JP2016012036A - Optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光デバイスに関し、特に一つの入射光を複数に分岐し、複数に分岐されたそれぞれの光波を光変調部で変調した後、一つの出射光に合波して出力する光振幅変調器に関するものである。 The present invention relates to an optical device, and more particularly to optical amplitude modulation in which one incident light is branched into a plurality of light beams, each light wave branched into a plurality of light waves is modulated by an optical modulation unit, and then combined into one output light to be output. It is about a vessel.
多値変調方式の変調器として、直交振幅変調（ＱＡＭ：quadrature amplitude modulation）信号や振幅偏移変調（ＡＳＫ：amplitude shift keying）信号を出力する光変調器が提案されている。ＱＡＭ変調では、変調信号に電気多値振幅信号を使用する場合と、特許文献１に示すように、異なる振幅の光を合波させる場合がある。
異なる振幅の光を合波させる光振幅変調の場合、光振幅ずれは光信号品質に大きく影響するため、精密に光振幅を調整することが必要になる。
An optical modulator that outputs a quadrature amplitude modulation (QAM) signal or an amplitude shift keying (ASK) signal has been proposed as a multi-level modulation type modulator. In QAM modulation, there are a case where an electric multi-value amplitude signal is used as a modulation signal and a case where light having different amplitudes are multiplexed as shown in
In the case of optical amplitude modulation in which lights having different amplitudes are combined, the optical amplitude shift greatly affects the optical signal quality, and thus it is necessary to precisely adjust the optical amplitude.
異なる振幅の光波を生成するには、従来、図１に示すように、分岐導波路２にて分岐された光波（Ｌ１，Ｌ２）の強度比が、１対１とならない非対称分岐導波路を用いる方法や、図２に示すように、光アッテネータ（ＡＴ１，ＡＴ２）を光導波路４の一部に配置する方法が用いられてきた。なお、図１及び２において符号Ａ及びＢは、図示していないが、導波路を伝搬する光を外部からの電気信号で変調する光変調部である。
In order to generate light waves having different amplitudes, conventionally, as shown in FIG. 1, an asymmetric branch waveguide in which the intensity ratio of the light waves (L1, L2) branched by the
非対称分岐導波路を用いる場合は、光導波路設計の難易度が高く、さらに、製造条件の最適値からのずれに対するトレランスが狭い、所望の波長域において安定した光強度比を実現することが容易ではない、などの問題を有する。
また、光アッテネータを用いる場合には、光を減衰させたために、光波Ｌ１よりＬ３の光量が、また、光波Ｌ２よりＬ４の光量が減り、原理的な光損失が増加してしまう、という問題を有する。
When using an asymmetric branching waveguide, the difficulty of designing the optical waveguide is high, and it is not easy to realize a stable light intensity ratio in a desired wavelength range that has a narrow tolerance to deviation from the optimum manufacturing conditions. Have problems such as not.
Further, when the optical attenuator is used, since the light is attenuated, the light amount of L3 from the light wave L1 and the light amount of L4 from the light wave L2 are reduced, so that the fundamental light loss increases. Have.
本発明は、上述した問題を解決し、簡単かつ精密に光振幅変調信号を生成することが可能な光デバイスを提供することである。 The present invention solves the above-described problems and provides an optical device capable of easily and precisely generating an optical amplitude modulation signal.
上記課題を解決するため、本発明に係る光デバイスは、以下のような技術的特徴を有する。
（１） 一つの入射光を複数に分岐し、複数に分岐されたそれぞれの光波を光変調部で変調した後、一つの出射光に合波して出力する光デバイスにおいて、前記一つの入射光を複数に分岐する入射側光学系は、ビームスプリッタ（Ｘ）を用いる空間光学系で構成され、該光変調部は、基板に形成された光導波路と該光導波路を伝搬する光波を変調する電極で構成され、前記一つの出射光に合波する出射側光学系は、該ビームスプリッタ（Ｘ）により複数に分岐された光波を１つに合波するビームスプリッタ（Ｙ）を用いる空間光学系で構成され、該ビームスプリッタ（Ｘ）の透過パワー比が２分の１以外の値に設定されており、かつ該ビームスプリッタ（Ｘ）の透過パワー比と該ビームスプリッタ（Ｙ）の透過パワー比との和が１となるように設定されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an optical device according to the present invention has the following technical features.
(1) In an optical device that divides a single incident light into a plurality of light beams, modulates each of the light waves branched into a plurality of light waves by an optical modulation unit, and combines the light waves into a single outgoing light beam. The incident-side optical system that divides the light into a plurality is composed of a spatial optical system that uses a beam splitter (X), and the light modulation unit includes an optical waveguide formed on a substrate and an electrode that modulates a light wave propagating through the optical waveguide The exit-side optical system that combines with the one output light is a spatial optical system that uses a beam splitter (Y) that combines the light waves branched into a plurality by the beam splitter (X). And the transmission power ratio of the beam splitter (X) is set to a value other than half, and the transmission power ratio of the beam splitter (X) and the transmission power ratio of the beam splitter (Y) So that the sum of It is characterized by being set.
（２） 上記（１）に記載の光デバイスにおいて、該ビームスプリッタ（Ｘ）で分岐した各光波に対し、該ビームスプリッタ（Ｘ）から各光変調部で変調を開始する位置までの光路長が、同じになるように設定されていることを特徴とする。 (2) In the optical device described in (1) above, the optical path length from the beam splitter (X) to the position where modulation is started in each optical modulator for each light wave branched by the beam splitter (X) is Are set to be the same.
（３） 上記（１）又は（２）に記載の光デバイスにおいて、該ビームスプリッタ（Ｘ）で分岐した各光波に対し、各光変調部で変調が終了する位置から該ビームスプリッタ（Ｙ）までの光路長が、同じになるように設定されていることを特徴とする。 (3) In the optical device according to (1) or (2) above, from the position where the modulation ends in each optical modulator to the beam splitter (Y) for each light wave branched by the beam splitter (X) The optical path lengths are set to be the same.
（４） 上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光デバイスにおいて、該入射側光学系と該出射側光学系で分岐した光波が合波するまでの間で、該ビームスプリッタを透過する回数、並びに該ビームスプリッタで反射する回数は、光波毎に、各々同じ回数となるように設定されていることを特徴とする。 (4) In the optical device according to any one of (1) to (3), the light beam is transmitted through the beam splitter until the light waves branched by the incident side optical system and the output side optical system are combined. The number of times to be reflected and the number of times to be reflected by the beam splitter are set to be the same number for each light wave.
（５） 上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光デバイスにおいて、該入射側光学系と該出射側光学系は、各々、少なくとも２つ以上のビームスプリッタを備え、該入射側光学系では、ｎ番目のビームスプリッタＸｎで分岐した光波の一方をｎ＋１番目のビームスプリッタＸｎ＋１で分岐するように構成され（ｎは１から始まる自然数）、該出射側光学系では、該ビームスプリッタＸｎ＋１で分岐した光波を合波するビームスプリッタＹｎ＋１と、該ビームスプリッタＸｎで分岐した光波を合波するビームスプリッタＹｎとを備え、該ビームスプリッタＸｎ及び該ビームスプリッタＸｎ＋１の各透過パワー比が２分の１以外の値に設定されており、かつ該ビームスプリッタＸｎの透過パワー比と該ビームスプリッタＹｎの透過パワー比との和と、該ビームスプリッタＸｎ＋１の透過パワー比と該ビームスプリッタＹｎ＋１の透過パワー比との和とが、各々、１となるように設定されていることを特徴とする。 (5) In the optical device according to any one of (1) to (3), each of the incident side optical system and the emission side optical system includes at least two beam splitters, and includes the incident side optical system. in consists of one light wave is branched by the n-th beam splitter X n to branch with n + 1-th beam splitter X n + 1 (n is a natural number starting from 1) in the exit side optical system system, the beam splitter a beam splitter Y n + 1 for multiplexing the light waves branched by X n + 1, and a beam splitter Y n for multiplexing the light waves branched by the beam splitter X n, each of the beam splitters X n and the beam splitter X n + 1 transmission power ratio is set to a value other than 1 in 2 minutes, and the transmission power ratio of the beam splitter X n and the beam splitter Y n of transmission power The sum of the ratio, and the sum of the transmission power ratio of the beam splitter X n + 1 and the beam splitter Y n + 1 of the transmission power ratios, respectively, characterized in that it is set to be 1.
（６） 上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の光デバイスにおいて、該入射側光学系又は該出射側光学系に配置されたビームスプリッタの中で、光波の一部を透過させ、該光波を受光手段で検出するよう構成されていることを特徴とする。 (6) In the optical device according to any one of (1) to (5), a part of the light wave is transmitted through the beam splitter disposed in the incident side optical system or the output side optical system, The light wave is configured to be detected by a light receiving means.
（７） 上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の光デバイスにおいて、該光変調器の光導波路の少なくとも一部には、マッハツェンダー型光導波路が形成されていることを特徴とする。 (7) The optical device according to any one of (1) to (6), wherein a Mach-Zehnder type optical waveguide is formed in at least a part of the optical waveguide of the optical modulator. .
本発明は、一つの入射光を複数に分岐し、複数に分岐されたそれぞれの光波を光変調部で変調した後、一つの出射光に合波して出力する光デバイスにおいて、前記一つの入射光を複数に分岐する入射側光学系は、ビームスプリッタ（Ｘ）を用いる空間光学系で構成され、該光変調部は、基板に形成された光導波路と該光導波路を伝搬する光波を変調する電極で構成され、前記一つの出射光に合波する出射側光学系は、該ビームスプリッタ（Ｘ）により複数に分岐された光波を１つに合波するビームスプリッタ（Ｙ）を用いる空間光学系で構成され、該ビームスプリッタ（Ｘ）の透過パワー比が２分の１以外の値に設定されており、かつ該ビームスプリッタ（Ｘ）の透過パワー比と該ビームスプリッタ（Ｙ）の透過パワー比との和が１となるように設定されているため、異なる光パワーを有する変調信号を合波させる場合において、光損失が原理的にゼロとなり、簡単かつ精密に光振幅変調信号を生成することが可能な光デバイスを提供することできる。 The present invention relates to an optical device that divides a single incident light into a plurality of light beams, modulates each of the light waves branched into a plurality of light waves by a light modulation unit, and then combines the light waves to output a single light beam. The incident-side optical system that divides the light into a plurality is composed of a spatial optical system that uses a beam splitter (X), and the light modulator modulates an optical waveguide formed on a substrate and a light wave that propagates through the optical waveguide. A spatial optical system using a beam splitter (Y) composed of electrodes and combining the light waves branched into a plurality by the beam splitter (X). The transmission power ratio of the beam splitter (X) is set to a value other than one half, and the transmission power ratio of the beam splitter (X) and the transmission power ratio of the beam splitter (Y) And the sum is 1 Therefore, an optical device capable of easily and precisely generating an optical amplitude modulation signal when optical signals modulated in combination with different optical powers are zero in principle. I can.
本発明の光デバイスについて、以下に実施例を用いて詳細に説明する。
本発明の光デバイスは、図３に示すように、一つの入射光Ｌｉｎを複数に分岐し、複数に分岐されたそれぞれの光波を光変調部（Ａ，Ｂ）で変調した後、一つの出射光Ｌｏｕｔに合波して出力する光デバイスにおいて、前記一つの入射光を複数に分岐する入射側光学系は、ビームスプリッタ［Ｘ］（ＢＳ１）を用いる空間光学系で構成され、該光変調部（Ａ，Ｂ）は、基板に形成された光導波路と該光導波路を伝搬する光波を変調する電極で構成され、前記一つの出射光に合波する出射側光学系は、該ビームスプリッタ［Ｘ］（ＢＳ１）により複数に分岐された光波を１つに合波するビームスプリッタ［Ｙ］（ＢＳ２）を用いる空間光学系で構成され、該ビームスプリッタ［Ｘ］の透過パワー比（ａ／（ａ＋ｂ））が２分の１以外の値に設定されており、かつ該ビームスプリッタ［Ｘ］の透過パワー比と該ビームスプリッタ［Ｙ］の透過パワー比（ｂ／（ａ＋ｂ））との和が１となるように設定されていることを特徴とする。ここで、ａおよびｂはビームスプリッタにて分岐させる光変調部Ａの変調成分と光変調部Ｂの変調成分の光パワー比を示しており、以下の式による。
（光変調部Ａの変調成分の透過最大光パワー）：（光変調部Ｂの変調成分の透過最大光パワー）＝ａ２：ｂ２
The optical device of the present invention will be described in detail below using examples.
As shown in FIG. 3, the optical device of the present invention splits a single incident light Lin into a plurality of light beams, modulates each of the light waves branched into a plurality of light waves with a light modulation section (A, B), and then outputs a single output light. In the optical device that multiplexes and outputs the incident light Lout, the incident-side optical system that divides the one incident light into a plurality is configured by a spatial optical system that uses a beam splitter [X] (BS1), and the light modulation unit (A, B) includes an optical waveguide formed on the substrate and an electrode that modulates a light wave propagating through the optical waveguide, and an output side optical system that combines the one output light includes the beam splitter [X ] (BS1) is composed of a spatial optical system using a beam splitter [Y] (BS2) for combining the light waves branched into a plurality, and the transmission power ratio (a / (a + b) of the beam splitter [X] )) Is set to a value other than half The transmission power ratio of the beam splitter [X] and the transmission power ratio (b / (a + b)) of the beam splitter [Y] are set to be 1. To do. Here, a and b indicate the optical power ratio between the modulation component of the light modulation unit A and the modulation component of the light modulation unit B that are branched by the beam splitter, and are expressed by the following equations.
(Maximum transmission light power of the modulation component of the light modulation unit A): (Maximum transmission light power of the modulation component of the light modulation unit B) = a 2 : b 2
ここで、光変調部Ａにおける光損失と光変調部Ｂにおける光損失に差がある場合を考える。光変調部Ｂにて、光変調部Ａと比較して、光パワーがα２倍に減衰（増幅）されるとする。前述した合波させる変調成分の透過パワー比を得るためには、ｂを以下のように補正すればよい。
ｂ’→ｂ／α
ビームスプリッタは、例えば、誘電体多層膜が用いられる。誘電体多層膜は、複数の層で形成された各層の膜厚や屈折率および積層数を設計することによって所望の透過パワー比を得ることが可能である。一例として、誘電体多層膜の材料をＳｉＯ２膜とＴａ２Ｏ５とし、交互に積層し、多層化する場合、両材料とも、精度良く容易に膜厚および膜質を制御する成膜装置および製造条件を見出すことができるため、透過パワー比は、簡単かつ精密に調整する事ができる。そのため、設計上、光変調部Ａと光変調部Ｂの光損失差が見込まれている場合でも、干渉した後の出射光の光損失を最小限に抑える事が可能である。また、誘電体多層膜の吸収による光損失はわずかなため、誘電体多層膜を用いたビームスプリッタの光損失は、非常に小さい。また、誘電体多層膜を用いたビームスプリッタの反射特性及び透過特性の波長依存性は、前述の非対称分岐導波路等と比較して小さい。
Here, a case is considered where there is a difference between the optical loss in the light modulation unit A and the light loss in the light modulation unit B. It is assumed that the optical power is attenuated (amplified) by α 2 times in the optical modulation unit B compared to the optical modulation unit A. In order to obtain the transmission power ratio of the modulation component to be combined as described above, b may be corrected as follows.
b ′ → b / α
As the beam splitter, for example, a dielectric multilayer film is used. The dielectric multilayer film can obtain a desired transmission power ratio by designing the film thickness, refractive index, and number of layers of each layer formed of a plurality of layers. As an example, when a dielectric multilayer film is made of SiO 2 film and Ta 2 O 5 and alternately laminated and multilayered, a film forming apparatus and a manufacturing method that easily and accurately control the film thickness and film quality of both materials. Since the conditions can be found, the transmission power ratio can be easily and precisely adjusted. Therefore, even when a light loss difference between the light modulation unit A and the light modulation unit B is expected in design, it is possible to minimize the light loss of the emitted light after interference. Further, since the optical loss due to absorption of the dielectric multilayer film is small, the optical loss of the beam splitter using the dielectric multilayer film is very small. Also, the wavelength dependence of the reflection and transmission characteristics of a beam splitter using a dielectric multilayer film is smaller than that of the asymmetric branching waveguide described above.
図３に示す構成により、光分岐・光合波をビームスプリッタ、特に透過パワー比が２分の１にならない、分岐比が非対称なビームスプリッタを用いた空間光学系で構成することで、光損失が原理的にゼロとなり、低光損失な光振幅変調信号を生成することが可能な光デバイスを提供することできる。また、合波する光路の光損失差を簡単かつ精密に補償することが可能になる。 With the configuration shown in FIG. 3, optical loss is reduced by configuring the optical branching / multiplexing with a spatial splitter using a beam splitter, in particular, a transmission power ratio that does not halve and an asymmetric branching ratio. It is possible to provide an optical device capable of generating an optical amplitude modulation signal that is zero in principle and has a low optical loss. In addition, it becomes possible to easily and precisely compensate for the optical loss difference of the optical paths to be combined.
本発明の光デバイスに用いる光変調部としては、図４に示すように、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなどの電気光学効果を有する基板１に、マッハツェンダー型光導波路５、（２０〜２３）を形成し、マッハツェンダー型光導波路を伝播する光波を変調する電極３（３１，３２）が形成されている。
As shown in FIG. 4, the optical modulator used in the optical device of the present invention has a Mach-Zehnder type
マッハツェンダー型光導波路に用いられる光導波路は、Ｔｉなどを用いた熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に形成することができる。また、基板をエッチングしたり、光導波路の両側に溝を形成するなど、基板に光導波路に対応する部分を凸状としたリッジ形状を光導波路として、利用することも可能である。 The optical waveguide used for the Mach-Zehnder type optical waveguide can be formed on the substrate surface by a thermal diffusion method using Ti or the like or a proton exchange method. It is also possible to use a ridge shape having a convex portion corresponding to the optical waveguide as the optical waveguide, such as etching the substrate or forming grooves on both sides of the optical waveguide.
図４（ａ）は、一つのマッハツェンダー型光導波路５を示している。図４（ｂ）では、一つのメイン・マッハツェンダー型光導波路２１の分岐導波路２０の後段にある２つの光導波路のそれぞれに、サブ・マッハツェンダー型光導波路（２２，２３）を組み込んだネスト型のマッハツェンダー型光導波路を示している。本発明の光デバイスに用いられる光導波路の主面構造は、これらに限られるものではない。なお、図３に示した光変調部ＡとＢは、変調信号によっては、必ずしも同じ構造でなくてもよく、例えば、光変調部Ａは図４（ａ）で、光変調部Ｂは図４（ｂ）としてもよい。
FIG. 4A shows one Mach-Zehnder type
基板１上には、信号電極３（３１，３２）や接地電極などで構成される電極が形成される。図４では、信号電極のみを例示している。このような電極は、Ｔｉ・Ａｕ膜のフォトリソグラフィーによるエッチング方法及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ２等のバッファ層を設け、電極を形成することも可能である。また、基板などを薄く加工してもよい。
On the
図４では、光変調部を一つの基板１で形成する例を示したが、例えば、電界を印加する光導波路を電気光学効果を有する材料で形成し、光分岐部などそれ以外の光導波路については、コアとクラッドの屈折率差を大きくすることができ、曲部の放射損失を少なくすることができる石英や半導体等の材料を用いて構成するなど、複数の異なる材料の基板に形成された光導波路を接合して、一つの光変調部とすることも可能である。
FIG. 4 shows an example in which the light modulation unit is formed by one
本発明の光デバイスでは、図３に示すように、２つのビームスプリッタ（ＢＳ１，ＢＳ２）と２つのミラー（全反射ミラー）（Ｍ１，Ｍ２）で構成している。このように、入射側光学系と出射側光学系で、分岐した光波が合波するまでの間で、分岐した光波が、ビームスプリッタを透過する回数（図３では各１回）、並びに該ビームスプリッタで反射する回数（図３では各１回）は、各々同じ回数となるように設定されている。このように設定することで、例えば、ビームスプリッタの反射特性及び透過特性の波長依存性を持つ場合においても、ある波長でビームスプリッタの透過パワーが大きくなる場合、反射パワーは逆に小さくなるため、分岐した光路においてビームスプリッタを透過する回数と反射する回数をそれぞれ等しくすることで、対となるビームスプリッタ全体としては、反射特性及び透過特性の波長依存性を平坦化することが可能となる。 As shown in FIG. 3, the optical device of the present invention comprises two beam splitters (BS1, BS2) and two mirrors (total reflection mirrors) (M1, M2). In this way, the number of times the branched light wave passes through the beam splitter (one time in FIG. 3) until the branched light waves are combined in the incident side optical system and the output side optical system, and the beam. The number of times of reflection by the splitter (one time in FIG. 3) is set to be the same number. By setting in this way, for example, even when the beam splitter has the wavelength dependency of the reflection characteristics and transmission characteristics, when the transmission power of the beam splitter increases at a certain wavelength, the reflection power decreases, By making the number of transmissions and reflections through the beam splitter equal in the branched optical path, the wavelength dependence of the reflection characteristics and transmission characteristics can be flattened for the entire pair of beam splitters.
図５乃至図８は、ビームスプリッタ［Ｘ］（ＢＳ１）で分岐した各光波に対し、ビームスプリッタ［Ｘ］から各光変調部（Ａ，Ｂ）で変調を開始する位置までの光路長（屈折率変化も含めた実質的な光路長）が、同じになるように設定されている実施例を示している。また、これらにおいては、分岐されたそれぞれの光波に対し、各光変調部で変調が終了する位置からビームスプリッタ［Ｙ］（ＢＳ２）までの光路長が、同じになるように設定することも可能である。このように、光路長を設定することで、各光変調部に印加する変調信号のタイミングを調整するために必要となる複雑な構成を省略することができ、安価で、該変調信号のタイミングのずれによるジッタが抑えられた高性能な光デバイスを提供することができる。 FIGS. 5 to 8 show the optical path length (refraction) from the beam splitter [X] to the position where modulation is started by each light modulator (A, B) for each light wave branched by the beam splitter [X] (BS1). In this example, the actual optical path length including the rate change is set to be the same. Also, in these, it is possible to set the optical path lengths from the position where the modulation ends in each optical modulation unit to the beam splitter [Y] (BS2) to be the same for each branched light wave. It is. Thus, by setting the optical path length, it is possible to omit a complicated configuration necessary for adjusting the timing of the modulation signal applied to each optical modulation unit, and to reduce the cost of the modulation signal. A high-performance optical device in which jitter due to deviation is suppressed can be provided.
図５の実施例では、ビームスプリッタＢＳ１で分岐した一方の光波に関し、ビームスプリッタＢＳ１で分岐してから反射ミラーＭ１，Ｍ２で反射し、そして光変調部Ａに入射するまでの光路長と、ビームスプリッタＢＳ１で分岐してから反射ミラーＭ４で反射し、そして光変調部Ｂに入射するまでの光路長とが同じになるように設定されている。 In the embodiment of FIG. 5, with respect to one of the light waves branched by the beam splitter BS1, the optical path length from the branch by the beam splitter BS1 to the reflection by the reflection mirrors M1 and M2 and entering the light modulator A, The optical path length from the branching by the splitter BS1 to the reflection by the reflecting mirror M4 and the incidence to the light modulation part B is set to be the same.
また、図５では、光変調部Ａを出射し、反射ミラーＭ３で反射し、そしてビームスプリッタＢＳ２の透過・反射面に到達するまでの光路長と、光変調部Ｂを出射し、反射ミラーＭ５，Ｍ６で反射し、そしてビームスプリッタＢＳ２の透過・反射面に到達するまでの光路長とを同じに設定している。 Further, in FIG. 5, the light path length from the light modulation section A until it reaches the transmission / reflection surface of the beam splitter BS2 after being emitted from the light modulation section A and reflected by the reflection mirror M3, and the light modulation section B is emitted from the reflection mirror M5. , M6 and the optical path length until reaching the transmission / reflection surface of the beam splitter BS2 is set to be the same.
また、図５の実施例では、図３の実施例と同様に、分岐されたそれぞれの光波について、ビームスプリッタを透過する回数（各１回）や、ビームスプリッタで反射する回数（各１回）が、同じ回数になるように設定されている。 In the embodiment of FIG. 5, as in the embodiment of FIG. 3, the number of times each of the branched light waves is transmitted through the beam splitter (one time each) or reflected by the beam splitter (one time each). Are set to be the same number of times.
光路長の調整方法については、図５に示した、複数の反射ミラーを使用する方法以外に、図６の光変調部（Ａ，Ｂ）の位置を調整する方法、図７の高屈折率を有する光学的に透明な材料を用いた遅延手段（Ｄ）を分岐された光波の光路上に配置する方法などをもちいることができる。なお、光路調整により光路ごとに光損失差が生じた場合には、上述の変調部のロス差と同じ考え方で、調整する事も出来る。 As for the method of adjusting the optical path length, in addition to the method of using a plurality of reflecting mirrors shown in FIG. 5, the method of adjusting the position of the light modulator (A, B) in FIG. 6, the high refractive index in FIG. It is possible to use a method in which the delay means (D) using an optically transparent material is disposed on the optical path of the branched light wave. In addition, when the optical loss difference arises for every optical path by optical path adjustment, it can also adjust by the same view as the loss difference of the above-mentioned modulation part.
さらに、図８に示すように、光変調部Ａ及びＢでは、電極（３３，３４）に電圧を印加することにより生じた電界が作用する作用部（位置ａ１から位置ａ２までの領域，位置ｂ１から位置ｂ２までの領域）の位置が互いに異なっている。このように、ビームスプリッタＢＳ１から各光変調部における各作用部の開始位置（ａ１，ｂ１）までの光路長を、同じにしている。また、作用部の終了位置（ａ２，ｂ２）から、ビームスプリッタＢＳ２までの光路長を同じにすることも可能である。 Further, as shown in FIG. 8, in the light modulation units A and B, an action part (region from position a1 to position a2, position b1) on which an electric field generated by applying a voltage to the electrodes (33, 34) acts. To the position b2) are different from each other. In this way, the optical path length from the beam splitter BS1 to the start position (a1, b1) of each action part in each light modulation part is made the same. It is also possible to make the optical path length from the end position (a2, b2) of the action part to the beam splitter BS2 the same.
図９では、２つの光波を合波する出射側光学系に配置されたビームスプリッタにおいて発生したオン光（Ｌｏｕｔ）とオフ光のうち、該オフ光を受光手段（ＰＤ）で検出するよう構成されている。具体的には、図９において、光変調部Ａを通過した光波と光変調部Ｂを通過した光波とのビームスプリッタＢＳ２における干渉により、２つの光波の光位相の状態によっては出射光Ｌｏｕｔの直交方向にオフ光が得られる。これをＰＤ等で検出する事で、光変調部に印加する電圧の制御へフィードバックすることを可能にする。 In FIG. 9, the light receiving means (PD) is configured to detect the off-light among the on-light (Lout) and off-light generated in the beam splitter disposed in the output side optical system that multiplexes two light waves. ing. Specifically, in FIG. 9, due to interference in the beam splitter BS2 between the light wave that has passed through the light modulation unit A and the light wave that has passed through the light modulation unit B, the orthogonality of the outgoing light Lout depends on the state of the optical phase of the two light waves. Off light is obtained in the direction. By detecting this with a PD or the like, it is possible to feed back to the control of the voltage applied to the light modulator.
図１０に示すように、反射ミラーの代わりにビームスプリッタ（ＢＳ３，ＢＳ４）を用いることも可能である。これらのビームスプリッタを透過する透過パワー比は、光デバイスの変調特性等に影響を及ぼさない程度に低くする必要がある。また、光波の光損失を同程度にするため、ビームスプリッタの透過パワー比（β）を同じすることが好ましい。ＢＳ３，ＢＳ４それぞれの透過光の出力比をＰＤ等で検出する事で、ＢＳ１における波長特性による透過パワー比変化をモニタし、電気信号振幅の制御へフィードバックすることを可能にする。 As shown in FIG. 10, it is also possible to use beam splitters (BS3, BS4) instead of the reflecting mirror. The transmission power ratio transmitted through these beam splitters needs to be lowered to such an extent that the modulation characteristics of the optical device are not affected. Further, in order to make the optical loss of the light wave comparable, it is preferable that the transmission power ratio (β) of the beam splitter is the same. By detecting the output ratio of transmitted light of each of BS3 and BS4 with a PD or the like, it is possible to monitor the transmission power ratio change due to the wavelength characteristics in BS1 and feed back to the control of the electric signal amplitude.
上記の実施例では、２つの光変調部を用いた例を示したが、本発明の光デバイスは、これに限らず、図１１のように、３つ以上の光変調部を使用するものについても、同様に適用することが可能である。 In the above embodiment, an example in which two light modulation units are used has been described. However, the optical device of the present invention is not limited to this, and uses three or more light modulation units as shown in FIG. Can be similarly applied.
図１１の実施例では、入射側光学系と出射側光学系は、各々、２つのビームスプリッタ（入射側光学系ではＢＳ１とＢＳ２，出射側光学系ではＢＳ３とＢＳ４）を備え、該入射側光学系では、ｎ番目のビームスプリッタＸｎ（１番目のビームスプリッタＢＳ１）で分岐した光波の一方をｎ＋１番目のビームスプリッタＸｎ＋１（２番目のビームスプリッタＢＳ２）で分岐するように構成され（ｎは１から始まる自然数）、該出射側光学系では、該ビームスプリッタＸｎ＋１（２番目のビームスプリッタＢＳ２）で分岐した光波を合波するビームスプリッタＹｎ＋１（ビームスプリッタＢＳ３）と、該ビームスプリッタＸｎ（１番目のビームスプリッタＢＳ１）で分岐した光波を合波するビームスプリッタＹｎ（ビームスプリッタＢＳ４）とを備え、該ビームスプリッタＸｎ及び該ビームスプリッタＸｎ＋１の各透過パワー比が２分の１以外の値に設定されており、かつ該ビームスプリッタＸｎ（ビームスプリッタＢＳ１）の透過パワー比（ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ））と該ビームスプリッタＹｎ（ビームスプリッタＢＳ４）の透過パワー比（（ｂ＋ｃ）／（ａ＋ｂ＋ｃ））との和と、該ビームスプリッタＸｎ＋１（ビームスプリッタＢＳ２）の透過パワー比（ｂ／（ｂ＋ｃ））と該ビームスプリッタＹｎ＋１の透過パワー比（ｃ／（ｂ＋ｃ））との和とが、各々、１となるように設定されている。 In the embodiment of FIG. 11, each of the incident side optical system and the output side optical system includes two beam splitters (BS1 and BS2 for the incident side optical system and BS3 and BS4 for the output side optical system). In the system, one of the light waves branched by the n-th beam splitter X n (first beam splitter BS1) is branched by the n + 1-th beam splitter X n + 1 (second beam splitter BS2) (n is A natural number starting from 1), in the output side optical system, a beam splitter Y n + 1 (beam splitter BS3) for combining the light waves branched by the beam splitter X n + 1 (second beam splitter BS2), and the beam splitter X n beam splitter for multiplexing the light waves branched (first beam splitter BS1) with Y n (beam splitter BS ) And comprising a transmission power ratio of the transmission power ratio of the beam splitter X n and the beam splitter X n + 1 is set to a value other than one-half, and the beam splitter X n (beam splitter BS1) (A / (a + b + c)) and the transmission power ratio ((b + c) / (a + b + c)) of the beam splitter Y n (beam splitter BS4) and the transmission power ratio of the beam splitter X n + 1 (beam splitter BS2) The sum of (b / (b + c)) and the transmission power ratio (c / (b + c)) of the beam splitter Y n + 1 is set to 1 respectively.
本発明の光デバイスをＱＡＭ変調に用いた場合の例を、図１２及び図１３に示す。図１２は、１６ＱＡＭ変調の例であり、ビームスプリッタＢＳ１の透過パワー比を２／３、ビームスプリッタＢＳ２の透過パワー比を１／３に設定している。光変調部Ａ及びＢには、図４（ｂ）で示すようなネスト型のマッハツェンダー型光導波路が形成されている。それぞれのネスト型のマッハツェンダー型光導波路にてＱＰＳＫ変調信号を生成し、ビームスプリッタＢＳ２にて、光変調部Ａにて変調された光パワーと光変調部Ｂにて変調された光パワーが４：１の比率で合波し、１６ＱＡＭ変調が得られる。
電気信号が２値ではなく、４値以上の多値信号を入力して多値信号を得る場合、電気信号の多値度で合わせて、分岐比を設定することで、１６ＱＡＭ以上の多値信号を得ることができる。
An example in which the optical device of the present invention is used for QAM modulation is shown in FIGS. FIG. 12 shows an example of 16QAM modulation, in which the transmission power ratio of the beam splitter BS1 is set to 2/3 and the transmission power ratio of the beam splitter BS2 is set to 1/3. Nested Mach-Zehnder type optical waveguides as shown in FIG. 4B are formed in the light modulation sections A and B. A QPSK modulation signal is generated by each nest type Mach-Zehnder type optical waveguide, and the optical power modulated by the optical modulation unit A and the optical power modulated by the optical modulation unit B are 4 by the beam splitter BS2. The signals are multiplexed at a ratio of: 1 to obtain 16QAM modulation.
When a multi-value signal is obtained by inputting a multi-value signal of four or more values instead of a binary signal, the multi-value signal of 16 QAM or more is set by setting the branching ratio according to the multi-value degree of the electric signal. Can be obtained.
図１３は、６４ＱＡＭ変調の例である。ビームスプリッタＢＳ１の透過パワー比を４／７、ビームスプリッタＢＳ２の透過パワー比を２／３、ビームスプリッタＢＳ３の透過パワー比を１／３、そしてビームスプリッタＢＳ４の透過パワー比を３／７に設定している。光変調部Ａ，Ｂ及びＣには、図４（ｂ）で示すようなネスト型のマッハツェンダー型光導波路が形成されている。それぞれのネスト型のマッハツェンダー型光導波路にてＱＰＳＫ変調信号を生成し、ビームスプリッタＢＳ４にて、光変調部Ａにて変調された光パワーと光変調部Ｂにて変調された光パワーと光変調部Ｃにて変調された光パワーが１６：４：１の比率で合波し、６４ＱＡＭ変調が得られる。 FIG. 13 is an example of 64QAM modulation. The transmission power ratio of the beam splitter BS1 is set to 4/7, the transmission power ratio of the beam splitter BS2 is set to 2/3, the transmission power ratio of the beam splitter BS3 is set to 1/3, and the transmission power ratio of the beam splitter BS4 is set to 3/7. doing. Nested Mach-Zehnder type optical waveguides as shown in FIG. 4B are formed in the light modulation sections A, B and C. A QPSK modulation signal is generated by each nest type Mach-Zehnder type optical waveguide, and the optical power modulated by the optical modulation unit A and the optical power and light modulated by the optical modulation unit B by the beam splitter BS4. The optical power modulated by the modulation unit C is multiplexed at a ratio of 16: 4: 1, and 64QAM modulation is obtained.
また、図１２および図１３において、光変調部Ａ、Ｂ及びＣに、図４（ａ）で示すようなマッハツェンダー型光導波路を形成する事で、ＡＳＫ変調に用いる事が可能である。図１２を用いて、４ＡＳＫ変調の例を示す。ビームスプリッタＢＳ１の透過パワー比を２／３、ビームスプリッタＢＳ２の透過パワー比を１／３に設定している。光変調部Ａ及びＢには、図４（ａ）で示すようなマッハツェンダー型光導波路が形成されている。それぞれのマッハツェンダー型光導波路にてＢＰＳＫ変調信号を生成し、ビームスプリッタＢＳ２にて、光変調部Ａにて変調された光パワーと光変調部Ｂにて変調された光パワーが４：１の比率で合波し、４ＡＳＫ変調が得られる。
電気信号が２値ではなく、４値以上の多値信号を入力して多値信号を得る場合、電気信号の多値度に合わせて、分岐比を設定することで、４ＡＳＫ以上の多値信号を得ることができる。
12 and 13, by forming a Mach-Zehnder type optical waveguide as shown in FIG. 4A in the light modulation sections A, B, and C, it is possible to use for ASK modulation. An example of 4ASK modulation is shown using FIG. The transmission power ratio of the beam splitter BS1 is set to 2/3, and the transmission power ratio of the beam splitter BS2 is set to 1/3. A Mach-Zehnder type optical waveguide as shown in FIG. 4A is formed in the light modulation sections A and B. A BPSK modulation signal is generated in each Mach-Zehnder type optical waveguide, and the optical power modulated by the optical modulation unit A and the optical power modulated by the optical modulation unit B are 4: 1 by the beam splitter BS2. By combining the ratios, 4ASK modulation is obtained.
When a multi-value signal is obtained by inputting a multi-value signal of four or more values instead of a binary signal, a multi-value signal of 4 ASK or more is set by setting a branching ratio according to the multi-value degree of the electric signal. Can be obtained.
図１３を用いて、８ＡＳＫ変調の例を示す。ビームスプリッタＢＳ１の透過パワー比を４／７、ビームスプリッタＢＳ２の透過パワー比を２／３、ビームスプリッタＢＳ３の透過パワー比を１／３、そしてビームスプリッタＢＳ４の透過パワー比を３／７に設定している。光変調部Ａ，Ｂ及びＣには、図４（ａ）で示すようなマッハツェンダー型光導波路が形成されている。それぞれのマッハツェンダー型光導波路にてＢＰＳＫ変調信号を生成し、ビームスプリッタＢＳ４にて、光変調部Ａにて変調された光パワーと光変調部Ｂにて変調された光パワーと光変調部Ｃにて変調された光パワーが１６：４：１の比率で合波し、８ＡＳＫ変調が得られる。 An example of 8ASK modulation is shown using FIG. The transmission power ratio of the beam splitter BS1 is set to 4/7, the transmission power ratio of the beam splitter BS2 is set to 2/3, the transmission power ratio of the beam splitter BS3 is set to 1/3, and the transmission power ratio of the beam splitter BS4 is set to 3/7. doing. Mach-Zehnder type optical waveguides as shown in FIG. 4A are formed in the light modulation sections A, B, and C. A BPSK modulation signal is generated in each Mach-Zehnder type optical waveguide, and the optical power modulated by the optical modulation unit A, the optical power modulated by the optical modulation unit B, and the optical modulation unit C by the beam splitter BS4. 8ASK modulation is obtained by combining the optical powers modulated in (1) at a ratio of 16: 4: 1.
以上のように、本発明によれば、異なる光パワーを有する変調信号を合波させる場合でも、光損失を原理的にゼロとすることが可能であり、簡単かつ精密に光振幅変調信号を生成することが可能な光デバイスを提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, even when modulated signals having different optical powers are combined, optical loss can be reduced to zero in principle, and an optical amplitude modulated signal can be generated easily and precisely. It is possible to provide an optical device that can be used.
Ａ〜Ｃ 光変調部
ＡＴ１〜ＡＴ２ 光アッテネータ
ＢＳ１〜ＢＳ４ ビームスプリッタ
Ｍ１〜Ｍ６ 反射ミラー
ＰＤ 受光素子
１ 基板
２，２０ 分岐導波路
３ 電極
４，２１,２２ 光導波路
５，２２，２３ マッハツェンダー型光導波路
A to C Optical modulation unit AT1 to AT2 Optical attenuator BS1 to BS4 Beam splitter M1 to M6 Reflective
Claims (7)
前記一つの入射光を複数に分岐する入射側光学系は、ビームスプリッタ（Ｘ）を用いる空間光学系で構成され、
該光変調部は、基板に形成された光導波路と該光導波路を伝搬する光波を変調する電極で構成され、
前記一つの出射光に合波する出射側光学系は、該ビームスプリッタ（Ｘ）により複数に分岐された光波を１つに合波するビームスプリッタ（Ｙ）を用いる空間光学系で構成され、
該ビームスプリッタ（Ｘ）の透過パワー比が２分の１以外の値に設定されており、かつ該ビームスプリッタ（Ｘ）の透過パワー比と該ビームスプリッタ（Ｙ）の透過パワー比との和が１となるように設定されていることを特徴とする光デバイス。 In an optical device that divides a single incident light into a plurality of light beams, modulates each of the light waves branched into a plurality of light with a light modulation unit, and then combines and outputs the light to a single output light
The incident side optical system for branching the one incident light into a plurality is composed of a spatial optical system using a beam splitter (X),
The light modulation unit is composed of an optical waveguide formed on a substrate and an electrode that modulates a light wave propagating through the optical waveguide,
The exit-side optical system that combines the one output light is a spatial optical system that uses a beam splitter (Y) that combines the light waves branched into a plurality by the beam splitter (X) into one,
The transmission power ratio of the beam splitter (X) is set to a value other than half, and the sum of the transmission power ratio of the beam splitter (X) and the transmission power ratio of the beam splitter (Y) is An optical device that is set to be 1.
該入射側光学系と該出射側光学系は、各々、少なくとも２つ以上のビームスプリッタを備え、
該入射側光学系では、ｎ番目のビームスプリッタＸｎで分岐した光波の一方をｎ＋１番目のビームスプリッタＸｎ＋１で分岐するように構成され（ｎは１から始まる自然数）、
該出射側光学系では、該ビームスプリッタＸｎ＋１で分岐した光波を合波するビームスプリッタＹｎ＋１と、該ビームスプリッタＸｎで分岐した光波を合波するビームスプリッタＹｎとを備え、
該ビームスプリッタＸｎ及び該ビームスプリッタＸｎ＋１の各透過パワー比が２分の１以外の値に設定されており、かつ該ビームスプリッタＸｎの透過パワー比と該ビームスプリッタＹｎの透過パワー比との和と、該ビームスプリッタＸｎ＋１の透過パワー比と該ビームスプリッタＹｎ＋１の透過パワー比との和とが、各々、１となるように設定されていることを特徴とする光デバイス。 The optical device according to any one of claims 1 to 3,
The incident side optical system and the output side optical system each include at least two or more beam splitters,
The incident-side optical system is configured to branch one of the light waves branched by the nth beam splitter Xn by the n + 1th beam splitter Xn + 1 (n is a natural number starting from 1),
In the emission side optical system comprises a beam splitter Y n + 1 for multiplexing the light waves branched by the beam splitter X n + 1, and a beam splitter Y n for multiplexing the light waves branched by the beam splitter X n,
Transmission power ratio of the beam splitter X n and the beam splitter X n + each transmission power ratio of 1 is set to a value other than 1 half, and the transmission power ratio of the beam splitter X n and the beam splitter Y n optical device and the sum, and the sum of the transmission power ratio of the beam splitter X n + 1 and the beam splitter Y n + 1 of the transmission power ratio, respectively, characterized in that it is set to be 1 with.
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