WO2020240796A1 - 光合波回路および光源 - Google Patents

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隼志 阪本
橋本　俊和
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日本電信電話株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical combine circuit and a light source, and more specifically, an optical combine circuit capable of merging light of a plurality of wavelengths such as the three primary colors of light and monitoring the intensity of light of each wavelength, and this optical combination.
  • light sources including wave circuits.
  • R red light
  • G green light
  • B blue light
  • Light sources are being developed. Since the LD has higher straightness than the LED, it is possible to realize a focus-free projector. In addition, LD has been attracting attention in recent years because of its high luminous efficiency, low power consumption, and high color reproducibility.
  • FIG. 1 shows a typical light source of a projector using an LD.
  • the light source for the projector is a combination of LD1 to 3 that output light of a single wavelength of each color of R, G, and B, lenses 4 to 6 that collimate the light output from LD1 to 3, and each light.
  • dichroic mirrors 10 to 12 that wave and output to the MEMS mirror 16.
  • the RGB light bundled in one beam is swept using a MEMS mirror 16 or the like, and an image is projected on the screen 17 by synchronizing with the modulation of the LD.
  • Half mirrors 7 to 9 are inserted between the lenses 4 to 6 and the dichroic mirrors 10 to 12, and the branched light of each color is monitored by the photodiodes (PD) 13 to 15 to adjust the white balance. doing.
  • PD photodiodes
  • the LD emits light in the front-rear direction of the resonator, but since the accuracy of monitoring on the rear side is poor, it is common to monitor (front monitoring) on the front side where the light is emitted.
  • FIG. 1 in order to use it as an RGB light source, bulk optical components such as LD1 to 3, lenses 4 to 6, half mirrors 7 to 9, and dichroic mirrors 10 to 12 are used in a spatial optical system. Need to be combined. Furthermore, bulk parts such as half mirrors 7 to 9 and PD13 to 15 are required for monitoring for adjusting the white balance, which increases the size of the optical system, which hinders the miniaturization of the light source. was there.
  • RGB couplers using a quartz-based plane lightwave circuit (PLC) instead of a spatial optical system using bulk components are attracting attention (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • PLC creates an optical waveguide by patterning by photolithography and reactive ion etching on a flat substrate such as Si, and multiple basic optical circuits (for example, directional coupler, Mach-Zehnder interferometer, etc.) ) Can be combined to realize various functions (see, for example, Non-Patent Documents 2 and 3).
  • FIG. 2 shows the basic structure of an RGB coupler using PLC.
  • An RGB coupler module including LDs 21 to 23 of each color of G, B, and R and a PLC type RGB coupler 20 is shown.
  • the RGB coupler 20 includes the first to third waveguides 31 to 33 and the first and second combiners 34 and 35 that combine the light from the two waveguides into one waveguide. Including.
  • a method using a symmetric directional coupler having the same waveguide width a method using a Mach-Zehnder interferometer (see, for example, Non-Patent Document 1), and a method using a mode coupler (see Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 4 see Non-Patent Document 4
  • Non-Patent Document 2 by using mode multiplexing, light of the same wavelength can be combined in different modes, and by using PLC, an RRGGB coupler can be easily realized.
  • FIG. 3 shows the configuration of an RGB coupler using two directional couplers.
  • the RGB coupler 100 using the PLC has outputs connected to the first to third input waveguides 101 to 103, the first and second directional couplers 104 and 105, and the second input waveguide 102. It is provided with a waveguide 106.
  • the first directional coupler 104 couples the light of ⁇ 2 incident from the first input waveguide 101 to the second input waveguide 102, and the light of ⁇ 1 incident from the second input waveguide 102.
  • the waveguide length, waveguide width, and gaps between the waveguides are designed so that the light is coupled to the first input waveguide 101 and recoupled to the second input waveguide 102.
  • the second directional coupler 105 couples the light of ⁇ 3 incident from the third input waveguide 103 to the second input waveguide 102, and the second input guide in the first directional coupler 104.
  • the waveguide length, waveguide width, and gap between the waveguides are designed so as to transmit the light of ⁇ 1 and ⁇ 2 coupled to the waveguide 102.
  • the first input waveguide 101 has green light G (wavelength ⁇ 2)
  • the second input waveguide 102 has blue light B (wavelength ⁇ 1)
  • the third input waveguide 103 has red light R (wavelength ⁇ 2). ⁇ 3) is incident
  • the three colors of light R, G, and B are combined by the first and second directional couplers 104 and 105 and output from the output waveguide 106.
  • the wavelengths of ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 light having a wavelength of 450 nm, 520 nm, and 638 nm is used, respectively.
  • the optical axes are generally aligned with each other through a gap.
  • the visible light LDs 21 to 23 used as the light source have a shorter wavelength and a smaller mode field diameter than the LDs in the communication wavelength band. Therefore, even if the light output power is the same as the communication wavelength band, the power density is increased by an order of magnitude. Further, since the energy of visible light to ultraviolet light is higher than the energy of light in the communication wavelength band, the emission end face is severely deteriorated due to the dust collecting effect of light and the life of the LD is shortened.
  • the light source may exceed the range of feedback control when the light source is put into actual operation due to deterioration of the LD. If the LD and the RGB coupler are sealed, deterioration can be suppressed, but there is a problem that the manufacturing cost of the light source increases.
  • An object of the present invention is an optical combiner circuit including a combiner composed of a PLC, capable of accurately monitoring light of a plurality of wavelengths, and further allowing deterioration of LD, and an optical combiner circuit.
  • the purpose is to provide a light source that includes.
  • one embodiment of the optical combiner circuit includes m sets of combiners that combine light output from a plurality of connection waveguides, and m.
  • a combiner that inputs the light output from the combiner from m input waveguides and combines them, an output waveguide that outputs the light that is combined at the combiner, and nxm lines. It is characterized in that nxm or m branch portions inserted into the connection waveguide or m input waveguides are provided on the same substrate.
  • one of n laser diodes can be selected and operated for each m group, and deterioration of LD can be tolerated.
  • FIG. 4 shows a light source with a monitoring function according to the first embodiment of the first embodiment of the present invention.
  • Monitoring function source, R, G, and first to third LD 201 1 to 201 3 respectively outputting colors of the light of B, the RGB coupler 210 of the PLC type, which is optically connected to the RGB coupler 210 It includes the first to third PD 202 1 to 202 3 .
  • the light incident on the first to third input waveguides 211 1 to 211 3 is branched into two at the first to third branching portions 212 1 to 212 3 , respectively.
  • One of the branched lights is output to the first to third PD202s 1 to 202 3 via the first to third monitoring waveguides 213 1 to 213 3, and the other of the branched lights is combined. It is combined by the wave unit 214 and output to the output waveguide 215.
  • the combiner 214 an optical combiner circuit using the directional coupler shown in FIG. 3 can be used.
  • the first to third input waveguides 211 1 to 211 3 are coupled to the first to third input waveguides 101 to 103 shown in FIG. 3, respectively, and the output waveguide 215 is shown in FIG. It is coupled to the output waveguide 106 shown.
  • the combiner portion 214 is not limited to this, and other waveguide type combiner means (for example, Mach-Zehnder interferometer, mode coupler, etc.) may be used.
  • the first to second branches are formed.
  • the binding properties of the third LD 201 1 to 201 3 and the first to third input waveguide 211 1 to 211 3 can be monitored.
  • the multiplexing characteristics of the multiplexing unit 214 that using the monitoring value of the first to third PD 202 1 to 202 3, to adjust the white balance of the light source Is possible.
  • the deterioration of the emission end face of the LD depends on the wavelength, and the degree of deterioration of the LD on the short wavelength side (B) is larger than that of the LD on the long wavelength side (R).
  • the light of each color of R, G, and B can be monitored, so that even if the degree of deterioration of the LD of each color is different, feedback is provided individually. Since it can be controlled, the white balance can be adjusted accurately.
  • a plurality of LDs of the same color are prepared, and the deteriorated LDs are switched to spare LDs so that the LDs can be individually and accurately monitored even during the actual operation of the light source.
  • n LDs are provided for each of a plurality of wavelengths in m sets, and one LD out of n LDs is selected and combined for each m set. It can be a photosynthetic circuit and a light source with a monitoring function.
  • FIG. 5 shows a light source with a monitoring function according to the first embodiment of the second embodiment of the present invention.
  • an RGB coupler 310 having the same configuration as the RGB coupler 210 of the first embodiment and a plurality of LDs fixed to the LD mount 303 are optically coupled.
  • Example 1 shows an example in which LDs of each color are mounted on one substrate, and the three primary color LDs are simultaneously switched from the active system to the spare system. It may be mounted on a different LD mount for each color, and the LD of the active system may be switched to the LD of the spare system for each color. As described above, the shorter the wavelength, the more severe the deterioration of the LD. Therefore, only the LD of the blue light B on the short wavelength side or only the LD of the blue light B and the green light G should be mounted with the LD of the active system and the preliminary system. You may.
  • the LD301 of each color is fixed to the LD mount 303 and mechanically switched.
  • Mechanical switching may increase the coupling loss between the LD301 and the input waveguide 311. Therefore, it is possible to switch while performing active alignment for each LD.
  • the beam diameter of the LD301 can be arranged so as to be larger than the core diameter at the end face of the input waveguide 311.
  • a plurality of spare systems may be mounted (n> 2).
  • a photosynthetic circuit having a plurality of wavelengths can be configured.
  • the deteriorated LD can be easily switched to an unused LD. Therefore, even if the LD and the RGB coupler are not sealed and are used in actual operation, the number of mounted LDs is equal. It is possible to extend the life of the product. Compared with Example 1, it is necessary to make the end face of the RGB coupler facing the LD mount larger for alignment with the LD mount, but the process of manufacturing the RGB coupler remains the same and the manufacturing cost increases. There is no.
  • FIG. 6 shows a light source with a monitoring function according to a second embodiment of the present invention.
  • the light source with monitoring function includes a plurality of LDs that output light of each color of R, G, and B, a PLC type RGB coupler 310, and first to third PD302 1 optically connected to the RGB coupler 310. It is equipped with ⁇ 302 3 .
  • the RGB coupler 310 of the first embodiment is connected to the combiners 317 1 to 317 3 and the combiner and the LD in each of the first to third input waveguides 311 1 to 311 3. The difference is that the waveguides 316 1 to 316 3 are added.
  • LD301 11 ⁇ 301 31 a respective colors of LD of the active system, the output of which is the color of the LD of the standby LD301 12 ⁇ 301 32, respectively multiplexers 317 1 to 317 3 and the first to third branch portion It is connected to the combiner 314 via 312 1 to 312 3 .
  • One of the branched lights is output to the first to third PD302 1 to 302 3 via the first to third monitoring waveguides 313 1 to 313 3, and the other of the branched lights is combined. It is combined by the wave unit 314 and output to the output waveguide 315.
  • the active system and the backup system are switched by electrically switching the drive circuit of the LD. Therefore, it is not necessary to align the LD and the RGB coupler when switching between the active system and the spare system.
  • the deteriorated LD can be easily switched to an unused LD, so that it is not necessary to seal the LD and the RGB coupler, and the life of the LD can be extended even when it is put into actual operation. It is possible to plan.
  • the circuit scale of the RGB coupler is larger than that of the first embodiment, since the optical circuit is manufactured on the same wafer and chip, it can be manufactured at the same time in one process, so that the manufacturing cost is reduced. There is no increase and no additional parts are needed.
  • FIG. 7 shows a light source with a monitoring function according to a third embodiment of the second embodiment of the present invention.
  • the configuration of the light source with the monitoring function is the same as that of the second embodiment, but the circuit configuration of the RGB coupler 320 is different.
  • the light sources with a monitoring function include a plurality of LDs that output light of each color of R, G, and B, a PLC type RGB coupler 320, and first to third PD302 1 optically connected to the RGB coupler 320. It is equipped with ⁇ 302 3 .
  • the PLC type RGB coupler 320 includes connection waveguides 316 11 to 316 32 that are optically connected to a plurality of LDs, and branching portions 322 11 to 322 32 that branch light propagating through the connection waveguide into two. It is provided with combiners 327 1 to 327 3 for merging the outputs of the branch portions 322 11 to 322 31 and the outputs of the branch portions 322 12 to 322 32 , respectively.
  • the outputs of the combiners 327 1 to 327 3 are input to the combiner 324 via the first to third input waveguides 211 1 to 211 3 , respectively, and the light combined by the combiner 314 is output. It is output from the waveguide 325.
  • two outputs of the first to third monitoring waveguides 323 1 to 323 3 are output to the first to third PD 302 1 to 302 3 .
  • the effective light receiving region on the light receiving surface of the PD is wide, if two monitoring waveguides are arranged at an interval of 5 to 20 ⁇ m on the end face of the RGB coupler 320, the light is emitted from any of the two monitoring waveguides.
  • the light can also be received by the PD. That is, it is possible to omit the combiner that combines the outputs of the two monitoring waveguides.
  • the active system and the standby system are switched by electrically switching the drive circuit of the LD. Therefore, it is not necessary to align the LD and the RGB coupler when switching between the active system and the spare system.
  • the deteriorated LD can be easily switched to an unused LD, so that it is not necessary to seal the LD and the RGB coupler, and the life of the LD can be extended even when it is put into actual operation. It is possible to plan.
  • the circuit scale of the RGB coupler is larger than that of the first embodiment, since the optical circuit is manufactured on the same wafer and chip, it can be manufactured at the same time in one process, so that the manufacturing cost is reduced. There is no increase and no additional parts are needed.
  • the stray light can be prevented from being incident on the PD 302 by configuring the light emitting direction from the LD 301 to be substantially perpendicular to the incident direction of the light in the PD 302.
  • the stray light is light that leaks into the RGB coupler 310 because the output of the LD301 cannot be coupled to the input waveguide 311.
  • FIG. 8 shows a light source with a monitoring function according to a fourth embodiment of the second embodiment of the present invention.
  • the PLC type RGB coupler 310 has three first to third input waveguides 311 1 to 311 3 optically connected to each of the three first to third LD301s 1 to 301 3.
  • a multiplexing unit 314 1 to 314 3 to multiplex the respective colors of light input to the first to third input waveguide 311 1 to 311 3 respectively
  • the output of the multiplexing unit 314 1 to 314 3 2 branches 1st to 3rd branching portions 312 1 to 312 3 and 1st to 3rd branching portions 312 1 to 312 3 combine one of the light branches, respectively, and a combiner 317 and 1st to 3rd branching portions.
  • the combined light of each color of R, G, and B is output to the first to third monitoring waveguides 313 1 to 313 3 . Therefore, when monitoring the light of each color of R, G, and B, it is necessary to demultiplex the light in the first to third PD302 1 to 302 3 using a wavelength filter or the like.
  • the LD for each color is switched by electrically switching the LD drive circuit. Therefore, it is not necessary to align the LD and the RGB coupler at the time of switching.
  • the combiner 317 an optical circuit in which the Y-branch circuit shown in FIG. 9A is connected in a two-stage longitudinal manner, a three-branch circuit shown in FIG. 9B, or an MMI shown in FIG. An optical circuit that combines Multi-mode Interference) and a mode converter is applied.
  • the combiner that combines the outputs of the branch portion for monitoring, the combine unit, and the outputs of the plurality of combine units has various connection forms as shown in Examples 1 to 4, and these It is not limited to the example of.
  • the light emitting direction from the LD 301 is configured to be substantially perpendicular to the incident direction of the light in the PD 302.
  • Examples 1, 2 and 4 if the output ends of the first to third monitoring waveguides 313 1 to 313 3 are arranged on the end faces of the sides orthogonal to the side coupled to the LD301, stray light Can be prevented from being incident on PD202, 302. At this time, it is possible to remove the light that could not be completely combined at the combine unit 314, the leaked stray light, and the stray light that leaked into the RGB coupler 310 through the discard port of the combine unit 314.

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Abstract

複数の波長の光をそれぞれ精度よくモニタリングすることができ、さらにＬＤの劣化を許容することができる光合波回路を提供する。光合波回路は、ｎ本の複数の接続用導波路から出力された光を合波する合波器をｍ組備え、ｍ個の前記合波器から出力された光をｍ本の入力導波路から入力し合波する合波部と、前記合波部で合波された光を出力する出力導波路と、ｎｘｍ本の前記接続用導波路またはｍ本の前記入力導波路に挿入されたｎｘｍ個またはｍ個の分岐部とを同一の基板上に備えた。

Description

光合波回路および光源
　本発明は、光合波回路および光源に関し、より詳細には、光の３原色など複数の波長の光を合波し、各波長の光の強度をモニタリングすることができる光合波回路と、この光合波回路を含む光源に関する。
　近年、眼鏡型端末、小型のピコプロジェクタに適用する光源として、Ｒ（赤色光）、Ｇ（緑色光）、Ｂ（青色光）の３原色の光を出力するレーザダイオード（ＬＤ）を含む小型の光源の開発が行われている。ＬＤは、ＬＥＤに比べて直進性が高いため、フォーカスフリーなプロジェクタを実現することができる。また、ＬＤは、発光効率が高く低消費電力であり、色再現性も高く、近年注目を集めている。
　図１に、ＬＤを用いたプロジェクタの代表的な光源を示す。プロジェクタ用の光源は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の単一波長の光を出力するＬＤ１～３と、ＬＤ１～３から出力された光をコリメート化するレンズ４～６と、それぞれの光を合波してＭＥＭＳミラー１６に出力するダイクロイックミラー１０～１２とを含む。１本のビームに束ねられたＲＧＢ光は、ＭＥＭＳミラー１６などを用いてスイープされ、ＬＤの変調と同期させることにより、スクリーン１７上に映像が投影される。レンズ４～６とダイクロイックミラー１０～１２との間には、ハーフミラー７～９が挿入されており、分岐した各色の光をフォトダイオード（ＰＤ）１３～１５によりモニタリングして、ホワイトバランスを調整している。
　一般的に、ＬＤは共振器の前後方向に光を出射するが、後方側のモニタリングでは精度が悪いため、光を出射させる前方側でモニタリング（フロントモニタリング）するのが一般的である。図１に示したように、ＲＧＢ光源として使用するためには、ＬＤ１～３、レンズ４～６、ハーフミラー７～９、およびダイクロイックミラー１０～１２などのバルクの光学部品を、空間光学系により組み合わせる必要がある。さらに、ホワイトバランスの調整のためのモニタリングのために、ハーフミラー７～９、ＰＤ１３～１５などのバルク部品が必要となり、光学系として大型化してしまうため、光源の小型化の妨げになるという課題があった。
　一方、バルク部品による空間光学系ではなく、石英系平面光波回路（Planar lightwave circuit：ＰＬＣ）を用いたＲＧＢカプラが注目されている（例えば、非特許文献１参照）。ＰＬＣは、Ｓｉなどの平面状の基板に、フォトリソグラフィなどによるパターニング、反応性イオンエッチング加工により、光導波路を作製し、複数の基本的な光回路（例えば、方向性結合器、マッハツェンダ干渉計など）を組み合わせることにより、各種の機能を実現することができる（例えば、非特許文献２及び３参照）。
　図２に、ＰＬＣを用いたＲＧＢカプラの基本構造を示す。Ｇ、Ｂ、Ｒの各色のＬＤ２１～２３とＰＬＣ型のＲＧＢカプラ２０とを備えたＲＧＢカプラモジュールを示している。ＲＧＢカプラ２０は、第１～第３の導波路３１～３３と、２本の導波路からの光を１本の導波路に合波する第１、第２の合波器３４，３５とを含む。ＲＧＢカプラモジュールにおける合波器としては、導波路幅が同一の対称な方向性結合器を用いる方法、マッハツェンダ干渉計を利用する方法（例えば、非特許文献１参照）、モードカプラを利用する方法（例えば、非特許文献４参照）などが存在する。
　ＰＬＣを用いることにより、レンズやダイクロイックミラーなどを用いた空間光学系を、１チップ上に集積することができる。また、Ｒ及びＧのＬＤは、ＢのＬＤに較べて出力が弱いため、Ｒ及びＧのＬＤを２つずつ用意したＲＲＧＧＢ光源が使われる。非特許文献２に示されるように、モード多重を用いることにより、同一波長の光を異なるモードで合波することができ、ＰＬＣを用いることにより、ＲＲＧＧＢカプラも容易に実現することができる。
A. Nakao, R. Morimoto, Y. Kato, Y. Kakinoki, K. Ogawa and T. Katsuyama, "Integrated waveguide-type red-green-blue beam combiners for compact projection-type displays", Optics Communications 3２０ (2014) 45-48 Y. Hibino, "Arrayed-Waveguide-Grating Multi/Demultiplexers for Photonic Networks," IEEE CIRCUITS & DEVICES, Nov., 2000, pp.21-27 A. Himeno, et al., "Silica-Based Planar Lightwave Circuits," J. Sel. Top. Q.E., vol. 4, 1998, pp.913-924 J. Sakamoto et al. "High-efficiency multiple-light-source red-green-blue power combiner with optical waveguide mode coupling technique," Proc. of SPIE Vol. 10126 101260M-2
　図３に、２つの方向性結合器を用いたＲＧＢカプラの構成を示す。ＰＬＣを用いたＲＧＢカプラ１００は、第１～第３の入力導波路１０１～１０３と、第１、第２の方向性結合器１０４，１０５と、第２の入力導波路１０２と接続された出力導波路１０６とを備えている。
　第１の方向性結合器１０４は、第１の入力導波路１０１から入射されたλ２の光を第２の入力導波路１０２に結合し、第２の入力導波路１０２から入射されたλ１の光を第１の入力導波路１０１に結合して第２の入力導波路１０２へと再び結合するように導波路長、導波路幅および導波路間のギャップが設計されている。第２の方向性結合器１０５は、第３の入力導波路１０３から入射されたλ３の光を第２の入力導波路１０２に結合し、第１の方向性結合器１０４において第２の入力導波路１０２に結合されたλ１及びλ２の光を透過するように導波路長、導波路幅及び導波路間のギャップが設計されている。
　例えば、第１の入力導波路１０１には緑色光Ｇ（波長λ２）、第２の入力導波路１０２には青色光Ｂ（波長λ１）、第３の入力導波路１０３には赤色光Ｒ（波長λ３）を入射し、３色の光Ｒ、Ｇ、Ｂが第１、第２の方向性結合器１０４，１０５によって合波されて出力導波路１０６から出力される。λ１、λ２、λ３の波長としては、それぞれ４５０ｎｍ、５２０ｎｍ、６３８ｎｍの光が用いられる。
　そこで、このようなＲＧＢカプラを適用して、ホワイトバランスの調整のためのモニタリング機能を含めた光源を構成することが求められている。
　一方、図２に示したＬＤ２１～２３とＲＧＢカプラ２０との光学的な接続は、空隙を介して光軸を合わせるのが一般的である。しかしながら、光源に用いる可視光用のＬＤ２１～２３は、通信波長帯のＬＤと比較すると波長が短く、モードフィールド径も小さい。従って、通信波長帯と同じ光出力パワーであっても、そのパワー密度は１桁高くなる。さらに、可視光から紫外光のエネルギーは、通信波長帯の光のエネルギーよりも高いので、光の集塵効果などにより出射端面の劣化が激しく、ＬＤの寿命が短くなる。
　従って、モニタリングの精度を高めた光源であっても、ＬＤの劣化に伴って、光源を実運用に供したときにフィードバック制御の範囲を超えてしまう場合がある。ＬＤとＲＧＢカプラとを封止すれば、劣化を抑制することができるが、光源の製造コストが上昇してしまうという問題があった。
　本発明の目的は、ＰＬＣからなる合波部を含み、複数の波長の光をそれぞれ精度よくモニタリングすることができ、さらにＬＤの劣化を許容することができる光合波回路と、この光合波回路を含む光源を提供することにある。
　本発明は、このような目的を達成するために、光合波回路の一実施態様は、ｎ本の複数の接続用導波路から出力された光を合波する合波器をｍ組備え、ｍ個の前記合波器から出力された光をｍ本の入力導波路から入力し合波する合波部と、前記合波部で合波された光を出力する出力導波路と、ｎｘｍ本の前記接続用導波路またはｍ本の前記入力導波路に挿入されたｎｘｍ個またはｍ個の分岐部とを同一の基板上に備えたことを特徴とする。
　本発明によれば、ｍ組ごとにｎ個のレーザダイオードのうちの１つのレーザダイオードを選択して動作させることができ、ＬＤの劣化を許容することが可能となる。
ＬＤを用いたプロジェクタの代表的な光源を示す図である。 ＰＬＣを用いたＲＧＢカプラの基本構造を示す図である。 ２つの方向性結合器を用いたＲＧＢカプラの構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態にかかるモニタリング機能付き光源を示す図である。 本発明の第２の実施形態の実施例１にかかるモニタリング機能付き光源を示す図である。 本発明の第２の実施形態の実施例２にかかるモニタリング機能付き光源を示す図である。 本発明の第２の実施形態の実施例３にかかるモニタリング機能付き光源を示す図である。 本発明の第２の実施形態の実施例４にかかるモニタリング機能付き光源を示す図である。 第２の実施形態の実施例４にかかる合波器の実施例を示す図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、合波器として、方向性結合器を用いる方法を用いて説明するが、合波方法によって本発明が限定されるものではない。また、光の３原色の波長を合波するＲＧＢカプラを例に説明するが、その他の複数の波長を合波する光合波回路に適用できることは言うまでもない。
　　［第１の実施形態］
　図４に、本発明の第１の実施形態の実施例１にかかるモニタリング機能付き光源を示す。モニタリング機能付き光源は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光をそれぞれ出力する第１～第３のＬＤ２０１1～２０１3と、ＰＬＣ型のＲＧＢカプラ２１０と、ＲＧＢカプラ２１０に光学的に接続された第１～第３のＰＤ２０２1～２０２3とを備えている。
　ＰＬＣ型のＲＧＢカプラ２１０は、第１～第３のＬＤ２０１1～２０１3と光学的に接続された第１～第３の入力導波路２１１1～２１１3と、導波路を伝搬する光を２分岐する第１～第３の分岐部２１２1～２１２3と、第１～第３の分岐部２１２1～２１２3でそれぞれ分岐された一方の光を合波する合波部２１４と、第１～第３の分岐部２１２1～２１２3でそれぞれ分岐された他方の光を、第１～第３のＰＤ２０２1～２０２3に出力する第１～第３のモニタリング用導波路２１３１～２１３3と、合波部２１４で合波された光を出力する出力導波路２１５とを含む。
　ＰＬＣ型のＲＧＢカプラ２１０において、第１～第３の入力導波路２１１1～２１１3にそれぞれ入射した光は、第１～第３の分岐部２１２1～２１２3でそれぞれ２分岐される。分岐された光の一方は、第１～第３のモニタリング用導波路２１３１～２１３3を介して第１～第３のＰＤ２０２1～２０２3に出力され、分岐された光の他方は、合波部２１４で合波されて出力導波路２１５に出力される。
　合波部２１４としては、図３に示した方向性結合器を用いた光合波回路を用いることができる。この場合、第１～第３の入力導波路２１１1～２１１3が、それぞれ、図３に示す第１～第３の入力導波路１０１～１０３に結合し、出力導波路２１５が、図３に示す出力導波路１０６に結合する。しかしながら、合波部２１４としては、これに限定されず、導波路型の他の合波手段（例えば、マッハツェンダ干渉計、モードカプラなど）を用いてもよい。
　図４に示したように、第１～第３の入力導波路２１１1～２１１3を伝搬する光を、第１～第３の分岐部２１２1～２１２3でそれぞれ分岐した場合、第１～第３のＬＤ２０１1～２０１3と第１～第３の入力導波路２１１1～２１１3との結合特性をモニタリングすることができる。加えて、事前に、合波部２１４の合波特性を把握しておくことにより、第１～第３のＰＤ２０２1～２０２3のモニタリング値を用いて、光源としてのホワイトバランスを調整することが可能である。
　　［第２の実施形態］
　上述したように、ＬＤの出射端面の劣化は、波長に依存し、短波長側（Ｂ）のＬＤの劣化の度合いが、長波長側（Ｒ）のＬＤよりも大きい。第１の実施形態の実施例１によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光を、それぞれモニタリングすることができるので、各色のＬＤの劣化の度合いが異なる場合であっても、個別にフィードバック制御が可能なので、精度よくホワイトバランスを調整することができる。
　しかしながら、ＬＤの劣化によりフィードバック制御の範囲を超えてしまうと、正確なホワイトバランス調整ができなくなってしまう。そこで、第２の実施形態では、同一色のＬＤを複数用意しておき、劣化したＬＤを予備のＬＤに切り替えることにより、光源の実運用時にも、個別に精度よくモニタリングできる構成とする。ＲＧＢカプラを用いた光合波回路に限らず、ｍ組の複数の波長ごとにｎ個のＬＤを備え、ｍ組ごとにｎ個のＬＤのうちの１つのＬＤを選択して合波することのできる光合波回路およびモニタリング機能付き光源とすることができる。
　　（実施例１）
　図５に、本発明の第２の実施形態の実施例１にかかるモニタリング機能付き光源を示す。実施例１の光源は、第１の実施形態のＲＧＢカプラ２１０と同じ構成のＲＧＢカプラ３１０と、ＬＤマウント３０３に固定された複数のＬＤとが光学的に結合されている。ＬＤマウント３０３には、各色（ｍ＝３）のＬＤが２個（ｎ＝２）、すなわち現用系の各色のＬＤであるＬＤ３０１1１～３０１3１と、予備系の各色のＬＤであるＬＤ３０１1２～３０１3２とが実装されている。ＬＤマウント３０３の固定位置を、ＲＧＢカプラ３１０に対して相対的に変更することにより、現用系のＬＤを予備系のＬＤに切り替えることができる。
　実施例１では各色のＬＤを１つの基板に実装した例を示し、３原色ＬＤを同時に現用系から予備系に切り替える。各色ごとに別のＬＤマウントに実装し、各色ごとに現用系のＬＤを予備系のＬＤに切り替えるようにしてもよい。上述したように、波長が短いほどＬＤの劣化が激しいので、短波長側の青色光ＢのＬＤのみ、または青色光Ｂと緑色光ＧのＬＤのみ現用系と予備系のＬＤを実装するようにしてもよい。
　また、実施例１では各色のＬＤ３０１をＬＤマウント３０３に固定して機械的に切り替えることにした。機械的な切り替えでは、ＬＤ３０１と入力導波路３１１との間の結合損失が大きくなってしまう場合もある。そこで、個々のＬＤごとにアクティブ調心を行いながら切り替えることもできる。一方、アクティブ調心では作業工程が増えてしまうので、入力導波路３１１の端面において、ＬＤ３０１のビーム径がコア径よりも大きくなるように配置しておくこともできる。切り替え前の結合損失も大きくなるが、ＬＤ３０１の切り替えに伴う位置ずれによる感度が下がるので、機械的な切り替えによる結合損失の変動は少なくなる。
　さらに、現用系に対して予備系１とした（ｎ＝２）が、複数の予備系を実装（ｎ＞２）してもよい。もちろん、３色、３波長のみならず、複数の波長（ｍ＞２）の光合波回路も構成することができる。
　このような構成により、劣化したＬＤを未使用のＬＤに容易に切り替えることができるので、ＬＤとＲＧＢカプラとを封止しなくとも、実運用に供した場合でも、実装したＬＤの数の分だけ長寿命化を図ることが可能である。実施例１と比較して、ＬＤマウントと対向するＲＧＢカプラの端面を、ＬＤマウントとの位置合わせのために大きくする必要があるが、ＲＧＢカプラを作製するプロセスに変わりはなく、製造コストの増加は無い。
　　（実施例２）
　図６に、本発明の第２の実施形態の実施例２にかかるモニタリング機能付き光源を示す。モニタリング機能付き光源は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光をそれぞれ出力する複数のＬＤと、ＰＬＣ型のＲＧＢカプラ３１０と、ＲＧＢカプラ３１０に光学的に接続された第１～第３のＰＤ３０２1～３０２3とを備えている。複数のＬＤは、現用系の各色のＬＤであるＬＤ３０１1１～３０１3１と、予備系の各色のＬＤであるＬＤ３０１1２～３０１3２とを含む（ｎ＝２、ｍ＝３）。ＲＧＢカプラ３１０は、実施例１のＲＧＢカプラ３１０において、第１～第３の入力導波路３１１1～３１１3のそれぞれに、合波器３１７1～３１７3と、合波器とＬＤとの接続用導波路３１６１～３１６3を追加した点が異なる。
　現用系の各色のＬＤであるＬＤ３０１1１～３０１3１と、予備系の各色のＬＤであるＬＤ３０１1２～３０１3２の出力は、それぞれ合波器３１７1～３１７3と第１～第３の分岐部３１２1～３１２3を介して、合波部３１４に接続される。分岐された光の一方は、第１～第３のモニタリング用導波路３１３１～３１３3を介して第１～第３のＰＤ３０２1～３０２3に出力され、分岐された光の他方は、合波部３１４で合波されて出力導波路３１５に出力される。
　実施例２において、現用系と予備系の切り替えは、ＬＤの駆動回路を電気的に切り替えることによって行う。従って、現用系と予備系の切り替え時に、ＬＤとＲＧＢカプラとの間の位置合わせを行う必要がない。
　このような構成により、劣化したＬＤを未使用のＬＤに容易に切り替えることができるので、ＬＤとＲＧＢカプラとを封止する必要がなく、実運用に供した場合でも、ＬＤの長寿命化を図ることが可能である。また、実施例１と比較して、ＲＧＢカプラの回路規模が大きくなるが、同じウェハ、チップ上に光回路を作製することから、１回のプロセスで同時に作製することができるので、製造コストの増加は無く、追加の部品も必要としない。
　　（実施例３）
　図７に、本発明の第２の実施形態の実施例３にかかるモニタリング機能付き光源を示す。モニタリング機能付き光源の構成は、実施例２と同じであるが、ＲＧＢカプラ３２０の回路構成が異なる。モニタリング機能付き光源は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光をそれぞれ出力する複数のＬＤと、ＰＬＣ型のＲＧＢカプラ３２０と、ＲＧＢカプラ３２０に光学的に接続された第１～第３のＰＤ３０２1～３０２3とを備えている。複数のＬＤは、現用系の各色のＬＤであるＬＤ３０１1１～３０１3１と、予備系の各色のＬＤであるＬＤ３０１1２～３０１3２とを含む（ｎ＝２、ｍ＝３）。
　ＰＬＣ型のＲＧＢカプラ３２０は、複数のＬＤと光学的に接続された接続用導波路３１６１１～３１６3２と、接続用導波路を伝搬する光を２分岐する分岐部３２２1１～３２２3２と、分岐部３２２1１～３２２3１の出力と分岐部３２２1２～３２２3２の出力とをそれぞれ合波する合波器３２７1～３２７3とを備えている。合波器３２７1～３２７3の出力は、それぞれ第１～第３の入力導波路２１１1～２１１3を介して合波部３２４に入力され、合波部３１４で合波された光が出力導波路３２５から出力される。
　実施例３においては、第１～第３のモニタリング用導波路３２３１～３２３3のそれぞれ２本の出力を、第１～第３のＰＤ３０２1～３０２3に出力している。ＰＤの受光面における有効受光領域が広ければ、２本のモニタリング用導波路を、ＲＧＢカプラ３２０の端面において５～２０μｍ間隔に配置すれば、２本のうちのいずれのモニタリング用導波路から出射された光もＰＤで受光することができる。すなわち、２本のモニタリング用導波路の出力を合波する合波器を省略することができる。
　実施例３においても、現用系と予備系の切り替えは、ＬＤの駆動回路を電気的に切り替えることによって行う。従って、現用系と予備系の切り替得時に、ＬＤとＲＧＢカプラとの間の位置合わせを行う必要がない。
　このような構成により、劣化したＬＤを未使用のＬＤに容易に切り替えることができるので、ＬＤとＲＧＢカプラとを封止する必要がなく、実運用に供した場合でも、ＬＤの長寿命化を図ることが可能である。また、実施例１と比較して、ＲＧＢカプラの回路規模が大きくなるが、同じウェハ、チップ上に光回路を作製することから、１回のプロセスで同時に作製することができるので、製造コストの増加は無く、追加の部品も必要としない。
　また、実施例３では、ＬＤ３０１からの光の出射方向が、ＰＤ３０２における光の入射方向に対して概ね垂直となるように構成することにより、迷光がＰＤ３０２に入射することを回避することができる。迷光とは、ＬＤ３０１の出力が入力導波路３１１に結合できずに、ＲＧＢカプラ３１０内部に漏れ出した光などである。
　　（実施例４）
　図８に、本発明の第２の実施形態の実施例４にかかるモニタリング機能付き光源を示す。実施例４の光源は、ＲＧＢカプラ３１０の分岐部、合波部の接続順が異なる。各色（ｍ＝３）のＬＤが３個（ｎ＝３）ずつ実装されている場合である。ＰＬＣ型のＲＧＢカプラ３１０は、それぞれ３個の第１～第３のＬＤ３０１1～３０１３と光学的に接続された、それぞれ３本の第１～第３の入力導波路３１１1～３１１3と、第１～第３の入力導波路３１１1～３１１3に入力された各色の光をそれぞれ合波する合波部３１４1～３１４3と、合波部３１４1～３１４3の出力を２分岐する第１～第３の分岐部３１２1～３１２3と、第１～第３の分岐部３１２1～３１２3でそれぞれ分岐された一方の光を合波する合波器３１７と、第１～第３の分岐部３１２1～３１２3でそれぞれ分岐された他方の光を、第１～第３のＰＤ３０２1～３０２3に出力する第１～第３のモニタリング用導波路３１３１～３１３3とを含む。
　実施例４においては、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光が合波された光が第１～第３のモニタリング用導波路３１３１～３１３3に出力される。従って、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光を、それぞれモニタリングする場合には、第１～第３のＰＤ３０２1～３０２3の前段において、波長フィルタ等を用いて分波する必要がある。
　また、各色ごとのＬＤの切り替えは、ＬＤの駆動回路を電気的に切り替えることによって行う。従って、切り替え時にＬＤとＲＧＢカプラとの間の位置合わせを行う必要がない。
　さらに、合波部３１４1～３１４3で合波されたＲ、Ｇ、Ｂの各色の光を、出力ポート３１６に出力するためには、シングルモードを維持する必要がある。そこで、合波器３１７には、図９（ａ）に示すＹ分岐回路を２段縦続に接続した光回路、図９（ｂ）に示す３分岐回路、または図９（ｃ）に示すＭＭＩ（Multi-mode Interference）とモード変換器を組み合わせた光回路を適用する。
　なお、ＲＧＢカプラにおける、モニタリング用の分岐部、合波部、複数の合波部の出力を合波する合波器は、実施例１～４に示したように様々な接続形態があり、これらの例には限られない。
　　（その他の実施例）
　実施例３においては、ＬＤ３０１からの光の出射方向が、ＰＤ３０２における光の入射方向に対して概ね垂直となるように構成されている。実施例１，２および４においても、同様に、第１～第３のモニタリング用導波路３１３１～３１３3の出力端を、ＬＤ３０１と結合する辺と直交する辺の端面に配置すれば、迷光がＰＤ２０２，３０２に入射することを回避することができる。このとき、合波部３１４において合波し切れなかった光または漏れ出した迷光、合波部３１４の捨てポートを介してＲＧＢカプラ３１０内部に漏れ出した迷光も除去することができる。
　１～３，２１～２３，２０１，３０１　ＬＤ
　４～６　レンズ
　７～９　ハーフミラー
　１０～１２　ダイクロイックミラー
　１３～１５，２０２，３０２　フォトダイオード（ＰＤ）
　１６　ＭＥＭＳ
　１７　スクリーン
　３０，１００，２１０，３１０，３２０Ａ，３２０Ｂ　ＲＧＢカプラ
　３１～３３　導波路
　３４，３５　合波器
　１０１～１０３，２１１，３１１，３２１　入力導波路
　１０４，１０５　方向性結合器
　１０６，２１５，３１５，３２５　出力導波路
　２１２，３１２，３２２　分岐部
　３１３，３２３　モニタリング用導波路
　３１６，３２６　接続用導波路
　３１７，３２７　合波部

Claims (4)

  1. 　ｎ本の複数の接続用導波路から出力された光を合波する合波器をｍ組備え、
    　ｍ個の前記合波器から出力された光をｍ本の入力導波路から入力し合波する合波部と、
    　前記合波部で合波された光を出力する出力導波路と、
    　ｎｘｍ本の前記接続用導波路またはｍ本の前記入力導波路に挿入されたｎｘｍ個またはｍ個の分岐部と
    　を同一の基板上に備えたことを特徴とする光合波回路。
  2. 　請求項１に記載の光合波回路と、
    　前記接続用導波路のそれぞれに光学的に結合されたｎｘｍ個のレーザダイオードと、
    　前記分岐部でそれぞれ分岐された光を、それぞれ出力する複数のモニタリング用導波路とそれぞれ光学的に結合された複数のフォトダイオードとを備え、
    　ｍ組ごとにｎ個のレーザダイオードのうちの１つのレーザダイオードを選択して動作させることを特徴とするモニタリング機能付き光源。
  3. 　前記ｎｘｍ個のレーザダイオードからの光の出射方向が、複数のフォトダイオードにおける光の入射方向に対して概ね垂直となるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のモニタリング機能付き光源。
  4. 　前記ｎｘｍ個のレーザダイオードは、Ｒ（赤色光）、Ｇ（緑色光）、Ｂ（青色光）の３原色の光を出力する３組（ｍ＝３）のレーザダイオードであることを特徴とする請求項２または３に記載のモニタリング機能付き光源。
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