专利名称：光监视器、滤光片和光组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及光监视器、滤光片和光组件。
以前，在光通信系统中，为应对急速增加的通信话务量，采用TDM(Time Division Multipexing，时分多路)或WDM(WavelengthDivision Multiplexing，波分多路)等的多路通信方式。
在WDM中，采用使波长间隔狭窄化的办法来增加可以进行多路通信的波长数，借助于此应对大量的话务量。例如，采用使波长间隔从200GHz狭窄化为100GHz、50GHz的办法，在C波段区域中，使可以进行多路通信的波长数增加到32个、64个、128个。在波长间隔为50GHz的情况下，采用以10Gbps的速度传送各个波长的波的办法，来实现每一个光纤1Tbps以上的大容量传送。
作为光通信系统中的光源，使用在文献1OPTCOM November1998，No.108，pp72-73(1998)中所公开的那种半导体激光二极管。
图17示出了组装进半导体激光二极管的现有的光组件901。该光组件901，在封装903的内部的载置台905上，具备激光二极管LD、光电二极管PD、热敏电阻911和热电(T/E)致冷器913。
此外，光组件901在激光二极管LD的前光输出端还具备光纤布喇格光栅915，目的是求得激光二极管LD的振荡波长的稳定化。激光二极管LD的光输出(前光，front light)，经由光纤921传送至外部的光学装置(未画出来)。
如上所述，在WDM中，在为了应对大量的话务量而使波长间隔狭窄化时，从光源输出的光的波长和强度(功率)的稳定性，就会变得特别重要起来。在现有的光组件901中，为对激光二极管LD的输出光进行监视，在可以检测激光二极管LD的后光(back light)的位置上，配置有光电二极管PD。该光电二极管PD，对于光轴具有规定的倾斜，使得被光电二极管PD反射的反射光不会返回到激光二极管LD中来。此外，还用使用珀尔帖(peltier)效应的T/E制冷器913控制激光二极管LD的温度，来实现振荡波长的稳定化。但是，从长期地说出于阈值电压的变动等的原因，存在着中心波长会发生变化的隐患。为此，就需要一种可以对光波长或光输出高精度地进行监视的波长监视器。
若使用光谱分析仪，虽然可以以10pm的量程来监视光的波长，但是，光谱分析仪个大，要想与激光二极管LD一起组件化实质上是不可能的。
在文献2日本特开平10-209546号公报中，公开了使用干涉滤光片控制激光二极管的发光波长的波长稳定化装置。在该波长稳定化装置中，借助于干涉滤光片使透过光和反射光分离，并向2个光电二极管入射。2个光电二极管的输出比，用加法器、减法器、除法器进行计算。以使得该输出比与基准值之差变为0的方式控制激光二极管的发光波长。
但是，倘采用文献2所述的波长稳定化装置，则必须三维且高精度地对传送光的光纤、干涉滤光片、光电二极管的光轴进行调整，与激光二极管一起组件化是不容易的。在难于调整光轴的情况下，结果就会给降低产品价格带来障碍。
再有，最近为了抑制伴随着WDM信道数的增加而产生的发送装置的规模的增大，要求光组件的进一步的小型化。然而，如果要使文献2所述的波长稳定化装置与激光二极管一起组件化，则不能指望光组件的充分的小型化。
本发明就是鉴于上述问题而发明的，目的在于提供小型且可以高精度地检测从光源输出的光的波长和光强度的光监视器、滤光片和组装了它们的光组件。
为了解决上述课题，倘采用本发明，则可以提供特征在于具备使从光源输出的光以规定的比率分支成至少第1光和第2光的分支装置；入射第1光、使规定波长的光透过的滤光片；接受透过了滤光片的透过光的第1受光器件；接受第2光的第2受光器件的光监视器(第1方面的发明，对应于权利要求1，下同)。倘采用这样的构成，则可以用第1受光器件检测第1光的规定的波长的强度(滤光片的透过光的强度)，用第2发光器件检测第2光的强度。根据这些检测结果就可以计算从光源输出的光的强度和波长。
如果把滤光片配置为使得第1光对滤光片的入射角大于0度(第2方面的发明)，则即便是第1光在滤光片的受光面上反射，也可以防止反射光与第1光之间的干涉。
光分支装置理想的是具备纤芯的光波导部分。而该纤芯具有导入从光源输出的光的导入端、使导入进来的光分支成第1光和第2光的分支部分、射出第1光的第1射出端和输出第2光的第2射出端(第3方面的发明)。倘采用这样的构成，则可以的确地使从光源输出的光在光分支部分中进行分支，得到第1光和第2光，而无须进行严密的光轴调整。而且光监视器的组装也将变得容易起来。还可以用扩大从光源输出的光，射出含有第1光和第2光的光扩大透镜构成分支装置(第13方面的发明)。
倘采用本发明，则光波导部分具有可以导入在滤光片的入射面上反射的第1光的反射光的反射光用纤芯(第4方面的发明)。结果成为借助于该反射光用纤芯，反射光被导入到不存在受光的影响的装置的空间内。因此，就可以提高光的监视的精度。
倘采用本发明，则可以提供由光波导、覆盖构成光波导的纤芯的一方或两方的端面、透过规定的波长的滤光片膜构成的滤光片(第5、18方面的发明)。倘采用该滤光片，则透过光将到达第1受光器件而不会扩散。此外，如果把滤光片作成为覆盖第1输出端的滤光片膜(第6方面的发明)，在可以得到极其之薄的构造的滤光片。
倘采用本发明，则可以提供其特征在于在同一衬底上具备光源、上述的光监视器、使光源与分支装置进行耦合的光耦合装置的光组件(第7方面的发明)。此外，倘采用本发明，则可以提供其特征在于在同一衬底上具备多个由光源、光监视器、使光源与分支装置进行耦合的光耦合装置构成的光学装置的光组件(第8方面的发明)。作为光耦合装置可以使用光纤或光波导(第9、10方面的发明)。
在光源是半导体激光器的情况下，也可以作成为使得从该半导体激光器的后光来得到第1光和第2光(第11、12、16、17方面的发明)。因此，结果就成为可以以良好的效率把前光用做光通信的载波而无须分支为用来进行监视。
倘采用本发明，则可以提供其特征在于具备配置在从光源输出的光的光路上的受光器件；可以在入射从光源输出的光的第1位置与不入射从光源输出的光的第2位置之间移动的滤光片；在滤光片处于第1位置的情况下接受透过了滤光片的规定波长的透过光，在滤光片处于第2位置的情况下，则直接接受从光源输出的光的受光器件的光组件(第13方面的发明)。倘采用这样的构成，就可以用一个受光器件同时检测从光源输出的光的强度，和通过了滤光片后的规定的波长的光的强度。再有，倘采用本发明，则可以提供具备光源和其光监视器且实现了小型化的光组件(第14方面的发明)。
图1的斜视图示出了本发明的实施例1的光监视器的构成。
图2的框图示出组装了图1的光监视器的光组件的构成。
图3是在图1的光监视器中具备的光波导部分与滤光片块、第1光电二极管、第2光电二极管之间的位置关系。
图4是在图1的光监视器中具备的光波导部分的制造工序的说明图。
图5的斜视图示出了在图1的光监视器中具备的本发明的实施例2的滤光片块的构成。
图6的斜视图示出了与图1的光监视器形态不同的光监视器的构成。
图7是在图6的光监视器中具备的光波导部分与滤光片块之间的位置关系的说明图。
图8的斜视图示出了与图1和图6的光监视器形态不同的光监视器的构成。
图9的框图示出了本发明的实施例3的光组件的构成。
图10的斜视图示出了与2和图9的光组件形态不同的光组件的构成。
图11的框图示出了与2、图9和图10的光组件形态不同的光组件的构成。
图12的框图示出了本发明的实施例4的光组件的构成。
图13的斜视图示出了本发明的实施例5的光组件的构成。
图14的平面图示出了在图13的光组件中具备的光监视器的构成和功能。
图15的斜视图示出了本发明的实施例6的光组件的构成。
图16的平面图示出了在图15的光组件中具备的光监视器的构成和功能。
图17的斜视图示出了现有的光组件的构成。
以下，参看附图详细地对本发明的光监视器、滤光片和已把他们组装进去的光组件的优选实施例进行说明。另外，在以下的说明和附图中，对于那些基本上具有同一功能和构成的构成要素，赋予同一标号，省略重复的说明。图1示出了本发明的实施例1的光监视器1的构成。该光监视器1具备具有Y分支的纤芯16的光波导部分(PLCPlanar LightwaveCircuit，平面光波导)10、硅衬底20、滤光片块30、光纤40、第1光电二极管PD1(第1受光器件)和第2光电二极管PD2(第2受光器件)。纤芯16的输入一侧的端部16a(导入端)与固定在V沟上的光纤40进行光学连接。此外，纤芯16的输出一侧的一方的端部16b(第1射出端)，与滤光片块30进行光学连接，另一方的端部16c(第2射出端)则与第2光电二极管PD2进行光学连接。另外，如在图中所示，以硅衬底20的高度(厚度)方向为Z轴方向，以平面方向为X轴方向、Y方向进行以下的说明。
图2示出了已组装进光监视器1的光组件101。该光组件101具备光监视器1、激光二极管LD、光纤110和120、耦合器130、计算电路140、控制电路50、APC电路(Auto Power Control Circuit，自动功率控制电路)160和ATC电路(Auto Temperature Control Circuit，自动温度控制电路)170。
下面说明光组件101的各个构成要素和各自的连接关系。
从激光二极管输出的激光，经由光纤110输入至耦合器130。在这里，激光被分支成例如5∶95。95％的光被导入至光纤120，例如送往光通信电路、光测定电路等。另一方面，5％的光，经由光纤40被导入至具备光监视器的光波导部分10的纤芯16。
在纤芯16的Y分支部分处，把光分支成规定的比率(例如，50∶50)。分支后的一部分光经由滤光片块30被输入至第1光电二极管PD1。分支后的另一部分光被输入至第2光电二极管PD2。
然而，在光从纤芯16经由滤光片块30向第1光电二极管PD1入射时，该光的一部分被滤光片30的受光面反射。同样，光从纤芯16向第2光电二极管PD2入射时，该光的一部分被第2光电二极管PD2的受光面反射。光监视器1调整滤光片块30、第1光电二极管PD1、第2光电二极管PD2对于光波导部分10的位置和相对角度，使得被各自所反射的光不会再次向纤芯16入射。用图3进行说明。
图3(a)示出了光监视器1的纵剖面。在这里，假定在距光波导部分10的表面20微米的深度处形成纤芯16。在这种情况下，发出光的光波导部分10的端面与入射光的滤光片块30的端面之间的距离要被调节为200微米。此外，如图3(b)所示，滤光片块30把滤光片块30的端面调节为使得对于Z轴具有5度的倾斜。如上所述，采用对滤光片块30的位置和角度进行调整的办法，结果就成为被滤光片块30反射的光向着光波导部分10的上方空间前进。就是说，就可以防止从滤光片块30向纤芯16的反射光的返回。
同样，第2光电二极管PD2也进行位置调整，使得其端面与光波导部分10的端面之间的距离成为200微米，并进行角度调节使得第2光电二极管PD2的端面对于Z轴具有5度的倾斜。如上所述，采用对第2光电二极管PD2的位置和角度进行调整的办法，使被滤光片块30反射的光向着光波导部分10的上方空间前进。就是说，就可以防止从滤光片块30向纤芯16的反射光的返回。
滤光片块30具有取出属于某一窄的波长范围的光谱的特性。接着，对该波长范围进行选择使得与激光二极管LD所要求的输出光的波长相符。从光波导部分10的纤芯16输出的光，由于要经由滤光片块30，故仅仅那些被滤光片块30滤光后的波长的光才会向第1光电二极管PD1入射。这样一来，第1光电二极管PD1，检测经由滤光片块30从光波导部分10的纤芯16入射进来的光，并把其检测结果变换成V1后输出。
另一方面，第2光电二极管PD2，直接接受从光波导部分10输出的光，检测其强度。然后，把其检测结果变换成电压信号V2后输出。
从第1光电二极管PD1输出的电压信号V1和从第2光电二极管PD2输出的电压信号V2，被输入至计算电路140。计算电路140，计算(V2-V1)/V2＝S。该计算值S和电压信号V2被传送至控制电路150。
在控制电路150中，已预先设定好激光二极管LD的输出光的强度目标值与电压信号V2之间的函数、和激光二极管LD的输出光的波长目标值与计算值S之间的函数。控制电路150，使用这些函数、从计算电路140传来的电压信号V2和计算值S，确定在该时刻时的激光二极管LD的输出光的强度和波长。然后，控制电路150，使用APC电路160和ATC电路170实时地对激光二极管LD进行控制使得与输出光的强度和波长目标值(设计值)一致。由此，从光组件101向外部的光学装置供给强度和波长稳定的激光。
下面，用图4对光波导部分10的制造工序进行说明。
首先，用等离子体化学气相生长装置，向硅衬底20上淀积石英膜，形成下部的包层层11(图4(a)、(b))，具体地说明该工序。
把清洗干净的硅衬底20设置在等离子体化学气相生长装置的反应室内的衬底载置台上，把该硅衬底20加热到400℃。用旋转泵把反应室内排气到1Pa为止。接着，用涡轮分子泵一直排气到1×10-5Pa。
使TRIES(三乙氧基甲硅烷)或TEOS以12sccm的流量，氧以400sccm的流量，TMB(三甲氧基硼)以6sccm的流量，TMP(三甲氧基磷)以1sccm的流量，从上部电极导入反应室内。预先使TRIES或TEOS成为80℃，使TMB和TMP预先成为38℃以使之气化。另外，TMB和TMP用来使下部包层层11和后边讲的上部包层层19的折射率形成得对于掺Ge的纤芯16的折射率小约5％。
使反应室内的压力保持在30Pa，以功率密度1.6W/cm2在上部电极和衬底载置台之间加上13.56MHz的高频。借助于此，在反应室内产生等离子体，用2小时12分钟向硅衬底20上淀积膜厚约25微米的石英膜(下部包层层11)。该下部包层层11，具有对于波长1.3微米的光折射率为1.4465的特性。
其次，用等离子体化学气相生长装置，向下部包层层11上淀积石英膜，在以后的工序中形成纤芯16和纤芯层16’(图4(c))。具体地说明该工序。
把已形成了下部包层层11的硅衬底20加热到400℃。在这里用涡轮分子泵使反应室内一直排气到1×10-3Pa。
使TRIES或TEOS以12sccm的流量，TMG以1sccm的流量，氧以400sccm的流量，从上部电极导入反应室内。
使反应室内的压力保持在30Pa，以功率密度1.6W/cm2给上部电极和衬底载置台之间加上13.56MHz的高频。借助于此，在反应室内产生等离子体，用50分钟向下部包层层11上淀积膜厚约8微米的石英膜(纤芯层16’)。该纤芯层16’，对于波长1.3微米的光具有折射率为1.4538的特性。
使反应室内排气，再导入氮气使反应室内成为大气压之后，取出硅衬底20。
其次，用高频溅射法，在纤芯层16’上形成膜厚1微米的WSix膜17。然后向WSix膜17上涂敷光刻胶，从纤芯层16’用形成纤芯16的图形使光刻胶膜18曝光/显影(图4(d))。
在反应性离子刻蚀装置的反应室内，设置具有用纤芯16的图形曝光/显影后的光刻胶膜18的硅衬底20。在用旋转泵把反应室内一直排气到1Pa之后，用涡轮分子泵一直排气到1×10-3Pa。
其次，以100sccm的流量把Cl2导入反应室内。
使反应室内的压力保持在2Pa，以功率密度1W/cm2在上部电极和衬底载置台之间加上13.56MHz的高频。借助于此，在反应室内产生等离子体，以光刻胶膜18为掩模刻蚀WSix膜17。在20分钟后，停止高频放电和Cl2气体的导入，依次用旋转泵和涡轮分子泵，使反应室内一直排气到1×10-3Pa为止。
其次，以100sccm的流量向反应室内导入CHF3气体。
使反应室内的压力保持在2Pa，以功率密度1W/cm2在上部电极和衬底载置台之间加上13.56MHz的高频。借助于此，在反应室内产生等离子体，以WSix膜17为掩模刻蚀纤芯层16’，形成纤芯16。在60分钟后，停止高频放电和Cl2气体的导入，依次用旋转泵和涡轮分子泵，使反应室内一直排气到1×10-3Pa为止。
在导入氮气并使反应室内成为大气压之后，取出硅衬底。
借助于使用氧等离子体灰化法和接着灰化法后边的溶液(85℃，硫酸∶过氧化氢＝3∶1)的清洗，剥离除去光刻胶膜18。再用纯水清洗硅衬底20。借助于以上的工序，就可以形成具有Y分支部分的纤芯16(线宽6微米，高度6微米)(图4(e))。
其次，用等离子体化学气相生长装置，向下部包层层11和纤芯16上淀积石英膜，形成上部包层层19(图4(f))。下面具体地说明该工序。
把已形成了纤芯16的硅衬底20放置在等离子体化学气相生长装置的反应室内的衬底载置台上。
使TRIES或TEOS以12sccm的流量，TMB以6sccm的流量，TMP以1sccm的流量，氧气以400sccm的流量，氩气以400sccm的流量，从上部电极导入反应室内。
使反应室内的压力保持在30Pa，以功率密度1.6W/cm2在上部电极和衬底载置台之间加上13.56MHz的高频。借助于此，在反应室内产生等离子体，用80分钟向下部包层层11和纤芯16上，淀积已掺进了B和P的膜厚约15微米的石英膜(BPSG，上部包层层19)。该上部包层层19，具有对于波长1.3微米的光折射率为1.4465的特性。
以WSix膜17为掩模刻蚀纤芯层16’，形成纤芯16。在60分钟后，停止高频放电和Cl2气体的导入，依次用旋转泵和涡轮分子泵，使反应室内一直排气到1×10-3Pa为止。
把已形成了上部包层层19的硅衬底20设置到石英制的横式炉内，在氧气氛、30分钟、大约900℃的条件下进行加热。另外，横式炉已预先调整到400℃，在设置好硅衬底20之后，以每分钟5℃的速率升温到900℃。此外从900℃到400℃，以每分钟2℃的速率降温。一直到400℃为止，在炉内温度已降下来的时候，取出硅衬底20。至此就完成了光波导部分10。
如上所述，倘采用本实施例的光监视器，就可以制作平面状地构成的光波导部分10。对于光波导部分10，就可以不使用耦合器、抽头或接插件等二维地把光纤40、第1光电二极管PD1、第2光电二极管PD2和滤光片块30等连接起来。结果可以用这样的构成提供即便是与现有的光监视器比，也已大大小型化的光监视器1。具体地说，本实施例的光监视器1可以以10mm×10mm的尺寸进行产品化。相反地，与该光监视器1具有同样功能的现有的光监视器，40mm×40mm的尺寸是最小限度。就是说，本实施例的光监视器1，对于现有的光监视器实现了按体积比来说1/8的小型化。因而，采用把光监视器1组装进来的办法，光组件101也可以小型化。
此外倘采用本发明的光监视器，则在光波导部分10形成的纤芯16的Y分支部分中，光就可以分支成规定的比率(例如，50∶50)。在分支比为50∶50的情况下，若设滤光片块30的透过率为T，则第1光电二极管PD1输出的电压信号V1与第2光电二极管PD2输出的电压信号V2的关系可以用下式表示。
V1＝T*V2/100因此，计算电路140所计算的计算值S将成为下式S＝(V2-V1)/V2＝1-T/100如上所述，计算值S可以仅仅用滤光片块30的透过率T的函数表示，而与激光二极管LD的输出光的强度无关，可以高精度地监视激光二极管LD的输出光的波长。对第2光电二极管PD2所输出的电压信号V2和计算电路140输出的计算值进行A/D转换后，若用例如个人电脑或DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)进行处理，则可以正确地捕捉滤光片块30的特性。结果实现精度更高的激光二极管LD的控制。
再有，也可以在滤光片块30附加上例如热敏电阻，使之监视滤光片块30的温度。借助于此，就可以的确地对由滤光片块30的温度所产生的特性的波动进行补正，结果成为可以得到激光的正确的波长数据。
如上所述，倘采用本实施例的光监视器，由于可以正确地监视激光二极管LD的输出光的强度和波长，故可以从已组装进光监视器的光组件10输出对其强度和波长都高精度地进行了调整的激光。在这里，对实施例1的光监视器1中所具备的滤光片块30的细节和光波导部分10的另一个形态进行说明。
首先，用图5对滤光片块30的构造进行说明。另外，图5(a)是滤光片块30的完成品的斜视图，图5(b)是为了说明滤光片块30的构造从完成品中去掉了电介质多层体37后的滤光片块30的斜视图。
滤光片块30，如图5(a)所示，由石英基板31、光波导部分33和电介质多层膜37构成。
要想制造滤光片块30，首先，在规定的大小的石英基板31上，用与图4所示的光波导部分10的制造方法大致相同的方法，形成具有纤芯35的光波导部分33。其次，如图5(b)所示，使得纤芯35位于光波导部分33的中央那样地，在纤芯35的长边方向上切断已叠层上光波导部分33的石英基板31。此外在与纤芯35的长边垂直的方向上切断石英基板31，使纤芯35的两端面露出来。借助于以上的切断工序，就可以形成500×1000×500微米的尺寸的长方体。
对于该长方体，如图5(a)所示，形成覆盖纤芯35的一个端面的电介质多层膜37。至此，就完成了滤光片块30。另外，也可以与纤芯35的一个端面一起，在另一个端面上也形成电介质多层膜37。
在现有的光监视器中，具备在对于要使之透过的光的波长透明的石英基板上，用真空蒸镀法使折射率不同的层进行叠层而形成的波长滤光片。在在实施例1的光监视器1中使用该现有的波长滤光片来取代本实施例的滤光片块30的情况下，就存在着从光波导部分10射出的光在通过了波长滤光片后进行扩散，使在第1光电二极管PD1处的受光率降低的隐患。这一点，倘采用本实施例的滤光片块30，结果就成为入射到滤光片块30上的光，经由作为滤光片的电介质多层膜37和直接连接到该电介质多层膜37上的纤芯35，被导入第1光电二极管PD1。因此，在滤光片块30与第1光电二极管PD1之间的通路(路径)处的光损耗减小，使得高精度地监视激光二极管LD的输出光的波长成为可能。
其次，用图6和图7，对与实施例1的光监视器1所具备的光波导部分10不同的形态的光波导部分50的构成、该光波导部分50与滤光片块30之间的连接方法进行说明。
光波导部分50，如图6所示，具有对实施例1的光监视器1所具备的光波导部分10追加上反射光用纤芯51的构成，其它的构成和功能大致上是一样的。另外，如在图6中所示，把硅衬底20的高度(厚度)方向定为Z轴方向，把平面方向定为X轴方向和Y轴方向进行以下说明。
滤光片块30的方向被定为使得电介质多层体37位于光波导部分50一侧，并用例如紫外线硬化型粘接剂固定到光波导部分50上。借助于此，使具备滤光片块30的纤芯35和具备光波导部分50的纤芯16进行光学连接。
再有，滤光片块30，如图7所示，要把角度调节为使得其入射面对于Y轴具有5度的倾斜。因此，从纤芯16向滤光片块30入射的入射光就成为对于电介质多层膜37具有5度的入射角。除去透过电介质多层膜37的光之外，还将产生与入射光形成10度的角度的反射光(反射角为5度)。光波导部分50具备在反射光的方向上延伸的反射光用纤芯51，反射光被导向不存在归因于反射光用纤芯51而受到光的影响的装置的空间(在图6中，从滤光片块30来看是与光波导部分50的相反一侧)。
如上所述，采用使滤光片块30与光波导部分50进行连接的办法，就可以使在滤光片块30的入射面上的反射光逃避到别的方向而不会返回到纤芯16。因此，可以防止因反射光返回到光源一侧而产生的存在着隐患的光的干涉。
然而，在实施例1的光组件1中，滤光片块30被进行角度调节为使得其端面对Z轴具有5度的倾斜，结果在滤光片块30的端面上反射的光向着光波导部分10的上方空间前进，而不会返回纤芯16。倘采用这样的构成，则与本实施例同样，可以防止与从激光二极管LD输出的激光之间的干涉。但是，在不能在光波导部分10的上方确保空间等的情况下，理想的是采用本实施例。另外，滤光片块30有Y轴(或Z轴)之间的角度并不限定于5度，可以在从1到45度之内选择。
也可以采用图8所示的光波导部分60来取代滤光片块50。
该光波导部分60，对于第1光电二极管PD1进行角度调节为使得光输出端面对Y轴具有5度的倾斜。然后对该端面涂敷电介质多层膜。因此，结果从纤芯16向电介质多层膜61入射的入射光具有5度的入射角。如上所述，由于入射光对于电介质多层膜61具有5度的入射角，故除了透过电介质多层膜61达到第1光电二极管PD1的透过光之外，还将产生与入射光形成10度的角度的反射光(反射角为5度)。光波导部分60具备在反射光的方向上延伸的反射光用纤芯51，反射光被导向不存在归因于反射光用纤芯51而受到光的影响的装置的空间(在图8中，从电介质多层膜61来看是与光波导部分60的相反一侧)。
如上所述，倘采用光波导部分60，由于不需要具有电介质多层膜的滤光片块，故可以提供进一步小型化的光监视器。图9示出了本发明实施例3的光组件301。该光组件301具备硅衬底320和在该硅衬底320上形成的光波导部分310。
光波导部分310，可以用与图4所示的光波导部分10的制造方法大致相同的方法形成，具有纤芯311、纤芯312和纤芯313。此外，在光波导部分310上，还装载有光学性地连接到纤芯311上的激光二极管LD。该激光二极管LD具有模式变换功能，用来实现与纤芯311之间的光耦合中的低损耗化。此外，在纤芯31中，还插设有隔离器，使得从激光二极管LD输出的光不会再次返回激光二极管LD。
纤芯312和313，通过定向耦合器315被连接到纤芯311上。该定向耦合器315以规定的比率对来自纤芯311的光进行分割后传送至纤芯312和纤芯313。例如，纤芯311的光的95％被导入纤芯312，5％被导入纤芯313。
纤芯313，具有Y分支部分。在该分支部分中，光以规定的比率(例如，50∶50)进行分支。分支后的一方的光经由滤光片块30输入至第1光电二极管PD1。而分支后的另一方的光，被输入至第2光电二极管PD2。如上所述，在本实施例的光组件301中，还具备由纤芯313、滤光片块30、第1光电二极管PD1和第2光电二极管PD2构成的光监视器303。该光监视器303，具有与上所说的光监视器1大致同样的功能和构成。
在硅衬底320的外部(或在硅衬底320上)，具备计算电路140、控制电路150、APC电路160、ATC电路170和驱动激光二极管LD的LD驱动电路330。
说明以上那样地构成的本实施例的光组件301的动作。
激光二极管LD被LD驱动电路330驱动，并对纤芯311输出借助于模式变换功能进行了模式变换的激光。导入至纤芯311内的激光，经由隔离器317到达定向耦合器315，在这里被分割成95∶5。95％的光经由已连接到纤芯312上的光纤340传送给外部的光学装置(未画出来)。5％的光被导入至纤芯313，在其分支部分处再分支为50∶50。分支后的一部分光经由滤光片块30输入至第1光电二极管PD1。而分支后的另一部分光，被输入至第2光电二极管PD2。
第1光电二极管PD1检测从光波导部分310的纤芯313经由滤光片块30入射进来的光的强度，把其检测结果变换成信号电压后输出。
另一方面，第2光电二极管PD2直接接受从光波导部分310的纤芯313输出的光并检测其强度，把其检测结果变换成电压信号V2后输出。
从第1光电二极管PD1输出的电压信号V1和从第2光电二极管PD2输出的电压信号V2，被输入至计算电路140。计算电路140计算(V2-V1)/V2＝S。该计算值S和电压信号V2被传达给控制电路150。
在控制电路150中，已设定有激光二极管LD的输出光的强度目标值与电压信号V2之间的函数和激光二极管LD的输出光的波长目标值与计算值S之间的函数。控制电路150，使用这些函数、从计算电路140传达来的电压信号V2和计算值S，确定在该时刻时的激光二极管LD的输出光的强度和波长。然后，控制电路150，使用APC电路160和ATC电路170实时地对激光二极管LD进行控制使得与输出光的强度和波长目标值(设计值)一致。经以上那样地处理，结果从光组件301对于外部的光学装置供给强度和波长稳定的激光。
如上所述，本实施例的光组件301，由于具备正确地监视光的强度和波长的光监视器303，故可以用激光二极管LD产生已高精度地对强度和波长进行了调整的光并对外部输出。
此外，光监视器302和激光二极管LD，由于集成在硅衬底320上，并在光波导部分310中已进行了光学性耦合，故实现了光组件301的小型化。
在图2所示的光组件101中，激光二极管LD虽然已连接到光纤110上，但是至于两者的连接，由于需要三维的位置对准，故不能说组装是容易的。这一点，倘采用本实施例的光组件301，则仅仅在平面方向上进行位置对准就可以光学性地连接到在光波导部分310上形成的纤芯311上。因此可以削减组装工时可以提高产品的品质。此外，光监视器303，由于在一连串的工序中，可以与激光二极管LD的外围电路一起制造，故可以实现造价的降低。
另外，作为激光二极管LD，除去法布里-佩罗(Fabry-Perot)类型之外，还可以采用DFB(Distributed Feedback，分布反馈)激光二极管或EA(Electrical Absorption，电吸收)激光二极管等。
然而，如图9所示，在光组件301中，激光二极管LD的前光被分支，该分支光虽然可以用光监视器303监视，但也可以作成为使得监视后光。
图10和图11分别示出了具备监视激光二极管LD的后光的光监视器353的光组件351和光组件352。
图10所示的光组件351，具备硅衬底370和在该硅衬底370上形成的光波导部分360。该光波导部分360可以用与图4所示的光波导部分10的制造方法同样的方法形成，具有纤芯363。
在硅衬底370上装载有激光二极管LD。激光二极管LD的前光输出部分与光纤340进行光学性连接。此外，激光二极管LD的后光输出部分则通过光纤380光学性地连接到纤芯363上。另外，光纤340和光纤380分别敷设到在硅衬底370上形成的V沟内。
在光波导部分360上形成的纤芯363，具有Y分支部分。在该分支部分中，激光二极管LD的后光，以规定的比率(例如，50∶50)进行分支。分支后的一部分光经由滤光片块30输入至第1光电二极管PD1。而分支后的另一部分光，被输入至第2光电二极管PD2。如上所述，在光组件351中，还具备由纤芯363、滤光片块30、第1光电二极管PD1和第2光电二极管PD2构成的光监视器353。该光监视器353，具有与上所说的光监视器1大致上同样的功能和构成。
在硅衬底370的外部(或在硅衬底370上)，具备计算电路140、控制电路150、APC电路160、ATC电路170和驱动激光二极管LD的LD驱动电路330(未画出来)。
另一方面，图11所示的光组件352，与光组件351同样，具备硅衬底370和在该硅衬底370上形成的光波导部分360。
在硅衬底370上装载有激光二极管LD。激光二极管LD的前光输出部分与光线340光学性地连接。此外，激光二极管LD的后光输出部分，与光组件351不同，直接连接到纤芯363上而不通过光纤。
至于光组件352的其它的构成，大致上与光组件351是一样的。另外，在光组件352中，激光二极管LD虽然装载到硅衬底370上，但是也可以象图9所示的实施例3的光组件301那样，与光监视器353一起把激光二极管LD装载到光波导部分360上。
倘采用以上的光组件351、352，则可以监视激光二极管LD的后光。即，为了监视激光二极管LD的输出光的强度和波长，就不再需要使作为例如光通信的载波使用的前光进行分支后再进行监视。因此，在可以得到与实施例3的光组件301同样的效果的同时，还可以在光通信等中效率良好地使用激光二极管LD的输出光。图12示出了本发明的实施例4的光组件401。该光组件401，具备硅衬底420和在该硅衬底420上形成的光波导部分410。
在光波导部分410上装载有4个激光二极管LD-1、LD-2、LD-3、LD-4。激光二极管LD1～LD4分别连接到纤芯311-1～311-4上。各个纤芯311-1～311-4，通过定向耦合器(未画出来)连接到纤芯312-1～312-4和纤芯313-1～313-4上。各个定向耦合器把来自纤芯311-1～311-4的光分割成规定的比率，传送给纤芯312-1～312-4和纤芯313-1～313-4。例如，把纤芯311-1的光的95％导入纤芯312-1，把5％导入纤芯313-1。另外，纤芯311-1～311-4，纤芯312-1～312-4和纤芯313-1～313-4，可以用与图4所示的光波导部分10的制造方法大致上相同的方法在光波导部分410上形成。
把光监视器303-1～303-4连接到纤芯纤芯311-1～311-4上。这些监视器303-1～303-4具有与上所说的光监视器1、303大致上相同的功能和构成。各个监视器303-1～303-4具备滤光片块30、第1光电二极管PD1和第2光电二极管PD2(未画出来)。另外，硅衬底420，为了设置第1光电二极管PD1和第2光电二极管PD2，对规定的地方以例如300微米的深度进行刻蚀。
在硅衬底420上(或硅衬底420的外部)具备计算电路440、例如用DSP构成的控制电路450、与各个激光二极管LD-1～LD-4对应的APC电路160-1～160-4、ATC电路170-1～170-4、和LD驱动电路330-1～330-4。例如激光二极管LD-1、光监视器303-1、纤芯311-1、313-1构成一个光学装置群。就是说，光组件401具备4个光学装置群。
说明象上述那样地构成的本实施例的光组件401的动作。
各个激光二极管LD-1～LD-4，被LD驱动电路330-1～330-4驱动，并对纤芯311-1～311-4输出由模式变换功能进行了模式变换的激光。在这里从各个激光二极管LD-1～LD-4输出的激光已分别调整为不同的波长。
被导入纤芯311-1～311-4的光在定向耦合器中分别被分割成95∶5。95％的光经由连接到纤芯312-1～312-4上的光纤340-1～340-4传送至外部的光学装置(未画出来)。5％的光分别经由纤芯313-1～313-4导入光监视器303-1～303-4。
各个光监视器303-1～303-4，与上面所说的光监视器1、303同样，用内含所导入的光的第1光电二极管PD1和第2光电二极管PD2进行监视，把其结果作为电压信号V1和电压信号V2对计算电路440输出。计算电路440对每一个光监视器303-1～303-4计算(V2-V1)/V2＝S。该计算值S和电压信号V2传达给控制电路450。
在控制电路450中，已预先设定好各个激光二极管LD-1～LD-4的输出光的强度目标值与电压信号V2之间的函数和激光二极管LD的输出光的波长目标值与计算值S之间的函数。控制电路450，使用这些函数、从计算电路440传达来的电压信号V2和计算值S，确定在该时刻时的各个激光二极管LD-1～LD-4的输出光的强度和波长。然后，控制电路450，使用APC电路160-1～160-4和ATC电路170-1～170-4实时地对各个激光二极管LD-1～LD-4进行控制使得与输出光的强度和波长目标值(设计值)一致。经以上那样地处理，结果成为从光组件401对于外部的光学装置供给强度和波长稳定的激光。
如上所述，倘采用本实施例的光组件401，由于已把多个激光二极管LD-1～LD-4装载到一个硅衬底420上，故可以提供极其小型的WDM发送组件。
此外，由于可以用一个控制电路450进行对于从各个激光二极管LD-1～LD-4输出的波长不同的激光的强度控制和波长控制，故要使来自各个激光二极管LD-1～LD-4的输出光的强度成为恒定，就变得容易起来。
再有，在在某一个激光二极管中发生了动作不良的情况下，可以迅速地切换到预备的激光二极管。
另外，本实施例的光组件401，具备4个激光二极管LD-1～LD-4构成为输出4种波长的光，但是也可以使激光二极管的个数进行增减，与别的波长个数对应。此外，本实施例的光组件401，虽然被构成为向光纤340-1～340-4导入从各个激光二极管LD-1～LD-4输出的激光，但是也可以使例如AWG(波形合成分离器)等的波导型滤光片耦合到各个激光二极管LD-1～LD-4的输出部分上并进行集成化。图13示出了本发明的实施例5的光组件501。该光组件501，在封装903内部，具备载置台905、激光二极管LD、第1光电二极管PD1、第2光电二极管PD2、光扩展器(光扩大透镜筒状透镜)510、滤光片530、热敏电阻911和热电(T/E)致冷器913。其中，第1光电二极管PD1、第2光电二极管PD2、光扩展器510和滤光片530配置在载置台905的规定位置上，构成光监视器。
此外，光组件501，在激光二极管LD的前光输出端具备光纤布喇格光栅915，用以实现激光二极管LD的振荡波长的稳定化。激光二极管LD的输出光(前光)经由光纤921传送给外部的光学装置(未画出来)。
图14是从上方看光组件501的封装903内时的平面图。就如在这里所示的那样，激光二极管LD的后光借助于光扩展器510向横向(平面方向)扩大。
滤光片530、第1光电二极管PD1和第2光电二极管PD2，配置在被光扩展器510进行了扩大的光(扩大光)的光路上。滤光片530具有光的透过量因波长而异的特性，例如，由电介质多层膜滤光片、标准滤光片或光纤布喇格光栅等构成。
扩大光的一部分(例如50％)，通过滤光片530到达第1光电二极管PD1，另外的一部分(例如50％)则直接到达第2光电二极管PD2。
第2光电二极管PD2接受扩大光的一部分，输出与其强度对应的电压信号V2。另一方面，第1光电二极管PD1，通过滤光片530仅仅接受扩大光的一部分中的规定波长的光，并输出与其强度对应的电压信号V1。电压信号V1、V2，被送往例如由DSP构成的控制装置(未画出来)。该控制装置根据电压信号V2计算激光二极管LD的输出。此外，采用对电压信号V1和电压信号V2进行比较的办法，计算激光二极管LD的输出光。
在这里得到的激光二极管LD的输出光强度和振荡波长，理想的是，被组装到已作为该光组件501的标准值(例如，第1光电二极管PD1和第2光电二极管PD2的受光灵敏度补正值)存放到控制装置中的应用程序中去。
如上所述，倘采用本实施例的光组件501，则可以使用来监视激光二极管LD的输出光强度和波长的装置与该激光二极管LD一起紧凑地组件化。
再有，由于已预先取得光组件501的标准值并已存放在控制电路内，故对于滤光片30、第1光电二极管PD1、第2光电二极管PD2等的构成装置的光学性的位置调整，不要求象现有技术那种程度的精度。因此，组装会变得容易起来，结果可以实现低价格化。图15示出了本发明的实施例6的光组件601。该光组件601，在封装903内部，具备载置台610、激光二极管LD、光电二极管PD、可动滤光片630、热敏电阻911和热电(T/E)致冷器913。其中，光电二极管PD和可动滤光片630配置在载置台610的规定位置上，构成光监视器。在载置台610上设有用来使可动滤光片630滑动的引导沟620。
此外，光组件601，在激光二极管LD的前光输出端具备光纤布喇格光栅915，用以实现激光二极管LD的振荡波长的稳定化。激光二极管LD的输出光(前光)经由光纤921传送给外部的光学装置(未画出来)。
图16是从上方看光组件501的封装903内时的平面图。就如在这里所示的那样，激光二极管LD被配置在激光二极管LD的后光的光路上，可动滤光片6330，例如由电介质多层膜滤光片构成，沿着引导沟620在第1位置(虚线)和第2位置(实线)之间移动。
当可动滤光片630移动到第1位置时，激光二极管LD的后光，被可动滤光片630进行滤光(抽出规定的波长的光)，到达光电二极管PD。对此，当可动滤光片移动到第2位置时，激光二极管LD的后光直接到达光电二极管PD。
另外，对于可动滤光片630的移动来说，理想的是使用可以进行高精度的位置控制的微机械技术。LD的后光，由于指向性高且仅仅具有1～2微米的扩展，故可动滤光片630的移动距离(第1位置与第2位置间的距离)约为5微米左右。由于可动滤光片的移动距离如此之短，故即便是对于长距离的移动需要高电压的微机械，也可以用做可动滤光片630的移动装置。
对以上那样地构成的本实施例的光组件601的动作，特别是对监视激光二极管LD的输出光强度和波长时的动作进行说明。
首先，使可动滤光片630移动到第1位置上，用光电二极管PD接受透过了可动滤光片630的激光二极管LD的后光。光电二极管PD把该受光强度成为电压信号V1向控制电路(未画出来)输出。
其次，使可动滤光片630移动到第2位置，用光电二极管PD直接接受激光二极管LD的后光。光电二极管PD把该受光强度成为电压信号V2向控制电路输出。
控制装置根据电压信号V2计算激光二极管LD的输出。此外，采用对电压信号V1和电压信号V2进行比较的办法，计算激光二极管LD的输出光的波长。
如以上所说明的那样，倘采用本实施例的光组件，则可以用一个光电二极管PD监视激光二极管LD的后光，并根据监视结果计算激光二极管LD的输出光的强度和波长。因此，在可以得到与实施例5同样的效果的同时，还可以实现进一步的紧凑化。
虽然参看附图对本发明的优选实施例进行了说明，但本发明并不限定于这样的实施例。对于本领域技术人员来说，在权利要求的范围内所述的技术思想的范畴内，显然，各种的变更例或修正例是可以想象得到的，应当明白，这些当然也属于本发明的技术范围之内。
例如，作为本发明的一个实施例，虽然说明的是WDM用发送组件，但是本发明在那些可以在路由器的光接口或光交叉连接等中使用的电/光转换装置中也可以应用。此外，不仅光通信系统，在除此之外的领域中的光传感器等中也可以应用。
如上所述，倘采用第1～6、13、14方面所述的发明，则可以提供可以高精度地检测从光源输出的光的波长和强度，且实现了小型化的光监视器。此外，倘采用第7～12、15～17方面所述的发明，则可以提供实现了小型化的光组件。再有，倘采用第18方面所述的发明，则可以提供可以导入到规定的位置而不会使透过光扩散的滤光片。
权利要求
1.一种光监视器，其特征在于具备使从光源输出的光以规定的比率分支成至少第1光和第2光的光分支装置；入射上述第1光、使规定波长的光透过的滤光片；接受透过上述滤光片的透过光的第1受光器件；以及接受上述第2光的第2受光器件。
2.权利要求1所述的光监视器，其特征在于把上述第1光对上述滤光片的入射角配置为比0度大。
3.权利要求1或2所述的光监视器，其特征在于上述光分支装置是具有纤芯的光波导部分，其具有导入从上述光源输出的光的导入端；使导入进来的光分支成上述第1光和第2光的分支部分；射出上述第1光的第1射出端；和射出上述第2光的第2射出端。
4.权利要求3所述的光监视器，其特征在于上述光波导部分具有导入在上述滤光片的入射面上反射的上述第1光的反射光用纤芯。
5.权利要求1、2、3或4所述的光监视器，其特征在于上述滤光片包括光波导、和覆盖构成上述光波导的纤芯的一个或两个端面，并透过规定波长的光的滤光片膜。
6.权利要求3或4所述的光监视器，其特征在于上述滤光片是覆盖上述第1射出端，并透过规定的波长的滤光片膜。
7.一种光组件，其特征在于在同一衬底上具有上述光源；权利要求1、2、3、4、5或6所述的光监视器；以及使上述光源与上述光分支装置进行耦合的光耦合装置。
8.一种光组件，其特征在于在同一衬底上具有多个由下述部分构成的光学装置群，即上述光源；权利要求1、2、3、4、5或6所述的光监视器；以及使上述光源与上述光分支装置进行耦合的光耦合装置。
9.权利要求7或8所述的光组件，其特征在于上述光耦合装置是光纤。
10.权利要求7或8所述的光组件，其特征在于上述光耦合装置是光波导。
11.权利要求7、8、9或10所述的光组件，其特征在于上述光源是半导体激光器。
12.权利要求11所述的光组件。其特征在于从上述光源输出的光，是上述半导体激光器的后光。
13.权利要求1所述的光监视器，其特征在于上述光分支装置，是扩大从上述光源输出的光，并作为含有上述第1光和上述第2光的扩大光射出的光扩大透镜。
14.一种光监视器，其特征在于具备在从光源输出的光的光路上配置的受光器件；可以在从光源输出的光进行入射的第1位置与从上述光源输出的光不进行入射的第2位置之间移动的滤光片；以及在上述滤光片处于上述第1位置的情况下，接受透过了上述滤光片的规定波长的透过光，在上述滤光片处于上述第2位置的情况下，直接接受从上述光源输出的光的受光器件。
15.一种光组件，其特征在于具备上述光源；以及权利要求13或14所述的光监视器。
16.权利要求15所述的光组件，其特征在于上述光源是半导体激光器。
17.权利要求16所述的光组件，其特征在于从上述光源输出的光，是上述半导体激光器的后光。
18.一种滤光片，其特征在于具有光波导；以及覆盖构成上述光波导的纤芯的一个或两个端面，透过规定的波长的光的滤光片膜。
全文摘要
提供小型,且可以高精度地检测从光源输出的光的波长和光强度的光监视器、滤光片和光组件。光监视器1,具备具有Y分支的纤芯16的光波导部分10、硅衬底20、滤光片块30、光纤40、第1光电二极管PD1和第2光电二极管PD2。
文档编号G02B6/136GK1329382SQ01116578
公开日2002年1月2日 申请日期2001年4月16日 优先权日2000年6月16日
发明者山下吉雄, 藤井浩三 申请人:冲电气工业株式会社