(57)【要約】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。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。
2003036346.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の前記第一の端面と反対側の第二の端面がシングルモー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ー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ードファイバを有し、且つ前記シングルモー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ード光導波路と、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ードファイバを有し、且つ、前記シングルモー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ード光導波路と、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ード導波路の０次固有モードと放射性の高次モードとの干渉周期の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ード導波路の０次固有モードと放射性の高次モー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ード導波路の０次固有モードと放射性の高次モー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ー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
本発明は光導波路部材及び光モジュール（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
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、シングルモードファイバ（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、シングルモー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。
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。
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）のシングルモード導波路１０、マルチモード導波路２および４芯のシングルモード導波路アレイ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芯側にシングルモードファイバ４を結合してシングルモード導波路１０に光を入射する。この光はマルチモード導波路２に入射する際に複数のモードを励振（ｅｘｃｉｔｅ）し、モード間の干渉により４分岐されてシングルモード導波路アレイ３から４芯側シングルモードファイバ４‘へ出力される。
上記従来例の素子では、１芯側シングルモードファイバ４とマルチモード導波路２との間にシングルモード導波路１０を設けて、マルチモード導波路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ードファイバ４との間に位置ずれがあると、シングルモード導波路１０内に放射性（ｒａｄｉａｔｉｖｅ）の高次モード光（ｈｉｇｈｅｒ  ｏｒｄｅｒ  ｍｏｄｅ）１４が励振される。この高次モード光１４と０次モード光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、マルチモード導波路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ードファイバ４の中心軸１１、シングルモード導波路１０の中心軸１２および光強度のピーク位置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。
こうした状況を背景に、本発明の目的は、シングルモー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ール実装が可能な光合分波器を提供することにある。
尚、特開平１０−４８４５８号公報には、マルチモード導波路にマルチモードファイバを直接結合した例が報告されている。しかし、この例はあくまで、マルチモードファイバを用いる技術に関するものである。
発明の開示
本発明の代表的な形態は、マルチモード導波路２と１芯側シングルモードファイバ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。
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の前記第一の端面と反対側の第二の端面がシングルモー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。
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芯側シングルモードファイバ４とが水平方向に１．０μｍずれている場合の１芯側シングルモード導波路長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。計算はビーム伝搬法（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芯側シングルモードファイバ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、マルチモード導波路２と１芯側シングルモードファイバ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。
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。
第１５図に見られるように、１芯側シングルモード導波路長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次モード１３と放射性の高次モード１４の干渉の周期（ｂｅａｔ  ｌｅｎｇｔｈ）であり、両モードの伝搬定数の差でπを除した値に等しくなる。
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、マルチモード干渉（ＭＭＩ：ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）型合分波器の設計の際に、従来の様に導波モードのみを考慮するのではなく、放射モードも含めて考慮する事に相当する。
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。
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用モジュール等で十分適用できるものである。
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。
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。
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。
上記説明の場合は、０次モード１３と干渉する高次モード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次モード１３と高次モード１４の伝搬定数の差で２πを除した値を用いれば良い。
尚、本発明の実施に当って、前記マルチモード導波路の中心軸と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シングルモー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。
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。
本発明は、マルチモード導波路にシングルモー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。
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の諸実施の形態を列挙する。
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上にマルチモード導波路２と４芯のシングルモード導波路アレイ３が光学的に結合されている。また、マルチモード導波路２のシングルモード導波路アレイ３と結合していない側の端面には、シングルモードファイバ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、マルチモード導波路２とシングルモードファイバ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、マルチモード導波路にシングルモードファイバを直接結合することが重要である。
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、光送信モジュールの例である。本実施例でも、第一の実施例と同様に、基板１上にマルチモード導波路２と４芯のシングルモード導波路アレイ３が光学的に結合されている。また、マルチモード導波路２のシングルモード導波路アレイ３と結合していない側の端面には、シングルモードファイバ４が光学的に直接結合している。本モジュールでは、第一の実施例の素子と同一の基板１上にシングルモードファイバ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。
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）型半導体レーザ５が基板１上に搭載され、シングルモード導波路アレイ３と光学的に結合されている。ＤＦＢ型半導体レーザ５は配線４１で送信用ＬＳＩ４０と接続して駆動される。本モジュールでは、４個のＤＦＢ型半導体レーザ５から発振した波長の異なる光をシングルモードファイバ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、本モジュールは、ＤＦＢ型半導体レーザの代わりに導波路型フォトダイオードを、送信用ＬＳＩの代わりに受信用ＬＳＩを用いれば受信モジュー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、マルチモード導波路２にシングルモードファイバ４を直接結合することが重要である。
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。本モジュールでは、上記第２図に示したマルチモード導波路２およびシングルモード導波路アレイ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。
こうして構成された本モジュールでは、シングルモードファイバ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。
第４図に上記モジュー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。
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。
尚、上記モジュールのシリコン基板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。
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。
上記説明では、ＤＦＢ型半導体レーザおよび導波路型フォトダイオー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、他の型の半導体レーザやフォトダイオードもしくは他の光素子を、用いることが出来る。
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型半導体レーザ５の代わりにシングルモードファイバ４をシングルモード導波路アレイ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ード導波路アレイ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ー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。
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、マルチモード導波路２およびシングルモード導波路アレイ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、第二のシングルモード導波路アレイ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。
本実施例は第二の実施例において、ＤＦＢ型半導体レーザ５の代わりに第二のシングルモード導波路アレイ９をシングルモード導波路アレイ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、シングルモード導波路アレイ９の代わりにマルチモード導波路アレイもしくは、マルチモード導波路とシングルモー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。
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ードファイバ４の、マルチモード導波路２と結合していない側の端面が、マルチモードファイバ３０に結合されている例である。この場合、シングルモードファイバ４から単一モードをマルチモードファイバ３０の中央に入射することができるので、マルチモードファイバ３０内に導波モー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、本発明はマルチモードファイバによる光伝送に用いても有効である。
本発明では、シングルモード導波路アレイ３におけるシングルモー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本のシングルモード導波路を有する例を示す。
本発明では、マルチモード導波路２とシングルモードファイバ４との間に０μｍ近傍の有限の長さを有するシングルモード導波路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、前記シングルモード導波路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。
更に、次の形態が実用的に有用である。即ち、それは、マルチモー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ード導波路の長さの許容範囲の中央値が、前記シングルモード導波路の０次固有モードと放射性の１次モー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、マルチモー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ード導波路の長さの許容範囲の中央値が、該シングルモード導波路の０次固有モードと放射性の２次モー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。
又、当該光導波路部材において、マルチモード導波路の中心軸と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シングルモー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。
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ールの例である。本モジュールは、光素子の変わりにシングルモードファイバもしくはシングルモード導波路をシングルモード導波路アレイ３に結合させれば、合分波モジュールとして動作させる事ができる。
又、本発明では、マルチモード導波路２とシングルモードファイバ４との間にシングルモード導波路１０を設けて、このシングルモード導波路１０の長さを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、前記シングルモード導波路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。
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ールの例である。
又、本モジュールは、光素子の変わりにシングルモードファイバもしくはシングルモード導波路をシングルモード導波路アレイ３に結合させれば、合分波モジュールとして動作させる事ができる。
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ードファイバ、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。
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ード光導波路と、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ード導波路の０次固有モードと放射性の高次モードとの干渉周期の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ード導波路の０次固有モードと放射性の高次モー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ード導波路の０次固有モードと放射性の高次モー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、前記シングルモード導波路の０次固有モードと放射性の高次モードとの干渉周期の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ード光導波路と、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ードファイバとを、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、前記シングルモード導波路の０次固有モードと放射性の高次モードとの干渉周期の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ード導波路の長さが、前記シングルモード導波路の０次固有モードと放射性の高次モードとの干渉周期の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ード光導波路と、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ードファイバとを、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、前記シングルモード導波路の０次固有モードと放射性の高次モー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ード導波路の長さが、前記シングルモード導波路の０次固有モードと放射性の高次モー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ード光導波路と、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ー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、前記シングルモード導波路の０次固有モードと放射性の高次モー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ード導波路の長さが、前記シングルモード導波路の０次固有モードと放射性の高次モー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ード光導波路と、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ー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、前記シングルモード導波路の０次固有モードと放射性の高次モー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ード導波路の長さが、前記シングルモード導波路の０次固有モードと放射性の高次モー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ード光導波路と、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ー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、前記シングルモード導波路の０次固有モードと放射性の高次モー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ード導波路の長さが、前記シングルモード導波路の０次固有モードと放射性の高次モー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。
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。
その第１は、本発明の光導波路部材のマルチモード導波路もしくはシングルモー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。
第２は、本発明の光導波路部材のマルチモード導波路もしくはシングルモー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。
第３は、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シングルモード導波路のマルチモード導波路と結合していない側の端面がシングルモー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。
第４は、マルチモード導波路もしくはシングルモー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ー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。
第５は、シングルモード導波路ともマルチモード導波路とも光学的に結合していない側のシングルモードファイバの端面がマルチモー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。
以下に本願の光モジュールの例を列挙する。
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ー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ード導波路の少なくとも一本が、マルチモー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ードファイバもしくはマルチモー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ールである。
第２は、マルチモー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ード導波路に光学的に結合しているシングルモードファイバもしくはマルチモードファイバが、マルチモード導波路もしくはシングルモー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ールである。
第３は、前記第１の形態の光モジュールにおいて、光合波器におけるマルチモー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ー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ーザが光学的に結合している事を特徴とする光モジュールである。
第４は、前記第１の形態の光モジュールにおいて、光分波器におけるマルチモー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ード導波路に導波路型フォトダイオードが光学的に結合している事を特徴とする光モジュールである。
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ール実装が可能になるため、低価格な光モジュールを得る事ができる。
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。
産業上の利用可能性
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ー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ー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】
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
第１３図は従来例を示す平面図である。
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。
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。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年7月22日(2002.7.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
コア外周がクラッドで囲われた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なうマルチモード光導波路であり、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ー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。
【国際調査報告】
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