JP6379258B1

JP6379258B1 - 光双方向通信モジュール

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Publication number: JP6379258B1
Application number: JP2017116878A
Authority: JP
Inventors: 志村　大輔; 大輔志村
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Photonics Electronics Technology Research Association
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Photonics Electronics Technology Research Association
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2018-08-22
Anticipated expiration: 2037-06-14
Also published as: JP2019003003A

Abstract

【課題】複雑な光軸合わせを必要とせず、かつ小型化に有利な光双方向通信モジュールを提供する。
【解決手段】同一基板上に形成された、１個の入出力ポート２０と、合分波部３０と、ｎ個の送信部４０−１〜ｎと、ｍ個の受信部５０−１〜ｍと、入出力ポート及び合分波部間を接続する入出力導波路部６０と、合分波部及び送信部間を接続する送信側導波路部７０と、合分波部及び受信部間を接続する受信側導波路部８０と、送信側導波路部の中途に、送信側導波路部の一部として形成された合波部７３と、受信側導波路部の中途に、受信側導波路部の一部として形成された第１分波部８４とを備える。入出力ポート、合分波部、入出力導波路部、送信側導波路部、受信側導波路部、合波部及び第１分波部は、シリコン導波路によって構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、同一基板上に複数の発光素子及び複数の受光素子が集積された光双方向通信モジュールに関する。

従来、１本の光ファイバを接続して光による双方向通信が可能な光双方向通信モジュールとして、例えば特許文献１に記載された光双方向通信モジュールがある。

特許文献１に記載された光双方向通信モジュールは、送信部である半導体レーザ及び受信部であるフォトダイオード、並びにバンドパスフィルタを備えている。

半導体レーザとフォトダイオードとは、それぞれ別のパッケージに収められている。バンドパスフィルタは、光ファイバから入力される受信光のうち、受信波長の光をフォトダイオード側へ反射する。また、バンドパスフィルタは、半導体レーザからの送信光のうち、送信波長の光を透過させ、光ファイバへ入射させる。

特開平１０−２０６６７８号公報

特許文献１に記載された光双方向通信モジュールでは、送信部及び受信部が別パッケージに収められているため、小型化が非常に困難である。特に、複数の波長の送受信を行う光双方向通信モジュールを想定した場合、複数の送信部及び複数の受信部をそれぞれ別パッケージに収める必要があるため、小型化に不利である。

また、特許文献１に記載された光双方向通信モジュールでは、各々の光部品間において、複雑な光軸合わせを必要とするため、各光部品を駆動調整しながら作製する必要がある。このため、製造工程が増加してコストがかかる、という問題があった。

そこで、この発明の目的は、複雑な光軸合わせを必要とせず、かつ小型化に有利な光双方向通信モジュールを提供することにある。

上述した目的を達成するために、この発明による光双方向通信モジュールは、同一基板上に形成された、１個の入出力ポートと、合分波部と、ｎ個（ｎは２以上の整数）の送信部と、ｍ個（ｍは２以上の整数）の受信部と、入出力ポート及び合分波部間を接続する入出力導波路部と、合分波部及び送信部間を接続する送信側導波路部と、合分波部及び受信部間を接続する受信側導波路部と、送信側導波路部の中途に、送信側導波路部の一部として形成された合波部と、受信側導波路部の中途に、受信側導波路部の一部として形成された第１分波部とを備えている。

入出力ポートは、合分波部から入出力導波路部を経て送られる送信光を外部の光学素子へ出力し、かつ外部の光学素子から入力される受信光を、入出力導波路部を経て合分波部へ送る。合分波部は、送信部から送信側導波路部を経て送られる送信光を、入出力導波路部を経て入出力ポートへ送り、かつ入出力ポートから入出力導波路部を経て送られる受信光を受信側導波路部を経て受信部へ送る。送信部は、送信光を生成し、かつ送信光を、送信側導波路部を経て合分波部へ送る。合波部は、ｎ個の送信部から送られる、送信側導波路部を伝播するｎ個の送信光を合波する。第１分波部は、受信側導波路部を伝播する受信光をｍ分岐してｍ個の受信部へ送る。受信部は、合分波部から受信側導波路部を経て送られる受信光を受信する。

入出力ポート、合分波部、入出力導波路部、送信側導波路部、受信側導波路部、合波部及び第１分波部は、シリコン導波路によって構成されている。

この発明による光双方向通信モジュールでは、入出力ポートとｎ個の送信部及びｍ個の受信部との間を、シリコン導波路によって接続する。このため、光が導波路内に閉じ込められて伝搬するため、レンズ等を利用して光学的な接続を行う場合と異なり、複雑な光軸合わせを必要としない。従って、製造工程が簡易であり、製造コストの面で有利である。

また、この発明による光双方向通信モジュールでは、入出力ポートとｎ個の送信部及びｍ個の受信部との間を接続するシリコン導波路を、例えばＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用して形成することができる。従って、同一の基板（ＳＯＩ基板の支持基板）上に、入出力ポート並びにｎ個の送信部及びｍ個の受信部を集積することができる。そのため、この発明による光双方向通信モジュールでは、小型化に有利である。

この発明の光双方向通信モジュールを示す概略的平面図である。合波部を示す概略的平面図である。合分波部を示す概略的平面図である。第１分波部を示す概略的平面図である。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

図１を参照して、この発明の実施の形態による光双方向通信モジュール（以下、単に光双方向通信モジュールとも称する）について説明する。図１は、光双方向通信モジュールを示す概略的平面図である。なお、図１では、基板、基板上に集積された各素子、及び素子間を接続する光導波路部を示してあり、各素子及び光導波路を包含するクラッドを省略している。

なお、以下の説明では、各構成要素について、光の伝播方向に沿った方向を長さ方向とする。また、基板の厚さに沿った方向を厚さ方向とする。また、長さ方向及び厚さ方向に直交する方向を幅方向とする。

光双方向通信モジュール１００は、同一の基板１０上に形成された、１個の入出力ポート２０、合分波部３０、ｎ個（ｎは２以上の整数）の送信部４０−１〜ｎ、ｍ個（ｍは２以上の整数）の受信部５０−１〜ｍ、入出力導波路部６０、送信側導波路部７０及び受信側導波路部８０を備えて構成されている。入出力導波路部６０は、入出力ポート２０及び合分波部３０間を接続する。また、送信側導波路部７０は、合分波部３０及び送信部４０−１〜ｎ間を接続する。また、受信側導波路部８０は、合分波部３０及び受信部５０−１〜ｍ間を接続する。

基板１０は、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）を材料とした平板状体で構成されている。

入出力ポート２０、入出力導波路部６０、合分波部３０、送信側導波路部７０及び受信側導波路部８０は、同一の基板１０上に、例えばＳｉを材料としたシリコン導波路によって構成されている。そこで、以下、これら入出力ポート２０、合分波部３０、入出力導波路部６０、送信側導波路部７０及び受信側導波路部８０を総称して、シリコン導波路と称することもある。

シリコン導波路は、クラッド（図示せず）に包含されて形成されている。クラッドは、シリコン導波路よりも低い屈折率を有する例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を材料として形成されている。クラッドとの屈折率差により、シリコン導波路は、実質的な光の伝送路として機能し、入力された光がシリコン導波路の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。

送信部４０−１〜ｎは、それぞれ固有の波長の送信光を生成する。ここでは、送信部４０−１が波長λｕ１の送信光を、及び送信部４０−２が波長λｕ２の送信光を生成し、以下、順に送信部４０−ｎが波長λｕｎの送信光を生成する。そして、送信部４０−１〜ｎは、それぞれ生成した送信光を、ポート部７１−１〜ｎへ送る。

送信部４０−１〜ｎとしては、例えば端面発光レーザ等の半導体を用いた発光素子モジュールを用いることができる。送信部４０−１〜ｎを構成する発光素子モジュールは、基板１０上に表面実装されている。また、発光素子モジュールは、送信側導波路部７０の後述するポート部７１−１〜ｎと、端面結合により光学的に接続されている。

送信側導波路部７０は、ここでは、ｎ個のポート部７１−１〜ｎ、合波部７３、変調部７５、合波部７３及びポート部７１−１〜ｎの各間を並列に接続する第１送信側導波路部７２−１〜ｎ、合波部７３及び変調部７５間を接続する第２送信側導波路部７４、並びに変調部７５及び合分波部３０間を接続する第３送信側導波路部７６、を含んで構成されている。変調部７５及び合波部７３は、送信側導波路部７０の中途に、送信側導波路部７０を構成するシリコン導波路の一部として形成されている。ポート部７１−１〜ｎは、送信側導波路部７０の送信部４０−１〜ｎ側の一端に、送信側導波路部７０を構成するシリコン導波路の一部として形成されている。また、第３送信側導波路部７６、第２送信側導波路部７４及び第１送信側導波路部７２−１〜ｎは、シングルモード条件を達成する幅（例えば波長１５５０ｎｍの波長帯では４４０ｎｍ）及び厚さ（例えば１５５０ｎｍの波長帯では２２０ｎｍ）で形成されている。

ポート部７１−１〜ｎは、送信部４０−１〜ｎと１対１対応して並列に接続されている。ポート部７１−１〜ｎは、対応する送信部４０−１〜ｎから送られる送信光を、第１送信側導波路部７２−１〜ｎを経て合波部７３へ送る。ポート部７１−１〜ｎとしては、例えば、幅方向又は厚さ方向のいずれか一方又は双方においてテーパ形状を有するスポットサイズ変換器を用いることができる。そして、送信部４０−１〜ｎからシリコン導波路へ入力される送信光のＭＦＤ（ＭｏｄｅＦｉｅｌｄＤｉａｍｅｔｅｒ：モードフィールド径）を、シリコン導波路の径に応じて変換する。

合波部７３は、送信部４０−１〜ｎから第１送信側導波路部７２−１〜ｎを経て送られる送信光を合波する。また、合波部７３は、送信光を、第２送信側導波路部７４を経て変調部７５へ送る。合波部７３としては、例えばマッハツェンダ干渉器（ＭＺＩ：Ｍａｃｈ−ＺｅｈｎｄｅｒＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）型フィルタを用いることができる。

図２を参照して、ＭＺＩ型フィルタを用いた合波部７３について説明する。図２は、合波部７３を示す概略的平面図である。図２では、一例として、合波部７３が４つのポート部７１−１〜４と接続されている場合（すなわち光双方向通信モジュール１００が４つの送信部４０を備える場合）の構成例を示している。従って、図２の構成例では、合波部７３が、ポート部７１−１〜４から第１送信側導波路部７２−１〜４を経て送られる波長λｕ１〜λｕ４の送信光を合波して、変調部７５へ送る。

図２に示す合波部７３は、３つのＭＺＩ型フィルタ１７０−１〜３を２段に組み合わせて構成されている。各ＭＺＩ型フィルタ１７０は、１対の方向性結合部（第１方向性結合部１７１及び第２方向性結合部１７３）並びに、これらに挟まれた干渉導波路部１７２を備えて構成されている。

第１方向性結合部１７１は、１対の直線導波路１７４及び１７５が互いに離間しかつ並んで配置されて構成されている。第２方向性結合部１７３は、１対の直線導波路１７８及び１７９が互いに離間しかつ並んで配置されて構成されている。干渉導波路部１７２は、第１方向性結合部１７１の直線導波路１７４と第２方向性結合部１７３の直線導波路１７８との間を接続するアーム導波路１７６、及び第１方向性結合部１７１の直線導波路１７５と第２方向性結合部１７３の直線導波路１７９との間を接続するアーム導波路１７７を含んで構成されている。

ここでは、ＭＺＩ型フィルタ１７０−１における第１方向性結合部１７１の直線導波路１７４が、第１送信側導波路部７２−１を挟んでポート部７１−１と接続されている。また、ＭＺＩ型フィルタ１７０−１における第１方向性結合部１７１の直線導波路１７５が、第１送信側導波路部７２−２を挟んでポート部７１−２と接続されている。また、ＭＺＩ型フィルタ１７０−２における第１方向性結合部１７１の直線導波路１７４が、第１送信側導波路部７２−３を挟んでポート部７１−３と接続されている。また、ＭＺＩ型フィルタ１７０−２における第１方向性結合部１７１の直線導波路１７５が、第１送信側導波路部７２−４を挟んでポート部７１−４と接続されている。また、ＭＺＩ型フィルタ１７０−３における第２方向性結合部１７３の直線導波路１７８が、第２送信側導波路部７４を挟んで変調部７５と接続されている。

さらに、ＭＺＩ型フィルタ１７０−１における第２方向性結合部１７３の直線導波路１７９と、ＭＺＩ型フィルタ１７０−３における第１方向性結合部１７１の直線導波路１７４とが接続されている。また、ＭＺＩ型フィルタ１７０−２における第２方向性結合部１７３の直線導波路１７８と、ＭＺＩ型フィルタ１７０−３における第１方向性結合部１７１の直線導波路１７５とが接続されている。

各ＭＺＩ型フィルタ１７０−１〜３では、第１方向性結合部１７１の直線導波路１７４及び１７５からそれぞれ送信光が入力される。そして、入力された送信光から、干渉導波路部１７２のアーム導波路１７６及び１７７の光路長差に応じて定まる波長光が、第１方向性結合部１７１及び第２方向性結合部１７３の各結合長に応じて定まる分岐比で、第２方向性結合部１７３の直線導波路１７８及び１７９から出力される。

ＭＺＩ型フィルタ１７０−１では、第１方向性結合部１７１の直線導波路１７４から入力される波長λｕ１の送信光、及び第１方向性結合部１７１の直線導波路１７５から入力される波長λｕ２の送信光が、ともに第２方向性結合部１７３の直線導波路１７９から出力され、ＭＺＩ型フィルタ１７０−３の第１方向性結合部１７１の直線導波路１７４へ送られる。また、ＭＺＩ型フィルタ１７０−２では、第１方向性結合部１７１の直線導波路１７４から入力される波長λｕ３の送信光、及び第１方向性結合部１７１の直線導波路１７５から入力される波長λｕ４の送信光が、ともに第２方向性結合部１７３の直線導波路１７８から出力され、ＭＺＩ型フィルタ１７０−３の第１方向性結合部１７１の直線導波路１７５へ送られる。さらに、ＭＺＩ型フィルタ１７０−３では、第１方向性結合部１７１の直線導波路１７４から入力される波長λｕ１及びλｕ２の送信光、並びに第１方向性結合部１７１の直線導波路１７５から入力される波長λｕ３及びλｕ４の送信光が、いずれも第２方向性結合部１７３の直線導波路１７８から出力され、第２送信側導波路部７４へ送られる。

このように、合波部７３では、各ＭＺＩ型フィルタ１７０−１〜３の干渉導波路部１７２のアーム導波路１７６及び１７７の光路長差、並びに第１方向性結合部１７１及び第２方向性結合部１７３の各結合長を適宜設定することにより、複数の送信光を合波して、第２送信側導波路部７４へ送ることができる。合波部７３におけるＭＺＩ型フィルタ１７０の設置数及び段数は、ポート部７１の数（送信部４０の数）に応じて、適宜設定することができる。

変調部７５は、外部から与えられる電気信号を用いて送信光を変調することにより、光信号を生成する。そして、変調部７５は、変調された光信号としての送信光を、第３送信側導波路部７６を経て合分波部３０へ送る。変調部７５としては、例えば、シリコン導波路にｐ型不純物が導入されたｐ型領域及びｎ型不純物が導入されたｎ型領域を含む、ｐｎ接合を利用した変調器を用いることができる。

合分波部３０は、送信部４０−１〜ｎから送信側導波路部７０を経て送られる送信光を、入出力導波路部６０を経て入出力ポート２０へ送る。また、入出力ポート２０から入出力導波路部６０を経て送られる受信光を受信側導波路部８０へ送る。合分波部３０としては、例えば方向性結合器及び分布型ブラッグ反射器（ＤＢＲ：ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ）を組み合わせた構成を用いることができる。図３を参照して、方向性結合器及びＤＢＲを用いた合分波部３０について説明する。図３は、合分波部３０を示す概略的平面図である。

図３に示す合分波部３０では、第３送信側導波路部７６の合分波部３０側の一端部（結合部１３２）と、入出力導波路部６０とが互いに離間しかつ並んで配置された方向性結合器１３１が構成されている。方向性結合器１３１において、第３送信側導波路部７６の結合部１３２を伝播する送信光の進行方向は、入出力導波路部６０を伝播する受信光の進行方向（入出力ポート２０から合分波部３０へ向かう方向）と一致している。

結合部１３２は、光の伝播方向に沿って連続的に幅が変化するテーパ形状とされている。そして、結合部１３２は、結合部１３２における送信光の波長帯λｕ１〜λｕｎの等価屈折率と、入出力導波路部６０における送信光の波長帯λｕ１〜λｕｎの等価屈折率とが一致する幅を含んでいる。これによって、方向性結合器１３１において、第３送信側導波路部７６から入出力導波路部６０へ送信光が移行する。

さらに、図３に示す合分波部３０では、入出力導波路部６０の合分波部３０側の一端にＤＢＲ１３３が設けられている。従って、ＤＢＲ１３３には、方向性結合器１３１において第３送信側導波路部７６から入出力導波路部６０へ移行した送信光、及び入出力ポート２０から送られる受信光が、ともに入力される。

ＤＢＲ１３３は、例えばシリコン導波路にグレーティングを形成することによって構成されている。ＤＢＲ１３３は、送信光の波長帯λｕ１〜λｕｎの光を反射し、かつ受信光の波長帯λｄ１〜λｄｍの光を透過させる。従って、送信光は、ＤＢＲ１３３において反射され、入出力ポート２０へ向かう方向に入出力導波路部６０を伝播する。一方、受信光は、ＤＢＲ１３３を透過して、第１受信側導波路部８１へ送られる。

入出力導波路部６０は、シングルモード条件を達成する幅及び厚さで形成されている。

入出力ポート２０は、光双方向通信モジュール１００のシリコン導波路と例えばファイバ等の外部の光学素子との間を光学的に接続する。そして、入出力ポート２０は、入出力導波路部６０を経て合分波部３０から送られる送信光を外部の光学素子へ出力する。また、入出力ポート２０は、外部の光学素子から入力される受信光を、入出力導波路部６０を経て合分波部３０へ送る。

入出力ポート２０としては、例えば、幅方向又は厚さ方向のいずれか一方又は双方においてテーパ形状を有するスポットサイズ変換器を用いることができる。そして、外部の光学素子から入出力ポート２０へ入力される受信光、及び入出力ポート２０から外部の光学素子へ出力される送信光のＭＦＤを、入出力ポート２０及びシリコン導波路の径に応じて変換する。

受信側導波路部８０は、ここでは、偏波分離部８２、第１分波部８４、偏波回転部８７、第２分波部８９、合分波部３０及び偏波分離部８２間を接続する第１受信側導波路部８１、偏波分離部８２及び第１分波部８４間を接続する第２受信側導波路部８３、第１分波部８４及び受信部５０−１〜ｍの各間を並列に接続する第３受信側導波路部８５−１〜ｍ、偏波分離部８２及び偏波回転部８７間を接続する第４受信側導波路部８６、偏波回転部８７及び第２分波部８９間を接続する第５受信側導波路部８８、並びに第２分波部８９及び受信部５０−１〜ｍの各間を並列に接続する第６受信側導波路部９０−１〜ｍを含んで構成されている。また、偏波分離部８２、第１分波部８４、偏波回転部８７及び第２分波部８９は、受信側導波路部８０の中途に、受信側導波路部８０を構成するシリコン導波路の一部として形成されている。また、第１受信側導波路部８１、第２受信側導波路部８３、第３受信側導波路部８５−１〜ｍ、第４受信側導波路部８６、第５受信側導波路部８８及び第６受信側導波路部９０−１〜ｍは、シングルモード条件を達成する幅及び厚さで形成されている。

偏波分離部８２は、合分波部３０から第１受信側導波路部８１を経て送られる受信光を、ＴＥ偏波光とＴＭ偏波光とに分離する。そして、一方の偏波光を、第２受信側導波路部８３を経て第１分波部８４へ、他方の偏波光を、第４受信側導波路部８６を経て偏波回転部８７へ送る。なお、ここでは、ＴＥ偏波光が第１分波部８４へ、及びＴＭ偏波光が偏波回転部８７へ送られる場合について説明する。偏波分離部８２としては、例えば方向性結合器を用いることができる。

第１分波部８４は、偏波分離部８２から送られるＴＥ偏波光をｍ分岐して、第３受信側導波路部８５−１〜ｍを経て受信部５０−１〜ｍへ送る。第１分波部８４としては、例えばリング共振器を用いることができる。図４を参照して、リング共振器を用いた第１分波部８４について説明する。図４は、第１分波部８４を示す概略的平面図である。

図４に示す第１分波部８４は、リング導波路１８１−１〜ｍ及び接続導波路１８２−１〜ｍを含んでいる。リング導波路１８１−１〜ｍは、リング状のシリコン導波路によって構成されている。そして、リング導波路１８１−１〜ｍは、第２受信側導波路部８３の光伝播方向に沿って並んで設けられている。接続導波路１８２−１〜ｍは、第３受信側導波路部８５−１〜ｍの第１分波部８４側の一端部として形成されている。接続導波路１８２−１〜ｍは、リング導波路１８１−１〜ｍと一対一対応し、それぞれリング導波路１８１−１〜ｍを挟んで第２受信側導波路部８３と対向して設けられている。これによって、それぞれ第２受信側導波路部８３、リング導波路１８１、及び接続導波路１８２を含むｍ個のリング共振器１８０−１〜ｍが構成されている。

各リング共振器１８０−１〜ｍでは、第２受信側導波路部８３を伝播する受信光のうち、リング導波路１８１−１〜ｍの円周の長さに応じた特定の波長の光が、それぞれ対応する接続導波路１８２−１〜ｍへ移行する。リング導波路１８１−１〜ｍの各円周は、対応する接続導波路１８２−１〜ｍと接続された受信部５０−１〜ｍの受信波長に応じて設定される。これによって、第１分波部８４では、複数の波長λｄ１〜λｄｍの受信光を、受信部５０−１〜ｍの受信波長に対応して分岐することができる。

偏波回転部８７は、偏波分離部８２から送られるＴＭ偏波光を、ＴＥ偏波光に変換して、第２分波部８９へ送る。偏波回転部８７としては、例えば、幅の異なるコアを重ねる構造や屈折率の異なるコアを重ねる構造等、厚さ方向でモード分布を偏心させる構造を用いることができる。

第２分波部８９は、受信部５０−１〜ｍを挟んで第１分波部８４と対向する側に設けられている。第２分波部８９は、偏波回転部８７から送られるＴＥ偏波光をｍ分岐して、第１分波部８４とは反対側から受信部５０−１〜ｍへ送る。第２分波部８９としては、上述した第１分波部８４と同様に、例えばリング共振器を用いることができる（図４参照）。

受信部５０−１〜ｍは、それぞれ、第１分波部８４及び第２分波部８９から送られる固有の波長の受信光（ＴＥ偏波光）を受光する。受信部５０−１〜ｍとしては、例えばフォトダイオードを用いることができる。フォトダイオードとしては、例えば、シリコン導波路に、ｐ型不純物が導入されたｐ型領域及びｎ型不純物が導入されたｎ型領域を、不純物が導入されないｉ型領域を挟んで、支持基板に対し水平方向に並んで形成し、この導波層としてのシリコン導波路上に、ｐ型領域及びｎ型領域に渡って、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）を材料とした光吸収層を形成した、いわゆるＰＩＮ構造のものを用いることができる。

光双方向通信モジュール１００は、例えばＳＯＩ基板を利用することによって、簡易に製造することができる。以下、光双方向通信モジュール１００の製造方法について説明する。

すなわち、まず、支持基板層、ＳｉＯ_２層、及びＳｉ層が順次積層されて構成されたＳＯＩ基板を用意する。次に、例えばエッチング技術を用い、Ｓｉ層をパターニングすることによって、変調部７５、第３送信側導波路部７６、第２送信側導波路部７４、合波部７３、第１送信側導波路部７２−１〜ｎ及びポート部７１−１〜ｎを含む送信側導波路部７０、第１受信側導波路部８１、偏波分離部８２、第２受信側導波路部８３、第１分波部８４、第３受信側導波路部８５−１〜ｍ、第４受信側導波路部８６、偏波回転部８７、第５受信側導波路部８８、第２分波部８９及び第６受信側導波路部９０−１〜ｍを含む受信側導波路部８０、合分波部３０、入出力導波路部６０、入出力ポート２０、並びに受信部５０−１〜ｍの導波層を形成する。その結果、基板１０としての支持基板層上にＳｉＯ_２層が積層され、さらにＳｉＯ_２層上にシリコン導波路が形成された構造体を得ることができる。

次に、受信部５０−１〜ｍの導波層に必要な不純物導入を行った後、受信部５０−１〜ｍの光吸収層を堆積して受信部５０−１〜ｍを形成する。

次に、例えばＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ_２層上に、ＳｉＯ_２を、シリコン導波路及び受信部５０−１〜ｍを被覆して形成する。その結果、クラッドによってシリコン導波路及び受信部５０−１〜ｍが包含される。

次に、例えばエッチング技術を用いて、送信部４０−１〜ｎの形成領域のクラッドを除去する。この際に、ポート部７１−１〜ｎの、送信部４０−１〜ｎとの接続端の端面出しを行う。

次に、ポート部７１−１〜ｎとの光軸を合わせつつ、発光素子モジュールを実装して送信部４０−１〜ｎを形成する。その結果、図１に示す光双方向通信モジュール１００を得ることができる。

以上説明したように、光双方向通信モジュール１００では、入出力ポート２０とｎ個の送信部４０−１〜ｎ及びｍ個の受信部５０−１〜ｍとの間を、シリコン導波路によって構成された入出力導波路部６０、合分波部３０、送信側導波路部７０及び受信側導波路部８０によって接続する。このため、複雑な光軸合わせを必要とすることなく、入出力ポート２０とｎ個の送信部４０−１〜ｎ及びｍ個の受信部５０−１〜ｍとの間を接続することができる。従って、製造工程が簡易であり、製造コストの面で有利である。

また、光双方向通信モジュール１００では、入出力ポート２０とｎ個の送信部４０−１〜ｎ及びｍ個の受信部５０−１〜ｍとの間を接続するシリコン導波路を、例えばＳＯＩ基板を利用して形成することができる。従って、同一の基板（ＳＯＩ基板の支持基板）上に、入出力ポート２０並びにｎ個の送信部４０−１〜ｎ及びｍ個の受信部５０−１〜ｍを集積することができる。そのため、光双方向通信モジュール１００では、小型化に有利である。

さらに、光双方向通信モジュール１００では、偏波分離部８２及び偏波回転部８７を備えることによって、受信部５０−１〜ｍが受信する偏波光を、ＴＥ偏波光又はＴＭ偏波光のいずれかに統一することができる。そのため、光双方向通信モジュール１００は、偏波無依存で使用可能である。

ここで、この実施の形態では、変調部７５を、合分波部３０及び合波部７３間に配置する構成について説明した。しかし、変調部７５は、合波部７３及び送信部４０−１〜ｎ間、すなわち第１送信側導波路部７２−１〜ｎのそれぞれの中途に設けることもできる。この場合には、送信部４０−１〜ｎからの送信光を個別に変調することができる。このため、各送信部４０−１〜ｎからの送信光に、それぞれ異なる変調量を与えることができる。従って、この場合には、複数の変調量が与えられた光信号を送信可能な光双方向通信モジュール１００を構成することができる。

１０：基板
２０：入出力ポート
３０：合分波部
４０：送信部
５０：受信部
６０：入出力導波路部
７０：送信側導波路部
７１：ポート部
７２：第１送信側導波路部
７３：合波部
７４：第２送信側導波路部
７５：変調部
７６：第３送信側導波路部
８０：受信側導波路部
８１：第１受信側導波路部
８２：偏波分離部
８３：第２受信側導波路部
８４：第１分波部
８５：第３受信側導波路部
８６：第４受信側導波路部
８７：偏波回転部
８８：第５受信側導波路部
８９：第２分波部
９０：第６受信側導波路部
１００：光双方向通信モジュール

Claims

同一基板上に形成された、
１個の入出力ポートと、
合分波部と、
ｎ個（ｎは２以上の整数）の送信部と、
ｍ個（ｍは２以上の整数）の受信部と、
前記入出力ポート及び前記合分波部間を接続する入出力導波路部と、
前記合分波部及び前記送信部間を接続する送信側導波路部と、
前記合分波部及び前記受信部間を接続する受信側導波路部と、
前記送信側導波路部の中途に、該送信側導波路部の一部として形成された合波部と、
前記受信側導波路部の中途に、該受信側導波路部の一部として形成された第１分波部と
を備え、
前記入出力ポートは、前記合分波部から前記入出力導波路部を経て送られる送信光を外部の光学素子へ出力し、かつ外部の光学素子から入力される受信光を、前記入出力導波路部を経て前記合分波部へ送り、
前記合分波部は、前記送信部から前記送信側導波路部を経て送られる送信光を、前記入出力導波路部を経て前記入出力ポートへ送り、かつ前記入出力ポートから前記入出力導波路部を経て送られる受信光を、前記受信側導波路部を経て前記受信部へ送り、
前記送信部は、送信光を生成し、かつ送信光を、前記送信側導波路部を経て前記合分波部へ送り、
前記合波部は、ｎ個の前記送信部から送られる、前記送信側導波路部を伝播するｎ個の送信光を合波し、
前記第１分波部は、前記受信側導波路部を伝播する受信光をｍ分岐してｍ個の前記受信部へ送り、
前記受信部は、前記合分波部から前記受信側導波路部を経て送られる受信光を受信し、
前記入出力ポート、前記合分波部、前記入出力導波路部、前記送信側導波路部、前記受信側導波路部、前記合波部及び前記第１分波部は、シリコン導波路によって構成されており、
前記合波部として、マッハツェンダ干渉器型フィルタを用い、
前記合分波部として、方向性結合器及び分布型ブラッグ反射器を用い、
前記第１分波部として、リング共振器を用いる
ことを特徴とする光双方向通信モジュール。
前記送信側導波路部の中途に、該送信側導波路部を構成するシリコン導波路の一部として形成された、送信光を変調し、光信号とする変調部をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光双方向通信モジュール。
前記受信側導波路部の中途に、該受信側導波路部を構成するシリコン導波路の一部として形成された偏波分離部、偏波回転部及び第２分波部をさらに有し、
前記偏波分離部は、前記合分波部から送られる受信光をＴＥ偏波光とＴＭ偏波光とに分離し、一方の偏波光を前記第１分波部に、他方の偏波光を前記偏波回転部に送り、
前記偏波回転部は、前記偏波分離部から送られるＴＥ偏波光及びＴＭ偏波光の他方の偏波光を、一方の偏波光に変換して前記第２分波部に送り、
前記第１分波部は、前記偏波分離部から送られる偏波光をｍ分岐してｍ個の前記受信部へ送り、
前記第２分波部は、前記偏波回転部から送られる偏波光をｍ分岐してｍ個の前記受信部へ送り、該第２分波部として、リング共振器を用いる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光双方向通信モジュール。
前記送信部は、前記基板上に発光素子モジュールが表面実装されて形成されており、
前記発光素子モジュール及び前記送信側導波路部間は、端面結合により光学的に接続されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光双方向通信モジュール。
前記受信部は、シリコン導波路に不純物が導入されて形成された導波層、及び前記導波層上に形成された光吸収層を含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光双方向通信モジュール。