特開 2020-166048 光変調器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-166048(P2020-166048A)

(43)【公開日】2020年10月8日

(54)【発明の名称】光変調器

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/065 20060101AFI20200911BHJP

   G02B 6/30 20060101ALI20200911BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/065

   G02B6/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2019-64314(P2019-64314)

(22)【出願日】2019年3月28日

(71)【出願人】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100116687

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 爾

(74)【代理人】

【識別番号】100098383

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 純子

(74)【代理人】

【識別番号】100155860

【弁理士】

【氏名又は名称】藤松 正雄

(72)【発明者】

【氏名】高野 真悟

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 孝知

【テーマコード（参考）】

2H137

2K102

【Ｆターム（参考）】

2H137AA05

2H137AB08

2H137BA01

2H137BA32

2H137BA55

2H137BC02

2H137BC44

2H137BC50

2H137BC53

2H137BC55

2H137BC72

2H137CA62

2K102AA21

2K102BA03

2K102BB04

2K102BC04

2K102BD01

2K102CA20

2K102DA04

2K102DC08

2K102DD01

2K102EA02

2K102EA18

2K102EB01

2K102EB10

2K102EB11

(57)【要約】

【課題】
ＥＯポリマーを用いた場合でも光損失が少なく、装置全体を小型化可能な光変調器を提供すること。
【解決手段】
ＥＯポリマーで構成されたコア層と該コア層の上下に配置したクラッド層で形成される光導波路１０と、該光導波路に電界を印加する制御電極（１１，１２）とを備えた光変調素子１を有する光変調器において、該光導波路１０は、分岐部又は合波部を有しない光導波路部分を複数並列に配置して構成され、該光変調素子の光波の入力側には、一つの光波を複数に分岐し、該光導波路部分の各々に入力するよう構成された多分岐手段５を備え、該多分岐手段は、反射率が異なる多層積層膜５２を所定の間隔で積み重ねて構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＥＯポリマーで構成されたコア層と該コア層の上下に配置したクラッド層で形成される光導波路と、該光導波路に電界を印加する制御電極とを備えた光変調素子を有する光変調器において、
該光導波路は、分岐部又は合波部を有しない光導波路部分を複数並列に配置して構成され、
該光変調素子の光波の入力側には、一つの光波を複数に分岐し、該光導波路部分の各々に入力するよう構成された多分岐手段を備え、
該多分岐手段は、反射率が異なる多層積層膜を所定の間隔で積み重ねて構成されていることを特徴とする光変調器。

【請求項2】

請求項１に記載の光変調器において、該光変調素子の光波の出力側には、該光導波路部分から出力される各光波を合波する合波手段が配置されていることを特徴とする光変調器。

【請求項3】

請求項２に記載の光変調器において、該光変調素子の光波の出力側には、さらに、偏波回転手段や偏波合成手段が配置されていることを特徴とする光変調器。

【請求項4】

請求項１乃至３に記載の光変調器において、該光変調素子が複数の光変調ブロックを並列に配置した構成を備えていることを特徴とする光変調器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光変調器に関し、特に、コア層の上下にクラッド層を配置し、該コア層が有機電気光学高分子（以下、「ＥＯポリマー」と言う。）で構成された光変調器に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、Ｉ成分（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）とＱ成分（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）を用いた変調器や、直交振幅変調（ＱＡＭ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などにおいて、マッハツェンダー型光導波路を用いた干渉計が多用されている。例えば、ＤＱＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ−Ｋｅｙｉｎｇ）では、４個のマッハツェンダー型光導波路が並列で配置されている。

【0003】

複数のマッハツェンダー型光導波路を並列に配置する場合には、多くのＹ分岐構造が必要となり、光損失が増大し易くなる。このため、Ｙ分岐構造における分岐角度を小さくすることで光分岐部位の散乱による光損失の低減が可能となるが、分岐に要する長さが長くなる。このため、特許文献１では、Ｙ分岐構造の一部を平面光導波路（ＰＬＣ）を用いて構成し、分岐に要する長さを短縮することが提案されている。また、特許文献２のように、ビームスプリッターを複数組み合わせた光分岐部も提案されている。

【0004】

他方、特許文献３のように、ＥＯポリマーを用いた光変調器が提案されている。ＥＯポリマーは、光吸収性を有するため、光導波路の長さをできるだけ短く構成することが必要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−０９４９８８号公報

【特許文献2】特開２０１３−２４６３２５号公報

【特許文献3】特表２０１５−５０１９４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、ＥＯポリマーを用いた場合でも光損失が少なく、装置全体を小型化可能な光変調器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明の光変調器は、以下の技術的特徴を有する。
（１） ＥＯポリマーで構成されたコア層と該コア層の上下に配置したクラッド層で形成される光導波路と、該光導波路に電界を印加する制御電極とを備えた光変調素子を有する光変調器において、該光導波路は、分岐部又は合波部を有しない光導波路部分を複数並列に配置して構成され、該光変調素子の光波の入力側には、一つの光波を複数に分岐し、該光導波路部分の各々に入力するよう構成された多分岐手段を備え、該多分岐手段は、反射率が異なる多層積層膜を所定の間隔で積み重ねて構成されていることを特徴とする。

【0008】

（２） 上記（１）に記載の光変調器において、該光変調素子の光波の出力側には、該光導波路部分から出力される各光波を合波する合波手段が配置されていることを特徴とする。

【0009】

（３） 上記（２）に記載の光変調器において、該光変調素子の光波の出力側には、さらに、偏波回転手段や偏波合成手段が配置されていることを特徴とする。

【0010】

（４） 上記（１）乃至（３）に記載の光変調器において、該光変調素子が複数の光変調ブロックを並列に配置した構成を備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明は、ＥＯポリマーで構成されたコア層と該コア層の上下に配置したクラッド層で形成される光導波路と、該光導波路に電界を印加する制御電極とを備えた光変調素子を有する光変調器において、該光導波路は、分岐部又は合波部を有しない光導波路部分を複数並列に配置して構成され、該光変調素子の光波の入力側には、一つの光波を複数に分岐し、該光導波路部分の各々に入力するよう構成された多分岐手段を備え、該多分岐手段は、反射率が異なる多層積層膜を所定の間隔で積み重ねて構成されているため、ＥＯポリマーでの光損失を低減すると共に、装置全体を小型化することが可能な光変調器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の光変調器に係る第１の実施例を示す図である。

【図2】本発明の光変調器に利用される多分岐手段の製造方法を説明する図である。

【図3】本発明の光変調器に利用される多分岐手段の構造を説明する図である。

【図4】本発明の光変調器に係る第２の実施例を示す図である。

【図5】本発明の光変調器に係る第３の実施例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の光変調器について、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明の光変調器は、図１に示すように、ＥＯポリマーで構成されたコア層と該コア層の上下に配置したクラッド層で形成される光導波路１０と、該光導波路に電界を印加する制御電極（１１，１２）とを備えた光変調素子１を有する光変調器において、該光導波路１０は、分岐部又は合波部を有しない光導波路部分を複数並列に配置して構成され、該光変調素子の光波の入力側には、一つの光波を複数に分岐し、該光導波路部分の各々に入力するよう構成された多分岐手段５を備え、該多分岐手段は、反射率が異なる多層積層膜５２を所定の間隔で積み重ねて構成されていることを特徴とする。

【0014】

なお、本発明において「所定の間隔」とは、一定の間隔のみを意味するのではなく、反射する位置が、光変調素子の光導波路の入口に合わせて配置されているということを意味している。

【0015】

ＥＯポリマーとしては、例えば、基本骨格樹脂としてＰＭＭＡを用い、ＥＯ分子としてＤｉｓｐｅｒｓｅ Ｒｅｄ１を基本骨格樹脂の側鎖に重合したＰＭＭＡ−ＤＲ１が好適に使用可能である。

【0016】

クラッド層の材料としては、例えば、アルコキシアクリレートとアルコキシシラン及び重合開始剤を混合した塗布液を用い、塗布、乾燥後にＵＶ照射、加熱することで共重合した有機無機ハイブリッド樹脂を用いることができる。

【0017】

図１に示すように、本発明の光変調器では、ＥＯポリマーを用いた光導波路１０を、分岐部や合波部を有しない、ほぼ直線状の導波路として形成している。そして、これらの直線状光導波路１０を並列に配置し、光変調素子１自体をコンパクトに構成している。

【0018】

光変調素子１に形成された光導波路１０には、変調信号を印加する制御電極（変調電極１１）や位相調整用のＤＣバイアス電圧を印加する制御電極（位相調整電極１２）が配置されている。各制御電極は、光導波路を形成する樹脂層（コア層とそれを上下から挟むクラッド層）を上下から挟むような電極で構成されている。

【0019】

図１の符号２は、変調電極１１に変調信号を伝搬するための中継基板であり、符号４は、変調信号を吸収するための終端抵抗を備えた終端基板である。
また、符号３は、位相調整電極１２にＤＣバイアス電圧を印加するための中継基板である。

【0020】

光変調素子１の入力側には、入力光を所定の数の光波に分岐する多分岐手段５が配置され、分岐された光波は、光導波路１０に各々入射される。多分岐手段を作成するには、まず、図２に示すような、ガラス、石英等の透明基板５３上に、所定間隔で多層積層膜５２を形成した光学ブロック５０を作成する。多層積層膜５２と他の多層積層膜との間のスペースは、薄い透明基板が配置される。薄い透明基板に上に多層積層膜を形成したものを積層して構成しても良い。また、透明基板の厚さは、多層積層膜の配置間隔に応じて、適宜設定される。

【0021】

光学ブロック５０から、図２の点線に示すように、４５度の角度で切り出すと、多分岐手段を構成することができる。切り出した光学部品の端部は、反射手段として使用できるため、必要な角度に研磨され、反射膜が付着される。

【0022】

図１の光変調器を、ＤＰ−ＱＰＳＫ（偏波多重（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｉｏｎ）ＱＰＳＫ）変調器として構成する場合には、多分岐手段５では、入力光を８分の１の等しい光強度で分岐する必要がある。このためには、図３に示すように、入力光の光強度Ｉｏを、第１の多層積層膜５２で１２．５％反射し、その他は通過させる。第２の多層積層膜では１４．３％、第３の多層積層膜では１６．７％、第４の多層積層膜では２０．０％、第５の多層積層膜では２５．０％、第６の多層積層膜では３３．３％、第７の多層積層膜では５０．０％、そして第８の多層積層膜では１００％となるように、各々の反射率が設定されている。なお、本設計値は多層積層膜および薄い透明基板の吸収がないと仮定したものであり、実際にはその吸収損失を考慮して等強度の光に分けることとなる。

【0023】

図１の多分岐手段５に入射する光波は、入力用光ファイバ６０及び、コリメータレンズ６１による入力側光学系６を介して導入される。多分岐手段５に入射した光波は、多層積層膜５２で反射され、光導波路１０に入射する。光導波路素子１（チップ）内の入射側に、スポットサイズコンバーター（コアのサイズをテーパ状に広げていき、徐々にＥＯポリマー導波路のシングルモード伝搬条件にあうモード径に調整する部分）等の光学変換部位を設けてＥＯポリマー導波路へ入射するなどの方法で結合損低減を図ることができる。また、後述するように、多分岐手段５の一部にレンズを配置することも可能である。

【0024】

光変調素子１で変調された光波は、合波手段、偏波回転手段、偏波合成手段等を組み合わせた合波用光学部品７に入力され、コリメータレンズ７０を介して出射し、出力側光学系８を構成する集光レンズ８１及び光ファイバ８０に入射する。

【0025】

図４及び図５は、本発明の光変調器の他の例を示す図である。
図４及び図５では、複数の光導波路１０を、例えば、４本ずつの２つの組合せに分けて、複数の光変調ブロック（１Ａと１Ｂ）に組み込んだ例を示している。また、光変調ブロック１Ａと光変調ブロック１Ｂの光導波路方向に沿った長さは同じであるが、長さを変えたものを採用することも可能である。これらの光変調ブロックは、図４及び５が示すように、互いに並列に配置されている。なお、図４及び５において、制御電極については、図を簡略化するため記載を省略している。

【0026】

図４の光変調素子（光変調ブロック１Ａ，１Ｂ）の出力側には、上述した多分岐手段と同様な構成を備えた、合波手段（９Ａ，９Ｂ）が配置されている。合波手段（９Ａ，９Ｂ）の内部形成される反射膜５２は、多分岐手段と同様な多層積層膜で構成されている。

【0027】

光変調ブロック１Ａの出力側には、偏波回転手段７Ａが配置され、４本の光導波路１０から出射した光波の偏波面を９０度回転している。偏波回転手段７Ａを通過した光波は、合波手段９Ｃにより一つの光波に合成される。合波手段９Ａで光波を合波する様子は、図３に示す多分岐手段５を通過する光波（点線の矢印）を逆向きに遡る様子と同じである。また、光変調ブロック１Ｂの４本の光導波路１０から出射する光波も、合波手段９Ｂによって１つの光波に合成される。

【0028】

合波手段９Ａから出射した光波は、合波手段９Ａと偏光ビームスプリッター７２Ａと間隔を規定するスペーサー（ガラス材料の長方形ブロック等）７１を経て、偏波合成手段である偏光ビームスプリッター７２Ａに入射し、合波手段９Ｂからの光波と合成され、出力側光学系８に向けて出力される。なお、偏波回転手段７Ａの代わりに、スペーサーを配置し（又は光変調ブロック１Ａの長さを長くする方法もある。）、スペーサー７１Ａの代わりに偏波回転手段を配置することも可能である。

【0029】

図５では、多分岐手段５の出射側に集光レンズ１０１を配置し、光変調素子（チップ）（１Ａ，１Ｂ）内のスポットサイズコンバーターを省略し、集光した光波をＥＯポリマー導波路１０に直接入射するよう構成されている。光導波路１０から出射した光波は、コリメータレンズ１０２により平行光に変換され、合波手段（９Ａ，９Ｂ）に入射する。

【産業上の利用可能性】

【0030】

以上説明したように、本発明によれば、ＥＯポリマーを用いた場合でも光損失が少なく、装置全体を小型化可能な光変調器を提供することが可能となる。

【符号の説明】

【0031】

１ 光変調素子
１Ａ，１Ｂ 光変調ブロック（光変調素子）
５ 多分岐手段
６ 入力側光学系
７Ａ 偏波回転手段
７１Ａ スペーサー
７２Ａ 偏波合成手段
８ 出力側光学系
９Ａ，９Ｂ 合波手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】