JP5457297B2 - Multi-channel optical receiver - Google Patents

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Description

本発明は、長距離大容量光通信網の構成要素である多チャネル光受信器に関する。   The present invention relates to a multi-channel optical receiver that is a component of a long-distance large-capacity optical communication network.

図４の構成図は、従来の４チャネル光受信器の構成を示している。
従来、多チャネル光受信器としては、図４の構成図のように、フォトディテクタ（以下、ＰＤと称す）アレイではなく、チャネル数分（ここでは４つ）の光受信器５１と、１つの光分波器５２とで構成された多チャネル光受信器が一般的であった。
しかし、この構成ではサイズが大きくなる問題があった。 The configuration diagram of FIG. 4 shows the configuration of a conventional 4-channel optical receiver.
Conventionally, as a multi-channel optical receiver, as shown in the configuration diagram of FIG. 4, an optical receiver 51 corresponding to the number of channels (here, four) is used instead of a photodetector (hereinafter referred to as PD) array, and one optical signal. A multi-channel optical receiver composed of the duplexer 52 is generally used.
However, this configuration has a problem of increasing the size.

そこで、小型化が可能であるＰＤアレイを４チャネルファイバに４５度ミラーでカップリングして結合するという方法が提案されている（非特許文献１参照）。この方法では従来技術に比べて小型化が可能であり、フリップチップ実装にすることで実装時間短縮が可能となる。
しかし、１０ｋｍ以上の中・長距離系に適用する際には、受光パワーを補償するための光アンプを外部につける必要があるため劇的な小型化は不可能であった。 Therefore, a method has been proposed in which a PD array, which can be reduced in size, is coupled to a 4-channel fiber by coupling with a 45-degree mirror (see Non-Patent Document 1). This method can be reduced in size as compared with the prior art, and the mounting time can be shortened by flip chip mounting.
However, when applied to a medium / long distance system of 10 km or more, since it is necessary to attach an optical amplifier for compensating the received light power to the outside, a dramatic miniaturization has been impossible.

Masataka Itoh et al. ,"Use of AuSn Solder Bumps in Three-dimensional Passive Aligned Packaging of LD/PD Arrays on Si Optical Benches", ECTC1996Masataka Itoh et al., "Use of AuSn Solder Bumps in Three-dimensional Passive Aligned Packaging of LD / PD Arrays on Si Optical Benches", ECTC1996

以上のことから、本発明は上述したような課題を解決するために為されたもので、長距離系であっても受光パワーを補償し、小型化を図ることができる多チャネル光受信器を提供することを目的としている。   In view of the above, the present invention has been made to solve the above-described problems. A multi-channel optical receiver that can compensate for received light power and can be miniaturized even in a long-distance system. It is intended to provide.

上述した課題を解決する第１の発明に係る多チャネル光受信器は、
入力された光をチャネル数分に分波する分波器と、
前記分波器で分波された光を各々増幅する前記チャネル数分の半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器各々から出力された光を反射する前記チャネル数分のミラーとを集積した基板と、
前記ミラー各々から導かれた光を検出する前記チャネル数分のフォトディテクタとを有し、
前記分波器からの光が前記ミラーを介して前記フォトディテクタに各々入射するように、前記フォトディテクタを前記基板の表面に各々フリップチップ実装した多チャネル光受信器であって、
前記分波器は前記基板に集積される
ことを特徴とする。 The multi-channel optical receiver according to the first invention for solving the above-described problem is:
A demultiplexer that demultiplexes the input light into the number of channels;
A substrate in which semiconductor optical amplifiers for the number of channels each amplifying the light demultiplexed by the branching filter and mirrors for the number of channels reflecting the light output from each of the semiconductor optical amplifiers are integrated;
Detectors for the number of channels for detecting light guided from each of the mirrors,
A multichannel optical receiver in which the photodetector is flip-chip mounted on the surface of the substrate so that light from the duplexer is incident on the photodetector via the mirror ,
The duplexer is integrated on the substrate .

上述した課題を解決する第２の発明に係る多チャネル光受信器は、
入力された光をチャネル数分に分波する分波器と、
前記分波器で分波された光を各々増幅する前記チャネル数分の半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器各々から出力された光を反射する前記チャネル数分のミラーとを集積した基板と、
前記ミラー各々から導かれた光を検出する前記チャネル数分のフォトディテクタを集積したフォトディテクタアレイとを有し、
前記分波器からの光が前記ミラーを介して前記フォトディテクタに各々入射するように、前記フォトディテクタアレイを前記基板の表面に各々フリップチップ実装した多チャネル光受信器であって、
前記分波器は前記基板に集積される
ことを特徴とする。 The multi-channel optical receiver according to the second invention for solving the above-described problem is
A demultiplexer that demultiplexes the input light into the number of channels;
A substrate in which semiconductor optical amplifiers for the number of channels each amplifying the light demultiplexed by the branching filter and mirrors for the number of channels reflecting the light output from each of the semiconductor optical amplifiers are integrated;
A photodetector array in which photodetectors corresponding to the number of channels for detecting light guided from each of the mirrors are integrated;
A multi-channel optical receiver in which the photodetector array is flip-chip mounted on the surface of the substrate so that light from the duplexer is incident on the photodetector via the mirror .
The duplexer is integrated on the substrate .

上述した課題を解決する第３の発明に係る多チャネル光受信器は、
第１又は第２の発明に係る多チャネル光受信器であって、
前記ミラー周囲の前記基板表面に、前記フォトディテクタ又は前記フォトディテクタアレイへの信号配線を前記チャネル数分設け、前記フォトディテクタ又は前記フォトディテクタアレイを前記信号配線にフリップチップ実装した
ことを特徴とする。 A multi-channel optical receiver according to a third invention for solving the above-described problem is as follows.
A multi-channel optical receiver according to the first or second invention,
Signal wiring to the photodetector or the photodetector array is provided for the number of channels on the substrate surface around the mirror, and the photodetector or the photodetector array is flip-chip mounted on the signal wiring.

上述した課題を解決する第４の発明に係る多チャネル光受信器は、
第１乃至第３の何れか１つの発明に係る多チャネル光受信器であって、
前記フォトディテクタは、当該フォトディテクタの光入射面側に設けられたｐ側電極及びｎ側電極を有する
ことを特徴とする。 A multi-channel optical receiver according to a fourth invention for solving the above-mentioned problem is as follows.
A multi-channel optical receiver according to any one of the first to third inventions,
The photodetector has a p-side electrode and an n-side electrode provided on the light incident surface side of the photodetector.

本発明に係る多チャネル光受信器によれば、長距離系であっても受光パワーを補償することができる。その結果、外部に光アンプを設ける必要がなくなり、従来の多チャネル光受信器と比べて、小型化を図ることができる。   According to the multi-channel optical receiver according to the present invention, the received light power can be compensated even in a long distance system. As a result, it is not necessary to provide an optical amplifier outside, and the size can be reduced as compared with the conventional multi-channel optical receiver.

本発明の第１の実施例に係る多チャネル光受信器の構成図であって、図１（ａ）にその側面を示し、図１（ｂ）にフォトディテクタアレイを除いた部分の上面を示す。FIG. 1A is a configuration diagram of a multi-channel optical receiver according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1A shows a side surface thereof, and FIG. 1B shows an upper surface of a portion excluding a photodetector array. 図１に示した多チャネル光受信器のアイパターンを測定する測定系を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a measurement system that measures an eye pattern of the multi-channel optical receiver illustrated in FIG. 1. 本発明の第２の実施例に係る多チャネル光受信器の構成図であって、図３（ａ）にその側面を示し、図３（ｂ）にフォトディテクタを除いた部分の上面を示す。FIG. 3A is a configuration diagram of a multi-channel optical receiver according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3A shows the side surface thereof, and FIG. 3B shows the upper surface of a portion excluding the photodetector. 従来の多チャネル光受信器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional multichannel optical receiver.

以下に、本発明に係る多チャネル光受信器について、各実施例にて説明する。なお、以下の実施例は、本発明に係る多チャネル光受信器の例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行い得る。   Hereinafter, the multi-channel optical receiver according to the present invention will be described in each embodiment. The following embodiments are examples of the multi-channel optical receiver according to the present invention, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明の第１の実施例に係る多チャネル光受信器について、図１を参照して具体的に説明する。   The multi-channel optical receiver according to the first embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG.

本実施例では、多チャネル光受信器の一例として、４チャネルの光受信器を示しており、４つのフォトディテクタ（以下、ＰＤと称す）が集積された４チャネルのＰＤアレイ１２と、半導体光増幅器（以下、ＳＯＡと称す）、分波器、光導波路構造等が集積された４チャネルの分波器集積ＳＯＡアレイ１４とを有する構成となっている。   In this embodiment, a four-channel optical receiver is shown as an example of a multi-channel optical receiver, and a four-channel PD array 12 in which four photodetectors (hereinafter referred to as PDs) are integrated, and a semiconductor optical amplifier (Hereinafter referred to as “SOA”), a duplexer integrated SOA array 14 in which a duplexer, an optical waveguide structure, and the like are integrated.

分波器集積ＳＯＡアレイ１４は、ＩｎＰ等の半導体基板に形成されたものである。具体的には、図１（ｂ）に示すように、分波器集積ＳＯＡアレイ１４には、光の入射方向から順に、分波器１６、ＳＯＡ１３、４５度ミラー１５が集積されている。分波器１６は、１つであり、入力された光をチャネル数分（ここでは４つ）に分波する機器である。分波器１６の出力側に接続された光導波路は、対応する各ＳＯＡ１３の入力側に各々接続されている。４５度ミラー１５及びＳＯＡ１３は、４チャネル分形成されており、各ＳＯＡ１３の出力側に接続された光導波路は、対応する４５度ミラー１５と各々接続されている。なお、分波器１６の入力側には、図示しない入力光導波路が接続されている。図１（ｂ）においては、参考のため、ＰＤアレイ１２の位置を点線で示している。   The duplexer integrated SOA array 14 is formed on a semiconductor substrate such as InP. Specifically, as shown in FIG. 1B, the duplexer integrated SOA array 14 includes a duplexer 16, an SOA 13, and a 45-degree mirror 15 that are integrated in order from the light incident direction. One demultiplexer 16 is a device that demultiplexes the input light into the number of channels (here, four). The optical waveguide connected to the output side of the duplexer 16 is connected to the input side of each corresponding SOA 13. The 45-degree mirror 15 and the SOA 13 are formed for four channels, and the optical waveguide connected to the output side of each SOA 13 is connected to the corresponding 45-degree mirror 15. An input optical waveguide (not shown) is connected to the input side of the duplexer 16. In FIG. 1B, the position of the PD array 12 is indicated by a dotted line for reference.

ＰＤアレイ１２も、ＩｎＰ等の半導体基板に形成されたものであり、後述する高周波配線１７と接続される電極パッド（図示せず）が形成されている。このように、ＰＤアレイ１２は、ＩｎＰ基板上に形成されたものを用いており、各チャネルのｐ、ｎ両電極（電極パッド）とも光の入射面１２ａ側に設け、光の入射面側から電極をとれる構造となっている。   The PD array 12 is also formed on a semiconductor substrate such as InP, and has electrode pads (not shown) connected to a high-frequency wiring 17 described later. As described above, the PD array 12 is formed on the InP substrate, and both the p and n electrodes (electrode pads) of each channel are provided on the light incident surface 12a side, and from the light incident surface side. It has a structure that can take an electrode.

従って、入力光導波路（図示せず）から分波器１６を介して導かれた光は、各ＳＯＡ１３で各々増幅され、ＳＯＡ１３各々で増幅された光は、４５度ミラー１５で反射してＰＤアレイ１２の各ＰＤに入力されることになる。なお、分波器１６としてはアレイ導波路回折格子（以下、ＡＷＧと称す）を使用している。   Therefore, the light guided from the input optical waveguide (not shown) through the branching filter 16 is amplified by each SOA 13, and the light amplified by each SOA 13 is reflected by the 45 degree mirror 15 to be reflected in the PD array. It is input to each of the 12 PDs. As the duplexer 16, an arrayed waveguide diffraction grating (hereinafter referred to as AWG) is used.

そして、ミラー１５の周囲の分波器集積ＳＯＡアレイ１４の表面には、ＰＤアレイ１２に高周波信号を供給するための高周波配線１７（信号配線）がパターニングにより４チャネル分形成されている。これら高周波配線１７によって、金バンプ１１を介して、図示しないＰＤアレイ１２の電極パッドと接続されて、ＰＤアレイ１２が分波器集積ＳＯＡアレイ１４の表面にフリップチップ実装される。この際、ＰＤアレイ１２内にＰＤ各々へ光がミラー１５を介して入射するように、ＰＤアレイ１２をフリップチップ実装している。   On the surface of the duplexer integrated SOA array 14 around the mirror 15, high-frequency wirings 17 (signal wirings) for supplying high-frequency signals to the PD array 12 are formed by patterning for four channels. These high frequency wirings 17 are connected to electrode pads of a PD array 12 (not shown) via gold bumps 11, and the PD array 12 is flip-chip mounted on the surface of the duplexer integrated SOA array 14. At this time, the PD array 12 is flip-chip mounted so that light enters each PD through the mirror 15 in the PD array 12.

このフリップチップ実装により、ＰＤアレイ１２と分波器集積ＳＯＡアレイ１４とを組み合わせて、ＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０を構成している。又、このフリップチップ実装により、一括で信号配線の接続をすることが可能となり、実装時間低減による低コスト化が図れ、さらに、ワイヤ実装が不要となるため、高周波特性改善が可能となる。   With this flip-chip mounting, the PD array 12 and the duplexer integrated SOA array 14 are combined to form the PD array integrated SOA array 10. Further, the flip chip mounting allows signal wirings to be connected in a lump, thereby reducing the cost by reducing the mounting time and further eliminating the need for wire mounting, thereby improving high frequency characteristics.

なお、チャネル間隔を２５０μｍとし、入射波長は１２９５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３０５ｎｍ、１３１０ｎｍとした。   Note that the channel spacing was 250 μm, and the incident wavelengths were 1295 nm, 1300 nm, 1305 nm, and 1310 nm.

１．動作原理
本実施例で、どのようにして１本の光導波路から分波して、分波された光信号を高速電気信号に変換するかを説明する。まず、光信号は、分波器集積ＳＯＡアレイ１４上にある分波器（ＡＷＧ）１６で各チャネルに分波され、各チャネルにあるＳＯＡ１３に入射し光パワーが増幅される。その後、ＳＯＡ１３で光パワーが増幅された光信号は、４５度ミラー１５を介してＰＤアレイ１２の各ＰＤに入り電気信号に変換される（図１（ａ）の一点鎖線参照）。 1. Principle of Operation In this embodiment, how to demultiplex from one optical waveguide and convert the demultiplexed optical signal into a high-speed electrical signal will be described. First, an optical signal is demultiplexed into each channel by a demultiplexer (AWG) 16 on the demultiplexer integrated SOA array 14, and is incident on the SOA 13 in each channel to amplify the optical power. Thereafter, the optical signal whose optical power has been amplified by the SOA 13 enters each PD of the PD array 12 via the 45-degree mirror 15 and is converted into an electric signal (see the one-dot chain line in FIG. 1A).

２．組み立て工程
上述した構成の多チャネル光受信器（デバイス）を作製するための手順について説明する。すなわち、ＰＤアレイ１２と分波器集積ＳＯＡアレイ１４とを組み立てて、ＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０を実際に作製するための手順を説明する。まず、ＰＤのｐ，ｎ両電極の電極パッドにボールボンダでそれぞれ金バンプ１１を形成する。このとき、バンプ径は、６０μｍとした。次に、フリップチップ実装装置で、金バンプ１１が分波器集積ＳＯＡアレイ１４の高周波配線１７と接続するように、ＰＤアレイ１２を実装する。以上で、ＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０が完成する。 2. Assembly Process A procedure for manufacturing a multi-channel optical receiver (device) having the above-described configuration will be described. That is, a procedure for actually fabricating the PD array integrated SOA array 10 by assembling the PD array 12 and the duplexer integrated SOA array 14 will be described. First, gold bumps 11 are formed on the electrode pads of both the p and n electrodes of the PD by a ball bonder. At this time, the bump diameter was 60 μm. Next, the PD array 12 is mounted so that the gold bump 11 is connected to the high frequency wiring 17 of the duplexer integrated SOA array 14 by a flip chip mounting apparatus. Thus, the PD array integrated SOA array 10 is completed.

３．可変光減衰器の特性
上述した構成の多チャネル光受信器について、図２に示す実験系を作製し、この実験系を用いて、アイパターンの測定を行った。ＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０の分波器１６の入力側には、光ファイバ３２を介して多チャネル送信光源３１が接続されている。多チャネル送信光源３１には、高周波信号を供給するパルスパターンジェネレータ３５が接続されている。又、ＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０には、光サンプリングオシロスコープ３６が接続されている。測定時において、光ファイバ３２は４０ｋｍ、ＳＯＡ１３のバイアス電流は１００ｍＡ、データレート２７．７Ｇｂｐｓ、Non Return to ZERO（以下、ＮＲＺと称す）とし、疑似ランダム信号（以下、ＰＲＢＳと称す）は［２31−１］の光信号を４チャネル分入射した。このとき、光サンプリングオシロスコープ３６で観測された消光比は５ｄＢであった。 3. Characteristics of Variable Optical Attenuator For the multi-channel optical receiver configured as described above, an experimental system shown in FIG. 2 was prepared, and eye patterns were measured using this experimental system. A multi-channel transmission light source 31 is connected to the input side of the duplexer 16 of the PD array integrated SOA array 10 via an optical fiber 32. A pulse pattern generator 35 that supplies a high-frequency signal is connected to the multi-channel transmission light source 31. An optical sampling oscilloscope 36 is connected to the PD array integrated SOA array 10. At the time of measurement, the optical fiber 32 is 40 km, the bias current of the SOA 13 is 100 mA, the data rate is 27.7 Gbps, Non Return to ZERO (hereinafter referred to as NRZ), and the pseudo random signal (hereinafter referred to as PRBS) is [2 31. -1] is incident for four channels. At this time, the extinction ratio observed by the optical sampling oscilloscope 36 was 5 dB.

又、図２に示す実験系において、光サンプリングオシロスコープ３６をエラーディテクタに変え、図２に示す光ファイバ３２とＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０との間に可変光減衰器を入れて、符号誤り率特性（以下、ＢＥＲ特性と称す）を測定した。このとき、各チャネルでのエラーフリー動作を確認することができた。１２９５ｎｍ波長のチャネルだけ動作させたときに、ＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０に入射させる光のパワーが−１０ｄＢｍまではエラーフリー動作であった。   In the experimental system shown in FIG. 2, the optical sampling oscilloscope 36 is changed to an error detector, and a variable optical attenuator is inserted between the optical fiber 32 and the PD array integrated SOA array 10 shown in FIG. (Hereinafter referred to as BER characteristics) was measured. At this time, the error-free operation in each channel could be confirmed. When only a channel having a wavelength of 1295 nm was operated, the operation was error-free until the power of light incident on the PD array integrated SOA array 10 was -10 dBm.

したがって、本実施例に係る多チャネル光受信器によれば、小型であって、低コストで製造できる長距離向け多チャネル光受信器が実現可能であることが明らかとなった。   Therefore, according to the multi-channel optical receiver according to the present embodiment, it has become clear that a multi-channel optical receiver for long distances that is small in size and can be manufactured at low cost can be realized.

本発明の第２の実施例に係る多チャネル光受信器について、図３を参照して具体的に説明する。   A multi-channel optical receiver according to the second embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG.

本実施例でも、多チャネル光受信器の一例として、４チャネルの光受信器を示しているが、４つのＰＤ２２と、ＳＯＡ、光導波構造等が集積された４チャネルのＳＯＡアレイ２４とを有する構成となっている。   Also in this embodiment, a four-channel optical receiver is shown as an example of a multi-channel optical receiver, but it has four PDs 22 and a four-channel SOA array 24 in which SOAs, optical waveguide structures, etc. are integrated. It has a configuration.

ＳＯＡアレイ２４は、ＩｎＰ等の半導体基板上に形成されたものである。具体的には、図３（ｂ）に示すように、ＳＯＡアレイ２４には、光の入射方向から順に、ＳＯＡ２３、４５度ミラー２５が集積されている。４５度ミラー２５及びＳＯＡ２３は、４チャネル分形成されており、各ＳＯＡ２３の出力側に接続された光導波路は、対応する４５度ミラー２５と各々接続されている。なお、図３（ｂ）においては、参考のため、各ＰＤ２２の位置を点線で示している。   The SOA array 24 is formed on a semiconductor substrate such as InP. Specifically, as shown in FIG. 3B, SOAs 23 and 45-degree mirrors 25 are integrated in the SOA array 24 in order from the light incident direction. The 45-degree mirror 25 and the SOA 23 are formed for four channels, and the optical waveguide connected to the output side of each SOA 23 is connected to the corresponding 45-degree mirror 25. In FIG. 3B, the position of each PD 22 is indicated by a dotted line for reference.

一方、ＳＯＡアレイ２４とは独立して、ＳＯＡアレイ２４の入力端側（各ＳＯＡ２３の入力端側）には、１つのマイクロレンズアレイ２８が設けられており、さらに、４チャネルが合波された光を４つに分波するため、複数の分波器２６が設けられている。本実施例において、分波器２６は誘電体ミラーであり、２つ１組の誘電体ミラーで、１つの光の透過、反射を行うことにより、１つの光の分波を行っている。従って、１つの光を４つに分波するために、合計３組（合計６個）の誘電体ミラーが配置されて、最終的に、４つの光として入力されている。   On the other hand, independently of the SOA array 24, one microlens array 28 is provided on the input end side of the SOA array 24 (the input end side of each SOA 23), and four channels are combined. In order to demultiplex the light into four, a plurality of demultiplexers 26 are provided. In the present embodiment, the duplexer 26 is a dielectric mirror, and one set of two dielectric mirrors transmits and reflects one light to demultiplex one light. Therefore, in order to demultiplex one light into four, a total of three sets (a total of six) dielectric mirrors are arranged and finally inputted as four lights.

ＰＤ２２は、実施例１で示した４チャネルのＰＤアレイ１２のようにアレイ化したものではないが、その構造は、実施例１で示したＰＤアレイ１２のＰＤと同等のものでもよい。よって、ここでは、ＰＤの構成については、その説明を省略する。   The PD 22 is not arrayed like the 4-channel PD array 12 shown in the first embodiment, but its structure may be equivalent to the PD of the PD array 12 shown in the first embodiment. Therefore, the description of the configuration of the PD is omitted here.

従って、分波器２６に入力された光は、６個の分波器２６で４つに分波され、ＳＯＡ２３で各々増幅され、ＳＯＡ２３各々で増幅された光は、４５度ミラー２５で反射して各ＰＤ２２に入力されることなる。   Accordingly, the light input to the demultiplexer 26 is demultiplexed into four by the six demultiplexers 26, amplified by the SOA 23, and the light amplified by each SOA 23 is reflected by the 45 degree mirror 25. Are input to each PD 22.

そして、ミラー２５の周囲のＳＯＡアレイ２４の表面には、ＰＤ２２に高周波信号を供給するための高周波配線（信号配線）２７がパターニングにより４チャネル分形成されている。これら高周波配線２７によって、金バンプ２１を介して、図示しないＰＤ２２の電極パッドと接続されて、ＰＤ２２がＳＯＡアレイ２４の表面にフリップチップ実装される。この際、ＰＤ２２各々へ光がミラー２５を介して入射するように、ＰＤ２２をフリップチップ実装している。   On the surface of the SOA array 24 around the mirror 25, high frequency wirings (signal wirings) 27 for supplying a high frequency signal to the PD 22 are formed by patterning for four channels. These high-frequency wirings 27 are connected to electrode pads (not shown) of the PD 22 via the gold bumps 21, and the PD 22 is flip-chip mounted on the surface of the SOA array 24. At this time, the PD 22 is flip-chip mounted so that light enters each PD 22 through the mirror 25.

このフリップチップ実装により、ＰＤ２２とＳＯＡアレイ２４とを組み合わせて、ＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０を構成している。又、このフリップチップ実装により、一括で信号配線の接続をすることが可能となり、実装時間低減による低コスト化が図れ、さらに、ワイヤ実装が不要となるため、高周波特性改善が可能となる。   By this flip chip mounting, the PD integrated SOA array 20 is configured by combining the PD 22 and the SOA array 24. Further, the flip chip mounting allows signal wirings to be connected in a lump, thereby reducing the cost by reducing the mounting time and further eliminating the need for wire mounting, thereby improving high frequency characteristics.

なお、チャネル間隔を５００μｍとし、入射波長は１２９５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３０５ｎｍ、１３１０ｎｍとした。   The channel spacing was 500 μm, and the incident wavelengths were 1295 nm, 1300 nm, 1305 nm, and 1310 nm.

１．動作原理
本実施例で、どのようにして１本の光導波路から分波して、分波された光信号を高速電気信号に変換するかを説明する。まず、光信号は、誘電体ミラーを使用した分波器２６によって各チャネルに分波されて、各チャネルにあるＳＯＡ２３に入射し光パワーが増幅される。その後、ＳＯＡ２３で光パワーが増幅された光信号は、４５度ミラー２５を介してＰＤ２２に入り電気信号に変換される（図３（ａ）の一点鎖線参照）。 1. Principle of Operation In this embodiment, how to demultiplex from one optical waveguide and convert the demultiplexed optical signal into a high-speed electrical signal will be described. First, an optical signal is demultiplexed into each channel by a demultiplexer 26 using a dielectric mirror, and enters an SOA 23 in each channel to amplify the optical power. Thereafter, the optical signal whose optical power has been amplified by the SOA 23 enters the PD 22 via the 45-degree mirror 25 and is converted into an electric signal (see the one-dot chain line in FIG. 3A).

２．組み立て工程
上述した構成の多チャネル光受信器（デバイス）を作製するための手順について説明する。すなわち、ＰＤ２２と、ＳＯＡアレイ２４と、マイクロレンズアレイ２８と、誘電体ミラー２６とを組み立てて、ＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０を実際に作製するための手順を説明する。まず、４５度ミラー２５に４チャネル分のコリメート光を入射させる。この状態で、マイクロレンズアレイ２８をコリメート光になる位置に固定する。 2. Assembly Process A procedure for manufacturing a multi-channel optical receiver (device) having the above-described configuration will be described. That is, a procedure for actually fabricating the PD integrated SOA array 20 by assembling the PD 22, the SOA array 24, the microlens array 28, and the dielectric mirror 26 will be described. First, collimated light for four channels is incident on the 45-degree mirror 25. In this state, the microlens array 28 is fixed at a position where it becomes collimated light.

固定した後、図３（ｂ）中、上から三番目のミラー２５の上部から光を入れたときに光が直線にでるように光線に対して４５度の角度で誘電体ミラー２６ｃを固定し、光線上に光パワーメータのディテクタをおく。次に、上から四番目（一番下）のミラー２５の上部から光を入れたときに光パワーメータが最大の値になる位置で誘電体ミラー２６ｄを固定する。同様の手順で、上から一番目（一番上）と上から二番目の光路上にある誘電体ミラー２６ａ，２６ｂを固定する。続いて、上から三番目または四番目（一番下）のミラー２５の上部から光を入れたときに光が直線にでるように光線に対して４５度の角度で誘電体ミラー２６ｆを固定し、光線上に光パワーメータのディテクタをおく。次に、上から一番目（一番上）または上から二番目のミラー２５の上部から光を入れたときに光パワーメータが最大の値になる位置で誘電体ミラー２６ｅを固定する。   After fixing, in FIG. 3B, the dielectric mirror 26c is fixed at an angle of 45 degrees with respect to the light beam so that when the light enters from the top of the third mirror 25 from the top, the light comes out in a straight line. Place the detector of the optical power meter on the light beam. Next, the dielectric mirror 26d is fixed at a position where the optical power meter reaches the maximum value when light enters from the top of the fourth (bottom) mirror 25 from the top. In the same procedure, the dielectric mirrors 26a and 26b on the first optical path from the top (top) and the second optical path from the top are fixed. Subsequently, the dielectric mirror 26f is fixed at an angle of 45 degrees with respect to the light beam so that when the light enters from the top of the third or fourth (bottom) mirror 25 from the top, the light comes out in a straight line. Place the detector of the optical power meter on the light beam. Next, the dielectric mirror 26e is fixed at a position where the optical power meter reaches the maximum value when light is input from the top of the first (top) or second mirror 25 from the top.

そして、ＰＤ２２の電極パッドにボールボンダでそれぞれ金バンプ２１を形成する。このとき、バンプ径は６０μｍとした。最後に、フリップチップ実装装置で、金バンプ２１がＳＯＡアレイ２４の高周波配線２７と接続するように、ＰＤ２２を１個ずつ実装する。以上で、ＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０が完成する。   Then, gold bumps 21 are formed on the electrode pads of the PD 22 by ball bonders. At this time, the bump diameter was 60 μm. Finally, the PDs 22 are mounted one by one so that the gold bumps 21 are connected to the high frequency wirings 27 of the SOA array 24 by a flip chip mounting apparatus. Thus, the PD integrated SOA array 20 is completed.

３．可変光減衰器の特性
上述した構成の多チャネル光受信器について、図２に示す実験系を作製し、この実験系を用いて、アイパターンの測定を行った。すなわち、ＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０の代わりにＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０を用い、このＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０の分波器２６の入力側に、光ファイバ３２を介して多チャネル送信光源３１が接続される。また、ＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０には、光サンプリングオシロスコープ３６が接続される。測定時において、光ファイバ３２は４０ｋｍ、ＳＯＡ２３のバイアス電流は１００ｍＡ、データレート２７．７Ｇｂｐｓ、Non Return to ZERO（以下、ＮＲＺと称す）とし、疑似ランダム信号（以下、ＰＲＢＳと称す）は［２31−１］の光信号を４チャネル分入射した。このとき、光サンプリングオシロスコープ３６で観測された消光比は５ｄＢであった。 3. Characteristics of Variable Optical Attenuator For the multi-channel optical receiver configured as described above, an experimental system shown in FIG. 2 was prepared, and eye patterns were measured using this experimental system. That is, the PD integrated SOA array 20 is used instead of the PD array integrated SOA array 10, and the multi-channel transmission light source 31 is connected to the input side of the duplexer 26 of the PD integrated SOA array 20 via the optical fiber 32. . An optical sampling oscilloscope 36 is connected to the PD integrated SOA array 20. At the time of measurement, the optical fiber 32 is 40 km, the bias current of the SOA 23 is 100 mA, the data rate is 27.7 Gbps, Non Return to ZERO (hereinafter referred to as NRZ), and the pseudo random signal (hereinafter referred to as PRBS) is [2 31. -1] is incident for four channels. At this time, the extinction ratio observed by the optical sampling oscilloscope 36 was 5 dB.

又、上述した実験系において、光サンプリングオシロスコープ３６をエラーディテクタに変え、光ファイバ３２とＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０との間に可変光減衰器をいれて、符号誤り率特性（以下、ＢＥＲ特性と称す）を測定した。このとき、各チャネルでのエラーフリー動作を確認することができた。１２９５ｎｍ波長のチャネルだけ動作させたとき、ＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０に入射させる光のパワーが−２０ｄＢｍまではエラーフリー動作であった。   In the experimental system described above, the optical sampling oscilloscope 36 is changed to an error detector, and a variable optical attenuator is inserted between the optical fiber 32 and the PD integrated SOA array 20 to obtain a code error rate characteristic (hereinafter referred to as BER characteristic). ) Was measured. At this time, the error-free operation in each channel could be confirmed. When operating only on a channel having a wavelength of 1295 nm, the operation was error-free until the power of light incident on the PD integrated SOA array 20 was -20 dBm.

したがって、本実施例に係る多チャネル光受信器によれば、小型であって、低コストで製造できる長距離向け多チャネル光受信器が実現可能であることが明らかとなった。   Therefore, according to the multi-channel optical receiver according to the present embodiment, it has become clear that a multi-channel optical receiver for long distances that is small in size and can be manufactured at low cost can be realized.

なお、上記では、ＰＤおよびＳＯＡの絶縁部として、ルテニウム、鉄をドープしたＩｎＰを用いることができる。   In the above, InP doped with ruthenium or iron can be used as the insulating part of PD and SOA.

上述した第１の実施例では、ＰＤアレイ１２と分波集積ＳＯＡアレイ１４とを具備するＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０について説明したが、チャネル数分のＰＤと分波集積ＳＯＡアレイとを具備するＰＤ集積ＳＯＡアレイとすることも可能である。   In the first embodiment described above, the PD array integrated SOA array 10 including the PD array 12 and the demultiplexing integrated SOA array 14 has been described. However, the PD including the PD corresponding to the number of channels and the demultiplexing integrated SOA array. An integrated SOA array is also possible.

上述した第２の実施例では、チャネル数分のＰＤ２２とＳＯＡアレイ２４とを具備するＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０と、複数の分波器２６とを備えた多チャネル光受信器を用いて説明したが、チャネル数分のＰＤを集積したＰＤアレイとＳＯＡアレイとを具備するＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイと、複数の分波器とを備えた多チャネル光受信器とすることも可能である。   In the second embodiment described above, a multi-channel optical receiver including a PD integrated SOA array 20 including PDs 22 and SOA arrays 24 corresponding to the number of channels and a plurality of duplexers 26 has been described. A multi-channel optical receiver including a PD array integrated SOA array including a PD array in which PDs corresponding to the number of channels are integrated and an SOA array, and a plurality of branching filters can be provided.

本発明に係る多チャネル光受信器によれば、小型であって、低コストで製造できる長距離向け多チャネル光受信器が実現可能であることから、光通信産業にとって有用である。   The multi-channel optical receiver according to the present invention is useful for the optical communication industry because it is small and can realize a long-distance multi-channel optical receiver that can be manufactured at low cost.

１０ 多チャネル光受信器
１１ 金バンプ
１２ ＰＤアレイ
１３ ＳＯＡ
１４ 分波器集積ＳＯＡアレイ
１５ ４５度ミラー
１６ 分波器
１７ 高周波配線
２０ 多チャネル光受信器
２１ 金バンプ
２２ ＰＤ
２３ ＳＯＡ
２４ ＳＯＡアレイ
２５ ４５度ミラー
２６ 分波器
２７ 高周波配線
２８ マイクロレンズアレイ
３１ 多チャネル送信光源
３２ 光ファイバ
３５ パルスパターンジェネレータ
３６ 光サンプリングオシロスコープ
５１ 単チャネル光受信器
５２ 光分波器
10 Multi-channel optical receiver 11 Gold bump 12 PD array 13 SOA
14 Demultiplexer integrated SOA array 15 45 degree mirror 16 Demultiplexer 17 High frequency wiring 20 Multi-channel optical receiver 21 Gold bump 22 PD
23 SOA
24 SOA array 25 45 degree mirror 26 Demultiplexer 27 High frequency wiring 28 Micro lens array 31 Multichannel transmission light source 32 Optical fiber 35 Pulse pattern generator 36 Optical sampling oscilloscope 51 Single channel optical receiver 52 Optical demultiplexer

Claims (4)

入力された光をチャネル数分に分波する分波器と、
前記分波器で分波された光を各々増幅する前記チャネル数分の半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器各々から出力された光を反射する前記チャネル数分のミラーとを集積した基板と、
前記ミラー各々から導かれた光を検出する前記チャネル数分のフォトディテクタとを有し、
前記分波器からの光が前記ミラーを介して前記フォトディテクタに各々入射するように、前記フォトディテクタを前記基板の表面に各々フリップチップ実装した多チャネル光受信器であって、
前記分波器は前記基板に集積される
ことを特徴とする多チャネル光受信器。 A demultiplexer that demultiplexes the input light into the number of channels;
A substrate in which semiconductor optical amplifiers for the number of channels each amplifying the light demultiplexed by the branching filter and mirrors for the number of channels reflecting the light output from each of the semiconductor optical amplifiers are integrated;
Detectors for the number of channels for detecting light guided from each of the mirrors,
A multichannel optical receiver in which the photodetector is flip-chip mounted on the surface of the substrate so that light from the duplexer is incident on the photodetector via the mirror ,
The multi-channel optical receiver, wherein the duplexer is integrated on the substrate . 入力された光をチャネル数分に分波する分波器と、
前記分波器で分波された光を各々増幅する前記チャネル数分の半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器各々から出力された光を反射する前記チャネル数分のミラーとを集積した基板と、
前記ミラー各々から導かれた光を検出する前記チャネル数分のフォトディテクタを集積したフォトディテクタアレイとを有し、
前記分波器からの光が前記ミラーを介して前記フォトディテクタに各々入射するように、前記フォトディテクタアレイを前記基板の表面に各々フリップチップ実装した多チャネル光受信器であって、
前記分波器は前記基板に集積される
ことを特徴とする多チャネル光受信器。 A demultiplexer that demultiplexes the input light into the number of channels;
A substrate in which semiconductor optical amplifiers for the number of channels each amplifying the light demultiplexed by the branching filter and mirrors for the number of channels reflecting the light output from each of the semiconductor optical amplifiers are integrated;
A photodetector array in which photodetectors corresponding to the number of channels for detecting light guided from each of the mirrors are integrated;
A multi-channel optical receiver in which the photodetector array is flip-chip mounted on the surface of the substrate so that light from the duplexer is incident on the photodetector via the mirror .
The multi-channel optical receiver, wherein the duplexer is integrated on the substrate . 前記ミラー周囲の前記基板表面に、前記フォトディテクタ又は前記フォトディテクタアレイへの信号配線を前記チャネル数分設け、前記フォトディテクタ又は前記フォトディテクタアレイを前記信号配線にフリップチップ実装した
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多チャネル光受信器。 On the substrate surface around the mirror, the photodetector or provided a signal wiring to the photodetector array the number of channels, according to claim 1 said photodetector or said photodetector array, characterized in that flip-chip mounted on the signal wiring or The multi-channel optical receiver according to claim 2 . 前記フォトディテクタは、当該フォトディテクタの光入射面側に設けられたｐ側電極及びｎ側電極を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の多チャネル光受信器。 The photodetector is a multi-channel optical receiver according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it has a p-side electrode and the n-side electrode provided on the light incident side of the photodetector.
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