JPH08148668A - 光集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光導波路１４の出射端１４ａ周辺に放射され
る雑音光の影響を小とする。 【構成】 受光素子１３の光検出部１７に窓開け２５を
有する遮光フィルタ２６が被され、窓開け２５を出射端
１４ａと位置合せして受光素子１３が光学素子１２に取
付けられる。窓開け２５の大きさは出射端１４ａの大き
さとほぼ等しく示されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光導波路が形成された
光学素子に、受光素子が取付けられ、上記光導波路から
出射する信号光ビームを受光する光集積回路に関し、例
えば光ファイバジャイロの光学系及び制御系、光通信シ
ステムなどに適用される。

【０００２】

【従来の技術】従来の光集積回路は、光学素子からの出
射光信号を受光素子で電気信号に光電変換する際に、光
学素子あるいはその周囲を伝搬する信号光以外の光が受
光素子の光検出部に入射する構造であった。信号光以外
の光は、信号光の伝搬する光導波路でない部分を伝搬し
て、信号光ビーム断面よりも大きな面積の光検出部を有
する受光素子に入射し、信号光と共に光電変換されるの
で出力の電気信号はＳ／Ｎ比の悪い信号となる。

【０００３】図５に従来の光集積回路の一例を示す。こ
の光集積回路は、光ファイバジャイロに用いられるもの
で光集積回路１１は光学素子１２と受光素子１３とより
なり、光学素子１２上には光導波路１４が形成されてい
る。光導波路１４はこの例では両端がＹ分岐路とされて
それぞれ光学素子１２の両端にまで延長され、一方のＹ
分岐路の分かれた一方の光導波路端に発光素子１５から
の光が入射され、他方の光導波路端に受光素子１３が取
付けられている。他方のＹ分岐路の各分かれた光導波路
の両側にそれぞれ電極１６が光導波路に沿って形成さ
れ、電極１６間の信号により光導波路を伝搬する信号光
に位相変調を行うことができるようにされている。

【０００４】受光素子１３，発光素子１５はそれぞれ光
学素子１２の端面に取付けられて集積化されている。図
５Ｂに示すように受光素子１３の一面のほぼ全面に光検
出部１７が形成され、この光検出部１７の面積は、光導
波路１４の出射端１４ａから出射する信号光ビーム断面
よりもかなり大きく、信号光以外の光を受光して信号光
と共に光電変換する。

【０００５】図６に従来の光ファイバジャイロの光学系
の構成の一例を示し、光学素子１２以外の部分を縮小し
てあり、図５と対応する部分には同一符号を付けてあ
る。発光素子１５が光学素子１２から離され、その光導
波路の光入射端と発光素子モジュール１８との間が光フ
ァイバ１９で連結され、受光素子１３も離され、その光
出射端１４ａと受光素子モジュール２１との間も光ファ
イバ１９で連結され、光ファイバ１９の光学素子１２側
の端部はキャリア２２に保持され、光学素子１２に固定
される。光学素子１２の他端の両光導波路の端は光ファ
イバ１９にて光ファイバコイル２３の両端に接続され
る。光ファイバコイル２３と連結する光ファイバ１９の
光学素子１２側の端部はキャリア２２で光学素子１２に
固定されている。光ファイバコイル２３と光ファイバ１
９とは一体の同一のものとされることもある。

【０００６】発光素子モジュール１８からの光は光学素
子１２の光導波路１４に入射され、そのＹ分岐路で２分
されて、光ファイバコイル２３の両端に右回り光、左回
り光として入射され、光ファイバコイル２３を伝搬した
両光は光学素子１２の光導波路１４に戻りそのＹ分岐回
路で合成干渉され、その干渉光は出射端１４ａから光フ
ァイバ１９を通じて受光素子モジュール２１に入射され
る。検出感度を上げるための位相変調が電極１６により
行われ、受光素子モジュール２１より電気信号から前記
位相変調の変調信号成分が検出されて、光ファイバコイ
ル２３の軸心よりの角速度が検出される。このように光
ファイバジャイロとしては、この図６に示した構成に制
御系の電気回路が組み合わされて動作するが、その説明
は、ここでは省略する。

【０００７】この構成においては受光素子は光ファイバ
１９と接続された受光素子モジュール２１として光学素
子１２と接続されている。光ファイバ１９で光を伝搬す
るコアの断面は一般的に光出射端１４ａでの信号光ビー
ム断面とほぼ同じ大きさであって、信号光以外の光のほ
とんどは受光素子モジュール２１に到達しないので、Ｓ
／Ｎ比としては比較的大となるが、受光素子をモジュー
ル化して更に光ファイバ１９にて光学素子１２に接続す
ることは、部材の増加、作業工数の増加、製品の大型化
をもたらす欠点がある。

【０００８】なお、図５に示した構成においても光ファ
イバコイル２３が接続されて、図６について簡単に説明
したように光ファイバジャイロとして用いられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の光集積回路は光学素子からの出射光信号を電気信号
に光電変換する際に、光学素子あるいはその周囲を伝搬
する信号光以外の光が受光素子の光検出部に入射する構
造であるので、出力の電気信号はＳ／Ｎ比の悪い信号と
なる欠点がある。また受光素子モジュールと、光学素
子、出射光端とを光ファイバで連結する場合はＳ／Ｎ比
はそれ程悪くならないが、光ファイバによる接続工程を
必要とし、かつ部品点数が大となる欠点がある。

【００１０】この発明は従来の欠点を除去し、光電変換
後の出力電気信号のＳ／Ｎ比を改善し、かつ部品点数を
それ程大とすることなく、小型に構成することができる
光集積回路を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、光
導波路の形成された光学素子と受光素子とよりなる光集
積回路において、受光素子の光検出部の大きさが光導波
路の光出射端での信号光ビーム断面とほぼ同一の大きさ
あるいは若干大とされている。請求項２の発明では、受
光素子の光検出部と光導波路の光出射端との間に信号光
ビーム断面とほぼ同じ大きさあるいは若干大きい窓が形
成された遮光フィルタが設けられている。

【００１２】

【実施例】次にこの発明の実施例を図面を参照して説明
する。各図面において、光集積回路の大きさは１ｍｍ〜
数１０ｍｍに対し、光導波路の幅はμｍ単位の大きさで
あり図における縮尺は整合していない。図１に請求項１
の発明の実施例を示し、この実施例の光集積回路は、特
に光ファイバジャイロの構成部品として使用される場合
であり、図５と対応する部分に同一符号を付けてある。
この例では光学素子１２の光導波路１４が光学素子１２
の上面１２ａより突出して、いわゆるリッジ形として構
成された場合である。発光素子１５と、受光素子１３と
が光学素子１２の上面１２ａ上に取付けられている。こ
の発明では受光素子１３の光検出部１７は、光導波路１
４の光出射端１４ａの端面とほぼ同じ大きさとされ、つ
まりほぼ同一の大きさ又は若干大きい大きさとされ、光
検出部１７が光出射端１４ａの端面と近接又は接して対
向している。

【００１３】従って光検出部１７は信号光以外の光が入
射されずＳ／Ｎ比に優れた光電変換がなされる。請求項
２の発明の光集積回路を、光ファイバジャイロの構成部
品として使用される場合の実施例を図２に示す。この例
では光導波路１４は図５の場合と同様に埋め込み形とさ
れた場合であり光学素子１２の端面に発光素子１５と受
光素子１３とが取付けられて集積されている。この実施
例では受光素子１３の光検出部１７と光導波路１４の光
出射端１４ａとの間に、光出射端１４ａとほぼ同じ大き
さ又は若干大きい窓開け２５がなされた、例えば金属板
又は金属膜よりなる遮光フィルタ２６が備えてあり、信
号光以外の光が光検出部１７に入射されないようにさ
れ、Ｓ／Ｎ比に優れた光電変換がなされる。光導波路１
４の出射光ビームの直径は現在においては小さいものは
３〜４μｍ程度大きいものは５０μｍ程度であり、一方
受光素子１３として通常用いられているフォトダイオー
ドの場合、受光面の直径は３００μｍ程度あり、これに
直径１００μｍ程度の窓開け２５を有する遮光フィルタ
２６を付けた場合、この遮光フィルタ２６の効果が十分
得られた。不要光を除去する点からは窓開け２５の大き
さを光ビームの断面積の大きさとなるべく等しくするこ
とが望ましい。一方、受光素子１３の窓開け２５と光導
波路１４との位置合わせや窓開け２５の製作の点からは
窓開け２５が大きい方がよい。現在では１００μｍ程度
の位置合わせは機械的に比較的容易に行えるが、１０μ
ｍ程度の位置合わせは実際に光を通して微調整をする必
要がある。これらの諸点から、この明細書で信号光ビー
ム断面とほぼ同一の大きさとは、窓開け２５の大きさが
信号光ビーム断面と実質的に同一であることを示し、信
号光ビームの断面より若干大きいとは信号光ビームの直
径が３〜４μｍ程度の場合は、窓開け２５の直径が２０
〜３０倍程度、信号光ビームの直径が５０μｍ程度の場
合は窓開け２５の直径が３倍程度までを示すものであ
る。

【００１４】図１，図２の何れの実施例においても光導
波路１４の入出射端を斜めに加工することにより、光接
続の際の反射戻り光を防止する形状とすることもある。
また、光導波路１４の光出射端１４ａと受光素子１３と
の間に、遮光フィルタ２６に加えて別の素子が備えられ
ることもある。更に図１，図２の何れの場合も、従来の
ものと同様に光学素子１２としては、半導体又は強誘電
体、あるいはガラスで構成され、かつ光導波路１４の部
分は電極１６により位相変調作用があるようになされて
いる。

【００１５】遮光フィルタ２６の装着形態と集積手順は
図３に示す各種の場合がある。図３Ａにおいては、カバ
ー形状の遮光フィルタ２６が受光素子１３の光検出部１
７側に装着され、この状態に組み立てたものを、光学素
子１２にその光出射端１４ａと位置合せして取付ける。
図３Ｂにおいては、平板状の遮光フィルタ２６が光学素
子１２にその光出射端１４ａと位置合せして装着され、
この状態に組み立てたものに対し、受光素子１３を遮光
フィルタ２６部分で光学素子１２に取付ける。

【００１６】図３Ｃにおいては、接続用基台２８上に遮
光フィルタ２６が立てられ、その遮光フィルタ２６を挟
み受光素子１３及び光学素子１２を位置合せして接続用
基台２８上に取付けて光学素子１２に受光素子１３が固
定される。図３では、遮光フィルタ２６の装着の説明に
必要な部分以外の光集積回路の構成は省略した。何れの
場合においても、光導波路１４の光出射端１４ａと遮光
フィルタ２６との間隔は狭い方が良いが、受光素子１３
と遮光フィルタ２６との間隔は若干離れてもかまわな
い。

【００１７】図１，図２の各場合、更に図３の例を用い
て光集積回路とする場合は、受光素子１３の光検出部１
７又は遮光フィルタ２６の窓開け２５と光出射端１４ａ
との位置合せは機械的に行うのみならず、必要に応じ
て、光出射端１４ａから光を実際に出射され、受光素子
１３の検出光量が最大になるように、光出射端１４ａと
光検出部１７又は窓開け２５との位置を微調整する。

【００１８】図１に示したように受光素子１３の光検出
部１７の大きさを光出射端１４ａとほぼ同じにすること
を、図２に示した埋め込み形光導波路の光学素子に対し
て適用してもよい。同様に図２及び図３に示した遮光フ
ィルタ２６を用いる各種構成を図１に示したリッジ形光
導波路の光学素子に対して適用することもできる。図１
において受光素子１３は光学素子１２と一体に集積回路
として作られていてもよい。

【００１９】図４に、この発明の光集積回路を用いて構
成した光ファイバジャイロを示し、図１，図２，図６と
対応する部分に同一符号を付けてある。この発明により
なる光集積回路１１は電気回路基板２９の上に固定、配
線され、光ファイバコイル２３と接続されて光ファイバ
ジャイロとして組み上げられている。本図では、実際の
光ファイバジャイロの構成にあるフレーム、カバー、入
出力端子などは省略した。この発明の光集積回路は光通
信システム、その他の光学システムにも利用することが
できる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、受光素
子の光検出部の大きさを、光導波路の光出射端での信号
光ビーム断面と同じあるいは若干大きい大きさとするこ
とにより、信号光ビームの周辺に放射されるノイズ光の
影響を避け、Ｓ／Ｎ比に優れた出力信号を得ることがで
きる。また、別な構造として、受光素子の光検出部と光
導波路の光出射端との間に信号光ビーム断面と同じ、あ
るいは若干大きい大きさの窓開けのされた遮光フィルタ
を備えることにより、前記と同様の効果を得ることがで
きる。

【００２１】更に光ファイバにより連結する必要がな
く、部品点数が少なく、小形が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａは請求項３の発明の実施例を示す斜視図、Ｂ
はその受光素子１３の拡大斜視図である。

【図２】Ａは請求項４の発明の実施例を示す斜視図、Ｂ
はその受光素子１３の拡大斜視図である。

【図３】Ａは請求項５の発明の実施例における受光素子
への遮光フィルタの装着の一例を示す斜視図、Ｂは請求
項６の発明の実施例における、光学素子への遮光フィル
タの装着の一例を示す斜視図、Ｃは請求項７の実施例に
おける、光学素子と受光素子の集積の際の遮光フィルタ
装着の他の例を示す斜視図である。

【図４】請求項２の発明による光集積回路によって構成
した光ファイバジャイロの一例を示す上面図。

【図５】Ａは従来の技術による光集積回路を示す斜視
図、Ｂはその受光素子の拡大斜視図である。

【図６】従来の技術による光ファイバジャイロの光学系
を示す構成図。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路の形成された光学素子、その光
   学素子に取付けられ、上記光導波路より出射される信号
   光ビームを受光する受光素子とよりなる光集積回路にお
   いて、 上記受光素子の光検出部の大きさが上記光導波路の光出
   射端での信号光ビーム断面とほぼ同一の大きさあるいは
   若干大とされていることを特徴とする光集積回路。
2. 【請求項２】 光導波路の形成された光学素子と、その
   光学素子に取付けられ、上記光導波路より出射される信
   号光ビームを受光する受光素子とから成る光集積回路に
   おいて、 上記受光素子の光検出部と上記光導波路の光出射端との
   間に上記信号光ビームの断面とほぼ同じ大きさあるいは
   若干大きい窓が開けられた遮光フィルタが備えられてい
   ることを特徴とする光集積回路。
3. 【請求項３】 上記光学素子と上記受光素子とが、同一
   基板上に一体に集積されていることを特徴とする請求項
   １又は２に記載の光集積回路。
4. 【請求項４】 上記光学素子と上記受光素子とは別々に
   形成されたものが互いに取付けられたものであることを
   特徴とする請求項１又は２に記載の光集積回路。
5. 【請求項５】 上記遮光フィルタは上記光学素子に装着
   されていることを特徴とする請求項２に記載の光集積回
   路。
6. 【請求項６】 上記遮光フィルタは上記受光素子に装着
   されていることを特徴とする請求項２に記載の光集積回
   路。
7. 【請求項７】 上記遮光フィルタが接続用基台に取付け
   られ、その接続用基台に上記光学素子と上記受光素子と
   が取付けられて互いに固定されていることを特徴とする
   請求項２に記載の光集積回路。