JP5157409B2 - 光モジュール - Google Patents
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本発明は、光モジュールに関する。
近年、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing、ＷＤＭ）光通信システムで使用される光源には、フルＣバンドをカバーする波長可変機能や、１０Gbpsを超える高速光変調機能といった多機能を同時に満足することが求められてきている。また同時に、これらの機能を低消費電力で、小さい光源サイズで実現することへの要求が高まってきている。
多機能化への要求を満足する方法としては、例えば、光モジュール９０内で波長可変半導体レーザ９３と半導体光変調器９４とをハイブリッド集積したり（図５（ａ））、モノリシック集積したりする手法（図５（ｂ））、が用いられてきた。
図５（ａ）、（ｂ）において、符号９２は、モニタＰＤ、符号９１はレンズ、符号９５は光アイソレータ、符号９６は光取り出しポートである。
多機能化への要求を満足する方法としては、例えば、光モジュール９０内で波長可変半導体レーザ９３と半導体光変調器９４とをハイブリッド集積したり（図５（ａ））、モノリシック集積したりする手法（図５（ｂ））、が用いられてきた。
図５（ａ）、（ｂ）において、符号９２は、モニタＰＤ、符号９１はレンズ、符号９５は光アイソレータ、符号９６は光取り出しポートである。
しかしながら、図５に示したような構造では、波長可変半導体レーザ９３と半導体光変調器９４とが、光取り出しポート９６側からみて、直列接続されており、光モジュール９０の長手方向（光出力方向）の小型化が困難となっていた。
特に、光源が、単一波長の半導体レーザから、広帯域に亘り任意の波長を出力できる波長可変半導体レーザへと変わり、搭載される光変調器も、波長依存性を持つ電界吸収（Electro Absorption、EA）型の光変調器から、波長無依存性に優れるマッハツェンダー型の光変調器へと変わっていくと考えられる現在、半導体レーザも光変調器も、各々素子長が長くなり、数mmを超える長さを必要とする。そのため、光モジュール９０の長手方向（光出力方向）の小型化が重要な課題となってきている。
特に、光源が、単一波長の半導体レーザから、広帯域に亘り任意の波長を出力できる波長可変半導体レーザへと変わり、搭載される光変調器も、波長依存性を持つ電界吸収（Electro Absorption、EA）型の光変調器から、波長無依存性に優れるマッハツェンダー型の光変調器へと変わっていくと考えられる現在、半導体レーザも光変調器も、各々素子長が長くなり、数mmを超える長さを必要とする。そのため、光モジュール９０の長手方向（光出力方向）の小型化が重要な課題となってきている。
本発明の目的は、半導体光変調器と波長可変半導体レーザという複数の機能素子（領域）を有していてもなおサイズの小型化を図ることが出来る光モジュールを提供することである。
本発明者は、波長可変半導体レーザと、半導体光変調器とをパラレルに配置して、接続することで光モジュールの小型化を図ることができると考えた。
そこで、まず、図６に示すような光モジュールを考えた。
この光モジュールでは、波長可変半導体レーザ９３の光出力方向と、半導体光変調器９４の光入力方向が一致する構成となる。この構成では、波長可変半導体レーザ９３の側に位置する端面に高反射膜９８を設け、半導体光変調器９４の光出力側の位置する端面に、反射防止膜９９等を別々に形成することができる。しかしながら、波長可変半導体レーザ９３と半導体光変調器９４を接続するための導波路９７が半導体レーザ９３全長、若しくは光変調器９４全長と同等の長さにまで極めて長くなるため、導波路伝搬損失増大等の観点で、現実的ではない。
そこで、まず、図６に示すような光モジュールを考えた。
この光モジュールでは、波長可変半導体レーザ９３の光出力方向と、半導体光変調器９４の光入力方向が一致する構成となる。この構成では、波長可変半導体レーザ９３の側に位置する端面に高反射膜９８を設け、半導体光変調器９４の光出力側の位置する端面に、反射防止膜９９等を別々に形成することができる。しかしながら、波長可変半導体レーザ９３と半導体光変調器９４を接続するための導波路９７が半導体レーザ９３全長、若しくは光変調器９４全長と同等の長さにまで極めて長くなるため、導波路伝搬損失増大等の観点で、現実的ではない。
なお、波長可変半導体レーザとしてリングレーザ共振器構成を用い、波長可変半導体レーザと、光変調器とが並列配置された例が、特許文献１の図１２〜図１４に記載されている。この場合、リング共振器の右回りと左回りの二つのリング共振器モードが同時に発生し、波長可変半導体レーザの一つのモード（例えば右回り）に対しては、光変調器の光出力方向と波長可変半導体レーザの出力方向とが一致、もう一つのモード（例えば左回り）に対しては、光変調器の光出力方向と波長可変半導体レーザの出力方向とが反対となり、波長可変半導体レーザからの光は、受光素子に入力される。
この場合においても、波長可変半導体レーザの光変調器への光出力方向と、光変調器の光入力方向とは一致しているため、図６に示した場合と同様、光導波路が長くなってしまう。
この場合においても、波長可変半導体レーザの光変調器への光出力方向と、光変調器の光入力方向とは一致しているため、図６に示した場合と同様、光導波路が長くなってしまう。
このような観点から本発明は、以下の光モジュールを発案した。
すなわち、本発明によれば、波長可変半導体レーザと、この波長可変半導体レーザからの光を変調する半導体光変調器と、前記半導体光変調器からの光を出力するための光取り出しポートとを有する光モジュールにおいて、前記波長可変半導体レーザの前記半導体光変調器への光出力方向と、前記半導体光変調器の光入力方向とが反対方向であり、前記光取り出しポート側からみて、前記波長可変半導体レーザと半導体光変調器とが並列配置されており、前記波長可変半導体レーザを含んで構成されるレーザ素子と、前記半導体光変調器を含んで構成される光変調素子とは、異なる半導体基板上に形成された素子であり、前記レーザ素子において、一の端面には反射防止膜が設けられており、前記光変調素子において、互いに対向する一対の端面の少なくとも一方には反射防止膜が設けられており、前記レーザ素子または前記光変調素子のいずれか一方または双方において、反射防止膜が形成された端面に隣接し、かつ互いに対向する一対の端面には、反射防止膜および高反射膜が形成されていない光モジュールが提供される。
ここで、波長可変半導体レーザと半導体光変調器とが並列配置されているとは、波長可変半導体レーザと半導体光変調器とが平行に配置されている場合に限らず、たとえば、波長可変半導体レーザが半導体光変調器に対し傾いて配置されていてもよい。
すなわち、光取り出しモジュールの出力光軸と直交する軸線上に波長可変半導体レーザと半導体光変調器とが配置されていればよい。
すなわち、本発明によれば、波長可変半導体レーザと、この波長可変半導体レーザからの光を変調する半導体光変調器と、前記半導体光変調器からの光を出力するための光取り出しポートとを有する光モジュールにおいて、前記波長可変半導体レーザの前記半導体光変調器への光出力方向と、前記半導体光変調器の光入力方向とが反対方向であり、前記光取り出しポート側からみて、前記波長可変半導体レーザと半導体光変調器とが並列配置されており、前記波長可変半導体レーザを含んで構成されるレーザ素子と、前記半導体光変調器を含んで構成される光変調素子とは、異なる半導体基板上に形成された素子であり、前記レーザ素子において、一の端面には反射防止膜が設けられており、前記光変調素子において、互いに対向する一対の端面の少なくとも一方には反射防止膜が設けられており、前記レーザ素子または前記光変調素子のいずれか一方または双方において、反射防止膜が形成された端面に隣接し、かつ互いに対向する一対の端面には、反射防止膜および高反射膜が形成されていない光モジュールが提供される。
ここで、波長可変半導体レーザと半導体光変調器とが並列配置されているとは、波長可変半導体レーザと半導体光変調器とが平行に配置されている場合に限らず、たとえば、波長可変半導体レーザが半導体光変調器に対し傾いて配置されていてもよい。
すなわち、光取り出しモジュールの出力光軸と直交する軸線上に波長可変半導体レーザと半導体光変調器とが配置されていればよい。
本発明によれば、半導体光変調器と波長可変半導体レーザという複数の機能素子（領域）を有していてもなおサイズの小型化を図ることが出来る光モジュールを提供することができる。
本発明者は、光モジュール内で、波長可変半導体レーザと半導体光変調器を、モジュール内の光取り出しポート方向に相当するモジュール内光軸に直交する軸線上に、アレイ状に、カスケード接続ではなく、パラレル接続することを発案した。この場合のパラレルという意味は、モジュール内光軸に直交する軸線上でレーザと光変調器の光学的結合を実現するというものである。従来、光デバイスをパラレルにアレイ状に配置する場合、アレイ間での光学的接続は考えられていなかったが、本発明では、アレイ間での光学的接続を行うことで、モジュール内の横方向空間を有効に活用することができ、モジュールの飛躍的小型化、超高速化を実現する。
なお、このパラレル接続が効果的な状況は、波長可変半導体レーザ、及び半導体光変調器の長手方向の長さが各々１ｍｍ以上の場合である。
なお、このパラレル接続が効果的な状況は、波長可変半導体レーザ、及び半導体光変調器の長手方向の長さが各々１ｍｍ以上の場合である。
ここで、波長可変半導体レーザと半導体光変調器とをパラレル接続する方法としては、大きく二つの方法が考えられる。一つは、a) 二つの素子をモノリシック集積する方法であり、もう一つは、b) 二つの素子をハイブリッド集積する手法である。
モノリシック集積で、波長可変半導体レーザと半導体光変調器を集積する場合、集積素子サイズが大きく、集積度が高まるため、素子のコスト及び総歩留まりという観点で懸念が残る。特にInP半導体を用いる場合には、ウエハサイズが２インチ程度と小さいため、１ウエハから取れる素子収量が少なくなり、歩留まりが低い場合は、集積素子の高コスト化が予想される。この問題の回避には、一つにはウエハサイズを３インチ以上へと拡大することが考えられるが、現状では、各々の素子を個別に作製し、ハイブリッド集積する方が、より望ましいと考えている。
そこで、はじめに、ハイブリッド集積する方法に関して述べる。
モノリシック集積で、波長可変半導体レーザと半導体光変調器を集積する場合、集積素子サイズが大きく、集積度が高まるため、素子のコスト及び総歩留まりという観点で懸念が残る。特にInP半導体を用いる場合には、ウエハサイズが２インチ程度と小さいため、１ウエハから取れる素子収量が少なくなり、歩留まりが低い場合は、集積素子の高コスト化が予想される。この問題の回避には、一つにはウエハサイズを３インチ以上へと拡大することが考えられるが、現状では、各々の素子を個別に作製し、ハイブリッド集積する方が、より望ましいと考えている。
そこで、はじめに、ハイブリッド集積する方法に関して述べる。
（ハイブリッド集積に関して）
波長可変半導体レーザと、半導体光変調器とをハイブリッド集積する場合についての課題について述べる。
波長可変半導体レーザと、半導体光変調器とをハイブリッド集積する場合についての課題について述べる。
本発明者は、波長可変半導体レーザの光出力方向と、半導体光変調器の光入力方向とが反対方向となる構成を考えた。
この構成においては、波長可変半導体レーザのレーザ共振器を形成するための反射器は、回折格子反射器やリングループ反射器等で構成し、基本的にチップ端面の反射は利用しない構成が採用できる。これによって、チップ端面へ施すコーティング膜は、半導体光変調器が必要とする無反射コーティングのみで良くなる。
この構成においては、波長可変半導体レーザのレーザ共振器を形成するための反射器は、回折格子反射器やリングループ反射器等で構成し、基本的にチップ端面の反射は利用しない構成が採用できる。これによって、チップ端面へ施すコーティング膜は、半導体光変調器が必要とする無反射コーティングのみで良くなる。
しかしながら、波長可変半導体レーザと、半導体光変調器とをハイブリッド集積する場合においては、各素子の端面に無反射コーティング膜等のコーティング膜を形成しなければならない。
波長可変半導体レーザ９３と半導体光変調器９４をカスケード接続していた際には、図７（ｂ）に示すように、波長可変半導体レーザ９３と半導体光変調器９４とが接続された状態でアレイ状に並んだ、バー状態でコーティングを行うのが通常の方法であった。
このようなバー状態でコーティングを行うことで、プロセスのハンドリング容易化さらには、歩留まり向上を図っていた。
そしてコーティングを行った後、図７（ａ）に示すように、一つの波長可変半導体レーザと一つの半導体光変調器がカスケード接続された状態に分離していた。
このようなバー状態でコーティングを行うことで、プロセスのハンドリング容易化さらには、歩留まり向上を図っていた。
そしてコーティングを行った後、図７（ａ）に示すように、一つの波長可変半導体レーザと一つの半導体光変調器がカスケード接続された状態に分離していた。
しかしながら、図８(ａ)、(ｂ)に示すように、波長可変半導体レーザを含むレーザ素子１３０と半導体光変調器を含む光変調素子１４０とをパラレル接続する場合には、各素子中で９０度異なる面（短尺方向に沿った面および長尺方向に沿った面）に対して入出力導波路が接する配置となることがある。そのため、従来のように、バー状態で各々の端面にコーティングを施すことはできない。そこで我々は、この問題を解決するために、図１（ａ）〜(ｃ)に示す構成を考えた。各々について説明する。
なお、図７において符号２０は光反射器、符号２１は活性領域、符号２２は光変調領域を示す。また、図８において符号２３は反射防止膜、符号２４は、高反射膜を示す。
なお、図７において符号２０は光反射器、符号２１は活性領域、符号２２は光変調領域を示す。また、図８において符号２３は反射防止膜、符号２４は、高反射膜を示す。
まず、図１（ａ）に示す構成について説明する。
この構成は、後述する第一実施形態の構成と同じ構成である。この構成では、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４とは図示しない光取り出しポートからみて並列に平行配置されている。換言すると、光取り出しポートの光出力光軸と直交する軸線上に波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４とが位置している。また、波長可変半導体レーザ１３の光出力方向（矢印Ａ）と、半導体光変調器１４の光入力方向（矢印Ｂ）とが反対方向となっている。
波長可変半導体レーザ１３を含む素子（レーザ素子）１３０と、半導体光変調器１４を含む素子（光変調素子）１４０とは基板を異にする別体の素子である。素子１３０，１４０いずれも長手方向の長さは１ｍｍ以上である。
この構成は、後述する第一実施形態の構成と同じ構成である。この構成では、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４とは図示しない光取り出しポートからみて並列に平行配置されている。換言すると、光取り出しポートの光出力光軸と直交する軸線上に波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４とが位置している。また、波長可変半導体レーザ１３の光出力方向（矢印Ａ）と、半導体光変調器１４の光入力方向（矢印Ｂ）とが反対方向となっている。
波長可変半導体レーザ１３を含む素子（レーザ素子）１３０と、半導体光変調器１４を含む素子（光変調素子）１４０とは基板を異にする別体の素子である。素子１３０，１４０いずれも長手方向の長さは１ｍｍ以上である。
この構成では、波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０と半導体光変調器１４を含む素子１４０の各々の素子は、従来と同じ構造をとることが可能である。そして、端面コーティングは、各々の端面に必要に応じてＡＲ（反射防止（無反射））膜２３、２６でもＨＲ（高反射膜）膜２４でも、任意に施すことが出来る。
波長可変半導体レーザ１３は、半導体基板上に形成された活性領域２１と、この活性領域２１を挟んで配置される光反射器２０とを備えたものである。
波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０は、直方体形状であり、基板表面側からみて短辺方向に沿った一方の端面にＨＲ膜２４がコーティングされている。
また、波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０の他方の端面（半導体レーザ１３からの光を出力する光出力端面）にはＡＲ膜２６がコーティングされている。
一方、半導体光変調器１４は、半導体基板上に形成された光変調領域２２を有するものである。この半導体光変調器１４を含む素子１４０も直方体形状であり、基板表面側からみて短辺方向に沿った一対の端面（半導体光変調器１４への光入力端面および半導体光変調器１４からの光出力端面）にＡＲ膜２６、ＡＲ膜２３がそれぞれコーティングされている。
波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０は、直方体形状であり、基板表面側からみて短辺方向に沿った一方の端面にＨＲ膜２４がコーティングされている。
また、波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０の他方の端面（半導体レーザ１３からの光を出力する光出力端面）にはＡＲ膜２６がコーティングされている。
一方、半導体光変調器１４は、半導体基板上に形成された光変調領域２２を有するものである。この半導体光変調器１４を含む素子１４０も直方体形状であり、基板表面側からみて短辺方向に沿った一対の端面（半導体光変調器１４への光入力端面および半導体光変調器１４からの光出力端面）にＡＲ膜２６、ＡＲ膜２３がそれぞれコーティングされている。
二つの素子１３０，１４０間の光結合は、石英系Planer Lightwave Circuit (ＰＬＣ)素子（光導波路素子）２７に形成された導波路２５を媒介に実現される。ＰＬＣ素子２７に形成された導波路２５の端には、無反射特性が要求されるため、ＰＬＣ素子２７の導波路２５端が位置する端面は、屈折率マッチングジェル２８で覆われた構成となる。
このマッチングジェル２８の存在のため、素子１３０の光出力端面に施すＡＲ膜２６と素子１４０への光入力端面に施すＡＲ膜２６は、マッチングジェル２８の屈折率〜１．５を考慮した膜を形成することになる。本構成では、導波路コア径の大きいＰＬＣ素子２７を媒介として光結合が成されるため、素子の位置ずれに対する光結合効率のトレランスを向上させることができ、素子１３０と素子１４０への実装位置精度は±0.5um程度で良い。また、二つの素子１３０，１４０間の距離も必要に応じて離すことができるため、実装プロセス上、治具が素子と接触する等の問題をも回避することができる。
以上の構成によれば、素子１３０，１４０の端面に最適な膜形成が可能となり、各々の素子特性を最大限に引き出しつつ、パラレルに配置された素子１３０，１４０間の光結合が可能となる。また、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４とが並列配置されているため、光モジュールの出力光軸方向の大幅な短尺化ができ、モジュールサイズの超小型化が可能となる。
さらには、波長可変半導体レーザ１３の半導体光変調器１４への光出力方向と、半導体光変調器１４の光入力方向とを反対方向としており、図６に示すように波長可変半導体レーザの光出力方向と、半導体光変調器の光入力方向が一致する構成としていない。
このようにすることで、波長可変半導体レーザの光出力端と、半導体光変調器の光入力端とを近づけることができ、図６の構成に比べ、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４を接続するための導波路２５を短くすることが可能となる。
さらには、波長可変半導体レーザ１３の半導体光変調器１４への光出力方向と、半導体光変調器１４の光入力方向とを反対方向としており、図６に示すように波長可変半導体レーザの光出力方向と、半導体光変調器の光入力方向が一致する構成としていない。
このようにすることで、波長可変半導体レーザの光出力端と、半導体光変調器の光入力端とを近づけることができ、図６の構成に比べ、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４を接続するための導波路２５を短くすることが可能となる。
次に、図１（ｂ）に示す構成について説明する。
この構成では、波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０と、半導体光変調器１４を含む素子１４０とが図示しない光取り出しポートからみて並列に配置されている。換言すると、光取り出しポートの光出力光軸と直交する軸線上に波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４とが位置している。また、波長可変半導体レーザ１３の光出力方向（矢印Ａ）と、半導体光変調器１４の光入力方向（矢印Ｂ）とが反対方向となっている。
波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０は、波長可変半導体レーザ１３と、この波長可変半導体レーザ１３に接続された導波路１３１とを備えたものである。
半導体光変調器１４を含む素子１４０は、半導体光変調器１４と、半導体光変調器１４に接続された導波路１４１とを備えたものである。
波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０と、半導体光変調器１４を含む素子１４０とは基板を異にする別体の独立した素子であり、いずれも直方体形状である。
この構成では、波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０と、半導体光変調器１４を含む素子１４０とが図示しない光取り出しポートからみて並列に配置されている。換言すると、光取り出しポートの光出力光軸と直交する軸線上に波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４とが位置している。また、波長可変半導体レーザ１３の光出力方向（矢印Ａ）と、半導体光変調器１４の光入力方向（矢印Ｂ）とが反対方向となっている。
波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０は、波長可変半導体レーザ１３と、この波長可変半導体レーザ１３に接続された導波路１３１とを備えたものである。
半導体光変調器１４を含む素子１４０は、半導体光変調器１４と、半導体光変調器１４に接続された導波路１４１とを備えたものである。
波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０と、半導体光変調器１４を含む素子１４０とは基板を異にする別体の独立した素子であり、いずれも直方体形状である。
波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０は、基板表面側からみてこの素子１３０の長手方向に沿った一方の端面にＨＲ膜２４が施されている。
また、素子１３０の長手方向に沿った他方の端面（素子１３０からの光出力端面であり、素子１４０との対向面）には、ＡＲ膜２３が施されている。
さらに、半導体光変調器１４を含む素子１４０の短辺方向に沿った一対の端面である光出力端面および光入力端面にも、ＡＲ膜２３がコーティングされている。
半導体光変調器１４を含む素子１４０の短辺方向に沿った一対の端面のうち、一方の端面には、波長可変半導体レーザ１３からの光を半導体光変調器１４へと導く導波路１４１の端部が位置し、他方の端面には、半導体光変調器１４からの光を光取り出しポートへと導く導波路１４１の端部が位置する。
また、素子１３０の長手方向に沿った他方の端面（素子１３０からの光出力端面であり、素子１４０との対向面）には、ＡＲ膜２３が施されている。
さらに、半導体光変調器１４を含む素子１４０の短辺方向に沿った一対の端面である光出力端面および光入力端面にも、ＡＲ膜２３がコーティングされている。
半導体光変調器１４を含む素子１４０の短辺方向に沿った一対の端面のうち、一方の端面には、波長可変半導体レーザ１３からの光を半導体光変調器１４へと導く導波路１４１の端部が位置し、他方の端面には、半導体光変調器１４からの光を光取り出しポートへと導く導波路１４１の端部が位置する。
この構成では、波長可変半導体レーザ１３に接続された導波路１３１は、半導体光変調器１４側に向けて光出力するように形成されており、波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０の半導体光変調器１４と対向する端面（長手方向に沿った端面）に、導波路１３１の端部が位置するように形成されている。
すなわち、この構成の技術ポイントは、波長可変半導体レーザ１３からの光出力を適切な角度で、素子１３０の長手方向に沿った端面から出射するように導波路１３１を曲げ、その出射角度に応じて、半導体光変調器１４に接続される導波路１４１を曲げることにある。
半導体光変調器１４に接続される導波路１４１は、可能な限り、素子１４０の長手方向に沿った端面に近い位置に形成することが望ましい。ここでは、光変調素子１４０は、レーザ素子１３０の長手方向に沿った前記端面に対し、当該光変調素子１４０の短辺方向に沿った端面が隣接するように配置されている。光変調素子１４０の短辺方向に沿った端面は、レーザ素子１３０の長手方向に沿った前記端面に対し直交する面である。光変調素子１４０の短辺方向に沿った端面のうち、導波路１３１の端部に隣接する部分には、導波路１４１の端部が位置する。
すなわち、この構成の技術ポイントは、波長可変半導体レーザ１３からの光出力を適切な角度で、素子１３０の長手方向に沿った端面から出射するように導波路１３１を曲げ、その出射角度に応じて、半導体光変調器１４に接続される導波路１４１を曲げることにある。
半導体光変調器１４に接続される導波路１４１は、可能な限り、素子１４０の長手方向に沿った端面に近い位置に形成することが望ましい。ここでは、光変調素子１４０は、レーザ素子１３０の長手方向に沿った前記端面に対し、当該光変調素子１４０の短辺方向に沿った端面が隣接するように配置されている。光変調素子１４０の短辺方向に沿った端面は、レーザ素子１３０の長手方向に沿った前記端面に対し直交する面である。光変調素子１４０の短辺方向に沿った端面のうち、導波路１３１の端部に隣接する部分には、導波路１４１の端部が位置する。
半導体光変調器１４に接続された導波路１４１端と、波長可変半導体レーザ１３に接続された導波路１３１端との距離がそのまま、光結合効率に直結し、距離が離れるほど結合効率が低下する。
図１（ｂ）の構成では、図１（ａ）と同様の効果を奏することができるうえ、以下の効果を奏することができる。
素子１３０，１４０間を直接光学接続しているため、基本的に素子１３０，１４０間距離は、図１（ａ）よりも短くなりトータルでの小型化には有効である。ただし、図１（ｂ）の構成においては、高精度な実装技術を要求する。
また、図１（ｂ）の構成では、ＰＬＣ素子２７が不要となるので、部材点数の削減を図ることができる。
図１（ｂ）の構成では、図１（ａ）と同様の効果を奏することができるうえ、以下の効果を奏することができる。
素子１３０，１４０間を直接光学接続しているため、基本的に素子１３０，１４０間距離は、図１（ａ）よりも短くなりトータルでの小型化には有効である。ただし、図１（ｂ）の構成においては、高精度な実装技術を要求する。
また、図１（ｂ）の構成では、ＰＬＣ素子２７が不要となるので、部材点数の削減を図ることができる。
次に、図１（ｃ）に示す構成について説明する。
この構成では、波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０と、半導体光変調器１４を含む素子１４０とが図示しない光取り出しポートからみて並列に配置されている。換言すると、光取り出しポートの光出力光軸と直交する軸線上に波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４とが位置している。また、波長可変半導体レーザ１３の光出力方向（矢印Ａ）と、半導体光変調器１４の光入力方向（矢印Ｂ）とが反対方向となっている。
波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０は、波長可変半導体レーザ１３と、この波長可変半導体レーザ１３に接続された導波路１３１とを備えたものである。
半導体光変調器１４を含む素子１４０は、半導体光変調器１４と、半導体光変調器１４に接続された導波路１４１とを備えたものである。
波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０と、半導体光変調器１４を含む素子１４０とは基板を異にする別体の独立した素子である。
この構成では、波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０と、半導体光変調器１４を含む素子１４０とが図示しない光取り出しポートからみて並列に配置されている。換言すると、光取り出しポートの光出力光軸と直交する軸線上に波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４とが位置している。また、波長可変半導体レーザ１３の光出力方向（矢印Ａ）と、半導体光変調器１４の光入力方向（矢印Ｂ）とが反対方向となっている。
波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０は、波長可変半導体レーザ１３と、この波長可変半導体レーザ１３に接続された導波路１３１とを備えたものである。
半導体光変調器１４を含む素子１４０は、半導体光変調器１４と、半導体光変調器１４に接続された導波路１４１とを備えたものである。
波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０と、半導体光変調器１４を含む素子１４０とは基板を異にする別体の独立した素子である。
この構成では、波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０と半導体光変調器１４を含む素子１４０は、それぞれ、長手方向に沿った端面にコーティングを施すことになる。
具体的には、波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０の一方の長手方向に沿った端面（素子１３０の光出力端面と反対側の端面）には、ＨＲ膜２４がコーティングされている。
また、波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０の他方の長手方向に沿った端面（素子１３０の光出力端面であり、素子１４０に対向する端面）には、ＡＲ膜２６がコーティングされている。
さらに、素子１４０の一方の長手方向に沿った端面（光入出力端面であり、素子１３０に対向する端面）には、ＡＲ膜２６がコーティングされている。
具体的には、波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０の一方の長手方向に沿った端面（素子１３０の光出力端面と反対側の端面）には、ＨＲ膜２４がコーティングされている。
また、波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０の他方の長手方向に沿った端面（素子１３０の光出力端面であり、素子１４０に対向する端面）には、ＡＲ膜２６がコーティングされている。
さらに、素子１４０の一方の長手方向に沿った端面（光入出力端面であり、素子１３０に対向する端面）には、ＡＲ膜２６がコーティングされている。
波長可変半導体レーザ１３に接続された導波路１３１は、半導体光変調器１４側に向けて光出力するように形成されており、波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０の半導体光変調器１４を含む素子１４０と対向する端面に、導波路１３１の端部が位置するように形成されている。
半導体光変調器１４に接続される導波路１４１は、その端部が素子１４０の素子１３０と対向する端面に位置するように形成されている。
さらに、半導体光変調器１４に接続された他の導波路１４１は素子１４０の素子１３０と対向する端面に端部が位置するように形成されている。
半導体光変調器１４に接続される導波路１４１は、その端部が素子１４０の素子１３０と対向する端面に位置するように形成されている。
さらに、半導体光変調器１４に接続された他の導波路１４１は素子１４０の素子１３０と対向する端面に端部が位置するように形成されている。
素子１４０の半導体光変調器１４から射出される光は、他の導波路１４１を介してＰＬＣ導波路素子２７を介して出力される。
素子１３０と素子１４０の対向する端面間、さらには、素子１４０の前記端面と、ＰＬＣ導波路素子２７との間には、屈折率マッチングジェル２８を充填する構成となっている。よって、ＡＲ膜２６は、屈折率マッチングジェル２８に対する膜となっている。
図１（ｃ）の構成では、図１（ｂ）と同様の効果を奏することができる。
素子１３０と素子１４０の対向する端面間、さらには、素子１４０の前記端面と、ＰＬＣ導波路素子２７との間には、屈折率マッチングジェル２８を充填する構成となっている。よって、ＡＲ膜２６は、屈折率マッチングジェル２８に対する膜となっている。
図１（ｃ）の構成では、図１（ｂ）と同様の効果を奏することができる。
以上のような図１（ａ）〜（ｃ）の構成では、素子１３０において、対向する一対の端面にのみＡＲ膜等の機能性膜が形成されており、対向する他の一対の端面には膜が形成されていない。
素子１４０においても、対向する一対の端面のみ、あるいは、４つの端面のうち、一つの端面のみに、ＡＲ膜等の機能性膜が形成されている。
すなわち、素子１３０，１４０において、直交する端面のうち、一方の端面にＡＲ膜等の機能性膜が形成され、他方の端面には形成されていない。
このような構成とすることで、素子１３０，１４０をならべてバー状態とし、端面に膜を形成することが可能となる。
素子１４０においても、対向する一対の端面のみ、あるいは、４つの端面のうち、一つの端面のみに、ＡＲ膜等の機能性膜が形成されている。
すなわち、素子１３０，１４０において、直交する端面のうち、一方の端面にＡＲ膜等の機能性膜が形成され、他方の端面には形成されていない。
このような構成とすることで、素子１３０，１４０をならべてバー状態とし、端面に膜を形成することが可能となる。
以上のような図１（ａ）〜（ｃ）に示す構成を用いて、波長可変半導体レーザと半導体光変調器をパラレル光学接続し、図２（ａ）、（ｂ）に示す構成でモジュール内配置することができる。
図２（ａ）では、半導体光変調器を含む素子１４０からの光を光取り出しポート１６へと導く光結合用のレンズ１１，光アイソレータ１５がパッケージ１０内に配置されている。
また、半導体光変調器１４を駆動する光変調器ドライバ１７は、半導体光変調器１４を含む素子１４０に対し、隣接し、並列配置されており、信号線１８で素子１４０に最短距離で直線的に接続されている。図２（ａ）はいわゆるバタフライ型の光モジュールである。
図２（ａ）では、半導体光変調器を含む素子１４０からの光を光取り出しポート１６へと導く光結合用のレンズ１１，光アイソレータ１５がパッケージ１０内に配置されている。
また、半導体光変調器１４を駆動する光変調器ドライバ１７は、半導体光変調器１４を含む素子１４０に対し、隣接し、並列配置されており、信号線１８で素子１４０に最短距離で直線的に接続されている。図２（ａ）はいわゆるバタフライ型の光モジュールである。
一方、図２（ｂ）においても、半導体光変調器を含む素子１４０からの光を光取り出しポート１６へと導くレンズ１１，光アイソレータ１５がパッケージ１０内に配置されている。
また、半導体光変調器１４を駆動する光変調器ドライバ１７は、半導体光変調器１４を含む素子１４０の後方に隣接して配置されている。そして、光変調器ドライバ１７は、光取り出しポート１６側からみて、半導体光変調器１４を含む素子１４０に直列接続されており、信号線１８で半導体光変調器１４に最短距離で直線的に接続されている。
図２（ｂ）はいわゆるＴＯＳＡ（Transmitter Optical Sub Assembly）型モジュールである。
また、半導体光変調器１４を駆動する光変調器ドライバ１７は、半導体光変調器１４を含む素子１４０の後方に隣接して配置されている。そして、光変調器ドライバ１７は、光取り出しポート１６側からみて、半導体光変調器１４を含む素子１４０に直列接続されており、信号線１８で半導体光変調器１４に最短距離で直線的に接続されている。
図２（ｂ）はいわゆるＴＯＳＡ（Transmitter Optical Sub Assembly）型モジュールである。
図２（ａ）、（ｂ）いずれも、モジュールサイズを大幅に短尺化することが可能となった。更に、ＴＯＳＡ型モジュールにおいても、光変調器ドライバ１７と半導体光変調器１４の信号配線を最短且つ直線で実現できるようになり、モジュールの超高速化も可能となる。
（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
はじめに、図３を参照して本発明の光モジュールの概要について説明する。
本実施形態の光モジュールは、波長可変半導体レーザ１３と、この波長可変半導体レーザ１３からの光を変調する半導体光変調器１４と、半導体光変調器１４からの光を出力するための光取り出しポート１６とを有する光モジュールである。
波長可変半導体レーザ１３の半導体光変調器１４への光出力方向（矢印Ａ）と、半導体光変調器１４の光入力方向（矢印Ｂ）とが反対方向であり、光取り出しポート１６側からみて、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４とが並列配置されている。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
はじめに、図３を参照して本発明の光モジュールの概要について説明する。
本実施形態の光モジュールは、波長可変半導体レーザ１３と、この波長可変半導体レーザ１３からの光を変調する半導体光変調器１４と、半導体光変調器１４からの光を出力するための光取り出しポート１６とを有する光モジュールである。
波長可変半導体レーザ１３の半導体光変調器１４への光出力方向（矢印Ａ）と、半導体光変調器１４の光入力方向（矢印Ｂ）とが反対方向であり、光取り出しポート１６側からみて、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４とが並列配置されている。
図３に本発明の構成を用いた、小型バタフライ型光モジュールの構成模式図を示す。光モジュールは、広帯域波長可変半導体レーザ１３を含む素子１３０、マッハツェンダー型半導体光変調器１４を含む素子１４０、及び両半導体素子間の光接続を行う石英系導波路素子２７を基本構成要素とし、光変調器の駆動のために、素子１４０に隣接して光変調器ドライバ（駆動素子）１７が配置されている。この光変調器ドライバ１７は、信号線１８を介してＶコネクタ１９からの変調電気信号を光変調器１４へ伝達する構成となっている。
素子１３０から出力された光は、素子１４０に入射する構成となっている。
特許文献１に記載された構成では、リング共振器の右回りと左回りの二つのリング共振器モードが同時に発生し、受光素子側への光出力は光変調器にて変調されず、無駄となるため、レーザ光の取り出し効率が劣化するという課題も内包している。
これに対し、本実施形態では、素子１３０から出力された光は素子１４０に入射し、変調されるため、レーザ光の取り出し効率が低下するという問題は発生しない。
素子１３０から出力された光は、素子１４０に入射する構成となっている。
特許文献１に記載された構成では、リング共振器の右回りと左回りの二つのリング共振器モードが同時に発生し、受光素子側への光出力は光変調器にて変調されず、無駄となるため、レーザ光の取り出し効率が劣化するという課題も内包している。
これに対し、本実施形態では、素子１３０から出力された光は素子１４０に入射し、変調されるため、レーザ光の取り出し効率が低下するという問題は発生しない。
広帯域波長可変半導体レーザ１３の波長可変フィルタ部は、ループリング型波長可変光反射器３４からなり、反射器を構成する上で素子１３０端面の反射が不要な構造となっている。また、光変調器ドライバ１７の出力電圧は２Vppであり、４０GHzの高速変調に対応している。そして、半導体光変調器１４からの光出力は、光結合用レンズ１１、光アイソレータ１５、光結合用レンズ１１を経て、光取り出しポート（たとえば、光ファイバ）１６へ結合され、モジュール外部へ取り出されることになる。本光モジュールでは、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４を並列にパラレル光学接続することにより、バタフライ型光モジュールの長手方向サイズＬを従来の約２１mm（モジュールケース最外壁間距離）から１４mmへと大幅に短尺化することができた。なお、モジュール高さは、約８mm、横幅（短辺方向の長さ）は約１１mmである。
以下では、主要搭載素子である、波長可変半導体レーザ１３、半導体光変調器１４、及びＰＬＣ導波路素子２７について、より詳細に図３（ｂ）を用いて説明する。
波長可変半導体レーザ１３は、n-InP基板上に作製され、InGaAlAs系材料からなる活性領域（電極３１が形成されている領域）と、InGaAsP系材料からなり組成波長1.3um程度の導波路層からなる位相調整領域（電極３２が形成されている領域）と、多モード干渉（MMI、Multi Mode Interference）型光合分波器３３と、マイクロヒータによる屈折率チューニングが可能なループリング型波長可変光反射器３４とを含む。
MMI型光合分波器３３と光反射器３４は、ハイメサ構造導波路で構成され、それ以外の導波路は、pnp埋め込み導波路から構成されている。
波長可変半導体レーザ１３は、n-InP基板上に作製され、InGaAlAs系材料からなる活性領域（電極３１が形成されている領域）と、InGaAsP系材料からなり組成波長1.3um程度の導波路層からなる位相調整領域（電極３２が形成されている領域）と、多モード干渉（MMI、Multi Mode Interference）型光合分波器３３と、マイクロヒータによる屈折率チューニングが可能なループリング型波長可変光反射器３４とを含む。
MMI型光合分波器３３と光反射器３４は、ハイメサ構造導波路で構成され、それ以外の導波路は、pnp埋め込み導波路から構成されている。
ループリング型波長可変光反射器３４は、それのみで光反射機能を実現することができるため、素子端面の反射を利用する必要がない。よって素子端面へのコーティングは不要な構造である。一方、素子１３０の光出力側の端面へは、屈折率マッチングジェル２８を考慮して、ちょうど光反射率が４％程度になるよう、Low Reflection(LR)端面コーティング膜２９が施されている。素子全長（長手方向の長さ）は約２．５mmである。
この素子１３０では、光出力側の端面にのみ膜が形成されている。
なお、素子１３０は、前述した波長可変半導体レーザ１３に加えて、波長可変半導体レーザ１３からの光を石英系ＰＬＣ導波路素子２７へと導く導波路１３１を備えて構成される。
この素子１３０では、光出力側の端面にのみ膜が形成されている。
なお、素子１３０は、前述した波長可変半導体レーザ１３に加えて、波長可変半導体レーザ１３からの光を石英系ＰＬＣ導波路素子２７へと導く導波路１３１を備えて構成される。
石英系ＰＬＣ導波路素子２７は、SiONコアとSiO2クラッドからなる導波路２５を有し、コアとクラッド間の比屈折率差が約６％程度の高屈折率差導波路とすることで、曲げ半径を500um程度に縮小することができている。導波路２５の入出力端の端面での反射は、屈折率マッチングジェル２８により無視できる程度に十分抑制できている。そして、素子の光出力ポート方向長さは約１．５mmである。
半導体光変調器１４は、マッハツェンダー型半導体光変調器であり、n-InP基板上に作製され、主として、位相変調領域(電極３５が形成されている領域）、２×２ＭＭＩ型光合分波器３３からなる。これらの各領域は、基本的に全て同じ導波路層構造を有しており、高抵抗のFe-InPで埋め込まれた埋め込み型導波路である。
光変調素子１４０は、半導体光変調器１４と、この半導体光変調器１４に光を入力するための導波路１４１と、半導体光変調器１４からの光をレンズ１１へと出力する導波路１４１とを有する。
素子１４０の光入力端面には、屈折率マッチングジェル２８を考慮したＡＲ膜２６が形成され、光出力端面には空気を考慮したＡＲ膜２３が形成されている。そして素子全長（長手方向の長さ）は約２．２mmである。なお、前記光入力端面と前記光出力端面は対向する一対の端面である。
素子１４０では、短辺方向に沿った端面にのみ膜が形成されている。
光変調素子１４０は、半導体光変調器１４と、この半導体光変調器１４に光を入力するための導波路１４１と、半導体光変調器１４からの光をレンズ１１へと出力する導波路１４１とを有する。
素子１４０の光入力端面には、屈折率マッチングジェル２８を考慮したＡＲ膜２６が形成され、光出力端面には空気を考慮したＡＲ膜２３が形成されている。そして素子全長（長手方向の長さ）は約２．２mmである。なお、前記光入力端面と前記光出力端面は対向する一対の端面である。
素子１４０では、短辺方向に沿った端面にのみ膜が形成されている。
これらの素子１３０，１４０を搭載し、実際に作製した図３（ａ）に示す超小型のバタフライ型光モジュールを評価したところ、波長可変幅として、１５３０nm〜１５７０nmの４０nmを得、その全波長可変範囲に亘り、良好な２０Gbps光変調動作（動的消光比１６dB、変調器光出力４dBm、良好なEye開口）を実現することが出来た。
また、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４が、光取り出しポート１６からみて並列に並んで配置されていることにより、光モジュールの光軸方向（光モジュールからの光出力方向）の大幅な短尺化ができ、モジュールサイズの超小型化が可能となる。
さらに、波長可変半導体レーザ１３の半導体光変調器１４への光出力方向と、半導体光変調器１４の光入力方向とを反対方向とすることで、波長可変半導体レーザ１３の光出力端と、半導体光変調器１４の光入力端とを近づけることができ、図６の構成に比べ、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４を接続するための導波路２５を短くすることが可能となる。
また、素子１４０において、対向する光入力端面と光出力端面とにＡＲ膜２３，２６を形成し、長手方向に沿った端面に膜を形成しない構成としている。これにより、ＡＲ膜２３，２６を容易に形成することができる。
素子１３０においても、光出力端面にのみLow Reflection(LR)端面コーティング膜２９を形成しているので、Low Reflection(LR)端面コーティング膜２９を容易に形成することができる。
また、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４が、光取り出しポート１６からみて並列に並んで配置されていることにより、光モジュールの光軸方向（光モジュールからの光出力方向）の大幅な短尺化ができ、モジュールサイズの超小型化が可能となる。
さらに、波長可変半導体レーザ１３の半導体光変調器１４への光出力方向と、半導体光変調器１４の光入力方向とを反対方向とすることで、波長可変半導体レーザ１３の光出力端と、半導体光変調器１４の光入力端とを近づけることができ、図６の構成に比べ、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４を接続するための導波路２５を短くすることが可能となる。
また、素子１４０において、対向する光入力端面と光出力端面とにＡＲ膜２３，２６を形成し、長手方向に沿った端面に膜を形成しない構成としている。これにより、ＡＲ膜２３，２６を容易に形成することができる。
素子１３０においても、光出力端面にのみLow Reflection(LR)端面コーティング膜２９を形成しているので、Low Reflection(LR)端面コーティング膜２９を容易に形成することができる。
（第二実施形態）
図４を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。
図４には、広帯域波長可変半導体レーザと半導体光変調器が同一半導体基板上にモノリシック集積された集積光源（素子）３６を搭載した超小型ＴＯＳＡ型光モジュールの上面模式図（図４（ａ））と、搭載されている素子の上面模式図（図４（ｂ））が示されている。
このＴＯＳＡ型光モジュールでは、前記実施形態と同様、波長可変半導体レーザ１３の半導体光変調器１４への光出力方向（矢印Ａ）と、半導体光変調器１４の光入力方向（矢印Ｂ）とが反対方向であり、光取り出しポート１６側からみて、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４とが並列配置されている光モジュールである。
図４を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。
図４には、広帯域波長可変半導体レーザと半導体光変調器が同一半導体基板上にモノリシック集積された集積光源（素子）３６を搭載した超小型ＴＯＳＡ型光モジュールの上面模式図（図４（ａ））と、搭載されている素子の上面模式図（図４（ｂ））が示されている。
このＴＯＳＡ型光モジュールでは、前記実施形態と同様、波長可変半導体レーザ１３の半導体光変調器１４への光出力方向（矢印Ａ）と、半導体光変調器１４の光入力方向（矢印Ｂ）とが反対方向であり、光取り出しポート１６側からみて、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４とが並列配置されている光モジュールである。
このＴＯＳＡ型光モジュールは、基本的に、図３（ｂ）に示した波長可変半導体レーザ１３とマッハツェンダー型半導体光変調器１４が半導体基板上にモノリシック集積された構造のモノリシック集積光源３６（チップ長手方向長さ2mm、横幅1.5mm）を搭載している。集積光源３６の光出力端面には、ＡＲ膜２３が形成されている。
このＴＯＳＡ型光モジュールの作製においては、まず、モジュール用の、ペルチエクーラが搭載されたステージを有するパッケージ１０を用意する。そして、光変調器ドライバ１７を低温ハンダを用いて、図４（ａ）の所定の場所に融着する。次に、パッケージ１０の中のペルチエクーラ上のステージに、モノリシック集積光源３６を低温ハンダを用いて融着する。そして、光変調器ドライバ１７と、モノリシック集積光源３６内の光変調器駆動電極３５とを、金ワイヤ（信号線）１８で接続する。次に、コリメータレンズ１１をYAG溶接でパッケージ１０内に搭載し、光アイソレータ１５を同様にYAG溶接する。最後に、レンズ１１を内蔵する光取り出しポート１６をファイバアッセンブリ装置でYAG溶接し完成となる。なお、ここでは説明していないが、本モジュール作成工程は、集積光源３６のその他の駆動領域の電極へ電流注入等を行うための金ワイヤをパッケージ１０内の所定の端子と接続するというモジュール作製における通常の工程を含むことは言うまでもない。このＴＯＳＡ型光モジュールでは、マッハツェンダー型半導体光変調器１４の駆動のために、半導体光変調器１４後方に光変調器ドライバ１７（長さ1mm×幅１mm）が実装され、半導体光変調器１４への信号線１８は最短距離で直線的に配線されている。光変調器ドライバ１７は、光取り出しポート１６側からみて、半導体光変調器１４を含む集積光源３６に対し隣接し、直列的に配置され、信号線１８で半導体光変調器１４と最短距離で直線的に接続されている。
半導体光変調器１４と、波長可変半導体レーザ１３とが並列配置されているため、光変調器ドライバ１７を、半導体光変調器１４に対し直列的に接続しても、光モジュールの光軸方向の小型化を図ることができる。
ドライバICの出力電圧は２．５Vppであり、１０GHzの高速変調に対応している。そして、半導体光変調器１４からの光出力は、光結合用レンズ１１（光軸方向厚さ１．５mm）、光アイソレータ１５（光軸方向厚さ２mm）、光結合用レンズ１１（光軸方向厚さ１．５mm）を経て、光取り出しポート（たとえば、光ファイバ接続用レセプタクルポート）１６へ結合され、モジュール外部へ取り出される構成となる。
本モジュールでは、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４がモノリシックに並列に集積された構造のチップを搭載しているため、超小型のＴＯＳＡ型光モジュールを光変調器ドライバICを実装した形で実現することが出来た。ＴＯＳＡ型モジュールの長手方向サイズは、約１０mmと超小型化できている。なお、モジュール高さは約７mm、横幅は１０mmである。
半導体光変調器１４と、波長可変半導体レーザ１３とが並列配置されているため、光変調器ドライバ１７を、半導体光変調器１４に対し直列的に接続しても、光モジュールの光軸方向の小型化を図ることができる。
ドライバICの出力電圧は２．５Vppであり、１０GHzの高速変調に対応している。そして、半導体光変調器１４からの光出力は、光結合用レンズ１１（光軸方向厚さ１．５mm）、光アイソレータ１５（光軸方向厚さ２mm）、光結合用レンズ１１（光軸方向厚さ１．５mm）を経て、光取り出しポート（たとえば、光ファイバ接続用レセプタクルポート）１６へ結合され、モジュール外部へ取り出される構成となる。
本モジュールでは、波長可変半導体レーザ１３と半導体光変調器１４がモノリシックに並列に集積された構造のチップを搭載しているため、超小型のＴＯＳＡ型光モジュールを光変調器ドライバICを実装した形で実現することが出来た。ＴＯＳＡ型モジュールの長手方向サイズは、約１０mmと超小型化できている。なお、モジュール高さは約７mm、横幅は１０mmである。
モノリシック集積光源３６を構成する、波長可変半導体レーザ１３、及び半導体光変調器１４の構造は、基本的には、図３（ｂ）で説明した各々の素子の構造と同じであるが、違いとしては、波長可変半導体レーザ１３、及び半導体光変調器１４の埋め込みには、高抵抗のRu-InP埋め込みが共通して用いられていること、そして、チップ上に溝間隔が約0.8umの半導体ギャップミラー３０が形成され、波長可変半導体レーザ１３、及び半導体光変調器１４が電気的かつ光学的に分離されていること、また、ループリング型波長可変光反射器３４の波長チューニングには、電流注入が用いられ、注入キャリアプラズマ効果による導波路の屈折率変化を利用していること、が挙げられる。その他の構成要素は、図３（ｂ）での説明と同じである。
実際に、図４（ａ）に示すＴＯＳＡ型超小型光モジュールを試作し、評価したところ、波長可変幅として、１５３０nm〜１５６５nmの３５nmを得、その全波長可変範囲に亘り、良好な１１．３Gbps光変調動作（動的消光比１７dB、変調器光出力６dBm、良好なEye開口）を実現することが出来た。
このような第二実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、波長可変半導体レーザ１３、及び半導体光変調器１４をモノリシック集積させ、半導体基板上に波長可変半導体レーザ１３の反射器３４を設けることで、集積光源３６の光出力端面にＡＲ膜２３を施すことができるようになる。この工程は、通常のＡＲ膜形成工程を用いることが出来るため、ＡＲ膜２３の形成に余計な手間を要さず、容易に形成することができる。また、ＡＲ膜２３を設けることで、光の反射戻り光等の影響による半導体光変調器１４の特性劣化を防止できる。
このような第二実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、波長可変半導体レーザ１３、及び半導体光変調器１４をモノリシック集積させ、半導体基板上に波長可変半導体レーザ１３の反射器３４を設けることで、集積光源３６の光出力端面にＡＲ膜２３を施すことができるようになる。この工程は、通常のＡＲ膜形成工程を用いることが出来るため、ＡＲ膜２３の形成に余計な手間を要さず、容易に形成することができる。また、ＡＲ膜２３を設けることで、光の反射戻り光等の影響による半導体光変調器１４の特性劣化を防止できる。
なお、以上のように、図３及び図４を用いて説明した実施例では、波長可変半導体レーザの光出力をモニタし、クローズドループで適切にフィードバックする自動光出力制御機構については、簡単のため省略しているが、通常の手法を用いることが出来る。例えば、システムとしてモジュールのアウトプットである光出力をモニタする手法や、半導体素子内にモニタPDを集積する手法等である。また、その他、モジュール内には、適宜サーミスタや、温度制御用のペルチエ素子等、通常の光モジュールに搭載されている各種光コンポーネントを搭載することができる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記第一実施形態および図３（ａ）〜（ｃ）では、素子１３０と素子１４０とが平行に配置されており、波長可変半導体レーザ１３の光軸、半導体光変調器１４の光軸が光取り出しポート１６の光軸と平行となっていた。しかしながら、これに限らず、たとえば、素子１３０が素子１４０に対し傾いて配置されていてもよい。すなわち、光取り出しポート１６の出力光軸と直交する軸線上に素子１３０，１４０が配置されていればよい。
なお、本発明は、以下の態様を含む。
（付記１）
波長可変半導体レーザと、
この波長可変半導体レーザからの光を変調する半導体光変調器と、
前記半導体光変調器からの光を出力するための光取り出しポートとを有する光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザの前記半導体光変調器への光出力方向と、前記半導体光変調器の光入力方向とが反対方向であり、
前記光取り出しポート側からみて、前記波長可変半導体レーザと前記半導体光変調器とが並列配置されている光モジュール。
（付記２）
付記１に記載の光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザを含んで構成されるレーザ素子と、前記半導体光変調器を含んで構成される光変調素子とは、異なる半導体基板上に形成された素子であり、
前記波長可変半導体レーザから出力された光は、光導波路素子を介して、前記半導体光変調器に入射する光モジュール。
（付記３）
付記２に記載の光モジュールにおいて、
前記光変調素子は、対向する一対の端面のうち、一方の端面から前記光導波路素子からの光が入力され、他方の端面から、前記半導体光変調器からの光が出力され、
前記一対の端面に反射防止膜が形成されている光モジュール。
（付記４）
付記１に記載の光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザを含んで構成されるレーザ素子と、前記半導体光変調器を含んで構成される光変調素子とは、異なる半導体基板上に形成された素子であり、
前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面には、前記波長可変半導体レーザからの出力光を前記半導体光変調器へと導く導波路の端部が位置し、
前記光変調素子の前記レーザ素子と対向する端面には、前記波長可変半導体レーザからの光を前記半導体光変調器へと導く、導波路の端部が位置する光モジュール。
（付記５）
付記４に記載の光モジュールにおいて、
前記光変調素子の前記レーザ素子と対向する端面には、前記半導体光変調器からの出力光を前記光取り出しポートへと導く導波路の端部が位置し、
前記導波路の端部と、前記光取り出しポートとは、光導波路素子を介して、接続される光モジュール。
（付記６）
付記５に記載の光モジュールにおいて、
前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面および、前記光変調素子の前記レーザ素子と対向する端面には、それぞれ反射防止膜が形成されている光モジュール。
（付記７）
付記１に記載の光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザを含んで構成されるレーザ素子と、前記半導体光変調器を含んで構成される光変調素子とは、異なる半導体基板上に形成された素子であり、
前記レーザ素子および前記光変調素子はいずれも直方体形状であり、
前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面には、前記波長可変半導体レーザからの出力光を前記半導体光変調器へと導く導波路の端部が位置し、
前記光変調素子は、一端面が前記レーザ素子の前記端面に対して直交するように配置されるとともに、前記光変調素子の前記一端面が、前記レーザ素子の前記端面に形成された導波路の端部に隣接するように配置され、
前記光変調素子の前記一端面には、波長可変半導体レーザからの光を前記半導体光変調器へと導く導波路の端部が位置する光モジュール。
（付記８）
付記７に記載の光モジュールにおいて、
前記光変調素子の前記一端面と対向する他の端面には、前記半導体光変調器からの光を前記光取り出しポートへと導く導波路の端部が位置し、
前記一端面および前記他の端面には、反射防止膜が形成されている光モジュール。
（付記９）
付記１乃至８のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザを含んで構成されるレーザ素子と、前記半導体光変調器を含んで構成される光変調素子とは、異なる半導体基板上に形成された素子であり、
各素子の長手方向の長さが１ｍｍ以上である光モジュール。
（付記１０）
付記１に記載の光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザおよび前記半導体光変調器とは、同一半導体基板上にモノリシック集積された素子として構成され、
前記半導体基板上には、前記波長可変半導体レーザの反射器が形成されている光モジュール。
（付記１１）
付記１０に記載の光モジュールにおいて、
前記半導体光変調器からの光を出力する前記素子の端面には、反射防止膜が設けられている光モジュール。
（付記１２）
付記１乃至１１のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記半導体光変調器を駆動するための駆動素子を有し、
前記駆動素子が前記半導体光変調器を含む素子に隣接して配置されている光モジュール。
たとえば、前記第一実施形態および図３（ａ）〜（ｃ）では、素子１３０と素子１４０とが平行に配置されており、波長可変半導体レーザ１３の光軸、半導体光変調器１４の光軸が光取り出しポート１６の光軸と平行となっていた。しかしながら、これに限らず、たとえば、素子１３０が素子１４０に対し傾いて配置されていてもよい。すなわち、光取り出しポート１６の出力光軸と直交する軸線上に素子１３０，１４０が配置されていればよい。
なお、本発明は、以下の態様を含む。
（付記１）
波長可変半導体レーザと、
この波長可変半導体レーザからの光を変調する半導体光変調器と、
前記半導体光変調器からの光を出力するための光取り出しポートとを有する光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザの前記半導体光変調器への光出力方向と、前記半導体光変調器の光入力方向とが反対方向であり、
前記光取り出しポート側からみて、前記波長可変半導体レーザと前記半導体光変調器とが並列配置されている光モジュール。
（付記２）
付記１に記載の光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザを含んで構成されるレーザ素子と、前記半導体光変調器を含んで構成される光変調素子とは、異なる半導体基板上に形成された素子であり、
前記波長可変半導体レーザから出力された光は、光導波路素子を介して、前記半導体光変調器に入射する光モジュール。
（付記３）
付記２に記載の光モジュールにおいて、
前記光変調素子は、対向する一対の端面のうち、一方の端面から前記光導波路素子からの光が入力され、他方の端面から、前記半導体光変調器からの光が出力され、
前記一対の端面に反射防止膜が形成されている光モジュール。
（付記４）
付記１に記載の光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザを含んで構成されるレーザ素子と、前記半導体光変調器を含んで構成される光変調素子とは、異なる半導体基板上に形成された素子であり、
前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面には、前記波長可変半導体レーザからの出力光を前記半導体光変調器へと導く導波路の端部が位置し、
前記光変調素子の前記レーザ素子と対向する端面には、前記波長可変半導体レーザからの光を前記半導体光変調器へと導く、導波路の端部が位置する光モジュール。
（付記５）
付記４に記載の光モジュールにおいて、
前記光変調素子の前記レーザ素子と対向する端面には、前記半導体光変調器からの出力光を前記光取り出しポートへと導く導波路の端部が位置し、
前記導波路の端部と、前記光取り出しポートとは、光導波路素子を介して、接続される光モジュール。
（付記６）
付記５に記載の光モジュールにおいて、
前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面および、前記光変調素子の前記レーザ素子と対向する端面には、それぞれ反射防止膜が形成されている光モジュール。
（付記７）
付記１に記載の光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザを含んで構成されるレーザ素子と、前記半導体光変調器を含んで構成される光変調素子とは、異なる半導体基板上に形成された素子であり、
前記レーザ素子および前記光変調素子はいずれも直方体形状であり、
前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面には、前記波長可変半導体レーザからの出力光を前記半導体光変調器へと導く導波路の端部が位置し、
前記光変調素子は、一端面が前記レーザ素子の前記端面に対して直交するように配置されるとともに、前記光変調素子の前記一端面が、前記レーザ素子の前記端面に形成された導波路の端部に隣接するように配置され、
前記光変調素子の前記一端面には、波長可変半導体レーザからの光を前記半導体光変調器へと導く導波路の端部が位置する光モジュール。
（付記８）
付記７に記載の光モジュールにおいて、
前記光変調素子の前記一端面と対向する他の端面には、前記半導体光変調器からの光を前記光取り出しポートへと導く導波路の端部が位置し、
前記一端面および前記他の端面には、反射防止膜が形成されている光モジュール。
（付記９）
付記１乃至８のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザを含んで構成されるレーザ素子と、前記半導体光変調器を含んで構成される光変調素子とは、異なる半導体基板上に形成された素子であり、
各素子の長手方向の長さが１ｍｍ以上である光モジュール。
（付記１０）
付記１に記載の光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザおよび前記半導体光変調器とは、同一半導体基板上にモノリシック集積された素子として構成され、
前記半導体基板上には、前記波長可変半導体レーザの反射器が形成されている光モジュール。
（付記１１）
付記１０に記載の光モジュールにおいて、
前記半導体光変調器からの光を出力する前記素子の端面には、反射防止膜が設けられている光モジュール。
（付記１２）
付記１乃至１１のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記半導体光変調器を駆動するための駆動素子を有し、
前記駆動素子が前記半導体光変調器を含む素子に隣接して配置されている光モジュール。
１０ パッケージ
１１ 光結合用レンズ
１３ 波長可変半導体レーザ
１４ 半導体光変調器
１５ 光アイソレータ
１６ 光取り出しポート
１７ 光変調器ドライバ（駆動素子）
１８ 信号線
１９ コネクタ
２０ 光反射器
２１ 活性領域
２２ 光変調領域
２３ ＡＲ膜（反射防止膜）
２４ ＨＲ膜（高反射膜）
２５ 導波路
２６ ＡＲ膜（反射防止膜）
２７ 光導波路素子
２８ 屈折率マッチングジェル
２９ Low Reflection(LR)端面コーティング膜
３０ 半導体ギャップミラー
３１ 電極
３２ 電極
３３ MMI型光合分波器
３４ ループリング型波長可変光反射器
３５ 電極
３６ 集積光源
９０ 光モジュール
９１ レンズ
９２ モニタＰＤ
９３ 波長可変半導体レーザ
９４ 半導体光変調器
９５ 光アイソレータ
９６ 光取り出しポート
９７ 導波路
９８ 高反射膜
９９ 反射防止膜
１３０ レーザ素子
１３１ 導波路
１４０ 光変調素子
１４１ 導波路
１１ 光結合用レンズ
１３ 波長可変半導体レーザ
１４ 半導体光変調器
１５ 光アイソレータ
１６ 光取り出しポート
１７ 光変調器ドライバ（駆動素子）
１８ 信号線
１９ コネクタ
２０ 光反射器
２１ 活性領域
２２ 光変調領域
２３ ＡＲ膜（反射防止膜）
２４ ＨＲ膜（高反射膜）
２５ 導波路
２６ ＡＲ膜（反射防止膜）
２７ 光導波路素子
２８ 屈折率マッチングジェル
２９ Low Reflection(LR)端面コーティング膜
３０ 半導体ギャップミラー
３１ 電極
３２ 電極
３３ MMI型光合分波器
３４ ループリング型波長可変光反射器
３５ 電極
３６ 集積光源
９０ 光モジュール
９１ レンズ
９２ モニタＰＤ
９３ 波長可変半導体レーザ
９４ 半導体光変調器
９５ 光アイソレータ
９６ 光取り出しポート
９７ 導波路
９８ 高反射膜
９９ 反射防止膜
１３０ レーザ素子
１３１ 導波路
１４０ 光変調素子
１４１ 導波路
Claims (16)
- 波長可変半導体レーザと、
この波長可変半導体レーザからの光を変調する半導体光変調器と、
前記半導体光変調器からの光を出力するための光取り出しポートとを有する光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザの前記半導体光変調器への光出力方向と、前記半導体光変調器の光入力方向とが反対方向であり、
前記光取り出しポート側からみて、前記波長可変半導体レーザと前記半導体光変調器とが並列配置されており、
前記波長可変半導体レーザを含んで構成されるレーザ素子と、前記半導体光変調器を含んで構成される光変調素子とは、異なる半導体基板上に形成された素子であり、
前記レーザ素子において、一の端面には反射防止膜が設けられており、
前記光変調素子において、互いに対向する一対の端面の少なくとも一方には反射防止膜が設けられており、
前記レーザ素子または前記光変調素子のいずれか一方または双方において、反射防止膜が形成された端面に隣接し、かつ互いに対向する一対の端面には、反射防止膜および高反射膜が形成されていない光モジュール。 - 請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記レーザ素子において、反射防止膜が設けられた端面と対向する端面には高反射膜が形成されている光モジュール。 - 請求項１または２に記載の光モジュールにおいて、
前記レーザ素子は、前記波長可変半導体レーザからみて反射防止膜が設けられた端面とは反対側に位置する光反射器を有する光モジュール。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザから出力された光は、光導波路素子を介して、前記半導体光変調器に入射する光モジュール。 - 請求項４に記載の光モジュールにおいて、
前記光変調素子は、
対向する一対の端面のうち、一方の端面から前記光導波路素子からの光が入力され、他方の端面から前記半導体光変調器からの光が出力され、
かつ、前記光導波路素子からの光が入力される端面および前記半導体光変調器からの光が出力される端面に反射防止膜が形成されている光モジュール。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面には、前記波長可変半導体レーザからの出力光を前記半導体光変調器へと導く導波路の端部が位置し、
前記光変調素子の前記レーザ素子と対向する端面には、前記波長可変半導体レーザからの光を前記半導体光変調器へと導く、導波路の端部が位置する光モジュール。 - 請求項６に記載の光モジュールにおいて、
前記光変調素子の前記レーザ素子と対向する端面には、前記半導体光変調器からの出力光を前記光取り出しポートへと導く導波路の端部が位置し、
前記導波路の端部と、前記光取り出しポートとは、光導波路素子を介して、接続される光モジュール。 - 請求項７に記載の光モジュールにおいて、
前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面および、前記光変調素子の前記レーザ素子と対向する端面には、それぞれ反射防止膜が形成されている光モジュール。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記レーザ素子および前記光変調素子はいずれも直方体形状であり、
前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面には、前記波長可変半導体レーザからの出力光を前記半導体光変調器へと導く導波路の端部が位置し、
前記光変調素子は、一端面が前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面に対して直交するように配置されるとともに、前記光変調素子の前記一端面が、前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面に形成された導波路の端部に隣接するように配置され、
前記光変調素子の前記一端面には、波長可変半導体レーザからの光を前記半導体光変調器へと導く導波路の端部が位置する光モジュール。 - 請求項９に記載の光モジュールにおいて、
前記光変調素子の前記一端面と対向する他の端面には、前記半導体光変調器からの光を前記光取り出しポートへと導く導波路の端部が位置し、
前記一端面、および前記一端面と対向する前記他の端面には、反射防止膜が形成されている光モジュール。 - 請求項１乃至１０のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
各素子の長手方向の長さが１ｍｍ以上である光モジュール。 - 請求項１乃至１１のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記半導体光変調器を駆動するための駆動素子を有し、
前記駆動素子が前記半導体光変調器を含む素子に隣接して配置されている光モジュール。 - 波長可変半導体レーザと、
この波長可変半導体レーザからの光を変調する半導体光変調器と、
前記半導体光変調器からの光を出力するための光取り出しポートとを有する光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザの前記半導体光変調器への光出力方向と、前記半導体光変調器の光入力方向とが反対方向であり、
前記光取り出しポート側からみて、前記波長可変半導体レーザと前記半導体光変調器とが並列配置されており、
前記波長可変半導体レーザを含んで構成されるレーザ素子と、前記半導体光変調器を含んで構成される光変調素子とは、異なる半導体基板上に形成された素子であり、
前記レーザ素子のうち前記光変調素子と対向する端面、および前記光変調素子のうち前記レーザ素子と対向する端面に隣接する一対の端面には、反射防止膜が形成されており、
前記レーザ素子または前記光変調素子のいずれか一方または双方において、反射防止膜が形成された端面に隣接し、かつ互いに対向する一対の端面には、反射防止膜および高反射膜が形成されていない光モジュール。 - 請求項１３に記載の光モジュールにおいて、
前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面には、前記波長可変半導体レーザからの出力光を前記半導体光変調器へと導く導波路の端部が位置し、
前記光変調素子は、一端面が前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面に対して直交するように配置されるとともに、前記光変調素子の前記一端面が、前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面に形成された導波路の端部に隣接するように配置され、
前記光変調素子の前記一端面のうち、前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面に形成された導波路の端部に隣接する部分には、波長可変半導体レーザからの光を前記半導体光変調器へと導く導波路の端部が位置する光モジュール。 - 波長可変半導体レーザと、
この波長可変半導体レーザからの光を変調する半導体光変調器と、
前記半導体光変調器からの光を出力するための光取り出しポートとを有する光モジュールにおいて、
前記波長可変半導体レーザの前記半導体光変調器への光出力方向と、前記半導体光変調器の光入力方向とが反対方向であり、
前記光取り出しポート側からみて、前記波長可変半導体レーザと前記半導体光変調器とが並列配置されており、
前記波長可変半導体レーザを含んで構成されるレーザ素子と、前記半導体光変調器を含んで構成される光変調素子とは、異なる半導体基板上に形成された素子であり、
前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面および、前記光変調素子の前記レーザ素子と対向する端面には、それぞれ反射防止膜が形成されており、
前記レーザ素子または前記光変調素子のいずれか一方または双方において、反射防止膜が形成された端面に隣接し、かつ互いに対向する一対の端面には、反射防止膜および高反射膜が形成されていない光モジュール。 - 請求項１５に記載の光モジュールにおいて、
前記レーザ素子の前記光変調素子と対向する端面には、前記波長可変半導体レーザからの出力光を前記半導体光変調器へと導く導波路の端部が位置する光モジュール。
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