JP2009016594A - 半導体光素子の実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】屈折率整合ゲルの回り込みを防止した半導体レーザの実装構造を提供する。
【解決手段】光導波路１ａが形成されたＰＬＣプラットフォーム１に搭載された位相制御付きＳＯＡ２の一方の端から出射した信号光を光導波路１ａへ入射させてから位相制御付きＳＯＡ２へ再入射させ、他方の端から出射させる光出射素子の実装構造であって、位相制御付きＳＯＡ２は、他方の端がＰＬＣプラットフォーム１から突出した状態で搭載されており、位相制御付きＳＯＡ２の一方の端と光導波路１ａとの間には、屈折率整合ゲル３が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体光素子の実装構造に関し、特に、光出力をＰＬＣとは反対側から取り出す半導体光素子の実装構造に関する。

ブロードバンド時代を迎え、光伝送システムでは多様な光デバイスが用いられている。幹線系では、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）伝送システムの導入が進んでいる。

最近では、数十の光波長を多重化し、さらに高速な伝送を可能にするＤＷＤＭ装置（高密度波長分割多重装置）の活用も広がっている。これつれて、各ＷＤＭ伝送システムには、光波長ごとに対応した光源が必要となり、高多重化に伴ってその必要数が飛躍的に増加している。

さらに最近では、任意波長を各ノードでＡｄｄ／ＤｒｏｐするＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers）が商用化を目指しての検討が進行している。

光アクセス系では、よりローコストな光モジュールを実現すべく、様々なモジュール構造が提案されている。光アクセス系で用いられる構造は大きく二つに分類される。
一つは、モジュール内にビームスプリッタを導入し、上り、下りを異なる波長で結ぶことで全二重通信を実現する構造である。これはモジュール内に波長フィルタを導入したビームスプリッタ、半導体レーザ、受光素子が導入されている。しかしながら、モジュール構造が複雑であること、厳しい位置合わせ精度が求められることから、ローコスト要求に対応するのが困難と考えられている。

もう一つの構造として、ローコストな光モジュールを目指し、石英導波路が形成されたプラットフォーム上に半導体レーザや受光素子を実装する構造が提案されている。

図４に、光モジュールの構造の一例を示す。ＰＬＣ（Planar Lightwave Cuircuit）により、分岐導波路を形成する。光ファイバ１４は、Ｖ溝を用いてＰＬＣプラットフォーム１１上に無調整実装されている。この方法により、光ファイバコアと導波路１１ａとはμｍオーダで位置決めを行える。さらに、半導体レーザ１２はこれに形成されたマークパターンとＰＬＣプラットフォーム１１上に形成されたマークパターンの両者を赤外透過光を用いてマッチングさせることで、半導体レーザ１２及び光ファイバ１４と導波路との結合を、光軸調芯の必要無しにサブμｍオーダで行える。
この構成の光モジュールは、光軸調芯の作業を全て自動化でき、作成コストの低減に大きく貢献する。

導波路１１ａの折り返し部分には光フィルタ１５が配置されており、特定の波長の光のみが折り返され、他の波長の光はＰＤキャリア１７で支持されたＰＤ１６によって受光されるようになっている。

パッシブアライメントを用いたデバイスとして、図５に示す波長可変レーザがある。このデバイスはＷＤＭ伝送システムのキーデバイスとして位置付けられ、多くの研究機関において精力的に検討されている。この構造においてＰＬＣプラットフォーム２１上にはリング共振器三段２４が直列に接続されており、さらに導波路ミラー２５により折り返す構成となっている。

波長可変動作は、それぞれのリング共振器に形成されたヒータに通電することで、局所的に屈折率を変化させて位相制御を行うことによって実現する。リング共振器の一つは所定の周期（例えばＩＴＵグリッドの周期）に整合させており、これにより高精度な波長ロック動作を実現する。半導体光素子の一種である位相制御付きＳＯＡ２２（Semiconductor Optical Amplifier）は、パッシブアライメントにより、高精度にＰＬＣプラットフォーム２１上に実装される。
この構成の利点としては、可動部分の無い高信頼動作、波長可変レーザとしての機能を１Ｃｈｉｐに集積、簡易構造による製造コスト低減などがあげられる。

通常、パッシブアライメントによって半導体光素子を実装する場合、導波路と半導体光素子の屈折率とが異なるため、接続位置でのフレネル反射が発生する。これを防ぐため、ＰＬＣプラットフォームの導波路に近い屈折率整合ゲルを用いる。図５に示す例では、ＳＯＡ２２に、空気に対してではなく屈折率整合ゲル２３に対して無反射となるように無反射コーティングを施すことで、導波路に無反射コーティングを行わなくてもリップルの少ない安定動作を実現できる。

特許文献１には、接着層の端が光を出射する出射面よりも内側に引っ込む構造を採用することにより、接着層の端が出射面側にはみ出して盛り上がり、光路中に突出して出射光を遮ることを防止する発明が開示されている。
特開２００１−２７２５８２号公報

一般的に屈折率整合ゲルの粘性は低いため、導波路と位相制御付きＳＯＡとの接続点付近のみにこれを塗布しても、ゲルは広い範囲に拡散してしまう。よって、屈折率整合ゲルの場合には、特許文献１に記載の発明のように塗布領域の端が光の出射面よりも内側となるようにしても、ゲルの一部が光出射面に回り込んで光出射の妨げとなる可能性がある。すなわち、一部のゲルは位相制御付きＳＯＡの光出射部分にも回り込む場合があり、前面反射率が設計値よりも低下してしまったり、出射波面の変形によって光ファイバとの結合効率が低下してしまったりすることが懸念される。

このように、屈折率整合ゲルの回り込みは、特性変動を引き起こし、歩留まり低下を発生させる原因となる。特に、ここで述べた波長可変レーザのように、パッシブアライメント実装した半導体光素子から直接光を取り出すケースにおいては、これの回避が重要である。

本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、屈折率整合ゲルの回り込みを防止した半導体光素子の実装構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、光導波路が形成されたプラットフォームに搭載された半導体光素子の一方の端から出射した信号光を光導波路へ入射させてから半導体光素子へ再入射させ、半導体光素子の他方の端から出射させる半導体光素子の実装構造であって、半導体光素子は、他方の端がプラットフォームから突出した状態で該プラットフォームに搭載されており、半導体光素子の一方の端と光導波路との間には、屈折率整合ゲルが配置されていることを特徴とする半導体光素子の実装構造を提供するものである。

以上の構成においては、光導波路の端に形成されたミラーによって折り返した信号光を半導体光射素子へ再入射させることが好ましい。また、プラットフォームには、光導波路によって波長可変回路が形成されていることが好ましく、これに加えて、波長可変回路は、少なくとも１段のリング共振器によって構成されていることがより好ましい。また、屈折率整合ゲルの屈折率は、半導体光素子の屈折率よりも光導波路の屈折率に近いことが好ましい。

上記の何れの構成においても、半導体光素子は位相制御付き半導体光アンプであることが好ましい。又は、半導体光素子は、一方の端側に配置され光導波路と結合させられた位相制御付き半導体光アンプと、他方の端側に配置され再入射した信号光を変調する変調器とからなることが好ましい。

本発明によれば、屈折率整合ゲルの回り込みを防止した半導体光素子の実装構造を提供できる。

〔第１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。
図１、図２に、本実施形態に係る半導体光素子の実装構造を示す。ＰＬＣプラットフォーム１上には、位相制御付きＳＯＡ２がパッシブアライメントによって実装されている。パッシブアライメント技術は、ＰＬＣ基板面に形成されたマークパターンとＬＤチップのマークパターンとを用いて位置決めを行うものであり、これまで光モジュール作成の際に行われていた光軸調芯を不要として、モジュール作成のコストとリードタイムとを大きく改善できる。

ＰＬＣプラットフォーム１に形成されている導波路１１ａと位相制御付きＳＯＡ２に形成されている導波路２ａとの高さを合わせるために、位相制御付きＳＯＡ２とＰＬＣプラットフォーム１との間には台座６が配置されている。

位相制御付きＳＯＡ２と結合された導波路１ａには３段構成のリング共振器４が形成されており、さらに導波路ミラー５により折り返す構成となっており、これにより波長可変動作を行う。

パッシブアライメント実装された位相制御付きＳＯＡ２の端面は、ＰＬＣプラットフォーム１の端面よりも突き出ている。このような構成とすることで、粘度の低い屈折率整合ゲル３を用いた場合でも光出射端面に回り込まず、発振特性変動やファイバとの結合特性の劣化を防ぐことができる。

このように、光を取り出す素子（位相制御付きＳＯＡ２）の端面をＰＬＣプラットフォーム１から突き出た構成とすることで、屈折率整合ゲル３の端面への回り込みを防げる。これにより、発振特性の安定化やファイバとの良好な結合特性を高い歩留まりで実現できる。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。
図３に、位相制御付きＳＯＡ２に加え、変調器７を別チップとしてパッシブアライメント実装した場合の変調器集積波長可変レーザの構成を示す。第１の実施形態とほぼ同様の構成であるが、変調器７をさらに有する点で相違する。

この構成において変調器７の出射端の反射率は低いほど発振特性を安定化させられる。このため、出射端面に屈折率整合ゲル３が触れると変調器出射端の反射率が上昇し、波長可変レーザの発振動作が不安定になってしまう。加えて、出射波面の変形によるファイバとの結合特性低下も懸念される。

これらの不具合を防ぐため、光を取り出す変調器７の端面は、ＰＬＣプラットフォーム１よりも突き出た構成とする。これにより、屈折率整合ゲル３が変調器７の出射端面に触れることは無くなり、安定動作と高いファイバとの結合特性を実現できる。

このように、光を取り出す素子（変調器７）の端面をＰＬＣプラットフォーム１から突き出た構成とすることで、屈折率整合ゲル３の端面への回り込みを防げる。これにより、発振特性の安定化やファイバとの良好な結合特性を高い歩留まりで実現できる。

なお、上記実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはない。
例えば、上記各実施形態では、３段構成のリング共振器を用いて波長可変動作を行う構成を例としたが、リング共振器の段数は任意である。さらには、波長可変動作を行えるのであれば、必ずしもリング共振器を用いる必要はない。
また、上記各実施形態では、半導体光素子の一例として位相制御付きＳＯＡを用いた構成を例としたが、本発明は半導体レーザを始めあらゆる半導体光素子に適用可能であることは言うまでもない。
このように、本発明は様々な変形が可能である。

本発明を好適に実施した第１の実施形態に係る半導体レーザの構成を示す図である。 第１の実施形態に係る半導体レーザの構成を示す図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態に係る半導体レーザの構成を示す図である。 一般的な光モジュールの構成を示す図である。 リング共振回路を用いた波長可変レーザの構成を示す図である。

符号の説明

１、１１、２１ ＰＬＣプラットフォーム
１ａ、２ａ、１１ａ 導波路
２、２２ 位相制御付きＳＯＡ
３、１３、２３ 屈折率調整ゲル
４、２４ リング共振器
５ 導波路ミラー
６ 台座
７ 変調器
１２ 半導体レーザ
１４ 光ファイバ
１５ 光フィルタ
１６ ＰＤ
１７ ＰＤキャリア

Claims (7)

1. 光導波路が形成されたプラットフォームに搭載された半導体光素子の一方の端から出射した信号光を前記光導波路へ入射させてから前記半導体光素子へ再入射させ、前記半導体光素子の他方の端から出射させる半導体光素子の実装構造であって、
   前記半導体光素子は、前記他方の端が前記プラットフォームから突出した状態で該プラットフォームに搭載されており、
   前記半導体光素子の一方の端と前記光導波路との間には、屈折率整合ゲルが配置されていることを特徴とする半導体光素子の実装構造。
2. 前記光導波路の端に形成されたミラーによって折り返した信号光を前記半導体光射素子へ再入射させることを特徴とする請求項１記載の半導体光素子の実装構造。
3. 前記プラットフォームには、前記光導波路によって波長可変回路が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体光素子の実装構造。
4. 前記波長可変回路は、少なくとも１段のリング共振器によって構成されていることを特徴とする請求項３記載の半導体光素子の実装構造。
5. 前記屈折率整合ゲルの屈折率は、前記半導体光素子の屈折率よりも前記光導波路の屈折率に近いことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の半導体光素子の実装構造。
6. 前記半導体光素子は位相制御付き半導体光アンプであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の半導体光素子の実装構造。
7. 前記半導体光素子は、前記一方の端側に配置され前記光導波路と結合させられた位相制御付き半導体光アンプと、前記他方の端側に配置され前記再入射した信号光を変調する変調器とからなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の半導体光素子の実装構造。

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