JP2015165270A - 導波路型光モジュールおよびその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コア屈折率の異なる導波路と光ファイバとの接続における反射戻り光を抑制する際に、光モジュールの構造設計の自由度が損なわれることのない導波路型光モジュールを提供する。【解決手段】導波路型光モジュールは、光回路が形成された光導波路チップ２と、光回路の入出力ポートである複数の光導波路１と光導波路１と結合し光導波路１とは異なる屈折率を有する光ファイバ３と、光ファイバ３の先端を整列固定しているＶ溝基板５を有するファイバアレイ４とを有し、光ファイバ３は、Ｖ溝基板５の先端面に垂直な方向に対して一の角度で整列し、光導波路１は、光導波路チップの端面に垂直な方向に対して他の角度で整列し、Ｖ溝基板５の先端面に垂直な方向は、先端面に対して他端にある他端面におけるファイバアレイ３の光軸方向と同じである。【選択図】図１

Description

本発明は、光通信用の光モジュールに関し、特に、導波路型光モジュールに関する。

近年、通信におけるデータトラフィックは増加している。これに伴い、高速通信技術である光通信の普及が期待されている。光通信において、光通信用の機器をモジュール化した光モジュールへの反射戻り光は、光通信特性の劣化を引き起こす。このため、光通信において安定した通信品質を得るためには、光モジュールへの反射戻り光の抑制が不可欠である。

反射戻り光の発生箇所の一例として、光モジュールに内包されている光導波路チップとその光導波路チップに対して光入力あるいは光出力を行うための光ファイバとの接合部分（以後光結合部分と呼ぶことがある）がある。光導波路と光ファイバに屈折率差がある場合、その光結合部分で反射戻り光が発生する。そのため、光結合部分の光導波路チップ側の端面に無反射（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，ＡＲ）コーティングを施し、反射戻り光を抑制している。

また、光導波路チップに形成する光回路の高集積化のために、Ｓｉ等の高屈折率材料が用いられる。このような高屈折率材料で光導波路を形成する場合、一般的なガラス製光ファイバとの屈折率差が大きくなり、光結合部分における反射戻り光が大きくなる。すると、屈折率差が大きい場合には、前述のようなＡＲコーティングのみでは−４０ｄＢ以下の反射特性を得ることはきわめて困難となる。そこで、光結合部分の形状を工夫し、反射戻り光の低減が図られている。端的には光結合部分の斜め加工であり、次に挙げる例が知られている。

特許文献１には斜め加工された光ファイバアレイの一例が記載されている。特許文献１の光ファイバアレイは、光ファイバ裸部の直線溝への挿入開始点を結ぶ直線状の仮想線と、直線溝の軸線とが交わる角度を４５°〜８５°としたことを特徴とすることが記載されている。

また、特許文献２には光導波路や光ファイバを斜めに形成する光ファイバアレイの一例が記載されている。特許文献２の光ファイバアレイは、光軸合わせを容易にすることを目的として、第１の光ファイバの光軸と第２の光ファイバの光軸とを平面に沿ってずらして、第１の光ファイバの端面と第２の光ファイバの端面とを対向させて配置することが記載されている。

特開２００１−３４３５５７号公報 特開２０１３−０８８７６７号公報

しかしながら、特許文献１および２の技術を、導波路型光モジュールに使用した場合には、以下のような問題があった。

特許文献１に記載の技術を使用した場合においては、光モジュール内に、ファイバアレイを光導波路チップに対して斜めに配置するスペースや、傾いているファイバをならすための許容曲げ半径に対応したスペースを確保するために、光モジュールサイズを大きくする必要や、光モジュールの外への光ファイバの引き出し位置を光モジュールの水平中心よりずらす必要がある。そのため、光モジュールの構造設計の自由度が狭まるという問題があった。また、光導波路チップとファイバアレイの光結合は、斜め面を突き合わせて行う必要があるため、光軸調整が容易ではなくなるという問題もある。

特許文献２に記載の関連する技術を使用した場合においては、光モジュール外への光ファイバの引き出し位置、あるいは、光導波路チップの入出力ポート位置を中心よりずらす必要があり、光モジュールの構造設計や、光導波路チップの光回路レイアウト設計の自由度が狭まるという問題があった。

本発明の目的は、上述した課題である、コア屈折率の異なる導波路と光ファイバとの接続における反射戻り光を抑制する際に、光モジュールの構造設計の自由度が損なわれることを解決する光通信用導波路型光モジュールを提供することにある。

本発明の導波路型光モジュールは、光回路が形成された光導波路チップと、光回路の入出力ポートである複数の光導波路と、光導波路と結合し光導波路とは異なる屈折率を有する光ファイバと、光ファイバの先端を整列固定しているＶ溝基板を有するファイバアレイとを有し、光ファイバは、Ｖ溝基板の先端面に垂直な方向に対して一の角度で整列し、光導波路は、光導波路チップの端面に垂直な方向に対して他の角度で整列し、Ｖ溝基板の先端面に垂直な方向は、先端面に対して他端にある他端面におけるファイバアレイの光軸方向と同じである。

光回路の入出力ポートである複数の導波路を、入出力ポートを含む光回路の端面に垂直な方向に対して一の角度で整列させ、光導波路と異なる屈折率を有する複数の光ファイバを、光ファイバの先端を整列固定しているＶ溝基板の先端面に垂直な方向に対して他の角度で整列させ、Ｖ溝基板の先端面に垂直な方向を、先端面に対して他端にある他端面における光ファイバの光軸方向と一致させる導波路型光モジュールの作製方法。

本発明の導波路型光モジュールによれば、コア屈折率の異なる導波路とファイバとの接続における反射戻り光を抑制する際、光モジュールの構造設計の自由度を確保することができる。

本発明の実施形態に係る光モジュールの光導波路チップとファイバアレイ接合部の拡大図である。 本発明の実施形態に係る導波路型光モジュールの構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の実施形態に係る導波路型光モジュールのその他の構成を示す図である。

以下に、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、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号をつけ、その説明を省略する場合がある。

図１は、光導波路チップとファイバアレイ接合部の拡大図である。ここでは、入力ポート、出力ポート数をそれぞれ８ポートとする場合の例を示している。入力ポート導波路へ結合された信号光は、光回路を経由して、出力ポート導波路へと伝播し、光ファイバ３へ結合され、伝送路へと出力される。本実施形態の導波路型光モジュールは光回路の入出力ポートである光導波路１、光回路が形成された光導波路チップ２、光導波路１と異なる屈折率を有する光ファイバ３、光ファイバ３の先端を整列固定しているＶ溝基板５を有するファイバアレイ４を有する。光導波路チップ２の端面とＶ溝基板５の先端面は接着されている。光導波路１と光ファイバ３とは光学的に結合されている。

光導波路１と光ファイバ３の屈折率差により生じる、光結合部からの反射戻り光を抑制するために、光ファイバ３は、Ｖ溝基板５の先端面に垂直な方向に対して所定の角度θ_２で整列し、光導波路１は、光導波路チップ２の端面に垂直な方向に対して所定の角度θ_１で整列している。

図１に示した例では、光導波路１の並びはＶ溝基板５の先端面に向かって広がり形状をもって形成している。Ｖ溝基板５の先端面に垂直な方向は、先端面に対して他端にある他端面におけるファイバアレイ４の光軸方向と同じである。ファイバアレイ４における光ファイバ３の先端の並びは、先端面に垂直な軸に対して対称となっており、また間隔が不均等である部分を有する。

一般に、高屈折率材料を用いて光導波路１を形成することで、光回路を高集積化することができる。そのため、光導波路を保持する光導波路チップ２の光学材料としてＳｉを本実施例では用いることにする。

Ｓｉ導波路とガラス製光ファイバを使用する場合、スネルの法則に従い光導波路チップ２の端面角度θ_１は６°、ファイバアレイ４の端面角度θ_２は、約１４°とする。ここで、端面角度とは端面に垂直な方向に対する角度である。このような構成とすることにより、本実施例では光導波路チップ２とファイバアレイ４とが光導波路チップ２の端面で最良の状態で光結合される。また、接続面での光信号の反射による通信品質の劣化を抑制することができる。

また、光導波路１の端面にＡＲ膜を形成する構成とすれば、反射戻り光の抑制効果をさらに高めることができる。

なお、光ファイバ３として、高ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）ファイバを用いた場合、反射光の光ファイバへの再結合時の結合損失は３５ｄＢ程度である。ここで、再結合の発生は次のような信号光の伝播による。図示しない光伝送路より入力される信号光は、光ファイバ３を伝播し、光導波路チップ２の入光導波路１に結合する。その際、光導波路１と光ファイバ３との屈折率差により、信号光の一部が反射光として光ファイバ３に再結合し、光伝送路へと戻される。そして、光導波路をＳｉで形成すると反射戻り光は−４３ｄＢ程度に抑制される。さらに、光導波路チップ端面にＡＲ膜を形成すると、反射戻り光は−７０ｄＢ程度にまで抑制される。同様に、光導波路チップ２の出力ポート導波路を伝播し、光ファイバに結合する際も、光導波路チップへの反射戻り光は抑制される。

図２は、本発明の実施形態に係る導波路型光モジュールの構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。光導波路チップ２上の入出力ポート側に、ファイバアレイ４との結合を補助するためのヤトイガラス８が実装されている。ヤトイガラス８と光導波路チップ２端にファイバアレイ４が接着され、図示しない入出力ポートと光ファイバ３は光学的に結合されている。光結合部の接着には、光ファイバ３の屈折率と同じ屈折率に整合された接着剤を用いる。

ファイバアレイ４は、Ｖ溝基板５、Ｖ溝形成領域６、ファイバ押え７から構成される。Ｖ溝基板５上のＶ溝形成領域６には光ファイバ３を搭載し、ファイバ押え７で固定する。

光導波路１の並びは端面に向かって、広がり形状となるように配置されており、光導波路１の光軸が、光導波路チップ２の端面に対して所定の傾斜角度で形成される。また、光ファイバ３はＶ溝基板５上のＶ溝に沿って固定される。Ｖ溝は、光ファイバの並びが端面に向かって絞り形状となり、光ファイバ３の光軸がファイバアレイ基板端面に対して前述の傾斜角度で形成されている。

本実施形態においては、光モジュールの外への光ファイバの引き出し位置や、光導波路チップの入出力ポート位置は、水平中心からずれない。また、光導波路チップとファイバアレイの光結合は、平端面どうしの突き当てであり、光軸調整が容易である。

従って、光モジュールの構造設計における自由度を確保することができる。

図３は本発明の実施形態に係る導波路型光モジュールのその他の構成を示す図である。光導波路１の並びを端面に向かって、絞り形状とし、光ファイバ３の並びを端面に向かって、広がり形状としている。この場合においても、同様の効果が得られる。つまり、コア屈折率の異なる導波路とファイバとの接続における反射戻り光を抑制する際、装置の構造設計の自由度を確保することができる。

本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載の発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。

１ 光導波路
２ 光導波路チップ
３ 光ファイバ
４ ファイバアレイ
５ Ｖ溝基板
６ Ｖ溝形成領域
７ ファイバ押え
８ ヤトイガラス

Claims (10)

1. 光回路が形成された光導波路チップと、
   前記光回路の入出力ポートである複数の光導波路と、
   前記光導波路と結合し前記光導波路とは異なる屈折率を有する光ファイバと、
   前記光ファイバの先端を整列固定しているＶ溝基板を有するファイバアレイと
   を有し、
   前記光ファイバは、前記Ｖ溝基板の先端面に垂直な方向に対して一の角度で整列し、
   前記光導波路は、前記光導波路チップの端面に垂直な方向に対して他の角度で整列し、
   前記Ｖ溝基板の先端面に垂直な方向は、前記先端面に対して他端にある他端面におけるファイバアレイの光軸方向と同じである
   導波路型光モジュール。
2. 前記光ファイバの先端の並びが、前記先端面に垂直な軸に対して対称である請求項１に記載の導波路型光モジュール。
3. 前記光ファイバの先端の並びが不均等となる部分を含む請求項１または２に記載の導波路型光モジュール。
4. 前記光ファイバの並びが前記先端面に向かって絞り形状である請求項１から３のいずれか１項に記載の導波路型光モジュール。
5. 前記光ファイバの並びが前記先端面に向かって広がり形状である請求項１から３のいずれか１項に記載の導波路型光モジュール。
6. 前記ファイバアレイは、
   前記Ｖ溝基板上に装荷されるファイバ押えを有し、
   前記Ｖ溝基板はＶ型の溝であるＶ溝が形成されており、
   前記光ファイバは前記Ｖ溝に沿って配置され、前記ファイバ押さえに固定される請求項１から５のいずれか１項に記載の導波路型光モジュール。
7. 前記結合を補助するヤトイガラスをさらに備え、
   前記ヤトイガラスは前記端面と同一面を形成して前記光導波路チップ上に装荷されている請求項１から６のいずれか１項に記載の導波路型光モジュール。
8. 前記端面に無反射膜が形成されている請求項１から７のいずれか１項に記載の導波路型光モジュール。
9. 前記光導波路がＳｉで形成されている請求項１から８のいずれか１項に記載の導波路型光モジュール。
10. 光回路の入出力ポートである複数の導波路を、前記入出力ポートを含む光回路の端面に垂直な方向に対して一の角度で整列させ、
    光導波路と異なる屈折率を有する複数の光ファイバを、前記光ファイバの先端を整列固定しているＶ溝基板の先端面に垂直な方向に対して他の角度で整列させ、
    前記Ｖ溝基板の先端面に垂直な方向を、前記先端面に対して他端にある他端面における光ファイバの光軸方向と一致させる
    導波路型光モジュールの作製方法。

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