特許 6532403 光電気混載基板に設けた光送信機または光送受信機の送信部

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6532403

(24)【登録日】2019年5月31日

(45)【発行日】2019年6月19日

(54)【発明の名称】光電気混載基板に設けた光送信機または光送受信機の送信部

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/12 20060101AFI20190610BHJP

   G02B 6/125 20060101ALI20190610BHJP

   G02B 6/124 20060101ALI20190610BHJP

   H01S 5/022 20060101ALI20190610BHJP

   G02F 1/015 20060101ALI20190610BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/12 301

   G02B6/125 301

   G02B6/124

   H01S5/022

   G02F1/015

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-528267(P2015-528267)

(86)(22)【出願日】2014年7月18日

(86)【国際出願番号】JP2014069164

(87)【国際公開番号】WO2015012213

(87)【国際公開日】20150129

【審査請求日】2017年6月29日

(31)【優先権主張番号】特願2013-151491(P2013-151491)

(32)【優先日】2013年7月22日

(33)【優先権主張国】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「超低消費電力型光エレクトロニクス実装システム技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】517177464

【氏名又は名称】アイオーコア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100120112

【弁理士】

【氏名又は名称】中西 基晴

(74)【代理人】

【識別番号】100173565

【弁理士】

【氏名又は名称】末松 亮太

(72)【発明者】

【氏名】屋敷 健一郎

(72)【発明者】

【氏名】蔵田 和彦

【審査官】 佐藤 宙子

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００７／０１３１２８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２６６６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 ARAKAWA,Y.et al.，Silicon Photonics for Next Generation System Integration Platform，IEEE Communication magazine ，２０１３年 ３月，Vol.51,Issue 3，72-77

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／１２−６／１３

Ｇ０２Ｆ １／００−１／１２５

Ｈ０１Ｓ ５／０２−５／０２６

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光電気混載基板に設けた光送信機または光送受信機の送信部であって、
複数のチャンネルでレーザ光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザにそれぞれ光学的に結合され、前記チャンネルごとに前記レーザ光を入力光として伝搬する光導波路と、前記入力光を変調して光信号を生成する光変調器と、前記光変調器にそれぞれ結合され、該光変調器から伝搬された前記光信号を外部に出力する光信号出力部と、前記光導波路にそれぞれ結合され、前記レーザ光を２以上の入力光に分岐する光分岐部であって、前記変調器が各前記光分岐部に設けられた２以上の光出力端子にそれぞれ結合される光分岐部と、を備え、
前記半導体レーザが、前記光電気混載基板の平面において、前記光信号出力部を挟んで前記光変調器とは反対側に配置され、
前記光信号出力部が、各前記伝搬された光信号を回折させるグレーティング・カプラを備え、
前記光分岐部が、それぞれ複数の２分岐型光カプラまたは３分岐光カプラを多段配置して、前記レーザ光を任意の個数の入力光に分岐するように構成したこと特徴とする、光送信機または光送受信機の送信部。

【請求項2】

請求項１に記載の光送信機または光送受信機の送信部において、前記光信号出力部が、更に、前記グレーティング・カプラに光学的に結合され、且つ、前記光電気混載基板の平面に対して所望の角度で立設されて、前記光信号を外部出力させる光ピンを備えるように構成されること特徴とする、光送信機または光送受信機の送信部。

【請求項3】

請求項１または２に記載の光送信機または光送受信機の送信部において、
前記半導体レーザがｍ個（ｍは１以上の整数）のチャンネルからなり、前記光導波路が第１〜ｍの光導波路からなり、前記光分岐部が第１〜ｍの光分岐部からなり、
前記第１〜ｍの光分岐部が、それぞれ前記レーザ光を任意のｎ個（ｎは２以上の整数）の入力光に分岐し、前記光出力端子を通じて第１〜ｎの光変調器に結合され、
第ｋの光導波路（ｋは１以上で且つｍ以下の任意の整数）が、第（ｋ−１）の光分岐部に結合される第ｎの光変調器と第ｋの光分岐部に結合される第１の光変調器との間、または、第ｋの光分岐部に結合される第ｎの光変調器と第（ｋ＋１）の光分岐部に結合される第１の光変調器との間のいずれか一方を通って第ｋの光分岐部に結合され、複数の前記光導波路における各配線長が等しくなるように設けたことを特徴とする、光送信機または光送受信機の送信部。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載の光送信機または光送受信機の送信部であって、
前記光導波路が、それぞれ曲がり部を含む曲げ導波路として配設され、各前記光導波路が、前記半導体レーザから対応する前記光信号出力部への直線方向と直交する方向に前記半導体レーザから延びると共に、前記半導体レーザから所与の距離で前記曲がり部により前記光信号出力部直線方向に９０度屈曲されることを特徴とする、光送信機または光送受信機の送信部。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電気混載基板に設けた光送信機または光送受信機の送信部に関し、更に特定すれば、このような光送信機または光送受信機の送信部のうち、半導体レーザの配置および光導波路の配設に特徴を有する光集積回路に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、ボード間、コンピュータ間、周辺機器間などの電子機器の接続において、電気配線による信号遅延、発熱、ＥＭＩ（電磁放射ノイズ）の発生などの問題が表面化している。そして、電気配線で発生するこのような問題を解決するために、シリコンフォトニクス技術を用いた光インターコネクションが開発されつつある（非特許文献１）。ここで、シリコンフォトニクスとは、シリコンを材料とする光素子技術を意味しており、また、光インターコネクションとは、外部機器などからの電気信号を光信号に、光信号を電気信号に変換して、信号のやり取りを行う技術を意味している。非特許文献１はＬＳＩチップ間での伝送例を示しているが、他方、光コネクタを介してファイバで伝送することによる、変換された光信号の機器間での伝送も可能である。

【0003】

このような光インターコネクションでは、光電気混載基板において、電気信号の入出力のための接続構成と光信号の入出力のための接続構成が互いに干渉することなく、また、電気接続を簡便に行うことが可能な構造とするとともに、光学接続のための構成を簡素化して、光学接続を正確且つ簡便に行うことができる構成とする必要がある。

【0004】

図１および図２は、光電気混載基板に設けた従来技術の光送信機用の光集積回路の平面概略図を示している。図１では、光導波路素子等一般的な光学素子の配置を示している。一方、図２では、光導波路等については示しておらず、その替わりに高速電気信号の入力パッド（ここでは導電ピン）やドライバＩＣといった回路素子の配置を示している。このような光集積回路は、上記シリコンフォトニクス技術を用いてシリコン基板内に形成することにより、小型高密度化が可能となる。

【0005】

図１の光集積回路１００では、レーザ光が半導体レーザ１から光学結合により入射され、スポットサイズ変換器２を介して光導波路３を伝搬して、光カプラ（ＭＭＩカプラ）４に結合される。光カプラ４では、レーザ光が複数の入力光に分岐され、次いで、この入力光が、曲がり部５ａを有する曲げ導波路として構成した光導波路５を伝搬し、複数の光変調器を配列した光変調器アレイ６０に入力される。光変調器アレイ６０から出力された光信号は、更に光導波路７を介して複数の光信号出力素子を配列した光信号出力素子アレイ８０へと結合され、この光信号出力素子から光ファイバ等を通じて外部に出力される。

【0006】

光電気混載基板では、図２に示されるように、電気接続を行うための複数の高速電気信号の入力パッドが基板平面周縁部に沿って配置される電気Ｉ／Ｏアレイ９０、および光変調の制御を行うドライバＩＣ５０を配置し、更に光電気混載基板上に高速電気配線の電気結線９５が形成される。光電気混載基板平面上、ドライバＩＣ５０の配置領域は光変調器アレイ６０の領域と重複し、ドライバＩＣは光変調器上に配置され、光変調器内での光の進行方向とドライバＩＣへの電気信号の進行方向は一致している。このため、半導体レーザ１の配置は、電気Ｉ／Ｏアレイ９０や電気結線を避けるようにして配置する（ここでは平面コーナー部）ことになる。

【0007】

上記は光送信機用の光集積回路の一例として示したが、光送受信機の送信部用のものに関しても同様である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】”Demonstration of 12.5-Gbps optical interconnects integrated with lasers, optical splitters, optical modulators and photodetectors on a single silicon substrate”, OPTICS EXPRESS Vol. 20, No, 26 (2012/12/10) B256−B263

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上述のように、光電気混載基板に設けた従来技術の光集積回路では、半導体レーザ１の配置は、電気Ｉ／Ｏアレイ９０や電気結線を避けるようにして配置する（図１および図２では平面コーナー部）ことになる。その結果、小型高密度を追究してチャンネル数を増やしていくと電気配線の引き回しに困難が生じることになる。また、半導体レーザを避けて電気配線を行うことで電気配線をドライバＩＣ内の電気の進行方向に対して９０度以上に折り曲げて配置する必要が生じることもあり、特にチャンネルあたりの信号の高速化が進むにつれ電気信号の劣化が避けられないものとなる。更に、半導体レーザの配置を光電気混載基板平面のコーナー部とし、光変調器までの光導波路で最短でつなぐと、図１からも分かるように、半導体レーザ１と光変調器アレイ６０の間に配設される各光導波路５は、その配線長がチャンネルごとに大きく異なるという問題点が生じていた。

【0010】

一般に、光導波路の長さは入力光の減衰を及ぼす。特にマルチチャンネルの動作では受信側での入力光の大きさがチャンネルごとに異なると、チャンネルごとの受信機の増幅率が異なることでクロストークが発生しやすくなる。したがって、チャンネルごとに光導波路長が異なるのは好ましいことではない。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明は、単チャンネルまたは多チャンネル型の半導体レーザの配置および複数の光導波路の配設に特徴を有する光集積回路を備えた光送信機または光送受信機の送信部を提供する。

【0012】

本発明の光電気混載基板に設けた光送信機または光送受信機の送信部では、複数のチャンネルでレーザ光を出射する半導体レーザ、半導体レーザにそれぞれ光学的に結合され、チャンネルごとにレーザ光を入力光として伝搬する光導波路、入力光を変調して光信号を生成する光変調器、および、各光変調器に結合され、光変調器から伝搬された光信号を外部に出力する光信号出力部を備える。そして、半導体レーザが、光電気混載基板の平面において、光信号出力部を挟んで光変調器とは反対側に配置されること特徴とする。

【0013】

また、本発明の光電気混載基板に設けた光送信機または光送受信機の送信部では、上記光導波路にそれぞれ結合され、レーザ光を２以上の入力光に分岐する光分岐部であって、変調器が各光分岐部に設けられた２以上の光出力端子にそれぞれ結合される、光分岐部を備える。

【0014】

更に、本発明の光電気混載基板に設けた光送信機または光送受信機の送信部では、上記光信号出力部が、伝搬された各光信号を回折させるグレーティング・カプラ、および、グレーティング・カプラに光学的に結合され、且つ、光電気混載基板の平面に対して所望の角度で立設されて、光信号を外部出力させる光ピンを備える。

【0015】

加えて、本発明の光電気混載基板に設けた光送信機または光送受信機の送信部では、半導体レーザがｍ個（ｍは１以上の整数）のチャンネルからなり、光導波路が第１〜ｍの光導波路からなり、光分岐部が第１〜ｍの光分岐部からなり、第１〜ｍの光分岐部が、それぞれレーザ光を任意のｎ個（ｎは２以上の整数）の入力光に分岐し、光出力端子を通じて第１〜ｎの光変調器に結合され、第ｋの光導波路（ｋは１以上で且つｍ以下の任意の整数）が、第（ｋ−１）の光分岐部に結合される第ｎの光変調器と第ｋの光分岐部に結合される第１の光変調器との間、または、第ｋの光分岐部に結合される第ｎの光変調器と第（ｋ＋１）の光分岐部に結合される第１の光変調器との間のいずれか一方を通って第ｋの光分岐部に結合され、複数の光導波路における各配線長が等しくなるように設けたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明の基本的構成によれば、光電気混載基板に設けた本発明の光送信機または光送受信機の送信部は、光集積回路において、半導体レーザを光変調器の出力側、即ち光信号出力部の近傍に配置することで周波数依存性の大きい電気信号配線の電気結線をより効果的かつ自由に行えるようにする。これにより、高速・高周波数用電気配線の負荷を小さくすることができる。さらに光のインターフェースとして光ピンを備えることにより、上述した電気配線の劣化の抑制を可能とした上で、半導体レーザやドライバＩＣの配置に影響を受けることなく、更に、ファイバなどの外部の導波路に対する低損失な結合が可能となる。半導体レーザからの光を光変調器の間隙を通る光導波路により光変調器に導き、配線を等しくすることで、ドライバＩＣや光変調器全体を迂回する場合に比べ、配線長を短く抑えつつ、光損失の均一化が実現でき、受信側のクロストークの抑制も可能となり、更には、良好な信号品質を有する光インターコネクションを実現することを可能とする。

【0017】

その結果、本発明は、高周波特性の良好な送信機または光送受信機の送信部を実現可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、従来技術による光送信機（または光送受信機の送信部）用の光集積回路の平面概略図である。

【図2】図２は、従来技術による光送信機用の光集積回路の平面概略図である。

【図3】図３は、本発明の実施形態による光送信機（または光送受信機の送信部）用の光集積回路の平面概略図である。

【図4】図４は、本発明の実施形態による光送信機（または光送受信機の送信部）用の光集積回路の平面概略図である。

【図5】図５は、本発明の実施形態による光送信機（または光送受信機の送信部）用の光集積回路の平面概略図である。

【図6】図６は、本発明の実施形態による光送信機（または光送受信機の送信部）用の光集積回路の断面図である。

【図7】図７は、本発明の実施形態による光送信機（または光送受信機の送信部）用の光集積回路における各光学素子の配置態様を説明した概略図である。

【図8】図８は、本発明の実施形態による光送信機（または光送受信機の送信部）用の光集積回路における図７に基づいた光学素子の配置例を示す。

【図9】図９は、本発明の実施形態による光送信機（または光送受信機の送信部）用の光集積回路における図７に基づいた光学素子の配置例を示す。

【図10】図１０は、本発明の実施形態による光送信機（または光送受信機の送信部）用の光集積回路における図７に基づいた光学素子の配置例を示す。

【図11】図１１は、本発明の実施形態による光送信機（または光送受信機の送信部）用の集積回路における図７に基づいた光学素子の他の配置例を示す。

【図12】図１２は、本発明の他の実施形態による光送信機（または光送受信機の送信部）用の集積回路における光学素子の配置例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の実施形態による光電気混載基板に設けた光送信機または光送受信機の送信部について、以下に図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では主に光送信機を想定して説明するが、光送受信機の送信部についても同様のことが言える。また、同様の構成要素には同様の符号を付してある。

【0020】

図３から図５は、光電気混載基板に設けた本発明の実施形態による光送信機用の集積回路２００の平面概略図である。図３は、光導波路等の光学素子の配置態様を示しており、従来技術を示した図１に対応する。一方、図４では、光導波路等については示しておらず、その替わりに高速電気信号の入力パッド（ここでは導電ピン）やドライバＩＣといった回路素子の配置を示しており、従来技術を示した図２に対応する。

【0021】

図３に示すように、本実施形態による光送信機用の集積回路２００は、光電気混載基板上に、１以上のチャンネルでレーザ光を出射する単チャンネルまたは多チャンネル型の半導体レーザ１０、チャンネルごとにスポットサイズ変換器２０を介して半導体レーザ１０から光学的に結合され、レーザ光を主に横方向に伝搬する光導波路３０、光導波路３０にそれぞれ結合され、レーザ光を２以上の入力光に分岐する光カプラ４ａを備える光分岐部４０ａ、各光分岐部に設けられた２以上の光出力端子にそれぞれ結合され入力光を変調して光信号を生成する光変調器６、光変調器６にそれぞれ結合され光変調器から伝搬される光信号を外部に出力する光信号出力部８０ａを備える。

【0022】

光カプラ４ａを備える複数の光分岐部４０ａが縦方向に一列に整列して光カプラ・アレイ４０を形成し、また、複数の光変調器６が縦方向に一列に整列して光変調器アレイ６０を形成し、更に、複数の光信号出力部８０ａが縦方向に一列に配列して光信号出力アレイ８０を形成する。

【0023】

そして、光電気混載基板の平面２００において、半導体レーザ１０は、光信号出力部８０ａ（光信号出力アレイ８０）を挟んで光変調器６（光変調器アレイ６０）とは反対側に配置される。

【0024】

ここでは、光分岐部４０ａ(光カプラ・アレイ４０)を、光変調器６（光変調器アレイ６０）を挟んで半導体レーザ１０の反対側に配置したが、半導体レーザ１０と光信号出力部８０ａ（光信号出力アレイ）との間に配置してもよい。ただし、光分岐部４０ａ(光カプラ・アレイ４０)と高速信号用の電気結線９５は、電気結線９５を光分岐部４０ａ(光カプラ・アレイ４０)上に形成でき、干渉しないため、光分岐部４０ａ(光カプラ・アレイ４０)を、光変調器６（光変調器アレイ６０）を挟んで半導体レーザ１０の反対側に配置するほうが、チップ面積を小さくした上で電気結線のための面積を広くとれるので望ましい。

【0025】

従来技術を示した図１と比較すると、このように半導体レーザ１０が、光変調器６（光変調器アレイ６０）の出力側、特に光信号出力アレイ８０側に配置されている点で大きく異なっており、また、スポットサイズ変換器２０からの光導波路３０が、隣接する光変調器６の間を横方向に通るようにして半導体レーザ１とは反対側に配置される光分岐部４０ａに接続される点でも異なっている。なお、図示した半導体レーザ１０は多チャンネル型としているが、これに限定されず図１のような単チャンネル型としてもよい。

【0026】

光電気混載基板平面における半導体レーザ１０の配置は、図４および図５を参照することによってより一層明らかとなる。即ち、本実施形態による光送信機は、光集積回路において、半導体レーザ１０を、（電気Ｉ／Ｏアレイ９０側ではなく）左側の光信号出力アレイ８０側に配置する。これにより、従来技術で必要としていた半導体レーザ配置領域（図５の破線領域ｚ_ａ）を、図４に示すように入力パッドの配置領域、および入力パッドからドライバＩＣ５０に向けた高速電気配線の電気結線領域用スペースとして確保する。その結果、従来技術よりも広い面積で高速電気配線の電気結線をより自由に行うことを可能にする。

【0027】

また、図４および図５に示す素子配置態様では、本実施形態による光送信機が備える光信号出力部８０ａとして光ピン８ａを備える。より具体的には、当該光信号出力部８０ａは、光変調器６から伝搬されてきた光信号を回折させるグレーティング・カプラ８ｂ、および、このグレーティング・カプラ８ｂに光学的に結合され、且つ、光電気混載基板の平面に対して所望の角度で立設されて、光信号を外部出力させる光ピン８ａを備えるように構成される。このように光信号出力部８０ａを構成することで、従来、例えば光ファイバとの接続用等に設けられた光ファイバ・アレイ配置用の領域（図５の破線領域ｚ_ｂ）を、半導体レーザ１０の配置スペースとして確保・利用できるという利点がある。

【0028】

さらに、図１に示した従来技術の光集積回路平面１００（図５の破線領域Ｚに相当）と比較すると、図５に示した本実施形態による光送信機用の集積回路平面２００では、半導体レーザ１０の配置領域を従来のもの（ｚ_ａ）から変更したことにより、光電気混載基板平面全体をドライバＩＣ５０や光信号出力アレイ８０に対して幾分か横方向にシフト可能である（左向き方向の点線矢印）。これに伴い、半導体レーザ１０の配置スペース下方に新たに設けられることになる領域（図５の破線領域ｚ_ｃ）を、電気配線用の新たな配置スペースとして利用可能となる。例えば、低速の変調制御信号の入出力のための制御用パッド（図示せず）の配置用スペースとして新たに確保・利用することを可能にする。これにより、低速電気配線領域および高速電気配線領域をより一層分離させることが可能となり、更なる効果的な電気信号配線が可能となる。

【0029】

再度図３を参照すると、本実施形態による光送信機において、複数の光導波路３０は、曲がり部３０ａを含む曲げ導波路として所与の隣接した光変調器の間を通して、各配線長を等しくする（即ち等長配線となる）ように配設される。光導波路３０をこのように配設することによって、例えば、光変調器アレイ６０および光信号出力アレイ８０の外周に光導波路３０を迂回させる場合と比較して、より短い配線長での光導波路の等長配線を可能にする。なお、本発明の全体を通じて、光導波路は、縦方向の導波路、横方向の導波路、および導波路を９０度屈曲させる曲がり部を備えるように構成される。

【0030】

隣接する光変調器の間の光導波路配設について次に補足する。シリコンフォトニクス技術を用いて形成される５μｍ×５μｍスケールの光集積回路で用いられる光変調器のサイズは、一般的に４０μｍ×２５０μｍ程度であり、隣接する光変調器間のピッチは約１２５μｍである。この点、隣接する光変調器間には、約８５μｍの空白地帯がある。そして、光導波路のコア径を３μｍ、この両側のクラッドを片側１μｍと想定すると、隣接する光変調器間には、２０本程度の光導波路が配設可能ということになる。

【0031】

このように、本発明の光送信機の光集積回路２００は、光電気混載基板において半導体レーザを光変調器の出力側、即ち光信号出力部の近傍に配置し、周波数依存性の小さい光導波路の配設を等長配線となるように工夫することによって、周波数依存性の大きい高速電気配線の配設をより効果的かつ自由に行えるようにし、電気配線の負荷を小さくすることを可能にする。

【0032】

図６は、本発明の実施形態による光送信機用の光集積回路の断面図を示す。図６を用いて光信号送信の際の作動態様を説明する。光出力部側に設けた半導体レーザ１０からのレーザ光は、スポットサイズ変換器２０、光導波路３０、導電ピン９ａ側に設けた光分岐部４０ａ等を介して光変調器６に入力され（（ｉ）〜（ｉｉｉ））、光変調器６で変調された光信号を出力する（ｉｖ）。変調された光信号は、光導波路を介してグレーティング・カプラ８ｂに到達し、このグレーティング・カプラ８ｂで回折により光軸が変換されて、光ピン８ａを介して外部に出力される（ｖ）。なお、導電ピン９ａを通じて外部より入力される電気信号は、光変調器６及び半導体レーザ１０を制御するドライバＩＣ５０に入力され（（Ｉ）〜（ＩＩ））、変調制御信号（電気信号）として、電気配線を介して光変調器６に供給される（ＩＩＩ）。

【0033】

これより、図７を参照して、本発明の実施形態における光送信機用の各光学素子の配置、即ち、光信号出力アレイ８０側に設けた半導体レーザ１０および電気Ｉ／Ｏアレイ９０（図示せず）側に設けた光カプラ４（光分岐部４０ａ）の間の光導波路の配設態様について更に詳細に説明する。便宜上、ｍチャンネルの半導体レーザ１０のチャンネル番号をＣＨ［ｋ］と表し（ここでは、ｍは２以上の整数、ｋは１以上ｍ以下の任意の整数として、多チャンネルの半導体レーザを想定する。）、また、ＣＨ［ｋ］に関連付けられる光導波路をＰＡＴＨ［ｋ］、光カプラをＭＭＩ［ｋ］と表す。

【0034】

図示のように、光カプラＭＭＩ［ｋ−１］，ＭＭＩ［ｋ］，ＭＭＩ［ｋ＋１］が光カプラ・アレイ４０において縦方向に一列に整列している。光カプラＭＭＩ［ｋ］は、レーザ光をｎ個（ｎは２以上の整数）の入力光に分岐し、その光出力端子を通じてそれぞれｎ個の光変調器に結合される。なお、図７では、光カプラＭＭＩ［ｋ］を一段配置としているが、これに限定されず、例えば後述する図８〜図１１のように、光カプラ４ａを２段以上の多段配置として光分岐部４０ａを構成してもよい。

【0035】

また、光カプラＭＭＩ［ｋ］に結合されるｎ個の光変調器をＭＯＤ［ｋ］［１］〜ＭＯＤ［ｋ］［ｎ］と表す。図示のように、光変調器アレイ６０において、光変調器をＭＯＤ［ｋ−１］［１］〜ＭＯＤ［ｋ−１］［ｎ］，ＭＯＤ［ｋ］［１］〜ＭＯＤ［ｋ］［ｎ］，ＭＯＤ［ｋ＋１］［１］〜ＭＯＤ［ｋ＋１］［ｎ］が縦方向に整列している。

【0036】

図７に示すように、特定の隣接する光変調器間に配設された光導波路ＰＡＴＨ［ｋ］は、等長配線を実現するために、光カプラＭＭＩ［ｋ−１］に結合される光変調器ＭＯＤ［ｋ−１］［ｎ］と光カプラＭＭＩ［ｋ］に結合される光変調器ＭＯＤ［ｋ］［１］との間（実線）、または、光カプラＭＭＩ［ｋ］に結合される光変調器ＭＯＤ［ｋ］［ｎ］と光カプラＭＭＩ［ｋ＋１］に結合される光変調器ＭＯＤ［ｋ＋１］［１］との間（点線）のいずれか一方を通して光カプラＭＭＩ［ｋ］に結合するように配設される。

【0037】

なお、上端の光導波路ＰＡＴＨ［１］は、光カプラＭＭＩ［１］に結合される光変調器ＭＯＤ［１］［ｎ］および光カプラＭＭＩ［２］に結合される光変調器ＭＯＤ［２］［１］との間を通し、同様に、下端の光導波路ＰＡＴＨ［ｍ］は、光カプラＭＭＩ［ｍ−１］に結合される光変調器ＭＯＤ［ｍ］［ｎ］および光カプラＭＭＩ［ｍ］に結合される光変調器ＭＯＤ［ｍ］［１］との間を通すように配設することになる。

【0038】

これより、図８〜図１１を参照して、本発明の実施形態による光送信機用の集積回路における図７に基づく光学素子の配置例を示す。図８〜図１１は、一例として１２チャンネルの光出力を有し、即ち、グレーティング・カプラ（図中、「ＧＣ」で表す）および光ピン（図示せず）の組が１２個整列される。同じく、光変調器（図中、「ＭＯＤ」で表す）も１２個整列される。ここで、図８は２チャンネルの半導体レーザ、図９は３チャンネルの半導体レーザ、そして図１０は単チャンネル型の半導体レーザの例である。

【0039】

図８では、２チャンネルの半導体レーザ（ＬＤ）に対し光出力が１２チャンネルとしていることから、１２個の光変調器を６個ずつにグループ分けし、図７に基づいてグループ間の隣接光変調器間に２本の光導波路３０を配設している。更に、光分岐部４０ａを２分岐型光カプラ４ａ’および３分岐型光カプラ４ａ’’の２段配置とすることにより、半導体レーザ（ＬＤ）の各チャンネルから出力されるレーザ光をそれぞれ６つの入力光に分岐している。

【0040】

同様に、図９では、３チャンネルの半導体レーザ（ＬＤ）に対し光出力が１２チャンネルとしていることから、１２個の光変調器を４個ずつにグループ分けし、図７に基づいて、グループ間の隣接光変調器間に１本または２本の光導波路３０を配設している。更に、光分岐部４０ａを２分岐型光カプラ４ａ’の２段配置とすることにより、各チャンネルの半導体レーザから出力されるレーザ光をそれぞれ４つの入力光に分岐している。

【0041】

図８および図９から分かるように、半導体レーザ１０と光分岐部４０ａとの間の各光導波路３０が等長配線となるように配設するのに加えて、光分岐部４０ａと光変調器６の間の各光導波路も等長配線とするために、光分岐部４０ａは、複数の２分岐型または３分岐の光カプラによる多段配置としてレーザ光を任意の個数の入力光に分岐するように構成するのがよいが、これに限定されず、等長配線である限りにおいて、４分岐等の光カプラの一段または多段配置としてもよい。なお、図８では、３分岐型光カプラと光変調器間の各光導波路を等長配線とするために、光導波路に適宜曲がり部３０ａ’を設けるよう工夫しているが、この曲がり部は各光導波路が等長配線となればいずれの配置態様でもよい。

【0042】

なお、半導体レーザが単チャンネル型半導体レーザの場合には、図１０のように光変調器アレイ６０の中間（即ち、６個ずつにグループ分けした光変調器のグループ間）に１本の光導波路３０を通し、光分岐部４０ａを２分岐型光カプラおよび３分岐型光カプラによる３段配置とするように構成する。これにより、光変調器アレイ６０の外周に光導波路３０を配設するよりも導波路長を短くすることができる。

【0043】

図１１は、図９における光学素子の配置の更なる変形例である。図１１では、図９と比較して、半導体レーザ（ＬＤ）からのレーザ光の出射方向を変更している。即ち、曲がり部３０ａを含む曲げ導波路として配設されるチャンネルごとの光導波路が、半導体レーザ１０から光信号出力アレイ８０に向けた横方向（光信号出力部（ＧＣ）に向いた方向）と直交する縦方向に向けてスポットサイズ変換器から延びると共に、半導体レーザ１０から所与の距離で曲がり部３ａにより光信号出力部方向（即ち横方向）に９０度屈曲される。このように構成するのは、半導体レーザとスポットサイズ変換器を端面結合させる場合に生じる迷光が、クラッド内に閉じて反射により伝搬することにより、光集積回路の他の素子や装置に悪影響を与えるのを回避するためである。ここでの距離は、信号光の強度に関連付けて設定するのがよい。一例として、光導波路を伝播する光信号に対する迷光の相対強度が−３０ｄＢとなるような距離を所与の距離として設定することが考えられる。

【0044】

なお、図９の変形例として図１１を示したが、それ以外の配置例においても同様のことが言える。

【0045】

上記図７〜図１１の各素子配置例においては、光カプラ４ａを備える光分岐部４０ａが縦方向に一列に整列して形成されることを前提に記載したが、当業者にとって、このような光カプラ４ａを備える光分岐部４０ａは必須の構成要素ではない点が認められて然るべきである。

【0046】

より具体的には、図１２に示される素子配置例のように、図１１と比較して、光カプラ４ａを備える光分岐部４０ａに係る構成を有しない態様としてもよい。図１２（ａ）の例は４チャンネルの場合、図１２（ｂ）の例は８チャンネルの場合について記載している。即ち、半導体レーザからチャンネル数分有するスポットサイズ変換器を介して、光導波路が光変調器にそれぞれ直接結合され、レーザ光（入力光）が直接光変調器に入力されるように構成してもよい。図１２の配置例のように、２の倍数個のチャンネル存在する場合には、２チャンネルを一組と考えることで、複数の光導波路が曲がり部を含む曲げ導波路として各配線長を概ね等しくする（即ち等長配線となる）ように配設可能な点に留意すべきである。

【0047】

加えて、光導波路の配設について、図１１のような光分岐部４０ａを有する場合の配設態様と図１２のような光分岐部４０ａを有しない場合の配設態様との組み合わせによりその全体を構成可能であることは言うまでもない。

【0048】

以上、図面を参照しつつ本発明のいくつかの実施形態を説明してきたが、当業者であれば、他の類似する実施形態を使用することができること、また、本発明から逸脱することなく適宜形態の変更又は追加を行うことができることに留意すべきである。なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の記載に基き解釈されるべきである。

【符号の説明】

【0049】

光集積回路 １００，２００
半導体レーザ １，１０
スポットサイズ変換器 ２，２０
光カプラ ４，４ａ，４ａ’，４ａ’’
光カプラ・アレイ ４０
光分岐部 ４０ａ
光導波路 ３，５，７，３０
曲がり部 ５ａ，３０ａ，３０ａ’
光変調器 ６
光変調器アレイ ６０
光ピン ８ａ
グレーティング・カプラ ８ｂ
光信号出力アレイ ８０
光出力部 ８０ａ
導電ピン ９ａ
電気Ｉ／Ｏアレイ ９０
電気結線 ９５
ドライバＩＣ ５０

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】