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JP3681891B2 - Optical module - Google Patents
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JP3681891B2 - Optical module - Google Patents

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JP3681891B2 JP08757798A JP8757798A JP3681891B2 JP 3681891 B2 JP3681891 B2 JP 3681891B2 JP 08757798 A JP08757798 A JP 08757798A JP 8757798 A JP8757798 A JP 8757798A JP 3681891 B2 JP3681891 B2 JP 3681891B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野で用いられる光モジュールに関連し、例えば、光変調器,光スイッチ等の光導波路デバイス(光導波路体)と発光素子や受光素子を一体化させた光モジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、有線通信の分野において主に基幹伝送系から通信局間を結ぶアクセス系を含む中継系と呼ばれる伝送路において光ファイバ通信方式が実用化され、通信の大容量化がはかられてきた。今日、光ファイバ通信は中継系のみならず、オフィスや家庭を結ぶ加入者系にまで導入されつつあり、情報ハイウェーとして、電話,ファクシミリ,データ通信,映像伝送等が統合された、高速・広帯域サービス統合デジタル網(ISDN)による高度情報通信の利用が発展している。
【0003】
このため、将来、電話以外の非電話系による大量の情報アクセスが急激に増加するといった、ISDNの高度利用による通信の大量消費が進むことが予測され、通信の高速・広帯域のニーズはより一層期待されることになる。
【0004】
通信の高速・広帯域化を背景に、KDP(KH2 PO4 )、ニオブ酸リチウム(LiNbO3 )、タンタル酸リチウム(LiTaO3 )等から成る強誘電体基板の電気光学効果を利用した導波路型光制御デバイス(以下、光導波路デバイスという)が有望視されている。これらの光導波路デバイスは比較的低電圧で駆動し、低損失で、なおかつ応答速度が速く、ミリ波帯においても十分変調が可能である。また、原理的にチャーピングがないことから、分散の大きい光ファイバにおいても、大容量の伝送を高品質で行なえる特徴を有する。
【0005】
従来、図5に示すように、気密封止された光半導体素子およびレンズ系を介して光ファイバと位置決め調心し、YAG溶接されたピグテール型の光半導体モジュール61と、同様に気密封止された機能性光デバイスチップおよびレンズ系を介して入出射ファイバと位置決め調心し、YAG溶接されたピグテール型の機能性光デバイスモジュール62を個々に作製しておき、両者をコネクタやスプライサ等の接続部材63で接続したものが知られている。
【0006】
ここで、使用されるパッケージとしては、光半導体モジュール61はキャンのパッケージやバタフライ型のパッケージが一般に用いられ、機能性光デバイスモジュール62は、入出射に光ファイバ64,65を用いたピグテール型のものが一般に用いられる。
【0007】
また、光ファイバ64としては、機能性光デバイスは一般的に偏光方向依存性があるデバイスが多いため、光半導体モジュール61の出射側やLN光変調器や光スイッチ等の入射側には偏波面保存ファイバが用いられる。
【0008】
また、偏波面保存ファイバを伝搬後の直線偏光は消光比が劣化するため、一般的に機能性光デバイスモジュール62の入射側の端面に偏光子が角度調整されてUV接着剤等で貼り付けられる方法その他で消光比の改善が行なわれることがある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の上記構成では、光半導体モジュールと光ファイバ,光ファイバと機能性光デバイスモジュールの各々にモードフィールドの不整合を有しており、設計上、結合効率が悪くなってしまう問題や、組立調整箇所が2カ所あり、工程での過剰損失の増加要因となっていたため、モジュール全体の効率が悪く、光源の光強度を機能性光デバイスモジュールより十分引き出せないという深刻な問題を有していた。
【0010】
また、光半導体モジュール、機能性光デバイスモジュールの各々で偏波面保存ファイバとの接続の際に、偏波面の角度調整が複雑で調整を間違えば、機能性光デバイスの消光比等の性能に悪影響を及ぼしたり、組立コストがかかという問題があった。
【0011】
さらに、光半導体モジュールと機能性光デバイスモジュールを偏波面保存ファイバで接続した構造は、システムへの設置の際に、スペース効率が悪く、実装密度を落とすといった問題やシステムの調整等の際、ファイバとモジュールの付け外しに手間がかかり、メンテナンス効率が悪いといった問題もあった。
【0012】
本発明の目的は、上述した諸問題を克服し、簡便で高効率な光接続ができ、小型で高信頼性の光モジュールを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の光モジュールは、低位置面の両側に高位置面を有する段差が形成された基体の前記高位置面の一方に光半導体素子が、前記高位置面の他方に前記光半導体素子に光接続される光導波路が下面に形成された光変調器がそれぞれフェースダウンで配設されているとともに、前記低位置面に、前記光半導体素子および前記光変調器に光接続される集光レンズおよび光アイソレータを配設して成り、前記光変調器は、Zカットのニオブ酸リチウムから成る基板にTMモードを導波させる前記光導波路が形成されて成り、前記光アイソレータは、前記光半導体素子側から第1の偏光子、ファラデーローテータ、第2の偏光子および該第2の偏光子の偏光方向から光学軸を22.5°傾斜させた1/2波長板を配置して成ることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図1(a),(b)は、それぞれ光モジュールM1の上面図と側面図である。また、図2にその拡大斜視図を示す。光モジュールM1は、基体2,12とその上に載置された光導波路体である光変調器1、光半導体素子であるLD素子3、集光レンズまたはコリメートレンズであるボールレンズ4、光アイソレータ5および光ファイバ6等から構成される。
【0015】
ここで、光変調器1は、一主面(下面)に光導波路が形成された、例えばニオブ酸リチウム(以下、LNという)から成る焦電性基板と制御電極等から成り、基体2,12は例えばノンドープのシリコン基板から構成され、その主面は異方性エッチングが行ないやすいように、(100)面または(110)面としている。なお、簡単のため、光変調器1における光導波路や制御電極は図示を省略している。
【0016】
また、基体2はV溝21とLD素子3および光変調器1を位置決めするためのマーカおよび電極とから構成される。ただし、簡単のためマーカは図示を省略している。
【0017】
光変調器1、LD素子3、ボールレンズ4、および光アイソレータ5は、基体2上でLD素子3の出射光が光変調器1の光導波路に最大効率で結合するように、予め正確に位置決め加工されたV溝21とマーカを用いて機械的な位置合わせによって配置されるか、もしくは高さ方向とあおり方向のみ機械的精度で位置合わせし、基体2に対し水平面内の位置合わせは光導波路からの出力光をモニターすることにより行なう。ここで、段差の低位置面である凹平面2に形成された、凹部であるV溝21は、基体2の異方性エッチングで形成すると正確に形成することが可能である。
【0018】
また、低位置面の両側に高位置面を有する段差が形成された基体の前記高位置面の一方にLD素子3が、前記高位置面の他方にLD素子3に光接続される光導波路が下面に形成された光変調器1がそれぞれ配設されている。すなわち、LD素子3と光変調器1は基体2の段差の高位置面にフェースダウンで実装され、光軸11がほぼ基体2の表面に近い配置となるように、ボールレンズ4の中心もそれに近い配置をとる。このとき、入射側の光軸近傍は光波の伝搬領域が確保される。また、マーカも同時にV溝21で形成させる。これらの構成によって、光変調器1を高効率で光源と一体化させ、一つの筐体内に実装することができる。また複雑な偏波面保存ファイバとその接続工程を簡略化することができる。
【0019】
次に本発明を実施する上で、特に重要な点を述べる。
【0020】
1)LD素子と光変調器との間の光路の確保
ボールレンズ4を搭載する溝以外にLD素子と光変調器との間の光路を確保するための溝が必要であるが、V溝で形成した場合、ボールレンズのV溝との交差部のパターンエッジ部でオーバエッチが起こりエッジが鈍り、ボールレンズの取り付け精度が確保できなくなる。また、ダイシングで光線方向に溝を形成した場合、LDの下部にも溝が形成されてしまい、LD素子の放熱が悪くなってしまう問題がある。
【0021】
このため、素子搭載部とボールレンズ搭載部とに段差の低位置面である凹平面22を形成し、V溝21の周囲を平面構造としV溝21から数十μm離れた位置に素子搭載用テラス23を構成することにより光路を確保する方法を用いた。テラス23の高さは後記する光学系の設計により異なるが、例えば60μm程度が好適であり、これにより光路の確保と必要なボールの高さの確保が同時にできる。テラス23の形成は、例えばマーカ用のV溝とボールレンズ搭載用V溝を同時にパターン形成し、エッチング用マスクを作製した後、異方性エッチングでV溝21を形成した後、V溝21の周囲を広範囲に機械的に研削する方法がある。
【0022】
2)LNとSiの熱膨張係数差の補償
LNとSiの熱膨張係数αは各15.4×10−6,2.6 ×10−6程度であり、値が一桁異なる。そのため、接合部に大きな応力がかかり、基板間の平行度を保つのが困難である。また、環境変化により入射光学系にあおり角が生じ、その変化により光変調器1への結合効率が変動する問題がある。
【0023】
このため、LNとSiの接合面積を小さくすることにより、機械的応力を小さくし、また同時にレンズの物像間距離を小さくすることにより、応力による基板間のあおり角の影響の回避とLD素子搭載部の機械的強度の確保を行なうことができる。例えばチップ幅1.0〜2.0mm,接合部の光軸方向の幅1.5〜2.0mm、物像間距離約1mmにすることにより良好な特性が得られる。
【0024】
3)偏光方向の制御
LD素子3の出力光はTEモードの直線偏光であるが、フェースダウン実装では光変調器1はTEモード導波での動作に限定されてしまう。また、光変調器1の端面からLD素子3への戻り光を十分抑制するために、一般的にはLD素子3と光変調器1の間に光アイソレータ5が挿入されるが、光アイソレータ5からの出射光はもとの偏光方向から45゜回転し光変調器1に入射するため、TE,TM両方のモードを励振してしまう。すなわち、偏光方向を制御する必要がある。
【0025】
このため、光アイソレータ5を光源側から順に第1の偏光子52、ファラデーローテータ51、第2の偏光子53、1/2波長板54で構成し、偏光角を1/2波長板54で制御する方法を用いる。ZカットのLN基板ではTMモードを導波させるため、光アイソレータ5によって45゜回転した光源のTEモード光をさらに45゜回転させ、光源に対し90゜偏光角を回転させる。これには、偏光子53の偏光方向から1/2波長板54の光学軸(結晶光軸)を22.5゜だけ傾斜させる。同様にTEモードを導波させるためには1/2波長板の光学軸を偏光子53の偏光方向に対し−22.5゜だけ傾斜させれば良い。このように、光アイソレータ5は、直線偏光のみが透過する偏光板の一主面に、該偏光板の偏光透過軸に対し結晶光軸を左または右回りに所定角度回転傾斜させた1/2波長板を接合させた偏光子を、ファラデー回転子の光入射側および光出射側のいずれか一方に配設して形成されている。
【0026】
図4に光アイソレータ5の基本動作を示す。図において、円内の矢印は偏光方向を示す。LD素子3からの出射光L1は第1の偏光子52を通過しファラデー回転子51で45゜回転し、予め45゜傾けて配置した第2の偏光子53を通過する。次に1/2波長板54によりさらに45゜回転し、光源の偏光方向に対し、90゜の直線偏光が光変調器1に入射する。光変調器1からの戻り光L2は第2の偏光子53により、−45゜の成分のみ通過し、ファラデー回転子51で45゜回転し、もとの戻り光と同じ角度の偏光が第1の偏光子52に入射する。第1の偏光子52は光源の偏光に対し90゜の偏光に対し損失が大きいため、戻り光L2は通過せずLD素子3への戻り光が抑制される。
【0027】
図3に本発明の第2の実施形態を示す。上記第1の実施形態では、1枚レンズ系を用いLD素子3と光変調器Tの接続を行なっているが、本実施形態の光モジュールM2では光アイソレータ5の前後に2個のボールレンズ41,42を用い、平行光学系を構成している。これにより、光アイソレータ5を通過する光の角度依存性を抑制することができる。なお、21,24は各ボールレンズを配設するための異方性エッチングにより形成したV溝である。
なお、本発明の実施形態では光導波路体として光変調器を、また光半導体素子として発光素子を例にとり説明したが、これに限定されるものではなく、光スイッチ等の各種光導波路体やフォトダイオード等の受光素子等にも適用が可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更実施が可能である。
【0028】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明による光モジュールは以下に示す顕著な効果を奏する。
【0029】
・典型的な光半導体素子(LD素子)と光変調器のニアフィールドはいずれも導波路の水平方向に長く広がる非対称な形状をしており、縦横比は例えばLD素子で約1:3、光変調器で約1:2程度である。したがって、光半導体素子と光変調器を直接結合させれば、円形のモードフィールド形状を有するファイバと比較的近い形状を有している。
【0030】
したがって、基体上に水平に置き、直接結合させる操作で、簡単にモードフィールドのマッチングを最適に調整することができる。また、モードフィールド形状が異なるファイバを間に挿入する必要がなくなり、より理想的な結合が可能である。ボールレンズの代わりに筒状のレンズホルダーに実装された非球面レンズをV溝に搭載してもよく、この場合はさらに結合効率を高めることができる。
【0031】
・光アイソレータ以降の直線偏光の劣化がないため、光変調器の入射側にラミポール等の偏光子を入れる必要がない。これによって部品点数の削減による組立効率や信頼性が大幅に向上する。
【0032】
・光半導体素子と光変調器を基体上に置くだけの簡単な工程で従来複雑であった偏光方向の調整が容易となる。
【0033】
・光半導体素子のパッケージを光変調器と共通にすることができる。従来光半導体素子と光変調器を接続していた偏波面保存ファイバが不要になることから、部品点数を大幅に削減できる。また、取扱いが容易となりシステムのメンテナンス性が向上する。
【0034】
・光半導体素子と光変調器が簡単かつ高効率で光接続でき、偏光制御が容易でありかつ自由度の高い優れた光モジュールを提供できる。また、一体化により部品点数が削減でき、信頼性が向上する。これらにより、高光出力、小型、高信頼の光モジュールを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る光モジュールの一実施形態を説明する図であり、(a)は光モジュールの平面図、(b)は光モジュールの側面図である。
【図2】 本発明に係る光モジュールの一実施形態を説明する斜視図である。
【図3】 本発明に係る光モジュールの他の実施形態を説明する図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B線断面図である。
【図4】 本発明に係る光アイソレータの作動を説明する図である。
【図5】 従来技術による光モジュールの構造を示す模式図である
【符号の説明】
1:光変調器(光導波路体)
2,12:基体
3:LD素子(光半導体素子)
4:ボールレンズ(集光レンズまたはコリメートレンズ)
5:光アイソレータ
6:光ファイバ
11:光路
21,24:V溝
22:段差の低位置面(凹平面)
23:テラス
M1,M2:光モジュール
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical module used in the field of optical communication, for example, an optical module in which an optical waveguide device (optical waveguide body) such as an optical modulator and an optical switch is integrated with a light emitting element and a light receiving element. is there.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the field of wired communication, optical fiber communication systems have been put into practical use in transmission paths called relay systems that include an access system that connects between main transmission systems and communication stations, and communication capacity has been increased. Today, optical fiber communication is being introduced not only to relay systems but also to subscriber systems that connect offices and homes, and is a high-speed, broadband service that integrates telephone, facsimile, data communication, video transmission, etc. as an information highway. The use of advanced information communication by integrated digital network (ISDN) is developing.
[0003]
For this reason, it is predicted that a large amount of communications will be consumed due to the advanced use of ISDN, such as a large increase in information access by non-telephone systems other than telephones in the future. Will be.
[0004]
A waveguide type using the electro-optic effect of a ferroelectric substrate made of KDP (KH 2 PO 4 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), etc. against the background of high-speed and broadband communication. Optical control devices (hereinafter referred to as optical waveguide devices) are promising. These optical waveguide devices are driven at a relatively low voltage, have a low loss, have a high response speed, and can be sufficiently modulated even in the millimeter wave band. In addition, since there is no chirping in principle, even an optical fiber having a large dispersion has a feature that high-capacity transmission can be performed with high quality.
[0005]
Conventionally, as shown in FIG. 5, the optical fiber is positioned and aligned with an optical fiber through a hermetically sealed optical semiconductor element and a lens system, and the same is hermetically sealed with a pigtail type optical semiconductor module 61 that is YAG welded. The optical fiber device chip 62 and the optical fiber module 62 are individually aligned with the input / output fiber via the functional optical device chip and the lens system, and YAG welded pigtail type functional optical device modules 62 are individually connected. What is connected by the member 63 is known.
[0006]
Here, as the package used, the optical semiconductor module 61 is generally a can package or a butterfly type package, and the functional optical device module 62 is a pigtail type using optical fibers 64 and 65 for input and output. Is generally used.
[0007]
As the optical fiber 64, functional optical devices are generally devices having polarization direction dependency. Therefore, the polarization plane is not provided on the emission side of the optical semiconductor module 61 or on the incident side of the LN optical modulator or optical switch. A storage fiber is used.
[0008]
Further, since the extinction ratio of the linearly polarized light after propagating through the polarization plane preserving fiber is deteriorated, the angle of the polarizer is generally adjusted on the incident side end face of the functional optical device module 62 and pasted with a UV adhesive or the like. Methods and others may improve the extinction ratio.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional configuration, each of the optical semiconductor module and the optical fiber, the optical fiber and the functional optical device module has a mode field mismatch, and the problem that the coupling efficiency deteriorates due to the design, Since there were two assembly adjustment points, which caused an increase in excess loss in the process, the efficiency of the entire module was bad, and the light intensity of the light source could not be extracted sufficiently from the functional optical device module. It was.
[0010]
Also, when the optical semiconductor module and the functional optical device module are connected to the polarization-maintaining fiber, if the angle adjustment of the polarization plane is complicated and the adjustment is wrong, the performance such as the extinction ratio of the functional optical device is adversely affected. And there was a problem that the assembly cost was high.
[0011]
In addition, the structure in which the optical semiconductor module and the functional optical device module are connected with the polarization-preserving fiber is not suitable for installation in the system because the space efficiency is poor and the mounting density is lowered. However, it took time to install and remove the module, and there was a problem that maintenance efficiency was poor.
[0012]
An object of the present invention is to overcome the above-mentioned problems, and to provide a small and highly reliable optical module capable of simple and highly efficient optical connection.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, an optical module of the present invention includes an optical semiconductor element on one of the high position surfaces of a base on which a step having high position surfaces is formed on both sides of the low position surface, and the other of the high position surfaces. In addition, optical modulators having optical waveguides optically connected to the optical semiconductor element formed on the lower surface are respectively arranged face-down, and light is applied to the optical semiconductor element and the optical modulator on the lower surface. A condensing lens to be connected and an optical isolator are arranged, and the optical modulator is formed by forming the optical waveguide for guiding the TM mode on a substrate made of Z-cut lithium niobate, and the optical isolator Includes a first polarizer, a Faraday rotator, a second polarizer, and a half-wave plate whose optical axis is inclined by 22.5 ° from the polarization direction of the second polarizer from the optical semiconductor element side. do it And wherein the Rukoto.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1A and 1B are a top view and a side view of the optical module M1, respectively. FIG. 2 shows an enlarged perspective view thereof. The optical module M1 includes bases 2 and 12, an optical modulator 1 that is an optical waveguide mounted thereon, an LD element 3 that is an optical semiconductor element, a ball lens 4 that is a condensing lens or a collimating lens, and an optical isolator. 5 and an optical fiber 6 or the like.
[0015]
Here, the optical modulator 1 includes a pyroelectric substrate made of, for example, lithium niobate (hereinafter referred to as LN), an optical waveguide formed on one main surface (lower surface), a control electrode, and the like. Is made of, for example, a non-doped silicon substrate, and its main surface is a (100) plane or a (110) plane so that anisotropic etching can be easily performed. For simplicity, the optical waveguide and the control electrode in the optical modulator 1 are not shown.
[0016]
The base 2 is composed of a V-groove 21, LD elements 3, and markers and electrodes for positioning the optical modulator 1. However, the marker is not shown for simplicity.
[0017]
The optical modulator 1, the LD element 3, the ball lens 4, and the optical isolator 5 are accurately positioned in advance so that the light emitted from the LD element 3 is coupled to the optical waveguide of the optical modulator 1 with maximum efficiency on the base 2. The processed V-groove 21 and the marker are arranged by mechanical alignment, or only the height direction and the tilt direction are aligned with mechanical accuracy, and the alignment in the horizontal plane with respect to the base 2 is an optical waveguide. This is done by monitoring the output light from the. Here, the V-groove 21 that is a recess formed in the concave plane 2 that is a low-level surface of the step can be accurately formed by forming the substrate 2 by anisotropic etching.
[0018]
Further, an LD waveguide 3 is optically connected to one of the high position surfaces of the substrate on which the steps having high position surfaces are formed on both sides of the low position surface, and the LD element 3 is optically connected to the other of the high position surfaces. Optical modulators 1 formed on the lower surface are respectively disposed. That is, the LD element 3 and the optical modulator 1 are mounted face down on the high level surface of the step of the base 2 so that the center of the ball lens 4 is positioned so that the optical axis 11 is almost close to the surface of the base 2. Take a close arrangement. At this time, a light wave propagation region is secured in the vicinity of the optical axis on the incident side. Further, the marker is also formed by the V groove 21 at the same time. With these configurations, the optical modulator 1 can be integrated with the light source with high efficiency and mounted in one housing. Further, it is possible to simplify the complicated polarization-maintaining fiber and its connection process.
[0019]
Next, particularly important points in practicing the present invention will be described.
[0020]
1) Securing the optical path between the LD element and the optical modulator A groove for securing the optical path between the LD element and the optical modulator is required in addition to the groove for mounting the ball lens 4. If formed, overetching occurs at the pattern edge portion at the intersection with the V-groove of the ball lens, the edge becomes dull, and the mounting accuracy of the ball lens cannot be ensured. In addition, when a groove is formed in the light beam direction by dicing, a groove is also formed in the lower part of the LD, and there is a problem that heat dissipation of the LD element is deteriorated.
[0021]
For this reason, a concave flat surface 22 which is a low-position surface of a step is formed on the element mounting portion and the ball lens mounting portion, the periphery of the V groove 21 is a planar structure, and the element mounting portion is located at a position several tens of μm away from the V groove 21. A method of securing an optical path by configuring the terrace 23 was used. The height of the terrace 23 varies depending on the design of the optical system to be described later, but is preferably about 60 μm, for example, so that an optical path and a necessary ball height can be secured at the same time. The terrace 23 is formed by, for example, patterning a V groove for a marker and a V groove for mounting a ball lens at the same time, producing an etching mask, forming a V groove 21 by anisotropic etching, and then forming the V groove 21. There is a method of mechanically grinding the periphery extensively.
[0022]
2) Compensation of difference in thermal expansion coefficient between LN and Si The thermal expansion coefficients α of LN and Si are about 15.4 × 10 −6 and 2.6 × 10 −6 , respectively, and the values are different by one digit. Therefore, a large stress is applied to the joint and it is difficult to maintain the parallelism between the substrates. Further, there is a problem that a tilt angle is generated in the incident optical system due to an environmental change, and the coupling efficiency to the optical modulator 1 varies due to the change.
[0023]
Therefore, by reducing the bonding area between LN and Si, the mechanical stress is reduced, and at the same time, the distance between the object images of the lens is reduced, thereby avoiding the influence of the tilt angle between the substrates due to the stress and the LD element. The mechanical strength of the mounting portion can be ensured. For example, good characteristics can be obtained by setting the chip width to 1.0 to 2.0 mm, the width of the joint in the optical axis direction to 1.5 to 2.0 mm, and the distance between object images to about 1 mm.
[0024]
3) Control of polarization direction The output light of the LD element 3 is TE mode linearly polarized light. However, in face-down mounting, the optical modulator 1 is limited to the operation in the TE mode waveguide. In order to sufficiently suppress the return light from the end face of the optical modulator 1 to the LD element 3, an optical isolator 5 is generally inserted between the LD element 3 and the optical modulator 1. Since the outgoing light from the light rotates 45 ° from the original polarization direction and enters the optical modulator 1, both TE and TM modes are excited. That is, it is necessary to control the polarization direction.
[0025]
For this reason, the optical isolator 5 is composed of the first polarizer 52, the Faraday rotator 51, the second polarizer 53, and the half-wave plate 54 in order from the light source side, and the polarization angle is controlled by the half-wave plate 54. The method to be used is used. In order to guide the TM mode in the Z-cut LN substrate, the TE mode light of the light source rotated 45 ° by the optical isolator 5 is further rotated 45 °, and the polarization angle is rotated 90 ° with respect to the light source. For this purpose, the optical axis (crystal optical axis) of the half-wave plate 54 is inclined by 22.5 ° from the polarization direction of the polarizer 53. Similarly, in order to guide the TE mode, the optical axis of the half-wave plate may be inclined by −22.5 ° with respect to the polarization direction of the polarizer 53. In this way, the optical isolator 5 is a half of the main surface of a polarizing plate that transmits only linearly polarized light, with the crystal optical axis rotated to the left or right by a predetermined angle with respect to the polarizing transmission axis of the polarizing plate. A polarizer to which a wave plate is bonded is formed on either the light incident side or the light emitting side of the Faraday rotator.
[0026]
FIG. 4 shows the basic operation of the optical isolator 5. In the figure, the arrow in the circle indicates the polarization direction. The outgoing light L1 from the LD element 3 passes through the first polarizer 52, rotates by 45 ° by the Faraday rotator 51, and passes through the second polarizer 53 which is previously inclined by 45 °. Next, it is further rotated by 45 ° by the half-wave plate 54, and 90 ° linearly polarized light enters the light modulator 1 with respect to the polarization direction of the light source. The return light L2 from the optical modulator 1 passes through only the −45 ° component by the second polarizer 53, rotates 45 ° by the Faraday rotator 51, and the polarized light having the same angle as the original return light is the first. Is incident on the polarizer 52. Since the first polarizer 52 has a large loss with respect to the polarization of 90 ° with respect to the polarization of the light source, the return light L2 does not pass and the return light to the LD element 3 is suppressed.
[0027]
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the LD element 3 and the optical modulator T are connected using a single lens system. However, in the optical module M2 of the present embodiment, two ball lenses 41 are provided before and after the optical isolator 5. , 42 are used to constitute a parallel optical system. Thereby, the angle dependence of the light passing through the optical isolator 5 can be suppressed. Reference numerals 21 and 24 denote V grooves formed by anisotropic etching for disposing each ball lens.
In the embodiment of the present invention, an optical modulator is described as an optical waveguide body and a light emitting element is used as an optical semiconductor element. However, the present invention is not limited to this, and various optical waveguide bodies such as an optical switch and photo The present invention can be applied to a light receiving element such as a diode, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
[0028]
【The invention's effect】
As described above in detail, the optical module according to the present invention has the following remarkable effects.
[0029]
Both the typical optical semiconductor element (LD element) and the near field of the optical modulator have an asymmetric shape extending long in the horizontal direction of the waveguide, and the aspect ratio is, for example, about 1: 3 for the LD element. The modulator is about 1: 2. Therefore, if the optical semiconductor element and the optical modulator are directly coupled, the shape is relatively close to a fiber having a circular mode field shape.
[0030]
Therefore, the mode field matching can be easily adjusted optimally by an operation of placing it horizontally on the substrate and directly coupling it. Further, it is not necessary to insert fibers having different mode field shapes between them, and more ideal coupling is possible. Instead of the ball lens, an aspheric lens mounted on a cylindrical lens holder may be mounted on the V-groove, and in this case, the coupling efficiency can be further increased.
[0031]
-Since there is no deterioration of linearly polarized light after the optical isolator, it is not necessary to insert a polarizer such as Lamipol on the incident side of the optical modulator. This greatly improves the assembly efficiency and reliability due to the reduction in the number of parts.
[0032]
The adjustment of the polarization direction, which has been complicated in the past, becomes easy with a simple process of placing the optical semiconductor element and the optical modulator on the substrate.
[0033]
-The package of the optical semiconductor element can be shared with the optical modulator. Since the polarization-maintaining fiber that conventionally connects the optical semiconductor element and the optical modulator is not required, the number of parts can be greatly reduced. In addition, handling becomes easy and system maintenance is improved.
[0034]
-An optical module in which an optical semiconductor element and an optical modulator can be optically connected easily and with high efficiency, polarization control is easy, and an excellent optical module with high flexibility can be provided. Moreover, the number of parts can be reduced by integration, and reliability is improved. As a result, an optical module with high optical output, small size, and high reliability can be realized.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are diagrams illustrating an embodiment of an optical module according to the present invention, in which FIG. 1A is a plan view of the optical module, and FIG. 1B is a side view of the optical module.
FIG. 2 is a perspective view for explaining an embodiment of an optical module according to the present invention.
3A and 3B are diagrams for explaining another embodiment of the optical module according to the present invention, in which FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the optical isolator according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of an optical module according to the prior art.
1: Optical modulator (optical waveguide)
2,12: Base 3: LD element (optical semiconductor element)
4: Ball lens (condensing lens or collimating lens)
5: Optical isolator 6: Optical fiber 11: Optical path 21, 24: V groove 22: Low position surface of step (concave surface)
23: Terrace M1, M2: Optical module

Claims (1)

低位置面の両側に高位置面を有する段差が形成された基体の前記高位置面の一方に光半導体素子が、前記高位置面の他方に前記光半導体素子に光接続される光導波路が下面に形成された光変調器がそれぞれフェースダウンで配設されているとともに、前記低位置面に、前記光半導体素子および前記光変調器に光接続される集光レンズおよび光アイソレータを配設して成り、前記光変調器は、Zカットのニオブ酸リチウムから成る基板にTMモードを導波させる前記光導波路が形成されて成り、前記光アイソレータは、前記光半導体素子側から第1の偏光子、ファラデーローテータ、第2の偏光子および該第2の偏光子の偏光方向から光学軸を22.5°傾斜させた1/2波長板を配置して成ることを特徴とする光モジュール。An optical semiconductor element is disposed on one of the high-position surfaces of the base on which a step having high-position surfaces is formed on both sides of the low-position surface, and an optical waveguide that is optically connected to the optical semiconductor element is disposed on the other surface of the high-position surface. Each of the optical modulators formed on the surface is disposed face down, and a condensing lens and an optical isolator optically connected to the optical semiconductor element and the optical modulator are disposed on the low position surface. formed is, the optical modulator is made is the optical waveguide for guiding the TM mode to the substrate made of a Z-cut lithium niobate is formed, the light isolator, the first polarizer from the optical semiconductor element side An optical module comprising: a Faraday rotator, a second polarizer, and a half-wave plate whose optical axis is inclined by 22.5 ° from the polarization direction of the second polarizer .
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