JP2849220B2 - 半導体モジュール付き光回路 - Google Patents
半導体モジュール付き光回路Info
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Description
回路に関し、特に、光通信用部品分野で利用価値の高い
平面型光導波路に用いて好適である。
可能な石英系ガラス光導波路は、石英系ファイバとの整
合性がよいことから実用的な導波形光部品の実現手段と
して研究開発が進められている。一般に石英系光導波路
では、シリコン基板上にアンダークラッド層の堆積をし
た後、次いでコア層堆積をし、次いでコアエッチングを
した後、オーバークラッドの堆積を順次行うことにより
コア・クラッド構造が構成されている。また、石英系導
波路では損失が低い、加工性がよいなどの特徴があり、
NXN分岐光回路などの受動型部品を構成するうえでは
非常に有用である。
NXN分岐光回路などの受動型部品では半導体などを用
いた導波路に比べて、光や電気により信号光を制御する
ことは困難であり、高速の光スイッチ、光アンプ、変調
器、発光素子などの能動型光部品を構成することはでき
ないという欠点があった。
ラス導波路では困難であった能動型部品の構成を可能と
した半導体モジュール付き光回路を提供することを目的
とする。
明に係る半導体モジュール付き光回路の構成は、平面基
板上において光が伝搬するコア部と該コア部の回りに形
成されたクラッド部とからなる石英系ガラス光導波路に
おいて、半導体アンプとこの半導体アンプを介して相対
向して光学的に結合した2本の先球ファイバの先端部と
を固定用モジュールで固定した半導体モジュールを形成
する一方、上記石英系ガラス光導波路中に、固定用モジ
ュールを埋込むモジュール埋込み部と、このモジュール
埋込み部を介して先球ファイバのファイバ径と同一又は
それ以上の径を有する2本のファイバガイド溝とを形成
し、上記半導体モジュールの2本の先球ファイバと固定
用モジュールとを、2本のファイバガイド溝とモジュー
ル埋込み部とに埋込むと共に、先球ファイバの他端部と
光導波路とを接続して光学的に結合してなることを特徴
とする。
導波路とを結合するに際し、半導体アンプと、該半導体
アンプを介して相対向して設けられた先球ファイバとを
有する半導体モジュールを、石英系ガラス光導波路中に
形成したファイバガイド溝及びモジュール埋込み部に埋
め込むことにより、光学的に高精度に結合させる。これ
により、光や電気により信号光を制御する能動型光部品
を形成することが可能となる。
て詳細に説明する。
き光回路の半導体アンプモジュールと石英系光導波路と
の結合構造を示す概略図であり、図2はこの半導体モジ
ュール付き光回路を有する1×4光分岐器の概略図であ
る。
基板11上には、光が伝搬するコア部12と該コア部1
2の回りに形成されたクラッド部13とからなる石英系
ガラス光導波路14が形成されている。この石英系ガラ
ス光導波路14は、本実施例においては枝分岐部14a
が三箇所設けられており、最終的には4本の光導波路1
4を形成し、光を分波するようにしている。
には、二箇所の半導体モジュール15を埋込むモジュー
ル埋込み部16が形成されていると共に、このモジュー
ル埋込み部16には各々該埋込み部を介して相対向する
ファイバガイド溝17が光導波路14の軸方向と同方向
に各々設けられている。上記ファイバガイド溝17はそ
の溝径dをファイバ18と同一径またはそれ以上の径と
している。
アンプ19とこの半導体アンプ19を介して光学的に結
合した2本の先球ファイバ18の先端部18aとを固定
用モジュール20で固定して形成してなるものである。
尚21はヒートシンクを図示している。そして、この半
導体モジュール15の先球ファイバ18と固定用モジュ
ール20とを、上記形成したファイバガイド溝17とモ
ジュール埋込み部16とに各々埋込むと共に、先球ファ
イバ18の他端面部18bと分断した光導波路14の各
々の端面部14aとを光接続用のポリマー接着剤22を
用いて接続している。
は例えば紫外線硬化型のフッ素添加アクリル系樹脂の他
にポリシロキサン、ポリイミド等の熱硬化型樹脂を用い
てもよい。
る。先ず、半導体アンプ19とこの半導体アンプ19を
介して相対向して光学的に結合した2本の先球ファイバ
18の先端部18aとを固定用モジュール20で固定し
た半導体モジュール15を形成する。一方、平面状のシ
リコン基板11上に光が伝搬するコア部12と該コア部
12の回りに形成されたクラッド部13とからなる石英
系ガラス光導波路14を形成し、次いで該石英系ガラス
光導波路14の導波路中に固定用モジュール埋込み部1
6と2本のファイバガイド溝17とを形成する。その
後、半導体モジュール15の2本の先球ファイバ18,
18と固定用モジュール20とを上記形成したファイバ
ガイド溝17と固定用モジュール埋込み部16とに埋め
込むと共に、先球ファイバ18の他端面部18bと上記
分断した光導波路14の端面部14aとを光接続用のポ
リマー接着剤22を介して各々接続して光学的に結合
し、半導体モジュール付き光回路を形成する。
る。本具体例では、まず、通常の方法でシリコン基板1
1上にガラス導波路14による1X4分波回路を作製し
た。次に、反応性イオンエッチング(RIE)により分
波器導入部の導波路14上にファイバガイド溝17を形
成した。該ファイバガイド溝17の幅は126μm、長
さ8mmとした。また、半導体モジュール15を埋め込む
ためのモジュール埋込み部16は機械加工により作製し
た。一方、先球ファイバ18をファイバガイド溝17の
長さに合わせて切断し、先球ファイバ18と半導体モジ
ュール15を、加工したモジュール埋込み部16及び該
ファイバガイド溝17内に設置した。先球ファイバ18
と光導波路14との接続には、光接続用のポリマー接着
剤(UVキュアーポリマー接着剤)22を用い、接続点
の反射率を下げた。本構造における利点は、ファイバガ
イド溝17を用いているためほとんど接続の際の微調な
しで光導波路とファイバの低損失接続が可能なことであ
る。
ド光ファイバを用いて分波器に光を入射し、4つのポー
トからの出力を光ファイバにより測定した。2個の半導
体アンプを60mAで駆動した場合に、全結合損失を含め
て4ポートからの出力は平均5dBの増幅された。これに
より本発明の有効性が確認された。
導体部品と石英系光導波路の結合に関して先球ファイバ
18とファイバガイド溝17を用いることを最も主要な
特徴とするので、ファイバと石英系導波路の位置合わ
せを高精度かつ簡便に行うことが可能であると共に、
ファイバと半導体レーザやアンプとの結合が高効率であ
るなどの利点がある。
モジュール付き導波路型光スイッチを作製した。図3
は、本実施例において作製した光スイッチの構成を示す
図であって、11はシリコン基板、17はガイド溝、1
5は半導体モジュール本体、30は方向性結合器、31
は導波路ループである。方向性結合器30は波長1.3μ
mで分岐非9:1、1.55μmで1:1のものである。
半導体アンプ19は1.3μm帯のものを用いた。半導体
モジュール15と石英系光導波路14の結合部分は実施
例1と同じとしており、同部材については同符号を付し
てその説明は省略する。
き光スイッチの原理は以下の通りである。ポートAから
信号光と制御光を入射する。その際、信号強度は十分に
弱いものとする。信号光は方向性結合器30で1:1に
分岐され、ループを一周した後再び方向性結合器30で
合波され干渉する。制御光がない場合には、右回りと左
回りの信号光は完全に同じ導波路14を伝搬してくるの
で両者の間に位相差はなく干渉して信号光はポートAに
帰る。
期されて入射するとする。制御光はほとんどポートCの
みに伝搬しすぐに半導体モジュール15内の半導体アン
プ19で増幅される。増幅された制御光はループを伝搬
する間に大きな非線形効果(相互位相変調)を誘起し、
ポートCから伝搬した信号光のみに位相変調を生じさせ
る。その結果、ポートCとDから出た信号光の間には位
相差が生じ、方向性結合器30における干渉条件が、制
御光がない場合とは異なることになる。位相差がπであ
る時は信号光の出力はポートBだけに出ることになり光
スイッチとして動作する。この際、スイッチとして動作
する光パワーの閾値は次式「数1」で与えられる。
光の波長、Aeffはコアの有効断面積、Lはループの長
さ、n2 はコアの非線屈折率、gは増幅器の増幅率であ
る。
長さ1m、コアサイズ3×3μmの導波路ループを作製
した。半導体アンプの増幅率を15dBとした場合、n2
として石英ガラスの値4×10-20 m2 /Wを用いると
Pthは5W程度になる。
ザ(Q−スイッチ)を制御光、1.55μm半導体レーザ
パルスを信号光に用いて、作製した光回路のスイッチ動
作特性を調べた。半導体レーザ励起Nd:YAGレーザ
はパルス幅20nesc、繰り返し1kHz 、ピーク強度10
0Wのものを用いた。このレーザパルスを可変減衰器を
介して作製した光スイッチに入射した。制御光ピーク強
度8Wにおいて図4(A) 〜(C) に示すようにスイッチン
グ動作することを確認した。
共振型レーザを作製した。図5は、本実施例において作
製した外部共振型半導体レーザの構成図であって、11
はシリコン基板、14はコア部12とクラッド部13と
からなる導波路、17はガイド溝、15は半導体アンプ
モジュール本体、19は1.55μm帯半導体アンプ、2
1はヒートシンク、40は導波路上に形成したグレーテ
ィング、41は金属製ヒータである。半導体アンプモジ
ュール15の先球ファイバ18と石英系導波路14の結
合構成は実施例1と同じとし、同部材には同符号を付し
てその説明は省略する。また、半導体にはInP系を用
いた。
法でシリコン基板11上に直線ガラス導波路(コアサイ
ズ8×8μm、屈折率差0.29%)を作製した。次に、
反応性イオンエッチング(RIE)により2個のグレー
ティング40を形成した。このグレーティング40の特
性は中心波長1.55μm半値幅0.8nmであった。グレー
ティング40の中心波長をコントロールするためにグレ
ーティング近傍に金属製ヒータ41を蒸着した。半導体
モジュール15を埋め込む方法は実施例1と同じとし
た。ただし、ファイバと導波路の接続には光接続用UV
キュアーポリマー接着剤を用いたうえに、接続点の反射
率を下げるためにファイバ端面および導波路端面には反
射防止膜を蒸着した。反射率を下げるためにファイバ端
面および導波路端面には反射防止膜を蒸着した。
半導体レーザのスペクトルから波長幅として約100kH
z が得られた。また、ヒータに電圧を印可することによ
り導波路の屈折率を変化させ、グレーティングの中心波
長を制御した。それによりレーザ発振波長を1.53〜1.
57μmまで可変にすることができた。以上の結果によ
り本発明により波長可変狭帯域レーザの構成が可能であ
ることを示した。
精度かつ簡便に半導体部品と石英系光導波路を結合する
ことができるので、石英系光導波路を用いた光回路の適
用範囲を拡大することが可能である。
石英系導波路の結合部分の構成図である。
ある。
である。
示す図である。
ーザの構成図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 平面基板上において光が伝搬するコア部
と該コア部の回りに形成されたクラッド部とからなる石
英系ガラス光導波路において、半導体アンプとこの半導
体アンプを介して相対向して光学的に結合した2本の先
球ファイバの先端部とを固定用モジュールで固定した半
導体モジュールを形成する一方、上記石英系ガラス光導
波路中に、固定用モジュールを埋込むモジュール埋込み
部と、このモジュール埋込み部を介して先球ファイバの
ファイバ径と同一又はそれ以上の径を有する2本のファ
イバガイド溝とを形成し、上記半導体モジュールの2本
の先球ファイバと固定用モジュールとを、2本のファイ
バガイド溝とモジュール埋込み部とに埋込むと共に、先
球ファイバの他端部と光導波路とを接続して光学的に結
合してなることを特徴とする半導体モジュール付き光回
路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2039591A JP2849220B2 (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | 半導体モジュール付き光回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2039591A JP2849220B2 (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | 半導体モジュール付き光回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04238327A JPH04238327A (ja) | 1992-08-26 |
JP2849220B2 true JP2849220B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=12025830
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2039591A Expired - Lifetime JP2849220B2 (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | 半導体モジュール付き光回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2849220B2 (ja) |
-
1991
- 1991-01-22 JP JP2039591A patent/JP2849220B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04238327A (ja) | 1992-08-26 |
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