JP3749652B2 - 光合分波器、光導波路モジュールおよび光通信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、光導波路を有する光システム、わけても、いわゆるマルチモード干渉（ ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｆｅｒｅｎｃｅ）型光導波路を有する光システムに関するものである。本願発明によれば、極めて良好な光合分波器を提供することが出来る。
【０００２】
【従来の技術】
最近のインターネットを始めとするマルチメディア通信の発展に伴い、高速・大容量通信に向けた光波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）技術の研究が盛んになっている。ＷＤＭ通信システムを構築する上で重要となる光部品の１つに、複数の波長を有する光を合波もしくは分波する光合分波器がある。その中でも低コスト化・小型化かつ高機能化の観点から、基板上に石英（ガラス）やポリマ等から成る光導波路及び光合分波器を形成し光送受信器等を実装することで集積化を図る方法が注目されている。
【０００３】
光合分波器としてはフィルタ型、方向性結合器型あるいはマッハツェンダー干渉器型等が知られている。更に、モジュールの小型化に有利なフィルタの型については、例えば、日本国公開特許公報、特開平８-１９００２６号（記事１）に記載された技術が知られている。
【０００４】
図１は上記記事１に示されたフィルタ型光合分波器である。この光合分波器は直線光導波路、１及び２を交差させ、その交差部に光学フィルタ４を設けている。この例では、光学フィルタ４の波長に対する透過および反射特性を利用してＷＤＭ信号を反射光と透過光に合分波する。即ち、本構造は、２θの角度で交差する２つの光導波路１と２の光軸の交点３が光学フィルタ４の等価的な反射中心面５上に合うように設計する必要がある。尚、図１において、光導波路１、２、および３の中心軸が各々符号６、７、及び８として示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明が解決すべき課題の第１は、マルチモード干渉型光導波路内に反射手段、例えば代表的には光学フィルタを設置し、その反射光を利用する光システムにおける、前記反射手段の設置位置のずれに対するトレランスを小さくすることである。即ち、反射手段の設置位置のずれに基づく、当該マルチモード干渉型光導波路の光の伝達特性の変化を極力小さなものとすることである。反射手段による反射光を用いる場合、反射手段の位置のずれは、少なくとも入射光の当該反射手段までの距離の２倍の光路となる。この為、十分な伝搬特性を確保するに、この反射手段の設置位置のずれに対するトレランスを小さくすることが重要である。
【０００６】
本願発明が解決すべき課題の第２は、マルチモード干渉型光導波路の相対する端面に設けた光導波路相互での光の漏れ光を防止することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明の第１の課題を解決する代表的な形態は、例えば、平面基板上に形成された複数の波長を有する信号光を合波または分波する光合分波器に供することが出来る。そして、本願発明によれば、前記第１および第２の課題を合わせて解決することを可能とする。
【０００８】
本願発明の代表的な形態は、第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設けられた光学フィルタとを少なくとも有し、前記第１の光導波路が前記第４の光導波路の第１の端面に接続され、前記第２及び第３の各光導波路が前記第４の光導波路の前記第１の端面に対向する第２の端面の所定の個別位置に接続され、前記第４の光導波路の第１の端面および第２の端面は各々当該第４の光導波路内の光の進行方向と交差する端面であり、前記第４の光導波路は、前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第１の波長の光入力が前記第４の光導波路内の光の伝搬によって、前記光学フィルタを透過した上で前記第１の光導波路内に前記第１の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となし、且つ前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第２の波長の光入力が前記光学フィルタでの反射を介して、前記第２および第３の光導波路の内の光入力のない光導波路内に前記第２の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となす、マルチモードでの光の伝搬が可能な光導波路である光導波路を有する光システムである。
【０００９】
以下に本願発明の原理を説明する。図７はマルチモード干渉型導波路における光の伝搬の状態を模式的に示したものである。マルチモード干渉型導波路１０では、例えば第２の光導波路１２から入射した信号光は前記マルチモード干渉型光導波路１０において多モード光に分解される。図７には０次、１次及び２次のモードのみが示されて、より高次のモードは図示が省略されている。さらに励起された高次モード光はモード間で干渉し、前記マルチモード干渉型光導波路内に強度分布（干渉縞）を生じる。本願発明は、この現象を利用し、第２の光導波路１２よりの入射光に対して、第１の光導波路１１の入り口近傍での光の強度分布が山となるようにする。この構成によって、第２の光導波路１２からの入射光に対してほとんど損失を生じずに再び光導波路１１を導波させることができる。
【００１０】
フィルタに関しての鏡像を考えれば、光学フィルタ１５により反射した光についても、前述の構造と同様となり、同じ原理で信号光の伝播の様子が説明される。即ち、光導波路１２からの入射光があった場合、マルチモード干渉型光導波路の設定によって、第１の光導波路１３の入り口近傍の光の強度分布の山となるようにすれば、光導波路１２からの入射光に対してほとんど損失を生じずに再び光導波路１１を導波させることができる。
【００１１】
なお、この場合２つの光導波路１２と１３は間隔を有しており、反射戻り光は十分に小さくできる。
【００１２】
本例のように、本発明の光合分波器もしくは光導波路素子は、前記第１から第３のうちいずれか１つ以上の光導波路から入射した信号光が、それぞれ前記マルチモード干渉型光導波路でマルチモード光として伝播した後、所定の波長を有する信号光が前記第１から第３のうちいずれか１つ以上の光導波路と結合するように、前記マルチモード干渉型光導波路の長さ及び幅と、前記マルチモード干渉型光導波路と前記第１から第３の光導波路の接続部を調整する。
【００１３】
本発明の光合分波器もしくは光導波路素子は、前記マルチモード干渉型光導波路の長さＬが１ｍｍないし５ｍｍ、幅Ｗが２５μｍないし７０μｍの範囲が好ましい。
【００１４】
また、本願発明の光合分波器もしくは光導波路素子は、第４の光導波路が前記マルチモード干渉型導波路と前記第１の光導波路側で接続する、もしくは前記第１から第４の光導波路以外に複数の光導波路が前記マルチモード干渉型導波路と接続してもよい。
【００１５】
あるいは、前記光合分波器もしくは光導波路素子において、前記第１から第４の光導波路の全てもしくは一部の端面に、それぞれ発光素子もしくは受光素子もしくは光ファイバもしくは光ファイバとの接続手段を設けることを特徴とする、光送信モジュールもしくは光受信モジュールもしくは光送受信モジュールもしくは光合分波モジュールとしてもよい。
【００１６】
更に、前記第２の課題である光クロストークの問題を解決するため、次の方策を加味することが有用である。
【００１７】
第１に、本願発明の光合分波器もしくは光導波路素子は、前記第２及び第３の光導波路の光軸の延長線が前記マルチモード干渉型光導波路の外に交点を持つ、もしくは互いに平行であることを特徴とする。このような光合分波器もしくは光導波路素子を用いた光送受信モジュールは、前記光合分波器もしくは光導波路素子と、前記第１もしくは第４の光導波路の両方もしくは片方の端面に受光手段として設けた受光素子もしくは光ファイバもしくは光ファイバの接続手段と、前記第２もしくは第３の光導波路の両方もしくは片方の端面に送信手段として設けた発光素子もしくは光ファイバもしくは光ファイバとの接続手段で構成される。本光送受信モジュールにおいて、光学フィルタは前記第２及び第３の光導波路を導波する入射角度が０度に近い送信信号を反射するように調整する為、前記漏れ光の入射角は遮断される。
【００１８】
第２に、漏れ光は送信手段の端面と垂直な方向を中心とした分布を有するが、本発明では各光導波路を任意の方向に曲げていることが出来るので、第１もしくは第４の光導波路の両方もしくは片方を前記漏れ光の分布中心方向から離れた方向へ曲げることにより漏れ光の影響を小さくすることが出来る。
【００１９】
さらには、前記光合分波器もしくは光導波路素子に、発光素子もしくは受光素子もしくは光スイッチもしくは光学フィルタもしくは光増幅器もしくは光変調器等の光素子を組み合わせた、光導波路モジュールとしてもよい。
【００２０】
あるいは、本発明の光導波路モジュールは、前記光合分波器もしくは光導波路素子を複数用いて、発光素子もしくは受光素子もしくは光スイッチもしくは光フィルタもしくは光増幅器もしくは光変調器等の複数の光素子と組み合わせ、複数の信号を同時に処理するもしくは複数の波長を有する信号光を多段階で処理してもよい。
【００２１】
あるいは、これらの光モジュールに、集積回路もしくはプリアンプ等の電気信号処理手段を組み合わせた、光通信モジュールとしてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本願発明の具体的実施例を示すに先だって、以下に本願発明と従来技術の比較を略述する。本願発明の優位が十分理解されるであろう。次いで、本願発明の主な諸形態を以下に列挙する。
【００２３】
従来技術と本願発明
本願発明は、これまで述べてきような幾何学的に反射を利用する光システムの構造が有する、反射手段の作製誤差に基づく反射光の損失の発生という難点を改善するものである。
【００２４】
以下、図２を用いて、反射光での損失増加について詳細を説明する。図２は従来構造の光システムを示す図である。基本構造は図１のものと同様である。光導波路、１及び２を交差させ、その交差部に光学フィルタ４を設けている。本構造は、２θの角度で交差する２つの光導波路１と２の光軸の交点３が光学フィルタ４の等価的な反射中心面５上に合うように設計する必要がある。尚、図２において、光導波路１、２、および３の中心軸が各々符号６、７、及び８として示されている。
【００２５】
今、光導波路の入射・反射角をθとする。光学フィルタ４がその法線方向にａ移動すると、反射光の光軸は反射側の光導波路の軸７から２｜ａ｜sinθだけずれて７′となる。位置５は正しく設置された場合の光学フィルタの位置、位置５′はずれて設置された場合の光学フィルタの位置である。その結果、反射光は、光学フィルタの位置ずれに相当する光導波路３０の一部を伝搬し、この為、反射側の位置７′にある光導波路３１とうまく結合しない。従って、反射光は、散乱されて大きな損失が生じる。
【００２６】
光学フィルタの位置ずれに対する反射光の損失増加の計算例を図３に示す。横軸がフィルタの所定位置からのずれ、縦軸は損失の増加分を示している。この結果によれば、光学フィルタ位置ずれのトレランスは、例えば０.２ ｄＢの損失増加に抑えるには±２μｍと非常に小さいことがわかる。
【００２７】
ところが、光学フィルタの設置には溝入れもしくは切断等の機械的加工を用いる為に、加工精度の向上が困難で、光導波路径に比べて光学フィルタの作製誤差は無視できない程の大きさとなるのが実状である。この実際上の困難性が低損失な光合分波器の製造歩留りを低下させる要因となっている。そこで、光学フィルタ付光導波路を用いた光合分波器の製造歩留りの向上には、フィルタ位置ずれのトレランスを増加させるような光合分波器の構造が求められるのである。
【００２８】
次に、光のクロストークの問題について言及する。図４はこうした例を示す光送受信モジュールの平面配置図である。図１に示した光合分波器１６にフォトダイオード５０とレーザーダイオード（ＬＤ）５１を設置した構成を有する。光学フィルタ１５は送信信号が有する波長の光を反射し、送信信号波長よりも長い受信信号が有する波長の光を透過するものを用いている。光送受信モジュールとする場合、ＬＤ等送信部で発生した漏れ光９が受信信号に影響を及ぼす光クロストークという問題が生じる。
【００２９】
ＬＤ ５１で発生した光は全てが導波路を伝播するわけではなく、ＬＤ−導波路結合損失が生じてＬＤが出す光のうち一部は導波路と結合せすに導波路の外に散乱される。またＬＤ−光合分波器間の曲がり導波路においても導波光の一部が放射光１９として導波路外を伝播する。これらが漏れ光９となるが、その多くは光学フィルタ１５に達し、また光学フィルタへの入射角度はθとは異なる。
【００３０】
図５に光学フィルタの透過特性の例を、その入射角度θが０の場合と、０より大きい場合を例示した。図５の特性において、透過損失の大きい領域が、反射に用いられる領域に対応する。一般に光学フィルタは、図５の例に見られるように、入射光の入射角度が異なると反射帯域が変化しまたアイソレーションも劣化する。前記図４の例では、本来導波路を導波する光を反射させる為に入射角θの光を反射するように設計した光学フィルタを用いる。従って、前記漏れ光の多くは入射角が前記のフィルタへの入射角θと異なる為に、これらの漏れ光の内、光学フィルタで遮断されずに透過する光も発生する。この透過した漏れ光がＰＤ５０に届くと、本来の受光信号にとっての雑音となって受信特性を劣化させる。
【００３１】
この対策としてフィルタへの入射角θを０度に近づけることが考えられる。この対策は、フィルタの位置ずれによる反射光の光軸と導波路軸のずれも０に近いと、それに基づく損失増加は低減できる。また、逆に、漏れ光の入射角がθ程度となりフィルタで遮断できる。
【００３２】
しかし、この対策を図１の光合分波器に適用すると、反射光が入射側の光導波路に戻るやすくなるという、いわゆる反射戻り光の問題が新たに生じる。図６はこの問題を示す説明図である。 前記の対策の実施は、２つの光導波路１と２が重なる部分１７を増加させる。この為、入射角θの低減には限界がある。従って、入射角の低減の方策は、有効な実際的な解決策とはなり得なかった。
【００３３】
本願発明はこうした諸問題を解決する。、前述したように、本願発明のマルチモード干渉型光導波路は、入射側の光導波路より入射光があった場合、出射側の光導波路の入り口近傍の光の強度分布の山となる為、前記入射光に対してほとんど損失を生じない。
【００３４】
また、マルチモード干渉型光導波路に並置して設けられる入射側、及び反射光を射出側に導波する光導波路は、所定の個別位置に設置されるので、透過すべき光のフィルタでの反射戻り光が、射出側に導波する光導波路に混入し雑音となる問題は避けることが出来る。
【００３５】
更に、後述するように、光学フィルタが、マルチモード干渉型光導波路に並置して設けられる光導波路を導波する入射角が０度に近い光信号を反射するようになされるので、本構造において、更に漏れ光として発生する光の入射角は、透過を許さない角度となり、漏れ光のフィルタを通しての透過は阻止される。
【００３６】
以下に本願発明の主な発明の形態を列挙する。
【００３７】
光学フィルタを有する本願発明の諸形態
本願の第１の形態は、第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設けられた光学フィルタとを少なくとも有し、前記第４の光導波路の第１の端面に前記第１の光導波路が接続され、前記第４の光導波路の第２の端面の所定の個別位置に前記第２及び第３の各光導波路が接続され、前記第４の光導波路は、前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第１の波長の光入力が前記第４の光導波路内の光の伝搬によって、前記第１の光導波路内に前記第１の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となし、且つ前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第２の波長の光入力が前記光学フィルタでの反射を介して、前記第２および第３の光導波路の内の光入力のない光導波路内に前記第２の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となすマルチモードでの光の伝搬が可能である光導波路であることを特徴とする光導波路を有する光システムである。
【００３８】
前記第１、第２、及び第３の各光導波路は、シングルモード、あるいはマルチモードでの光の伝播が可能な光導波路を用いることが出来る。光多重通信においては、多くはシングルモードの光を用いており、本願発明はこの目的に供してわけても有用である。
【００３９】
しかし、マルチモードの光を用いる場合においても、本願発明を用いることによって、好都合な光合分波器機能を実現することが出来る。それは、本願発明に係るマルチモード干渉型光導波路が、マルチモードあるいはシングルモードでの光に対して同様の機能を果たすからである。このマルチモード干渉型光導波路の機能は、本願発明の基本的事項であり、以下、特にことわらない場合においても、本願明細書に示される発明の諸形態に考慮されることである。
【００４０】
従って、この形態を本願の第２の形態として例示すれば、それは、シングルモードでの光の伝搬が可能な第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設けられた光学フィルタとを少なくとも有し、前記第１の光導波路が前記第４の光導波路の第１の端面に接続され、前記第２及び第３の各光導波路が前記第４の光導波路の前記第１の端面に対向する第２の端面の所定の個別位置に接続され、前記第４の光導波路の第１の端面および第２の端面は各々当該第４の光導波路内の光の進行方向と交差する端面であり、前記第４の光導波路は、前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第１の波長の光入力が前記第４の光導波路内の光の伝搬によって、前記光学フィルタを透過した上で前記第１の光導波路内に前記第１の波長の光入力に対応するシングルモードでの光の伝搬を可能となし、且つ前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第２の波長の光入力が前記光学フィルタでの反射を介して、前記第２および第３の光導波路の内の光入力のない光導波路内に前記第２の波長の光入力に対応するシングルモードでの光の伝搬を可能となす、マルチモードでの光の伝搬が可能な光導波路である光導波路を有する光システムである。
【００４１】
本願発明の第４の形態は、第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設けられた光学フィルタと、を少なくとも有し、前記第１の光導波路が前記第４の光導波路の第１の端面に接続され、前記第２及び第３の各光導波路が前記第４の光導波路の前記第１の端面に対向する第２の端面の所定の個別位置に接続され、前記第４の光導波路は、前記第１及び第２の端面から所定距離離れた２つの平面における光強度分布の規格化された各形状を重ねた場合、前記各形状が相互に前記第４の光導波路の光の進行方向に沿う中心軸に対して線対称ないしは略線対称となっている光導波路である光導波路を有する光システムである。
【００４２】
本願発明の第５の形態は、第１の光導波路が、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路の第１の端面に接続され、前記第４の光導波路の前記第１の端面に対向する第２の端面に第２、及び第３の光導波路がその接続位置において所定間隔で接続され、前記第４の光導波路内に光学フィルタが設置され、前記光学フィルタの入射面は、前記第１、第２、および第３の各光導波路の前記第４の光導波路への接続位置における当該第１、第２、および第３の各光導波路での光の波面と平行ないしは略平行であることを特徴とする光導波路を有する光システムである。
【００４３】
ここで、本願発明のマルチモード干渉型光導波路が、入射側の光導波路より入射光があった場合、出射側の光導波路の入り口近傍の光の強度分布の山となす構成について補足説明する。このことによって、合わせて、マルチモード干渉型光導波路に並置して設けられる入射側、及び反射光を射出側に導波する光導波路は、所定の個別位置に設置されること、そして、このことによって、透過すべき光のフィルタでの反射戻り光が、射出側に導波する光導波路に混入し雑音となる問題は避けることが出来る旨が十分理解できるであろう。
【００４４】
マルチモード干渉型光導波路における光の伝搬の状態を示す図７を参酌する。
【００４５】
ここで、信号光の波長をλ、 マルチモード干渉型光導波路の屈折率をｎとする。前記 マルチモード干渉型光導波路の長さＬ、幅Ｗ、及び接合部に設けられる光導波路の中心軸とマルチモード干渉型光導波路の中心軸よりの位置Ｄとの関係は次の式によって与えられる。尚、前記各光導波路の中心軸は光の進行方向に沿った中心軸である。
【００４６】
Ｌ＝α（４ｎＷ2）／３λ 式（１）
Ｄ＝βＷ／６ 式（２）
αおよびβは補正係数である。
【００４７】
これらの関係を満たすことで、第１の光導波路１１の入り口近傍が光の強度分布の山となり、光導波路１２からの入射光に対してほとんど損失を生じずに再び光導波路１１を導波させることが出来る。光学フィルタ１５よりの反射に関しても鏡像を考えれば前記の光導波路１１の場合と全く同様である。
【００４８】
即ち、透過光（λ1）と反射光（λ2）に対する光の進行方向に沿うマルチモード干渉型光導波路の距離を、各々Ｌ及びＬ′とすれば、
Ｌ： Ｌ′＝１／λ1：１／λ2 式（３）
の関係にある。
【００４９】
更に、
Ｌ ＝α（４ｎＷ2）／３λ1 式（４）
Ｌ′＝α（４ｎＷ2）／３λ2 式（５）
の関係にあることは容易に理解されるであろう。
【００５０】
尚、この場合、光導波路のコア、クラッドの具体的材料、具体的構造の理論よりのずれ等によって理論的な関係を補正する必要が生ずる。前記αおよびβがこの補正係数である。この補正係数αおよびβは、通例、いずれも概ね、１．５倍以内である。しかし、いずれにしても前記式（１）、式（２）を満足する光導波路を実現することが出来る。尚、ここで、前記マルチモード光導波路の実際的な長さＬが１．５ｍｍないし２．０ｍｍの範囲、実際的な幅Ｗが３０μｍないし４０μｍの範囲が多用される。更には、マルチモード干渉型光導波路の実際的な長さＬが１ｍｍないし５ｍｍの範囲、実際的な幅Ｗが２５μｍないし７０μｍの範囲から選択されることがより実際的であり、好ましいことは前述した通りである。
【００５１】
尚、このマルチモード干渉自体の理論は、例えばＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＨＧＹ、 Ｖｏｌ．１３、ＮＯ．４、ＡＰＲＩＬ１９９５、ｐｐ．６１５−６２７を参酌することが出来る。本願発明はこの理論を用いて光システムを構築したことにある。
【００５２】
本願の第６の形態は、平面基板上に形成された複数の波長を有する信号光を合波または分波する光合分波器において、マルチモード干渉型光導波路と、前記マルチモード干渉型光導波路の片側に接続した第１の光導波路と、前記マルチモード干渉型光導波路の前記第１の光導波路と反対側に接続した第２及び第３の光導波路と、前記マルチモード干渉型光導波路内に設置される光学フィルタで構成され、前記第２及び第３の光導波路が前記マルチモード干渉型光導波路との結合部において所定の間隔を有することを特徴とする、光合分波器である。
【００５３】
本願の第７の形態は、本願発明の光合分波器もしくは光導波路素子において、光学フィルタがマルチモード干渉型光導波路を導波するマルチモード光の進行方向（通称、光軸）に対して垂直あるいは略垂直に設置されている形態である。
【００５４】
本願発明においては、マルチモード干渉型光導波路の一方の端面に複数の光導波路、例えば、図７の光導波路１２および１３、が所定の個別位置に設置されている。従って、光学フィルタがマルチモード干渉型光導波路を導波するマルチモード光の進行方向に対して垂直あるいは略垂直に設置されている為、一方の光導波路、例えば、前記光導波路１３から入射された光が前記光学フィルタに達しても、不必要な漏れ光として雑音を構成することはない。
【００５５】
本願発明は、マルチモード干渉型光導波路に接続する複数の光導波路において、少なくとも前記第１から第３のうちいずれか１つ以上の光導波路から入射した信号光が、それぞれ前記マルチモード干渉型光導波路でマルチモード光として伝播した後、所定の波長を有する信号光が前記第１から第３のうちいずれか１つ以上の光導波路と結合するように、前記マルチモード干渉型光導波路の長さ及び幅と、前記マルチモード干渉型光導波路と前記第１から第３の光導波路の接続部が調整されていると言うことが出来る。
【００５６】
本願の別な形態によれば、前記第２及び第３の光導波路の光軸、例えば、図７の光導波路１２および１３における光軸の延長線が前記マルチモード干渉型光導波路の外に交点を持つ、もしくは互いに平行あるいは略平行であることが、実用上、極めて好都合である。こうして、一方の光導波路、例えば、前記光導波路１３から入射された光が前記光学フィルタに達しても、不必要な漏れ光として雑音を構成することはない。更に、各光導波路は任意の方向に曲げて用いることが出来る。これにより、各光導波路を漏れ光の分布する領域から反して、雑音の発生を抑制することが可能である。この利点は、より大きな光システムの構築の設計を容易にする。
【００５７】
本願発明の別な形態によれば、前記第４の光導波路が前記マルチモード干渉型導波路と前記第１の光導波路側で接続する、もしくは前記第１から第４の光導波路以外に複数の光導波路が前記マルチモード干渉型導波路と接続するなど、具体的な用途の目的に応じて種々応用形態を考えることが出来る。
【００５８】
更に、本願発明の別な形態によれば、前記第１から第４の光導波路の全てもしくは一部の端面に、それぞれ発光素子もしくは受光素子もしくは光ファイバもしくは光ファイバとの接続手段を設けることが出来る。こうして、所望の光送信モジュールもしくは光受信モジュール、光送受信モジュールもしくは光合分波モジュールを得ることが出来る。こうした、光受信モジュール、光送受信モジュールもしくは光合分波モジュールの具体例は後述される。又、こうした発光素子や受光素子は、前記第１から第４の各光導波路に代えて、直接マルチモード干渉型導波路に接続することが出来る。この方法は介在する光導波路による光の吸収を避ける点で好ましい。勿論、マルチモード干渉型導波路と、別異の光導波路を介してこれらの発光、受光素子とを接続することが出来る。
【００５９】
本例の代表的な例を示せば、それは、第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設けられた光学フィルタとを少なくとも有し、前記第１の光導波路が前記第４の光導波路の第１の端面に接続され、前記第２及び第３の各光導波路が前記第４の光導波路の前記第１の端面に対向する第２の端面の所定の個別位置に接続され、前記第４の光導波路の第１の端面および第２の端面は各々当該第４の光導波路内の光の進行方向と交差する端面であり、前記第４の光導波路は、前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第１の波長の光入力が前記第４の光導波路内の光の伝搬によって、前記光学フィルタを透過した上で前記第１の光導波路内に前記第１の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となし、且つ前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第２の波長の光入力が前記光学フィルタでの反射を介して、前記第２および第３の光導波路の内の光入力のない光導波路内に前記第２の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となす、マルチモードでの光の伝搬が可能な光導波路であり、且つ前記第１より第３の光導波路の少なくとも一つに接続する発光部あるいは受光部の設置した、あるいは前記第１より第３の光導波路の少なくとも一つに代えて発光部あるいは受光部を設置したことを特徴とする光導波路を有する光システムであると言うことが出来る。
【００６０】
こうした光合分波器もしくは光導波路素子を用いた光送受信モジュールの場合にも、次の構成によって、漏れ光の遮断を行うことが出来る。即ち、前記送信手段で作られ送信信号の一部で前記送信手段と接続した光導波路の外部を伝播する漏れ光の波面が前記光学フィルタの作る平面と平行あるいは略平行であることにより、前記漏れ光が遮断される。
【００６１】
従って、このような例の代表な形態は、光合分波器もしくは光導波路素子と、前記第１もしくは第４の光導波路の両方もしくは片方の端面に受光手段として設けた受光素子もしくは光ファイバもしくは光ファイバの接続手段と、前記第２もしくは第３の光導波路の両方もしくは片方の端面に送信手段として設けた発光素子もしくは光ファイバもしくは光ファイバとの接続手段で構成され、前記送信手段で作られ送信信号の一部で前記送信手段と接続した光導波路の外部を伝播する漏れ光の波面が前記光学フィルタの作る平面と平行あるいは略平行であることにより、前記漏れ光が遮断されることを特徴とする光送受信モジュールであると言うことが出来る。
【００６２】
更に、本願発明の別な形態によれば、次のような光送信モジュール、光受信モジュール、光送受信モジュールもしくは光合分波モジュールを実現することが出来る。即ち、これらの光送信モジュール、光受信モジュール、光送受信モジュールもしくは光合分波モジュールに、前記漏れ光を遮断する為に、前記光学フィルタ以外に１個以上の光学フィルタを設ける、もしくは前記第１から第４の光導波路及び前記複数の導波路以外に１個以上の導波路もしくは導波路層もしくはクラッドと屈折率の異なる部材を設けることがより有用である。
【００６３】
更に、本願発明の係る諸光合分波器もしくは諸光導波路素子に、発光素子もしくは受光素子もしくは光スイッチもしくは光学フィルタもしくは光増幅器もしくは光変調器等の光素子を組み合わせて用いることが出来る。
【００６４】
更には、本願発明に係る諸光合分波器もしくは諸光導波路素子を複数用いて、発光素子もしくは受光素子もしくは光スイッチもしくは光学フィルタもしくは光増幅器もしくは光変調器等の複数の光素子と組み合わせ、複数の信号を同時に処理するもしくは複数の波長を有する信号光を多段階で処理することが可能である。
【００６５】
更には、本願発明に係る諸光モジュールに、集積回路もしくはプリアンプ等の電気信号処理手段を組み合わせ光通信モジュール、あるいは光通信装置に供することが出来る。
【００６６】
光学フィルタを有さない本願発明の諸形態
次に、本願の別な形態として、これまで説明してきた光導波路を有する光システムにおいて、前記光学フィルタを設置する前の構成体も重要な形態である。勿論、光導波路を有する光システムを光合分波器あるいは光送信モジュール、光受信モジュール、光送受信モジュールとして用いる為には、所定の特性の光学フィルタを設置する必要があることは言うまでもない。しかし、本願に係る光導波路を有する光システムを、実際に用いるに当っては、頭初、光学フィルタを設けない形態でまず、準備し、それから光学フィルタを挿入設置することも実際的である。図２０は、基板２０に光学フィルタ１５が設置された状態をしめす拡大断面図である。図２０の例は、基板２０上に第１及び第２のクラッド層２１、２３が形成され、フィルタ挿入用の溝２４が設けられている。フィルタ１５は接着層９５で固定される。尚、この断面図はコア領域を含まない部分の断面図である。
【００６７】
従って、本形態の代表的な形態は、第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内に光学フィルタを当該第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設置する為の手段とを少なくとも有し、前記第４の光導波路の第１の端面に前記第１の光導波路が接続され、前記第４の光導波路の第２の端面の所定の個別位置に前記第２及び第３の各光導波路が接続され、前記第４の光導波路は、前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第１の波長の光入力が前記第４の光導波路内の光の伝搬によって、前記第１の光導波路内に前記第１の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となし、且つ前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第２の波長の光入力が前記光学フィルタでの反射を介して、前記第２および第３の光導波路の内の光入力のない光導波路内に前記第２の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となすマルチモードでの光の伝搬が可能である光導波路であることを特徴とする光導波路を有する光システムであると言うことが出来る。
【００６８】
本願のこの光学フィルタを設置する以前の諸形態は、光学フィルタを設置した前記した全ての諸形態に考えることが可能である。従って、更なる説明および諸形態の列挙は省略する。
【００６９】
発明の実施の諸形態
次に、本願発明の具体的な実施の諸形態する。
【００７０】
図８は本発明の第１の実施例である光合分波器の実施形態を示す斜視図である。図９はその合分波部の拡大平面図である。
【００７１】
所定の基板、例えばシリコン（Ｓｉ）基板２０上に、屈折率の異なる２種類のフッ素化ポリイミド樹脂を用いて光導波路を形成する。この光導波路は、少なくとも、第１のクラッド層２１、コア領域２２、そして第２のクラッド層２３を有して構成される。ここで、２４はフィルタ挿入用の溝である。このとき、各層の厚さの例を示せば、下部クラッド層２１の厚さは５μｍ、コア２２の厚さは６.５μｍ、上部クラッド層２３の厚さは１５μｍである。コアとクラッドとの屈折率比は０.３％とした。合分波部は、少なくともマルチモード干渉型導波路１０と第１の光導波路１１、第２の光導波路１２、及び第３の光導波路１３を有する。マルチモード干渉型導波路の幅Ｗは２５μｍ、長さＬは１２００μｍ、光導波路の間隔Ｄは５μｍである。又、３つの光導波路の幅は６.５μｍとした。
【００７２】
光学フィルタ１５は入射角０度の光に対して波長１.３μｍの光を反射し、且つ波長１.５μｍの光を透過する誘電体多層膜フィルタ１５が用いられた。その厚さは１５μｍである。この誘電体多層膜フィルタ自体を通例のものを用いて十分である。そして、マルチモード干渉型導波路の中央部に、幅１５μｍの溝２４に挿入し、ＵＶ（Ｕｌｔｒａ―Ｖｉｏｌｅｔ）硬化材９５を用いて固定した。この溝２４は、例えばダイシングソーによって形成することが出来る。第２及び第３の光導波路１２、１３はマルチモード干渉型導波路との接続部３２及び３３において互いに平行あるいは略平行となっている。
【００７３】
図１９に光学フィルタ１５が基板２０に装着された状態の断面図を示す。符号２４はこの反射手段を設置する為の溝である。符号２１、２３は各々当該光導波路のクラッド層を示している。反射手段１５の固定には接着剤９５が用いられた。
【００７４】
尚、図１０、図１４、及び図１５に図８と類似の光導波路の構成が示される。そして、この構造は図８と類似の積層構造を有する。しかし、こうした光導波路の構成自体は通例のもので十分である。従って、以下の図面は、個別の積層を詳細な図示を省略する。
【００７５】
第２及び第３の光導波路１２、１３が接続部３２、３３で平行となることによって、マルチモード干渉型導波路内に励起されたマルチモード光の光軸が前記光学フィルタに対して垂直となる。その結果、フィルタ１５に位置ずれが生じても、このフィルタ１５の反射光の光軸と導波路軸のずれは全く生じない。
【００７６】
ここで、前記光学フィルタは誘電体多層膜フィルタとは限らず、例えばダイシング溝２４等の光学フィルタ設置手段のみを備えた図１０のような光導波路素子であってもよい。図１０では他の部材は図８と同様なので、詳細説明は省略する。
【００７７】
本願発明の係る光導波路を有する光システムは、光合分波器への入力する複数の光導波路、及び光合分波器より出力される複数の光導波路をそれぞれ有する形態も取ることが出来る。上記複数の光導波路がいずれもシングル・モードの光導波路、又、光合分波器がマルチモード干渉型光導波路を有する光合分波器であることは言うまでもない。
【００７８】
図１１はこうした一例を示す光合分波器部分の平面図である。この例はマルチモード干渉型導波路１０の入射側に複数、具体的には２つの光導波路１２、１３が設けられている。一方、マルチモード干渉型導波路１０の出射側に複数、具体的には２つの光導波路１１、１４が設けられている。図１１は第４の光導波路１４が符号３４の位置に設けられている外は、図９と同等であるので、同じ部位、部材は同じ符号を用いている。
【００７９】
もちろん、さらに複数の光導波路がマルチモード干渉型導波路と接続して、複数の光合分波器であってもよいことは言うまでもない。
【００８０】
本願発明に係わる構造と図１に示す従来構造の光合分波器について、フィルタ部に関する製造トレランスを比較した。
【００８１】
図１２はフィルタの位置ずれによる反射光の損失増加量を示す。横軸はフィルタの位置ずれの距離、縦軸は反射光の損失増加量の例を示す。曲線３５は本実施例の場合また曲線３６は従来構造の場合の特性を表す。設計上許容される損失として例えば０.２ｄＢ程度とすると、トレランスは従来構造が１μｍであるのに対し本実施例では１０μｍ程度となる。このように、従来構造に比較して、充分大きな製造トレランスを実現することが出来る。
【００８２】
更に、ここで、本例におけるフィルタの位置ずれに対する損失増加は、反射光の光軸と導波路軸のずれによるのではなく、マルチモード干渉型導波路内でのマルチモード光の干渉による強度分布に起因することを指摘しておかなければならない。
【００８３】
図１３は、マルチモード干渉型導波路の長さＬを変化させたときの強度（損失）変化を示す。横軸はマルチモード干渉型導波路の長さＬ、縦軸は損失を示している。ここで、曲線３７と曲線３８はそれぞれ図７において第２の光導波路１２から入射させたシングルモード光の第１の光導波路１１及び第４の光導波路１４とマルチモード干渉型導波路１０との接合部３１及び３４における損失量を表す。両者の強度のピークが２４００μｍ程度で周期的に現れることがわかる。
【００８４】
従って、前述の図１２をもって示したフィルタの位置ずれに対する損失増加に対して、図１３に例示したマルチモード干渉型導波路内でのマルチモード光の干渉による強度分布に起因する損失が含まれることとなる。その損失の周期によって、フィルタの位置ずれに対する損失増加に対する、マルチモード光の干渉による強度分布に起因する損失の割合が高くなる。わけても、本願発明の例では、反射光に基づく損失が基本的になく、フィルタの位置ずれに対する損失増加は、このマルチモード光の干渉による強度分布に起因する損失によるものである。
【００８５】
次に、波長多重通信への、本願発明の光導波路を有する光システムの適用例を例示する。
【００８６】
図１４は本発明の第２の実施例である光合分波モジュールの実施形態を示す斜視図である。第１の実施例として例示した光合分波器に対して、その３つの光導波路の端面に光ファイバを設置するためのＶ溝４１、４２、４３を形成した。このＶ溝４１、４２、４３は、シリコン基板２０に、通例の結晶面に対する異方性食刻の技術を用いて容易に形成することが出来る。そして、この溝は光ファイバの位置設定に極めて実用的である。
【００８７】
本実施例は、例えば、次のように用いることが出来る。例えば、光学フィルタ１５として、波長１.３μｍの光を透過し波長１.５μｍの光を反射する光学フィルタを用いた場合を検討する。光ファイバ４６から波長１.３μｍと１.５μｍの波長多重光を入射する。この波長多重光は、光学フィルタ１５で波長１.３μｍ の光が透過され、一方１.５μｍの光は反射される。従って、波長１.３μｍ の光は光ファイバ４４に入射する。他方、１.５μｍの反射光は光ファイバ４５に入射する。こうして、一つの波長多重光から、１.３μｍもしくは１.５μｍの各波長を有する信号光をそれぞれ光ファイバ４４と４５に分波することがと出来る。
【００８８】
また、出入射を逆転すれば合波器としても機能することは言うまでもない。
【００８９】
尚、光ファイバ接続はＶ溝に限らず、導波路基板に接続用の台を設けて光ファイバと接着剤により接着する等他の手段によるものであってもよい。
【００９０】
図１５は本発明の第３の実施例である光送受信モジュールの実施形態を示す斜視図である。即ち、本例は、本願の光導波路を有する光システムが、光の発光素子及び受光素子を一つの基板に搭載して設けた例を示す。この例は光の送受信器の実際的な形態として用い易く有用である。
【００９１】
第１の実施例として例示した光合分波器のシリコン基板２０に、受光素子であるフォトダイオード５１及び発光素子であるレーザーダイオード５２を設置した。即ち、シリコン基板２０上にこれまでの例と同様に、光導波路の為のポリマーの多層膜を形成する。そして、その所定部分のポリマを除去してＳｉ基板２０を露出させる。このポリマーの除去は通例のドライエッチングを用いて十分である。このシリコン基板上の所定位置に当該発光、受光素子の各々の第１の電極、５２、及び５３を形成する。そして、第１の光導波路の端面にフォトダイオード５１を搭載し、第３の光導波路の端面にレーザーダイオード５２を搭載した。前記電極と発光、受光の各素子の相互の間は半田によって接続した。尚、図において、発光、受光の各素子の各第２の電極は省略されている。その他の構成は前記の第１の実施例と同様である。従って、同一部分、部材は同一符号をもって示されている。
【００９２】
図１６は、本発明の第４の実施例である光送受信モジュールの実施形態を示す斜視図である。本例は前記第３の実施例において、フォトダイオード５１及び５３をマルチモード導波路１０に関して光導波路１２側へ移動させ、更に光導波路１１の曲がり方向を変更した例を示す。本変更によりレーザダイオード５２で発生した光のうち光導波路１３と結合出来なかった漏れ光の分布中心から、受信部が離れることにより漏れ光の影響を小さくすることが出来る。
【００９３】
尚、フォトダイオード及びレーザーダイオードの設置の方法は本実施例の組み合わせは限定されない。勿論、発光、受光の各素子のいずれか一方だけを、前記シリコン基板に搭載した形態も、勿論目的によって用いることが出来ることは言うまでもない。更に、必要に応じて、３個以上の発光、受光の各素子を搭載した形態も取り得ることは言うまでもない。
【００９４】
次に、本願の光導波路を有する光システムが、光増幅器に用いられた例を示す。
【００９５】
図１７は本発明の第４の実施例である光増幅器の実施形態を示す平面構成図である。２つのＳｉ基板、８０、８１上に光合分波器５５を１つずつ形成した。そして、片方のシリコン基板８０にはポンプ用レーザーダイオード５６を設置した。尚、前記光合分波器５５は、例えば前記実施例１に示した構成を用いて十分である。また２つの基板間は、例えば長さ１ｍ程度のエルビウムドープファイバ（一般にファイバ増幅器とも称する）５７でつないだ。
【００９６】
光ファイバ５８から入射した光は、波長の異なるレーザーダイオード５６からの光と合波し、エルビウムドープファイバ５７で増幅される。そして、この増幅された光は、再び、異なる波長成分に分波され、所望波長の光が光ファイバ５９より出射する。こうして、ファイバー５８より入射した光が増幅され、増幅された所望の波長の光を、ファイバ５９より得ることが出来る。
【００９７】
更に、本願の光導波路を有する光システムが、光受信モジュールに用いられた例を示す。
【００９８】
図１８は本発明の第５の実施例である光受信モジュールの実施形態を示す基本的な平面構成図である。本例は、本願発明を光受信モジュールに適用した例である。この光受信モジュールは、波長多重信号光を各波長毎に分波し、これらをおのおのその波長に適した受光素子で受光するものである。
【００９９】
本例の基本構成は次の通りである。光ファイバー６５からの光信号を２つのフィルタ６３、６４によって所望の波長に光を選択する。そして、この選択された波長の光は、そのフィルタの透過側に設けられた光受光素子６２−１、６２−２、６２−３、６２−４、６２−５、６２−６によって検知される。
【０１００】
図１８を参酌すれば、これまでの諸例と同様に、Ｓｉ基板上に光合分波器６０とそれらを結ぶ光導波路６１を複数形成する。そして、各合分波器の透過側端面に複数のフォトダイオード６２−１、６２−２、６２−３、６２−４、６２−５、６２−６を配置した。光導波路６１の一方の端面、即ち入射光導波路は光導波路６５に接続され、この光導波路６５、例えば光ファイバーは当該光受信モジュールへの光入力を導波する。前記光合分波器６０は、例えば前記実施例１に示した構造を用いて十分である。この例では、マルチモード干渉型光導波路９０に一方の端面に直接受光素子６２−１が設けられている例である。マルチモード干渉型光導波路９０とこの内部に設けた光学フィルタ６３、マルチモード干渉型光導波路９０の一方の端面に配置された光導波路９１、９２によって本願発明に係わる光システムの基本形態が構成される。従って、図１７に示された例は、６つの本願発明に係わる光システムが縦に接続された形態である。尚、図１７では、説明の都合上、光導波路９１、９２のみ個別の符号を付し、その他は符号６１を付したが基本的に同様の光導波路である。
【０１０１】
尚、光学フィルタ６３、おるいは６４は複数の光システムに共通する物理的形態をもって構成されている。しかし、光学フィルタ６３、６４は位置によって反射・透過の波長特性が変化するものを用いる。この光学フィルタ６３、６４は、その光合分波器６０に対応する位置の反射・透過特性が当該光システムでの所望の波長を透過するように設計されている。反射・透過特性が変化する光学フィルタの具体的な例はフィルタの入射、透過の面を構成する２つの面の間隔を変化させたものである。あるいは、所定の位置のフィルタ材料を別異の材料を用いることも可能である。尚、本例では、透過・反射特性が場所によって変化する光学フィルタを２枚用いるが、これら所望場所に対応する各特性を有する光フィルタを複数個用いることも当然可能である。この場合、光学フィルタの特性はその厚さを変化させることによっても達成することが出来る。
【０１０２】
本モジュールは、光ファイバから入射した波長多重信号光を各合分波器で１波長ずつ順に分波し、各フォトダイオードで受光することができる。
【０１０３】
第６の実施例は、本願発明の光の送受信が可能な光通信モジュールへの適用例である。
【０１０４】
図１９は本発明の第６の実施例である光通信モジュールの概略を示す平面配置図である。尚、図は主要部材の基本配置を示す。光送受信モジュール６６には前記第３の実施例に示した構造を用いた。本光通信モジュールは、送信用ＩＣ６７や受信用ＩＣ６８、また温度を制御する為のペルチェ素子６９を組み合わせて用いられた。本モジュールにより、光ファイバ７０より受信した光信号をデジタル電気信号に変換し、また反対に生成した電気信号を同じ光ファイバより光信号として送信することができる。本実施例は送信用と受信用のＩＣを別体としたが、一体としてもよいし逆に増幅器やＡＰＣ等を分けて設置してもよいことは言うまでもない。
【０１０５】
本発明の実施例は特に、Ｓｉ基板上にフッ素化ポリイミドを用いて合分波器もしくは合分波器を含むモジュールを作製することについて述べたが、当然のことながら、基板はＳｉではなく石英等他の材料であってもよいし、光導波路はフッ素化ポリイミドではなく他のポリマーや石英等の材料であってもよいことは言うまでもない。
【０１０６】
本発明の実施例は特に、波長１.３μｍの光を透過し波長１.５μｍの光を反射する光学フィルタを用いた合分波器もしくは合分波器を含むモジュールを作製することについて述べたが、光学フィルタは波長特性の異なるものでもよく、その場合他の波長を有する波長多重光を合分波することも可能であることは言うまでもない。
【０１０７】
以上、本願発明を詳細に説明したが、本発明はマルチモード干渉型導波路を反射構造に用いた光合分波器もしくはそれらを用いた光送受信モジュールに関するものであり、光合分波器の入射・反射導波路はマルチモード干渉型導波路との接続部において平行であることを特徴としている。
【０１０８】
その結果、フィルタの位置ずれによる損失増加はマルチモード干渉型導波路における干渉の周期のみに起因し、フィルタ部の製造トレランスが大きくなる。従って歩留りが向上しコストを低減できる。また、反射角０度のフィルタを使用できることから漏れ光が充分に遮断され、光クロストークの問題が解決される。従って受光素子の受信感度等の損失設計に余裕が生まれる。
【０１０９】
【発明の効果】
本願発明によれば、安価に光導波路を有する光システムに十分安定した光伝達特性を与えることが出来る。
【０１１０】
本願発明によれば、製造歩留の高い光導波路を有する光システムを提供することが出来る。
【０１１１】
本願発明は、マルチモード干渉型光導波路の相対する端面に設けた光導波路相互での光の漏れ光を防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は従来の技術による光合波器部分の概略平面図である。
【図２】図２は光学フィルタのずれた状態を説明する光合波器部分の概略平面図である。
【図３】図３は従来構造における、光学フィルタの位置ずれと反射光の損失増加の関係を示す図である。
【図４】図４は従来構成になる別な光システムを示す概略平面図である。
【図５】図５は入射角の異なる光に対する光学フィルタの透過特性を示す図である。
【図６】図６は従来構造の光合分波器におけるθを０度に近づけたときの構造を示す平面図である。
【図７】図７は本願発明の光合分波器部分のマルチモード干渉を模式的に示す平面図である。
【図８】図８は本願発明の第１の実施例である光合分波器部分を示す斜視図である。
【図９】図９は本願発明の第１の実施例である光合分波器部分の平面拡大図である。
【図１０】図１０は光学フィルタを設置する前の光システムの斜視図である。
【図１１】図１１は光学フィルタを設置する前の光システムの拡大平面図である。
【図１２】図１２は本願発明の第１の実施例と従来構造の光合分波器部分について、フィルタの位置ずれと反射光損失量の関係を示す図である。
【図１３】図１３はマルチモード干渉型導波路の長さと光強度の関係を示す図である。
【図１４】図１４は本願発明の第２の実施例である光合分波モジュールを示す斜視図である。
【図１５】図１５は本願発明の第３の実施例である光送受信モジュールを示す斜視図である。
【図１６】図１６は本願発明の第３の実施例である光送受信モジュールの別な例を示す斜視図である。
【図１７】図１７は本願発明の第４の実施例である光導波路モジュールを示す概略平面図である。
【図１８】図１８は本発明の第５の実施例である光受信モジュールを示す概略平面図である。
【図１９】図１８は本願発明の第６の実施例である光通信モジュールの各部材の配置を示す図である。
【図２０】図２０は光学フィルタの設置を説明する断面図である。
【符号の説明】
１：光導波路（入射側光導波路）、２：光導波路（反射側光導波路）、３：光導波路１及び２それぞれの光軸の交点、４：光学フィルタ、５：光学フィルタの等価的反射中心面、６：入射側光導波路の軸、７：反射側光導波路の軸、８：フィルタ位置がずれたときの反射光の光軸、９：漏れ光、１０：マルチモード干渉型光導波路、１１：第１の光導波路、１２：第２の光導波路、１３：第３の光導波路、１４：第４の光導波路、１５：光学フィルタ、１６：従来構造の光合分波器、１７：光導波路１及び２の重なり部分、１８：反射戻り光、２０：基板（例えば、Ｓｉ基板）、２１：下部クラッド層、２２：コア層、２３：上部クラッド層、２４：マルチモード干渉型導波路と第１の光導波路の結合部、２５：マルチモード干渉型導波路と第２の光導波路の結合部、２６：マルチモード干渉型導波路と第３の光導波路の結合部、２７：マルチモード干渉型導波路と第４の光導波路の結合部、２８：本実施例におけるフィルタの位置ずれによる反射光の損失増加量、２９：従来構造の光合分波器におけるフィルタの位置ずれによる反射光の損失増加量、３０：第２の光導波路１２からシングルモード光を入射した光の接合部３１における損失、３１：第２の光導波路１２からシングルモード光を入射した光の接合部３４における損失、３２：光ファイバ設置用のＶ溝、３３：光ファイバ設置用のＶ溝、３４：光ファイバ設置用のＶ溝、３５：フォトダイオード、３６：レーザーダイオード、３７：フォトダイオード用電極、３８：レーザーダイオード用電極、３９：第１の実施例である光合分波器、４０：光合分波器間を結ぶ光導波路、４１：複数のフォトダイオード、４２：光学フィルタ、４３：光学フィルタ、４４：光ファイバ、４５：光送受信モジュール、４６：送信用ＩＣ、４７：受信用ＩＣ、４８：ペルチェ素子、４９光ファイバ。
【発明の属する技術分野】
本願発明は、光導波路を有する光システム、わけても、いわゆるマルチモード干渉（ ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｆｅｒｅｎｃｅ）型光導波路を有する光システムに関するものである。本願発明によれば、極めて良好な光合分波器を提供することが出来る。
【０００２】
【従来の技術】
最近のインターネットを始めとするマルチメディア通信の発展に伴い、高速・大容量通信に向けた光波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）技術の研究が盛んになっている。ＷＤＭ通信システムを構築する上で重要となる光部品の１つに、複数の波長を有する光を合波もしくは分波する光合分波器がある。その中でも低コスト化・小型化かつ高機能化の観点から、基板上に石英（ガラス）やポリマ等から成る光導波路及び光合分波器を形成し光送受信器等を実装することで集積化を図る方法が注目されている。
【０００３】
光合分波器としてはフィルタ型、方向性結合器型あるいはマッハツェンダー干渉器型等が知られている。更に、モジュールの小型化に有利なフィルタの型については、例えば、日本国公開特許公報、特開平８-１９００２６号（記事１）に記載された技術が知られている。
【０００４】
図１は上記記事１に示されたフィルタ型光合分波器である。この光合分波器は直線光導波路、１及び２を交差させ、その交差部に光学フィルタ４を設けている。この例では、光学フィルタ４の波長に対する透過および反射特性を利用してＷＤＭ信号を反射光と透過光に合分波する。即ち、本構造は、２θの角度で交差する２つの光導波路１と２の光軸の交点３が光学フィルタ４の等価的な反射中心面５上に合うように設計する必要がある。尚、図１において、光導波路１、２、および３の中心軸が各々符号６、７、及び８として示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明が解決すべき課題の第１は、マルチモード干渉型光導波路内に反射手段、例えば代表的には光学フィルタを設置し、その反射光を利用する光システムにおける、前記反射手段の設置位置のずれに対するトレランスを小さくすることである。即ち、反射手段の設置位置のずれに基づく、当該マルチモード干渉型光導波路の光の伝達特性の変化を極力小さなものとすることである。反射手段による反射光を用いる場合、反射手段の位置のずれは、少なくとも入射光の当該反射手段までの距離の２倍の光路となる。この為、十分な伝搬特性を確保するに、この反射手段の設置位置のずれに対するトレランスを小さくすることが重要である。
【０００６】
本願発明が解決すべき課題の第２は、マルチモード干渉型光導波路の相対する端面に設けた光導波路相互での光の漏れ光を防止することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明の第１の課題を解決する代表的な形態は、例えば、平面基板上に形成された複数の波長を有する信号光を合波または分波する光合分波器に供することが出来る。そして、本願発明によれば、前記第１および第２の課題を合わせて解決することを可能とする。
【０００８】
本願発明の代表的な形態は、第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設けられた光学フィルタとを少なくとも有し、前記第１の光導波路が前記第４の光導波路の第１の端面に接続され、前記第２及び第３の各光導波路が前記第４の光導波路の前記第１の端面に対向する第２の端面の所定の個別位置に接続され、前記第４の光導波路の第１の端面および第２の端面は各々当該第４の光導波路内の光の進行方向と交差する端面であり、前記第４の光導波路は、前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第１の波長の光入力が前記第４の光導波路内の光の伝搬によって、前記光学フィルタを透過した上で前記第１の光導波路内に前記第１の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となし、且つ前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第２の波長の光入力が前記光学フィルタでの反射を介して、前記第２および第３の光導波路の内の光入力のない光導波路内に前記第２の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となす、マルチモードでの光の伝搬が可能な光導波路である光導波路を有する光システムである。
【０００９】
以下に本願発明の原理を説明する。図７はマルチモード干渉型導波路における光の伝搬の状態を模式的に示したものである。マルチモード干渉型導波路１０では、例えば第２の光導波路１２から入射した信号光は前記マルチモード干渉型光導波路１０において多モード光に分解される。図７には０次、１次及び２次のモードのみが示されて、より高次のモードは図示が省略されている。さらに励起された高次モード光はモード間で干渉し、前記マルチモード干渉型光導波路内に強度分布（干渉縞）を生じる。本願発明は、この現象を利用し、第２の光導波路１２よりの入射光に対して、第１の光導波路１１の入り口近傍での光の強度分布が山となるようにする。この構成によって、第２の光導波路１２からの入射光に対してほとんど損失を生じずに再び光導波路１１を導波させることができる。
【００１０】
フィルタに関しての鏡像を考えれば、光学フィルタ１５により反射した光についても、前述の構造と同様となり、同じ原理で信号光の伝播の様子が説明される。即ち、光導波路１２からの入射光があった場合、マルチモード干渉型光導波路の設定によって、第１の光導波路１３の入り口近傍の光の強度分布の山となるようにすれば、光導波路１２からの入射光に対してほとんど損失を生じずに再び光導波路１１を導波させることができる。
【００１１】
なお、この場合２つの光導波路１２と１３は間隔を有しており、反射戻り光は十分に小さくできる。
【００１２】
本例のように、本発明の光合分波器もしくは光導波路素子は、前記第１から第３のうちいずれか１つ以上の光導波路から入射した信号光が、それぞれ前記マルチモード干渉型光導波路でマルチモード光として伝播した後、所定の波長を有する信号光が前記第１から第３のうちいずれか１つ以上の光導波路と結合するように、前記マルチモード干渉型光導波路の長さ及び幅と、前記マルチモード干渉型光導波路と前記第１から第３の光導波路の接続部を調整する。
【００１３】
本発明の光合分波器もしくは光導波路素子は、前記マルチモード干渉型光導波路の長さＬが１ｍｍないし５ｍｍ、幅Ｗが２５μｍないし７０μｍの範囲が好ましい。
【００１４】
また、本願発明の光合分波器もしくは光導波路素子は、第４の光導波路が前記マルチモード干渉型導波路と前記第１の光導波路側で接続する、もしくは前記第１から第４の光導波路以外に複数の光導波路が前記マルチモード干渉型導波路と接続してもよい。
【００１５】
あるいは、前記光合分波器もしくは光導波路素子において、前記第１から第４の光導波路の全てもしくは一部の端面に、それぞれ発光素子もしくは受光素子もしくは光ファイバもしくは光ファイバとの接続手段を設けることを特徴とする、光送信モジュールもしくは光受信モジュールもしくは光送受信モジュールもしくは光合分波モジュールとしてもよい。
【００１６】
更に、前記第２の課題である光クロストークの問題を解決するため、次の方策を加味することが有用である。
【００１７】
第１に、本願発明の光合分波器もしくは光導波路素子は、前記第２及び第３の光導波路の光軸の延長線が前記マルチモード干渉型光導波路の外に交点を持つ、もしくは互いに平行であることを特徴とする。このような光合分波器もしくは光導波路素子を用いた光送受信モジュールは、前記光合分波器もしくは光導波路素子と、前記第１もしくは第４の光導波路の両方もしくは片方の端面に受光手段として設けた受光素子もしくは光ファイバもしくは光ファイバの接続手段と、前記第２もしくは第３の光導波路の両方もしくは片方の端面に送信手段として設けた発光素子もしくは光ファイバもしくは光ファイバとの接続手段で構成される。本光送受信モジュールにおいて、光学フィルタは前記第２及び第３の光導波路を導波する入射角度が０度に近い送信信号を反射するように調整する為、前記漏れ光の入射角は遮断される。
【００１８】
第２に、漏れ光は送信手段の端面と垂直な方向を中心とした分布を有するが、本発明では各光導波路を任意の方向に曲げていることが出来るので、第１もしくは第４の光導波路の両方もしくは片方を前記漏れ光の分布中心方向から離れた方向へ曲げることにより漏れ光の影響を小さくすることが出来る。
【００１９】
さらには、前記光合分波器もしくは光導波路素子に、発光素子もしくは受光素子もしくは光スイッチもしくは光学フィルタもしくは光増幅器もしくは光変調器等の光素子を組み合わせた、光導波路モジュールとしてもよい。
【００２０】
あるいは、本発明の光導波路モジュールは、前記光合分波器もしくは光導波路素子を複数用いて、発光素子もしくは受光素子もしくは光スイッチもしくは光フィルタもしくは光増幅器もしくは光変調器等の複数の光素子と組み合わせ、複数の信号を同時に処理するもしくは複数の波長を有する信号光を多段階で処理してもよい。
【００２１】
あるいは、これらの光モジュールに、集積回路もしくはプリアンプ等の電気信号処理手段を組み合わせた、光通信モジュールとしてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本願発明の具体的実施例を示すに先だって、以下に本願発明と従来技術の比較を略述する。本願発明の優位が十分理解されるであろう。次いで、本願発明の主な諸形態を以下に列挙する。
【００２３】
従来技術と本願発明
本願発明は、これまで述べてきような幾何学的に反射を利用する光システムの構造が有する、反射手段の作製誤差に基づく反射光の損失の発生という難点を改善するものである。
【００２４】
以下、図２を用いて、反射光での損失増加について詳細を説明する。図２は従来構造の光システムを示す図である。基本構造は図１のものと同様である。光導波路、１及び２を交差させ、その交差部に光学フィルタ４を設けている。本構造は、２θの角度で交差する２つの光導波路１と２の光軸の交点３が光学フィルタ４の等価的な反射中心面５上に合うように設計する必要がある。尚、図２において、光導波路１、２、および３の中心軸が各々符号６、７、及び８として示されている。
【００２５】
今、光導波路の入射・反射角をθとする。光学フィルタ４がその法線方向にａ移動すると、反射光の光軸は反射側の光導波路の軸７から２｜ａ｜sinθだけずれて７′となる。位置５は正しく設置された場合の光学フィルタの位置、位置５′はずれて設置された場合の光学フィルタの位置である。その結果、反射光は、光学フィルタの位置ずれに相当する光導波路３０の一部を伝搬し、この為、反射側の位置７′にある光導波路３１とうまく結合しない。従って、反射光は、散乱されて大きな損失が生じる。
【００２６】
光学フィルタの位置ずれに対する反射光の損失増加の計算例を図３に示す。横軸がフィルタの所定位置からのずれ、縦軸は損失の増加分を示している。この結果によれば、光学フィルタ位置ずれのトレランスは、例えば０.２ ｄＢの損失増加に抑えるには±２μｍと非常に小さいことがわかる。
【００２７】
ところが、光学フィルタの設置には溝入れもしくは切断等の機械的加工を用いる為に、加工精度の向上が困難で、光導波路径に比べて光学フィルタの作製誤差は無視できない程の大きさとなるのが実状である。この実際上の困難性が低損失な光合分波器の製造歩留りを低下させる要因となっている。そこで、光学フィルタ付光導波路を用いた光合分波器の製造歩留りの向上には、フィルタ位置ずれのトレランスを増加させるような光合分波器の構造が求められるのである。
【００２８】
次に、光のクロストークの問題について言及する。図４はこうした例を示す光送受信モジュールの平面配置図である。図１に示した光合分波器１６にフォトダイオード５０とレーザーダイオード（ＬＤ）５１を設置した構成を有する。光学フィルタ１５は送信信号が有する波長の光を反射し、送信信号波長よりも長い受信信号が有する波長の光を透過するものを用いている。光送受信モジュールとする場合、ＬＤ等送信部で発生した漏れ光９が受信信号に影響を及ぼす光クロストークという問題が生じる。
【００２９】
ＬＤ ５１で発生した光は全てが導波路を伝播するわけではなく、ＬＤ−導波路結合損失が生じてＬＤが出す光のうち一部は導波路と結合せすに導波路の外に散乱される。またＬＤ−光合分波器間の曲がり導波路においても導波光の一部が放射光１９として導波路外を伝播する。これらが漏れ光９となるが、その多くは光学フィルタ１５に達し、また光学フィルタへの入射角度はθとは異なる。
【００３０】
図５に光学フィルタの透過特性の例を、その入射角度θが０の場合と、０より大きい場合を例示した。図５の特性において、透過損失の大きい領域が、反射に用いられる領域に対応する。一般に光学フィルタは、図５の例に見られるように、入射光の入射角度が異なると反射帯域が変化しまたアイソレーションも劣化する。前記図４の例では、本来導波路を導波する光を反射させる為に入射角θの光を反射するように設計した光学フィルタを用いる。従って、前記漏れ光の多くは入射角が前記のフィルタへの入射角θと異なる為に、これらの漏れ光の内、光学フィルタで遮断されずに透過する光も発生する。この透過した漏れ光がＰＤ５０に届くと、本来の受光信号にとっての雑音となって受信特性を劣化させる。
【００３１】
この対策としてフィルタへの入射角θを０度に近づけることが考えられる。この対策は、フィルタの位置ずれによる反射光の光軸と導波路軸のずれも０に近いと、それに基づく損失増加は低減できる。また、逆に、漏れ光の入射角がθ程度となりフィルタで遮断できる。
【００３２】
しかし、この対策を図１の光合分波器に適用すると、反射光が入射側の光導波路に戻るやすくなるという、いわゆる反射戻り光の問題が新たに生じる。図６はこの問題を示す説明図である。 前記の対策の実施は、２つの光導波路１と２が重なる部分１７を増加させる。この為、入射角θの低減には限界がある。従って、入射角の低減の方策は、有効な実際的な解決策とはなり得なかった。
【００３３】
本願発明はこうした諸問題を解決する。、前述したように、本願発明のマルチモード干渉型光導波路は、入射側の光導波路より入射光があった場合、出射側の光導波路の入り口近傍の光の強度分布の山となる為、前記入射光に対してほとんど損失を生じない。
【００３４】
また、マルチモード干渉型光導波路に並置して設けられる入射側、及び反射光を射出側に導波する光導波路は、所定の個別位置に設置されるので、透過すべき光のフィルタでの反射戻り光が、射出側に導波する光導波路に混入し雑音となる問題は避けることが出来る。
【００３５】
更に、後述するように、光学フィルタが、マルチモード干渉型光導波路に並置して設けられる光導波路を導波する入射角が０度に近い光信号を反射するようになされるので、本構造において、更に漏れ光として発生する光の入射角は、透過を許さない角度となり、漏れ光のフィルタを通しての透過は阻止される。
【００３６】
以下に本願発明の主な発明の形態を列挙する。
【００３７】
光学フィルタを有する本願発明の諸形態
本願の第１の形態は、第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設けられた光学フィルタとを少なくとも有し、前記第４の光導波路の第１の端面に前記第１の光導波路が接続され、前記第４の光導波路の第２の端面の所定の個別位置に前記第２及び第３の各光導波路が接続され、前記第４の光導波路は、前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第１の波長の光入力が前記第４の光導波路内の光の伝搬によって、前記第１の光導波路内に前記第１の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となし、且つ前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第２の波長の光入力が前記光学フィルタでの反射を介して、前記第２および第３の光導波路の内の光入力のない光導波路内に前記第２の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となすマルチモードでの光の伝搬が可能である光導波路であることを特徴とする光導波路を有する光システムである。
【００３８】
前記第１、第２、及び第３の各光導波路は、シングルモード、あるいはマルチモードでの光の伝播が可能な光導波路を用いることが出来る。光多重通信においては、多くはシングルモードの光を用いており、本願発明はこの目的に供してわけても有用である。
【００３９】
しかし、マルチモードの光を用いる場合においても、本願発明を用いることによって、好都合な光合分波器機能を実現することが出来る。それは、本願発明に係るマルチモード干渉型光導波路が、マルチモードあるいはシングルモードでの光に対して同様の機能を果たすからである。このマルチモード干渉型光導波路の機能は、本願発明の基本的事項であり、以下、特にことわらない場合においても、本願明細書に示される発明の諸形態に考慮されることである。
【００４０】
従って、この形態を本願の第２の形態として例示すれば、それは、シングルモードでの光の伝搬が可能な第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設けられた光学フィルタとを少なくとも有し、前記第１の光導波路が前記第４の光導波路の第１の端面に接続され、前記第２及び第３の各光導波路が前記第４の光導波路の前記第１の端面に対向する第２の端面の所定の個別位置に接続され、前記第４の光導波路の第１の端面および第２の端面は各々当該第４の光導波路内の光の進行方向と交差する端面であり、前記第４の光導波路は、前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第１の波長の光入力が前記第４の光導波路内の光の伝搬によって、前記光学フィルタを透過した上で前記第１の光導波路内に前記第１の波長の光入力に対応するシングルモードでの光の伝搬を可能となし、且つ前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第２の波長の光入力が前記光学フィルタでの反射を介して、前記第２および第３の光導波路の内の光入力のない光導波路内に前記第２の波長の光入力に対応するシングルモードでの光の伝搬を可能となす、マルチモードでの光の伝搬が可能な光導波路である光導波路を有する光システムである。
【００４１】
本願発明の第４の形態は、第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設けられた光学フィルタと、を少なくとも有し、前記第１の光導波路が前記第４の光導波路の第１の端面に接続され、前記第２及び第３の各光導波路が前記第４の光導波路の前記第１の端面に対向する第２の端面の所定の個別位置に接続され、前記第４の光導波路は、前記第１及び第２の端面から所定距離離れた２つの平面における光強度分布の規格化された各形状を重ねた場合、前記各形状が相互に前記第４の光導波路の光の進行方向に沿う中心軸に対して線対称ないしは略線対称となっている光導波路である光導波路を有する光システムである。
【００４２】
本願発明の第５の形態は、第１の光導波路が、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路の第１の端面に接続され、前記第４の光導波路の前記第１の端面に対向する第２の端面に第２、及び第３の光導波路がその接続位置において所定間隔で接続され、前記第４の光導波路内に光学フィルタが設置され、前記光学フィルタの入射面は、前記第１、第２、および第３の各光導波路の前記第４の光導波路への接続位置における当該第１、第２、および第３の各光導波路での光の波面と平行ないしは略平行であることを特徴とする光導波路を有する光システムである。
【００４３】
ここで、本願発明のマルチモード干渉型光導波路が、入射側の光導波路より入射光があった場合、出射側の光導波路の入り口近傍の光の強度分布の山となす構成について補足説明する。このことによって、合わせて、マルチモード干渉型光導波路に並置して設けられる入射側、及び反射光を射出側に導波する光導波路は、所定の個別位置に設置されること、そして、このことによって、透過すべき光のフィルタでの反射戻り光が、射出側に導波する光導波路に混入し雑音となる問題は避けることが出来る旨が十分理解できるであろう。
【００４４】
マルチモード干渉型光導波路における光の伝搬の状態を示す図７を参酌する。
【００４５】
ここで、信号光の波長をλ、 マルチモード干渉型光導波路の屈折率をｎとする。前記 マルチモード干渉型光導波路の長さＬ、幅Ｗ、及び接合部に設けられる光導波路の中心軸とマルチモード干渉型光導波路の中心軸よりの位置Ｄとの関係は次の式によって与えられる。尚、前記各光導波路の中心軸は光の進行方向に沿った中心軸である。
【００４６】
Ｌ＝α（４ｎＷ2）／３λ 式（１）
Ｄ＝βＷ／６ 式（２）
αおよびβは補正係数である。
【００４７】
これらの関係を満たすことで、第１の光導波路１１の入り口近傍が光の強度分布の山となり、光導波路１２からの入射光に対してほとんど損失を生じずに再び光導波路１１を導波させることが出来る。光学フィルタ１５よりの反射に関しても鏡像を考えれば前記の光導波路１１の場合と全く同様である。
【００４８】
即ち、透過光（λ1）と反射光（λ2）に対する光の進行方向に沿うマルチモード干渉型光導波路の距離を、各々Ｌ及びＬ′とすれば、
Ｌ： Ｌ′＝１／λ1：１／λ2 式（３）
の関係にある。
【００４９】
更に、
Ｌ ＝α（４ｎＷ2）／３λ1 式（４）
Ｌ′＝α（４ｎＷ2）／３λ2 式（５）
の関係にあることは容易に理解されるであろう。
【００５０】
尚、この場合、光導波路のコア、クラッドの具体的材料、具体的構造の理論よりのずれ等によって理論的な関係を補正する必要が生ずる。前記αおよびβがこの補正係数である。この補正係数αおよびβは、通例、いずれも概ね、１．５倍以内である。しかし、いずれにしても前記式（１）、式（２）を満足する光導波路を実現することが出来る。尚、ここで、前記マルチモード光導波路の実際的な長さＬが１．５ｍｍないし２．０ｍｍの範囲、実際的な幅Ｗが３０μｍないし４０μｍの範囲が多用される。更には、マルチモード干渉型光導波路の実際的な長さＬが１ｍｍないし５ｍｍの範囲、実際的な幅Ｗが２５μｍないし７０μｍの範囲から選択されることがより実際的であり、好ましいことは前述した通りである。
【００５１】
尚、このマルチモード干渉自体の理論は、例えばＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＨＧＹ、 Ｖｏｌ．１３、ＮＯ．４、ＡＰＲＩＬ１９９５、ｐｐ．６１５−６２７を参酌することが出来る。本願発明はこの理論を用いて光システムを構築したことにある。
【００５２】
本願の第６の形態は、平面基板上に形成された複数の波長を有する信号光を合波または分波する光合分波器において、マルチモード干渉型光導波路と、前記マルチモード干渉型光導波路の片側に接続した第１の光導波路と、前記マルチモード干渉型光導波路の前記第１の光導波路と反対側に接続した第２及び第３の光導波路と、前記マルチモード干渉型光導波路内に設置される光学フィルタで構成され、前記第２及び第３の光導波路が前記マルチモード干渉型光導波路との結合部において所定の間隔を有することを特徴とする、光合分波器である。
【００５３】
本願の第７の形態は、本願発明の光合分波器もしくは光導波路素子において、光学フィルタがマルチモード干渉型光導波路を導波するマルチモード光の進行方向（通称、光軸）に対して垂直あるいは略垂直に設置されている形態である。
【００５４】
本願発明においては、マルチモード干渉型光導波路の一方の端面に複数の光導波路、例えば、図７の光導波路１２および１３、が所定の個別位置に設置されている。従って、光学フィルタがマルチモード干渉型光導波路を導波するマルチモード光の進行方向に対して垂直あるいは略垂直に設置されている為、一方の光導波路、例えば、前記光導波路１３から入射された光が前記光学フィルタに達しても、不必要な漏れ光として雑音を構成することはない。
【００５５】
本願発明は、マルチモード干渉型光導波路に接続する複数の光導波路において、少なくとも前記第１から第３のうちいずれか１つ以上の光導波路から入射した信号光が、それぞれ前記マルチモード干渉型光導波路でマルチモード光として伝播した後、所定の波長を有する信号光が前記第１から第３のうちいずれか１つ以上の光導波路と結合するように、前記マルチモード干渉型光導波路の長さ及び幅と、前記マルチモード干渉型光導波路と前記第１から第３の光導波路の接続部が調整されていると言うことが出来る。
【００５６】
本願の別な形態によれば、前記第２及び第３の光導波路の光軸、例えば、図７の光導波路１２および１３における光軸の延長線が前記マルチモード干渉型光導波路の外に交点を持つ、もしくは互いに平行あるいは略平行であることが、実用上、極めて好都合である。こうして、一方の光導波路、例えば、前記光導波路１３から入射された光が前記光学フィルタに達しても、不必要な漏れ光として雑音を構成することはない。更に、各光導波路は任意の方向に曲げて用いることが出来る。これにより、各光導波路を漏れ光の分布する領域から反して、雑音の発生を抑制することが可能である。この利点は、より大きな光システムの構築の設計を容易にする。
【００５７】
本願発明の別な形態によれば、前記第４の光導波路が前記マルチモード干渉型導波路と前記第１の光導波路側で接続する、もしくは前記第１から第４の光導波路以外に複数の光導波路が前記マルチモード干渉型導波路と接続するなど、具体的な用途の目的に応じて種々応用形態を考えることが出来る。
【００５８】
更に、本願発明の別な形態によれば、前記第１から第４の光導波路の全てもしくは一部の端面に、それぞれ発光素子もしくは受光素子もしくは光ファイバもしくは光ファイバとの接続手段を設けることが出来る。こうして、所望の光送信モジュールもしくは光受信モジュール、光送受信モジュールもしくは光合分波モジュールを得ることが出来る。こうした、光受信モジュール、光送受信モジュールもしくは光合分波モジュールの具体例は後述される。又、こうした発光素子や受光素子は、前記第１から第４の各光導波路に代えて、直接マルチモード干渉型導波路に接続することが出来る。この方法は介在する光導波路による光の吸収を避ける点で好ましい。勿論、マルチモード干渉型導波路と、別異の光導波路を介してこれらの発光、受光素子とを接続することが出来る。
【００５９】
本例の代表的な例を示せば、それは、第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設けられた光学フィルタとを少なくとも有し、前記第１の光導波路が前記第４の光導波路の第１の端面に接続され、前記第２及び第３の各光導波路が前記第４の光導波路の前記第１の端面に対向する第２の端面の所定の個別位置に接続され、前記第４の光導波路の第１の端面および第２の端面は各々当該第４の光導波路内の光の進行方向と交差する端面であり、前記第４の光導波路は、前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第１の波長の光入力が前記第４の光導波路内の光の伝搬によって、前記光学フィルタを透過した上で前記第１の光導波路内に前記第１の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となし、且つ前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第２の波長の光入力が前記光学フィルタでの反射を介して、前記第２および第３の光導波路の内の光入力のない光導波路内に前記第２の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となす、マルチモードでの光の伝搬が可能な光導波路であり、且つ前記第１より第３の光導波路の少なくとも一つに接続する発光部あるいは受光部の設置した、あるいは前記第１より第３の光導波路の少なくとも一つに代えて発光部あるいは受光部を設置したことを特徴とする光導波路を有する光システムであると言うことが出来る。
【００６０】
こうした光合分波器もしくは光導波路素子を用いた光送受信モジュールの場合にも、次の構成によって、漏れ光の遮断を行うことが出来る。即ち、前記送信手段で作られ送信信号の一部で前記送信手段と接続した光導波路の外部を伝播する漏れ光の波面が前記光学フィルタの作る平面と平行あるいは略平行であることにより、前記漏れ光が遮断される。
【００６１】
従って、このような例の代表な形態は、光合分波器もしくは光導波路素子と、前記第１もしくは第４の光導波路の両方もしくは片方の端面に受光手段として設けた受光素子もしくは光ファイバもしくは光ファイバの接続手段と、前記第２もしくは第３の光導波路の両方もしくは片方の端面に送信手段として設けた発光素子もしくは光ファイバもしくは光ファイバとの接続手段で構成され、前記送信手段で作られ送信信号の一部で前記送信手段と接続した光導波路の外部を伝播する漏れ光の波面が前記光学フィルタの作る平面と平行あるいは略平行であることにより、前記漏れ光が遮断されることを特徴とする光送受信モジュールであると言うことが出来る。
【００６２】
更に、本願発明の別な形態によれば、次のような光送信モジュール、光受信モジュール、光送受信モジュールもしくは光合分波モジュールを実現することが出来る。即ち、これらの光送信モジュール、光受信モジュール、光送受信モジュールもしくは光合分波モジュールに、前記漏れ光を遮断する為に、前記光学フィルタ以外に１個以上の光学フィルタを設ける、もしくは前記第１から第４の光導波路及び前記複数の導波路以外に１個以上の導波路もしくは導波路層もしくはクラッドと屈折率の異なる部材を設けることがより有用である。
【００６３】
更に、本願発明の係る諸光合分波器もしくは諸光導波路素子に、発光素子もしくは受光素子もしくは光スイッチもしくは光学フィルタもしくは光増幅器もしくは光変調器等の光素子を組み合わせて用いることが出来る。
【００６４】
更には、本願発明に係る諸光合分波器もしくは諸光導波路素子を複数用いて、発光素子もしくは受光素子もしくは光スイッチもしくは光学フィルタもしくは光増幅器もしくは光変調器等の複数の光素子と組み合わせ、複数の信号を同時に処理するもしくは複数の波長を有する信号光を多段階で処理することが可能である。
【００６５】
更には、本願発明に係る諸光モジュールに、集積回路もしくはプリアンプ等の電気信号処理手段を組み合わせ光通信モジュール、あるいは光通信装置に供することが出来る。
【００６６】
光学フィルタを有さない本願発明の諸形態
次に、本願の別な形態として、これまで説明してきた光導波路を有する光システムにおいて、前記光学フィルタを設置する前の構成体も重要な形態である。勿論、光導波路を有する光システムを光合分波器あるいは光送信モジュール、光受信モジュール、光送受信モジュールとして用いる為には、所定の特性の光学フィルタを設置する必要があることは言うまでもない。しかし、本願に係る光導波路を有する光システムを、実際に用いるに当っては、頭初、光学フィルタを設けない形態でまず、準備し、それから光学フィルタを挿入設置することも実際的である。図２０は、基板２０に光学フィルタ１５が設置された状態をしめす拡大断面図である。図２０の例は、基板２０上に第１及び第２のクラッド層２１、２３が形成され、フィルタ挿入用の溝２４が設けられている。フィルタ１５は接着層９５で固定される。尚、この断面図はコア領域を含まない部分の断面図である。
【００６７】
従って、本形態の代表的な形態は、第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内に光学フィルタを当該第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設置する為の手段とを少なくとも有し、前記第４の光導波路の第１の端面に前記第１の光導波路が接続され、前記第４の光導波路の第２の端面の所定の個別位置に前記第２及び第３の各光導波路が接続され、前記第４の光導波路は、前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第１の波長の光入力が前記第４の光導波路内の光の伝搬によって、前記第１の光導波路内に前記第１の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となし、且つ前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第２の波長の光入力が前記光学フィルタでの反射を介して、前記第２および第３の光導波路の内の光入力のない光導波路内に前記第２の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となすマルチモードでの光の伝搬が可能である光導波路であることを特徴とする光導波路を有する光システムであると言うことが出来る。
【００６８】
本願のこの光学フィルタを設置する以前の諸形態は、光学フィルタを設置した前記した全ての諸形態に考えることが可能である。従って、更なる説明および諸形態の列挙は省略する。
【００６９】
発明の実施の諸形態
次に、本願発明の具体的な実施の諸形態する。
【００７０】
図８は本発明の第１の実施例である光合分波器の実施形態を示す斜視図である。図９はその合分波部の拡大平面図である。
【００７１】
所定の基板、例えばシリコン（Ｓｉ）基板２０上に、屈折率の異なる２種類のフッ素化ポリイミド樹脂を用いて光導波路を形成する。この光導波路は、少なくとも、第１のクラッド層２１、コア領域２２、そして第２のクラッド層２３を有して構成される。ここで、２４はフィルタ挿入用の溝である。このとき、各層の厚さの例を示せば、下部クラッド層２１の厚さは５μｍ、コア２２の厚さは６.５μｍ、上部クラッド層２３の厚さは１５μｍである。コアとクラッドとの屈折率比は０.３％とした。合分波部は、少なくともマルチモード干渉型導波路１０と第１の光導波路１１、第２の光導波路１２、及び第３の光導波路１３を有する。マルチモード干渉型導波路の幅Ｗは２５μｍ、長さＬは１２００μｍ、光導波路の間隔Ｄは５μｍである。又、３つの光導波路の幅は６.５μｍとした。
【００７２】
光学フィルタ１５は入射角０度の光に対して波長１.３μｍの光を反射し、且つ波長１.５μｍの光を透過する誘電体多層膜フィルタ１５が用いられた。その厚さは１５μｍである。この誘電体多層膜フィルタ自体を通例のものを用いて十分である。そして、マルチモード干渉型導波路の中央部に、幅１５μｍの溝２４に挿入し、ＵＶ（Ｕｌｔｒａ―Ｖｉｏｌｅｔ）硬化材９５を用いて固定した。この溝２４は、例えばダイシングソーによって形成することが出来る。第２及び第３の光導波路１２、１３はマルチモード干渉型導波路との接続部３２及び３３において互いに平行あるいは略平行となっている。
【００７３】
図１９に光学フィルタ１５が基板２０に装着された状態の断面図を示す。符号２４はこの反射手段を設置する為の溝である。符号２１、２３は各々当該光導波路のクラッド層を示している。反射手段１５の固定には接着剤９５が用いられた。
【００７４】
尚、図１０、図１４、及び図１５に図８と類似の光導波路の構成が示される。そして、この構造は図８と類似の積層構造を有する。しかし、こうした光導波路の構成自体は通例のもので十分である。従って、以下の図面は、個別の積層を詳細な図示を省略する。
【００７５】
第２及び第３の光導波路１２、１３が接続部３２、３３で平行となることによって、マルチモード干渉型導波路内に励起されたマルチモード光の光軸が前記光学フィルタに対して垂直となる。その結果、フィルタ１５に位置ずれが生じても、このフィルタ１５の反射光の光軸と導波路軸のずれは全く生じない。
【００７６】
ここで、前記光学フィルタは誘電体多層膜フィルタとは限らず、例えばダイシング溝２４等の光学フィルタ設置手段のみを備えた図１０のような光導波路素子であってもよい。図１０では他の部材は図８と同様なので、詳細説明は省略する。
【００７７】
本願発明の係る光導波路を有する光システムは、光合分波器への入力する複数の光導波路、及び光合分波器より出力される複数の光導波路をそれぞれ有する形態も取ることが出来る。上記複数の光導波路がいずれもシングル・モードの光導波路、又、光合分波器がマルチモード干渉型光導波路を有する光合分波器であることは言うまでもない。
【００７８】
図１１はこうした一例を示す光合分波器部分の平面図である。この例はマルチモード干渉型導波路１０の入射側に複数、具体的には２つの光導波路１２、１３が設けられている。一方、マルチモード干渉型導波路１０の出射側に複数、具体的には２つの光導波路１１、１４が設けられている。図１１は第４の光導波路１４が符号３４の位置に設けられている外は、図９と同等であるので、同じ部位、部材は同じ符号を用いている。
【００７９】
もちろん、さらに複数の光導波路がマルチモード干渉型導波路と接続して、複数の光合分波器であってもよいことは言うまでもない。
【００８０】
本願発明に係わる構造と図１に示す従来構造の光合分波器について、フィルタ部に関する製造トレランスを比較した。
【００８１】
図１２はフィルタの位置ずれによる反射光の損失増加量を示す。横軸はフィルタの位置ずれの距離、縦軸は反射光の損失増加量の例を示す。曲線３５は本実施例の場合また曲線３６は従来構造の場合の特性を表す。設計上許容される損失として例えば０.２ｄＢ程度とすると、トレランスは従来構造が１μｍであるのに対し本実施例では１０μｍ程度となる。このように、従来構造に比較して、充分大きな製造トレランスを実現することが出来る。
【００８２】
更に、ここで、本例におけるフィルタの位置ずれに対する損失増加は、反射光の光軸と導波路軸のずれによるのではなく、マルチモード干渉型導波路内でのマルチモード光の干渉による強度分布に起因することを指摘しておかなければならない。
【００８３】
図１３は、マルチモード干渉型導波路の長さＬを変化させたときの強度（損失）変化を示す。横軸はマルチモード干渉型導波路の長さＬ、縦軸は損失を示している。ここで、曲線３７と曲線３８はそれぞれ図７において第２の光導波路１２から入射させたシングルモード光の第１の光導波路１１及び第４の光導波路１４とマルチモード干渉型導波路１０との接合部３１及び３４における損失量を表す。両者の強度のピークが２４００μｍ程度で周期的に現れることがわかる。
【００８４】
従って、前述の図１２をもって示したフィルタの位置ずれに対する損失増加に対して、図１３に例示したマルチモード干渉型導波路内でのマルチモード光の干渉による強度分布に起因する損失が含まれることとなる。その損失の周期によって、フィルタの位置ずれに対する損失増加に対する、マルチモード光の干渉による強度分布に起因する損失の割合が高くなる。わけても、本願発明の例では、反射光に基づく損失が基本的になく、フィルタの位置ずれに対する損失増加は、このマルチモード光の干渉による強度分布に起因する損失によるものである。
【００８５】
次に、波長多重通信への、本願発明の光導波路を有する光システムの適用例を例示する。
【００８６】
図１４は本発明の第２の実施例である光合分波モジュールの実施形態を示す斜視図である。第１の実施例として例示した光合分波器に対して、その３つの光導波路の端面に光ファイバを設置するためのＶ溝４１、４２、４３を形成した。このＶ溝４１、４２、４３は、シリコン基板２０に、通例の結晶面に対する異方性食刻の技術を用いて容易に形成することが出来る。そして、この溝は光ファイバの位置設定に極めて実用的である。
【００８７】
本実施例は、例えば、次のように用いることが出来る。例えば、光学フィルタ１５として、波長１.３μｍの光を透過し波長１.５μｍの光を反射する光学フィルタを用いた場合を検討する。光ファイバ４６から波長１.３μｍと１.５μｍの波長多重光を入射する。この波長多重光は、光学フィルタ１５で波長１.３μｍ の光が透過され、一方１.５μｍの光は反射される。従って、波長１.３μｍ の光は光ファイバ４４に入射する。他方、１.５μｍの反射光は光ファイバ４５に入射する。こうして、一つの波長多重光から、１.３μｍもしくは１.５μｍの各波長を有する信号光をそれぞれ光ファイバ４４と４５に分波することがと出来る。
【００８８】
また、出入射を逆転すれば合波器としても機能することは言うまでもない。
【００８９】
尚、光ファイバ接続はＶ溝に限らず、導波路基板に接続用の台を設けて光ファイバと接着剤により接着する等他の手段によるものであってもよい。
【００９０】
図１５は本発明の第３の実施例である光送受信モジュールの実施形態を示す斜視図である。即ち、本例は、本願の光導波路を有する光システムが、光の発光素子及び受光素子を一つの基板に搭載して設けた例を示す。この例は光の送受信器の実際的な形態として用い易く有用である。
【００９１】
第１の実施例として例示した光合分波器のシリコン基板２０に、受光素子であるフォトダイオード５１及び発光素子であるレーザーダイオード５２を設置した。即ち、シリコン基板２０上にこれまでの例と同様に、光導波路の為のポリマーの多層膜を形成する。そして、その所定部分のポリマを除去してＳｉ基板２０を露出させる。このポリマーの除去は通例のドライエッチングを用いて十分である。このシリコン基板上の所定位置に当該発光、受光素子の各々の第１の電極、５２、及び５３を形成する。そして、第１の光導波路の端面にフォトダイオード５１を搭載し、第３の光導波路の端面にレーザーダイオード５２を搭載した。前記電極と発光、受光の各素子の相互の間は半田によって接続した。尚、図において、発光、受光の各素子の各第２の電極は省略されている。その他の構成は前記の第１の実施例と同様である。従って、同一部分、部材は同一符号をもって示されている。
【００９２】
図１６は、本発明の第４の実施例である光送受信モジュールの実施形態を示す斜視図である。本例は前記第３の実施例において、フォトダイオード５１及び５３をマルチモード導波路１０に関して光導波路１２側へ移動させ、更に光導波路１１の曲がり方向を変更した例を示す。本変更によりレーザダイオード５２で発生した光のうち光導波路１３と結合出来なかった漏れ光の分布中心から、受信部が離れることにより漏れ光の影響を小さくすることが出来る。
【００９３】
尚、フォトダイオード及びレーザーダイオードの設置の方法は本実施例の組み合わせは限定されない。勿論、発光、受光の各素子のいずれか一方だけを、前記シリコン基板に搭載した形態も、勿論目的によって用いることが出来ることは言うまでもない。更に、必要に応じて、３個以上の発光、受光の各素子を搭載した形態も取り得ることは言うまでもない。
【００９４】
次に、本願の光導波路を有する光システムが、光増幅器に用いられた例を示す。
【００９５】
図１７は本発明の第４の実施例である光増幅器の実施形態を示す平面構成図である。２つのＳｉ基板、８０、８１上に光合分波器５５を１つずつ形成した。そして、片方のシリコン基板８０にはポンプ用レーザーダイオード５６を設置した。尚、前記光合分波器５５は、例えば前記実施例１に示した構成を用いて十分である。また２つの基板間は、例えば長さ１ｍ程度のエルビウムドープファイバ（一般にファイバ増幅器とも称する）５７でつないだ。
【００９６】
光ファイバ５８から入射した光は、波長の異なるレーザーダイオード５６からの光と合波し、エルビウムドープファイバ５７で増幅される。そして、この増幅された光は、再び、異なる波長成分に分波され、所望波長の光が光ファイバ５９より出射する。こうして、ファイバー５８より入射した光が増幅され、増幅された所望の波長の光を、ファイバ５９より得ることが出来る。
【００９７】
更に、本願の光導波路を有する光システムが、光受信モジュールに用いられた例を示す。
【００９８】
図１８は本発明の第５の実施例である光受信モジュールの実施形態を示す基本的な平面構成図である。本例は、本願発明を光受信モジュールに適用した例である。この光受信モジュールは、波長多重信号光を各波長毎に分波し、これらをおのおのその波長に適した受光素子で受光するものである。
【００９９】
本例の基本構成は次の通りである。光ファイバー６５からの光信号を２つのフィルタ６３、６４によって所望の波長に光を選択する。そして、この選択された波長の光は、そのフィルタの透過側に設けられた光受光素子６２−１、６２−２、６２−３、６２−４、６２−５、６２−６によって検知される。
【０１００】
図１８を参酌すれば、これまでの諸例と同様に、Ｓｉ基板上に光合分波器６０とそれらを結ぶ光導波路６１を複数形成する。そして、各合分波器の透過側端面に複数のフォトダイオード６２−１、６２−２、６２−３、６２−４、６２−５、６２−６を配置した。光導波路６１の一方の端面、即ち入射光導波路は光導波路６５に接続され、この光導波路６５、例えば光ファイバーは当該光受信モジュールへの光入力を導波する。前記光合分波器６０は、例えば前記実施例１に示した構造を用いて十分である。この例では、マルチモード干渉型光導波路９０に一方の端面に直接受光素子６２−１が設けられている例である。マルチモード干渉型光導波路９０とこの内部に設けた光学フィルタ６３、マルチモード干渉型光導波路９０の一方の端面に配置された光導波路９１、９２によって本願発明に係わる光システムの基本形態が構成される。従って、図１７に示された例は、６つの本願発明に係わる光システムが縦に接続された形態である。尚、図１７では、説明の都合上、光導波路９１、９２のみ個別の符号を付し、その他は符号６１を付したが基本的に同様の光導波路である。
【０１０１】
尚、光学フィルタ６３、おるいは６４は複数の光システムに共通する物理的形態をもって構成されている。しかし、光学フィルタ６３、６４は位置によって反射・透過の波長特性が変化するものを用いる。この光学フィルタ６３、６４は、その光合分波器６０に対応する位置の反射・透過特性が当該光システムでの所望の波長を透過するように設計されている。反射・透過特性が変化する光学フィルタの具体的な例はフィルタの入射、透過の面を構成する２つの面の間隔を変化させたものである。あるいは、所定の位置のフィルタ材料を別異の材料を用いることも可能である。尚、本例では、透過・反射特性が場所によって変化する光学フィルタを２枚用いるが、これら所望場所に対応する各特性を有する光フィルタを複数個用いることも当然可能である。この場合、光学フィルタの特性はその厚さを変化させることによっても達成することが出来る。
【０１０２】
本モジュールは、光ファイバから入射した波長多重信号光を各合分波器で１波長ずつ順に分波し、各フォトダイオードで受光することができる。
【０１０３】
第６の実施例は、本願発明の光の送受信が可能な光通信モジュールへの適用例である。
【０１０４】
図１９は本発明の第６の実施例である光通信モジュールの概略を示す平面配置図である。尚、図は主要部材の基本配置を示す。光送受信モジュール６６には前記第３の実施例に示した構造を用いた。本光通信モジュールは、送信用ＩＣ６７や受信用ＩＣ６８、また温度を制御する為のペルチェ素子６９を組み合わせて用いられた。本モジュールにより、光ファイバ７０より受信した光信号をデジタル電気信号に変換し、また反対に生成した電気信号を同じ光ファイバより光信号として送信することができる。本実施例は送信用と受信用のＩＣを別体としたが、一体としてもよいし逆に増幅器やＡＰＣ等を分けて設置してもよいことは言うまでもない。
【０１０５】
本発明の実施例は特に、Ｓｉ基板上にフッ素化ポリイミドを用いて合分波器もしくは合分波器を含むモジュールを作製することについて述べたが、当然のことながら、基板はＳｉではなく石英等他の材料であってもよいし、光導波路はフッ素化ポリイミドではなく他のポリマーや石英等の材料であってもよいことは言うまでもない。
【０１０６】
本発明の実施例は特に、波長１.３μｍの光を透過し波長１.５μｍの光を反射する光学フィルタを用いた合分波器もしくは合分波器を含むモジュールを作製することについて述べたが、光学フィルタは波長特性の異なるものでもよく、その場合他の波長を有する波長多重光を合分波することも可能であることは言うまでもない。
【０１０７】
以上、本願発明を詳細に説明したが、本発明はマルチモード干渉型導波路を反射構造に用いた光合分波器もしくはそれらを用いた光送受信モジュールに関するものであり、光合分波器の入射・反射導波路はマルチモード干渉型導波路との接続部において平行であることを特徴としている。
【０１０８】
その結果、フィルタの位置ずれによる損失増加はマルチモード干渉型導波路における干渉の周期のみに起因し、フィルタ部の製造トレランスが大きくなる。従って歩留りが向上しコストを低減できる。また、反射角０度のフィルタを使用できることから漏れ光が充分に遮断され、光クロストークの問題が解決される。従って受光素子の受信感度等の損失設計に余裕が生まれる。
【０１０９】
【発明の効果】
本願発明によれば、安価に光導波路を有する光システムに十分安定した光伝達特性を与えることが出来る。
【０１１０】
本願発明によれば、製造歩留の高い光導波路を有する光システムを提供することが出来る。
【０１１１】
本願発明は、マルチモード干渉型光導波路の相対する端面に設けた光導波路相互での光の漏れ光を防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は従来の技術による光合波器部分の概略平面図である。
【図２】図２は光学フィルタのずれた状態を説明する光合波器部分の概略平面図である。
【図３】図３は従来構造における、光学フィルタの位置ずれと反射光の損失増加の関係を示す図である。
【図４】図４は従来構成になる別な光システムを示す概略平面図である。
【図５】図５は入射角の異なる光に対する光学フィルタの透過特性を示す図である。
【図６】図６は従来構造の光合分波器におけるθを０度に近づけたときの構造を示す平面図である。
【図７】図７は本願発明の光合分波器部分のマルチモード干渉を模式的に示す平面図である。
【図８】図８は本願発明の第１の実施例である光合分波器部分を示す斜視図である。
【図９】図９は本願発明の第１の実施例である光合分波器部分の平面拡大図である。
【図１０】図１０は光学フィルタを設置する前の光システムの斜視図である。
【図１１】図１１は光学フィルタを設置する前の光システムの拡大平面図である。
【図１２】図１２は本願発明の第１の実施例と従来構造の光合分波器部分について、フィルタの位置ずれと反射光損失量の関係を示す図である。
【図１３】図１３はマルチモード干渉型導波路の長さと光強度の関係を示す図である。
【図１４】図１４は本願発明の第２の実施例である光合分波モジュールを示す斜視図である。
【図１５】図１５は本願発明の第３の実施例である光送受信モジュールを示す斜視図である。
【図１６】図１６は本願発明の第３の実施例である光送受信モジュールの別な例を示す斜視図である。
【図１７】図１７は本願発明の第４の実施例である光導波路モジュールを示す概略平面図である。
【図１８】図１８は本発明の第５の実施例である光受信モジュールを示す概略平面図である。
【図１９】図１８は本願発明の第６の実施例である光通信モジュールの各部材の配置を示す図である。
【図２０】図２０は光学フィルタの設置を説明する断面図である。
【符号の説明】
１：光導波路（入射側光導波路）、２：光導波路（反射側光導波路）、３：光導波路１及び２それぞれの光軸の交点、４：光学フィルタ、５：光学フィルタの等価的反射中心面、６：入射側光導波路の軸、７：反射側光導波路の軸、８：フィルタ位置がずれたときの反射光の光軸、９：漏れ光、１０：マルチモード干渉型光導波路、１１：第１の光導波路、１２：第２の光導波路、１３：第３の光導波路、１４：第４の光導波路、１５：光学フィルタ、１６：従来構造の光合分波器、１７：光導波路１及び２の重なり部分、１８：反射戻り光、２０：基板（例えば、Ｓｉ基板）、２１：下部クラッド層、２２：コア層、２３：上部クラッド層、２４：マルチモード干渉型導波路と第１の光導波路の結合部、２５：マルチモード干渉型導波路と第２の光導波路の結合部、２６：マルチモード干渉型導波路と第３の光導波路の結合部、２７：マルチモード干渉型導波路と第４の光導波路の結合部、２８：本実施例におけるフィルタの位置ずれによる反射光の損失増加量、２９：従来構造の光合分波器におけるフィルタの位置ずれによる反射光の損失増加量、３０：第２の光導波路１２からシングルモード光を入射した光の接合部３１における損失、３１：第２の光導波路１２からシングルモード光を入射した光の接合部３４における損失、３２：光ファイバ設置用のＶ溝、３３：光ファイバ設置用のＶ溝、３４：光ファイバ設置用のＶ溝、３５：フォトダイオード、３６：レーザーダイオード、３７：フォトダイオード用電極、３８：レーザーダイオード用電極、３９：第１の実施例である光合分波器、４０：光合分波器間を結ぶ光導波路、４１：複数のフォトダイオード、４２：光学フィルタ、４３：光学フィルタ、４４：光ファイバ、４５：光送受信モジュール、４６：送信用ＩＣ、４７：受信用ＩＣ、４８：ペルチェ素子、４９光ファイバ。
Claims (8)
- 第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設けられた光学フィルタとを少なくとも有し、
前記第１の光導波路が前記第４の光導波路の第１の端面に接続され、前記第２及び第３の各光導波路が前記第４の光導波路の前記第１の端面に対向する第２の端面の所定の個別位置に接続され、
前記第４の光導波路の第１の端面および第２の端面は各々当該第４の光導波路内の光の進行方向と交差する端面であり、
前記第４の光導波路は、前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第１の波長の光入力が前記第４の光導波路内の光の伝搬によって、前記光学フィルタを透過した上で前記第１の光導波路内に前記第１の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となし、且つ前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第２の波長の光入力が前記光学フィルタでの反射を介して、前記第２および第３の光導波路の内の光入力のない光導波路内に前記第２の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となす、マルチモード干渉型光導波路であり、
前記光学フィルタは、前記第４の光導波路に設けられた溝に設置された板状光学フィルタであることを特徴とする光合分波器。 - 前記光学フィルタが、前記第４の光導波路内の光の進行方向に対して垂直あるいは略垂直に設置されることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
- 前記光学フィルタの入射面は、前記第１、第２、および第３の各光導波路の前記第４の光導波路への接続位置における当該第１、第２、および第３の各光導波路での光の波面と平行ないしは略平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光合分波器。
- 前記光学フィルタが誘電体多層膜フィルタであることを特徴とする請求項１より請求項３のいずれかに記載の光合分波器。
- 前記第４の光導波路の光の進行方向の長さが１ｍｍより５ｍｍの範囲、幅が２５μｍより７０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１より請求項４のいずれかに記載の光合分波器。
- 第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設けられた光学フィルタとを少なくとも有し、
前記第１の光導波路が前記第４の光導波路の第１の端面に接続され、前記第２及び第３の各光導波路が前記第４の光導波路の前記第１の端面に対向する第２の端面の所定の個別位置に接続され、
前記第４の光導波路の第１の端面および第２の端面は各々当該第４の光導波路内の光の進行方向と交差する端面であり、
前記第４の光導波路は、前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第１の波長の光入力が前記第４の光導波路内の光の伝搬によって、前記光学フィルタを透過した上で前記第１の光導波路内に前記第１の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となし、且つ前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第２の波長の光入力が前記光学フィルタでの反射を介して、前記第２および第３の光導波路の内の光入力のない光導波路内に前記第２の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となす、マルチモード干渉型光導波路であり、
前記光学フィルタは、前記第４の光導波路に設けられた溝に設置された板状光学フィルタであり、
且つ前記第２の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となす第２および第３の光導波路のいずれかに接続される光受光器が、前記光入力を行う光素子よりの漏れ光の分布の中心位置からずれて設置されたことを特徴とする光導波路モジュール。 - 第１、第２、及び第３の光導波路と、マルチモードでの光の伝搬が可能な第４の光導波路と、前記第４の光導波路内の光の進行方向に交差して設けられた光学フィルタとを少なくとも有し、
前記第１の光導波路が前記第４の光導波路の第１の端面に接続され、前記第２及び第３の各光導波路が前記第４の光導波路の前記第１の端面に対向する第２の端面の所定の個別位置に接続され、
前記第４の光導波路の第１の端面および第２の端面は各々当該第４の光導波路内の光の進行方向と交差する端面であり、
前記第４の光導波路は、前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第１の波長の光入力が前記第４の光導波路内の光の伝搬によって、前記光学フィルタを透過した上で前記第１の光導波路内に前記第１の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となし、且つ前記第２および第３の光導波路のいずれかの光導波路からの第２の波長の光入力が前記光学フィルタでの反射を介して、前記第２および第３の光導波路の内の光入力のない光導波路内に前記第２の波長の光入力に対応する光の伝搬を可能となす、マルチモード干渉型光導波路であり、
前記光学フィルタは、前記第４の光導波路に設けられた溝に設置された板状光学フィルタであり、
且つ前記第１より第３の光導波路の少なくとも一つに接続する発光部あるいは受光部の設置した、あるいは前記第１より第３の光導波路の少なくとも一つに代えて発光部あるいは受光部を設置した、あるいは光スイッチもしくは光学フィルタもしくは光増幅器もしくは光変調器等の光素子を組み合わせたことを特徴とする光導波路モジュール。 - 請求項6 又は７に記載の光導波路モジュールに、集積回路もしくはプリアンプ等の電気信号処理手段を組み合わせた光通信装置。
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