(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の伝播方向に対して光信号入力側及び光信号出力側の端面をそれぞれ傾斜した構成のＳＯＡアレイを有するＳＯＡアレイ光モジュールに於いて、
前記ＳＯＡアレイの光信号入力側に配置されるレンズアレイの光入出射端面が、対向する前記ＳＯＡアレイの傾斜端面と平行となるように配置され、前記ＳＯＡアレイの光信号出力側に配置されるレンズアレイの光入出射端面が、対向する前記ＳＯＡアレイの傾斜端面と平行となるように配置されると共に、前記ＳＯＡアレイの光信号入力側に配置されるファイバアレイの光出射端面及び前記ＳＯＡアレイの光信号出力側に配置されるファイバアレイの光入射端面が、それぞれ、前記ＳＯＡアレイの光信号入力側に配置されるレンズアレイの光入出射端面及び前記ＳＯＡアレイの光信号出力側に配置されるレンズアレイの光入出射端面と平行になるように配置された構成を備えた
ことを特徴とするＳＯＡアレイ光モジュール。
【請求項２】
前記ＳＯＡアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行に前記光信号を透過する気密窓を有する気密パッケージにより前記ＳＯＡアレイを気密封止した構成を有することを特徴とする請求項１記載のＳＯＡアレイ光モジュール。
【請求項３】
前記ＳＯＡアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面に対して、それぞれ平行に配置した前記レンズアレイの各レンズをそれぞれ複数枚の構成としたことを特徴とする請求項１又は２記載のＳＯＡアレイ光モジュール。
【請求項４】
前記光信号入力側及び光信号出力側の前記レンズアレイの各レンズの光軸に垂直となる面は、前記ＳＯＡアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面と平行に配置した構成を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のＳＯＡアレイ光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の高速スイッチングを可能とするＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；半導体光増幅器）アレイと光ファイバアレイとを光結合させたＳＯＡアレイ光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のブロードバンドサービスによる通信需要の増大に伴って、光通信ネットワークの長距離・大容量化が進展しており、高速大容量のデータ伝送が可能のＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ：波長分割多重）方式の開発が進められている。一方、インターネットの急激な普及や大容量コンテンツの増加に伴って、更なる高速・大容量で、且つ柔軟性のある光通信ネットワークが要求されている。このような光通信ネットワークを構築する技術として、光パケットスイッチング技術が注目されている。
【０００３】
光パケットスイッチングは、通信情報を完全に光のままパケット交換する技術であり、従来の光信号を電気信号に一旦変換するスイッチングと比べて、電子処理速度の制限がなくなり、光の伝搬遅延時間で処理できるので、高速・大容量の伝送が可能となる。このように、光信号をパケット単位でスイッチングする場合、光信号をＯＮ、ＯＦＦする為に、ゲートスイッチを使用することになる。電気制御によって光信号をＯＮ、ＯＦＦするゲートスイッチには、主に、電界吸収の効果を利用して吸収を変化させるものと、半導体光増幅器への駆動電流により利得を変化させるものとがある。
【０００４】
電界吸収型のゲートスイッチは、透過状態でも損失が大きいといった欠点があるが、半導体光増幅器への駆動電流により、入力光信号に対する利得を変化させてスイッチング作用を行わせる半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）は、光をＯＮ、ＯＦＦする光ゲートしての機能だけでなく、増幅機能をも持ち合わせており、従って、光信号の損失が小さく且つ高速にスイッチングする光素子として現在注目されている。
【０００５】
このＳＯＡをゲートスイッチとした場合、ゲートＯＮ（ｏｐｅｎ）／ＯＦＦ（ｃｌｏｓｅ）の消光比が高く、又増幅機構により光損失を低減化することができる。更に、半導体により形成される光素子であるから、半導体集積回路化技術により、低コストで且つ小型化が可能といった利点を有するものである。
【０００６】
このようなＳＯＡを、光信号のゲートスイッチとして使用する場合について、ＳＯＡと、光信号を伝送する光ファイバとの光結合構成の従来例の概要を図３の（Ａ），（Ｂ）に示す。同図の（Ａ）は、ＳＯＡ１１とファイバ１４，１５とをレンズ１２，１３を介して光結合する場合を示し、同図の（Ｂ）は、ＳＯＡ２１と先球レンズファイバ２４，２５とを光結合する場合を示す。又一点鎖線は光信号の伝播経路を示す。
【０００７】
ＳＯＡ１１は、チップ端面の反射を、−５０ｄＢ以下に低減して、戻り光による不要発振を抑える必要があり、その為に、チップ端面にＡＲ（Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートを施しただけでは、−３０ｄＢ程度であるから、図示のように、チップ端面の垂直線と、チップ内の光導波路とを例えば７度の角度の関係となるように、チップ端面を斜めとするものであり、又チップ内の光導波路の屈折率と空間の屈折率との関係により、チップ端面の垂直線（点線）に対して例えば２２．７度の方向に、一点鎖線で示すように光信号がレンズ１２又は先球レンズファイバ２４方向に出射される。図３の（Ａ）のレンズ１２，１３は、ファイバ１４，１５とＳＯＡ１１との光結合を行う為のものであり、又図３の（Ｂ）の先球レンズファイバ２４，２５の先端は球状に形成されてレンズ作用を行うものであり、図３の（Ａ）に於けるレンズ１２，１３を省略することができる。
【０００８】
又半導体光増幅器とファイバグレーティングによる外部共振器とを組み合わせ、ファイバグレーティングの先端を球状として、半導体光増幅器の低反射膜を形成した光出射側とを光結合するように構成し、又アレイ状に構成することが知られている（例えば、特許文献１参照）。又ゲートスイッチとしてのＳＯＡアレイをハイブリッド集積回路化した石英系光波回路基板と、アレイ導波路格子を形成した石英系光波回路基板とを結合させて、光クロスコネクト等の光信号のスイッチングを行う構成も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２３６１３８号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の図３の（Ａ），（Ｂ）に示す従来例に於けるＳＯＡ１１，２１をアレイ構造とし、このＳＯＡアレイに対する光信号の入力側と出力側とのファイバアレイとの光結合構造は、図４の（Ａ），（Ｂ）に示すものとなる。なお、一点鎖線は、光信号の伝播経路を示す。図４の（Ａ）は、ＳＯＡアレイ４１と、レンズアレイ４２，４３とを気密パッケージ４６内に封止し、気密窓４７，４８を介して、ファイバアレイ４４，４５と光結合させた構成を示し、ＳＯＡアレイ４１は、半導体集積回路の構成を有するものであるから、外気から隔離できるように、気密パッケージ４６により密封構成とするものである。
【００１０】
ＳＯＡアレイ４１は、図３の（Ａ）に示すＳＯＡ１１を複数集積回路化したもので、光信号の入力側と出力側の端面を、図示のように、傾斜した構成とするものであり、又気密パッケージ４６により封止して、ファイバアレイ４４，４５の端面と気密窓４７，４８とレンズアレイ４２，４３とを平行関係で固定する場合が一般的である。その為に、ＳＯＡアレイ４１を構成する各ＳＯＡと、レンズアレイ４２，４３との距離、即ち、チャネル毎の距離が異なるものとなる。従って、チャネル毎の光結合を良好にする為には、レンズアレイ４２，４３の各レンズの焦点距離等の光学特性をチャネル毎に異なる構成とする必要がある。このレンズアレイ４２，４３の各レンズは、それぞれ微小直径のものであり、且つ隣接した配置構成とする必要があるから、チャネル毎に異なる光学特性とする場合、その製作が容易ではなく、従って、レンズアレイ４２，４３が高価になる問題がある。
【００１１】
又図４の（Ｂ）は、図３の（Ｂ）に示す構成をアレイ構成とした場合を示し、ファイバアレイ６４，６５は、それぞれ先球レンズファイバを、ＳＯＡアレイ６１の光信号の入力側及び出力側の端面にそれぞれ近接して配列した構成を有するもので、チャネル毎の光結合は、図４の（Ａ）に示す場合に比較して容易となる。しかし、ＳＯＡアレイ６１の端面にファイバアレイ６４，６５の各先球レンズを近接して配置する構成とする為に、図４の（Ａ）に示すような気密パッケージに、ＳＯＡアレイ６１を封止することが不可能である。従って、ＳＯＡアレイ６１の信頼性を確保することができない問題がある。
【００１２】
本発明は、前述の問題点を解決するものであり、ＳＯＡアレイとファイバアレイとの光結合を容易にし、且つ気密封止を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のＳＯＡアレイ光モジュールは、光信号の伝播方向に対して光信号入力側及び光信号出力側の端面をそれぞれ傾斜した構成のＳＯＡアレイを有するＳＯＡアレイ光モジュールに於いて、前記ＳＯＡアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行に配置した光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイと、該光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイと端面がそれぞれ平行となるように配置した光信号入力側及び光信号出力側のファイバアレイとを備えている。
【００１４】
又ＳＯＡアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行の気密窓を有する気密パッケージにより、前記ＳＯＡアレイを気密封止した構成とすることができる。
【００１５】
又前記ＳＯＡアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面に対して、それぞれ複数枚のレンズアレイを平行に配置した構成とすることができる。
【００１６】
また前記光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイの各レンズの光軸に垂直となる面は、前記ＳＯＡアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行に配置した構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
ＳＯＡアレイとレンズアレイとファイバアレイとのそれぞれの光学結合距離がチャネル毎に同一となるから、レンズアレイは、既に市販されているような構成を適用可能であり、低コスト化することができる。又気密パッケージによりＳＯＡアレイを気密封止することが可能であり、ＳＯＡアレイの信頼性を確保できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明のＳＯＡアレイ光モジュールは、図１を参照すると、光信号の伝播方向に対して光信号入力側及び光信号出力側の端面をそれぞれ傾斜した構成のＳＯＡアレイ１を有するＳＯＡアレイ光モジュールに於いて、ＳＯＡアレイ１の光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行に配置した光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイ３，２と、この光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイ３，２と端面がそれぞれ平行となるように配置した光信号入力側及び光信号出力側のファイバアレイとを備えている。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の原理説明図であり、ＳＯＡアレイ光モジュールを構成するＳＯＡアレイ１とレンズアレイ２，３とファイバアレイ４とを示し、ＳＯＡアレイ１の各ＳＯＡに、光信号のＯＮ，ＯＦＦを制御する駆動電圧を印加する為の電極構成は、既に知られている構成を適用することができるものであり、図示を省略している。又ファイバアレイ４を光信号出力側とすると、光信号入力側のファイバアレイを、レンズアレイ３側に配置するものであるが、この光信号入力側のファイバアレイは、図示を省略している。又一点鎖線で示す光信号の伝播経路に対して傾斜したＳＯＡアレイ１の端面と、レンズアレイ２，３と、ファイバアレイ４の端面とを、それぞれ平行関係に配置する。
【００２０】
又光信号入力側のファイバアレイの各ファイバからレンズアレイ３の各レンズに向けて一点鎖線で示す光信号が入力されるように、又レンズアレイ２の各レンズから光信号出力側のファイバアレイ４の各ファイバ端面に一点鎖線で示す光信号が入力されるように、各ファイバのコアの屈折率を基に各ファイバ内の光軸に対する端面角度を選定する。例えば、ＳＯＡアレイ１の屈折率ｎ１＝３．１７、空気の屈折率ｎ２＝１．０、ファイバアレイを構成するファイバのコアの屈折率ｎ３＝１．５６とすると、ＳＯＡ内導波路の端面に対する傾斜角（ＳＯＡアレイ１の端面に垂直のＳＯＡアレイ１内の点線と一点鎖線との角度）は７度、ＳＯＡの光出射角（ＳＯＡアレイ１の端面に垂直の外側の点線と一点鎖線との角度）は２２．７度、ファイバのコアの端面に対する傾斜角（端面に垂直の点線とコア内の一点鎖線との角度）は１４．３度となる。
【００２１】
それにより、ＳＯＡアレイ１の各ＳＯＡの光信号入力側及び光信号出力側の端面と、レンズアレイ２，３の各レンズとの間、及びレンズアレイ２，３の各レンズとファイバアレイ４の各ファイバとの間の距離を同一とすることができる。即ち、チャネル毎の光学結合距離を同一とすることができる。又光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイ２，３の各レンズの光軸に垂直となる面は、ＳＯＡアレイ１の光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行に配置できる。
【００２２】
従って、レンズアレイ２，３の各レンズは、それぞれ同一の光学距離に於ける光学特性とすることができるから、従来例のレンズアレイを流用することができる。なお、レンズアレイ２，３の各レンズの光軸が、一点鎖線で示す光信号の伝播経路に対して傾斜したものとなるが、レンズの光学特性から近距離配置に於いては、光結合損失は無視できる程度のものとなる。又ＳＯＡアレイ１とレンズアレイ２，３との間、又はレンズアレイ２，３とファイバアレイ４との間は、レンズアレイ２，３の各レンズの光学特性に従った距離とするものであるから、ＳＯＡアレイ１を気密封止する為の気密パッケージを配置して、ＳＯＡアレイ１の信頼性を確保することができる。
【００２３】
図２は、本発明の実施例１の説明図であり、図１に示すＳＯＡアレイ１とレンズアレイ２，３とを、サファイア等の透光性の気密窓７，８を有する気密パッケージ６により気密封止し、光信号入力側のファイバアレイ５の端面を気密窓８に対向して配置し、光信号出力側のファイバアレイ４の端面を気密窓７に対向して配置した構成を示す。この場合の気密窓７，８は、レンズアレイ２，３とファイバアレイ４，５との間に、レンズアレイ２，３と平行に配置する。なお、気密パッケージ６は、熱膨張係数の小さい金属により構成する場合が一般的であり、気密窓７，８を固定する構成も従来の技術を適用することができる。又気密パッケージ６内に不活性ガスを封入することもできる。なお、光信号をスイッチング制御する為の制御電圧の印加手段は、既に知られている手段を適用することができるものであり、図示を省略している。
【００２４】
又光信号入力側のファイバアレイ５の各ファイバと、レンズアレイ３の各レンズとの間、及びレンズアレイ３の各レンズとＳＯＡアレイ１の各ＳＯＡの入力側端面との間の距離はそれぞれ等しく、又ＳＯＡアレイ１の各ＳＯＡの出力側端面とレンズアレイ２の各レンズとの間、及びレンズアレイ２の各レンズと光信号出力側のファイバアレイ４の各ファイバとの間の距離はそれぞれ等しくなる。即ち、チャネル毎の光学結合距離を等しくすることができる。又ＳＯＡアレイ１のみを気密パッケージ６内に気密封止することも可能であるが、図示の構成とする場合が一般的である。
【００２５】
又ＳＯＡアレイ１に対する光信号の入力側と出力側とのレンズアレイは、それぞれ１個の場合を示しているが、それぞれ複数個とすることができる。このように、複数個設ける場合、気密窓７，８を挟んで両側にレンズアレイを配置することもできる。又ファイバアレイ５と気密パッケージ６とファイバアレイ４とを図示を省略した基板上に、それぞれの光軸を一致させるように調整して固定し、ＳＯＡアレイ光モジュールを構成するものであり、光軸一致の手段や固定手段は、既に知られている手段を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】本発明の実施例１の説明図である。
【図３】従来例の説明図である。
【図４】従来例の問題点の説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ＳＯＡアレイ
２，３  レンズアレイ
４，５  ファイバアレイ
６  気密パッケージ
７，８  気密窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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