JPH0949993A

JPH0949993A - 光通信用外部変調器

Info

Publication number: JPH0949993A
Application number: JP20328195A
Authority: JP
Inventors: Tsugio Sato; 継男佐藤; Takeshi Yagi; 健八木; Kazuaki Yoshida; 和昭吉田; Takayuki Morikawa; 孝行森川; Takezou Sugimura; 竹三杉村; Shigeaki Nishikawa; 重昭西川; Isamu Kamiya; 勇神谷; Takemoto Watanabe; 剛基渡辺
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 1997-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】高出力、高直線性、かつ低消費電力で作動さ
せることができるとともに、変調出力が従来よりも増加
する光通信用外部変調器を提供する。【構成】圧電膜３の両面に電極２、３が配置されて構
成された圧電素子部５の片面側に光ファイバ６の側面が
密着して配置され、前記圧電素子部５が発生する機械的
応力を前記光ファイバ６に作用させて、前記光ファイバ
６中を伝播する光に変調を加えるようにした光通信用外
部変調器において、前記光ファイバ６は少なくとも一対
の対向する平行平面を有し、この平行平面の一方の面と
前記圧電素子部５とが接触している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ中を伝搬す
る光を変調する光通信用外部変調器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、光通信等に使用される光変調器と
しては、光源である半導体レーザ素子、または発光ダイ
オード等への印加電流を変化させて出力光を直接変調す
る直接変調方式のものが一般的であった。ところで、最
近になり、連続光源より得た光ファイバ（光伝送路）中
を伝搬する光に、外部から信号を印加し、出力光を間接
的に変調する外部変調器が注目、開発されている。

【０００３】このような外部変調器の１例としては、基
板材料にニオブ酸リチウム等を使用し、電気光学効果を
用いた光導波路型のものがある。この外部変調器は、高
周波領域（〜数ＧＨｚ）での変調特性には優れている
が、温度、湿度等の変化には非常に弱いため、これによ
り生じた導波路基板の膨張収縮、経時変化等により光出
力強度のバイアス電圧依存性に変化が生じ、安定した動
作が得られにくいという欠点を有していた。

【０００４】そこで、これらの欠点を解消するために開
発された外部光変調器としては、図４に示すように、厚
さ１ｍｍ程度の石英ガラス基板１の一方の面上に下部電
極２、酸化亜鉛（ＺｎＯ）製の圧電膜３、および上部電
極４が成膜され圧電素子部５を形成し、且つ他面に光フ
ァイバ６が接続配置された構造で、音響光学効果（音波
に伴う歪みによって屈折率が変わる効果）を利用した外
部変調器９がある。この変調器は光ファイバと外部変調
器とが一体構造になった光ファイバ型であるため、光フ
ァイバと外部変調器との接続に伴う挿入損失がないこと
が特徴である。前記光外部変調器において、光ファイバ
６を固定する接着剤として、石英ガラス粉末の燒結体の
如く光ファイバ６や石英ガラス基板１と音響インピーダ
ンスの等しい接着剤（いわゆるセラミック系接着剤）で
一体化する提案もなされている。その理由は、異なる媒
質の境界では、両者の音響インピーダンスによって界面
における音波の反射状態が決定され、音響インピーダン
スが異なると、伝搬する過程で音波の損失が生じてしま
うから、音響インピーダンスの略等しい接着剤によって
界面での反射を防ぎ、音波を効率よく伝えるためであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の光外部変調器で
は、図５に示したように、円断面の光ファイバ６を支持
基板１に接合設置していた。このとき支持基板１は平面
であり、光ファイバ６との接触は両者が共に完全な剛性
体であるとすると線接触となる。したがって圧電素子部
５で発生した弾性波１３は光ファイバ中心部の極狭い領
域にのみ伝搬する。すなわち、圧電素子部５で発生した
弾性波１３による応力変化は光ファイバ中の光が伝搬す
るコア１２全体に寄与することはなく、コア１２の一部
にのみ応力変化を与えている。理論的には、コア全体に
応力変化を与えた場合に最大の変調を得ることができる
が、実際の変調器では、コアの有効断面の一部を使用し
ているにすぎない。したがって十分な変調を得るために
は印加電力を大きくすることが必要とされる。しかし過
大な電力印加は消費電力の増加のみならず、抵抗成分に
よる電力損失、それに伴う発熱による特性変化、弾性波
の過大振幅による直線性の劣化が発生するといった問題
点があった。

【０００６】また、光ファイバ６と支持基板１の隙間を
接着剤で充填した場合でも、接着剤の音響インピーダン
スは光ファイバ６や支持基板１と完全に同一とはならな
いので、接着剤を使用しない場合よりは伝搬効率は高い
ものの、界面での反射により音波の減衰が生じるという
問題点があった。本発明の目的は前記問題点を解決し、
光ファイバのコア全域を有効に利用することにより高出
力、高直線性、かつ低消費電力の光通信用外部変調器を
提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決した光通信用外部変調器を提供するもので、圧電膜の
両面に電極が配置されて構成された圧電素子部の片面側
に光ファイバの側面が密着して配置され、前記圧電素子
部が発生する機械的応力を前記光ファイバに作用させ
て、前記光ファイバ中を伝播する光に変調を加えるよう
にした光通信用外部変調器において、前記光ファイバは
少なくとも一対の対向する平行平面を有し、この平行平
面の一方の面と前記圧電素子部とが接触していることを
特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明の光通信用外部変調器によれば、光ファ
イバは少なくとも一対の対向する平行平面を有し、この
平行平面の一方の面と前記圧電素子部とが接触している
ため、圧電素子部で発生した弾性波が光ファイバのコア
全域に作用するので、高出力、高直線性、かつ低消費電
力で光通信用外部変調器は動作するとともに、光ファイ
バの対向する平行平面間で共振により弾性波は増幅し、
変調出力が増加する。

【０００９】

【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて本発明
を詳細に説明する。実施例１．図１は本発明にかかる光通信用外部光変調器
の一実施例の基本構成を示す断面図である。この外部光
変調器は、例えば厚さ１ｍｍ、２０ｍｍ角の石英ガラス
からなる基板１の一方の面上に弾性波の発生源である圧
電素子部５が設けられ、反対側に位置する面には光ファ
イバ６が接着剤７により音響的に接続配置されている。
光ファイバ６は、クラッド径ｄが１２５μｍで、基板１
に接合される部分の長さ２０ｍｍにわたって幅ｗ₁，ｗ
₂が１００μｍになるように平面状に光学研磨されてい
る。なお、幅ｗ₁，ｗ₂はコア径以上で、かつ光伝送特
性に影響のない範囲であれば、ｗ₁，ｗ₂が等しい幅で
なくても良い。また、光ファイバ６の平面部分は通常の
円断面の光ファイバを機械加工により形成しても、ファ
イバ製造時のプリフォーム段階や線引き時に形成しても
構わない。

【００１０】尚、基板１としては、シリコン基板、サフ
ァイア基板、またはアルミナ基板等を用いても良い。ま
た、光ファイバ６は圧電素子部５の上部電極４上に接続
配置しても構わない。また、圧電素子部５は、基板１上
に下部電極２、圧電膜３、および上部電極４がこの順で
積層された構造である。ここで下部電極２および上部電
極４は、真空蒸着法により製膜された、厚さ約０．２μ
ｍの金（Ａｕ）からなる。尚、下部電極２および上部電
極４はアルミニウム（Ａｌ）、クロム−金（Ｃｒ−Ａ
ｕ）、又はチタン−金（Ｔｉ−Ａｕ）で形成しても構わ
ない。さらに、圧電膜３は、スパッタリング法により製
膜された酸化亜鉛（Ｚｎｏ）より形成され、厚さは約５
μｍである。尚圧電膜３はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ
Ｏ₃）、ポリふっ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、あるいは
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電材料で形成しても
構わない。

【００１１】光ファイバ６は上部電極４に対応する位置
に、石英ガラス粉末の焼成体を含む接着剤７が施されて
音響的に接触配置されている。尚、光ファイバ６を基板
１の面上に接合させる物としては、例えば高分子化合
物、無機化合物からなる接着剤でも良く、あるいは押さ
え板等により機械的に接合しても良く、光ファイバ６を
基板１に音響的に接合できればどんな物でも構わない。
本実施例では、断面が丸型の光ファイバを用いた従来の
ものに比較して、変調出力が約７ｄＢ増加した。

【００１２】実施例２．図２は本発明の第２の実施例の
断面図である。基本的に実施例１と同じであるが、異な
る点は光ファイバ６が四角形の断面を有し、その一辺が
基板１に接合している点である。尚、光ファイバ６の幅
ｗ、高さｈはコア径以上であれば構わない。四角形とし
ては、正方形、長方形などが用いられる。光ファイバ６
として幅１２５μｍ、高さ１２５μｍの正方形断面ファ
イバを作製し、２０ｍｍ角で厚さ０．３ｍｍの石英ガラ
ス基板１上に実施例１と同様の圧電素子部５を形成し、
前記圧電素子部５上に前記光ファイバ６を有機系接着剤
７を用いて接合した構成の変調器を作製したところ、従
来構成の変調器に比べ１０ｄＢ程度の出力向上という効
果が得られた。

【００１３】実施例３．図３は本発明の第３の実施例の
断面図である。光ファイバ６として面間隔１２５μｍの
八角形断面のものを作製し、２０ｍｍ角で厚さ０．３ｍ
ｍの石英ガラス基板１上に実施例１と同様の圧電素子部
５を形成し、前記圧電素子部５上に前記光ファイバ６を
有機系接着剤７を用いて接合した構成の変調器を作製し
たところ、従来の変調器に比較して６ｄＢ程度の出力向
上の効果が得られた。なお、光ファイバ６の断面形状は
正多角形である必要はなく、基板１と接する面の幅ｗが
コア径以上であればよい。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光通信用外
部変調器によれば、圧電膜の両面に電極が配置されて構
成された圧電素子部の片面側に光ファイバの側面が密着
して配置され、前記圧電素子部が発生する機械的応力を
前記光ファイバに作用させて、前記光ファイバ中を伝播
する光に変調を加えるようにした光通信用外部変調器に
おいて、前記光ファイバは少なくとも一対の対向する平
行平面を有し、この平行平面の一方の面と前記圧電素子
部とが接触しているため、圧電素子部で発生した弾性波
が光ファイバのコア全域に作用して、高出力、高直線
性、かつ低消費電力で作動させることができるととも
に、光ファイバの対向する平行平面間で共振により弾性
波は増幅し、変調出力が増加するという優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光通信用外部変調器の一実施例の
断面図である。

【図２】本発明に係る光通信用外部変調器の他の実施例
の断面図である。

【図３】本発明に係る光通信用外部変調器のさらなる他
の実施例の断面図である。

【図４】従来の光通信用外部変調器の斜視図である。

【図５】従来の光通信用外部変調器の問題点の説明図で
ある。

【符号の説明】

１基板２下部電極３圧電膜４上部電極５圧電素子部６光ファイバ７接着剤９外部変調器１２コア１３弾性波

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田和昭東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者森川孝行東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者杉村竹三東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者西川重昭東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者神谷勇神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町４番１号東京電力株式会社システム研究所内 (72)発明者渡辺剛基神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町４番１号東京電力株式会社システム研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電膜の両面に電極が配置されて構成さ
れた圧電素子部の片面側に光ファイバの側面が密着して
配置され、前記圧電素子部が発生する機械的応力を前記
光ファイバに作用させて、前記光ファイバ中を伝播する
光に変調を加えるようにした光通信用外部変調器におい
て、前記光ファイバは少なくとも一対の対向する平行平
面を有し、この平行平面の一方の面と前記圧電素子部と
が接触していることを特徴とする光通信用外部変調器。