(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板及びその表面部分に形成された光導波路を有する光導波路素子と、出力光モニタ用光電変換素子とを有し、
前記光導波路が、複数の表面導波路部と、それに、方向性結合器、クロスカプラ構造、又はＴＡＰカプラ構造を介して結合している主出力光導波路部、及びモニタ光出力導波路部とを有し、
前記光導波路の主出力光導波路部及びモニタ光出力導波路部の出力端は、光を伝播する補強キャピラリの接合面に接合していて、
前記主出力光導波路部の出力端は、前記補強キャピラリに形成された透孔及び／又は溝を通って挿入された光ファイバの入力端に接合されており、
前記モニタ光導波路部の出力端から出力され、前記補強キャピラリ中を伝播し、前記補強キャピラリの先端面を透過して、又は前記先端面において反射して出力されたモニタ光が前記出力光モニタ用光電変換素子に入力され、
前記光電変換素子による、不要光の受光を防止するために、前記補強用キャピラリの先端面の、前記出力光モニタ用光電変換素子に指向する前記モニタ光の伝播及び出力に関与しない部分の少なくとも一部が切除されており、
かつ、前記光導波路の前記主出力光導波路部の出力端と、前記モニタ光導波路部の出力端とは、前記モニタ光導波路部の出力端から出力され、前記補強キャピラリ中を伝播するモニタ光が、前記主出力光導波路部の出力端から出力された主出力光により影響を受けない間隔をもって離間している、
ことを特徴とする出力光モニタ付光導波路型素子。
【請求項２】
前記補強キャピラリの先端面は、前記モニタ光導波路部の光軸に斜交する反射面を形成していて、前記モニタ光導波路部の出力端から出力され、前記補強キャピラリ中を伝播したモニタ光を、前記出力光モニタ用光電変換素子に向って反射する、請求項１に記載の出力光モニタ付光導波路型素子。
【請求項３】
前記補強キャピラリの先端面が外側に向って凸形の曲面を形成していて、前記補強キャピラリを伝播したモニタ光が、前記曲面において反射され、前記出力光モニタ用光電変換素子において収束される、請求項１又は２に記載の出力光モニタ付光導波路型素子。
【請求項４】
前記補強用キャピラリの先端面の、前記出力光モニタ用光電変換素子に指向する前記モニタ光の伝播及び出力に関与しない部分の少なくとも一部が切除されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の出力光モニタ付光導波路型素子。
【請求項５】
前記光導波路素子が、
前記表面導波路部上に、但し、前記表面導波路部の入力端部分並びに前記主出力光導波路部及びモニタ光出力導波路部の出力端部分を除いて、形成されたＳｉＯ2層をさらに有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の出力光モニタ付光導波路型素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力光モニタ付光導波路型素子に関するものである。更に詳しく述べるならば、本発明は、光通信分野において、例えば外部強度変調の用途に用いられ、強度変調の動作点を、光出力をモニタして、フィードバック制御することができる出力光モニタ付光導波路型素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬｉＮｂＯ3 （以下ＬＮと記す）又はＧａＡｓなどからなる基板の表面部に光導波路を形成した光導波路型光強度素子は、その高速性、波長依存性が低いこと及び駆動電圧が低いこと、などの長所を有し、このために、光通信分野の外部変調器として広く実用されている。特に前記低波長依存性を活用してＤＷＤＭシステムにおいて広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、光導波路型変調器には、温度ドリフト及びＤＣドリフトと称される動作点電圧のドリフト現象があり、このため、出力光をモニタし、その出力に応じて、動作点電圧にフィードバックして、上記ドリフト現象があってもその動作点を所定特性曲線上の同一点に保持するように、印加ＤＣ電圧を制御することが必要である。
【０００４】
出力光をモニタするために、出力光ファイバを、変調器モジュール外において、光カプラに結合し、この光カプラにおいて、出力光を、主信号光とモニタ用分岐光とに分岐し、モニタ用分岐光を、光電変換素子において、電気信号に変換し、この電気信号によりＤＣ電圧を制御するシステムが知られている。しかし、このシステムにおいては、モニタ用光の分岐のための光カプラ及び光電変換素子を、変調器モジュール外に配置することが必要であり、このため変調器システムのコストが増大し、その寸法、形状における制約が大きく、かつ信頼性が不十分であるという問題点がある。
【０００５】
上記従来の変調器システムの問題点を克服するために、表面光導波路の結合部において発生する放射モード光をモニタ光として利用するシステムが提案されている。しかし、この放射モード光をモニタ光として利用するシステムにおいては、光導波路素子の入力端において、光ファイバから導波路中に入力せずに、基板中に洩れ出た光及び導波路内において、散乱して、導波路外に洩れ出た光などが、モニタ用放射モード光とともにモニタ用光電変換素子に入力してしまうため、モニタ用出力の消光比が劣化するという問題があった。特に出力光モニタの目的が、動作点の安定化の他にアッテネータモジュールにおける出力光の強度をモニタすること、又は、光信号波形をモニタすることにある場合には、モニタ光の消光比は、主出力（信号）光と同程度であることが必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、寸法、形状に関する制約が少なく、信頼性が高く、コストが低いのみならず、さらに、モニタ光の消光比を主出力信号光と同程度することができる、出力光モニタ付光導波路型素子を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の出力光モニタ付光導波路型素子は、誘電体基板及びその表面部分に形成された光導波路を有する光導波路素子と、出力光モニタ用光電変換素子とを有し、
前記光導波路が、複数の表面導波路部と、それに、方向性結合器、クロスカプラ構造、又はＴＡＰカプラ構造を介して結合している主出力光導波路部、及びモニタ光出力導波路部とを有し、
前記光導波路の主出力光導波路部及びモニタ光出力導波路部の出力端は、光を伝播する補強キャピラリの接合面に接合していて、
前記主出力光導波路部の出力端は、前記補強キャピラリに形成された透孔及び／又は溝を通って挿入された光ファイバの入力端に接合されており、
前記モニタ光導波路部の出力端から出力され、前記補強キャピラリ中を伝播し、前記補強キャピラリの先端面を透過して、又は前記先端面において反射して出力されたモニタ光が、前記出力光モニタ用光電変換素子に入力され、
前記光電変換素子による、不要光の受光を防止するために、
前記補強用キャピラリの先端面の、前記出力光モニタ用光電変換素子に指向する前記モニタ光の伝播及び出力に関与しない部分の少なくとも一部が切除されており、
かつ前記光導波路の前記主出力光導波路部の出力端と、前記モニタ光導波路部の出力端とは、前記モニタ光導波路部の出力端から出力され、前記補強キャピラリ中を伝播するモニタ光が、前記主出力光導波路部の出力端から出力された主出力光により影響を受けない間隔をもって離間している、
ことを特徴とするものである。
本発明の出力光モニタ付光導波路型素子において、前記補強キャピラリの先端面は、前記モニタ光導波路部の光軸に斜交する反射面を形成していて、前記モニタ光導波路部の出力端から出力され、前記補強キャピラリ中を伝播したモニタ光を、前記出力光モニタ用光電変換素子に向って反射することが好ましい。
本発明の出力光モニタ付光導波路型素子において、前記補強キャピラリの先端面が、外側に向って凸形の曲面を形成していて、前記補強キャピラリを伝播したモニタ光が、前記曲面において反射され、前記出力光モニタ用光電変換素子において収束されることが好ましい。
本発明の出力光モニタ付光導波路型素子において、前記補強用キャピラリの先端面の、前記出力光モニタ用光電変換素子に指向するモニタ光の伝播及び出力に関与しない部分の少なくとも一部が切除されている、ことが好ましい。
本発明の出力光モニタ付光導波路型素子において、前記光導波路素子が、
前記表面導波路部の、但し、前記表面導波路部の入力端部分並びに前記主出力光導波路部及びモニタ光出力導波路部の出力端部分を除く表面上に形成されたＳｉＯ2層をさらに有していてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１により、従来の出力光モニタ付光導波路型素子の構成を説明する。
図１において、導波路基板１上に複数の表面光導波路部２を有する光導波路が形成されており、その入力側端面は入力側光ファイバ４に接合されている。複数（図１においては２個）の表面導波路部２は結合部３において結合し、この結合部３に結合されている出力光導波路部３ａの出力端は出力側光ファイバ５に接合されている。この出力光導波路部３ａの出力端と、出力側光ファイバ５との結合部を補強するために、補強キャピラリ７が、基板１及び出力光導波路部３ａに接合されており、この補強キャピラリ７は、出力側光ファイバ５を挿入するための透孔５ａを有している。
【０００９】
上記構成を有するマッハツェンダ型光導波路を有し、ＯＮ／ＯＦＦ信号出力を得る光素子、例えば光変調器において、ＯＦＦモード状態、すなわち光信号が出力されていない状態において発生する放射モード光（モニタ光）６は、表面導波路の結合部近傍より光信号出力が導波される出力光導波路に対して、斜め外側方向の基板内に放射される。この放射モード光（モニタ光）６は通常基板内を伝播し、最終的には基板端面より外部に放射される。また、この放射モード光（モニタ光）６の光量は出力光導波路内を通る光信号出力の光量と相補性があるため、放射モード光（モニタ光）６を検知することにより光信号出力のモニタが可能である。
【００１０】
光変調器の基板端面には、光導波路からの光信号出力を受け取り変調器の外部に導光するための光ファイバ５が取り付けられるが、この光ファイバの外径は１２５μｍと非常に細いため、基板端面に単純に接着しただけでは接着強度が不足する。このため、ファイバ補強部材キャピラリ７を使用して光ファイバ５を被覆し、この補強キャピラリの１端面を、基板１の端面に接着することにより光ファイバと光導波路との接続部を補強保護し、その接着強度を向上させることができる。一般に、この補強用キャピラリには、通常シリコン材料あるいはセラミックス材料が使用されている。ここで、補強キャピラリを、その材質として信号光／放射モード光（モニタ光）が透過するものを用い、さらに、基板端面より放射される前記放射モード光（モニタ光）を受光し得る大きさに形成すれば、モニタ光６をこの補強キャピラリ内に導光することができる。
【００１１】
前記補強キャピラリの反対側端面（光ファイバ補強部材の、光導波路素子の出力端面に接着されている接合端面に対し反対側の面）を、例えば前記出力光導波路部の光軸と斜交するように形成すると、この傾斜端面において、補強キャピラリ中を伝播してきたモニタ光６が反射され、補強キャピラリ７の外（出力光ファイバが取り出される方向とは異なる上、右、下、左のいずれかの方向）に導出される。この導出された光を、光導波路素子とは別個に配置された受光素子、例えばフォトダイオード（ＰＤ）９に受光してモニタ光の光量を測定し、その値から、光導波路から出力されている主出力光の光量をモニタすることができる。
【００１２】
しかしながら、上記のシステムにおいては、前述のように、入力側光ファイバから基板内に洩れた光及び、導波路内において散乱して基板中に洩れ出た光などが、放射モード光とともに受光素子に入力するため、モニタ光出力の消光比が劣化するという問題点がある。
消光比とは光素子、例えば光変調器において、ＯＮ／ＯＦＦ信号出力するときのモニタ最大出力と、モニタ最小出力の比と定義される。
【００１３】
本発明の素子においては、例えば図２に示されているように基板１上に形成された複数の表面導波路部２の結合部３において、主出力光導波路３ａから分岐しているモニタ光導波路部１１を形成し、これらの出力端面を、モニタ光を受光し得る大きさの補強キャピラリ７に結合する。モニタ光導波路部１１の出力端面から出力されたモニタ光は、補強キャピラリ７内を伝播するから、このモニタ光を受光素子に導けばよい。例えば図２−（ａ）に示されているように、補強キャピラリ７の先端反射面８において、モニタ光が反射されて、受光素子９において受光される。先端反射面８と、モニタ光導波路部１１の光軸との斜交角度は反射されたモニタ光の出力光６ａが、受光素子９において受光されるように設定すればよい。また、この先端反射面を図２−（ｂ）に示されているように、外側に向って凸形の曲面に形成し、この反射曲面８ａにおいて反射されたモニタ光６ａを受光素子ａにおいて収束してもよい。また、反射先端面に反射率の高い膜体、例えばAu，Ptなどからなる反射膜を貼着してもよい。
本発明の素子において、補強キャピラリ中を伝播するモニタ光がその先端面を透過して、（反射することなく）出力され、受光素子に入力されてもよい。
前記本発明の素子において、前記補強用キャピラリの先端面の、前記出力光モニタ用光電変換素子に指向する前記モニタ光の伝播及び出力に関与しない部分の少なくとも一部を、切除して、光電変換素子における不要光の受光を防止する。
【００１４】
本発明の図２−（ａ）及び（ｂ）に示された素子において、主出力光導波路部の出力端と、モニタ光導波路部の出力端との間隔は、モニタ光導波路部の出力端から出力され、補強キャピラリを伝播するモニタ光６と、主出力光導波路部３ａの出力端から出力された主出力光とが、互に影響を受けない（蹴られない）ように設定することが好ましい。より好ましくは、それぞれの光束中心間隔は、出力側光ファイバの半径以上（シングルモード光ファイバの場合は６２．５μｍ以上）である。
【００１５】
図２−（ａ）又は（ｂ）において、モニタ光導波路部１１の出力端から出力されたモニタ光は、補強キャピラリ７中を伝播し、補強キャピラリ７の先端面８又は先端曲面８ａにより反射され、反射されたモニタ光出力光６ａは、受光素子９により受光される。このとき、補強キャピラリ７を伝播するモニタ光の光束は、補強キャピラリ７の一部分のみを伝播し、このモニタ光の伝播路は、主出力光導波路部３ａの出力端から出力された主出力光の伝播路から離間していて、これらが、互いに影響を及ぼすことはない。
【００１６】
本発明の素子において、複数の表面導波路部の結合部において、主出力光導波路部とモニタ光出力導波路部の結合には、例えば図３（Ａ）〜（Ｃ）に示された方式を用いることができる。図３（Ａ）においては、ＴＡＰ（タップ）カプラー構造１２によりモニタ光導波路部１１が主出力光導波路部３ａに結合されている。この場合、信号光の一部分がモニタ光として、モニタ光導波路１１を通って補強キャピラリに出力される。図２（Ｂ）においては、方向性結合器１３が結合部に配置され、また図３（Ｃ）においては、結合部が、クロスカップラ構造１４に形成されている。図３（Ｂ）及び（Ｃ）の場合、結合部において発生した放射モード光が、モニタ光としてモニタ光導波路１１を通って補強キャピラリ中に出力される。
【００１７】
図４に示されている本発明の素子において、補強キャピラリ７は、モニタ光導波路部１１から入力したモニタ光を伝播し、これを先端面８において受光素子９に出力し、かつ光ファイバを保持する領域、すなわち有効領域１５ａを有していればよく、その他の、モニタ光の伝播及び出力に寄与しない領域１５ｂを、光ファイバの保持に支障がない限りカットして、光電変換素子による、不要光の受光を防止する。
【００１８】
例えば図５に示されているように、補強キャピラリ７の光導波路素子に接合している接合部７ａは、円筒形に形成され、この接合部７ａに光ファイバ（図示されていない）を通す透孔１６が形成されているが、接合部７ａに連続する中間部７ｂにおいては、図５において、透孔１６の中心より左半分がカット除去されていて、この中間部７ｂには前記透孔１６に連続する溝１７が形成されていて、この溝１７中に光ファイバを収容保持する。補強キャピラリ７の、前記中間部に連続し、先端に反射面８を有する先端部７ｃにおいては、モニタ光の伝播路及び反射部が確保する有効部１５ａを残して、その他の部分はカット除去されている。
【００１９】
前記図４及び５に示されているように、補強キャピラリの、モニタ光の伝播出力及び光ファイバの保持に寄与しない部分１５ｂをカット除去して、不要光の受光を防止する。それにより、光ファイバと光導波路とが、十分に結合されていないことに起因する漏れ光、及び導波路散乱光の発生などによる不要光を、光電変換素子が受光することを防止することができ、かつモニタ光の消光比を向上させるなどの利点を得ることができる。
【００２０】
図６（Ａ）及び（Ｂ）に示されている素子においては、光導波路素子の基板１上に光導波路３ａが形成され、その上にＳｉＯ2 層が形成されるが、光導波路３ａの入力光導波路部、及び主出力光及びモニタ光導波路部が形成されている基体表面部分１ａ及び１ｂ上には、ＳｉＯ2 層が形成されていない。すなわち、ＳｉＯ2 層は、光導波路の入力端及び出力端の近傍においては形成されていないということである。このようにすることによってＳｉＯ2層内の漏洩光が、補強キャピラリに入力することを防止でき、モニタ光の消光比を向上させるなどの利点が得られる。光導波路の複数個の表面導波路部２の上には、ＳｉＯ2 層を介して電極が配置されており、この電極に付荷する電位差により、表面導波路部を伝播する光波強度に所望の変調を施すことができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の出力光モニタ付光導波路型素子は、光導波路の結合部から発生するモニタ光を、主出力光と互に影響を及ぼすことなく、効率よく、かつ、主出力光と同程度の消光比で、受光素子に受光することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の出力光モニタ付光導波路型素子の一例の構成を示す平面説明図。
【図２】図２−（ａ）及び図２−（ｂ）はそれぞれ本発明の出力光モニタ付光導波路型素子の一例の構成を示す平面図。
【図３】図３−（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）の各々は、本発明の出力光モニタ付光導波路型素子の複数表面導波路部の結合部において、主出力光導波路部とモニタ光導波路部との結合方式の一例を示す平面説明図。
【図４】本発明の出力光モニタ付光導波路型素子用補強キャピラリの一例の先端部の側面説明図。
【図５】本発明の出力光モニタ付光導波路型素子用補強キャピラリの形状の一例を示す斜視説明図。
【図６】図６（Ａ）は、本発明の出力光モニタ付光導波路型素子の他の一例の平面説明図、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の素子の正面説明図。
【符号の説明】
１…基板
１ａ，１ｂ…基板のＳｉＯ2 層により被覆されていない部分
２…表面導波路部
３…結合部
３ａ…主出力光導波路部
４…入力側光ファイバ
５…出力側光ファイバ
５ａ…光ファイバ用透孔
６…モニタ光
６ａ…モニタ光の出力光
７…補強キャピラリ
７ａ…接合部
７ｂ…中間部
７ｃ…先端部
８…先端面
８ａ…外側に向って凸形の先端曲面
９…受光素子
１１…モニタ光導波路部
１２…ＴＡＰカップラ構造
１３…方向性結合器
１４…クロスカップラ構造
１５ａ…補強キャピラリの有効領域
１５ｂ…モニタ光の出力に寄与しない領域
１６…光ファイバ用透孔
１７…光ファイバ用溝
１８…ＳｉＯ2 層
１９…電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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