JP2001177181A - 光送信回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォワード光を用いてレーザ光のモニタを行
い、しかもモニタのためにレーザ光のパワーが減少する
ことのない光送信回路を得ること。 【解決手段】 光導波路２０６から漏れ出した光信号２
１１は受光素子２０７で受光される。受光素子２０７は
フォワード光を光電変換して、出力制御回路２１２に入
力する。出力制御回路２１２は入力された信号レベルが
一定レベルに保たれるように駆動制御信号２１３を半導
体レーザ２０３に送出し、半導体レーザ２０３の出力レ
ベルを制御する。一般に半導体レーザ２０３の出力する
パワーと漏れ出した光信号２１１の大きさは依存関係に
ある。そこで、受光素子２０７の出力を出力制御回路２
１２で制御することによって、光軸の微妙な変化を生じ
させたような場合にも、精度の高い出力制御が行えるよ
うになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光送信部に光導波路
を使用した光送信回路に係わり、特に送信時の光パワー
をモニタするようにした光送信回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザダイオードを使用した光送信回路
の多くは、温度変化や電圧変動が生じても光パワーの出
力を一定に保つためにモニタ回路を備えている。モニタ
回路の出力は光パワーの出力を制御する制御回路に入力
される。そして出力が低下するようなときには出力を増
加させ、反対に出力が増大するようなときにはこれを減
少させるような制御が行われている。

【０００３】図７は、従来のこのような光送信回路の一
例を示したものである。同図（ａ）はこの光送信回路１
０１を正面から見たものであり、同図（ｂ）は上から、
また同図（ｃ）は右側から見たものである。この図で光
送信回路１０１は、キャリア１０２上に実装されたレー
ザダイオード（ＬＤ）１０３と、レーザダイオード１０
３から出力される光線を入射する光導波路（Planar Lig
htwave Circuit)１０４と、レーザダイオード１０３の
背後に配置されたキャリア１０５上に実装されたモニタ
・フォトダイオード（ＰＤ）１０６とから構成されてい
る。光導波路１０４は、Ｓｉ（シリコン）等の基板１０
７上に形成されている。

【０００４】この光送信回路１０１では、レーザダイオ
ード１０３の前方から出力される光線が光導波路１０４
に入射して光学的に結合される。レーザダイオード１０
３の後方に配置されたモニタフォトダイオード１０６は
後方に出力される光線を受光してその強さに応じたホト
電流（モニタ電流）を出力する。このホト電流が図示し
ないＡＰＣ（自動パワー制御回路）に入力されて、これ
が一定となるような制御が行われる。これにより、レー
ザダイオード１０３の前方から出力される光パワーが一
定に保たれることになる。

【０００５】この図７に示した光送信回路１０１では、
モニタフォトダイオード１０６にレーザダイオード１０
３のバック光（背面光）を入力することで、レーザダイ
オード１０３の出力する光パワーの測定を行っている。
したがって、レーザダイオード１０３とモニタフォトダ
イオード１０６の間の光軸を調整する必要があった。更
にこのような調整が行われた後であっても、温度変化に
よる光軸の微妙な変動を原因としてモニタフォトダイオ
ード１０６がレーザダイオード１０３の光パワーを正確
に測定できない場合があった。これにより、光パワーを
高精度に制御することができないという問題があった。

【０００６】更に、図７に示した従来の光送信回路１０
１では、光導波路１０４、レーザダイオード１０３およ
びモニタフォトダイオード１０６の３つの独立した部品
を空間的に配置するので、部品点数が多く、回路の組み
立ての工数がかかるという問題があった。

【０００７】図８は、部品点数を減少させるようにした
光送信回路を表わしたものである。特開平１１−１７２
８１号公報に従来技術として開示されているこの光送信
回路１２０では、Ｓｉ基板１２１上にガラス導波路１２
２を形成し、その２つに分岐した一方の端部に半導体レ
ーザ１２３を配置し、この背後にモニタ用の光検出器１
２４を配置している。ガラス導波路１２２の分岐した他
方の端部には導波路型受光素子１２５を配置している。
この提案の光送信回路１２０では、同一の基板１２１上
に半導体レーザ１２３とモニタ用の光検出器１２４を配
置しているので、部品点数を減少させることができる。
しかしながら、各部品を基板１２１上に実装するので、
それらの部品の位置決め作業に多くの時間と熟練した労
力を必要とする。しかも、そのような努力を払ったとし
ても位置ずれの発生頻度が高く、製品の歩留まりが悪い
という問題があった。

【０００８】図９は、このような位置決め作業に対する
労力を軽減しつつ部品点数の削減を図るものとして特開
平１１−１７２８１号公報で提案された光送信回路の概
要を表わしたものである。この提案では、プレーナ型光
波回路１３１とは別に光集積素子１３２を用意し、この
光集積素子１３２の一端部には半導体レーザ１３３と受
信用導波路型受光素子１３４を実装すると共に、半導体
レーザ１３３の背後にはモニタ用の光検出器１３５を配
置している。そして、プレーナ型光波回路１３１の送信
用の導波路１３７を半導体レーザ１３３の出力側と対向
させると共に、受信用の導波路１３８を受信用導波路型
受光素子１３４の入力側と対向させている。

【０００９】この図９に示した提案では基本的に２つの
部品で光送信回路あるいは光送受信回路を構成すること
ができる。またプレーナ型光波回路１３１と光集積素子
１３２が一体化されていないので、これらの間の位置関
係を調整することができる。しかしながら、半導体レー
ザ１３３とモニタ用の光検出器１３５は光集積素子１３
２に実装され、これらの位置関係が固定されている。し
たがって、送信用の導波路１３７と半導体レーザ１３３
の位置関係を調整することができるものの、この位置関
係を調整した時点で半導体レーザ１３３とモニタ用の光
検出器１３５の位置関係を調整することはできない。す
なわち、図８に示した技術と比較しても、製品としての
歩留まりの悪さや光集積素子１３２上における各部品の
位置決めの困難さという問題は依然として解消されてい
ない。そこで、モニタ用の受光素子を半導体レーザ素子
と同一チップ内に形成することが提案されている。

【００１０】図１０は、モニタ用の光線を半導体レーザ
素子と同一チップ内に形成するようにした従来の提案を
表わしたものである。特開昭６１−１９１８７号公報で
提案されたこの技術では、ｎ型ＩｎＰ基板１５１上にｎ
型ＩｎＰバッファ層１５２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ導波路
層１５３、ｎ型ＩｎＰ分離層１５４、ｎ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層１５５、Ｐ型ＩｎＰクラッド層１５６およびＰ
型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５７を順次エピタキシ
ャル成長させる。そして、通常のフォトリソ工程で幅３
μｍ程度の溝１５９を２０μｍのピッチでｎ型ＩｎＰ分
離層１５４までエッチングしてレーザ部１６１を形成す
ると共に受光部１６２を形成するようにしている。基板
１５１の裏面には所定の合金１６３を蒸着している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】この提案の素子では、
レーザ部１６１に順方向に電流を流すと、それぞれの溝
１５９に挟まれた単共振器レーザ１６４に等分に電流が
流れ、それぞれの部分で単一縦モードのレーザ発振が生
じる。発振したレーザ光はｎ型ＩｎＰ分離層１５４を介
してｎ型ＩｎＧａＡｓＰ導波路層１５３に導かれ、他の
部分で発振したレーザ光と結合してｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
導波路層１５３を導波する。ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ導波路
層１５３を導波されたレーザ光は受光部１６２で吸収さ
れて光電流となって図示しない外部回路に流れる。

【００１２】この図１０に示した提案では、１枚の基板
に一体的に光送信回路を形成するので、製品ごとに基板
の設計を行う必要があり、設計の手間が掛かるという問
題があった。また従来の他の技術とも共通するがレーザ
部１６１のバック光を使用しており、実際に使用するフ
ォワード光を使用してモニタしているのではない。した
がって、バック光だけ観察してもフォワード光の実際の
変動を正確に把握することができないという問題があっ
た。

【００１３】もちろん、フォワード光を使用してモニタ
することは従来から考えられたことであるが、フォワー
ド光を何等かの分岐手段で分岐してモニタに使用すると
その分だけレーザ光のパワーが減少するという問題があ
った。

【００１４】そこで本発明の目的は、フォワード光を用
いてレーザ光のモニタを行い、しかもモニタのためにレ
ーザ光のパワーが減少することのない光送信回路を提供
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、（イ）半導体レーザと、（ロ）この半導体レーザか
ら出力されるレーザ光を入射する光導波路と、（ハ）こ
の光導波路の漏れ光を受光する位置に配置された受光素
子と、（ニ）この受光素子の出力が一定となるように半
導体レーザの出力を制御する半導体レーザ出力制御回路
とを光送信回路に具備させる。

【００１６】すなわち請求項１記載の発明では、光導波
路の漏れ光を受光する位置に受光素子を配置してフォワ
ード光の一部を検出することにし、この受光素子の出力
が一定となるように半導体レーザの出力を制御するよう
にしている。これにより、バック光の検出が不要にな
る。また、漏れ光を使用しているのでモニタのために出
力されるレーザ光のパワーが減少することはない。

【００１７】請求項２記載の発明では、（イ）キャリア
と、（ロ）このキャリア上に実装された半導体レーザ
と、（ハ）この半導体レーザから出力されるフォワード
光としてのレーザ光を入射する光導波路と、（ニ）この
光導波路の少なくとも上部を覆い光導波路の漏れ光を受
光する受光素子と、（ホ）この受光素子の出力が一定と
なるように半導体レーザの出力を制御する半導体レーザ
出力制御回路とを光送信回路に具備させる。

【００１８】すなわち請求項２記載の発明では、光導波
路の漏れ光を受光する位置として光導波路の少なくとも
上部を覆う位置に受光素子を配置してフォワード光の一
部を検出することにし、この受光素子の出力が一定とな
るように半導体レーザの出力を制御するようにしてい
る。これにより、バック光の検出が不要になる。また、
漏れ光を使用しているのでモニタのために出力されるレ
ーザ光のパワーが減少することはない。しかも、受光素
子が光導波路の少なくとも上部を覆う位置に配置されて
いるので、この部分から漏れ光が外に漏れ出すことがな
い。

【００１９】請求項３記載の発明では、（イ）キャリア
と、（ロ）このキャリア上に実装された半導体レーザ
と、（ハ）この半導体レーザから出力されるフォワード
光としてのレーザ光を入射する光導波路と、（ニ）この
光導波路の少なくとも側部を覆い光導波路の漏れ光を受
光する受光素子と、（ホ）この受光素子の出力が一定と
なるように半導体レーザの出力を制御する半導体レーザ
出力制御回路とを光送信回路に具備させる。

【００２０】すなわち請求項３記載の発明では、光導波
路の漏れ光を受光する位置として光導波路の少なくとも
側部を覆う位置に受光素子を配置してフォワード光の一
部を検出することにし、この受光素子の出力が一定とな
るように半導体レーザの出力を制御するようにしてい
る。これにより、バック光の検出が不要になる。また、
漏れ光を使用しているのでモニタのために出力されるレ
ーザ光のパワーが減少することはない。しかも、受光素
子が光導波路の少なくとも側部を覆う位置に配置されて
いるので、この部分から漏れ光が外に漏れ出すことがな
い。

【００２１】請求項４記載の発明では、請求項１〜請求
項３記載の光送信回路で半導体レーザからフォワード光
と逆の方向に出力されるバック光を遮蔽する遮蔽部材を
具備することを特徴としている。

【００２２】これにより、バック光が遮蔽されるので、
バック光が迷光となって不都合を生じさせることがな
い。

【００２３】請求項５記載の発明では、請求項１〜請求
項３記載の光送信回路で受光素子は光導波路の半導体レ
ーザの入射側に偏って配置されることを特徴としてい
る。

【００２４】受光素子は光導波路をすべて覆う形状でも
よいが、半導体レーザの入射側に偏って配置されれば少
ない面積の受光素子で漏れ光を効率よく受光することが
できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】

【００２６】

【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

【００２７】図１は本発明の一実施例における光送信回
路を表わしたものである。同図（ａ）はこの光送信回路
２０１を正面から見たものであり、同図（ｂ）は上か
ら、また同図（ｃ）は右側から見たものである。この図
で光送信回路２０１は、キャリア２０２上に実装された
半導体レーザ（ＬＤ）２０３と、Ｓｉ（シリコン）等の
基板２０５上に形成された光導波路（Planar Lightwave
Circuit)２０６および光導波路２０６の一部を覆うよ
うにその上に配置された受光素子（ＰＤ）２０７から構
成されている。受光素子２０７は、光導波路２０６から
漏れ出る光信号を受光するようになっている。

【００２８】図２はこの光送信回路の概要を表わしたも
のである。光導波路２０６から漏れ出した光信号２１１
は受光素子２０７で受光される。受光素子２０７はこの
フォワード光を光電変換して、出力制御回路２１２に入
力する。出力制御回路２１２は入力された信号レベルが
一定レベルに保たれるように駆動制御信号２１３を半導
体レーザ２０３に対して送出し、これによって半導体レ
ーザ２０３の出力レベルを制御することになる。一般に
半導体レーザ２０３の出力するパワーと漏れ出す光信号
２１１の大きさは依存関係にある。そこで、受光素子２
０７の出力を出力制御回路２１２で制御することによっ
て、温度変化によって、たとえば光軸の微妙な変化を生
じさせたような場合にも、精度の高い出力制御が行える
ようになる。

【００２９】図３は、本発明の理解を助けるために光フ
ァイバに入射する光とその挙動を表わしたものである。
光ファイバ２３１は、その中心軸近傍にコア２３２が配
置されており、その周囲をドーナツ状にクラッド２３３
が覆った構成となっている。その更に外周部分はシリコ
ン等の被覆層２３４となっている。コア２３２の屈折率
は、その外側に位置するクラッド２３３の屈折率よりも
わずかに大きくなっている。

【００３０】このため、たとえば光軸上に位置する光源
２３６から光ファイバ２３１の中心軸に近い箇所に入射
する光線２３５を考えると、この光線２３５はコア２３
２に入射した後、コア２３２とクラッド２３３の境界部
分で反射する。光線２３５はこの後もコア２３２とクラ
ッド２３３の境界部分で反射を繰り返し、コア２３２の
中を全反射しながら伝送されることになる。

【００３１】これに対して、光ファイバ２３１に更に大
きな入射角（入射法線と光線のなす角）で入射した光線
２３８は、コア２３２とクラッド２３３の境界に臨界角
よりも小さな角度で入射し、クラッド２３３へ透過す
る。更に大きな入射角で光ファイバ２３１に入射した光
線２３７は、クラッド２３３から被覆層２３４を経て外
部に漏れ出すことになる。光ファイバ２３１が長尺の場
合には、図示しない出力端まで伝播できるのはコア２３
２内を進んだ光線２３５である。クラッド２３３内を伝
播した光線の一部はコア２３２に戻るものもある。しか
しながら、クラッド２３３内を伝播した光線のほとんど
は長い距離を進む間に減衰してしまう。

【００３２】図４は、基板上に形成された光導波路に入
射する光とその挙動を表わしたものである。光導波路２
０６の場合にもその屈折率が空気の屈折率よりも大き
い。したがって、光源２４１からある角度よりも小さい
角度で光導波路２０６に入射した光線２４２は、臨界角
よりも大きな角度で光導波路２０６と空気の境界部分に
到達する。そしてこの部分で全反射されて軸心方向に戻
される。このようにして、光線２４２は光導波路２０６
内を全反射しながら進行することになる。これに対して
光導波路２０６に対する入射角がある角度よりも大きく
なると、その光線２４３は光導波路２０６内に一度入射
したとしても、光導波路２０６と空気の境界部分で入射
角が臨界角よりも小さくなり、境界部分から空気中に漏
れ出してしまう。そこで、光導波路２０６の上側に受光
素子２０７を配置してこれらの空気中に漏れ出した光線
２４３を受光するようにすれば、フォワード光で光出力
パワーを制御できることになる。

【００３３】なお、図４では光導波路２０６に対する上
下方向の漏れ光について考察したが、左右方向の漏れ光
も存在し、これらを受光素子に同様にして導けば、フォ
ワード光のモニタが同様に可能になる。

【００３４】図５は、基板の上側に漏れ出す光線を使用
した本実施例の光送信回路の要部を表わしたものであ
る。キャリア２０２上に実装された半導体レーザ２０３
から出射されるレーザ光としてのフォワード光２５１
は、光導波路２０６に入射するが、そのうちの一部が受
光素子２０７で受光される。半導体レーザ２０３の後側
には、遮蔽体２５２が取り付けられている。バック光は
この遮蔽体２５２で遮蔽され、外部に出ることはない。
このため、バック光が迷光となって半導体レーザモジュ
ール内をさまよって何等かの不都合を与える恐れがな
い。

【００３５】次に本実施例の光送信回路の組み立てにつ
いて説明する。まず図１に示したキャリア２０２上に半
導体レーザ２０３を実装する。このときにはこれらの間
の位置関係の設定は不要である。半導体レーザ２０３と
光導波路２０６の位置合わせについては、半導体レーザ
２０３の出力光を光導波路２０６に通してみて、光導波
路２０６を通過した後の光パワーをモニタしながら両者
の位置を調整することにより行う。

【００３６】以上のような位置合わせを行う代わりに、
キャリア２０２を予め定めたマークの位置に合わせるよ
うにして半導体レーザ２０３と光導波路２０６の位置合
わせを行うようにしてもよい。この後者の場合には半導
体レーザ２０３による光導波路２０６の出力光を特にモ
ニタする必要がない。

【００３７】光導波路２０６に受光素子２０７を実装す
るには、基板２０５に何等かのマークを付けておき、そ
のマークを目印に受光素子２０７を実装する（乗せる）
ようにすればよい。図１（ｃ）に示したように光導波路
２０６に受光素子２０７を実装する際に受光素子２０７
の受光面が傾いてしまう可能性がある場合には、光導波
路２０６と同一の高さのスペーサを用意しておき、これ
を挟んだ状態で光導波路２０６上に受光素子２０７を実
装すればよい。もちろん、基板２０５の表面にスペーサ
と同様な高さの突起部を予め形成しておくことも有効で
ある。

【００３８】変形例

【００３９】図６は本発明の変形例としての光送信回路
の要部を表わしたものである。この変形例で図１と同一
部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜
省略する。この変形例の光送信回路２０１Ａでは、受光
素子部３０１が断面コ字状となっており、Ｓｉ（シリコ
ン）等の基板２０５における光導波路２０６の配置され
た上部を覆うだけでなく、その側部も覆うようになって
いる。受光素子部３０１は第１〜第３のフォトダイオー
ド（ＰＤ）３０２〜３０４から構成されており、このう
ちの第１および第２のフォトダイオード３０２、３０３
は基板２０５の側部から漏れ出した光線を受光する。第
３のフォトダイオード３０４は、先の実施例と同様に光
導波路２０６の上部に漏れ出した光線を受光することに
なる。

【００４０】第１〜第３のフォトダイオード３０２〜３
０４の出力は合流し、図２で示したような出力制御回路
２１２に入力されることで、同じく図２で示した半導体
レーザ２０３の出力が制御されることになる。

【００４１】この変形例の光送信回路では、光導波路２
０６から漏れ出す光線をほぼ全角度範囲で受光するの
で、モニタに十分な電流を得ることができる。また、光
導波路２０６から漏れ出した光線を受光素子部３０１で
包囲するように覆うので、光導波路２０６から漏れ出し
た光線を効率良く遮蔽することができ、迷光による光送
信回路の信頼性の低下を防止することが可能になる。

【００４２】なお、この図６で受光素子部３０１は基板
２０５のレーザ光入射側に片寄せられて配置されてい
る。これは、レーザ光が入射する側では光導波路２０６
から漏れ出す光線も多いからである。受光素子部３０１
を基板２０５の上部をすべて覆い尽くすように配置する
ことも有効であるが、光導波路２０６から漏れ出す光線
はレーザ光が出射する側では大幅に減少する。したがっ
て、フォトダイオード等の部品の経済性を考えた場合に
は図６のような構成を採ることは効果的である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように請求項１〜請求項５
記載の発明によれば、フォワード光の漏れ光を用いてモ
ニタを行い半導体レーザの出力を制御することにしたの
で、出力に直接使用しないバック光を用いる場合と比べ
て高精度の出力制御を行うことができる。しかもバック
光を使用しないのでバック光についての光軸調整が不要
になり、光送信回路の組み立てが容易になるという長所
がある。

【００４４】また請求項４記載の発明によれば、半導体
レーザからフォワード光と逆の方向に出力されるバック
光を遮蔽する遮蔽部材を具備することにしたので、バッ
ク光が迷光となる不都合を生じさせることがない。

【００４５】更に請求項５記載の発明によれば、受光素
子を光導波路の半導体レーザの入射側に偏って配置した
ので、比較的少ない面積の受光素子で漏れ光を効率よく
受光しモニタすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における光送信回路を正面、
上面および側面から見た図である。

【図２】本実施例の光送信回路の概要を表わした概略構
成図である。

【図３】光ファイバに入射する光とその挙動を参考的に
表わした説明図である。

【図４】本実施例で基板上に形成された光導波路に入射
する光とその挙動を表わした説明図である。

【図５】基板の上側に漏れ出す光線を使用した本実施例
の光送信回路の要部を表わした側面図である。

【図６】基板の上側に漏れ出す光線を使用した本実施例
の光送信回路の要部を表わした平面図である。

【図７】従来のこのような光送信回路の一例を正面、上
面および側面から見た図である。

【図８】部品点数を減少させるようにした従来の光送信
回路を表わした平面図である。

【図９】位置決め作業に対する労力を軽減しつつ部品点
数の削減を図った従来の光送信回路の平面図である。

【図１０】モニタ用の光線を半導体レーザ素子と同一チ
ップ内に形成する従来の提案を表わした断面図である。

【符号の説明】

２０１ 光送信回路 ２０３ 半導体レーザ ２０６ 光導波路 ２０７ 受光素子 ２１１ 光信号 ２１２ 出力制御回路 ２３５ 入射する光線 ２５２ 遮蔽体 ３０１ 受光素子部 ３０２ 第１のフォトダイオード ３０３ 第２のフォトダイオード ３０４ 第３のフォトダイオード

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザと、 この半導体レーザから出力されるレーザ光を入射する光
   導波路と、 この光導波路の漏れ光を受光する位置に配置された受光
   素子と、 この受光素子の出力が一定となるように前記半導体レー
   ザの出力を制御する半導体レーザ出力制御回路とを具備
   することを特徴とする光送信回路。
2. 【請求項２】 キャリアと、 このキャリア上に実装された半導体レーザと、 この半導体レーザから出力されるフォワード光としての
   レーザ光を入射する光導波路と、 この光導波路の少なくとも上部を覆い光導波路の漏れ光
   を受光する受光素子と、 この受光素子の出力が一定となるように前記半導体レー
   ザの出力を制御する半導体レーザ出力制御回路とを具備
   することを特徴とする光送信回路。
3. 【請求項３】 キャリアと、 このキャリア上に実装された半導体レーザと、 この半導体レーザから出力されるフォワード光としての
   レーザ光を入射する光導波路と、 この光導波路の少なくとも側部を覆い光導波路の漏れ光
   を受光する受光素子と、 この受光素子の出力が一定となるように前記半導体レー
   ザの出力を制御する半導体レーザ出力制御回路とを具備
   することを特徴とする光送信回路。
4. 【請求項４】 前記半導体レーザからフォワード光と逆
   の方向に出力されるバック光を遮蔽する遮蔽部材を具備
   することを特徴とする請求項１〜請求項３記載の光送信
   回路。
5. 【請求項５】 前記受光素子は光導波路の半導体レーザ
   の入射側に偏って配置されることを特徴とする請求項１
   〜請求項３記載の光送信回路。