[发明专利]平面型光波回路

说明书

技术领域

本发明涉及与发光元件或受光元件一起集成而构成光收发机的平面型光波回路。

背景技术

随着光通信技术的发展，光学部件的开发变得日益重要。特别是，光收发器的传输速度及反应速度的高速化在被研究，通信容量不断扩大。一般的收发机由用光半导体所制作的发光元件或受光元件和输出用或输入用的光纤构成，它们介由透镜而光耦合。例如，对于光接收器，从输入侧的光纤出射的光通过透镜而成像至受光元件，直接进行检波（强度检波）。

转而关注光传输系统中的调制解调处理技术，使用相位调制方式的信号传输被广泛实用化。相移健控（PSK）方式是一种通过调制光的相位来传输信号的方式，通过调制的多值化，与以往相比传输容量得以飞跃性的扩大。

为了接收这样的PSK信号，需要对光的相位进行检波。受光元件能够对信号光的强度进行检波，但是无法对光的相位进行检波。因此，需要将光的相位变换为光强度的手段。关于此，有通过使用光的干涉对相位差进行检波等方法。通过使信号光与其他的光（参考光）相干涉并由受光元件对该干涉光的光强度进行检波，从而能够得到光的相位信息。有使用另外预备的光源来作为参考光的相干检波，以及使信号光自身的一部分偏离以作为参考波再使信号光与参考波相干涉的差动检波。这样，与只使用以往的强度调制方式的光接收机相比，近年来的PSK方式的光接收机需要通过光的干涉来将相位信息变换为强度信息的光干涉回路。

这样的光干涉回路能够使用平面型光波回路来实现。平面型光波回路具有高量产、低成本以及高信赖方面的优点，能够实现各种各样的光干涉回路。作为用于PSK方式的光接收机的光干涉回路，光迟延干涉回路、90度混合回路等被实现并实用化。这样的平面型光波回路是通过标准的成像法、蚀刻技术以及FHD（Flame Hydrolysis Deposition，即火焰水解沉积）等玻璃沉积技术来制作的。

概观具体的制造工艺，最初使以石英玻璃等为主原料的下包层和比包层具有更高折射率的芯层沉积至硅（Si）等基底上。之后，在芯层形成各种各样的波导模式，最后通过上包层将由芯层形成的波导埋藏。通过这样的工艺来制作成波导型的光功能回路。信号光被封闭在经上述工艺制作出的波导内，在传播平面型光波回路内部传送。

图1示出了以往的平面型光波回路与光接收器的光连接方法。转而关注PSK方式光接收机中的平面型光波回路与光接收器的光连接方法，这些基本的连接方法试图1所示那样的单纯的光纤连接。将输入输出端连接了光纤3a、3b的平面型光波回路1与具有输入光纤3b的光接收器2通过用光纤相连而进行光耦合。用于光耦合的光纤的根数由从平面型光波回路输出的输出光的数量决定，有时为多根。然而，使用了这样的光纤连接的光接收机的构成存在尺寸变大的问题。关于此，通过将平面型光波回路的输出与光接收器的输入使用透镜直接光耦合，将全体集成至一个封装，从而能够力图小型化。将这样的平面型光波回路与光接收器直接光耦合的形态的光接收器称作集成型光接收机。

为了实现集成型光接收器，平面型光波回路的固定方法变得特别重要。当使从平面型光波回路输出的光在空间中传送并通过透镜等光耦合于受光元件时，若光的出射端、透镜、受光元件的位置关系发生变化，则通过受光元件不再能接收所有的光，造成损失。特别是当容纳光接收机的封装的温度、环境温度、各个元件温度等发生变化时，热膨胀的影响引起它们的位置变动，所以这样的问题变得显著。因此，为了实现低损失的光耦合，需要使得各个位置关系即使在环境温度等发生变化时也至少相对不变动。

特别是平面型光波回路，对于环境温度，热膨胀引起的形状变化与受光元件等相比非常大。此外，平面型光波回路在光接收器中所占的面积，比受光元件大数倍至数十倍，热膨胀引起的形状变化也大数倍至数十倍。另外，构成平面型光波回路的基底与所沉积的薄膜玻璃，由于具有较大的热膨胀系数差，所以温度变化会引发较大程度的翘曲。因此，相对于受光元件、来自平面型光波回路的出射光的位置变化以及出射角度变化成为不容忽视的问题。这两个变化引起来自平面型光波回路的出射光的位置或角度发生变化，发生光轴偏差。光轴偏差使得与受光元件的光耦合劣化，发生损失。对于集成型光接收机的实现，消除这样的光轴偏差或者使这样的光轴偏差无害化很重要。