JP7189467B2

JP7189467B2 - optical module

Info

Publication number: JP7189467B2
Application number: JP2021171342A
Authority: JP
Inventors: 忠明宮田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2021-10-20
Publication date: 2022-12-14
Anticipated expiration: 2038-03-20
Also published as: JP2022009261A

Description

本発明は、半導体レーザ及び導波路を備えた光モジュールに関する。 The present invention relates to an optical module having a semiconductor laser and a waveguide.

半導体レーザ及びこの半導体レーザと光学的に接続された導波路を備えた光モジュールが、様々な産業分野で用いられている。このような光モジュールでは、導波路から半導体レーザへの戻り光により、半導体レーザの共振状態に悪影響を与える場合がある。これに対処するため、導波路が形成された基板の端面及び導波路端面が異なる角度で形成された光モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Optical modules including a semiconductor laser and a waveguide optically connected to the semiconductor laser are used in various industrial fields. In such an optical module, return light from the waveguide to the semiconductor laser may adversely affect the resonant state of the semiconductor laser. In order to deal with this, an optical module has been proposed in which the end face of the substrate on which the waveguide is formed and the end face of the waveguide are formed at different angles (see, for example, Patent Document 1).

特開２００１－３３０７４４号公報JP-A-2001-330744

特許文献１に記載の光モジュールでは、基板の端面及び導波路端面が異なる角度で形成されているので、半導体レーザの出射光の光軸と導波路の光軸とが斜めに配置されることになる。よって、導波路から半導体レーザへの戻り光を低減することができる。 In the optical module described in Patent Document 1, the end face of the substrate and the end face of the waveguide are formed at different angles, so that the optical axis of the emitted light from the semiconductor laser and the optical axis of the waveguide are obliquely arranged. Become. Therefore, return light from the waveguide to the semiconductor laser can be reduced.

しかし、半導体レーザの出射面と基板の端面とが斜めになるように配置した場合、通常、半導体レーザの幅方向の略中央に発光点があるので、半導体レーザの発光点及び導波路の入射面の間の距離が長くなり、半導体レーザ及び導波路の光学的な結合効率が低下する問題が生じる。 However, when the emission surface of the semiconductor laser and the end face of the substrate are arranged obliquely, the emission point of the semiconductor laser and the incident surface of the waveguide are usually located substantially in the center of the width direction of the semiconductor laser. A problem arises in that the distance between is increased, and the optical coupling efficiency between the semiconductor laser and the waveguide is lowered.

本開示は、上記問題に鑑みてなされたものであり、半導体レーザ及び導波路の間の高い光学的結合効率を有するとともに、導波路から半導体レーザへの戻り光を低減できる光モジュールを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and provides an optical module that has high optical coupling efficiency between a semiconductor laser and a waveguide, and that can reduce return light from the waveguide to the semiconductor laser. With the goal.

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る光モジュールでは、
互いに略平行な出射面を有し、該出射面が該出射面に垂直な方向において互いにずれて配置された第１半導体レーザ素子、第２半導体レーザ素子及び第３半導体レーザ素子と、
基板上に導波路が形成された平面光波回路（ＰＬＣ：ＰｌａｎｎａｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ）と、
を備え、
前記第１半導体レーザ素子、前記第２半導体レーザ素子及び前記第３半導体レーザ素子の発光点の位置と前記導波路のコアの位置とが略一致するように配置され、
平面視において、
前記第１半導体レーザ素子、前記第２半導体レーザ素子及び前記第３半導体レーザ素子の出射面とこれに対応する前記導波路の入射面とが互いに傾斜して配置され、
前記第１半導体レーザ素子、前記第２半導体レーザ素子及び前記第３半導体レーザ素子は、赤色、緑色及び青色の中から選択された色の光を出射し、かつ互いに異なる色の光を出射する。 In order to solve the above problems, in an optical module according to an aspect of the present invention,
a first semiconductor laser element, a second semiconductor laser element, and a third semiconductor laser element having emission surfaces substantially parallel to each other and arranged such that the emission surfaces are shifted from each other in a direction perpendicular to the emission surfaces;
A planar lightwave circuit (PLC) in which a waveguide is formed on a substrate;
with
The first semiconductor laser element, the second semiconductor laser element, and the third semiconductor laser element are arranged so that the positions of the light emitting points and the position of the core of the waveguide substantially coincide,
In plan view,
the emission planes of the first semiconductor laser element, the second semiconductor laser element, and the third semiconductor laser element and the corresponding incident planes of the waveguide are arranged to be inclined with respect to each other;
The first semiconductor laser element, the second semiconductor laser element, and the third semiconductor laser element emit light of a color selected from red, green, and blue, and emit light of colors different from each other.

以上のように本開示では、半導体レーザ及び導波路の間の高い光学的結合効率を有するとともに、導波路から半導体レーザへの戻り光を低減できる光モジュールを提供することができる。 As described above, the present disclosure can provide an optical module that has high optical coupling efficiency between a semiconductor laser and a waveguide and that can reduce light returning from the waveguide to the semiconductor laser.

本発明の１つの実施形態に係る光モジュールを模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing an optical module according to one embodiment of the invention; FIG. 図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す側面断面図である。FIG. 2 is a side cross-sectional view showing the II-II cross section of FIG. 1; 半導体レーザ素子の出射面を表す第１の線分及びこれに対応する導波路の入射面を表す第２の線分が互いに傾斜して配置されたところを拡大して示す平面図である。FIG. 2 is an enlarged plan view showing a first line segment representing an emission surface of a semiconductor laser element and a corresponding second line segment representing an entrance surface of a waveguide arranged to be inclined with respect to each other; 半導体レーザ素子から導波路のコアへ入射する光の光軸及びコアの光軸がなす角度θ１、半導体レーザ素子の出射光の広がり角（半値）θ２、及び平面光波回路の導波路の最大受光角（半値）θｍａｘの関係を示す平面図である。The angle θ1 formed by the optical axis of the light incident on the core of the waveguide from the semiconductor laser element and the optical axis of the core, the spread angle (half value) θ2 of the emitted light from the semiconductor laser element, and the maximum light receiving angle of the waveguide of the planar lightwave circuit. (Half value) It is a top view which shows the relationship of (theta)max. 第１の線分及び第２の線分のなす角度θに基づいて、角度θ１を算出する方法を説明するための平面図である。FIG. 4 is a plan view for explaining a method of calculating an angle θ1 based on an angle θ formed by a first line segment and a second line segment; フリップチップ実装の光モジュールの構造を模式的に示す側面図である。FIG. 2 is a side view schematically showing the structure of a flip-chip mounted optical module;

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための実施形態を説明する。なお、以下に説明する光モジュールは、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態や実施例に分けて示す場合があるが、異なる実施形態や実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態や実施例では、前述と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態や実施例ごとには逐次言及しないものとする。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The optical module described below is for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following unless there is a specific description.
In each drawing, members having the same function may be given the same reference numerals. In consideration of the explanation of the main points or the ease of understanding, the embodiments and examples may be divided for convenience, but the configurations shown in different embodiments and examples can be partially replaced or combined. In the embodiments and examples described later, descriptions of matters common to those described above will be omitted, and only differences will be described. In particular, similar actions and effects due to similar configurations will not be referred to successively for each embodiment or example. The sizes and positional relationships of members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation.

（１つの実施形態に係る光モジュール）
はじめに、図１及び図２を参照しながら、本発明の１つの実施形態に係る光モジュールの構造について説明する。図１は、本発明の１つの実施形態に係る光モジュールを模式的に示す図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す側面断面図である。 (Optical module according to one embodiment)
First, the structure of an optical module according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. FIG. 1 is a diagram schematically showing an optical module according to one embodiment of the invention. FIG. 2 is a side sectional view showing the II-II section of FIG.

本実施形態に係る光モジュール２は、光源基板６に実装された半導体レーザ素子４と、この半導体レーザ素子４と光学的に接続された平面光波回路（ＰＬＣ：ＰｌａｎｎａｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ）２０とを備える。本実施形態では、一例として、半導体レーザ素子４が、緑色半導体レーザ素子４Ｇ、青色半導体レーザ素子４Ｂ及び赤色半導体レーザ素子４Ｒから構成されている場合を示す。 The optical module 2 according to this embodiment includes a semiconductor laser element 4 mounted on a light source substrate 6 and a planar lightwave circuit (PLC: Planar Lightwave Circuit) 20 optically connected to the semiconductor laser element 4 . In this embodiment, as an example, the semiconductor laser element 4 is composed of a green semiconductor laser element 4G, a blue semiconductor laser element 4B, and a red semiconductor laser element 4R.

本実施形態では、緑色半導体レーザ素子４Ｇとして、発振波長が緑色領域の窒化物半導体レーザが用いられ、青色半導体レーザ素子４Ｂとして、発振波長が紫外または青色領域の窒化物半導体レーザが用いられ、赤色半導体レーザ素子４Ｒとして、発振波長が赤色または赤外領域のＧａＡｓ系半導体レーザが用いられている。
ただし、これに限られるものではなく、光モジュール２は、１以上の任意の数の任意の波長域の半導体レーザ素子を備えることができる。 In the present embodiment, a nitride semiconductor laser whose oscillation wavelength is in the green region is used as the green semiconductor laser element 4G, and a nitride semiconductor laser whose oscillation wavelength is in the ultraviolet or blue region is used as the blue semiconductor laser element 4B. As the semiconductor laser element 4R, a GaAs-based semiconductor laser with an oscillation wavelength in the red or infrared region is used.
However, the optical module 2 is not limited to this, and the optical module 2 can include any number of one or more semiconductor laser elements of any wavelength range.

図２に示すように、平面光波回路２０は、シリコン基板２２上に、ＳｉО_２からなるアンダークラッド層１４Ａが形成され、アンダークラッド層１４Ａの上にＳｉО_２からなるコア１２が形成され、更に、その上にＳｉО_２からなるオーバークラッド層１４Ｂが、コア１２を囲むように形成されている。コア１２は、クラッド１４よりも大きな屈折率を有しており、これにより、導波路１０の入射面１０Ａからコア１２に入射した光は、コア１２及びクラッド１４の境界面で全反射して、コア１２内を進むことができる。 As shown in FIG. 2, the planar lightwave circuit 20 has an undercladding layer 14A made of _SiO2 formed on a silicon substrate 22, a core 12 made of _SiO2 formed on the undercladding layer 14A, and further comprising: An over-cladding layer 14B made of SiO ₂ is formed thereon so as to surround the core 12 . The core 12 has a higher refractive index than the clad 14, so that the light incident on the core 12 from the incident surface 10A of the waveguide 10 is totally reflected at the interface between the core 12 and the clad 14, It can go through the core 12 .

本実施形態では、コア１２として、緑色半導体レーザ素子４Ｇに対応する緑色対応コア１２Ｇ、青色半導体レーザ素子４Ｂに対応する青色対応コア１２Ｂ、及び赤色半導体レーザ素子４Ｒに対応する赤色対応コア１２Ｒを備える。図１に示すように、平面視において、各々の半導体レーザ素子４Ｇ、４Ｂ、４Ｒの発光点Ｐｇ、Ｐｂ、Ｐｒの位置及び導波路１０の各コア１２Ｇ、１２Ｂ、１２Ｒの位置が略一致するように配置されている。導波路１０の入射面１０Ａから、出射側に延びた各コア１２Ｇ、１２Ｂ、１２Ｒは、合流点Ｑで互いに合流し、合波対応コア１２Ｍが導波路１０の出射面１０Ｂにまで延びている。 In this embodiment, the cores 12 include a green core 12G corresponding to the green semiconductor laser element 4G, a blue core 12B corresponding to the blue semiconductor laser element 4B, and a red core 12R corresponding to the red semiconductor laser element 4R. . As shown in FIG. 1, the positions of the light emitting points Pg, Pb, and Pr of the semiconductor laser elements 4G, 4B, and 4R and the positions of the cores 12G, 12B, and 12R of the waveguide 10 are substantially aligned in plan view. are placed in The cores 12G, 12B, and 12R extending from the entrance surface 10A of the waveguide 10 to the exit side join together at the junction Q, and the multiplexing core 12M extends to the exit surface 10B of the waveguide 10. FIG.

以上のように、本実施形態に係る光モジュール２では、緑色光域、青色光域及び赤色光域の光を出射する複数の半導体レーザ素子４Ｇ、４Ｂ、４Ｒを備え、平面光波回路２０が、各々の波長の半導体レーザ素子４Ｇ、４Ｂ、４Ｒに対応したコア１２Ｇ、１２Ｂ、１２Ｒ、及びこれらのコアが合流した合波対応コア１２Ｍを有する導波路１０を備える。よって、平面光波回路２０により、各々の波長の光を合波することができる。このような構成により、白色光を高い発光効率で出射可能なコンパクトな光モジュール２を提供できる。 As described above, the optical module 2 according to the present embodiment includes a plurality of semiconductor laser elements 4G, 4B, and 4R that emit light in the green, blue, and red light ranges, and the planar lightwave circuit 20 includes: The waveguide 10 has cores 12G, 12B, 12R corresponding to the semiconductor laser elements 4G, 4B, 4R of respective wavelengths, and a multiplexing core 12M obtained by combining these cores. Therefore, the planar lightwave circuit 20 can combine the lights of the respective wavelengths. With such a configuration, it is possible to provide a compact optical module 2 capable of emitting white light with high luminous efficiency.

＜半導体レーザ素子の出射面及び導波路の入射面の傾斜配置＞
本実施形態に係る光モジュールでは、平面視において、半導体レーザ素子４Ｇ、４Ｂ、４Ｒの出射面４Ａｇ、４Ａｂ、４Ａｒ及びこれに対応する平面光波回路２０の導波路１０の入射面１０Ａが互いに傾斜して配置されている。この構造を、図３を参照しながら、更に詳細に説明する。図３は、半導体レーザ素子４の出射面４Ａを表す第１の線分３０及びこれに対応する導波路１０の入射面１０Ａを表す第２の線分３２が互いに傾斜して配置されたところを拡大して示す平面図である。
なお、図３に示す半導体レーザ素子４及びコア１２は、図１に示す緑色、青色、赤色の何れの半導体レーザ素子４Ｇ、４Ｂ、４Ｒ及びコア１２Ｇ、１２Ｂ、１２Ｒに適用することもできる。また、半導体レーザ素子の出射面及びこれに対応する平面光波回路の導波路の入射面が互いに傾斜して配置されているのであれば、平面光波回路の入射面が斜めにカットされている場合もあり得るし、通常の矩形の平面形状の平面光波回路を、半導体レーザ素子の出射面に対して斜めに配置する場合もあり得る。 <Tilted Arrangement of the Output Surface of the Semiconductor Laser Element and the Entrance Surface of the Waveguide>
In the optical module according to the present embodiment, the emission surfaces 4Ag, 4Ab, and 4Ar of the semiconductor laser elements 4G, 4B, and 4R and the incident surfaces 10A of the corresponding waveguides 10 of the planar lightwave circuit 20 are inclined with respect to each other in plan view. are placed. This structure will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 3 shows that a first line segment 30 representing the emission surface 4A of the semiconductor laser element 4 and a corresponding second line segment 32 representing the entrance surface 10A of the waveguide 10 are arranged obliquely. It is a top view which expands and shows.
The semiconductor laser element 4 and core 12 shown in FIG. 3 can be applied to any of the green, blue, and red semiconductor laser elements 4G, 4B, 4R and cores 12G, 12B, 12R shown in FIG. Further, if the emission surface of the semiconductor laser element and the corresponding incident surface of the waveguide of the planar lightwave circuit are arranged to be inclined with respect to each other, the incident surface of the planar lightwave circuit may be obliquely cut. It is possible, and there is also a case in which a normal rectangular planar lightwave circuit is arranged obliquely with respect to the emission surface of the semiconductor laser element.

図３に示すように、平面視において、半導体レーザ素子４の出射面４Ａを表す第１の線分３０及びこれに対応する導波路１０の入射面１０Ａを表す第２の線分３２が、角度θだけ互いに傾斜して配置されている。そして半導体レーザ素子４の発光点Ｐが、第１の線分３０の中央Ｍに対して、第１の線分３０の延長線及び第２の線分３２またはその延長線の交点側に配置されている。なお、第１の線分３０の延長線及び第２の線分３２またはその延長線の交点を、傾斜中心Ｃと称することもできる。 As shown in FIG. 3, in plan view, a first line segment 30 representing the emission surface 4A of the semiconductor laser element 4 and a corresponding second line segment 32 representing the incident surface 10A of the waveguide 10 are at an angle are arranged at an angle of θ to each other. The light emitting point P of the semiconductor laser element 4 is arranged on the intersection side of the extension line of the first line segment 30 and the second line segment 32 or their extension lines with respect to the center M of the first line segment 30. ing. The intersection of the extension of the first line segment 30 and the second line segment 32 or its extension can also be referred to as the tilt center C.

半導体レーザ素子４から出射された光は、導波路１０の入射面１０Ａからコア１２に入射し、コア１２内を出射側に進んで、導波路１０の出射面１０Ｂ（図１参照）から出射される。このとき、導波路１０の入射面１０Ａ及び出射面１０Ｂで反射された光が半導体レーザ素子４側に戻る。このような戻り光が半導体レーザ素子４に入ると、半導体レーザ素子４の共振状態に悪影響を与える。この戻り光の影響で、レーザ光にノイズが発生する、コヒーレントなレーザ光が得られにくくなるといった問題が生じる場合がある。 Light emitted from the semiconductor laser element 4 enters the core 12 from the entrance surface 10A of the waveguide 10, travels through the core 12 toward the exit side, and exits from the exit surface 10B of the waveguide 10 (see FIG. 1). be. At this time, the light reflected by the entrance surface 10A and the exit surface 10B of the waveguide 10 returns to the semiconductor laser element 4 side. When such return light enters the semiconductor laser element 4, it adversely affects the resonance state of the semiconductor laser element 4. FIG. Due to the influence of this return light, problems may arise such as noise in the laser light and difficulty in obtaining coherent laser light.

しかし、本実施形態では、半導体レーザ素子４の出射面４Ａ及びそれに対応する導波路１０の入射面１０Ａが傾斜して配置されているので、平面光波回路２０から半導体レーザ素子４への戻り光を抑制することができ、半導体レーザ素子４の発振状態に悪影響を与えることを抑制できる。それとともに、半導体レーザ素子の発光点Ｐが、第１の線分３０の中央Ｍに対して交点Ｃ側に配置されているので、半導体レーザ素子４の出射面４Ａ上の発光点Ｐを導波路１０の入射面１０Ａ上のコア１２の位置に近づけることができ、半導体レーザ素子４及び平面光波回路２０の光学的な結合効率の低下を抑制できる。これにより、発光効率の高い信頼性の高い光モジュール２を提供できる。 However, in the present embodiment, since the emission surface 4A of the semiconductor laser element 4 and the corresponding incident surface 10A of the waveguide 10 are arranged at an angle, the return light from the planar lightwave circuit 20 to the semiconductor laser element 4 is blocked. Therefore, it is possible to suppress adverse effects on the oscillation state of the semiconductor laser element 4 . At the same time, since the light emitting point P of the semiconductor laser element is arranged on the intersection point C side with respect to the center M of the first line segment 30, the light emitting point P on the emission surface 4A of the semiconductor laser element 4 can be used as a waveguide. 10 can be brought close to the position of the core 12 on the incident surface 10A, and a decrease in optical coupling efficiency between the semiconductor laser element 4 and the planar lightwave circuit 20 can be suppressed. This makes it possible to provide the optical module 2 with high luminous efficiency and high reliability.

また、第１の線分３０の長さをＬとすると、発光点Ｐが、第1の線分３０の交点Ｃ側の端部から距離Ｌ／４以内の領域に配置されていることが好ましい。これにより、より確実に、半導体レーザ素子４及び平面光波回路２０の光学的な結合効率の低下を抑制できる。特に、半導体レーザ素子４及び平面光波回路２０の結合効率を考慮すると、半導体レーザ素子４の出射面４Ａ上の発光点Ｐの位置及び導波路１０の入射面１０Ａ上のコア１２の位置の距離Ｄが、５μｍ以下であることが好ましい。これにより、発光効率に優れた光モジュール２を提供することができる。 Further, if the length of the first line segment 30 is L, the light emitting point P is preferably arranged in a region within a distance of L/4 from the end of the first line segment 30 on the intersection point C side. . As a result, it is possible to more reliably suppress the deterioration of the optical coupling efficiency between the semiconductor laser element 4 and the planar lightwave circuit 20 . In particular, considering the coupling efficiency between the semiconductor laser element 4 and the planar lightwave circuit 20, the distance D between the position of the light emitting point P on the emission surface 4A of the semiconductor laser element 4 and the position of the core 12 on the incidence surface 10A of the waveguide 10 is is preferably 5 μm or less. This makes it possible to provide the optical module 2 with excellent luminous efficiency.

例えば、第１の線分３０の長さをＬ＝１５０μｍ、第1の線分３０及び第２の線分３２がなす角度θ＝８°と仮定すると、半導体レーザ素子４の出射面４Ａ上の発光点Ｐが交点Ｃ側の端部から距離Ｌ／４の位置にある場合、出射面４Ａ上の発光点Ｐの位置及び入射面１０Ａ上のコア１２の位置の距離Ｄは、
Ｄ＝（Ｗ／４）＊ｔａｎθ≒５μｍ
となる。よって、確実に、発光効率に優れた光モジュール２を提供することができる。 For example, assuming that the length of the first line segment 30 is L=150 μm and the angle between the first line segment 30 and the second line segment 32 is θ=8°, When the light emitting point P is located at a distance L/4 from the end on the intersection C side, the distance D between the position of the light emitting point P on the exit surface 4A and the position of the core 12 on the entrance surface 10A is
D=(W/4)*tan θ≈5 μm
becomes. Therefore, it is possible to reliably provide the optical module 2 having excellent luminous efficiency.

次に、図４を参照しながら、コア１２への入射光の光軸及びコア１２の光軸がなす角度θ１、半導体レーザ素子４の広がり角（半値）θ２、平面光波回路の導波路１０の最大受光角（半値）θｍａｘの関係を説明する。図４は、半導体レーザ素子４から導波路１０のコア１２へ入射する光の光軸及びコア１２の光軸がなす角度θ１、半導体レーザ素子４の出射光の広がり角（半値）θ２、及び平面光波回路２０の導波路１０の最大受光角（半値）θｍａｘの関係を示す平面図である。 Next, referring to FIG. 4, the angle .theta.1 formed by the optical axis of the incident light to the core 12 and the optical axis of the core 12, the spread angle (half value) .theta.2 of the semiconductor laser element 4, and the waveguide 10 of the planar lightwave circuit. The relationship between the maximum light receiving angle (half value) θmax will be described. FIG. 4 shows the angle θ1 formed by the optical axis of the light incident on the core 12 of the waveguide 10 from the semiconductor laser element 4 and the optical axis of the core 12, the spread angle (half value) θ2 of the emitted light from the semiconductor laser element 4, and the plane 3 is a plan view showing the relationship between the maximum light receiving angle (half value) θmax of the waveguide 10 of the lightwave circuit 20. FIG.

図４に示すように、コア１２に入射した光がコア１２内で全反射する最大の入射角度である、最大受光角（半値）をθｍａｘとすると、θｍａｘは、スネルの法則に基づき、下式のようにコア１２の屈折率ｎ１及びクラッド１４の屈折率ｎ２により定まる。
Ｓｉｎθｍａｘ（開口ＮＡ）＝ｎ１＊ＳＱＲ（２Δ）
Δ＝（ｎ１^２－ｎ２^２）／（２＊ｎ１^２）
ｎ１：コア１２の屈折率
ｎ２：クラッド１４の屈折率 As shown in FIG. 4, if the maximum light-receiving angle (half value), which is the maximum incident angle at which the light incident on the core 12 is totally reflected within the core 12, is θmax, then θmax is obtained by the following equation based on Snell's law: It is determined by the refractive index n1 of the core 12 and the refractive index n2 of the clad 14 as follows.
Sin θmax (aperture NA)=n1*SQR(2Δ)
Δ=(n1 ² −n2 ² )/(2*n1 ² )
n1: refractive index of core 12 n2: refractive index of clad 14

半導体レーザ素子４からコア１２へ入射する光の光軸及びコア１２の光軸がなす角度をθ１（理論値）とし、半導体レーザ素子４の出射光の広がり角（半値）をθ２とし、導波路１０の最大受光角（半値）をθｍａｘとすると、
θ１＋θ２ ≦ θｍａｘ
の関係を有する場合に、半導体レーザ素子４からコア１２へ入射した光がコア１２内で全反射することなる。つまり、上記の関係式を満足する場合に、半導体レーザ素子４の出射光が導波路１０のコア１２に入射して、コア１２内を出射側に進んでいくことになる。
一方、半導体レーザ素子４からコア１２へ入射する光の光軸及びコア１２の光軸がなす角度がθｍａｘより大きい角度θ３の場合には、コア１２内で反射されず、コア１２内を進むことはできない。 Let θ1 (theoretical value) be the angle formed by the optical axis of the light incident on the core 12 from the semiconductor laser element 4 and the optical axis of the core 12, let θ2 be the spread angle (half value) of the emitted light from the semiconductor laser element 4, and let θ2 be the waveguide. If the maximum light receiving angle (half value) of 10 is θmax,
θ1+θ2≦θmax
, the light incident on the core 12 from the semiconductor laser element 4 is totally reflected within the core 12 . That is, when the above relational expression is satisfied, the light emitted from the semiconductor laser element 4 enters the core 12 of the waveguide 10 and travels through the core 12 to the emission side.
On the other hand, when the angle between the optical axis of the light entering the core 12 from the semiconductor laser element 4 and the optical axis of the core 12 is an angle θ3 larger than θmax, the light travels through the core 12 without being reflected within the core 12 . can't.

以上のように、半導体レーザ素子４からコア１２へ入射する光の光軸及びコア１２の光軸がなす角度θ１が「θｍａｘ－θ２」以内の範囲において、０度より大きな所定の値を有していれば、確実に半導体レーザ素子４への戻り光を抑制できる。０度より大きく「θｍａｘ－θ２」以内の範囲は、ある程度の幅があるので、角度θ１の設定が比較的容易であり、半導体レーザ素子４への戻り光を抑制可能な構造を比較的容易に形成することができる。 As described above, the angle θ1 formed by the optical axis of the light incident on the core 12 from the semiconductor laser element 4 and the optical axis of the core 12 has a predetermined value larger than 0 degrees within the range of “θmax−θ2”. If so, the return light to the semiconductor laser element 4 can be reliably suppressed. Since the range larger than 0 degree and within “θmax−θ2” has a certain width, setting of the angle θ1 is relatively easy, and a structure capable of suppressing return light to the semiconductor laser element 4 can be relatively easily constructed. can be formed.

特に、平面視における半導体レーザ素子４の広がり角θ２が、半導体レーザ素子４のファーフィールドパターンの短軸方向の広がり角となるように、半導体レーザ素子４を配置するのが好ましい。この場合、広がり角θ２を小さくできるので、「θｍａｘ－θ２」以内に設定する角度θ１の値を大きくとることができる。よって、半導体レーザ素子４への戻り光をより確実に抑制することができる。 In particular, it is preferable to dispose the semiconductor laser element 4 so that the spread angle θ2 of the semiconductor laser element 4 in plan view corresponds to the spread angle of the far field pattern of the semiconductor laser element 4 in the minor axis direction. In this case, since the divergence angle θ2 can be made small, the value of the angle θ1 set within “θmax−θ2” can be increased. Therefore, return light to the semiconductor laser element 4 can be suppressed more reliably.

仮に、半導体レーザ素子４の実際の出射面４Ａが、半導体レーザ素子４の出射光の光軸に完全に直交し、導波路１０の実際の入射面１０Ａが、コア１２の光軸に完全に直交していれば、半導体レーザ素子４からコア１２へ入射する光の光軸及びコア１２の光軸がなす角度θ１は、第１の線分３０及び第２の線分３２がなす角度θと一致する。しかし、製作精度や、半導体レーザ素子のＦＦＰのばらつき等により、実際の出射面４Ａ及び入射面１０Ａは、理論上の出射面及び入射面から多少の角度のずれが生じる。このことについて、図５を参照しながら説明する。図５は、実際の出射面４Ａ及び入射面１０Ａに対応した第１の線分３０及び第２の線分３２のなす角度θに基づいて、理論値である角度θ１を算出する方法を説明するための平面図である。 Suppose that the actual emission surface 4A of the semiconductor laser element 4 is completely orthogonal to the optical axis of the emitted light from the semiconductor laser element 4, and the actual incident surface 10A of the waveguide 10 is completely orthogonal to the optical axis of the core 12. If so, the angle θ1 formed between the optical axis of the light incident on the core 12 from the semiconductor laser element 4 and the optical axis of the core 12 coincides with the angle θ formed by the first line segment 30 and the second line segment 32. do. However, due to manufacturing accuracy, variations in the FFP of the semiconductor laser element, etc., the actual output surface 4A and the incident surface 10A are slightly deviated from the theoretical output surface and incident surface. This will be explained with reference to FIG. FIG. 5 illustrates a method of calculating the theoretical angle θ1 based on the angle θ formed by the first line segment 30 and the second line segment 32 corresponding to the actual output surface 4A and the incident surface 10A. 1 is a plan view for FIG.

図５では、半導体レーザ素子４の出射光の光軸に対して垂直な理論的な出射面及び実際の出射面４Ａの間のずれ角α、並びに導波路１０のコア１２の光軸と垂直な理論的な入射面及び実際の入射面１０Ａの間のずれ角α’を示している。実際の面に対応する第１の線分３０及び第２の線分３２のなす角度θに対して、これらのずれ各α、α’を加算または減算する補正をすることにより、理論値である角度θ１を算出することができる。
なお、補正に当たり、角度θにずれ角α（α’）を加えるかまたは差し引くかは、コア１２の光軸に対する入射光の傾きの向き及びずれ角度α（α’）の向きによって定まる。 5, the deviation angle α between the theoretical emission surface perpendicular to the optical axis of the emitted light of the semiconductor laser element 4 and the actual emission surface 4A, and the angle α perpendicular to the optical axis of the core 12 of the waveguide 10 are shown. The deviation angle α' between the theoretical entrance surface and the actual entrance surface 10A is shown. The theoretical value is obtained by correcting the angle θ formed by the first line segment 30 and the second line segment 32 corresponding to the actual surface by adding or subtracting these deviations α and α'. The angle θ1 can be calculated.
Whether the deviation angle α (α') is added or subtracted from the angle θ in the correction depends on the direction of the inclination of the incident light with respect to the optical axis of the core 12 and the direction of the deviation angle α (α').

（フリップチップ実装の光モジュール）
次に、図６を参照しながら、光モジュール２がフリップチップ実装された場合の説明を行う。図６は、フリップチップ実装の光モジュール２の構造を模式的に示す側面図である。図６に示す光モジュール２では、半導体レーザ素子４が下面側に正極及び負極の電極３４を備え、光源基板６上にサブマウント８を介して実装されている。半導体レーザ素子４の電極３４及びサブマウント８の間、並びにサブマウント８及び光源基板６の間は、半田をはじめとする金属接合層３６、３８で接続されている。
特に、半導体レーザ素子４のサブマウント８の出射面側の側面８Ａが、導波路１０の入射面１０Ａと略平行に配置されている。これにより、半導体レーザ素子４及びサブマウント８の突き出し量を同じにすることができ、容易に、半導体レーザ素子４を平面光波回路２０（導波路１０）に近接して配置することができる。よって、半導体レーザ素子４及び平面光波回路２０の光学的な結合効率の低下を効果的に抑制できる。 (Optical module with flip chip mounting)
Next, the case where the optical module 2 is flip-chip mounted will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a side view schematically showing the structure of the flip-chip mounted optical module 2. As shown in FIG. In the optical module 2 shown in FIG. 6, the semiconductor laser element 4 has positive and negative electrodes 34 on the lower surface side, and is mounted on the light source substrate 6 via the submount 8 . The electrode 34 of the semiconductor laser element 4 and the submount 8 and the submount 8 and the light source substrate 6 are connected by metal bonding layers 36 and 38 such as solder.
In particular, the side surface 8A of the submount 8 of the semiconductor laser element 4 on the emission surface side is arranged substantially parallel to the incident surface 10A of the waveguide 10 . As a result, the semiconductor laser element 4 and the submount 8 can have the same protrusion amount, and the semiconductor laser element 4 can be easily arranged close to the planar lightwave circuit 20 (waveguide 10). Therefore, the deterioration of the optical coupling efficiency between the semiconductor laser element 4 and the planar lightwave circuit 20 can be effectively suppressed.

本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。 Although embodiments and embodiments of the present invention have been described, the disclosure may vary in details of construction, and changes in the combination and order of elements in the embodiments and embodiments, etc., will not affect the claimed invention. without departing from the scope and spirit of

Code description

２光モジュール
４半導体レーザ素子
４Ｂ青色半導体レーザ素子
４Ｇ緑色半導体レーザ素子
４Ｒ赤色半導体レーザ素子
６光源基板
８サブマウント
８Ａ出射面
１０導波路
１０Ａ入射面
１２コア
１２Ｂ青色対応コア
１２Ｇ緑色対応コア
１２Ｒ赤色対応コア
１２Ｍ合波対応コア
１４クラッド
１４Ａアンダークラッド層
１４Ｂオーバークラッド層
２０平面光波回路（ＰＬＣ：ＰｌａｎｎａｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ）
２２シリコン基板
３０第１の線分
３２第２の線分
３４電極
３６半田
３８金属接合層
Ｌ第１の線分の長さ
Ｄ距離
Ｐ発光点
Ｍ中点
Ｃ交点（傾斜中心）
Ｑ合流点
θ 第１の線分及び第２の線分がなす角度
θ１半導体レーザ素子からコアへ入射する光の光軸及びコアの光軸がなす角度
θ２半導体レーザ素子の出射光の広がり角（半値）
θＭａｘ導波路の最大受光角（半値） 2 Optical module 4 Semiconductor laser element 4B Blue semiconductor laser element 4G Green semiconductor laser element 4R Red semiconductor laser element 6 Light source substrate 8 Submount 8A Output surface 10 Waveguide 10A Incidence surface 12 Core 12B Corresponding to blue Core 12G Core corresponding to green 12R Corresponding to red Core 12M Multiplexing core 14 Cladding
14A Under clad layer 14B Over clad layer 20 Planar lightwave circuit (PLC: Planar Lightwave Circuit)
22 Silicon substrate 30 First line segment 32 Second line segment 34 Electrode 36 Solder 38 Metal bonding layer L Length of first line segment D Distance P Light emitting point M Middle point C Intersection (tilt center)
Q Junction point θ Angle formed by the first line segment and the second line segment θ1 Angle formed by the optical axis of light entering the core from the semiconductor laser element and the optical axis of the core θ2 Spread angle of light emitted from the semiconductor laser element ( half value)
θMax Maximum light-receiving angle of waveguide (half value)

Claims

a first semiconductor laser element, a second semiconductor laser element, and a third semiconductor laser element having emission surfaces substantially parallel to each other and arranged such that the emission surfaces are shifted from each other in a direction perpendicular to the emission surfaces;
A planar lightwave circuit (PLC) in which a waveguide is formed on a substrate;
with
The first semiconductor laser element, the second semiconductor laser element, and the third semiconductor laser element are arranged so that the positions of the light emitting points and the position of the core of the waveguide substantially coincide,
In plan view,
A line segment representing the emission surface of the first semiconductor laser element, the second semiconductor laser element, and the third semiconductor laser element and a corresponding line segment representing the incident surface of the waveguide are arranged with inclination to each other. ,
The emission point of each of the first semiconductor laser element, the second semiconductor laser element, and the third semiconductor laser element is positioned with respect to the center of the line segment representing the emission surface of each of the semiconductor laser elements, arranged on an intersection side of an extension line of a line segment representing the emission surface of each of the semiconductor laser elements and a line segment representing the corresponding incident surface or an extension thereof,
The first semiconductor laser element, the second semiconductor laser element, and the third semiconductor laser element emit light of a color selected from red, green, and blue, and emit light of colors different from each other. An optical module characterized by:

wherein the planar lightwave circuit comprises a waveguide having cores corresponding to the semiconductor laser elements of respective wavelengths and a core formed by merging the cores;
2. The optical module according to claim 1, wherein the light of each wavelength is multiplexed by said planar lightwave circuit.

wherein the semiconductor laser element and the planar lightwave circuit are flip-chip mounted,
3. The optical module according to claim 1, wherein the side surface of the submount of the semiconductor laser element on the side of the emission surface is arranged substantially parallel to the incidence surface of the planar lightwave circuit.

4. The optical module according to claim 1, wherein said substrate of said planar lightwave circuit is a silicon substrate.

The waveguide has an undercladding layer made of _SiO2 , a core made of _SiO2 formed on the undercladding layer, and an overcladding layer made of _SiO2 formed so as to surround the core. 5. The optical module according to any one of claims 1 to 4, characterized by: