专利名称：光调制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括极化合成单元的光调制器。本申请要求基于2008年12月沈日在日本申请的特愿2008-335097号的优先权， 将其内容援用于此。
背景技术：
近年来，随着高速、大容量光纤通信系统的进步，以外部调制器为代表的利用了波导型光学元件的高速光调制器被实用化，并被广泛应用。例如，将LiNbO3(铌酸锂，也简称为LN)等具有电气光学效果的材料用于基板的波导型光学元件，可通过电压变化产生折射率变化，因此用于光调制器(一般也称为LN光调制器)、光开关。光纤通信系统的高速化最近实用化到10(ib/S至40(ib/S，进一步正面向100(ib/S的应对而进行开发。作为在LN光调制器中实现100(ib/S的方法，如图5所示提出了以下方案 使用四个光调制器901 904分别进行25(ib/S的调制，分别合成光调制器901和光调制器 902的输出、及光调制器903和光调制器904的输出，获得50(ib/S的调制光，进一步将这两个50(ib/S的调制光在通过极化波旋转单元905使相对的极化波面的角度差为90度的状态下进行合成，从而获得极化合成了 50(ib/S的调制光而成的100(ib/S的调制光(例如参照专利文献1)。该方法具有作为调制电路可使用和25(ib/S对应的电路的优点，因此较为优选。专利文献1 特开2004-253931号公报
发明内容
其中，在图5的LN光调制器中，在极化合成部906中为了合成不同的极化波的光， 例如需要通过使波导为非对称X型构造，来配合极化波间的传送速度和芯径。但是，非对称 X型的波导的设计复杂，且其制造需要高精度的制造技术，因此存在批量生产时生产率低的问题。本发明鉴于以上问题而出现，其目的在于，在包括极化合成单元的光调制器、光学装置中，提高制造的生产率。本发明为解决上述课题而出现，提供一种光调制器，其特征在于具有形成于基板上的第1及第2光调制部；极化波旋转部，使基于上述第1及第2光调制器的调制光的至少一个的极化波旋转；以及极化合成部，设置于上述基板的外部，且具有将通过上述极化波旋转部旋转了极化波的调制光极化合成的极化合成元件。并且在本发明中，在上述光调制器中优选上述极化合成部具有聚光部，上述聚光部使上述调制光聚光到输出波导。并且在本发明中，在上述光调制器中优选上述极化合成部具有光学元件，上述光学元件具有负色散特性。并且在本发明中，在上述光调制器中优选上述极化合成部具有配置了两个相对准直器系统的光学系统。相对准直器光学系统也可使用V槽块。并且在本发明中，在上述光调制器中优选上述两个相对准直器系统由光纤准直器构成。一般情况下，光纤准直器是光纤和准直器透镜一体的构造，但在本发明中，优选使用光纤直径和透镜直径相等的透镜光纤。并且在本发明中，在上述光调制器中优选上述光纤准直器在入射基于上述第1 及第2光调制器的调制光的部分使用双孔插芯，在入射上述极化合成元件的输出光的部分使用单孔插芯。也可在插芯(ferrule)内内置透镜光纤而形成光纤准直器。通过该构成， 可使光调制器小型化。并且在本发明中，在上述光调制器中优选使用上述单孔插芯的光纤准直器配置成，其入射位置成为由于上述极化合成元件的输出光的极化而不同的位置偏差的大致中心位置。通过该构成，当波长变化时，不同极化波下的入射位置的位置偏差而产生的极化波间的输出差较小，因此可补偿波长分散。并且在本发明中，在上述光调制器中优选上述极化合成元件是萨瓦尔板。通过该构成，可使光调制器小型化。并且在本发明中，在上述光调制器中优选上述萨瓦尔板构成为补偿极化合成的两个极化波的光路差。此外，也可是如下构成使用萨瓦尔板以外的极化合成元件，补偿在两个极化波之间产生的光路差。根据本发明，在包括极化合成元件的光调制器中，可有效提高制造生产率。
图1是表示本发明的第1实施方式下的光调制器的构成的俯视图。图2是说明极化合成的两个光的出射位置的波长及极化波依存性的图。图3是表示本发明的第2实施方式下的光调制器的构成的俯视图。图4是表示本发明的第3实施方式下的光调制器的构成的俯视图。图5是表示现有的光调制器的构成的俯视图。图6是表示本发明的第1实施方式下的光调制器的极化波依存损失的图。标记的说明1、2、3光调制器10、11调制器主体20、21、22极化合成部101 104 LN光调制器105输入光纤106输入波导107极化波旋转单元108、109 臂部110极化合成元件110A、1IOB偏光分离板111双孔插芯112单孔插芯
113输出光纤114 透镜115、116 波长板117多棱镜Il8 筐体MA、MB、MC马赫一曾德波导
具体实施例方式以下参照附图详细说明本发明的实施方式。(第1实施方式)图1是表示本发明的第1实施方式下的光调制器1的构成的俯视图。光调制器1 具有在LN基板上形成有波导及调制电极的调制器主体10 ；以及将来自调制器主体10的输出光极化合成的空间准直器光学系统构成的极化合成部20。此外，对调制电极省略了图
7J\ ο调制器主体10具有在马赫一曾德波导MA的两个臂部设有马赫一曾德波导MB、MC， 在马赫一曾德波导MB的两个臂部设有马赫一曾德波导101、102，在马赫一曾德波导MC的两个壁部设有马赫一曾德波导103、104的嵌套构造。即，从输入光纤105导向马赫一曾德波导MA的输入波导106的输入光，向臂部上的马赫一曾德波导MB和MC分支输入。并且，向着马赫一曾德波导MB的输入光向马赫一曾德波导101和102分支输入，向着马赫一曾德波导MC的输入光向马赫一曾德波导103和104分支输入。进一步，来自马赫一曾德波导101 和102的输出光通过马赫一曾德波导MB而合波，向马赫一曾德波导MA的臂部108导入，来自马赫一曾德波导103和104的输出光通过马赫一曾德波导MC而合波，向马赫一曾德波导 MA的臂部109导入。马赫一曾德波导101 104与分别设置的调制电极一并形成LN光调制器。对各 LN光调制器101 104的调制电极，从未图示的驱动电路提供25(ib/S的驱动信号，各LN光调制器101 104输出以25(ib/S调制的调制光。其中，马赫一曾德波导MB的LN光调制器 101和102的调制方式使用DQPSK (差动四相移相调制)。马赫一曾德波导MC的LN光调制器103和104的调制方式也相同。这样一来，50(ib/S的调制光分别向马赫一曾德波导MA的臂部108、109输入。在马赫一曾德波导MA的臂部108的中途设有极化波旋转单元107。极化波旋转单元107具有使在臂部108传送的光的极化波面旋转90°的功能。这样一来，分别在马赫一曾德波导MA的臂部108和臂部109中传送的光变为彼此的极化波面倾斜90°的状态。作为极化波旋转单元107，例如可以是在形成于LN基板上的槽中嵌入1/2波长板的构造。并且，也可是在LN基板的波导端面、双孔插芯准直器111的端面粘贴1/2波长板的构造。此外，为补偿由于设置1/2波长板而产生的两个光路的光路差，优选将具有预定光学长度的板材插入到光路中。此外，也可通过使在臂部108中传送的光的极化波面旋转45°、使在臂部109中传送的光的极化波面向反向旋转45°的构成，使二者的极化波面彼此倾斜90°。马赫一曾德波导MA的臂部108和109被配置成在调制器主体(LN基板)10的输出侧端面(图1中是右侧的端面)中，具有与双孔插芯准直器111的双孔间隔相同的间隔。 该配置间隔例如是125μπι 150μπι左右。此外，LN基板的输出侧端面为了防止反射，优选研磨成相对光的出射方向具有5°左右的角度，或实施无反射(AR)涂敷。极化合成部20构成为如下构成的空间准直器光学系统从调制器主体10侧开始依次配置双孔插芯准直器111、极化合成元件110、单孔插芯准直器112各光学元件。双孔插芯准直器111具有如下构成在双孔插芯的两个孔部分别内置有由极化波保持光纤构成的光纤准直器。该光纤准直器将具有与光纤相同直径的棒状透镜与光纤熔融，而成一体构造，也称为透镜光纤。各极化波保持光纤设定为，其极化波方向与从调制器主体10的两个输出波导108、109出射的各调制光的极化波方向对应。并且，优选对光纤准直器的两个端面(在图1中是右侧的入射端面及左侧的出射端面)实施无反射(AR)涂敷。 这种构成的双孔插芯准直器111在LN基板的波导端面成为光轴与输出波导108、109对齐的状态并进行对接接头。这样一来，来自调制体主体10的输出波导108、109的各调制光向极化合成部20的双孔插芯准直器111的光纤准直器入射，进一步从该光纤准直器向极化合成元件110出射。极化合成元件110具有以下功能将彼此的极化波面以90°倾斜的状态下入射到不同的入射位置的两个光出射到同一光路。其中，极化合成元件110将以彼此的极化波面以90°倾斜的状态输出的来自双孔插芯准直器111的各调制光，从出射侧(输出光纤113 侧)端面的同一位置沿着输出光纤113的光轴出射。这样一来，获得50(ib/S的调制光被极化合成而成的100(ib/S的调制光。作为极化合成元件110，例如可使用由金红石或方解石制造的元件，尤其优选使用将金红石等的相同厚度的两块板(偏光分离板110A、110B)使其光学轴正交地贴合而构成的萨瓦尔板。通过使用萨瓦尔板，来自臂部108的光和来自臂部109的光的光路长度变得相等，因此可零光路差地将两个光极化合成。此外也可是如下构成使用萨瓦尔板以外的极化合成元件，补偿两个极化波间产生的光路差。单孔插芯准直器112具有在单孔插芯的孔部内置使用了单模光纤的光纤准直器的构成，与双孔插芯准直器111相对配置。其中，通过极化合成元件110的波长分散，从调制器主体10的输出波导108出射的调制光和从输出波导109出射的调制光的极化合成后的各位置、即来自极化合成元件 110的各出射位置随着波长而变化。图2表示其形态。从该图可知，在短波长时及长波长时，来自输出波导108的调制光和来自输出波导109的调制光(图中一个是P极化波，另一个是S极化波)的输出的中心的位置关系逆转。因此，将单孔插芯准直器112的配置位置设定为，光纤准直器大致成为P极化波和S极化波的中心。这样一来，即使波长变化且各极化波的结合位置改变，两个极化波的输出位置的偏差量也基本是同一程度，因此如图6所示， 可降低极化波依存性损失(PDL)。因此，根据本实施方式，通过极化合成可获得100(ib/S的调制光。并且，极化合成部20由双孔插芯准直器111、极化合成元件110、及单孔插芯准直器112这三点构成的空间光学系统构成，因此和图5所示的使用非对称X型波导时相比，设计及制造容易，因此可提高生产率，并且和现有技术相比，可实现1/2以上的小型化，并降低成本。并且，因是准直器光学系统的构成，所以校准的公差较大，可确保高可靠性。并且，通过使极化合成元件110为萨瓦尔板，从臂部108和109出射的极化波面的不同光的光路差变为0，因此可抑制极化合成时的极化波分散。进一步，不需要使用高价的波长分散补偿元件，而采用双孔插芯准直器111及单孔插芯准直器112形成的光纤准直器的相对光学系统，使单孔插芯准直器112 的配置位置大致为两个极化波的输出的中心，从而可补偿波长分散。此外，也可替代插芯而使用V槽块。V槽块广泛用作石英系波导元件和光纤的对接接头，容易采用市售的自动校准装置来实现校准的自动化。(第2实施方式)图3是表示本发明的第2实施方式下的光调制器2的构成的俯视图。光调制器2 和第1实施方式同样，具有在LN基板上形成有波导及调制电极的调制器主体10 ；将来自调制器主体10的输出光极化合成的空间准直器光学系统构成的极化合成部21。此外，在图 3中也省略了调制电极的图示。本实施方式的光调制器2与第1实施方式的光调制器1的不同点在于，将包括极化合成元件21在内的各光学配件收容在筐体118中，构成1X2极化合成模块。以下以与光调制器1的不同点为中心进行光调制器2的说明。在图3中，1 X 2极化合成模块通过将双孔插芯准直器111、极化合成元件110、单孔插芯准直器112例如在圆筒型的金属性筐体118内按照上述顺序配置而构成。此外，各光学配件(双孔插芯准直器111、极化合成元件110、单孔插芯准直器11 与第1实施方式中使用的相同。双孔插芯准直器111设置在1X2极化合成模块的一个前端部上，内部的两个光纤准直器的间隔与调制器主体(LN基板)10的输出侧端面(图3中是右侧端面)中的臂部 108和臂部109的间隔相等。根据第2实施方式的光调制器2，除了和第1实施方式的光调制器1相同的效果外，进一步可获得以下效果。即，可采用如下组装步骤提前制作出1 X 2极化合成模块，将双孔插芯准直器111 部接头对接到波导，从而将该1X2极化合成模块结合到调制器主体10，因此与将各光学配件一个个校准并组装到收容光调制器2整体的筐体(未图示)不同，无需担心因对筐体加盖焊接时的应力而产生光学配件的位置偏差等，可提高作为光调制器的特性的可靠性。(第3实施方式)图4是表示本发明的第3实施方式下的光调制器3的构成的俯视图。光调制器3 具有在LN基板上形成有波导及调制电极的调制器主体11 ；将来自调制器主体11的输出光极化合成的空间聚光光学系统构成的极化合成部22。此外，在图4中也省略了调制电极的图示。本实施方式的光调制器3与第1实施方式的光调制器1及第2实施方式的光调制器2的不同点在于，极化合成部22不是由空间准直器光学系统构成的、而由空间聚光光学系统构成。在图4中，1X2极化合成模块通过将双孔插芯准直器111、波长板115及116、多棱镜117、透镜114、极化合成元件110、单孔插芯准直器112例如在圆筒型的金属性筐体118 内按照该顺序配置而构成。此外，在上述各光学配件中，双孔插芯准直器111、极化合成元件 110及单孔插芯准直器112和第1、第2实施方式中使用的相同。
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双孔插芯准直器111设置在1X2极化合成模块的一个前端部，内部的两个光纤准直器的间隔与调制器主体(LN基板)11的输出侧端面(图4中是右侧的端面)中的臂部 108和臂部109的间隔相等。双孔插芯准直器111的模块内侧的端面上，波长板115和波长板116与双孔插芯准直器111的各光纤部的出射位置对应地安装。波长板115使光的极化波面旋转45°，波长板116使光的极化波面向与波长板115相反的方向旋转45°。这样一来，在调制器主体 11的臂部108传送来的光的极化波面旋转45°，臂部109传送来的光的极化波面反向旋转 45°，两者的极化波面彼此倾斜90°。因此，波长板115、116相当于图1的光调制器1中的极化波旋转单元107，所以在本实施方式中，是在调制器主体11的臂部108的中途不设置极化波旋转单元的构成。此外，除了不具有极化波旋转单元以外，调制器主体11的构成和图 1的调制器主体10相同。多棱镜117由入射侧(波长板115、116侧)的面相对于输出光纤113的光轴倾斜的两个倾斜面构成，各倾斜面如下设定倾斜角臂部108侧的倾斜面的法线矢量朝向臂部 108，臂部109侧的倾斜面的法线矢量朝向臂部109(即，通过这两个倾斜面形成山状的角部)。并且，多棱镜117的出射侧(输出光纤113侧)的面由与输出光纤113的光轴垂直的面构成。这样一来，多棱镜117具有以下作用使通过臂部108并从波长板115出射的光、 及通过臂部109从波长板116出射的光，在通过多棱镜117后两者交叉地折射。透镜114如上所述，和从波长板115、116出射并通过多棱镜117交叉的光的交叉点相比，配置在后段侧(输出光纤113侧)。其配置位置及透镜114的焦点距离和第1实施方式相同，设定成通过透镜114的光聚光到单孔插芯准直器112的芯部。根据这样构成的第3实施方式的光调制器，可获得和第1实施方式的光调制器1 同样的效果。即，通过用极化合成部22进行极化合成，可获得100(ib/S的调制光。并且，因通过空间光学系统构成极化合成部22，所以如图5所示，和使用非对称X型波导时相比，设计及制造变得容易，因此可提高生产率，并且可实现小型化、低成本化、高可靠性。并且，通过使极化合成元件110为萨瓦尔板，从臂部108和109出射的极化波面的不同的光的光路差变为0，因此可抑制极化合成时的极化波分散。除了上述效果外，根据第3实施方式的光调制器3，可进一步获得以下效果。即，提前制造好1 X 2极化合成模块，将双孔插芯准直器111部接头对接到波导，从而可采用将该1X2极化合成模块结合到调制器主体11的组装步骤，因此与在收容光调制器3整体的筐体(未图示)中一个个校准各光学配件并组装时不同，无需担心因对筐体加盖焊接时的应力而产生光学配件的位置偏差等，可提高作为光调制器的特性的可靠性。并且，多棱镜117和透镜114是图4的配置，因此即使波长变化也可正确地进行极化合成，并且可降低输出光纤113中的结合损失的波长依存性。即，多棱镜117和透镜114 具有波长越短折射率越高、波长越长折射率越低的分散特性时，当波长变短时，多棱镜117 中的折射角变大，入射到透镜114的光的传送方向和透镜114的光轴所成的角度变大，并且其入射位置靠近透镜114的外周。此时，透镜114中的折射角也较大，因此入射到靠近透镜 114外周的位置的光较强地被折射，从透镜114出射的光的传送方向朝向靠近透镜114光轴的方向。其结果是，极化合成元件110的出射侧端面中的两个极化波的出射位置保持一致而不变化，并且单孔插芯准直器112的入射侧端面中的聚光位置也不变化。波长变长时也同样。因此，即使波长变化，来自极化合成元件110的出射位置仍保持一致，因此可将不同的两个极化波正确地极化合成到同一光路上。并且，单孔插芯准直器112的聚光位置不变化，所以可减小结合损失的波长依存性。进一步，第3实施方式的光调制器3是使用了聚光光学系统的构成，因此小型化的效果较强。以上参照附图详细说明了本发明的一个实施方式，但具体构成不限于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内可进行各种设计变更等。例如，在图4的极化合成部22中，也可是替换极化合成元件110和透镜114的配置的构成。并且，本发明不限于使用LN光调制器101 104的构造，只要是合成两个不同极化波的构造，也可适用于替代LN光调制器101 104而使用其他光功能装置的构造。根据本发明，在包括极化合成单元的光调制器中，可有效提高制造生产率，因此本发明在产业上极为有用。
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权利要求
1.一种光调制器，其特征在于具有 形成于基板上的第1及第2光调制部；极化波旋转部，使基于上述第1及第2光调制部的调制光的至少一个的极化波旋转；以及极化合成部，设置于上述基板的外部，且具有将通过上述极化波旋转部旋转了极化波的调制光极化合成的极化合成元件。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，上述极化合成部具有聚光部，上述聚光部使上述调制光聚光到输出波导。
3.根据权利要求2所述的光调制器，其特征在于，上述极化合成部具有光学元件，该光学元件具有负色散特性。
4.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，上述极化合成部具有配置了两个相对准直器系统的光学系统。
5.根据权利要求4所述的光调制器，其特征在于，上述两个相对准直器系统由光纤准直器构成。
6.根据权利要求5所述的光调制器，其特征在于，上述光纤准直器在入射基于上述第1 及第2光调制部的调制光的部分使用双孔插芯，在入射上述极化合成元件的输出光的部分使用单孔插芯。
7.根据权利要求6所述的光调制器，其特征在于，使用上述单孔插芯的光纤准直器配置成其入射位置成为由于上述极化合成元件的输出光的极化而不同的位置偏差的大致中心位置。
8.根据权利要求1至7的任意一项所述的光调制器，其特征在于，上述极化合成元件是萨瓦尔板。
9.根据权利要求8所述的光调制器，其特征在于，上述萨瓦尔板构成为补偿极化合成的两个极化波的光路差。
全文摘要
根据本发明，在包括极化合成单元的光调制器、光学装置中，可提高制造生产率，且实现小型化，本发明的光调制器(1)具有形成于基板上的第1及第2光调制器(LN光调制器(101)～(104))；极化波旋转部(107)，使第1及第2光调制器的调制光的至少一个的极化波旋转；以及极化合成元件(110)，设置于基板的外部，极化合成通过极化波旋转部(107)旋转了极化波的调制光。
文档编号G02B6/30GK102216832SQ200980145398
公开日2011年10月12日 申请日期2009年12月25日 优先权日2008年12月26日
发明者小栗均 申请人:住友大阪水泥股份有限公司