JP2005106936A - Semiconductor optical module - Google Patents

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Toshiji Miyahara
利治 宮原
Tatsuo Hatta
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor optical module that has a reduced number of optical components and a small space for arranging optical fibers. <P>SOLUTION: The semiconductor optical module includes a semiconductor optical element having optical input and output sections in one end face, an optical input port for making light enter from an input optical fiber, an optical output port making light exit to an output optical fiber, and an optical isolator installed between the input port and the input section and between the output port and the output section. The input port and the output port are installed on the same side. Incident light entered from the input port is made to enter the input section through the optical isolator. Further, outgoing light exited from the output section is made to exit from the output port through the optical isolator. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体光モジュールに関し、特に、光入力ポートと光出力ポートとが同一側面に設けられた半導体モジュールに関する。   The present invention relates to a semiconductor optical module, and more particularly to a semiconductor module in which an optical input port and an optical output port are provided on the same side surface.

従来の光入力/出力ポートを備えた半導体光モジュールでは、半導体光モジュールに含まれる半導体素子を挟んで対向する位置に、入力光ファイバと出力光ファイバとが取り付けられている。また、入力光ファイバと半導体素子との間、出力光ファイバと半導体素子との間には、ビームパターンサイズを一致させるための光学部品が、それぞれ別個に設けられている(例えば、非特許文献1、2)。
N. Okada et al. "40Gbit/s Electroabsorption Modulator Module with Driver IC Integrated in a Single Package", OFC 2003, Vol. 2, pp.760-761 (2003) 八田竜夫:超高速半導体光変調器およびフォトダイオードの実装と特性、光技術コンタクト、8月号、pp.12-19 (2003)
In a conventional semiconductor optical module having an optical input / output port, an input optical fiber and an output optical fiber are attached at positions facing each other across a semiconductor element included in the semiconductor optical module. In addition, optical components for matching the beam pattern size are separately provided between the input optical fiber and the semiconductor element and between the output optical fiber and the semiconductor element (for example, Non-Patent Document 1). 2).
N. Okada et al. "40Gbit / s Electroabsorption Modulator Module with Driver IC Integrated in a Single Package", OFC 2003, Vol. 2, pp.760-761 (2003) Tatsuo Hatta: Mounting and characteristics of ultrahigh-speed semiconductor optical modulators and photodiodes, Optical Technology Contact, August, pp.12-19 (2003)

従来の半導体光モジュールでは、半導体素子の両側に光学部品を設けるため、素子構造が複雑になるとともに、製造コストも高くなっていた。
また、光ファイバは許容できる曲げ半径が決まっているため、半導体光モジュールの両側に、光ファイバを取り回すための空間が必要であった。
In the conventional semiconductor optical module, since the optical components are provided on both sides of the semiconductor element, the element structure is complicated and the manufacturing cost is high.
In addition, since an allowable bending radius is determined for the optical fiber, a space for routing the optical fiber is required on both sides of the semiconductor optical module.

そこで、本発明は、光学部品の部品点数の低減が可能で、光ファイバの取り回し空間を小さくできる半導体光モジュールの提供を目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor optical module that can reduce the number of optical components and reduce the space for handling optical fibers.

本発明は、光入力部と光出力部とを一の端面に有する半導体光素子と、入力光ファイバから光を入射させる光入力ポートと、出力光ファイバに光を出射させる光出力ポートと、光入力ポートと光入力部との間、及び光出力ポートと光出力部との間に設けられた光アイソレータとを含む半導体光モジュールである。光入力ポートと光出力ポートとは、同一側面に設けられる。光入力ポートから入射した入射光は、光アイソレータを通って光入力部に入り、更に、光出力部から出た出射光が、光アイソレータを通って光出力ポートから出射する。   The present invention includes a semiconductor optical device having a light input portion and a light output portion on one end face, a light input port for allowing light to enter from an input optical fiber, a light output port for emitting light to the output optical fiber, The semiconductor optical module includes an optical isolator provided between the input port and the optical input unit and between the optical output port and the optical output unit. The optical input port and the optical output port are provided on the same side. Incident light that has entered from the optical input port enters the optical input unit through the optical isolator, and emission light that has exited from the optical output unit exits from the optical output port through the optical isolator.

本発明にかかる半導体光モジュールでは、光学部品の構造を簡略化でき、製造コストの低減が可能となる。また、半導体光モジュールの小型化も可能となる。   In the semiconductor optical module according to the present invention, the structure of the optical component can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, the semiconductor optical module can be miniaturized.

実施の形態1.
図1は、全体が100で表される、本実施の形態にかかる半導体光モジュールの概略図である。半導体光モジュール100は、半導体素子10を含む。半導体素子10は、例えば、光増幅素子や光変調素子からなる。半導体素子10は、同一端面に設けられた光入力部11と光出力部12を有する。半導体光モジュール100は、半導体素子10に隣接した、光アイソレータ20を含む。更に、半導体光モジュール100は、一の側面に設けられた光入力ポート31と光出力ポート32とを含む。光入力ポート31、光出力ポート32には、それぞれ入力光ファイバ41、出力光ファイバ42が接続できるようになっている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram of a semiconductor optical module according to the present embodiment, the whole being represented by 100. The semiconductor optical module 100 includes a semiconductor element 10. The semiconductor element 10 includes, for example, an optical amplification element or an optical modulation element. The semiconductor element 10 includes a light input unit 11 and a light output unit 12 provided on the same end surface. The semiconductor optical module 100 includes an optical isolator 20 adjacent to the semiconductor element 10. Further, the semiconductor optical module 100 includes an optical input port 31 and an optical output port 32 provided on one side surface. An input optical fiber 41 and an output optical fiber 42 can be connected to the optical input port 31 and the optical output port 32, respectively.

図1に示すように、光入力ポート31を介して入力光ファイバ41から入射した信号光1は、光アイソレータ20を通って、半導体素子10の光入力部11に入る。半導体素子10で、変調や増幅された光信号1は、光入力部11と同一端面に設けられた光出力部12から出る。光出力部11から出た信号光1は、再度、光アイソレータ20を通った後、光出力ポート32から出て、出力光ファイバ42に入る。ここでは、光アイソレータ20として偏波依存型光アイソレータを用いるが、後述のように、偏波無依存型光アイソレータを用いても構わない。   As shown in FIG. 1, the signal light 1 incident from the input optical fiber 41 through the optical input port 31 passes through the optical isolator 20 and enters the optical input unit 11 of the semiconductor element 10. The optical signal 1 modulated or amplified by the semiconductor element 10 is output from an optical output unit 12 provided on the same end face as the optical input unit 11. The signal light 1 emitted from the optical output unit 11 passes through the optical isolator 20 again, then exits from the optical output port 32, and enters the output optical fiber. Here, a polarization-dependent optical isolator is used as the optical isolator 20, but a polarization-independent optical isolator may be used as will be described later.

図2は、偏波依存型の光アイソレータ20の構造を示す概略図である。光アイソレータ20は、透過軸が45°傾いた2つ偏光子からなる第1復屈折結晶22と第2復屈折結晶23の間に、回転角が45°のファラデー回転子21を挿入した構造となっている。
第1復屈折結晶22、第2復屈折結晶23は、例えば平行平板の復屈折結晶からなる。また、ファラデー回転子21には、ファラデー回転子21に磁界を印加する磁石も含まれる。図2に示すように、例えば、光入力ポート31から入射した信号光1は、第1復屈折結晶22に左側から入る。第1復屈折結晶22を通過した信号光1は、ファラデー回転子21を透過した後、第2復屈折結晶23を通って光入力部11から半導体素子10に入る。なお、光アイソレータ20は、光入力ポート31と光入力ポート11とにおけるビームパターンサイズ、光出力ポート32と光出力ポート12とにおけるビームパターンサイズを一致させるレンズを含んでもよい。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of the polarization-dependent optical isolator 20. The optical isolator 20 has a structure in which a Faraday rotator 21 having a rotation angle of 45 ° is inserted between a first birefringent crystal 22 and a second birefringent crystal 23 each having two polarizers whose transmission axes are inclined by 45 °. It has become.
The first birefringent crystal 22 and the second birefringent crystal 23 are, for example, parallel birefringent crystals. The Faraday rotator 21 also includes a magnet that applies a magnetic field to the Faraday rotator 21. As shown in FIG. 2, for example, the signal light 1 incident from the optical input port 31 enters the first birefringent crystal 22 from the left side. The signal light 1 that has passed through the first birefringent crystal 22 passes through the Faraday rotator 21 and then enters the semiconductor element 10 from the light input unit 11 through the second birefringent crystal 23. The optical isolator 20 may include a lens that matches the beam pattern sizes at the optical input port 31 and the optical input port 11 and the beam pattern sizes at the optical output port 32 and the optical output port 12.

次に、図3を参照しながら、本実施の形態にかかる半導体光モジュール100に含まれる偏波依存型光アイソレータ20の動作について説明する。
図3は、入力光ファイバ41から入射した信号光1が、半導体素子10に伝播する場合の動作を示す。図3において、(a1)、(b1)、(c1)は半導体素子10への入射光の、(a2)、(b2)、(c2)は半導体素子10からの出射光の、光軸に略垂直な平面における電界の向きを示す。
なお、(a1)、(a2)は第1復屈折結晶22を通過後、(b1)、(b2)は、ファラデー回転子21を通過後、(c1)、(c2)は第2復屈折結晶23を通過後の、光の電界の向きである。また、図3中、丸印(○)は、光入力ポート31の位置(光ファイバ41のアライメント位置)を、四角印(□)は、光入力部11の位置を、それぞれ示す。
Next, the operation of the polarization dependent optical isolator 20 included in the semiconductor optical module 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 shows an operation when the signal light 1 incident from the input optical fiber 41 propagates to the semiconductor element 10. In FIG. 3, (a1), (b1), and (c1) are about the optical axis of the incident light to the semiconductor element 10, and (a2), (b2), and (c2) are about the optical axis of the emitted light from the semiconductor element 10. Indicates the direction of the electric field in a vertical plane.
(A1) and (a2) pass through the first birefringent crystal 22, (b1) and (b2) pass through the Faraday rotator 21, and (c1) and (c2) show the second birefringent crystal. The direction of the electric field of the light after passing through 23. In FIG. 3, a circle (◯) indicates the position of the optical input port 31 (alignment position of the optical fiber 41), and a square mark (□) indicates the position of the optical input unit 11.

まず、入力光ファイバ41から無偏光な光が入射すると、第1復屈折結晶22において、常光S1と異常光S2に分離され、第1復屈折結晶22の出力端で異なる場所から出射する(図3(a1))。ここでは、光入力ポート31の位置(○)にあるのが常光S1、光入力ポート31の位置からずれているのが異常光S2である。   First, when non-polarized light enters from the input optical fiber 41, the first birefringent crystal 22 is separated into ordinary light S1 and extraordinary light S2, and is emitted from different locations at the output end of the first birefringent crystal 22 (FIG. 3 (a1)). Here, the ordinary light S1 is at the position (O) of the optical input port 31, and the abnormal light S2 is shifted from the position of the optical input port 31.

次に、ファラデー回転子21で、常光S1、異常光S2の電界の向きが45°同一方向に回転し、第2復屈折結晶23に入力する(図3(b1))。   Next, the Faraday rotator 21 rotates the ordinary light S1 and the extraordinary light S2 in the same direction of 45 ° and inputs the same into the second birefringent crystal 23 (FIG. 3 (b1)).

第2復屈折結晶23において、常光S1と異常光S2とが更に分離され、異なる場所から出射される。   In the second birefringent crystal 23, the ordinary light S1 and the extraordinary light S2 are further separated and emitted from different places.

従って、必要とされる偏光(ここでは常光S1)に対して、半導体素子の光軸(光入力部11の位置)を調整することにより、特定の偏光のみ通過させることができる(図3(c1))。   Therefore, by adjusting the optical axis of the semiconductor element (position of the optical input unit 11) with respect to the required polarized light (ordinary light S1 here), only specific polarized light can be passed (FIG. 3 (c1)). )).

続いて、逆方向伝播について説明する。ここでは、順方向として常光が通過できるように、光軸(光入力部11の位置)が調整されている場合について述べる。   Subsequently, reverse propagation will be described. Here, a case will be described in which the optical axis (position of the light input unit 11) is adjusted so that ordinary light can pass in the forward direction.

半導体素子の光入力部11から逆方向に伝播した光は、第2復屈折結晶23を通って、常光S1、異常光S2に分離される(図3(c2))。   The light propagated in the reverse direction from the light input portion 11 of the semiconductor element passes through the second birefringent crystal 23 and is separated into ordinary light S1 and extraordinary light S2 (FIG. 3 (c2)).

次に、ファラデー回転子21で、常光S1、異常光S2の偏光の向きが45°同一方向に回転し、第1復屈折結晶22に入力する(図3(b2))。   Next, the Faraday rotator 21 rotates the polarization directions of the ordinary light S1 and the extraordinary light S2 in the same direction by 45 °, and inputs them to the first birefringent crystal 22 (FIG. 3 (b2)).

第1復屈折結晶22で、常光S1と異常光S2とが更に分離され、異なる場所から出射する(図3(a2))。   In the first birefringent crystal 22, the ordinary light S1 and the extraordinary light S2 are further separated and emitted from different places (FIG. 3 (a2)).

図3(a1)と、図3(a2)とを比較すると、光アイソレータ20は、常光S1のみを分離して入射させる一方、光入力部11における反射光のような逆方向の光を光入力ポート31に戻さず、光アイソレータとして有効に機能していることがわかる。   Comparing FIG. 3 (a1) with FIG. 3 (a2), the optical isolator 20 separates and makes only the ordinary light S1 incident, and inputs light in the reverse direction such as reflected light from the light input unit 11 as light input. It can be seen that the optical isolator functions effectively without returning to the port 31.

続いて、図4には、半導体素子10の光出力部12から出た光が、出力光ファイバ42に伝播する場合の動作を示す。図4においても、上述の図3と同様に、(a1)、(a2)は第1復屈折結晶22を通過した後、(b1)、(b2)は、ファラデー回転子21を通過後、(c1)、(c2)は第2復屈折結晶23を通過後の、光軸に略垂直な平面における、光の電界の向きを示す。また、図4中、丸印(○)は、光出力ポート32の位置(光ファイバ42のアライメント位置)を、四角印(□)は、光入力部12の位置を、それぞれ示す。   Next, FIG. 4 shows an operation when light emitted from the light output unit 12 of the semiconductor element 10 propagates to the output optical fiber 42. 4, as in FIG. 3 described above, (a1) and (a2) pass through the first birefringent crystal 22, (b1) and (b2) pass through the Faraday rotator 21, ( c1) and (c2) indicate the direction of the electric field of the light in a plane substantially perpendicular to the optical axis after passing through the second birefringent crystal 23. In FIG. 4, a circle (◯) indicates the position of the optical output port 32 (alignment position of the optical fiber 42), and a square mark (□) indicates the position of the optical input unit 12.

光入力部12から出た光は、第2復屈折結晶23を通って常光S1と異常光S2に分離され(図4(c1))、続いてファラデー回転子21により、電界の向きが同一方向に45°回転し(図4(b1))、更に、第1復屈折結晶22を通る(図3(a1))。この結果、常光S1のみが光出力ポート32に入射し、出力光ファイバ42から出射される。   The light emitted from the light input unit 12 passes through the second birefringent crystal 23 and is separated into ordinary light S1 and extraordinary light S2 (FIG. 4 (c1)), and then the direction of the electric field is the same direction by the Faraday rotator 21. And 45 ° (FIG. 4 (b1)), and further passes through the first birefringent crystal 22 (FIG. 3 (a1)). As a result, only the ordinary light S 1 enters the light output port 32 and is emitted from the output optical fiber 42.

一方、逆方向の伝播では、第1復屈折結晶22を通って常光S1と異常光S2に分離された光(図4(a2))は、ファラデー回転子21により電界の向きが同一方向に45°回転し(図4(b2))、更に、第2復屈折結晶23を通る(図4(c2))。第2復屈折結晶23を透過した光は、常光S1、異常光S2ともに、光出力ポート32から離れた位置に出射される。   On the other hand, in the reverse propagation, the light separated into the ordinary light S1 and the extraordinary light S2 through the first birefringent crystal 22 (FIG. 4 (a2)) is 45 in the same direction by the Faraday rotator 21. Rotate (° (FIG. 4 (b2))) and pass through the second birefringent crystal 23 (FIG. 4 (c2)). The light transmitted through the second birefringent crystal 23 is emitted to a position away from the light output port 32 for both the ordinary light S1 and the extraordinary light S2.

この結果、光入力部12から出た信号光に対しても、有効な光アイソレーションが得られることがわかる。   As a result, it is understood that effective optical isolation can be obtained even for the signal light emitted from the optical input unit 12.

図5は、偏波依存型の光アイソレータ20の光路図であり、(a)は上面図、(b)は側面図を示す。図5中、図2と同一符号は同一又は相当箇所を示し、また、実線は順方向の光路を、破線は逆方向の光路をそれぞれ示す。
図3、4を用いて説明したように、順方向の常光S1(水平)に光軸を合わせた場合、逆方向の常光S1は、かかる光軸から離れた場所から出力される(図5(a)参照)。即ち、偏波依存型の光アイソレータ20は、常光S1のみを分離して入射させる一方、反射光のような逆方向の光を光軸から外し、光アイソレータとして機能する。よって、光学部品を共有した双方向の光アイソレーションが可能となる。
なお、光アイソレータ20は、半導体素子の入力側、出力側のいずれにおいても、図5に示すように、光をアイソレーションできる。
5A and 5B are optical path diagrams of the polarization-dependent optical isolator 20, wherein FIG. 5A is a top view and FIG. 5B is a side view. In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same or corresponding parts, a solid line indicates a forward optical path, and a broken line indicates a reverse optical path.
As described with reference to FIGS. 3 and 4, when the optical axis is aligned with the normal light S1 in the forward direction (horizontal), the normal light S1 in the reverse direction is output from a place away from the optical axis (FIG. 5 ( a)). That is, the polarization-dependent optical isolator 20 functions as an optical isolator by separating only the ordinary light S1 and making it incident and removing light in the opposite direction such as reflected light from the optical axis. Therefore, bidirectional optical isolation sharing an optical component is possible.
Note that the optical isolator 20 can isolate light on both the input side and the output side of the semiconductor element as shown in FIG.

このように、半導体光モジュール100では、一つの光アイソレータ20を用いて、半導体素子10への入射光、出射光ともにアイソレーションを行なうことができる。このため、半導体光モジュール100に含まれる光学部品を減らし、製造コストの低減が可能となる。   As described above, in the semiconductor optical module 100, it is possible to isolate both incident light and outgoing light to the semiconductor element 10 by using one optical isolator 20. For this reason, the optical components contained in the semiconductor optical module 100 can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.

なお、このような偏波依存型の光アイソレータを用いることにより、後述する偏波無依存型の光アイソレータを用いるよりも光学部品の部品点数を少なくでき、低コスト化を図ることができる。   By using such a polarization-dependent optical isolator, it is possible to reduce the number of optical components and to reduce costs compared to using a polarization-independent optical isolator described later.

図6は、半導体光モジュール100に光ファイバを接続するための光入出力手段の斜視図である。図1のように、入力光ファイバ41と出力光ファイバ42とを別々に接続する代わりに、入力光ファイバ41と出力光ファイバ42とが略平行になるようにフェルール43に固定された光入出力手段42を用いて接続しても構わない。
かかる光入出力手段40を用いることにより、信号光の入出力手段を小型化でき、半導体光モジュール100の小型化が可能となる。
FIG. 6 is a perspective view of an optical input / output means for connecting an optical fiber to the semiconductor optical module 100. As shown in FIG. 1, instead of separately connecting the input optical fiber 41 and the output optical fiber 42, the optical input / output fixed to the ferrule 43 so that the input optical fiber 41 and the output optical fiber 42 are substantially parallel to each other. You may connect using the means 42. FIG.
By using the light input / output means 40, the signal light input / output means can be reduced in size, and the semiconductor optical module 100 can be reduced in size.

図7は、半導体光モジュール100に含まれる半導体素子10の概略図である。半導体素子10は、光入力部11、光出力部12が設けられた半導体基板15を含む。半導体基板15には、光増幅部や光変調部のような機能部14が設けられている。光入力部11、光出力部12と機能部14との間は、光導波路13により接続されている。
半導体素子10では、光入射部11から入射した光が、光入力部11及び光出力部12が設けられた第1端面17と対向する第2端面18の反射点16で反射され、光出力部12から出射するようになっている。第2端面18の上には、光反射膜を設けても構わない。
FIG. 7 is a schematic diagram of the semiconductor element 10 included in the semiconductor optical module 100. The semiconductor element 10 includes a semiconductor substrate 15 provided with a light input unit 11 and a light output unit 12. The semiconductor substrate 15 is provided with a functional unit 14 such as an optical amplification unit or an optical modulation unit. The optical input unit 11, the optical output unit 12, and the functional unit 14 are connected by an optical waveguide 13.
In the semiconductor element 10, the light incident from the light incident portion 11 is reflected by the reflection point 16 of the second end surface 18 facing the first end surface 17 provided with the light input portion 11 and the light output portion 12, and the light output portion. 12 is emitted. A light reflecting film may be provided on the second end face 18.

なお、ここでは、光入力部11から入った光を、第2端面18で反射させて光出力部12に導いているが、例えばループ状の光導波路を用いる等他の手段を用いても構わない。   Here, although the light that has entered from the light input unit 11 is reflected by the second end face 18 and guided to the light output unit 12, other means such as using a loop-shaped optical waveguide may be used. Absent.

このように、本実施の形態にかかる半導体光モジュール100では、半導体素子10への入射光/出射光の双方が、1つの光アイソレータ20でアイソレーションできる。この結果、アイソレーションに用いる光学部品の点数が低減でき、半導体光モジュール100の小型化、低コスト化が可能となる。   Thus, in the semiconductor optical module 100 according to the present embodiment, both the incident light / emitted light to the semiconductor element 10 can be isolated by the single optical isolator 20. As a result, the number of optical components used for isolation can be reduced, and the semiconductor optical module 100 can be reduced in size and cost.

また、本実施の形態にかかる半導体光モジュール100では、入力光ファイバ41と出力光ファイバ42とが、同一側面(端面)に接続されるため、これらのファイバを取り回すための空間を、従来構造より小さくできる。   Further, in the semiconductor optical module 100 according to the present embodiment, since the input optical fiber 41 and the output optical fiber 42 are connected to the same side surface (end surface), a space for handling these fibers is provided in the conventional structure. Can be smaller.

実施の形態2.
本実施の形態では、半導体光モジュール100の光アイソレータ20として、偏波無依存型光アイソレータを用いる場合について説明する。
図8(a)、(b)は、偏波無依存型の光アイソレータ20の構造図であり、(a)は上面図、(b)は側面図を示す。光アイソレータ20は、第1復屈折結晶61と第2復屈折結晶64の間に、第1ファラデー回転子62と第1半波長板63が挿入され、更に、第2復屈折結晶64と第3復屈折結晶67の間に、第2半波長板65と第2ファラデー回転子66が挿入され構造となっている。
なお、光アイソレータ20は、更に、レンズを含んでもよい。
Embodiment 2. FIG.
In the present embodiment, a case where a polarization-independent optical isolator is used as the optical isolator 20 of the semiconductor optical module 100 will be described.
8A and 8B are structural views of the polarization-independent optical isolator 20, wherein FIG. 8A is a top view and FIG. 8B is a side view. In the optical isolator 20, a first Faraday rotator 62 and a first half-wave plate 63 are inserted between the first birefringent crystal 61 and the second birefringent crystal 64, and the second birefringent crystal 64 and the third birefringent crystal 64 are further inserted. A second half-wave plate 65 and a second Faraday rotator 66 are inserted between the birefringent crystals 67 to form a structure.
The optical isolator 20 may further include a lens.

第1復屈折結晶61、第2復屈折結晶64、第3復屈折結晶67は、例えば平行平板の復屈折結晶からなる。第1復屈折結晶61と第2復屈折結晶64との常光光学軸は直交するように配置され、一方、第1復屈折結晶61と第3復屈折結晶67との常光光学軸は平行となるように配置される。また、第1ファラデー回転子62、第2ファラデー回転子66は、偏光が、45°の角度で、同一方向に回転するように配置されている。更に、第1半波長板63、第2半波長板65は、それぞれ、光学軸が互いに直交する、2枚の半波長板を上下に重ねた構造となっている。後述するように、常光と異常光とが上下方向に分離され、上下に重ねた半波長板のそれぞれに入射する。   The first birefringent crystal 61, the second birefringent crystal 64, and the third birefringent crystal 67 are made of, for example, a parallel plate birefringent crystal. The ordinary optical axes of the first birefringent crystal 61 and the second birefringent crystal 64 are arranged to be orthogonal to each other, while the ordinary optical axes of the first birefringent crystal 61 and the third birefringent crystal 67 are parallel to each other. Are arranged as follows. The first Faraday rotator 62 and the second Faraday rotator 66 are arranged so that the polarized light rotates in the same direction at an angle of 45 °. Further, each of the first half-wave plate 63 and the second half-wave plate 65 has a structure in which two half-wave plates whose optical axes are orthogonal to each other are stacked one above the other. As will be described later, ordinary light and extraordinary light are separated in the vertical direction and are incident on each of the half-wave plates stacked vertically.

次に、図9、10を参照しながら、本実施の形態にかかる、偏波無依存型光アイソレータの動作について説明する。
図9、10は、図8(a)に示すA〜Hまでの各位置における、光軸に略垂直な平面における、光の電界の向きであり、図8のAからHの位置に、図9(a1)から(h1)に示す電界の向きと、図9(a2)から(h2)に示す電界の向きが、それぞれ対応する。同様に、図8のAからHの位置に、図10(a1)から(h1)に示す電界の向きと、図10(a2)から(h2)に示す電界の向きが、それぞれ対応する。図9、10中、丸印(○)は、光入力ポート31の位置(光ファイバ41のアライメント位置)を、四角印(□)は、光入力部11の位置を、それぞれ示す。
Next, the operation of the polarization-independent optical isolator according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
9 and 10 show the direction of the electric field of light in a plane substantially perpendicular to the optical axis at each of the positions A to H shown in FIG. 8A, and are shown at positions A to H in FIG. The direction of the electric field shown in FIGS. 9 (a1) to (h1) corresponds to the direction of the electric field shown in FIGS. 9 (a2) to (h2). Similarly, the electric field directions shown in FIGS. 10 (a1) to (h1) and the electric field directions shown in FIGS. 10 (a2) to (h2) correspond to positions A to H in FIG. 8, respectively. In FIGS. 9 and 10, a circle (◯) indicates the position of the optical input port 31 (alignment position of the optical fiber 41), and a square mark (□) indicates the position of the optical input unit 11.

まず、入力光ファイバ41から、半導体素子10の光入力部11に、光が順方向に伝播する場合について説明する。
入力光ファイバ41から無偏光な光(図9(a1))が入射すると、第1復屈折結晶61において、常光と異常光に分離され、第1復屈折結晶22の出力端で異なる場所から出力される(図9(b1))。
First, the case where light propagates in the forward direction from the input optical fiber 41 to the optical input unit 11 of the semiconductor element 10 will be described.
When non-polarized light (FIG. 9 (a1)) enters from the input optical fiber 41, it is separated into ordinary light and extraordinary light in the first birefringent crystal 61, and output from different locations at the output end of the first birefringent crystal 22. (FIG. 9 (b1)).

常光と異常光は、第1ファラデー回転子62を通り、ともに偏光が45°同一方向に回転し(図9(c1))、第1半波長板63に入射する。上述のように、第1半波長板63は、2枚の半波長板を上下に重ねた構造となっており、分離された常光と異常光とが上下に重ねた半波長板のそれぞれに入射する。この結果、常光と異常光の偏光が、それぞれ逆方向に(ここでは45°)回転し(図9(d1))、第2復屈折結晶64に入る。第2復屈折結晶64からは、2つの常光が、それぞれ対応する位置から出る(図9(e1))。これらの光は、第2半波長板65の、上下に重ねられた半波長板にそれぞれ入り、偏光が逆方向に(ここでは45°)回転する(図9(f1))。更に、第2ファラデー回転子66を通って、同一方向に偏光が45°回転した後(図9(g1))、第3復屈折結晶67に入る。第3復屈折結晶67では、異なる場所から入った常光と異常光が、同じ場所から出て、光入力部11に入る(図9(h1))。   The ordinary light and the extraordinary light pass through the first Faraday rotator 62, both of which rotate in the same direction by 45 ° (FIG. 9 (c1)), and enter the first half-wave plate 63. As described above, the first half-wave plate 63 has a structure in which two half-wave plates are vertically stacked, and the separated ordinary light and extraordinary light are incident on each of the half-wave plates stacked vertically. To do. As a result, the polarizations of ordinary light and extraordinary light are respectively rotated in opposite directions (here, 45 °) (FIG. 9 (d1)) and enter the second birefringent crystal 64. From the second birefringent crystal 64, two ordinary lights emerge from the corresponding positions (FIG. 9 (e1)). These lights enter the half-wave plates stacked on the top and bottom of the second half-wave plate 65, respectively, and the polarized light rotates in the opposite direction (here, 45 °) (FIG. 9 (f1)). Further, after passing through the second Faraday rotator 66, the polarized light rotates 45 ° in the same direction (FIG. 9 (g1)), and then enters the third birefringent crystal 67. In the third birefringent crystal 67, ordinary light and extraordinary light entering from different places exit from the same place and enter the light input unit 11 (FIG. 9 (h1)).

このように、入力光ファイバ41から入射した無偏光な光は、最終的に、半導体素子10の光入力部11に入射する。   Thus, the unpolarized light incident from the input optical fiber 41 finally enters the light input unit 11 of the semiconductor element 10.

続いて、逆方向伝播について説明する。ここでは、入力光ファイバ41から入射した順方向の光が、光入力部11と結合されるように光軸(光入力部11の位置)が調整されている場合について説明する。   Subsequently, reverse propagation will be described. Here, a case where the optical axis (position of the light input unit 11) is adjusted so that forward light incident from the input optical fiber 41 is coupled to the light input unit 11 will be described.

半導体素子10の光入力部11から逆方向に伝播した無偏光な光(図9(h2))は、第3復屈折結晶67を通って、常光と異常光に分離され、第3復屈折結晶67の異なった位置から出る(図9(g2))。これらの光は、第2ファラデー回転子66で、ともに偏光が45°同一方向に回転し(図9(f2))、更に、第2半波長板65で、それぞれ異なった方向に(ここでは45°)偏光が回転し(図9(e2))、第2復屈折結晶64に入る。第2復屈折結晶64からは、これらの光が2つの異常光として出射され(図9(d2))、第1半波長板63で異なった方向に(ここでは45°)偏光が回転し(図9(c2))、更に、第1ファラデー回転子62で同一方向に45°偏光が回転し(図9(b2))、第1復屈折結晶61に入る。第1復屈折結晶61からは、光入力ポート41とは異なった位置から、常光と異常光が重なって出射される(図9(a2))。   The non-polarized light (FIG. 9 (h2)) propagating in the reverse direction from the light input unit 11 of the semiconductor element 10 passes through the third birefringent crystal 67 and is separated into ordinary light and extraordinary light. It exits from 67 different positions (FIG. 9 (g2)). These lights are both rotated by 45 ° in the same direction by the second Faraday rotator 66 (FIG. 9 (f 2)), and further in the different directions (here 45 by the second half-wave plate 65). °) The polarized light rotates (FIG. 9 (e 2)) and enters the second birefringent crystal 64. From the second birefringent crystal 64, these lights are emitted as two extraordinary lights (FIG. 9 (d2)), and the polarized light rotates in different directions (here 45 °) by the first half-wave plate 63 ( Further, the first Faraday rotator 62 rotates the 45 ° polarized light in the same direction (FIG. 9B 2), and enters the first birefringent crystal 61. From the first birefringent crystal 61, ordinary light and extraordinary light are emitted from different positions from the light input port 41 (FIG. 9 (a2)).

このように、入力光ファイバ41から入った順方向の無偏光な光は、光入力部11から半導体素子10に入射する、一方、光入力部11から入力光ファイバ41に向う逆方向の無偏光な光は、入力光ファイバ41には入らないため、有効な光アイソレーションが可能となる。   Thus, the forward non-polarized light entering from the input optical fiber 41 is incident on the semiconductor element 10 from the optical input unit 11, while the non-polarized light in the reverse direction from the optical input unit 11 to the input optical fiber 41. Since no light enters the input optical fiber 41, effective optical isolation is possible.

続いて、図10には、半導体素子10の光出力部12から出た光が、出力光ファイバ42に伝播する場合の動作を示す。図10においても、上述の図9と同様に、(a1)〜(h1)、(a2)〜(h2)は、それぞれ図8のAからHにおける、光軸に略垂直な平面での光の電界の向きを示す。   Subsequently, FIG. 10 shows an operation when light emitted from the light output unit 12 of the semiconductor element 10 propagates to the output optical fiber 42. Also in FIG. 10, similarly to FIG. 9 described above, (a1) to (h1) and (a2) to (h2) are respectively the light in a plane substantially perpendicular to the optical axis in A to H of FIG. Indicates the direction of the electric field.

光入力部12から出た光は(図10(h1))、第3復屈折結晶67から、第2ファラデー回転子66、第2半波長板65等を通り、常光と異常光に分離された後、最終的に、常光と異常光とが、同じ位置から出力光ファイバ42に出射される(図10(a1))。   The light emitted from the light input unit 12 (FIG. 10 (h1)) was separated into ordinary light and extraordinary light from the third birefringent crystal 67, through the second Faraday rotator 66, the second half-wave plate 65, and the like. Thereafter, the ordinary light and the extraordinary light are finally emitted from the same position to the output optical fiber 42 (FIG. 10 (a1)).

一方、逆方向の伝播では、第1復屈折結晶61に入った光(図10(a2))が、常光と異常光に分離され(図10(b2))は、第1ファラデー回転子62、第1半波長板63等を通って、半導体素子10の光出力部12とは異なった位置に出射される(図10(h2))。
この結果、光出力部12から出た信号光に対しても、有効な光アイソレーションが得られることがわかる。
なお、図10においても、ファラデー回転子や半波長板における偏光の回転等は、図9の場合と同様である。
On the other hand, in the reverse propagation, the light entering the first birefringent crystal 61 (FIG. 10 (a2)) is separated into ordinary light and extraordinary light (FIG. 10 (b2)), the first Faraday rotator 62, The light passes through the first half-wave plate 63 and the like, and is emitted to a position different from the light output unit 12 of the semiconductor element 10 (FIG. 10 (h2)).
As a result, it is understood that effective optical isolation can be obtained even for the signal light emitted from the light output unit 12.
Also in FIG. 10, the rotation of polarized light in the Faraday rotator and the half-wave plate is the same as in FIG.

図11は、偏波無依存型の光アイソレータ20の光路図であり、(a)は上面図、(b)は側面図を示す。図11中、図8と同一符号は同一又は相当箇所を示し、また、実線は順方向の光路を、破線は逆方向の光路をそれぞれ示す。
図11(b)の側面図に示すように、側面から見ると、光アイソレータ20に入射した光は、偏波により光路が2つに分岐されるが入出力位置は一致している。しかしながら、図11(a)に示すように、上面から見ると、第2復屈折結晶64から、順方向と逆方向の光路が変わっている。従って、光アイソレータ20を用いることにより、光学部品を共有した双方向の光のアイソレーションが可能となる。
11A and 11B are optical path diagrams of the polarization-independent optical isolator 20, wherein FIG. 11A is a top view and FIG. 11B is a side view. In FIG. 11, the same reference numerals as those in FIG. 8 indicate the same or corresponding parts, the solid line indicates the forward optical path, and the broken line indicates the reverse optical path.
As shown in the side view of FIG. 11B, when viewed from the side, the light incident on the optical isolator 20 is split into two optical paths by polarization, but the input / output positions are the same. However, as shown in FIG. 11A, when viewed from above, the optical path in the forward direction and the reverse direction is changed from the second birefringent crystal 64. Therefore, the use of the optical isolator 20 enables bidirectional light isolation sharing the optical component.

このように、半導体光モジュール100では、一つの偏波無依存型光アイソレータのみでアイソレーションを行なうことができ、半導体光モジュール100に含まれる光学部品を減らし、製造コストの低減が可能となる。   Thus, in the semiconductor optical module 100, isolation can be performed with only one polarization-independent optical isolator, and the optical components included in the semiconductor optical module 100 can be reduced, thereby reducing the manufacturing cost.

本発明の実施の形態1にかかる半導体光モジュールの概略図である。It is the schematic of the semiconductor optical module concerning Embodiment 1 of this invention. 半導体光モジュールに含まれる光アイソレータの概略図である。It is the schematic of the optical isolator contained in a semiconductor optical module. 偏波依存型の光アイソレータの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a polarization dependence type optical isolator. 偏波依存型の光アイソレータの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a polarization dependence type optical isolator. 偏波依存型の光アイソレータの光路図である。It is an optical path diagram of a polarization-dependent optical isolator. 半導体光モジュールに含まれる光入出力手段の斜視図である。It is a perspective view of the optical input / output means contained in a semiconductor optical module. 半導体光モジュールに含まれる半導体素子の概略図である。It is the schematic of the semiconductor element contained in a semiconductor optical module. 半導体光モジュールに含まれる光アイソレータの概略図である。It is the schematic of the optical isolator contained in a semiconductor optical module. 偏波無依存型の光アイソレータの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a polarization independent type optical isolator. 偏波無依存型の光アイソレータの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a polarization independent type optical isolator. 偏波無依存型の光アイソレータの光路図である。It is an optical path diagram of a polarization independent type optical isolator.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体素子、11 光入力部、12 光出力部、20 光アイソレータ、31 光入力ポート、32 光出力ポート、41 入力光ファイバ、42 出力光ファイバ、100 半導体光モジュール。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor element, 11 Optical input part, 12 Optical output part, 20 Optical isolator, 31 Optical input port, 32 Optical output port, 41 Input optical fiber, 42 Output optical fiber, 100 Semiconductor optical module

Claims (7)

光入力部と光出力部とを一の端面に有する半導体光素子と、
入力光ファイバから光を入射させる光入力ポートと、
出力光ファイバに光を出射させる光出力ポートと、
該光入力ポートと該光入力部との間、及び該光出力ポートと該光出力部との間に設けられた光アイソレータとを含み、
該光入力ポートと該光出力ポートとが、同一側面に設けられ、
該光入力ポートから入射した入射光が、該光アイソレータを通って該光入力部に入り、更に、該光出力部から出た出射光が、該光アイソレータを通って該光出力ポートから出射することを特徴とする半導体光モジュール。
A semiconductor optical device having a light input portion and a light output portion on one end surface;
An optical input port for entering light from the input optical fiber;
An optical output port for emitting light to the output optical fiber;
An optical isolator provided between the optical input port and the optical input unit and between the optical output port and the optical output unit,
The optical input port and the optical output port are provided on the same side surface,
Incident light incident from the optical input port enters the optical input unit through the optical isolator, and emitted light from the optical output unit exits from the optical output port through the optical isolator. A semiconductor optical module.
上記光アイソレータが、少なくともファラデー回転子と復屈折結晶とを含み、上記入射光と上記出射光の双方に対してアイソレーションを行なう一の光アイソレータからなることを特徴とする請求項1に記載の半導体光モジュール。 2. The optical isolator according to claim 1, wherein the optical isolator includes at least a Faraday rotator and a birefringent crystal, and includes one optical isolator that isolates both the incident light and the emitted light. Semiconductor optical module. 上記光アイソレータが、上記入射光と上記出射光の、双方の光軸上にある、一の光アイソレータからなることを特徴とする請求項1に記載の半導体光モジュール。 2. The semiconductor optical module according to claim 1, wherein the optical isolator is a single optical isolator on the optical axes of both the incident light and the outgoing light. 上記光アイソレータが、偏波依存型の光アイソレータからなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体光モジュール。 The semiconductor optical module according to claim 1, wherein the optical isolator is a polarization-dependent optical isolator. 上記光アイソレータが、偏波無依存型の光アイソレータからなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体光モジュール。 4. The semiconductor optical module according to claim 1, wherein the optical isolator is a polarization independent optical isolator. 上記半導体素子は、上記光入力部から入った光が上記端面と対向配置される他の端面又はその近傍で反射され、上記光出力部から出ることを特徴とする請求項1に記載の半導体光モジュール。 2. The semiconductor light according to claim 1, wherein light entering from the light input portion is reflected at or near another end face arranged opposite to the end face and exits from the light output portion. module. 更に、上記入力光ファイバと上記出力光ファイバとが略平行になるようにフェルールに固定された光入出力手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体光モジュール。
2. The semiconductor optical module according to claim 1, further comprising light input / output means fixed to a ferrule so that the input optical fiber and the output optical fiber are substantially parallel to each other.
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