(57)【要約】【課題】  光学部品の部品点数が少なく、光ファイバを取り回すための空間が小さい半導体光モジュールを提供する。【解決手段】  半導体光モジュールが、光入力部と光出力部とを一の端面に有する半導体光素子と、入力光ファイバから光を入射させる光入力ポートと、出力光ファイバに光を出射させる光出力ポートと、光入力ポートと光入力部との間、及び光出力ポートと光出力部との間に設けられた光アイソレータとを含む。光入力ポートと光出力ポートとは、同一側面に設けられる。光入力ポートから入射した入射光は、光アイソレータを通って光入力部に入り、更に、光出力部から出た出射光が、光アイソレータを通って光出力ポートから出射する。【選択図】図１
2005106936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入力部と光出力部とを一の端面に有する半導体光素子と、
入力光ファイバから光を入射させる光入力ポートと、
出力光ファイバに光を出射させる光出力ポートと、
該光入力ポートと該光入力部との間、及び該光出力ポートと該光出力部との間に設けられた光アイソレータとを含み、
該光入力ポートと該光出力ポートとが、同一側面に設けられ、
該光入力ポートから入射した入射光が、該光アイソレータを通って該光入力部に入り、更に、該光出力部から出た出射光が、該光アイソレータを通って該光出力ポートから出射することを特徴とする半導体光モジュール。
【請求項２】
上記光アイソレータが、少なくともファラデー回転子と復屈折結晶とを含み、上記入射光と上記出射光の双方に対してアイソレーションを行なう一の光アイソレータからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体光モジュール。
【請求項３】
上記光アイソレータが、上記入射光と上記出射光の、双方の光軸上にある、一の光アイソレータからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体光モジュール。
【請求項４】
上記光アイソレータが、偏波依存型の光アイソレータからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体光モジュール。
【請求項５】
上記光アイソレータが、偏波無依存型の光アイソレータからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体光モジュール。
【請求項６】
上記半導体素子は、上記光入力部から入った光が上記端面と対向配置される他の端面又はその近傍で反射され、上記光出力部から出ることを特徴とする請求項１に記載の半導体光モジュール。
【請求項７】
更に、上記入力光ファイバと上記出力光ファイバとが略平行になるようにフェルールに固定された光入出力手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体光モジュールに関し、特に、光入力ポートと光出力ポートとが同一側面に設けられた半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光入力／出力ポートを備えた半導体光モジュールでは、半導体光モジュールに含まれる半導体素子を挟んで対向する位置に、入力光ファイバと出力光ファイバとが取り付けられている。また、入力光ファイバと半導体素子との間、出力光ファイバと半導体素子との間には、ビームパターンサイズを一致させるための光学部品が、それぞれ別個に設けられている（例えば、非特許文献１、２）。
【非特許文献１】N. Okada et al. "40Gbit/s Electroabsorption Modulator Module with Driver IC Integrated in a Single Package", OFC 2003, Vol. 2, pp.760-761 (2003)
【非特許文献２】八田竜夫：超高速半導体光変調器およびフォトダイオードの実装と特性、光技術コンタクト、８月号、pp.12-19 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の半導体光モジュールでは、半導体素子の両側に光学部品を設けるため、素子構造が複雑になるとともに、製造コストも高くなっていた。
また、光ファイバは許容できる曲げ半径が決まっているため、半導体光モジュールの両側に、光ファイバを取り回すための空間が必要であった。
【０００４】
そこで、本発明は、光学部品の部品点数の低減が可能で、光ファイバの取り回し空間を小さくできる半導体光モジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、光入力部と光出力部とを一の端面に有する半導体光素子と、入力光ファイバから光を入射させる光入力ポートと、出力光ファイバに光を出射させる光出力ポートと、光入力ポートと光入力部との間、及び光出力ポートと光出力部との間に設けられた光アイソレータとを含む半導体光モジュールである。光入力ポートと光出力ポートとは、同一側面に設けられる。光入力ポートから入射した入射光は、光アイソレータを通って光入力部に入り、更に、光出力部から出た出射光が、光アイソレータを通って光出力ポートから出射する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明にかかる半導体光モジュールでは、光学部品の構造を簡略化でき、製造コストの低減が可能となる。また、半導体光モジュールの小型化も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される、本実施の形態にかかる半導体光モジュールの概略図である。半導体光モジュール１００は、半導体素子１０を含む。半導体素子１０は、例えば、光増幅素子や光変調素子からなる。半導体素子１０は、同一端面に設けられた光入力部１１と光出力部１２を有する。半導体光モジュール１００は、半導体素子１０に隣接した、光アイソレータ２０を含む。更に、半導体光モジュール１００は、一の側面に設けられた光入力ポート３１と光出力ポート３２とを含む。光入力ポート３１、光出力ポート３２には、それぞれ入力光ファイバ４１、出力光ファイバ４２が接続できるようになっている。
【０００８】
図１に示すように、光入力ポート３１を介して入力光ファイバ４１から入射した信号光１は、光アイソレータ２０を通って、半導体素子１０の光入力部１１に入る。半導体素子１０で、変調や増幅された光信号１は、光入力部１１と同一端面に設けられた光出力部１２から出る。光出力部１１から出た信号光１は、再度、光アイソレータ２０を通った後、光出力ポート３２から出て、出力光ファイバ４２に入る。ここでは、光アイソレータ２０として偏波依存型光アイソレータを用いるが、後述のように、偏波無依存型光アイソレータを用いても構わない。
【０００９】
図２は、偏波依存型の光アイソレータ２０の構造を示す概略図である。光アイソレータ２０は、透過軸が４５°傾いた２つ偏光子からなる第１復屈折結晶２２と第２復屈折結晶２３の間に、回転角が４５°のファラデー回転子２１を挿入した構造となっている。
第１復屈折結晶２２、第２復屈折結晶２３は、例えば平行平板の復屈折結晶からなる。また、ファラデー回転子２１には、ファラデー回転子２１に磁界を印加する磁石も含まれる。図２に示すように、例えば、光入力ポート３１から入射した信号光１は、第１復屈折結晶２２に左側から入る。第１復屈折結晶２２を通過した信号光１は、ファラデー回転子２１を透過した後、第２復屈折結晶２３を通って光入力部１１から半導体素子１０に入る。なお、光アイソレータ２０は、光入力ポート３１と光入力ポート１１とにおけるビームパターンサイズ、光出力ポート３２と光出力ポート１２とにおけるビームパターンサイズを一致させるレンズを含んでもよい。
【００１０】
次に、図３を参照しながら、本実施の形態にかかる半導体光モジュール１００に含まれる偏波依存型光アイソレータ２０の動作について説明する。
図３は、入力光ファイバ４１から入射した信号光１が、半導体素子１０に伝播する場合の動作を示す。図３において、（ａ１）、（ｂ１）、（ｃ１）は半導体素子１０への入射光の、（ａ２）、（ｂ２）、（ｃ２）は半導体素子１０からの出射光の、光軸に略垂直な平面における電界の向きを示す。
なお、（ａ１）、（ａ２）は第１復屈折結晶２２を通過後、（ｂ１）、（ｂ２）は、ファラデー回転子２１を通過後、（ｃ１）、（ｃ２）は第２復屈折結晶２３を通過後の、光の電界の向きである。また、図３中、丸印（○）は、光入力ポート３１の位置（光ファイバ４１のアライメント位置）を、四角印（□）は、光入力部１１の位置を、それぞれ示す。
【００１１】
まず、入力光ファイバ４１から無偏光な光が入射すると、第１復屈折結晶２２において、常光Ｓ１と異常光Ｓ２に分離され、第１復屈折結晶２２の出力端で異なる場所から出射する（図３（ａ１））。ここでは、光入力ポート３１の位置（○）にあるのが常光Ｓ１、光入力ポート３１の位置からずれているのが異常光Ｓ２である。
【００１２】
次に、ファラデー回転子２１で、常光Ｓ１、異常光Ｓ２の電界の向きが４５°同一方向に回転し、第２復屈折結晶２３に入力する（図３（ｂ１））。
【００１３】
第２復屈折結晶２３において、常光Ｓ１と異常光Ｓ２とが更に分離され、異なる場所から出射される。
【００１４】
従って、必要とされる偏光（ここでは常光Ｓ１）に対して、半導体素子の光軸（光入力部１１の位置）を調整することにより、特定の偏光のみ通過させることができる（図３（ｃ１））。
【００１５】
続いて、逆方向伝播について説明する。ここでは、順方向として常光が通過できるように、光軸（光入力部１１の位置）が調整されている場合について述べる。
【００１６】
半導体素子の光入力部１１から逆方向に伝播した光は、第２復屈折結晶２３を通って、常光Ｓ１、異常光Ｓ２に分離される（図３（ｃ２））。
【００１７】
次に、ファラデー回転子２１で、常光Ｓ１、異常光Ｓ２の偏光の向きが４５°同一方向に回転し、第１復屈折結晶２２に入力する（図３（ｂ２））。
【００１８】
第１復屈折結晶２２で、常光Ｓ１と異常光Ｓ２とが更に分離され、異なる場所から出射する（図３（ａ２））。
【００１９】
図３（ａ１）と、図３（ａ２）とを比較すると、光アイソレータ２０は、常光Ｓ１のみを分離して入射させる一方、光入力部１１における反射光のような逆方向の光を光入力ポート３１に戻さず、光アイソレータとして有効に機能していることがわかる。
【００２０】
続いて、図４には、半導体素子１０の光出力部１２から出た光が、出力光ファイバ４２に伝播する場合の動作を示す。図４においても、上述の図３と同様に、（ａ１）、（ａ２）は第１復屈折結晶２２を通過した後、（ｂ１）、（ｂ２）は、ファラデー回転子２１を通過後、（ｃ１）、（ｃ２）は第２復屈折結晶２３を通過後の、光軸に略垂直な平面における、光の電界の向きを示す。また、図４中、丸印（○）は、光出力ポート３２の位置（光ファイバ４２のアライメント位置）を、四角印（□）は、光入力部１２の位置を、それぞれ示す。
【００２１】
光入力部１２から出た光は、第２復屈折結晶２３を通って常光Ｓ１と異常光Ｓ２に分離され（図４（ｃ１））、続いてファラデー回転子２１により、電界の向きが同一方向に４５°回転し（図４（ｂ１））、更に、第１復屈折結晶２２を通る（図３（ａ１））。この結果、常光Ｓ１のみが光出力ポート３２に入射し、出力光ファイバ４２から出射される。
【００２２】
一方、逆方向の伝播では、第１復屈折結晶２２を通って常光Ｓ１と異常光Ｓ２に分離された光（図４（ａ２））は、ファラデー回転子２１により電界の向きが同一方向に４５°回転し（図４（ｂ２））、更に、第２復屈折結晶２３を通る（図４（ｃ２））。第２復屈折結晶２３を透過した光は、常光Ｓ１、異常光Ｓ２ともに、光出力ポート３２から離れた位置に出射される。
【００２３】
この結果、光入力部１２から出た信号光に対しても、有効な光アイソレーションが得られることがわかる。
【００２４】
図５は、偏波依存型の光アイソレータ２０の光路図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図を示す。図５中、図２と同一符号は同一又は相当箇所を示し、また、実線は順方向の光路を、破線は逆方向の光路をそれぞれ示す。
図３、４を用いて説明したように、順方向の常光Ｓ１（水平）に光軸を合わせた場合、逆方向の常光Ｓ１は、かかる光軸から離れた場所から出力される（図５（ａ）参照）。即ち、偏波依存型の光アイソレータ２０は、常光Ｓ１のみを分離して入射させる一方、反射光のような逆方向の光を光軸から外し、光アイソレータとして機能する。よって、光学部品を共有した双方向の光アイソレーションが可能となる。
なお、光アイソレータ２０は、半導体素子の入力側、出力側のいずれにおいても、図５に示すように、光をアイソレーションできる。
【００２５】
このように、半導体光モジュール１００では、一つの光アイソレータ２０を用いて、半導体素子１０への入射光、出射光ともにアイソレーションを行なうことができる。このため、半導体光モジュール１００に含まれる光学部品を減らし、製造コストの低減が可能となる。
【００２６】
なお、このような偏波依存型の光アイソレータを用いることにより、後述する偏波無依存型の光アイソレータを用いるよりも光学部品の部品点数を少なくでき、低コスト化を図ることができる。
【００２７】
図６は、半導体光モジュール１００に光ファイバを接続するための光入出力手段の斜視図である。図１のように、入力光ファイバ４１と出力光ファイバ４２とを別々に接続する代わりに、入力光ファイバ４１と出力光ファイバ４２とが略平行になるようにフェルール４３に固定された光入出力手段４２を用いて接続しても構わない。
かかる光入出力手段４０を用いることにより、信号光の入出力手段を小型化でき、半導体光モジュール１００の小型化が可能となる。
【００２８】
図７は、半導体光モジュール１００に含まれる半導体素子１０の概略図である。半導体素子１０は、光入力部１１、光出力部１２が設けられた半導体基板１５を含む。半導体基板１５には、光増幅部や光変調部のような機能部１４が設けられている。光入力部１１、光出力部１２と機能部１４との間は、光導波路１３により接続されている。
半導体素子１０では、光入射部１１から入射した光が、光入力部１１及び光出力部１２が設けられた第１端面１７と対向する第２端面１８の反射点１６で反射され、光出力部１２から出射するようになっている。第２端面１８の上には、光反射膜を設けても構わない。
【００２９】
なお、ここでは、光入力部１１から入った光を、第２端面１８で反射させて光出力部１２に導いているが、例えばループ状の光導波路を用いる等他の手段を用いても構わない。
【００３０】
このように、本実施の形態にかかる半導体光モジュール１００では、半導体素子１０への入射光／出射光の双方が、１つの光アイソレータ２０でアイソレーションできる。この結果、アイソレーションに用いる光学部品の点数が低減でき、半導体光モジュール１００の小型化、低コスト化が可能となる。
【００３１】
また、本実施の形態にかかる半導体光モジュール１００では、入力光ファイバ４１と出力光ファイバ４２とが、同一側面（端面）に接続されるため、これらのファイバを取り回すための空間を、従来構造より小さくできる。
【００３２】
実施の形態２．
本実施の形態では、半導体光モジュール１００の光アイソレータ２０として、偏波無依存型光アイソレータを用いる場合について説明する。
図８（ａ）、（ｂ）は、偏波無依存型の光アイソレータ２０の構造図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図を示す。光アイソレータ２０は、第１復屈折結晶６１と第２復屈折結晶６４の間に、第１ファラデー回転子６２と第１半波長板６３が挿入され、更に、第２復屈折結晶６４と第３復屈折結晶６７の間に、第２半波長板６５と第２ファラデー回転子６６が挿入され構造となっている。
なお、光アイソレータ２０は、更に、レンズを含んでもよい。
【００３３】
第１復屈折結晶６１、第２復屈折結晶６４、第３復屈折結晶６７は、例えば平行平板の復屈折結晶からなる。第１復屈折結晶６１と第２復屈折結晶６４との常光光学軸は直交するように配置され、一方、第１復屈折結晶６１と第３復屈折結晶６７との常光光学軸は平行となるように配置される。また、第１ファラデー回転子６２、第２ファラデー回転子６６は、偏光が、４５°の角度で、同一方向に回転するように配置されている。更に、第１半波長板６３、第２半波長板６５は、それぞれ、光学軸が互いに直交する、２枚の半波長板を上下に重ねた構造となっている。後述するように、常光と異常光とが上下方向に分離され、上下に重ねた半波長板のそれぞれに入射する。
【００３４】
次に、図９、１０を参照しながら、本実施の形態にかかる、偏波無依存型光アイソレータの動作について説明する。
図９、１０は、図８（ａ）に示すＡ〜Ｈまでの各位置における、光軸に略垂直な平面における、光の電界の向きであり、図８のＡからＨの位置に、図９（ａ１）から（ｈ１）に示す電界の向きと、図９（ａ２）から（ｈ２）に示す電界の向きが、それぞれ対応する。同様に、図８のＡからＨの位置に、図１０（ａ１）から（ｈ１）に示す電界の向きと、図１０（ａ２）から（ｈ２）に示す電界の向きが、それぞれ対応する。図９、１０中、丸印（○）は、光入力ポート３１の位置（光ファイバ４１のアライメント位置）を、四角印（□）は、光入力部１１の位置を、それぞれ示す。
【００３５】
まず、入力光ファイバ４１から、半導体素子１０の光入力部１１に、光が順方向に伝播する場合について説明する。
入力光ファイバ４１から無偏光な光（図９（ａ１））が入射すると、第１復屈折結晶６１において、常光と異常光に分離され、第１復屈折結晶２２の出力端で異なる場所から出力される（図９（ｂ１））。
【００３６】
常光と異常光は、第１ファラデー回転子６２を通り、ともに偏光が４５°同一方向に回転し（図９（ｃ１））、第１半波長板６３に入射する。上述のように、第１半波長板６３は、２枚の半波長板を上下に重ねた構造となっており、分離された常光と異常光とが上下に重ねた半波長板のそれぞれに入射する。この結果、常光と異常光の偏光が、それぞれ逆方向に（ここでは４５°）回転し（図９（ｄ１））、第２復屈折結晶６４に入る。第２復屈折結晶６４からは、２つの常光が、それぞれ対応する位置から出る（図９（ｅ１））。これらの光は、第２半波長板６５の、上下に重ねられた半波長板にそれぞれ入り、偏光が逆方向に（ここでは４５°）回転する（図９（ｆ１））。更に、第２ファラデー回転子６６を通って、同一方向に偏光が４５°回転した後（図９（ｇ１））、第３復屈折結晶６７に入る。第３復屈折結晶６７では、異なる場所から入った常光と異常光が、同じ場所から出て、光入力部１１に入る（図９（ｈ１））。
【００３７】
このように、入力光ファイバ４１から入射した無偏光な光は、最終的に、半導体素子１０の光入力部１１に入射する。
【００３８】
続いて、逆方向伝播について説明する。ここでは、入力光ファイバ４１から入射した順方向の光が、光入力部１１と結合されるように光軸（光入力部１１の位置）が調整されている場合について説明する。
【００３９】
半導体素子１０の光入力部１１から逆方向に伝播した無偏光な光（図９（ｈ２））は、第３復屈折結晶６７を通って、常光と異常光に分離され、第３復屈折結晶６７の異なった位置から出る（図９（ｇ２））。これらの光は、第２ファラデー回転子６６で、ともに偏光が４５°同一方向に回転し（図９（ｆ２））、更に、第２半波長板６５で、それぞれ異なった方向に（ここでは４５°）偏光が回転し（図９（ｅ２））、第２復屈折結晶６４に入る。第２復屈折結晶６４からは、これらの光が２つの異常光として出射され（図９（ｄ２））、第１半波長板６３で異なった方向に（ここでは４５°）偏光が回転し（図９（ｃ２））、更に、第１ファラデー回転子６２で同一方向に４５°偏光が回転し（図９（ｂ２））、第１復屈折結晶６１に入る。第１復屈折結晶６１からは、光入力ポート４１とは異なった位置から、常光と異常光が重なって出射される（図９（ａ２））。
【００４０】
このように、入力光ファイバ４１から入った順方向の無偏光な光は、光入力部１１から半導体素子１０に入射する、一方、光入力部１１から入力光ファイバ４１に向う逆方向の無偏光な光は、入力光ファイバ４１には入らないため、有効な光アイソレーションが可能となる。
【００４１】
続いて、図１０には、半導体素子１０の光出力部１２から出た光が、出力光ファイバ４２に伝播する場合の動作を示す。図１０においても、上述の図９と同様に、（ａ１）〜（ｈ１）、（ａ２）〜（ｈ２）は、それぞれ図８のＡからＨにおける、光軸に略垂直な平面での光の電界の向きを示す。
【００４２】
光入力部１２から出た光は（図１０（ｈ１））、第３復屈折結晶６７から、第２ファラデー回転子６６、第２半波長板６５等を通り、常光と異常光に分離された後、最終的に、常光と異常光とが、同じ位置から出力光ファイバ４２に出射される（図１０（ａ１））。
【００４３】
一方、逆方向の伝播では、第１復屈折結晶６１に入った光（図１０（ａ２））が、常光と異常光に分離され（図１０（ｂ２））は、第１ファラデー回転子６２、第１半波長板６３等を通って、半導体素子１０の光出力部１２とは異なった位置に出射される（図１０（ｈ２））。
この結果、光出力部１２から出た信号光に対しても、有効な光アイソレーションが得られることがわかる。
なお、図１０においても、ファラデー回転子や半波長板における偏光の回転等は、図９の場合と同様である。
【００４４】
図１１は、偏波無依存型の光アイソレータ２０の光路図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図を示す。図１１中、図８と同一符号は同一又は相当箇所を示し、また、実線は順方向の光路を、破線は逆方向の光路をそれぞれ示す。
図１１（ｂ）の側面図に示すように、側面から見ると、光アイソレータ２０に入射した光は、偏波により光路が２つに分岐されるが入出力位置は一致している。しかしながら、図１１（ａ）に示すように、上面から見ると、第２復屈折結晶６４から、順方向と逆方向の光路が変わっている。従って、光アイソレータ２０を用いることにより、光学部品を共有した双方向の光のアイソレーションが可能となる。
【００４５】
このように、半導体光モジュール１００では、一つの偏波無依存型光アイソレータのみでアイソレーションを行なうことができ、半導体光モジュール１００に含まれる光学部品を減らし、製造コストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体光モジュールの概略図である。
【図２】半導体光モジュールに含まれる光アイソレータの概略図である。
【図３】偏波依存型の光アイソレータの動作を示す図である。
【図４】偏波依存型の光アイソレータの動作を示す図である。
【図５】偏波依存型の光アイソレータの光路図である。
【図６】半導体光モジュールに含まれる光入出力手段の斜視図である。
【図７】半導体光モジュールに含まれる半導体素子の概略図である。
【図８】半導体光モジュールに含まれる光アイソレータの概略図である。
【図９】偏波無依存型の光アイソレータの動作を示す図である。
【図１０】偏波無依存型の光アイソレータの動作を示す図である。
【図１１】偏波無依存型の光アイソレータの光路図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  半導体素子、１１  光入力部、１２  光出力部、２０  光アイソレータ、３１  光入力ポート、３２  光出力ポート、４１  入力光ファイバ、４２  出力光ファイバ、１００  半導体光モジュール。
【図１】
2005106936.tif 000003
【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】
2005106936.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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