(57)【要約】      （修正有）【課題】モジュール全体を小型化するために最適化された、それぞれ複数の光導波路を有し、異なる熱膨張係数を有する導波路型光素子が突き合わせ接続された光部品において、温度変化による接続損失を抑制する。【解決手段】ＰＬＣ等の第１の導波路型光素子４１０と、ＬＮ導波路等の第２の導波路型光素子４２０とが突き合わせ接続され、それぞれの導波路型光素子４１０，４２０とは異なる熱膨張係数を有する材料で形成されている。室温ではない基準温度において、より好ましくは、予め定めた温度範囲の中心温度付近において、第１の導波路型光素子４１０の複数の光導波路４１１、４１２と第２の導波路型光素子４２０の複数の光導波路４２１、４２２との調心を行い位置を一致させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光導波路を有する第１の導波路型光素子と、
前記第１の導波路型光素子に突き合わせ接続された、複数の光導波路を有する第２の導波路型光素子と
を備える光部品において、
前記第１の導波路型光素子と前記第２の導波路型光素子とは、異なる熱膨張係数を有する材料で構成されており、
前記第１の導波路型光素子の前記複数の光導波路と、前記第２の導波路型光素子の前記複数の光導波路の位置が、室温ではない基準温度において一致することを特徴とする光部品。
【請求項２】
前記基準温度は、予め定めた温度範囲の上限または下限との差のうち大きい方の値が、室温と前記上限または下限との差のうち大きい方の値よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光部品。
【請求項３】
前記基準温度は、前記予め定めた温度範囲の中心温度付近であることを特徴とする請求項２に記載の光部品。
【請求項４】
前記予め定めた温度範囲は、−５℃以上７５℃以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載の光部品。
【請求項５】
前記第１の導波路型光素子は、ＰＬＣであり、前記第２の導波路型光素子は、ＬＮ導波路であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光部品に関し、より詳細には、複数の導波路型光素子を備える光部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット等により通信トラフィックの大容量化が求められている。そのため、波長分割多重（ＷＤＭ）システムにおいて、１チャネル当たりの伝送速度の増加や波長数の増加が求められている。具体的には、ＷＤＭシステムの伝送には４０Ｇｂｉｔ／ｓや１００Ｇｂｉｔ／ｓといった高い伝送速度が求められている。しかし、高速化のために変調シンボルレートを高くすると、分散耐性が急激に劣化し、伝送距離が縮小してしまうという問題がある。また、信号スペクトルの広がりも大きくなるため、波長分割多重（ＷＤＭ)伝送におけるフィルタの帯域やチャネル間隔を大きくとらなければならないという問題もある。そこで、シンボルレートを上げずにビットレートを大きくする多値化技術、多重化技術の必要性が高まっている。
【０００３】
このような背景から、実際にチャネル当たり４０Ｇｂｉｔ／ｓや１００Ｇｂｉｔ／ｓの超高速伝送が実現または提案されている。こうした多値変調器の１例として、ニオブ酸リチウム（ＬＮ：ＬｉＮｂＯ３）基板にチタン（Ｔｉ）拡散を用いて光導波路を形成したＬＮ光変調器が有望であり、例えば４０Ｇｂｉｔ／ｓ用のＤＱＰＳＫ変調器や１００Ｇｂｉｔ／ｓ用偏波多重ＱＰＳＫ変調器等の開発が進められている。
【０００４】
このＬＮ変調器は、光通信システムの重要な光部品であり、その信頼性の向上が求められている。高信頼化には、ＬＮ変調器を筐体（パッケージ）に気密封止する実装技術が大きな影響を持ち、研究が進められている。
【０００５】
一方、図６に示すように、ＬＮ基板と、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２系ガラスを主成分とする石英系光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を組み合わせて変調器を構成する従来例も報告されている（特許文献１及び２参照）。図６では、位相シフタの部分にのみＬＮ基板２２０を用い、引き回しのための光導波路には石英系のＰＬＣ２１０、２３０を用いている。このため、ＬＮ光導波路の優れた特性はそのままで、ＰＬＣの優れたパッシブ回路の特徴を生かすことができる。例えば、回路全体を小型にしたり、全体の挿入損失を低減したりすることが可能である。
【０００６】
図７に、ＬＮ基板と石英系のＰＬＣを組み合わせて変調器を構成する従来例の斜視図を示す。この変調器３００は、光信号の入力側の光ファイバ３０１と、２段のＹ分岐を備えた石英系のＰＬＣ３０２と、複数の位相シフタを備えたＬＮ基板３０３と、２段のカプラを備えた石英系のＰＬＣ３０４と、光信号の出力側の光ファイバ３０５とから構成されている。これらの基板は、それぞれの光導波路同士を調心した後、ＵＶ接着剤により接続することが可能である。
【０００７】
我々は既にＰＬＣと光ファイバブロックとの接続について、量産性、信頼性を確立しており、このような基板同士の接続技術は、上記接続と構造が似ているため同様に容易に可能であると予想する。ＰＬＣとＬＮ基板上の光波回路は、光導波路同士のモードフィールド径の値が近いものを用いることが可能であり、またＬＮ光導波路の形状が例えば横長の場合でもＰＬＣでスポットサイズ変換機能を構成することにより低い接続損失で接続可能なことが既に示されている。また、図に示すように、ＬＮ基板とＰＬＣの間では、端面を斜めにして導波路を接続することにより反射を防止する構造を取ることが多い。
【０００８】
上記の偏波多重ＱＰＳＫ変調器においては、ＰＬＣとＬＮとの接続は８アレイもの光導波路アレイの接続が必要になり、これらを少しでも小型に集積する技術が強く望まれている。
【０００９】
また図１（特許文献１の図５に相当）のように、第１のＰＬＣ基板３１と第３のＰＬＣ基板３３が、ＬＮ光導波路３４を有する第２のＬＮ基板３２に突き合わせ接続（バットジョイント）された例も従来技術として報告されている。ここでもパッシブな光導波路として実績のあるＰＬＣ３１、３３と、電気光学効果を用いた高速変調機能の実績があるＬＮ３２を組み合わせて高機能化や多チャネル化を図っており、多アレイなＰＬＣとＬＮとの接続を小型に集積する技術が必要とされている。
【００１０】
上記のような多アレイの光導波路同士を接続するにおいては、モジュール全体を小型に最適化するためにアレイ間隔を狭くする方が有利である。実際このようなＰＬＣ−ＬＮモジュールにおいては、アレイ間隔は例えば数百ミクロン以下と狭く設定されており、モジュールのサイズを小型にすることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２０７６６４号公報
【特許文献２】特開２００３−１２１８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、そのように小型化を実現するためにアレイ間隔を狭く最適化した状態でも、下記に述べるような課題が存在した。従来の技術では、異なる材料の導波路型光素子を突き合わせ接続した場合、熱膨張係数の差に起因して光導波路の接続損失が発生してしまう。図２及び３を参照して、この問題を説明する。
【００１３】
図２は、温度変化による光導波路の位置のずれを説明するための図である。たとえば２５℃において、ＰＬＣ２１０の複数の光導波路２１１、２１２とＬＮ導波路２２０の複数の光導波路２２１、２２２の位置がそれぞれ一致するように調心して接続されているとする。この場合に、正の温度変化があると、ＳｉよりもＬＮの方が熱膨張係数が大きいため（ＰＬＣ：２．５×１０−６／Ｋ、ＬＮ：１５．４×１０−６／Ｋ）、図２の下図に示すように軸ずれδ１、δ２が発生する。温度変化によって、ＰＬＣ２１０の光導波路２１１、２１２の中心と、ＬＮ導波路２２０の光導波路２２１、２２２の中心が一致するようにＰＬＣとＬＮ導波路が、伸び縮みする時、軸ずれδ１、δ２が等しくなり，接続損失も小さくなる。
【００１４】
図３は、ＬＮ導波路の両端にそれぞれＰＬＣが突き合わせ接続されている光モジュールにおける接続損失の計算結果を示す図である。２５℃におけるＬＮ導波路２２０の光導波路２２１、２２２のコア間隔Ｌ０を４０００μｍ、温度範囲を−５℃〜＋７５℃として次式により計算した。軸ずれδ１＝δ２とし、ガウスビームの重なりから損失ηを求めた。係数の「２」は、ＬＮ導波路２２０の両端面から損失の寄与を表している。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
２５℃のときに０ｄＢであった損失が、最大で７５℃における０．５ｄＢまで増加している。
【００１７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、異なる熱膨張係数を有し、それぞれ複数の光導波路を有する導波路型光素子が対向する光導波路同士が一致するように突き合わせ接続された光部品において、モジュールを小型に実装するためにアレイ間隔を狭く最適化してもなお残る課題である、温度変化による接続損失増加を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、複数の光導波路を有する第１の導波路型光素子と、前記第１の導波路型光素子に突き合わせ接続された、複数の光導波路を有する第２の導波路型光素子とを備える光部品において、前記第１の導波路型光素子と前記第２の導波路型光素子とは、異なる熱膨張係数を有する材料で構成されており、前記第１の導波路型光素子の前記複数の光導波路と、前記第２の導波路型光素子の前記複数の光導波路の位置が、室温ではない基準温度において一致することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記基準温度は、予め定めた温度範囲の上限または下限との差のうち大きい方の値が、室温と前記上限または下限との差のうち大きい方の値よりも小さいことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記基準温度は、前記予め定めた温度範囲の中心温度付近であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の第４の態様は、第２又は第３の態様において、前記予め定めた温度範囲は、−５℃以上７５℃以下であることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の第５の態様は、第１から第４のいずれかの態様において、前記第１の導波路型光素子はＰＬＣであり、前記第２の導波路型光素子はＬＮ導波路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、異なる熱膨張係数を有し，それぞれ複数の光導波路を有する導波路型光素子を突き合わせ接続したハイブリッド光モジュールにおいて、室温ではない基準温度において対向する光導波路同士が一致するように接続（調心）することで接続損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来のハイブリッド光モジュールを示す図である。
【図２】従来のハイブリッド光モジュールにおける温度変化による光導波路の位置のずれを説明するための図である。
【図３】ＬＮ導波路の両端にそれぞれＰＬＣが突き合わせ接続されている従来のハイブリッド光モジュールにおける接続損失の計算結果を示す図である。
【図４】本発明の実施形態によるハイブリッド光モジュールを説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態によるハイブリッド光モジュールにおける接続損失の計算結果を示す図である。
【図６】従来のハイブリッドモジュールを示す図である。
【図７】従来のハイブリッドモジュールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２６】
図４は、本発明の実施形態によるハイブリッド光モジュールを説明するための図である。例えば、ＰＬＣ等の第１の導波路型光素子４１０と、ＬＮ導波路等の第２の導波路型光素子４２０とが突き合わせ接続されている点は、図２に示した従来の構造と同様であるが、本実施形態では、室温ではない基準温度において、より好ましくは、予め定めた温度範囲の中心温度付近において、第１の導波路型光素子４１０の複数の光導波路４１１、４１２と第２の導波路型光素子４２０の複数の光導波路４２１、４２２との調心を行っている点が異なる。
【００２７】
室温ではない基準温度において調心を行うことで、光モジュールを使用する最大温度（上限）または最低温度（下限）と調心を行った温度との差を抑制し、その結果として接続損失を抑制することができる。より好ましくは、光モジュールが使用される予め定めた温度範囲の中心温度付近を基準温度とするのがよい。たとえば、予め定めた温度範囲としては、−５℃以上７５℃以下が考えられる。この温度範囲は、国際的な標準化推進団体であるＯＩＦ(Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ  Ｆｏｒｕｍ）OIF-PMQ-TX-01.0にも規定されており，変調器の標準的な使用温度範囲である．
【００２８】
第１の導波路型光素子４１０をＰＬＣ、第２の導波路型光素子４２０をＬＮ導波路とした場合を考える。調心する基準温度を３５℃とした場合、室温２５℃におけるＬＮ導波路の光導波路間隔Ｌ１を４０００μｍとすると、接続損失を最小とするＰＬＣの光導波路間隔は室温で４０００．３６μｍとなる。室温でない３５℃を基準温度として調心することにより、25℃近傍では若干の損失が生じるものの、例えば−５℃以上７５℃以下の温度範囲における接続損失の最大値が０．５ｄＢ以下に抑制できていることを図５は示している。
【００２９】
本実施形態では、ＰＬＣとＬＮ導波路について具体的な寸法を例示したが、材料の異なる導波路型光素子同士の突き合わせ接続であれば、基準温度で調心することによって、同様の効果を得ることができる。導波路型光素子の材料としては、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系などの樹脂材料、シリコン、ＩｎＰ、ＧａＡｓなどの半導体材料、ＫＴＮなどの誘電体材料にも適用できる。
【符号の説明】
【００３０】
４１０  第１の導波路型光素子
４１１、４１２  第１の導波路型光素子４１０の光導波路
４２０  第２の導波路型光素子
４２１、４２２  第２の導波路型光素子４２０の光導波路
【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】
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