JP3703401B2 - 光波回路モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波回路モジュールに関し、より詳細には、高密度の入出力多チャネル導波路（ポート）を有する平面型光波回路チップとテープ型多芯光ファイバを簡便、高精度かつ低損失に接続できる光波回路モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットが爆発的に普及しており、これに伴い通信回線のトラフィック量が激増している。このトラフィック量を激増させている膨大なデータを処理する高速大容量通信方式として、１本の光ファイバに波長の異なる複数の光信号を伝送することができる光波長分割多重（Wavelength Division Multi/demultiplexing：ＷＤＭ）通信システムが実用化されており、また現在でもシステムの低コスト化・高信頼化に向けて、世界中で研究開発されている。
【０００３】
光波長分割多重通信システムでは、アレイ導波路格子（Arrayed Waveguide Grating:ＡＷＧ）型（Ｎ×Ｎ）光波長合分波器がキーデバイスとして広く使用されている。アレイ導波路格子型光波長合分波器は、送信側で複数の波長の光信号を合波する、あるいは受信側で光ファイバ中の複数の光信号を異なるポートに分波するといった高機能な処理が可能である。
【０００４】
図５は、従来のＡＷＧの一般的な回路構成を示す図である。入力導波路５１に入射された波長多重光（λ１，λ２，…，λｎ）は、第１のスラブ導波路５２で基板５０と水平方向に回折し、隣接する複数のアレイ導波路５３に結合する。アレイ導波路５３は、それぞれ一定の光路長差を有しているため、複数の光ビームは第２のスラブ導波路５４に結合する際に波長に依存する位相差を持つ。結果として、複数の光ビームの干渉で生じる焦点の位置が波長に依存して変化する。この焦点の位置に予め複数の出力導波路５５を配置しておくことにより、ＡＷＧは複数の光波長を一括して合分波する光波長合分波器として機能する。なお、入力導波路５１は、図５に示すように複数本あってもよい。
【０００５】
近年、光増幅器の広帯域化の進展やシステムの低コスト化指向と相まって、ＡＷＧに対してモジュール全体の損失の増大を伴わない一層の多重化（多チャネル化）および小型化が望まれるようになってきた。ＡＷＧの多チャネル化と小型化を同時に達成するには、作製する光導波路の比屈折率差Δを従来（例えば、Δ＝０．７５％）より大きな値に設定し、最小曲げ半径を小さくすることが極めて効果的である。現在、例えばΔ＝１．５％の設計で、２５６チャネル（波長間隔２５ＧＨｚ，最小曲げ半径約２ｍｍ）の大規模なＡＷＧの試作が報告されている（例えば、肥田他、２０００年電子情報通信学会総合大会，Ｃ−３−７８，ｐ２５８参照）。
【０００６】
このように、比屈折率差Δを大きな値に設定することは、最小曲げ半径や入出力導波路ピッチの狭小化に伴うチップの小型化には効果的である一方、チップの周辺に設けられた入出力光導波路のスポットサイズは光ファイバ（シングルモード）のそれに比べて小さくなる。例えば、ＡＷＧチップと光ファイバアレイ部品を直接接続する場合には、接続損失が増大してしまうという欠点があった。また、チップ側の狭小化された導波路ピッチと、接続されるべき光ファイバアレイのピッチの差が益々大きくなり、何らかの方法でこれらを接続する必要があった。これらの問題を解決する方法として、以下の従来例が報告されている。
【０００７】
図６は、アレイ型レーザーダイオード（ＬＤ）と光ファイバとを低損失に光接続する光結合素子を示す図である。なお、この構成については、例えば特開平２−１９５３０９号公報に記載されている。
【０００８】
図６に示す光結合素子は、アレイ型レーザーダイオード６１、アレイ型レーザーダイオード６１の活性層６２、光入力導波路６３、光出力導波路６４、テーパ導波路６５および６６、光ファイバ６７、光ファイバ６７のコア部６８、ＬＮ基板６９、およびＳ字導波路７０から構成されている。この従来例によれば、スポットサイズおよびピッチが互いに異なるアレイ型ＬＤおよび光ファイバとの間に、それらの中間のスポットサイズを有する導波路基板を介して接続することにより、アレイ型ＬＤおよび光ファイバを低損失に結合させることができる。
【０００９】
図７は、導波路型光波回路素子基板と光ファイバアレイの接続構造を示す図である。なお、この構成については、例えば特開平６−２１４１３７号公報に記載されている。
【００１０】
図７に示す接続構造において、光導波路アレイおよび光ファイバアレイは、入出力用モードフィールド変換光導波路アレイ７１および７２、入出力用モードフィールド変換光導波路アレイ７１および７２上のコア拡大領域７１ａおよび７２ａ、光導波回路基板７３、入出力用光導波路アレイ７４および７５、入出力用光ファイバアレイ７６および７７から構成されている。この従来例によれば、光導波回路基板７３と入出力用光ファイバアレイ７６および７７の間に、コア拡大領域を有する入出力用モードフィールド変換光導波路アレイ７１および７２を介して接続することによって、光導波回路基板７３および入出力用光ファイバアレイ７６および７７を低損失に結合させることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例では、光導波回路とピッチ変換部との接続部において、光信号を漏れなくピッチ変換部と結合させることは困難である。結合部で漏れた光は、クラッドを伝搬して光軸の前方に伝わる。そして、この伝搬方向に光ファイバがあると、漏れ光が光ファイバと結合し、クロストークを引き起こしてしまうという問題があった。
【００１２】
これを具体的に示すと以下のようになる。すなわち、図８に概念的に示すように、ピッチ変換用導波路基板（又はアレイ型ＬＤ基板）２上の出力導波路のコアと入力導波路コアとの僅かな軸ずれ、又はそれらのスポットサイズの違いにより、光波回路基板１からの出射光パワーの一部が漏れ光となる。結果として、一部の漏れ光は所望の光ファイバ以外のものに入射し、光信号クロストーク特性を劣化させてしまう。
【００１３】
なお、図８に示す構成では、見やすくするために光波回路素子基板において紙面に向かって上から奇数番目の出力導波路からの漏れ光のみを示しているが、その他の出力導波路についても同様な漏れ光が生じ得ることを付記しておく。
【００１４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高密度の入出力多チャネル導波路を有する平面型光波回路チップとテープ型多芯光ファイバを簡便、高精度かつ低損失に接続できる光波回路モジュールを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板（１）上に形成されたコアおよびクラッドからなる光導波回路と、少なくとも１本の光ファイバからなるテープ型光ファイバ（３、４）と、前記光導波回路および前記テープ型光ファイバを光学的に接続するための、ピッチ変換用基板上（２）に形成されたコアおよびクラッドからなるピッチ変換回路とを有する光波回路モジュールにおいて、前記ピッチ変換回路は、前記光導波回路の接続部に直線状に設けられた３以上の導波路からなる入力導波路群（２１）と、前記光ファイバの接続部に直線状に設けられ、前記入力導波路群の両端の導波路の延長線上（ＡＡ´、ＢＢ´）で挟まれた範囲を含まず、かつ前記範囲を境としてその両側に前記入力導波路群が少なくとも２つに分岐して配置された出力導波路群（２２、２３）とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ピッチ変換用基板（２）上に形成されたコアおよびクラッドの比屈折率差は、前記基板（１）上に形成されたコアおよびクラッドの比屈折率差と、前記光ファイバ（３、４）の比屈折率差との間の値であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記入力導波路群（２１ａ）の前記光導波回路に対する接続部の近傍、又は前記出力導波路群（２２ａ、２３ａ）の前記光ファイバに対する接続部の近傍に、スポットサイズ変換機能構造を設けたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３に記載の発明において、前記出力導波路群（２２ｂ、２３ｂ）は、前記入力導波路群（２１ｂ）の長手方向に対して概ね直角方向に配置されていることを特徴とする。
【００２０】
このような構成によれば、光波回路素子基板等の出力導波路コアとピッチ変換用基板の入力導波路コアとの僅かな軸ずれや、それらのスポットサイズの違いによって生じる光波回路素子基板等からの出射光パワーの漏れ光が所望の光ファイバ以外のものに入射することを回避でき、十分な光信号クロストーク特性を実現できる。
【００２１】
したがって、高密度の入出力多チャネル導波路（ポート）を有する平面型光波回路チップとテープ型多芯光ファイバを簡便、高精度かつ低損失に接続することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態の光波回路モジュールを概略的に示す図である。光波回路モジュールは、（１×Ｎ、ここではＮ＝２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１、（１×２５６ｃｈ）ＡＷＧ型光合分波器基板１とテープ型多（１２８）芯光ファイバアレイ部品３および４を低損失に光学接続するためのピッチ変換用導波路基板２、および単芯の光ファイバ５から構成されている。したがって、光波回路モジュールは、波長λ１〜λ２５６の光信号の合分波を行う。
【００２４】
なお、図１に示す例では、説明をわかりやすくするためにＡＷＧ型光合分波器基板１として（１×Ｎ）ＡＷＧ型光合分波器基板に関する実施形態を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、Ｎ本の入出力導波路を有する（Ｎ×Ｎ）ＡＷＧ型光合分波器基板を用いる場合においても、光ファイバと（Ｎ×Ｎ）ＡＷＧ型光合分波器基板との間に本発明に係るピッチ変換用導波路基板を配置することにより本発明の目的が達成される。
【００２５】
上述したＡＷＧ型光合分波器基板１やピッチ変換用導波路基板２は、シリコン基板（又はガラス基板や半導体基板等）の上に、光信号パワーの大部分が伝搬するコア層と、それより屈折率がわずかに低いクラッド層とからなる石英系ガラス導波路に関する成膜技術、およびＬＳＩ製造における微細加工技術を組み合わせた公知の技術（例えば、Kawachi et al., J. Quantum Electronics, 22, pp391, 1990参照)により作製することができる。なお、以下の説明では、（１×２５６ｃｈ）ＡＷＧ型光合分波器基板１上の光導波回路の比屈折率差Δを１．５％、最小曲げ半径２ｍｍ、入出力導波路群ピッチを２５μｍとしている。また、光ファイバ部品３および４の比屈折率差Δを、通常の０．３％としている。
【００２６】
図２は、図１に示したピッチ変換用導波路基板の拡大図である。本実施形態では、比屈折率差Δを０．７５％、すなわち光合分波器基板１と、光ファイバ３および４の比屈折率差との間の値とし、最小曲げ半径を５ｍｍ、入力導波路群２１のピッチを２５μｍ、出力導波路群２２および２３のピッチを１２７μｍとして、比屈折率差の異なる光導波路又は光ファイバ間の光信号の受け渡しを行わせる。
【００２７】
ピッチ変換用導波路基板２上に形成されたピッチ変換回路は、基板１上に形成された光導波回路の接続部に直線状に設けられた入力導波路群２１と、光ファイバ部品３および４の接続部に直線状に設けられた出力導波路群２２および２３とを備えている。
【００２８】
ここで、出力導波路を出力導波路群２２および２３の２つに分け、かつこれらの出力導波路群が入力導波路群２１の光軸の延長線上と異なる位置に配置しているところが本実施形態の大きな特徴である。具体的には、出力導波路群２２を紙面に向かって直線ＡＡ′より上側に、また出力導波路群２３を紙面に向かって直線ＢＢ′より下側に配置している。
【００２９】
入力導波路群２１にＩ１〜Ｉ２５６の光信号が入射すると、（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１の出力導波路コアとピッチ変換用導波路基板２の入力導波路コアとの僅かな軸ずれや、それらのスポットサイズの違いによって、（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１からの出射光Ｏ１〜Ｏ２５６の漏れ光が生じる場合がある。しかし、入出力導波路群を上記のように配置することにより、出射光Ｏ１〜Ｏ２５６の漏れ光が所望以外の光ファイバに入射することを回避できる。したがって、−５０ｄＢ以下の十分な光信号クロストーク特性を実現できる。
【００３０】
また、図３に示す実施例では、（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１にはスポットサイズ変換機能構造（テーパ導波路）を有する出力導波路群１１ａが設けられている。また、ピッチ変換用導波路基板２にはスポットサイズ変換機能構造（テーパ導波路）を有する入出力導波路群、すなわち（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１側の入力導波路群２１ａ、テープ型光ファイバアレイ部品３側の出力導波路群２２ａ、および光ファイバアレイ部品４側の出力導波路群２３ａが設けられている。
【００３１】
図３に示す実施例では、（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１とピッチ変換用導波路基板２との間、又はピッチ変換用導波路基板２とテープ型光ファイバアレイ部品３および４との間における接続損失をできるだけ小さくするために、（１×２５６）ＡＷＧ基板側の出力導波路群１１ａ又はピッチ変換用基板の入出力導波路群２１ａ，２２ａ，２３ａに、スポットサイズ変換機能を有する構造を付与する。
【００３２】
これにより、極めて低損失な光波回路モジュールを実現することができる。なお、スポットサイズ変換機能を有する構造は、導波路幅や深さが徐々に変化するテーパ導波路構造とする方法、あるいは熱や紫外線照射等によりコアを拡散させる方法などで実現される。
【００３３】
（第２実施形態）
図４は、本発明に係る第２実施形態の光波回路モジュールを概略的に示す図である。本実施形態では、第１実施形態と異なり、ピッチ変換用導波路基板２上の２つの出力導波路群２２ｂおよび２３ｂが、入力信号光の伝搬方向、すなわち入力導波路群２１ｂの長手方向に対して概ね直角方向に配置されている。
【００３４】
このような配置を取ることにより、（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１の出力導波路コアとピッチ変換用導波路基板２の入力導波路コアとの僅かな軸ずれや、それらのスポットサイズの違いによって生じる（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１からの出射光パワーの漏れ光が所望以外の光ファイバに入射することを回避できる。したがって、−５０ｄＢ以下の十分な光信号クロストーク特性を実現することができる。また、上述した第１実施形態に比べて、ピッチ変換用導波路基板２の長手方向のチップ長さを短くすることができるので、光波回路モジュールの小形化に極めて有効である。
【００３５】
なお、本実施形態では、ピッチ変換用導波路基板２上の２つの出力導波路群２２ｂおよび２３ｂが入力導波路群２１ｂの長手方向に対して概ね直角方向に配置されることとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、入力光の伝搬方向ＡＡ′又はＢＢ′に対して、当該漏れ光がどの光ファイバアレイに入射してもクロストーク特性を劣化させない程度の角度方向に２つの出力導波路群を配置する形態も含むことはいうまでもない。
【００３６】
また、図３に示した構造と同様に、（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１とピッチ変換用導波路基板２との間、又はピッチ変換用導波路基板２とテープ型光ファイバアレイ部品３および４との間における接続損失をできるだけ小さくするために、（１×２５６）ＡＷＧ基板側の出力導波路群又はピッチ変換用基板の入出力導波路群に、スポットサイズ変換機能を有する構造を付与することによって、極めて低損失な光波回路モジュールを実現できることはいうまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板上に形成されたコアおよびクラッドからなる光導波回路と、少なくとも１本の光ファイバからなるテープ型光ファイバと、光導波回路およびテープ型光ファイバを光学的に接続するための、ピッチ変換用基板上に形成されたコアおよびクラッドからなるピッチ変換回路とを有する光波回路モジュールにおいて、ピッチ変換回路は、光導波回路の接続部に直線状に設けられた入力導波路群と、光ファイバの接続部に直線状に設けられ、入力導波路群の延長線上と異なる位置に配置された出力導波路群とを備えたことを特徴とするので、光波回路素子基板等の出力導波路コアとピッチ変換用基板の入力導波路コアとの僅かな軸ずれや、それらのスポットサイズの違いによって生じる光波回路素子基板等からの出射光パワーの漏れ光が所望以外の光ファイバに入射することを避けることができ、十分な光信号クロストーク特性を実現することができる。
【００３８】
これによって、高密度の入出力多チャネル導波路（ポート）を有する平面型光波回路チップとテープ型多芯光ファイバを簡便、高精度かつ低損失に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光波回路モジュールを概略的に示す図である。
【図２】図１に示すピッチ変換用導波路基板の拡大図である。
【図３】本発明に係る光波回路モジュールを概略的に示す図である。
【図４】本発明に係る光波回路モジュールを概略的に示す図である。
【図５】従来のＡＷＧの一般的な回路構成を示す図である。
【図６】アレイ型レーザーダイオード（ＬＤ）と光ファイバとを低損失に光接続する光結合素子に関する従来例を示す図である。
【図７】導波路型光波回路素子基板と光ファイバアレイの接続構造に関する従来例を示す図である。
【図８】従来の光波回路モジュールにおける光波回路基板からの出射光パワーの漏れ光を概念的に示す図である。
【符号の説明】
１ （１×２５６ｃｈ）ＡＷＧ型光合分波器基板
２ ピッチ変換用導波路基板
３ 多（１２８）芯光ファイバアレイ部品
４ 多（１２８）芯光ファイバアレイ部品
５ 単芯の光ファイバ
１１ （１×２５６ｃｈ）ＡＷＧ型光合分波器基板側の出力導波路群
１１ａ スポットサイズ変換機能構造を有する出力導波路群
２１、２１ｂ 入力導波路群
２１ａ スポットサイズ変換機能構造を有する入力導波路群
２２、２２ｂ 出力導波路群
２２ａ スポットサイズ変換機能構造を有する出力導波路群
２３、２３ｂ 出力導波路群
２３ａ スポットサイズ変換機能構造を有する出力導波路群
５０ 基板
５２、５４ スラブ導波路
５３ アレイ導波路
５５ 出力導波路
６１ アレイ型レーザーダイオード
６２ 活性層
６３ 光入力導波路
６４ 光出力導波路
６５、６６ テーパ導波路
６７ 光ファイバ
６８ コア部
６９ ＬＮ基板
７０ Ｓ字導波路
７１ 入力用モードフィールド変換光導波路アレイ
７１ 出力用モードフィールド変換光導波路アレイ
７１ａ、７２ａ コア拡大領域
７３ 光導波回路基板
７４ 入力用光導波路アレイ
７５ 出力用光導波路アレイ
７６ 入力用光ファイバアレイ
７７ 出力用光ファイバアレイ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波回路モジュールに関し、より詳細には、高密度の入出力多チャネル導波路（ポート）を有する平面型光波回路チップとテープ型多芯光ファイバを簡便、高精度かつ低損失に接続できる光波回路モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットが爆発的に普及しており、これに伴い通信回線のトラフィック量が激増している。このトラフィック量を激増させている膨大なデータを処理する高速大容量通信方式として、１本の光ファイバに波長の異なる複数の光信号を伝送することができる光波長分割多重（Wavelength Division Multi/demultiplexing：ＷＤＭ）通信システムが実用化されており、また現在でもシステムの低コスト化・高信頼化に向けて、世界中で研究開発されている。
【０００３】
光波長分割多重通信システムでは、アレイ導波路格子（Arrayed Waveguide Grating:ＡＷＧ）型（Ｎ×Ｎ）光波長合分波器がキーデバイスとして広く使用されている。アレイ導波路格子型光波長合分波器は、送信側で複数の波長の光信号を合波する、あるいは受信側で光ファイバ中の複数の光信号を異なるポートに分波するといった高機能な処理が可能である。
【０００４】
図５は、従来のＡＷＧの一般的な回路構成を示す図である。入力導波路５１に入射された波長多重光（λ１，λ２，…，λｎ）は、第１のスラブ導波路５２で基板５０と水平方向に回折し、隣接する複数のアレイ導波路５３に結合する。アレイ導波路５３は、それぞれ一定の光路長差を有しているため、複数の光ビームは第２のスラブ導波路５４に結合する際に波長に依存する位相差を持つ。結果として、複数の光ビームの干渉で生じる焦点の位置が波長に依存して変化する。この焦点の位置に予め複数の出力導波路５５を配置しておくことにより、ＡＷＧは複数の光波長を一括して合分波する光波長合分波器として機能する。なお、入力導波路５１は、図５に示すように複数本あってもよい。
【０００５】
近年、光増幅器の広帯域化の進展やシステムの低コスト化指向と相まって、ＡＷＧに対してモジュール全体の損失の増大を伴わない一層の多重化（多チャネル化）および小型化が望まれるようになってきた。ＡＷＧの多チャネル化と小型化を同時に達成するには、作製する光導波路の比屈折率差Δを従来（例えば、Δ＝０．７５％）より大きな値に設定し、最小曲げ半径を小さくすることが極めて効果的である。現在、例えばΔ＝１．５％の設計で、２５６チャネル（波長間隔２５ＧＨｚ，最小曲げ半径約２ｍｍ）の大規模なＡＷＧの試作が報告されている（例えば、肥田他、２０００年電子情報通信学会総合大会，Ｃ−３−７８，ｐ２５８参照）。
【０００６】
このように、比屈折率差Δを大きな値に設定することは、最小曲げ半径や入出力導波路ピッチの狭小化に伴うチップの小型化には効果的である一方、チップの周辺に設けられた入出力光導波路のスポットサイズは光ファイバ（シングルモード）のそれに比べて小さくなる。例えば、ＡＷＧチップと光ファイバアレイ部品を直接接続する場合には、接続損失が増大してしまうという欠点があった。また、チップ側の狭小化された導波路ピッチと、接続されるべき光ファイバアレイのピッチの差が益々大きくなり、何らかの方法でこれらを接続する必要があった。これらの問題を解決する方法として、以下の従来例が報告されている。
【０００７】
図６は、アレイ型レーザーダイオード（ＬＤ）と光ファイバとを低損失に光接続する光結合素子を示す図である。なお、この構成については、例えば特開平２−１９５３０９号公報に記載されている。
【０００８】
図６に示す光結合素子は、アレイ型レーザーダイオード６１、アレイ型レーザーダイオード６１の活性層６２、光入力導波路６３、光出力導波路６４、テーパ導波路６５および６６、光ファイバ６７、光ファイバ６７のコア部６８、ＬＮ基板６９、およびＳ字導波路７０から構成されている。この従来例によれば、スポットサイズおよびピッチが互いに異なるアレイ型ＬＤおよび光ファイバとの間に、それらの中間のスポットサイズを有する導波路基板を介して接続することにより、アレイ型ＬＤおよび光ファイバを低損失に結合させることができる。
【０００９】
図７は、導波路型光波回路素子基板と光ファイバアレイの接続構造を示す図である。なお、この構成については、例えば特開平６−２１４１３７号公報に記載されている。
【００１０】
図７に示す接続構造において、光導波路アレイおよび光ファイバアレイは、入出力用モードフィールド変換光導波路アレイ７１および７２、入出力用モードフィールド変換光導波路アレイ７１および７２上のコア拡大領域７１ａおよび７２ａ、光導波回路基板７３、入出力用光導波路アレイ７４および７５、入出力用光ファイバアレイ７６および７７から構成されている。この従来例によれば、光導波回路基板７３と入出力用光ファイバアレイ７６および７７の間に、コア拡大領域を有する入出力用モードフィールド変換光導波路アレイ７１および７２を介して接続することによって、光導波回路基板７３および入出力用光ファイバアレイ７６および７７を低損失に結合させることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例では、光導波回路とピッチ変換部との接続部において、光信号を漏れなくピッチ変換部と結合させることは困難である。結合部で漏れた光は、クラッドを伝搬して光軸の前方に伝わる。そして、この伝搬方向に光ファイバがあると、漏れ光が光ファイバと結合し、クロストークを引き起こしてしまうという問題があった。
【００１２】
これを具体的に示すと以下のようになる。すなわち、図８に概念的に示すように、ピッチ変換用導波路基板（又はアレイ型ＬＤ基板）２上の出力導波路のコアと入力導波路コアとの僅かな軸ずれ、又はそれらのスポットサイズの違いにより、光波回路基板１からの出射光パワーの一部が漏れ光となる。結果として、一部の漏れ光は所望の光ファイバ以外のものに入射し、光信号クロストーク特性を劣化させてしまう。
【００１３】
なお、図８に示す構成では、見やすくするために光波回路素子基板において紙面に向かって上から奇数番目の出力導波路からの漏れ光のみを示しているが、その他の出力導波路についても同様な漏れ光が生じ得ることを付記しておく。
【００１４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高密度の入出力多チャネル導波路を有する平面型光波回路チップとテープ型多芯光ファイバを簡便、高精度かつ低損失に接続できる光波回路モジュールを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板（１）上に形成されたコアおよびクラッドからなる光導波回路と、少なくとも１本の光ファイバからなるテープ型光ファイバ（３、４）と、前記光導波回路および前記テープ型光ファイバを光学的に接続するための、ピッチ変換用基板上（２）に形成されたコアおよびクラッドからなるピッチ変換回路とを有する光波回路モジュールにおいて、前記ピッチ変換回路は、前記光導波回路の接続部に直線状に設けられた３以上の導波路からなる入力導波路群（２１）と、前記光ファイバの接続部に直線状に設けられ、前記入力導波路群の両端の導波路の延長線上（ＡＡ´、ＢＢ´）で挟まれた範囲を含まず、かつ前記範囲を境としてその両側に前記入力導波路群が少なくとも２つに分岐して配置された出力導波路群（２２、２３）とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ピッチ変換用基板（２）上に形成されたコアおよびクラッドの比屈折率差は、前記基板（１）上に形成されたコアおよびクラッドの比屈折率差と、前記光ファイバ（３、４）の比屈折率差との間の値であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記入力導波路群（２１ａ）の前記光導波回路に対する接続部の近傍、又は前記出力導波路群（２２ａ、２３ａ）の前記光ファイバに対する接続部の近傍に、スポットサイズ変換機能構造を設けたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３に記載の発明において、前記出力導波路群（２２ｂ、２３ｂ）は、前記入力導波路群（２１ｂ）の長手方向に対して概ね直角方向に配置されていることを特徴とする。
【００２０】
このような構成によれば、光波回路素子基板等の出力導波路コアとピッチ変換用基板の入力導波路コアとの僅かな軸ずれや、それらのスポットサイズの違いによって生じる光波回路素子基板等からの出射光パワーの漏れ光が所望の光ファイバ以外のものに入射することを回避でき、十分な光信号クロストーク特性を実現できる。
【００２１】
したがって、高密度の入出力多チャネル導波路（ポート）を有する平面型光波回路チップとテープ型多芯光ファイバを簡便、高精度かつ低損失に接続することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態の光波回路モジュールを概略的に示す図である。光波回路モジュールは、（１×Ｎ、ここではＮ＝２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１、（１×２５６ｃｈ）ＡＷＧ型光合分波器基板１とテープ型多（１２８）芯光ファイバアレイ部品３および４を低損失に光学接続するためのピッチ変換用導波路基板２、および単芯の光ファイバ５から構成されている。したがって、光波回路モジュールは、波長λ１〜λ２５６の光信号の合分波を行う。
【００２４】
なお、図１に示す例では、説明をわかりやすくするためにＡＷＧ型光合分波器基板１として（１×Ｎ）ＡＷＧ型光合分波器基板に関する実施形態を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、Ｎ本の入出力導波路を有する（Ｎ×Ｎ）ＡＷＧ型光合分波器基板を用いる場合においても、光ファイバと（Ｎ×Ｎ）ＡＷＧ型光合分波器基板との間に本発明に係るピッチ変換用導波路基板を配置することにより本発明の目的が達成される。
【００２５】
上述したＡＷＧ型光合分波器基板１やピッチ変換用導波路基板２は、シリコン基板（又はガラス基板や半導体基板等）の上に、光信号パワーの大部分が伝搬するコア層と、それより屈折率がわずかに低いクラッド層とからなる石英系ガラス導波路に関する成膜技術、およびＬＳＩ製造における微細加工技術を組み合わせた公知の技術（例えば、Kawachi et al., J. Quantum Electronics, 22, pp391, 1990参照)により作製することができる。なお、以下の説明では、（１×２５６ｃｈ）ＡＷＧ型光合分波器基板１上の光導波回路の比屈折率差Δを１．５％、最小曲げ半径２ｍｍ、入出力導波路群ピッチを２５μｍとしている。また、光ファイバ部品３および４の比屈折率差Δを、通常の０．３％としている。
【００２６】
図２は、図１に示したピッチ変換用導波路基板の拡大図である。本実施形態では、比屈折率差Δを０．７５％、すなわち光合分波器基板１と、光ファイバ３および４の比屈折率差との間の値とし、最小曲げ半径を５ｍｍ、入力導波路群２１のピッチを２５μｍ、出力導波路群２２および２３のピッチを１２７μｍとして、比屈折率差の異なる光導波路又は光ファイバ間の光信号の受け渡しを行わせる。
【００２７】
ピッチ変換用導波路基板２上に形成されたピッチ変換回路は、基板１上に形成された光導波回路の接続部に直線状に設けられた入力導波路群２１と、光ファイバ部品３および４の接続部に直線状に設けられた出力導波路群２２および２３とを備えている。
【００２８】
ここで、出力導波路を出力導波路群２２および２３の２つに分け、かつこれらの出力導波路群が入力導波路群２１の光軸の延長線上と異なる位置に配置しているところが本実施形態の大きな特徴である。具体的には、出力導波路群２２を紙面に向かって直線ＡＡ′より上側に、また出力導波路群２３を紙面に向かって直線ＢＢ′より下側に配置している。
【００２９】
入力導波路群２１にＩ１〜Ｉ２５６の光信号が入射すると、（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１の出力導波路コアとピッチ変換用導波路基板２の入力導波路コアとの僅かな軸ずれや、それらのスポットサイズの違いによって、（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１からの出射光Ｏ１〜Ｏ２５６の漏れ光が生じる場合がある。しかし、入出力導波路群を上記のように配置することにより、出射光Ｏ１〜Ｏ２５６の漏れ光が所望以外の光ファイバに入射することを回避できる。したがって、−５０ｄＢ以下の十分な光信号クロストーク特性を実現できる。
【００３０】
また、図３に示す実施例では、（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１にはスポットサイズ変換機能構造（テーパ導波路）を有する出力導波路群１１ａが設けられている。また、ピッチ変換用導波路基板２にはスポットサイズ変換機能構造（テーパ導波路）を有する入出力導波路群、すなわち（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１側の入力導波路群２１ａ、テープ型光ファイバアレイ部品３側の出力導波路群２２ａ、および光ファイバアレイ部品４側の出力導波路群２３ａが設けられている。
【００３１】
図３に示す実施例では、（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１とピッチ変換用導波路基板２との間、又はピッチ変換用導波路基板２とテープ型光ファイバアレイ部品３および４との間における接続損失をできるだけ小さくするために、（１×２５６）ＡＷＧ基板側の出力導波路群１１ａ又はピッチ変換用基板の入出力導波路群２１ａ，２２ａ，２３ａに、スポットサイズ変換機能を有する構造を付与する。
【００３２】
これにより、極めて低損失な光波回路モジュールを実現することができる。なお、スポットサイズ変換機能を有する構造は、導波路幅や深さが徐々に変化するテーパ導波路構造とする方法、あるいは熱や紫外線照射等によりコアを拡散させる方法などで実現される。
【００３３】
（第２実施形態）
図４は、本発明に係る第２実施形態の光波回路モジュールを概略的に示す図である。本実施形態では、第１実施形態と異なり、ピッチ変換用導波路基板２上の２つの出力導波路群２２ｂおよび２３ｂが、入力信号光の伝搬方向、すなわち入力導波路群２１ｂの長手方向に対して概ね直角方向に配置されている。
【００３４】
このような配置を取ることにより、（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１の出力導波路コアとピッチ変換用導波路基板２の入力導波路コアとの僅かな軸ずれや、それらのスポットサイズの違いによって生じる（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１からの出射光パワーの漏れ光が所望以外の光ファイバに入射することを回避できる。したがって、−５０ｄＢ以下の十分な光信号クロストーク特性を実現することができる。また、上述した第１実施形態に比べて、ピッチ変換用導波路基板２の長手方向のチップ長さを短くすることができるので、光波回路モジュールの小形化に極めて有効である。
【００３５】
なお、本実施形態では、ピッチ変換用導波路基板２上の２つの出力導波路群２２ｂおよび２３ｂが入力導波路群２１ｂの長手方向に対して概ね直角方向に配置されることとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、入力光の伝搬方向ＡＡ′又はＢＢ′に対して、当該漏れ光がどの光ファイバアレイに入射してもクロストーク特性を劣化させない程度の角度方向に２つの出力導波路群を配置する形態も含むことはいうまでもない。
【００３６】
また、図３に示した構造と同様に、（１×２５６）ＡＷＧ型光合分波器基板１とピッチ変換用導波路基板２との間、又はピッチ変換用導波路基板２とテープ型光ファイバアレイ部品３および４との間における接続損失をできるだけ小さくするために、（１×２５６）ＡＷＧ基板側の出力導波路群又はピッチ変換用基板の入出力導波路群に、スポットサイズ変換機能を有する構造を付与することによって、極めて低損失な光波回路モジュールを実現できることはいうまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板上に形成されたコアおよびクラッドからなる光導波回路と、少なくとも１本の光ファイバからなるテープ型光ファイバと、光導波回路およびテープ型光ファイバを光学的に接続するための、ピッチ変換用基板上に形成されたコアおよびクラッドからなるピッチ変換回路とを有する光波回路モジュールにおいて、ピッチ変換回路は、光導波回路の接続部に直線状に設けられた入力導波路群と、光ファイバの接続部に直線状に設けられ、入力導波路群の延長線上と異なる位置に配置された出力導波路群とを備えたことを特徴とするので、光波回路素子基板等の出力導波路コアとピッチ変換用基板の入力導波路コアとの僅かな軸ずれや、それらのスポットサイズの違いによって生じる光波回路素子基板等からの出射光パワーの漏れ光が所望以外の光ファイバに入射することを避けることができ、十分な光信号クロストーク特性を実現することができる。
【００３８】
これによって、高密度の入出力多チャネル導波路（ポート）を有する平面型光波回路チップとテープ型多芯光ファイバを簡便、高精度かつ低損失に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光波回路モジュールを概略的に示す図である。
【図２】図１に示すピッチ変換用導波路基板の拡大図である。
【図３】本発明に係る光波回路モジュールを概略的に示す図である。
【図４】本発明に係る光波回路モジュールを概略的に示す図である。
【図５】従来のＡＷＧの一般的な回路構成を示す図である。
【図６】アレイ型レーザーダイオード（ＬＤ）と光ファイバとを低損失に光接続する光結合素子に関する従来例を示す図である。
【図７】導波路型光波回路素子基板と光ファイバアレイの接続構造に関する従来例を示す図である。
【図８】従来の光波回路モジュールにおける光波回路基板からの出射光パワーの漏れ光を概念的に示す図である。
【符号の説明】
１ （１×２５６ｃｈ）ＡＷＧ型光合分波器基板
２ ピッチ変換用導波路基板
３ 多（１２８）芯光ファイバアレイ部品
４ 多（１２８）芯光ファイバアレイ部品
５ 単芯の光ファイバ
１１ （１×２５６ｃｈ）ＡＷＧ型光合分波器基板側の出力導波路群
１１ａ スポットサイズ変換機能構造を有する出力導波路群
２１、２１ｂ 入力導波路群
２１ａ スポットサイズ変換機能構造を有する入力導波路群
２２、２２ｂ 出力導波路群
２２ａ スポットサイズ変換機能構造を有する出力導波路群
２３、２３ｂ 出力導波路群
２３ａ スポットサイズ変換機能構造を有する出力導波路群
５０ 基板
５２、５４ スラブ導波路
５３ アレイ導波路
５５ 出力導波路
６１ アレイ型レーザーダイオード
６２ 活性層
６３ 光入力導波路
６４ 光出力導波路
６５、６６ テーパ導波路
６７ 光ファイバ
６８ コア部
６９ ＬＮ基板
７０ Ｓ字導波路
７１ 入力用モードフィールド変換光導波路アレイ
７１ 出力用モードフィールド変換光導波路アレイ
７１ａ、７２ａ コア拡大領域
７３ 光導波回路基板
７４ 入力用光導波路アレイ
７５ 出力用光導波路アレイ
７６ 入力用光ファイバアレイ
７７ 出力用光ファイバアレイ
Claims (4)
- 基板上に形成されたコアおよびクラッドからなる光導波回路と、少なくとも１本の光ファイバからなるテープ型光ファイバと、前記光導波回路および前記テープ型光ファイバを光学的に接続するための、ピッチ変換用基板上に形成されたコアおよびクラッドからなるピッチ変換回路とを有する光波回路モジュールにおいて、前記ピッチ変換回路は、前記光導波回路の接続部に直線状に設けられた３以上の導波路からなる入力導波路群と、前記光ファイバの接続部に直線状に設けられ、前記入力導波路群の両端の導波路の延長線上で挟まれた範囲を含まず、かつ前記範囲を境としてその両側に前記入力導波路群が少なくとも２つに分岐して配置された出力導波路群を備えたことを特徴とする光波回路モジュール。
- 前記ピッチ変換用基板上に形成されたコアおよびクラッドの比屈折率差は、前記基板上に形成されたコアおよびクラッドの比屈折率差と、前記光ファイバの比屈折率差との間の値であることを特徴とする請求項１に記載の光波回路モジュール。
- 前記入力導波路群の前記光導波回路に対する接続部の近傍、又は前記出力導波路群の前記光ファイバに対する接続部の近傍に、スポットサイズ変換機能構造を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光波回路モジュール。
- 前記出力導波路群は、前記入力導波路群の長手方向に対して概ね直角方向に配置されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の光波回路モジュール。
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