(57)【要約】【課題】ＰＬＣとＥＯ材料基板上に形成された他の導波路型光素子とが付き合わせ接続されて構成された光素子チップをパッケージに収納する光変調器において、コンパクト化を図ること。【解決手段】光変調器３００は、ＬＮ変調器３１０にＰＬＣ３２０が突き合わせ接続されたＰＬＣ−ＬＮ変調器３３０と、ＬＮ変調器３１０が固定された凸部３４０Ａを有するパッケージ３４０と、パッケージ３４０に固定されたレンズ３５０を介してＬＮ変調器３１０の入力ポート３１１と接続された入力ファイバ３６１と、ＰＬＣ３２０に接続されたファイバブロック３７０を介してＰＬＣ３２０の出力ポート３２１と接続された出力ファイバ３６２とを備える。ＬＮ変調器３１０には、レンズを介して入力ファイバ３６１と接続される入力ポート３１１と、入力された光信号を分岐する分岐回路３１２と、分岐された光信号を変調させる電圧を印加するための信号電極３１３が形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＬＣとＥＯ材料基板上に形成された他の導波路型光素子とが付き合わせ接続されて構成された光素子チップと、
前記光素子チップを収納したパッケージであって、前記他の導波路型光素子が固定された凸部を有するパッケージと
を備え、
前記他の導波路型光素子は、光信号が入力される入力ポートと、前記入力ポートに入力された前記光信号を分岐する分岐回路と、前記分岐回路が分岐した光信号を変調させる電界を印加するための信号電極とを有し、
前記光信号を供給する入力ファイバが、前記パッケージ又は前記他の導波路型光素子に固定されたレンズを介して前記入力ポートと接続されていることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記ＰＬＣは、前記他の導波路型光素子からの光信号を前記他の導波路型光素子に出力する折返し構造を有し、
前記他の導波路型光素子は、前記折返し構造からの光信号を出力する出力ポートを前記入力ポートと同一の端面に有し、
前記出力ポートは、前記パッケージ又は前記他の導波路型光素子に固定されたレンズを介して出力ファイバと接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記レンズは前記他の導波路型光素子に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器に関し、より詳細には、ＰＬＣとＥＯ材料基板上に形成された他の導波路型光素子とが付き合わせ接続されて構成された光素子チップをパッケージに収納した光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板上にチタン（Ｔｉ）拡散を用いて光導波路を形成したＬＮ変調器は、光通信システムの重要なデバイスであり、例えば４０Ｇｂｉｔ／ｓ用のＤＱＰＳＫ変調器や１００Ｇｂｉｔ／ｓ用偏波多重ＱＰＳＫ変調器等の開発が進められている。しかしながら、ＬＮ変調器は、伝搬損失や許容曲げ半径がＰＬＣと比べて大きく、可変カプラ、折返し、偏波合成回路等の複雑な光回路の構成に不向きであるという欠点を有する。ここで、「ＰＬＣ」とは、Ｓｉ基板上にＳｉＯ2系ガラスを主成分とする光導波路を形成した石英系光波回路（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を言う。
【０００３】
ＬＮ変調器の欠点を補うために、図１に示すようなＬＮ変調器とＰＬＣを組み合わせた光変調器（以下「ＰＬＣ−ＬＮ変調器」という。）を構成する従来例も報告されている（特許文献１及び２参照）。図１では、位相シフタの部分にのみＬＮ変調器１２０を用い、引き回しのための光導波路には、ＬＮ変調器１２０の両端に接続された第１及び第２のＰＬＣ１１０、１３０を用いている。このため、ＬＮ変調器の優れた特性はそのままで、ＰＬＣの優れたパッシブ回路の特徴を生かすことができる。例えば、回路全体をコンパクトにしたり、全体の損失を低減したりすることが可能である。
【０００４】
ＰＬＣ−ＬＮ変調器の信頼性には、当該変調器を筐体（パッケージ）に気密封止する実装技術が大きな影響を持ち、高信頼化のための研究が進められている。図２に、従来のＰＬＣ−ＬＮ変調器がパッケージに収納された光モジュール（光部品）を示す。光モジュール２００は、ＬＮ変調器２１１の両端に第１及び第２のＰＬＣ２１２、２１３が突き合わせ接続（バットジョイント）されたＰＬＣ−ＬＮ変調器２１０と、ＬＮ変調器２１１が固定された凸部２２０Ａを有するパッケージ２２０と、第１のファイバブロック２１４を介して第１のＰＬＣ２１２と接続されたファイバ２３１及び第２のファイバブロック２１５を介して第２のＰＬＣ２１３と接続されたファイバ２３２とを備える。
【０００５】
パッケージ２２０の材料はステンレス、例えばＳＵＳ３０３として、ＬＮとの熱膨張係数の差を小さくしている。ＰＬＣとＳＵＳ３０３の間には大きな熱膨張係数の差が存在するが、第１及び第２のＰＬＣ２１２、２１３はパッケージ２２０から浮いており、熱膨張の差に起因する熱応力が抑制される。これにより、ＬＮ変調器２１１自体や、ＬＮ変調器２１１と第１及び第２のＰＬＣ２１２、２１３との接続部等に対する応力が抑制され、光学的・機械的信頼性が向上する。表１に光モジュール２００の構成要素の熱膨張係数を示す。
【０００６】
【表１】
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【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１９５２３９号公報
【特許文献２】特開２００３−１２１８０６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】H. Yamazaki, T. Yamada, K. Suzuki, T. Goh, A. Kaneko, A. Sano, E. Yamada , and Y. Miyamoto, ‘‘Integrated 100-Gb/s PDM-QPSK modulator using a hybrid assembly technique with silica-based PLCs and LiNbO3 phase modulators,’’ Proc. ECOC2008, Mo3C1, 2008.
【非特許文献２】K. Suzuki, T. Yamada, O. Moriwaki, H. Takahashi, and M. Okuno, ‘‘Polarization-Insensitive Operation of Lithium Niobate Mach-Zehnder Interferometer With Silica PLC-Based Polarization Diversity Circuit,’’ IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 20, no. 10, pp.773-775, May 15, 2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図２の構造では、ファイバブロック２１４、２１５の大きさがコンパクト化を制限しており、改善が望まれる。
【００１０】
以上では、ＰＬＣとＬＮ変調器とが突き合わせ接続された場合を例に説明してきたが、ＰＬＣとＥＯ材料基板上に形成された他の導波路型光素子とが付き合わせ接続された場合においても同様の問題が生じる。ここで「ＥＯ材料基板」とは、電界印加により屈折率または光吸収特性が変化する多元系酸化物、化合物半導体またはポリマを言う。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＰＬＣとＥＯ材料基板上に形成された他の導波路型光素子とが付き合わせ接続されて構成された光素子チップをパッケージに収納する光変調器において、コンパクト化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、ＰＬＣとＥＯ材料基板上に形成された他の導波路型光素子とが付き合わせ接続されて構成された光素子チップと、前記光素子チップを収納したパッケージであって、前記他の導波路型光素子が固定された凸部を有するパッケージとを備え、前記他の導波路型光素子は、光信号が入力される入力ポートと、前記入力ポートに入力された前記光信号を分岐する分岐回路と、前記分岐回路が分岐した光信号を変調させる電界を印加するための信号電極とを有し、前記光信号を供給する入力ファイバが、前記パッケージ又は前記他の導波路型光素子に固定されたレンズを介して前記入力ポートと接続されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記ＰＬＣは、前記他の導波路型光素子からの光信号を前記他の導波路型光素子に出力する折返し構造を有し、前記他の導波路型光素子は、前記折返し構造からの光信号を出力する出力ポートを前記入力ポートと同一の端面に有し、前記出力ポートは、前記パッケージ又は前記他の導波路型光素子に固定されたレンズを介して出力ファイバと接続されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記レンズは前記他の導波路型光素子に固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＥＯ材料基板上に形成された他の導波路型光素子に入力ポートを形成し、当該光素子をパッケージの凸部に固定することにより入力ファイバとの接続をファイバブロックではなくレンズを介して行うことができ、コンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のＰＬＣ−ＬＮ変調器を示す図である。
【図２】従来のＰＬＣ−ＬＮ変調器がパッケージに収納された光変調器を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る光変調器を示す図である。
【図４】実施形態２に係る光変調器を示す図である。
【図５】実施形態２に係る光変調器の変形形態を示す図である。
【図６】実施形態２に係る光変調器の別の変形形態を示す図である。
【図７】実施形態３に係る光変調器の変形形態を示す図である。
【図８】実施形態３に係る光変調器の変形形態を示す図である。
【図９】実施形態３に係る光変調器の変形形態を示す図である。
【図１０】実施形態３に係る光変調器の変形形態を示す図である。
【図１１】実施形態４に係る光変調器を示す図である。
【図１２】実施形態４に係る光変調器を示す図である。
【図１３】実施形態４に係る光変調器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
（実施形態１）  
図３に、本発明の実施形態１に係る光変調器を示す。光変調器３００は、ＬＮ変調器３１０（「他の導波路型光素子」に対応）の一端にＰＬＣ３２０が突き合わせ接続（バットジョイント）されたＰＬＣ−ＬＮ変調器３３０（「光素子チップ」に対応）と、ＬＮ変調器３１０が固定された凸部３４０Ａを有するパッケージ３４０と、パッケージ３４０に固定されたレンズ３５０を介してＬＮ変調器３１０の入力ポート３１１と接続された入力ファイバ３６１と、ＰＬＣ３２０に突き合わせ接続されたファイバブロック３７０を介してＰＬＣ３２０の出力ポート３２１と接続された出力ファイバ３６２とを備える。
【００１９】
ＬＮ変調器３１０には、レンズを介して入力ファイバ３６１と接続される入力ポート３１１と、入力ポート３１１に入力された光信号を分岐する分岐回路３１２と、分岐回路３１２により分岐された光信号を変調させる電圧を印加するための信号電極３１３が形成されている。図１に示した従来のＰＬＣ−ＬＮ変調器１００では位相シフタの部分のみがＬＮ変調器１２０に形成されていたが、単純なＹ分岐ならＬＮ基板上に設けて損失が大きくならないことから、本実施形態の光変調器３００では分岐回路３１２がＬＮ変調器３１０に形成されている。したがって、入力ファイバ３６１と接続されるのは、パッケージから浮いたＰＬＣではなく、パッケージに固定されたＬＮ変調器３１０となる。図２のように、ファイバと接続されるのがパッケージから浮いたＰＬＣである場合には、ＰＬＣの振動や熱膨張等を考慮してファイバブロックにより固定する必要があるが、パッケージに固定されたＬＮ変調器３１０に入力ファイバ３６１を接続する本実施形態の光変調器３００では、入力ファイバ３６１とＬＮ変調器３１０の入力ポート３１１との位置関係が振動や熱膨張の影響を受けにくいため、レンズ３５０を利用した接続が可能である。
【００２０】
入力ファイバ３６１と入力ポート３１１との接続にファイバブロックを用いずにレンズ３５０を用いることにより、ファイバブロックの大きさの分だけコンパクト化が図れる。また、入力ファイバ３６１のパッケージ３４０への固定は、メタルフェルール付の入力ファイバを調芯後ＹＡＧ溶接により行うことができ、高価なファイバメタライズ、半田付け工程が必要であった図２のファイバ２３１、２３２の固定等と比較して低コスト化が図れる。
【００２１】
なお、ＰＬＣ３２０とパッケージ３４０との間に充填材３８０を設けて緩く固定することにより、ＰＬＣ３２０の振動を低減することができる。
【００２２】
また、ＰＬＣ３２０には、可変カプラ３２２を形成して、ＬＮ変調器３１０のＹ分岐比ズレをＰＬＣ３２０側で吸収することができ、高消光比が達成可能である。
【００２３】
（実施形態２）  
図４に、実施形態２に係る光変調器を示す。実施形態１に係る光変調器３００と異なるのは、ＰＬＣにＬＮ導波路からの光信号を再びＬＮ導波路に出力する折返し構造が設けられ、出力ポートが、ＬＮ変調器に入力ポートと同一の端面に形成されている点である。ＬＮ基板上の光導波路を折り返すのは難しいが、ＰＬＣであれば容易に、小型かつ低損失の折返し構造を作製することができる。パッケージに固定されたＬＮ変調器に入力ポート及び出力ポートが共に形成されているので、入力ファイバ及び出力ファイバの両方に、ファイバブロックではなくレンズを介して接続を採用することができる。
【００２４】
入力側、出力側の両方にファイバブロックが使用される場合に比べ、レンズ結合のため大幅にコンパクト化が図れる。また、パッケージの片端から入力ファイバ、出力ファイバの両方を取り出す片端出しは、パッケージの両端からそれぞれ入力ファイバ、出力ファイバを取り出す両端出しに比べ、パッケージが取り付けられるボード上でのファイバ取回し面積を半減するメリットもある。
【００２５】
位相シフタの配置は、ＬＮ変調器でもＰＬＣでもよいが、ＬＮ変調器に付ければＰＬＣはメタル層不要なのでプロセスコストを低減することができる。Ｙ分岐は全てＬＮ変調器に入れても良いが、ＰＬＣの方が小型かつ低損失に作製できる。
【００２６】
図５は、実施形態２に係る光変調器の変形形態を示している。折返し側に、供給されるクロック信号（不図示）に基づいて変調信号をＲＺパルス化するＲＺカーバ（「ＲＺ変調器」とも言う。）を集積してもサイズペナルティがない。
【００２７】
図６は、実施形態２に係る光変調器の別の変形形態を示している。レンズが、パッケージに固定されているのではなく、ＬＮ変調器（「他の導波路型光素子」に対応）に直接取り付けられている。パッケージへの光素子チップの実装前にあらかじめレンズを光素子チップに調芯・固定することができ、調芯・固定が容易である。直接取り付けない場合、パッケージ内の狭い空間でレンズを調芯しなければならない。また、パッケージ底面にレンズを固定することになるため、高さ方向の調芯が難しい。
【００２８】
（実施形態３）  
図７〜１０は、実施形態３に係る光変調器の変形形態を示している。これらの実施形態では、入力ファイバ・入力ポート間、出力ファイバ・出力ポート間の接続を、それぞれ２枚のレンズを用いて行っている点で、実施形態２に係る光変調器を異なる。
【００２９】
図７では、第１のレンズが窓の外でパッケージに固定され、第２のレンズがＬＮ変調器に取り付けられている。図８では、第２のレンズが窓の内でパッケージに固定されている。ここで「パッケージの窓」とは、パッケージの一部に気密が保たれるように取り付けられた部材であって、パッケージ外部から入射した光を内部に透過させることのできるものを言う。例えば、ガラスやサファイアなど透明な材料で作製することができる。
【００３０】
図９では、第１のレンズが窓の内でパッケージに固定され、第２のレンズがＬＮ変調器に取り付けられている。図１０では、第２のレンズも窓の内でパッケージに固定されている。
【００３１】
レンズをパッケージの窓の外に設けた方が、窓の内に設けるより調芯・固定が容易である。窓の内、すなわちパッケージ内部は空間が狭いためレンズを調芯しづらい。また、内部に設ける場合にはパッケージ底面に固定する必要があるが、これは光軸に対して高さ方向に非対称な固定であり、高さ方向の調芯が固定時にずれてしまう。このため、一般的には固定によるずれ量を考慮し、わざと調芯をずらした状態で固定する等の対策が必要となる。窓の外、すなわちパッケージ外部は空間的な制約がなく、また光軸に対して対称な固定が可能なため固定による調芯ずれの懸念も小さい。したがって、２枚のレンズを用いてファイバ・ポート間の接続を行う場合には、１つを窓の外に設け、もう１つを図６のように光素子チップに直接取り付けるのが好ましい。
【００３２】
（実施形態４）  
図１１〜１３に実施形態４に係る光変調器を示す。ＰＬＣに半波長板および偏波合成回路が形成されている点で実施形態１及び２に係る光変調器と異なる。
【００３３】
図１１は、偏波多重構成の光変調器である。ＰＬＣに半波長板（４５°）及び偏波合成回路が設けられている。偏波合成回路は非特許文献１で用いられているような幅変調型ＰＢＣ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｂｅａｍ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）である。
【００３４】
図１２は、ＰＬＣが折返し構造を有する偏波多重構成の光変調器である。ＰＬＣに半波長板（４５°）、半波長板（９０°）及び偏波合成回路が設けられている。偏波合成回路は非特許文献２で用いられているような波長板挿入型ＰＢＣである。ＰＬＣの光導波路を折返すことで波長板挿入溝を偏波回転部(４５°)と共通化できる。
【００３５】
図１３は、ＰＬＣが折返し構造を有するタイム・インターリーブド偏波多重用構成の光変調器である。偏波Ｃｈ間でパルスタイミングを半ビットずらすことで非線形耐力を向上できる。通常はＲＺ化が必要で、前段に別途ＲＺカーバを接続する必要がある。
【符号の説明】
【００３６】
３００  光変調器
３１０  ＬＮ変調器（「他の導波路型光素子」に対応）
３１１  入力ポート
３１２  分岐回路
３１３  信号電極
３２０  ＰＬＣ
３２１  出力ポート
３２２  可変カプラ
３３０  ＰＬＣ−ＬＮ変調器（「光素子チップ」に対応）
３４０  パッケージ
３４０Ａ  凸部
３５０  レンズ
３６１  入力ファイバ
３６２  出力ファイバ
３７０  ファイバブロック
３８０  充填材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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