光デバイスの位置決め方法
【課題】 光干渉素子のクロスポイントチューニングを行うことなく、光デバイスの位置決めを行うことができる、光デバイスの位置決め方法を提供する。
【解決手段】 光デバイスの位置決め方法は、入力カプラと、前記入力カプラに接続された複数の半導体アームと、前記半導体アームの出力を干渉させる出力カプラと、を備える光干渉素子において、前記複数の半導体アームのうち、１つを除く他のすべての半導体アームに光吸収特性を生じさせる制御を行う第１ステップと、前記第１ステップの後に、前記出力カプラから出力される前記入力光を測定しつつ、前記光干渉素子と光結合する光デバイスの位置決めを行う第２ステップと、を含むことを特徴とする。
【解決手段】 光デバイスの位置決め方法は、入力カプラと、前記入力カプラに接続された複数の半導体アームと、前記半導体アームの出力を干渉させる出力カプラと、を備える光干渉素子において、前記複数の半導体アームのうち、１つを除く他のすべての半導体アームに光吸収特性を生じさせる制御を行う第１ステップと、前記第１ステップの後に、前記出力カプラから出力される前記入力光を測定しつつ、前記光干渉素子と光結合する光デバイスの位置決めを行う第２ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスの位置決め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源としての半導体レーザと光干渉素子とを集積化した光半導体デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような光半導体デバイスにおいて、各光デバイスの位置決めを行う場合、光干渉素子からの出力を観測しつつ各光デバイスの位置決めを行うことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７８００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体レーザから光干渉素子を通過した光の強度は、個々の光干渉素子の半導体アームの製造バラツキなどに起因して、個々に異なることがある。一方、レンズ、アイソレータ、フェルール等、各種の光デバイスを用いて光ファイバに結合される光強度は、ある範囲に収めることが要求される。したがって、半導体レーザから光干渉素子を通過した光の強度を適切な光出力になるように、個々の光干渉素子毎に干渉特性を調整する必要があった。しかしながら、素子毎に異なる調整作業を行う必要があることから、デバイスの位置決め工程が煩雑であった。
【０００５】
本発明は、光干渉素子の干渉特性の調整を素子毎に行うことなく、光デバイスの位置決めを行うことができる、光デバイスの位置決め方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光デバイスの位置決め方法は、入力カプラと、前記入力カプラに接続された複数の半導体アームと、前記半導体アームの出力を干渉させる出力カプラと、を備える光干渉素子において、前記複数の半導体アームのうち、１つを除く他のすべての半導体アームに光吸収特性を生じさせる制御を行う第１ステップと、前記第１ステップの後に、前記出力カプラから出力される前記入力光を測定しつつ、前記光干渉素子と光結合する光デバイスの位置決めを行う第２ステップと、を含むことを特徴とする。本発明に係る光デバイスの位置決め方法によれば、個々の光干渉素子毎に異なる調整を行うことなく、光デバイスの位置決めを行うことができる。
【０００７】
前記光干渉素子は、マッハツェンダ変調器としてもよい。前記第１ステップにおいて、前記半導体アームに逆バイアスを印加することで、光吸収特性を生じさせてもよい。前記半導体アームは、位相制御部と、変調制御部とを有し、前記第１ステップにおいて、前記逆バイアスは、前記位相制御部および前記変調制御部のいずれかあるいは両方に印加されてもよい。
【０００８】
前記光干渉素子の入力カプラには、半導体レーザの出力が接続されていてもよい。前記光干渉素子は、前記半導体レーザと共通の半導体基板上に設けられていてもよい。前記半導体レーザは、波長可変半導体レーザとしてもよい。前記第１ステップにおける光吸収率を２０ｄＢ以上としてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る光デバイスの位置決め方法によれば、個々の光干渉素子毎に異なる調整を行うことなく、光デバイスの位置決めを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は光半導体モジュールの全体構成を示す平面図であり、（ｂ）は光半導体モジュールと光ファイバとが接続された構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、接続機器の拡大図であり、（ｂ）は接続機器の分解図である。
【図３】（ａ）は半導体レーザの拡大平面図であり、（ｂ）は（ａ）のα−α線断面図である。
【図４】（ａ）は光干渉素子の上面模式図の例であり、（ｂ）は（ａ）のβ−β間の断面模式図の例であり、（ｃ）は（ａ）のγ−γ間の断面模式図の例である。
【図５】第２半導体アームに逆バイアスを印加することによって第２半導体アームに光吸収させた場合の各半導体アームからの出力および光干渉素子の消光比を示す図である。
【図６】（ａ）は第１半導体アームまたは第２半導体アームのみに逆バイアスを印加した場合の光干渉素子の光出力パワーの例を示す図であり、（ｂ）は半導体アームに印加される逆バイアスと、当該半導体アームを通過する光パワーとの関係を示す図である。
【図７】（ａ）は位置決め方法のフローを示す図であり、（ｂ）は位置決め方法に用いる装置図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１（ａ）は、実施例１に係る光デバイスの位置決め方法の対象とする光半導体モジュール１００の全体構成を示す平面図である。図１（ａ）に示すように、光半導体モジュール１００は、パッケージ１１０内に、光半導体デバイス１２０、第１レンズ１３０、第２レンズ１４０、複数の配線１５０などが配置された構成を有する。図１（ａ）および後述する図１（ｂ）においては、パッケージ１１０内が透過して見えている。
【００１３】
光半導体デバイス１２０は、半導体レーザと干渉素子とが集積化された構造を有する。本実施例においては、半導体レーザとして波長可変レーザを用いる。また、光干渉素子として、マッハツェンダ変調器を用いる。なお、図１（ａ）および後述する図１（ｂ）においては、光半導体モジュール１００の光導波路が透過して見えている。
【００１４】
第１レンズ１３０は、光半導体デバイス１２０の光干渉素子の第１出力端３７ａおよび第２出力端３７ｂのいずれか一方のみの出力光を第２レンズ１４０および接続機器４００を介して光ファイバ５００に接続するためにパッケージ１１０外でフォルダに対して調整・固定後に、パッケージ１１０内に組み込まれる。第２レンズ１４０は、パッケージ１１０の窓部に固定されている。配線１５０は、光半導体デバイス１２０の各電極にボンディングワイヤなどを介して接続されている。光半導体デバイス１２０は、配線１５０から電気信号が供給されることによって動作する。この構成によって、半導体レーザの出力光は、光干渉素子において変調され、光干渉素子の第１出力端３７ａおよび第２出力端３７ｂのいずれか一方のみの出力光が、第１レンズ１３０および第２レンズ１４０を経由してパッケージ１１０外に出力される。
【００１５】
図１（ｂ）は、光半導体モジュール１００と光ファイバ５００とが接続された構成を示す図である。図１（ｂ）に示すように、光半導体モジュール１００は、接続機器４００を介して光ファイバ５００に接続される。図２（ａ）は、接続機器４００の拡大図である。図２（ｂ）は、接続機器４００の分解図である。
【００１６】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、接続機器４００は、Ｚガイド４１０と、フェルール付きのレセプタクル４２０と、フェルール付きのファイバ４３０とがこの順に互いに接続された構成を有する。Ｚガイド４１０は、パッケージ１１０の窓部に接続される。レセプタクル４２０をＺガイド４１０にはめ込むことによって、レセプタクル４２０およびＺガイド４１０を光半導体モジュール１００の光軸に垂直な面内で動かすことができるとともに、レセプタクル４２０を光軸方向に動かすことができる。
【００１７】
本実施例に係る光デバイスの位置決め方法においては、半導体レーザ２００に光を出力させつつ、ファイバ４３０から出力される光のパワーが所定値になるように、レセプタクル４２０およびＺガイド４１０の光軸と垂直平面内での位置を調整し、さらにレセプタクル４２０の光軸方向の位置をＺガイド４１０内で調整する。それにより、光半導体モジュール１００および接続機器４００の各光デバイスの位置決めを行うことができる。以下、光半導体デバイス１２０の構成の詳細について説明する。
【００１８】
図３（ａ）は、半導体レーザ２００の拡大平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のα−α線断面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、半導体レーザ２００は、ＳＧ−ＤＦＢ（Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ（Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域Ｂ、光吸収領域Ｃ、およびＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）領域Ｄが連結された構造を有する。本実施例においては、ＳＯＡ領域Ｄ、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ、光吸収領域Ｃの順に連結されている。
【００１９】
ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａは、基板１上に、下クラッド層２、活性層３、上クラッド層６、コンタクト層７、および電極８が積層された構造を有する。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、基板上１に、下クラッド層２、光導波層４、上クラッド層６、絶縁膜９、および複数のヒータ１０が積層された構造を有する。各ヒータ１０には、電源電極１１およびグランド電極１２が設けられている。光吸収領域Ｃは、基板１上に、下クラッド層２、光吸収層５、上クラッド層６、コンタクト層１３、および電極１４が積層された構造を有する。ＳＯＡ領域Ｄは、基板１上に、ｎ型の下クラッド層２、光増幅層１９、ｐ型の上クラッド層６、ｐ型のコンタクト層２０、および電極２１が積層された構造を有する。なお、絶縁膜９は、電極８と電極２１との間にも形成されている。
【００２０】
ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ、光吸収領域Ｃ、およびＳＯＡ領域Ｄにおいて、基板１、下クラッド層２、および上クラッド層６は、一体的に形成されている。活性層３，光導波層４，光吸収層５、および光増幅層１９は、同一面上に形成されている。
【００２１】
回折格子（コルゲーション）１８は、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの下クラッド層２に所定の間隔を空けて複数箇所に形成されている。ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、複数のセグメントにより構成される。ここでセグメントとは、回折格子１８が設けられている領域と回折格子１８が設けられていないスペース部とが１つずつ連続する領域のことをいう。回折格子１８は、下クラッド層２とは異なる屈折率の材料で構成されている。回折格子を構成する材料は、下クラッド層２がＩｎＰの場合、例えばＧａ０．２２Ｉｎ０．７８Ａｓ０．４７Ｐ０．５３を用いることができる。
【００２２】
また、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにおいては、少なくとも２つのセグメントの光学的長さが、互いに異なって形成されている。それにより、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの波長特性のピーク同士の強度は、波長依存性を有するようになる。一方、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａにおける各セグメントの光学的長さは、実質的に互いに同一である。これらＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの組み合わせにより、バーニア効果を利用して、所望の波長で安定してレーザ発振させることができる。
【００２３】
基板１は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなる結晶基板である。下クラッド層２はｎ型、上クラッド層６はｐ型であり、それぞれ例えばＩｎＰによって構成される。下クラッド層２と上クラッド層６は、活性層３、光導波層４、光吸収層５、および光増幅層１９を上下で光閉込めしている。
【００２４】
活性層３は、利得を有する半導体により構成されている。活性層３は、例えば量子井戸構造を有しており、例えばＧａ０．３２Ｉｎ０．６８Ａｓ０．９２Ｐ０．０８（厚さ５ｎｍ）からなる井戸層と、Ｇａ０．２２Ｉｎ０．７８Ａｓ０．４７Ｐ０．５３（厚さ１０ｎｍ）からなる障壁層が交互に積層された構造を有する。光導波層４は、例えばバルク半導体層で構成することができ、例えばＧａ０．２２Ｉｎ０．７８Ａｓ０．４７Ｐ０．５３によって構成することができる。
【００２５】
光吸収層５は、半導体レーザ２００の発振波長に対して、吸収特性を有する材料が選択される。光吸収層５としては、その吸収端波長が例えば半導体レーザ２００の発振波長に対して長波長側に位置する材料を選択することができる。なお、半導体レーザ２００の発振波長のうち、もっとも長い発振波長よりも吸収端波長が長波長側に位置していることが好ましい。
【００２６】
光吸収層５は、例えば、量子井戸構造で構成することが可能であり、例えばＧａ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ（厚さ５ｎｍ）の井戸層とＧａ０．２８Ｉｎ０．７２Ａｓ０．６１Ｐ０．３９（厚さ１０ｎｍ）の障壁層が交互に積層された構造を有する。また、光吸収層５はバルク半導体であってよく、例えばＧａ０．４６Ｉｎ０．５４Ａｓ０．９８Ｐ０．０２からなる材料を選択することもできる。なお、光吸収層５は、活性層３と同じ材料で構成してもよく、その場合は、活性層３と光吸収層５とを同一工程で作製することができるから、製造工程が簡素化される。
【００２７】
光増幅層１９は、電極２１からの電流注入によって利得が与えられ、それによって光増幅をなす領域である。光増幅層は、例えば量子井戸構造で構成することができ、例えばＧａ０．３５Ｉｎ０．６５Ａｓ０．９９Ｐ０．０１（厚さ５ｎｍ）の井戸層とＧａ０．１５Ｉｎ０．８５Ａｓ０．３２Ｐ０．６８（厚さ１０ｎｍ）の障壁層が交互に積層された構造とすることができる。また、他の構造として、例えばＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ａｓ０．９５Ｐ０．０５からなるバルク半導体を採用することもできる。コンタクト層２０は、例えばｐ型Ｇａ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ結晶からなる。なお、光増幅層１９と活性層３とを同じ材料で構成することもできる。この場合、光増幅層１９と活性層３とを同一工程で作製することができるため、製造工程が簡素化される。
【００２８】
コンタクト層７，１３は、例えばｐ型Ｇａ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ結晶によって構成することができる。絶縁膜９は、ＳｉＮ，ＳｉＯ２等の絶縁体からなる保護膜である。ヒータ１０は、ＮｉＣｒ等で構成された薄膜抵抗体である。ヒータ１０それぞれは、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの複数のセグメントにまたがって形成されていてもよい。
【００２９】
電極８，１４、電源電極１１およびグランド電極１２は、金等の導電性材料からなる。基板１の下部には、裏面電極１５が形成されている。裏面電極１５は、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂおよび光吸収領域Ｃにまたがって形成されている。
【００３０】
続いて、光干渉素子３００について説明する。図４（ａ）は、光干渉素子３００の上面模式図の例である。図４（ａ）に示すように、光干渉素子３００は、半導体基板上のメサ状の光導波路の経路を組み合わせて構成される。なお、図４（ａ）においては、各光導波路が透過して見えている。図４（ｂ）は、図４（ａ）のβ−β間の断面模式図の例であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）のγ−γ間の断面模式図の例である。
【００３１】
図４（ｂ）を参照して、光導波路は、半導体基板４１上に形成されている。半導体基板４１は、図３（ｂ）の半導体基板１と共通の半導体基板であってもよい。光導波路は、半導体基板４１上において、下クラッド層４２ａ、コア４３、上クラッド層４２ｂがこの順にメサ状に積層された構造を有している。半導体基板４１の上面、光導波路の上面および側面には、パッシベーション膜４４および絶縁膜４５が順に積層されている。
【００３２】
半導体基板４１は、ＩｎＰなどの半導体からなる。下クラッド層４２ａおよび上クラッド層４２ｂは、ＩｎＰなどの半導体からなる。コア４３は、下クラッド層４２ａおよび上クラッド層４２ｂよりもバンドギャップエネルギが小さい半導体からなり、ＩｎＧａＡｓＰ系バルク層、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ系量子井戸構造層などである。コア４３を通過する光は、下クラッド層４２ａおよび上クラッド層４２ｂによって閉じ込められる。パッシベーション膜４４は、ＩｎＰなどの半導体からなる。絶縁膜４５は、ＳｉＮなどの絶縁体からなる。
【００３３】
図４（ａ）を参照して、光干渉素子３００には、第１入力端３１ａに接続された第１入力光導波路３２ａが設けられ、第２入力端３１ｂに接続された第２入力光導波路３２ｂが設けられている。第１入力光導波路３２ａおよび第２入力光導波路３２ｂは、入力カプラ３３で合流し、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂに分岐する。光干渉素子３００の長手方向を対称軸とした場合に、第１半導体アーム３４ａは第１入力端３１ａと同じ側に配置され、第２半導体アーム３４ｂは第２入力端３１ｂと同じ側に配置されている。本実施例においては、入力カプラ３３は、２×２のＭＭＩ（Ｍａｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）である。また、半導体レーザ２００の出力端は、第１入力端３１ａと光結合している。
【００３４】
第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂは出力カプラ３５で合流し、第１出力端３７ａに接続された第１出力光導波路３６ａと、第２出力端３７ｂに接続された第２出力光導波路３６ｂとに分岐する。光干渉素子３００の長手方向を対称軸とした場合に、第１出力端３７ａは第２半導体アーム３４ｂと同じ側に配置され、第２出力端３７ｂは第１半導体アーム３４ａと同じ側に配置されている。本実施例においては、出力カプラ３５は、２×２のＭＭＩである。
【００３５】
第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂのそれぞれには、位相調整用電極４６および変調用電極４７が設けられている。位相調整用電極４６および変調用電極４７は、互いに離間している。位相調整用電極４６および変調用電極４７の位置関係は特に限定されるものではないが、本実施例においては、位相調整用電極４６は変調用電極４７よりも光入力端側に配置されている。
【００３６】
図４（ｃ）を参照して、変調用電極４７は、上クラッド層４２ｂ上において、コンタクト層４９を介して配置されている。コンタクト層４９は、ＩｎＧａＡｓなどの半導体からなる。なお、上クラッド層４２ｂとコンタクト層４９との間には、パッシベーション膜４４および絶縁膜４５は設けられていない。また、位相調整用電極４６および変調用電極４７は、Ａｕなどの金属からなる。
【００３７】
各位相調整用電極４６および各変調用電極４７に電圧が印加されると、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂにおいてコア４３の屈折率が変化し、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂを通過する光の位相が変化する。光干渉素子３００を変調器として用いる場合には、各変調用電極４７に差動信号が入力され、各位相調整用電極４６には第１半導体アーム３４ａを通過した光と第２半導体アーム３４ｂを通過した光との位相差を調整するためのＤＣ電圧が印加される。
【００３８】
光干渉素子３００においては、半導体レーザ２００から入力される入力光は、入力カプラ３３によって、第１半導体アーム３４ａと第２半導体アーム３５ｂとに均等に分配される。出力カプラ３５においては、第１半導体アーム３４ａを通過した光と第２半導体アーム３４ｂを通過した光とが位相差に応じて互いに干渉し、第１出力光導波路３６ａおよび第２出力光導波路３６ｂから光信号が出力される。
【００３９】
第１半導体アーム３４ａの長さと第２半導体アーム３４ｂの長さとの間には、製造時に所定の関係が付与されている。しかしながら、製造時に個体差が生じることから、第１半導体アーム３４ａを通過した光と第２半導体アーム３４ｂを通過した光との位相差は、０〜πまでばらつく可能性があり、この位相差に応じて第１出力光導波路３６ａと第２出力光導波路３６ｂとに光出力が配分される。したがって、第１半導体アーム３４ａと第２半導体アーム３４ｂとに印加する電圧を同じに設定しても、個体差に起因して、出力カプラ３５において入力される光が全て第１出力光導波路３６ａから出力される場合から全て第２出力光導波路３６ｂから出力される場合までばらつく可能性がある。したがって、光干渉素子３００の第１出力端３７ａもしくは第２出力端３７ｂのいずれか一方の出力光強度をなんら調整することなく利用して各光デバイスの位置決めを行うのは困難である。このため、例えば第１出力端３７ａと第２出力端３７ｂとからの光出力が等しくなるように光干渉素子の調整を行っていた。この調整をクロスポイントチューニングと呼ぶ。しかし、この調整条件は素子毎に異なり、煩雑な作業であった。そこで、本実施例においては、光干渉素子３００のクロスポイントチューニングを素子毎に行うことなく、一律な方法で調整することにより各光デバイスの位置決めを精度よく行うことができる、光干渉素子３００の位置決め方法について説明する。
【００４０】
いずれか一方の半導体アームに逆バイアスを印加して吸収バンド端を長波長側にシフトさせることによって、当該半導体アームに光吸収特性を生じさせることができる。このように、一方の半導体アームに光吸収特性を生じさせることによって、出力カプラ３５における光干渉の影響を回避することができる。この場合、第１出力光導波路３６ａおよび第２出力光導波路３６ｂから出力される光信号の光強度は、光干渉素子３００に入力される光強度と相関した強度になる。本実施例においては、一方の半導体アームに十分に光を吸収させることによって、第１出力光導波路３６ａおよび第２出力光導波路３６ｂのいずれか一方から出力される光信号の光強度は、ピーク値の１／４になる。このため、光ファイバに結合する光強度をある範囲に収めるための光半導体モジュール１００および接続機器４００の各光デバイスの位置決めを精度よく行うことができる。なお、第１出力光導波路３６ａおよび第２出力光導波路３６ｂから出力される光信号には強度差が生じ得る。この強度差の要因として、入力カプラ３３、出力カプラ３５、第１半導体アーム３４ａ、第２半導体アーム３４ｂなどのロス差が挙げられる。しかしながら、このロスの素子ごとのバラツキは、光干渉素子３００の干渉のばらつきに比べて十分に小さいため、無視することができる。
【００４１】
半導体アームに十分に光を吸収させるための逆バイアスは、光干渉素子３００の材料によって決まる値であることから、素子ごとに逆バイアス値は大きく変わらない。したがって、いずれの素子に対しても、逆バイアス値を一律に設定することができるため、光干渉素子３００に対するチューニングを行わなくてもよい。
【００４２】
半導体アームの光吸収が十分でないと、出力カプラにおける干渉により、光出力が揺らぐことがある。本発明を実施する場合、この揺らぎを、出力カプラと結合される光ファイバ出力に許容される範囲に収めることが望まれる。たとえば、光ファイバの出力揺らぎを＋／−１ｄＢに収める場合、２０ｄＢ程度のロスを半導体アームに与える必要がある。また、半導体アームに３０ｄＢ程度のロスを与えると、光ファイバの出力揺らぎは＋／−０．３ｄＢ程度にまで抑えることができる。
【００４３】
図５は、第２半導体アーム３４ｂに逆バイアスを印加することによって第２半導体アーム３４ｂに光吸収させた場合の各半導体アームからの出力および光干渉素子３００の消光比を示す。図５において、横軸は逆バイアスの印加による第２半導体アーム３４ｂにおけるパワーロスを示し、左側の縦軸は光干渉素子３００の出力ピーク値に対する第１半導体アーム３４ａの出力比および第２半導体アーム３４ｂの出力比を示し、右側の縦軸は光干渉素子３００の消光比を示す。
【００４４】
図５に示すように、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂからの出力への寄与が等しければ、初期位相差に起因する出力のバラツキは無限大になる。ただし、実際のデバイスでは前述したように入力カプラ３３、出力カプラ３５、第１半導体アーム３４ａ、第２半導体アーム３４ｂなどのロス差に起因して２０ｄＢ程度のバラツキ（光出力が１〜１／１００までばらつく）となる。第２半導体アーム３４ｂにおける光吸収量を多くすることによって、光干渉素子３００の消光比が低下する。第２半導体アーム３４ｂに十分に光を吸収させた場合には、上記バラツキは−５ｄＢ〜−７ｄＢ程度（約２ｄＢの範囲のバラツキ）に収まる。以上のことから、一方の半導体アームに十分に光を吸収させることによって、光干渉素子３００の光出力のばらつきを十分に小さくすることができる。その結果、各光デバイスの位置決めを精度よく行うことができる。
【００４５】
図６（ａ）は、第１半導体アーム３４ａまたは第２半導体アーム３４ｂに逆バイアスを印加した場合の光干渉素子３００の光出力パワーの例を示す図である。図６（ａ）の各線は、第１半導体アーム３４ａの変調用電極４７に逆バイアスを印加した例、第１半導体アーム３４ａの位相調整用電極４６に逆バイアスを印加した例、第２半導体アーム３４ｂの変調用電極４７に逆バイアスを印加した例、および第２半導体アーム３４ｂの位相調整用電極４６に逆バイアスを印加した例を示す。
【００４６】
図６（ａ）に示すように、逆バイアスの印加に従って光干渉素子３００の光出力パワーは変動しつつ低下し、逆バイアス値を大きくするに従って、光干渉素子３００の光出力パワーの低下幅は安定する。図６（ａ）の例では、−１０Ｖ程度の逆バイアスを印加することによって、光干渉素子３００の光出力パワーは、逆バイアスを印加していない状態（−８ｄＢ）から６ｄＢ程度の低下で安定する（４分の１程度で安定する）。これは、一方の半導体アームでほとんどの光が吸収されたことを意味する。
【００４７】
図６（ｂ）は、半導体アームに印加される逆バイアスと、当該半導体アームを通過する光パワーとの関係を示す図である。図６（ｂ）に示すように、逆バイアスを−１０Ｖ程度印加することによって、当該半導体アームにおいて十分に光を吸収させることができている。
【００４８】
続いて、光デバイスの位置決め方法の具体例について説明する。図７（ａ）は、本実施例に係る位置決め方法のフローを示す。図７（ｂ）は、本実施例に係る位置決め方法に用いる装置図である。図７（ｂ）に示すように、本実施例に係る位置決め方法においては、制御装置６００および光パワーメータ７００などを用いる。制御装置６００は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）などを備える。光パワーメータ７００は、ファイバ４３０から出力される光のパワーを測定し、その測定結果を制御装置６００に与える。
【００４９】
図７（ａ）を参照して、光半導体モジュール１００をキャリアに搭載し、温調可能なステージに固定する（ステップＳ１）。次に、光干渉素子３００の一方の半導体アームを光吸収状態にせしめる（ステップＳ２）。具体的には、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂのいずれか一方に逆バイアス電圧を印加する。本実施例においては、第２半導体アーム３４ｂに２０ｄＢ程度の光吸収が生じるように逆バイアス電圧を印加する。逆バイアス電圧は、位相調整用電極４６および変調用電極４７のいずれか一方または両方に印加することができる。
【００５０】
次に、半導体レーザ２００にレーザ発振させる（ステップＳ３）。具体的には、半導体レーザ２００の電極８に所定の駆動電流を注入するとともに、各ヒータ１０をそれぞれ所定の温度で発熱させる。また、半導体レーザ２００の温度を図示しない温度制御装置（ＴＥＣ：Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｏｌｅｒ）によって、所定の値に制御する。この場合、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、共振器部として機能する。それにより、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂとによって選択された波長により、レーザ発振がなされる。
【００５１】
次に、光パワーメータ７００を用いて光干渉素子３００の第１出力光導波路３６ａまたは第２出力光導波路３６ｂからの出力光を測定することによって、接続機器４００の各光デバイスの位置決めを行う（ステップＳ４）。
【００５２】
以上の手順によれば、光干渉素子３００のクロスポイントチューニングを省略することができる。また、光干渉素子３００の出力カプラ３５における干渉の影響を回避しつつ、光半導体モジュール１００および接続機器４００の各光デバイスの位置決めを精度よく行うことができる。
【００５３】
（他の例）
上記実施例においては、光半導体モジュール１００を固定した上で接続機器４００の位置決めを行っているが、それに限られない。光半導体モジュール１００の各光デバイスと接続機器４００の各光デバイスとの相対的な位置決めが可能であれば、どの光デバイスが固定されていてもよい。
【００５４】
上記実施例においては、半導体レーザ２００と光干渉素子３００とを集積化してあるが、これに限られない。例えば、半導体レーザ２００と光干渉素子３００とが互いに独立したチップであってもよい。この場合においても、パッケージに実装するなどして半導体レーザ２００と光干渉素子３００との位置関係が固定された後では、半導体レーザ２００の光干渉素子３００経由後の出力光の測定しかできないため、上記実施例の効果が得られる。
【００５５】
また、半導体レーザ２００と光干渉素子３００との位置関係が固定されていなくても、光干渉素子３００のクロスポイントチューニングを行うことなく、光干渉素子３００の位置決めを精度よく行うことができる。
【００５６】
また、上記実施例においては、２本の半導体アームを有する光干渉素子について説明したが、３本以上の半導体アームを有する光干渉素子についても本発明を適用することができる。具体的には、複数の半導体アームのうち１つを除く他のすべての半導体アームに光吸収特性を生じさせ、出力カプラから出力される入力光を測定することによって、光干渉素子３００のクロスポイントチューニングを行うことなく、光半導体モジュール１００および接続機器４００の各光デバイスの位置決めを精度よく行うことができる。
【００５７】
また、上記実施例においては、光干渉素子としてマッハツェンダ変調器を用いたが、入力カプラと複数の半導体アームと出力カプラとを備える光干渉であれば本発明を適用することができる。例えば、光周波数ダブラなどに本発明を適用することができる。また、上記実施例においては、入力カプラおよび出力カプラとして２×２ＭＭＩを用いているが、１×２ＭＭＩ（２×１ＭＭＩ）などを用いてもよい。または、入力カプラおよび出力カプラとして方向性結合器などを用いてもよい。
【００５８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
３３ 入力カプラ
３４ａ 第１半導体アーム
３４ｂ 第２半導体アーム
３５ 出力カプラ
４６ 位相調整用電極
４７ 変調用電極
１００ 光半導体モジュール
１１０ パッケージ
１２０ 光半導体デバイス
１３０ 第１レンズ
１４０ 第２レンズ
１５０ 配線
２００ 半導体レーザ
３００ 光干渉素子
４００ 接続機器
４１０ Ｚガイド
４２０ レセプタクル
４３０ ファイバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスの位置決め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源としての半導体レーザと光干渉素子とを集積化した光半導体デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような光半導体デバイスにおいて、各光デバイスの位置決めを行う場合、光干渉素子からの出力を観測しつつ各光デバイスの位置決めを行うことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７８００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体レーザから光干渉素子を通過した光の強度は、個々の光干渉素子の半導体アームの製造バラツキなどに起因して、個々に異なることがある。一方、レンズ、アイソレータ、フェルール等、各種の光デバイスを用いて光ファイバに結合される光強度は、ある範囲に収めることが要求される。したがって、半導体レーザから光干渉素子を通過した光の強度を適切な光出力になるように、個々の光干渉素子毎に干渉特性を調整する必要があった。しかしながら、素子毎に異なる調整作業を行う必要があることから、デバイスの位置決め工程が煩雑であった。
【０００５】
本発明は、光干渉素子の干渉特性の調整を素子毎に行うことなく、光デバイスの位置決めを行うことができる、光デバイスの位置決め方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光デバイスの位置決め方法は、入力カプラと、前記入力カプラに接続された複数の半導体アームと、前記半導体アームの出力を干渉させる出力カプラと、を備える光干渉素子において、前記複数の半導体アームのうち、１つを除く他のすべての半導体アームに光吸収特性を生じさせる制御を行う第１ステップと、前記第１ステップの後に、前記出力カプラから出力される前記入力光を測定しつつ、前記光干渉素子と光結合する光デバイスの位置決めを行う第２ステップと、を含むことを特徴とする。本発明に係る光デバイスの位置決め方法によれば、個々の光干渉素子毎に異なる調整を行うことなく、光デバイスの位置決めを行うことができる。
【０００７】
前記光干渉素子は、マッハツェンダ変調器としてもよい。前記第１ステップにおいて、前記半導体アームに逆バイアスを印加することで、光吸収特性を生じさせてもよい。前記半導体アームは、位相制御部と、変調制御部とを有し、前記第１ステップにおいて、前記逆バイアスは、前記位相制御部および前記変調制御部のいずれかあるいは両方に印加されてもよい。
【０００８】
前記光干渉素子の入力カプラには、半導体レーザの出力が接続されていてもよい。前記光干渉素子は、前記半導体レーザと共通の半導体基板上に設けられていてもよい。前記半導体レーザは、波長可変半導体レーザとしてもよい。前記第１ステップにおける光吸収率を２０ｄＢ以上としてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る光デバイスの位置決め方法によれば、個々の光干渉素子毎に異なる調整を行うことなく、光デバイスの位置決めを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は光半導体モジュールの全体構成を示す平面図であり、（ｂ）は光半導体モジュールと光ファイバとが接続された構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、接続機器の拡大図であり、（ｂ）は接続機器の分解図である。
【図３】（ａ）は半導体レーザの拡大平面図であり、（ｂ）は（ａ）のα−α線断面図である。
【図４】（ａ）は光干渉素子の上面模式図の例であり、（ｂ）は（ａ）のβ−β間の断面模式図の例であり、（ｃ）は（ａ）のγ−γ間の断面模式図の例である。
【図５】第２半導体アームに逆バイアスを印加することによって第２半導体アームに光吸収させた場合の各半導体アームからの出力および光干渉素子の消光比を示す図である。
【図６】（ａ）は第１半導体アームまたは第２半導体アームのみに逆バイアスを印加した場合の光干渉素子の光出力パワーの例を示す図であり、（ｂ）は半導体アームに印加される逆バイアスと、当該半導体アームを通過する光パワーとの関係を示す図である。
【図７】（ａ）は位置決め方法のフローを示す図であり、（ｂ）は位置決め方法に用いる装置図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１（ａ）は、実施例１に係る光デバイスの位置決め方法の対象とする光半導体モジュール１００の全体構成を示す平面図である。図１（ａ）に示すように、光半導体モジュール１００は、パッケージ１１０内に、光半導体デバイス１２０、第１レンズ１３０、第２レンズ１４０、複数の配線１５０などが配置された構成を有する。図１（ａ）および後述する図１（ｂ）においては、パッケージ１１０内が透過して見えている。
【００１３】
光半導体デバイス１２０は、半導体レーザと干渉素子とが集積化された構造を有する。本実施例においては、半導体レーザとして波長可変レーザを用いる。また、光干渉素子として、マッハツェンダ変調器を用いる。なお、図１（ａ）および後述する図１（ｂ）においては、光半導体モジュール１００の光導波路が透過して見えている。
【００１４】
第１レンズ１３０は、光半導体デバイス１２０の光干渉素子の第１出力端３７ａおよび第２出力端３７ｂのいずれか一方のみの出力光を第２レンズ１４０および接続機器４００を介して光ファイバ５００に接続するためにパッケージ１１０外でフォルダに対して調整・固定後に、パッケージ１１０内に組み込まれる。第２レンズ１４０は、パッケージ１１０の窓部に固定されている。配線１５０は、光半導体デバイス１２０の各電極にボンディングワイヤなどを介して接続されている。光半導体デバイス１２０は、配線１５０から電気信号が供給されることによって動作する。この構成によって、半導体レーザの出力光は、光干渉素子において変調され、光干渉素子の第１出力端３７ａおよび第２出力端３７ｂのいずれか一方のみの出力光が、第１レンズ１３０および第２レンズ１４０を経由してパッケージ１１０外に出力される。
【００１５】
図１（ｂ）は、光半導体モジュール１００と光ファイバ５００とが接続された構成を示す図である。図１（ｂ）に示すように、光半導体モジュール１００は、接続機器４００を介して光ファイバ５００に接続される。図２（ａ）は、接続機器４００の拡大図である。図２（ｂ）は、接続機器４００の分解図である。
【００１６】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、接続機器４００は、Ｚガイド４１０と、フェルール付きのレセプタクル４２０と、フェルール付きのファイバ４３０とがこの順に互いに接続された構成を有する。Ｚガイド４１０は、パッケージ１１０の窓部に接続される。レセプタクル４２０をＺガイド４１０にはめ込むことによって、レセプタクル４２０およびＺガイド４１０を光半導体モジュール１００の光軸に垂直な面内で動かすことができるとともに、レセプタクル４２０を光軸方向に動かすことができる。
【００１７】
本実施例に係る光デバイスの位置決め方法においては、半導体レーザ２００に光を出力させつつ、ファイバ４３０から出力される光のパワーが所定値になるように、レセプタクル４２０およびＺガイド４１０の光軸と垂直平面内での位置を調整し、さらにレセプタクル４２０の光軸方向の位置をＺガイド４１０内で調整する。それにより、光半導体モジュール１００および接続機器４００の各光デバイスの位置決めを行うことができる。以下、光半導体デバイス１２０の構成の詳細について説明する。
【００１８】
図３（ａ）は、半導体レーザ２００の拡大平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のα−α線断面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、半導体レーザ２００は、ＳＧ−ＤＦＢ（Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ（Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域Ｂ、光吸収領域Ｃ、およびＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）領域Ｄが連結された構造を有する。本実施例においては、ＳＯＡ領域Ｄ、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ、光吸収領域Ｃの順に連結されている。
【００１９】
ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａは、基板１上に、下クラッド層２、活性層３、上クラッド層６、コンタクト層７、および電極８が積層された構造を有する。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、基板上１に、下クラッド層２、光導波層４、上クラッド層６、絶縁膜９、および複数のヒータ１０が積層された構造を有する。各ヒータ１０には、電源電極１１およびグランド電極１２が設けられている。光吸収領域Ｃは、基板１上に、下クラッド層２、光吸収層５、上クラッド層６、コンタクト層１３、および電極１４が積層された構造を有する。ＳＯＡ領域Ｄは、基板１上に、ｎ型の下クラッド層２、光増幅層１９、ｐ型の上クラッド層６、ｐ型のコンタクト層２０、および電極２１が積層された構造を有する。なお、絶縁膜９は、電極８と電極２１との間にも形成されている。
【００２０】
ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ、光吸収領域Ｃ、およびＳＯＡ領域Ｄにおいて、基板１、下クラッド層２、および上クラッド層６は、一体的に形成されている。活性層３，光導波層４，光吸収層５、および光増幅層１９は、同一面上に形成されている。
【００２１】
回折格子（コルゲーション）１８は、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの下クラッド層２に所定の間隔を空けて複数箇所に形成されている。ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、複数のセグメントにより構成される。ここでセグメントとは、回折格子１８が設けられている領域と回折格子１８が設けられていないスペース部とが１つずつ連続する領域のことをいう。回折格子１８は、下クラッド層２とは異なる屈折率の材料で構成されている。回折格子を構成する材料は、下クラッド層２がＩｎＰの場合、例えばＧａ０．２２Ｉｎ０．７８Ａｓ０．４７Ｐ０．５３を用いることができる。
【００２２】
また、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにおいては、少なくとも２つのセグメントの光学的長さが、互いに異なって形成されている。それにより、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの波長特性のピーク同士の強度は、波長依存性を有するようになる。一方、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａにおける各セグメントの光学的長さは、実質的に互いに同一である。これらＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの組み合わせにより、バーニア効果を利用して、所望の波長で安定してレーザ発振させることができる。
【００２３】
基板１は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなる結晶基板である。下クラッド層２はｎ型、上クラッド層６はｐ型であり、それぞれ例えばＩｎＰによって構成される。下クラッド層２と上クラッド層６は、活性層３、光導波層４、光吸収層５、および光増幅層１９を上下で光閉込めしている。
【００２４】
活性層３は、利得を有する半導体により構成されている。活性層３は、例えば量子井戸構造を有しており、例えばＧａ０．３２Ｉｎ０．６８Ａｓ０．９２Ｐ０．０８（厚さ５ｎｍ）からなる井戸層と、Ｇａ０．２２Ｉｎ０．７８Ａｓ０．４７Ｐ０．５３（厚さ１０ｎｍ）からなる障壁層が交互に積層された構造を有する。光導波層４は、例えばバルク半導体層で構成することができ、例えばＧａ０．２２Ｉｎ０．７８Ａｓ０．４７Ｐ０．５３によって構成することができる。
【００２５】
光吸収層５は、半導体レーザ２００の発振波長に対して、吸収特性を有する材料が選択される。光吸収層５としては、その吸収端波長が例えば半導体レーザ２００の発振波長に対して長波長側に位置する材料を選択することができる。なお、半導体レーザ２００の発振波長のうち、もっとも長い発振波長よりも吸収端波長が長波長側に位置していることが好ましい。
【００２６】
光吸収層５は、例えば、量子井戸構造で構成することが可能であり、例えばＧａ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ（厚さ５ｎｍ）の井戸層とＧａ０．２８Ｉｎ０．７２Ａｓ０．６１Ｐ０．３９（厚さ１０ｎｍ）の障壁層が交互に積層された構造を有する。また、光吸収層５はバルク半導体であってよく、例えばＧａ０．４６Ｉｎ０．５４Ａｓ０．９８Ｐ０．０２からなる材料を選択することもできる。なお、光吸収層５は、活性層３と同じ材料で構成してもよく、その場合は、活性層３と光吸収層５とを同一工程で作製することができるから、製造工程が簡素化される。
【００２７】
光増幅層１９は、電極２１からの電流注入によって利得が与えられ、それによって光増幅をなす領域である。光増幅層は、例えば量子井戸構造で構成することができ、例えばＧａ０．３５Ｉｎ０．６５Ａｓ０．９９Ｐ０．０１（厚さ５ｎｍ）の井戸層とＧａ０．１５Ｉｎ０．８５Ａｓ０．３２Ｐ０．６８（厚さ１０ｎｍ）の障壁層が交互に積層された構造とすることができる。また、他の構造として、例えばＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ａｓ０．９５Ｐ０．０５からなるバルク半導体を採用することもできる。コンタクト層２０は、例えばｐ型Ｇａ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ結晶からなる。なお、光増幅層１９と活性層３とを同じ材料で構成することもできる。この場合、光増幅層１９と活性層３とを同一工程で作製することができるため、製造工程が簡素化される。
【００２８】
コンタクト層７，１３は、例えばｐ型Ｇａ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ結晶によって構成することができる。絶縁膜９は、ＳｉＮ，ＳｉＯ２等の絶縁体からなる保護膜である。ヒータ１０は、ＮｉＣｒ等で構成された薄膜抵抗体である。ヒータ１０それぞれは、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの複数のセグメントにまたがって形成されていてもよい。
【００２９】
電極８，１４、電源電極１１およびグランド電極１２は、金等の導電性材料からなる。基板１の下部には、裏面電極１５が形成されている。裏面電極１５は、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂおよび光吸収領域Ｃにまたがって形成されている。
【００３０】
続いて、光干渉素子３００について説明する。図４（ａ）は、光干渉素子３００の上面模式図の例である。図４（ａ）に示すように、光干渉素子３００は、半導体基板上のメサ状の光導波路の経路を組み合わせて構成される。なお、図４（ａ）においては、各光導波路が透過して見えている。図４（ｂ）は、図４（ａ）のβ−β間の断面模式図の例であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）のγ−γ間の断面模式図の例である。
【００３１】
図４（ｂ）を参照して、光導波路は、半導体基板４１上に形成されている。半導体基板４１は、図３（ｂ）の半導体基板１と共通の半導体基板であってもよい。光導波路は、半導体基板４１上において、下クラッド層４２ａ、コア４３、上クラッド層４２ｂがこの順にメサ状に積層された構造を有している。半導体基板４１の上面、光導波路の上面および側面には、パッシベーション膜４４および絶縁膜４５が順に積層されている。
【００３２】
半導体基板４１は、ＩｎＰなどの半導体からなる。下クラッド層４２ａおよび上クラッド層４２ｂは、ＩｎＰなどの半導体からなる。コア４３は、下クラッド層４２ａおよび上クラッド層４２ｂよりもバンドギャップエネルギが小さい半導体からなり、ＩｎＧａＡｓＰ系バルク層、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ系量子井戸構造層などである。コア４３を通過する光は、下クラッド層４２ａおよび上クラッド層４２ｂによって閉じ込められる。パッシベーション膜４４は、ＩｎＰなどの半導体からなる。絶縁膜４５は、ＳｉＮなどの絶縁体からなる。
【００３３】
図４（ａ）を参照して、光干渉素子３００には、第１入力端３１ａに接続された第１入力光導波路３２ａが設けられ、第２入力端３１ｂに接続された第２入力光導波路３２ｂが設けられている。第１入力光導波路３２ａおよび第２入力光導波路３２ｂは、入力カプラ３３で合流し、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂに分岐する。光干渉素子３００の長手方向を対称軸とした場合に、第１半導体アーム３４ａは第１入力端３１ａと同じ側に配置され、第２半導体アーム３４ｂは第２入力端３１ｂと同じ側に配置されている。本実施例においては、入力カプラ３３は、２×２のＭＭＩ（Ｍａｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）である。また、半導体レーザ２００の出力端は、第１入力端３１ａと光結合している。
【００３４】
第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂは出力カプラ３５で合流し、第１出力端３７ａに接続された第１出力光導波路３６ａと、第２出力端３７ｂに接続された第２出力光導波路３６ｂとに分岐する。光干渉素子３００の長手方向を対称軸とした場合に、第１出力端３７ａは第２半導体アーム３４ｂと同じ側に配置され、第２出力端３７ｂは第１半導体アーム３４ａと同じ側に配置されている。本実施例においては、出力カプラ３５は、２×２のＭＭＩである。
【００３５】
第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂのそれぞれには、位相調整用電極４６および変調用電極４７が設けられている。位相調整用電極４６および変調用電極４７は、互いに離間している。位相調整用電極４６および変調用電極４７の位置関係は特に限定されるものではないが、本実施例においては、位相調整用電極４６は変調用電極４７よりも光入力端側に配置されている。
【００３６】
図４（ｃ）を参照して、変調用電極４７は、上クラッド層４２ｂ上において、コンタクト層４９を介して配置されている。コンタクト層４９は、ＩｎＧａＡｓなどの半導体からなる。なお、上クラッド層４２ｂとコンタクト層４９との間には、パッシベーション膜４４および絶縁膜４５は設けられていない。また、位相調整用電極４６および変調用電極４７は、Ａｕなどの金属からなる。
【００３７】
各位相調整用電極４６および各変調用電極４７に電圧が印加されると、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂにおいてコア４３の屈折率が変化し、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂを通過する光の位相が変化する。光干渉素子３００を変調器として用いる場合には、各変調用電極４７に差動信号が入力され、各位相調整用電極４６には第１半導体アーム３４ａを通過した光と第２半導体アーム３４ｂを通過した光との位相差を調整するためのＤＣ電圧が印加される。
【００３８】
光干渉素子３００においては、半導体レーザ２００から入力される入力光は、入力カプラ３３によって、第１半導体アーム３４ａと第２半導体アーム３５ｂとに均等に分配される。出力カプラ３５においては、第１半導体アーム３４ａを通過した光と第２半導体アーム３４ｂを通過した光とが位相差に応じて互いに干渉し、第１出力光導波路３６ａおよび第２出力光導波路３６ｂから光信号が出力される。
【００３９】
第１半導体アーム３４ａの長さと第２半導体アーム３４ｂの長さとの間には、製造時に所定の関係が付与されている。しかしながら、製造時に個体差が生じることから、第１半導体アーム３４ａを通過した光と第２半導体アーム３４ｂを通過した光との位相差は、０〜πまでばらつく可能性があり、この位相差に応じて第１出力光導波路３６ａと第２出力光導波路３６ｂとに光出力が配分される。したがって、第１半導体アーム３４ａと第２半導体アーム３４ｂとに印加する電圧を同じに設定しても、個体差に起因して、出力カプラ３５において入力される光が全て第１出力光導波路３６ａから出力される場合から全て第２出力光導波路３６ｂから出力される場合までばらつく可能性がある。したがって、光干渉素子３００の第１出力端３７ａもしくは第２出力端３７ｂのいずれか一方の出力光強度をなんら調整することなく利用して各光デバイスの位置決めを行うのは困難である。このため、例えば第１出力端３７ａと第２出力端３７ｂとからの光出力が等しくなるように光干渉素子の調整を行っていた。この調整をクロスポイントチューニングと呼ぶ。しかし、この調整条件は素子毎に異なり、煩雑な作業であった。そこで、本実施例においては、光干渉素子３００のクロスポイントチューニングを素子毎に行うことなく、一律な方法で調整することにより各光デバイスの位置決めを精度よく行うことができる、光干渉素子３００の位置決め方法について説明する。
【００４０】
いずれか一方の半導体アームに逆バイアスを印加して吸収バンド端を長波長側にシフトさせることによって、当該半導体アームに光吸収特性を生じさせることができる。このように、一方の半導体アームに光吸収特性を生じさせることによって、出力カプラ３５における光干渉の影響を回避することができる。この場合、第１出力光導波路３６ａおよび第２出力光導波路３６ｂから出力される光信号の光強度は、光干渉素子３００に入力される光強度と相関した強度になる。本実施例においては、一方の半導体アームに十分に光を吸収させることによって、第１出力光導波路３６ａおよび第２出力光導波路３６ｂのいずれか一方から出力される光信号の光強度は、ピーク値の１／４になる。このため、光ファイバに結合する光強度をある範囲に収めるための光半導体モジュール１００および接続機器４００の各光デバイスの位置決めを精度よく行うことができる。なお、第１出力光導波路３６ａおよび第２出力光導波路３６ｂから出力される光信号には強度差が生じ得る。この強度差の要因として、入力カプラ３３、出力カプラ３５、第１半導体アーム３４ａ、第２半導体アーム３４ｂなどのロス差が挙げられる。しかしながら、このロスの素子ごとのバラツキは、光干渉素子３００の干渉のばらつきに比べて十分に小さいため、無視することができる。
【００４１】
半導体アームに十分に光を吸収させるための逆バイアスは、光干渉素子３００の材料によって決まる値であることから、素子ごとに逆バイアス値は大きく変わらない。したがって、いずれの素子に対しても、逆バイアス値を一律に設定することができるため、光干渉素子３００に対するチューニングを行わなくてもよい。
【００４２】
半導体アームの光吸収が十分でないと、出力カプラにおける干渉により、光出力が揺らぐことがある。本発明を実施する場合、この揺らぎを、出力カプラと結合される光ファイバ出力に許容される範囲に収めることが望まれる。たとえば、光ファイバの出力揺らぎを＋／−１ｄＢに収める場合、２０ｄＢ程度のロスを半導体アームに与える必要がある。また、半導体アームに３０ｄＢ程度のロスを与えると、光ファイバの出力揺らぎは＋／−０．３ｄＢ程度にまで抑えることができる。
【００４３】
図５は、第２半導体アーム３４ｂに逆バイアスを印加することによって第２半導体アーム３４ｂに光吸収させた場合の各半導体アームからの出力および光干渉素子３００の消光比を示す。図５において、横軸は逆バイアスの印加による第２半導体アーム３４ｂにおけるパワーロスを示し、左側の縦軸は光干渉素子３００の出力ピーク値に対する第１半導体アーム３４ａの出力比および第２半導体アーム３４ｂの出力比を示し、右側の縦軸は光干渉素子３００の消光比を示す。
【００４４】
図５に示すように、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂからの出力への寄与が等しければ、初期位相差に起因する出力のバラツキは無限大になる。ただし、実際のデバイスでは前述したように入力カプラ３３、出力カプラ３５、第１半導体アーム３４ａ、第２半導体アーム３４ｂなどのロス差に起因して２０ｄＢ程度のバラツキ（光出力が１〜１／１００までばらつく）となる。第２半導体アーム３４ｂにおける光吸収量を多くすることによって、光干渉素子３００の消光比が低下する。第２半導体アーム３４ｂに十分に光を吸収させた場合には、上記バラツキは−５ｄＢ〜−７ｄＢ程度（約２ｄＢの範囲のバラツキ）に収まる。以上のことから、一方の半導体アームに十分に光を吸収させることによって、光干渉素子３００の光出力のばらつきを十分に小さくすることができる。その結果、各光デバイスの位置決めを精度よく行うことができる。
【００４５】
図６（ａ）は、第１半導体アーム３４ａまたは第２半導体アーム３４ｂに逆バイアスを印加した場合の光干渉素子３００の光出力パワーの例を示す図である。図６（ａ）の各線は、第１半導体アーム３４ａの変調用電極４７に逆バイアスを印加した例、第１半導体アーム３４ａの位相調整用電極４６に逆バイアスを印加した例、第２半導体アーム３４ｂの変調用電極４７に逆バイアスを印加した例、および第２半導体アーム３４ｂの位相調整用電極４６に逆バイアスを印加した例を示す。
【００４６】
図６（ａ）に示すように、逆バイアスの印加に従って光干渉素子３００の光出力パワーは変動しつつ低下し、逆バイアス値を大きくするに従って、光干渉素子３００の光出力パワーの低下幅は安定する。図６（ａ）の例では、−１０Ｖ程度の逆バイアスを印加することによって、光干渉素子３００の光出力パワーは、逆バイアスを印加していない状態（−８ｄＢ）から６ｄＢ程度の低下で安定する（４分の１程度で安定する）。これは、一方の半導体アームでほとんどの光が吸収されたことを意味する。
【００４７】
図６（ｂ）は、半導体アームに印加される逆バイアスと、当該半導体アームを通過する光パワーとの関係を示す図である。図６（ｂ）に示すように、逆バイアスを−１０Ｖ程度印加することによって、当該半導体アームにおいて十分に光を吸収させることができている。
【００４８】
続いて、光デバイスの位置決め方法の具体例について説明する。図７（ａ）は、本実施例に係る位置決め方法のフローを示す。図７（ｂ）は、本実施例に係る位置決め方法に用いる装置図である。図７（ｂ）に示すように、本実施例に係る位置決め方法においては、制御装置６００および光パワーメータ７００などを用いる。制御装置６００は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）などを備える。光パワーメータ７００は、ファイバ４３０から出力される光のパワーを測定し、その測定結果を制御装置６００に与える。
【００４９】
図７（ａ）を参照して、光半導体モジュール１００をキャリアに搭載し、温調可能なステージに固定する（ステップＳ１）。次に、光干渉素子３００の一方の半導体アームを光吸収状態にせしめる（ステップＳ２）。具体的には、第１半導体アーム３４ａおよび第２半導体アーム３４ｂのいずれか一方に逆バイアス電圧を印加する。本実施例においては、第２半導体アーム３４ｂに２０ｄＢ程度の光吸収が生じるように逆バイアス電圧を印加する。逆バイアス電圧は、位相調整用電極４６および変調用電極４７のいずれか一方または両方に印加することができる。
【００５０】
次に、半導体レーザ２００にレーザ発振させる（ステップＳ３）。具体的には、半導体レーザ２００の電極８に所定の駆動電流を注入するとともに、各ヒータ１０をそれぞれ所定の温度で発熱させる。また、半導体レーザ２００の温度を図示しない温度制御装置（ＴＥＣ：Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｏｌｅｒ）によって、所定の値に制御する。この場合、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、共振器部として機能する。それにより、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂとによって選択された波長により、レーザ発振がなされる。
【００５１】
次に、光パワーメータ７００を用いて光干渉素子３００の第１出力光導波路３６ａまたは第２出力光導波路３６ｂからの出力光を測定することによって、接続機器４００の各光デバイスの位置決めを行う（ステップＳ４）。
【００５２】
以上の手順によれば、光干渉素子３００のクロスポイントチューニングを省略することができる。また、光干渉素子３００の出力カプラ３５における干渉の影響を回避しつつ、光半導体モジュール１００および接続機器４００の各光デバイスの位置決めを精度よく行うことができる。
【００５３】
（他の例）
上記実施例においては、光半導体モジュール１００を固定した上で接続機器４００の位置決めを行っているが、それに限られない。光半導体モジュール１００の各光デバイスと接続機器４００の各光デバイスとの相対的な位置決めが可能であれば、どの光デバイスが固定されていてもよい。
【００５４】
上記実施例においては、半導体レーザ２００と光干渉素子３００とを集積化してあるが、これに限られない。例えば、半導体レーザ２００と光干渉素子３００とが互いに独立したチップであってもよい。この場合においても、パッケージに実装するなどして半導体レーザ２００と光干渉素子３００との位置関係が固定された後では、半導体レーザ２００の光干渉素子３００経由後の出力光の測定しかできないため、上記実施例の効果が得られる。
【００５５】
また、半導体レーザ２００と光干渉素子３００との位置関係が固定されていなくても、光干渉素子３００のクロスポイントチューニングを行うことなく、光干渉素子３００の位置決めを精度よく行うことができる。
【００５６】
また、上記実施例においては、２本の半導体アームを有する光干渉素子について説明したが、３本以上の半導体アームを有する光干渉素子についても本発明を適用することができる。具体的には、複数の半導体アームのうち１つを除く他のすべての半導体アームに光吸収特性を生じさせ、出力カプラから出力される入力光を測定することによって、光干渉素子３００のクロスポイントチューニングを行うことなく、光半導体モジュール１００および接続機器４００の各光デバイスの位置決めを精度よく行うことができる。
【００５７】
また、上記実施例においては、光干渉素子としてマッハツェンダ変調器を用いたが、入力カプラと複数の半導体アームと出力カプラとを備える光干渉であれば本発明を適用することができる。例えば、光周波数ダブラなどに本発明を適用することができる。また、上記実施例においては、入力カプラおよび出力カプラとして２×２ＭＭＩを用いているが、１×２ＭＭＩ（２×１ＭＭＩ）などを用いてもよい。または、入力カプラおよび出力カプラとして方向性結合器などを用いてもよい。
【００５８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
３３ 入力カプラ
３４ａ 第１半導体アーム
３４ｂ 第２半導体アーム
３５ 出力カプラ
４６ 位相調整用電極
４７ 変調用電極
１００ 光半導体モジュール
１１０ パッケージ
１２０ 光半導体デバイス
１３０ 第１レンズ
１４０ 第２レンズ
１５０ 配線
２００ 半導体レーザ
３００ 光干渉素子
４００ 接続機器
４１０ Ｚガイド
４２０ レセプタクル
４３０ ファイバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力カプラと、前記入力カプラに接続された複数の半導体アームと、前記半導体アームの出力を干渉させる出力カプラと、を備える光干渉素子において、前記複数の半導体アームのうち、１つを除く他のすべての半導体アームに光吸収特性を生じさせる制御を行う第１ステップと、
前記第１ステップの後に、前記出力カプラから出力される前記入力光を測定しつつ、前記光干渉素子と光結合する光デバイスの位置決めを行う第２ステップと、を含むことを特徴とする光デバイスの位置決め方法。
【請求項２】
前記光干渉素子は、マッハツェンダ変調器であることを特徴とする請求項1記載の光デバイスの位置決め方法。
【請求項３】
前記第１ステップにおいて、前記半導体アームに逆バイアスを印加することで、光吸収特性を生じさせることを特徴とする請求項１または２記載の光デバイスの位置決め方法。
【請求項４】
前記半導体アームは、位相制御部と、変調制御部とを有し、
前記第１ステップにおいて、前記逆バイアスは、前記位相制御部および前記変調制御部のいずれかあるいは両方に印加されることを特徴とする請求項３記載の光デバイスの位置決め方法。
【請求項５】
前記光干渉素子の入力カプラには、半導体レーザの出力が接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光デバイスの位置決め方法。
【請求項６】
前記光干渉素子は、前記半導体レーザと共通の半導体基板上に設けられてなることを特徴とする請求項５記載の光デバイスの位置決め方法。
【請求項７】
前記半導体レーザは、波長可変半導体レーザであることを特徴とする請求項６記載の光デバイスの位置決め方法。
【請求項８】
前記第１ステップにおける光吸収率を２０ｄＢ以上とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光デバイスの位置決め方法。
【請求項１】
入力カプラと、前記入力カプラに接続された複数の半導体アームと、前記半導体アームの出力を干渉させる出力カプラと、を備える光干渉素子において、前記複数の半導体アームのうち、１つを除く他のすべての半導体アームに光吸収特性を生じさせる制御を行う第１ステップと、
前記第１ステップの後に、前記出力カプラから出力される前記入力光を測定しつつ、前記光干渉素子と光結合する光デバイスの位置決めを行う第２ステップと、を含むことを特徴とする光デバイスの位置決め方法。
【請求項２】
前記光干渉素子は、マッハツェンダ変調器であることを特徴とする請求項1記載の光デバイスの位置決め方法。
【請求項３】
前記第１ステップにおいて、前記半導体アームに逆バイアスを印加することで、光吸収特性を生じさせることを特徴とする請求項１または２記載の光デバイスの位置決め方法。
【請求項４】
前記半導体アームは、位相制御部と、変調制御部とを有し、
前記第１ステップにおいて、前記逆バイアスは、前記位相制御部および前記変調制御部のいずれかあるいは両方に印加されることを特徴とする請求項３記載の光デバイスの位置決め方法。
【請求項５】
前記光干渉素子の入力カプラには、半導体レーザの出力が接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光デバイスの位置決め方法。
【請求項６】
前記光干渉素子は、前記半導体レーザと共通の半導体基板上に設けられてなることを特徴とする請求項５記載の光デバイスの位置決め方法。
【請求項７】
前記半導体レーザは、波長可変半導体レーザであることを特徴とする請求項６記載の光デバイスの位置決め方法。
【請求項８】
前記第１ステップにおける光吸収率を２０ｄＢ以上とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光デバイスの位置決め方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−５０６７６（Ｐ２０１３−５０６７６Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８９９２１（Ｐ２０１１−１８９９２１）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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