JPH0638490B2 - ハイブリツド光集積回路 - Google Patents

ハイブリツド光集積回路

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JPH0638490B2
JPH0638490B2 JP19338685A JP19338685A JPH0638490B2 JP H0638490 B2 JPH0638490 B2 JP H0638490B2 JP 19338685 A JP19338685 A JP 19338685A JP 19338685 A JP19338685 A JP 19338685A JP H0638490 B2 JPH0638490 B2 JP H0638490B2
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optical
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泰文 山田
明 姫野
正夫 河内
盛男 小林
博 照井
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、光通信及び光情報処理において必要な、フア
イバ、光半導体素子等と光導波路との接続が容易であ
り、かつ、単一モード系への応用に適したハイブリツド
光集積回路に関するものである。
「従来の技術」 光導波路と、光フアイバ、フイルタ、受発光素子等を同
一基板上で複合一体化したハイプリツド光集積回路は、
光合分波器、光スイツチ等の光通信、光情報処理用光回
路の実現手段として期待されている。しかしながら、こ
の分野は未だ基礎研究段階にあり、実用に供されるに到
つた光回路はこれまでほとんど見受けられなかつた。
ところで、この種のハイブリッド光集積回路として、石
英系光導波路を用いた技術が最近提案され、基礎検討が
なされている〔例えば、特願昭59−167677、お
よびM.Kawaclin et al,Electron Lett.21,314,(198
4)〕。これらの基礎検討がなされているハイブリツド光
集積回路の一例を第1図に示す。1は基板、2はチヤネ
ル光導波路、3はフアイバガイド、4は光フアイバ、5
はフイルタガイド、6は微小反射鏡ガイド、7は半導体
レーザガイド、8は半導体レーザ、9は微小反射鏡、1
0はアバランシユフオトダイオード、11は干渉膜フイ
ルタであり、同一基板1の上で、光導波路と光フアイバ
受発光素子を複合一体化するためにチヤネル光導波路2
と各種ガイド3,5,6,7を一体化している。この回
路においては、各種素子をガイド3,5,6,7中に挿
入するだけで、光導波路2との位置合せが完了するよう
になつており、このために導波路2及びガイド3,5,
6,7の高さは70〜100μm程度必要である。従
来、この種の光回路においては、多モード用部品に応用
していたので、導波路幅は40〜50μm程度である。
したがつて、導波路のアスペクト比(高さ/幅)は1.
5〜2程度であり、強度的に問題はない構成になつてい
る。
「発明が解決しようとする問題点」 しかし、この回路を単一モード系部品に応用する場合、
導波路幅は5〜10μm程度であるので、導波路のアス
ペクト比は10程度となる。このような細くかつ高いパ
ターンは強度的に不安定であり、このため、フアイバ、
半導体レーザ等の装着時に導波路に欠けを発生する虞が
ある。また、単一モード系光導波路には、多モード系よ
り一桁高い加工精度が要求されるため、この観点からも
導波路部分を70〜100μmの高さにすることは好ま
しくない。
逆に、ガイド高さを低くして、単一モード系導波路の高
さとして問題がないと考えられる10〜20μmとした
場合は、ガイドの機能が十分に発揮されない。即ち、こ
のような背の低いガイドを用いて、例えば、光フアイバ
を接続する場合、光フアイバ外径を30μm程度にしな
ければならないが、このような細いフアイバは取り扱い
に不便なのである。
このように、従来の構造では、単一モード系光導波路と
ガイドとを両立して製作することは困難な問題があつ
た。
本発明の目的は、従来のガイド付光導波回路を単一モー
ド系に適用すると、導波路の高さと、ガイドの高さを両
立させて設定することが難しいという問題点を解決し、
単一モード系に適したハイプリツド光集積回路を提供す
ることにある。
「問題点を解決するための手段」 本発明の1つは、フアイバガイドまたは光素子ガイド
と、光導波路とを設ける基板に段差を形成し、上段の基
板上面に光導波路を下段の基板上面にフアイバガイドま
たは光素子ガイドを設けたものである。
本発明の他の1つは、基板上に設けられるファイバガイ
ドおよび光素子ガイドの少なくとも一方と、前記基板上
に凸状に形成される光導波路とを具備したハイブリッド
光集積回路において、前記基板に段差を形成し、上段の
基板上面に光導波路を形成し、下段の基板上面にファイ
バガイドおよび光素子ガイドの少なくとも一方と光半導
体素子を設け、前記上段と下段の基板の内、少なくとも
一方に電気配線支持台を形成し、前記下段の基板上面に
第1導電膜を、また、前記電気配線支持台の上面に第2
導電膜をそれぞれ相互に絶縁状態で形成し、前記光半導
体素子に前記第1導電膜と第2導電膜を接続して給電可
能としたものである。
また、本発明において、下段の基板をSi基板としても
良く、下段の基板と上段の基板をSi基板としても良
い。更にまた、光導波路と各ガイドと電気配線支持台を
石英系光導波膜で形成しても良い。
「作 用」 基板に段差を形成し、下段に各ガイドを設け上段に光導
波路を形成することによつて、各ガイドの背を高く形成
しつつ光導波路の背を低く形成できるようになる。
「実施例」 第1図は、本発明の一実施例を示す光合分波モジユール
であつて、図中1aは下部基板(Si基板)を示し、こ
の下部基板1aの上面中央部には石英系光導波膜からな
る上部基板1bが形成され、下部基板1aと上部基板1
bとによつて段差を有する基板1が構成されている。前
記上部基板1bの上面には、該上面の一側から他側にか
けて石英系チヤネル光導波路2が、更に、上部基板1b
の上面中央には、光導波路2の長さ方向中央部を挾むよ
うにフイルタガイド5,5が各々形成されている。な
お、チヤネル光導波路2はクラツド層2aとコア層2b
とからなつている。また、上部基板1bの一側(第1図
の左側)端部側方であつて、下部基板1aの上面には、
フアイバガイド3,3が立設され、上部基板1bの他側
(第2図の右側)端部側方であつて、下部基板1aの上
面には、光導波路2の一端を挾んだ反射鏡ガイド6,6
が立設され、反射鏡ガイド6,6の間であつて下部基板
1aの上面には微小反射鏡9が立設されている。なお、
光導波路2は、その中央部で側方に分岐され、その分岐
部分の先端前方であて下部基板1aの上面には発光素子
ガイド7と半導体レーザ8が立設されている。一方、前
記ガイド3,3の間に挿入されているのはフアイバクラ
ツド層4aとフアイバコア部4bとからなる光フアイバ
である。なお、前記各ガイド3,5,6,7においては
その外面に石英系光導波膜がエツチングされている。
以上の如く構成された光合分波モジユールにあつては、
チヤネル光導波路2を上部基板1b上に形成したため
に、その背を上部基板1bの厚さ分、従来構造よりも低
くすることができ、たとえチヤネル光導波路2が単モー
ド系であつてもそのアスベクト比を小さくすることがで
きる。なお、各ガイド3,5,6,7は、下部基板1a
上面に立設されていて、上部基板1bの厚さにチヤネル
光導波路2の高さを加えた高さを有するために、各ガイ
ド3,5,6,7を必要十分な高さに形成することがで
きる。これにより、例えば、単一モード系光導波路を用
いて、この光合分波モジユールを製作した場合、チヤネ
ル光導波路2のアスペクト比を1〜3程度と小さくする
ことが可能になり、機械的信頼性が高くなる。一方、ガ
イド3の部分では十分な深さ(高さ)が確保できるの
で、フアイバ位置決め、半導体レーザ位置決め等の機能
を発揮することができる。
次に、上述したようなガイド付光導波回路の設計条件を
具体的な数値例を挙げて説明する。第2図は、第1図の
フアイバガイド3付近を、ガイド3の外方より導波路2
側を見た図である。図中lは下部基板1aの上面か
ら、導波路のコア層2bの中心までの高さを示し、l
は下部基板1aの上面から、導波路2のクラツド層上部
までの高さで、これはガイド3の高さと等しい。l
上部基板上面1bから導波路2のクラツド層2aの上部
までの高さであり、これは、導波路2の高さと等しい。
ここで導波路幅はwとするとともにフアイバガイド3,
3の間隔は、2lに設定しておく。したがつてフアイ
バ4の外径を2lに設定しておけば、フアイバ4をフ
アイバガイド3に挿入するだけで、フアイバコア部4b
と導波路2のコア層2bとの位置合せが達成できる。例
えば、フアイバ4として外径125μm、コア径8μm
のフアイバを考える。このとき、ガイド間隔2lは1
25μmに設定する必要があり、したがつてl=6
2.5μmとする。一方、導波路2のコア寸法を、フア
イバにあわせて、コア層幅(w)=コア層高さ=8μmと
する。これに合わせてクラツド層2aまで含めた導波路
2の高さlは、例えばl=15μmにするとともに
フアイバガイド高さlを例えばl=74μmとす
る。この数値例のように設定すれば、導波路2のアスペ
クト比は2程度と小さくできる。一方、フアイバガイド
3としては、高さ60μm程度と十分な高さを採用でき
る。これに合わせて、半導体レーザ8も第3図に示すよ
うにレーザの基板の厚さを研磨等によつて調節してお
き、活性層8aの高さが下部基板1の上面からlの高
さになるようにすればよい。また、受光素子の搭載にあ
たつては、微小反射鏡9の高さを、微小反射鏡ガイド6
の高さと同等のlに設定し、この上にアバランシユフ
オトダイオード等の受光素子10を第1図の矢印の如く
設置すればよい。また、干渉膜フイルタチツプ11をフ
イルタガイド5に第1図の矢印の如く挿入すれば、光合
分波モジユールを組み立てることができる。このよう
に、本構成によれば、単一モード系光導波路のアスペク
ト比を2程度に抑えて、深さ60μm以上のガイドが形
成できるために、単一モード系ハイブリツド光集積回路
に適用できる。
また、光素子への電気配線支持台を形成することがあ
る。第4図は、半導体レーザ8に、電気配線支持台12
を設けて給電可能な構成とした例を示す図である。
第4図に示す構造にあつては、上部基板1bの角部に上
部基板1bを貫通した電気配線支持台12を半導体レー
ザ8に隣接させて下部基板1aの上面に設けたものであ
り、その他の構成は大旨前記実施例と同等である。な
お、本実施例にあつては、電気配線支持台12の上面
に、金属膜13を、導電膜として形成してある。なお、
金属膜13としては、Al・Au蒸着膜等を使用すれば
よい。また、下部基板1aの表面にも、金属膜13′を
形成してある。下部基板1aの表面上の金属膜13′は
半導体レーザ8の電極と接続しており、また、電気配線
支持台12の上面の金属膜13と活性層上の上部電極8
bとは金線14によつてボンデイングされている。この
場合、電気配線支持台12の幅が単一モード系光導波路
幅程度に挾ければ、上部基板1b上に電気配線支持台を
形成することにより、光導波路と同様に、アスペクト比
が小さく、充分な機械的強度を有する電気配線支持台を
製作することができる。
第5図は、本発明の別の実施例であつて、下部基板1a
及び上部基板1bともにSi基板からなり、その上に
は、石英系光導波膜よりなるチヤネル光導波路2、フア
イバガイド3、半導体レーザガイド7が形成されてい
る。この例では、半導体レーザガイド7上に導電膜13
が形成されており、レーザガイド7は電気配線支持台も
兼ねている。また、ガイド7の形成されている下部基板
1aの表面にも導電膜13′が形成されている。この光
回路はフアイバガイド3中にフアイバを挿入し、レーザ
ガイド7に半導体レーザを装着し導電膜13及び13′
を利用して電気配線を行なうことにより、合流モジユー
ルとして機能する。この実施例においても、導波路3は
上部基板1b上に形成されているので、この背は低く、
したがつて、アスペクト比は小さくできるので、機械的
強度を十分確保できる。
以上説明したように、本発明の1つのハイプリツド光集
積回路は、基板表面に段差を付け上部基板、下部基板の
2段構成として、幅の狭い単一モード用光導波路につい
ては、上部基板上に形成し、その高さを必要最小限に抑
え、また、ガイドのように、十分な高さがないと機能し
ない構成要素については、下部基板上に形成しているの
で、光導波路のように細いパタンであつても、そのアス
ペクト比を1〜2程度に設定することができ、かつ、ガ
イドも十分機能を発揮することができるという利点があ
る。そしてこのような光回路は、特に、単一モード系の
ハイブリツド光集積回路に有効である。
以上説明したように、本発明の他の1つのハイプリツド
光集積回路は、基板表面に段差を付け上部基板、下部基
板の2段構成として、幅の狭い単一モード用光導波路に
ついては、上部基板上に形成し、その高さを必要最小限
に抑え、また、ガイドのように、十分な高さがないと機
能しない構成要素については下部基板上に形成している
ので、光導波路のように細いパタンであつても、そのア
スペクト比を1〜2程度に設定することができ、かつ、
ガイドも十分機能を発揮することができるという利点が
ある。そしてこのような光回路は、特に、単一モード系
のハイブリツド光集積回路に有効である。また、基板上
の電気配線支持台の導電膜と基板の導電膜を利用して基
板上に形成された光半導体素子の回路用の電気配線を施
し、給電することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一つの一実施例である下部基板S
i、上部基板、石英系光導波膜からなる光合分波モジユ
ールの斜視図、第2図は第1図に示すモジユールのフア
イバガイド部の側面図、第3は第1図に示すモジユール
の半導体レーザガイドの斜視図、第4図は、本発明の他
の一つである電気配線支持台を備えた光回路の斜視図、
第5図は、本発明の別の実施例であり、下部基板、上部
基板ともSiからなる光回路の斜視図、第6図は、従来
のガイド付光導波回路の例(光合分波モジユール)を示
す斜視図である。 1……基板、1a……下部基板、1b……上部基板、2
……チヤネル光導波路、3……フアイバガイド、4……
光フアイバ、5……フイルタガイド、6……微小反射鏡
ガイド、7……発光素子ガイド、8……半導体レーザ、
12……電気配線支持台、13,13′……導電膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河内 正夫 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話株式会社茨城電気通信研 究所内 (72)発明者 小林 盛男 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話株式会社茨城電気通信研 究所内 (72)発明者 照井 博 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話株式会社茨城電気通信研 究所内 (56)参考文献 特公 平5−3748(JP,B2)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に設けられるファイバガイドおよび
    光素子ガイドの少なくとも一方と、前記基板上に凸状に
    形成される光導波路とを具備したハイブリッド光集積回
    路において、前記基板に段差を形成し、上段の基板上面
    に光導波路を形成し、下段の基板上面にファイバガイド
    および光素子ガイドの少なくとも一方を設けてなるハイ
    ブリッド光集積回路。
  2. 【請求項2】基板上に設けられるファイバガイドおよび
    光素子ガイドの少なくとも一方と、前記基板上に凸状に
    形成される光導波路とを具備したハイブリッド光集積回
    路において、前記基板に段差を形成し、上段の基板上面
    に光導波路を形成し、下段の基板上面にファイバガイド
    および光素子ガイドの少なくとも一方と光半導体素子を
    設け、前記上段と下段の基板の内、少なくとも一方に電
    気配線支持台を形成し、前記下段の基板上面に第1導電
    膜を、また、前記電気配線支持台の上面に第2導電膜を
    それぞれ相互に絶縁状態で形成し、前記光半導体素子に
    前記第1導電膜と第2導電膜を接続して給電可能とした
    ハイブリッド光集積回路。
  3. 【請求項3】下段の基板がSi基板であり、上段の基板
    および光導波路と各ガイドと電気配線支持台を石英系光
    導波膜で形成した特許請求の範囲第1項記載のハイブリ
    ッド光集積回路。
  4. 【請求項4】上段および下段の基板がいずれもSi基板
    であり、光導波路と各ガイドと電気配線支持台を石英系
    光導波膜で形成した特許請求の範囲第1項記載のハイブ
    リッド光集積回路。
  5. 【請求項5】下段の基板がSi基板であり、上段の基板
    および光導波路と各ガイドと電気配線支持台を石英系光
    導波膜で形成した特許請求の範囲第2項記載のハイブリ
    ッド光集積回路。
  6. 【請求項6】上段および下段の基板がいずれもSi基板
    であり、光導波路と各ガイドと電気配線支持台を石英系
    光導波膜で形成した特許請求の範囲第2項記載のハイブ
    リッド光集積回路。
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