JP6861775B2 - Optical waveguide element and optical axis adjustment method - Google Patents

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この発明は、光導波路デバイスの特性を評価するのに用いて好適な、光導波路素子及び光軸調整方法に関する。 The present invention relates to an optical waveguide element and an optical axis adjusting method suitable for use in evaluating the characteristics of an optical waveguide device.

情報伝達量の増大に伴い、光配線技術が注目されている。光配線技術では、光ファイバや光導波路を伝送媒体とした光デバイスを用いて、情報処理装置内のラック間、ボード間又はチップ間等の情報伝達を光信号で行う。光配線技術を用いることにより、高速信号処理を要する情報処理機器においてボトルネックとなっている、電気配線を用いることによる帯域制限を改善することができる。 With the increase in the amount of information transmitted, optical wiring technology is drawing attention. In the optical wiring technology, an optical device using an optical fiber or an optical waveguide as a transmission medium is used to transmit information between racks, boards, chips, etc. in an information processing device by an optical signal. By using the optical wiring technology, it is possible to improve the band limitation due to the use of electrical wiring, which is a bottleneck in information processing equipment that requires high-speed signal processing.

光の伝送媒体としてのシリコン(Si)は、通信波長域において透明で、かつ導波路コアとして屈折率が高い、という特徴がある。Siを材料とする光導波路素子(Si導波路素子)では、実質的に光の伝送路となる光導波路コアを、Siを材料として形成する。そして、Siよりも屈折率の低い例えば酸化シリコン(SiO)等を材料としたクラッドで、光導波路コアの周囲を覆う。 Silicon (Si) as a light transmission medium is characterized by being transparent in the communication wavelength range and having a high refractive index as a waveguide core. In an optical waveguide element (Si waveguide element) made of Si, an optical waveguide core which is substantially an optical transmission path is formed of Si as a material. Then, a clad made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) having a refractive index lower than that of Si covers the periphery of the optical waveguide core.

Siの光導波路コアの周囲をSiOのクラッドで覆うことにより構成されるSi導波路では、光導波路コアとクラッドとの比屈折率差が非常に大きく確保される。このため、Si導波路の伝搬モードの等価屈折率はクラッドの屈折率から離れた値をとる。この結果、Siの光導波路コア内部に光を強く閉じ込めることができる。このように、強い閉じ込めができることにより、曲げ導波路の曲率半径、及び、並走する導波路間の最小配線ピッチを数μm程度まで抑えることができる。このため、光配線のレイアウトサイズを小さくできる。 In the Si waveguide configured by covering the periphery of the Si optical waveguide core with a SiO 2 clad, a very large difference in the specific refractive index between the optical waveguide core and the clad is secured. Therefore, the equivalent refractive index of the propagation mode of the Si waveguide takes a value away from the refractive index of the cladding. As a result, light can be strongly confined inside the Si optical waveguide core. As described above, the strong confinement can suppress the radius of curvature of the bent waveguide and the minimum wiring pitch between the parallel waveguides to about several μm. Therefore, the layout size of the optical wiring can be reduced.

また、半導体製造装置を用いた高精度なフォトリソグラフィやエッチング技術によるSi導波路の微細加工が可能である。さらに、イオンドーピングで形成したPN−Si領域への電圧印加によるキャリア増幅に伴う屈折率変化(プラズマキャリア効果)を応用した変調器、及び、Siよりもバンドギャップの狭いゲルマニウム(Ge)をSi上に選択成長させた受光素子(PD:Photo Diode)など、多様な機能デバイスを同一基板上にモノリシック的に集積形成でき、大量生産も容易である。このため、Si導波路は光モジュールを小型・低コストで実現するためのプラットフォームとして有望視されており、これに関する様々な研究がなされている(例えば特許文献1、非特許文献1又は非特許文献2参照)。 In addition, it is possible to finely process the Si waveguide by high-precision photolithography using a semiconductor manufacturing apparatus and etching technology. Furthermore, a modulator that applies a change in the refractive index (plasma carrier effect) associated with carrier amplification by applying a voltage to the PN-Si region formed by ion doping, and germanium (Ge), which has a narrower bandgap than Si, are placed on Si. Various functional devices such as a light receiving element (PD: Photodiode) that has been selectively grown can be monolithically integrated and formed on the same substrate, and mass production is easy. For this reason, the Si waveguide is regarded as a promising platform for realizing an optical module in a small size and at low cost, and various studies on this have been conducted (for example, Patent Document 1, Non-Patent Document 1 or Non-Patent Document). 2).

一般に光モジュールの作製工程では、半導体製造工程により光導波路デバイスを基板上に形成した後、基板をダイシングしてチップとして個片化する。個片化されたチップには光導波路デバイス単体の特性を評価するためのTEG(Test Elemental Group)パターンが形成されたTEGチップや、光モジュールに搭載するための集積デバイスが形成された集積チップがある。 Generally, in the manufacturing process of an optical module, an optical waveguide device is formed on a substrate by a semiconductor manufacturing process, and then the substrate is diced to be individualized as a chip. The individualized chips include a TEG chip in which a TEG (Test Elemental Group) pattern for evaluating the characteristics of a single optical waveguide device is formed, and an integrated chip in which an integrated device for mounting on an optical module is formed. is there.

TEGチップや集積チップについて、光導波路デバイスの光学特性を評価する場合、これらチップに対して両端から光ファイバを突き合わせて、一方の光ファイバは光源に、他方の光ファイバはスペクトルアナライザやパワーメータなどと光学的に接続する。光源から送信された光信号はチップ上の光導波路デバイスを経由してスペクトルアナライザ又はパワーメータで受光されて評価される。 When evaluating the optical characteristics of optical waveguide devices for TEG chips and integrated chips, optical fibers are abutted against these chips from both ends, one optical fiber is used as a light source, and the other optical fiber is used as a spectrum analyzer or power meter. Optically connect with. The optical signal transmitted from the light source is received and evaluated by a spectrum analyzer or a power meter via an optical waveguide device on the chip.

なお、集積チップでは光導波路がPDで終端されていることがある。この場合、光源と接続された光ファイバを集積チップの一端に突き合わせ、光源から送信された光信号は、チップ上のPDで光電変換されて電圧/電流計などで評価される。例えば、集積チップの偏光特性を評価するための、光信号モニタリングモジュールが提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In the integrated chip, the optical waveguide may be terminated by PD. In this case, the optical fiber connected to the light source is abutted against one end of the integrated chip, and the optical signal transmitted from the light source is photoelectrically converted by the PD on the chip and evaluated by a voltage / ammeter or the like. For example, an optical signal monitoring module for evaluating the polarization characteristics of an integrated chip has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

ここで、Si導波路は上述したように光導波路コアとクラッドとの比屈折率差が大きいことに起因し、シングルモード伝送条件を満たすための断面サイズが一辺数百nmオーダと小さい。スポットサイズ変換器(SSC:Spot Size Converter)を用いても、拡大できる光のモードフィールド径(MFD:Mode Field Diameter)はせいぜい3μm程度にとどまる。このため、Si導波路で構成されるSi光導波路デバイスでは、光軸調整を要する光学特性の評価が、他の光導波路デバイスと比較して難しい。 Here, the Si waveguide has a small cross-sectional size of several hundred nm per side for satisfying the single mode transmission condition due to the large difference in the specific refractive index between the optical waveguide core and the cladding as described above. Even if a spot size converter (SSC: Spot Size Converter) is used, the mode field diameter (MFD: Mode Field Diameter) of light that can be expanded is limited to about 3 μm at most. Therefore, in the Si optical waveguide device composed of the Si optical waveguide, it is difficult to evaluate the optical characteristics requiring the optical axis adjustment as compared with other optical waveguide devices.

また、Si光導波路デバイスは材料の吸収波長帯域との兼ね合いから、主に通信波長帯域(λ=1.31〜1.55μm)での使用が想定されている。光学特性の評価に用いる光信号が赤外光であり、この赤外光が目視で確認できないことも光軸調整の難しさの一因となっている。 Further, the Si optical waveguide device is expected to be used mainly in the communication wavelength band (λ = 1.31 to 1.55 μm) in consideration of the absorption wavelength band of the material. The optical signal used for evaluating the optical characteristics is infrared light, and the fact that this infrared light cannot be visually confirmed also contributes to the difficulty of adjusting the optical axis.

図9を参照して、従来のTEGチップの光学特性の評価手順を説明する。 The procedure for evaluating the optical characteristics of the conventional TEG chip will be described with reference to FIG.

TEGチップの評価では、図9に示すようにTEGチップに対して、入力側と出力側の2本の光ファイバの光軸調整を行う必要がある。光軸調整は、具体的には、例えば、以下の過程で行われる。 In the evaluation of the TEG chip, as shown in FIG. 9, it is necessary to adjust the optical axes of the two optical fibers on the input side and the output side with respect to the TEG chip. Specifically, for example, the optical axis adjustment is performed in the following process.

先ず、TEGチップ10をサンプルステージ20上に載置する。そして、TEGチップ10に形成された、評価対象となる光導波路デバイス30を含むSi導波路40に対して、TEGチップ10の上方に設置されたCCDカメラ50で、TEGチップ10及び入力側の光ファイバ60を見ながら可視的に入力側の光ファイバ60を、X−Z平面内で調整する。ここで、X−Z平面は、TEGチップ10の上面に平行な面を指す。また、Y方向は、X−Z平面に直交する方向、すなわち、TEGチップ10の上面に直交する方向を指す。 First, the TEG chip 10 is placed on the sample stage 20. Then, with respect to the Si waveguide 40 formed on the TEG chip 10 including the optical waveguide device 30 to be evaluated, the CCD camera 50 installed above the TEG chip 10 is used to display the light on the TEG chip 10 and the input side. The optical fiber 60 on the input side is visually adjusted in the XZ plane while looking at the fiber 60. Here, the XZ plane refers to a plane parallel to the upper surface of the TEG chip 10. Further, the Y direction refers to a direction orthogonal to the XZ plane, that is, a direction orthogonal to the upper surface of the TEG chip 10.

次に、TEGチップ10の上方から赤外線カメラ55を用いて、Si導波路40からの散乱光強度が最大となるように入力側の光ファイバ60のY方向の位置を調整する。 Next, the infrared camera 55 is used from above the TEG chip 10 to adjust the position of the optical fiber 60 on the input side in the Y direction so that the intensity of scattered light from the Si waveguide 40 is maximized.

次に、入力側の光ファイバ60を固定した状態で、スペクトルアナライザ又はパワーメータの受信強度が最大となるように出力側の光ファイバ62を、X、Y、Zの各方向について調整する。 Next, with the optical fiber 60 on the input side fixed, the optical fiber 62 on the output side is adjusted in each of the X, Y, and Z directions so that the reception intensity of the spectrum analyzer or the power meter is maximized.

特開2011−77133号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-77133 特開2004−361948号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-361948

IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.11, No.1, January/February 2005 p.232-240IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.11, No.1, January / February 2005 p.232-240 IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.12, No.6, November/December 2006 p.1371-1379IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.12, No.6, November / December 2006 p.1371-1379 「次世代光アクセスシステム(NG-PON2)の標準化動向」NTT 技術ジャーナル 2015.1"Trends in standardization of next-generation optical access system (NG-PON2)" NTT Technical Journal 2015.1

図9を参照して説明した従来の光軸調整の方法では、入力側の光ファイバのY方向の光軸調整に、赤外線カメラを用いている。 In the conventional optical axis adjusting method described with reference to FIG. 9, an infrared camera is used for adjusting the optical axis of the optical fiber on the input side in the Y direction.

ここで、赤外線カメラでモニタしているものは、Si導波路からの散乱光である。この場合、Si導波路に光が完全に閉じ込められていれば、本来観測されないものを目安にしているという点に課題がある。また、通信波長帯の光の場合、Si導波路からの散乱光は赤外光であり、赤外光の観測には、一台数百万円程度の高額な赤外線カメラが必要となる点も課題である。 Here, what is monitored by the infrared camera is scattered light from the Si waveguide. In this case, if the light is completely confined in the Si waveguide, there is a problem in that the light that is not originally observed is used as a guide. In addition, in the case of light in the communication wavelength band, the scattered light from the Si waveguide is infrared light, and an expensive infrared camera of about one million yen is required for observing infrared light. It is an issue.

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、Si導波路に光が完全に閉じ込められている場合でも光軸調整が可能となる、光導波路素子と、光軸調整方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems. An object of the present invention is to provide an optical waveguide element and an optical axis adjustment method capable of adjusting the optical axis even when light is completely confined in the Si waveguide.

上述した目的を達成するために、この発明の光導波路素子は、支持基板と、光導波路コアと、支持基板上に、光導波路コアを包含して形成されるクラッドとを備えて構成される。光導波路コアには、光軸調整用パターンが設けられている。光軸調整用パターンに、プロービングフィルタ部と、放射部とを備える。 In order to achieve the above-mentioned object, the optical waveguide element of the present invention includes a support substrate, an optical waveguide core, and a clad formed on the support substrate including the optical waveguide core. The optical waveguide core is provided with a pattern for adjusting the optical axis. The optical axis adjusting pattern includes a probing filter unit and a radiation unit.

プロービングフィルタ部は、信号光と検証光とを含む入力光から、信号光を透過させ、かつ、検証光を抽出する。放射部は、プロービングフィルタ部で抽出された検証光を、プロービングフィルタ部における入力光の伝搬方向に直交する方向であって、当該光導波路素子の端面に直交する方向に放射する。 The probing filter unit transmits the signal light and extracts the verification light from the input light including the signal light and the verification light. The radiation unit radiates the verification light extracted by the probing filter unit in a direction orthogonal to the propagation direction of the input light in the probing filter unit and in a direction orthogonal to the end face of the optical waveguide element.

この発明の光導波路素子の好適実施形態によれば、プロービングフィルタ部は、グレーティングと、モード変換部を備える。グレーティングは、入力光のうち、信号光の波長よりも短波長である検証光の波長にBragg波長が設定され、かつ、0次モードの成分である検証光を、i(iは1以上の整数)次モードに変換して反射する。モード変換部は、グレーティングで反射されたi次モードの検証光を、0次モードに変換する。 According to a preferred embodiment of the optical waveguide element of the present invention, the probing filter unit includes a grating and a mode conversion unit. In the grating, the Bragg wavelength is set to the wavelength of the verification light which is shorter than the wavelength of the signal light among the input lights, and the verification light which is a component of the 0th order mode is i (i is an integer of 1 or more). ) Convert to the next mode and reflect. The mode conversion unit converts the verification light of the i-order mode reflected by the grating into the 0th-order mode.

また、この発明の光導波路素子の好適実施形態によれば、放射部は、プロービングフィルタ部から離れるに従って、幅が連続的に縮小するテーパ部を備える。さらに、放射部は、テーパ部のプロービングフィルタ部とは反対側の端部と光導波路素子の端面に設けられる放射端とを接続する一定幅の延伸部を備えていてもよい
Further, according to a preferred embodiment of the optical waveguide element of the present invention, the radiating portion includes a tapered portion whose width continuously decreases as the distance from the probing filter portion increases. Further, the radiating portion may be provided with an extending portion having a constant width for connecting the end portion of the tapered portion opposite to the probing filter portion and the radiating end provided on the end surface of the optical waveguide element .

また、この発明の光軸調整方法は、上述の光導波路素子と、光ファイバとの光軸調整を行う方法であり、以下の過程を備えて構成される。 Further, the optical axis adjusting method of the present invention is a method of adjusting the optical axis between the above-mentioned optical waveguide element and an optical fiber, and is configured to include the following processes.

先ず、第1過程において、光導波路素子の上面側から、光導波路素子の上面を見ながら、光導波路素子と、入力側の光ファイバとの、光導波路素子の上面に平行な面内における位置合わせを行う。次に、第2過程において、光導波路素子の端面に設けられた放射部の放射端に対面させて、赤外線蛍光検体を配置する。次に、第3過程において、入力側の光
ファイバから検証光を含む入力光を入力し、放射部から放射される検証光により、赤外線蛍光検体を発光させ、発光を目安に、光導波路素子と、入力側の光ファイバとの、光導波路素子の上面に直交する方向における位置合わせを行う。
First, in the first process, the optical waveguide element and the optical fiber on the input side are aligned in a plane parallel to the upper surface of the optical waveguide element while looking at the upper surface of the optical waveguide element from the upper surface side of the optical waveguide element. I do. Next, in the second process, the infrared fluorescent sample is placed so as to face the radiating end of the radiating portion provided on the end face of the optical waveguide element. Next, in the third process, input light including verification light is input from the optical fiber on the input side, the infrared fluorescent sample is emitted by the verification light emitted from the radiation unit, and the optical waveguide element and the light emission are used as a guide. , Aligning with the optical fiber on the input side in the direction orthogonal to the upper surface of the optical waveguide element.

また、この発明の光軸調整方法の好適実施形態によれば、第3過程の後に行われる、第4過程及び第5過程を備える。 Further, according to a preferred embodiment of the optical axis adjusting method of the present invention, the fourth process and the fifth process, which are performed after the third process, are included.

第4過程では、光導波路素子の上面側から、光導波路素子の上面を見ながら、光導波路素子と、出力側の光ファイバの、光導波路素子の上面に平行な面内で位置合わせを行う。 In the fourth process, the optical waveguide element and the optical fiber on the output side are aligned in a plane parallel to the upper surface of the optical waveguide element while looking at the upper surface of the optical waveguide element from the upper surface side of the optical waveguide element.

第5過程では、出力側の光ファイバに、光強度測定器を接続し、光強度測定器での受信光強度が最大となるように、光導波路素子と、出力側の光ファイバとの、光導波路素子の上面に直交する方向における位置合わせを行う。 In the fifth process, a light intensity measuring device is connected to the optical fiber on the output side, and the optical waveguide element and the optical fiber on the output side are optically connected so that the received light intensity of the light intensity measuring device is maximized. Align in the direction orthogonal to the upper surface of the waveguide element.

この発明の光導波路素子及び光軸調整方法によれば、CCDカメラなどを用いながら、光導波路素子の上面に平行な平面内で位置調整した後、放射部から放射された検証光の強度をモニタして、光導波路素子の上面に直交する方向の位置合わせを行うことができる。このため、Si導波路に光が完全に閉じ込められている場合でも光軸調整が可能となる。また、入力光が赤外光である場合であっても、高価な赤外線カメラを用いることなく光軸調整を行うことができる。 According to the optical waveguide element and the optical axis adjustment method of the present invention, after adjusting the position in a plane parallel to the upper surface of the optical waveguide element while using a CCD camera or the like, the intensity of the verification light emitted from the radiation portion is monitored. Then, the alignment in the direction orthogonal to the upper surface of the optical waveguide element can be performed. Therefore, the optical axis can be adjusted even when the light is completely confined in the Si waveguide. Further, even when the input light is infrared light, the optical axis can be adjusted without using an expensive infrared camera.

この発明の、光導波路素子の一構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one structural example of the optical waveguide element of this invention. 光導波路素子の概略的端面図である。It is a schematic end view of an optical waveguide element. 光軸調整用パターンが形成されたTEGチップでの光軸調整方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the optical axis adjustment method in the TEG chip which formed the optical axis adjustment pattern. 光軸調整用パターンを有する集積チップの模式図である。It is a schematic diagram of the integrated chip which has an optical axis adjustment pattern. 光軸調整用パターンが形成された集積チップでの光軸調整方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the optical axis adjustment method in the integrated chip which formed the optical axis adjustment pattern. グレーティングの透過スペクトル及び反射スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the transmission spectrum and the reflection spectrum of a grating. SSCにおける放射端幅と放射光角度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the radiation end width and the synchrotron radiation angle in SSC. SSCにおける放射端幅と単位長さあたりの伝搬損失の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the radiation end width and the propagation loss per unit length in SSC. 従来のTEGチップの光学特性評価の模式図である。It is a schematic diagram of the optical characteristic evaluation of a conventional TEG chip.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the shape, size, and arrangement of each component are only schematically shown to the extent that the present invention can be understood. Further, although a preferable configuration example of the present invention will be described below, the material and numerical conditions of each component are merely suitable examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many modifications or modifications can be made that can achieve the effects of the present invention without departing from the scope of the constitution of the present invention.

図1及び図2を参照して、この発明の光導波路素子について説明する。図1及び図2は、この発明の光導波路素子の一構成例を示す模式図である。図1は、後述する支持基板及びクラッドを省略し、光導波路コアのみを示している。図2は、図1に示す放射部をI−I線で切り取った概略的端面図である。 The optical waveguide device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1 and 2 are schematic views showing a configuration example of the optical waveguide device of the present invention. FIG. 1 shows only the optical waveguide core, omitting the support substrate and the cladding described later. FIG. 2 is a schematic end view of the radiation portion shown in FIG. 1 cut out along the line I-I.

光導波路素子5は、支持基板110、クラッド120、及び、光導波路コア130を備える光導波路を基本構造として有している。 The optical waveguide element 5 has an optical waveguide including a support substrate 110, a clad 120, and an optical waveguide core 130 as a basic structure.

支持基板110は、例えば単結晶Siを材料とした平板状体で構成されている。 The support substrate 110 is made of, for example, a flat plate made of single crystal Si as a material.

クラッド120は、支持基板110上に設けられている。クラッド120は、支持基板110の上面を被覆し、かつ、光導波路コア130を包含して形成されている。クラッド120は、例えば酸化シリコン(SiO)を材料として形成されている。 The clad 120 is provided on the support substrate 110. The clad 120 covers the upper surface of the support substrate 110 and is formed including the optical waveguide core 130. The clad 120 is formed of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) as a material.

光導波路コア130は、クラッド120よりも高い屈折率を有する例えばSiを材料として形成されている。その結果、光導波路コア130は、光の伝送路として機能し、光導波路コア130に入力された光が光導波路コア130の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。 The optical waveguide core 130 is formed of, for example, Si, which has a higher refractive index than the clad 120. As a result, the optical waveguide core 130 functions as a light transmission path, and the light input to the optical waveguide core 130 propagates in the propagation direction according to the planar shape of the optical waveguide core 130.

光導波路素子5は、光軸調整用パターン100を備えている。光軸調整用パターン100は、光導波路コア130の平面形状に応じて、構成される。ここでは、光導波路コア130の平面形状に応じて定まる光路をSi導波路とも称する。 The optical waveguide element 5 includes a pattern 100 for adjusting the optical axis. The optical axis adjusting pattern 100 is configured according to the planar shape of the optical waveguide core 130. Here, an optical path determined according to the planar shape of the optical waveguide core 130 is also referred to as a Si waveguide.

光軸調整用パターン100は、プロービングフィルタ部200と、放射部として放射用スポットサイズ変換器(SSC)300とを備えて構成されている。また、設計に応じて、入力側の光ファイバに接続される入力用導波路510、プロービングフィルタ部200とSSC300間を接続する引き回し導波路530、及び、評価対象の光導波路デバイスに接続される出力用導波路540を備える。 The optical axis adjusting pattern 100 includes a probing filter unit 200 and a radiation spot size converter (SSC) 300 as a radiation unit. Further, depending on the design, the input waveguide 510 connected to the optical fiber on the input side, the routing waveguide 530 connecting the probing filter unit 200 and the SSC 300, and the output connected to the optical waveguide device to be evaluated. The optical waveguide 540 is provided.

この光軸調整用パターン100を備える光導波路素子5では、プロービングフィルタ部200によって、入力側の光ファイバを経て入力された光に含まれる検証光を選択的に取り出し、取り出された検証光をSSC300から放射する。このSSC300から放射された検証光をモニタすることで光軸調整を行う。ここでは、光軸調整用パターン100を備える光導波路素子5をチップとも称する。上述した光軸調整用パターン100は、TEGパターンが形成されたTEGチップや、発光素子(LD:Laser Diode)やPDなどを実装した集積チップなどに形成される。 In the optical waveguide element 5 provided with the optical axis adjustment pattern 100, the probing filter unit 200 selectively extracts the verification light contained in the light input through the optical fiber on the input side, and the extracted verification light is taken out by the SSC300. Radiate from. The optical axis is adjusted by monitoring the verification light emitted from the SSC 300. Here, the optical waveguide element 5 provided with the optical axis adjusting pattern 100 is also referred to as a chip. The optical axis adjusting pattern 100 described above is formed on a TEG chip on which a TEG pattern is formed, an integrated chip on which a light emitting element (LD: Laser Diode), a PD, or the like is mounted.

プロービングフィルタ部200は、グレーティング210とモードフィルタ220とを有している。グレーティング210は、Si導波路に周期的に屈折率変調領域が形成されて構成されている。グレーティング210は、特定の波長(Bragg波長)の光に対して、伝搬する基本モード(0次モード)光をi次モード(i>0))光に変換して反射させる。ここで、グレーティング210はBragg波長よりも長波長の光信号に対してはオールスルー(全透過)の特性を持っており、後段の光導波路デバイスには光学的な影響を及ぼさないという特徴がある。このため、実際の評価対象となる光導波路デバイスの動作波長帯域よりもやや短波長にグレーティング210のBragg波長を設定することが好ましい。 The probing filter unit 200 has a grating 210 and a mode filter 220. The grating 210 is configured by periodically forming a refractive index modulation region on the Si waveguide. The grating 210 converts propagating basic mode (0th mode) light into i-order mode (i> 0) light and reflects it with respect to light having a specific wavelength (Bragg wavelength). Here, the grating 210 has an all-through (total transmission) characteristic for an optical signal having a wavelength longer than the Bragg wavelength, and has a feature that it does not have an optical effect on the optical waveguide device in the subsequent stage. .. Therefore, it is preferable to set the Bragg wavelength of the grating 210 to a wavelength slightly shorter than the operating wavelength band of the optical waveguide device to be evaluated.

モードフィルタ220は、メイン導波路221とサブ導波路222とを備えて構成されている。メイン導波路221とサブ導波路222とは、互いに光の結合が可能な程度に離間して並列配置されている。メイン導波路221を伝搬するi次モード光は、サブ導波路222を伝搬する基本モード光へと変換されて経路が切り替わる。 The mode filter 220 includes a main waveguide 221 and a sub waveguide 222. The main waveguide 221 and the sub waveguide 222 are arranged in parallel so as to be separated from each other so that light can be coupled to each other. The i-order mode light propagating in the main waveguide 221 is converted into the basic mode light propagating in the sub waveguide 222, and the path is switched.

i=1として、プロービングフィルタ部200の動作を説明する。 The operation of the probing filter unit 200 will be described with i = 1.

グレーティング210と、モードフィルタ220が備えるメイン導波路221とは光学的に接続されている。信号光及び検証光を含む入力光は、入力用導波路510からモードフィルタ220のメイン導波路に入力される。メイン導波路221を伝播する入力光は、
グレーティング210に送られる。入力光のうち、グレーティング210のBragg波長よりも長波長の基本モードの成分である信号光は、グレーティング210を透過する。一方、入力光のうち、Bragg波長よりも短波長の基本モードの成分である検証光は、グレーティング210で1次モード光に変換されて反射される。グレーティング210で反射された1次モードの検証光は、モードフィルタ220が備えるメイン導波路221を伝搬する間に基本モード光へと変換されて、モードフィルタ220が備えるサブ導波路222に移る。サブ導波路222は、SSC300に光学的に接続されている。
The grating 210 and the main waveguide 221 included in the mode filter 220 are optically connected. The input light including the signal light and the verification light is input from the input waveguide 510 to the main waveguide of the mode filter 220. The input light propagating in the main waveguide 221 is
Sent to the grating 210. Of the input light, the signal light, which is a component of the basic mode having a wavelength longer than the Bragg wavelength of the grating 210, passes through the grating 210. On the other hand, of the input light, the verification light, which is a component of the basic mode having a wavelength shorter than the Bragg wavelength, is converted into the primary mode light by the grating 210 and reflected. The primary mode verification light reflected by the grating 210 is converted into basic mode light while propagating through the main waveguide 221 included in the mode filter 220, and is transferred to the sub waveguide 222 included in the mode filter 220. The sub waveguide 222 is optically connected to the SSC 300.

SSC300は、光導波路コアの幅寸法が光の伝搬方向に沿って連続的に縮小するテーパ部310を有している。テーパ部310のプロービングフィルタ部200と接続される側の幅は、プロービングフィルタ部200とSSC300との間を光学的に接続する導波路(引き回し導波路)530の幅となっている。また、テーパ部310の、プロービングフィルタ部200とは反対側の幅(終端幅)は、Si導波路を伝搬する固有モードが存在出来ないほど小さい。すなわち、テーパ部310の終端幅は、モードカットオフ条件を満たしている。 The SSC 300 has a tapered portion 310 in which the width dimension of the optical waveguide core is continuously reduced along the light propagation direction. The width of the tapered portion 310 on the side connected to the probing filter portion 200 is the width of the waveguide (routed waveguide) 530 that optically connects the probing filter portion 200 and the SSC 300. Further, the width (termination width) of the tapered portion 310 on the side opposite to that of the probing filter portion 200 is so small that a unique mode propagating in the Si waveguide cannot exist. That is, the end width of the tapered portion 310 satisfies the mode cutoff condition.

テーパ部310の終端側には、一定幅の延伸部320が接続されているのが良い。延伸部320の幅は、テーパ部310の終端幅と同じである。延伸部320は、光導波路素子5の端面(チップ端)まで延伸している。延伸部320を設けると、チップ個片化の際の切り出し位置の誤差を吸収できる。ここで、SSC300のチップ端における幅を放射端幅とも称する。放射端幅と終端幅とは同じ大きさである。 It is preferable that a stretched portion 320 having a constant width is connected to the terminal side of the tapered portion 310. The width of the stretched portion 320 is the same as the end width of the tapered portion 310. The stretched portion 320 stretches to the end face (chip end) of the optical waveguide element 5. If the stretched portion 320 is provided, it is possible to absorb an error in the cutting position at the time of chip fragmentation. Here, the width at the chip end of the SSC300 is also referred to as the radiation end width. The radial end width and the end width are the same size.

SSC300は、プロービングフィルタ部200で選択的に取り出された検証光を放射端から光導波路素子5(チップ)外に放射する。このSSC300から放射された検証光(放射光とも称する。)は、検体に照射される。検体として、赤外光が照射されると照射された部分において可視光を発光する、赤外線蛍光検体(フォスファーカード)を用いることができる。ここでは、検体としてフォスファーカードを用いる例を説明する。 The SSC 300 radiates the verification light selectively taken out by the probing filter unit 200 from the radiation end to the outside of the optical waveguide element 5 (chip). The verification light (also referred to as synchrotron radiation) emitted from the SSC 300 irradiates the sample. As the sample, an infrared fluorescent sample (phosphor card) that emits visible light in the irradiated portion when irradiated with infrared light can be used. Here, an example of using a phosphor card as a sample will be described.

SSC300の放射端幅が大きくなるほど、SSC300からの放射光の広がり角度(FFP角度:Far Field Pattern)が大きくなる。SSC300からの放射光のFFP角度が広いと、放射光を検出するフォスファーカードで受ける面は大きくなる。この場合、強度が分散してしまうため、単位面積あたりの発光強度が弱くなる。また、フォスファーカードには最小検出感度が存在する。このため、入力側の光ファイバと光軸調整用パターン100の入力用導波路510との光軸がほぼ完全に一致していないとフォスファーカードが感光せず、光軸調整が難しくなる。すなわち放射光のFFP角度が狭い方が、フォスファーカードを局所的に強く照射できるため好ましい。 The larger the radiation end width of the SSC300, the larger the spread angle (FFP angle: Far Field Pattern) of the synchrotron radiation from the SSC300. If the FFP angle of the synchrotron radiation from the SSC300 is wide, the surface received by the phosphor card that detects the synchrotron radiation becomes large. In this case, since the intensity is dispersed, the emission intensity per unit area becomes weak. In addition, the phosphor card has a minimum detection sensitivity. Therefore, if the optical fiber on the input side and the optical axis of the input waveguide 510 of the optical axis adjustment pattern 100 do not almost completely match, the phosphor card is not exposed to light and the optical axis adjustment becomes difficult. That is, it is preferable that the FFP angle of the synchrotron radiation is narrow because the phosphor card can be locally and strongly irradiated.

一方、SSC300の放射端幅を小さくしすぎると、SSC300を伝送する光のモードフィールド径(MFD)が広がりすぎるという問題が浮き上がる。光導波路素子5には、図2に示すように光導波路コア130の下部には有限な距離だけ離れて支持基板110が存在する。このため、広がりすぎた光は支持基板110へ移行し、伝送損失の原因となる。 On the other hand, if the radiation end width of the SSC 300 is made too small, the problem that the mode field diameter (MFD) of the light transmitting the SSC 300 becomes too wide arises. In the optical waveguide element 5, as shown in FIG. 2, the support substrate 110 exists below the optical waveguide core 130 at a finite distance. Therefore, the excessively spread light is transferred to the support substrate 110, which causes a transmission loss.

このように、放射端幅が小さいと、FFP角度が狭くなるという利点がある一方、伝搬損失が大きくなるという欠点がある。逆に、放射端幅が大きいと、伝搬損失が小さくなるという利点がある一方で、FFP角度が広くなるという欠点がある。このため、伝搬損失が少なく、かつ、可能な限りFFP角度が小さくなるように放射端幅を設定することが好ましい。 As described above, when the radiation end width is small, there is an advantage that the FFP angle is narrowed, but there is a disadvantage that the propagation loss is large. On the contrary, when the radiation end width is large, there is an advantage that the propagation loss is small, but there is a disadvantage that the FFP angle is wide. Therefore, it is preferable to set the radiation end width so that the propagation loss is small and the FFP angle is as small as possible.

SSC300からの放射光の、フォスファーカードでの視認、及び、光軸調整を容易に
するために、SSC300からの放射光は、チップの端面(側面)に対して直交する方向に放射されるのが良い。すなわち、SSC300は、チップの側面に対して直交する方向に延在して形成されるのが良い。
The synchrotron radiation from the SSC300 is radiated in a direction orthogonal to the end face (side surface) of the chip in order to facilitate the visual recognition by the phosphor card and the adjustment of the optical axis of the synchrotron radiation from the SSC300. Is good. That is, the SSC 300 is preferably formed so as to extend in a direction orthogonal to the side surface of the chip.

また、SSC300は、プロービングフィルタ部200の光の伝搬方向と直交する方向に延在して設けるのが良い。これは、プロービングフィルタ部200の光の伝搬方向に接続される、入力側の光ファイバや出力側の光ファイバが、フォスファーカードを配置する際の邪魔になるからである。また、SSC300をプロービングフィルタ部200の出力側に設けると、入力側の光ファイバと光軸調整用パターン100の入力用導波路510との光軸が合っていない段階では、ファイバからの漏れ光強度が強いため、それをフォスファーカードが受光し光軸調整の妨げとなるからである。 Further, the SSC 300 is preferably provided so as to extend in a direction orthogonal to the light propagation direction of the probing filter unit 200. This is because the optical fiber on the input side and the optical fiber on the output side, which are connected in the light propagation direction of the probing filter unit 200, interfere with the arrangement of the phosphor card. Further, when the SSC 300 is provided on the output side of the probing filter unit 200, the light leakage intensity from the fiber is high when the optical axis of the optical fiber on the input side and the optical axis of the input waveguide 510 of the optical axis adjustment pattern 100 are not aligned. This is because the phosphor card receives the light and interferes with the adjustment of the optical axis.

図3を参照して、この光軸調整用パターンを利用した光軸調整の手順について説明する。図3は、光軸調整用パターンが形成されたTEGチップでの光軸調整方法を説明するための模式図である。以下、図1を適宜参照して説明する。 The procedure of optical axis adjustment using this optical axis adjustment pattern will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an optical axis adjustment method in a TEG chip in which an optical axis adjustment pattern is formed. Hereinafter, FIG. 1 will be described with reference to the appropriate reference.

先ず、第1過程において、TEGチップ10の上方に設置されたCCDカメラ50でTEGチップ10を上面側から見ながら、TEGチップ10に対して、入力側の光ファイバ60をX−Z平面内で位置合わせを行う。ここで、X−Z平面は、TEGチップ10の上面に平行な面を指す。また、Y方向は、X−Z平面に直交する方向、すなわち、TEGチップ10の上面に直交する方向を指す。 First, in the first process, while viewing the TEG chip 10 from the upper surface side with the CCD camera 50 installed above the TEG chip 10, the optical fiber 60 on the input side is placed in the XZ plane with respect to the TEG chip 10. Perform alignment. Here, the XZ plane refers to a plane parallel to the upper surface of the TEG chip 10. Further, the Y direction refers to a direction orthogonal to the XZ plane, that is, a direction orthogonal to the upper surface of the TEG chip 10.

次に、第2過程において、SSC300の放射端に対面する位置にフォスファーカード400を設置する。 Next, in the second process, the phosphor card 400 is installed at a position facing the radiation end of the SSC 300.

次に、第3過程において、光源で生成された送信信号光がTEGチップ10の光軸調整用パターン100に入力される。送信信号光のうち、プロービングフィルタ部200のBragg波長である検証光が、プロービングフィルタ部200で取り出され、SSC300に送られる。SSC300に送られた検証光は、放射端から放射されて放射光としてフォスファーカード400に照射される。この結果、フォスファーカード400が発光するため、この発光(図3中、Aで示す。)を目安に入力側の光ファイバ60のY方向の位置、すなわち高さを調整することが可能となる。このようにして、TEGチップ10に対して入力側の光ファイバ60の光軸調整(調芯)が可能となる。 Next, in the third process, the transmission signal light generated by the light source is input to the optical axis adjustment pattern 100 of the TEG chip 10. Of the transmitted signal light, the verification light having the Bragg wavelength of the probing filter unit 200 is taken out by the probing filter unit 200 and sent to the SSC 300. The verification light sent to the SSC 300 is radiated from the radiation end and radiates to the phosphor card 400 as synchrotron radiation. As a result, since the phosphor card 400 emits light, it is possible to adjust the position, that is, the height of the optical fiber 60 on the input side in the Y direction with reference to this light emission (indicated by A in FIG. 3). .. In this way, the optical axis of the optical fiber 60 on the input side can be adjusted (aligned) with respect to the TEG chip 10.

その後、第4過程において、TEGチップ10の上面側から、TEGチップ10の上面を見ながら、TEGチップ10と、出力側の光ファイバ62との、TEGチップ10の上面に平行な面内における位置合わせを行う。この第4過程は、第1過程と同様に行われる。 Then, in the fourth process, the positions of the TEG chip 10 and the optical fiber 62 on the output side in a plane parallel to the upper surface of the TEG chip 10 while looking at the upper surface of the TEG chip 10 from the upper surface side of the TEG chip 10. Make a match. This fourth process is performed in the same manner as the first process.

次に、第5過程において、出力側の光ファイバ62に光強度測定器を接続し、光強度測定器での受信光強度が最大となるように、TEGチップ10と出力側の光ファイバ62との、TEGチップ10の上面に直交する方向における位置合わせを行う。光強度測定器として、例えば、スペクトルアナライザ又はパワーメータを用いることができる。 Next, in the fifth process, a light intensity measuring device is connected to the optical fiber 62 on the output side, and the TEG chip 10 and the optical fiber 62 on the output side are connected so that the received light intensity of the light intensity measuring device is maximized. Is aligned in a direction orthogonal to the upper surface of the TEG chip 10. As the light intensity measuring instrument, for example, a spectrum analyzer or a power meter can be used.

このようにして、TEGチップ10と出力側の光ファイバ62の光軸調整が、X、Y、Zの各方向について行われる。 In this way, the optical axis adjustment of the TEG chip 10 and the optical fiber 62 on the output side is performed in each of the X, Y, and Z directions.

上述の光軸調整手法では、Si導波路からの散乱光を頼りにする従来の赤外線カメラを用いた方法と比べて、一度Si導波路を通過してチップ端面から放射される光を直接観測している点で調芯の精度が高いといえる。また、従来必要であった、高額でかつ比較的大
きく設置場所を選ぶ赤外線カメラが不要となる。このため従来の光軸調整方法に比べて簡易にTEGチップの評価が可能となる。
In the above-mentioned optical axis adjustment method, the light emitted from the chip end face once passed through the Si waveguide is directly observed, as compared with the method using a conventional infrared camera that relies on the scattered light from the Si waveguide. It can be said that the alignment accuracy is high in that respect. In addition, the infrared camera, which has been required in the past and is expensive and relatively large in size, is no longer required. Therefore, the TEG chip can be evaluated more easily than the conventional optical axis adjustment method.

次に、図4及び図5を参照して、集積チップの評価を行う例を説明する。図4は、光軸調整用パターンが形成された集積チップの構成例を説明するための模式図である。図5は、光軸調整用パターンが形成された集積チップでの光軸調整方法を説明するための模式図である。 Next, an example of evaluating the integrated chip will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a configuration example of an integrated chip in which an optical axis adjustment pattern is formed. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an optical axis adjusting method in an integrated chip on which an optical axis adjusting pattern is formed.

ここでは、集積チップ11として、波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)システムに用いられる、WDM用チップの例を説明する。 Here, an example of a WDM chip used as an integrated chip 11 in a wavelength division multiplexing (WDM) system will be described.

WDM用チップである集積チップ11には、入力インタフェースとしての入出力用SSC600、WDMフィルタ610、LD620及びPD630が集積されている。 The integrated chip 11, which is a WDM chip, integrates an input / output SSC600, a WDM filter 610, an LD620, and a PD630 as input interfaces.

入出力用SSC600は、伝送用の光ファイバとの入出力に用いられる。WDMフィルタ610は、波長により経路を切り分ける。LD620で生成された送信光信号は、WDMフィルタ610及び入出力用SSC600を経て送信される。一方、入出力SSC600に入力された受信光信号は、WDMフィルタ610を経てPD630に送られ受信される。 The input / output SSC600 is used for input / output with an optical fiber for transmission. The WDM filter 610 separates the path according to the wavelength. The transmitted optical signal generated by the LD620 is transmitted through the WDM filter 610 and the input / output SSC600. On the other hand, the received optical signal input to the input / output SSC600 is sent to the PD 630 via the WDM filter 610 and received.

光軸調整用パターン100は、入出力用SSC600とWDMフィルタ610の間に配置される。光軸調整は、上述したTEGチップと同様に第1過程から第3過程により行われる。このとき、光軸調整用パターン100のプロービングフィルタ部200が備えるグレーティング210については、WDM通信で用いられる最短波長の光信号よりも短波長にBragg波長が設定される。 The optical axis adjusting pattern 100 is arranged between the input / output SSC 600 and the WDM filter 610. The optical axis adjustment is performed by the first to third steps as in the case of the TEG chip described above. At this time, for the grating 210 included in the probing filter unit 200 of the optical axis adjustment pattern 100, the Bragg wavelength is set to a shorter wavelength than the shortest wavelength optical signal used in WDM communication.

その後、PD630にプローブ針を落とし、PD630で光電変換された電流値を電流/電圧計670でモニタするなどして、光導波路デバイスの光学特性を評価する。 After that, the probe needle is dropped on the PD 630, and the current value photoelectrically converted by the PD 630 is monitored by the current / voltmeter 670 to evaluate the optical characteristics of the optical waveguide device.

従来の集積チップの評価では、まず光源と接続された入力側の光ファイバを、集積チップの上方に設置されたCCDカメラを見ながら集積チップに対してX−Z方向に可視的に調整し、高さ(Y)方向の位置合わせはPDにプローブ針を落とし、PDで光電変換された電流値を電流/電圧計でモニタしながらY方向調芯をする。この従来の評価では常に電流/電圧計に表示される光電変換値を目で追っている必要がある。このため、光ファイバと集積チップとのY方向の位置が合っていることが直感的(視覚的)には分かりにくい。 In the evaluation of the conventional integrated chip, first, the optical fiber on the input side connected to the light source is visually adjusted in the XX direction with respect to the integrated chip while looking at the CCD camera installed above the integrated chip. For alignment in the height (Y) direction, the probe needle is dropped on the PD, and the current value photoelectrically converted by the PD is monitored by a current / voltmeter to align in the Y direction. In this conventional evaluation, it is necessary to always visually follow the photoelectric conversion value displayed on the current / voltmeter. Therefore, it is difficult to intuitively (visually) understand that the optical fiber and the integrated chip are aligned in the Y direction.

これに対して、この発明の光軸調整用パターン100を備える集積チップ11では、ファイバのY方向の調芯時に、TEGチップ10と同様に赤外線検体(フォスファーカード)400の発光の様子を見ながらY方向の位置合わせが可能となる。このため、直感的(視覚的)に集積チップ11と入力側の光ファイバ60の光軸が一致したことが確認できる。この結果、集積チップ11の評価に関わるファイバの調芯スループットを向上させることが可能となる。 On the other hand, in the integrated chip 11 provided with the optical axis adjusting pattern 100 of the present invention, the state of light emission of the infrared sample (phosphor card) 400 is observed when the fiber is centered in the Y direction, as in the TEG chip 10. However, the alignment in the Y direction is possible. Therefore, it can be confirmed intuitively (visually) that the optical axes of the integrated chip 11 and the optical fiber 60 on the input side coincide with each other. As a result, it becomes possible to improve the alignment throughput of the fiber involved in the evaluation of the integrated chip 11.

以上説明したように、この発明の光軸調整用パターンを備える光導波路素子及び光軸調整方法によれば、TEGチップの光学特性評価時、又は、光モジュール組み立てにおける集積チップとファイバとの光軸調整において、従来の調芯システムで必要であった赤外線カメラを用いることなく、入手が容易なフォスファーカードにより直感的に光ファイバと集積チップとの光軸が一致したことを確認することができる。この結果、光モジュール組み立てに関わる実装工程を簡略化することが出来る。 As described above, according to the optical waveguide element and the optical axis adjustment method provided with the optical axis adjustment pattern of the present invention, the optical axis of the integrated chip and the fiber at the time of evaluating the optical characteristics of the TEG chip or in the assembly of the optical module. In the adjustment, it is possible to intuitively confirm that the optical axis of the optical fiber and the integrated chip are aligned with the easily available Phosphor card without using the infrared camera required in the conventional centering system. .. As a result, the mounting process related to the assembly of the optical module can be simplified.

ここでは、TEGチップとして、信号光が光導波路デバイスを経て出力される例を説明し、集積チップとして、信号光がPDで終端される例を説明したがこれに限定されない。TEGチップとして、PDの特性評価を行う場合もある。この場合は、図4及び5を参照して説明した光軸調整方法を行えばよい。また、集積チップとして、信号光が光導波路デバイスを経て出力される場合もある。この場合は、図3を参照して説明した光軸調整方法を行えばよい。 Here, an example in which signal light is output via an optical waveguide device as a TEG chip has been described, and an example in which signal light is terminated by PD as an integrated chip has been described, but the present invention is not limited thereto. As a TEG chip, PD characteristics may be evaluated. In this case, the optical axis adjusting method described with reference to FIGS. 4 and 5 may be performed. Further, as an integrated chip, signal light may be output via an optical waveguide device. In this case, the optical axis adjusting method described with reference to FIG. 3 may be performed.

(実施例)
この発明に係る、光軸調整用パターンを備える光導波路素子の一例として、FTTH(Fiber To The Home)などに代表されるTWDM(Tmie Wavelength Division Multiplexing)−PON(Passive Optical Network)システムに用いる場合の構成例を説明する。ここで、TWDM−PONシステムは、加入者アクセスネットワークとしてITU−Tにより標準化が進められている。
(Example)
As an example of an optical waveguide element provided with an optical axis adjustment pattern according to the present invention, a TWDM (Tmie Wavelength Division Multiplexing) -PON (Passive Optical Network) system represented by FTTH (Fiber To The Home) or the like. A configuration example will be described. Here, the TWDM-PON system is being standardized by ITU-T as a subscriber access network.

TWDM−PONでは、加入者端末(ONU:Optical NetworkUnit)から通信基地局(OLT:Optical Line Terminal)への上り信号として、1524〜1544nmの波長帯域が割り当てられている。また、OLTからONUへの下り信号として、1596〜1604nmの波長帯域が割り当てられている。さらに、上り信号及び下り信号のそれぞれに、50〜200GHzの周波数間隔で4チャネル分の波長信号が重畳される(例えば、非特許文献3参照)。 In TWDM-PON, a wavelength band of 1524-1544 nm is assigned as an uplink signal from a subscriber terminal (ONU: Optical Network Unit) to a communication base station (OLT: Optical Line Thermal). Further, a wavelength band of 1596 to 1604 nm is assigned as a downlink signal from the OLT to the ONU. Further, wavelength signals for 4 channels are superimposed on each of the uplink signal and the downlink signal at a frequency interval of 50 to 200 GHz (see, for example, Non-Patent Document 3).

ここで、TWDM−PONにおける最短波長は1524nmであるため、プロービングフィルタ部200が備えるグレーティング210のBragg波長を、1524nmよりも短波長に設定すればよい。 Here, since the shortest wavelength in TWDM-PON is 1524 nm, the Bragg wavelength of the grating 210 included in the probing filter unit 200 may be set to a wavelength shorter than 1524 nm.

ここで示す例では、グレーティング210のBragg波長をTE(Transverse Electric)偏波の1500−1520nmとして設計した。図6は、FDTD(Finite Differntial Time Domain)シミュレーションにより得られた、グレーティング210の透過スペクトル及び反射スペクトルを示す図である。図6は、横軸に波長[単位:μm]をとって示し、縦軸にグレーティング210の透過光及び反射光の出力強度[単位:dB]をとって示している。 In the example shown here, the Bragg wavelength of the grating 210 was designed as 1500-1520 nm of TE (Transverse Electric) polarization. FIG. 6 is a diagram showing a transmission spectrum and a reflection spectrum of a grating 210 obtained by an FDTD (Finite Differential Time Domain) simulation. In FIG. 6, the horizontal axis represents the wavelength [unit: μm], and the vertical axis represents the output intensity [unit: dB] of the transmitted light and the reflected light of the grating 210.

ここで、入力光はTE偏波及びTM(Transverse Magnetic)偏波の基本モード光としている。図6中、TE偏波の1次モードの反射光を実線Iで示し、TE偏波の基本モードの透過光を破線IIで示している。 Here, the input light is a basic mode light of TE polarization and TM (Transverse Magnetic) polarization. In FIG. 6, the reflected light in the primary mode of TE polarization is shown by a solid line I, and the transmitted light in the basic mode of TE polarization is shown by a broken line II.

ここで光軸調整用パターン100の厚さを0.2μmとした。また、プロービングフィルタ部200のグレーティング210については、グレーティング周期を0.37μmとし、0.52μm幅の直線状の光導波路コアに対し、左右への光導波路コアの突出量を0.1μmとした。なお、左右への突出は、反対称となるように、グレーティング周期の1/2だけずらして設けている。 Here, the thickness of the optical axis adjusting pattern 100 was set to 0.2 μm. Regarding the grating 210 of the probing filter unit 200, the grating period was set to 0.37 μm, and the amount of protrusion of the optical waveguide core to the left and right was set to 0.1 μm with respect to the linear optical waveguide core having a width of 0.52 μm. The protrusions to the left and right are provided so as to be antisymmetrically offset by 1/2 of the grating cycle.

また、モードフィルタ220については、メイン導波路221のグレーティング210側の端部の幅を0.58μm、反対側の端部の幅を0.46μmとし、サブ導波路の222のSSC300側の端部の幅を0.3μm、反対側の端部の幅を0.1μmとした。また、メイン導波路221及びサブ導波路222の長さを80μmとし、平均間隔を0.3μmとした。 Regarding the mode filter 220, the width of the end portion of the main waveguide 221 on the grating 210 side is 0.58 μm, the width of the opposite end portion is 0.46 μm, and the end portion of the sub waveguide 222 on the SSC300 side. The width of the above was 0.3 μm, and the width of the opposite end was 0.1 μm. Further, the length of the main waveguide 221 and the sub waveguide 222 was set to 80 μm, and the average interval was set to 0.3 μm.

図6に示されるように、設計波長1.5−1.52μmにおいてTE偏波の基本モードが1次モードに変化して反射され、かつ、1.52μm以上の長波長光は全て透過することが確認できる。なお、TE偏波の1次モード反射光の強度がピークで0dBにならないのは、FDTDシミュレーション時の計算機の容量制限のため、計算上のグレーティングの長さを十分に確保できなかったことにある。FDTDシミュレーションでは、グレーティングの長さを200μm程度として計算しているが、実際にはグレーティング210の長さを大きくとることでピーク強度の損失を減らし、反射光の強度をピークで0dB又はこれにより近い値にできると考えられる。TE偏波の1次モード反射光はグレーティングに接続されたモードフィルタ220によりサブ導波路222の基本モード光へと遷移し検証光として放射用SSC300へと送り出される。 As shown in FIG. 6, at the design wavelength of 1.5 to 1.52 μm, the basic mode of TE polarization is changed to the primary mode and reflected, and all long wavelength light of 1.52 μm or more is transmitted. Can be confirmed. The reason why the intensity of the primary mode reflected light of TE polarization does not reach 0 dB at the peak is that the calculation grating length could not be sufficiently secured due to the capacity limitation of the computer during the FDTD simulation. .. In the FDTD simulation, the length of the grating is calculated as about 200 μm, but in reality, the loss of the peak intensity is reduced by increasing the length of the grating 210, and the intensity of the reflected light is 0 dB or closer to the peak. It is thought that it can be a value. The primary mode reflected light of TE polarization transitions to the basic mode light of the sub-waveguide 222 by the mode filter 220 connected to the grating and is sent to the radiation SSC 300 as verification light.

また、図示は省略しているが、直交するTM偏波に対しても基本モード光は全透過特性を示している。 Further, although not shown, the basic mode light shows a total transmission characteristic even for orthogonal TM polarized waves.

次に、SSC300の実施例について解説する。図7は、BPM(Beam Propagation Method)シミュレーションに基づいて、放射端幅Wtipと放射光(FFP)角度との関係を計算した結果を示す図である。図7では、横軸に放射端幅Wtip[単位:nm]をとって示し、縦軸に、FFP角度[単位:degree]をとって示している。なお、Si導波路コアの厚みは一般的なSOI(Si on Insulator)基板と同等な厚みとして220nmとしている。縦軸のFFP角度としては、放射光の電解分布のピーク強度の1/e全幅値で定義している。図8中の実線IはX方向(幅方向)、破線IIはY方向(厚み方向)のFFP角度をそれぞれ示している。 Next, an example of SSC300 will be described. FIG. 7 is a diagram showing the result of calculating the relationship between the radiation edge width Wtip and the synchrotron radiation (FFP) angle based on a BPM (Beam Propagation Method) simulation. In FIG. 7, the radiating end width Wtip [unit: nm] is shown on the horizontal axis, and the FFP angle [unit: degree] is shown on the vertical axis. The thickness of the Si waveguide core is 220 nm, which is equivalent to that of a general SOI (Si on Insulator) substrate. The FFP angle on the vertical axis is defined as the 1 / e full width value of the peak intensity of the electrolytic distribution of synchrotron radiation. In FIG. 8, the solid line I indicates the FFP angle in the X direction (width direction), and the broken line II indicates the FFP angle in the Y direction (thickness direction).

また、図8は、BPM(Beam Propagation Method)シミュレーションに基づいて、導波路長さ1cmあたりの伝搬損失を示す図である。図8では、横軸に放射端幅Wtip[単位:nm]をとって示し、縦軸に、伝搬損失[単位:dB/cm]をとって示している。 Further, FIG. 8 is a diagram showing propagation loss per 1 cm of waveguide length based on a BPM (Beam Propagation Method) simulation. In FIG. 8, the radiation end width Wtip [unit: nm] is shown on the horizontal axis, and the propagation loss [unit: dB / cm] is shown on the vertical axis.

ここでは、Si導波路コア下部にクラッドを挟んで3μmの位置に支持基板(Si)が存在するものとしている。 Here, it is assumed that the support substrate (Si) exists at a position of 3 μm with the clad sandwiched under the Si waveguide core.

図8に示されるように、放射端幅Wtipが大きくなるほどFFP角度が大きくなる傾向がみられる。FFP角度が広いとフォスファーカードで受ける面は大きくなるが、強度が分散するため、単位面積あたりの発光強度が弱くなってしまう。フォスファーカードには最小検出感度が存在するため、光源側ファイバとSi導波路との光軸がほぼ完全に一致していないとフォスファーカードが感光しない。従って、FFP角度が大きいと調芯が難しくなってしまう。すなわち放射角度は小さいほうが検体エリアを局所的に強く照射できるため好ましい。 As shown in FIG. 8, the FFP angle tends to increase as the radiation end width Wtip increases. If the FFP angle is wide, the surface received by the phosphor card becomes large, but the intensity is dispersed, so that the emission intensity per unit area becomes weak. Since the phosphor card has a minimum detection sensitivity, the phosphor card is not exposed unless the optical axes of the light source side fiber and the Si waveguide are almost completely aligned. Therefore, if the FFP angle is large, it becomes difficult to align the center. That is, it is preferable that the radiation angle is small because the sample area can be strongly irradiated locally.

一方、図8に示されるように放射端幅Wtipが小さくなると伝搬損失が大きくなるという問題が浮き上がる。これは、放射端幅Wtipが小さくなると、MFDが大きくなり、広がりすぎた光は支持基板へ移行するためである。 On the other hand, as shown in FIG. 8, the problem that the propagation loss increases as the radiation edge width Wtip becomes smaller arises. This is because when the radiation end width Wtip becomes small, the MFD becomes large and the excessively spread light is transferred to the support substrate.

従って、Si導波路コアと支持基板との距離を考慮し、伝搬損失が少なくかつ、可能な限りFFP角度が小さくなるように放射端幅Wtipを設定することが好ましい。図7及び図8に示される例によれば、SSCの放射端幅Wtipの最適値として160-180nm付近に設定することができる。 Therefore, it is preferable to set the radiation end width Wtip so that the propagation loss is small and the FFP angle is as small as possible in consideration of the distance between the Si waveguide core and the support substrate. According to the examples shown in FIGS. 7 and 8, the optimum value of the radiation end width Wtip of the SSC can be set to around 160-180 nm.

5 光導波路素子
10 TEGチップ
11 集積チップ
20 サンプルステージ
30 光導波路デバイス
40 Si導波路
50 CCDカメラ
55 赤外線カメラ
60、62 光ファイバ
100 光軸調整用パターン
200 プロービングフィルタ部
210 グレーティング
220 モードフィルタ
221 メイン導波路
222 サブ導波路
300 SSC
310 テーパ部
320 延伸部
400 フォスファーカード
510 入力用導波路
530 引き回し導波路
540 出力用導波路
600 入出力用SSC
610 WDMフィルタ
620 LD
630 PD
670 電流/電圧計
5 Optical Waveguide Element 10 TEG Chip 11 Integrated Chip 20 Sample Stage 30 Optical Waveguide Device 40 Si Waveguide 50 CCD Camera 55 Infrared Camera 60, 62 Optical Fiber 100 Optical Axis Adjustment Pattern 200 Probing Filter Unit 210 Grating 220 Mode Filter 221 Main Guide Waveguide 222 Sub-waveguide 300 SSC
310 Taper part 320 Stretch part 400 Phosphor card 510 Input waveguide 530 Route routing waveguide 540 Output waveguide 600 Input / output SSC
610 WDM filter 620 LD
630 PD
670 current / voltmeter

Claims (5)

支持基板と、
光導波路コアと、
前記支持基板上に、前記光導波路コアを包含して形成されるクラッドと
を備える光導波路素子であって、
前記光導波路コアには、光軸調整用パターンが設けられており、
前記光軸調整用パターンに、
信号光と検証光とを含む入力光から、前記信号光を透過させ、かつ、前記検証光を抽出するプロービングフィルタ部と、
前記プロービングフィルタ部で抽出された前記検証光を、前記プロービングフィルタ部における前記入力光の伝搬方向に直交する方向であって、当該光導波路素子の端面に直交する方向に放射する放射部と
を備え、
前記プロービングフィルタ部は、
前記入力光のうち、前記信号光の波長より短波長である前記検証光の波長にBragg波長が設定され、かつ、0次モードの成分である前記検証光を、i(iは1以上の整数)次モードに変換して反射するグレーティングと、
前記グレーティングで反射された前記i次モードの検証光を、0次モードに変換するモード変換部と
を備えることを特徴とする光導波路素子。
Support board and
Optical waveguide core and
With a clad formed on the support substrate including the optical waveguide core
It is an optical waveguide element provided with
The optical waveguide core is provided with a pattern for adjusting the optical axis.
In the pattern for adjusting the optical axis,
A probing filter unit that transmits the signal light and extracts the verification light from the input light including the signal light and the verification light.
A radiation unit that emits the verification light extracted by the probing filter unit in a direction orthogonal to the propagation direction of the input light in the probing filter unit and in a direction orthogonal to the end face of the optical waveguide element.
With
The probing filter unit
Of the input light, the verification light having a Bragg wavelength set to the wavelength of the verification light, which is shorter than the wavelength of the signal light, and which is a component of the 0th-order mode, i (i is an integer of 1 or more). ) Grating that converts to the next mode and reflects,
Optical waveguide device you; and a mode converter for converting the validation light of the i-th order mode that has been reflected by the grating, the zero-order mode.
前記放射部は、
前記プロービングフィルタ部から離れるに従って、幅が連続的に縮小するテーパ部
を備えることを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。
The radiating part
The optical waveguide element according to claim 1, further comprising a tapered portion whose width is continuously reduced as the distance from the probing filter portion is increased.
前記放射部は、
前記テーパ部の前記プロービングフィルタ部とは反対側の端部と前記光導波路素子の端面に設けられる放射端とを接続する一定幅の延伸部
を備えることを特徴とする請求項に記載の光導波路素子。
The radiating part
The optical beam according to claim 2 , further comprising a stretched portion having a constant width for connecting an end portion of the tapered portion opposite to the probing filter portion and a radiation end provided on the end surface of the optical waveguide element. Waveguide element.
請求項1〜のいずれか一項に記載の光導波路素子と、光ファイバとの光軸調整を行うにあたり、
前記光導波路素子の上面側から、前記光導波路素子の上面を見ながら、前記光導波路素子と、入力側の光ファイバとの、前記光導波路素子の上面に平行な面内における位置合わせを行う、第1過程と、
前記光導波路素子の端面に設けられた前記放射部の放射端に対面させて、赤外線蛍光検体を配置する第2過程と、
前記入力側の光ファイバから検証光を含む入力光を入力し、前記放射部から放射される前記検証光により、前記赤外線蛍光検体を発光させ、前記発光を目安に、前記光導波路素子と、前記入力側の光ファイバとの、前記光導波路素子の上面に直交する方向における位置合わせを行う、第3過程と
を備えることを特徴とする光軸調整方法。
In adjusting the optical axis between the optical waveguide element according to any one of claims 1 to 3 and the optical fiber.
While looking at the upper surface of the optical waveguide element from the upper surface side of the optical waveguide element, the optical waveguide element and the optical fiber on the input side are aligned in a plane parallel to the upper surface of the optical waveguide element. The first process and
The second process of arranging the infrared fluorescent sample so as to face the radiating end of the radiating portion provided on the end face of the optical waveguide element, and
Input light including verification light is input from the optical fiber on the input side, the infrared fluorescent sample is made to emit light by the verification light emitted from the radiation unit, and the optical waveguide element and the optical waveguide element and the said An optical axis adjusting method comprising a third process of aligning the optical fiber on the input side with the optical fiber in a direction orthogonal to the upper surface of the optical waveguide element.
前記第3過程の後に行われる、
前記光導波路素子の上面側から、前記光導波路素子の上面を見ながら、前記光導波路素子と、出力側の光ファイバとの、前記光導波路素子の上面に平行な面内における位置合わせを行う、第4過程と、
前記出力側の光ファイバに、光強度測定器を接続し、前記光強度測定器での受信光強度が最大となるように、前記光導波路素子と前記出力側の光ファイバとの、前記光導波路素子の上面に直交する方向における位置合わせを行う、第5過程と
を備える
ことを特徴とする請求項に記載の光軸調整方法。
Performed after the third process,
While looking at the upper surface of the optical waveguide element from the upper surface side of the optical waveguide element, the optical waveguide element and the optical fiber on the output side are aligned in a plane parallel to the upper surface of the optical waveguide element. 4th process and
A light intensity measuring device is connected to the output side optical fiber, and the optical waveguide of the optical waveguide element and the output side optical fiber is connected so that the received light intensity of the light intensity measuring device is maximized. The optical axis adjusting method according to claim 4 , further comprising a fifth process of aligning in a direction orthogonal to the upper surface of the element.
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