JP7568462B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光モジュールに関するものである。

光通信に使用される光モジュールとして、複数の要素が集積された構成が知られている（特許文献１、２）。また、シリコンフォトニクスと呼ばれる技術を利用して、シリコン基板に導波路や光学素子を集積した光モジュールが知られている。当該光モジュールはシリコンプロセスを利用して高精度かつ低コストかつ大量生産が可能であると考えられている。当該光モジュールは、光学素子として変調器を含む場合がある。

米国特許公開第２０１９／０１０３９３８号明細書 国際公開第２０１６／１６６９７１号

光通信ではさらなる高速化が求められている。しかしながら、シリコンフォトニクスによる変調器では、変調速度の制限から、高速化が制限される可能性がある。これに対して、ＩｎＰ系半導体材料を用いた変調器は、たとえば９６Ｇｂｄを超える変調速度を実現可能と考えられるが、シリコンフォトニクスとの組み合わせる場合は、構成材料の相違などによって、光学的な位置ずれによる光損失が発生するおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高速変調に適するとともに、低コストで光損失が抑制された光モジュールを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、ＩｎＰ系半導体材料を含み、入力された光を変調する変調信号付与部を備えた変調器と、前記変調器と光学結合をし、シリコン系半導体材料を含む複数の導波路および複数の光学素子が集積された光集積回路と、を備え、前記光集積回路は、前記導波路のいずれかまたは前記光学素子のいずれかを通過した光を前記変調器に出力し、前記変調器が前記光を変調して生成した変調光を受付け、前記導波路の他のいずれかまたは前記光学素子の他のいずれかを通過した前記変調光を出力する光モジュールである。

前記光学結合はバットジョイントまたは光学結合素子によってなされているものでもよい。

前記光学結合素子は、レンズ、ＧＲＩＮレンズ、光ファイバ、導波路、またはフォトニックワイヤを含むものでもよい。

前記変調器は、前記変調信号付与部に入力される光または前記変調光を増幅する光増幅器を備えるものでもよい。

前記光集積回路は、前記光学素子としてレンズ、受光素子、偏波合成素子、または可変光減衰素子を備えるものでもよい。

前記光集積回路は、前記光学素子として、受光素子と、通過する光の一部を分岐して前記受光素子に出力する光分岐素子とを備えるものでもよい。

前記変調器は、前記変調信号付与部として、２つの変調信号付与部を備え、前記光集積回路は、前記光学素子として偏波合成素子と２つの可変光減衰素子とを備え、前記２つの可変光減衰素子は、それぞれ、前記２つの変調信号付与部で生成された２つの変調光を減衰し、前記偏波合成素子は、減衰した前記２つの変調光を偏波合成するものでもよい。

前記光集積回路は、光フィルタならびに光イコライザを備えるものでもよい。

前記光集積回路と光学結合をする光ファイバを備えるものでもよい。

前記光集積回路は、シリコン系半導体材料を含み、前記変調器を実装する変調器実装部を備えるベースと一体に構成されているものでもよい。

前記ベースは、光ファイバを実装する光ファイバ実装部を備えるものでもよい。

前記光集積回路に入力され前記変調器に出力される光を出力する光源を備えるものでもよい。

前記光源から出力された光の波長を検出するための波長検出器を備えるものでもよい。

前記波長検出器は前記光集積回路に集積されているものでもよい。

前記光集積回路は、前記光学素子として、コヒーレントミキサを備えるものでもよい。

前記光集積回路は、前記光学素子として、前記コヒーレントミキサから出力された光を受光する受光素子を備えるものでもよい。

前記変調器と、前記光集積回路の前記変調器と光学結合をしている部分の周辺とに熱的に接触している温度調節素子を備えるものでもよい。

本発明によれば、高速変調に適するとともに、低コストで光損失が抑制された光モジュールを実現できる。

図１は、実施形態１に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図２は、実施形態２に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図３は、実施形態３に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図４は、実施形態４に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図５は、実施形態５に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図６は、実施形態６に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図７は、図６に示す光モジュールの一部の側面図である。 図８は、シリコンプラットフォームの構成を示す模式図である。 図９は、図８に示すシリコンプラットフォームの実装状態を示す模式図である。

以下に、図面を参照して実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施形態１）
実施形態１に係る光モジュールの構成を示す模式図である。光モジュール１００は、波長可変光源１と、変調器２と、光集積回路３と、波長ロッカ４と、光ファイバ５、６と、光学結合素子１１、１２、１３、１４、１５とを備えている。

波長可変光源１は、たとえば半導体レーザ素子を含んでおり、出力するレーザ光の波長をたとえば１５３０ｎｍ～１６２５ｎｍの波長帯域内の所定の範囲で変更できるように構成されている。波長可変光源１は、光集積回路３に入力され、変調器２に出力されるレーザ光を出力する。

変調器２は、たとえばＭＺ（マッハツェンダ）型の位相変調器であり、外部から変調信号を付与されてＩＱ変調器として機能する公知のものである。変調器２は、光分岐部２ａと、変調信号付与部２ｂ、２ｃと、変調器２の内部の光接続を実現する複数の導波路とを備えている。光分岐部２ａは、変調器２に入力された光を２つに分岐する。変調信号付与部２ｂ、２ｃは、光分岐部２ａで分岐された２つの光がそれぞれ入力され、入力された光を変調して変調光を生成し、出力する。２つの変調光は互いに直交する直線偏波状態を有する。変調器２は、ＩｎＰ系変調器とも呼ばれるものであって、少なくとも変調信号付与部２ｂ、２ｃがＩｎＰ系半導体材料を含む。

光集積回路３は、シリコン系半導体材料を含む複数の導波路および複数の光学素子が集積された光集積回路であって、ＳｉＰｈ(Silicon Photonics)回路とも呼ばれるものである。シリコン系半導体材料には、たとえばＳｉＧｅ系半導体材料も含まれる。また、光集積回路３は、酸化シリコンからなる絶縁層が含まれてもよい。複数の導波路は、光集積回路３の内部の光接続を実現する。また、光集積回路３は、光学素子として、光分岐素子３ａと、ビームスプリッタ（Beam Splitter：ＢＳ）３ｂ、３ｃと、可変光減衰素子（Variable Optical Attenuator：ＶＯＡ）３ｄ、３ｅと、光分岐素子３ｆ、３ｇと、偏波合成素子（Polarization Beam Combiner：ＰＢＣ）３ｈと、光分岐素子３ｉと、光イコライザ３ｊと、コヒーレントミキサ３ｋと、光分岐素子３ｌと、受光素子である高速ＰＤ（Photo Diode）３ｍと、受光素子であるモニタＰＤ３ｎ、３ｏ、３ｐ、３ｑ、３ｒと、光フィルタ３ｓ、３ｔとを含む。これらの光学素子の機能については後に詳述する。

波長ロッカ４は、波長可変光源１から出力された光の波長を検出するための波長検出器の一例である。波長ロッカ４は、たとえば平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）とＰＤアレイとからなる公知のものである。ＰＬＣは、入力された光を３つに分岐し、その一つをＰＤアレイに出力し、他の二つのそれぞれを、波長に対して透過特性が略周期的に変化し、波長弁別特性を有する２つのフィルタのそれぞれを通過させてからＰＤアレイに出力する。２つのフィルタはたとえばリング共振器やＭＺ干渉計からなり、互いに異なる透過波長特性を有する。ＰＤアレイは、３つのＰＤがアレイ状に配列されて構成されている。ＰＤアレイの３つのＰＤのそれぞれは、ＰＬＣが出力する３つの光のそれぞれを受光し、受光強度に応じた電流信号を出力する。各電流信号は、配線パターンを通じて外部の制御器に送信され、光の波長の検出と制御のために使用される。

光ファイバ５は、光集積回路３と光学結合しており、光集積回路３から出力された光を外部に出力する。光ファイバ６は、光集積回路３と光学結合しており、外部からの光を光集積回路３に入力する。光ファイバ５、６はたとえば公知の通信用シングルモード光ファイバである。

光学結合素子１１は、波長可変光源１と光集積回路３とを光学結合させている。光学結合素子１２は、変調器２と光集積回路３とを光学結合させている。光学結合素子１３は、波長ロッカ４と光集積回路３とを光学結合させている。光学結合素子１４は、光ファイバ５と光集積回路３とを光学結合させている。光学結合素子１５は、光ファイバ６と光集積回路３とを光学結合させている。光学結合素子１１～１５は、レンズ、ＧＲＩＮ（Gradient INdex）レンズ、光ファイバ、導波路、またはフォトニックワイヤを含む。フォトニックワイヤは、樹脂などからなり光を導光するワイヤである。レンズは、単レンズや単レンズの組み合わせなどで構成される。レンズ、ＧＲＩＮレンズおよび導波路は、それぞれアレイ状に配列され、アレイ素子として構成されていてもよい。

つぎに、光モジュール１００の機能の一例を説明する。図１には、光モジュール１００における光の光路を概略的に矢印で示している。波長可変光源１や変調器２や光集積回路３が備える導波路は、これらの光を許容できる範囲の光損失で導波するように構成されており、たとえば曲げ半径が許容曲げ損失以下に設計されている。

波長可変光源１は直線偏波のレーザ光を出力する。光学結合素子１１は、波長可変光源１からのレーザ光を光集積回路３の導波路に結合させる。

光集積回路３において、光分岐素子３ａは、光集積回路３の導波路を導波されたレーザ光のほとんどを通過させてビームスプリッタ３ｂに出力するとともに、一部を分岐してモニタＰＤ３ｎに出力する。モニタＰＤ３ｎは受光強度に応じた電流信号を出力する。電流信号は、配線パターンを通じて外部の制御器に送信され、波長可変光源１の出力のモニタのために使用される。

ビームスプリッタ３ｂは、光分岐素子３ａからのレーザ光のほとんどを通過させて、導波路を介してビームスプリッタ３ｃに出力するとともに、一部を分岐して、導波路を介してコヒーレントミキサ３ｋに出力する。

ビームスプリッタ３ｃは、ビームスプリッタ３ｂからのレーザ光のほとんどを通過させて、導波路を介して光学結合素子１２に出力するとともに、一部を分岐して、導波路を介して波長ロッカ４に出力する。

光学結合素子１２は、ビームスプリッタ３ｃからのレーザ光を変調器２の導波路に結合させる。

変調器２において、光分岐部２ａは、光学結合素子１２からのレーザ光を２つに分岐する。変調信号付与部２ｂ、２ｃは、光分岐部２ａで分岐された２つのレーザ光がそれぞれ入力され、入力されたレーザ光をそれぞれＩＱ変調して、互いに直交する直線偏波状態の変調光を生成し、導波路を介して光学結合素子１２に出力する。

光学結合素子１２は、変調器２からの２つの変調光を、導波路を介して可変光減衰素子３ｄ、３ｅのそれぞれに出力する。可変光減衰素子３ｄ、３ｅは、入力された変調光をそれぞれ減衰して、導波路を介して光分岐素子３ｆ、３ｇにそれぞれ出力する。可変光減衰素子３ｄ、３ｅの減衰量は、配線パターンを通じて外部の制御器から送信された電気信号によって制御される。

光分岐素子３ｆ、３ｇは、それぞれ、可変光減衰素子３ｄ、３ｅからの変調光のほとんどを通過させて、導波路を介して偏波合成素子３ｈに出力するとともに、一部を分岐してモニタＰＤ３ｏ、３ｐにそれぞれ出力する。モニタＰＤ３ｏ、３ｐは受光強度に応じた電流信号を出力する。電流信号は、配線パターンを通じて外部の制御器に送信され、可変光減衰素子３ｄ、３ｅの出力のモニタおよび減衰量の制御のために使用される。

偏波合成素子３ｈは、光分岐素子３ｆ、３ｇからの変調光を偏波合成して、導波路を介して光分岐素子３ｉに出力する。

光分岐素子３ｉは、偏波合成素子３ｈからの変調光のほとんどを通過させて、導波路を介して光イコライザ３ｊに出力するとともに、一部を分岐してモニタＰＤ３ｑに出力する。モニタＰＤ３ｑは受光強度に応じた電流信号を出力する。電流信号は、配線パターンを通じて外部の制御器に送信され、偏波合成素子３ｈの出力のモニタのために使用される。

光イコライザ（Optical Equalizer）３ｊは、光分岐素子３ｉからの変調光がスペクトル的に平坦などの所望の形状になるように所定のスペクトル特性の減衰を与えて、導波路、光フィルタ３ｓを介して光学結合素子１４に出力するものであり、ラティス型光回路などにより導波路上に容易に構成する事ができる。光イコライザ３ｊは、たとえば、非特許文献であるＥＣＯＣ２０１９、Ｄｕｂｌｉｎ、ＩｒｅｌａｎｄのＴｕ２．Ｄ．２や、Ｔｕ３．Ｂ．１に開示されたものである。また、光イコライザ３ｊは、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）と回折格子とを含んで構成された公知のものでもよいが、本構成のように導波路上に形成する事で経済的に小型な光モジュールを実現する上で高い効果を有する。

光学結合素子１４は、光フィルタ３ｓを透過した変調光を光ファイバ５に結合させる。光ファイバ５は、変調光を外部に伝搬する。

一方、光ファイバ６は、外部からの信号光を伝搬し、光学結合素子１５に出力する。光学結合素子１５は、光ファイバ６からの信号光を、光フィルタ３ｔを介して光集積回路３の導波路に結合させる。

光集積回路３において、光分岐素子３ｌは、光集積回路３の導波路を導波された信号光のほとんどを通過させてコヒーレントミキサ３ｋに出力するとともに、一部を分岐してモニタＰＤ３ｒに出力する。モニタＰＤ３ｒは受光強度に応じた電流信号を出力する。電流信号は、配線パターンを通じて外部の制御器に送信され、信号光のパワーをモニタするために使用される。

コヒーレントミキサ３ｋは、９０°光ハイブリッド回路を含んでおり、光分岐素子３ｌから導波路を介して入力された信号光と、ビームスプリッタ３ｂから導波路を介して入力されたレーザ光（局発光）とを干渉させて処理し、処理信号光を生成し、高速ＰＤ３ｍに出力する。処理信号光は、Ｘ偏波のＩ成分に対応するＩｘ信号光、Ｘ偏波のＱ成分に対応するＱｘ信号光、Ｙ偏波のＩ成分に対応するＩｙ信号光、およびＹ偏波のＱ成分に対応するＱｙ信号光、の４つである。

高速ＰＤ３ｍは、４つのバランスドＰＤを有しており、４つの処理信号光のそれぞれを受光して、電流信号に変換して出力する。電流信号は、配線パターンを通じて制御器またはさらに上位の制御装置に送信され、信号光の復調のために使用される。

なお、光フィルタ３ｓ、３ｔは、信号光や変調光が含まれる波長帯の光を主に透過し、当該波長帯の範囲外の波長を有するノイズ光をカットする特性を有する。ノイズ光は、たとえば光伝送路や光源などで生じ得る。光フィルタ３ｓ、３ｔは、ラティス型、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Gratings）型、グレーティングなどの多様な構成により簡単に形成できる（たとえば、非特許文献であるOptics Express Vol. 24, Issue 26, pp. 29577-29582(2016)）。

以上のように構成された光モジュール１００では、ＳｉＰｈ回路である光集積回路３が、集積された複数の導波路および複数の光学素子を通過したレーザ光をＩｎＰ系の変調器２に出力し、変調器２が変調光を生成し、光集積回路３が変調光を受付け、集積された複数の導波路および複数の光学素子を通過した変調光を出力する。したがって、ＩｎＰ系の変調器２によって高速変調に適するとともに、ＳｉＰｈ回路である光集積回路３によって空間伝搬する箇所を可能な限り削減し、内部の導波路伝搬を活用することで、組み立て時や経時的な光学的位置ずれを抑制し、結合損失などの光損失を抑制できる。特に、異なる材料系で構成された変調器２と光集積回路３とが最小限の光学結合箇所で結合されるので、光損失の抑制効果は顕著である。さらには、光モジュール１００では、部品点数および部品コストが削減され、低コスト化が実現される。

この光モジュール１００は、波長可変光源１と変調器２とを含む部分が光送信部を構成し、コヒーレントミキサ３ｋを含む部分が光受信部を構成している。このような光モジュール１００は、たとえばＯＩＦ（Optical Internetworking Forum）によるＩＣ－ＴＲＯＳＡ（integrated coherent transmitter-receiver optical sub-assembly）のＴｙｐｅ－ＩＩに適用できる。

（実施形態２）
図２は、実施形態２に係る光モジュールの構成を示す模式図である。光モジュール１００Ａは、図１に示す光モジュール１００の構成において、光集積回路３を光集積回路３Ａに置き換え、ビームスプリッタ７Ａと光学結合素子１６Ａとを追加した構成を有する。光集積回路３Ａは、光集積回路３の構成において、ビームスプリッタ３ｂ、光イコライザ３ｊおよび光フィルタ３ｓ、３ｔを削除した構成を有する。

光モジュール１００Ａの機能の一例を説明する。
光学結合素子１６Ａは、波長可変光源１からのレーザ光を、空間結合によってビームスプリッタ７Ａに結合させる。ビームスプリッタ７Ａは、集積されていない光学素子であって、光学結合素子１１と空間結合している。ビームスプリッタ７Ａは、レーザ光のほとんどを通過させて、光学結合素子１１と光集積回路３Ａの導波路とを介してビームスプリッタ３ｃに出力するとともに、一部を分岐して、光学結合素子１１と光集積回路３Ａの導波路とを介して光分岐素子３ａに出力する。光分岐素子３ａは、光集積回路３の導波路を導波されたレーザ光のほとんどを通過させて、導波路を介してコヒーレントミキサ３ｋに出力するとともに、一部を分岐してモニタＰＤ３ｎに出力する。

光モジュール１００Ａのその他の機能は、光モジュール１００の機能と同様なので、説明を省略する。

以上のように構成された光モジュール１００Ａにおいても、光損失を抑制でき、部品点数および部品コストが削減され、低コスト化が実現される。また、このような光モジュール１００Ａは、たとえばＩＣ－ＴＲＯＳＡのＴｙｐｅ－ＩＩに適用できる。

（実施形態３）
図３は、実施形態３に係る光モジュールの構成を示す模式図である。光モジュール１００Ｂは、図１に示す光モジュール１００の構成において、光集積回路３を光集積回路３Ｂに置き換え、波長ロッカ４と光学結合素子１３とを削除した構成を有する。

光集積回路３Ｂは、光集積回路３の構成において、波長ロッカ３ｕを追加し、光イコライザ３ｊを削除した構成を有する。波長ロッカ３ｕは、波長ロッカ４と同様の構成、機能を有するが、シリコン系半導体材料を含んで構成されており、光集積回路３Ｂに集積されている点で異なる。

光モジュール１００Ｂの機能の一例は、光モジュール１００の機能と同様であるが、ビームスプリッタ３ｃが、ビームスプリッタ３ｂからのレーザ光の一部を分岐して、導波路を介して波長ロッカ３ｕに出力する点が異なる。

以上のように構成された光モジュール１００Ｂにおいても、光損失を抑制でき、部品点数および部品コストが削減され、低コスト化が実現される。また、このような光モジュール１００Ｂは、たとえばＩＣ－ＴＲＯＳＡのＴｙｐｅ－ＩＩに適用できる。

（実施形態４）
図４は、実施形態４に係る光モジュールの構成を示す模式図である。光モジュール１００Ｃは、図１に示す光モジュール１００の構成において、光集積回路３を光集積回路３Ｃに置き換え、波長可変光源１と波長ロッカ４と光学結合素子１１、１３とを削除し、光学結合素子１７Ｃと光ファイバ８Ｃとを追加した構成を有する。

光集積回路３Ｃは、光集積回路３の構成において、ビームスプリッタ３Ｃｂを追加し、ビームスプリッタ３ｂ、３ｃと光イコライザ３ｊとモニタＰＤ３ｎと光フィルタ３ｓ、３ｔとを削除した構成を有する。

光モジュール１００Ｃの機能の一例を説明する。
光ファイバ８Ｃは、外部からのレーザ光を伝搬し、光学結合素子１５に出力する。レーザ光は、波長可変光源１が出力するレーザ光と同様の特性を有する。光学結合素子１７Ｃは、光ファイバ８Ｃからのレーザ光を光集積回路３Ｃの導波路に結合させる。

光集積回路３Ｃにおいて、ビームスプリッタ３Ｃｂは、光集積回路３Ｃの導波路を導波されたレーザ光のほとんどを通過させて光学結合素子１２に出力するとともに、一部を分岐してコヒーレントミキサ３ｋに出力する。

すなわち、光ファイバ８Ｃから入力される光は、一部が変調器２によって変調されて変調光になるとともに、一部がコヒーレントミキサ３ｋにおいて局発光として使用される。

光モジュール１００Ｃのその他の機能は、光モジュール１００の機能と同様なので、説明を省略する。

以上のように構成された光モジュール１００Ｃにおいても、光損失を抑制でき、部品点数および部品コストが削減され、低コスト化が実現される。また、このような光モジュール１００Ｂは、たとえばＩＣ－ＴＲＯＳＡのＴｙｐｅ－Ｉに適用できる。

（実施形態５）
図５は、実施形態５に係る光モジュールの構成を示す模式図である。光モジュール１００Ｄは、図４に示す光モジュール１００Ｃの構成において、光集積回路３Ｃを光集積回路３Ｄに置き換え、光学結合素子１５と光ファイバ６とを削除した構成を有する。

光集積回路３Ｄは、光集積回路３Ｃの構成において、ビームスプリッタ３Ｃｂとコヒーレントミキサ３ｋと光分岐素子３ｌと高速ＰＤ３ｍとモニタＰＤ３ｒを削除した構成を有する。

光モジュール１００Ｄの機能の一例を説明する。
光ファイバ８Ｃは、外部からのレーザ光を伝搬し、光学結合素子１５に出力する。レーザ光は、波長可変光源１が出力するレーザ光と同様の特性を有する。光学結合素子１７Ｃは、光ファイバ８Ｃからのレーザ光を光集積回路３Ｃの導波路に結合させる。

光集積回路３Ｃにおいて、導波路は、導波したレーザ光を光学結合素子１２に出力する。

すなわち、光ファイバ８Ｃから入力される光は、変調器２によって変調されて変調光になる。また、光モジュール１００Ｄはコヒーレントミキサに関わる機能は無い。

光モジュール１００Ｄのその他の機能は、光モジュール１００Ｃの機能と同様なので、説明を省略する。

以上のように構成された光モジュール１００Ｄにおいても、光損失を抑制でき、部品点数および部品コストが削減され、低コスト化が実現される。また、このような光モジュール１００Ｂは、たとえばＯＩＦによるＨＢ－ＣＤＭ（High Bandwidth Coherent Driver Modulator）に適用できる。

（実施形態６）
図６は、実施形態６に係る光モジュールの構成を示す模式図である。図７は、図６に示す光モジュールの一部の側面図である。光モジュール１００Ｅは、図１に示す光モジュール１００の構成において、温度調節素子２１とスペーサ２２とを追加した構成を有する。

温度調節素子２１は、波長可変光源１と波長ロッカ４と変調器２とを搭載している。また、温度調節素子２１は、光集積回路３の一部を搭載している。具体的には、温度調節素子２１は、光集積回路３の、波長可変光源１、変調器２、および波長ロッカ４と光学結合をしている部分の周辺の部分を搭載している。ここで搭載は熱的な接触を実現する態様の一例である。

スペーサ２２は、光集積回路３を搭載している。スペーサ２２の高さは、光集積回路３の一部が温度調節素子２１に搭載できるように調節されている。

光モジュール１００Ｅの機能は、光モジュール１００Ｃの機能と同様なので、説明を省略する。

以上のように構成された光モジュール１００Ｅにおいても、光損失を抑制でき、部品点数および部品コストが削減され、低コスト化が実現される。また、光モジュール１００Ｅでは、温度調節素子２１が、変調器２と熱的に接触しているので、変調器２の温度を略一定の温度に維持することができ、変調器２の変調特性を安定にすることができる。また、温度調節素子２１が、光集積回路３の、変調器２と光学結合をしている部分の周辺とに熱的に接触しているので、光学結合をしている部分が変調器２と略同じ温度に保たれる。その結果、温度調節素子２１と光集積回路３との熱膨張係数の違いにより位置ずれが生じて光損失が増加してしまう、という事態の発生が抑制される。また、波長可変光源１や波長ロッカ４についても同様に、温度調節素子２１が熱的に接触しているので、波長可変光源１や波長ロッカ４の特性を安定にすることができるとともに、光損失が増加してしまうという事態の発生が抑制される。

光集積回路３のうち温度調節素子２１と熱的に接触している部分は、光集積回路３の導波路のうち、波長可変光源１と光学結合している光学結合素子１１、変調器２と光学結合している光学結合素子１２、および波長ロッカ４と光学結合している光学結合素子１３のそれぞれと光学結合している各導波路の端面を含む。また、光集積回路３のうち温度調節素子２１と熱的に接触している部分の大きさは、許容される位置ずれなどによって適宜設定されるが、たとえば、光学結合素子１１、１２、１３と光学結合している端面から０．５ｍｍ程度の領域である。また、光集積回路３の全てが温度調節素子２１と熱的に接触していると、温度調節素子２１の消費電力が過度に大きくなるため、温度調節素子２１に搭載される光集積回路３の面の面積の５０％以下とすることが好ましい。

（シリコンプラットフォーム）
上記各実施形態に記載の光集積回路は、シリコン系半導体材料を含むベースと一体に構成されていてもよい。図８は、一例として、光集積回路３とベース３１とが一体に構成された部分を含むシリコンプラットフォーム３０の構成を示す模式図である。このシリコンプラットフォーム３０は、平板状のベース３１の主表面の一部に光集積回路３が設けられた構成を有する。また、シリコンプラットフォーム３０は、主表面の一部に、座繰り部３１ａ、３１ｂおよび光ファイバ実装部３１ｃ、３１ｄを備える。光ファイバ実装部３１ｃ、３１ｄはベース３１の主表面から突出しており、その上面には溝３１ｃａ、３１ｄａがそれぞれ設けられている。本実施形態では溝３１ｃａ、３１ｄａはＶ溝であるが、Ｕ溝でもよい。

図９は、シリコンプラットフォーム３０の実装状態を示す模式図である。図９では、一例として、座繰り部３１ａに変調器２が実装され、座繰り部３１ｂに波長可変光源１が実装されている。座繰り部３１ａは変調器実装部の一例であり、座繰り部３１ｂは波長可変光源実装部の一例である。また、光ファイバ実装部３１ｃには、溝３１ｃａに一部が収容されるように光ファイバ５が実装されている。光ファイバ実装部３１ｄには、溝３１ｄａに一部が収容されるように光ファイバ６が実装されている。

光集積回路３、座繰り部３１ａ、３１ｂおよび光ファイバ実装部３１ｃ、３１ｄは、シリコンプロセスによって相対位置が高精度になるように形成されたものである。このようなシリコンプラットフォーム３０を用いた光モジュールであれば、変調器２、光集積回路３、および光ファイバ５、６の相対位置の精度が高く、光損失がさらに抑制される。

なお、上記実施形態では、波長可変光源１や変調器２や波長ロッカ４が、光学結合素子によって光集積回路と光学結合しているが、バットジョイント（butt joint）接合によって光学結合がなされていてもよい。この場合は、光学結合素子の使用数をさらに削減できる。たとえば、変調器２と光集積回路とは、互いに光を入出力させる導波路同士がバットジョイント接合とによって光学結合がされる。

また、上記実施形態において、変調器２は、変調信号付与部２ｂ、２ｃに入力される光または変調光を増幅する光増幅器を備えていてもよい。光増幅器は、たとえばＩｎＰ系半導体材料を含んで構成された半導体光増幅器である。このような半導体光増幅器は変調信号付与部２ｂ、２ｃとともに集積することも可能である。

また、上記実施形態において、光集積回路に光学素子としてシリコンレンズを集積させてもよい。また、上記光集積回路またはプラットフォームに、高速ＰＤ３ｍから出力される電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）や、変調器２を駆動するＤＲＶ（Digital Modulator Driver）や、制御器としての制御ＩＣなどが集積されていてもよい。また、光集積回路に光アイソレータやＤＣブロッキングや終端器が集積されてもよい。また、光イコライザは、光集積回路の外部に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、光集積回路を単一のチップで構成しているが、コヒーレントミキサとその他の部分とを別々のチップに構成し、これらをバットジョイントまたは光学結合素子によって光学接合してもよい。

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ ：波長可変光源
２ ：変調器
２ａ ：光分岐部
２ｂ、２ｃ ：変調信号付与部
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ ：光集積回路
３ｂ、３ｃ、３Ｃｂ、７Ａ ：ビームスプリッタ
３Ｄ ：光集積回路
３ａ ：光分岐素子
３ｄ、３ｅ ：可変光減衰素子
３ｆ、３ｇ、３ｉ ：光分岐素子
３ｈ ：偏波合成素子
３ｊ ：光イコライザ
３ｋ ：コヒーレントミキサ
３ｌ ：光分岐素子
３ｍ ：高速ＰＤ
３ｎ、３ｏ、３ｐ、３ｑ、３ｒ ：モニタＰＤ
３ｓ、３ｔ ：光フィルタ
３ｕ、４ ：波長ロッカ
５、６、８Ｃ ：光ファイバ
１１、１２、１３、１４、１５、１６Ａ、１７Ｃ ：光学結合素子
２１ ：温度調節素子
２２ ：スペーサ
３０ ：シリコンプラットフォーム
３１ ：ベース
３１ａ、３１ｂ ：座繰り部
３１ｃ、３１ｄ ：光ファイバ実装部
３１ｃａ、３１ｄａ ：溝
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ ：光モジュール

Claims (13)

1. ＩｎＰ系半導体材料を含み、入力された光を変調する変調信号付与部を備えた変調器と、
   前記変調器と光学結合をし、シリコン系半導体材料を含む複数の導波路および複数の光学素子が集積された光集積回路と、
   前記光集積回路に入力されるレーザ光を出力する光源と、
   を備え、
   前記光集積回路は、前記導波路のいずれかまたは前記光学素子のいずれかを通過した前記レーザ光を前記変調器に出力し、前記変調器が前記レーザ光を変調して生成した変調光を受付け、前記導波路の他のいずれかまたは前記光学素子の他のいずれかを通過した前記変調光を出力し、
   前記光源は、１５３０ｎｍ～１６２５ｎｍの波長帯域内の範囲で前記レーザ光の波長を変更できるように構成された半導体レーザ素子を含む波長可変光源であり、
   前記変調器は、前記光源とは別に、前記変調信号付与部に入力される光または前記変調光を増幅する光増幅器を備え、
   前記光集積回路は、シリコンプラットフォームであるベースと一体に構成されており、前記ベースは、前記変調器を実装する座繰り部である変調器実装部と、光ファイバを実装する光ファイバ実装部と、前記光源を実装する座繰り部である光源実装部と、の全てを一体に備える、
   光モジュール。
2. 前記光学結合はバットジョイントまたは光学結合素子によってなされている
   請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記光学結合素子は、レンズ、ＧＲＩＮレンズ、光ファイバ、導波路、またはフォトニックワイヤを含む
   請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記光集積回路は、前記光学素子としてレンズ、受光素子、偏波合成素子、または可変光減衰素子を備える
   請求項１～３のいずれか一つに記載の光モジュール。
5. 前記光集積回路は、前記光学素子として、受光素子と、通過する光の一部を分岐して前記受光素子に出力する光分岐素子とを備える
   請求項１～３のいずれか一つに記載の光モジュール。
6. 前記変調器は、前記変調信号付与部として、２つの変調信号付与部を備え、
   前記光集積回路は、前記光学素子として偏波合成素子と２つの可変光減衰素子とを備え、
   前記２つの可変光減衰素子は、それぞれ、前記２つの変調信号付与部で生成された２つの変調光を減衰し、
   前記偏波合成素子は、減衰した前記２つの変調光を偏波合成する
   請求項１～３のいずれか一つに記載の光モジュール。
7. 前記光集積回路は、光フィルタならびに光イコライザを備える
   請求項１～６のいずれか一つに記載の光モジュール。
8. 前記光集積回路と光学結合をする光ファイバを備える
   請求項１～７のいずれか一つに記載の光モジュール。
9. 前記光源から出力された光の波長を検出するための波長検出器を備える
   請求項１～８のいずれか一つに記載の光モジュール。
10. 前記波長検出器は前記光集積回路に集積されている
    請求項９に記載の光モジュール。
11. 前記光集積回路は、前記光学素子として、コヒーレントミキサを備える
    請求項１～１０のいずれか一つに記載の光モジュール。
12. 前記光集積回路は、前記光学素子として、前記コヒーレントミキサから出力された光を受光する受光素子を備える
    請求項１１に記載の光モジュール。
13. 前記変調器と、前記光集積回路の前記変調器と光学結合をしている部分の周辺とに熱的に接触している温度調節素子を備える
    請求項１～１２のいずれか一つに記載の光モジュール。
    

Images