JP2000035522A - Optical element and optical parts - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光素子及び光部品
に関する。特に、導波構造を有する光素子の光導波路構
造及び組立位置合わせマーク構造に関するものである。[0001] The present invention relates to an optical element and an optical component. In particular, the present invention relates to an optical waveguide structure and an assembly alignment mark structure of an optical device having a waveguide structure.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体光アンプや光変調器など、導波構
造を有する光素子と光ファイバや光導波路などを光結合
して使用する場合、結合間隙にある媒質との屈折率不整
合により光素子端面において反射が発生する。2. Description of the Related Art When an optical element having a waveguide structure, such as a semiconductor optical amplifier or an optical modulator, is optically coupled to an optical fiber or an optical waveguide or the like, the optical element is caused by a refractive index mismatch with a medium in a coupling gap. Reflection occurs at the element end face.
【０００３】特に、半導体光アンプでは反射光が増幅さ
れノイズやアンプする光信号を歪ませる原因となる。こ
のため以前から光素子端面の反射を抑制するための構造
が考えられてきた。例えば、通常の半導体レーザに関す
る書籍（応用物理学シリーズ「半導体レーザ」伊賀健一
著、応用物理学会編オーム社刊Ｐ３４５）に一般的に記
載されている。In particular, in a semiconductor optical amplifier, reflected light is amplified and causes noise and distortion of an optical signal to be amplified. For this reason, a structure for suppressing the reflection of the end face of the optical element has been considered. For example, it is generally described in a book on ordinary semiconductor lasers (Applied Physics Series "Semiconductor Laser", Kenichi Iga, edited by the Japan Society of Applied Physics, published by Ohmsha, P345).
【０００４】（１）斜めストライプを用いた半導体光ア
ンプの例 従来の半導体光アンプの模式図を図７に示す。この半導
体光アンプは、光導波路基板５上に光素子１を搭載し、
光素子１から光導波路基板５上の光導波路２に光をへ入
出射するようにしたものである。ここで、光素子１に
は、二つの劈開端面４に対して光軸が傾斜する直線状の
光導波路（以下、このような光導波路をストライプ構造
又はストライプ光導波路という）３が形成されている。(1) Example of Semiconductor Optical Amplifier Using Diagonal Stripes FIG. 7 shows a schematic diagram of a conventional semiconductor optical amplifier. In this semiconductor optical amplifier, the optical element 1 is mounted on an optical waveguide substrate 5,
Light enters and exits from the optical element 1 to the optical waveguide 2 on the optical waveguide substrate 5. Here, a linear optical waveguide (hereinafter, such an optical waveguide is called a stripe structure or a stripe optical waveguide) 3 whose optical axis is inclined with respect to the two cleavage end faces 4 is formed in the optical element 1. .
【０００５】図中に示すように、半導体光アンプの各劈
開端面４に於いて反射された光は、半導体内部に戻され
るが、光導波路２と結合しない部分が多くなり、ノイズ
として半導体光アンプ内で増幅される光の量が大幅に低
減される。特に無反射誘電体多層膜との併用によりこの
ようなモジュールでは反射による光ノイズを十分に低減
することが出来る。As shown in the figure, the light reflected at each cleavage end face 4 of the semiconductor optical amplifier is returned to the inside of the semiconductor, but the portion not coupled to the optical waveguide 2 increases, and the semiconductor optical amplifier becomes noise. The amount of light amplified within is greatly reduced. In particular, by using such a module together with a non-reflective dielectric multilayer film, optical noise due to reflection can be sufficiently reduced.
【０００６】ここで、光素子１の光導波路３、光導波路
基板上の光導波路２、更にこれら２つの光導波路間の媒
質は各々屈折率が異なっている為に、進行する光は界面
において屈折する。そこで、屈折の方向と光導波路の方
向が揃うように光導波路３、光導波路２のそれぞれの光
導波路端面の法線方向に対してスネルの法則を満たすよ
うに光導波路光軸が傾斜して設定されている。Here, since the optical waveguide 3 of the optical element 1, the optical waveguide 2 on the optical waveguide substrate, and the medium between the two optical waveguides have different refractive indexes, the traveling light is refracted at the interface. I do. Therefore, the optical axis of the optical waveguide is set to be inclined so as to satisfy Snell's law with respect to the normal direction of the end faces of the optical waveguides of the optical waveguide 3 and the optical waveguide 2 so that the direction of refraction and the direction of the optical waveguide are aligned. Have been.
【０００７】しかしながら、このような光素子に於いて
は、劈開位置を調整することが難しく、１０〜２０μｍ
程度の劈開位置のずれが発生する。即ち、従来の光導波
路部分を傾けた光素子では、チップの長さが変化すると
チップの光導波路の端面位置が変化して光軸にずれが生
じる。このため、図７（ｂ）に示すように、光素子１の
劈開端面４における光導波路の位置が定まらなくなり、
放射光の光軸１０ａのように光導波路２ａ，２ｂとの位
置ずれを生じ、パッシブアライメントを行うことが困難
になる。However, in such an optical device, it is difficult to adjust the cleavage position, and it is difficult to adjust the cleavage position.
A slight displacement of the cleavage position occurs. That is, in the conventional optical device in which the optical waveguide portion is tilted, when the length of the chip changes, the end face position of the optical waveguide of the chip changes and the optical axis shifts. For this reason, as shown in FIG. 7B, the position of the optical waveguide on the cleavage end face 4 of the optical element 1 cannot be determined,
As in the case of the optical axis 10a of the radiated light, a positional shift occurs between the optical waveguides 2a and 2b, making it difficult to perform passive alignment.
【０００８】ここで、「パッシブアライメント」とは、
光素子１と光導波路基板５とに設けられた位置決め基準
を合わせて位置合わせする方法で、微細加工によるマー
クなどを用いて自動認知できるなど、簡便で量産化に適
した方法である。この位置ずれは、設計値である２つの
放出光間の間隔ｇ0に対し、本質的に光素子からの放出
光間隔がｇと変化するため劈開位置にずれが有る場合に
は、回避することはできない。Here, “passive alignment” means
This method is simple and suitable for mass production, for example, a method of aligning the optical element 1 and the optical waveguide substrate 5 by aligning them with a positioning reference provided, and automatically recognizing the marks using marks or the like formed by fine processing. This misalignment, relative distance g 0 between the two emission light is the design value, when essentially the deviation is in the cleavage position for emission interval from the optical element changes the g is to avoid Can not.
【０００９】即ち、間隔がｇとなった図７（ｂ）の状態
では、光導波路２ａと放射光の光軸１０ａを一致させよ
うとしてｘ軸＋方向に平行移動させても、又はｙ軸＋方
向に平行移動させても、何れの場合にも他方の光導波路
２ｂと放射光の光軸１０ｂとの結合は逆に悪くなる。In other words, in the state shown in FIG. 7B where the interval becomes g, the optical waveguide 2a and the optical axis 10a of the radiated light can be moved in parallel in the x-axis + direction to make them coincide with each other, or the y-axis + In any case, the coupling between the other optical waveguide 2b and the optical axis 10b of the radiated light becomes worse even if the optical waveguide 2b is moved in the parallel direction.
【００１０】また、光素子をｘｙ面内で回転させれば光
軸方向がずれて良好な結合は得られない。従って、劈開
により光素子の長さが設定値からずれた場合には、光素
子を活性動作させた上で光導波路３と光導波路２とが最
小損失で結合するようにアクティブアラインメントをせ
ざるを得なかった。If the optical element is rotated in the xy plane, the direction of the optical axis is shifted, and good coupling cannot be obtained. Therefore, when the length of the optical element deviates from the set value due to cleavage, the active alignment of the optical element must be performed so that the optical waveguide 3 and the optical waveguide 2 are coupled with minimum loss after the optical element is activated. I didn't get it.
【００１１】（２）窓構造を用いた半導体光アンプの例 窓構造を用いた半導体光アンプを図８に示す。ここで、
「窓構造」とは、光素子１における光導波路３をチップ
の劈開端面４の手前で無くす構造であり、光導波路端面
を埋め込む形で劈開端面近傍において光を自由伝搬させ
劈開端面４における反射光が光導波路と光結合するのを
抑制するものである。この窓構造においても、無反射誘
電体多層膜と併用することによって光ノイズを十分に低
減することが出来る。(2) Example of a semiconductor optical amplifier using a window structure FIG. 8 shows a semiconductor optical amplifier using a window structure. here,
The “window structure” is a structure in which the optical waveguide 3 in the optical element 1 is eliminated just before the cleavage end face 4 of the chip, and light is freely propagated near the cleavage end face so as to embed the optical waveguide end face and reflected light on the cleavage end face 4 Is suppressed from being optically coupled to the optical waveguide. Also in this window structure, optical noise can be sufficiently reduced by using the antireflection dielectric multilayer film together.
【００１２】しかしながら、このような光素子１では光
導波路端面に於いて十分に反射を抑制しなくてはなら
ず、埋め込み工程にプロセスを十分に制御する必要があ
ったり、作製歩留まりが下がるなど問題があった。さら
に、光導波路／光ファイバ２’との結合を考えると、劈
開端面近傍において光を自由伝搬させるため、実効的に
結合させたい光導波路／光ファイバ２’との距離が開く
ことになり、光結合率が下がってしまうという問題があ
る。However, in such an optical element 1, it is necessary to sufficiently suppress the reflection at the end face of the optical waveguide, and it is necessary to sufficiently control the process in the embedding step, and the production yield is lowered. was there. Further, considering the coupling with the optical waveguide / optical fiber 2 ′, the light propagates freely in the vicinity of the cleaved end face, so that the distance between the optical waveguide and the optical fiber 2 ′ to be effectively coupled increases. There is a problem that the coupling ratio is reduced.
【００１３】上述した従来の光素子１では劈開端面４に
対して斜めに光導波路３が作られているために組立工程
においてアクティブアライメントを行う必要があった。
また、窓構造を用いると、光導波路３と光導波路／光フ
ァイバ２’との間隙ｇ（正確には屈折率を考慮に入れ
る）が広がり、結合効率が劣化してしまうなどの問題が
あった。In the above-described conventional optical device 1, since the optical waveguide 3 is formed obliquely with respect to the cleavage end face 4, active alignment must be performed in the assembling process.
In addition, when the window structure is used, there is a problem that the gap g (accurately taking into account the refractive index) between the optical waveguide 3 and the optical waveguide / optical fiber 2 'is widened, and the coupling efficiency is deteriorated. .
【００１４】さらに、半導体光アンプでは光導波路途中
で発生する自然放出光は光導波路の伝搬と同じ方向へ伝
搬する場合、端面に於いて反射、さらに増幅されるた
め、単純な直線構造の光導波路である上記従来技術では
十分に抑制することができなかった。Further, in a semiconductor optical amplifier, when spontaneous emission light generated in the middle of an optical waveguide propagates in the same direction as the propagation of the optical waveguide, the spontaneous emission is reflected at the end face and further amplified. However, the above-mentioned prior art could not sufficiently suppress it.
【００１５】[0015]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の窓構造
を用いた半導体素子や斜めに傾斜したストライプ光導波
路を有する光素子では光導波路や光ファイバとの結合や
組立の観点から問題があった。本発明の目的は、光素子
と他の光導波路素子の結合について、光素子の端面（劈
開）位置が変った場合に他の光導波路素子との結合が悪
くなるという問題に対して、端面位置に依らず他の光導
波路と良好に結合できる光素子の光導波路形状を提案す
ることにある。In the above-described semiconductor device using the conventional window structure and the optical device having the obliquely striped optical waveguide, there is a problem from the viewpoint of coupling and assembly with the optical waveguide and the optical fiber. . SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problem that when the end face (cleavage) position of an optical element changes, the coupling between the optical element and another optical waveguide element deteriorates. It is an object of the present invention to propose an optical waveguide shape of an optical element that can be satisfactorily coupled to another optical waveguide regardless of the optical waveguide.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の請求項１に係る光素子は、基板上に形成された結
合導波路の途中に配置されて、前記結合導波路と光結合
し両端面における光軸が端面法線に対して傾斜する光導
波路を内部に有する光素子において、前記光素子の前記
光導波路は前記両端面における光軸が端面法線に対して
同じ側に傾斜している直線部を有することを特徴とす
る。According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical element, which is disposed in the middle of a coupling waveguide formed on a substrate, and optically couples with the coupling waveguide. In an optical element having an optical waveguide in which the optical axes at both end faces are inclined with respect to the normal to the end face, the optical waveguide of the optical element has the optical axes at the both end faces inclined to the same side with respect to the normal to the end face. It is characterized in that it has a straight portion that is curved.
【００１７】上記目的を達成する本発明の請求項２に係
る光部品は、請求項１記載の前記光素子に、前記直線部
に対して平行な位置合わせマークを形成する一方、請求
項１記載の前記基板に、前記位置合わせマークに位置合
わせされるべき位置合わせマークを前記結合導波路から
の放射光の光軸に平行に形成することを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, which achieves the above object, an alignment mark parallel to the linear portion is formed on the optical element according to the first aspect. A positioning mark to be aligned with the positioning mark is formed on the substrate in parallel with the optical axis of the light emitted from the coupling waveguide.
【００１８】上記目的を達成する本発明の請求項３に係
る光素子は、基板上に形成された結合導波路の途中若し
くは端部に配置されて、前記結合導波路と光結合し両端
面における光軸が端面法線に対して傾斜する光導波路を
内部に有する光素子において、前記光素子の前記光導波
路は出射光の光軸方向が常に前記結合導波路の端面と一
致する所定の曲線形状を有することを特徴とする。An optical element according to a third aspect of the present invention, which achieves the above object, is disposed in the middle or at an end of a coupling waveguide formed on a substrate, optically couples with the coupling waveguide, and is provided at both end faces. In an optical device having an optical waveguide in which an optical axis is inclined with respect to a normal to an end surface, the optical waveguide of the optical device has a predetermined curved shape in which an optical axis direction of emitted light always coincides with an end surface of the coupling waveguide. It is characterized by having.
【００１９】上記目的を達成する本発明の請求項４に係
る光素子は、請求項３記載の前記光素子の前記光導波路
の一方は端面法線に対して垂直であり、その他方は端面
法線に対して傾斜することを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical device according to the third aspect, wherein one of the optical waveguides of the optical device is perpendicular to an end face normal and the other is an end face method. It is characterized by being inclined with respect to the line.
【００２０】上記目的を達成する本発明の請求項５に係
る光部品は、請求項１，３又は４記載の前記光素子或い
は請求項２記載の前記光部品を半導体光アンプ又は位相
／振幅の変調器に用いることを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention which achieves the above object, the optical component according to the first, third or fourth aspect or the optical component according to the second aspect is a semiconductor optical amplifier or a phase / amplitude amplifier. It is characterized by being used for a modulator.
【００２１】〔作用〕請求項１，４の構造により光素子
の前後の放射端面の反射を抑制し、かつ、請求項２の組
立位置合わせマークにより高精度な自動組立が可能とな
る。また、請求項３の構造では光素子の光導波路構造に
より放出光の投影位置を所望の位置にあわせることが可
能となる。これを用いて、自動組立をより簡易化でき、
かつ、これを用いれば放出光の中心位置を調整できるの
で結合効率の低下を抑制できる。また、請求項３の上記
光導波路構造は湾曲しているため、請求項５の半導体光
アンプにおいては自然放出光を抑制することができる。[Operation] According to the structures of the first and fourth aspects, reflection at the front and rear radiation end faces of the optical element is suppressed, and the assembly alignment mark of the second aspect enables highly accurate automatic assembly. In the structure of the third aspect, the projection position of the emitted light can be adjusted to a desired position by the optical waveguide structure of the optical element. By using this, automatic assembly can be further simplified,
In addition, since the center position of the emitted light can be adjusted by using this, a decrease in the coupling efficiency can be suppressed. Since the optical waveguide structure of the third aspect is curved, the semiconductor optical amplifier of the fifth aspect can suppress spontaneous emission light.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】〔実施例１〕本発明の第１の実施
例に係る光導波路構造を用いた半導体アンプを図１に示
す。本実施例は、請求項１に係るものである。図１に示
すように、光導波路基板５上において、光導波路２の途
中には、光素子１が配置されている。光導波路基板５と
しては、Ｓi上に形成した石英系平面光導波路２の途中
に素子搭載部を形成したものを用いた。[Embodiment 1] FIG. 1 shows a semiconductor amplifier using an optical waveguide structure according to a first embodiment of the present invention. This embodiment relates to claim 1. As shown in FIG. 1, on the optical waveguide substrate 5, an optical element 1 is arranged in the middle of the optical waveguide 2. As the optical waveguide substrate 5, a substrate in which an element mounting portion was formed in the middle of the quartz-based planar optical waveguide 2 formed on Si was used.
【００２３】光素子１は、劈開端面４の間に光導波路３
を有する。この光導波路３は、上記光導波路２と光結合
し、劈開端面４の法線方向に対して光軸が傾斜する。更
に、本実施例における光導波路３の前記両端面における
光軸は、端面法線に対して同じ側に傾斜している直線部
を有する。即ち、この光導波路３は、端面法線に対して
傾斜した二つの直線部とその間をつなぐ直線部とからな
り、２箇所で屈曲する曲がり光導波路である。The optical element 1 has an optical waveguide 3 between the cleaved end faces 4.
Having. The optical waveguide 3 optically couples with the optical waveguide 2 and the optical axis is inclined with respect to the normal direction of the cleavage end face 4. Further, the optical axes at the both end surfaces of the optical waveguide 3 in the present embodiment have linear portions inclined to the same side with respect to the normal to the end surface. That is, the optical waveguide 3 is a bent optical waveguide that is composed of two linear portions inclined with respect to the normal of the end face and a linear portion connecting them, and is bent at two places.
【００２４】このような構造を持つ半導体アンプによれ
ば、光軸ずれを発生させず光導波路基板５と光素子１の
光結合が可能である。以下にその理由を示す。それぞれ
結合させる光導波路同士から放出される光軸１０，１１
の角度θ，φが一致するように基板、半導体光アンプを
設計する。この状態で、それぞれの光軸が一致するよう
に位置合わせを行えば所望の位置合わせとなる。According to the semiconductor amplifier having such a structure, optical coupling between the optical waveguide substrate 5 and the optical element 1 is possible without causing optical axis shift. The reason is shown below. Optical axes 10 and 11 emitted from optical waveguides to be coupled with each other.
The substrate and the semiconductor optical amplifier are designed so that the angles θ and φ are the same. In this state, if the alignment is performed so that the respective optical axes coincide, a desired alignment is obtained.
【００２５】このような位置合わせは図１（ｂ）に示す
ように導波路基板５から放出される２本の光軸１１が結
ぶ点Ｐ0、半導体アンプの光導波路から放出される２本
の光軸１０が結ぶ点Ｐを求め、ベクトルＰ→Ｐ0だけ光
素子１を動かせばよい。つまり、ベクトルＰ→Ｐ0に対
応するベクトルだけ光素子１を動かせば、放射光の光軸
は設計値の光軸に必ず一致するのである。以上が上記位
置合わせ可能な理由である。As shown in FIG. 1B, such a positioning is performed at a point P 0 at which the two optical axes 11 emitted from the waveguide substrate 5 are connected to each other, and at a point P 0 between the two optical axes emitted from the optical waveguide of the semiconductor amplifier. The point P connecting the optical axis 10 is obtained, and the optical element 1 may be moved by the vector P → P 0 . That is, if the optical element 1 is moved by a vector corresponding to the vector P → P 0 , the optical axis of the emitted light always coincides with the optical axis of the design value. The above is the reason why the alignment is possible.
【００２６】このように、請求項１の構造を用いれば、
劈開による光導波路端面間隔の変化以外に本質的に位置
ずれのない位置合わせが可能であり、図７（ｂ）に示す
半導体光アンプでは光導波路端面間隔の変化以外に本質
的な光軸ずれ、即ち、ｇ0からｇへのずれが劈開位置の
ずれにより発生するのに比べ有利である。さらに、本実
施例においては、光半導体アンプの自然放出光を測定し
たところ、光導波路と結合しないモードに誘起した自然
放出光は曲がり光導波路により光導波路の外に放射さ
れ、導波モードに近い自然放出光は信号光に引き込まれ
るため、請求項５に対応して、自然放出光が抑制された
信号／雑音比の優れた光半導体アンプが作製できた。As described above, according to the structure of the first aspect,
Positioning with essentially no positional deviation other than a change in the optical waveguide end face interval due to cleavage is possible. In the semiconductor optical amplifier shown in FIG. that is, the deviation from the g 0 to g is advantageous compared to generate a shift of the cleavage location. Further, in the present embodiment, when the spontaneous emission light of the optical semiconductor amplifier was measured, the spontaneous emission light induced in the mode not coupled to the optical waveguide was radiated out of the optical waveguide by the bent optical waveguide, and was close to the waveguide mode. Since the spontaneous emission light is drawn into the signal light, an optical semiconductor amplifier having an excellent signal / noise ratio in which the spontaneous emission light is suppressed can be manufactured.
【００２７】〔実施例２〕本発明の第２の実施例に係る
半導体アンプを図２に示す。本実施例は、実施例１の光
半導体アンプに請求項２のマークを作製してパッシブア
ライメントを実現したものである。ここで、光導波路基
板５には、光導波路２から放出される２本の光軸にそれ
ぞれ平行に金をパターン化した２本組のストライプを基
板側位置合わせマーク２１として形成した。Embodiment 2 FIG. 2 shows a semiconductor amplifier according to a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, a mark according to claim 2 is formed on the optical semiconductor amplifier of the first embodiment to realize passive alignment. Here, on the optical waveguide substrate 5, two sets of stripes each formed by patterning gold in parallel with two optical axes emitted from the optical waveguide 2 were formed as substrate-side alignment marks 21.
【００２８】また、光素子１には、光導波路３と平行で
光導波路基板５のストライプ状のマークと間隔の等しい
本組のストライプを素子側位置合わせマーク２２として
作製した。ここで、半導体光アンプは劈開して外形を整
えることを考慮して、ドライエッチングによる彫り込ん
だ溝を位置合わせマークに用いた。あるいは、半導体レ
ーザーや半導体光アンプでよく用いられるメサ構造が基
板にある場合はメサ構造の溝をマークとして直接用いて
も良い。In the optical element 1, a main set of stripes parallel to the optical waveguide 3 and having the same interval as the stripe-shaped marks of the optical waveguide substrate 5 were produced as element-side alignment marks 22. Here, in consideration of cleaving the semiconductor optical amplifier to adjust its outer shape, a groove etched by dry etching was used as an alignment mark. Alternatively, when the substrate has a mesa structure often used in a semiconductor laser or a semiconductor optical amplifier, a groove of the mesa structure may be directly used as a mark.
【００２９】図２における位置合わせ手順を述べる。ま
ず、図２（ｂ）にあるように光素子１と基板側位置合わ
せマーク２１の下側端面位置を合わせる。マーク２１の
間隔は等しく作製してあるので合わせる位置は一意的に
決まる。さらに、光導波路基板５と光素子１の面内方向
の角度合わせは位置合わせマーク２１，２２の端を合わ
せることにより実現できる。The alignment procedure in FIG. 2 will be described. First, as shown in FIG. 2B, the lower end surface position of the optical element 1 and the substrate-side alignment mark 21 are aligned. Since the intervals between the marks 21 are made equal, the position to be matched is uniquely determined. Further, the angle alignment between the optical waveguide substrate 5 and the optical element 1 in the in-plane direction can be realized by aligning the ends of the alignment marks 21 and 22.
【００３０】つまり、二つの位置合わせマーク２１，２
２の端を合わせることにより、光導波路基板５と光素子
１との位置が自動的に修正されるのである。この角度合
わせは光導波路基板５と光素子１それぞれの光導波路か
らの放出光の光軸の平行度調整と同じことである。この
後、図２（ｃ）に矢印で示すように、光素子１を基板側
位置合わせマーク２１に沿って動かし、光素子１の素子
側位置合わせマーク２２の間の間隙が基板側位置合わせ
マーク２１の間隙に一致する場所を見いだせばよい。That is, the two alignment marks 21 and
By aligning the two ends, the positions of the optical waveguide substrate 5 and the optical element 1 are automatically corrected. This angle adjustment is the same as the adjustment of the parallelism of the optical axes of the light emitted from the optical waveguides of the optical waveguide substrate 5 and the optical element 1. Thereafter, as shown by an arrow in FIG. 2C, the optical element 1 is moved along the substrate-side alignment mark 21 so that the gap between the element-side alignment marks 22 of the optical element 1 becomes the substrate-side alignment mark. What is necessary is just to find a place corresponding to the gap of 21.
【００３１】上記の素子側の位置合わせマーク２２は、
間隔の等しく光導波路３に平行なストライプとしたが、
必ずしもストライプ状とする必要はなく、端部に点状の
ものを設けても良い。図３に計算を用いて位置合わせす
る手順を述べる。まず、図２（ｂ）と同様の目的で同様
の操作を行う。即ち、図３（ｂ）に示すように、図下側
において、素子側位置合わせマーク２２の端と基板側位
置合わせマーク２１の端が合うように、光素子１を移動
させる。このとき、２点で合わせているため光素子１の
光導波路基板５に対する角度は自動的に修正される。さ
らに、図３（ｃ）に示すように、図上側においても、上
記と同様に素子側位置合わマーク２２の端と基板側位置
合わせマーク２１の端が合うように、光素子１を移動さ
せる。The alignment mark 22 on the element side is
Although the stripes are equally spaced and parallel to the optical waveguide 3,
It is not always necessary to form a stripe, and a dot may be provided at the end. FIG. 3 illustrates a procedure for positioning using calculation. First, the same operation is performed for the same purpose as in FIG. That is, as shown in FIG. 3B, the optical element 1 is moved so that the end of the element-side alignment mark 22 and the end of the substrate-side alignment mark 21 are aligned on the lower side of the figure. At this time, since the alignment is performed at two points, the angle of the optical element 1 with respect to the optical waveguide substrate 5 is automatically corrected. Further, as shown in FIG. 3C, also on the upper side of the figure, the optical element 1 is moved so that the end of the element-side alignment mark 22 and the end of the substrate-side alignment mark 21 are aligned.
【００３２】この二つの位置合わせの間に光素子１が移
動した距離を光素子１及び光導波路基板５の微動駆動系
のモータに与えたパルス数により計算しベクトルＶを得
る。これより設計値として決めた光軸の傾きθ，φを用
いて、 ｄ＝（Ｖy−Ｖxtanθ）/（１＋tanθ/tanφ） ｗ＝ｄcotφ を計算し、ベクトル（ｄ，ｗ）だけ最初の位置合わせ位
置から光素子を移動すれば位置合わせが完了する。The distance traveled by the optical element 1 during these two alignments is calculated by the number of pulses applied to the optical element 1 and the motor of the fine movement drive system of the optical waveguide substrate 5 to obtain a vector V. Using the optical axis inclinations θ and φ determined as design values from this, d = (V y −V x tan θ) / (1 + tan θ / tan φ) w = dcotφ is calculated, and only the first vector (d, w) is calculated. When the optical element is moved from the alignment position, the alignment is completed.
【００３３】上記の計算を用いて位置合わせをする場
合、基板側位置合わせマーク２１は、必ずしもストライ
プ状とする必要はなく、点状のものとして良い。このよ
うに、請求項２の位置合わせマークを用いれば自動組立
が可能な、光素子、光軸合わせ対象となる光部品及びそ
れを組み立てた光複合部品が実現できる。When positioning is performed using the above calculations, the substrate-side positioning marks 21 do not necessarily have to be in the form of stripes, but may be in the form of dots. As described above, an optical element, an optical component to be subjected to optical axis alignment, and an optical composite component obtained by assembling the optical device, which can be automatically assembled by using the alignment mark of claim 2 can be realized.
【００３４】〔実施例３〕本発明の第３の実施例に係る
光導波路構造を図４に示す。本実施例は、請求項３又は
４に係るものである。実施例２では、パッシブアライメ
ントを行うために位置合わせマーク２１，２２を用いて
劈開位置に応じて移動させ最適位置へアライメントする
方法であった。Embodiment 3 FIG. 4 shows an optical waveguide structure according to a third embodiment of the present invention. The present embodiment corresponds to claim 3 or 4. In the second embodiment, in order to perform the passive alignment, the alignment marks 21 and 22 are used to move according to the cleavage position to perform alignment to an optimum position.
【００３５】これに対し本実施例では、図４に示すよう
に、マーク２３，２４を所定の位置に固定して結合損失
を最適化する方法である。マーク２３は光素子に形成し
た通常の位置合わせマークであり、マーク２４は導波路
基板５に形成した通常の位置合わせマークである。図７
（ｂ）に示すように、端面に対して斜めに入射する光導
波路２からの放射光の光軸１０ａは、劈開の位置すなわ
ち光素子１の劈開端面４により放射光の光軸の投影位置
が変化する。これは光導波路の端面における位置が変化
するためである。On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the marks 23 and 24 are fixed at predetermined positions to optimize the coupling loss. The mark 23 is a normal alignment mark formed on the optical element, and the mark 24 is a normal alignment mark formed on the waveguide substrate 5. FIG.
As shown in (b), the optical axis 10a of the radiated light from the optical waveguide 2 that is obliquely incident on the end face is positioned at the cleavage position, that is, the projected position of the optical axis of the radiated light due to the cleavage end face 4 of the optical element 1. Change. This is because the position on the end face of the optical waveguide changes.
【００３６】そこで、本実施例では、劈開端面４の光導
波路端位置、放出角度を制御することにより実現した。
即ち、光導波路基板５上に形成された光導波路２の途中
若しくは端部に光素子１を配置し、光導波路２と光結合
し両端面４における光軸が端面法線に対して傾斜する光
導波路３を光素子１に形成し、光導波路３は出射光の光
軸方向が常に光導波路２の端面と一致する所定の曲線形
状を有するように設計した。In this embodiment, therefore, this is realized by controlling the position of the end of the optical waveguide on the cleavage end face 4 and the emission angle.
That is, the optical element 1 is arranged in the middle or at the end of the optical waveguide 2 formed on the optical waveguide substrate 5, and optically coupled with the optical waveguide 2 so that the optical axis at both end faces 4 is inclined with respect to the normal to the end face. Waveguide 3 was formed in optical element 1, and optical waveguide 3 was designed so as to have a predetermined curved shape in which the optical axis direction of emitted light always coincided with the end face of optical waveguide 2.
【００３７】具体的には、図４に示すように、以下の微
分方程式を用いて光導波路３の構造を決定した。すなわ
ち、光素子１の端面の位置４（変数をｘとする）のとき
にｙ軸に投影した放射光のスポット位置Ｙ（ｘ）を与え
たとき、求めるべき光素子の劈開端面４の光導波路３の
位置を（ｘ，ｙ）として、劈開端面４における光導波路
３の傾き、 tanψ＝ｄｙ／ｄｘ スネルの法則及びその微分型、 ｎ0sinθ＝ｎcsinψ ｎ0cosθｄθ＝ｎccosψｄψ 光素子劈開端面４の光導波路３の位置（ｘ，ｙ）から目
標の位置（０，Ｙ（ｘ））の関係を放出光の角度で表し
た式と端面の位置ｄｘだけずれたときの関係式、 tanθ＝（ｙ＋Ｙ（ｘ））／ｘ tan（θ＋ｄθ）＝（ｙ＋ｄｙ＋Ｙ（ｘ）＋（ｄＹ／ｄ
ｘ）ｄｘ）／（ｘ＋ｄｘ） が解くべき連立微分方程式である。Specifically, as shown in FIG. 4, the structure of the optical waveguide 3 was determined using the following differential equation. That is, when the spot position Y (x) of the radiated light projected on the y-axis is given at the position 4 of the end face of the optical element 1 (the variable is x), the optical waveguide of the cleavage end face 4 of the optical element to be obtained is given. 3 of the position as (x, y), the tilt of the optical waveguide 3 at the cleaved end face 4, tanψ = dy / dx Snell's law and its differential, n 0 sinθ = n c sinψ n 0 cosθdθ = n c cosψdψ optical device A relationship between the position (x, y) of the optical waveguide 3 on the cleavage end surface 4 and the target position (0, Y (x)) expressed by the angle of the emitted light, and a relational expression when the relationship is shifted by the position dx of the end surface; tan θ = (y + Y (x)) / x tan (θ + dθ) = (y + dy + Y (x) + (dY / d
x) dx) / (x + dx) is a simultaneous differential equation to be solved.
【００３８】図５は以上の式をもとに光導波路形状を設
定し計算した光導波路の位置及び傾き結合損失のグラフ
である。パラメータには石英系光導波路と半導体光アン
プの物性値及び構造値を用いた。ここでは簡単のため、
Ｙ（ｘ）＝一定＝０として必ず光導波路の中心である原
点に光素子から放出された光の中心に当たるよう設計し
た。FIG. 5 is a graph of the position and inclination coupling loss of the optical waveguide calculated by setting the shape of the optical waveguide based on the above equation. The physical property values and the structure values of the quartz optical waveguide and the semiconductor optical amplifier were used as parameters. Here, for simplicity,
The design was made such that Y (x) = constant = 0 so that the center of the light emitted from the optical element always hit the origin, which is the center of the optical waveguide.
【００３９】図５（ｂ）にあるようにストライプ構造の
半導体光アンプに比較して劈開ずれによる損失を比較的
小さく抑えることが可能となる。以上のように請求項４
の構造すなわち本実施例の微分方程式の解を用いれば劈
開面の位置によらず、放射光のスポット位置を調整で
き、簡便なマーク２３，２４による位置合わせ方法を用
いて光素子１の位置合わせが可能となる。また、ここで
は示していないが、この光導波路構造は光導波路同士の
光結合のみならず光導波路の光を特定の標的に集光する
場合に応用可能である。As shown in FIG. 5B, it is possible to suppress the loss due to the cleavage shift relatively small as compared with the semiconductor optical amplifier having the stripe structure. Claim 4 as described above.
By using the structure of the above, that is, the solution of the differential equation of the present embodiment, the spot position of the emitted light can be adjusted regardless of the position of the cleavage plane, and the positioning of the optical element 1 is performed using the simple positioning method using the marks 23 and 24. Becomes possible. Although not shown here, this optical waveguide structure is applicable not only to optical coupling between optical waveguides but also to focusing light of the optical waveguide on a specific target.
【００４０】〔実施例４〕本発明の第４の実施例に係る
半導体光増幅器を図６に示す。本実施例は、請求項５に
係るものである。本実施例では、実施例３の構造に相当
する光素子１の片側の端を無反射端４とし、もう一方の
端を高い反射率を有する高反射率端面６とする構造とし
たものであり、無反射端４から入射した光が後方の高反
射率端面６から反射され増幅されることとなる。Embodiment 4 FIG. 6 shows a semiconductor optical amplifier according to a fourth embodiment of the present invention. This embodiment relates to claim 5. In this embodiment, one end of the optical element 1 corresponding to the structure of the third embodiment is a non-reflection end 4 and the other end is a high reflectance end face 6 having a high reflectance. The light incident from the non-reflection end 4 is reflected from the rear high-reflectance end face 6 and amplified.
【００４１】無反射端４においては、実施例３の構造を
採用し、さらに誘電体多層膜による無反射コーティング
を施して良好な低反射率を実現した。さらに光導波路の
湾曲構造によって自然放出光の増幅を抑制し良好な信号
／雑音比を実現した。以上のように、片側に於いて光を
反射させ片側で反射を抑制する場合には、本実施例の構
造は非常に良好なモジュールを提供することが可能であ
ることを確認することができた。At the non-reflection end 4, the structure of Example 3 was adopted, and further, an anti-reflection coating made of a dielectric multilayer film was applied to realize a good low reflectance. Furthermore, the amplification of the spontaneous emission light was suppressed by the curved structure of the optical waveguide, and a good signal / noise ratio was realized. As described above, when light is reflected on one side and reflection is suppressed on one side, it was confirmed that the structure of this embodiment can provide a very good module. .
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明によれば、組み立て可能で端面におけ
る反射抑制に優れた光素子の作製が可能となる。また、
請求項１の光導波路構造と請求項２の位置合わせマーク
により、自動認識で組立可能な光素子の構造を与えるこ
とができる。更に、請求項３，４の構造を半導体光アン
プに用いれば自然放出光を抑制することができる。特
に、請求項４のように光素子から放出される光のスポッ
トの投影位置を調整して結合効率を過剰に落とすことな
く光部品を組み立てることが可能な光素子の構造を提供
することができる。As described above in detail with reference to the embodiments, according to the present invention, it is possible to manufacture an optical element which can be assembled and has excellent reflection suppression at the end face. Also,
The optical waveguide structure according to the first aspect and the alignment mark according to the second aspect can provide an optical element structure that can be assembled by automatic recognition. Furthermore, if the structure of the third and fourth aspects is used in a semiconductor optical amplifier, spontaneous emission light can be suppressed. In particular, it is possible to provide an optical element structure capable of assembling an optical component without excessively lowering the coupling efficiency by adjusting the projection position of the light spot emitted from the optical element. .
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体光アンプの
構造図である。FIG. 1 is a structural diagram of a semiconductor optical amplifier according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例に係る半導体アンプでの
平行移動による位置合わせ方法の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a positioning method by parallel movement in a semiconductor amplifier according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２の実施例に係る半導体アンプに係
る計算のよる位置合わせ方法の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a calculation-based alignment method for a semiconductor amplifier according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第３の実施例に係る光導波路位置、放
出角度を最適化した光導波路構造の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of an optical waveguide structure according to a third embodiment of the present invention, in which the position and the emission angle of the optical waveguide are optimized.
【図５】本発明の第３の実施例に係る光導波路位置、放
出角度を最適化した光導波路構造の形状及び結合効率を
示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the shape and coupling efficiency of an optical waveguide structure with an optimized optical waveguide position and emission angle according to a third embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第４の実施例に係る光導波路位置、放
出角度を最適化した光導波路構造を用いた半導体光アン
プモジュールの説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a semiconductor optical amplifier module using an optical waveguide structure with an optimized optical waveguide position and emission angle according to a fourth embodiment of the present invention.
【図７】斜めストライプによる光導波路構造の説明図で
ある。FIG. 7 is an explanatory diagram of an optical waveguide structure using oblique stripes.
【図８】窓構造を有する光導波路構造の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of an optical waveguide structure having a window structure.
１ 光素子 ２ 光導波路 ３ 光導波路 ４ 劈開端面 ５ 光導波路基板 ６ 高反射率端面 １０，１１ 放射光の光軸 １１ 位置合わせマーク ２１ 基板側位置合わせマーク ２２ 素子側位置合わせマーク ２３ 基板側位置合わせマーク ２４ 素子側位置合わせマーク Reference Signs List 1 optical element 2 optical waveguide 3 optical waveguide 4 cleavage end face 5 optical waveguide substrate 6 high reflectance end face 10, 11 optical axis of emitted light 11 alignment mark 21 substrate side alignment mark 22 element side alignment mark 23 substrate side alignment Mark 24 Element side alignment mark
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 泰文 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 姫野 明 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 BA02 CA10 DA03 DA11 DA16 DA18 2H047 AA03 AA12 CC07 HH08 5F073 AB15 AB21 DA32 FA06 FA23 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yasufumi Yamada 3-19-2 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Japan Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Akira Himeno 3- 19-2, Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo No. Nippon Telegraph and Telephone Corporation F term (reference) 2H037 BA02 CA10 DA03 DA11 DA16 DA18 2H047 AA03 AA12 CC07 HH08 5F073 AB15 AB21 DA32 FA06 FA23
Claims (5)
配置されて、前記結合導波路と光結合し両端面における
光軸が端面法線に対して傾斜する光導波路を内部に有す
る光素子において、前記光素子の前記光導波路は前記両
端面における光軸が端面法線に対して同じ側に傾斜して
いる直線部を有することを特徴とする光素子。1. A light which is disposed in the middle of a coupling waveguide formed on a substrate, optically couples with the coupling waveguide, and has an optical waveguide in which the optical axes at both end surfaces are inclined with respect to the normal to the end surface. The optical element according to claim 1, wherein the optical waveguide of the optical element has a linear portion in which an optical axis at the both end faces is inclined to the same side with respect to a normal to an end face.
線部に対して平行な位置合わせマークを形成する一方、
請求項１記載の前記基板には、前記位置合わせマークに
位置合わせされるべき位置合わせマークを前記結合導波
路からの放射光の光軸に平行に形成することを特徴とす
る光部品。2. The optical element according to claim 1, wherein an alignment mark parallel to the linear portion is formed,
The optical component according to claim 1, wherein an alignment mark to be aligned with the alignment mark is formed on the substrate in parallel with an optical axis of light emitted from the coupling waveguide.
しくは端部に配置されて、前記結合導波路と光結合し両
端面における光軸が端面法線に対して傾斜する光導波路
を内部に有する光素子において、前記光素子の前記光導
波路は出射光の光軸方向が常に前記結合導波路の端面と
一致する所定の曲線形状を有することを特徴とする光素
子。3. An optical waveguide which is disposed in the middle or at an end of a coupling waveguide formed on a substrate, optically couples with the coupling waveguide, and an optical axis at both end faces is inclined with respect to a normal to the end face. 3. The optical element according to claim 1, wherein the optical waveguide of the optical element has a predetermined curved shape in which the optical axis direction of the emitted light always coincides with the end face of the coupling waveguide.
法線に対して垂直であり、その他方は端面法線に対して
傾斜することを特徴とする請求項３記載の光素子。4. The optical device according to claim 3, wherein one of the optical waveguides of the optical device is perpendicular to an end face normal, and the other is inclined with respect to the end face normal.
いは請求項２記載の前記光部品を半導体光アンプ又は位
相／振幅の変調器に用いることを特徴とする光部品。5. An optical component, wherein the optical element according to claim 1, 3 or 4 or the optical component according to claim 2 is used for a semiconductor optical amplifier or a phase / amplitude modulator.
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