JPS62159105A - 双方向伝送用光モジユ−ル - Google Patents

双方向伝送用光モジユ−ル

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JPS62159105A
JPS62159105A JP53186A JP53186A JPS62159105A JP S62159105 A JPS62159105 A JP S62159105A JP 53186 A JP53186 A JP 53186A JP 53186 A JP53186 A JP 53186A JP S62159105 A JPS62159105 A JP S62159105A
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JP
Japan
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filter
optical
optical module
bidirectional transmission
wavelength
Prior art date
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Pending
Application number
JP53186A
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English (en)
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Katsuyuki Imoto
克之 井本
Minoru Maeda
稔 前田
Katsutoshi Saito
斉藤 勝利
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12004Combinations of two or more optical elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4246Bidirectionally operating package structures

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、光合分波素子、半導体発光素子、受光素子な
どの光デバイスを一体化した光モジュールに関する。
〔発明の背景〕
光フアイバ通信における光波長多重伝送技術は経済化を
はかる上で重要である。上記光波長多重伝送において、
光合分波器は必須のデバイスである。
従来、光合分波器として、干渉膜フィルタを用いる構成
がある。(「光通信ハンドブック」朝食書店:325頁
〜331頁)。この干渉膜フィルタを用いた光合分波器
は、通過域、阻止域損失特性9通過帯域幅とも良好な特
性が得られており。
広く用いられようとしている。しかし、この光合分波器
はガラスブロックに干渉膜フィルタを接着剤ではりつけ
ており、組立て加工、光軸調整に時間がかかり、また量
産性も悪い、さらに、半導体発光素子、受光素子を上記
光合分波器と組合せて双方向伝送光モジュールを構成し
ようとすると、個別部品の組合せであるために、ますま
す組立て加工、光軸調整に時間がかかり、量産性も悪く
なるという問題点があり、非常に高価なものになってい
た。
(発明の目的〕 本発明の目的は、前記問題点を解決させることにある。
すなわち、より簡易化、経済化をはかれる1チツプモノ
リシツク型の双方向伝送光モジュールを提供することに
ある。
〔発明の概要〕
本発明は、基板上面に光導波路を有し、該基板の両端面
に多層膜フィルタを有し、該フィルタの後に半導体発光
素子あるいは受光素子、または両方ともを配置させた構
成である。
〔発明の実施例〕
第1図に本発明の双方向伝送光モジュールの実施例を示
す、同図(a)は上面図、同図(b)は(a)のA−A
 ’断面図である。これは3波長多重伝送用光モジュー
ルであり、矢印21方向へ波長λl、λ2(たとえば、
λ1=1.2μm、λ2=1.3μm)の光信号を光フ
ァイバ14を通して伝送させ、逆に矢印22方向から送
られてきた波長λg(たとえば、1.55μm)の光信
号を受光素子11で受光させる構成である。9.10は
発振波長がλ!、λ2の半導体発光素子であり、12゜
13は上記半導体発光素子の光信号をモニタするための
受光素子である。8は波長λ1.λ2の光信号に対して
は吸収係数が大きく、波長λ♂の光信号に対しては吸収
係数が極めて小さい半導体材料(たとえば、 Ino、
5Gao、eAs)で構成された半導体素子である。1
は半導体基板1強誘電体基板、磁性体基板、ガラス基板
などであり、たとえばこの場合、TnP基板である。2
はInPにバッファ層であり、この上にスラブ状の受動
導波路層3(たとえばInGaAsP)が形成され、こ
のスラブ導波路層3にはジオデシックレンズ5が設けら
れている。
そしてこのスラブ導波路M3の上にInPによるクラッ
ド層4が被覆されている。受動導波路層3の屈折率は、
バッファ層2.クラッド層4の屈折率よりも高くしであ
る。上記積層導波路2,3゜4の両端面19.20には
多層膜フィルタ6A。
6B、6G、7が形成されている。6Aは波長λ8の光
信号を通し、波長λ1.λ2の光信号を阻止するフィル
タ、6Bは波長λ2の光信号を通し、波長λ1.λ3の
光信号を阻止するフィルタ、6Cは波長λlの光信号を
通し、波長λ2.λ3の光信号を阻止するフィルタ、7
は波長λ2.λ8の光信号を反射させるフィルタである
。これらのフィルタは積層導波路2,3.4を形成した
後に形成される。
そしてこれらのフィルタの構成は、たとえば第2図に示
すように、I n z−xGsxAsyPt−yの組成
比(この場合、y=2.197 xのy)を変えること
によっ屈折率の値がちがうことを利用し、屈折率の高い
層と低い層を厚みP/4波長(ただし、P=1゜3)に
して交互に数10層積層させるように形成される。そし
てフィルタ特性、たとえば帯域通過フィルタの場合には
、上記交互層の途中に−の厚さの屈折率の高い(あるい
は低い)層のいわゆるキャビティ層を挿入してもよい。
このキャビティ層は一つに限らない6層数は多い程、阻
止域での減衰量を多くとることができる。上記薄層は材
質は積層導波路2,3.4の材質と同種のものであるの
で容易に堆積させることができ、また厚くしでも割れと
かはく離などが生じない。上記フィル夕材質以外に、第
3.4.5図に示すように。
A Q GaAs、GaAs、n−GaAs、P−Ga
Asなどの材質を種々組合せてもよい。屈折率の高い層
と低い層の屈折率差が大きい程、通過域の帯域幅を広く
でき、通過域から阻止域への減衰勾配を大きくできる。
半導体素子8〜13は上記フィルタを形成した後で。
液相成長法により形成させる。まず、InPバッファ層
2の上にInGaAsPによる活性導波路W115を、
そしてこの活性導波路層15の上にInP中間層16、
InPによるクラッド層17が形成される。ギャップ部
18はドライエツチングなどにより形成され、半導体素
子の端面はほぼ共振端面となる。ただし、11〜13の
受光素子の図面にむかって右側端面ば共振端面を形成さ
れていない。
またこれら受光素子は半導体発光素子構造以外に、通常
の受光素子に見られるような面受光型の素子を用いても
よい。
次に第1図の動作について述べる6半導体発光素子10
からの光信号(波長λ1)はフィルタ6Cを通過し、ス
ラブ導波路3内に入る。そしてジオデシックレンズ5で
平行光に変換されて伝搬し。
ジオデシックレンズ5の出口部で光がしぼられ。
光ファイバ14のコア部23内に集光されて矢印21の
ごとく伝搬していく。また半導体発光素子9からの光信
号(波長λ2)はフィルタ6Bを通過し、スラブ導波路
3内に入る。ジオデシックレンズ5内を伝搬し、このレ
ンズ5の出口部で光がしぼられ、フィルタ7に入射する
。フィルタ7は波長λ2の光信号を反射する。この反射
信号はジオデシックレンズ5を通ってフィルタ6Cに入
射するが、このフィルフロCでも反射され、ジオデシッ
クレンズ5を通って光フアイバ14内に入射する。そし
て、波長λ1の光信号と同様に矢印21の方向に伝搬し
ていく、矢印22方向から伝搬してきた波長λ8の光信
号はスラブ導波路3内に入射し、ジオデシックレンズ5
を通ってフィルタ6Cに達するが、このフィルタ6Cで
反射される。
そしてフィルタ7に達し、ここでも反射され、フィルタ
6Bに達する。このフィルタ6Bでも反射され、フィル
タ7に達し、ふたたび反射されてフィルタ6Aに入射す
る。フィルタ6Aは波長λ8の光信号を通過させるので
、上記フィルタ6Aに入射した波長λ8の光信号は半導
体素子8を通って受光素子11で受光される。このよう
に、同一基板上に、積層導波路の形成、多層膜フィルタ
の形成、半導体発光および受光素子の形成を順次行うこ
とにより、1チツプモノリシツク型光モジユールを実現
することができる。しかも上記3つの工程はいずれも結
晶成長技術を使って行うことができる。また、それぞれ
の光デバイスの寸法精度を1μm以下の精度に抑えるこ
とができるので、従来のような光軸調整の必要がない。
第6図は本発明の双方向伝送光モジュールの別の実施例
を示したものである。これは第1図のスラブ導波路の代
わりに三次元導波路24を用いた場合である。同図(a
)は上面図、同図(b)は側面図である。三次元導波路
24を設けて光をジグザク状に伝搬させるので、ジオデ
シックレンズは不要となる。
第7図は本発明の双方向伝送光モジュールの別の実施例
である。これは第6図の場合の三次元導波路24の上に
上記導波路の屈折率よりも低いクラッド層25(たとえ
ば、InP)を設けたものである。このクラッド層25
を設けた後で、多層膜フィルタ6A〜6C97を形成さ
せると、三次元導波路24の端面へ膜厚の均一な多層膜
を形成させやすくなるという利点が生ずる。すなわち。
エツジ部での膜厚のダレによるフィルタ特性の劣化を抑
制できる。したがって、InPバッファ層2、クラッド
層25の膜厚は十分に厚い方が多層膜を均一に形成し易
くなる。
本発明は上記実施例に限定されない。まず波長多重数は
2波以上を容易に構成できる。また双方向伝送以外に片
方向伝送でもよい。たとえば、第1.6.7図において
、8を波長λBで発振する半導体発光素子に代えるとか
、逆に、9,10を受光素子に代えるようにして片方向
伝送光モジュールを構成してもよ゛い。半導体発光素子
としては、半導体レーザ、発光ダイオードなどを用いる
ことができる。受光素子としては、ホトダイオード。
アバランシェホトダイオードのいずれでもよい8多層膜
フィルタの材料は、結晶材料の膜以外に、薄い場合には
、ガラス材料(たとえば、5i(lz、 Ti1t。
Zn0zなど)でもよい、半導体発光素子には、ダフル
へテロ接合構造の他に、ストライプ構造9分布帰還形(
DFB)レーザなど、種々の構造のものを適用できる。
また基板1には、InP以外に、GaAs基板、LiN
b0a基板、GaA Q As基板、Si基板あるいは
ガラス基板などでもよい、また半導体発光および受光素
子の一部は端面20側に配置させてもよい。たとえば、
第1図において、8.11はフィルタ7側に配置させて
もよい、光素子を離して配置させることは漏話量低減に
有効である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、半導体基板上に光合分波素子。
光素子を一体化形成した1チツプモノリシツク型の双方
向伝送光モジュールを得ることができる。
しかも従来の光素子製造プロセスを利用して容易に製造
することができ、プロセスも簡単なため、経済化を期待
できる。また微細加工精度で作ることができるので、光
結合効率が良く、光軸ずれの少ない低損失光モジュール
を信頼性良く作れるといった効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1.6.7図は本発明の双方向伝送光モジュールの実
施例を示す図、第2〜5図は従来の半導体材料の屈折率
の波長依存性を示したグラフである。 1・・・基板、2・・・バッファ層、3・・・スラブ導
波路層、4.17.25・−・クラッド層、5・・・ジ
オデシックレンズ、6A〜6C17・・・多層膜フィル
タ、8・・・半導体素子、9.10・・・半導体発光素
子、11〜13・・・受光素子、14・・・光ファイバ
、15・・・活性導波路層、16・・・中間層、18・
・・ギャップ部、19.20・・・端面、21,22・
・・光の伝搬方向を示す矢印、23・・・コア部、24
・・・三次元導波路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基板上面に光導波路を有し、該基板の両端面に多層
    膜フィルタを有し、該フィルタの後に半導体発光素子及
    び受光素子の少なくとも一つを配置させたことを特徴と
    する双方向伝送用光モジュール。 2、特許請求の範囲第1項記載において、前記半導体発
    光素子の発振波長と前記受光素子で受光する光信号の波
    長とが異なつていることを特徴とする双方向伝送用光モ
    ジュール。 3、特許請求の範囲第1項において、波長多重数が少な
    くとも2以上の双方向伝送用光モジュール。 4、特許請求の範囲第1項において、前記基板として半
    導体、強誘電体、又は磁性体を用いたことを特徴とする
    双方向伝送用光モジュール。 5、特許請求の範囲第1項において、前記光導波路がス
    ラブ導波路あるいは三次元導波路であることを特徴とす
    る双方向伝送用光モジュール。 6、特許請求の範囲第1項において、前記光導波路と前
    記基板との間に低屈折率のバッファ層を介在させたこと
    を特徴とする双方向伝送用光モジュール。 7、特許請求の範囲第1項において、前記光導波路の上
    部に低屈折率のクラッド層を形成させたことを特徴とす
    る双方向伝送用光モジュール。 8、特許請求の範囲第1項において、前記多層膜フィル
    タ材料として、半導体、あるいはガラス、さらにはこれ
    らの組合せにより用いたことを特徴とする双方向伝送用
    光モジュール。 9、特許請求の範囲第5項において、前記スラブ導波路
    にジオデミックレンズを用いたことを特徴とする双方向
    伝送用光モジュール。
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