光线路、光扫描器、光合波分波器、波长监视器、光合波分波器模块和波长监视器模块的制作方法

本发明涉及具有多个波导的光线路、光扫描器、光合波分波器、波长监视器、光合波分波器模块和波长监视器模块。

背景技术：

plc(planarlightwavecircuit：平面光波导)或形成于硅基板的光波导以及使用光波导的阵列波导衍射光栅(以下为awg(arrayedwaveguidegrating))等光合波分波器用于光通信设备用的光模块等。近年来，已开发出将光波导和mems(microelectromechanicalsystem：微机电系统)镜或向列型液晶组合而成的光波长开关(专利文献1)。

并且，不限于光集成电路，光发送接收模块的小型集成化也不断进展，已开发出在气密密封的一个封装内收纳受光发光元件、光合波分波器、透镜等各种光学部件而成的集成光模块。在专利文献2中公开有被称作微itla(integrabletunablelaserassembly：集成可调谐激光器组件)的超小型波长可变光源。微itla在一个封装上集成有激光阵列、多模干涉(以下为mmi(multimodeinterference))、波长监视器用的平行平板即标准具和光电二极管(以下为pd(photodiode))。标准具的透射率根据波长而不同，因此，能够通过利用pd观测标准具的透射强度来监视波长。

在光集成电路和集成光模块中，光轴的调整是重要的。例如，在相对于单模的光波导以较高耦合效率入射出射光的情况下，需要以1μm程度的高精度配置光学部件。并且，在微itla中，作为波长监视器使用的标准具的光学特性根据光的入射角度而变化，因此，需要高精度地调整入射光轴角。进而，考虑到由于经年变化和温度变化而引起的光轴偏移的校正以及针对投影显示的应用，还要求动态调整光轴的机构。在专利文献1中公开有使用mems镜或向列型液晶的光轴调整机构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-35377号公报

专利文献2：日本特开2012-129259号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

以往，在光扫描中使用mems镜或向列型液晶。在使用mems镜或向列型液晶的光轴调整中，光轴角的变化量恒定而与光波长无关。另一方面，在微itla使用的波长监视器中存在折射率的波长依赖性，因此，按照每个波长使入射到标准具的入射角稍微变化，即控制光轴角的波长分散，由此能够期待更加严格的波长校正。并且，如果能够动态控制波长分散，则能够构成可变光合波分波器。但是，控制光轴角的波长分散，不同于光扫描部，需要衍射光栅等光学部件，因此，存在大型化这样的问题。

本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，得到在能够避免大型化并控制光轴角的波长分散的结构中能够进行光扫描的光线路。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题并实现目的，本发明的光线路具有：输入波导，其是光的传输路径；阵列波导，其由作为光的传输路径的多个输出波导构成；分支部，其对从输入波导输入的光进行分支，输出到阵列波导的多个输出波导；电极，其能够对阵列波导的各个输出波导施加电压；以及芯片部，其固定输入波导、分支部和阵列波导的一部分。阵列波导被划分成移相部、梁部以及移相部与梁部之间的导波部，移相部能够生成在相邻的输出波导之间规定的相位差，梁部包含供多个输出波导出射光的出射面，梁部为未被芯片部固定的悬臂构造。电极能够以相邻的输出波导彼此互不相同的方式，对阵列波导的梁部施加正负的电压。

发明效果

本发明的光线路发挥在能够避免大型化并控制光轴角的波长分散的结构中能够进行光扫描这样的效果。

附图说明

图1是示出实施方式1的具有光线路的光扫描器的结构例的图。

图2是示出在实施方式1的光线路中，芯片部对各结构进行密封的形状时的输出波导和电极的位置关系的图形的图。

图3是示出在实施方式1的光线路中，输出波导中产生的相位差和光的出射方向的图。

图4是示出在实施方式1的光线路的梁部中，输出波导的出射间隔变化的状况的例子的图。

图5是示出实施方式4的具有光线路的光扫描器的结构例的图。

图6是示出实施方式5的具有光线路的光扫描器的结构例的图。

图7是示出在实施方式6的光线路中，梁部的形状和柱面透镜的位置关系的图形的图。

图8是示出实施方式7的光合波分波器的结构例的图。

图9是示出实施方式8的波长监视器的结构例的图。

图10是示出实施方式9的具有光线路的光扫描器的结构例的图。

图11是示出实施方式10的光合波分波器模块的结构例的图。

图12是示出实施方式10的波长监视器模块的结构例的图。

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的实施方式的光线路、光扫描器、光合波分波器、波长监视器、光合波分波器模块和波长监视器模块进行详细说明。另外，本发明不受该实施方式限定。

实施方式1

图1是示出本发明的实施方式1的具有光线路10的光扫描器100的结构例的图。光扫描器100具有出射光的光线路10以及对光进行校正的透镜即柱面透镜20。光线路10具有芯片部11、输入波导12、耦合器13、由输出波导14-1～14-5构成的阵列波导15以及电极16。

芯片部11由si、sio2、化合物半导体或聚合物等构成，是固定输入波导12、耦合器13和阵列波导15的一部分的部件。在图1中，成为在芯片部11上固定有输入波导12、耦合器13和阵列波导15的一部分的形状，但是，也可以构成为在芯片部11的内部密封输入波导12、耦合器13和阵列波导15的一部分进行固定。

输入波导12是接受从未图示的外部的激光二极管(以下为ld(laserdiode))等发光部出射的光并在光线路10内引导光的光传输路径。

耦合器13是对从输入波导12输入的光进行分支并输出到阵列波导15的各输出波导14-1～14-5的分支部。耦合器13是1×n耦合器，在图1的例子中是n＝5的1×5耦合器。耦合器13例如是多级连接平板波导、mmi波导或y字波导分光器而成的耦合器等。

输出波导14-1～14-5是向柱面透镜20出射从耦合器13输入的光的光传输路径。在不区分输出波导14-1～14-5的情况下，有时称作输出波导14。

阵列波导15由输出波导14-1～14-5构成。另外，输出波导14-1～14-5的各输出波导14由1根波导构成，但是，根据光线路10内的位置，阵列波导15被划分成3个部分。阵列波导15根据光线路10内的位置或形状而被划分成移相部151、导波部152和梁部153这3个部分。

移相部151能够生成在相邻的输出波导14之间规定的相位差。如图1所示，在阵列波导15的移相部151中，构成阵列波导15的各输出波导14成为一部分弯曲的形状，在相邻的输出波导14之间产生传播距离差l。输出波导14之间的形状为以芯片部11的某个部位为中心的圆弧状的形状。例如，在阵列波导15中，在间隔a的输出波导14呈同心圆弧状以角度弯曲的情况下，相邻的输出波导14之间的传播距离差为在阵列波导15中，由于输出波导14中的传播距离差l而在相邻的输出波导14之间产生相位差，因此，图1所示的弯曲形状的移相部151作为移相器发挥功能。

梁部153包含输出波导14-1～14-5出射光的出射面，且是阵列波导15中的未被芯片部11固定的悬臂构造的部分。在阵列波导15中，梁部153的未被芯片部11固定的部分被进行湿式蚀刻。

导波部152是在阵列波导15中移相部151与梁部153之间的部分。

电极16能够对阵列波导15的各个输出波导14-1～14-5施加电压。在芯片部11中对电极16进行布线，使得能够以相邻的输出波导14彼此互不相同的方式，对阵列波导15的梁部153施加正负的电压。关于电极16的长度，在图1中为梁部153的全部和导波部152的一部分，但是，只要有能够对梁部153的部分施加电压的长度即可。在光线路10中，不具有对电极16施加电压的电源，而是从光线路10的外部对电极16施加电压的结构。

在图1的例子中，电极16在阵列波导15的各输出波导14-1～14-5上进行布线，但是，如上所述，在芯片部11对各结构进行密封的形状的情况下，也可以经由芯片部11对阵列波导15的各输出波导14-1～14-5施加电压。图2是示出在实施方式1的光线路10中，芯片部11对各结构进行密封的形状时的输出波导14和电极16的位置关系的图形的图。是相对于图1的光线路10，示出与包含输出波导14的部分的剖视图相当的部分的图。成为输出波导14和电极16被芯片部11上下夹持的形状。电极16不与输出波导14直接接触，经由芯片部11对输出波导14直接施加电压。由此，在光线路10中，光被封闭在输出波导14内，因此，能够抑制光被电极16吸收。

从光线路10的梁部153出射的光在芯片面内的方向上扩展。因此，在光扫描器100中，柱面透镜20对光的纵横比进行校正。

接着，对实施方式1的光线路10的光学特性进行说明。在光线路10中，从输入波导12入射的光被耦合器13分支，被引导向阵列波导15的各输出波导14-1～14-5。在阵列波导15中，当光在移相部151中传播时，在相邻的输出波导14之间，光产生相位差kl。这里，k是在光线路10内传播的光的波数，依赖于折射率、输出波导14的宽度和光角频率ω等。另外，严格地讲，在曲率半径不同的各输出波导14中，需要注意实效的折射率和群速度不同。图3是示出在实施方式1的光线路10中，输出波导14-1～14-3中产生的相位差和光的出射方向的图。为了简化记载，省略电极16。在光线路10中，如图3所示，在光到达阵列波导15的梁部153的时点，在相邻输出波导14之间产生的相位差。并且，在相邻输出波导14之间产生dsin(θ)的光路差。光线路10从阵列波导15的梁部153对满足该相位差相互增强的干涉条件的出射角θ的出射方向出射光。相互增强的干涉条件能够用式(1)表示。

【数学式1】

kl-k0dsinθ＝2mπ…(1)

k0是空气中的波数，一般与光线路10内的波数k不同。并且，d是出射波导14的间隔。k、k0是光角频率ω的函数，能够使用波导中的光群速度vg、空气中的光速c如式(2)和式(3)那样表示。光群速度vg能够如式(4)那样表示。

【数学式2】

【数学式3】

k0＝ω/c…(3)

【数学式4】

将式(2)和式(3)这样的光角频率ω与波数的关系称作分散关系。ω对应于波导的分散关系的近似式的截距，一般由输出波导14的宽度、高度和折射率决定。当在式(1)中代入式(2)和式(3)时，能够整理成式(5)。另外，设m为整数。

【数学式5】

当光角频率ω变化时，满足相互增强的干涉条件即式(5)的出射角θ变化。即，出射光轴角按照输入光的每个光角频率ω而变化。这是awg的基本原理的一部分。

这里，在本实施方式中，在光线路10中，当对电极16施加电压时，在位于阵列波导15的梁部153的输出波导14中蓄积电荷，出射间隔d由于静电压而变化。根据上述式(5)，能够按照出射间隔d的变化而使出射角θ变化。由此，光线路10能够实现光扫描。当定量地对式(5)进行全微分时，如式(6)那样表示。

【数学式6】

在光角频率ω恒定时，当出射间隔d变化时，出射角θ的变化如式(7)那样表示。

【数学式7】

图4是示出在实施方式1的光线路10的梁部153中，输出波导14的出射间隔d变化的状况的例子的图。为了简化记载，省略电极16。如上所述，通过电极16，以相邻的输出波导14彼此互不相同的方式对梁部153施加正负的电压。其结果是，在梁部153中，芯片部11侧的间隔没有变化，但是，在悬臂构造中未被固定的出射面侧的出射间隔d变窄。在光线路10中，施加给电极16的电压变化，由此，能够使梁部153的出射面侧的出射间隔d变化。另外，在出射间隔d变化的情况下，如图4所示，梁部153中的各输出波导14的朝向不同。但是，如上所述，从光线路10的梁部153出射的光原本在芯片面内的方向上扩展。因此，即使从各输出波导14出射光的朝向不同，只要能够控制出射面的出射间隔d，则在进行光扫描的方面也不会成为问题。

如以上说明的那样，根据本实施方式，光线路10具有能够对阵列波导15的各输出波导14施加电压的电极16，电极16能够以相邻的输出波导14彼此互不相同的方式，对阵列波导15的梁部153施加正负的电压。由此，光线路10能够通过从电极16施加给梁部153的电压的变化，使梁部153的出射面侧的出射间隔d变化。其结果是，通过能够在避免回路大型化的同时控制光轴角的波长分散的结构，能够进行光扫描。

实施方式2

在实施方式2中，对出射间隔d的例子进行说明。

光线路10的结构与实施方式1相同。在实施方式2中，设为满足以下的式(8)的出射间隔d。

【数学式8】

特别地，举出ωd/c<π即出射间隔d小于空气中的波数λ的一半(d<0.5λ)的情况作为代表例。在满足式(8)的情况下，唯一决定满足式(5)的出射角θ。即，出射方向确定为一个方向而不是分散成多个。由此，光线路10能够减少光学损失。

实施方式3

在实施方式3中，对在移相部151中产生的相邻输出波导14之间的传播距离差l的例子进行说明。

光线路10的结构与实施方式1相同。在实施方式3中，以使传播距离差l满足以下的式(9)和式(10)的方式设计光线路10。另外，设n为整数。

【数学式9】

【数学式10】

vg和ω对应于输出波导14的分散关系的斜率和截距。在满足式(9)和式(10)的情况下，满足相互增强的干涉条件式(5)的出射角θ限于满足以下的式(11)的情况。

【数学式11】

因此，出射角θ恒定而与光角频率ω无关。并且，根据式(11)，此时的出射角θ依赖于出射间隔d。因此，在光线路10中，如果对电极16施加电压而使出射间隔d变化，则能够针对任何光角频率ω的光在相同方向上对光进行扫描。

例如，当针对某个波长λ1、光角频率ω1(＝2πc/λ1)设计成d＝0.5λ1、l＝0.13λ1×vg/c时，在λ1附近的波段满足式(8)。并且，在ω＝ω1/0.13的情况下，满足式(7)。此时，式(5)如以下的式(12)那样。

【数学式12】

因此，针对任意的光角频率ω的光，在θ＝15.07度时满足相互增强的干涉条件式(5)。这里，当对电极16施加电压而使出射间隔d减小5％时，式(5)如以下的式(13)那样。

【数学式13】

此时，针对任意的光角频率ω的光，在θ＝15.88度时满足式(5)。因此，通过使出射间隔d缩小5％，能够针对任意波长的光实现0.8度的光扫描。

实施方式4

在实施方式4中，对在移相部151配置加热电极加热器的情况进行说明。

图5是示出实施方式4的具有光线路10a的光扫描器100a的结构例的图。相对于实施方式1的光扫描器100，将光线路10置换成光线路10a。光线路10a是在光线路10中追加加热电极加热器17而成的。在光线路10a中，不具有对加热电极加热器17施加电压的电源，而是从光线路10a的外部对加热电极加热器17施加电压的结构。

加热电极加热器17对位于移相部151的各输出波导14进行加热，赋予温度变化。当通过加热电极加热器17对输出波导14赋予温度变化时，输出波导14的折射率由于温度光学效应而变化，输出波导14的分散关系偏移，能够调整分散关系的截距ω。由此，光线路10a能够对满足相互增强的干涉条件式(5)的出射角θ进行调整。

实施方式5

在实施方式5中，设在实施方式4中使用的加热电极加热器的配置或形状关于输出波导的宽度方向不对称。

图6是示出实施方式5的具有光线路10b的光扫描器100b的结构例的图。相对于实施方式1的光扫描器100，将光线路10置换成光线路10b。光线路10b是将芯片部11、输入波导12、由输出波导14-1～14-5构成的阵列波导15置换成芯片部11b、输入波导12b、由输出波导14b-1～14b-5构成的阵列波导15b，并且追加加热电极加热器18而成的。在不区分输出波导14b-1～14b-5的情况下，有时称作输出波导14b。在光线路10b中，不具有对加热电极加热器18施加电压的电源，而是从光线路10b的外部对加热电极加热器18施加电压的结构。

芯片部11b是与芯片部11相同的部件，但是，面积小于芯片部11。输入波导12b是与输入波导12相同的结构，但是，比输入波导12短。输出波导14b-1～14b-5是与输出波导14-1～14-5相同的结构，但是，比输出波导14-1～14-5短，并且，不具有与移相部151的部分相当的弯曲波导。在阵列波导15b中，移相部151的部分为利用加热电极加热器18的移相部151b。加热电极加热器18对位于移相部151b的各输出波导14b进行加热，赋予温度变化。在加热电极加热器18中，对各输出波导14b进行加热的部分的长度按照每个输出波导14而不同。

在光线路10b中，在移相部151b中，能够通过加热电极加热器18对相邻输出波导14b赋予温度差，给出折射率差。由此，光线路10b在输出波导14b中，能够构成移相器151b而不使用弯曲波导。光线路10b不使用弯曲波导，因此能够期待小型化。并且，通过使用小型化的光线路10b的光通信模块等，能够期待光通信的多通道集成化。

另外，在图6的例子中，设光线路10b的大小小于光线路10、10a，但是不限于此。在光线路10a中，也可以代替加热电极加热器17而使用加热电极加热器18。

实施方式6

在实施方式6中，对梁部的形状是出射面相对于芯片部朝向垂直方向的垂直弯曲波导的形状的情况进行说明。

图7是示出在实施方式6的光扫描器100c中，光线路10c的梁部153c的形状和柱面透镜20的位置关系的图形的图。如图7所示，输出波导14c的梁部153c的形状是出射面相对于芯片部11c朝向垂直方向的垂直弯曲波导的形状。即，输出波导14c的梁部153c的形状是出射面相对于固定在芯片部11c的移相部151和导波部152朝向垂直方向的垂直弯曲波导的形状。在光线路10c中，除了梁部153c的形状以外，与光线路10相同，因此，在图7中，省略与光线路10相同的部分的记载。并且，为了容易与图2进行比较，设为输出波导14c和电极16c被芯片部11c上下夹持的形状。

除了梁部153c成为对应于垂直弯曲波导的形状以外，输出波导14c、电极16c和芯片部11c分别是与输出波导14、电极16和芯片部11相同的结构。并且，除了梁部153c成为对应于垂直弯曲波导的形状以外，包含输出波导14c、电极16c和芯片部11c的光线路10c是与光线路10相同的结构。

在光线路10c中，通过在梁部153c中使用垂直弯曲波导，不是从光线路10c的芯片部11c的端面出射光，还能够从芯片部11c的中央出射光。由此，在光线路10c中，能够期待出射端口的高密度化。

实施方式7

在实施方式7中，对具有光扫描器100的光合波分波器的结构进行说明。

图8是示出实施方式7的光合波分波器101的结构例的图。光合波分波器101具有光扫描器100、会聚透镜30、具有波导41-1～41-5的阵列波导40。在不区分波导41-1～41-5的情况下，有时称作波导41。会聚透镜30使穿过柱面透镜20而转换成的准直光会聚在阵列波导40的波导。阵列波导40具有作为穿过会聚透镜30后的光的传输路径的多个波导。在从光线路10出射的光朝向的方向上，在柱面透镜20的前方配置有会聚透镜30和阵列波导40。设阵列波导15为第1阵列波导，设阵列波导40为第2阵列波导。

这里，与阵列波导40的各波导41-1～41-5耦合的准直光的出射角固定。在设与第m个波导41耦合的光轴角为θm、与相同的第m个波导41耦合的光的光角频率为ωm时，与各波导41耦合的光的角频率间隔通过式(6)如以下的式(14)那样表示。

【数学式14】

如上所述，光线路10能够通过对电极16施加电压，使出射间隔d变化，因此，能够使上述光角频率的间隔变化。即，图8所示的光合波分波器101能够作为能够对与波导41耦合的通道间隔进行控制的光合波分波器发挥功能。

实施方式8

在实施方式8中，对具有光扫描器100的波长监视器的结构进行说明。

图9是示出实施方式8的波长监视器102的结构例的图。波长监视器102具有光扫描器100、标准具50、受光元件60。标准具50是使穿过柱面透镜20的光透过的平行平板，透射率根据输入光的波长而不同。受光元件60接收透过标准具50后的光，对透过标准具50后的光的强度进行观测。一般而言，标准具50的透射率根据输入光的波长而不同，因此，受光元件60通过观测标准具50的透射强度，能够观测波长。在使用标准具50的波长监视器102中，为了进行严格的波长校正，使用改变标准具50的温度而使标准具50的透射谱偏移的方法。

该温度控制成为波长监视器102的响应速度和精度的瓶颈。在实施方式8中，利用标准具50的透射谱特性依赖于入射光轴角而变化的性质。光线路10通过对电极16施加电压，调整针对标准具50的入射角度。由此，在波长监视器102中，能够进行高速的校正而不使用标准具50的温度变化。

实施方式9

在实施方式9中，对固定梁部153的方法进行说明。

图10是示出实施方式9的具有光线路10d的光扫描器100d的结构例的图。相对于实施方式1的光扫描器100，将光线路10置换成光线路10d。光线路10d是在光线路10中追加固定部19而成的。固定部19是利用树脂嵌入梁部153的部分的构造，固定梁部153。假设固定部19在梁部153上涂布uv(ultraviolet)固化粘接剂，对电极16施加电压而进行光轴调芯，在期望的光轴调芯状态下对电极16施加电压的状态下，照射uv，使uv固化粘接剂即树脂固化。

在光线路10d中，这样使树脂固化来固定梁部153，由此，即使取消针对电极16的施加电压，也能够保持对光轴进行调芯后的状态。

实施方式10

在实施方式10中，说明对实施方式7的光合波分波器101和实施方式8的波长监视器102进行模块化的情况。

图11是示出实施方式10的光合波分波器模块201的结构例的图。光合波分波器模块201具有光合波分波器101和发光部103。发光部103生成光，向光合波分波器101具有的光线路10的输入波导12出射光。光合波分波器模块201利用陶瓷、金属或树脂封装密封光合波分波器101和发光部103而进行模块化。

图12是示出实施方式10的波长监视器模块202的结构例的图。波长监视器模块202具有波长监视器102和发光部103。波长监视器模块202利用陶瓷、金属或树脂封装密封波长监视器102和发光部103而进行模块化。

发光部103也可以是与插座等发光元件一起具有多个透镜的结构。

这样，通过密封光合波分波器101或波长监视器102而进行模块化，得到确保气密性、能够吸收冲击、容易携带、容易与收发器进行连接等效果。

以上实施方式所示的结构示出本发明的内容的一例，能够与其他公知技术进行组合，还能够在不脱离本发明主旨的范围内省略、变更结构的一部分。

标号说明

10、10a、10b、10c、10d：光线路；11、11b、11c：芯片部；12、12b：输入波导；13：耦合器；14、14c、14-1～14-5、14b-1～14b-5：输出波导；15、15b：阵列波导；16、16c：电极；17、18：加热电极加热器；19：固定部；20：柱面透镜；30：会聚透镜；40：阵列波导；41-1～41-5：波导；50：标准具；60：受光元件；100、100a、100b、100c、100d：光扫描器；101：光合波分波器；102：波长监视器；103：发光部；151、151b：移相部；152：导波部；153、153c：梁部；201：光合波分波器模块；202：波长监视器模块。