(57)【要約】  平板型光導波路−外部共振器型波長可変光源の製作と応用とにおいて、波長可変機構の性能と安定性との改善、光源のパッケージング性能と量産性との改善、及び光源の波長分割多重化基盤の受動光加入者網への適用に対する初期化及び安定化の機能を付加できる波長可変光源、及びその光源を利用した波長分割多重化基盤の受動光加入者網を提供する。該波長可変光源は、半導体光利得媒質が実装された第１ハウジング；シリコン基板、基板上に形成され、基板を上部層から熱的に遮断する熱遮断膜、光導波路の熱光学効果を利用するために、熱遮断膜上に形成された薄膜金属ヒータ、及び薄膜金属ヒータ上にポリマーから形成されたクラッド層並びにコア層を具備した光導波路を有する平板型光導波路素子が実装された第２ハウジング；光ファイバが実装された第３ハウジングを備え、第１ハウジング、第２ハウジング及び第３ハウジングが光結合レンズを介して光軸整列がなされ、レーザウェルディング法を介して結合されている平板型光導波路−外部共振器構造を有する。
2010512016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
前記基板上に形成され、前記基板を上部層から熱的に遮断する熱遮断膜と、
前記熱遮断膜上に形成された薄膜金属ヒータと、
前記薄膜金属ヒータ上にポリマーから形成されたクラッド層並びにコア層を具備した光導波路とを有する平板型光導波路素子。
【請求項２】
前記コア層のポリマーの熱光学（または熱膨張）係数は、（−０．７〜−３．４）×１０−４／Ｋであり、
前記コア層は、厚さと幅とがそれぞれ３〜８μｍであり、前記クラッド層は前記コア層を覆い包み、１０〜２５μｍの厚みを有することを特徴とする請求項１に記載の平板型光導波路素子。
【請求項３】
前記薄膜金属ヒータが形成された部分上の前記コア層に、ブラッグ格子が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の平板型光導波路素子。
【請求項４】
前記薄膜金属ヒータは、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）のうち、いずれか一つの物質を使用して形成されたことを特徴とする請求項１に記載の平板型光導波路素子。
【請求項５】
前記熱遮断膜は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）のうち、少なくとも１つの物質が添加されたシリカ、多孔性シリコン、スピンオングラス、及びポリマー物質のうち、いずれか１つの物質から形成され、
前記熱遮断膜が前記シリカ、またはスピンオングラス物質から形成された場合は、熱遮断膜は１０〜３０μｍの厚みを有し、
前記熱遮断膜が前記多孔性シリコン、またはポリマー物質から形成された場合は、５〜２０μｍの厚みを有することを特徴とする請求項１に記載の平板型光導波路素子。
【請求項６】
前記薄膜金属ヒータ下部の前記基板の一部分には、トレンチが形成されており、
前記トレンチの幅は、前記薄膜金属ヒータ幅の２倍以上であり、深さは、５〜２０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の平板型光導波路素子。
【請求項７】
半導体光利得媒質が実装された第１ハウジングと、
平板型光導波路素子が実装された第２ハウジングと、
光ファイバが実装された第３ハウジングとを備え、
前記第１ハウジング、第２ハウジング及び第３ハウジングが光結合レンズを介して光軸整列がなされ、レーザウェルディング方法を介して結合されている平板型光導波路−外部共振器構造の波長可変光源。
【請求項８】
前記半導体光利得媒質は、前面出射面の反射率が０．１％以下であり、背面出射面の反射率が３０％以上である反射型半導体光増幅器、または反射型レーザダイオードであることを特徴とする請求項７に記載の波長可変光源。
【請求項９】
前記半導体光利得媒質の光軸と前記光結合レンズの光軸とが２．５〜４．５°の角度をなすように、前記半導体光利得媒質は、２．５〜４．５°間の傾斜面を有したペデスタルに付着されており、
前記ペデスタルは、セラミックまたはタングステン化銅（ＣｕＷ）からなることを特徴とする請求項７に記載の波長可変光源。
【請求項１０】
前記第１ハウジングは、内部に熱電冷却器及びサーミスタが内蔵され、前記半導体光利得媒質は、ＴＯパッケージ構造を有し、
前記熱電冷却器と前記ＴＯパッケージとの間には、前記熱電冷却器と１０％以内の熱膨張係数差を有するタングステン化銅（ＣｕＷ）材質の直六面体の熱電冷却器支持台が挿入されていることを特徴とする請求項７に記載の波長可変光源。
【請求項１１】
前記平板型光導波路素子は、シリコン基板、前記基板上に形成された熱遮断膜、前記熱遮断膜上に形成された薄膜金属ヒータ、及び前記薄膜金属ヒータ上にポリマーから形成されたクラッド層並びにコア層を具備した光導波路を有し、
前記コア層のポリマーの熱光学係数は（−０．７〜−３．４）×１０−４／Ｋであり、
前記薄膜金属ヒータが形成された部分上の前記光導波路部分に、ブラッグ格子が形成されており、
前記薄膜金属ヒータを駆動して熱光学効果を利用することによって、前記ブラッグ格子の反射波長を調節できることを特徴とする請求項７に記載の波長可変光源。
【請求項１２】
前記平板型光導波路素子は、サーミスタと共にリードフレームに実装されて熱硬化樹脂またはエポキシ樹脂でモールディングされ、
前記平板型光導波路素子の両端断面は５〜１０°の角度で研磨され、前記光導波路の入力及び出力面が露出されていることを特徴とする請求項７に記載の波長可変光源。
【請求項１３】
前記第２ハウジングは、小型バタフライパッケージ構造の完全密閉型ハウジング構造を有し、
前記平板型光導波路素子は、前記第２ハウジングに熱電冷却器及びサーミスタと共に実装され、
前記平板型光導波路素子が前記半導体光利得媒質及び前記光ファイバとそれぞれ光結合するために、前記第２ハウジングの両端に透明ウインドー及びレーザウェルディング組み立て用ＳＵＳフランジが付着されていることを特徴とする請求項７に記載の波長可変光源。
【請求項１４】
波長可変光源と、
２×２光カプラと、
光出力を監視する光パワーモニタと、
前記波長可変光源の出力光信号波長を制御する波長可変制御部とを備え、
外部から入力された光信号波長に自動同調されて光信号波長を可変して出力できる波長可変光伝送器。
【請求項１５】
前記波長可変光源は、半導体光利得媒質、ブラッグ格子領域、及び位相電流領域を有し、
前記波長可変制御部は、前記光パワーモニタから光電流信号を入力され、前記波長可変光源の前記半導体光利得媒質、ブラッグ格子領域、及び位相電流領域を駆動する電流を制御することを特徴とする請求項１４に記載の波長可変光伝送器。
【請求項１６】
前記波長可変光伝送器は、前記光カプラの出力ポートのうち、いずれか一つに光受信器が付着されて波長分割多重化基盤の受動光加入者網に利用されることを特徴とする請求項１４に記載の波長可変光伝送器。
【請求項１７】
基準光波長光源（シード光源）、光サーキュレータ、波長の多重化器並びに逆多重化器、及び光送信器並びに光受信器を具備した基地局送信端と、
波長の多重化器並びに逆多重化器を具備した屋外ノードと、
光カプラ、及び光送信器並びに光受信器を具備した加入者端とを備え、
外部から入力された光信号波長に自動同調されて光信号波長を可変して出力できる波長可変光伝送器が、前記基地局送信端の光送信器、及び前記加入者端の光送信器に利用されて上向き／下向き同一光信号波長を伝送する波長分割多重化基盤の受動光加入者網。
【請求項１８】
前記基準光波長光源は、波長分割多重化の波長帯域を含む光帯域の光を出力する発光ダイオード、増幅された自発放出源、前記波長分割多重化の波長に対応する単一波長光源が多数集積された分布帰還型レーザダイオードモジュールアレイ、ファイバリング・レーザのうち、いずれか一つであることを特徴とする請求項１７に記載の波長分割多重化基盤の受動光加入者網。
【請求項１９】
前記屋外ノードは光パワースプリッタをさらに有し、時間分割多重化方式を介して、それぞれの光波長が多数の加入者端に共有されうることを特徴とする請求項１７に記載の波長分割多重化基盤の受動光加入者網。
【請求項２０】
半導体光利得媒質、ブラッグ格子領域、及び位相電流領域を具備した波長可変光源；２×２光カプラ；光出力を監視する光パワーモニタ；出力光信号波長を制御する波長可変制御部を備える波長可変光伝送器を利用して発振波長を整列する方法において、
前記波長可変光源の電源を遮断する段階と、
前記ブラッグ格子領域の駆動電流をスキャニングし、前記光パワーモニタの光電流信号が最大になるブラッグ格子領域の駆動電流を探す段階と、
外部から入力された光信号波長と前記ブラッグ格子の反射波長とを一致させることによって、外部光信号波長に前記波長可変光源の波長を同調させて初期化する段階と、
前記光利得媒質に駆動電流を投入し、前記波長可変光源を動作させる段階と、
前記波長可変光源の光出力を前記光パワーモニタを介して検出し、前記光パワーモニタの光電流信号が最大に維持されるように、前記位相調節領域を駆動する電流を持続的に調整する段階とを含み、
前記波長可変光源の光出力及び光波長の品質を安定化させることを特徴とする発振波長の整列法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に係る発明であり、特に、熱光学効果を利用した平板型光導波路素子、該素子を含んだ波長可変光源及び光伝送器、及びその光伝送器を利用した波長分割多重化基盤の受動光加入者網に関する。本発明は、情報通信部のＩＴ新成長動力核心技術開発事業の一環として行われた研究から導き出されたものである［課題管理番号：２００５−Ｓ−４０１−０２、課題名：超高速光加入者網技術開発］。
【背景技術】
【０００２】
数年内に大きく活性化される音声、データ、放送融合サービスを提供するための波長分割多重化（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）基盤の受動光加入者網（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）に係る研究開発が全世界的に活発に進められている。以下、波長分割多重化基盤の受動光加入者網を「ＷＤＭ−ＰＯＮ」とする。
【０００３】
ＷＤＭ−ＰＯＮは、中央基地局（ＣＯ：Ｃｅｎｔｅｒ  Ｏｆｆｉｃｅ）と加入者との通信が各加入者に決められたそれぞれの波長を使用して通信がなされる方式である。加入者別に専用波長が使われるので、保安にすぐれ、かつ大容量の通信サービスが可能であり、加入者別に、あるいはサービス別に異なる伝送技術、例えば、リンク率（ｌｉｎｋ  ｒａｔｅ）、フレームフォーマット（ｆｒａｍｅ  ｆｏｒｍａｔ）などの適用が可能であるという長所を有する。
【０００４】
しかし、ＷＤＭ−ＰＯＮは、ＷＤＭ技術を使用して単一光ファイバにいくつもの波長を多重化する技術であるので、１つの屋外ノード（ＲＮ：Ｒｅｍｏｔｅ  Ｎｏｄｅ）に属する加入者数ほどの互いに異なる光源を必要とすることになる。かような波長別光源の生産、設置、管理は、ユーザ並びに事業者いずれにも大きな経済的負担として作用し、ＷＤＭ−ＰＯＮの商用化に大きな障害になっている。かような問題を解決するために、光源の波長を選択的に可変できる波長可変光源素子の適用方策が活発に研究されている。
【０００５】
波長可変光源の例として、半導体ＬＤ、平板型光導波路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  ｃｉｒｃｕｉｔ）、及び光ファイバのような個別光部品を整列して構成される外部共振レーザ（ＥＣＬ：Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｌａｓｅｒ：ＥＣＬ）形態の波長可変光源を挙げることができる。従来の外部共振レーザ形態の波長可変光源は、個別光部品が基板にいずれも実装されており、半導体ＬＤと平板型光導波路との光結合は、バット光結合（ｂｕｔｔ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）からなる。それにより、さまざまな問題点が発生するが、それについての説明は、図８Ａ及び図８Ｂに係る説明部分でさらに詳細に行う。
【０００６】
一方、波長可変光源には、ＰＬＣ素子が使われるが、かようなＰＬＣ素子は、シリコンのような基板上に、光が導波されうる構造を形成することによって製作される。一般的に、光が導波されうる構造は、光が導波される領域であるコア層と、コア層を覆い包み、コア層より屈折率が０．０００１〜０．０１ほど低いクラッド層とから構成される。かようなＰＬＣ素子は、素子サイズが小さく、半導体工程と互換が可能であるために、生産性にすぐれ、かつ多様な機能を遂行することが可能であるという長所がある。例えば、光パワー分配器、波長分割／結合フィルタ、熱光学効果を利用した光スイッチ、可変光減衰器のような波長可変フィルタに多様に利用される。
【０００７】
図１Ａ及び図１Ｂは、従来技術による光導波路型の熱光学素子を利用した波長可変光源（ＰＬＣ−ＥＣＬ）に係る構造図及び機能別ブロック図である。
【０００８】
図１Ａを参照すれば、既存のＰＬＣ−ＥＣＬ方式の波長可変光源は、大きく見て、光利得媒質として作用するＲＳＯＡ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１５０と、三次元光導波路コア層１０１を具備したＰＬＣ素子１００と、付着光ファイバ１６０とから構成される。ＲＳＯＡ１５０は、半導体レーザと同様に共振器１５１が形成されており、前面出射面１５２は無反射膜で、背面出射面１５３は高反射膜でコーティングされて自体レーザ発振が抑制され、光利得媒質の機能を有する。
【０００９】
光利得媒質としては、ＲＳＯＡだけではなくしてＲ−ＬＤ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）も使用できるが、説明の便宜のために、以下、ＲＯＳＡと通称する。ＰＬＣ素子１００は、光導波路コア層１０１の一部区間に回折格子（Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇ）１０２が形成されており、回折格子１０２に隣接して薄膜金属ヒータ１０３が配されている。ＲＳＯＡ  １５０の共振器１５１と、ＰＬＣ素子１００の光導波路コア層１０１とを光結合させた後でＲＳＯＡ  １５０を駆動すれば、ＲＳＯＡの背面出射面１５３の高反射膜と回折格子との間に外部共振器（ＥＣＬ）が形成され、回折格子の有効周期に一致する波長のレーザが発振する。ＰＬＣ素子１００の光出力を付着光ファイバ１６０に結合させれば、外部光通信網に適用可能な光源になる。
【００１０】
一方、薄膜金属ヒータ１０３両端の電極１０５を介して電流を注入すれば、薄膜金属ヒータで発生した熱が、隣接した光導波路コア層１０１の温度を上昇させる。それにより、熱光学効果によって光導波路コア層１０１の屈折率が低下し、これは、回折格子１０２の有効周期を短く変化させることによって、ＰＬＣ−ＥＣＬ  １７０の出力光波長を短波長側に可変させる。薄膜金属ヒータ１０３、両端の電極１０５及び回折格子１０２は、波長可変領域１０７を構成し、回折格子が形成されていない光導波路コア層１０１側に配された薄膜金属ヒータ１０４と両端の電極１０６は、位相調節領域１０８を構成する。位相調節領域１０８は、波長可変領域１０７によって選択されたＰＬＣ−ＥＣＬ  １７０の出力光波長のラウンド・トリップ（ｒｏｕｎｄ  ｔｒｉｐ）位相を調整する。以下では、説明の便宜上、位相調節領域１０８を省略して図示する。
【００１１】
図１Ｂを参照すれば、ＰＬＣ−ＥＣＬ  １７０が、光利得媒質のＲＳＯＡ  １５０、位相調節領域１０８、波長可変領域１０７及び付着光ファイバ１６０から機能別に構成されているところを示している。
【００１２】
図２Ａは、従来の三次元光導波路型の熱光学素子、すなわち、図１Ａの波長可変光源の波長可変領域についての斜視図である。
【００１３】
図２Ａを参照すれば、波長可変領域１０７は、シリコン基板１１０上に下部クラッド層１１１、コア層が三次元ロッド型に形成された光導波路コア層１０１、及び光導波路コア層１０１上部を覆う上部クラッド層１１２を有する。図面上、光導波路に隣接して配される薄膜金属ヒータは図示していない。
【００１４】
光導波路コア層１０１上の一部分には、干渉露光−エッチング法で形成された厚さ変調回折格子１０２がある。回折格子１０２は、光導波路コア層１０１を導波する光に対して、有効回折格子周期の２倍に該当する波長成分を反射させることによって、当該波長に対するＥＣＬ共振器を構成する。光導波路コア層１０１とクラッド層１１１，１１２は、半導体、誘電体、高分子（ｐｏｌｙｍｅｒ）など、多様な材料から製作されうる。
【００１５】
図２Ｂは、図２Ａの光導波路型の熱光学素子の熱光学効果を示すグラフであり、図２Ａの光導波路がポリマー材料によって製作された場合の熱光学効果を示している。
【００１６】
図２Ｂを参照すれば、一般的に、光導波路として使われるポリマーは、（−０．７〜−２．２）×１０−４／℃ほどの熱光学係数または熱膨張係数（ＣＴＥ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）を有するが、実験上で使われたポリマーの熱光学係数は、−１．８２２×１０−４／℃ほどであることを示している。すなわち、かようなポリマーから形成された光導波路は、温度が高まるほど屈折率が低くなり、それによって、回折格子１０２の有効周期を短く変化させ、ＰＬＣ−ＥＣＬ  １７０の出力光波長を短波長側に可変させることになる。
【００１７】
図３Ａ及び図３Ｂは、従来のＰＬＣ素子の薄膜金属ヒータ部分についての断面図及び正面図である。
【００１８】
図３Ａを参照すれば、従来のＰＬＣ素子は、シリコン基板１１０、基板上部の下部クラッド層１１１、回折格子１０２が形成された光導波路コア層１０１、コア層１０１上の上部クラッド層１１２、及び上部クラッド層１１２の表面に配された薄膜金属ヒータ１０３を備える。
【００１９】
かかるＰＬＣ構造で、薄膜金属ヒータ１０３に電流を印加すれば、薄膜金属ヒータ１０３の下部に存在する光導波路コア層１０１の温度が局部的に上昇する。このとき、光導波路物質の熱光学係数によって、上昇した温度変化量（以下、ＤＴ）に比例し、光導波路コア層１０１の屈折率が変わることになる。一般的に与えられたＤＴで、熱光学係数による屈折率変化量ｄｎは、次の数式１によって表現される。
ｄｎ＝ＣＴＥｘＤＴ
【００２０】
一方、基板１１０の場合、基板１１０の温度が経時的に変わらないように、熱電冷却器（ＴＥＣ：Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｏｌｅｒ）素子を利用したり、放熱板を付着させて温度を一定に維持させる。
【００２１】
薄膜金属ヒータ１０３は、一般的にクロム、ニッケル、ニクロム、タングステン、タングステンシリサイドなどが使われて製作され、導波路の上部クラッド層１１２の表面に形成される。基板１１０表面Ａの温度を一定に維持した状態で、薄膜金属ヒータ１０３に電流を印加して温度を上昇させることによって、光導波路コア層１０１の温度を上昇させる。かかる構造のＰＬＣ構造は、次のような問題点がある。
【００２２】
図４は、図３ＡのＰＬＣ素子の薄膜金属ヒータ部分についての垂直方向の温度分布についてのグラフである。
【００２３】
図４を参照すれば、薄膜金属ヒータ１０３に電流を増加させるほど、薄膜金属ヒータ１０３の温度は上昇するが、基板１１０温度は一定に維持されるために、コア層１０１への温度伝達が線形的に減少する。すなわち、従来のＰＬＣ構造では、ヒータを介して光導波路の温度を大きく変化させられないために、波長可変の幅が狭いという短所がある。特に、温度傾き（以下、温度勾配）は、薄膜金属ヒータ１０３に印加される電流が増加するほど、大きくなることなるが、高い温度勾配は、光導波路コア層１０１周囲の屈折率分布を変形させ、それによって、光が導波されるときに、光散乱、高次モード発生、光損失などを発生させ、光導波路の特性を低下させる原因になる。
【００２４】
図８Ａ及び図８Ｂは、従来の波長可変光源についての上面図及び側面図である。
【００２５】
図８Ａ及び図８Ｂを参照すれば、波長可変光源は、ＰＬＣ素子１００、ＲＳＯＡ  １５０及び付着光ファイバ１６０を備える。かような従来の波長可変光源は、ＰＬＣ素子１００の両端に、ＲＳＯＡ組み立て領域２０４と、Ｖグルーブの形成された光ファイバ組み立て領域２０３とを具備したシリコン光ベンチ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｂｅｎｃｈ）２０１がバタフライ（ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ）型パッケージ２００内にパッケージングされる構造を有する。付着光ファイバ１６０は、ＰＬＣ素子１００の光導波路コア層１０１に整列されて形成されたＶグルーブを利用し、光ファイバ組み立て領域２０３に組み立てられる。ＲＳＯＡ  １５０は、ＰＬＣ素子１００の光導波路コア層１０１に整列されて形成されたパッド、すなわち、ＲＳＯＡ組み立て領域２０４にフリップチップ・ボンディング法を利用して組み立てられる。シリコン基板、すなわちシリコン光ベンチ２０１の下部には、一定の温度を維持するために、熱電冷却器（ＴＥＣ）２０２が付着されており、上部には、シリコン基板の表面温度を監視するために、サーミスタ（ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）２０５が付着されている。パッケージ内部の電極パッドは、ボンディング・ワイヤ２０８を介してパッケージ・リード２０７と電気的に接続される。
【００２６】
かかる従来の波長可変光源は、ＰＬＣ−ＥＣＬ波長可変光源に係るパッケージングの主要考慮事項である光結合効率、性能効率及び量産性の側面から、次のような問題点を有している。
【００２７】
第一に、ＲＳＯＡ  １５０−光導波路コア層１０１−光ファイバ１６０間の光結合がレンズを使用せずに、バット光結合（ｂｕｔｔ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）されるために、レンズを使用した場合の光結合効率より最大１／２まで低下することがあり、これにフリップチップ・ボンディングとｖグルーブとの整列誤差（１〜２μｍ）を勘案すれば、光結合効率はさらに低下する。
【００２８】
第二に、前記波長可変光源を構成するさまざまな部分がいずれも１枚の基板に実装される構造であるので、それぞれの機能部を最上の性能品で選別して組み合わせられないだけではなく、最終的に組み立てられた光源の一部分の性能、例えば、ＲＳＯＡとＰＬＣ素子との光結合効率が低い場合、全体光源の性能が低下し、性能収率確保が困難になるという問題がある。
【００２９】
第三に、前記波長可変光源を構成するさまざまな部分がいずれも１枚の基板に実装される構造であるために、総合性能収率が低いだけではなく、工程進行時に問題が発生すれば、修理、復旧が不可能である。これは、個別部分の品質管理と個別工程管理とのプロシージャ（ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）に相当な負担を誘発させ、窮極的に、光モジュール素子の収率を低下させ、低価格化をきわめて困難にする。
【００３０】
一方、ＷＤＭ−ＰＯＮで、各加入者ノードに割り当てられる波長は、連結されたＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｇｒａｔｉｎｇ）の通過波長によって決定され、それによって、ＷＤＭ−ＰＯＮシステムは、加入者ノードの網接続時に、波長を割り当てられた固有の波長に整列するための一連の初期化機能を支援しなければならない。かような初期化方式のうち、ＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）でＯＮＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）に伝えられる光信号を基に、ＯＮＴの波長を決定する方式が最も好まれている。
【００３１】
この場合、ＯＮＴに使われる光送信器は、自体発振される独立した光源を使用できず、ＯＬＴで提供する別途のシード（ｓｅｅｄ）光源を使用し、光源ロッキング（ｌｏｃｋｉｎｇ）、あるいは反射（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）型光源を使用することになる。かかる光源の場合、入力される光波長をそのまま使用するために、別途の波長初期化機能が必要ない。しかし、かような方式は、ロッキングあるいは反射のメカニズムを利用する注入ロッキング基盤のファブリペローレーザ（Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｏｃｋｉｎｇ  ｂａｓｅｄ  ＦＰ−ＬＤ）あるいはＲＳＯＡにのみ適用が可能であり、自体発振機能を有する波長可変光源については、初期化機能を付加できないという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
本発明が解決しようとする課題はＰＬＣ−ＥＣＬ型波長可変光源の製作と応用とにおいて、波長可変機構の性能と安定性との改善、光源のパッケージング性能と量産性との改善、及び光源のＷＤＭ−ＰＯＮ適用に係る初期化及び安定化の機能を付加するところにある。さらに詳細に述べれば、本発明が解決しようとする課題は、次の通りである。
【００３３】
第一に、波長可変機構の性能と安定性との改善と関連し、光導波路コア層上下領域間の温度勾配を減らし、薄膜金属ヒータの機械的安定性を向上させ、かつ消費電力を減少させることができるＰＬＣ素子構造を提供するところにある。
【００３４】
第二に、波長可変光源のパッケージング性能と量産性との改善と関連し、波長可変光源を構成する個別構成部分を個別製作及びモジュール化することによって、個別工程管理が可能になり、個別部分間の光結合効率を安定的に向上させることができ、かつ外部環境変化に対して素子の動作安定性を向上させることができる波長可変光源構造を提供するところにある。
【００３５】
第三に、波長可変光源のＷＤＭ−ＰＯＮ適用に対する初期化及び安定化の機能付加と関連し、波長可変光源を搭載した光送信器で、入力される光信号の波長だけを利用し、選択された波長でユーザの介入なしに発振波長が自動的に同調でき、網運営中にリアルタイムで光品質を保証できるＷＤＭ−ＰＯＮを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
前記技術的課題を達成するために、本発明は、シリコン基板と、前記基板上に形成され、前記基板を上部層から熱的に遮断する熱遮断膜と、前記熱遮断膜上に形成された薄膜金属ヒータと、前記薄膜金属ヒータ上にポリマーから形成されたクラッド層並びにコア層を具備した光導波路とを有するＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）素子を提供する。
【００３７】
本発明において、前記コア層のポリマーの熱光学（または熱膨張）係数（ＣＴＥ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）は（−０．７〜−３．４）×１０−４／Ｋであり、前記コア層は、厚さと幅とがそれぞれ３〜８μｍであり、前記クラッド層は前記コア層を覆い包み、１０〜２５μｍの厚みを有することができる。前記薄膜金属ヒータが形成された部分上の前記コア層部分にブラッグ格子が形成されており、前記薄膜金属ヒータを駆動して熱光学効果を利用することによって、前記ブラッグ格子の反射波長を調節できる。かような薄膜金属ヒータは、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）のうち、いずれか１つの物質を使用して形成されうる。一方、前記熱遮断膜は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）のうち、少なくとも１つの物質が添加されたシリカ、多孔性シリコン、スピンオングラス（ＳＯＢ：Ｓｐｉｎ−Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）、及びポリマー物質のうち、いずれか１つの物質から形成されうるが、前記熱遮断膜が前記シリカまたはＳＯＧ物質から形成された場合は、熱遮断膜は１０〜３０μｍの厚みを有し、前記熱遮断膜が前記多孔性シリコン、またはポリマー物質から形成された場合は、５〜２０μｍの厚みを有することができる。
【００３８】
本発明において、前記薄膜金属ヒータ下部の前記基板の一部分には、トレンチが形成されているが、前記トレンチの幅は、前記薄膜金属ヒータ幅の２倍以上であり、深さは、５〜２０μｍでありうる。
【００３９】
本発明はまた、前記技術的課題を達成するために、半導体光利得媒質が実装された第１ハウジングと、ＰＬＣ素子が実装された第２ハウジングと、光ファイバが実装された第３ハウジングとを備え、前記第１ハウジング、第２ハウジング及び第３ハウジングが光結合レンズを介して光軸整列がなされ、レーザウェルディング（ｌａｓｅｒ  ｗｅｌｄｉｎｇ）法を介して結合されているＰＬＣ−外部共振器（ＥＣＬ：Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｌａｓｅｒ）構造の波長可変光源（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ）を提供する。
【００４０】
本発明において、前記半導体光利得媒質は、前面出力面の反射率が０．１％以下であり、背面出力面の反射率が３０％以上である反射型半導体光増幅器（ＲＳＯＡ：Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、または反射型レーザダイオード（Ｒ−ＬＤ：Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）でありうる。また、前記半導体光利得媒質の光軸と前記光結合レンズの光軸とが２．５〜４．５°の角度をなすように、前記半導体光利得媒質は、２．５〜４．５°間の傾斜面を有したペデスタル（ｐｅｄｅｓｔａｌ）に付着されているので、かような前記ペデスタルは、セラミックまたはタングステン化銅（ＣｕＷ）からなりうる。
【００４１】
本発明において、前記第１ハウジングは、内部に熱電冷却器（ＴＥＣ：Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｏｌｅｒ）及びサーミスタ（ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）が内蔵され、前記半導体光利得媒質は、ＴＯパッケージ構造を有し、前記ＴＥＣと前記ＴＯパッケージとの間には、前記ＴＥＣと１０％以内の熱膨張係数（ＣＴＥ）差を有するタングステン化銅（ＣｕＷ）材質の直六面体ＴＥＣ支持台が挿入されうる。
【００４２】
前記ＰＬＣ素子は、サーミスタと共にリードフレーム（ｌｅａｄ−ｆｒａｍｅ）に実装されて熱硬化樹脂またはエポキシ樹脂でモールディングされ、前記ＰＬＣ素子の両端断面は、５〜１０°の角度で研磨され、前記光導波路の入出力面が露出されている。前記第２ハウジングは、小型バタフライ（ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ）パッケージ構造の完全密閉型ハウジング構造を有し、前記ＰＬＣ素子は、前記第２ハウジングにＴＥＣ及びサーミスタと共に実装され、前記ＰＬＣ素子が前記半導体光利得媒質及び前記光ファイバとそれぞれ光結合するために、前記第２ハウジングの両端に透明ウインドー（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｗｉｎｄｏｗ）及びレーザウェルディング組み立て用ＳＵＳフランジ（ＳＵＳ  ｆｌａｎｇｅ）が付着されうる。
【００４３】
本発明はまた、前記技術的課題を達成するために、前記波長可変光源と、２×２光カプラ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｕｐｌｅｒ）と、光出力を監視する光パワーモニタ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｗｅｒ  ｍｏｎｉｔｏｒ）と、前記波長可変光源の出力光信号波長を制御する波長可変制御部（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｔｕｎｉｎｇ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｕｎｉｔ）とを備え、外部から入力された光信号波長に自動同調されて光信号波長を可変して出力できる波長可変光送信器（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）を提供する。
【００４４】
本発明において、前記波長可変制御部は、前記光パワーモニタから光電流信号を入力され、前記波長可変光源の前記半導体光利得媒質、ブラッグ格子領域、及び位相電流領域を駆動する電流を制御できる。前記波長可変光送信器は、前記光カプラの出力ポートのうち、いずれか一つに光受信器が付着され、波長分割多重化（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）基盤の受動光加入者網（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）に利用されうる。
【００４５】
さらに本発明は、前記技術的課題を達成するために、基準光波長光源（シード光源）、光サーキュレータ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ）、波長の多重化器並びに逆多重化器、及び光送信器並びに光受信器を具備した基地局送信端（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）；波長の多重化器並びに逆多重化器を具備した屋外ノード（ＲＮ：Ｒｅｍｏｔｅ  Ｎｏｄｅ）；光カプラ、及び光送信器並びに光受信器を具備した加入者端（ＯＮＵ／ＯＮＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ  ｏｒ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）を有し、波長可変光伝送器が前記ＯＬＴの光送信器及び前記ＯＮＵ／ＯＮＴの光送信器に利用され、上向き／下向き同一光信号波長を伝送するＷＤＭ−ＰＯＮを提供する。
【００４６】
本発明において、前記基準光波長光源は、ＷＤＭ波長帯域を含む光帯域の光を出力する発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）、増幅された自発放出（ＡＳＥ：Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）ソース（ｓｏｕｒｃｅ）、前記ＷＤＭ波長に対応する単一波長光源が多数集積された分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ−Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）モジュールアレイ、ファイバリング・レーザ（ｆｉｂｅｒ  ｒｉｎｇ  ｌａｓｅｒ）のうち、いずれか一つでありうる。
【００４７】
本発明において前記ＯＮＵ／ＯＮＴは、時間分割多重化（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）式を介して光信号を処理することによって、ネットワークを介して光信号を多数の低速データ加入者に分配できる。
【００４８】
一方、本発明は、前記技術的課題を達成するために、波長可変光伝送器を利用して発振波長を整列する方法において、前記波長可変光源の電源を遮断する段階と、前記ブラッグ格子領域の駆動電流をスキャニングし、前記光パワーモニタの光電流信号が最大になるブラッグ格子領域の駆動電流を探す段階と、外部から入力された光信号波長と前記ブラッグ格子の反射波長とを一致させることによって、外部光信号波長に前記波長可変光源の波長を同調させて初期化する段階と、前記光利得媒質に駆動電流を投入し、前記波長可変光源を動作させる段階と、前記波長可変光源の光出力を前記光パワーモニタを介して検出し、前記光パワーモニタの光電流信号が最大に維持されるように、前記位相調節領域を駆動する電流を持続的に調整する段階とを含み、前記波長可変光源の光出力及び光波長の品質を安定化させる方法を提供する。
【発明の効果】
【００４９】
本発明で提示したＰＬＣ−ＥＣＬ型波長可変光源の製作と応用とにおいて、波長可変機構の性能と安定性との改善、光源のパッケージング性能と量産性との改善及び光源のＷＤＭ−ＰＯＮ適用に対する初期化及び安定化の機能付加の効果は、次の通りである。
【００５０】
第一に、薄膜金属ヒータと結合力にすぐれる熱遮断膜を下部クラッド層とシリコン基板との間に積層させることにより、薄膜金属ヒータの機械的安定性を確保することができ、また、熱伝導率の低い熱遮断膜を使用すると共に、基板にトレンチを形成することによって、薄膜金属ヒータの消耗電力を減らすことができ、ＰＬＣ−ＥＣＬの低消費電力と信頼性とを確保することができる。
【００５１】
第二に、薄膜金属ヒータが導波路の上部クラッド層の表面に存在せずに、導波路の下部クラッド層下に存在するために、光導波路コア層周囲領域の温度勾配を減らし、光損失、高次モード発生、導波路物質変形などを減らすことができ、ＰＬＣ−ＥＣＬの性能だけではなく、信頼性も高めることができる。
【００５２】
第三に、波長可変光源を構成する個別部分を機能別にモジュール化することによって、モジュール別製作及びモジュール別性能管理が可能であり、光源の性能が改善され、かつ収率を上昇させることができる。また、モジュール化部分間の能動光軸整列が可能であるために、各モジュール間の光結合効率を安定的に高め、光源の性能を改善させることができる。一方、モジュール間の組み立て結合にレーザウェルディング法を使用することによって、量産性を高めることもできる。
【００５３】
第四に、前記個別モジュールを気密シーリング（ｈｅｒｍｅｔｉｃ  ｓｅａｌｉｎｇ）、またはエポキシあるいは樹脂のような物質で密封させることによって、外部環境変化に対してＰＬＣ−ＥＣＬ光源の安定性と信頼性とを向上させることができる。
【００５４】
第五に、外部入力光信号の波長に対してＰＬＣ−ＥＣＬ光源の波長が自動同調されることによって、上向き／下向き信号伝送に同一波長を使用する最も簡単な構造のＷＤＭ−ＰＯＮの具現が可能である。それにより、複雑なＷＤＭ波長管理機構や高価な単一波長光源に対するインベントリ（ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）管理、または複数のＢＬＳが不要であり、簡単であって経済的なＦＴＴＨ実現を可能にする。
【００５５】
第六に、ＰＬＣ−ＥＣＬ光源の波長初期化（外部波長同調化）及び動作波長安定化において波長調整過程が簡単であって自動的に動作するので、ＯＬＴ及びＯＮＵの光送信器設置及び運用、管理などが非常に容易であって低価格化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】従来技術による光導波路型の熱光学素子を利用した波長可変光源（ＰＬＣ−ＥＣＬ）についての構造図である。
【図１Ｂ】従来技術による光導波路型の熱光学素子を利用した波長可変光源（ＰＬＣ−ＥＣＬ）についての機能別ブロック図である。
【図２Ａ】従来の三次元光導波路型の熱光学素子についての斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａの光導波路型の熱光学素子の熱光学効果を示すグラフである。
【図３Ａ】従来のＰＬＣ（ＰＬＣ）素子の薄膜金属ヒータ部分についての断面図である。
【図３Ｂ】従来のＰＬＣ（ＰＬＣ）素子の薄膜金属ヒータ部分についての正面図である。
【図４】図３ＡのＰＬＣ素子の薄膜金属ヒータ部分についての垂直方向の温度分布に係るグラフである。
【図５Ａ】本発明の第１実施例によるＰＬＣ（ＰＬＣ）素子の薄膜金属ヒータ部分についての断面図である。
【図５Ｂ】本発明の第１実施例によるＰＬＣ（ＰＬＣ）素子の薄膜金属ヒータ部分についての正面図である。
【図６】図５ＡのＰＬＣ素子の薄膜金属ヒータ部分についての垂直方向の温度分布に係るグラフである。
【図７】本発明の第２実施例によるＰＬＣ素子の薄膜金属ヒータ部分についての断面図である。
【図８Ａ】従来の波長可変光源についての上面図である。
【図８Ｂ】従来の波長可変光源についての側面図である。
【図９】本発明の波長可変光源に適用される光軸整列構成図である。
【図１０】本発明の第３実施例による波長可変光源についての図面である。
【図１１Ａ】図１０の波長可変光源のＲＳＯＡ部分についての側面図である。
【図１１Ｂ】図１０の波長可変光源のＲＳＯＡ部分についての正面図である。
【図１２Ａ】図１０の波長可変光源のＰＬＣ素子部分についての上面図である。
【図１２Ｂ】図１２ＡのＩＩ−ＩＩ’に沿って切り取った断面図である。
【図１２Ｃ】図１２ＡのＩ−Ｉ’に沿って切り取った断面図である。
【図１３】図１２ＡのＰＬＣモールディング組み立て体がＳＵＳハウジングに装着される様子を示す斜視図である。
【図１４Ａ】本発明の第４実施例による図１０の波長可変光源に適用可能である他のＰＬＣ素子についての上面図である。
【図１４Ｂ】図１４ＡのＰＬＣ素子のＩＩＩ−ＩＩＩ’に沿って切り取った断面図である。
【図１４Ｃ】図１４ＡのＰＬＣ素子のＩＶ−ＩＶ’に沿って切り取った断面図である。
【図１４Ｄ】図１４ＡのＰＬＣ素子のＶ−Ｖ’に沿って切り取った断面図である。
【図１５】本発明の第５実施例によるＯＮＵに波長可変光伝送器を搭載した、上向き／下向き同一波長伝送ＷＤＭ−ＰＯＮについての構造図である。
【図１６】本発明の第６実施例による外部入力光波長に発振波長が自動同調される波長可変光伝送器に係る構造図である。
【図１７】図１６の波長可変光伝送器で、外部入力波長に対して発振波長を同調させる過程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光通信は、それぞれのＷＤＭ波長チャンネルに動作する単一波長光源をチャンネル数ほど使用したり、任意のＷＤＭ波長チャンネルに可変して動作する波長可変光源を使用できる。波長可変光源の使用は、ＷＤＭシステム構成と維持とにおいて、簡単であって経済的であると認識されている。波長選択性回折格子の形成された光導波路に熱光学効果を利用するＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）とＲＳＯＡ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）とを外部共振器構造として構成した波長可変光源（ＰＬＣ−ＥＣＬ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｌａｓｅｒ））は、波長可変方式が簡単であって自体光信号変調特性にすぐれ、かつ低価格化可能性が高いという長所を有している。
【００５８】
ＰＬＣ−ＥＣＬ方式の波長可変光源の波長可変能は、熱光学効果を利用したＰＬＣの回折格子周期調整特性によって左右され、変調特性と光源の低価格化は、パッケージング構造と量産性とによって左右される。また、ＰＬＣ−ＥＣＬ波長可変光源の動作波長を外部入力光波長に同調させることができるならば、既存のＷＤＭ光通信用光源としてだけではなく、ＷＤＭ−ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式の加入者用光源として使用が可能であり、その活用範囲が画期的に拡大されうる。
【００５９】
本発明は、ＰＬＣ−ＥＣＬ方式の波長可変光源を具現するにおいて、波長可変機構の性能と安定性とを高め、光ファイバ付着光源として製作するとき、光源の性能と生産性とを高め、製作された波長可変光源がＷＤＭ光通信に適用されうるように、外部入力光波長と同じ波長で動作させる波長同調方法を提供する。
【００６０】
ＰＬＣ波長可変機構は、シリコン基板上部に形成された光導波路コア層と、コア層を覆い包んでいるクラッド層とから構成されており、光導波路に隣接して薄膜金属ヒータが配される。薄膜金属ヒータを使用して光導波路の温度を調整すれば、熱光学効果によって、光導波路の一部区間に形成された回折格子の周期が調整されることによって、ＥＣＬ波長が可変する原理を利用する。
【００６１】
本発明では、波長可変幅を広げ、可変された波長の安定度とＰＬＣの信頼度とを高めるために、温度調整幅が大きくありつつ、同時に温度安定度と信頼性との高い薄膜金属ヒータの構造と配置とを提供する。
【００６２】
ＰＬＣ−ＥＣＬ波長可変光源の性能は、単位機能部品であるＲＳＯＡ、ＰＬＣの性能にも左右されるが、ＲＳＯＡ及びＰＬＣ、ＰＬＣ及び付着光ファイバ（ｐｉｇｔａｉｌ  ｆｉｂｅｒ）間の光結合特性にも大きく左右される。特に、それら３部分の光結合−組み立てパッケージング過程の量産性は、波長可変光源の価格を決定する。本発明では、波長可変光源の性能を高めつつ、同時に量産性を高め、低価格化の可能なパッケージ構造を提示する。
【００６３】
ＷＤＭ−ＰＯＮのように大量の需要が予想されるＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ−Ｔｏ−Ｔｈｅ−Ｈｏｍｅ）では、加入者側（ＯＮＵ／ＯＮＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ  ｏｒ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）光源の発振波長が連結された物理的リンクによって動的に動作できるように、構成されねばならない。本発明では、別途の高価な光素子装置、例えば、波長監視器、波長ロッカ（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｌｏｃｋｅｒ）などなしに、基地局（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）の下向き（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）光信号波長に自動同調されて安定化され、上向き（ｕｐｓｔｒｅａｍ）光信号波長を出力できる波長可変光送信器の構造及びアルゴリズムを提示し、これを利用したＷＤＭ−ＰＯＮ構造を提示する。
【００６４】
以下では、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。以下の説明で、ある構成要素が他の構成要素の上部または下部に存在するといったり、あるいは他の構成要素に連結されると記述されるとき、それは、その構成要素が他の構成要素のすぐにその上またはその下に存在したり、または他の構成要素にじかに連結されうるが、その間に第三の構成要素が介在されもする。また、図面で各構成要素の厚さやサイズは、説明の便宜及び明確性のために省略されたり誇張され、図面上で同一符号は、同じ要素を指す。一方、使われる用語は、本発明を説明するための目的として使われただけであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。
【００６５】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の第１実施例による平板型光導波路（ＰＬＣ）素子の薄膜金属ヒータ部分に係る断面図及び正面図である。
【００６６】
図５Ａ及び図５Ｂを参照すれば、ＰＬＣ素子は、シリコン基板１１０；シリコン基板上の熱遮断膜１１３；熱遮断膜１１３表面の薄膜金属ヒータ１０３；下部クラッド層１１１、光導波路コア層１０１及び上部クラッド層１１２を具備した光導波路を備える。本実施例のＰＬＣ素子は、従来とは異なり、薄膜金属ヒータ１０３が下部クラッド層１１１の下部面に形成され、かつ下部クラッド層１１１と基板１１０との間に熱遮断膜１１３が形成される。
【００６７】
光導波路、特にコア層１０１の物質は、熱光学係数値の大きい物質が望ましい。一般的に、ポリマー系物質が使われ、不純物添加量と組成とによって、熱光学係数値は、（−０．７〜−３．４）×１０−４／Ｋ範囲を有する物質を使用することが望ましい。
【００６８】
本図面上では図示されていないが、シリコン基板１１０表面Ａの温度を一定に維持させるために、シリコン基板１１０の下部、またはクラッド層１１２の上部に、熱電冷却器（ＴＥＣ：Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｏｌｅｒ）素子が置かれうる。
【００６９】
熱遮断膜１１３の役割は、第一に、薄膜金属ヒータ１０３を物理的に支持し、第二に、薄膜金属ヒータ１０３からシリコン基板１１０に消費される熱電力を遮断させる。従って、熱遮断膜１１３の物質は、薄膜金属ヒータ１０３との結合力が良好でなければならず、薄膜金属ヒータ１０３からシリコン基板１１０への熱損失を減らすために、熱伝導率が十分に低くなければならない。薄膜金属ヒータ１０３の材質は、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）などを一般的に使用する。前記材質の金属は、ガラス材質との結合力にすぐれる。従って、前記２つの条件を充足させる物質として、Ｇｅ／Ｐ／Ｂなどが添加されたシリカ、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）、多孔性シリコン、ポリマーなどが望ましい。熱遮断膜の厚さＴｌａｙｅｒは、熱遮断膜の熱伝導率に反比例する。シリカあるいはＳＯＧ物質を熱遮断膜１１３として使用する場合に１０〜３０μｍ、多孔性シリコン物質を使用する場合に５〜２０μｍ、ポリマー物質を使用する場合に５〜２０μｍ範囲の厚さが望ましい。
【００７０】
図６は、図５ＡのＰＬＣ素子の薄膜金属ヒータ部分に係る垂直方向の温度分布についてのグラフであり、熱遮断膜１１３を使用する場合の薄膜金属ヒータ１０３上下領域の温度分布を例示している。ここで、シリコン基板１１０の温度は、ＴＥＣ冷却装置を介して一定の温度に維持される。
【００７１】
図６を参照すれば、光導波路コア層１０１領域近くでの温度勾配は、図４に例示された従来技術のＰＬＣの場合に比べ、無視するほどに小さい。これにより、本実施例のＰＬＣ素子は、熱光学効果による光導波路コア層領域の屈折率変化分布を均一にでき、それによって、熱光学素子としての性能を向上させることができる。また、薄膜金属ヒータに同一注入電流を通しても、従来のＰＬＣより大きい温度変化を誘発でき、消費電力面でも有利である。ここで、Ｔｓは基板の温度、Ｔｈはヒータの温度、そしてＴｃは上部クラッド層表面の温度を示す。
【００７２】
図７は、本発明の第２実施例によるＰＬＣ素子の薄膜金属ヒータ部分についての断面図である。
【００７３】
図７を参照すれば、本実施例のＰＬＣ素子は、薄膜金属ヒータ１０３の消耗電力を図５の構造に比べてさらに少なくするために、基板にトレンチ１１４を導入する。薄膜金属ヒータ１０３とシリコントレンチ表面までとの間の距離は、熱遮断膜１１３の厚さＴｌａｙｅｒ＋トレンチ１１４の厚さＤｔｒｅｎｃｈとなり、トレンチ１１４のない場合に比べて、トレンチ１１４の厚さＤｔｒｅｎｃｈほど距離が延長するために、熱損失を減らすことができ、それによって、薄膜金属ヒータ１０３の消耗電力を減らすことができる。
【００７４】
トレンチ１１４は、シリコン基板１１０をＫＯＨ溶液を利用したウェットエッチング法、あるいはプラズマイオンを利用したドライエッチング法などを介して形成されうる。トレンチ１１４の幅Ｗｔｒｅｎｃｈは、ヒータ１０３幅Ｗｈｅａｔｅｒより大きくなければならず、一般的に２倍以上が望ましい。トレンチ１１４の厚さＤｔｒｅｎｃｈは、熱遮断膜１１３平坦化工程で許容する範囲以内にしなければならず、５〜２０μｍ範囲が望ましい。
【００７５】
図９は、本発明の波長可変光源に適用される光軸整列の構成図であり、ＰＬＣ−ＥＣＬ型波長可変光源の光軸整列法を示している。
【００７６】
図９を参照すれば、ＰＬＣ−ＥＣＬ型波長可変光源は、ＲＳＯＡ  １５０と光結合レンズ４０９とから構成されたＲＳＯＡ部分４００；光導波路回折格子の内蔵されたＰＬＣ素子１００と光結合レンズ３４１とから構成されるＰＬＣ素子部分３００；付着光ファイバ１６０から構成される光ファイバ部分６００の３つの部分によって構成される。本図面は、光軸整列の説明を目的としており、光軸整列とは関係のない回折格子、位相調整領域などは図示していない。
【００７７】
波長可変光源に対するパッケージング要求条件である各光機能部品間の高い光結合効率確保と、各光機能部品間の微細光反射抑制とのために、図９の波長可変光源の各光機能部品の断面は、一定の角度でポリッシング（研磨）されるか、ＲＯＳＡの場合、傾斜配置される特徴を有する。
【００７８】
ＲＳＯＡ  １５０の傾斜配置角度θ１は、２．５〜４．５°間の値が望ましい。光結合レンズ４０９によって結合される光導波路コア層１０１の入力面３０８の角度θ２は、５〜１０°範囲の値が望ましい。入力面３０８の反対に位置する光導波路コア層の出力面３０９の角度θ３、及び光ファイバ断面６０１の角度θ４も５〜１０°範囲の値が望ましい。
【００７９】
ＲＳＯＡ  １５０の前面出射面１５２は、反射を減らすために、無反射（ＡＲ：Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングされる。前記ＡＲコーティング値は、０．１％以下が望ましく、さらに望ましくは、０．０１％以下でありうる。また、前面出射面１５２と反対になる背面出射面１５３は、高反射（ＨＲ：Ｈｉｇｈ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングされる。前記ＨＲコーティング値は、３０％以上が望ましい。ＲＳＯＡ  １５０の前面出射面１５２側の共振器（図示せず）には、ＰＬＣの光導波路コア層１０１との効率的な光結合のために、モードサイズ変換器が集積されうる。また、前面出射面１５２の残留反射率を下げるために、共振器が前面出射面１５２に対して垂直から５〜８°傾きうる。ＰＬＣ−ＥＣＬ型波長可変光源でのＲＳＯＡ  １５０の機能は、半導体光利得媒質であるので、これは、一般的なＲ−ＬＤで代替可能であることはいうまでもない。ＲＳＯＡとＲ−ＬＤとの違いは、偏光に対する利得差の大小に過ぎないので、本発明では前述のように、ＲＳＯＡとＲ−ＬＤとをＲＳＯＡと通称する。
【００８０】
図１０は、本発明の第３実施例による波長可変光源についての図面であり、図９で提示した光軸整列法を使用した波長可変光源の構造を示している。ここで、ＰＬＣモールディング組み立て体３２０は、図面の理解を助けるために、図９の光軸を基準に９０°回転して図示されている。
【００８１】
図１０を参照すれば、本実施例の波長可変光源は、ＲＳＯＡ部分４００、ＰＬＣ素子部分３００、及び光ファイバ部分６００を含む。かような波長可変光源の各部分は、個別的にパッケージングされてそれぞれのハウジングに実装され、図９で説明したように、各ハウジングが光軸整列を介して結合される構造によって構成される。以下、図１１Ａないし図１４Ｄを介して、ＲＳＯＡ部分４００とＰＬＣ素子部分３００とについてさらに詳細に説明する。
【００８２】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、図１０の波長可変光源のＲＳＯＡ部分についての側面図及び正面図である。理解の便宜のために、図１０を共に参照しつつ説明する。
【００８３】
図１１Ａを参照すれば、ＲＯＳＡ部分４００は、まずＴＯパッケージ４０１にＴＥＣ  ２０２とサーミスタ２０５とが付着されており、ＴＥＣ  ２０２上には、ＲＳＯＡ  １５０とモニタリング光検出器４０６とが付着されうるように、ペデスタル（ｐｅｄｅｓｔａｌ）４０４が付着される。ペデスタル４０４の材質は、セラミック、タングステン化銅（ＣｕＷ）など、熱伝導率の良好な物質から製作されうる。
【００８４】
ＴＯパッケージ４０１とＴＥＣ  ２０２との間には、両者の熱膨張係数差を緩衝させることができるＣｕＷ材質のＴＥＣ支持台（図示せず）が挿入されうる。前記ペデスタル４０４の角度θ５は、図９のθ１値と同じであり、２．５〜４．５°間の値が望ましい。角度θ６は、反射を防止するために、１２〜１５°範囲の値が望ましい。
【００８５】
ＲＳＯＡ  １５０とモニタリング光検出器４０６は、それぞれサブマウント４０５，４０７に付着されてペデスタル４０４に付着される。ＴＯパッケージ４０１は、リードピン（ｌｅａｄ  ｐｉｎ）４１０が備わっており、ＲＳＯＡ  １５０、サーミスタ２０５、ＴＥＣ  ２０２、及びモニタリング光検出器４０６がボンディング・ワイヤ２０８を介してリードピン４１０に連結され、かようなＴＯパッケージ４０１は、キャップ４０２と光結合レンズ４０９とによって気密シーリング（ｈｅｒｍｅｔｉｃ  ｓｅａｌｉｎｇ）される。
【００８６】
ＲＳＯＡ部分４００は、ＰＬＣ素子部分３００のＳＵＳ（Ｓｕｐｅｒ  Ｕｓｅｄ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｓｔｅｅｌ）ハウジング３３０とレーザウェルディング用ＳＵＳスリーブ（ｓｌｅｅｖｅ）４０３とを利用して、レーザウェルディングされて接合される。光結合レンズ４０９は、ボール（ｂａｌｌ）レンズ、非球面（ａｓｐｈｅｒｉｃ）レンズなどが使われうる。
【００８７】
ＰＬＣ素子部分３００は、ＲＳＯＡ部分４００と光結合レンズ４０９によって光結合され、また光結合レンズ３４１によって、付着光ファイバ１６０とも光結合される。ＰＬＣ素子部分３００は、レンズホルダ３４０とＳＵＳスリーブ６０３とを介して、レーザウェルディング法を使用して光ファイバ部分６００と接合される。付着光ファイバ１６０は、金属光ファイバフェルール（ｆｅｒｒｕｌｅ）６０２内に実装され、熱硬化エポキシ樹脂によって固定される。各部分の光整列及び接合順序は、ＰＬＣ  ＳＵＳハウジング３３０と付着光ファイバ１６０側のレンズホルダ３４０との結合、ＳＵＳスリーブ６０３を使用したレンズホルダ３４０と光ファイバ１６０との結合、そしてＳＵＳスリーブ４０３を使用したＰＬＣ  ＳＵＳハウジング３３０とキャップ４０２との結合順に進められる。
【００８８】
図１１Ｂを参照すれば、ＴＯパッケージ４０１のリードピン４１０がボンディング・ワイヤ２０８を介して、それぞれのＲＳＯＡ  １５０、サーミスタ２０５、ＴＥＣ  ２０２、及びモニタリング光検出器４０６に連結されていることが分かる。
【００８９】
図１２Ａないし図１２Ｃは、図１０の波長可変光源のＰＬＣ素子部分についての上面図及び断面図であり、ＰＬＣモールディング組み立て体３２０部分をさらに詳細に示す。ここで、図１２Ｂ及び図１２Ｃは、図１２ＡのＩ−Ｉ’（図１２Ｃ）及びＩＩ−ＩＩ’（図１２Ｂ）に沿って切り取った断面図である。
【００９０】
図１２Ａないし図１２Ｃを参照すれば、ＰＬＣモールディング組み立て体３２０は、波長可変領域、すなわち、回折格子１０２の形成された光導波路コア層１０１を含むＰＬＣ素子１００と、ＰＬＣ素子１００表面に配されたサーミスタ２０５とが高さ調整用ブロック３０３を真ん中に置いてリードフレーム（ｌｅａｄ  ｆｒａｍｅ）３０１上に組み立てられており、各部品のパッドとリードとの間は、ボンディング・ワイヤ２０８を介して連結された後、熱硬化樹脂、あるいはエポキシ３０２によってモールディングされている構造である。
【００９１】
本図面に図示されたモールディング形態は、説明の便宜のための例示的な形態に過ぎず、多様なモールディング形態が可能であることはいうまでもない。図１２ＢのＰＬＣモールディング組み立て体３２０の入力面３０８（図９）及び出力面３０９（図９）は、θ２、θ３の角度を有する傾斜研磨面３１０に沿って、光導波路コア層１０１が露出されるまで研磨することによって得られる。前記研磨角度θ２とθ３は、５〜１０°範囲の値が望ましい。ここで、図１２ＡのＢ点線は、研磨面の上部及び下部の水平間隔差を示している。モールディング及び研磨が完了した後、リードフレーム３０１の両端金属連結部を切断して除去すれば、最終ＰＬＣモールディング組み立て体３２０が完成する。
【００９２】
図１３は、図１２ＡのＰＬＣモールディング組み立て体がＳＵＳハウジングに装着される様子を示す斜視図である。
【００９３】
図１３を参照すれば、ＰＬＣ素子部分３００は、ＰＬＣモールディング組み立て体３２０が、ＴＥＣ  ２０２及びヒートシンク（ｈｅａｔ  ｓｉｎｋ）３３１と共に、ＳＵＳハウジング３３０に挿入された形態を有する。ヒートシンク３３１は、ＣｕまたはＣｕＷの材質から製作され、半円状の断面を有することによって、ＴＥＣ  ２０２で発生する熱をＳＵＳハウジング３３０に伝達する機能を有する。ＰＬＣモールディング組み立て体３２０、ＴＥＣ  ２０２及びヒートシンク３３１は、ソルダ（ｓｏｌｄｅｒ）または熱伝導性エポキシによって組み立てられ、ＴＥＣ  ２０２のリードは、リードフレーム３０１の未使用（ｕｎｕｓｅｄ）リードに連結される。
【００９４】
図１４Ａないし図１４Ｄは、本発明の第４実施例による図１０の波長可変光源に適用されうる他の構造のＰＬＣ素子についての上面図及び断面図である。ここで、図１４Ｂないし図１４Ｄは、図１４ＡのＰＬＣ素子のＩＩＩ−ＩＩＩ’（図１４Ｂ）、ＩＶ−ＩＶ’（図１４Ｃ）、及びＶ−Ｖ’（図１４Ｄ）に沿って切り取った断面図である。
【００９５】
図１４Ａを参照すれば、本実施例のＰＬＣ素子は、図１２と図１３とのＰＬＣ素子１００が熱硬化樹脂によってモールディングされた構造とは異なり、ＰＬＣ素子１００がミニＤＩＬ（ｍｉｎｉ−ＤＩＬ（Ｄｕａｌ−Ｉｎ−Ｌｉｎｅ））またはバタフライ（ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ）型のような完全密閉型ミニバタフライ・パッケージ５００構造内部に、ＴＥＣ  ２０２並びにサーミスタ２０５共に、ボンディング・ワイヤ２０８を介してリード５０５にボンディングされて内蔵された構造を有する。ＲＳＯＡ  １５０及び付着光ファイバ１６０と光結合されるために、透明ウインドー５０１，５０２がミニバタフライ・パッケージ５００に付着されており、かような透明ウインドー５０１，５０２は、反射を減らすためにＡＲコーティングされることもある。ＲＳＯＡ  １５０及び光ファイバ１６０とのレーザウェルディングによる組み立てのために、透明ウインドー５０１，５０２がある両端に、円筒形フランジ（ｆｌａｎｇｅ）５０４が備わっており、フランジ５０４の材質は、コバール（ｋｏｖａｒ）またはＳＵＳになりうる。
【００９６】
以下では、本発明の一実施例によるＯＮＵに搭載され、外部入力光波長に自動同調される波長可変光伝送器を有するＷＤＭ−ＰＯＮシステム、その波長可変光伝送器構造、及びその波長可変光伝送器での入力波長による初期化及び安定化の動作手順について説明する。
【００９７】
図１５は、本発明の第５実施例によるＯＮＵに波長可変光伝送器を搭載した、上向き／下向き同一波長伝送ＷＤＭ−ＰＯＮについての構造図である。
【００９８】
図１５を参照すれば、ＷＤＭ−ＰＯＮリンク構造は、大きく見て、中央基地局（ｃｅｎｔｒａｌ  ｏｆｆｉｃｅ）側に置かれる基地局送信端（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）７００、加入者側の加入者網（ＯＮＵ／ＯＮＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ  ｏｒ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）９００、及び屋外ノード（ＲＮ：Ｒｅｍｏｔｅ  Ｎｏｄｅ）８００を有する。ＯＬＴ  ７００とＲＮ  ８００と間は、単芯（ｓｉｎｇｌｅ  ｃｏｒｅ）のフィーダ（ｆｅｅｄｅｒ）光ファイバ７１６で連結され、ＲＮ  ８００とＯＮＵ／ＯＮＴ  ９００との間は、分配（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）光ファイバ８１７で連結される。
【００９９】
下向き光信号は、ＯＬＴ  ７００内の基準光波長光源、すなわち広域光源（ＢＬＳ：Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  Ｓｏｕｒｃｅ）７１３から、光サーキュレータ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ）７１４、ＷＤＭ多重化／逆多重化機能のＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）７１５、ＯＬＴ用光送信器７１１、ＡＷＧ  ７１５、及び光サーキュレータ７１４を経て、フィーダ光ファイバ７１６を介してＲＮ  ８００のＡＷＧ  ８１５に伝えられ、さらに分配光ファイバ８１７を介して、ＯＮＵ／ＯＮＴ  ９００内の１ｘ２光カプラ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｕｐｌｅｒ）９２０を経て、最終的にＯＮＵ用光送信器９２１及び光受信器９２２に伝えられる。
【０１００】
ここで、下向き及び上向きの光信号について、動作波長の概念もって簡単に説明すれば、ＯＬＴ用光送信器７１１がＷＤＭ逆多重化されたＢＬＳ  ７１３の波長に自動同調された動作波長をもって下向き信号を送信すれば、ＯＮＵ用光受信器９２２が下向き光信号受信を行うと同時に、下向き光信号の一部がＯＮＵ用光送信器９２１の動作波長を自動同調させ、それによって、ＯＮＵ用光送信器９２１が下向き光信号に自動同調された動作波長をもって上向き光信号を送信することになる。
【０１０１】
上向き光信号は、前述の下向き光信号と反対方向に伝えられる。すなわち、ＯＬＴ用光送信器７１１の下向き光信号波長に自動同調された動作波長を有する上向き光信号は、ＯＮＵ用光送信器９２１から１ｘ２光カプラ９２０、分配光ファイバ８１７、ＲＮ  ８００のＡＷＧ  ８１５、フィーダ光ファイバ７１６、光サーキュレータ７１４、ＡＷＧ  ７１５を経て、ＯＬＴ用光受信器７１２に伝えられる。
【０１０２】
従って、本実施例によるＷＤＭ−ＰＯＮリンク構造は、外部入力光波長に自動同調される波長可変光伝送器をＯＬＴ、ＯＮＵの光送信器に適用することによって、上向き／下向き同一波長伝送のＷＤＭ−ＰＯＮ具現を可能にし、それによって、複雑なＷＤＭ波長管理機構や高価な単一波長光源に係るインベントリ管理が不要であり、簡単であって経済的なＦＴＴＨ実現を可能にする。
【０１０３】
一方、ＯＬＴ  ７００のＢＬＳ  ７１３は、通信波長帯域を含む光帯域の光を出力する光源（ｓｏｕｒｃｅ）であり、ＬＥＤ（Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源、高輝度発光ＬＥＤなどが主に使われるが、分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ−Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）アレイ、ファイバリング・レーザ（ｆｉｂｅｒｒｉｎｇ  ｌａｓｅｒ）のように、単一波長が多数集積された光源も使用できる。
【０１０４】
また、前記屋外ノード（ＲＮ）は、光パワースプリッタ（ｓｐｌｉｔｔｅｒ）をさらに有し、時間分割多重化（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式を介し、それぞれの光波長を多数のＯＮＵ／ＯＮＴ  ９００に共有させられる。すなわち、ＴＤＭ方式を適用し、光信号を処理してＯＮＵ／ＯＬＴ  ９００に分配することによって、それぞれの光信号を多数の低速データ加入者に分配できる。
【０１０５】
図１６は、本発明の第６実施例による図１５のＷＤＭ−ＰＯＮに搭載される、外部入力光波長に発振波長が自動同調される波長可変光伝送器に係る構造図である。
【０１０６】
図１６を参照すれば、本実施例による外部入力光波長に自動同調される波長可変光伝送器は、図１０で説明した波長可変光源（ＰＬＣ−ＥＣＬ）１７０、２ｘ２光カプラ７３２、光パワーモニタ７３１、及び波長可変制御部（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｔｕｎｉｎｇ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｕｎｉｔ）７４０を備える。ここで、光パワーモニタ７３１は、上向き及び下向き光信号の出力光パワーを検出し、波長可変制御部７４０は、光パワーモニタ７３１の信号を入力され、ＰＬＣ−ＥＣＬ  １７０の各機能領域に供給される電流を制御する。
【０１０７】
かかる波長可変光伝送器がＷＤＭ−ＰＯＮに使われる場合、図１５のＯＮＵ／ＯＮＴ  ９００構成で、１ｘ２光カプラ９２０を２ｘ２光カプラ７３２に替え、２ｘ２光カプラ７３２の上向き側追加ポートに光パワーモニタ７３１を付加し、下向き側の余分ポートに光受信器９２２を接続して利用でき、それにより、図１６の波長可変光伝送器の全体構造がＯＮＵ／ＯＮＴ  ９００の光送受信器として機能を行える。
【０１０８】
一方、かような波長可変光伝送器は、ＯＮＵ／ＯＮＴ  ９００だけではなく、ＯＬＴの光送信器に利用できることはいうまでもない。しかし、このときの波長可変伝送器の送信光波長は、ＢＬＳ  ７１３の光波長に同調されねばならず、それに合う光カプラが採用されねばならないことはいうまでもない。
【０１０９】
前述のように、ＰＬＣ−ＥＣＬ  １７０の動作原理は、ＰＬＣ素子１００の回折格子（Ｂｒａｇｇ−ｇｒａｔｉｎｇ）１０２を利用して反射波長帯域を形成し、外部共振（ＥＣＬ）モードのうち、回折格子の反射波長帯域と一致する波長のみを発振させる。発振波長を選択する回折格子１０２の周期は、温度に対する光導波路物質の屈折率変化（熱光学効果）を利用して調節が可能であるので、回折格子制御電流（ｇｒａｔｉｎｇ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｃｕｒｒｅｎｔ）ＩＧを介して温度制御を行うことによって、発振波長が可変する光送信器を具現できる。一方、位相調節領域１０８に印加される位相制御電流（ｐｈａｓｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｃｕｒｒｅｎｔ）ＩＰＣを介して温度制御を行うことによって、外部共振モードを微細に調節でき、それにより、発振スペクトルのＳＭＳＲ（Ｓｉｄｅ−Ｍｏｄｅ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ）、出力パワーなどを調節できる。すなわち、ＩＧを介した回折格子１０２の反射波長調整機能及び波長反射特性がＰＬＣ  １００の光導波路コア層１０１の両端に対称的に示される特性を利用し、外部入力光波長に自動同調される波長可変光送信器を具現できる。
【０１１０】
図面を参照しつつ簡単に説明すれば、外部から入力される光信号は、２ｘ２光カプラ７３２を介して波長可変機能領域１０７に入力され、回折格子１０２は、ＩＧの値によって入力された光信号を選択的に反射させる。このとき、回折格子１０２の反射波長帯域が入力された光波長と一致すれば、入力された光信号のほとんどが反射され、２ｘ２光カプラ７３２を経て光パワーモニタ７３１に入力される。光パワーモニタ７３１は、入力された光信号のサイズに対応する光パワーモニタリング電流（ｐｏｗｅｒ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ）ＩＭを波長可変制御部７４０に伝達する。
【０１１１】
発振波長初期化過程で波長可変制御部７４０は、回折格子１０２の反射波長帯域を可変させ、ＩＭが最高値を有するＩＧ値を決定できる。このとき、決定されたＩＧ値による回折格子１０２の反射波長帯域によって、ＰＬＣ−ＥＣＬ  １７０の発振波長が決定されるので、ＰＬＣ−ＥＣＬ  １７０の出力光波長は、自動的に入力光波長と一致することになる。また、自動同調されて固定されたＩＧ値によるＰＬＣ−ＥＣＬ  １７０の光出力は、２ｘ２光カプラ７３２によって、一部が光パワーモニタ７３１に入力され、ＩＭが波長可変制御部７４０に入力される。波長可変制御部７４０は、継続的にＩＭを監視し、ＰＬＣ−ＥＣＬ  １７０の光出力が最大になるように、すなわち、ＩＭが最大になるように、ＩＰＣを制御することによって、発振される光波長を安定的に維持させることができる。
【０１１２】
図１７は、図１６の波長可変光伝送器で、外部入力波長に対して発振波長を同調させる過程を示すフローチャートである。以下、理解の便宜のために、図１６を参照しつつ、波長可変制御部７４０を介して波長初期化及び安定化の機能を遂行する動作手順について簡略に説明する。
【０１１３】
図１７を参照すれば、まず波長可変制御部７４０は、入力された光波長に一致するＩＧを決定するために、ＲＳＯＡ制御電流（ＲＳＯＡ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｃｕｒｒｅｎｔ）ＩＲＳＯＡを遮断（オフ）する（Ｓ１１０）。電源が遮断された状態でＩＧをスキャニングし（Ｓ１２０）、ＩＭが最大であるか否かを判断する（Ｓ１３０）。ＩＭが最大である場合のＩＧ値を固定することによって（Ｓ１４０）、入力光波長に対して回折格子１０２の反射波長を調整する初期化が完了する（Ｓ１００）。
【０１１４】
波長初期化段階（Ｓ１００）が完了し、波長安定化段階（Ｓ２００）に進むことになる。波長安定化段階（Ｓ２００）は、ＩＲＳＯＡを投入、すなわちＩＲＳＯＡをオンにしてＰＬＣ−ＥＣＬ  １７０を動作させる（Ｓ２１０）、その後、ＩＭが最大になる値にＩＰＣを制御する（Ｓ２２０）。このとき、ＩＰＣ制御は、ディザリング（ｄｉｔｈｅｒｉｎｇ）方式で行われ、ＩＰＣ制御を介してＩＭが最大であるか否かを判断した（Ｓ２３０）後、ＩＭが最大になった場合のＩＰＣを固定することによって（Ｓ２４０）、波長安定化を達成する。一方、波長安定化のためのＩＰＣが設定されたとしても、一定時間後には波長安定化制御ループ（ｌｏｏｐ）を再開し、持続的に波長安定化過程を行うことによって、高品質の出力及び波長の光信号を維持し、光信号伝送の信頼性を確保することができる。
【０１１５】
以上、本発明について図面に図示された実施例を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者ならば、それらから多様な変形及び均等な他実施例が可能であるという点を理解することが可能であろう。よって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明で提示したＰＬＣ−ＥＣＬ型波長可変光源の製作と応用とにおいて、波長可変機構の性能と安定性との改善、光源のパッケージング性能と量産性との改善、及び光源のＷＤＭ−ＰＯＮ適用に対する初期化及び安定化の機能付加を提供する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
2010512016.tif 000031
2010512016.tif 000032