JP2004233606A - 光送受信モジュールおよび光電子回路装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】一つの光ファイバに対し発光あるいは受光する２つの光素子を結合させつつ、光導波路基板の小型化を図ることが可能な光送受信モジュールおよび光電子回路装置を提供する。
【解決手段】基板面内において一方向に光を導波するコア部１２による光信号の導波に加え、第１の反射部５および第２の反射部６による反射作用により、光導波路基板１の基板面に垂直な方向に光ファイバ２ａ、発光素子３ａおよび受光素子４ａを結合することができ、一つの光ファイバ２ａに対し発光素子３ａおよび受光素子４ａを結合させることができる。
【選択図】図２
【解決手段】基板面内において一方向に光を導波するコア部１２による光信号の導波に加え、第１の反射部５および第２の反射部６による反射作用により、光導波路基板１の基板面に垂直な方向に光ファイバ２ａ、発光素子３ａおよび受光素子４ａを結合することができ、一つの光ファイバ２ａに対し発光素子３ａおよび受光素子４ａを結合させることができる。
【選択図】図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送受信モジュールおよび光電子回路装置に関し、特に光ファイバ、光導波路基板および光素子を用いて光信号の送受信を行う光送受信モジュールおよび当該光送受信モジュールを備えた光電子回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の回路処理速度の上昇に伴って、電気配線では信号遅延や波形の歪み等が生じ、正確に信号伝達ができなくなってきている。この様な問題を解決するために、従来の電気信号を光に置き換えて信号伝達する光インターコネクション技術が注目を集めている。電気信号を光信号に置き換えることによって、最近問題となっている電磁波障害も解決することができる。
【０００３】
このような背景から、近年、光通信システムにおいて、光導波路基板にレーザダイオードやフォトダイオード等を結合させた光モジュールの開発が進んでいる。このような光モジュールを光ファイバを介して相互に接続することで、双方向通信が可能となる。
【０００４】
従来の光インターコネクション技術として、例えば、Ｙ分岐された光導波路を用いて１本の光ファイバに対し発光素子と受光素子とを結合する方法がある（特許文献１参照）。
【０００５】
また、光ファイバの端部と光導波路の一端部とを光学的に結合させ、さらに、光導波路の他端部側に発光素子あるいは受光素子等の光素子を光学的に結合させる方法がある（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３５８３６２号公報
【特許文献２】
特開２０００−２４１６５７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、Ｙ分岐された光導波路を用いていることから、光導波路部分の面積が大きくなり、小型化が困難である。また、発光素子アレイや受光素子アレイを光ファイバアレイに結合するのは構造的にも困難である。
【０００８】
また、特許文献２に記載の方法では、発光素子アレイや受光素子アレイを光ファイバアレイに結合することはできるが、一本の光ファイバに発光素子と受光素子とを同時に結合することができないという問題がある。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、一つの光ファイバに対し発光あるいは受光する２つの光素子を結合させつつ、光導波路基板の小型化を図ることが可能な光送受信モジュールおよび光電子回路装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の第２の目的は、一つの光導波路基板を用いて複数の光ファイバのそれぞれに対し発光あるいは受光する２つの光素子を結合させることができ、アレイ化した光ファイバ、光素子を用いることが可能な光送受信モジュールおよび光電子回路装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の第１の目的を達成するため、本発明の光送受信モジュールは、光信号を面内において導波するコア部を有する光導波路基板と、前記光導波路基板の第１面側に配置された光ファイバと、前記光導波路基板の前記第１面の裏面の第２面側に配置され、１つの前記光ファイバに対して設けられた受光あるいは発光する１対の光素子とを有し、前記光導波路基板は、入射した光信号を反射して前記光ファイバと前記コア部間、および前記コア部と前記光素子間において光信号を結合する複数の反射部を有する。
【００１２】
上記の第２の目的を達成するため、本発明の光送受信モジュールは、光信号を一方向に導波するコア部が複数配列された光導波路基板と、前記光導波路基板の第１面側に配置された複数の光ファイバと、前記光導波路基板の前記第１面の裏面の第２面側に配置され、前記光ファイバ毎に設けられた受光あるいは発光する１対の光素子と有し、前記光導波路基板は、入射した光信号を反射して各前記光ファイバと各前記コア部間、および各前記コア部と各前記光素子間において光信号を結合する複数の反射部を有する。
【００１３】
上記の本発明の光送受信モジュールでは、１つの光ファイバから入射した光信号は光導波路基板の反射部により反射されてコア部に結合される。コア部に結合された光信号はコア部により導波されて反射部により反射されて光素子に受光される。
一方、光素子から発光された光信号が光導波路基板の反射部により反射されてコア部に結合される。コア部に結合された光信号はコア部により導波されて反射部により反射されて先の光ファイバに結合される。
このように、光導波路による導波のみでなく、光導波路による導波と反射部による反射作用により、基板の第１面側に配置された一つの光ファイバに対し、基板の第２面側に配置された発光あるいは受光する２つの光素子が結合される。
また、一方向に導波するコア部が複数配列される構成を採用することにより、一つの光導波路基板を用いて第１面側に配置された複数の光ファイバのそれぞれに対し、第２面側に配置された発光あるいは受光する２つの光素子が結合される。
【００１４】
上記の第１の目的を達成するため、本発明の光電子回路装置は、複数の電子素子間の信号の送受信を光送受信モジュールを介して光信号を送受信することにより行う光電子回路装置であって、前記光送受信モジュールは、光信号を面内において導波するコア部を有する光導波路基板と、前記光導波路基板の第１面側に配置された光ファイバと、前記光導波路基板の前記第１面の裏面の第２面側に配置され、１つの前記光ファイバに対して設けられた受光あるいは発光する１対の光素子とを有し、前記光導波路基板は、入射した光信号を反射して前記光ファイバと前記コア部間、および前記コア部と前記光素子間において光信号を結合する複数の反射部を有する。
【００１５】
上記の第２の目的を達成するため、本発明の光電子回路装置は、複数の電子素子間の信号の送受信を光送受信モジュールを介して光信号を送受信することにより行う光電子回路装置であって、前記光送受信モジュールは、光信号を一方向に導波するコア部が複数配列された光導波路基板と、前記光導波路基板の第１面側に配置された複数の光ファイバと、前記光導波路基板の前記第１面の裏面の第２面側に配置され、前記光ファイバ毎に設けられた受光あるいは発光する１対の光素子と有し、前記光導波路基板は、入射した光信号を反射して各前記光ファイバと各前記コア部間、および各前記コア部と各前記光素子間において光信号を結合する複数の反射部を有する。
【００１６】
上記の本発明の光電子回路装置では、複数の電子素子間の信号の送受信を光送受信モジュールを介して光信号を送受信することにより行われる。
この光送受信モジュールでは、１つの光ファイバから入射した光信号は光導波路基板の反射部により反射されてコア部に結合される。コア部に結合された光信号はコア部により導波されて反射部により反射されて光素子に受光される。
一方、光素子から発光された光信号が光導波路基板の反射部により反射されてコア部に結合される。コア部に結合された光信号はコア部により導波されて反射部により反射されて先の光ファイバに結合される。
このように、光導波路による導波のみでなく、光導波路による導波と反射部による反射作用により、基板の第１面側に配置された一つの光ファイバに対し、基板の第２面側に配置された発光あるいは受光する２つの光素子が結合される。
また、一方向に導波するコア部が複数配列される構成を採用することにより、一つの光導波路基板を用いて第１面側に配置された複数の光ファイバのそれぞれに対し、第２面側に配置された発光あるいは受光する２つの光素子が結合される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光送受信モジュールおよび光電子回路装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る光送受信モジュールの一例を示す斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’線における断面図である。
図１に示す本実施形態に係る光送受信モジュールは、基板１０上に光導波路１３が形成された光導波路基板１と、複数の光ファイバ２ａ〜２ｃを有する光ファイバアレイ２と、複数の発光素子を有する発光素子アレイ３と、複数の受光素子を有する受光素子アレイ４とにより構成されている。
【００１９】
基板１０は、使用する光に対して吸収のない光学的に透明な材料により形成されており、例えばガラス基板により構成されている。基板１０の厚さは、例えば、２００〜５００μｍ程度である。なお、ガラス基板の他、シリコン基板やサファイア基板により構成されていてもよい。
【００２０】
光導波路１３には、一方向に光を導波する複数のコア部１２が配列され、当該コア部１２を取り囲むようにクラッド部１１が形成されている。
【００２１】
クラッド部１１は、使用する光に対して吸収がなく、かつコア部１２よりも使用する光に対する屈折率が低い材料により形成されている。クラッド部１１は、例えばエポキシ樹脂やフッ素化ポリイミド等により形成され、これらに不純物を加えることにより屈折率が調整される。
【００２２】
コア部１２は、使用する光に対して吸収がなく、かつクラッド部１１よりも使用する光に対する屈折率が高い材料により形成されている。コア部１２は、例えばエポキシ樹脂やフッ素化ポリイミド等により形成され、これらに不純物を加えることにより屈折率が調整される。コア部１２の厚さは例えば、１０〜５０μｍ程度である。なお、クラッド部１１とコア部１２とは、同種材料により形成されていても、異種材料により形成されていてもよい。
【００２３】
光導波路１３には、例えば切削加工されることにより形成された反射面５ａ，５ｂを有する第１の反射部５と、光導波路１３の端部に形成された反射面からなる第２の反射部６とが設けられている。
【００２４】
第１の反射部５の反射面５ａ，５ｂは、基板面に垂直な面に対し対称に形成されている。反射面５ａは光ファイバ２ａから入射した光信号を反射してコア部１２に結合させ、反射面５ｂはコア部１２により導波された光信号を反射して光ファイバ２ａ〜２ｃに結合させるような角度θ１でそれぞれ形成される。反射面５ａ，５ｂの角度θ１は、基板１０、クラッド部１１およびコア部１２の膜厚に応じて異なるが、例えば３０〜６０度の角度で形成される。ここで、反射面の角度は、基板面からの角度で表す。
【００２５】
２つの第２の反射部６は、光導波路１３の端部にそれぞれ形成された反射面により構成される。第２の反射部６の反射面の角度θ２は、例えば４５度である。一方の第２の反射部６は、発光素子アレイ３の各発光素子３ａから発光された光信号を反射してコア部１２へ結合させる。他方の第２の反射部６は、コア部１２により導波された光信号を反射して受光素子アレイ４の各受光素子４ａへ結合させる。
【００２６】
なお、第１の反射部５の反射面５ａ，５ｂおよび第２の反射部６の反射面上に、反射率の高い金属膜が形成されていてもよい。このような金属膜としては、例えばアルミニウムや金等がある。
【００２７】
光ファイバアレイ２は、図１に示すように光導波路基板１のコア部１２の配列方向に沿って設けられた複数の光ファイバ２ａ〜２ｃを有する。光ファイバアレイ２は、各光ファイバ２ａ〜２ｃのコア部が第１の反射部５の中心、すなわち反射面５ａ，５ｂの合わさる部分にくるように位置合わせされている。光ファイバアレイ２の各光ファイバ２ａ〜２ｃの先端は、使用する光を吸収しない接着剤により基板２に接合されている。このような接着剤としては、例えばエポキシ系接着剤がある。各光ファイバ２ａ〜２ｃは、例えばコア部の径が５０μｍであり、外径が１２５μｍ程度である。
【００２８】
発光素子アレイ３は、例えば垂直共振器型の面発光半導体レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ） からなる発光素子３ａが単一基板上に一方向に集積されて構成されている。発光素子アレイ３は、各発光素子（発光部分）３ａが第２の反射部６、より詳細にはコア部１２の端部に形成された反射面にくるように、位置合わせされて光導波路１３に接合されている。接着剤としては、使用する光を吸収しない接着剤が用いられる。このような接着剤としては、例えばエポキシ系接着剤がある。
【００２９】
受光素子アレイ４は、フォトダイオード（ＰＤ）からなる受光素子４ａが単一基板上に一方向に集積されて構成されている。受光素子アレイ４は、各受光素子（受光部分）４ａが第２の反射部６、より詳細にはコア部１２の端部に形成された反射面にくるように、位置合わせされて光導波路１３に接着されている。接着剤としては、使用する光を吸収しない接着剤が用いられる。このような接着剤としては、例えばエポキシ系接着剤がある。
【００３０】
次に、上記構成の本実施形態に係る光送受信モジュールの動作について、図２を参照して説明する。
【００３１】
１つの光ファイバ２ａから入射した受信用の光信号Ｌ１は、基板１０を透過して第１の反射部５の反射面５ａにより反射されてコア部１２に結合される。なお、このとき光信号Ｌ１は、同様に反射面５ｂにより反射され他方側のコア部１２にも結合されることから、光ファイバ２ａからの受信時には発光素子アレイ３の各発光素子３ａの動作を停止しておく。
【００３２】
コア部１２に結合された光信号Ｌ１は、コア部１２により一方向に導波されて、第２の反射部６に入射し、第２の反射部６により反射されて受光素子アレイ４の各受光素子４ａで受光される。この受光素子４ａにより光信号Ｌ１が電気信号に変換されて図示しない受信回路に入力される。
【００３３】
一方、発光素子アレイ３の各発光素子３ａにより発光された送信用の光信号Ｌ２は、第２の反射部６に入射し、第２の反射部６により反射されてコア部１２に結合される。なお、送信用の光信号Ｌ２を送る際には、光ファイバ２ａから受信用の光信号Ｌ１が送られていない状態にある。
【００３４】
コア部１２に結合された光信号Ｌ２は、コア部１２により一方向に導波されて第１の反射部５の反射面５ｂに入射し、反射面５ｂにより反射されて光ファイバ２ａのコア部に結合される。光ファイバ２ａに結合された光信号Ｌ２は、光ファイバ２ａにより導波されて外部の光電子回路装置に送られる。なお、上記の受信用の光信号Ｌ１と、送信用の光信号Ｌ２の波長を変えてもよい。
【００３５】
次に、上記の本実施形態に係る光送受信モジュールの製造方法の一例について、図３を参照して説明する。
【００３６】
まず、ガラス等からなる基板１０上にエポキシ樹脂あるいはフッ素化ポリイミド等を全面に塗布してクラッド部１１ａを形成した後に、エポキシ樹脂あるいはフッ素化ポリイミド等をさらに全面に塗布してコア部１２を形成する。クラッド部１１ａとコア部１２の屈折率差は、不純物を含有させて調整する。
【００３７】
次に、コア部１２上にフォトリソグラフィにより所望のパターンをもつレジストを形成し、当該レジストをマスクとしてコア部１２の反応性イオンエッチングを行うことにより、図１に示すように配列した複数のコア部１２のパターンを形成する。
【００３８】
フォトレジストを除去した後に、コア部１２を覆うようにエポキシ樹脂あるいはフッ素化ポリイミド等を全面に塗布してクラッド部１１ｂを形成することにより、図３（ａ）に示すように基板１０上に光導波路１３が形成される。なお、クラッド部１１ａ，１１ｂをまとめてクラッド部１１と表す。
【００３９】
次に、図３（ｂ）に示すように、例えば第２の反射部６を形成するために、基板１０側から円板ブレードソー２１による機械的加工により所望の角度の反射面をもつ第２の反射部６を形成する。例えば、第２の反射部６として４５度反射面を形成する場合、ブレードソー２１の刃の先端角度θ１１が９０度のものを用いればよい。
【００４０】
次に、例えば第１の反射部５を形成するために、基板１０の反対側から円板ブレードソー２２による機械的加工により所望の角度の反射面５ａ，５ｂをもつ第１の反射部５を形成する。この場合にも、形成したい反射面５ａ，５ｂの角度に合わせた先端角度θ１２をもつブレードソー２２を用いればよい。
【００４１】
最後に、複数の光ファイバ２ａ〜２ｃが配列してなる光ファイバーアレイ２を、各光ファイバ２ａ〜２ｃのコア部の中心が第１の反射部５の中心にくるように位置合わせして、接着剤により光導波路基板１の一方の面に接合する。
また、複数の発光素子が配列している発光素子アレイ３および複数の受光素子が配列している受光素子アレイ４を、それぞれ第２の反射部６に対して位置合わせして接着剤により光導波路基板１の他方の面に接合する。
【００４２】
このとき、コア部１２の配列ピッチ、光ファイバアレイ２の光ファイバ２ａ〜２ｃの配列ピッチ、発光素子アレイ３の発光素子の配列ピッチ、受光素子アレイ４の受光素子の配列ピッチを予め同じとなるようにそれぞれ形成しておくことにより、一括して高い位置精度でそれぞれ光導波路基板１に結合することができる。
【００４３】
上記の本実施形態に係る光送受信モジュールによれば、基板面内において一方向に光を導波するコア部１２による光信号の導波に加え、第１の反射部５および第２の反射部６による反射作用により、光導波路基板１の基板面に垂直な方向に光ファイバ、発光素子および受光素子を結合することができ、一つの光ファイバに対し発光素子および受光素子を結合させつつ、光導波路基板１の小面積化を図ることができる。
【００４４】
また、光導波路基板１の基板面内において、コア部１２による光信号の導波方向とは垂直な方向に複数のコア部１２を配列させ、これに合わせて配列された光ファイバアレイ、発光素子アレイ、受光素子アレイを光導波路基板１に光学的に結合することにより、高密度実装を実現することができる。
【００４５】
さらに、複数の光ファイバ２ａ〜２ｃが配列してなる光ファイバアレイ２を、各光ファイバ２ａ〜２ｃのコア部の中心が第１の反射部５の中心にくるように位置合わせするのみで、全ての光ファイバが各コア部１２に高い位置精度で位置合わせされることから、各光ファイバと光素子間の高い結合効率を得ることができる。
【００４６】
従って、簡単なパッシブアライメントによっても光導波路１３と光ファイバ２ａ〜２ｃとの結合効率を高めることができる。パッシブアライメントとは、光ファイバと光導波路を光軸合わせしてモジュール化する際に、光を用いずに目視や嵌め込み等による機械的な位置合わせのみで光軸合わせを行う方法をいう。これに対し、光を試験的に光路に入射させて光強度が最大となる箇所で光軸合わせ作業を行う方法をアクティブアライメントと呼ぶが、パッシブアライメントはアクティブアライメントに比べて、実装工程が簡素化されるため、光モジュールの低コスト化を図ることができる。
【００４７】
図４は、上記の光送信モジュールを備えた光電子回路装置の一例を示す図である。
【００４８】
図４に示すように、図１に示す光導波路基板１、発光素子アレイ３および受光素子アレイ４が一方側の中間実装基板２０上に実装されており、他方の中間実装基板２０上にも同様にして図１に示す光導波路基板１、発光素子アレイ３および受光素子アレイ４が実装されている。そして、各光導波路基板１が光ファイバアレイ２により結合されている。
【００４９】
一方側および他方側の中間実装基板２０上には、それぞれ電子回路を内蔵する半導体チップ等の電子素子７が実装されており、２つの中間実装基板２０が実装基板３０に実装されている。
【００５０】
光送受信モジュールの動作は、第１実施形態で説明した通りであり、図４に示すように２つの電子素子７間の信号の送受信を光送受信モジュールを介して光信号を送受信することにより、光電子回路装置が構成される。
【００５１】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、光導波路基板１の基板１０、クラッド部１１およびコア部１２を構成する材料には特に限定されず、また、光ファイバ２ａ〜２ｃを構成する材料にも特に限定はない。また、各光ファイバ２ａ〜２ｃとしては、シングルモードファイバあるいはマルチモードファイバのいずれを採用してもよい。
【００５２】
また、図４に光送受信モジュールの適用例について説明したが、これに限られるものでなく、図１に示す光送受信モジュールであれば、様々な光通信に応用可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の光送受信モジュールおよび光電子回路装置によれば、一つの光ファイバに対し発光あるいは受光する２つの光素子を結合させつつ、光導波路基板の小型化を図ることができる。
【００５４】
また、本発明の光送受信モジュールおよび光電子回路装置によれば、一つの光導波路基板を用いて複数の光ファイバのそれぞれに対し発光あるいは受光する２つの光素子を結合させることができ、アレイ化した光ファイバ、光素子を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光送受信モジュールの一例を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図３】本実施形態に係る光送受信モジュールの製造方法を説明するための図である。
【図４】本実施形態に係る光送受信モジュールを備えた光電子回路装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…光導波基板、２…光ファイバアレイ、２ａ，２ｂ，２ｃ…光ファイバ、３…発光素子アレイ、３ａ…発光素子、４…受光素子アレイ、４ａ…受光素子、５…第１の反射部、５ａ，５ｂ…反射面、６…第２の反射部、１０…基板、１１，１１ａ，１１ｂ…クラッド部、１２…コア部、１３…光導波路、２０…中間実装基板、２１，２２…ブレードソー、３０…実装基板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送受信モジュールおよび光電子回路装置に関し、特に光ファイバ、光導波路基板および光素子を用いて光信号の送受信を行う光送受信モジュールおよび当該光送受信モジュールを備えた光電子回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の回路処理速度の上昇に伴って、電気配線では信号遅延や波形の歪み等が生じ、正確に信号伝達ができなくなってきている。この様な問題を解決するために、従来の電気信号を光に置き換えて信号伝達する光インターコネクション技術が注目を集めている。電気信号を光信号に置き換えることによって、最近問題となっている電磁波障害も解決することができる。
【０００３】
このような背景から、近年、光通信システムにおいて、光導波路基板にレーザダイオードやフォトダイオード等を結合させた光モジュールの開発が進んでいる。このような光モジュールを光ファイバを介して相互に接続することで、双方向通信が可能となる。
【０００４】
従来の光インターコネクション技術として、例えば、Ｙ分岐された光導波路を用いて１本の光ファイバに対し発光素子と受光素子とを結合する方法がある（特許文献１参照）。
【０００５】
また、光ファイバの端部と光導波路の一端部とを光学的に結合させ、さらに、光導波路の他端部側に発光素子あるいは受光素子等の光素子を光学的に結合させる方法がある（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３５８３６２号公報
【特許文献２】
特開２０００−２４１６５７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、Ｙ分岐された光導波路を用いていることから、光導波路部分の面積が大きくなり、小型化が困難である。また、発光素子アレイや受光素子アレイを光ファイバアレイに結合するのは構造的にも困難である。
【０００８】
また、特許文献２に記載の方法では、発光素子アレイや受光素子アレイを光ファイバアレイに結合することはできるが、一本の光ファイバに発光素子と受光素子とを同時に結合することができないという問題がある。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、一つの光ファイバに対し発光あるいは受光する２つの光素子を結合させつつ、光導波路基板の小型化を図ることが可能な光送受信モジュールおよび光電子回路装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の第２の目的は、一つの光導波路基板を用いて複数の光ファイバのそれぞれに対し発光あるいは受光する２つの光素子を結合させることができ、アレイ化した光ファイバ、光素子を用いることが可能な光送受信モジュールおよび光電子回路装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の第１の目的を達成するため、本発明の光送受信モジュールは、光信号を面内において導波するコア部を有する光導波路基板と、前記光導波路基板の第１面側に配置された光ファイバと、前記光導波路基板の前記第１面の裏面の第２面側に配置され、１つの前記光ファイバに対して設けられた受光あるいは発光する１対の光素子とを有し、前記光導波路基板は、入射した光信号を反射して前記光ファイバと前記コア部間、および前記コア部と前記光素子間において光信号を結合する複数の反射部を有する。
【００１２】
上記の第２の目的を達成するため、本発明の光送受信モジュールは、光信号を一方向に導波するコア部が複数配列された光導波路基板と、前記光導波路基板の第１面側に配置された複数の光ファイバと、前記光導波路基板の前記第１面の裏面の第２面側に配置され、前記光ファイバ毎に設けられた受光あるいは発光する１対の光素子と有し、前記光導波路基板は、入射した光信号を反射して各前記光ファイバと各前記コア部間、および各前記コア部と各前記光素子間において光信号を結合する複数の反射部を有する。
【００１３】
上記の本発明の光送受信モジュールでは、１つの光ファイバから入射した光信号は光導波路基板の反射部により反射されてコア部に結合される。コア部に結合された光信号はコア部により導波されて反射部により反射されて光素子に受光される。
一方、光素子から発光された光信号が光導波路基板の反射部により反射されてコア部に結合される。コア部に結合された光信号はコア部により導波されて反射部により反射されて先の光ファイバに結合される。
このように、光導波路による導波のみでなく、光導波路による導波と反射部による反射作用により、基板の第１面側に配置された一つの光ファイバに対し、基板の第２面側に配置された発光あるいは受光する２つの光素子が結合される。
また、一方向に導波するコア部が複数配列される構成を採用することにより、一つの光導波路基板を用いて第１面側に配置された複数の光ファイバのそれぞれに対し、第２面側に配置された発光あるいは受光する２つの光素子が結合される。
【００１４】
上記の第１の目的を達成するため、本発明の光電子回路装置は、複数の電子素子間の信号の送受信を光送受信モジュールを介して光信号を送受信することにより行う光電子回路装置であって、前記光送受信モジュールは、光信号を面内において導波するコア部を有する光導波路基板と、前記光導波路基板の第１面側に配置された光ファイバと、前記光導波路基板の前記第１面の裏面の第２面側に配置され、１つの前記光ファイバに対して設けられた受光あるいは発光する１対の光素子とを有し、前記光導波路基板は、入射した光信号を反射して前記光ファイバと前記コア部間、および前記コア部と前記光素子間において光信号を結合する複数の反射部を有する。
【００１５】
上記の第２の目的を達成するため、本発明の光電子回路装置は、複数の電子素子間の信号の送受信を光送受信モジュールを介して光信号を送受信することにより行う光電子回路装置であって、前記光送受信モジュールは、光信号を一方向に導波するコア部が複数配列された光導波路基板と、前記光導波路基板の第１面側に配置された複数の光ファイバと、前記光導波路基板の前記第１面の裏面の第２面側に配置され、前記光ファイバ毎に設けられた受光あるいは発光する１対の光素子と有し、前記光導波路基板は、入射した光信号を反射して各前記光ファイバと各前記コア部間、および各前記コア部と各前記光素子間において光信号を結合する複数の反射部を有する。
【００１６】
上記の本発明の光電子回路装置では、複数の電子素子間の信号の送受信を光送受信モジュールを介して光信号を送受信することにより行われる。
この光送受信モジュールでは、１つの光ファイバから入射した光信号は光導波路基板の反射部により反射されてコア部に結合される。コア部に結合された光信号はコア部により導波されて反射部により反射されて光素子に受光される。
一方、光素子から発光された光信号が光導波路基板の反射部により反射されてコア部に結合される。コア部に結合された光信号はコア部により導波されて反射部により反射されて先の光ファイバに結合される。
このように、光導波路による導波のみでなく、光導波路による導波と反射部による反射作用により、基板の第１面側に配置された一つの光ファイバに対し、基板の第２面側に配置された発光あるいは受光する２つの光素子が結合される。
また、一方向に導波するコア部が複数配列される構成を採用することにより、一つの光導波路基板を用いて第１面側に配置された複数の光ファイバのそれぞれに対し、第２面側に配置された発光あるいは受光する２つの光素子が結合される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光送受信モジュールおよび光電子回路装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る光送受信モジュールの一例を示す斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’線における断面図である。
図１に示す本実施形態に係る光送受信モジュールは、基板１０上に光導波路１３が形成された光導波路基板１と、複数の光ファイバ２ａ〜２ｃを有する光ファイバアレイ２と、複数の発光素子を有する発光素子アレイ３と、複数の受光素子を有する受光素子アレイ４とにより構成されている。
【００１９】
基板１０は、使用する光に対して吸収のない光学的に透明な材料により形成されており、例えばガラス基板により構成されている。基板１０の厚さは、例えば、２００〜５００μｍ程度である。なお、ガラス基板の他、シリコン基板やサファイア基板により構成されていてもよい。
【００２０】
光導波路１３には、一方向に光を導波する複数のコア部１２が配列され、当該コア部１２を取り囲むようにクラッド部１１が形成されている。
【００２１】
クラッド部１１は、使用する光に対して吸収がなく、かつコア部１２よりも使用する光に対する屈折率が低い材料により形成されている。クラッド部１１は、例えばエポキシ樹脂やフッ素化ポリイミド等により形成され、これらに不純物を加えることにより屈折率が調整される。
【００２２】
コア部１２は、使用する光に対して吸収がなく、かつクラッド部１１よりも使用する光に対する屈折率が高い材料により形成されている。コア部１２は、例えばエポキシ樹脂やフッ素化ポリイミド等により形成され、これらに不純物を加えることにより屈折率が調整される。コア部１２の厚さは例えば、１０〜５０μｍ程度である。なお、クラッド部１１とコア部１２とは、同種材料により形成されていても、異種材料により形成されていてもよい。
【００２３】
光導波路１３には、例えば切削加工されることにより形成された反射面５ａ，５ｂを有する第１の反射部５と、光導波路１３の端部に形成された反射面からなる第２の反射部６とが設けられている。
【００２４】
第１の反射部５の反射面５ａ，５ｂは、基板面に垂直な面に対し対称に形成されている。反射面５ａは光ファイバ２ａから入射した光信号を反射してコア部１２に結合させ、反射面５ｂはコア部１２により導波された光信号を反射して光ファイバ２ａ〜２ｃに結合させるような角度θ１でそれぞれ形成される。反射面５ａ，５ｂの角度θ１は、基板１０、クラッド部１１およびコア部１２の膜厚に応じて異なるが、例えば３０〜６０度の角度で形成される。ここで、反射面の角度は、基板面からの角度で表す。
【００２５】
２つの第２の反射部６は、光導波路１３の端部にそれぞれ形成された反射面により構成される。第２の反射部６の反射面の角度θ２は、例えば４５度である。一方の第２の反射部６は、発光素子アレイ３の各発光素子３ａから発光された光信号を反射してコア部１２へ結合させる。他方の第２の反射部６は、コア部１２により導波された光信号を反射して受光素子アレイ４の各受光素子４ａへ結合させる。
【００２６】
なお、第１の反射部５の反射面５ａ，５ｂおよび第２の反射部６の反射面上に、反射率の高い金属膜が形成されていてもよい。このような金属膜としては、例えばアルミニウムや金等がある。
【００２７】
光ファイバアレイ２は、図１に示すように光導波路基板１のコア部１２の配列方向に沿って設けられた複数の光ファイバ２ａ〜２ｃを有する。光ファイバアレイ２は、各光ファイバ２ａ〜２ｃのコア部が第１の反射部５の中心、すなわち反射面５ａ，５ｂの合わさる部分にくるように位置合わせされている。光ファイバアレイ２の各光ファイバ２ａ〜２ｃの先端は、使用する光を吸収しない接着剤により基板２に接合されている。このような接着剤としては、例えばエポキシ系接着剤がある。各光ファイバ２ａ〜２ｃは、例えばコア部の径が５０μｍであり、外径が１２５μｍ程度である。
【００２８】
発光素子アレイ３は、例えば垂直共振器型の面発光半導体レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ） からなる発光素子３ａが単一基板上に一方向に集積されて構成されている。発光素子アレイ３は、各発光素子（発光部分）３ａが第２の反射部６、より詳細にはコア部１２の端部に形成された反射面にくるように、位置合わせされて光導波路１３に接合されている。接着剤としては、使用する光を吸収しない接着剤が用いられる。このような接着剤としては、例えばエポキシ系接着剤がある。
【００２９】
受光素子アレイ４は、フォトダイオード（ＰＤ）からなる受光素子４ａが単一基板上に一方向に集積されて構成されている。受光素子アレイ４は、各受光素子（受光部分）４ａが第２の反射部６、より詳細にはコア部１２の端部に形成された反射面にくるように、位置合わせされて光導波路１３に接着されている。接着剤としては、使用する光を吸収しない接着剤が用いられる。このような接着剤としては、例えばエポキシ系接着剤がある。
【００３０】
次に、上記構成の本実施形態に係る光送受信モジュールの動作について、図２を参照して説明する。
【００３１】
１つの光ファイバ２ａから入射した受信用の光信号Ｌ１は、基板１０を透過して第１の反射部５の反射面５ａにより反射されてコア部１２に結合される。なお、このとき光信号Ｌ１は、同様に反射面５ｂにより反射され他方側のコア部１２にも結合されることから、光ファイバ２ａからの受信時には発光素子アレイ３の各発光素子３ａの動作を停止しておく。
【００３２】
コア部１２に結合された光信号Ｌ１は、コア部１２により一方向に導波されて、第２の反射部６に入射し、第２の反射部６により反射されて受光素子アレイ４の各受光素子４ａで受光される。この受光素子４ａにより光信号Ｌ１が電気信号に変換されて図示しない受信回路に入力される。
【００３３】
一方、発光素子アレイ３の各発光素子３ａにより発光された送信用の光信号Ｌ２は、第２の反射部６に入射し、第２の反射部６により反射されてコア部１２に結合される。なお、送信用の光信号Ｌ２を送る際には、光ファイバ２ａから受信用の光信号Ｌ１が送られていない状態にある。
【００３４】
コア部１２に結合された光信号Ｌ２は、コア部１２により一方向に導波されて第１の反射部５の反射面５ｂに入射し、反射面５ｂにより反射されて光ファイバ２ａのコア部に結合される。光ファイバ２ａに結合された光信号Ｌ２は、光ファイバ２ａにより導波されて外部の光電子回路装置に送られる。なお、上記の受信用の光信号Ｌ１と、送信用の光信号Ｌ２の波長を変えてもよい。
【００３５】
次に、上記の本実施形態に係る光送受信モジュールの製造方法の一例について、図３を参照して説明する。
【００３６】
まず、ガラス等からなる基板１０上にエポキシ樹脂あるいはフッ素化ポリイミド等を全面に塗布してクラッド部１１ａを形成した後に、エポキシ樹脂あるいはフッ素化ポリイミド等をさらに全面に塗布してコア部１２を形成する。クラッド部１１ａとコア部１２の屈折率差は、不純物を含有させて調整する。
【００３７】
次に、コア部１２上にフォトリソグラフィにより所望のパターンをもつレジストを形成し、当該レジストをマスクとしてコア部１２の反応性イオンエッチングを行うことにより、図１に示すように配列した複数のコア部１２のパターンを形成する。
【００３８】
フォトレジストを除去した後に、コア部１２を覆うようにエポキシ樹脂あるいはフッ素化ポリイミド等を全面に塗布してクラッド部１１ｂを形成することにより、図３（ａ）に示すように基板１０上に光導波路１３が形成される。なお、クラッド部１１ａ，１１ｂをまとめてクラッド部１１と表す。
【００３９】
次に、図３（ｂ）に示すように、例えば第２の反射部６を形成するために、基板１０側から円板ブレードソー２１による機械的加工により所望の角度の反射面をもつ第２の反射部６を形成する。例えば、第２の反射部６として４５度反射面を形成する場合、ブレードソー２１の刃の先端角度θ１１が９０度のものを用いればよい。
【００４０】
次に、例えば第１の反射部５を形成するために、基板１０の反対側から円板ブレードソー２２による機械的加工により所望の角度の反射面５ａ，５ｂをもつ第１の反射部５を形成する。この場合にも、形成したい反射面５ａ，５ｂの角度に合わせた先端角度θ１２をもつブレードソー２２を用いればよい。
【００４１】
最後に、複数の光ファイバ２ａ〜２ｃが配列してなる光ファイバーアレイ２を、各光ファイバ２ａ〜２ｃのコア部の中心が第１の反射部５の中心にくるように位置合わせして、接着剤により光導波路基板１の一方の面に接合する。
また、複数の発光素子が配列している発光素子アレイ３および複数の受光素子が配列している受光素子アレイ４を、それぞれ第２の反射部６に対して位置合わせして接着剤により光導波路基板１の他方の面に接合する。
【００４２】
このとき、コア部１２の配列ピッチ、光ファイバアレイ２の光ファイバ２ａ〜２ｃの配列ピッチ、発光素子アレイ３の発光素子の配列ピッチ、受光素子アレイ４の受光素子の配列ピッチを予め同じとなるようにそれぞれ形成しておくことにより、一括して高い位置精度でそれぞれ光導波路基板１に結合することができる。
【００４３】
上記の本実施形態に係る光送受信モジュールによれば、基板面内において一方向に光を導波するコア部１２による光信号の導波に加え、第１の反射部５および第２の反射部６による反射作用により、光導波路基板１の基板面に垂直な方向に光ファイバ、発光素子および受光素子を結合することができ、一つの光ファイバに対し発光素子および受光素子を結合させつつ、光導波路基板１の小面積化を図ることができる。
【００４４】
また、光導波路基板１の基板面内において、コア部１２による光信号の導波方向とは垂直な方向に複数のコア部１２を配列させ、これに合わせて配列された光ファイバアレイ、発光素子アレイ、受光素子アレイを光導波路基板１に光学的に結合することにより、高密度実装を実現することができる。
【００４５】
さらに、複数の光ファイバ２ａ〜２ｃが配列してなる光ファイバアレイ２を、各光ファイバ２ａ〜２ｃのコア部の中心が第１の反射部５の中心にくるように位置合わせするのみで、全ての光ファイバが各コア部１２に高い位置精度で位置合わせされることから、各光ファイバと光素子間の高い結合効率を得ることができる。
【００４６】
従って、簡単なパッシブアライメントによっても光導波路１３と光ファイバ２ａ〜２ｃとの結合効率を高めることができる。パッシブアライメントとは、光ファイバと光導波路を光軸合わせしてモジュール化する際に、光を用いずに目視や嵌め込み等による機械的な位置合わせのみで光軸合わせを行う方法をいう。これに対し、光を試験的に光路に入射させて光強度が最大となる箇所で光軸合わせ作業を行う方法をアクティブアライメントと呼ぶが、パッシブアライメントはアクティブアライメントに比べて、実装工程が簡素化されるため、光モジュールの低コスト化を図ることができる。
【００４７】
図４は、上記の光送信モジュールを備えた光電子回路装置の一例を示す図である。
【００４８】
図４に示すように、図１に示す光導波路基板１、発光素子アレイ３および受光素子アレイ４が一方側の中間実装基板２０上に実装されており、他方の中間実装基板２０上にも同様にして図１に示す光導波路基板１、発光素子アレイ３および受光素子アレイ４が実装されている。そして、各光導波路基板１が光ファイバアレイ２により結合されている。
【００４９】
一方側および他方側の中間実装基板２０上には、それぞれ電子回路を内蔵する半導体チップ等の電子素子７が実装されており、２つの中間実装基板２０が実装基板３０に実装されている。
【００５０】
光送受信モジュールの動作は、第１実施形態で説明した通りであり、図４に示すように２つの電子素子７間の信号の送受信を光送受信モジュールを介して光信号を送受信することにより、光電子回路装置が構成される。
【００５１】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、光導波路基板１の基板１０、クラッド部１１およびコア部１２を構成する材料には特に限定されず、また、光ファイバ２ａ〜２ｃを構成する材料にも特に限定はない。また、各光ファイバ２ａ〜２ｃとしては、シングルモードファイバあるいはマルチモードファイバのいずれを採用してもよい。
【００５２】
また、図４に光送受信モジュールの適用例について説明したが、これに限られるものでなく、図１に示す光送受信モジュールであれば、様々な光通信に応用可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の光送受信モジュールおよび光電子回路装置によれば、一つの光ファイバに対し発光あるいは受光する２つの光素子を結合させつつ、光導波路基板の小型化を図ることができる。
【００５４】
また、本発明の光送受信モジュールおよび光電子回路装置によれば、一つの光導波路基板を用いて複数の光ファイバのそれぞれに対し発光あるいは受光する２つの光素子を結合させることができ、アレイ化した光ファイバ、光素子を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光送受信モジュールの一例を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図３】本実施形態に係る光送受信モジュールの製造方法を説明するための図である。
【図４】本実施形態に係る光送受信モジュールを備えた光電子回路装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…光導波基板、２…光ファイバアレイ、２ａ，２ｂ，２ｃ…光ファイバ、３…発光素子アレイ、３ａ…発光素子、４…受光素子アレイ、４ａ…受光素子、５…第１の反射部、５ａ，５ｂ…反射面、６…第２の反射部、１０…基板、１１，１１ａ，１１ｂ…クラッド部、１２…コア部、１３…光導波路、２０…中間実装基板、２１，２２…ブレードソー、３０…実装基板。
Claims (8)
- 光信号を面内において導波するコア部を有する光導波路基板と、
前記光導波路基板の第１面側に配置された光ファイバと、
前記光導波路基板の前記第１面の裏面の第２面側に配置され、１つの前記光ファイバに対して設けられた受光あるいは発光する１対の光素子とを有し、
前記光導波路基板は、
入射した光信号を反射して前記光ファイバと前記コア部間、および前記コア部と前記光素子間において光信号を結合する複数の反射部を有する
光送受信モジュール。 - 前記光導波路基板は、
前記光ファイバに対応する位置に設けられ、入射した光信号を反射して前記光ファイバと前記コア部間において双方向に光信号を結合する第１の反射部と、
前記第１の反射部を一端部として前記第１の反射部の両側に設けられ、それぞれ一方向に光を導波する２つのコア部と、
２つの前記コア部の他端部にそれぞれ設けられ、入射した光信号を反射して前記コア部と前記光素子間において光信号を結合する第２の反射部と
を有する請求項１記載の光送受モジュール。 - 光信号を一方向に導波するコア部が複数配列された光導波路基板と、
前記光導波路基板の第１面側に配置された複数の光ファイバと、
前記光導波路基板の前記第１面の裏面の第２面側に配置され、前記光ファイバ毎に設けられた受光あるいは発光する１対の光素子と有し、
前記光導波路基板は、
入射した光信号を反射して各前記光ファイバと各前記コア部間、および各前記コア部と各前記光素子間において光信号を結合する複数の反射部を有する
光送受信モジュール。 - 前記光導波路基板は、
各前記光ファイバに対応する位置に設けられ、入射した光信号を反射して前記光ファイバと前記コア部間において双方向に光信号を結合する第１の反射部と、
前記第１の反射部を一端部として前記第１の反射部の両側に設けられ、それぞれ一方向に光を導波する２つの前記コア部と、
２つの前記コア部の他端部にそれぞれ設けられ、入射した光信号を反射して前記コア部と前記光素子間において光信号を結合する第２の反射部と
を有する請求項３記載の光送受モジュール。 - 複数の電子素子間の信号の送受信を光送受信モジュールを介して光信号を送受信することにより行う光電子回路装置であって、
前記光送受信モジュールは、
光信号を面内において導波するコア部を有する光導波路基板と、
前記光導波路基板の第１面側に配置された光ファイバと、
前記光導波路基板の前記第１面の裏面の第２面側に配置され、１つの前記光ファイバに対して設けられた受光あるいは発光する１対の光素子とを有し、
前記光導波路基板は、
入射した光信号を反射して前記光ファイバと前記コア部間、および前記コア部と前記光素子間において光信号を結合する複数の反射部を有する
光電子回路装置。 - 前記光導波路基板は、
前記光ファイバに対応する位置に設けられ、入射した光信号を反射して前記光ファイバと前記コア部間において双方向に光信号を結合する第１の反射部と、
前記第１の反射部を一端部として前記第１の反射部の両側に設けられ、それぞれ一方向に光を導波する２つの前記コア部と、
２つの前記コア部の他端部にそれぞれ設けられ、入射した光信号を反射して前記コア部と前記光素子間において光信号を結合する第２の反射部と
を有する請求項５記載の光電子回路装置。 - 複数の電子素子間の信号の送受信を光送受信モジュールを介して光信号を送受信することにより行う光電子回路装置であって、
前記光送受信モジュールは、
光信号を一方向に導波するコア部が複数配列された光導波路基板と、
前記光導波路基板の第１面側に配置された複数の光ファイバと、
前記光導波路基板の前記第１面の裏面の第２面側に配置され、前記光ファイバ毎に設けられた受光あるいは発光する１対の光素子と有し、
前記光導波路基板は、
入射した光信号を反射して各前記光ファイバと各前記コア部間、および各前記コア部と各前記光素子間において光信号を結合する複数の反射部を有する
光電子回路装置。 - 前記光導波路基板は、
各前記光ファイバに対応する位置に設けられ、入射した光信号を反射して前記光ファイバと前記コア部間において双方向に光信号を結合する第１の反射部と、前記第１の反射部を一端部として前記第１の反射部の両側に設けられ、それぞれ一方向に光を導波する２つの前記コア部と、
２つの前記コア部の他端部にそれぞれ設けられ、入射した光信号を反射して前記コア部と前記光素子間において光信号を結合する第２の反射部と
を有する請求項７記載の光電子回路装置。
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| JP2011520152A (ja) * | 2008-05-07 | 2011-07-14 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | ポイントツーポイント通信のための光学エンジン |
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