JP4678666B2 - 波長安定化機構を備えた光伝送装置 - Google Patents
波長安定化機構を備えた光伝送装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4678666B2 JP4678666B2 JP2002090526A JP2002090526A JP4678666B2 JP 4678666 B2 JP4678666 B2 JP 4678666B2 JP 2002090526 A JP2002090526 A JP 2002090526A JP 2002090526 A JP2002090526 A JP 2002090526A JP 4678666 B2 JP4678666 B2 JP 4678666B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- wavelength
- grating
- optical
- optical transmission
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長安定化機構を備えた光伝送装置に関するものであり、特に、電気配線にとって変わる光配線機構における、電気信号を光信号に変換し、導波路内を伝播させるための光源と導波路への光結合部にける結合安定化のための構成に特徴のある波長安定化機構を備えた光伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＣＰＵの高速化に伴い、電気信号の高速化が進むにつれて、電気配線における信号遅延やノイズが問題になりはじめている。
【０００３】
このため、この様な電気配線に代わるものとして光配線が検討されているが、この様な光配線においては、外部に設けた光源からのレーザ光を光結合部材を用いて光導波路に導く必要がある。
【０００４】
この様なレーザ光を導波路に結合する方法としては、各種の方法が提案されているが、例えば、マルチモード導波路にレーザ光を結合する方法として、導波路内に切込みを入れて形成したミラーを用いるものがある。
【０００５】
この方法は、異なる角度に入射する光を結合させるべく、導波路径が数十μｍのマルチモード導波路にのみ適用可能で、シングルモード導波路への適用は困難である。
【０００６】
一方、シングルモード導波路に適用可能な光結合法としては、プリズムを用いる方法、或いは、グレーティングカプラを用いる方法が提案されており、平面素子である光導波路への集積実装性の観点からは、任意の場所に形成でき、積層も可能なグレーティングカプラが適している。
【０００７】
この様なグレーティングカプラを用いる例としては、例えば、スラブ導波路にグレーティングカプラを形成し、レーザ光を外部に取り出すと共に集光し、外部からの反射光を逆行させ、ビームスプリッタによって光検知器に導く構成で、光ディスク用のピックアップを構成すること（必要ならば、特開昭６１−８５６４１号公報参照）が提案されている。
この様なグレーティングカプラには、導波路伝播と空間伝播を相互に変換する機能がある。
【０００８】
また、外部光源の光をグレーティングで導波路に結合して伝播させ、他のグレーティングによって導波路外部に取り出した信号光を外部に配置した光検知器で受光する方式が開示されている（必要ならば、特開昭６４−２５５８０号公報参照）。
【０００９】
さらに、半導体レーザの発振波長には個体差があり、また温度依存性があるため、実際の発振波長を検出する手段として、ピッチの異なるグレーティングカプラを用いて取り出した光の強度差から波長を算出する方法が開示されている（必要ならば、特開平３−２９５０３７号公報参照）。
【００１０】
この様な光結合手段を備えた光配線を用いることによって、電気配線では実現できない高速伝送、例えば、１０Ｇｂ／秒以上の高速伝送が可能になり、その際、電気信号を光信号に変換するための光源として半導体レーザを用いている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光源からの光を導波路に結合するための手段としてグレーティングカプラを用いる場合、光源の波長は、個体差により異なるとともに、温度変化により変動してしまうため、グレーティングカプラによる光結合効率が変化してしまうという問題がある。
【００１２】
特に、光源として半導体レーザを用いた場合、半導体レーザの発振波長の温度依存性が大きいため、ひどい場合には結合しなくなってしまう問題がある。
【００１３】
したがって、本発明は、光源からの光を安定した結合率で光導波路に導くことを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上述の目的を達成するため、本発明は、波長安定化機構を備えた光伝送装置において、光導波路１、光源４、及び、光結合用グレーティングカプラ２からなる光伝送装置に、結合光６の一部を光導波路１外に取り出す光取り出し手段３、光検出手段８、及び、前記光検出手段８の出力に応じて光源４の波長を変えるための波長制御手段１０を設けたことを特徴とする。
なお、光結合用のグレーティングカプラ２は、光導波路１の上下に設けても良いものである。
【００１５】
この様に、光源４の波長を制御する波長制御手段１０を備えることにより、光源４からの光５の波長が温度変化により変化した場合にも、光検出手段８の出力により波長変化を相殺するように制御することによって安定した光結合効率を保つことができる。
【００１６】
また、光源４の固有の発振波長が、光結合用グレーティングカプラ２の結合効率が最大となる波長と合わない場合には、光源４の波長を光結合用グレーティングカプラ２の結合効率が最大となる波長と合うように制御することによって安定した光結合効率を保つことができる。
【００１７】
また、結合光６の一部を光導波路１外に取り出す手段は、光取り出し効率が最大となる波長が互いに異なる複数個のグレーティングで構成するとともに、グレーティングの内の一つの光取り出し効率が最大となる波長と他の少なくとも一つのグレーティングの光取り出し効率が最大となる波長とが、導波光の中心波長に対して互いに反対側に位置するようにすることが望ましく、それによって、波長の変動方向を知ることができるので、波長制御が容易になる。
【００１８】
この場合、グレーティングを４個以上設けることによって、波長変動が極端な場合にも波長変動を検出することができ、それによって、常に安定した光結合効率を保つことができる。
【００１９】
この場合、光検出手段８は、フィルタを設け、フィルタを切り替えることによって、複数のグレーティングからの出力光を１個の光検出手段８で検出することも可能であるが、グレーティングと同じ個数設け、光検出手段８とグレーティングとを１対１に対応させることが望ましい。
【００２０】
また、グレーティングを複数個設ける場合、複数のグレーティングの内の二つを、光導波方向に対して垂直な方向に配置することによって、配置に要する光の伝送方向に沿った配置スペースを少なくすることができる。
【００２１】
この場合、光導波方向に対して垂直な方向に配置した二つのグレーティングに集光機能を付与することによって、クロストークを防止することができるとともに、各グレーティングに対応する光検出手段８を小型化することができ、それによって光検出出力における雑音を少なくすることができる。
【００２２】
なお、この様なグレーティング対を光導波方向に複数対配置した場合には、導波光の中心波長より短波長側に光取り出し効率が最大となる波長がある複数のグレーティングからの取り出し光７を１個のフォトダイオードで検出するとともに、導波光の中心波長より長波長側に光取り出し効率が最大となる波長がある複数のグレーティングからの取り出し光７を他の１個のフォトダイオードで検出するようにしても良い。
【００２３】
また、波長制御手段１０としては、光源４の温度を制御する温度制御手段、例えば、ペルチェ効果素子等からなる温度制御手段、或いは、光源４の外部共振器の位置を制御する共振器長制御手段、例えば、外部共振器の間隔を制御するピエゾ効果素子等からなる共振器長制御手段のいずれを用いても良い。
【００２４】
また、光源４、光検出手段８、波長制御手段１０、及び、光検出手段８の出力により波長制御手段１０を駆動する制御機構９をハイブリッド的に一体化することによって、光配線構造全体を小型化することが可能になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
ここで、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態の光伝送装置を説明する。
図２参照
図２は、本発明の第１の実施の形態の光伝送装置の光源近傍の概略的構成図であり、光導波路１１は、シリコン基板１２上に、厚さが、例えば、３μｍで屈折率が１．４５のＳｉＯ2 からなるクラッド層１３、厚さが、例えば、０．６μｍで屈折率が１．５４のガラスからなるコア層１４、及び、厚さが、例えば、０．１μｍで屈折率が１．５７のレジストからなるグレーティング層１５から構成され、このグレーティング層１５には、電子ビーム露光法或いは干渉露光法を用いて光結合用のグレーティングカプラ１６と、光取り出し用のグレーティングカプラ１７が設けられている。
【００２６】
この場合、光結合用のグレーティングカプラ１６に形成する回折格子の間隔等は光源となる半導体レーザ１８から出射されるレーザ光１９の中心波長に対する光結合効率が最大になるように設定するものであり、また、このグレーティングカプラ１６の光導波方向の長さは、例えば、１ｍｍとする。
【００２７】
一方、光取り出し用のグレーティングカプラ１７に形成する回折格子の間隔等は、光導波路１１を導波するレーザ光の中心波長から若干ずれた波長において最大結合効率になるように設定するものであり、このグレーティングカプラ１７の光導波方向の長さは、例えば、１ｍｍとするとともに、光結合用のグレーティングカプラ１６との間の間隔は５ｍｍとする。
【００２８】
また、半導体レーザ１８は、例えば、面発光レーザからなり、半導体レーザ１８から出射されたレーザ光１９は光結合用のグレーティングカプラ１６によって導波路モードに結合する。
この場合、光結合用のグレーティングカプラ１６は半値幅が数ｎｍ以下の狭い波長幅のレーザ光１９を導波路モードに結合する。
【００２９】
一方、光導波路１１を伝播する伝播光２０の一部、例えば、５％程度は、光取り出し用のグレーティングカプラ１７によって光導波路１１の外部に取り出され、光検出手段となるフォトダイオード２１によって検出される。
【００３０】
光源となる半導体レーザ１８からのレーザ光１９の波長が周囲温度等の変化により変化すると、光結合用のグレーティングカプラ１６及び光取り出し用のグレーティングカプラ１７での結合効率が変化し、検出光強度が変化する。
【００３１】
そこで、この検出光強度の変化を演算・制御系２２によって演算するとともに、演算結果に基づいて制御手段によって温度調節手段２３を駆動して半導体レーザ１１の温度を制御して、レーザ光１９の波長を元に戻すように制御を行うことによって、光結合効率を安定に保って、光導波路１１の内部を安定した強度の導波光２０が伝播するようにすることができる。
【００３２】
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施の形態の光伝送装置を説明する。
図３参照
図３は、本発明の第２の実施の形態の光伝送装置の光源近傍の概略的構成図であり、光導波路３１は、シリコン基板１２上に、厚さが、例えば、０．１μｍのＡｌからなる反射層３２、厚さが、例えば、０．５μｍで屈折率が１．４５のＳｉＯ2 からなるクラッド層３３、厚さが、例えば、０．１μｍのＳｉＯ2 ／ＳｉＮ構造からなるグレーティング層３４、厚さが、例えば、０．８で屈折率が１．４５のＳｉＯ2 からなるクラッド層３５、厚さが、例えば、０．７μｍで屈折率が１．５４のガラスからなるコア層１４、及び、厚さが、例えば、０．１μｍで屈折率が１．５７のレジストからなるグレーティング層１５から構成される。
【００３３】
このグレーティング層１５には、電子ビーム露光法或いは干渉露光法を用いて光結合用のグレーティングカプラ１６と、光取り出し用のグレーティングカプラ１７が設けられ、一方、ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ構造からなるグレーティング層３４には光結合用のグレーティングカプラ３６が設けられ、これらのグレーティングカプラ１６，１７，３６の光導波方向の長さは、例えば、１ｍｍとする。
なお、各グレーティングカプラ１６，１７，３６における回折格子の周期は、夫々、０．３３μｍ、０．６０μｍ、及び、０．５０μｍである。
【００３４】
また、半導体レーザ１８は、例えば、面発光レーザからなり、半導体レーザ１８から出射された波長λ0 ＝８９０ｎｍのレーザ光１９は光結合用のグレーティングカプラ３６によって複合コア構造を伝播するモードに結合し、結合した導波光３７は、図において左方向に伝播する。
【００３５】
左方向に伝播した導波光３７は、表面側のグレーティング層１５に設けた光結合用のグレーティングカプラ１６によってコア層１４を伝播する導波路モード変換され、変換された導波光２０は、図において右方向に伝播することになる。
【００３６】
以降は、上記の第１の実施の形態と全く同様に、光導波路３１を伝播する導波光２０の一部がグレーティングカプラ１７によって外部に取り出され、取り出された光はフォトダイオード２１によって検出され、検出出力に基づいて演算・制御系２２によって温度制御手段２３を駆動することによって半導体レーザ１８からのレーザ光１９の波長を安定化する。
【００３７】
この様に、本発明の第２の実施の形態においては、光結合を２つのグレーティングカプラ１６，３６を用いて行っているので、光結合効率を高めることができる。
【００３８】
次に、図４を参照して、本発明の第３の実施の形態の光伝送装置を説明するが、光取り出し部の構成以外は、上記第１の実施の形態と全く同様であるので、光取り出し部の構成のみを説明する。
図４（ａ）参照
図４（ａ）は、本発明の第３の実施の形態の光伝送装置における光取り出し部の概略的構成図であり、光の伝播方向に垂直な断面図として示している。
この場合のグレーティングカプラは、光導波路１１を導波する導波光２０の光軸を挟んで設けた一対のグレーティングカプラ２４，２５からなり、また、光検出部は、一対のグレーティングカプラ２４，２５の夫々に対応する一対のフォトダイオード２７，２８をモノリシックに一体化した受光素子２６からなり、一対のグレーティングカプラ２４，２５から取り出された取り出し光２９，３０は、夫々対応するフォトダイオード２７，２８によって検出される。
【００３９】
図４（ｂ）参照
図４（ｂ）は、光取り出し用グレーティングカプラの平面図であり、光導波路１１を導波する導波光２０の光軸を挟んで、且つ、平行に一対のグレーティングカプラ２４，２５を設ける。
【００４０】
図４（ｃ）参照
図４（ｃ）は、一対のグレーティングカプラ２４，２５の波長選択特性の説明図であり、一方のグレーティングカプラ２４の光取り出し効率が最大になる波長がλ1 となるとともに、他方のグレーティングカプラ２５の光取り出し効率が最大になる波長がλ2 となるように各回折格子を設定する。
なお、この場合、波長λ1 とλ2 は、導波光２０の中心波長λ0 に対して互いに反対側の波長領域になるように、例えば、λ1 ＜λ0 ＜λ2 となるように設定するとともに、光の取り出し量が、波長変化ゼロにおいて等量となるようにする。
【００４１】
図４（ｄ）参照
図４（ｄ）は、受光素子２６の概略的平面図であり、２つのフォトダイオード２７，２８をモノリシックに一体化したものである。
【００４２】
この場合、２つのグレーティングカプラ２４，２５による取り出し光２９，３０の強度の相対比を検出することによって、波長変化の方向、即ち、長波長側に変化したか或いは短波長側に変化したかを検出でき、それによって、温度制御手段２３により半導体レーザ１８を冷却するか或いは加熱するかを直ちに判断することができる。
【００４３】
次に、図５を参照して、本発明の第４の実施の形態の光伝送装置を説明するが、光取り出し用のグレーティングカプラの構成以外は上記の第３の実施の形態と全く同じであるので、光取り出し用のグレーティングカプラの構成のみを説明する。
図５（ａ）参照
図５（ａ）は、本発明の第４の実施の形態の光伝送装置の光取り出し用グレーティングカプラの概略的平面図であり、光導波路１１を導波する導波光２０の光軸を挟んで、且つ、平行に二対のグレーティングカプラ３８〜４１を設けたものである。
【００４４】
図５（ｂ）参照
図５（ｂ）は、二対のグレーティングカプラ３８〜４１の波長選択特性の説明図であり、前段の一対のグレーティングカプラ３８，３９の内、一方のグレーティングカプラ３８の光取り出し効率が最大になる波長がλ1 となるとともに、他方のグレーティングカプラ３９の光取り出し効率が最大になる波長がλ2 となるように各回折格子を設定する。
この場合、波長λ1 とλ2 は、導波光２０の中心波長λ0 に対して互いに反対になるように、例えば、λ1 ＜λ0 ＜λ2 となるように設定するとともに、光の取り出し量が、波長変化ゼロにおいて等量となるようにする。
【００４５】
一方、後段の一対のグレーティングカプラ４０，４１の内、一方のグレーティングカプラ４０の光取り出し効率が最大になる波長がλ3 となるとともに、他方のグレーティングカプラ４１の光取り出し効率が最大になる波長をλ4 となるように各回折格子を設定する。
この場合、波長λ3 とλ4 は、導波光２０の中心波長λ0 に対して互いに反対になるように、例えば、λ3 ＜λ0 ＜λ4 となるように設定するとともに、光の取り出し量が、波長変化ゼロにおいて等量となるようにする。
【００４６】
図５（ｃ）参照
図５（ｃ）は、グレーティングカプラ３８の概略的構成図であり、回折格子を構成する周期的凹凸構造４２が光の導波方向に沿って湾曲しており、それによって、取り出し光４３はフォトダイオード２９（図示を省略）に向かって集光される。
【００４７】
他のグレーティングカプラ３９〜４１の回折格子の形状も同様に湾曲させて集光機能を付与しており、グレーティングカプラ４０からの取り出し光はフォトダイオード２９に集光し、グレーティングカプラ３９，４１からの取り出し光はフォトダイオード３０に集光するように湾曲形状を設定する。
【００４８】
この場合、４つのグレーティングカプラ３８〜４１による取り出し光から、（λ1 ＋λ3 ）−（λ2 ＋λ3 ）の検出強度差の値を検出することによって、発振波長が急激に大幅に変化した場合にも、長波長側に変化したか或いは短波長側に変化したかを検出でき、それによって、温度制御手段２３により半導体レーザ１８を冷却するか或いは加熱するかを直ちに判断することができる。
【００４９】
次に、図６を参照して、本発明の第５の実施の形態の光伝送装置を説明するが、光導波路側の構成は上記の第１の実施の形態と全く同様である。
図６参照
図６は、本発明の第５の実施の形態の光伝送装置の概略的構成図であり、光源及び光検出部を一体化した具体的構成を示したものである。
貫通ビア（図示を省略）を有するヒートシンクを兼ねるシリコン実装基板５１の一方の実装面に面発光レーザタイプの半導体レーザ１８を実装するとともに、その近傍にＧａＡｓ集積回路装置からなるレーザドライバ５２を実装する。
【００５０】
また、同じ実装面側の離れた位置にフォトダイオード２１を実装する。
この場合のフォトダイオード２１と半導体レーザ１８の間隔は、光導波路１１の表面に設けたグレーティングカプラ１６とグレーティングカプラ１７との間隔に対応した間隔とする。
【００５１】
一方、シリコン実装基板５１の他方の実装面には、フォトダイオードと対向する位置に演算・制御系２２が実装され、半導体レーザ１８に対向する位置にペルチェ効果素子を備えた温度制御手段２３が実装される。
この場合、温度制御手段２３による冷却・加熱は、シリコン実装基板５１を介して半導体レーザ１８に伝達され、半導体レーザ１８の温度を制御することによって、半導体レーザ１８の発振波長を安定化する。
【００５２】
次に、図７を参照して、本発明の第６の実施の形態の光伝送装置を説明するが、光導波路側の構成は上記の第１の実施の形態と全く同様である。
図７参照
図７は、本発明の第６の実施の形態の光伝送装置の概略的構成図であり、光配線を利用して信号をやり取りするＬＳＩを一体実装化した具体的構成を示したものである。
【００５３】
この第６の実施の形態においては、上記の第５の実施の形態の実装構造に加えて、シリコン実装基板５１の他方の実装面に、ＣＰＵ等の伝播すべき信号の発生元であるＬＳＩ５３を実装するとともに、このＣＰＵ等のＬＳＩ５３を実装したシリコン実装基板５１を半田５４を介して電気プリント基板５５に電気的接続したものである。
なお、この電気プリント基板５５には、半導体レーザ１８からのレーザ光１９を光結合用のグレーティングカプラ２４に導く開口５６と、グレーティングカプラ２５から取り出された取り出し光２０をフォトダイオード２１に導く開口５７とが設けられている。
【００５４】
この様に、ＣＰＵ等のＬＳＩ５３及び光信号伝達系をハイブリッドに一体化することによって光配線を利用した情報処理装置等の全体装置構成を小型化することができる。
【００５５】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、光源として面発光タイプの半導体レーザを用いているが、必ずしも面発光型である必要はなく、通常の端面発光型の半導体レーザを用いても良いものである。
【００５６】
また、光源は、必ずしも半導体レーザに限られるものではなく、色素レーザ等の他のレーザを用いても良いものであり、さらには、光源はレーザに限られるものではなく、単色性に優れていれば、レーザでなくとも良い。
【００５７】
また、上記の各実施の形態においては、光源からの光の波長を制御するためには、温度制御を行っているが、必ずしも温度制御に限られるものではなく、例えば、外部共振器を設けた半導体レーザにおいては、外部共振器の共振器長を制御することによって、波長を制御しても良いものである。
【００５８】
即ち、外部共振器を構成するミラーをピエゾ素子によって光軸方向に移動可能に支持し、ピエゾ素子に印加する電圧によってミラーを光軸方向に移動すれば良い（必要ならば、特開昭４９−９２９８７号公報参照）。
【００５９】
また、上記の各実施の形態においては、シリコン基板上にガラス系材料からなる光導波路を構成するとともに、表面のグレーティング層をレジスト層によって形成しているが、この様な構成は単なる一例であり、コア／クラッド構造は他の透明誘電体材料で構成しても良いものであり、また、グレーティング層も第２の実施の形態の下部のグレーティング層と同様に、ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ構造等の無機材料によって構成しても良いものである。
【００６０】
また、上記の第２の実施の形態においては、光取り出し用のグレーティングカプラは一個しか設けていないが、上記の第３或いは第４実施の形態と同様に、複数個を対にして設けても良いことは言うまでもない。
【００６１】
また、上記の第４の実施の形態においては、フォトダイオードを２個のみ設けているが、夫々のグレーティングカプラに１：１に対応するように４個のフォトダイオードを集積化した受光素子を用いても良いものである。
【００６２】
また、上記の第３の実施の形態においては、グレーティングカプラに集光機能を持たせていないが、上記の第４の実施の形態と同様に集光機能を付与しても良いものであり、それによって、上記の第４の実施の形態と同様にクロストークを防止するとともに、フォトダイオードを小型化することができるので、雑音を低減することが可能になる。
【００６３】
また、上記の各実施の形態においては、温度変化に伴う波長変動を問題にしているが、光源となる半導体レーザを交換した際に、固体差によって発振特性が異なる場合にも、導波光の波長を検出し、温度制御或いは共振器長を制御して光結合効率が最大になるように波長を制御することによって、安定した導波光による信号の伝達が可能になる。
【００６４】
ここで、再び、図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１（ａ）及び（ｂ）参照
（付記１） 光導波路１、光源４、及び、光結合用グレーティングカプラ２からなる光伝送装置に、結合光６の一部を光導波路１外に取り出す光取り出し手段３、光検出手段８、及び、前記光検出手段８の出力に応じて光源４の波長を変えるための波長制御手段１０を設けたことを特徴とする波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記２） 上記光結合用グレーティングカプラ２を、光導波路１の上下に一個ずつ設けたことを特徴とする付記１記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記３） 上記光取り出し手段３が、光取り出し効率が最大となる波長が互いに異なる複数個のグレーティングからなるとともに、前記グレーティングの内の一つの光取り出し効率が最大となる波長と他の少なくとも一つのグレーティングの光取り出し効率が最大となる波長とが、導波光の中心波長に対して互いに反対側に位置することを特徴とする付記１または２に記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記４） 上記光検出手段８が、上記グレーティングと同じ個数からなり、前記光検出手段８と前記グレーティングとが１対１に対応していることを特徴とする付記３記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記５） 上記複数のグレーティングの内の二つを、光導波方向に対して垂直な方向に配置したことを特徴とする付記３記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記６） 上記光導波方向に対して垂直な方向に配置した二つのグレーティングに集光機能を付与したことを特徴とする付記５記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記７） 上記光導波方向に対して垂直な方向に配置した一対のグレーティングを前記光導波方向に沿って複数対配置するとともに、導波光の中心波長より短波長側に光取り出し効率が最大となる波長がある複数のグレーティングからの取り出し光７を１個のフォトダイオードで検出するとともに、導波光の中心波長より長波長側に光取り出し効率が最大となる波長がある複数のグレーティングからの取り出し光７を他の１個のフォトダイオードで検出することを特徴とする付記３記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記８） 上記波長制御手段１０が、上記光源４の温度を制御する温度制御手段からなることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１に記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記９） 上記波長制御手段１０が、上記光源４の外部共振器の位置を制御する共振器長制御手段からなることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１に記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記１０） 上記光源４、上記光検出手段８、上記波長制御手段１０、及び、前記光検出手段８の出力により前記波長制御手段１０を駆動する制御機構９をハイブリッド的に一体化して、上記光結合用グレーティングカプラ２を設けた光導波路１の近傍に配置したことを特徴とする付記１乃至７のいずれか１に記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、光源からの信号光をグレーティングカプラを用いて光導波路に結合させて伝送する際に、導波光の一部を取り出して波長変動を検出し、波長変動を相殺するように温度制御しているので、波長が制御され、光源の個体差を吸収し、温度変化が生じても安定に動作する光導波路配線を実現でき、また、光源、光検出素子、温度制御手段等を一体化することによって、電気信号を導波光信号に変換する部分をコンパクトに形成でき、ひいては、情報処理装置等の超高速化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の光伝送装置の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の光伝送装置の説明図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の光伝送装置の説明図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の光伝送装置の説明図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態の光伝送装置の説明図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態の光伝送装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 光導波路
２ 光結合用グレーティングカプラ
３ 光取り出し手段
４ 光源
５ 光
６ 結合光
７ 取り出し光
８ 光検出手段
９ 制御機構
１０ 波長制御手段
１１ 光導波路
１２ シリコン基板
１３ クラッド層
１４ コア層
１５ グレーティング層
１６ グレーティングカプラ
１７ グレーティングカプラ
１８ 半導体レーザ
１９ レーザ光
２０ 導波光
２１ フォトダイオード
２２ 演算・制御系
２３ 温度制御手段
２４ グレーティングカプラ
２５ グレーティングカプラ
２６ 受光素子
２７ フォトダイオード
２８ フォトダイオード
２９ 取り出し光
３０ 取り出し光
３１ 光導波路
３２ 反射層
３３ クラッド層
３４ グレーティング層
３５ クラッド層
３６ グレーティングカプラ
３７ 導波光
３８ グレーティングカプラ
３９ グレーティングカプラ
４０ グレーティングカプラ
４１ グレーティングカプラ
４２ 周期的凹凸構造
４３ 取り出し光
５１ シリコン実装基板
５２ レーザドライバ
５３ ＬＳＩ
５４ 半田
５５ 電気プリント基板
５６ 開口
５７ 開口
【発明の属する技術分野】
本発明は波長安定化機構を備えた光伝送装置に関するものであり、特に、電気配線にとって変わる光配線機構における、電気信号を光信号に変換し、導波路内を伝播させるための光源と導波路への光結合部にける結合安定化のための構成に特徴のある波長安定化機構を備えた光伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＣＰＵの高速化に伴い、電気信号の高速化が進むにつれて、電気配線における信号遅延やノイズが問題になりはじめている。
【０００３】
このため、この様な電気配線に代わるものとして光配線が検討されているが、この様な光配線においては、外部に設けた光源からのレーザ光を光結合部材を用いて光導波路に導く必要がある。
【０００４】
この様なレーザ光を導波路に結合する方法としては、各種の方法が提案されているが、例えば、マルチモード導波路にレーザ光を結合する方法として、導波路内に切込みを入れて形成したミラーを用いるものがある。
【０００５】
この方法は、異なる角度に入射する光を結合させるべく、導波路径が数十μｍのマルチモード導波路にのみ適用可能で、シングルモード導波路への適用は困難である。
【０００６】
一方、シングルモード導波路に適用可能な光結合法としては、プリズムを用いる方法、或いは、グレーティングカプラを用いる方法が提案されており、平面素子である光導波路への集積実装性の観点からは、任意の場所に形成でき、積層も可能なグレーティングカプラが適している。
【０００７】
この様なグレーティングカプラを用いる例としては、例えば、スラブ導波路にグレーティングカプラを形成し、レーザ光を外部に取り出すと共に集光し、外部からの反射光を逆行させ、ビームスプリッタによって光検知器に導く構成で、光ディスク用のピックアップを構成すること（必要ならば、特開昭６１−８５６４１号公報参照）が提案されている。
この様なグレーティングカプラには、導波路伝播と空間伝播を相互に変換する機能がある。
【０００８】
また、外部光源の光をグレーティングで導波路に結合して伝播させ、他のグレーティングによって導波路外部に取り出した信号光を外部に配置した光検知器で受光する方式が開示されている（必要ならば、特開昭６４−２５５８０号公報参照）。
【０００９】
さらに、半導体レーザの発振波長には個体差があり、また温度依存性があるため、実際の発振波長を検出する手段として、ピッチの異なるグレーティングカプラを用いて取り出した光の強度差から波長を算出する方法が開示されている（必要ならば、特開平３−２９５０３７号公報参照）。
【００１０】
この様な光結合手段を備えた光配線を用いることによって、電気配線では実現できない高速伝送、例えば、１０Ｇｂ／秒以上の高速伝送が可能になり、その際、電気信号を光信号に変換するための光源として半導体レーザを用いている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光源からの光を導波路に結合するための手段としてグレーティングカプラを用いる場合、光源の波長は、個体差により異なるとともに、温度変化により変動してしまうため、グレーティングカプラによる光結合効率が変化してしまうという問題がある。
【００１２】
特に、光源として半導体レーザを用いた場合、半導体レーザの発振波長の温度依存性が大きいため、ひどい場合には結合しなくなってしまう問題がある。
【００１３】
したがって、本発明は、光源からの光を安定した結合率で光導波路に導くことを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上述の目的を達成するため、本発明は、波長安定化機構を備えた光伝送装置において、光導波路１、光源４、及び、光結合用グレーティングカプラ２からなる光伝送装置に、結合光６の一部を光導波路１外に取り出す光取り出し手段３、光検出手段８、及び、前記光検出手段８の出力に応じて光源４の波長を変えるための波長制御手段１０を設けたことを特徴とする。
なお、光結合用のグレーティングカプラ２は、光導波路１の上下に設けても良いものである。
【００１５】
この様に、光源４の波長を制御する波長制御手段１０を備えることにより、光源４からの光５の波長が温度変化により変化した場合にも、光検出手段８の出力により波長変化を相殺するように制御することによって安定した光結合効率を保つことができる。
【００１６】
また、光源４の固有の発振波長が、光結合用グレーティングカプラ２の結合効率が最大となる波長と合わない場合には、光源４の波長を光結合用グレーティングカプラ２の結合効率が最大となる波長と合うように制御することによって安定した光結合効率を保つことができる。
【００１７】
また、結合光６の一部を光導波路１外に取り出す手段は、光取り出し効率が最大となる波長が互いに異なる複数個のグレーティングで構成するとともに、グレーティングの内の一つの光取り出し効率が最大となる波長と他の少なくとも一つのグレーティングの光取り出し効率が最大となる波長とが、導波光の中心波長に対して互いに反対側に位置するようにすることが望ましく、それによって、波長の変動方向を知ることができるので、波長制御が容易になる。
【００１８】
この場合、グレーティングを４個以上設けることによって、波長変動が極端な場合にも波長変動を検出することができ、それによって、常に安定した光結合効率を保つことができる。
【００１９】
この場合、光検出手段８は、フィルタを設け、フィルタを切り替えることによって、複数のグレーティングからの出力光を１個の光検出手段８で検出することも可能であるが、グレーティングと同じ個数設け、光検出手段８とグレーティングとを１対１に対応させることが望ましい。
【００２０】
また、グレーティングを複数個設ける場合、複数のグレーティングの内の二つを、光導波方向に対して垂直な方向に配置することによって、配置に要する光の伝送方向に沿った配置スペースを少なくすることができる。
【００２１】
この場合、光導波方向に対して垂直な方向に配置した二つのグレーティングに集光機能を付与することによって、クロストークを防止することができるとともに、各グレーティングに対応する光検出手段８を小型化することができ、それによって光検出出力における雑音を少なくすることができる。
【００２２】
なお、この様なグレーティング対を光導波方向に複数対配置した場合には、導波光の中心波長より短波長側に光取り出し効率が最大となる波長がある複数のグレーティングからの取り出し光７を１個のフォトダイオードで検出するとともに、導波光の中心波長より長波長側に光取り出し効率が最大となる波長がある複数のグレーティングからの取り出し光７を他の１個のフォトダイオードで検出するようにしても良い。
【００２３】
また、波長制御手段１０としては、光源４の温度を制御する温度制御手段、例えば、ペルチェ効果素子等からなる温度制御手段、或いは、光源４の外部共振器の位置を制御する共振器長制御手段、例えば、外部共振器の間隔を制御するピエゾ効果素子等からなる共振器長制御手段のいずれを用いても良い。
【００２４】
また、光源４、光検出手段８、波長制御手段１０、及び、光検出手段８の出力により波長制御手段１０を駆動する制御機構９をハイブリッド的に一体化することによって、光配線構造全体を小型化することが可能になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
ここで、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態の光伝送装置を説明する。
図２参照
図２は、本発明の第１の実施の形態の光伝送装置の光源近傍の概略的構成図であり、光導波路１１は、シリコン基板１２上に、厚さが、例えば、３μｍで屈折率が１．４５のＳｉＯ2 からなるクラッド層１３、厚さが、例えば、０．６μｍで屈折率が１．５４のガラスからなるコア層１４、及び、厚さが、例えば、０．１μｍで屈折率が１．５７のレジストからなるグレーティング層１５から構成され、このグレーティング層１５には、電子ビーム露光法或いは干渉露光法を用いて光結合用のグレーティングカプラ１６と、光取り出し用のグレーティングカプラ１７が設けられている。
【００２６】
この場合、光結合用のグレーティングカプラ１６に形成する回折格子の間隔等は光源となる半導体レーザ１８から出射されるレーザ光１９の中心波長に対する光結合効率が最大になるように設定するものであり、また、このグレーティングカプラ１６の光導波方向の長さは、例えば、１ｍｍとする。
【００２７】
一方、光取り出し用のグレーティングカプラ１７に形成する回折格子の間隔等は、光導波路１１を導波するレーザ光の中心波長から若干ずれた波長において最大結合効率になるように設定するものであり、このグレーティングカプラ１７の光導波方向の長さは、例えば、１ｍｍとするとともに、光結合用のグレーティングカプラ１６との間の間隔は５ｍｍとする。
【００２８】
また、半導体レーザ１８は、例えば、面発光レーザからなり、半導体レーザ１８から出射されたレーザ光１９は光結合用のグレーティングカプラ１６によって導波路モードに結合する。
この場合、光結合用のグレーティングカプラ１６は半値幅が数ｎｍ以下の狭い波長幅のレーザ光１９を導波路モードに結合する。
【００２９】
一方、光導波路１１を伝播する伝播光２０の一部、例えば、５％程度は、光取り出し用のグレーティングカプラ１７によって光導波路１１の外部に取り出され、光検出手段となるフォトダイオード２１によって検出される。
【００３０】
光源となる半導体レーザ１８からのレーザ光１９の波長が周囲温度等の変化により変化すると、光結合用のグレーティングカプラ１６及び光取り出し用のグレーティングカプラ１７での結合効率が変化し、検出光強度が変化する。
【００３１】
そこで、この検出光強度の変化を演算・制御系２２によって演算するとともに、演算結果に基づいて制御手段によって温度調節手段２３を駆動して半導体レーザ１１の温度を制御して、レーザ光１９の波長を元に戻すように制御を行うことによって、光結合効率を安定に保って、光導波路１１の内部を安定した強度の導波光２０が伝播するようにすることができる。
【００３２】
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施の形態の光伝送装置を説明する。
図３参照
図３は、本発明の第２の実施の形態の光伝送装置の光源近傍の概略的構成図であり、光導波路３１は、シリコン基板１２上に、厚さが、例えば、０．１μｍのＡｌからなる反射層３２、厚さが、例えば、０．５μｍで屈折率が１．４５のＳｉＯ2 からなるクラッド層３３、厚さが、例えば、０．１μｍのＳｉＯ2 ／ＳｉＮ構造からなるグレーティング層３４、厚さが、例えば、０．８で屈折率が１．４５のＳｉＯ2 からなるクラッド層３５、厚さが、例えば、０．７μｍで屈折率が１．５４のガラスからなるコア層１４、及び、厚さが、例えば、０．１μｍで屈折率が１．５７のレジストからなるグレーティング層１５から構成される。
【００３３】
このグレーティング層１５には、電子ビーム露光法或いは干渉露光法を用いて光結合用のグレーティングカプラ１６と、光取り出し用のグレーティングカプラ１７が設けられ、一方、ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ構造からなるグレーティング層３４には光結合用のグレーティングカプラ３６が設けられ、これらのグレーティングカプラ１６，１７，３６の光導波方向の長さは、例えば、１ｍｍとする。
なお、各グレーティングカプラ１６，１７，３６における回折格子の周期は、夫々、０．３３μｍ、０．６０μｍ、及び、０．５０μｍである。
【００３４】
また、半導体レーザ１８は、例えば、面発光レーザからなり、半導体レーザ１８から出射された波長λ0 ＝８９０ｎｍのレーザ光１９は光結合用のグレーティングカプラ３６によって複合コア構造を伝播するモードに結合し、結合した導波光３７は、図において左方向に伝播する。
【００３５】
左方向に伝播した導波光３７は、表面側のグレーティング層１５に設けた光結合用のグレーティングカプラ１６によってコア層１４を伝播する導波路モード変換され、変換された導波光２０は、図において右方向に伝播することになる。
【００３６】
以降は、上記の第１の実施の形態と全く同様に、光導波路３１を伝播する導波光２０の一部がグレーティングカプラ１７によって外部に取り出され、取り出された光はフォトダイオード２１によって検出され、検出出力に基づいて演算・制御系２２によって温度制御手段２３を駆動することによって半導体レーザ１８からのレーザ光１９の波長を安定化する。
【００３７】
この様に、本発明の第２の実施の形態においては、光結合を２つのグレーティングカプラ１６，３６を用いて行っているので、光結合効率を高めることができる。
【００３８】
次に、図４を参照して、本発明の第３の実施の形態の光伝送装置を説明するが、光取り出し部の構成以外は、上記第１の実施の形態と全く同様であるので、光取り出し部の構成のみを説明する。
図４（ａ）参照
図４（ａ）は、本発明の第３の実施の形態の光伝送装置における光取り出し部の概略的構成図であり、光の伝播方向に垂直な断面図として示している。
この場合のグレーティングカプラは、光導波路１１を導波する導波光２０の光軸を挟んで設けた一対のグレーティングカプラ２４，２５からなり、また、光検出部は、一対のグレーティングカプラ２４，２５の夫々に対応する一対のフォトダイオード２７，２８をモノリシックに一体化した受光素子２６からなり、一対のグレーティングカプラ２４，２５から取り出された取り出し光２９，３０は、夫々対応するフォトダイオード２７，２８によって検出される。
【００３９】
図４（ｂ）参照
図４（ｂ）は、光取り出し用グレーティングカプラの平面図であり、光導波路１１を導波する導波光２０の光軸を挟んで、且つ、平行に一対のグレーティングカプラ２４，２５を設ける。
【００４０】
図４（ｃ）参照
図４（ｃ）は、一対のグレーティングカプラ２４，２５の波長選択特性の説明図であり、一方のグレーティングカプラ２４の光取り出し効率が最大になる波長がλ1 となるとともに、他方のグレーティングカプラ２５の光取り出し効率が最大になる波長がλ2 となるように各回折格子を設定する。
なお、この場合、波長λ1 とλ2 は、導波光２０の中心波長λ0 に対して互いに反対側の波長領域になるように、例えば、λ1 ＜λ0 ＜λ2 となるように設定するとともに、光の取り出し量が、波長変化ゼロにおいて等量となるようにする。
【００４１】
図４（ｄ）参照
図４（ｄ）は、受光素子２６の概略的平面図であり、２つのフォトダイオード２７，２８をモノリシックに一体化したものである。
【００４２】
この場合、２つのグレーティングカプラ２４，２５による取り出し光２９，３０の強度の相対比を検出することによって、波長変化の方向、即ち、長波長側に変化したか或いは短波長側に変化したかを検出でき、それによって、温度制御手段２３により半導体レーザ１８を冷却するか或いは加熱するかを直ちに判断することができる。
【００４３】
次に、図５を参照して、本発明の第４の実施の形態の光伝送装置を説明するが、光取り出し用のグレーティングカプラの構成以外は上記の第３の実施の形態と全く同じであるので、光取り出し用のグレーティングカプラの構成のみを説明する。
図５（ａ）参照
図５（ａ）は、本発明の第４の実施の形態の光伝送装置の光取り出し用グレーティングカプラの概略的平面図であり、光導波路１１を導波する導波光２０の光軸を挟んで、且つ、平行に二対のグレーティングカプラ３８〜４１を設けたものである。
【００４４】
図５（ｂ）参照
図５（ｂ）は、二対のグレーティングカプラ３８〜４１の波長選択特性の説明図であり、前段の一対のグレーティングカプラ３８，３９の内、一方のグレーティングカプラ３８の光取り出し効率が最大になる波長がλ1 となるとともに、他方のグレーティングカプラ３９の光取り出し効率が最大になる波長がλ2 となるように各回折格子を設定する。
この場合、波長λ1 とλ2 は、導波光２０の中心波長λ0 に対して互いに反対になるように、例えば、λ1 ＜λ0 ＜λ2 となるように設定するとともに、光の取り出し量が、波長変化ゼロにおいて等量となるようにする。
【００４５】
一方、後段の一対のグレーティングカプラ４０，４１の内、一方のグレーティングカプラ４０の光取り出し効率が最大になる波長がλ3 となるとともに、他方のグレーティングカプラ４１の光取り出し効率が最大になる波長をλ4 となるように各回折格子を設定する。
この場合、波長λ3 とλ4 は、導波光２０の中心波長λ0 に対して互いに反対になるように、例えば、λ3 ＜λ0 ＜λ4 となるように設定するとともに、光の取り出し量が、波長変化ゼロにおいて等量となるようにする。
【００４６】
図５（ｃ）参照
図５（ｃ）は、グレーティングカプラ３８の概略的構成図であり、回折格子を構成する周期的凹凸構造４２が光の導波方向に沿って湾曲しており、それによって、取り出し光４３はフォトダイオード２９（図示を省略）に向かって集光される。
【００４７】
他のグレーティングカプラ３９〜４１の回折格子の形状も同様に湾曲させて集光機能を付与しており、グレーティングカプラ４０からの取り出し光はフォトダイオード２９に集光し、グレーティングカプラ３９，４１からの取り出し光はフォトダイオード３０に集光するように湾曲形状を設定する。
【００４８】
この場合、４つのグレーティングカプラ３８〜４１による取り出し光から、（λ1 ＋λ3 ）−（λ2 ＋λ3 ）の検出強度差の値を検出することによって、発振波長が急激に大幅に変化した場合にも、長波長側に変化したか或いは短波長側に変化したかを検出でき、それによって、温度制御手段２３により半導体レーザ１８を冷却するか或いは加熱するかを直ちに判断することができる。
【００４９】
次に、図６を参照して、本発明の第５の実施の形態の光伝送装置を説明するが、光導波路側の構成は上記の第１の実施の形態と全く同様である。
図６参照
図６は、本発明の第５の実施の形態の光伝送装置の概略的構成図であり、光源及び光検出部を一体化した具体的構成を示したものである。
貫通ビア（図示を省略）を有するヒートシンクを兼ねるシリコン実装基板５１の一方の実装面に面発光レーザタイプの半導体レーザ１８を実装するとともに、その近傍にＧａＡｓ集積回路装置からなるレーザドライバ５２を実装する。
【００５０】
また、同じ実装面側の離れた位置にフォトダイオード２１を実装する。
この場合のフォトダイオード２１と半導体レーザ１８の間隔は、光導波路１１の表面に設けたグレーティングカプラ１６とグレーティングカプラ１７との間隔に対応した間隔とする。
【００５１】
一方、シリコン実装基板５１の他方の実装面には、フォトダイオードと対向する位置に演算・制御系２２が実装され、半導体レーザ１８に対向する位置にペルチェ効果素子を備えた温度制御手段２３が実装される。
この場合、温度制御手段２３による冷却・加熱は、シリコン実装基板５１を介して半導体レーザ１８に伝達され、半導体レーザ１８の温度を制御することによって、半導体レーザ１８の発振波長を安定化する。
【００５２】
次に、図７を参照して、本発明の第６の実施の形態の光伝送装置を説明するが、光導波路側の構成は上記の第１の実施の形態と全く同様である。
図７参照
図７は、本発明の第６の実施の形態の光伝送装置の概略的構成図であり、光配線を利用して信号をやり取りするＬＳＩを一体実装化した具体的構成を示したものである。
【００５３】
この第６の実施の形態においては、上記の第５の実施の形態の実装構造に加えて、シリコン実装基板５１の他方の実装面に、ＣＰＵ等の伝播すべき信号の発生元であるＬＳＩ５３を実装するとともに、このＣＰＵ等のＬＳＩ５３を実装したシリコン実装基板５１を半田５４を介して電気プリント基板５５に電気的接続したものである。
なお、この電気プリント基板５５には、半導体レーザ１８からのレーザ光１９を光結合用のグレーティングカプラ２４に導く開口５６と、グレーティングカプラ２５から取り出された取り出し光２０をフォトダイオード２１に導く開口５７とが設けられている。
【００５４】
この様に、ＣＰＵ等のＬＳＩ５３及び光信号伝達系をハイブリッドに一体化することによって光配線を利用した情報処理装置等の全体装置構成を小型化することができる。
【００５５】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、光源として面発光タイプの半導体レーザを用いているが、必ずしも面発光型である必要はなく、通常の端面発光型の半導体レーザを用いても良いものである。
【００５６】
また、光源は、必ずしも半導体レーザに限られるものではなく、色素レーザ等の他のレーザを用いても良いものであり、さらには、光源はレーザに限られるものではなく、単色性に優れていれば、レーザでなくとも良い。
【００５７】
また、上記の各実施の形態においては、光源からの光の波長を制御するためには、温度制御を行っているが、必ずしも温度制御に限られるものではなく、例えば、外部共振器を設けた半導体レーザにおいては、外部共振器の共振器長を制御することによって、波長を制御しても良いものである。
【００５８】
即ち、外部共振器を構成するミラーをピエゾ素子によって光軸方向に移動可能に支持し、ピエゾ素子に印加する電圧によってミラーを光軸方向に移動すれば良い（必要ならば、特開昭４９−９２９８７号公報参照）。
【００５９】
また、上記の各実施の形態においては、シリコン基板上にガラス系材料からなる光導波路を構成するとともに、表面のグレーティング層をレジスト層によって形成しているが、この様な構成は単なる一例であり、コア／クラッド構造は他の透明誘電体材料で構成しても良いものであり、また、グレーティング層も第２の実施の形態の下部のグレーティング層と同様に、ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ構造等の無機材料によって構成しても良いものである。
【００６０】
また、上記の第２の実施の形態においては、光取り出し用のグレーティングカプラは一個しか設けていないが、上記の第３或いは第４実施の形態と同様に、複数個を対にして設けても良いことは言うまでもない。
【００６１】
また、上記の第４の実施の形態においては、フォトダイオードを２個のみ設けているが、夫々のグレーティングカプラに１：１に対応するように４個のフォトダイオードを集積化した受光素子を用いても良いものである。
【００６２】
また、上記の第３の実施の形態においては、グレーティングカプラに集光機能を持たせていないが、上記の第４の実施の形態と同様に集光機能を付与しても良いものであり、それによって、上記の第４の実施の形態と同様にクロストークを防止するとともに、フォトダイオードを小型化することができるので、雑音を低減することが可能になる。
【００６３】
また、上記の各実施の形態においては、温度変化に伴う波長変動を問題にしているが、光源となる半導体レーザを交換した際に、固体差によって発振特性が異なる場合にも、導波光の波長を検出し、温度制御或いは共振器長を制御して光結合効率が最大になるように波長を制御することによって、安定した導波光による信号の伝達が可能になる。
【００６４】
ここで、再び、図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１（ａ）及び（ｂ）参照
（付記１） 光導波路１、光源４、及び、光結合用グレーティングカプラ２からなる光伝送装置に、結合光６の一部を光導波路１外に取り出す光取り出し手段３、光検出手段８、及び、前記光検出手段８の出力に応じて光源４の波長を変えるための波長制御手段１０を設けたことを特徴とする波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記２） 上記光結合用グレーティングカプラ２を、光導波路１の上下に一個ずつ設けたことを特徴とする付記１記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記３） 上記光取り出し手段３が、光取り出し効率が最大となる波長が互いに異なる複数個のグレーティングからなるとともに、前記グレーティングの内の一つの光取り出し効率が最大となる波長と他の少なくとも一つのグレーティングの光取り出し効率が最大となる波長とが、導波光の中心波長に対して互いに反対側に位置することを特徴とする付記１または２に記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記４） 上記光検出手段８が、上記グレーティングと同じ個数からなり、前記光検出手段８と前記グレーティングとが１対１に対応していることを特徴とする付記３記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記５） 上記複数のグレーティングの内の二つを、光導波方向に対して垂直な方向に配置したことを特徴とする付記３記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記６） 上記光導波方向に対して垂直な方向に配置した二つのグレーティングに集光機能を付与したことを特徴とする付記５記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記７） 上記光導波方向に対して垂直な方向に配置した一対のグレーティングを前記光導波方向に沿って複数対配置するとともに、導波光の中心波長より短波長側に光取り出し効率が最大となる波長がある複数のグレーティングからの取り出し光７を１個のフォトダイオードで検出するとともに、導波光の中心波長より長波長側に光取り出し効率が最大となる波長がある複数のグレーティングからの取り出し光７を他の１個のフォトダイオードで検出することを特徴とする付記３記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記８） 上記波長制御手段１０が、上記光源４の温度を制御する温度制御手段からなることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１に記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記９） 上記波長制御手段１０が、上記光源４の外部共振器の位置を制御する共振器長制御手段からなることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１に記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
（付記１０） 上記光源４、上記光検出手段８、上記波長制御手段１０、及び、前記光検出手段８の出力により前記波長制御手段１０を駆動する制御機構９をハイブリッド的に一体化して、上記光結合用グレーティングカプラ２を設けた光導波路１の近傍に配置したことを特徴とする付記１乃至７のいずれか１に記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、光源からの信号光をグレーティングカプラを用いて光導波路に結合させて伝送する際に、導波光の一部を取り出して波長変動を検出し、波長変動を相殺するように温度制御しているので、波長が制御され、光源の個体差を吸収し、温度変化が生じても安定に動作する光導波路配線を実現でき、また、光源、光検出素子、温度制御手段等を一体化することによって、電気信号を導波光信号に変換する部分をコンパクトに形成でき、ひいては、情報処理装置等の超高速化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の光伝送装置の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の光伝送装置の説明図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の光伝送装置の説明図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の光伝送装置の説明図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態の光伝送装置の説明図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態の光伝送装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 光導波路
２ 光結合用グレーティングカプラ
３ 光取り出し手段
４ 光源
５ 光
６ 結合光
７ 取り出し光
８ 光検出手段
９ 制御機構
１０ 波長制御手段
１１ 光導波路
１２ シリコン基板
１３ クラッド層
１４ コア層
１５ グレーティング層
１６ グレーティングカプラ
１７ グレーティングカプラ
１８ 半導体レーザ
１９ レーザ光
２０ 導波光
２１ フォトダイオード
２２ 演算・制御系
２３ 温度制御手段
２４ グレーティングカプラ
２５ グレーティングカプラ
２６ 受光素子
２７ フォトダイオード
２８ フォトダイオード
２９ 取り出し光
３０ 取り出し光
３１ 光導波路
３２ 反射層
３３ クラッド層
３４ グレーティング層
３５ クラッド層
３６ グレーティングカプラ
３７ 導波光
３８ グレーティングカプラ
３９ グレーティングカプラ
４０ グレーティングカプラ
４１ グレーティングカプラ
４２ 周期的凹凸構造
４３ 取り出し光
５１ シリコン実装基板
５２ レーザドライバ
５３ ＬＳＩ
５４ 半田
５５ 電気プリント基板
５６ 開口
５７ 開口
Claims (5)
- 光源と、
前記光源からの導波光を伝播する光導波路と、
前記光導波路から前記導波光の一部を取り出す複数のグレーティングカプラと、
前記グレーティングカプラの出力に応じて前記導波光の波長を変える波長制御手段とを有し、
前記複数のグレーティングカプラは、前記導波光の光軸を挟むように並列して配置された一対のグレーティングカプラを含み、
前記一対のグレーティングカプラのそれぞれの、光取り出し効率が最大となる波長が、前記導波光の中心波長に対して互いに反対側に位置することを特徴とする波長安定化機構を備えた光伝送装置。 - 前記一対のグレーティングカプラは、前記光源からの光を光導波路に結合するグレーティングカプラと同一層に形成されていることを特徴とする請求項１記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
- 前記一対のグレーティングカプラに集光機能を付与したことを特徴とする請求項１又は２に記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
- 前記集光機能は、前記光導波路方向に沿って湾曲した周期的凹凸構造を有する回折格子であることを特徴とする請求項３記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
- 前記波長制御手段は、ペルチェ効果素子、またはピエゾ効果素子のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長安定化機構を備えた光伝送装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002090526A JP4678666B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 波長安定化機構を備えた光伝送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002090526A JP4678666B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 波長安定化機構を備えた光伝送装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003289153A JP2003289153A (ja) | 2003-10-10 |
| JP4678666B2 true JP4678666B2 (ja) | 2011-04-27 |
Family
ID=29235827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002090526A Expired - Fee Related JP4678666B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 波長安定化機構を備えた光伝送装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4678666B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8050525B2 (en) * | 2006-10-11 | 2011-11-01 | Futurewei Technologies, Inc. | Method and system for grating taps for monitoring a DWDM transmitter array integrated on a PLC platform |
| WO2014034458A1 (ja) * | 2012-08-31 | 2014-03-06 | 日本電気株式会社 | 光モジュールと光コネクタとの接続構造 |
| US10240978B2 (en) * | 2015-04-30 | 2019-03-26 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Optical spectrometer |
| US11209361B2 (en) | 2019-03-25 | 2021-12-28 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Optical density measuring apparatus and optical waveguide |
| US11280729B2 (en) | 2019-03-25 | 2022-03-22 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Optical density measuring apparatus and optical waveguide |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000056168A (ja) * | 1998-08-05 | 2000-02-25 | Seiko Epson Corp | 光伝送装置 |
| JP2000068581A (ja) * | 1998-08-24 | 2000-03-03 | Hitachi Ltd | 光源モジュール |
| JP2001326415A (ja) * | 2000-05-18 | 2001-11-22 | Minolta Co Ltd | 光モジュール及び光源装置 |
| JP2002009391A (ja) * | 2000-04-25 | 2002-01-11 | Alcatel | 波長安定化モニタおよび前記モニタの動作波長を調整する方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6361430A (ja) * | 1986-09-02 | 1988-03-17 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光ピツクアツプ |
| JPH01241032A (ja) * | 1988-03-18 | 1989-09-26 | Sanyo Electric Co Ltd | 光出力モニタ装置 |
| JPH0287581A (ja) * | 1988-09-26 | 1990-03-28 | Canon Inc | 波長分波光検出器 |
| JP2551477B2 (ja) * | 1989-02-15 | 1996-11-06 | 富士写真フイルム株式会社 | 導波光と外部光との結合方法 |
| JPH03249611A (ja) * | 1990-02-27 | 1991-11-07 | Sony Corp | 集光性グレーティングカプラ装置 |
| JPH04155627A (ja) * | 1990-10-18 | 1992-05-28 | Olympus Optical Co Ltd | 光ピックアップ |
| JP3149979B2 (ja) * | 1991-01-22 | 2001-03-26 | キヤノン株式会社 | 光検出装置及び発光装置 |
| JPH0653482A (ja) * | 1992-07-31 | 1994-02-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光集積回路および光ピックアップ |
| JP3681447B2 (ja) * | 1995-10-25 | 2005-08-10 | 富士通株式会社 | 光波長安定化システム |
| JPH09219554A (ja) * | 1996-02-08 | 1997-08-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザダイオードの光出力制御装置 |
| JP3347644B2 (ja) * | 1997-07-11 | 2002-11-20 | サンテック株式会社 | レーザ光源装置 |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002090526A patent/JP4678666B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000056168A (ja) * | 1998-08-05 | 2000-02-25 | Seiko Epson Corp | 光伝送装置 |
| JP2000068581A (ja) * | 1998-08-24 | 2000-03-03 | Hitachi Ltd | 光源モジュール |
| JP2002009391A (ja) * | 2000-04-25 | 2002-01-11 | Alcatel | 波長安定化モニタおよび前記モニタの動作波長を調整する方法 |
| JP2001326415A (ja) * | 2000-05-18 | 2001-11-22 | Minolta Co Ltd | 光モジュール及び光源装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003289153A (ja) | 2003-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2539406B2 (ja) | 固体光ピツクアツプ | |
| JP6175263B2 (ja) | スポットサイズ変換器、その製造方法及び光集積回路装置 | |
| US6243516B1 (en) | Merging optical waveguides having branch angle within a specific range | |
| US20170207600A1 (en) | 3d photonic integration with light coupling elements | |
| US7310468B2 (en) | Photonic crystal waveguide, homogeneous medium waveguide, and optical device | |
| US20100092128A1 (en) | Optical Transceiver module | |
| EP2626731B1 (en) | An optical coupling arrangement | |
| US6966707B2 (en) | Optical pickup | |
| WO2004090594A1 (en) | Planar optical component for coupling light to a high index waveguide, and method of its manufacture | |
| GB2301445A (en) | Thermally activated optical switch | |
| JPH11271548A (ja) | 双方向光通信器および双方向光通信装置 | |
| JP4678666B2 (ja) | 波長安定化機構を備えた光伝送装置 | |
| JPH1152154A (ja) | 光集積回路素子 | |
| JP3968743B2 (ja) | ボード内光インターコネクション方法と装置 | |
| JP6977669B2 (ja) | 光モジュール | |
| JP2002258079A5 (ja) | ||
| JP4718983B2 (ja) | 光モジュール及びその製造方法、並びに、スラブ光導波路基板 | |
| KR100695769B1 (ko) | 광합분파기 | |
| JP2004507782A (ja) | クラッド・モード結合を使用した光ファイバ・バス、変調器、検出器およびエミッタ | |
| JP3120777B2 (ja) | 光導波路型信号光モニタデバイス | |
| JP2005300954A (ja) | 双方向光通信装置 | |
| JP7370506B1 (ja) | 半導体レーザモジュール、および光通信装置 | |
| JP2000224109A (ja) | 分散補償光回路 | |
| JP2005284240A (ja) | フォトニック結晶導波路、均質媒体導波路、および光学素子 | |
| JP3898448B2 (ja) | 光集積回路基板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050303 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090407 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090603 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100105 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110125 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110126 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140210 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |