JPH02106708A - 光情報処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば光通信システム中の光変調器や光スィ
ッチなどに使用して好適な導波路型光機能素子を用いた
光情報処理装置に関する。

［発明の概要］ 本発明は、三次元導波路型光機能素子に対し光ファイバ
を介して入力光を入射し、その光機能素子によって所定
の処理を施した出力光を光ファイバを介して取り出すよ
うにした光情報処理装置において、その光機能素子の主
平面にこの主平面から放射される光を検出する光検出器
を配設することにより、その所定の処理を施した出力光
をモニタするようにしたことにより、小型の三次元導波
路型光機能素子を用いて効率良くその出力光のモニタが
できるようにしたものである。

〔従来の技術〕

光通信システム中の光変調器や光スィッチとして三次元
導波路型光機能素子を用いた光情報処理装置が使用され
ている。ここで、三次元導波路型光機能素子とは基板の
表面又は内部の特定パターンに沿って光を伝搬させるこ
とができる光機能素子をいい、基板の表面全体に沿って
光を伝搬させるだけの二次元導波路型光機能素子よりも
高度な機能を有する。これらの光情報処理装置は入力光
に強度変調５周波数変調９位相変調などの処理を施して
出力光として外部に出力する機能を有するが、この場合
、処理後の出力光の状態をモニタすることが必要である
。

第５図はそのような従来の出力光の状態をモニタできる
光情報処理装置を示し、この第５図において、（１）は
光ファイバであり、この光ファイバ（１）の一端には入
力光り。が入射され、この光ファイバ（１）の他端は三
次元導波路型光機能素子（２）の誘電体よりなる長さＥ
ｏの基板（３）の−面に被着されている。また、その基
板（３）の表面（３ａ）にはその光ファイバ（１）の他
端近傍から直線状の光導波路（４）が形成され、この光
導波路（４）の途中の分岐部（５）からその光導波路（
４）に対して角度θで光導波路（６）が引き出されてい
る。この場合、光ファイバ（１）のコア径は数μｍ、ク
ラッド径（外径）ｄは１５０μｍ程度であり、先導波路
（４）及び（５）の幅は夫々数μｍ程度である。また、
その基板（３）の表面（３ａ）上において、その光ファ
イバ（１）と分岐部（５）との間にその光導波路（４）
を挟む如く１対の電極（７）が形成され、この１対の電
極（７）には変調回路（８）より変調信号を供給するこ
とにより、この１対の電極（力の間の導波路（４）を通
る光には例えば強度変調が施される。

基板（３）の光導波路（４）及び（５）の夫々の終端部
近傍の側面にこは単一モード光ファイバ（９）及び０［
Ｉ）の夫々の一端が被着され、光ファイバ００）の他端
は受光素子（１１）の受光面に被着されている。従って
、光ファイバ（１）を介して光導波路（４）に注入され
た入力光Ｌ０は１対の電極（７）の作用で変調を受けた
後に、大部分がそのまま光導波路（４）内を直進して光
ファイバ（９）の一端に入射されこの光ファイバ（９）
の他端より制御光（出力光）Ｌ＋　として取り出される
。また、変調を受けた入力光り。の内の少量が分岐部（
５）より光導波路（６）に向かい光ファイバ００）を介
してモニタ光Ｌ２として受光素子（Ｉｔ）に照射される
。この場合、制御光り、とモニタ光Ｌ２とは同じように
変調されているので、モニタ光Ｌ２の強度等を検出する
ことにより制御光り、が所望の状態に変調されているか
どうかをモニタすることができる。

［発明が解決しようとする課題］ 第５図例において光導波路（４）及び（６）の角度θを
大きくすると光導波路（６）方向に流れる光の量が急激
に減少してモニタが困難となるため、角度θは通常Ｖ程
度に設定される。この場合、光ファイバ（９）、θ０）
のクランド径ｄは約１５０μｍであるため、分岐部（５
）から光導波路（４）、　（６）の終端部までの長さを
Ｅ、　とすると、 Ｅ、ｔａｎ　θ　≧　ｄ が成立する必要があり、Ｅ、の値は最低でも９ｍｍ程度
必要となる。従って、その基板（３）の長さＥ。

（即ち、光機能素子（２）の長さ）は約２０ｍｍ程度に
設定しなければならず、光機能素子（２）が大型化する
不都合があった。

さらに、受光素子（１１）と光機能素子（２）との間に
光ファイバ００）が介在しているため、この光ファイバ
００）のアライメントが困難で組立工数が増大すると共
に、光ファイバ００）と光機能素子（２）との間の結合
損失が大きくなる不都合があった。

本発明は斯かる点に鑑み、光機能素子が小型化できると
共に、組立が用意でモニタ光を効率良く光検出器に取り
込める光情報処理装置を提案することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による光情報処理装置は例えば第１図に示す如（
、三次元導波路型光機能素子０２）に対し光ファイバ（
１）を介して入力光り。を入力し、その光機能素子０２
）によって所定の処理を施した出力光Ｌ１を光ファイバ
（９）を介して取り出すようにした光情報処理装置にお
いて、その光機能素子θカの主平面（３ａ）にこの主平
面（３ａ）から放射される光を検出する光検出器（１１
）を配設することにより、その所定の処理を施した出力
光り、をモニタするようにしたものである。

〔作用〕

斯かる本発明によれば、その光機能素子０２）の中を伝
搬する光の内で主平面（３ａ）より漏れ出る部分がその
主平面（３ａ）に配設された光検出器（ＩＩ）に取りこ
まれる。この漏れ出る部分の光にはその所定の処理の施
した出力光り、と同し処理が施されてぃるので、その光
検出器（１１）の出力信号をモニタすることにより、そ
の出力光り、の状態がモニタできる。

本発明によればその出力光り、をモニタするために入出
力用の光ファイバ（１）、　（９）とは別異にモニタ用
の光ファイバを設ける必要がない。従って、そのモニタ
用の光ファイバまで光を導くための長い光導波路を設け
る必要がなく光機能素子が小型化されると共に、そのモ
ニタ用の光ファイバのアライメントに要する工数が省略
でき組立が容易である。さらに、そのモニタ用の光ファ
イバに起因する光の結合損失がなくなり、モニタ光を効
率良く光検出素子に取り込むことができる。

〔実施例〕

以下、本発明光情報処理装置の一実施例につき第１図〜
第３図を参照して説明しよう。この第１図〜第３図にお
いて第５図に対応する部分には同一符号を付してその詳
細説明は省略する。

第１図は本例の光情報処理装置を示し、この第１図にお
いて、入力光り。を伝える入力用の光ファイバ（１）と
所定の処理を施された制御光り、を伝える出力用の光フ
ァイバ（９）との間に三次元導波路型光機能素子Ｇカを
取り付ける。この光機能素子０２）の基板（３）は厚さ
もが約１　ｍｍ、幅及び長さＥ２が共に約１０ｍｍのリ
チウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ＋）の単結晶より形成
し、この基板（３）の表面（３ａ）上にその光ファイバ
（１）及び（９）の夫々の端面を結ぶ如く幅が数μｍの
光導波路０３）を形成する。具体的には、基板（３）よ
り屈折率の大きな例えばチタン（Ｔｉ）を拡散してその
光導波路側を形成する。

第２図に示す如く、その光導波路０３）上の分岐部θ４
から角度１°程度でモニタ光を導くための光導波路０５
）を形成し、この光導波路ｑωはその基［（３）の側面
に達する前で消失する如くなす。そして、その分岐部Ｇ
４と入力用の光ファイバ（１）との間にその光導波路０
３）を挟む如く変調用の１対の電極（７）を形成し、そ
の分岐した光導波路０ωの終端部近傍において、その光
導波路０５１の上からその光導波路０ωより高い屈折率
の例えばルチル（ＴｉＯｚ）をピッチΔで形成すること
により、ピッチへの回折格子００を形成する。この回折
格子０ωの個々の格子（１６ａ）を形成するには高い屈
折率の物質を所定ピッチで形成する他に、イオン注入法
を用いてその光導波路０５）に高屈折率のイオンを所定
ピッチで注入するようにしても良い。そして、その回折
格子００を囲む円周Ｐ内に第１図に示す如く受光素子（
１１）を被着する。

この受光素子（１１）はガラス窓を有する筺体内にＰＩ
Ｎ型フォトダイオード等を収納したもので、そのガラス
窓の部分を、その基板（３）の表面（３ａ）にその回折
格子θωを覆う如く接着剤で固定する如くなす。

しかし、受光素子（１１）として単体のフォトダイオー
ドを用いて、このフォトダイオードを直にその回折格子
０６）を覆う如（被着してもよい。

第１図例の動作を説明するに、光ファイバ（１）を介し
て光導波路０３）に注入された入力光り。は図示省略し
た変調回路よりその１対の電極（７）に供給される変調
信号に応じて変調された後に、分岐部θ４において大部
分が制御光Ｌ１としてその光導波路側を直進し、残りの
部分がモニタ光Ｌ２としてその光導波路０５）の方向に
伝搬する。そして、光導波路θつを伝わるモニタ光Ｌ２
は、第３図に示す如く、回折格子０６）によって回折さ
れ基板（３）の表面（３ａ）及び裏面（３ｂ）方向に夫
々回折光Ｌ３及びＬ４として放射される。その表面（３
ａ）方向に放射される回折光Ｌ３が受光素子（１１）に
入射するので、受光素子（１１）には実質的にモニタ光
Ｌ２が取りこまれたことになる。

第３図に示すような回折が生じるための条件を求めるた
めに、基板（３）、光導波路０５）及び空気の屈折率を
夫々ｎ３．ｎｆ及びｎｃと於いて、真空中の光の波数を
ｋ　（−２π／λ）とすると、その光導波路θ０を伝わ
るモニタ光Ｌ２の伝搬定数β。はβｏ　＝Ｎ　ｋ　　　
　　　　・・・・（１）で表わされる。式（１）におい
て、Ｎはその光導波路０ωの実効屈折率であり ｎｃ　＜ｎｓ　＜Ｎ＜ｎｆ　　−・・・（２）が成立す
る。このモニタ光Ｌ２がピッチへの回折格子０６）の形
成部に入射すると、伝搬定数βｑを有する高調波が発生
する。この場合、ｑは整数であり、Ｋ＝２π／Δとする
と、 βｑ−β。＋ｑＫ　　　　・・・・（３）が成立し、こ
の高調波が βｑｌ＜ｎｃｋ又は　１βｑ１〈ｎＳｋ　・・・・（４
）を満たす整数のｑを持つとき、この高調波は基板（３
）の表面（３ａ）側又は裏面（３ｂ）側に回折されて放
射される。この表面（３ａ）側への回折光Ｌ３の放射角
θ１（ｑ）及び裏面（３ｂ）側への回折光Ｌ４の放射角
θ７（ｑ）を夫々第３図に示す如く定義すると、これら
の放射角は夫々 βｑ　＝ｎｃｋ　ｓｉｎ　θ、（ｑ）　　　・−・・（
５）βｑ　＝ｎｓｋ　ｓｉｎ　θ２（ｑ）・・・・（６
）で表わされる。従って式（４）が充足されるように屈
折率ｎｓ、ｎｆ及び回折格子０６）のピッチ八を選択す
ることにより基板（３）の表面（３ａ）側又は裏面（３
ｂ）側に回折光Ｌ３又はＬ４が取り出される。但し、式
（２）の制約があることにより、回折光があるのは次数
９が ｑ≦−１・・・・（力 の場合に限られており、ｑ−−１の回折光を使用するの
がよい。

本例の光情報処理装置によれば、モニタ光Ｌ２は基板（
３）の表面（３ａ）に配設した受光素子（１１）によっ
て取り込むようにしているので、モニタ用の光ファイバ
を設ける必要がない。従って、モニタ用の光導波路０５
）は短くてもよいので基板（３）の長さＥ２は短くする
ことができ、光機能素子０２）を小型化できる利益があ
る。また、モニタ用の光ファイバのアライメントに要す
る組立工数が削減できるので製造が容易になると共に、
光ファイバに起因するモニタ光の結合損失がなくなりモ
ニタ光の受光効率が改善される利益がある。特に本例に
おいては光導波路０５）の終端部に回折格子０６）を形
成して、モニタ光Ｌ２を回折光り、に変換して受光素子
（１１）に取り込むようにしているので、モニタ光Ｌ２
の受光効率が大幅に改善される利益がある。

また、第１図例において基ｉ　（３）の表面（３ａ）か
らはモニタ光が漏れ出るようになされているが、このよ
うにモニタ光が漏れ出るようになされた面を主平面と呼
ぶ。

本発明光情報処理装置の他の実施例につき第４図を参照
して説明するに、第４図例においては、三次元導波路型
光機能素子の基板（３）を多結晶ガラスより形成し、モ
ニタ光Ｉ−２を伝える光導波路０５）その基板（３）の
表面（３ａ）にカリウムなどの高屈折率物質のイオンを
イオン注入することにより形成する。そして、その光導
波路０５）の上に所定ピッチで凹部（１７ａ）を刻設す
ることにより回折格子０７）を設ける。また、本例では
基板（３）の裏面（３ａ）を主平面としてその裏面（３
ａ）に受光素子（１１）を被着する。この他の構成は第
１図例と同様であるので、その詳細説明は省略する。

第４図例によれば光導波路ｌＪωを伝わって来たモニタ
光Ｌ２は回折格子θ′７１によって回折され、回折光Ｌ
３及びり、として夫々基板（３）の表面（３ａ）側及び
裏面（３ｂ）側より放射される。従って、その主平面で
ある裏面（３ｂ）側より放射される回折光Ｌ４を受光素
子（１１）で検出することにより、所定の処理を施され
ている制御光Ｌ２の状態を効率良くモニタすることがで
きる。

上述実施例においては主平面として基板（３）の表面（
３ａ）又は裏面（３ｂ）が用いられていたが、主平面と
はモニタ光が外部に放射されている面であり、この意味
より主平面としてその表面（３ａ）及び裏面（３ｂ）の
両方の面を用いて夫々の面に受光素子を配設するように
してもよい。また、基板（３）の側面を主平面とみなす
ことも可能である。

また、基板（３）としては誘電体であれば他の材料を使
用することができると共に、モニタ光Ｌ２を放射させる
ための回折格子０６）、０７）の代わりにランダムな傷
をつけるようにしてもよい。さらに、上述実施例におい
ては、回折格子０６）、　０７）がモニタ光Ｌ２の受光
効率を大幅に改善するために使用されている。しかしな
がら、この回折格子ＯＦ；Ｊ、　０７）がなくともその
光導波路０５）は途中で消失してカットオフ状態になっ
ているので、その光導波路０５）を伝搬して行くモニタ
光Ｌ２は終端部から基板（３）の表面（３ａ）側及び裏
面（３ｂ）側へ漏れ出て外部に放射される。従って、そ
れら回折格子０６）、　０７１は必ずしも設ける必要が
ない。

ごのように本発明は上述実施例に限定されず、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で変更することができる。

（発明の効果］ 本発明光情報処理装置は上述のように、三次元導波路型
光機能素子の主平面にこの主平面から放射される光を検
出する光検出器を配設するようにしているので、モニタ
光を伝えるための分岐した長い光導波路及び光ファイバ
が不要となり、その光機能素子を小型化できると共に、
装置の組立が容易である利益がある。さらに、モニタ光
を伝える際の結合損失が減少するためモニタ光を効率良
く光検出素子に取り込める利益がある。

【図面の簡単な説明】

第１回は本発明光情報処理装置の一実施例を示す斜視図
、第２図は第１図例中の光機能素子０２）を示す斜視図
、第３図は第１図例の動作の説明に供する部分拡大断面
図、第４図は本発明の他の実施例の要部を示す部分拡大
断面図、第５図は従来の光情報処理装置を示す斜視図で
ある。 （１）、　（９）は夫々光ファイバ、（３）は基板、（
３ａ）は表面、（３ｂ）は裏面、（１１）は受光素子、
０２）は三次元導波路型光機能素子、（１３）、　０５
）は夫々光導波路、Ｑ６）、　０７１は夫々回折格子で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　三次元導波路型光機能素子に対し光ファイバを介して
   入力光を入射し、上記光機能素子によって所定の処理を
   施した出力光を光ファイバを介して取り出すようにした
   光情報処理装置において、上記光機能素子の主平面に該
   主平面から放射される光を検出する光検出器を配設する
   ことにより、上記所定の処理を施した出力光をモニタす
   るようにしたことを特徴とする光情報処理装置。