JP2006126875A - Bidirectional optical semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、双方向光半導体装置に関し、特に高い光アイソレーション機能を有する双方向光半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a bidirectional optical semiconductor device, and more particularly to a bidirectional optical semiconductor device having a high optical isolation function.
近年、基地局からデータ等を一般家庭まで光ファイバを用いて伝送する光加入者システムが提案されている。光加入者システムにおいては、基地局側及び加入者側の両方に光送信器と光受信器とを設置して双方向の光通信を行なうので、半導体発光素子からなり光信号を出力する光送信器と、フォトダイオード等の半導体受光素子からなり光信号を受信する光受信器と、光送信器と光受信器とを接続する光ファイバからなる光伝送路とを備えた光送受信装置が必要になる。 In recent years, an optical subscriber system for transmitting data and the like from a base station to a general home using an optical fiber has been proposed. In an optical subscriber system, an optical transmitter and an optical receiver are installed on both the base station side and the subscriber side to perform bidirectional optical communication. And an optical transmission / reception apparatus comprising an optical receiver configured of a semiconductor light receiving element such as a photodiode and receiving an optical signal, and an optical transmission path including an optical fiber connecting the optical transmitter and the optical receiver. Become.
そこで第1の従来例に係る光送受信装置としては、パッケージに実装された半導体レーザを有する光送信装置の送信用光ファイバと、パッケージに実装された受光素子を有する光受信装置の受信用光ファイバとがカプラーで結合されたものが知られている。 Therefore, as an optical transmission / reception apparatus according to the first conventional example, a transmission optical fiber of an optical transmission apparatus having a semiconductor laser mounted in a package and an optical reception fiber of an optical reception apparatus having a light receiving element mounted in the package And are connected by a coupler.
ところが、第1の従来例に係る光送受信装置は、光送信装置と光受信装置とをカプラーで結合するものであるから、市販されている光送信装置及び光受信装置を用いることができるが、互いに別体の光送信装置と光受信装置とを結合する必要があるので、小型化及び低コスト化の点で問題がある。 However, since the optical transmission / reception apparatus according to the first conventional example is an apparatus that couples the optical transmission apparatus and the optical reception apparatus with a coupler, a commercially available optical transmission apparatus and optical reception apparatus can be used. Since it is necessary to couple the optical transmitter and the optical receiver that are separate from each other, there is a problem in terms of miniaturization and cost reduction.
そこで、第2の従来例に係る光送受信装置として、石英からなる基板と、該基板に一体的に保持された半導体レーザ素子及び受光素子と、基板の内部に形成された光導波路とを有するPLC(Planer Lightwave Circuit)が提案されている。 Therefore, as an optical transmission / reception device according to the second conventional example, a PLC having a substrate made of quartz, a semiconductor laser element and a light receiving element integrally held on the substrate, and an optical waveguide formed inside the substrate. (Planer Lightwave Circuit) has been proposed.
ところが、第2の従来例に係る光送受信装置は、石英からなる基板に半導体レーザ素子及び受光素子を一体的に設けることによって小型化を図っているが、基板の内部に形成する導波路の面積の低減に限界があるので小型化という点で問題が残ると共に、PLCと光ファイバとを結合する必要があるので、低コスト化の点でも問題がある。 However, the optical transceiver according to the second conventional example is miniaturized by integrally providing a semiconductor laser element and a light receiving element on a quartz substrate, but the area of the waveguide formed inside the substrate. However, there is a problem in terms of miniaturization, and there is a problem in terms of cost reduction because it is necessary to couple the PLC and the optical fiber.
そこで、我々は、特願平7−198538号において、図9に示すような双方向光半導体装置を提案した。すなわち、パッケージ1の底部の左側部分にシリコン基板2が固定されており、該シリコン基板2の上面には、例えば波長1.3μm帯の信号光を出力する半導体レーザ素子3(半導体発光素子)が固定されている。パッケージ1の底部の右側部分には、光軸方向に延びる溝部を有するガラス基板4(基板)が固定されており、該ガラス基板4の溝部には光ファイバ5(光導波路)が埋め込まれていると共に、光ファイバ5のレーザ側の端部はシリコン基板2の上面に固定されている。ガラス基板4には光軸に対して所定の角度を持つようにハーフミラー6(光分岐器)が挿入されており、該ハーフミラー6は、光ファイバ5の左方から入射する波長1.3μm帯の出力信号光の約50%を透過させる一方、光ファイバ5の右方から入射する波長1.3μm帯の入力信号光の約50%を上方に反射する。ガラス基板4の上面には、ハーフミラー6により反射された入力信号光を受けてフォトカレントを出力する面入射型のフォトダイオードからなる受光素子7(半導体受光素子)が固定されている。
Therefore, in Japanese Patent Application No. 7-198538, we proposed a bidirectional optical semiconductor device as shown in FIG. That is, a
前記の双方向光半導体装置においては、内部に光導波路を有する基板、半導体発光素子、光分岐器が一体化されているため、取り扱い易さ及び小型化の点で優れているが、光アイソレーションの点で問題がある。すなわち、半導体発光素子から出射された出力信号光の一部が半導体受光素子に受光されてしまうので、光アイソレーションが劣化するという問題がある。 In the bidirectional optical semiconductor device, since a substrate having an optical waveguide inside, a semiconductor light emitting element, and an optical branching device are integrated, it is excellent in handling ease and miniaturization. There is a problem in terms of. That is, a part of the output signal light emitted from the semiconductor light emitting element is received by the semiconductor light receiving element, so that there is a problem that optical isolation is deteriorated.
ところで、半導体発光素子をパルス駆動した直後には、緩和時間内で出力信号光はテールをひく。つまり半導体発光素子から出力される出力信号光はテール光を伴う。このため、発光・受光間の光アイソレーションが低いと、入力信号光の受光時に、半導体発光素子から出射された出力信号光のテール光が半導体受光素子で受光されて、入射してきた入力信号光に対して雑音となるので、半導体受光素子における受信特性が劣化する。従って、双方向光通信を行なうためには、光アイソレーション特性の改善が重要である。 By the way, immediately after the semiconductor light emitting element is pulse-driven, the output signal light has a tail within the relaxation time. That is, the output signal light output from the semiconductor light emitting element is accompanied by tail light. Therefore, if the optical isolation between light emission and light reception is low, the tail light of the output signal light emitted from the semiconductor light emitting element is received by the semiconductor light receiving element when the input signal light is received, and the input signal light that has entered As a result, the reception characteristics of the semiconductor light receiving element deteriorate. Therefore, in order to perform bidirectional optical communication, it is important to improve optical isolation characteristics.
第1の従来例に係る光送受信装置においては、送信用光ファイバと受信用光ファイバとのカプラーにおける結合角度をずらすことにより、光アイソレーション特性の劣化を防止している。 In the optical transmission / reception apparatus according to the first conventional example, the optical isolation characteristics are prevented from deteriorating by shifting the coupling angle of the coupler between the transmission optical fiber and the reception optical fiber.
これに対して、第2の従来例に係る光送受信装置及び前記の双方向光半導体装置においては、光アイソレーション特性の劣化に対する対策は現在のところ講じられていないのが実状である。 On the other hand, in the optical transmission / reception apparatus according to the second conventional example and the bidirectional optical semiconductor device, no countermeasure is currently taken against the deterioration of the optical isolation characteristics.
前記に鑑み、本発明は、出力信号光及び入力信号光を伝搬する光導波路を内部に有する基板と、光導波路の一端部に出力信号光を出射する半導体発光素子と、光導波路に設けられ、出力信号光の少なくとも一部を通過させると共に入力信号光の少なくとも一部を光導波路の外部に導く光分岐器と、基板に設けられ、光分岐器により光導波路の外部に導かれた入力信号光が入射する半導体受光素子とが一体化されてなる双方向光半導体装置において、装置全体の小型化と光アイソレーションの向上との両立を図ることを目的とする。 In view of the above, the present invention is provided in an optical waveguide, a substrate having an optical waveguide that propagates output signal light and input signal light therein, a semiconductor light emitting element that emits output signal light to one end of the optical waveguide, An optical splitter that passes at least a portion of the output signal light and guides at least a portion of the input signal light to the outside of the optical waveguide, and an input signal light that is provided on the substrate and guided to the outside of the optical waveguide by the optical splitter In a bidirectional optical semiconductor device in which a semiconductor light receiving element on which light is incident is integrated, it is an object to achieve both reduction in size of the entire device and improvement in optical isolation.
以下、前記の双方向光半導体装置における発光・受光間の光アイソレーション及び光アイソレーションが劣化する原因について検討を行なった結果を説明する。 In the following, the results of examination of the optical isolation between light emission and light reception and the cause of deterioration of the optical isolation in the bidirectional optical semiconductor device will be described.
まず、前記の双方向光半導体装置における発光・受光間の光アイソレーションについての検討結果を説明する。尚、以下の説明は、半導体発光素子としての半導体レーザ素子から出力された1.3μm帯の出力信号光が光導波路としての光ファイバの一端に入力されると共に、該光ファイバ5の他端からは1.3μm帯の入力信号光が入力され、光分岐器がハーフミラー6であり、半導体受光素子がフォトダイオード7である場合を前提としている。
First, the examination result about the optical isolation between light emission and light reception in the bidirectional optical semiconductor device will be described. In the following description, the output signal light in the 1.3 μm band output from the semiconductor laser element as the semiconductor light emitting element is input to one end of the optical fiber as the optical waveguide and from the other end of the
半導体レーザ素子3から10mWの出力信号光が出射される場合、出力信号光の約20%が光ファイバ5に結合し、光ファイバ5に結合した出力信号光の約50%がハーフミラー6を透過して外部に出力される。従って、光ファイバ5からは約1mWの出力信号光が外部に出力される。
When 10 mW output signal light is emitted from the
受光素子7に−3Vのバイアス電圧を印加した状態で、半導体レーザ素子3から出射された後、光ファイバ5から外部に出力される出力信号光の出力パワーが1mWであるときの受光素子7から出力されるフォトカレントは平均8.5μAである。また、受光素子7に−3Vのバイアス電圧を印加した状態で、光ファイバ5から1mWの入力信号光が入力されるときの受光素子7から出力されるフォトカレントは平均450μA(平均感度:0.45A/W)である。従って、発光・受光間の光アイソレーションは17dBとなる。
From the
次に、前記の双方向光半導体装置における発光・受光間の光アイソレーションが劣化する原因についての検討結果を説明する。 Next, the examination result about the cause of the deterioration of the optical isolation between light emission and light reception in the bidirectional optical semiconductor device will be described.
光アイソレーションが劣化する原因としては、半導体レーザ素子3から出射された出力信号光が主として3つの経路を経て受光素子7に入力されることを見出した。図10に示すように、第1の入力経路は、半導体レーザ素子3から出射された出力信号光のうち光ファイバ5のクラッドを伝搬する光成分がクラッドから漏れ出てパッケージ1で反射されることなく受光素子7に到達するもの(以下、この経路を通る光をクラッド漏れ光と称する。)であり、第2の入力経路は、半導体レーザ素子3から出射された出力信号光のうちハーフミラー6で反射された光成分がパッケージ1の底面で再び乱反射されて受光素子7に到達するもの(以下、この経路を通る光をハーフミラー反射光と称する。)であり、第3の入力経路は、半導体レーザ素子3における光ファイバ5の反対側から出射された光がパッケージ1の側面及び上面で乱反射されて受光素子7に到達するもの(以下、この経路を通過する光をパッケージ散乱光と称する。)である。
It has been found that the cause of the deterioration of the optical isolation is that the output signal light emitted from the
本発明は、前記の知見に基づいてなされ、クラッド漏れ光、ハーフミラー反射光又はパッケージ散乱光が半導体受光素子に入射することを防止する手段を講じるものであって、具体的には以下の各双方向光半導体装置によって実現される。 The present invention is made on the basis of the above knowledge and provides means for preventing clad leakage light, half mirror reflected light or package scattered light from entering the semiconductor light receiving element. Specifically, each of the following This is realized by a bidirectional optical semiconductor device.
本発明に係る第1の双方向光半導体装置は、出力信号光及び入力信号光を伝搬する光導波路を内部に有する基板と、光導波路の一端部に出力信号光を出射する半導体発光素子と、光導波路に設けられ、出力信号光の少なくとも一部を通過させると共に入力信号光の少なくとも一部を光導波路の外部に導く光分岐器と、基板に設けられ、光分岐器により光導波路の外部に導かれた入力信号光が入射する半導体受光素子と、半導体受光素子の表面に設けられ、半導体発光素子から出射された光を遮断する遮光部材とを備えている。 A first bidirectional optical semiconductor device according to the present invention includes a substrate having therein an optical waveguide that propagates output signal light and input signal light, a semiconductor light emitting element that emits output signal light to one end of the optical waveguide, An optical branching device provided in the optical waveguide and passing at least a part of the output signal light and guiding at least a part of the input signal light to the outside of the optical waveguide; and provided on the substrate; The semiconductor light receiving element in which the guided input signal light enters, and a light shielding member provided on the surface of the semiconductor light receiving element and blocking light emitted from the semiconductor light emitting element.
第1の双方向光半導体装置によると、半導体受光素子の表面に設けられ、半導体発光素子から出射された光を遮断する遮光部材を備えているため、半導体発光素子から出射された後に光導波路を伝搬することなく半導体受光素子に向かう光は、半導体受光素子の表面の遮光部材によって遮断される。 According to the first bidirectional optical semiconductor device, the optical waveguide is provided after the light is emitted from the semiconductor light emitting element because the light shielding member is provided on the surface of the semiconductor light receiving element and blocks the light emitted from the semiconductor light emitting element. The light traveling toward the semiconductor light receiving element without propagating is blocked by the light shielding member on the surface of the semiconductor light receiving element.
本発明に係る第2の双方向光半導体装置は、出力信号光及び入力信号光を伝搬する光導波路を内部に有する基板と、光導波路の一端部に出力信号光を出射する半導体発光素子と、光導波路に設けられ、出力信号光の少なくとも一部を通過させると共に入力信号光の少なくとも一部を光導波路の外部に導く光分岐器と、基板に設けられ、光分岐器により光導波路の外部に導かれた入力信号光が入射する半導体受光素子と、基板の表面に設けられ、半導体発光素子から出射された光を遮断する遮光部材とを備えている。 A second bidirectional optical semiconductor device according to the present invention includes a substrate having therein an optical waveguide that propagates output signal light and input signal light, a semiconductor light emitting element that emits output signal light to one end of the optical waveguide, An optical branching device provided in the optical waveguide and passing at least a part of the output signal light and guiding at least a part of the input signal light to the outside of the optical waveguide; and provided on the substrate; A semiconductor light receiving element on which the guided input signal light is incident and a light shielding member that is provided on the surface of the substrate and blocks light emitted from the semiconductor light emitting element.
第2の双方向光半導体装置によると、基板の表面に設けられ、半導体発光素子から出射された光を遮断する遮光部材とを備えているため、半導体発光素子から出射された後に光導波路を伝搬しない光は、基板の表面の遮光部材によって遮断される。 According to the second bidirectional optical semiconductor device, since it is provided on the surface of the substrate and includes a light shielding member that blocks light emitted from the semiconductor light emitting element, it propagates through the optical waveguide after being emitted from the semiconductor light emitting element. The light that is not is blocked by the light blocking member on the surface of the substrate.
第1又は第2の双方向光半導体装置において、遮光部材は、樹脂膜、金属層又は誘電体薄膜フィルターであることが好ましい。 In the first or second bidirectional optical semiconductor device, the light shielding member is preferably a resin film, a metal layer, or a dielectric thin film filter.
本発明に係る第3の双方向光半導体装置は、出力信号光及び入力信号光を伝搬する光導波路を内部に有する基板と、光導波路の一端部に出力信号光を出射する半導体発光素子と、光導波路に設けられ、出力信号光の少なくとも一部を通過させると共に入力信号光の少なくとも一部を光導波路の外部に導く光分岐器と、基板に設けられ、光分岐器により光導波路の外部に導かれた入力信号光が入射する半導体受光素子と、基板における半導体受光素子と反対側の表面に設けられ、半導体発光素子から出射された光を半導体受光素子と異なる方向に高反射する高反射層とを備えている。 A third bidirectional optical semiconductor device according to the present invention includes a substrate having therein an optical waveguide that propagates output signal light and input signal light, a semiconductor light emitting element that emits output signal light to one end of the optical waveguide, An optical branching device provided in the optical waveguide and passing at least a part of the output signal light and guiding at least a part of the input signal light to the outside of the optical waveguide; and provided on the substrate; A semiconductor light receiving element on which the input signal light that is guided enters, and a highly reflective layer that is provided on the surface of the substrate opposite to the semiconductor light receiving element and highly reflects light emitted from the semiconductor light emitting element in a direction different from that of the semiconductor light receiving element And.
第3の双方向光半導体装置によると、基板における半導体受光素子と反対側の表面に設けられ、半導体発光素子から出射された光を半導体受光素子と異なる方向に高反射する高反射層を備えているため、半導体発光素子から出射された後に光導波路を伝搬しない光は、基板における半導体受光素子と反対側の表面の高反射層によって半導体受光素子と異なる方向に高反射される。 According to the third bidirectional optical semiconductor device, a high reflection layer is provided on the surface of the substrate opposite to the semiconductor light receiving element and highly reflects light emitted from the semiconductor light emitting element in a direction different from that of the semiconductor light receiving element. Therefore, the light that is emitted from the semiconductor light emitting element and does not propagate through the optical waveguide is highly reflected in a different direction from the semiconductor light receiving element by the high reflection layer on the surface of the substrate opposite to the semiconductor light receiving element.
本発明に係る第4の双方向光半導体装置は、出力信号光及び入力信号光を伝搬する光導波路を内部に有する基板と、光導波路の一端部に出力信号光を出射する半導体発光素子と、光導波路に設けられ、出力信号光の少なくとも一部を通過させると共に入力信号光の少なくとも一部を光導波路の外部に導く光分岐器と、基板に設けられ、光分岐器により光導波路の外部に導かれた入力信号光が入射する半導体受光素子と、基板における光導波路以外の部分に形成され、半導体発光素子から出射された光を吸収する光吸収部とを備えている。 A fourth bidirectional optical semiconductor device according to the present invention includes a substrate having therein an optical waveguide that propagates output signal light and input signal light, a semiconductor light emitting element that emits output signal light to one end of the optical waveguide, An optical branching device provided in the optical waveguide and passing at least a part of the output signal light and guiding at least a part of the input signal light to the outside of the optical waveguide; and provided on the substrate; The semiconductor light receiving element on which the guided input signal light is incident, and a light absorbing portion that is formed in a portion of the substrate other than the optical waveguide and absorbs the light emitted from the semiconductor light emitting element.
第4の双方向光半導体装置によると、基板における光導波路以外の部分に形成され、半導体発光素子から出射された光を吸収する光吸収部を備えているため、半導体発光素子から出射された後に光導波路を伝搬しない光は、基板における光導波路以外の部分に形成された光吸収部によって吸収される。 According to the fourth bidirectional optical semiconductor device, since the optical absorption part that absorbs light emitted from the semiconductor light emitting element is formed in a portion other than the optical waveguide in the substrate, the light emitted from the semiconductor light emitting element is provided. The light that does not propagate through the optical waveguide is absorbed by the light absorbing portion formed on the substrate other than the optical waveguide.
本発明に係る第5の双方向光半導体装置は、出力信号光及び入力信号光を伝搬する光導波路を内部に有する基板と、光導波路の一端部に出力信号光を出射する半導体発光素子と、光導波路に設けられ、出力信号光の少なくとも一部を通過させると共に入力信号光の少なくとも一部を光導波路の外部に導く光分岐器と、基板に設けられ、光分岐器により光導波路の外部に導かれた入力信号光が入射する半導体受光素子と、基板における光導波路以外の部分に設けられ、半導体発光素子から出射され光導波路以外の部分を伝搬する光を吸収するか又は半導体受光素子と異なる方向に反射する光学部材とを備えている。 A fifth bidirectional optical semiconductor device according to the present invention includes a substrate having therein an optical waveguide that propagates output signal light and input signal light, a semiconductor light emitting element that emits output signal light to one end of the optical waveguide, An optical branching device provided in the optical waveguide and passing at least a part of the output signal light and guiding at least a part of the input signal light to the outside of the optical waveguide; and provided on the substrate; A semiconductor light receiving element on which the guided input signal light is incident and a portion of the substrate other than the optical waveguide that absorbs light that is emitted from the semiconductor light emitting element and propagates through the portion other than the optical waveguide or is different from the semiconductor light receiving element. And an optical member that reflects in the direction.
第5の双方向光半導体装置によると、基板における光導波路以外の部分に設けられ、半導体発光素子から出射され光導波路以外の部分を伝搬する光を吸収するか又は半導体受光素子と異なる方向に反射する光学部材を備えているため、半導体発光素子から出射された後に光導波路を伝搬しない光は、光学部材によって吸収されるか又は半導体受光素子と異なる方向に反射される。 According to the fifth bidirectional optical semiconductor device, light which is provided in a portion of the substrate other than the optical waveguide and which is emitted from the semiconductor light emitting element and propagates through the portion other than the optical waveguide is absorbed or reflected in a direction different from that of the semiconductor light receiving element. Therefore, the light that does not propagate through the optical waveguide after being emitted from the semiconductor light emitting element is absorbed by the optical member or reflected in a different direction from the semiconductor light receiving element.
本発明に係る第6の双方向光半導体装置は、出力信号光及び入力信号光を伝搬する光導波路を内部に有する基板と、光導波路の一端部に出力信号光を出射する半導体発光素子と、光導波路に設けられ、出力信号光の少なくとも一部を通過させると共に入力信号光の少なくとも一部を光導波路の外部に導く光分岐器と、基板に設けられ、光分岐器により光導波路の外部に導かれた入力信号光が入射する半導体受光素子と、基板、半導体発光素子、光分岐器及び半導体受光素子を収納するパッケージと、パッケージの内壁面に設けられ、半導体発光素子から出射された光を吸収する光吸収膜とを備えている。 A sixth bidirectional optical semiconductor device according to the present invention includes a substrate having an optical waveguide that propagates output signal light and input signal light therein, a semiconductor light emitting element that emits output signal light to one end of the optical waveguide, An optical branching device provided in the optical waveguide and passing at least a part of the output signal light and guiding at least a part of the input signal light to the outside of the optical waveguide; and provided on the substrate; A semiconductor light receiving element on which the input signal light thus guided enters, a package containing the substrate, the semiconductor light emitting element, the optical branching device, and the semiconductor light receiving element, and light emitted from the semiconductor light emitting element provided on the inner wall surface of the package. A light absorbing film that absorbs the light.
第6の双方向光半導体装置によると、パッケージの内壁面に設けられ、半導体発光素子から出射された光を吸収する光吸収膜を備えているため、半導体発光素子から出射された後に光導波路を伝搬しない光は、パッケージの内壁面の光吸収膜によって吸収される。 According to the sixth bidirectional optical semiconductor device, the optical waveguide is provided on the inner wall surface of the package and absorbs light emitted from the semiconductor light emitting element. The light that does not propagate is absorbed by the light absorption film on the inner wall surface of the package.
第1〜第6の双方向光半導体装置において、基板は、石英系のガラス、シリコン結晶又はポリマーからなることが好ましい。 In the first to sixth bidirectional optical semiconductor devices, the substrate is preferably made of quartz glass, silicon crystal, or polymer.
第1〜第6の双方向光半導体装置において、光分岐器は、光導波路と交差するように設けられた光学素子であることが好ましい。 In the first to sixth bidirectional optical semiconductor devices, the optical branching unit is preferably an optical element provided so as to intersect the optical waveguide.
第1〜第6の双方向光半導体装置において、光導波路は基板に形成された溝部に埋め込まれるように設けられた光ファイバのコア部であることが好ましい。 In the first to sixth bidirectional optical semiconductor devices, the optical waveguide is preferably an optical fiber core provided so as to be embedded in a groove formed in the substrate.
第1〜第6の双方向光半導体装置における光導波路が光ファイバのコア部である場合には、光ファイバは溝部に埋め込まれた状態で固定部材によって基板に固定されており、固定部材の屈折率は光ファイバのクラッド部の屈折率よりも小さいことが好ましい。 When the optical waveguide in the first to sixth bidirectional optical semiconductor devices is the core portion of the optical fiber, the optical fiber is fixed to the substrate by the fixing member while being embedded in the groove portion, and the refraction of the fixing member The refractive index is preferably smaller than the refractive index of the clad portion of the optical fiber.
第1〜第6の双方向光半導体装置における光導波路が光ファイバのコア部である場合には、光ファイバは溝部に埋め込まれた状態で固定部材によって基板に固定されており、固定部材における半導体受光素子に近い領域の屈折率は光ファイバのクラッド部の屈折率よりも小さく、且つ固定部材における半導体受光素子から遠い領域の屈折率は光ファイバのクラッド部の屈折率よりも大きいことが好ましい。 When the optical waveguide in the first to sixth bidirectional optical semiconductor devices is the core portion of the optical fiber, the optical fiber is embedded in the groove portion and fixed to the substrate by the fixing member, and the semiconductor in the fixing member It is preferable that the refractive index in the region near the light receiving element is smaller than the refractive index of the cladding portion of the optical fiber, and the refractive index in the region far from the semiconductor light receiving element in the fixing member is larger than the refractive index of the cladding portion of the optical fiber.
第1〜第6の双方向光半導体装置における光導波路が光ファイバのコア部である場合には、基板の屈折率は光ファイバのクラッド部の屈折率よりも小さいことが好ましい。 When the optical waveguide in the first to sixth bidirectional optical semiconductor devices is the core portion of the optical fiber, the refractive index of the substrate is preferably smaller than the refractive index of the cladding portion of the optical fiber.
第1〜第6の双方向光半導体装置における光導波路が光ファイバのコア部である場合には、基板における半導体受光素子に近い領域の屈折率は光ファイバのクラッド部の屈折率よりも小さく、且つ基板における半導体受光素子から遠い領域の屈折率は光ファイバのクラッド部の屈折率よりも大きいことが好ましい。 When the optical waveguide in the first to sixth bidirectional optical semiconductor devices is the core portion of the optical fiber, the refractive index of the region near the semiconductor light receiving element in the substrate is smaller than the refractive index of the cladding portion of the optical fiber, In addition, it is preferable that the refractive index of the region far from the semiconductor light receiving element in the substrate is larger than the refractive index of the cladding portion of the optical fiber.
本発明に係る第1の双方向光半導体装置によると、半導体発光素子から出射された後に光導波路を伝搬することなく半導体受光素子に向かう光は、半導体受光素子の表面の遮光部材によって遮断されるため、半導体受光素子に入射しないので、光アイソレーションが向上する。 According to the first bidirectional optical semiconductor device of the present invention, light that is emitted from the semiconductor light emitting element and then travels toward the semiconductor light receiving element without propagating through the optical waveguide is blocked by the light shielding member on the surface of the semiconductor light receiving element. Therefore, since it does not enter the semiconductor light receiving element, optical isolation is improved.
本発明に係る第2の双方向光半導体装置によると、半導体発光素子から出射された後に光導波路を伝搬しない光は、基板の表面の遮光部材によって遮断されるため、半導体受光素子に入射しないので、光アイソレーションが向上する。 According to the second bidirectional optical semiconductor device of the present invention, the light that is emitted from the semiconductor light-emitting element and does not propagate through the optical waveguide is blocked by the light-shielding member on the surface of the substrate, and therefore does not enter the semiconductor light-receiving element. , Optical isolation is improved.
本発明に係る第3の双方向光半導体装置によると、半導体発光素子から出射された後に光導波路を伝搬しない光は、基板における半導体受光素子と反対側の表面の高反射層によって半導体受光素子と異なる方向に高反射されるため、半導体受光素子に入射しないので、光アイソレーションが向上する。 According to the third bidirectional optical semiconductor device of the present invention, the light which is emitted from the semiconductor light emitting element and does not propagate through the optical waveguide is separated from the semiconductor light receiving element by the high reflection layer on the surface opposite to the semiconductor light receiving element on the substrate. Since it is highly reflected in different directions, it does not enter the semiconductor light receiving element, so that optical isolation is improved.
本発明に係る第4の双方向光半導体装置によると、半導体発光素子から出射された後に光導波路を伝搬しない光は、基板における光導波路以外の部分に形成された光吸収部によって吸収されるため、半導体受光素子に入射しないので、光アイソレーションが向上する。 According to the fourth bidirectional optical semiconductor device of the present invention, the light that is emitted from the semiconductor light emitting element and does not propagate through the optical waveguide is absorbed by the light absorbing portion formed in the portion other than the optical waveguide on the substrate. Since the light does not enter the semiconductor light receiving element, the optical isolation is improved.
本発明に係る第5の双方向光半導体装置によると、半導体発光素子から出射された後に光導波路を伝搬しない光は、光学部材によって吸収されるか又は半導体受光素子と異なる方向に反射されるため、半導体受光素子に入射しないので、光アイソレーションが向上する。 According to the fifth bidirectional optical semiconductor device of the present invention, the light that is emitted from the semiconductor light emitting element and does not propagate through the optical waveguide is absorbed by the optical member or reflected in a different direction from the semiconductor light receiving element. Since the light does not enter the semiconductor light receiving element, the optical isolation is improved.
本発明に係る第6の双方向光半導体装置によると、半導体発光素子から出射された後に光導波路を伝搬しない光は、パッケージの内壁面の光吸収膜によって吸収されるため、半導体受光素子に入射しないので、光アイソレーションが向上する。 According to the sixth bidirectional optical semiconductor device of the present invention, the light that is emitted from the semiconductor light emitting element and does not propagate through the optical waveguide is absorbed by the light absorption film on the inner wall surface of the package, and therefore enters the semiconductor light receiving element. Therefore, optical isolation is improved.
第1〜第6の双方向光半導体装置における光導波路が光ファイバのコア部であり、光ファイバが溝部に埋め込まれた状態で固定部材によって基板に固定されている場合に、固定部材における半導体受光素子に近い領域の屈折率を光ファイバのクラッド部の屈折率よりも小さく且つ固定部材における半導体受光素子から遠い領域の屈折率を光ファイバのクラッド部の屈折率よりも大きくすると、半導体発光素子から出射された後に光ファイバのコア部を伝搬しない光は、半導体受光素子の近くでは光ファイバに閉じこめられると共に半導体受光素子から遠くでは固定部材に吸収されるので、光アイソレーションは確実に向上する。 When the optical waveguide in the first to sixth bidirectional optical semiconductor devices is the core portion of the optical fiber, and the optical fiber is embedded in the groove portion and is fixed to the substrate by the fixing member, the semiconductor light reception in the fixing member When the refractive index of the region close to the element is smaller than the refractive index of the cladding portion of the optical fiber and the refractive index of the region far from the semiconductor light receiving element in the fixing member is larger than the refractive index of the cladding portion of the optical fiber, the semiconductor light emitting device Light that does not propagate through the core of the optical fiber after being emitted is confined to the optical fiber near the semiconductor light receiving element and is absorbed by the fixing member far from the semiconductor light receiving element, so that the optical isolation is reliably improved.
第1〜第6の双方向光半導体装置における光導波路が光ファイバのコア部である場合に、基板における半導体受光素子に近い領域の屈折率を光ファイバのクラッド部の屈折率よりも小さく且つ基板における半導体受光素子から遠い領域の屈折率を光ファイバのクラッド部の屈折率よりも大きくすると、半導体発光素子から出射された後に光ファイバのコア部を伝搬しない光は、半導体受光素子の近くでは光ファイバに閉じこめられると共に半導体受光素子から遠くでは基板に吸収されるので、光アイソレーションは確実に向上する。 When the optical waveguide in the first to sixth bidirectional optical semiconductor devices is the core portion of the optical fiber, the refractive index of the region near the semiconductor light receiving element in the substrate is smaller than the refractive index of the cladding portion of the optical fiber and the substrate If the refractive index of the region far from the semiconductor light receiving element in the optical fiber is larger than the refractive index of the cladding part of the optical fiber, the light that does not propagate through the core part of the optical fiber after being emitted from the semiconductor light emitting element is light near the semiconductor light receiving element. Since it is confined in the fiber and absorbed by the substrate at a distance from the semiconductor light receiving element, the optical isolation is surely improved.
以下、本発明の各実施形態に係る双方向光半導体装置について説明するが、その前提として、各実施形態に係る双方向光半導体装置に共通する構成部材について説明する。 Hereinafter, the bidirectional optical semiconductor device according to each embodiment of the present invention will be described. As a premise thereof, components common to the bidirectional optical semiconductor device according to each embodiment will be described.
本発明の各実施形態に係る双方向光半導体装置に共通する構成部材について、図1〜図8を参照しながら説明する。 Components common to the bidirectional optical semiconductor device according to each embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1〜図8に示すように、パッケージ11の底部の左側部分にはシリコン基板12が固定されており、該シリコン基板12の上面には、例えば波長1.3μm帯の信号光を出力する半導体発光素子としての半導体レーザ素子13が固定されている。パッケージ11の底部の右側部分には、光軸方向に延びる溝部14aを有するガラス基板14が固定されており、該ガラス基板14の溝部14aには光導波路としての光ファイバ15が埋め込まれていると共に、光ファイバ15のレーザ側の端部はシリコン基板12の上面に固定されている。
As shown in FIGS. 1 to 8, a
ガラス基板14には光軸に対して所定の角度を持つように光分岐器16が挿入されており、該光分岐器16は、半導体レーザ素子13から出射された出力信号光の少なくとも一部を通過させる一方、光ファイバ15に入力された入力信号光の少なくとも一部をガラス基板14の反対側(上方側)に導く。光分岐器16としては、ハーフミラー又はWDMフィルター(波長多重フィルター)を用いることができる。
An optical branching
また、ガラス基板14の上面には、光分岐器16により導かれた入力信号光を受けてフォトカレントを出力する半導体受光素子としての受光素子17が固定されており、該受光素子17としては例えば面受光型のフォトダイオードを用いることができる。
Further, a
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態に係る双方向光半導体装置について図1(a)、(b)を参照しながら説明する。尚、図1(a)は、第1の実施形態に係る双方向光半導体装置の側方断面図であり、図1(b)は図1(a)におけるI−I線の断面図である。
(First embodiment)
The bidirectional optical semiconductor device according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b). 1A is a side sectional view of the bidirectional optical semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a sectional view taken along the line II in FIG. 1A. .
第1の実施形態の特徴として、受光素子17は面受光型のフォトダイオードであると共に、光ファイバ15はガラス基板14の溝部14aの内部において固定用樹脂21によって固定されている。
As a feature of the first embodiment, the
また、受光素子17における、受光部を除く下面、レーザ素子側の側面(図1の左側の側面)、反レーザ側の側面(図1の右側の側面)及び上面にそれぞれ約0.5mmの膜厚を有する遮光性樹脂22が塗布されている。
Further, in the
遮光性樹脂22としては、紫外線により硬化するエポキシ系黒色樹脂、熱により硬化するエポキシ系黒色樹脂、高温で軟化し且つ常温で硬化するエポキシ系黒色樹脂、溶剤の蒸発により硬化する黒色塗料等を用いることができる。
As the
第1の実施形態によると、半導体レーザ素子13から出射されて光ファイバ15のコア部を伝搬することなく受光素子17に向かう光は、遮光性樹脂22によって遮断されるため、受光素子17に入射しないので、光アイソレーションは大きく向上する。
According to the first embodiment, the light emitted from the
特に、受光素子17が面受光型のフォトダイオードである場合には、受光面のみならず側面及び上面から入射する光成分が無視できないが、受光素子17の受光部を除く部分に遮光性樹脂22を塗布しているため、半導体レーザ素子13から出射されて光ファイバ15のコア部を伝搬することなく受光素子17に向かう光は確実に遮断されるので、光アイソレーションは大きく向上する。
In particular, when the
尚、受光素子17における、受光部を除く下面、レーザ素子側の側面、反レーザ側の側面及び上面の全ての面に遮光性樹脂22が塗布されていなくてもよいが、遮光性樹脂22が塗布される面が多いほど光アイソレーションは向上する。
In addition, the
ところで、半導体レーザ素子13から出射された後、光ファイバ15に結合した光は、光ファイバ15のコア部及びクラッド部をそれぞれ伝搬するが、光ファイバ15のクラッド部を伝搬する光は容易に輻射光となってクラッド部から外部に漏れ出て受光素子17に到達する。特に、光ファイバ15におけるガラス基板14に埋め込まれている部分では、光ファイバ15のクラッド部とガラス基板14との屈折率差が小さいので、光ファイバ15のクラッド部を伝搬する光は容易に外部に漏れ出る。従って、光アイソレーションが劣化する原因としてはクラッド漏れ光が最も大きいと考えられる。
By the way, the light coupled to the
そこで、光ファイバ15から1mWの出力信号光が出力される場合において、クラッド漏れ光のうち直接に受光素子17に至る光成分(aで示す経路を通過する光成分)に起因するフォトカレント、クラッド漏れ光のうちガラス基板14の右端面で反射されて受光素子17に至る光成分(bで示す経路を通過する光成分)に起因するフォトカレント及びパッケージ散乱光(cで示す経路を通過する光成分)に起因するフォトカレントをそれぞれ測定した。この結果、aで示す経路を通過する光成分に起因するフォトカレントは約4μAであってクロストークの約半分を占めている。尚、半導体レーザ素子13から出射された後、受光素子17に入射される光に起因するフォトカレントをクロストークと称する。また、bで示す経路を通過する光成分に起因するフォトカレントは約0.5μAであり、cで示す経路を通過する光成分に起因するフォトカレントは約1μAであった。
Therefore, when an output signal light of 1 mW is output from the
従って、受光素子17における、受光部を除く下面、レーザ素子側の側面、反レーザ側の側面及び上面にそれぞれ遮光性樹脂22を塗布すると、受光素子17から出力されるフォトカレントは約5.5μA低減されて約3μAとなる。このため、光アイソレーションは22dBまで改善されることになる。
Accordingly, when the light-shielding
尚、遮光性樹脂22を、受光素子17の表面のみならず、ガラス基板14の上面における光ファイバ15が埋め込まれている領域又はガラス基板14の上面の全領域にも塗布すると、光アイソレーションを一層向上させることができる。
If the
また、ガラス基板14の上面における光ファイバ15が埋め込まれている領域又はガラス基板14の上面の全領域に遮光性樹脂22を塗布する代わりに、ガラス基板14の材料中に信号光に対して吸収特性を有する色素等を混入しても、光アイソレーションを一層向上させることができる。
Further, instead of applying the
(第1の実施形態の変形例)
第1の実施形態においては、受光素子17における、受光部を除く下面、レーザ素子側の側面(図1の左側の側面)、反レーザ側の側面(図1の右側の側面)及び上面に遮光性樹脂22が塗布されていたが、該変形例においては、受光素子17における、受光部を除く下面、レーザ素子側の側面、反レーザ側の側面及び上面にはそれぞれ遮光層が設けられている。
(Modification of the first embodiment)
In the first embodiment, the
遮光層としては、受光素子17に貼着されており、半導体レーザ素子13から出射されるレーザ光の波長帯に対して遮光性を有する誘電体薄膜フィルター、受光素子17に貼着された金属薄膜、又は受光素子17の表面にメッキ法若しくは蒸着法により形成された金属層等が挙げられる。
As the light shielding layer, a dielectric thin film filter that is attached to the
第1の実施形態のように、遮光性樹脂22を塗布すると、遮光性樹脂22の膜厚分だけパッケージ11の高さが大きくなるが、前記の変形例のように遮光層を設けると、パッケージ11の高さが大きくなることを防止できる。
When the
また、受光素子17の表面に誘電体薄膜フィルターを貼着する場合には、遮断する光の波長帯を容易に選択できるので、設計上有利である。
Further, when a dielectric thin film filter is attached to the surface of the
また、受光素子17の上面にのみ遮光層を設けるようにすると、遮光層の面積を確保できると共に遮光層を設ける工程が容易である。
If the light shielding layer is provided only on the upper surface of the
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態に係る双方向光半導体装置について図2(a)、(b)を参照しながら説明する。尚、図2(a)は、第2の実施形態に係る双方向光半導体装置の側方断面図であり、図2(b)は図2(a)におけるII−II線の断面図である。
(Second Embodiment)
The bidirectional optical semiconductor device according to the second embodiment will be described below with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b). 2A is a side sectional view of the bidirectional optical semiconductor device according to the second embodiment, and FIG. 2B is a sectional view taken along line II-II in FIG. 2A. .
第2の実施形態の特徴として、受光素子17は面受光型のフォトダイオードであると共に、光ファイバ15はガラス基板14の溝部14aの内部において、光ファイバ15のクラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する固定用樹脂21によって固定されている。
As a feature of the second embodiment, the
波長1.3μm帯の光を伝搬する石英系のシングルモードの光ファイバ15のクラッド部の屈折率は1.447であるので、第2の実施形態においては、固定用樹脂21としては、1.445の屈折率を有する樹脂を用いる。
Since the refractive index of the cladding portion of the silica-based single-mode
前述したように、半導体レーザ素子13から出射された後、光ファイバ15に結合した光のうちクラッド部を伝搬する光成分は容易に輻射光となってクラッド部から外部に漏れ出て受光素子17に到達する。
As described above, after being emitted from the
ところが、第2の実施形態のように、光ファイバ15をガラス基板14の溝部14aに光ファイバ15のクラッド部よりも低い屈折率を有する固定用樹脂21によって固定すると、光ファイバ15のクラッド部を伝搬する光は、固定用樹脂21によって光ファイバ15のクラッド部に閉じこめられるため、クラッド部から外部に漏れ出なくなるので、クラッド漏れ光に起因する光アイソレーションの劣化を低減することができる。
However, when the
第2の実施形態に係る双方向光半導体装置を用いて、光ファイバ15から1mWの出力信号光が出力される場合のフォトカレントを測定したところ約1μAであって、光アイソレーションは約27dBに改善されている。
Using the bidirectional optical semiconductor device according to the second embodiment, when the photocurrent when 1 mW output signal light is output from the
第2の実施形態によると、クラッド漏れ光のうち直接に受光素子17に至る光成分(図1においてaで示す経路を通過する光成分)に起因する約4μAのクロストーク、クラッド漏れ光のうちガラス基板14の右端面で反射されて受光素子17に至る光成分(図1においてbで示す経路を通過する光成分)に起因する約0.5μAのクロストーク、及びクラッド漏れ光のうち受光素子17の受光部に直接に入射する光成分(図2においてdで示す経路を通過する光成分)に起因する約1.5μAのクロストークを低減することができる。特に、クラッド漏れ光のうち受光素子17の受光部に直接に入射する光成分に起因するクロストークは、第1の実施形態では抑制できないが、第2の実施形態によると抑制することができる。
According to the second embodiment, the crosstalk of about 4 μA caused by the light component directly reaching the
尚、光ファイバ15を、該光ファイバ15のクラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する固定用樹脂21によって固定する代わりに、ガラス基板14を構成する材料の屈折率を光ファイバ15のクラッド部の屈折率よりも低くしてもよい。このようにすると、光ファイバ15のクラッド部から横方向又は下方向に漏れ出る光をガラス基板14の溝部14aの内部に閉じこめることができる。従って、図2(b)に示すように、受光素子17の受光面(下面)が広くてガラス基板14の側面を通過する光を受光してしまうような場合における光アイソレーションを向上させることができると共に、受光素子17がガラス基板14の下面に固定される場合における光アイソレーションを向上させることもできる。
Instead of fixing the
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態に係る双方向光半導体装置について図3を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
The bidirectional optical semiconductor device according to the third embodiment will be described below with reference to FIG.
第3の実施形態の特徴として、光分岐器16はハーフミラーであり、受光素子17は面受光型のフォトダイオードであると共に、ガラス基板14とパッケージ11との間に遮光部材23が設けられている。
As a feature of the third embodiment, the optical branching
遮光部材23としては、紫外線により硬化するエポキシ系黒色樹脂、熱により硬化するエポキシ系黒色樹脂、高温で軟化し且つ常温で硬化するエポキシ系黒色樹脂、溶剤の蒸発により硬化する黒色塗料又は金属板等のように、半導体レーザ素子13から出射される出力信号光の波長帯の光を遮断する部材を適宜用いることができる。
Examples of the
ところで、半導体レーザ素子13から出射された出力信号光は光ファイバ15に結合するが、出力信号光のうちの約20%は光ファイバ15のコア部に結合して該コア部を伝搬する。光分岐器16としてハーフミラーを用いる場合には、光ファイバ15のコア部を伝搬する光の約半分の成分は、図3においてeの経路で示すように、ハーフミラーによってガラス基板14側つまり下側に反射された後、ガラス基板14の下面又はパッケージ11の底部の上面で再び乱反射されて受光素子17に至る。
By the way, the output signal light emitted from the
ところが、第3の実施形態のように、ガラス基板14とパッケージ11との間に遮光部材23が設けられていると、光ファイバ15のコア部を伝搬中にハーフミラーにより反射された光は、遮光部材23に遮断されて受光素子17に向かわないので、光アイソレーションは大きく向上する。
However, when the
第3の実施形態に係る双方向光半導体装置を評価するために、光ファイバ15における半導体レーザ素子13とガラス基板14との間に位置する部分の長さを十分に長くすると共にこの部分を屈曲させて光ファイバ15のクラッド部を伝搬する光が完全に除去される双方向光半導体装置を試作すると共に、ガラス基板14の下面の状態及びパッケージ11の底部の上面の状態を種々変化させて、光ファイバ15から1mWの出力信号光が出力される場合のフォトカレントを測定した。
In order to evaluate the bidirectional optical semiconductor device according to the third embodiment, the length of the portion of the
まず、パッケージ11の底部の上面を切削加工により粗くした状態でフォトカレントを測定すると1.5μAであった。
First, when the photocurrent was measured with the top surface of the bottom of the
次に、ガラス基板14とパッケージ11との間に黒色の遮光部材23を設けた状態でフォトカレントを測定すると0.18μAであった。従って、第3の実施形態によると、光アイソレーションを大きく向上できることが確認された。
Next, when the photocurrent was measured in a state where the black
(第3の実施形態の変形例)
ところで、光ファイバ15のコア部におけるガラス基板14の溝部14aに挿入されている部分を伝搬する光の広がり角度は5度以内であるから、コア部を伝搬する光の広がり角度は無視することができる。従って、ガラス基板14の下面に、半導体レーザ素子13から出射された光を受光素子17と異なる方向に高反射する高反射層を形成すると、光ファイバ15のコア部を伝搬中にハーフミラーにより反射された光は、ガラス基板14の下面で乱反射されることなく受光素子17の反対側に反射されるので、光アイソレーションは大きく向上する。
(Modification of the third embodiment)
By the way, since the spread angle of light propagating through the portion of the core portion of the
光分岐器16が光ファイバ15に対して垂直な面と交差する角度を30度に設定すると共にガラス基板14の下面に高反射層を形成した状態でフォトカレントを測定すると0.009μAであった。この場合には、光アイソレーションは47dBであって、大きく向上する。
When the angle at which the
ガラス基板14の下面に高反射層を形成する方法としては、ガラス基板14の下面に鏡面仕上げされたシリコン基板を固定する方法、ガラス基板14の下面を鏡面仕上げする方法、又はガラス基板14の下面にAu、Ti若しくはNi等の金属をメッキする方法等が挙げられる。ガラス基板14の下面に金属のメッキ層を形成する方法は、反射率の均一化及び安定化並びにコストの低減の観点から有効な方法である。
As a method of forming a highly reflective layer on the lower surface of the
尚、光ファイバ15のコア部におけるガラス基板14の溝部14aに挿入されている部分を伝搬する光の広がり角度は無視できる程度に小さいため、ガラス基板14の下面に高反射層を形成しておくと、光分岐器16が光ファイバ15に対して垂直な面と交差する角度は30度でなくても、光アイソレーションの劣化を低減することができる。また、光ファイバ15のコア部におけるガラス基板14の溝部14aに挿入されている部分を伝搬する光の広がり角度が大きい場合には、光分岐器16が光ファイバ15に対して垂直な面と交差する角度を小さくすると、光アイソレーションの劣化の低減効果は大きくなる。
In addition, since the spread angle of the light propagating through the portion inserted into the
(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態に係る双方向光半導体装置について図4を参照しながら説明する。
(Fourth embodiment)
The bidirectional optical semiconductor device according to the fourth embodiment will be described below with reference to FIG.
第4の実施形態の特徴として、光分岐器16はハーフミラー又はWDMフィルターであり、受光素子17は面受光型のフォトダイオードであると共に、光分岐器16と受光素子17との間に、半導体レーザ素子13から出射され光ファイバ15のコア部以外の部分を伝搬する光を吸収するか又は受光素子17と異なる方向に反射する光学部材としてのフィルター24が光ファイバ15のコア部に掛からないように設けられている。フィルター24としては、ハーフミラー又はWDMフィルター等を用いることができる。
As a feature of the fourth embodiment, the optical branching
ところで、図4においてfの経路で示すように、クラッド漏れ光のうち光分岐器16に到達しない光成分、又はクラッド漏れ光のうち光分岐器16を通過してしまう光成分は受光素子17に至る。特に、光分岐器16がWDMフィルターであるときには、光ファイバ15のクラッド部を伝搬する光はWDMフィルターを通過してしまう。
By the way, as indicated by a path f in FIG. 4, the light component that does not reach the optical branching
ところが、第4の実施形態のように、光分岐器16と受光素子17との間に半導体レーザ素子13から出射される波長帯の光を受光素子17に向かわせないフィルター24が設けられているため、クラッド漏れ光のうち光分岐器16に到達しない光成分及びクラッド漏れ光のうち光分岐器16を通過してしまう光成分は受光素子17に到達しないので、光アイソレーションを向上させることができる。
(第4の実施形態の変形例)
半導体レーザ素子13から出射される出力信号光の波長帯(例えば1.3μm)と、光ファイバ15から入力される入力信号光の波長帯(例えば1.55μm)とが異なっていると共に、光分岐器16がWDMフィルターである場合には、光ファイバ15のクラッド部を伝搬する光は光分岐器16を通過してしまう。
However, as in the fourth embodiment, a
(Modification of the fourth embodiment)
The wavelength band (eg, 1.3 μm) of the output signal light emitted from the
従って、この場合には、受光素子17とガラス基板14との間に受光素子17の受光面に沿うように、入力信号光を通過させるが出力信号光を通過させないWDMフィルターを設ける。このようにすると、半導体レーザ素子13から出射された出力信号光のうち光ファイバ15のクラッド部から漏れ出た光成分が受光素子17に到達する事態を防止できるので、光アイソレーションを向上させることができる。
Therefore, in this case, a WDM filter that passes the input signal light but does not pass the output signal light is provided between the light receiving
(第5の実施形態)
以下、第5の実施形態に係る双方向光半導体装置について図5を参照しながら説明する。
(Fifth embodiment)
The bidirectional optical semiconductor device according to the fifth embodiment will be described below with reference to FIG.
第5の実施形態の特徴として、光分岐器16はハーフミラー又はWDMフィルターであり、受光素子17は面受光型のフォトダイオードであると共に、光ファイバ15における光分岐器16よりも半導体レーザ素子13側の部分はガラス基板14の溝部14aの内部において遮光性樹脂25によって固定されている。
As a feature of the fifth embodiment, the optical branching
このようにすると、光ファイバ15のクラッド部を伝搬する光の広がり角度は小さいため、クラッド漏れ光は遮光性樹脂25に遮断されて受光素子17には到達しないので、光アイソレーションが向上する。
(第5の実施形態の変形例)
第5実施形態の変形例は、光ファイバ15における光分岐器16よりも半導体レーザ素子13側の部分はガラス基板14の溝部14aの内部において、光ファイバ15のクラッド部の屈折率(例えば1.447)よりも高い屈折率を有する固定用樹脂によって固定されている。
In this case, since the spread angle of the light propagating through the cladding portion of the
(Modification of the fifth embodiment)
In the modification of the fifth embodiment, the portion of the
このようにすると、光ファイバ15のクラッド部を伝搬する光は固定用樹脂に予め吸収されて、クラッド漏れ光のうち受光素子17に到達する光成分が低減するので、光アイソレーションが向上する。
In this way, the light propagating through the clad portion of the
(第6の実施形態)
以下、第6の実施形態に係る双方向光半導体装置について図6(a)、(b)を参照しながら説明する。尚、図6(a)は、第6の実施形態に係る双方向光半導体装置の側方断面図であり、図6(b)は図6(a)におけるVI−VI線の断面図である。
(Sixth embodiment)
A bidirectional optical semiconductor device according to the sixth embodiment will be described below with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b). 6A is a side sectional view of the bidirectional optical semiconductor device according to the sixth embodiment, and FIG. 6B is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 6A. .
第6の実施形態の特徴として、光分岐器16はハーフミラー又はWDMフィルターであり、受光素子17は面受光型のフォトダイオードであると共に、光ファイバ15は、ガラス基板14の断面V字状の溝部14aに挿入された状態で、断面が台形状の溝部を有する押さえ部材26によってガラス基板14に固定されている。
As a feature of the sixth embodiment, the optical branching
また、図6(b)に示すように、光ファイバ15のレーザ側の端部は、シリコン基板12に形成された断面V字状の溝部に挿入された状態で、断面が台形状の溝部を有する遮光部材27によってシリコン基板12に固定されている。この場合、遮光部材27は光ファイバ15の端部を押さえ付けた状態でシリコン基板12に接着されている。
Also, as shown in FIG. 6B, the end of the
半導体レーザ素子13から出射されたレーザ光の広がり角度は10数度であるため、半導体レーザ素子13から出射されたレーザ光のうち光ファイバ15に結合しない光成分は光ファイバ15の外側に放射される。光ファイバ15の外側に放射された光は、パッケージ11の内部空間を伝搬した後、パッケージ11の壁面で反射されて受光素子17に至る。
Since the spread angle of the laser light emitted from the
ところが、第6の実施形態のように、シリコン基板12の上に遮光部材27を設けると、半導体レーザ素子13から出射されたレーザ光のうち光ファイバ15に結合しない光成分は、遮光部材27に遮断されて、パッケージ11の内部空間を伝搬しなくなるため、受光素子17に到達しなくなるので、光アイソレーションが向上する。
However, when the
(第7の実施形態)
以下、第7の実施形態に係る双方向光半導体装置について図7を参照しながら説明する。
(Seventh embodiment)
The bidirectional optical semiconductor device according to the seventh embodiment will be described below with reference to FIG.
第7の実施形態の特徴として、光分岐器16はハーフミラー又はWDMフィルターであり、受光素子17は面受光型のフォトダイオードである。
As a feature of the seventh embodiment, the optical branching
また、パッケージ11の上底部の下面には、半導体レーザ素子13から出射されるレーザ光を吸収する光吸収部材28が貼着されている。
A light absorbing member 28 that absorbs laser light emitted from the
光吸収部材28としては、半導体レーザ素子13から出射されるレーザ光の波長帯に対して吸収性を有する薄膜層が挙げられ、具体的には、半導体レーザ素子13から出射されるレーザ光を吸収する色素が含まれる塗布膜等が挙げられる。 第7の実施形態によると、パッケージ11の上底部の下面に光吸収部材28が貼着されているため、パッケージ11の内部を散乱する散乱光が受光素子17に到達することを防止できるので、光アイソレーションが向上する。
Examples of the light absorbing member 28 include a thin film layer having absorbability with respect to the wavelength band of the laser light emitted from the
尚、第1〜第7の実施形態においては、半導体レーザ素子13から出射された出力信号光を外部に出力する光導波路として光ファイバ15を用いたが、ガラス基板14に代えて、シリコン結晶又はポリマー材等からなり光に対して透明な材料からなる透明基板を用いると共に、該透明基板の内部に光導波路を形成してもよい。
In the first to seventh embodiments, the
また、第1〜第7の実施形態においては、半導体レーザ素子13から出射される出力信号光の波長帯が1.3μmであり、光ファイバ15に入力される入力信号光の波長帯が1.3μm又は1.55μmである場合について説明したが、出力信号光の波長帯としては、1.55μmであってもよいと共に、0.85μm、0.78μm帯又は0.65μm帯等の短波長帯であってもよいのは当然である。
In the first to seventh embodiments, the wavelength band of the output signal light emitted from the
また、半導体発光素子としては、半導体レーザ素子13に代えて、LEDを用いることができる。
As the semiconductor light emitting element, an LED can be used in place of the
さらに、第1〜第7の実施形態及び各変形例を単独で採用してもよいが、これらを組み合わせると、光アイソレーションの向上効果が一層向上する。 Furthermore, although the first to seventh embodiments and the respective modifications may be employed independently, the combination of these further improves the optical isolation improvement effect.
(第8の実施形態)
以下、本発明の第8の実施形態として、第1〜第7の実施形態及び各変形例に係る双方向光半導体装置が適用される双方向光伝送システムについて図8を参照しながら説明する。
(Eighth embodiment)
Hereinafter, as an eighth embodiment of the present invention, a bidirectional optical transmission system to which the bidirectional optical semiconductor device according to the first to seventh embodiments and each modification is applied will be described with reference to FIG.
図8は、双方向光伝送システムの全体構成を示しており、基地局側に設置された第1の双方向光半導体装置30と、一般家庭に設置された第2の双方向光半導体装置31とが伝送用光ファイバ32を介して接続されている。
FIG. 8 shows the overall configuration of the bidirectional optical transmission system. The first bidirectional
第8の実施形態によると、第1の双方向光半導体装置30及び第2の双方向光半導体装置31として、第1〜第7の実施形態及び各変形例に係る光アイソレーション機能が高い双方向光半導体装置を用いているので、送信された信号に対するクロストークを避けるために必要なガードタイムを短縮できるので、より高速な応答を行える双方向光伝送システムを実現することができる。
According to the eighth embodiment, the first bidirectional
11 パッケージ
12 シリコン基板
13 半導体レーザ素子
14 ガラス基板
14a 溝部
15 光ファイバ
16 光分岐器
17 受光素子
21 固定用樹脂
22 遮光性樹脂
23 遮光部材
24 フィルター
25 遮光性樹脂
26 押さえ部材
27 遮光部材
28 光吸収部材
30 第1の双方向光半導体装置
31 第2の双方向光半導体装置
32 伝送用光ファイバ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記光導波路の一端部に出力信号光を出射する半導体発光素子と、
前記光導波路に設けられ、出力信号光の少なくとも一部を通過させると共に入力信号光の少なくとも一部を前記光導波路の外部に導くハーフミラー又は波長多重フィルターと、
前記基板に設けられ、前記ハーフミラー又は波長多重フィルターにより前記光導波路の外部に導かれた入力信号光が入射するベアチップの半導体受光素子とが一体化されてなる双方向光半導体装置であって、
前記基板における前記光導波路以外であって、前記ハーフミラー又は波長多重フィルターよりも前記半導体発光素子側の部分に形成され、前記半導体発光素子から出射された光を吸収する光吸収部を備えていることを特徴とする双方向光半導体装置。 A substrate having therein an optical waveguide for propagating output signal light and input signal light;
A semiconductor light emitting element that emits output signal light to one end of the optical waveguide;
A half mirror or a wavelength multiplexing filter that is provided in the optical waveguide and transmits at least part of the output signal light and guides at least part of the input signal light to the outside of the optical waveguide;
A bi-directional optical semiconductor device integrated with a bare chip semiconductor light receiving element on which input signal light, which is provided on the substrate and guided to the outside of the optical waveguide by the half mirror or wavelength division filter, is incident;
A light absorption part that is formed on the semiconductor light emitting element side of the substrate other than the optical waveguide and is closer to the semiconductor light emitting element than the half mirror or wavelength multiplexing filter is provided. A bidirectional optical semiconductor device characterized by that.
前記固定部材の屈折率は前記光ファイバのクラッド部の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項6に記載の双方向光半導体装置。 The optical fiber is fixed to the substrate by a fixing member in a state of being embedded in the groove,
The bidirectional optical semiconductor device according to claim 6, wherein a refractive index of the fixing member is smaller than a refractive index of a clad portion of the optical fiber.
前記固定部材における前記半導体受光素子に近い領域の屈折率は前記光ファイバのクラッド部の屈折率よりも小さく、且つ前記固定部材における前記半導体受光素子から遠い領域の屈折率は前記光ファイバのクラッド部の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項6に記載の双方向光半導体装置。 The optical fiber is fixed to the substrate by a fixing member in a state of being embedded in the groove,
The refractive index of the region near the semiconductor light receiving element in the fixing member is smaller than the refractive index of the cladding part of the optical fiber, and the refractive index of the region far from the semiconductor light receiving element in the fixing member is the cladding part of the optical fiber. The bi-directional optical semiconductor device according to claim 6, wherein the bi-directional optical semiconductor device is larger than a refractive index of the bi-directional optical semiconductor device.
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---|---|---|---|---|
JP2013506870A (en) * | 2009-09-30 | 2013-02-28 | コーニング インコーポレイテッド | Channelized substrate for integrated optical devices using optical fibers |
JP2015173166A (en) * | 2014-03-11 | 2015-10-01 | セイコーインスツル株式会社 | Optical sensor |
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2006
- 2006-02-02 JP JP2006025944A patent/JP2006126875A/en active Pending
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