JPH11211924A - 波長多重通信用光回路 - Google Patents
波長多重通信用光回路Info
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- JPH11211924A JPH11211924A JP10009755A JP975598A JPH11211924A JP H11211924 A JPH11211924 A JP H11211924A JP 10009755 A JP10009755 A JP 10009755A JP 975598 A JP975598 A JP 975598A JP H11211924 A JPH11211924 A JP H11211924A
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- semiconductor laser
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱クロストークやモードホッピングを低減
し、発振波長が安定した多波長レーザ光源を提供する。
また、バルクの光学部品を用いることなく、半導体レー
ザチップを平面石英系光導波路にハイブリッド集積した
小型の波長多重通信用光回路を提供する。 【解決手段】 テラス部2とエッチング部3を有するシ
リコン基板1を用いて、テラス部2には、複数の単一縦
モード分布帰還型半導体レーザチップ20を搭載し、エ
ッチング部3には、スポットサイズ変換器150と電界
吸収型半導体光変調器160を内蔵した複数の単一縦モ
ード半導体レーザチップ20bからの出射光を伝播させ
る複数のコア5と、多モード干渉型光合流器200と、
1以上の出力用石英系光導波路220と、を備えてい
る。
し、発振波長が安定した多波長レーザ光源を提供する。
また、バルクの光学部品を用いることなく、半導体レー
ザチップを平面石英系光導波路にハイブリッド集積した
小型の波長多重通信用光回路を提供する。 【解決手段】 テラス部2とエッチング部3を有するシ
リコン基板1を用いて、テラス部2には、複数の単一縦
モード分布帰還型半導体レーザチップ20を搭載し、エ
ッチング部3には、スポットサイズ変換器150と電界
吸収型半導体光変調器160を内蔵した複数の単一縦モ
ード半導体レーザチップ20bからの出射光を伝播させ
る複数のコア5と、多モード干渉型光合流器200と、
1以上の出力用石英系光導波路220と、を備えてい
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長多重通信用光
回路に関し、特に、石英系光導波路や石英系光結合器を
有する光集積回路基板上に、半導体レーザチップを搭載
したハイブリッド光回路に関する。
回路に関し、特に、石英系光導波路や石英系光結合器を
有する光集積回路基板上に、半導体レーザチップを搭載
したハイブリッド光回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、1本の光ファイバで複数の異なる
波長の光信号を伝送する波長多重通信を行うため、モノ
リシック集積技術やハイブリッド集積技術を適宜応用し
た多波長光送信器が開発されてきた。
波長の光信号を伝送する波長多重通信を行うため、モノ
リシック集積技術やハイブリッド集積技術を適宜応用し
た多波長光送信器が開発されてきた。
【0003】モノリシック集積技術を応用したものに
は、たとえば、インジウムリン等の化合物半導体基板上
に多数の分布帰還型半導体レーザをアレイ化した多波長
光送信器がある。この分布帰還型半導体レーザアレイで
は、各半導体レーザのガイド層のグレーティング周期を
変化させるだけで、レーザ発振波長を変化させることが
できる。また、分布帰還型半導体レーザアレイは、活性
層の長さが数百μmと短かく、構造も簡単であるので、
多波長光送信器を小型化できる。
は、たとえば、インジウムリン等の化合物半導体基板上
に多数の分布帰還型半導体レーザをアレイ化した多波長
光送信器がある。この分布帰還型半導体レーザアレイで
は、各半導体レーザのガイド層のグレーティング周期を
変化させるだけで、レーザ発振波長を変化させることが
できる。また、分布帰還型半導体レーザアレイは、活性
層の長さが数百μmと短かく、構造も簡単であるので、
多波長光送信器を小型化できる。
【0004】一方、ハイブリッド集積技術を応用したも
のには、石英系光導波路を形成したシリコン基板上に、
半導体レーザチップを搭載した波長多重通信用光回路が
ある。 図11は従来の波長多重通信用光回路の斜視図
である(1996年電子情報通信学会エレクトロニクス
ソサイエティ大会講演予稿集303項:C−303:石
英系導波路に作製したUV誘起グレーティングとスポッ
トサイズ変換LDを用いたハイブリッド集積レーザ)。
図11を参照すると、シリコン基板を部分的にエッチン
グして成るエッチング部に、1本の石英系光導波路が、
火炎加水分解堆積法を基本として形成されている。さら
に、石英系光導波路には、紫外光の干渉露光により光誘
起グレーティング反射器が形成されている。また、上記
エッチング部以外のテラス部には1個のファブリ・ペロ
ー半導体レーザチップが搭載されている。そして、光誘
起グレーティング反射器は、ファブリ・ペロー型半導体
レーザチップの外部共振器として機能している。なお、
このようなシステムにおいては、レーザ発振波長は光誘
起グレーティング反射器のグレーティング周期によって
定まる。
のには、石英系光導波路を形成したシリコン基板上に、
半導体レーザチップを搭載した波長多重通信用光回路が
ある。 図11は従来の波長多重通信用光回路の斜視図
である(1996年電子情報通信学会エレクトロニクス
ソサイエティ大会講演予稿集303項:C−303:石
英系導波路に作製したUV誘起グレーティングとスポッ
トサイズ変換LDを用いたハイブリッド集積レーザ)。
図11を参照すると、シリコン基板を部分的にエッチン
グして成るエッチング部に、1本の石英系光導波路が、
火炎加水分解堆積法を基本として形成されている。さら
に、石英系光導波路には、紫外光の干渉露光により光誘
起グレーティング反射器が形成されている。また、上記
エッチング部以外のテラス部には1個のファブリ・ペロ
ー半導体レーザチップが搭載されている。そして、光誘
起グレーティング反射器は、ファブリ・ペロー型半導体
レーザチップの外部共振器として機能している。なお、
このようなシステムにおいては、レーザ発振波長は光誘
起グレーティング反射器のグレーティング周期によって
定まる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したモノ
リシック型半導体レーザアレイの場合、半導体レーザの
発熱のため、隣接する半導体レーザのガイド層の屈折率
が変化し、熱光学効果により、発振波長が長波長側にシ
フトする。このような熱クロストークに起因する波長変
動や電気的クロストークに起因する信号/雑音比の劣化
のため、通信の波長多重度を上げるには限界があった。
リシック型半導体レーザアレイの場合、半導体レーザの
発熱のため、隣接する半導体レーザのガイド層の屈折率
が変化し、熱光学効果により、発振波長が長波長側にシ
フトする。このような熱クロストークに起因する波長変
動や電気的クロストークに起因する信号/雑音比の劣化
のため、通信の波長多重度を上げるには限界があった。
【0006】また、図11に示したハイブリッド波長多
重通信用光回路の場合、ファブリ・ペロー型半導体レー
ザチップ20f及び光誘起グレーティング反射器7のそ
れぞれの屈折率温度係数が異なるため、レーザ発振波長
が不連続に変化するモードホッピングが発生しやすい欠
点があった。
重通信用光回路の場合、ファブリ・ペロー型半導体レー
ザチップ20f及び光誘起グレーティング反射器7のそ
れぞれの屈折率温度係数が異なるため、レーザ発振波長
が不連続に変化するモードホッピングが発生しやすい欠
点があった。
【0007】また、図11に示したハイブリッド波長多
重通信用光回路では、光合流器や光合波器等の光結合器
を備えていなかったために、光結合器を外付けしなけれ
ばならず、そのための光軸調整等に手間がかかり、また
装置全体が大型になっていた。
重通信用光回路では、光合流器や光合波器等の光結合器
を備えていなかったために、光結合器を外付けしなけれ
ばならず、そのための光軸調整等に手間がかかり、また
装置全体が大型になっていた。
【0008】そこで、本発明は、上述した熱クロストー
クやモードホッピングを低減し、発振波長が安定した多
波長レーザ光源を提供することを課題としている。ま
た、本発明は、バルクの光学部品を用いることなく、半
導体レーザチップを平面石英系光導波路にハイブリッド
集積した小型の波長多重通信用光回路を提供することを
課題としている。
クやモードホッピングを低減し、発振波長が安定した多
波長レーザ光源を提供することを課題としている。ま
た、本発明は、バルクの光学部品を用いることなく、半
導体レーザチップを平面石英系光導波路にハイブリッド
集積した小型の波長多重通信用光回路を提供することを
課題としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項1の波長多重通信用光回路は、テラス部とエ
ッチング部を有するシリコン基板上に形成した波長多重
通信用光回路であって、前記テラス部には、複数の単一
縦モード半導体レーザチップを備え、前記エッチング部
には、前記複数の単一縦モード半導体レーザチップから
の出射光を伝播させる複数の入力用石英系光導波路を備
えている。
め、請求項1の波長多重通信用光回路は、テラス部とエ
ッチング部を有するシリコン基板上に形成した波長多重
通信用光回路であって、前記テラス部には、複数の単一
縦モード半導体レーザチップを備え、前記エッチング部
には、前記複数の単一縦モード半導体レーザチップから
の出射光を伝播させる複数の入力用石英系光導波路を備
えている。
【0010】また、請求項2の波長多重通信用光回路
は、その単一縦モード半導体レーザチップとして、分布
帰還型半導体レーザチップを搭載している。また、請求
項3の波長多重通信用光回路は その単一縦モード半導
体レーザチップの活性層にスポットサイズ変換器を内蔵
している。
は、その単一縦モード半導体レーザチップとして、分布
帰還型半導体レーザチップを搭載している。また、請求
項3の波長多重通信用光回路は その単一縦モード半導
体レーザチップの活性層にスポットサイズ変換器を内蔵
している。
【0011】また、請求項4の波長多重通信用光回路
は、その単一縦モード半導体レーザチップに電界吸収型
変調器を内蔵している。また、請求項5の波長多重通信
用光回路においては、単一縦モード半導体レーザチップ
配設位置における前記シリコン基板の前記テラス部の厚
さを、隣接する単一縦モード半導体レーザチップの活性
層間の距離以下にしてある。
は、その単一縦モード半導体レーザチップに電界吸収型
変調器を内蔵している。また、請求項5の波長多重通信
用光回路においては、単一縦モード半導体レーザチップ
配設位置における前記シリコン基板の前記テラス部の厚
さを、隣接する単一縦モード半導体レーザチップの活性
層間の距離以下にしてある。
【0012】また、請求項6の波長多重通信用光回路に
おいては、シリコン基板のエッチング部に、前記複数の
入力用石英系光導波路からの出射光を結合させる石英系
光結合器と前記石英系光結合器の出射光を伝播させる1
以上の出力用石英系光導波路と、を備えている。
おいては、シリコン基板のエッチング部に、前記複数の
入力用石英系光導波路からの出射光を結合させる石英系
光結合器と前記石英系光結合器の出射光を伝播させる1
以上の出力用石英系光導波路と、を備えている。
【0013】また、請求項7の波長多重通信用光回路
は、その石英系光結合器として多モード干渉型光合流器
を備えている。また、請求項8の波長多重通信用光回路
は、その石英系光結合器としてスラブ導波路スターカプ
ラ型光合流器を備えている。
は、その石英系光結合器として多モード干渉型光合流器
を備えている。また、請求項8の波長多重通信用光回路
は、その石英系光結合器としてスラブ導波路スターカプ
ラ型光合流器を備えている。
【0014】また、請求項9の波長多重通信用光回路
は、その石英系光結合器としてアレイ導波路格子光合波
器を備えている。
は、その石英系光結合器としてアレイ導波路格子光合波
器を備えている。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照しつつ説明する。まず、図1は本発明の波長多重通信
用光回路の分解斜視図である。
照しつつ説明する。まず、図1は本発明の波長多重通信
用光回路の分解斜視図である。
【0016】本発明の波長多重通信用光回路は、シリコ
ン基板1のエッチング部3に下部クラッド層4とコア5
と上部クラッド層6からなる光回路を形成し、さらに、
シリコン基板1のエッチング部3以外の部分であるテラ
ス部2の複数のレーザ搭載部30に、それぞれ半導体レ
ーザチップ20を搭載している。また、それぞれの半導
体レーザチップ20の図示しない電極は、それぞれのレ
ーザ搭載部30に設けた外部電極10,12,及び必要
な場合は14に電気接続される。さらに、シリコン基板
1を冷却器60により冷却することにより、複数の半導
体レーザチップ20を冷却している。このような構成に
より、各々発振波長の異なる複数の半導体レーザチップ
20からの出射光は、各々独立のチャンネルとして電気
信号で強度変調され、各々の入力用石英系光導波路70
中のコア5をそれぞれ伝播して、図示しない石英系光結
合器(光合流器または光合波器)で結合され、図示しな
い出力用石英系光導波路を介して、出力用石英系光導波
路の図示しない出射端から、図示しない光ファイバに向
けて、1本のビームとなって入射する。
ン基板1のエッチング部3に下部クラッド層4とコア5
と上部クラッド層6からなる光回路を形成し、さらに、
シリコン基板1のエッチング部3以外の部分であるテラ
ス部2の複数のレーザ搭載部30に、それぞれ半導体レ
ーザチップ20を搭載している。また、それぞれの半導
体レーザチップ20の図示しない電極は、それぞれのレ
ーザ搭載部30に設けた外部電極10,12,及び必要
な場合は14に電気接続される。さらに、シリコン基板
1を冷却器60により冷却することにより、複数の半導
体レーザチップ20を冷却している。このような構成に
より、各々発振波長の異なる複数の半導体レーザチップ
20からの出射光は、各々独立のチャンネルとして電気
信号で強度変調され、各々の入力用石英系光導波路70
中のコア5をそれぞれ伝播して、図示しない石英系光結
合器(光合流器または光合波器)で結合され、図示しな
い出力用石英系光導波路を介して、出力用石英系光導波
路の図示しない出射端から、図示しない光ファイバに向
けて、1本のビームとなって入射する。
【0017】そこで、以下、図1に示す本発明の各構成
要素について説明する。シリコン基板1のエッチング部
3には光回路が形成されている。このようにエッチング
部3に光回路を設けると、光回路のコア5の高さを調節
することができるため、半導体レーザチップ20の活性
層との位置合わせが容易となる。
要素について説明する。シリコン基板1のエッチング部
3には光回路が形成されている。このようにエッチング
部3に光回路を設けると、光回路のコア5の高さを調節
することができるため、半導体レーザチップ20の活性
層との位置合わせが容易となる。
【0018】光回路の下部クラッド層4とコア5と上部
クラッド層6は酸化シリコン−酸化ゲルマニウム系等の
ガラスを火炎加水分解堆積法で積層したものである。そ
して、コア5を反応性イオンエッチングを中心としたフ
ォトリソグラフィ工程で微細加工して、入力用石英系光
導波路70、図示しない出力用石英系光導波路、および
図示しない石英系光結合器(光合流器または光合波器)
を形成する。なお、図1には、入力用光導波路70の入
射端面のみが図示されている。
クラッド層6は酸化シリコン−酸化ゲルマニウム系等の
ガラスを火炎加水分解堆積法で積層したものである。そ
して、コア5を反応性イオンエッチングを中心としたフ
ォトリソグラフィ工程で微細加工して、入力用石英系光
導波路70、図示しない出力用石英系光導波路、および
図示しない石英系光結合器(光合流器または光合波器)
を形成する。なお、図1には、入力用光導波路70の入
射端面のみが図示されている。
【0019】光回路の内の入力用石英系光導波路70の
入射端面はレーザ光軸に対して斜めになるようエッチン
グが施されている。このエッチング角度は、入射用石英
系光導波路の端面で屈折するレーザ光の屈折方向が入射
用石英系光導波路の光軸に一致する角度とする。同様
に、出力用石英系光導波路の図示しない出射端には斜め
研磨が施されている。これらの斜めエッチングおよび斜
め研磨により、半導体レーザチップへの戻り光をなくす
るようにしている。
入射端面はレーザ光軸に対して斜めになるようエッチン
グが施されている。このエッチング角度は、入射用石英
系光導波路の端面で屈折するレーザ光の屈折方向が入射
用石英系光導波路の光軸に一致する角度とする。同様
に、出力用石英系光導波路の図示しない出射端には斜め
研磨が施されている。これらの斜めエッチングおよび斜
め研磨により、半導体レーザチップへの戻り光をなくす
るようにしている。
【0020】シリコン基板1のエッチング部3以外の部
分であるテラス部2には、それぞれ半導体レーザチップ
20を搭載するレーザ搭載部30が複数設けられてい
る。これらのレーザ搭載部30は、テラス部2の表面の
酸化シリコン層をエッチングして形成されており、その
表面にシリコン層を露出させている。これは、半導体レ
ーザチップ20の底面をシリコン基板1に接触させるこ
とにより、シリコンの高熱伝導性を利用して、半導体レ
ーザチップ20からの放熱を向上させるためである。
分であるテラス部2には、それぞれ半導体レーザチップ
20を搭載するレーザ搭載部30が複数設けられてい
る。これらのレーザ搭載部30は、テラス部2の表面の
酸化シリコン層をエッチングして形成されており、その
表面にシリコン層を露出させている。これは、半導体レ
ーザチップ20の底面をシリコン基板1に接触させるこ
とにより、シリコンの高熱伝導性を利用して、半導体レ
ーザチップ20からの放熱を向上させるためである。
【0021】さらに、レーザ搭載部30の底面には、半
導体レーザチップ20の図示しない基板側電極にワイア
ボンディングされる外部電極10および半導体レーザチ
ップ20の図示しない電流注入電極に接続される外部電
極12と,必要な場合には、半導体レーザチップ20の
図示しない電界吸収型半導体光変調器用電極に接続され
る外部電極14が形成されている。外部電極10の材料
には、たとえば、金等が好適である。また、外部電極1
2,14の材料は、たとえば、半導体レーザチップ20
の図示しない電流注入電極や図示しない電界吸収型半導
体光変調器用電極が金であるときは、金より融点が低
く、電流注入電極材料である金と合金化しやすい金錫ハ
ンダ等が好適である。
導体レーザチップ20の図示しない基板側電極にワイア
ボンディングされる外部電極10および半導体レーザチ
ップ20の図示しない電流注入電極に接続される外部電
極12と,必要な場合には、半導体レーザチップ20の
図示しない電界吸収型半導体光変調器用電極に接続され
る外部電極14が形成されている。外部電極10の材料
には、たとえば、金等が好適である。また、外部電極1
2,14の材料は、たとえば、半導体レーザチップ20
の図示しない電流注入電極や図示しない電界吸収型半導
体光変調器用電極が金であるときは、金より融点が低
く、電流注入電極材料である金と合金化しやすい金錫ハ
ンダ等が好適である。
【0022】なお、これらの電気配線は、数Gb/s以
上の高速データ通信の場合には、マイクロ波を効率的に
印加できるように、電極長を短くし、マイクロ波損失の
小さいコプレーナ線路やマイクロストリップ線路とす
る。
上の高速データ通信の場合には、マイクロ波を効率的に
印加できるように、電極長を短くし、マイクロ波損失の
小さいコプレーナ線路やマイクロストリップ線路とす
る。
【0023】半導体レーザチップ20をレーザ搭載部3
0に搭載するには、レーザ搭載部30上にフォトエッチ
ングで作成したマーカ19aと、半導体レーザチップ2
0の底面の図示しないマーカとを、赤外線カメラで透視
しつつ位置合わせした後、シリコン基板1を加熱して外
部電極12,14をリフローさせ、半導体レーザチップ
20をシリコン基板1に固定する。なお、半導体レーザ
チップ20の図示しない基板側電極は、図示しない金線
で外部電極10にワイアボンディングされる。
0に搭載するには、レーザ搭載部30上にフォトエッチ
ングで作成したマーカ19aと、半導体レーザチップ2
0の底面の図示しないマーカとを、赤外線カメラで透視
しつつ位置合わせした後、シリコン基板1を加熱して外
部電極12,14をリフローさせ、半導体レーザチップ
20をシリコン基板1に固定する。なお、半導体レーザ
チップ20の図示しない基板側電極は、図示しない金線
で外部電極10にワイアボンディングされる。
【0024】複数の半導体レーザチップ20を搭載した
シリコン基板1の背面はペルチェ冷却器等の冷却器60
で冷却する。本発明では、シリコン基板のテラス部の厚
さを隣接する半導体レーザチップの活性層間の距離以下
にして、強制的に、シリコン基板の板厚方向に温度勾配
を作っている。従って、シリコン基板1の基板面方向の
熱流が抑制される。なお、シリコン基板1が薄ければ薄
い程、基板面方向の熱流を抑制する効果が大きい。
シリコン基板1の背面はペルチェ冷却器等の冷却器60
で冷却する。本発明では、シリコン基板のテラス部の厚
さを隣接する半導体レーザチップの活性層間の距離以下
にして、強制的に、シリコン基板の板厚方向に温度勾配
を作っている。従って、シリコン基板1の基板面方向の
熱流が抑制される。なお、シリコン基板1が薄ければ薄
い程、基板面方向の熱流を抑制する効果が大きい。
【0025】以上、図1を参照して本発明の各構成要素
について説明した。次に、図2乃至図3を参照して本発
明に好適な半導体レーザチップについて説明する。な
お、以下説明する半導体レーザチップはすべて単一縦モ
ードの半導体レーザチップである。すなわち、波長多重
方式で光通信を行うためには、多モード発振レーザのよ
うに発振波長分布幅が広がっていてはならず、所定の単
一波長のみで発振する単一縦モードの半導体レーザを採
用する必要があるからである。
について説明した。次に、図2乃至図3を参照して本発
明に好適な半導体レーザチップについて説明する。な
お、以下説明する半導体レーザチップはすべて単一縦モ
ードの半導体レーザチップである。すなわち、波長多重
方式で光通信を行うためには、多モード発振レーザのよ
うに発振波長分布幅が広がっていてはならず、所定の単
一波長のみで発振する単一縦モードの半導体レーザを採
用する必要があるからである。
【0026】図2はスポットサイズ変換器150を内蔵
した単一縦モード半導体レーザチップ20aの断面図で
ある。本発明に好適なレーザには、分布帰還型レーザ、
ブラッグ反射器付きレーザ、超構造グレーティングレー
ザ等がある。この中でも、分布帰還型レーザは、活性層
15の長さが数百μmと短く、構造が簡単であるため、
ハイブリッド集積するのに好適である。
した単一縦モード半導体レーザチップ20aの断面図で
ある。本発明に好適なレーザには、分布帰還型レーザ、
ブラッグ反射器付きレーザ、超構造グレーティングレー
ザ等がある。この中でも、分布帰還型レーザは、活性層
15の長さが数百μmと短く、構造が簡単であるため、
ハイブリッド集積するのに好適である。
【0027】なお、これらのレーザの発振波長は、それ
ぞれのグレーティングにより決定される。図2を参照す
ると、シリコン基板のエッチング部3上に下部クラッド
層4とコア5と上部クラッド層6からなる入力用光導波
路70が形成されている。また、シリコン基板のテラス
部2に半導体レーザチップ20aが搭載されている。そ
して、半導体レーザチップ20aの基板側電極11が外
部電極10にワイアボンディングされ、半導体レーザチ
ップ20aの電流注入電極16が金錫ハンダの外部電極
12にリフロー接着されている。なお、マーカパターン
19a、19bは、半導体レーザチップ20aの位置合
わせ・光軸合わせのために用いている。
ぞれのグレーティングにより決定される。図2を参照す
ると、シリコン基板のエッチング部3上に下部クラッド
層4とコア5と上部クラッド層6からなる入力用光導波
路70が形成されている。また、シリコン基板のテラス
部2に半導体レーザチップ20aが搭載されている。そ
して、半導体レーザチップ20aの基板側電極11が外
部電極10にワイアボンディングされ、半導体レーザチ
ップ20aの電流注入電極16が金錫ハンダの外部電極
12にリフロー接着されている。なお、マーカパターン
19a、19bは、半導体レーザチップ20aの位置合
わせ・光軸合わせのために用いている。
【0028】この半導体レーザチップ20aは、膜厚方
向にテーパ状をなす導波路であるスポットサイズ変換器
150を活性層15にバット・ジョイントした構造を有
している。このスポットサイズ変換器150を用いれ
ば、レーザ光のスポットサイズが、水平方向に4μm程
度、垂直方向に3μm程度となるので、入力用石英系光
導波路70に50%以上の高効率で光ビームを入射する
ことができる。
向にテーパ状をなす導波路であるスポットサイズ変換器
150を活性層15にバット・ジョイントした構造を有
している。このスポットサイズ変換器150を用いれ
ば、レーザ光のスポットサイズが、水平方向に4μm程
度、垂直方向に3μm程度となるので、入力用石英系光
導波路70に50%以上の高効率で光ビームを入射する
ことができる。
【0029】また、図3はスポットサイズ変換器150
と電界吸収型半導体光変調器160とを内蔵した単一縦
モード半導体レーザチップ20bの断面図である。この
半導体レーザチップ20bは、電界吸収型半導体光変調
器160を内蔵した点を除けば、図2に示した半導体レ
ーザチップ2 0a と同じである。
と電界吸収型半導体光変調器160とを内蔵した単一縦
モード半導体レーザチップ20bの断面図である。この
半導体レーザチップ20bは、電界吸収型半導体光変調
器160を内蔵した点を除けば、図2に示した半導体レ
ーザチップ2 0a と同じである。
【0030】図3を参照すると、シリコン基板のエッチ
ング部3上に下部クラッド層4とコア5と上部クラッド
層6からなる入力用光導波路70が形成されている。そ
して、シリコン基板のテラス部2に半導体レーザチップ
20bが搭載され、半導体レーザチップ20bの基板側
電極11が外部電極10にワイアボンディングされ、半
導体レーザチップ20bの電流注入電極16が金錫の外
部電極12にリフロー接着されている。さらに、半導体
レーザチップ20bの電界吸収型半導体光変調器用電極
17が外部電極14にリフロー接着されている。なお、
マーカパターン19a、19bは、半導体レーザチップ
20bの位置合わせ・光軸合わせのために用いている。
ング部3上に下部クラッド層4とコア5と上部クラッド
層6からなる入力用光導波路70が形成されている。そ
して、シリコン基板のテラス部2に半導体レーザチップ
20bが搭載され、半導体レーザチップ20bの基板側
電極11が外部電極10にワイアボンディングされ、半
導体レーザチップ20bの電流注入電極16が金錫の外
部電極12にリフロー接着されている。さらに、半導体
レーザチップ20bの電界吸収型半導体光変調器用電極
17が外部電極14にリフロー接着されている。なお、
マーカパターン19a、19bは、半導体レーザチップ
20bの位置合わせ・光軸合わせのために用いている。
【0031】この半導体レーザチップ20bは、膜厚方
向にテーパ状をなす導波路であるスポットサイズ変換器
150を活性層15にバット・ジョイントした構造を有
し、さらに、光吸収層160を有している。
向にテーパ状をなす導波路であるスポットサイズ変換器
150を活性層15にバット・ジョイントした構造を有
し、さらに、光吸収層160を有している。
【0032】電界吸収型半導体光変調器160は光吸収
層であり、電極17に印加する電圧に応じて吸収端波長
が長波長側にシフトすることを利用してレーザ光を変調
するものである。
層であり、電極17に印加する電圧に応じて吸収端波長
が長波長側にシフトすることを利用してレーザ光を変調
するものである。
【0033】単一縦モード分布帰還型レーザの緩和周波
数は、通常3GHz程度であるため注入電流を直接変調
してもこれ以上の高周波を変調することはできない。し
かし、電界吸収型半導体光変調器160を用いれば、緩
和周波数以上の高周波を変調することができ、10GH
z以上の高速変調が可能になる。
数は、通常3GHz程度であるため注入電流を直接変調
してもこれ以上の高周波を変調することはできない。し
かし、電界吸収型半導体光変調器160を用いれば、緩
和周波数以上の高周波を変調することができ、10GH
z以上の高速変調が可能になる。
【0034】次に、図4乃至図6を参照して、本発明に
好適な光回路について説明する。図4は、多モード干渉
型光合流器200を有する光回路のコア5の斜視図であ
る。この光回路では、複数の入力用石英系光導波路70
中のコア5からの各波長のレーザビームは多モード干渉
型光合流器200中で合流し出力用石英系光導波路22
0から1本のビームとなって出射するようになってい
る。
好適な光回路について説明する。図4は、多モード干渉
型光合流器200を有する光回路のコア5の斜視図であ
る。この光回路では、複数の入力用石英系光導波路70
中のコア5からの各波長のレーザビームは多モード干渉
型光合流器200中で合流し出力用石英系光導波路22
0から1本のビームとなって出射するようになってい
る。
【0035】ここに、多モード干渉型光合流器200
は、コア5をフォトエッチングして、矩形に形成したも
のである。多モード干渉型光合流器200は、矩形のス
ラブ領域において、複数の導波モード間の干渉による多
重イメージ投影を利用して光を合流させている。
は、コア5をフォトエッチングして、矩形に形成したも
のである。多モード干渉型光合流器200は、矩形のス
ラブ領域において、複数の導波モード間の干渉による多
重イメージ投影を利用して光を合流させている。
【0036】この多モード干渉型光合流器200は、波
長依存性を持たず、寸法誤差等の許容度が大きいので、
作製が容易である。しかし、入力用石英系光導波路21
0のチャンネル数がNの時、合流損のため光信号強度が
1/Nに減衰するために、比較的チャンネル数の少ない
波長多重通信に適する。
長依存性を持たず、寸法誤差等の許容度が大きいので、
作製が容易である。しかし、入力用石英系光導波路21
0のチャンネル数がNの時、合流損のため光信号強度が
1/Nに減衰するために、比較的チャンネル数の少ない
波長多重通信に適する。
【0037】なお、多モード干渉型光合流器200に入
射した光の一部は放射モードとなって、クラッド層を伝
播する。そこで、出力用石英系光導波路220には曲が
り導波路を採用することにより、この放射モードの光が
図示しない光ファイバに入射しないようにして、図示し
ない光ファイバの光軸調整を容易にしている。
射した光の一部は放射モードとなって、クラッド層を伝
播する。そこで、出力用石英系光導波路220には曲が
り導波路を採用することにより、この放射モードの光が
図示しない光ファイバに入射しないようにして、図示し
ない光ファイバの光軸調整を容易にしている。
【0038】図5はスラブ導波路スターカプラ型光合流
器300を有する光回路のコア5の斜視図である。この
光回路では、複数の入力用石英系光導波路70中のコア
5からの各波長のレーザビームは、スラブ導波路スター
カプラ型光合流器300中で合流し、出力用石英系光導
波路から1本のビームとなって出射するようになってい
る。
器300を有する光回路のコア5の斜視図である。この
光回路では、複数の入力用石英系光導波路70中のコア
5からの各波長のレーザビームは、スラブ導波路スター
カプラ型光合流器300中で合流し、出力用石英系光導
波路から1本のビームとなって出射するようになってい
る。
【0039】ここに、スラブ導波路スターカプラ型光合
流器300は、コア5をフォトエッチングして、レーザ
光入射側300aとレーザ光出射側300bを凸面に形
成したものである。
流器300は、コア5をフォトエッチングして、レーザ
光入射側300aとレーザ光出射側300bを凸面に形
成したものである。
【0040】また、スラブ導波路スターカプラ型光合流
器300の入射側300aと出射側300bに、ダミー
の石英系光導波路230a,230bをそれぞれ設けれ
ば、合流損失を抑制することができる。
器300の入射側300aと出射側300bに、ダミー
の石英系光導波路230a,230bをそれぞれ設けれ
ば、合流損失を抑制することができる。
【0041】スラブ導波路スターカプラ型光合流器30
0は、スラブ領域において、光の回折を利用して光の合
流を行わせ、入射用石英系光導波路70中のコア5から
の各波長の光が等しい強度で出力用石英系光導波路22
0に結合する。
0は、スラブ領域において、光の回折を利用して光の合
流を行わせ、入射用石英系光導波路70中のコア5から
の各波長の光が等しい強度で出力用石英系光導波路22
0に結合する。
【0042】このスラブ導波路スターカプラ型光合流器
300は、波長依存性を持たず、作成誤差の許容度が大
きいので、作製が容易である。しかし、入力用石英系光
導波路210のチャンネル数がNの時、合流損のため光
信号強度が1/Nに減衰するために、比較的チャンネル
数の少ない波長多重通信に適する。
300は、波長依存性を持たず、作成誤差の許容度が大
きいので、作製が容易である。しかし、入力用石英系光
導波路210のチャンネル数がNの時、合流損のため光
信号強度が1/Nに減衰するために、比較的チャンネル
数の少ない波長多重通信に適する。
【0043】なお、スラブ導波路スターカプラ型光合流
器300に入射した光の一部は放射モードとなって、ク
ラッド層を伝播する。そこで、出力用石英系光導波路2
20には曲がり導波路を採用することにより、この放射
モードの光が図示しない光ファイバに入射しないように
して、図示しない光ファイバの光軸調整を容易にしてい
る。
器300に入射した光の一部は放射モードとなって、ク
ラッド層を伝播する。そこで、出力用石英系光導波路2
20には曲がり導波路を採用することにより、この放射
モードの光が図示しない光ファイバに入射しないように
して、図示しない光ファイバの光軸調整を容易にしてい
る。
【0044】図6はアレイ導波路格子光合波器400を
有する光回路のコア5の斜視図である。この光回路で
は、複数の入力用石英系光導波路70中のコア5からの
各波長のレーザビームは、第1スラブ領域400aに導
かれ光路長を所定量ずつ変化させたアレイ導波路格子2
40を経て第2スラブ領域400bに入り、出力用石英
系光導波路220から1本のビームとして出射されるよ
うになっている。
有する光回路のコア5の斜視図である。この光回路で
は、複数の入力用石英系光導波路70中のコア5からの
各波長のレーザビームは、第1スラブ領域400aに導
かれ光路長を所定量ずつ変化させたアレイ導波路格子2
40を経て第2スラブ領域400bに入り、出力用石英
系光導波路220から1本のビームとして出射されるよ
うになっている。
【0045】ここに、第1スラブ領域400aと第2ス
ラブ領域400bの形状は、入出射面を凸型とし、入射
凸面の弦長と出射凸面の弦長を、チャンネル数に応じて
設定するものである。たとえば図6では、第1スラブ領
域400aの入射凸面の弦長は出凸面の弦長より短くさ
れている。
ラブ領域400bの形状は、入出射面を凸型とし、入射
凸面の弦長と出射凸面の弦長を、チャンネル数に応じて
設定するものである。たとえば図6では、第1スラブ領
域400aの入射凸面の弦長は出凸面の弦長より短くさ
れている。
【0046】アレイ導波路格子光合波器400は、導波
路長を一定量ずつ変化させたアレイ導波路格子240を
用い、多光束干渉を利用して光の合波を行うものであ
る。このアレイ導波路格子光合波器400合波器は、原
理上合流損がないので、チャンネル数の大きい波長多重
通信に適している。ただし、レーザ光の波長が透過帯域
からずれると合波損失が大きくなるので、レーザ光の波
長を合波器の透過帯域に高い精度で合致させる必要があ
る。
路長を一定量ずつ変化させたアレイ導波路格子240を
用い、多光束干渉を利用して光の合波を行うものであ
る。このアレイ導波路格子光合波器400合波器は、原
理上合流損がないので、チャンネル数の大きい波長多重
通信に適している。ただし、レーザ光の波長が透過帯域
からずれると合波損失が大きくなるので、レーザ光の波
長を合波器の透過帯域に高い精度で合致させる必要があ
る。
【0047】なお、アレイ導波路格子光合波器400に
入射した光の一部は放射モードとなって、クラッド層を
伝播する。そこで、出力用石英系光導波路220には曲
がり導波路を採用して、この放射モードの光が図示しな
い光ファイバに入射しないようにすることにより、図示
しない光ファイバの光軸調整を容易にしている。
入射した光の一部は放射モードとなって、クラッド層を
伝播する。そこで、出力用石英系光導波路220には曲
がり導波路を採用して、この放射モードの光が図示しな
い光ファイバに入射しないようにすることにより、図示
しない光ファイバの光軸調整を容易にしている。
【0048】以上、本発明の各構成要素、および、それ
らの機能について、説明した。なお、本発明の他の実施
の形態として、第1に、半導体レーザチップとして、同
一波長で発信する予備のレーザを対にして多波長光源を
構成してもよい。あるいは、多波長光源を2組搭載して
もよい。このようにしておけば、障害時の復旧が迅速か
つ容易となる。
らの機能について、説明した。なお、本発明の他の実施
の形態として、第1に、半導体レーザチップとして、同
一波長で発信する予備のレーザを対にして多波長光源を
構成してもよい。あるいは、多波長光源を2組搭載して
もよい。このようにしておけば、障害時の復旧が迅速か
つ容易となる。
【0049】第2に、半導体レーザ光増幅器をシリコン
基板上にハイブリッド集積してもよい。この場合、半導
体レーザ光増幅器は石英系光結合器(光合流器または光
合波器)の出力側に搭載するのが望ましい。
基板上にハイブリッド集積してもよい。この場合、半導
体レーザ光増幅器は石英系光結合器(光合流器または光
合波器)の出力側に搭載するのが望ましい。
【0050】第3に、出力用石英系光導波路を2以上設
けてもよい。こうしておけば、伝送系路を複数にした
り、モニタ用出力を得る等のために好適である。第4
に、熱クロストークをさらに低減するため、各々のレー
ザ搭載部30間に溝を設け、シリコン基板1のテラス部
2の面内方向の熱伝導を妨げるようにしてもよい。
けてもよい。こうしておけば、伝送系路を複数にした
り、モニタ用出力を得る等のために好適である。第4
に、熱クロストークをさらに低減するため、各々のレー
ザ搭載部30間に溝を設け、シリコン基板1のテラス部
2の面内方向の熱伝導を妨げるようにしてもよい。
【0051】
【実施例】本発明を実証するため、8チャンネルの波長
多重通信を行った。レーザ波長は1546.12nmか
ら1557.36nmの範囲で8点に設定した。これら
の波長は光周波数193.1THzを基準として200
GHz間隔の8個のグリッド点に対応させた。
多重通信を行った。レーザ波長は1546.12nmか
ら1557.36nmの範囲で8点に設定した。これら
の波長は光周波数193.1THzを基準として200
GHz間隔の8個のグリッド点に対応させた。
【0052】シリコン基板1のテラス部2に搭載した半
導体レーザチップチップ20として、スポットサイズ変
換器150を内蔵した単一縦モード分布帰還型半導体レ
ーザチップ20a、またはスポットサイズ変換器150
及び電界吸収型半導体光変調器160を内蔵した単一縦
モード分布帰還型半導体レーザチップ20b、を用い
た。なお、これらの半導体レーザチップは、インジウム
リン基板上に成長させたInGaAsP系歪量子井戸構
造を有するものを用いた。なお、入力用石英系光導波路
側の半導体レーザチップの端面には反射防止膜を形成
し、反対側の端面には高反射膜を形成した。
導体レーザチップチップ20として、スポットサイズ変
換器150を内蔵した単一縦モード分布帰還型半導体レ
ーザチップ20a、またはスポットサイズ変換器150
及び電界吸収型半導体光変調器160を内蔵した単一縦
モード分布帰還型半導体レーザチップ20b、を用い
た。なお、これらの半導体レーザチップは、インジウム
リン基板上に成長させたInGaAsP系歪量子井戸構
造を有するものを用いた。なお、入力用石英系光導波路
側の半導体レーザチップの端面には反射防止膜を形成
し、反対側の端面には高反射膜を形成した。
【0053】このような8個の半導体レーザチップ20
を、0.5mm間隔で、シリコン基板1(幅10mm、
長さ30mm、テラス部2の厚さ0.5mm)に搭載し
た。また、石英系光結合器としては、図4に示した多モ
ード干渉型光合流器200、図5に示したスラブ導波路
スターカプラ型光合流器300、図6に示したアレイ導
波路格子光合波器400、を用いた。 (実施例1)図7はスポットサイズ変換器150を内蔵
した単一縦モード分布帰還型半導体レーザチップ20a
と、多モード干渉型光合流器200とを用いた本発明の
波長多重通信用光回路のレイアウト図である。
を、0.5mm間隔で、シリコン基板1(幅10mm、
長さ30mm、テラス部2の厚さ0.5mm)に搭載し
た。また、石英系光結合器としては、図4に示した多モ
ード干渉型光合流器200、図5に示したスラブ導波路
スターカプラ型光合流器300、図6に示したアレイ導
波路格子光合波器400、を用いた。 (実施例1)図7はスポットサイズ変換器150を内蔵
した単一縦モード分布帰還型半導体レーザチップ20a
と、多モード干渉型光合流器200とを用いた本発明の
波長多重通信用光回路のレイアウト図である。
【0054】なお、ペルチェ素子によりシリコン基板1
を一定温度に保持し、各レーザに伝送速度2.5Gb/
sのNRZ信号で変調した電流を外部電極12から注入
してレーザを駆動し、レーザ発振特性を評価した。
を一定温度に保持し、各レーザに伝送速度2.5Gb/
sのNRZ信号で変調した電流を外部電極12から注入
してレーザを駆動し、レーザ発振特性を評価した。
【0055】その結果、全チャンネルとも、グリッド点
の光周波数の変動は±40GHz以内であった。すなわ
ち、全レーザを駆動した場合と一つのレーザのみを駆動
した場合の光周波数の変化は±40GHz以内であり実
用上問題のない値が得られた。また、全チャンネルと
も、−10dBm以上の出力を有し、雑音やタイミング
ずれの小さな波長多重光信号が得られた。
の光周波数の変動は±40GHz以内であった。すなわ
ち、全レーザを駆動した場合と一つのレーザのみを駆動
した場合の光周波数の変化は±40GHz以内であり実
用上問題のない値が得られた。また、全チャンネルと
も、−10dBm以上の出力を有し、雑音やタイミング
ずれの小さな波長多重光信号が得られた。
【0056】この波長多重光信号を低分散図示しない光
ファイバに入射し、波長多重伝送実験を行ったところ、
良好な誤り率特性を得た。 (実施例2)図8はスポットサイズ変換器150及びを
電界吸収型半導体光変調器160を内蔵した単一縦モー
ド分布帰還型半導体レーザチップ20bと、多モード干
渉型光合流器200とを用いた本発明の波長多重通信用
光回路のレイアウト図である。これらのレーザを駆動す
るため、外部電極12から一定電流を注入した。この
際、各半導体レーザチップに注入する電流は、各グリッ
ド点の光周波数に合致するよう各レーザごとに微調整し
た。そして、電界吸収型半導体光変調器を駆動するた
め、外部電極14に伝送速度2.5Gb/sのNRZ信
号を印加した。その際、外部電極12,14を各レーザ
ごとに調節して、各波長における出力と変調度を等しく
なるようにした。
ファイバに入射し、波長多重伝送実験を行ったところ、
良好な誤り率特性を得た。 (実施例2)図8はスポットサイズ変換器150及びを
電界吸収型半導体光変調器160を内蔵した単一縦モー
ド分布帰還型半導体レーザチップ20bと、多モード干
渉型光合流器200とを用いた本発明の波長多重通信用
光回路のレイアウト図である。これらのレーザを駆動す
るため、外部電極12から一定電流を注入した。この
際、各半導体レーザチップに注入する電流は、各グリッ
ド点の光周波数に合致するよう各レーザごとに微調整し
た。そして、電界吸収型半導体光変調器を駆動するた
め、外部電極14に伝送速度2.5Gb/sのNRZ信
号を印加した。その際、外部電極12,14を各レーザ
ごとに調節して、各波長における出力と変調度を等しく
なるようにした。
【0057】また、ペルチェ素子によりシリコン基板1
を一定温度に保持し、各レーザに伝送速度2.5Gb/
sのNRZ信号で変調し、レーザ発振特性を評価した。
その結果、全チャンネルとも、グリッド点の光周波数の
変動は±40GHz以内であった。すなわち、全レーザ
を駆動した場合と一つのレーザのみを駆動した場合の光
周波数の変化は±40GHz以内であり実用上問題のな
い値が得られた。また、全チャンネルとも、−5dBm
以上の出力を有し、雑音やタイミングずれの小さな波長
多重光信号が得られた。
を一定温度に保持し、各レーザに伝送速度2.5Gb/
sのNRZ信号で変調し、レーザ発振特性を評価した。
その結果、全チャンネルとも、グリッド点の光周波数の
変動は±40GHz以内であった。すなわち、全レーザ
を駆動した場合と一つのレーザのみを駆動した場合の光
周波数の変化は±40GHz以内であり実用上問題のな
い値が得られた。また、全チャンネルとも、−5dBm
以上の出力を有し、雑音やタイミングずれの小さな波長
多重光信号が得られた。
【0058】この波長多重光信号を低分散図示しない光
ファイバに入射し、波長多重伝送実験を行ったところ、
良好な誤り率特性を得た。 (実施例3)図9はスポットサイズ変換器150及び電
界吸収型半導体光変調器160を内蔵した単一縦モード
分布帰還型半導体レーザチップ20bと、スラブ導波路
スターカプラ型光合流器300とを用いた本発明の波長
多重通信用光回路のレイアウト図である。
ファイバに入射し、波長多重伝送実験を行ったところ、
良好な誤り率特性を得た。 (実施例3)図9はスポットサイズ変換器150及び電
界吸収型半導体光変調器160を内蔵した単一縦モード
分布帰還型半導体レーザチップ20bと、スラブ導波路
スターカプラ型光合流器300とを用いた本発明の波長
多重通信用光回路のレイアウト図である。
【0059】これらのレーザを駆動するため、外部電極
12から一定電流を注入した。この際、各半導体レーザ
チップに注入する電流は、各グリッド点の光周波数に合
致するよう各レーザごとに微調整した。そして、電界吸
収型半導体光変調器を駆動するため、外部電極14に伝
送速度2.5Gb/sのNRZ信号を印加した。その
際、外部電極12,14を各レーザごとに調節して、各
波長における出力と変調度を等しくなるようにした。
12から一定電流を注入した。この際、各半導体レーザ
チップに注入する電流は、各グリッド点の光周波数に合
致するよう各レーザごとに微調整した。そして、電界吸
収型半導体光変調器を駆動するため、外部電極14に伝
送速度2.5Gb/sのNRZ信号を印加した。その
際、外部電極12,14を各レーザごとに調節して、各
波長における出力と変調度を等しくなるようにした。
【0060】また、ペルチェ素子によりシリコン基板1
を一定温度に保持し、各レーザに伝送速度2.5Gb/
sのNRZ信号で変調し、レーザ発振特性を評価した。
その結果、全チャンネルとも、グリッド点の光周波数の
変動は±40GHz以内であった。すなわち、全レーザ
を駆動した場合と一つのレーザのみを駆動した場合の光
周波数の変化は±40GHz以内であり実用上問題のな
い値が得られた。また、全チャンネルとも、−5dBm
以上の出力を有し、雑音やタイミングずれの小さな波長
多重光信号が得られた。
を一定温度に保持し、各レーザに伝送速度2.5Gb/
sのNRZ信号で変調し、レーザ発振特性を評価した。
その結果、全チャンネルとも、グリッド点の光周波数の
変動は±40GHz以内であった。すなわち、全レーザ
を駆動した場合と一つのレーザのみを駆動した場合の光
周波数の変化は±40GHz以内であり実用上問題のな
い値が得られた。また、全チャンネルとも、−5dBm
以上の出力を有し、雑音やタイミングずれの小さな波長
多重光信号が得られた。
【0061】この波長多重光信号を低分散図示しない光
ファイバに入射し、波長多重伝送実験を行ったところ、
良好な誤り率特性を得た。 (実施例4)図10はスポットサイズ変換器150及び
電界吸収型半導体光変調器160を内蔵した単一縦モー
ド分布帰還型半導体レーザチップ20bと、アレイ導波
路格子光合波器400とを用いた本発明の波長多重通信
用光回路のレイアウト図である。
ファイバに入射し、波長多重伝送実験を行ったところ、
良好な誤り率特性を得た。 (実施例4)図10はスポットサイズ変換器150及び
電界吸収型半導体光変調器160を内蔵した単一縦モー
ド分布帰還型半導体レーザチップ20bと、アレイ導波
路格子光合波器400とを用いた本発明の波長多重通信
用光回路のレイアウト図である。
【0062】これらのレーザを駆動するため、外部電極
12から一定電流を注入した。この際、各半導体レーザ
チップに注入する電流は、各グリッド点の光周波数に合
致するよう各レーザごとに微調整した。そして、電界吸
収型半導体光変調器を駆動するため、外部電極14に伝
送速度2.5Gb/sのNRZ信号を印加した。その
際、電極12,14を各レーザごとに調節して、各波長
における出力と変調度を等しくなるようにした。
12から一定電流を注入した。この際、各半導体レーザ
チップに注入する電流は、各グリッド点の光周波数に合
致するよう各レーザごとに微調整した。そして、電界吸
収型半導体光変調器を駆動するため、外部電極14に伝
送速度2.5Gb/sのNRZ信号を印加した。その
際、電極12,14を各レーザごとに調節して、各波長
における出力と変調度を等しくなるようにした。
【0063】また、ペルチェ素子によりシリコン基板1
を一定温度に保持し、各レーザに伝送速度2.5Gb/
sのNRZ信号で変調し、レーザ発振特性を評価した。
その結果、全チャンネルとも、グリッド点の光周波数の
変動は±40GHz以内であった。すなわち、全レーザ
を駆動した場合と一つのレーザのみを駆動した場合の光
周波数の変化は±40GHz以内であり実用上問題のな
い値が得られた。また、全チャンネルとも、−5dBm
以上の出力を有し、雑音やタイミングずれの小さな波長
多重光信号が得られた。
を一定温度に保持し、各レーザに伝送速度2.5Gb/
sのNRZ信号で変調し、レーザ発振特性を評価した。
その結果、全チャンネルとも、グリッド点の光周波数の
変動は±40GHz以内であった。すなわち、全レーザ
を駆動した場合と一つのレーザのみを駆動した場合の光
周波数の変化は±40GHz以内であり実用上問題のな
い値が得られた。また、全チャンネルとも、−5dBm
以上の出力を有し、雑音やタイミングずれの小さな波長
多重光信号が得られた。
【0064】この波長多重光信号を低分散図示しない光
ファイバに入射し、波長多重伝送実験を行ったところ、
良好な誤り率特性を得た。
ファイバに入射し、波長多重伝送実験を行ったところ、
良好な誤り率特性を得た。
【0065】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱クロストークやモードホッピングを低減し、発振波長
が安定した多波長レーザ光源が得られる。また、バルク
の光学部品を用いることなく、半導体レーザチップを平
面石英系光導波路にハイブリッド集積した小型の波長多
重通信用光回路が得られる。
熱クロストークやモードホッピングを低減し、発振波長
が安定した多波長レーザ光源が得られる。また、バルク
の光学部品を用いることなく、半導体レーザチップを平
面石英系光導波路にハイブリッド集積した小型の波長多
重通信用光回路が得られる。
【0066】特に、請求項1の発明によれば、シリコン
基板上に複数の単一縦モード半導体レーザチップを搭載
することにより、モードホッピングを低減し、安定な単
一モード発振のレーザ光が得られる。また、熱伝導性に
優れたシリコン基板のテラス部に複数の半導体レーザチ
ップを搭載するので、たとえばペルチエ冷却器でシリコ
ン基板裏面を冷却すれば、半導体レーザチップ間の熱ク
ロストークによるレーザ発振波長の変動は大幅に低減に
低減される。さらに、シリコンテラスを用いたハイブリ
ッド集積技術を利用することにより、多数の半導体レー
ザチップと波長多重通信用光回路の光結合がコンパク
ト、高精度かつ容易に実現できるので、多重通信用の多
波長レーザ光源の小型化、高出力化に適している。
基板上に複数の単一縦モード半導体レーザチップを搭載
することにより、モードホッピングを低減し、安定な単
一モード発振のレーザ光が得られる。また、熱伝導性に
優れたシリコン基板のテラス部に複数の半導体レーザチ
ップを搭載するので、たとえばペルチエ冷却器でシリコ
ン基板裏面を冷却すれば、半導体レーザチップ間の熱ク
ロストークによるレーザ発振波長の変動は大幅に低減に
低減される。さらに、シリコンテラスを用いたハイブリ
ッド集積技術を利用することにより、多数の半導体レー
ザチップと波長多重通信用光回路の光結合がコンパク
ト、高精度かつ容易に実現できるので、多重通信用の多
波長レーザ光源の小型化、高出力化に適している。
【0067】また、特に、請求項2の発明によれば、活
性層長が短く、構造が簡単な分布帰還型半導体レーザチ
ップの使用により、小型の波長多重通信用レーザ光源が
得られる。 また、特に、請求項3の発明によれば、単
一縦モード半導体レーザチップにスポットサイズ変換器
を内蔵させているので、レーザ出力光のスポットサイズ
を石英系導波路のコア形状に整合させることにより、よ
り高い効率でレーザ光を石英系光導波路に結合すること
ができるとともに、レーザと石英系光導波路との光軸調
整の精度が緩和される。この結果、石英系光結合器の出
力が大きくできて、光伝送に有利である。
性層長が短く、構造が簡単な分布帰還型半導体レーザチ
ップの使用により、小型の波長多重通信用レーザ光源が
得られる。 また、特に、請求項3の発明によれば、単
一縦モード半導体レーザチップにスポットサイズ変換器
を内蔵させているので、レーザ出力光のスポットサイズ
を石英系導波路のコア形状に整合させることにより、よ
り高い効率でレーザ光を石英系光導波路に結合すること
ができるとともに、レーザと石英系光導波路との光軸調
整の精度が緩和される。この結果、石英系光結合器の出
力が大きくできて、光伝送に有利である。
【0068】また、特に、請求項4の発明によれば、単
一縦モード半導体レーザチップに電界吸収型半導体光変
調器を内蔵させ、レーザ光の強度変調を行うので、レー
ザ注入電流の直接変調では困難な10Gb/s以上の高
速光信号列を発生することが可能となる。
一縦モード半導体レーザチップに電界吸収型半導体光変
調器を内蔵させ、レーザ光の強度変調を行うので、レー
ザ注入電流の直接変調では困難な10Gb/s以上の高
速光信号列を発生することが可能となる。
【0069】また、特に、請求項5の発明によれば、シ
リコン基板のテラス部の厚さを隣接する半導体レーザチ
ップの活性層間の距離以下として、たとえばペルチエ冷
却器でシリコン基板裏面を冷却するので、温度勾配がシ
リコン基板の板厚方向に生じ、シリコン基板の基板面方
向の熱流が抑制される結果、半導体レーザチップ間の熱
クロストークは大幅に低減にされる。すなわち、本発明
では、熱クロストークを低減するために、インジウムリ
ン基板等より熱伝導率の大きいシリコン基板1を用いて
いる。そして、さらに、シリコン基板のテラス部の厚さ
を、隣接する半導体レーザチップ20の活性層間の距離
以下にしている。従って、冷却器60を作動させれば、
シリコンテラス部2の膜厚方向に強制的に温度勾配が生
じる結果、熱流はシリコンテラス部2の膜厚方向が支配
的となり、半導体レーザチップ20同士は熱的に干渉せ
ず、熱クロストークは大幅に低減される。
リコン基板のテラス部の厚さを隣接する半導体レーザチ
ップの活性層間の距離以下として、たとえばペルチエ冷
却器でシリコン基板裏面を冷却するので、温度勾配がシ
リコン基板の板厚方向に生じ、シリコン基板の基板面方
向の熱流が抑制される結果、半導体レーザチップ間の熱
クロストークは大幅に低減にされる。すなわち、本発明
では、熱クロストークを低減するために、インジウムリ
ン基板等より熱伝導率の大きいシリコン基板1を用いて
いる。そして、さらに、シリコン基板のテラス部の厚さ
を、隣接する半導体レーザチップ20の活性層間の距離
以下にしている。従って、冷却器60を作動させれば、
シリコンテラス部2の膜厚方向に強制的に温度勾配が生
じる結果、熱流はシリコンテラス部2の膜厚方向が支配
的となり、半導体レーザチップ20同士は熱的に干渉せ
ず、熱クロストークは大幅に低減される。
【0070】また、請求項6乃至9の発明によれば、平
面状の石英系石英系光導波路のコアをパターニングする
だけで、光合流器や光合波器等の石英系光結合器を、石
英系光導波路とともに同一シリコン基板上に集積するこ
とができるので、波長多重通信用波長多重通信用光回路
を小型にすることができる。
面状の石英系石英系光導波路のコアをパターニングする
だけで、光合流器や光合波器等の石英系光結合器を、石
英系光導波路とともに同一シリコン基板上に集積するこ
とができるので、波長多重通信用波長多重通信用光回路
を小型にすることができる。
【図1】本発明の波長多重通信用光回路の分解斜視図で
ある。
ある。
【図2】スポットサイズ変換器を内蔵した半導体レーザ
チップの断面図である。
チップの断面図である。
【図3】 スポットサイズ変換器及び電界吸収型半導
体光変調器を内蔵した半導体レーザチップの断面図であ
る。
体光変調器を内蔵した半導体レーザチップの断面図であ
る。
【図4】多モード干渉型光合流器のコア部の斜視図であ
る。
る。
【図5】スターカプラー型光合流器のコア部の斜視図で
ある。
ある。
【図6】アレイ導波路格子光合波器のコア部の斜視図で
ある。
ある。
【図7】実施例1のレイアウト図である。
【図8】実施例2のレイアウト図である。
【図9】実施例3のレイアウト図である。
【図10】実施例4のレイアウト図である。
【図11】従来の波長多重通信用光回路の斜視図であ
る。
る。
1 シリコン基板 2 テラス部 3 エッチング部 4 下部クラッド層 5 コア 6 上部クラッド層 15 活性層 10、12.14 外部電極 19a,19b マーカ 20、20a,20b 半導体レーザチップ 30 レーザ搭載部 60 冷却器 70 入力用石英系光導波路 150 スポットサイズ変換器 160 電界吸収型半導体光変調器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 勝就 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 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 橋本 俊和 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 海老澤 文博 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 赤堀 裕二 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 福徳 光師 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 (9)
- 【請求項1】 テラス部とエッチング部を有するシリコ
ン基板上に形成した波長多重通信用光回路であって、 前記テラス部には、複数の単一縦モード半導体レーザチ
ップを備え、 前記エッチング部には、前記複数の単一縦モード半導体
レーザチップからの出射光を伝播させる複数の入力用石
英系光導波路を備えたことを特徴とする波長多重通信用
光回路。 - 【請求項2】 前記単一縦モード半導体レーザチップ
は、分布帰還型半導体レーザチップであることを特徴と
する請求項1記載の波長多重通信用光回路。 - 【請求項3】 前記単一縦モード半導体レーザチップ
は、スポットサイズ変換器を内蔵したことを特徴とする
請求項1または請求項2記載の波長多重通信用光回路。 - 【請求項4】 前記単一縦モード半導体レーザチップ
は、電界吸収型半導体光変調器を内蔵したことを特徴と
する請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の波長多重
通信用光回路。 - 【請求項5】 前記単一縦モード半導体レーザチップ配
設位置における前記シリコン基板の前記テラス部の厚さ
が、隣接する2つの単一縦モード半導体レーザチップの
活性層間の距離以下であることを特徴とする請求項1乃
至請求項4のいずれかに記載の波長多重通信用光回路。 - 【請求項6】 前記シリコン基板の前記エッチング部
に、前記複数の入力用石英系光導波路からの出射光を結
合させる石英系光結合器と前記石英系光結合器の出射光
を伝播させる1以上の出力用石英系光導波路と、を備え
たことを特徴とする請求項1記載の波長多重通信用光回
路。 - 【請求項7】 前記石英系光結合器は、多モード干渉型
光合流器であることを特徴とする請求項6記載の波長多
重通信用光回路。 - 【請求項8】 前記石英系光結合器は、スラブ導波路ス
ターカプラ型光合流器であることを特徴とする請求項6
記載の波長多重通信用光回路。 - 【請求項9】 前記石英系光結合器は、アレイ導波路格
子光合波器であることを特徴とする請求項6記載の波長
多重通信用光回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10009755A JPH11211924A (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 波長多重通信用光回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10009755A JPH11211924A (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 波長多重通信用光回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11211924A true JPH11211924A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=11729112
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10009755A Pending JPH11211924A (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 波長多重通信用光回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11211924A (ja) |
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-
1998
- 1998-01-21 JP JP10009755A patent/JPH11211924A/ja active Pending
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