JP3857930B2

JP3857930B2 - Optical waveguide module

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Publication number: JP3857930B2
Application number: JP2002038605A
Authority: JP
Inventors: 壮嗣澤村; 智浩渡辺; 寿彦太田; 恒聡斎藤
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP2003240986A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等に用いられる光導波路モジュールに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年、光通信においては、その伝送容量を飛躍的に増加させる方法として、高密度波長多重伝送（Ｄ−ＷＤＭ）の研究開発が盛んに行なわれ、実用化が進みつつある。この高密度波長多重伝送は、例えば互いに異なる波長を有する複数の光を波長多重化して伝送させるものであり、その波長多重数を増やすことで１本の光ファイバの伝送容量を効率的に増加させることが可能である。最近では、１００以上の波長を使用した波長多重通信システムが製品化されている。
【０００３】
この波長多重通信において重要な役割を担う光部品の一つに光波長合分波器がある。光波長合分波器は、光波長合波器と光波長分波器を総称したもので、多くの光波長合波器および光波長分波器はもう一方の機能も併せ持っている。
【０００４】
光波長合分波器として実用化が進んでいるものに、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ；ＡｒｒａｙｅｄＷａｖｅｇｕｉｄｅＧｒａｔｉｎｇ）がある。アレイ導波路回折格子は、図５に示すように、石英ガラスやシリコンなどにより形成された基板１上に導波路形成領域１０を形成して成り、導波路形成領域１０には同図に示すような光導波路回路が形成されている。
【０００５】
なお、本明細書において、基板上に光導波路回路が形成されている構成を光導波路チップと呼び、この光導波路チップのうち、基板上にアレイ導波路回折格子の光導波路回路が形成されている構成をアレイ導波路回折格子チップと呼ぶ。
【０００６】
アレイ導波路回折格子の光導波路回路は、少なくとも１本の光入力導波路２と、該光入力導波路２の出力側に接続された第１のスラブ導波路３と、該第１のスラブ導波路３の出力側に接続されたアレイ導波路４と、該アレイ導波路４の出力側に接続された第２のスラブ導波路５と、該第２のスラブ導波路５の出力側に接続されて複数並設された光出力導波路６を有している。
【０００７】
前記アレイ導波路４は、第１のスラブ導波路３から導出された光を伝搬するものであり、複数のチャンネル導波路４ａを並設して形成されており、隣り合うチャンネル導波路４ａの長さは互いに設定量（ΔＬ）異なっている。アレイ導波路回折格子において、アレイ導波路４の形成領域が位相部になる。上記光導波路回路を有する導波路形成領域１０は石英系ガラス材料により形成されている。
【０００８】
なお、光出力導波路６は、例えばアレイ導波路回折格子によって分波あるいは合波される互いに異なる波長の信号光の数に対応させて設けられるものであり、アレイ導波路４を構成するチャンネル導波路４ａは、通常、例えば１００本といったように多数設けられるが、同図においては、図の簡略化のために、これらのチャンネル導波路４ａ、光出力導波路６および光入力導波路２の各々の本数を簡略的に示してある。
【０００９】
光入力導波路２には、例えば送信側の光ファイバ（図示せず）が接続されて、波長多重光が導入されるようになっており、１本の光入力導波路２を通って第１のスラブ導波路３に導入された光は、その回折効果によって広がってアレイ導波路４に入射し、アレイ導波路４を伝搬する。
【００１０】
このアレイ導波路４を伝搬した光は、第２のスラブ導波路５に達し、さらに、光出力導波路６に集光されて出力されるが、アレイ導波路４の全てのチャンネル導波路４ａの長さが互いに異なることから、アレイ導波路４を伝搬した後に個々の光の位相にずれが生じ、このずれ量に応じて集束光の波面が傾き、この傾き角度により集光する位置が決まる。
【００１１】
なお、アレイ導波路回折格子において、アレイ導波路から第２のスラブ導波路に光が入射する際に、光が集光する角度（回折角）をφとすると、この角度φと集光する光の波長（光透過中心波長）λとの間には、次式（１）に示すような関係がある。
【００１２】
ｎ_ｓ・ｄ・ｓｉｎφ＋ｎ_ｃ・ΔＬ＝ｍ・λ・・・・・（１）
【００１３】
ｎ_ｓは第１、第２のスラブ導波路の等価屈折率、ｄはチャンネル導波路同士の、第１、第２のスラブ導波路側の端部間隔、φは回折角、ｎ_ｃはアレイ導波路の等価屈折率、ΔＬは隣り合うチャンネル導波路の長さの差、ｍは回折次数をそれぞれ示す。
【００１４】
ところで、一般に、石英等のガラス材料は、温度によって屈折率が変化することから、温度によって導波路の屈折率ｎ_ｓ、ｎ_ｃが変化し、式（１）におけるλとφの関係が変化する。そのため、温度が変化するとアレイ導波路回折格子の光透過特性が変化し、光透過中心波長が変化する。
【００１５】
この変化量は、石英系の材料を用いた回路の場合、約０．０１ｎｍ／℃であり、通常、光通信に求められる動作温度範囲である０℃〜７０℃の温度範囲では、光透過中心波長が０．７ｎｍ以上変化することから、実用上無視できない大きさである。
【００１６】
このため、アレイ導波路回折格子を使用する際には、光導波路チップとしてのアレイ導波路回折格子チップに温度調節モジュールを設けてアレイ導波路回折格子の温度を調節するようにしている。
【００１７】
図１０には、温度調節モジュールを有する光導波路モジュールの例が断面図により示されている。この光導波路モジュールは、パッケージ２０内に、アレイ導波路回折格子チップの光導波路チップ９と、均熱板１２と、温度調節モジュール８とを設けて形成されている。温度調節モジュール８と光導波路チップ９は重ね合わせられ、光導波路チップ９の接合面と温度調節モジュール８の接合面間に均熱板１２が設けられている。
【００１８】
均熱板１２は、銅やアルミニウムといった高熱伝導性を有する材料を主材料として作製された板である。均熱板１２と光導波路チップ９と温度調節モジュール８とは、通常、熱伝導性の優れたシリコーンオイルコンパウンド（シリコーングリース）等（図示せず）によって接合されている。シリコーングリースとして、例えば東レ・ダウコーニング（株）社製の製品名ＳＣ１０２等が適用される。
【００１９】
図９には、上記光導波路モジュールの要部構成が分解状態で示されている。同図に示すように、光導波路チップ９の上面には、その端部側にチップ上板１９が接合され、端面研磨されている。光導波路チップ９には、端面研磨した光ファイバアレイ２１が接続されている。そして、光導波路チップ９の光導波路（この場合、アレイ導波路回折格子回路の光入力導波路２と光出力導波路６）が、それぞれ、光ファイバアレイ２１の光ファイバ２２と光接続されている。
【００２０】
上記温度調節モジュール８は、発熱機能と吸熱機能の少なくとも一方の機能を有している。図９、図１０に示す例では、温度調節モジュール８は、複数のペルチェ素子２５を有するペルチェモジュールにより形成されており、このペルチェモジュールは発熱機能と吸熱機能の両方を有する。
【００２１】
ペルチェモジュールは、上基板２３と下基板２４との間に、ペルチェ素子２５を複数配列している。上基板２３と下基板２４は一般にセラミック基板により形成されている。ペルチェ素子２５は、Ｐ型およびＮ型の半導体から成り、これらのＰ型半導体とＮ型半導体とが電気的に交互に接続されるように配列されている。
【００２２】
温度コントローラ（図示せず）によって、リード線２６を介してペルチェモジュールに通電を行なうと、Ｐ型半導体とＮ型半導体に電流が流れ、吸熱および発熱反応が得られる。
【００２３】
温度調節モジュール８は、図示されていないＲＴＤ（Resistance Temperature Device）や抵抗温度検出素子等の温度検出素子によって検出される温度が予め定めた設定温度となるように、前記温度コントローラにより調節を行なう。そうすると、均熱板１２による熱拡散によって、光導波路チップ９の温度が全体に均一、かつ、一定になるように構成されている。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、光導波路チップ９と温度調節モジュール８との間に均熱板１２を設ける構成は、温度調節モジュール８によって光導波路チップ９と均熱板１２の温度の両方を制御することになり、温度コントロールの際の消費電力が大きくなるといった問題があった。
【００２５】
また、一般に、アレイ導波路回折格子等の光導波路チップ９をパッケージ２０等の筐体内に収容して成る光導波路モジュールは、小型であることが要求され、特に、厚み方向の大きさが小さいことが望まれているが、均熱板１２を用いると光導波路モジュールの厚みが大きくなってしまうといった問題があった。
【００２６】
例えば、光通信システム装置に組み込まれる光導波路モジュールには、その厚み（図１０に示すＡ）を８．５ｍｍ以下とすることが要求されているが、均熱板１２を有する上記構成においてこの厚みを満足させることは非常に困難である。
【００２７】
さらに、均熱板１２には高熱伝導性が要求されることから、均熱板１２を銅により形成することが望ましいが、銅を用いた均熱板１２は高価である。また、銅の酸化を防止するためにニッケル等でメッキをする必要があることから、銅製の均熱板１２を用いて形成する光導波路モジュールは、その価格が高くなってしまう。
【００２８】
そこで、均熱板１２を省略して、図７に示すように、光導波路チップ９と温度調節モジュール８とを、シリコーンオイルコンパウンド等によって（均熱板１２を介さずに）直接接合することが考えられる。しかしながら、温度調節モジュール８を形成するペルチェモジュールは、その動作時に以下のように反る。そのため、光導波路チップ９と温度調節モジュール８とを直接接合すると、光導波路チップ９が温度調節モジュール８の反りの影響を受けてしまうといった問題が生じる。
【００２９】
つまり、ペルチェモジュールはその動作時に、上基板２３と下基板２４のいずれか一方が吸熱面となり、その反対の基板が発熱面となるので、上基板２３と下基板２４の温度差が大きく変化し、上基板２３と下基板２４は、その熱収縮により反りが生じる。また、その反り量は、上基板２３と下基板２４の温度差により変化する。
【００３０】
例えば、図８には、ペルチェモジュールの反りの温度依存性が示されている。同図は、ペルチェモジュールを放熱フィンの上に配置し、上基板２３の表面温度が設定温度となるように温度コントローラにより通電したときの、ペルチェモジュールの反りを表面粗さ計により測定した結果である。同図の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、環境温度が４０℃程度のときに、上記設定温度を、それぞれ、０℃、２０℃、７０℃としたときの測定結果であり、測定長さはいずれも１４ｍｍである。
【００３１】
図８の（ａ）に示すように、上基板２３の表面温度が０℃の時には凹型に約２μｍ反っており、同図の（ｃ）に示すように、上基板２３の表面温度が７０℃の時には凸型に約１μｍ反っていることが分かる。
【００３２】
これは、上基板２３の表面温度が０℃の時には下基板２４が高温になるため、熱収縮の関係で、上基板２３が縮み、下基板２４が伸びるため、凹型に反り、また、上基板２３の表面温度が７０℃の時には下基板２４が低温になるため、熱収縮の関係で、上基板２３が伸び、下基板２４が縮むため凸型に反るということを意味している。また、０℃と７０℃との反りの差は約３μｍとなる。
【００３３】
例えばペルチェモジュールの上基板２３の表面温度を４０℃と一定にした状態で、外部の温度が７０℃となると、ペルチェモジュールの上基板２３の表面は吸熱面となることから、発熱面となる下基板２４より温度が下がり、凹型に反りが生じる。
【００３４】
また、その逆に、例えばペルチェモジュールの上基板２３の表面温度を４０℃と一定にした状態で、外部の温度が０℃となると、ペルチェモジュールの上基板２３の表面は発熱面となることから、吸熱面となる下基板２４より温度が上がり、凸型に反りが生じる。
【００３５】
そして、ペルチェモジュールに光導波路チップ９が直接接合されていると、上記のようにペルチェモジュールが反れば、その反りが光導波路チップ９に伝わり、光導波路チップ９にも反りが生じることになる。
【００３６】
なお、温度調節モジュール８として、発熱機能を有するヒータモジュールを有するものを適用した場合も、温度調節モジュール８と光導波路チップ９との熱膨張係数の差に起因してバイメタル効果が生じ、反りが生じる。
【００３７】
光導波路の屈折率は、光導波路に加えられる応力によっても変化するため、光導波路チップ９に反りが生じると、光導波路チップ９の温度をせっかく一定に保っても、次式（２）に示す屈折率ｎが変化して、前記式（１）に示した波長λが変化する。そうなると、光導波路チップ９の形成されているアレイ導波路回折格子等の光導波路回路において、各光出力導波路６から出力される光の光透過中心波長が変化してしまう。
【００３８】
ｎ＝Ｃ・σ・・・・・（２）
【００３９】
なお、式（２）において、ｎは光導波路回路を形成する光導波路の屈折率、Ｃは光導波路の光弾性定数、σは光導波路に与えられる応力である。ここで、光導波路に与えられる応力が圧縮応力の場合、σの値は＋（プラス）となり、光導波路に与えられる応力が引っ張り応力の場合、σの値は−（マイナス）となる。また、石英系ガラス材料から成る光導波路の光弾性定数Ｃの値はマイナスの値となる。
【００４０】
したがって、光導波路に圧縮応力が加えられると、式（２）に示す関係から光導波路の屈折率は小さくなり、光透過中心波長は、式（１）に示す関係から短波長側にシフトする。また、その逆に、光導波路に引っ張り応力が加えられると、式（２）に示す関係から光導波路の屈折率は大きくなり、光透過中心波長は、式（１）に示す関係から長波長側にシフトする。
【００４１】
例えばアレイ導波路回折格子には、一般に、０．０５ｎｍ以下の波長精度が要求されている。つまり、アレイ導波路回折格子には、光透過中心波長のずれ量を０．０５ｎｍ以下にすることが求められる。したがって、上記のように、温度調節モジュール８の反りの影響を受けてアレイ導波路回折格子チップの光透過中心波長が変化することは、実用上問題となる。
【００４２】
また、他の光導波路回路を有する光導波路チップ９を備えた光導波路モジュールにおいても、温度調節モジュール８の反りの影響を受けて光透過中心波長が変化することは問題である。
【００４３】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、小さい消費電力で安定して光導波路チップの的確な温度調節を行うことができ、光導波路チップの反りによる光透過中心波長ずれを抑制できる光導波路モジュールを提供することにある。
【００４４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、本発明は、少なくとも温度によって光透過特性が変化する光導波路回路を有する光導波路チップと、発熱機能と吸熱機能の少なくとも一方の機能を有して前記光導波路チップの温度を調節するペルチェモジュールから成る温度調節モジュールとを有し、前記光導波路回路は、少なくとも１本の光入力導波路と、該光入力導波路の出力側に接続された第１のスラブ導波路と、該第１のスラブ導波路の出力側に接続され、互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路から成るアレイ導波路と、該アレイ導波路の出力側に接続された第２のスラブ導波路と、該第２のスラブ導波路の出力側に接続された複数の光出力導波路とを備えたアレイ導波路回折格子の回路を有して構成されており、前記光導波路チップと前記温度調節モジュールは重ね合わせて直接接合して成り、前記温度調節モジュールの中心位置と前記光導波路チップの光導波路回路中心位置とを２ｍｍ以上ずらし、かつ、前記温度調節モジュールは光導波路チップの光導波路回路に重ならないように配置して前記温度調節モジュールの反りの影響が前記光導波路回路に及ぼすのを抑制することで前記温度調節モジュールの反りによるアレイ導波路回折格子の光透過中心波長の変動量を０．０５ｎｍ以下とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略又は簡略化する。
【００４９】
図１の（ａ）には、本発明に係る光導波路モジュールの一実施形態例の要部構成が平面図により示されており、図１の（ｂ）には図１の（ａ）のＥ−Ｅ′断面構成が示されている。なお、本実施形態例の光導波路モジュールも、図７に示した例のように、光ファイバアレイ２１、光ファイバ２２、パッケージ２０を有しているが、図１は、これらの構成を省略して示している。
【００５０】
図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態例の光導波路モジュールは、アレイ導波路回折格子モジュールであり、本実施形態例の特徴は、光導波路チップ９の光導波路回路中心位置Ｃ１と温度調節モジュール８の中心位置Ｃ２とをずらして光導波路チップ９と温度調節モジュール８とを重ね合わせ、温度調節モジュール８と光導波路チップ９を直接接合したことである。
【００５１】
また、本実施形態例において、光導波路チップ９の光導波路回路中心位置Ｃ１と温度調節モジュール８の中心位置Ｃ２とのずれ量Ｓは２ｍｍ以上としており、温度調節モジュール８は光導波路チップ９の光導波路回路と（その表面側においても裏面側においても）全く重ならないように配置されている。
【００５２】
なお、光導波路チップ９の光導波路回路中心位置Ｃ１は、光導波路チップ９に形成されている光導波路回路がアレイ導波路回折格子の場合、以下のように定義している。
【００５３】
つまり、光導波路チップ９の光導波路回路中心位置Ｃ１は、図２に示すように、アレイ導波路形成領域の中心線Ｒと、最も内側に配列されたチャンネル導波路４ａとの交点をpointＡとし、上記中心線Ｒと最も外側に配列されたチャンネル導波路４ａとの交点をpointＢとしたときに、pointＡとpointＢとを結ぶ線分ＡＢの中点としている。
【００５４】
なお、図２に示す構成における光導波路チップ９の光導波路回路中心位置Ｃ１と温度調節モジュール８の中心位置Ｃ２とのずれ量は、図３に示すＳの長さとなる。
【００５５】
本実施形態例において、温度調節モジュール８は、ペルチェモジュールであり、その温度調節機能および温度調節時の反りの態様は、これまでの説明と同様である。
【００５６】
また、光導波路チップ９の基板１は、熱伝導率が１２５．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）である単結晶のシリコン（Ｓｉ）により形成されており、基板１の厚みは１ｍｍである。シリコンの熱伝導率の値は、ガラスの熱伝導率の値１．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）に比べて１００倍以上と非常に高く、鉄の熱伝導率の値６７．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）や半田の熱伝導率の値３３．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも高い。
【００５７】
また、シリコンの熱伝導率の値は、均熱化素子１２として使用される銅の熱伝導率の値３３５．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）やアルミニウムの熱伝導率２３４．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）と比べても、１／２〜１／３程度である。このように、シリコンの熱伝導率は非常に良好であるので、シリコンを基板１として用いることは光導波路チップ９の温度をほぼ均一に保つために有効である。
【００５８】
光導波路チップ９と温度調節モジュール８は、例えばシリコーンＲＴＶ（シリコーン室温加硫ゴム）によって接合されている。このシリコーンＲＴＶは、耐熱性と熱伝導性に優れている。
【００５９】
光導波路チップ９と温度調節モジュール８の接合に適したシリコーンＲＴＶの例として、東レ・ダウコーニング社製のＳＥシリーズ（ＳＥ４４００、ＳＥ４４１０、ＳＥ４４２０、ＳＥ４４２２、ＳＥ４４４０、ＳＥ４４５０、ＳＥ４４８６、ＳＥ９１８４）等の熱伝導性シリコーンＲＴＶがある。
【００６０】
これらの熱伝導性シリコーンＲＴＶは０．７５〜１．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有しており、一般的なシリコーンＲＴＶの熱伝導率（０．１７〜０．３３Ｗ／（ｍ・Ｋ））より数倍高い熱伝導率を有している。
【００６１】
本実施形態例は以上のように構成されており、本実施形態例の光導波路モジュールは、光導波路チップ９の光導波路回路中心位置Ｃ１と温度調節モジュール８の中心位置Ｃ２とをずらして光導波路チップ９と温度調節モジュール８とを接合しているので、温度調節時に生じる温度調節モジュール８の反りを光導波路回路中心部（ここでは、アレイ導波路４の中心部）に伝わり難くすることができる。
【００６２】
特に、本実施形態例は、以下の検討結果に基づき、上記ずれ量Ｓを２ｍｍ以上とし、温度調節モジュール８と光導波路チップ９の光導波路回路とが重ならないように、温度調節モジュール８と光導波路チップ９とを配置しているので、温度調節モジュール８の反りによるアレイ導波路回折格子の光透過中心波長ずれをほぼ完全に抑制できる。
【００６３】
なお、光導波路チップ９の光導波路回路中心位置Ｃ１と温度調節モジュール８の中心位置Ｃ２とのずれ量Ｓを適宜設定するために行った検討は、以下に示す通りである。すなわち、本発明者は、上記ずれ量Ｓを４．７ｍｍ、５．７ｍｍ、６．７ｍｍとし、光導波路モジュールの外気温度を２０〜７０℃まで変化させたときの光導波路チップ９の光透過中心波長変動量（中心波長変動量）を求めた。
【００６４】
その結果、図４に示すように、光導波路チップ９の光導波路回路中心位置Ｃ１と温度調節モジュール８の中心位置Ｃ２とのずれ量Ｓを大きくすると、光導波路チップ９の光透過中心波長ずれは小さくなることが分かった。これは、上記ずれ量Ｓを大きくすることによって光導波路チップ９が温度調節モジュール８の反りの影響を受けにくくなるためであると考えられる。
【００６５】
光導波路チップ９に形成されているアレイ導波路回折格子の波長精度（光透過中心波長変動量の許容範囲）を０．０５ｎｍ以下とすることが要求されていることから、上記ずれ量Ｓを２．０ｍｍ以上にすれば、上記要求を満たせることが分かった。
【００６６】
したがって、本実施形態例の光導波路モジュールは、光透過中心波長をほぼ一定の値に安定制御できる小型の光導波路モジュールを実現できる。
【００６７】
なお、上記実施形態例では、温度調節モジュール８は光導波路チップ９の光導波路回路と重ならないように配置したが、参考例として、光導波路チップ９の光導波路回路中心位置Ｃ１と温度調節モジュール８の中心位置Ｃ２とをずらして光導波路チップ９と温度調節モジュール８とを重ね合わせ、温度調節モジュール８と光導波路チップ９を直接接合してもよい。
【００６８】
つまり、参考例の光導波路モジュールとしては、光導波路チップ９と温度調節モジュール８の配置構成が図２、図３に示す平面構成を有するもの等でもよい。そして、本参考例において、光導波路チップ９の光導波路回路中心位置Ｃ１と温度調節モジュール８の中心位置Ｃ２とを２ｍｍ以上ずらす（ずれ量Ｓを２ｍｍ以上とする）ことにより、例えばアレイ導波路回折格子の回路を有する光導波路チップ９の光透過中心波長ずれを０．０５ｎｍ以下にすることができ、好ましい。
【００６９】
さらに、上記実施形態例では、光導波路チップ９をアレイ導波路回折格子チップとしたが、光導波路チップ９の参考例としては例えば周知のマッハツェンダ回路を用いた光導波路回路等、温度に依存して光透過特性が変化する光導波路回路を有する光導波路チップ９を適用して形成することができる。
【００７０】
なお、図６には、上記マッハツェンダ回路（マッハツェンダ光干渉計回路）の一例が平面図により示されており、この図に示すように、マッハツェンダ回路は、例えば２本の光導波路１４，１５を並設し、光導波路１４，１５を近接させた複数の方向性結合部１６，１７を光導波路１４，１５の長手方向に間隔を介して形成される。
【００７１】
光導波路チップ９の光導波路回路を図６に示すようなマッハツェンダ回路とした場合、方向性結合部１６，１７に挟まれた２本の光導波路１４，１５が位相部となるので、この位相部の中心線Ｒと、２本の光導波路１４，１５との各交点ＡとＢとを結ぶ線分ＡＢの中点が光導波路回路中心位置Ｃ１となる。
【００７２】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものでなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施形態例では、光導波路チップ９の基板１をシリコンとしたが、光導波路チップ９の基板１は、シリコン以外の基板としてもよい。ただし、基板１をシリコン等、熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材質により形成すると、上記実施形態例のように基板１側に温度調節モジュール８を設ける場合に、温度調節モジュール８による光導波路チップ９の温度調節をより一層良好に行なうことができる。
【００７３】
さらに、上記実施形態例では、光導波路チップ９の基板１側に温度調節モジュール８を設けたが、温度調節モジュール８は導波路形成領域１０側に設けてもよい。
【００７４】
さらに、上記実施形態例では、温度調節モジュール８と光導波路チップ９とを熱伝導性に優れたシリコーンＲＴＶ（シリコーンＲＴＶゴム）により接合したが、シリコーンＲＴＶ以外の接合剤により温度調節モジュール８と光導波路チップ９とを接合してもよい。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、光導波路チップの光導波路回路中心位置と温度調節モジュールの中心位置とをずらして光導波路チップと温度調節モジュールを重ね合わせているので、温度調節モジュールがその動作時に反っても、その反りの影響を光導波路チップが受けて光導波路チップが光透過中心波長変動することを抑制できる。
【００７７】
したがって、本発明は、均熱板を介さずに光導波路チップと温度調節モジュールを直接接合でき、小さい消費電力で安定して光導波路チップの温度調節を行うことができ、光透過中心波長をほぼ一定の値に制御することができる小型の光導波路モジュールを実現できる。
【００７８】
また、本発明において、温度調節モジュールの中心位置と光導波路チップの光導波路回路中心位置とのずれ量を２ｍｍ以上としたので、光導波路チップが温度調節モジュールの動作時の反りの影響を受けて光透過中心波長変動することをより一層確実に抑制でき、光透過中心波長をより一層安定に制御できる。
【００７９】
さらに、本発明において、温度調節モジュールは光導波路チップの光導波路回路に重ならないように配置したので、光導波路チップが温度調節モジュールの動作時の反りの影響を受けて光透過中心波長変動することをさらにより一層確実に抑制でき、光透過中心波長をより一層安定に制御できる。
【００８０】
さらに、本発明において、光導波路回路は、アレイ導波路回折格子の回路としたので、波長分割多重伝送において重要な役割を果たし、厳しい温度制御が要求されるアレイ導波路回折格子の回路の温度を的確に調節でき、波長分割多重伝送用として良好な機能を果たす光導波路モジュールを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光導波路モジュールの一実施形態例の要部構成図である。
【図２】光導波路チップの中心位置の説明図である。
【図３】光導波路チップの中心位置と温度調節モジュールの中心位置とのずれ量Ｓを説明する説明図である。
【図４】光導波路チップの中心位置と温度調節モジュールの中心位置とのずれ量Ｓと光透過中心波長ずれ量との関係を示すグラフである。
【図５】アレイ導波路回折格子チップの一例を示す説明図である。
【図６】マッハツェンダ回路の例を示す説明図である。
【図７】均熱板を設けずに光導波路チップと温度調節モジュールを直接接合して成る光導波路モジュールの断面説明図である。
【図８】ペルチェモジュールの温度に依存した反り状態を示す説明図である。
【図９】従来の光導波路モジュールの例を分解状態で示す説明図である。
【図１０】図９に示した光導波路モジュールの断面説明図である。
【符号の説明】
１基板
２光入力導波路
３第１のスラブ導波路
４アレイ導波路
５第２のスラブ導波路
６光出力導波路
８温度調節モジュール
９光導波路チップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical waveguide module used for optical communication and the like.
[0002]
[Background]
In recent years, in optical communication, as a method for dramatically increasing the transmission capacity, research and development of high-density wavelength division multiplexing (D-WDM) has been actively conducted and its practical application is being advanced. In this high-density wavelength division multiplexing transmission, for example, a plurality of lights having different wavelengths are wavelength multiplexed and transmitted, and the transmission capacity of one optical fiber is efficiently increased by increasing the number of wavelength multiplexing. It is possible. Recently, wavelength division multiplexing communication systems using 100 or more wavelengths have been commercialized.
[0003]
One of optical components that play an important role in this wavelength division multiplexing communication is an optical wavelength multiplexer / demultiplexer. An optical wavelength multiplexer / demultiplexer is a general term for an optical wavelength multiplexer / demultiplexer and many optical wavelength multiplexers and optical wavelength demultiplexers also have the other function.
[0004]
An example of an optical wavelength multiplexer / demultiplexer that has been put to practical use is an arrayed waveguide grating (AWG). As shown in FIG. 5, the arrayed waveguide diffraction grating is formed by forming a waveguide forming region 10 on a substrate 1 made of quartz glass, silicon, or the like, and the waveguide forming region 10 is shown in FIG. A simple optical waveguide circuit is formed.
[0005]
In this specification, a configuration in which an optical waveguide circuit is formed on a substrate is referred to as an optical waveguide chip, and an optical waveguide circuit of an arrayed waveguide diffraction grating is formed on the substrate in the optical waveguide chip. The configuration is called an arrayed waveguide grating chip.
[0006]
The optical waveguide circuit of the arrayed waveguide grating includes at least one optical input waveguide 2, a first slab waveguide 3 connected to the output side of the optical input waveguide 2, and the first slab waveguide. An arrayed waveguide 4 connected to the output side of the waveguide 3, a second slab waveguide 5 connected to the output side of the arrayed waveguide 4, and an output side of the second slab waveguide 5 A plurality of optical output waveguides 6 arranged side by side.
[0007]
The arrayed waveguide 4 propagates light derived from the first slab waveguide 3, and is formed by arranging a plurality of channel waveguides 4a in parallel. Are different from each other by a set amount (ΔL). In the arrayed waveguide diffraction grating, the formation region of the arrayed waveguide 4 is a phase portion. The waveguide forming region 10 having the optical waveguide circuit is formed of a quartz glass material.
[0008]
The optical output waveguide 6 is provided corresponding to the number of signal lights having different wavelengths that are demultiplexed or combined by, for example, an arrayed waveguide diffraction grating, and the channel waveguides constituting the arrayed waveguide 4 are provided. The waveguide 4a is normally provided in a large number such as 100, for example. In the figure, for simplification of the drawing, each of the channel waveguide 4a, the optical output waveguide 6 and the optical input waveguide 2 is provided. Is simply shown.
[0009]
For example, an optical fiber (not shown) on the transmission side is connected to the optical input waveguide 2 so that wavelength multiplexed light is introduced, and the first optical input waveguide 2 passes through the first optical input waveguide 2. The light introduced into the slab waveguide 3 spreads by the diffraction effect, enters the arrayed waveguide 4, and propagates through the arrayed waveguide 4.
[0010]
The light that has propagated through the arrayed waveguide 4 reaches the second slab waveguide 5 and is further collected and output to the optical output waveguide 6, but all of the channel waveguides 4 a of the arrayed waveguide 4 are output. Since the lengths are different from each other, a phase shift occurs in each light after propagating through the arrayed waveguide 4, and the wavefront of the focused light is tilted according to the shift amount, and the focusing position is determined by the tilt angle.
[0011]
In the arrayed waveguide diffraction grating, when light is incident on the second slab waveguide from the arrayed waveguide and the angle (diffraction angle) at which the light is collected is φ, this angle φ and the collected light There is a relationship as shown in the following formula (1).
[0012]
n _s ・ D ・ sinφ + n _c ・ ΔL = m ・ λ (1)
[0013]
n _s Is the equivalent refractive index of the first and second slab waveguides, d is the distance between the end portions of the channel waveguides on the first and second slab waveguide sides, φ is the diffraction angle, n _c Is the equivalent refractive index of the arrayed waveguide, ΔL is the difference in length between adjacent channel waveguides, and m is the diffraction order.
[0014]
By the way, in general, since the refractive index of a glass material such as quartz changes depending on the temperature, the refractive index n of the waveguide depends on the temperature. _s , N _c Changes, and the relationship between λ and φ in equation (1) changes. Therefore, when the temperature changes, the light transmission characteristics of the arrayed waveguide grating change, and the light transmission center wavelength changes.
[0015]
The amount of change is about 0.01 nm / ° C. in the case of a circuit using a quartz-based material. Usually, in the temperature range of 0 ° C. to 70 ° C., which is an operating temperature range required for optical communication, the light transmission center. Since the wavelength changes by 0.7 nm or more, it is a size that cannot be ignored in practice.
[0016]
For this reason, when using an arrayed waveguide grating, a temperature adjusting module is provided on the arrayed waveguide grating chip as an optical waveguide chip to adjust the temperature of the arrayed waveguide grating.
[0017]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of an optical waveguide module having a temperature control module. This optical waveguide module is formed by providing an optical waveguide chip 9 of an arrayed waveguide diffraction grating chip, a soaking plate 12 and a temperature adjustment module 8 in a package 20. The temperature control module 8 and the optical waveguide chip 9 are overlapped, and a soaking plate 12 is provided between the joint surface of the optical waveguide chip 9 and the joint surface of the temperature control module 8.
[0018]
The soaking plate 12 is a plate made of a material having high thermal conductivity such as copper or aluminum as a main material. The soaking plate 12, the optical waveguide chip 9, and the temperature control module 8 are usually joined by a silicone oil compound (silicone grease) or the like (not shown) having excellent thermal conductivity. As the silicone grease, for example, product name SC102 manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd. is applied.
[0019]
FIG. 9 shows an essential configuration of the optical waveguide module in an exploded state. As shown in the figure, a chip upper plate 19 is bonded to the upper surface of the optical waveguide chip 9 on the end side, and the end surface is polished. An optical fiber array 21 whose end face is polished is connected to the optical waveguide chip 9. The optical waveguides of the optical waveguide chip 9 (in this case, the optical input waveguide 2 and the optical output waveguide 6 of the arrayed waveguide grating circuit) are optically connected to the optical fibers 22 of the optical fiber array 21, respectively. .
[0020]
The temperature control module 8 has at least one of a heat generation function and a heat absorption function. In the example shown in FIGS. 9 and 10, the temperature adjustment module 8 is formed by a Peltier module having a plurality of Peltier elements 25, and this Peltier module has both a heat generation function and a heat absorption function.
[0021]
In the Peltier module, a plurality of Peltier elements 25 are arranged between the upper substrate 23 and the lower substrate 24. The upper substrate 23 and the lower substrate 24 are generally formed of a ceramic substrate. The Peltier element 25 is composed of P-type and N-type semiconductors, and is arranged so that these P-type semiconductors and N-type semiconductors are electrically connected alternately.
[0022]
When a temperature controller (not shown) energizes the Peltier module via the lead wire 26, a current flows through the P-type semiconductor and the N-type semiconductor, and heat absorption and exothermic reaction are obtained.
[0023]
The temperature adjustment module 8 adjusts the temperature controller so that the temperature detected by a temperature detection element such as an RTD (Resistance Temperature Device) or a resistance temperature detection element (not shown) becomes a preset temperature. Then, the temperature of the optical waveguide chip 9 is configured to be uniform and constant throughout the heat diffusion by the heat equalizing plate 12.
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, the configuration in which the soaking plate 12 is provided between the optical waveguide chip 9 and the temperature control module 8 controls both the temperature of the optical waveguide chip 9 and the soaking plate 12 by the temperature control module 8. As a result, there is a problem that power consumption during temperature control increases.
[0025]
In general, an optical waveguide module in which an optical waveguide chip 9 such as an arrayed waveguide diffraction grating is accommodated in a housing such as a package 20 is required to be small, and particularly, the size in the thickness direction is small. However, when the soaking plate 12 is used, there is a problem that the thickness of the optical waveguide module increases.
[0026]
For example, an optical waveguide module incorporated in an optical communication system apparatus is required to have a thickness (A shown in FIG. 10) of 8.5 mm or less. It is very difficult to satisfy.
[0027]
Furthermore, since the heat soaking plate 12 is required to have high thermal conductivity, it is desirable to form the heat soaking plate 12 with copper, but the heat soaking plate 12 using copper is expensive. Moreover, since it is necessary to plate with nickel etc. in order to prevent copper oxidation, the price of the optical waveguide module formed using the copper soaking plate 12 becomes high.
[0028]
Therefore, it is possible to omit the soaking plate 12 and directly join the optical waveguide chip 9 and the temperature control module 8 with silicone oil compound or the like (without the soaking plate 12), as shown in FIG. Conceivable. However, the Peltier module forming the temperature control module 8 warps as follows during its operation. Therefore, when the optical waveguide chip 9 and the temperature adjustment module 8 are directly joined, there arises a problem that the optical waveguide chip 9 is affected by the warp of the temperature adjustment module 8.
[0029]
That is, in the operation of the Peltier module, one of the upper substrate 23 and the lower substrate 24 becomes a heat absorbing surface and the opposite substrate becomes a heat generating surface, so that the temperature difference between the upper substrate 23 and the lower substrate 24 changes greatly. The upper substrate 23 and the lower substrate 24 are warped due to thermal contraction. Further, the amount of warpage varies depending on the temperature difference between the upper substrate 23 and the lower substrate 24.
[0030]
For example, FIG. 8 shows the temperature dependence of the warpage of the Peltier module. The figure shows the result of measuring the warpage of the Peltier module with a surface roughness meter when the Peltier module is placed on the heat radiating fin and energized by the temperature controller so that the surface temperature of the upper substrate 23 becomes the set temperature. is there. (A), (b), and (c) in the figure are measurement results when the set temperature is 0 ° C, 20 ° C, and 70 ° C, respectively, when the environmental temperature is about 40 ° C. Both measurement lengths are 14 mm.
[0031]
As shown in FIG. 8A, when the surface temperature of the upper substrate 23 is 0 ° C., it is warped by about 2 μm in a concave shape, and as shown in FIG. 8C, the surface temperature of the upper substrate 23 is 70 ° C. It can be seen that the convex shape warps about 1 μm.
[0032]
This is because when the surface temperature of the upper substrate 23 is 0 ° C., the lower substrate 24 becomes high temperature, so that the upper substrate 23 contracts and the lower substrate 24 extends due to thermal contraction, and warps in a concave shape. When the surface temperature of 23 is 70 ° C., the lower substrate 24 has a low temperature, which means that the upper substrate 23 expands and the lower substrate 24 contracts due to thermal contraction and warps in a convex shape. The difference in warpage between 0 ° C. and 70 ° C. is about 3 μm.
[0033]
For example, when the surface temperature of the upper substrate 23 of the Peltier module is kept constant at 40 ° C. and the external temperature becomes 70 ° C., the surface of the upper substrate 23 of the Peltier module becomes a heat absorbing surface, so The temperature is lower than that of the substrate 24, and the concave mold is warped.
[0034]
Conversely, for example, when the surface temperature of the upper substrate 23 of the Peltier module is kept constant at 40 ° C. and the external temperature becomes 0 ° C., the surface of the upper substrate 23 of the Peltier module becomes a heat generating surface. The temperature rises from the lower substrate 24 serving as the endothermic surface, and the convex mold is warped.
[0035]
When the optical waveguide chip 9 is directly bonded to the Peltier module, if the Peltier module is warped as described above, the warpage is transmitted to the optical waveguide chip 9 and the optical waveguide chip 9 is also warped.
[0036]
In addition, when a module having a heater module having a heat generation function is applied as the temperature adjustment module 8, a bimetal effect occurs due to a difference in thermal expansion coefficient between the temperature adjustment module 8 and the optical waveguide chip 9, and warping occurs. Arise.
[0037]
Since the refractive index of the optical waveguide also changes depending on the stress applied to the optical waveguide, if the optical waveguide chip 9 is warped, even if the temperature of the optical waveguide chip 9 is kept constant, the following equation (2) is obtained. The refractive index n changes, and the wavelength λ shown in the equation (1) changes. Then, in the optical waveguide circuit such as an arrayed waveguide diffraction grating in which the optical waveguide chip 9 is formed, the light transmission center wavelength of the light output from each light output waveguide 6 changes.
[0038]
n = C · σ (2)
[0039]
In equation (2), n is the refractive index of the optical waveguide forming the optical waveguide circuit, C is the photoelastic constant of the optical waveguide, and σ is the stress applied to the optical waveguide. Here, when the stress applied to the optical waveguide is a compressive stress, the value of σ is + (plus), and when the stress applied to the optical waveguide is a tensile stress, the value of σ is − (minus). Further, the value of the photoelastic constant C of the optical waveguide made of the quartz glass material is a negative value.
[0040]
Therefore, when compressive stress is applied to the optical waveguide, the refractive index of the optical waveguide decreases from the relationship shown in the equation (2), and the light transmission center wavelength shifts to the short wavelength side from the relationship shown in the equation (1). On the other hand, when a tensile stress is applied to the optical waveguide, the refractive index of the optical waveguide increases from the relationship shown in Equation (2), and the light transmission center wavelength is longer than the relationship shown in Equation (1). Shift to.
[0041]
For example, an arrayed waveguide diffraction grating is generally required to have a wavelength accuracy of 0.05 nm or less. That is, the arrayed waveguide diffraction grating is required to have a shift amount of the light transmission center wavelength of 0.05 nm or less. Therefore, as described above, it is practically problematic that the light transmission center wavelength of the arrayed waveguide grating chip changes due to the influence of the warp of the temperature control module 8.
[0042]
Also in the optical waveguide module including the optical waveguide chip 9 having another optical waveguide circuit, it is a problem that the light transmission center wavelength changes due to the influence of the warp of the temperature adjustment module 8.
[0043]
The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to enable accurate temperature adjustment of an optical waveguide chip stably with low power consumption, and to transmit light by warping of the optical waveguide chip. An object of the present invention is to provide an optical waveguide module capable of suppressing the shift of the center wavelength.
[0044]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the problems. That is, the present invention adjusts the temperature of the optical waveguide chip having at least one function of an optical waveguide chip having an optical waveguide circuit whose light transmission characteristics change at least according to temperature and a heat generation function and a heat absorption function. Consists of Peltier modules A temperature control module, The optical waveguide circuit is connected to at least one optical input waveguide, a first slab waveguide connected to the output side of the optical input waveguide, and an output side of the first slab waveguide; An arrayed waveguide composed of a plurality of channel waveguides arranged in parallel with different lengths from each other, a second slab waveguide connected to the output side of the arrayed waveguide, and an output of the second slab waveguide An arrayed waveguide grating circuit comprising a plurality of optical output waveguides connected to the side, and Optical waveguide chip and temperature control module Is Superposition The Directly joined, said The center position of the temperature control module and the center position of the optical waveguide circuit of the optical waveguide chip are shifted by 2 mm or more, and the temperature control module is disposed so as not to overlap the optical waveguide circuit of the optical waveguide chip. By suppressing the influence of the warp on the optical waveguide circuit, the variation amount of the light transmission center wavelength of the arrayed waveguide grating due to the warp of the temperature control module is set to 0.05 nm or less. The structure is a means to solve the problem.
[0048]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the present embodiment, the same reference numerals are assigned to the same names as those in the conventional example, and the duplicate description is omitted or simplified.
[0049]
FIG. 1 (a) shows a plan view of a configuration of a main part of an embodiment of an optical waveguide module according to the present invention, and FIG. 1 (b) shows an E of FIG. 1 (a). -E 'cross-sectional configuration is shown. The optical waveguide module of the present embodiment also has an optical fiber array 21, an optical fiber 22, and a package 20 as in the example shown in FIG. 7, but FIG. 1 omits these configurations. It shows.
[0050]
As shown in FIGS. 1A and 1B, the optical waveguide module of this embodiment is an arrayed waveguide grating module, and the feature of this embodiment is the optical waveguide circuit of the optical waveguide chip 9. The center position C1 and the center position C2 of the temperature control module 8 are shifted, the optical waveguide chip 9 and the temperature control module 8 are overlapped, and the temperature control module 8 and the optical waveguide chip 9 are directly joined.
[0051]
In this embodiment, the deviation S between the optical waveguide circuit center position C1 of the optical waveguide chip 9 and the center position C2 of the temperature adjustment module 8 is 2 mm or more. They are arranged so that they do not overlap with the waveguide circuit (both on the front and back sides).
[0052]
The optical waveguide circuit center position C1 of the optical waveguide chip 9 is defined as follows when the optical waveguide circuit formed on the optical waveguide chip 9 is an arrayed waveguide diffraction grating.
[0053]
That is, the optical waveguide circuit center position C1 of the optical waveguide chip 9 is, as shown in FIG. 2, the intersection of the center line R of the arrayed waveguide formation region and the channel waveguide 4a arranged on the innermost side is point A, When the intersection of the center line R and the channel waveguide 4a arranged on the outermost side is defined as point B, it is the midpoint of the line segment AB connecting point A and point B.
[0054]
Note that the amount of deviation between the optical waveguide circuit center position C1 of the optical waveguide chip 9 and the center position C2 of the temperature adjustment module 8 in the configuration shown in FIG. 2 is the length of S shown in FIG.
[0055]
In the present embodiment, the temperature adjustment module 8 is a Peltier module, and the temperature adjustment function and the mode of warping during temperature adjustment are the same as those described above.
[0056]
The substrate 1 of the optical waveguide chip 9 is made of single crystal silicon (Si) having a thermal conductivity of 125.6 W / (m · K), and the thickness of the substrate 1 is 1 mm. The thermal conductivity value of silicon is as high as 100 times or more compared to the thermal conductivity value of 1.2 W / (m · K) of glass, and the thermal conductivity value of iron is 67.0 W / (m · K). K) and the thermal conductivity value of the solder is higher than 33.5 W / (m · K).
[0057]
In addition, the thermal conductivity value of silicon is 335.9 W / (m · K) of copper used as the temperature equalizing element 12 or 234.5 W / (m · K) of aluminum. ) Is about 1/2 to 1/3. Thus, since the thermal conductivity of silicon is very good, using silicon as the substrate 1 is effective for keeping the temperature of the optical waveguide chip 9 substantially uniform.
[0058]
The optical waveguide chip 9 and the temperature control module 8 are joined together by, for example, silicone RTV (silicone room temperature vulcanized rubber). This silicone RTV is excellent in heat resistance and thermal conductivity.
[0059]
As an example of silicone RTV suitable for joining the optical waveguide chip 9 and the temperature control module 8, heat conduction such as SE series (SE4400, SE4410, SE4420, SE4422, SE4440, SE4450, SE4486, SE9184) manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd. There is a functional silicone RTV.
[0060]
These thermally conductive silicone RTVs have a thermal conductivity of 0.75 to 1.05 W / (m · K), and the thermal conductivity of a general silicone RTV (0.17 to 0.33 W / ( m · K)) has a thermal conductivity several times higher than that.
[0061]
The present embodiment is configured as described above, and the optical waveguide module according to the present embodiment shifts the optical waveguide circuit center position C1 of the optical waveguide chip 9 and the center position C2 of the temperature control module 8 from each other. Since the chip 9 and the temperature control module 8 are joined, it is possible to make it difficult for the warpage of the temperature control module 8 that occurs during temperature control to be transmitted to the center of the optical waveguide circuit (here, the center of the arrayed waveguide 4). .
[0062]
In particular, according to the present embodiment, the temperature adjustment module 8 and the optical waveguide are set so that the deviation S is 2 mm or more and the temperature adjustment module 8 and the optical waveguide circuit of the optical waveguide chip 9 do not overlap based on the following examination results. Since the waveguide chip 9 is disposed, the optical transmission center wavelength shift of the arrayed waveguide diffraction grating due to the warp of the temperature adjustment module 8 can be almost completely suppressed.
[0063]
In addition, the examination performed in order to set suitably the deviation | shift amount S of the optical waveguide circuit center position C1 of the optical waveguide chip 9 and the center position C2 of the temperature control module 8 is as follows. That is, the inventor sets the above-described deviation amount S to 4.7 mm, 5.7 mm, and 6.7 mm, and the light transmission center of the optical waveguide chip 9 when the outside air temperature of the optical waveguide module is changed from 20 to 70 ° C. The amount of wavelength variation (center wavelength variation) was determined.
[0064]
As a result, as shown in FIG. 4, when the shift amount S between the optical waveguide circuit center position C1 of the optical waveguide chip 9 and the center position C2 of the temperature adjustment module 8 is increased, the light transmission center wavelength shift of the optical waveguide chip 9 is increased. It turned out to be smaller. This is considered to be because the optical waveguide chip 9 becomes less susceptible to the warp of the temperature control module 8 by increasing the deviation amount S.
[0065]
Since the wavelength accuracy of the arrayed waveguide grating formed on the optical waveguide chip 9 is required to be 0.05 nm or less (the allowable range of the light transmission center wavelength variation), the deviation S is set to 2 It was found that the above requirement could be satisfied if the thickness was set to 0.0 mm or more.
[0066]
Therefore, the optical waveguide module of this embodiment can realize a small optical waveguide module that can stably control the light transmission center wavelength to a substantially constant value.
[0067]
In addition ,Up In the exemplary embodiment, the temperature adjustment module 8 is disposed so as not to overlap the optical waveguide circuit of the optical waveguide chip 9. As a reference example The optical waveguide chip 9 and the temperature adjustment module 8 are overlapped by shifting the optical waveguide circuit center position C1 of the optical waveguide chip 9 and the center position C2 of the temperature adjustment module 8, and the temperature adjustment module 8 and the optical waveguide chip 9 are directly connected. Joining Even Good.
[0068]
In other words, Reference example Optical waveguide module As The optical waveguide chip 9 and the temperature control module 8 may be arranged in a plan view as shown in FIGS. And books Reference example In this case, by shifting the optical waveguide circuit center position C1 of the optical waveguide chip 9 and the center position C2 of the temperature control module 8 by 2 mm or more (the shift amount S is 2 mm or more), for example, an arrayed waveguide grating circuit is provided. The light transmission center wavelength shift of the optical waveguide chip 9 can be set to 0.05 nm or less, which is preferable.
[0069]
Furthermore, in the above embodiment, the optical waveguide chip 9 is an arrayed waveguide diffraction grating chip. As a reference example of For example, an optical waveguide chip 9 having an optical waveguide circuit whose light transmission characteristics change depending on temperature, such as an optical waveguide circuit using a known Mach-Zehnder circuit, can be formed.
[0070]
FIG. 6 is a plan view showing an example of the Mach-Zehnder circuit (Mach-Zehnder optical interferometer circuit). As shown in FIG. 6, the Mach-Zehnder circuit includes, for example, two optical waveguides 14 and 15 in parallel. And a plurality of directional coupling portions 16 and 17 in which the optical waveguides 14 and 15 are brought close to each other are formed in the longitudinal direction of the optical waveguides 14 and 15 with an interval.
[0071]
When the optical waveguide circuit of the optical waveguide chip 9 is a Mach-Zehnder circuit as shown in FIG. 6, the two optical waveguides 14 and 15 sandwiched between the directional coupling portions 16 and 17 become phase portions. The midpoint of the line segment AB connecting the center line R of the two and the intersections A and B of the two optical waveguides 14 and 15 is the optical waveguide circuit center position C1.
[0072]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment example, Various aspects can be taken. For example, In the above embodiment, the substrate 1 of the optical waveguide chip 9 is made of silicon, but the substrate 1 of the optical waveguide chip 9 may be a substrate other than silicon. However, if the substrate 1 is formed of a material having a thermal conductivity of 50 W / (m · K) or more, such as silicon, the temperature adjustment module 8 is provided when the temperature adjustment module 8 is provided on the substrate 1 side as in the above embodiment. Thus, the temperature of the optical waveguide chip 9 can be adjusted more satisfactorily.
[0073]
Further, in the above embodiment, the temperature adjustment module 8 is provided on the substrate 1 side of the optical waveguide chip 9, but the temperature adjustment module 8 may be provided on the waveguide forming region 10 side.
[0074]
Further, in the above embodiment, the temperature control module 8 and the optical waveguide chip 9 are bonded by silicone RTV (silicone RTV rubber) having excellent thermal conductivity. However, the temperature control module 8 and the optical waveguide are bonded by a bonding agent other than silicone RTV. The waveguide chip 9 may be joined.
[0076]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the optical waveguide chip and the temperature adjustment module are overlapped by shifting the optical waveguide circuit center position of the optical waveguide chip and the center position of the temperature adjustment module, the temperature adjustment module may be warped during operation. The optical waveguide chip can be prevented from being affected by the warp, and the optical waveguide chip can be prevented from changing the light transmission center wavelength.
[0077]
Therefore, according to the present invention, the optical waveguide chip and the temperature adjustment module can be directly joined without using a heat equalizing plate, the temperature of the optical waveguide chip can be stably adjusted with low power consumption, and the light transmission center wavelength is substantially reduced. A small optical waveguide module that can be controlled to a constant value can be realized.
[0078]
In the present invention, the amount of deviation between the center position of the temperature control module and the center position of the optical waveguide circuit of the optical waveguide chip is set to 2 mm or more. Because In addition, it is possible to more reliably suppress the light transmission center wavelength from being fluctuated due to the influence of the warp during the operation of the temperature adjustment module, and to control the light transmission center wavelength more stably.
[0079]
Furthermore, in the present invention, the temperature control module is disposed so as not to overlap the optical waveguide circuit of the optical waveguide chip. Because In addition, it is possible to further reliably suppress the light transmission center wavelength from being fluctuated due to the influence of the warp during the operation of the temperature adjustment module, and to control the light transmission center wavelength more stably.
[0080]
Furthermore, in the present invention, the optical waveguide circuit is an arrayed waveguide grating circuit. Because Realizes an optical waveguide module that plays an important role in wavelength division multiplex transmission, can accurately adjust the temperature of the arrayed waveguide grating circuit that requires strict temperature control, and performs well for wavelength division multiplex transmission it can.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a main part configuration diagram of an embodiment of an optical waveguide module according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a center position of an optical waveguide chip.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a deviation amount S between the center position of the optical waveguide chip and the center position of the temperature adjustment module;
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the deviation amount S between the center position of the optical waveguide chip and the center position of the temperature adjustment module and the light transmission center wavelength deviation amount;
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of an arrayed waveguide diffraction grating chip.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of a Mach-Zehnder circuit.
FIG. 7 is a cross-sectional explanatory view of an optical waveguide module formed by directly joining an optical waveguide chip and a temperature control module without providing a soaking plate.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a warped state depending on the temperature of the Peltier module.
FIG. 9 is an explanatory view showing an example of a conventional optical waveguide module in an exploded state.
10 is a cross-sectional explanatory view of the optical waveguide module shown in FIG. 9;
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 Optical input waveguide
3 First slab waveguide
4 Arrayed waveguide
5 Second slab waveguide
6 Optical output waveguide
8 Temperature control module
9 Optical waveguide chip

Claims

An optical waveguide chip having an optical waveguide circuit whose light transmission characteristics change at least according to temperature, and a temperature adjustment module comprising a Peltier module having at least one of a heat generation function and a heat absorption function to adjust the temperature of the optical waveguide chip; The optical waveguide circuit includes at least one optical input waveguide, a first slab waveguide connected to the output side of the optical input waveguide, and an output side of the first slab waveguide An array waveguide composed of a plurality of channel waveguides arranged in parallel with different lengths from each other, a second slab waveguide connected to the output side of the array waveguide, and the second slab a circuit of the arrayed waveguide grating having a plurality of optical output waveguide connected to the output side of the waveguide is configured, overlapped with the optical waveguide chip is the temperature regulating module Made directly bonded Te, shifting the temperature regulating module center position with the optical waveguide chip of the optical waveguide circuit center position and the least 2mm of, and, as the temperature adjustment module does not overlap with the optical waveguide circuit of the optical waveguide chip By arranging and suppressing the influence of the warp of the temperature control module on the optical waveguide circuit, the variation amount of the light transmission center wavelength of the arrayed waveguide grating due to the warp of the temperature control module is 0.05 nm or less. An optical waveguide module characterized by that.