(57)【要約】【課題】波長多重光送受信モジュールに適用した場合に、多数のチャンネル間での特性のばらつきを小さくする。【解決手段】複数の発光素子が実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル発光部１０４と、複数の光ファイバが実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル偏波保持部１０７と、多チャンネル偏波保持部１０７を保持するため光ファイバ保持用基板１０１と、光アイソレータ１１０と、多チャンネル回折格子型光結合器１１６とを有する光モジュールである。多チャンネル偏波保持部１０７の光ファイバは、光アイソレータ１１０での偏波回転角分だけ光ファイバの両端間の偏波面が回転するように捻られた状態で、光ファイバ保持用基板１０１上に保持されている。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子が実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル発光部と、
複数の光ファイバが実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル偏波保持部と、
前記多チャンネル偏波保持部を保持するための光ファイバ保持用基板と、
光アイソレータと、
多チャンネル回折格子型光結合器と、を有し、
前記多チャンネル発光部の各発光素子と、前記多チャンネル偏波保持部の各光ファイバの一端とが光学的に接続され、 
前記多チャンネル偏波保持部の各光ファイバの他端と、前記多チャンネル回折格子型光結合器とが光学的に接続され、 
前記多チャンネル偏波保持部と、前記多チャンネル回折格子型光結合器とを結ぶ光路上に前記光アイソレータが配置され、 
前記多チャンネル偏波保持部は、前記光アイソレータでの偏波回転角分だけ前記光ファイバの両端間の偏波面が回転するように捻られた状態で、前記光ファイバ保持用基板上に保持されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記多チャンネル発光部の前記発光素子は、前記複数のチャンネルの発振波長がそれぞれ異なる半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記多チャンネル発光部の各発光素子と、前記多チャンネル偏波保持部の各光ファイバの一端とは、第１の屈折率分布型レンズを介して接続されており、
前記多チャンネル偏波保持部の各光ファイバの他端には、第２の屈折率分布型レンズが接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記第１の屈折率分布型レンズの焦点距離が、前記第２の屈折率分布型レンズの焦点距離よりも短いことを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記多チャンネル発光部から前記多チャンネル偏波保持部に入力される光が直線偏光であり、かつ偏波面が前記多チャンネル偏波保持部の前記光ファイバの高速軸もしくは低速軸と一致しており、前記光が前記光ファイバを伝搬中は前記直線偏光の状態が維持されることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記光アイソレータは、偏光板とファラデー回転子を有し、
前記光アイソレータへの入射光の偏波面と前記光アイソレータからの出射光の偏波面とのなす角度が４５度もしくは９０度であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記光アイソレータと前記多チャンネル回折格子型光結合器とを結ぶ光路上に、光軸方向を７０度から９０度変換するための光路変換ミラーが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記第２の屈折率分布型レンズにおいて、前記光ファイバと接続される端面とは逆側の端面は、光軸方向と成す角が３５度から４５度となるように設定されており、
前記第１の屈折率分布型レンズは、光軸方向を７０度から９０度変換するように設定されていることを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【請求項９】
前記回折格子型光結合器には、入力された光を導波するための光導波路が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記光ファイバ保持用基板の表面には、所定形状の溝が直線状にかつ平行して複数本形成されており、
前記溝に前記多チャンネル偏波保持部の各光ファイバが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項１１】
前記多チャンネル発光部の前記発光素子は活性層を有しており、
前記多チャンネル発光部は、前記活性層が形成されている側の面が前記光ファイバ保持用基板の表面と接するような向きに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項１２】
前記多チャンネル発光部の前記発光素子は活性層を有しており、
前記多チャンネル発光部は、前記活性層が形成されている側と逆の面が前記光ファイバ保持用基板の表面と接するような向きに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項１３】
複数の発光素子が実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル発光部と、複数の光ファイバが実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル偏波保持部と、前記多チャンネル偏波保持部を保持するための光ファイバ保持用基板と、光アイソレータと、多チャンネル回折格子型光結合器と、を有し、前記多チャンネル発光部の各発光素子と、前記多チャンネル偏波保持部の各光ファイバの一端とが光学的に接続され、前記多チャンネル偏波保持部の各光ファイバと他端と、前記多チャンネル回折格子型光結合器とが光学的に接続され、前記多チャンネル偏波保持部と、前記多チャンネル回折格子型光結合器とを結ぶ光路上に前記光アイソレータが配置され、前記多チャンネル偏波保持部は、前記光アイソレータでの偏波回転角分だけ前記光ファイバの両端間の偏波面が回転するように捻られた状態で、前記光ファイバ保持用基板上に保持されて構成された光モジュールと、
少なくとも前記回折格子型光結合器が形成されている光回路基板と、を有し、
前記光回路基板は、
変調された電気信号を光信号に変換するための光変調器と、
変調された光信号を電気信号に変換するための受光器と、
前記光変調器を駆動するための変調器駆動回路と、
前記受光器を駆動するための受光器駆動回路と、
複数の波長の光を合分波するための波長合分波器と、を備え、
前記複数の波長を多重化して送受信することを特徴とする光送受信装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の光モジュールの実装方法であって、
前記光ファイバ保持用基板の表面に形成された前記多チャンネル発光部を実装するためのアライメントマーカと、前記多チャンネル発光部との位置関係を画像情報に基づいて調整するパッシブアライメント工程と、
前記光ファイバ保持用基板と前記光回路基板との位置関係を、前記多チャンネル発光部を実駆動させて光の結合効率をモニタしながら調整する第１のアクティブアライメント工程と、
を有することを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項１５】
前記多チャンネル発光部を実装するための多チャンネル発光部実装用基板と前記光ファイバ保持用基板との位置関係を、前記多チャンネル発光部を実駆動させて光の結合効率をモニタしながら調整する第２のアクティブアライメント工程を、さらに有することを特徴とする請求項１４に記載の光モジュールの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール、光送受信装置及び光モジュールの実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンフォトニクス技術が注目されている。シリコンフォトニクス技術とは、ＬＳＩ製造のために高度に発展したシリコンウェハプロセス技術及びパッケージング技術を用いて光回路を作製する技術の総称である。シリコンフォトニクス技術を用いて作製される光モジュールは、大容量、低コスト、省電力及び長距離伝送を可能とする。
【０００３】
上記光モジュールでは、発光素子から出射された一定強度の光信号を光変調器で高速に変調する外部変調方式が用いられることが一般的である。外部変調方式では、発光素子からの光を光変調器に高効率で結合する技術が重要となる。
【０００４】
また、上記光モジュールでは、複数の波長の光を合波し送信する波長分割多重方式（ＷＤＭ方式）が用いられることがある。ＷＤＭ方式では、多数のチャンネルからなる発光素子からの光をそれぞれ別々のチャンネルの光変調器に結合する必要がある。そのため、それぞれのチャンネルを高効率かつチャンネル間でのばらつきが小さくなるように結合する必要がある。
【０００５】
上記光モジュールに関連する技術として、例えば、ＵＳ８、１６８、９３９  Ｂ２（特許文献１）、特開２０１６−７１０２５号公報（特許文献２）及び特開２００６−２９２５６２号公報（特許文献３）がある。特許文献１には、単一のチャンネルの半導体レーザから出射された光を、半波長板を用いて光変調器が集積化されたシリコンフォトニクスチップに結合する構造が開示されている。特許文献２には、複数のチャンネルからなる光変調器における光結合として、偏波保持ファイバを用いた構造が開示されている。特許文献３には、単一のチャンネルの光源から出射されたビームを、偏波保持光ファイバを捻ることにより、その偏光方向を９０度回転させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ８、１６８，９３９Ｂ２
【特許文献２】特開２０１６−７１０２５号公報
【特許文献３】特開２００６−２９２５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
多数のチャンネルからなる光モジュールにおいて、それぞれのチャンネルでの損失の総和が同じであっても、各チャンネルでの損失のばらつきが小さいほうが低消費電力になる傾向にある。これは発光素子の電気光エネルギー変換効率が一般的に非線形であることに起因している。入力する電気エネルギーが大きいと発熱などの影響により効率が劣化する傾向にある。よって、光モジュール全体での損失の総和が同じであっても、一部のチャンネルに他と比べ極端に損失が大きいチャンネルが含まれる場合、そのチャンネルでの消費電力が極端に大きくなる。この結果、トータルでの消費電力が大きくなってしまうことがある。さらに、チャンネル間でのばらつきが大きい場合は、予めそのばらつきを考慮した補正回路が必要となるため、その補正回路での消費電力が増大してしまう。
【０００８】
上記特許文献１〜特許文献３では、波長多重光送受信モジュールに適用した場合に、多数のチャンネル間での光損失等の特性のばらつきを小さくすることについては言及されていない。
【０００９】
本発明の目的は、波長多重光送受信モジュールに適用した場合に、多数のチャンネル間での特性のばらつきを小さくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に一態様に係る光モジュールは、複数の発光素子が実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル発光部と、複数の光ファイバが実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル偏波保持部と、前記多チャンネル偏波保持部を保持するための光ファイバ保持用基板と、光アイソレータと、多チャンネル回折格子型光結合器と、を有し、前記多チャンネル発光部の各発光素子と、前記多チャンネル偏波保持部の各光ファイバの一端とが光学的に接続され、前記多チャンネル偏波保持部の各光ファイバと他端と、前記多チャンネル回折格子型光結合器とが光学的に接続され、前記多チャンネル偏波保持部と、前記多チャンネル回折格子型光結合器とを結ぶ光路上に前記光アイソレータが配置され、前記多チャンネル偏波保持部は、前記光アイソレータでの偏波回転角分だけ前記光ファイバの両端間の偏波面が回転するように捻られた状態で、前記光ファイバ保持用基板上に保持されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る光送受信装置は、複数の発光素子が実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル発光部と、複数の光ファイバが実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル偏波保持部と、前記多チャンネル偏波保持部を保持するための光ファイバ保持用基板と、光アイソレータと、多チャンネル回折格子型光結合器と、を有し、前記多チャンネル発光部の各発光素子と、前記多チャンネル偏波保持部の各光ファイバの一端とが光学的に接続され、前記多チャンネル偏波保持部の各光ファイバと他端と、前記多チャンネル回折格子型光結合器とが光学的に接続され、前記多チャンネル偏波保持部と、前記多チャンネル回折格子型光結合器とを結ぶ光路上に前記光アイソレータが配置され、前記多チャンネル偏波保持部は、前記光アイソレータでの偏波回転角分だけ前記光ファイバの両端間の偏波面が回転するように捻られた状態で、前記光ファイバ保持用基板上に保持されて構成された光モジュールと、少なくとも前記回折格子型光結合器が形成されている光回路基板と、を有し、前記光回路基板は、変調された電気信号を光信号に変換するための光変調器と、変調された光信号を電気信号に変換するための受光器と、前記光変調器を駆動するための変調器駆動回路と、前記受光器を駆動するための受光器駆動回路と、複数の波長の光を合分波するための波長合分波器と、を備え、前記複数の波長を多重化して送受信することを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の一態様に係る光モジュールの実装方法は、複数の発光素子が実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル発光部と、複数の光ファイバが実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル偏波保持部と、前記多チャンネル偏波保持部を保持するための光ファイバ保持用基板と、光アイソレータと、多チャンネル回折格子型光結合器と、を有し、前記多チャンネル発光部の各発光素子と、前記多チャンネル偏波保持部の各光ファイバの一端とが光学的に接続され、前記多チャンネル偏波保持部の各光ファイバと他端と、前記多チャンネル回折格子型光結合器とが光学的に接続され、前記多チャンネル偏波保持部と、前記多チャンネル回折格子型光結合器とを結ぶ光路上に前記光アイソレータが配置され、前記多チャンネル偏波保持部は、前記光アイソレータでの偏波回転角分だけ前記光ファイバの両端間の偏波面が回転するように捻られた状態で、前記光ファイバ保持用基板上に保持されて構成された光モジュールの実装方法であって、前記光ファイバ保持用基板の表面に形成された前記多チャンネル発光部を実装するためのアライメントマーカと、前記多チャンネル発光部との位置関係を画像情報に基づいて調整するパッシブアライメント工程と、前記光ファイバ保持用基板と前記光回路基板との位置関係を、前記多チャンネル発光部を実駆動させて光の結合効率をモニタしながら調整する第１のアクティブアライメント工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、波長多重光送受信モジュールに適用した場合に、多数のチャンネル間での特性のばらつきを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１に係る光モジュールの要部斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す光モジュールのａ1−ａ1’部の断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示す光モジュールのｂ1−ｂ1’部の断面図である。
【図１Ｄ】図１Ａに示す光モジュールのｃ1−ｃ1’部の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光モジュールにおける偏波保持光ファイバの実装方法の説明図である。
【図３Ａ】本発明の実施の形態１に係る光モジュールにおける屈折率分布型レンズの屈折率分布の説明図である。
【図３Ｂ】本発明の実施の形態１に係る光モジュールにおける偏波保持光ファイバと屈折率分布型レンズの実装例の斜視図である。
【図３Ｃ】本発明の実施の形態１に係る光モジュールにおける偏波保持光ファイバと屈折率分布型レンズを透過する光のビーム形状の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る光モジュールにおける光アイソレータの説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る光モジュールにおける回折格子型光結合器の斜視図である。
【図６Ａ】本発明の実施の形態１に係る光モジュールにおける偏波保持光ファイバと屈折率分布型レンズの実装例の変形例の斜視図である。
【図６Ｂ】本発明の実施の形態１に係る光モジュールにおける偏波保持光ファイバと屈折率分布型レンズを透過する光のビーム形状の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る光モジュールにおける光アイソレータの変形例の説明図である。
【図８】図１Ａに示す光モジュールのｃ1−ｃ1’部の断面図の別の例である。
【図９Ａ】本発明の実施の形態２に係る光モジュールの要部斜視図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示す光モジュールのａ２−ａ２’部の断面図である。
【図１０Ａ】本発明の実施の形態３に係る光モジュールの要部斜視図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示す光モジュールのａ３−ａ３’部の断面図である。
【図１１Ａ】本発明の実施の形態４に係る光モジュールの要部斜視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示す光モジュールのａ４−ａ４’部の断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係る波長多重光送受信モジュールの要部上面図である。
【図１３】関連技術としてのシリコンフォトニクス光モジュールの要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
最初に、本発明の実施の形態の特徴をより明確化するために、図１３を用いて、本発明の実施の形態に関連する技術について説明する。
【００１６】
図１３を参照すると、保持基板５の表面側に発光素子１、ボールレンズ２、光アイソレータ３及び反射ミラー４が実装され、裏面側に半波長板６が実装されたレーザモジュール７が、シリコンフォトニクスチップ８の表面に実装されている。なお、図１３に示す本構造は、単一チャンネルの発光素子１の実装方法である。
【００１７】
発光素子１からの出射光１２はボールレンズ２、光アイソレータ３、反射ミラー４、半波長板６を経て、シリコンフォトニクスチップ８の表面に入力される。シリコンフォトニクスチップ８はシリコン基板９とその上面に形成されたＳｉＯ２層１０からなり、ＳｉＯ２層１０中には光導波路、光変調、受光器などからなる光回路（図示せず）が埋め込まれている。光回路の入力部には、表面から入力された光の光軸方向を変換するための回折格子型光結合器１１が形成されており、この回折格子型光結合器１１を介し光が入力される。ここで、ボールレンズ２は光を集光するためのものであり、光アイソレータ３はシリコンフォトニクスチップ８の表面での反射光が発光素子１に戻り発光素子１の動作が不安定化するのを抑制するためのものである。
【００１８】
また、反射ミラー４は光軸方向を変換するものであり、半波長板６は偏波方向を回転させるためのものである。ここで、半波長板６が必要な理由は、光アイソレータ３で生じる偏波の回転を元に戻す必要があるためである。回折格子型光結合器１１は原理上偏波依存性が非常に大きいため、発光素子１からの光を低損失で回折格子型光結合器１１に結合するには、偏波方向を適切に制御してから入力する必要があるためである。
【００１９】
ここで、本発明者らは、図１３の構造を波長が異なる複数の発光素子が一体集積化された多チャンネル発光素子の実装方法に適用することを考えたところ、関連技術のように半波長板６を用いる場合には大きな課題があることを発見した。
【００２０】
半波長板６は複屈折材料などを利用して直交する２つの偏波成分に位相差をつけることで、入射される直線偏光を回転させることができる光部品である。厚さがちょうど波長の１／２倍であるときは、入射される直線偏光は直接偏光のまま出射されるが、厚さが波長の１／２倍からずれた場合は楕円偏光として出射される。言い換えるならば、ある厚さの半波長板６に様々な波長の光を入射した場合、ある特定の波長は直線偏光として出射されるが、他の波長の光は楕円偏光として出射される。よって、光結合損失が偏波に強く依存性する回折格子型光結合器１１に半波長板６を通し様々な波長の光を入力しようとした場合、波長間で光損失にばらつきが生じることを見出した。
【００２１】
ここで重要なことは、上記課題は、将来大容量化への要求が高くなればなるほどより顕著となることである。現在普及が進んでいるも１００ギガビットイーサネット（登録商標）（１００ＧｂＥ）対応光モジュールでは２５Ｇｂｐｓで変調された光を４波長多重化する方式である。これに対して、次世代の４００ギガビットイーサネット（登録商標）（４００ＧｂＥ）対応光モジュールでは５０Ｇｂｐｓで変調された光を８波長多重化する方式となる。
【００２２】
多重化する波長数が２倍となることで、波長範囲が広がり、光損失のばらつきがより顕著となることが懸念される。なお、多重化する波長を増やした場合でも各波長の間隔を狭くすることで波長範囲を変更しない方法も考えられる。しかし、波長間隔が狭いほど光部品に要求される仕様が厳しくなり、コストが増大する傾向にあるため、経済性を考慮すれば現実的ではない。このような構造を、波長多重光送受信モジュールに適用した場合、発光素子と光変調器間の光損失に関し、チャンネル間でのばらつきが生じてしまう。
【００２３】
そこで、本発明の実施の形態では、波長多重光送受信モジュールに適用した場合に、多数のチャンネル間での特性のばらつきが小さくなるようにする。このため、本発明の実施の形態では、複数の発光素子が実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル発光部と、複数の光ファイバが実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル偏波保持部と、多チャンネル偏波保持部を保持するための光ファイバ保持用基板と、光アイソレータと、多チャンネル回折格子型光結合器とを有する光モジュールにおいて、多チャンネル偏波保持光ファイバを、光アイソレータでの偏波回転角分だけ光ファイバの両端間の偏波面が回転するように捻ることを特徴とする。以下に、図を用いて、本発明の各実施の形態について詳細に説明する。
【実施の形態１】
【００２４】
図１Ａから図５を参照して、実施の形態１の構成について説明する。図１Ａは、実施の形態１で説明する光モジュールにおける要部斜視図である。また、図１Ｂは図１Ａ中のａ1−ａ1’部の断面図である。図１Ａ、図１Ｂに示す光モジュールは、多チャンネルレーザモジュール１１２がシリコンフォトニクスチップ１１３の表面上に積層実装されている。ここで、多チャンネルレーザモジュール１１２とは、レーザモジュール基板１０１のレーザ・光ファイバ実装部１０２の上面に多チャンネル発光素子１０４と、入力側出力側にそれぞれ入力側屈折率分布型レンズ１０５、出力側屈折率分布型レンズ１０６を備えた偏波保持光ファイバ１０７が実装され、またレーザモジュール基板１０１の光アイソレータ・反射ミラー実装部１０３の上面に光アイソレータ１１０と反射ミラー１１１が実装されたモジュールのことである。ここで、多チャンネル発光素子１０４は、波長が異なる複数の発光素子が実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル発光部を構成する。また、偏波保持光ファイバ１０７は、複数の光ファイバが実装されて複数のチャンネルを有する多チャンネル偏波保持部を構成する。
【００２５】
より好ましくは、レーザモジュール基板１０１のレーザ・光ファイバ実装部１０２の厚さが、光アイソレータ・反射ミラー実装部１０３の厚さよりも厚い。一方、シリコンフォトニクスチップ１１３とは、シリコン基板１１４とその上面に形成されたＳｉＯ２層１１５からなり、ＳｉＯ２層１１５中には光導波路、光変調、受光器などからなる光回路（図示せず）が埋め込まれている光集積回路チップのことである。また、上記光回路の入力部には表面から入力された光の光軸方向を変換するための回折格子型光結合器１１６が形成されており、回折格子型光結合器１１６を介し光が入力される。なお、図中においては、光導波路、光変調、受光器などからなる光回路はＳｉＯ２層１１５と重なって識別できないため図示を省略する。また、図１では、多チャンネル発光素子１０４及び偏波保持光ファイバ１０７のチャンネル数が４の場合のときを一例として示したが、チャンネル数はこれに限ったことではなく、２以上であればよい。
【００２６】
次に、上記で説明した各光部品の詳細について説明する。最初に、図１Ｃ、図１Ｄと図２を参照して、偏波保持光ファイバ１０７について詳しく説明する。図１Ｃ、図１Ｄはそれぞれ図１Ａ中のｂ1−ｂ1’部、ｃ1−ｃ1’部の断面を多チャンネル発光素子１０４側（図の右側）から見た図の例である。ｂ1−ｂ1’部の断面とは入力側屈折率分布型レンズ１０５と偏波保持光ファイバ１０７とが接する面を含む面のことであり、またｃ1−ｃ1’部の断面とは出力側屈折率分布型レンズ１０６と偏波保持光ファイバ１０７とが接する面を含む面のことである。
【００２７】
ｂ1−ｂ1’部の断面では、各チャンネルの入力側屈折率分布型レンズ１０５が、レーザモジュール基板１０１の表面に形成された光ファイバ実装用Ｖ溝１０９に勘合するように実装されている。また、同じくｃ1−ｃ1’部の断面では各チャンネルの出力側屈折率分布型レンズ１０６が、光ファイバ実装用Ｖ溝１０９に勘合するように実装されている。ｂ1−ｂ1’部およびｃ1−ｃ1’部での実装形態に関する差異は偏波保持光ファイバ１０７の軸の向きである。偏波保持光ファイバ１０７には、コア部１０７ａ、クラッド部１０７ｂの他に、クラッド部の一部にボロンなどの不純物を添加した応力付与部１０７ｃが設けられている。そして、コア部１０７ａに非軸対称な応力が加えられていることで、光ファイバの曲げなど外部からの応力の影響を受けにくく偏波面を保持できる。
【００２８】
偏波保持光ファイバ１０７では高速軸１６０と低速軸１６１が定義され、その軸と略一致した偏波面を持つ入力光は直線偏波を保持したまま光ファイバ中を伝搬することができる。ここで、略一致した偏波面を持つとは、多チャンネル発光素子１０４の偏波面と多チャンネル偏波保持光ファイバ１０７の高速軸１６０もしくは低速軸１６１とのなす角度が、±５度以内を意味する。多チャンネル偏波保持光ファイバ１０７の高速軸１６０もしくは低速軸１６１とのなす角度を±５度以内に設定することにより、光損失を効果的に低減することが可能となる。
【００２９】
実施の形態１の構成では、ｂ1−ｂ1’部の断面においては偏波保持光ファイバ１０７の高速軸１６０、もしくは低速軸１６１が多チャンネル発光素子１０４からの出射光１５０の偏波方向と略一致している。多チャンネル発光素子１０４からの出射光１５０の偏波方向は、ＴＥモードとよばれる電界成分が発光素子の面内方向に振動する偏光か、もしくはＴＭモードとよばれる電界成分が発光素子の面垂直方向に振動する偏光かどちらかであることが一般的である。このため、図１Ｃに示すように、高速軸１６０がレーザモジュール基板１０１の面方向に略一致しているか、もしくは高速軸１６０がレーザモジュール基板１０１の面垂直方向に略一致していればよい。
【００３０】
一方、ｃ1−ｃ1’部の断面においては、偏波保持光ファイバ１０７の軸の向きがｂ1−ｂ1’部の断面での向きから一定角度だけ回転している。詳細は後述するが、回転角度は光アイソレータ１１０を透過する際の偏波回転を打ち消すだけ回転していればよい。すなわち、光アイソレータ１１０を透過する際に偏波方向が反時計回りに４５度回転する場合、時計回りに４５度回転していればよい。図２は、入力部端面１０７ｄでの偏波方向１８０に対し、出力部端面１０７ｅでの偏波方向１８１が時計回りに４５度回転した偏波保持光ファイバ１０７の斜視図である。偏波方向を回転させるには、図示するように偏波保持光ファイバを捻ればよい。
【００３１】
ここで、偏波保持光ファイバの単位長さあたりの捻り角度が大きすぎると、コア部１０７ａに外部から印加される応力が、応力付与部によってあらかじめ印加された応力に対し無視できなくなるため、偏波が保持されなくなる懸念がある。そのため、捻りによる外部からの応力が十分小さくなるように、出力部端面での所望の回転角度に応じて偏波保持光ファイバ１０７の長さを適切に設定すればよい。以上、実施の形態１の構成における偏波保持光ファイバ１０７の詳細について説明した。なお、図中には説明のため、偏波保持光ファイバ１０７の一例としてＰＡＮＤＡ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ  ＡＮＤ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｒｅｄｕｃｉｎｇ）ファイバを示したが、これに限ったことではなく、ボウタイ（Ｂｏｗ−ｔｉｅ）ファイバや楕円ジャケットファイバ（Ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ  Ｊａｃｋｅｔ）などであってもよい。
【００３２】
次に、図３Ａから図３Ｃを参照して屈折率分布型レンズ１０５、１０６について詳しく説明する。屈折率分布型レンズ１０５、１０６とは、円柱型のガラスであり、面内での屈折率分布が図３Ａに示すように中心軸から外周部へ向かって放物線状になだらかに変化している。従来の凸レンズはレンズ表面での屈折を利用するものであり、精密な表面加工が必要であったのに対し、屈折率分布型レンズはレンズ内部での屈折を利用するものであり、精密な表面加工が不要である。
【００３３】
また、屈折率分布型レンズ１０５、１０６は、円柱の長さを変えるだけでレンズの焦点距離を任意に変化させることができ、適切な長さを選べばレンズ端面に集光することも可能である。そのため、レンズを光ファイバなどの部品の端面に直接接続することも可能である。
【００３４】
図３Ａ、図３Ｃには、それぞれ偏波保持光ファイバ１０７の両端に屈折率分布型レンズ１０５、１０６を接続したときの斜視図の例と、それらの部品を透過する光の光線の例を示す。偏波保持光ファイバ１０７の入力側には入力側屈折率分布型レンズ１０５が、出力側には出力側屈折率分布型レンズ１０６がそれぞれ実装されている。ここで、入力側屈折率分布型レンズ１０５は、発光点１９０から出射された光を集光して偏波保持光ファイバ１０７に入力する機能を有し、出力側屈折率分布型レンズ１０６は偏波保持光ファイバ１０７から出力された光を集光点１９１に集光する機能を有するものである。
【００３５】
図１Ａ、図１Ｂとの対応関係で説明すれば、発光点１９０が多チャンネル発光素子１０４の出力端面であり、集光点１９１が回折格子型光結合器１１６の入力端面である。ここで、入力側屈折率分布型レンズ１０５および出力側屈折率分布型レンズ１０６の開口数ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）は偏波保持光ファイバ１０７のＮＡと同程度であることが好ましい。また、発光点１９０から入力側屈折率分布型レンズ１０５の端面までの距離Ｌ１はできるだけ短く設計することが好ましい。距離Ｌ１が短いほど、偏波保持光ファイバ１０７に結合する光成分の最大入射角度θが大きくなり、より多くの光をレンズで集光し、偏波保持光ファイバ１０７に結合することができるためである。
【００３６】
一方、出力側屈折率分布型レンズ１０６の端面から集光点１９１までの距離Ｌ２は、Ｌ１と比較し十分長く設計することが好ましい。これは、出力側屈折率分布型レンズ１０６の端面から集光点１９１までの間には光アイソレータ１１０を配置する必要があるためである。距離Ｌ２を距離Ｌ１よりも十分長くするには、図３Ｂ、図３Ｃに示すように出力側屈折率分布型レンズ１０６の長さを入力側屈折率分布型レンズ１０５のそれよりも短くすればよい。以上、実施の形態１の構成における屈折率分布型レンズ１０５、１０６の詳細について説明した。
【００３７】
次に、図４を参照して、光アイソレータ１１０について詳しく説明する。光アイソレータとは磁界によって光の偏光状態が回転する磁気光学効果（ファラデー効果）を利用し、順方向では光が透過し、逆方向では光が透過しないという特徴を持つ光部品であり、発光素子の不安定性、および損傷の原因となる戻り光から発光素子を保護するために使用される。図４は偏光依存型の１段型光アイソレータ１１０Ａの斜視図の例である。
【００３８】
１段型光アイソレータ１１０Ａは、透過軸が４５度傾いた２つの偏光子１１０Ａａ、１１０Ａｂの間にファラデー回転子１１０Ａｃが挿入された構造を持つ。ファラデー回転子とは直線偏光の偏波面を回転させる働きを持つ光部品であり、磁界を印加すると、光の入力方向によって偏波面が逆方向に回転する性質（非相反性）を有する。偏光子１１０Ａａ側から入力された光は、ファラデー回転子１１０Ａｃにより偏波面が光軸方向に対し反時計回りに４５度回転し、４５度傾けた偏光子１１０Ａｂを透過できる。一方、偏光子１１０Ａｂ側から入力された光は、偏波面が光軸方向に対し時計回りに４５度回転し、偏光子１１０Ａａの透過軸と直交するため、大きな損失を受け透過しない。このように光アイソレータ１１０Ａは、一方向からの光のみを透過させる機能を有しており、また入力部端面での偏波方向１８２と出力部端面での偏波方向１８３が４５度回転している。以上、実施の形態１の構成における光アイソレータ１１０の詳細について説明した。
【００３９】
次に、図５を参照して回折格子型光結合器１１６について詳しく説明する。図５は回折格子型光結合器１１６の斜視図の例である。回折格子型光結合器１１６は、シリコン基板１１４と、シリコン基板１１４の上面に形成された下部クラッド層１１５ａと、下部クラッド層１１５ａの上面に形成された回折格子部１１６ａ、テーパ部１１６ｂ、光導波路１１７と、それら３つを覆い被せるように下部クラッド層１１５ａの上面に形成された上部クラッド層１１５ｂからなる。ここで、回折格子部１１６ａとテーパ部１１６ｂの一方の端が接続しており、またテーパ部１１６ｂのもう一方の端と光導波路１１７が接続している。
【００４０】
なお、回折格子部１１６ａ、テーパ部１１６ｂ、光導波路１１７は基板と同じシリコン材料からなり、下部クラッド層１１５ａと上部クラッド層１１５ｂはＳｉＯ２材料からなってもよい。回折格子部１１６ａは、光の２次の回折現象を利用し、シリコン基板１１４の平面に対し、略垂直方向から入力された光１５０ｄを光軸変換し、テーパ部１１６ｂに出力する機能を有する。さらに、テーパ部１１６ｂは入力された光のモードフィールド径を縮小し、光回路への入力光１５１となるように出力する。回折格子部１１６ａは入力された光をテーパ部１１６ｂに出力するにあたり、その透過率に強い偏波依存性を示す。図中の奥行きに方向あたるｘ方向の偏波１８４が入力されたとき透過率が最大となる。回折格子部１１６ａの透過率は偏波方向の他に波長にも強く依存する。
【００４１】
回折格子のピッチを変更することで透過率が最大となる光の波長を変化させることができるため、入力される光の波長にあわせそれぞれ最適なピッチを設計すればよい。また、ピッチを変更することで、透過率が最大となる光の入力方向を変化させることもできる。基板面に完全に垂直方向から入力された光は基板面での反射により発光素子に極わずかながら戻る可能性もある。このため、より好ましくは基板面の垂直方向から４度から１２度程度傾斜していることが望ましい。以上、実施の形態１の構成における回折格子型光結合器１１６の詳細について説明した。
【００４２】
次に、実施の形態１の光モジュールの実装方法の一例について説明する。最初に、偏波保持光ファイバ１７０の両端に屈折率分布型レンズ１０５、１０６を接着する。接着方法は、接着剤を用いてもよく、また直接融着でもよい。このとき、図３Ｂに示すようにそれぞれの部品の中心軸が略一致するように接着する。
【００４３】
次に、屈折率分布型レンズ１０５、１０６が接着された偏波保持光ファイバ１７０をレーザモジュール基板１０１の光ファイバ実装用Ｖ溝１０９に勘合するように実装する。このとき、偏波保持光ファイバ１７０の基板面内における光軸垂直方向の位置は、光ファイバ実装用Ｖ溝１０９の位置により一意に定められ、また基板面垂直方向の位置は、光ファイバ実装用Ｖ溝１０９の溝深さにより一意に定められる。
【００４４】
偏波保持光ファイバ１７０の光軸方向への位置は、レーザモジュール基板１０１の表面に設けられた光ファイバ実装用マーカに合わせることで位置決めしてもよい。しかし、図１Ｂに示すように光ファイバ実装用Ｖ溝１０９の側壁と入力側屈折率分布型レンズ１０５の端面が接触するように実装することで、位置決めしたほうがより好ましい。偏波保持光ファイバ１７０を実装するにあたり、重要なことは、偏波保持光ファイバ１７０の軸方向を上述したような向きにあわせて実装することである。
【００４５】
軸方向は、応力付与部１０７ｃの形状を目印とし、カメラをモニタしながら調整してもよく、また偏光子、光ファイバ、レーザ、光パワーメータなどを用い、実際に光を通し、透過率をモニタしながら調整してもよい。このように偏波保持光ファイバ１７０を所望の位置、軸方向で実装後、多チャンネル発光素子１０４を、レーザモジュール基板１０１の表面上に形成されたレーザ実装用マーカ１０８の位置に合わせ実装する。ここで、より好ましくは、多チャンネル発光素子１０４の活性層１０４ａが形成された面を下向きにし、レーザモジュール基板１０１に接するように実装する。
【００４６】
多チャンネル発光素子１０４を実装後、レーザモジュール基板１０１の表面の所望の位置に、光アイソレータ１１０と反射ミラー１１１を実装することで、多チャンネルレーザモジュール１１２が完成する。最後に、多チャンネルレーザモジュール１１２をシリコンフォトニクスチップ１１３の上面に実装する。このとき、シリコンフォトニクスチップ１１３の表面に設けられた多チャンネルレーザモジュール実装用マーカに合わせることで位置決めしてもよい。ただし、多チャンネル発光素子１０４を実駆動させ、シリコンフォトニクスチップ１１３との光結合損失をモニタしながら位置決めした方がより好ましい。
【００４７】
上述のように、実施の形態１に係る光モジュールでは、偏波保持光ファイバ１７０に捻りが加えられており、出力部端面１０７ｄでの軸方向が、入力部端面１０７ｅでの軸方向に対し、光アイソレータ１１０を透過する際の偏波回転を打ち消すだけ回転している。そのため、光アイソレータ１１０を透過後の偏波方向は、回折格子型光結合器１１６の偏波方向と略一致しており、偏波方向を別途回転させるための半波長板（例えば、図１３の半波長板６）が不要である。半波長板は波長依存性が大きいため、波長が異なる多チャンネル発光素子を実装する場合、光結合損失のチャンネル間ばらつきが大きい。これに対して、実施の形態１の構成ではチャンネル間ばらつきを小さく実装することが可能である。
【００４８】
また、実施の形態１に係る光モジュールでは、多チャンネル発光素子１０４の活性層１０４ａが形成された面を下向きにして、いわゆるＪｕｎｃｔｉｏｎ−ｄｏｗｎ構造でレーザモジュール基板１０１に実装されている。活性層１０４ａを上向きにしたＪｕｎｃｔｉｏｎ−ｕｐ構造では、発光素子基板を研磨などで薄膜化する際の厚さばらつきに起因し、光結合損失のチャンネル間ばらつきが大きい。これに対し、実施の形態１の構成ではチャンネル間ばらつきを小さく実装することが可能である。
【００４９】
また、実施の形態１に係る光モジュールでは、多チャンネル発光素子１０４からの光を集光するために屈折率分布型レンズ１０５、１０６が用いられている。従来のボールレンズや両凸レンズでは、高精度で微細な表面加工を要することから大きなＮＡを得ることが難しかった。これに対して、屈折率分布型レンズ１０５、１０６は構造が単純であり、また比較的大きなＮＡを得ることができることから、安価にかつ低光結合損失で実装することができる。
【００５０】
次に、実施の形態１の光モジュールの変形例として、図３Ｂ、図３Ｃで説明した入力側屈折率分布型レンズ１０５の別形態について説明する。図６Ａ、図６Ｂには、それぞれ偏波保持光ファイバ１０７の両端に屈折率分布型レンズを接続したときの斜視図の例と、それらの部品を透過する光の光線の例を示す。本別形態では、偏波保持光ファイバ１０７の入力側端面に２枚の屈折率分布型レンズが実装されている。ここで、偏波保持光ファイバ１０７と接する第１の入力側屈折率分布型レンズ１０５ａのＮＡは偏波保持光ファイバ１０７のＮＡと同程度であることが好ましい。また、第１の入力側屈折率分布型レンズ１０５ａと接する第２の入力側屈折率分布型レンズ１０５ｂのＮＡは第１の入力側屈折率分布型レンズ１０５ａのＮＡよりも大きいことが好ましい。
【００５１】
発光点１９０側のレンズのＮＡを大きくすることで、図３Ｃの場合よりも発光点１９０から屈折率分布型レンズの端面までの距離Ｌ１’を短くすることができる。距離Ｌ１’が短いほど、偏波保持光ファイバ１０７に結合する光成分の最大入射角度θ’が大きくなり、図３Ｃの場合よりもより多くの光をレンズで集光し、偏波保持光ファイバ１０７に結合することができる。より多くの光を結合できるということは、多チャンネル発光素子１０４をより低光結合損失で実装できるということである。ただし、別の実施の形態において、第２の入力側屈折率分布型レンズ１０５ｂのＮＡが大きすぎると、多チャンネル発光素子１０４の実装トレランスが極端に小さくなり、それによりチャンネル間ばらつきが増大する懸念がある。よって、光結合損失とばらつきがトレードオフの関係にあることを考慮し、両者が適量となるようにレンズを設計すればよい。
【００５２】
次に、実施の形態１の光モジュールの別の変形例として、図４で説明した１段型光アイソレータ１１０Ａの別形態について説明する。図７は偏光依存型の１．５段型光アイソレータ１１０Ｂの斜視図の例である。１．５段型光アイソレータ１１０Ｂは、透過軸がそれぞれ４５度傾いた３つの偏光子１１０Ｂａ、１１０Ｂｂ、１１０Ｂｃの間に２つのファラデー回転子１１０Ｂｄ、１１０Ｂｅがそれぞれ挿入された構造を持つ。偏光子１１０Ｂａ側から入力された光は、ファラデー回転子１１０Ｂｄにより偏波面が光軸方向に対し反時計回りに４５度回転し、４５度傾けた偏光子１１０Ｂｂを透過する。さらに、ファラデー回転子１１０Ｂｅにより偏波面が光軸方向に対し反時計回りに４５度回転し、４５度傾けた偏光子１１０Ｂｃを透過できる。
【００５３】
一方、偏光子１１０Ｂｃ側から入力された光は、ファラデー回転子１１０Ｂｅにより偏波面が光軸方向に対し時計回りに４５度回転し、偏光子１１０Ｂｂの透過軸と直交するため、大きな損失を受け透過しない。作製誤差などにより、仮に偏光子１１０Ｂｂをわずかに透過したとしても、さらにファラデー回転子１１０Ｂｄにより偏波面が光軸方向に対し時計回りに４５度回転し、偏光子１１０Ｂａの透過軸と直交するため、さらなる損失を受け確実に光が透過しない。
【００５４】
以上説明したように、１．５段型光アイソレータは１段型光アイソレータよりも光のアイソレーション機能が高く、発光素子の不安定性および損傷の原因となる戻り光から発光素子を確実に保護することができる。この結果、より高性能な光モジュールを実現できる。なお、１．５段型光アイソレータ１１０Ｂでは、入力部端面での偏波方向１８５と出力部端面での偏波方向１８６が９０度回転している。上述したように、偏波保持光ファイバ１０７の実装方法は、出力側での軸の向きが、入力側での向きに対し、光アイソレータ１１０を透過する際の偏波回転を打ち消すだけ回転していればよい。このため、１．５段型光アイソレータ１１０Ｂを用いる場合、図１Ａ中のｃ1−ｃ1’部の断面が、図８に示す構造であればよい。
【実施の形態２】
【００５５】
次に、図９Ａ、図９Ｂを参照して、実施の形態２の構成について説明する。図９Ａは、実施の形態２で説明する光モジュールにおける要部斜視図である。また、図９Ｂは図９Ａ中のａ２−ａ２’部の断面図である。図９Ａ、図９Ｂに示す光モジュールは、多チャンネルレーザモジュール２１２がシリコンフォトニクスチップ１１３の表面上に積層実装されている。実施の形態２の構成では、多チャンネルレーザモジュールの構成、より具体的には、多チャンネル発光素子１０４の実装形態が異なる。実施の形態１の構成では、レーザモジュール基板１０１のレーザ・光ファイバ実装部１０２の上面に多チャンネル発光素子１０４が実装されている。これに対し、実施の形態２の構成では、レーザモジュール基板２０１とは別の基板である発光素子実装基板２０４の上面に多チャンネル発光素子１０４が実装され、レーザモジュール基板２０１と発光素子実装基板２０４とが光軸をそろえ接続されている。その他の構成は実施の形態１の構成とほぼ同じであるので、その説明は省略する。
【００５６】
次に、実施の形態２に係る光モジュールの実装方法の一例について説明する。実施の形態１の光モジュールの実装方法では、多チャンネル発光素子１０４を、レーザモジュール基板１０１の表面上に形成されたレーザ実装用マーカ１０８の位置に合わせ実装している。これに対し、実施の形態２の光モジュールの実装方法では、多チャンネル発光素子１０４を、発光素子実装基板２０４の表面上に形成されたレーザ実装用マーカ１０８の位置に合わせ実装する。さらにその後、多チャンネル発光素子１０４が実装された発光素子実装基板２０４を、レーザモジュール基板２０１の側壁に光軸をそろえて実装する。
【００５７】
より好ましくは、実施の形態１の光モジュールの実装方法では、多チャンネル発光素子１０４の活性層１０４ａが形成された面を下向きにし、基板に実装している。これに対し、実施の形態２の光モジュールの実装方法では、多チャンネル発光素子１０４の活性層１０４ａが形成された面を上向きにし、基板に実装する。なお、発光素子実装基板２０４とレーザモジュール基板２０１との光軸をそろえて実装するには、多チャンネル発光素子１０４を実駆動させ、偏波保持光ファイバ１０７との光結合損失をモニタしながら、発光素子実装基板２０４とレーザモジュール基板２０１との位置関係を調整すればよい。以上、実施の形態２の実装方法について、実施の形態１との差異を中心に説明した。その他の実装方法は、実施の形態１の実装方法とほぼ同じであるので、その説明は省略する。
【００５８】
以上のように、実施の形態２に係る光モジュールでは、多チャンネル発光素子１０４と偏波保持光ファイバ１０７が独立の基板上に実装されており、それら光部品間の光結合損失をモニタしながら調整（調芯）する、いわゆるアクティブアライメント実装が可能になる。マーカを目印とし調整（調芯）するパッシブアライメント実装では、光部品の作製誤差に起因し、光結合損失が大きくなってしまうことがある。これに対し、アクティブアライメント実装では光部品の作製誤差を実装工程で補正することができるため、より低光結合損失で実装することができる。
【００５９】
また、実施の形態２に係る光モジュールでは、多チャンネル発光素子１０４の活性層１０４ａが形成された面を上向きにして、いわゆるＪｕｎｃｔｉｏｎ−ｕｐ構造でレーザモジュール基板２０１に実装されている。活性層１０４ａを下向きにしたＪｕｎｃｔｉｏｎ−ｄｏｗｎ構造では、実装により付加される過剰応力に起因し、信頼性が劣化する懸念がある。これに対し、実施の形態２の構成では、より高い信頼性を実現することができる。なお、Ｊｕｎｃｔｉｏｎ−ｕｐ構造での基板厚ばらつきに起因した光結合損失のチャンネル間ばらつき増大への懸念は、パッシブアライメント実装をした場合のみの課題である。実施の形態２ではアクティブアライメント実装が可能であるため、上記課題は生じない。
【実施の形態３】
【００６０】
次に、図１０Ａ、図１０Ｂを参照して、実施の形態３の構成について説明する。図１０Ａは、実施の形態３で説明する光モジュールにおける要部斜視図である。また、図１０Ｂは図１０Ａ中のａ３−ａ３’部の断面図の例である。図１０Ａ、図１０Ｂに示す光モジュールは、多チャンネルレーザモジュール３１２が熱電冷却器３０５の表面上に実装されており、また、反射ミラー１１１がシリコンフォトニクスチップ１１３の表面上に実装されている。上記実施の形態２とは、多チャンネルレーザモジュールの構成、実装形態及び反射ミラーの実装形態が異なる。
【００６１】
実施の形態２の構成では、レーザモジュール基板２０１の光アイソレータ・反射ミラー実装部２０３の上面に光アイソレータ１１０と反射ミラー１１１が実装され、そのレーザモジュール基板２０１がシリコンフォトニクスチップ１１３の表面上に積層実装されている。これに対し、実施の形態３の構成では、反射ミラー１１１が直接シリコンフォトニクスチップ１１３の表面上に実装され、反射ミラー１１１を搭載していないレーザモジュール基板３０１が熱電冷却器３０５の表面上に実装されている。その他の構成は、上記実施の形態２の構成とほぼ同じであるので、その説明は省略する。
【００６２】
次に、実施の形態３に係る光モジュールの実装方法の一例について説明する。実施の形態２の光モジュールの実装方法では、多チャンネル発光素子１０４を実駆動させ、シリコンフォトニクスチップ１１３との光結合損失をモニタしながら、多チャンネルレーザモジュール２１２とシリコンフォトニクスチップ１１３の２者間の位置関係を調整する。これに対し、実施の形態３に係る光モジュールの実装方法では、多チャンネル発光素子１０４を実駆動させ、シリコンフォトニクスチップ１１３との光結合損失をモニタしながら、多チャンネルレーザモジュール２１２と、反射ミラー１１１と、シリコンフォトニクスチップ１１３の３者間の位置関係を調整する。その他の実装方法は、実施の形態２の実装方法とほぼ同じであるので、その説明は省略する。
【００６３】
上述のように、実施の形態３に係る光モジュールでは、出力側屈折率分布型レンズ１０６と反射ミラー１１１が独立の基板上に実装されていることで、より高精度に調芯ができる。実施の形態２のように同一基板上に実装されている場合は、光部品の作製誤差が生じた際に、出力側屈折率分布型レンズ１０６で集光される光のビーム径が最小となるビームウエスト位置と、回折格子型光結合器１１６の位置を完全に一致させることができない。これに対し、出力側屈折率分布型レンズ１０６と反射ミラー１１１が独立の基板上に実装され、両者の位置関係を調芯によって自由に変えられる。この場合は、ビームウエスト位置と、回折格子型光結合器１１６の位置を完全に一致させることができる。すなわち、光部品の作製誤差を実装工程で補正することができるため、より低光結合損失で実装することができる。
【００６４】
また、実施の形態３に係る光モジュールでは、多チャンネルレーザモジュール３１２が熱電冷却器３０５の表面上に直接実装されており、多チャンネル発光素子１０４の温度制御が可能である。温度制御することで多チャンネル発光素子１０４の発振波長が安定し、高性能な光モジュールを実現することができる。なお、実施の形態２で説明した構成においても、多チャンネルレーザモジュール２１２が表面に実装されたシリコンフォトニクスチップ１１３全体を熱電冷却器の表面上に実装することで、温度制御することも可能ではある。しかし、シリコンフォトニクスチップ１１３表面のＳｉＯ２層１１５の熱伝導率が低いため、効率的に多チャンネル発光素子１０４のみの温度を制御することが難しい。よって、実施の形態３で説明した構成においては、温度制御の効率が高く、低消費電力な光モジュールを実現することができる。
【実施の形態４】
【００６５】
次に、図１１Ａ、図１１Ｂを参照して、実施の形態４の構成について説明する。図１１Ａは、実施の形態４で説明する光モジュールにおける要部斜視図である。また、図１１Ｂは図１１Ａ中のａ４−ａ４’部の断面図である。図１０Ａ、図１０Ｂに示す光モジュールは、光ファイバ実装基板４０１の上面に、入力側出力側にそれぞれ入力側屈折率分布型レンズ１０５、出力側屈折率分布型レンズ１０６を備えた偏波保持光ファイバ１０７が実装され、さらに出力側屈折率分布型レンズ１０６の端面にはロッドミラー４１１が接続されている。
【００６６】
ここで、ロッドミラー４１１とは、円柱形状のガラスの一方の端面が斜め研磨されており、反射ミラーとしての機能を有する光部品である。光ファイバ実装基板４０１の裏面には、一方の端面（図１１Ｂにおける右側の端面）を揃え固定用基板４０２が接着されている。さらに、発光素子実装基板２０４の上面に多チャンネル発光素子１０４が実装され、光ファイバ実装基板４０１と発光素子実装基板２０４とが光軸を揃え接続されている。以下では、光ファイバ実装基板４０１、入力側屈折率分布型レンズ１０５、出力側屈折率分布型レンズ１０６、偏波保持光ファイバ１０７、ロッドミラー４１１、固定用基板４０２、発光素子実装基板２０４及び多チャンネル発光素子１０４を含んで構成されるものを多チャンネルレーザモジュール４１２と呼ぶこととする。
【００６７】
多チャンネルレーザモジュール４１２の固定用基板４０２はシリコンフォトニクスチップ１１３の表面上に実装されている。また、発光素子実装基板２０４の裏面は熱伝導シート４０３を介し、熱電冷却器３０５の表面と接している。ここで、熱伝導シート４０３は、熱電冷却器３０５表面から発光素子実装基板２０４裏面までの高さばらつきを吸収できるよう、たとえばゲル状などであって柔軟性がある材料であることが好ましい。シリコンフォトニクスチップ１１３の上面には、光アイソレータ１１０が、光軸方向がシリコンフォトニクスチップ１１３の基板垂直方向となる向きで実装されている。その他の構成は実施の形態３の構成とほぼ同じであるので、その説明は省略する。
【００６８】
次に実施の形態４の光モジュールの実装方法の一例について説明する。実施の形態４の光モジュールの実装方法では、最初に、偏波保持光ファイバ１７０の両端に屈折率分布型レンズ１０５、１０６を接着する。接着方法は、接着剤を用いてもよく、また直接融着でもよい。このとき、図３Ｂに示すように、それぞれの部品の中心軸が略一致するように接着する。次に、出力側屈折率分布型レンズ１０６の端面に円柱形状のガラスを接着する。接着方法は、先ほどと同じく、接着剤を用いてもよく、また直接融着でもよい。次に、屈折率分布型レンズ１０５、１０６と円柱形状のガラスが接着された偏波保持光ファイバ１７０を光ファイバ実装基板４０１の光ファイバ実装用Ｖ溝１０９に勘合するように実装する。
【００６９】
このとき、偏波保持光ファイバ１７０の基板面内における光軸垂直方向の位置は、光ファイバ実装用Ｖ溝１０９の位置により一意に定められ、また基板面垂直方向の位置は、光ファイバ実装用Ｖ溝１０９の溝深さにより一意に定められる。偏波保持光ファイバ１７０の光軸方向への位置は、光ファイバ実装基板４０１の表面に設けられた光ファイバ実装用マーカに合わせることで位置決めしてもよい。しかし、光ファイバ実装基板３０１の端面と入力側屈折率分布型レンズ１０５の端面の位置が一致するように実装することで、位置決めした方がより好ましい。偏波保持光ファイバ１７０を実装するにあたり、重要なことは、偏波保持光ファイバ１７０の軸方向を上述したような向きにあわせて実装することである。軸方向は、応力付与部１０７ｃの形状を目印とし、カメラをモニタしながら調整してもよく、また偏光子、光ファイバ、レーザ、光パワーメータなどを用い、実際に光を通し、透過率をモニタしながら調整してもよい。
【００７０】
次に、屈折率分布型レンズ１０５、１０６、円柱形状のガラス、偏波保持光ファイバ１７０が実装された光ファイバ実装基板４０１において、円柱形状のガラス側の端面を斜めに研磨加工する。研磨する角度は、反射された光が回折格子型光結合器と最も効率的に結合する角度とすればよく、より好ましくは３９度から４３度である。次に、光ファイバ実装基板４０１の裏面に、固定用基板４０２を接着する。ここで、より好ましくは、光ファイバ実装基板４０１の右側の端面の位置に対し、固定用基板４０２の端面の位置を略一致させるか、もしくは極わずかに後退させて接着する。次に、多チャンネル発光素子１０４を、発光素子実装基板２０４の表面上に形成されたレーザ実装用マーカ１０８の位置に合わせ実装し、さらにその後、多チャンネル発光素子１０４が実装された発光素子実装基板２０４を、光ファイバ実装基板４０１の側壁に光軸をそろえて実装する。
【００７１】
より好ましくは、多チャンネル発光素子１０４の活性層１０４ａが形成された面を上向きにし、基板に実装する。なお、発光素子実装基板２０４とレーザモジュール基板２０１との光軸をそろえて実装するには、多チャンネル発光素子１０４を実駆動させ、偏波保持光ファイバ１０７との光結合損失をモニタしながら、発光素子実装基板２０４とレーザモジュール基板２０１との位置関係を調整すればよい。以上で、多チャンネルレーザモジュール４１２が完成する。
【００７２】
最後に、光アイソレータ１１０と、多チャンネルレーザモジュール４１２をシリコンフォトニクスチップ１１３の上面に実装する。このとき、光アイソレータの実装位置は、シリコンフォトニクスチップ１１３の表面に設けられた光アイソレータ実装用マーカに合わせることで位置決めすればよい。一方、多チャンネルレーザモジュール４１２の実装位置は、シリコンフォトニクスチップ１１３の表面に設けられた多チャンネルレーザモジュール実装用マーカに合わせることで位置決めしてもよい。ただし、多チャンネル発光素子１０４を実駆動させ、シリコンフォトニクスチップ１１３との光結合損失をモニタしながら位置決めした方がより好ましい。多チャンネルレーザモジュール４１２を実装するにあたっては、固定用基板４０２がシリコンフォトニクスチップ１１３と接続し、発光素子実装基板２０４が熱電冷却器３０５の表面に実装された熱伝導シート４０３と接続するようにすればよい。
【００７３】
実施の形態４に係る光モジュールでは、出力側屈折率分布型レンズ１０６の端面に反射ミラーが一体集積されている。複数の機能を１つの光部品の中に集積化することで、部品点数の削減、部品の小型化、またそれによる光モジュールの小型化及び低コスト化が可能である。さらに、各光部品が小型化すれば、発光源である多チャンネル発光素子１０４から、集光先である回折格子型光結合器１１６までの光路長を短くすることができる。光路長が長いと、わずかな実装誤差が大きな光結合損失の増大につながってしまうのに対し、光路長が短いほど、低光結合損失かつ低ばらつきで実装することが可能である。
【００７４】
また、実施の形態４に係る光モジュールでは、多チャンネルレーザモジュール４１２の発光素子実装基板２０４が、熱伝導シート４０３を介し、熱電冷却器３０５と接している。この結果、多チャンネル発光素子１０４の温度制御が可能である。温度制御することで多チャンネル発光素子１０４の発振波長が安定し、高性能な光モジュールを実現することができる。なお、実施の形態２で説明した構成においても、多チャンネルレーザモジュール２１２が表面に実装されたシリコンフォトニクスチップ１１３全体を熱電冷却器の表面上に実装することで、温度制御することも可能ではある。しかし、シリコンフォトニクスチップ１１３表面のＳｉＯ２層１１５の熱伝導率が低いため、効率的に多チャンネル発光素子１０４のみの温度を制御することが難しい。よって、実施の形態４で説明した構成においては、温度制御の効率が高く、低消費電力な光モジュールを実現することができる。
【実施の形態５】
【００７５】
次に、図１２を参照して、実施の形態５の構成について説明する。図１２は、実施の形態５で説明する波長多重光送受信装置における要部上面図である。図１２に示す波長多重光送受信装置は、図１１を参照して説明した実施の形態４の構成を基にした例であるが、実施の形態５の波長多重光送受信モジュールはこれに限ったものではなく、図１、図９、図１０を参照して説明した実施の形態１から実施の形態３のいずれかの構成を含んでもよい。
【００７６】
図１２に示す波長多重光送受信装置は、多チャンネルレーザモジュール４１２、光アイソレータ１１０、熱電冷却器３０５、シリコンフォトニクスチップ１１３、光ファイバ５２２を含んで構成される。また、シリコンフォトニクスチップ１１３には、回折格子型光結合器１１６、光導波路１１７、光変調器５２０、光合波器５２１、光分波器５２３、受光器５２４、駆動回路５２５が集積化されている。なお、駆動回路５２５の形態は、シリコンフォトニクスチップ１１３と同一基板内に集積化されたモノリシック集積形態であってもよく、また別基板に形成されており、その基板がシリコンフォトニクスチップ１１３の表面上に実装されたハイブリッド集積形態であってもよい。また、光ファイバ５２２は単一モード光ファイバであってもよい。図１２ではチャンネル数が４の場合のときを一例として示したが、チャンネル数はこれに限ったことではなく、２以上であればよい。
【００７７】
図１２に示す波長多重光送受信モジュールは、多チャンネルレーザモジュール４１２から出射された波長が異なる複数の無変調光（連続光）が、シリコンフォトニクスチップ１１３中に形成された回折格子型光結合器１１６に入力される。回折格子型光結合器１１６に入力された光は光軸方向が変換され、光導波路１１７を伝搬後、光変調器５２０に入力される。光変調器５２０は、伝送線路５２６を介し、駆動回路５２５と電気的に接続されており、駆動回路５２５から送られる信号をもとに、入力された無変調光を高速に変調された変調光に変換する。各光変調器から出力される波長が異なる複数の変調光は光合波器５２１で合波され、１本の光導波路から出力される。その光導波路の端部から出力される光は光ファイバ５２２に入力され、送信光信号５５０として波長多重光送受信モジュールから出力される。
【００７８】
また、波長多重光送受信モジュールは、光信号を受信することも可能である。もう一方の光ファイバ５２２から入力される受信光信号５５１は、光導波路を介し、光分波器５２３に入力される。光分波器５２３では波長が異なる複数の変調光を分離し、波長ごとにそれぞれ別の光導波路に出力する。各光導波路はそれぞれ受光器５２４に接続されており、また受光器５２４は伝送線路５２６を介し、駆動回路５２５と電気的に接続されている。駆動回路５２５で各受光器５２４を駆動することで変調光が電子信号に変換される。
【００７９】
次に、実施の形態５の波長多重光送受信モジュールの実装方法の一例について説明する。実施の形態５の波長多重光送受信モジュールの実装方法では、はじめに、駆動回路５２５が形成された基板をシリコンフォトニクスチップ１１３の表面上に実装する。なお、この工程は駆動回路５２５の形態がハイブリッド集積形態の場合に必要であって、モノリシック集積形態の場合は不要である。次に、光アイソレータ１１０と、多チャンネルレーザモジュール４１２をシリコンフォトニクスチップ１１３の上面に実装する。このとき光アイソレータの実装位置は、シリコンフォトニクスチップ１１３の表面に設けられた光アイソレータ実装用マーカに合わせることで位置決めすればよい。
【００８０】
一方、多チャンネルレーザモジュール４１２の実装位置は、シリコンフォトニクスチップ１１３の表面に設けられた多チャンネルレーザモジュール実装用マーカに合わせることで位置決めしてもよい。ただし、多チャンネル発光素子１０４を実駆動させ、シリコンフォトニクスチップ１１３との光結合損失をモニタしながら位置決めしたほうがより好ましい。多チャンネルレーザモジュール４１２を実装するにあたっては、固定用基板４０２がシリコンフォトニクスチップ１１３と接続し、発光素子実装基板２０４が熱電冷却器３０５の表面に実装された熱伝導シート４０３と接続するようにすればよい。
【００８１】
最後に、シリコンフォトニクスチップ１１３に送信、受信用の２本の光ファイバ５２２を実装することで、波長多重光送受信モジュールが完成する。光ファイバ５２２の実装位置は、シリコンフォトニクスチップ１１３の表面に設けられた光ファイバ実装用マーカに合わせることで位置決めしてもよい。ただし、シリコンフォトニクスチップ１１３の表面に設けられた光ファイバ実装用Ｖ溝に勘合させることで位置決めするか、もしくは多チャンネル発光素子１０４を実駆動させ、光ファイバ５２２との光結合損失をモニタしながら位置決めした方がより好ましい。
【００８２】
実施の形態５に係る波長多重光送受信モジュールでは、波長が異なる複数の光信号を送受信することができる。その他の構成は、実施の形態１から実施の形態４の構成とほぼ同じであるため、詳しい説明は省略する。特に、実施の形態５に係る波長多重光送受信モジュールは、光結合損失が小さく、チャンネル間のばらつきが小さく、信頼性が高く、安価でかつ低消費電力である。
【符号の説明】
【００８３】
１  発光素子
２  ボールレンズ
３  光アイソレータ
４  反射ミラー
５  保持基板
６  半波長板
７  レーザモジュール
８  シリコンフォトニクスチップ
９  シリコン基板
１０  ＳｉＯ２層
１１  回折格子型光結合器
１２  出射光
１０１  レーザモジュール基板
１０２  レーザ・光ファイバ実装部
１０３  光アイソレータ・反射ミラー実装部
１０４  多チャンネル発光素子
１０４ａ  活性層
１０５  入力側屈折率分布型レンズ
１０５ａ  第１の入力側屈折率分布型レンズ
１０５ｂ  第２の入力側屈折率分布型レンズ
１０６  出力側屈折率分布型レンズ
１０７  偏波保持光ファイバ
１０７ａ  偏波保持光ファイバのコア部
１０７ｂ  偏波保持光ファイバのクラッド部
１０７ｃ  偏波保持光ファイバの応力付加部
１０７ｄ  偏波保持光ファイバの入力部端面
１０７ｅ  偏波保持光ファイバの出力部端面
１０８  レーザ実装用マーカ
１０９  光ファイバ実装用Ｖ溝
１１０  光アイソレータ
１１０Ａ  １段型光アイソレータ
１１０Ａａ、１１０Ａｂ  偏光子
１１０Ａｃ  ファラデー回転子
１１０Ｂ  １．５段型光アイソレータ
１１０Ｂａ、１１０Ｂｂ、１１０Ｂｃ  偏光子
１１０Ｂｄ、１１０Ｂｅ  ファラデー回転子
１１１  反射ミラー
１１２  多チャンネルレーザモジュール
１１３  シリコンフォトニクスチップ
１１４  シリコン基板
１１５  ＳｉＯ２層
１１５ａ  下部クラッド層
１１５ｂ  上部クラッド層
１１６  回折格子型光結合器
１１６ａ  回折格子部
１１６ｂ  テーパ部
１１７  光導波路
１５０  出射光
１５０ａ  偏波保持ファイバへの入力光
１５０ｂ  偏波保持ファイバからの出力光
１５０ｃ  出射光の光線
１５０ｄ  回折格子型光結合器への入力光
１５１  光回路への入力光
１６０  偏波保持光ファイバの高速軸
１６１  偏波保持光ファイバの低速軸
１７０  偏波回転角
１８０  偏波保持光ファイバの入力部端面での偏波方向
１８１  偏波保持光ファイバの出力部端面での偏波方向
１８２  １段型光アイソレータの入力部端面での偏波方向
１８３  １段型光アイソレータの出力部端面での偏波方向
１８４  回折格子型光結合器の入力部端面での偏波方向
１８５  １．５段型光アイソレータの入力部端面での偏波方向
１８６  １．５段型光アイソレータの出力部端面での偏波方向
１９０  発光点
１９１  集光点
２０１  レーザモジュール基板
２０２  光ファイバ実装部
２０３  光アイソレータ・反射ミラー実装部
２０４  発光素子実装基板
２１２  多チャンネルレーザモジュール
３０１  レーザモジュール基板
３０２  光ファイバ実装部
３０３  光アイソレータ実装部
３０５  熱電冷却器
３１２  多チャンネルレーザモジュール
４０１  光ファイバ実装基板
４０２  固定用基板
４０３  熱伝導シート
４１１  ロッドミラー
４１２  多チャンネルレーザモジュール
５２０  光変調器
５２１  光合波器
５２２  光ファイバ
５２３  光分波器
５２４  受光器
５２５  駆動回路
５２６  伝送線路
５５０  送信光信号
５５１  受信光信号。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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