(57)【要約】      （修正有）【課題】量産性の向上とコスト削減を実現可能な光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュールは、単一モードで光を伝送する導波路であるコア１１、１２およびコア１１、１２の周囲に形成されたクラッドにより構成され、半結合長の２コア結合導波路構造を適用したマッハ・ツェンダー干渉計と、マッハ・ツェンダー干渉計を構成している２つのアーム導波路１１Ｂ、１２Ｂのいずれか一方を通過する光の位相を制御する位相制御部１１Ｄと、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一モードで光を伝送する導波路であるコアおよびコアの周囲に形成されたクラッドにより構成され、半結合長の２コア結合導波路構造を適用したマッハ・ツェンダー干渉計と、
前記マッハ・ツェンダー干渉計を構成している２つのアーム導波路のいずれか一方を通過する光の位相を制御する位相制御部と、
を備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記位相制御部は、ＵＶ光照射により光の位相を変化させ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】
前記導波路をシリカ系導波路、ポリマー導波路、ＳｉＮ導波路またはＳｉＯＮ導波路とし、
前記位相制御部は、前記導波路に照射するＵＶ光の照射強度および照射範囲を変化させて前記位相を調整することを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記導波路をＳｉ導波路とし、かつポリマー材料で前記クラッドを構成し、
前記位相制御部は、前記クラッドへのＵＶ光照射により前記位相を調整することを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記導波路をＳｉ導波路の途中にポリマー材料が挿入された構造の導波路とし、
前記位相制御部は、前記ポリマー素材へのＵＶ光照射により前記位相を調整することを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記導波路をスロット領域にポリマー材料を挿入した構造のスロット型導波路とし、
前記位相制御部は、前記ポリマー素材へのＵＶ光照射により前記位相を調整することを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記導波路をシリカ系導波路とし、
前記位相制御部は、前記導波路にフェムト秒レーザを照射して前記位相を調整することを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記導波路は、熱によって屈折率が変化する材料により構成され、
前記位相制御部は、前記導波路を加熱して前記位相を調整することを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【請求項９】
前記導波路は、電界印加によって屈折率が変化する材料により構成され、
前記位相制御部は、前記導波路に電界を印加して前記位相を調整することを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
平面光導波路光学系を組み立てる場合、レーザ（ＬＤ：Laser  Diode）等のアクティブ媒質によって発せられた光を外部から入力しなければならない。この場合、ＬＤによる導波路コアへの結合効率は、導波路モード同士の重なり積分が小さくなるほど低下するため、デバイスには一般に、光軸と垂直をなす面内における位置に対し、位置トレランス１μｍ以下の高精度実装が要求される。
【０００３】
下記の特許文献１には、ＬＤと導波路との間に配置したレンズ位置を調整する系とし、レンズを把持するステンレス部材をＹＡＧレーザ照射による応力を利用して変形させ、レンズを微小移動させる方法が開示されている。また、特許文献２では、特許文献１と同様の系に対し、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro  Electro  Mechanical  Systems）を利用してレンズを微小移動させ、ハンダで位置固定させる方法が開示されている。さらに、非特許文献１では、レンズを用いず、ＬＤと導波路をバットジョイントする系とし、導波路のＬＤ入射部分をトライデント型と呼ばれる三つ又構造として、ＬＤの位置トレランスを向上させる方法が開示されている。また、特許文献３では、導波路を単一モード（ＳＭ：Single  Mode）ではなく、マルチモード（ＭＭ：Multi  Mode）とすることにより、ＬＤの位置トレランスを緩和する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２３１９３７号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１１／００１３８６９号明細書
【特許文献３】国際公開第２００４／１０４６６２号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】N.Hatori  et  al.,  “A  novel  spot  size  convertor  for  hybrid  integrated  light  sources  on  photonics-electronics  convergence  system”,  in  Proc.Group  IV  Photonics,  ThB2(2012).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および２に記載の発明では、レンズに要求される位置トレランスが小さいため、量産性に問題があった。また、特許文献２に記載の発明では、機械システムごとモジュールに組み込まれてしまうため、コスト面での問題もあった。
【０００７】
非特許文献１に記載の発明は、導波路のＬＤ入射部分の形状を工夫することにより、導波路のスポットサイズを拡大できるため、ＬＤに要求される位置トレランスを緩和することが可能である。しかし、その緩和量は小さく、依然ＬＤには１μｍ以下の位置トレランスが要求されるため、量産性に問題があった。
【０００８】
特許文献３に記載の発明では、位置トレランスを拡大する代償として、導波路において、基本モードのみならず、高次モードも伝搬してしまう。そのため、変調信号の波形がモード分散の影響を受けて歪むという問題があった。さらに、高次モードは導波路出射側に配置する別の導波路（光ファイバ）がＳＭである場合には結合に寄与しないため、結合損失が大きくなるという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、量産性の向上とコスト削減を実現する光モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、単一モードで光を伝送する導波路であるコアおよびコアの周囲に形成されたクラッドにより構成され、半結合長の２コア結合導波路構造を適用したマッハ・ツェンダー干渉計と、前記マッハ・ツェンダー干渉計を構成している２つのアーム導波路のいずれか一方を通過する光の位相を制御する位相制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、量産性の向上および低コスト化を実現可能な光モジュールを得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明にかかる光モジュールの構成例を示す構成図である。
【図２】図２は、光導波路の構造の一例を示す図である。
【図３】図３は、光導波路の構造の一例を示す図である。
【図４】図４は、光導波路の構造の一例を示す図である。
【図５】図５は、光導波路の要部を示す図である。
【図６】図６は、光導波路の要部を示す図である。
【図７】図７は、光導波路の要部を示す図である。
【図８】図８は、ＳＭ入力導波路が１つである場合の結合パワーとＬＤ−導波路偏芯量の関係例を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態１を適用した場合の結合パワーとＬＤ−導波路偏芯量の関係例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３の２コア結合導波路の構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態４の２コア結合導波路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、本発明にかかる光モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる光モジュールである光導波路の実施の形態１の構成例を示す構成図である。図１に示したように、光導波路は、光を導波する複数の導波路としてのコア（コア１１，１２，２１，２２，３１，３２，４１，４２）と、複数のコアの周囲に形成されたクラッド５と、入力された複数の光を合波する光合波部６とを備える。各コアは、入力導波路、アーム導波路および出力導波路により構成されている。すなわち、コア１１は、入力導波路１１Ａ、アーム導波路１１Ｂおよび出力導波路１１Ｃにより構成され、コア１２は、入力導波路１２Ａ、アーム導波路１２Ｂおよび出力導波路１２Ｃにより構成されている。コア２１は、入力導波路２１Ａ、アーム導波路２１Ｂおよび出力導波路２１Ｃにより構成され、コア２２は、入力導波路２２Ａ、アーム導波路２２Ｂおよび出力導波路２２Ｃにより構成されている。コア３１は、入力導波路３１Ａ、アーム導波路３１Ｂおよび出力導波路３１Ｃにより構成され、コア３２は、入力導波路３２Ａ、アーム導波路３２Ｂおよび出力導波路３２Ｃにより構成されている。コア４１は、入力導波路４１Ａ、アーム導波路４１Ｂおよび出力導波路４１Ｃにより構成され、コア４２は、入力導波路４２Ａ、アーム導波路４２Ｂおよび出力導波路４２Ｃにより構成されている。出力導波路１２Ｃ、２２Ｃ、３２Ｃおよび４２Ｃは光合波部６に接続されている。また、光源としての外部のＬＤ（Laser  Diode）１０１から１０４より出射された光が対応する各コアに入射する構成となっている。
【００１５】
各コアの入力導波路と出力導波路の長さは共にＬc／２となっている。なお、Ｌcは結合長である。すなわち、コア１１と１２、コア２１と２２、コア３１と３２、コア４１と４２は、それぞれ、半結合長（Ｌc／２）の２コア結合導波路としたマッハ・ツェンダー干渉計をそれぞれ構成している。本実施の形態の光導波路において、各コア（導波路）は単一モード（ＳＭ：Single  Mode）で光を伝送するように設計されているものとする。
【００１６】
また、光導波路のアーム導波路１１Ｂ、２１Ｂ、３１Ｂ、４１Ｂには、それぞれ、通過する光の位相を変化させる位相制御部１１Ｄ、２１Ｄ、３１Ｄ、４１Ｄが設けられている。位相制御部１１Ｄ、２１Ｄ、３１Ｄおよび４１Ｄは、例えば、紫外（ＵＶ）光をアーム導波路に照射するなどして位相調整を実現する。各位相制御部は、例えば、シリカ系の導波路、ポリマー導波路、ＳｉＮ導波路、ＳｉＯＮ導波路など、従来構造と同一構成とする。Ｓｉ導波路の場合は、図２から図４に示したように、ポリシラン等のポリマー材料を上部クラッドに用いる構造（図２）、導波路中に設けた溝に挿入する構造（図３）、もしくはスロット導波路構造（図４）とする。
【００１７】
次に、実施の形態１の光導波路の動作を説明する。ＬＤ１０１から１０４の実装位置について、光軸と垂直方向に偏芯（位置ズレ）が生じた場合でも、２コア結合導波路のいずれかのコアに光が入射すれば、Ｌc／２伝搬後、位相が異なる光が伝搬することになる。したがって、アーム導波路の一方が備えている位相制御部が位相を制御すれば、後段の結合領域を通過後に光が出力する方向を、光合波部６に接続されている出力導波路側とすることができる。位相制御動作について図５から図７を用いて詳しく説明する。図５から図７は、実施の形態１の光導波路の要部である２コア結合導波路を示す図である。一例として、コア１１と１２により構成されている２コア結合導波路の入力導波路１１Ａ，１２Ａ、アーム導波路１１Ｂ，１２Ｂ、位相制御部１１Ｄおよび出力導波路１１Ｃ，１２Ｃを示している。
【００１８】
まず、図５に示したように、ＬＤ出射光が伝搬方向に対して左側のコア１１（入力導波路１１Ａ）に入射した場合、Ｌc／２伝搬後、右側のコア１２において、左側の導波路伝搬光に対してπ／２位相がずれた光が伝搬した状態となる。この場合は、位相制御部１１Ｄにおいて、位相シフト量が０となるようにＵＶ光を照射すれば、光合波部６に接続されている出力導波路１２Ｃ側に光を出射させることができる。また、図６に示したように、ＬＤ出射光が右側のコア１２（入力導波路１２Ａ）に入射した場合、Ｌc／２伝搬後、左側のコア１１において、右側の導波路伝搬光に対してπ／２位相がずれた光が伝搬した状態となる。この場合は、位相制御部１１Ｄにおいて、位相シフト量がπとなるようにＵＶ光を照射すれば、出力導波路１２Ｃ側に光を出射させることができる。また、図７に示したように、ＬＤ出射光が左側のコア１１と右側のコア１２の中央に入射した場合、Ｌc／２伝搬後、左側と右側の導波路において位相が等しい光が伝搬した状態となる。この場合は、位相制御部１１Ｄにおいて、位相シフト量がπ／２となるようにＵＶ光を照射すれば、出力導波路１２Ｃ側に光を出射させることができる。
【００１９】
次に、位相制御部１１Ｄ、２１Ｄ、３１Ｄおよび４１Ｄの具体的な動作について説明する。シリカ系の導波路の場合、通常のコアはＧｅをドープして屈折率を高くしているため、ＵＶ光照射によって屈折率が変化し、ＵＶ光の照射強度ならびに照射する導波路の長さを変えることで、位相を制御することができる。また、ポリマー導波路、ＳｉＮ導波路およびＳｉＯＮ導波路の場合も同様に、ＵＶ光照射によってコアの屈折率を変化させることで位相制御が可能となる。Ｓｉ導波路の場合は、ＵＶ光照射によってＳｉの屈折率は変化しないため、位相制御部において、ＵＶ照射によって屈折率が変化するポリシラン等のポリマー材料を上部クラッドに用いる（図２）、または、ポリマー材料を導波路中に設けた溝に挿入する（図３）、もしくはスロット導波路構造（図４）とすることで、伝搬モードの実効屈折率を変化させることができるため、ＵＶ光照射による位相制御を実現することができる。
【００２０】
本実施の形態を適用した場合の効果について説明する。図８は、従来のＳＭ入力導波路が１つである場合の結合パワーのＬＤ−導波路偏芯量（位置ズレ）依存性の概念を示す図である。図９は、本実施の形態を適用した場合の結合パワーのＬＤ−導波路偏芯量依存性の概念図を示す図である。本実施の形態を適用した場合、結合導波路の２コアのいずれかに光が入射すれば良いため、ＬＤの位置トレランスを大きくすることが可能となる。具体的には、従来は要求される位置トレランスが約１μｍであったものが、約２倍の２μｍまで緩和することが可能となる（従来の結合パワーのカーブ２個を横にずらして重ねたような特性になる）。また、本実施の形態の光導波路は、特許文献１，２に記載された発明とは異なり、ＬＤ偏芯量（位置ズレ）をサブミクロンの物理位置によって補正するのではなく、位相によって補正するため、量産性に優れる。加えて、特許文献２に記載された発明とは異なり、機械システムを用いないことから、コスト面で優れる。また、非特許文献１に記載された発明とは異なり、要求位置トレランスを約２倍と大幅に緩和できるため、量産性に優れる。さらに、特許文献３に記載された発明とも異なり、ＬＤ出射光の入力側に２つのＳＭ導波路を配置することによって実現するため、高次モードの伝搬は原理上生じない。
【００２１】
このように、本実施の形態の光導波路は、半結合長（Ｌc／２）の２コア結合導波路としたマッハ・ツェンダー干渉計を備え、通過する光の位相を変化させる位相制御部をマッハ・ツェンダー干渉計の２本のアーム導波路のうちの一方が備え、各導波路は単一モードで動作する。これにより、光導波路に対するＬＤの位置トレランスを大きくすることが可能となり、また、ＬＤの位置ずれに対する補正を位相制御により行うので、光導波路の量産性を向上させることができる。また、低コスト化および性能向上を実現できる。
【００２２】
実施の形態２．
実施の形態２の光導波路を説明する。本実施の形態の光導波路の全体構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。本実施の形態の光導波路は、シリカ系の導波路により構成され、各位相制御部は、フェムト秒レーザを照射することにより屈折率を変化させる。
【００２３】
すなわち、本実施の形態の光導波路において、位相制御部は、フェムト秒レーザをアーム導波路に照射することで、瞬間的な高温・高圧状態を実現して圧力波を発生させ、高屈折率化させて位相を制御する。
【００２４】
なお、フェムト秒レーザを照射することにより屈折率を変化させる技術は、例えば、文献「K.Miura  et  al.,“Photowritten  optical  waveguides  in  various  glasses  with  ultrashort  pulse  laser,”Appl.  Phys.  Lett.  71,  3329(1997).」に記載されている。
【００２５】
このように、シリカ系導波路の場合、フェムト秒レーザの照射により位相制御を実現することができ、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
実施の形態３．
実施の形態３の光導波路を説明する。本実施の形態の光導波路の全体構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。図１０は、実施の形態３の２コア結合導波路の構成例を示す図であり、一例として、コア１１と１２により構成されている２コア結合導波路を示している。
【００２７】
図示したように、本実施の形態の位相制御部１１Ｄは、ヒータを備え、ヒータを利用してアーム導波路１１Ｂを加熱することにより位相制御を行う。
【００２８】
ヒータを用いると、熱光学効果によって材料の屈折率を変化させることができ、その結果、位相を制御できる。材料の熱光学係数は、例えば、石英を利用したシリカ系導波路の場合は１×１０-6／℃、シリコン導波路の場合は１８×１０-6／℃、ポリマー導波路（フッ素ポリイミド）の場合は約−１００×１０-6／℃となる。
【００２９】
本実施の形態を適用した場合にも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
実施の形態４．
実施の形態４の光導波路を説明する。本実施の形態の光導波路の全体構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。図１１は、実施の形態４の２コア結合導波路の構成例を示す図であり、一例として、コア１１と１２により構成されている２コア結合導波路を示している。
【００３１】
図示したように、本実施の形態の位相制御部１１Ｄは、電極を備えている。例えば、Ｓｉ導波路の場合、位相制御部１１Ｄがアーム導波路１１Ｂに電界を印加すると、キャリアプラズマ効果により屈折率を変化させることができ、位相制御が可能となる。また、ポリマー導波路の場合には、位相制御部１１Ｄが電界を印加すると、電気光学効果により屈折率を変化させることができ、位相制御が可能となる。
【００３２】
本実施の形態を適用した場合にも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明にかかる光モジュールは、シングルモードで光を伝送するコアを備えて構成された光導波路として有用である。
【符号の説明】
【００３４】
５  クラッド、６  光合波部、１１，１２，２１，２２，３１，３２，４１，４２  コア、１１Ａ，１２Ａ，２１Ａ，２２Ａ，３１Ａ，３２Ａ，４１Ａ，４２Ａ  入力導波路、１１Ｂ，１２Ｂ，２１Ｂ，２２Ｂ，３１Ｂ，３２Ｂ，４１Ｂ，４２Ｂ  アーム導波路、１１Ｃ，１２Ｃ，２１Ｃ，２２Ｃ，３１Ｃ，３２Ｃ，４１Ｃ，４２Ｃ  出力導波路、１１Ｄ，２１Ｄ，３１Ｄ，４１Ｄ  位相制御部、１０１，１０２，１０３，１０４  ＬＤ（Laser  Diode）。
【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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