(57)【要約】【課題】光結合構造からの漏れ光の影響を低減する。【解決手段】  光結合構造は、コアと、第１のクラッドと、第２のクラッドとを具備する。コアの材料の屈折率は第１のクラッドの材料の屈折率よりも大きく、第１のクラッドの材料の屈折率は第２のクラッドの材料の屈折率よりも大きい。光結合構造は、少なくとも入力端において主にコア中を伝搬する第１の組の導波モード、及び少なくとも入力端において主に第１のクラッド中を伝搬する第１の組の導波モードと分離したより高次の第２の組の導波モードを保持する。【選択図】図５Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、第１のクラッドと、第２のクラッドとを具備する光結合構造であって、
前記コアの材料の屈折率は前記第１のクラッドの材料の屈折率よりも大きく、前記第１のクラッドの材料の屈折率は前記第２のクラッドの材料の屈折率よりも大きく、
前記光結合構造は、少なくとも入力端において主に前記コア中を伝搬する第１の組の導波モード、及び少なくとも入力端において主に前記第１のクラッド中を伝搬する前記第１の組の導波モードと分離したより高次の第２の組の導波モードを保持する光結合構造。
【請求項２】
前記第１の組の導波モードは単一の導波モードを含み、前記第２の組の導波モードは前記単一の導波モードよりも高次の２つ以上の導波モードを含む請求項１に記載の光結合構造。
【請求項３】
前記第１のクラッドの幅又は高さは、前記第１のクラッドの幅又は高さの少なくとも一方が無限大であると仮定した場合の前記コア中を伝搬する単一の導波モードのモードサイズの幅又は高さの１．５倍以上である請求項２に記載の光結合構造。
【請求項４】
前記第１のクラッドの幅又は高さは、前記第１のクラッドの幅又は高さの少なくとも一方が無限大であると仮定した場合の前記コア中を伝搬する単一の導波モードのモードサイズ幅又は高さの２０倍以下である請求項３に記載の光結合構造。
【請求項５】
前記第２のクラッドは、空気、酸化膜又は樹脂のうちの少なくとも１つを含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光結合構造。
【請求項６】
前記コアはシリコンを含み、前記第１のクラッドは、酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンのうちの少なくとも１つを含む請求項５に記載の光結合構造。
【請求項７】
前記第２のクラッドにおいて前記第１のクラッドの周囲に１つ以上の散乱体が配置される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光結合構造。
【請求項８】
前記コアはテーパ形状を有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光結合構造。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光結合構造と、
前記光結合構造に接続された光導波路と
を具備し、
前記光導波路は、前記光結合構造のコアと同じ材料を含むコアと、前記第１のクラッドと同じ材料を含むクラッドとを有し、
前記光結合構造の第１のクラッドの幅は前記光導波路のクラッド幅よりも小さい光モジュール。
【請求項１０】
前記光導波路のコアは前記光結合構造に接続された屈曲部を有する請求項９に記載の光モジュール。
【請求項１１】
前記第２のクラッドは、前記屈曲部に向かう方向に沿って前記第１のクラッドを所定の長さだけ囲む請求項１０に記載の光モジュール。
【請求項１２】
前記光結合構造の第１のクラッドから放射される光を前記光モジュールの外へ導く光路変換器をさらに具備する請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項１３】
並列に配置された複数の前記光結合構造を具備する請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光結合構造及び光モジュールに関し、特に、光を光導波路へ結合する際に生じる漏れ光の影響を低減する光結合構造及びそれを用いた光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信装置や光インターコネクト装置の高性能化に伴って、光源、受光器、入出力光ファイバ、光集積回路、及び、駆動用または制御用の電子集積回路などを実装した光モジュールの高密度化への要求が増している。
【０００３】
光モジュールにおいて光源や光ファイバを光導波路に光結合する際に漏れ光が発生する。漏れ光は伝搬方向にある構造物によって散乱されながら集積回路中を迷光として伝搬し、受光器や光導波路に本来入力されるべき信号光と干渉し、これにより、クロストークを発生させる。
【０００４】
図１は、従来技術の光モジュール１００の例を示す。半導体レーザ（又は光ファイバ）１１８から出射される光は光集積回路チップ１２４へ結合される。光集積回路チップ１２４には、コア１０２、１３０、１３２、１３４、１３６、１３８及び１４０を有する光導波路、マルチモード干渉計（ＭＭＩ）１４２、１４４及び１４６が集積されている。漏れ光は、例えば図１に破線１２６ａ及び１２６ｂによって示されるような範囲にわたってある放射角θをもって放射状に広がる。この漏れ光は、光集積回路チップ１２４中を迷光として伝搬し、ＭＭＩ１４２、光導波路のコア１３６及び１３８などを伝搬する信号光と干渉して、クロストークを生じる。
【０００５】
特許文献１や特許文献２には、面型レーザ（VCSEL）と面型受光器（Photo detector; PD）を集積化した光モジュールにおける迷光対策技術が開示されている。すなわち、受光素子アレイに入力する光導波路からの漏れ光が散乱されて迷光となる前に、漏れ光の主な伝搬方向から受光素子アレイをずらすよう、素子の相対位置にオフセットを持たせる技術や、光軸が平行にならないように配置を９０°回転させる技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、光ファイバを光導波素子に光結合する際の迷光の影響を低減する技術が開示されている。光ファイバと光導波素子との結合部の漏れ光が放射状に広がることを考慮して、漏れ光の伝搬方向にある光導波路の束の中心線を光ファイバとずらすよう、相対位置にオフセットを持たせる。
【０００７】
図２は、図１の従来技術の問題点を解決する光結合構造をもつ従来技術の光モジュール２００の例を示す。光導波路のコア２０２及び２１２が下部クラッド２０４上に配置され、コア２０２とコア２１２との間に屈曲部２１４が設けられる。さらに上部クラッド２１６が設けられる。
【０００８】
図３は、図２に示す光結合部を用いた従来技術の光モジュール３００の例を示す。半導体レーザ（又は光ファイバ）３１８から出射されてコア３０２へ結合された光は、屈曲部３１４によってコア３１２へ導かれる。コア３０２へ結合されなかった漏れ光は、迷光として、コア３０２の入力端から破線３２６ａ及び３２６ｂにより表される範囲にわたってある放射角θをもって放射状に広がるが、屈曲部３１４を設けることにより、漏れ光の影響は低減される。
【０００９】
図４は、図２に示す光結合部を用いた従来技術の光モジュール４００の例を示す。半導体レーザ（又は光ファイバ）４１８から出射されてコア４０２へ結合された光は、屈曲部４１４によってコア４１２へ導かれる。コア４０２へ結合されなかった漏れ光は、コア４０２の入力端から破線４２６ａ及び４２６ｂにより表される範囲にわたって角度θで放射状に広がるが、屈曲部４１４を設けることにより、漏れ光の影響は低減される。
【００１０】
このように、従来技術においては、漏れ光が制御不能な迷光となる前に、漏れ光の伝搬方向にある光素子の位置にオフセットを持たせる技術や、光軸を互いに回転させる技術が用いられてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−９２６８９号公報
【特許文献２】特開２００９−９２６９０号公報
【特許文献３】特開２００８−１４５７３４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、図３及び図４に示す光モジュールの場合、光結合構造と光導波路との間の接続部分に屈曲部を設けることに伴って、光集積回路チップのサイズが大きくなる。例えば、図１に示す光モジュール１００に図２に示す光結合構造を適用して図３の光モジュール３００を構成すると、光集積回路チップ３２４のサイズは、点線３４８によって表される図１の光集積回路チップ１２４のサイズと比較して大きくなる。このように、屈曲部３１４を設けることは光集積回路チップのサイズの増大につながる。図４における点線４４８も同様の問題を示す。
【００１３】
このため、光モジュールの高集積化に伴って光素子を高密度に実装することが求められる場合、従来技術だけでは不十分である。また、面型ではない半導体レーザを光導波路と光結合する構造の需要が増してきているが、このような構造は、特許文献１や特許文献２に示されたような基板に垂直入射する光を基板面内の方向に向け直す光路変換器を有しない。そのため、光変換器を用いた漏れ光の分離を行えず、光ファイバと受光素子との間の光結合の場合と同様に、光結合構造からの漏れ光が光導波路や受光素子に直接照射される可能性が高い。
【００１４】
したがって、光結合構造からの漏れ光の影響を従来技術よりもさらに低減することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の１つの実施例において、光結合構造は、コアと、第１のクラッドと、第２のクラッドとを具備する。コアの材料の屈折率は第１のクラッドの材料の屈折率よりも大きく、第１のクラッドの材料の屈折率は前記第２のクラッドの材料の屈折率よりも大きい。光結合構造は、少なくとも入力端において主にコア中を伝搬する第１の組の導波モード、及び少なくとも入力端において主に第１のクラッド中を伝搬する第１の組の導波モードと分離したより高次の第２の組の導波モードを保持する。
【００１６】
第１の組の導波モードは単一の導波モードを含んでもよく、第２の組の導波モードは当該単一の導波モードよりも高次の２つ以上の導波モードを含んでもよい。光結合構造の第１のクラッドの幅又は高さは、第１のクラッドの幅又は高さの少なくとも一方が無限大であると仮定した場合のコア中を伝搬する単一の導波モードのモードサイズの幅又は高さの１．５倍以上であってもよい。第１のクラッドの幅又は高さは、第１のクラッドの幅又は高さの少なくとも一方が無限大であると仮定した場合のコア中を伝搬する単一の導波モードのモードサイズ幅又は高さの２０倍以下であってもよい。
【００１７】
光結合構造の第２のクラッドは、空気、酸化膜又は樹脂のうちの少なくとも１つを含んでもよい。光結合構造のコアはシリコンを含んでもよく、第１のクラッドは、酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンのうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【００１８】
光結合構造は、第２のクラッドにおいて、第１のクラッドの周囲に配置された１つ以上の散乱体を有してもよい。光結合構造のコアはテーパ形状を有してもよい。
【００１９】
本発明の別の実施例において、光モジュールは、上記の光結合構造と、光結合構造に接続された光導波路とを具備する。光導波路は、光結合構造のコアと同じ材料を含むコアと、第１のクラッドと同じ材料を含むクラッドとを有する。光結合構造の第１のクラッドの幅は光導波路のクラッド幅よりも小さい。光導波路のコアは光結合構造に接続された屈曲部を有する。光結合構造の第２のクラッドは、上記屈曲部に向かう方向に沿って光結合構造の第１のクラッドを所定の長さだけ囲むように構成される。
【００２０】
光モジュールは、光結合構造の第１のクラッドから放射される光を光モジュールの外へ導く光路変換器をさらに具備してもよい。
【００２１】
光モジュールには、複数の上記の光結合構造が並列に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の実施例によれば、光モジュール内の迷光の発生を抑制できるので、光モジュールの各光素子間のクロストークを低減することができ、また、一層の高密度実装が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来技術の光モジュールの平面図である。
【図２】従来技術の光モジュールの結合部の斜視図である。
【図３】従来技術の光モジュールの平面図である。
【図４】従来技術の光モジュールの平面図である。
【図５Ａ】本発明の実施例による光モジュールの平面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施例による光モジュールの斜視図である。
【図６】本発明の実施例による光モジュールの平面図である。
【図７】本発明の実施例による光モジュールの平面図である。
【図８】本発明の実施例による光モジュールの平面図である。
【図９】本発明の実施例による光モジュールの平面図である。
【図１０】本発明の実施例による光モジュールの平面図である。
【図１１Ａ】本発明の実施例による光モジュールの平面図である。
【図１１Ｂ】本発明の実施例による光モジュールの斜視図である。
【図１２】本発明の実施例による光モジュールの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施例による光結合構造５０２及びこれを用いた光モジュール５００を示す。光モジュール５００は、下部クラッド５０４上に配置されたコア５０６、第１のクラッド５０８（５０８ａ及び５０８ｂ）及び第２のクラッド５１０を有する光結合構造５０２、並びにコア５１２及び第１のクラッド５１６を有する光導波路を具備する。光結合構造５０２のコア５０６は光導波路のコア５１２に接続される。光導波路は、光結合構造５０２と接続される屈曲部５１４を有してもよい。図５Ａは、光結合構造５０２の第１のクラッド５０８を斜線で強調して示す。図５Ａにおいて、光結合構造５０２の第２のクラッド５１０は省略されているが、実際には、第１のクラッド５０８の周りに存在する。第２のクラッド５１０は、光結合構造５０２の入射端から長手方向に沿って第１のクラッド５０８を所定の長さだけ囲むように構成されてもよい。光導波路もまた、第１のクラッド５１６を覆う第２のクラッドを有してもよい。図５Ｂは光結合構造５０２の第２のクラッド５１０が空気である例を示している。したがって、図５Ｂにおいては参照番号５１０のみが示され、第２のクラッド５１０は具体的な構造として示されていない。しかし、上記のように、光結合構造５０２は、第１のクラッド５０８の周りに第２のクラッド５１０を有する。
【００２５】
光結合構造５０２のコア５０６の材料の屈折率は第１のクラッド５０８の材料の屈折率よりも大きく、第１のクラッド５０８の材料の屈折率は第２のクラッド５１０の材料の屈折率よりも大きい。第２のクラッド５１０は、光結合構造の第１のクラッド５０８の周囲に存在してもよいし、光結合構造の第１のクラッド５０８及び光導波路の第１のクラッド５１６を覆ってもよい。
【００２６】
下部クラッド５０４は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板上に堆積されたシリカガラス（ＳｉＯ２）層であってもよい。コア５０６及び５１２並びに屈曲部５１４の材料は、半導体であってもよく、特にシリコンであってもよい。第１のクラッド５０８及び５１６の材料は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンであってもよい。第２のクラッド５１０の材料は、例えば、空気、酸化膜又は樹脂であってもよい。光導波路もまた同様の材料からなる第２のクラッドを有してもよい。図５Ｂは第２のクラッド５１０が空気である場合を示す。
【００２７】
図５Ａに示すように、光モジュール５００には半導体レーザ（又は光ファイバ）５１８が実装されてもよい。半導体レーザが実装される場合、半導体レーザ５１８は活性部５２０及びチップ５２２を有する。光ファイバが実装される場合、光ファイバ５１８はコア５２０及びクラッド５２２を有する。半導体レーザを光源として使用する場合、半導体レーザ５１８からの光が光結合構造５０２を介して光集積回路チップ５２４へ結合されて光導波路のコア５１２中を伝搬する。
【００２８】
図５Ｂは、図５Ａにおける半導体レーザ（又は光ファイバ）５１８と光集積回路チップ５２４との間の結合端面（光結合構造５０２の入射端）が見えるように描かれている。光結合構造５０２は、少なくとも入射端においてコア５０６中を主に伝搬する導波モード（コアモード）及び少なくとも入射端において第１のクラッド５０８中を主に伝搬する導波モード（クラッドモード）を保持するように構成される。コアモードは単一の導波モード又は複数の導波モードを含んでもよい。コアモードが単一の導波モードを含む場合、コアモードは０次モードであり、クラッドモードは１次モードを含む複数の高次モードである。コアモードが複数の導波モード（例えば、０次、１次、・・・、ｎ次モード）を含む場合、クラッドモードはｎ＋１次モードを含む複数のより高次のモードである。
【００２９】
本実施例の光結合構造５０２は、第２コアの導波モードと第１コアの導波モードとが結合している従来技術の２重コア導波路とは異なり、コア５０６の導波モードと第１のクラッド５０８の導波モードとが完全に分離する。光結合構造５０２の第１のクラッド５０８の幅又は高さは、第１のクラッド５０８の幅又は高さの少なくとも一方が無限大であると仮定した場合にコア５０６中を伝搬する光のモードサイズの幅又は高さの１．５倍以上であるように構成される。このような幅又は高さとすれば、元のコアモードは第１クラッドの幅又は高さの制限による影響を実質的に全く受けないため、この制限によって新たに出現するクラッドモードが元のコアモードと完全に分離された高次モードであることが保証される。１つの例において、コア５０６がＳｉ細線であり、第１のクラッド５０８がＳｉＯ２からなり、第２のクラッド５１０が空気である場合、コア５０６は、２５０ｎｍの幅及び２５０ｎｍの高さを有してもよい。第１のクラッド５０８の幅が無限大であると仮定したときにコア５０６を伝搬する単一の導波モードのモード幅は、例えば１μｍ弱である。第１のクラッド５０８は、この値の１．５倍以上である幅をもつように、例えば、３μｍの幅を有し、２μｍの高さを有するように構成されてもよい。本発明の実施例は、このように第１のクラッド５０８を十分に大きくすることにより、コア５０６中を伝搬する光の導波モードと第１のクラッド５０８中を伝搬する漏れ光の導波モードとを完全に分離することができる。
【００３０】
第１のクラッド５０８の幅又は高さは、第１のクラッド５０８の幅又は高さの少なくとも一方が無限大であると仮定した場合にコア５０６中を伝搬する光のモードサイズの幅又は高さの２０倍以下であるように構成されてもよい。第１のクラッドを大きくすればするほど捕捉できる漏れ光の放射角は増すはずであるが、実際には、第１のクラッド５０８と第２のクラッド５１０との間の屈折率差に応じた全反射角を放射角が超えると漏れ光をクラッド内に閉じ込められず、クラッドを大きくしたことが無駄になってしまう。第１のクラッド５０８の大きさの制限はこのような無駄を生じないためのものである。このように第１のクラッド５０８の大きさを制限することにより、必要最小限の第１クラッドの大きさで、漏れ光が光結合構造５０２の入射端から放射されることなく第１のクラッド５０８中を伝搬することを確実にすることができる。
【００３１】
図５Ｂに示されるように、光結合構造５０２における第１のクラッド５０８の幅は、光導波路における第１のクラッド５１６の幅よりも小さい。光結合構造５０２の第２のクラッド５１０は、光結合構造５０２の入射端から屈曲部５１２へと向かう方向に沿って第１のクラッド５０８を所定の長さだけ囲むように構成されてもよい。
【００３２】
従来の技術においては、図１、３及び４に示すように、漏れ光は結合端面から放射状に広がる。これに対して、図５Ａ及び図５Ｂに示す本発明の実施例によれば、光モジュール５００に実装された半導体レーザ（又は光ファイバ）５１８と光結合構造５０２との間の結合の際に生じる漏れ光は、光結合構造５０２の入射端から放射されることなく、第１のクラッド５０８中の導波モードの光として伝搬する。このため、図５Ａに点線５２６ａ及び５２６ｂで示されるように、漏れ光は、第１のクラッド５０８の出力端からある角度θをもって放射状に広がる。このように、図５Ａ及び図５Ｂの実施例によれば、漏れ光が光結合構造５０２の入射端から広い範囲にわたって放射される従来技術と比較して、漏れ光が分布する範囲を狭めることができ、漏れ光と光導波路のコア５１２中を伝搬する光との間のクロストークを低減することができる。
【００３３】
図５Ａに示すように光導波路のコア５１２が屈曲部５１４を有するように構成されると、半導体レーザ（又は光ファイバ）５１８から出力されて光結合構造５０２のコア５０６に結合された光は、コア５０６中を伝搬し、屈曲部５１４によって伝搬方向を変えられて、光導波路のコア５１２を伝搬する。一方、光結合構造５０２のコア５０６に結合されなかった漏れ光は、光結合構造５０２の第１のクラッド５０８中を伝搬して、光結合構造５０２の出力端付近から放射される。このため、図５Ａに示されるように、漏れ光は、光導波路のコア５１２中を光が伝搬する方向とは別の方向へ導かれる。したがって、本実施例によれば、漏れ光と光導波路のコア５１２中を伝搬する光との間のクロストークをさらに低減することができる。
【００３４】
上述のように、本実施例によれば、漏れ光が分布する範囲を狭めることができる。したがって、複数の光結合構造を（例えば、並列に）より近接させて配置することができる。したがって、複数の半導体レーザや光ファイバを実装したり、複数の光回路を実装したりする場合に、従来技術と比較して、光集積回路チップのサイズを小さくすることができる。また、従来の技術と比較して、隣接する光導波路間で漏れ光によるクロストークが生じる可能性を小さくすることができる。
【００３５】
図６は、本発明の実施例による、半導体レーザ６１８と他の光素子とが同一のチップ６２４に集積化された光モジュール６００を示す。光モジュール６００は光集積回路チップ６２４として作製される。例えば、Ｓｉ基板上に堆積されたＳｉＯ２層からなる下部クラッド上に、活性部６２０を有する半導体レーザ６１８、コア６０６、第１のクラッド６０８（６０８ａ、６０８ｂ）及び第２のクラッド（図示せず）を有する光結合構造６０２、コア６１２及び第１のクラッド６１６を有する光導波路、並びに屈曲部６１４が集積化される。光結合構造６０２のコア６０６、光導波路のコア６１２及び屈曲部６１４は下部クラッド上に配置されたＳｉ細線であってもよい。光結合構造６０２の第１のクラッド６０８は、屈曲部６１４に向かう方向に沿ってコア６０６を囲むＳｉＯ２層であってもよい。光導波路の第１のクラッド６１６は光結合構造６０２の第１のクラッド６０８と同様の材料を含んでもよい。
【００３６】
図７は、本発明の実施例による光モジュール７００を示す。半導体レーザ（又は、光ファイバ）７１８が光モジュール７００に実装される。光結合構造７０２は、コア７０６、第１のクラッド７０８（７０８ａ、７０８ｂ）及び第２のクラッド（図示せず）を含む。半導体レーザ（又は光ファイバ）７１８から出射される光は光結合構造７０２を用いて光集積回路チップ７２４へ結合される。光集積回路チップ７２４には、光結合構造７０２、コア７１２、７３０、７３２、７３４、７３６、７３８及び７４０並びに第１のクラッド７１６を有する光導波路、マルチモード干渉計（ＭＭＩ）７４２、７４４及び７４６が集積される。点線７４８は、図１に示す漏れ光の問題がある従来の光集積回路チップ１２４の大きさを示す。破線７５０は、図３に示す従来の光集積回路チップ３２４の大きさを示す。
【００３７】
本実施例において、半導体レーザ（又は、光ファイバ）７１８から出射されて光結合構造７０２のコア７０６に結合された光は、コア７０６中を伝搬し、屈曲部７１４を介して光導波路のコア７１２中を伝搬し、コア７３０、７３２、７３４、７３６、７３８及び７４０並びにＭＭＩ７４２、７４４及び７４６などを含む光回路へと導かれる。一方、光結合構造７０２のコア７０６に結合されなかった漏れ光は、光結合構造７０２の第１のクラッド７０８中を伝搬し、光結合構造７０２の出力端から、破線７２６ａ及び７２６ｂにより示される範囲にわたってある角度θで放射される。したがって、光導波路を伝搬する光に対する漏れ光の影響を低減することができる。さらに、本実施例によれば、同様の光回路を有する図３の従来の光モジュール３００と比較して、漏れ光が分布する範囲が小さくなるので、光回路を半導体レーザ７１８に対してより近接して配置することができる。したがって、図３の光集積回路チップ３２４の大きさ（破線７５０により示される）と比較して、光集積回路チップ７２４を小型化することができる。また、本発明の実施例によれば、複数の光結合構造をより近接させて配置することができる。したがって、複数の半導体レーザや光ファイバを実装したり、複数の光回路を実装したりする場合に、従来技術と比較して、光集積回路チップのサイズを小さくすることができる。
【００３８】
図８は、本発明の実施例による光モジュール８００を示す。半導体レーザ（又は、光ファイバ）８１８が実装される。光結合構造８０２は、コア８０６、第１のクラッド８０８（８０８ａ、８０８ｂ）及び第２のクラッド（図示せず）を含む。半導体レーザ（又は、光ファイバ）８１８からの光は光結合構造８０２を用いて光集積回路チップ８２４へ結合される。光集積回路チップ８２４には、光結合構造８０２、コア８１２、８３０、８３２、８３４、８３６、８３８及び８４０並びにクラッド８１６を有する光導波路、マルチモード干渉計（ＭＭＩ）８４２、８４４及び８４６が集積される。点線８４８は、図１に示す漏れ光の問題がある従来の光集積回路チップ１２４の大きさを示す。破線８５０は、図４に示す従来の光集積回路チップ４２４の大きさを示す。
【００３９】
本実施例において、光結合構造８０２のコア８０６に結合された光はコア８０６中を伝搬し、屈曲部８１４を介して光導波路のコア８１２中を伝搬し、光回路へ導かれる。一方、コア８０６に結合されなかった漏れ光は、光結合構造８０２の第１のクラッド８０８中を伝搬し、光結合構造８０２の出力端から、点線８２６ａ及び８２６ｂにより示される範囲にわたってある角度θで放射される。したがって、光回路中の光に対する漏れ光の影響を低減することができる。また、同様の光回路を有する図４の従来の光モジュール４００と比較して、光集積回路チップ７２４を小型化することができる。また、図７の実施例の場合と同様に、複数の光結合構造をより近接させて配置することができ、したがって、従来技術と比較して光集積回路チップのサイズを小さくすることができる。
【００４０】
図９は、本発明の実施例による光モジュール９００を示す。半導体レーザ（又は、光ファイバ）９１８が実装される。半導体レーザ（又は、光ファイバ）９１８からの光は光集積回路チップ９２４へ結合される。光集積回路チップ９２４には、コア９０２、９１２、９３０、９３２、９３４、９３６、９３８及び９４０、クラッド９１６並びに屈曲部９１４を有する光導波路、マルチモード干渉計（ＭＭＩ）９４２、９４４及び９４６が集積される。
【００４１】
光モジュール９００は、コア９０６への光結合の際に放射される漏れ光を光集積回路チップ９２４の外へと導く光路変換器９５２を有する。光路変換器９５２は、Ａｌなどの金属からなるミラーなどの光反射器であってもよい。ｄは、光集積回路チップ９２４の端部と光路変換器９５２との間の最小許容距離を示す。光路変換器９５２は、角度θで放射される漏れ光をすべて光路変換するために連続的な構造をもつように構成されてもよい。また、光路変換器９５２は、光路変換器９５２にかかるストレスが大きくなることを避けるために、全体として漏れ光を光路変換するように構成された２つ以上の分離した構造をもつように構成されてもよい。光路変換器９５２は、光導波路のクラッドと実質的に等しい高さを有してもよい。光路変換器９５２は、光モジュール９００を動作させるための電気配線において用いられるコンタクトホールやビアホールの一部として形成されてもよい。この場合、光路変換器９５２は、光集積回路チップ９２４の製造工程において、コンタクトホールやビアホールとともに形成することができる。
【００４２】
本実施例において、コア９０２に結合された光は屈曲部９１４を介して光導波路のコア９１２中を伝搬し、光回路へ導かれる。一方、漏れ光は、コア９０２の入射端から角度θをもって放射されるが、点線９２６ａ及び９２６ｂにより示されるように、光路変換器９５２によって光集積回路チップ９２４の外へ導かれる。したがって、光回路中の光に対する漏れ光の影響を低減することができる。点線９４８は、漏れ光の問題がある図１の従来の光集積回路チップ１２４の大きさを示す。
【００４３】
図１０は、本発明の実施例による光モジュール１０００を示す。半導体レーザ（又は、光ファイバ）１０１８が実装される。半導体レーザ（又は、光ファイバ）１０１８からの光は光結合構造１００２を用いて光集積回路チップ１０２４へ結合される。光集積回路チップ１０２４には、コア１００６、第１のクラッド１００８（１００８ａ、１００８ｂ）及び第２のクラッド（図示せず）を有する光結合構造１００２、コア１０１２、１０３０、１０３２、１０３４、１０３６、１０３８及び１０４０、クラッド１０１６並びに屈曲部１０１４を有する光導波路、マルチモード干渉計（ＭＭＩ）１０４２、１０４４及び１０４６が集積される。さらに、光モジュール１０００は、光結合構造１００２の出力端から放射される漏れ光を光モジュール１０００の外へと導く、Ａｌなどの金属のミラーなどの光路変換器１０５２を有する。ｄは、光集積回路チップ１０２４の端部と光路変換器１０５２との間の最小許容距離を示す。図１０に示すように、光路変換器１０２は、漏れ光をすべて光路変換するために連続的な構造をもつように構成されてもよいし、全体として漏れ光を光路変換する２つ以上の分離した構造をもつように構成されてもよい。光路変換器１０５２は光導波路のクラッドと実質的に等しい高さを有してもよい。光路変換器１０５２は、光モジュール１０００を動作させるための電気配線において用いられるコンタクトホールやビアホール及びそれらの中の金属、の一部として形成されてもよい。点線１０４８は、図１に示す漏れ光の問題がある従来の光集積回路チップ１２４の大きさを示す。
【００４４】
本実施例において、光結合構造１００２のコア１００６に結合された光は、コア１００６中を伝搬し、屈曲部１０１４を介して光導波路のコア１０１２中を伝搬し、光回路へ導かれる。一方、漏れ光は、光結合構造１００２の出力端から角度θをもって放射されるが、破線１０２６ａ及び１０２６ｂにより示されるように、光路変換器１０５２によって光モジュール１０００の外へと導かれる。したがって、光回路中の光に対する漏れ光の影響を低減することができる。さらに、図１０の実施例によれば、漏れ光を光結合構造１００２の出力端まで第１のクラッド１００８中を伝搬させることによって、漏れ光が分布する範囲を狭めることができる。したがって、図９に示す構成と比較して、光集積回路チップ１０２４のサイズを小さくすることができる。
【００４５】
図１１Ａは、本発明の実施例による光モジュール１１００を示す。半導体レーザ（又は、光ファイバ）１１１８を光結合構造１１０２に十分に近づけることができない場合、光結合構造１１０２のコア１１０６に結合されなかった漏れ光は、第１のクラッド１１０８によって十分にとらえられない可能性がある。この問題を解決するために、光モジュール１１００は、光結合構造１１０２の第１のクラッド１１０８の周囲に、１つ以上の散乱体１１５４（１１５４ａ、１１５４ｂ）を有する。散乱体１１５４は第１のクラッド１１０８の加工を行うときに同時に形成されてもよい。半導体レーザ（又は光ファイバ）１１１８から出射されて光結合構造１１０２のコア１１０６に結合された光は、コア１１０６中を伝搬し、屈曲部１１１４を介して光導波路のコア１１１２へ導かれる。光結合構造１１０２のコア１１０６に結合されなかった漏れ光の一部は、光結合構造１１０２の第１のクラッド１１０８中を伝搬し、光結合構造１１０２の出力端から角度θで放射される。さらに、コア１１０６にも第１のクラッド１１０８にも結合されなかった漏れ光は、破線１１５６ａ及び１１５６ｂによって表されるように散乱体１１５４によって散乱されて光モジュールの外へと導かれる。したがって、第１のクラッド１１０８によって伝搬されない漏れ光による悪影響を回避することができる。
【００４６】
図１１Ｂは光モジュール１１００の光結合構造の部分を拡大して示す斜視図である。複数の散乱体１１５４ａ及び１１５４ｂが、光結合構造の第１のクラッド１１０８の周囲に、屈曲部１１１４へ向かう方向に沿って配置されてもよい。散乱体１１５４は光結合構造の第２のクラッド中に配置されてもよい。
【００４７】
図１２は、本発明の実施例による光モジュール１２００を示す。光結合構造は、コア１２０６、第１のクラッド１２０８及び第２のクラッド１２１０を有する。図１２は第２のクラッド１２１０が空気である例を示す。光導波路は、コア１２１２及びクラッド１２１６を有する。光導波路は屈曲部１２１４を有してもよい。光導波路は、第１のクラッド１２１６の上に第２のクラッドを有してもよい。図５Ｂの例と異なり、本実施例の光結合構造のコア１２０６は順テーパ形状又は逆テーパ形状の構造を有してもよい。
【００４８】
光結合構造は、少なくとも入射端においてコア１２０６中を主に伝搬する導波モード（コアモード）及び少なくとも入射端において第１のクラッド１２０８中を主に伝搬する導波モード（クラッドモード）を保持するように構成される。コアモードは単一の導波モード又は複数の導波モードを含んでもよい。コアモードが単一の導波モードを含む場合、コアモードは０次モードであり、クラッドモードは１次モードを含む複数の高次モードである。コアモードが複数の導波モード（例えば、０次、１次、・・・、ｎ次モード）を含む場合、クラッドモードはｎ＋１次モードを含む複数のより高次のモードである。
【００４９】
本実施例において、光結合構造の第１のクラッド１２０８は、コア１２０６を伝搬する導波モードと第１のクラッド１２０８を伝搬する導波モードとが完全に分離されるように、十分な大きさを有するように構成される。具体的には、光結合構造の第１のクラッド１２０８の幅又は高さは、第１のクラッド１２０８の幅又は高さの少なくとも一方が無限大であると仮定した場合にコア１２０６中を伝搬する光のモードサイズの幅又は高さの１．５倍以上であるように構成される。このような幅又は高さとすれば、元のコアモードは第１クラッドの幅又は高さの制限による影響を実質的に全く受けないため、この制限によって新たに出現するクラッドモードが元のコアモードと完全に分離された高次モードであることが保証される。１つの例において、コア１２０６がＳｉ細線であり、第１のクラッド１２０８がＳｉＯ２からなり、第２のクラッド１２１０が空気である場合、コア１２０６は、光結合構造の入力端において１１０ｎｍの幅及び１１０ｎｍの高さを有し、光結合構造の出力端において２５０ｎｍの幅及び２５０ｎｍの高さを有してもよい。第１のクラッド１２０８の幅が無限大であると仮定したときにコア１２０６を伝搬する導波モードのモード幅は、例えば約３μｍである。第１のクラッド１２０８は、この値の１．５倍以上である例えば５μｍの幅を有し、２μｍの高さを有するように構成されてもよい。本発明の実施例は、このように第１のクラッド１２０８を十分に大きくすることにより、コア１２０６中を伝搬する光の導波モードと第１のクラッド１２０８中を伝搬する漏れ光の導波モードとを完全に分離することができる。
【００５０】
光結合構造の第１のクラッド１２０８の幅又は高さは、第１のクラッド１２０８の幅又は高さの少なくとも一方が無限大であると仮定した場合にコア１２０６中を伝搬する光のモードサイズの幅又は高さの２０倍以下であるように構成されてもよい。第１のクラッドを大きくすればするほど捕捉できる漏れ光の放射角は増すはずであるが、実際には、第１のクラッド１２０８と第２のクラッド１２１０との間の屈折率差に応じた全反射角を放射角が超えると漏れ光をクラッド内に閉じ込められず、クラッドを大きくしたことが無駄になってしまう。第１のクラッド１２０８の大きさの制限はこのような無駄を生じないためのものである。このように第１のクラッド１２０８の大きさを制限することにより、必要最小限の第１クラッドの大きさで、漏れ光が光結合構造１２０２の入射端から放射されることなく第１のクラッド１２０８中を伝搬することを確実にすることができる。
【００５１】
光結合構造の第１のクラッド１２０８の幅は光導波路のクラッド１２１６の幅よりも小さい。光結合構造の第２のクラッド１２１０は、光結合構造の入射端から屈曲部１２１２へ向かう方向に沿って第１のクラッド１２０８を所定の長さだけ囲むように構成されてもよい。
【００５２】
本発明は特定の実施例に関して記載されたが、本明細書に記載された実施例は、本発明を限定的に解釈することを意図したものではなく、本発明を例示的に説明することを意図したものである。本発明の範囲から逸脱することなく他の代替的な実施例を実施することが可能であることは当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００５３】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００    光モジュール
１０２、１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０、２０２、２１２、３０２、３１２、３３０、３３２、３３４、３３６、３３８、３４０、４０２、４１２、４３０、４３２、４３４、４３６、４３８、４４０、５１２、６１２、７１２、７３０、７３２、７３４、７３６、７３８、７４０、８１２、８３０、８３２、８３４、８３６、８３８、８４０、９１２、９３０、９３２、９３４、９３６、９３８、９４０、１０１２、１０３０、１０３２、１０３４、１０３６、１０３８、１０４０、１１１２、１２１２    光導波路のコア
１１８、３１８、４１８、５１８、６１８、７１８、８１８、９１８、１０１８、１１１８    半導体レーザ（または、光ファイバ）
１２４、３２４、４２４、５２４、６２４、７２４、８２４、９２４、１０２４、１１２４    光集積回路チップ
１２６ａ、１２６ｂ、３２６ａ、３２６ｂ、４２６ａ、４２６ｂ、５２６ａ、５２６ｂ、６２６ａ、６２６ｂ、７２６ａ、７２６ｂ、８２６ａ、８２６ｂ、９２６ａ、９２６ｂ、１０２６ａ、１０２６ｂ、１１２６ａ、１１２６ｂ    漏れ光の分布する境界線
１４２、１４４、１４６、３４２、３４４、３４６、４４２、４４４、４４６、７４２、７４４、７４６、８４２、８４４、８４６、９４２、９４４、９４６、１０４２、１０４４、１０４６    マルチモード干渉計
２０４、５０４    下部クラッド
２１４、３１４、４１４、５１４、６１４、７１４、８１４、９１４、１０１４、１１１４、１２１４    屈曲部
２１６    上部クラッド
３４８、４４８、７４８、８４８、９４８、１０４８    図１の光集積回路チップの外周
５０２、６０２、７０２、８０２、１００２、１１０２    光結合構造
５０６、６０６、７０６、８０６、９０６、１００６、１１０６、１２０６    光結合構造のコア
５０８（５０８ａ、５０８ｂ），６０８（６０８ａ、６０８ｂ）、７０８（７０８ａ、７０８ｂ）、８０８（８０８ａ、８０８ｂ）、１００８（１００８ａ、１００８ｂ）、１１０８（１１０８ａ、１１０８ｂ）、１２０８    光結合構造の第１のクラッド
５１０、１２０１    光結合構造の第２のクラッド
５１６、６１６、７１６、８１６、９１６、１０１６、１２１６    光導波路のクラッド
５２０、６２０    半導体レーザの活性部（または、光ファイバのコア）
５２２、６２０    半導体レーザのチップ（または、光ファイバのクラッド）
７５０    図３の光集積回路チップの外周
８５０    図４の光集積回路チップの外周
９５２、１０５２    光路変換器
１１５４ａ、１１５４ｂ    散乱体
１１５６ａ，１１５６ｂ    散乱体による散乱光の分布する境界線
【図１】
2016106238.tif 000003
【図２】
2016106238.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
2016106238.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
2016106238.tif 000014
【図１１Ｂ】
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【図１２】
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