説明

光受信器

【課題】光学実装工程を簡易化し、歩留まりを向上させ、コストを削減する。
【解決手段】光受信器は、表面に受光素子501〜504が形成され、裏面にV溝700〜704が形成された基板5001と、凸部800〜804が形成された基板5002を備える。V溝700の一方の斜面にはミラー300が形成され、他方の斜面には無反射膜600が形成され、V溝704の一方の斜面にはバンドリジェクションフィルタ204が形成され、V溝701〜703の一方の斜面にはバンドリジェクションフィルタ201〜203が形成され、他方の斜面には無反射膜601〜603が形成される。基板5002は、凸部800〜804がバンドリジェクションフィルタ201〜204と無反射膜600〜603とミラー300とに接するよう基板5001と接合される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、波長多重された光信号を波長分割してそれぞれの波長の光信号を受信する光受信器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
波長分割多重(WDM;Wavelength Division Multiplexing)システムに用いられる受信器は、波長多重された光信号を波長ごとの光信号に分割する光分波器と、光信号を電気信号に変換する受光素子とから構成される。光分波器としては、AWG(Arrayed Waveguide)や回折格子を用いた波長フィルタや、誘電体の薄膜を用いた波長フィルタがある。長距離通信の波長多重通信システムでは、受信器に用いられる波長分波器にはAWG型の波長フィルタが用いられている。一方、イーサネット(登録商標)などの近距離データ通信では、より安価なシステムが求められており、安価なシステムを実現するために、波長分波器には広い透過波長帯域と、チャネル間の低いクロストークが求められている。このため、近距離データ通信では、主に複数の誘電体薄膜フィルタを組み合わせて構成される光分波器が用いられている。
【0003】
従来の光受信器の構成例を図5に示す。本図では、4つの波長λ1,λ2,λ3,λ4の光信号が波長多重された光信号をそれぞれ波長ごとに分割して受信する光受信器の構成を示す。このような光受信器の構成は、例えば非特許文献1に開示されている。
図5において、2001,2002,2003,2004は、それぞれ特定の波長λ1,λ2,λ3,λ4の光信号を透過するバンドパスフィルタ、3001はミラー、4001はバンドパスフィルタ2001〜2004とミラー3001とを対向させて保持するプリズム、5000は光信号を電気信号に変換する受光素子5001〜5004を集積化した受光素子アレイチップである。
【0004】
また、1000は複数の波長λ1,λ2,λ3,λ4の光信号が多重された光入力信号、1011,1021,1031はそれぞれバンドパスフィルタ2001,2002,2003で透過されずに反射した光信号、1012,1022,1032はそれぞれ光信号1011,1021,1031がミラー3001で全反射した後の光信号である。また、1010,1020,1030,1040はそれぞれ光入力信号1000、光信号1012,1022,1032がバンドパスフィルタ2001,2002,2003,2004を透過した後の光信号であり、それぞれ波長λ1,λ2,λ3,λ4の光信号である。
【0005】
次に、従来例の動作について図5を用いて説明する。波長λ1,λ2,λ3,λ4の光信号が多重された光入力信号1000は、プリズム4001に入射し、バンドパスフィルタ2001に入射し、波長λ1の光信号のみがバンドパスフィルタ2001を透過する。バンドパスフィルタ2001を透過した波長λ1の光信号1010は、受光素子5001に入射し、電気信号に変換される。
バンドパスフィルタ2001で反射した光信号1011は、波長λ1の光信号が除外されており、波長λ2,λ3,λ4の光信号が波長多重された光信号となる。光信号1011は、ミラー3001で全反射する。ミラー3001で全反射した後の光信号1012は、バンドパスフィルタ2002に入射し、波長λ2の光信号のみがバンドパスフィルタ2002を透過する。バンドパスフィルタ2002を透過した波長λ2の光信号1020は、受光素子5002に入射し、電気信号に変換される。
【0006】
バンドパスフィルタ2002で反射した光信号1021は、波長λ2の光信号が除外されており、波長λ3,λ4の光信号が波長多重された光信号となる。光信号1021は、ミラー3001で全反射する。ミラー3001で全反射した後の光信号1022は、バンドパスフィルタ2003に入射し、波長λ3の光信号のみがバンドパスフィルタ2003を透過する。バンドパスフィルタ2003を透過した波長λ3の光信号1030は、受光素子5003に入射し、電気信号に変換される。
バンドパスフィルタ2003で反射した光信号1031は、波長λ3の光信号が除外されており、波長λ4の光信号となる。光信号1031は、ミラー3001で全反射する。ミラー3001で全反射した後の光信号1032は、バンドパスフィルタ2004に入射し、波長λ4の光信号のみがバンドパスフィルタ2004を透過する。バンドパスフィルタ2004を透過した光信号1040は、受光素子5004に入射し、電気信号に変換される。
【0007】
このように、従来の光受信器では、対向させたバンドパスフィルタ2001〜2004とミラー3001とによって光信号の進路を複数回折り曲げながら、バンドパスフィルタ2001〜2004で所望の波長を透過させることで、波長多重された光信号を波長ごとに分割して受信することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】望月他、「100Gbpsイーサネット光受信モジュール用4ch−WDM光学系の開発」,2010年電子情報通信学会総合大会,仙台市,2010年3月,C−4−22,エレクトロニクス講演論文集I,p.273
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、図5に示した従来の光受信器では、波長ごとに分割した光信号をそれぞれ受光素子に入射させるために、バンドパスフィルタとミラーを対向させてプリズムに集積した光学系の位置と、受光素子アレイチップの位置と、光入力信号の入射位置および入射角度とを調整しながら光学実装する必要があり、実際にモジュールとして組み上げるためには複雑な光学実装工程を要するので、歩留まりが低く、低コストで実現することが難しいという問題点があった。
【0010】
本発明は、上述の従来技術における問題点を解消するものであって、光学実装工程を簡易化することができ、歩留まりを向上させることができ、コストを削減することができる光受信器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】
【0011】
本発明の光受信器は、表面にn(nは2以上の整数)個の受光素子が形成され、裏面に(n+1)個のV溝が平行に形成された光透過性の材料からなる第1の基板と、前記(n+1)個のV溝と嵌合する形状の(n+1)個の凸部が形成された、前記第1の基板と同屈折率の光透過性の材料からなる第2の基板とを備え、前記(n+1)個のV溝のうち光信号の入力側に最も近いV溝の一方の斜面には、n個の波長の光信号が多重された光入力信号が入力されるミラーが形成され、他方の斜面には無反射膜が形成され、前記(n+1)個のV溝のうち光信号の入力側から最も遠いV溝の一方の斜面には、バンドリジェクションフィルタが形成され、残りの(n−1)個のV溝の一方の斜面には、それぞれバンドリジェクションフィルタが形成され、他方の斜面にはそれぞれ無反射膜が形成され、n個の前記バンドリジェクションフィルタは、それぞれ特定の波長の光信号のみを反射し、前記n個の受光素子は、それぞれ対向するバンドリジェクションフィルタからの反射光が入射する位置に形成され、前記第2の基板は、前記V溝と前記凸部とが嵌合して前記凸部が前記バンドリジェクションフィルタと前記無反射膜と前記ミラーとに接するよう前記第1の基板と接合されることを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明の光受信器は、表面にn(nは2以上の整数)個の受光素子が形成され、裏面にn個のV溝が平行に形成された光透過性の材料からなる第1の基板と、前記n個のV溝と嵌合する形状のn個の凸部が形成された、前記第1の基板と同屈折率の光透過性の材料からなる第2の基板とを備え、前記n個のV溝のうち光信号の入力側に最も近いV溝の一方の斜面には、n個の波長の光信号が多重された光入力信号が入力されるバンドパスフィルタが形成され、他方の斜面には無反射膜が形成され、前記n個のV溝のうち光信号の入力側から最も遠いV溝の一方の斜面には、バンドリジェクションフィルタが形成され、残りの(n−2)個のV溝の一方の斜面には、それぞれバンドリジェクションフィルタが形成され、他方の斜面にはそれぞれ無反射膜が形成され、前記バンドパスフィルタは、特定の波長の光信号のみを透過させ、n個の前記バンドリジェクションフィルタは、それぞれ特定の波長の光信号のみを反射し、前記n個の受光素子は、それぞれ対向するバンドパスフィルタからの透過光または対向するバンドリジェクションフィルタからの反射光が入射する位置に形成され、前記第2の基板は、前記V溝と前記凸部とが嵌合して前記凸部が前記バンドパスフィルタと前記バンドリジェクションフィルタと前記無反射膜とに接するよう前記第1の基板と接合されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、光学実装工程においては第1、第2の基板と光入力信号との位置を合わせるだけで済むので、簡易な実装工程となり、歩留まりを向上させることができ、コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る光受信器の構成を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態において第1の半導体基板に形成されたV溝の形状を示す断面図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態において第2の半導体基板に形成された凸部の形状を示す断面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る光受信器の構成を示す図である。
【図5】従来の光受信器の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態の詳細を図面を用いて説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る光受信器の構成を示す図である。図1では、4つの波長λ1,λ2,λ3,λ4の光信号が波長多重された光信号をそれぞれ波長ごとに分割して受信する光受信器の構成を示している。
【0016】
第1の半導体基板5001の表面(図1下面)には、受光素子501,502,503,504が形成されている。第1の半導体基板5001の裏面(図1上面面)には、45°の斜面を有するV溝700,701,702,703,704が形成されている。なお、ここでは、図2に示すように断面が逆三角形の溝をV溝と称する。受光素子501〜504の配列方向(図1左右方向)とV溝700〜704の延伸方向(図1の紙面に垂直な方向)とは、直角に交差している。V溝700の2つの斜面のうち一方の斜面には、ミラー300が形成されている。ミラー300の材料としては、例えば光の反射率が高い金属などを用いればよい。
【0017】
V溝701,702,703,704の2つの斜面のうち一方の斜面には、それぞれ特定の波長λ1,λ2,λ3,λ4の光信号を透過させないバンドリジェクションフィルタ201,202,203,204が形成されている。バンドリジェクションフィルタ201〜204は、例えば周知の誘電体多層膜構造により実現することができる。受光素子501,502,503,504は、それぞれバンドリジェクションフィルタ201,202,203,204からの反射光が入射する位置に形成されている。
【0018】
V溝700の2つの斜面のうちミラー300が形成されていない方の斜面には、無反射(AR;Anti-Refracting)膜600が形成されている。また、V溝701,702,703の2つの斜面のうちバンドリジェクションフィルタ201,202,203が形成されていない方の斜面には、それぞれAR膜601,602,603が形成されている。AR膜600〜603は、例えば周知の誘電体多層膜構造により実現することができる。なお、本実施の形態では、各V溝の2つの斜面のうち光信号の入力側から近い方の斜面にミラーまたはバンドリジェクションフィルタを形成し、光信号の入力側から遠い方の斜面にAR膜を形成している。
【0019】
5002は第1の半導体基板5001と同じ屈折率を有する材料からなる第2の半導体基板である。第2の半導体基板5002には、V溝700,701,702,703,704と対向する位置に、それぞれV溝700,701,702,703,704と嵌合する形状の凸部800,801,802,803,804が形成されている。ここでは、凸部800,801,802,803,804は、図3に示すように断面が三角形の形状をしている。
【0020】
V溝700,701,702,703,704と凸部800,801,802,803,804とが嵌合するように第1の半導体基板5001と第2の半導体基板5002とを合わせたとき、ミラー300とAR膜600はV溝700と凸部800によって挟まれ、バンドリジェクションフィルタ201とAR膜601はV溝701と凸部801によって挟まれ、バンドリジェクションフィルタ202とAR膜602はV溝702と凸部802によって挟まれ、バンドリジェクションフィルタ203とAR膜603はV溝703と凸部803によって挟まれ、バンドリジェクションフィルタ204はV溝704と凸部804によって挟まれる。
【0021】
100は複数の波長λ1,λ2,λ3,λ4の光信号が多重された光入力信号、101はミラー300で全反射した後の光信号、111,121,131はそれぞれバンドリジェクションフィルタ201,202,203を透過した光信号である。また、110,120,130,140はそれぞれ光信号101,111,121,131がバンドリジェクションフィルタ201,202,203,204で反射した後の光信号であり、それぞれ波長λ1,λ2,λ3,λ4の光信号である。
【0022】
次に、本実施の形態の動作について図1を用いて説明する。波長λ1,λ2,λ3,λ4の光信号が多重された光入力信号100は、第2の半導体基板5002を透過してミラー300で全反射して光路が90°変わる。ミラー300で全反射した後の光信号101は、第2の半導体基板5002、AR膜600、第1の半導体基板5001を透過してバンドリジェクションフィルタ201に入射し、波長λ1の光信号のみが反射し、その他の波長の光信号はバンドリジェクションフィルタ201を透過する。バンドリジェクションフィルタ201で反射した波長λ1の光信号110は、第1の半導体基板5001を透過して受光素子501に入射し、電気信号に変換される。
【0023】
バンドリジェクションフィルタ201を透過した光信号111は、波長λ1の光信号が除外されており、波長λ2,λ3,λ4の光信号が波長多重された光信号となる。光信号111は、第2の半導体基板5002、AR膜601、第1の半導体基板5001を透過してバンドリジェクションフィルタ202に入射し、波長λ2の光信号のみが反射し、その他の波長の光信号はバンドリジェクションフィルタ202を透過する。バンドリジェクションフィルタ202で反射した波長λ2の光信号120は、第1の半導体基板5001を透過して受光素子502に入射し、電気信号に変換される。
【0024】
バンドリジェクションフィルタ202を透過した光信号121は、波長λ2の光信号が除外されており、波長λ3,λ4の光信号が波長多重された光信号となる。光信号121は、第2の半導体基板5002、AR膜602、第1の半導体基板5001を透過してバンドリジェクションフィルタ203に入射し、波長λ3の光信号のみが反射し、その他の波長の光信号はバンドリジェクションフィルタ203を透過する。バンドリジェクションフィルタ203で反射した波長λ3の光信号130は、第1の半導体基板5001を透過して受光素子503に入射し、電気信号に変換される。
【0025】
バンドリジェクションフィルタ203を透過した光信号131は、波長λ3の光信号が除外されており、波長λ4の光信号となる。光信号131は、第2の半導体基板5002、AR膜603、第1の半導体基板5001を透過してバンドリジェクションフィルタ204に入射し、波長λ4の光信号のみが反射する。バンドリジェクションフィルタ204で反射した光信号140は、第1の半導体基板5001を透過して受光素子504に入射し、電気信号に変換される。
【0026】
このようにして、本実施の形態では、対向させたバンドリジェクションフィルタ201〜204と受光素子501〜504、V溝700〜704、AR膜600〜603の組み合わせを複数配置し、バンドリジェクションフィルタ201〜204で所望の波長を反射させることで、波長多重された光信号を、それぞれの波長に分割して受信することできる。本実施の形態では、半導体基板に各部品をモノリシックに集積しているので、部品点数を削減することができる。また、本実施の形態では、第1の半導体基板5001の表面に受光素子501〜504を形成し、第1の半導体基板5001の裏面にV溝700〜704を形成し、V溝700〜704の斜面にミラー300とAR膜600〜603とバンドリジェクションフィルタ201〜204を形成し、凸部800〜804を形成した第2の半導体基板5002と第1の半導体基板5001とを合わせるだけで光受信器を作製することができ、光学実装工程においては半導体基板5001,5002と光入力信号100との位置を合わせるだけで済むので、簡易な実装工程となり、歩留まりを向上させることができ、コストを削減することができる。
【0027】
なお、図1では、受光素子501〜504の電気配線の記載を省略している。また、光入力信号のためのレンズなどの光学系も記載を省略している。
また、本実施の形態では、V溝700〜704を等間隔に配置し、受光素子501〜504も等間隔に配置しているが、受光素子501〜504とバンドリジェクションフィルタ201〜204が、それぞれ光信号110,120,130,140の光路上に配置されれば、不等間隔に配置しても良い。
【0028】
また、本実施の形態では、4つの波長λ1,λ2,λ3,λ4の光信号が波長多重された光信号を波長ごとに分割して受信する場合について説明したが、受光素子と対向するバンドリジェクションフィルタ、V溝、AR膜の組み合わせを、多重された波長数に等しい数だけ設けることで、2つ以上の複数の波長多重された光信号をそれぞれ分割して受信する光受信器を構成することができる。
【0029】
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図4は本発明の第2の実施の形態に係る光受信器の構成を示す図である。本実施の形態は、第1の実施の形態におけるV溝700、ミラー300およびAR膜600を省略し、バンドリジェクションフィルタ201の代わりに、波長λ1の光信号を透過しそれ以外の光信号を反射するバンドパスフィルタ201aを形成して、構成を簡易化したものである。バンドパスフィルタ201aは、例えば周知の誘電体多層膜構造により実現することができる。
【0030】
本実施の形態では、波長λ1,λ2,λ3,λ4の光信号が多重された光入力信号100をバンドパスフィルタ201aに入射させる。バンドパスフィルタ201aを通過した波長λ1の光信号110は、受光素子501に入射する。一方、バンドパスフィルタ201aで反射した光信号111は、波長λ1の光信号が除外されており、波長λ2,λ3,λ4の光信号が波長多重された光信号となる。以降の動作は、第1の実施の形態で説明したとおりである。
本実施の形態では、第1の半導体基板5001上にモノリシック集積する際の工程数を削減することができ、光受信器をより低コストに作製することができるという効果がある。
【0031】
なお、第1、第2の実施の形態では、受光素子の吸収層は、波長分割されたそれぞれの波長の光を吸収できる材料であればよい。第1、第2の実施の形態では、半導体基板を用いたが、受光素子を作製でき、裏面にV溝を形成できるのであれば、基板の材料は問わない。
【0032】
例えば、受光素子として吸収層にInGaAsやGaNAsを用いたフォトダイオードを用いることができる。この場合、半導体基板5001の材料としてはInPが望ましい。また、受光素子としてGaAsを用いたフォトダイオードを用いることもできる。この場合、半導体基板5001の材料としてはGaAsが望ましい。さらに、受光素子として吸収層にGeを用いたフォトダイオードを用いることもできる。この場合、半導体基板5001の材料としてはGeが望ましいが、ウエハボンディング技術などを用いてSiなどの他の材料を用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【0033】
本発明は、波長多重された光信号を波長分割してそれぞれの波長の光信号を受信する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【0034】
100…光入力信号、101,110,111,120,121,130,131,140…光信号、201,202,203,204…バンドリジェクションフィルタ、201a…バンドパスフィルタ、300…ミラー、501,502,503,504…受光素子、600,601,602,603…無反射膜、700,701,702,703,704…V溝、800,801,802,803,804…凸部、5001,5002…半導体基板。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面にn(nは2以上の整数)個の受光素子が形成され、裏面に(n+1)個のV溝が平行に形成された光透過性の材料からなる第1の基板と、
前記(n+1)個のV溝と嵌合する形状の(n+1)個の凸部が形成された、前記第1の基板と同屈折率の光透過性の材料からなる第2の基板とを備え、
前記(n+1)個のV溝のうち光信号の入力側に最も近いV溝の一方の斜面には、n個の波長の光信号が多重された光入力信号が入力されるミラーが形成され、他方の斜面には無反射膜が形成され、
前記(n+1)個のV溝のうち光信号の入力側から最も遠いV溝の一方の斜面には、バンドリジェクションフィルタが形成され、
残りの(n−1)個のV溝の一方の斜面には、それぞれバンドリジェクションフィルタが形成され、他方の斜面にはそれぞれ無反射膜が形成され、
n個の前記バンドリジェクションフィルタは、それぞれ特定の波長の光信号のみを反射し、
前記n個の受光素子は、それぞれ対向するバンドリジェクションフィルタからの反射光が入射する位置に形成され、
前記第2の基板は、前記V溝と前記凸部とが嵌合して前記凸部が前記バンドリジェクションフィルタと前記無反射膜と前記ミラーとに接するよう前記第1の基板と接合されることを特徴とする光受信器。
【請求項2】
表面にn(nは2以上の整数)個の受光素子が形成され、裏面にn個のV溝が平行に形成された光透過性の材料からなる第1の基板と、
前記n個のV溝と嵌合する形状のn個の凸部が形成された、前記第1の基板と同屈折率の光透過性の材料からなる第2の基板とを備え、
前記n個のV溝のうち光信号の入力側に最も近いV溝の一方の斜面には、n個の波長の光信号が多重された光入力信号が入力されるバンドパスフィルタが形成され、他方の斜面には無反射膜が形成され、
前記n個のV溝のうち光信号の入力側から最も遠いV溝の一方の斜面には、バンドリジェクションフィルタが形成され、
残りの(n−2)個のV溝の一方の斜面には、それぞれバンドリジェクションフィルタが形成され、他方の斜面にはそれぞれ無反射膜が形成され、
前記バンドパスフィルタは、特定の波長の光信号のみを透過させ、
n個の前記バンドリジェクションフィルタは、それぞれ特定の波長の光信号のみを反射し、
前記n個の受光素子は、それぞれ対向するバンドパスフィルタからの透過光または対向するバンドリジェクションフィルタからの反射光が入射する位置に形成され、
前記第2の基板は、前記V溝と前記凸部とが嵌合して前記凸部が前記バンドパスフィルタと前記バンドリジェクションフィルタと前記無反射膜とに接するよう前記第1の基板と接合されることを特徴とする光受信器。

【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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【公開番号】特開2011−257476(P2011−257476A)
【公開日】平成23年12月22日(2011.12.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−129918(P2010−129918)
【出願日】平成22年6月7日(2010.6.7)
【出願人】(000004226)日本電信電話株式会社 (13,992)
【Fターム(参考)】