WO2024069979A1 - 光導波路デバイス、光変調器、及び光送信装置 - Google Patents

光導波路デバイス、光変調器、及び光送信装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2024069979A1
WO2024069979A1 PCT/JP2022/036842 JP2022036842W WO2024069979A1 WO 2024069979 A1 WO2024069979 A1 WO 2024069979A1 JP 2022036842 W JP2022036842 W JP 2022036842W WO 2024069979 A1 WO2024069979 A1 WO 2024069979A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
optical waveguide
lens
output
lenses
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/036842
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
誠 嶋田
秀樹 一明
Original Assignee
住友大阪セメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友大阪セメント株式会社 filed Critical 住友大阪セメント株式会社
Priority to PCT/JP2022/036842 priority Critical patent/WO2024069979A1/ja
Publication of WO2024069979A1 publication Critical patent/WO2024069979A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • 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 an optical waveguide device, an optical modulator, and an optical transmitter.
  • optical modulation elements In high-speed/large-capacity optical fiber communication systems, optical transmitters incorporating waveguide-type optical elements (hereinafter referred to as optical modulation elements) that perform optical modulation are widely used.
  • optical modulation elements using LiNbO3 (hereinafter referred to as LN) substrates that have electro-optical effects are widely used in high-speed/large-capacity optical fiber communication systems because they have less optical loss and can achieve broadband optical modulation characteristics compared to modulation elements using semiconductor materials such as indium phosphide (InP), silicon (Si), or gallium arsenide (GaAs).
  • semiconductor materials such as indium phosphide (InP), silicon (Si), or gallium arsenide (GaAs).
  • the mainstream modulation methods for optical fiber communication systems are multi-level modulation, such as QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) and DP-QPSK (Dual Polarization - Quadrature Phase Shift Keying), or transmission formats that incorporate polarization multiplexing into multi-level modulation.
  • QPSK Quadratture Phase Shift Keying
  • DP-QPSK Double Polarization - Quadrature Phase Shift Keying
  • an optical modulation device that is small and highly integrated is proposed by integrating and housing an optical modulation element and a high-frequency driver amplifier that drives the optical modulation element in a single housing, and arranging the optical input/output units in parallel on one side of the housing.
  • an optical modulation device in which a microlens array having a plurality of lenses integrated therein is provided on the light input/output surface of a substrate on which an optical waveguide constituting an optical modulation element is provided (see Patent Document 1).
  • input light incident from an input optical fiber is collected by one lens of a microlens array and enters an input waveguide provided on the substrate, and two output light beams respectively output from two output waveguides provided on the substrate are collimated by two lenses of the microlens array.
  • the beam diameter of the input light or output light is converted by selecting the respective focal lengths of the microlens array and a coupling lens provided on an optical fiber, and the optical fiber and the optical modulation element are coupled via the lens array.
  • the microlens array is attached to the light modulating elements by an adhesive.
  • the thickness dimension of the adhesive in the focal direction of the microlens array may not be uniform over the entire light incident/exit surface.
  • the microlens array may be attached with an inclination with respect to the light input/output surface, which may increase the optical coupling loss between the optical modulation element and the optical fiber.
  • an optical waveguide device having a lens that couples an optical waveguide provided on a substrate with an optical fiber, it is necessary to suppress the increase in optical coupling loss between the optical waveguide and the optical fiber that is caused by the fixing structure between the substrate and the lens.
  • One aspect of the present invention is an optical waveguide device comprising a substrate having an optical waveguide provided thereon, and a plurality of lenses optically coupling the optical waveguide and an optical fiber, the optical waveguide including at least one input waveguide into which input light is incident, and at least two output waveguides from which output light that forms output light, an end of the input waveguide and an end of the output waveguide being formed on the same end face of the substrate, at least three lenses being arranged on the end face corresponding to the at least one input waveguide and the at least two output waveguides, respectively, the at least three lenses being composed of a lens array in which at least two lenses are integrally formed, and a single lens.
  • the lens array is an optical waveguide device as described in claim 1, in which the lens corresponding to the input waveguide and the lens corresponding to one of the output waveguides are integrally formed.
  • an optical waveguide device as defined in claim 1 wherein the lens array is integrally formed with the lenses corresponding to the at least two output waveguides.
  • an optical waveguide device as described in claim 1 or 3 wherein the substrate is provided with two output waveguides, and the lens array is integrally formed with two lenses corresponding to each of the two output waveguides.
  • an optical waveguide device as described in any one of claims 1 to 4, wherein an angle of the input light relative to an optical axis of the input waveguide is smaller than an angle of the output light relative to an optical axis of the output waveguide.
  • an optical waveguide device as defined in any one of claims 1 to 5, wherein the lenses corresponding to the two output waveguides respectively have mounting surfaces which are attached opposite to the end faces, and the mounting surfaces are attached to the end faces such that reflected light at the mounting surfaces of output light from each of the output waveguides is directed in a direction away from a direction in which the other of the output waveguides is located.
  • the substrate is bonded to a support substrate, and the lens has a mounting surface that is attached opposite to the end face, and the mounting surface is attached to the end face such that reflected light at the mounting surface of output light from each of the output waveguides is directed in a direction away from the support substrate.
  • an optical modulator comprising any of the optical waveguide devices described above, a housing that accommodates the optical waveguide device, and an optical fiber that inputs or outputs light waves to the optical waveguide from outside the housing.
  • Another aspect of the present invention is an optical transmission device comprising the optical modulator described above, and an electronic circuit that outputs a modulation signal that causes the optical modulator to perform a modulation operation.
  • an optical waveguide device having a lens that couples an optical waveguide provided on a substrate with an optical fiber, it is possible to suppress an increase in optical coupling loss between the optical waveguide and the optical fiber caused by the fixing structure between the substrate and the lens.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical modulator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an optical waveguide device, the optical axis of an optical waveguide at the input end of an optical modulation element, and the light ray direction of a lens.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an optical waveguide device according to a modified example of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an optical waveguide device according to a modified example of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of an optical modulator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing the configuration of an optical transmitting device according to the present invention.
  • Fig. 1 is a diagram showing the configuration of an optical modulator 1 using an optical modulation element 4, which is an optical waveguide element according to a first embodiment of the present invention.
  • a wave plate that rotates the polarization direction of output light from a lens 44 is omitted.
  • an adhesive 70 is shown with dots.
  • the optical modulator 1 includes a housing 2. Inside the housing 2, an optical waveguide device 3 and a driver circuit element 6 are housed.
  • the input optical fiber 10 and an output optical fiber 11 are provided on one side of the housing 2.
  • the input optical fiber 10 is an optical fiber that introduces input light to the optical modulation element 4.
  • the output optical fiber 11 is an optical fiber that guides modulated light (modulated light, output light) emitted from the optical modulation element 4 to the outside of the housing 2.
  • the input optical fiber 10 and the output optical fiber 11 are fixed to the housing 2 by holding members 12 and 13, respectively.
  • the holding members 12 and 13 hold coupling lenses 14 and 15, respectively.
  • the mode field diameters of the input optical fiber 10 and the output optical fiber 11 are, for example, 10 ⁇ m.
  • an optical window 9 made of a light-transmitting material such as glass is provided at a position corresponding to the input optical fiber 10 and the output optical fiber 11.
  • the housing 2 has an airtight sealed structure in which airtightness is ensured.
  • the driver circuit element 6 is disposed adjacent to the optical modulation element 4 of the optical waveguide device 3, and includes a drive circuit that outputs a modulation signal that causes the optical modulation element 4 to perform a modulation operation.
  • the driver circuit element 6 is connected to the optical modulation element 4 via a predetermined wiring such as wire bonding.
  • the optical waveguide device 3 includes a light modulation element 4 , a microlens array 40 , and a monocular lens 50 .
  • the optical modulation element 4 is, for example, an optical functional element that performs optical modulation.
  • the optical modulation element 4 is, for example, a DP-QPSK modulator configuration.
  • the optical modulation element 4 includes an optical waveguide substrate 20 provided with an optical waveguide 30.
  • the optical waveguide substrate 20 is formed of LN, a semiconductor, or the like.
  • a ridge-type optical waveguide 30 is formed in the optical waveguide substrate 20.
  • the height dimension of the optical waveguide 30, which is the dimension along the plate thickness direction of the optical waveguide substrate 20, is set to, for example, 2 ⁇ m or less.
  • the optical waveguide 30 includes an input waveguide 36 to which input light is input, and two output waveguides 38 from which output light is output.
  • the propagation direction of light on the optical waveguide substrate 20 is turned back by 180 degrees.
  • the input end 32 which is the end of the input waveguide 36
  • the first output end 34 and the second output end 35 which are the output ends of the two output waveguides 38
  • An input light is incident on the input end 32, and two output lights forming an output light are emitted from the first output end 34 and the second output end 35.
  • the end surface 22 functions as a light input/output surface.
  • the input waveguide 36 and the output waveguide 38 each extend from an end face 22 toward an end face 24 opposite the end face 22 .
  • a spot size converter 39 is provided at each of the input end 32, the first output end 34, and the second output end 35.
  • the spot size converter 39 changes the mode field diameter of the light wave propagating through the optical waveguide 30.
  • the spot size converter 39 is formed so that the mode field diameter is 4 microns or less.
  • the spot size converter 39 is formed on the optical waveguide substrate 20, but the present invention is not limited to this, and a configuration in which the spot size converter 39 is not formed may also be used.
  • a reinforcing substrate 26 is bonded to one surface of the optical waveguide substrate 20 in order to increase the mechanical strength of the optical modulation element 4 (FIG. 4).
  • the reinforcing substrate 26 is formed of a SiO2 substrate or the like, and has a plate thickness of, for example, about 1 mm.
  • the reinforcing substrate 26 corresponds to the "support substrate" of this disclosure.
  • a reinforcing component 28 is provided on the end surface 22 ( Figure 4).
  • the reinforcing component 28 is provided on the surface of the optical waveguide substrate 20 that faces the surface to which the reinforcing substrate 26 is bonded.
  • the reinforcing component 28 is formed of a semiconductor substrate such as LN, SiO2, or Si, and the plate thickness of the reinforcing component 28 is, for example, approximately the same thickness dimension as the reinforcing substrate 26.
  • a microlens array 40 is disposed on one end surface 22. Furthermore, coupling lenses 14 and 15 are disposed on the input optical fiber 10 and the output optical fiber 11, respectively.
  • the microlens array 40 is formed by integrally forming a plurality of lenses.
  • the microlens array 40, together with the coupling lenses 14 and 15, is an optical member that optically couples the optical waveguide 30 of the optical modulation element 4 with the input optical fiber 10 and the output optical fiber 11.
  • the microlens array 40 is formed of a glass material and includes two lenses 42 and 44. The two lenses 42 and 44 are provided in the microlens array 40 with a predetermined distance (pitch) between them.
  • the lenses 42 and 44 have approximately the same focal length, and by selecting the focal lengths of the lenses 42 and 44 and the coupling lenses 14 and 15, it is possible to convert the mode field diameter of the spot size converter 39 into the mode field diameter of the input optical fiber 10 and the output optical fiber 11.
  • the microlens array 40 has a mounting surface 46 which is a flat surface extending along a direction intersecting the focal direction of the lenses 42 and 44.
  • the microlens array 40 is attached to the optical waveguide substrate 20 by adhering the mounting surface 46 to face one end face 22 via an adhesive 70.
  • the adhesive 70 is a so-called photocurable resin that is cured by, for example, ultraviolet light.
  • the reinforcing part 28 is disposed on one end face 22 of the optical waveguide substrate 20, making it easy to attach the microlens array 40 to the end face 22.
  • the provision of the reinforcing part 28 improves the adhesive strength between the end face 22 and the microlens array 40 in the optical waveguide substrate 20.
  • Fig. 2 is a diagram showing the optical waveguide device 3, the optical axis L1 of each optical waveguide 30 at the end face 22 of the optical waveguide substrate 20, and the light ray directions F1, F2, F3 of the lenses 42, 44, 52.
  • the optical axis L1 is shown by a two-dot chain line in Fig. 2, and is shown at a position passing through each of the lenses 42, 44, 52.
  • the light ray directions F1, F2, F3 of the lenses 42, 44, 52 are shown by dashed lines.
  • the light ray direction F1 shown in Figure 2 indicates the optical axis direction of the light ray of input light entering the lens 42
  • the light ray directions F2 and F3 indicate the optical axis directions of the light ray of output light emitted from each of the lenses 44 and 52.
  • the attachment surface 46 is bonded to one end surface 22 so that the light direction F1 of the lens 42 extends in substantially the same direction as the optical axis L1 of the optical waveguide 30.
  • the microlens array 40 is attached to the optical waveguide substrate 20 so that the angle ⁇ 1 between the optical axis L1 and the light direction F1 of the lens 42 is smaller than the angle ⁇ 2 between the optical axis L1 and the light direction F2 of the lens 44.
  • the optical waveguide device 3 it is possible to reduce the coupling loss of the input light passing through the lenses 42 of the microlens array 40, thereby improving the extinction ratio characteristic of the optical waveguide device 3.
  • the lenses 44 are attached so that the light direction F2 forms an angle ⁇ 2 with respect to the optical axis L1.
  • the angle ⁇ 2 is determined by the angle ⁇ 1, the pitch tolerance between the lenses 42 and 44, and the distance between the input end 32 and the first output end 34 in the longitudinal direction of the end face 22.
  • a monocular lens 50 is provided on one end face 22 of the optical waveguide substrate 20.
  • the monocular lens 50 includes a lens 52 which is a single lens, and is an optical member that optically couples the output waveguide 38 of the optical modulation element 4 and the output optical fiber 11 together with the coupling lens 15.
  • the monocular lens 50 is made of a glass material.
  • the lens 52 has approximately the same focal length as the lenses 42 and 44, and by selecting the focal length of the coupling lens 15, it is possible to match the beam diameter of the output optical fiber 11 with the beam diameter from the spot size converter 39.
  • the monocular lens 50 has a flat mounting surface 56 on the opposite side to the convex surface of the lens 52.
  • the monocular lens 50 is attached to the optical waveguide substrate 20 by adhering the mounting surface 56 to face one end surface 22 via an adhesive 70.
  • the reinforcing component 28 is provided on the end face 22 of the optical waveguide substrate 20 , the monocular lens 50 can be easily attached to the end face 22 .
  • the lens 52 of the monocular lens 50 together with the coupling lens 15 , couples the second output end 35 to the output optical fiber 11 .
  • a polarization combining means 8 that performs polarization combining of the outgoing light emitted from the lens 44 and the lens 52.
  • the outgoing light combined by the polarization combining means 8 is coupled to the output optical fiber 11 via the coupling lens 15, and becomes the output light of the optical modulator 1.
  • the lenses 44 are attached so that the light direction F2 forms an angle ⁇ 2 with respect to the optical axis L1.
  • the angle ⁇ 3 between the optical axis L1 and the light ray direction F3 of the lens 52 is determined according to the tolerance of the pitch interval between the lens 42, the lens 44, and the lens 52 in the microlens array 40.
  • an angle difference of about 1 degree or less occurs between the angles ⁇ 2 and ⁇ 3, which are the angles of light emitted from the respective lenses, and when the two output lights are coupled to the output optical fiber 11, an increase in optical coupling loss of 1 dB or more is expected.
  • the lens 52 is separated from the lenses 42 and 44 and provided in a single lens 50 which is an optical member different from the microlens array 40 .
  • the lens 52 can be attached to the optical waveguide substrate 20 so as to be at a predetermined angle ⁇ 3, regardless of the angle ⁇ 2. Therefore, in the optical waveguide device 3, it is possible to suppress loss when the two output light beams are coupled to the output optical fiber 11, compared to the case of a microlens array in which the lenses 42, 44, and 52 are integrated.
  • the light emitted from the lens 44 and the lens 52 is combined through the polarization combining means 8 and input to the output optical fiber 11.
  • the light emitted from the lens 44 and the light emitted from the lens 52 are optimally combined when the position of the so-called beam waist, which is the part where the beam diameter is the narrowest in the emission direction, is near the center of the coupling distance, thereby reducing coupling loss.
  • the position of the beam waist is determined by the distance between the first output end 34 and the lens 44, and the distance between the second output end 35 and the lens 52, in other words, the distance between the first output end 34 and the mounting surface 46, and the distance between the second output end 35 and the mounting surface 56.
  • the lens 52 is provided in a single lens 50 which is separate from the microlens array 40 in which the lens 44 is provided.
  • the lens 52 is separated from the lenses 42 and 44.
  • the mounting position and/or angle of the lens 44 can be adjusted so that the beam waist of the output light output from the lens 44 is near the center of the coupling distance with the output optical fiber 11.
  • the mounting position and/or angle of the lens 52 can be adjusted so that the beam waist of the output light output from the lens 52, separate from the lens 44, is near the center of the coupling distance with the output optical fiber 11. Therefore, in the optical waveguide device 3, the coupling loss between the lens 44 or the lens 52 and the output optical fiber 11 can be suppressed, compared to the case of a microlens array in which the lenses 42, 44, and 52 are integrated.
  • scattered light generated in the optical waveguide substrate 20 may enter the microlens array 40 and the monocular lens 50 .
  • scattered light entering each lens may enter the other lenses and deteriorate the extinction ratio of the optical waveguide device 3.
  • the lenses 42 and 44 and the lens 52 are formed separately, and an air gap is formed between the microlens array 40 and the monocular lens 50.
  • the optical waveguide device 3 even if scattered light generated in the optical waveguide substrate 20 enters the microlens array 40, the scattered light is prevented from entering the monocular lens 50. Similarly, in the optical waveguide device 3, even if scattered light generated in the optical waveguide substrate 20 enters the monocular lens 50, the scattered light is prevented from entering the microlens array 40. As a result, in the optical waveguide device 3, the extinction ratio can be improved and so-called crosstalk can be improved.
  • Fig. 3 is a diagram showing the configuration of an optical waveguide device 3 according to Modification 1 of this embodiment.
  • the spot size converter 39 is omitted in Fig. 3, and reflected light L2 is indicated by an arrow.
  • the microlens array 40 is fixed to the optical waveguide substrate 20 at an incline so that the reflected light L2 generated by each of the lenses 42 and 44 is not directed toward the optical waveguide 30 coupled to the lens 52.
  • the monocular lens 50 is fixed to the optical waveguide substrate 20 at an incline so that the reflected light L2 generated by the lens 52 is not directed toward the optical waveguide 30 coupled to the lenses 42 and 44.
  • crosstalk between the optical waveguides 30 can be suppressed.
  • crosstalk between the two output optical waveguides 30 coupled to the lenses 44 and 52 is suppressed, so that better optical waveguide device characteristics can be obtained.
  • the optical waveguide device 3 is formed so that the angle between the end face 22 and the mounting face 56, and the angle between the end face 22 and the mounting face 46 are both 10 degrees or less.
  • the angle between the end face 22 and the mounting surface 56, and the angle between the end face 22 and the mounting surface 46 may be 5 degrees or less, 3 degrees or less, or 1 degree or less.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of an optical waveguide device 3 according to a second modification of this embodiment. As shown in FIG. 4, in this modification, the microlens array 40 and the monocular lens 50 are attached to the optical waveguide substrate 20 so that the reflected light L2 is directed toward the reinforcing component 28.
  • the optical waveguide device 3 it is also possible to attach the monocular lens 50 to the optical waveguide substrate 20 so that the reflected light L2 is directed toward the reinforcing substrate 26.
  • the reflected light L2 propagates inside the reinforcing substrate 26, which may degrade the crosstalk characteristics.
  • the monocular lens 50 is attached to the optical waveguide substrate 20 as shown in FIG. 4, so that the reflected light L2 at the attachment surface 56 is directed in a direction away from the reinforcing substrate 26. This makes it possible to suppress the deterioration of the crosstalk characteristics in the optical waveguide device 3, and to obtain better optical waveguide device characteristics.
  • the microlens array 40 is attached to the optical waveguide substrate 20 so that the reflected light at the attachment surface 46 is directed in a direction away from the reinforcing substrate 26 .
  • At least one of the microlens array 40 and the monocular lens 50 may be attached to the optical waveguide substrate 20 so as to simultaneously satisfy the inclination shown in Fig. 3 and the inclination shown in Fig. 4. This further improves the crosstalk characteristics of the optical waveguide device 3.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of an optical waveguide device 100 according to a second embodiment of the present invention.
  • An optical waveguide device 100 shown in FIG. 5 is provided in an optical modulator 1, similar to the optical waveguide device 3 shown in FIG. 1, and is housed in a housing 2 in which an input optical fiber 10 and an output optical fiber 11 are provided.
  • the monocular lens 50 includes a lens 42
  • the microlens array 40 includes a lens 44 and a lens 52 integrally.
  • the lens 42 of the monocular lens 50 together with the coupling lens 14, optically couples the input end 32 and the input optical fiber 10.
  • the optical waveguide device 100 it is possible to determine the angle ⁇ 2 formed between the optical axis L1 and the light direction F2 of the lens 44 and the angle ⁇ 3 formed between the optical axis L1 and the light direction F3 of the lens 52, regardless of the angle ⁇ 1 formed between the optical axis L1 and the light direction F1 of the lens 42. Therefore, in the optical waveguide device 100, it is possible to reduce the optical coupling loss in the lens 42. In the lenses 44 and 52, the outgoing light from each lens is coupled to one output optical fiber 11, so it is necessary to adjust the angle and position of the lens 44 and the lens 52.
  • the lenses 44 and 52 are independent from the lens 42, so that the alignment of the lenses 44 and 52 can be simplified. Therefore, in the optical waveguide device 100, the incidence intensity of the outgoing light from each lens 44 and 52 with respect to the output optical fiber 11 can be adjusted.
  • the configuration in which the spot size converter 39 is provided in the ridge-type optical waveguide 30 requires more precise lens adjustment.
  • the optical waveguide devices 3 and 100 which provide a degree of freedom in the range of optical coupling adjustment, are suitable for optical waveguide configurations with a mode field diameter of 5 ⁇ m or less, 3 ⁇ m or less, or even 2 ⁇ m or less.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an optical transmitting device 200 according to the present invention.
  • the optical waveguide devices 3 and 100 are housed inside a housing 2, and an optical fiber for inputting and outputting light waves from outside the housing 2 is provided in the optical waveguide 30 of the optical modulation element 4, thereby forming an optical modulator 1.
  • the optical modulator 1 is provided with a digital signal processor that generates an electrical signal to be input to the optical waveguide substrate 20, an electronic circuit 210 including a driver IC, a laser light source, a control circuit, etc., to configure an optical transmitter 200.
  • the electronic circuit 210 may be disposed inside the same housing 2 as the optical waveguide element, or may be disposed outside the housing 2 as shown in FIG.
  • a light source such as a light emitting element, such as a laser diode, may be attached to the input end 32 instead of the input optical fiber 10.
  • the optical waveguide substrate 20 is provided with one input terminal 32 and two output terminals, but this is not limited thereto, and the optical waveguide substrate 20 may be provided with multiple input terminals and one or three or more output terminals.
  • the horizontal, vertical, and other directions, various values, and shapes in the above-described embodiments include the so-called equivalent range, which is a range in which the same action and effect is achieved as those directions, values, and shapes.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

光導波路基板に設けられた光導波路と光ファイバとを結合するレンズを備える光導波路デバイスにおいて、光導波路基板とレンズとの固定構造に起因する光導波路と光ファイバとの光結合損失の増加を抑制する。　光導波路（３０）が設けられた光導波路基板（２０）と、光導波路（３０）と光ファイバ（１０、１１）とを光学的に結合する複数のレンズ（４２、４４、５２）と、を備える光導波路デバイス（３）であって、光導波路（３０）は、入力光が入射される少なくとも１つの入力導波路（３６）と、出力光を形成する出射光を出射する少なくとも２つの出力導波路（３８）とを含み、入力導波路（３６）の端部（３２）と、出力導波路（３８）の端部（３４、３５）とは、光導波路基板（２０）の一の同じ端面（２２）に形成され、端面（２２）には、少なくとも１つの入力導波路（３６）と、少なくとも２つの出力導波路（３８）と、のそれぞれに対応して少なくとも３つのレンズ（４２、４４、５２）が配され、少なくとも３つのレンズ（４２、４４、５２）は、少なくとも２つのレンズ（４２、４４）が一体に形成されたレンズアレイ（４０）と、単体のレンズ（５０）と、で構成される。

Description

光導波路デバイス、光変調器、及び光送信装置
　本発明は、光導波路デバイス、光変調器、及び光送信装置に関する。
　高速／大容量光ファイバ通信システムにおいては、光変調を行う導波路型光素子（以下、光変調素子）を組み込んだ光送信装置が多く用いられる。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、インジウムリン（ＩｎＰ）、シリコン（Ｓｉ）、あるいはガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体系材料を用いた変調素子に比べて、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、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）やＤＰ－ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　－　Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）等、多値変調や、多値変調に偏波多重を取り入れた伝送フォーマットが主流である。
　近年のインターネットサービスの普及加速は通信トラフィックのより一層の増大を招き、光通信システムについての、継続的な高速大容量化の検討が今も進められる。その一方で、装置の小型化に対する要求は不変であり、光変調素子そのものの小型化に加えて、電子回路と光変調素子とを一つの筐体に収容し、光変調デバイスとして集積化する等の取り組みも進められる。
　例えば、光変調素子と、当該光変調素子を駆動する高周波ドライバアンプとを一つの筐体内に集積して収容し、光入出力部を当該筐体の一の面に並列配置することで、小型・集積化を図った光変調デバイスが提案される。
　そのような光変調デバイスとして、従来、光変調素子を構成する光導波路が設けられた基板の光入出射面に、複数のレンズを一体に備えるマイクロレンズアレイが設けられる光変調デバイスが知られる（特許文献１参照）。
　この光変調デバイスでは、入力光ファイバから入射した入力光は、マイクロレンズアレイの１つのレンズにより集光されて、上記基板に設けられた入力導波路に入射する。また、上記基板に設けられた２つの出力導波路からそれぞれ出射される２つの出射光は、マイクロレンズアレイの２つのレンズのそれぞれによりコリメートされる。
　また、光変調素子を構成する光導波路が設けられた基板の光入出射面に複数のレンズを一体に備えるマイクロレンズアレイが設けられる光変調デバイスでは、当該マイクロレンズアレイと、光ファイバに設けられる結合レンズと、のそれぞれの焦点距離を選定することにより、入力光や出射光のビーム径を変換し、当該レンズアレイを介して、光ファイバと光変調素子とを結合するものがある。
　この光変調デバイスにおいて、マイクロレンズアレイは、接着剤によって光変調素子に取り付けられる。
　しかしながら、この光変調デバイスにおいて、マイクロレンズアレイが基板に取り付けられる場合、マイクロレンズアレイの焦点方向における接着剤の厚さ寸法が光入出射面の全体に亘って均一にならない場合がある。
　これによって、この光変調デバイスでは、光入出射面に対して、勾配のついた状態でマイクロレンズアレイが取り付けられる可能性がある。このため、光変調素子と光ファイバとの間の光結合損失が増加する可能性がある。
特開２０２１－１４９０３６号公報
　上記背景より、基板に設けられた光導波路と光ファイバとを結合するレンズを備える光導波路デバイスにおいて、基板とレンズとの固定構造に起因する光導波路と光ファイバとの光結合損失の増加を抑制することが求められる。
　本発明の一の態様は、光導波路が設けられた基板と、前記光導波路と光ファイバとを光学的に結合する複数のレンズと、を備える光導波路デバイスであって、前記光導波路は、入力光が入射される少なくとも１つの入力導波路と、出力光を形成する出射光を出射する少なくとも２つの出力導波路とを含み、前記入力導波路の端部と、前記出力導波路の端部とは、前記基板の一の同じ端面に形成され、前記端面には、前記少なくとも１つの入力導波路と、前記少なくとも２つの出力導波路と、のそれぞれに対応して少なくとも３つのレンズが配され、前記少なくとも３つのレンズは、少なくとも２つのレンズが一体に形成されたレンズアレイと、単体のレンズと、で構成される光導波路デバイスである。
　本発明の他の態様によると、前記レンズアレイは、前記入力導波路に対応する前記レンズと、１つの前記出力導波路に対応する前記レンズとが一体で形成される請求項１に記載の光導波路デバイスである。
　本発明の他の態様によると、前記レンズアレイは、前記少なくとも２つの出力導波路に対応する前記レンズが一体に形成される請求項１に記載の光導波路デバイスである。
　本発明の他の態様によると、前記基板には、２つの前記出力導波路が設けられ、前記レンズアレイは、２つの前記出力導波路の各々に対応する２つのレンズが一体に形成される請求項１または３に記載の光導波路デバイスである。
　本発明の他の態様によると、前記入力導波路の光軸に対する前記入力光の角度は、前記出力導波路の光軸に対する前記出力光の角度よりも小さい請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光導波路デバイスである。
　本発明の他の態様によると、前記２つの出力導波路のそれぞれに対応したレンズは、前記端面に対向して取り付けられる面である取付面を備え、前記取付面は、それぞれの前記出力導波路からの出力光の、前記取付面における反射光が、他の前記出力導波路のある方向から外れる方向に向かって、前記端面に取り付けられる請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光導波路デバイスである。
　本発明の他の態様によると、前記基板は支持基板に接合され、前記レンズは、前記端面に対向して取り付けられる面である取付面を備え、前記取付面は、それぞれの前記出力導波路からの出力光の、前記取付面における反射光が、前記支持基板から外れる方向に向かうように、前記端面に取り付けられる。
　本発明の他の態様は、上記いずれかの光導波路デバイスと、前記光導波路デバイスを収容する筐体と、前記筐体の外部から前記光導波路に光波を入力または出力する光ファイバと、を備える光変調器である。
　本発明の他の態様は、前記光変調器と、前記光変調器に変調動作を行わせる変調信号を出力する電子回路と、を備える光送信装置である。
　本発明によれば、基板に設けられた光導波路と光ファイバとを結合するレンズを備える光導波路デバイスにおいて、基板とレンズとの固定構造に起因する光導波路と光ファイバとの光結合損失の増加を抑制することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。 図２は、光導波路デバイスと、光変調素子の入力端における光導波路の光軸と、レンズの光線方向と、を示す図である。 図３は、第１の実施形態の変形例に係る光導波路デバイスの構成を示す図である。 図４は、第１の実施形態の変形例に係る光導波路デバイスの構成を示す図である。 図５は、本発明の第２の実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。 図６は、本発明に係る光送信装置の構成を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
　＜第１実施形態＞
　まず、第１の実施形態について説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る光導波路素子である光変調素子４を用いた光変調器１の構成を示す図である。図１では、レンズ４４からの出力光の偏光方向を回転する波長板は省略して示す。図１～図６では、説明の便宜上、接着剤７０にドットを付して示す。
　図１に示すように、光変調器１は、筐体２を備える。筐体２の内部には、光導波路デバイス３と、ドライバ回路素子６とが収められる。
　当該筐体２の一側面には、入力光ファイバ１０と、出力光ファイバ１１とが設けられる。入力光ファイバ１０は、光変調素子４に入力光を導入する光ファイバである。出力光ファイバ１１は、光変調素子４から出射される変調された光（変調光、出射光）を筐体２の外部へ導く光ファイバである。入力光ファイバ１０と、出力光ファイバ１１とは、各々が保持部材１２、１３により、筐体２に固定される。保持部材１２、１３は、それぞれが結合レンズ１４、１５を保持する。入力光ファイバ１０と、出力光ファイバ１１のモードフィールド径は、例えば１０μｍである。
　筐体２において、入力光ファイバ１０と出力光ファイバ１１とが設けられる側面において、入力光ファイバ１０と出力光ファイバ１１とに対応する位置には、ガラス材等の透光材で形成される光学窓９が設けられる。この光学窓９が設けられることで、筐体２は、気密性が確保される、気密封止構造となる。
　ドライバ回路素子６は、光導波路デバイス３が備える光変調素子４に隣接して配置され、当該光変調素子４に変調動作を行わせる変調信号を出力する駆動回路を備える。ドライバ回路素子６は、ワイヤボンディング等の所定の配線を介して光変調素子４に接続される。
　光導波路デバイス３は、光変調素子４と、マイクロレンズアレイ４０と、単眼レンズ５０とを備える。
　光変調素子４は、例えば光変調を行う光機能素子である。光変調素子４は、例えば、ＤＰ－ＱＰＳＫ変調器構成である。光変調素子４は、光導波路３０が設けられた光導波路基板２０を備える。光導波路基板２０は、ＬＮや半導体等で形成される。
　光導波路基板２０には、リッジ型の光導波路３０が形成される。本実施形態において、光導波路基板２０の板厚方向に沿う寸法である光導波路３０の高さ寸法は、例えば２μｍ以下に設定される。
　光導波路３０は、入力光が入射される入力導波路３６と、出射光を出射する２つの出力導波路３８とを含む。光導波路３０は、光導波路基板２０上における光の伝搬方向が１８０度折り返される。
　これにより、入力導波路３６の端部である入力端３２と、２つの出力導波路３８のそれぞれの出力端である第１出力端３４および第２出力端３５とは、光導波路基板２０の一つの端面２２に配置される。
　入力端３２には、入力光が入射し、第１出力端３４および第２出力端３５からは、出力光を形成する２つの出射光が出射する。端面２２は、光入出射面として機能する。
　光導波路基板２０において、入力導波路３６と、出力導波路３８の各々とは、端面２２から、当該端面２２に対向する端面２４に向かって延びる。
　光導波路３０において、入力端３２と、第１出力端３４及び第２出力端３５の各々には、いずれもスポットサイズコンバータ３９が設けられる。スポットサイズコンバータ３９は、光導波路３０を伝搬する光波のモードフィールド径を変化させる。入力端３２と、第１出力端３４及び第２出力端３５の各々の側に位置する端部において、スポットサイズコンバータ３９のモードフィールド径は、４ミクロン以下となるように形成される。
　なお、本実施形態では、光導波路基板２０にスポットサイズコンバータ３９が形成されるが、これに限らず、スポットサイズコンバータ３９が形成されない構成としてもよい。
　光導波路基板２０の一方の面には、光変調素子４の機械的強度を高めるため、補強基板２６が接合される（図４）。補強基板２６は、ＳｉＯ２基板等で形成され、当該補強基板２６の板厚は、例えば１ｍｍ程度の厚さ寸法を備える。補強基板２６は、本開示の「支持基板」に相当する。
　端面２２には、補強部品２８が設けられる（図４）。補強部品２８は、光導波路基板２０のうち、補強基板２６が接合された面に対向する側の面に設けられる。補強部品２８は、ＬＮや、ＳｉＯ２、Ｓｉ等の半導体基板等で形成され、当該補強部品２８の板厚は、例えば補強基板２６と同程度の厚さ寸法を備える。
　光導波路基板２０において、一方の端面２２には、マイクロレンズアレイ４０が配される。また、入力光ファイバ１０および出力光ファイバ１１には、それぞれ、結合レンズ１４および１５が配される。マイクロレンズアレイ４０は、複数のレンズが一体に形成される。マイクロレンズアレイ４０は、結合レンズ１４、１５と共に、光変調素子４の光導波路３０と入力光ファイバ１０及び出力光ファイバ１１とを光学的に結合する光学部材である。本実施形態では、マイクロレンズアレイ４０は、ガラス材で形成され、２つのレンズ４２、４４を備える。２つのレンズ４２、４４は、互いに所定の距離（ピッチ）を空けてマイクロレンズアレイ４０に設けられる。
　レンズ４２、４４は、略同一の焦点距離を有し、レンズ４２、４４と結合レンズ１４、１５の焦点距離を選定することにより、スポットサイズコンバータ３９のモードフィールド径を入力光ファイバ１０及び出力光ファイバ１１のモードフィールド径に変換することが可能である。
　マイクロレンズアレイ４０は、レンズ４２、４４の焦点方向に交差する方向に沿って延びる平坦面である取付面４６を備える。マイクロレンズアレイ４０は、接着剤７０を介して、取付面４６が一方の端面２２に対向して接着されることで、光導波路基板２０に取り付けられる。
　接着剤７０は、例えば紫外線光等によって硬化する、いわゆる光硬化樹脂である。
　上述の通り、光導波路基板２０の一方の端面２２には補強部品２８が配されるので、端面２２にマイクロレンズアレイ４０を取り付けることが容易となる。加えて、補強部品２８が設けられることで、光導波路基板２０では、端面２２と、マイクロレンズアレイ４０との接着強度が向上する。
　光導波路基板２０に取り付けられたマイクロレンズアレイ４０のレンズ４２は、結合レンズ１４と共に、入力端３２と入力光ファイバ１０とを光学的に結合し、レンズ４４は、結合レンズ１５と共に、第１出力端３４と出力光ファイバ１１とを光学的に結合する。
　図２は、光導波路デバイス３と、光導波路基板２０の端面２２における光導波路３０各々の光軸Ｌ１と、レンズ４２、４４、５２における光線方向Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３と、を示す図である。図２では、説明の便宜上、光軸Ｌ１を二点鎖線で示し、レンズ４２、４４、５２の各々を通る位置に示す。図２では、レンズ４２、４４、５２の光線方向Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を一点鎖線で示す。
　なお、図２に示す光線方向Ｆ１は、レンズ４２に入射する入力光の光線の光軸方向を示し、光線方向Ｆ２、Ｆ３は、レンズ４４、５２の各々から出射される出射光の光線の光軸方向を示すものである。
　マイクロレンズアレイ４０が光導波路基板２０に取り付けられる場合、レンズ４２の光線方向Ｆ１が光導波路３０の光軸Ｌ１と略同一方向に延びるように、取付面４６が一方の端面２２に接着される。換言すれば、図２に示すように、光軸Ｌ１とレンズ４４の光線方向Ｆ２とが成す角度θ２よりも、光軸Ｌ１とレンズ４２の光線方向Ｆ１とが成す角度θ１が小さくなるように、マイクロレンズアレイ４０が光導波路基板２０に取り付けられる。
　これによって、光導波路デバイス３では、マイクロレンズアレイ４０のレンズ４２を介した入力光の結合損失を低減させることが可能であるため、光導波路デバイス３の消光比特性を向上させることができる。
　上述のように、マイクロレンズアレイ４０が光導波路基板２０に取り付けられる場合、レンズ４４は、光軸Ｌ１に対して、光線方向Ｆ２が角度θ２を成すように取り付けられる。当該角度θ２は、角度θ１と、レンズ４２とレンズ４４とのピッチ間隔の公差、及び端面２２の長手方向における入力端３２と第１出力端３４との距離によって決定される。
　図１に示すように、光導波路基板２０において、一方の端面２２には、単眼レンズ５０が設けられる。単眼レンズ５０は、単体のレンズであるレンズ５２を備え、結合レンズ１５と共に、光変調素子４の出力導波路３８と出力光ファイバ１１とを光学的に結合する光学部材である。単眼レンズ５０は、ガラス材で形成される。
　レンズ５２は、レンズ４２、４４と略同一の焦点距離を備え、結合レンズ１５の焦点距離を選定することにより、出力光ファイバ１１のビーム径と、スポットサイズコンバータ３９からのビーム径とを合わせることが可能である。
　単眼レンズ５０は、レンズ５２の凸面の反対側に、平坦面である取付面５６を備える。単眼レンズ５０は、接着剤７０を介して、取付面５６が一方の端面２２に対向して接着されることで、光導波路基板２０に取り付けられる。
　上述の通り、光導波路基板２０の端面２２には、補強部品２８が設けられるので、端面２２に単眼レンズ５０を容易に取り付けることが可能である。
　単眼レンズ５０のレンズ５２は、結合レンズ１５と共に、第２出力端３５と出力光ファイバ１１とを結合する。
　筐体２の内部において、光導波路デバイス３と、出力光ファイバ１１との間には、レンズ４４及びレンズ５２から出射した出射光を偏波合成する偏波合成手段８が配される。偏波合成手段８により合成された出射光は、結合レンズ１５を介して出力光ファイバ１１に結合され、光変調器１の出力光となる。
　上述の通り、マイクロレンズアレイ４０が光導波路基板２０に取り付けられる場合、レンズ４４は、光軸Ｌ１に対して、光線方向Ｆ２が角度θ２を成すように取り付けられる。
　ここで、レンズ５２がマイクロレンズアレイ４０に一体に設けられる場合、マイクロレンズアレイ４０におけるレンズ４２とレンズ４４とレンズ５２とのピッチ間隔の公差に応じて、光軸Ｌ１と、レンズ５２の光線方向Ｆ３とが成す角度θ３が決定される。例えば、レンズ４４と５２の焦点距離が０．５ｍｍ以下の場合には、それぞれのレンズからの出射光角度である角度θ２、及び角度θ３との間に、１度以下程度の角度差が生じ、２つの出力光が出力光ファイバ１１に結合される場合に、１ｄＢ以上の光結合損失の増加が見込まれる。
　図２に示すように、本実施形態の光導波路デバイス３では、レンズ５２がレンズ４２、４４から分割され、マイクロレンズアレイ４０と異なる光学部材である単眼レンズ５０に設けられる。
　これによって、光導波路デバイス３では、角度θ２に係らず、所定の角度θ３となるようにレンズ５２を光導波路基板２０に取り付けることができる。このため、光導波路デバイス３では、レンズ４２、４４，５２を一体にしたマイクロレンズアレイの場合と比較して２つの出力光の出力光ファイバ１１への結合時の損失を抑制することが可能となる。
　上述の通り、レンズ４４及びレンズ５２から出射した出射光は、偏波合成手段８を経て合成され、出力光ファイバ１１に入力される。この場合、レンズ４４から出射した出射光と、レンズ５２から出射した出射光とは、出射方向において、ビームの径が最も細くなる部分である所謂ビームウェストの位置が結合距離の中央付近にあると、最適な結合状態となり、結合損失を低減できる。当該ビームウェストの位置は、第１出力端３４とレンズ４４との距離、及び第２出力端３５とレンズ５２との距離、換言すれば、第１出力端３４と取付面４６、及び第２出力端３５と取付面５６との距離によって決定される。
　本実施形態の光導波路デバイス３では、レンズ４４が設けられるマイクロレンズアレイ４０とは別体の単眼レンズ５０にレンズ５２が設けられる。
　光導波路デバイス３では、レンズ５２がレンズ４２、４４から分割される。これによって、光導波路デバイス３では、例えば、レンズ４４から出射した出射光のビームウェストを出力光ファイバ１１との結合距離の中央付近となるように、レンズ４４の取付位置及び又は角度を調節することができる。さらに、光導波路デバイス３では、レンズ４４とは別にレンズ５２から出射した出射光のビームウェストを出力光ファイバ１１との結合距離の中央付近となるように、レンズ５２の取付位置及び又は角度を調節することができる。
　このため、光導波路デバイス３では、レンズ４２、４４，５２を一体にしたマイクロレンズアレイの場合に比べて、レンズ４４またはレンズ５２と、出力光ファイバ１１との結合損失を抑制することができる。
　本実施例では、光導波路基板２０で生じた散乱光がマイクロレンズアレイ４０と、単眼レンズ５０とに入り込む場合がある。
　レンズ４２、４４、５２を一体にしたマイクロレンズアレイの場合、互いのレンズに入り込んだ散乱光が他のレンズに入射して光導波路デバイス３の消光比を劣化させる可能性がある。これに対して、本実施例では、レンズ４２、４４とレンズ５２とが別体に形成され、マイクロレンズアレイ４０と単眼レンズ５０との間にエアギャップが形成される。
　これによって、光導波路デバイス３では、光導波路基板２０で生じた散乱光がマイクロレンズアレイ４０に入り込んだ場合であっても、当該散乱光が単眼レンズ５０に入り込むことが抑制される。同様に、光導波路デバイス３では、光導波路基板２０で生じた散乱光が単眼レンズ５０に入り込んだ場合であっても、当該散乱光がマイクロレンズアレイ４０に入り込むことが抑制される。このため、光導波路デバイス３では、消光比を向上できると共に、所謂クロストークを改善できる。
　次いで、本実施形態の変形例について説明する。
　図３は、本実施形態の変形例１に係る光導波路デバイス３の構成を示す図である。図３では、説明の便宜上、スポットサイズコンバータ３９を省略し、反射光Ｌ２を矢印で示す。
　本変形例の光導波路デバイス３では、レンズ４２とレンズ４４との各々で生じる反射光Ｌ２がレンズ５２と結合される光導波路３０の方向に向かないように、マイクロレンズアレイ４０が傾斜して光導波路基板２０に固定される。同様に、光導波路デバイス３では、レンズ５２で生じる反射光Ｌ２がレンズ４２や４４と結合される光導波路３０の方向に向かないように、単眼レンズ５０が傾斜して光導波路基板２０に固定される。
　これにより光導波路デバイス３では、光導波路３０間のクロストークを抑制することができる。特に、本変形例では、レンズ４４や５２と結合される２つの出力用の光導波路３０間のクロストークが抑制されるため、より優れた光導波路デバイス特性を得ることができる。
　本変形例において、光導波路デバイス３は、端面２２と取付面５６とが成す角度、及び端面２２と取付面４６とが成す角度がいずれも１０度以下となるように形成される。
　なお、端面２２と取付面５６とが成す角度、及び端面２２と取付面４６とが成す角度は、５度以下、または３度以下、あるいは１度以下であってもよい。
　図４は、本実施形態の変形例２に係る光導波路デバイス３の構成を示す図である。
　図４に示すように、本変形例では、マイクロレンズアレイ４０と単眼レンズ５０とは、反射光Ｌ２が補強部品２８に向かうように光導波路基板２０に取り付けられる。
　ここで、光導波路デバイス３では、反射光Ｌ２が補強基板２６に向かうように、単眼レンズ５０を光導波路基板２０に取り付けることも可能である。しかしながら、このような光導波路デバイス３では、補強基板２６の内部を反射光Ｌ２が伝搬し、クロストーク特性を劣化させる可能性がある。
　本変形例の光導波路デバイス３は、図４のように単眼レンズ５０が光導波路基板２０に取り付けられることで、取付面５６における反射光Ｌ２が補強基板２６から外れる方向に向かうように形成される。これによって、光導波路デバイス３では、クロストーク特性の劣化を抑制することができ、より優れた光導波路デバイス特性を得ることができる。
　なお、上述の通り、光導波路デバイス３では、取付面４６における反射光が補強基板２６から外れる方向に向かうように、マイクロレンズアレイ４０が光導波路基板２０に取り付けられる。
　また、図３に示すような傾きと、図４に示すような傾きとを同時に満たすように、マイクロレンズアレイ４０と、単眼レンズ５０との少なくともいずれか一方を光導波路基板２０に取り付けてもよい。これによって、光導波路デバイス３では、さらにクロストーク特性が向上される。
　＜第２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５は、本発明の第２の実施形態に係る光導波路デバイス１００の構成を示す図である。図５において、図１と同一の箇所には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図５に示す光導波路デバイス１００は、図１に示す光導波路デバイス３と同様に、光変調器１に設けられ、入力光ファイバ１０と出力光ファイバ１１とが設けられる筐体２に収められる。
　図５に示すように、本実施の形態の光導波路デバイス１００では、単眼レンズ５０がレンズ４２を備え、マイクロレンズアレイ４０がレンズ４４とレンズ５２とを一体に備える。
　光導波路デバイス１００において、マイクロレンズアレイ４０のレンズ４４は、結合レンズ１５と共に、第１出力端３４と、出力光ファイバ１１とを光学的に結合する。同様に、マイクロレンズアレイ４０のレンズ５２は、結合レンズ１５と共に、第２出力端３５と出力光ファイバ１１とを光学的に結合する。
　単眼レンズ５０のレンズ４２は、結合レンズ１４と共に、入力端３２と入力光ファイバ１０とを光学的に結合する。
　これによって、光導波路デバイス１００では、光軸Ｌ１とレンズ４２の光線方向Ｆ１とが成す角度θ１に係らず、光軸Ｌ１とレンズ４４の光線方向Ｆ２とが成す角度θ２と、光軸Ｌ１とレンズ５２の光線方向Ｆ３とが成す角度θ３を決定することができる。このため、光導波路デバイス１００では、レンズ４２における光結合損失を低減させることができる。
　レンズ４４、５２においては、それぞれの出射光が１本の出力光ファイバ１１に結合するため、レンズ４４やレンズ５２の角度や位置を調整する必要がある。本実施形態の光導波路デバイス１００では、レンズ４４、５２がレンズ４２から独立するため、レンズ４４、５２の位置合わせを簡素化できる。このため、光導波路デバイス１００では、それぞれのレンズ４４、５２から出射する出射光の出力光ファイバ１１に対する入射強度を調整できる。
　ここで、上述した実施形態１、２のように、リッジ型の光導波路３０において、スポットサイズコンバータ３９を設けた構成は、より精度の高いレンズの調整が必要となる。
　このため、光結合調整の幅に自由度を設けた光導波路デバイス３、１００は、モードフィールド径が５μｍ以下、もしくは３μｍ以下、さらには２μｍ以下の光導波路構成において好適である。
　図６は、本発明に係る光送信装置２００の構成を示す図である。
　図１、図５に示すように、上述した実施形態１、２では、以上のような光導波路デバイス３、１００を筐体２の内部に収容し、光変調素子４の光導波路３０に、当該筐体２の外部から光波を入出力する光ファイバを設けることで、光変調器１を形成することが可能である。
　図６に示すように、上述した実施形態１、２では、この光変調器１に、光導波路基板２０に入力される電気信号を生成するデジタル信号処理プロセッサや、ドライバＩＣ等から成る電子回路２１０や、レーザ光源、制御回路等を備えることで、光送信装置２００を構成することが可能となる。この電子回路２１０は、光導波路素子と同じ筐体２の内部に配置されても良いし、図６に示すように、当該筐体２の外部に配置されても良い。
　但し、上述の実施形態は、本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。また、上記実施形態１、２で説明した各構成を組み合わせることで、他の実施形態を構成することも可能である。
　例えば、上述の実施形態１、２において、入力端３２には、入力光ファイバ１０に替えて、レーザダイオードのような発光素子等の光源が取り付けられてもよい。
　また例えば、上述の実施形態１、２において、光導波路基板２０には、１つの入力端３２と、２つの出力端が設けられるとしたが、これに限らず、光導波路基板２０には、複数の入力端や、１又は３つ以上の出力端が設けられてもよい。
　上述した実施形態における水平、及び垂直等の方向や各種の数値、形状は、特段の断りがない限り、それら方向や数値、形状と同じ作用効果を奏する範囲である、所謂均等の範囲を含む。
　１…光変調器、２…筐体、３、１００…光導波路デバイス、４…光変調素子、９…光学窓、１０…入力光ファイバ（光ファイバ）、１１…出力光ファイバ（光ファイバ）、１４、１５…結合レンズ、４２、４４、５２…レンズ、２０…光導波路基板、２２、２４…端面、３０…光導波路、３２…入力端（端部）、３４…第１出力端（端部）、３５…第２出力端、（端部）３６…入力導波路、３８…出力導波路、３９…スポットサイズコンバータ、４０…マイクロレンズアレイ、４６、５６…取付面、５０…単眼レンズ、７０…接着剤。

Claims (9)

  1. 　光導波路が設けられた光導波路基板と、
    　前記光導波路と光ファイバとを光学的に結合する複数のレンズと、
    　を備える光導波路デバイスであって、
    　前記光導波路は、入力光が入射される少なくとも１つの入力導波路と、出力光を形成する出射光を出射する少なくとも２つの出力導波路とを含み、
    　前記入力導波路の端部と、前記出力導波路の端部とは、前記光導波路基板の一の同じ端面に形成され、
    　前記端面には、前記少なくとも１つの入力導波路と、前記少なくとも２つの出力導波路と、のそれぞれに対応して少なくとも３つのレンズが配され、
    　前記少なくとも３つのレンズは、少なくとも２つのレンズが一体に形成されたレンズアレイと、単体のレンズと、で構成される
    　光導波路デバイス。
  2. 　前記レンズアレイは、前記入力導波路に対応する前記レンズと、１つの前記出力導波路に対応する前記レンズとが一体で形成される
    　請求項１に記載の光導波路デバイス。
  3. 　前記レンズアレイは、前記少なくとも２つの出力導波路に対応する前記レンズが一体に形成される
    　請求項１に記載の光導波路デバイス。
  4. 　前記光導波路基板には、２つの前記出力導波路が設けられ、
    　前記レンズアレイは、２つの前記出力導波路の各々に対応する２つのレンズが一体に形成される
    　請求項１または３に記載の光導波路デバイス。
  5. 　前記入力導波路の光軸に対する前記入力光の角度は、前記出力導波路の光軸に対する前記出力光の角度よりも小さい
    　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
  6. 　前記２つの出力導波路のそれぞれに対応したレンズは、前記端面に対向して取り付けられる面である取付面を備え、
    　前記取付面は、それぞれの前記出力導波路からの出力光の、前記取付面における反射光が、他の前記出力導波路のある方向から外れる方向に向かって、前記端面に取り付けられる
    　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
  7. 　前記光導波路基板は、支持基板に接合され、
    　前記レンズは、前記端面に対向して取り付けられる面である取付面を備え、
    　前記取付面は、それぞれの前記出力導波路からの出力光の、前記取付面における反射光が、前記支持基板から外れる方向に向かうように、前記端面に取り付けられる
    　請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
  8. 　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光導波路デバイスと、
    　前記光導波路デバイスを収容する筐体と、前記筐体の外部から前記光導波路に光波を入力または出力する光ファイバと、を備える
    　光変調器。
  9. 　請求項８に記載の光変調器と、
    　前記光変調器に変調動作を行わせる変調信号を出力する電子回路と、を備える
    　光送信装置。
PCT/JP2022/036842 2022-09-30 2022-09-30 光導波路デバイス、光変調器、及び光送信装置 WO2024069979A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/036842 WO2024069979A1 (ja) 2022-09-30 2022-09-30 光導波路デバイス、光変調器、及び光送信装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/036842 WO2024069979A1 (ja) 2022-09-30 2022-09-30 光導波路デバイス、光変調器、及び光送信装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024069979A1 true WO2024069979A1 (ja) 2024-04-04

Family

ID=90476683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/036842 WO2024069979A1 (ja) 2022-09-30 2022-09-30 光導波路デバイス、光変調器、及び光送信装置

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024069979A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11311720A (ja) * 1998-04-28 1999-11-09 Kyocera Corp 光モジュール
JP2014092713A (ja) * 2012-11-05 2014-05-19 Sumitomo Electric Ind Ltd 偏波多重光変調器装置、集積光学素子
JP2016218406A (ja) * 2015-05-26 2016-12-22 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光変調器モジュール
JP2020071293A (ja) * 2018-10-30 2020-05-07 住友大阪セメント株式会社 光導波路素子および光変調器
JP2021189227A (ja) * 2020-05-26 2021-12-13 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光変調器
WO2022163724A1 (ja) * 2021-01-29 2022-08-04 住友大阪セメント株式会社 光変調器とそれを用いた光送信装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11311720A (ja) * 1998-04-28 1999-11-09 Kyocera Corp 光モジュール
JP2014092713A (ja) * 2012-11-05 2014-05-19 Sumitomo Electric Ind Ltd 偏波多重光変調器装置、集積光学素子
JP2016218406A (ja) * 2015-05-26 2016-12-22 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光変調器モジュール
JP2020071293A (ja) * 2018-10-30 2020-05-07 住友大阪セメント株式会社 光導波路素子および光変調器
JP2021189227A (ja) * 2020-05-26 2021-12-13 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光変調器
WO2022163724A1 (ja) * 2021-01-29 2022-08-04 住友大阪セメント株式会社 光変調器とそれを用いた光送信装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210351562A1 (en) Optical device having a substrate and a laser unit that emits light into the substrate
US5546212A (en) Optical module for two-way transmission
US20180259725A1 (en) Method And System For Coupling A Light Source Assembly To An Optical Integrated Circuit
US10613281B2 (en) Method and system for coupling a light source assembly to an optical integrated circuit
JP6056800B2 (ja) 光変調器
JP2006301612A (ja) 光変調器
US10613279B2 (en) Photonic waveguide coupling using offset light source
US11460650B2 (en) Optical waveguide device, and optical modulation device and optical transmission device using it
JP5309416B2 (ja) 光モジュール
US11733467B2 (en) Optical module and method of producing the same
WO2024069979A1 (ja) 光導波路デバイス、光変調器、及び光送信装置
US11333832B2 (en) Optical functional device
JP2017090680A (ja) 光配線接続構造、及び光配線接続方法
WO2021186799A1 (ja) 光機能デバイス
JP2021189227A (ja) 光変調器
JP2005091460A (ja) 双方向光モジュール、光送受信装置及び光伝送システム
JP2016218327A (ja) 光送信モジュール、光送受信モジュール及び光モジュール基板
TWI766444B (zh) 光通訊模組
CN115079347B (zh) 光发射接收组件和用于光发射接收组件的光路耦合方法
JPH11167035A (ja) 光機能素子と光結合方法
WO2022264322A1 (ja) 光回路デバイス
WO2022254657A1 (ja) 集積型光デバイスおよびその製造方法
JP7548413B2 (ja) 光接続構造、パッケージ構造、光モジュールおよびパッケージ構造の製造方法
US20240295708A1 (en) Optical device, optical transmission device, and optical reception device
CN118655720A (zh) 一种光子集成平台上的耦合光重定向电光调制器系统

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22961038

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1