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発明の名称 SOAアレイ光モジュール
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−33853(P2007−33853A)
公開日 平成19年2月8日(2007.2.8)
出願番号 特願2005−216809(P2005−216809)
出願日 平成17年7月27日(2005.7.27)
代理人 【識別番号】100105337
【弁理士】
【氏名又は名称】眞鍋 潔
発明者 中川 剛二
要約 課題
光信号をスイッチングするSOAアレイ光モジュールに関し、SOAアレイの気密封止を可能とし、且つ通常のレンズアレイを適用可能とする。

解決手段
光信号の伝播方向に対して光信号入力側及び光信号出力側の端面をそれぞれ傾斜した構成のSOAアレイ1を有するSOAアレイ光モジュールに於いて、SOAアレイ1の光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行に配置した光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイ3,2と、この光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイ3,2と端面がそれぞれ平行となるように配置した光信号入力側及び光信号出力側のファイバアレイとを備えている。
特許請求の範囲
【請求項1】
光信号の伝播方向に対して光信号入力側及び光信号出力側の端面をそれぞれ傾斜した構成のSOAアレイを有するSOAアレイ光モジュールに於いて、
前記SOAアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行に配置した光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイと、
該光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイと端面がそれぞれ平行となるように配置した光信号入力側及び光信号出力側のファイバアレイと
を備えたことを特徴とするSOAアレイ光モジュール。
【請求項2】
前記SOAアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行の気密窓を有する気密パッケージにより前記SOAアレイを気密封止した構成を有することを特徴とする請求項1記載のSOAアレイ光モジュール。
【請求項3】
前記SOAアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面に対して、それぞれ複数枚のレンズアレイを平行に配置した構成を有することを特徴とする請求項1又は2記載のSOAアレイ光モジュール。
【請求項4】
前記光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイの各レンズの光軸に垂直となる面は、前記SOAアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行に配置した構成を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載のSOAアレイ光モジュール。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、光信号の高速スイッチングを可能とするSOA(Semiconductor Optical Amplifier;半導体光増幅器)アレイと光ファイバアレイとを光結合させたSOAアレイ光モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
近年のブロードバンドサービスによる通信需要の増大に伴って、光通信ネットワークの長距離・大容量化が進展しており、高速大容量のデータ伝送が可能のWDM(Wavelength Division Multiplex:波長分割多重)方式の開発が進められている。一方、インターネットの急激な普及や大容量コンテンツの増加に伴って、更なる高速・大容量で、且つ柔軟性のある光通信ネットワークが要求されている。このような光通信ネットワークを構築する技術として、光パケットスイッチング技術が注目されている。
【0003】
光パケットスイッチングは、通信情報を完全に光のままパケット交換する技術であり、従来の光信号を電気信号に一旦変換するスイッチングと比べて、電子処理速度の制限がなくなり、光の伝搬遅延時間で処理できるので、高速・大容量の伝送が可能となる。このように、光信号をパケット単位でスイッチングする場合、光信号をON、OFFする為に、ゲートスイッチを使用することになる。電気制御によって光信号をON、OFFするゲートスイッチには、主に、電界吸収の効果を利用して吸収を変化させるものと、半導体光増幅器への駆動電流により利得を変化させるものとがある。
【0004】
電界吸収型のゲートスイッチは、透過状態でも損失が大きいといった欠点があるが、半導体光増幅器への駆動電流により、入力光信号に対する利得を変化させてスイッチング作用を行わせる半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)は、光をON、OFFする光ゲートしての機能だけでなく、増幅機能をも持ち合わせており、従って、光信号の損失が小さく且つ高速にスイッチングする光素子として現在注目されている。
【0005】
このSOAをゲートスイッチとした場合、ゲートON(open)/OFF(close)の消光比が高く、又増幅機構により光損失を低減化することができる。更に、半導体により形成される光素子であるから、半導体集積回路化技術により、低コストで且つ小型化が可能といった利点を有するものである。
【0006】
このようなSOAを、光信号のゲートスイッチとして使用する場合について、SOAと、光信号を伝送する光ファイバとの光結合構成の従来例の概要を図3の(A),(B)に示す。同図の(A)は、SOA11とファイバ14,15とをレンズ12,13を介して光結合する場合を示し、同図の(B)は、SOA21と先球レンズファイバ24,25とを光結合する場合を示す。又一点鎖線は光信号の伝播経路を示す。
【0007】
SOA11は、チップ端面の反射を、−50dB以下に低減して、戻り光による不要発振を抑える必要があり、その為に、チップ端面にAR(Anti Reflection)コートを施しただけでは、−30dB程度であるから、図示のように、チップ端面の垂直線と、チップ内の光導波路とを例えば7度の角度の関係となるように、チップ端面を斜めとするものであり、又チップ内の光導波路の屈折率と空間の屈折率との関係により、チップ端面の垂直線(点線)に対して例えば22.7度の方向に、一点鎖線で示すように光信号がレンズ12又は先球レンズファイバ24方向に出射される。図3の(A)のレンズ12,13は、ファイバ14,15とSOA11との光結合を行う為のものであり、又図3の(B)の先球レンズファイバ24,25の先端は球状に形成されてレンズ作用を行うものであり、図3の(A)に於けるレンズ12,13を省略することができる。
【0008】
又半導体光増幅器とファイバグレーティングによる外部共振器とを組み合わせ、ファイバグレーティングの先端を球状として、半導体光増幅器の低反射膜を形成した光出射側とを光結合するように構成し、又アレイ状に構成することが知られている(例えば、特許文献1参照)。又ゲートスイッチとしてのSOAアレイをハイブリッド集積回路化した石英系光波回路基板と、アレイ導波路格子を形成した石英系光波回路基板とを結合させて、光クロスコネクト等の光信号のスイッチングを行う構成も知られている(例えば、特許文献2参照)。
【特許文献1】特開2000−236138号公報
【特許文献2】特開2003−149614号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
前述の図3の(A),(B)に示す従来例に於けるSOA11,21をアレイ構造とし、このSOAアレイに対する光信号の入力側と出力側とのファイバアレイとの光結合構造は、図4の(A),(B)に示すものとなる。なお、一点鎖線は、光信号の伝播経路を示す。図4の(A)は、SOAアレイ41と、レンズアレイ42,43とを気密パッケージ46内に封止し、気密窓47,48を介して、ファイバアレイ44,45と光結合させた構成を示し、SOAアレイ41は、半導体集積回路の構成を有するものであるから、外気から隔離できるように、気密パッケージ46により密封構成とするものである。
【0010】
SOAアレイ41は、図3の(A)に示すSOA11を複数集積回路化したもので、光信号の入力側と出力側の端面を、図示のように、傾斜した構成とするものであり、又気密パッケージ46により封止して、ファイバアレイ44,45の端面と気密窓47,48とレンズアレイ42,43とを平行関係で固定する場合が一般的である。その為に、SOAアレイ41を構成する各SOAと、レンズアレイ42,43との距離、即ち、チャネル毎の距離が異なるものとなる。従って、チャネル毎の光結合を良好にする為には、レンズアレイ42,43の各レンズの焦点距離等の光学特性をチャネル毎に異なる構成とする必要がある。このレンズアレイ42,43の各レンズは、それぞれ微小直径のものであり、且つ隣接した配置構成とする必要があるから、チャネル毎に異なる光学特性とする場合、その製作が容易ではなく、従って、レンズアレイ42,43が高価になる問題がある。
【0011】
又図4の(B)は、図3の(B)に示す構成をアレイ構成とした場合を示し、ファイバアレイ64,65は、それぞれ先球レンズファイバを、SOAアレイ61の光信号の入力側及び出力側の端面にそれぞれ近接して配列した構成を有するもので、チャネル毎の光結合は、図4の(A)に示す場合に比較して容易となる。しかし、SOAアレイ61の端面にファイバアレイ64,65の各先球レンズを近接して配置する構成とする為に、図4の(A)に示すような気密パッケージに、SOAアレイ61を封止することが不可能である。従って、SOAアレイ61の信頼性を確保することができない問題がある。
【0012】
本発明は、前述の問題点を解決するものであり、SOAアレイとファイバアレイとの光結合を容易にし、且つ気密封止を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明のSOAアレイ光モジュールは、光信号の伝播方向に対して光信号入力側及び光信号出力側の端面をそれぞれ傾斜した構成のSOAアレイを有するSOAアレイ光モジュールに於いて、前記SOAアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行に配置した光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイと、該光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイと端面がそれぞれ平行となるように配置した光信号入力側及び光信号出力側のファイバアレイとを備えている。
【0014】
又SOAアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行の気密窓を有する気密パッケージにより、前記SOAアレイを気密封止した構成とすることができる。
【0015】
又前記SOAアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面に対して、それぞれ複数枚のレンズアレイを平行に配置した構成とすることができる。
【0016】
また前記光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイの各レンズの光軸に垂直となる面は、前記SOAアレイの光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行に配置した構成とすることができる。
【発明の効果】
【0017】
SOAアレイとレンズアレイとファイバアレイとのそれぞれの光学結合距離がチャネル毎に同一となるから、レンズアレイは、既に市販されているような構成を適用可能であり、低コスト化することができる。又気密パッケージによりSOAアレイを気密封止することが可能であり、SOAアレイの信頼性を確保できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
本発明のSOAアレイ光モジュールは、図1を参照すると、光信号の伝播方向に対して光信号入力側及び光信号出力側の端面をそれぞれ傾斜した構成のSOAアレイ1を有するSOAアレイ光モジュールに於いて、SOAアレイ1の光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行に配置した光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイ3,2と、この光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイ3,2と端面がそれぞれ平行となるように配置した光信号入力側及び光信号出力側のファイバアレイとを備えている。
【実施例1】
【0019】
図1は、本発明の原理説明図であり、SOAアレイ光モジュールを構成するSOAアレイ1とレンズアレイ2,3とファイバアレイ4とを示し、SOAアレイ1の各SOAに、光信号のON,OFFを制御する駆動電圧を印加する為の電極構成は、既に知られている構成を適用することができるものであり、図示を省略している。又ファイバアレイ4を光信号出力側とすると、光信号入力側のファイバアレイを、レンズアレイ3側に配置するものであるが、この光信号入力側のファイバアレイは、図示を省略している。又一点鎖線で示す光信号の伝播経路に対して傾斜したSOAアレイ1の端面と、レンズアレイ2,3と、ファイバアレイ4の端面とを、それぞれ平行関係に配置する。
【0020】
又光信号入力側のファイバアレイの各ファイバからレンズアレイ3の各レンズに向けて一点鎖線で示す光信号が入力されるように、又レンズアレイ2の各レンズから光信号出力側のファイバアレイ4の各ファイバ端面に一点鎖線で示す光信号が入力されるように、各ファイバのコアの屈折率を基に各ファイバ内の光軸に対する端面角度を選定する。例えば、SOAアレイ1の屈折率n1=3.17、空気の屈折率n2=1.0、ファイバアレイを構成するファイバのコアの屈折率n3=1.56とすると、SOA内導波路の端面に対する傾斜角(SOAアレイ1の端面に垂直のSOAアレイ1内の点線と一点鎖線との角度)は7度、SOAの光出射角(SOAアレイ1の端面に垂直の外側の点線と一点鎖線との角度)は22.7度、ファイバのコアの端面に対する傾斜角(端面に垂直の点線とコア内の一点鎖線との角度)は14.3度となる。
【0021】
それにより、SOAアレイ1の各SOAの光信号入力側及び光信号出力側の端面と、レンズアレイ2,3の各レンズとの間、及びレンズアレイ2,3の各レンズとファイバアレイ4の各ファイバとの間の距離を同一とすることができる。即ち、チャネル毎の光学結合距離を同一とすることができる。又光信号入力側及び光信号出力側のレンズアレイ2,3の各レンズの光軸に垂直となる面は、SOAアレイ1の光信号入力側及び光信号出力側の端面とそれぞれ平行に配置できる。
【0022】
従って、レンズアレイ2,3の各レンズは、それぞれ同一の光学距離に於ける光学特性とすることができるから、従来例のレンズアレイを流用することができる。なお、レンズアレイ2,3の各レンズの光軸が、一点鎖線で示す光信号の伝播経路に対して傾斜したものとなるが、レンズの光学特性から近距離配置に於いては、光結合損失は無視できる程度のものとなる。又SOAアレイ1とレンズアレイ2,3との間、又はレンズアレイ2,3とファイバアレイ4との間は、レンズアレイ2,3の各レンズの光学特性に従った距離とするものであるから、SOAアレイ1を気密封止する為の気密パッケージを配置して、SOAアレイ1の信頼性を確保することができる。
【0023】
図2は、本発明の実施例1の説明図であり、図1に示すSOAアレイ1とレンズアレイ2,3とを、サファイア等の透光性の気密窓7,8を有する気密パッケージ6により気密封止し、光信号入力側のファイバアレイ5の端面を気密窓8に対向して配置し、光信号出力側のファイバアレイ4の端面を気密窓7に対向して配置した構成を示す。この場合の気密窓7,8は、レンズアレイ2,3とファイバアレイ4,5との間に、レンズアレイ2,3と平行に配置する。なお、気密パッケージ6は、熱膨張係数の小さい金属により構成する場合が一般的であり、気密窓7,8を固定する構成も従来の技術を適用することができる。又気密パッケージ6内に不活性ガスを封入することもできる。なお、光信号をスイッチング制御する為の制御電圧の印加手段は、既に知られている手段を適用することができるものであり、図示を省略している。
【0024】
又光信号入力側のファイバアレイ5の各ファイバと、レンズアレイ3の各レンズとの間、及びレンズアレイ3の各レンズとSOAアレイ1の各SOAの入力側端面との間の距離はそれぞれ等しく、又SOAアレイ1の各SOAの出力側端面とレンズアレイ2の各レンズとの間、及びレンズアレイ2の各レンズと光信号出力側のファイバアレイ4の各ファイバとの間の距離はそれぞれ等しくなる。即ち、チャネル毎の光学結合距離を等しくすることができる。又SOAアレイ1のみを気密パッケージ6内に気密封止することも可能であるが、図示の構成とする場合が一般的である。
【0025】
又SOAアレイ1に対する光信号の入力側と出力側とのレンズアレイは、それぞれ1個の場合を示しているが、それぞれ複数個とすることができる。このように、複数個設ける場合、気密窓7,8を挟んで両側にレンズアレイを配置することもできる。又ファイバアレイ5と気密パッケージ6とファイバアレイ4とを図示を省略した基板上に、それぞれの光軸を一致させるように調整して固定し、SOAアレイ光モジュールを構成するものであり、光軸一致の手段や固定手段は、既に知られている手段を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の原理説明図である。
【図2】本発明の実施例1の説明図である。
【図3】従来例の説明図である。
【図4】従来例の問題点の説明図である。
【符号の説明】
【0027】
1 SOAアレイ
2,3 レンズアレイ
4,5 ファイバアレイ
6 気密パッケージ
7,8 気密窓




 

 


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