JPH0548074A - モノリシツク光集積回路 - Google Patents
モノリシツク光集積回路Info
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- JPH0548074A JPH0548074A JP22363591A JP22363591A JPH0548074A JP H0548074 A JPH0548074 A JP H0548074A JP 22363591 A JP22363591 A JP 22363591A JP 22363591 A JP22363591 A JP 22363591A JP H0548074 A JPH0548074 A JP H0548074A
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- Japan
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- diffraction grating
- waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光検出器あるいは半導体レーザと垂直回折格
子と光導波路と回折格子による波長フィルタとをモノリ
シックに同一基板に集積化し、波長多重で伝送されて来
る光を分波して光検出する機能と、波長多重で光信号を
送り出す双方向波長多重伝送機能を持ったモノリシック
光集積回路を提供する。 【構成】 垂直回折格子が形成されている端面から、３
本以上の光導波路が放射状に形成されており、かつ２本
以上の光導波路に光検出器または、半導体レーザが設け
られており、かつ該回折格子の溝の方向が、前記導波路
の基板に垂直な方向である構成を有している。
子と光導波路と回折格子による波長フィルタとをモノリ
シックに同一基板に集積化し、波長多重で伝送されて来
る光を分波して光検出する機能と、波長多重で光信号を
送り出す双方向波長多重伝送機能を持ったモノリシック
光集積回路を提供する。 【構成】 垂直回折格子が形成されている端面から、３
本以上の光導波路が放射状に形成されており、かつ２本
以上の光導波路に光検出器または、半導体レーザが設け
られており、かつ該回折格子の溝の方向が、前記導波路
の基板に垂直な方向である構成を有している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、波長分割多重光伝送方
式において、波長多重で伝送されてくる光信号を分波し
て光検出する機能とともに、波長多重で、光信号を送り
出す双方向多重光伝送機能をもったモノリシック光集積
回路に関するものである。
式において、波長多重で伝送されてくる光信号を分波し
て光検出する機能とともに、波長多重で、光信号を送り
出す双方向多重光伝送機能をもったモノリシック光集積
回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、波長が異なった光を分波あるいは
合波する装置としては、図５のような波長分波合波器が
あった（電子工業振興会資料：６１−Ｍ−２３５）。シ
リコン基板に、フィルタと導波路を組み立てたもので、
１はシリコン基板、２はフィルタガイド、３は高純度石
英ガイド、４はフィルタチップである。
合波する装置としては、図５のような波長分波合波器が
あった（電子工業振興会資料：６１−Ｍ−２３５）。シ
リコン基板に、フィルタと導波路を組み立てたもので、
１はシリコン基板、２はフィルタガイド、３は高純度石
英ガイド、４はフィルタチップである。
【０００３】また図６に示すような、垂直回折格子と導
波路を組合せた波長分合波器が、従来存在していた（斎
藤：特願平２−２５４７６号「波長分合波器」）。図６
において、１１，１２，１３は導波器、１４は回折格
子、１５は基板、１６は第１の入力光、１７は第２の入
力光、１８は第１の出力光、１９は第２の出力光、２０
は全反射面である。
波路を組合せた波長分合波器が、従来存在していた（斎
藤：特願平２−２５４７６号「波長分合波器」）。図６
において、１１，１２，１３は導波器、１４は回折格
子、１５は基板、１６は第１の入力光、１７は第２の入
力光、１８は第１の出力光、１９は第２の出力光、２０
は全反射面である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図５の従来例では、波
長の異なった光を分波するのに、多層膜フィルタを使用
しているので、石英ガイドとフィルタを別々に製作し、
組み立てていたため、繁雑な製作工程が必要であった。
またシリコン基板，石英ガイドを使用していたため、半
導体で製作する光検出器あるいは半導体レーザをモノリ
シックに集積できないという欠点があった。また図６の
従来例では、光検出器あるいは半導体レーザが集積化さ
れていない。光検出器あるいは半導体レーザが別々の部
品であるので、光軸等のアライメントが繁雑であるとい
う欠点があった。
長の異なった光を分波するのに、多層膜フィルタを使用
しているので、石英ガイドとフィルタを別々に製作し、
組み立てていたため、繁雑な製作工程が必要であった。
またシリコン基板，石英ガイドを使用していたため、半
導体で製作する光検出器あるいは半導体レーザをモノリ
シックに集積できないという欠点があった。また図６の
従来例では、光検出器あるいは半導体レーザが集積化さ
れていない。光検出器あるいは半導体レーザが別々の部
品であるので、光軸等のアライメントが繁雑であるとい
う欠点があった。
【０００５】本発明の目的は、従来技術のこのような欠
点を解決し、光検出器あるいは半導体レーザと垂直回折
格子と光導波路と回折格子による波長フィルタとをモノ
リシックに同一基板に集積化し、波長多重で伝送されて
来る光を分波して光検出する機能と、波長多重で光信号
を送り出す双方向波長多重伝送機能を持ったモノリシッ
ク光集積回路を提供することにある。
点を解決し、光検出器あるいは半導体レーザと垂直回折
格子と光導波路と回折格子による波長フィルタとをモノ
リシックに同一基板に集積化し、波長多重で伝送されて
来る光を分波して光検出する機能と、波長多重で光信号
を送り出す双方向波長多重伝送機能を持ったモノリシッ
ク光集積回路を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明によるモノリシック光集積回路は、垂直回折
格子が形成されている端面から、３本以上の光導波路が
放射状に形成されており、かつ２本以上の光導波路に光
検出器または、半導体レーザが設けられられており、か
つ該回折格子の溝の方向が、前記導波路の基板に垂直な
方向であることを第１の特徴とする構成を有している。
また、垂直回折格子と光検出器あるいは半導体レーザと
を結合している光導波路の一部あるいは全部に１個ない
しピッチの異なる複数個の回折格子を設け、波長フィル
タとしていることを第２の特徴とする。さらに、垂直回
折格子の形状を鋸状にして、入射光と回折光とが、該回
折格子の溝の面に対して、略正反射の関係になるように
形成してあることを第３の特徴とする。また、垂直回折
格子の端面に高反射膜を形成してあることを第４の特徴
とする。本発明は、光検出器あるいは半導体レーザと垂
直回折格子と光導波路と回折格子による波長フィルタと
をモノリシックに同一基板に集積化してあり、波長多重
で伝送されて来る光を分波して光検出する機能と波長多
重で光信号を送り出す双方向波長多重光伝送機能を一つ
のデバイスが持っていることが、従来の技術と異なる。
に、本発明によるモノリシック光集積回路は、垂直回折
格子が形成されている端面から、３本以上の光導波路が
放射状に形成されており、かつ２本以上の光導波路に光
検出器または、半導体レーザが設けられられており、か
つ該回折格子の溝の方向が、前記導波路の基板に垂直な
方向であることを第１の特徴とする構成を有している。
また、垂直回折格子と光検出器あるいは半導体レーザと
を結合している光導波路の一部あるいは全部に１個ない
しピッチの異なる複数個の回折格子を設け、波長フィル
タとしていることを第２の特徴とする。さらに、垂直回
折格子の形状を鋸状にして、入射光と回折光とが、該回
折格子の溝の面に対して、略正反射の関係になるように
形成してあることを第３の特徴とする。また、垂直回折
格子の端面に高反射膜を形成してあることを第４の特徴
とする。本発明は、光検出器あるいは半導体レーザと垂
直回折格子と光導波路と回折格子による波長フィルタと
をモノリシックに同一基板に集積化してあり、波長多重
で伝送されて来る光を分波して光検出する機能と波長多
重で光信号を送り出す双方向波長多重光伝送機能を一つ
のデバイスが持っていることが、従来の技術と異なる。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例を説明する斜視
図であって、２１はｎ型ＩｎＰ基板、２２は垂直回折格
子、２３は入力導波路、２４は出力導波路、２５は光検
出器、２６は回折格子による波長フィルタである。結晶
の層構造及び電極は図面では省略してあるが、導波路は
光損失を少なくするため、アンドープのリッジ導波路構
造をしている。図２は、光検出器と水平回折格子による
波長フィルタの部分断面図であり、３１はｎ−ＩｎＰ基
板、３２はｕ−ＩｎＰ層、３３はｕ−ＩｎＧａＡｓ層
（λｇ＝１．１５μｍ）、３４はｕ−ＩｎＰ層、３５は
ｎ−ＩｎＰ層、３６はｎ−ＩｎＧａＡｓ層、３７はｕ−
ＩｎＧａＡｓ層、３８はｐ−ＩｎＧａＡｓ層、３９は回
折格子、４０はｐ−電極、４１はｎ−電極、４２は回折
格子による波長フィルタ、４３は光検出器、４４は光導
波路である。このような構造になっているから、入力導
波路２３に入射した波長λ1 ＝１．３μｍの光とλ2 ＝
１．５５μｍの光は、垂直回折格子２２で分光され、こ
の出力導波路２４に別々に入射し、光検出器２５で別々
に電気信号に変えられる。
図であって、２１はｎ型ＩｎＰ基板、２２は垂直回折格
子、２３は入力導波路、２４は出力導波路、２５は光検
出器、２６は回折格子による波長フィルタである。結晶
の層構造及び電極は図面では省略してあるが、導波路は
光損失を少なくするため、アンドープのリッジ導波路構
造をしている。図２は、光検出器と水平回折格子による
波長フィルタの部分断面図であり、３１はｎ−ＩｎＰ基
板、３２はｕ−ＩｎＰ層、３３はｕ−ＩｎＧａＡｓ層
（λｇ＝１．１５μｍ）、３４はｕ−ＩｎＰ層、３５は
ｎ−ＩｎＰ層、３６はｎ−ＩｎＧａＡｓ層、３７はｕ−
ＩｎＧａＡｓ層、３８はｐ−ＩｎＧａＡｓ層、３９は回
折格子、４０はｐ−電極、４１はｎ−電極、４２は回折
格子による波長フィルタ、４３は光検出器、４４は光導
波路である。このような構造になっているから、入力導
波路２３に入射した波長λ1 ＝１．３μｍの光とλ2 ＝
１．５５μｍの光は、垂直回折格子２２で分光され、こ
の出力導波路２４に別々に入射し、光検出器２５で別々
に電気信号に変えられる。
【０００８】次に、この素子のキーデバイスである垂直
回折格子２２の波長分解能について述べる。波長分解能
δλは、結晶内部では、次の式で表わせる。 ここで、ｍは回折の次数、Ｎは回折格子の本数、ｎeff
は導波路の実効屈折率、λは光の波長である。回折格子
のピッチを２μｍ導波路の幅を１０μｍに設計すると、
Ｎ＝５本となり、ｍ＝４次の回折格子に設計した場合、
δλ≒０．０２４μｍとなる。（λ＝１．５５μｍ、ｎ
eff ≒３．２５）即ち波長λ1 ＝１．３μｍとλ2 ＝
１．５５μｍの光は充分分波できる。また、ｍ＝４次の
回折を使用しても、回折格子の形状を鋸状にすると、回
折効率の計算値は、８５〜９５％になる。また、２μｍ
ピッチの垂直回折格子の形成は、Ｃｌ2 ガスを使用した
ＲＩＥで実現できることを実験的に確かめてある。この
垂直回折格子２２の端面に高反射膜を形成することによ
り、回折効率を高めることができる。
回折格子２２の波長分解能について述べる。波長分解能
δλは、結晶内部では、次の式で表わせる。 ここで、ｍは回折の次数、Ｎは回折格子の本数、ｎeff
は導波路の実効屈折率、λは光の波長である。回折格子
のピッチを２μｍ導波路の幅を１０μｍに設計すると、
Ｎ＝５本となり、ｍ＝４次の回折格子に設計した場合、
δλ≒０．０２４μｍとなる。（λ＝１．５５μｍ、ｎ
eff ≒３．２５）即ち波長λ1 ＝１．３μｍとλ2 ＝
１．５５μｍの光は充分分波できる。また、ｍ＝４次の
回折を使用しても、回折格子の形状を鋸状にすると、回
折効率の計算値は、８５〜９５％になる。また、２μｍ
ピッチの垂直回折格子の形成は、Ｃｌ2 ガスを使用した
ＲＩＥで実現できることを実験的に確かめてある。この
垂直回折格子２２の端面に高反射膜を形成することによ
り、回折効率を高めることができる。
【０００９】次に、回折格子による波長フィルタの機能
について述べる。波長フィルタの回折格子のピッチΛを にすると、波長λ2 の光は回折格子で反射し、波長λ1
の光は透過する。即ち、波長フィルタ２６の回折格子の
ピッチを、入射して透過させる光（例えばλ1 の光）と
異なる光（λ2 ）に合わせておけば、波長λ2 の透光に
よるクロストークを低減できる。即ち、回折格子はバン
ドカット波長フィルタとして機能する。またピッチの異
なる複数個の回折格子を設けると２波以上の波長分割多
重光伝送方式に対応できる。
について述べる。波長フィルタの回折格子のピッチΛを にすると、波長λ2 の光は回折格子で反射し、波長λ1
の光は透過する。即ち、波長フィルタ２６の回折格子の
ピッチを、入射して透過させる光（例えばλ1 の光）と
異なる光（λ2 ）に合わせておけば、波長λ2 の透光に
よるクロストークを低減できる。即ち、回折格子はバン
ドカット波長フィルタとして機能する。またピッチの異
なる複数個の回折格子を設けると２波以上の波長分割多
重光伝送方式に対応できる。
【００１０】また、別のタイプの回折格子による波長フ
ィルタを図３に示す。図３は、光検出器と垂直回折格子
による波長フィルタの部分斜視図である。５１はｎ−Ｉ
ｎＰ基板、５２はｕ−ＩｎＰ層、５３はｕ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ（λｇ＝１．１５μｍ）層、５４はｕ−ＩｎＰ層、
５５はリッジ導波路の側壁に形成された垂直回折格子、
５６は出力導波路、５７は回折格子により波長フィル
タ、５８は光検出器である。電極は省略してある。この
型の波長フィルタは、ドライエッチングにより、リッジ
導波路の形成と同時に製作できる利点がある。
ィルタを図３に示す。図３は、光検出器と垂直回折格子
による波長フィルタの部分斜視図である。５１はｎ−Ｉ
ｎＰ基板、５２はｕ−ＩｎＰ層、５３はｕ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ（λｇ＝１．１５μｍ）層、５４はｕ−ＩｎＰ層、
５５はリッジ導波路の側壁に形成された垂直回折格子、
５６は出力導波路、５７は回折格子により波長フィル
タ、５８は光検出器である。電極は省略してある。この
型の波長フィルタは、ドライエッチングにより、リッジ
導波路の形成と同時に製作できる利点がある。
【００１１】図４は第２の実施例を説明する平面図であ
って、６１はｎ−ＩｎＰ基板、６２は垂直回折格子、６
３は入出力導波路、６４は出力導波路、６５は入力導波
路、６６は光検出器、６７は回折格子による波長フィル
タ、６８はＤＦＢ半導体レーザである。このような構造
になっているから、ＤＦＢ半導体レーザ６８から入射し
た光信号（λ2 ）は、垂直回折格子６２を経て入出力導
波路６３に導かれ出射する。また、入出力導波路６３に
入射した光信号（λ1 ）は、垂直回折格子６２を経て、
出力導波路６４に導かれ波長フィルタ６７を経て、光検
出器６６で電気信号に変えられる。即ち、この実施例の
デバイスは、双方向波長多重光伝送モジュールとして機
能する。
って、６１はｎ−ＩｎＰ基板、６２は垂直回折格子、６
３は入出力導波路、６４は出力導波路、６５は入力導波
路、６６は光検出器、６７は回折格子による波長フィル
タ、６８はＤＦＢ半導体レーザである。このような構造
になっているから、ＤＦＢ半導体レーザ６８から入射し
た光信号（λ2 ）は、垂直回折格子６２を経て入出力導
波路６３に導かれ出射する。また、入出力導波路６３に
入射した光信号（λ1 ）は、垂直回折格子６２を経て、
出力導波路６４に導かれ波長フィルタ６７を経て、光検
出器６６で電気信号に変えられる。即ち、この実施例の
デバイスは、双方向波長多重光伝送モジュールとして機
能する。
【００１２】以上の実施例は、ｎ−ＩｎＰ基板上に形成
した例をあげたが、絶縁性ＩｎＰ基板上に形成して、浮
遊容量を低減して、光検出器あるいは半導体レーザを高
速化することも可能である。また本実施例はＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ系結晶の例をあげたが、ＡｌＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ系結晶で、製作することも可能である。その場合
には、ＧａＡｓ基板上にＧｅのヘテロエピタキシャル結
晶成長により製作した光検出器を使用することが必要で
ある。
した例をあげたが、絶縁性ＩｎＰ基板上に形成して、浮
遊容量を低減して、光検出器あるいは半導体レーザを高
速化することも可能である。また本実施例はＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ系結晶の例をあげたが、ＡｌＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ系結晶で、製作することも可能である。その場合
には、ＧａＡｓ基板上にＧｅのヘテロエピタキシャル結
晶成長により製作した光検出器を使用することが必要で
ある。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、垂直回
折格子が形成されている端面から、３本以上の導波路が
放射状に形成されており、かつ２本以上の導波路に光検
出器あるいは半導体レーザが設けられており、かつ該回
折格子の溝の方向が前記導波路の基板に垂直な方向にな
っているから、波長分割多重で伝送されて来る波長の異
なる光を分波して光検出する機能と、波長の異なる光を
分波して波長分割多重で光信号を送り出す双方向波長多
重光伝送機能とを持ったモジュールが同一基板にモノリ
シックに一体化されるという利点がある。
折格子が形成されている端面から、３本以上の導波路が
放射状に形成されており、かつ２本以上の導波路に光検
出器あるいは半導体レーザが設けられており、かつ該回
折格子の溝の方向が前記導波路の基板に垂直な方向にな
っているから、波長分割多重で伝送されて来る波長の異
なる光を分波して光検出する機能と、波長の異なる光を
分波して波長分割多重で光信号を送り出す双方向波長多
重光伝送機能とを持ったモジュールが同一基板にモノリ
シックに一体化されるという利点がある。
【図１】本発明の第１の実施例の斜視図である。
【図２】本発明に用いる光検出器と水平回折格子による
波長フィルタの部分断面図である。
波長フィルタの部分断面図である。
【図３】本発明に用いる光検出器と垂直回折格子による
波長フィルタの部分斜視面である。
波長フィルタの部分斜視面である。
【図４】本発明の第２の実施例の平面図である。
【図５】従来の波長分波合波器１（斜視図）である。
【図６】従来の波長分波合波器２（平面図）である。
１ シリコン基板 ２ フィルタガイド ３ 高純度石英ガイド ４ フィルタチップ ５ 光ファイバ １１ 導波路 １２ 導波路 １３ 導波路 １４ 回折格子 １５ 基板 １６ 第１の入力光（λ1 ） １７ 第２の入力光（λ2 ） １８ 第１の出力光（λ1 ） １９ 第２の出力光（λ2 ） ２０ 全反射面 ２１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２２ 垂直回折格子 ２３ 入力導波路 ２４ 出力導波路 ２５ 光検出器 ２６ 回折格子による波長フィルタ ３１ ｎ−ＩｎＰ基板 ３２ ｕ−ＩｎＰ層 ３３ ｕ−ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．１５μｍ）層 ３４ ｕ−ＩｎＰ層 ３５ ｎ−ＩｎＰ層 ３６ ｎ−ＩｎＧａＡｓ層 ３７ ｕ−ＩｎＧａＡｓ層 ３８ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層 ３９ 回折格子 ４０ ｐ−電極 ４１ ｎ−電極 ４２ 回折格子による波長フィルタ ４３ 光検出器 ４４ 光導波路 ５１ ｎ−ＩｎＰ基板 ５２ ｕ−ＩｎＰ層 ５３ ｕ−ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．１５μｍ）層 ５４ ｕ−ＩｎＰ層 ５５ 垂直回折格子 ５６ 出力導波路 ５７ 回折格子による波長フィルタ ５８ 光検出器 ６１ ｎ−ＩｎＰ基板 ６２ 垂直回折格子 ６３ 入出力導波路 ６４ 出力導波路 ６５ 入力導波路 ６６ 光検出器 ６７ 回折格子による波長フィルタ ６８ ＤＦＢ半導体レーザ
Claims (6)
- 【請求項１】 垂直回折格子が形成されている端面から
３本以上の光導波路が放射状に形成されており、かつ２
本以上の光導波路に光検出器または半導体レーザが設け
られており、かつ該回折格子の溝の方向が前記導波路の
基板に垂直な方向であることを特徴とするモノリシック
光集積回路。 - 【請求項２】 前記垂直回折格子と前記光検出器あるい
は前記半導体レーザとを結合している光導波路の一部あ
るいは全部に１個ないしピッチの異なる複数個の回折格
子を波長フィルタとして備えたことを特徴とする請求項
１記載のモノリシック光集積回路。 - 【請求項３】 前記垂直回折格子の形状を鋸状にして、
入射光と回折光とが該回折格子の溝の面に対して略正反
射の関係になるように形成し、回折効率を高めたことを
特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモノリシック
光集積回路。 - 【請求項４】 前記垂直回折格子の端面に高反射膜が形
成され、回折効率を高めたことを特徴とする請求項１，
２，３のいずれかに記載のモノリシック光集積回路。 - 【請求項５】 光検出器あるいは半導体レーザが選択エ
ピタキシャル結晶成長により形成されていることを特徴
とする請求項１，２，３，４のいずれかに記載のモノリ
シック光集積回路。 - 【請求項６】 ドライエッチング等の垂直エッチング技
術により、前記導波路の基板に垂直な方向に、回折格子
の溝の方向が形成されていることを特徴とする請求項
１，２，３，４，５のいずれかに記載のモノリシック光
集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22363591A JPH0548074A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | モノリシツク光集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22363591A JPH0548074A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | モノリシツク光集積回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0548074A true JPH0548074A (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=16801287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22363591A Pending JPH0548074A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | モノリシツク光集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0548074A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2334396A (en) * | 1998-04-02 | 1999-08-18 | Bookham Technology Ltd | Connecting circuit boards using optical WDM signals |
| JP2011107705A (ja) * | 2009-11-16 | 2011-06-02 | Tessera North America Inc | 光ファィバ用トリプレクサ、これを含むパッケージ、および関連方法 |
| CN108603980A (zh) * | 2015-11-12 | 2018-09-28 | Bb光电公司 | 具有介质结构的光子集成器件 |
| WO2024070803A1 (ja) * | 2022-09-27 | 2024-04-04 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 測距装置及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP22363591A patent/JPH0548074A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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