JP5065230B2 - 光モジュール及び光モジュールの作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、２つの光デバイスを接続して構成される光モジュール及びその作製方法に関し、特に光デバイス間の距離を高精度に位置合わせして接続された光モジュール及びその作製方法に関する。

光通信の高度化に伴って、これに用いられる光デバイスの高機能化が進められている。光デバイスには、信号光を受発光するような光能動部品や、信号光を分波／合波するような光受動部品等があり、これらの光デバイスには他の光デバイスまたは光ファイバ等と光学的に接続するための導波路が形成されている。光能動部品は、半導体レーザや半導体フォトダイオードといった半導体材料をベースとして形成されており、導波路として半導体導波路が形成されている。一方、光受動部品としては、シリカ系材料（ＳｉＯ_２）等をベースとした導波路を有する平面光波回路（ＰＬＣ；Planar Lightwave Circuit）が製品化されている。

上記の各光デバイスは、それぞれが単体で用いられるだけでなく、２以上の光デバイスを組み合せてより高機能化された光モジュールの開発も進められている（たとえば、特許文献１、２）。光モジュールを作製するためには、光接続する２つの光デバイス間でそれぞれの導波路を高精度に位置合わせして光学的に接続する必要がある。具体的には、光接続する導波路の入出力端を有する端面同士を対向させ、たとえば一方の光デバイスの導波路から他方の光デバイスの導波路に所定の光を入射させ、他方の光デバイスの導波路に入射される光強度が最大となるように、端面に平行な方向の位置合わせを行うことができる。

また、対向する端面間の距離が所定の大きさとなるように位置合わせするために、図１２に示すような方法が用いられている。この方法では、まずはじめに２つの光デバイス９０１、９０２の端面同士を押し当てて端面間の距離がゼロとなる状態にする（図１２（ａ））。次に、この状態から、たとえば接触感知機能の付いたステッピングモータで駆動する高精度自動ステージを用いて、いずれか一方の光デバイスを所定の距離だけ移動させることにより両者の対向する端面間を所定の距離に合わせることができる（図１２（ｂ））。

端面間の距離を位置合わせする別の方法として、図１３に示すような方法も用いられている。図１３に示す方法は、十分に倍率の高い顕微鏡９０３を光接続する光デバイス９０１、９０２の上部に配置し、これを用いて対向する端面間の距離を測定しながら位置合わせを行うものである。
特開平１０−２２７９３６号公報 特開２００２−３１７３１号公報

しかしながら、図１２に示した従来の方法では、端面同士を押し当てたとき各導波路に荷重をかけることになる。比較的強度の高いシリカ系ＰＬＣ同士を光接続する場合には、その荷重によって導波路が破損するといったおそれは低い。しかし、いずれか一方の光デバイスが、たとえばＩｎＰ系半導体導波路のように強度の低い光デバイスの場合には、端面同士を押し当てたときにその荷重で半導体導波路を破損してしまうおそれがあった。シリカ系ＰＬＣは厚さが１ｍｍ程度あるのに対し、半導体導波路は厚さが０．１〜０．２ｍｍ程度と薄いため、シリカ系ＰＬＣに比べて強度が低い。そのため、半導体導波路をシリカ系ＰＬＣに押し当てたときに、半導体導波路が破損する恐れがあった。

また、図１３に示した従来の顕微鏡を用いる方法では、２つの光デバイスを押し当てる必要がないため、半導体導波路を損傷するといった問題はなくなる。しかし、上面から導波路までの高さが異なる２つの光デバイスを光接続する場合には（図１３（ｂ））、導波路の高さを一致させたときにそれぞれの上面の高さが異なってしまう。そのため、両者に同時に焦点を合わせることはできず、顕微鏡を用いて端面間の距離を高精度に測定することができないといった問題があった。

また、２つの光デバイス間で屈折率が異なっている場合には、一方の光デバイスから出射した光が他方の光デバイスの端面で反射してもとの光デバイスの導波路に再び入射して逆方向に伝搬してしまうおそれがある。これを防止するために、他方の光デバイスの端面を斜めに切断する方法が取られる。端面を斜めに切断する方法として、導波路の上面側が前方に突き出すように切断された場合には（図１３（ｃ））、一方の光デバイスの端面が前方に突き出した上面の下に隠れて見えなくなってしまう。その結果、顕微鏡を用いて端面間の距離を高精度に測定することができなくなるといった問題があった。

そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、２以上の光デバイスの端面間の距離を高精度に測定して光接続した光モジュール及びその作製方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光モジュールの第１の態様は、２つの光デバイスを対向するそれぞれの接続端面で光学的に接続して構成された光モジュールであって、第１の光デバイスが、一の接続端面と、２つの方向性結合器と、両端が前記２つの方向性結合器のそれぞれに接続された第１導波路と、前記２つの方向性結合器のそれぞれと前記一の接続端面との間に形成された第１分割導波路及び第２分割導波路と、を備え、第２の光デバイスが、他の接続端面と、両端が前記他の接続端面に形成された第３分割導波路を備え、前記一の接続端面と前記他の接続端面とが所定距離だけ離して配置され、前記第１分割導波路と前記第３分割導波路との間、及び前記第２分割導波路と前記第３分割導波路との間、がそれぞれ光学的に接続されて第２導波路を形成し、前記第１導波路、前記第２導波路および前記２つの方向性結合器が端面距離測定用光回路を形成し、該端面距離測定用光回路がマッハツェンダ−干渉計（ＭＺＩ）回路を形成していることを特徴とする。

この態様によれば、接続端面が対向する２つの光デバイスを跨って端面距離測定用光回路を形成することにより、端面距離測定用光回路を用いて端面間の距離を高精度に測定して光接続した光モジュールを提供することができる。

本発明の光モジュールの他の態様は、前記第１導波路は、前記２つの方向性結合器の間で最も近い距離にある端子間に接続され、前記第２導波路は、前記２つの方向性結合器の間で最も遠い距離にある端子間に接続されていることを特徴とする。この態様によれば、第１導波路と第２導波路とが第１の光デバイス上で重なることがないように形成することが可能となる。

本発明の光モジュールの他の態様は、前記第１導波路は、前記２つの方向性結合器の間で最も遠い距離にある端子間に接続され、前記第２導波路は、前記２つの方向性結合器の間で最も近い距離にある端子間に接続され、前記第１導波路と前記第２導波路とが、モード結合が生じないように重ねて配置されていることを特徴とする。この態様によれば、第２の光デバイス上の第３分割導波路の曲率半径を小さくすることが可能となり、端面距離測定用光回路の寸法を小さくして光損失を低減することが可能となる。

本発明の光モジュールの他の態様は、前記端面距離測定用光回路は、前記接続端面の長手方向のいずれか一端側に配置されていることを特徴とする。端面距離測定用光回路と別の光回路とが重ならないように配置することで、それぞれの導波路が相互に干渉するのを容易に防止することができる。

本発明の光モジュールの他の態様は、前記端面距離測定用光回路は、前記２つの光デバイス上に形成されている別の光回路とモード結合が生じないように重ねて配置されていることを特徴とする。導波路間でモード結合が生じないように配置することで、端面距離測定用光回路と別の光回路の導波路とを重ねて配置することが可能となり、端面距離測定用光回路の配置の自由度を高めることができる。

本発明の光モジュールの他の態様は、前記第１分割導波路及び前記２つの方向性結合器の一方と、前記第２分割導波路及び前記方向性結合器の他方とが前記第１の光デバイスの接続端面の長手方向の両端にそれぞれ配置されていることを特徴とする。この態様によれば、端面距離測定用光回路と別の光回路とが重なる範囲を限定することで、別の光回路の導波路レイアウトの自由度を高めることが可能となる。

本発明の光モジュールの他の態様は、前記端面距離測定用光回路は、前記接続端面の長手方向の両端側にそれぞれ１つずつ配置されていることを特徴とする。この態様によれば、２つの端面距離測定用光回路を接続端面の両端側に配置することにより、それぞれで左右の端面間距離を測定することが可能となり、接続端面間を高精度に平行に配置することができる。

本発明の光モジュールの他の態様は、前記第１導波路、前記第１分割導波路、前記第２分割導波路、および前記第３分割導波路のそれぞれの長さは、前記端面間距離が所定の大きさの時に前記第１導波路の光路長と前記第２導波路の光路長とが等しくなるように決定されていることを特徴とする。端面間距離が所定の大きさのときに第１導波路の光路長と第２導波路の光路長とが等しくなるようにすることで、端面間距離を所定の大きさに調整するのが容易となる。

本発明の光モジュールの他の態様は、前記２つの光デバイスの少なくとも一方は、シリコン基板上に導波路が形成された平面光波回路（ＰＬＣ）であることを特徴とする。本発明の光モジュールは、ＰＬＣを用いた光モジュールに適用することが可能である。

本発明の光モジュール他の態様は、前記２の光デバイスの少なくとも一方は、半導体導波路を有することを特徴とする。本発明の光モジュールは、半導体チップを用いた光モジュールに適用することが可能である。

本発明の光モジュールの作製方法の第１の態様は、一の接続端面と、２つの方向性結合器と、両端が前記２つの方向性結合器のそれぞれに接続された第１導波路と、前記２つの方向性結合器のそれぞれと前記一の接続端面との間に形成された第１分割導波路及び第２分割導波路とを備えた第１の光デバイスと、他の接続端面と、両端が前記他の接続端面に形成された第３分割導波路を備えた第２の光デバイスとを、前記一の接続端面と前記他の接続端面とを対向させて光学的に接続する光モジュールの作製方法であって、前記第１分割導波路と前記第３分割導波路との間、及び前記第２分割導波路と前記第３分割導波路との間、をそれぞれ光学的に接続させて第２導波路を形成し、前記第１導波路、前記第２導波路及び前記２つの方向性結合器で端面距離測定用光回路を形成し、該端面距離測定用光回路は、マッハツェンダ−干渉計（ＭＺＩ）回路を形成し、前記２つの方向性結合器の一方に設けられた入射用端子から所定の入射光を入射させて他方の方向性結合器に設けられた出射用端子から出射される出射光を所定の測定手段で測定し、前記測定手段による測定結果に基づいて前記一の接続端面と前記他の接続端面との端面間距離が所定の大きさとなるように位置合わせすることを特徴とする。

この態様によれば、２つの光デバイスに跨って形成された端面距離測定用光回路に所定の光を入射させてその出射光を測定し、その測定結果に基づいて端面間距離を決定することで、端面間距離を所定の大きさに高精度に位置合わせすることが可能となる。

本発明の光モジュールの作製方法の他の態様は、前記入射光として所定波長の連続光を用い、前記測定手段として自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を測定可能な光スペクトラム・アナライザ（ＯＳＡ）を用い、前記端面間距離が所定の大きさとなるときの前記ＦＳＲの目標値を事前に決定し、前記ＯＳＡで測定された前記ＦＳＲの値が前記目標値に一致するように前記端面間距離を調整することを特徴とする。ＯＳＡを用いてＦＳＲを容易に測定することができ、ＦＳＲが所定の値になるように調整することで端面間距離を所定の大きさに調整することができる。

本発明の光モジュールの作製方法の他の態様は、前記端面間距離が所定の大きさの時に前記第１導波路の光路長と前記第２導波路の光路長とが等しくなるように、前記第１導波路、前記第１分割導波路、前記第２分割導波路、および前記第３分割導波路のそれぞれの長さを決定し、前記入射光として所定波長のパルス光を用い、前記測定手段としてＳＨＧ光を発生させてその出力を測定する出力装置を用い、前記ＳＨＧ光の出力が最大となるように前記端面間距離を調整することを特徴とする。この態様によれば、ＳＨＧ光が最大出力となるように調整することで、端面間距離を所定の大きさに調整することができる。

本発明によれば、光接続する２以上の光デバイス上に端面距離測定用光回路を形成することにより、端面間の距離を高精度に測定して光接続した光モジュール及びその作製方法を提供することができる。

（第１の実施形態）
本発明の好ましい実施の形態における光モジュール及び光モジュールの作製方法について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

２つ以上の光デバイスをそれぞれの対向する端面で接続して光モジュールを作製する場合、接続端面間の距離（以下では端面間距離という）を高精度に測定して位置合わせする必要がある。本発明の光モジュールは、端面間距離を高精度に測定するために、接続する２つの光デバイスを跨いでマッハツェンダ−干渉計（ＭＺＩ）回路が形成される構成としている。本発明の光モジュールの作製方法では、このＭＺＩ回路の一端から所定の光を入力し、他端から出力される光を測定するといった光学的な方法を用いており、光デバイス間の距離に応じて変化するＭＺＩ回路の位相変化量を読み取って距離を測定している。このような光学的な測定方法を用いることで、接続端面間の距離を高精度に測定することが可能となっている。

以下では、本発明の２つの光デバイスからなる光モジュールについて説明する。また、光デバイスとしてＰＬＣを用いた場合を例に説明するが、ＰＬＣに限らずたとえば半導体導波路を用いる場合にも適用できる。また、ＰＬＣを構成する材料としては、シリカ（ＳｉＯ_２）系に限らず、ＬｉＮｂＯ_３、Ｓｉ、ＩｎＰ等を用いることもできる。

本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールおよびその作製方法を、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の光モジュール１００の基本構造を示す概略構成図である。光モジュール１００は、第１ＰＬＣ１１０と第２ＰＬＣ１２０の２つのＰＬＣを接続して構成されている。そして、第１ＰＬＣ１１０および第２ＰＬＣ１２０を跨いでＭＺＩ回路１０１が形成されている。第１ＰＬＣ１１０および第２ＰＬＣ１２０には、ＭＺＩ回路１０１以外に所定の機能を有する本来の回路が形成されているが、ここでは簡単のためＭＺＩ回路１０１のみを示している。

ＭＺＩ回路１０１は、一部が第２ＰＬＣ１２０に形成され、他の部分が第１ＰＬＣ１１０に形成されている。第１ＰＬＣ１１０には、導波路として第１導波路１０２、第１分割導波路１０３ａ、および第２分割導波路１０３ｂが形成されており、第２ＰＬＣ１２０には第３分割導波路１０３ｃが形成されている。第１導波路１０２は、２つの方向性結合器１１１、１１２の間で最も近い距離にある端子１１１ｂと１１２ａとの間に接続され、第１分割導波路１０３ａと第２分割導波路１０３ｂが、方向性結合器１１１、１１２の間で最も遠い距離にある端子１１１ａと１１２ｂにそれぞれ接続されている。

方向性結合器１１１では、端子１１１ａ、１１１ｂがそれぞれ入射用端子１１１ｃ、終端１１１ｄに接続され、方向性結合器１１２では、端子１１２ａ、１１２ｂがそれぞれ終端１１２ｃ、出射用端子１１２ｄに接続されている。第１導波路１０２の長さは、第１ＰＬＣ１１０内の方向性結合器１１１の端子１１１ｂから方向性結合器１１２の端子１１２ａまでの長さである。また、第１分割導波路１０３ａおよび第２分割導波路１０３ｂのそれぞれの長さは、それぞれ方向性結合器１１１の端子１１１ａおよび方向性結合器１１２の端子１１２ｂから接続端面１１０ａまでの長さである。

本実施形態の光モジュール１００は、第１ＰＬＣ１１０の接続端面１１０ａと第２ＰＬＣ１２０の接続端面１２０ａとを対向させ、所定の距離Ｄを空けて接続されている。第１分割導波路１０３ａの接続端面１１０ａ側の端部と第３分割導波路１０３ｃの一端とが距離Ｄをおいて接続され、第２分割導波路１０３ｂの接続端面１１０ａ側の端部と第３分割導波路１０３ｃの他端とが距離Ｄをおいて接続されている。これにより、第１分割導波路１０３ａと第３分割導波路１０３ｃと第２分割導波路１０３ｂとが光学的に接続されて第２導波路１０３を形成している。

第２導波路１０３は、第１ＰＬＣ１１０と第２ＰＬＣ１２０の両方に跨って形成されており、第１ＰＬＣ１１０側のみに形成されている第１導波路１０２および方向性結合器１１１、１１２とともにＭＺＩ回路１０１を形成している。第１導波路１０２が第１ＰＬＣ１１０側のみに形成されているためその長さが一定であるのに対し、第２導波路１０３は第１ＰＬＣ１１０及び第２ＰＬＣ１２０に形成されている導波路に加えて接続端面１１０ａと１２０ａとの間の空間も含むため、その長さは接続端面１１０ａと１２０ａとの間の端面間距離Ｄによって変化する。そこで、ＭＺＩ回路１０１を端面距離測定用光回路として用い、これにより端面間距離Ｄを測定することが可能となる。

本実施形態の光モジュールの作製方法では、ＭＺＩ回路１０１を用いて端面間距離Ｄを測定することによって、端面間距離Ｄを所定の大きさに設定している。なお、第１ＰＬＣ１１０と第２ＰＬＣ１２０との接続では、距離Ｄだけでなく端面１１０ａ（および１２０ａ）に平行な方向（ＰＬＣ１１０、１２０の幅方向および厚さ方向）の位置合わせも必要であるが、これは、第１ＰＬＣ１１０と第２ＰＬＣ１２０との間で接続された第２導波路１０３を導光する光強度が最大となるように調整することで行うことができる。

入射用端子１１１ｃから所定の光をＭＺＩ回路１０１に入射すると、入射光が方向性結合器１１１で第１導波路１０２と第２導波路１０３とに分岐され、それぞれを導光した光が方向性結合器１１２で合波されて出射用端子１１２ｄから出射される。第１導波路１０２を導光する光と第２導波路１０３を導光する光との間には、第１導波路１０２と第２導波路１０３との距離差に応じた位相差が生じており、これにより出射用端子１１２ｄからは位相差に応じた干渉光が出射される。これを測定することにより、両者の距離差を知ることができる。

上記のように測定された距離差は、第１分割導波路１０３ａ、第２分割導波路１０３ｂおよび第３分割導波路１０３ｃの長さを加算したものから第１導波路１０２の長さを減算したものに、さらに端面間距離Ｄの２倍を加算したものに等しい。端面間距離Ｄ以外の長さは既知であることから、測定された距離差から距離Ｄを求めることができる。

以下では、端面間距離Ｄの算出方法を、図２を用いて説明する。図２は、距離Ｄを測定するために、本実施形態の光モジュール１００に光源１３０及び測定装置１４０を接続した状態を示す概略構成図である。ここでは、光源１３０から波長λの連続光が出射されるものとする。また、測定装置１４０として光スペクトラム・アナライザ（Optical Spectrum Analyzer；ＯＳＡ）を用いるものとする。

第１ＰＬＣ１１０に形成される導波路１０２、１０３ａ、１０３ｂの屈折率をｎ_１、第２ＰＬＣ１２０に形成される導波路１０３ｃの屈折率をｎ_２、および端面１１０ａと１２０ａとの間の屈折率をｎ_０とするとき、第１導波路１０２および第２導波路１０３のそれぞれの光路長（それぞれＳ_１、Ｓ_２とする）は次式で与えられる。

ここで、Ｌ_１は第１導波路１０２の長さ、Ｌ_２１は第１分割導波路１０３ａおよび第２分割導波路１０３ｂの合計長さ、Ｌ_２２は第３分割導波路１０３ｃの長さである。

式（１）、（２）より、第１導波路１０２および第２導波路１０３のそれぞれで生じる位相変化量（それぞれΔφ_１、Δφ_２とする）は次式で与えられる。

ここで、ｋ_０は真空中の伝搬定数を示す（ｋ_０＝２π／λ）。

第２導波路１０３および第１導波路１０２に、仮に電界振幅Ａ_ｉｎ、Ｂ_ｉｎの入射光がそれぞれ入射され、電界振幅Ａ_ｏｕｔ、Ｂ_ｏｕｔの出射光がそれぞれから出射されるとすると、入射光と出射光との間にはＭＺＩ回路１０１の伝達関数を用いて次式が成り立つ。

本実施形態では、第２導波路１０３側の入射用端子１１１ｃのみに光を入射し、第１導波路１０２には光を入射しない。そこで、式（５）においてＢ_ｉｎ＝０とすることにより、光出射部１１４から出射される光の出力光強度Ｐは次式で与えられる。

ここで、光路長差Ｓ＝Ｓ_１−Ｓ_２としている。

式（６）に示す出力光強度Ｐは、図３に示すような変化を示す。ここで、横軸を（π／λ）Ｓとし、縦軸を出力光強度Ｐとしている。光路長差のあるＭＺＩの出力光強度は、図３に示すように、波長の逆数に対して周期的な依存性を持っている。ここで、出力光強度がピークとなる基準波長をλ_０とすると、（π／λ_０）Ｓ＝Ｎπより基準波長λ_０は次式で表される。

これより、基準波長λ_０を中心とする１周期内の波長領域である自由スペクトル領域（Free Spectrum Range；ＦＳＲ）は、隣接するピーク波長との間隔から求めることができ、次式で与えられる。

上記の式（８）は、ＯＳＡ１４０による測定結果から求まるＦＳＲと、２つのＰＬＣ１１０、１２０の間隔である端面間距離Ｄとの関係を近似的に示している。端面間距離Ｄに対するＦＳＲの測定結果の一例を図４に示す。同図において、各測定点１１は、実際の端面間距離ＤとＯＳＡ１４０の測定結果から求めたＦＳＲとの関係を示しており、曲線１０は、式（８）の関係を示している。これより、式（８）を用いてＦＳＲから端面間距離Ｄを高精度に推定できることがわかる。

そこで、端面間距離Ｄの目標値をＤ_０としたとき、図４に示すように端面間距離Ｄ_０に対応する目標のＦＳＲ（これをＦＳＲ_０とする）を式（８）からあらかじめ求めておき、ＯＳＡ１４０による測定から得られるＦＳＲがＦＳＲ_０に一致するように端面間距離Ｄを調整することができる。

端面間距離Ｄを算出するための別の測定方法を、図５を用いて以下に説明する。図５は、端面間距離Ｄを測定するために本実施形態の光モジュール１００にパルス光源１５０及び測定装置１６０を接続した状態を示す概略構成図である。ここでは、パルス光源１５０から波長λ_１のパルス光が出射されるものとする。また、測定装置１６０は、ＳＨＧ（Second-Harmonic Generation）導波路１６１、ＳＰＦ（Short Pass Filter）１６２、ＰＤ（Photodiode）１６３、および出力装置（オシロスコープまたはデジタルボルトメータ）１６４を備えている。

ＳＨＧ導波路１６１はＳＨＧ結晶を有しており、これに光モジュール１００から位相差（時間差）を有する２つのパルス光を集光させてＳＨＧ光を発生させる。すなわち、図５はＳＨＧオートコリレーションを構成している。ＳＨＧ導波路１６１から出射されるＳＨＧ光は、パルス光源１５０から出射されるパルス光の波長λ_１の１／２の波長（以下ではλ_２とする）を有しており、第１導波路１０２の光路長Ｓ１と第２導波路１０３の光路長Ｓ２との差Ｓに応じてＳＨＧ光の出力が変化する。

ＳＨＧ導波路１６１から出力されるＳＨＧ光は、ＳＰＦ１６２を通過してＰＤ１６３に伝送され、ここで電気信号に変換される。ＰＤ１６３から出力される電気信号は、出力装置１６４に伝送されて所定の形式で表示される。出力装置１６４に出力される測定結果の一例を図６に示す。図６は、光路長Ｓ１とＳ２との差Ｓに対するＳＨＧ光出力の変化の一例を示している。

図６に示すように、ＳＨＧ光の出力は、第１導波路１０２の光路長Ｓ１と第２導波路１０３の光路長Ｓ２とが等しくなるときに最大になるといった特性がある。そこで、本実施例の測定方法では、端面間距離Ｄが目標の大きさの時に光路長Ｓ１とＳ２とが等しくなるように第１導波路１０２と第２導波路１０３の長さを形成しておく。これにより、ＳＨＧ光の出力が最大となるように端面間距離Ｄを調整することで、端面間距離Ｄを目標の大きさに設定することが可能となる。

上記の通り、本実施形態の光モジュール及び光モジュールの作製方法によれば、光接続する２以上の光デバイス上に端面距離測定用光回路としてＭＺＩ回路を形成し、これを用いて端面間距離を高精度に測定することが可能となる。端面間距離を高精度に測定可能とすることにより、接続端面間を高精度に位置合わせした光モジュールを提供することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施の形態に係る光モジュールを、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態の光モジュール２００の基本構造を示す概略構成図である。本実施形態の光モジュール２００は、ＰＬＣ２１０と２２０とを接合して構成されており、第１の実施形態と同様に、端面距離測定用光回路として両方のＰＬＣに跨ってＭＺＩ回路２０１が形成されている。

本実施形態の光モジュール２００では、ＭＺＩ回路２０１に加えて、ＰＬＣ２１０、２２０にそれぞれの所定の機能を有する第１回路２１１および第２回路２２１が形成されている。第１回路２１１および第２回路２２１として、たとえばＡＷＧ、スプリッタ等の光学回路が形成される。第１回路２１１と第２回路２２１は、所定の端面間距離Ｄだけ離して接続されることで、それぞれが好適に機能するように構成されている。

本実施形態の光モジュール２００は、端面間距離Ｄを測定するためのＭＺＩ回路２０１を、第１回路２１１および第２回路２２１とは重ならないようにＰＬＣ２１０および２２０の左端に配置している。あるいは、第１回路２１１および第２回路２２１とは重ならない右端に配置してもよい。このように、ＭＺＩ回路２０１を第１回路２１１および第２回路２２１と重ならないように配置することで、それぞれの導波路が相互に干渉するおそれがないことから、それぞれの回路設計を独立して行うことができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施の形態に係る光モジュールを、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態の光モジュール３００の基本構造を示す概略構成図である。本実施形態の光モジュール３００は、ＰＬＣ３１０と３２０とを接合して構成されており、第１の実施形態と同様に、端面距離測定用光回路として両方のＰＬＣに跨ってＭＺＩ回路３０１が形成されている。

本実施形態の光モジュール３００では、ＰＬＣ３１０、３２０にそれぞれ形成されている第１回路３１１および／あるいは第２回路３２１とＭＺＩ回路３０１とが重なる位置に配置されている。本実施形態でも、第１回路３１１と第２回路３２１とが所定の端面間距離Ｄだけ離して接続されることで、それぞれが好適に機能するように構成されている。好適な端面間距離ＤでＰＬＣ３１０と３２０とが接続されるように、ＭＺＩ回路３０１を用いて高精度に測定して位置合わせを行っている。

本実施形態では、第１回路３１１および第２回路３２１とＭＺＩ回路３０１とが重なる位置に配置されていることから、それぞれの導波路間でモード結合が生じないような配置を行っている。第１回路３１１の導波路あるいは第２回路３２１の導波路とＭＺＩ回路３０１の導波路との間でモード結合が生じないように重ねる方法として、たとえば両者の導波路をできるだけ直交させて配置するのがよい。

上記のように、ＭＺＩ回路３０１を第１回路３１１あるいは第２回路２２１と重ねて配置可能とすることにより、ＭＺＩ回路３０１の配置位置に対する自由度を高めることが可能となる。すなわち、ＭＺＩ回路３０１をＰＬＣ３１０、３２０の左右端に限らず中央部付近に配置することも可能とすることで、端面間距離Ｄを測定する位置をより自由に選択することができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施の形態に係る光モジュールを、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態の光モジュール４００の基本構造を示す概略構成図である。本実施形態の光モジュール４００は、ＰＬＣ４１０と４２０とを接合して構成されており、第１の実施形態と同様に、端面距離測定用光回路として両方のＰＬＣに跨ってＭＺＩ回路４０１が形成されている。

本実施形態の光モジュール４００では、ＭＺＩ回路４０１の一部のみがＰＬＣ４１０、４２０にそれぞれ形成されている第１回路４１５および第２回路４２５と重なる位置に配置され、ＭＺＩ回路４０１の他の部分は第１回路４１５および第２回路４２５と重ならない位置に配置されている。本実施形態でも、第１回路４１５と第２回路４２５とが所定の端面間距離Ｄだけ離して接続されることで、それぞれが好適に機能するように構成されている。好適な端面間距離ＤでＰＬＣ４１０と４２０とが接続されるように、ＭＺＩ回路４０１を用いて高精度に測定して位置合わせを行っている。

本実施形態では、ＰＬＣ４１０に形成される第１分割導波路４０３ａと方向性結合器４１１、および第２分割導波路４０３ｂと方向性結合器４１２を、それぞれ第１回路４１５と重ならないＰＬＣ４１０の左右端の位置に配置している。そして、第１導波路４０２の中央部のみが第１回路４１５と重なる位置に配置されている。また、ＰＬＣ４２０に形成される第３分割導波路４０３ｃについては、その中央部のみが第２回路４２５と重なる位置に配置されている。

本実施形態のＭＺＩ回路４０１は、第１回路４１５または第２回路４２５と重なる導波路を、第１導波路４０２の中央部および第３分割導波路４０３ｃの中央部のみに限定しており、これにより導波路間でモード結合が生じる可能性のある部分を限定している。第１導波路４０２の中央部は、図９に示すように、接続端面４１０ｂと略平行に配置することができ、第１回路４１５と第２回路４２５とを接続する導波路とは略直交するように配置することが容易である。また、第３分割導波路４０３ｃの中央部も、図９に示すようにＰＬＣ４２０の端辺に沿って配置することができ、第２回路４２５の導波路と略直交するように配置する、あるいは重ならないように配置することが比較的容易である。

上記のように、本実施形態の光モジュール４００では、ＭＺＩ回路４０１と第１回路４１５あるいは第２回路４２５とが重なる範囲を限定することで、第１回路４１５および第２回路４２５の導波路レイアウトの自由度を高めることが可能となる。また、方向性結合器４１１、４１２をＰＬＣ４１０の左右両端に分離することで、第１導波路４０２および第３分割導波路４０３ｃの曲率を小さくして緩やかに折り曲げることができる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施の形態に係る光モジュールを、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態の光モジュール５００の基本構造を示す概略構成図である。本実施形態の光モジュール５００は、端面距離測定用光回路として２つのＭＺＩ回路５０１、５０２を備えており、接続する２つのＰＬＣ５１０、５２０の両方に跨ってそれぞれが形成されている。

本実施形態の光モジュール５００では、ＭＺＩ回路５０１、５０２がＰＬＣ５１０、５２０にそれぞれ形成されている第１回路５１１および第２回路５２１とは重ならない左右両端部に配置されている。本実施形態でも、第１回路５１１と第２回路５２１とが所定の端面間距離Ｄだけ離して接続されることで、それぞれが好適に機能するように構成されている。好適な端面間距離ＤでＰＬＣ５１０と５２０とが接続されるように、ＭＺＩ回路５０１、５０２を用いて高精度に測定して位置合わせを行っている。

本実施形態では、２組のＭＺＩ回路５０１、５０２を、ＰＬＣ５１０、５２０のそれぞれ左右両側に配置することにより、それぞれで左右の端面間距離Ｄ１、Ｄ２を測定することができるように構成されている。これにより、ＭＺＩ回路を１組だけ備えた第２の実施形態の光モジュール２００よりは回路構成が複雑になるが、左右両側の端面間距離Ｄ１、Ｄ２を測定して両者が等しくなるように調整することで、ＰＬＣ５１０、５２０のそれぞれの接続端面を高精度に平行に配置することができる。

（第６の実施形態）
本発明の第６の実施の形態に係る光モジュールを、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態の光モジュール６００の基本構造を示す概略構成図である。本実施形態の光モジュール６００では、ＭＺＩ回路６０１の構成が上記の各実施形態と異なっている。第１ＰＬＣ６１０に形成された第１導波路６０２は、方向性結合器６１１、６１２の間で最も遠い距離にある端子６１１ａと６１２ｂとの間に接続され、第１分割導波路６０３ａと第２分割導波路６０３ｂが、方向性結合器６１１、６１２の間で最も近い距離にある端子６１１ｂと６１２ａにそれぞれ接続されている。本実施形態では、方向性結合器６１１、６１２の各端子と第１導波路６０２、第１分割導波路６０３ａ、及び第２分割導波路６０３ｂとの接続の仕方が、上記の実施形態と逆になっている。

第１分割導波路６０３ａと第２分割導波路６０３ｂを方向性結合器６１１、６１２の間で最も近い距離にある端子６１１ｂと１１２ａにそれぞれ接続することにより、第２ＰＬＣ６２０に形成される第３分割導波路６０３ｃを、曲率半径を小さくしてその寸法を小さくすることができる。その結果、ＭＺＩ回路６０１の全体の寸法を小さくして光損失を低減することが可能となる。なお、第１ＰＬＣ６１０において、第１導波路６０２と第１分割導波路６０３ａ及び第２分割導波路６０３ｂとの間で重なりができてしまうが、それぞれの導波路間でモード結合が生じないように、たとえば両者の導波路をできるだけ直交させて配置するのがよい。本実施形態のＭＺＩ回路６０１は、上記第２〜第５の実施形態のいずれにも適用可能である。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る光モジュール及びその作製方法の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における光モジュール等の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の第１の実施形態に係る光モジュールの基本構造を示す概略構成図である。 端面間距離を測定するための光源および測定装置を接続した状態を示す概略構成図である。 測定装置で測定された出力光強度の一例を示す図である。 端面間距離に対するＦＳＲの測定結果の一例を示す図である。 端面間距離を測定するためのパルス光源および測定装置を接続した状態を示す概略構成図である。 ＳＨＧ光の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る光モジュールの基本構造を示す概略構成図である。 第３の実施形態に係る光モジュールの基本構造を示す概略構成図である。 第４の実施形態に係る光モジュールの基本構造を示す概略構成図である。 第５の実施形態に係る光モジュールの基本構造を示す概略構成図である。 第６の実施形態に係る光モジュールの基本構造を示す概略構成図である。 従来の端面間を位置合わせする方法を説明する概略図である。 従来の端面間を位置合わせする別の方法を説明する概略図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００、５００、６００ 光モジュール
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１ ＭＺＩ回路
１０２、６０２ 第１導波路
１０３ａ、４０３ａ、６０３ａ 第１分割導波路
１０３ｂ、４０３ｂ、６０３ｂ 第２分割導波路
１０３ｃ、４０３ｃ、６０３ｃ 第３分割導波路
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０ 第１ＰＬＣ
１１０ａ、１２０ａ 接続端面
１１１、１１２、４１１、４１２、６１１、６１２ 方向性結合器
１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、６１１ａ、６１１ｂ、６１２ａ、６１２ｂ 端子
１１１ｃ、６１１ｃ 入射用端子
１１１ｄ、１１２ｃ、６１１ｄ、６１２ｃ 終端
１１２ｄ、６１２ｄ 出射用端子
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０ 第２ＰＬＣ
１３０ 光源
１４０ ＯＳＡ
１５０ パルス光源
１６０ 測定装置
１６１ ＳＨＧ導波路
１６２ ＳＰＦ
１６３ ＰＤ
１６４ 出力装置
２１１、３１１、４１５、５１１ 第１回路
２２１、３２１、４２５、５２１ 第２回路

Claims (13)

1. ２つの光デバイスを対向するそれぞれの接続端面で光学的に接続して構成された光モジュールであって、
   第１の光デバイスが、一の接続端面と、２つの方向性結合器と、両端が前記２つの方向性結合器のそれぞれに接続された第１導波路と、前記２つの方向性結合器のそれぞれと前記一の接続端面との間に形成された第１分割導波路及び第２分割導波路と、を備え、
   第２の光デバイスが、他の接続端面と、両端が前記他の接続端面に形成された第３分割導波路を備え、
   前記一の接続端面と前記他の接続端面とが所定距離だけ離して配置され、前記第１分割導波路と前記第３分割導波路との間、及び前記第２分割導波路と前記第３分割導波路との間、がそれぞれ光学的に接続されて第２導波路を形成し、
   前記第１導波路、前記第２導波路および前記２つの方向性結合器が端面距離測定用光回路を形成し、該端面距離測定用光回路がマッハツェンダ−干渉計（ＭＺＩ）回路を形成している
   ことを特徴とする光モジュール。
2. 前記第１導波路は、前記２つの方向性結合器の間で最も近い距離にある端子間に接続され、
   前記第２導波路は、前記２つの方向性結合器の間で最も遠い距離にある端子間に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記第１導波路は、前記２つの方向性結合器の間で最も遠い距離にある端子間に接続され、
   前記第２導波路は、前記２つの方向性結合器の間で最も近い距離にある端子間に接続され、
   前記第１導波路と前記第２導波路とが、モード結合が生じないように重ねて配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
4. 前記端面距離測定用光回路は、前記接続端面の長手方向のいずれか一端側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光モジュール。
5. 前記端面距離測定用光回路は、前記２つの光デバイス上に形成されている別の光回路とモード結合が生じないように重ねて配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光モジュール。
6. 前記第１分割導波路及び前記２つの方向性結合器の一方と、前記第２分割導波路及び前記方向性結合器の他方とが前記第１の光デバイスの接続端面の長手方向の両端にそれぞれ配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光モジュール。
7. 前記端面距離測定用光回路は、前記接続端面の長手方向の両端側にそれぞれ１つずつ配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光モジュール。
8. 前記第１導波路、前記第１分割導波路、前記第２分割導波路、および前記第３分割導波路のそれぞれの長さは、前記端面間距離が所定の大きさの時に前記第１導波路の光路長と前記第２導波路の光路長とが等しくなるように決定されている
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光モジュール。
9. 前記２つの光デバイスの少なくとも一方は、シリコン基板上に導波路が形成された平面光波回路（ＰＬＣ）である
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光モジュール。
10. 前記２つの光デバイスの少なくとも一方は、半導体導波路を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光モジュール。
11. 一の接続端面と、２つの方向性結合器と、両端が前記２つの方向性結合器のそれぞれに接続された第１導波路と、前記２つの方向性結合器のそれぞれと前記一の接続端面との間に形成された第１分割導波路及び第２分割導波路とを備えた第１の光デバイスと、
    他の接続端面と、両端が前記他の接続端面に形成された第３分割導波路を備えた第２の光デバイスとを、
    前記一の接続端面と前記他の接続端面とを対向させて光学的に接続する光モジュールの作製方法であって、
    前記第１分割導波路と前記第３分割導波路との間、及び前記第２分割導波路と前記第３分割導波路との間、をそれぞれ光学的に接続させて第２導波路を形成し、
    前記第１導波路、前記第２導波路及び前記２つの方向性結合器で端面距離測定用光回路を形成し、該端面距離測定用光回路は、マッハツェンダ−干渉計（ＭＺＩ）回路を形成し、
    前記２つの方向性結合器の一方に設けられた入射用端子から所定の入射光を入射させて他方の方向性結合器に設けられた出射用端子から出射される出射光を所定の測定手段で測定し、
    前記測定手段による測定結果に基づいて前記一の接続端面と前記他の接続端面との端面間距離が所定の大きさとなるように位置合わせする
    ことを特徴とする光モジュールの作製方法。
12. 前記入射光として所定波長の連続光を用い、前記測定手段として自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を測定可能な光スペクトラム・アナライザ（ＯＳＡ）を用い、前記端面間距離が所定の大きさとなるときの前記ＦＳＲの目標値を事前に決定し、前記ＯＳＡで測定された前記ＦＳＲの値が前記目標値に一致するように前記端面間距離を調整する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の光モジュールの作製方法。
13. 前記端面間距離が所定の大きさの時に前記第１導波路の光路長と前記第２導波路の光路長とが等しくなるように、前記第１導波路、前記第１分割導波路、前記第２分割導波路、および前記第３分割導波路のそれぞれの長さを決定し、前記入射光として所定波長のパルス光を用い、前記測定手段としてＳＨＧ光を発生させてその出力を測定する出力装置を用い、前記ＳＨＧ光の出力が最大となるように前記端面間距離を調整する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の光モジュールの作製方法。

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