JP3479220B2 - 光集積モジュール - Google Patents

光集積モジュール

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッド光集
積技術を用いて作られた光集積モジュールに関し、特に
入力光導波路と出力光導波路の間に光導波路デバイスを
配置した構成の光集積モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】低速な電話中心のサービスから広帯域デ
ィジタルマルチメディアサービスへと通信需要が移行す
るにつれて、これらの通信サービス全般を効率よく多重
化するための高速かつ高スループットの光ＡＴＭ交換
機、及びその中枢となる高速かつ拡張性に優れた光スイ
ッチの開発が望まれている。中でも、１入力１出力の高
速光ゲート素子と光合分波素子とを組み合わせて構成し
た分配選択型光スイッチは、制御が容易なことからこう
した用途への応用が検討されている。このような光スイ
ッチ網を実現するためには、スケーラビリティを満足す
るための優れたクロストーク抑制性能、高速スイッチン
グ性能、そして高速化に適したシンプルな制御方式が求
められる。このため、この高速光ゲートとしては４０ｄ
Ｂ〜７０ｄＢ程度の極めて高いオン／オフ性能および光
合分波器の損失補償が可能で、かつナノ秒（ｎｓｅｃ）
オーダの高速応答が期待できる半導体光増幅器（ＳＯ
Ａ）を用いた光ゲート素子（ＳＯＡＧ）が注目を浴びて
いる。また、こうした光素子を多数使用するシステムで
は、これらがシステム全体に占めるコスト、実装負荷は
無視できない。このため、複数の光素子を１枚の基板に
モノリシック集積してある特定の機能を実現する光集積
回路（Photonic ＩＣ：ＰＩＣ）や、光素子を駆動する
ための周辺電子回路素子等を一体化して集積化する光・
電気集積モジュールへの期待も高まっている。特に、光
導波路プラットフォーム上に半導体光素子を実装したハ
イブリッド光集積モジュールは、その生産性などの点か
ら、最も実用に近い光集積技術として期待されている。
【０００３】図１０はその一例を示す平面構成図であ
り、入力光導波路１０４、出力光導波路１０５を形成し
た光導波路プラットフォーム１０３に、前記各光導波路
１０４，１０５につながる光導波路１０２を有するＳＯ
ＡＧ等の光導波路デバイス１０１が搭載されている。こ
のハイブリッド光集積素子では、入力光導波路１０４に
入射される入力信号光１０７は、入力光導波路１０４を
導波されて光導波路デバイス１０１に入力され、光導波
路１０２を導波された後に出力光導波路１０５を導波さ
れ、芯信号光１０８として出力される。
【０００４】こうしたハイブリッド光集積技術を応用し
て前述のＳＯＡＧを搭載した光集積モジュールを構成す
る場合、入力光導波路１０４と光導波路デバイス１０１
の光導波路１０２との間、あるいは光導波路１０２と出
力光導波路１０５との間のように、比較的大きな光導波
路不連続での結合損失や光合分波器の分岐損失を補償す
るためにＳＯＡＧ自身には大きな信号光利得が求められ
る。このため、ＳＯＡＧには残留端面反射を極力抑制す
る工夫が必要となり、そのために、光導波路を光入出射
端面の近傍でこの端面に対して斜めに曲げる斜め端面構
造や、またあるいは活性層を端面の直前で途切れさせる
窓構造などが提案されている。例えば、図１１では、入
力信号光１１７の入射方向及び出力信号光１１８の出射
方向に対して、入力光導波路１１４及び出力光導波路１
１５を所要の角度で傾斜させ、かつこれに追従して光導
波路デバイス１１１に設けられる光導波路１１２の少な
くとも前記入力光導波路１１４、出力光導波路１１５と
連結する部分を同じ角度に傾斜させた構成がとられてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
図１０，図１１に示したハイブリッド光集積モジュール
では、入力光導波路１０４，１１４を導波されて光導波
路デバイス１０１，１１１に入射される信号光は、入力
光導波路と光導波デバイスとの間での比較的大きな光導
波路不連続においてその大半が光結合に寄与しない非導
波光成分となってしまう。この非導波光成分は、光出射
側の光導波デバイス１０１，１１１と出力光導波路１０
５，１１５との光導波路不連続の領域において再度結合
しこれが光ゲート素子モジュールの信号光に対する総合
的なオン／オフ性能を著しく劣化させる。すなわち、光
導波デバイス１０１，１１１の光入射側での非導波光の
大半はそのまま直進され、光導波路デバイス１０１，１
１１の基板中をビーム状に徐々に発散しながら反対側の
出射側光導波路端面へと達する。このため、その近傍に
存在している出力光導波路１０５，１１５へと非導波光
がある一定の割合で結合してしまう。この現象は、光集
積モジュールの光学的特性、特にＳＯＡＧ等の光ゲート
素子モジュールにおいて信号光のオン／オフ特性を劣化
させる原因となる。このようなオン／オフは信号光の干
渉性のビート雑音を招き、光モジュールの特性を著しく
損ねることになる。
【０００６】このような問題は、特にアレイ状の光導波
路デバイスの場合には、非導波光の出射位置が他チャン
ネルの出射光導波路に極めて近くなることも構造的に起
こり得る。例えば、図１２に示すように、出力光導波路
１２５の斜め端面が入力光導波路１２４の斜め端面に対
して平行に形成されている場合、実際には製造上の都合
から点対称で作られているものがほとんどであるため、
結果として入力光導波路１２４と光導波路デバイス１２
１との間での非導波光の伝搬軸は出力光導波路１２５に
対して一番結合しやすい角度と一致してしまうことにな
る。これがチャンネル間クロストーク抑圧特性の著しい
劣化を招くことになる。
【０００７】こういった非導波光の漏れを抑制するため
には、非導波光そのものの発生を抑制するべく結合損失
を向上させる対策がまず必要である。しかしながら、ハ
イブリッド光集積モジュールにおける結合損失をゼロに
する事は本質的に不可能であり、むしろ非導波光成分を
可能な限り結合させないための新たな工夫こそがより重
要となってくる。しかしながら、こうした非導波光成分
を効果的に取り除くための方法として実用に耐えうるも
のは未だ実現されていないのが実情である。
【０００８】本発明の目的は、ハイブリッド光集積では
本質的に不可避な光導波路不連続で発生する非導波光が
光スイッチング性能に及ぼす影響を解消することを可能
にした光集積モジューニを提供することである。
【０００９】
【発明を解決するための手段】本発明は、図１にその基
本構成を示すように、複数のアレイ状の入力光導波路１
３４と出力光導波路１３５がそれぞれ形成された光導波
路プラットフォーム１３３と、前記入力光導波路１３４
と出力光導波路１３５の間の前記光導波路プラットフォ
ーム１３１上に搭載され、かつ前記入力光導波路１３４
と出力光導波路１３５に光結合される複数のアレイ状の
光導波路１３２を有する光導波路デバイス１３１とを備
える光集積モジュールにおいて、前記入力光導波路１３
４と出力光導波路１３５、及びこれらの光導波路に光結
合される前記光導波路デバイス１３１の光導波路１３２
とが、これらの光結合領域において前記光導波路プラッ
トフォーム１３３の光導波方向に向けられた直線に対し
てそれぞれ同一側に向けて曲げられ、さらに複数の出力
光導波路の各長手軸方向は、複数の入力光導波路と光導
波路デバイスの複数の光導波との間に生じる非導波光の
導波軸に一致しないことを特徴としている。より具体的
には、前記入力光導波路１３４と前記光導波路デバイス
１３１間、及び前記出力光導波路１３５と前記光導波路
デバイス１３１間にはそれぞれある有限の空隙ができる
位置関係に前記入力光導波路１３４、出力光導波路１３
５及び光導波路デバイス１３１が配置されてこれらの間
に光導波路の不連続な部分が形成されており、かつ前記
入力光導波路１３４、光導波路デバイス１３１の光導波
路１３２及び出力光導波路１３５がいずれも導波する信
号光の放射が十分無視できる程度の緩やかな曲率で曲が
っている部分をそれぞれ備え、かつ前記入力光導波路１
３４と出力光導波路１３５、及び光導波路１３２のそれ
ぞれが前記光導波路不連続の近傍において前記光導波路
プラットフォーム１３３の長手方向の直線に対して同一
方向に曲げられている斜め端面構造を備え、さらに複数
の出力光導波路の各長手軸方向は、複数の入力光導波路
と光導波路デバイスの複数の光導波との間に生じる非導
波光の導波軸に一致しないことを特徴としている。
【００１０】本発明による光集積モジュールでは、複数
のアレイ状をした光導波路デバイス１３１の入出射両端
面の光導波路１３２が光導波路プラットフォーム１３３
の長手方向の直線に対して同じ側に向かって曲がって形
成されており、また光導波路プラットフォーム１３３の
複数のアレイ状をした入力光導波路１３４と出力光導波
路１３５も前記光導波路１３２の曲げに対して同じ方向
に向けて曲がって形成されていることにより、出力光導
波路１３５の長手軸の方向は、入力光導波路１３４と光
導波デバイス１３１との間に生じる入力信号光１３７の
うちの非導波光の導波軸には一致せず、非導波光は出力
光導波路１３５に対して斜め光導波路の設定角のほぼ２
倍という深い角度で交差する。このため、非導波光は出
力光導波路１３５の有効開口を超える深い角度で出力光
導波路１３５へと入射することになり、クロストーク成
分１３９が出力光導波路１３５に導波することが抑制さ
れる。その結果、信号光に対する結合効率劣化を極力小
さく抑えたまま、非導波光に対する光結合効率のみを選
択的かつ極めて効果的に抑制することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図２は本発明の第１の実施形態の平
面構成図であり、その光入出射端面に少なくとも斜め導
波路端面構造を備える光導波路デバイス２０１を光導波
路プラットフォーム２１０上に搭載したハイブリッド光
集積モジュールにおいて、光導波路プラットフォーム２
１０上の入力光導波路２１１と光導波路デバイス２０１
の光入力端面との間にできる光導波路不連続によって発
生した非導波光成分が、反対側の出力光導波路２１２へ
と結合してクロストーク成分となることを抑制するため
の構成を備えている。
【００１２】図３は、光モジュール化の対象である前記
光導波路デバイス２０１の平面構成図である。前記光導
波路デバイス２０１は、基板２０２の上に形成された直
線状の光導波領域２０３と、この光導波路領域２０３の
長手軸に対して互いに同じ側に向けて前記基板２０２に
水平な面内である角度θ１で曲げられている斜め光導波
路領域２０４及び２０５と、前記直線状の光導波領域２
０３と前記斜め光導波路領域２０４，２０５とを滑らか
に接続しかつ放射の影響が無視できる程度に適当な曲率
の曲線光導波路からなる曲がり光導波路領域２０６，２
０７とから成る。
【００１３】図４は、前記該光導波路デバイス２０１を
搭載する前記光導波路プラットフォーム２１０を示して
いる。前記光導波路プラットフォーム２１０の上には、
前記光導波路デバイス２０１に対して信号光を光入出射
結合しなおかつ前記光導波路デバイス２０１とは異なる
材料から作られている入力光導波路２１１及び出力光導
波路２１２が形成されている。これらの入力光導波路２
１１及び該出力光導波路２１２は、それぞれ前記光導波
路デバイス２０１と信号光を光入出射結合する光導波路
端面２１３，２１４に対して角度θ２だけ傾いている斜
め光導波路領域２１５，２１６と、直線状の光導波路領
域２１７，２１８、及び前記斜め光導波路領域２１５，
２１６と前記直線状の光導波路領域２１７，２１８とを
それぞれ滑らかに接続しかつ放射の影響が無視できる程
度に適当な曲率の曲線光導波路からなる曲がり光導波路
領域２１９，２２０とを有する。なお、前記角度θ２
は、前記斜め光導波路２０４，２０５の等価屈折率ｎ１
と、前記斜め光導波路２１５，２１６の等価屈折率ｎ２
と、前記角度θ１に基づいてスネルの法則を用いて決定
される。なお、前記直線状の光導波路領域２１７，２１
８は、前記光導波路プラットフォーム２１０の端面２２
１，２２２まで伸びている。また、前記光導波路デバイ
ス２０１は、これと前記光導波路端面２１３，２１４と
の間に有限の空隙を設けて前記光導波路プラットフォー
ム２１０の上に配置されている。
【００１４】次に、図２〜４に示した第１の実施形態の
光集積モジュールの動作について説明する。まず、この
光集積モジュールにおける基本的な信号光の伝搬経路に
ついて説明する。端面２２１から入力光導波路２１１に
入射された信号光は、直線状の光導波路領域２１７から
曲がり光導波路領域２１９と斜め光導波路領域２１５と
を介して光導波路端面２１３に達する。ここから有限の
空隙を介して光導波路デバイス２０１へと結合した信号
光は、斜め光導波路領域２０２から曲がり光導波路領域
２０６、直線状の光導波路領域２０３、曲がり光導波路
領域２０７を介して斜め光導波路領域２０５に達する。
また、ここから出力光導波路２１２へは、入射側と同様
に有限の空隙を介して光導波路デバイス２０１から光導
波路端面２１４、斜め光導波路領域２１６、曲がり光導
波路領域２２０、直線状の光導波路領域２１８を介して
端面２２２から出射される。ここで、光導波路デバイス
２０１の両端に設けられた斜め光導波路領域２０４，２
０７は、端面２０８、２０９における実効的な残留端面
反射を効果的に低減する役割を果たす。これは、光導波
路デバイス２０１内部における信号光のファブリ・ペロ
ー（Fabty-Perot ）共振を抑制するうえで効果的であ
る。こうした対策は、半導体光増幅器のように光導波路
デバイス自身が利得を持つような場合には特に重要であ
る。
【００１５】一方、入力光導波路２１１と光導波路デバ
イス２０１との間の光導波路不連続においてこの光導波
路デバイス２０１へと結合しきれなかった信号光成分の
振る舞いについて説明する。光導波路デバイス２０１へ
と結合しきれなかった信号光の大半は、ほぼ斜め光導波
路領域２０２の長手軸の方向に向かって光導波路デバイ
ス２０１の基板２０２の中をビーム状に徐々に発散する
非導波光として、反対側の出射側光導波路端面２０９へ
と達する。このとき、この実施形態の光集積モジュール
では、光導波路デバイス２０１の斜め光導波路領域２０
４，２０５は直線状の光導波路２０３の長手軸方向に対
して共に同じ側に向かって曲げられている。このため、
非導波光が出射側端面２０９に達する近傍には出射側の
斜め光導波路が無く、その結果出射側の斜め光光導波路
２１２の端面近傍における非導波光の振幅は信号光のそ
れに対して著しく減衰する。さらに、非導波光の発散し
て行く軌跡は出射側の斜め光導波路の長手軸方向からは
大きく外れることから、角度θ１，θ２等を始めとする
構造パラメータを適当に設計することにより、この非導
波光が出力光導波路へと結合する割合は信号光のそれに
比べて数桁も小さくすることが可能になる。このよう
に、非導波光に対する光結合効率のみを選択的に抑制す
る構造を提供することが可能になる。
【００１６】図５は本発明をアレイ状の半導体光増幅器
のハイブリッド光集積モジュールに適用した第２の実施
形態の平面構成図であり、石英系光導波路Ｓｉプラット
フォーム３２０に４チャンネル半導体光増幅器アレイ３
０１と光ファイバ３３６，３３７を搭載した構成とされ
ている。図６は前記４チャンネル半導体光増幅器アレイ
３０１の平面構成図であり、前記半導体光増幅器アレイ
３０１は、４チャンネルの半導体光増幅器が２５０ミク
ロン間隔で配置されている構造を持つ。各半導体光増幅
器は、（００１）ｎ−ＩｎＰ基板３０２上に形成された
波長組成１．５５μｍのアンドープ−ＩｎＧａＡｓＰバ
ルク活性層をｐ−ＩｎＰクラッド層で埋め込んだ構造を
有する。１．５５μｍ帯の信号光に対して単一モード光
導波路となっており、また電流注入によって前記信号光
に対する光増幅作用を有している。また、信号光に対す
る偏光依存性を低減させるために、前記活性層の断面の
アスペクト比がほぼ１：１になるよう、高さを０．３μ
ｍ、幅を０．３μｍに設定している。
【００１７】ここで、素子長は１０００μｍであり、こ
のうち前記活性層が前記ｎ―ＩｎＰ基板３０２の［１１
０］方向に対して平行な活性層直線領域３０４の長さは
３５０μｍ、その両端に放射損失が無視できる程度に曲
率半径４ｍｍで活性層がｎ−ＩｎＰ基板３０２に水平な
面内で緩やかに曲げられている活性層曲線領域３０５，
３０６が１００μｍ、さらにこれら該活性層曲線領域３
０５，３０６に滑らかに接続しかつ該ｎ―ＩｎＰ基板３
０２の［１１０］方向に対して同じ方向に７°だけ傾い
た斜め光導波路領域３０７，３０８が２００μｍであ
る。なお、この斜め光導波路領域３０７，３０８は、前
記活性層曲線領域３０５，３０６から端面３０９，３１
０に向かって長さ１５０μｍにわたり活性層厚をもとの
厚さの１／３にまで徐々に薄くしたスポットサイズ変換
領域３１１，３１２を有する。また信号光の入出射端面
３０９，３１０から素子内部に向かって２５μｍにわた
り活性層を設けない窓領域３１３，３１４を有する。こ
れらは、すべて選択ＭＯＶＰＥ成長によって作製されて
いる。また、素子の両端面には信号光に対する反射率が
０．１％の低反射膜３１５，３１６が形成されている。
【００１８】図７は前記半導体光増幅器３０１を搭載す
る石英系光導波路プラットフォーム３２０の平面構成図
である。前記光導波路プラットフォーム３２０には、Ｓ
ｉ基板３２１上に常圧ＣＶＤを用いて成膜された石英系
の入力光導波路３２２が８本および出力光導波路３２３
が８本、それぞれ各４本ずつアレイ状に２軸対称に形成
されている。これら入力光導波路３２２および出力光導
波路３２３は、Ｇｅドーピングされた断面が６μｍ角の
コアをそれぞれ厚さ１０μｍの上下クラッド層で埋め込
んだ構造を有し、１．５５μｍの信号光に対して単一モ
ード光導波路となっている。前記入力光導波路３２２及
び出力光導波路３２３は、それぞれ前記半導体光増幅器
３０１に対して信号光を効率よく入出射光結合させるた
め、光導波路端面３２４，３２５に対して約１５°だけ
Ｓｉ基板３２１に平行な面内で曲げられた斜め光導波路
領域３２６，３２７と、直線状の光導波路領域３２８，
３２９と、前記斜め光導波路領域３２６，３２７と直線
状の光導波路領域３２８，３２９とをそれぞれ滑らかに
接続しかつ放射の影響が無視できる程度に曲率半径１０
ｍｍで緩やかに曲げられている曲がり光導波路領域３３
０，３３１とを有する。
【００１９】また、前記Ｓｉ基板３２１上には、上記の
半導体光増幅器３０１を高い位置合わせ精度でセルフア
ライン実装しかつ各チャンネルに独立に駆動電流を注入
するため、予めスパッタリング成膜されたＷＳｉ層およ
び光導波路形成後の電極成膜プロセスを併用して、電気
配線パターン３３２とはんだバンプパッド３３３とが形
成されている。また、前記入力光導波路３２２と出力光
導波路３２３との間に上記の半導体光増幅器３０１を実
装するため、Ｓｉ基板３２１ないしは電極配線パターン
３３２が露出している光素子搭載領域３３４が長さ１．
０２ｍｍにわたって形成されている。また入力光導波路
３２２と出力光導波路３２３とがこの光素子搭載領域３
３４に面するＳｉ基板３２１に垂直な光導波路端面３２
４，３２５は、ダイシングブレードで切削することによ
り形成されている。
【００２０】さらに、前記光導波路プラットフォーム３
２０の両端にはこれら入力光導波路３２２および出力光
導波路３２３のそれぞれに信号光を入出射させるための
光ファイバを高い位置精度でパッシブ実装するため、Ｓ
ｉ基板３２１上に入力側８個、出力側に８個、合計１６
個の光ファイバガイド３３８，３３９が長さ１ｍｍにわ
たって形成されている。この光ファイバガイド３３８，
３３９は、Ｓｉ基板３２１に対するわずかな方位ずれが
生じても位置合わせ精度を損なわないよう、断面がＶ字
型のＳｉ溝を光ファイバの長手軸方向にブロック状に分
割した構造を有する。
【００２１】そして、前記素子搭載領域３３４に、２つ
の前記した４チャンネル半導体光増幅器アレイ３０１が
前記光導波路端面３２４，３２５との間に幅１０μｍの
空隙を設けてＡｕＳｎはんだを用いて軸対称に実装され
ている。また、これら合計１６個の光ファイバガイドに
沿って、合計１６本の単一モード光ファイバ３３６，３
３７がパッシブ実装されている。
【００２２】この半導体光増幅器のハイブリッド光集積
モジュールでは、入力光導波路３２２および出力光導波
路３２３と半導体光増幅器アレイ３０１との間における
光結合損失は共に４．５ｄＢ、同様に入力光導波路３２
２および出力光導波路３２３と単一モード光ファイバ３
３６，３３７との光結合損失は共に０．３ｄＢであっ
た。モジュール温度２５℃において、８本の入力光ファ
イバ３３６それぞれに波長１．５５μｍ、パワー０ｄＢ
ｍの信号光を入力し、それぞれの入力光ファイバ３３６
に対応する半導体光増幅器のチャンネルに２０ｍＡの順
方向電流を注入したところ、これに対応する出力側の光
ファイバ３３７から取り出された信号光の利得が０ｄＢ
となった。また、４０ｍＡの電流注入により、１０ｄＢ
の信号光利得が各チャンネルについて得られた。また、
各チャンネルともに電流非注入時には信号光が６０ｄＢ
の減衰を受けて出力された。注入電流範囲が０〜４０ｍ
Ａの場合、出力信号光のオンオフ比として７０ｄＢが各
チャンネルについて得られた。また、あるチャンネルに
上記の信号光を入力し、これと対応しないチャンネルか
らの出力信号光を測定したところ、８０ｄＢ以上の減衰
を受けて出力されていることがわかった。これらの結果
は、信号光の干渉性クロストークを抑圧するうえで十分
な値である。さらに、半導体光増幅器アレイ３０１の各
チャンネルを振幅０〜４０ｍＡ、立ち上がり／立ち下が
り時間が各１nsecの駆動電流で高速駆動したところ、こ
の駆動電流波形に追従する高速な光ゲート動作を得た。
【００２３】図８は、本発明をアレイ状の石英系光導波
路と波長合波器と波長分波器とを形成した光導波路Ｓｉ
プラットフォーム４２０上にアレイ状の半導体光増幅器
３０１をハイブリッド光集積した光ファイバ集積８チャ
ンネル波長セレクタモジュールに適用した第３の実施形
態の平面構成図である。前記半導体光増幅器アレイ３０
１は、前記第２の実施形態で使用したものとまったく同
一のものであるので、その詳細な説明は省略する。
【００２４】図９は前記石英系光導波路プラットフォー
ム４２０の平面構成図である。該光導波路プラットフォ
ーム４２０は、第２の実施形態と同様に構成された光導
波路プラットフォーム上に１：８波長分波器４４０と
８：１波長合波器４４１とを作り込んだものである。こ
れらは、波長１．５５μｍ帯の信号光をそれぞれ８：１
波長分離および１：８波長多重する役割をはたす。な
お、これらによって波長合分波される信号光の隣接波長
間隔は約０．８ｎｍ（光周波数で１００ＧＨｚ）であ
り、両者の波長通過域は一致している。なお、前記光導
波路プラットフォーム４２０のこれら以外の構造は第２
の実施形態と同一であるため、その詳細な説明は省略す
る。ただし、前記波長分波器４４０及び波長合波器４４
１に結合される光ファイバはそれぞれ１本であるので、
光ファイバガイド４３８，４３９は各１つだけ設けられ
ている。
【００２５】そして、前記したように、前記光導波路プ
ラットフォームの素子搭載領域４３４に、２つの４チャ
ンネル半導体光増幅器アレイ３０１が前記光導波路端面
４２４，４２５との間に幅１０μｍの空隙を設けてＡｕ
Ｓｎはんだを用いて軸対称に実装されている。また、光
ファイバガイド４３８，４３９に沿って、２本の単一モ
ード光ファイバ４３６，４３７がパッシブ実装されてい
る。
【００２６】この光ファイバ集積８チャンネル波長セレ
クタモジュールでは、モジュール温度２５℃において、
入力側の光ファイバ４３６に波長合波器と波長合波器の
通過帯域に一致しかつそれぞれ異なる８波信号光を波長
多重して入力し、それぞれの信号光波長に対応する半導
体光増幅器のチャンネルのうち特定の１つのチャンネル
にのみ３０ｍＡの順方向電流を注入したところ、出力側
の光ファイバ４３７からはこのチャンネルを通過するこ
とができた波長の信号光のみが出力された。またその時
の信号光利得は０ｄＢであった。また、５０ｍＡの電流
注入により、５ｄＢの信号光利得が得られた。また、各
チャンネルともに電流非注入時には信号光が７０ｄＢの
減衰を受けて出力された。注入電流範囲が０〜５０ｍＡ
の場合、出力信号光のオンオフ比として７５ｄＢが各波
長チャンネルについて得られた。また、それぞれ異なる
８波信号光を波長多重して入力し、同様に特定の１つの
チャンネルにのみ３０ｍＡの順方向電流を注入したとこ
ろ、これと対応しない波長チャンネルの信号光が８０ｄ
Ｂ以上の減衰を受けて出力されていることがわかった。
これらの結果は、信号光の干渉性クロストークを抑圧す
るうえで十分な値である。また、それぞれ異なる８波信
号光を波長多重して入力し、同様に特定の１つのチャン
ネルにのみ振幅０〜４０ｍＡ、立ち上がり／立ち下がり
時間が各１ｎｓｅｃの駆動電流で高速駆動したところ、
この駆動電流波形に追従して対応する１波長のみを高速
に選択する波長セレクタとして動作した。
【００２７】なお、本発明のハイブリッド光集積モジュ
ールは、前記した構成に限られるものではなく、入力光
導波路と出力導波路との間に光導波デバイスを配設する
構成を備える光集積回路モジュールであれば、前記入力
光導波路と出力導波路の構成が本発明の基本構成を備え
るものであれば、種々の光集積モジュールに適用するこ
とが可能である。また、光導波路で構成されるチャンネ
ル数も前記した各実施形態の構成に限られるものでない
ことは言うまでもない。
【００２８】また、本発明においては、次のような実施
形態も可能である。すなわち、光導波路デバイスがここ
を伝搬する信号光に対して電圧印加によって光吸収機能
を実現する電界吸収型半導体光変調器である。また、光
導波路デバイスが電流注入機構ないしは電圧印加機構を
少なくとも１つ以上備える。
【００２９】また、光導波路プラットフォームは、はん
だバンプを構成する電気配線以外にも何らかの電気配線
を備えている。光導波路プラットフォーム上には光導波
路デバイスの駆動等を目的とした電気素子や終端抵抗等
を備えている。光導波路プラットフォーム上の入力光導
波路および出力光導波路に対して光ファイバを介して信
号光を光結合させさらにこの光ファイバをこの光導波路
プラットフォームに対して脱着させるためのレセプタク
ル機構を合わせ備える。
【００３０】さらに、光導波路プラットフォームにおけ
る入力光導波路あるいは出力光導波路はこれらを伝搬す
る信号光を入力光導波路側から出力光導波路側に向かっ
て一方向にのみ伝搬させる光アイソレータとしての機能
を備える。入力光導波路あるいは出力光導波路は回折格
子等の周期構造から成る光フィルタとしての機能を備え
る。入力光導波路あるいは出力光導波路は光方向性結合
器を備える。入力光導波路あるいは出力光導波路はここ
を導波する信号光の位相調節を行うための機構を備え
る。入力光導波路又は出力光導波路には、導波する信号
光を増幅するための希土類元素が含まれている。入力光
導波路あるいは出力光導波路がアレイ光導波路回折格子
を備える。
【００３１】さらに、入力光導波路と出力光導波路と光
導波路デバイスのいずれかはこれらを導波する信号光の
パワーや偏光を検出や監視あるいは制御する等の機能を
備える。入力光導波路や出力光導波路や光導波路デバイ
ス等、光導波路プラットフォーム上に形成ないしは実装
されているものの温度を監視する手段あるいは温度調節
をする手段を備える。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、光導波デ
バイスの複数のアレイ状をした光導波路の信号光入出射
端面での曲げ方向と、光導波路プラットフォームに形成
された複数のアレイ状をした入力光導波路と出力光導波
路での曲げ方向が、いずれも光導波路プラットフォーム
の長手軸方向に対して同じ側に向けて曲げられ、さらに
複数の出力光導波路の各長手軸方向は、複数の入力光導
波路と光導波路デバイスの複数の光導波との間に生じる
非導波光の導波軸に一致しない構成とされているため、
非導波光が出力光導波路に向かわず、光導波路デバイス
の基板外部に向かって放射されてしまうことになり、こ
れにより非導波光によるオンオフ比劣化を極力抑えたハ
イブリッド光集積モジュールを得ることが可能となる。
また、同時に、非導波光が他チャンネルへと漏れ込んで
チャンネル間クロストーク成分となることを極力抑える
構造を得ることができる。さらに、光導波路デバイス内
部での共振が効果的に抑制されるため、光導波路デバイ
ス内部の信号光利得を大きくでき、特に信号光利得を有
する半導体光増幅器のような光導波路デバイスでも光導
波路プラットフォーム上に搭載して光集積回路モジュー
ルを構築することが可能となる。したがって、本発明に
よるハイブリッド光集積モジュールは、特に信号光利得
を有する半導体光増幅器のような光導波路デバイスのハ
イブリッド光集積化に際して、高オン／オフ特性、低チ
ャンネル間クロストーク、高い信号光利得を同時に満足
する手段を提供し、光波ネットワーク向け光ＡＴＭ交換
機等に用いる光ゲート素子等の小型化、高性能化などを
実現可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光集積モジュールの基本構成を示す平
面構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の光集積モジュールの
平面構成図である。
【図３】第１の実施形態における光導波路デバイスの平
面構成図である。
【図４】第１の実施形態における光導波路プラットフォ
ームの平面構成図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の光集積モジュールの
平面構成図である。
【図６】第２の実施形態における光導波路デバイスの平
面構成図である。
【図７】第２の実施形態における光導波路プラットフォ
ームの平面構成図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の光集積モジュールの
平面構成図である。
【図９】第３の実施形態における光導波路プラットフォ
ームの平面構成図である。
【図１０】従来の光集積モジュールの一例の平面構成図
である。
【図１１】従来の光集積モジュールの他の例の平面構成
図である。
【図１２】従来の光集積モジュールのさらに他の例の平
面構成図である。
【符号の説明】
１０１，１１１，１２１，１３１ 光導波路デバイス １０２，１１２，１２２，１３２ 基板 １０３，１１３，１２３，１３３ 直線状の光導波領域 １０４，１０５，１１４，１１５，１２４，１２５，１
３４，１３５ 斜め光導波路領域 １０６，１１６，１２６，１３６ 非導波光 １０７，１１７，１２７，１３７ 入力信号光 １０８，１１８，１２８，１３８ 出力信号光 １０９，１１９，１２９，１３９ クロストーク成分 ２０１ 光導波路デバイス ２０２ 基板 ２０３ 直線状の光導波領域 ２０４，２０５ 斜め光導波路領域 ２０６，２０７ 曲がり光導波路領域 ２１０ 光導波路プラットフォーム ２１１ 入力光導波路 ２１２ 出力光導波路 ２１５，２１６ 斜め光導波路領域 ２１７，２１８ 直線状の光導波路領域 ２１９，２２０ 曲がり光導波路領域 ３０１ ４チャンネル偏光無依存半導体光増幅器アレイ ３０２ （００１）ｎ−ＩｎＰ基板 ３０４ 活性層直線領域 ３０５，３０６ 活性層曲線領域 ３０７，３０８ 斜め光導波路領域 ３１１，３１２ スポットサイズ変換領域 ３１３，３１４ 窓領域 ３１５，３１６ 低反射膜 ３２０ 石英系光導波路プラットフォーム ３２１ Ｓｉ基板 ３２２ 入力光導波路 ３２３ 出力光導波路 ３２６，３２７ 斜め光導波路領域 ３２８，３２９ 直線状の光導波路領域 ３３０，３３１ 曲がり光導波路領域 ３３２ 電気配線パターン ３３３，３３５ はんだバンプパッド ３３４ 光素子搭載領域 ３３６，３３７ 単一モード光ファイバ ３３８，３３９ 光ファイバガイド ４２０ 石英系光導波路プラットフォーム ４２１ Ｓｉ基板 ４２２ 入力光導波路 ４２３ 出力光導波路 ４２４，４２５ 光導波路端面 ４２６，４２７ 斜め光導波路領域 ４２８，４２９ 直線状の光導波路領域 ４３０，４３１ 曲がり光導波路領域 ４３２ 電気配線パターン ４３３，４３５ はんだバンプパッド ４３４ 光素子搭載領域 ４３６，４３７ 単一モード光ファイバ ４３８，４３９ 光ファイバガイド ４４０ 波長分波器 ４４１ 波長合波器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−191656（ＪＰ，Ａ) 欧州公開851548（ＥＰ，Ａ１) Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ ｒｓ，Ｖｏｌ．34 Ｎｏ．４（19ｔｈ Ｆｅｂｒｕａｒｙ 1998）ＰＰ．361− 363 Ｉ．Ｏｇａｗａ ｅｔ．ａｌ．1998年 電子情報通信学会総合大会講演論文集 エレクトロニクス１（1998年３月６日発 行）ＰＰ．457−458 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14 G02B 6/42 - 6/43 H01S 5/026 H01S 5/30 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに対向する複数の入力光導波路と出
    力光導波路がそれぞれアレイ状に形成された光導波路プ
    ラットフォームと、前記入力光導波路と出力光導波路の
    間の前記光導波路プラットフォーム上に搭載され、かつ
    前記入力光導波路と出力光導波路に光結合されるアレイ
    状をした複数の光導波路を備える光導波路デバイスとを
    備える光集積モジュールにおいて、前記複数の入力光導
    波路と出力光導波路、及びこれらの光導波路に光結合さ
    れる前記光導波路デバイスの複数の光導波路とが、これ
    らの光結合領域において前記光導波路プラットフォーム
    の光導波方向に向けられた直線に対してそれぞれ同一側
    に曲げ形成され、前記複数の出力光導波路における斜め
    光導波路の各長手軸方向は、前記複数の入力光導波路と
    前記光導波路デバイスの複数の光導波との間に生じる非
    導波光の導波軸に一致しないことを特徴とする光集積モ
    ジュール。
  2. 【請求項２】 互いに対向する複数の入力光導波路と出
    力光導波路がそれぞれアレイ状に長辺方向に向けて形成
    された長方形をした光導波路プラットフォームと、前記
    入力光導波路と出力光導波路の間の前記光導波路プラッ
    トフォーム上に搭載され、かつ前記入力光導波路と出力
    光導波路に光結合されるアレイ状をした複数の光導波路
    を備える光導波路デバイスとを備える光集積モジュール
    において、前記入力光導波路と前記光導波路デバイス
    間、及び前記出力光導波路と前記光導波路デバイス間に
    はそれぞれある有限の空隙ができる位置関係に前記入力
    光導波路、出力光導波路及び光導波路デバイスが配置さ
    れてこれらの間に光導波路の不連続な部分が形成されて
    おり、かつ前記入力光導波路、光導波路デバイス及び出
    力光導波路がいずれも導波する信号光の放射が十分無視
    できる程度の緩やかな曲率で曲がっている部分をそれぞ
    れ備え、かつ前記入力光導波路と出力光導波路、及びこ
    れらの光導波路に光結合される前記光導波路デバイスの
    光導波路のそれぞれが前記光導波路不連続の近傍におい
    て前記光導波路プラットフォームの長手方向の直線に対
    して同一方向に曲げ形成された斜め端面構造を備え、前
    記複数の出力光導波路における斜め光導波路の各長手軸
    方向は、前記複数の入力光導波路と前記光導波路デバイ
    スの複数の光導波との間に生じる非導波光の導波軸に一
    致しないことを特徴とする光集積モジュール。
  3. 【請求項３】 前記光導波路デバイスは光入出射端面の
    うち少なくとも一方に低反射膜を備えることを特徴とす
    る請求項２に記載の光集積モジュール。
  4. 【請求項４】 前記光導波路デバイスはスポットサイズ
    変換機構を備えることを特徴とする請求項２又は３に記
    載の光集積モジュール。
  5. 【請求項５】 前記光導波路デバイスは光入出射端面近
    傍に窓端面構造を備えることを特徴とする請求項２ない
    し４のいずれかに記載の光集積モジュール。
  6. 【請求項６】 前記光導波路デバイスは、導波する信号
    光に対して電流注入による光増幅機能と電流非注入時の
    光吸収機能とを実現する半導体光増幅器であることを特
    徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の光集積モ
    ジュール。
  7. 【請求項７】 前記有限の空隙の部分が誘電体物質で満
    たされていることを特徴とする請求項２ないし６のいず
    れかに記載の光集積モジュール。
  8. 【請求項８】 前記光導波路プラットフォームは光ファ
    イバを入力光導波路および出力光導波路に対して信号光
    を光結合させるための光ファイバ位置合わせガイドを備
    えていることを特徴とする請求項２ないし７のいずれか
    に記載の光集積モジュール。
  9. 【請求項９】 前記入力光導波路、出力光導波路及び光
    導波路デバイスは伝搬する信号光に対して偏光無依存の
    特性を有することを特徴とする請求項８に記載の光集積
    モジュール。
  10. 【請求項１０】 前記入力光導波路及び出力光導波路
    は、同一のガラス基板又は同一のシリコン基板に形成さ
    れた石英系光導波路又はポリマ光導波路、或いは同一の
    シリコン基板に形成されたシリコン・ゲルマニウム光導
    波路であることを特徴とする請求項８または９に記載の
    光集積モジュール。
  11. 【請求項１１】 前記入力光導波路は光分波器を備え、
    前記出力光導波路は光合波器を備えることを特徴とする
    請求項８ないし１０に記載の光集積モジュール。
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