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JP2017201364A - Optical transceiver module, and adjustment method for the same - Google Patents

Optical transceiver module, and adjustment method for the same Download PDF

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JP2017201364A
JP2017201364A JP2016093036A JP2016093036A JP2017201364A JP 2017201364 A JP2017201364 A JP 2017201364A JP 2016093036 A JP2016093036 A JP 2016093036A JP 2016093036 A JP2016093036 A JP 2016093036A JP 2017201364 A JP2017201364 A JP 2017201364A
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Japan
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optical
light
light incident
substrate
light emitting
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JP2016093036A
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Japanese (ja)
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雄貴 若山
Yuki Wakayama
雄貴 若山
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Apresia Systems Ltd
Original Assignee
Apresia Systems Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical transceiver module having a wide mounting tolerance and a simple structure.SOLUTION: An optical transceiver module is constituted by a first substrate 101a and a second substrate 108 in surface contact with each other. The first substrate includes a first light incidence part and a first light emission part, on a first surface of the first substrate. The second substrate includes a second light incidence part, a second light emission part, and a third light incidence part, on a second surface of the second substrate, and includes a lens 103 for collecting input light, on a third surface opposite to the second surface of the second substrate. The first surface and the second surface face each other in contact with each other. The lens and the first light incidence part 110 are optically connected. The first light incidence part and the first light emission part 111 are optically connected. The first light emission part and the second light incidence part 105 are optically connected. The second light incidence part and the second light emission part 106 are optically connected to transmit light from the second light emission part. The light is received in the third light incidence part.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光送受信モジュール、およびその調整方法に関する。   The present invention relates to an optical transceiver module and an adjustment method thereof.

ビッグデータビジネスの拡大やIoT(Internet of Things)の普及に伴い、データセンタにおけるIP(Internet Protocol)トラフィックが増大している。特に近年は、サーバの仮想化技術の進展などに伴い、サーバ内、もしくは複数のサーバ間でのトラフィックが急増しており、データセンタ内で処理される総IPトラフィック量のうち、おおよそ8割程度はデータセンタ内に留まるトラフィックである。   With the expansion of big data business and the spread of IoT (Internet of Things), IP (Internet Protocol) traffic in data centers is increasing. Particularly in recent years, with the progress of server virtualization technology, traffic within a server or between multiple servers has increased rapidly, and approximately 80% of the total IP traffic processed in the data center. Is the traffic that stays in the data center.

このような状況の下、サーバ、ストレージ、伝送装置などのいわゆるICT(Information and Communication Technology)機器の内部、もしくはICT機器間を接続する比較的短距離での通信(インターコネクト)のネットワーク性能が、データセンタで処理できるトラフィック量を制限する要因になりつつある。このため、インターコネクトの大容量化への期待が一層高まっている。   Under such circumstances, the network performance of communication (interconnect) at relatively short distances connecting the inside of ICT (Information and Communication Technology) devices such as servers, storage, and transmission devices, or between ICT devices, is data. It is becoming a factor that limits the amount of traffic that can be processed at the center. For this reason, expectations for increasing the capacity of interconnects are further increasing.

従来は、ICT機器内、もしくは近距離のICT機器間での通信には、電気ケーブルを用いた電気インターコネクトが用いられてきた。しかし、インターコネクトの大容量化への要請に対応し、チャンネル当りの伝送速度が10〜25Gbps以上に高速化すると、電気インターコネクトにおいては、高周波信号の伝送損失増大や、それに伴う消費電力増大が顕著となる。   Conventionally, an electrical interconnect using an electrical cable has been used for communication within an ICT device or between ICT devices at a short distance. However, if the transmission rate per channel is increased to 10 to 25 Gbps or more in response to the demand for increasing the capacity of the interconnect, an increase in transmission loss of high-frequency signals and an accompanying increase in power consumption are noticeable in the electrical interconnect. Become.

また、高速化による高周波ノイズの発生に起因した信号線路間での信号の漏洩(クロストーク)が大きな課題となる。これを克服する技術として、近年注目を集めているものが光ファイバケーブルで機器内、もしくは機器間を接続する光インターコネクトである。光信号は、電気信号と比較し線路間のクロストークや、伝送距離による信号品質の劣化が小さいため、大容量インターコネクトに有望である。   In addition, signal leakage (crosstalk) between signal lines due to generation of high-frequency noise due to high speed becomes a major issue. As a technique for overcoming this problem, an optical interconnect that has been attracting attention in recent years is an optical interconnect that connects an apparatus or an apparatus with an optical fiber cable. Optical signals are promising for high-capacity interconnects because they have less crosstalk between lines and less signal quality degradation due to transmission distance than electrical signals.

光インターコネクトでは、電気信号を一旦光信号に変換し、光ファイバケーブルや光導波路などで所望の距離を伝送した後、再び光信号を電気信号に変換することとなる。よって、光インターコネクトには電気信号を光信号に変換するための発光素子と、光信号を電気信号に変換するための受光素子が必要である。   In an optical interconnect, an electrical signal is once converted into an optical signal, and after a desired distance is transmitted through an optical fiber cable or an optical waveguide, the optical signal is converted into an electrical signal again. Therefore, the optical interconnect requires a light emitting element for converting an electrical signal into an optical signal and a light receiving element for converting the optical signal into an electrical signal.

既に、発光素子として垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)を用いた光インターコネクトモジュールが実用化されている。このVCSELを用いた光インターコネクト方式は、高速に変調した電気信号を直接発光素子に入力し、発光素子自身が高速に変調された光信号を生成する方式であり、直接変調方式と呼ばれる。   An optical interconnect module using a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) as a light emitting element has already been put into practical use. The optical interconnect system using the VCSEL is a system in which an electrical signal modulated at high speed is directly input to a light emitting element, and the light emitting element itself generates an optical signal modulated at high speed, and is called a direct modulation system.

近年では、さらなる大容量化に向け、シリコンフォトニクス技術が注目を集めている。シリコンフォトニクス技術とは、LSI製造のために高度に発展したシリコンウェハプロセス技術、およびパッケージング技術を用いて、光回路、およびそれと電子回路とを集積した光モジュールを作製する技術の総称である。シリコンフォトニクス技術を用い、シリコンウェハ中に高歩留りで精度よく多数の電気・光信号変換素子を集積することで、光インターコネクトモジュールを大容量化することができる。   In recent years, silicon photonics technology has attracted attention for further increase in capacity. The silicon photonics technology is a general term for technologies for producing an optical circuit and an optical module in which the electronic circuit is integrated with the silicon wafer process technology and packaging technology that are highly developed for LSI manufacturing. By using silicon photonics technology and integrating a large number of electrical / optical signal conversion elements with high yield and accuracy in a silicon wafer, the capacity of the optical interconnect module can be increased.

また、シリコンフォトニクス技術を用いれば、電気・光信号変換素子として、マッハ・ツェンダ干渉計構造などを有する光変調器を作製することができる。光変調器を用いれば、発光素子を直接変調する必要がなく、発光素子から出射された一定強度の光信号を、光変調器で高速に変調することができる。このように発光機能と、高速に電気信号を光信号に変換する機能を分離した光変調方式は外部変調方式を呼ばれる。   If silicon photonics technology is used, an optical modulator having a Mach-Zehnder interferometer structure or the like can be manufactured as an electrical / optical signal conversion element. If an optical modulator is used, it is not necessary to directly modulate the light emitting element, and an optical signal having a constant intensity emitted from the light emitting element can be modulated at high speed by the optical modulator. An optical modulation method that separates the light emitting function and the function of converting an electrical signal into an optical signal at a high speed is called an external modulation method.

外部変調方式は、直接変調方式と比較し、光信号波形にひずみが生じにくいため、より高速に変調することが可能である。またVCSELを用いた光インターコネクトモジュールでは困難であった、複数の異なる波長の光信号を同時に送信する波長分割多重(WDM)や、光信号に位相情報や偏波情報を乗せることで、1シンボルの光信号で複数ビットの情報を同時に送信する光多値変調が可能であるため、さらなる大容量化が可能である。   Since the external modulation method is less likely to cause distortion in the optical signal waveform than the direct modulation method, it can be modulated at higher speed. In addition, wavelength division multiplexing (WDM) for simultaneously transmitting a plurality of optical signals of different wavelengths, which is difficult with an optical interconnect module using a VCSEL, and by placing phase information and polarization information on an optical signal, Since optical multilevel modulation in which information of a plurality of bits is transmitted simultaneously with an optical signal is possible, the capacity can be further increased.

シリコンフォトニクス技術への期待は、大容量化のみにとどまらない。LSIの大量生産向けに設計されたウェハプロセス、およびパッケージング設備を用いることで光モジュールを低コスト化することが大いに期待されている。また、シリコンと二酸化ケイ素との屈折率差が大きい特徴を生かし、光素子を小型化することで光素子の駆動に必要な電力を抑制することも期待されている。さらには、直接変調方式と比較し、光信号を一定距離伝送した際に受ける波形にひずみ量が小さいため、長距離伝送が可能である。   Expectations for silicon photonics technology are not limited to large capacity. It is highly expected to reduce the cost of optical modules by using wafer processes and packaging equipment designed for mass production of LSIs. In addition, it is expected that the power required for driving the optical element can be suppressed by miniaturizing the optical element by taking advantage of the large refractive index difference between silicon and silicon dioxide. Furthermore, compared to the direct modulation method, since the amount of distortion is small in the waveform received when the optical signal is transmitted for a certain distance, long distance transmission is possible.

以上をまとめると、シリコンフォトニクス技術を用い作製される光インターコネクトモジュールへの主な期待は、大容量、低コスト、省電力、長距離伝送である。   In summary, the main expectations for optical interconnect modules fabricated using silicon photonics technology are large capacity, low cost, power saving, and long distance transmission.

外部変調方式を用いた光インターコネクト方式においては、発光素子と光変調器とを高効率で光結合する技術がキー技術となる。また、大容量化に有効なWDM方式を用いた光インターコネクト方式においては、発光素子や受光素子と波長合分波器とを高効率で光結合する技術がキー技術となる。   In an optical interconnect system using an external modulation system, a technique for optically coupling a light emitting element and an optical modulator with high efficiency is a key technology. In the optical interconnect system using the WDM system effective for increasing the capacity, a technique for optically coupling a light emitting element, a light receiving element, and a wavelength multiplexer / demultiplexer with high efficiency is a key technique.

特許文献1には、筐体面と平行の面上で半導体レーザから出射された光を波長合分波器に結合させる構造が開示されており、半導体レーザと波長合分波器とを高効率で光結合するために、半導体レーザと波長合分波器との間に独立したレンズを設ける構造が開示されている。   Patent Document 1 discloses a structure in which light emitted from a semiconductor laser is coupled to a wavelength multiplexer / demultiplexer on a plane parallel to the housing surface. The semiconductor laser and the wavelength multiplexer / demultiplexer can be combined with high efficiency. A structure in which an independent lens is provided between a semiconductor laser and a wavelength multiplexer / demultiplexer for optical coupling is disclosed.

特開2012−58409号公報JP 2012-58409 A

高速、大容量、長距離伝送可能な外部変調方式による波長多重光送受信モジュールでは、半導体レーザと光変調器などが形成された光回路素子とを実装する工程と、光変調器などが形成された光回路素子と波長合分波器とを実装する工程が必要である。通常これらの実装には高精度な位置決め精度が要求されるため、高価な実装装置が必要であるとともに、実装にかかる時間も長くなり、実装コストが増加する課題がある。   In a wavelength division multiplexing optical transceiver module using an external modulation method capable of high-speed, large-capacity, long-distance transmission, a process of mounting an optical circuit element on which a semiconductor laser and an optical modulator are formed, and an optical modulator are formed A step of mounting the optical circuit element and the wavelength multiplexer / demultiplexer is required. Since these mountings usually require high positioning accuracy, an expensive mounting apparatus is required, and the time required for mounting becomes long, resulting in an increase in mounting cost.

また、通常それらの光素子同士を高い光結合効率で実装するには、光を集光するためのレンズが別途必要となる。実装する部品数が多いほど、材料費の増大やモジュールサイズの大型化という課題もある。   In addition, in order to mount these optical elements with high optical coupling efficiency, a lens for condensing light is separately required. As the number of parts to be mounted increases, there are problems such as an increase in material cost and an increase in module size.

さらに重要なことは、大容量化への要求が高くなるほど上記で説明した課題がより顕著となることである。現在普及が進んでいる100ギガビットイーサネット(100GbE)対応モジュール(イーサネットは登録商標)では25Gbpsで変調された光を4波長多重化する方式であるのに対し、次世代の400ギガビットイーサネット(400GbE)対応モジュールでは50Gbpsで変調された光を8波長多重化する方式となる。多重化する波長数が2倍となることで、波長間の結合効率のばらつきが大きくなる傾向にあり、光素子の実装に関する課題がより顕著となることが懸念される。   More importantly, the problem described above becomes more prominent as the demand for larger capacity increases. The 100-Gigabit Ethernet (100GbE) -compatible module (Ethernet is a registered trademark), which is currently in widespread use, is a system that multiplexes 25-Gbps modulated light at 4 wavelengths, while it supports the next-generation 400 Gigabit Ethernet (400GbE) In the module, the light modulated at 50 Gbps is multiplexed by 8 wavelengths. When the number of wavelengths to be multiplexed is doubled, the variation in coupling efficiency between wavelengths tends to increase, and there is a concern that problems related to mounting optical elements will become more prominent.

このように今後多重化する波長数が増えた場合、特許文献1に開示された構造では、光結合効率が高く、波長間でのばらつきが小さく、また簡便で安価な方法で、高密度に光素子を実装するこが難しい。   Thus, when the number of wavelengths to be multiplexed in the future increases, the structure disclosed in Patent Document 1 has high optical coupling efficiency, small variation between wavelengths, and high-density light by a simple and inexpensive method. It is difficult to mount the element.

本発明の目的は、実装トレランスが広く、構造が単純な光送受信モジュールを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an optical transceiver module having a wide mounting tolerance and a simple structure.

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、第1の基板と第2の基板とが面接触して構成された光送受信モジュールであって、前記第1の基板は、前記第1の基板の第1の面上に、第1の光入射部と第1の光出射部を含み、前記第2の基板は、前記第2の基板の第2の面上に、第2の光入射部と第2の光出射部と第3の光入射部を含むとともに、前記第2の基板において前記第2の面と反対の第3の面上に、入力された光を集光するレンズを含み、前記第1の面と前記第2の面が対向して接触し、前記レンズと前記第1の光入射部とが光学的に接続され、前記第1の光入射部と前記第1の光出射部とが光学的に接続され、前記第1の光出射部と第2の光入射部とが光学的に接続され、前記第2の光入射部と前記第2の光出射部とが光学的に接続されて、前記第2の光出射部から光が送信され、前記第3の光入射部で光が受信されることを特徴とする。   The present invention includes a plurality of means for solving the above-described problems. To give an example, the optical transceiver module is configured such that the first substrate and the second substrate are in surface contact with each other. The first substrate includes a first light incident portion and a first light emitting portion on a first surface of the first substrate, and the second substrate is a second portion of the second substrate. Including a second light incident portion, a second light emitting portion, and a third light incident portion, and on the third surface opposite to the second surface in the second substrate, A lens for condensing input light, wherein the first surface and the second surface are opposed to and in contact with each other, and the lens and the first light incident portion are optically connected, 1 light incident part and the first light emitting part are optically connected, the first light emitting part and the second light incident part are optically connected, and the second light incident part And said second light emitting portion is optically connected, wherein the light is transmitted from the second light emitting portion, wherein the third light the light incident portion is received.

本発明によれば、実装トレランスが広く、構造が単純な光送受信モジュールを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical transceiver module having a wide mounting tolerance and a simple structure.

実施例1の光送信モジュールの要部断面図の例である。3 is an example of a cross-sectional view of a main part of the optical transmission module according to Embodiment 1. FIG. 実施例1の光送信モジュールの要部上面図の例である。FIG. 3 is an example of a top view of a main part of the optical transmission module according to the first embodiment. 実施例1の石英光導波路素子光結合部の例である。2 is an example of a quartz optical waveguide device optical coupling part of Example 1. FIG. シリコン光導波路素子光結合部(入力側)の例である。It is an example of a silicon optical waveguide device optical coupling part (input side). シリコン光導波路素子光結合部(出力側)の例である。It is an example of a silicon optical waveguide device optical coupling part (output side). 実施例1の光送信モジュールの変形例の要部上面図の例である。FIG. 10 is an example of a top view of a main part of a modification of the optical transmission module according to the first embodiment. 実施例2の光送信モジュールの要部断面図の例である。6 is an example of a cross-sectional view of a main part of an optical transmission module according to Embodiment 2. FIG. 実施例2の光送信モジュールの要部上面図の例である。FIG. 10 is an example of a top view of a main part of an optical transmission module according to a second embodiment. 実施例2の光送信モジュールの変形例の要部断面図の例である。FIG. 12 is an example of a cross-sectional view of a main part of a modification of the optical transmission module according to the second embodiment. 実施例2の光送信モジュールの変形例の要部上面図の例である。FIG. 10 is an example of a top view of a main part of a modification of the optical transmission module according to the second embodiment. 実施例3の光送信モジュールの要部上面図の例である。FIG. 10 is an example of a top view of a main part of an optical transmission module according to a third embodiment. 実施例4の光送信モジュールの要部上面図の例である。FIG. 10 is an example of a top view of a main part of an optical transmission module according to a fourth embodiment. 実施例4の光送信モジュールの要部断面図の例である。10 is an example of a cross-sectional view of a main part of an optical transmission module according to Embodiment 4. FIG. 実施例5の光送受信モジュールの要部断面図の例である。10 is an example of a cross-sectional view of a main part of an optical transceiver module according to Embodiment 5. FIG. 実施例5光送受信モジュールの要部上面図の例である。EXAMPLE 5 It is an example of the principal part top view of an optical transmission / reception module.

本発明の各実施形態に係る光送受信モジュールについて、以下に、詳細な説明をする。なお、以下に示す図は、あくまでも各実施形態の実施例を説明するためのものであって、図の大きさと各実施例に記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。また、同一の構成要素には同一の符号を付け、それらの説明については繰り返さない。   The optical transceiver module according to each embodiment of the present invention will be described in detail below. The drawings shown below are only for explaining examples of the embodiments, and the size of the drawings and the scales described in the examples do not necessarily match. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and those description is not repeated.

半導体レーザと波長合分波器とが光回路に実装された光送受信モジュールであって、光の結合効率が高く、波長間でのばらつきが小さく、また、簡便で安価な構造で、高密度に光素子を実装することのできる光送受信モジュールの構成について説明する。光結合効率の観点においては、すべての部品が単一の基板上にモノリシック集積されたモジュールが望ましい。   An optical transceiver module in which a semiconductor laser and a wavelength multiplexer / demultiplexer are mounted in an optical circuit, having high optical coupling efficiency, small variation between wavelengths, and a simple and inexpensive structure with high density A configuration of an optical transceiver module capable of mounting an optical element will be described. From the viewpoint of optical coupling efficiency, a module in which all components are monolithically integrated on a single substrate is desirable.

ここで、モノリシック集積とは半導体製造で用いられるフォトリソグラフィー工程により基板上に一括して集積化することを指す。一般的にモノリシック集積における各部品の位置決め精度はフォトマスクのアライメント精度に依存しており、±1μm以下と高精度である。よってそれぞれの部品間の位置ずれが生じにくく、高い光結合効率が得られやすい。   Here, monolithic integration refers to integration on a substrate at a time by a photolithography process used in semiconductor manufacturing. In general, the positioning accuracy of each component in monolithic integration depends on the alignment accuracy of the photomask, and is as high as ± 1 μm or less. Therefore, the position shift between each component does not easily occur, and high optical coupling efficiency is easily obtained.

一方、モノリシック集積と対比されるハイブリッド集積とは、それぞれ別々に作製された部品を、実装装置を用いて集積化することを指す。一般的にハイブリッド集積における各部品の位置決め精度は装置のアライメント精度に依存しており、±10μm程度である。モノリシック集積と比べ位置決め精度が低く、高い光結合効率が得られにくい。   On the other hand, the hybrid integration compared with the monolithic integration refers to the integration of separately manufactured components using a mounting apparatus. In general, the positioning accuracy of each component in hybrid integration depends on the alignment accuracy of the apparatus, and is about ± 10 μm. Compared to monolithic integration, positioning accuracy is low, and high optical coupling efficiency is difficult to obtain.

また、モノリシック集積されたモジュールにおいては、さらに、実装工程が簡略化される利点もある。それぞれの部品を高精度に位置調整するための機構を設ける必要が無いため、高密度に集積化することも可能である。   In addition, the monolithically integrated module has an additional advantage that the mounting process is simplified. Since it is not necessary to provide a mechanism for adjusting the position of each component with high accuracy, it is possible to integrate the parts with high density.

ただし、シリコンフォトニクス技術を用いたモノリシック集積形態について、大きな課題が3つある。1つ目は、光回路をシリコン材料で形成する場合、シリコン材料は間接遷移型の材料であり、発光強度が極めて弱いため、半導体レーザをモノリシック集積することが極めて難しいことである。   However, there are three major issues regarding monolithic integration using silicon photonics technology. The first is that when an optical circuit is formed of a silicon material, the silicon material is an indirect transition material, and its emission intensity is extremely weak, so that it is very difficult to monolithically integrate semiconductor lasers.

2つ目は、光回路にシリコン材料からなる波長合分波器をモノリシック集積する場合、シリコン光回路と光ファイバとを直接接続する必要があることである。シリコン光回路から出射される光のモードフィールド径と光ファイバのモードフィールド径を等しくすることが難しいため、モードミスマッチにより高い光結合効率を得ることが難しい。   Second, when a wavelength multiplexer / demultiplexer made of a silicon material is monolithically integrated in an optical circuit, it is necessary to directly connect the silicon optical circuit and the optical fiber. Since it is difficult to make the mode field diameter of the light emitted from the silicon optical circuit equal to the mode field diameter of the optical fiber, it is difficult to obtain high optical coupling efficiency due to mode mismatch.

3つ目は、光回路にシリコン材料からなる波長合分波器をモノリシック集積する場合、シリコン材料の性質上、温度によって合分波する波長が変化してしまうことである。そのため、合分波する波長を一定に保つため温度調整器を設ける必要がある。温度調整器は一般的に光素子と比較し非常に大型であり、また消費電力が大きい。   Third, when a wavelength multiplexer / demultiplexer made of a silicon material is monolithically integrated in an optical circuit, the wavelength to be multiplexed / demultiplexed changes depending on the temperature due to the nature of the silicon material. Therefore, it is necessary to provide a temperature regulator to keep the wavelength to be multiplexed / demultiplexed constant. The temperature regulator is generally very large and consumes much power compared to an optical element.

以上3つの理由から、高い光結合効率、小型、省電力を両立するには、半導体レーザと波長合分波器はシリコン以外の材料で形成し、それらを光回路にハイブリッド実装することが好ましい。   For the above three reasons, in order to achieve both high optical coupling efficiency, small size, and power saving, it is preferable to form the semiconductor laser and the wavelength multiplexer / demultiplexer from materials other than silicon and to hybridly mount them on the optical circuit.

次に、半導体レーザを光回路上に実装する形態について、半導体レーザから出射された光は一般的には一定の放射角度を持っているため、出射面から遠ざかるほど放射ビームが広がる特徴を有する。一般的に半導体レーザから出射されるビームの大きさは直径数μm程度である。一方、出射された光を結合させる対象である光回路上に形成された光導波路の直径は数百nmである。よって、高効率に結合するには出射された光をレンズで集光することが好ましい。   Next, with respect to the form in which the semiconductor laser is mounted on the optical circuit, since the light emitted from the semiconductor laser generally has a certain radiation angle, the radiation beam spreads away from the emission surface. In general, the size of a beam emitted from a semiconductor laser is about several μm in diameter. On the other hand, the diameter of the optical waveguide formed on the optical circuit to which the emitted light is coupled is several hundred nm. Therefore, in order to combine with high efficiency, it is preferable to collect the emitted light with a lens.

以上を踏まえた光送信モジュールは、半導体レーザと波長合分波器がシリコン光回路にハイブリッド実装された光送信モジュールであり、実施形態の代表例を挙げると、第1の基板の第1の面上に第1の光入射用の回折格子型光結合器と、第1の光出射用回折格子型光結合器を備え、第2の基板の第2の面上に第2の光入射用の反射ミラー型光結合器を備え、前記第1の面と前記第2の面が対向して接続し、前記第1の光出射用回折格子型光結合器と第2の光入射用反射ミラー型光結合器とが光学的に接続されたハイブリッド実装光モジュールであって、前記第2の基板の前記第2の面と対向する逆側の第3の面上に入力された光を集光する機能を有する凸レンズが形成されており、前記第1の光入射用回折格子型光結合器と前記凸レンズとが光学的に接続されていることを特徴とする光送信モジュールである。   The optical transmission module based on the above is an optical transmission module in which a semiconductor laser and a wavelength multiplexer / demultiplexer are hybrid-mounted on a silicon optical circuit. A typical example of the embodiment is the first surface of the first substrate. A first light incident diffraction grating type optical coupler and a first light emitting diffraction grating type optical coupler are provided on the second surface of the second substrate. A reflection mirror type optical coupler, wherein the first surface and the second surface are connected to face each other, the first light emitting diffraction grating type optical coupler and the second light incident reflection mirror type; A hybrid mounting optical module optically connected to an optical coupler, and condenses light input on a third surface opposite to the second surface of the second substrate. A convex lens having a function is formed, and the first light incident diffraction grating optical coupler and the convex lens An optical transmission module, characterized in that it is optically connected.

実施例1の構成について、図1から図5を参照して説明する。図1は、実施例1で説明する光送信モジュールにおける、波長合波器と光回路の要部断面図の例である。また、図2は要部上面図の例である。   The configuration of the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an example of a cross-sectional view of main parts of a wavelength multiplexer and an optical circuit in the optical transmission module described in the first embodiment. FIG. 2 is an example of a top view of the main part.

図1、2に示す光送信モジュールは、石英光導波路素子基板101a、石英光導波路層102、凸レンズ103、反射鏡104、石英光導波路素子光結合部105、石英光導波路端面106、光ファイバ実装用V溝107、シリコン光導波路素子基板108、シリコン光導波路層109、シリコン光導波路素子光結合部(入力側)110、シリコン光導波路素子光結合部(出力側)111、を含んで構成される。   The optical transmission module shown in FIGS. 1 and 2 includes a quartz optical waveguide element substrate 101a, a quartz optical waveguide layer 102, a convex lens 103, a reflecting mirror 104, a quartz optical waveguide element optical coupling portion 105, a quartz optical waveguide end face 106, and an optical fiber mounting. A V-groove 107, a silicon optical waveguide device substrate 108, a silicon optical waveguide layer 109, a silicon optical waveguide device optical coupling portion (input side) 110, and a silicon optical waveguide device optical coupling portion (output side) 111 are configured.

また、石英光導波路層102には石英光導波路113と光合波器114が構成され、シリコン光導波路層109にはシリコン光導波路127が構成されるが、図1の要部断面図では石英光導波路113と光合波器114が石英光導波路層102に重なり、シリコン光導波路127がシリコン光導波路層109に重なって識別できないため、図2に示す。図2において要部上面図からは石英光導波路層102やシリコン光導波路層109などが識別できないため、図示を省略する。   A quartz optical waveguide 113 and an optical multiplexer 114 are configured in the quartz optical waveguide layer 102, and a silicon optical waveguide 127 is configured in the silicon optical waveguide layer 109. In FIG. 113 and the optical multiplexer 114 overlap the quartz optical waveguide layer 102, and the silicon optical waveguide 127 overlaps the silicon optical waveguide layer 109 and cannot be identified. In FIG. 2, the quartz optical waveguide layer 102, the silicon optical waveguide layer 109, and the like cannot be identified from the top view of the main part, and are not shown.

図1に示すように、石英光導波路素子基板101aとシリコン光導波路素子基板108とは面を接するように積層実装されており、その接する面において、石英光導波路素子基板101aは石英光導波路層102を含み、シリコン光導波路素子基板108はシリコン光導波路層109を含む。   As shown in FIG. 1, the quartz optical waveguide device substrate 101a and the silicon optical waveguide device substrate 108 are stacked and mounted so as to contact each other, and the quartz optical waveguide device substrate 101a is disposed on the quartz optical waveguide layer 102 on the contact surface. The silicon optical waveguide device substrate 108 includes a silicon optical waveguide layer 109.

石英光導波路素子基板101aには凸レンズ103が形成されており、光112が入射される。また、石英光導波路素子基板101aの一方の端面には反射鏡104が形成され、他方の端面には光ファイバ実装用V溝107が形成されている。   A convex lens 103 is formed on the quartz optical waveguide device substrate 101a, and the light 112 is incident thereon. A reflecting mirror 104 is formed on one end face of the quartz optical waveguide element substrate 101a, and an optical fiber mounting V-groove 107 is formed on the other end face.

石英光導波路層102の一方の端面の反射鏡104は石英光導波路素子光結合部105を構成し、他方の端面の光ファイバ実装用V溝107には光ファイバの接続される石英光導波路端面106がある。そして、石英光導波路層102と石英光導波路113は、その材質としてSiO2、SiN、SiONのうちの少なくともいずれかを含む。   The reflecting mirror 104 on one end face of the quartz optical waveguide layer 102 constitutes a quartz optical waveguide element optical coupling portion 105, and the optical fiber mounting V-groove 107 on the other end face has a quartz optical waveguide end face 106 to which an optical fiber is connected. There is. The quartz optical waveguide layer 102 and the quartz optical waveguide 113 include at least one of SiO2, SiN, and SiON as materials.

石英光導波路素子光結合部105および石英光導波路層102のコア層とクラッド層について、図3を用いて後で説明する。石英光導波路層102には光合波器114が形成され、図2に示すように、複数の石英光導波路113の光を合波し、合波した光を石英光導波路端面106へ出射する。石英光導波路素子基板101aの以上の構成は、石英光導波路素子であって、波長合波器である。   The core layer and the cladding layer of the quartz optical waveguide element optical coupling portion 105 and the quartz optical waveguide layer 102 will be described later with reference to FIG. An optical multiplexer 114 is formed in the quartz optical waveguide layer 102, and as shown in FIG. 2, the light from the plurality of quartz optical waveguides 113 is combined and the combined light is emitted to the end surface 106 of the quartz optical waveguide. The above-described configuration of the quartz optical waveguide device substrate 101a is a quartz optical waveguide device, which is a wavelength multiplexer.

シリコン光導波路素子基板108のシリコン光導波路層109は、シリコン光導波路素子光結合部(入力側)110とシリコン光導波路素子光結合部(出力側)111を含む。これらおよびシリコン光導波路層109のコア層とクラッド層については、図4、5を用いて後で説明する。シリコン光導波路素子基板108の以上の構成は、光回路である。なお、シリコン光導波路層109とシリコン光導波路127の材質はSiであってもよい。   The silicon optical waveguide layer 109 of the silicon optical waveguide element substrate 108 includes a silicon optical waveguide element optical coupling part (input side) 110 and a silicon optical waveguide element optical coupling part (output side) 111. These and the core layer and cladding layer of the silicon optical waveguide layer 109 will be described later with reference to FIGS. The above configuration of the silicon optical waveguide element substrate 108 is an optical circuit. The material of the silicon optical waveguide layer 109 and the silicon optical waveguide 127 may be Si.

図2に示すように、凸レンズ103から光112が入射される位置と反射鏡104との間にシリコン光導波路127が形成され、シリコン光導波路127からの光を反射鏡104で反射した位置と光合波器114との間に石英光導波路113が形成される。シリコン光導波路127と石英光導波路113とを図面上で区別しやすくするために、シリコン光導波路127を破線で表し、石英光導波路113を実線で表す。ここで、1つのシリコン光導波路127と1つの石英光導波路113とは1対1に対応する。   As shown in FIG. 2, a silicon optical waveguide 127 is formed between the position where the light 112 is incident from the convex lens 103 and the reflecting mirror 104, and the position where the light from the silicon optical waveguide 127 is reflected by the reflecting mirror 104 and the optical coupling. A quartz optical waveguide 113 is formed between the waver 114. In order to easily distinguish the silicon optical waveguide 127 and the quartz optical waveguide 113 on the drawing, the silicon optical waveguide 127 is represented by a broken line and the quartz optical waveguide 113 is represented by a solid line. Here, one silicon optical waveguide 127 and one quartz optical waveguide 113 correspond one-to-one.

例えば、図1における石英光導波路素子光結合部105とシリコン光導波路素子光結合部(出力側)111との位置関係、すなわち図2における反射鏡104でのシリコン光導波路127と石英光導波路113との重なりの位置関係が、シリコン光導波路127と石英光導波路113の光結合効率に影響する。この位置関係の許容範囲の例として図2に示した点線の範囲130をトレランスとする。   For example, the positional relationship between the quartz optical waveguide device optical coupling portion 105 and the silicon optical waveguide device optical coupling portion (output side) 111 in FIG. 1, that is, the silicon optical waveguide 127 and the quartz optical waveguide 113 in the reflecting mirror 104 in FIG. The positional relationship of the overlaps affects the optical coupling efficiency between the silicon optical waveguide 127 and the quartz optical waveguide 113. As an example of the allowable range of the positional relationship, the dotted line range 130 shown in FIG.

図1、2に示す光送信モジュールの特徴の1つ目は、石英光導波路素子基板101aに凸レンズ103が形成されている点である。凸レンズ103が形成されていない場合は半導体レーザから出射された光を光回路に入力するために別途レンズが必要であった。一方、石英光導波路素子基板101aに凸レンズ103形成されることにより、別途レンズを設ける必要がなく、部品点数が1つ減らせるため、部品コストの低減やモジュールサイズの小型化が可能となる。   The first feature of the optical transmission module shown in FIGS. 1 and 2 is that a convex lens 103 is formed on a quartz optical waveguide device substrate 101a. When the convex lens 103 is not formed, a separate lens is required to input light emitted from the semiconductor laser to the optical circuit. On the other hand, since the convex lens 103 is formed on the quartz optical waveguide device substrate 101a, it is not necessary to provide a separate lens, and the number of components can be reduced by one. Therefore, the component cost can be reduced and the module size can be reduced.

図1、2に示す光送信モジュールの特徴の2つ目は、石英光導波路素子基板101aとシリコン光導波路素子基板108とが、それぞれ回路層が形成された面を向かい合わせる形で積層実装されている点である。それぞれの基板の側面同士を向かい合わせ、それぞれの基板に形成された光導波路同士を突き合わせ接続する実装形態と比較し、実装のトレランスが広いという特徴を有する。   The second feature of the optical transmission module shown in FIGS. 1 and 2 is that the quartz optical waveguide device substrate 101a and the silicon optical waveguide device substrate 108 are stacked and mounted such that the surfaces on which the circuit layers are formed face each other. It is a point. Compared to a mounting form in which the side surfaces of each substrate face each other and the optical waveguides formed on each substrate are butt-connected, the mounting tolerance is wide.

一般的には、突き合わせ接続する実装形態の場合では、0.2μm程度の位置合わせ精度が要求されるのに対し、積層実装形態では1μm以上まで位置合わせ精度を緩和することが可能である。これは2つの異なる光導波路同士を高い光結合効率で接続するための光結合器として回折格子型光結合器を用いることができるためである。回折格子型光結合器を使用した構成については、図4、5を用いて後で説明する。   In general, in the case of a mounting form for butt connection, an alignment accuracy of about 0.2 μm is required, whereas in the stacked mounting form, the alignment accuracy can be relaxed to 1 μm or more. This is because a diffraction grating type optical coupler can be used as an optical coupler for connecting two different optical waveguides with high optical coupling efficiency. A configuration using a diffraction grating type optical coupler will be described later with reference to FIGS.

なお、実装トレランスを拡大するには光素子から出射、もしくは光素子に入射する光のモードフィールド径を拡大することも有効であるが、回折格子型光結合器では、設計レベルで光のモードフィールド径を拡大することが比較的容易である。   In order to increase the mounting tolerance, it is also effective to increase the mode field diameter of light emitted from or incident on the optical element. However, in the diffraction grating type optical coupler, the mode field of light at the design level is effective. It is relatively easy to enlarge the diameter.

以上で説明したように、石英光導波路素子基板101aに凸レンズ103形成されているため、部品点数の削減、それによるコスト低減、モジュールサイズ小型化が可能であることと、石英光導波路素子基板101とシリコン光導波路素子基板108とがそれぞれ回路層が形成された面を向かい合わせる形で積層実装されているため、実装のトレランスが広いという特徴を有する。   As described above, since the convex lens 103 is formed on the quartz optical waveguide device substrate 101a, it is possible to reduce the number of components, thereby reducing the cost, and downsizing the module size. Since the silicon optical waveguide element substrate 108 is stacked and mounted so that the surfaces on which the circuit layers are formed face each other, the mounting tolerance is wide.

ここで、図1、2に示した光送信モジュールの効果としてさらに重要なことは、高精度な光素子の調芯実装の回数が1回しか必要がない点である。従来の形態においてはレンズと波長合波器とをそれぞれ独立に、高精度に調芯する必要があったのに対し、図1、2に示した光送信モジュールはレンズと波長合波器が一体集積されているため、高精度な調芯が1回しか必要ではない。   Here, what is more important as the effect of the optical transmission module shown in FIGS. 1 and 2 is that the number of times of high-precision optical element alignment mounting is required only once. In the conventional configuration, it was necessary to align the lens and the wavelength multiplexer independently of each other with high precision, whereas in the optical transmission module shown in FIGS. 1 and 2, the lens and the wavelength multiplexer were integrated. Because of the integration, high-precision alignment is required only once.

言い換えるならば、波長合波器と光回路との調芯のみを行えば、レンズの位置を高精度で光回路の所望の位置に合わせることができる。調芯回数の減少は光モジュール製造のスループット向上による製造コスト低減につながる。半導体レーザから出射される光をコリメート光とすれば、半導体レーザを光回路に実装するトレランスは大幅に緩和することができるため、高精度な実装は必要なく、簡易的な実装で高い光結合効率を得ることができる。   In other words, if only the wavelength multiplexer and the optical circuit are aligned, the position of the lens can be adjusted to a desired position of the optical circuit with high accuracy. A decrease in the number of alignments leads to a reduction in manufacturing cost by improving the throughput of optical module manufacturing. If the light emitted from the semiconductor laser is collimated light, tolerance for mounting the semiconductor laser in the optical circuit can be greatly relaxed, so there is no need for high-precision mounting, and high optical coupling efficiency with simple mounting. Can be obtained.

なお、図2ではレンズを8つ集積化されており、8波長の光を合波して送信する光モジュールの形態を図示したが、レンズの数、および合波する波長数はこれに限ったことではなく、2以上であればよい。   In FIG. 2, eight lenses are integrated, and the form of an optical module that multiplexes and transmits light of 8 wavelengths is illustrated, but the number of lenses and the number of wavelengths to be combined are limited to this. However, it may be two or more.

次に図3から図5を用いて、光結合部についてさらに詳しく説明する。図3に示す石英光導波路素子光結合部105の例は、反射鏡104と、石英光導波路コア層116と、石英光導波路クラッド層117(上部クラッド層117aと下部クラッド層117bを合わせて石英光導波路クラッド層117とする)と、を含んで形成される反射型光結合器である。   Next, the optical coupling unit will be described in more detail with reference to FIGS. The quartz optical waveguide device optical coupling portion 105 shown in FIG. 3 includes a reflecting mirror 104, a quartz optical waveguide core layer 116, and a quartz optical waveguide cladding layer 117 (a combination of an upper cladding layer 117a and a lower cladding layer 117b). A reflection type optical coupler formed by including a waveguide cladding layer 117.

反射鏡104は、石英光導波路素子基板101aの平面に対し、略垂直方向から入射された光118を、石英光導波路コア層116と石英光導波路クラッド層117によって構成されて断面図では石英光導波路コア層116と一致する石英光導波路113へ、光119となるように反射する。   The reflecting mirror 104 is constituted by a quartz optical waveguide core layer 116 and a quartz optical waveguide cladding layer 117, and light 118 incident from a substantially vertical direction with respect to the plane of the quartz optical waveguide element substrate 101 a. The light is reflected to the quartz optical waveguide 113 that coincides with the core layer 116 so as to become light 119.

図3に示すように、光118の光路は石英光導波路素子基板101aの垂直方向からわずかに傾斜している。石英光導波路素子基板101aに平行な面と反射鏡104とが成す角θは、40°から50°とするのが望ましい。   As shown in FIG. 3, the optical path of the light 118 is slightly inclined from the vertical direction of the quartz optical waveguide device substrate 101a. The angle θ formed between the plane parallel to the quartz optical waveguide element substrate 101a and the reflecting mirror 104 is preferably 40 ° to 50 °.

図4に示すシリコン光導波路素子光結合部(入力側)110、および図5に示すシリコン光導波路素子光結合部(出力側)111のそれぞれの例は、回折格子122a、122bと、シリコン光導波路コア層120と、シリコン光導波路クラッド層121(上部クラッド層と下部クラッド層を合わせてシリコン光導波路クラッド層121とする)と、を含んで形成される回折格子型光結合器である。   Examples of the silicon optical waveguide device optical coupling section (input side) 110 shown in FIG. 4 and the silicon optical waveguide device optical coupling section (output side) 111 shown in FIG. 5 include diffraction gratings 122a and 122b, and a silicon optical waveguide, respectively. This is a diffraction grating type optical coupler formed including a core layer 120 and a silicon optical waveguide clad layer 121 (the upper clad layer and the lower clad layer are combined into a silicon optical waveguide clad layer 121).

ここで、図4に示すように回折格子122aは、光の2次の回折現象を利用し、シリコン光導波路素子基板108の平面に対し、略垂直方向(入射角θ)から入射された光123を、シリコン光導波路コア層120とシリコン光導波路クラッド層121によって構成されて断面図ではシリコン光導波路コア層120と一致するシリコン光導波路127へ、光124となるように出射する。   Here, as shown in FIG. 4, the diffraction grating 122 a utilizes the second-order diffraction phenomenon of light, and the light 123 incident from a substantially perpendicular direction (incident angle θ) with respect to the plane of the silicon optical waveguide element substrate 108. Is emitted to the silicon optical waveguide 127 which is constituted by the silicon optical waveguide core layer 120 and the silicon optical waveguide cladding layer 121 and coincides with the silicon optical waveguide core layer 120 in the cross-sectional view so as to become light 124.

また逆に、図5に示すように回折格子122bは、断面図ではシリコン光導波路コア層120と一致するシリコン光導波路127を伝搬する光124を、シリコン光導波路素子基板108の平面に対し、略垂直方向(出射角θ)へ光125となるように出射する。図4および図5に示すように、入力の光123および出力の光125の光路は、シリコン光導波路素子基板108の垂直方向(細線)からθだけ傾斜しており、その角度θはそれぞれ、0°から12°とするのが望ましい。   On the other hand, as shown in FIG. 5, the diffraction grating 122b substantially transmits light 124 propagating through the silicon optical waveguide 127 that coincides with the silicon optical waveguide core layer 120 in the sectional view with respect to the plane of the silicon optical waveguide element substrate 108. The light 125 is emitted in the vertical direction (emission angle θ). As shown in FIGS. 4 and 5, the optical paths of the input light 123 and the output light 125 are inclined by θ from the vertical direction (thin line) of the silicon optical waveguide element substrate 108, and the angles θ are 0 respectively. Desirably, the angle is between 12 ° and 12 °.

次に実施例1の光送信モジュールの変形例として、石英光導波路素子光結合部105と、シリコン光導波路素子光結合部(出力側)111とを高い光結合効率で結合するための光送信モジュールについて、図6を用いて説明する。高い光結合効率で結合するために、石英光導波路素子基板101bとシリコン光導波路素子基板108との積層する位置関係を調整するための構造を有する。   Next, as a modification of the optical transmission module of the first embodiment, an optical transmission module for coupling a quartz optical waveguide device optical coupling portion 105 and a silicon optical waveguide device optical coupling portion (output side) 111 with high optical coupling efficiency. Will be described with reference to FIG. In order to couple with high optical coupling efficiency, it has a structure for adjusting the positional relationship in which the quartz optical waveguide device substrate 101b and the silicon optical waveguide device substrate 108 are stacked.

図2に示した光送信モジュールに対し、石英光導波路素子基板101bには、アライメント用光ファイバ実装用V溝126a、126bが形成されており、それぞれの近傍には石英光導波路113a、113bが形成され、石英光導波路113a、113bそれぞれの他方の端面には反射鏡104が形成されている。   In contrast to the optical transmission module shown in FIG. 2, the quartz optical waveguide device substrate 101b has V-grooves 126a and 126b for mounting optical fibers for alignment, and quartz optical waveguides 113a and 113b are formed in the vicinity thereof. A reflecting mirror 104 is formed on the other end face of each of the quartz optical waveguides 113a and 113b.

一方、シリコン光導波路素子基板108には、アライメント用シリコン光導波路127aが形成されており、反射鏡104と積層する位置にあるその両端にはシリコン光導波路素子光結合部(入力側)110と、シリコン光導波路素子光結合部(出力側)111が形成されている。アライメント用シリコン光導波路127aと石英光導波路113a、113bとを区別するため、図6ではアライメント用シリコン光導波路127aを破線で表している。   On the other hand, an alignment silicon optical waveguide 127a is formed on the silicon optical waveguide element substrate 108, and silicon optical waveguide element optical coupling portions (input side) 110 are provided at both ends of the silicon optical waveguide element substrate 108 at a position where the reflecting mirror 104 is laminated. A silicon optical waveguide device optical coupling portion (output side) 111 is formed. In order to distinguish the alignment silicon optical waveguide 127a from the quartz optical waveguides 113a and 113b, the alignment silicon optical waveguide 127a is indicated by a broken line in FIG.

この構成により、アライメント用光ファイバ実装用V溝126a側から入力された光は石英光導波路113aを通過し、反射鏡104で反射されてシリコン光導波路素子光結合部(入力側)110に入力され、アライメント用シリコン光導波路127aを進む。そして、アライメント用シリコン光導波路127aを進む光は、シリコン光導波路素子光結合部(出力側)111から反射鏡104へ入力され、反射鏡104で反射されて石英光導波路113aを進み、アライメント用光ファイバ実装用V溝126b側から出力される。   With this configuration, light input from the alignment optical fiber mounting V-groove 126a side passes through the quartz optical waveguide 113a, is reflected by the reflecting mirror 104, and is input to the silicon optical waveguide element optical coupling portion (input side) 110. Then, the silicon optical waveguide 127a for alignment is advanced. The light traveling through the alignment silicon optical waveguide 127a is input to the reflecting mirror 104 from the silicon optical waveguide element optical coupling portion (output side) 111, reflected by the reflecting mirror 104, travels through the quartz optical waveguide 113a, and the alignment light. Output from the fiber mounting V-groove 126b side.

アライメント用光ファイバ実装用V溝126a、126bにそれぞれ光ファイバを接続し、一方の光ファイバから光を入力し、他方の光ファイバから出力される光を検出し、検出光強度が最大となるように、石英光導波路素子基板101bとシリコン光導波路素子基板108の位置関係を調整すれば、両基板間を光結合することができる。ここで、半導体レーザを用いて凸レンズ103に光を入力し調芯する必要がないため、より高精度にかつ容易に調芯できる利点がある。   An optical fiber is connected to each of the alignment optical fiber mounting V-grooves 126a and 126b, light is input from one optical fiber, light output from the other optical fiber is detected, and the detected light intensity is maximized. Further, if the positional relationship between the quartz optical waveguide device substrate 101b and the silicon optical waveguide device substrate 108 is adjusted, the two substrates can be optically coupled. Here, since it is not necessary to perform alignment by inputting light to the convex lens 103 using a semiconductor laser, there is an advantage that alignment can be performed more accurately and easily.

例えば、2つの固定具であって互いの位置関係をモータやアクチュエータなどにより変更可能な固定具のそれぞれに、石英光導波路素子基板101aとシリコン光導波路素子基板108を固定し、アライメント用光ファイバ実装用V溝126aに接続された光ファイバから光を入力し、アライメント用光ファイバ実装用V溝126bに接続された光ファイバから出力される光をモニタする。   For example, the quartz optical waveguide device substrate 101a and the silicon optical waveguide device substrate 108 are fixed to each of the two fixing devices whose positional relationships can be changed by a motor or an actuator, and the alignment optical fiber is mounted. Light is input from the optical fiber connected to the V-groove 126a for use, and light output from the optical fiber connected to the V-groove 126b for mounting the alignment optical fiber is monitored.

計算機が、2つの固定具の互いの位置関係を2次元走査するように制御し、モニタされた光の強度を位置関係とともに記録して、2次元走査終了後に光の最も高い強度の記録された位置関係へ2つの固定具を移動するように制御し、石英光導波路素子基板101aとシリコン光導波路素子基板108を接着するように制御するなどしてもよい。   A computer controls the positional relationship between the two fixtures to scan two-dimensionally, records the intensity of the monitored light along with the positional relationship, and records the highest intensity of light after the two-dimensional scan is completed. The two fixtures may be controlled to move to a positional relationship, and the quartz optical waveguide device substrate 101a and the silicon optical waveguide device substrate 108 may be controlled to adhere.

以上で説明したように、半導体レーザと波長合波器とが光回路に実装された光送信モジュールであって、光の結合効率が高く、また、簡便で安価な工程で、高密度に光素子が実装される光送信モジュールを構成することが可能となる。   As described above, it is an optical transmission module in which a semiconductor laser and a wavelength multiplexer are mounted on an optical circuit, and has a high optical coupling efficiency and high density in a simple and inexpensive process. It is possible to configure an optical transmission module in which is mounted.

次に、実施例2について、図7、8を参照して説明する。図7は、実施例2で説明する光送信モジュールにおける波長合波器と光回路の要部断面図の例であり、図8は要部上面図の例である。   Next, Example 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is an example of a principal part sectional view of the wavelength multiplexer and the optical circuit in the optical transmission module described in the second embodiment, and FIG. 8 is an example of a principal part top view.

図7、8に示す光送信モジュールは石英光導波路素子基板101c、石英光導波路層102、凸レンズ103、プリズム反射鏡実装用凹部201、プリズム反射鏡202、石英光導波路端面106、光ファイバ実装用V溝107、シリコン光導波路素子基板108、シリコン光導波路層109、シリコン光導波路素子光結合部(入力側)110、シリコン光導波路素子光結合部(出力側)111、石英光導波路113、光合波器114、シリコン光導波路127、を含んで構成される。   7 and 8 includes a quartz optical waveguide element substrate 101c, a quartz optical waveguide layer 102, a convex lens 103, a prism reflecting mirror mounting recess 201, a prism reflecting mirror 202, a quartz optical waveguide end face 106, and an optical fiber mounting V. Groove 107, silicon optical waveguide device substrate 108, silicon optical waveguide layer 109, silicon optical waveguide device optical coupling portion (input side) 110, silicon optical waveguide device optical coupling portion (output side) 111, quartz optical waveguide 113, optical multiplexer 114 and a silicon optical waveguide 127.

石英光導波路素子基板101cには、プリズム反射鏡実装用凹部201としてへこまされた空間が設けられ、その空間の中にプリズム反射鏡202が設けられる。プリズム反射鏡202は反射面202aを有し、図3を用いて説明した反射鏡104と同様に、反射面202aはシリコン光導波路素子光結合部(出力側)111から入射される光を、石英光導波路113へ反射する。   The quartz optical waveguide device substrate 101c is provided with a recessed space as a prism reflecting mirror mounting recess 201, and a prism reflecting mirror 202 is provided in the space. The prism reflecting mirror 202 has a reflecting surface 202a. Like the reflecting mirror 104 described with reference to FIG. 3, the reflecting surface 202a transmits light incident from the silicon optical waveguide element optical coupling portion (output side) 111 to quartz. Reflected to the optical waveguide 113.

実施例1の光送信モジュールでは石英光導波路素子基板101a、101bとシリコン光導波路素子基板108との結合位置を、石英光導波路素子基板101a、101bの端面としたが、実施例2の光送信モジュールでは結合位置が端面に限定されず、このため石英光導波路素子光結合部105の構造が異なる。   In the optical transmission module of the first embodiment, the coupling position between the quartz optical waveguide device substrates 101a and 101b and the silicon optical waveguide device substrate 108 is the end face of the quartz optical waveguide device substrates 101a and 101b. However, the coupling position is not limited to the end face, and therefore the structure of the quartz optical waveguide device optical coupling part 105 is different.

なお、図1、3を用いて説明した石英光導波路素子光結合部105を、光結合部として別の構造とするものであるので、光送信モジュールとしての特徴は実施例1で説明したとおりである。すなわち実施例2の光送信モジュールでも、石英光導波路素子基板101cに凸レンズ103が形成されているため、部品点数の削減、それによるコスト低減、モジュールサイズ小型化が可能である。   Since the quartz optical waveguide device optical coupling portion 105 described with reference to FIGS. 1 and 3 has a different structure as the optical coupling portion, the characteristics as the optical transmission module are as described in the first embodiment. is there. That is, in the optical transmission module according to the second embodiment, the convex lens 103 is formed on the quartz optical waveguide device substrate 101c. Therefore, the number of components can be reduced, thereby reducing the cost and reducing the module size.

また、石英光導波路素子基板101cとシリコン光導波路素子基板108とがそれぞれ回路層が形成された面を向かい合わせる形で積層実装されているため、実装のトレランスが広く、凸レンズ103と波長合波器が一体集積されているため、高精度な調芯が1回しか必要ではないため、波長合波器と光回路との調芯のみを行えば、凸レンズ103の位置を高精度で光回路の所望の位置に合わせることができる。   Further, since the quartz optical waveguide device substrate 101c and the silicon optical waveguide device substrate 108 are stacked and mounted such that the surfaces on which the circuit layers are formed face each other, the mounting tolerance is wide, and the convex lens 103 and the wavelength multiplexer are combined. Therefore, if only the wavelength multiplexer and the optical circuit are aligned, the position of the convex lens 103 can be adjusted with high accuracy to the desired optical circuit. Can be adjusted to the position of

そして、実施例2の光送信モジュールの特徴は、石英光導波路素子光結合部となるプリズム反射鏡実装用凹部201の位置は石英光導波路素子基板101cの端面に限ったことではなく、石英光導波路素子基板101cの任意の位置に形成することができる。これによって石英光導波路素子やシリコン光導波路素子の設計自由度が高まる利点がある。   The optical transmission module according to the second embodiment is characterized in that the position of the prism reflector mounting recess 201 serving as the quartz optical waveguide element optical coupling portion is not limited to the end face of the quartz optical waveguide element substrate 101c. It can be formed at any position on the element substrate 101c. This has the advantage that the degree of freedom in designing the quartz optical waveguide element and the silicon optical waveguide element is increased.

設計自由度が高まれば無理に光導波路を曲げたり延長したりする必要がないため、光損失の低減やチップサイズの小型化ができ、光送信モジュールをより高性能、小型、低コスト化することができる。   Since there is no need to forcibly bend or extend the optical waveguide if the degree of design freedom increases, optical loss can be reduced and the chip size can be reduced, and the optical transmission module can be made to have higher performance, smaller size, and lower cost. Can do.

次に、実施例2の光送信モジュールの変形例について、図9、10を参照して説明する。図9は、実施例2の光送信モジュールの変形例における、波長合波器と光回路の要部断面図であり、図10は要部上面図である。図7、8を用いて説明したプリズム反射鏡202をエッチング溝反射鏡203で代替した形態である。   Next, a modification of the optical transmission module according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a cross-sectional view of main parts of a wavelength multiplexer and an optical circuit in a modification of the optical transmission module according to the second embodiment, and FIG. 10 is a top view of main parts. The prism reflecting mirror 202 described with reference to FIGS. 7 and 8 is replaced with an etching groove reflecting mirror 203.

エッチング溝反射鏡203は石英光導波路素子基板101dを傾斜させた状態でドライエッチング加工するなどにより形成可能である。プリズム反射鏡202を用いた場合よりも、石英光導波路113とシリコン光導波路127とを高い光結合効率で結合できる特長を有する。   The etching groove reflecting mirror 203 can be formed by dry etching with the quartz optical waveguide element substrate 101d tilted. The quartz optical waveguide 113 and the silicon optical waveguide 127 can be coupled with higher optical coupling efficiency than when the prism reflecting mirror 202 is used.

すなわち、プリズム反射鏡202を用いた場合は、石英光導波路113とシリコン光導波路127と間に、光導波路構造が形成されていないプリズム反射鏡実装用凹部201の自由空間領域が生じてしまうために、モードフィールド径が広がり、高い光結合効率を得ることが難しいのに対し、エッチング溝反射鏡203を用いた場合は自由空間領域が生じず高い光結合効率を得やすい。   That is, when the prism reflector 202 is used, a free space region of the prism reflector mounting recess 201 in which the optical waveguide structure is not formed is formed between the quartz optical waveguide 113 and the silicon optical waveguide 127. While the mode field diameter is widened and it is difficult to obtain high optical coupling efficiency, when the etching groove reflector 203 is used, a free space region does not occur and high optical coupling efficiency is easily obtained.

次に、実施例3について、図11を参照して、説明する。図11は、実施例3で説明する光送信モジュールの要部上面図の例である。ここで実施例3の光送信モジュールの要部断面図は、図1に示す要部断面図と同様であるため、図示と説明を省略する。図11に示す光送信モジュールは、石英光導波路素子基板101e、凸レンズ103、反射鏡104、光ファイバ実装用V溝107、石英光導波路113、シリコン光導波路127、を含んで構成される。   Next, Example 3 will be described with reference to FIG. FIG. 11 is an example of a top view of the main part of the optical transmission module described in the third embodiment. Here, the principal part sectional view of the optical transmission module of Example 3 is the same as the principal part sectional view shown in FIG. The optical transmission module shown in FIG. 11 includes a quartz optical waveguide element substrate 101e, a convex lens 103, a reflecting mirror 104, an optical fiber mounting V-groove 107, a quartz optical waveguide 113, and a silicon optical waveguide 127.

図2に示した光送信モジュールとの違いは、光合波器114が形成されておらず、また光ファイバ実装用V溝107が複数個形成されており、凸レンズ103の数が光ファイバ実装用V溝107の数よりも少ない点(図11に示した例では1つ)である。実施例3の光送信モジュールは、パラレル伝送用光モジュールに好適である。   2 differs from the optical transmission module shown in FIG. 2 in that the optical multiplexer 114 is not formed, a plurality of optical fiber mounting V-grooves 107 are formed, and the number of convex lenses 103 is V. There are fewer points than the number of grooves 107 (one in the example shown in FIG. 11). The optical transmission module of Example 3 is suitable for an optical module for parallel transmission.

パラレル伝送用光モジュールにおいては波長合波器が不要であるため、光回路素子に光ファイバを直接に実装することも可能であるが、実施例3の光送信モジュールとすることで、光ファイバとの光結合効率を高めることができる。これはシリコン光導波路127と光ファイバとは一般的にはモードフィールド径の差が大きいため、高い光結合効率が得ることが難しいのに対し、シリコン光導波路127からの光を石英光導波路113に一度結合させ、その後、光ファイバに結合させることでもモードフィールド径の差を小さくすることができるためである。   Since an optical module for parallel transmission does not require a wavelength multiplexer, it is possible to directly mount an optical fiber on the optical circuit element. The optical coupling efficiency can be increased. This is because it is difficult to obtain high optical coupling efficiency because the difference in mode field diameter is generally large between the silicon optical waveguide 127 and the optical fiber, whereas the light from the silicon optical waveguide 127 is transmitted to the quartz optical waveguide 113. This is because the difference in mode field diameter can be reduced by coupling once and then coupling to the optical fiber.

実施例3の光送信モジュールに関するその他の特徴は、実施例1で説明した光送信モジュールと同じである。すなわち、実施例3の光送信モジュールでも、石英光導波路素子基板101eに凸レンズ103が形成されているため、部品点数の削減、それによるコスト低減、モジュールサイズ小型化が可能である。   Other features of the optical transmission module according to the third embodiment are the same as those of the optical transmission module described in the first embodiment. That is, in the optical transmission module of Example 3, the convex lens 103 is formed on the quartz optical waveguide element substrate 101e, so that the number of components can be reduced, thereby reducing the cost and reducing the module size.

また、石英光導波路素子基板101eとシリコン光導波路素子基板108とがそれぞれ回路層が形成された面を向かい合わせる形で積層実装されているため、実装のトレランスが広く、凸レンズ103と石英光導波路素子が一体集積されているため、高精度な調芯が1回しか必要ではない。言い換えるならば、石英光導波路素子と光回路との調芯のみを行えば、凸レンズ103の位置を高精度で光回路の所望の位置に合わせることができる。   Further, since the quartz optical waveguide device substrate 101e and the silicon optical waveguide device substrate 108 are stacked and mounted so that the surfaces on which the circuit layers are formed face each other, mounting tolerance is wide, and the convex lens 103 and the quartz optical waveguide device are wide. Are integrated so that high-precision alignment is required only once. In other words, if only the alignment of the quartz optical waveguide element and the optical circuit is performed, the position of the convex lens 103 can be adjusted to the desired position of the optical circuit with high accuracy.

実施例3の光送信モジュールにおいて、シリコン光導波路127を構成するシリコン光導波路層についての説明を省略したが、シリコン光導波路層中に光を分岐するための分岐光導波路が設けられ、それぞれの光を独立に変調することで、複数のチャネルの信号を同時に送信するパラレル伝送とすることも可能である。そして、パラレル伝送においても波長多重と同様にモジュールの大容量化ができる特徴がある。   In the optical transmission module of the third embodiment, the description of the silicon optical waveguide layer that constitutes the silicon optical waveguide 127 is omitted. However, a branch optical waveguide for branching light is provided in the silicon optical waveguide layer, and each light By independently modulating the signals, it is possible to perform parallel transmission in which signals of a plurality of channels are simultaneously transmitted. In parallel transmission, the module can be increased in capacity as in the case of wavelength multiplexing.

図11の例においては、石英光導波路素子基板101eの端面に反射鏡104を設ける例を示したが、これに限ったことではなく、図7から図10を用いて説明したプリズム反射鏡202やエッチング溝反射鏡203を設ける構成であってもよい。   In the example of FIG. 11, the example in which the reflecting mirror 104 is provided on the end surface of the quartz optical waveguide element substrate 101e is shown, but the present invention is not limited to this, and the prism reflecting mirror 202 described with reference to FIGS. The structure which provides the etching groove | channel reflecting mirror 203 may be sufficient.

次に、実施例4について、図12、13を参照して、説明する。図12は、実施例4で説明する光送信モジュールの要部上面図の例であり、図13は要部断面図の例である。図1、2と同様に、要部上面図と要部断面図の一方で識別できないものは、他方に図示する。   Next, Example 4 will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is an example of a top view of the main part of the optical transmission module described in the fourth embodiment, and FIG. 13 is an example of a cross-sectional view of the main part. As in FIGS. 1 and 2, those that cannot be identified by one of the top view and the cross-sectional view of the main part are shown on the other side.

図12、13に示す光送信モジュールは、石英光導波路素子基板101f、石英光導波路層102、凸レンズ103、反射鏡104、石英光導波路素子光結合部105、シリコン光導波路素子基板108、シリコン光導波路層109、シリコン光導波路素子光結合部(入力側)110、シリコン光導波路素子光結合部(出力側)111、石英光導波路113、シリコン光導波路127、石英光導波路光結合部401、マルチコアファイバ402すなわち多芯光ファイバ、を含んで構成される。   12 and 13 includes a quartz optical waveguide element substrate 101f, a quartz optical waveguide layer 102, a convex lens 103, a reflecting mirror 104, a quartz optical waveguide element optical coupling portion 105, a silicon optical waveguide element substrate 108, and a silicon optical waveguide. Layer 109, silicon optical waveguide device optical coupling portion (input side) 110, silicon optical waveguide device optical coupling portion (output side) 111, quartz optical waveguide 113, silicon optical waveguide 127, quartz optical waveguide optical coupling portion 401, multi-core fiber 402 That is, it includes a multi-core optical fiber.

実施例3の光送信モジュールとの違いは、光ファイバ実装用V溝107が形成されておらず、石英光導波路113とマルチコアファイバ402との光結合を石英光導波路113の端面ではなく、表面で行う点である。実施例4の光送信モジュールはパラレル伝送用光モジュールに好適であり、特にマルチコアファイバを使ったパラレル伝送用光モジュールに好適である。   The difference from the optical transmission module of the third embodiment is that the optical fiber mounting V-groove 107 is not formed, and the optical coupling between the quartz optical waveguide 113 and the multi-core fiber 402 is not on the end face of the quartz optical waveguide 113 but on the surface. It is a point to do. The optical transmission module of Example 4 is suitable for a parallel transmission optical module, and particularly suitable for a parallel transmission optical module using a multi-core fiber.

実施例3でも説明したように、パラレル伝送用光モジュールにおいては波長合波器が不要であるため、光回路素子に光ファイバを直接実装することも可能であるが、実施例4の光送信モジュールとすることで、光ファイバとの光結合効率を高めることができる。これはシリコン光導波路127と光ファイバとは一般的にはモードフィールド径の差が大きいため、高い光結合効率が得ることが難しいのに対し、シリコン光導波路127からの光を石英光導波路113に一度結合させ、その後、光ファイバに結合させることでもモードフィールド径の差を小さくすることができるためである。   As described in the third embodiment, since the wavelength multiplexer is unnecessary in the parallel transmission optical module, an optical fiber can be directly mounted on the optical circuit element. By doing so, the optical coupling efficiency with the optical fiber can be increased. This is because it is difficult to obtain high optical coupling efficiency because the difference in mode field diameter is generally large between the silicon optical waveguide 127 and the optical fiber, whereas the light from the silicon optical waveguide 127 is transmitted to the quartz optical waveguide 113. This is because the difference in mode field diameter can be reduced by coupling once and then coupling to the optical fiber.

実施例4の光送信モジュールに関するその他の特徴は、実施例1で説明した光モジュールと同じである。すなわち、実施例4の光送信モジュールでも、石英光導波路素子基板101fに凸レンズ103が形成されているため、部品点数の削減、それによるコスト低減、モジュールサイズ小型化が可能である。   Other features of the optical transmission module according to the fourth embodiment are the same as those of the optical module described in the first embodiment. That is, in the optical transmission module of Example 4, the convex lens 103 is formed on the quartz optical waveguide device substrate 101f, so that the number of components can be reduced, thereby reducing the cost and reducing the module size.

また、石英光導波路素子基板101fとシリコン光導波路素子基板108とがそれぞれ回路層が形成された面を向かい合わせる形で積層実装されているため、実装のトレランスが広く、凸レンズ103と石英光導波路素子が一体集積されているため、高精度な調芯が1回しか必要ではない。言い換えるならば、石英光導波路素子と光回路との調芯のみを行えば、凸レンズ103の位置を高精度で光回路の所望の位置に合わせることができる。   Further, since the quartz optical waveguide device substrate 101f and the silicon optical waveguide device substrate 108 are stacked and mounted so that the surfaces on which the circuit layers are formed face each other, mounting tolerance is wide, and the convex lens 103 and the quartz optical waveguide device are wide. Are integrated so that high-precision alignment is required only once. In other words, if only the alignment of the quartz optical waveguide element and the optical circuit is performed, the position of the convex lens 103 can be adjusted to the desired position of the optical circuit with high accuracy.

実施例4の光送信モジュールのようにマルチコアファイバ402を用いた光送信モジュールでは、マルチコアファイバ402の数が1本であるため、さらなる部品数の削減、実装コストの削減によるコスト低減や光モジュールサイズの小型化が可能である。   In the optical transmission module using the multi-core fiber 402 as in the optical transmission module of the fourth embodiment, the number of the multi-core fibers 402 is one. Can be miniaturized.

次に、実施例5について、図14、15を参照して、説明する。図14は、実施例5で説明する光送受信モジュールの要部断面図であって、特に送信側の要部断面図であり、図15は要部上面図である。図14、15は、図1から図6に示した光送信モジュールを基にした光送受信モジュールの例であるが、実施例5の光送受信モジュールはこれに限ったものではなく、図7から図14を用いて説明した構成を含んでもよい。   Next, Example 5 will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a cross-sectional view of a main part of the optical transceiver module described in the fifth embodiment, in particular, a cross-sectional view of a main part on the transmission side, and FIG. FIGS. 14 and 15 are examples of optical transmission / reception modules based on the optical transmission modules shown in FIGS. 1 to 6, but the optical transmission / reception module of the fifth embodiment is not limited to this, and FIG. 7 to FIG. 14 may be included.

図14、15に示す光送受信モジュールは、石英光導波路素子基板101g、石英光導波路層102、凸レンズ103、反射鏡104、石英光導波路素子光結合部105、石英光導波路端面106、光ファイバ実装用V溝107、シリコン光導波路素子基板108、シリコン光導波路層109、シリコン光導波路素子光結合部(入力側)110、シリコン光導波路素子光結合部(出力側)111、モジュール基板501、レンズ集積半導体レーザ502、温度調整器503、モジュール筐体507、を含んで構成される。   14 and 15 includes a quartz optical waveguide element substrate 101g, a quartz optical waveguide layer 102, a convex lens 103, a reflecting mirror 104, a quartz optical waveguide element optical coupling portion 105, a quartz optical waveguide end face 106, and an optical fiber mounting. V-groove 107, silicon optical waveguide element substrate 108, silicon optical waveguide layer 109, silicon optical waveguide element optical coupling part (input side) 110, silicon optical waveguide element optical coupling part (output side) 111, module substrate 501, lens integrated semiconductor A laser 502, a temperature regulator 503, and a module housing 507 are included.

図14では識別できないため図15に示すように、光送受信モジュールは、石英光導波路層102に石英光導波路113a、113b、113c、113dを含み、シリコン光導波路層109にシリコン光導波路127b、127c、127dおよびアライメント用シリコン光導波路127aを含み、光合波器114と光分波器508を含み、送信用駆動回路504aと受信用駆動回路504b、をさらに含んで構成される。   Since it cannot be identified in FIG. 14, the optical transceiver module includes quartz optical waveguides 113a, 113b, 113c, 113d in the quartz optical waveguide layer 102, and silicon optical waveguides 127b, 127c, in the silicon optical waveguide layer 109, as shown in FIG. 127d and an alignment silicon optical waveguide 127a, an optical multiplexer 114 and an optical demultiplexer 508, and a transmission drive circuit 504a and a reception drive circuit 504b.

また、図14に示す光送受信モジュールの石英光導波路素子基板101gとモジュール基板501との間でシリコン光導波路素子基板108の無い空間に、スペーサ基板506を設けて位置を固定してもよい。図15に示すように、光送受信モジュールには送信用光ファイバ505aと受信用光ファイバ505bが接続され、これらは単一モード光ファイバであってもよい。   Further, a spacer substrate 506 may be provided in a space where the silicon optical waveguide device substrate 108 is not provided between the quartz optical waveguide device substrate 101g and the module substrate 501 of the optical transceiver module shown in FIG. As shown in FIG. 15, a transmission optical fiber 505a and a reception optical fiber 505b are connected to the optical transceiver module, and these may be single mode optical fibers.

送信用駆動回路504aは、図15において送信用駆動回路504aの下に位置してシリコン光導波路層109上に形成された光変調器を駆動するためのものであり、受信用駆動回路504bは、受信用駆動回路504bの下に位置してシリコン光導波路層109上に形成された受光器を駆動するためのものである。また温度調整器503はレンズ集積半導体レーザ502の温度を一定に保持するためのものである。   The transmission drive circuit 504a is for driving the optical modulator formed on the silicon optical waveguide layer 109 located below the transmission drive circuit 504a in FIG. 15, and the reception drive circuit 504b is: This is for driving a light receiver formed on the silicon optical waveguide layer 109 located under the receiving drive circuit 504b. The temperature adjuster 503 is used to keep the temperature of the lens integrated semiconductor laser 502 constant.

実施例5の光送受信モジュールでは、高速に変調された光信号を送信または受信することができる。以下、光信号の送信についてさらに詳しく説明する。それぞれ波長が異なる光を発する半導体レーザがアレイ化されたレンズ集積半導体レーザ502から非変調光(連続光)が出射され、出射された光はそれぞれ凸レンズ103で集光され、シリコン光導波路素子光結合部(入力側)110に入力される。   The optical transceiver module according to the fifth embodiment can transmit or receive an optical signal modulated at high speed. Hereinafter, transmission of an optical signal will be described in more detail. Non-modulated light (continuous light) is emitted from a lens integrated semiconductor laser 502 in which semiconductor lasers each emitting light having different wavelengths are arrayed, and the emitted light is collected by a convex lens 103 to be coupled to a silicon optical waveguide device. Part (input side) 110.

入力された連続光は、シリコン光導波路層109に形成されたシリコン光導波路127b、光変調器、シリコン光導波路127cを経由し、シリコン光導波路素子光結合部(出力側)111から石英光導波路素子光結合部105の反射鏡104へ出力される。ここで光変調器を送信用駆動回路504aで駆動することで連続光を変調光に変換する。   The input continuous light passes through the silicon optical waveguide 127b formed in the silicon optical waveguide layer 109, the optical modulator, and the silicon optical waveguide 127c, and from the silicon optical waveguide element optical coupling part (output side) 111 to the quartz optical waveguide element. The light is output to the reflecting mirror 104 of the optical coupling unit 105. Here, continuous light is converted into modulated light by driving the optical modulator with the transmission drive circuit 504a.

波長が異なる複数個の変調光は石英光導波路素子光結合部105を介し、石英光導波路層102上に形成されたそれぞれ別々の石英光導波路113cに結合する。それぞれの光導波路は光合波器114で1本の光導波路にまとめられ送信用光ファイバ505aから出射される。このようにして、波長の異なる複数の変調光を1本の光ファイバで送信することができる。   A plurality of modulated lights having different wavelengths are coupled to the respective quartz optical waveguides 113 c formed on the quartz optical waveguide layer 102 via the quartz optical waveguide element optical coupling unit 105. The respective optical waveguides are combined into one optical waveguide by the optical multiplexer 114 and emitted from the transmission optical fiber 505a. In this way, a plurality of modulated lights having different wavelengths can be transmitted through one optical fiber.

次に光信号の受信機能について説明する。受信用光ファイバ505bに入力される波長の異なる複数の変調光は、光分波器508において波長ごとにそれぞれ異なる石英光導波路113dに分岐される。分岐されたそれぞれの変調光は石英光導波路素子光結合部105の反射鏡104でシリコン光導波路層109へ反射される。   Next, the optical signal receiving function will be described. A plurality of modulated lights having different wavelengths input to the receiving optical fiber 505b are branched into different quartz optical waveguides 113d for each wavelength in the optical demultiplexer 508. Each branched modulated light is reflected to the silicon optical waveguide layer 109 by the reflecting mirror 104 of the quartz optical waveguide device optical coupling part 105.

反射された変調光は、シリコン光導波路層109上に形成された、シリコン光導波路127dを経由し受光器に入力される。ここで受光器を受信用駆動回路504bで駆動することで、変調光を電気信号に変換する。このようにして、波長の異なる複数の変調光を受信することができる。   The reflected modulated light is input to the light receiver via the silicon optical waveguide 127d formed on the silicon optical waveguide layer 109. Here, the light receiving device is driven by the receiving drive circuit 504b to convert the modulated light into an electrical signal. In this way, a plurality of modulated lights having different wavelengths can be received.

実施例5の送受信モジュールに関する特徴は、実施例1で説明した送信モジュールと同じである。すなわち、石英光導波路素子基板101gに凸レンズ103形成されているため、部品点数の削減、それによるコスト低減、モジュールサイズ小型化が可能であることと、石英光導波路素子基板101gとシリコン光導波路素子基板108とがそれぞれ回路層が形成された面を向かい合わせる形で積層実装されているため、実装のトレランスが広いという特徴を有する。   The characteristics of the transmission / reception module of the fifth embodiment are the same as those of the transmission module described in the first embodiment. That is, since the convex lens 103 is formed on the quartz optical waveguide element substrate 101g, it is possible to reduce the number of components, thereby reducing the cost and downsizing the module size, and the quartz optical waveguide element substrate 101g and the silicon optical waveguide element substrate. 108 are stacked and mounted so that the surfaces on which the circuit layers are formed face each other, and therefore, the mounting tolerance is wide.

さらには凸レンズ103と波長合分波器、もしくは石英光導波路素子が一体集積されているため、高精度な調芯が1回しか必要ではない。言い換えるならば、波長合分波器、もしくは石英光導波路素子と光回路との調芯のみを行えば、凸レンズ103の位置を高精度で光回路の所望の位置に合わせることができる。   Furthermore, since the convex lens 103 and the wavelength multiplexer / demultiplexer or the quartz optical waveguide element are integrated, high-precision alignment is required only once. In other words, if only the wavelength multiplexer / demultiplexer or the alignment of the quartz optical waveguide element and the optical circuit is performed, the position of the convex lens 103 can be adjusted to the desired position of the optical circuit with high accuracy.

本発明は、以上の実施例で説明した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成で置き換えてもよい。また、各実施形態の一部を他の実施形態の一部と置き換えてもよい。なお、以上の説明における形成されるという表現は、形成された結果としての物の状態や形状を表す。   The present invention is not limited to the embodiments described in the above examples, and various modifications can be made. For example, the configuration described in the embodiment may be replaced with substantially the same configuration. Further, a part of each embodiment may be replaced with a part of another embodiment. In addition, the expression formed in the above description represents the state and shape of an object as a result of formation.

101…石英光導波路素子基板
102…石英光導波路層
103…凸レンズ
104…反射鏡
105…石英光導波路素子光結合部
108…シリコン光導波路素子基板
109…シリコン光導波路層
110…シリコン光導波路素子光結合部(入力側)
111…シリコン光導波路素子光結合部(出力側)
113…石英光導波路
122…回折格子
127…シリコン光導波路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Silica optical waveguide element substrate 102 ... Silica optical waveguide layer 103 ... Convex lens 104 ... Reflective mirror 105 ... Quartz optical waveguide element optical coupling part 108 ... Silicon optical waveguide element substrate 109 ... Silicon optical waveguide element 110 ... Silicon optical waveguide element optical coupling (Input side)
111 ... Silicon optical waveguide device optical coupling part (output side)
113 ... Quartz optical waveguide 122 ... Diffraction grating 127 ... Silicon optical waveguide

Claims (15)

第1の基板と第2の基板とが面接触して構成された光送受信モジュールであって、
前記第1の基板は、
前記第1の基板の第1の面上に、第1の光入射部と第1の光出射部を含み、
前記第2の基板は、
前記第2の基板の第2の面上に、第2の光入射部と第2の光出射部と第3の光入射部を含むとともに、前記第2の基板において前記第2の面と反対の第3の面上に、入力された光を集光するレンズを含み、
前記第1の面と前記第2の面が対向して接触し、
前記レンズと前記第1の光入射部とが光学的に接続され、
前記第1の光入射部と前記第1の光出射部とが光学的に接続され、
前記第1の光出射部と第2の光入射部とが光学的に接続され、
前記第2の光入射部と前記第2の光出射部とが光学的に接続されて、前記第2の光出射部から光が送信され、
前記第3の光入射部で光が受信される
ことを特徴とする光送受信モジュール。
An optical transceiver module configured by surface contact between a first substrate and a second substrate,
The first substrate is
On the first surface of the first substrate, including a first light incident part and a first light emitting part,
The second substrate is
The second substrate includes a second light incident portion, a second light emitting portion, and a third light incident portion on the second surface of the second substrate, and is opposite to the second surface in the second substrate. A lens for collecting the input light on the third surface of
The first surface and the second surface are opposed to and in contact with each other;
The lens and the first light incident part are optically connected,
The first light incident part and the first light emitting part are optically connected,
The first light emitting part and the second light incident part are optically connected,
The second light incident part and the second light emitting part are optically connected, and light is transmitted from the second light emitting part,
An optical transceiver module, wherein light is received by the third light incident portion.
請求項1に記載の光送受信モジュールであって、
前記第1の基板はシリコン基板であり、
前記第2の基板は石英基板である
ことを特徴とする光送受信モジュール。
The optical transceiver module according to claim 1,
The first substrate is a silicon substrate;
The optical transceiver module, wherein the second substrate is a quartz substrate.
請求項1に記載の光送受信モジュールであって、
前記第1の基板は、前記第1の面上に第4の光入射部を含み、
前記第2の基板は、前記第2の面上に第3の光出射部を含み、
前記第3の光入射部と前記第3の光出射部とが光学的に接続され、
前記第3の光出射部と前記第4の光入射部とが光学的に接続されている
ことを特徴とする光送受信モジュール。
The optical transceiver module according to claim 1,
The first substrate includes a fourth light incident portion on the first surface,
The second substrate includes a third light emitting unit on the second surface,
The third light incident part and the third light emitting part are optically connected,
The optical transceiver module, wherein the third light emitting unit and the fourth light incident unit are optically connected.
請求項3に記載の光送受信モジュールであって、
前記第2の基板は、複数の前記第2の光入射部と光合波器を含み、
複数の前記第2の光入射部は複数の第1の光導波路とそれぞれ接続され、複数の前記第1の光導波路は前記光合波器と接続され、前記光合波器は前記第2の光出射部と第2の光導波路で接続され、
前記光合波器は、複数の前記第1の光導波路から入射される光を合波し、前記第2の光導波路に出射する
ことを特徴とする光送受信モジュール。
The optical transceiver module according to claim 3,
The second substrate includes a plurality of the second light incident portions and an optical multiplexer,
The plurality of second light incident portions are connected to a plurality of first optical waveguides, respectively, the plurality of first optical waveguides are connected to the optical multiplexer, and the optical multiplexer is connected to the second light output. And a second optical waveguide,
The optical transceiver module multiplexes light incident from a plurality of the first optical waveguides and outputs the combined light to the second optical waveguide.
請求項4に記載の光送受信モジュールであって、
前記第2の基板は、複数の前記第3の光出射部と光分波器を含み、
前記第3の光入射部は前記光分波器と第3の光導波路で接続され、前記光分波器は複数の第4の光導波路と接続され、複数の前記第3の光出射部は複数の前記第4の光導波路とそれぞれ接続され、
前記光分波器は、前記第3の光導波路から入射される光を分波し、複数の前記第4の光導波路それぞれに出射する
ことを特徴とする光送受信モジュール。
The optical transceiver module according to claim 4,
The second substrate includes a plurality of the third light emitting portions and an optical demultiplexer,
The third light incident portion is connected to the optical demultiplexer by a third optical waveguide, the optical demultiplexer is connected to a plurality of fourth optical waveguides, and the plurality of third light emitting portions are Respectively connected to a plurality of the fourth optical waveguides;
The optical demultiplexer demultiplexes light incident from the third optical waveguide and emits the light to each of the plurality of fourth optical waveguides.
請求項5に記載の光送受信モジュールであって、
前記第2の基板は、前記第2の光出射部と単一モード光ファイバとが光学的に接続される溝を有する
ことを特徴とする光送受信モジュール。
The optical transceiver module according to claim 5,
The optical transceiver module, wherein the second substrate has a groove for optically connecting the second light emitting section and the single mode optical fiber.
請求項3に記載の光送受信モジュールであって、
前記第2の基板は、複数の前記第2の光入射部と複数の前記第2の光出射部を含み、
複数の前記第2の光入射部は複数の第5の光導波路とそれぞれ接続され、複数の前記第5の光導波路は複数の前記第2の光出射部とそれぞれ接続される
ことを特徴とする光送受信モジュール。
The optical transceiver module according to claim 3,
The second substrate includes a plurality of the second light incident portions and a plurality of the second light emission portions,
The plurality of second light incident portions are respectively connected to a plurality of fifth optical waveguides, and the plurality of fifth light waveguides are respectively connected to the plurality of second light emitting portions. Optical transceiver module.
請求項7に記載の光送受信モジュールであって、
前記第2の基板は、複数の前記第2の光出射部と多芯光ファイバとが光学的に接続される面を前記第2の面上に有する
ことを特徴とする光送受信モジュール。
The optical transceiver module according to claim 7,
The optical transceiver module, wherein the second substrate has a surface on the second surface where a plurality of the second light emitting portions and a multi-core optical fiber are optically connected.
請求項3に記載の光送受信モジュールであって、
前記第1の光入射部は、前記レンズから入射される光の軸方向を略90度変化させる回折格子領域を有する
ことを特徴とする光送受信モジュール。
The optical transceiver module according to claim 3,
The optical transmission / reception module, wherein the first light incident part includes a diffraction grating region that changes an axial direction of light incident from the lens by approximately 90 degrees.
請求項3に記載の光送受信モジュールであって、
前記第2の光入射部は、前記第1の光出射部から入射される光の軸方向を略90度変化させる反射鏡を有する
ことを特徴とする光送受信モジュール。
The optical transceiver module according to claim 3,
The optical transmission / reception module, wherein the second light incident part includes a reflecting mirror that changes an axial direction of light incident from the first light emitting part by approximately 90 degrees.
請求項3に記載の光送受信モジュールであって、
前記第1の光出射部は、前記第1の光入射部から入射される光の軸方向を略90度変化させる回折格子領域を有する
ことを特徴とする光送受信モジュール。
The optical transceiver module according to claim 3,
The optical transmission / reception module, wherein the first light emitting unit includes a diffraction grating region that changes an axial direction of light incident from the first light incident unit by approximately 90 degrees.
請求項3に記載の光送受信モジュールであって、
前記第1の基板は、複数の前記第1の光出射部を含み、
複数の前記第1の光出射部は複数の第6の光導波路とそれぞれ接続され、複数の前記第6の光導波路は前記第1の光入射部と接続される
ことを特徴とする光送受信モジュール。
The optical transceiver module according to claim 3,
The first substrate includes a plurality of the first light emitting portions,
The plurality of first light emitting sections are connected to a plurality of sixth optical waveguides, respectively, and the plurality of sixth optical waveguides are connected to the first light incident sections. .
請求項3に記載の光送受信モジュールであって、
前記第1の基板は、複数の前記第1の光入射部と複数の前記第1の光出射部を含み、
前記第2の基板は、複数の前記レンズを含み、
複数の前記レンズと複数の前記第1の光入射部はそれぞれ光学的に接続され、
複数の前記第1の光入射部は複数の第7の光導波路とそれぞれ接続され、複数の前記第7の光導波路は複数の前記第1の光出射部と接続される
ことを特徴とする光送受信モジュール。
The optical transceiver module according to claim 3,
The first substrate includes a plurality of the first light incident portions and a plurality of the first light emission portions,
The second substrate includes a plurality of the lenses,
The plurality of lenses and the plurality of first light incident portions are respectively optically connected,
The plurality of first light incident portions are respectively connected to a plurality of seventh optical waveguides, and the plurality of seventh optical waveguides are connected to the plurality of first light emitting portions. Transmit / receive module.
請求項3に記載の光送受信モジュールであって、
前記第1の基板は、前記第1の面上に第5の光出射部と第6の光入射部を含み、
前記第2の基板は、前記第2の面上に第4の光出射部と第5の光入射部と第6の光出射部と第7の光入射部を含み、
前記第5の光出射部と前記第6の光入射部とが第8の光導波路で接続され、
前記第4の光出射部と前記第5の光入射部とが第9の光導波路で接続され、
前記第6の光出射部と前記第7の光入射部とが第10の光導波路で接続され、
前記第4の光出射部と前記第6の光入射部とが光学的に接続されとともに、前記第5の光出射部と前記第7の光入射部とが光学的に接続され、
前記第5の光入射部で光が入力され、前記第6の光出射部から光が出力される
ことを特徴とする光送受信モジュール。
The optical transceiver module according to claim 3,
The first substrate includes a fifth light emitting portion and a sixth light incident portion on the first surface,
The second substrate includes a fourth light emitting part, a fifth light incident part, a sixth light emitting part, and a seventh light incident part on the second surface,
The fifth light emitting portion and the sixth light incident portion are connected by an eighth optical waveguide,
The fourth light emitting part and the fifth light incident part are connected by a ninth optical waveguide,
The sixth light emitting part and the seventh light incident part are connected by a tenth optical waveguide,
The fourth light emitting part and the sixth light incident part are optically connected, and the fifth light emitting part and the seventh light incident part are optically connected,
An optical transceiver module, wherein light is input from the fifth light incident portion and light is output from the sixth light emitting portion.
第1の基板と第2の基板とが面接触して構成される光送受信モジュールの調整方法であって、
前記第1の基板は、
前記第1の基板の第1の面上に、第1の光入射部と、第1の光出射部と、第5の光出射部と、第6の光入射部を含み、
前記第2の基板は、
前記第2の基板の第2の面上に、第2の光入射部と、光を送信する第2の光出射部と、光を受信する第3の光入射部と、第4の光出射部と、第5の光入射部と、第6の光出射部と、第7の光入射部を含むとともに、前記第2の基板において前記第2の面と反対の第3の面上に、入力された光を集光するレンズを含み、
前記第1の面と前記第2の面が対向して接触し、
前記第1の光入射部と前記第1の光出射部とが第7の光導波路で接続され、
前記第2の光入射部と前記第2の光出射部とが第5の光導波路で接続され、
前記第5の光出射部と前記第6の光入射部とが第8の光導波路で接続され、
前記第4の光出射部と前記第5の光入射部とが第9の光導波路で接続され、
前記第6の光出射部と前記第7の光入射部とが第10の光導波路で接続された
光送受信モジュールに対し、
前記第5の光入射部へ光を入力し、
前記第6の光出射部から出力される光をモニタし、
前記第1の基板と前記第2の基板の相対位置関係を調整する
ことを特徴とする光送受信モジュールの調整方法。
A method of adjusting an optical transceiver module configured by surface contact between a first substrate and a second substrate,
The first substrate is
On the first surface of the first substrate, including a first light incident part, a first light emitting part, a fifth light emitting part, and a sixth light incident part,
The second substrate is
On the second surface of the second substrate, a second light incident part, a second light emitting part for transmitting light, a third light incident part for receiving light, and a fourth light emitting part. On the third surface opposite to the second surface of the second substrate, and a fifth light incident portion, a sixth light emitting portion, and a seventh light incident portion. Including a lens that collects the input light,
The first surface and the second surface are opposed to and in contact with each other;
The first light incident part and the first light emitting part are connected by a seventh optical waveguide,
The second light incident part and the second light emitting part are connected by a fifth optical waveguide,
The fifth light emitting portion and the sixth light incident portion are connected by an eighth optical waveguide,
The fourth light emitting part and the fifth light incident part are connected by a ninth optical waveguide,
For the optical transceiver module in which the sixth light emitting section and the seventh light incident section are connected by a tenth optical waveguide,
Input light to the fifth light incident part;
Monitoring the light output from the sixth light emitting section;
A method for adjusting an optical transceiver module, comprising adjusting a relative positional relationship between the first substrate and the second substrate.
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