(57)【要約】【課題】本発明の目的は、マルチモード光導波路を用いた光合分波器において、実装時の位置ずれに対するトレランスを拡大することである。【解決手段】この為、本発明は、マルチモード光導波路とシングルモード光導波路とを直接結合する。更に本発明の別な形態は、その両者の間にシングルモード光導波路を設けて、その長さを零近傍、又はシングルモードの０次モードと放射性の高次モードとの干渉の周期もしくはその近傍に設定する。【選択図】図１
2006338058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチモード光導波路と、このマルチモード光導波路の第一の端面に光学的に結合された複数の第一のシングルモ−ド光導波路と、を少なくとも有し、前記マルチモード光導波路の前記第一の端面と反対側の第二の端面がシングルモ−ドファイバと光学的に結合が可能であることを特徴とする光導波路部材。
【請求項２】
前記マルチモード光導波路の前記第一の端面と反対側の第二の端面に光学的に結合されたシングルモ−ドファイバを少なくとも有することを特徴とする請求項１に記載の光導波路部材。
【請求項３】
前記マルチモード光導波路の前記第二の端面に隣接して、この第二の端面に光学的に結合する光ファイバを保持する為の溝構造が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路部材。
【請求項４】
前記マルチモード光導波路の前記第二の端面に隣接して、この第二の端面に光学的に結合する光ファイバを保持する為の溝構造が配置され、前記マルチモード光導波路の第二の端面に光学的に結合されたシングルモ−ドファイバを有し、且つ前記シングルモ−ドファイバが前記溝構造に保持されていることを特徴とする請求項２に記載の光導波路部材。
【請求項５】
前記マルチモード光導波路及び前記第一のシングルモード光導波路の内の少なくとも一者が高分子樹脂材料によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路部材。
【請求項６】
前記マルチモード光導波路及び前記第一のシングルモード光導波路の内の少なくとも一者が高分子樹脂材料によって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光導波路部材。
【請求項７】
前記マルチモード光導波路及び前記第一のシングルモード光導波路の内の少なくとも一者がシリコン基板上に搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路部材。
【請求項８】
前記マルチモード光導波路及び前記第一のシングルモード光導波路の内の少なくとも一者がシリコン基板上に搭載されていることを特徴とする請求項２に記載の光導波路部材。
【請求項９】
請求項２に記載の光導波路部材の少なくとも一つを有し、
前記光導波路部材の有するマルチモード光導波路の第一の端面に光学的に結合している複数の第一のシングルモード光導波路の少なくとも一者と、
前記マルチモード光導波路と光学的に結合していない側の、前記マルチモード光導波路の第二の端面に、この第二の端面に光学的に結合される光素子、光導波路、シングルモードファイバ、マルチモードファイバ、及び、光ファイバを保持する為の溝構造の群から選ばれた少なくとも一者を有することを特徴とする光モジュール。
【請求項１０】
マルチモード光導波路と、このマルチモード光導波路の第一の端面に光学的に結合された複数の第一のシングルモ−ド光導波路と、前記マルチモード光導波路の前記第一の端面と反対側の第二の端面に光学的に結合された少なくとも一つの第二のシングルモード光導波路とを、少なくとも有し、且つ前記第二のシングルモード光導波路の長さが４０μｍ以下であることを特徴とする光導波路部材。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの第二のシングルモード光導波路は第三と第四の端面を有し、前記第二のシングルモード光導波路の第三の端面は前記マルチモード光導波路の第二の端面に光学的に結合され、且つ、前記マルチモード光導波路と結合された第三の端面と反対側の第四の端面に光学的に結合されたシングルモードファイバを有することを特徴とする請求項１０に記載の光導波路部材。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの第二のシングルモード光導波路は第三と第四の端面を有し、前記第二のシングルモード光導波路の第三の端面が前記マルチモード光導波路の第二の端面に光学的に結合され、且つ、前記少なくとも一つの第二のシングルモード光導波路の長さが２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の光導波路部材。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの第二のシングルモード光導波路の前記第四の端面に光学的に結合されたシングルモードファイバーを有することを特徴とする請求項１２に記載の光導波路部材。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの第二のシングルモード光導波路は第三の端面と第四の端面を有し、前記第二のシングルモード光導波路の前記第三の端面は前記マルチモード光導波路の第二の端面に光学的に結合し、前記第四の端面に隣接して、前記第二のシングルモード光導波路の第四の端面に光学的に結合する光ファイバを保持する為の溝構造が配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の光導波路部材。
【請求項１５】
前記第四の端面に隣接して、前記第二のシングルモード光導波路の第四の端面に光学的に結合する光ファイバを保持する為の溝構造が配置され、前記マルチモード光導波路の第四の端面に光学的に結合されたシングルモ−ドファイバを有し、且つ、前記シングルモ−ドファイバが前記溝構造に保持されていることを特徴とする請求項１１に記載の光導波路部材。
【請求項１６】
前記第四の端面に隣接して、前記第二のシングルモード光導波路の第四の端面に光学的に結合する光ファイバを保持する為の溝構造が配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の光導波路部材。
【請求項１７】
前記マルチモード光導波路及び前記第一及び第二のシングルモード光導波路の内の少なくとも一者が高分子樹脂材料によって構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の光導波路部材。
【請求項１８】
前記マルチモード光導波路及び前記第一及び第二のシングルモード光導波路の内の少なくとも一者がシリコン基板上に搭載されていることを特徴とする請求項１０に記載の光導波路部材。
【請求項１９】
マルチモード光導波路と、このマルチモード光導波路の第一の端面に光学的に結合された複数の第一のシングルモ−ド光導波路と、前記マルチモード光導波路の前記第一の端面と反対側の第二の端面に光学的に結合された少なくとも一つの第二のシングルモード光導波路とを有し、且つ前記少なくとも一つの第二のシングルモード光導波路の長さが、前記第二のシングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの干渉周期のｎ−１／５倍からｎ＋１／５倍（ここで、ｎ＝０、１、２、．．．．）の範囲（但し、正の数）、又は前記第二のシングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの間の伝搬定数差でπを除した値のｎ−１／５倍からｎ＋１／５倍（ここで、ｎ＝０、１、２、．．．．）の範囲（但し、正の数）、又は前記第二のシングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの間の伝搬定数差で２πを除した値のｎ−１／５倍からｎ＋１／５倍（ここで、ｎ＝０、１、２、．．．．）の範囲（但し、正の数）の少なくともいずれかで表される範囲にあることを特徴とする光導波路部材。
【請求項２０】
前記少なくとも一つの第二のシングルモード光導波路は第三と第四の端面を有し、前記第二のシングルモード光導波路の第三の端面が前記マルチモード光導波路の第二の端面に光学的に結合され、且つ、
前記シングルモード光導波路の前記マルチモード光導波路と結合された第二の端面と反対側の第四の端面に光学的に結合されたシングルモ−ドファイバを有することを特徴とする請求項１９に記載の光導波路部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路部材及び光モジュ−ル（Optical Module）に関し、特に光合分波器、光分岐結合器 （Optical multiplexer and Optical demultiplexer）及びこれを用いた光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の高速大容量化の観点から、波長多重（ＷＤＭ：wavelength division multiplexing）システムが注目を集めている。ＷＤＭシステムでは、光合分波器は必要不可欠の素子である。とりわけ、シングルモ−ドファイバ（single-mode fiber）と結合して用いる型の素子は特に重要である。これは、シングルモ−ドファイバを用いると光信号を波形劣化（deterioration of the signal）が少なく伝送できるからである。
【０００３】
従来、この様な素子としては、例えば、アプライド  フィジクス  レター（Appl． Phys． Lett．）、vol．６１、ｎo．１５、  ｐｐ．１７５４−１７５６、１９９２．に示された光分波器が知られている（非特許文献１）。
【０００４】
第１３図はこうしたものの代表例の平面図である。本素子では、基板１上に１芯（core）のシングルモ−ド導波路１０、マルチモ−ド導波路２および４芯のシングルモ−ド導波路アレイ３が、光軸方向に直列に結合されている。本素子を、例えば分波器として動作させる場合は、１芯側にシングルモ−ドファイバ４を結合してシングルモ−ド導波路１０に光を入射する。この光はマルチモ−ド導波路２に入射する際に複数のモ−ドを励振（excite）し、モ−ド間の干渉により４分岐されてシングルモ−ド導波路アレイ３から４芯側シングルモ−ドファイバ４‘へ出力される。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−４８４５８号公報
【非特許文献１】アプライド  フィジクス  レター（Appl． Phys． Lett．）、vol．６１、ｎo．１５、  ｐｐ．１７５４−１７５６、１９９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来例の素子では、１芯側シングルモ−ドファイバ４とマルチモ−ド導波路２との間にシングルモ−ド導波路１０を設けて、マルチモ−ド導波路２の中央に光が入射される様に図っている。しかし、この場合、１芯側で素子とシングルモ−ドファイバ４との間に位置ずれがあると、シングルモ−ド導波路１０内に放射性（radiative）の高次モ−ド光（higher order mode）１４が励振される。この高次モード光１４と０次モ−ド光１３とは干渉してしまう。この時、光伝搬は蛇行するため（since the distribution of the light fluctuates during beam propagation）、位置ずれが僅かな場合でも、マルチモ−ド導波路２に入力される光の位置や進行方向が中心軸から大きくずれてしまう事がある。第１４に、この時のシングルモ−ドファイバ４の中心軸１１、シングルモ−ド導波路１０の中心軸１２および光強度のピ−ク位置１５の関係を示す。尚、その他の部分は第１３図と同一の符号で示した。この場合、チャネル間の光出力は大きくばらついてしまう。このため、上記素子を実装する際には、高い位置合わせ精度が必要になり、簡易なパッシブアライメント法（passive alignment method）を用いて実装コストを低減する事は困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
こうした状況を背景に、本発明の目的は、シングルモ−ドファイバとの間の実装位置ずれトレランスが大きく、低コストなパッシブアライメント法によるモジュ−ル実装が可能な光合分波器を提供することにある。
【０００８】
尚、特開平１０−４８４５８号公報には、マルチモ−ド導波路にマルチモ−ドファイバを直接結合した例が報告されている（特許文献１）。しかし、この例はあくまで、マルチモ−ドファイバを用いる技術に関するものである。
【０００９】
本発明の代表的な形態は、マルチモ−ド導波路２と１芯側シングルモ−ドファイバ４とを直接光学的に結合させる事を特徴とする。尚、本願の光導波路部材は、光合波器あるいは光分波器として用いることが出来る。光導波路部材を光合波器として用いるか、または光分波器として用いるかによって、当該光導波路部材への光の導入方向が異なる。更に、その目的によってその入射口あるいは射出口に所望の光部材、光素子を設けることが出来る。
【００１０】
本発明の形態は、マルチモード光導波路と、このマルチモード光導波路の第一の端面に光学的に結合された複数のシングルモ−ド光導波路とを少なくとも有し、前記マルチモード光導波路の前記第一の端面と反対側の第二の端面がシングルモ−ドファイバと光学的に結合が可能なことを特徴とする光導波路部材である。
そして、本発明においては、前記マルチモード光導波路の第二の端面に光学的に結合されシングルモード光導波路の長さの設定が肝要である。その設定方法については、下記に詳細に説明する。
【００１１】
本発明の発明思想を説明する為、一芯側のシングルモード導波路長と挿入損失との関係を例示する。第１５図は、上記シングルモード導波路を有する分波器と１芯側シングルモ−ドファイバ４とが水平方向に１．０μmずれている場合の１芯側シングルモ−ド導波路長ＬINと挿入損失との関係を、計算により算出したものである。計算はビ−ム伝搬法（beam propagation method）によった。尚、挿入損失（insertion loss）とは、本発明の光導波路部材を光路中に挿入することに伴う光損失のことである。
第１５図には、本発明の代表的な素子構造、即ち、ＬIN＝０の場合の特性も合わせて示される。ＣＨ１よりＣＨ４は、４芯側のシングルモード光導波路の各々の特性例を示している。本例では外側に位置するシングルモード光導波路ＣＨ１、ＣＨ４の損失がＣＨ２及びＣＨ３のそれに比較して大きい。しかし、所定の周期で各チャネルの挿入損失のバラツキが極めて小さくなることが理解される。本発明は、この一芯側シングルモード光導波路をなくす形態か、あるいはこのシングルモード光導波路を用いても各チャネルの特性のバラツキを極めて小さくなる光導波路長を用いる。こうした本発明の素子構造によれば、シングルモード導波路を有する分波器と１芯側シングルモ−ドファイバ４とが水平方向に位置ずれがある場合のチャネル間の挿入損失ばらつきを、従来素子の最悪値から５ｄＢ近く低減できる事が分かる。先に説明したように、マルチモ−ド導波路２と１芯側シングルモ−ドファイバ４とを直接光学的に結合させる形態が最も好ましい。それは、特性面及び製造面からも首肯できることであろう。
【００１２】
以下、光導波特性のバラツキを極めて小さくなる周期と本発明の諸形態について説明する。
【００１３】
第１５図に見られるように、１芯側シングルモ−ド導波路長ＬINがゼロの場合の外、２００μｍないしは２５０μｍ周期でチャネル間挿入損失差がほぼ無くなるＬINが存在する。この周期は、第１４図に示した様に、０次モ−ド１３と放射性の高次モ−ド１４の干渉の周期（ｂｅａｔ  ｌｅｎｇｔｈ）であり、両モ−ドの伝搬定数の差でπを除した値に等しくなる。
【００１４】
このように、本発明はＬINを、この干渉の周期のｎ倍（ｎ＝０、１、２、…）としても良い。これは、マルチモ−ド干渉（ＭＭＩ：multi−mode interference）型合分波器の設計の際に、従来の様に導波モ−ドのみを考慮するのではなく、放射モ−ドも含めて考慮する事に相当する。
【００１５】
上記干渉の結果、チャネル間挿入損失差はＬINに対して三角関数状に周期的に変化する。このため、ＬINが上記干渉の周期のｎ倍の構造から、干渉周期に対して所定の小さい値だけ異なっていても、チャネル間挿入損失差は低く抑えられる。そして、その特性を所望の値になすことが出来る。
【００１６】
即ち、ＬINを干渉周期の１／５以内としても十分本発明の目的を達成することが出来る。言い換えれば、このＬINは、実質的に４０μｍ以内ということが出来る。この条件によれば、例えば１０Ｇｂ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）用モジュール等で十分適用できるものである。
【００１７】
又、ＬINを、干渉の周期のｎ−１／５倍から干渉周期のｎ＋１／５倍（ｎ＝０、１、２…）の範囲としても良い。又、言い換えれば、ＬINを、干渉周期のｎ倍（ｎ＝０、１、２…）から±４０μｍ以内の範囲にしても良いということが出来る。この場合でも、チャネル間挿入損失ばらつきを従来の最悪値から３ｄＢ程度低減できる。
【００１８】
更に望ましくは、ＬINを干渉周期の１／１０以内の範囲にすれば更に望ましい。言い換えれば、ＬINを２０μｍ以内にすれば更に望ましい。
【００１９】
もしくは、同じ効果は、ＬINを、干渉の周期のｎ−１／１０倍から干渉周期のｎ＋１／１０倍（ｎ＝０、１、２…）の範囲で得ることが出来る。言い換えれば、ＬINを、干渉周期のｎ倍（ｎ＝０、１、２…）から±２０μｍ以内の範囲にすれば更に望ましいということが出来る。この場合は、従来の最悪値にくらべてチャネル間挿入損失ばらつきが４ｄＢ近く低減する事が期待できる。
【００２０】
上記説明の場合は、０次モ−ド１３と干渉する高次モ−ド１４が奇数次であるが、偶数次の場合は上記干渉周期として０次モ−ド１３と高次モ−ド１４の伝搬定数の差で２πを除した値を用いれば良い。
【００２１】
尚、本発明の実施に当って、前記マルチモ−ド導波路の中心軸と前記マルチモ−ド導波路の第二の端面に光学的に結合されているシングルモ−ド導波路の中心軸とを一致させることが光学的に好ましい。この形態は本発明の諸変形形態においても同様である。
【００２２】
又、上記説明で、本発明の光導波路部材の例を分波器として説明したが、分波器と合波器では光の進行方向が逆なだけで動作原理は等しい。従って、本発明の素子を合波器として用いる場合も、分波器と同様に大きな実装位置ずれトレランスを確保する事ができる。
【００２３】
本発明は、マルチモ−ド導波路にシングルモ−ドファイバを直接結合して、合分波器の実装位置ずれトレランスの向上を可能にしたことが肝要である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の光導波路部材、素子を用いれば、安価なパッシブアライメント法によるモジュ−ル実装が可能になるため、低価格な光モジュ−ルを得る事ができる。
【００２５】
本発明の実施例によれば、大きな実装位置ずれトレランスを有する光導波路部材、例えば光合分波器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に本発明の諸実施の形態を列挙する。
【００２７】
第１図に本発明の第一の実施例を示す。本図は素子の概略的な上面図である。本実施例の素子は光合波器としても光分波器としても用いる事ができる。本実施例では、基板１上にマルチモ−ド導波路２と４芯のシングルモ−ド導波路アレイ３が光学的に結合されている。また、マルチモ−ド導波路２のシングルモ−ド導波路アレイ３と結合していない側の端面には、シングルモ−ドファイバ４が光学的に直接結合している。このため、本構造では前記の様に、マルチモ−ド導波路２とシングルモ−ドファイバ４との間の位置合わせに位置ずれがあった場合でも、チャネル間での挿入損失のばらつきを低く抑える事ができる。本例にみられるように、マルチモ−ド導波路にシングルモ−ドファイバを直接結合することが重要である。
【００２８】
第２図に本発明の第二の実施例を示す。本図は素子の概略的な上面図である。本実施例は、光送信モジュ−ルの例である。本実施例でも、第一の実施例と同様に、基板１上にマルチモ−ド導波路２と４芯のシングルモ−ド導波路アレイ３が光学的に結合されている。また、マルチモ−ド導波路２のシングルモ−ド導波路アレイ３と結合していない側の端面には、シングルモ−ドファイバ４が光学的に直接結合している。本モジュ−ルでは、第一の実施例の素子と同一の基板１上にシングルモ−ドファイバ４を位置決め固定するためのＶ溝６が設けられている。前記Ｖ溝６は光ファイバーの軸方向に沿って設けられる。基板１は通例、例えばシリコン基板が用いられる。そして、この場合、前記のＶ溝、即ち断面がＶ字形をした溝は、シリコン結晶の異方性エッチング（anisotropic etching）によって、高精度に加工される。シリコン結晶の異方性エッチングによる溝構造を、通称Ｖ溝（V-groove）と称している。しかし、現実の形態では、正確なＶ字型以外にＵ字に類似の型状あるいはこれらの形状に変形が加わった形態があり得る。こうした諸形態を含んで本願明細書では「Ｖ溝」あるいは「Ｖ字型」の用語を説明に用いている。こうしたＶ字型溝構造を有する基板の構成自体は当該分野で知られたものであるので、その詳細説明は省略する。勿論、これらは他の方策も取り得る。
【００２９】
更に、本例では、Ｖ溝６の端面を整えるために、ダイシング溝７が形成されている。又、発振波長の異なる４個の分布帰還（ＤＦＢ：Distributed FeedBack）型半導体レ−ザ５が基板１上に搭載され、シングルモ−ド導波路アレイ３と光学的に結合されている。ＤＦＢ型半導体レ−ザ５は配線４１で送信用ＬＳＩ４０と接続して駆動される。本モジュ−ルでは、４個のＤＦＢ型半導体レ−ザ５から発振した波長の異なる光をシングルモ−ドファイバ４に低損失でかつチャネル間の損失差を抑えて合波し送信する事ができる。又、本モジュ−ルは、ＤＦＢ型半導体レ−ザの代わりに導波路型フォトダイオ−ドを、送信用ＬＳＩの代わりに受信用ＬＳＩを用いれば受信モジュ−ルとして動作させる事ができる。この場合もチャネル間挿入損失差に関する大きな実装位置ずれトレランスが得られる。本例においても、前述したように、マルチモ−ド導波路２にシングルモ−ドファイバ４を直接結合することが重要である。
【００３０】
第３図に、上記第二の実施例をＳｉ基板およびポリマ導波路を用いて作製した例の斜視図を示す。図ではＬＳＩの部分は省略した。本モジュ−ルでは、上記第２図に示したマルチモ−ド導波路２およびシングルモ−ド導波路アレイ３は、下側のポリマで構成されたクラッド層（以下、下側ポリマクラッド層と略記する）２２、ポリマで構成されたコア層（以下、ポリマコア層と略記する）２３および上側のポリマで構成されたクラッド層（以下、上側ポリマクラッド層と略記する）２４から形成されている。本ポリマ導波路は、表面に二酸化シリコン膜（以下、ＳｉＯ２膜と略記する）２１を有するＳｉ基板２０上に形成されている。他の部分は第２の例と同様である。即ち、Ｖ溝８に光ファイバー４が位置決めして搭載される。Ｖ溝６の端面を整えるために、ダイシング溝７が形成されている。４芯のシングルモード導波路２３１、２３２、２３３、及び２３４の各々はＤＦＢ型半導体レーザ５１、５２、５３、及び５４に接続される。
【００３１】
こうして構成された本モジュ−ルでは、シングルモ−ドファイバ４との位置ずれトレランスが１．０μｍ以上の特性が得られた。即ち、チャネル間のばらつき０．５ｄＢ以下である。又、動作波長帯は１．３μｍの例である。
【００３２】
第４図に上記モジュ−ルの光導波路部分の作製法を示す。図では他の領域は省略されている。それらは、通例の方法で制作して十分である。第４図は、製造工程順に示す素子主要部の断面図である。
【００３３】
光導波路は、ＳｉＯ２膜２１が形成されたＳｉ基板２０を準備し、このＳｉＯ２膜２１上に下側ポリマクラッド層２２およびポリマコア層２３を形成する（第４図（Ａ））。この後、周知の方法により、４芯のシングルモード導波路２３１、２３２、２３３、及び２３４の各々に対応するように、ポリマコア層２３をエッチングする（第４図（Ｂ））。こうして準備した基板上に、上側ポリマクラッド層２４を形成すれば、ポリマ導波路によって光導波路部が形成される（第４図（Ｃ））。こうした構成に用いる代表的なポリマの例は、例えば、ポリイミド（polyimide）、ポリシロキサン（polysiloxane）、エポキシ樹脂（epoxy resin）、アクリル樹脂（acrylate resin）、あるいはこれらの諸樹脂のフッ素化された有機高分子樹脂（fluorinated polymer）等である。
【００３４】
尚、上記モジュ−ルのシリコン基板２０へのＶ溝６は、例えばＫＯＨ液（KOH solution）を用いた異方性のウエット・エッチングにより得ることが出来る。
【００３５】
尚、具体的な応用に際しての例を示せば、光導波路のコアは、６．５μｍＸ６．５μｍ程度、クラッドの屈折率は１．５２５程度、クラッドとコアの屈折率差は０．４％より０．５％程度である。又、当該光モジュールの使用波長帯は、例えば１２５０ｎｍより１３７５ｎｍ程度である。一般に１０ＧｂＥ−ＷＷＤＭでは、中心波長は１２５７．７ｎｍ、１３００．２ｎｍ、１３２４．７ｎｍ及び１３４９．２ｎｍの４波が用いられている。
【００３６】
上記説明では、ＤＦＢ型半導体レ−ザおよび導波路型フォトダイオ−ドを用いた場合について述べたが、光システムの要請に応じて、他の型の半導体レ−ザやフォトダイオ−ドもしくは他の光素子を、用いることが出来る。
【００３７】
第５図に本発明の第三の実施例を示す。本実施例は第二の実施例の形態に、ＤＦＢ型半導体レ−ザ５の代わりにシングルモ−ドファイバ４をシングルモ−ド導波路アレイ３と光学的に結合した例である。尚、他の構成はこれまでの例と同様であるので、詳細説明は省略する。本実施例は合波器としても分波器としても用いる事ができる。又、本実施例ではシングルモ−ド導波路アレイ３と光学的に結合させる光ファイバの全てもしくは一部をマルチモ−ドファイバとしても良い。この場合、本実施例は分波器として動作させる事ができる。
【００３８】
第６図に本発明の第四の実施例を示す。本実施例の素子は、光モジュールの基板を複数の部材から構成する例である。即ち、この例では、マルチモ−ド導波路２およびシングルモ−ド導波路アレイ３が形成されている基板１と異なる第二の基板８とを有する。第二の基板８上には、第二のシングルモ−ド導波路アレイ９が形成されている。他の構成は第５図の例などと同様である。
【００３９】
本実施例は第二の実施例において、ＤＦＢ型半導体レ−ザ５の代わりに第二のシングルモ−ド導波路アレイ９をシングルモ−ド導波路アレイ３と光学的に結合した例である。本実施例も合波器としても分波器としても用いる事ができる。ここで、本実施例の素子を分波器として用いる場合には、シングルモ−ド導波路アレイ９の代わりにマルチモ−ド導波路アレイもしくは、マルチモ−ド導波路とシングルモ−ド導波路とにより形成された導波路アレイを用いる事もできる。
【００４０】
第７図に本発明の第五の実施例を示す。本実施例は合波器の例である。本実施例は、第二の実施例として示した光モジュールにおけるシングルモ−ドファイバ４の、マルチモ−ド導波路２と結合していない側の端面が、マルチモ−ドファイバ３０に結合されている例である。この場合、シングルモ−ドファイバ４から単一モ−ドをマルチモ−ドファイバ３０の中央に入射することができるので、マルチモ−ドファイバ３０内に導波モ−ドを効率良く励振する事ができる。他の構成は第２図の例などと同様である。この様に、本発明はマルチモ−ドファイバによる光伝送に用いても有効である。
【００４１】
本発明では、シングルモ−ド導波路アレイ３におけるシングルモ−ド導波路の本数は任意であり、上記実施例の説明に用いた図の様に必ずしも４本に制限する必要は無い。こうした例を、第８図に第六の実施例として７本のシングルモ−ド導波路を有する例を示す。
【００４２】
本発明では、マルチモ−ド導波路２とシングルモ−ドファイバ４との間に０μｍ近傍の有限の長さを有するシングルモ−ド導波路１０を設けても良い。第９図に、第七の実施例として本構造を有する合分波器を示す。この場合も前記説明の様に、大きな実装位置ずれトレランスを得る事ができる。尚、前記シングルモ−ド導波路１０の長さを「０μｍ近傍の有限の長さ」と記載したが、より具体的には、課題を解決する手段の欄に詳細に説明したところである。更に、その許容範囲は第１５をもって説明したところである。
【００４３】
更に、次の形態が実用的に有用である。即ち、それは、マルチモ−ド導波路の第二の端面に光学的に結合されているシングルモ−ド導波路の長さの許容範囲の中央値が、前記シングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の１次モ−ドとの間の伝搬定数差（difference in propagation constant）でπを除した値である光導波路部材である。あるいは、又、マルチモ−ド導波路の第二の端面に光学的に結合されているシングルモ−ド導波路の長さの許容範囲の中央値が、該シングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の２次モ−ドとの間の伝搬定数差で２πを除した値である光導波路部材である。こうした光導波路部材を各種光モジュールに用いた形態が有用である。
【００４４】
又、当該光導波路部材において、マルチモ−ド導波路の中心軸とマルチモ−ド導波路の第二の端面に光学的に結合されているシングルモ−ド導波路の中心軸とが一致する形態が実用的に好ましい。
【００４５】
第１０図に本発明の第八の実施例を示す。本実施例は上記第七の実施例の素子を用いた送信もしくは受信モジュ−ルの例である。本モジュ−ルは、光素子の変わりにシングルモ−ドファイバもしくはシングルモ−ド導波路をシングルモ−ド導波路アレイ３に結合させれば、合分波モジュ−ルとして動作させる事ができる。
【００４６】
又、本発明では、マルチモ−ド導波路２とシングルモ−ドファイバ４との間にシングルモ−ド導波路１０を設けて、このシングルモ−ド導波路１０の長さを０次モ−ドと放射性の高次モ−ドとの干渉の周期もしくはその周期の近傍にしても良い。第１１図に、本構造を有する第九の実施例を示す。この場合も前記説明の様に、大きな実装位置ずれトレランスを得る事ができる。尚、前記シングルモ−ド導波路１０のより具体的な長さは、課題を解決する手段の欄に詳細に説明したところである。
【００４７】
第１２図に本発明の第十の実施例を示す。本実施例は上記第九の実施例の素子を用いた送信もしくは受信モジュ−ルの例である。
【００４８】
又、本モジュ−ルは、光素子の変わりにシングルモ−ドファイバもしくはシングルモ−ド導波路をシングルモ−ド導波路アレイ３に結合させれば、合分波モジュ−ルとして動作させる事ができる。
【００４９】
本発明は、基板、導波路およびその他の構成要素の材料に関わらず有効であり、上記実施例で説明した場合に制限されない。また、本発明はシングルモ−ドファイバ、光素子、導波路およびその他の構成要素の位置決め固定法に関わらず有効であり、上記実施例で説明した場合に制限されない。
【００５０】
以下に、本発明にて用い得る、前記マルチモード導波路の第二の端面に光学的に結合されている前記シングルモード光導波路の長さの諸形態を整理し、列挙する。尚、例えば２０μｍ以下、４０μｍ以下と具体的数字のみで示された形態は除いた。
（１）マルチモード光導波路と、このマルチモード光導波路の第一の端面に光学的に結合された複数の第一のシングルモ−ド光導波路と、前記マルチモード光導波路の前記第一の端面と反対側の第二の端面に光学的に結合された少なくとも一つの第二のシングルモード光導波路とを有し、且つ前記少なくとも一つの第二のシングルモード光導波路の長さが、前記第二のシングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの干渉周期のｎ−１／５倍からｎ＋１／５倍（ここで、ｎ＝０、１、２、…）の範囲（但し、正の数）、又は前記第二のシングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの間の伝搬定数差でπを除した値のｎ−１／５倍からｎ＋１／５倍（ここで、ｎ＝０、１、２…）の範囲（但し、正の数）、又は前記第二のシングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの間の伝搬定数差で２πを除した値のｎ−１／５倍からｎ＋１／５倍（ここで、ｎ＝０、１、２、…）の範囲（但し、正の数）の少なくともいずれかで表される範囲にある。
（２）前記マルチモード導波路の第二の端面に光学的に結合されている前記シングルモード光導波路の長さが、前記シングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの干渉周期のｎ−１／１０倍からｎ＋１／１０倍（ここで、ｎ＝０、１、２、…）の範囲（但し、正の数）にあることを特徴とする前記（１）に記載の光導波路部材である。
（３）マルチモード光導波路と、このマルチモード光導波路の第一の端面に光学的に結合された複数のシングルモ−ド光導波路と、前記マルチモード光導波路の前記第一の端面と反対側の第二の端面に光学的に結合された一つのシングルモード光導波路と、前記シングルモード光導波路の前記マルチモード光導波路と結合された第一の端面と反対側の第二の端面に光学的に結合されたシングルモ−ドファイバとを、少なくとも有し、且つ前記シングルモード光導波路の長さが、前記シングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの干渉周期のｎ倍（ｎ＝０、１、２、…）から±４０μｍ以内（但し、正の数）である。
（４）前記マルチモード導波路の第二の端面に光学的に結合されている前記シングルモ−ド導波路の長さが、前記シングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの干渉周期のｎ倍（ここで、ｎ＝０、１、２、…）から±２０μｍ以内（但し、正の数）であることを特徴とする前記（４）に記載の光導波路部材である。
（５）マルチモード光導波路と、このマルチモード光導波路の第一の端面に光学的に結合された複数のシングルモ−ド光導波路と、前記マルチモード光導波路の前記第一の端面と反対側の第二の端面に光学的に結合された一つのシングルモード光導波路と、前記シングルモード光導波路の前記マルチモード光導波路と結合された第一の端面と反対側の第二の端面に光学的に結合されたシングルモ−ドファイバとを、少なくとも有し、且つ前記シングルモード光導波路の長さが、前記シングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの間の伝搬定数差でπを除した値のｎ−１／５倍からｎ＋１／５倍（ここで、ｎ＝０、１、２、…）の範囲（但し、正の数）にあることを特徴とする光導波路部材である。
（６）前記マルチモード導波路の第二の端面に光学的に結合されている前記シングルモ−ド導波路の長さが、前記シングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの間の伝搬定数差でπを除した値のｎ−１／１０倍からｎ＋１／１０倍（ここで、ｎ＝０、１、２、…）の範囲（但し、正の数）にあることを特徴とする前記（５）に記載の光導波路部材である。
（７）マルチモード光導波路と、このマルチモード光導波路の第一の端面に光学的に結合された複数のシングルモ−ド光導波路と、前記マルチモード光導波路の前記第一の端面と反対側の第二の端面に光学的に結合された一つのシングルモード光導波路と、を少なくとも有し、前記シングルモード光導波路の前記マルチモード光導波路と結合された第一の端面と反対側の第二の端面がシングルモ−ドファイバと光学的に結合が可能であり、且つ前記シングルモード光導波路の長さが、前記シングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの間の伝搬定数差でπを除した値から±４０μｍ以内（正の数）であることを特徴とする光導波路部材である。
（８）前記マルチモード導波路の第二の端面に光学的に結合されている前記シングルモ−ド導波路の長さが、前記シングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの間の伝搬定数差でπを除した値から±２０μｍ以内（但し、正の数）であることを特徴とする光導波路部材である。
（９）マルチモード光導波路と、このマルチモード光導波路の第一の端面に光学的に結合された複数のシングルモ−ド光導波路と、前記マルチモード光導波路の前記第一の端面と反対側の第二の端面に光学的に結合された一つのシングルモード光導波路と、を少なくとも有し、前記シングルモード光導波路の前記マルチモード光導波路と結合された第一の端面と反対側の第二の端面がシングルモ−ドファイバと光学的に結合が可能であり、且つ前記シングルモード光導波路の長さが、前記シングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの間の伝搬定数差で２πを除した値のｎ−１／５倍からｎ＋１／５倍（ここで、ｎ＝０、１、２、…）の範囲（但し、正の数）にあることを特徴とする光導波路部材である。
（１０）前記マルチモード導波路の第二の端面に光学的に結合されている前記シングルモ−ド導波路の長さが、前記シングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの間の伝搬定数差で２πを除した値のｎ−１／１０倍からｎ＋１／１０倍（ここで、ｎ＝０、１、２、…）の範囲（但し、正の数）にあることを特徴とする光導波路部材である。
（１１）マルチモード光導波路と、このマルチモード光導波路の第一の端面に光学的に結合された複数のシングルモ−ド光導波路と、前記マルチモード光導波路の前記第一の端面と反対側の第二の端面に光学的に結合された一つのシングルモード光導波路と、を少なくとも有し、前記シングルモード光導波路の前記マルチモード光導波路と結合された第一の端面と反対側の第二の端面がシングルモ−ドファイバと光学的に結合が可能であり、且つ前記シングルモード光導波路の長さが、前記シングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの間の伝搬定数差で２πを除した値から±４０μｍ以内（但し、正の数）であることを特徴とする光導波路部材である。
（１２）前記マルチモード導波路の第二の端面に光学的に結合されている前記シングルモ−ド導波路の長さが、前記シングルモ−ド導波路の０次固有モ−ドと放射性の高次モ−ドとの間の伝搬定数差で２πを除した値から±２０μｍ以内（但し、正の数）であることを特徴とする前記（１１）に記載の光導波路部材である。
【００５１】
以下に本発明の光導波路部材の実用的な形態を整理して列挙する。
【００５２】
その第１は、本発明の光導波路部材のマルチモ−ド導波路もしくはシングルモ−ド導波路の少なくとも一つがポリマ材料により作製されている事を特徴とするものである。
【００５３】
第２は、本発明の光導波路部材のマルチモ−ド導波路もしくはシングルモ−ド導波路の少なくとも一つがシリコン基板上に作製されている事を特徴とするものである。
【００５４】
第３は、マルチモ−ド導波路の第二の端面に光学的に結合されているシングルモ−ド導波路のマルチモ−ド導波路と結合していない側の端面がシングルモ−ドファイバと光学的に結合されている事を特徴とするものである。
【００５５】
第４は、マルチモ−ド導波路もしくはシングルモ−ド導波路と同一の基板に形成されたＶ字型もしくは他の断面形状を有する溝によりシングルモ−ドファイバが固定されている事を特徴とするものである。
【００５６】
第５は、シングルモ−ド導波路ともマルチモ−ド導波路とも光学的に結合していない側のシングルモ−ドファイバの端面がマルチモ−ドファイバと光学的に結合している事を特徴とする光導波路部材である。前記第３及び第４の形態に本技術思想を適用する形態は好ましい。
【００５７】
以下に本願の光モジュールの例を列挙する。
【００５８】
第１の形態は、少なくとも１個の本発明の光合波器もしくは光分波器を有し、当該光合波器もしくは光分波器の有するマルチモ−ド導波路の第一の端面に光学的に結合しているシングルモ−ド導波路の少なくとも一本が、マルチモ−ド導波路と光学的に結合していない側の端面において光素子もしくは光導波路もしくはシングルモ−ドファイバもしくはマルチモ−ドファイバと光学的に結合されている事を特徴とする光モジュ−ルである。
【００５９】
第２は、マルチモ−ド導波路の第一の端面に光学的に結合しているシングルモ−ド導波路に光学的に結合しているシングルモ−ドファイバもしくはマルチモ−ドファイバが、マルチモ−ド導波路もしくはシングルモ−ド導波路と同一の基板に形成されたＶ字型もしくは他の断面形状を有する溝により固定されている事を特徴とする前記第１の形態に記載の光モジュ−ルである。
【００６０】
第３は、前記第１の形態の光モジュ−ルにおいて、光合波器におけるマルチモ−ド導波路の第一の端面に光学的に結合している複数のシングルモ−ド導波路に各々発振波長の異なる分布帰還型もしくは分布反射型半導体レ−ザが光学的に結合している事を特徴とする光モジュ−ルである。
【００６１】
第４は、前記第１の形態の光モジュ−ルにおいて、光分波器におけるマルチモ−ド導波路の第一の端面に光学的に結合している複数のシングルモ−ド導波路に導波路型フォトダイオ−ドが光学的に結合している事を特徴とする光モジュ−ルである。
【００６２】
本発明の特徴は、マルチモード光導波路と、このマルチモード光導波路の第一の端面に光学的に結合された複数の第一のシングルモ−ド光導波路とを有し、前記マルチモード光導波路の前記第一の端面と反対側の第二の端面がシングルモ−ドファイバと光学的に結合が可能であることを特徴とする光導波路部材にあり、大きな実装位置ずれトレランスを有する光導波路部材、例えば光合分波器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１図は本発明による第一の実施例を示す平面図である。
【図２】第２図は本発明による第二の実施例を示す平面図である。
【図３】第３図は本発明による第二の実施例の一つの形態を示す斜視図である。
【図４】第４図は本発明による第二の実施例のポリマ光導波路部分の製造工程を示す部分断面図である。
【図５】第５図は本発明による第三の実施例を示す平面図である。
【図６】第６図は本発明による第四の実施例を示す平面図である。
【図７】第７図は本発明による第五の実施例を示す平面図である。
【図８】第８図は本発明による第六の実施例を示す平面図である。
【図９】第９図は本発明による第七の実施例を示す平面図である。
【図１０】第１０図は本発明による第八の実施例を示す平面図である。
【図１１】第１１図は本発明による第九の実施例を示す平面図である。
【図１２】第１２図は本発明による第十の実施例を示す平面図である。
【図１３】第１３図は従来例を示す平面図である。
【図１４】第１４図は従来構成における光伝搬の様子を示す平面図である。
【図１５】第１５図は一芯側シングルモード導波路長と挿入損失との関係の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１：基板、２：マルチモード導波路、３：シングルモード導波路アレイ、４：シングルモードファイバ、４’：シングルモードファイバ、５：ＤＦＢ型半導体レーザ、６：Ｖ溝、７：ダイシング溝、８：Ｖ溝、１０：シングルモード導波路、１３：０次モード、１４：放射性の高次モード、２０：Ｓｉ基板、２１：二酸化シリコン膜、２２：クラッド層、２３：コア層、２４：クラッド層、２３１、２３２、２３３、２３４：シングルモード導波路、５１、５２、５３、５４：ＤＦＢ型半導体レーザ、３０：マルチモードファイバ、４０：送信用ＬＳＩ、４１：配線。
【図１】
2006338058.tif 000003
【図２】
2006338058.tif 000004
【図３】
2006338058.tif 000005
【図４】
2006338058.tif 000006
【図５】
2006338058.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006338058.tif 000009
【図８】
2006338058.tif 000010
【図９】
2006338058.tif 000011
【図１０】
2006338058.tif 000012
【図１１】
2006338058.tif 000013
【図１２】
2006338058.tif 000014
【図１３】
2006338058.tif 000015
【図１４】
2006338058.tif 000016
【図１５】
2006338058.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成18年10月18日(2006.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチモード光導波路と、このマルチモード光導波路の第一の端面に光学的に結合された複数の第一のシングルモ−ド光導波路と、前記マルチモード光導波路の前記第一の端面と反対側の第二の端面に光学的に結合された第二のシングルモード光導波路とを、少なくとも有し、前記マルチモード光導波路はマルチモード干渉型合分波を行うマルチモード光導波路であり、前記第二のシングルモード光導波路は高分子樹脂材料によって構成され、前記第二のシングルモード光導波路は前記マルチモード光導波路の第二の端面に光学的に結合された第三の端面と、その反対側に直接光学的にシングルモードファイバが結合された第四の端面とを有し、且つ前記第二のシングルモード光導波路の長さが０μｍ超２０μｍ以下であることを特徴とするシングルモード光ファイバ通信用の光導波路部材。
【請求項２】
マルチモード光導波路と、このマルチモード光導波路の第一の端面に光学的に結合された複数の第一のシングルモ−ド光導波路と、前記マルチモード光導波路の前記第一の端面と反対側の第二の端面に光学的に結合された第二のシングルモード光導波路とを、少なくとも有し、前記マルチモード光導波路はマルチモード干渉型合分波を行うマルチモード光導波路であり、前記第二のシングルモード光導波路は高分子樹脂材料によって構成され、前記第二のシングルモード光導波路は前記マルチモード光導波路の第二の端面に光学的に結合された第三の端面と、その反対側の第四の端面とを有し、且つ前記第二のシングルモード光導波路の長さが０μｍ超２０μｍ以下であり、前記第二のシングルモード光導波路の前記第四の端面に隣接して、この第四の端面にシングルモ−ドファイバを直接光学的に結合・保持する為の溝構造が配置されていることを特徴とするシングルモード光ファイバ通信用の光導波路部材。
【請求項３】
前記マルチモード光導波路及び前記第一のシングルモード光導波路の内の少なくとも一者が高分子樹脂材料によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路部材。
【請求項４】
前記マルチモード光導波路及び前記第一のシングルモード光導波路の内の少なくとも一者が高分子樹脂材料によって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光導波路部材。
【請求項５】
前記マルチモード光導波路及び前記第一及び第二のシングルモード光導波路の内の少なくとも一者がシリコン基板上に搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路部材。
【請求項６】
前記マルチモード光導波路及び前記第一及び第二のシングルモード光導波路の内の少なくとも一者がシリコン基板上に搭載されていることを特徴とする請求項２に記載の光導波路部材。