平面光波回路および受光デバイス
【課題】ＰＬＣに一体集積された光モジュールの受光面に入射するビーム位置を調整可能にするＰＬＣおよび当該ＰＬＣを用いた受光デバイスを提供する。
【解決手段】ＰＬＣは、光が入力される入力導波路３０４と、光を分岐する方向性結合器３０６と、分岐された光が透過する導波路アーム３０８，３１０と、導波路アームを透過した光を合波する方向性結合器および出力導波路３１２，３１４とを有し、導波路アームに紫外線を照射するか薄膜ヒータによる熱により出力端面から出力される光の位置を可変とした。
【解決手段】ＰＬＣは、光が入力される入力導波路３０４と、光を分岐する方向性結合器３０６と、分岐された光が透過する導波路アーム３０８，３１０と、導波路アームを透過した光を合波する方向性結合器および出力導波路３１２，３１４とを有し、導波路アームに紫外線を照射するか薄膜ヒータによる熱により出力端面から出力される光の位置を可変とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面光波回路およびこれを用いた受光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバ伝送の普及に伴い、多数の光機能素子を高密度に集積する技術が求められており、その一つとして、平面光波回路（以下、ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）が知られている。ＰＬＣは低損失、高信頼性、高い設計自由度といった優れた特徴を有し、複合機能一体集積のプラットフォームとして有望である。実際に伝送端局における光受信装置にはフォトダイオード（以下、ＰＤ：Photodiode）などの受光素子からなる光モジュールと、合分波器、分岐・結合器、光変調器などの機能素子が形成されたＰＬＣとが一体集積実装されている。ＰＤとＰＬＣとの接続は、ＰＤモジュールとＰＬＣとをレンズなどを用いて光学的に結合させることによって行われる。これらの一体集積実装の一例として、ＰＬＣ内部に光路変換マイクロミラーを作製し、レベルモニタリング用のＰＤモジュールを搭載した機能集積ＰＬＣが実現されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
図1に、従来の光モジュール１１とＰＬＣ２１とを一体集積実装する方法を示す。光モジュールは、一例として、受光面を有する面型ＰＤを備えたチップスケールパッケージ型ＰＤ（以下、ＣＳＰ−ＰＤ）を挙げる。ＣＳＰ−ＰＤ１１は、箱型の筐体１２と、受光面１４への光信号の入力を可能にするサファイアガラスからなる蓋１３とにより封止されている。筐体１２と蓋１３とは、金属半田により接合され、高い気密性を有していることから、外部環境から保護され、面型ＰＤ１５の信頼性を確保している。面型ＰＤ１５は、受光面１４を蓋１３に対向させ、筐体１２に金属半田等により固定されている。面型ＰＤ１５は、筐体の金属パターン１７に接続され、外部の回路と電気的に接続される。
【０００４】
一方ＰＬＣ２１はシリコン基板２２上に形成された光導波路２４を有している。ＰＬＣ２１には光導波路２４から出射された光信号の光路を変換し、光信号をＣＳＰ−ＰＤ１１の受光面と光学的に結合するように、マイクロミラー２３が備えられている。このマイクロミラーの作製方法について説明する。光導波路作製後、クラッド層を堆積し、フォトリソグラフフィーとドライエッチングによりミラー溝２５を形成する。この後、ミラー溝２５の底面に表面処理を施し、液状樹脂に対して低接触角を有する領域と、高接触角を有する領域とを設ける。液状樹脂をミラー溝２５に適量流し込むと、ミラー溝の底面の低接触角を呈する領域と、これに接する壁面との間にミラー支持体２６となる斜面を形成する。この斜面の上にＣｒを下層としてＡｕを蒸着することで光路変換ミラー２３が完成する。ミラー溝２５は光を透過する樹脂で充填され、光モジュール１１とＰＬＣ２１との接続には、ＵＶ硬化性接着剤等が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−００９３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光モジュールは気密封止構造となっていることからＣＳＰ−ＰＤの受光面１４と光導波路２４の端面の間は、ミラー２３を介して相応の距離が生じる。光導波路２４から出射されたビームは、回折により広がりながらミラー２３を介して受光面１４に達するため、受光面に入射されるビームは光導波路端と比較して広がっている。このため有効受光面に入射するビーム径が大きくなることで、ビーム径が小さい場合と比較して、位置ずれによりビームが有効受光面からはみだしやすい状態であり、はみでた場合、受光感度の劣化が生じる。図２に実装時の作製誤差によるビームと受光面の相対的なずれの様子を示す。このように機能集積ＰＬＣには、ビームの位置ずれによって、ビームのすべてがＣＳＰ−ＰＤの有効受光面に入射できず、受光感度劣化が発生するという問題がある。また、位置ずれの発生原因として、マイクロミラーの作製誤差も挙げられ、面の角度がずれることで反射方向が変わり、位置ずれが生じることがある。これら受光感度劣化の問題はマイクロミラーの作製精度や光学結合のアライメント精度、作製誤差などに起因するため、受光デバイス作製後に問題が明らかになる。以上説明したように、光モジュールが一体集積実装されたＰＬＣにおいて、実装時や製造時に発生するビームと受光面の相対的な位置ずれが、光モジュールにおける受光感度を劣化させることが課題となっている。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光モジュールをＰＬＣに一体集積実装した後に、光モジュールの受光面に入射するビーム位置を調整可能にするＰＬＣ（平面光波回路）および当該ＰＬＣを用いた受光デバイス（光モジュールをＰＬＣに一体集積実装したデバイス）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は平面光波回路であって、光が入力される光入力部と、該光入力部に接続され、少なくとも２つに前記光を分岐する分波部と、該分波部に接続され、分岐された前記光に位相を付与する位相付与部と、該位相付与部に接続され、分岐された前記光を合波する合波部と、該合波部に接続され、スラブ干渉導波路または少なくとも２本の近接した干渉導波路を有する光出力部とを有し、前記位相付与部において前記光に付与される位相量によって、前記スラブ干渉導波路または前記少なくとも２本の近接した干渉導波路の出力端面から出力される光の位置が可変であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の平面光波回路であって、前記分波部は、光を２分岐するＹ分岐回路、方向性結合器、多モード干渉計のいずれか一つであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の平面光波回路であって、前記分波部が多モード干渉計であり、前記合波部が多モード干渉計であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記分波部と前記位相調整部と前記合波部とが、アレイ導波路回折格子を構成していることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の平面光波回路であって、前記平面光波回路は光路変換ミラーを備え、前記干渉導波路の出力端面から出力される光は、前記光路変換ミラーにて光路を変換されることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の前記平面光波回路と受光素子とを有する受光デバイスであって、前記干渉導波路の出力端面から出力される光が前記受光素子の受光面と光学的に結合するように前記位相付与部において前記光に位相が付与されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の前記平面光波回路と受光素子とを有する受光デバイスにおいて、前記干渉導波路の出力端面から出力される光が前記受光素子の受光面と光学的に結合するように前記位相付与部において前記光に位相を付与するための位相付与手段を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項７記載の受光デバイスにおいて、前記位相付与手段はヒータであることを特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、受光デバイスの実装方法であって、光が入力される光入力部と、該光入力部に接続され、少なくとも２つに前記光を分岐する分波部と、該分波部に接続され、分岐された前記光に位相を付与する位相付与部と、該位相付与部に接続され、分岐された前記光を合波する合波部と、該合波部に接続され、スラブ干渉導波路または少なくとも２本の近接した干渉導波路を有する光出力部とを有する平面光波回路と、受光素子とを固定するステップと、前記光入力部から光を入射するステップと、前記受光素子が受光する光量をモニタするステップと、前記光量が所望の値となるように、前記位相付与部において位相を調整するステップとを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項９記載の受光デバイスの実装方法において、前記位相を調整するステップは、紫外線照射による位相トリミングによって行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、請求項９記載の受光デバイスの実装方法において、前記位相を調整するステップは、熱による局所クエンチを用いた位相トリミングによって行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、光モジュールをＰＬＣに一体集積実装した後に、光モジュールの受光面に入射するビーム位置を調整可能にするＰＬＣ（平面光波回路）および当該ＰＬＣを用いた受光デバイス（光モジュールをＰＬＣに一体集積実装したデバイス）を提供すること。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】光モジュールとＰＬＣとを一体集積実装する従来の方法を示す図である。
【図２】光モジュールとＰＬＣとを一体集積実装する従来の方法における実装時の作製誤差によるビームと受光面の相対的なずれの様子を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態である受光デバイスの概略構成図である。
【図４】本発明の一実施形態である受光デバイスの実装方法における、光モジュールへの入射ビーム位置の調整の原理を説明するための図である。
【図５】図３の構成の受光デバイスにおける、受光素子の受光面に対する入射ビームの位置ずれ量と受光素子の受光感度の関係を示す図である。
【図６】受光素子の受光面に対する入射ビームの位置ずれにより受光素子の受光感度が劣化している図３の構成の受光デバイスにおける、紫外線照射と受光感度の関係を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態である受光デバイスの概略構成図である。
【図８】図７の構成の受光デバイスにおける、受光素子の受光面に対する入射ビームの位置ずれ量と受光素子の受光感度の関係を示す図である。
【図９】受光素子の受光面に対する入射ビームの位置ずれにより受光素子の受光感度が劣化している図７の構成の受光デバイスにおける、薄膜ヒータの電流値と受光感度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明は、前述の課題を鑑み、受光面に入射するビームの位置を調整可能にすることで、製造時に発生したビームの位置ずれによる受光感度の劣化を補償可能な受光デバイスを提供する。
【００２２】
より具体的には、本発明の受光デバイスは、ＰＬＣ（平面光波回路）と、ＰＤモジュールとしてのＣＳＰ−ＰＤとにより構成される。本発明のＰＬＣは、光が入力される光入力部と、光入力部からの光をＮ（２≧Ｎ）個に分岐する分波部と、分波部により分岐された光に位相を付与する位相付与部と、位相付与部からの光を合波する合波部と、合波部により合波された光を出力する光出力部とを備える。ＰＬＣの光出力部は、Ｍ個（２≧Ｍ）の近接した干渉導波路で構成されるかまたはスラブ干渉導波路で構成され、位相付与部において光に付与される位相量によって、光出力部の干渉導波路またはスラブ干渉導波路の出力端面から出力される光の位置が可変である。
【００２３】
光入力部、分波部、位相付与部、合波部および光出力部は、ＰＬＣがマッハツェンダ回路となるように構成することができ、ＰＬＣが１入力Ｎ出力の多モード干渉計（ＭＭＩ）とＮ入力２Ｍ出力のＭＭＩとを従属接続した回路となるように構成することができ、またはＰＬＣが１入力Ｍ出力のＡＷＧ（アレイ導波路回折格子）となるように構成することができる。
【００２４】
図３に本発明の一実施形態に係る受光デバイスを示し、ＰＬＣがマッハツェンダ回路となるように構成したものである。ＰＬＣ３０２は、入力側から入力側導波路３０４、光を等分岐する入力側方向性結合器３０６、この方向性結合器に続き接続された導波路アーム３０８および導波路アーム３１０、これらの導波路アームと接続された出力側方向性結合器により構成される。
【００２５】
入力側導波路３０４は光入力部を構成する。
【００２６】
入力側方向性結合器３０６は分波部を構成する。入力側方向性結合器３０６の代替として、Ｙ分岐回路を用いて分波部を構成してもよい。あるいは入力側方向性結合器３０６の代替として、多モード干渉計（ＭＭＩ導波路）を用いて分波部を構成してもよい。
【００２７】
導波路アーム３０８及び３１０は、位相付与部を構成する。後述するように、導波路アーム３０８及び３１０の少なくとも一方に、紫外線が照射され、導波路アーム３０８及び３１０をそれぞれ伝搬する光に相対的な位相差が付与されるように構成されている。および／または、導波路アーム３０８及び３１０の少なくとも一方を加熱する薄膜ヒータまたは冷却するペルティエ素子を位相付与手段として設けてもよい。位相付与部を構成する導波路アームの数Ｎ（≧２）は、分波部により分波された光の数Ｎに対応する。しがたって、分波部が入力部からの光をＮ個に分波する場合には、導波路アームの数はＮ本となり、これらの導波路アームの少なくとも一部に、紫外線が照射されおよび／または位相付与手段としての薄膜ヒータあるいは冷却するペルティエ素子が設けられる。
【００２８】
出力側方向性結合器は、合波した光を干渉させる少なくとも２本の隣接した干渉導波路（出力側干渉導波路３１２および出力側干渉導波路３１４）から構成され、合波部を構成する。出力側方向性結合器は光を等分岐する入力側方向性結合器３０６と同様に設計し、導波路アーム３０８および導波路アーム３１０の導波路長は、入力側方向性結合器３０６による光信号の位相シフトを補償するように設計する。出力側方向性結合器（少なくとも２本の隣接した干渉導波路）の代替として、多モード干渉計を用いて合波部を構成してもよい。
【００２９】
また、少なくとも２本の隣接した干渉導波路（出力側干渉導波路３１２および出力側干渉導波路３１４）は、光出力部を構成する。
【００３０】
ＰＬＣ３０２からのビームをＣＳＰ−ＰＤ４１１の受光面４１４に入射させるため、ＰＬＣ３０２とＣＳＰ−ＰＤ４１１の接続は、受光面４１４の中心が、出力側干渉導波路３１２と出力側干渉導波路３１４の中心に合うように行う。
【００３１】
図３に示す受光デバイスは、ＰＬＣがマッハツェンダ回路となるように構成したものであるが、分波部および合波部を多モード干渉計で構成しこれらをＮ本の導波路アームで接続することにより、シリコン基板上に１入力Ｎ出力の多モード干渉計（ＭＭＩ）とＮ入力２Ｍ出力のＭＭＩとが従属接続されたＰＣＬとしてもよい。あるいは、分波部および合波部を多モード干渉計（スラブ干渉導波路）で構成しこれらを導波路アレイ（位相付与部）で接続することにより、シリコン基板上に１入力Ｍ出力のＡＷＧ（アレイ導波路回折格子）を含むＰＬＣとしてもよい。
【００３２】
以上のように構成された受光デバイスは、以下の説明で示す原理でＣＳＰ−ＰＤ４１１への入射ビーム位置の調整を行う。入力側導波路３０４に入力された光は、方向性結合器３０６により同じパワーで、導波路アーム３０８と導波路アーム３１０へと分岐される。導波路アーム３０８を伝搬する光は出力側干渉導波路３１２へと伝搬し、伝搬するにつれて出力側干渉導波路３１２、および近接する出力側干渉導波路３１４によって形成されるモードに結合する。このため、フィールドは出力側干渉導波路３１２から出力側干渉導波路３１４の方へと移行し、その後、再び出力側干渉導波路３１２へと移行し、これを繰り返す。一方、導波路アーム３１０へと分岐された光は、出力側干渉導波路３１４に伝搬し、上記の説明と同様に出力側干渉導波路３１２と出力側干渉導波路３１４の間でフィールドの移行を繰り返し、結果として２つに分岐された光のフィールド同士が干渉したフィールドが出力される。
【００３３】
出力側方向性結合器（出力側干渉導波路３１２および３１４）における干渉前の２つの光が同位相である場合、干渉後のフィールドの重心は、出力側干渉導波路３１２と出力側干渉導波路３１４の中心である。一方、位相差をつけて２つの光を出力側方向性結合器へ入射させると、干渉の結果、フィールドの重心は中心からずれ、与えられた位相差により変化する。具体的には、フィールド重心が出力側干渉導波路間で平行方向に移動する挙動を示す。このときの変化量は位相差に対し周期的であり、図４のようになる。つまり、出力側干渉導波路の適当な点をＰＬＣ３０２の出射端とすると、出力側干渉導波路３１２と出力側干渉導波路３１４の間でビームの出力位置が位相差により制御できる結果となる。
【００３４】
各導波路間に位相差を与える手段としては、紫外線照射や恒久的ではない熱による局所クエンチを用いた屈折率トリミングが挙げられる。屈折率トリミングにより導波路アーム３０８および／または３１０の屈折率を変化させることで、２つの出力側干渉導波路３１２および３１４を伝搬する光に位相差を与えることが可能となる。ビームの重心は出力側干渉導波路３１２および３１４の間で変化するため、これらの屈折率トリミングにより２つの出力側干渉導波路端の間において、ビームの出力位置を調整することができる。結果として、作製誤差などによりＣＳＰ−ＰＤ４１１の有効受光面４１４からはみだしたビームが有効受光面内に収まるように、屈折率トリミングによりビームの出力位置を移動させることで受光感度を補正することが可能となる。
【００３５】
以上の原理を用いることで課題である受光感度の劣化を補正することができる。上記の例ではＰＬＣと受光モジュールとしてＣＳＰ−ＰＤをバットジョイントしたときの、位置ずれに対するビーム出射位置の調整方法を述べてきた。同様にこの原理は、図１および２に示した構成と同様の構成にも適用できる。すなわち、出力部（図３に示す構成では出力側干渉導波路３１２および３１４）から出力される光の光路を変換するマイクロミラーをＰＬＣ３０２に作成し、ＣＳＰ−ＰＤを一体集積した機能集積ＰＬＣにも適用できる。ＰＬＣとＣＳＰ−ＰＤの接続は、ミラーにより光路が変換されたビームの受光感度をＣＳＰ−ＰＤで測定しながら、受光感度が最大となるように位置を調節し、ＵＶ硬化性樹脂により固定する。しかし、作製誤差により、図２に示すようにビーム重心と受光中心が水平方向に軸ずれしたまま接続した場合、ビームが有効受光位置からはみ出すことで受光感度が劣化する。ここで、先に述べたように屈折率トリミングによりアーム導波路間に位相差を与え、ビームの重心位置を水平方向に調節することで、作製後に受光感度の劣化を補正することができる。
【００３６】
（実施例１）
図３に示す構成の光導波路回路を作成した。分波部および合波部を方向性結合器により構成し、入力側導波路３０４，アーム導波路３０８、３１０、出力側干渉導波路３１２、３１４をコア径７μｍ、コアとクラッドの屈折率差０．４％の導波路として作成した。２本の出力側干渉導波路３１２および３１４のギャップ（間隔）は３μｍとした。
【００３７】
受光素子の受光径を２０μｍとし、ＰＬＣの出力部（出力側干渉導波路３１２、３１４）の端面から受光面までの距離を１７０μｍとした。
【００３８】
出力側干渉導波路３１２、３１４と受光素子４１１との接続は、受光素子の受光中心（受光面４１４の中心）と出力側干渉導波路３１２、３１４の中心が一致するように接続する。このとき、受光素子４１１を水平方向（方向）にずらしていったときの受光強度の変化を図５に示す。出力側干渉導波路３１２、３１４の端面から出射されたビームの径は、受光素子の受光面４１４において２０μｍ程度に広がっている。したがって、水平方向にＣＳＰ−ＰＤ４１１をずらしていくことでビームは受光面４１４に入りきらなくなり、次第に受光感度は低下する。図５より、５μｍずれた場合受光感度は最大値の８５％まで低下することがわかる。
【００３９】
本発明の効果を確認するため、アーム導波路３０８と３１０との間の位相差調整により、ビームの出力位置の調整を行った。光の位相調整方法として、波長１９３ｎｍの紫外線照射を用いた。紫外光は、導波路を構成する石英材料に屈折率変化を誘起し、導波路を伝搬する光の位相を調整できる。ビームの出力位置調整を確認するため、あらかじめＣＳＰ−ＰＤをｘ軸の正方向に５μｍずらして実装し、受光感度が劣化したデバイスを作製した。受光感度は、最適値から１５％劣化している。アーム導波路３１０に紫外線照射し、アーム導波路３０８と３１０を伝搬する光の間に位相差を与えることで、出射されるビームの重心位置を変化させ、効率の改善を行った。紫外線照射箇所はアーム導波路であればよく、本発明の効果はこれらに限るものではない。光源としてＡｒＦレーザーを用い、強度１００ｍＪ／ｃｍ2の紫外線（波長１９３ｎｍ）を、一方の導波路に照射し、照射回数に対する受光感度の変化を測定した。結果を図６に示す。結果に見られる周期性は、位相差が紫外線照射回数に対してサインカーブで変化することよって生じる。受光感度が最大なったところで、紫外線照射を止めると、生じた位相差が維持されるため、恒久的に最大の受光効率を保つことができる。そこで、照射回数１００００回付近まで紫外線照射を行ったところ、８５％であった受光感度が、ほぼ１００％まで改善できた。
【００４０】
以上の実験により、ＣＳＰ−ＰＤの受光面に対するビームの位置ずれを、製造後に調整できることを確認して、有効性を確かめた。
【００４１】
なお、上記のとおり、分波部の構成をＹ分岐や多モード干渉計とすることができ、合波部の構成を多モード干渉計とすることができ、本発明の効果はこれらに限るものではない。また、ＰＬＣの出力部の出力端にミラー溝を設けて構成されたマイクロミラーによる光路変換がある光導波路回路においても、本発明の効果は実現可能である。
【００４２】
（実施例２）
図７は、本発明の実施形態の受光デバイスの構成を示す。図７に示す受光デバイスは、ＰＬＣ７０２と、ＰＤモジュールとしてのＣＳＰ−ＰＤ４１４とにより構成される。ＰＬＣ７０２は、入力側から入力側導波路７０４、光を等分岐するY分岐回路７０６、Y分岐回路に続き接続された導波路アーム７０８および導波路アーム７１０、これら導波路アームと接続された多モード干渉計７２０により構成される。
【００４３】
入力側導波路７０４は光入力部を構成し、Y分岐回路７０６は分波部を構成する。
【００４４】
導波路アーム７０８及び７１０は、位相付与部を構成する。また、導波路アーム７０８及び７１０のオーバークラッド上には薄膜ヒータ（図示せず）が設けられている。薄膜ヒータは、位相付与手段を構成する。導波路アーム７０８及び７１０には、多モード干渉計であるスラブ干渉導波路７２０が接続されている。
【００４５】
スラブ干渉導波路７２０は、合波部を構成する。ＰＬＣ７０２からのビームをＣＳＰ−ＰＤ４１１の受光面４１４に入射させるため、ＰＬＣ７０２とＣＳＰ−ＰＤ４１１の接続は、受光面４１４の中心が、スラブ干渉導波路７２０の中心に合うように行う。
【００４６】
図７に示す構成の光導波路回路を作成した。入力側導波路７０４，アーム導波路７０８、７１０を、コア径６μｍ、コアとクラッドの屈折率差１．５％の導波路とし、スラブ干渉導波路７２０の幅を１７μｍとして作成した。受光素子の受光径を４０μｍとし、ＰＬＣの出力部（スラブ干渉導波路７２０）の端面から受光面までの距離を１７０μｍとした。
【００４７】
ＰＬＣ７０２と受光素子４１１の接続は、スラブ干渉導波路７２０の中心と受光面４１４の中心が一致するように行う。このとき、受光素子を水平方向（ｘ方向）にずらしていったときの受光強度の変化を図８に示す。受光素子の受光面４１４におけるビーム径は３５μｍ程度に広がっている。したがって、受光経の中心とビームの中心のずれが、２．５μｍ以下と場合は、ビームが受光面に収まっているが、ずれが２．５μｍ以上の場合は、ビームが受光面からはみ出ることで受光感度の劣化が発生する。
【００４８】
本発明の効果を確認するため、本発明の効果を確認するため、アーム導波路７０８と７１０との間の位相差調整により、ビームの出力位置の調整を行った。薄膜ヒータを用いた温度による屈折率変化を位相の調整方法とした。ここでは薄膜ヒータを用いたが冷却機構を用いた温度変化を利用してもよい。実施例１と同様にビームの出力位置調整を確認するため、あらかじめＣＳＰ−ＰＤをｘ軸の正方向に５μｍずらして実装し、受光感度が劣化したデバイスを作製した。この時点で受光感度は９６％程度に劣化している。ここで導波路アーム７１０上の薄膜ヒータに電流を流し、温度変化を誘起することでアーム導波路７０８と７１０との間の屈折率調整を行った。なお、本発明の効果は使用する薄膜ヒータにより、限られるものではない。図９に電流値に対する受光感度の変化を示す。図９より実施例１と同様に受光感度の周期性の変化がみられ、受光感度が最大となるように電流値を調節することで受光感度をほぼ１００％まで改善できる。本実施例では、受光感度の最適値は電流２０ｍＡ、ヒータ温度約５０℃であるが、この値は光導波路、薄膜ヒータの材料に依存するものであり、本発明の効果はこの値に限るものではない。薄膜ヒータによる位相調整法では、電流を流さない場合、受光感度は劣化した状態であるため、紫外線によるトリミングのほうが恒久性の点で優れているものの、受光感度改善の容易な方法として薄膜ヒータによる位相調整が優れている。
【００４９】
以上の実験により、ＣＳＰ−ＰＤをＰＬＣに一体集積実装した後に、ＣＳＰ−ＰＤの受光面に対するビームの位置ずれを調整できることを確認して、有効性を確かめた。
【符号の説明】
【００５０】
１１、４１１ 光モジュール
１２ 筐体
１３ 蓋
１４、４１４ 受光面
１５ フォトダイオード
２１、３０２、７０２ ＰＬＣ
２２、３００、７００ シリコン基板
２３ ミラー
２４、３０４、３０８、３１０、３１２、３１４、７０４、７０８、７１０ 光導波路
２５ ミラー溝
２６ ミラー支持体
３０４ 方向性結合器
７０６ Ｙ分岐回路
７２０ 多モード干渉計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面光波回路およびこれを用いた受光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバ伝送の普及に伴い、多数の光機能素子を高密度に集積する技術が求められており、その一つとして、平面光波回路（以下、ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）が知られている。ＰＬＣは低損失、高信頼性、高い設計自由度といった優れた特徴を有し、複合機能一体集積のプラットフォームとして有望である。実際に伝送端局における光受信装置にはフォトダイオード（以下、ＰＤ：Photodiode）などの受光素子からなる光モジュールと、合分波器、分岐・結合器、光変調器などの機能素子が形成されたＰＬＣとが一体集積実装されている。ＰＤとＰＬＣとの接続は、ＰＤモジュールとＰＬＣとをレンズなどを用いて光学的に結合させることによって行われる。これらの一体集積実装の一例として、ＰＬＣ内部に光路変換マイクロミラーを作製し、レベルモニタリング用のＰＤモジュールを搭載した機能集積ＰＬＣが実現されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
図1に、従来の光モジュール１１とＰＬＣ２１とを一体集積実装する方法を示す。光モジュールは、一例として、受光面を有する面型ＰＤを備えたチップスケールパッケージ型ＰＤ（以下、ＣＳＰ−ＰＤ）を挙げる。ＣＳＰ−ＰＤ１１は、箱型の筐体１２と、受光面１４への光信号の入力を可能にするサファイアガラスからなる蓋１３とにより封止されている。筐体１２と蓋１３とは、金属半田により接合され、高い気密性を有していることから、外部環境から保護され、面型ＰＤ１５の信頼性を確保している。面型ＰＤ１５は、受光面１４を蓋１３に対向させ、筐体１２に金属半田等により固定されている。面型ＰＤ１５は、筐体の金属パターン１７に接続され、外部の回路と電気的に接続される。
【０００４】
一方ＰＬＣ２１はシリコン基板２２上に形成された光導波路２４を有している。ＰＬＣ２１には光導波路２４から出射された光信号の光路を変換し、光信号をＣＳＰ−ＰＤ１１の受光面と光学的に結合するように、マイクロミラー２３が備えられている。このマイクロミラーの作製方法について説明する。光導波路作製後、クラッド層を堆積し、フォトリソグラフフィーとドライエッチングによりミラー溝２５を形成する。この後、ミラー溝２５の底面に表面処理を施し、液状樹脂に対して低接触角を有する領域と、高接触角を有する領域とを設ける。液状樹脂をミラー溝２５に適量流し込むと、ミラー溝の底面の低接触角を呈する領域と、これに接する壁面との間にミラー支持体２６となる斜面を形成する。この斜面の上にＣｒを下層としてＡｕを蒸着することで光路変換ミラー２３が完成する。ミラー溝２５は光を透過する樹脂で充填され、光モジュール１１とＰＬＣ２１との接続には、ＵＶ硬化性接着剤等が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−００９３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光モジュールは気密封止構造となっていることからＣＳＰ−ＰＤの受光面１４と光導波路２４の端面の間は、ミラー２３を介して相応の距離が生じる。光導波路２４から出射されたビームは、回折により広がりながらミラー２３を介して受光面１４に達するため、受光面に入射されるビームは光導波路端と比較して広がっている。このため有効受光面に入射するビーム径が大きくなることで、ビーム径が小さい場合と比較して、位置ずれによりビームが有効受光面からはみだしやすい状態であり、はみでた場合、受光感度の劣化が生じる。図２に実装時の作製誤差によるビームと受光面の相対的なずれの様子を示す。このように機能集積ＰＬＣには、ビームの位置ずれによって、ビームのすべてがＣＳＰ−ＰＤの有効受光面に入射できず、受光感度劣化が発生するという問題がある。また、位置ずれの発生原因として、マイクロミラーの作製誤差も挙げられ、面の角度がずれることで反射方向が変わり、位置ずれが生じることがある。これら受光感度劣化の問題はマイクロミラーの作製精度や光学結合のアライメント精度、作製誤差などに起因するため、受光デバイス作製後に問題が明らかになる。以上説明したように、光モジュールが一体集積実装されたＰＬＣにおいて、実装時や製造時に発生するビームと受光面の相対的な位置ずれが、光モジュールにおける受光感度を劣化させることが課題となっている。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光モジュールをＰＬＣに一体集積実装した後に、光モジュールの受光面に入射するビーム位置を調整可能にするＰＬＣ（平面光波回路）および当該ＰＬＣを用いた受光デバイス（光モジュールをＰＬＣに一体集積実装したデバイス）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は平面光波回路であって、光が入力される光入力部と、該光入力部に接続され、少なくとも２つに前記光を分岐する分波部と、該分波部に接続され、分岐された前記光に位相を付与する位相付与部と、該位相付与部に接続され、分岐された前記光を合波する合波部と、該合波部に接続され、スラブ干渉導波路または少なくとも２本の近接した干渉導波路を有する光出力部とを有し、前記位相付与部において前記光に付与される位相量によって、前記スラブ干渉導波路または前記少なくとも２本の近接した干渉導波路の出力端面から出力される光の位置が可変であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の平面光波回路であって、前記分波部は、光を２分岐するＹ分岐回路、方向性結合器、多モード干渉計のいずれか一つであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の平面光波回路であって、前記分波部が多モード干渉計であり、前記合波部が多モード干渉計であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記分波部と前記位相調整部と前記合波部とが、アレイ導波路回折格子を構成していることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の平面光波回路であって、前記平面光波回路は光路変換ミラーを備え、前記干渉導波路の出力端面から出力される光は、前記光路変換ミラーにて光路を変換されることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の前記平面光波回路と受光素子とを有する受光デバイスであって、前記干渉導波路の出力端面から出力される光が前記受光素子の受光面と光学的に結合するように前記位相付与部において前記光に位相が付与されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の前記平面光波回路と受光素子とを有する受光デバイスにおいて、前記干渉導波路の出力端面から出力される光が前記受光素子の受光面と光学的に結合するように前記位相付与部において前記光に位相を付与するための位相付与手段を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項７記載の受光デバイスにおいて、前記位相付与手段はヒータであることを特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、受光デバイスの実装方法であって、光が入力される光入力部と、該光入力部に接続され、少なくとも２つに前記光を分岐する分波部と、該分波部に接続され、分岐された前記光に位相を付与する位相付与部と、該位相付与部に接続され、分岐された前記光を合波する合波部と、該合波部に接続され、スラブ干渉導波路または少なくとも２本の近接した干渉導波路を有する光出力部とを有する平面光波回路と、受光素子とを固定するステップと、前記光入力部から光を入射するステップと、前記受光素子が受光する光量をモニタするステップと、前記光量が所望の値となるように、前記位相付与部において位相を調整するステップとを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項９記載の受光デバイスの実装方法において、前記位相を調整するステップは、紫外線照射による位相トリミングによって行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、請求項９記載の受光デバイスの実装方法において、前記位相を調整するステップは、熱による局所クエンチを用いた位相トリミングによって行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、光モジュールをＰＬＣに一体集積実装した後に、光モジュールの受光面に入射するビーム位置を調整可能にするＰＬＣ（平面光波回路）および当該ＰＬＣを用いた受光デバイス（光モジュールをＰＬＣに一体集積実装したデバイス）を提供すること。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】光モジュールとＰＬＣとを一体集積実装する従来の方法を示す図である。
【図２】光モジュールとＰＬＣとを一体集積実装する従来の方法における実装時の作製誤差によるビームと受光面の相対的なずれの様子を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態である受光デバイスの概略構成図である。
【図４】本発明の一実施形態である受光デバイスの実装方法における、光モジュールへの入射ビーム位置の調整の原理を説明するための図である。
【図５】図３の構成の受光デバイスにおける、受光素子の受光面に対する入射ビームの位置ずれ量と受光素子の受光感度の関係を示す図である。
【図６】受光素子の受光面に対する入射ビームの位置ずれにより受光素子の受光感度が劣化している図３の構成の受光デバイスにおける、紫外線照射と受光感度の関係を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態である受光デバイスの概略構成図である。
【図８】図７の構成の受光デバイスにおける、受光素子の受光面に対する入射ビームの位置ずれ量と受光素子の受光感度の関係を示す図である。
【図９】受光素子の受光面に対する入射ビームの位置ずれにより受光素子の受光感度が劣化している図７の構成の受光デバイスにおける、薄膜ヒータの電流値と受光感度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明は、前述の課題を鑑み、受光面に入射するビームの位置を調整可能にすることで、製造時に発生したビームの位置ずれによる受光感度の劣化を補償可能な受光デバイスを提供する。
【００２２】
より具体的には、本発明の受光デバイスは、ＰＬＣ（平面光波回路）と、ＰＤモジュールとしてのＣＳＰ−ＰＤとにより構成される。本発明のＰＬＣは、光が入力される光入力部と、光入力部からの光をＮ（２≧Ｎ）個に分岐する分波部と、分波部により分岐された光に位相を付与する位相付与部と、位相付与部からの光を合波する合波部と、合波部により合波された光を出力する光出力部とを備える。ＰＬＣの光出力部は、Ｍ個（２≧Ｍ）の近接した干渉導波路で構成されるかまたはスラブ干渉導波路で構成され、位相付与部において光に付与される位相量によって、光出力部の干渉導波路またはスラブ干渉導波路の出力端面から出力される光の位置が可変である。
【００２３】
光入力部、分波部、位相付与部、合波部および光出力部は、ＰＬＣがマッハツェンダ回路となるように構成することができ、ＰＬＣが１入力Ｎ出力の多モード干渉計（ＭＭＩ）とＮ入力２Ｍ出力のＭＭＩとを従属接続した回路となるように構成することができ、またはＰＬＣが１入力Ｍ出力のＡＷＧ（アレイ導波路回折格子）となるように構成することができる。
【００２４】
図３に本発明の一実施形態に係る受光デバイスを示し、ＰＬＣがマッハツェンダ回路となるように構成したものである。ＰＬＣ３０２は、入力側から入力側導波路３０４、光を等分岐する入力側方向性結合器３０６、この方向性結合器に続き接続された導波路アーム３０８および導波路アーム３１０、これらの導波路アームと接続された出力側方向性結合器により構成される。
【００２５】
入力側導波路３０４は光入力部を構成する。
【００２６】
入力側方向性結合器３０６は分波部を構成する。入力側方向性結合器３０６の代替として、Ｙ分岐回路を用いて分波部を構成してもよい。あるいは入力側方向性結合器３０６の代替として、多モード干渉計（ＭＭＩ導波路）を用いて分波部を構成してもよい。
【００２７】
導波路アーム３０８及び３１０は、位相付与部を構成する。後述するように、導波路アーム３０８及び３１０の少なくとも一方に、紫外線が照射され、導波路アーム３０８及び３１０をそれぞれ伝搬する光に相対的な位相差が付与されるように構成されている。および／または、導波路アーム３０８及び３１０の少なくとも一方を加熱する薄膜ヒータまたは冷却するペルティエ素子を位相付与手段として設けてもよい。位相付与部を構成する導波路アームの数Ｎ（≧２）は、分波部により分波された光の数Ｎに対応する。しがたって、分波部が入力部からの光をＮ個に分波する場合には、導波路アームの数はＮ本となり、これらの導波路アームの少なくとも一部に、紫外線が照射されおよび／または位相付与手段としての薄膜ヒータあるいは冷却するペルティエ素子が設けられる。
【００２８】
出力側方向性結合器は、合波した光を干渉させる少なくとも２本の隣接した干渉導波路（出力側干渉導波路３１２および出力側干渉導波路３１４）から構成され、合波部を構成する。出力側方向性結合器は光を等分岐する入力側方向性結合器３０６と同様に設計し、導波路アーム３０８および導波路アーム３１０の導波路長は、入力側方向性結合器３０６による光信号の位相シフトを補償するように設計する。出力側方向性結合器（少なくとも２本の隣接した干渉導波路）の代替として、多モード干渉計を用いて合波部を構成してもよい。
【００２９】
また、少なくとも２本の隣接した干渉導波路（出力側干渉導波路３１２および出力側干渉導波路３１４）は、光出力部を構成する。
【００３０】
ＰＬＣ３０２からのビームをＣＳＰ−ＰＤ４１１の受光面４１４に入射させるため、ＰＬＣ３０２とＣＳＰ−ＰＤ４１１の接続は、受光面４１４の中心が、出力側干渉導波路３１２と出力側干渉導波路３１４の中心に合うように行う。
【００３１】
図３に示す受光デバイスは、ＰＬＣがマッハツェンダ回路となるように構成したものであるが、分波部および合波部を多モード干渉計で構成しこれらをＮ本の導波路アームで接続することにより、シリコン基板上に１入力Ｎ出力の多モード干渉計（ＭＭＩ）とＮ入力２Ｍ出力のＭＭＩとが従属接続されたＰＣＬとしてもよい。あるいは、分波部および合波部を多モード干渉計（スラブ干渉導波路）で構成しこれらを導波路アレイ（位相付与部）で接続することにより、シリコン基板上に１入力Ｍ出力のＡＷＧ（アレイ導波路回折格子）を含むＰＬＣとしてもよい。
【００３２】
以上のように構成された受光デバイスは、以下の説明で示す原理でＣＳＰ−ＰＤ４１１への入射ビーム位置の調整を行う。入力側導波路３０４に入力された光は、方向性結合器３０６により同じパワーで、導波路アーム３０８と導波路アーム３１０へと分岐される。導波路アーム３０８を伝搬する光は出力側干渉導波路３１２へと伝搬し、伝搬するにつれて出力側干渉導波路３１２、および近接する出力側干渉導波路３１４によって形成されるモードに結合する。このため、フィールドは出力側干渉導波路３１２から出力側干渉導波路３１４の方へと移行し、その後、再び出力側干渉導波路３１２へと移行し、これを繰り返す。一方、導波路アーム３１０へと分岐された光は、出力側干渉導波路３１４に伝搬し、上記の説明と同様に出力側干渉導波路３１２と出力側干渉導波路３１４の間でフィールドの移行を繰り返し、結果として２つに分岐された光のフィールド同士が干渉したフィールドが出力される。
【００３３】
出力側方向性結合器（出力側干渉導波路３１２および３１４）における干渉前の２つの光が同位相である場合、干渉後のフィールドの重心は、出力側干渉導波路３１２と出力側干渉導波路３１４の中心である。一方、位相差をつけて２つの光を出力側方向性結合器へ入射させると、干渉の結果、フィールドの重心は中心からずれ、与えられた位相差により変化する。具体的には、フィールド重心が出力側干渉導波路間で平行方向に移動する挙動を示す。このときの変化量は位相差に対し周期的であり、図４のようになる。つまり、出力側干渉導波路の適当な点をＰＬＣ３０２の出射端とすると、出力側干渉導波路３１２と出力側干渉導波路３１４の間でビームの出力位置が位相差により制御できる結果となる。
【００３４】
各導波路間に位相差を与える手段としては、紫外線照射や恒久的ではない熱による局所クエンチを用いた屈折率トリミングが挙げられる。屈折率トリミングにより導波路アーム３０８および／または３１０の屈折率を変化させることで、２つの出力側干渉導波路３１２および３１４を伝搬する光に位相差を与えることが可能となる。ビームの重心は出力側干渉導波路３１２および３１４の間で変化するため、これらの屈折率トリミングにより２つの出力側干渉導波路端の間において、ビームの出力位置を調整することができる。結果として、作製誤差などによりＣＳＰ−ＰＤ４１１の有効受光面４１４からはみだしたビームが有効受光面内に収まるように、屈折率トリミングによりビームの出力位置を移動させることで受光感度を補正することが可能となる。
【００３５】
以上の原理を用いることで課題である受光感度の劣化を補正することができる。上記の例ではＰＬＣと受光モジュールとしてＣＳＰ−ＰＤをバットジョイントしたときの、位置ずれに対するビーム出射位置の調整方法を述べてきた。同様にこの原理は、図１および２に示した構成と同様の構成にも適用できる。すなわち、出力部（図３に示す構成では出力側干渉導波路３１２および３１４）から出力される光の光路を変換するマイクロミラーをＰＬＣ３０２に作成し、ＣＳＰ−ＰＤを一体集積した機能集積ＰＬＣにも適用できる。ＰＬＣとＣＳＰ−ＰＤの接続は、ミラーにより光路が変換されたビームの受光感度をＣＳＰ−ＰＤで測定しながら、受光感度が最大となるように位置を調節し、ＵＶ硬化性樹脂により固定する。しかし、作製誤差により、図２に示すようにビーム重心と受光中心が水平方向に軸ずれしたまま接続した場合、ビームが有効受光位置からはみ出すことで受光感度が劣化する。ここで、先に述べたように屈折率トリミングによりアーム導波路間に位相差を与え、ビームの重心位置を水平方向に調節することで、作製後に受光感度の劣化を補正することができる。
【００３６】
（実施例１）
図３に示す構成の光導波路回路を作成した。分波部および合波部を方向性結合器により構成し、入力側導波路３０４，アーム導波路３０８、３１０、出力側干渉導波路３１２、３１４をコア径７μｍ、コアとクラッドの屈折率差０．４％の導波路として作成した。２本の出力側干渉導波路３１２および３１４のギャップ（間隔）は３μｍとした。
【００３７】
受光素子の受光径を２０μｍとし、ＰＬＣの出力部（出力側干渉導波路３１２、３１４）の端面から受光面までの距離を１７０μｍとした。
【００３８】
出力側干渉導波路３１２、３１４と受光素子４１１との接続は、受光素子の受光中心（受光面４１４の中心）と出力側干渉導波路３１２、３１４の中心が一致するように接続する。このとき、受光素子４１１を水平方向（方向）にずらしていったときの受光強度の変化を図５に示す。出力側干渉導波路３１２、３１４の端面から出射されたビームの径は、受光素子の受光面４１４において２０μｍ程度に広がっている。したがって、水平方向にＣＳＰ−ＰＤ４１１をずらしていくことでビームは受光面４１４に入りきらなくなり、次第に受光感度は低下する。図５より、５μｍずれた場合受光感度は最大値の８５％まで低下することがわかる。
【００３９】
本発明の効果を確認するため、アーム導波路３０８と３１０との間の位相差調整により、ビームの出力位置の調整を行った。光の位相調整方法として、波長１９３ｎｍの紫外線照射を用いた。紫外光は、導波路を構成する石英材料に屈折率変化を誘起し、導波路を伝搬する光の位相を調整できる。ビームの出力位置調整を確認するため、あらかじめＣＳＰ−ＰＤをｘ軸の正方向に５μｍずらして実装し、受光感度が劣化したデバイスを作製した。受光感度は、最適値から１５％劣化している。アーム導波路３１０に紫外線照射し、アーム導波路３０８と３１０を伝搬する光の間に位相差を与えることで、出射されるビームの重心位置を変化させ、効率の改善を行った。紫外線照射箇所はアーム導波路であればよく、本発明の効果はこれらに限るものではない。光源としてＡｒＦレーザーを用い、強度１００ｍＪ／ｃｍ2の紫外線（波長１９３ｎｍ）を、一方の導波路に照射し、照射回数に対する受光感度の変化を測定した。結果を図６に示す。結果に見られる周期性は、位相差が紫外線照射回数に対してサインカーブで変化することよって生じる。受光感度が最大なったところで、紫外線照射を止めると、生じた位相差が維持されるため、恒久的に最大の受光効率を保つことができる。そこで、照射回数１００００回付近まで紫外線照射を行ったところ、８５％であった受光感度が、ほぼ１００％まで改善できた。
【００４０】
以上の実験により、ＣＳＰ−ＰＤの受光面に対するビームの位置ずれを、製造後に調整できることを確認して、有効性を確かめた。
【００４１】
なお、上記のとおり、分波部の構成をＹ分岐や多モード干渉計とすることができ、合波部の構成を多モード干渉計とすることができ、本発明の効果はこれらに限るものではない。また、ＰＬＣの出力部の出力端にミラー溝を設けて構成されたマイクロミラーによる光路変換がある光導波路回路においても、本発明の効果は実現可能である。
【００４２】
（実施例２）
図７は、本発明の実施形態の受光デバイスの構成を示す。図７に示す受光デバイスは、ＰＬＣ７０２と、ＰＤモジュールとしてのＣＳＰ−ＰＤ４１４とにより構成される。ＰＬＣ７０２は、入力側から入力側導波路７０４、光を等分岐するY分岐回路７０６、Y分岐回路に続き接続された導波路アーム７０８および導波路アーム７１０、これら導波路アームと接続された多モード干渉計７２０により構成される。
【００４３】
入力側導波路７０４は光入力部を構成し、Y分岐回路７０６は分波部を構成する。
【００４４】
導波路アーム７０８及び７１０は、位相付与部を構成する。また、導波路アーム７０８及び７１０のオーバークラッド上には薄膜ヒータ（図示せず）が設けられている。薄膜ヒータは、位相付与手段を構成する。導波路アーム７０８及び７１０には、多モード干渉計であるスラブ干渉導波路７２０が接続されている。
【００４５】
スラブ干渉導波路７２０は、合波部を構成する。ＰＬＣ７０２からのビームをＣＳＰ−ＰＤ４１１の受光面４１４に入射させるため、ＰＬＣ７０２とＣＳＰ−ＰＤ４１１の接続は、受光面４１４の中心が、スラブ干渉導波路７２０の中心に合うように行う。
【００４６】
図７に示す構成の光導波路回路を作成した。入力側導波路７０４，アーム導波路７０８、７１０を、コア径６μｍ、コアとクラッドの屈折率差１．５％の導波路とし、スラブ干渉導波路７２０の幅を１７μｍとして作成した。受光素子の受光径を４０μｍとし、ＰＬＣの出力部（スラブ干渉導波路７２０）の端面から受光面までの距離を１７０μｍとした。
【００４７】
ＰＬＣ７０２と受光素子４１１の接続は、スラブ干渉導波路７２０の中心と受光面４１４の中心が一致するように行う。このとき、受光素子を水平方向（ｘ方向）にずらしていったときの受光強度の変化を図８に示す。受光素子の受光面４１４におけるビーム径は３５μｍ程度に広がっている。したがって、受光経の中心とビームの中心のずれが、２．５μｍ以下と場合は、ビームが受光面に収まっているが、ずれが２．５μｍ以上の場合は、ビームが受光面からはみ出ることで受光感度の劣化が発生する。
【００４８】
本発明の効果を確認するため、本発明の効果を確認するため、アーム導波路７０８と７１０との間の位相差調整により、ビームの出力位置の調整を行った。薄膜ヒータを用いた温度による屈折率変化を位相の調整方法とした。ここでは薄膜ヒータを用いたが冷却機構を用いた温度変化を利用してもよい。実施例１と同様にビームの出力位置調整を確認するため、あらかじめＣＳＰ−ＰＤをｘ軸の正方向に５μｍずらして実装し、受光感度が劣化したデバイスを作製した。この時点で受光感度は９６％程度に劣化している。ここで導波路アーム７１０上の薄膜ヒータに電流を流し、温度変化を誘起することでアーム導波路７０８と７１０との間の屈折率調整を行った。なお、本発明の効果は使用する薄膜ヒータにより、限られるものではない。図９に電流値に対する受光感度の変化を示す。図９より実施例１と同様に受光感度の周期性の変化がみられ、受光感度が最大となるように電流値を調節することで受光感度をほぼ１００％まで改善できる。本実施例では、受光感度の最適値は電流２０ｍＡ、ヒータ温度約５０℃であるが、この値は光導波路、薄膜ヒータの材料に依存するものであり、本発明の効果はこの値に限るものではない。薄膜ヒータによる位相調整法では、電流を流さない場合、受光感度は劣化した状態であるため、紫外線によるトリミングのほうが恒久性の点で優れているものの、受光感度改善の容易な方法として薄膜ヒータによる位相調整が優れている。
【００４９】
以上の実験により、ＣＳＰ−ＰＤをＰＬＣに一体集積実装した後に、ＣＳＰ−ＰＤの受光面に対するビームの位置ずれを調整できることを確認して、有効性を確かめた。
【符号の説明】
【００５０】
１１、４１１ 光モジュール
１２ 筐体
１３ 蓋
１４、４１４ 受光面
１５ フォトダイオード
２１、３０２、７０２ ＰＬＣ
２２、３００、７００ シリコン基板
２３ ミラー
２４、３０４、３０８、３１０、３１２、３１４、７０４、７０８、７１０ 光導波路
２５ ミラー溝
２６ ミラー支持体
３０４ 方向性結合器
７０６ Ｙ分岐回路
７２０ 多モード干渉計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入力される光入力部と、
該光入力部に接続され、少なくとも２つに前記光を分岐する分波部と、
該分波部に接続され、分岐された前記光に位相を付与する位相付与部と、
該位相付与部に接続され、分岐された前記光を合波する合波部と、
該合波部に接続され、スラブ干渉導波路または少なくとも２本の近接した干渉導波路を有する光出力部と
を有する平面光波回路であって、
前記位相付与部において前記光に付与される位相量によって、前記スラブ干渉導波路または前記少なくとも２本の近接した干渉導波路の出力端面から出力される光の位置が可変である
ことを特徴とする平面光波回路。
【請求項２】
前記分波部は、光を２分岐するＹ分岐回路、方向性結合器、多モード干渉計のいずれか一つである
ことを特徴とする請求項１に記載の平面光波回路。
【請求項３】
前記分波部が多モード干渉計であり、
前記合波部が多モード干渉計である
ことを特徴とする請求項１に記載の平面光波回路。
【請求項４】
前記分波部と前記位相調整部と前記合波部とが、アレイ導波路回折格子を構成していることを特徴とする請求項１に記載の平面光波回路。
【請求項５】
前記平面光波回路は光路変換ミラーを備え、
前記干渉導波路の出力端面から出力される光は、前記光路変換ミラーにて光路を変換される
ことを特徴とする請求項１に記載の平面光波回路。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の前記平面光波回路と受光素子とを有する受光デバイスにおいて、
前記干渉導波路の出力端面から出力される光が前記受光素子の受光面と光学的に結合するように前記位相付与部において前記光に位相が付与されている
ことを特徴とする受光デバイス。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の前記平面光波回路と受光素子とを有する受光デバイスにおいて、
前記干渉導波路の出力端面から出力される光が前記受光素子の受光面と光学的に結合するように前記位相付与部において前記光に位相を付与するための位相付与手段を有する
ことを特徴とする受光デバイス。
【請求項８】
前記位相付与手段はヒータである
ことを特徴とする請求項７記載の受光デバイス。
【請求項９】
光が入力される光入力部と、該光入力部に接続され、少なくとも２つに前記光を分岐する分波部と、該分波部に接続され、分岐された前記光に位相を付与する位相付与部と、該位相付与部に接続され、分岐された前記光を合波する合波部と、該合波部に接続され、スラブ干渉導波路または少なくとも２本の近接した干渉導波路を有する光出力部とを有する平面光波回路と、
受光素子と
を固定するステップと、
前記光入力部から光を入射するステップと、
前記受光素子が受光する光量をモニタするステップと、
前記光量が所望の値となるように、前記位相付与部において位相を調整するステップと
を有することを特徴とする受光デバイスの実装方法。
【請求項１０】
前記位相を調整するステップは、紫外線照射による位相トリミングによって行うことを特徴とする請求項９記載の受光デバイスの実装方法。
【請求項１１】
前記位相を調整するステップは、熱による局所クエンチを用いた位相トリミングによって行うことを特徴とする請求項９記載の受光デバイスの実装方法。
【請求項１】
光が入力される光入力部と、
該光入力部に接続され、少なくとも２つに前記光を分岐する分波部と、
該分波部に接続され、分岐された前記光に位相を付与する位相付与部と、
該位相付与部に接続され、分岐された前記光を合波する合波部と、
該合波部に接続され、スラブ干渉導波路または少なくとも２本の近接した干渉導波路を有する光出力部と
を有する平面光波回路であって、
前記位相付与部において前記光に付与される位相量によって、前記スラブ干渉導波路または前記少なくとも２本の近接した干渉導波路の出力端面から出力される光の位置が可変である
ことを特徴とする平面光波回路。
【請求項２】
前記分波部は、光を２分岐するＹ分岐回路、方向性結合器、多モード干渉計のいずれか一つである
ことを特徴とする請求項１に記載の平面光波回路。
【請求項３】
前記分波部が多モード干渉計であり、
前記合波部が多モード干渉計である
ことを特徴とする請求項１に記載の平面光波回路。
【請求項４】
前記分波部と前記位相調整部と前記合波部とが、アレイ導波路回折格子を構成していることを特徴とする請求項１に記載の平面光波回路。
【請求項５】
前記平面光波回路は光路変換ミラーを備え、
前記干渉導波路の出力端面から出力される光は、前記光路変換ミラーにて光路を変換される
ことを特徴とする請求項１に記載の平面光波回路。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の前記平面光波回路と受光素子とを有する受光デバイスにおいて、
前記干渉導波路の出力端面から出力される光が前記受光素子の受光面と光学的に結合するように前記位相付与部において前記光に位相が付与されている
ことを特徴とする受光デバイス。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の前記平面光波回路と受光素子とを有する受光デバイスにおいて、
前記干渉導波路の出力端面から出力される光が前記受光素子の受光面と光学的に結合するように前記位相付与部において前記光に位相を付与するための位相付与手段を有する
ことを特徴とする受光デバイス。
【請求項８】
前記位相付与手段はヒータである
ことを特徴とする請求項７記載の受光デバイス。
【請求項９】
光が入力される光入力部と、該光入力部に接続され、少なくとも２つに前記光を分岐する分波部と、該分波部に接続され、分岐された前記光に位相を付与する位相付与部と、該位相付与部に接続され、分岐された前記光を合波する合波部と、該合波部に接続され、スラブ干渉導波路または少なくとも２本の近接した干渉導波路を有する光出力部とを有する平面光波回路と、
受光素子と
を固定するステップと、
前記光入力部から光を入射するステップと、
前記受光素子が受光する光量をモニタするステップと、
前記光量が所望の値となるように、前記位相付与部において位相を調整するステップと
を有することを特徴とする受光デバイスの実装方法。
【請求項１０】
前記位相を調整するステップは、紫外線照射による位相トリミングによって行うことを特徴とする請求項９記載の受光デバイスの実装方法。
【請求項１１】
前記位相を調整するステップは、熱による局所クエンチを用いた位相トリミングによって行うことを特徴とする請求項９記載の受光デバイスの実装方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２４８１８６（Ｐ２０１１−２４８１８６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２２６２８（Ｐ２０１０−１２２６２８）
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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