JPH0255304A - 光集積回路 - 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］ 本発明は光集積回路に関し、特に基板上に受動導波路、
干渉膜フィルタ、発光素子及び受光素子などを実装した
光集積回路に関する。

［従来の技術］ 光フアイバ通信の進展に伴い、光デバイスには、大量生
産性、高信顆性、結合の無調整化、自動組立及び低損失
化などが要求さるようになり、これらの要求を満足する
ために導波路型の光デバイスが注目されるようになって
きた。これら光デバイスの将来イメージは、光合分波器
、光カプラ、光スィッチなどの光受動回路と、発光素子
、受光素子などの光能動素子、さらには電子回路などを
モノシリツク化した光集積回路が考えられている。しか
し、現状では上記モノシリツク楕遣はもちろんのこと、
ハイブリッド’！Ｍ３ｆＤのものがやっと検討されはじ
めた段階にある。

第１０図および第１１図は従来のハイブリッド構造の一
例を示したものである。これは現状の受光素子が素子基
板に垂直な方向から受光する構造になっているため、受
光素子を光導波路と光学的に結合させる結合構造の例で
ある（特開昭６２−３５３０５号公報）。すなわち、第
１０図では光導波路１８の端面と基板１の端面とを同一
平面として、基板１の端面に光素子７を設けたものであ
る。また第１１図は先導波路１８から放射する光をミラ
ー１５を用いて基板１の垂直方向へ取り出すように光素
子７を配置したものである。

［発明が解決しようとする課題］ 第１０図および第１１図の構成において、光素子７が発
光素子の場合には特に問題にはならないが、光素子７が
受光素子である場合には、希望しない光（以下「非希望
光」という）の信号も希望する光〈以下「希望光」とい
う）の信号と共に受光素子である光素子７に入力される
ので、光のＳ／Ｎ比が低下してしまうという問題点があ
る。

特に、光波長多重伝送システムにおいて、このような構
成では非希望光が干渉を起すことにより、クロストーク
特性を低下させるため、使用することができない。

そこで本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消
するなめ、導波路と略同じ材質の三角形状のガラスブロ
ックなどを設けることにより、光波長多重伝送システム
に適用できる低タロストーク特性、高Ｓ／Ｎ特性をもっ
た光集積回路を提供することにある。

［課題を解決するための手段」 上記目的を達成するためにの手段として、本発明は、基
板上に構成したガラス導波路型光合分波器の出力端面の
少なくとも一つに、該導波路と略同じ材質の三角形状ガ
ラスブロックを設け、該ブロックの傾斜面に干渉膜フィ
ルタを貼着し、該導波路内を伝搬してきた希望波長の光
信号を前記干渉膜フィルタで反射させ、その干渉膜フィ
ルタで反射された光信号を該ブロックの上に設けた受光
素子で受光するようにしたものである。好ましい態様と
しては、前記ガラス導波路型光合分波器の出力端面にカ
ラスブロックを取付けたもの、前記導波路上にカラスブ
ロックを配置させるための段差部を設けたもの、前記導
波路上にカラスブロックを配置させるための溝部を設け
たもの、前記干渉膜フィルタと受光素子の間にレンズを
設けたものがある。

［作用］ 本発明は、ガラス導波路型光合分波器（あるいは分波器
）の出力端面の少なくとも一つに、該導波路と略同じ材
質の三角形状のガラスブロックを設けて、そのブロック
の傾斜面に干渉膜フィルタを貼着し、前記導波路内を伝
搬してきた希望波長の光信号を干渉膜フィルタで反射さ
せ、その反射光をガラスブロックの上に設けた受光素子
で受光することにより、半導体レーザの光出力が光集積
回路の入力端面から反射して受光素子へ漏洩することが
なくなるようにして、低損失、高効率でがつ低クロスト
ーク特性をもった波長多重伝送を行う。また、導波路上
にガラスブロックを配置させるための段差部を設けたこ
とにより、ガラスブロックを上下方向にスライドさせる
だけで両方の受光素子の光軸調整を容易にする。そして
、上記段差部のガラスブロック上に受光素子を固定する
ことにより、半導体レーザの光出力が入力端面等から反
射して受光素子へ漏洩しないようにして、クロストーク
特性を低くする。また、干渉膜フィルタと受光素子間に
レンズを設けて、そのレンズで反射された高速応答の光
信号を集光させることにより、受光素子へ漏洩しないよ
うにする。さらに、上記導波路の出力端面にガラスブロ
ックを取付けて、その導波路上にガラスブロックを配置
させるための溝部を設けることにより、干渉膜フィルタ
のカットオフ特性がシャープになり、クロストークを低
くする。

［実権例コ 第１図は本発明の光波長多重伝送用の光モジュールを集
積化した実施例を示したものである。第１図（ａ）は光
集積回路２２の上面図、同図（ｂ）はその上面図のＡＩ
　、２０ｂ、２０ｄ、Ａ２に沿っての断面図（すなわち
、導波路に沿っての断面図）を示したものである。この
光集積回路２２は入力端２０ａに入射した波長λ１．λ
２の光信号を光分波器８により分波する。そして、波長
λ１の光信号は出力２０ｃへ、波長λ２の光信号は出力
端２０ｄへ導く。そして、それぞれ干渉膜フィルタ付ガ
ラスブロック９ａ、９ｂへ入射し、希望の波長の光信号
のみがそれぞれの受光素子７ａ、７ｂに入力され、希望
の波長の光信号が電気信号に変換される。まず光分波８
８は、導波路型の方向性結合器によ１７構成される。す
なわち、光分波器８は、第１図（ｂ）に示すように、矩
形状のコア層３（Ｓ　ｉ　０２　　Ｔ　ｉ　Ｏｘ　）を
それよりも屈折率が約０．２５％低いクラッド層４（Ｓ
ｉＯ□）とバッファ層２（ｓｔｏ□）で形成する。第１
図（ａ）に示す結合部２３の長さオは、それぞれの波長
λ１λ２に対する完全結合長しくλ、）、Ｌ（Ａ２）に
対し、 の関係になるように、コア層３の幅Ｗ、コア層３の厚み
Ｔおよびコア層３間の間隔Ｓを定めることにより、光分
波器８を構成する。たとえば、波長λ１．λ２がλｌ＝
１．３７Ｊ、λ、　＝１．５５μｓとし、結合部２３の
長さＡ、コア層の幅Ｗ、コア層の厚みＴ、コア層間の間
隔Ｓをそれぞれ１＝　４．９６５ｍ＋、Ｗ＝１０４、Ｔ
＝８４、Ｓ＝３．２−としたときには、この光分波器８
ではコア層３とクラッド層４との屈折率が０．２５″Ｘ
になるように構成される。ところが、現状の光通信用の
光源、たとえば半導体レーザは温度や反射もどり光など
によって波長が変動してしまう、また光分波器８自身も
温度や製造バラツキなどによって設計中心波長が変動す
る。このため、光分波器８では出力端２０ｃに波長Ａ１
以外の非希望光のＡ２の光信号成分が導かれ、また逆に
出力ｔｔ７Ａ２０ｄに波長Ａ２以外の非希望光の波長λ
１の光信号成分が導かれ、それぞれ受光素子７ａ、７ｂ
に非希望光の波長λ２．λ１の光信号成分が漏洩してく
る。そこで本実施例では、これらの非希望光を抑制し、
希望光のみをさらに選択的に受光素子７ａ、７ｂに導く
ために、同図（ｂ）に示すような構成をとっている。す
なわち、本実施例の光集積回路では、光分波器８の出力
端に干渉膜フィルタ付ガラスブロック９ａ、９ｂを密結
合させている。干渉膜フィルタ６ｂはガラスブロック５
に挟持されている。このガラスブロック５は導波路の材
質（ＳｉＯ□系ガラス）と路間−の５ｉｎ２ガラス等が
用いられ、ここでの反射損失が低く抑えられるようにな
っている。干渉膜フィルタ６ｂは希望光（波長λ２）を
反射させて矢印１６ｂのように受光素子７ｂに導き、非
希望光（波長λ１）を矢印１６ｃのように透過させる特
性、たとえば帯域通過型フィルタ特性をもつものが使わ
れる。干渉膜フィルタ６ｂへの光の入射角は小さいほど
フィルタのカットオフ特性をシャープにすることができ
るから、第１図（１３）に示した角度θはそのことを考
慮し、４５゛〜８０°の範囲が好ましい０以上のような
梢°成にすることにより、本光集積回路では、干渉膜フ
ィルタ６ｂへの光の入射角が小さくなり、そのフィルタ
６ｂのカットオフ特性をシャープにすることができるた
め、現状の受光素子を用いてハイブリッド構造で低損失
、高結合効率、高アイソレーシヨン特性（低クロストー
ク特性）を達成することができ、かつ光集積回路の小型
化を実現することができる。また、本集積回路では、干
渉膜フィルタ付ガラスブロック９ｂと受光素子７ｂが一
帯に構成されているので、導波路出力端面とガラスブロ
ック端面をエツチング技術などにより面接触するように
境界面２４を作っておけば、光軸調整は上記一体止され
たものを矢印２５ａ、２５ｂのようにスライドさせるだ
けで容易に行うことができる。

第２図の光集積回路は、第１図の両干渉膜フィルタ付ガ
ラスプロ゛ツタ９ａ、９ｂを一体化し、干渉膜フィルタ
付ガラスブロック９とした構成の実施例を示すものであ
る。すなわち、導波路２２の出力端の間隔はホトマスク
精度で略±ＩＩＪ１１に設定できる−ので、あらかじめ
一体止した干渉膜フィルタ付ガラスブロック９を作って
おけば、片一方の受光素子の出力を監視（モニタ）しな
がら干渉膜フィルタ付カラスブロック９を矢印２５の方
向にスライドさせるだけで、両方の受光素子の光軸調整
を同時に完了させることができる。これにより、より光
集積回路の低コスト化が図れる。

第３図および第４図は干渉膜フィルタ付ガラスブロック
の実施例を示したものである。第３図ｆａ）および第４
図（ａ）は上面図、第３図（ｂ）および第４図（ｂ）は
側面図を示したものである。第３図の干渉膜フィルタ６
件のガラスブロック９ａ（９ｂ）は第１図の光集積回路
に用いたものであり、第４図の干渉膜フィルタ６付ガラ
スブロツク９ａ、９ｂは第２図の光集積回路に用いたも
のである。また、第３図（ｂ）および第４図（ｂ）に示
すこれら干渉膜フィルタ付ガラスブロック５の出力端面
には、無反射コーテイング膜５Ａが形成されている。

第５図は本発明の光集積回路の製造方法の実施例を示し
たものである。まず、第５図（ａ）において基板１上に
、ガラス膜形成工程によりバッファ層２を形成し、該バ
ッファ層２上にホトリソグラフィ工程によりコア層３を
形成し、該コア層３上にガラス膜形成工程によりクラッ
ド層４を形成するなどの工程を経て導波路２２を形成す
る。つぎに第５図（ｂ）に示すように、導波路２２の右
（ＩＵｊ、すなわち出力端側をエツチング工程（ウェッ
ト、あるいはドライエツチング）により段差が形成され
るようにする。最後に第５図（Ｃ）に示すように、受光
素子７を干渉膜フィルタ６付きのガラスブロック５上に
配置固定させる。導波路２２と干渉膜フィルタ６付きガ
ラスブロック５の固定は、ＣＯ□レーザによる溶着方法
、接着剤による固定方法など適宜の手段を用いる。

第６図は本発明の光集積回路の別の実施例を示したもの
である。これは導波路２２の出力端面に干渉膜フィルタ
６付きのカラスブロック５を取り付け、このガラスブロ
ック５の上に受光素子７を載置して固定した場合で、こ
の場合にも干渉膜フィルタのカットオフ特性をシャープ
にすることができ、クロストークを低くすることかでき
る。

第７図の光集積回路の実施例は、導波路２２の途中に溝
部１１をエツチングにより設け、この溝部１１内に干渉
膜フィルタ６件のガラスブロック５を埋設し、そのガラ
スブロック５上に受光素子７を載置して固定したもので
ある。この実施例においてら第６図に示すものと同様、
タロストークを低くすることができる。

第８図はより高速光伝送システム用として適用可能な光
集積回路の実施例を示したものである。

すなわち、高速応答用の受光素子７は受光径が小さくな
っているので、干渉膜フィルタ６で反射された光信号を
半径レンズ１２で上記受光径面内に集光するようにした
ものである。また、干渉フィルタ１３はより非希望光を
抑制させるためのものである。受光素子７、干渉膜フィ
ルタ１３および半球レンズ１２はホルダー１４で保持さ
れている。

半球レンズ１２は通常の球レンズ、あるいはウッドレン
ズ等でもよい。

第９図は本発明の光集積回路の別の実施例を示しなもの
である。同図において、第９図（ａ）は上面図、同図（
ｂ）はＡＩ　、２０ｂ、２０ｄ　　Ａ２に沿っての断面
図を示すものである。これは双方向波長多重伝送用光モ
ジュールの実施例である。すなわち、入力＠２０ａへは
波長λ２の光信号が入力され、光合分波器８を通って受
光素子７で受信され、半、導体レーザ１７の光信号（波
長λ１）は光合分波器８を通って入力端２０ｃより出力
されてしまう。半導体レーザ１９の場合には、光合分波
器の出力端２０ｃの端面に直接対向、あるいはレンズを
介して配置することができる。このような双方向伝送用
の場合には、半導体レーザ１９の光出力が端面２０ａな
どから反射して受光素子７へ漏洩するおそれが極めて高
く、タロストーク特性を大きく劣化させ易い。そこで、
本光集積回路のような干渉膜フィルタ６付のガラスブロ
ック９上に受光素子７を固定しておけば、半導体レーザ
１９の光出力が入力端面２０ａ等から反射して受光素子
７へ漏洩することがなくなり、実用上はとんど問題のな
い光集積回路を得ることができる。

本発明は上記実施例に限定されないことは言うまでもな
く、導波路型光分波器、あるいは光合分波器を用いるか
わりに、マツハツエンダ型、グレーティング型の光分波
器でもよい、また上記実施例では、波長多重数が２波の
ものについて述べたか、これに限定されず３波以上でも
よいことは明らかでああ。さらに、導波路は単一モード
用以外に、多モード用でもよい、また受動光回路は光カ
プラ、光スィッチ、光共振器などが実装されていてもよ
い。さらに能動光回路としては、光変調器、光増幅器、
光ＡＮＤゲート回路などが実装されてもよい。また基板
としてはシリコン（Ｓｉ）基板以外に、石英ガラス、Ｌ
ｉＮｂ　Ｏｘ　、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどによる基板でも
よい。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明の光集積回路によれば、低損失
、高結合効率および高アイソレーシヨン特性（低クロス
トーク特性）を構成することができる。また本発明によ
れば小型化、低コスト化を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第６図乃至第９図は本発明の光集
積回路の実施例を示す図で、第３図および第４図は本発
明の光集積回路に用いる干渉膜フィルタ付ガラスブロッ
クの例を示す図、第５図は本発明の光集積回路の製造方
法の一実施例を示す図、第１０図および第１１図は従来
の導波路と光素子の接続例を示したものである。 図中、１は基板、５はガラスブロック、６は干渉膜フィ
ルタ、７は受光素子、１０は段差部、１１は溝部、１２
は半球レンズ、２２ａは導波路の出力端面である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に構成したガラス導波路型光合分波器の出力
   端面の少なくとも一つに、該導波路と略同じ材質の三角
   形状ガラスブロックを設け、該ブロックの傾斜面に干渉
   膜フィルタを貼着し、該導波路内を伝搬してきた希望波
   長の光信号を前記干渉膜フィルタで反射させ、その干渉
   膜フィルタで反射された光信号を該ブロックの上に設け
   た受光素子で受光するようにした光集積回路。 ２、前記ガラス導波路型光合分波器の出力端面にガラス
   ブロックを取付けたことを特徴とする請求項１記載の光
   集積回路。 ３、前記導波路上にガラスブロックを配置させるための
   段差部を設けたことを特徴とする請求項１記載の光集積
   回路。 ４、前記導波路上にガラスブロックを配置させるための
   溝部を設けたことを特徴とする光集積回路。 ５、前記干渉膜フィルタと受光素子の間にレンズを設け
   たことを特徴とする請求項１記載の光集積回路。