WO2017170194A1 - 光変調デバイス - Google Patents

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WO2017170194A1
WO2017170194A1 PCT/JP2017/011937 JP2017011937W WO2017170194A1 WO 2017170194 A1 WO2017170194 A1 WO 2017170194A1 JP 2017011937 W JP2017011937 W JP 2017011937W WO 2017170194 A1 WO2017170194 A1 WO 2017170194A1
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light
light modulation
output
polarization
optical
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PCT/JP2017/011937
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原　徳隆
清水　亮
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住友大阪セメント株式会社
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2706—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means as bulk elements, i.e. free space arrangements external to a light guide, e.g. polarising beam splitters
    • G02B6/2713—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means as bulk elements, i.e. free space arrangements external to a light guide, e.g. polarising beam splitters cascade of polarisation selective or adjusting operations
    • G02B6/272—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means as bulk elements, i.e. free space arrangements external to a light guide, e.g. polarising beam splitters cascade of polarisation selective or adjusting operations comprising polarisation means for beam splitting and combining
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends

Definitions

  • the present invention relates to a light modulation device that modulates light incident from one optical fiber by a light modulation element and emits the light from another optical fiber.
  • the present invention relates to a light modulation device formed on a separate substrate or arranged on a single substrate.
  • the present invention relates to an integrated light modulation device that includes a plurality of formed light modulation elements and performs polarization synthesis of two modulated linearly polarized lights respectively output from the plurality of light modulation elements.
  • an optical modulator incorporating a waveguide type optical modulation element is often used.
  • a light modulation element using LiNbO 3 (hereinafter also referred to as LN) having an electro-optic effect as a substrate can realize a light modulation characteristic with a small amount of light loss and a wide band, and therefore, a high-speed / large-capacity optical fiber. Widely used in communication systems.
  • a Mach-Zehnder type optical waveguide is formed on an LN substrate, and a high frequency signal is applied to an electrode formed in the vicinity of the optical waveguide, whereby a modulation signal corresponding to the high frequency signal is obtained.
  • Light hereinafter referred to as modulated light
  • a housing that houses the light modulation element, an incident optical fiber that makes light from the light source incident on the light modulation element, and an output from the light modulation element
  • An optical modulation device including an outgoing optical fiber that guides the emitted light to the outside of the housing is used.
  • linearly polarized light output from one light source is incident on the optical modulation element, and the incident linearly polarized light is incident on the optical modulation element.
  • the light is split into two lights and modulated using two independent high-frequency signals, and the two linearly polarized modulated lights thus modulated are combined by combining into one optical fiber for output.
  • a wavelength multiplexing system is conceivable in which the light beams are combined into one light beam by a wavelength synthesizer and transmitted through a single optical fiber.
  • a plurality of light modulation elements are provided in a single housing from the viewpoint of miniaturization of the device.
  • An integrated light modulation device including an integrated light modulation element in which the modulation element is formed on one LN substrate is desirable.
  • a polarization beam combiner for combining two light beams (linearly polarized light beams) emitted from each of a plurality of light modulation elements, or a beam emitted from the polarization beam combiner is coupled to an optical fiber.
  • an optical component such as a lens
  • an integrated light modulation device two light modulation elements are provided, and two linearly polarized lights output from one light modulation element and two linear polarization lights output from another light modulation element.
  • optical path shifting prisms prisms for translating the optical path; hereinafter referred to as optical path shifting prisms
  • each of the two linearly polarized light is converted by a polarization combining prism or the like.
  • Patent Document 1 an integrated light modulation device in which polarization synthesis is performed and output to the outside of the housing using a single optical fiber.
  • the distances from the two light modulation elements to the two optical path shift prisms are made different from each other, so that the optical parts are prevented from being damaged due to the two optical path shift prisms coming into contact with each other.
  • the viewpoint of improving the optical coupling efficiency between the optical modulation element and the outgoing optical fiber the viewpoint of stabilization of temperature fluctuation and secular change of the optical coupling efficiency, and the device size From the viewpoint of miniaturization and reduction in device cost, it is desirable to reduce the number of optical components inserted into the optical path as much as possible.
  • the conventional integrated light modulation device still has room for improvement from the viewpoints of improvement and stabilization of optical characteristics, miniaturization, cost reduction, and the like.
  • two modulated linearly polarized light components each having a plurality of light modulation elements formed on a separate substrate or arranged side by side on a single substrate, each output from the plurality of light modulation elements.
  • the optical characteristics can be improved and stabilized, and further improvements can be made from the viewpoints of miniaturization and cost reduction. Realization of a configuration that can be achieved is desired.
  • One aspect of the present invention receives a first light modulation element and a second light modulation element that respectively emit two output lights, and each of the four output lights emitted from the two light modulation elements.
  • Polarization rotation that rotates the polarization of four lenses, one of the two output lights from the first light modulation element, and one of the two output lights from the second light modulation element An element, a first polarization beam combining element that combines the two output lights from the first light modulation element into one beam, and outputs the two output lights from the second light modulation element
  • a second polarization beam combining element that combines and outputs a single beam, and the light emitted from each of the four lenses passes through the optical path shift prism without passing through the polarization path.
  • Wave rotator and / or first and second polarization synthesis Child is configured to be incident directly.
  • the polarization rotation element includes a region through which one of the two output lights from the first light modulation element passes, and two of the two light output from the second light modulation element. And a region through which one of the output light passes.
  • first and second optical path shift elements for moving the optical paths of the beams output from the first and second polarization beam combining elements in directions away from each other.
  • the first light modulation element and the second light modulation element are arranged to emit the output light side by side, and the direction of the output to be emitted side by side
  • the first polarization beam combining element and the second polarization beam combining element are arranged at line symmetrical positions with respect to the line segment.
  • an optical component composed of a parallel plate made of an optical medium between the four lenses and the polarization rotation element and / or the first and second polarization combining elements.
  • the first and second light modulation elements are light modulation elements that perform phase shift keying or quadrature amplitude modulation.
  • the first and second light modulation elements are formed on different substrates or arranged side by side on the same substrate.
  • the four exit lenses are an integrally formed microlens array.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a light modulation device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial detail view around a microlens array in the light modulation device shown in FIG. 1. It is a figure which shows the structure of the light modulation device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 4 is a partial detail view around a microlens array in the light modulation device shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an optical modulation device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial detail view around a microlens array in the light modulation device shown in FIG. 5. It is a figure which shows the modification of the light modulation device shown in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical modulation device according to the first embodiment of the present invention.
  • the optical modulation device 100 includes an optical modulator 102, incident optical fibers 104 a and 104 b that are optical fibers that input light from a light source (not shown) to the optical modulator 102, a microlens array 106, and a half-wave plate. , Polarization combining prisms 110a and 110b, optical path shift prisms 112a and 112b, coupling lenses 114a and 114b, outgoing optical fibers 116a and 116b, and a housing 118.
  • Each of the incident optical fibers 104a and 104b enters, for example, linearly polarized light having two different wavelengths from two light sources (not shown) into the optical modulator 102.
  • the light modulator 102 has two light modulation elements 120a and 120b each formed of an optical waveguide and formed on one LN substrate. These light modulation elements 120a and 120b are light modulation elements that perform DP-QPSK modulation or DP-QAM modulation, for example.
  • the light modulation elements 120a and 120b are arranged so that output light is emitted side by side as shown in FIG. That is, in FIG. 1, the light modulation elements 120 a and 120 b emit all output light from the light modulation elements 120 a and 120 b side by side from the left end face 170 of the light modulator 102 in the left direction in the figure and in the vertical direction in the figure. As is done. Also. In the present embodiment, the light modulation elements 120a and 120b are arranged in line-symmetric positions with respect to the line segment 180 parallel to the direction of the output light emitted side by side.
  • the light modulation elements 120a and 120b are arranged so that all output light emitted from the light modulation elements 120a and 120b is emitted in a straight line in the vertical direction in FIG.
  • the present invention is not limited to this, and the light emitted from the light modulation elements 120a and 120b may be arranged so as to have an arbitrary positional relationship as long as they are emitted “in line”.
  • the light modulation elements 120a and 120b are arranged such that the light emission end faces (left end faces in the figure in FIG. 1) of the light modulation elements 120a and 120b are shifted from each other by a predetermined distance in the horizontal direction in FIG. Also good.
  • the light emission points from the light modulation elements 120a and 120b are in the substrate thickness direction of the light modulation elements 120a and 120b (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1). ) May be configured to be in different positions from each other.
  • the light modulation element 120a is a first light modulation element, and the linearly polarized light incident from the incident optical fiber 104a is branched into two lights, modulated by different electrical signals, respectively, and then output waveguides 130a, Output from 132a.
  • the light modulation element 120b is a second light modulation element, and the linearly polarized light incident from the incident optical fiber 104b is branched into two lights, modulated by different signals, respectively, and then output waveguides 130b. , 132b.
  • a microlens that is four emission lenses is provided on the substrate end surface 170 on the light emission side of the optical modulator 102 (the substrate end surface on the side where the emission waveguides 130a, 132a, 130b, and 132b are formed (that is, on the left side in the drawing)).
  • a microlens array 106 in which 140a, 142a, 140b, and 142b are integrally formed is disposed.
  • Light output from the output waveguides 130a and 132a of the light modulation element 120a enters the microlenses 140a and 142a, and light output from the output waveguides 130b and 132b of the light modulation element 120b enters the microlenses 140b and 142b. To do.
  • the light incident on the microlenses 140a, 142a, 140b, and 142b is collimated, for example, and output as parallel light (collimated light).
  • the light output from the output waveguide 132a which is one output light output from the light modulation element 120a
  • the light output from the output waveguide 132b which is one output light output from the light modulation element 120b.
  • the half-wave plate 108 is a polarization rotation element.
  • the output light which is the two linearly polarized lights incident on the half-wave plate 108, passes through the half-wave plate 108, each of the polarization waves is 90%. Rotated degrees.
  • one half-wave plate 108 is used so as to be shared by two output lights.
  • one half-wave plate 108 may be arranged individually for each of the two output lights.
  • the light output from the output waveguide 132a which is one output light output from the light modulation element 120a
  • the light output from the output waveguide 130a which is the other output light
  • the light output from the output waveguide 130a which is the other output light
  • the light output from the output waveguide 132b which is one output light output from the light modulation element 120b
  • the light output from the output waveguide 130b which is the other output light
  • the wavelength of the light output from the output waveguide 132a of the light modulation element 120a and the light output from the output waveguide 132b of the light modulation element 120b are different from each other, the wavelength of the light output from the output waveguide 132a of the light modulation element 120a and the light output from the output waveguide 132b of the light modulation element 120b. If the wavelength of the output light is different from each other (and it is necessary to do so), the light output from the output waveguide 132a of the light modulation element 120a in the half-wave plate 108.
  • the optical thickness of the region through which the light passes and the optical thickness of the region through which the light output from the output waveguide 132b of the light modulation element 120b passes may have different thicknesses according to their wavelengths.
  • the half-wave plate 108 is, for example, a region through which light output from the output waveguide 132a of the light modulation element 120a constituting the half-wave plate 108 passes, and light output from the output waveguide 132b of the light modulation element 120b.
  • the passing region is arranged to be line symmetric with respect to the line segment 180.
  • the half-wave plate 108 having each region may be composed of a single half-wave plate. Moreover, it is good also as a structure which each produces the half-wave plate which has each area
  • the polarization combining prism 110a is a first polarization combining element that combines two linearly polarized lights that are emitted from the light modulation element 120a and whose polarization directions are orthogonal to each other into one beam and output. To do.
  • the polarization combining prism 110b is a second polarization combining element, and combines two linearly polarized lights that are emitted from the light modulation element 120b and whose polarization directions are orthogonal to each other into one light beam. And output.
  • the polarization combining prism 110 is arranged so that, for example, the polarization combining prisms 110 a and 110 b are line symmetric with respect to the line segment 180.
  • the optical path shift prisms 112a and 112b are first and second optical path shift elements, respectively.
  • the optical paths of the light beams output from the polarization beam combining prisms 110a and 110b are separated from each other (in the embodiment shown in FIG. 1). Is shifted in a direction away from the vertical direction in the figure.
  • the light output from the optical path shift prism 112a enters the outgoing optical fiber 116a via the coupling lens 114a and is guided to the outside of the housing 118.
  • the light output from the optical path shift prism 112b enters the output optical fiber 116b through the coupling lens 114b and is guided to the outside of the housing 118.
  • the light incident from the incident optical fiber 104a is modulated by the light modulation element 120a, and then is combined by the half-wave plate 108 and the polarization combining prism 110a to be output from the output optical fiber 116a.
  • the light incident from the incident optical fiber 104b is modulated by the light modulation element 120b, and then is combined by the half-wave plate 108 and the polarization combining prism 110b to be output from the output optical fiber 116b. It becomes.
  • optical path shift prisms 112a and 112b, the coupling lenses 114a and 114b, and the outgoing optical fibers 116a and 116b are arranged so as to be symmetrical with respect to the line segment 180, for example.
  • two linearly polarized lights respectively output from the light modulation elements 120a and 120b pass immediately after passing through the microlenses 140a, 142a, 140b, and 142b (that is, the optical path).
  • Other optical components such as shift prisms that greatly extend the optical distance (or optical path length) between the microlenses 140a, 142a, 140b, 142b and the half-wave plate 108 and / or the polarization combining prisms 110a, 110b.
  • the light passes through the half-wave plate 108 and / or the polarization combining prisms 110a and 110b to be combined into one light beam.
  • the parallel light is a Gaussian beam (Gaussian beam) having a constant beam diameter, and can ideally propagate far while maintaining a constant beam diameter.
  • the parallel light usually has a portion (beam waist) where the beam diameter becomes the smallest. That is, the beam diameter of the parallel light output from the lens gradually decreases, becomes minimum at the beam waist, and thereafter gradually increases (diverges). This is because the light output from the light modulation element is a point light source having a certain area and the linearly polarized light is diffracted.
  • the Gaussian beams that are output from the light modulation elements 120a and 120b and two collimated by the microlenses 140a, 142a, 140b, and 142b respectively diverge as described above and propagate at a desired distance. , Some of them will start to overlap each other.
  • FIG. 2 (a) and 2 (b) are partial detailed views around the microlens array 106 of the light modulation device 100 shown in FIG. Particularly, in FIG. 2A, the four lights emitted from the light modulation elements 120a and 120b of the light modulation device 100 shown in FIG. 1 are collimated by the four microlenses 140a, 142a, 140b, and 142b, respectively, and go straight. In this case, it is schematically shown that they overlap each other. In FIG. 2 (a), the divergence angle of the collimated light is shown to be larger than the actual angle for convenience of illustrating that the collimated light diverges.
  • the collimated light beams 200a, 202a, 202b, and 200b emitted from the output waveguides 130a, 132a, 132b, and 130b of the light modulation elements 120a and 120b and collimated by the four microlenses 140a, 142a, 142b, and 140b are Gaussian.
  • the light is emitted from the micro lenses 140a, 142a, 142b, and 140b while maintaining the shape.
  • the collimated lights 200a, 202a, 202b, and 200b have beam waists at which the beam diameter becomes the minimum value at the position 210 that is emitted from the microlenses 140a, 142a, 142b, and 140b and propagates a certain distance.
  • the collimated light 200a, 202a, 202b, 200b propagates to the left in the figure while expanding the beam diameter by the divergence angle ⁇ , and a part of adjacent beams overlap at the position 212. start.
  • a region where the collimated lights 200a and 202a emitted from the microlenses 140a and 142a partially overlap each other is indicated by a hatched region denoted by reference numeral 220.
  • a hatched region denoted by reference numeral 220 an area where the collimated lights 202a and 202b emitted from the micro lenses 142a and 142b partially overlap each other.
  • a hatched area denoted by reference numeral 222 an area where the collimated lights 202a and 202b emitted from the micro lenses 142a and 142b partially overlap each other
  • a region where the portions overlap each other is indicated by a hatched region denoted by reference numeral 224.
  • a polarization beam combining prism includes a polarization beam combining film on one optical surface, and two orthogonally polarized light beams propagating independently of each other (without overlapping) are respectively transmitted to one surface of the polarization beam combining film and The light is incident from the other surface, and one linearly polarized light is transmitted through the polarization combining film, and the other linearly polarized light is reflected from the polarization combining film. (Combined beam).
  • the optical path shift is such that the light emitted from each of the microlenses 140a, 142a, 140b, 142b greatly extends the optical path length of the light.
  • the light is directly incident on the half-wave plate 108 and / or the polarization combining prisms 110a and 110b without passing through other optical components such as a prism.
  • the “optical path shift prism” refers to a prism that moves an optical path in a direction orthogonal to the optical path (that is, a polyhedron formed of a transparent medium such as glass having a higher refractive index than the surroundings).
  • the half-wave plate 108 and the polarization beam combining prisms 110a and 110b can be disposed between the position where 140b is disposed.
  • the polarization is small without causing overlap between the beams.
  • Wave synthesis can be performed to reduce light loss from the incident optical fibers 104a, 104b to the outgoing optical fibers 116a, 116b.
  • optical components such as an optical path shift prism are arranged in the space between the microlenses 140a, 142a, 140b, 142b and the half-wave plate 108 and / or the polarization combining prisms 110a, 110b.
  • the present invention is not limited to this, and unless the optical path length in the space is greatly extended, for example, optical plates other than the optical path shift prism, for example, parallel plates of an optical medium such as glass (that is, the front surface and the back surface are parallel to each other).
  • An optical component composed of a plate may be inserted into the space.
  • An optical component composed of such parallel plates is provided with, for example, a dielectric multilayer film (non-reflective coating, filter film (for example, low-pass filter, high-pass filter, band-pass filter)) on the surface of the parallel plate. Further, it may be an optical path length adjusting element or a wavelength filter element.
  • a dielectric multilayer film non-reflective coating, filter film (for example, low-pass filter, high-pass filter, band-pass filter)) on the surface of the parallel plate.
  • filter film for example, low-pass filter, high-pass filter, band-pass filter
  • the output lights emitted adjacent to each other from the microlenses 142a and 142b are incident on the half-wave plate 108 before the distance between them is increased by an optical path shift prism or the like. Therefore, the wavelength of two lights can be rotated using the half-wave plate 108 as one optical element. For this reason, the number of optical elements can be reduced compared to a configuration in which a half-wave plate is provided for each output light, and the stability of the optical system is improved (for example, temperature fluctuations are reduced) and the number of assembly steps is reduced. Can do.
  • the optical paths of the light emitted from the polarization beam combining prisms 110a and 110b are shifted in directions away from each other by the optical path shift prisms 112a and 112b. For this reason, even when the focal length of the microlenses 140a, 142a, 140b, 142b is small, the collimated light divergence angle is large, and the beam diameter of the light reaching the coupling lenses 114a, 114b is large, the microlens 140a, 142a, 140b, 142b A space for arranging the coupling lenses 114a and 114b having a large aperture area (or light receiving area) can be secured, and the degree of freedom in design can be increased.
  • the light modulation element 120a and the light modulation element 120b are arranged at positions symmetrical with respect to the line segment 180 parallel to the direction of the light emitted from the light modulation elements 120a and 120b.
  • the polarization beam combining prisms 110 a and 110 b are also arranged at positions symmetrical with respect to the line segment 180.
  • the polarization beam combining prisms 110a and 110b can be configured as one optical element having a line-symmetric shape.
  • the number of optical elements used in the housing 118 can be further reduced to increase the stability of the optical system and further reduce the number of assembly steps.
  • the optical path shift prisms 112a and 112b, the coupling lenses 114a and 114b, and the outgoing optical fibers 116a and 116b are also arranged at positions symmetrical with respect to the line segment 180.
  • the optical system from the incident optical fiber 104a to the outgoing optical fiber 116a and the optical system from the incident optical fiber 104b to the outgoing optical fiber 116b are symmetric with respect to the line segment 180.
  • the strain generated when the environmental temperature fluctuates is geometrically substantially symmetric. Therefore, as described above, the optical system from the incident optical fiber 104a to the outgoing optical fiber 116a and the optical system from the incident optical fiber 104b to the outgoing optical fiber 116b are arranged symmetrically with respect to the line segment 180.
  • the amount of positional deviation of the optical elements in each optical system at the time of environmental temperature fluctuation and the characteristic change such as the refractive index change due to distortion of each optical component that occurs at the time of environmental temperature fluctuation and the operating point shift of the light modulation device are the same. Can be of a degree.
  • one light modulator 102 in which two light modulation elements 120a and 120b are formed on one substrate is used as the light modulator.
  • the present invention is not limited to this. Instead, two light modulators composed of one light modulation element formed on a separate substrate may be used.
  • polarization combining is performed using the polarization combining prisms 110a and 110b.
  • the present invention is not limited to this, and two linearly polarized lights polarized in the same direction are combined.
  • polarization combining can be performed using an arbitrary configuration such as using a birefringent crystal instead of the polarization combining prism.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the light modulation device according to the present embodiment.
  • the optical modulation device 300 includes an optical modulator 302, incident optical fibers 304 a and 304 b that are optical fibers that allow light from a light source (not shown) to enter the optical modulator 302, an output microlens array 306, a half It includes a wave plate 308, a polarization beam combining prism 310, a fiber coupling assembly 312, and a housing 314 that accommodates these optical components.
  • Each of the incident optical fibers 304 a and 304 b enters, for example, linearly polarized light having different wavelengths from two light sources (not shown) into the optical modulator 302.
  • the light modulator 302 has two light modulation elements 320a and 320b formed of an optical waveguide, which are formed on a single LN substrate. These light modulation elements 320a and 320b are light modulation elements that perform, for example, DP-QPSK modulation or DP-QAM modulation.
  • the light modulation elements 320a and 320b are arranged so that the output light is emitted side by side as shown in FIG. That is, in FIG. 3, in the light modulation elements 320 a and 320 b, all output lights of the light modulation elements 320 a and 320 b are aligned in the left direction in the figure from the substrate end surface 370 on the left side in the figure of the light modulator 302. It is arranged to be emitted at. Also. In the present embodiment, the light modulation elements 320a and 320b are arranged at positions symmetrical with respect to the line segment 180 parallel to the direction of the output light emitted side by side.
  • the light modulation elements 320a and 320b are arranged so that all output lights emitted from the light modulation elements 320a and 320b are emitted in a straight line in the vertical direction in FIG. ing.
  • the present invention is not limited to this, and the light emitted from the light modulation elements 320a and 320b may be arranged so as to have an arbitrary positional relationship as long as the light is emitted “in line”.
  • the light modulation elements 320a and 320b are arranged such that the light emission end faces (left end faces in the figure in FIG. 3) of the light modulation elements 320a and 320b are shifted from each other by a predetermined distance in the horizontal direction in FIG. Also good.
  • the light emission points from the light modulation elements 320a and 320b are in the substrate thickness direction of the light modulation elements 320a and 320b (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 3). ) May be configured to be in different positions from each other.
  • the light modulation element 320a is a first light modulation element, and the linearly polarized light incident from the incident optical fiber 304a is branched into two lights, modulated by different electric signals, respectively, and then output waveguides 330a, Output from 332a.
  • the light modulation element 320b is a second light modulation element, and the linearly polarized light incident from the incident optical fiber 304b is branched into two lights, modulated by different signals, and then output waveguides 330b. 332b.
  • FIG. 4 is a partial detail view of the periphery of the emission microlens array 306 of the light modulation device 300 shown in FIG.
  • Light output from the output waveguides 330a and 332a of the light modulation element 320a enters the microlenses 340a and 342a, and light output from the output waveguides 330b and 332b of the light modulation element 320b enters the microlenses 340b and 342b.
  • the light incident on the microlenses 340a, 342a, 340b, and 342b is collimated, for example, and output as parallel light (collimated light).
  • light output from the output waveguide 332a which is one output light output from the light modulation element 320a
  • light output from the output waveguide 332b which is one output light output from the light modulation element 320b.
  • the half-wave plate 308 is a polarization rotation element, and when the output light that is the two linearly polarized lights incident on the half-wave plate 308 passes through the half-wave plate 308, each of the polarization waves is 90%. Rotated degrees.
  • one half-wave plate 308 is used so as to be shared by two output lights. However, a single half-wave plate 308 may be provided for each of the two output lights. However, if the half-wave plate 308 is shared by two output lights, the number of parts, the number of assembling steps, and the reliability can be improved.
  • the light output from the output waveguide 332a which is one output light output from the light modulation element 320a
  • the light output from the output waveguide 330a which is the other output light
  • the light output from the output waveguide 330a which is the other output light
  • the light output from the output waveguide 332b which is one output light output from the light modulation element 320b
  • the light output from the output waveguide 330b which is the other output light
  • the wavelength of the light output from the output waveguide 332a of the light modulation element 320a and the light output from the output waveguide 332b of the light modulation element 320b are different from each other, the wavelength of the light output from the output waveguide 332a of the light modulation element 320a and the light output from the output waveguide 332b of the light modulation element 320b.
  • the wavelength of the output light is different from each other (and it is necessary to do so)
  • the optical thickness of the region through which the light passes and the optical thickness of the region through which the light output from the output waveguide 332b of the light modulation element 320b passes may have different thicknesses according to their wavelengths.
  • the half-wave plate 308 includes, for example, a region through which light output from the output waveguide 332a of the light modulation element 320a constituting the half-wave plate 308 passes and light output from the output waveguide 332b of the light modulation element 320b.
  • the passing region is arranged to be line symmetric with respect to the line segment 180.
  • the half-wave plate 308 having each region may be composed of a single half-wave plate. Moreover, it is good also as a structure which produces each half-wave plate which has each area
  • the polarization beam combining prism 310 is formed by integrating two polarization beam combining prisms, and includes a polarization beam combining prism unit 310a and a polarization beam combining prism unit 310b.
  • the polarization combining prism unit 310a is a first polarization combining element, and combines two linearly polarized lights that are emitted from the light modulation element 320a and whose polarization directions are orthogonal to each other into one beam.
  • the polarization combining prism unit 310b is a second polarization combining element, and combines two linearly polarized lights that are emitted from the light modulation element 320b and whose polarization directions are orthogonal to each other into one beam. And output.
  • each of the polarization beam combining prism units 310a and 310b passes one of the two incident linearly polarized light beams without changing the propagation direction thereof, and is an optical axis parallel to the optical axis of the one linearly polarized light beam.
  • the optical axis of the other linearly polarized light having the optical axis direction so as to coincide with the optical axis of the one linearly polarized light, one polarization-combined beam is output.
  • the polarization beam combining prism 310 emits two output lights at the outermost sides of the four output light columns emitted side by side from the light modulation elements 320a and 320b (that is, emitted from the output waveguides 330a and 330b).
  • the optical axis of the output light is shifted while maintaining the optical axis direction.
  • the optical axes of the two output lights that is, the output lights emitted from the output waveguides 332a and 332b
  • Two polarized beams are output.
  • the distance between the optical axes of the two polarization-combined beams emitted from the polarization-combining prism 310 is such that the four output lights emitted side by side from the light modulation elements 320a and 320b. It is equal to the distance between the optical axes of the two output lights inside the column (thus, the distance between the output waveguides 332a and 332b).
  • the polarization combining prism 310 is configured and / or arranged so that the polarization combining prism portions 310a and 310b are line symmetric with respect to the line segment 180, for example.
  • the fiber coupling assembly 312 includes a fiber array 316 and a coupling microlens array 318.
  • the fiber array 316 is composed of two outgoing optical fibers 316a and 316b
  • the coupling microlens array 318 is composed of two microlenses 318a and 318b which are coupling lenses.
  • the housing 314 is provided with a window 322 for emitting the beams emitted from the polarization combining prism portions 310a and 310b of the polarization combining prism 310 to the outside of the housing 314, and the fiber array 316 and the coupling micro.
  • a fiber coupling assembly 312 including a lens array 318 is attached to the outer surface of the housing 314 at a position where the beam can be received through the window 322.
  • the window 322 includes, for example, a hole 324 provided in the housing 314 and a transparent glass 326 disposed so as to close the hole 324.
  • the transparent glass 326 is sapphire glass, for example, and is airtightly fixed to the inner surface of the housing 314 by brazing, for example.
  • the beam output from the polarization beam combining prism unit 310 a passes through the window 322, is collected by the microlens 318 a, enters the outgoing optical fiber 316 a, and is output from the light modulation device 300.
  • the beam output from the polarization beam combining prism unit 310 b passes through the window 322, is collected by the microlens 318 b, enters the outgoing optical fiber 316 b, and is output from the light modulation device 300.
  • the fiber array 316 of the fiber coupling assembly 312 has two beams (that is, polarized waves) emitted from the polarization beam combining prism 310 such that the optical axes of the outgoing optical fibers 316a and 316b are spaced apart from each other.
  • the beam emitted from the combining prism unit 310a and the beam emitted from the polarization combining prism unit 310b) are configured to be equal to the interval between the respective optical axes.
  • the beams output from the polarization beam combining prism unit 310a and the polarization beam combining prism unit 310b do not pass through optical components for adjusting the distance between the optical axes after output.
  • the coupling efficiency to the outgoing optical fibers 316a and 316a can be increased, and the propagation loss of the beam can be suppressed.
  • the fiber coupling assembly 312 includes, for example, two microlenses 318 a that are arranged so that the outgoing optical fibers 316 a and 316 b that constitute the fiber array 316 are line-symmetric with respect to the line segment 180 and that constitute the coupling microlens array 318. 318b is arranged to be line-symmetric with respect to the line segment 180.
  • the outgoing optical fibers 316a and 316b correspond to a first optical fiber and a second optical fiber that respectively receive beams emitted from the polarization beam combining prism units 310a and 310b, which are polarization beam combining elements.
  • the distance between the optical axes of the two beams emitted from the polarization beam combining prism 310 is set so that the two output light beams that are emitted side by side from the light modulation elements 320a and 320b are arranged in two rows. It is equal to the interval between the optical axes of output light (that is, output light from the output waveguides 332a and 332b). Therefore, the distance between the optical axes at the respective end faces of the outgoing optical fibers 316a and 316b constituting the fiber array 316 is also equal to the distance between the optical axes of the output lights from the outgoing waveguides 332a and 332b.
  • the light incident from the incident optical fiber 304a is modulated by the light modulation element 320a, and then is combined by the half-wave plate 308 and the polarization beam combining prism unit 310a to be output from the output optical fiber 316a. It will be.
  • the light incident from the incident optical fiber 304b is modulated by the light modulation element 320b, and then is combined by the half-wave plate 308 and the polarization beam combining prism unit 310b to be emitted from the output optical fiber 316b. It will be.
  • the interval between two polarization-synthesized beams is a row of four output lights emitted side by side from the light modulation elements 320a and 320b.
  • the output light fibers 316a and 316b constituting the fiber array 316 are configured to be equal to the interval between the two inner output lights (that is, output lights from the output waveguides 332a and 332b). Output after being combined.
  • the present light modulation device 300 it is not necessary to use a prism for shifting the optical path as in the prior art, and the number of optical components can be reduced. Therefore, optical characteristics such as light transmission loss (that is, insertion loss of the light modulation device 300) can be improved, and optical characteristics can be stabilized (variation with respect to environmental temperature, etc.), and the housing 314 can be downsized. In addition, material costs, assembly costs, and the like can be reduced.
  • the polarization beam combining prism 310 is configured such that the interval between the two beams emitted from the polarization beam combining prism 310 is a row of four output lights emitted side by side from the light modulation elements 320a and 320b.
  • the two output lights that is, the output lights emitted from the emission waveguides 332a and 332b
  • the configuration of the polarization beam combining prism 310 is not limited to this, and the intervals between the beams emitted from the polarization beam combining prism units 310a and 310b are emitted side by side from, for example, the light modulation elements 320a and 320b.
  • interval L an interval between two output lights (that is, output lights emitted from the output waveguides 330a and 330b) located on the outermost side of one output light column. May be.
  • the light modulation device can be miniaturized.
  • the polarization beam combining prism portions 310a and 310b can be arranged smaller than the width of the LN substrate, and in this case, further miniaturization is possible.
  • the polarization combining prism 310 is formed by integrating two polarization combining prisms, the polarization combining prism 310 can be arranged in a narrow range compared to the conventional configuration in which the polarization combining prism is discretely arranged in a wide range.
  • the light modulation elements 320a and 320b and the polarization beam combining prism portions 310a and 310b which are the main factors that determine the optical path arrangement in the housing 314, are the light modulation element 320a, It is arranged at a line-symmetrical position with respect to a line segment 180 parallel to the direction of the emitted light 320b.
  • a rectangular housing such as the housing 314 shown in FIG. 3 is substantially symmetrical with respect to the strain generated when the environmental temperature fluctuates, and as described above, from the incident optical fiber 304a to the outgoing optical fiber 316a.
  • the optical system from the incident optical fiber 304b to the outgoing optical fiber 316b are arranged symmetrically with respect to the line segment 180, so that the positional shift amount of the optical element in each optical system when the environmental temperature varies Can be similar to each other.
  • the distance between the two beams emitted from the polarization beam combining prism 310 and the distance between the optical axes of the emitted optical fibers 316a and 316b are the same as those of the light modulation element 320a and the light modulation element 320b. Since the distance between the output waveguides 332a and 332b is set to be as narrow as the distance between the output waveguides 332a and 332b, the two beams emitted from the polarization beam combining prism 310 are guided to the outside of the housing 314 through one window 322 provided in the housing 314. Can do.
  • the light modulation device 300 compared to the conventional technique in which two holes (or windows) are provided in the housing in order to guide the outgoing light (or the outgoing optical fiber) to the outside of the housing, the light modulation device 300 occurs when the environmental temperature of the housing 314 varies.
  • the variation of the optical loss can be reduced by reducing the distortion, and the distortion of the casing 314 generated when the cover 314 is pressure-melted and sealed in the casing 314, for example, can be hermetically sealed.
  • the fluctuation of the optical loss before and after can be reduced.
  • one light modulator 302 in which two light modulation elements 320a and 320b are formed on one substrate is used as the light modulator.
  • the present invention is not limited to this. Instead, two light modulators composed of one light modulation element formed on a separate substrate may be used.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an optical modulation device according to the third embodiment of the present invention.
  • the present optical modulation device 500 includes an optical modulator 502, incident optical fibers 504a and 504b that are optical fibers that allow light from a light source (not shown) to enter the optical modulator 502, an emission microlens array 506, a half A wave plate 508, a polarization beam combining prism 510, a wavelength beam combining prism 512, a coupling lens 514, an output optical fiber 516, and a housing 518 are included.
  • the incident optical fibers 504a and 504b respectively input linearly polarized light having different wavelengths from two light sources (not shown) into the optical modulator 502.
  • the light modulator 502 includes two light modulation elements 520a and 520b formed of an optical waveguide, which are formed on a single LN substrate. These light modulation elements 520a and 520b are light modulation elements that perform DP-QPSK modulation or DP-QAM modulation, for example.
  • the light modulation elements 520a and 520b are arranged so that the output light is emitted side by side as shown in FIG. That is, in FIG. 5, the light modulation elements 520a and 520b are arranged such that all the output lights of the light modulation elements 520a and 520b are arranged in the left direction in the figure from the substrate end surface 570 on the left side of the light modulator 502 in the figure. It is arranged to be emitted at. Also. In the present embodiment, the light modulation elements 520a and 520b are arranged at positions symmetrical with respect to the line segment 180 parallel to the direction of the output light emitted side by side.
  • the light modulation elements 520a and 520b are arranged so that all output lights emitted from the light modulation elements 520a and 520b are emitted in a straight line in the vertical direction in FIG.
  • the present invention is not limited to this, and the light emitted from the light modulation elements 520a and 520b may be arranged so as to have an arbitrary positional relationship as long as they are emitted “in line”.
  • the light modulation elements 520a and 520b are arranged such that the light emission end faces (left end faces in FIG. 5) of the light modulation elements 520a and 520b are shifted from each other by a predetermined distance in the horizontal direction in FIG. Also good.
  • the light emission points from the light modulation elements 520a and 520b are in the substrate thickness direction of the light modulation elements 520a and 520b (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 5). ) May be configured to be in different positions from each other.
  • the light modulation element 520a is a first light modulation element.
  • the linearly polarized light incident from the incident optical fiber 504a is branched into two lights, modulated by different electrical signals, and then output waveguides 530a, Output from 532a.
  • the light modulation element 520b is a second light modulation element, and the linearly polarized light incident from the incident optical fiber 504b is branched into two lights and modulated by different signals, respectively, and then output waveguides 530b. 532b.
  • the substrate end surface 570 on the light output side of the optical modulator 502 (the substrate end surface on the side where the output waveguides 530a, 532a, 530b, and 532b are formed (that is, the substrate end surface on the left side in the drawing)) has four micro lenses that are output lenses.
  • FIG. 6 is a partial detail view of the periphery of the emission microlens array 506 of the light modulation device 500 shown in FIG.
  • Light output from the output waveguides 530a and 532a of the light modulation element 520a enters the microlenses 540a and 542a, and light output from the output waveguides 530b and 532b of the light modulation element 520b enters the microlenses 540b and 542b.
  • the light incident on the microlenses 540a, 542a, 540b, and 542b is collimated, for example, and output as parallel light (collimated light).
  • light output from the output waveguide 532a which is one output light output from the light modulation element 520a
  • light output from the output waveguide 532b which is one output light output from the light modulation element 520b.
  • the half-wave plate 508 is a polarization rotation element.
  • the output light which is the two linearly polarized lights incident on the half-wave plate 508, passes through the half-wave plate 508, each of the polarization waves is 90%. Rotated degrees.
  • the light output from the output waveguide 532a which is one output light output from the light modulation element 520a
  • the light output from the output waveguide 530a which is the other output light
  • the light output from the output waveguide 530a which is the other output light
  • the light output from the output waveguide 532b which is one output light output from the light modulation element 520b
  • the light output from the output waveguide 530b which is the other output light
  • the half-wave plate 508 has an optical thickness in a region through which light output from the output waveguide 532a of the light modulation element 520a passes and a region in which light output from the output waveguide 532b of the light modulation device 520b passes through.
  • the optical thickness and the optical thickness can be different from each other according to their wavelengths.
  • the half-wave plate 508 includes, for example, a region through which light output from the output waveguide 532a of the light modulation element 520a constituting the half-wave plate 508 passes and light output from the output waveguide 532b of the light modulation element 520b.
  • the passing region is arranged to be line symmetric with respect to the line segment 180.
  • the polarization beam combining prism 510 is formed by integrating two polarization beam combining prisms, and includes a polarization beam combining prism unit 510a and a polarization beam combining prism unit 510b.
  • the polarization combining prism unit 510a is a first polarization combining element, and combines two linearly polarized lights that are emitted from the light modulation element 520a and whose polarization directions are orthogonal to each other into one beam. Output.
  • the polarization beam combining prism unit 510b is a second polarization beam combining element that combines two linearly polarized light beams that are emitted from the light modulation element 520b and whose polarization directions are orthogonal to each other into one beam. And output.
  • each of the polarization beam combining prisms 510a and 510b allows one of the two incident linearly polarized light beams to pass through without changing the propagation direction, and is an optical axis parallel to the optical axis of the one linearly polarized light beam.
  • By shifting the optical axis of the other linearly polarized light having the optical axis direction so as to coincide with the optical axis of the one linearly polarized light one polarization-combined beam is output.
  • the polarization beam combining prism 510 outputs two output lights (that is, output from the output waveguides 530a and 530b) at the outermost side of the four output light columns output side by side from the light modulation elements 520a and 520b.
  • the optical axis of the output light is shifted while maintaining the optical axis direction.
  • the optical axes of the two output lights that is, the output lights emitted from the output waveguides 532a and 532b) inside the row of the four output lights emitted side by side with the two output lights, respectively. So that two polarization-combined beams are output.
  • the distance between the optical axes of the two polarization-combined beams emitted from the polarization-combining prism 510 is such that the four output lights emitted side by side from the light modulation elements 520a and 520b. It is equal to the distance between the optical axes of the two output lights inside the column (thus, the distance between the output waveguides 532a and 532b).
  • the polarization combining prism 510 is disposed so that, for example, the polarization combining prism portions 510 a and 510 b are line symmetric with respect to the line segment 180.
  • the wavelength synthesizing prism 512 is a wavelength synthesizing element, and uses the wavelength difference between the two beams emitted from the polarization synthesizing prism units 510a and 510b to synthesize these two beams into one output light beam. Let it emit.
  • the coupling lens 514 causes the output light beam emitted from the wavelength combining prism 512 to enter the outgoing optical fiber 516.
  • the light incident on the outgoing optical fiber 516 is guided to the outside of the housing 518 by the outgoing optical fiber 516.
  • the housing 518 is made of, for example, metal (aluminum, stainless steel, etc.) and houses the optical modulator 502, the emission microlens array 506, the half-wave plate 508, the polarization beam combining prism 510, the wavelength beam combining prism 512, the coupling lens 514, and the like. To do.
  • light having different wavelengths incident from the incident optical fibers 504a and 504b are modulated by the light modulation elements 520a and 520b, respectively, and are combined by the polarization combining prisms 510a and 510b. Thereafter, the wavelengths are synthesized by the wavelength synthesizing prism 512 to become one output light beam, which is emitted from the outgoing optical fiber 516.
  • the present light modulation device 500 two lights having different wavelengths incident from the incident optical fibers 504a and 504b and modulated by the light modulation elements 520a and 520b are combined in the light modulation device 500 for wavelength synthesis. Since it has a function of wavelength synthesis to be emitted as one output light, it is not necessary to perform wavelength synthesis outside the light modulation device as in the prior art.
  • the interval between the two beams that have undergone polarization combining is among the columns of the four output lights emitted side by side from the light modulation elements 520a and 520b.
  • the output light from the output waveguides 532a and 532b is polarized, respectively, so as to be equal to the interval between the two inner output lights (that is, output light from the output waveguides 532a and 532b).
  • the light travels straight through the combining prisms 510a and 510b). For this reason, the size of the wavelength combining prism 512 can be made as small as the interval between the output waveguides 532a and 532b.
  • the present optical modulation device 500 since wavelength synthesis is not performed by preparing a wavelength synthesizing element different from the optical modulation device as in the prior art, light loss (emitted from two light sources having different output light wavelengths). Thus, the loss of light until it is coupled to the outgoing optical fiber 516 that outputs the wavelength-combined light is reduced, and the optical characteristics such as the optical loss are stabilized (stabilization of fluctuations with respect to the environmental temperature). In addition, it is possible to reduce the size of the housing 518 and reduce material costs, assembly costs, and the like.
  • the polarization combining prism 510 has an interval between two beams emitted from the light modulation elements 520a and 520b so that the interval between the two beams emitted from the polarization combining prism 510 is equal. It is assumed that the distance between the two output lights (that is, the output lights emitted from the emission waveguides 532a and 532b) inside is matched with the interval between them.
  • the configuration of the polarization beam combining prism 510 is not limited to this, and the intervals between the beams emitted from the polarization beam combining prism portions 510a and 510b are emitted side by side from, for example, the light modulation elements 520a and 520b.
  • interval L it is configured to be narrower than the interval (hereinafter referred to as “interval L”) between two output lights (that is, output lights emitted from the output waveguides 530a and 530b) located on the outermost side of one output light column May be.
  • the light modulation device can be miniaturized.
  • the polarization beam combining prisms 510a and 510b can be arranged smaller than the width of the LN substrate, and in this case, further miniaturization is possible.
  • the polarization combining prism 510 is formed by integrating two polarization combining prisms, the polarization combining prism 510 can be disposed in a narrow range compared to the conventional configuration in which the polarization combining prism is discretely disposed in a wide range.
  • the light modulation elements 520a and 520b and the polarization beam combining prism portions 510a and 510b which are the main factors for determining the optical path arrangement in the housing 518, are the light modulation elements 520a and 520a, respectively. It is arranged at a line-symmetrical position with respect to a line segment 180 parallel to the direction of the emitted light 520b.
  • a rectangular housing such as the housing 518 shown in FIG. 5 is substantially symmetrical with respect to the distortion generated when the environmental temperature changes, so that it is incident from the incident optical fibers 504a and 504b as described above.
  • the optical systems up to the output from the polarization beam combining prisms 510a and 510b symmetrically with respect to the line segment 180, the amount of positional deviation of the optical elements in the respective optical systems when the environmental temperature fluctuates is approximately the same. It can be.
  • the light loss for the two lights constituting the two wavelength channels incident from the incident optical fibers 504a and 504b is assumed to have the same variation due to the environmental temperature variation between the wavelength channels due to the environmental temperature variation.
  • Generation or increase of loss difference is prevented (thus, generation or increase of transmission light level difference between wavelength channels in the wavelength division multiplexing system is prevented), and transmission quality difference between channels is generated or increased. Can be prevented.
  • one output light combined by the wavelength combining prism 512 is output by one output optical fiber 516. Therefore, in order to guide the output light to the outside of the housing 518, the housing 518 is provided. There may be only one hole provided in.
  • the processing of the housing accompanying the formation of the holes is more difficult than in the conventional technique in which two holes (or windows) are provided in the housing in order to guide the outgoing light (or the outgoing optical fiber) to the outside of the housing. Distortion and the like are reduced. As a result, it is possible to reduce the distortion of the optical loss by reducing the distortion generated when the environmental temperature of the housing 518 fluctuates, and for example, when the cover is pressurized and melted to the housing 518 and hermetically sealed The distortion of the housing 518 can be reduced, and the fluctuation of the optical loss before and after hermetic sealing can be reduced.
  • one optical modulator 502 in which two optical modulation elements 520a and 520b are formed on one substrate is used as the optical modulator.
  • the present invention is not limited to this. Instead, two light modulators composed of one light modulation element formed on a separate substrate may be used.
  • the wavelength synthesizing prism 512 in which 90-degree reflection occurs is shown as the wavelength synthesizing element.
  • the present invention is not limited to this, and a wavelength synthesizing element having an arbitrary configuration can be obtained.
  • a wavelength synthesizing element having a configuration using an acute angle reflection of less than 90 degrees or a wavelength synthesizing optical system (consisting of a plurality of optical elements) hereinafter also referred to as a wavelength synthesizing unit).
  • a wavelength synthesizing element using such an acute angle reflection has little polarization dependency of the optical loss in the reflection (polarization dependent loss, PDL, Polarization Dependent Loss). For this reason, if such a wavelength synthesizing element using acute angle reflection is used, the optical loss of each of the linearly polarized light components polarized in the mutually orthogonal directions included in the beam emitted from the polarization beam combining prism 510 is made equal. This is convenient and is advantageous in terms of design and manufacture.
  • FIG. 7 is a view showing a modification of the light modulation device 500 shown in FIG.
  • the light modulation device 500 ′ illustrated in FIG. 7 has the same configuration as that of the light modulation device 500, and is different from the light modulation device 500 only in that a wavelength combining unit 600 is provided instead of the wavelength combining prism 512.
  • the wavelength synthesis unit 600 is a wavelength synthesis optical system using acute angle reflection as described above, and includes a mirror 602 and a wavelength synthesis plate 604.
  • the wavelength synthesizer 604 reflects light of one wavelength (in this modification, the wavelength of light incident from the incident optical fiber 504b) incident at a specific acute incident angle, and other wavelengths (in this modification, A film that transmits a wavelength of light incident from the incident optical fiber 504a is formed.
  • a film can be composed of, for example, a dielectric multilayer film.
  • the mirror 602 is a total reflection mirror, reflects the beam emitted from the polarization beam combining prism unit 510b, and causes the reflected beam to enter the wavelength combining plate 604 at the specific acute incident angle.
  • the beam from the polarization beam combining prism unit 510 b incident on the wavelength combining plate 604 reflects the wavelength beam combining plate 604, while the beam emitted from the polarization beam combining prism unit 510 a passes through the wavelength combining plate 604.
  • both beams are combined into one output light beam and output. Then, the one output light beam is coupled to the output optical fiber 516 via the coupling lens 514 and output.
  • the wavelength synthesizer 600 using acute angle reflection is used in the present modification, the difference in optical loss between mutually orthogonal linearly polarized light components included in the output light beam is reduced to achieve good optical characteristics. Can do.

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Abstract

複数の光変調素子からそれぞれ出射される２つの直線偏波光を偏波合成して出力する集積型の光変調デバイスにおいて、光学特性の向上及び安定化、小型化、低コスト化を図る。　２つの出力光をそれぞれ出射する２つの光変調素子（１２０ａ等）と、前記光変調素子から出射される４つの前記出力光のそれぞれを受ける４つのレンズ（１４０ａ等）と、前記２つの光変調素子からそれぞれ出射される２つの前記出力光のそれぞれの一方の偏波を共に回転させる偏波回転素子（１０８）と、前記２つの光変調素子からそれぞれ出射される２つの前記出力光をそれぞれ一のビームに合成して出力する２つの偏波合成素子（１１０ａ、１１０ｂ）を備え、前記４つのレンズからそれぞれ出射される光は、光路シフトプリズムを通過することなく、前記偏波回転素子、及び又は２つの偏波合成素子に、直接に入射するよう構成されている。

Description

光変調デバイス
　本発明は、一の光ファイバから入射した光を光変調素子により変調して他の光ファイバから出射する光変調デバイスに関し、特に、個別の基板上にそれぞれ形成された又は一つの基板上に並べて形成された複数の光変調素子を備え、当該複数の光変調素子からそれぞれ出力される２つの変調された直線偏波光を偏波合成する、集積型の光変調デバイスに関する。
　高速／大容量光ファイバ通信システムにおいては、導波路型の光変調素子を組み込んだ光変調器が多く用いられている。中でも、電気光学効果を有するＬｉＮｂＯ３（以下、ＬＮともいう）を基板に用いた光変調素子は、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。
　このＬＮを用いた光変調素子では、ＬＮ基板上に例えばマッハツェンダ型光導波路が形成され、当該光導波路の近傍に形成された電極に高周波信号を印加することにより、当該高周波信号に応じた変調信号光（以下、変調光）が出力される。また、このような光変調素子を光伝送装置内で使用する場合には、光変調素子を収容した筺体と、光源からの光を光変調素子に入射する入射光ファイバと、光変調素子から出力される光を筺体外部へ導く出射光ファイバと、で構成される光変調デバイスが用いられる。
　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、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏波光をそれぞれ位相偏移変調又は直交振幅変調して１本の光ファイバで伝送するＤＰ－ＱＰＳＫ（Dual Polarization - Quadrature Phase Shift Keying）やＤＰ－ＱＡＭ（Dual Polarization - Quadrature Amplitude Modulation）等、偏波多重を取り入れた伝送フォーマットが主流となりつつある。
　このようなＤＰ－ＱＰＳＫ変調やＤＰ－ＱＡＭ変調を行う光変調デバイスでは、一の光源から出力された直線偏波光を光変調素子に入射し、当該光変調素子において当該入射された直線偏波光を２つの光に分岐してそれぞれを独立な２つの高周波信号を用いて変調し、それらの変調された２つの直線偏波変調光を偏波合成して一つの光ファイバに結合させて出力する。
　一方、光伝送システムの伝送容量を更に増加させるためには、例えば互いに異なる波長を持つ複数の光に対しそれぞれＤＰ－ＱＰＳＫ変調やＤＰ－ＱＡＭ変調を行った後、変調された異なる波長を持つ複数の光を波長合成器により一つの光ビームにまとめて一本の光ファイバにより伝送する、波長多重システムが考えられる。このような、複数の光をそれぞれ変調して一本の光ファイバにより伝送する光伝送装置では、当該装置の小型化等の観点から、一つの筺体内に複数の光変調素子（又は複数の光変調素子を一つのＬＮ基板上に形成した集積型光変調素子）を備える集積型の光変調デバイスが望ましい。
　この場合、複数の光変調素子からそれぞれ２つずつ出射される光（直線偏波光）を偏波合成するための偏波合成器や、当該偏波合成器を出射したビームを光ファイバに結合させるレンズ等の光学部品を設けるスペースを確保する必要性から、一般的には、一の光変調素子から出射する２つの直線偏波光と、他の光変調素子から出射する２つの直線偏波光と、の間の距離を拡げる必要がある。
　このような集積型の光変調デバイスとして、従来、２つの光変調素子を備え、一の光変調素子から出力される２つの直線偏波光と、他の光変調素子から出力される２つの直線偏波光と、の間の距離を、２つの光路シフト用プリズム（光路を平行移動させるためのプリズム。以下光路シフトプリズム。）により拡げた後、それぞれの２つの直線偏波光を偏波合成プリズム等により偏波合成して、それぞれ１本の光ファイバにより筺体外へ出力させる集積型の光変調デバイスが知られている（特許文献１）。
　この光変調デバイスでは、２つの光変調素子から２つの光路シフトプリズムまでの距離を互いに異ならせることで、上記２つの光路シフトプリズムが互いに接触すること等による光学部品の損傷が防止される。
　しかしながら、光変調デバイスを構成する場合、光変調素子と出射光ファイバとの間の光結合効率の向上の観点、及び当該光結合効率の温度変動や経年変化の安定化の観点、並びにデバイスサイズの小型化やデバイスコストの低減の観点からは、光路内に挿入する光学部品の数を極力減らすことが望ましい。
　すなわち、上記従来の集積型光変調デバイスは、光学特性の向上及びその安定化、並びに小型化、低コスト化等の観点から未だ改善の余地がある。
特開２０１５－１７２６３０号公報
　上記背景より、個別の基板上にそれぞれ形成された又は一つの基板上に並べて形成された複数の光変調素子を備え、当該複数の光変調素子からそれぞれ出力される２つの変調された直線偏波光を偏波合成してそれぞれ一本の光ファイバから出力する、集積型光変調デバイスにおいて、光学特性の向上及びその安定化、並びに小型化、低コスト化等の観点から更なる改善を図ることのできる構成の実現が望まれている。
　本発明の一の態様は、２つの出力光をそれぞれ出射する第１の光変調素子及び第２の光変調素子と、２つの前記光変調素子から出射される４つの前記出力光のそれぞれを受ける４つのレンズと、前記第１の光変調素子からの２つの前記出力光の一方と、前記第２の光変調素子からの２つの前記出力光の一方と、の偏波を回転させる偏波回転素子と、前記第１の光変調素子からの２つの前記出力光を一のビームに合成して出力する第１の偏波合成素子と、前記第２の光変調素子からの２つの前記出力光を一のビームに合成して出力する第２の偏波合成素子と、を備える光変調デバイスであり、前記４つのレンズからそれぞれ出射される光は、光路シフトプリズムを通過することなく、前記偏波回転素子、及び又は、前記第１及び第２の偏波合成素子に、直接に入射するよう構成されている。
　本発明の他の態様によると、前記偏波回転素子は、前記第１の光変調素子からの２つの前記出力光の一方が通過する領域と、前記第２の光変調素子からの２つの前記出力光の一方が通過する領域と、を含む一枚の光学素子として構成されている。
　本発明の他の態様によると、前記第１及び第２の偏波合成素子から出力される前記ビームの光路を、互いに離れる方向へそれぞれ移動させる第１及び第２の光路シフト素子を備える。
　本発明の他の態様によると、前記第１の光変調素子と前記第２の光変調素子とは、前記出力光を並んで出射するように配され、且つ並んで出射される前記出力の方向に平行な線分に関して線対称な位置に配されており、さらに、前記第１の偏波合成素子と前記第２の偏波合成素子とが、前記線分に関して線対称な位置に配されている。
　本発明の他の態様によると、前記４つのレンズと、前記偏波回転素子、及び又は第１及び第２の偏波合成素子と、の間に、光学媒質による平行平板で構成された光学部品が配されている。
　本発明の他の態様によると、前記第１及び前記第２の光変調素子は、位相偏移変調又は直交振幅変調を行う光変調素子である。
　本発明の他の態様によると、前記第１及び前記第２の光変調素子は、それぞれ別の基板上に形成されているか、又は同一の基板上に並べて形成されている。
　本発明の他の態様によると、前記４つの出射レンズは、一体に形成されたマイクロレンズアレイである。
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における、マイクロレンズアレイ周辺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３に示す光変調デバイスにおける、マイクロレンズアレイ周辺の部分詳細図である。 本発明の第3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５に示す光変調デバイスにおける、マイクロレンズアレイ周辺の部分詳細図である。 図５に示す光変調デバイスの変形例を示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
〔第1の実施形態〕
　図１は、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。本光変調デバイス１００は、光変調器１０２と、光変調器１０２に光源（不図示）からの光を入射する光ファイバである入射光ファイバ１０４ａ、１０４ｂと、マイクロレンズアレイ１０６と、半波長板１０８と、偏波合成プリズム１１０ａ、１１０ｂと、光路シフトプリズム１１２ａ、１１２ｂと、結合レンズ１１４ａ、１１４ｂと、出射光ファイバ１１６ａ、１１６ｂと、筺体１１８と、を有する。
　入射光ファイバ１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ、２つの光源（不図示）からの、例えば互いに異なる波長を有する直線偏波光を、光変調器１０２に入射する。
　光変調器１０２は、一枚のＬＮ基板上に形成された、光導波路で構成される２つの光変調素子１２０ａ、１２０ｂを有する。これらの光変調素子１２０ａ、１２０ｂは、例えばＤＰ－ＱＰＳＫ変調やＤＰ－ＱＡＭ変調を行う光変調素子である。
　光変調素子１２０ａ、１２０ｂは、図１に示すように、出力光が並んで出射されるように配されている。すなわち、図１において、光変調素子１２０ａ、１２０ｂは、光変調素子１２０ａ、１２０ｂのすべての出力光が、光変調器１０２の図示左側の端面１７０から図示左方向に、図示上下方向に並んで出射されるように、配されている。また。本実施形態では、光変調素子１２０ａ、１２０ｂは、上記並んで出射される出力光の方向に平行な線分１８０に関して線対称な位置に配されている。
　なお、本実施形態では、光変調素子１２０ａ、１２０ｂは、当該光変調素子１２０ａ、１２０ｂから出射される全ての出力光が図１の図示上下方向に直線状に並んで出射されるように配されているが、これに限らず、「並んで」出射される限りにおいて、光変調素子１２０ａ、１２０ｂの出射光が互いに任意の位置関係を持つように配されるものとすることができる。例えば、光変調素子１２０ａ、１２０ｂは、当該光変調素子１２０ａ、１２０ｂのそれぞれの光の出射端面（図１の図示左側端面）が図１の図示左右方向に所定距離だけ互いにずれて配されていても良い。また、例えば、光変調素子１２０ａ、１２０ｂは、当該光変調素子１２０ａ、１２０ｂからのそれぞれの光の出射点が、当該光変調素子１２０ａ、１２０ｂの基板厚さ方向（図１の紙面に垂直な方向）においてそれぞれ互いに異なる位置にあるように構成されていても良い。
　光変調素子１２０ａは、第１の光変調素子であり、入射光ファイバ１０４ａから入射される直線偏波光は２つの光に分岐され、それぞれ異なる電気信号により変調されたのち、それぞれ出射導波路１３０ａ、１３２ａから出力する。また、光変調素子１２０ｂは、第２の光変調素子であり、入射光ファイバ１０４ｂから入射される直線偏波光は２つの光に分岐され、それぞれ異なる信号により変調されたのち、それぞれ出射導波路１３０ｂ、１３２ｂから出力する。
　光変調器１０２の光出射側の基板端面１７０（出射導波路１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂが形成されている側（すなわち、図示左側）の基板端面）には、４つの出射レンズであるマイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４０ｂ、１４２ｂが一体に形成されたマイクロレンズアレイ１０６が配されている。
　光変調素子１２０ａの出射導波路１３０ａ、１３２ａから出力される光はマイクロレンズ１４０ａ、１４２ａに入射し、光変調素子１２０ｂの出射導波路１３０ｂ、１３２ｂから出力される光はマイクロレンズ１４０ｂ、１４２ｂに入射する。マイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４０ｂ、１４２ｂに入射した光は、それぞれ、例えばコリメートされて平行光（コリメート光）となり出力される。
　そして、光変調素子１２０ａから出力される一方の出力光である出射導波路１３２ａから出力された光と、光変調素子１２０ｂから出力される一方の出力光である出射導波路１３２ｂから出力された光と、は、それぞれマイクロレンズ１４２ａ及び１４２ｂを通過した後、共に半波長板１０８に入射する。
　半波長板１０８は、偏波回転素子であり、当該半波長板１０８に入射した上記２つの直線偏波光である出力光は、当該半波長板１０８を通過する際に、それぞれの偏波が９０度回転される。なお、本説明において半波長板１０８は２つの出力光に対して共用となるよう１枚としたが、２つの出力光に対してそれぞれ個別に１枚ずつ配置してもよい。但し、半波長板１０８は２つの出力光に対して共用となるよう１枚とした方が、部品点数の削減、組立工数の削減及び信頼性を向上することができる。
　これにより、光変調素子１２０ａから出力される一方の出力光である出射導波路１３２ａから出力された光と、他方の出力光である出射導波路１３０ａから出力された光は、偏波方向が互いに直交する直線偏波光となって、偏波合成プリズム１１０ａに入射することとなる。同様に、光変調素子１２０ｂから出力される一方の出力光である出射導波路１３２ｂから出力された光と、他方の出力光である出射導波路１３０ｂから出力された光は、偏波方向が互いに直交する直線偏波光となって、偏波合成プリズム１１０ｂに入射することとなる。
　ここで、入射光ファイバ１０４ａ、１０４ｂからそれぞれ入射する光の波長が互いに異なることにより、光変調素子１２０ａの出射導波路１３２ａから出力された光の波長と、光変調素子１２０ｂの出射導波路１３２ｂから出力された光の波長と、が互いに異なる場合（であって、且つそうすることが必要な場合）には、半波長板１０８のうち、光変調素子１２０ａの出射導波路１３２ａから出力された光が通る領域の光学的厚さと、光変調素子１２０ｂの出射導波路１３２ｂから出力された光が通る領域の光学的厚さと、をそれらの波長に応じた相異なる厚さとしてもよい。
　半波長板１０８は、例えば、当該半波長板１０８を構成する光変調素子１２０ａの出射導波路１３２ａから出力された光が通る領域と、光変調素子１２０ｂの出射導波路１３２ｂから出力された光が通る領域とが、線分１８０に関して線対称となるように配置される。各領域を有する半波長板１０８は１枚の半波長板で構成してもよい。また各領域を有する半波長板をそれぞれ作製し、それらを個別に配置する構成としてもよいし、それらを１つに組み合わせた構成としてもよい。
　偏波合成プリズム１１０ａは、第１の偏波合成素子であり、前記光変調素子１２０ａから出射して偏光方向が互いに直交することとなった２つの直線偏波光を一つのビームに合成して出力する。また、偏波合成プリズム１１０ｂは、第２の偏波合成素子であり、前記光変調素子１２０ｂから出射して偏光方向が互いに直交することとなった２つの直線偏波光を一つの光ビームに合成して出力する。
　また、偏波合成プリズム１１０は、例えば、偏波合成プリズム１１０ａ、１１０ｂが線分１８０に関して線対称となるように配置される。
　光路シフトプリズム１１２ａ及び１１２ｂは、それぞれ第１及び第２の光路シフト素子であり、偏波合成プリズム１１０ａ及び１１０ｂからそれぞれ出力された光ビームの光路を、互いに離れる方向（図１に示す実施形態においては、図示上下方向に離れる方向）へシフトさせる。
　光路シフトプリズム１１２ａから出力された光は、結合レンズ１１４ａを介して出射光ファイバ１１６ａに入射して、筺体１１８の外部へ導かれる。同様に、光路シフトプリズム１１２ｂから出力された光は、結合レンズ１１４ｂを介して出射光ファイバ１１６ｂに入射して、筺体１１８の外部へ導かれる。
　これにより、入射光ファイバ１０４ａから入射した光は、光変調素子１２０ａで変調された後、半波長板１０８と偏波合成プリズム１１０ａにより偏波合成されて、出射光ファイバ１１６ａから出射されこととなる。また、同様に、入射光ファイバ１０４ｂから入射した光は、光変調素子１２０ｂで変調された後、半波長板１０８と偏波合成プリズム１１０ｂにより偏波合成されて、出射光ファイバ１１６ｂから出射されこととなる。
　上記光路シフトプリズム１１２ａ及び１１２ｂ、結合レンズ１１４ａ及び１１４ｂ、並びに出射光ファイバ１１６ａ及び１１６ｂは、それぞれ、例えば上記線分１８０に関して互いに線対称となるように配されている。
　特に、本実施形態に係る光変調デバイス１００では、光変調素子１２０ａ、１２０ｂからそれぞれ２つずつ出力される直線偏波光は、マイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４０ｂ、１４２ｂを通過した直後に（すなわち、光路シフトプリズムなどの、マイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４０ｂ、１４２ｂと半波長板１０８及び又は偏波合成プリズム１１０ａ、１１０ｂとの間の光学距離（又は光路長）を大きく延長するような他の光学部品を通過することなく）、まず半波長板１０８及び又は偏波合成プリズム１１０ａ、１１０ｂを通過して、それぞれ一つの光ビームに合成される。このため、マイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４０ｂ、１４２ｂの焦点距離が短く、当該マイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４０ｂ、１４２ｂからそれぞれガウスビームとして出射される４つの光ビームの発散角が大きい場合でも、それら４つの光ビームが伝搬して互いに重なり始める前に、確実に偏波合成を行って２つのビーム（すなわち、それぞれ偏波合成されたビーム）を生成するものとすることができる。
　一般に、光変調素子から出射した光は、レンズによりコリメートされ（平行光になり）出力される。平行光は一定のビーム径を有したガウスビーム（ガウシァンビーム）であり、理想的には一定のビーム径を保持したまま遠くまで伝搬することができる。しかし通常、平行光はビームの径が最も細くなる部分（ビームウェスト）を有している。つまりレンズから出力された平行光のビーム径は徐々に小さくなり、前記ビームウェストで最小となり、その後は徐々に大きくなる（発散する）という性質を有している。これは光変調素子から出力される光が一定の面積を有した点光源であること及び前記直線偏波光が回折することなどに起因するものである。
　したがって、光変調素子１２０ａ、１２０ｂからそれぞれ２つずつ出力されてマイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４０ｂ、１４２ｂによりそれぞれコリメートされたガウスビームは、それぞれ上記のように発散し、所望の距離を伝搬した位置で、その一部が互いに重なりあい始めることとなる。
　図２（ａ）及び図２（ｂ）は、それぞれ図１に示す光変調デバイス１００のマイクロレンズアレイ１０６周辺の部分詳細図を示している。特に、図２（ａ）は、図１に示す光変調デバイス１００の光変調素子１２０ａ、１２０ｂから出射した４つの光が、それぞれ４つのマイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４０ｂ、１４２ｂでコリメートされて直進した場合に、互いに重なり合うこととなる様子を模式的に示している。尚、図２（ａ）においてはコリメート光が発散することを図示する便宜上、コリメート光の発散角度は実際より大きく表している。
　光変調素子１２０ａ、１２０ｂの出射導波路１３０ａ、１３２ａ、１３２ｂ、１３０ｂから出射して４つのマイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４２ｂ、１４０ｂによりコリメートされたそれぞれのコリメート光２００ａ、２０２ａ、２０２ｂ、２００ｂは、ガウシアン形状を維持したままマイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４２ｂ、１４０ｂからそれぞれ出射する。
　コリメート光２００ａ、２０２ａ、２０２ｂ、２００ｂは、マイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４２ｂ、１４０ｂから出射して、或る距離を伝搬した位置２１０において、それぞれビーム直径が最小値となるビームウェストを持つ。このビームウェスト位置２１０を越えると、コリメート光２００ａ、２０２ａ、２０２ｂ、２００ｂは、それぞれ発散角θによりビーム径を広げながら図示左方へ伝搬し、位置２１２において隣接する互いのビームの一部が重なり始める。図２（ａ）においては、このビーム重なり開始位置２１２より図示左側に、マイクロレンズ１４０ａ、１４２ａから出射したコリメート光２００ａ、２０２ａの一部が互いに重なる領域を、符号２２０を付したハッチング領域で示している。また、マイクロレンズ１４２ａ、１４２ｂから出射したコリメート光２０２ａ、２０２ｂの一部が互いに重なる領域を、符号２２２を付したハッチング領域で、また、マイクロレンズ１４２ｂ、１４０ｂから出射したコリメート光２０２ｂ、２００ｂの一部が互いに重なる領域を、符号２２４を付したハッチング領域で、示している。
　通常、偏波合成プリズムは、一の光学面に偏波合成膜を備え、互いに独立に（重なり合うことなく）伝搬する直交する２つの直線偏波光を、それぞれ当該偏波合成膜の一方の面及び他方の面から入射させ、一方の直線偏波光が偏波合成膜を透過し、他方の直線偏波光が偏波合成膜を反射することにより、当該透過及び反射した光が一つのビーム（偏波合成されたビーム）となるように構成される。
　互いに直交する偏光方向を持つ２つの直線偏波光の一部が重なり合っていた場合、当該重なり部分は、偏波合成プリズムを構成する偏波合成膜のいずれか一方の面から入射することとなる。つまり、偏波合成膜のそれぞれの面には偏波合成に不要な偏波方向を有する直線偏波光が入射することとなる。偏波合成に不要な偏波方向を有する直線偏波光は所望の方向に偏波合成されない（偏波合成されたビームの光軸から外れる）ため損失となる。
　本実施形態に係る光変調デバイス１００では、図２（ｂ）に示すように、マイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４０ｂ、１４２ｂからそれぞれ出射した光が、当該光の光路長を大きく延長するような光路シフトプリズムなどの他の光学部品を通過することなく、まず半波長板１０８及び又は偏波合成プリズム１１０ａ、１１０ｂに直接入射するように構成される。ここで、「光路シフトプリズム」とは、光路を、当該光路に対し直交する方向へ移動させるプリズム（すなわち、周囲よりも屈折率の高いガラス等の透明媒質で構成された多面体）をいう。
　これにより、マイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４２ｂ、１４０ｂからそれぞれコリメート光として出射される光が当該コリメート光の発散角により互いに重なり始めることとなる位置２１２と、当該４つのマイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４２ｂ、１４０ｂが配された位置と、の間に、半波長板１０８及び偏波合成プリズム１１０ａ、１１０ｂを配することができる。
　このため、本実施形態の光変調デバイス１００では、マイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４０ｂ、１４２ｂから出力されるコリメート光の発散角が大きい場合でも、ビーム間の重なり合いを生じさせることなく、損失の少ない偏波合成を行って、入射光ファイバ１０４ａ、１０４ｂから出射光ファイバ１１６ａ、１１６ｂまでの光損失を低減することができる。
　なお、本実施形態では、マイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４０ｂ、１４２ｂと、半波長板１０８及び又は偏波合成プリズム１１０ａ、１１０ｂとの間の空間には、光路シフトプリズム等の他の光学部品を配置しない構成した。ただし、これに限らず、当該空間における光路長を大きく延長しない限りにおいて、例えば光路シフトプリズム以外の他の光学部品、例えばガラス等の光学媒質の平行平板（すなわち、オモテ面及びウラ面が互いに平行である板）で構成される光学部品を当該空間内に挿入してもよい。このような平行平板で構成される光学部品は、例えば当該平行平板の面上に誘電体多層膜（無反射コートや、フィルタ膜（例えば、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ）など）を設けた、光路長調整素子や波長フィルタ素子であり得る。
　また、本実施形態の光変調デバイス１００では、マイクロレンズ１４２ａ、１４２ｂから互いに隣接してそれぞれ出射した出力光は、光路シフトプリズム等により互いの間隔が広げられる前に、半波長板１０８に入射されるので、一つの光学素子としての半波長板１０８を用いて２つの光の波長を回転させることができる。このため、出力光毎に半波長板を設ける構成に比べて光学素子の数を減らすことができ、光学系の安定性を向上（例えば温度変動等を低減）すると共に、組立工数を低減することができる。
　また、光路シフトプリズム１１２ａ、１１２ｂにより、偏波合成プリズム１１０ａ、１１０ｂから出射した光の光路を、互いに離れる方向へシフトさせる。このため、マイクロレンズ１４０ａ、１４２ａ、１４０ｂ、１４２ｂの焦点距離が小さく、コリメート光発散角が大きくなって、結合レンズ１１４ａ、１１４ｂに至る光のビーム径が大きくなる場合でも、当該ビーム径に応じた開口面積（又は受光面積）の大きい結合レンズ１１４ａ、１１４ｂを配置するスペースを確保することができ、設計自由度を大きくすることができる。
　さらに、本実施形態の光変調デバイス１００では、光変調素子１２０ａと光変調素子１２０ｂとが、光変調素子１２０ａ、１２０ｂの出射光の方向に平行な線分１８０に関して線対称な位置に配されており、且つ、偏波合成プリズム１１０ａ及び１１０ｂも、当該線分１８０に関して線対称な位置に配されている。
　このため、例えば偏波合成プリズム１１０ａ、１１０ｂを、線対称な形状を有する一つの光学素子として構成することもできる。この場合には、筺体１１８内で用いる光学素子の数を更に減らして、光学系の安定性を高めると共に、組立工数を更に低減することができる。
　また、本実施形態の光変調デバイス１００では、光路シフトプリズム１１２ａ、１１２ｂ、並びに、結合レンズ１１４ａ，１１４ｂ、及び出射光ファイバ１１６ａ、１１６ｂも、線分１８０に関して互いに対称な位置に配されている。
　これにより、入射光ファイバ１０４ａから出射光ファイバ１１６ａまでの光学系と、入射光ファイバ１０４ｂから出射光ファイバ１１６ｂまでの光学系と、が線分１８０に関して互いに対称となっている。
　一般に、図１に示す筺体１１８のような矩形筺体は、環境温度変動時に発生する歪が幾何学的に略対称性を有する。このため、上記のように、入射光ファイバ１０４ａから出射光ファイバ１１６ａまでの光学系と、入射光ファイバ１０４ｂから出射光ファイバ１１６ｂまでの光学系と、を線分１８０に関して互いに対称に配置することで、環境温度変動時におけるそれぞれの光学系での光学素子の位置ずれ量や環境温度変動時に発生する各光学部品の歪に伴う屈折率変化や光変調デバイスの動作点シフトなどの特性変化を互いに同程度のものとすることができる。
　その結果、例えば波長多重伝送システムの２つの波長チャネルを構成する２つの光を光変調デバイス１００を用いて変調する場合には、入射光ファイバ１０４ａから出射光ファイバ１１６ａに至るまでの光損失（通過損失又は挿入損失。以下同じ。）と、入射光ファイバ１０４ｂから出射光ファイバ１１６ｂに至るまでの光損失の、環境温度変動に伴う変動を同程度のものとすることができる。これにより、環境温度変動に伴う上記波長チャネル間の損失差の発生又は増大化を防止し（従って、上記波長多重システムにおける波長チャネル間での送信光のレベル差の発生又は増大化を防止し）、チャネル相互間における伝送品質の格差が発生又は増大してしまうのを防止することができる。
　なお、上述した第1の実施形態では、光変調器として、２つの光変調素子１２０ａ、１２０ｂが一枚の基板上に形成された１つの光変調器１０２を用いるものとしたが、これに限らず、個別の基板上に形成された１つの光変調素子で構成される光変調器を２つ用いるものとしてもよい。
　また、上述した第1の実施形態では、偏波合成プリズム１１０ａ、１１０ｂを用いて偏波合成を行うものとしたが、これに限らず、同一方向に偏光した２つの直線偏波光を偏波合成できる限りにおいて、例えば偏波合成プリズムに代えて複屈折性結晶を用いる等、任意の構成を用いて偏波合成を行うものとすることができる。
〔第２の実施形態〕
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
　図３は、本実施形態に係る光変調デバイスの構成を示す図である。本光変調デバイス３００は、光変調器３０２と、光変調器３０２に光源（不図示）からの光を入射する光ファイバである入射光ファイバ３０４ａ、３０４ｂと、出射用マイクロレンズアレイ３０６と、半波長板３０８と、偏波合成プリズム３１０と、ファイバ結合アセンブリ３１２と、これらの光学部品を収容する筺体３１４と、を有する。
　入射光ファイバ３０４ａ、３０４ｂは、それぞれ、２つの光源（不図示）からの、例えば互いに異なる波長を有する直線偏波光を、光変調器３０２に入射する。
　光変調器３０２は、一枚のＬＮ基板上に形成された、光導波路で構成される２つの光変調素子３２０ａ、３２０ｂを有する。これらの光変調素子３２０ａ、３２０ｂは、例えばＤＰ－ＱＰＳＫ変調やＤＰ－ＱＡＭ変調を行う光変調素子である。
　光変調素子３２０ａ、３２０ｂは、図３に示すように、出力光が並んで出射されるように配されている。すなわち、図３において、光変調素子３２０ａ、３２０ｂは、当該光変調素子３２０ａ、３２０ｂのすべての出力光が、光変調器３０２の図示左側の基板端面３７０から図示左方向に、図示上下方向に並んで出射されるように、配されている。また。本実施形態では、光変調素子３２０ａ、３２０ｂは、上記並んで出射される出力光の方向に平行な線分１８０に関して線対称な位置に配されている。
　なお、本実施形態では、光変調素子３２０ａ、３２０ｂは、当該光変調素子３２０ａ、３２０ｂから出射される全ての出力光が図３の図示上下方向に直線状に並んで出射されるように配されている。ただし、これに限らず、「並んで」出射される限りにおいて、光変調素子３２０ａ、３２０ｂの出射光が互いに任意の位置関係を持つように配されるものとすることができる。例えば、光変調素子３２０ａ、３２０ｂは、当該光変調素子３２０ａ、３２０ｂのそれぞれの光の出射端面（図３の図示左側端面）が図３の図示左右方向に所定距離だけ互いにずれて配されていても良い。また、例えば、光変調素子３２０ａ、３２０ｂは、当該光変調素子３２０ａ、３２０ｂからのそれぞれの光の出射点が、当該光変調素子３２０ａ、３２０ｂの基板厚さ方向（図３の紙面に垂直な方向）においてそれぞれ互いに異なる位置にあるように構成されていても良い。
　光変調素子３２０ａは、第１の光変調素子であり、入射光ファイバ３０４ａから入射される直線偏波光は２つの光に分岐され、それぞれ異なる電気信号により変調されたのち、それぞれ出射導波路３３０ａ、３３２ａから出力する。また、光変調素子３２０ｂは、第２の光変調素子であり、入射光ファイバ３０４ｂから入射される直線偏波光は２つの光に分岐され、それぞれ異なる信号により変調されたのち、それぞれ出射導波路３３０ｂ、３３２ｂから出力する。
　光変調器３０２の光出射側の基板端面３７０（出射導波路３３０ａ、３３２ａ、３３０ｂ、３３２ｂが形成されている側（すなわち、図示左側）の基板端面）には、出射用レンズである４つのマイクロレンズ３４０ａ、３４２ａ、３４０ｂ、３４２ｂから成る出射用マイクロレンズアレイ３０６が配されている。
　図４は、図３に示す光変調デバイス３００の、出射用マイクロレンズアレイ３０６周辺の部分詳細図である。
　光変調素子３２０ａの出射導波路３３０ａ、３３２ａから出力される光はマイクロレンズ３４０ａ、３４２ａに入射し、光変調素子３２０ｂの出射導波路３３０ｂ、３３２ｂから出力される光はマイクロレンズ３４０ｂ、３４２ｂに入射する。マイクロレンズ３４０ａ、３４２ａ、３４０ｂ、３４２ｂに入射した光は、それぞれ、例えばコリメートされて平行光（コリメート光）となり出力される。
　そして、光変調素子３２０ａから出力される一方の出力光である出射導波路３３２ａから出力された光と、光変調素子３２０ｂから出力される一方の出力光である出射導波路３３２ｂから出力された光と、は、それぞれマイクロレンズ３４２ａ及び３４２ｂを通過した後、共に１枚の半波長板３０８に入射する。半波長板３０８は、偏波回転素子であり、当該半波長板３０８に入射した上記２つの直線偏波光である出力光は、当該半波長板３０８を通過する際に、それぞれの偏波が９０度回転される。なお、本説明において半波長板３０８は２つの出力光に対して共用となるよう１枚としたが、２つの出力光に対してそれぞれ個別に１枚ずつ配置してもよい。但し、半波長板３０８は２つの出力光に対して共用となるよう１枚とした方が、部品点数の削減、組立工数の削減及び信頼性を向上することができる。
　これにより、光変調素子３２０ａから出力される一方の出力光である出射導波路３３２ａから出力された光と、他方の出力光である出射導波路３３０ａから出力された光は、偏波方向が互いに直交する直線偏波光となって、偏波合成プリズム３１０に入射することとなる。同様に、光変調素子３２０ｂから出力される一方の出力光である出射導波路３３２ｂから出力された光と、他方の出力光である出射導波路３３０ｂから出力された光は、偏波方向が互いに直交する直線偏波光となって、偏波合成プリズム３１０に入射することとなる。
　ここで、入射光ファイバ３０４ａ、３０４ｂからそれぞれ入射する光の波長が互いに異なることにより、光変調素子３２０ａの出射導波路３３２ａから出力される光の波長と、光変調素子３２０ｂの出射導波路３３２ｂから出力される光の波長と、が互いに異なる場合（であって、且つそうすることが必要な場合）には、半波長板３０８のうち、光変調素子３２０ａの出射導波路３３２ａから出力された光が通る領域の光学的厚さと、光変調素子３２０ｂの出射導波路３３２ｂから出力された光が通る領域の光学的厚さと、をそれらの波長に応じた相異なる厚さとしてもよい。
　半波長板３０８は、例えば、当該半波長板３０８を構成する光変調素子３２０ａの出射導波路３３２ａから出力された光が通る領域と、光変調素子３２０ｂの出射導波路３３２ｂから出力された光が通る領域とが、線分１８０に関して線対称となるように配置される。各領域を有する半波長板３０８は１枚の半波長板で構成してもよい。また各領域を有する半波長板をそれぞれ作製し、それらを個別に配置する構成としてもよいし、それらを１つに組み合わせた構成としてもよい。
　偏波合成プリズム３１０は、２つの偏波合成プリズムを一体として構成したものであり、偏波合成プリズム部３１０ａと、偏波合成プリズム部３１０ｂと、を有する。偏波合成プリズム部３１０ａは、第１の偏波合成素子であり、前記光変調素子３２０ａから出射して偏光方向が互いに直交することとなった２つの直線偏波光を一つのビームに合成して出力する。また、偏波合成プリズム部３１０ｂは、第２の偏波合成素子であり、前記光変調素子３２０ｂから出射して偏光方向が互いに直交することとなった２つの直線偏波光を一つのビームに合成して出力する。
　ここで、偏波合成プリズム部３１０ａ、３１０ｂは、それぞれ、入射した２つの直線偏波光の一方をその伝搬方向を変化させることなく通過させ、当該一方の直線偏波光の光軸と平行な光軸を有する他方の直線偏波光の光軸を光軸方向を維持したままシフトさせて当該一方の直線偏波光の光軸と一致させることにより、偏波合成された一つのビームを出力する。
　本実施形態では、偏波合成プリズム３１０は、光変調素子３２０ａ、３２０ｂから並んで出射される４つの出力光の列の最も外側にある２つの出力光（すなわち、出射導波路３３０ａ及び３３０ｂから出射される出力光）の光軸を光軸方向を維持したままシフトさせる。そして、それぞれ、当該並んで出射される４つの出力光の列の内側にある２つの出力光（すなわち、出射導波路３３２ａ及び３３２ｂから出射される出力光）の光軸と一致するようにして、２つの偏波合成されたビームを出力する。したがって、本実施形態では、偏波合成プリズム３１０から出射される２つの偏波合成されたビームの光軸の互いの間隔は、光変調素子３２０ａ、３２０ｂから並んで出射される４つの出力光の列の内側にある２つの出力光の光軸の間隔（したがって、出射導波路３３２ａと３３２ｂの間隔）に等しい。
　また、偏波合成プリズム３１０は、例えば、偏波合成プリズム部３１０ａ、３１０ｂが線分１８０に関して線対称となるように構成され及び又は配される。
　ファイバ結合アセンブリ３１２は、ファイバアレイ３１６と結合用マイクロレンズアレイ３１８と、で構成される。ファイバアレイ３１６は、２本の出射光ファイバ３１６ａと３１６ｂとで構成され、結合用マイクロレンズアレイ３１８は、結合レンズである２つのマイクロレンズ３１８ａと３１８ｂとで構成される。
　筺体３１４には、偏波合成プリズム３１０の偏波合成プリズム部３１０ａ、３１０ｂからそれぞれ出射されるビームを筺体３１４の外へ出射させるための窓３２２が設けられており、ファイバアレイ３１６及び結合用マイクロレンズアレイ３１８で構成されるファイバ結合アセンブリ３１２は、筺体３１４の外面の、上記窓３２２を介して上記ビームを受けることのできる位置に取り付けられている。ここで、窓３２２は、例えば、筺体３１４に設けられた孔３２４と、当該孔３２４を塞ぐように配された透明ガラス３２６と、で構成される。透明ガラス３２６は、例えばサファイアガラスであり、筺体３１４の内面に対し例えばロウ付けにより気密固定されている。
　これにより、偏波合成プリズム部３１０ａから出力されたビームは、窓３２２を通過した後、マイクロレンズ３１８ａにより集光されて出射光ファイバ３１６ａに入射して、光変調デバイス３００から出力される。同様に、偏波合成プリズム部３１０ｂから出力されたビームは、窓３２２を通過した後、マイクロレンズ３１８ｂにより集光されて出射光ファイバ３１６ｂに入射して、光変調デバイス３００から出力される。
　ここで、ファイバ結合アセンブリ３１２のファイバアレイ３１６は、出射光ファイバ３１６ａ、３１６ｂの、それぞれの端面における光軸の互いの間隔が、偏波合成プリズム３１０から出射される２つのビーム（すなわち、偏波合成プリズム部３１０ａから出射されるビームと、偏波合成プリズム部３１０ｂから出射されるビーム）の、それぞれの光軸の互いの間隔と等しくなるように構成されている。このような構成とすることで、偏波合成プリズム部３１０ａ及び偏波合成プリズム部３１０ｂから出力されるビームは、出力後に互いの光軸の間隔を調整するための光学部品を通ることがないため、出射光ファイバ３１６ａ、３１６ａへの結合効率を高めるとともに、ビームの伝搬損失を抑制することができる。
　ファイバ結合アセンブリ３１２は、例えば、ファイバアレイ３１６を構成する出射光ファイバ３１６ａ、３１６ｂが線分１８０に関して線対称となるように配され、且つ結合用マイクロレンズアレイ３１８を構成する２つのマイクロレンズ３１８ａと３１８ｂとが線分１８０に関して線対称となるように配される。なお、出射光ファイバ３１６ａ、３１６ｂは、それぞれ、偏波合成素子である偏波合成プリズム部３１０ａ、３１０ｂから出射されるビームをそれぞれ受ける第１の光ファイバ及び第２の光ファイバに対応する。
　上述したように、偏波合成プリズム３１０から出射される２つのビームの光軸の互いの間隔は、光変調素子３２０ａ、３２０ｂから並んで出射される４つの出力光の列の内側にある２つの出力光（すなわち、出射導波路３３２ａ及び３３２ｂからの出力光）の光軸の間隔に等しい。したがって、ファイバアレイ３１６を構成する出射光ファイバ３１６ａ、３１６ｂの、それぞれの端面における光軸の互いの間隔も、出射導波路３３２ａ及び３３２ｂからの出力光の光軸の間隔に等しい。
　以上の構成により、入射光ファイバ３０４ａから入射した光は、光変調素子３２０ａで変調された後、半波長板３０８と偏波合成プリズム部３１０ａにより偏波合成されて、出射光ファイバ３１６ａから出射されこととなる。また、同様に、入射光ファイバ３０４ｂから入射した光は、光変調素子３２０ｂで変調された後、半波長板３０８と偏波合成プリズム部３１０ｂにより偏波合成されて、出射光ファイバ３１６ｂから出射されこととなる。
　特に、本実施形態に係る光変調デバイス３００では、上述したように、偏波合成された２つのビームの間隔が、光変調素子３２０ａ、３２０ｂから並んで出射される４つの出力光の列のうちの、内側の２つの出力光（すなわち、出射導波路３３２ａ及び３３２ｂからの出力光）の間隔と等しくなるように構成され、これら２つのビームが、ファイバアレイ３１６を構成する出射光ファイバ３１６ａ、３１６ｂに結合されて出力される。
　このため、本光変調デバイス３００では、従来技術のように光路シフトのためのプリズムを用いる必要がなく、光学部品の数を減らすことができる。したがって、光の通過損失（すなわち、光変調デバイス３００の挿入損失）等の光学特性の向上、及び光学特性の安定化（環境温度に対する変動等）を図ることができ、且つ筺体３１４の小型化、及び資材コスト、組み立てコスト等の低減を図ることができる。
　なお、本実施形態では、偏波合成プリズム３１０は、当該偏波合成プリズム３１０から出射される２つのビームの間隔が、光変調素子３２０ａ、３２０ｂから並んで出射される４つの出力光の列のうちの内側にある２つの出力光（すなわち、出射導波路３３２ａ及び３３２ｂから出射される出力光）の間隔と一致するように構成されるものとした。ただし、偏波合成プリズム３１０の構成は、これに限らず、偏波合成プリズム部３１０ａ、３１０ｂからそれぞれ出射されるビームの互いの間隔が、例えば光変調素子３２０ａ、３２０ｂから並んで出射される４つの出力光の列の最も外側にある２つの出力光（すなわち、出射導波路３３０ａ及び３３０ｂから出射される出力光）の互いの間隔（以下、「間隔Ｌ」という）よりも狭くなるように構成されていてもよい。
　この場合、従来のように偏波合成プリズム部がＬＮ基板の幅よりも大きくはみ出て占有することがないため光変調デバイスを小型化することができる。また、偏波合成プリズム部３１０ａ、３１０ｂをＬＮ基板の幅よりも小さく配置することも可能であり、この場合、更なる小型化が可能となる。また偏波合成プリズム３１０は、２つの偏波合成プリズムを一体として構成しているため、従来のように偏波合成プリズムを離散して広い範囲に配置した構成と比べて狭い範囲に配置でき小型化に貢献している。
　さらに、本実施形態の光変調デバイス３００では、筺体３１４内における光路配置を決定する主要因となる光変調素子３２０ａ、３２０ｂ、及び偏波合成プリズム部３１０ａ、３１０ｂ、が、それぞれ光変調素子３２０ａ、３２０ｂの出射光の方向に平行な線分１８０に関して線対称な位置に配されている。
　一般に、図３に示す筺体３１４のような矩形筺体は、環境温度変動時に発生する歪が幾何学的に略対称性を有することから、上記のように、入射光ファイバ３０４ａから出射光ファイバ３１６ａまでの光学系と、入射光ファイバ３０４ｂから出射光ファイバ３１６ｂまでの光学系と、を線分１８０に関して互いに対称に配置することで、環境温度変動時におけるそれぞれの光学系での光学素子の位置ずれ量を互いに同程度のものとすることができる。
　その結果、例えば波長多重伝送システムの２つの波長チャネルを構成する２つの光を光変調デバイス３００を用いて変調する場合には、入射光ファイバ３０４ａから出射光ファイバ３１６ａに至るまでの光損失（通過損失又は挿入損失。以下同じ。）と、入射光ファイバ３０４ｂから出射光ファイバ３１６ｂに至るまでの光損失の、環境温度変動に伴う変動を同程度のものとすることができる。これにより、環境温度変動に伴う上記波長チャネル間の損失差の発生又は増大化を防止し（従って、上記波長多重システムにおける波長チャネル間での送信光のレベル差の発生又は増大化を防止し）、チャネル相互間における伝送品質の格差が発生又は増大してしまうのを防止することができる。
　さらに、本実施形態に係る光変調デバイス３００では、偏波合成プリズム３１０から出射する２つのビームの間隔、及び出射光ファイバ３１６ａ、３１６ｂの光軸間隔が、光変調素子３２０ａと光変調素子３２０ｂの出射導波路３３２ａ、３３２ｂ間の間隔と同程度まで狭く設定されるので、筺体３１４に設けた一つの窓３２２を介して、偏波合成プリズム３１０から出射する２つのビームを筺体３１４外部へ導くことができる。
　このため、光変調デバイス３００では、出射光（又は出射光ファイバ）を筺体外へ導くために２つの孔（又は窓）を筺体に設ける従来技術に比べて、筺体３１４の環境温度変動時に発生する歪を低減して上記光損失の変動を低減することができると共に、例えば筺体３１４にカバーを加圧溶融して気密封止する際に発生する当該筺体３１４の歪を低減して、気密封止前後における上記光損失の変動を低減することができる。
　なお、上述した第２の実施形態では、光変調器として、２つの光変調素子３２０ａ、３２０ｂが一枚の基板上に形成された１つの光変調器３０２を用いるものとしたが、これに限らず、個別の基板上に形成された１つの光変調素子で構成される光変調器を２つ用いるものとしてもよい。
〔第３の実施形態〕
　次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
　図５は、本発明の第３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。本光変調デバイス５００は、光変調器５０２と、光変調器５０２に光源（不図示）からの光を入射する光ファイバである入射光ファイバ５０４ａ、５０４ｂと、出射用マイクロレンズアレイ５０６と、半波長板５０８と、偏波合成プリズム５１０と、波長合成プリズム５１２と、結合レンズ５１４と、出射光ファイバ５１６と、筺体５１８と、を有する。
　入射光ファイバ５０４ａ、５０４ｂは、それぞれ、２つの光源（不図示）からの、互いに異なる波長を有する直線偏波光を、光変調器５０２に入射する。
　光変調器５０２は、一枚のＬＮ基板上に形成された、光導波路で構成される２つの光変調素子５２０ａ、５２０ｂを有する。これらの光変調素子５２０ａ、５２０ｂは、例えばＤＰ－ＱＰＳＫ変調やＤＰ－ＱＡＭ変調を行う光変調素子である。
　光変調素子５２０ａ、５２０ｂは、図５に示すように、出力光が並んで出射されるように配されている。すなわち、図５において、光変調素子５２０ａ、５２０ｂは、当該光変調素子５２０ａ、５２０ｂのすべての出力光が、光変調器５０２の図示左側の基板端面５７０から図示左方向に、図示上下方向に並んで出射されるように、配されている。また。本実施形態では、光変調素子５２０ａ、５２０ｂは、上記並んで出射される出力光の方向に平行な線分１８０に関して線対称な位置に配されている。
　なお、本実施形態では、光変調素子５２０ａ、５２０ｂは、当該光変調素子５２０ａ、５２０ｂから出射される全ての出力光が図５の図示上下方向に直線状に並んで出射されるように配されているが、これに限らず、「並んで」出射される限りにおいて、光変調素子５２０ａ、５２０ｂの出射光が互いに任意の位置関係を持つように配されるものとすることができる。例えば、光変調素子５２０ａ、５２０ｂは、当該光変調素子５２０ａ、５２０ｂのそれぞれの光の出射端面（図５の図示左側端面）が図５の図示左右方向に所定距離だけ互いにずれて配されていても良い。また、例えば、光変調素子５２０ａ、５２０ｂは、当該光変調素子５２０ａ、５２０ｂからのそれぞれの光の出射点が、当該光変調素子５２０ａ、５２０ｂの基板厚さ方向（図５の紙面に垂直な方向）においてそれぞれ互いに異なる位置にあるように構成されていても良い。
　光変調素子５２０ａは、第１の光変調素子であり、入射光ファイバ５０４ａから入射される直線偏波光は２つの光に分岐され、それぞれ異なる電気信号により変調されたのち、それぞれ出射導波路５３０ａ、５３２ａから出力する。また、光変調素子５２０ｂは、第２の光変調素子であり、入射光ファイバ５０４ｂから入射される直線偏波光は２つの光に分岐され、それぞれ異なる信号により変調されたのち、それぞれ出射導波路５３０ｂ、５３２ｂから出力する。
　光変調器５０２の光出射側の基板端面５７０（出射導波路５３０ａ、５３２ａ、５３０ｂ、５３２ｂが形成されている側（すなわち、図示左側）の基板端面）には、出射用レンズである４つのマイクロレンズ５４０ａ、５４２ａ、５４０ｂ、５４２ｂから成る出射用マイクロレンズアレイ５０６が配されている。
　図６は、図５に示す光変調デバイス５００の、出射用マイクロレンズアレイ５０６周辺の部分詳細図である。
　光変調素子５２０ａの出射導波路５３０ａ、５３２ａから出力される光はマイクロレンズ５４０ａ、５４２ａに入射し、光変調素子５２０ｂの出射導波路５３０ｂ、５３２ｂから出力される光はマイクロレンズ５４０ｂ、５４２ｂに入射する。マイクロレンズ５４０ａ、５４２ａ、５４０ｂ、５４２ｂに入射した光は、それぞれ、例えばコリメートされて平行光（コリメート光）となり出力される。
　そして、光変調素子５２０ａから出力される一方の出力光である出射導波路５３２ａから出力された光と、光変調素子５２０ｂから出力される一方の出力光である出射導波路５３２ｂから出力された光と、は、それぞれマイクロレンズ５４２ａ及び５４２ｂを通過した後、共に１枚の半波長板５０８に入射する。半波長板５０８は、偏波回転素子であり、当該半波長板５０８に入射した上記２つの直線偏波光である出力光は、当該半波長板５０８を通過する際に、それぞれの偏波が９０度回転される。
　これにより、光変調素子５２０ａから出力される一方の出力光である出射導波路５３２ａから出力された光と、他方の出力光である出射導波路５３０ａから出力された光は、偏波方向が互いに直交する直線偏波光となって、偏波合成プリズム５１０に入射することとなる。同様に、光変調素子５２０ｂから出力される一方の出力光である出射導波路５３２ｂから出力された光と、他方の出力光である出射導波路５３０ｂから出力された光は、偏波方向が互いに直交する直線偏波光となって、偏波合成プリズム５１０に入射することとなる。
　ここで、半波長板５０８は、光変調素子５２０ａの出射導波路５３２ａから出力された光が通る領域の光学的厚さと、光変調素子５２０ｂの出射導波路５３２ｂから出力された光が通る領域の光学的厚さと、がそれらの波長に応じた相異なる厚さで構成されているものとすることができる。
　半波長板５０８は、例えば、当該半波長板５０８を構成する光変調素子５２０ａの出射導波路５３２ａから出力された光が通る領域と、光変調素子５２０ｂの出射導波路５３２ｂから出力された光が通る領域とが、線分１８０に関して線対称となるように配置される。
　偏波合成プリズム５１０は、２つの偏波合成プリズムを一体として構成したものであり、偏波合成プリズム部５１０ａと、偏波合成プリズム部５１０ｂと、を有する。偏波合成プリズム部５１０ａは、第１の偏波合成素子であり、前記光変調素子５２０ａから出射して偏光方向が互いに直交することとなった２つの直線偏波光を一つのビームに合成して出力する。また、偏波合成プリズム部５１０ｂは、第２の偏波合成素子であり、前記光変調素子５２０ｂから出射して偏光方向が互いに直交することとなった２つの直線偏波光を一つのビームに合成して出力する。
　ここで、偏波合成プリズム部５１０ａ、５１０ｂは、それぞれ、入射した２つの直線偏波光の一方をその伝搬方向を変化させることなく通過させ、当該一方の直線偏波光の光軸と平行な光軸を有する他方の直線偏波光の光軸を光軸方向を維持したままシフトさせて当該一方の直線偏波光の光軸と一致させることにより、偏波合成された一つのビームを出力する。
　本実施形態では、偏波合成プリズム５１０は、光変調素子５２０ａ、５２０ｂから並んで出射される４つの出力光の列の最も外側にある２つの出力光（すなわち、出射導波路５３０ａ及び５３０ｂから出射される出力光）の光軸を光軸方向を維持したままシフトさせる。そして、当該２つの出力光を、それぞれ、上記並んで出射される４つの出力光の列の内側にある２つの出力光（すなわち、出射導波路５３２ａ及び５３２ｂから出射される出力光）の光軸と一致するようにして、２つの偏波合成されたビームを出力する。したがって、本実施形態では、偏波合成プリズム５１０から出射される２つの偏波合成されたビームの光軸の互いの間隔は、光変調素子５２０ａ、５２０ｂから並んで出射される４つの出力光の列の内側にある２つの出力光の光軸の間隔（したがって、出射導波路５３２ａと５３２ｂの間隔）に等しい。
　また、偏波合成プリズム５１０は、例えば、偏波合成プリズム部５１０ａ、５１０ｂが線分１８０に関して線対称となるように配置される。
　波長合成プリズム５１２は、波長合成素子であり、偏波合成プリズム部５１０ａ、５１０ｂから出射される２つのビームの波長差を利用して、これら２つのビームを波長合成し、一つの出力光ビームとして出射させる。
　結合レンズ５１４は、波長合成プリズム５１２から出射される出力光ビームを出射光ファイバ５１６に入射させる。出射光ファイバ５１６に入射した光は、当該出射光ファイバ５１６により筺体５１８の外部へ導かれる。
　筺体５１８は、例えば金属（アルミニウム、ステンレス等）で構成され、光変調器５０２、出射用マイクロレンズアレイ５０６、半波長板５０８、偏波合成プリズム５１０、波長合成プリズム５１２、結合レンズ５１４等を収容する。
　以上の構成により、入射光ファイバ５０４ａ、５０４ｂからそれぞれ入射した互いに異なる波長を有する光は、光変調素子５２０ａ、５２０ｂによりそれぞれ変調され、且つ偏波合成プリズム部５１０ａ、５１０ｂによりそれぞれ偏波合成された後、波長合成プリズム５１２により波長合成されて一つの出力光ビームとなり、出射光ファイバ５１６から出射される。
　特に、本光変調デバイス５００では、入射光ファイバ５０４ａ、５０４ｂから入射され光変調素子５２０ａ、５２０ｂでそれぞれ変調された相異なる波長を有する２つの光を、光変調デバイス５００内部で波長合成して一つの出力光として出射させる波長合成の機能を有するので、従来技術のように光変調デバイスの外部において波長合成を行う必要がない。
　また、本実施形態に係る光変調デバイス５００では、上述したように、偏波合成された２つのビームの間隔が、光変調素子５２０ａ、５２０ｂから並んで出射される４つの出力光の列のうちの、内側の２つの出力光（すなわち、出射導波路５３２ａ及び５３２ｂからの出力光）の間隔と等しくなるように構成される（つまり、出射導波路５３２ａ及び５３２ｂからの出力光は、それぞれ偏波合成プリズム部５１０ａ、５１０ｂを直進し透過する）。このため、波長合成プリズム５１２のサイズを、出射導波路５３２ａと５３２ｂとの間隔と同程度に小さくすることができる。
　すなわち、本光変調デバイス５００では、従来技術のように光変調デバイスとは別の波長合成素子を用意して波長合成を行うことはないため、光損失（出力光波長の異なる２つの光源から出射して、波長合成光を出力する出射光ファイバ５１６に結合するまでの、光の損失）を低減し、且つ当該光損失等の光学特性の安定化（環境温度に対する変動等の安定化）を図ることができると共に、筺体５１８の小型化、及び資材コスト、組み立てコスト等の低減を図ることができる。
　なお、本実施形態では、偏波合成プリズム５１０は、当該偏波合成プリズム５１０から出射される２つのビームの間隔が、光変調素子５２０ａ、５２０ｂから並んで出射される４つの出力光の列のうちの内側にある２つの出力光（すなわち、出射導波路５３２ａ及び５３２ｂから出射される出力光）の間隔と一致するように構成されるものとした。ただし、偏波合成プリズム５１０の構成は、これに限らず、偏波合成プリズム部５１０ａ、５１０ｂからそれぞれ出射されるビームの互いの間隔が、例えば光変調素子５２０ａ、５２０ｂから並んで出射される４つの出力光の列の最も外側にある２つの出力光（すなわち、出射導波路５３０ａ及び５３０ｂから出射される出力光）の互いの間隔（以下、「間隔Ｌ」という）よりも狭くなるように構成されていてもよい。
　この場合、従来のように偏波合成プリズム部がＬＮ基板の幅よりも大きくはみ出て占有することがないため光変調デバイスを小型化することができる。また、偏波合成プリズム部５１０ａ、５１０ｂをＬＮ基板の幅よりも小さく配置することも可能であり、この場合、更なる小型化が可能となる。また偏波合成プリズム５１０は、２つの偏波合成プリズムを一体として構成しているため、従来のように偏波合成プリズムを離散して広い範囲に配置した構成と比べて狭い範囲に配置でき小型化に貢献している。
　さらに、本実施形態の光変調デバイス５００では、筺体５１８内における光路配置を決定する主要因となる光変調素子５２０ａ、５２０ｂ、及び偏波合成プリズム部５１０ａ、５１０ｂ、が、それぞれ光変調素子５２０ａ、５２０ｂの出射光の方向に平行な線分１８０に関して線対称な位置に配されている。
　一般に、図５に示す筺体５１８のような矩形筺体は、環境温度変動時に発生する歪が幾何学的に略対称性を有することから、上記のように、入射光ファイバ５０４ａ、５０４ｂから入射して偏波合成プリズム部５１０ａ、５１０ｂを出射するまでの光学系を線分１８０に関して対称に配置することで、環境温度変動時におけるそれぞれの光学系での光学素子の位置ずれ量を互いに同程度のものとすることができる。
　その結果、入射光ファイバ５０４ａ、５０４ｂから入射する２つの波長チャネルを構成する２つの光に対する光損失の、環境温度変動に伴う変動を同程度のものとして、環境温度変動に伴う上記波長チャネル間の損失差の発生又は増大化を防止し（従って、上記波長多重システムにおける波長チャネル間での送信光のレベル差の発生又は増大化を防止し）、チャネル相互間における伝送品質の格差が発生又は増大してしまうのを防止することができる。
　さらに、本実施形態に係る光変調デバイス５００では、波長合成プリズム５１２により合成された一つの出力光を一つの出射光ファイバ５１６により出力するので、出力光を筺体５１８外部へ導くために当該筺体５１８に設ける孔は、一つあればよい。
　このため、光変調デバイス５００では、出射光（又は出射光ファイバ）を筺体外へ導くために２つの孔（又は窓）を筺体に設ける従来技術に比べて、孔の形成に伴う筐体の加工歪などが低減される。その結果、筺体５１８の環境温度変動時に発生する歪を低減して上記光損失の変動を低減することができると共に、例えば筺体５１８にカバーを加圧溶融して気密封止する際に発生する当該筺体５１８の歪を低減して、気密封止前後における上記光損失の変動を低減することができる。
　なお、上述した第３の実施形態では、光変調器として、２つの光変調素子５２０ａ、５２０ｂが一枚の基板上に形成された１つの光変調器５０２を用いるものとしたが、これに限らず、個別の基板上に形成された１つの光変調素子で構成される光変調器を２つ用いるものとしてもよい。
　さらに、上述した第３の実施形態では、波長合成素子として、図５及び図６に示すように、その内部において９０度反射が発生する波長合成プリズム５１２を示したが、波長合成素子は、これに限らず、任意の構成の波長合成素子とすることができる。例えば、９０度未満の鋭角な反射を用いる構成の波長合成素子又は（複数の光学素子で構成される）波長合成光学系（以下、波長合成部とも称する）を用いるものとすることができる。このような鋭角反射を用いる波長合成素子は、一般に、当該反射における光損失の偏波依存性（偏波依存損失、PDL、Polarization Dependent Loss）が少ない。このため、そのような鋭角反射を用いる波長合成素子を用いれば、偏波合成プリズム５１０から出射するビームに含まれる互いに直交する方向に偏光した直線偏波光成分のそれぞれについての光損失を同等にすることが容易となり、設計及び製造の面で好都合である。
　図７は、図５に示す光変調デバイス５００の変形例を示す図である。図７に示す光変調デバイス５００´は、光変調デバイス５００と同様の構成を有し、当該光変調デバイス５００に対し、波長合成プリズム５１２に代えて波長合成部６００を備える点のみが異なる。
　波長合成部６００は、上述したような鋭角反射を用いる波長合成光学系であり、ミラー６０２と、波長合成板６０４と、で構成される。波長合成板６０４は、特定の鋭角な入射角度で入射する一の波長（本変形例では、入射光ファイバ５０４ｂから入射する光の波長）の光を反射し、他の波長（本変形例では、入射光ファイバ５０４ａから入射する光の波長）を透過する膜が形成されている。このような膜は、例えば誘電体多層膜により構成されるものとすることができる。
　ミラー６０２は、全反射ミラーであり、偏波合成プリズム部５１０ｂから出射されるビームを反射して、当該反射したビームを上記特定の鋭角な入射角度で波長合成板６０４に入射させる。これにより、波長合成板６０４に入射した偏波合成プリズム部５１０ｂからのビームは当該波長合成板６０４を反射する一方、偏波合成プリズム部５１０ａから出射したビームは波長合成板６０４を透過する。その結果、双方のビームは一つの出力光ビームに合成されて出力されることとなる。そして、当該一つの出力光ビームは、結合レンズ５１４を介して出射光ファイバ５１６に結合されて出力される。
　本変形例では、鋭角反射を用いた波長合成部６００を用いるので、出力光ビームに含まれる互いに直交する直線偏波光成分の互いの光損失の差を低減して良好な光学特性を実現することができる。
　１００、３００、５００・・・光変調デバイス、１０２、３０２、５０２・・・光変調器、１０４ａ、１０４ｂ、３０４ａ、３０４ｂ、４０５ａ、５０４ｂ・・・入射光ファイバ、１０６・・・マイクロレンズアレイ、３０６、５０６・・・出射用マイクロレンズアレイ、１０８、３０８、５０８・・・半波長板、１１０ａ、１１０ｂ、３１０、５１０・・・偏波合成プリズム、１１２ａ、１１２ｂ・・・光路シフトプリズム、１１４ａ、１１４ｂ、５１４・・・結合レンズ、１１６ａ、１１６ｂ、３１６ａ、３１６ｂ、５１６・・・出射光ファイバ、１１８、３１４、５１８・・・筺体、１２０ａ、１２０ｂ、３２０ａ、３２０ｂ、５２０ａ、５２０ｂ・・・光変調素子、１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂ、３３０ａ、３３２ａ、３３０ｂ、３３２ｂ、５３０ａ、５３２ａ、５３０ｂ、５３２ｂ・・・出射導波路、１４０ａ、１４２ａ、１４０ｂ、１４２ｂ、３１８ａ、３１８ｂ、３４０ａ、３４２ａ、３４０ｂ、３４２ｂ、５４０ａ、５４２ａ、５４０ｂ、５４２ｂ・・・マイクロレンズ、１７０、３７０、５７０・・・基板端面、３１２・・・ファイバ結合アセンブリ、３１６・・・ファイバアレイ、３１８・・・結合用マイクロレンズアレイ、３２２・・・窓、３２４・・・孔、３２６・・・透明ガラス、５１２・・・波長合成プリズム、６００・・・波長合成部、６０２・・・ミラー、６０４・・・波長合成板。

Claims (8)

  1. 　２つの出力光をそれぞれ出射する第１の光変調素子及び第２の光変調素子と、
    　２つの前記光変調素子から出射される４つの前記出力光のそれぞれを受ける４つのレンズと、
    　前記第１の光変調素子からの２つの前記出力光の一方と、前記第２の光変調素子からの２つの前記出力光の一方と、の偏波を回転させる偏波回転素子と、
    　前記第１の光変調素子からの２つの前記出力光を一のビームに合成して出力する第１の偏波合成素子と、
    　前記第２の光変調素子からの２つの前記出力光を一のビームに合成して出力する第２の偏波合成素子と、
    　を備え、
    　前記４つのレンズからそれぞれ出射される光は、光路シフトプリズムを通過することなく、前記偏波回転素子、及び又は、前記第１及び第２の偏波合成素子に、直接に入射するよう構成されている、
    　光変調デバイス。
  2. 　前記偏波回転素子は、前記第１の光変調素子からの２つの前記出力光の一方が通過する領域と、前記第２の光変調素子からの２つの前記出力光の一方が通過する領域と、を含む一枚の光学素子として構成されている、
    　請求項１に記載の光変調デバイス。
  3. 　前記第１及び第２の偏波合成素子から出力される前記ビームの光路を、互いに離れる方向へそれぞれ移動させる第１及び第２の光路シフト素子を備える、
    　請求項１又は２に記載の光変調デバイス。
  4. 　前記第１の光変調素子と前記第２の光変調素子とは、前記出力光を並んで出射するように配され、且つ並んで出射される前記出力の方向に平行な線分に関して線対称な位置に配されており、さらに、
    　前記第１の偏波合成素子と前記第２の偏波合成素子とが、前記線分に関して線対称な位置に配されている、
    　請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
  5. 　前記４つのレンズと、前記偏波回転素子、及び又は第１及び第２の偏波合成素子と、の間に、光学媒質による平行平板で構成された光学部品が配されている、
    　請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
  6. 　前記第１及び前記第２の光変調素子は、位相偏移変調又は直交振幅変調を行う光変調素子である、
    　請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
  7. 　前記第１及び前記第２の光変調素子は、それぞれ別の基板上に形成されているか、又は同一の基板上に並べて形成されている、
    　請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
  8. 　前記４つの出射レンズは、一体に形成されたマイクロレンズアレイである、
    　請求項１ないし７のいずれか一項に記載の光変調デバイス。
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