JP3932276B2

JP3932276B2 - 出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器

Info

Publication number: JP3932276B2
Application number: JP2002278234A
Authority: JP
Inventors: 勉斎藤; 慎介菅野; 進村田
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: JP2004117605A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一基板上に複数の光変調器部を有する多チャンネル型光変調器に関し、特に、各光変調器部の出力光をモニタし、該光変調器部の動作点等をフィードバック制御するための出力光モニタを有する多チャンネル型光変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の高速、大容量の情報通信に係る需要の高まり対応して、光通信が注目されている。中でも、高速変調に対応する光変調器として、ＣＷ（Continuous Wave）レーザと、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）などの電気光学効果を有する材料を用いたマッハツェンダー（ＭＺ）型の外部光変調器（以下、ＬＮ光変調器という）との組み合わせが提唱され、実用化されてきている。
ＬＮ光変調器は、波長依存性が少ないことから高密度波長多重化（ＤＷＤＭ方式）や高速通信化に適する光変調器として用いられている。
【０００３】
しかし、ＬＮ光変調器においては、環境の温度変化や連続駆動などによる基板表面への電荷の蓄積などにより、印加電圧に対する光出力変化を示す変動曲線の動作点がシフトする現象や、光変調器内の光導波路の光透過率変動などにより光出力が変動するなどの現象などが発生する。
このため、光変調器の動作点を安定化し、出力光量を一定に制御するため、光変調器からの出力光をモニタし、検出した出力光量に対応して光変調器の駆動電圧等を制御することが行なわれている。
光変調器からの出力光をモニタする方法としては、特開平５−２２４０４４号公報のように、出力光の一部を取り出して受光素子で検知する方法が提案されている。この場合、光変調器による出力光の一部を利用するため、出力光量が低下し、伝送距離の低下や消光比の劣化の原因となる。
これに対し、マッハツェンダー型光導波路などの合波部を有する光変調器においては、該合波部から放射モード光が放射されている。該放射モード光は、変調器からの出力光とは別途に放射される光である上、出力光量に比例した光量を示すものであるため、本出願人は、特開２００１−２１５４５５号公報、特開２００１−２８１５０７号公報において、該放射モード光を出力光モニタ用として積極的に利用する方法を提案している。
【０００４】
他方、高速、大容量の情報通信に対応するため、複数の光変調器を併設あるいは組合せて利用することが行なわれている。特に、光変調器は高価であると共に、各光変調器はケースに収容されており、複数の光変調器を設置する場合には占有スペースが大きくなるなどの問題が生ずる。このため、同一基板上に複数の光変調器を配置する、多チャンネル型の光変調器が求められている。
しかしながら、このような多チャンネル型光変調器において、上述した放射モード光による出力光モニタを行なう場合には、同一基板上に近接して各光変調器部が配置されているため、各光変調器部から放射した放射モード光が、互いに干渉したり、特定の受光素子に複数の放射モード光が入射するなど、出力光の適正なモニタが困難となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した問題を解決し、同一基板上に複数の光変調器部を有する場合でも、各光変調器部からの放射モード光を適正にモニタ可能な出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明では、電気光学効果を有する材料からなる基板と、該基板上に形成された複数の光変調器部と、該基板の端面に形成されると共に各光変調器部に対応して設けられた入出力光部と、該入出力光部に接続する複数の光ファイバと、該基板と該光ファイバとの接続を補強する補強部材と、該光変調器部を構成する光導波路の一部から放射される放射モード光を受光する受光素子とを有する出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器において、該補強部材は、該基板の端面毎に一つ設けられ、前記複数の光ファイバを貫通させる貫通孔と、前記複数の光変調器部からの放射モード光を伝播する伝播部と、該放射モード光を該受光素子へ反射させる単一の反射面とを有し、該放射モード光を放射する光導波路の一部から該反射面までの間において、特定方向の放射モード光のみを反射面に到達させるための放射モード光除去手段を設けることを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る発明により、光変調器からの出力光をモニタする際に、各光変調部から放射する放射モード光のうち、特定方向の放射モード光のみを残し、他の不要な放射モード光を除去するため、該特定方向の光学的延長線上（本発明のように反射面を介する場合には、反射面で反射した光の進行方向上）に受光素子を配置するだけで、着目する光変調器部の出力光を容易にモニタすることが可能となる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明では、請求項１に記載の出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器において、該特定方向は、隣接する光変調器部では同一方向又は各光変調器部からの放射モード光が乖離する方向となるように設定されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明により、隣接する光変調器部では互いに同一方向の放射モード光を受光素子に入射させるため、隣接する光変調器部間で放射モード光の干渉を防止できる。また、光変調器部の数が少ない場合や、後述するように隣接する光変調器部の光波の進行方向が逆向きとなる場合などでは、各光変調器部から互いに乖離する方向に進行する放射モード光を利用することにより、該放射モード光の干渉を防止するだけでなく、各受光素子間の配置スペースを充分に確保することが可能となり、目的とする放射モード光を適正にモニタすることが可能となる。
【００１０】
また、請求項３に係る発明では、請求項１又は２に記載の出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器において、該放射モード光除去手段は、該基板に形成される溝であることを特徴とし、請求項４に係る発明では、該放射モード光除去手段は、該基板と該補強部材との間に設けた光遮断手段であることを特徴とする。
さらに、請求項５に係る発明では、該放射モード光除去手段は、該補強部材に形成される溝であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３乃至５のいずれかに係る発明により、放射モード光を放射する光導波路の一部から該反射面までの間において、各部位に適した放射モード光除去手段を設けることが可能となるため、より効果的に不要な放射モード光を除去することが可能となる。
例えば、基板又は補強部材においては、放射モード光の進路に溝を形成するだけで、容易に不要な放射モード光を除去できるだけでなく、これらの溝は基板などを化学的エッチング又は機械的切削加工などにより容易に形成することが可能である。また、基板と補強部材との間においては、カーボンブラックなどの光遮断手段を塗布するだけでも、効果的に不要な放射モード光を除去することが可能である。
【００１２】
また、請求項６に係る発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器において、前記複数の光変調器部は、隣接する光変調器部の光波の進行方向が互いに逆向きになるよう配置されることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明により、隣接する光変調器部の光波の進行方向が互いに逆向きとなるため、基板の同一端面側で検出すべき放射モード光の数が半減すると共に、隣接する光変調器部のいずれか一方の放射モード光を検出するのみとなるため、各放射モード光の間における干渉や、受光素子への複数の放射モード光に入射を防止できる。しかも、各受光素子は、スペース的にゆとりを持って配置することも可能となる。
さらに、本発明により、隣接する光変調器部間における変調信号のクロストークも防止でき、安定駆動可能な多チャンネル型光変調器が実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に関わる多チャンネル型光変調器の概略を説明する図である。光変調器を構成する基板としては、電気光学効果を有する材料、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３；以下、ＬＮという）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料から構成され、特に、光導波路デバイスとして構成しやすく、かつ異方性が大きいという理由から、ＬｉＮｂＯ_３結晶、ＬｉＴａＯ_３結晶、又はＬｉＮｂＯ_３及びＬｉＴａＯ_３からなる固溶体結晶を用いることが好ましい。本実施例では、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）を用いた例を中心に説明する。
【００１５】
光変調器を製造する方法としては、ＬＮ基板上にＴｉを熱拡散させて光導波路を形成し、次いで基板の一部又は全体に渡りバッファ層を設けずに、ＬＮ基板上に電極を直接形成する方法や、光導波路中の光の伝搬損失を低減させるために、ＬＮ基板上に誘電体ＳｉＯ_２等のバッファ層を設け、さらにその上にＴｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより数十μｍの高さの信号電極及び接地電極を構成して、間接的に当該電極を形成する方法がある。
また、バッファ層上にＳｉＮやＳｉ等の膜体を設けた多層構造とすることも可能である。
一般に、一枚のＬＮウェハに複数の光変調器を作り込み、最後に所定数の光変調器又は所定の光変調器の組み合わせを１つのチップとして切り離すことにより、多チャンネル型光変調器が製造される。
【００１６】
図１の多チャンネル型光導波路では、ＭＺ型光導波路２を４つ並列したものを示している。
１は、ＬＮ基板であり、上述のようにＴｉ内部拡散等により、その基板表面に導波路を形成している。２はマッハツェンダー（ＭＺ）型光導波路であり、不図示のＣＷレーザ光源からの光が導光され、かつ偏光保持機能を有するファイバと基板１の左側端面と接続されている。
ＭＺ型光導波路２を伝播する光はＹ分岐にて等分割され、それぞれ２つの分岐導波路に入る。該分岐導波路を伝播する光は、不図示の近傍に配置された信号電極及び接地電極が形成する電界により位相変調を受け、合波部３で相互に干渉する。
該干渉の結果、強度変調となった光が出力光（ＯＵＴ）として、基板１の外に出力される。
【００１７】
通常、ＭＺ型光導波路２の合波部３においては、放射モード光ａ〜ｈが放射される。
本発明においては、各ＭＺ型光導波路２のいずれかを包含する光変調器部の特性（出力光量変動など）を検知する際に、該当するＭＺ型光導波路の合波部３から放射される放射モード光を利用する。例えば、図１の最上段のＭＺ型光導波路を含む光変調器部の特性を測定するには、放射モード光ａ又はｂのいずれかを測定することで、該光変調器部の特性を評価することが可能となる。
【００１８】
しかしながら、図１のように多チャンネル型光変調器の場合には、各光変調器部の特性を別々に測定する際に、放射モード光ｂとｃ、ｄとｅ、ｆとｇが各々干渉または同一の受光素子に入力し、適正な放射モード光の光量を検出できないという不具合が発生する。
このため、本発明では、図２に示すように、放射モード光除去手段６，７，８を設けることにより、不要な放射モード光ｂ’，ｄ’，ｅ’，ｇ’を除去し、受光素子に必要な放射モード光ａ，ｃ，ｆ，ｈのみ入射するように構成している。
【００１９】
図２の４は、補強部材であるキャピラリーであり、内部に光ファイバー５を貫通させ、基板１の端面と光ファイバー５とを接合する際の補強機能を有している。基板１とキャピラリー４、更には光ファイバーとは、紫外線硬化型接着剤などの光透過性のある接着剤により接合される。
また、該基板１とキャピラリー４との接合付近を拡大した断面図を図３に示す。
なお、の上部には必要に応じて基板１とキャピラリー４との接合を補助する基板側補強部材１１を設けることも可能である。
【００２０】
キャピラリー４の特徴としては、図３に示すように放射モード光ａをキャピラリー４の下部方向に配置した受光素子に入射させるため、反射面Ａが形成されている。
図２に示した放射モード光除去手段は、放射モード光を放出する合波部３から該反射面Ａまでの間で、不要な放射モード光を除去するように適宜配置される。例えば、図２の６は、基板１に化学的エッチングや機械的な切削加工などにより溝を形成したものであり、該溝により放射モード光ｂ’を効果的に除去している。また、図２の７は、基板１とキャピラリー４との間にカーボンブラックなどの遮光材料を塗布することにより不要な放射モード光ｄ’，ｅ’を除去するものである。さらに、図２の８は、キャピラリー４に切削加工などで溝を形成するものであり、キャピラリー４の上面側又は下面側のいずれか側から溝が形成されている。どちら側に溝を形成するかは、キャピラリー内を伝播する放射モード光の通過位置により、適宜選択される。
なお、上記溝に関し、放射モード光の除去効果を高めるために、溝内にカーボンブラックなどの遮光材料を充填するように構成しても良い。
【００２１】
図３に示した反射面Ａには、必要に応じ金属または誘電体などからなる反射膜を設け、放射モード光ａの反射効率を高めることができる。この反射膜は、例えば、金属アルミニウムをスパッタ成膜することなどにより形成可能である。
また、キャピラリー４に関しては、必要に応じ光ファイバー貫通孔を挟んで上下に分割可能とし、光ファイバー５を分割したキャピラリーで挟み接着するように構成することも可能である。その他、当該技術分野において公知の技術を必要に応じて適用できることは、言うまでもない。
【００２２】
キャピラリー４の下部方向には、図４に示すように受光素子１０が配置されている。受光素子は、受光すべき放射モード光の入射位置に対応して離散的に光センサーが配置されている。
受光素子の形状は、図４に示すものに限らず、ライン型光センサーを用いて、複数の放射モード光を同時に受光し、受光位置に対応した光検知信号を出力するように構成しても良い。
なお、図４の１２は、多チャンネル型光変調器を収容するケースの一部を示している。
【００２３】
本発明の他の実施例として、図１に示す基板１上に形成された複数の光変調器部に対し、隣接する光変調器部の光波の進行方向が互いに逆向きになるよう構成することも可能である。この場合には、光波の入力（ＩＮ）及び出力（ＯＵＴ）は、図５に示すように、交互に配置される。
この構成により、基板の同一端面側で検出すべき放射モード光の数が半減する（図５では２つとなる）と共に、隣接する光変調器部のいずれか一方の放射モード光を検出するのみとなるため、各放射モード光の間における干渉や、受光素子への複数の放射モード光に入射を防止できる。しかも、各受光素子は、スペース的にゆとりを持って配置することも可能となる。
さらに、隣接した光変調器部に対し、高周波信号を同一方向に個別に印加する場合は、チャンネル間のクロストークが発生し易くなるが、本発明の構成のように、光波や電気信号の入出力方向をチャンネル間で交互に逆転させることにより、該クロストークを緩和することが可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、同一基板上に複数の光変調器部を有する場合でも、各光変調器部からの放射モード光を適正にモニタ可能な出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多チャンネル型光変調器の平面図。
【図２】放射モード光除去手段を有する多チャンネル型光変調器の平面図。
【図３】基板とキャピラリーとの接合付近の断面図。
【図４】多チャンネル型光変調器における受光素子の配置を示す図。
【図５】多チャンネル型光変調器における光波の入出力方向を交互に逆転させた状態を示す図。
【符号の説明】
１基板
２マッハツェンダー型光導波路
３合波部
４キャピラリー
５光ファイバー
６〜８放射モード光除去手段
１０受光素子
ａ〜ｈ放射モード光
Ａ反射面

Claims

電気光学効果を有する材料からなる基板と、該基板上に形成された複数の光変調器部と、該基板の端面に形成されると共に各光変調器部に対応して設けられた入出力光部と、該入出力光部に接続する複数の光ファイバと、該基板と該光ファイバとの接続を補強する補強部材と、該光変調器部を構成する光導波路の一部から放射される放射モード光を受光する受光素子とを有する出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器において、
該補強部材は、該基板の端面毎に一つ設けられ、前記複数の光ファイバを貫通させる貫通孔と、前記複数の光変調器部からの放射モード光を伝播する伝播部と、該放射モード光を該受光素子へ反射させる単一の反射面とを有し、
該放射モード光を放射する光導波路の一部から該反射面までの間において、特定方向の放射モード光のみを反射面に到達させるための放射モード光除去手段を設けることを特徴とする出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器。
請求項１に記載の出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器において、該特定方向は、隣接する光変調器部では同一方向又は各光変調器部からの放射モード光が乖離する方向となるように設定されることを特徴とする出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器。
請求項１又は２に記載の出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器において、該放射モード光除去手段は、該基板に形成される溝であることを特徴とする出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器。
請求項１又は２に記載の出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器において、該放射モード光除去手段は、該基板と該補強部材との間に設けた光遮断手段であることを特徴とする出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器。
請求項１又は２に記載の出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器において、該放射モード光除去手段は、該補強部材に形成される溝であることを特徴とする出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器。
請求項１乃至５のいずれかに記載の出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器において、前記複数の光変調器部は、隣接する光変調器部の光波の進行方向が互いに逆向きになるよう配置されることを特徴とする出力光モニタ付き多チャンネル型光変調器。