JP2009104071A

JP2009104071A - Optical module

Info

Publication number: JP2009104071A
Application number: JP2007277915A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Kasahara; 亮一笠原; Takao Fukumitsu; 高雄福満; Akemasa Kaneko; 明正金子; Motohaya Ishii; 元速石井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: JP4699435B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical module which reduces connection loss due to axis displacement caused by inconsistency of warpage. <P>SOLUTION: An optical fiber array 1a and an optical fiber 1c are optically connected to an input optical waveguide array 3a of a PLC chip 2 and to an output optical waveguide 5b of a PLC chip 4, respectively. Also, an output optical waveguide array 3b of the PLC chip 2 and an input optical waveguide array 5a of the PLC chip 4 are optically connected. The optical fiber arrays 1a, 1b have no warpage, wherein optical fibers having a prescribed outer diameter are arrayed in line with spaces equal to or more than the outer diameter. The PLC chips 2, 4 are defined to have a warpage with dimensions different from each other. The output optical waveguide array 3b of the PLC2 and the input optical waveguide array 5a of the PLC 4 which directly and optically connect the PLC's 2, 4 are designed to have an array spacing as narrow as possible. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光モジュールに関し、より詳細には、平面光波回路基板の反りの不整合により生じる光導波路間の軸ずれを抑制して接続損失が低減された光モジュールに関する。 The present invention relates to an optical module, and more particularly to an optical module in which a connection loss is reduced by suppressing an axial shift between optical waveguides caused by a mismatch of warpage of a planar lightwave circuit board.

近年、インターネットを中心としたトラフィック量の増大により、波長分割多重を用いた大容量光通信システムの要求がますます高まっている。大容量光通信システムを実現する光通信用部品として、平面光波回路（ＰＬＣ）技術により作製され、複数の機能を備えた光機能素子を組み合わせた高機能光モジュールが期待を集めており、例えば、波長合分波器であるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）と可変光減衰器（ＶＯＡ）アレイとモニタＰＤアレイを集積した可変光減衰器付き合分波器（Ｖ−ＡＷＧ）などが実現されている。これらの高機能光モジュールは、最近特に大容量光通信システムのメトロネットワークへの適用が開始されたことから、小型化、高密度化、高機能化が強く求められている。これらの要求に応えるべく、１つの基板上に複数の機能を有する光機能素子を集積化したシングルチップ集積型高機能光モジュールも開発されている。しかし、シングルチップ集積型高機能光モジュールは、１つの基板上に異なる機能を有する複数の光機能素子を集積化するため、製造工程が複雑になり、個々の光機能素子を最適な製造プロセスや導波路構造で作製できないといった問題があり、光機能素子を複数のＰＬＣ基板上にそれぞれの最適な製造プロセスと導波路構造で形成し、それらを光結合するように接続した光モジュールが主に製造されている。 In recent years, the demand for large-capacity optical communication systems using wavelength division multiplexing is increasing due to an increase in traffic volume centered on the Internet. As a component for optical communication that realizes a large-capacity optical communication system, a high-performance optical module that is produced by a planar lightwave circuit (PLC) technology and combines optical functional elements having a plurality of functions is attracting expectations. Wavelength multiplexer / demultiplexer arrayed waveguide diffraction grating (AWG), variable optical attenuator (VOA) array and monitor PD array integrated optical multiplexer / demultiplexer with variable optical attenuator (V-AWG) Yes. These high-performance optical modules have recently been particularly applied to metro networks in large-capacity optical communication systems, and thus there is a strong demand for miniaturization, high density, and high functionality. In order to meet these requirements, single-chip integrated high-performance optical modules in which optical functional elements having a plurality of functions are integrated on a single substrate have been developed. However, since a single-chip integrated high-performance optical module integrates a plurality of optical functional elements having different functions on a single substrate, the manufacturing process becomes complicated, and individual optical functional elements are There is a problem that it cannot be manufactured with a waveguide structure, and an optical functional element is mainly manufactured by forming an optical functional element on a plurality of PLC substrates with each optimum manufacturing process and waveguide structure, and connecting them so as to optically couple them. Has been.

図５に、複数のＰＬＣチップを光ファイバで接続したＰＬＣモジュールの構成を示す。これは可変光減衰器付き波長合波器を作製した一例である。ＰＬＣチップ１１の入力光導波路アレイ１２ａ、出力光導波路アレイ１２ｂには、それぞれ光ファイバアレイ１ａ、１ｂが光接続されている。また、ＰＬＣチップ１３の入力光導波路アレイ１４ａ、出力光導波路１４ｂには、それぞれ光ファイバアレイ１ｂ、光ファイバ１ｃが光接続されている。ＰＬＣチップ１１の入力光導波路アレイ１２ａと出力光導波路アレイ１２ｂは、ＶＯＡアレイ３１を介して接続され、ＰＬＣチップ１３の入力光導波路アレイ１４ａと出力光導波路アレイ１４ｂは、ＡＷＧ５１を介して接続されている。ＰＬＣチップ１１、１３は光ファイバアレイ１ｂを介して互いに光接続されている。ＰＬＣのアレイ間隔は、導波路設計にも依存するが、およそ１０〜３０μｍまで縮めることができる。一方、光ファイバアレイは、アレイ間隔を光ファイバの外径までしか縮めることができず、標準的な光ファイバの外径は１２５μｍである。そのため、ＰＬＣに光ファイバアレイを接続する場合には、入出力光導波路アレイ１２ａ、１２ｂ、１４ａのアレイ間隔は、光ファイバアレイ１ａ、１ｂのアレイ間隔以上にしなければならないという制約を受ける。 FIG. 5 shows a configuration of a PLC module in which a plurality of PLC chips are connected by optical fibers. This is an example of producing a wavelength multiplexer with a variable optical attenuator. Optical fiber arrays 1a and 1b are optically connected to the input optical waveguide array 12a and the output optical waveguide array 12b of the PLC chip 11, respectively. The optical fiber array 1b and the optical fiber 1c are optically connected to the input optical waveguide array 14a and the output optical waveguide 14b of the PLC chip 13, respectively. The input optical waveguide array 12a and the output optical waveguide array 12b of the PLC chip 11 are connected via a VOA array 31, and the input optical waveguide array 14a and the output optical waveguide array 14b of the PLC chip 13 are connected via an AWG 51. Yes. The PLC chips 11 and 13 are optically connected to each other via the optical fiber array 1b. The array interval of PLC depends on the waveguide design, but can be reduced to about 10 to 30 μm. On the other hand, in the optical fiber array, the array interval can be reduced only to the outer diameter of the optical fiber, and the outer diameter of a standard optical fiber is 125 μm. Therefore, when an optical fiber array is connected to the PLC, the array interval between the input / output optical waveguide arrays 12a, 12b, and 14a is restricted to be greater than the array interval of the optical fiber arrays 1a and 1b.

複数のＰＬＣチップを接続する別の方法として、図６のように光ファイバアレイを介さずにＰＬＣチップの光導波路端面を突き合わせて光接続する方法もある（特許文献１参照）。この方法では、ＰＬＣチップ間を光ファイバで接続しないため、ファイバ接続工程が不要になり、ファイバ部材も不要になるため低コスト化が可能となり、また、ファイバの取り回し等がなくなるため、小型化が可能となる。 As another method of connecting a plurality of PLC chips, there is a method of optically connecting the end faces of the optical waveguides of the PLC chips without using an optical fiber array as shown in FIG. 6 (see Patent Document 1). In this method, since the PLC chips are not connected by optical fibers, a fiber connection process is not required, and a fiber member is also unnecessary, so that the cost can be reduced, and further, the handling of the fiber is eliminated, so that the size can be reduced. It becomes possible.

上記のような方法を利用することで、複数のＰＬＣチップに異なる機能を有する光機能素子を形成し、それらを接続した高機能光モジュールが製造されている。 By using the method as described above, an optical functional element having different functions is formed on a plurality of PLC chips, and a high-function optical module in which they are connected is manufactured.

特開２００６−２４３３９１号公報JP 2006-243391 A

しかしながら、異なる機能を有する光機能素子を複数のＰＬＣチップに形成する際、それぞれの最適なプロセス、及び、導波路構造が用いられるため、各ＰＬＣチップにはそれぞれ異なる大きさの反りが生じることがある。例えば、ＡＷＧや光スプリッタなどの熱光学効果を使用しない光機能素子の場合には、成膜にかかる製造コストを低減するため、光機能素子の特性を劣化させない範囲で、光が伝搬するコアと基板の間の下部クラッド層を薄くした導波路構造が用いられる。これに対して、熱光学光スイッチ（ＴＯ−ＳＷ）や熱光学可変光減衰器（ＶＯＡ）などの熱光学効果を使用する光機能素子の場合には、光導波路上のＰＬＣチップ表面に形成した薄膜ヒータへの電力印加によって、光が伝搬するコアをより効率的に加熱するために下部クラッド層を厚くした導波路構造が用いられる。この場合、基板として使用されるシリコンと導波路材料である石英ガラスの熱膨張係数の違いと、導波路材料である石英ガラス形成時の温度と室温の違いに起因してＰＬＣチップの反りが発生する。ＰＬＣチップの反りは、一般に基板上に形成される導波路材料が厚いほど大きくなるため、下部クラッド層が厚い導波路構造をとる熱光学効果を用いた光機能素子を形成したＰＬＣチップの反りが大きくなる。そのため、反りの異なるＰＬＣチップ同士を接続する際、反りの不整合から軸ずれが生じて接続損失が増大するという課題があった。さらには、この場合に光結合させる光導波路アレイの幅（光導波路アレイの両端の光導波路間の距離）が広いほど、反りの不整合により生じる軸ずれに起因した接続損失がより大きいという課題があった。 However, when optical functional elements having different functions are formed on a plurality of PLC chips, since each optimum process and waveguide structure are used, warping of different sizes may occur in each PLC chip. is there. For example, in the case of an optical functional element that does not use a thermo-optic effect, such as an AWG or an optical splitter, in order to reduce the manufacturing cost for film formation, the core through which light propagates within a range that does not deteriorate the characteristics of the optical functional element A waveguide structure is used in which the lower cladding layer between the substrates is thin. On the other hand, in the case of an optical functional element using a thermo-optic effect such as a thermo-optic optical switch (TO-SW) or a thermo-optic variable optical attenuator (VOA), it is formed on the surface of the PLC chip on the optical waveguide. A waveguide structure with a thick lower cladding layer is used to more efficiently heat the core through which light propagates by applying power to the thin film heater. In this case, warpage of the PLC chip occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between silicon used as the substrate and quartz glass as the waveguide material and the difference in temperature and room temperature when forming the quartz glass as the waveguide material. To do. Since the warp of the PLC chip generally increases as the waveguide material formed on the substrate is thicker, the warp of the PLC chip on which the optical functional element using the thermo-optic effect having a waveguide structure with a thick lower cladding layer is formed. growing. For this reason, when connecting PLC chips having different warpages, there has been a problem in that axial loss occurs due to warpage mismatch and connection loss increases. Further, in this case, the larger the width of the optical waveguide array to be optically coupled (distance between the optical waveguides at both ends of the optical waveguide array) is, the larger the connection loss due to the axis misalignment caused by the warp mismatch is. there were.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、反りの不整合から生じる軸ずれに起因する接続損失を低減して、低損失性に優れた光モジュールを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to reduce an optical loss excellent in low loss by reducing connection loss due to misalignment caused by warpage mismatch. It is to provide.

このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上に光導波路からなる光機能素子が形成された少なくとも２つの平面光波回路基板が光接続された光モジュールであって、前記平面光波回路基板は、平面光波回路基板同士を光接続する第１の入出力光導波路アレイを有し、前記平面光波回路基板の内少なくとも１つは、前記第１の入出力光導波路アレイに加えて光ファイバアレイと光接続する第２の入出力光導波路アレイを有し、前記第１の入出力光導波路アレイのアレイ間隔が、前記第２の入出力光導波路アレイのアレイ間隔よりも狭いことを特徴とする。 In order to achieve such an object, the invention described in claim 1 is an optical module in which at least two planar lightwave circuit boards each having an optical functional element comprising an optical waveguide formed on a substrate are optically connected. The planar lightwave circuit board includes a first input / output optical waveguide array that optically connects the planar lightwave circuit boards, and at least one of the planar lightwave circuit boards includes the first input / output optical waveguide array. A second input / output optical waveguide array optically connected to the optical fiber array, wherein an array interval of the first input / output optical waveguide array is larger than an array interval of the second input / output optical waveguide array. It is characterized by being narrow.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光モジュールにおいて、前記平面光波回路基板上に複数の前記光機能素子が形成されてアレイを成し、前記第１の入出力光導波路アレイのアレイ間隔が、前記光機能素子のアレイ間隔よりも狭いことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the optical module according to the first aspect, a plurality of the optical functional elements are formed on the planar lightwave circuit board to form an array, and the first input / output optical waveguide array The array interval is narrower than the array interval of the optical functional elements.

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光モジュールにおいて、前記第２の入出力光導波路を有する前記平面光波回路基板が、複数の前記平面光波回路基板の内最も反りが小さいことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the optical module according to the first or second aspect, the planar lightwave circuit board having the second input / output optical waveguide is the most of the plurality of planar lightwave circuit boards. It is characterized by small warpage.

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３の何れかに記載の光モジュールにおいて、前記第１の入出力光導波路アレイのアレイ間隔が、前記第２の入出力光導波路アレイに接続される光ファイバアレイに用いる光ファイバの外径よりも小さいことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the optical module according to any one of the first to third aspects, an array interval of the first input / output optical waveguide array is the same as that of the second input / output optical waveguide array. It is smaller than the outer diameter of the optical fiber used for the optical fiber array to be connected.

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４の何れかに記載の光モジュールにおいて、前記各平面光波回路基板の接続端面内の各光導波路が、反りに対応した固有の曲率を持つ曲線上に配置されていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the optical module according to any one of the first to fourth aspects, each optical waveguide in the connection end surface of each planar lightwave circuit board has a specific curvature corresponding to the warp. It is arranged on the curve which has.

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５の何れかに記載の光モジュールにおいて、前記平面光波回路基板が、シリコンないし石英を基板材料とし、石英ガラスないし有機物を導波路材料として形成されたものであることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the optical module according to any one of the first to fifth aspects, the planar lightwave circuit substrate is made of silicon or quartz as a substrate material, and quartz glass or organic material is taken as a waveguide material. It is formed.

本発明によれば、複数の平面光波回路基板を光接続した際に、平面光波回路基板の反りの不整合から生じる軸ずれを小さくして、軸ずれに起因する接続損失を低減することが可能になる。 According to the present invention, when a plurality of planar lightwave circuit boards are optically connected, it is possible to reduce axial misalignment caused by warpage mismatch of the planar lightwave circuit boards and reduce connection loss due to axial misalignment. become.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、１つの熱光学効果を用いた可変光減衰器（ＶＯＡ）アレイと、１つの波長合分波器として機能するアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を別の平面光波回路基板上に作製し、それらを光接続して、可変光減衰器付き波長合波器を製造した場合について記述するが、本発明はこれに制限されるものではなく、例えば、２つのＡＷＧと１つのＶＯＡアレイと１つの熱光学効果を用いた光スイッチアレイから構成されるＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）スイッチモジュールなどの他の形態の光モジュールでも同様の接続損失低減の効果を奏する。また、以下の実施形態では、基板材料としてシリコンを使用し、導波路材料として石英ガラスを使用した場合について記述するが、本発明はこれに制限されるものではなく、例えば、基板材料、導波路材料として他の無機材料や有機材料、半導体材料を使用した場合などの、他の材料からなる光モジュールでも同様の接続損失低減の効果を奏する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, a variable optical attenuator (VOA) array using one thermo-optic effect and an arrayed waveguide diffraction grating (AWG) functioning as one wavelength multiplexer / demultiplexer are used as separate planar lightwave circuits. A case where a wavelength multiplexer with a variable optical attenuator is manufactured by fabricating on a substrate and optically connecting them, but the present invention is not limited to this, for example, two AWGs and 1 A similar connection loss reduction effect can be achieved with other types of optical modules such as a ROADM (Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexer) switch module composed of an optical switch array using one VOA array and one thermo-optic effect. In the following embodiments, the case where silicon is used as the substrate material and quartz glass is used as the waveguide material will be described. However, the present invention is not limited to this. For example, the substrate material, the waveguide An optical module made of another material, such as a case where another inorganic material, organic material, or semiconductor material is used as the material, has the same effect of reducing the connection loss.

（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１に係る光モジュールの構成を示す。本実施形態は、１００チャンネルの可変光減衰器付き波長合分波器を製造した一例である。本回路は光ファイバアレイ１ａと光ファイバ１ｃが、ＰＬＣチップ２の入力光導波路アレイ３ａとＰＬＣチップ４の出力光導波路５ｂにそれぞれ光接続されている。また、ＰＬＣチップ２の出力光導波路アレイ３ｂとＰＬＣ４の入力光導波路アレイ５ａとが光接続されている。入力光導波路アレイ３ａと出力光導波路アレイ３ｂはＶＯＡアレイ３１を介して接続され、入力光導波路アレイ５ａと出力光導波路５ｂはＡＷＧ５１を介して接続されている。本実施形態では、光ファイバアレイ１ａと、ＰＬＣチップ２の出力光導波路アレイ３ｂと、ＰＬＣチップ４の入力光導波路５ａは何れも１００心であり、ＶＯＡアレイ３１と、ＡＷＧ５１は何れも１００チャネル品である。また、ＶＯＡアレイ３１のアレイ間隔は、光ファイバアレイ１ａのアレイ間隔と同じ１２５μｍである。光ファイバアレイ１ａで用いた光ファイバは標準的な外径が１２５μｍのものを使用し、外径と同じ１２５μｍの間隔で配置されている。光ファイバアレイ１ａは反りがなく、光ファイバが一直線上に並んでいる。一方、ＰＬＣチップ２、４は、それぞれ曲率半径で表して３ｍ、２０ｍと異なる大きさの反りを有している。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration of an optical module according to Embodiment 1 of the present invention. This embodiment is an example in which a wavelength multiplexer / demultiplexer with a variable optical attenuator having 100 channels is manufactured. In this circuit, an optical fiber array 1a and an optical fiber 1c are optically connected to an input optical waveguide array 3a of the PLC chip 2 and an output optical waveguide 5b of the PLC chip 4, respectively. Further, the output optical waveguide array 3b of the PLC chip 2 and the input optical waveguide array 5a of the PLC 4 are optically connected. The input optical waveguide array 3a and the output optical waveguide array 3b are connected via a VOA array 31, and the input optical waveguide array 5a and the output optical waveguide 5b are connected via an AWG 51. In this embodiment, the optical fiber array 1a, the output optical waveguide array 3b of the PLC chip 2, and the input optical waveguide 5a of the PLC chip 4 are all 100 cores, and the VOA array 31 and the AWG 51 are both 100-channel products. It is. The array interval of the VOA array 31 is 125 μm, which is the same as the array interval of the optical fiber array 1a. The optical fibers used in the optical fiber array 1a have a standard outer diameter of 125 μm, and are arranged at the same 125 μm interval as the outer diameter. The optical fiber array 1a has no warp, and the optical fibers are aligned. On the other hand, the PLC chips 2 and 4 each have a warp with a magnitude different from 3 m and 20 m in terms of the radius of curvature.

ここで、基板の反りに関して詳細に説明する。ＰＬＣチップは、シリコン基板上に、石英を主成分とするガラスからなる導波路材料を用いて埋め込み型導波路を形成して作製されている。石英を主成分とするガラスの製法としては、火炎堆積法（ＦＨＤ）やスパッタ法、ＣＶＤ法などが挙げられるが、何れも成膜の際に基板温度が室温と比べて高温になる。シリコンと石英ガラスは熱膨張係数が異なるため、シリコン基板上に石英を主成分とするガラスの薄膜を形成したＰＬＣチップが成膜時の高温状態から室温に冷却されると、シリコンと石英を主成分とするガラスの熱収縮の違いに起因して、ＰＬＣチップに反りが生じる。また、この時、石英を主成分とするガラスの薄膜の厚さが厚いほど、ＰＬＣチップの反りは大きくなる。 Here, the warping of the substrate will be described in detail. The PLC chip is manufactured by forming a buried waveguide on a silicon substrate using a waveguide material made of glass mainly composed of quartz. Examples of a method for producing glass containing quartz as a main component include a flame deposition method (FHD), a sputtering method, a CVD method, and the like. In any case, the substrate temperature is higher than the room temperature during film formation. Since silicon and quartz glass have different coefficients of thermal expansion, when a PLC chip in which a glass thin film mainly composed of quartz is formed on a silicon substrate is cooled from room temperature to room temperature, silicon and quartz are mainly used. The PLC chip is warped due to the difference in thermal shrinkage of glass as a component. At this time, the warp of the PLC chip increases as the thickness of the glass thin film mainly composed of quartz increases.

ここで、本実施形態では、熱光学効果を用いたＶＯＡアレイ３１が形成されているＰＬＣチップ２は、ＶＯＡアレイ３１の光減衰量調整のために必要な消費電力を低減するために、光が伝搬するコアと基板として用いるシリコン基板との間のガラス層である、下部クラッド層の厚さが５０μｍと厚く設定されている。一方、ＡＷＧ５１が形成されているＰＬＣチップ４は、熱光学効果を用いないために下部クラッド層を厚くする必要が無いため、成膜コスト低減を目的に、下部クラッド層の厚さが２０μｍと薄く設定されている。下部クラッド層の厚さが厚いと、シリコン基板上の石英を主成分とするガラスの薄膜の厚さが厚くなるため、ＰＬＣチップ２はＰＬＣチップ４に比べて反りが大きくなる。 Here, in the present embodiment, the PLC chip 2 on which the VOA array 31 using the thermo-optic effect is formed is configured to transmit light in order to reduce power consumption necessary for adjusting the optical attenuation amount of the VOA array 31. The thickness of the lower cladding layer, which is a glass layer between the propagating core and the silicon substrate used as the substrate, is set to be as thick as 50 μm. On the other hand, since the PLC chip 4 on which the AWG 51 is formed does not use the thermo-optic effect, it is not necessary to increase the thickness of the lower cladding layer. Therefore, the thickness of the lower cladding layer is as thin as 20 μm for the purpose of reducing the film formation cost. Is set. When the thickness of the lower clad layer is large, the thickness of the glass thin film mainly composed of quartz on the silicon substrate is increased, so that the warp of the PLC chip 2 is larger than that of the PLC chip 4.

ＰＬＣチップ２の入力光導波路アレイ３ａは、光ファイバアレイ１ａと光接続するため、光ファイバアレイ１ａに合わせてアレイ間隔が１２５μｍに設計されている。一方、ＰＬＣ２、４を直接光接続するＰＬＣチップ２の出力光導波路アレイ３ｂとＰＬＣチップ４の入力光導波路アレイ５ａは、図６に示す従来のモジュール構成とは異なり、アレイ間隔を４０μｍまででき得る限り狭くしている。ここで、アレイ間隔の下限は導波路設計によって決定され、特に光が伝搬するコアの寸法と、クラッドとコアの屈折率差と、導波路を近接させる領域の長さに依存する。使用する導波路設計に応じて、近接した導波路間で発生する光結合が十分に小さくなるように設計する必要がある。 Since the input optical waveguide array 3a of the PLC chip 2 is optically connected to the optical fiber array 1a, the array interval is designed to be 125 μm according to the optical fiber array 1a. On the other hand, the output optical waveguide array 3b of the PLC chip 2 that directly optically connects the PLCs 2 and 4 and the input optical waveguide array 5a of the PLC chip 4 can have an array interval of up to 40 μm, unlike the conventional module configuration shown in FIG. As narrow as possible. Here, the lower limit of the array spacing is determined by the waveguide design, and in particular depends on the size of the core through which light propagates, the refractive index difference between the cladding and the core, and the length of the region in which the waveguide is close. In accordance with the waveguide design to be used, it is necessary to design the optical coupling generated between adjacent waveguides to be sufficiently small.

以下、反りの大きさの異なる導波路アレイを光接続した際の、アレイ間隔と接続損失の関係について図２を用いて説明する。 Hereinafter, the relationship between the array interval and the connection loss when the waveguide arrays having different warpages are optically connected will be described with reference to FIG.

図２（ａ）、（ｂ）に、反りの無い導波路アレイと反りのある導波路アレイの間で発生する軸ずれとアレイ間隔の大きさとの関係を示したものである。導波路アレイのアレイ間隔は、図２（ａ）、（ｂ）で、それぞれ１２５μｍ、４０μｍである。反りのある導波路アレイの反りの大きさと導波路の数は図２（ａ）、（ｂ）どちらも同じであるが、軸ずれ幅ｄはアレイ間隔に依存し、アレイ間隔が広いほど軸ずれ幅ｄが大きくなる。したがって、アレイ間隔を狭めることによって軸ずれ幅ｄを抑制することができる。この効果は、反りが小さな導波路アレイと反りの大きな導波路アレイの間で生じる軸ずれに対しても同様に得られる。 FIGS. 2A and 2B show the relationship between the misalignment between the waveguide array having no warp and the waveguide array having the warp and the size of the array interval. The array intervals of the waveguide array are 125 μm and 40 μm, respectively, in FIGS. 2 (a) and 2 (b) are the same in warpage of the waveguide array with warpage and the number of waveguides, but the axis deviation width d depends on the array interval, and the wider the array interval, the more the axis deviation. The width d increases. Therefore, the axis deviation width d can be suppressed by narrowing the array interval. This effect can be similarly obtained with respect to an axial misalignment generated between a waveguide array having a small warp and a waveguide array having a large warp.

図３に、反りが曲率半径で表して３ｍの曲線上に配置された導波路アレイと反りの無い導波路アレイを接続した場合のアレイ間隔と接続損失の関係を示す。ここで、導波路アレイのモードフィールド径（光強度が１／ｅ²となる光強度分布の幅）は何れも１０μｍとし、導波路アレイの本数は１００本とし、アレイ導波路間隔は４０μｍ、１２５μｍとした。この場合、アレイ間隔が１２５μｍのときは軸ずれ幅ｄが最大で約３．２μｍとなり、アレイ間隔が４０μｍのときは軸ずれ幅ｄが最大で約０．３μｍとなる。アレイ間隔が１２５μｍの場合の接続損失は最大で約１．８ｄＢであったが、アレイ間隔が４０μｍのときの接続損失は最大で約０．０２ｄＢであった。このように、反りの大きさが異なる導波路アレイを光接続する場合、アレイ間隔を狭めることによって軸ずれによる接続損失を大幅に改善することができる。 FIG. 3 shows the relationship between the array spacing and the connection loss when a waveguide array in which a warp is expressed by a radius of curvature is arranged on a 3 m curve and a waveguide array without a warp is connected. Here, the mode field diameter of the waveguide array (the width of the light intensity distribution at which the light intensity becomes 1 / e ² ) is 10 μm, the number of the waveguide arrays is 100, and the array waveguide spacing is 40 μm and 125 μm. It was. In this case, the maximum axis deviation width d is about 3.2 μm when the array interval is 125 μm, and the maximum axis deviation width d is about 0.3 μm when the array interval is 40 μm. The maximum connection loss when the array spacing was 125 μm was about 1.8 dB, but the maximum connection loss when the array spacing was 40 μm was about 0.02 dB. As described above, when optically connecting waveguide arrays having different warp sizes, it is possible to significantly improve the connection loss due to the axial deviation by narrowing the array interval.

このことから、本実施形態において、ＰＬＣ同士を直接接続するＰＬＣチップ２の出力光導波路アレイ３ｂとＰＬＣチップ４の入力光導波路アレイ５ａのアレイ間隔を、ＶＯＡアレイ３１のアレイ間隔である１２５μｍのままとせず、４０μｍまででき得る限り狭くすることで、光モジュールの損失を大幅に低減することができる。 From this, in this embodiment, the array interval between the output optical waveguide array 3b of the PLC chip 2 and the input optical waveguide array 5a of the PLC chip 4 that directly connect the PLCs remains 125 μm, which is the array interval of the VOA array 31. Instead, the loss of the optical module can be greatly reduced by making the width as narrow as possible to 40 μm.

（実施形態２）
図４に、本発明の実施形態２に係る光モジュールの構成を示す。本実施形態も、実施形態１と同様に１００チャネルの可変減衰器付き波長合波器を作製した一例である。光ファイバアレイ１ａ、１ｃが、ＰＬＣチップ８の入力光導波路アレイ９ａ、出力光導波路１０ｂにそれぞれ光接続されている。ＰＬＣチップ８はＰＬＣチップ６と直接接続されており、ＰＬＣチップ８の出力光導波路アレイ９ｂ、入力光導波路アレイ１０ａが、ＰＬＣチップ６の入力光導波路アレイ７ａ、出力光導波路アレイ７ｂとそれぞれ光接続されている。ＰＬＣチップ６の入力光導波路アレイ７ａと出力光導波路アレイ７ｂはＶＯＡアレイ３１を介して接続され、ＰＬＣチップ８の入力光導波路アレイ１０ａと出力光導波路１０ｂはＡＷＧ５１を介して接続されている。本実施例において、光ファイバアレイ１ａと、ＰＬＣチップの８の入力光導波路アレイ９ａと出力光導波路アレイ９ｂと入力光導波路１０ａと、ＰＬＣチップ６の入力光導波路７ａと出力光導波路７ｂは何れも１００心であり、ＶＯＡアレイ３１と、ＡＷＧ５１は何れも１００チャネル品である。また、ＶＯＡアレイ３１のアレイ間隔は、光ファイバアレイ１ａのアレイ間隔と同じ１２５μｍである。光ファイバアレイ１ａで用いた光ファイバは標準的な外径が１２５μｍのものを使用し、外径と同じ１２５μｍの間隔で配置されている。光ファイバアレイ１ａは反りがなく、光ファイバが一直線上に並んでいる。本実施形態においても、ＰＬＣチップ同士を接続する部分のＰＬＣチップ６の入力光導波路アレイ７ａと出力光導波路アレイ７ｂと、ＰＬＣチップ８の出力光導波路アレイ９ｂと入力光導波路アレイ１０ａのアレイ間隔を４０μｍまででき得る限り狭くしている。 (Embodiment 2)
FIG. 4 shows the configuration of the optical module according to Embodiment 2 of the present invention. This embodiment is also an example in which a 100-channel wavelength multiplexer with a variable attenuator is manufactured as in the first embodiment. The optical fiber arrays 1a and 1c are optically connected to the input optical waveguide array 9a and the output optical waveguide 10b of the PLC chip 8, respectively. The PLC chip 8 is directly connected to the PLC chip 6, and the output optical waveguide array 9b and the input optical waveguide array 10a of the PLC chip 8 are optically connected to the input optical waveguide array 7a and the output optical waveguide array 7b of the PLC chip 6, respectively. Has been. The input optical waveguide array 7 a and the output optical waveguide array 7 b of the PLC chip 6 are connected via a VOA array 31, and the input optical waveguide array 10 a and the output optical waveguide 10 b of the PLC chip 8 are connected via an AWG 51. In this embodiment, the optical fiber array 1a, the eight input optical waveguide arrays 9a, the output optical waveguide array 9b, the input optical waveguide 10a, and the input optical waveguide 7a and the output optical waveguide 7b of the PLC chip 6 are all provided. There are 100 cores, and both the VOA array 31 and the AWG 51 are 100 channel products. The array interval of the VOA array 31 is 125 μm, which is the same as the array interval of the optical fiber array 1a. The optical fibers used in the optical fiber array 1a have a standard outer diameter of 125 μm, and are arranged at the same 125 μm interval as the outer diameter. The optical fiber array 1a has no warp, and the optical fibers are aligned. Also in the present embodiment, the array interval between the input optical waveguide array 7a and the output optical waveguide array 7b of the PLC chip 6 and the output optical waveguide array 9b and the input optical waveguide array 10a of the PLC chip 8 is connected. It is as narrow as possible up to 40 μm.

ＰＬＣチップ６とＰＬＣチップ８の反りは、それぞれ曲率半径で表して３ｍ、２０ｍである。 The warp of the PLC chip 6 and the PLC chip 8 is 3 m and 20 m, respectively, expressed by a radius of curvature.

実施形態２の特徴は、光ファイバの外径により制限されてアレイ間隔を狭めることが難しい光ファイバアレイ１ａを反りの大きいＰＬＣチップ６に接続せず、反りの小さいＰＬＣチップ８に接続し、ＰＬＣチップ６にはＰＬＣチップ８のみを接続する構成としているところにある。そして、ＰＬＣチップ６とＰＬＣチップ８と接続する入出力光導波路アレイ７ａ、７ｂ、９ｂ、１０ａは、ＰＬＣ同士を接続する部分のアレイ間隔をでき得る限り狭くして光接続されているところにある。これにより、反りによる軸ずれで発生する接続損失を最小化することができる。 The feature of the second embodiment is that the optical fiber array 1a, which is limited by the outer diameter of the optical fiber and is difficult to narrow the array interval, is not connected to the PLC chip 6 having a large warp but connected to the PLC chip 8 having a small warp. Only the PLC chip 8 is connected to the chip 6. The input / output optical waveguide arrays 7a, 7b, 9b, and 10a connected to the PLC chip 6 and the PLC chip 8 are optically connected with the array interval between the PLCs as narrow as possible. . Thereby, it is possible to minimize the connection loss caused by the axis deviation due to the warp.

但し、実施形態１の場合に比べると光接続箇所が１箇所増えている、すなわち接続損失の発生箇所が１箇所増えている。さらに、ＰＬＣ同士を接続する部分の導波路アレイ本数が２倍の２００本に増加している。実施形態１と実施形態２のモジュール全体の光損失の差分は、石英ガラスを主成分とする導波路材料により作製された光導波路の損失が典型値として０．０２ｄＢ／ｃｍ程度と極めて小さいことから、接続損失の差分とほぼ等しい。そのため、実施形態１で行った接続損失計算と同じ方法で実施形態２についても実施形態１に対する接続損失の変化量を算出することができる。 However, compared to the case of the first embodiment, the number of optical connection points is increased by one, that is, the number of occurrence points of connection loss is increased by one. Furthermore, the number of waveguide arrays in the part connecting the PLCs has increased to 200, which is twice the number. The difference in optical loss between the modules of Embodiments 1 and 2 is that the loss of an optical waveguide made of a waveguide material whose main component is quartz glass is very small, typically about 0.02 dB / cm. The difference in connection loss is almost equal. For this reason, the amount of change in connection loss relative to the first embodiment can be calculated for the second embodiment in the same manner as the connection loss calculation performed in the first embodiment.

実施形態１における導波路アレイ間の接続損失は、光ファイバアレイ１ａとＰＬＣチップ２の入力光導波路アレイ３ａとの間の接続損失（最大で約１．８ｄＢ。ここで、導波路アレイ本数は１００本、アレイ間隔は１２５μｍ、導波路アレイの反りは曲率半径で３ｍと∞ｍ（反り無し）である）と、ＰＬＣチップ２の出力光導波路アレイ３ｂとＰＬＣチップ４の入力光導波路アレイ５ａとの間の接続損失（最大で約０．０１ｄＢ。ここで、導波路アレイ本数は１００本、アレイ間隔は４０μｍ、導波路アレイの反りは曲率半径で３ｍと２０ｍである）との和であって、最大で１．８１ｄＢである。 The connection loss between the waveguide arrays in the first embodiment is the connection loss between the optical fiber array 1a and the input optical waveguide array 3a of the PLC chip 2 (about 1.8 dB at the maximum. Here, the number of waveguide arrays is 100. The array spacing is 125 μm, the warp of the waveguide array is 3 m and ∞ m (no warp) in radius of curvature, and the output optical waveguide array 3 b of the PLC chip 2 and the input optical waveguide array 5 a of the PLC chip 4. Connection loss (maximum of about 0.01 dB, where the number of waveguide arrays is 100, the array interval is 40 μm, and the warpage of the waveguide array is 3 m and 20 m in radius of curvature) The maximum is 1.81 dB.

これに対し実施形態２における導波路アレイ間の接続損失は、光ファイバアレイ１ａとＰＬＣチップ８の入力光導波路アレイ９ａとの間の接続損失（最大で約０．０４ｄＢ。ここで、導波路アレイ本数は１００本、アレイ間隔は１２５μｍ、導波路アレイの反りは曲率半径で２０ｍと∞ｍ（反り無し）である）と、ＰＬＣチップ８の出力光導波路アレイ９ｂとＰＬＣチップ６の入力光導波路アレイ７ａとの間の接続損失（最大で約０．４ｄＢ。ここで、導波路アレイ本数は２００本、アレイ間隔は４０μｍ、導波路アレイの反りは曲率半径で３ｍと２０ｍである。ＰＬＣチップ６⇒ＰＬＣチップ８、ＰＬＣチップ８⇒ＰＬＣチップ６の２箇所）の和であって、最大で０．４４ｄＢに減少し、実施形態１よりも更に接続損失が低減される。 On the other hand, the connection loss between the waveguide arrays in the second embodiment is the connection loss between the optical fiber array 1a and the input optical waveguide array 9a of the PLC chip 8 (up to about 0.04 dB. Here, the waveguide array The number is 100, the array interval is 125 μm, the curvature of the waveguide array is 20 m and ∞ m (no warpage) in radius of curvature, and the output optical waveguide array 9 b of the PLC chip 8 and the input optical waveguide array of the PLC chip 6. 7a (a maximum of about 0.4 dB. Here, the number of waveguide arrays is 200, the array interval is 40 μm, and the warp of the waveguide array is 3 m and 20 m in radius of curvature. PLC chip 6⇒ It is the sum of the two locations of the PLC chip 8 and the PLC chip 8 → the PLC chip 6), which is reduced to 0.44 dB at the maximum, and the connection loss is further reduced as compared with the first embodiment.

本発明で重要なのは、（１）ＰＬＣチップ同士を接続する際にはアレイ間隔を狭くし、（２）光ファイバアレイなどのアレイ間隔を狭くできないものとの接続を反りの小さなＰＬＣチップに集約することである。そのため、実施形態１、２では２つのＰＬＣチップからなる光モジュールのみを示したが、本発明は、ＰＬＣチップ又は光ファイバアレイが３つ以上であっても、この規則に即して光モジュールを構成することで接続損失を最適化することができる。 What is important in the present invention is that (1) when the PLC chips are connected to each other, the array interval is narrowed, and (2) the connection with an optical fiber array or the like that cannot be narrowed is integrated into a PLC chip with a small warp. That is. For this reason, in the first and second embodiments, only an optical module including two PLC chips is shown. However, the present invention is not limited to three or more PLC chips or optical fiber arrays. By configuring, connection loss can be optimized.

本発明の一実施形態に係る光モジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical module which concerns on one Embodiment of this invention. （ａ）は、アレイ間隔が大きい場合の反りの大きさが異なる導波路アレイを接続した際の軸ずれの大きさを示す図であり、（ｂ）は、アレイ間隔が小さい場合の反りの大きさが異なる導波路アレイを接続した際の軸ずれの大きさを示す図である。(A) is a figure which shows the magnitude | size of the axis | shaft deviation at the time of connecting the waveguide array from which the magnitude | size of a curvature when an array space | interval is large, and (b) is the magnitude | size of the curvature when an array space | interval is small. It is a figure which shows the magnitude | size of the axis deviation at the time of connecting the waveguide array from which length differs. 反りの大きさが異なる導波路アレイを接続した際のアレイ間隔と接続損失の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an array space | interval and connection loss at the time of connecting the waveguide array from which the magnitude | size of curvature differs. 本発明の一実施形態に係る光モジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical module which concerns on one Embodiment of this invention. 従来のＰＬＣチップ間が光ファイバアレイを用いて接続された光モジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical module by which the conventional PLC chips were connected using the optical fiber array. 従来のＰＬＣチップ間が直接接続された光モジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical module with which the conventional PLC chips were directly connected.

Explanation of symbols

１ａ、１ｂ光ファイバアレイ
１ｃ光ファイバ
２、４、６、８、１１、１３ＰＬＣチップ
３ａ、５ａ、７ａ、９ａ、１０ａ、１２ａ、１４ａ入力光導波路アレイ
３ｂ、７ｂ、９ｂ、１２ｂ出力光導波路アレイ
５ｂ、１０ｂ、１４ｂ出力光導波路
３１ＶＯＡアレイ
５１ＡＷＧ（アレイ導波路回折格子） 1a, 1b Optical fiber array 1c Optical fibers 2, 4, 6, 8, 11, 13 PLC chips 3a, 5a, 7a, 9a, 10a, 12a, 14a Input optical waveguide arrays 3b, 7b, 9b, 12b Output optical waveguide arrays 5b, 10b, 14b Output optical waveguide 31 VOA array 51 AWG (arrayed waveguide diffraction grating)

Claims

An optical module in which at least two planar lightwave circuit boards on which optical functional elements comprising optical waveguides are formed on a substrate are optically connected,
The planar lightwave circuit board has a first input / output optical waveguide array for optically connecting the planar lightwave circuit boards to each other,
At least one of the planar lightwave circuit boards has a second input / output optical waveguide array optically connected to the optical fiber array in addition to the first input / output optical waveguide array,
An optical module, wherein an array interval of the first input / output optical waveguide array is narrower than an array interval of the second input / output optical waveguide array.

A plurality of the optical functional elements are formed on the planar lightwave circuit board to form an array, and an array interval of the first input / output optical waveguide array is narrower than an array interval of the optical functional elements. The optical module according to claim 1.

3. The optical module according to claim 1, wherein the planar lightwave circuit board having the second input / output optical waveguide is least warped among the plurality of planar lightwave circuit boards. 4.

The array interval of the first input / output optical waveguide array is smaller than the outer diameter of an optical fiber used for an optical fiber array connected to the second input / output optical waveguide array. Item 4. The optical module according to Item 3.

5. The optical waveguide in the connection end face of each planar lightwave circuit board is disposed on a curve having a specific curvature corresponding to the warp. Optical module.

6. The optical module according to claim 1, wherein the planar lightwave circuit board is formed using silicon or quartz as a substrate material and quartz glass or an organic substance as a waveguide material. .