JP2004271803A - 光導波路装置及びそれを用いた光システム - Google Patents
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Abstract
【課題】ダイシング位置ずれによる過剰損失が少ない波長多重型光送受信モジュールを高歩留まりで作製する。
【解決手段】第一の導波路２ｅと、第一の導波路からの光を反射するためのフィルタ４と、フィルタ４からの反射光を受光するように設けられた第二の導波路６とを有する導波路装置において、第二の導波路６のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値を、第一の導波路２ｅのコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値の実質的に２倍以上２０倍以内とする。
【選択図】 図１
【解決手段】第一の導波路２ｅと、第一の導波路からの光を反射するためのフィルタ４と、フィルタ４からの反射光を受光するように設けられた第二の導波路６とを有する導波路装置において、第二の導波路６のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値を、第一の導波路２ｅのコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値の実質的に２倍以上２０倍以内とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重通信用光送受信モジュールおよび平面光回路（ＰＬＣ ： ｐｌａｎａｒ ｌｉｇｈｔｗａｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）及びそれを用いた光システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いた波長多重通信は、大量な情報を高速に伝送するための重要技術である。近年、波長多重通信に用いられる送受信光モジュールをＰＬＣにより構成して、小型・低コスト化を図る試みが活発になっている。
【０００３】
図１８に、従来知られているＰＬＣ型光モジュールの概念図を示す。図は、導波路基板表面に平行な方向の断面図である。この様な光モジュールは、例えば非特許文献１に記されている。本モジュールでは、シングルモードファイバ５１を通って伝送されてきた波長λ１の光信号が、クラッド１内に形成されたシングルモード導波路２ａに入射する。波長λ１の光は、ダイシング溝３内に設置された波長選択フィルタ４を透過し、シングルモード導波路２ｂを通って、導波路と同一基板上に形成された素子搭載部５ａ上に搭載された、フォトディテクタ５２に受信される。また、導波路と同一基板上に形成された素子搭載部５ｂ上に搭載された半導体レーザ５３からは、波長λ２の光信号がシングルモード導波路２ｃに入射される。この波長λ２の光は波長選択フィルタ４により反射され、シングルモード導波路２ａを通ってシングルモードファイバ５１に入射され、外部に送信される。この様に本モジュール構成によれば、波長λ１およびλ２の光を用いた波長多重送受信が可能となる。尚、フォトディテクタ５４は、半導体レーザ５３の光出力をモニターするためのものである。
【０００４】
図１９に、従来知られている他のＰＬＣ型光モジュールの概念図を示す。図は、導波路基板表面に平行な方向の断面図である。この様な光モジュールは、例えば非特許文献２に記されている。本モジュールでは、シングルモードファイバ５１を通って伝送されてきた波長λ１の光信号が、クラッド１内に形成されたシングルモード導波路２ａに入射する。波長λ１の光は、基板端面に接着固定された波長選択フィルタ４を透過し、フォトディテクタ５２に受信される。また、後で説明する図１６のモジュールと同様に、半導体レーザ５３から波長λ２の光信号が送信される。この様に本構成によっても波長多重による送受信が可能となる。
【０００５】
図２０に、従来知られている他のＰＬＣ型光モジュールの概念図を示す。図は、導波路基板表面に垂直な方向の断面図である。この様な光モジュールは、例えば非特許文献２や、特許文献１に記されている。本モジュールでは、シングルモードファイバ５１を通って伝送されてきた波長λ１の光信号が、基板４１上に形成されたシングルモード導波路２ｄに入射する。ここで、シングルモード導波路２ｄは、下側クラッド１ａおよび上側クラッド１ｂとの間に形成されている。また、導波路には波長選択フィルタ４が基板４１表面に対して斜めに挿入されている。ここで波長選択フィルタ４の波長特性は、前記二つの従来例とは逆にしてある。すなわち、本モジュールには、受信用波長λ１の光を反射し、送信用波長λ２を透過する波長選択フィルタ４が用いられている。このため、シングルモード導波路２ｄに入射した波長λ１の光は波長選択フィルタ４により反射され、導波路表面に設置されたフォトディテクタ５２に受信される。また、半導体レーザ５３からは、波長λ２の光信号がシングルモード導波路２ｄに入射される。波長λ２の光は波長選択フィルタ４を透過し、シングルモード導波路２ｄを通ってシングルモードファイバ５１に入射され、外部に送信される。この様に本構成によっても波長多重による送受信が可能となる。
【０００６】
また、特許文献２には、光学フィルタ付光導波路を用いた光合分波器において光学フィルの設置位置ずれのトレランスを増加させるために、光合分波部をマルチモード干渉型導波路とし、入射側光導波路と反射側光導波路がマルチモード干渉型導波路との結合部において所定の間隔を有する構造としたものが開示されている。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐ．６２９ （１９９８）
【非特許文献２】
Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐ．３１２ （１９９９）
【特許文献１】
特開２０００−２４９８７４号公報
【特許文献２】
特開２００２−６１５５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上の様に、上記従来モジュールを用いれば、いずれの構成においても波長多重光送受信が可能となる。しかし、上記従来例を実用に供する際には、以下の様な問題が生じ易い。
【０００９】
例えば図１８の従来例では、フォトディテクタ５２と半導体レーザ５３が同一基板上に搭載されているために、両者の間の電気および光の絶縁が弱く、クロストークが問題となる。すなわち、半導体レーザ５３を変調する電気信号が基板を介してフォトディテクタ５２に影響を与え易く、また半導体レーザ５３からの光をシングルモード導波路２ｃに入射する際に漏れた光が波長選択フィルタ４の下側を通って、これも基板を介してフォトディテクタ５２に影響を与え易くなっている。また、本構成には、波長選択フィルタ４の位置ずれによって反射光の経路に過剰挿入損失が生じるという問題がある。これは、フィルタで反射された光とその光が入射される導波路との間に軸ずれが生じてしまうからである。すなわち、シングルモード導波路２ｃとシングルモード導波路２ａとの間に軸ずれが生じてしまうからである。波長選択フィルタ４の位置はダイシング溝３によって決められるので、ダイシングの位置決め精度を上げれば過剰損失を抑えることができる。しかし、この場合は工程が複雑になり、作製コストの上昇を招いてしまう。尚、フィルタを透過する光については、フィルタの位置ずれがあっても経路の軸ずれが生じる事は無いので、ダイシング精度は問題にならない。
【００１０】
図１９の従来例では、フォトディテクタ５２は半導体レーザ５３とは異なる基板上に設置されており、更に波長選択フィルタ４は基板端面全体を覆っているため、クロストークの問題は電気および光ともに少ない。しかし、フィルタの位置ずれにより反射光の経路に過剰挿入損失が生じ易い事は、前述の図１８の構成と同様である。
【００１１】
図２０の従来例では、波長選択フィルタ４を導波路表面に対して斜めに挿入しなければならず、波長選択フィルタ４を挿入するためのダイシングも斜めに行なわなければならない。しかし、表面に対して斜めにダイシングする工程は、垂直ダイシングの工程に比べて複雑であり、実装コストの上昇を招き易い。また、本構成では、要素部品の配置上、シングルモード導波路２ｄから漏れた半導体レーザ５３からの迷光がフォトディテクタ５２に入り易く、光のクロストークが問題となる。このクロストークを防止するためには、波長選択フィルタ４とフォトディテクタ５２との間に、波長λ２の送信光をカットするフィルタを設置する必要がある。しかし、導波路表面上に、波長選択フィルタ、送信光カットフィルタおよびフォトディテクタを連続して配置するためには複雑な実装プロセスが必要となり、モジュールのコスト上昇を招いてしまう。このため、前述の非特許文献２に開示されている例では、フォトディテクタ５２に波長λ２の送信光を吸収する半導体層を設けた素子を用いて、実装の簡素化を図っている。しかし、この様な素子は特殊で入手が困難であるため、光送受信モジュールを汎用品として安価に大量生産する際には障害となる。また、半導体の吸収波長は温度に依存するので、本素子を用いた場合、受信特性が温度変化によって劣化し易くなる。
【００１２】
さらに、前記特許文献２に記載の従来例では、フィルタを挿入するマルチモード導波路が長いためモジュール全体としての構成が大きくなる。また、フィルタからの反射光がシングルモード内に戻り易いと考えられる。
【００１３】
以上の様に、上述の従来技術をもってしても、良好な特性の光モジュールを安価に製造するのは困難であった。そこで、本発明は本課題を解決する事を目的としてなされた。
【００１４】
すなわち、本発明の目的は、作製トレランスが高くかつ特性の良好な光モジュールの構造及びそれを用いた光システムを提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、ダイシングトレランスの特性を損なうことなく小型化できる光モジュールの構造及びそれを用いた光システムを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
フィルタの位置ずれトレランスを拡大するために、本発明のモジュールはフィルタからの反射光を導く導波路のコアを、他の経路の導波路よりも実質的に２倍以上で２０倍以内の大きさとする。
【００１７】
本発明の１つの特徴によれば、透明な材料で形成されたクラッドと、該クラッドよりも高い屈折率を有する透明な材料で形成されたコアとを基板上に有する光導波路装置であって、少なくとも第一の導波路と、該第一の導波路からの光を反射するためのフィルタもしくはミラー構造もしくは基板端面構造と、前記第一の導波路からの反射光を受光する様に設けられた第二の導波路を有し、前記第二の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値が、前記第一の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値の実質的に２倍以上２０倍以内の範囲にある。
【００１８】
このように、反射光を導く側の導波路のコアを他の導波路のコアよりも実質的に２倍以上大きくしておけば、フィルタからの反射光がコアに入射され易くなるので、波長選択フィルタの位置がずれて経路に軸ずれが生じても、過剰損失の発生を抑える事ができる。例えば、コア幅を広げれば、基板表面に水平な方向のフィルタ位置ずれトレランスを拡大する事ができ、コアを厚くすれば垂直方向のフィルタ位置ずれトレランスを拡大できる。勿論、コアの幅および厚の両方が大きい導波路を用いても良いことは言うまでも無い。
【００１９】
なお、第二の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値は、この第二の導波路を経て第一の導波路からの反射光を受光する光受光素子もしくはマルチモードファイバの受光面の径以下でないと、漏れを生ずる。そのため、第二の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値は、反射光を受光する光受光素子もしくはマルチモードファイバの受光面の径以下とするのが良い。このような観点から、実用上、第二の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値は、第一の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値の実質的に２０倍以内の範囲とするのが良い。
【００２０】
本発明の他の特徴は、上記光導波路装置を備えたシングルモードファイバ通信またはマルチモードファイバ通信が可能な光システムにある。
【００２１】
ここで、本発明のモジュールをシングルモードファイバ通信用の光システムに適用する場合は、波長選択フィルタにより受信光を反射し送信光を透過する方の構成にし、フィルタからの反射光を導く導波路以外の導波路をシングルモード導波路にする。そして、フィルタからの反射光を導く導波路のコアを他の導波路より大きくすれば良い。本構成によれば、送信光はシングルモード導波路のみを通るので、シングルモードファイバに入射される光はシングルモード性を維持しており、シングルモードファイバ通信の必要条件を満たす。
【００２２】
また、マルチモードファイバ通信用の光システムに適用する場合には、送信光もマルチモードとなっても良いので、波長選択フィルタの波長特性はいずれの型でも良く、更に全ての導波路をマルチモード導波路としても構わない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第一の実施例になる光導波路装置を有する波長多重型光送受信モジュールの略平面を示す図である。本実施例のモジュールは基板（クラッド）１に設けられた直線状のシングルモード導波路（第一の導波路）２ｅと、ダイシング溝３の近傍で第一の導波路２ｅから分岐したマルチモード導波路（第二の導波路）６を有する。第一の導波路２ｅと第二の導波路６との間には作製時の気泡発生を防止するための隙間７が設けてある。ダイシング溝３内には波長選択フィルタ４が設置されている。
【００２４】
本実施例の波長多重型光送受信モジュールでは、導波路と同一基板上に形成された素子搭載部５ｂ上に搭載された半導体レーザ５３から、波長λ２の光信号が第一の導波路２ｅに入射される。この波長λ２の光は波長選択フィルタ４を透過し、引き続き第一の導波路２ｅにより導波されてシングルモードファイバ５１に入射し、外部に送信される。
【００２５】
ここで、フォトディテクタ５４は、半導体レーザ５３の光出力をモニターするためのものであり、シングルモードファイバ５１はＶ溝５５とダイシング溝５６によって位置決め固定される。また、本モジュールには、シングルモードファイバ５１から波長λ１の光信号が第一の導波路２ｅに入射される。この光は波長選択フィルタ４により反射されて、第二の導波路６を経て導波路基板の端面に達し外部に放射される。導波路基板から放射された光は、別の基板上に設置されたフォトディテクタ５２で受信される。なお、フォトダイオードは、他の光受光素子であっても良い。同様に、以下の説明におけるフォトディテクタをフォトダイオードのような他の光受光素子に置き換えてもよいことは言うまでもない。
【００２６】
本実施例の波長多重型光送受信モジュールでは、フィルタからの反射光を導く第二の導波路６のコアを、第一の導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上大きくする。たとえば、第一の導波路２ｅ及び第二の導波路６のコアの断面形状がいずれも矩形でかつ厚が同じ場合、第二の導波路６のコアの幅の典型値もしくは平均値は、第一の導波路２ｅのコアの幅の典型値もしくは平均値の２倍以上である。同様に、断面形状がいずれも矩形でかつ幅が同じ場合、第二の導波路６のコアの厚の典型値もしくは平均値は、第一の導波路２ｅのコアの幅もしくは厚の典型値もしくは平均値の２倍以上である。また、導波路のコアの断面形状が円または楕円の場合、第二の導波路６のコア径の典型値もしくは平均値が第一の導波路２ｅのコア径の典型値もしくは平均値の２倍以上である。
【００２７】
なお、第二の導波路６のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値は、この第二の導波路６を経て第一の導波路２ｅからの反射光を受光する光受光素子もしくはマルチモードファイバの受光面の径以下でないと、漏れを生ずる。そのため、第二の導波路６のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値は、反射光を受光する光受光素子もしくはマルチモードファイバの受光面の径以下とするのが良い。このような観点から、実用上、第二の導波路６のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値は、第一の導波路２ｅのコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値の実質的に２０倍以内の範囲とするのが良い。
【００２８】
第一の導波路２ｅや第二の導波路６のコアは、経路の途中において、不要な波長の光をカットするため等の目的のために、テーパ状もしくは階段状もしくはその他の形状で変調されている。例えば、波長１．３μｍの光入力信号に波長１．５μｍのノイズ信号が含まれる可能性があるとき、このノイズ信号を除去するために導波路の形状を一部変調しても良い。
【００２９】
本構成において第二の導波路６のコアを大きくすれば、波長選択フィルタ４の位置ずれトレランスを拡大できる。ここで、フォトディテクタ５２は半導体レーザ５３と別の基板上に搭載されているので、電気のクロストークの問題は生じない。
【００３０】
更に、本実施例では、導波路基板とフォトディテクタ５２との間には送信光をカットするためのカットフィルタ５７により、光のクロストークについても対策を施してある。ここで、カットフィルタ５７は光をカットするだけの目的で設けられているので、導波路基板とフォトディテクタ５２との間に有りさえすれば良く、図１９の従来例の波長選択フィルタ４に要求される様な、位置精度は必要無い。
【００３１】
更に、カットフィルタ５７の搭載は通常の光素子の搭載と同様に導波路基板と別の基板上で行なえば良く、図２０の従来例で言及した導波路表面での搭載の様な、複雑な実装プロセスは必要無い。
【００３２】
図２の曲線１０２に、本素子におけるダイシング溝３の位置ずれと波長選択フィルタ４からの反射光の経路における損失との関係について、２次元ＢＰＭ法により計算した結果を示す。ここで、ダイシング位置は原点を第一の導波路２ｅと第二の導波路６の中心軸が交わる位置とし、フィルタ表面に垂直な方向にずれるとし、原点より第二の導波路６側を正とした。また、コアとクラッドの屈折率差Δは０．４％、第一の導波路２ｅの幅は６．５μｍ、第二の導波路６の幅は３０μｍとし、また、ダイシング溝４と第二の導波路６との間の隙間７は８μｍと仮定した。
【００３３】
この例における第二の導波路６のコアの大きさは、第一の導波路２ｅのコアの大きさの４倍である。
【００３４】
この構成における反射光の損失は、フォトディテクタ５２の受ける光強度の損失となる。フォトディテクタ５２には、第二の導波路６内の光だけで無く、周囲の光も自由伝搬により到達する。そこで、損失は、反射光が第二の導波路６を１０００μｍ伝搬した後に、第二の導波路６の中心から左右２５μｍ以内に存在する光全体の強度より求めた。
【００３５】
ここで、曲線１０２において、ダイシング位置ずれの無い時にも損失があるのは、隙間７があるからである。図の曲線１０１は、図１８の従来例におけるダイシング位置ずれと損失との関係を示す。図１８の構成では、反射光の経路における損失は、シングルモードファイバとの結合効率である。計算では、コアとクラッドの屈折率差Δを０．４％、第一の導波路２ｃおよび２ａの幅を６．５μｍとしてシングルモードファイバとの結合効率を計算した。尚、本計算では、光の波長は１．３１μｍとし、ダイシング溝と導波路との間に溝は無いと仮定した。
【００３６】
図２より、損失の０．２ｄＢ増加に対するダイシング位置ずれトレランスは図１９の従来例の場合では約±２μｍであるのに対し、図１に示した本発明の実施例の場合には１０μｍ程度にまで拡大されている事が分かる。一般に、量産時のダイシング精度は約±５μｍ程度であるので、コアの大きさが実質的に２倍以上２０倍以内の範囲の構成であれば、高歩留まりでの量産が十分可能な事が分かる。
【００３７】
図３に、図１のモジュールの作製法を示す。ここでは、導波路をポリマ材料で形成する場合を例に取って説明する。また、図３は、図１におけるＡ−Ｂでの断面図である。まず、ＳｉＯ２膜２０２付き Ｓｉ基板２０１上に下側ポリマクラッド層１ａおよびポリマコア層２０３をスピンコートにより形成した後、導波路６のコアが導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上２０倍以内の大きさの関係になるようにして、第一の導波路２ｅおよび第二の導波路６を公知の方法によりエッチングにより形成する。そして、上側ポリマクラッド層１ｂをスピンコートにより形成し、その後ダイシングにより溝を形成しフィルタを挿入し、光素子を搭載すれば本モジュールは作製できる。
【００３８】
図４に本発明の第二の実施例を示す。本実施例の波長多重型光送受信モジュールでも、フィルタからの反射光を導く導波路６のコアは、導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上大きく、２０倍以内の大きさである。本実施例では、導波路層とフィルタとの間の屈折率差による光の屈折に対応させて、第一の導波路２ｅの経路に、フィルタの前後で段差を持たせても良い。本構成によれば、フィルタでの光の屈折による透過方向の損失を低減することができる。
【００３９】
図５に本発明の第三の実施例を示す。本モジュールのフィルタからの反射光を導く導波路６のコアは、導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上大きく、２０倍以内の大きさである。導波路作製時の気泡発生が抑えられる場合や、気泡が発生してもその影響が問題無い場合には、本実施例の様に第一の導波路２ｅと第二の導波路６との間に隙間を設けなくても良い。
【００４０】
図６に本発明の第四の実施例を示す。本モジュールでも、フィルタからの反射光を導く導波路６のコアは、導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上大きく、２０倍以内の大きさである。本実施例では、第二の導波路６の光軸と基板端面の法線とのなす角度φを必ずしも零としなくても良い。例えばφを８ないしは１０度程度にすれば、フォトディテクタ５２の受信光強度を損なうこと無く、フォトディテクタ５２から第二の導波路６への反射光を低減することができる。
【００４１】
図７に本発明の第五の実施例を示す。本モジュールでも、フィルタからの反射光を導く第二の導波路６のコアは、第一の導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上大きく、２０倍以内の大きさである。本実施例では、フォトディテクタ５２と半導体レーザ５３との間のクロストークを抑えることができるか、クロストークがあっても問題無い場合には、フォトディテクタ５２を半導体レーザ５３と同一の基板上に形成しても良い。この場合、例えば、ダイシング溝５８を用いてカットフィルタ５７を設置しても良い。
【００４２】
図８に本発明の第六の実施例を示す。本実施例のモジュールでも、フィルタからの反射光を導く第二の導波路６のコアは、第一の導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上大きく、２０倍以内の大きさである。本実施例では、他の実施例における光素子の代わりに光ファイバを用いている。例えば、図７の構成の光モジュールにおいて、半導体レーザ５３の代わりにＶ溝６３およびダイシング溝６２で位置決め固定したシングルモードファイバ６４を、フォトディテクタ５２の代わりにＶ溝６０およびダイシング溝５９で位置決め固定されたマルチモードファイバ６１を用いても良い。
【００４３】
図９に本発明の第七の実施例を示す。本実施例のモジュールでも、フィルタからの反射光を導く第二の導波路６のコアは、第一の導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上大きく、２０倍以内の大きさである。本実施例のモジュールでは、光素子および光ファイバを導波路基板とは全て別体としている。
【００４４】
図１０に本発明の第八の実施例を示す。本実施例では、第一の導波路２ｅを曲線形状にしても良い。これにより、第一の導波路２ｅおよび第二の導波路６の光軸が波長選択フィルタ４の法線となす角θを各々任意に設定することができる。一般に波長選択フィルタの波長特性はθに依存するため、本構成により第一の導波路２ｅおよび第二の導波路６のいずれの光軸に対してもθを２５度以下、望ましくはいずれのθも８度〜１０度の範囲に調整すれば最適なフィルタ特性を得る事ができる。また、θを小さくした場合、フィルタ面に垂直な方向のフィルタの位置ずれに対して、第一の導波路２ｅと第二の導波路６との開きが小さくなる。このため、損失に対するダイシング位置ずれトレランスも向上する。
【００４５】
図１１の曲線１０３に、図１０の構成によりθを８度とした場合の、フィルタ面に垂直な方向のダイシング位置ずれと損失との関係の計算結果を示す。ここで、パラメータおよび計算法は図２と同様にした。図には、θを４５度とした図１の構成の計算結果を曲線１０２として示した。図より、θを小さくすることでダイシングトレランスが更に向上することが分かる。
【００４６】
図１２に本発明の第九の実施例を示す。本実施例では、図１０の構成において第一の導波路２ｅに加えて第二の導波路６をも曲線形状にして良い。一般に導波路には、損失を生じること無く曲げられる曲率半径に下限が存在する。このため、第二の導波路６をも曲げることによって、第一の導波路２ｅだけを曲げる場合に比べて、所望のθおよびφをより小さいモジュールサイズで実現できる。
【００４７】
ここで、曲率半径が小さいほどモジュールを小型に出来る。損失を生じること無く導波路を曲げられる曲率半径の下限は、導波路２ｅのコアとクラッドの屈折率差Δが高いほど大きくなる。例えば、上記屈折率差Δを従来の一般的な石英導波路の０．４％から０．８％に高めることにより、上記曲率半径の下限を１５ｍｍから５ｍｍ程度にまで低減できる。そこで、本発明では、上記屈折率差Δを上記よりも高くすることが望ましい。例えば、上記屈折率差Δを０．６％ないしは１．５％程度にすれば、ダイシングトレランス等の特性を損なうことなくモジュールを小型に出来る。
【００４８】
図１３に本発明の第十の実施例を示す。本実施例は、フィルタ表面が基板端面と水平になる様な構成にしても良い。本構成によれば、基板端面とフィルタ４のダイシングが水平になるので、ダイシング工程が簡易になる。
【００４９】
図１４に本発明の第十一の実施例を示す。本実施例では、フォトディタクタ５２とシングルモードファイバを基板の同一端面に配置している。
【００５０】
図１５に本発明の第十二の実施例を示す。本実施例では、図１３の構成において第二の導波路６も曲線形状としている。
【００５１】
図１６に本発明の第十三の実施例を示す。本実施例では、フォトディタクタ５２とシングルモードファイバを基板の相対向する端面に配置している。
【００５２】
図１７に本発明の第十四の実施例を示す。本実施例では、波長選択フィルタ４を基板端面に接した構造としている。
【００５３】
本発明の実施例において、第一の導波路は経路全体に渡ってシングルモードとする。また、第二の導波路は、経路全体に渡ってマルチモードとしても良く、あるいは一部をマルチモードとし、残りをシングルモードとしても良い。
【００５４】
以上述べた本発明の各実施例のモジュールによれば、特性の良好な波長多重型光送受信モジュールが得られる。
【００５５】
これらのモジュールをシングルモードファイバ通信用の光システムに適用する場合は、波長選択フィルタにより受信光を反射し送信光を透過する方の構成にし、フィルタからの反射光を導く導波路以外の導波路をシングルモード導波路にする。そして、フィルタからの反射光を導く導波路のコアを他の導波路より大きくすれば良い。この時、一般にフィルタからの反射光を導く導波路はマルチモード導波路となる。しかし、特殊な場合として、反射光を導く導波路以外の導波路が高次モードのカットオフ条件に比べて十分に小さいコアを有している場合には、反射光を導く導波路がシングルモードとなっていても本発明の効果は得られる。本構成によれば、送信光はシングルモード導波路のみを通るので、シングルモードファイバに入射される光はシングルモード性を維持しており、シングルモードファイバ通信の必要条件を満たす。ここで、フォトディテクタ５２に入射される光はマルチモードとなるが、受信特性はフォトディテクタ５２に入射される光強度の総量のみに依存してモード形状には依存しないので、問題は生じない。
【００５６】
また、本発明のモジュールをマルチモードファイバ通信用の光システムに適用する場合には、送信光もマルチモードとなっても良いので、波長選択フィルタの波長特性はいずれの型でも良く、更に全ての導波路をマルチモード導波路としても構わない。
【００５７】
本発明は、基板、導波路およびその他の構成要素の材料に関わらず有効であり、上記実施例で説明した場合に制限されない。例えば、従来の石英系の材料に代えて、ポリマ材料でも良い。また、基板の形状も上記実施例で説明した矩形の場合に制限されない。また、導波路、端面、光素子、光ファイバおよびフィルタの位置関係も上記実施例で説明した場合に制限されない。また、導波路形状も上記実施例で説明された場合に制限されず、フィルタや光素子の近傍、およびその他の部位において他の形状に変形しても良い。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、特性の良好な波長多重型光送受信モジュールを高歩留まりで量産できる。また、ダイシングトレランスの特性を損なうことなく小型化できる波長多重型光送受信モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第一の実施例になる波長多重型光送受信モジュールの略平面を示す図。
【図２】本発明による第一の実施例の効果を示す図。
【図３】本発明による第一の実施例の作製方法を示す図であり、図１のＡ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明による第二の実施例になるモジュールを示す図。
【図５】本発明による第三の実施例になるモジュールを示す図。
【図６】本発明による第四の実施例になるモジュールを示す図。
【図７】本発明による第五の実施例になるモジュールを示す図。
【図８】本発明による第六の実施例になるモジュールを示す図。
【図９】本発明による第七の実施例になるモジュールを示す図。
【図１０】本発明による第八の実施例になるモジュールを示す図。
【図１１】本発明による第八の実施例の効果を示す図。
【図１２】本発明による第九の実施例になるモジュールを示す図。
【図１３】本発明による第十の実施例になるモジュールを示す図。
【図１４】本発明による第十一の実施例になるモジュールを示す図。
【図１５】本発明による第十二の実施例になるモジュールを示す図。
【図１６】本発明による第十三の実施例になるモジュールを示す図。
【図１７】本発明による第十四の実施例を示す図。
【図１８】従来例のモジュールを示す図。
【図１９】従来例のモジュールを示す図。
【図２０】従来例のモジュールを示す図。
【符号の説明】
１（１ａ、１ｂ）… クラッド、２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ）… 第一の導波路、３…ダイシング溝 ４…波長選択フィルタ、５（５ａ、５ｂ）…素子搭載部、５１…シングルモードファイバ、５２…フォトディテクタ、５３…半導体レーザ、５４…フォトディテクタ、５５…Ｖ溝、５６…ダイシング溝、５７…カットフィルタ、５８…ダイシング溝、５９…ダイシング溝、６０…Ｖ溝、６１…マルチモードファイバ、６２…ダイシング溝、６３…Ｖ溝、６４…シングルモードファイバ、１０１…従来例のダイシング位置ずれトレランス曲線、１０２…本発明の第一の実施例のダイシング位置ずれトレランス曲線、１０３…本発明の第ニの実施例のダイシング位置ずれトレランス曲線、２０１…Ｓｉ基板、２０２… ＳｉＯ２膜、２０３…コア層
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重通信用光送受信モジュールおよび平面光回路（ＰＬＣ ： ｐｌａｎａｒ ｌｉｇｈｔｗａｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）及びそれを用いた光システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いた波長多重通信は、大量な情報を高速に伝送するための重要技術である。近年、波長多重通信に用いられる送受信光モジュールをＰＬＣにより構成して、小型・低コスト化を図る試みが活発になっている。
【０００３】
図１８に、従来知られているＰＬＣ型光モジュールの概念図を示す。図は、導波路基板表面に平行な方向の断面図である。この様な光モジュールは、例えば非特許文献１に記されている。本モジュールでは、シングルモードファイバ５１を通って伝送されてきた波長λ１の光信号が、クラッド１内に形成されたシングルモード導波路２ａに入射する。波長λ１の光は、ダイシング溝３内に設置された波長選択フィルタ４を透過し、シングルモード導波路２ｂを通って、導波路と同一基板上に形成された素子搭載部５ａ上に搭載された、フォトディテクタ５２に受信される。また、導波路と同一基板上に形成された素子搭載部５ｂ上に搭載された半導体レーザ５３からは、波長λ２の光信号がシングルモード導波路２ｃに入射される。この波長λ２の光は波長選択フィルタ４により反射され、シングルモード導波路２ａを通ってシングルモードファイバ５１に入射され、外部に送信される。この様に本モジュール構成によれば、波長λ１およびλ２の光を用いた波長多重送受信が可能となる。尚、フォトディテクタ５４は、半導体レーザ５３の光出力をモニターするためのものである。
【０００４】
図１９に、従来知られている他のＰＬＣ型光モジュールの概念図を示す。図は、導波路基板表面に平行な方向の断面図である。この様な光モジュールは、例えば非特許文献２に記されている。本モジュールでは、シングルモードファイバ５１を通って伝送されてきた波長λ１の光信号が、クラッド１内に形成されたシングルモード導波路２ａに入射する。波長λ１の光は、基板端面に接着固定された波長選択フィルタ４を透過し、フォトディテクタ５２に受信される。また、後で説明する図１６のモジュールと同様に、半導体レーザ５３から波長λ２の光信号が送信される。この様に本構成によっても波長多重による送受信が可能となる。
【０００５】
図２０に、従来知られている他のＰＬＣ型光モジュールの概念図を示す。図は、導波路基板表面に垂直な方向の断面図である。この様な光モジュールは、例えば非特許文献２や、特許文献１に記されている。本モジュールでは、シングルモードファイバ５１を通って伝送されてきた波長λ１の光信号が、基板４１上に形成されたシングルモード導波路２ｄに入射する。ここで、シングルモード導波路２ｄは、下側クラッド１ａおよび上側クラッド１ｂとの間に形成されている。また、導波路には波長選択フィルタ４が基板４１表面に対して斜めに挿入されている。ここで波長選択フィルタ４の波長特性は、前記二つの従来例とは逆にしてある。すなわち、本モジュールには、受信用波長λ１の光を反射し、送信用波長λ２を透過する波長選択フィルタ４が用いられている。このため、シングルモード導波路２ｄに入射した波長λ１の光は波長選択フィルタ４により反射され、導波路表面に設置されたフォトディテクタ５２に受信される。また、半導体レーザ５３からは、波長λ２の光信号がシングルモード導波路２ｄに入射される。波長λ２の光は波長選択フィルタ４を透過し、シングルモード導波路２ｄを通ってシングルモードファイバ５１に入射され、外部に送信される。この様に本構成によっても波長多重による送受信が可能となる。
【０００６】
また、特許文献２には、光学フィルタ付光導波路を用いた光合分波器において光学フィルの設置位置ずれのトレランスを増加させるために、光合分波部をマルチモード干渉型導波路とし、入射側光導波路と反射側光導波路がマルチモード干渉型導波路との結合部において所定の間隔を有する構造としたものが開示されている。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐ．６２９ （１９９８）
【非特許文献２】
Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐ．３１２ （１９９９）
【特許文献１】
特開２０００−２４９８７４号公報
【特許文献２】
特開２００２−６１５５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上の様に、上記従来モジュールを用いれば、いずれの構成においても波長多重光送受信が可能となる。しかし、上記従来例を実用に供する際には、以下の様な問題が生じ易い。
【０００９】
例えば図１８の従来例では、フォトディテクタ５２と半導体レーザ５３が同一基板上に搭載されているために、両者の間の電気および光の絶縁が弱く、クロストークが問題となる。すなわち、半導体レーザ５３を変調する電気信号が基板を介してフォトディテクタ５２に影響を与え易く、また半導体レーザ５３からの光をシングルモード導波路２ｃに入射する際に漏れた光が波長選択フィルタ４の下側を通って、これも基板を介してフォトディテクタ５２に影響を与え易くなっている。また、本構成には、波長選択フィルタ４の位置ずれによって反射光の経路に過剰挿入損失が生じるという問題がある。これは、フィルタで反射された光とその光が入射される導波路との間に軸ずれが生じてしまうからである。すなわち、シングルモード導波路２ｃとシングルモード導波路２ａとの間に軸ずれが生じてしまうからである。波長選択フィルタ４の位置はダイシング溝３によって決められるので、ダイシングの位置決め精度を上げれば過剰損失を抑えることができる。しかし、この場合は工程が複雑になり、作製コストの上昇を招いてしまう。尚、フィルタを透過する光については、フィルタの位置ずれがあっても経路の軸ずれが生じる事は無いので、ダイシング精度は問題にならない。
【００１０】
図１９の従来例では、フォトディテクタ５２は半導体レーザ５３とは異なる基板上に設置されており、更に波長選択フィルタ４は基板端面全体を覆っているため、クロストークの問題は電気および光ともに少ない。しかし、フィルタの位置ずれにより反射光の経路に過剰挿入損失が生じ易い事は、前述の図１８の構成と同様である。
【００１１】
図２０の従来例では、波長選択フィルタ４を導波路表面に対して斜めに挿入しなければならず、波長選択フィルタ４を挿入するためのダイシングも斜めに行なわなければならない。しかし、表面に対して斜めにダイシングする工程は、垂直ダイシングの工程に比べて複雑であり、実装コストの上昇を招き易い。また、本構成では、要素部品の配置上、シングルモード導波路２ｄから漏れた半導体レーザ５３からの迷光がフォトディテクタ５２に入り易く、光のクロストークが問題となる。このクロストークを防止するためには、波長選択フィルタ４とフォトディテクタ５２との間に、波長λ２の送信光をカットするフィルタを設置する必要がある。しかし、導波路表面上に、波長選択フィルタ、送信光カットフィルタおよびフォトディテクタを連続して配置するためには複雑な実装プロセスが必要となり、モジュールのコスト上昇を招いてしまう。このため、前述の非特許文献２に開示されている例では、フォトディテクタ５２に波長λ２の送信光を吸収する半導体層を設けた素子を用いて、実装の簡素化を図っている。しかし、この様な素子は特殊で入手が困難であるため、光送受信モジュールを汎用品として安価に大量生産する際には障害となる。また、半導体の吸収波長は温度に依存するので、本素子を用いた場合、受信特性が温度変化によって劣化し易くなる。
【００１２】
さらに、前記特許文献２に記載の従来例では、フィルタを挿入するマルチモード導波路が長いためモジュール全体としての構成が大きくなる。また、フィルタからの反射光がシングルモード内に戻り易いと考えられる。
【００１３】
以上の様に、上述の従来技術をもってしても、良好な特性の光モジュールを安価に製造するのは困難であった。そこで、本発明は本課題を解決する事を目的としてなされた。
【００１４】
すなわち、本発明の目的は、作製トレランスが高くかつ特性の良好な光モジュールの構造及びそれを用いた光システムを提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、ダイシングトレランスの特性を損なうことなく小型化できる光モジュールの構造及びそれを用いた光システムを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
フィルタの位置ずれトレランスを拡大するために、本発明のモジュールはフィルタからの反射光を導く導波路のコアを、他の経路の導波路よりも実質的に２倍以上で２０倍以内の大きさとする。
【００１７】
本発明の１つの特徴によれば、透明な材料で形成されたクラッドと、該クラッドよりも高い屈折率を有する透明な材料で形成されたコアとを基板上に有する光導波路装置であって、少なくとも第一の導波路と、該第一の導波路からの光を反射するためのフィルタもしくはミラー構造もしくは基板端面構造と、前記第一の導波路からの反射光を受光する様に設けられた第二の導波路を有し、前記第二の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値が、前記第一の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値の実質的に２倍以上２０倍以内の範囲にある。
【００１８】
このように、反射光を導く側の導波路のコアを他の導波路のコアよりも実質的に２倍以上大きくしておけば、フィルタからの反射光がコアに入射され易くなるので、波長選択フィルタの位置がずれて経路に軸ずれが生じても、過剰損失の発生を抑える事ができる。例えば、コア幅を広げれば、基板表面に水平な方向のフィルタ位置ずれトレランスを拡大する事ができ、コアを厚くすれば垂直方向のフィルタ位置ずれトレランスを拡大できる。勿論、コアの幅および厚の両方が大きい導波路を用いても良いことは言うまでも無い。
【００１９】
なお、第二の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値は、この第二の導波路を経て第一の導波路からの反射光を受光する光受光素子もしくはマルチモードファイバの受光面の径以下でないと、漏れを生ずる。そのため、第二の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値は、反射光を受光する光受光素子もしくはマルチモードファイバの受光面の径以下とするのが良い。このような観点から、実用上、第二の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値は、第一の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値の実質的に２０倍以内の範囲とするのが良い。
【００２０】
本発明の他の特徴は、上記光導波路装置を備えたシングルモードファイバ通信またはマルチモードファイバ通信が可能な光システムにある。
【００２１】
ここで、本発明のモジュールをシングルモードファイバ通信用の光システムに適用する場合は、波長選択フィルタにより受信光を反射し送信光を透過する方の構成にし、フィルタからの反射光を導く導波路以外の導波路をシングルモード導波路にする。そして、フィルタからの反射光を導く導波路のコアを他の導波路より大きくすれば良い。本構成によれば、送信光はシングルモード導波路のみを通るので、シングルモードファイバに入射される光はシングルモード性を維持しており、シングルモードファイバ通信の必要条件を満たす。
【００２２】
また、マルチモードファイバ通信用の光システムに適用する場合には、送信光もマルチモードとなっても良いので、波長選択フィルタの波長特性はいずれの型でも良く、更に全ての導波路をマルチモード導波路としても構わない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第一の実施例になる光導波路装置を有する波長多重型光送受信モジュールの略平面を示す図である。本実施例のモジュールは基板（クラッド）１に設けられた直線状のシングルモード導波路（第一の導波路）２ｅと、ダイシング溝３の近傍で第一の導波路２ｅから分岐したマルチモード導波路（第二の導波路）６を有する。第一の導波路２ｅと第二の導波路６との間には作製時の気泡発生を防止するための隙間７が設けてある。ダイシング溝３内には波長選択フィルタ４が設置されている。
【００２４】
本実施例の波長多重型光送受信モジュールでは、導波路と同一基板上に形成された素子搭載部５ｂ上に搭載された半導体レーザ５３から、波長λ２の光信号が第一の導波路２ｅに入射される。この波長λ２の光は波長選択フィルタ４を透過し、引き続き第一の導波路２ｅにより導波されてシングルモードファイバ５１に入射し、外部に送信される。
【００２５】
ここで、フォトディテクタ５４は、半導体レーザ５３の光出力をモニターするためのものであり、シングルモードファイバ５１はＶ溝５５とダイシング溝５６によって位置決め固定される。また、本モジュールには、シングルモードファイバ５１から波長λ１の光信号が第一の導波路２ｅに入射される。この光は波長選択フィルタ４により反射されて、第二の導波路６を経て導波路基板の端面に達し外部に放射される。導波路基板から放射された光は、別の基板上に設置されたフォトディテクタ５２で受信される。なお、フォトダイオードは、他の光受光素子であっても良い。同様に、以下の説明におけるフォトディテクタをフォトダイオードのような他の光受光素子に置き換えてもよいことは言うまでもない。
【００２６】
本実施例の波長多重型光送受信モジュールでは、フィルタからの反射光を導く第二の導波路６のコアを、第一の導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上大きくする。たとえば、第一の導波路２ｅ及び第二の導波路６のコアの断面形状がいずれも矩形でかつ厚が同じ場合、第二の導波路６のコアの幅の典型値もしくは平均値は、第一の導波路２ｅのコアの幅の典型値もしくは平均値の２倍以上である。同様に、断面形状がいずれも矩形でかつ幅が同じ場合、第二の導波路６のコアの厚の典型値もしくは平均値は、第一の導波路２ｅのコアの幅もしくは厚の典型値もしくは平均値の２倍以上である。また、導波路のコアの断面形状が円または楕円の場合、第二の導波路６のコア径の典型値もしくは平均値が第一の導波路２ｅのコア径の典型値もしくは平均値の２倍以上である。
【００２７】
なお、第二の導波路６のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値は、この第二の導波路６を経て第一の導波路２ｅからの反射光を受光する光受光素子もしくはマルチモードファイバの受光面の径以下でないと、漏れを生ずる。そのため、第二の導波路６のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値は、反射光を受光する光受光素子もしくはマルチモードファイバの受光面の径以下とするのが良い。このような観点から、実用上、第二の導波路６のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値は、第一の導波路２ｅのコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値の実質的に２０倍以内の範囲とするのが良い。
【００２８】
第一の導波路２ｅや第二の導波路６のコアは、経路の途中において、不要な波長の光をカットするため等の目的のために、テーパ状もしくは階段状もしくはその他の形状で変調されている。例えば、波長１．３μｍの光入力信号に波長１．５μｍのノイズ信号が含まれる可能性があるとき、このノイズ信号を除去するために導波路の形状を一部変調しても良い。
【００２９】
本構成において第二の導波路６のコアを大きくすれば、波長選択フィルタ４の位置ずれトレランスを拡大できる。ここで、フォトディテクタ５２は半導体レーザ５３と別の基板上に搭載されているので、電気のクロストークの問題は生じない。
【００３０】
更に、本実施例では、導波路基板とフォトディテクタ５２との間には送信光をカットするためのカットフィルタ５７により、光のクロストークについても対策を施してある。ここで、カットフィルタ５７は光をカットするだけの目的で設けられているので、導波路基板とフォトディテクタ５２との間に有りさえすれば良く、図１９の従来例の波長選択フィルタ４に要求される様な、位置精度は必要無い。
【００３１】
更に、カットフィルタ５７の搭載は通常の光素子の搭載と同様に導波路基板と別の基板上で行なえば良く、図２０の従来例で言及した導波路表面での搭載の様な、複雑な実装プロセスは必要無い。
【００３２】
図２の曲線１０２に、本素子におけるダイシング溝３の位置ずれと波長選択フィルタ４からの反射光の経路における損失との関係について、２次元ＢＰＭ法により計算した結果を示す。ここで、ダイシング位置は原点を第一の導波路２ｅと第二の導波路６の中心軸が交わる位置とし、フィルタ表面に垂直な方向にずれるとし、原点より第二の導波路６側を正とした。また、コアとクラッドの屈折率差Δは０．４％、第一の導波路２ｅの幅は６．５μｍ、第二の導波路６の幅は３０μｍとし、また、ダイシング溝４と第二の導波路６との間の隙間７は８μｍと仮定した。
【００３３】
この例における第二の導波路６のコアの大きさは、第一の導波路２ｅのコアの大きさの４倍である。
【００３４】
この構成における反射光の損失は、フォトディテクタ５２の受ける光強度の損失となる。フォトディテクタ５２には、第二の導波路６内の光だけで無く、周囲の光も自由伝搬により到達する。そこで、損失は、反射光が第二の導波路６を１０００μｍ伝搬した後に、第二の導波路６の中心から左右２５μｍ以内に存在する光全体の強度より求めた。
【００３５】
ここで、曲線１０２において、ダイシング位置ずれの無い時にも損失があるのは、隙間７があるからである。図の曲線１０１は、図１８の従来例におけるダイシング位置ずれと損失との関係を示す。図１８の構成では、反射光の経路における損失は、シングルモードファイバとの結合効率である。計算では、コアとクラッドの屈折率差Δを０．４％、第一の導波路２ｃおよび２ａの幅を６．５μｍとしてシングルモードファイバとの結合効率を計算した。尚、本計算では、光の波長は１．３１μｍとし、ダイシング溝と導波路との間に溝は無いと仮定した。
【００３６】
図２より、損失の０．２ｄＢ増加に対するダイシング位置ずれトレランスは図１９の従来例の場合では約±２μｍであるのに対し、図１に示した本発明の実施例の場合には１０μｍ程度にまで拡大されている事が分かる。一般に、量産時のダイシング精度は約±５μｍ程度であるので、コアの大きさが実質的に２倍以上２０倍以内の範囲の構成であれば、高歩留まりでの量産が十分可能な事が分かる。
【００３７】
図３に、図１のモジュールの作製法を示す。ここでは、導波路をポリマ材料で形成する場合を例に取って説明する。また、図３は、図１におけるＡ−Ｂでの断面図である。まず、ＳｉＯ２膜２０２付き Ｓｉ基板２０１上に下側ポリマクラッド層１ａおよびポリマコア層２０３をスピンコートにより形成した後、導波路６のコアが導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上２０倍以内の大きさの関係になるようにして、第一の導波路２ｅおよび第二の導波路６を公知の方法によりエッチングにより形成する。そして、上側ポリマクラッド層１ｂをスピンコートにより形成し、その後ダイシングにより溝を形成しフィルタを挿入し、光素子を搭載すれば本モジュールは作製できる。
【００３８】
図４に本発明の第二の実施例を示す。本実施例の波長多重型光送受信モジュールでも、フィルタからの反射光を導く導波路６のコアは、導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上大きく、２０倍以内の大きさである。本実施例では、導波路層とフィルタとの間の屈折率差による光の屈折に対応させて、第一の導波路２ｅの経路に、フィルタの前後で段差を持たせても良い。本構成によれば、フィルタでの光の屈折による透過方向の損失を低減することができる。
【００３９】
図５に本発明の第三の実施例を示す。本モジュールのフィルタからの反射光を導く導波路６のコアは、導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上大きく、２０倍以内の大きさである。導波路作製時の気泡発生が抑えられる場合や、気泡が発生してもその影響が問題無い場合には、本実施例の様に第一の導波路２ｅと第二の導波路６との間に隙間を設けなくても良い。
【００４０】
図６に本発明の第四の実施例を示す。本モジュールでも、フィルタからの反射光を導く導波路６のコアは、導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上大きく、２０倍以内の大きさである。本実施例では、第二の導波路６の光軸と基板端面の法線とのなす角度φを必ずしも零としなくても良い。例えばφを８ないしは１０度程度にすれば、フォトディテクタ５２の受信光強度を損なうこと無く、フォトディテクタ５２から第二の導波路６への反射光を低減することができる。
【００４１】
図７に本発明の第五の実施例を示す。本モジュールでも、フィルタからの反射光を導く第二の導波路６のコアは、第一の導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上大きく、２０倍以内の大きさである。本実施例では、フォトディテクタ５２と半導体レーザ５３との間のクロストークを抑えることができるか、クロストークがあっても問題無い場合には、フォトディテクタ５２を半導体レーザ５３と同一の基板上に形成しても良い。この場合、例えば、ダイシング溝５８を用いてカットフィルタ５７を設置しても良い。
【００４２】
図８に本発明の第六の実施例を示す。本実施例のモジュールでも、フィルタからの反射光を導く第二の導波路６のコアは、第一の導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上大きく、２０倍以内の大きさである。本実施例では、他の実施例における光素子の代わりに光ファイバを用いている。例えば、図７の構成の光モジュールにおいて、半導体レーザ５３の代わりにＶ溝６３およびダイシング溝６２で位置決め固定したシングルモードファイバ６４を、フォトディテクタ５２の代わりにＶ溝６０およびダイシング溝５９で位置決め固定されたマルチモードファイバ６１を用いても良い。
【００４３】
図９に本発明の第七の実施例を示す。本実施例のモジュールでも、フィルタからの反射光を導く第二の導波路６のコアは、第一の導波路２ｅのコアよりも実質的に２倍以上大きく、２０倍以内の大きさである。本実施例のモジュールでは、光素子および光ファイバを導波路基板とは全て別体としている。
【００４４】
図１０に本発明の第八の実施例を示す。本実施例では、第一の導波路２ｅを曲線形状にしても良い。これにより、第一の導波路２ｅおよび第二の導波路６の光軸が波長選択フィルタ４の法線となす角θを各々任意に設定することができる。一般に波長選択フィルタの波長特性はθに依存するため、本構成により第一の導波路２ｅおよび第二の導波路６のいずれの光軸に対してもθを２５度以下、望ましくはいずれのθも８度〜１０度の範囲に調整すれば最適なフィルタ特性を得る事ができる。また、θを小さくした場合、フィルタ面に垂直な方向のフィルタの位置ずれに対して、第一の導波路２ｅと第二の導波路６との開きが小さくなる。このため、損失に対するダイシング位置ずれトレランスも向上する。
【００４５】
図１１の曲線１０３に、図１０の構成によりθを８度とした場合の、フィルタ面に垂直な方向のダイシング位置ずれと損失との関係の計算結果を示す。ここで、パラメータおよび計算法は図２と同様にした。図には、θを４５度とした図１の構成の計算結果を曲線１０２として示した。図より、θを小さくすることでダイシングトレランスが更に向上することが分かる。
【００４６】
図１２に本発明の第九の実施例を示す。本実施例では、図１０の構成において第一の導波路２ｅに加えて第二の導波路６をも曲線形状にして良い。一般に導波路には、損失を生じること無く曲げられる曲率半径に下限が存在する。このため、第二の導波路６をも曲げることによって、第一の導波路２ｅだけを曲げる場合に比べて、所望のθおよびφをより小さいモジュールサイズで実現できる。
【００４７】
ここで、曲率半径が小さいほどモジュールを小型に出来る。損失を生じること無く導波路を曲げられる曲率半径の下限は、導波路２ｅのコアとクラッドの屈折率差Δが高いほど大きくなる。例えば、上記屈折率差Δを従来の一般的な石英導波路の０．４％から０．８％に高めることにより、上記曲率半径の下限を１５ｍｍから５ｍｍ程度にまで低減できる。そこで、本発明では、上記屈折率差Δを上記よりも高くすることが望ましい。例えば、上記屈折率差Δを０．６％ないしは１．５％程度にすれば、ダイシングトレランス等の特性を損なうことなくモジュールを小型に出来る。
【００４８】
図１３に本発明の第十の実施例を示す。本実施例は、フィルタ表面が基板端面と水平になる様な構成にしても良い。本構成によれば、基板端面とフィルタ４のダイシングが水平になるので、ダイシング工程が簡易になる。
【００４９】
図１４に本発明の第十一の実施例を示す。本実施例では、フォトディタクタ５２とシングルモードファイバを基板の同一端面に配置している。
【００５０】
図１５に本発明の第十二の実施例を示す。本実施例では、図１３の構成において第二の導波路６も曲線形状としている。
【００５１】
図１６に本発明の第十三の実施例を示す。本実施例では、フォトディタクタ５２とシングルモードファイバを基板の相対向する端面に配置している。
【００５２】
図１７に本発明の第十四の実施例を示す。本実施例では、波長選択フィルタ４を基板端面に接した構造としている。
【００５３】
本発明の実施例において、第一の導波路は経路全体に渡ってシングルモードとする。また、第二の導波路は、経路全体に渡ってマルチモードとしても良く、あるいは一部をマルチモードとし、残りをシングルモードとしても良い。
【００５４】
以上述べた本発明の各実施例のモジュールによれば、特性の良好な波長多重型光送受信モジュールが得られる。
【００５５】
これらのモジュールをシングルモードファイバ通信用の光システムに適用する場合は、波長選択フィルタにより受信光を反射し送信光を透過する方の構成にし、フィルタからの反射光を導く導波路以外の導波路をシングルモード導波路にする。そして、フィルタからの反射光を導く導波路のコアを他の導波路より大きくすれば良い。この時、一般にフィルタからの反射光を導く導波路はマルチモード導波路となる。しかし、特殊な場合として、反射光を導く導波路以外の導波路が高次モードのカットオフ条件に比べて十分に小さいコアを有している場合には、反射光を導く導波路がシングルモードとなっていても本発明の効果は得られる。本構成によれば、送信光はシングルモード導波路のみを通るので、シングルモードファイバに入射される光はシングルモード性を維持しており、シングルモードファイバ通信の必要条件を満たす。ここで、フォトディテクタ５２に入射される光はマルチモードとなるが、受信特性はフォトディテクタ５２に入射される光強度の総量のみに依存してモード形状には依存しないので、問題は生じない。
【００５６】
また、本発明のモジュールをマルチモードファイバ通信用の光システムに適用する場合には、送信光もマルチモードとなっても良いので、波長選択フィルタの波長特性はいずれの型でも良く、更に全ての導波路をマルチモード導波路としても構わない。
【００５７】
本発明は、基板、導波路およびその他の構成要素の材料に関わらず有効であり、上記実施例で説明した場合に制限されない。例えば、従来の石英系の材料に代えて、ポリマ材料でも良い。また、基板の形状も上記実施例で説明した矩形の場合に制限されない。また、導波路、端面、光素子、光ファイバおよびフィルタの位置関係も上記実施例で説明した場合に制限されない。また、導波路形状も上記実施例で説明された場合に制限されず、フィルタや光素子の近傍、およびその他の部位において他の形状に変形しても良い。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、特性の良好な波長多重型光送受信モジュールを高歩留まりで量産できる。また、ダイシングトレランスの特性を損なうことなく小型化できる波長多重型光送受信モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第一の実施例になる波長多重型光送受信モジュールの略平面を示す図。
【図２】本発明による第一の実施例の効果を示す図。
【図３】本発明による第一の実施例の作製方法を示す図であり、図１のＡ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明による第二の実施例になるモジュールを示す図。
【図５】本発明による第三の実施例になるモジュールを示す図。
【図６】本発明による第四の実施例になるモジュールを示す図。
【図７】本発明による第五の実施例になるモジュールを示す図。
【図８】本発明による第六の実施例になるモジュールを示す図。
【図９】本発明による第七の実施例になるモジュールを示す図。
【図１０】本発明による第八の実施例になるモジュールを示す図。
【図１１】本発明による第八の実施例の効果を示す図。
【図１２】本発明による第九の実施例になるモジュールを示す図。
【図１３】本発明による第十の実施例になるモジュールを示す図。
【図１４】本発明による第十一の実施例になるモジュールを示す図。
【図１５】本発明による第十二の実施例になるモジュールを示す図。
【図１６】本発明による第十三の実施例になるモジュールを示す図。
【図１７】本発明による第十四の実施例を示す図。
【図１８】従来例のモジュールを示す図。
【図１９】従来例のモジュールを示す図。
【図２０】従来例のモジュールを示す図。
【符号の説明】
１（１ａ、１ｂ）… クラッド、２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ）… 第一の導波路、３…ダイシング溝 ４…波長選択フィルタ、５（５ａ、５ｂ）…素子搭載部、５１…シングルモードファイバ、５２…フォトディテクタ、５３…半導体レーザ、５４…フォトディテクタ、５５…Ｖ溝、５６…ダイシング溝、５７…カットフィルタ、５８…ダイシング溝、５９…ダイシング溝、６０…Ｖ溝、６１…マルチモードファイバ、６２…ダイシング溝、６３…Ｖ溝、６４…シングルモードファイバ、１０１…従来例のダイシング位置ずれトレランス曲線、１０２…本発明の第一の実施例のダイシング位置ずれトレランス曲線、１０３…本発明の第ニの実施例のダイシング位置ずれトレランス曲線、２０１…Ｓｉ基板、２０２… ＳｉＯ２膜、２０３…コア層
Claims (20)
- 透明な材料で形成されたクラッドと、該クラッドよりも高い屈折率を有する透明な材料で形成されたコアとを基板上に有する光導波路装置であって、少なくとも第一の導波路と、該第一の導波路からの光を反射するためのフィルタもしくはミラー構造もしくは基板端面構造と、前記第一の導波路からの反射光を受光する様に設けられた第二の導波路とを有し、前記第二の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値を、前記第一の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚の典型値もしくは平均値の実質的に２倍以上２０倍以内としたことを特徴とする光導波路装置。
- 前記第一の導波路からの反射光を前記第二の導波路を経て光受光素子もしくはマルチモードファイバで受光することを特徴とする請求項１記載の光導波路装置。
- 前記第二の導波路と前記光受光素子もしくはマルチモードファイバとの間に、前記第一の導波路からの反射光の波長以外の波長を有する光を除去するフィルタが設置されていることを特徴とする請求項２記載の光導波路装置。
- 前記第一の導波路及び前記第二の導波路の光軸が前記フィルタの法線となす角θを、いずれも２５度以下としたことを特徴とする請求項２に記載の光導波路装置。
- 前記第二の導波路の光軸と前記基板の端面の法線とのなす角度φを、５度以上としたことを特徴とする請求項２に記載の光導波路装置。
- 前記第二の導波路と前記光受光素子もしくはマルチモードファイバとの間に、前記第一の導波路からの反射光の波長以外の波長を有する光を除去するフィルタが設置されていることを特徴とする請求項４記載の光導波路装置。
- 前記第二の導波路と前記光受光素子もしくはマルチモードファイバとの間に、前記第一の導波路からの反射光の波長以外の波長を有する光を除去するフィルタが設置されていることを特徴とする請求項５記載の光導波路装置。
- 前記第二の導波路の光軸と前記基板の端面の法線とのなす角度φを、５度以上としたことを特徴とする請求項４に記載の光導波路装置。
- 前記第一の導波路からの反射光を前記第二の導波路を経て光受光素子もしくはマルチモードファイバで受光することを特徴とする請求項８記載の光導波路装置。
- 前記第一の導波路を曲線形状としたことを特徴とする請求項８記載の光導波路装置。
- 前記第一の導波路を曲線形状としたことを特徴とする請求項９記載の光導波路装置。
- 前記第一の導波路の曲率半径を８ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１０記載の光導波路装置。
- 前記第一の導波路の曲率半径を８ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１１記載の光導波路装置。
- 前記第一の導波路のコアとクラッドの屈折率差Δを０．６％以上としたことを特徴とする請求項１２記載の光導波路装置。
- 前記第一の導波路のコアとクラッドの屈折率差Δを０．６％以上としたことを特徴とする請求項１３記載の光導波路装置。
- 前記第二の導波路を曲線形状にしたことを特徴とする請求項１５記載の光導波路装置。
- 前記第一の導波路が、経路全体に渡ってシングルモードであり、前記第二の導波路の一部がマルチモードであることを特徴とする請求項６記載の光導波路装置。
- 前記第一の導波路もしくは前記第二の導波路のコアの径もしくは幅もしくは厚が、前記フィルタもしくはミラー構造の設置位置もしくは端面構造に対向する端面から離れた経路内において、テーパ状もしくは階段状もしくはその他の形状で変調されていることを特徴とする請求項１７記載の光導波路装置。
- 請求項６記載の光導波路装置を備えたことを特徴とするシングルモードファイバ通信が可能な光システム。
- 請求項６記載の光導波路装置を備えたことを特徴とするマルチモードファイバ通信が可能な光システム。
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