JP2016138966A - Optical isolator module and optical semiconductor module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光アイソレータモジュール及び光アイソレータモジュールを組み込んで用いられる半導体光アンプモジュールや半導体レーザモジュールなどの光半導体モジュールに関する。 The present invention relates to an optical isolator module and an optical semiconductor module such as a semiconductor optical amplifier module and a semiconductor laser module that are used by incorporating the optical isolator module.
光通信や光計測などで、半導体レーザ光源から出た光が、伝送路途中に設けられた部材表面から反射して半導体レーザに戻ってくると、レーザ発振が不安定になる。そこで、この反射戻り光を遮断するために、偏光面を非相反で回転させるファラデー回転子を用いた光アイソレータが用いられる(例えば特許文献1等参照)。 When light emitted from the semiconductor laser light source is reflected from the surface of a member provided in the middle of the transmission path and returns to the semiconductor laser in optical communication or optical measurement, laser oscillation becomes unstable. Therefore, in order to block the reflected return light, an optical isolator using a Faraday rotator that rotates the plane of polarization non-reciprocally is used (see, for example, Patent Document 1).
また、光半導体モジュールでは、半導体光アンプなどの半導体チップで入出射される光ビームと光ファイバを結合させるために、半導体チップと光ファイバ間に1〜3枚の集光レンズを設けることが一般的である。近年では、モジュールの小型化、低コスト化要求が強くなっており、1〜2枚のレンズを介して光を結合させるタイプが主流になりつつある。 Also, in an optical semiconductor module, in order to couple an optical fiber with a light beam incident / exited by a semiconductor chip such as a semiconductor optical amplifier, generally 1 to 3 condenser lenses are provided between the semiconductor chip and the optical fiber. Is. In recent years, there has been a strong demand for miniaturization and cost reduction of modules, and a type in which light is coupled through one or two lenses is becoming mainstream.
そして、上記のような光半導体モジュールに光アイソレータを組み込む場合、光アイソレータは集光レンズと光ファイバの間に挿入される。 When an optical isolator is incorporated in the optical semiconductor module as described above, the optical isolator is inserted between the condenser lens and the optical fiber.
ここで、光半導体モジュールに組み込まれる光アイソレータとしては、ファラデー回転子、ファラデー回転子の両端に配置される一対の偏光部品、磁石によって主要部が構成されるものが知られている。 Here, as an optical isolator incorporated in an optical semiconductor module, a Faraday rotator, a pair of polarizing components disposed at both ends of the Faraday rotator, and a magnet that includes a main part are known.
このタイプの光アイソレータを集光レンズと光ファイバの間に挿入する場合は、光路内での反射光を低減させる目的で、図6に示すように、光ファイバ117の端面118と、光ファイバ側の偏光部品113の、光ファイバの端面118に向かい合う面114とを、光ファイバ中心延長軸(以下では光伝搬の光軸又は単に光軸とも言う)に垂直な面に対して反対の傾斜角度を持つように配置するのが一般的である。図6において、光ファイバの端面118は、光ファイバ中心延長軸を含む断面で見たときに、光ファイバ中心延長軸に垂直な面に対して、角度θf’だけ傾斜している。端面118に向かい合う面114は、光ファイバ中心延長軸を含む断面で見たときに、光ファイバ中心延長軸に垂直な面に対して、角度θp’だけ傾斜している。このとき、角度θf’と角度θp’は、ファイバ中心延長軸に垂直な面を基準として互いに反対の方向であり、その結果、図6に示した断面図で、端面118とその端面に向かい合う面114の間隔は上から下へ先細りの形状となる(逆テーパ形状)。尚、図6において、光アイソレータモジュール110は、光アイソレータ111と光ファイバ117により構成される。光アイソレータ111は、ファラデー回転子112、光ファイバ側偏光部品113、偏光部品115、磁石116により構成される。
When this type of optical isolator is inserted between the condenser lens and the optical fiber, for the purpose of reducing the reflected light in the optical path, as shown in FIG. The
しかしながら上記のように、光ファイバ側の偏光部品の光ファイバの端面と向かい合う面が、光ファイバの端面と反対の傾斜方向になるように光アイソレータを配置すると、光ファイバ中心延長軸からの光ビーム中心位置のズレ(変位)が大きくなるため、光アイソレータモジュールを実装する際に光軸調整が難しく、光軸調整後のモジュール外形が大きくなるといった問題があった。 However, as described above, when the optical isolator is arranged so that the surface facing the end surface of the optical fiber of the polarization component on the optical fiber side is in the inclined direction opposite to the end surface of the optical fiber, the light beam from the optical fiber central extension axis is arranged. Since the shift (displacement) of the center position is large, it is difficult to adjust the optical axis when mounting the optical isolator module, and there is a problem that the outer shape of the module after the optical axis adjustment is large.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、光半導体モジュールに光アイソレータモジュールを組み込む際の光軸調整を容易にし、光軸調整後のモジュール外形を小型化することができる光アイソレータモジュール及び該光アイソレータモジュールを組み込んだ光半導体モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and facilitates optical axis adjustment when an optical isolator module is incorporated into an optical semiconductor module, and can reduce the outer shape of the module after optical axis adjustment. An object is to provide an isolator module and an optical semiconductor module incorporating the optical isolator module.
上記目的を達成するために、本発明は、ファラデー回転子及び該ファラデー回転子の両側に配置された一対の偏光部品を具備する光アイソレータと、該光アイソレータの光入射側又は光出射側に配置され、光伝搬の光軸に垂直な面から角度θfだけ傾斜した端面を備えた光ファイバを有する光アイソレータモジュールであって、
前記光ファイバの端面側に配置された前記偏光部品において、該光ファイバの端面に向かい合う前記偏光部品の面が前記光軸に垂直な面から角度θpだけ傾斜しており、前記角度θfだけ傾斜した光ファイバの端面と前記角度θpだけ傾斜した偏光部品の面は前記光軸に垂直な面に対して同じ方向に傾斜しており、
前記光ファイバの端面と該端面側に配置された前記偏光部品は空気層を介して配置され、該光ファイバの端面と該光ファイバ端面に向かい合う前記偏光部品の面の間の距離は前記光軸上で1[mm]未満であり、
前記光ファイバの端面から該端面側に配置された前記偏光部品までの間で光ビームが光軸から変位する光ビームシフト量をΔTf、前記光アイソレータ内部で光ビームが光軸から変位する光ビームシフト量をΔTiとしたときに、(ΔTi−ΔTf)の絶対値が0.5[mm]未満となるものであることを特徴とする光アイソレータモジュールを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides an optical isolator comprising a Faraday rotator and a pair of polarizing components disposed on both sides of the Faraday rotator, and disposed on the light incident side or the light emitting side of the optical isolator. An optical isolator module having an optical fiber with an end face inclined by an angle θ f from a plane perpendicular to the optical axis of light propagation,
In the polarizing component disposed on the end face side of the optical fiber, a surface of the polarizing component facing the end face of the optical fiber is inclined by an angle θ p from a plane perpendicular to the optical axis, and only the angle θ f end surface and the angle θ plane of polarized components inclined by p of the inclined optical fiber is inclined in the same direction with respect to a plane perpendicular to the optical axis,
The end face of the optical fiber and the polarizing component arranged on the end face side are arranged via an air layer, and the distance between the end face of the optical fiber and the surface of the polarizing component facing the end face of the optical fiber is the optical axis. Is less than 1 [mm] above,
A light beam shift amount by which the light beam is displaced from the optical axis between the end face of the optical fiber and the polarizing component disposed on the end face side is ΔT f , and the light beam is displaced from the optical axis inside the optical isolator. Provided is an optical isolator module in which the absolute value of (ΔT i −ΔT f ) is less than 0.5 [mm] when the beam shift amount is ΔT i .
このような構成の光アイソレータモジュールであれば、光アイソレータモジュールを光半導体モジュールに組み込む際の光軸調整を容易にすることができ、さらに光軸調整後の光半導体モジュール外形を小型化することができる。 With the optical isolator module having such a configuration, it is possible to easily adjust the optical axis when the optical isolator module is incorporated into the optical semiconductor module, and to further reduce the size of the optical semiconductor module after the optical axis adjustment. it can.
また、本発明では、半導体チップ、集光レンズ、及び上述の光アイソレータモジュールを有するものであることを特徴とする光半導体モジュールを提供する。
このような構成の光半導体モジュールであれば、光軸調整が容易で製造効率が向上するとともに、光半導体モジュール外形も小型化することができる。
The present invention also provides an optical semiconductor module comprising a semiconductor chip, a condenser lens, and the above-described optical isolator module.
With the optical semiconductor module having such a configuration, the optical axis can be easily adjusted, the manufacturing efficiency can be improved, and the external shape of the optical semiconductor module can be reduced.
このとき、前記半導体チップは半導体光アンプを有するものとすることができる。
このような半導体光アンプを有する光半導体モジュールであれば、幅広い技術分野で使用することができる。
At this time, the semiconductor chip may have a semiconductor optical amplifier.
An optical semiconductor module having such a semiconductor optical amplifier can be used in a wide range of technical fields.
以上のように、本発明によれば、光軸調整が容易な光アイソレータモジュールを得ることができる。また、本発明の光アイソレータモジュールを組み込むことによって、小型な光半導体モジュールを得ることができる。 As described above, according to the present invention, an optical isolator module with easy optical axis adjustment can be obtained. Moreover, a small optical semiconductor module can be obtained by incorporating the optical isolator module of the present invention.
以下、本発明をより詳細に説明する。
上記のように、光アイソレータモジュール及びそれを組み込んだ光半導体モジュールにおいて、光アイソレータモジュールを実装する際に光軸調整が容易で実装後の光半導体モジュールを小型化できる光アイソレータモジュールが求められている。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
As described above, in an optical isolator module and an optical semiconductor module incorporating the optical isolator module, there is a need for an optical isolator module that can easily adjust the optical axis when mounting the optical isolator module and can downsize the optical semiconductor module after mounting. .
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、ファラデー回転子及び該ファラデー回転子の両側に配置された一対の偏光部品を具備する光アイソレータと、該光アイソレータの光入射側又は光出射側に配置され、光伝搬の光軸に垂直な面から角度θfだけ傾斜した端面を備えた光ファイバを有する光アイソレータモジュールであって、
前記光ファイバの端面側に配置された前記偏光部品において、該光ファイバの端面に向かい合う前記偏光部品の面が前記光軸に垂直な面から角度θpだけ傾斜しており、前記角度θfだけ傾斜した光ファイバの端面と前記角度θpだけ傾斜した偏光部品の面は前記光軸に垂直な面に対して同じ方向に傾斜しており、
前記光ファイバの端面と該端面側に配置された前記偏光部品は空気層を介して配置され、該光ファイバの端面と該光ファイバ端面に向かい合う前記偏光部品の面の間の距離は前記光軸上で1[mm]未満であり、
前記光ファイバの端面から該端面側に配置された前記偏光部品までの間で光ビームが光軸から変位する光ビームシフト量をΔTf、前記光アイソレータ内部で光ビームが光軸から変位する光ビームシフト量をΔTiとしたときに、(ΔTi−ΔTf)の絶対値が0.5[mm]未満となるものであることを特徴とする光アイソレータモジュールが、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the optical isolator includes a Faraday rotator and a pair of polarizing components disposed on both sides of the Faraday rotator, and the optical isolator optically. An optical isolator module having an optical fiber disposed on an incident side or a light emitting side and having an end face inclined by an angle θ f from a plane perpendicular to an optical axis of light propagation,
In the polarizing component disposed on the end face side of the optical fiber, a surface of the polarizing component facing the end face of the optical fiber is inclined by an angle θ p from a plane perpendicular to the optical axis, and only the angle θ f end surface and the angle θ plane of polarized components inclined by p of the inclined optical fiber is inclined in the same direction with respect to a plane perpendicular to the optical axis,
The end face of the optical fiber and the polarizing component arranged on the end face side are arranged via an air layer, and the distance between the end face of the optical fiber and the surface of the polarizing component facing the end face of the optical fiber is the optical axis. Is less than 1 [mm] above,
A light beam shift amount by which the light beam is displaced from the optical axis between the end face of the optical fiber and the polarizing component disposed on the end face side is ΔT f , and the light beam is displaced from the optical axis inside the optical isolator. An optical isolator module in which the absolute value of (ΔT i −ΔT f ) is less than 0.5 [mm] when the beam shift amount is ΔT i can solve the above problem. The headline and the present invention were completed.
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail as an example of an embodiment with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
図1に示すように、本発明に係る光アイソレータモジュール50は、少なくとも、光アイソレータ11と、該光アイソレータの光入射側に配置される先端が傾斜した光ファイバ17とを備える。ここで、光アイソレータ11は、ファラデー回転子12、該ファラデー回転子の両端に配置される一対の偏光部品13及び15、磁石16によって主要部が構成される。光ファイバ側偏光部品13の光ファイバの端面18に向かい合う面14は傾斜しており、その面14の傾斜方向は、光ファイバの端面18の傾斜方向と同一である。
As shown in FIG. 1, an
ここで面の傾斜方向について以下に説明する。
本発明において、偏光部品と光ファイバの傾斜面の傾斜方向は、光ファイバの傾斜面の長軸(楕円となる端面の長軸)と光ファイバ中心軸の延長線(光軸)とを含む平面上で考え、この平面上において、偏光部品の傾斜面の光軸に垂直な面からの傾斜方向と、光ファイバの端面の光軸に垂直な面からの傾斜方向が同一であればよい。より具体的には、前記平面上で、図1における光ファイバの端面18と光軸に垂直な面とのなす角度をθfとし、光軸に垂直な面を基準として右回りを正(プラス)、左回りを負(マイナス)で表す。同様にして、偏光部品13の光ファイバの端面と向かい合う面14と、光軸に垂直な面とのなす角度をθpとする。傾斜方向が同一とは、θfとθpの符号が同一であることであり、図1の構成例ではθfとθpはいずれも正の値となる(順テーパ)。これに対し、図6に示した従来の光アイソレータモジュールの構成例では、θf’は正の値、θp’は負の値であり、傾斜方向は反対である(逆テーパ)。なお、本発明において、角度θfとθpの値が同一である必要はない。
Here, the inclination direction of the surface will be described below.
In the present invention, the tilt direction of the tilted surface of the polarizing component and the optical fiber includes a plane including the major axis of the tilted surface of the optical fiber (the major axis of the end surface that becomes an ellipse) and the extension line (optical axis) of the optical fiber central axis Considering the above, on this plane, the tilt direction from the plane perpendicular to the optical axis of the tilt surface of the polarizing component and the tilt direction from the plane perpendicular to the optical axis of the end face of the optical fiber may be the same. More specifically, the angle between the
光アイソレータを構成する材料については特に制限はないが、ファラデー回転子にはビスマス置換希土類鉄ガーネットなどが好ましく用いられ、偏光部品にはLiNbO3、YVO4、TiO2などが好ましく用いられる。磁石は構成や必要な磁場の強さに応じてフェライト磁石や希土類磁石の中から選択されるが、小型化の観点から磁束密度の大きなネオジム磁石またはサマリウムコバルト(SmCo)磁石が好ましい。さらに、各部材は必要に応じて加工を施してもよく、光アイソレータには前記以外の構成部品を追加してもよい。 The material constituting the optical isolator is not particularly limited, but bismuth-substituted rare earth iron garnet or the like is preferably used for the Faraday rotator, and LiNbO 3 , YVO 4 , TiO 2 or the like is preferably used for the polarizing component. The magnet is selected from ferrite magnets and rare earth magnets according to the configuration and the strength of the required magnetic field, but a neodymium magnet or samarium cobalt (SmCo) magnet having a high magnetic flux density is preferable from the viewpoint of miniaturization. Further, each member may be processed as necessary, and components other than those described above may be added to the optical isolator.
また、使用する光ファイバについても特に制限はないが、開口数(NA)が0.1〜0.16程度のシングルモードファイバ(SMF)が好ましい。さらに、本発明の光アイソレータモジュールは少なくとも光ファイバと光アイソレータとを備えるが、他の構成部品を追加することに制限はない。 The optical fiber to be used is not particularly limited, but a single mode fiber (SMF) having a numerical aperture (NA) of about 0.1 to 0.16 is preferable. Furthermore, although the optical isolator module of the present invention includes at least an optical fiber and an optical isolator, there is no limitation on adding other components.
本発明において、光ファイバと光アイソレータの光入射側に位置する偏光部品は、空気層を介して配置される。このとき、光アイソレータモジュールを小型化するために、空気層の厚みは1[mm]未満とする。このようにすれば、光ファイバ(NA=0.1〜0.16)が放射する光の広がり角度を考慮しても、光アイソレータに用いるファラデー回転子や偏光部品などの光学材料の前面投影面積を1[mm2]以下の小さなサイズにすることが可能となる。
ここで、空気層の厚みとは、光ファイバと光アイソレータの光入射側に位置する偏光部品との距離のことであり、本発明においては、光軸(光ファイバ中心軸の延長線)上における光ファイバの端面から偏光部品の光ファイバ端面と向かい合う面までの距離を表す。また、光学材料の前面投影面積とは、光軸に沿って光学材料を見たときの面積である。
In the present invention, the polarization component located on the light incident side of the optical fiber and the optical isolator is disposed via the air layer. At this time, in order to reduce the size of the optical isolator module, the thickness of the air layer is less than 1 [mm]. In this way, even if the spread angle of the light emitted from the optical fiber (NA = 0.1 to 0.16) is taken into consideration, the front projection area of the optical material such as a Faraday rotator or a polarizing component used in the optical isolator is used. Can be reduced to a small size of 1 [mm 2 ] or less.
Here, the thickness of the air layer is the distance between the optical fiber and the polarizing component located on the light incident side of the optical isolator. In the present invention, the thickness on the optical axis (extension line of the optical fiber central axis). It represents the distance from the end face of the optical fiber to the face of the polarizing component facing the end face of the optical fiber. The front projection area of the optical material is an area when the optical material is viewed along the optical axis.
これに対し前述の空気層の厚みが1[mm]を超えると、偏光部品の前面投影面積も1[mm2]も超え、偏光部品のサイズを大きなものにしなければならない。また、偏光部品の大型化に応じて、ファラデー回転子も大型化しなければならず、光アイソレータモジュール全体が大型化してしまい、小型化の仕様を満たすことができなくなる。 On the other hand, if the thickness of the air layer exceeds 1 [mm], the front projection area of the polarizing component also exceeds 1 [mm 2 ], and the size of the polarizing component must be increased. In addition, the Faraday rotator must be enlarged in accordance with the increase in the size of the polarizing component, the entire optical isolator module is increased in size, and the size reduction specification cannot be satisfied.
図2に、光アイソレータモジュール内の光路を示した。光入射側に配置される光ファイバから光入射側に位置する偏光部品までの間で、光軸上に位置する光ビームが光軸から変位する光ビームシフト量をΔTf、光アイソレータ内部で、光軸上に位置する光ビームが光軸から変位する光ビームシフト量をΔTiとしたときに、(ΔTi−ΔTf)の絶対値が0.5[mm]未満となるように配置する。より好ましくは(ΔTi−ΔTf)の絶対値が0.2[mm]未満であり、さらに好ましく(ΔTi−ΔTf)の絶対値が0.1[mm]未満である。
ここで、光アイソレータ内部とは、光入射側に位置する偏光部品の入射端面から光出射側に位置する偏光部品の出射端面までのことをいう。また、本発明における光ビームシフト量とは、光軸(光ファイバ中心軸の延長線)に対して垂直な平面に光ビームを投影したときのシフト量を表しており、光ビームが光軸から放射された場合は、光軸からのシフト量になる。
FIG. 2 shows an optical path in the optical isolator module. The amount of light beam shift by which the light beam located on the optical axis is displaced from the optical axis between the optical fiber arranged on the light incident side and the polarizing component located on the light incident side is ΔT f , and inside the optical isolator, Arrangement is made so that the absolute value of (ΔT i −ΔT f ) is less than 0.5 [mm], where ΔT i is the amount of light beam shift by which the light beam located on the optical axis is displaced from the optical axis. . More preferably the absolute value of (ΔT i -ΔT f) is less than 0.2 [mm], further the absolute value of preferably (ΔT i -ΔT f) is less than 0.1 [mm].
Here, the inside of the optical isolator means from the incident end face of the polarizing component located on the light incident side to the outgoing end face of the polarizing component located on the light exit side. The light beam shift amount in the present invention represents the shift amount when the light beam is projected onto a plane perpendicular to the optical axis (extension line of the optical fiber central axis). When radiated, it becomes a shift amount from the optical axis.
このように、(ΔTi−ΔTf)の絶対値が0.5[mm]未満となるようにすることで、光アイソレータモジュールを通過する光ビームが光軸から離れる距離が小さく抑えられるため、小さな光学材料を使用でき、光アイソレータモジュール全体のサイズを小型化することができる。そして、その光アイソレータモジュールを組み込んだ光半導体モジュールのサイズも小型化することができる。また、光ビームが光アイソレータモジュール内の光軸近傍を通過するので、光軸調整も容易である。
一方、前述の空気層の厚みが1[mm]を超えると、ΔTfの値が大きくなり、(ΔTi−ΔTf)の絶対値が0.5[mm]以上となることがある。また、角度θpが大きい偏光部品を具備した光アイソレータを用いる場合も(ΔTi−ΔTf)の絶対値が0.5[mm]以上となることがある。(ΔTi−ΔTf)の絶対値が0.5[mm]以上では、光アイソレータモジュールが大型化し、光軸調整も困難になる。
As described above, since the absolute value of (ΔT i −ΔT f ) is less than 0.5 [mm], the distance that the light beam passing through the optical isolator module is separated from the optical axis can be suppressed small. A small optical material can be used, and the size of the entire optical isolator module can be reduced. And the size of the optical semiconductor module incorporating the optical isolator module can also be reduced. Further, since the light beam passes near the optical axis in the optical isolator module, the optical axis can be easily adjusted.
On the other hand, when the thickness of the air layer exceeds 1 [mm], the value of ΔT f increases, and the absolute value of (ΔT i −ΔT f ) may be 0.5 [mm] or more. Also, when an optical isolator having a polarizing component with a large angle θp is used, the absolute value of (ΔT i −ΔT f ) may be 0.5 [mm] or more. When the absolute value of (ΔT i −ΔT f ) is 0.5 [mm] or more, the optical isolator module becomes large and optical axis adjustment becomes difficult.
光アイソレータ11を通過した光は、例えば図3に示すように、レンズ19で集光される。
一般に光アイソレータモジュールを光半導体モジュールに実装する際には、半導体チップの位置を固定し、レンズ及び光アイソレータモジュールを変位させるか、半導体チップとレンズの位置を固定し、光アイソレータモジュールのみを変位させることによって光軸調整を行うが、光アイソレータモジュールを前記のような構成にすれば、レンズや光アイソレータモジュールの変位量を抑えることができ、光軸調整が容易になることで光半導体モジュールの製造効率を向上させることが可能となる。さらに、レンズ及び光アイソレータモジュールの変位量が小さいため、実装された光半導体モジュールを小型化することができる。
The light that has passed through the
In general, when an optical isolator module is mounted on an optical semiconductor module, the position of the semiconductor chip is fixed and the lens and the optical isolator module are displaced, or the position of the semiconductor chip and the lens is fixed and only the optical isolator module is displaced. However, if the optical isolator module is configured as described above, the amount of displacement of the lens and the optical isolator module can be suppressed, and the optical axis adjustment can be facilitated to manufacture the optical semiconductor module. Efficiency can be improved. Furthermore, since the displacement amount of the lens and the optical isolator module is small, the mounted optical semiconductor module can be reduced in size.
次に、図4及び図5を参照して、本発明に係る光アイソレータモジュールの構成を光出射側に適用した場合について説明する。 Next, a case where the configuration of the optical isolator module according to the present invention is applied to the light emitting side will be described with reference to FIGS.
図4は、本発明の光アイソレータモジュールを実装した光半導体モジュール80の構成の一例を示す模式図である。光は図4の右から左へ伝搬する。右側の光ファイバ17と光アイソレータ11により、既に説明した光入射側の光アイソレータモジュール50が構成される。光アイソレータ11を通過した光は、さらにレンズ19を通って半導体チップ20に到達し、半導体チップ20内で所定の処理を受け、出射される。半導体チップ20を出射した光は、さらにレンズ19を通って、光アイソレータ31を通過した後、左側の光ファイバ37に入射する。光アイソレータ31と左側の光ファイバ37により、図5のような光出射側の光アイソレータモジュール60が構成される。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an
光出射側の光アイソレータモジュール60の構成の一例を図5に示した。説明の重複を避けるため、図5についての詳細な説明は省略するが、光出射側の光アイソレータモジュール60は、角度θfで傾斜する端面38を備える光出射側に配置される光ファイバ37と光アイソレータ31を有している。光アイソレータ31は、ファラデー回転子32、そのファラデー回転子の両側に配置された一対の偏光部品33及び35、磁石36により構成される。
光ファイバ側偏光部品33において、光ファイバの端面に向かい合う面34は、角度θpだけ傾斜している。ここで、光軸に垂直な面を基準とし、右回りの角度を正(プラス)とした時に、図5のθfとθpはいずれも負(マイナス)の値となるが、傾斜方向は同一である。
An example of the configuration of the
In the optical fiber-side
光出射側に配置される光ファイバと光出射側に位置する偏光部品は、空気層を介して配置され、空気層の厚みは1[mm]以下とする。このようにすれば、光アイソレータモジュールを小型化することができる。 The optical fiber arranged on the light emitting side and the polarizing component located on the light emitting side are arranged via the air layer, and the thickness of the air layer is 1 [mm] or less. In this way, the optical isolator module can be reduced in size.
さらに、光アイソレータ内部で、光軸上に位置する光ビームが光軸から変位する光ビームシフト量をΔTi、光出射側に位置する偏光部品から光出射側に配置される光ファイバまでの間で光軸上に位置する光ビームが光軸から変位する光ビームシフト量をΔTfとしたときに(ΔTi−ΔTf)の絶対値が0.5[mm]未満となるように配置する。より好ましくは(ΔTi−ΔTf)の絶対値が0.2[mm]未満であり、さらに好ましく(ΔTi−ΔTf)の絶対値が0.1[mm]未満である。 Further, in the optical isolator, a light beam shift amount by which the light beam located on the optical axis is displaced from the optical axis is ΔT i , and between the polarization component located on the light emitting side and the optical fiber arranged on the light emitting side. The absolute value of (ΔT i −ΔT f ) is less than 0.5 [mm] where ΔT f is the light beam shift amount by which the light beam positioned on the optical axis is displaced from the optical axis. . More preferably the absolute value of (ΔT i -ΔT f) is less than 0.2 [mm], further the absolute value of preferably (ΔT i -ΔT f) is less than 0.1 [mm].
光出射側に実装される光アイソレータモジュールを上述のような構成にすれば、光入射側に実装される光アイソレータモジュールと同様に、光半導体モジュールの製造効率を向上させることができ、光半導体モジュールの小型化も可能となる。 If the optical isolator module mounted on the light emitting side is configured as described above, the manufacturing efficiency of the optical semiconductor module can be improved in the same manner as the optical isolator module mounted on the light incident side. The size can be reduced.
また、本発明の光半導体モジュールに実装される半導体チップについては特に制限はないが、半導体光アンプを有する半導体チップであることが好ましい。半導体アンプを組み込んだ光半導体モジュールにおいて小型化が望まれており、本発明が特に有益になり、これにより幅広い技術分野で使用が可能となる。 The semiconductor chip mounted on the optical semiconductor module of the present invention is not particularly limited, but is preferably a semiconductor chip having a semiconductor optical amplifier. Miniaturization is desired in an optical semiconductor module incorporating a semiconductor amplifier, and the present invention is particularly useful, and can be used in a wide range of technical fields.
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(テスト)
波長1550[nm]で屈折率1.468のSMFの先端に4、6、8[°]の傾斜加工を施し、向かい合う光アイソレータの偏光部品までの空気層の厚みを0.2〜3[mm]にしたときの光ビームシフト量[μm]を表1に示した。光ファイバ端面の傾斜角度θfが大きく、空気層の厚みが大きいほど光ビームシフト量ΔTfは大きくなった。
(test)
The tip of an SMF with a wavelength of 1550 [nm] and a refractive index of 1.468 is tilted at 4, 6, 8 [°], and the thickness of the air layer to the polarizing component of the facing optical isolator is 0.2 to 3 [mm Table 1 shows the light beam shift amount [μm]. As the inclination angle θ f of the end face of the optical fiber is larger and the thickness of the air layer is larger, the light beam shift amount ΔT f is larger.
次に、光アイソレータの作製を行った。ファラデー回転子として、厚みが0.4[mm]で屈折率が2.34であるビスマス置換希土類鉄ガーネットを用いた。ファラデー回転子には両面対空気無反射コートを施した。
偏光部品としては、LiNbO3、YVO4、TiO2の三種類の材料を用いた。LiNbO3の光ファイバに向かい合う面には、7、10、13[°]の傾斜加工を施し、YVO4及びTiO2の光ファイバに向かい合う面には、3、4、5[°]の傾斜加工を施した。また、各偏光部品は、中心軸の部分の厚みを0.3[mm]とし、両面対空気無反射コートを施した。
Next, an optical isolator was manufactured. As the Faraday rotator, a bismuth-substituted rare earth iron garnet having a thickness of 0.4 [mm] and a refractive index of 2.34 was used. The Faraday rotator was coated with a double-sided anti-reflective coating.
As the polarizing component, three kinds of materials of LiNbO 3 , YVO 4 , and TiO 2 were used. The surface facing the LiNbO 3 optical fiber is subjected to tilting of 7, 10, 13 [°], and the surface facing the YVO 4 and TiO 2 optical fiber is tilting of 3, 4, 5 [°]. Was given. Each polarizing component was provided with a double-sided non-reflective coating with a thickness of the central axis of 0.3 [mm].
加工を施した各偏光部品とファラデー回転子を、0.1[mm]または0.005[mm]の空気層を介するように配置し、周囲にはSmCo磁石を配置した。作製した各光アイソレータについて、光アイソレータ内部における光ビームシフト量ΔTiを求め、表2に示した。
(実施例)
表1に記載した各光ファイバと表2に記載した各光アイソレータを組み合わせて、光ファイバの傾斜した端面とそれに向かい合う偏光部品の傾斜した面の傾斜方向とが同一方向となるようにして、光入射側の光アイソレータモジュールを作製した。さらに、作製した各光アイソレータモジュールを、組み込み用の装置を用いて光半導体モジュールに実装した。このとき、半導体チップの位置を固定し、レンズ及び光アイソレータモジュールを変位させることによって光軸調整を行った。光ファイバ端面とそれに向かい合う偏光部品間の空気層の厚みが0.5[mm]、θfが8[°]、ΔTfは33[μm]であり、偏光部品がLiNbO3でθpが10[°]、偏光部品とファラデー回転子間の空気層の厚みが0.1[mm]、ΔTiが138[μm]であり、(ΔTi−ΔTf)の絶対値が105[μm]である光アイソレータモジュールを実装する際の光軸調整に要した時間は10分であった。
そして、図4に示した、光入射側の光アイソレータモジュール、光出射側の光アイソレータモジュール、半導体チップ、2つのレンズを有する構成の光半導体モジュールを作製した。光アイソレータモジュールはいずれも前述の仕様のものを用いた。その光半導体モジュールの外形のサイズは、30[mm]×20[mm]×70[mm]と小型化することができた。
(Example)
By combining each optical fiber described in Table 1 and each optical isolator described in Table 2, the inclined end surface of the optical fiber and the inclined direction of the inclined surface of the polarizing component facing the optical fiber are aligned in the same direction. An optical isolator module on the incident side was produced. Furthermore, each produced optical isolator module was mounted in the optical semiconductor module using the apparatus for incorporation. At this time, the optical axis was adjusted by fixing the position of the semiconductor chip and displacing the lens and the optical isolator module. The thickness of the air layer between the optical fiber end face and the polarizing component facing it is 0.5 [mm], θ f is 8 [°], ΔT f is 33 [μm], the polarizing component is LiNbO 3 and θ p is 10 [°], the thickness of the air layer between the polarizing component and the Faraday rotator is 0.1 [mm], ΔT i is 138 [μm], and the absolute value of (ΔT i −ΔT f ) is 105 [μm]. The time required to adjust the optical axis when mounting an optical isolator module was 10 minutes.
Then, an optical semiconductor module having a configuration including an optical isolator module on the light incident side, an optical isolator module on the light output side, a semiconductor chip, and two lenses shown in FIG. 4 was produced. All of the optical isolator modules have the specifications described above. The size of the outer shape of the optical semiconductor module could be reduced to 30 [mm] × 20 [mm] × 70 [mm].
(比較例)
前記実施例と同様の光ファイバ、及び光アイソレータを用いて、光ファイバの傾斜した端面とそれに向かい合う偏光部品の傾斜した面の傾斜方向とが反対方向になるようにして、光アイソレータモジュールを作製した。作製した各光アイソレータモジュールを、組み込み用の装置を用いて光半導体モジュールに実装した。このとき、半導体チップの位置を固定し、レンズ及び光アイソレータモジュールを変位させることによって光軸調整を行った。光アイソレータモジュールは前述の仕様のものを用いた。光軸調整に要した時間は24分であった。
そして、実施例と同様に、光入射側の光アイソレータモジュール、光出射側の光アイソレータモジュール、半導体チップ、2つのレンズを有する構成の光半導体モジュールを作製した。その光半導体モジュールの外形のサイズは、34[mm]×24[mm]×70[mm]となり、実施例に比べ大きなものになった。
(Comparative example)
Using the same optical fiber and optical isolator as in the previous example, an optical isolator module was manufactured so that the inclined end surface of the optical fiber and the inclined direction of the inclined surface of the polarizing component facing it were opposite to each other. . Each of the produced optical isolator modules was mounted on an optical semiconductor module using an assembly apparatus. At this time, the optical axis was adjusted by fixing the position of the semiconductor chip and displacing the lens and the optical isolator module. The optical isolator module having the above specifications was used. The time required for adjusting the optical axis was 24 minutes.
Then, similarly to the example, an optical semiconductor module having a configuration including an optical isolator module on the light incident side, an optical isolator module on the light output side, a semiconductor chip, and two lenses was manufactured. The size of the outer shape of the optical semiconductor module was 34 [mm] × 24 [mm] × 70 [mm], which was larger than that of the example.
実施例と比較例の結果から、光アイソレータモジュールを本発明の構成にすることで、光アイソレータモジュールを光半導体モジュールに実装する際の光軸調整の時間を短縮できることがわかった。さらに、本発明の光アイソレータモジュールを組み込んだ光半導体モジュールは、従来の光アイソレータモジュールを組み込んだものに比べて小型化することが可能となった。 From the results of Examples and Comparative Examples, it was found that the optical axis adjustment time when mounting the optical isolator module on the optical semiconductor module can be shortened by using the configuration of the optical isolator module according to the present invention. Furthermore, the optical semiconductor module incorporating the optical isolator module of the present invention can be reduced in size as compared with a module incorporating a conventional optical isolator module.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
11…光アイソレータ、 12…ファラデー回転子、 13…光ファイバ側偏光部品、
14…光ファイバの端面に向かい合う面、 15…偏光部品、 16…磁石、
17…光ファイバ、 18…光ファイバの端面、 19…レンズ、
20…半導体チップ、 31…光アイソレータ、 32…ファラデー回転子、
33…光ファイバ側偏光部品、 34…光ファイバの端面に向かい合う面、
35…偏光部品、 36…磁石、 37…光ファイバ、 38…光ファイバの端面、
50…光アイソレータモジュール、 60…光アイソレータモジュール、
80…光半導体モジュール、 110…光アイソレータモジュール、
111…光アイソレータ、 112…ファラデー回転子、
113…光ファイバ側偏光部品、 114…光ファイバの端面に向かい合う面、
115…偏光部品、 116…磁石、 117…光ファイバ、
118…光ファイバの端面。
DESCRIPTION OF
14 ... Face facing the end face of the optical fiber, 15 ... Polarizing component, 16 ... Magnet,
17 ... Optical fiber, 18 ... End face of optical fiber, 19 ... Lens,
20 ... Semiconductor chip, 31 ... Optical isolator, 32 ... Faraday rotator,
33: Optical fiber side polarizing component 34: Surface facing the end surface of the optical fiber,
35 ... Polarizing component, 36 ... Magnet, 37 ... Optical fiber, 38 ... End face of optical fiber,
50 ... Optical isolator module, 60 ... Optical isolator module,
80: optical semiconductor module, 110: optical isolator module,
111 ... Optical isolator, 112 ... Faraday rotator,
113 ... Optical fiber side polarization component, 114 ... Face facing the end face of the optical fiber,
115: Polarizing component, 116: Magnet, 117 ... Optical fiber,
118: An end face of the optical fiber.
Claims (3)
前記光ファイバの端面側に配置された前記偏光部品において、該光ファイバの端面に向かい合う前記偏光部品の面が前記光軸に垂直な面から角度θpだけ傾斜しており、前記角度θfだけ傾斜した光ファイバの端面と前記角度θpだけ傾斜した偏光部品の面は前記光軸に垂直な面に対して同じ方向に傾斜しており、
前記光ファイバの端面と該端面側に配置された前記偏光部品は空気層を介して配置され、該光ファイバの端面と該光ファイバ端面に向かい合う前記偏光部品の面の間の距離は前記光軸上で1[mm]未満であり、
前記光ファイバの端面から該端面側に配置された前記偏光部品までの間で光ビームが光軸から変位する光ビームシフト量をΔTf、前記光アイソレータ内部で光ビームが光軸から変位する光ビームシフト量をΔTiとしたときに、(ΔTi−ΔTf)の絶対値が0.5[mm]未満となるものであることを特徴とする光アイソレータモジュール。 An optical isolator including a Faraday rotator and a pair of polarizing components disposed on both sides of the Faraday rotator, and a plane that is disposed on the light incident side or light output side of the optical isolator and is perpendicular to the optical axis of light propagation An optical isolator module having an optical fiber with an end face inclined by an angle θ f ,
In the polarizing component disposed on the end face side of the optical fiber, a surface of the polarizing component facing the end face of the optical fiber is inclined by an angle θ p from a plane perpendicular to the optical axis, and only the angle θ f end surface and the angle θ plane of polarized components inclined by p of the inclined optical fiber is inclined in the same direction with respect to a plane perpendicular to the optical axis,
The end face of the optical fiber and the polarizing component arranged on the end face side are arranged via an air layer, and the distance between the end face of the optical fiber and the surface of the polarizing component facing the end face of the optical fiber is the optical axis. Is less than 1 [mm] above,
A light beam shift amount by which the light beam is displaced from the optical axis between the end face of the optical fiber and the polarizing component disposed on the end face side is ΔT f , and the light beam is displaced from the optical axis inside the optical isolator. An optical isolator module, wherein an absolute value of (ΔT i −ΔT f ) is less than 0.5 [mm] when a beam shift amount is ΔT i .
The optical semiconductor module according to claim 2, wherein the semiconductor chip has a semiconductor optical amplifier.
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