(57)【要約】【課題】従来と比して著しく小型化した送受信モジュールを提供する。【解決手段】送受信モジュールは、半導体レーザ１１、回折格子カプラ１３ａ、及び受光素子１５を具えている。半導体レーザと回折格子カプラとの間を結ぶ第１光軸１４を含む平面を第１平面１６とするとき、受光素子と、送受信モジュール外の外部光学系１７とを回折格子カプラを経て結ぶ第２光軸２０が、第１平面と交差している。【選択図】図１
2010091863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ、回折格子カプラ、及び受光素子を具える送受信モジュールであって、
前記半導体レーザと前記回折格子カプラとの間を結ぶ第１光軸を含む平面を第１平面とするとき、
前記受光素子と、当該送受信モジュール外の外部光学系とを前記回折格子カプラを経て結ぶ第２光軸が、前記第１平面と交差している
ことを特徴とする送受信モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の送受信モジュールであって、
前記半導体レーザの光導波層と前記回折格子カプラとが、前記第１平面に沿って一体的に形成されている
ことを特徴とする送受信モジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載の送受信モジュールであって、
前記回折格子カプラは、前記第１平面に沿って連続的に複数の格子溝が形成された平面型導波路であり、
各前記格子溝は、該格子溝で回折された光信号を前記外部光学系の入出射端に集光させる曲率半径で湾曲している
ことを特徴とする送受信モジュール。
【請求項４】
請求項１または２に記載の送受信モジュールであって、
前記回折格子カプラと前記外部光学系との間にレンズを設ける
ことを特徴とする送受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、送受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来周知の通り、光加入者系システムでは、加入者から局への光伝送、すなわち上り伝送、及び局から加入者への光伝送、すなわち下り伝送が一本の光ファイバによって行われる。そのため、上り伝送と下り伝送とでは異なる波長の光が使用される。従って、加入者系では、光の送受信を行う送受信モジュールは、異なる波長の光を合波及び分岐するための合分波素子を具える必要がある。
【０００３】
加入者側に用いられる送受信モジュールは、ＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）と呼ばれる。現在用いられている多くのＯＮＵは、例えば空間光学的に光軸を合わせた波長フィルタ、フォトダイオード（以下、ＰＤとも称する）、及びレーザーダイオード（以下、ＬＤとも称する）から構成されている。また、更に光導波路を設けることによって、光軸合わせを不要としたＯＮＵも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−１６３０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これら従来のＯＮＵは、サイズが大きいという問題点があった。この発明は、このような問題点に鑑みてなされたものである。
【０００５】
この発明の目的は、従来と比して著しく小型化した送受信モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的の達成を図るため、この発明によれば、送受信モジュールは以下の特徴を有している。
【０００７】
すなわち、この発明による送受信モジュールは、半導体レーザ、回折格子カプラ、及び受光素子を具えている。
【０００８】
そして、この発明による送受信モジュールは、半導体レーザと回折格子カプラとの間を結ぶ第１光軸を含む平面を第１平面とするとき、受光素子と、送受信モジュール外の外部光学系とを回折格子カプラを経て結ぶ第２光軸が、第１平面と交差している。
【発明の効果】
【０００９】
上述した技術的特徴を具えることによって、この発明の送受信モジュールでは、半導体レーザ及び回折格子カプラが第１平面に沿って設けられている。そして、受光素子は、この第１平面から外れて設けられている。従って、受光素子を、回折格子カプラを挟んで外部光学系と対向させて配設することによって、送受信モジュールの平面形状、すなわち上述した第１平面に沿った平面形状を縮小することができる。その結果、この発明に係る構成では、送受信モジュールを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態に係る送受信モジュールについて説明する。なお、各図は、この発明が理解できる程度に、各構成要素の形状、大きさ、及び配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従って、この発明の構成は、何ら図示の構成例にのみ限定されるものではない。
【００１１】
〈第１の実施の形態〉
第１の実施の形態では、半導体レーザ、回折格子カプラ、及び受光素子を具える送受信モジュールについて説明する。
【００１２】
図１（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の実施の形態による送受信モジュールの要部を概略的に表した図である。そして、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す構造体について、半導体レーザと回折格子カプラとを結ぶ光軸に沿って、基板の厚み方向に切り取った断面を示す図である。
【００１３】
なお、第１の実施の形態による送受信モジュールは、この送受信モジュールから出力される上り光信号、及びこの送受信モジュールに入力される下り光信号の伝送を行う外部光学系とともに利用される。そして、この送受信モジュールの少なくとも上り及び下り光信号の通過する領域は、これら光信号に対して透明な領域として形成されている。また、第１の実施の形態において回折格子カプラは、クラッド層に埋め込まれて設けられる。なお、図１（Ａ）では、第１の実施の形態に係る特徴部分を明瞭に示すために外部光学系及びクラッド層の図示を省略している。
【００１４】
第１の実施の形態による送受信モジュールは、半導体レーザ１１、回折格子カプラ１３ａ、及び受光素子１５を具えている。
【００１５】
半導体レーザ１１は、送受信モジュールにおいて、上り光信号１２を送信する送信機として機能する。この実施の形態では、上り光信号１２の波長、すなわち第１波長を例えば約１．３１μｍとするのが好ましい。
【００１６】
また、回折格子カプラ１３ａは、複数の格子溝が形成された平面型導波路であり、半導体レーザ１１から出力された上り光信号１２を回折し、外部光学系１７に対して出力するために設けられている。
【００１７】
また、受光素子１５は、例えば周知のフォトダイオードであり、外部光学系１７から送受信モジュールに入力される、第１波長とは異なる第２波長の下り光信号１８を受光する受光器として機能する。この実施の形態では、下り光信号１８の波長、すなわち第２波長を例えば約１．４９μｍとするのが好ましい。
【００１８】
また、この第１の実施の形態による送受信モジュールでは、半導体レーザ１１及び回折格子カプラ１３ａ間に、この回折格子カプラ１３ａと一体的に形成された光導波路部１９ａを具えている。光導波路部１９ａは、半導体レーザ１１から出力された上り光信号１２を回折格子カプラ１３ａへ伝播させるために一直線状に沿って設けられている。
【００１９】
第１の実施の形態では、好ましくは、光導波路部１９ａは、第１テーパ部２９、接続導波路部３１、及び第２テーパ部３３が、半導体レーザ１１から回折格子カプラ１３ａへ向かってこの順に、一体的に形成されて構成されている。そして、これら第１テーパ部２９、接続導波路部３１、及び第２テーパ部３３を含む光導波路部１９ａと、回折格子カプラ１３ａとは、半導体レーザ１１と回折格子カプラ１３ａとの間を結ぶ上り光信号１２の光路の中心を通る光軸、すなわち第１光軸１４を含む平面、すなわち後述する下地２３の平坦な表面２３ａと平行な第１平面１６に沿って形成されている。さらに、光導波路部１９ａ及び回折格子カプラ１３ａは、第１平面１６を上側から平面的に見たとき、第１光軸１４を対称軸として、線対称の平面形状で形成されている。なお、平面形状とは第１平面１６に沿った平面形状を意味する。そして、以下、第１平面１６に沿った平面を単に平面、また、第１平面１６に沿った平面形状を単に平面形状と称することもある。
【００２０】
これら半導体レーザ１１、光導波路部１９ａ、及び回折格子カプラ１３ａは、同一の基板２１ａに設けられている。すなわち、基板２１ａは、単結晶Ｓｉによって構成されている下地２３、及びこの下地２３上に積層され、かつＳｉＯ２によって構成されているクラッド層２５から構成されている。そして、光導波路部１９ａ及び回折格子カプラ１３ａは、下地２３の表面２３ａに平行な平面型光導波路層として、クラッド層２５内にＳｉを材料として埋め込まれている。この実施の形態において、光導波路部１９ａ、及び回折格子カプラ１３ａを構成するＳｉの屈折率は３．５であり、また、クラッド層２５を構成するＳｉＯ２の屈折率（１．４６）よりも大きく設定されている。このような構成とすることによって、上り光信号１２は、コアとして機能する光導波路部１９ａを経て、回折格子カプラ１３ａに伝播される。
【００２１】
また、基板２１ａには、この基板２１ａの厚み方向に垂直な表面、すなわち基板面２１ａａから部分的にクラッド層２５が除去された領域部分として、凹部２７が形成されている。この凹部２７は、基板面２１ａａに沿った平面形状が矩形で形成されている。第１の実施の形態による送受信機では、半導体レーザ１１は、この凹部２７内に設けられている。そして、半導体レーザ１１は、凹部２７の１つの内側壁面２７ａに対して上り光信号１２を出力し、この上り光信号１２を光導波路部１９ａに入力する。
【００２２】
また、この第１の実施の形態では、半導体レーザ１１から出力された上り光信号１２が、内側壁面２７ａによって反射されるのを防止するために、上り光信号１２が、垂直な入射角で内側壁面２７ａに入射しない構成とする。そのために、この第１の実施の形態では、内側壁面２７ａと第１平面１６とのなす角θ１を、垂直から若干傾斜させて設計するのが好ましい。
【００２３】
ここで、半導体レーザ１１から出力される上り光信号１２は、下地２３に平行な平面型導波路として形成されている光導波路部１９ａ内を伝播する。従って、上り光信号１２は、下地２３の表面２３ａに平行な電界成分を有するＴＥ偏波光である。また、既に説明したように、光導波路部１９ａ及び回折格子カプラ１３ａは、第１光軸１４を含む第１平面１６に沿って形成されている。従って、上り光信号１２は、第１平面１６に沿って光導波路部１９ａ内を伝播し、回折格子カプラ１３ａによって回折される。そして、第１平面１６は、下地２３の表面２３ａに平行な平面として設定される。
【００２４】
また、この第１の実施の形態では、半導体レーザ１１から出力された上り光信号１２は、第１テーパ部２９の入力端２９ａから光導波路部１９ａに入力される。そのために、入力端２９ａは、第１光軸１４と一致して、半導体レーザ１１と対向して設けられている。
【００２５】
また、第１テーパ部２９は、入力端２９ａから接続導波路部３１との境界３５に向かって、第１光軸１４及び基板２１ａの厚み方向に直交する幅、すなわち図中に矢印で示した基板２１ａの短手方向（以下、単に短手方向とも称する）２６に沿った幅が徐々に幅広となる平面形状で形成されている。その結果、第１テーパ部２９は、光界分布を接続導波路部３１の幅Ｗ１に対応させるためのスポットサイズ変換器として機能する。
【００２６】
また、第２テーパ部３３は、接続導波路部３１を経た上り光信号１２の光界分布を回折格子カプラ１３ａの短手方向２６に沿った幅Ｗ２に対応させるために設けられている。そのために、第２テーパ部３３は、接続導波路部３１との境界３７から回折格子カプラ１３ａとの境界３９に向かって、短手方向２６に沿った幅が徐々に幅広となる平面形状で形成されている。
【００２７】
そして、この第１の実施の形態では、これら一体的な第１テーパ部２９、接続導波路部３１、及び第２テーパ部３３から構成される光導波路部１９ａの厚みを０．３μｍとするのが好ましい。
【００２８】
このような構成とすることによって、半導体レーザ１１から出力された上り光信号１２は、半導体レーザ１１と回折格子カプラ１３ａとの間を結ぶ第１光軸１４を含む第１平面１６に沿って、光導波路部１９ａから回折格子カプラ１３ａに伝播される。
【００２９】
回折格子カプラ１３ａは、矩形の平面形状で形成されている。そして、上述したように第１平面１６に沿って形成された平面型導波路であり、かつ基板２１ａの厚み方向に穿たれた格子溝が、上り光信号１２の光軸方向、すなわち図中に矢印で示した第１光軸方向２４に沿って連続的に複数形成されている。
【００３０】
第１の実施の形態による送受信モジュールでは、このように形成されている回折格子カプラ１３ａによって上り光信号１２を回折する。そして、回折された上り光信号１２は、回折光２２として第１平面１６から外れた方向へ出力される。なお、第１平面１６から外れた方向へ上り光信号１２を回折するための具体的な回折格子カプラ１３ａの構造については、その詳細を後述する。
【００３１】
また、第１の実施の形態では、光導波路部１９ａ及び回折格子カプラ１３ａを、上述した構成で基板２１ａに作り込むに当たり、例えば周知のＳＯＩ基板を用いることによって、容易に上述の構造を形成することができる。すなわち、まず、単結晶Ｓｉ層、ＳｉＯ２膜、及びＳｉ膜がこの順に積層されて構成されたＳＯＩ基板を用意する。そして、周知のエッチング技術を用いてＳｉ膜を部分的に除去することによって、このＳｉ膜の残存部分から、上述した平面形状の光導波路部１９ａ及び回折格子カプラ１３ａを形成する。しかる後、ＳＯＩ基板全面に、光導波路部１９ａ及び回折格子カプラ１３ａを埋め込んでＳｉＯ２膜を堆積する。これによって、上述したように、ＳｉＯ２で構成されたクラッド層２５内に、一体的な光導波路部１９ａ及び回折格子カプラ１３ａが作りこまれた基板２１ａを形成することができる。
【００３２】
この第１の実施の形態による送受信モジュールは、送受信モジュール外の外部光学系１７によって、例えば局等の外部の送受信機と光信号の送受信を行う。そのために、送受信モジュールから光信号を送信する場合には、回折格子カプラ１３ａによって回折された上り光信号１２、すなわち回折光２２を外部光学系１７に入力する。そこで、この第１の実施の形態による送受信モジュールでは、回折格子カプラ１３ａと、外部光学系１７の光信号の入出射面１７ａとが対向して配置されている。
【００３３】
外部光学系１７は、例えば周知の光ファイバ等とするのが好適である。第１の実施の形態では、外部光学系１７として光ファイバを用いた構成例について説明する。光ファイバ１７は、光信号が伝播するコア４１と、このコア４１の外周を囲んで形成されており、かつコア４１より屈折率が小さいクラッド４３とを具えている。そして、コア４１を伝播する光信号の入出力端、すなわち入出射面１７ａが、回折格子カプラ１３ａの回折光２２を出力する面、すなわち第１平面１６に沿った表面１３ａａと対向している。さらに、入出射面１７ａと回折格子カプラ１３ａの表面１３ａａとは、同程度の面積で形成されている。
【００３４】
このように光ファイバ１７及び回折格子カプラ１３ａを配置することによって、回折格子カプラ１３ａによって回折された上り光信号１２、すなわち回折光２２は、光ファイバ１７に入力される。
【００３５】
ここで、回折格子カプラ１３ａによって回折される上り光信号１２は、既に説明したように第１平面１６に沿ったＴＥ偏波光である。従って、回折格子カプラ１３ａによって回折された上り光信号１２の回折光２２は、第１平面１６を対称面として、基板２１ａの厚み方向の双方に対称的に出力される。すなわち、回折光２２は、回折格子カプラ１３ａの表面１３ａａ、及びこの表面１３ａａに対向する裏面１３ａｂの両側に出力される。従って、第１の実施の形態による送受信モジュールでは、基板面２１ａａ、または基板の裏面２１ａｂ、すなわち基板２１ａの基板面２１ａａに対向する面のいずれの側に光ファイバ１７を配置し、回折格子カプラ１３ａと対向させてもよい。なお、図１（Ｂ）では、光ファイバ１７の入出射面１７ａを、基板面２１ａａ側から回折格子カプラ１３ａの表面１３ａａと対向させた構成例を示している。また、図２に光ファイバ１７の入出射面１７ａを、基板２１ａの裏面２１ａｂ側から回折格子カプラ１３ａの裏面１３ａｂと対向させた構成例を示す。なお、図２は、図１（Ｂ）と同様に、図１（Ａ）に示す構造体について、半導体レーザ１１から出力される上り光信号１２の光軸に沿って、基板２１ａの厚み方向に切り取った断面を示す図である。入出射面１７ａと回折格子カプラ１３ａの裏面１３ａｂとを対向して配置する場合には、入出射面１７ａを含む光ファイバ１７の先端部を、裏面２１ａｂ側から基板２１ａに埋め込むのが好ましい（図２参照）。これによって、光ファイバ１７を送受信モジュールに固定することができる。
【００３６】
また、この第１の実施の形態では、回折格子カプラ１３ａから出力された回折光２２が、光ファイバ１７の入出射面１７ａによって反射されるのを防止するために、入出射面１７ａと回折光２２の光軸とのなす角θ２を、垂直から若干傾斜させるのが好ましい。
【００３７】
また、光ファイバ１７から出力される下り光信号１８は、受光素子１５に受光されることによって、送受信モジュールに入力、すなわち受信される。そのために、受光素子１５は、受光面１５ａが光ファイバ１７から出力される下り光信号１８を受光する位置に設けられている、そして、光ファイバ１７の入出斜面１７ａの中心と、受光素子１５の受光面１５ａとを結ぶ直線を光軸、すなわち第２光軸２０とする。従って、第２光軸２０は、下り光信号１８の光路の中心軸でもある。そして、この実施の形態による送受信モジュールでは、素子の小型化を図るために、回折格子カプラ１３ａと受光素子１５とが、基板２１ａの厚み方向において重なる構成とするのが好ましい。すなわち、第１の実施の形態による送受信モジュールでは、受光素子１５を、この受光素子１５と光ファイバ１７とを結ぶ第２光軸２０が、回折格子カプラ１３ａを経て第１平面１６と交差する配置で設ける。このように、回折格子カプラ１３ａと受光素子１５とを重ねて配置することによって、第１の実施の形態による送受信モジュールでは、素子の平面的な面積、すなわち第１平面１６に沿った平面的な広がり面積を縮小することができる。
【００３８】
また、第１の実施の形態による送受信モジュールでは、上述の配置であれば、受光素子１５を、下地２３の表面２３ａ、すなわちクラッド層２５が形成されている側の面、または下地２３の裏面２３ｂ、すなわち基板２１ａの裏面２１ａｂのいずれの側に設けてもよい。なお、図１（Ｂ）では、受光素子１５を下地２３の裏面２３ｂ側から、下地２３に埋め込んで設けた構成例を示している。また、光ファイバ１７を基板２１ａの裏面２１ａｂ側に配置した場合には、受光素子１５を下地２３の表面２３ａ側に設ける（図２参照）。
【００３９】
また、第１の実施の形態による送受信モジュールでは、回折格子カプラ１３ａと受光素子１５との間であって、第２光軸２０と交差する位置に、周知の波長フィルタ５１を設けるのが好ましい。波長フィルタ５１は、例えば誘電体多層膜によって構成されおり、下り光信号１８の波長、すなわち第２波長以外の波長の光に対しては不透明な、すなわち当該光を遮断する領域として設けられる。なお、図１（Ｂ）では、波長フィルタ５１を下地２３の表面２３ａに形成した構成例を示している。また、図２では、波長フィルタ５１を基板面２１ａａに形成した構成例を示している。
【００４０】
上述したように、第１の実施の形態による送受信モジュールでは、受光素子１５と、外部光学系である光ファイバ１７とを、回折格子カプラ１３ａを経て結ぶ第２光軸２０が第１平面１６と交差した構成となっている。また、上述したように、上り光信号１２は、回折格子カプラ１３ａに回折され、回折光２２として第１平面１６から外れた方向へ出力されることによって、光ファイバ１７に入力される。従って、この実施の形態による送受信モジュールでは、回折格子カプラ１３ａは、上り光信号１２を回折し、かつ下り光信号１８を透過させる構造として形成する。以下、図３を参照してこの実施の形態における回折格子カプラ１３ａについて説明する。
【００４１】
図３は、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、及び図２に示した回折格子カプラ１３ａの拡大図であり、図１（Ｂ）及び図２と同様に、図１（Ａ）に示す構造体について、半導体レーザ１１から出力される上り光信号１２の光軸に沿って、基板２１ａの厚み方向に切り取った断面を示す図である。
【００４２】
回折格子カプラ１３ａは、既に説明したように、第１平面１６に沿って形成された平面型導波路に、基板２１ａの厚み方向に穿たれた格子溝４５が、第１光軸方向２４に沿って連続的に複数形成されている。
【００４３】
各格子溝４５は、第１光軸１４に沿って基板２１ａの厚み方向に切り取った断面形状が矩形に穿たれている。そして、これら格子溝４５は、上り光信号１２の波長である第１波長の光を選択的に回折し、かつ下り光信号１８の波長である第２波長の光を回折せずに透過するように設計されている。すなわち、第１の実施の形態では、回折格子カプラ１３ａのコア部分、すなわち回折格子カプラ１３ａの底面１３ａｃから格子溝４５の内側底面４５ａまでの厚みＴを０．１６２μｍ、格子溝４５の高さＨを０．１μｍ、格子溝４５の周期Ｄを０．４８μｍとするのが好ましい。また、デューティ比、すなわち周期Ｄに対する、格子溝４５の第１光軸１４に沿った長さＬの割合を６０％とするのが好ましい。
【００４４】
このように、回折格子カプラ１３ａを設計することによって、回折格子カプラ１３ａは上り光信号１２を選択的に回折するブラッグ反射型の回折格子として機能し、かつ下り光信号１８を透過させる。
【００４５】
以上、説明したように、第１の実施の形態による送受信モジュールでは、半導体レーザ１１及び回折格子カプラ１３ａが第１平面１６に沿って設けられている。そして、受光素子１５は、この第１平面１６から外れて設けられている。従って、受光素子１５を、回折格子カプラ１３ａを挟んで光ファイバ１７と、基板２１ａの厚み方向に重ねて配設することによって、送受信モジュールの平面形状を縮小することができる。その結果、第１の実施の形態による構造を採用することによって、送受信モジュールを小型化することができる。
【００４６】
また、第１の実施の形態では、上述した構成とすることによって、一体的な回折格子カプラ１３ａ及び光導波路部１９ａの、第１光軸方向２４に沿った長さが１００μｍ以下に設計された送受信モジュールを提供することができる。より具体的には、第１の実施の形態では、第１光軸方向２４に沿って第１テーパ部２９を１５μｍ、接続導波路部３１を１０μｍ、第２テーパ部３３を５０μｍ、回折格子カプラ１３ａを１０μｍの長さとするのが好ましい。また、接続導波路部３１の短手方向に沿った幅Ｗ１を０．３μｍの、回折格子カプラ１３ａの短手方向に沿った幅Ｗ２を１０μｍとするのが好ましい。
【００４７】
ここで、発明者らは、第１の実施の形態による送受信モジュールの特性を評価するために、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）法を用いてシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、図１（Ａ）及び（Ｂ）の構成例における送受信モジュールにおいて、光ファイバ１７の入出射面１７ａの位置を光源とし、この光源から出力された光が、半導体レーザ１１及び受光素子１５の位置にどの程度の強度で入力されるかを計算した。なお、このシミュレーションでは、光源から出力される光の光強度を１とする。
【００４８】
図４は、図１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明した第１の実施の形態による送受信モジュールの特性を評価する図である。図４において、横軸は、波長をμｍ単位で目盛ってある。また、図４において、縦軸は、光強度をａ．ｕ．単位で目盛ってある。
【００４９】
また、図４における曲線４７は、光源から出力され半導体レーザ１１の位置に入力される光の光強度と、この光の波長との関係を示している。そして、この光の光路、すなわち伝播経路は、半導体レーザ１１から出力され光ファイバ１７に入力される上り光信号１２の伝播経路と同じである。なお、実際に送受信モジュールを使用する際には、上り光信号１２は半導体レーザ１１から出力され光ファイバ１７に入力される。しかし、光の伝播は可逆であるため、曲線４７の結果から、上り光信号１２が光ファイバ１７に入力される際の光強度を確認することができる。なお、光強度の値が、１を超えている波長帯がある。これは、このシミュレーションにおける光が、第１テーパ部２９及び第２テーパ部３３を、幅広な側から幅狭な側へと伝播することによって光が圧縮されるためである。
【００５０】
また、図４における曲線４９は、光源から出力され受光素子１５の位置に入力される光の光強度と、この光の波長との関係を示している。そして、この光の伝播経路は、光ファイバ１７から出力され受光素子１５に入力される下り光信号１８の伝播経路と同じである。従って、曲線４９の結果から、下り光信号１８が受光素子１５に入力される際の光強度を確認することができる。
【００５１】
曲線４７の結果から、上り光信号１２の伝播経路では、光の波長が約１．３μｍであるときに、光強度が最大となっていることがわかる。既に説明したように、第１の実施の形態による送受信モジュールでは、上り光信号１２の波長、すなわち第１波長は約１．３１μｍである。従って、この結果から、第１の実施の形態による送受信モジュールでは、回折格子カプラ１３ａが選択的に第１波長の上り光信号１２を回折しており、上り光信号１２の伝播経路が成立していることが確認できる。また、曲線４９の結果から、波長が約１．３μｍの光が、約０．４の光強度で受光素子１５の位置に入力されている。既に説明したように、このシミュレーションでは、光源から出力される光の光強度を１としているため、この結果から、光源から回折格子カプラ１３ａに入力された光は、約１．３μｍの波長では、約４０％が回折格子カプラ１３ａを透過していることがわかる。従って、回折格子カプラ１３ａの回折効率は約６０％であり、第１の実施の形態による送受信モジュールでは、この回折格子カプラ１３ａによって、効率よく上り光信号１２が回折されることがわかる。
【００５２】
また、曲線４９の結果から、下り光信号１８の伝播経路では、光の波長が約１．５μｍであるときに、光強度が約０．８の値を示し、大きくなっていることがわかる。既に説明したように、第１の実施の形態による送受信モジュールでは、下り光信号１８の波長、すなわち第２波長は約１．４９μｍである。従って、この結果から、第１の実施の形態による送受信モジュールでは、回折格子カプラ１３ａは、第２波長の下り光信号１８を確実に透過させており、下り光信号１８の伝播経路が成立していることが確認できる。
【００５３】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同様に、半導体レーザ、回折格子カプラ、及び受光素子を具える送受信モジュールについて説明する。
【００５４】
この第２の実施の形態による送受信モジュールが、上述した第１の実施の形態による送受信モジュールと相違するのは、半導体レーザの光導波層と回折格子カプラとが一体的に形成されている点である。その他の構成要素及び作用効果は、第１の実施の形態と同様であるので、共通する構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。
【００５５】
図５（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第２の実施の形態による送受信モジュールの要部を概略的に表した図である。そして、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す構造体について、半導体レーザと回折格子カプラとを結ぶ光軸に沿って、基板の面に直交する方向に切り取った断面を示す図である。
【００５６】
なお、第２の実施の形態による送受信モジュールは、上述した第１の実施の形態による送受信モジュールと同様に、送受信モジュールから出力される上り光信号１２、及びこの送受信モジュールに入力される下り光信号１８の伝送を行う外部光学系とともに利用される。また、半導体レーザの光導波層及び回折格子カプラの上側には、ＩｎＰによって構成されている上層、及び電極が形成されている。しかし、図５（Ａ）では、第２の実施の形態に係る特徴部分を明瞭に示すために外部光学系及び上層の図示を省略してある。
【００５７】
第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態による送受信モジュールを更に小型化するために、第１の実施の形態においては、個別に設置していた半導体レーザを、基板、回折格子カプラ、及び光導波路部と一体的に形成する。
【００５８】
そのために、第２の実施の形態では、基板２１ｂとして、ｐ型またはｎ型の第１導電型の不純物が導入されたＩｎＰによって構成されている下層５３、及びこの下層５３上に積層され、かつ第１導電型とは反対の導電型である第２導電型の不純物が導入されたＩｎＰによって構成されている上層５５によって構成されている基板２１ｂを用いる。ここで、ｐ型の不純物とは、例えばＢ、Ａｌ等であり、また、ｎ型の不純物とは、例えばＰ、Ａｓ等である。
【００５９】
そして、基板２１ｂの下層５３及び上層５５間に埋め込まれて、光導波層５７及び回折格子カプラ１３ｂが、下層５３の表面５３ａに平行な平面型光導波路層として一体的に形成されている。これら光導波層５７及び回折格子カプラ１３ｂは、ＩｎＧａＡｓＰを材料として構成されている。
【００６０】
また、第２の実施の形態による送受信モジュールは、基板２１ｂの厚み方向に垂直な表面、すなわち基板面２１ｂａ、及びこの基板面２１ｂａと対向する裏面２１ｂｂから、下層５３及び上層５５を介して光導波層５７を挟み込む電極５９及び６１を具えている。
【００６１】
このような構成とすることによって、第２の実施の形態による送受信モジュールでは、電極５９及び６１から基板２１ｂに対してバイアスを印加した際に、素子全体が半導体レーザとして機能し、光導波層５７から回折格子カプラ１３ｂに上り光信号１２が出力される。この第２の実施の形態における上り光信号１２は、上述した第１の実施の形態と同様に、ＴＥ偏波光であり、下層５３の表面５３ａに平行な電界成分を有している。そして、上述した第１の実施の形態と同様に、第１光軸１４を含み、表面５３ａに平行な第１平面１６に沿って、光導波層５７から回折格子カプラ１３ｂへと伝播する。
【００６２】
また、第２の実施の形態による送受信モジュールでは、基板２１ｂの、上り光信号１２の光軸、すなわち第１光軸１４に対向する両側側面２１ｂｃ及び２１ｂｄに、半導体レーザの共振器としてミラー６３及び６５が設けられている。
【００６３】
また、光導波層５７は、出力部６９とテーパ部７１とから構成されている。テーパ部７１によって、出力部６９から出力された上り光信号１２の光界分布を、回折格子カプラ１３ｂの短手方向２６に沿った幅Ｗ３に対応させる。このテーパ部６９は、上述した第１の実施の形態における第２テーパ部３３と同様に、出力部６９との境界７３から回折格子カプラ１３ｂとの境界７５に向かって、短手方向２６に沿った幅が徐々に幅広となる平面形状で形成されている。
【００６４】
そして、回折格子カプラ１３ｂに入力された上り光信号１２は、上述した第１の実施の形態と同様に、回折格子カプラ１３ｂによって回折される。そして、この回折された上り光信号１２は、回折光２２として送受信モジュールの外部へ出力され、外部光学系１７に入力される。
【００６５】
そのために、回折格子カプラ１３ｂは、上述した第１の実施の形態における回折格子カプラ１３ａと同様の構造で形成されている（図３参照）。従って、回折格子カプラ１３ｂは、上り光信号１２を選択的に回折し、かつ外部光学系１７から出力され、受光素子１５に入力される下り光信号１８を回折せずに透過する。
【００６６】
この第２の実施の形態による送受信モジュールでは、半導体レーザを基板２１ｂ及び回折格子カプラ１３ｂと一体的に形成している。そのため、基板に独立した半導体レーザを設置する、第１の実施の形態による送受信モジュールと比して、より素子を小型化することができる。
【００６７】
〈第１の変形例〉
第１の変形例では、上述した第１の実施の形態または第２の実施の形態において説明した回折格子カプラ１３ａまたは１３ｂの構成（図３参照）を、上述した構成例から変更した送受信モジュールについて説明する。
【００６８】
この第１の変形例による送受信モジュールでは、回折格子カプラの構成を、上述した第１の実施の形態または第２の実施の形態による送受信モジュールから変更する。それ以外の構成要素及び作用効果は、第１の実施の形態または第２の実施の形態と同様であるので、共通する構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。そして、ここでは、上述した第１の実施の形態による送受信モジュールにこの第１の変形例を適用した場合の構成例について、図示するとともに説明する。以下の説明では、一部図１（Ｂ）を参照して説明する。
【００６９】
図６は、この発明の第１の変形例による送受信モジュールの要部を概略的に表した平面図である。
【００７０】
なお、第１の変形例による送受信モジュールは、上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態による送受信モジュールと同様に、送受信モジュールから出力される上り光信号１２、及びこの送受信モジュールに入力される下り光信号１８の伝送を行う外部光学系とともに利用される。また、第１の変形例を、第１の実施の形態における送受信モジュールに適用した場合には、回折格子カプラは、クラッド層に埋め込まれて設けられる。しかし、図６では、第１の変形例に係る特徴部分を明瞭に示すために外部光学系及びクラッド層の図示を省略してある。
【００７１】
この第１の変形例による送受信モジュールにおいて、回折格子カプラ１３ｃは、上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態における回折格子カプラ１３ａ及び１３ｂと同様に、第１平面１６に沿って連続的に複数の格子溝７７が形成された平面型導波路である。
【００７２】
そして、この第１の変形例では、回折格子カプラ１３ｃに集光作用を持たせる。すなわち、第１の変形例では、この回折格子カプラ１３ｃからの上り光信号１２の回折光２２を、効率良く光ファイバ１７、すなわち外部光学系１７に入力するために、回折光２２を入出射端１７ａに集光させる。
【００７３】
各格子溝７７の、第１光軸１４に沿って基板２１ａの面に直交する方向に切り取った断面形状、及び寸法は、上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態における格子溝４５と同様とする。従って、この第１の変形例では、上述した第１の実施の形態及び第２の実施と同様に、上り光信号１２の波長である第１波長の光を選択的に回折し、かつ下り光信号１８の波長である第２波長の光を回折せずに透過するように設計されている。
【００７４】
また、この第１の変形例では、各格子溝７７の第１平面１６に沿った平面形状を、弧形とする。さらに、各弧形の円心側７７ａから、各格子溝７７に上り光信号１２を入射させる。そして、この第１の変形例では、回折格子カプラ１３ｃと光ファイバ１７の入出射端１７ａとの相互の配置関係に応じて、回折光２２が入出射端１７ａに効率良く集光される好適な曲率半径で、各格子溝７７を湾曲させる。
【００７５】
このように、この第１の変形例では、回折格子カプラ１３ｃに設けられた格子溝７７によって、回折光２２を入出射端１７ａに効率良く集光する。その結果、この第１の変形例では、半導体レーザ１１から出力された上り光信号１２が、回折格子カプラ１３ｃに入力される際に、上り光信号１２の光界分布を、この回折格子カプラ１３ｃの短手方向２６に沿った幅Ｗ２に対応させる必要がない。従って、第１の変形例では、上述した第１の実施の形態における第１テーパ部２９及び第２テーパ部３３（図１参照）、または第２の実施の形態におけるテーパ部７１に相当する構成を設ける必要がない。そのため、第１の変形例を、上述した第１の実施の形態による送受信モジュールに適用した場合には、光導波路部１９ｂの短手方向２６に沿った幅Ｗ４を、全面的に回折格子カプラ１３ｃの短手方向２６に沿った幅Ｗ２と同じ寸法とすることができる。また、第１の変形例を、上述した第２の実施の形態による送受信モジュールに適用した場合には、光導波層５７（図５参照）の短手方向２６に沿った幅を、全面的に回折格子カプラ１３ｃの短手方向２６に沿った幅Ｗ３と同じ寸法とすることができる。
【００７６】
従って、この第１の変形例を適用した場合には、第１の実施の形態及び第２の実施の形態による送受信モジュールを製造する際に、第１テーパ部２９及び第２テーパ部３３、またはテーパ部７１を形成するための工程を省略することができる。そのため、第１の変形例を適用することによって、第１の実施の形態及び第２の実施の形態による送受信モジュールを、さらに容易な製造プロセスで製造することができる。
【００７７】
〈第２の変形例〉
第２の変形例では、
上述した第１の実施の形態または第２の実施の形態による送受信モジュールに、さらにレンズを設けた構成例について説明する。
【００７８】
この第２の変形例による送受信モジュールに、レンズを設ける。それ以外の構成要素及び作用効果は、第１の実施の形態または第２の実施の形態と同様であるので、共通する構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。そして、ここでは、上述した第１の実施の形態による送受信モジュールにこの第２の変形例を適用した場合の構成例について、図示するとともに説明する。
【００７９】
図７（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第２の変形例による送受信モジュールの要部を概略的に表した図である。そして、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す構造体について、半導体レーザと回折格子カプラとを結ぶ光軸に沿って、基板の基板面に直交する厚み方向に切り取った断面を示す図である。
【００８０】
なお、第２の変形例による送受信モジュールは、上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態による送受信モジュールと同様に、送受信モジュールから出力される上り光信号１２、及びこの送受信モジュールに入力される下り光信号１８の伝送を行う外部光学系とともに利用される。また、第２の変形例を、第１の実施の形態における送受信モジュールに適用した場合には、回折格子カプラは、クラッド層に埋め込まれて設けられる。しかし、図７（Ａ）では、第２の変形例に係る特徴部分を明瞭に示すために外部光学系及びクラッド層の図示を省略してある。
【００８１】
この第２の変形例では、回折格子カプラ１３ａから出力される回折光２２を、レンズ７９を用いて光ファイバ１７、すなわち外部光学系１７の入出射端１７ａに集光させる。
【００８２】
そのために、この第２の変形例による送受信モジュールでは、レンズ７９を、回折格子カプラ１３ａと光ファイバ１７との間に、回折格子カプラ１３ａと対向させて配置する。そして、このレンズ７９の第１平面１６に沿った面積を、回折格子カプラ１３ａの第１平面１６に沿った面積と同程度に設計する。これによって、第２の変形例による送受信モジュールでは、回折光２２は、レンズ７９を経ることによってコリメートされ、平行ビームとなって入出射端１７ａに効率良く入力される。なお、この第２の変形例では、回折光２２の波長、すなわち上り光信号１２の第１波長に対して最適化し、かつ回折格子カプラ１３ａと光ファイバ１７の入出射端１７ａとの相互の配置関係に応じて、回折光２２が入出射端１７ａに効率良く集光される好適な形状のレンズ７９を設ける。
【００８３】
なお、図７（Ｂ）では、基板２１ａの裏面２１ａｂ側に光ファイバ１７を配置した場合において、基板２１ａの下地２３を、裏面２１ａｂから部分的に除去することによって、レンズ７９を下地２３に作り込んだ構成例を示している。また、この第２の変形例では、図７（Ｂ）に示した構成例とは異なり、レンズ７９として、単体のレンズを回折格子カプラ１３ａと光ファイバ１７との間に設ける構成としてもよい（図示せず）。
【００８４】
このように、この第２の変形例では、レンズ７９によって、回折光２２を入出射端１７ａに効率良く集光する。その結果、この第２の変形例では、半導体レーザ１１から出力された上り光信号１２が、回折格子カプラ１３ａに入力される際に、この上り光信号１２の光界分布を、回折格子カプラ１３ａの短手方向２６に沿った幅Ｗ２に対応させる必要がない（図１参照）。従って、第２の変形例では、第１の変形例と同様に、上述した第１の実施の形態における第１テーパ部２９及び第２テーパ部３３、または第２の実施の形態におけるテーパ部７１に相当する構成を設ける必要がない。そのため、第２の変形例を、上述した第１の実施の形態による送受信モジュールに適用した場合には、光導波路部１９ｃの短手方向２６に沿った幅Ｗ６を、全面的に回折格子カプラ１３ａの短手方向２６に沿った幅Ｗ２と同じ寸法とすることができる。また、第１の変形例を、上述した第２の実施の形態による送受信モジュールに適用した場合には、光導波層５７（図５参照）の短手方向２６に沿った幅を、全面的に回折格子カプラ１３ａの短手方向２６に沿った幅Ｗ３と同じ寸法とすることができる。
【００８５】
さらに、回折光２２を入出射端１７ａに効率良く集光するに当たり、レンズ７９を用いているため、上述した第１の変形例とは異なり、回折格子カプラ１３ａに形成する回折溝の第１平面１６に沿った形状を、弧状とする必要がない。
【００８６】
従って、この第２の変形例を適用した場合には、第１の実施の形態及び第２の実施の形態による送受信モジュールを製造する際に、第１テーパ部２９及び第２テーパ部３３、またはテーパ部７１を形成するための工程を省略することができる。さらに、上述した第１の変形例とは異なり、回折格子カプラ１３ａの格子溝を弧状とする必要がない。そのため、第２の変形例を適用することによって、第１の実施の形態、第２の実施の形態、及び第１の変形例による送受信モジュールを、さらに容易な製造プロセスで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の実施の形態による送受信モジュールの要部を概略的に表した図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す構造体について、半導体レーザから出力される上り光信号の光軸に沿って、基板の基板面に直交する方向に切り取った断面を示す図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態による送受信モジュールの要部を概略的に表した図であり、図１（Ａ）に示す構造体について、半導体レーザと回折格子カプラとを結ぶ光軸に沿って、基板の厚み方向に切り取った断面を示す図である。
【図３】この発明の第１の実施の形態による送受信モジュールの要部を概略的に表した図であり、回折格子カプラの拡大図である。
【図４】第１の実施の形態による送受信モジュールの特性を評価する図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第２の実施の形態による送受信モジュールの要部を概略的に表した図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す構造体について、半導体レーザと回折格子カプラとを結ぶ光軸に沿って、基板の基板面に直交する方向に切り取った断面を示す図である。
【図６】この発明の第１の変形例による送受信モジュールの要部を概略的に表した図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第２の変形例による送受信モジュールの要部を概略的に表した図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す構造体について、半導体レーザと回折格子カプラとを結ぶ光軸に沿って、基板の基板面に直交する方向に切り取った断面を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１１：半導体レーザ
１２：上り光信号
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ：回折格子カプラ
１４：第１光軸
１５：受光素子
１６：第１平面
１７：外部光学系（光ファイバ）
１８：下り光信号
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ：光導波路部
２０：第２光軸
２１ａ、２１ｂ：基板
２２：回折光
２３：下地
２４：第１光軸方向
２５：クラッド層
２６：短手方向
２７：凹部
２９：第１テーパ部
３１：接続導波路部
３３：第２テーパ部
３５、３７、３９、７３、７５：境界
４１：コア
４３：クラッド
４５、７７：格子溝
５１：波長フィルタ
５３：下層
５５：上層
５７：光導波層
５９、６１：電極
６３、６５：ミラー
６９：出力部
７１：テーパ部
７９：レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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