(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された光をチャネル数分に分波する分波器と、
前記分波器で分波された光を各々増幅する前記チャネル数分の半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器各々から出力された光を反射する前記チャネル数分のミラーとを集積した基板と、
前記ミラー各々から導かれた光を検出する前記チャネル数分のフォトディテクタとを有し、
前記分波器からの光が前記ミラーを介して前記フォトディテクタに各々入射するように、前記フォトディテクタを前記基板の表面に各々フリップチップ実装した多チャネル光受信器であって、
前記分波器は前記基板に集積される
ことを特徴とする多チャネル光受信器。
【請求項２】
入力された光をチャネル数分に分波する分波器と、
前記分波器で分波された光を各々増幅する前記チャネル数分の半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器各々から出力された光を反射する前記チャネル数分のミラーとを集積した基板と、
前記ミラー各々から導かれた光を検出する前記チャネル数分のフォトディテクタを集積したフォトディテクタアレイとを有し、
前記分波器からの光が前記ミラーを介して前記フォトディテクタに各々入射するように、前記フォトディテクタアレイを前記基板の表面に各々フリップチップ実装した多チャネル光受信器であって、
前記分波器は前記基板に集積される
ことを特徴とする多チャネル光受信器。
【請求項３】
前記ミラー周囲の前記基板表面に、前記フォトディテクタ又は前記フォトディテクタアレイへの信号配線を前記チャネル数分設け、前記フォトディテクタ又は前記フォトディテクタアレイを前記信号配線にフリップチップ実装した
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多チャネル光受信器。
【請求項４】
前記フォトディテクタは、当該フォトディテクタの光入射面側に設けられたｐ側電極及びｎ側電極を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の多チャネル光受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長距離大容量光通信網の構成要素である多チャネル光受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４の構成図は、従来の４チャネル光受信器の構成を示している。
従来、多チャネル光受信器としては、図４の構成図のように、フォトディテクタ（以下、ＰＤと称す）アレイではなく、チャネル数分（ここでは４つ）の光受信器５１と、１つの光分波器５２とで構成された多チャネル光受信器が一般的であった。
しかし、この構成ではサイズが大きくなる問題があった。
【０００３】
そこで、小型化が可能であるＰＤアレイを４チャネルファイバに４５度ミラーでカップリングして結合するという方法が提案されている（非特許文献１参照）。この方法では従来技術に比べて小型化が可能であり、フリップチップ実装にすることで実装時間短縮が可能となる。
しかし、１０ｋｍ以上の中・長距離系に適用する際には、受光パワーを補償するための光アンプを外部につける必要があるため劇的な小型化は不可能であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Masataka Itoh et al. ,"Use of AuSn Solder Bumps in Three-dimensional Passive Aligned Packaging of LD/PD Arrays on Si Optical Benches", ECTC1996
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のことから、本発明は上述したような課題を解決するために為されたもので、長距離系であっても受光パワーを補償し、小型化を図ることができる多チャネル光受信器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決する第１の発明に係る多チャネル光受信器は、
入力された光をチャネル数分に分波する分波器と、
前記分波器で分波された光を各々増幅する前記チャネル数分の半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器各々から出力された光を反射する前記チャネル数分のミラーとを集積した基板と、
前記ミラー各々から導かれた光を検出する前記チャネル数分のフォトディテクタとを有し、
前記分波器からの光が前記ミラーを介して前記フォトディテクタに各々入射するように、前記フォトディテクタを前記基板の表面に各々フリップチップ実装した多チャネル光受信器であって、
前記分波器は前記基板に集積される
ことを特徴とする。
【０００７】
上述した課題を解決する第２の発明に係る多チャネル光受信器は、
入力された光をチャネル数分に分波する分波器と、
前記分波器で分波された光を各々増幅する前記チャネル数分の半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器各々から出力された光を反射する前記チャネル数分のミラーとを集積した基板と、
前記ミラー各々から導かれた光を検出する前記チャネル数分のフォトディテクタを集積したフォトディテクタアレイとを有し、
前記分波器からの光が前記ミラーを介して前記フォトディテクタに各々入射するように、前記フォトディテクタアレイを前記基板の表面に各々フリップチップ実装した多チャネル光受信器であって、
前記分波器は前記基板に集積される
ことを特徴とする。
【０００９】
上述した課題を解決する第３の発明に係る多チャネル光受信器は、
第１又は第２の発明に係る多チャネル光受信器であって、
前記ミラー周囲の前記基板表面に、前記フォトディテクタ又は前記フォトディテクタアレイへの信号配線を前記チャネル数分設け、前記フォトディテクタ又は前記フォトディテクタアレイを前記信号配線にフリップチップ実装した
ことを特徴とする。
【００１０】
上述した課題を解決する第４の発明に係る多チャネル光受信器は、
第１乃至第３の何れか１つの発明に係る多チャネル光受信器であって、
前記フォトディテクタは、当該フォトディテクタの光入射面側に設けられたｐ側電極及びｎ側電極を有する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る多チャネル光受信器によれば、長距離系であっても受光パワーを補償することができる。その結果、外部に光アンプを設ける必要がなくなり、従来の多チャネル光受信器と比べて、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施例に係る多チャネル光受信器の構成図であって、図１（ａ）にその側面を示し、図１（ｂ）にフォトディテクタアレイを除いた部分の上面を示す。
【図２】図１に示した多チャネル光受信器のアイパターンを測定する測定系を示す構成図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る多チャネル光受信器の構成図であって、図３（ａ）にその側面を示し、図３（ｂ）にフォトディテクタを除いた部分の上面を示す。
【図４】従来の多チャネル光受信器の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る多チャネル光受信器について、各実施例にて説明する。なお、以下の実施例は、本発明に係る多チャネル光受信器の例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行い得る。
【実施例１】
【００１４】
本発明の第１の実施例に係る多チャネル光受信器について、図１を参照して具体的に説明する。
【００１５】
本実施例では、多チャネル光受信器の一例として、４チャネルの光受信器を示しており、４つのフォトディテクタ（以下、ＰＤと称す）が集積された４チャネルのＰＤアレイ１２と、半導体光増幅器（以下、ＳＯＡと称す）、分波器、光導波路構造等が集積された４チャネルの分波器集積ＳＯＡアレイ１４とを有する構成となっている。
【００１６】
分波器集積ＳＯＡアレイ１４は、ＩｎＰ等の半導体基板に形成されたものである。具体的には、図１（ｂ）に示すように、分波器集積ＳＯＡアレイ１４には、光の入射方向から順に、分波器１６、ＳＯＡ１３、４５度ミラー１５が集積されている。分波器１６は、１つであり、入力された光をチャネル数分（ここでは４つ）に分波する機器である。分波器１６の出力側に接続された光導波路は、対応する各ＳＯＡ１３の入力側に各々接続されている。４５度ミラー１５及びＳＯＡ１３は、４チャネル分形成されており、各ＳＯＡ１３の出力側に接続された光導波路は、対応する４５度ミラー１５と各々接続されている。なお、分波器１６の入力側には、図示しない入力光導波路が接続されている。図１（ｂ）においては、参考のため、ＰＤアレイ１２の位置を点線で示している。
【００１７】
ＰＤアレイ１２も、ＩｎＰ等の半導体基板に形成されたものであり、後述する高周波配線１７と接続される電極パッド（図示せず）が形成されている。このように、ＰＤアレイ１２は、ＩｎＰ基板上に形成されたものを用いており、各チャネルのｐ、ｎ両電極（電極パッド）とも光の入射面１２ａ側に設け、光の入射面側から電極をとれる構造となっている。
【００１８】
従って、入力光導波路（図示せず）から分波器１６を介して導かれた光は、各ＳＯＡ１３で各々増幅され、ＳＯＡ１３各々で増幅された光は、４５度ミラー１５で反射してＰＤアレイ１２の各ＰＤに入力されることになる。なお、分波器１６としてはアレイ導波路回折格子（以下、ＡＷＧと称す）を使用している。
【００１９】
そして、ミラー１５の周囲の分波器集積ＳＯＡアレイ１４の表面には、ＰＤアレイ１２に高周波信号を供給するための高周波配線１７（信号配線）がパターニングにより４チャネル分形成されている。これら高周波配線１７によって、金バンプ１１を介して、図示しないＰＤアレイ１２の電極パッドと接続されて、ＰＤアレイ１２が分波器集積ＳＯＡアレイ１４の表面にフリップチップ実装される。この際、ＰＤアレイ１２内にＰＤ各々へ光がミラー１５を介して入射するように、ＰＤアレイ１２をフリップチップ実装している。
【００２０】
このフリップチップ実装により、ＰＤアレイ１２と分波器集積ＳＯＡアレイ１４とを組み合わせて、ＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０を構成している。又、このフリップチップ実装により、一括で信号配線の接続をすることが可能となり、実装時間低減による低コスト化が図れ、さらに、ワイヤ実装が不要となるため、高周波特性改善が可能となる。
【００２１】
なお、チャネル間隔を２５０μｍとし、入射波長は１２９５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３０５ｎｍ、１３１０ｎｍとした。
【００２２】
１．動作原理
本実施例で、どのようにして１本の光導波路から分波して、分波された光信号を高速電気信号に変換するかを説明する。まず、光信号は、分波器集積ＳＯＡアレイ１４上にある分波器（ＡＷＧ）１６で各チャネルに分波され、各チャネルにあるＳＯＡ１３に入射し光パワーが増幅される。その後、ＳＯＡ１３で光パワーが増幅された光信号は、４５度ミラー１５を介してＰＤアレイ１２の各ＰＤに入り電気信号に変換される（図１（ａ）の一点鎖線参照）。
【００２３】
２．組み立て工程
上述した構成の多チャネル光受信器（デバイス）を作製するための手順について説明する。すなわち、ＰＤアレイ１２と分波器集積ＳＯＡアレイ１４とを組み立てて、ＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０を実際に作製するための手順を説明する。まず、ＰＤのｐ，ｎ両電極の電極パッドにボールボンダでそれぞれ金バンプ１１を形成する。このとき、バンプ径は、６０μｍとした。次に、フリップチップ実装装置で、金バンプ１１が分波器集積ＳＯＡアレイ１４の高周波配線１７と接続するように、ＰＤアレイ１２を実装する。以上で、ＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０が完成する。
【００２４】
３．可変光減衰器の特性
上述した構成の多チャネル光受信器について、図２に示す実験系を作製し、この実験系を用いて、アイパターンの測定を行った。ＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０の分波器１６の入力側には、光ファイバ３２を介して多チャネル送信光源３１が接続されている。多チャネル送信光源３１には、高周波信号を供給するパルスパターンジェネレータ３５が接続されている。又、ＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０には、光サンプリングオシロスコープ３６が接続されている。測定時において、光ファイバ３２は４０ｋｍ、ＳＯＡ１３のバイアス電流は１００ｍＡ、データレート２７．７Ｇｂｐｓ、Non Return to ZERO（以下、ＮＲＺと称す）とし、疑似ランダム信号（以下、ＰＲＢＳと称す）は［２31−１］の光信号を４チャネル分入射した。このとき、光サンプリングオシロスコープ３６で観測された消光比は５ｄＢであった。
【００２５】
又、図２に示す実験系において、光サンプリングオシロスコープ３６をエラーディテクタに変え、図２に示す光ファイバ３２とＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０との間に可変光減衰器を入れて、符号誤り率特性（以下、ＢＥＲ特性と称す）を測定した。このとき、各チャネルでのエラーフリー動作を確認することができた。１２９５ｎｍ波長のチャネルだけ動作させたときに、ＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０に入射させる光のパワーが−１０ｄＢｍまではエラーフリー動作であった。
【００２６】
したがって、本実施例に係る多チャネル光受信器によれば、小型であって、低コストで製造できる長距離向け多チャネル光受信器が実現可能であることが明らかとなった。
【実施例２】
【００２７】
本発明の第２の実施例に係る多チャネル光受信器について、図３を参照して具体的に説明する。
【００２８】
本実施例でも、多チャネル光受信器の一例として、４チャネルの光受信器を示しているが、４つのＰＤ２２と、ＳＯＡ、光導波構造等が集積された４チャネルのＳＯＡアレイ２４とを有する構成となっている。
【００２９】
ＳＯＡアレイ２４は、ＩｎＰ等の半導体基板上に形成されたものである。具体的には、図３（ｂ）に示すように、ＳＯＡアレイ２４には、光の入射方向から順に、ＳＯＡ２３、４５度ミラー２５が集積されている。４５度ミラー２５及びＳＯＡ２３は、４チャネル分形成されており、各ＳＯＡ２３の出力側に接続された光導波路は、対応する４５度ミラー２５と各々接続されている。なお、図３（ｂ）においては、参考のため、各ＰＤ２２の位置を点線で示している。
【００３０】
一方、ＳＯＡアレイ２４とは独立して、ＳＯＡアレイ２４の入力端側（各ＳＯＡ２３の入力端側）には、１つのマイクロレンズアレイ２８が設けられており、さらに、４チャネルが合波された光を４つに分波するため、複数の分波器２６が設けられている。本実施例において、分波器２６は誘電体ミラーであり、２つ１組の誘電体ミラーで、１つの光の透過、反射を行うことにより、１つの光の分波を行っている。従って、１つの光を４つに分波するために、合計３組（合計６個）の誘電体ミラーが配置されて、最終的に、４つの光として入力されている。
【００３１】
ＰＤ２２は、実施例１で示した４チャネルのＰＤアレイ１２のようにアレイ化したものではないが、その構造は、実施例１で示したＰＤアレイ１２のＰＤと同等のものでもよい。よって、ここでは、ＰＤの構成については、その説明を省略する。
【００３２】
従って、分波器２６に入力された光は、６個の分波器２６で４つに分波され、ＳＯＡ２３で各々増幅され、ＳＯＡ２３各々で増幅された光は、４５度ミラー２５で反射して各ＰＤ２２に入力されることなる。
【００３３】
そして、ミラー２５の周囲のＳＯＡアレイ２４の表面には、ＰＤ２２に高周波信号を供給するための高周波配線（信号配線）２７がパターニングにより４チャネル分形成されている。これら高周波配線２７によって、金バンプ２１を介して、図示しないＰＤ２２の電極パッドと接続されて、ＰＤ２２がＳＯＡアレイ２４の表面にフリップチップ実装される。この際、ＰＤ２２各々へ光がミラー２５を介して入射するように、ＰＤ２２をフリップチップ実装している。
【００３４】
このフリップチップ実装により、ＰＤ２２とＳＯＡアレイ２４とを組み合わせて、ＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０を構成している。又、このフリップチップ実装により、一括で信号配線の接続をすることが可能となり、実装時間低減による低コスト化が図れ、さらに、ワイヤ実装が不要となるため、高周波特性改善が可能となる。
【００３５】
なお、チャネル間隔を５００μｍとし、入射波長は１２９５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３０５ｎｍ、１３１０ｎｍとした。
【００３６】
１．動作原理
本実施例で、どのようにして１本の光導波路から分波して、分波された光信号を高速電気信号に変換するかを説明する。まず、光信号は、誘電体ミラーを使用した分波器２６によって各チャネルに分波されて、各チャネルにあるＳＯＡ２３に入射し光パワーが増幅される。その後、ＳＯＡ２３で光パワーが増幅された光信号は、４５度ミラー２５を介してＰＤ２２に入り電気信号に変換される（図３（ａ）の一点鎖線参照）。
【００３７】
２．組み立て工程
上述した構成の多チャネル光受信器（デバイス）を作製するための手順について説明する。すなわち、ＰＤ２２と、ＳＯＡアレイ２４と、マイクロレンズアレイ２８と、誘電体ミラー２６とを組み立てて、ＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０を実際に作製するための手順を説明する。まず、４５度ミラー２５に４チャネル分のコリメート光を入射させる。この状態で、マイクロレンズアレイ２８をコリメート光になる位置に固定する。
【００３８】
固定した後、図３（ｂ）中、上から三番目のミラー２５の上部から光を入れたときに光が直線にでるように光線に対して４５度の角度で誘電体ミラー２６ｃを固定し、光線上に光パワーメータのディテクタをおく。次に、上から四番目（一番下）のミラー２５の上部から光を入れたときに光パワーメータが最大の値になる位置で誘電体ミラー２６ｄを固定する。同様の手順で、上から一番目（一番上）と上から二番目の光路上にある誘電体ミラー２６ａ，２６ｂを固定する。続いて、上から三番目または四番目（一番下）のミラー２５の上部から光を入れたときに光が直線にでるように光線に対して４５度の角度で誘電体ミラー２６ｆを固定し、光線上に光パワーメータのディテクタをおく。次に、上から一番目（一番上）または上から二番目のミラー２５の上部から光を入れたときに光パワーメータが最大の値になる位置で誘電体ミラー２６ｅを固定する。
【００３９】
そして、ＰＤ２２の電極パッドにボールボンダでそれぞれ金バンプ２１を形成する。このとき、バンプ径は６０μｍとした。最後に、フリップチップ実装装置で、金バンプ２１がＳＯＡアレイ２４の高周波配線２７と接続するように、ＰＤ２２を１個ずつ実装する。以上で、ＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０が完成する。
【００４０】
３．可変光減衰器の特性
上述した構成の多チャネル光受信器について、図２に示す実験系を作製し、この実験系を用いて、アイパターンの測定を行った。すなわち、ＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０の代わりにＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０を用い、このＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０の分波器２６の入力側に、光ファイバ３２を介して多チャネル送信光源３１が接続される。また、ＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０には、光サンプリングオシロスコープ３６が接続される。測定時において、光ファイバ３２は４０ｋｍ、ＳＯＡ２３のバイアス電流は１００ｍＡ、データレート２７．７Ｇｂｐｓ、Non Return to ZERO（以下、ＮＲＺと称す）とし、疑似ランダム信号（以下、ＰＲＢＳと称す）は［２31−１］の光信号を４チャネル分入射した。このとき、光サンプリングオシロスコープ３６で観測された消光比は５ｄＢであった。
【００４１】
又、上述した実験系において、光サンプリングオシロスコープ３６をエラーディテクタに変え、光ファイバ３２とＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０との間に可変光減衰器をいれて、符号誤り率特性（以下、ＢＥＲ特性と称す）を測定した。このとき、各チャネルでのエラーフリー動作を確認することができた。１２９５ｎｍ波長のチャネルだけ動作させたとき、ＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０に入射させる光のパワーが−２０ｄＢｍまではエラーフリー動作であった。
【００４２】
したがって、本実施例に係る多チャネル光受信器によれば、小型であって、低コストで製造できる長距離向け多チャネル光受信器が実現可能であることが明らかとなった。
【００４３】
なお、上記では、ＰＤおよびＳＯＡの絶縁部として、ルテニウム、鉄をドープしたＩｎＰを用いることができる。
【００４４】
上述した第１の実施例では、ＰＤアレイ１２と分波集積ＳＯＡアレイ１４とを具備するＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイ１０について説明したが、チャネル数分のＰＤと分波集積ＳＯＡアレイとを具備するＰＤ集積ＳＯＡアレイとすることも可能である。
【００４５】
上述した第２の実施例では、チャネル数分のＰＤ２２とＳＯＡアレイ２４とを具備するＰＤ集積ＳＯＡアレイ２０と、複数の分波器２６とを備えた多チャネル光受信器を用いて説明したが、チャネル数分のＰＤを集積したＰＤアレイとＳＯＡアレイとを具備するＰＤアレイ集積ＳＯＡアレイと、複数の分波器とを備えた多チャネル光受信器とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係る多チャネル光受信器によれば、小型であって、低コストで製造できる長距離向け多チャネル光受信器が実現可能であることから、光通信産業にとって有用である。
【符号の説明】
【００４７】
１０          多チャネル光受信器
１１          金バンプ
１２          ＰＤアレイ
１３          ＳＯＡ
１４          分波器集積ＳＯＡアレイ
１５          ４５度ミラー
１６          分波器
１７          高周波配線
２０          多チャネル光受信器
２１          金バンプ
２２          ＰＤ
２３          ＳＯＡ
２４          ＳＯＡアレイ
２５          ４５度ミラー
２６          分波器
２７          高周波配線
２８          マイクロレンズアレイ
３１          多チャネル送信光源
３２          光ファイバ
３５          パルスパターンジェネレータ
３６          光サンプリングオシロスコープ
５１          単チャネル光受信器
５２          光分波器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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