JPH02248096A - 垂直入出力型光ノード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体基板面の垂直方向にて光の入出力が行
なわれる光増幅部を具備する光ノードに関する。

（従来の技術） 光情報伝送において、各端末には光信号の授受を行うた
め光ノードが用いられ、送受信および光増幅などの動作
を行っている。従来このような光ノードの構成例として
第８図に示す様に、基板のへきかい端面から光ファイバ
を用いて人出力する方法が行なわれていた。ここで、１
０１はＧａＡｓ基板、１０２はレーザ増幅部を含む光導
波路層、１０３゜１０４は先端を球状に加工した先球光
ファイバである。第８図では簡単化のため、光ノードに
含まれる送信部、受信部などの光デバイスは省略し、光
増幅部のみを表現している。

これらの光ファイバ１０３．１０４の入出力端は、数μ
■の精度でのアライメントが必要であり、種々の固定方
式が提案されている。代表的なものとして、 （１）米国特許４６０１５３５に開示されているものの
ように紫外線硬化剤で固定する。

（２）　Ｓｉ基基板溝溝ガイド用いる。

（３）　Ｓｉ基板ホールを用いる。

などの方法がある。

〔発明が解決しようとしている課題〕

しかしながら上記従来例では、入力部および出力部の２
箇所で光ファイバの端面接続を行う必要がある。このた
め複雑なアライメント治具を必要とし、Ｓｉ基基板溝溝
たはホールを用いたとしても高効率のカップリングを実
現するのは極めて困難であワた。このアライメントの困
難さは、デバイスの歩留りを著しく下げる原因となって
いた。

さらに光増幅器を含む光ノードでは、一般に入出力端面
には無反射コート（ＡＲ（：）を各端面に施す必要があ
り、プロセス工程の複雑化のため、やはりデバイスの歩
留りを下げる要因となっていた。

本発明はアライメントを行なうことや製造することを容
易とすることができ、歩留りを向上することのできる光
ノードを実現することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の垂直入出力型光ノードは、 半導体レーザ構造が用いられ、入力された光信号を増幅
して出力する光ノードにおいて。

光増幅を行なう活性層となる導波路層の一部に形成され
、該導波路層の積層方向である上方より入射された光を
反射させて該導波路層へ入射させる溝状の第１および第
２の全反射ミラーと、第１および第２の全反射ミラーの
上部の同一面にそれぞれ形成され、上方に向かって径が
大となる円錐台状の第１および第２のガイドホールと、
第１および第２のガイドホール底面部にそれぞれ形成さ
れた反射防止膜とを具備し、 第１および第２の全反射ミラーの各々は、その傾斜面が
他方のものに向かフて形成され、垂直Ｆ方より入射され
た光が導波路層を通って他方の全反射ミラーによっ、て
外部へ出射されるように傾けられて形成されている。

この場合、波長多重化された信号光の送受信を行なうた
め、送信用レーザ、波長分波器、光検出器と一体に形成
してもよく、 また、先端が丸められた形態の先球光ファイバを、ガイ
ドホールにその先端が当接するかたちに固定してもよい
。

さらに、球レンズがガイドホールに当接するかたちに固
定してもよい。

〔作用〕

他のノードより送られてきた信号光は、一方のガイドホ
ールおよび全反射ミラーを通って増幅され、他方の全反
射ミラーおよびガイドホールを通ってさらに他のノード
へ送られる。この場合、アライメントを行なうことは円
錐台状に形成されたガイドホールを利用することにより
容易となる。上記のように先球光ファイバや球レンズを
使用するときには、これらを当接する位置まで押し込む
ことにより光軸調整は完了することになる。

この場合、これらが導波路層に形成された全反射ミラー
上で結像を行なうようにガイドホールや光球光ファイバ
および球レンズの径を設計すれば光ノードとしての結合
効率も向上する。また、入出力端面となるガイドホール
の底面部に形成される反射防止膜は同一面であるので、
これらを形成することは一度の工程にて行なうことがで
きる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す断面図、第
２図および第３図は本実施例中の全反射ミラー５．、５
２の構造を説明するための図である。

図において、１はｎ型ＧａＡｓである基板、２．４はそ
れぞれｎ型およびｐ型ＡｌＧａＡｓであるクラッド層、
３は多重量子井戸（ＭＱＷ）からなり、光増幅を行なう
活性層を兼ねた導波路層である。１２はｐ型ＧａＡｓキ
ャップ層、６および７は上面および下面のＡｕ電極であ
る。５．、５２は導波路層３への人出力を垂直上面から
可能にするため垂直上面から入射された光が導波路層３
の内部に向かうようにその傾斜面が他方のものに向かっ
て約４５°に傾けてそれぞれ設けられた２個の全反射ミ
ラーである。このような全反射ミラー５．、５２は、フ
ォトリソによってレジストマスクを形成した後、反応性
イオンビームエツチング（ＲＩＢＥ）によって作製でき
るものや、集束性イオンビーム（Ｇａ”イオン等）によ
る直接エツチングによって作製できるものなどがあり、
第２図に示すように垂直へき開面から導波層２１に入射
された光を４５°斜面に形成された全反射ミラー２２を
用いて折り返すもの（Ｚ、Ｌ、Ｌｉａｕｅｔａｌ、　：
Ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｇａ１ｎＡｓＰ／
ＩｎＰ　ｌａｓｅｒｗｉｔｈ　ｌｏｗ　ｔｈｒｅｓｈｏ
ｌｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉ−
ｃｉｅｎｃｙ″　Ａｐｐｌ、　　Ｐｈｙｓ、　　Ｌｅｔ
ｔ、　　４６．　２．　　ｐｐ、ｌＩ５　〜１１７　（
１５Ｊａｎ、　＋９８８））や第３図に示すように４５
゜ミラー面を溝型スリット状に形成した全反射ミラー３
２を利用するもの（Ｍ、Ｇ、Ｗｕ　ｅｔ　ａｌ、：　”
５ｕｒ−ｆａｃｅ　ｅＩＩｌｉｔｔｉｎｇ　１ａｓｅｒ
　ｄｉｏｄｅ　ｗｉｔｈ　ｂｅｎｔ　ｄｏｕｂｌｅｈｅ
ｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　
ａｔ　ＣＬεＯ’８７　ｐｐ。

１１５〜１１７　（１９８５））などが従来より知られ
ている。全反射ミラー５１．５□上面にはエレクトロン
ビーム（ＥＢ）蒸着によって酸化ジルコニウム（Ｚｒ０
ｘ）の無反射コーティングが施され、進行波型の光増幅
器として動作することと垂直方向への入出力が可能とな
っている。

導波路層３の上面にはポリイミド１１がスピンコードに
よって約１００μｍ堆積されており、がっ全反射ミラー
５．、５２の上部にあたる人出力ポート部分には、フォ
トリソによるマスクを用いた反応性イオンエツチング（
ＲＩＥ）によって台形状のガイドホール８．、８２が形
成されている。これらのガイドホール８Ｉ、８□より人
出力される光を導波する先球光ファイバ９．、９２の先
端径は各ガイドホール８Ｉ、８□と適合されるが、この
ときの適合寸法を積度良く設定することによって、人出
力結合が最適となる先球光ファイバ９．、９２−導波路
層３の間隔とすることができる。

第４図は本実施例の上面図、第５図は本実施例を光の進
行方向から見た場合の断面図である。

本実施例の導波路層３は、図示するように横方向に光閉
じ込めを行なうリッジ型チャンネル導波路とされている
。このため、その上部にはＳｉ３Ｎ４である絶縁層１４
が形成されている。また、導波路層３の入出力部分とな
るガイドホール８．、８２の底部には光損失をさけるた
めの無反射コーティング１０、、１０２が設けられてい
る。これらの無反射コーティング１０．、１０２は、キ
ャップ層１２の一部を選択エツチングによって部分的に
除去した後の、透明なりラッド層４の上面に設けられて
いる。

以上のように構成された本実施例の動作について説明す
る。

本実施例のものは、電極６．７間に電流が注入された状
態のときに導波路層３．において光増幅を行なうもので
あるが、導波路層３の端面等から入射される外乱光は、
各全反射ミラー５．．５２によって導波路層３の増幅領
域に侵入することができないので、本実施例のものにお
いて増幅される光は一方の先球光ファイバ９Ｉによって
入力され、全反射ミラー５．によって折り返されたもの
のみとなる。この光は増幅された後に、全反射ミラー５
２によって再び折り返され、他方の先球光ファイバ９２
へ出力される。

なお、各全反射ミラー５．．５２は作製鯖度によっては
傾き角が４５°よりずれることが予想されるが、この場
合には、各先球光ファイバ９１．９□の軸を傾けて所望
の出射方向に合わせればよく、各ガイドホール８．．８
２の調整範囲内で可能となる。

また、先球光ファイバ９．、９２の固定はデバイス外部
の治具によって固定する方法やガイドホール８、、８２
の部分に紫外線硬化剤を用いて固定する方法などが適用
できる。

第６図は本発明の第２の実施例であり、特願昭６３−２
５１４５３に開示されているような波長多重型光集積ノ
ードに応用した例の上面図である。

本実施例は他のノードから送られてくる波長多重化され
た光信号のうち、特定波長の信号光を受信するとともに
、該波長多重化された光信号を増幅し、さらに生成した
信号光を重畳して他のノードへ送出するものである。

光信号の送受および増幅を行なう構造としては本発明の
構造が用いられ、信号光を生成する構造としては２個の
分布反射型（ＤＢＲ）レーザ６０．、６０２が用いられ
、特定波長の信号光の受信する構造としては、２個のグ
レーティング６１．、６１□および２個の光検出器６２
．、６２２が用いられている。これらの構成部品のうち
、本発明の構造を用いた光増幅部や２個のグレーティン
グ６１．、６１２はＴ字状の導波路上に形成され、２個
のＤＢＲレーザはＹ字状の導波路上に形成されている。

これら２つの導波路はＹ字状の溝によるカブラ５４によ
り結合を行なっている。光増幅部の構造としては第１図
に示した第１の実施例と同様である。ガイドホール（不
図示）、ＡＲコート６５．を通り、４５°傾けられた全
反射ミラー６６、によって反射された光信号は、光増幅
を受けた後に全反射ミラー６６２によって反射し、ＡＲ
コート６５２および他方のガイドホール（不図示）を通
って外部へ出射される。

第７図は本発明による第３の実施例の構成を示す断面図
である。

本実施例の構造は第１の実施例とほぼ同様に４５°傾け
られた全反射ミラーを有する進行波型光増幅器に構成さ
れたもので、入出力のガイドホール７１１．７ｔｔにそ
れぞれ球レンズ７２．、７２２をはめ込んだものである
。球レンズ７２．、７２．のはめ込まれる位置は、その
焦点位置が光増幅を行なう導波路層の位置と一致するよ
うに、ガイドホール７１１゜７１、の形状は精度よく加
工されている。球レンズ７２、、７２２はガイドホール
７１．、７１２の内周のつきあたった部分でとまり、紫
外線硬化剤等で固定される。

本実施例のものにおいては、球レンズ７２．、７２゜を
用いることにより、垂直上方から入射された光を効率良
く光増幅を行なうことができた。

上述の各実施例において、他方のものに向かって４５°
傾けられて設けられる全反射ミラーは、作製する際に角
度ずれが生じることがある。この場合、通常のレーザ共
振器として使用される場合には、反射率の低下をまねき
、レーザ特性のバラつきを招来するものであるが、本発
明の特徴である半導体レーザ構造の光増幅器（進行波型
レーザアンプ）への応用に対しては反射率を低く押さえ
る必要があり、角度ずれによる反射率の低下はほとんど
問題になるものではない。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように構成されているので、以下
に記載するような効果を奏する。

請求項１に記載のものにおいては、入出力部が上部に形
成されたガイドホールとなるので、信号光の入出力を行
なう際のアライメントが極めて容易なものとなる。また
、入出力部に施すＡＲコートを一度の工程で行なうこと
ができ、特性も揃ったものになる。さらに、ガイドホー
ルの作製を含めたすべての工程をプレーナ技術を用いて
行なうことができるので、歩留りを向上させることがで
きるとともにデバイスの検査あるいは実装をウェーハ単
位で行うことが可能となり、生産性を高くすることがで
きる効果がある。

請求項２に記載のものにおいては、上記効果を有する波
型多重型集積光ノードを実現することができる効果があ
る。

請求項３に記載のものにおいては、上記効果に加え、光
ファイバを導波してきた光に対してのみ、結合効率良く
増幅を行なうことができる効果がある。

請求項４に記載のものにおいては、上記効果に加え、ガ
イドホールの上方から入射される光のすべてに対して結
合効率良く増幅を行なうことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す断面図、第
２図および第３図は第１の実施例中の全反射ミラーの構
造を説明するための図、第４図は第１図の実施例の上面
図、第５図は第１の実施例を光の進行方向から見た場合
の断面図、第６図および第７図はそれぞれ本発明の第２
および第３の実施例を示す図、第８図は従来例を示す図
である。 １・・・・・・・・・・・・・・基板、２．４・・・・
・・・・・・クラッド層、３・・・・・・・・・・・・
・・導波路層、５“、　５．、２２．　、・・・全反射
ミラー３２．６６１，６６２ ６．７・・・・・・・ｌ・・電極、 ８　ｒ　°８２　゛＞・・・・・・・ガイドホール、７
１１．７１２ ９、、９２・・・・・・・・・・先球光ファイバ、１１
・・・・・・・・・・・・・・ポリイミド、１２・・・
・・・・・・・・・・・キャップ層、１４・・・・・・
・・・・・・・・絶縁層、２２・・・・・・・・・・・
・・・導波層、６０１、６０２・・・・・・・・ＤＢＲ
レーザ、６１１、６１２・・・・・・・・グレーティン
グ、５２、、　Ｂ２２・・・・・・・・光検出器、８３
・・・・・・・・・・・・・・光増幅部、６４・・・・
・・・・・・・・・・カプラ、７２、、７２□・・・・
・・・・球レンズ。 特許出願人　　キャノン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザ構造が用いられ、入力された光信号を
   増幅して出力する光ノードにおいて、光増幅を行なう活
   性層となる導波路層の一部に形成され、該導波路層の積
   層方向である垂直上方より入射された光を反射させて該
   導波路層へ入射させる溝状の第１および第２の全反射ミ
   ラーと、前記第１および第２の全反射ミラーの上部の同
   一面にそれぞれ形成され、上方に向かって径が大となる
   円錐台状の第１および第２のガイドホールと、 前記第１および第２のガイドホール底面部にそれぞれ形
   成された反射防止膜とを具備し、 前記第１および第２の全反射ミラーの各々は、その傾斜
   面が他方のものに向かって形成され、垂直上方より入射
   された光が前記導波路層を通って他方の全反射ミラーに
   よって外部へ出射されるように傾けられて形成されてい
   ることを特徴とする垂直入出力型光ノード。 ２、請求項１記載の垂直入力型光ノードにおいて、 波長多重化された信号光の送受信を行なうため、送信用
   レーザ、波長分波器、光検出器と一体に形成されている
   ことを特徴とする垂直入出力型光ノード。 ３、請求項１記載の垂直入力型光ノードにおいて、 先端が丸められた形態の先球光ファイバが、ガイドホー
   ルにその先端が当接するかたちで固定されていることを
   特徴とする垂直入出力型光ノード。 ４、請求項１記載の垂直入出力型光ノードいおいて、 球レンズがガイドホールに当接するかたちで固定されて
   いることを特徴とする垂直入出力型光ノード。