WO2012164996A1

WO2012164996A1 - 光変調器

Info

Publication number: WO2012164996A1
Application number: PCT/JP2012/056274
Authority: WO
Inventors: 顕次柴田; 功今岡
Original assignee: 株式会社豊田自動織機
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2012-12-06
Also published as: JP2012252210A

Abstract

　光変調器は、挿入路が内部に形成された基板部と、基板部に取り付けられて変調電圧が印加される電極対とを備え、挿入路には、変調電圧が印加されない際に光ファイバ中を伝播する光が漏れ出さない曲率で当該光ファイバを湾曲させる湾曲部が形成され、電極対は、挿入路の湾曲部の近傍に取り付けられ、変調電圧が印加される際に当該電極対間に形成される電界が湾曲部に位置し得る光ファイバに及ぶように構成されている。既存品の光ファイバと接続する際には、電気光学効果を有する材料によってコアが形成されている光ファイバを挿入路に挿入する。

Description

光変調器

　この発明は、光変調器に係り、特に光強度変調を行う光変調器に関する。

　光通信の分野では、光ファイバ等の光導波路中を伝播する光の強度や位相を変調信号に基づいて変調する光変調器が使用されている。

　例えば、特許文献１には、電気光学効果（外部電界が加わると屈折率が変化する効果）を有する基板上に湾曲部を有する導波路を形成し、この湾曲部の近傍に変調電圧を印加するための電極対を設けた光変調器が記載されている。この光変調器では、電極対に変調電圧を印加すると電極対間に形成される電界によって導波路の屈折率が変化し、それに伴って導波路の外部に漏れ出す光の量が変化する。その結果、導波路の他端から出力される光の強度が変化し、出力光の強度を変調電圧に基づいて変調する光強度変調が実現される。

特開平５－２６４９３８号公報

　しかしながら、特許文献１に記載されている光変調器は独立した個別部品であるため、既存品の光ファイバと接続して光回路を構成する際には、専用のコネクタを使用するか、或いは光ファイバの端面との接合処理を行わなければならず、工作の手間を要すると共に光回路全体が大型化してしまう。例えば、特許文献１の図３に記載されている光変調器に既存品の光ファイバを接続する場合には、光変調器の導波路５１の両端に専用のコネクタを設けるか、或いは導波路５１の両端と光ファイバの端面との接合処理を行う必要がある。

　この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、既存品の光ファイバと接続する際に、コネクタや光ファイバの端面との接合処理が不要な光変調器を提供することを目的とする。

　上記の課題を解決するために、この発明に係る光変調器は、電気光学効果を有する材料によってコアが形成された光ファイバ中を伝播する光の強度を変調電圧に基づいて変調する光変調器であって、光ファイバを挿入するための挿入路が内部に形成された基板部と、基板部に取り付けられて変調電圧が印加される電極対とを備え、挿入路には、変調電圧が印加されない際に光ファイバ中を伝播する光が漏れ出さない曲率で当該光ファイバを湾曲させる湾曲部が形成され、電極対は、挿入路の湾曲部の近傍に取り付けられ、変調電圧が印加される際に当該電極対間に形成される電界が湾曲部に位置し得る光ファイバに及ぶように構成される。

　この発明に係る光変調器によれば、既存品の光ファイバと接続する際に、コネクタや光ファイバの端面との接合処理が不要な光変調器を得ることができる。

この発明の実施の形態に係る光変調器の外観を示す図である。（ａ）は、図１の上面図であり、（ｂ）は、図１の矢印Ａ方向から見た側面図である。（ａ）は、図２（ｂ）のＩ－Ｉ断面の模式図であり、（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩ－ＩＩ断面の模式図である。（ａ）は、変調電圧が０Ｖである場合の光変調器の動作を表す図であり、（ｂ）は、変調電圧が０Ｖよりも大きい場合の光変調器の動作を表す図である。この発明の実施の形態に係る光変調器に挿入される光ファイバのコアにおける電界強度と屈折率との関係を示す図である。この発明の実施の形態に係る光変調器における変調電圧と出力光強度との関係を示す図である。

　以下、この発明の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。
　図１は、この発明の実施の形態に係る光変調器１の外観を表す図である。また、図２（ａ）は、図１の上面図であり、図２（ｂ）は、図１の矢印Ａ方向から見た側面図である。尚、説明の便宜上、直交座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸をそれぞれ図中に示されるように定義する。

　図１，図２に示されるように、光変調器１は、ガラスエポキシ樹脂によって形成された基板部２と、基板部２の上面２ａおよび下面２ｂにそれぞれ取り付けられて変調電圧Ｖｉが印加される電極対３ａ，３ｂとから構成されており、基板部２の内部には、既存品の光ファイバ１０を挿入するための挿入路４が形成されている。

　既存品の光ファイバ１０は、屈折率ｎ₁のコア１１と、屈折率ｎ₂（＜ｎ₁）のクラッド１２とから構成されるステップインデックス型の光ファイバである。コア１１は、ポリメタクリル酸メチル系、ポリカーボネート、ポリスチレン、含重水素化ポリマー等の外部電界が加わると屈折率が変化する電気光学効果を有する材料によって形成されており、クラッド１２は、フッ素系ポリマー等の材料によって形成されている。

　次に、この光変調器１の内部構造について説明する。図３（ａ）は、図２（ｂ）のＩ－Ｉ断面の模式図であり、図３（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩ－ＩＩ断面の模式図である。
　図３（ｂ）に最もよく示されるように、基板部２の内部に形成された挿入路４の途中には、無電界状態のときに光ファイバ１０のコア１１中を伝播する光がクラッド１２側に漏れ出さない曲率（コア１１とクラッド１２との境界１３に入射する光の入射角がｓｉｎ^-1（ｎ₂／ｎ₁）によって定義される臨界角θ_cを上回る曲率）で湾曲した湾曲部５が形成されている。そして、図２（ｂ），図３（ａ）に示されるように、基板部２に取り付けられている電極対３ａ，３ｂは、この湾曲部５の近傍の上面２ａおよび下面２ｂにそれぞれ位置しており、変調電圧Ｖｉが印加された際に電極対３ａ，３ｂ間に形成される電界の影響が湾曲部５に位置する光ファイバ１０に及ぶように構成されている。より詳細には、電極対３ａ，３ｂは、湾曲部５が形成される平面（ｘ－ｙ平面）と平行に、湾曲部５を上下から挟み込むように取り付けられており、電極対３ａ，３ｂの間には－ｚ方向の電界が形成される（図３（ａ）参照）。

　次に、この実施の形態に係る光変調器１の動作について説明する。
　この光変調器１を動作させる際には、光ファイバ１０の入力端１０ａから一定強度Ｉｉの光を入力すると共に、電極対３ａ，３ｂに変調電圧Ｖｉを印加する。まず、図４（ａ）に模式的に示されるように、変調電圧Ｖｉが０Ｖである場合には、前述したように光ファイバ１０のコア１１の屈折率ｎ₁はクラッド１２の屈折率ｎ₂よりも大きく、また光ファイバ１０内の各箇所においてコア１１とクラッド１２との境界１３に入射する光の入射角は臨界角θ_c＝ｓｉｎ^-1（ｎ₂／ｎ₁）を上回る。そのため、図中に実線矢印で示されるように、入力端１０ａから入力されてコア１１中を伝播する光はコア１１とクラッド１２との境界１３において全反射され、僅かな減衰分を無視すれば、出力光の強度Ｉｏは入力光の強度Ｉｉとほぼ等しくなる。

　一方、図４（ｂ）に模式的に示されるように、変調電圧Ｖｉが０Ｖよりも大きい場合には、電極対３ａ，３ｂの間に変調電圧Ｖｉに比例する電界が形成され、この電界の影響が挿入路４の湾曲部５に位置する光ファイバ１０にも及ぶ。その際、前述したように光ファイバ１０のコア１１は、電気光学効果を有する材料によって形成されているため、電界が印加されるとその屈折率ｎ₁が電界強度に依存して変化する。この実施の形態の例では、－ｚ方向に電界が印加されると、その電界強度Ｅｚに比例して屈折率ｎ₁が減少する（図５参照）。その結果、臨界角θ_c＝ｓｉｎ^-1（ｎ₂／ｎ₁）が増加し、湾曲部５においてコア１１とクラッド１２との境界１３に入射する光の入射角が臨界角θ_cを下回るようになる。そのため、入力端１０ａから入力されてコア１１中を伝播する光の一部がコア１１とクラッド１２との境界１３において全反射されず、図中に点線矢印で示されるようにクラッド１２側に漏れ出し、出力光の強度Ｉｏが減少する。

　すなわち、変調電圧Ｖｉが変化すると、それに比例して電極対３ａ，３ｂの間に形成される電界強度Ｅｚが変化して光ファイバ１０のコア１１の屈折率ｎ₁が変化する。コア１１の屈折率ｎ₁が変化すると、コア１１からクラッド１２側に漏れ出す光の量が変化し、出力光の強度Ｉｏが変化する。その結果、図６に示されるように、光ファイバ１０の出力光の強度Ｉｏを変調電圧Ｖｉに基づいて変調する光強度変調が実現される。

　以上説明したように、この実施の形態に係る光変調器１は、光ファイバ１０を挿入するための挿入路４が内部に形成された基板部２と、変調電圧Ｖｉが印加される電極対３ａ，３ｂとから構成される単純な構造である。そして、特許文献１に記載の光変調器に既存品の光ファイバを接続する際には、専用のコネクタ、或いは光ファイバの端面との接合処理が必要であったのに対して、この実施の形態に係る光変調器１に既存品の光ファイバを接続する際には、電気光学効果を有する材料によってコア１１が形成されている光ファイバ１０を挿入路４に挿入するだけでよい。これにより、既存品の光ファイバと接続する際に、コネクタや光ファイバの端面との接合処理が不要な光変調器とすることができる。

Claims

　電気光学効果を有する材料によってコアが形成された光ファイバ中を伝播する光の強度を変調電圧に基づいて変調する光変調器であって、
　前記光ファイバを挿入するための挿入路が内部に形成された基板部と、
　前記基板部に取り付けられて前記変調電圧が印加される電極対と
を備え、
　前記挿入路には、前記変調電圧が印加されない際に前記光ファイバ中を伝播する光が漏れ出さない曲率で該光ファイバを湾曲させる湾曲部が形成され、
　前記電極対は、前記挿入路の前記湾曲部の近傍に取り付けられ、前記変調電圧が印加される際に該電極対間に形成される電界が前記湾曲部に位置し得る前記光ファイバに及ぶように構成される、光変調器。
　前記基板部に取り付けられる前記電極対は、前記挿入路の前記湾曲部が形成される平面と平行に該湾曲部を挟み込むように位置する、請求項１に記載の光変調器。