JP2020181076A - 調芯用光回路および光調芯方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】調芯用光回路を用いた光調芯におけるＳ／Ｎ比を改善する。【解決手段】半導体からなるコア１０２から構成されて基板１０１の上に形成された光導波路を備える。この光導波路の一端には、グレーティングカプラ１０３が設けられている。また、上記光導波路の他端には、光導波路に光学的に結合して形成された反射部１０４を備える。コア１０２による光導波路に、光導波路の導波光の強度を変調する光強度変調部１０５を備える。光強度変調部１０５は、可変光減衰器から構成されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、グレーティングカプラと光ファイバとの光接続に用いる調芯用光回路および光調芯方法に関する。
光通信のトラフィック増大に伴って、光送受信器の高速化・小型化と共に低コスト化が求められている。光送受信器の小型・低コスト化には、構成部品である光フィルターや光変調器等を含む光回路についても、低コストに製造可能でありより小型なものが求められる。
小型な光回路を低コストに実現する技術として、近年シリコンフォトニクス（Silicon photonics：ＳｉＰｈ）が注目を集めており、ＳｉＰｈ光回路の研究開発が盛んに行われている。このＳｉＰｈ光回路を用いた光送受信器の製造コストのうち、実装・検査工程が占める割合は大きく、光送受信器の低コスト化を進めることが重要となっている。このためには、ＳｉＰｈ光回路をチップに切り出す前のウエハ（基板）上で検査して良品選別し、この後でチップに切り出して選別した良品のチップをモジュール実装することが望ましい。
ＳｉＰｈ光回路の検査としては、外部光源からＳｉＰｈ光回路に光を入射し、挿入損失（insertion loss：ＩＬ）や動作特性を評価する方法が一般的である。このため、外部からＳｉＰｈの光導波路に光を結合することが可能なグレーティングカプラ（Grating Coupler）が、ウエハ上での検査には重要となる。
グレーティングカプラを用いた検査では、従来、光ファイバからの入射光の角度・波長・偏波を設計値に設定したうえで、光ファイバを走査し、グレーティングカプラとの光結合効率が最大になる点を探索することで調芯を行っていた。
グレーティングカプラを用いた調芯用光回路について、図７を参照して説明する。例えば、半導体からなるコア３０１から構成された光導波路の一端に形成されたグレーティングカプラ３０２と、コア３０１から構成された光導波路の他端に形成された反射部３０３とを備える調芯用光回路がある。この調芯用光回路はでは、グレーティングカプラ３０２と結合した光のみが光導波路中を伝搬し、反射部３０３で反射した調芯用光回路からの戻り光が信号として得られる。
シリコンから構成した光導波路の場合、光導波路を導波する信号光を、調芯対象の光ファイバ３０４に導波させて出射端より調芯用光として出射させる。この状態で、光ファイバ３０４を走査する。光ファイバ３０４を出射した光源光が、グレーティングカプラ３０２に結合すれば、光源光の中の信号光が、コア３０１による光導波路を伝搬する。この光導波路の他端の反射部３０３で反射した戻り光は、再び光ファイバ３０４で受光される。光ファイバ３０４で受光される信号光の強度最大となるように、光ファイバを広範囲に走査し（粗調芯）、光ファイバ３０４とグレーティングカプラ３０２とを調芯する。
非特許文献１に示されているように、グレーティングカプラの光結合効率は、平面座標のみならず、入射光の角度・偏波・波長に敏感である。従って、高効率な光結合のためには、光ファイバとグレーティングカプラとの間のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と各軸に対する角度をあわせた６軸の調芯に加えて、偏波・波長を合わせることが重要となる。光ファイバの位置を掃引することでグレーティングカプラとの光結合がとれる位置に移動し（粗調芯）、さらにグレーティングカプラと光ファイバが結合している状態で精密な位置合わせ（微調芯）、角度・波長・偏波合わせを行っていた。
D. Taillaert et al., "An Out-of-Plane Grating Coupler for Efficient Butt-Coupling Between Compact Planar Waveguides and Single-Mode Fibers", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 38, no. 7, pp. 949-955, 2002.
前述したように、ＳｉＰｈ光回路へ光を入射するためには、光回路の光入出力部となるグレーティングカプラと光ファイバとの間で、精密な調芯および、偏波・波長合わせが必要となる、しかしながら、一般的にグレーティングカプラは、原理的に３ｄＢ以上の挿入損失を有しており、前述した調芯のように、信号光グレーティングカプラを２回通る場合に信号光は６ｄＢ以上の損失を受けてしまう。
さらに、グレーティングカプラは、他の光回路と比較して製造ばらつきが大きく、最適な結合位置や角度・波長には設計からのずれや個体差がでやすく、設計波長・偏波からのずれによって挿入損失が大きくなり、信号レベルの低下を招きやすい。
ところで、ＳｉＰｈ光回路が形成される一般的なＳｉＰｈウエハでは、ＳｉＰｈ光回路の製造プロセス中に、化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）による平坦化工程を含むことが多い。このＣＭＰによる平坦化工程において、ウエハ面内の平坦性を確保するために、ダミーパタンと呼ばれる幾何学構造を、ＳｉＰｈ光回路のデバイスの周囲に敷き詰めている。このダミーパタンは凹凸を有しており、前述した粗調芯、微調芯のときに光ファイバからの光を反射・散乱し、戻り光として雑音となり、調芯時の信号対雑音比（Signal-to-Noise ratio：Ｓ／Ｎ）の低下を引き起こす。
従って、ＳｉＰｈ光回路のグレーティングカプラと光ファイバとの調芯においては、グレーティングカプラの挿入損失や製造誤差による信号の低下と、ダミーパタンなどの周辺構造物による雑音によって、デバイスからの応答信号が雑音に埋もれてしまい、調芯が困難となり、場合によっては誤った位置に調芯してしまうという課題があった。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、調芯用光回路を用いた光調芯におけるＳ／Ｎ比が改善できるようにすることを目的とする。
本発明に係る調芯用光回路は、半導体からなるコアから構成されて基板の上に形成された光導波路と、光導波路の一端のコアに形成されたグレーティングによるグレーティングカプラと、光導波路の他端に光導波路に光学的に結合して形成された反射部と、光導波路に設けられ、光導波路の導波光の強度を変調する光強度変調部とを備える。
上記調芯用光回路の一構成例において、光強度変調部は、可変光減衰器から構成されている。
上記調芯用光回路の一構成例において、可変光減衰器は、グレーティングカプラと反射部との間の光導波路に形成されたマッハツェンダー干渉構造から構成されている。
上記調芯用光回路の一構成例において、可変光減衰器は、グレーティングカプラと反射部との間の光導波路のコアに形成されたｐｎ接合から構成されている。
上記調芯用光回路の一構成例において、可変光減衰器は、グレーティングカプラのコアに形成されたｐｎ接合から構成されている。
上記調芯用光回路の一構成例において、半導体は、シリコンである。
本発明に係る光調芯方法は、上記調芯用光回路を用いた光調芯方法であって、調芯対象の光ファイバより出射した調芯用光がグレーティングカプラに光結合可能な状態とする粗調芯をする第１工程と、粗調芯の後で調芯用光のグレーティングカプラへの光結合が最大となる状態にする微調芯をする第２工程とを備え、第２工程では、グレーティングカプラに光結合して光導波路を導波する調芯用光を、光強度変調部で強度変調してグレーティングカプラより出射させ、光強度変調部で強度変調されてグレーティングカプラより出射した強度変調光を同期検波し、同期検波した強度変調光を用いて調芯用光のグレーティングカプラへの光結合が最大となる状態にする微調芯をする。
以上説明したように、本発明によれば、グレーティングカプラが設けられている、半導体からなるコアから構成された光導波路に、光強度変調部を備えるようにしたので、調芯用光回路を用いた光調芯におけるＳ／Ｎ比が改善できる。
図１は、本発明の実施の形態に係る調芯用光回路の構成を示す構成図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る光調芯方法を実施する調芯システムの構成を示す構成図である。 図３は、実施例１に係る光強度変調部１０５を構成する可変光減衰器の構成を示す構成図である。 図４Ａは、実施例２に係る光強度変調部１０５を構成する可変光減衰器の構成を示す構成図である。 図４Ｂは、実施例２に係る光強度変調部１０５を構成する可変光減衰器の一部構成を示す断面図である。 図５Ａは、実施例３に係る光強度変調部１０５を構成する可変光減衰器の構成を示す構成図である。 図４Ｂは、実施例３に係る光強度変調部１０５を構成する可変光減衰器の一部構成を示す断面図である。 図６は、実施例４に係る光強度変調部１０５を構成する可変光減衰器の構成を示す構成図である。 図７は、グレーティングカプラを用いた調芯用光回路の構成を示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態に係る調芯用光回路について図１を参照して説明する。この調芯用光回路は、半導体からなるコア１０２から構成されて基板１０１の上に形成された光導波路を備える。この光導波路の一端には、グレーティングカプラ１０３が設けられている。また、上記光導波路の他端には、光導波路に光学的に結合して形成された反射部１０４を備える。
グレーティングカプラ１０３は、光導波路の一端におけるコア１０２の上面に形成された複数の溝によるグレーティングから構成されている。光導波路の一端にかけて、コア１０２はコア幅が徐々に拡大するテーパ部１０２ａを備える。テーパ部１０２ａによりテーパ光導波路が構成されている。グレーティングカプラ１０３は、コア１０２により光導波路と、テーパ部１０２ａによるテーパ光導波路を介し、断熱的に接続されている。なお、グレーティングカプラ１０３は、平面視の形状が扇形などの構造とすることもできる。
半導体は、例えば、シリコンである。基板１０１は、例えば、よく知られたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板であり、この埋め込み絶縁層が下部クラッドとなり、表面シリコン層をパターニングすることでコア１０２，グレーティングカプラ１０３におけるグレーティングなどが形成されている。このように構成された下部クラッド、コア１０２，およびコア１０２の上部の空気層を上部クラッドとして光導波路が構成されている。上部クラッドは、ＳｉＯ2およびＳｉＮの２層構造とすることもできる。
例えば、コア１０２は、断面視で幅０．４４μｍ、高さ０．２２μｍとされている。また、グレーティングカプラ１０３は、幅が２０μｍ、長さ３０μｍの領域に形成されたグレーティングから構成されている。また、グレーティングは、例えば、溝ピッチを０．６３５μｍ、デューティー比を０．５、深さを０．０７μｍとされている。
上述した構成のよく知られた調芯用光回路に、実施の形態では、光導波路に、光導波路の導波光の強度を変調する光強度変調部１０５を備える。光強度変調部１０５は、可変光減衰器から構成されている。可変光減衰器は、グレーティングカプラ１０３と反射部１０４との間の光導波路に形成されたマッハツェンダー干渉構造から構成するとができる。また、可変光減衰器は、グレーティングカプラ１０３と反射部１０４との間の光導波路のコア１０２に形成されたｐｎ接合から構成することもできる。また、光強度変調部（可変光減衰器）は、グレーティングカプラ１０３に設けることも可能であり、この場合、可変光減衰器は、グレーティングカプラ１０３のコア１０２に形成されたｐｎ接合から構成することもできる。可変光減衰器の詳細については、後述する。
次に、実施の形態に係る調芯用光回路を用いた光調芯について図２を参照して説明する。まず、半導体レーザなどから構成された光源１１１から出射した光を、光ファイバ１１２の先端に設けてある光入出射部１１３より、調芯用光１２１として出射させ、グレーティングカプラ１０３に入射させる。光ファイバ１１２は、例えば、シングルモード光ファイバである。光入出射部１１３は、例えば、光サーキュレータである。
グレーティングカプラ１０３に入射して光結合した調芯用光１２１は、コア１０２からなる光導波路を導波して光強度変調部１０５で強度変調され、反射部１０４で反射し、光強度変調部１０５を通過してグレーティングカプラ１０３より出射する。
グレーティングカプラ１０３より出射した強度変調光１２２は、光入出射部１１３に入射し、光電変換部１１４で光電変換され、同期検波部１１５で同期検波され、同期検波された信号は、情報処理装置１１７で強度が測定される。光電変換部１１４は、例えば、パワーメータであり、同期検波部１１５は、例えば、ロックインアンプである。光ファイバ１１２を移動させることで、調芯用光１２１をグレーティングカプラ１０３が形成されている領域内で走査し、情報処理装置１１７で測定される強度が最大となる位置を求めることで、光ファイバ１１２とグレーティングカプラ１０３との調芯を実施する。
ここで、強度変調光１２２は、交流信号生成部１１６が生成する周波数ｆｍ（例えば数１００ｋＨｚ）の交流信号で駆動されている光強度変調部１０５により強度変調されている。交流信号生成部１１６は、例えば、ファンクションジェネレータ（Function Generator）である。また、同期検波部１１５では、交流信号生成部１１６が生成する周波数ｆｍの交流信号を参照信号とし、入力される信号を同期検波している。
グレーティングカプラ１０３より出射される調芯用光回路からの戻り光である強度変調光１２２は、前述したように、光強度変調部１０５により周波数ｆｍで変調されている。一方、グレーティングカプラ１０３の周囲のダミーパタンなどから反射して戻ってくる光や、背景雑音である散乱光などは、光強度変調部１０５を通らず、変調されていない。
情報処理装置１１７で強度が測定される信号は、周波数ｆｍで強度変調された強度変調光１２２のみが対象となるため、上述した強度変調光１２２以外の戻り光は強度測定対象外となる。この結果、実施の形態によれば、調芯用光回路を用いた光調芯におけるＳ／Ｎ比を、従来の方法よりも高くすることができる。
以上に説明したように、実施の形態に係る光調芯方法は、まず、調芯対象の光ファイバより出射した調芯用光がグレーティングカプラに光結合可能な状態とする粗調芯をする（第１工程）。次に、粗調芯の後で調芯用光のグレーティングカプラへの光結合が最大となる状態にする微調芯をするときに（第２工程）グレーティングカプラに光結合して光導波路を導波する調芯用光を、光強度変調部で強度変調してグレーティングカプラより出射させ、光強度変調部で強度変調されてグレーティングカプラより出射した強度変調光を同期検波し、同期検波した強度変調光を用いて調芯用光のグレーティングカプラへの光結合が最大となる状態にする微調芯をする。
次に、光強度変調部１０５について、実施例を用いてより詳細に説明する。
［実施例１］
はじめに、実施例１に係る光強度変調部１０５を構成する可変光減衰器について、図３を参照して説明する。可変光減衰器からなる光強度変調部１０５は、第１合分波部１５１、第２合分波部１５２、第１アーム１０２ｂ、第２アーム１０２ｃからなるマッハツェンダー干渉構造から構成されている。第１合分波部１５１は、例えば、入出力が１×２のマルチモード干渉計から構成することができる。また、第２合分波部１５２は、例えば、入出力が２×２のマルチモード干渉計から構成することができる。また、第１アーム１０２ｂには、第１アーム１０２ｂの光導波路を伝搬する光に位相差を与えるために、加熱部１５３が設けられている。加熱部１５３は、例えば、金属あるいは半導体の抵抗体からなるヒータから構成することができる。
加熱部１５３に第１電極パッド１５４，第２電極パッド１５５を用いて電圧を印加し、ジュール熱を発生させることで、第１アーム１０２ｂの光導波路に熱光学効果を誘起させ、屈折率変化に伴う伝搬時間の変化によって導波する光に位相差を与えることができる。
第１アーム１０２ｂを導波する光と、第２アーム１０２ｃを導波する光とに位相差がない場合、第２合分波部１５２のコア１０２からなる光導波路の側に、合波された光が出力される。これに対し、第１アーム１０２ｂを導波する光と、第２アーム１０２ｃを導波する光とに位相差があると、第２合分波部１５２の開放側の光導波路１５２ａに、合波された光が出力される。
従って、加熱部１５３に印加する電圧を周波数ｆｍで変調すれば、第２合分波部１５２からコア１０２からなる光導波路の側への出力と、第２合分波部１５２から光導波路１５２ａの側への出力とが、周波数ｆｍで切り替えられる。コア１０２からなる光導波路の側への出力された光は、反射部１０４で反射して戻り光となるので、加熱部１５３に印加する電圧を周波数ｆｍで変調すれば、戻り光としてグレーティングカプラ１０３より出射される光信号に、周波数ｆｍの強度変調（オン・オフ）を与えることができる。
［実施例２］
次に、実施例２に係る光強度変調部１０５について、図４Ａ，図４Ｂを参照して説明する。実施例２に係る可変光減衰器からなる光強度変調部１０５は、第１合分波部１５１、第２合分波部１５２、第１アーム１０２ｂ、第２アーム１０２ｃからなるマッハツェンダー干渉構造から構成されている。これらは、前述した実施例１と同様である。
また、実施例２では、第１アーム１０２ｂには、第１アーム１０２ｂの光導波路を伝搬する光に位相差を与えるために、第１アーム１０２ｂのコアにｐｎ接合による変調部１５６が形成されている。変調部１５６は、例えば、リブ型の光導波路構造とされ、ＳｉＯ2から構成されたクラッド層１５７の上に形成されている。
変調部１５６では、導波方向に平行でクラッド層１５７の平面に対して垂直であり、コアの中心を通る接合面で、ｐ型不純物導入領域１５６ａと、ｎ型不純物導入領域１５６ｂとが接合している。また、ｐ型不純物導入領域１５６ａのスラブ部には、ｐ電極１５４ａがオーミック接続し、ｎ型不純物導入領域１５６ｂのスラブ部には、ｎ電極１５５ａがオーミック接続している。
ｐｎ接合による変調部１５６に、逆方向電圧を印加することで、キャリアをｐｎ接合から引き抜くことができ、変調部１５６に自由キャリアプラズマ効果を誘起し、屈折率変化に伴う伝搬時間の変化によって導波する光に位相差を与えることができる。
第１アーム１０２ｂを導波する光と、第２アーム１０２ｃを導波する光とに位相差がない場合、第２合分波部１５２のコア１０２からなる光導波路の側に、合波された光が出力される。これに対し、第１アーム１０２ｂを導波する光と、第２アーム１０２ｃを導波する光とに位相差があると、第２合分波部１５２の開放側の光導波路１５２ａに、合波された光が出力される。
従って、変調部１５６に印加する逆方向電圧を周波数ｆｍで変調すれば、第２合分波部１５２からコア１０２からなる光導波路の側への出力と、第２合分波部１５２から光導波路１５２ａの側への出力とが、周波数ｆｍで切り替えられる。コア１０２からなる光導波路の側への出力された光は、反射部１０４で反射して戻り光となるので、変調部１５６に印加する電圧を周波数ｆｍで変調すれば、戻り光としてグレーティングカプラ１０３より出射される光信号に、周波数ｆｍの強度変調（オン・オフ）を与えることができる。
［実施例３］
次に、実施例３に係る光強度変調部１０５について、図５Ａ，図５Ｂを参照して説明する。実施例３に係る可変光減衰器からなる光強度変調部１０５は、ｐｎ接合による変調部１５８から構成されている。変調部１５８は、グレーティングカプラ１０３と反射部１０４との間の光導波路のコア１０２に形成されている。
変調部１５８は、例えば、リブ型の光導波路構造とされ、ＳｉＯ2から構成されたクラッド層１５７の上に形成されている。変調部１５８は、導波方向に平行でクラッド層１５７の平面に対して垂直であり、コアの中心を通る接合面で、ｐ型不純物導入領域１５８ａと、ｎ型不純物導入領域１５８ｂとが接合している。また、ｐ型不純物導入領域１５８ａのスラブ部には、ｐ電極１５４ａがオーミック接続し、ｎ型不純物導入領域１５８ｂのスラブ部には、ｎ電極１５５ａがオーミック接続している。
ｐｎ接合による変調部１５８に、順方向電圧を印加することで、キャリアを変調部１５８に注入することができる。注入キャリアの増加に伴って、変調部１５８では、自由キャリア吸収が起こり、ここを透過する光の強度が低下する。これらのことにより、変調部１５８を、可変光減衰器として動作させることができる。
［実施例４］
次に、実施例４に係る光強度変調部について、図６を参照して説明する。この光強度変調部は、グレーティングカプラ１０３のコア１０２に形成されたｐｎ接合による変調部１３０を備える。変調部１３０は、ｐ型領域１３１およびｎ型領域１３２から構成されている。この例では、ｐ型領域１３１およびｎ型領域１３２の各々は、グレーティングの配列方向に延在する平面視矩形の領域に形成され、ｐ型領域１３１およびｎ型領域１３２は、グレーティングの配列方向に直交して基板の平面に平行な方向に配列されている。
また、この例では、ｐ型領域１３１およびｎ型領域１３２の各々は、複数形成されて交互に配列されている。なお、複数のｐ型領域１３１は、ｐ型引き出し部１３１ａに接続している。ｐ型引き出し部１３１ａには、第１電極パッド１５４が接続している。また、複数のｎ型領域１３２は、ｎ型引き出し部１３２ａに接続している。ｎ型引き出し部１３２ａには、第２電極パッド１５５が接続している。複数のｐ型領域１３１および複数のｎ型領域１３２は、各々櫛歯状に形成され、各櫛歯が、交互に入り込んで配置されている。隣り合うｐ型領域１３１とｎ型領域１３２とによりｐｎ接合が形成されている。
ｐｎ接合による変調部１３０に、順方向電圧を印加することで、キャリアを変調部１３０に注入することができる。注入キャリアの増加に伴って、変調部１３０では、自由キャリア吸収が起こり、ここを透過する光の強度が低下する。これらのことにより、変調部１３０を、可変光減衰器として動作させることができる。
以上に説明したように、本発明によれば、グレーティングカプラが設けられている、半導体からなるコアから構成された光導波路に、光強度変調部を備えるようにしたので、調芯用光回路を用いた光調芯におけるＳ／Ｎ比が改善できるようになる。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
１０１…基板、１０２…コア、１０２ａ…テーパ部、１０３…グレーティングカプラ、１０４…反射部、１０５…光強度変調部。

Claims (7)

  1. 半導体からなるコアから構成されて基板の上に形成された光導波路と、
    前記光導波路の一端の前記コアに形成されたグレーティングによるグレーティングカプラと、
    前記光導波路の他端に前記光導波路に光学的に結合して形成された反射部と、
    前記光導波路に設けられ、前記光導波路の導波光の強度を変調する光強度変調部と
    を備えることを特徴とする調芯用光回路。
  2. 請求項１記載の調芯用光回路において、
    前記光強度変調部は、可変光減衰器から構成されていることを特徴とする調芯用光回路。
  3. 請求項２記載の調芯用光回路において、
    前記可変光減衰器は、前記グレーティングカプラと前記反射部との間の前記光導波路に形成されたマッハツェンダー干渉構造から構成されていることを特徴とする調芯用光回路。
  4. 請求項２記載の調芯用光回路において、
    前記可変光減衰器は、前記グレーティングカプラと前記反射部との間の前記光導波路の前記コアに形成されたｐｎ接合から構成されていることを特徴とする調芯用光回路。
  5. 請求項２記載の調芯用光回路において、
    前記可変光減衰器は、前記グレーティングカプラの前記コアに形成されたｐｎ接合から構成されていることを特徴とする調芯用光回路。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の調芯用光回路において、
    前記半導体は、シリコンであることを特徴とする調芯用光回路。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載された調芯用光回路を用いた光調芯方法であって、
    調芯対象の光ファイバより出射した調芯用光が前記グレーティングカプラに光結合可能な状態とする粗調芯をする第１工程と、
    粗調芯の後で前記調芯用光の前記グレーティングカプラへの光結合が最大となる状態にする微調芯をする第２工程と
    を備え、
    前記第２工程では、前記グレーティングカプラに光結合して前記光導波路を導波する前記調芯用光を、前記光強度変調部で強度変調して前記グレーティングカプラより出射させ、
    前記光強度変調部で強度変調されて前記グレーティングカプラより出射した強度変調光を同期検波し、
    同期検波した強度変調光を用いて前記調芯用光の前記グレーティングカプラへの光結合が最大となる状態にする微調芯をする
    ことを特徴とする光調芯方法。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004077985A (ja) * 2002-08-21 2004-03-11 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 光モジュール、光モジュール調整方法
US7224174B1 (en) * 2003-04-07 2007-05-29 Luxtera, Inc. Optical alignment loops for the wafer-level testing of optical and optoelectronic chips
WO2008117713A1 (ja) * 2007-03-27 2008-10-02 Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. 光導波路素子の光軸調整方法及び光導波路素子
JP2012133363A (ja) * 2010-12-17 2012-07-12 Samsung Electronics Co Ltd 小型光変調器及びそれを含む光送信器
JP2014026108A (ja) * 2012-07-26 2014-02-06 Nec Corp 光部品の光軸調整方法及び光軸調整装置
US20150086149A1 (en) * 2013-09-24 2015-03-26 Oracle International Corporation Tunable silicon grating couplers
JP2015206977A (ja) * 2014-04-23 2015-11-19 日本電信電話株式会社 半導体多値光変調回路およびその調整方法
JP2018005067A (ja) * 2016-07-06 2018-01-11 日本電気株式会社 アライメント用光学測定素子及び該光学測定素子を用いた光プローブのアライメント方法
JP2018128506A (ja) * 2017-02-06 2018-08-16 日本電信電話株式会社 光変調器
JP2019045749A (ja) * 2017-09-05 2019-03-22 日本電信電話株式会社 光回路

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5035075B2 (ja) * 2008-03-31 2012-09-26 富士通株式会社 光変調器の制御方法および制御装置
US9195079B2 (en) * 2012-01-01 2015-11-24 Acacia Communications, Inc. Three port transceiver
US9519115B2 (en) * 2013-03-25 2016-12-13 Photonics Electronics Technology Research Association Optical circuit

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004077985A (ja) * 2002-08-21 2004-03-11 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 光モジュール、光モジュール調整方法
US7224174B1 (en) * 2003-04-07 2007-05-29 Luxtera, Inc. Optical alignment loops for the wafer-level testing of optical and optoelectronic chips
WO2008117713A1 (ja) * 2007-03-27 2008-10-02 Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. 光導波路素子の光軸調整方法及び光導波路素子
JP2012133363A (ja) * 2010-12-17 2012-07-12 Samsung Electronics Co Ltd 小型光変調器及びそれを含む光送信器
JP2014026108A (ja) * 2012-07-26 2014-02-06 Nec Corp 光部品の光軸調整方法及び光軸調整装置
US20150086149A1 (en) * 2013-09-24 2015-03-26 Oracle International Corporation Tunable silicon grating couplers
JP2015206977A (ja) * 2014-04-23 2015-11-19 日本電信電話株式会社 半導体多値光変調回路およびその調整方法
JP2018005067A (ja) * 2016-07-06 2018-01-11 日本電気株式会社 アライメント用光学測定素子及び該光学測定素子を用いた光プローブのアライメント方法
JP2018128506A (ja) * 2017-02-06 2018-08-16 日本電信電話株式会社 光変調器
JP2019045749A (ja) * 2017-09-05 2019-03-22 日本電信電話株式会社 光回路

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