JP2016174095A - 光送信器および光送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ基板とＰＬＣの、ミラーを用いた光結合によるスタック実装において、アライメント用のレーザを別途設けることなく、光結合部のアライメントを簡便に行うことが可能で、簡易な構造を備えた光送信器および光送信装置を提供する。【解決手段】基板上に設けられたレーザであって、その両端に信号光の出力導波路とアライメント光の出力導波路が設けられており、信号光およびアライメント光の出力導波路の先には、光路変換するミラーを備えた光結合部がそれぞれ設けられていることを特徴とする光送信器とした。【選択図】図１

Description

本発明は光通信に用いられる光送信器および光送信装置に関し、より詳細には半導体基板水平方向に導波する共振器を有する半導体レーザ素子と、該レーザ素子からの出力光の出射方向を基板垂直方向に変換する傾斜ミラーを有する光送信器において、光送信器と他の光回路との光結合に際して光ビームの光軸合わせ（調芯、アライメント）を容易とする構成、および該光送信器を用いた光送信装置に関する。

次世代の超高速ネットワークを構成する規格の１つとして、光通信における波長多重（ＷＤＭ：Wavelength. Division Multiplexing）技術を用いた、１００ギガビットイーサネット（１００ＧｂＥ）の開発が進んでいる。

特に中・長距離のビル間（〜１０ｋｍ）・遠隔ビル間（〜４０ｋｍ）のデータのやり取りをする１００ＧＢＡＳＥ−ＬＲ４・１００ＧＢＡＳＥ−ＥＲ４が有望視されている。

上記の規格では、定められた４つの光の波長（例えば、１２９４．５３−１２９６．５９ｎｍ、１２９９．０２−１３０１．０９ｎｍ、１３０３．５４−１３０５．６３ｎｍ、１３０８．０９−１３１０．１９ｎｍの４波長）に対し、それぞれに２５Ｇｂ／ｓ（または２８Ｇｂ／ｓ）のデータを乗せた後、重ね合わせて１００Ｇｂ／ｓの信号を生成するという、ＬＡＮ−ＷＤＭの方法が用いられる。

このようにイーサネット（登録商標）においても、波長多重化により、伝送容量の大容量化を目指す検討が行われており、そのような光ネットワークを実現する光デバイスのひとつとして、波長多重光送信器が検討されている。

波長多重光送信器の構成要素は、電気信号を光信号に変換する機能と、それらの光信号を合波する機能の２つに大別される。

前者は、直接変調型ＤＦＢレーザ（分布帰還型レーザ：Distributed Feedback laser）、もしくはＣＷ型ＤＦＢレーザと電界吸収（ＥＡ）型の光変調器の組み合わせが挙げられ、後者は、多モード干渉（ＭＭＩ：Multi Mode Interference）型の合波器や、アレイ導波路グレーティング（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）型の合波器が挙げられる。

これらの構成要素を集積した波長多重送信器として、ＩｎＰ系の半導体材料をベースとしたモノリシック集積光源が提案されている（下記非特許文献１参照）。

この例では、４つの電界吸収型変調器集積レーザとMMI型の合波器を１つのチップにモノリシック集積し、コンパクトかつ高機能な波長多重送信器を実現している。

今後は、さらなる通信容量の拡大に向け、さらにレーザをアレイ化し、高密度波長多重が有力であるが、それらの信号を束ねる合波器として、高精度なＡＷＧが必要になると考えられる。

そのようなＡＷＧを実現する、光デバイスのプラットフォームとして、例えばシリコン（Ｓｉ）基板に形成された石英系の平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）が知られている。

ＰＬＣは低損失、高信頼性、高い設計自由度といった優れた特徴を有する導波路型光デバイスであり、実際に光通信伝送端における伝送装置には合分波器、分岐・結合器等の機能を集積したＰＬＣが搭載されている。

また、光源であるレーザと、光信号処理を行うＰＬＣをハイブリッドに集積した光電子集積型デバイスも提案されており（下記特許文献１参照）、必要な機能に対し、最適なデバイスを組み合わせることが可能であるため、より高機能な集積型光デバイスを実現する上で有望なアプローチである。

この様なデバイスでは、例えば図７および非特許文献２のＦｉｇ２の断面図にあるように、ＰＬＣの一部に溝およびテラス（terrace）領域（ＰＬＣ７４の導波路７４ｂとレーザ７２の基板内の活性層７２ａの高さを同じにするための段差を形成する領域）を設け、その端面の導波路に対して、レーザを調芯しながら実装することで光結合を行う方法が採用されているが、溝やテラス（図７の「Silicon terrace」）といったある程度の実装面積が必要になる。
なお、ここの「実装面積」は、半導体チップに加えて、溝やシリコンテラス、配線、実装のためのマーカなど、実装に必要な全ての構造の面積を想定している。

また、この場合調芯に当たっては、ＰＬＣの導波路の高さと、レーザの活性層の高さをほぼ（例えば０．５μｍ以下の精度で）一致するように厳密に制御する必要があるが、ＰＬＣの作成精度や、レーザを搭載するためのハンダ７３の膜厚の精度を高める必要があり、実際には困難であった。

より詳細に説明すると、図７のＰＬＣ７４とレーザ７２の積層断面図において、ＰＬＣ７４の基板面内のＸ方向、Ｚ方向には調芯しながらレーザ７２を自由に動かすことで、最適位置に合わせることができる。例えばＸ軸方向はレーザにスポットサイズ変換がない場合には０．５μｍ、スポットサイズ変換がある場合には２μｍ以下の精度で最適位置に合わせることで結合の過剰損失を１ｄＢ以下に抑えることができる。またＺ軸方向にはスポットサイズ変換がない場合には５μｍ、スポットサイズ変換がある場合には１０μｍ以下の精度で最適位置に合わせることで結合の過剰損失を１ｄＢ以下に抑えることができる。

それに対してＰＬＣ７４の基板面に垂直なＹ軸方向は、ＰＬＣの作成精度や、レーザ７２を搭載するためのハンダ７３の膜厚の精度でＰＬＣとレーザの位置関係が決まってしまうために、最適位置に合わせるのが困難であった。

そこで、ＰＬＣおよびレーザチップの導波路の対応する一部の領域に、光路変換するための相対する２つの４５度ミラーを設け、レーザチップのミラーから基板面外の方向に出射されるレーザ光をＰＬＣのミラーで受光するよう実装することで、レーザからの光をＰＬＣ側ミラーで光路変換し、ＰＬＣ側の光導波路との光結合を行う光結合部を形成する方法が注目されている。（図８および図９参照。図７と同じ部分は同じ符号とした）
このようなレーザチップ７２とＰＬＣ７４上にそれぞれ光結合用ミラー７２ｅ、７４ｅを設け、重ねて実装するようなスタック実装型の集積デバイス構造は、レーザの放熱にはやや不利であるが図９に示すように２階建てにすることもできるので、その分、平面方向の面積が圧縮されデバイスの小型化、および光波回路設計自由度の面で利点がある。特に光結合部の調芯（光軸位置あわせ、アライメント）の点からはＹ軸方向の調芯が不要になり、Ｘ軸・Ｚ軸の調芯を行うだけでいいという大きな利点がある。

特許第３８９０２８１号公報 特開２０１２−４２５１５号公報

T. Fujisawa, S. Kanazawa, H. Ishii, N. Nunoya, Y. Kawaguchi, A. Ohki, N. Fujiwara, K. Takahata, R. Iga, F. Kano, and H. Oohashi： " 1.3-μm, 4×25-Gbit/s, monolithically integrated light source for metro area 100-Gbit/s Ethernet," IEEE Photonics Technology Letters, Vol.23, No.6, pp.356-358, March 15 2011. Toshikazu Hashimoto, Yoshinori Nakasuga, Yasufumi Yamada, Hiroshi Terui, Masahiro Yanagisawa, Yuji Akahori, Yuichi Tohmori, Kazutoshi Kato, and Yasuhiro Suzuki, "Multichip Optical Hybrid Integration Technique with Planar Lightwave Circuit Platform", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 16, NO. 7, JULY 1998, pp. 1249-1258.

このようなＰＬＣにおけるレーザチップ基板実装の際の光ビーム結合部における光軸合わせ・調芯（アライメント）には、大きく分けて二通りの方法が挙げられる。

一つ目は、まず光導波路側（ＰＬＣ側）でに入射されたる光強度をモニタできるようにし、レーザを駆動させてビームをミラー側に出射し、結合効率の高い位置でが高くなるよう（モニタする光強度が強くなるよう）アライメントしてレーザチップを固定する方法である（アクティブアライメント）。

二つ目は、レーザを駆動せず、レーザチップとＰＬＣにそれぞれ対応する位置合わせマーカーを設け、Ｓｉの裏から赤外光を透過させて、レーザチップとＰＬＣのマーカーを見ながら画像認識によりマーカ同士の位置合わせ（アライメント）してレーザチップを固定する方法である（パッシブアライメント）。

どちらの方法でも高精度にアライメントし、スタック実装することが可能であるが、。光結合効率の面で上記２つのアプローチを比較すると、光強度をモニタしながら実装する前者のアクティブアライメントの方が有利である。

しかしながら、例えば複数のレーザを集積したレーザアレイチップと、合波器を集積したＰＬＣチップのスタック実装を想定すると、複数のレーザから出力されてＰＬＣに結合し、合波した光の強度をモニタしながらアライメントすることになる。例えば後に説明する図６にあるような４つのレーザからなるレーザアレイ基板（下）をＰＬＣ（上）と実装する場合には、ＰＬＣは４つのレーザの光を入力し、「４入力１出力の合波器」で合波してから、その単一の出力を（左端で）モニタする形になる。

このようなレーザアレイチップのスタック実装のアライメントでは、上下左右や回転の他、チップのあおり（レーザチップ基板面に対する、PLCチップ基板面の傾き）を調整する必要がある。

すなわち、上下方向や回転、チップのあおりを調整するには複数のレーザの出力をモニタするのが望ましいが、複数のレーザを同時に駆動するのはアライメント方法が複雑となり、そもそも同時に駆動するのも困難である。またレーザを１つずつ順番に駆動し、動作するレーザを切り替えながらアライメントするのも、手順が煩雑で困難である。従って、通常、１つのレーザを動作させるだけで、簡易なアライメントを行うのが普通であるが、この場合試行錯誤で調整することとなり、煩雑なアライメントが必要となることが問題となる。

これに対し、レーザチップあるいはレーザアレイチップの基板上に別途アライメント用の光出力を設け、ＰＬＣにもアライメント用のポートを設けることで、アライメント光の光強度も併せてモニタすることで位置調整を容易にする構成も考えられるものの、レーザチップあるいはレーザアレイチップ基板上には別途アライメント光用のレーザを集積し、実際の使用時には信号を送らないレーザを動作させてアライメントする必要があり、構造が複雑となる。

このようにスタック実装により、小型で高機能な集積デバイスが期待できる一方で、レーザーアレイとＰＬＣのハイブリッドでは、アライメント用のレーザを別途集積し、それを動作させるために構造が複雑化するという問題がある。

そこで、ＰＬＣとレーザチップの、ミラーを用いた光結合によるスタック実装において、アライメント用のレーザを省略し、かつ簡易な構成で、高効率にレーザ・ＰＬＣ間の光結合部のアライメントを実現できる構造を備えた光送信器の実現が課題となっている。

本発明はこのような問題を鑑みてなされたもので、レーザ基板とＰＬＣの、ミラーを用いた光結合によるスタック実装において、アライメントを簡便に行うことが可能で、かつ簡易な構造を備えた下記のような光送信器を提供する。

基板上に設けられた少なくとも１つのレーザであって、その１つのレーザの両端に信号光の出力導波路とアライメント光の出力導波路が設けられ、それら信号光およびアライメント光の出力導波路の先に、光路変換するミラーがそれぞれ設けられていることを特徴とする光送信器。

本発明によれば、レーザ基板のスタック実装において、アライメント用のレーザを別途設けることなく、レーザ基板とＰＬＣのような光回路素子の間のミラーを用いた光結合部のアライメントを簡便に行うことが可能で、かつ簡易な構造を備えた光送信器および光送信装置を提供することができる。

本発明の実施例１を示す構成図である。 本発明の実施例２のレーザ基板を示す図である。 本発明の実施例２のレーザ基板部分断面図である。 本発明の実施例２のＰＬＣを示す図である。 本発明の実施例２のＰＬＣ部分断面図である。 本発明の実施例２のレーザ基板とＰＬＣのスタック実装例を示す図である。 従来のレーザ基板とＰＬＣの光結合部の断面図である。 従来のレーザ基板とＰＬＣの光路変換ミラーによる光結合部の断面図である。 従来のレーザ基板とＰＬＣの光路変換ミラーによる別の光結合部の断面図である。

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。

（実施例１）
図１に、本発明の実施例１として、光送信器および光送信装置の基本的な構成を示す。

まず、ＩｎＰなどの半導体基板１上には、基板水平両方向に出力するレーザ２と、その両端に信号光の出力導波路３とアライメント光の出力導波路４が設けられている。アライメント光の出力導波路４は、アライメント光の伝搬方向を信号光と同じ方向に曲げるように構成されており、それら信号光およびアライメント光の出力導波路の先に、光路変換するミラー３ａ、４ａがそれぞれ備えられて光送信器を構成する。

アライメント光の出力導波路４を信号光と同じ方向に曲げることは必ずしも必要ではないが、ミラーの加工の手間を少なくするためには、なるべく基板の同じ側にミラーを配置するのが望ましい。この場合は、1回の加工で作製したミラーの反射面に対応するよう、
曲げ導波路でアライメント光の伝搬方向を信号光と同じ方向に伝搬させ、ミラーの位置を揃えている。

図示しない電極よりレーザ２に電流を駆動することで、信号光およびアライメント光がミラー３ａ、４ａを介して基板１の上方に出射され、ＰＬＣ５上に形成した対応するミラー３ｂ、４ｂを介して、ＰＬＣ５の石英導波路３ｃ、４ｃへ高効率に結合されて、ＰＬＣ左端の信号光ポート３ｄ、アライメント光ポート４ｄから出力され、光送信装置としてのアライメントのためにモニタされる。

図１のＰＬＣ５の記載では、導波路３ｃ、４ｃやミラー部３ａ、４ａは点線で表現されている事から分かるように、シリコン基板の裏面側に形成された構造であることに注意する。

レーザを駆動した際に、信号光の逆方向の出力として後方へ出力され通常利用されない光をアライメント光として利用することで、１つのレーザを駆動するのみで、それら信号光およびアライメント光がＰＬＣへ結合する光強度をそれぞれモニタし、高精度にアライメントすることが可能となる。したがって、アライメント光用のレーザを余分に作製することなく、かつ、１つのレーザを駆動するのみで高精度なアライメントが可能となるため、集積するレーザの構造を簡略化し、かつ簡便に実装することができる。

以上説明したように、本発明は、レーザと、信号光の導波路およびミラーと、レーザの後方出力側にアライメント光の導波路および信号光側のミラーと同時に形成された同じミラー角度のミラーとを有し、レーザを駆動することで信号光とアライメント光が同時に出力されることを最大の特徴としている。

このとき、スタック実装する導波路プラットフォームとして、例えば合波器およびミラーが集積されたＰＬＣ５を想定すると、レーザ基板１からＰＬＣ５へ入射された２つのビームが、それぞれＰＬＣ５の信号光ポート３ｄおよびアライメントポート４ｄから出力されるときの光強度を測定し、最大となる位置に合わせることで、レーザ基板１とＰＬＣ５のアライメントが可能となる。

アライメント光の出力が１つだけの場合は、信号光と併せて２箇所の光結合部しかモニタできないため、レーザチップ基板面の傾きを決めることができず、ＰＬＣの基板面を基準とした、レーザチップのあおり方向の位置合わせが難しいが、後述の実施例２に示すようにアライメント光の導波路を途中で分岐し、アライメント光の出力を２つ以上設け、信号光の出力と合わせて、３箇所以上の光結合部の出力をモニタするようにすれば、それらのモニタされる出力光に対応する光結合部の位置関係が、少なくとも３つは一直線上にならない位置へ配置することで、少なくとも３点で面を規定可能となるので、あおりを容易に補正することができ、その結果、結合効率をさらに高め、簡易なアライメントを可能とすることもできる。

このように、ミラーを用いた光結合によるレーザとＰＬＣのスタック実装の際に、レーザの後方出力をアライメント光として利用し、１つのレーザを駆動するだけで、信号光とアライメント光を出力し、ＰＬＣへ結合する光強度をそれぞれモニタし、最大値となるようにアライメントすることで、高精度かつ簡便にアライメントすることができる。

従来の光送信器では、アライメント光が無いため、結合ずる信号光の光強度を、合波器を介してモニタすることになり、回転方向など、どの方向に微動させて位置合わせするのが良いかを判断しにくく、煩雑なアライメントになってしまう。また、アライメント光用のレーザを集積することで、高精度にアライメントすることができるものの、信号を載せないレーザが別途必要になるだけでなく、２つ以上のレーザを駆動する必要があり、そのレーザを駆動するための配線といった実装構造が複雑になってしまう問題があった。

一方、本発明では、レーザの後方出力をアライメント光として利用する工夫により、集積型光デバイスを、簡便な構成、かつ簡易なアライメントで実装して提供することが可能になる。

（実施例２）
図２に、本発明の実施例２にかかる光送信器を構成するレーザ基板２０の構造を示す。

本実施例では基板２０上には、レーザアレイチップとして上から順に４つのＤＦＢレーザ２１〜２４と、対応する４つの信号光用導波路、４つのレーザのうち１つ（例えばＤＦＢレーザ２１とする）の後方出力に接続された曲げ構造を含むアライメント光用の導波路２５、アライメント光用導波路の途中に設けたＭＭＩ型１×２分岐回路２６、および、それぞれの導波路の端に設けた光路変換ミラー２１ａ〜２６ａが構成される。

アライメント光用導波路の分岐数は３以上とすることも可能であるが、レーザチップのあおり方向の位置合わせも確実に行うには、分岐されたアライメント光用のミラー（この場合２５ａ、２６ａ）と、信号光のミラー（ここでは２１ａ）と合わせて少なくとも３つ以上の光結合部があり、少なくとも３つが一直線上にならない位置へ配置されることが必要である。

チップの大きさは２．０×２．５ｍｍとし、ＤＦＢレーザの共振長を４００μｍとした。

（レーザ基板の部分断面図）
図３に、ＤＦＢレーザ３１、光導波路３２、ミラー３３が形成された、図２の半導体チップ基板２０のレーザから光結合部の部分断面図（例えば、図２のＤＦＢレーザ２１からミラー２１ａに相当する部分の断面図）を示す。

ＤＦＢレーザ３１（２１）の層構造は、下からｎ電極３１ａ、ｎ−ＩｎＰ基板３１ｂ、ｎ−ＩｎＰクラッド層３１ｃ、ＤＦＢレーザの活性層３１ｄ、ＤＦＢレーザのガイド層３１ｅ、ｐ−ＩｎＰクラッド層３１ｆ、レーザのｐ電極３１ｇが形成されている。ガイド層にはＥＢ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画により、回折格子が形成されている。

導波路、およびミラー部の層構造は、下からｎ電極、ｎ−ＩｎＰ基板、ｎ−ＩｎＰクラッド層、導波路のコア層３２ａ、ノンドープのＩｎＰとなっている。

レーザの中心部分（図３の点線で囲まれた部分）には、発振波長の単一モードを実現するために、回折格子を四分の一波長だけ位相シフトした四分の一波長（λ／４）シフトが設けられている。

１つの半導体チップ内では、活性層の組成は同一で、波長を変えるには回折格子のピッチを変えることにより行う。ＤＦＢレーザ２１〜２４の発振波長は、例えばそれぞれ次の範囲の中心波長に設計されているが、本発明はその波長に捕われるものではない。

ＤＦＢレーザ２１：１２９４．５３−１２９６．５９ｎｍ、
ＤＦＢレーザ２２：１２９９．０２−１３０１．０９ｎｍ、
ＤＦＢレーザ２３：１３０３．５４−１３０５．６３ｎｍ、
ＤＦＢレーザ２４：１３０８．０９−１３１０．１９ｎｍ。

上記の構造を作製するプロセスは、ｎ−ＩｎＰ基板３１ｂ上にｎ−ＩｎＰクラッド層３１ｃ、ＤＦＢレーザの活性層３１ｄ、ＤＦＢレーザのガイド層３１ｅを成長した初期基板を用いる。初めに基板表面に回折格子を形成した後、再成長によって回折格子を埋め込みｐ−ＩｎＰクラッド層３１ｆを形成する。次に、メサ構造をエッチングによって形成し、再び埋め込み再成長によってメサ両脇にＦｅをドーピングした半絶縁性ＩｎＰ層を形成することで、共振器水平方向でみるところのメサ両脇にＩｎＰ層が形成された埋め込みヘテロ構造を有する。続いて、共振器の両終端をエッチングし、導波路のコア層３２ａ、ノンドープのＩｎＰの埋め込み再成長を行った。最後にｎ側、ｐ側の電極３１ａ，３１ｇを形成した後、埋め込み再成長を行ったノンドープＩｎＰ領域に、基板に対して４５度の角度をなしてエッチングし、ＰＬＣとの光結合部を構成するミラー３３（２１ａ）を形成した。

（ＰＬＣの構成）
図４に、図２の光送信器の基板構成に対応する合波用光回路であるＰＬＣ４０の構成を示す。
図４および次の図６のＰＬＣの記載では、導波路や光回路は点線で表現されている事から分かるように、シリコン基板の裏面側に形成された構造であることに注意する。

図４のＰＬＣ４０は、合波用光回路として、下方にある図２の光送信器の基板２０から到来する４つの信号光を光路変換ミラー４１ｂ〜４４ｂで入力してＡＷＧ４９へ伝搬する４本の導波路と、４つの入力信号光を１出力へ合波するＡＷＧ４９と、ＡＷＧ４９で合波され出力された１つの信号光をチップ端の信号光ポート４０ｄへ伝搬する１本の導波路を有している。

また、図４のＰＬＣ４０は、アライメント用の構成として、下方にある図２の光送信器の基板２０からの２つのアライメント光を光路変換ミラー４５ｂ、４６ｂで入力してチップ端の２つのアライメント光ポート４５ｄ、４６ｄへ伝搬する２つのアライメント光用導波路４５ｃ、４６ｃも有している。

アライメントの際にモニタされる信号光と２つのアライメント光を受ける計３つのミラー４１ｂ、４５ｂ、４６ｂは、図２のミラー２１ａ、２５ａ、２６ａに対応して、同一直線上にない位置に配置されていることが分かる。

（ＰＬＣミラー部の断面構造）
図５に、図４のＰＬＣ４０の光結合部を構成する光路変換ミラー（例えば４１ｂ）部分の断面構造を示す。

なお、この図５ではＰＬＣ４０に基板２０から入射する信号光やアライメント光は右上の矢印で図示のように上方から下方に到来し、図４および図６に見取り図として記載のＰＬＣ４０とは基板の面の上下が逆になっていることに注意する。

上記の構造を作製するプロセスは、まず適切な工程により作製した石英系ＰＬＣ４０を用意し、ドライエッチングにより深さが導波路より深くなるように３０度から６０度の間、例えば４５度の傾斜面（傾斜構造５１）を形成する（例えば前記特許文献２を参照）。

なお、傾斜面の作製方法が、発明の効果を限定するものではないが、ドライエッチングにより作製することで高精度かつ自由度の高いミラーレイアウトが可能となる。

続いて傾斜面に対し、蒸着またはスパッタなどにより金やアルミ等の金属を被着させ反射膜とし、ミラー５２を形成する。このとき、蒸着源、またはスパッタリングターゲットに対して基板表面を傾斜させることで、傾斜面に反射膜が成膜される。ミラーの位置は、レーザの出力ポートからのビーム照射位置に対応するように、エッチングシフト等を考慮して設定する。

上記の光送信器２０とＰＬＣ４０をスタック実装することで、集積型デバイスが実現できる。

（実施例２の光送信装置実装例）
図６に、本発明の実施例２の基板２０とＰＬＣ４０のスタック実装により構成した光送信装置の実装例を示す。上記の光送信器とＰＬＣを実際にアライメントし、本発明の効果を検証した。

まず、信号光の光結合部を中心に粗い位置合わせをした後、アライメント光用導波路の接続されたレーザ２１を駆動して、波長約１．３μｍの光を出力しながら、ＰＬＣ端面の信号光ポート４０ｄと２つのアライメント光ポート４５ｄ、４６ｄから出射される光強度を、それぞれファイバを介してモニタし、アライメントを行う。

レーザの信号光出力を１ｍＷに設定し、モニタしている信号光ポート４０ｄの光強度が最大となるように、チップの水平方向に位置合わせした。このとき、光強度０．１ｍＷ程度のアライメント光も、２つのアライメント光ポート４５ｄ、４６ｄから出力されている。

続いて、信号光ポート４０ｄに加えて２つのアライメント光出力ポートの片方、例えば４５ｄの光強度もモニタしながら、モニタする２ポートの光強度が最大となるように、レーザチップ表面の水平回転方向に位置合わせした。

更に、残るアライメント光出力ポート４６ｄの光強度もモニタしながら、モニタする３ポートの光強度が最大となるよう、チップのあおり方向に位置合わせを行った。

最後にチップ間距離を徐々に近づけていき、チップ間距離の調整を行った。

このとき、残る３つのレーザを一つずつ出力１ｍＷで駆動し、それぞれの損失を評価すると、位置ずれによる損失は０．３ｄＢ以下であり、高精度なアライメントができていることが分かった。このように、レーザの後方出力をアライメント光として利用する構造を設けることで、簡便な構造で、高効率の光結合ができる実装が可能となり、小型の集積型光デバイスを提供できる。

本発明ではＤＦＢレーザが４つ、ＰＬＣ上の合波器としてＡＷＧを用いた例を説明したが、レーザの数や種類、合波器の分岐数や種類は上記に捕われない。また、（直接変調型の）ＤＦＢレーザではなく、ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザでも構わない。さらにＰＬＣ側も、光合波器としてのＡＷＧに捕われるものではなく、ＰＬＣとして構成されるものであれば、方向性結合器、Ｙ分岐、マッハ・ツエンダ、誘電体多層膜フィルタ、ＭＭＩ、もしくはその組み合わせなど、何でも構わない。

以上説明したように、本発明によれば、アライメント用のレーザを別途設けることなくレーザのミラーを用いたスタック実装において、レーザとＰＬＣのような光回路素子の間を光結合するためのアライメントを簡便に行うことが可能で、かつ簡易な構造を備えた光送信器および光送信装置を提供することができる。

１、２０ 基板
２、７２ レーザ
３ 信号光導波路
４、２５、４５ｃ、４６ｃ アライメント光導波路
３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、２１ａ〜２６ａ、３３、４１ｂ〜４６ｂ、５２、７２ｅ、７４ｅ ミラー
３ｃ、４ｃ 石英導波路
３ｄ、４０ｄ 信号光ポート
４ｄ、４５ｄ、４６ｄ アライメント光ポート
５、７４、４０ ＰＬＣ
２１〜２４、３１ ＤＦＢレーザ
２６ ＭＭＩ型分岐回路
３１ａ ｎ電極
３１ｂ ｎ−ＩｎＰ基板
３１ｃ ｎ−ＩｎＰクラッド層
３１ｄ，７２ａ 活性層
３１ｅ、７２ｂ ガイド層
３１ｆ ｐ−ＩｎＰクラッド層
３１ｇ ｐ電極
３２ 導波路
３２ａ、５３、７４ｂ 導波路コア
４９ ＡＷＧ
５１ 傾斜構造
７４ａ オーバークラッド
７４ｃ アンダークラッド
７３ ハンダ

Claims (6)

1. 基板上に設けられた少なくとも１つのレーザであって、その１つのレーザの両端に信号光の出力導波路とアライメント光の出力導波路が設けられ、それら信号光およびアライメント光の出力導波路の先に、光路変換するミラーがそれぞれ設けられていることを特徴とする光送信器。
2. 請求項１に記載の光送信器において、信号光またはアライメント光の出力導波路に、アライメント光と信号光の伝搬方向を同じ方向に曲げる導波路が設けられていることを特徴とする光送信器。
3. 請求項１または２に記載の光送信器において、
   光路変換の前にアライメント光を２つ以上に分岐する構造が設けられ、
   分岐されたアライメント光の出力導波路の先にも光路変換するミラーがそれぞれ設けられ、
   信号光の１つと併せて光路変換するミラーがすくなくとも３つ以上設けられ、
   そのうち、少なくとも３つが一直線上にならない位置に形成されていることを特徴とする光送信器。
4. 請求項１から３に記載の光送信器において、基板面を基準としたミラーの反射面のなす角度をミラー角度としたとき、３０度から６０度の間のミラー角度であって、同じミラー角度でそれぞれのミラーが形成されていることを特徴とする光送信器。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の光送信器において、基板上に２つ以上のレーザが設けられ、それぞれに信号光の出力導波路、および光路変換ミラーが設けられ、それらのレーザのうち、１つ以上に曲げ構造を含むアライメント光の出力導波路が設けられ、アライメント光を信号光の伝搬方向に曲げ、導波路の先に設けられたミラーにより光路変換する構造が設けられていることを特徴とする光送信器。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の光送信器がＰＬＣ上に搭載される光送信装置であって、
   ＰＬＣには、
   光送信器の信号光の光路を変換する第１の光路変換ミラーと、第１の光路変換ミラーで光路が変換された信号光を伝搬する第１の導波路と、
   光送信器のアライメント光の光路を変換する第２の光路変換ミラーと、第２の光路変換ミラーで光路が変換されたアライメント光を伝搬する第２の導波路と、
   を有することを特徴とする光送信装置。

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