JPH1048446A - 双方向通信用光集積回路およびその作製方法 - Google Patents

双方向通信用光集積回路およびその作製方法

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JPH1048446A
JPH1048446A JP8218016A JP21801696A JPH1048446A JP H1048446 A JPH1048446 A JP H1048446A JP 8218016 A JP8218016 A JP 8218016A JP 21801696 A JP21801696 A JP 21801696A JP H1048446 A JPH1048446 A JP H1048446A
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optical
communication
light
optical waveguide
signal light
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JP8218016A
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Shoichi Ozawa
章一 小沢
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Furukawa Electric Co Ltd
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    • H04B10/40—Transceivers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4246—Bidirectionally operating package structures

Abstract

(57)【要約】 【課題】 双方向通信可能な光集積回路の小型化、高集
積化、低コスト化を図る。 【解決手段】 基板25上に光導波路回路20を形成し、そ
の出射端29側にフォトダイオード（ＰＤ）８を接続す
る。光導波路回路20は光入力ポート33から入力される通
信信号光（λ1 ）を通信光選択透過フィルタ24を透過さ
せて通信光出力ポート34から出力させ、非通信光
（λ2 ）を通信光選択透過フィルタ24で反射させて非通
信光出力ポート35から出射させる光合分波器とし、通信
光出力ポート34の出射側29上部に圧電素子15を設ける。
光導波路回路20を通った通信信号光がＰＤ８に入力した
ときに、受信モードではＰＤ８を作動して通信信号光を
受信し、送信モードではＰＤ８を作動させずに通信信号
光を高反射コーティング膜30により光導波路回路20側に
反射すると共に、この反射光に圧電素子15によって偏波
面変調を施し、偏波面変調光をコア18の入射側に伝送さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に光ファイバ通
信システムで利用される光通信端末用の双方向通信用光
集積回路およびその作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信システムの一例として、
電話通信等の光加入者系システムがあり、図６には、こ
の光加入者系の光ファイバ通信システムの一構成例が示
されている。同図に示すシステムは、ＰＯＴＳ（Plain
Old Telephone Service ）サービス（例えば電話サービ
ス等）の低速通信サービスおよび、ビデオ信号等の伝送
を主とする高速通信サービスを提供するシステムであ
る。
【０００３】同図において、局１に設けられている光送
受信機５が、光ファイバ伝送ケーブル３と１：Ｎスター
カプラ４を介して、複数（Ｎ個）の加入者宅２の各光送
受信機５に接続されており、局１内および各加入者宅２
内の光送受信機５は、それぞれ、光合分波器（ＷＤＭ）
10、１×２光カプラ９、レーザダイオード６、フォトダ
イオード８を有している。なお、図７には、加入者宅２
内の光送受信機５が示されているが、同図に示すよう
に、レーザダイオード６には発光用駆動回路12と変調回
路57が接続され、フォトダイオード８には逆バイアス印
加装置13と受光用駆動回路51と受信用復調回路14とが接
続されている。また、光合分波器10にはビデオ11等の映
像信号受信装置が接続されている。
【０００４】加入者宅２内の光送受信機５において、光
合分波器10は、波長λ1 （例えば1.31μｍ）の通信信号
光と、この通信信号光とは異なる波長λ2 （例えば1.55
μｍ）の非通信光としての映像信号光とを共に入射した
ときに、波長λ1 の通信信号光を１×２光カプラ９側に
伝送し、一方、波長λ2 の映像信号光をビデオ11側に伝
送するものである。
【０００５】１×２光カプラ９は、光合分波器10を通っ
て入力された通信信号光をフォトダイオード８側に伝送
する。また、１×２光カプラ９にはレーザダイオード６
から発信される波長λ1 の送信光（通信信号光）が入射
されるようになっており、１×２光カプラ９はこの通信
信号光を光合分波器10側に伝送する。なお、レーザダイ
オードによる通信信号光の発信は、発光用駆動回路12と
変調回路57とにより行われるものである。
【０００６】フォトダイオード８は、半導体受光素子と
して機能するものであり、受光用駆動回路51によって、
逆バイアス電圧印加用の逆バイアス印加装置13を駆動さ
せるとフォトダイオード８に逆バイアス電圧が印加さ
れ、このとき、受信用復調回路14により、フォトダイオ
ード８への入射通信信号光の変調に応じた光電流が検出
される。
【０００７】このような光送受信機５を用いて、図６に
示したようなシステムで局１側と加入者宅２側とで光通
信を行うときには、例えば局１側の光送受信機５に設け
られたレーザダイオード６を駆動して通信信号光を１×
２光カプラ９、光合分波器10を介して光ファイバ伝送ケ
ーブル３に入射させ、光ファイバ伝送ケーブル３を伝送
させた後、加入者宅２側の光送受信機５に入力する。そ
うすると、この入力された通信信号光は、加入者宅２の
光送受信機５内の光合分波器10、１×２光カプラ９、フ
ォトダイオード８の順に伝送し、フォトダイオード８に
よって受信され、前記の如く受信用復調回路14によって
光電流として検出される。
【０００８】また、その逆に、加入者宅２から局１側に
通信信号光を伝送するときには、加入者宅２の光送受信
機５内のレーザダイオード６を駆動し、１×２光カプラ
９、光合分波器10を順に伝送して光ファイバ伝送ケーブ
ル３を伝送させる。光ファイバ伝送ケーブル３を伝送し
た通信信号光は、局１側の光送受信機５内において、前
記加入者宅２側の光送受信機５と同様の動作により通信
信号光の受信を行う。
【０００９】なお、例えば図６に示すように、局１側の
映像信号光発信装置67から波長λ2の映像信号光が発信
されたときには、この映像信号光は局１側の光合分波器
10を介して光ファイバ伝送ケーブル３を伝送し、加入者
宅２側の光送受信機５に入射した後、光合分波器10によ
って分波されて加入者宅２側のビデオ11に受信され、映
像信号光の再現が行われる。
【００１０】図８には、従来の光送受信機５の装置構成
例が示されている。同図に示すように、この装置は、基
板25上にコア18を有する光導波路回路20を形成してお
り、光導波路回路20は、下部クラッド層27ａとコア18と
上部クラッド層27ｂとを順に形成して構成されている。
光導波路回路20の一端側にはファイバ固定治具21が設け
られており、ファイバ固定治具21には２本の光ファイバ
23ａ，23ｂが固定されており、各光ファイバ23ａ，23ｂ
はそれぞれ光導波路回路20のコア18と光接続されてい
る。
【００１１】また、光導波路回路20の他端側には、コア
18に対応してレーザダイオード６とフォトダイオード８
とがそれぞれ設けられて光接続されており、レーザダイ
オード６およびフォトダイオード８はそれぞれ、電極パ
ターン19を介して基板25に実装されている。また、レー
ザダイオード６は、電極パターン19を介して図８では図
示しない前記変調回路57および発光用駆動回路12に接続
されており、フォトダイオード８は、電極パターン19を
介して前記逆バイアス印加装置13および受光用駆動回路
51、受信用復調回路14に接続されている。
【００１２】同図に示す装置においては、光導波路回路
20によって前記光合分波器10と１×２光カプラ９とが構
成されており、光合分波器10は、光導波路回路20のフィ
ルタ溝22に挿入された通信光選択透過フィルタ24を有し
ている。通信光選択透過フィルタ24は、波長λ1 の通信
信号光を透過し、波長λ2 の映像信号光を反射するフィ
ルタである。
【００１３】光送受信機５を同図に示すような装置構成
により形成した場合には、同図に示すように、波長λ1
の通信信号光と波長λ2 の映像信号光とが共に光ファイ
バ23ａから入射されると、これらの光のうち波長λ2 の
映像信号光は光合分波器10の通信光選択透過フィルタ24
で反射して光ファイバ23ｂから出射され、波長λ1 の通
信信号光は通信光選択透過フィルタ24を透過して１×２
光カプラ９に入射し、１×２光カプラ９を介してフォト
ダイオード８に入射する。また、レーザダイオード６か
ら発信された波長λ1 の通信信号光は、１×２光カプラ
９を通った後、通信光選択透過フィルタ24を透過し、光
ファイバ23ａから出射される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図６に示し
たような光加入者系の光伝送システムは、例えば一般家
庭の加入者宅２を対象とした光伝送システムであるため
に、そのサービスの普及のためにも、システム構築コス
トをできるだけ低コスト化することが強く望まれてお
り、特に、加入者宅２側に設けられる光送受信機５の低
コスト化および小型化、高集積化を図ることが要求され
ている。
【００１５】しかしながら、従来の光送受信機５は、前
記の如く、レーザダイオード６とフォトダイオード８と
を有しており、特に、レーザダイオード６を駆動させる
ための発光用駆動回路12は、加入者宅２側から局１側等
に送信するための強い光をレーザダイオード６によって
発信させなければならないため、大型のものが必要とな
り、光送受信機５の小型化は困難であった。
【００１６】また、従来の光送受信機５においては、光
導波路回路20のコア18にレーザダイオード６とフォトダ
イオード８の両方の光部品を精度良く光結合させること
が必要であり、その調心が大変であるといった問題もあ
った。特に、レーザダイオード６のモードフィールド径
はコア18のモードフィールド径と形も大きさも大きく異
なるために、どうしても光結合損失が大きくなってしま
うといった問題があり、それを補うためにレーザダイオ
ード６の出力を高出力化したり、反射対策を施す必要が
ある等の多くの難点を有していた。
【００１７】このように、従来の光送受信機５において
は、特に大型の発光用駆動回路12を必要とし、部品構成
上小型化や高集積化に限界があり、さらに、それぞれの
光部品の実装に伴う数々のプロセスが容易ではなく工数
が多いために、低コスト化を図ることが困難であった。
【００１８】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、光送受信機の小型化
および高集積化、低コスト化を図ることができる双方向
通信用光集積回路およびその作製方法を提供することに
ある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のような構成により課題を解決するため
の手段としている。すなわち、本発明の双方向通信用光
集積回路は、基板上に下部クラッド層とコアと上部クラ
ッド層とを順に形成した光導波路回路が設けられ、該光
導波路回路のコアの出射端側には半導体受光素子が接続
されている光集積回路であって、前記光導波路回路のコ
アの出射端側にはその上部側の上部クラッド層表面側に
偏波面変調素子が形成されており、前記半導体受光素子
には通信信号光の反射体と、通信信号光が前記光導波路
回路を通って半導体受光素子に入力されるときに受信の
同期タイミングに合わせて該半導体受光素子を作動させ
て通信信号光を半導体受光素子に受信させる受信モード
動作部と、通信信号光が半導体受光素子に入力されると
きに該半導体受光素子を作動させずに前記反射体によっ
て通信信号光を前記光導波路回路の出射端側に反射させ
ると共に該通信信号光の反射光に対して前記偏波面変調
素子によって偏波面変調を施し、該偏波面変調光を送信
光と成して前記光導波路回路のコアの入射側に伝送させ
る送信モード動作部が設けられていることを特徴として
構成されている。
【００２０】また、前記光導波路回路は、通信信号光と
該通信信号光とは波長の異なる非通信光とを共に入射す
る光入力ポートと、該光入力ポートから入射する通信信
号光と非通信光のうちの通信信号光を半導体受光素子の
入力側に導く通信光出力ポートと、非通信光を該半導体
受光素子の入力側から外れる方向に導く非通信光出力ポ
ートとを有する光合分波器と成していることも本発明の
双方向通信用光集積回路の特徴的な構成とされている。
【００２１】さらに、前記光導波路回路は光入力ポート
と通信光出力ポートとを接続する光基幹通路を有し、該
光基幹通路から分岐した分岐通路の出射端側に非通信光
出力ポートが設けられており、該光基幹通路と分岐通路
との分岐部には前記光入力ポートから入射される通信信
号光を前記通信光出力ポート側に透過させ、通信信号光
の半導体受光素子による反射光を前記光入力ポート側に
透過させ、前記光入力ポートから入射される非通信光を
前記分岐通路側に反射する通信光選択透過フィルタが設
けられていることも本発明の双方向通信用光集積回路の
特徴的な構成とされている。
【００２２】さらに、前記光導波路回路は第１の光導波
路と第２の光導波路とを有しており、第１の光導波路と
第２の光導波路とが間隔を介して並列に配列形成されて
おり、これらの第１と第２の光導波路の途中には該第１
の光導波路と第２の光導波路を近接させて形成した２つ
の方向性結合器が直列に配設されてこれら２つの方向性
結合器の間に第１の光導波路と第２の光導波路の長さを
相対的に違えた移相部が介設されているマッハツェンダ
干渉計型の回路と成しており、前記第１と第２の光導波
路のいずれか一方側の光導波路の入射側が光入力ポート
と成し、該第１と第２の光導波路のいずれか一方側の光
導波路の出射側が通信光出力ポートと成し、他方側の光
導波路の出射側が非通信光出力ポートと成していること
も本発明の双方向通信用光集積回路の特徴的な構成とさ
れている。
【００２３】さらにまた、前記偏波面変調素子は圧電素
子により形成されていること、前記圧電素子は、上部ク
ラッド層表面側に下部電極、圧電体、上部電極を順に被
着形成して構成されていること、前記基板はシリコン基
板又は石英ガラス基板により形成されており、光導波路
回路は火炎堆積法と蒸着法と化学気相成長法のいずれか
１つの方法により形成されていることも本発明の双方向
通信用光集積回路の特徴的な構成とされている。
【００２４】さらに、前記半導体受光素子には逆バイア
ス電圧印加用の逆バイアス印加装置が設けられており、
受信モード動作部は該半導体受光素子への通信信号光入
力時にこの逆バイアス印加装置を駆動する構成と成し、
送信モード動作部は半導体受光素子への通信信号光入力
時に前記逆バイアス印加装置の逆バイアス印加駆動を阻
止して無バイアス又は順バイアス状態にすることにより
該半導体受光素子に入力された通信信号光を該半導体受
光素子の入力側から反射体側に透過させる構成としたこ
とも本発明の双方向通信用光集積回路の特徴的な構成と
されている。
【００２５】さらに、本発明の双方向通信用光集積回路
の作製方法は、前記構成の双方向通信用光集積回路の作
製に際し、基板上の半導体受光素子配設領域を除く領域
に光導波路回路を形成し、該基板の半導体受光素子配設
領域の表面側に電極パターンを被着形成した後、該電極
パターン上に半導体受光素子を実装して該半導体受光素
子を前記光導波路回路のコアの出射端側に光接続するこ
とを特徴として構成されている。
【００２６】上記構成の本発明の双方向通信用光集積回
路において、光導波路回路のコアの出射端側に接続され
ている半導体受光素子には、受信モード動作部が設けら
れており、通信信号光が光導波路回路を通って半導体受
光素子に入力されるときに、受信モード動作部によって
受信の同期タイミングに合わせて半導体受光素子が作動
させられ、それにより、通信信号光が半導体受光素子に
受信される。
【００２７】また、本発明においては、前記光導波路回
路のコアの出射端側に偏波面変調素子が形成され、前記
半導体受光素子には通信信号光の反射体と送信モード動
作部が設けられており、双方向通信用光集積回路側から
光を送信するときには、通信信号光が半導体受光素子に
入力されるときに半導体受光素子を作動させずに反射体
によって通信信号光を光導波路回路の出射端側に反射さ
せると共に、通信信号光の反射光に対して偏波面変調素
子によって偏波面変調を施すことが送信モード動作部に
よって行われる。そして、それにより、偏波面変調光が
送信光と成されて光導波路回路のコアの入射側に伝送さ
せられる。
【００２８】このように、本発明においては、送信モー
ド動作部および受信モード動作部の動作により、半導体
受光素子を用いて通信信号光の受信と送信の両方を行な
えるために、従来の光送受信機に必要とされていたレー
ザダイオード等の発光素子を省略して双方向通信用光集
積回路が形成される。そのため、レーザダイオード等の
発光素子の分だけ装置の小型化および高集積化が図れる
だけではなく、発光素子を駆動するための大型の駆動回
路等も必要なくなり、より一層の装置小型化および高集
積化が図られると共に、低コスト化が達成される。さら
に、レーザダイオード等の発光素子と受光素子の両方を
光導波路回路に光結合する必要もなくなり、発光素子の
基板への実装プロセスも省略可能となるために、より一
層の低コスト化が図られ、上記課題が解決される。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明におい
て、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重
複説明は省略する。図１には、本発明に係る双方向通信
用光集積回路の一実施形態例の要部構成がブロック図に
より示されており、図２にはこの光集積回路を用いた光
送受信機５の装置構成例が示されている。図１に示され
るように、本実施形態例の双方向通信用光集積回路は、
光合分波器10、フォトダイオード８、圧電素子15、逆バ
イアス印加装置13、送信モード動作部16、受信モード動
作部17を有して構成されている。
【００３０】また、図２に示されるように、基板25上に
下部クラッド層27ａとコア18と上部クラッド層27ｂとを
順に形成して光導波路回路20が形成されており、光導波
路回路20の入射側には従来例と同様のファイバ固定治具
21が設けられ、ファイバ固定治具21には光ファイバ23
ａ，23ｂが配設固定されている。一方、光導波路回路20
のコア18の出射端29側には半導体受光素子としてのフォ
トダイオード８が接続され、基板25に実装されており、
フォトダイオード８には、通信信号光の反射体として機
能する高反射コーティング膜30が設けられている。ま
た、コア18の出射端29側にはその上部側の上部クラッド
層27ｂ表面側に、偏波面変調素子としての圧電素子15が
形成されている。
【００３１】光導波路回路20は、波長λ1 の通信信号光
とこの通信信号光とは波長の異なる非通信光（波長
λ2 ）とを共に入射する光入力ポート33と、この光入力
ポート33から入射する通信信号光と非通信光のうちの通
信信号光をフォトダイオード８の入力側に導く通信光出
力ポート34と、非通信光をフォトダイオード８の入力側
から外れる方向に導く非通信光出力ポート35とを有して
図１の光合分波器10と成している。光入力ポート33は光
ファイバ23ａに接続され、通信光出力ポート34はフォト
ダイオード８に接続され、非通信光出力ポート35は光フ
ァイバ23ｂに接続されている。
【００３２】また、光入力ポート33と通信光出力ポート
34とが接続されて光基幹通路52が形成されており、この
光基幹通路52から分岐した分岐通路53の出射端側に非通
信光出力ポート35が設けられている。この光基幹通路52
と分岐通路53との分岐部に、フィルタ溝22が形成されて
おり、フィルタ溝22には通信光選択透過フィルタ24が設
けられている。この通信光選択透過フィルタ24は、光入
力ポート33から入射される通信信号光を通信光出力ポー
ト34側に透過させ、通信信号光のフォトダイオード８に
よる反射光を光入力ポート33側に透過させ、光入力ポー
ト33から入射される非通信光を分岐通路53側に反射する
機能を有している。
【００３３】なお、本実施形態例では、基板25はシリコ
ン基板により形成されており、光導波路回路20は、火炎
堆積法と蒸着法と化学気相成長法のいずれか１つの方法
により形成されている。
【００３４】前記圧電素子15は、本実施形態例では、前
記上部クラッド層27ｂの表面側に、下部電極、圧電体、
上部電極を順に被着形成して構成されている。具体的に
は、下部電極としてＡｕ／Ｃｒの多層膜を蒸着で被着
し、圧電体としてＺｎＯを高周波マグネトロンスパッタ
装置を用いて成膜されており、さらに、上部電極として
Ａｕ／Ｃｒの多層膜が下部電極と同様の蒸着により被着
形成されている。なお、良好な圧電膜を得るためには、
ＺｎＯをＣ軸配向させる必要があり、ＺｎＯのＣ軸の原
子配列はＡｕの（１１１）面の原子配列とよく整合が取
れるので、Ａｕを（１１１）面に配向させることにより
良好な圧電膜の形成が可能となる。また、Ａｕの下地と
してＣｒを蒸着することにより、Ａｕのガラス密着性を
上げることができるのに加えてＡｕの（１１１）面配向
を高めることができる。
【００３５】フォトダイオード８は、電極パターン19を
介して基板25に実装されており、フォトダイオード８に
は、図１に示されるように、通信信号光が光導波路回路
20を通ってフォトダイオード８に入力されるときに、受
信の同期タイミングに合わせてフォトダイオード８を作
動させ、通信信号光をフォトダイオード８に受信させる
受信モード動作部17が設けられている。なお、同図には
図示されていないが、受信モード動作部17には、従来例
と同様の受光用駆動回路と受信用復調回路とが設けられ
ている。また、フォトダイオード８には従来例と同様の
逆バイアス印加装置13が設けられており、受信モード動
作部17はフォトダイオード８への通信信号光入力時に逆
バイアス印加装置13を駆動することによりフォトダイオ
ード８を作動させる構成と成している。
【００３６】送信モード動作部16は、通信信号光がフォ
トダイオード８に入力されるときに、フォトダイオード
８を作動させずに高反射コーティング膜30によって通信
信号光を光導波路回路20の出射端側に反射させると共
に、この通信信号光の反射光に対して前記圧電素子15に
よって偏波面変調を施し、その偏波面変調光を送信光と
成して光導波路回路20のコア18の入射側に伝送させるも
のである。この制御に際し、送信モード動作部16は、フ
ォトダイオード８への通信信号光入力時に逆バイアス印
加装置13の逆バイアス駆動を阻止して無バイアス又は順
バイアス状態にすることにより、フォトダイオード８に
入力された通信信号光をフォトダイオード８の入力側か
ら高反射コーティング膜30側に透過させる構成と成して
いる。
【００３７】図５の（ａ），（ｂ）には、それぞれ、フ
ォトダイオード８の装置構成例が具体的に示されてお
り、同図の（ａ）に示すものは、導波路型受光素子であ
り、同図の（ｂ）に示すものは面型受光素子である。図
中、36は低反射コーティング部、38は上部電極、39は下
部電極、40はｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、41はＩｎ
Ｐリッジ、42はｐ−ＩｎＰ上部クラッド、43はｌ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰコア層、44はｎ−ＩｎＰ下部クラッド、45は
無反射コーティング、46はＩｎＣａＡｓコンタクト層、
47はＩｎＰ上部クラッド、48は多重量子井戸、49はブラ
ッグ反射鏡、50はＩｎＰ下部クラッドをそれぞれ示して
いる。
【００３８】なお、例えば、同図の（ａ）に示す導波路
型受光素子は、ｌ−ＩｎＧａＡｓＰコア層43をｎ−Ｉｎ
Ｐ下部クラッド44とｐ−ＩｎＰ上部クラッド42とにより
挟んだ積層構造を有しており、ＰＮ接合ダイオードを形
成している。このフォトダイオード８においては、光の
入射側に低反射コーティング部36が形成され、その反対
側の面に高反射コーティング膜30が形成されており、こ
のフォトダイオード８に逆バイアス印加装置13からの逆
バイアス電圧を印加すると、ｌ−ＩｎＧａＡｓＰコア層
43を通る入射光（通信信号光）の変調に応じて光電流と
して検出される。
【００３９】また、このフォトダイオード８において、
逆バイアス電圧が印加されていない無バイアスのときに
はｌ−ＩｎＧａＡｓＰコア層43はほぼ透明となる。その
ため、前記送信モード動作部16により、通信信号光の送
信時に逆バイアス印加装置13の駆動を阻止して無バイア
ス状態とすると、フォトダイオード８に入射した通信信
号光はｌ−ＩｎＧａＡｓＰコア層43を通って高反射コー
ティング膜30まで到達し、高反射コーティング膜30によ
って反射されるようになっている。
【００４０】なお、図５の（ｂ）に示す面型受光素子の
場合は、多重量子井戸48が同図の（ａ）に示した導波路
型受光素子のｌ−ＩｎＧａＡｓＰコア層43と同様に機能
し、フォトダイオード８は、逆バイアス印加装置13から
逆バイアス電圧が印加されているときには入射通信信号
光の変調に応じて光電流として検出され、無バイアスの
ときには入射通信信号光が多重量子井戸48を通ってブラ
ッグ反射鏡49に達し、フラッグ反射鏡49によって反射さ
れる。
【００４１】本実施形態例は以上のように構成されてお
り、本実施形態例の双方向通信用光集積回路を作製する
ときには、例えば、基板25上のフォトダイオード８の配
設領域を除く領域に光導波路回路20を形成し、この基板
25におけるフォトダイオード８の配設領域の表面側に電
極パターン19を被着形成する。その後、電極パターン19
上にフォトダイオード８を実装し、フォトダイオード８
を光導波路回路20のコア18の出射端29側に光接続するこ
とにより双方向通信用光集積回路の作製が行われる。
【００４２】次に、本実施形態例の動作について説明す
る。なお、本実施形態例も従来例の光送受信機５と同様
に、例えば加入者宅２に設けられるものであり、光ファ
イバ23ａが図６に示したような加入者系光伝送システム
の光ファイバ伝送ケーブル３に接続され、光ファイバ23
ｂはビデオ11等の映像信号光受信装置に接続される。そ
して、光ファイバ伝送ケーブル３を伝送し、光ファイバ
23ａを通った波長λ1の通信信号光と波長λ2 の映像信
号光とが光導波路回路20の光入力ポート33から入射する
と、この通信信号光と映像信号光は通信光選択透過フィ
ルタ24に入射し、波長λ1 の通信信号光は通信光選択透
過フィルタ24を透過して通信光出力ポート34側に進み、
一方、波長λ2 の映像信号光は通信光選択透過フィルタ
24で反射して非通信光出力ポート35側に進み、光ファイ
バ23ｂを介してビデオ11等に受信される。
【００４３】そして、通信光出力ポート34側に伝搬した
通信信号光は、その出射端29側から出射してフォトダイ
オード８に入力されるが、このとき、フォトダイオード
８によって通信信号光を受信する受信モードにおいて
は、受信モード動作部17の制御により、フォトダイオー
ド８に通信信号光が入力されるときに受信の同期タイミ
ングに合わせて行われる逆バイアス印加装置13の駆動に
よって、フォトダイオード８が作動させられ、フォトダ
イオード８に通信信号光が受信される。この受信信号は
受信モード動作部17に設けられている受信用復調回路に
よって復調されて光電流として検出される。
【００４４】一方、双方向通信用光集積回路から通信信
号光を送信する送信モードにおいては、送信モード動作
部16により、逆バイアス印加装置13の駆動が阻止され、
フォトダイオード８の作動が行われない状態とされるこ
とにより、フォトダイオード８に入力される通信信号光
は高反射コーティング膜30まで到達し、高反射コーティ
ング膜30によって光導波路回路20の出射端側に通信信号
光を反射する。また、このとき、送信モード動作部16に
より圧電素子15を用いて送信信号として高周波信号の印
加が行われる。そうすると、圧電素子15の圧電膜によっ
て弾性波が発生させられ、この弾性波がコア18に作用
し、コア18に複屈折が生じる。そして、この動作によっ
て通信信号光の反射光に対して偏波面変調が施され、こ
の偏波面変調光が送信光と成してコア18の入射側に伝送
し、通信光選択透過フィルタ24を透過して光入力ポート
33側に逆行し、光ファイバ23ａを通って光ファイバ伝送
ケーブル３を伝送し、光の送信が行われる。
【００４５】なお、この送信光は偏波面変調光と成して
いるために、この送信光の受光部（例えば局１側）にお
いて偏波面変調光を検光子等に通すことにより強度変調
光として復調し、検出することができる。
【００４６】本実施形態例によれば、上記動作により、
従来の光送受信機５に必須とされていたレーザダイオー
ド６等の発光素子を用いなくとも、光の送信を行うこと
が可能となり、半導体受光素子としてのフォトダイオー
ド８を用いて光の双方向通信を行うことができるため
に、レーザダイオード６等の発光素子を省略できる分だ
け装置の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００４７】また、従来のように、レーザダイオード６
等の発光素子を用いて通信信号光を送信する場合には、
光ファイバ伝送ケーブル３を伝送させる強い光を発光す
る必要があり、したがって、大型で高精度の発光用駆動
回路を必要としたが、本実施形態例によれば、例えば局
１側から加入者宅２側の光送受信機５に伝送されてフォ
トダイオード８に受信される通信信号光を利用して、こ
の通信信号光に偏波面変調を施して送信光と成している
ために、大型の駆動回路を必要としないことはいうまで
もなく、フォトダイオード８側に受信される通信信号光
の偏波面変調によって容易に送信光を形成し、容易に、
かつ、低コストで光の送信を行うことができる。
【００４８】さらに、本実施形態例によれば、従来の光
送受信機５において必須であったレーザダイオード６等
の発光素子や発光用駆動回路12等を省略できる分だけ装
置の小型化および高集積化および低コスト化を図れるこ
とに加え、レーザダイオード６とフォトダイオード８と
を個別に光導波路回路20と調心して光結合を行っていた
従来の光送受信機５と異なり、フォトダイオード８のみ
を光導波路回路20と調心して光結合すればよいために、
この調心および光結合作業も容易に、かつ、短時間で行
うことができる。
【００４９】しかも、フォトダイオード８のモードフィ
ールド径は、レーザダイオード６のモードフィールド径
のように光導波路回路20のコア18のモードフィールド径
と大きく異なることはないために、従来の装置における
レーザダイオード６と光導波路回路20との光結合のよう
に、光結合損失が増大することもなく、その光結合損失
の増大を防止するための反射対策等を施すこともなく、
より一層容易に装置作製を行うことが可能となり、その
分だけより一層装置の低コスト化を図ることができる。
【００５０】さらに、本実施形態例によれば、通信信号
光のフォトダイオード８での反射光に偏波面変調を施す
偏波面変調素子は圧電素子15により形成しており、この
圧電素子15は光導波路回路20の上部クラッド層27ｂ表面
側に下部電極、圧電体、上部電極を順に被着形成するこ
とにより容易に、かつ、精度良く形成することができる
ために、より一層装置作製を容易に行うことが可能であ
り、かつ、精度の高い装置を作製することができる。
【００５１】さらに、本実施形態例によれば、この圧電
素子15の形成に際し、下部電極および上部電極としてＡ
ｕ／Ｃｒの多層膜を用いており、Ａｕの下地としてＣｒ
を蒸着することによりＡｕのガラス密着性を上げること
ができるし、Ａｕの（１１１）面配向を高めることがで
きるし、さらに、このＡｕ／Ｃｒの下部電極にＺｎＯの
圧電体を蒸着により被着形成することによってＺｎＯの
Ｃ軸配向を行うことができる。そして、この圧電素子15
を用いて通信信号光の反射光に偏波面変調を施すことに
より、偏波面変調をより一層精度良く行うことができ
る。
【００５２】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
ることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、
上記実施形態例では、表面が平坦な基板25の上部側に下
部クラッド層27ａ、コア18、上部クラッド層27ｂを順に
形成して光導波路回路20としたが、例えば、図３に示す
ように、凹部28を有する基板25上に下部クラッド層27ａ
を形成し、その上部側にコア層18および上部クラッド層
27ｂを形成して光導波路回路20としてもよい。
【００５３】また、上記実施形態例では、基板25の表面
側に電極パターン19を直接形成し、その電極パターン19
上にフォトダイオード８を実装したが、例えば図３に示
すように、基板25の表面側に、必要に応じて絶縁膜26を
形成し、この絶縁膜26の上部側に電極パターン19を形成
し、電極パターン19上にフォトダイオード８を実装して
もよい。
【００５４】さらに、上記実施形態例では、光導波路回
路20は光基幹通路52と分岐通路53を有し、さらにこの光
基幹通路52と分岐通路53との分岐部に通信光選択透過フ
ィルタ24を設けることにより、光入力ポート33から入射
した通信信号光と非通信光とを分波して通信光を通信光
出力ポート34側に導き、非通信光を非通信光出力ポート
35側に導く光合分波器10を形成したが、光導波路回路20
は、例えば図４に示すように、第１の光導波路７ａと第
２の光導波路７ｂを有するマッハツェンダ干渉計型の回
路としてもよい。
【００５５】なお、このマッハツェンダ干渉計型の回路
は、第１の光導波路７ａと第２の光導波路７ｂとが間隔
を介して並列に配列形成され、これらの第１と第２の光
導波路７ａ，７ｂの途中に第１の光導波路７ａと第２の
光導波路７ｂを近接させて形成した２つの方向性結合器
54を直列に配設し、かつ、これら２つの方向性結合器54
の間に第１の光導波路７ａと第２の光導波路７ｂの長さ
を相対的に違えた移相部を介設して形成されている。そ
して、図４に示す例においては、第２の光導波路７ｂの
入射側が光入力ポート33と成し、その出射側が通信光出
力ポート34と成し、第１の光導波路７ａの出射側が非通
信光出力ポート35と成している。
【００５６】なお、光導波路回路20により構成される光
合分波器10をマッハツェンダ干渉計型の回路とするとき
には、第１と第２の光導波路のいずれか一方側の光導波
路の入射側を光入力ポートと成し、第１と第２の光導波
路のいずれか一方側の光導波路の出射側を通信光出力ポ
ートと成し、他方側の光導波路の出射側を非通信光出力
ポートと成せばよい。
【００５７】さらに、上記実施形態例では、圧電素子15
は、光導波路回路20の上部クラッド層27ｂ表面側に、Ａ
ｕ／Ｃｒの下部電極、ＺｎＯの圧電体、Ａｕ／Ｃｒの上
部電極を順に被着形成して構成したが、圧電素子15の形
成方法や圧電素子15を形成する材質等は特に限定される
ものではなく、適宜設定されるものである。
【００５８】さらに、上記実施形態例では、圧電素子15
によって、通信信号光のフォトダイオード８での反射光
に偏波面変調を施す偏波面変調素子を形成したが、偏波
面変調素子は必ずしも圧電素子15により形成するとは限
らず、通信信号光の反射光に偏波面変調を施すことがで
きる素子であればよい。
【００５９】さらに、上記実施形態例では、基板25はシ
リコン基板としたが、基板25は必ずしもシリコン基板と
するとは限らず、例えば石英ガラス基板により形成する
こともできる。
【００６０】さらに、上記実施形態例では、光導波路回
路20は火炎堆積法と蒸着法と化学気相成長法のいずれか
１つの方法により形成したが、光導波路回路20はこれら
以外の方法により形成してもよい。
【００６１】さらに、上記実施形態例では、送信モード
動作部16は、フォトダイオード８に通信信号光が入力さ
れるときに逆バイアス印加装置13の駆動を素子してフォ
トダイオード８を無バイアス状態にすることによりフォ
トダイオード８の作動を行わないようにしたが、送信モ
ード動作部16は、逆バイアス印加装置13の駆動を阻止し
て逆バイアス印加装置13を順バイアス状態とすることに
よりフォトダイオード８の作動を行わないようにしても
よい。
【００６２】さらに、上記実施形態例では、光導波路回
路20は光合分波器10と成し、例えば波長λ1 の通信信号
光とこの通信信号光とは波長の異なる非通信光（例えば
波長λ2 の映像信号光）を光入力ポート33から入力し、
通信信号光のみを通信光出力ポート34（コア18の出力端
29）から出力してフォトダイオード８に入力し、非通信
光を非通信光出力ポート35から出力する構成としたが、
本発明の双方向通信用光集積回路に設けられる光導波路
回路20は必ずしも光合分波器10とするとは限らない。
【００６３】例えば、光導波路回路20を１本のコア18を
有する回路とし、このコア18を通ってフォトダイオード
８等の半導体受光素子に入力される通信信号光を、受信
モード動作部17の制御によって半導体受光素子により受
光させ、送信モード動作部16の制御によって通信信号光
を光導波路回路20側に反射させると共に、その反射光に
偏波面変調を施して送信光と成し、コア18の入射側に伝
送させるようにしてもよい。
【００６４】ただし、本発明の双方向通信用光集積回路
を例えば図６に示したような加入者系光伝送システムに
適用する際に、上記実施形態例のように、通信信号光と
映像信号光等の非通信光の両方を受信し、通信信号光の
みで通信を行い、映像信号光をビデオ11等の映像信号光
受信装置に導くことができるようにすると、光ファイバ
伝送ケーブル３を利用して通信信号光による通信と映像
信号光による映像信号伝送の両方のサービスを提供する
システムを低コストで構築することができる。
【００６５】
【発明の効果】本発明の双方向通信用光集積回路によれ
ば、光導波路回路の出射端側に接続される半導体受光素
子に通信信号光の反射体を設け、かつ、光導波路回路の
コアの出射端側に偏波面変調素子を設け、通信信号光が
光導波路回路を通って半導体受光素子に入力されるとき
に、受信モード動作部の制御によって通信信号光を半導
体受光素子に受光させると共に、送信モード動作部の動
作によって、通信信号光が半導体受光素子に入力される
ときに半導体受光素子を作動させずに、反射体によって
通信信号光を光導波路回路の出射端側に反射させると共
に、その反射光に対して偏波面変調を施して送信させる
ようにしたものであるから、従来の装置に必須とされて
いたレーザダイオード等の発光素子を用いなくとも双方
向通信を行うことができる。
【００６６】そのため、従来の装置における発光素子を
省略できる分だけ装置の小型や低コスト化ができるばか
りではなく、発光素子を駆動させるための大型の発光用
駆動回路等を省略することも可能となり、より一層装置
の小型化および高集積化、低コスト化を図ることができ
る。
【００６７】さらに、本発明の双方向通信用光集積回路
によれば、発光素子と半導体受光素子の両方を用いて光
集積回路を構成した従来の装置のように、光導波路回路
に対して発光素子と受光素子の両方を個別に調心して光
結合する必要はなく、半導体受光素子のみを光導波路回
路に光接続すればよいために、その調心や光接続の作業
も容易に行うことができる。特に、レーザダイオード等
の発光素子はそのモードフィールド径が光導波路回路の
コアのモードフィールド径と大きく異なることから、調
心操作が大変であり、かつ、光結合損失も大きくなり、
その光結合損失をできるだけ防ぐための反射対策等も必
要としたが、半導体受光素子のモードフィールド径は光
導波路回路のモードフィールド径と大きく異なることは
ないために、その調心作業も容易であり、光結合損失が
大きくなることもなく、半導体受光素子の実装は発光素
子の実装に比べて非常に容易にできる。
【００６８】そのため、本発明の双方向通信用光集積回
路は、光集積回路の実装プロセスも非常に容易であり、
その分だけより一層装置の低コスト化および高精度化を
図ることができる。
【００６９】また、前記光導波路回路は、通信信号光と
該通信信号光とは波長の異なる非通信光とを共に入射す
る光入力ポートと、該光入力ポートから入射する通信信
号光と非通信光のうちの通信信号光を半導体受光素子の
入力側に導く通信光出力ポートと、非通信光を該半導体
受光素子の入力側から外れる方向に導く非通信光出力ポ
ートとを有する光合分波器と成している本発明の双方向
通信用光集積回路によれば、この双方向通信用光集積回
路を光伝送システムに適用したときに、通信信号光を用
いての光通信と非通信光としての例えば映像信号光を用
いての映像提供サービスの両方を、光ファイバ伝送ケー
ブル等を用いて同時に行うことができる高密度な光伝送
システムを構築することができる。
【００７０】さらに、本発明の双方向通信用光集積回路
において、前記光導波路回路により光合分波器を形成す
るときに、光入力ポートと通信光出力ポートとを接続す
る光基幹通路と光基幹通路から分岐した分岐通路を設
け、光基幹通路と分岐通路との分岐部に通信光選択透過
フィルタを設けた回路構成にしたり、第１の光導波路と
第２の光導波路とによりマッハツェンダ干渉計型の回路
を形成することにより、容易に、かつ、精度良く通信信
号光と非通信光との光の合分波を行うことができる光合
分波器を形成することができる。
【００７１】さらに、前記偏波面変調素子を圧電素子に
より形成して本発明の双方向通信用光集積回路を構成す
ることにより、容易に、かつ、精度良く偏波面変調を行
うことができる偏波面変調素子を形成することができ
る。
【００７２】さらに、前記圧電素子は、上部クラッド層
表面側に下部電極、圧電体、上部電極を順に被着形成し
て構成されている本発明の双方向通信用光集積回路によ
れば、圧電素子を容易に、かつ、精度良く形成し、それ
により、圧電素子によって行われる偏波面変調動作をよ
り一層精度良く行うことができる。
【００７３】さらに、前記基板はシリコン基板又は石英
ガラス基板により形成されており、光導波路回路は火炎
堆積法と蒸着法と化学気相成長法のいずれか１つの方法
により形成されている本発明の双方向通信用光集積回路
によれば、光導波路回路の形成を容易に、かつ、精度良
く行うことができる。
【００７４】さらに、前記半導体受光素子には逆バイア
ス電圧印加用の逆バイアス印加装置が設けられており、
受信モード動作部は該半導体受光素子への通信信号光入
力時にこの逆バイアス印加装置を駆動する構成と成し、
送信モード動作部は半導体受光素子への通信信号光入力
時に前記逆バイアス印加装置の逆バイアス印加駆動を阻
止して無バイアス又は順バイアス状態にすることにより
該半導体受光素子に入力された通信信号光を該半導体受
光素子の入力側から反射体側に透過させる構成とした本
発明の双方向通信用光集積回路によれば、半導体受光素
子に設けた逆バイアス印加装置を制御することにより、
受信モード動作部による通信信号光の受信制御と送信モ
ード動作部による通信信号光の送信制御を容易に行うこ
とができる。
【００７５】さらに、本発明の双方向通信用光集積回路
の作製方法によれば、基板上の半導体受光素子配設領域
を除く領域に光導波路回路を形成した後に半導体受光素
子配設領域の表面側の電極パターンに半導体受光素子を
実装し、容易に、かつ、精度良く光導波路回路のコアの
出射端側に半導体受光素子を光接続することが可能とな
り、容易に、かつ、精度良く双方向通信用光集積回路を
作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る双方向通信用光集積回路の一実施
形態例の要部構成を示すブロック図である。
【図２】上記実施形態例の光集積回路を用いた光送受信
機の装置構成の一例を示す構成図である。
【図３】本発明に係る双方向通信用光集積回路の他の実
施形態例の装置構成例を示す説明図である。
【図４】本発明に係る双方向通信用光集積回路のさらに
他の実施形態例の装置構成例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る双方向通信用光集積回路の実施形
態例に用いられるフォトダイオードの構成例を示す説明
図である。
【図６】光加入者系の光伝送システムの一例を示す説明
図である。
【図７】従来の光送受信機の構成例をブロック図により
示す説明図である。
【図８】従来の光送受信機の装置構成例を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
８ フォトダイオード 10 光合分波器 13 逆バイアス印加装置 15 圧電素子 16 送信モード動作部 17 受信モード動作部 20 光導波路回路 24 通信光選択透過フィルタ 30 高反射コーティング膜

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に下部クラッド層とコアと上部ク
    ラッド層とを順に形成した光導波路回路が設けられ、該
    光導波路回路のコアの出射端側には半導体受光素子が接
    続されている光集積回路であって、前記光導波路回路の
    コアの出射端側にはその上部側の上部クラッド層表面側
    に偏波面変調素子が形成されており、前記半導体受光素
    子には通信信号光の反射体と、通信信号光が前記光導波
    路回路を通って半導体受光素子に入力されるときに受信
    の同期タイミングに合わせて該半導体受光素子を作動さ
    せて通信信号光を半導体受光素子に受信させる受信モー
    ド動作部と、通信信号光が半導体受光素子に入力される
    ときに該半導体受光素子を作動させずに前記反射体によ
    って通信信号光を前記光導波路回路の出射端側に反射さ
    せると共に該通信信号光の反射光に対して前記偏波面変
    調素子によって偏波面変調を施し、該偏波面変調光を送
    信光と成して前記光導波路回路のコアの入射側に伝送さ
    せる送信モード動作部が設けられていることを特徴とす
    る双方向通信用光集積回路。
  2. 【請求項２】 光導波路回路は、通信信号光と該通信信
    号光とは波長の異なる非通信光とを共に入射する光入力
    ポートと、該光入力ポートから入射する通信信号光と非
    通信光のうちの通信信号光を半導体受光素子の入力側に
    導く通信光出力ポートと、非通信光を該半導体受光素子
    の入力側から外れる方向に導く非通信光出力ポートとを
    有する光合分波器と成していることを特徴とする請求項
    １記載の双方向通信用光集積回路。
  3. 【請求項３】 光導波路回路は光入力ポートと通信光出
    力ポートとを接続する光基幹通路を有し、該光基幹通路
    から分岐した分岐通路の出射端側に非通信光出力ポート
    が設けられており、該光基幹通路と分岐通路との分岐部
    には前記光入力ポートから入射される通信信号光を前記
    通信光出力ポート側に透過させ、通信信号光の半導体受
    光素子による反射光を前記光入力ポート側に透過させ、
    前記光入力ポートから入射される非通信光を前記分岐通
    路側に反射する通信光選択透過フィルタが設けられてい
    ることを特徴とする請求項２記載の双方向通信用光集積
    回路。
  4. 【請求項４】 光導波路回路は第１の光導波路と第２の
    光導波路とを有しており、第１の光導波路と第２の光導
    波路とが間隔を介して並列に配列形成されており、これ
    らの第１と第２の光導波路の途中には該第１の光導波路
    と第２の光導波路を近接させて形成した２つの方向性結
    合器が直列に配設されてこれら２つの方向性結合器の間
    に第１の光導波路と第２の光導波路の長さを相対的に違
    えた移相部が介設されているマッハツェンダ干渉計型の
    回路と成しており、前記第１と第２の光導波路のいずれ
    か一方側の光導波路の入射側が光入力ポートと成し、該
    第１と第２の光導波路のいずれか一方側の光導波路の出
    射側が通信光出力ポートと成し、他方側の光導波路の出
    射側が非通信光出力ポートと成している請求項２記載の
    双方向通信用光集積回路。
  5. 【請求項５】 偏波面変調素子は圧電素子により形成さ
    れていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいず
    れか１つに記載の双方向通信用光集積回路。
  6. 【請求項６】 圧電素子は、上部クラッド層表面側に下
    部電極、圧電体、上部電極を順に被着形成して構成され
    ていることを特徴とする請求項５記載の双方向通信用光
    集積回路。
  7. 【請求項７】 基板はシリコン基板又は石英ガラス基板
    により形成されており、光導波路回路は火炎堆積法と蒸
    着法と化学気相成長法のいずれか１つの方法により形成
    されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のい
    ずれか１つに記載の双方向通信用光集積回路。
  8. 【請求項８】 半導体受光素子には逆バイアス電圧印加
    用の逆バイアス印加装置が設けられており、受信モード
    動作部は該半導体受光素子への通信信号光入力時にこの
    逆バイアス印加装置を駆動する構成と成し、送信モード
    動作部は半導体受光素子への通信信号光入力時に前記逆
    バイアス印加装置の逆バイアス印加駆動を阻止して無バ
    イアス又は順バイアス状態にすることにより該半導体受
    光素子に入力された通信信号光を該半導体受光素子の入
    力側から反射体側に透過させる構成としたことを特徴と
    する請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の双方
    向通信用光集積回路。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至請求項８のいずれか１つに
    記載の双方向通信用光集積回路の作製方法であって、基
    板上の半導体受光素子配設領域を除く領域に光導波路回
    路を形成し、該基板の半導体受光素子配設領域の表面側
    に電極パターンを被着形成した後、該電極パターン上に
    半導体受光素子を実装して該半導体受光素子を前記光導
    波路回路のコアの出射端側に光接続することを特徴とす
    る双方向通信用光集積回路の作製方法。
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