(57)【要約】【課題】小型かつ高性能でコストパフォーマンスに優れた光モジュールを提供すること。【解決手段】発光素子と波長選択性を有する反射型光カプラとを有し、この反射型光カプラの発光素子側の端部には光信号の入力出力用の少なくとも２つの接続手段（第１および第２の光導波路）が備えられており、これらの２つの光導波路のうちの一方が発光素子と接続されて構成されていることを最も基本的な特徴とし、反射型光カプラが、発光素子からの入力光のうちの所望の波長の光の少なくとも一部を反射して第１の光入出力手段に出力するように構成した。また、この反射型光カプラを、所望の波長を有するＴＥ偏波およびＴＭ偏波のうちの所望の偏波光のみを反射して第１の光導波路に出力するように構成した。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と波長選択性を有する反射型光カプラとを備え、
前記反射型光カプラの一方の端部には、少なくとも第１および第２の光入出力手段が備えられており、
前記反射型光カプラと前記発光素子とが前記第２の光入出力手段を介して接続され、
前記反射型光カプラが、前記発光素子からの入力光のうちの所望の波長の光の少なくとも一部を反射して前記第１の光入出力手段に出力することを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記反射型光カプラは、
前記所望の波長を有するＴＥ偏波およびＴＭ偏波のうちの所望の偏波光のみを反射して前記第１の光入出力手段に出力す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】
前記反射型光カプラは、
導波路型光カプラと当該導波路型光カプラの導波路領域に設けられた波長選択ミラーとを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記導波路型光カプラは、方向性結合器であ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５】
前記導波路型光カプラは、マルチモード干渉型光カプラであ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６】
前記導波路型光カプラは、マイケルソン干渉計型光カプラであ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７】
前記導波路型光カプラの導波路は石英系平面光導波路であり、前記波長選択ミラーはＵＶグレーティングであることを特徴とする請求項３乃至６の何れかに記載の光モジュール。
【請求項８】
前記波長選択ミラーは、誘電体多層膜フィルタにより構成されていることを特徴とする請求項３乃至７の何れかに記載の光モジュール。
【請求項９】
前記第１の光入出力手段には、ファラデー回転子が備えられていることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記発光素子は、いずれか一方の端面が無反射化されたファブリ・ペロー型レーザーダイオードであり、
当該ファブリ・ペロー型レーザーダイオードは前記無反射化された端面で前記第２の光入出力手段に接続され、
前記反射型光カプラが、前記ファブリ・ペロー型レーザーダイオードからの入力光のうちの所望の波長の光の少なくとも一部を反射して前記第１および第２の光入出力手段の各々に出力することを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の光モジュール。
【請求項１１】
第１の受光手段を備え、
前記反射型光カプラの他方の端部には前記発光素子から入力された光の一部を透過して出力する第３の光入出力手段が設けられており、
当該第３の光入出力手段が前記第１の受光手段と接続されていることを特徴とする請求項１乃至１０に記載の光モジュール。
【請求項１２】
第２の受光手段を備え、
前記反射型光カプラの他方の端部には前記第２の光入出力手段から入力された光を透過して出力する第４の光入出力手段が設けられており、
当該第４の光入出力手段が前記第２の受光手段と接続されていることを特徴とする請求項１乃至１１に記載の光モジュール。
【請求項１３】
前記第２の受光手段は、前記発光素子の出力光を除去する波長フィルタを備えていることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の光モジュール。
【請求項１４】
前記波長フィルタは、第２の反射型光カプラであることを特徴とする請求項１３に記載の光モジュール。
【請求項１５】
前記第１および第２の反射型光カプラは石英系平面光導波路からなり、前記発光素子と前記第２の受光手段との間に位置する石英系平面光導波路クラッドの一部の領域に配置されたコア材料近傍にＵＶグレーティングが設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の光モジュール。
【請求項１６】
互いに異なる波長の光信号を受光するＭ個（Ｍは２以上の整数）の受光手段を備え、
当該受光手段の各々には、受光素子と、所望の波長の光のみを反射し当該波長以外の光を透過する反射型光カプラとが設けられており、
当該反射型光カプラの各々は、一方の端部に設けられた第１および第２の光入出力手段と、他方の端部に設けられた第３の光入出力手段とを有し、
前記受光手段に設けられた前記受光素子と前記反射型光カプラとは、前記第２の光入出力手段により接続され、
ｍ番目（ｍは１〜（Ｍ−１）の何れかの整数）の受光手段に設けられた反射型光カプラの第３の光入出力手段と、（ｍ＋１）番目の受光手段に設けられた反射型光カプラの第１の光入出力手段とが接続され、
前記１番目の受光手段に設けられた反射型光カプラの第１の光入出力手段から入力された信号光を多波長受光可能に構成されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項１７】
１個の発光素子と１個の反射型光カプラとを備え、
当該反射型光カプラは、一方の端部に設けられた第１および第２の光入出力手段と、他方の端部に設けられた第３の光入出力手段とを有し、
前記発光素子と前記反射型光カプラとが前記第２の光入出力手段により接続される一方、
前記反射型光カプラと請求項１６に記載の光モジュールとが前記第３の光入出力手段により接続され、
前記反射型光カプラの選択波長と異なる光は前記第３の光入出力手段から出力されて請求項１６に記載の光モジュールに入力されるように構成されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項１８】
Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の発光素子と、互いに反射波長の異なるＮ個の反射型光カプラとを備え、
当該反射型光カプラの各々は、一方の端部に設けられた第１および第２の光入出力手段と、他方の端部に設けられた第３の光入出力手段とを有し、
ｍ番目（ｍは１〜Ｎの何れかの整数）の発光素子とｍ番目の反射型光カプラとは、前記第２の光入出力手段により接続され、
ｎ番目（ｎは１〜（Ｎ−１）の何れかの整数）の反射型光カプラの第３の光入出力手段と（ｎ＋１）番目の反射型光カプラの第１の光入出力手段とが接続され、
ｎ番目の反射型光カプラの第１の光入出力手段から入力された信号光のうち、当該反射型光カプラの選択波長と異なる光は第３の光入出力手段から出力されて（ｎ＋１）番目の反射型光カプラに入力されるように構成されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項１９】
前記反射型光カプラの各々は第４の光入出力手段を備え、当該第４の光入出力手段の各々の端部には受光手段が接続されている
ことを特徴とする請求項１７または１８に記載の光モジュール。
【請求項２０】
前記Ｎ番目の反射型光カプラの第３の光入出力手段の端部に、請求項１６に記載の多波長受光可能に構成された光モジュールが接続されていることを特徴とする請求項１８または１９に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光モジュールに関し、より詳細には、小型かつ高性能でコストパフォーマンスに優れた光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の通信容量の増大に対応するため、従来のバックボーンネットワークのみならず、アクセス系などの短距離ネットワークにおいても光技術の導入が進んでいる。このような状況では、より小型かつ高性能で安価な光送信／受信モジュールの開発が課題となっている。
【０００３】
図１は、従来の１芯双方向光送受信モジュールの構成例（非特許文献１参照）を説明するための図で、このモジュール１０は、シリコン基板１１上に形成された石英系光導波路１２の一部領域に、半導体レーザーダイオード（ＬＤ）１３と、このＬＤ１３の出力をモニタするためのフォトダイオード（ＰＤ）１４と、受光用ＰＤ１５と、誘電体多層膜フィルタ１６とがハイブリッド集積されて構成されている。この構成の光モジュール１０の動作は以下の通りである。
【０００４】
光モジュール１０に接続されている光ファイバ１７より入力された１．５５μｍ帯（または１．３μｍ帯）の光信号は、第１の光導波路１２ａ中を伝播し、Ｙ字型の分岐点に配置された多層膜フィルタ１６に到達し、多層膜フィルタ１６を透過して第２の導波路１２ｂ中を伝播した後に受光用ＰＤ１５に入射することによって信号が受信される。
【０００５】
一方、１．３μｍ帯（または１．５５μｍ帯）のＬＤ１３の出力光は、第３の光導波路１２ｃ中を伝播して多層膜フィルタ１６に入射される。ここで、多層膜フィルタ１６はＬＤ１３から出力される波長の光を反射するように設定されているため、図示されているようにＶ字型に反射され、第１の光導波路１２ａ中を伝播して光ファイバ１７から出力される。
【０００６】
このようなハイブリッド集積型の光送受信モジュールは、平面光導波路を利用することにより、回路の小型化が可能であるとともに、部材間の位置合わせをパッシブアライメントにより行うことによって、実装コストの低減を図ることもできるため、小型で安価な光送受信モジュールを実現する有望な構成である。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｔ．  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ａ  １．３／１．５５−μｍ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｏｄｕｌｅ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｐｌａｎａｒ  ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｆｏｒ  ｆｕｌｌ  ｄｕｐｌｅｘｏｐｅｒａｔｉｏｎ”  Ｊ．  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ｖｏｌ．１８，  ｎｏ．１１，  ｐｐ．１５４１−１５４７，  ２０００．
【０００８】
【非特許文献２】
Ｊ．  Ａｌｂｅｒｔ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｓｔｒｏｎｇ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇｓ  ｉｎ  ｐｌａｎａｒ  ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ”，  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｌｅｔｔ．，  ｖｏｌ．３４，  ｐｐ．４８５−４８６，１９９８
【０００９】
【非特許文献３】
Ｙ．  Ｈａｓｈｉｚｕｍｅ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｂｅａｍ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ  ｏｎ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｃｏｒｅ  ｗｉｄｔｈ”，  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｌｅｔｔ．，  ｖｏｌ．３７，  ｎｏ．２５，  ｐｐ．１５１７−１５１８，  ２００１
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、爆発的に増大するデータ通信等の需要に応えるため、光送信／受信モジュールの高機能化、高性能化、低コスト化の要求は今後ますます高まっていくことが予想されている。例えば、上記の従来例では、ＬＤには通常のファブリ・ペロー型ＬＤが用いられているが、より高速信号に対応するためには、分布帰還型（ＤＦＢ）ＬＤのような単一縦モードで発振するＬＤの使用が求められる。
【００１１】
しかしながら、このような光モジュールの高性能化を従来の構成のまま実現することは困難である。これは以下に述べる理由による。
【００１２】
先ず、ＤＦＢ−ＬＤのような単一縦モード発振するレーザーでは、外乱光によって発振状態が変動してしまうという問題がある。とりわけ、ＬＤ自らの出力光が反射して再度ＬＤに入力される、いわゆる「反射戻り光」により大きな出力変動が生じることが知られている。ＤＦＢ−ＬＤ単体のモジュールでは、出力端子にアイソレータを配することによりこのような問題を回避しているが、上述の従来例に示したような１芯双方向光送受信モジュールでは、第１の光導波路１２ａから光ファイバ１７側では送信光と受信光とが双方向で伝送されるため、この部位にアイソレータを配置することは困難である。このため、ＬＤ１３から多層膜フィルタ１６にいたる第３の光導波路１２ｃまでの間にアイソレータを配するしかないが、平面光導波路にアイソレータをハイブリッド集積すると、大きな挿入損失が生じたり回路サイズが著しく大きくなってしまうという問題が生じてしまうため、そのような構成を採用することは容易ではない。
【００１３】
このような問題は多波長化に伴ってより顕著になる。これは、波長多重技術を導入してネットワークの容量増大を図る場合には多波長送信／受信モジュールが必要となるが、このような多波長モジュールを小型に集積すると反射戻り光も波長チャネル数に応じて増加するためである。したがって、このような場合には、アイソレータは不可欠の部品となる。
【００１４】
さらに、例えば、送信器と受信器とを分離して作製し、入出力ファイバの一部に分岐合成器を設けて各々を接続し、送信器側の経路にのみアイソレータを設ける構成をとることも考えられるが、この場合にも、伝送路に反射点があると送信側の各チャネルの戻り光が加算されて受信器に戻ってしまうため受信特性が劣化してしまい、送信器を多波長化する際の問題となる。
【００１５】
このように、従来の光モジュールの構成は、単一モード発振する高性能なＬＤが外乱光に弱いために、集積化して送受信モジュールを実現することが困難であった。また、ＬＤとＰＤとを集積化した場合には、送受間の光クロストークやＬＤ光の反射戻り光がＰＤに入射することによる受信感度の劣化も問題であった。
【００１６】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小型・高性能でかつ集積化によって光送受信モジュール等への応用も可能な光送信モジュールおよびこれを用いた光送受信モジュールを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光モジュールであって、発光素子と波長選択性を有する反射型光カプラとを備え、前記反射型光カプラの一方の端部には、少なくとも第１および第２の光入出力手段が備えられており、前記反射型光カプラと前記発光素子とが前記第２の光入出力手段を介して接続され、前記反射型光カプラが、前記発光素子からの入力光のうちの所望の波長の光の少なくとも一部を反射して前記第１の光入出力手段に出力することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光モジュールにおいて、前記反射型光カプラは、前記所望の波長を有するＴＥ偏波およびＴＭ偏波のうちの所望の偏波光のみを反射して前記第１の光入出力手段に出力することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光モジュールにおいて、前記反射型光カプラは、導波路型光カプラと当該導波路型光カプラの導波路領域に設けられた波長選択ミラーとを備えていることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光モジュールにおいて、前記導波路型光カプラは、方向性結合器であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の光モジュールにおいて、前記導波路型光カプラは、マルチモード干渉型光カプラであることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の光モジュールにおいて、前記導波路型光カプラは、マイケルソン干渉計型光カプラであることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項７に記載の発明は、請求項３乃至６の何れかに記載の光モジュールにおいて、前記導波路型光カプラの導波路は石英系平面光導波路であり、前記波長選択ミラーはＵＶグレーティングであることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項８に記載の発明は、請求項３乃至７の何れかに記載の光モジュールにおいて、前記波長選択ミラーは、誘電体多層膜フィルタにより構成されていることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８の何れかに記載の光モジュールにおいて、前記第１の光入出力手段には、ファラデー回転子が備えられていることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９の何れかに記載の光モジュールにおいて、前記発光素子は、いずれか一方の端面が無反射化されたファブリ・ペロー型レーザーダイオードであり、当該ファブリ・ペロー型レーザーダイオードは前記無反射化された端面で前記第２の光入出力手段に接続され、前記反射型光カプラが、前記ファブリ・ペロー型レーザーダイオードからの入力光のうちの所望の波長の光の少なくとも一部を反射して前記第１および第２の光入出力手段の各々に出力することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０に記載の光モジュールにおいて、第１の受光手段を備え、前記反射型光カプラの他方の端部には前記発光素子から入力された光の一部を透過して出力する第３の光入出力手段が設けられており、当該第３の光入出力手段が前記第１の受光手段と接続されていることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１に記載の光モジュールにおいて、第２の受光手段を備え、前記反射型光カプラの他方の端部には前記第２の光入出力手段から入力された光を透過して出力する第４の光入出力手段が設けられており、当該第４の光入出力手段が前記第２の受光手段と接続されていることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至１２の何れかに記載の光モジュールにおいて、前記第２の受光手段は、前記発光素子の出力光を除去する波長フィルタを備えていることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の光モジュールにおいて、前記波長フィルタは、第２の反射型光カプラであることを特徴とする。
【００３１】
さらに、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の光モジュールにおいて、前記第１および第２の反射型光カプラは石英系平面光導波路からなり、前記発光素子と前記第２の受光手段との間に位置する石英系平面光導波路クラッドの一部の領域に配置されたコア材料近傍にＵＶグレーティングが設けられていることを特徴とする。
【００３２】
請求項１６に記載の発明は、光モジュールであって、互いに異なる波長の光信号を受光するＭ個（Ｍは２以上の整数）の受光手段を備え、当該受光手段の各々には、受光素子と、所望の波長の光のみを反射し当該波長以外の光を透過する反射型光カプラとが設けられており、当該反射型光カプラの各々は、一方の端部に設けられた第１および第２の光入出力手段と、他方の端部に設けられた第３の光入出力手段とを有し、前記受光手段に設けられた前記受光素子と前記反射型光カプラとは、前記第２の光入出力手段により接続され、ｍ番目（ｍは１〜（Ｍ−１）の何れかの整数）の受光手段に設けられた反射型光カプラの第３の光入出力手段と、（ｍ＋１）番目の受光手段に設けられた反射型光カプラの第１の光入出力手段とが接続され、前記１番目の受光手段に設けられた反射型光カプラの第１の光入出力手段から入力された信号光を多波長受光可能に構成されていることを特徴とする。
【００３３】
請求項１７に記載の発明は、光モジュールであって、１個の発光素子と１個の反射型光カプラとを備え、当該反射型光カプラは、一方の端部に設けられた第１および第２の光入出力手段と、他方の端部に設けられた第３の光入出力手段とを有し、前記発光素子と前記反射型光カプラとが前記第２の光入出力手段により接続される一方、前記反射型光カプラと請求項１６に記載の光モジュールとが前記第３の光入出力手段により接続され、前記反射型光カプラの選択波長と異なる光は前記第３の光入出力手段から出力されて請求項１６に記載の光モジュールに入力されるように構成されていることを特徴とする。
【００３４】
請求項１８に記載の発明は、光モジュールであって、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の発光素子と、互いに反射波長の異なるＮ個の反射型光カプラとを備え、当該反射型光カプラの各々は、一方の端部に設けられた第１および第２の光入出力手段と、他方の端部に設けられた第３の光入出力手段とを有し、ｍ番目（ｍは１〜Ｎの何れかの整数）の発光素子とｍ番目の反射型光カプラとは、前記第２の光入出力手段により接続され、ｎ番目（ｎは１〜（Ｎ−１）の何れかの整数）の反射型光カプラの第３の光入出力手段と（ｎ＋１）番目の反射型光カプラの第１の光入出力手段とが接続され、ｎ番目の反射型光カプラの第１の光入出力手段から入力された信号光のうち、当該反射型光カプラの選択波長と異なる光は第３の光入出力手段から出力されて（ｎ＋１）番目の反射型光カプラに入力されるように構成されていることを特徴とする。
【００３５】
また、請求項１９に記載の発明は、請求項１７または１８に記載の光モジュールであって、前記反射型光カプラの各々は第４の光入出力手段を備え、当該第４の光入出力手段の各々の端部には受光手段が接続されていることを特徴とする。
【００３６】
さらに、請求項２０に記載の発明は、請求項１８または１９に記載の光モジュールにおいて、前記Ｎ番目の反射型光カプラの第３の光入出力手段の端部に、請求項１６に記載の多波長受光可能に構成された光モジュールが接続されていることを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ具体的な本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施例では、同一の光モジュールの構成要素には同一の符号を付し、本発明の光モジュールはすべて、石英系光導波路（ＰＬＣ）を用いたハイブリッド集積構成のものとして説明するが、本発明を構成する光導波路はＰＬＣに限定されるものではなく、光ファイバを用いた構成とすることの他、例えば、ポリマー導波路等を用いてもよく、半導体導波路を用いたモノリシック集積構成としてもよい。
【００３８】
また、本発明の光モジュールを構成する反射型光カプラ、および、そのような反射型光カプラを構成する導波路型光カプラと波長選択性ミラーは、いずれも複数の構成が可能であり、それらの組み合わせも多彩である。以下の実施例では、理解の容易化のために、比較的簡単で代表的な構成のみを用いて説明する。
【００３９】
（実施例１）
図２は、本発明の光モジュールの第１の実施例を説明するための図で、この光モジュールは、発光素子と波長選択性を有する反射型光カプラとを有し、この反射型光カプラの発光素子側の端部には光信号の入力出力用の少なくとも２つの接続手段が備えられており、これらの２つの接続手段のうちの一方が発光素子と接続されて構成されていることを最も基本的な特徴としている。
【００４０】
具体的には、シリコン基板１０１上に２本の石英系光導波路が設けられており、第１の光導波路１０２の一方の端部は光モジュール１００の一方の端部に接続された光ファイバ１０８に接続される一方、第２の光導波路１０３の一方の端部はＤＦＢ−ＬＤ１０６に接続されている。そして、ＤＦＢ−ＬＤ１０６の後方にはＤＦＢ−ＬＤ１０６の出力をモニタするためのＰＤ１０７がハイブリッド集積されている。
【００４１】
第１の光導波路１０２と第２の光導波路１０３は、これらの光導波路の一部がシリコン基板１０１上の所望の領域に互いに接近して配置されるようにシリコン基板１０１上を延在しており、これらの光導波路（１０２および１０３）の近接配置によって導波路型光カプラとしての方向性結合器１０４が構成され光結合される。また、方向性結合器１０４の形成領域に延在する２本の光導波路（１０２および１０３）の近傍には、紫外光を照射することによって誘起される石英系光導波路の屈折率変化を利用した、いわゆるＵＶグレーティング１０５が設けられている。このＵＶグレーティング１０５は、シリコン基板１０１の端面の極近傍に配置されるとともに、ＤＦＢ−ＬＤ１０６の出射光を反射するように、その反射中心波長はλ１に設定されている。すなわち、方向性結合器１０４とＵＶグレーティング１０５とは反射型光カプラを構成している。
【００４２】
ＤＦＢ−ＬＤ１０６から出力される波長λ１の光は第２の光導波路１０３を伝播し、第２の光導波路１０３が第１の光導波路１０２とともに方向性結合器１０４を形成する導波路領域に達する。方向性結合器１０４の導波路領域の光は２本の光導波路（１０２および１０３）の伝播モードの結合によって光パワーの強度比が変化しながら伝播し、方向性結合器１０４近郷のＵＶグレーティング１０５によって反射され、第１の光導波路１０２または第２の光導波路１０３に分岐されて方向性結合器１０４から出力される。
【００４３】
方向性結合器１０４の内部では、導波路の近接領域における伝播距離に応じて２本の光導波路内の光強度比が周期的に変化し、特定の導波路長周期で一方の光導波路から他方の光導波路へと光パワーが完全に移動する。この特定導波路長は、光導波路の間隔や導波路コアのクラッドに対する比屈折率差に依存するが、石英系光導波路では概略数ｍｍ程度であるのが一般的である。これに対して、ＵＶグレーティング１０５は屈折率の異なる複数の層による多重反射を利用するものであるが、得られる反射光は概ねグレーティングの中央付近の一点で反射されたものとして近似的に取扱うことができ、この点を「実効反射点」（図２中の点Ａ）とよぶ。従って、方向性結合器１０４領域内でこの実効反射点の位置を調整することによって、ＵＶグレーティング１０５からの反射光が、第１の導波路１０２と第２の導波路１０３とへ出力される際の光強度の割合を調整することができる。
【００４４】
なお、図２に示した構成では、導波路近接領域を往復したときに一方の光導波路から他方の光導波路へ概ねすべての光パワーが結合するように実効反射点Ａの位置を設定しており、図２中のＬで示した距離を伝播光が往復するときに導波路間で完全に光パワーが移行するため、ＤＦＢ−ＬＤ１０６からの出射光は、すべて第１の光導波路１０２に出力される。
【００４５】
また、図２に示した構成例では、第１の光導波路１０２と第２の光導波路１０３とは、互いに近接配置された状態で光モジュール１００の他方の端部にまで延在しているため、従来のＤＦＢ−ＬＤモジュールと比較して外乱光に強いという特徴を有する。すなわち、本構成では、ＤＦＢ−ＬＤ１０６の出力光をＵＶグレーティング１０５によって反射して出力する構成であるため、図中に示したように、光ファイバ１０８から入力される外乱光のうち、ＵＶグレーティング１０５に反射されてＤＦＢ−ＬＤ１０６に入射する成分はＵＶグレーティング１０５の反射波長に相当するものだけであり、それ以外の波長を有する外乱光はＵＶグレーティング１０５を透過して光モジュール１００の他方の端部から光モジュール１００外部へと放出されるため、ＤＦＢ−ＬＤ１０６の動作に悪影響を与えることがない。
【００４６】
さらに、本発明の光モジュールは、信号光波長のみの光をＵＶグレーティング１０５により取り出して出力する構成とされているため、不要な波長領域のノイズ光を出力しないという利点もある。一般に、単体のＬＤを考えた場合はノイズ光のレベルが低ければ信号光の波長から遠く離れた波長を有するノイズ光はあまり問題とならないが、後述するように、異なる波長を有する複数の光信号を多重化する場合には、その多重数に応じてノイズレベルも加算されてしまうため、ノイズレベルの低いノイズ光もＳ／Ｎ比劣化の要因となりうる。このため、本発明の光モジュールをそのような用途に用いる場合には、不要なノイズ光を除去して出力する本発明の光モジュールの構成は極めて有効である。
【００４７】
なお、図２では、理解の容易化のために、ＵＶグレーティング１０５のＤＦＢ−ＬＤ１０６とは反対の側には特別な導波路構造を設けない構成について示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく他の構成とすることも可能である。
【００４８】
図３は、図２に示した構成において、ＵＶグレーティング１０５のＤＦＢ−ＬＤ１０６とは反対側（透過側）に設けられる導波路構造の例を説明するための図である。
【００４９】
これらのうち図３（ａ）は、ＵＶグレーティング１０５を挟んでＤＦＢ−ＬＤ１０６と反対側にはパタン化しない導波路コアからなるスラブ光導波路１０９を設け、このスラブ光導波路１０９と２本の光導波路（１０２および１０３）とを接続した。図２で示した構成では、シリコン基板１０１の端面の極近傍にＵＶグレーティング１０５が配置されているが、このような配置ではシリコン基板１０１の端面での光反射が問題になる。光導波路の端面に斜め研磨を施す等の処理を施すことでこの問題を解決することは可能であるものの、研磨によるコストが発生してしまう。これに対して、図３（ａ）に示した構成では、ＵＶグレーティング１０５を透過した光がスラブ導波路１０９領域に入射し、シリコン基板１０１の面内方向に広がりながら伝播してシリコン基板１０１の端面に達する。このような構成であれば、仮にシリコン基板１０１端面での反射が生じても、その反射光がスラブ導波路１０９を往復して再度２本の光導波路（１０２および１０３）に光結合する成分を格段に小さく抑えることが可能となる。
【００５０】
また、図３（ｂ）に示した構成は、ＵＶグレーティング１０５の透過側にも２本の光導波路（１０２および１０３）を延長し、シリコン基板１０１の端面に対して斜めに透過光が入射するように設計したものである。ＵＶグレーティング１０５を透過した光は２本の導波路（１０２および１０３）のいずれかを伝播し、シリコン基板１０１端面にまで達するが、２本の光導波路（１０２および１０３）のどちらもシリコン基板１０１端面に対して斜めに光が入射するように設計されているために反射光は光導波路に戻ることはない。
【００５１】
さらに、図３（ｃ）に示した構成は、図３（ｂ）に示した構成と同様に、ＵＶグレーティング１０５の透過側に２本の光導波路（１０２および１０３）を延長したものであるが、これらの光導波路はシリコン基板１０１端面に達する前に光導波路を取り囲んでいるクラッド内で終結している。さらに、光導波路の端部が斜めになるようにパタン化が施されている（図中の拡大図参照）。本来、比屈折率差の小さい導波路であれば、単純に導波路を終結しても反射光の問題は顕著ではないが、この図に示したように導波路端を斜めに加工しておけば、λ１以外の波長の光は導波路コアからクラッドへと放射されることとなるためほぼ完全に反射光の問題を回避することができる。
【００５２】
以上説明したように、ＵＶグレーティング１０５の透過側の構成にも様々な形態が可能であり、以後の実施例においても同様である。
【００５３】
（実施例２）
図４は、本発明の光モジュールの第２の実施例を説明するための図で、この図に示した構成と実施例１で説明した構成との差異は、実施例１で用いた方向性結合器の代わりにマルチモード干渉型カプラを用いた点にある。すなわち、この光モジュールを構成する２本の光導波路（１０２および１０３）は、幅広にパタン化されたコアを有するマルチモード干渉導波路１１２に接続されている。マルチモード干渉導波路１１２では、複数の導波モードが励振されて伝播しＵＶグレーティング１０５によって反射されて往復し、この往復伝播距離に応じて２本の光導波路（１０２および１０３）に結合する光出力比が調整できる。このような構成とすることによっても、実施例１で説明した光モジュールと同様の機能を実現することができる。
【００５４】
（実施例３）
図５は、本発明の光モジュールの第３の実施例を説明するための図で、この図に示した構成と実施例１および実施例２で説明した構成との差異は、方向性結合器やマルチモード干渉型カプラの代わりにマイケルソン干渉型光カプラ１１３を用いた点にある。このマイケルソン干渉型光カプラ１１３は、一定の結合率を有する光カプラ１１４と、２本のアーム導波路（１１５ａおよび１１５ｂ）と、これら２本のアーム導波路の各々に設けられたＵＶグレーティング（１０５ａおよび１０５ｂ）とで構成され、この図では、光カプラ１１４は、１：１に分岐するマルチモード干渉型カプラとしている。
【００５５】
マイケルソン干渉型光カプラ１１３では、分岐点から反射点にいたる２本のアーム導波路（１１５ａおよび１１５ｂ）の光路長の差によって、反射光が２本の光導波路（１０２および１０３）に結合する比率を調整できる。本実施例では、最も単純な場合として、２本のアーム導波路（１１５ａおよび１１５ｂ）の長さを等しく設定している。このように設定すると、ＤＦＢ−ＬＤ１０６からの出力光をすべて第１の光導波路１０２に出力させることができる。このような構成とすることによっても、実施例１および実施例２と同様の機能を実現することができる。
【００５６】
以上、実施例１〜３で説明したとおり、本発明の反射型光カプラは種々の構成で実現できる。以下に説明する実施例では、特に説明しない限り方向性結合器を用いて反射型光カプラを構成する例を示すが、これに限定されるものではなく、その他の反射型光カプラの構成としてもよい。
【００５７】
（実施例４）
図６は、本発明の光モジュールの第４の実施例を説明するための図で、図６（ａ）はこの光モジュールの構成を説明するための図、図６（ｂ）はこの光モジュールが備えるＵＶグレーティングの反射中心波長の設定について説明するための図である。本実施例で説明する光モジュールは図３（ｂ）に示した構成とほぼ同様の構成を有するが、その構成上の特徴は、ＵＶグレーティングとして偏波依存性を有するＵＶグレーティング１１６を用いた点と入出力ファイバにファラデー回転子１１７を配した点である。
【００５８】
ＵＶグレーティングは、その作製条件によっては反射中心波長の偏波依存性が生じることが知られている。例えば、光ファイバではファイバの片側のみから適切な照射量でＵＶ光を照射することにより偏波依存性が生じる。また、多くの場合、石英系光導波路ではより大きな反射中心波長の偏波依存性が生じること、および、この偏波依存性はＵＶ光の照射量によって調整可能なことが知られている（非特許文献２参照）。これは、多くの石英系光導波路は比較的大きな複屈析性を有することと、ＵＶ照射によってこの複屈折性を調節できるためである。
【００５９】
図７は、石英系光導波路のＵＶグレーティングにおけるＵＶ照射量とＴＥ偏波、ＴＭ偏波に対する反射中心波長の関係の一例を説明するための図で、この図に示されているように、ＴＥ偏波とＴＭ偏波はともにＵＶ照射時間とともに反射中心波長が長くなるが、その依存性はＴＥ偏波とＴＭ偏波とで異なる。
【００６０】
さて、本実施例は、石英系光導波路を用いたＵＶグレーティングの上述した特性を利用して、ＴＥ偏波とＴＭ偏波に対する反射中心波長を図６（ｂ）に示すように設定してある。ここで用いたＤＦＢ−ＬＤ１０６は波長λ１においてＴＥ偏波で発振するため、ＵＶグレーティング１１６のＴＥ偏波に対する反射中心波長をλ１に設定する。こうすることにより、ＤＦＢ−ＬＤ１０６の出力光は、ＵＶグレーティング１１６により反射され、第１の光導波路１０２に出力される。一方、ＴＭ偏波の反射中心波長はλ２に設定する。また、ＵＶグレーティング１１６の反射帯域は図６（ｂ）に示すとおり充分狭く設定してあるため、第１の光導波路１０２から入力された外乱光のうち、ＤＦＢ−ＬＤ１０６の出力光と同じ波長λ１の成分であっても偏波がＴＭモードであればＵＶグレーティング１１６を透過してしまい、ＤＦＢ−ＬＤ１０６には入射しない。
【００６１】
本構成のように、偏波依存性を有するＵＶグレーティング１１６を用いることにより、外乱光のうち、ＤＦＢ−ＬＤ１０６の出力光と波長の異なる成分がＤＦＢ−ＬＤ１０６に入射することが回避可能となることに加え、例え波長が同一でも偏波が異なればＤＦＢ−ＬＤ１０６へ入射することも避けることができる。
【００６２】
本実施例では、上述の効果をさらに高めるために、第１の光導波路１０２の入出力端子に接続された光ファイバ１０８にファラデー回転子１１７を配している。このファラデー回転子１１７は、ＤＦＢ−ＬＤ１０６からの出力信号の偏波面を４５度回転させるようにチップの厚さを設定してある。このような構成によれば、ＴＥ偏波で第１の光導波路１０２から出力されたＤＦＢ−ＬＤ１０６の出力光は、ファラデー回転子１１７によって偏波面が４５度回転されて光ファイバ１０８から外部へと出力される。なお、この図ではファラデー回転子１１７を光ファイバ１０８側に設けることとしているが、第１の光導波路１０２の端部側に設けることとすることも可能であり、このような配置を採用可能であることは以下の他の実施例においても同様である。
【００６３】
ここで、例えば光ファイバ１１７の先端の図示しない光コネクタ端部の不良等により出力光の一部が反射されたとする。その場合、反射光は光ファイバ１０８中を戻り、再度ファラデー回転子１１７を透過する。ファラデー回転子１１７は非相反的な偏波の回転を与えるため、４５度に傾いた偏波面を有する戻り光は、さらに偏波面を４５度回転され、結果としてＴＭ偏波を有する光となって第１の光導波路１０２に再入射する。この光はさらにＵＶグレーティング１１６に達するが、本構成のＵＶグレーティング１１６は、たとえＬＤ出力光であっても、ＴＭ偏波を有する光は反射せずに透過してしまうため、ＤＦＢ−ＬＤ１０６には入射されることがない。このように、本実施例の光モジュールでは、ＬＤ光と波長の異なる外乱光のみならず、最も大きな問題となるＬＤ出力光自身の反射戻り光をも抑制できる。
【００６４】
なお、すでに述べたように、通常市販されているＤＦＢ−ＬＤでは出力端子にアイソレータを配している。このアイソレータは片側偏波に対してのみ機能すればよいため偏波無依存型のものと比べると簡易なものであるが、それでもファラデー回転子の両側に偏光子を配置しかつこれら偏光子の偏波面を互いに４５度回転した状態に精度良く固定しなければならない。さらに、このアイソレータとＬＤ出力光の偏波面とをアライメントする必要もある。これに対して、本発明の光モジュールは、ＵＶグレーティング１１６とファラデー回転子１１７を用いるのみであり、上記２つの偏光子は不要である。また、２つの偏光子間およびＬＤ出力光との間で必要であった偏波面のアライメントも不要となる。
【００６５】
このように、本実施例で説明した光モジュールの構成により、従来と比較して、外乱光にも強く実装工程も簡略な光モジュールが実現できる。
【００６６】
（実施例５）
図８は、本発明の光モジュールの第５の実施例を説明するための図で、この光モジュールの構成上の特徴は、反射型光カプラに、透過したＬＤ光を出力するための第３の光導波路１１８を設けるとともにこの第３の光導波路１１８の端部にモニタＰＤ１０７を配した点である。
【００６７】
この光モジュールにおいても、反射型光カプラは方向性結含器１０４とＵＶグレーティング１０５とによって構成されているが、実施例１〜４で示した光モジュールと異なるのは、方向性結合器１０４における導波路の近接領域の長さを透過光に対しても適切に設定し、透過光がほぼすべて第３の光導波路１１８に出力されるように構成している。また、ＵＶグレーティング１０５の反射率はＬＤ出力光の一部が透過するように９０％程度としてある。このように設定することにより、ＬＤ出力光の９０％はＵＶグレーティング１０５によって反射されて第１の光導波路１０２から外部に出力されるが、残りの１０％はＵＶグレーティング１０５を透過し、第３の光導波路１１８に出力され、その端部に設けられたモニタＰＤ１０７で受光されることになる。
【００６８】
既に説明したように、ＤＦＢ−ＬＤなどの単一モードで発振するレーザーはコヒーレンスが強いため、外乱光の影響によって出力変動等が生じ易い。このとき、ＬＤの前方と後方との出力パワーの比も変動する場合がある。通常、ＬＤの後方にモニタＰＤを配置し後方出力をモニタすることにより、ＬＤの前方出力を一定に保つ制御を行うことが多いが、このような方法では、上記のような前方／後方出力比の変動がある場合には前方出力が変動してしまう問題がある。このため、ＬＤの前方出力の一部を取り出し、前方出力を直接モニタすることが有効である。
【００６９】
本実施例に示したように、本発明の光モジュールでは、反射型光カプラを透過する光を利用することにより、簡単にＬＤ前方光出力を直接モニターすることができる。
【００７０】
（実施例６）
図９は、本発明の光モジュールの第６の実施例を説明するための図で、この図に示された光モジュールの構成上の特徴は、反射型光カプラとして、導波路型偏波ビームスプリッターとして動作するマイケルソン型光カプラ１１９を用いるとともに、その光カプラが備える波長選択性ミラーとして誘電体多層膜フィルタ１２２を用いた点である。すなわち、この光モジュールが備える反射型光カプラは、方向性結合器１０４とこの方向性結合器１０４に接続された２本の光導波路（１２０および１２１）とこれらの２本の光導波路の途中に位置に設けられた誘電体多層膜フィルタ１２２とで構成される。また、実施例４に示した光モジュールと同様に出力用の光ファイバ１０８にはファラデー回転子１１７を配した。
【００７１】
既に説明したように、石英系光導波路は多くの場合複屈折性を有し、この値は導波路の幅によっても制御できることが知られており、これを利用してマッハ・ツェンダー干渉計の２本のアーム導波路の幅と長さを適切に設計し、偏波モード間の伝播定数の差を利用することにより、入力光をＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分とに分離する、導波路型の偏波ビームスプリッターが報告されている（非特許文献３参照）。本実施例は、この導波路型偏波ビームスプリッターを、誘電体多層膜ミラー１２２を用いてマイケルソン干渉計型の構成で実現するものである。
【００７２】
すなわち、ここでは方向性結合器１０４により３ｄＢ光カプラを構成し、この方向性結合器１０４に２本の光導波路（１２０および１２１）をアーム導波路として設ける。このアーム導波路の一部には２本の光導波路（１２０および１２１）を横切る溝１２３を形成し、ここに誘電体多層膜フィルタ１２２を挿入している。
【００７３】
アーム導波路の一部領域（１２０ａおよび１２１ａ）の長さと幅は、この導波路中を伝播する光が誘電体多層膜フィルタ１２２で反射してアーム導波路を往復することによりＬＤ出力光と同じＴＥ偏波は第１の光導波路１０２に出力され、それと異なるＴＭ偏波は第２の光導波路１０３に出力されるように、各々が設計されている。
【００７４】
本構成によれば、ＤＦＢ−ＬＤ１０６から出射された波長λ１でＴＥ偏波をもつ光は、反射型偏波ビームスプリッターであるマイケルソン型光カプラ１１９により反射されて第１の光導波路１０２から出力され、さらに、ファラデー回転子１１７によって偏波面を４５度回転されて、光モジュール１００の外部に取り出される。一方、ＬＤ出力光が光モジュール１００の外部で反射された戻り光は、ファラデー回転子１１７でさらに４５度偏波面が回転し、ＴＭ偏波となって第１の光導波路１０２を戻る。次いで、３ｄＢの方向性結合器１０４で２分岐され、各々のアーム導波路を通って誘電体多層膜フィルタ１２２に達する。この誘電体多層膜フィルタ１２２は偏波依存性はないので、波長λ１をもつＬＤ出力光自身の戻り光は反射され、アーム導波路を再び戻ることになる。しかしながら、本反射型光カプラは上述のとおり偏波ビームスプリッタとして動作しているため、続いて３ｄＢの方向性結合器１０４を介して出力される際には、ＴＭ偏波のために第１の光導波路１０２側に戻り、ＬＤに対する戻り光とはならない。
【００７５】
さらに本実施例では、２本のアーム導波路を誘電体多層膜フィルタ１２２の後方に延在させ、３ｄＢ方向性結合器を介して、各々を第３の光導波路１１８と第４の光導波路１２４に接続し、第３の光導波路１１８の端部には、実施例５と同様にモニタＰＤ１０７を配置している。
【００７６】
ここで、２本のアーム導波路の幅や長さを、誘電体多層膜フィルタ１２２を中心線として左右対称に設計することによって、反射型光カプラは、透過光に対してはマッハ・ツェンダー型の偏波ビームスプリッタとして動作する。すなわち、ＴＥ偏波を有するＬＤ出力光は第３の光導波路１１８側に出力されてモニタＰＤ１０７で受光できる。
【００７７】
以上のように、本実施例の構成を用いても、実施例４と同様に、ファラデー回転子のみで反射戻り光に強い光送信モジュールが実現できる。実施例４と比較した場合の特徴としては、ＤＦＢ−ＬＤ１０６の出力波長が大きく変化するような場合に適していることが挙げられる。すなわち、ＵＶグレーティングの反射中心波長の偏波依存性を利用した場合には、所定の偏波に対して反射率を大きくとり、それと直交する偏波に対しては反射率を充分小さくするためには、ＵＶグレーティングの反射波長帯域を偏波間の反射中心波長差程度以下に小さくする必要があるが、多くの場合、ＵＶグレーティングの偏波間中心波長差は１〜２ｎｍ程度であるため、反射帯域もその程度に狭いものとなる。一方、コスト低減を図るためＤＦＢ−ＬＤを無温調で動作させる場合には、環境温度によっては発振波長が大きく変化し、上記ＵＶグレーティングの反射帯域をはずれてしまう懸念がある。
【００７８】
これに対し本実施例の構成では、反射ミラー自身の偏波依存性を利用するものではないので、反射波長帯域が充分広いミラーを利用することができる。このため、本構成では、ＤＦＢ−ＬＤの発振波長が大きく変化する上記のような用途にも適用できる。このように、反射波長帯域の広い用途には市場での実績の高い誘電体多層膜フィルタを活用するのも有効な方法である。
【００７９】
（実施例７）
図１０は、本発明の光モジュールの第７の実施例を説明するための図で、本実施例の構成上の特徴は、発光素子としてＤＦＢ−ＬＤではなくより安価なファブリ・ペローＬＤ１２５を用いたことと、本発明の反射型光カプラによる反射光の一部をＬＤ側に戻すことにより外部共振器レーザーを構成したことである。なお、このファブリ・ペローＬＤ１２５は、その前端を無反射膜１２６でコート（ＡＲコート）し、後端には高反射膜が施されている。
【００８０】
反射型光カプラは、方向性結合器１０４領域にＵＶグレーティング１１６を形成したものを用いた。ＬＤ１２５の出力光は第２の光導波路１０３を伝播し、方向性結合器１０４領域でＵＶグレーティング１１６により反射される。このときＵＶグレーティング１１６の実効反射点Ａと第１および第２の光導波路を近接させたモード結合領域の長さは、伝播光が往復したときに１：１の出力比で第１の光導波路１０２と第２の光導波路１０３とに分岐するように設計している。
【００８１】
このような構成によれば、ファブリ・ペローＬＤ１２５の前端面がＡＲコートされているためにＬＤ自身を共振器とする発振は起こらないが、第２の光導波路１０３に入射した光は、反射型光カプラを介して実効的に５０％の反射率でＬＤに戻ることになるため、ＵＶグレーティング１１６を外部ミラーとする外部共振器ＬＤとして、単一モード発振させることが可能である。この外部共振器ＬＤの出力は、反射型光カプラを介して、第１の光導波路１０２から取り出される。
【００８２】
さらに、本実施例では、反射戻り光の防止も行っている。すなわち、実施例４で述べたようにＵＶグレーティング１１６の反射中心波長を偏波によって異なるように設定し、かつ、光ファイバ１０８にファラデー回転子１１７を配した。ＵＶグレーティング１１６の反射光の一部はＬＤ１２５に戻る構成であるが、ＬＤ１２５の出力光はもともとＴＥ光が主であるため、外部共振器ＬＤとしては、ＴＥ光に対する反射中心波長λ１で発振することとなる。一方、外部からの反射戻り光はファラデー回転子１１７を往復してＴＭ偏波としてＵＶグレーティング１１６に戻るため反射されず、ＬＤ１２５には戻らない。
【００８３】
本実施例の構成は、実施例４と異なり、無温調でも使用可能である特徴がある。つまり、実施例４の場合には、環境温度によってＤＦＢ−ＬＤの発振波長が大きく変化するため、ＵＶグレーティングの反射帯域を越えてしまう恐れがあるが、本構成の外部共振器ＬＤはＵＶグレーティングを外部ミラーとして発振するため、発振波長は常にＵＶグレーティングの反射波長帯域内に存在する。したがって、本実施例の構成では、ＵＶグレーティングの偏波依存性を利用した反射戻り光の防止と、外部共振器ＬＤの単一モード発振を、無温調であっても実現可能である。なお、石英系光導波路の屈折率の温度係数は半導体と比べて格段に小さいため、環境温度が大きく変動しても発振波長の変化が小さいことが、このような外部共振器ＬＤの特徴のひとつである。
【００８４】
本実施例のように、反射型光カプラの結合比は、必ずしも１００％に限らず、適宜調整すればよい。本実施例では、ＬＤ出力光の一部を再度ＬＤに戻すように結含比を調整することにより、単一モード発振する外部共振器を実現した。この際には、ＤＦＢ−ＬＤの代わりに安価なファブリ・ペローＬＤを用いればよい。また、本実施例でも、前述した外乱光に強いという本発明の利点は変わらない。さらに、ＵＶグレーティングの偏波依存性を利用した簡易な構成により、たとえ無温調でも外部共振器ＬＤの単一モード発振と反射戻り光防止を両立できる。このように、本発明により、高性能な光モジュールを安価に実現することができる。
【００８５】
（実施例８）
図１１は、本発明の光モジュールの第８の実施例を説明するための図で、本実施例は、実施例７と同様の外部共振器型光送信器に受信ＰＤ１２７を加えることにより光モジュールを構成している。
【００８６】
発光素子としては、実施例７と同様に、前面ＡＲコートしたファブリ・ペローＬＤ１２５を用いた。反射型光カプラは方向性結合器１０４とＵＶグレーティング１１６により構成し、ＵＶグレーティング１１６の実効反射点Ａを往復した光が１：１で第１の光導波路１０２および第２の光導波路１０３に分岐されるように設定した。さらに、第２の光導波路１０３から入力され、ＵＶグレーティング１１６を透過したＬＤ出力光が第３の光導波路１１８に結合するように、方向性結合器１０４の結合領域の長さを設定した。このような設計にした場合、逆に第１の光導波路１０２側から入力された光は第４の光導波路に出力されることとなる。また、第３の光導波路１１８の端部にはモニタＰＤ１０７を配置し、第４の光導波路１２４の端部には受信用ＰＤ１２７を配置した。
【００８７】
なお、本光モジュールの送信波長および受信波長は、ここでは一例としてそれぞれ、１．３μｍおよび１．５５μｍとした。したがって、発振波長が１．３μｍのファブリ・ペローＬＤ１２５を用い、モニタＰＤ１０７と受信ＰＤ１２７の検知波長は、各々、１．３μｍおよび１．５５μｍである。また、方向性結合器１０４は、透過光が１．３μｍまたは１．５５μｍのいずれの波長の光に対しても完全に結合可能なように長さを設定している。さらに、ＬＤへの反射戻り光防止のため、ＵＶグレーティング１１６は前に述べたのと同様に偏波依存性をもつように形成し、光ファイバ１０８には送信光を片道で偏波面を４５度回転させるファラデー回転子１１７を配している。
【００８８】
本光送受信モジュールの動作は次の通りである。ＬＤ１２５からの出力光はＵＶグレーティング１１６によって一部はＬＤ１２５に反射され、一部は第１の光導波路１０２を経て光モジュール１００の外部に送信される。ＵＶグレーティング１１６を外部ミラーとする外部共振器ＬＤは、ＴＥ偏波に対する反射中心波長近傍の波長λ１において単一モード発振を行う。出力光はＴＥ偏波で第１の光導波路１０２を伝播し、ファラデー回転子１１７を通る際に偏波面が４５度回転して光ファイバ１０８から出力される。反射戻り光はファラデー回転子１１７により４５度回転を加えられるため、ＴＭ偏波になって第１の光導波路１０２を戻る。このため、ＵＶグレーティング１１６では反射されず、ＬＤ１２５には戻らない。また、第２の光導波路１０３からＵＶグレーティング１１６に入力されるＬＤ発振光のうち、わずかなパワーはＵＶグレーティング１１６を透過して第３の光導波路１１８に出力され、モニタＰＤ１０７により受光される。
【００８９】
一方、外部からの波長１．５５μｍの受信光信号は光ファイバ１０８から入力され、ファラデー回転子１１７で偏波面の回転を受ける。波長が異なるため、正確に４５度ではないが特に問題はない。次いで第１の光導波路１０２を経て方向性結合器１０４に入力される。ここでは、波長が大きく異なるためにＵＶグレーティング１１６では反射されず、第４の光導波路１２４に出力され、受信ＰＤ１２７によって受信される。
【００９０】
前述した通り、従来、単一モード発振する光源はＤＦＢ−ＬＤのみであり、また、外乱光の影響をなくすために高価なアイソレータを必要とした。さらにそのため、ＰＤと集積した１芯双方向の送受信モジュールは実現できなかった。これに対して、本実施例で述べたように本発明によれば、ＤＦＢ−ＬＤを用いずとも単一モード発振が可能となり、かつ、高価なアイソレータを用いずとも外乱光に強く、特にファラデー回転子を用いれば反射戻り光の影響も受けない送信器の構成が可能である。加えてアイソレータが不要になったことなど、以上述べた理由により、受信ＰＤと集積した小型、低コストで高性能な１芯双方向光送受信モジュールが実現可能となる。
【００９１】
なお、本実施例では、光送信器の構成を外部共振器ＬＤとしたが、これに限らず、前述の実施例に示した各種送信器構成を用いて光送受信モジュールを構成してもよい。
【００９２】
（実施例９）
図１２は、本発明の光モジュールの第９の実施例を示するための図で、この光モジュールは実施例８の光送受信モジュールとほぼ同様の構成であるが、受信ＰＤ１２７の前段にＵＶグレーティング１２８からなる波長フィルタを設けた点が特徴である。
【００９３】
実施例８の構成では、光ファイバから入射したＬＤ送信光の反射戻り光を含む外乱光が受信ＰＤに入射してしまい受信特性を劣化させる恐れがある。また、作製誤差などにより方向性結合器の結合率がずれた場合には、第２の光導波路からＵＶグレーティングを透過するＬＤ出力光の一部が受信ＰＤに入射してしまうため、送受間の光クロストーク劣化の問題が生じる。
【００９４】
このような問題を避けるため、本実施例では、受信ＰＤ１２７に接続される第４の光導波路１２４に、上記雑音光を除去するためのフィルタとして、第２のＵＶグレーティング１２８を形成した。大きな雑音光となるのは１．３μｍの波長の送信光であるため、ＵＶグレーティング１２８の反射波長は１．３μｍとした。なお、第２のＵＶグレーティング１２８で反射された雑音光が再び第４の光導波路１２４を戻るとモニタＰＤ１０７への悪影響も想定されるため、本実施例では図中に示すようにＵＶグレーティング１２８を第４の光導波路１２４に対して斜めに形成し、反射光が導波路外に放射されるようにしてある。以上のような構成により、良好な受信特性が得られる。
【００９５】
（実施例１０）
図１３は、本発明の光モジュールの第１０の実施例を示するための図で、本実施例の光モジュールは、受信ＰＤ１２７の前段に波長フィルタを設けた光送受信モジュールであり、この波長フィルタとして、反射型光カプラと同様の構成を用いた点が特徴である。また、ＬＤ１２５とＰＤ１０７との間のクラッド領域にコア材料を配置して第２のＵＶグレーティング１２８を形成したことにより、送受間の光クロストークの低減を図ったことも特徴のひとつである。
【００９６】
この光モジュール１００には、第１の反射型光カプラと第２の反射型光カプラとが設けられており、第１の反射型光カプラのＬＤ１２５とは反対側の端部から出力された光は第２の反射型光カプラへと導かれ、この第２の反射型光カプラによって受信ＰＤ１２７に受信光を導くように構成されている。
【００９７】
方向性結合器１０４とＵＶグレーティング１１６とで構成される第１の反射型光カプラに接続されている第４の光導波路１２４は、方向性結合器１３０と誘電体多層膜フィルタ１２２とで構成される第２の反射型光カプラの第１の入出力導波路となる第４の光導波路１２４に接続され、第２の反射型光カプラの第２の入出力導波路である第５の光導波路１２９は受光素子である受信ＰＤ１２７に接続されている。
【００９８】
ここで、誘電体多層膜フィルタ１２２の反射波長帯域は１．５５μｍ帯で４０ｎｍ程度としてある。また、第２の反射型光カプラの第１の導波路（第４の光導波路１２４）より入力されて誘電体多層膜フィルタ１２２によって反射された受信光は、方向性結合器１３０領域を往復することにより概ねすべての光パワーが第２の導波路（第５の光導波路１２９）を介して受信ＰＤ１２７に入射するように設計してある。このような構成により、光ファイバ１０８から入力された広帯域のノイズ光を除去し、所望の受信光のみを受信することができる。
【００９９】
とりわけ本構成では、第２の反射型光カプラを用いて受信ＰＤ１２７の受光面とＬＤ１２５の出力面とが対向しないように配置することが可能となるため、ＬＤ１２５からの出力光のうち、光導波路に結合せずに迷光としてクラッド中を伝播し、直接受信ＰＤ１２７の受光部に入射する光パワーを低減することができ光クロストーク低減に有効である。
【０１００】
本実施例では、上記の構成に加え、光クロストーク対策の補強を行っている。具体的には、ＬＤ１２５と受信ＰＤ１２７との間に挟まれるクラッドの一部領域にコア材料を配し、この領域に第２のＵＶグレーティング１２８を形成し、このＵＶグレーティング１２８の反射光が再びＬＤ１２５に戻らないように反射の向きを若干斜めに設定している。これにより、ＬＤ１２５から出力されてクラッド中を伝播する迷光はＵＶグレーティグ１２８により遮断され、受信ＰＤ１２７まで到達することがなくなる。
【０１０１】
以上のように本実施例の光送受信モジュールは、送信特性に加えて、低雑音、低光クロストークなど、良好な受信特性を実現可能である。
【０１０２】
（実施例１１）
図１４は、本発明の光モジュールの第１１の実施例を説明するための図で、図１４（ａ）は光モジュールの構成を説明するための図、図１４（ｂ）はこの構成の光モジュールでの発振波長の設定を説明するための図で、この実施例の光モジュールは、外部共振器型光送信器を４個接続することにより、４波長の多波長光源を構成した例である。具体的には、実施例４とほぼ同様の外部共振器ＬＤを用い、ｋ番目（ｋ＝１〜３）の外部共振器ＬＤの反射型光カプラの導波路を、（ｋ＋１）番目の外部共振器ＬＤ反射型光カプラの導波路に接続した構成としている。
【０１０３】
図１４に示すように、個々の外部共振器ＬＤ１３１ａ〜ｄは、反射型光カプラを構成するＵＶグレーティング１３２ａ〜ｄを介して個々のモニタＰＤ１３３ａ〜ｄに接続され、外部共振器ＬＤ１３１ａ〜ｄの発振波長はＵＶグレーティング１３２ａ〜ｄの反射波長の設定により、図１４（ｂ）に示すように、各々、λ１、λ２、λ３、λ４とされる。また、ＵＶグレーティング１３２ａ〜ｄの帯域は隣接チャネル間の波長差よりも小さく設定されている。
【０１０４】
このような構成によれば、例えば２番目のＬＤ１３１ｂの出力光は１番目の外部共振器ＬＤの反射型光カプラを透過して、この光カプラの導波路を通り、光ファイバ１０８ヘと出力される。同様に３番目のＬＤ１３１ｃからの出力光は２番目および１番目の外部共振器ＬＤの反射型光カプラを順に透過して光ファイバ１０８ヘと出力される。また、４番目のＬＤ１３１ｄからの出力光に関しても同様である。
【０１０５】
このように、本構成により異なる波長で発振する複数のＬＤ光を低損失に合波して１本の光ファイバヘ出力することが可能である。なお、前述したように、このような多波長光源を構成する際には、個々のＬＤから他チャネルの波長にかかるノイズ光が出力されていると、多重化した後に各チャネルのノイズ光が加算されてしまい、信号と雑音のパワー比であるＳ／Ｎ比を劣化させてしまうという問題がある。しかしながら、本発明の光送信器は、もともと必要な信号光のみを反射して出力するものであるため、本実施例のように反射波長帯域を充分狭く設定しておくことにより、単純に複数の送信器を接続する構成であってもＳ／Ｎ比の劣化なく多波長光源を構成することができる。
【０１０６】
なお、外部から光ファイバ１０８を介して入力される外乱光は、１番目から４番目の外部共振器ＬＤの反射型光カプラを順次透過し、４番目の反射型光カプラの導波路から放射されてしまうため、いずれのＬＤにも悪影響を与えることはない。
【０１０７】
（実施例１２）
図１５は、本発明の光モジュールの第１２の実施例を説明するための図で、本実施例は、実施例１１の多波長光源に、さらに多波長受信機能を加えることにより、多波長送受信モジュールを構成した例である。ここでは一例として４波長送信・４波長受信とした。構成を以下に述べる。
【０１０８】
４波長送信器は実施例１１に示したものとほぼ同様の構成であり、受信器は実施例１０と同様にＵＶグレーティング１３５ａ〜ｄを用いた反射型光カプラを用いた構成とし、送信器と同様の接続形態で４つの受信器である受信ＰＤ１３４ａ〜ｄを接続してある。すなわち、４番目の外部共振器ＬＤ１３１ｄの反射型光カプラの導波路を１番目の受信ＰＤ１３４ａの反射型光カプラの導波路に接続し、１番目の受信ＰＤ１３４ａの反射型光カプラの導波路を次段に配した２番目の受信ＰＤ１３４ｂの反射型光カプラの導波路に接続し、以後、２番目、３番目、４番目の受信ＰＤ（１３４ｂ、１３４ｃ、１３４ｄ）も同様に接続した。なお、送信器を構成する反射型光カプラでは、ＬＤ出力光の一部がＬＤに戻るように設計し、かつ、ＵＶグレーティング１３２ａ〜ｄに偏波依存性をもたせた構成である。
【０１０９】
一方、受信器を構成する反射型光カプラでは、各々λ５〜λ８の入力信号光を受信するよう、ＵＶグレーティング１３５ａ〜ｄの反射波長を設定し、ＵＶグレーティング１３５ａ〜ｄは偏波依存性をもたないように形成した。また、入力された所望の受信光は反射してすべて受信ＰＤ１３４ａ〜ｄに結合するように設計した。さらに、ＬＤ出力光自身の反射戻り光も含む外乱光の影響をなくすために、光ファイバ１０８にはファラデー回転子１１７を配した。前述の実施例と同様に、反射戻り光はファラデー回転子１１７を往復で通過することによりＴＭモードとなって戻るためいずれのＬＤにも戻り光にはならない。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光モジュールは、発光素子と波長選択性を有する反射型光カプラとを有し、この反射型光カプラの発光素子側の端部には光信号の入力出力用の少なくとも２つの接続手段が備えられており、これらの２つの接続手段のうちの一方が発光素子と接続されて構成されていることを最も基本的な特徴としている。光モジュールをこのような構成とすることで以下のような効果が得られる。
（１）ＬＤと入出力用接続手段との間に波長選択性をもつ反射器を設けたため、反射波長と異なる波長を有する外乱光がＬＤに入射することを防止でき、外乱光に強い光送信器を構成できる。
（２）反射型光カプラに偏波選択性をもたせることにより、ＬＤ出力と同一波長あっても、異なる偏波であればＬＤへの入射を防止できる。
（３）さらに、入出力用光ファイバにアイソレータの代わりにファラデー回転子を設けるだけで、ＬＤ出力光自身の反射戻り光も防止できる。
（４）また、反射型光カプラの反射光出力の一部がＬＤに戻るように設計することにより、安価なファブリ・ペローＬＤを用いても単一モード動作を行う外部共振器を構成できる。
（５）加えて、反射型光カプラにＬＤ出力光の一部を透過して出力するための導波路を設ければ、この端部にモニタＰＤを配すことが可能となり、ＬＤの前方出力光をモニタできるため、安定で変動の少ない出力制御が可能となる。
（６）さらに、反射型光カプラに入出力用光ファイバからの入力光を透過して出力させるための導波路を設けこの端部に受信ＰＤを配せば、送受信モジュールが構成できる。
（７）なお、（２）、（３）で述べた通り、本発明の光送信器はアイソレータなしで反射戻り光を防止することができるため、単一モード発振するＬＤを用いて、１芯双方向の送受信モジュールを構成することが可能となる。
（８）また、本発明の送信器を複数接続すれば、多波長光源を容易に構成できる。本発明の送信器はもともとノイズ光を出力しない構成であるので、波長多重数を増加してもＳ／Ｎ比の大きな劣化はない。
（９）同様に、発光素子の代わりに受光素子を反射型光カプラに接続することによって、所望の信号光のみを受信し、ノイズ光は受光しない雑音耐性に優れる受光器を構成できる。
（１０）また、上記受光器を複数接続すれば、多波長受信器を容易に構成できる。
【０１１１】
このように、本発明により、小型・高性能でかつコストパフォーマンスに優れた光送信モジュールおよびこれを用いた光送受信モジュールを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の１芯双方向光送受信モジュールの構成例を説明するための図である。
【図２】本発明の光モジュールの第１の実施例を説明するための図である。
【図３】図２に示した構成において、ＵＶグレーティングの透過側に設けられる導波路構造の例を説明するための図である。
【図４】本発明の光モジュールの第２の実施例を説明するための図である。
【図５】本発明の光モジュールの第３の実施例を説明するための図である。
【図６】本発明の光モジュールの第４の実施例を説明するための図で、（ａ）はこの光モジュールの構成を説明するための図、（ｂ）はこの光モジュールが備えるＵＶグレーティングの反射中心波長の設定について説明するための図である。
【図７】石英系光導波路のＵＶグレーティングにおけるＵＶ照射量とＴＥ偏波、ＴＭ偏波に対する反射中心波長の関係の一例を説明するための図である。
【図８】本発明の光モジュールの第５の実施例を説明するための図である。
【図９】本発明の光モジュールの第６の実施例を説明するための図である。
【図１０】本発明の光モジュールの第７の実施例を説明するための図である。
【図１１】本発明の光モジュールの第８の実施例を説明するための図である。
【図１２】本発明の光モジュールの第９の実施例を示するための図である。
【図１３】本発明の光モジュールの第１０の実施例を示するための図である。
【図１４】本発明の光モジュールの第１１の実施例を説明するための図で、（ａ）は光モジュールの構成を説明するための図、（ｂ）はこの構成の光モジュールでの発振波長の設定を説明するための図である。
【図１５】本発明の光モジュールの第１２の実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
１００  光モジュール
１０１  シリコン基板
１０２  第１の光導波路
１０３  第２の光導波路
１０４  方向性結合器
１０５  ＵＶグレーティング
１０６  ＤＦＢ−ＬＤ
１０７  モニタＰＤ
１０８  光ファイバ
１０９  スラブ導波路
１１０、１１１  光導波路
１１２  マルチモード干渉導波路
１１３  マイケルソン干渉型光カプラ
１１４  光カプラ
１１５  アーム導波路
１１６  ＵＶグレーティング
１１７  ファラデー回転子
１１８  第３の光導波路
１１９  マイケルソン干渉型光カプラ
１２０、１２１  光導波路
１２２  誘電体多層膜フィルタ
１２３  溝
１２４  第４の光導波路
１２５  ファブリ・ペローＬＤ
１２６  無反射膜
１２７  受信用ＰＤ
１２８  第２のＵＶグレーティング
１２９  第５の光導波路
１３０  方向性結合器
１３１  外部共振器ＬＤ
１３２  ＵＶグレーティング
１３３  モニタＰＤ
１３４  受信ＰＤ
１３５  ＵＶグレーティング
【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】
2004157192.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004157192.tif 000011
【図１０】
2004157192.tif 000012
【図１１】
2004157192.tif 000013
【図１２】
2004157192.tif 000014
【図１３】
2004157192.tif 000015
【図１４】
2004157192.tif 000016
【図１５】
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