JP7069588B2

JP7069588B2 - 光学素子及び光モジュール

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Publication number: JP7069588B2
Application number: JP2017150023A
Authority: JP
Inventors: 守小黒
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2037-08-02
Also published as: JP2019028367A

Description

本発明は、光学素子及びその製造方法に関し、特に、光通信装置に用いられる光学素子及びその製造方法に関する。

近年のデータトラフィックの増加により、光通信技術の普及が急速に進展している。光通信においては大容量伝送方式に対応するため、光通信装置の高機能化が要求されている。例えば、光通信装置の一種である光変調器では、出力光の状態を正確にモニタする必要がある。このような出力光のモニタ機能を備えた光変調器の一例が、特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載された関連する光変調器は、光導波路素子、光ファイバ、光ファイバ補強部材、および光検出器を有する。

光導波路素子は、誘電体基板と、誘電体基板の表面又は裏面に形成され、２つ以上の分岐光導波路部及び分岐光導波路部の合一点から伸びる光導波路出力部を有する。光ファイバは、光導波路出力部の出力端に接続される。光ファイバ補強部材は、光導波路出力部の出力端と光ファイバの端面との接続部を補強する。そして、光検出器は、分岐光導波路部の合一点から放射され、かつ光導波路出力部の両側を通って伝搬される放射モード光の一部を、誘電体基板及び光ファイバ補強部材を介して受光する。

ここで、光ファイバ補強部材は、光ファイバの接続端部分を収容する中空部を有し、かつ、放射モード光を伝搬するキャピラリーである。また、キャピラリーの誘電体基板側とは反対の端面には、放射モード光の一部を光検出器に向かって反射させる反射手段が形成されている。そして、光導波路出力部と光ファイバとの非結合光が光検出器に入射することを防止する非結合光遮蔽手段をキャピラリー４と光検出器６との間に配置した構成としている。

このような構成としたことにより、関連する光変調器によれば、非結合光が光検出器に入射することを防止することが可能となるので、信号光に対して逆相状態のモニタ光をより正確に検出することが可能になる、としている。

また、特許文献２には、発光素子、受光素子、送信レンズ、送信光の方向を変えて光ファイバに結合させる立上げミラー、および光ファイバを抜差し可能な開口部を有するレセプタクルとから構成される光通信モジュールが開示されている。この関連する光通信モジュールでは、レセプタクルの一部に混信防止部が形成されている。混信防止部は、光ファイバの拡大部、プラグの傾斜部および平坦部に送信光や光通信モジュール内での内乱光が照射されないように構成され配置されている。

このような構成としたことにより、関連する光通信モジュールによれば、近端反射による混信を低減することができる、としている。

特開２００８－１４５８００号公報特開２００４－１０１８０９号公報

上述したように、光変調器では、出力光の状態を正確にモニタする必要がある。特に、高機能な光モジュールの一つであるデジタルコヒーレント通信用光送信器で用いられる光変調器モジュールにおいては、出力光のモニタ機能に高消光比特性が要求される。一方、このような高機能な光モジュールは様々な光学部品を備えており、これらの光学部品では端面反射以外にも光学部品の機能部分の不均一性等により散乱光が発生する。このような散乱光は光モジュール内を漂う迷光となり、この迷光がモニタ部に到達することによって、出力光をモニタする際の消光比を劣化させることになる。

上述したように、特許文献１に記載された関連する光変調器は、非結合光遮蔽手段により、迷光である非結合光が光検出器に入射することを防止する構成としている。しかし、関連する光変調器においては、迷光の発生そのものを抑制することはできない。

また、特許文献２に記載された関連する光通信モジュールは、混信防止部により、光ファイバ端面およびプラグ表面における端面反射を防止する構成としている。しかし、関連する光通信モジュールでは、端面反射以外による迷光の発生を阻止することはできない。

このように、関連する光モジュールにおいては、光学部品の機能部分の不均一性等に起因する迷光の発生を抑制することが困難である、という問題があった。

本発明の目的は、上述した課題である、関連する光モジュールにおいては、光学部品の機能部分の不均一性等に起因する迷光の発生を抑制することが困難である、という課題を解決する光学素子及びその製造方法を提供することにある。

本発明の光学素子は、入力光が入射する入射面と、入力光の少なくとも一部を反射させる機能膜とを備えた光路制御部と、入射面の一部を被覆する被覆部、とを有する。

本発明の光学素子の製造方法は、入力光が入射する入射面と、入力光の少なくとも一部を反射させる機能膜とを備えた光路制御部を形成し、入射面の一部を被覆する被覆部を形成し、被覆部を、入力光に対して機能膜の端部領域を遮蔽する位置に配置する。

本発明の光学素子及びその製造方法によれば、光学部品の機能部分の不均一性等に起因する迷光の発生を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光学素子の構成を示す上面図である。本発明の第２の実施形態に係る光学素子の構成を示す上面図である。本発明の第２の実施形態に係る光学素子が備える遮光ブロックの構成を示す上面図および側面図である。本発明の第２の実施形態に係る光学素子が備える遮光ブロックの構成を示す裏面図である。本発明の第２の実施形態に係る光学素子の効果を説明するための図である。本発明の第２の実施形態に係る光学素子の効果を説明するための別の図である。本発明の第２の実施形態に係る光学素子の別の構成を示す側面図、上面図、および裏面図である。本発明の第３の実施形態に係る光モジュールの構成を示す上面図である。本発明の第３の実施形態に係る光モジュールの効果を説明するための上面図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学素子１００の構成を示す上面図である。本実施形態に係る光学素子１００は、光路制御部１１０と被覆部１２０とを有する。光路制御部１１０は、入力光１０が入射する入射面１１１と、入力光１０の少なくとも一部を反射させる機能膜１１２とを備える。被覆部１２０は、入射面１１１の一部を被覆する。

このように、本実施形態の光学素子１００は、被覆部１２０が入射面１１１の一部を被覆する構成としているので、機能膜１１２の不均一な部分等に入力光１０が入射するのを防止することが可能になる。これにより、本実施形態の光学素子１００によれば、光学部品の機能部分の不均一性等に起因する散乱光の発生を抑制することが可能になる。その結果、光モジュール内における迷光の発生を抑制することができる。

ここで、本実施形態の光学素子１００は、被覆部１２０が入力光１０に対して機能膜１１２の端部領域１１３を遮蔽する位置にある構成とすることができる。これにより、端部領域１１３の形状の不均一に起因する、端部領域１１３を起点とした散乱光の発生を防止することができる。

次に、本実施形態による光学素子の製造方法について説明する。

本実施形態による光学素子の製造方法においては、まず、入力光が入射する入射面と、入力光の少なくとも一部を反射させる機能膜とを備えた光路制御部を形成する。また、入射面の一部を被覆する被覆部を形成する。そして、被覆部を、入力光に対して機能膜の端部領域を遮蔽する位置に配置する。

以上説明したように、本実施形態の光学素子１００及びその製造方法によれば、光学部品の機能部分の不均一性等に起因する迷光の発生を抑制することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る光学素子２００の構成を示す上面図である。

本実施形態に係る光学素子２００は、光路制御部２１０と被覆部２２１とを有する。光路制御部２１０は、入力光１０が入射する入射面２１１と、入力光１０の少なくとも一部を反射させる機能膜２１２とを備える。被覆部２２１は、入射面２１１の一部を被覆する。

ここで、本実施形態による光学素子２００においては、被覆部２２１は遮光ブロック（遮蔽構造）２２０の一部を構成しているものとした。図３Ａおよび３Ｂに、遮光ブロック２２０の構成を光路制御部２１０と共に示す。図３Ａは上面図および側面図であり、図３Ｂは裏面図である。同図に示すように、遮光ブロック２２０は開口部２２２を有する。ここで、開口部２２２は、入力光１０、機能膜２１２による反射光、および機能膜２１２による透過光のいずれかを通過させる。

光路制御部２１０は、２個の直角プリズムを含み、機能膜２１２は２個の直角プリズムのそれぞれの斜面の間に位置している構成とすることができる。図２、図３Ａ、および３Ｂにおいては、機能膜２１２の両端部（端部領域）のプリズムは、欠け防止のために面取りされた面取り部を有する構造を示すが、光路制御部２１０は面取り部を備えない構成としても良い。

機能膜２１２は、金属膜、誘電体多層膜、あるいは両者を組み合わせたハイブリッド膜により形成することができる。これらの膜の構成により、所望の反射／透過特性を実現することが可能である。

図２に示すように、遮光ブロック２２０は、光路制御部２１０を内包している。この場合、例えば、遮光ブロック２２０を、光路制御部２１０が備える２個のプリズムに上面から被せることにより配置することができる。このとき、光路制御部２１０の光入出力面には遮光ブロック２２０の開口部２２２を配置し、入力光１０に対して機能膜の端部領域、すなわち上述したプリズムの面取り部を遮蔽する位置には被覆部２２１を配置する構成とする。

被覆部２２１は、光吸収部材を含む構成とすることができる。具体的には例えば、カーボン等の光を吸収する材料を添加した黒色樹脂により成形することが可能である。

遮光ブロック２２０と光路制御部２１０を構成するプリズムとの接続には、接着剤による固定、あるいは圧入による固定等を用いることができる。

図４Ａおよび図４Ｂに、プリズム２１に入力するコリメートされた入力光２０の強度分布を模式的に示す。図４Ａに示すように、入力光２０の強度分布の裾野部分がプリズム２１の面取り部２２へ入射した場合、面取り部２２を起点に散乱光が発生する。また図４Ｂに示すように、入力光２０の中心位置がプリズム２１の中心からずれた場合、面取り部２２へ入射する光量が増えるため、散乱光の強度が増加する。

なお、面取りされていないプリズムの場合であっても、端部領域におけるプリズム２１の角部の形状の不均一などの影響により、上述した場合と同様に角部を起点とした散乱光が発生する。

それに対して、本実施形態による光学素子２００においては、図２に示すように、プリズムの面取り部を含む端部領域へ入射する入力光１０の成分（図２中のＡ）は、遮光ブロック２２０が備える被覆部２２１によって遮光される。そのため、端部領域の形状の不均一に起因する、端部領域を起点とした散乱光の発生を防止することが可能になる。その結果、本実施形態の光学素子２００によれば、光モジュール内における迷光の発生を抑制することができる。

上記実施形態では、遮光ブロック２２０が一個の光路制御部２１０を内包している構成について説明した。しかし、これに限らず図５に示すように、本実施形態の光学素子２０１において、光路制御部２１０は複数個からなり、遮光ブロック（遮蔽構造）は、複数の光路制御部２１０を含む領域を覆っている構成としてもよい。すなわち、複数の光路制御部２１０－１、２１０－２に対する遮光ブロック（遮蔽構造）を一体とし、光路制御部２１０－１と光路制御部２１０－２の開口部同士を結ぶ光路を被覆部で覆ったトンネル構造２２３を有する構成とすることができる。

ここで、光路制御部２１０－１、２１０－２が備える機能膜の平坦度の不均一などに起因して、端部領域以外の機能膜上で散乱光が発生する場合がある。このような場合であっても、本実施形態の光学素子２０１はトンネル構造２２３を有するので、このような散乱光が光路制御部２１０－１と光路制御部２１０－２の開口部を結ぶ光路から漏れ出して、光モジュール内における迷光となることを防止することができる。

このとき、入力光、機能膜による反射光、および機能膜による透過光のいずれかを通過させる開口部と、被覆部とを有する遮蔽構造を形成し、この遮蔽構造が光路制御部を内包するように、遮蔽構造を配置する構成とすることができる。

以上説明したように、本実施形態の光学素子２００、２０１及びその製造方法によれば、光学部品の機能部分の不均一性等に起因する迷光の発生を抑制することができる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は、本発明の第３の実施形態に係る光モジュール１０００の構成を示す上面図である。

本実施形態に係る光モジュール１０００は、光学素子１１０１、１１０２、光回路１２００、およびモニタ部１３００を有する。図６では、光モジュール１０００が２個の光学素子１１０１、１１０２を備える構成を示したが、光学素子の個数は特に限定されない。

光学素子１１０１、１１０２として、上記実施形態で説明した光学素子１００、２００、２０１のいずれかを用いることができる。光回路１２００は、光学素子１１０１から入力光の一部である光学素子透過光を入力し、この光学素子透過光から出力光を生成し、この出力光の一部である出力分岐光を出力する。モニタ部１３００は、この出力分岐光をモニタする。

次に、本実施形態による光モジュール１０００の動作について説明する。

外部の光ファイバから光モジュール１０００に入力された入力光は、コリメート・レンズ（図示せず）によってコリメートされたのち光学素子１１０１に入力される。光学素子１１０１は、機能膜により入力光の一部を光学素子１１０２に向けて反射し、入力光の一部を光回路１２００に向けて透過させる。光学素子１１０２は、光学素子１１０１からの入力光の一部を全反射して折り返し、分岐光として光ファイバに結合させる。このように、本実施形態では、光学素子１１０１の機能膜は透過機能および反射機能を備え、光学素子１１０２の機能膜は全反射機能を備える構成とした。ここで、光学素子１１０１、１１０２は、２個の直角プリズムを含み、このような機能膜が２個の直角プリズムのそれぞれの斜面の間に位置している構成を有している。

光学素子１１０１の透過光は、光回路１２００に入力される。光回路１２００は、出力光をオン／オフする機能、および出力光の一部をモニタ用に分岐する機能を有する。光回路１２００からの出力光は光ファイバに結合し、モニタ用の出力分岐光はモニタ部１３００が備えるモニタＰＤ（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）により受光される。光回路１２００としては、例えば、マッハツェンダ干渉計を利用した光導波路素子がある。このような光導波路素子は、ＤＰ－ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ－ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅ－ＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調信号を生成することが可能であり、デジタルコヒーレント通信用の光送信器で用いられる。

本実施形態による光モジュール１０００が備える光学素子１１０１、１１０２は、上記実施形態で説明した光学素子１００、２００、２０１と同様に、被覆部が入射面の一部を被覆する構成としている。そのため、機能膜の不均一な部分等に入力光が入射するのを防止することが可能である。これにより、本実施形態の光学素子１１０１、１１０２によれば、光学部品の機能部分の不均一性等に起因する散乱光の発生を抑制することができる。

本実施形態による光モジュール１０００の効果について、図７を用いて、さらに詳細に説明する。第２の実施形態において説明したように、プリズム２１の面取り部２２へ入力光が入射すると、面取り部２２を起点とした散乱光が発生する。この散乱光は光モジュール内を漂う迷光となる。この迷光が、モニタ部１３００が備えるモニタＰＤ素子に到達すると、光回路１２００の出力オフ時のモニタ電流が増加する。そのため、出力光をモニタする際の消光比が劣化する。

それに対して、本実施形態による光モジュール１０００においては、第２の実施形態による光学素子２００と同様に、遮光ブロックによって光学素子１１０１、１１０２が備えるプリズムの面取り部へ入射する入力光の成分を遮光する構成としている。これにより、面取り部を起点とした散乱光の発生を防止することが可能になる。その結果、光モジュール内における迷光の発生を抑制することができるので、モニタ部１３００における消光比の劣化を防止することができる。

本実施形態による光モジュール１０００は特に、出力光のモニタ機能に高消光比特性が必要とされる光変調器モジュールに適用することができる。このような光変調器モジュールは、デジタルコヒーレント通信用光送信器で用いられる。

以上説明したように、本実施形態の光モジュール１０００によれば、光学部品の機能部分の不均一性等に起因する迷光の発生を抑制することができる。その結果、出力光をモニタする際の消光比の劣化を防止することが可能になる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１００、２００、２０１、１１０１、１１０２光学素子
１１０、２１０、２１０－１、２１０－２光路制御部
１１１、２１１入射面
１１２、２１２機能膜
１１３端部領域
１２０、２２１被覆部
２２０遮光ブロック
２２２開口部
２２３トンネル構造
１０、２０入力光
２１プリズム
２２面取り部
１０００光モジュール
１２００光回路
１３００モニタ部

Claims

入力光が入射する入射面と、前記入力光の少なくとも一部を反射させる機能膜とを備えた光路制御部と、
前記入射面の一部を被覆する被覆部、とを有し、
前記光路制御部は、２個の直角プリズムを含み、
前記機能膜は、前記２個の直角プリズムのそれぞれの斜面の間に位置し、
前記被覆部は、前記２個の直角プリズムの角部の形状の不均一に起因する、前記機能膜の形状の不均一な部分を遮蔽する位置にある
光学素子。
前記被覆部は、前記入力光に対して前記機能膜の端部領域を遮蔽する位置にある
請求項１に記載した光学素子。
前記被覆部は、遮蔽構造の一部を構成し、
前記遮蔽構造は、前記入力光、前記機能膜による反射光、および前記機能膜による透過光のいずれかを通過させる開口部を有する
請求項１または２に記載した光学素子。
前記遮蔽構造は、前記光路制御部を内包している
請求項３に記載した光学素子。
前記光路制御部は、複数個からなり、
前記遮蔽構造は、複数の前記光路制御部を含む領域を覆っている
請求項３に記載した光学素子。
前記被覆部は、光吸収部材を含む
請求項１から５のいずれか一項に記載した光学素子。
請求項１から６のいずれか一項に記載した光学素子と、
前記光学素子から前記入力光の一部である光学素子透過光を入力し、前記光学素子透過光から出力光を生成し、前記出力光の一部である出力分岐光を出力する光回路と、
前記出力分岐光をモニタするモニタ部、とを有する
光モジュール。