(57)【要約】  反射光の影響を低減する低コストな光回路を提供する。  本発明の実施例において、光回路２００は、少なくとも２つの出力を有する第１の光カプラ２０４Ａと、第１の光カプラ２０４Ａの出力のうちの少なくとも１つに結合される第２の光カプラ２０４Ｂとを備え、第１の光カプラ２０４Ａの入力光に対する反射光の強度比は第２の光カプラ２０４Ｂの入力光に対する反射光の強度比よりも小さい。
2015005368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの出力を有する第１の光カプラと、
前記第１の光カプラの出力のうちの少なくとも１つに結合される第２の光カプラと
を備え、前記第１の光カプラの入力光に対する反射光の強度比が前記第２の光カプラの入力光に対する反射光の強度比よりも小さい光回路。
【請求項２】
前記第１の光カプラと前記第２の光カプラとが光導波路を介して結合され、前記第１の光カプラの入力光に対する反射光の強度比Ｒ１、前記第１の光カプラの光学損失α１、前記第１の光カプラの分岐損失β１、前記第２の光カプラの入力光に対する反射光の強度比Ｒ２及び前記光導波路の伝搬損失γが、
（Ｒ２−Ｒ１）≦２（α１＋β１＋γ）
を満たす請求項１に記載の光回路。
【請求項３】
前記第１の光カプラ及び前記第２の光カプラはＭＭＩカプラである請求項１又は２に記載の光回路。
【請求項４】
前記第１の光カプラを構成するＭＭＩカプラの幅が前記第２の光カプラを構成するＭＭＩカプラの幅よりも小さい請求項３に記載の光回路。
【請求項５】
前記第２の光カプラは複数の出力を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の光回路。
【請求項６】
前記第１の光カプラの入力に結合されるレーザ光源をさらに備え、
前記レーザ光源と前記第１の光カプラとの間の光路長ａが、
【数１】
2015005368.tif 000008
を満たし、ここで、λは真空中での光の波長、neffは前記レーザ光源と前記第１の光カプラをつなぐ光導波路の実効屈折率、ｗは前記レーザ光源のスペクトル線幅である請求項１乃至５に記載の光回路。
【請求項７】
前記第１の光カプラの入力に結合されるレーザ光源をさらに備え、
前記光源は少なくとも第１のレーザチャネル及び第２のレーザチャネルを含み、前記第１の光カプラは少なくとも第１の入力及び第２の入力を含み、前記第１のレーザチャネル及び前記第２のレーザチャネルは前記第１の入力及び前記第２の入力にそれぞれ結合され、前記第１の入力及び前記第２の入力のうち、一方はメイン入力として用いられ、残る一方は予備入力として用いられる請求項１乃至６に記載の光回路。
【請求項８】
前記第１の光カプラは前記第１の入力と前記第２の入力との間の中心線に対して非対称な形状を有する請求項７に記載の光回路。
【請求項９】
前記第１の光カプラはＭＭＩカプラであり、前記第１の入力及び前記第２の入力はテーパ形状を有し、前記メイン入力として用いられる入力のテーパ幅が、前記予備入力として用いられる入力のテーパ幅よりも大きい請求項７に記載の光回路。
【請求項１０】
前記第１の光カプラは方向性結合器である請求項１又は２に記載の光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光回路に関し、より詳細には、反射光の影響を低減する光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいては、半導体レーザなどの光源の動作を安定させることが求められる。例えば、光送受信モジュールとして用いられる光集積回路において、光源に光カプラが結合される場合、光カプラにおいて反射光が発生する。この反射光が光源に入射されると、光源の動作が不安定になる。【０００３】
このため、従来技術では、光アイソレータが光集積回路チップの外に配置されていた。特許文献１には、光信号処理装置において空間光学系を構築する際にＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）及びバルク光学部品、又はＰＬＣ同士を、一定の距離だけ離して配置する場合、ＰＬＣの出射端面へ戻る反射光による装置特性の変動を避けるために、ＰＬＣ間に光アイソレータを挿入することが必要であることが記載されている。【０００４】
また、従来技術では、光集積回路チップの光入出力端面を光の進行方向に対して垂直な面から傾斜させていた。特許文献２には、ＰＬＣ導波路とＬＮ（ニオブ酸リチウム）導波路とが光結合される光素子チップにおいて、ＰＬＣ導波路とＬＮ導波路との接続面を光軸に対して傾斜させることが記載されている。【０００５】
特許文献３には、光送信モジュールの内部に光アイソレータを配置することや、レーザ光源から光学部材への入射面を光軸に対して傾けることが記載されている。【０００６】
しかし、これらの構成はコストの増加及び光学損失の増加につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２７１７４１号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２０１２／０１７６４４号
【特許文献３】特開２０１１−２３７６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、反射光の影響を低減する低コストな光回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施例において、光回路は、少なくとも２つの出力を有する第１の光カプラと、
第１の光カプラの出力のうちの少なくとも１つに結合される第２の光カプラと
を備え、第１の光カプラの入力光に対する反射光の強度比が第２の光カプラの入力光に対する反射光の強度比よりも小さい。【００１０】
本発明の実施例において、第１の光カプラと第２の光カプラとが光導波路を介して結合され、第１の光カプラの入力光に対する反射光の強度比Ｒ１、第１の光カプラの光学損失α１、第１の光カプラの分岐損失β１、第２の光カプラの入力光に対する反射光の強度比Ｒ２並びに光導波路の伝搬損失γが、（Ｒ２−Ｒ１）≦２（α１＋β１＋γ）を満たす。【００１１】
本発明の実施例において、第１の光カプラ及び第２の光カプラはＭＭＩカプラである。【００１２】
本発明の実施例において、第１の光カプラを構成するＭＭＩカプラの幅が第２の光カプラを構成するＭＭＩカプラの幅よりも小さい。【００１３】
本発明の実施例において、第１の光カプラは方向性結合器である。【００１４】
本発明の実施例において、第２の光カプラは複数の出力を有する。【００１５】
本発明の実施例において、光回路は、第１の光カプラの入力に結合されるレーザ光源をさらに備え、レーザ光源と第１の光カプラとの間の光路長ａが、【００１６】
【数１】
2015005368.tif 000003
を満たし、ここで、λは真空中での光の波長、neffはレーザ光源と第１の光カプラをつなぐ光導波路の実効屈折率、ｗはレーザ光源のスペクトル線幅である。【００１７】
本発明の実施例において、光回路は、第１の光カプラの入力に結合されるレーザ光源をさらに備え、光源は少なくとも第１のレーザチャネル及び第２のレーザチャネルを含み、第１の光カプラは少なくとも第１の入力及び第２の入力を含み、第１のレーザチャネル及び第２のレーザチャネルは第１の入力及び第２の入力にそれぞれ結合され、第１の入力及び第２の入力のうち、一方はメイン入力として用いられ、残る一方は予備入力として用いられる。【００１８】
本発明の実施例において、第１の光カプラは第１の入力と第２の入力との間の中心線に対して非対称な形状を有する。【００１９】
本発明の実施例において、第１の光カプラはＭＭＩカプラであり、第１の入力及び第２の入力はテーパ形状を有し、メイン入力として用いられる入力のテーパ幅が、予備入力として用いられる入力のテーパ幅よりも大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】例示的な光集積回路の概略図である。
【図２】本発明の実施例による例示的な光回路の概略図である。
【図３】光カプラの例示的な構成を示す図である。
【図４】表１のカプラの各々について計算された電力損失の作製誤差依存性のグラフである。
【図５】本発明の実施例による例示的な光回路の概略図である。
【図６】従来の光回路及び本発明の実施例による例示的な光回路の概略図である。
【図７】図６の光回路に関する作製誤差と電力損失との関係の計算結果を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例による例示的な光回路の概略図である。
【図９】本発明の実施例による例示的な光回路の概略図である。
【図１０】本発明の実施例による例示的な光回路の概略図である。
【図１１】本発明の実施例による例示的な光回路の概略図である。
【図１２】本発明の実施例による光回路に用いられる光カプラの例示的な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施例を図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【００２２】
図１は例示的な光集積回路１００の概略図を示す。光集積回路１００は、例えば、光送信モジュールとして用いられる。光集積回路１００は、半導体レーザなどの光源１０２、光分岐１０４、光変調器１０６、光結合器１０８、光導波路１１０−１乃至１１０−Ｎを有する。光源１０２から出力された光は光分岐１０４によってＮ個の光導波路１１０−１乃至１１０−Ｎへと分岐され、各光導波路を介して伝搬される。光導波路１１０−１乃至１１０−Ｎは光変調器１０６に結合される。光変調器１０６は、各導波路を伝搬した光を変調して光信号を出力する。光信号は、光結合器１０８によって光伝送路（図示せず）に結合され、当該光伝送路を介して伝搬される。
【００２３】
図１に示すように、光源１０２から出力された光の一部は、光分岐１０４において反射される。この反射戻り光が光源１０２に入射すると光源１０２の動作が不安定になる。図１には単一の光分岐１０４が示されるが、光集積回路の構成によっては複数の光分岐が接続されることがある。この場合、接続された光分岐の各々からの反射戻り光が光源に影響を及ぼす。
【００２４】
図２は、本発明の実施例による例示的な光回路２００の概略図を示す。光回路２００は、例えば、光集積回路において用いることができる。光回路２００は、第１の光カプラ２０４Ａ及び第２の光カプラ２０４Ｂを有する。第１の光カプラ２０４Ａ及び第２の光カプラ２０４Ｂは光導波路２１０を介して接続される。第１の光カプラ２０４Ａの入力は半導体レーザなどの光源（図示せず）に接続される。図２においては、第１の光カプラ２０４Ａ及び第２の光カプラ２０４Ｂは１つの入力及び２つの出力を有し、第１の光カプラ２０４Ａの出力のうちの１つが第２の光カプラ２０４Ｂの入力に接続される。しかし、光回路２００の構成は図２の構成に限定されない。第１の光カプラ２０４Ａ及び第２の光カプラ２０４Ｂは、任意の数の入力及び任意の数の出力を有してもよい。光回路２００は、第１の光カプラ２０４Ａの出力のうちの少なくとも１つが第２の光カプラ２０４Ｂの入力のうちの少なくとも１つに接続されるように構成されてもよい。例えば、第１の光カプラ２０４Ａが２つの出力を有し、第２の光カプラ２０４Ｂが２つの入力を有し、第１の光カプラ２０４Ａの各出力が第２の光カプラ２０４Ｂの異なる入力に接続されてもよい。
【００２５】
図２に示すように、第１の光カプラ２０４Ａへの入力光の強度がＰｉ１であるとき第１の光カプラ２０４Ａからの反射光の強度がＰｒ１であり、第２の光カプラ２０４Ｂへの入力光の強度がＰｉ２であるとき第２の光カプラ２０４Ｂからの反射光の強度がＰｒ２であるとする。ここで、第１の光カプラ２０４Ａの入力光に対する反射光の強度比（以下、「反射光強度比」という）Ｒ１、及び第２の光カプラ２０４Ｂの入力光に対する反射光強度比Ｒ２は、それぞれ、Ｒ１＝１０×ｌｏｇ１０（Ｐｒ１／Ｐｉ１）、Ｒ２＝１０×ｌｏｇ１０（Ｐｒ２／Ｐｉ２）と表される。
【００２６】
接続されたすべての光カプラを反射光強度比が小さくなるように構成すれば、反射光が光源に及ぼす影響を小さくすることができる。しかし、反射光強度比が小さくなるように光カプラを構成すると、光カプラの光学損失が大きくなったり、作製誤差に対するトレランスが小さくなったりする（すなわち、作製誤差が生じた場合に、光学損失や分岐比が設計値からずれやすくなる）。したがって、光カプラの反射光強度比を小さくすると、光回路の性能が設計値から大きくずれる可能性がある。
【００２７】
本発明の実施例において、光回路２００は、Ｒ１＜Ｒ２であるように構成される。例えば、光回路２００は、第１の光カプラ２０４Ａが通常よりも小さな反射光強度比を有する一方、第２の光カプラ２０４Ｂが通常の反射光強度比を有するように構成される。本実施例によれば、第１の光カプラ２０４Ａの反射光強度比が小さいので、反射戻り光が光源に及ぼす影響を抑えることができる。また、第２の光カプラ２０４Ｂの反射光強度比を必要以上に小さく設計する必要がないので、第２の光カプラ２０４Ｂの特性（光学損失、分岐比など）が設計値からずれる可能性を小さくすることができる。したがって、本実施例によれば、第２の光カプラ２０４Ｂの作製誤差に対するトレランスが大きくなる。したがって、本実施例によれば、光源への反射戻り光が低減され、且つ、光カプラの光学損失の増大や分岐比の設計値からのずれなどの悪影響が抑えられる。
【００２８】
第１の光カプラ２０４Ａ及び第２の光カプラ２０４Ｂは、ＭＭＩカプラやＹ分岐などのマルチモード導波路（マルチモード干渉器）、方向性結合器など、様々な種類の光カプラであってもよい。１つの例において、第１の光カプラ２０４Ａ及び第２の光カプラ２０４Ｂの両方がＭＭＩカプラであってもよい。別の例において、第１の光カプラ２４０Ａは方向性結合器であってもよく、第２の光カプラ２０４ＢはＭＭＩカプラなどのマルチモード導波路であってもよい。その他、様々な光カプラの組合せを本実施例において用いることができる。
【００２９】
本実施例において用いられる光カプラの種類、光カプラの入射光に対する反射光の強度比（反射光強度比）、及び製造トレランスの例を表１に示す。表１の例は、シリコン光集積回路に光カプラを形成した場合について、３次元ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）法により計算されたものである。
【００３０】
【表１】
2015005368.tif 000004
【００３１】
この例においては、シリコン（Ｓｉ）基板上に埋込酸化膜（ＢＯＸ）層、Ｓｉ細線導波路及び上部クラッド層を積層して形成される光集積回路を想定する。ＭＭＩカプラ及び方向性結合器は、このようなＳＯＩ基板上のＳｉ細線導波路をベースとする。上部クラッド層の材料はＳｉＯ２であり、各ＭＭＩは、それぞれ、幅６．０μｍ及び長さ１５０μｍ、幅４．６μｍ及び長さ８８μｍ、幅２．８μｍ及び長さ３４μｍを有する。方向性結合器の導波路間のギャップは０．４μｍであり、方向性結合器の長さは４９．５μｍである。
【００３２】
また、製造トレランスとは、光カプラの光学損失及び分岐比の設計値からのずれによる電力損失を設計値の１０％以下に抑えるための作製誤差許容値を意味する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ、ＭＭＩカプラ及び方向性結合器の構成の例を示す。図３（ａ）に示す「幅」は表１に記載されるＭＭＩの「幅」に対応する。
【００３３】
図４は、表１に示されるカプラの各々について計算された電力損失の作製誤差依存性のグラフである。図４において、ＭＭＩカプラについて横軸はＭＭＩの幅の寸法の誤差であり、方向性結合器について横軸は方向性結合器を構成する２本の導波路間の間隔の誤差である。
【００３４】
表１に示されるように、ＭＭＩカプラの場合、ＭＭＩの幅を小さくすることにより反射光強度比を小さくすることができる。しかし、図４から理解されるように、電力損失はＭＭＩの幅の作製誤差に敏感であり、ＭＭＩの幅が小さくなると、その代償として製造トレランスが狭くなる。ここでは、２つ入力と２つの出力とを有し、分岐比が１：１であるＭＭＩカプラにつき検討したが、その他のＭＭＩカプラも同様の特徴を有する。
【００３５】
表１に示すように、方向性結合器の場合、ＭＭＩカプラよりも反射光強度比をさらに小さくすることが可能である。しかし、図４から理解されるように、電力損失は方向性結合器を構成する導波路の間隔の誤差に極めて敏感であり、製造トレランスはＭＭＩよりも更に狭くなる。
【００３６】
第１の光カプラ及び第２の光カプラの両方がＭＭＩカプラである実施例において、第１の光カプラは第２の光カプラに対して小さくなるように構成されてもよい。また、第１の光カプラ及び第２の光カプラがテーパ状の入力部を有する場合、第１の光カプラは第２の光カプラよりも入力部のテーパ幅が小さくなるように構成されてもよい。
【００３７】
第１の光カプラの反射光強度比は、必ずしも、従来の光アイソレータほど低くする必要はない。例えば、第１の光カプラの反射光強度比Ｒ１は−３５ｄＢ乃至−４０ｄＢ程度であってもよい。
【００３８】
図５は、本発明の実施例による例示的な光回路５００の概略図を示す。光回路５００は、第１の光カプラ５０４Ａ及び第２の光カプラ５０４Ｂを有する。第１の光カプラ５０４Ａは、入力光を少なくとも２つの出力光チャネルへ分岐させる。第１の光カプラ５０４Ａの出力光チャネルのうちの少なくとも１つは、光導波路５１０を介して第２の光カプラ５０４Ｂに入力される。
【００３９】
図２の場合と同様に、光回路５００は、第１の光カプラ５０４Ａの入力光に対する反射光の強度比（反射光強度比）Ｒ１及び第２の光カプラ５０４Ｂの反射光強度比Ｒ２がＲ１＜Ｒ２の条件を満たすように構成される。上述のように、光回路５００は光カプラ５０４Ａ及び５０４Ｂによる反射戻り光の影響を低減することができる。しかし、Ｒ１を小さくすることにより、Ｒ２が相対的に大きくなり、第２の光カプラ５０４Ｂによる反射光の影響が相対的に大きくなる可能性がある。
【００４０】
本実施例において、光回路５００は、Ｒ１＜Ｒ２であることに加えて、Ｒ１、Ｒ２、第１の光カプラ５０４Ａの光学損失α１（ｄＢ）及び分岐損失β１（ｄＢ）、並びに光導波路５１０の伝搬損失γ（ｄＢ）が次式を満たすように構成される。
【００４１】
【数２】
2015005368.tif 000005
【００４２】
式１が満たされるように光回路５００が構成されると、第２の光カプラ５０４Ｂにおいて生じる反射光の影響が支配的となる問題が回避される。第１の光カプラ５０４Ａにおいて生じて光源（図示せず）に入力される反射光は、第２の光カプラ５０４Ｂにおいて生じて光源に入力される反射光よりも大きくなる。このため、第１の光カプラ５０４Ａからの反射光の影響が支配的となり、第２の光カプラ５０４Ｂからの反射光の影響を小さく抑えることができる。
【００４３】
第１の光カプラ５０４Ａの反射光強度比Ｒ１が式１を満たさない程度に小さくなると、第２の光カプラ５０４Ｂからの反射光の影響が支配的となるため、第１の光カプラ５０４Ａの反射光強度比を小さくしてもその効果を十分に得ることができない。また、第１の光カプラ５０４Ａの反射光強度比を小さくすると、第１の光カプラ５０４Ａの作製誤差に対するトレランスが小さくなる。このため、第１の光カプラ５０４Ａの反射光強度比を単に小さくしても、その効果を十分に得られない可能性があり、第１の光カプラ５０４Ａの光学損失が大きくなったり、分岐比が設計値からずれたりする可能性がある。
【００４４】
本実施例によれば、第１の光カプラ５０４Ａ及び第２の光カプラ５０４Ｂは式１を満たすように構成され、第１の光カプラ５０４Ａによる反射光低減の効果を得ながら、第１の光カプラ５０４Ａの光学特性が大きく劣化することが回避される。
【００４５】
式１を満たすように光回路を設計すると、第１の光カプラ５０４Ａの反射光強度比と第２の光カプラ５０４Ｂの反射光強度比との間の差をあまり大きくすることができない場合がある。この場合、第２の光カプラ５０４Ｂを、ある程度低い反射光強度比を有するように設計することが必要となり、第２の光カプラ５０４Ｂの作製誤差に対するトレランスが小さくなる。実施例において、これを避けるために、光導波路５１０の伝搬損失γ（ｄＢ）を意図的に大きくしてもよい。例えば、光導波路５１０の長さを意図的に長くしてもよいし、光導波路５１０の導波路幅を変更して意図的に伝搬損失の大きな設計にしてもよい。こうすることにより、第２の光カプラ５０４Ｂの反射光強度比Ｒ２を大きく下げる必要がなくなるので、第２の光カプラ５０４Ｂの設計の自由度が向上し、作製誤差に対するトレランスを大きくすることができる。
【００４６】
なお、光導波路５１０は、曲げ導波路や、伝搬光の位相を調整するための位相調整導波路や、伝搬光の強度を調整するための強度調整導波路等の様々な光導波路を含んでいてもよく、これらの光導波路における光学損失は全て光導波路５１０の伝搬損失γ（ｄＢ）に含まれる。
【００４７】
図６は、同じ構成のＭＭＩカプラが第１の光カプラ６０４Ａ及び第２の光カプラ６０４Ｂとして用いられる従来の光回路（ａ）と、本発明の実施例による光回路（ｂ）とを示す。
【００４８】
具体例として、第１の光カプラ６０４Ａの光入力地点における入力光に対する反射光の強度比の要求仕様が−４０ｄＢ以下であると仮定する。この要求仕様を従来の光回路（ａ）によって実現するためには、例えば、表１における幅２．８μｍのＭＭＩカプラを第１の光カプラ６０４Ａ及び第２の光カプラ６０４Ｂとして用いる必要がある。他方、本発明の実施例の光回路（ｂ）によれば、２つの同じＭＭＩカプラを用いる必要はない。例えば、第１の光カプラ６０４Ａ及び第２の光カプラ６０４Ｂとして、それぞれ、表１における幅２．８μｍのＭＭＩカプラ及び幅４．６μｍのＭＭＩカプラを用いることができる。
【００４９】
図７は、図６の光回路（ａ）及び光回路（ｂ）について、作製誤差と電力損失との関係の計算結果を示す。光回路（ａ）の計算結果は点線で示され、光回路（ｂ）の計算結果は実線で示される。図７から理解されるように、光回路（ｂ）は光回路（ａ）よりも製造トレランスが広い。したがって、本実施例によれば、従来の光回路と比較して、製造トレランスの広い光回路が実現される。
【００５０】
なお、図６の光回路（ｂ）について、第１の光カプラ６０４Ａにおける光学損失をα１［ｄＢ］、第１の光カプラ６０４Ａにおける分岐損失をβ１［ｄＢ］、第１の光カプラ６０４Ａと第２の光カプラ６０４Ｂとを接続する光導波路６１０の光学伝搬損失をγ［ｄＢ］とすると、第２の光カプラ６０４Ｂに入力される光は、第１の光カプラ６０４Ａに入力される光に比べて（α１＋β１＋γ）［ｄＢ］小さい。第２の光カプラ６０４Ｂで反射された光は、さらに、第１の光カプラ６０４Ａの光入力チャネルに戻るまでに、（α１＋β１＋γ）［ｄＢ］の損失を受ける。通常、α１〜０．５ｄＢ、β１〜３ｄＢ、γ＝０．５〜１０ｄＢ程度である。この例では、第２の光カプラ６０４Ｂの反射光強度比は−３４．５ｄＢであるから、本実施例の光回路（ｂ）において第２の光カプラ６０４Ｂで発生する反射戻り光の強度は、第１の光カプラ６０４Ａの光入力地点において、入力光に対して−４２．５ｄＢ以下である。したがって、本実施例は、仮に第１の光カプラ６０４Ａ及び第２の光カプラ６０４Ｂからの反射光が強めあう位相条件であっても、第１の光カプラ６０４Ａへの入力光強度に対して−４０ｄＢ以下という反射光強度の要求仕様を満たす。このように、本実施例は、アイソレータなどの高価な光部品を用いることなく、低コスト、低反射、製造トレランスの広い光回路を実現する。
【００５１】
図８は、本発明の例示的な光集積回路８００の概略図を示す。光回路８００は、レーザ光源８０２、第１の光カプラ８０４Ａ、第２の光カプラ８０４Ｂ及び光導波路８１０を有する。第１の光カプラ及び第２の光カプラは上述のように構成される。
【００５２】
本実施例において、光集積回路８００は、レーザ光源８０２と第１の光カプラ８０４Ａとの間の光路長ａが次式を満たすように構成される。
【００５３】
【数３】
2015005368.tif 000006
【００５４】
ここで、λは真空中での光の波長、neffはレーザ光源８０２と第１の光カプラ８０４Ａをつなぐ光導波路の実効屈折率、ｗはレーザ光源８０２のスペクトル線幅である。式２を満たすように光回路８００を構成すると、以下の原理により第１の光カプラ８０４Ａからの反射光の影響をより低減することができる。
【００５５】
一般に、レーザ光源における戻り光雑音は、レーザ共振器の端面と外部の反射端との間で外部共振器が形成され、この外部共振器の共振波長がレーザの発振波長と一致する際に発生する。レーザ光源８０２と第１の光カプラ８０４Ａによって形成される外部共振器の共振波長間隔Δλは次式で表される。
【００５６】
【数４】
2015005368.tif 000007
【００５７】
共振波長間隔Δλがレーザ光源８０２のスペクトル線幅ｗよりも大きいとき、すなわち式２が成り立つとき、レーザ光源８０２の発振波長を適切に選べば、レーザ光源８０２の発振波長と外部共振器の共振波長が一致することを避けることができる。従って、本実施例による式２を満たす光回路８００は、第１の光カプラ８０４Ａからの反射光の影響を低減することができる。ここで、レーザ光源８０２のスペクトル線幅ｗは、強度が最大値の半分になる２つの波長の間隔を示す。レーザ光源８０２が多モード発振しており、強度が最大値の半分になる波長が４つ以上ある場合は、最も短い波長と最も長い波長の間隔を示す。
【００５８】
例えば、ＳＯＩ基板上のＳｉ細線導波路をベースとする光集積回路の場合、λ＝１．５５μｍ、neff＝２．５、ｗ＝３ｎｍとすれば、式２を満たすためにレーザ光源８０２と第１の光カプラ８０４Ａとの間の光路長ａは１６０μｍより小さければよい。これは、Ｓｉ細線導波路をベースとした光集積回路において十分に実現可能である。
【００５９】
本実施例において、式２と同時に式１を満たすように光回路８００を構成してもよい。こうすることによって、第１の光カプラ８０４Ａからの反射光の影響が支配的になると同時に、その影響をさらに小さくすることができる。このとき、第２の光カプラ８０４Ｂからの反射光の影響が相対的に大きくなり問題となる可能性があるが、光導波路８１０の伝搬損失γ（ｄＢ）を意図的に大きくすることによってこれを回避することができる。
【００６０】
図９（ａ）乃至図９（ｃ）は、本発明の実施例による例示的な光回路の概略図を示す。図９（ａ）において、第１の光カプラ９０４Ａ及び第２の光カプラ９０４Ｂは１つの入力及び２つの出力を有する。図９（ｂ）において、第１の光カプラ９０４Ａは２つの入力及び２つの出力を有し、第２の光カプラ９０４Ｂは１つの入力及び２つの出力を有する。図９（ｃ）において、第１の光カプラ９０４Ａは２つの入力及び２つの出力を有し、第２の光カプラ９０４Ｂは１つの入力及び４つの出力を有する。図９に示される構成は例にすぎない。第１の光カプラ及び第２の光カプラの各々は、必要に応じて、様々な構成を有することができる。
【００６１】
図１０は、本発明の実施例による例示的な光回路１０００の概略図を示す。第１の光カプラ１００４Ａは方向性結合器であり、第２の光カプラ１００４Ｂは１つの入力と２つの出力を有するマルチモード導波路（ＭＭＩカプラ、Ｙ分岐など）である。第１の光カプラ１００４Ａは第２の光カプラより１００４Ｂよりも小さな反射光強度比を有するように構成される。方向性結合器は、ＭＭＩカプラやＹ分岐などのマルチモード導波路と比較して、低い反射光強度比を有するように構成することが容易である。このため、光回路１０００は低コストで実現することができる。
【００６２】
図１１は、本発明の実施例による例示的な光回路１１００の概略図を示す。第１の光カプラ１１０４Ａは少なくとも２つの入力を有する。第１の光カプラ１１０４Ａの出力の数及び第２の光カプラ１１０４Ｂの入力及び出力の数は任意である。図１１において、第１の光カプラ１１０４Ａの入力の少なくとも１つはメイン入力チャネルとして用いられ、第１の光カプラ１１０４Ａの入力のうちの少なくとも１つは予備入力チャネルとして用いられる。メイン入力チャネルを用いた場合の光の流れを実線矢印で表し、予備入力チャネルを用いた場合の光の流れを点線矢印で表す。
【００６３】
第１の光カプラ１１０４Ａの入力は光源１１０２に接続される。光源１１０２は１つの半導体レーザチップで構成されてもよい。図１１に示すように、１つの半導体レーザチップが複数のレーザチャネルＣｈ１、Ｃｈ２を有してもよい。各レーザチャネルがそれぞれ駆動用電極１１１２Ａ、１１１２Ｂを有してもよい。第１のレーザチャネルＣｈ１及び第２のレーザチャネルＣｈ２の各々が第１の光カプラ１１０４Ａの入力の各々にそれぞれ接続される。
【００６４】
通常の動作では、メイン入力チャネルに接続されたレーザチャネルＣｈ１の駆動用電極１１１２Ａに電力を供給することによってメイン入力チャネルを使用することができる。メイン入力チャネルに異常が発生したときには、レーザチャネルＣｈ１へ電力供給をせずに、予備入力チャネルに接続されたレーザチャネルＣｈ２の駆動用電極１１１２Ｂに電力が供給される。これにより、メイン入力チャネルと予備入力チャネルとが切り換えられる。
【００６５】
光源１１０２は、複数の半導体レーザ（ＬＤ、ＳＬＤなど）チップを含んでもよく、当該複数の半導体レーザチップの各々が第１の光カプラの入力の各々に接続されてもよい。
【００６６】
本実施例によれば、光回路１１００の品質検査の際に、第１の光カプラ１１０４Ａのメイン入力チャネルを使用した場合、作製誤差により第１の光カプラ１１０４Ａ及び第２の光カプラ１１０４Ｂからの反射光が要求仕様を満たさなくとも、予備入力光チャネルを使用し、第１の光カプラ１１０４Ａ及び第２の光カプラ１１０４Ｂからの反射光が要求仕様を満たす場合は、光集積回路を取り替えることなく使用することができる。
【００６７】
本実施例において、第１の光カプラ１１０４Ａの予備入力光チャネルは、メイン入力チャネルに比べて小さな反射光強度比を有するように設計・構成されてもよい。
【００６８】
第１の光カプラ１１０４Ａは、その中心線に関して非対称な形状を有するように構成されてもよい。図１２に示すように、第１の光カプラ１１０４Ａは、第１の入力部１１１４Ａと第２の入力部１１１４Ｂとの間の中心線に対して非対称な形状を有するように構成されてもよい。第１の光カプラ１１０４ＡはＭＭＩカプラからなり、第１の入力部１１１４Ａのテーパ幅Ｗａが第２の入力部１１１４Ｂのテーパ幅Ｗｂよりも大きくなるように構成されてもよい。この場合、第１の入力及び第２の入力がそれぞれメイン入力チャネル及び予備入力チャネルとして使用されてもよい。メイン入力チャネルの使用によって正常な動作が行われない場合に、予備入力チャネルが使用されてもよい。
【００６９】
本実施例によれば、テーパ幅Ｗｂをテーパ幅Ｗａよりも小さく設計することによって、第１の光カプラ１１０４Ａの予備入力チャネルは、メイン入力光チャネルに比べて小さな反射光強度比を有するように設計することができる。従って、作製誤差などのためにメイン入力チャネルにおける反射光強度が所望の値からずれた場合であっても、メイン入力チャネルよりも良好な特性を持つ予備入力チャネルを使用することができる。このため、反射光による光源１１０２の動作の不安定化を防ぐことができる。なお、本実施例においては、テーパ幅Ｗｂを小さくすることによって、第１の光カプラ１１０４Ａの出力端において発生する反射光が第２の入力部１１１４Ｂへと戻るのを防ぎ、予備入力チャネルを使用した際に反射光を低減する効果を奏する。しかしながら、第１の光カプラ１１０４Ａは、メイン入力チャネルを使用した際に光学損失が最も小さくなるように設計されているため、予備入力チャネルを使用した際は、反射光強度比が小さくなる代償として光学損失が増加することに注意が必要である。
【００７０】
本発明の実施例に係る光回路は、いずれも、光集積回路として構成することができる。本明細書において、本発明は特定の実施例に関して説明されたが、本明細書に記載された実施例は、本発明を限定的に解釈することを意図したものではなく、本発明を例示的に説明することを意図したものである。本発明の範囲から逸脱することなく他の代替的な実施例を実施することが可能であることは当業者にとって明らかである。
【図１】
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【図４】
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【図７】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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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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【国際調査報告】
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