JPH081485B2 - 光波長多重伝送用モジュール - Google Patents

光波長多重伝送用モジュール

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JPH081485B2
JPH081485B2 JP60261063A JP26106385A JPH081485B2 JP H081485 B2 JPH081485 B2 JP H081485B2 JP 60261063 A JP60261063 A JP 60261063A JP 26106385 A JP26106385 A JP 26106385A JP H081485 B2 JPH081485 B2 JP H081485B2
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passive waveguide
optical
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waveguide layer
coupling portion
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克之 井本
稔 前田
宏善 松村
宏明 井上
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Hitachi Ltd
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12002Three-dimensional structures

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光を合波または分波する光学デバイス、す
なわち、光波長多重伝送に用いられる光合波,分波,あ
るいは合分波部を有する光モジユールに関する。
〔従来の技術〕
光フアイバ通信における光波長多重伝送技術は経済化
をはかる上で重要である。上記光波長多重伝送におい
て、光合分波器は必須のデバイスである。
従来、光合分波器には、干渉膜フイルタを用いる構
成、回折格子を用いる構成、プリズムを用いる構成が検
討されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、従来この種の光合分波器は非常に高価である
という問題点があり、光通信システムの適用領域拡大の
障壁になつていた。高価な原因は、上記光合分波器は個
別部品の組合せであり、構造が複雑で部品点数が多く、
組立て加工,光軸調整に時間がかかり、かつ量産化が困
難なためであつた。
本発明の目的は、前記問題点を解決させることにあ
る。すなわち、より簡易化、経済化をはかれる光波長多
重伝送用モジユールを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、半導体基板の上のバッファ層上に形成され
た第1の矩形状の受動導波路層の上に矩形状の中間層を
介して第2の矩形状の受動導波路層を積層させ、第2の
積層受動導波路層の端面側のその厚みをテーパ状に変化
させると共に中間層のなくなった部分で両受動導波路層
を結合させた光結合部を少なくとも1箇所設けたもので
ある。
本発明は上記構成に加えて第1、2の受動導波路層の
片端側に半導体発光素子か、受光素子を少なくとも1
個、あるいは両方を少なくとも1個設けてもよい。
本発明は上記構成に加えて光結合部における中間層の
厚みも第2の積層受動導波路層のテーパ構造と同方向に
テーパ状に変化させてもよい。
本発明は上記構成に加えて光結合部以外の第2の受動
導波路層の上にその層の屈折率よりも低い誘導体を付加
してもよい。
本発明は上記構成に加えて光結合部の位相整合状態に
おける波長で、その光結合部の等価屈折率が第2の受動
導波路層の屈折率よりも小さくなるように設定してもよ
い。
本発明は上記構成に加えて第1、2の受動導波路層の
片端側を厚み、あるいは幅をテーパ状に形成してもよ
い。
本発明は上記構成に加えて第1あるいは第2の受動導
波路層にY字型の分岐導波路を設けてもよい。
本発明は半導体基板の上のバッファ層上に形成された
第1の矩形状の受動導波路層の上に矩形状の中間層を介
して第2の矩形状の受動導波路層を積層させ、第2の積
層受動導波路層の端面側のその厚みをテーパ状に変化さ
せた光結合部を少なくとも1箇所設け、光結合部の中間
層の屈折率を受動導波路層のそれよりも低い値で、光結
合部以外の中間層のそれと異ならしめたものである。
本発明は上記構成に加えて光結合部の中間層にグレー
ティングを形成させてもよい。
本発明は上記構成に加えて光結合部の位相整合状態に
おける波長で、その光結合部の等価屈折率が第2の受動
導波路層の屈折率よりも小さくなるように設定してもよ
い。
本発明は上記構成に加えて第1、2の受動導波路層の
片端側を厚み、あるいは幅をテーパ状に形成してもよ
い。
本発明は上記構成に加えて第1あるいは第2の受動導
波路層にY字型の分岐導波路を設けてもよい。
〔作用〕
上記構成によれば、半導体基板上に受動導波路層を形
成させ、その受動導波路層の上に中間層を介してもう一
つの受動導波路を積層させ、この積層受動導波路層にテ
ーパ状に変化させると共に中間層のなくなった部分で両
受動導波路層を結合させた光結合部を設けることによ
り、狭帯域な波長選択特性で光を結合、分波させるよう
にし、そして、これら受動導波路層に半導体発光、受光
素子を結合させる1チップモノリシック形の光波長多重
伝送用モジュールが形成される。
光結合部の中間層の屈折率を受動導波路層のそれより
も低い値で、光結合部以外の中間層のそれと異ならしめ
ることにより、結合が疎あるいは密に調整される。
本発明は半導体基板上に受動導波路層を形成させ、そ
の受動導波路層の上に中間層を介してもう一つの受動導
波路層を積層させ、この積層受動導波路層に光の伝搬方
向に沿ってテーパ状の光結合部を設けることにより、光
を結合,分波させるようにし、そして、これら受動導波
路層に半導体発光,受光素子を結合するように形成させ
た1チツプモノリシツク形の光波長多重伝送用モジユー
ルである。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の光波長多重伝送用モジユールの一実
施例を示したもので、同図(a)は正面図、(b)は上
面図である。本モジユールはInGaAsP/InP系材料を用い
た場合の実施例であり、2波長双方向伝送用モジユール
である。すなわち、発振波長λの半導体レーザ11の光
信号13−1は矢印13−3のごとくモジユールから伝送さ
れ、矢印14−1のごとくモジユール内に入つてきた波長
λの光信号は矢印14−2のように伝搬し、受光素子10
で受光される。12は半導体レーザ11の光信号(矢印13−
2)をモニタするための受光素子である。15は積層テー
パ型光結合部であり、矢印14−1のごとくモジユール内
に入つてきた波長λの光信号はこの結合部15で結合
し、矢印14−2のごとく移行して伝搬する。1はInP基
板であり、その上にInPバツフア層2が形成され、この
バツフア層2の上にInGaAsPによる活性導波路層3、InP
中間層4、第2のInGaAsPによる受動導波路層5、InPに
よる第2のクラツド層6が形成され、半導体レーザ11と
受光素子12が成長されている。またInPバツフア層2の
上にはInGaAsPによる受動導波路層7が形成され、その
上にInP中間層8を介してInGaAsPによる受動導波路層9
と受光素子10が形成されている。ここで、導波路層7,9
の屈折率n7,n9は、InP中間層8の屈折率n8よりも高くし
てある。積層テーパ型光結合部15の導波路層9と中間層
8は光の伝搬方向に沿ってテーパ状にすることにより、
この導波路層9の位相定数にテーパを持たせてある。波
長λにおいて、上記結合部15のほぼ中央付近で導波路
層7の位相定数と導波路層9の位相定数が一致するよう
に設定してある(位相整合状態)。積層構造であるの
で、中間層8の膜厚、屈折率制御により、結合係数を大
きくとれるため、従来の2つの光導波路を並置する方式
に比し、結合部15の結合長を小さくすることができる。
また結合部15の等価屈折率Nが波長λにおいてn9より
小さくなるように、n7,n8,n9の値、テーパ形状,導波路
の幅、厚さを制御することにより、狭帯域な波長選択特
性をもたせることができる。すなわち、波長λとλ
の間隔が狭い場合でも良好な分波特性をもたせることが
できる。さらに第1図の場合において、たとえば、λ
>λの場合には、結合部15のテーパ形状を波長λ
対してカツトオフとなるように設定することができるの
で、端面16などからの波長λの反射信号が結合部15を
介して受光素子10に入射するのを抑圧でき、λとλ
のアイソレーシヨンを大きくとれる。
第2図は本発明の光波長多重伝送用モジユールの別の
実施例を示したものである。これはInGaAsPによる受動
導波路層9の上に誘電体層17を付加することにより、18
の部分での結合を生じにくくしたものである。すなわ
ち、18の部分での導波路層7と9の位相定数差を大きく
することにより、波長λの光信号が受光素子10へもれ
こむのを抑圧させる。誘電体層17の屈折率は受動導波路
層9の屈折率n9よりも低い値に設定される。
第3図は本発明の光波長多重伝送用モジユールの別の
実施例である。これは結合部15の中間層19の屈折率を中
間層8のn8よりも大きく、屈折率n9,n7に近づけること
により、結合をより密に、逆に遠ざけることにより、結
合を疎に調整することができる。
第4図は本発明の光波長多重伝送用モジユールの別の
実施例である。これは、受動導波路層9の受光素子10側
にもテーパ部20を設けたものである。このテーパ部20は
波長λに対して導波モードがカツトオフとなるように
選ばれる。これにより、より漏話減衰量を大きくとるこ
とが可能となる。
第5図は結合部15の中間層部にグレーテイング21を形
成させた場合の実施例である。このグレーテイング21は
波長λの光は反射させ、波長λの光を透過させるよ
うに選ばれる。このグレーテイング21を設けることによ
り、結合部15の波長選択性をより鋭くできる。
第6図は本発明の光波長多重伝送用モジユールの別の
実施例である。これは3波長双方向多重伝送用モジユー
ルの場合であり、矢印14−1方向から波長λ2の光
信号がモジユール内に入射し、矢印13−3方向へ波長λ
の光信号が出射する。波長λの光信号は結合部15で
結合し、矢印14−2方向へ移行する。波長λの光信号
は結合部23で結合し、矢印14−3のごとく移行する。
第7図は本発明の光波長多重伝送用モジユールの別の
実施例である。これは埋め込み型光導波構造の場合であ
る。25はクラッド部24に埋め込まれた受動導波路であ
る。31,32はそれぞれ発振波長がλ1の半導体レー
ザ、33,34はモニタ光検出用受光素子、30は波長λ
光信号を受光する受光素子、26は光合波用Y字型導波路
部、27は積層テーパ形光結合部、29は受動導波路、28は
中間層部である。そして矢印35方向へ波長λ1の光
信号を出射させ、矢印36方向からの波長λの光信号を
入射させる。波長λの光信号は光結合部27を介して受
動導波路29へ移行する。
本発明は上記実施例に限定されない。まず波長多重数
は4波以上でもよい。また送信用信号光と受信用信号光
はいずれも少なくとも1つ以上含んでいるか、あるいは
すべてが送信用信号光が受信用信号光であつてもさしつ
かえない。半導体レーザの代わりに発光ダイオードでも
よい。受光素子は半導体レーザ構造のもの以外に、アバ
ランシエホトダイオードでもよい。半導体材料としては
InGaAsP/InP系以外に、GaAlAs/GaAlAs系、GaAsSb/n−Al
GaAsSb系、LiNbO3系などにも適用可能なことは言うまで
もない。
また第2図の誘電体層17は第3,4,6,7図にも適用でき
る。さらに第3図の中間層19も第2,4,5,6,7図にも適用
できる。また第4図のテーパ導波部20も第2,3,5,6,7図
に適用できる。さらに第7図のY字型導波路部26も第1
〜6図の実施例に適用できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、半導体基板上に光合分波部、光素子
を一体化形成した1チツプモノリシツク形光モジユール
を得ることが可能である。しかも、より簡易、小形構造
で、かつ波長間隔の狭い複数の光信号を用いた場合にも
漏話量の非常に小さいモジユールが実現可能である。
【図面の簡単な説明】
第1〜6図は本発明の実施例になる光波長多重伝送用モ
ジユールの断面図、第7図は他の実施例になるモジユー
ルの斜視図である。 1……基板、2……バツフア層、3……活性導波路層、
4……中間層、5,7,9,25,29……受動導波路層、6,24…
…クラツド層、8,19,28……中間層、10,12,22,30,33,34
……受光素子、11,31,32……半導体レーザ、13−1〜13
−3,14−1〜14−3,35,36……光の伝搬方向を示す矢
印、15,23,27……積層テーパ形光結合部、16……端面、
17……誘電体層、20……テーパ部、21……グレーテイン
グ、26……光合波部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松村 宏善 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 井上 宏明 東京都千代田区丸の内1丁目5番1号 株 式会社日立製作所内 (56)参考文献 特開 昭57−173818(JP,A) 特開 昭54−110858(JP,A) 特開 昭54−71653(JP,A)

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板の上のバッファ層上に形成され
    た第1の矩形状の受動導波路層の上に矩形状の中間層を
    介して第2の矩形状の受動導波路層を積層させ、該第2
    の積層受動導波路層の端面側のその厚みをテーパ状に変
    化させると共に中間層のなくなった部分で両受動導波路
    層を結合させた光結合部を少なくとも1箇所設けたこと
    を特徴とする光波長多重伝送用モジュール。
  2. 【請求項2】第1、2の受動導波路層の片端側に半導体
    発光素子か、受光素子を少なくとも1個、あるいは両方
    を少なくとも1個設けたことを特徴とする第1項記載の
    光波長多重伝送用モジュール。
  3. 【請求項3】光結合部における中間層の厚みも第2の積
    層受動導波路層のテーパ構造と同方向にテーパ状に変化
    させたことを特徴とする第1、2項記載の光波長多重伝
    送用モジュール。
  4. 【請求項4】光結合部以外の第2の受動導波路層の上に
    その層の屈折率よりも低い誘電体を付加したことを特徴
    とする第1〜第3項記載の光波長多重伝送用モジュー
    ル。
  5. 【請求項5】光結合部の位相整合状態における波長で、
    その光結合部の等価屈折率が第2の受動導波路層の屈折
    率よりも小さくなるように設定したことを特徴とする第
    1〜4項記載の光波長多重伝送用モジュール。
  6. 【請求項6】第1、2の受動導波路層の片端側を厚み、
    あるいは幅をテーパ状に形成したことを特徴とする第1
    〜5項記載の光波長多重伝送用モジュール。
  7. 【請求項7】第1あるいは第2の受動導波路層にV字型
    の分岐導波路を設けたことを特徴とする第1〜6項記載
    の光波長多重伝送用モジュール。
  8. 【請求項8】半導体基板の上のバッファ層上に形成され
    た第1の矩形状の受動導波路層の上に矩形状の中間層を
    介して第2の矩形状の受動導波路層を積層させ、該第2
    の積層受動導波路層の端面側のその厚みをテーパ状に変
    化させた光結合部を少なくとも1箇所設け、上記光結合
    部の中間層の屈折率を受動導波路層のそれよりも低い値
    で、光結合部以外の中間層のそれと異ならしめたことを
    特徴とする光波長多重伝送用モジュール。
  9. 【請求項9】光結合部の中間層にグレーティングを形成
    させたことを特徴とする第8項記載の光波長多重伝送用
    モジュール。
  10. 【請求項10】光結合部の位相整合状態における波長
    で、その光結合部の等価屈折率が第2の受動導波路層の
    屈折率よりも小さくなるように設定したことを特徴とす
    る第8、9項記載の光波長多重伝送用モジュール。
  11. 【請求項11】第1、2の受動導波路層の片端側を厚
    み、あるいは幅をテーパ状に形成したことを特徴とする
    第8〜10項記載の光波長多重伝送用モジュール。
  12. 【請求項12】第1あるいは第2の受動導波路層にY字
    型の分岐導波路を設けたことを特徴とする第8〜11項記
    載の光波長多重伝送用モジュール。
JP60261063A 1985-11-22 1985-11-22 光波長多重伝送用モジュール Expired - Lifetime JPH081485B2 (ja)

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