JP2007171488A - 双方向通信用光導波路及び光送受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】 双方向通信を実現するための小型でかつ低コストの双方向通信用光導波路及び光送受信器を提供する。
【解決手段】 本双方向通信用光導波路は、コアを有する第一光導波路１１及び第二光導波路２１を備える。第一光導波路１１の一端と第二光導波路２１の一端が対向して配置され、第一光導波路の一端及び第二光導波路の一端のコア１１ｂ、２１ｂの対向面がそれぞれコア軸に対して傾斜端面１５，２５を形成している。第一光導波路１１の他端から伝搬される受信光１６は第一光導波路のコア傾斜端面１５で全反射させることにより取り出し可能とされる。また、第二光導波路２１の他端から伝搬される送信光２６は第二光導波路のコア傾斜端面２５で屈折され、第一光導波路のコア傾斜端面１５を介して第一光導波路１１へ伝搬される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、双方向に光信号を伝搬するための双方向通信用光導波路及び光送受信器に関する。

従来、光通信における信号は、１方向に通信する光を受光したり、途中で溝などを形成しそこからの漏れ光を検出する方法がとられていた（例えば、特許文献１）。この方式では、光信号送受信のためには、２本の通信線が必要となる。近年、電気基板などの機器内光通信への応用が検討されている光インターコネクションの普及には、小型化・低価格化において不利であるため、１本の光ファイバまたは光導波路を利用して双方向に光信号を送受信する構成が有力である。

このような方法として、送信と受信に異なる波長の光を用いて、光が伝搬する経路途中に波長選択性のある反射板やフィルタを挿入・配置して、送信と受信の光信号を分離する方法がよく用いられている（例えば、特許文献２）。しかしこのような方法では、波長選択性の反射板やフィルタなどの追加と組立てでコストが高くなってしまう。また送受信で波長を変える必要があるため、対向する送受信器と共通な構成とならないなど、システムごとの設計の変更が必要になり、汎用性が低くコスト低減が困難である。そこで、汎用性向上のために、送受信光の波長を同一にすると、上記反射板やフィルタが機能せずに発光源に光が到達してしまう。一般的な光通信における信号の発光源としては、半導体レーザーが使用されており、光通信システムにおける光学系からの反射戻り光によってもレーザー発振が不安定になることから、送受信器として成り立たないことになる。それら信号光や反射戻り光を、発光源に入射させないために、光アイソレート機能を有する素子構成を追加し組み立てると、送受信部としてのコストが高くなってしまう。また近年の大容量通信のための多芯化・アレイ化においても光送受信部が大きくなってしまう。そのためサイズの制約が検討される機器内等の光インターコネクションでは不利である。
特開２００１−１３３３９号公報 特開平１１−３５２３４１号公報

このように、簡易な構成の同一波長の光信号を用いた双方向通信を可能とする小型の光送受信器を実現するには、送信光が安定して伝搬され、かつ受信光が送信光源に伝搬しない構成が必要であり、かつ部品構成が少なく高密度化が可能であることが求められる。即ち、送信光及び受信光に同一波長の光源を用いても、発光素子や受光素子の双方に迷光が入力せず、かつ小型かつアレイ化が可能なような双方向通信用光送受信器の実現が望まれている。

従って本発明の目的は、上記のような従来技術の問題点を解決し、双方向通信を実現するための小型でかつ低コストの双方向通信用光導波路及び光送受信器を提供することにある。

上記目的は、コアを有する第一光導波路及び第二光導波路を備え、光信号を双方向に伝搬するための双方向通信用光導波路であって、前記第一光導波路の一端と第二光導波路の一端が対向して配置され、前記第一光導波路の一端及び第二光導波路の一端のコア対向面がそれぞれコア軸に対して傾斜端面を形成し、前記第一光導波路の他端から伝搬される光信号を前記第一光導波路の一端のコア傾斜端面で全反射させることにより取り出し可能とし、かつ前記第二光導波路の他端から伝搬される光信号を前記第二光導波路の一端のコア傾斜端面で屈折させて前記第一光導波路の一端のコア傾斜端面を介して前記第一光導波路へ伝搬可能とした双方向通信用光導波路により、達成される。

ここで、前記第二光導波路のコア径は、前記第一光導波路のコア径よりも小さいことが好ましく、また前記第二光導波路のコアの屈折率は、前記第一光導波路のコアの屈折率よりも小さいことが好ましい。さらに、前記第一光導波路の一端のコア傾斜端面はコア軸に対して４３゜〜４８゜の傾斜角を有することが好ましく、また前記第二光導波路の一端のコア傾斜端面がコア軸に対して５０゜〜６５゜の傾斜角を有することが好ましい。

また、本発明に係る双方向通信用光送受信器は、上記の双方向通信用光導波路を備えたものであって、前記第一光導波路の一端のコア傾斜端面で全反射した光信号の進む方向に配置された受光素子と、前記第二光導波路の他端に配置された発光素子とを備えるものである。ここで、双方向通信用光送受信器は、前記第一光導波路及び第二光導波路を配置する支持台を備え、前記支持台が、前記受光素子を配置するための貫通孔と、前記発光素子を配置するための段部とを有することができる。

前記第二光導波路の他端のコア端面は、コア軸に対して傾斜面を有することができる。この場合、前記第二光導波路の他端の傾斜面を有するコア端面で光信号が全反射して前記第二光導波路に入力するように前記発光素子を配置することが好ましい。また、前記第一光導波路及び第二光導波路を配置する支持台を備え、前記支持台が、前記受光素子を配置するための貫通孔と、前記発光素子を配置するための貫通孔とを有することができる。

さらに、前記第二光導波路の一端のコア傾斜端面から出た光信号の一部が前記第一光導波路の一端のコア傾斜端面でフレネル反射される方向にモニター用受光素子を備えることができる。

本発明によれば、発光素子への戻り光を最小にして安定した発光状態を保ち、かつ、同一波長の送信光及び受信光を用いた双方向通信システムにも適用できることから、安定性や汎用性に富む。また、その構成として波長選択性の反射板やフィルタ等の構造が複雑な光学素子を必要としないことから、その部品構成が簡易となると共に、コスト抑制が可能となる。さらに、光導波路をアレイ化した場合に、光の偏向がアレイ面に対し上下となるため、多芯の双方向通信用光送受信器を小型化できる。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。

＜双方向通信用光導波路＞
図１は、本発明に係る双方向通信用光導波路の一実施形態を示す図である。本実施形態では、傾斜端面を有する２つの光導波路が備えられており、その傾斜端面同士が、空気を介して相対（対向）して配置される。一方の光導波路の他端には、例えばコネクタなどを介して、図示しない他の光学素子が配置され、他方の光導波路の他端には、例えば半導体レーザー等の発光素子が配置され、上記傾斜端面近傍には受光素子が配置される。

本実施形態は、図示のように、光を導波する第一光導波路１１と第二光導波路２１とを備え、第一光導波路１１の一端と第二光導波路２１の一端が対向して配置される。第一光導波路１１は、コア１１ｂとそれを覆うクラッド１１ａ、１１ｃとを有し、第二光導波路２１は、コア２１ｂとそれを覆うクラッド２１ａ、２１ｃとを有する。第一光導波路１１のコア１１ｂの端面は、当該コア軸（コア長手方向の中心軸）に対して傾斜して（傾斜角＝θ_１）形成されている。また、第二光導波路２１も、上記第一光導波路と同様に、光を導波する第二光導波路２１のコア２１ｂの端面が、当該コア軸（コア長手方向の中心軸）に対して傾斜して（傾斜角＝θ_２）形成されている。即ち、第一光導波路の一端及び第二光導波路の一端のコア対向面がそれぞれコア軸に対して傾斜端面を形成している。第一光導波路１１のコア軸と第二光導波路２１のコア軸とは略平行に配置される。

そして、上記の構成になる光導波路によれば、図に矢印で示すように、第一光導波路１１のコア１１ｂを伝搬してきた受信光１６は、第一光導波路１１のコア軸に対し傾斜角度θ_１を持つ傾斜端面１５で全反射する。これにより、この受信光１６は、第二光導波路コア２１ｂに伝搬することなく、即ち、光導波路の外へ導かれる。なお、この第一光導波路１１（又は、そのコア）の傾斜端面の傾斜角度θ_１は、上述したように受信光１６を全反射させるため、４３°〜４８°に設定することが好ましい。それは、この傾斜角度θ_１が４８°を超える場合には、受信光１６の反射率が低下し、その漏れ光が第一光導波路１１へ伝搬してしまい、場合によっては、その一部が送信光の発光源まで到達し、例えば、発光源を構成する半導体レーザーでの発振を不安定にしてしまうからである。また、この傾斜角度θ_１が４３°より小さい場合には、第二光導波路２１から第一光導波路１１のコア１１ｂに入射する光（図に符号２６で示す送信光）の入射角度が大きくなり、第一光導波路のコア１１ｂ内に閉じ込められる光量が減少してしまい、送信光２６による信号の伝送が困難となる場合が生じるからである。

一方、第二光導波路２１のコア２１ｂを伝搬してきた送信光２６は、第二光導波路２１のコア軸に対し傾斜角度θ_２を持つ傾斜端面２５において、コア２１ｂと空気との間の屈折率の差、及び、その傾斜角度θ_２により屈折し偏向する。その後、第一光導波路のコア１１ｂの傾斜端面１５に達する。この第一光導波路のコア１１ｂの傾斜端面１５では、空気とコア１１ｂと間の屈折率の差、及び、コア１１ｂへの入射角度から、送信光２６は屈折して、第一光導波路コア１１ｂに入射され、当該コア１１ｂを伝搬して送信される。この第二光導波路２１のコア２１ｂの傾斜端面における傾斜角度θ_２は、送信光２６を第一の光導波路のコア１１ｂに入射させるため、５０°〜６５°に設定することが好ましい。それは、当該傾斜角度θ_２が５０°より小さい場合には、第二光導波路のコア２１ｂから出射する送信光２６と、第二光導波路のコア２１ｂの傾斜面とにより形成する角度が小さくなり、第一光導波路のコア１１ｂに到達する光量が減少してしまい、信号光の伝搬が不充分となる恐れが生じるからである。また、この傾斜角度θ_２が６５°を超えると、第二光導波路のコア２１ｂから出射する送信光２６と第二光導波路のコア２１ｂの傾斜面とが形成する角度が大きくなり、第一光導波路のコア１１ｂに到達する光量は増えるが、第一光導波路のコア１１ｂに入射した光の角度が大きくなり過ぎて、第一光導波路のコア１１ｂ内に閉じ込められる光量が減少してしまい、やはり、送信光２６による信号の伝送が困難となる場合が生じるからである。なお、受信光１６と送信光２６の光の波長は同一波長とすることができるが、別波長でもよい。

上述した第二光導波路のコア２１ｂを出射する光は、出射の際に屈折することから、当該屈折角に見合う位置に、前記第一光導波路のコア１１ｂが配置されるように、夫々、その高さが（図の例では、第一光導波路のコア１１ｂが第二光導波路のコア２１ｂの位置よりも高く）設定される。すなわち、第一光導波路のコア軸と第二光導波路のコア軸は、一直線上に設定することも可能であるが、必要に応じて上下方向にずらせて設定することができる。

そして、上述した光導波路のコア内の光は、既知のように、導波路のコアとクラッドとの間の屈折率の差により、その界面で全反射しながら伝搬する。そのため、送信光２６は、第二光導波路のコア２１ｂの傾斜端面２５を出射する際、コア２１ｂとクラッド２１ａ、２１ｃの屈折率から求められる開口数の広がり角を有することから、第二光導波路コア２１ｂの傾斜端面２５と第一光導波路のコア１１ｂの傾斜端面１５とを近づけて、第一光導波路のコア１１ｂに入射する光量を多くすることが好ましい。

そこで、図２に示すように、第一光導波路１１の傾斜端面１５を形成するクラッド１１ａの一部を除去することにより、第二光導波路のコア２１ｂの傾斜端面２５に対する第一光導波路のコア１１ｂの傾斜端面１５を近づけて、第一光導波路のコア１１ｂに入射できる送信光２６の光量を増やすことが好ましい。また、第二光導波路２１の傾斜端面２５を形成するクラッド２１ｃの一部を除去することにより、後述するモニター用受光素子に送信光２６の一部が届きやすくすることが好ましい。

また、第二光導波路のコア２１ｂの径（コア径）を、第一光導波路のコア１１ｂの径（コア径）より小さくすることにより、第一光導波路１１の傾斜端面１５のクラッド１１ａ、１１ｃに達する送信光２６の光量を減らし、結果として、第一光導波路のコア１１ｂに入射する送信光１６の光量を増大することも可能である。なお、この第二光導波路のコア２１ｂの傾斜端面２５から出射する送信光２６の広がり角は、第二光導波路２１のコア２１ｂ及びクラッド２１ａ、２１ｃの屈折率から求められる開口数により決まるのことから、当該第二光導波路２１のコア２１ｂの径は、第一光導波路１１のコア１１ｂの径に入射する光量が最大となるよう、適宜、設定される。

また、第二光導波路のコア２１ｂの屈折率を、第一光導波路のコア１１ｂの屈折率よりも小さいものとすることで、第二光導波路のコア２１ｂの傾斜端面から出射する送信光２６の広がり角を狭め、もって、第一光導波路のコア１１ｂヘ入射する光量を増やすことも可能である。この第二光導波路のコア２１ｂの屈折率は、送信光２６が当該コアを伝搬するように、クラッド２１ａ、２１ｃよりもその屈折率が０．００５程度大きければよく、そのため、適宜、選択することが可能である。なお、これらの材料の屈折率は、例えば、プリズムカップラーやエリプソメータ、又は、アッペ屈折率計等を用いて測定することが出来る。

更に、第一光導波路のコア１１ｂの傾斜端面１５と第二光導波路のコア２１ｂの傾斜端面２５とを、前述の角度に形成する方法としては、例えば、各光導波路に前述の角度となるように楔状に切込みを入れる方法、又は、第一光導波路と第二光導波路を前述の角度に加工して組み立てる方法が利用可能であり、光導波路の傾斜端面の加工法に応じて、適宜、選択可能である。

光導波路の傾斜端面の加工法としては、例えば、レーザーやルータ、又はダイシングソーなどによる方法が利用でき、形成される光導波路のコアの傾斜端面が平滑であり、かつ、所望の傾斜角度に加工されればよく、特に、制限されることはない。この光導波路のコアの傾斜端面は、その平滑性が低下すると当該界面での乱反射量が多くなり、所定の角へ偏向する光量が低減してしまうことから、その表面の粗さは小さい程、好ましい。実用的には、算術平均粗さ（Ｒａ）で、通信に用いる光波長の１／１０以下、より好ましくは１／１５以下程度であることが望まれる。なお、この粗さは、例えば、触針式計測器、共焦点式計測器等を用いて測定される。

図２に示した第一光導波路のコア１１ｂの傾斜端面１５と第二光導波路のコア２１ｂの傾斜端面２５を加工する場合には、例えば、それぞれ、先端断面が所望の傾斜角度と同様の傾斜をもつダイシングブレードを備えたダインングソーでダイシングして加工した後、組み立てる方法が可能であり簡便である。このダイシングソーとしては、例えば、（株）ディスコ製ＤＡＤ３２１などを用いることができる。ダイシングソーを用いることにより、例えば、実質的な角度誤差を±０．３°程度に抑えることが可能である。

＜双方向通信用光送受信器＞
図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明に係る双方向通信用光送受信器の一実施形態を示す図である。本実施形態では、上記双方向通信用光導波路の第一光導波路１１の傾斜端面の反対側の端部において他の素子（例えば光ファイバ）が接続され双方向の光信号（受信光及び送信光）の入出力が行われ、また第一光導波路１１の傾斜端面を介して受信光の出力が行われ、そして、第二光導波路２１の傾斜端面の反対側の端部において送信光の入力が行われる。

図示のように、光信号の入出力を行う第一光導波路１１の端部は、例えば、光ファイバと接続する入出射端を形成しており、例えば、市販のＭＴコネクタ３０と互換性のあるコネクタと結合されて接続部としている。このように接続部をコネクタ構造とすることにより、光信号の入出力に際しての調芯作業を不要としている。

図３において、この双方向通信用光送受信器は、第一光導波路１１、第二光導波路２１、受光素子４０及び発光素子４１を備えている。また、図の符号３１は、例えばセラミックパッケージ（基板）であり、その上には受光素子４０が搭載されている。また、セラミックパッケージ３１の上には、更に、これら光導波路などを配置する支持台としてのサブマウント３２が配置されている。サブマウント３２には受光素子４０用の貫通孔３２１が設けられている。発光素子４１はサブマウント３２の段部３２３または貫通孔３２４に配置される。図示のように、受光素子４０は、第一光導波路１１の一端と第二光導波路２１の一端との対向部に近接して配置され、そして、発光素子４１は、第二光導波路２１の他端に近接して配置されている。図中の符号３３は、受光素子４０及び発光素子４１と接続される電気信号の入出力用あるいは電力供給用のピンを示している。また、図中において、前記図１と同じ符号は、同様の構成要素を示している。

上述のように、第一光導波路１１を伝搬した受信光は、そのコア１１ｂの傾斜端面１５で全反射されて偏向されるので、当該偏向した受信光が到達する位置に上記受光素子４０の受光点を配置して、受信光を検出する。即ち、受光素子４０は第一光導波路１１のコア傾斜端面１５で全反射した光信号の進む方向に配置される。受光素子４０としては、第一光導波路１１とセラミックパッケージ３１との間に配置されることから、特に、平面型の受光素子が好ましく用いられる。また、この受光素子の電極は、素子が稼動できるよう結線されていればよく、またセラミックパッケージ３１との間でワイヤーボンディング等によって結線が可能な位置にあればよいので、例えば、第一光導波路１１の外側に位置するように設計されても良いが、これに代え、その受光面の裏面に電極を配した平面受光型素子を利用する構造によれば、結線スペースを省くこともでき、実装面積を低減できることから、送受信器のサイズを小さくできる利点があり、特に、好ましい。それらの受光素子の例としては、例えば、Ｐｉｎフォトダイ才一ド、アバランシェフォトダイオード等が挙げられる。

また、第二光導波路２１には、光信号の入力を行うための端面１７が形成されており、一方、端面発光型の発光素子４１が、その発光点が第二光導波路２１のコア２１ｂと一致する位置に配置されており、これにより、送信光の入力を行う。発光素子４１は、第二光導波路のコア２１ｂに光を入力すれば良く、例えば、図３（ａ）に示すように、第二光導波路２１へ光を入力する端面１７を、第二光導波路２１のコア２１ｂの軸に対して略垂直方向になるように形成した場合には、当該端面発光型の発光素子４１を、その発光点と第二光導波路２１の光入力側の端面１７におけるコア２１ｂとが、互いに相対（対向）する位置になるよう配置する。これにより、発光素子４１から第二光導波路２１のコア２１ｂへ光入力を行うことが可能となる。

また、図３（ｂ）に示すように、第二光導波路２１の光入力側の端面１８を略４５°の傾斜で形成した場合、当該端面１８で光が全反射することから、入力光の光路を９０°屈曲することが可能となり、図示のように、発光素子４１を第二光導波路２１の下面（下方）に配置することが可能になる。この場合、発光素子４１としては、平面型の発光素子を用いることが好ましく、これによれば、前述した受光素子の場合と同様に平面実装が可能となり、また、実装における加工効率を向上することによるコスト低減も可能となるという利点もある。平面型発光素子としては、例えば、ＶＣＳＥＬやＬＥＤ等が挙げられる。

ここで、ＶＣＳＥＬ等のレーザー素子は、例えば、外部温度によりその光出力が変動することから、安定した光出力を得るには、その光出力をモニターしてその変化量を観測し、その出力が一定になるようにレーザー素子の駆動電流を変化させる、所謂、フィードバック制御を行うことが好ましい。

そこで、本発明に係る双方向通信用送受信器には、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように、第二光導波路２１の傾斜端面２５、又は、第一光導波路１１の傾斜端面１５においてフレネル反射して漏れ出た光、即ち、第二光導波路２１のコア２１ｂを伝搬した送信光の極一部を検出してフィードバックするためのモニター用受光素子４２を備えることが好ましい。これによれば、導波路に新たな形状等を加えることなく、送信光の一部を検出でき、発光源であるレーザー素子（発光素子４１）のフィードバック制御が可能となる。なお、このモニター用受光素子４２は、上述したように、フレネル反射した漏れ光が到達する位置にその受光点が位置するように配置されるが、その受光面が光導波路面となるので、他の受発光素子４０、４１と結線（実装）方向が同一となるように、裏面電極をもつ平面型受光素子を用いることが好ましい。このモニター用受光素子４２としては、例えば前述したＰｉｎフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード等が挙げられる。

本双方向通信用送受信器において、第一光導波路１１、第二光導波路２１、受信光１６を検出する受光素子４０、及び、送信光２６を発生する発光素子４１は、それぞれ、その相対的高さ及び位置を合わせることが必要となるが、一般的に、セラミックパッケージ３１は、平面状に作製されている。そこで、これら光導波路や素子を、それぞれ、その所定の位置に配置するため、その高さに加工した支持台又は固定台（以下、単に支持台という）を備えることにより、この支持台に上記受発光素子や光導波路を接着・固定するだけで、その相対的高さ及び位置を合わせることが可能になる。

上述した支持台は、光導波路や素子を配置する部位の高さや配置用溝等がμオーダーの高精度に形成されていればよい。そして、この支持台には、素子の駆動用配線の自由度を向上することを目的として、受発光素子の配線回路を敷設する必要があること、更には、高精度な形状の作製が可能である等の点から、特に、上述のサブマウントを用いることが好ましい。このサブマウントの加工精度は、実質的に±３μｍ以下であるので、光を入出力するコアと受発光点とが充分に近接した相対配置を実現することが出来る。また、上述の加工精度によれば、マルチモード光導波路において常用されるコアサイズ５０μｍに対し、±１０％以下のレベルであり、実用上問題は生じない。このサブマウント材としては、例えば、Ｓｉ−ＳｉＣ、窒化アルミニウムセラミックス（ＡｌＮ）、焼結アルミシリコンカーバイト（Ｓｉｎｔｅｒｅｄ Ａｌ−ＳｉＣ）、アルミシリコンカーバイト（Ａｌ−ＳｉＣ）、銅タングステン合金（Ｃｕ−Ｗ）、銅モリブデン合金等が挙げられる。

以下、上記に述べた双方向通信用光導波路及び双方向通信用光送受信器について、実施例を示し本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。

＜光導波路の準備＞
コアが４本並んだ、４チャンネルマルチモード光導波路を用意した。コアのサイズは５０μｍ×５０μｍであり、その屈折率は１．５４６であった。また、コアを覆うクラッドの上下方向の厚みは５０μｍであり、クラッドの屈折率は１．５１２であった。

＜第一光導波路の形成＞
（株）ディスコ製ダイシングソーに、先端の半頂角が４５゜であるブレードを取り付け、上記光導波路に対し、４本のコアの並び（コアアレイ）に垂直に、所謂、法線方向に研削し、光導波路の端面に、そのコア軸に対しθ_１＝４５゜の傾斜端面を形成した。その後、上記ダイシングソーに取り付けたブレードを、先端に角度のないブレードに交換し、上記４５゜の傾斜端面を形成したコア１１ｂの下側にあるクラッド１１ａを、その境界面の位置から研削し、上記図２に示した形状の傾斜端面１５をもつ第一光導波路１１を形成した。

＜第二の光導波路の形成＞
上記ダイシングソーに、先端の半頂角が３５゜であるブレードを取り付け、上記と同様に、光導波路を構成する４本のコアの並び（コアアレイ）に垂直に、所謂、法線方向に研削し、光導波路の端面に、そのコア軸に対しθ_２＝５５゜の傾斜端面を形成した。次いで、上記光導波路を上下反転し、一方、ダイシングソーには先端に角度のないブレードをセット（交換）し、上記５５゜の傾斜端面を形成したコア２１ｂの下側にあるクラッド２１ａを、その境界面の位置から研削し、上記図２に示した形状の傾斜端面２５をもつ第二光導波路２１を形成した。

また、同一の先端に角度のないブレードを、上記光導波路に対して、４本のコアの並び（コアアレイ）に平行な方向に移動させ、再度、研削して、光導波路のコア軸に対し９０゜をなし、かつ、４本のコアの並び（コアアレイ）に垂直な光入力用端面１７（図３参照）を形成し、第二光導波路２１を得た。

＜受光素子の実装＞
セラミックパッケージ３１（図３参照）を用意した。このセラミックパッケージ３１の上には、サブマウント３２を接着した。このサブマウント３２は、その一部に、４チャンネルＰｉｎフォトダイオードアレイ（以下、４ｃｈ−ＰｉｎＰＤアレイ）を格納するための貫通孔３２１が形成されており、かつ、当該４ｃｈＰｉｎＰＤアレイの厚みよりも僅かに（例えば、５μｍ程度）高い位置に、第一光導波路１１及び第二光導波路２１を固定するための面３２２を形成した。このサブマウント３２では、更に、端面発光型のレーザーダイオード４１（以下、ＬＤ）を配置するための面を有する段部３２３を形成する。段部３２３は、当該ＬＤ４１の発光点が前記第一及び第二光導波路１１、２１を固定する面３２２よりも例えば７５μｍだけ高くなる平行な面を有する。サブマウント３２の材料は例えばＡｌＮである。

そして、上記サブマウント３２の４ｃｈ−ＰｉｎＰＤアレイ用の貫通孔３２１内には、波長８５０ｎｍに感度のある４ｃｈ−ＰｉｎＰＤアレイを、半田バンプにより、裏面電極でセラミックパッケージで導通するように実装した。

＜光導波路の固定＞
上記で用意した第一光導波路１１を、コア１１ｂの傾斜端面１５の位置が前記４ｃｈ−ＰｉｎＰＤアレイの各々の受光面に対して直上になる位置に配置し、接着して固定した。
次いで、第二光導波路２１を、その傾斜端面２５を下向きとし、さらに、第一光導波路１１のコア１１ｂの並び（コアアレイ）と第二光導波路２１のコア２１ｂの並び（コアアレイ）が直線上に配置されるように、接着し固定した。

＜発光素子の実装＞
発光素子４１として、発振波長が８５０ｎｍであるＬＤを用意し、上記サブマウント３２の段部３２３上にＬＤを配置し、その発光点、又は、その発光面に対する法線と第二光導波路２１のコア２１ｂが直線上に配置されるように固定し、その電極をワイヤーボンディングで導通して実装した。

以上により、通信波長８５０ｎｍの双方向通信用送受信器を完成させた。そして、この完成した双方向通信用送受信器に、波長８５０ｎｍの信号光を入射したところ、その挿入損失は、入射した受信光を基準として０．６ｄＢであり、また、各チャンネルでのバラツキは、０．２ｄＢに収まった。

また、この双方向通信用送受信器に使用した発光素子４１であるＬＤと同型のＬＤによる発光を基準として、送受信器から出射した送信光の挿入損失は、１．７ｄＢであり、また、各チャンネルでのバラツキは、０．５ｄＢであった。

第二光導波路２１として、コア２１ｂのサイズが４０μｍ×４０μｍであるものを用いたこと以外は、上記実施例１と同様にして、双方向通信用光送受信器を作製した。

この作製した双方向通信用送受信器に、上記と同様、波長８５０ｎｍの信号光を入射したところ、やはり、その挿入損失は、入射した受信光を基準として０．６ｄＢであり、また、各チャンネルでのバラツキは、０．２ｄＢに収まった。

また、この双方向通信用送受信器に使用した発光素子４１であるＬＤと同型のＬＤによる発光を基準として、送受信器から出射した送信光の挿入損失は、１．１ｄＢであり、また、各チャンネルでのバラツキは、０．５ｄＢであった。

第二光導波路２１として、コアの屈折率が１．５３１の材料を用いたこと以外は、上記実施例２と同様にして、双方向通信用光送受信器を作製した。

この作製した双方向通信用送受信器に、上記と同様、波長８５０ｎｍの信号光を入射したところ、やはり、その挿入損失は、入射した受信光を基準として０．６ｄＢであり、また、各チャンネルでのバラツキは、０．２ｄＢに収まった。

また、この双方向通信用送受信器に使用した発光素子４１であるＬＤと同型のＬＤによる発光を基準として、送受信器から出射した送信光の挿入損失は、１．０ｄＢであり、また、各チャンネルでのバラツキは、０．５ｄＢであった。

第一光導波路１１及び第二光導波路２１の傾斜端面１５、２５を、上記図２に示した形状に形成した。第二光導波路２１としては、上記の実施例３に用いた第二光導波路を用いた。

更に、第二光導波路２１の形成において、コア軸に対しθ_２＝５５゜の傾斜端面２５を形成した後、当該光導波路を上下反転させ、先端の半頂角が４５゜であるブレードによって研削して、図３（ｂ）に示したような光入力用端面（傾斜面）１８を形成した。

一方、サブマウント３２としては、ＡｌＮを材料とし、ＰｉｎＰＤ４０及びＶＣＳＥＬ４１よりも５μｍだけ高くなる厚さとし、かつ、図３（ｂ）に示すように、上記した４ｃｈ−ＰｉｎＰＤが納まる貫通孔３２１を設け、また発光素子４１である４チャンネルＶＣＳＥＬアレイが納まる貫通孔３２４を形成して用意した。

次いで、セラミックパッケージ３１の表面に、上記サブマウント３２と４ｃｈ−ＰｉｎＰＤ４０とを実装し、更に、第一光導波路１１をサブマウント３２上に接着して固定した後、発振波長８５０ｎｍの４チャンネルＶＣＳＥＬ４１を、サブマウント３２の４チャンネルＶＣＳＥＬアレイ用の貫通孔３２４内に挿入して実装した。その際、第一光導波路１１のコアアレイ（４つのコア１１ｂ）と該ＶＣＳＥＬの４つの発光点を結ぶ線が法線を成すと共に、それぞれの発光点が対応するコアの直線上に位置するようにＶＣＳＥＬアレイが固定される。そして、ワイヤーボンディングにより、その電極を駆動回路に導通するよう実装した。

そして、第一光導波路１１と相対（対向）する第二光導波路２１のコア傾斜端面２５が下向きで、４５゜の傾斜面からなる送信光入力用端面１８が上向きとなるように配置し、第一光導波路１１の４本のコア１１ｂと第二光導波路２１の４本のコア２１ｂが直線上に配置され、かつ、第二光導波路２１の４５゜傾斜した送信光入力用端面１８におけるコア２１ｂが、それぞれ、発光素子４１を構成するＶＣＳＥＬアレイの発光点の直上に位置するように配置しサブマウント３２上に接着して、双方向通信用光送受信器を作製した。ＶＣＳＥＬ（発光素子）４１からの光信号は第二光導波路２１の他端のコア傾斜面１８で反射され第二光導波路２１に入力されるようになる。

このようにして製作された双方向通信用送受信器に対し、波長８５０ｎｍの信号光を入射したところ、その挿入損失は、入射した受信光を基準として０．６ｄＢであり、また、各チャンネルでのバラツキも、０．２ｄＢに収まった。

また、この双方向通信用送受信器に使用した発光素子４１であるＬＤと同型のＬＤによる発光を基準として、送受信器から出射した送信光の挿入損失は、１．３ｄＢであり、また、各チャンネルでのバラツキは、０．５ｄＢであった。

上記実施例４で作製した双方向通信用送受信器において、受信光を検出するのに用いるものと同様の４ｃｈ−ＰｉｎＰＤを、更に、モニター用受光素子４２として、上記第一及び第二光導波路１１、２１の上面に、その受光面を向けて配置し、接着剤で固定する。これにより、発光素子４１を構成するＶＣＳＥＬアレイから送信される信号光（送信光）２６の一部が、第二光導波路２１に相対（対向）する第一光導波路１１のコア１１ｂの傾斜端面１５で反射され、それぞれ、対応する受光面に入射する。このモニター用受光素子４２としての４ｃｈ−ＰｉｎＰＤも、上記と同様に、ワイヤーボンディングにより、その裏面電極が駆動回路と導通するように、実装されている。以上により、送信光がモニターできる双方向通信用光送受信器を作製した。

このようにして製作された双方向通信用送受信器に対し、波長８５０ｎｍの信号光を入射したところ、その挿入損失は、入射した受信光を基準として０．６ｄＢであり、また、各チャンネルでのバラツキも、０．２ｄＢに収まった。

また、この双方向通信用送受信器に使用した発光素子４１であるＬＤと同型のＬＤによる発光を基準として、送受信器から出射した送信光の挿入損失は、１．３ｄＢであった。そして、上述したように、送信光２６の一部を受光した検出値からＶＣＳＥＬの駆動電流を変化させるフィードバック制御を行ったところ、各チャンネルのバラツキは、０．２ｄＢであった。

本発明は、双方向に光信号を伝搬するための双方向通信用光導波路及び光送受信器に関するものであり、産業上の利用可能性がある。

本発明に係る双方向通信用光導波路の一実施形態を示す図である。 本発明に係る双方向通信用光導波路の他の実施形態を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明に係る双方向通信用光送受信器の一実施形態を示す図である。

符号の説明

１１…第一光導波路
１１ａ，１１ｃ…第一光導波路のクラッド
１１ｂ…第一光導波路のコア
１５…第一光導波路の傾斜端面
１６…送受信器への受信光
２１…第二光導波路
２１ａ，２１ｃ…第二光導波路のクラッド
２１ｂ…第二光導波路のコア
２５…第二光導波路の傾斜端面
１６…送受信器への受信光
２６…送受信器からの送信光
３０…ＭＴコネクタ
３１…セラミックパッケージ
３２…サブマウント
４０…受光素子
４１…発光素子
４２…モニター用受光素子

Claims (11)

1. コアを有する第一光導波路及び第二光導波路を備え、光信号を双方向に伝搬するための双方向通信用光導波路であって、前記第一光導波路の一端と第二光導波路の一端が対向して配置され、前記第一光導波路の一端及び第二光導波路の一端のコア対向面がそれぞれコア軸に対して傾斜端面を形成し、前記第一光導波路の他端から伝搬される光信号を前記第一光導波路の一端のコア傾斜端面で全反射させることにより取り出し可能とし、かつ前記第二光導波路の他端から伝搬される光信号を前記第二光導波路の一端のコア傾斜端面で屈折させて前記第一光導波路の一端のコア傾斜端面を介して前記第一光導波路へ伝搬可能としたことを特徴とする双方向通信用光導波路。
2. 前記第二光導波路のコア径が、前記第一光導波路のコア径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の双方向通信用光導波路。
3. 前記第二光導波路のコアの屈折率が、前記第一光導波路のコアの屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の双方向通信用光導波路。
4. 前記第一光導波路の一端のコア傾斜端面がコア軸に対して４３゜〜４８゜の傾斜角を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の双方向通信用光導波路。
5. 前記第二光導波路の一端のコア傾斜端面がコア軸に対して５０゜〜６５゜の傾斜角を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の双方向通信用光導波路。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の双方向通信用光導波路を備えた双方向通信用光送受信器であって、前記第一光導波路の一端のコア傾斜端面で全反射した光信号の進む方向に配置された受光素子と、前記第二光導波路の他端に配置された発光素子とを備えたことを特徴とする双方向通信用光送受信器。
7. 前記第一光導波路及び第二光導波路を配置する支持台を備え、前記支持台が、前記受光素子を配置するための貫通孔と、前記発光素子を配置するための段部とを有することを特徴とする請求項６に記載の双方向通信用光送受信器。
8. 前記第二光導波路の他端のコア端面が、コア軸に対して傾斜面を有することを特徴とする請求項６に記載の双方向通信用光送受信器。
9. 前記第二光導波路の他端の傾斜面を有するコア端面で光信号が全反射して前記第二光導波路に入力するように前記発光素子を配置したことを特徴とする請求項８に記載の双方向通信用光送受信器。
10. 前記第一光導波路及び第二光導波路を配置する支持台を備え、前記支持台が、前記受光素子を配置するための貫通孔と、前記発光素子を配置するための貫通孔とを有することを特徴とする請求項９に記載の双方向通信用光送受信器。
11. 前記第二光導波路の一端のコア傾斜端面から出た光信号の一部が前記第一光導波路の一端のコア傾斜端面でフレネル反射される方向にモニター用受光素子を備えたことを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の双方向通信用光送受信器。

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