JP6484115B2

JP6484115B2 - ハイブリッド集積型光送信器

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Publication number: JP6484115B2
Application number: JP2015115224A
Authority: JP
Inventors: 悠太上田; 神徳　正樹; 正樹神徳
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2035-06-05
Also published as: JP2017003670A

Description

本発明は、小型なハイブリッド集積型光送信器に関する。

光送信器は、その伝送性能についてはもちろんの事、モジュールのサイズが小型である事が強く求められている。光送信器は一般に、半導体レーザに代表される光源素子と、電界吸収光変調器やマッハツェンダ干渉型変調器に代表されるような光源から出力された光に情報を乗せる変調器とから構成される。

変調器については、従来、特にコア系ネットワークなどの長距離・大容量な光回線において、ニオブ酸リチウムなどに代表される強誘電体を材料として用いた素子が主流であった。しかし近年、光送信器はますますの小型化や低消費電力化が求められてきており、最近では従来の強誘電体による変調器よりも低消費電力・小型化が可能な化合物半導体による変調器が注目されている。

化合物半導体の小型性等の利点を活かした変調器の代表として、入力光を２分岐する分波器と、２分岐したそれぞれの光に対して個別の光を変調する２つの変調器と、２つの変調器で変調された変調光を合波する合波器と、が同一基板上にモノリシック集積された偏波多重変調器が挙げられる。偏波多重変調器では、同一偏波の２つの被変調光の内の一方の光の偏波を変調器で回転させた上でそれらを合波器で合波する事により、直交した２つの偏波に独立な信号を乗せた偏波多重信号を生成することができる。このような化合物半導体で構成されたモノリシック型の変調器により、小さなモジュールにおいて、偏波多重送信器を構成することができるという利点がある。

更に、化合物半導体により変調器を構成する大きな利点としては、同一基板上に光学活性な組成の半導体材料を成長させる事で変調器内において光を増幅させる光増幅器や、光増幅器に加えて更に適当な波長選択機構（フィルタ）を集積化する事でレーザ素子をも同一基板にて実現する高機能化が達成できる所にある。

Nobuhiro Kikuchi 他, "80-Gbitls InP DQPSK modulator with an n-p-i-n structure", in Proc. of ECOC 2007, 10.3.1, 2007. Yuta Ueda他, "Very-low-voltage operation of Mach-Zehnder interferometer-type electroabsorption modulator using asymmetric couplers", Opt. Express, vol. 22, issue 12, pp. 14610-14616, 2014.

以上の様に、化合物半導体を用いた光変調器は多くの利点があるが、一方で化合物半導体を用いた光デバイスの共通の課題として、一般に化合物半導体は受動光回路で良く用いられるガラスやシリコンと比較して加工が難しいと言った点が挙がる。例えば上述の偏波多重送信器においては、理想的には偏波回転子や偏波合波器をも変調器と同一基板上にモノリシック集積ができれば、送信器モジュールの一層の小型化が期待できるが、化合物半導体の加工の困難性から、これらの偏波制御素子を化合物半導体基板上に作製する事は困難である。また、レーザ集積型変調器においても、単一波長発振・発振波長制御のための可変波長選択フィルタが必要であるが、これも一般に化合物半導体基板上に作製するには高いプロセス技術が要求される。

本発明は、化合物半導体による変調器の更なる小型化・高性能化のために、化合物半導体基板を用いた光変調器が集積された光送信器において、偏波制御や波長制御のための受動光素子を簡易に実現する手法を提供する。

このような目的を達成するために、請求項１に記載のハイブリッド集積型光送信器は、光増幅変調器及び波長・偏波制御回路を含むハイブリッド集積型光送信器であって、前記光増幅変調器は、第１の入出力導波路と、前記第１の入出力導波路から入力された光を増幅する光増幅器と、前記光増幅器から出力された増幅光の一部を反射して前記第１の入力出導波路側へ戻す反射器と、前記反射器を介して前記光増幅器に接続され、前記光増幅器から前記反射器を通過して入力した増幅光を２分岐する１×２カプラと、前記１×２カプラから出力された一方の分岐光を変調することにより第１の被変調光を生成する第１の光変調器と、前記１×２カプラから出力された他方の分岐光を変調することにより第２の被変調光を生成する第２の光変調器と、前記第１の光変調器で生成された前記第１の被変調光を出力する第１の出力導波路と、前記第２の光変調器で生成された前記第２の被変調光を出力する第２の出力導波路と、が第１の基板上にモノリシック集積されてなり、前記波長・偏波制御回路は、前記第１の入出力導波路との間で光を入出力する第２の入出力導波路と、前記第２の入出力導波路から入射された光の波長に対して、特定の波長を有する光を選択的に反射して当該反射光を前記第２の入出力導波路に出力する波長フィルタ回路と、前記第１の出力導波路から出力された前記第１の被変調光を入力する第１の入力導波路と、前記第２の出力導波路から出力された前記第２の被変調光を入力する第２の入力導波路と、前記第１の入力導波路から入力された前記第１の被変調光の偏波を回転して偏波回転光を生成する偏波回転子と、前記第２の被変調光と前記偏波回転光を合波する偏波合波器と、前記偏波合波器で合波された合波光を出力する合波光出力導波路と、が第２の基板上にモノリシック集積されてなり、前記光増幅変調器及び前記波長・偏波制御回路は、同一の光モジュール内に集積されており、前記光増幅器から放出された自然発生光のうち、前記波長フィルタ回路の特性を反映した特定波長の光のみを選択的に発振する単一波長発振レーザ部を構成するように、前記光増幅器、前記反射器及び前記波長フィルタ回路が設計され、前記第１の基板は、光学利得を有する化合物半導体材料で構成されており、前記第２の基板は、前記第１の基板とは異なる材料で構成されていることを特徴とする。

請求項２に記載のハイブリッド集積型光送信器は、請求項１に記載のハイブリッド集積型光送信器であって、前記第２の基板は、シリコン又はガラス系材料で構成されていることを特徴とする。

請求項３に記載のハイブリッド集積型光送信器は、請求項１又は２に記載のハイブリッド集積型光送信器であって、前記第１の入出力導波路、前記第１の出力導波路及び前記第２の出力導波路は、それぞれ前記第１の基板の同一カット面に配置されており、前記第２の入出力導波路、前記第１の入力導波路及び前記第２の入力導波路は、それぞれ前記第２の基板の同一カット面に配置されていることを特徴とする。

請求項４に記載のハイブリッド集積型光送信器は、請求項１乃至３のいずれかに記載のハイブリッド集積型光送信器であって、前記第１の入出力導波路及び前記第２の入出力導波路を光学的に結合する第１のレンズと、前記第１の出力導波路及び前記第１の入力導波路を光学的に結合する第２のレンズと、前記第２の出力導波路及び前記第２の入力導波路を光学的に結合する第３のレンズと、をさらに含むことを特徴とする。
請求項５に記載のハイブリッド集積型光送信器は、請求項１乃至３のいずれかに記載のハイブリッド集積型光送信器であって、前記第１の入出力導波路、前記第１の出力導波路及び前記第２の出力導波路の各々の端面、及び／又は前記第２の入出力導波路、前記第１の入力導波路及び前記第２の入力導波路の各々の端面に設けられた、導波路を導波するモード分布を変化させるスポットサイズ変換器をさらに含むことを特徴とする。

請求項６に記載のハイブリッド集積型光送信器は、請求項１乃至５のいずれかに記載のハイブリッド集積型光送信器であって、前記波長フィルタ回路は、入力した電気信号に対して反射波長が変化する機構を有することを特徴とする。

請求項７に記載のハイブリッド集積型光送信器は、請求項１乃至６のいずれかに記載のハイブリッド集積型光送信器であって、前記波長・偏波制御回路は、前記第１の被変調光及び前記第２の被変調光の光強度をモニタリングするためのモニタフォトディテクタをさらに含むことを特徴とする。

請求項８に記載のハイブリッド集積型光送信器は、請求項１乃至７のいずれかに記載のハイブリッド集積型光送信器であって、前記波長・偏波制御回路は、前記波長フィルタ回路及び前記第１の入力導波路に接続され、前記単一波長発振レーザ部から出力された発振光の一部を前記波長フィルタ回路を通して入力するとともに前記第１の被変調光を入力し、当該入力した発振光の一部と前記第１の被変調光を合波する第１の光ハイブリッド回路と、前記波長フィルタ回路及び前記第２の入力導波路に接続され、前記単一波長発振レーザ部から出力された発振光の一部を前記波長フィルタ回路を通して入力するとともに前記第２の被変調光を入力し、当該入力した発振光の一部と前記第２の被変調光を合波する第２の光ハイブリッド回路と、をさらに含むことを特徴とする。

本発明によれば、化合物半導体による変調器が集積された光送信器の更なる小型化・高性能化を簡易な手法により実現可能とし、光通信の一層の普及に寄与することができる。

本発明に係る光送信器の概略図である。本発明の実施例１に係る光送信器を構成する光増幅器集積変調器の模式図である。本発明の実施例１に係る光送信器を構成する波長・偏波制御回路の模式図である。実施例１に係る波長フィルタ回路の具体的な構成例を示す図である。本発明の実施例１に係る光送信器の構成を例示する図である。本発明の実施例２に係る光送信器の構成を例示する図である。本発明の実施例３に係る光送信器における波長フィルタ回路の構成を例示する図である。本発明の実施例４に係る光送信器の構成を例示する図である。本発明の実施例５に係る光送信器の構成を例示する図である。

図１は、本発明に係る光送信器の概略図を示す。図１には、光増幅器および光変調器などの能動素子がモノリシック集積された光増幅器集積変調器１０と、入射された光の波長に対して選択的に光を反射させる波長フィルタ回路、入射された光の偏波を回転させる偏波回転子および異なる経路から入射された異なる偏波の光を合波する偏波合波器などの受動素子がモノリシック集積された波長・偏波制御回路２０と、を同一の光モジュール内に別種の基板に分けてハイブリッド集積した光送信器が示されている。

以下、図面を用いて、本発明の各実施例について説明する。
（実施例１）
実施例１では、光増幅器集積変調器と波長・偏波制御回路とをハイブリッド集積した光送信器の構成例について例示する。図２は、本発明の実施例１に係る光送信器における光増幅器集積変調器１００の構成を例示する。図２には、第１の入出力導波路１０２と、第１の入出力導波路１０２に接続された光増幅器（ＳＯＡ）１０３と、ＳＯＡ１０３に接続された反射器１０４と、反射器１０４に接続された１×２カプラ１０５と、１×２カプラ１０５の出力端の一方に接続された第１の光変調器１０６₁と、１×２カプラ１０５の出力端の他方に接続された第２の光変調器１０６₂と、第１の光変調器１０６₁に接続された第１の出力導波路１０７₁と、第２の光変調器１０６₂に接続された第２の出力導波路１０７₂と、が第１の基板１０１上にモノリシック集積された光増幅器集積変調器１００が示されている。

第１の入出力導波路１０２から入射された光は、ＳＯＡ１０３において増幅される。ＳＯＡ１０３で増幅された光の一部は反射器１０４により反射されて再びＳＯＡ１０３を通過して第１の入出力導波路１０２から出射される。一方で、反射器１０４を透過した光は１×２カプラ１０５によりに２分岐されて、第１の光変調器１０６₁及び第２の光変調器１０６₂にそれぞれ出力される。第１の光変調器１０６₁及び第２の光変調器１０６₂でそれぞれ変調されて生成された第１の被変調光及び第２の被変調光は、それぞれ第１の出力導波路１０７₁及び第２の出力導波路１０７₂を介して第１の基板１０１から出射される。

図３は、本発明の実施例１に係る光送信器における波長・偏波制御回路２００の構成を例示する。図３には、第２の入出力導波路２０２と、第２の入出力導波路２０２に接続された波長フィルタ回路２０３と、第１の入力導波路２０４₁と、第２の入力導波路２０４₂と、第１の入力導波路２０４₁に接続された偏波回転子２０５と、第２の入力導波路２０４₂及び偏波回転子２０５に接続された偏波合波器２０６と、偏波合波器２０６に接続された合波光出力導波路２０７と、が第２の基板２０１上にモノリシック集積された波長・偏波制御回路２００が示されている。

第１の出力導波路１０７₁から出力されて、第１の入力導波路２０４₁を介して偏波回転子２０５に入力された第１の被変調光は、偏波回転子２０５により偏波が回転する。一般に偏波多重送信器では直交する偏波を用いるため、その偏波回転量は９０°とした。偏波回転子２０５により偏波が回転された光及び第２の入力導波路２０４₂から入射された光は偏波合波器２０６に入力されて合波され、その合波光は合波光出力導波路２０７を介して第２の基板２０１から出射される。

第１の入出力導波路１０２から出力されて、第２の入出力導波路２０２に入射した光は、波長フィルタ回路２０３に入力される。波長フィルタ回路２０３は、入力した光のうち、特定波長を有する光を選択して再び第２の入出力導波路２０２側に戻し、他の波長の光は透過するように設計されている。

図４は、波長フィルタ回路２０３の具体的な構成例を示す。図４には、第２の入出力導波路２０２と、第２の入出力導波路２０２近傍に設けられたリング共振器２０８と、リング共振器２０８近傍に設けられた導波路２０９と、導波路２０９近傍に設けられたリング共振器２１０と、リング共振器２１０近傍に設けられた導波路２１１と、導波路２１１の一端に接続された反射器２１２と、を備えた波長フィルタ回路２０３が示されている。図４に示されるように、本実施例では、波長フィルタ回路２０３として、二つのリング共振器２０８及び２１０を集積したリング共振器型の波長フィルタを用いた。

第２の入出力導波路２０２から波長フィルタ回路２０３に入力された光は、第２の入出力導波路２０２を伝搬し、リング共振器２０８の特性を反映して特定波長を有する一部の光のみが導波路２０９に結合し、残りの波長の光は波長フィルタ回路２０３を通過する。更に、導波路２０９に結合した光はリング共振器２１０の特性を反映して特定波長を有する一部の光のみが導波路２１１に結合する。導波路２１１に結合した光は反射器２１２により反射されて、これまでの経路を戻って再び第２の入出力導波路２０２から出力される。従って、二つのリング共振器の共振波長周期が異なる場合、共振波長が合致した波長を有する光が選択的に第２の入出力導波路２０２へ反射される事になる。

本実施例では、波長フィルタとして図４に示したようにリング共振器を選択したが、分布反射器などの回折格子によるものでも構わない。

第１の基板１０１は、ＳＯＡ１０３がモノリシック集積されている必要があるため、光学利得を有する材料であるならば例えばＧａＡｓなどの他の化合物半導体でも良いが、本実施例では、レーザ発振波長が光ファイバにおいて損失が最も小さい１．５５μｍになるＩｎＰを選択した。

また、第２の基板２０１は偏波制御や波長選択フィルタなどの受動素子を精度よく、また小型に作製できる材料が好ましい。本実施例では、第２の基板２０１としては、近年のシリコンフォトニクスに代表されるように洗練されたシリコンプロセスにより高い加工精度で、かつその高い屈折率により小型に受動素子が作製できるシリコンを選んだが、受動素子を非常に低損失・高性能に作製可能なガラス系材料でも構わない。

反射器１０４としては、本実施例では、作製の簡便さから、半導体導波路の途中をエッチングにより切断する事で光に一部のパワーを反射させるようなエッチドミラー型の反射器を採用するが、後述の単一波長発振レーザＬＤにおける発振波長を有する光を１×２カプラ１０５へ透過し、他の波長の光を反射する機能が実現できるならばその機構は問わない。

第１の光変調器１０６₁及び第２の光変調器１０６₂としては、本実施例では、非特許文献１に記載の様な、光変調器として二つのマッハツェンダ干渉導波路が集積されたネスト型の光変調器を採用する。ただし、非特許文献２に記載の様な、光の透過・吸収で光強度のオン・オフを実現する電界吸収光変調器など他の光変調器など光に対して信号を乗せられる変調器ならばその構成はどういったものでも構わない。ネスト型の光変調器は光の電界ベクトルの位相を変調できる、いわゆる光ベクトル変調器として機能し、電界吸収光変調器は小型性が利点であり、いずれも化合物半導体上で作製が可能である。

図５は、光増幅器集積変調器１００と波長・偏波制御回路２００とをハイブリッド集積した実施例１に係る光送信器の構成を例示する。図５には、光増幅器集積変調器１００と、波長・偏波制御回路２００と、第１乃至第３のレンズ３０１₁乃至３０１₃と、が同一の光モジュール内にハイブリッド集積された光送信器が示されている。図５に示されるように、光増幅器集積変調器１００の第１の入出力導波路１０２と波長・偏波制御回路２００の第２の入出力導波路２０２との間には、第１の入出力導波路１０２と第２の入出力導波路２０２とを光学的に結合する第１のレンズ３０１₁が設けられている。また、光増幅器集積変調器１００の第１の出力導波路１０７₁と波長・偏波制御回路２００の第１の入力導波路２０４₁との間には、第１の出力導波路１０７₁と第１の入力導波路２０４₁とを光学的に結合する第２のレンズ３０１₂が設けられており、光増幅器集積変調器１００の第２の出力導波路１０７₂と波長・偏波制御回路２００の第２の入力導波路２０４₂との間には、第２の出力導波路１０７₂と第２の入力導波路２０４₂とを光学的に結合する第３のレンズ３０１₃が設けられている。

一般に、ＳＯＡ１０３は光を増幅するだけでなく自然放出光として一定の波長域の光をレーザ発振のためのいわゆる種光として放出するため、第１の入出力導波路１０２と第２の入出力導波路２０２とが光学的に結合されていれば、上述の種光の内の特定の波長の光に正帰還がかかる事で、第１の基板１０１上のＳＯＡ１０３及び反射器１０４と、第２の基板２０１上の波長フィルタ回路２０３とにより、単一波長発振レーザＬＤが構成される事になる。

同様に、第１の出力導波路１０７₁及び第１の入力導波路２０４₁、並びに第２の出力導波路１０７₂及び第２の入力導波路２０４₂が、それぞれ第２のレンズ３０１₂及び第３のレンズ３０１₃を介して光学的に結合していれば、第１の光変調器１０６₁から出力された第１の被変調光の偏光が偏波回転子２０５により９０°回転された後に、当該偏光が回転された第１の被変調光と第２の光変調器１０６₂から出力された第２の被変調光とを偏波合波器２０６で合波させる事で偏波多重信号を合波光出力導波路２０７から出射できる。

ここで、第１の入出力導波路１０２、第１の出力導波路１０７₁及び第２の出力導波路１０７₂は、第１の基板１０１の同一カット面に配置することができる。それにより、第１の入出力導波路１０２における入出力光と、第１の出力導波路１０７₁及び第２の出力導波路１０７₂から出力される第１の被変調光及び第２の被変調光のそれぞれの光軸は同じ方向を向くことになる。同様に、第２の入出力導波路２０２、第１の入力導波路２０４₁及び第２の入力導波路２０４₂は、第２の基板２０１の同一カット面に配置することができる。それにより、第２の基板２０１のそれぞれの導波路から入出力される光の光軸は同じ方向を向くことになる。従って、第１の基板１０１及び第２の基板２０１を並べれば、ぞれぞれの導波路からの光の光軸が結合するように各導波路を配置する事が可能となる。

また、本実施例では、図５に示すように、光学結合のための第１乃至第３のレンズ３０１₁乃至３０１₃としてそれぞれに光軸に対して一つの、１レンズ系を仮定しているが、作製精度などの観点から必要に応じて２枚以上のレンズを用いても構わない。

以上のように、本発明では、化合物半導体材料を用いた第１の基板１０１上で光変調器及び光増幅器を形成する一方で、比較的加工が容易なシリコン又はガラス系材料を用いた第２の基板２０１上で波長フィルタ回路２０３、偏波回転子２０５及び偏波合波器２０６を形成して、これらが形成された第１の基板１０１及び第２の基板２０１を同一モジュール上にハイブリッド集積している。それにより、化合物半導体を用いた光変調器が集積された光送信器において、従来と比較して簡易な方法により偏波制御や波長制御のための受動光素子を形成することができるため、化合物半導体による変調器の更なる小型化・高性能化を実現することができる。

（実施例２）
図６は、本発明の実施例２に係る光送信器の構成を例示する。図６には、光増幅器集積変調器１００と、波長・偏波制御回路２００と、第１乃至第３のスポットサイズ変換器４０１₁乃至４０１₃と、が同一の光モジュール内にハイブリッド集積された光送信器が示されている。図６に示されるように、光増幅器集積変調器１００の第１の入出力導波路１０２の端部と波長・偏波制御回路２００の第２の入出力導波路２０２の端部には、第１の入出力導波路１０２と第２の入出力導波路２０２とを光学的に結合する第１のスポットサイズ変換器４０１₁が設けられている。また、光増幅器集積変調器１００の第１の出力導波路１０７₁の端部と波長・偏波制御回路２００の第１の入力導波路２０４₁の端部には、第１の出力導波路１０７₁と第１の入力導波路２０４₁とを光学的に結合する第２のスポットサイズ変換器４０１₂が設けられており、光増幅器集積変調器１００の第２の出力導波路１０７₂の端部と波長・偏波制御回路２００の第２の入力導波路２０４₂の端部には、第２の出力導波路１０７₂と第２の入力導波路２０４₂とを光学的に結合する第３のスポットサイズ変換器４０１₃が設けられている。

実施例１では、光増幅器集積変調器１００及び波長・偏波制御回路２００を第１乃至第３のレンズ３０１₁乃至３０１₃を用いて光学的に結合していた。本実施例２では、第１の基板１０１及び第２の基板２０１に導波路を導波するモード分布を変化させるスポットサイズ変換器４０１がそれぞれ集積されている事で、レンズを介さずに直接、第１の基板１０１及び第２の基板２０１の各導波路を光学結合する、いわゆるバットカップリングさせる事が可能となる。

この時、それぞれのスポットサイズ変換器４０１は光学結合を形成する導波路同士の光の界分布が近くなるように設計されている必要がある。本構成により、レンズが不要な更なる小型なハイブリッド集積型光送信器が実現できる。

ここで、本実施例２では、第１の基板１０１及び第２の基板２０１の全ての導波路にスポットサイズ変換器４０１が設けられた構成としたが、第１の基板１０１及び第２の基板２０１のいずれか一方における導波路にスポットサイズ変換器４０１が設けられた構成としてもよい。

（実施例３）
図７は、本発明の実施例３に係る光送信器における波長フィルタ回路の構成を例示する。図７には、第２の入出力導波路２０２と、第２の入出力導波路２０２近傍に設けられたリング共振器２０８と、リング共振器２０８近傍に設けられた導波路２０９と、導波路２０９近傍に設けられたリング共振器２１０と、リング共振器２１０近傍に設けられた導波路２１１と、導波路２１１の一端に接続された反射器２１２と、リング共振器２０８上に設けられたマイクロヒータ２１３と、リング共振器２１０上に設けられたマイクロヒータ２１４と、を備えた波長フィルタ回路２０３’が示されている。

本実施例３では、波長フィルタ回路２０３’には、波長フィルタ回路２０３’に入力した電気信号に対する反射波長を変化させる機構である第１及び第２のマイクロヒータ２１３及び２１４が設けられている。第１及び第２のマイクロヒータ２１３及び２１４の発熱温度を調整して屈折率を変調することにより、単一波長発振レーザ部ＬＤを可変波長レーザとする事ができる。本実施例３に示されるように、リング共振器２０８及び２１０にそれぞれマイクロヒータ２１３及び２１４を設けて屈折率を変調すれば、リング共振器の共振波長の変化に応じて単一波長発振レーザ部ＬＤの発振波長を制御する事ができる。

（実施例４）
図８は、本発明の実施例４に係る光送信器の構成を例示する。図８には、光増幅器集積変調器１００と、波長・偏波制御回路８００と、スポットサイズ変換器４０１₁乃至４０１₃と、が同一の光モジュール内にハイブリッド集積された光送信器が示されている。図８に示されるように、本実施例４に係る波長・偏波制御回路８００は、第２の入出力導波路２０２に設けられ、第２の入出力導波路２０２を導波する光の強度をモニタリングするモニタフォトディテクタ８０３と、偏波回転子２０５と偏波合波器２０６との間に設けられ、偏波回転子２０５と偏波合波器２０６との間を導波する第１の被変調光の強度をモニタリングするモニタフォトディテクタ８０１と、第２の入力導波路２０４₂に設けられ、第２の入力導波路２０４₂を導波する第２の被変調光の強度をモニタリングするモニタフォトディテクタ８０２と、をさらに備える。

光送信器は応用上、送信器内における光の強度をモニタリングすることが多くの場合で必要となる。本実施例４に係る光送信器において、特に第２の基板２０１の材料をシリコン材料とした場合、比較的容易に波長・偏波制御回路８００内にモニタフォトディテクタ８０１乃至８０３を集積する事ができる。従って、波長・偏波制御回路８００に集積化されたモニタフォトディテクタ８０１乃至８０３により、光増幅器集積変調器１００から出力された光の光強度をモニタリングすることができる。

本実施例４では、モニタフォトディテクタ８０１乃至８０３によりそれぞれ第１の被変調光、第２の被変調光、波長フィルタ回路２０３から光増幅器集積変調器１００への戻り光の強度をモニタリングしているが、必要に応じて必要な箇所と数のフォトディテクタを配置して良い。また、例えば第１の被変調光を光増幅器集積変調器１００側で分波して、波長・偏波制御回路８００の適当な導波路に結合させた上でモニタフォトディテクタにより受光するといった様に、モニタフォトディテクタまでの光の経路も必要に応じて変更して良い。

（実施例５）
図９は、本発明の実施例５に係る光送信器の構成を例示する。図９には、光増幅器集積変調器１００と、波長・偏波制御回路９００と、スポットサイズ変換器４０１₁乃至４０１₃と、が同一の光モジュール内にハイブリッド集積された光送信器が示されている。図９に示されるように、本実施例５に係る波長・偏波制御回路９００は、波長フィルタ回路２０３及び第１の入力導波路２０４₁に接続された光ハイブリッド回路９０１と、波長フィルタ回路２０３及び第２の入力導波路２０４₂に接続された光ハイブリッド回路９０２とが設けられている。

上記実施例１乃至４に係る光送信器では、光増幅器１０３と反射器１０４と波長フィルタ回路２０３とから構成される単一波長発振レーザ部ＬＤを光が往復する光路は、光増幅器１０３より出力側、すなわち１×２カプラ１０５から第１及び第２の入力導波路２０４₁及び２０４₂を通る光路に対して光学的な機能としては分離されていた。

しかしながら、本実施例５に係る光送信器では、比較的複雑な受動素子の構成が容易なシリコンなどからなる第２の基板２０１において、これら二つの光路を結合させる事で新たな機能を実現する事ができる。

例えば図９に示されるように、光ハイブリッド回路９０１及び９０２は、それぞれ単一波長発振レーザ部ＬＤにおける発振光の一部を波長フィルタ回路２０３を通して取り出して入力するとともに、第１及び第２の光変調器１０６₁及び１０６₂から出力された第１及び第２の被変調光を入力して、発振光の一部と被変調光をそれぞれ合波している。

二つの光ハイブリッド回路９０１及び９０２へそれぞれ入射される、単一波長発振レーザ部ＬＤから入射した光の波長と、第１及び第２の被変調光の波長は原理的に全く同一のものである。従って、例えば、第１及び第２の被変調光が四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）であった場合、光ハイブリッド回路９０１及び９０２として２×４ポートの多モード干渉導波路などの適当な干渉素子を用いて、さらにその先にフォトディテクタを集積すれば、それぞれの被変調光の位相情報を単一波長発振レーザ部ＬＤから出力された光との干渉によって知る事ができる。すなわち、第１及び第２の被変調光の状態をモニタリングする事が可能となる。

光増幅器集積変調器１０、１００
波長・偏波制御回路２０、２００
基板１０１、２０１
導波路１０２、１０７、２０２、２０４、２０７、２０９、２１１
ＳＯＡ１０３
反射器１０４、２１２
１×２カプラ１０５
光変調器１０６
波長フィルタ回路２０３
偏波回転子２０５
偏波合波器２０６
リング共振器２０８、２１０
マイクロヒータ２１３、２１４
レンズ３０１
スポットサイズ変換器４０１
モニタフォトディテクタ８０１、８０２、８０３
光ハイブリッド回路９０１、９０２

Claims

光増幅変調器及び波長・偏波制御回路を含むハイブリッド集積型光送信器であって、
前記光増幅変調器は、
第１の入出力導波路と、
前記第１の入出力導波路から入力された光を増幅する光増幅器と、
前記光増幅器から出力された増幅光の一部を反射して前記第１の入出力導波路側へ戻す反射器と、
前記反射器を介して前記光増幅器に接続され、前記光増幅器から前記反射器を通過して入力した増幅光を２分岐する１×２カプラと、
前記１×２カプラから出力された一方の分岐光を変調することにより第１の被変調光を生成する第１の光変調器と、
前記１×２カプラから出力された他方の分岐光を変調することにより第２の被変調光を生成する第２の光変調器と、
前記第１の光変調器で生成された前記第１の被変調光を出力する第１の出力導波路と、
前記第２の光変調器で生成された前記第２の被変調光を出力する第２の出力導波路と、
が第１の基板上にモノリシック集積されてなり、
前記波長・偏波制御回路は、
前記第１の入出力導波路との間で光を入出力する第２の入出力導波路と、
前記第２の入出力導波路から入射された光の波長に対して、特定の波長を有する光を選択的に反射して当該反射光を前記第２の入出力導波路に出力する波長フィルタ回路と、
前記第１の出力導波路から出力された前記第１の被変調光を入力する第１の入力導波路と、
前記第２の出力導波路から出力された前記第２の被変調光を入力する第２の入力導波路と、
前記第１の入力導波路から入力された前記第１の被変調光の偏波を回転して偏波回転光を生成する偏波回転子と、
前記第２の被変調光と前記偏波回転光を合波する偏波合波器と、
前記偏波合波器で合波された合波光を出力する合波光出力導波路と、
が第２の基板上にモノリシック集積されてなり、
前記光増幅変調器及び前記波長・偏波制御回路は、同一の光モジュール内に集積されており、
前記光増幅器から放出された自然発生光のうち、前記波長フィルタ回路の特性を反映した特定波長の光のみを選択的に発振する単一波長発振レーザ部を構成するように、前記光増幅器、前記反射器及び前記波長フィルタ回路が設計され、
前記第１の基板は、光学利得を有する化合物半導体材料で構成されており、前記第２の基板は、前記第１の基板とは異なる材料で構成されていることを特徴とするハイブリッド集積型光送信器。
前記第２の基板は、シリコン又はガラス系材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド集積型光送信器。
前記第１の入出力導波路、前記第１の出力導波路及び前記第２の出力導波路は、それぞれ前記第１の基板の同一カット面に配置されており、
前記第２の入出力導波路、前記第１の入力導波路及び前記第２の入力導波路は、それぞれ前記第２の基板の同一カット面に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド集積型光送信器。
前記第１の入出力導波路及び前記第２の入出力導波路を光学的に結合する第１のレンズと、
前記第１の出力導波路及び前記第１の入力導波路を光学的に結合する第２のレンズと、
前記第２の出力導波路及び前記第２の入力導波路を光学的に結合する第３のレンズと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のハイブリッド集積型光送信器。
前記第１の入出力導波路、前記第１の出力導波路及び前記第２の出力導波路の各々の端面、及び／又は前記第２の入出力導波路、前記第１の入力導波路及び前記第２の入力導波路の各々の端面に設けられた、導波路を導波するモード分布を変化させるスポットサイズ変換器をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のハイブリッド集積型光送信器。
前記波長フィルタ回路は、入力した電気信号に対して反射波長が変化する機構を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のハイブリッド集積型光送信器。
前記波長・偏波制御回路は、前記第１の被変調光及び前記第２の被変調光の光強度をモニタリングするためのモニタフォトディテクタをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のハイブリッド集積型光送信器。
前記波長・偏波制御回路は、
前記波長フィルタ回路及び前記第１の入力導波路に接続され、前記単一波長発振レーザ部から出力された発振光の一部を前記波長フィルタ回路を通して入力するとともに前記第１の被変調光を入力し、当該入力した発振光の一部と前記第１の被変調光を合波する第１の光ハイブリッド回路と、
前記波長フィルタ回路及び前記第２の入力導波路に接続され、前記単一波長発振レーザ部から出力された発振光の一部を前記波長フィルタ回路を通して入力するとともに前記第２の被変調光を入力し、当該入力した発振光の一部と前記第２の被変調光を合波する第２の光ハイブリッド回路と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のハイブリッド集積型光送信器。