JPH10160977A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイブリッド集積型光モジュールにおいてコ
スト低減のために平板シリコン基板を用いることがで
き、さらにレセプタクル型構成でありながら受動光回路
部の低損失化を実現する。 【解決手段】 一方の基板上に形成された光導波回路
と、この光導波回路と光結合を保ちつつその基板上に搭
載された光機能素子とからなるハイブリッド光回路と、
他方の基板上に形成された光導波回路からなり、一方の
端面でハイブリッド光回路と直接接続され、他方の端面
で光ファイバと接続固定される受動光回路とにより構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光加入者系システ
ムに用いられる双方向光送受信機能を有する光モジュー
ルに関する。なお、光加入者系システムでは、低コスト
の光モジュールの開発が不可欠になっている。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、ＷＤＭ送受信モジュールのブ
ロック構成を示す。この光モジュールは、 1.3／1.55μ
ｍ光信号を合分波するＷＤＭ回路と、 1.3μｍ光信号を
送受信する双方向光送受信回路とにより構成される。こ
のような光モジュールの低コスト化を図るためには、石
英系光導波路基板上に半導体レーザや受光素子等の光機
能素子を直接搭載するハイブリッド集積型光モジュール
が有効である。

【０００３】図１３は、従来のハイブリッド集積型光モ
ジュールの構成例を示す（山田他，「ＰＬＣプラットフ
ォームを用いたフィルタ反射型ＷＤＭ送受信光回路（SC
-2-5）」、1996年電子情報通信学会春季大会予稿集、p
p.439-440) 。このハイブリッド集積型光モジュール
は、機能的に 1.3／1.55μｍ光信号を合分波するＷＤＭ
回路と、 1.3μｍ光信号を送受信する双方向光送受信回
路に分けられる。

【０００４】段差を設けたシリコン基板１上に石英系光
導波路２が形成されたものをプラットフォームと称す
る。このプラットフォームのシリコン基板凹部上には、
ＷＤＭ回路として石英系光導波路２のフィルタ挿入溝１
４中に挿入した干渉膜フィルタ１５と、双方向光送受信
回路の一部として 1.3μｍ光信号に対するＹ分岐回路１
０２が形成される。その結果、 1.3／1.55μｍ光信号共
通の入出力用光ファイバ４ａと1.55μｍ光信号の出力用
光ファイバ４ｂは、ともにプラットフォームの同一端面
に、光ファイバブロック５を介して接続することができ
る。

【０００５】さらに、本光モジュールの特徴は、Ｙ分岐
回路１０２の入力導波路および出力導波路の端部近傍の
シリコンテラス（シリコン基板凸部）６上に、送信波長
1.3μｍの半導体レーザ（ＬＤ）３１と、モニタ用受光
素子（Ｍ−ＰＤ）３２と、受信波長 1.3μｍの受信用受
光素子（Ｒ−ＰＤ）３３を直接搭載したところにある。
このような構成により、本光モジュールを構成する部品
点数を大幅に削減することができた。

【０００６】ここで、段差を設けたシリコン基板１を用
いた理由について図１４を参照して説明する。シリコン
テラス６は、ＬＤおよびＰＤの高さ基準面およびヒート
シンクとして機能させる。このために、光機能素子（Ｌ
Ｄ３１，Ｍ−ＰＤ３２，Ｒ−ＰＤ３３）３は、活性層３
ａを下向きにした「ジャンクションダウン」の形態で半
田接合部４０を介してシリコンテラス６上に搭載され
る。このとき、光導波路コア２ｂの中心が光機能素子３
の活性層３ａの高さと一致するように設定される。

【０００７】シリコンテラス６の表面から光導波路コア
２ｂの中心までの高さは、標準的には10〜12μｍ程度で
ある。したがって、コア層の厚さを８μｍとすれば、シ
リコンテラス６の表面において下部クラッド層２ｃの厚
さは高々６〜８μｍ程度にしかならない。一方、シリコ
ン基板１上に形成した光導波路は、一般に下部クラッド
層の厚さが薄いと、シリコン基板の影響が現れて伝搬損
失が大きくなる。したがって、高品質な光導波路を実現
するためには、十分な厚さの下部クラッド層が必要にな
る。そこで、従来のハイブリッド集積型光モジュールの
プラットフォームでは、光導波路となる部分のシリコン
基板を凹状に掘り下げて、十分な厚さの下部クラッド層
が形成されるようにしていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１３に示す従来の光
モジュールでは、段差を設けたシリコン基板上に石英系
光導波路を形成したプラットフォームを用いることによ
り、部品点数の大幅な削減と組立工程の簡略化ができ、
コストを大幅に低減することができる。しかし、光加入
者系システムをより安価に構築するためには、光モジュ
ールのコストを可能な限り低減させる必要がある。この
観点に立つと、図１３に示す従来の光モジュールでも、
さらにコスト低減の余地が残されている。このために
は、以下の課題を解決する必要がある。

【０００９】第１は、段差を設けたシリコン基板を用い
たプラットフォームは、通常の平板シリコン基板を用い
たものと比べると、若干のコスト高になることは否めな
い。したがって、平板シリコン基板を用いて、かつ光機
能素子の直接搭載を可能とするモジュール構成が望まれ
る。第２は、従来の光モジュールでは、同一基板上に光
機能素子搭載部とフィルタ搭載部が設けられているた
め、熱処理温度を考慮した工程設計や材料選定が必要に
なる。図１５は、従来の光モジュールの製作工程を示
す。(1),(2a),(3a) は、処理温度の高いものから順に実
装する場合の工程である。すなわち、基板上にフィルタ
挿入溝１４を形成した後（(1) フィルタ溝形成工程) 、
光機能素子（３１〜３３）を搭載し（(2a)光機能素子搭
載工程) 、最後に干渉膜フィルタ１５を挿入固定する
（(3a)フィルタ挿入工程) 。このようにすれば、光機能
素搭載時の高温がフィルタおよびフィルタ固定用接着剤
に加わらないので、これらの材料への耐熱性の要求が緩
和される。しかし、フィルタ溝形成工程とフィルタ挿入
工程とが連続していないので、フィルタ挿入溝１４への
ゴミ付着等の可能性が高くなる。したがって、実装工程
中のゴミ発生防止に十分な注意を要する。

【００１０】(1),(2b),(3b) の工程は、干渉膜フィルタ
１５を挿入固定した後（(2b)フィルタ挿入工程）、光機
能素子（３１〜３３）を搭載する（(3b)光機能素子搭載
工程) 。この場合には、フィルタおよびフィルタ固定用
接着剤が高温にさらされることになるので、これらの材
料選定にあたっては十分な耐熱性のあるものを選ぶ必要
がある。

【００１１】第３は、図１３に示す従来の光モジュール
は、光ファイバがプラットフォーム端部に接続固定され
た、いわゆるピッグテイル型であるので、光ファイバの
取扱いに注意を要し、また光モジュールを電気配線ボー
ドに実装する工程の自動化が難しかった。このため、光
モジュールに接続する光ファイバを着脱可能な構成、す
なわちレセプタクル型が望まれている。ところで、ピッ
グテイル型モジュールでは、光ファイバと光導波路との
光軸を調芯した後に光ファイバが接続固定されるので、
接続損失は約 0.1dBというほぼ理想的な値にまで低減で
きる。しかし、レセプタクル型ではある程度の接続損失
は避けられず、現状では 0.5〜１dB程度の接続損失が発
生してしまう。このような接続損失は、1.55μｍ光信号
に対しては許容しがたい高い値である。一般的に、ＬＤ
やＰＤのような能動光素子を含まず、光ファイバ−石英
系光導波路−光ファイバの系で構成される受動光回路で
は、ファイバ接続損失は 0.1dB程度に抑える必要があ
る。

【００１２】本発明は、ハイブリッド集積型光モジュー
ルにおいてコスト低減のために平板シリコン基板を用い
ることができ、さらにレセプタクル型構成でありながら
受動光回路部の低損失化を実現できる光モジュールを提
供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の光モジュール
は、一方の基板上に形成された光導波回路と、この光導
波回路と光結合を保ちつつその基板上に搭載された光機
能素子とからなるハイブリッド光回路と、他方の基板上
に形成された光導波回路からなり、一方の端面でハイブ
リッド光回路と直接接続され、他方の端面で光ファイバ
と接続固定される受動光回路とにより構成される。

【００１４】これにより、ハイブリッド光回路と受動光
回路とで、それぞれの光導波路構造とパラメータを最適
に選んで製作することができる。例えば、ハイブリッド
光回路は、光機能素子との結合損失低減を優先し、比屈
折率差0.75％、コア寸法６μｍ角の石英系光導波路で構
成し、受動光回路は、光導波回路の損失低減を優先し、
比屈折率差 0.3％、コア寸法８μｍ角の石英系光導波路
で構成し、この両者の組み合わせにより光モジュールを
実現することができる。

【００１５】請求項２の光モジュールのハイブリッド光
回路は、平坦なシリコン基板上に形成した下部クラッド
層の厚さが５〜10μｍである石英系光導波路と、この石
英系光導波路と光結合を保ちつつシリコン基板上に直接
搭載した光機能素子で構成される。また、受動光回路
は、平坦なシリコン基板上に形成した下部クラッド層の
厚さが15μｍ以上である石英系光導波路を用いて構成さ
れる。

【００１６】これにより、ハイブリッド光回路では、下
部クラッド層の厚さを薄く設定すれば、平坦なシリコン
基板上に光機能素子をジャンクションダウンの状態で搭
載し、光導波回路との位置合わせを実現することができ
る。ただし、このような薄い下部クラッド層を用いた場
合には、1.55μｍ光信号に対して顕著な伝搬損失増加が
見られるとともに、 1.3μｍ光信号に対しても若干の伝
搬損失が発生する。しかし、ハイブリッド光回路の光導
波路に対する許容伝搬損失が、受動光回路に対して求め
られる伝搬損失よりも若干大きいことを考慮すれば、ハ
イブリッド光回路の光導波回路の長さを必要最小限に設
定することにより、この光導波路の損失の影響を最小限
に抑えることができる。

【００１７】一方、高品質な光導波特性が要求される受
動光回路は、ハイブリッド光回路と分離されており、十
分な下部クラッド層厚を有する石英系光導波路を用いて
形成することができる。したがって、本発明の構成によ
れば、平坦シリコン基板上の石英系光導波路を用いて低
コストなハイブリッド構成の光モジュールを実現するこ
とができる。

【００１８】請求項３の光モジュールのハイブリッド光
回路には、動作波長 1.3μｍ帯の光機能素子を搭載し、
受動光回路には、 1.3μｍ帯と1.55μｍ帯の両方の波長
帯で動作する光導波回路を形成する。これにより、1.55
μｍ帯での動作が必要な受動光回路は、十分な厚さの下
部クラッド層を有する光導波路を用いることができる。
一方、 1.3μｍ帯でのみ動作すればよいハイブリッド光
回路は、平坦なシリコン基板上に形成した薄い下部クラ
ッド層を用いることができる。このため、ハイブリッド
光回路の光導波路は薄い下部クラッド層上に形成したに
もかかわらず、伝搬損失増加の影響をほとんど無視する
ことができる。したがって、高性能かつ低コストな光モ
ジュールを製作することができる。

【００１９】請求項４の光モジュールは、上記の受動光
回路と光ファイバとを固定剤により接続固定するととも
に、ハイブリッド光回路と受動光回路との接続端面を着
脱可能な状態で直接接続する。これにより、接続損失を
極限まで低減する必要がある受動光回路では、光ファイ
バと光導波路とを調芯の後に接着剤等により固定するこ
とにより、超低損失で光ファイバとの接続が可能にな
る。一方、ハイブリッド光回路では、接続損失の許容度
が比較的大きいので、受動光回路との接続を着脱可能に
しても問題は生じない。

【００２０】このような構成により、電気配線ボードへ
の光モジュールの実装工程において、このボードへの電
気的接続を行うハイブリッド光回路は、ファイバピッグ
テイルが付いていない状態で取り扱うことができるの
で、この工程の自動化が可能になる。ファイバピッグテ
イル付きの受動光回路は、ハイブリッド光回路をボード
へ実装した後にハイブリッド光回路に取り付けることに
より光モジュールを構成することができる。したがっ
て、この構成は、レセプタクル型構成でありながら、受
動光回路の低損失化を実現することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）図１は、本発明の光モジュールの第
１の実施形態を示す。本実施形態の光モジュールは、受
動光回路１０と、ハイブリッド光回路２０と、光ファイ
バブロック５の３つのパーツからなり、それらが合体し
た構成になっている。

【００２２】受動光回路１０は、シリコン基板１上の石
英系光導波路２を用いて形成される1.3／1.55μｍ入出
力導波路１１と、1.55μｍ出力導波路１２と、 1.3μｍ
入出力導波路１３と、石英系光導波路２のフィルタ挿入
溝１４に挿入された干渉膜フィルタ１５とにより構成さ
れ、 1.3／1.55μｍ光信号を合分波するＷＤＭ回路とし
て機能する。ハイブリッド光回路２０は、シリコン基板
１上の石英系光導波路２を用いてＹ分岐回路を形成する
1.3μｍ入出力導波路２１と、同一基板上に搭載した送
信波長 1.3μｍの半導体レーザ（ＬＤ）３１と、モニタ
用フォトダイオード（Ｍ−ＰＤ）３２と、受信波長 1.3
μｍの受信用フォトダイオード（Ｒ−ＰＤ）３３とによ
り構成され、双方向光送受信回路として機能する。

【００２３】受動光回路１０およびハイブリッド光回路
２０は、 1.3μｍ入出力導波路１３と 1.3μｍ入出力導
波路２１が光結合を保ちつつ両端部が直接接続される。
受動光回路１０の他方の端部には、光ファイバブロック
５を介して 1.3／1.55μｍ光信号共通の入出力用光ファ
イバ４ａと1.55μｍ光信号の出力用光ファイバ４ｂが固
定接続される。このような構成により、全体として双方
向ＷＤＭ送受信回路として機能する。

【００２４】本実施形態の光モジュールは、受動光回路
１０とハイブリッド光回路２０をそれぞれ異なる基板上
に形成し、その後に互いを接続する構成になっているの
で、それぞれ異なる光導波路パラメータを採用すること
ができる。上述のように、受動光回路１０ではファイバ
接続損失および光回路損失を極限まで低減する必要があ
るので、コアとクラッドの比屈折率差 0.3％、コア寸法
８×８μｍの光導波路を用いた。このようにすると、光
ファイバと光導波路との接続損失を１点あたり 0.1dB以
下にまで低減できるとともに、光導波路の伝搬損失を0.
05dB／cm程度に低減できる。その結果、1.55μｍ光信号
に対する光モジュールの挿入損失を 0.8dB以下にまで低
減することができる。

【００２５】一方、ハイブリッド光回路２０では、光機
能素子と光導波路との結合損失を低減することが最優先
される。そのためには、光導波路のスポットサイズを受
動光回路１０のものより小さくする必要があるので、比
屈折率差0.75％、コア寸法６×６μｍの光導波路を用い
た。また、ＬＤ３１として、光出力部にスポット拡大部
を設けたスポットサイズ変換レーザ（ＳＳ−ＬＤ）を用
いた。その結果、光導波路とＬＤ３１との光結合損失は
３dBにまで低減することができた。

【００２６】このように、本発明の光モジュールの第１
の効果は、受動光回路１０とハイブリッド光回路２０を
それぞれ最適なパラメータを有する光導波路を用いて実
現できることである。なお、この効果は、ハイブリッド
光回路２０の基板（プラットフォーム）として、従来技
術で説明した段差付きシリコン基板上に形成した石英系
光導波路を用いた場合でも、十分に発揮することができ
る。

【００２７】さらに、本実施形態の受動光回路１０のよ
うに、干渉膜フィルタ１５やその固定剤等に高分子材料
が用いられる場合には、光モジュールの製作工程におけ
る熱処理温度の問題を容易に解決することができる。こ
こで、本実施形態の光モジュールの製作工程について図
２を参照して説明する。本実施形態では、光モジュール
を受動光回路１０とハイブリッド光回路２０に分割した
ので、両者をそれぞれ別の工程で製作することができ
る。受動光回路１０は、シリコン基板１上の石英系光導
波路２にフィルタ挿入溝１４を形成した後に（(1a)フィ
ルタ溝形成工程）、このフィルタ挿入溝１４中に干渉膜
フィルタ１５を挿入し、接着剤により固定する（(1b)フ
ィルタ挿入工程）。また、シリコン基板１の両端部にガ
ラス板８を接着し、８°の斜め端面になるように研磨す
る。図では、端面を斜めにしていないが、垂直方向また
は水平方向のいずれかが斜めになるように形成する。

【００２８】一方、ハイブリッド光回路２０は、受動光
回路１０とは独立に光機能素子（ＬＤ３１，Ｍ−ＰＤ３
２，Ｒ−ＰＤ３３）を搭載できる（(2) 光機能素子搭載
工程）。このとき、各光機能素子を搭載固定するには、
半田接合部４０を溶融するために 300℃以上に基板温度
を上昇させる必要があるが、受動光回路１０におけるフ
ィルタ挿入工程とは完全に分離されているので、干渉膜
フィルタ１５に何らの影響も及ぼさない。また、シリコ
ン基板１の端部にガラス板８を接着し、垂直方向または
水平方向に８°の斜め端面になるように研磨する。

【００２９】また、光ファイバブロック５に入出力用光
ファイバ４ａおよび出力用光ファイバ４ｂを固定し、そ
の一端面を同様に斜め端面になるように研磨する。最後
に、光ファイバブロック５、受動光回路１０、ハイブリ
ッド光回路２０の斜め端面側を例えば紫外線硬化接着剤
を用いて接続し、光モジュールが製作される（(3) 光モ
ジュール組立工程）。なお、上記の工程で、受動光回路
１０の両端面、ハイブリッド光回路２０の一端面、光フ
ァイバブロック５の一端面を斜めに研磨したのは、接続
部での反射を防止するためである。また、各端部にガラ
ス板８を接着したのは、各接続部の面積を大きくして接
着強度を高めるためである。

【００３０】（第２の実施形態）図３は、本発明の光モ
ジュールの第２の実施形態を示す。本実施形態のモジュ
ール構成は、図１に示す第１の実施形態と同じである。
本実施形態の特徴は、受動光回路１０とハイブリッド光
回路２０の光導波路構造を図３(a),(b) のようにしたと
ころにある。

【００３１】本実施形態の受動光回路１０の石英系光導
波路２は、 1.3／1.55μｍ光信号が伝搬し、かつ伝搬損
失を十分に小さくする必要性から、図３(a) に示すよう
にシリコン基板１上に形成した十分な厚さの下部クラッ
ド層２ｃと上部クラッド層２ａでコア層２ｂを埋め込ん
だ構造のものを用いる。ここで、下部クラッド層２ａお
よび上部クラッド層２ｂの層厚は共に20μｍ、コア寸法
は７×７μｍ、比屈折率差は0.45％に設定した。

【００３２】一方、ハイブリッド光回路２０の石英系光
導波路２は、 1.3μｍ光信号のみが伝搬し、かつ若干の
伝搬損失増加は光機能素子の動作条件の微調整で補償で
きる柔軟性があることから、図３(b) に示すように平坦
なシリコン基板１上に石英系光導波路２を形成し、かつ
光機能素子３を直接搭載する。ここで、下部クラッド層
２ａの層厚は 7.5μｍ、上部クラッド層２ｂの層厚は20
μｍ、コア寸法は７×７μｍ、比屈折率差は0.45％に設
定した。

【００３３】このように、本実施形態のハイブリッド光
回路２０では、下部クラッド層２ｃを薄く設定してある
ので、従来の段差付きシリコン基板に代えて平坦シリコ
ン基板を用いることができる。また、受動光回路１０で
は、光導波路に最適なパラメータを設定できるので、低
損失化を図ることができる。この結果、高性能かつ低コ
ストな光モジュールが実現できる。

【００３４】ここで、ハイブリッド光回路２０における
上記の設計条件の根拠について、図４を参照して説明す
る。光機能素子３をジャンクションダウンの形態でシリ
コン基板１上に搭載したとき、石英系光導波路のコア層
２ｂと光機能素子３の活性層３ａの高さを合わせるため
には、下部クラッド層２ｃの厚さをＤ、コア層２ｂの厚
さをｄ、光機能素子３の活性層３ａの中心から素子表面
までの高さをＨ、シリコン基板１の表面の半田接合部４
０の厚さをｈとすると、 Ｄ＋ｄ／２＝Ｈ＋ｈ …(1) の関係を満たす必要がある。一般に、光機能素子３で
は、活性層３ａの中心から素子表面までの高さＨを７〜
８μｍ以上に設定することは容易ではない。また、光機
能素子の位置合わせ精度を考えると、半田接合部４０の
厚さｈは電気配線層の厚さを含めて５μｍ以下に設定す
ることが望まれる。さらに、石英系光導波路のコア層２
ｂの厚さｄは、通常は６〜８μｍ程度である。これらを
考慮すると、(1) 式より下部クラッド層２ｃの厚さＤの
実現可能な上限値が概ね決まってくる。すなわち、Ｄは
約10μｍ以下に設定すべきであることがわかる。

【００３５】図５は、下部クラッド層厚Ｄと光導波路伝
搬損失の関係を示す。ここでは、シリコン基板上の石英
系光導波路は、コア寸法７×７μｍ、比屈折率差0.45％
とした。下部クラッド層厚が15μｍ以上であれば、伝搬
光の波長および偏波によらず伝搬損失は 0.1dB／cm以下
で低損失である。下部クラッド層厚が15μｍ以下になる
と、1.55μｍＴＭモードの伝搬光の損失が増加を始め、
下部クラッド層厚 7.5μｍで 1.5dB／cmの損失となる。
一方、 1.3μｍ光信号では、下部クラッド層厚10μｍま
ではＴＥモードおよびＴＭモードともに伝搬損失は 0.1
dB／cm以下であるが、これ以下の層厚になるとＴＭモー
ドの損失増加が顕著になり、下部クラッド層厚 7.5μｍ
では 0.3dB／cmの損失となる。

【００３６】以上示した図４および図５より、平坦なシ
リコン基板の石英系光導波路をハイブリッド光回路の基
板として利用できる条件が規定される。すなわち、光導
波路の比屈折率差0.45％、コア寸法７×７μｍで、使用
波長を 1.3μｍ帯に限定し、0.5dB／cmの伝搬損失を許
容すれば、下部クラッド層厚Ｄを７〜10μｍに設定すれ
ばよいことがわかる。

【００３７】なお、上記の説明では、比屈折率差0.45％
の光導波路を用いた場合を示したが、比屈折率差0.75
％、コア寸法６×６μｍの光導波路を用いた場合には、
下部クラッド層厚Ｄは５μｍ以上の設定で、 1.3μｍ光
信号に対して損失が約 0.5dB／cmの光導波路が実現でき
る。以上により、光導波路のコア寸法を６〜８μｍ、下
部クラッド層厚を５〜10μｍに設定すれば、少なくとも
1.3μｍ光信号の送受信モジュールについては、平坦な
シリコン基板上の石英系光導波路を用いてもハイブリッ
ド光回路を構成できることがわかる。

【００３８】（第３の実施形態）図６は、本発明の光モ
ジュールの第３の実施形態を示す。本実施形態における
受動光回路１０およびハイブリッド光回路２０の機能
は、第１および第２の実施形態と同様である。本実施形
態の特徴は、受動光回路１０におけるＷＤＭ回路とし
て、マッハツェンダ干渉回路１６を用いたところにあ
る。本実施形態では、1.55μｍ出力導波路１２を図のよ
うに引き回すことにより、その出力部を 1.3／1.55μｍ
入出力導波路１１と同一端面に配置している。

【００３９】マッハツェンダ干渉回路１６を用いること
により、受動光回路１０は光導波路のみで構成すること
ができる。これにより、フィルタ溝加工や後加工のない
分だけ第１および第２の実施形態に比べて有利である
が、光導波路が複雑化する分だけ寸法が大きくなる。し
たがって、実際には、小型化の要求が強いのか、組立工
程簡略化の要求が強いのかにより、第１，第２の実施形
態の構成か、第３の実施形態の構成かが選択される。

【００４０】本実施形態では、ハイブリッド光回路２０
は第１および第２の実施形態と同一である。これは、第
１〜第３の実施形態において、ハイブリッド光回路２０
を共通化できることを示している。すなわち、各種光モ
ジュールで共通に使用される光回路を用意しておけば、
それらの組み合わせを変えるだけで各種光モジュールを
安価に製作することができる。また、ハイブリッド光回
路２０は、図７に示すように光ファイバブロック５を介
して光ファイバを直接接続すれば、単一波長の双方向光
送受信モジュールとして利用できる。

【００４１】（第４の実施形態）図８は、本発明の光モ
ジュールの第４の実施形態を示す。本実施形態と第１〜
第３の実施形態との違いは、受動光回路１０Ａとハイブ
リッド光回路２０Ａの機能分割の仕方にある。受動光回
路１０Ａは、ＷＤＭ回路１０１とＹ分岐回路１０２を有
する。ハイブリッド光回路２０Ａは、半導体レーザ（Ｌ
Ｄ）３１と、モニタ用フォトダイオード（Ｍ−ＰＤ）３
２と、受信用フォトダイオード（Ｒ−ＰＤ）３３と、送
信用出力導波路２２と、受信用入力導波路２３を有す
る。さらに、本実施形態では、ハイブリッド光回路２０
Ａの光機能素子搭載部を封止蓋３４で覆い、封止蓋３４
を半田によって固定し、局所的に気密封止している。

【００４２】このような構成にすれば、ハイブリッド光
回路２０Ａにおける光導波路長を必要最小限まで短くで
きる。その結果、平坦なシリコン基板を用いたハイブリ
ッド光回路において、下部クラッド層厚を薄くしたこと
により伝搬損失が増加してしまう領域でも、光導波路長
を短くしたことにより全体として損失増加を十分に小さ
く抑えることができる。さらに、ハイブリッド光回路で
は、上記のように局所的に気密封止が実現できる。この
ため、光モジュールをパッケージに設置するときに、パ
ッケージ構造を簡易にすることができるので、モジュー
ルコストの低減が可能になる。なお、局所封止は、本実
施形態のみならず、他の実施形態に対しても適用でき
る。

【００４３】（第５の実施形態）図９は、本発明の光モ
ジュールの第５の実施形態を示す。本実施形態の光モジ
ュールは、受動光回路１０Ｂと、ハイブリッド光回路２
０Ｂと、光ファイバブロック５の３つのパーツからな
り、それらが合体した構成になっている。

【００４４】受動光回路１０Ｂは、マッハツェンダ干渉
回路１６により構成され 1.3／1.55μｍＷＤＭ回路とし
て機能する。ハイブリッド光回路２０Ｂは、送信波長1.
55μｍの半導体レーザ（ＬＤ）３５と、モニタ用フォト
ダイオード（Ｍ−ＰＤ）３６と、受信波長 1.3μｍの受
信用フォトダイオード（Ｒ−ＰＤ）３３とにより構成さ
れ、双方向光送受信回路として機能する。

【００４５】ところで、ハイブリッド光回路２０Ｂは、
第２の実施形態と同様に、平坦なシリコン基板１上に形
成された下部クラッド層厚 7.5μｍ、コア寸法７×７μ
ｍ、比屈折率差0.45％の石英系光導波路２を用いてい
る。この寸法の光導波路は、図５に示すように、1.55μ
ｍＴＭモードに対して約 1.5dB／cmの伝搬損失が発生す
る。一方、 1.3μｍ光信号に対する伝搬損失は 0.5dB／
cm以下である。そこで、ハイブリッド光回路２０Ｂで
は、1.55μｍＬＤ３５を 1.3μｍＲ−ＰＤ３３よりも基
板端部に近くなるように配置し、1.55μｍ光信号が伝搬
する光導波路の長さを極力短くした（光導波路長〜５ｍ
ｍ）。これにより、薄い下部クラッド層の影響を抑制し
た。すなわち、平坦なシリコン基板１上の薄い下部クラ
ッド層を有する石英系光導波路を用いた場合でも、光導
波路長を短尺化することにより1.55μｍ用の光機能素子
の搭載も可能になる。受動光回路１０Ｂは、シリコン基
板１上に形成された下部クラッド層厚20μｍ、コア寸法
７×７μｍ、比屈折率差0.45％の石英系光導波路２を用
いているので、伝搬損失 0.1dB／cm以下の優れた光導波
特性を実現した。

【００４６】（実装形態の一例）図１０は、本発明の光
モジュールの実装形態の一例を示す。ここに示す光モジ
ュールは、図１に示す第１の実施形態のものとする。受
動光回路１０と光ファイバブロック５は、調芯し接着剤
により固定して一体化されたのち、全体がパッケージ５
０中に配置される。一方、ハイブリッド光回路２０はパ
ッケージ５１中に配置される。なお、これに先立ち、ハ
イブリッド光回路２０の光機能素子を局所的に封止して
おくことが望ましい。局所封止は、例えば第４の実施形
態で示した方法を用いる。そして、パッケージ５０とパ
ッケージ５１は、ガイドピン５２を用いて着脱可能な状
態で接続される。

【００４７】このように、受動光回路１０と光ファイバ
ブロック５とを調芯固定して一体化したので、特に低損
失性が要求される1.55μｍ光信号に対する入力および出
力光ファイバの接続損失は 0.1dB／cmにまで低減でき
る。その一方で、光ファイバ付きの受動光回路１０とハ
イブリッド光回路２０とを着脱可能な状態で接続するよ
うにしたので、この光モジュールを電気実装ボードに実
装する工程を大幅に簡略化することができる。

【００４８】ここで、図１１を参照し、この光モジュー
ルを電気実装ボード６０に実装する工程について説明す
る。光モジュールは、光ファイバ付きの受動光回路を含
むパッケージ５０が着脱可能な状態で分離できるので、
(1) に示すように、ハイブリッド光回路を含むパッケー
ジ５１のみをピッグテイルのない状態で、通常の電子回
路６１とまったく同一の工程で搭載できる。そして、
(2) に示すように、最後に光ファイバ付きの受動光回路
を含むパッケージ５０を接続すれば、光モジュールを簡
単に電気実装ボード６０に搭載することができる。この
ように、本発明の光モジュールは、レセプタクル型構成
でありながら受動光回路の低損失化が実現でき、さらに
電気実装ボードへの搭載工程を大幅に簡略化することが
できる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光モジュ
ールは、受動光回路とハイブリッド光回路をそれぞれ別
な基板上に形成し、その両者を結合させる構成にしたの
で、それぞれの光導波路構造とパラメータを最適に選ん
で製作することができる。さらに、本発明では、ハイブ
リッド光回路の光導波路に対する許容伝搬損失が、受動
光回路に対して求められる伝搬損失より若干大きいこと
に着目し、平坦なシリコン基板上に形成した石英系光導
波路の下部クラッド層の厚さを５〜10μｍの範囲に設定
するようにした。その結果、段差を設けたシリコン基板
を用いなくても、平坦なシリコン基板上の石英系光導波
路を用いてハイブリッド光回路を構成することができ
る。しかも、高品質な光導波特性が要求される受動光回
路は、最適なパラメータを設定すればよいので、高品質
かつ低コストなハイブリッド構成の光モジュールを実現
することができる。

【００５０】さらに、本発明では、 1.3／1.55μｍＷＤ
Ｍ回路と、 1.3μｍ双方向光送受信回路とで構成される
ＷＤＭ送受信モジュールにおいて、1.55μｍ光信号を伝
搬してかつ低伝搬損失が要求されるＷＤＭ回路は、十分
な厚さの下部クラッド層を有する受動光回路を用いるこ
とができる。一方、 1.3μｍ帯でのみ動作すればよい双
方向光送受信回路（分岐回路、半導体レーザおよび受光
素子で構成される回路）は、平坦なシリコン基板上に形
成した薄い下部クラッド層を有するハイブリッド光回路
を用いることができる。この結果、1.55μｍ光信号の損
失は十分に低く、かつ平坦なシリコン基板を用いたハイ
ブリッド構成の光モジュールを低コストで実現すること
ができる。

【００５１】さらに、受動光回路と光ファイバとを調芯
し、さらに接着剤固定して一体化するとともに、ハイブ
リッド光回路と受動光回路との接続端面を着脱可能な状
態で直接接続することができる。これにより、電気配線
ボードへの光モジュールの実装工程において、このボー
ドへの電気的接続を実現する必要があるハイブリッド光
回路は、ファイバピッグテイルが付いていない状態で取
り扱うことができ、その後にファイバピッグテイル付き
の受動光回路を取り付けることにより光モジュールを構
成することができる。したがって、この構成は、レセプ
タクル型構成でありながら、受動光回路の低損失化を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光モジュールの第１の実施形態を示す
図。

【図２】第１の実施形態の光モジュールの製作工程を示
す図。

【図３】本発明の光モジュールの第２の実施形態を示す
図。

【図４】第２の実施形態におけるハイブリッド光回路２
０の構成を示す図。

【図５】下部クラッド層厚Ｄと光導波路伝搬損失の関係
を示す図。

【図６】本発明の光モジュールの第３の実施形態を示す
図。

【図７】本発明の光モジュールの第３の実施形態の変形
例を示す図。

【図８】本発明の光モジュールの第４の実施形態を示す
図。

【図９】本発明の光モジュールの第５の実施形態を示す
図。

【図１０】本発明の光モジュールの実装形態の一例を示
す図。

【図１１】本発明の光モジュールのボードへの実装工程
を示す図。

【図１２】ＷＤＭ送受信光モジュールのブロック構成を
示す図。

【図１３】従来のハイブリッド集積型光モジュールの構
成例を示す図。

【図１４】従来の光モジュールの断面構造を示す図。

【図１５】従来の光モジュールの製作工程を示す図。

【符号の説明】 １ シリコン基板 ２ 石英系光導波路 ２ａ 上部クラッド層 ２ｂ コア層 ２ｃ 下部クラッド層 ３ 光機能素子 ３ａ 活性層 ４ａ 入出力用光ファイバ ４ｂ 出力用光ファイバ ５ 光ファイバブロック ６ シリコンテラス ８ ガラス板 １０ 受動光回路 １１ 1.3／1.55μｍ入出力導波路 １２ 1.55μｍ出力導波路 １３ 1.3μｍ入出力導波路 １４ フィルタ挿入溝 １５ 干渉膜フィルタ １６ マッハツェンダ干渉回路 ２０ ハイブリッド光回路 ２１ 1.3μｍ入出力導波路 ３１ 送信波長 1.3μｍの半導体レーザ（ＬＤ） ３２ モニタ用受光素子（Ｍ−ＰＤ） ３３ 受信波長 1.3μｍの受信用受光素子（Ｒ−ＰＤ） ３４ 封止蓋 ３５ 送信波長1.55μｍの半導体レーザ（ＬＤ） ３６ モニタ用受光素子（Ｍ−ＰＤ） ４０ 半田接合部 ５０，５１ パッケージ ５２ ガイドピン ６０ 電気実装ボード ６１ 電子回路 １０１ ＷＤＭ回路 １０２ Ｙ分岐回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳澤 雅弘 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 加藤 邦治 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の基板上に形成された光導波回路
   と、この光導波回路と光結合を保ちつつその基板上に搭
   載された光機能素子とからなるハイブリッド光回路と、 他方の基板上に形成された光導波回路からなり、一方の
   端面で前記ハイブリッド光回路と直接接続され、他方の
   端面で光ファイバと接続固定される受動光回路とにより
   構成されたことを特徴とする光モジュール。
2. 【請求項２】 ハイブリッド光回路における基板は平坦
   なシリコン基板であり、ハイブリッド光回路における光
   導波回路は下部クラッド層の厚さが５〜10μｍの範囲に
   設定された石英系光導波路を用いて形成され、光機能素
   子はこの石英系光導波路と光結合を保ちつつ前記シリコ
   ン基板上に直接搭載され、 受動光回路における基板は平坦なシリコン基板であり、
   受動光回路における光導波回路は下部クラッド層の厚さ
   が15μｍ以上に設定された石英系光導波路を用いて形成
   されたことを特徴とする請求項１に記載の光モジュー
   ル。
3. 【請求項３】 ハイブリッド光回路の基板上に搭載され
   た光機能素子は動作波長 1.3μｍ帯の光機能素子であ
   り、 受動光回路の光導波回路は、 1.3μｍ帯と1.55μｍ帯の
   両方の波長帯で動作する光導波回路であることを特徴と
   する請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
4. 【請求項４】 受動光回路と光ファイバとは固定剤によ
   り接続固定されるとともに、ハイブリッド光回路と受動
   光回路との接続端面は着脱可能な状態で直接接続された
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記
   載の光モジュール。