての説明を援用する。また、図4において、図2に示す光変調デバイス100の構成要素と同じ構成要素については、図2における符号と同一の符号を用いるものとし、上述した図2についての説明を援用するものとする。
図4に示す光変調デバイス100-2は、図1および図2に示す光変調デバイス100と同様の構成を有するが、ビームシフトプリズム134に代えてビームシフトプリズム134-2を用いる点が異なる。ビームシフトプリズム134-2は、ビームシフトプリズム134と同様の構成を有し、反射面210、212と同様の、第1の反射面及び第2の反射面に相当する反射面210-2、212-2をそれぞれ有する。
ただし、ビームシフトプリズム134-2は、ビームシフトプリズム134とは異なり、ビームシフトプリズム136に対して時計方向に傾いて配されている。すなわち、光変調デバイス100-2は、第1の反射面210で反射したのち第2の反射面212を透過する漏れ光の光軸314が、第3の反射面220の光軸に対し、互いに平行ではなく、ゼロでない或る角度θを持つように構成されている。これにより、光変調デバイス100-2では、光変調デバイス100と同様に、第1の反射面210-2により出射光の光経路のある方向へ反射された入力光のうち第2の反射面212-2を透過する漏れ光の光軸314又は当該光軸314を光伝搬媒質内で延長した線が、第3の反射面220で反射した出射光の光軸216と一致する部分を含まないよう構成される。
上記構成により、光変調デバイス100-2では、光変調デバイス100と同様に、上記漏れ光は、反射面220-1により反射した出力光と混ざり合うことがなく、したがって、ビームシフトプリズム134及び又は136を導入したことに起因するクロストークの悪化を効果的に抑制することができる。
<第1実施形態の第3変形例>
次に、光変調デバイス100の第3の変形例について説明する。図2に示す光変調デバイス100では、第1の反射面及び第2の反射面である反射面210、212は一方のビームシフトプリズム134を構成するものであり、第3の反射面である反射面220は他方のビームシフトプリズム136を構成するものである。ただし、第1の反射面、第2の反射面、および第3の反射面は、必ずしも本実施形態のようにビームシフトプリズムを構成するものである必要はなく、これらの反射面がどのような光学部品を構成するものかは任意であり、そのような光学部品の配置も任意である。また、光機能素子(例えば、光変調素子102)から出射される出射光が複数ある場合には、第3の反射面は、それぞれの出射光に対応して複数存在してもよい。
以下に示す第3の変形例に係る光変調デバイス100-3は、その一例であり、複数の第3の反射面が、ビームシフト機能と偏波合成機能を併せ持つ複合機能プリズムを構成している。
図5は、第3の変形例に係る光変調デバイス100-3の構成を示す図であり、光変調デバイス100のA部の構成を示した図2に相当する図である。なお、光変調デバイス100-3のうち、図5に記載のない部分については、図1に示す光変調デバイス100と同様の構成を有するものとし、上述した図1についての説明を援用する。また、図5において、図2に示す光変調デバイス100の構成要素と同じ構成要素については、図2における符号と同一の符号を用いるものとし、上述した図2についての説明を援用するものとする。
図5に示す光変調デバイス100-3は、図1および図2に示す光変調デバイス100と同様の構成を有するが、ビームシフトプリズム134に代えてビームシフトプリズム134-3を用い、且つビームシフトプリズム136に代えてプリズム936を用いる点が異なる。ビームシフトプリズム134-3は、ビームシフトプリズム136と同一の構成を有し、ビームシフトプリズム134の反射面210、212と同様の、第1の反射面及び第2の反射面に相当する反射面210-3、212-3をそれぞれ有する。ただし、ビームシフトプリズム134-3は、筐体104内におけるその位置が、ビームシフトプリズム134に比べて図示上方向へずれている。
プリズム936は、ビームシフトプリズム136とは異なり、ビームシフト機能と偏波合成機能とを併せ持つ。具体的には、プリズム936は、第3の反射面に相当する2つの反射面920と反射面924を備える。反射面920は全反射面であり、反射面924は、例えば2つのガラスの間の境界面に形成された偏波合成膜で構成されている。そして、これらの反射面920、924は、出射光を構成する2つの直線偏波光をそれぞれ反射する。すなわち、反射面920は、出力導波路204aから出射した一方の直線偏波光を反射し、反射面924は、当該一方の直線偏波光を透過すると共に、出力導波路204bを出射して半波長板932を経て偏波方向が90度回転し他方の直線偏波光を反射する。これにより、プリズム936は、偏波合成器として機能する。また、プリズム936は、偏波合成された出力光を出力光ファイバ108へ向けて反射する反射面922を有する。これにより、プリズム936は、ビームシフトプリズムとしても機能する。
そして、光変調デバイス100-3は、入力光のうち第2の反射面である反射面212-3を透過する漏れ光の光軸914が、第3の反射面に相当する2つの反射面920、924をそれぞれ反射した出射光の光軸916、918に対して、距離d3だけ離れるように構成されている。
これにより、光変調デバイス100-3では、光変調デバイス100と同様に、第2の反射面212-3を透過する漏れ光は、第3の反射面920、924をそれぞれ反射した出射光と混ざり合うことが無く、クロストークの悪化を効果的に抑制することができる。
<第1実施形態の第4変形例>
まず、光変調デバイス100の第4の変形例について説明する。図6は、第4の変形例に係る光変調デバイス100-4の構成を示す図であり、光変調デバイス100のA部の構成を示した図2に相当する図である。なお、光変調デバイス100-4のうち、図6に記載のない部分については、図1に示す光変調デバイス100と同様の構成を有するものとし、上述した図1についての説明を援用する。また、図6において、図2に示す光変調デバイス100の構成要素と同じ構成要素については、図2における符号と同一の符号を用いるものとし、上述した図2についての説明を援用するものとする。
図6に示す光変調デバイス100-4は、図1および図2に示す光変調デバイス100と同様の構成を有するが、ビームシフトプリズム134に代えてビームシフトプリズム134-4を用いる点が異なる。ビームシフトプリズム134-4は、ビームシフトプリズム134と同様の構成を有し、反射面210、212と同様の、第1の反射面及び第2の反射面に相当する反射面210-4、212-4をそれぞれ有する。
ただし、ビームシフトプリズム134-4は、ビームシフトプリズム134とは異なり、第2の反射面212-4を透過する漏れ光の光軸414又は当該光軸414を光伝搬媒質内で延長した線が、ビームシフトプリズム136の第3の反射面220を反射した出射光の光軸216と一致していても構わない。そして、光変調デバイス100-4では、第1の反射面210-4で反射したのち第2の反射面212-4を透過する漏れ光の光軸414上の、第2の反射面212-4と第3の反射面220との間の位置に、上記漏れ光を遮蔽する遮蔽体400が設けられている。これにより、光変調デバイス100-4では、第1の反射面210-4により出射光の光経路のある方向へ反射された入力光のうち第2の反射面212-4を透過する漏れ光の光軸414又は当該光軸414を光伝搬媒質内で延長した線が、第3の反射面220で反射した出射光の光軸216と一致する部分を含まないように構成され得る。
ここで、遮蔽体400は、例えば黒色メッキされたアルミニウム板等であるものとすることができる。また、この遮蔽体400は、例えば、ビームシフトプリズム136が固定される台座(不図示)に固定されて、当該台座を筐体104の底面に固定することで、ビームシフトプリズム136と共に筐体104内に配されるものとすることができる。
上記構成により、光変調デバイス100-4では、光変調デバイス100と同様に、上記漏れ光は、反射面220により反射した出力光と混ざり合うことがなく、したがって、ビームシフトプリズム134-4及び又は136を導入したことに起因するクロストークの悪化を効果的に抑制することができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図7は、第2の実施形態に係る光機能デバイスである光変調デバイス500の構成を示す図である。図7において、図示右側および左側の図は、それぞれ、光変調デバイス500の平面図および側面図である。また、図8は、図7右側の平面図におけるB部の部分詳細図であり、図9は、図8におけるVI-VI断面の矢視図である。なお、冗長な記載を避けて理解を容易にするため、図9においては、偏波合成器132の記載、及び光変調素子102その他の光学部品を固定する台座等の記載は、省略している。
なお、図7、図8において、図1、図2に示す第1の実施形態に係る光変調デバイス100の構成要素と同じ構成要素については、図1、図2における符号と同一の符号を用いるものとし、それぞれ上述した図1、図2についての説明を援用する。
光変調デバイス500は、図1、図2に示す光変調デバイス100と同様の構成を有するが、ビームシフトプリズム134、136に代えてビームシフトプリズム534、536を用いる点が異なる。図8に示すように、ビームシフトプリズム534は、ビームシフトプリズム134と同様の構成を有し、反射面210、212と同様の、第1の反射面及び第2の反射面にそれぞれ対応する反射面610、612を有する。また、ビームシフトプリズム536は、ビームシフトプリズム136と同様の構成を有し、反射面220、222と同様の、反射面620、622を有する。ここで、反射面620は、反射面220と同様に、第3の反射面に対応する。
特に、光変調デバイス500では、図9に示すように、入力光ファイバ106からの入力光をシフトするビームシフトプリズム534が、筐体104の底面107と平行に配されたビームシフトプリズム536に対し傾いて(すなわち、底面107に対し角度を持って)配されている。この点において、光変調デバイス500は、ビームシフトプリズム134、136の双方が筐体104の底面107に平行な平面内おいて入力光ファイバ106からの入力光および出力光ファイバ108への出力光を並進方向にシフトするように配される第1の実施形態に係る光変調デバイス100と異なる。なお、図9には、符号700および702により、入力光ファイバ106からビームシフトプリズム534に入射する入力光の入射点の位置、及びビームシフトプリズム536から出力光ファイバ108へ出射する出力光の出射点の位置が、それぞれ示されている。
上記構成により、光変調デバイス500では、ビームシフトプリズム534の第1の反射面610で反射したのち第2の反射面612を透過する漏れ光の光軸614は、ビームシフトプリズム536の第3の反射面620で反射した出射光の光軸616に対し、平行ではなくなり、ゼロでない所定の角度ψ1を持つこととなる。このため、光変調デバイス500では、図1に示す光変調デバイス100と同様に、第1の反射面610で反射したのち第2の反射面612を透過する漏れ光の光軸614又は当該光軸614を光伝搬媒質内で延長した線は、第3の反射面620で反射した出射光の光軸616と一致する部分を含まないこととなる。その結果、光変調デバイス500では、第1の実施形態に係る光変調デバイス100と同様に、上記漏れ光が反射面620により反射した出力光と混ざり合うことを防止して、ビームシフトプリズム534及び又は536を導入したことに起因するクロストークの悪化を効果的に抑制することができる。
次に、第2の実施形態に係る光変調デバイス500の変形例について説明する。
<第2実施形態の第1変形例>
まず、光変調デバイス500の第1の変形例について説明する。図10は、第1の変形例に係る光変調デバイス500-1の構成を示す図であり、光変調デバイス500のIX-IX断面の構成を示した図9に相当する図である。なお、光変調デバイス500-1のうち、図10に記載のない部分については、図7及び図8に示す光変調デバイス500と同様の構成を有するものとし、上述した図7及び図8についての説明を援用する。また、図10において、図9に示す光変調デバイス500の構成要素と同じ構成要素については、図9における符号と同一の符号を用いるものとし、上述した図9についての説明を援用するものとする。
光変調デバイス500-1は、図9に示す光変調デバイス500と同様の構成を有するが、ビームシフトプリズム536に代えて、ビームシフトプリズム536-1を用いる点が異なる。ビームシフトプリズム536-1は、ビームシフトプリズム536と同様の構成を有し、反射面620、622と同様の、反射面620-1及び622-1を有する。ここで、反射面620-1は、反射面620と同様に、第3の反射面に対応する。
ただし、光変調デバイス500-1では、ビームシフトプリズム536-1は、筐体104の底面107に対し、ビームシフトプリズム534とは逆方向に傾けて配置されている。これにより、光変調デバイス500-1では、ビームシフトプリズム534の第2の反射面612を透過する漏れ光の光軸614は、ビームシフトプリズム536-1の第3の反射面620-1を反射した出力光の光軸816に対して、図9に示す角度ψ1よりも大きな角度ψ2を持つこととなる。その結果、光変調デバイス500-1では、図9に示す光変調デバイス500に比べて、クロストークの悪化を更に効果的に抑制することができる。
また、光変調デバイス500-1では、ビームシフトプリズム536-1の傾き角を調整することで、図10において符号802で示すビームシフトプリズム536-1からの出力光の出射点の位置を調整することができる。このため、光変調デバイス500-1では、筐体104の底面107からの入力光ファイバ106の光軸位置(符号700で示す点の位置に対応)の高さと、底面107からの出力光ファイバ108の光軸位置(符号802で示す点の位置に対応)の高さと、を同じにすることができる。これにより、光変調デバイス500-1では、筐体104の面105における入力光ファイバ106及び出力光ファイバ108の固定位置を、筐体104の幅方向中心線(すなわち、図7左図において面105を図示左右方向に横切る一点鎖線)に関して対称な位置に配することができ、入力光ファイバ106及び出力光ファイバ108と光変調素子102との間の光の結合効率を、環境温度変動等に起因する筐体104の歪に対してより安定に維持することができる。
<第2実施形態の第2変形例>
次に、光変調デバイス500の第2の変形例について説明する。図11は、第2の変形例に係る光変調デバイス500-2の構成を示す図であり、光変調デバイス500のIX-IX断面の構成を示した図9に相当する図である。なお、光変調デバイス500-2のうち、図11に記載のない部分については、図7及び図8に示す光変調デバイス500と同様の構成を有するものとし、上述した図7及び図8についての説明を援用する。また、図11において、図9に示す光変調デバイス500の構成要素と同じ構成要素については、図9における符号と同一の符号を用いるものとし、上述した図9についての説明を援用するものとする。
光変調デバイス500-2は、図9に示す光変調デバイス500と同様の構成を有するが、ビームシフトプリズム536に代えて、ビームシフトプリズム536-2を用いる点が異なる。ビームシフトプリズム536-2は、ビームシフトプリズム536と同様の構成を有し、反射面620、622と同様の、620-2及び622-2を有する。ここで、反射面620-2は、第3の反射面に対応する。
ただし、光変調デバイス500-2では、ビームシフトプリズム536-2は、筐体104の底面107に対し、ビームシフトプリズム534と同じ方向に傾けて配置されている。これにより、光変調デバイス500-2では、ビームシフトプリズム534の第2の反射面612を透過する漏れ光の光軸614は、ビームシフトプリズム536-2の第3の反射面620-1を反射した出力光の光軸1016に対して平行であって且つ距離d4だけ離れた位置に配され得る。なお、この場合において、距離d4は、上記漏れ光のビーム径の値以上であることが望ましい。
上記構成により、光変調デバイス500-2では、光変調デバイス500と同様に、第2の反射面612を透過する漏れ光が、第3の反射面620-2で反射した出力光に混入することを防止して、ビームシフトプリズム534及び536-2を導入したことに起因するクロストークの増加を抑制することができる。なお、上記の構成においては、ビームシフトプリズム536-2からの出力光の出射位置は、図11において符号902で示すように、図9において符号702で示す出射位置より図示上方へずれるので、筐体104の面105における出力光ファイバ108の固定位置も、これに対応する位置へずらすことが必要となる。
なお、本発明は上記実施形態およびその変形例の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
例えば、光変調デバイス100、500及びその変形例に係る光変調デバイスでは、光機能素子である光変調素子102からの出射光を入力光ファイバ106の光軸から離れる方向へ反射する第3の反射面は、出力光の光軸を並進方向へシフトさせるビームシフトプリズム136等又は536等を構成する反射面220等又は620等であるものとしたが、これには限られない。
例えば、図2においては、出力光を並進方向へシフトするビームシフトプリズム136の反射面220に加えて、偏波合成器132を構成する反射面224も、光変調素子102からの出射光を入力光ファイバ106の光軸から離れる方向へ反射する第3の反射面となり得る。したがって、反射面212を透過して出力光経路のある方向へ向かう入力光の漏れ光の光軸214は、当該光軸214又は光軸214を光伝搬媒質内で延長した線が、反射面224で反射した出射光の光軸218とも一致する部分を含まないように構成され得る。またこの場合においては、入力光のうち反射面212を透過する漏れ光の光軸214又は光伝搬媒質内でのその延長線と、反射面224を反射した出射光の光軸218と、の距離d2(図2参照)も、上述した距離d1と同様に、上記漏れ光のビーム径以上であることが望ましい。
また、第1の実施形態に係る光変調デバイス100では、入力光の漏れ光の光軸214は、図2において、反射面220で反射した出射光の光軸216の図示左側であって且つ反射面224で反射した出射光の光軸218の図示左側にあるものとしたが、光軸214の位置はこれには限られない。入力光の漏れ光の光軸214は、当該光軸214又は光軸214を光伝搬媒質内で延長した線が、反射面220および244でそれぞれ反射した出射光の光軸216及び218のいずれとも一致する部分を含まない限りにおいて、反射面220及び224のそれぞれで反射した2つの出射光の光軸216、218の図示右側にあってもよいし、これら2つの出射光の光軸216、218の間にあってもよい。
また、第1の実施形態及び第2の実施形態では、光機能デバイスの一例として、LNより成る基板上に形成された光導波路により構成された、光変調を行う光変調素子102を光機能素子として備えた光変調デバイス100、500を示したが、光機能デバイスはこれには限られない。本発明に係る光機能デバイスは、任意の方式による任意の機能を有する光機能素子を備えて当該機能を実現する光機能デバイスであるものとすることができる。
そのような機能は、光変調のみならず、光スイッチングや、偏光回転、光ルーティング等であるものとすることができる。また、光機能素子は、LNに限らず、Si等の半導体その他の材料を用いた、導波路型の又はバルク型の素子であるものとすることができる。また、あるいは、上述した実施形態における光変調素子102は、基板上に構成された光導波路のうち入力光を受ける入力導波路202の端部、および出力光を出射する出力導波路204a、204bの端部が、当該基板の一の面である光入出射面128に配されるものとしたが、これには限られない。本発明に係る光機能デバイスが備える光機能素子は、任意の数の光入力及び任意の数の光出力を、当該光機能素子の相異なる面において受信し及び出射するものであってもよい。
以上、説明したように、本実施形態に係る光機能デバイスである光変調デバイス100は、光機能素子である光変調素子102と、光変調素子102を収容する筐体104と、光変調素子102への入力光を筐体104内へ導く入力光ファイバ106と、光変調素子からの出射光で構成される出力光を筐体104外へ導く出力光ファイバ108と、を備える。ここで、入力光ファイバ106と出力光ファイバ108とは、それぞれ、筐体104の一の面105に固定されている。また、光変調デバイス100は、入力光ファイバ106から出射した入力光を上記出射光の光経路のある方向へ反射する第1の反射面210と、第1の反射面210で反射した入力光を光変調素子102へ向けて反射する第2の反射面212と、光変調素子102からの出射光を入力光ファイバ106の光軸から離れる方向へ反射する第3の反射面220と、を備える。そして、光変調デバイス100では、第1の反射面210で反射したのち第2の反射面212を透過する漏れ光の光軸214又は当該光軸214を当該漏れ光が伝搬し得る光伝搬媒質内で延長した延長線は、第3の反射面220で反射した出射光の光軸216と一致する部分を含まない。
この構成によれば、筐体104の一の面に入力光ファイバ106および出力光ファイバ108の双方が配される光機能デバイスにおいて、入力光ファイバ106からの入力光と出力光ファイバ108への出力光との間のクロストークを低く保って良好な光学特性を実現することができる。
また、光変調デバイス100-4では、第1の反射面210-4で反射したのち第2の反射面212-4を透過する漏れ光の光軸414上であって且つ第2の反射面212-4と第3の反射面220との間の位置に、上記漏れ光を遮蔽する遮蔽体400が設けられている。この構成によれば、第1の反射面210-4、第2の反射面212-4、及び第3の反射面220の間の相対位置に制限を加えることなく、出力光に対する入力光のクロストークを低く維持して良好な光学特性を実現することができる。
また、光変調デバイス100(又は500-2)においては、第1の反射面210(又は610)で反射したのち第2の反射面212(又は612)を透過する漏れ光の光軸214(又は614)は、当該光軸214(614)又は光軸214(614)の上記光伝搬媒質内での上記延長線が、第3の反射面220(又は620-2)で反射した出射光の光軸216(又は1016)から、上記漏れ光のビーム径の値より大きな値の距離d1(又はd4)をもって隔たっている。
また、光変調デバイス100-2(又は500若しくは500-1)では、第1の反射面210-2(又は610)で反射したのち第2の反射面212-2(612)を透過する漏れ光の光軸314(又は614)と、第3の反射面220(又は620若しくは620-1)で反射した出射光の光軸216(又は616若しくは816)とは、互いに平行ではない。
これらの構成によれば、入力光の漏れ光の光軸と出力光の光軸とを効果的に分離して、クロストークの小さい良好な光学特性を実現することができる。
また、例えば光変調デバイス100では、第3の反射面220は、第1の反射面210で反射したのち第2の反射面212を透過する漏れ光の光軸214の上記光伝搬媒質内での上記延長線上に配されないものとすることができる。この構成によれば、出力光に対する入力光のクロストークをさらに低減して、より良好な光学特性を実現することができる。
また、上記実施形態において光変調素子102をその一例として示した光機能素子は、基板上に形成された光導波路で構成され、入力光を受ける入力導波路202の端部と、出射光を出射する出力導波路204a、204bの端部と、が上記基板の一の端面である光入出射面128上に配されている。この構成によれば、光変調素子102の一の光入出射面128と、入力光ファイバ106及び出力光ファイバ108が配された筐体104の一の面105との間に、光学部品が密集して配される光機能デバイスにおいて、出力光に対する入力光のクロストークを低減して良好な光学特性を実現することができる。
100、100-1、100-2、100-3、100-4、500、500-1、500-2…光変調デバイス、102…光変調素子、104…筐体、105…面、106…入力光ファイバ、107…底面、108…出力光ファイバ、110…駆動回路、112…回路基板、114、120、122…ピン、116、118…中継基板、124、126…終端器、128…光入出射面、130…マイクロレンズアレイ、132…偏波合成器、134、134-1、134-2、134-3、134-4、136、534、536、536-1、536-2…ビームシフトプリズム、140、148…フェルール、142、150…スリーブ、144、152、200a、200b、200c…レンズ、146、154…レンズホルダ、202…入力導波路、204a、204b…出力導波路、210、210-1、210-2、210-3、210-4、212、212-1、212-2、212-3、212-4、220、222、224、610、612、620、620-1、620-2、622、622-1、622-2、920、922、924…反射面、214、216、218,314、414、614、616、816、914、916、918、1016…光軸、400…遮蔽体、932…半波長板、936…プリズム。

Claims (5)

  1. 光機能素子と、
    前記光機能素子を収容する筐体と、
    前記光機能素子への入力光を前記筐体内へ導く入力光ファイバと、
    前記光機能素子からの出射光で構成される出力光を前記筐体の外へ導く出力光ファイバと、
    を備える光機能デバイスであって、
    前記入力光ファイバと前記出力光ファイバとは、共に前記筐体の一の面に固定され、
    前記入力光ファイバから出射した入力光を前記出射光の光経路のある方向へ反射する第1の反射面と、
    前記第1の反射面で反射した前記入力光を前記光機能素子へ向けて反射する第2の反射面と、
    前記光機能素子からの前記出射光を、前記入力光ファイバの光軸から離れる方向へ反射する第3の反射面と、
    を備え、
    前記第1の反射面で反射したのち前記第2の反射面を透過する漏れ光の光軸又は当該光軸を当該漏れ光が伝搬し得る光伝搬媒質内において延長した延長線は、前記第3の反射面で反射した前記出射光の光軸と一致する部分を含ま
    前記第1の反射面で反射したのち前記第2の反射面を透過する漏れ光の光軸と、前記第3の反射面で反射した前記出射光の光軸とは、互いに平行ではない、
    光機能デバイス。
  2. 前記第1の反射面で反射したのち前記第2の反射面を透過する漏れ光の光軸上であって且つ前記第2の反射面と前記第3の反射面との間の位置に、前記漏れ光を遮蔽する遮蔽体が設けられている、
    請求項1に記載の光機能デバイス。
  3. 前記第1の反射面で反射したのち前記第2の反射面を透過する漏れ光の光軸又は当該光軸の前記延長線は、前記第3の反射面で反射した前記出射光の光軸から、前記漏れ光のビーム径の値より大きな値の距離をもって隔たっている、
    請求項1に記載の光機能デバイス。
  4. 前記第3の反射面は、前記第1の反射面で反射したのち前記第2の反射面を透過する漏れ光の光軸の前記延長線上に配されていない、
    請求項1に記載の光機能デバイス。
  5. 前記光機能素子は、基板上に形成された光導波路で構成され、前記入力光を受ける入力導波路の端部と、前記出射光を出射する出力導波路の端部と、が前記基板の同一端面上に配されている、
    請求項1ないしのいずれか一項に記載の光機能デバイス。
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