(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、該基板上に形成され、２以上の分岐光導波路部及び該分岐光導波路部の合一点から伸び出ている光導波路出力部を有する光導波路とを備えた光導波路素子と、
該光導波路出力部の出力端に接続される光ファイバと、
該光導波路出力部の出力端と該光ファイバの端面との接続部を補強する光ファイバ補強部材と、
前記分岐光導波路部の合一点から放射され、かつ該光導波路出力部の両側を通って伝播される放射モード光の一部を、該誘電体基板及び該光ファイバ補強部材を介して受光する光検出器と、
を有する出力光モニタ付光導波路型光変調器において、
該光ファイバ補強部材が、該光ファイバの接続端部分を収容する中空部を有し、かつ、該放射モード光を伝播するキャピラリーであり、
該キャピラリーの該誘電体基板側の端面には、前記放射モード光の一部のみを通過させる遮光手段が設けられていることを特徴とする出力光モニタ付光導波路型光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の出力光モニタ付光導波路型光変調器において、
該キャピラリーの該誘電体基板側とは反対の端面には、該遮光手段を通過した放射モード光の一部を該光検出器に向かって反射させるための反射手段が設けられていることを特徴とする出力光モニタ付光導波路型光変調器。
【請求項３】
請求項２に記載の出力光モニタ付光導波路型光変調器において、
該反射手段は、前記キャピラリーの誘電体基板側とは反対の端面の内、前記放射モード光の一部が入射する部分にのみ設けられていることを特徴とする出力光モニタ付光導波路型光変調器。
【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変調器に関するものであり、特に、本発明はモニタ用出力光として光導波路から放射される放射モード光を適宜の方向において利用し、変調器そのものの実質的構造を変更することなく、簡単なモニタ手段により出力光をモニタし光変調器の動作点をフィードバック制御し、モニタ信号におけるノイズを低減させた出力光モニタ付光導波路型変調器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、光導波路素子などを用いた光変調器の出力光を一定出力の状態に維持するためには、光変調器の出力光をモニタし、出力光の変化に対応して、光変調器に印加する変調電圧などの大きさを変化させることが必要である。
光導波路素子などによる光変調器の出力光をモニタする方法として、従来は光導波路素子内に方向性結合器（カプラ）などを配置して、光信号出力用の光導波路とは別に、モニタ光出力用の光導波路を設ける方式が一般的に行なわれている。この方式においては、光導波路素子内に、モニタ光分岐用の光回路を新たに設ける必要があり、またモニタ出力用光ファイバを、光出力信号用光ファイバとは別に光導波路素子に接続する必要がある。
【０００３】
また、別のモニタ方式として、特開平１１−１９４２３７号に開示されている様に、光導波路上のクラッド部に傾斜穴をつけるか、あるいは光導波路素子上に回折レンズなどを配置し、光導波路中の信号出力光の一部分を、このレンズ等により素子基板の外に取り出す方式が知られている。この方式においては、光導波路型光導波路素子上に、モニタ光取り出し用レンズ等を、新たに取りつけることが必要であり、また、モニタ光は、光導波路素子の上方に取り出されるため、モニタ光の受光部材は、光導波路型素子を、その収容ケース内に実装した後に、この素子に取りつけなければならず、この取り付けには、かなりの手間を要する。
【０００４】
さらに、特開平５−３４６５０号には、光導波路素子の素子端を斜めに形成し、導波路から出力する光の一部分を斜め方向に反射させ、この反射光をモニタ光として受光する方式が開示されている。この方式においては、素子端面の傾斜形状は、素子からの主出力光に悪影響を与えない範囲内において選定する必要があり、このためこの方式の実用性については問題がある。
【０００５】
特開平５−５３０８６号には、光導波路素子上に直接受光素子を設置し、光導波路中の信号出力光の一部を直接受光し、モニタするデバイスが記載されている。このデバイスにおいて、受光素子の取付手段を、光導波路素子上に取り付けることが必要であり、かつ、この取付手段の実装及びそれに受光素子を接続する作業及び調整作業は、光導波路素子を、それを収容するケースに実装した後に行われる。このため、この受光素子の取り付け、調整作業は、かなり難かしくなり、光導波路素子にダメージを与える可能性が高くなる。
【０００６】
以上を踏まえ、本出願人は、先の出願（特願２０００−１０１３１６号、平成１２年３月３１日付）において、モニタ用出力光として、光導波路から放射される放射モード光を、適宜の方向において利用し、光変調器そのものの実質的な構造を変更することなく、簡単な構造と、優れた加工性及び光ファイバ操作性を有するキャピラリーを利用したモニタ手段により、出力光の光強度をモニタできる「出力光モニタ付光導波路型変調器」を提案した。
【０００７】
先の出願で開示した「出力モニタ付光導波路型光変調器」について、以下に説明する。
マッハツェンダ型光導波路などを使用してＯＮ／ＯＦＦの光信号出力を得る光変調器では、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は、光導波路が形成された基板内において、光信号出力が導波される出力光導波路に対して、斜め外側方向に放射される。この放射モード光は約０．７度の放射角をなして光導波路出力部から遠ざかりながら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、放射モード光の光量は出力用の光導波路内を通る光信号出力の光量と相補の関係にあるため、放射モード光を検知することにより、光信号出力のモニタが可能となる。
【０００８】
また、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（出力光の出射部）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、「光ファイバ補強部材」を使用して光ファイバを被覆しこの補強部材の一端面を、基板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ている。
一般に、この光ファイバ補強部材には、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。本出願人は、この光ファイバ補強部材の材質として信号光／放射モード光が透過するものを選択し、さらに、光ファイバ補強部材の太さを、基板端面より放射される前記放射モード光を受光し得る大きさに設定することにより、放射モード光をこの光ファイバ補強部材内に導光することを可能とした。
【０００９】
そして、光ファイバ補強部材の反対側端面（光ファイバ補強部材における、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、該接合端面（または、補強保護している光ファイバの延伸方向）に対して傾斜するように形成すると、この傾斜端面において、補強部材中を伝播してきた放射モード光が反射され、補強部材の外（出力光ファイバが取り出される方向とは異なる上、右、下、左など希望する一つの方向）に放射される。この放射された光を、光導波路素子ケース内で、光導波路素子とは別個に配置された光検出器、例えばフォトダイオード（ＰＤ）により検知して、放射モード光の光量を測定し、その値から、光導波路から出力されている光量をモニタすることができる。
【００１０】
また、上記補強部材の傾斜端面の傾斜角度及び方向を適宜設定することにより、放射モード光の反射放射方向を変更し、この放射モード光を受光する光検出器の配置位置を、光導波路素子の機能及び各部材の配置位置に影響しないように最適選定することが可能になる。
【００１１】
上記の従来の具体例を図１に示す。
図１には、放射モード光をモニタする装置の一部分の平面（一部断面）説明図が示されている。図１において、光変調素子の基板１の出力側端面には基板１と同一の光学的特性を有する材料からなり、該端面を補強する補強部材１２が、基板１２の導波路を形成している面に、貼合されている。基板１と補強部材１２とは同一光学軸を有している。
【００１２】
基板１の出力側端面１０に、キャピラリー１３の一端面１６が、接着固定されている。図１において、基板の出力側端面１０とキャピラリー端面１６とは離間して描かれているが、両者は、接着剤により、強固に接着固定されている。キャピラリー１３の長手方向中心軸に沿って中空部１４が形成されており、この中空部１４中に光ファイバ１５が収容され、接着剤により固定される。光導波路出力部７の出力端は、キャピラリー１３の中空部１４に露出していて、この出力端に、光ファイバ１５の先端面が接合固定される。中空部１４の直径は、光ファイバ１５を収容可能でありかつ、光ファイバのハズレを防止し得るようにするために、光ファイバ１５の直径とほぼ同程度で、やや大きい程度に設定される。
【００１３】
キャピラリー１３の他の端面（先端面）１７は、キャピラリー１３の中空部１４の長手方向軸に対し傾斜して形成される。キャピラリー１３の内部１８を伝播した放射モード光８，９は、先端面１７で反射され、その反射された放射モード光２３，２４は、光検出器を構成する光電変換素子２０の受光面により受光される。光電変換素子は、受光した放射モード光に基いて、モニタ信号を出力する。
【００１４】
しかしながら、図１に係る従来例においては、放射モード光２３，２４を共に検知しているため、次のような問題点が生じる。
図１に示された従来装置においては、キャピラリー１３の反射面１７の、光電変換素子２０に近い上半部１７ａから反射された放射モード光２３と、光電変換素子２０から遠い下半部１７ｂから反射された放射モード光２４とは、それぞれ、図２に示されているように光電変換素子２０の受光面の入射矩形面域２５及び２６に入射する。この矩形面域２５及び２６は、面域２７において互いに重なるため、この面域２７に入射した放射モード光２３，２４は、互いに干渉することとなり、光電変換素子２０のモニタ光出力が、環境温度その他の外乱により変動する（揺らぐ）という問題を生ずる。
【００１５】
本出願人の先の出願（特願２０００−１０１３１６号）においては、この問題を解決し、光電変換素子からのモニタ光出力を安定させるため、キャピラリー１３の内部１８を伝播する放射モード光８，９の一方のみを、光電変換素子に入射させるように構成している。
具体例として、図３に示すように、キャピラリー１３の先端面の上半部１７ａ（光電変換素子２０に近い約半部）に反射面が形成され、この上半部反射面１７ａにおいて反射された放射モード光２３のみが光電変換素子２０により受光される。キャピラリー先端部分の下半部は、図３に示されているように、先端面から深さＷまで切り込まれ、キャピラリーの周面から深さＦの部分２８が、除去される。この除去部分２８の除去によりキャピラリー１３の下半部に形成された端面２９においては、放射モード光は、矢印２９ａの方向に反射されるため、光電変換素子２０により受光されることはない。このため、図３の光変調器においては、放射モード光の一部９がキャピラリー先端面の下半部から反射されて、光電変換素子に受光されることはなく、その結果、図２に示されている面域２７のような干渉領域を生ずることがなく、光電変換素子から出力されるモニタ信号が安定化される。
【００１６】
さらに、図３に示されているように、キャピラリー１３の先端面部の下半部２８を除去することにより、下記のような効果も得られる。
（１）キャピラリー１３の中空部１４は光ファイバ１５を通すためできるだけ大きな直径を有することが望ましいが、放射モード光の放射角が約０．７度と小さいため、放射モード光をキャピラリーの肉質部１８を伝搬させるには、中空部の孔径は小さい程好ましい。このため、光ファイバ外径よりも1ｍｍ程度大きな孔径とするが、この場合、図１のように、キャピラリー先端面全面が斜面のままでは、中空部に光ファイバを導入するのが非常に困難である。また、通常、光ファイバ導入部にはテーパ付き部分を設けて光ファイバを導入し易くするが、このようなテーパ付導入部も、上記の放射角に関係した理由により採用できない。しかし、図３の様な構造とすれば、除去部分２８に対向する中空部は、光ファイバ導入用溝として機能し、光ファイバを案内し、光ファイバの中空部導入を容易にすることができる。
（２）また、光ファイバは、通常、アライメント後に補強のためキャピラリーに接着固定され、この接着剤が反射面１７ａに回り込み反射性能を変動させるという問題を生ずるが、上記除去部分２８は、接着剤に対しトラップ機能を示し、反射面１７ａへの回り込みを防止することができる。
【００１７】
なお、図３においては、基板１の出力端及びそれに接合された補強部材１２の出力端部の端面は、光導波路出力部７の長手中心軸に直角をなす平面に対し、傾斜して、例えば５度の傾斜角をもって形成されている。これは、基板1に取りつけられる補強部材１２及び基板１の端面１０における放射モード光の基板内への反射の影響を除くためである。
また、これに対応し、キャピラリー１３の長手中心軸１４ａの方向も、光導波路出力部７の長手方向に対して傾斜する方向に伸びており、従って、光導波路出力部７の出力端面１０と、光ファイバの接続端面（図示されていない）とは、互いに傾斜して接続されている。例えば、補強部材１２の端面と、キャピラリー１３の中空部１４の長手方向中心軸１４ａに直角をなす平面とは、７度の傾斜角をなしている。
【００１８】
放射モード光８，９の一方のみを、光電変換素子に入射させるための構成としては、上述したキャピラリーの一部を切除する方法以外に、次のような方法もある。
（１）図４のように、キャピラリー１３の反射面の一部５０を非反射面化する。
（２）図５のように、キャピラリー１３から反射した放射モード光が光電変換素子に到達する前に、その一部を遮光する遮光手段５１を設ける。
（３）図６のように、キャピラリー１３の内部に、遮光用凹部又は遮光板５２を設け、反射面に到達する前に放射モード光の一部を遮断する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
光導波路型光変調器の基板からは、上述した放射モード光以外にも多様な光が漏出しており、該基板とキャピラリーを接合した場合、キャピラリーの内部には、該放射モード光以外にこれらの光も入射することとなる。
このため、キャピラリーに形成された反射面から光検出器に指向される光も、放射モード光以外の不要光を多分に含む結果となり（図７参照）、光検出器からのモニタ信号出力もバックグラウンド・ノイズを多く含む波形となる（図８参照）。
また、図３や図６のように、キャピラリーの一部を切除する場合においては、切除面の平滑性が低いとカットすべき放射モード光が切除面で乱反射し、その一部が光検出器に向かうという不具合も生じることとなる。
【００２０】
本発明は、上述したような問題を解決し、モニタ用出力光として光導波路から放射される放射モード光を、より正確に検出するための出力光モニタ付光導波路型光変調器を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段としては、請求項１に係る発明は、誘電体基板と、該基板上に形成され、２以上の分岐光導波路部及び該分岐光導波路部の合一点から伸び出ている光導波路出力部を有する光導波路とを備えた光導波路素子と、該光導波路出力部の出力端に接続される光ファイバと、該光導波路出力部の出力端と該光ファイバの端面との接続部を補強する光ファイバ補強部材と、前記分岐光導波路部の合一点から放射され、かつ該光導波路出力部の両側を通って伝播される放射モード光の一部を、該誘電体基板及び該光ファイバ補強部材を介して受光する光検出器と、を有する出力光モニタ付光導波路型光変調器において、該光ファイバ補強部材が、該光ファイバの接続端部分を収容する中空部を有し、かつ、該放射モード光を伝播するキャピラリーであり、該キャピラリーの該誘電体基板側の端面には、前記放射モード光の一部のみを通過させる遮光手段が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の出力光モニタ付光導波路型光変調器において、該キャピラリーの該誘電体基板側とは反対の端面には、該遮光手段を通過した放射モード光の一部を該光検出器に向かって反射させるための反射手段が設けられていることを特徴とする。
【００２３】
さらに、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の出力光モニタ付光導波路型光変調器において、該反射手段は、前記キャピラリーの誘電体基板側とは反対の端面の内、前記放射モード光の一部が入射する部分にのみ設けられていることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の出力光モニタ付光導波路型光変調器の一例を図９に示す。
図９において、ケース（筐体）３０内に、ＬｉＮｂＯ３などの強誘電体からなる基板１を固定し、その表面部分に、光導波路１ａを形成し、この光導波路１ａは、光導波路入力部３２、それから分岐した分岐光導波路部２，３、その分岐部の出力部４，５、合一点６、及び光導波路出力部７を有し、各分岐部２，３上に電極３３，３４が配置されている。基板１の入力端部には入力端部補強部材１２ａが配置され、その入力端面に、入力側キャピラリー３１が接合され（図９においては、両者は離間して画かれている）キャピラリー３１の中空部（図示されていない）を通して入力側光ファイバ１５ａが導入され、その先端面が、光導波路入力部３２の入力端面に接続されている。
【００２５】
光導波路１ａの出力端部は、図３と同様にして、出力側キャピラリー１３、出力側光ファイバ１５が接続されている。
光は、補強部材１２ａにより補強された入力側光ファイバ１５ａから、光導波路入力部３２に入り、分岐部２及び３に分配される。電極３３，３４に、印加電気信号３５を、例えばケース３０の側面に配置されたコネクタ３６を介して印加すると、分岐光導波路部２及び３を伝播する光波の光位相が、印加電気信号３５に応じて変化し、この光波が、合一点６において合波し、互に干渉して信号光を発生する。この干渉後の信号光は、キャピラリー１３により補強された光ファイバ１５を通ってケース３０の外に出力される。
【００２６】
合一点６で、基板１内に放射された２つの放射モード光８，９のうち、放射モード光８は、キャピラリー１３の内部１８を通りキャピラリー１３の先端面の上半部に形成された反射面１７ａにおいて反射され、キャピラリー１３の円柱状周面において集光されながら、光導波路１ａの出力部７にほぼ直角をなす方向（ケース３０の側面にほぼ直角をなす方向）に放射される。この放射モード光２３は、その方向にほぼ直角に配置され、かつ、受光面からの反射光が、反射面１７ａに戻らない角度で受光し得るように配置された（ケース３０の側面に固定された）光電変換素子（ＰＤ）２０の受光面に受光される。受光された放射モード光による信号は、光電変換素子２０において電気信号に変換され、この電気信号３８は、光出力モニタ信号としてコネクタ３７を介して、ケース３０の外に出力される。
【００２７】
合一点６から放射された放射モード光９は、キャピラリー１３の基板１側の端面に設けられた遮光手段６０により、キャピラリー１３の内部への入射が遮断される。
遮光手段６０の構成としては、図１０に示すように、放射モード光の中で必要とする一部の放射モード光のみを通過させ、その他の光は可能な限り遮光する形状を有した遮光部材を、キャピラリー１３の端面に設けるよう構成されている。遮光部材の形成方法としては、例えば、キャピラリー１３の端面の一部（放射モード光を通過させる場所）をマスク部材で覆い、Ｔｉなどの遮光特性を有する材料を蒸着し、後に該マスク部材を除去することにより形成することができる。
【００２８】
このように、キャピラリー１３内に入射する不要光が制限されているため、光検出器のモニタ信号出力は、図１１に示すように、不要光が原因となって形成されるバックグラウンド・ノイズ（ボトムレベル）が低くなる。
しかも、先の出願（特願２０００−１０１３１６号）のような、放射モード光の一部のみを抽出するための構成である、図３乃至図６に示したいずれかの構成を併せて用いることにより、光検出器に入射する不要光（不要な放射モード光を含む）を大幅に減少させることが可能となる。
【００２９】
なお、図９においては、基板の端面における放射モード光の反射を少なくするために、基板端面を、基板表面の光導波路出力部７の方向に対して直角をなす平面から基板表面内において（水平方向に）約５度傾斜させる場合について説明したが、基板の端面を、基板表面に対して、傾斜させた場合には、キャピラリーを図１２（光変調器の側面図）に示すように形成することが、その加工を容易にする上で有効である。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明により、請求項１に係る発明によれば、光ファイバの接続に利用される光ファイバ補強部材を、放射モード光を伝播するキャピラリーとすることにより、従来の光変調器の形状並びに構造、また、光導波路素子の実装方法などを特に変更することなく、放射モード光を検出することができ、しかも、キャピラリーに入射する不要光を遮光するため、信号ノイズの少ない安定した光出力の検出が可能となる。
【００３１】
また、請求項２に係る発明によれば、キャピラリー内を通過する放射モード光を、反射面の向きにより適宜必要な方向に出射させることが可能となるため、光検出器などの配置を最適化することが可能となる。
【００３２】
また、請求項３に係る発明によれば、光検出器に向かう光の反射手段が限定した位置に形成されているため、光検出器に入射する不要光がより排除され、より信号ノイズの少ない安定した光出力の検出が可能となる。
【００３３】
【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光変調器の要部を示す平面説明図。
【図２】図１の光変調器において、反射された放射モード光の光電変換素子の受光面における入射面域を示す説明図。
【図３】先の出願に記載された光変調器の要部の構成を示す平面説明図。
【図４】放射モード光の一部をカットするための他の構成を示す図（その１）。
【図５】放射モード光の一部をカットするための他の構成を示す図（その２）。
【図６】放射モード光の一部をカットするための他の構成を示す図（その３）。
【図７】従来のキャピラリーにおける光の進路を示す概略図。
【図８】従来のキャピラリーを用いた場合の光検出器におけるモニタ信号出力の例を示す図。
【図９】本発明を適用した光変調器の構成の一例を示す平面説明図。
【図１０】本発明のキャピラリーにおける光の進路を示す概略図。
【図１１】本発明のキャピラリーを用いた場合の光検出器におけるモニタ信号出力の例を示す図。
【図１２】本発明が適用される他の光変調器の要部を示す側面説明図。
【符号の説明】
１    誘電体基板
１ａ  光導波路
２，３  分岐光導波路部
４，５  分岐部の出力部分
６    合一点
７    光導波路出力部
８，９  放射モード光
１０    出力側端面
１２    補強部材
１２ａ  入力側補強部材
１３    キャピラリー
１４    中空部
１４ａ  中空部中心軸
１５    出力光ファイバ
１５ａ  入力光ファイバ
１６    キャピラリーの接続端面
１７    反射面
１７ａ  反射面上半部
１７ｂ  反射面下半部
１８    キャピラリー内部
２０    光電変換素子
２３，２４  反射された放射モード光
２５    反射面の上半部からの放射モード光の入射面域
２６    反射面の下半部からの放射モード光の入射面域
２７    入射面域２５，２６の重なり部
２８    除去部分
２９    キャピラリー下半部の端面
２９ａ  端面29において反射された放射モード光の方向
３０    ケース
３１    入力側キャピラリー
３２    入力部
３３，３４  電極
３５    印加電気信号
３６，３７  コネクタ
３８    電気信号
３９    基板支持具
５０    非反射面
５１    遮光手段
５２    遮光用凹部又は遮光板
６０    遮光部材
Ｆ    キャピラリー周面からの深さ
Ｗ    キャピラリー先端面からの深さ
【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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