(57)【要約】本発明は、このように、損失を最小限に抑えて直列でカスケード接続し、簡略な方法で接続することができる、簡略でファイバ結合式、低損失かつ波長選択的な半導体構成部品を提供する。
2004507782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアおよびクラッド・モード伝搬に対応するクラッディングを有する光ファイバと、
コアとクラッディングの間で光を結合する長周期格子と、
ファイバに沿って軸方向に長周期格子から離間した位置でファイバの側面に取り付けられ、クラッド・モードと光学的に結合するようになっている半導体要素と、を含む光学デバイス。
【請求項２】
クラッディングが半導体要素を取り付けるための平坦な表面を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
ファイバが多角形の断面を有する請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
ファイバの平坦な側面の数が少なくとも４である請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
半導体要素がファイバ表面に直接接合され、クラッド・モードの光のパワーを変化させる請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
半導体要素がクラッド・モードの信号を測定する請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
光源と、半導体要素と光源の間の帰還ループとをさらに含む請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
帰還ループによって、光源が回折格子の周期によって決まる波長に基づいて所望の波長スペクトルの光を生成する請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
半導体要素が量子井戸デバイスを含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
半導体要素が、クラッディングからの光を受光および増幅し、増幅した光をクラッディング中に供給する増幅器を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
光源と、ファイバのコアおよびクラッディングの両方に同時に光を供給する視準用光学部品と、をさらに含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
クラッディングからの光をコア中に結合する長周期回折格子をファイバ中にさらに含む請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
長周期回折格子の検出波長を改変する同調器をさらに含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
半導体要素が検出された光の波長を示す信号を提供する請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
エミッタの波長をロックするためにブラッグ回折格子を反射器としてコア中にさらに含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
第２の長周期回折格子をさらに含み、半導体要素が、軸方向にはこれら長周期回折格子の間に位置決めされ、一方の回折格子から該要素への光を他方の回折格子まで通過させる請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
回折格子による結合が偏光依存性である請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
半導体要素が、エルビウム・ドープ導波路増幅器（ＥＷＤＡ）またはエルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の一部である請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
コアおよび平坦な側面を有するように３を超える有限数の側面を有するクラッディングを有する光ファイバと、ファイバのクラッディングの平坦な側面の１つに取り付けられた半導体要素とを含むデバイス。
【請求項２０】
前記要素が量子井戸デバイスを含む請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記要素が、受光した光を該光を表す電気信号に変換するデバイスを含む請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２２】
光源と、
コアおよびクラッディングを有する光ファイバと、
コアからクラッディング中に光を供給してクラッド・モードで伝搬させる回折格子と、
クラッディングに取り付けられ、検出した光を電気信号に変換するためのチップと、
チップと光源を結合して回折格子の周期に基づいて光を所望の波長に維持する帰還ループとを含む光学システム。
【請求項２３】
光源がレーザを含み、光学システムが光源からの光をファイバのコアに投射する視準用光学部品をさらに含む、請求項２２に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、光ファイバ構成部品に関し、特に光ファイバ中の光を増幅、変調、発出または検出する光ファイバ構成部品に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
現在、光ファイバは、地球規模の通信ネットワークの根幹をなしている。高速な光ファイバ通信システムでは、様々な波長の光を使用して、シングル・モード光ファイバを通じて複数チャネルの情報を同時に送信する。この技法は、波長分割多重（ＷＤＭ）と呼ばれる。インターネットでは個々のコンピュータを接続するために光ファイバを使用しているが、ほとんどのコンピュータは依然として半導体チップにおける電気信号を用いて情報の処理および分配を行っている。コンピュータ間通信、または各コンピュータ内の様々な構成要素間のリンクに様々な波長の光信号を導入するためには、電気信号を光ファイバ中の特定波長の光信号に変換し、またその逆の変換も行う、簡単かつ安価な方法を発見しなければならない。
【０００３】
個々の光学チャネルを受信するには、波長選択的検出方法が必要である。光ファイバ中を進行する単一の光学チャネルを検出する１つの方法は、アド・ドロップ・フィルタを使用し、その後方に端面結合半導体検出器を設けるものである。いくつかのチャネルを測定する場合には、複数のアド・ドロップ・フィルタをカスケード接続することができる。ＷＤＭシステムの場合など、光学チャネルが多数存在する場合には、各アド・ドロップ・フィルタがドロップされないチャネルに与える損失によって問題が生じる。例えば、各アド・ドロップ・フィルタが２ｄＢの挿入損を有するものとすると、１０個のアド・ドロップ・フィルタが直列に接続された１０チャネル・システムの場合、最後のチャネルでは電力が２０ｄＢ低下することになる（すなわち信号は１００分の１になる）。さらにチャネル数の多いシステムでは、さらに大きな電力低下を受けるチャネルも出てくることになる。
【０００４】
複数チャネル・システムにおいて単一のチャネルを検出する代替の手法では、波長多重器を使用してこれらのチャネルを分割する必要がある。この設計では、通常、各チャネル検出器は、信号対雑音比を改善するために追加の光増幅器および帯域フィルタをそれぞれ有している。しかし、シングル・モード・ファイバ結合半導体デバイスは、高価であり、かつ大量生産が困難である。半導体チップを小さな（１０ミクロン以下の）ファイバ・コアと位置合わせし、これとともに実装することは、時間も費用もかかる。こうした設計面およびコスト面の問題により、ＷＤＭ光ファイバ伝送をローカル・ネットワークに導入することは困難である。
【０００５】
ファイバのコア・モードから光を結合および抽出するために、ファイバのコアに到達するまでファイバのクラッディングをエッチングまたは研磨することができる（米国特許第５５０２７８５号参照）。この手法ではファイバが脆弱になり、波長選択性も得られず、また扱いが難しく複雑である。
【０００６】
傾斜させたブラッグ回折格子を使用して、ファイバ・コアからの光を自由空間中のある位置に結合させることもできる（米国特許第５０４２８９７号参照）。この設計は、ファイバ外部に精密に位置づけた検出器アレイを使用することで、ファイバ分光計として機能することができる。しかし、自由空間に結合することによりこの設計は不安定になり、また、検出器アレイも高価である。
【０００７】
Ｓａｅｋｉによる米国特許第５９７４２１２号では、傾斜させた複数のブラッグ回折格子を使用して、ファイバの脇のこれらの回折格子と横切る位置にある複数の光検出器に向けて光を反射する。Ｓａｅｋｉは、長周期回折格子の使用またはクラッド・モードの励起を行うのではなく、光をクラッディングに漏れさせ、そこからさらに光検出器に漏れさせており、光検出器を適切に回折格子と位置合わせしなければならない。このような傾斜させたブラッグ回折格子は双方向性ではなく、これを使用することにより、ファイバにひねりが加えられている場合、または光検出器が傾斜したブラッグ回折格子に対して軸方向に適切に位置合わせされていない場合には、検出器の位置合わせの問題が生じる可能性がある。
【０００８】
検出器アレイをチャープド・ファイバ回折格子に近接して取り付けて、フーリエ変換分光測定を行うこともできる（Ｍ．Ｆｒｏｇｇａｔｔ、Ｔ．Ｅｒｄｏｇａｎ、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．２４（１４）、９４２、１９９９）。この場合もやはり、高価な検出器アレイを精密に位置合わせすることが必要である。
【０００９】
光ファイバのコア中を進行する個々の波長チャネルを検出する問題に加えて、どのようにして単一の光波長を光ファイバのコアに投入するかという、もう１つの問題がある。レーザなら光ファイバのコアに端面結合することができるが、この手法では、小さなファイバ・コアとレーザの発出領域とを精密に位置合わせする必要がある。ほとんどの半導体レーザは、通常は約１ミクロン×１００ミクロンの寸法の楕円パターンの光を発出するので、ファイバのコアによって与えられる直径１０ミクロンの円形ターゲットの形にこの光を成形するためには特殊な光学部品が必要となる。このような光学部品は高価であり、かつファイバと位置合わせすることが困難である。さらに、このような光学部品を位置合わせした状態で長期間安定に保つことも重大な問題である。
【００１０】
もう１つの問題は、光ファイバ中を進行する光をどのようにして増幅するかという問題である。半導体導波路増幅器が使用されているが、入力ファイバおよび出力ファイバとこのような導波路とを位置合わせすることが困難であり、またこの位置合わせによりさらに光学損がもたらされる。代替方法は、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のように、レーザでポンピングしたエルビウム・ドープ・ファイバの一部を使用するものである。このデバイスは、現在のところ非常に高価である。
【００１１】
もう１つの問題は、光ファイバ中を進行する光をどのようにして変調するかという問題である。典型的な方法ではレーザ光源を変調するが、このような変調では、望ましくない周波数チャープが変調光信号に導入される可能性がある。代替方法では、例えばニオブ酸リチウム結晶からなる外部変調器を使用する。しかし、この手法では、ファイバから光を取り出し、ニオブ酸リチウム結晶を通過させ、その後別のファイバに再度投入する必要があり、これにより望ましくない損失が導入される。
【００１２】
（発明の概要）
本発明は、簡略でファイバ結合式、低損失かつ波長選択的な、ファイバを用いた構成部品であって、損失を最小限に抑え、簡略な方法で接続して該ファイバ中の光の検出、増幅あるいはその他の検出または処理を行うことができる構成部品の使用に関する。
【００１３】
半導体多重量子井戸構造やその他の光を電気信号に変換することができる構造などのチップは、ファイバのクラッディングに接合する、またはそれと隣接させることができる。長周期ファイバ回折格子を使用して、コアからの光を結合し、スペクトル選択的に光ファイバのクラッド・モードを励起する。その後、ファイバに取り付けられた、またはその脇にある、回折格子から軸方向に離間したチップによって、クラッディング中の光を検出、増幅または変調することができる。ファイバ中で追加の長周期回折格子を使用して、ファイバのクラッディングからの光を偏向させてファイバ・コア中に戻すことができ、さらにブラッグ回折格子を使用して光を反射することができる。
【００１４】
ファイバは、チップその他の要素をファイバに接触させて取り付けるために、少なくともいくつかの平坦な側面をクラッディングに有する多角形の断面を有することが好ましい。
【００１５】
したがって、この構造は、バックボーン通信だけでなくコンピュータ内部における場合も含めて、波長選択的に半導体チップと光ファイバとを接続する簡単かつ信頼性の高い方法が必要とされている状況に応える。１つまたは複数のチップを、光の検出、パワーの正規化、所望の波長からの変化の検出、波長決定など、いくつかの用途に使用することができる。長周期回折格子を使用してクラッド・モードを励起することにより、チップを軸方向または円周方向に回折格子に対して位置合わせする必要がなくなる。チップは、軸方向に回折格子から離間させ、円周方向に回折格子からずらしておくことができる。その他の特徴および利点は、以下の詳細な説明、図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００１６】
（詳細な説明）
図１は、本発明の実施の形態を示す図である。光ファイバ１０は、光透過性クラッディング２０およびコア３０を有する。このファイバはガラス光ファイバにすることも、ポリマーなど別の適当な材料で作製することもできる。長周期回折格子４０、すなわち約１０〜１０００ミクロンの周期を有する回折格子が、図示のようにコア３０の中に、またはクラッディング２０の中に、あるいはコア３０およびクラッディング２０の両方にまたがって形成され、光６０の一部を、回折格子４０の要素間隔によって決まる所望の波長でコア３０からクラッディング２０に共鳴結合する。回折格子４０によって結合されなかった光は、光８０として引き続きコア３０中を進む。したがって、ファイバ１０はクラッド・モードの光の伝搬に対応しており、これは例えば、ガラスと空気の境界がクラッディング２０の外側になるように、ファイバから保護ポリマー被覆を除去することによって実施することができる。
【００１７】
本発明によれば、チップ５０は、クラッディング２０と光学的かつ機械的に接触するようにファイバ１０の側面に取り付けられる。このチップ５０は、半導体チップでも、ポリマー製光ガイドやガラス製光ガイドなどその他の何らかの光学的構造でもよい。
【００１８】
チップ５０は、クラッディング２０の表面の長周期回折格子４０から軸方向に離間した位置に、直接接合することも、エポキシなどの透明な接着剤を使用して接着することもできる。チップ５０の円周方向の位置は重要ではない。チップ５０とクラッディング２０の間に薄い誘電体層を挿置して、両者の間の光の伝達を高めることができる。チップ５０は、クラッディング２０中を進行する光７０の一部が少なくとも部分的にはチップ５０に吸収されるように位置決めされる。
【００１９】
チップ５０は、電気信号を発生し、それにより、ファイバ１０のコア３０中を最初に伝搬する光６０の所望の波長選択的検出を実現する。また、同調要素９０を使用して、回折格子４０の共鳴波長を変化させて、特に望ましい波長の光を検出できるようにすることができる。この同調要素には、例えば、ファイバ１０を物理的に伸張する、またはファイバ１０を加熱して回折格子４０の共鳴を変化させる機械系も含まれる。ファイバ内部に様々な回折格子パターンを構築することにより、任意のスペクトル形状を有するように長周期回折格子のスペクトルを設計することもできる。例えば、回折格子は、複数の波長を検出するために複数の共鳴を有することもできる。あるいは、回折格子は、精密な波長測定を可能にするために鋸歯状スペクトル形状を有することもできる。
【００２０】
回折格子４０のスペクトルは、中心周波数の光を通過させ、中心波長のどちらかの側の光をコアからクラッディングに偏向させるように設計することができる（Ｓｔａｒｏｄｕｂｏｖ他、ＯＦＣ、１９−９８、ｐｏｓｔ−ｄｅａｄｌｉｎｅ　ｐａｐｅｒ　ＰＤ８参照）。したがって、このような回折格子を使用して、ファイバ・コア中の光の中心波長からの任意の波長の偏移を監視することができる。光の波長が中心波長からドリフトすると、ファイバ・コアからファイバ・クラッディングへの結合が増大し、それによりチップ５０によって検出される信号が増加する。したがって、チップと光源の間に簡単な帰還回路を使用すれば、光の波長を中心波長に固定することができる。
【００２１】
本発明で使用するファイバの回折格子は、偏光選択的である（例えばＡ．Ｓ．Ｋｕｒｋｏｖ他、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．３３（７）６１６、１９９７参照）。ファイバ・コア、ファイバ・クラッディング、またはファイバ回折格子が円柱状の対称な幾何学的形状から偏位している場合には、ファイバ・コアからの光の１つの偏光が、優先的にコアからクラッド・モードに送られ、所与の波長範囲で戻されることになる。
【００２２】
図１０を参照すると、光源４６０は、本発明の検出器を使用して波長を安定させている。光源４６０は、光ファイバ１０中に光を発出する。図１に関連して述べた検出器４８０は、波長選択的であり、ファイバ１０に取り付けられている。検出器４８０は、光源４６０の所望のスペクトルからのスペクトル偏移を検出し、帰還接続４７０を介して光源４６０に信号を送り返す。光源４６０内部の制御要素が、検出器４８０からの信号が所望のスペクトルからの出力と一致するまで光源の出力を変化させる。
【００２３】
波長を監視するためには、波長変化と電力変化とを区別できることが必要である。本発明では、この差は、ファイバを屈曲させたときに見られる、スペクトルの影響をほとんど受けないコアとクラッディングの結合を使用することによって検出することができる。このようなファイバのマイクロベンドの近傍に配置された追加検出器からの信号を、図１に関連して上述したスペクトル感受性検出器とともに使用して、光信号中の電力変化を正規化し、それにより波長の変化を電力の変化と区別する。この追加の検出要素は、波長選択的要素の前後いずれに配置することもできる。あるいは、検出器ユニットの前後いずれかで、ファイバのコアから直接信号を抽出し（ピグテール・ファイバまたは終端ファイバにおいて）、電力の正規化に使用することもできる。
【００２４】
この波長選択的光検出方法は、光ファイバ・センサ、デコーダ、および波長計を含む様々なデバイスおよびシステムで使用することができる。このような側面で直接ファイバに結合された半導体要素は、ＷＤＭ光ファイバ・コンピュータ・バスで使用することができ、このバスは、現在使用されている代表的な５００ＭＨｚのコンピュータ・バスより１０倍から１０００倍高速になる。また、このような光ファイバ・バスは、既存の光ファイバ・リンクと接続互換性がある。コンピュータのプロセッサ・チップまたは制御装置チップに、一滴の通常の光学接着剤で横方向からファイバ・バスを取り付けるスペースを設けることができる。このようなコンピュータ・バスと光ファイバ・リンクの間の互換性により、次世代のインターネットを大幅に改善することもできる。
【００２５】
図９は、チップ５０が、クラッディング中の光７０から得られたチップ中の光７１を増幅する増幅器であるシステムを示す図である。このデバイスでは、２つの長周期回折格子、すなわちコアからクラッディングに光を伝達する長周期回折格子４１およびクラッディングからコアに光を伝達する４２を使用している。チップ５０は、軸方向には回折格子４１と回折格子４２の間にあり、回折格子４１からチップ５０への光を回折格子４２まで通過させる。チップ５０は、半導体光増幅器にすることができる。あるいは、チップ５０は、半導体レーザ・ポンプでポンピングされるエルビウム・ドープ導波路増幅器（ＥＷＤＡ）など、ハイブリッド導波路増幅器にすることもできる。
【００２６】
図２は、図１に示すようなシステム中の検出器のスペクトル応答の例を示す図である。この応答を生じるために使用した検出器は、市販の感光性光ファイバ中のアポダイゼーションを施した長周期回折格子、および１００ミクロン×１００ミクロンの寸法の多重量子井戸半導体検出器チップを有するものであった。このチップを、３ｍｍ×１ｍｍの寸法のサブ取付台に接着して、適当な電気的接触を形成した。その結果得られたスペクトル選択的検出器は、１．５ｎｍ以下（２００ＧＨｚ以下）の半波高全幅値（ＦＷＨＭ）を有していた。
【００２７】
図３は、どのようにしてファイバ１０の側面に取り付けられた発光半導体チップ５０からファイバ１０中に光を結合するために図１のシステムを使用することができるかという方法を示す図である。チップ５０はファイバ・クラッディング２０中に光７１を発出し、ここで光は長周期回折格子４０によってさらに偏向してファイバ・コア３０に入る。ブラッグ回折格子１０２、すなわち通常は約０．１〜２ミクロンの周期を有する短周期回折格子が、一部の光１０１を反射してチップ５０に向けて戻す。このようなレージング・チップへの光学的帰還により、ファイバ・コア中への入射光の光学的結合の効率を向上させることができることは既知である。光６１が、ブラッグ回折格子１０２の後にファイバ・コア中に残る。図１の場合と同様に、同調要素９０を設けて、回折格子４０の共鳴波長を制御する。電力または光パワーをチップに供給することにより、この実施形態は光増幅器として機能することができる。この増幅器の設計では、ブラッグ回折格子１０２を省略することもできる。あるいは、この増幅器の設計は、ブラッグ回折格子１０２を２つ設けて、増幅器の設計スペクトル範囲から除去された波長でのレージングを引き起こすこともできる。このようなレージング動作は、増幅器の利得を固定することになる。
【００２８】
図４は、２つの半導体チップ、長周期回折格子１４０、およびブラッグ回折格子１４５を使用したデバイスの例を示す図である。ファイバ１０は、クラッディング１２０およびコア１３０を有する。長周期ファイバ回折格子１４０は、コア１３０からクラッディング１２０中に光を結合して、クラッド・モードの光１７５を生成する。ファイバ・コア１３０中のブラッグ回折格子１４５は、コア３０中を進行する光１８０を反射して、反射光１９０を生成する。ブラッグ回折格子１４５は、長周期回折格子１４０より下流側に位置する。光学検出チップ１５０および１６０は、長周期回折格子１４０の片側でファイバ１０の側面に取り付けられる。
【００２９】
これらの検出チップ１５０および１６０は、半導体またはポリマー材料あるいはその両方で作製することができる。導波路構造は例えばポリイミドやＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）製のポリマー導波路構造にすることができる。この導波路構造は、石英ガラス導波路など、ガラス導波路構造にすることもできる。この導波路構造は、半導体基板または集積回路の上部に付着させることができる。あるいは、この導波路構造は、例えばニオブ酸リチウムなどの光学結晶で作製することもできる。
【００３０】
コア１３０への入射光１７０は、長周期回折格子１４０によってクラッディング１２０中の光１７５に部分的に変換される。光１７５は半導体チップ１５０に到達し、少なくとも部分的にはチップ１５０に吸収される。回折格子１４０を通過した光１８０は、ブラッグ回折格子１４５によって後方に反射され、光１９０となる。ブラッグ回折格子による反射は、スペクトル選択的である。通常は、ブラッグ回折格子は、長周期回折格子より狭いスペクトル・フィーチャを有する。ブラッグ回折格子の所望の反射スペクトルは、長さや周期、屈折率の深度およびパターンなどの回折格子パラメータを変えることによって得ることができる。反射光１９０は、長周期回折格子１４０によって部分的にクラッディング１２０中に伝達され、その後、チップ１６０に吸収される。チップ１５０および１６０から得られる電気信号を分析することにより、この検出モジュールにより複雑な機能を持たせることが可能となる。
【００３１】
例えば、２回折格子デバイスを使用して、狭帯域光信号の波長を高い確度で決定することもできる。長周期回折格子は、共鳴の幅が広いので、検出器１５０中への光信号のおおよその波長を決定する。場合によっては複数の共鳴を有するブラッグ回折格子が、検出器１６０を用いたより精密な波長の測定値を与える。長周期回折格子は、幅の狭いブラッグ共鳴のどれが光信号と一致しているかを明らかにする。
【００３２】
図５は、ファイバ１０の側面に配置された半導体構造２２０の例を示す図である。この取り付けられた半導体構造２２０を使用して、ファイバ中を伝搬する光信号の増幅または変調を行うことができる。半導体構造２２０は、ファイバ表面２１０に近接して配置される。この構造は多重量子井戸構造にすることができる。この構造には、光を反射するための最上層２３０を追加することができる。層２３０は、例えば、様々な屈折率を有する半導体層からなる分布帰還型（ＤＦＢ）ミラーにすることができる。この半導体チップは、ファイバ表面２１０に接合される。接合方法は、チップおよびファイバをともに接触させて加熱することを含む。高温で拡散することにより、半導体とファイバの接続がもたらされる。
【００３３】
実験では、水素雰囲気中で接合を行った。ＩｎＰベースのチップの場合には、最適な接合温度は約４００℃と決定された。ＧａＡｓベースのチップの場合には、最適な接合温度は約７００℃と決定された。光学接着剤を使用して、ファイバとチップとの安定した接触を確保することができた。
【００３４】
ＤＦＢ構造を有する薄い量子井戸デバイスは、ファイバ中の光伝送を変調することができる。これと同じ半導体構造を使用して、光をファイバのクラッディング中に入射することも、さらにクラッド・モードで進行する光を増幅することもできる。
【００３５】
ファイバ光源を構築するために、裏面にミラーを備えた半導体構造をファイバの一方の側面に取り付け、選択した光の波長について光学利得を生み出すことができる。同様の半導体構造またはミラーをファイバの反対側の第１の半導体構造と同じ位置に位置決めすることができる。これら２つの構造はレーザ・キャビティを形成し、それらの間で光を発振することができる。この光をファイバ・コア中のブラッグ回折格子によって偏向させ、この発振光をファイバ・コアに沿って誘導することができる。
【００３６】
同様の幾何学的形状を用いて、ファイバのクラッド・モードについて利得が固定された光増幅器を以下のように構築することができる。裏面にミラーを備えた半導体構造をファイバの一方の側面に取り付け、選択された光の波長についての光学利得を生み出す。同様の半導体構造またはミラーをファイバの反対側の第１の半導体構造と同じ位置に位置決めすることができる。これら２つの構造はレーザ・キャビティを形成し、それらの間で光を発振することができる。この光は、半導体増幅器の利得を固定する。ファイバのクラッド・モードで進行する別の光ビームは、この構造からの利得を得ることができる。
【００３７】
図６は、光ファイバ１０のコア３０中に半導体レーザからの光を効率的に結合するために使用される、上述のデバイスと同様の設計のデバイスを示す図である。この幾何形状は、大面積かつ高パワーのレーザ・エミッタまたは発光ダイオードからの光をコアの小さなファイバ中に結合するのに有効である。視準用光学部品２７０は、光エミッタ２４０からの光をファイバ表面に投射し、ファイバ１０のクラッド・モードを励起する。クラッディング２０は、長周期ファイバ回折格子４０によってファイバ１０のコア３０に結合される。光３００は、ファイバのコア中を伝搬する。コア３０中のブラッグ回折格子反射器３１０は、光源２４０への光学的帰還をもたらす。前方ファセット２８０およびエミッタの出力ファセット２６０は、反射防止被覆で被覆する、かつ／または光エミッタ中への後方反射を回避するように選択されたブルースター角を有することができる。エミッタの後方ファセット２５０は、高反射ミラーである。その結果生じる出力信号３２０は、ファイバのコア中を進行する。このデバイスの利点は、エミッタからの光が、ファイバ・コアだけでなく、大面積のファイバ・クラッディングにも結合されることである。コア直径が１０ミクロン、クラッディング直径が１２５ミクロンである通常のシングル・モード・ファイバでは、これによりターゲット・サイズが１５０倍以上に拡大される。
【００３８】
ファイバの断面は、円形にすることも、円形以外の形状にすることもできる。図７は、どのようにして１つまたは複数の平坦な平面３４０を有する光ファイバが、ファイバの外側に取り付けられたチップ５０とのより良好な機械的接触を実現しているかを示す図である。これらの平坦面は、ファイバからの光を横方向に結合する際に特に有用となることができる。ファイバの断面は、３を超える辺を有する多角形にすることができる。例えば、２０個の辺を有する多角形であれば、それほどの損失を生じることなく標準的な円柱形ファイバと接続することができる。ファイバの鋭い縁部３５０は、ファイバ・プリフォームを機械研磨または火造りすることによって曲面とし、最終的に生じるファイバの強度を高めることもできる。
【００３９】
チップ５０は、増幅器、電子吸収変調器またはＤＦＢミラーにすることができる。複数の半導体要素５０を光ファイバの側面に取り付けることができ、これらの要素を使用して、様々な波長を有する光信号を増幅することができる。ファイバと、ファイバの側面に取り付けられた１つまたは複数のチップ５０とが組み合わさって、ファイバを横切って伝搬する発光３６０を行う光源として動作することができる。
【００４０】
図８は、平坦面を有する基板に取り付けられたファイバの断面を示す図である。好ましくは多角形の断面を有するファイバ３７０は、複数の平坦な基板に取り付けることができる。基板３９０は、半導体、または半導体ではない光学材料にすることができる。この基板は、例えば、ガラス基板、ニオブ酸リチウムなどの光学結晶基板、またはいくつかの材料の組合せからなる複合基板とすることができる。
【００４１】
単一の基板に、いくつかのファイバを取り付けることができる。例えば、複数の集積要素を備えた単一の基板を、複数のファイバに取り付けることができる。これら基板上の要素は、複数の光ファイバから来てそれらに戻る信号を増幅し、変調し、切り替えるために使用することができる。
【００４２】
本発明で使用する場合には、光ファイバを先細にすることもできる。このようなテーパリングを使用して、取付けに必要な基板のサイズを減少させ、また光学的結合を改変することができる。
【００４３】
基板３９０は、光導波路要素４００を有することができる。この基板は、所望の結合を改善するために回折格子要素（図示せず）を有することもできる。
【００４４】
光学的結合は、光ファイバと基板中のプレーナ型導波路との間で行うことができる。多角形の断面を有するファイバ３７０は、プレーナ型導波路４００付近の基板領域に取り付けることができる。このファイバは、光ファイバのコア３８０と基板の導波路要素４００との間の結合を高めるために回折格子を含むことができる。この回折格子は、光ファイバのコア中に形成された長周期ファイバ回折格子にすることができる。光導波路４００は半導体レーザの光誘導領域にすることができる。導波路４００は、光ファイバへの所望の結合を改善するために周期的要素（図示せず）を有することもできる。
【００４５】
基板は、光学要素および電子要素を組み合わせてその中に有することができる。例えば、プロセッサをその上に備えた半導体基板が、トランシーバ・モジュールと、光ネットワークに直接アクセスするために該モジュールに取り付けられた光ファイバとを有することもできる。
【００４６】
上記の説明は多くの詳細を含むが、これらは本発明の現在好ましい実施形態の一部を例示しているに過ぎず、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきものではない。したがって、本発明の範囲は、上記に与えた諸例によって決定されるのではなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの法律上の均等物によって決定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】長周期ファイバ回折格子およびファイバ側面に直接取り付けられた半導体チップを有する波長選択的検出器の断面図である。
【図２】図１の選択的検出器の典型的な応答を示す図である。
【図３】クラッディングからファイバ・コア中に光を結合するための長周期格子を有するファイバの側面に取り付けられた光伝送路の断面図である。
【図４】ファイバのクラッディング中への端面結合と、その後の格子を援用したクラッディングからファイバ・コア中への結合とを使用する、ファイバ結合半導体エミッタの断面図である。
【図５】本発明によるチップの側面図である。
【図６】ファイバ・クラッディング中の光と効率的に結合するようにファイバ表面に接合された、分布帰還型（ＤＦＢ）ミラーおよび多重量子井戸構造を有する半導体構造の断面図である。
【図７】多角形の断面を有するファイバを示す図である。平坦な側面を使用して、より容易に要素を取り付けることができ、またこれら平坦な側面をレーザ・キャビティとして使用して、ファイバを横切るレーザ発振を行うことができる。
【図８】プレーナ型導波路回路に取り付けられたファイバの断面図である。
【図９】２つの長周期格子の間で位置でファイバ側面に増幅器が取り付けられたデバイスの断面図である。
【図１０】パワーおよび／または波長を制御するための本発明による帰還システムの概略ブロック図である。
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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