JPH0685374A

JPH0685374A - 光通信用波長多重送受信器

Info

Publication number: JPH0685374A
Application number: JP23389292A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ota; 猛史太田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1992-09-01
Filing date: 1992-09-01
Publication date: 1994-03-25
Anticipated expiration: 2016-07-23
Also published as: JP3191998B2

Abstract

(57)【要約】【目的】波長多重を行う光通信用送受信器において、
送信用の分光光学系と受信用の分光光学系とを共通化
し、製造工程の簡素化を図ること。【構成】同一基板１上に、フレネル反射鏡４ａ，４ｂ
と組となって第１，第２のスラブ導波路型波長多重マル
チプレクサを構成する同一構造を有する第１，第２のス
ラブ導波路２，３と、第１のスラブ導波路２からの出力
光を光ファイバー１０に供給する光導波路９ｆと、光フ
ァイバー１０からの入力光を第２のスラブ導波路３に供
給する光導波路９ｇと、光ファイバー１０の光路を光導
波路９ｆと光導波路９ｇとに分岐する光カプラー８とを
形成し、第１のスラブ導波路２の端部にレーザーアレイ
６を光学的に結合させ、第２のスラブ導波路３の端部に
フォトダイオードアレイ５を光学的に結合させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信に用いられる送
受信器に関し、特に波長多重伝送を行うための光通信用
波長多重送受信器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信において伝送量を増加するための
手法として波長多重伝送が知られている。この波長多重
伝送においては、送信側では、波長の異なる光源をそれ
ぞれ異なる情報で変調し、各光源からの光を共通の光フ
ァイバーに送出する。受信側では、光ファイバーからの
光を分光して各波長の光をそれぞれ独立して検出してい
る。双方向で光通信を行うためには、各端部にそれぞれ
波長多重伝送に対応した送信器と受信器の対を配置する
必要がある。

【０００３】波長多重送信器としては、たとえば、本出
願人により出願された特願平３−２５１６７７号明細書
に記載されているような、基板上に複数の半導体レーザ
ー素子と、スラブ導波路と、凹面回折格子を形成した構
造のものが提案されている。また、波長多重受信器とし
ては、Ｔ．Ｓｕｈａｒａ，Ｊ．Ｖｉｌｊａｎｅｎａｎ
ｄＭ．Ｌｅｐｐｉｈａｌｍｅ：“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅ
ｄ−Ｏｐｔｉｃｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｍｕｌｔｉ−
ａｎｄｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓｕｓｉｎｇ
ｃｈｉｒｐｅｄｇｒａｔｉｎｇａｎｄａｎｉ
ｏｎ−ｅｘｃｈａｎｇｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｅ”，Ａ
ｐｐｌ．Ｏｐｔ．，２１，ｐ．２１９５（１９８２）に
記載されているような、スラブ導波路が形成されたガラ
ス基板に、フォトダイオードアレイとチャープ格子を組
み合わせた構造のものが知られている。

【０００４】しかし従来の光通信用波長多重送受信器に
おいては、送信器と受信器が独立した部品として設けら
れていたため、送信器と受信器の製造に手間がかかると
いう問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、送信用の分光光学系と受信用の分光光学系とを共通
化し、製造工程の簡素化を図ることである。本発明の他
の目的は、光通信用波長多重送受信器を集積回路化し、
製造工程を簡素化することである。本発明の更に他の目
的は、光通信用波長多重送受信器を半導体基板上に集積
する場合に生じる受信光信号の損失を補うことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光通信用波長多
重送受信器は、前記目的を達成するため、同一基板上
に、それぞれ分光手段と組となって第１及び第２のスラ
ブ導波路型波長多重マルチプレクサを構成する断面方向
で見て互いに同一構造を有する第１及び第２のスラブ導
波路と、該第１のスラブ導波路からの出力光を入出力光
ファイバーに供給する出力用光導波路と、前記入出力光
ファイバーからの入力光を前記第２のスラブ導波路に供
給する入力用光導波路と、前記入出力光ファイバーの光
路を前記出力用光導波路と前記入力用光導波路とに分岐
する光カプラーとを形成し、前記第１のスラブ導波路の
前記分光手段側とは反対側の端部にレーザーアレイを光
学的に結合させ、前記第２のスラブ導波路の前記分光手
段側とは反対側の端部に受光器アレイを光学的に結合さ
せたことを特徴とする。

【０００７】また、本発明の光通信用波長多重送受信器
は、前記目的を達成するため、第１のスラブ導波路型波
長多重マルチプレクサとレーザーアレイとを複数の光導
波路からなる光導波路群を介して接続し、該第１の光導
波路群の光路中に第１の光カプラーを設け、該第１の光
カプラーによって分岐した出力用光導波路を入出力用光
ファイバーに接続し、前記出力用光導波路に第２の光カ
プラーを設け、該第２の光カプラーによって分岐した入
力用光導波路を第２のスラブ導波路型波長多重マルチプ
レクサに接続し、該第２のスラブ導波路型波長多重マル
チプレクサと受光器アレイとを光学的に接続したことを
特徴とする。

【０００８】前記第１及び第２のスラブ導波路型波長多
重マルチプレクサと前記第１及び第２の光カプラーとを
同一基板上に光集積回路として集積することができる。

【０００９】前記基板を第１の薄膜と第２の薄膜の２層
の薄膜から構成し、前記第１の薄膜と前記第２の薄膜
に、互いに異なる導波路型波長多重マルチプレクサに接
続される光導波路を形成することができる。

【００１０】スラブ導波路型波長多重マルチプレクサ，
光カプラーに加えて、更に前記同一基板上に、前記レー
ザーアレイと前記受光器アレイとを集積して一体形成す
ることができる。

【００１１】前記第１のスラブ導波路型波長多重マルチ
プレクサと前記第２のスラブ導波路型波長多重マルチプ
レクサとを反対方向に並べて配設することができる。

【００１２】前記第２の光カプラーと前記受光器アレイ
との光路中に少なくともひとつの光増幅器を設けること
ができる。

【００１３】また、本発明の光通信用波長多重送受信器
は、第１のスラブ導波路型波長多重マルチプレクサとレ
ーザーアレイとを光学的に接続し、該レーザーアレイの
前記第１のスラブ導波路型波長多重マルチプレクサとは
反対側の端部から出力用光導波路を導出し該出力用光導
波路を入出力用光ファイバーに接続し、前記出力用光導
波路に光カプラーを設け、該光カプラーによって分岐し
た入力用光導波路を第２のスラブ導波路型波長多重マル
チプレクサに接続し、該第２のスラブ導波路型波長多重
マルチプレクサと受光器アレイとを光学的に接続したこ
とを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明においては、送信用の光学系と受信用の
分光光学系が基板の断面方向に見て共通の構造を有して
いるので、送信用の分光光学系と受信用の分光光学系と
を同一の製造工程によって製造することができ、製造工
程の重複を排し製造工程の簡素化を図ることができる。
また、レーザーアレイと第１のスラブ導波路型波長多重
マルチプレクサーとを光導波路で接続し、この光導波路
中に第１の光カプラーを設けて光信号を取り出すように
したので、基板の構造が簡単化される。

【００１５】また、回折格子やスラブ導波路によって生
じる受信光信号の損失を光増幅することによって補うこ
とができる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例に基づいて
本発明の特徴を具体的に説明する。

【００１７】本発明の光通信用波長多重送受信器の第１
実施例を図１に示す。この第１実施例は４波長の多重化
を行った光通信用波長多重送受信器の例である。光通信
用波長多重送受信器は、光導波路を集積化した集積回路
基板１、この集積回路基板１の一方の端部に配置された
回折格子基板４、集積回路基板１の他方の端部に配置さ
れた受光器アレイとしてのフォトダイオードアレイ５及
び半導体レーザーアレイ６、入出力用の光ファイバー１
０とから構成されている集積回路基板１は、本実施例に
おいてはガラス基板であり、このガラス基板上に送信用
である第１のスラブ導波路２、受信用である第２のスラ
ブ導波路３、第１の光カプラー７、第２の光カプラー
８、さらに配線用光導波路９ａ〜９ｋが金属イオンの拡
散によって形成されている。この金属イオンの拡散によ
る導波路の形成に際しては、たとえば、Ｅ．Ｏｋｕｄ
ａ，Ｉ．Ｔａｎａｋａ，ａｎｄＴ．Ｙａｍａｓａｋ
ｉ：“Ｐｌａｎａｒｇｒａｄｉｅｎｔ−ｉｎｄｅｘ
ｇｌａｓｓｗａｖｅｇｕｉｄｅａｎｄｉｔｓａ
ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔｏａ４−ｐｏｒｔｂｒ
ａｎｃｈｅｄｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｓｔａｒｃ
ｏｕｐｌｅｒ”，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．２３，ｐ１７４５
（１９８４）に開示されている製法を利用することがで
きる。光導波路９ａ〜９ｋの直径は１０μｍで、導波モ
ードはシングルモードである。ふたつのスラブ導波路
２，３の厚さも１０μｍである。集積回路基板１の大き
さは、Ｌ₁＝５０ｍｍ、Ｌ₂＝４０ｍｍである。

【００１８】集積回路基板１の一方の端部に配置された
回折格子基板４上には、分光手段として二組のフレネル
反射鏡４ａ，４ｂが形成されており、それぞれ第１のス
ラブ導波路２と第２のスラブ導波路３に対応するように
取り付けられている。第１のスラブ導波路２とフレネル
反射鏡４ａとで第１のスラブ導波路型波長多重マルチプ
レクサが構成され、第２のスラブ導波路３とフレネル反
射鏡４ｂとで第２のスラブ導波路型波長多重マルチプレ
クサが構成されている。第１のスラブ導波路型波長多重
マルチプレクサと、第２のスラブ導波路型波長多重マル
チプレクサとは同一構造を有していることが望ましい
が、必ずしも基板１の面方向に関しては同一形状である
必要はなく、断面方向で見て互いに同一構造であればよ
い。

【００１９】集積回路基板１の他方の端部の第１のスラ
ブ導波路２側には、半導体レーザーアレイ６が配置され
ている。本実施例では、４波長の多重化を行っているの
で、半導体レーザーアレイ６には、５個の半導体レーザ
ー素子６ａ〜６ｅが形成されている。半導体レーザーア
レイ６の各半導体レーザー素子６ａ〜６ｅのアレイピッ
チは１００μｍである。半導体レーザー素子の数は、多
重される波長の数＋１だけ必要である。５個の半導体レ
ーザー素子の内の最も第２のスラブ導波路３側のひとつ
６ｅが共通の半導体レーザー素子である。半導体レーザ
ーアレイ６は、片側の端面に無反射コートが施されてお
り、その無反射コートした面が集積回路基板１側になる
ように取り付けられている。

【００２０】第１のスラブ導波路２と片側の端面を無反
射コートした半導体レーザーアレイ６とは、端面ピッチ
が１００μｍの５本の配線用光導波路９ａ〜９ｅによっ
て接続されている。第１のスラブ導波路２と回折格子４
ａとでポリクロメータ（多色分光系）が形成される。光
導波路９ａ〜９ｅのうちの４本の光導波路９ａ〜９ｄ
は、等間隔のピッチで第１のスラブ導波路２に接続され
てこの接続部にポリクロメーター出力部１４を構成して
いる。

【００２１】第１のスラブ導波路２の上辺のポリクロメ
ーター出力部１４と略対称位置が共通出力部１３とさ
れ、この共通出力部１３は、第１の光カプラー７と接続
され、光カプラー７の一方の分岐は、配線用光導波路９
ｅによって半導体レーザーアレイ６の共通の半導体レー
ザー素子６ｅに、もう一方の分岐は、配線用光導波路９
ｆによって第２の光カプラー８とそれぞれ接続されてい
る。光カプラー８の共通端子は光ファイバー１０に接続
されている。

【００２２】前記フレネル反射鏡４ａの焦点距離は１５
ｍｍであり、フレネル反射鏡４ａの中心と結像面との距
離（ポリクロメーター出力部１４との距離）Ａは３０ｍ
ｍである。結像面（ポリクロメーター出力部１４）での
分散は１ｍｍ当たり波長１００ｎｍ（中心波長８００ｎ
ｍ）である。第１のスラブ導波路２のポリクロメーター
出力部１４には１００μｍピッチで配線用光導波路９ａ
〜９ｄと接続されているので、１０ｎｍピッチで波長多
重されたレーザー発振が得られる。なお、この場合、半
導体レーザーアレイ６のアレイピッチとポリクロメータ
ー出力部１４の配線用光導波路ピッチとを一致させてい
るが、これは異なる値にしても構わない。

【００２３】半導体レーザーアレイ６と第１のスラブ導
波路２とフレネル反射鏡４ａとで波長多重共振光学系を
形成するので、波長多重化したレーザー光を発生するこ
とができる。すなわち、半導体レーザーアレイ６の半導
体レーザー素子６ａ〜６ｅの中の共通の半導体レーザー
素子６ｅと他の四つの半導体レーザー素子６ａ〜６ｄと
が、フレネル反射鏡４ａを介して異なる波長で結合して
それぞれの波長で発振する。たとえば、共通の半導体レ
ーザー素子６ｅと他の半導体レーザー素子６ａは、配線
用光導波路９ｅ，第１のスラブ導波路２，フレネル反射
鏡４ａ，第１のスラブ導波路２，配線用光導波路９ａと
いう光学路を経由して或る波長λ１で結合して発振する
のに対し、共通の半導体レーザー素子６ｅと別の他の半
導体レーザー素子６ｂは、配線用光導波路９ｅ，第１の
スラブ導波路２，フレネル反射鏡４ａ，第１のスラブ導
波路２，配線用光導波路９ｂという光学路を経由して別
の波長λ２で結合して発振する。結合する波長は、フレ
ネル反射鏡４ａに対して、共通の半導体レーザー素子６
ｅと他の半導体レーザー素子６ａ〜６ｄとの位置関係に
よって決まる。なお、詳細については特願平３−２５１
６７７号明細書参照。

【００２４】多重波長で発振したレーザー光は、共通出
力部１３から出力され、スラブ導波路２の共通出力部１
３からのレーザー光は、第１の光カプラー７によって分
岐されて、光出力の一部が第２の光カプラー８を通って
光ファイバー１０に出力される。

【００２５】第２のスラブ導波路３とフォトダイオード
アレイ５は、やはり配線用光導波路９ｈ〜９ｋによって
接続されている。第２のスラブ導波路３と回折格子４ｂ
とでポリクロメータが形成される。フォトダイオードア
レイ５には、波長数に対応して４個のフォトダイオード
(図示せず) が並べられている。フォトダイオードアレ
イ５のアレイピッチは１００μｍである。第２のスラブ
導波路３の共通入力部１５と前記第２の光カプラー８と
は配線用光導波路９ｇによって接続されている。また、
配線用光導波路９ｈ〜９ｋは、第２のスラブ導波路のポ
リクロメーター出力部１６と接続されている。

【００２６】上記フレネル反射鏡４ｂの焦点距離は１５
ｍｍ、フレネル反射鏡４ｂの中心と結像面との距離（ポ
リクロメーター出力部１６との距離）Ａは３０ｍｍであ
る。結像面（ポリクロメーター出力部１６）焦点面での
分散は１ｍｍ当たり波長１００ｎｍ（中心波長８００ｎ
ｍ）である。第２のスラブ導波路３のポリクロメーター
出力部１６では、同じく１００μｍピッチで配線用光導
波路９ｈ〜９ｋと接続されている。

【００２７】外部から光ファイバー１０を伝わって送ら
れてきた光信号は、第２の光カプラー８によって分岐さ
れて、配線用光導波路９ｇを経て共通入力部１５から第
２のスラブ導波路３に導かれる。光信号は、フレネル反
射鏡４ｂによって分光及び結像された後、波長毎にそれ
ぞれ別の配線用光導波路９ｈ〜９ｋを通ってフォトダイ
オードアレイ５の各フォトダイオード (図示せず) によ
って各波長毎に電気信号に変換される。

【００２８】なお、上記実施例において半導体レーザー
アレイ６の代わりに変調器と固体レーザーのアレイ等を
用いても良い。また、ガラス基板に希土類をドープして
固体レーザー光増幅器を形成すること等も考えられる。
また、フォトダイオードアレイ５や半導体レーザーアレ
イ６と集積回路基板１との間には、適当なリレー光学系
を挿入してもよい。更に、フォトダイオードアレイ５の
部分は適当な他の受光器であってよく、要は光を電気に
変換する機能があればよい。

【００２９】上述したように、本発明によれば、送信用
と受信用の分光光学系が、基板１の断面方向に関して同
一構造を有しているので、光通信用波長多重送受信器を
製造するに際し、同じ製造プロセスで送信用と受信用の
分光光学系の対応する部分を同時に形成することがで
き、製造工程が簡単化される。

【００３０】本発明の第２実施例を図２に示す。同図
（ａ），（ｂ）は、平面図及び側面図である。図１に示
す第１実施例との相違点は、フレネル反射鏡４ａ，４ｂ
の代わりに凹面回折格子１１ａ，１１ｂを用いたことで
ある。凹面回折格子１１ａ，１１ｂは、ガラスの集積回
路基板１をドライエッチングして鋸歯状回折格子１２を
凹面状に形成することにより構成した。したがって、こ
の第２実施例では、第１実施例に比べて部品点数がひと
つ減ることになる。凹面回折格子は５００本／ｍｍであ
るので格子定数ｐは２μｍである。また、凹面回折格子
の曲率半径（ローランド半径）Ｒは１５ｍｍである。ガ
ラスの集積回路基板１の屈折率が約１．５であるので、
結像面（ポリクロメーター出力部１４ないしポリクロメ
ーター出力部１６）での分散は１ｍｍ当たり波長１００
ｎｍ（中心波長８００ｎｍ）となる。

【００３１】本発明の第３実施例を図３，図４に示す。
この第３実施例は、本発明を、導波モードがマルチモー
ドである光通信用波長多重送受信器に適用した例であ
る。マルチモードの光ファイバーはコア径が５０μｍで
あるので、光通信用波長多重送受信器の光導波路もそれ
に見合う大きさを持たせなくてはならない。しかしなが
ら、半導体レーザーのストライプ幅は高々５μｍ程度で
あり、また、半導体レーザーの厚さはクラッド層を含め
ても２〜５μｍに過ぎない。したがって、直径が５０μ
ｍ近い光導波路と半導体レーザーを結合させるには問題
がある。すなわち、半導体レーザーから出射した光を直
径が５０μｍの光導波路に入射させることには問題がな
いが、光導波路から出射した光を半導体レーザーに入射
させることは極めて困難である。

【００３２】以上の問題を考慮して、図３，図４の第３
実施例では、基板１は２層のプラスチック薄膜を積層し
た構造としている。図３のＢの方向から俯瞰した様子を
図４に斜視図として示す。プラスチック薄膜の積層構造
をわかり易くするために、図４では、フォトダイオード
アレイ５、半導体レーザーアレイ６、光ファイバー１０
の輪郭を点線で示してある。基板１は薄いプラスチック
薄膜１７と厚いプラスチック薄膜１８を積層した構造で
あり、薄いプラスチック薄膜１７には、半導体レーザー
アレイ６と結合するための導波路９ａ〜９ｆ等の光導波
路回路が形成されており、厚いプラスチック薄膜１８に
はフォトダイオードアレイ５と結合するための導波路９
ｈ〜９ｋや光ファイバー１０と結合するための光導波路
９ｇが形成されている。なお、薄いプラスチック薄膜１
７の厚さｄ₁は１０μｍ、厚いプラスチック薄膜１８の
厚さｄ₂は３０μｍである。第２の光カプラー８は、薄
いプラスチック薄膜１７の光導波路９ｆと厚いプラスチ
ック薄膜１８の光導波路９ｇとが立体的に重なることに
よって形成されている。第２の光カプラー８と第１のス
ラブ導波路２とを結ぶ光導波路９ｆは、第２の光カプラ
ー８に近い部分９ｆ₁では幅が広く４０μｍであり、第
１のスラブ導波路２に近い部分９ｆ₂では幅が狭く１０
μｍとなっている。したがって、光ファイバー１０と結
合する部分の光導波路は、４０μｍ×４０μｍの方形と
なっている。２層のプラスチック薄膜１７及び１８に
は、公知の光選択重合法によって光導波路が形成される
（なお、この製法についてはＴ．Ｋｕｒｏｋａｗａ，
Ｎ．Ｔａｋａｔｏ，Ｓ．ＯｋｉｋａｗａａｎｄＴ．Ｏ
ｋａｄａ：”Ｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｈｅｅｔｆ
ｏｒｍａｔｉｏｎｂｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅｐｈｏ
ｔｏｐｏｌｙｍａｅｒｉｚａｔｉｏｎ“，Ａｐｐｌ．Ｏ
ｐｔ．１７，ｐ６４６（１９７８）参照）。基板１は、
２枚のプラスチック薄膜にそれぞれ別々に光導波路を形
成した後、貼り合わせることによって作製した。なお、
この薄膜はプラスチックでなくとも良く、ガラス等光導
波路を形成できる薄膜であれば何でも良い。

【００３３】図５に本発明の第４実施例を示す。この第
４実施例は、半導体基板３１上に光通信用波長多重送受
信器を集積回路として形成したものである。同図（ａ）
は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った
断面図、同図（ｃ）は側面図である。但し、第４実施例
及び追って説明する第５〜第７実施例は、３波長多重の
例を示している。

【００３４】図５において、符号３４ａ〜３４ｃ及び３
５は半導体レーザー素子である。半導体レーザー素子３
４ａ〜３４ｃは、図１に示す半導体レーザーアレイ６の
半導体レーザー素子６ａ〜６ｃに対応しており、半導体
レーザー素子３５は同じく半導体レーザー素子６ｅに対
応している。また、符号３６ａ〜３６ｃはフォトダイオ
ードであり、やはり図１に示すフォトダイオードアレイ
５のフォトダイオード(図示せず) に対応している。フ
ォトダイオード３６ａ〜３６ｃは、構造的には半導体レ
ーザー素子３４ａ〜３４ｃと同等のものであり、一方に
は電流を流してレーザーダイオードとして機能させ、一
方には光を入射させてその時に生じる光電流を取り出し
ている。ただし素子の長さは半導体レーザー素子３４ａ
〜３４ｃとフォトダイオード３６ａ〜３６ｃとでは異な
る。半導体レーザー素子３４ａ〜３４ｃの長さαは２５
０μｍ、フォトダイオード３６ａ〜３６ｃの長さβは１
０μｍである（図５は素子のおおよその配置を示したも
のであって縮尺は正確ではない）。これは、フォトダイ
オードでは１０μｍもあれば充分光を吸収してしまうこ
とによる。いたずらに素子長を長くすると寄生容量ばか
りが増え高速変調された光信号の受信に適さなくなる。
また、半導体レーザー素子３４ａ〜３４ｃの間隔は１０
μｍ、フォトダイオード３６ａ〜３６ｃの間隔も１０μ
ｍである。光導波路の幅Ｓは３μｍである。また、基板
３１の寸法はＬ３×Ｌ４＝１０ｍｍ×１０ｍｍである。

【００３５】第１のスラブ導波路２、第２のスラブ導波
路３、第１の光カプラー７、第２の光カプラー８、配線
用の光導波路は、半導体光導波路によって形成してい
る。光ファイバー１０と接続する部分及びフォトダイオ
ード３６ａ〜３６ｃの形成される端面には無反射コート
３７が施されている。この無反射コート３７は半導体レ
ーザー素子３４ａ〜３４ｃ及び３５のある部分には施さ
れていない。基板３１と光ファイバー１０とは結合レン
ズ３８によって光学的に結合されている。

【００３６】第１のスラブ導波路２、第２のスラブ導波
路３には、それぞれ凹面回折格子１１ａ及び１１ｂが設
けられている。これらの凹面回折格子は５００本／ｍｍ
であり、その格子定数ｐは２μｍである。凹面回折格子
の曲率半径（ローランド半径）Ｒは３．５ｍｍである。
ＧａＡｌＡｓ系の混晶の屈折率は約３．５であるので、
このよう場合の凹面回折格子の焦点面での波長分散は１
ｍｍ当たり波長１０００ｎｍに相当する。したがって、
１０μｍピッチのアレイで１０ｎｍの波長多重が行える
ことになる第４実施例の光通信用波長多重送受信器の製
法の一例を以下に簡単に説明する。まず、基板３１とし
てＧａＡｓ基板を用い、基板３１上にＭＯＣＶＤ(Metal
Organic Chemical Vapor Deposition) 成長によってＡ
ｌＧａＡｓダブルヘテロ構造をエピタキシャル成長す
る。次いで、半導体レーザー素子３４ａ〜３４ｃ及び３
５、フォトダイオード３６ａ〜３６ｃとする部分以外に
Ｓｉを拡散してダブルヘテロ構造を混晶化してしまう。
これはＩＩＤ(Impurity Induced Disordering)法と呼ば
れている方法である。そしてドライエッチングによっ
て、凹面回折格子１１ａ，１１ｂを形成する。第４実施
例おいては、凹面回折格子１１ａ，１１ｂを形成する際
に同時に各光導波路（スラブ導波路及び配線用光導波
路）もドライエッチングによってリッジ型導波路として
形成している。さらに電極形成、へき開を行った後、無
反射コート３７を真空蒸着によって端面に施す。この
時、半導体レーザー素子３４ａ〜３４ｃ及び３５に対応
する部分にはマスクをかけておく。

【００３７】図６に本発明の第５実施例を示す。この第
５実施例は第４実施例の変形例である。図５に示す第４
実施例の構造では、無反射コート３７を施す際にマスク
をかけておく必要があるが、これは製造が難しいという
難点がある。そのため、図６に示す第５実施例では、送
信用の凹面回折格子１１ａの向きと受信用の凹面回折格
子１１ｂの向きとを反対にし、半導体レーザー素子３４
ａ〜３４ｃ及び３５の配置される端面と、フォトダイオ
ード３６ａ〜３６ｃの配置される端面とを別々の端面と
したものである。この第５実施例によれば、フォトダイ
オード３６ａ〜３６ｃの配置される端面無反射コート３
７を施す際にマスクをかける必要がなくなり、製造が容
易になる。

【００３８】図７に本発明の第６実施例を示す。この第
６実施例は、図６に示す第５実施例において、半導体レ
ーザー増幅器等の光増幅器３９を第２の光カプラー８と
第２のスラブ導波路３とを結ぶ光導波路中に設けたもの
である。光増幅器３９は、半導体レーザー素子３４ａ〜
３４ｃ及び３５と構造は同一である。光増幅器３９の素
子長γは、たとえば、５００μｍである。この第６実施
例によれば、光増幅器３９によって、受信した光信号を
増幅するので、半導体導波路の導波損失が大きいことを
補うことができる。半導体光導波路では、１０ｄＢ／ｃ
ｍ近い損失があり、これはガラス導波路の０．１ｄＢ／
ｃｍに比べてかなり大きい。特に、半導体基板上に光通
信用波長多重送受信器を集積回路化した場合は、半導体
スラブ導波路の採用によって生じる導波損失の増加を半
導体レーザー増幅器で光増幅することによって補うこと
ができる。したがって、光通信用波長多重送受信器の集
積回路化に伴う性能低下を防ぐことができる。

【００３９】図８に本発明の第７実施例を示す。これは
図７に示す第６実施例の変形例であり、光増幅器３９ａ
〜３９ｃを第２のスラブ導波路３とフォトダイオード３
６ａ〜３６ｃとを結ぶ光導波路中に設けたものである。

【００４０】なお、光増幅器を組込んだ構成は、半導体
基板上に光通信用波長多重送受信器を集積化する時に特
に有効であるが、ガラス基板やプラスチック基板を用い
た場合に適用しても何ら差し支えはない。また、光増幅
器は半導体レーザー増幅器に限定されるものでもない。
例えば、希土類をドープしたガラス基板上に光導波路を
形成して光増幅器を形成することも考えられる。

【００４１】図９に本発明の第８実施例を示す。なお、
第８実施例は、第１〜第３実施例と同様に４波長多重の
例であり、第１〜第３実施例と対応する部分には同一符
号を付している。この第８実施例においては、基板１ａ
が略凸字状とされ、スラブ導波路２，３の上端面が基板
１ａの段部に露出している。基板１ａの幅狭部の第１の
スラブ導波路２側には切り込み部１ｂが形成され、この
切り込み部１ｂ内に半導体レーザーアレイ６が配置され
ている。第８実施例においては、半導体レーザーアレイ
６の５個の半導体レーザー素子６ａ〜６ｅのうち、共通
半導体レーザー素子６ｅは、その両側の端面に無反射コ
ートが施され、それ以外の半導体レーザー素子６ａ〜６
ｄは、第１のスラブ導波路２側の端面のみに無反射コー
トが施されている。半導体レーザーアレイ６の共通半導
体レーザー素子６ｅは、配線用光導波路９ｆによって第
２の光カプラー８と接続されている。第８実施例におけ
る波長多重発振動作は、先に述べた各実施例と同様であ
るが、出力が第１のスラブ導波路２から出力されるので
はなく、半導体レーザーアレイ６の共通半導体レーザー
素子６ｅの第１のスラブ導波路２側とは反対側の端部か
ら出力されている点が異なっている。

【００４２】また、基板１の第２のスラブ導波路３側の
段部には、フォトダイオードアレイ５が配置されてい
る。第８実施例においては、先に述べた各実施例と比較
して導波路を使用することなく、第２のスラブ導波路３
とフォトダイオードアレイ５とが結合されている点が異
なっているが、基本的な分光・結像動作は同じである。

【００４３】この第８の実施例においても、送信部分と
受信部分とで、共通構造を有する光学系を使用すること
ができるので、構造が簡単化され製造が容易となる。

【００４４】なお、上述の各実施例においては、スラブ
導波路型波長多重マルチプレクサの分光手段として、フ
レネル反射鏡や凹面回折格子を使用したが、これ以外に
チャープ回折格子，アレイ導波路型分光器等を使用する
ことができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、光通信用波長多重送受
信器の送信用と受信用の分光光学系の構造を共通化した
ので製造工程を簡素化できる。また、光通信用波長多重
送受信器を半導体基板等に一体形成することにより光通
信用波長多重送受信器の部品点数を減らすことができ、
製造工程も簡素化できる。更に光通信用波長多重送受信
器を構成する光集積回路の受信回路に光増幅器を組込む
ことによって、半導体光導波路の導波損失を補うことが
でき、光通信用波長多重送受信器の光集積回路化に伴う
性能低下を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】分光手段としてフレネル反射鏡を用いた本発
明の第１実施例を示す平面図である。

【図２】分光手段として凹面回折格子を用いた本発明
の第２実施例を示す平面図及び側面図である。

【図３】導波モードがマルチモードの場合の本発明の
第３実施例を示す平面図である。

【図４】図３の光通信用波長多重送受信器を矢印Ｂ側
から俯瞰した斜視図である。

【図５】各光学要素を半導体基板に集積化した本発明
の第４実施例を示す平面図，断面図及び側面図である。

【図６】第４実施例の変形例である本発明の第５実施
例を示す平面図である。

【図７】光増幅器を受信回路に組込んだ本発明の第６
実施例を示す平面図である。

【図８】第６実施例の変形例である本発明の第７実施
例を示す平面図である。

【図９】本発明の第８実施例を示す平面図である。

【符号の説明】

１，１ａ…集積回路基板、１ｂ…切り込み部、２…第１
のスラブ導波路、３…第２のスラブ導波路、４…回折格
子基板、４ａ，４ｂ…フレネル反射鏡、５…フォトダイ
オードアレイ、６…半導体レーザーアレイ、６ａ〜６ｅ
…半導体レーザー素子、７…第１の光カプラー、８…第
２の光カプラー、９…配線用光導波路、９ａ〜９ｋ…配
線用光導波路、１０…光ファイバー、１１ａ，１１ｂ…
凹面回折格子、１２…鋸歯状の回折格子、１３…共通出
力部、１４…ポリクロメーター出力部、１５…共通入力
部、１６…ポリクロメーター出力部、１７，１８…プラ
スチック薄膜、３１…基板、３４ａ〜３４ｃ…アレイ配
列の半導体レーザー素子、３５…共通の半導体レーザー
素子、３６ａ〜３６ｃ…フォトダイオードアレイ、３７
…無反射コート、３８…結合レンズ、３９，３９ａ〜３
９ｃ…光増幅器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一基板上に、それぞれ分光手段と組と
なって第１及び第２のスラブ導波路型波長多重マルチプ
レクサを構成する断面方向で見て互いに同一構造を有す
る第１及び第２のスラブ導波路と、該第１のスラブ導波
路からの出力光を入出力光ファイバーに供給する出力用
光導波路と、前記入出力光ファイバーからの入力光を前
記第２のスラブ導波路に供給する入力用光導波路と、前
記入出力光ファイバーの光路を前記出力用光導波路と前
記入力用光導波路とに分岐する光カプラーとを形成し、
前記第１のスラブ導波路の前記分光手段側とは反対側の
端部にレーザーアレイを光学的に結合させ、前記第２の
スラブ導波路の前記分光手段側とは反対側の端部に受光
器アレイを光学的に結合させたことを特徴とする光通信
用波長多重送受信器。
【請求項２】第１のスラブ導波路型波長多重マルチプ
レクサとレーザーアレイとを複数の光導波路からなる光
導波路群を介して接続し、該第１の光導波路群の光路中
に第１の光カプラーを設け、該第１の光カプラーによっ
て分岐した出力用光導波路を入出力用光ファイバーに接
続し、前記出力用光導波路に第２の光カプラーを設け、
該第２の光カプラーによって分岐した入力用光導波路を
第２のスラブ導波路型波長多重マルチプレクサに接続
し、該第２のスラブ導波路型波長多重マルチプレクサと
受光器アレイとを光学的に接続したことを特徴とする光
通信用波長多重送受信器。
【請求項３】前記第１及び第２のスラブ導波路型波長
多重マルチプレクサと前記第１及び第２の光カプラーと
を同一基板上に光集積回路として集積したことを特徴と
する請求項２記載の光通信用波長多重送受信器。
【請求項４】前記基板は第１の薄膜と第２の薄膜の２
層の薄膜からなり、前記第１の薄膜と前記第２の薄膜
に、互いに異なる導波路型波長多重マルチプレクサに接
続される光導波路を形成したことを特徴とする請求項３
記載の光通信用波長多重送受信器。
【請求項５】更に前記同一基板上に、前記レーザーア
レイと前記受光器アレイとを集積して一体形成したこと
を特徴とする請求項３記載の光通信用波長多重送受信
器。
【請求項６】前記第１のスラブ導波路型波長多重マル
チプレクサと前記第２のスラブ導波路型波長多重マルチ
プレクサとを反対方向に並べて配設したことを特徴とす
る請求項２記載の光通信用波長多重送受信器。
【請求項７】前記第２の光カプラーと前記受光器アレ
イとの光路中に少なくともひとつの光増幅器を設けたこ
とを特徴とする請求項２記載の光通信用波長多重送受信
器。
【請求項８】第１のスラブ導波路型波長多重マルチプ
レクサとレーザーアレイとを光学的に接続し、該レーザ
ーアレイの前記第１のスラブ導波路型波長多重マルチプ
レクサとは反対側の端部から出力用光導波路を導出し該
出力用光導波路を入出力用光ファイバーに接続し、前記
出力用光導波路に光カプラーを設け、該光カプラーによ
って分岐した入力用光導波路を第２のスラブ導波路型波
長多重マルチプレクサに接続し、該第２のスラブ導波路
型波長多重マルチプレクサと受光器アレイとを光学的に
接続したことを特徴とする光通信用波長多重送受信器。