JP6872329B2 - 光ファイバ搭載光集積回路装置 - Google Patents

光ファイバ搭載光集積回路装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6872329B2
JP6872329B2 JP2016174488A JP2016174488A JP6872329B2 JP 6872329 B2 JP6872329 B2 JP 6872329B2 JP 2016174488 A JP2016174488 A JP 2016174488A JP 2016174488 A JP2016174488 A JP 2016174488A JP 6872329 B2 JP6872329 B2 JP 6872329B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
optical fiber
integrated circuit
circuit device
optical waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2016174488A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018040925A (ja
Inventor
秋山　知之
知之 秋山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Photonics Electronics Technology Research Association
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Photonics Electronics Technology Research Association
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd, Photonics Electronics Technology Research Association filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2016174488A priority Critical patent/JP6872329B2/ja
Priority to US15/688,084 priority patent/US10488596B2/en
Publication of JP2018040925A publication Critical patent/JP2018040925A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6872329B2 publication Critical patent/JP6872329B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/3628—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers
    • G02B6/3632—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the cross-sectional shape of the mechanical coupling means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
    • G02B6/305—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device and having an integrated mode-size expanding section, e.g. tapered waveguide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • G02B6/29316—Light guides comprising a diffractive element, e.g. grating in or on the light guide such that diffracted light is confined in the light guide
    • G02B6/29317—Light guides of the optical fibre type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4228—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12035—Materials
    • G02B2006/12061—Silicon
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/12085—Integrated

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

本発明は、光ファイバ搭載光集積回路装置に関するものであり、例えば、光ファイバと光部品を高密度に実装したシリコン光集積回路装置（ＰＩＣ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の光接続構造に関するものである。
シリコン光集積回路（ＰＩＣ）は光部品を高密度に実装することが可能であり、この技術により毎秒テラビット級の伝送容量を1チップで賄う光トランシーバを実現することが期待されている。例えば、次世代スーパーコンピュータや次世代サーバにおいては、ＣＰＵ及びメモリを搭載した多数のＣＰＵパッケージをマトリクス状に配置し、ＣＰＵパッケージ間を光ファイバアレイで接続することが想定されている。
毎秒テラビット級の伝送容量を１チップで賄う光トランシーバを実現するためには、波長多重を行ったり、長距離伝送を行う場合、光伝送に用いる光ファイバを単一モードにする必要がある。
シリコンＰＩＣに用いるＳｉ細線光導波路はサイズが１μｍ以下と小さいため、高集積に向いているが、単一モード光ファイバとのサイズの違いが大きく、光ファイバへの結合効率を高めることが課題である。
従来、光ファイバへの結合効率を高めるために、先端がテーパ状に先細りになったスポットサイズ変換器を用いて光ファイバとスポットサイズを一致させる方法をとっていた。図１３は従来の光ファイバ搭載光集積回路装置の説明図であり、図１３（ａ）は光軸に沿った断面図であり、図１３（ｂ）は要部透視上面図である。
ＳＯＩ基板を利用して、シリコン基板６１上に下部クラッド層を兼ねるＢＯＸ層６２を介して厚さが０．２５μｍのＳｉ細線コア６３を設ける。このＳｉ細線コア６３の先端に先細りテーパ状のスポットサイズ変換器６４を設け、Ｓｉ細線コア６３の上面にＳｉＯ２膜を設けて上部クラッド層６５とし、スポットサイズ変換器６４側を覆うように幅広のＳｉＯＮコア６６を設ける。このＳｉＯＮコア６６にコア６８が対向するように単一モード光ファイバ６７を配置する。なお、図における符号６９，７０は、夫々クラッド及びフェルールである。
図に示すように、スポット径が０．２５μｍ程度の伝搬光はスポットサイズ変換器６４を介してＳｉＯＮコア６６で９μｍ程度のスポット径に拡大されて、単一モード光ファイバ６７のコア６８に入射する。
特開平０７−１２８５４３号公報 特開２００１−００４８７０号公報
しかし、図１３に示した実装構造の場合、単一モード光ファイバのスポットサイズは９μｍ程度であるため、位置合わせにおいて数μｍしか位置ずれを許容できず、高精度なファイバ位置決めが必要であった。そのため、Ｓｉ細線コアに光を通して結合光パワーを最大化させるように位置合わせを行うアクティブアライメントが必要であり、径の大きいマルチモードファイバを用いる方式と比較して実装コスト増となるのが課題であった。
本発明は、光ファイバ搭載光集積回路装置において、単一モード光ファイバと光集積回路装置に設けた光導波路との結合における位置合わせトレランスを大きくすることを目的とする。
一つの態様では、光ファイバ搭載光集積回路装置は、基板上に面内幅方向のテーパ部を有する複数の光導波路コアを配置した光導波路コア群を備えた光集積回路装置と、前記光導波路コア群に光学的に結合し、伝搬光の伝搬方向に対して傾斜した傾斜接続端面を有する単一モード光ファイバとを有し、前記複数の光導波路コアは互いに方向性結合できる間隔で且つ前記単一モード光ファイバのコア幅より狭い間隔で並行に配置され、前記単一モード光ファイバと前記複数の光導波路コアの一端とは対向せず、前記単一モード光ファイバの傾斜接続端面と前記複数の光導波路コアの途中から前記複数の光導波路コアの他端の先端部に掛けて前記光導波路コアの途中の上面及び前記先端部の上面が対向するように結合している。
一つの側面として、単一モード光ファイバと光集積回路装置に設けた光導波路との結合における位置合わせトレランスを大きくすることが可能になる。
本発明の実施の形態の光ファイバ搭載光集積回路装置の説明図である。 光導波路コアから単一モード光ファイバへの光の伝播状態の説明図である。 本発明の実施の形態における横方向トレランスの説明図である。 本発明の実施の形態における光軸方向トレランスの説明図である。 本発明の実施の形態における垂直方向トレランスの説明図である。 本発明の実施例１の光ファイバ搭載光集積回路装置の説明図である。 本発明の実施例１の光ファイバ搭載光集積回路装置の接合部の説明図である。 本発明の実施例１の光ファイバ搭載光集積回路装置の位置合わせ機構の説明図である。 本発明の実施例２の光ファイバ搭載光集積回路装置の実装構造の説明図である。 本発明の実施例３の光ファイバ搭載光集積回路装置の実装構造の説明図である。 本発明の実施例４の光ファイバ搭載光集積回路装置の説明図である。 本発明の実施例５の光ファイバ搭載光集積回路装置の説明図である。 従来の光ファイバ搭載光集積回路装置の説明図である。
ここで、図１乃至図５を参照して、本発明の実施の形態の光ファイバ搭載光集積回路装置を説明する。図１は本発明の実施の形態の光ファイバ搭載光集積回路装置の説明図であり、図１（ａ）は光軸に沿った断面図であり、図１（ｂ）は要部透視上面図である。図に示すように、基板１１上に面内幅方向のテーパ部１５を有する複数の光導波路コア１３，１４を配置した光導波路コア群を備えた光集積回路装置に伝搬光の伝搬方向に対して傾斜した傾斜接続端面を有する単一モード光ファイバ１７を結合させる。複数の光導波路コア１３，１４は互いに方向性結合できる間隔で且つ単一モード光ファイバ１７のコア１８の幅より狭い間隔で並行に配置されている。また、単一モード光ファイバ１７の傾斜接続端面と複数の光導波路コア１３，１４の先端部の上面が対向するように結合させる。なお、図における符号１２，１６，１９，２０，２１は、それぞれ、下部クラッド層、上部クラッド層、クラッド、フェルール及び透明部材である。
図に示すように、左から光導波路コア１３中を伝搬してきた光は、右に伝搬するに従って上下に並走する複数の光導波路コア１４へと拡大していき、単一モード光ファイバ１７のコア１８の径より広い範囲まで広がる。光導波路コア１３，１４の幅方向にテーパ部１５を形成しているので、光導波路コア１３，１４の光スポットが垂直方向に広がると同時に、単一モード光ファイバ１７の傾斜接合端面を介して単一モード光ファイバ１７のコア１８に結合する。
図２は、光導波路コアから単一モード光ファイバへの光の伝搬状態の説明図であり。図２（ａ）は、ビーム伝搬法（Ｂｅａｍ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ,：ＢＰＭ）で計算した結果であり、図２（ｂ）は図２（ａ）を模写して図であり。図に示すように、単一モード光ファイバ１７の傾斜接続端面下にあるテーパ部１５から、右に伝搬すると同時に光が上方に推移し、単一モード光ファイバ１７のコア１８に伝搬していく様子を確認することができる。
図３は、本発明の実施の形態における横方向トレランスの説明図である。図３（ａ）は光導波路と単一モード光ファイバの配置状態を示す上面図であり、図３（ｂ）はＢＰＭ法によるＳｉ細線コアと単一モード光ファイバとの間のパワー結合効率を計算した結果である。図３（ａ）に示すように単一モード光ファイバ１７がラテラル方向（図においては上下方向）にずれた場合には、図３（ｂ）に示すように、ＴＥ，ＴＭ光両者に対して１６μｍの幅域で−３ｄＢ以上の結合効率が得られた。図１３に示した従来の光ファイバ搭載光集積回路装置の横方向トレランス（損失＜３ｄＢ）が約３μｍであったのに比べると十分な改善が見られた。
図４は、本発明の実施の形態における光軸方向トレランスの説明図である。図４（ａ）は光導波路と単一モード光ファイバの配置状態を示す上面図であり、図４（ｂ）はＢＰＭ法によるＳｉ細線コアと単一モード光ファイバとの間のパワー結合効率を計算した結果である。図４（ａ）に示すように単一モード光ファイバ１７が光軸方向（図においては左右方向）にずれた場合には、図４（ｂ）に示すように、１００μｍという広い範囲にわたり殆ど結合効率に変化がない。この結果は、図１３に示した従来の光ファイバ搭載光集積回路装置の光軸方向トレランス（損失＜３ｄＢ）が約３μｍであったのに比べると大幅な改善が見られた。
図５は、本発明の実施の形態における垂直方向トレランスの説明図である。図５（ａ）は光導波路と単一モード光ファイバの配置状態を示す断面図であり、図５（ｂ）はＢＰＭ法によるＳｉ細線コアと単一モード光ファイバとの間のパワー結合効率を計算した結果である。図５（ａ）に示すように単一モード光ファイバ１７が垂直方向（図においては上下方向）にずれた場合には、図５（ｂ）に示すように、垂直方向のずれ、即ち、光導波路コア１３，１４と単一モード光ファイバ１７の傾斜接続端面とのギャップは５μｍ程度あっても良いことが分かる。なお、このギャップは、単一モード光ファイバ１７の傾斜接続端面の加工精度、或いは、間に介在する異物等によって発生する。
本発明の実施の形態においては、面内幅方向のテーパ部１５を有する複数の光導波路コア１３，１４を配置した光導波路コア群を設けて光を広げているので、単一モード光ファイバ１７との結合における位置合わせトレランスを大きくすることができる。これにより、簡易な位置決め機構で光ファイバ接続が可能になり、高い結合効率を安価な機構や実装装置で実装することが可能になる。
複数の光導波路コア１３，１４は、中央の一本の光導波路コア１３に対して他の光導波路コア１４が線対称的に配置されていることが望ましい。このように、対称構造にすることによって、光の遷移を良好に行うことができる。
中央の一本の光導波路コア１３の先端部は、他の光導波路コア１４の先端部と同じ構造にすることが望ましいが、中央の一本の光導波路コア１３の先端部は、他の光導波路コア１４の先端部と異なった形状でも良い。例えば、中央の光導波路コア１３の光導波路コア１４は、中途から一斉に開始しても良いが、必ずしも一斉でなくても良い。
光導波路コア群における光導波路コア１３，１４の数は、３乃至７であることが望ましい。
光導波路コア群を、伝搬光の伝播方向に平行に複数配置し、単一モード光ファイバ１７を光導波路コア群の数に応じた数だけ配置しても良く、ＣＰＵパッケージ間を光ファイバアレイで接続することが可能になる。
光導波路コア群を、二次元マトリクス状に複数配置し、単一モード光ファイバ１７を光導波路コア群の数に応じた数だけ配置しても良い。それによって、次世代スーパーコンピュータサーバにおける高集積度のＣＰＵパッケージ間を光ファイバアレイで接続することが可能になる。
光集積回路装置としては、シリコン光集積回路装置が挙げられ、その場合には、複数の光導波路コア１３，１４はシリコン細線コアで形成し、下部クラッド層１２はＢＯＸ層となり、上部クラッド層１６はＳｉＯ２で形成する。或いは、光導波路コア１３，１４は、Ｓｉの代わりにＧｅをドープしたＳｉＯ２を用いても良いし、ＳｉＯＮを用いても良い。
単一モード光ファイバ１７の傾斜接続端面と光導波路コア群の上面との間に、伝搬光に対して透明な液体或いは樹脂のいずれかの透明部材２１を設けても良い。
単一モード光ファイバ１７を固定するフェルール２０を設けても良く、その場合には、フェルール２０を光集積回路装置の基板１１に位置決めする位置決め機構を設けることが望ましい。位置決め機構としては、フェルール２０及び基板１１に位置決め穴を設け、この位置決め穴にガイドピンを挿入すれば良い。位置決め穴はフェルール２０及び基板１１の一方に貫通穴を設け、他方に非貫通穴を設ければ良い。
位置決め穴及びガイドピンの形状は、代表的なものは円柱型であるが、これに限定されるものではなく、角柱であっても良いし、先細りの形状であっても良い。ガイドピンの材質は金属が代表的であるが、これに限定されるものではない。或いは、位置決め精度は１０μｍを超える精度にまで緩和されるため、この程度の位置決めの機構としては様々なものが考えられる。例えば、フェルール２０の外形をはめ込む段差を光集積回路装置の基板１１に形成して位置決めしても良いし、逆に光集積回路装置の基板１１の外形をはめ込む段差をフェルール２０側に形成しても良い。
このように、単一モード光ファイバ１７をフェルール２０に装着して光集積回路装置側に固定する場合には、フェルール２０に第１の係合機構を設けるとともに、光集積回路装置の基板１１に第１の係合機構と係合する第２の係合機構を設けても良い。この時、係合時に、光集積回路側に加重をかける加重印加機構をさらに設けることが望ましい。
単一モード光ファイバの傾斜接続端面の角度は、ファイバ軸方向に垂直な面から８０度以上にすることが望ましく、それにより、結合損失を下げることができる。この角度は９０度に近いほど良い。
次に、図６乃至図８を参照して、本発明の実施例１の光ファイバ搭載光集積回路装置を説明する。図６は本発明の実施例１の光ファイバ搭載光集積回路装置の説明図であり、図６（ａ）は光軸に沿った断面図であり、図６（ｂ）は要部透視上面図である。図に示すように、ＳＯＩ基板を利用して単結晶Ｓｉ基板３１上に下部クラッド層を兼ねる厚さが３μｍのＢＯＸ層３２を介して厚さが０．２５μｍでスポットサイズ変換器となるテーパ部３５を有する主Ｓｉ細線コア３３を設ける。また、この主Ｓｉ細線コア３３に並行して厚さが０．２５μｍでテーパ部３５を有する複数の副Ｓｉ細線コア３４を配置する。なお、ここでは、副Ｓｉ細線コア３４の本数を６本として、主Ｓｉ細線コア３３に対して線対称的に設けている。主Ｓｉ細線コア３３及び副Ｓｉ細線コア３４上には厚さが１μｍのＳｉＯ２膜を上部クラッド層３６として設ける。
主Ｓｉ細線コア３３及び副Ｓｉ細線コア３４の先端部の上面に伝搬光の伝搬方向に対して傾斜した傾斜接続端面を有する単一モード光ファイバ３７をフェルール４０に装填して透明オイル４１を介して結合させる。透明オイル４１としては、ここでは、屈折率が１．４４の１８０６１（Ｃａｒｇｉｌｌｅ Ｌａｂｓ社製商品型番）を用いる。また、傾斜接続端面の角度は８０°以上にすることにより、結合損失を下げることができ、この角度は９０°に近いほど良いが、ここでは、８８°とする。なお、ここでは、透明部材として透明オイル４１を用いているが、ＧＡ７００Ｈ（ＮＴＴ−ＡＴ社製商品型番）等の透明樹脂を用いても良い。
図７は、本発明の実施例１の光ファイバ搭載光集積回路装置の接合部の説明図であり、図７（ａ）は光集積回路側の結合部近傍の平面図であり、図７（ｂ）は主Ｓｉ細線コアのテーパ部の拡大図である。図７（ａ）に示すように、主Ｓｉ細線コア３３及び副Ｓｉ細線コア３４は、互いに方向性結合できる間隔で且つ単一モード光ファイバ３７のコア３８の幅、例えば、９μｍより狭い間隔で並行に配置されている。ここでは、１．８μｍのピッチで配置する。なお、図における符号３９は、単一モード光ファイバ３７のクラッドである。
図７（ｂ）に示すように、主Ｓｉ細線コア３３は、幅が５００ｎｍの主導波部とテーパ部３５からなる。テーパ部３５は、幅が５００ｎｍから幅が２００ｎｍに変化する長さが５０μｍの第１テーパ部と、幅が２００ｎｍから幅が１００ｎｍに変化する長さが２００μｍの第２テーパ部と、幅が１００ｎｍから幅が５０ｎｍに変化する長さが１０００μｍの第２テーパ部と、長さが５００μｍで５０ｎｍの一定幅の先端部からなる。なお、これらの数値は一例であって、他の形状であっても良い。
なお、図７（ａ）に示すように、副Ｓｉ細線コア３４のテーパ部３５の形状は、主Ｓｉ細線コア３３の形状と同じであり、各副Ｓｉ細線コア３４のテーパ部３５の根元部の端部は光軸に対して垂直方向の同じ位置に位置している。なお、この場合の各副Ｓｉ細線コア３４の形状は一例であり、異なった形状でも良いし、また、各副Ｓｉ細線コア３４のテーパ部３５の根元部の端部は光軸に対して垂直方向の異なった位置に位置していても良い。
図８は、本発明の実施例１の光ファイバ搭載光集積回路装置の位置合わせ機構の説明図である。光集積回路側の単結晶Ｓｉ基板３１に非貫通穴の位置決め穴４２を設け、フェルール４０に貫通穴の位置決め穴４３を設け、位置決め穴４２，４３にガイドピン４４を差し込んで位置決めする。なお、ここでは、ガイドピン４４の中心軸が、光軸に垂直な方向において、接続傾斜端面のコア３８の中心近傍に位置するようにするが、必ずしもそうでなくても良い。
本発明の実施例１においては、主Ｓｉ細線コア３３及び副Ｓｉ細線コア３４を互いに方向性結合できる間隔で且つ単一モード光ファイバ３７のコア３８の幅より狭い間隔で並行に配置しているので、位置合わせトレランスを大きくすることができる。具体的には、単一モード光ファイバ３７と主Ｓｉ細線コア３３との結合の位置ずれトラレンスが横方向で数倍、光軸方向で数十倍改善することができる。これにより、簡易な位置決め機構で光ファイバ接続が可能になり、高い結合効率を安価な機構や実装装置で実装することが可能になる。
次に、図９を参照して、本発明の実施例２の光ファイバ搭載光集積回路装置を説明する。図９は、本発明の実施例２の光ファイバ搭載光集積回路装置の実装構造の説明図である。Ｓｉ光集積回路装置を実装基板４５に実装して、フェルール４０に固定したガイドピン４４を単結晶Ｓｉ基板３１に設けた位置決め穴に差し込んで位置決めする。
実装基板４５に設けた係合部材４６とフェルール４０を押圧するリッド４７に設けた係合部材４８とを係合させることによって、荷重を掛けてフェルール４０をＳｉ光集積回路装置側へ押圧してＳｉ光集積回路装置と単一モード光ファイバ３７の傾斜接続端面間の突き当てを保持する。
加重機構に関しては、図に示した係合機構に限られるものではなく、Ｓｉ光集積回路装置と単一モード光ファイバ３７の傾斜接続端面間の突き当てを保持するのに必要な加重をかけられれば何でも良い。例えば、フェルール４０上に配置したリッド４７をボルトで固定するものであっても良いし、過度の加重が掛からないようにばねを介して加重をかける構造であっても良い。
次に、図１０を参照して、本発明の実施例３の光ファイバ搭載光集積回路装置を説明する。図１０は、本発明の実施例３の光ファイバ搭載光集積回路装置の実装構造の説明図であり、基本的な構成は図９にした上記の実施例２と同様である。但し、本発明の実施例３においては、ガイドピン４９をＳｉ光集積回路装置側に設け、フェルール４０に設けた穴に差し込む構造である。
この場合も、加重機構に関しては、図に示した係合機構に限られるものではなく、Ｓｉ光集積回路装置と単一モード光ファイバ３７の傾斜接続端面間の突き当てを保持するのに必要な加重をかけられれば何でも良い。例えば、フェルール４０上に配置したリッド４７をボルトで固定するものであっても良いし、過度の加重が掛からないようにばねを介して加重をかける構造であっても良い。
次に、図１１を参照して、本発明の実施例４の光ファイバ搭載光集積回路装置を説明する。図１１は、本発明の実施例４の光ファイバ搭載光集積回路装置の説明図であり、ここでは、要部平面図として示している。図に示すように、主Ｓｉ細線コア３３の両側に３本ずつの副Ｓｉ細線コア３４を配置したＳｉ細線コア群を一次元アレイ状に配置し、Ｓｉ細線コア群に接続傾斜端面を形成した単一モード光ファイバ３７を結合させる。なお、結合状態は実施例１と同じである。
このように、Ｓｉ細線コア群を一次元アレイ状に配置することによって、ＣＰＵパッケージ間を光ファイバアレイで接続することが可能になる。なお、ここでは、Ｓｉ細線コア群の数を４としているが、数は任意であり、また、各Ｓｉ細線コア群を規則正しく配置する必要はない。
次に、図１２を参照して、本発明の実施例５の光ファイバ搭載光集積回路装置を説明する。図１２は、本発明の実施例５の光ファイバ搭載光集積回路装置の説明図であり、ここでは、要部平面図として示している。図に示すように、主Ｓｉ細線コア３３の両側に３本ずつの副Ｓｉ細線コア３４を配置したＳｉ細線コア群を二次元アレイ状に配置し、Ｓｉ細線コア群に接続傾斜端面を形成した単一モード光ファイバ３７を結合させる。なお、Ｓｉ細線コア群を二次元アレイ状に配置させるためには、各Ｓｉ細線コア群の間に別の主Ｓｉ細線コア５０を配置し、主Ｓｉ細線コア５０を延在させた位置でＳｉ細線コア群を形成すれば良い。なお、この結合状態は実施例１と同じである。
このように、Ｓｉ細線コア群を二次元アレイ状に配置することによって、高集積度ＣＰＵパッケージ間を光ファイバアレイで接続することが可能になる。なお、ここでは、Ｓｉ細線コア群の配置を３×２としているが、配置は任意である。また、図１２においては、各Ｓｉ細線コア群を規則正しく配置するために、主Ｓｉ細線アコ５０を延在方向で屈曲させているが、そのまま直線状に延長した位置でＳｉ細線コア群を形成しても良い。
ここで、実施例１乃至実施例５を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）基板上に面内幅方向のテーパ部を有する複数の光導波路コアを配置した光導波路コア群を備えた光集積回路装置と、前記光導波路コア群に光学的に結合し、伝搬光の伝搬方向に対して傾斜した傾斜接続端面を有する単一モード光ファイバとを有し、前記複数の光導波路コアは互いに方向性結合できる間隔で且つ前記単一モード光ファイバのコア幅より狭い間隔で並行に配置され、前記単一モード光ファイバの傾斜接続端面と前記複数の光導波路コアの先端部の上面が対向するように結合している光ファイバ搭載光集積回路装置。
（付記２）前記複数の光導波路コアは、中央の一本の光導波路コアに対して他の光導波路コアが線対称的に配置されている付記１に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
（付記３）前記複数の光導波路コアの先端部は、互いに同じ形状である付記１または付記２に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
（付記４）前記中央の一本の光導波路コアの先端部は、前記他の光導波路コアの先端部と異なった形状である付記１または付記２に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
（付記５）前記光導波路コア群における前記光導波路コアの数が、３乃至７である付記１乃至付記４のいずれか１に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
（付記６）前記光導波路コア群が、伝搬光の伝播方向に平行に複数配置されており、前記単一モード光ファイバが、前記光導波路コア群の数に応じた数だけ配置されている付記１乃至付記５のいずれか１に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
（付記７）前記光導波路コア群が、二次元マトリクス状に複数配置されており、前記単一モード光ファイバが、前記光導波路コア群の数に応じた数だけ配置されている付記１乃至付記５のいずれか１に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
（付記８）前記光集積回路装置が、シリコン光集積回路装置であり、前記複数の光導波路コアがシリコン細線コアである付記１乃至付記７のいずれか１に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
（付記９）前記単一モード光ファイバの傾斜接続端面と前記光導波路コア群の上面との間に、前記伝搬光に対して透明な液体或いは樹脂のいずれかの透明部材が介在している付記１乃至付記８のいずれか１に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
（付記１０）前記単一モード光ファイバを固定するフェルールをさらに有し、前記フェルールを前記光集積回路装置の基板に位置決めする位置決め機構を有する付記１乃至付記９のいずれか１に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
（付記１１）前記フェルールは、第１の係合部材を有し、前記光集積回路装置の基板は、前記第１の係合部材と係合する第２の係合部材を有する付記１乃至付記１０のいずれか１に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
（付記１２）前記フェルールに対して前記光集積回路側に加重をかける加重印加機構をさらに有する付記１１に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
１１ 基板
１２ 下部クラッド層
１３ 光導波路コア
１４ 光導波路コア
１５ テーパ部
１６ 上部クラッド層
１７ 単一モード光ファイバ
１８ コア
１９ クラッド
２０ フェルール
２１ 透明部材
３１ 単結晶Ｓｉ基板
３２ ＢＯＸ層
３３ 主Ｓｉ細線コア
３４ 副Ｓｉ細線コア
３５ テーパ部
３６ 上部クラッド層
３７ 単一モード光ファイバ
３８ コア
３９ クラッド
４０ フェルール
４１ 透明オイル
４２，４３ 位置決め穴
４４ ガイドピン
４５ 実装基板
４６ 係合部材
４７ リッド
４８ 係合部材
４９ ガイドピン
５０ 主Ｓｉ細線コア
６１ シリコン基板
６２ ＢＯＸ層
６３ Ｓｉ細線コア
６４ スポットサイズ変換器
６５ 上部クラッド層
６６ ＳｉＯＮコア
６７ 単一モード光ファイバ
６８ コア
６９ クラッド
７０ フェルール

Claims (5)

  1. 基板上に面内幅方向のテーパ部を有する複数の光導波路コアを配置した光導波路コア群を備えた光集積回路装置と、
    前記光導波路コア群に光学的に結合し、伝搬光の伝搬方向に対して傾斜した傾斜接続端面を有する単一モード光ファイバと
    を有し、
    前記複数の光導波路コアは互いに方向性結合できる間隔で且つ前記単一モード光ファイバのコア幅より狭い間隔で並行に配置され、
    前記単一モード光ファイバと前記複数の光導波路コアの一端とは対向せず、
    前記単一モード光ファイバの傾斜接続端面と前記複数の光導波路コアの途中から前記複数の光導波路コアの他端の先端部に掛けて前記光導波路コアの途中の上面及び前記先端部の上面が対向するように結合している光ファイバ搭載光集積回路装置。
  2. 前記複数の光導波路コアは、中央の一本の光導波路コアに対して他の光導波路コアが線対称的に配置されている請求項１に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
  3. 前記光導波路コア群が、伝搬光の伝播方向に平行に複数配置されており、
    前記単一モード光ファイバが、前記光導波路コア群の数に応じた数だけ配置されている請求項１または請求項２に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
  4. 前記単一モード光ファイバの傾斜接続端面と前記光導波路コア群の上面との間に、前記伝搬光に対して透明な液体或いは樹脂のいずれかの透明部材が介在している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
  5. 前記単一モード光ファイバを固定するフェルールをさらに有し、
    前記フェルールを前記光集積回路装置の基板に位置決めする位置決め機構を有する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光ファイバ搭載光集積回路装置。
JP2016174488A 2016-09-07 2016-09-07 光ファイバ搭載光集積回路装置 Expired - Fee Related JP6872329B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016174488A JP6872329B2 (ja) 2016-09-07 2016-09-07 光ファイバ搭載光集積回路装置
US15/688,084 US10488596B2 (en) 2016-09-07 2017-08-28 Optical fiber mounted photonic integrated circuit device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016174488A JP6872329B2 (ja) 2016-09-07 2016-09-07 光ファイバ搭載光集積回路装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018040925A JP2018040925A (ja) 2018-03-15
JP6872329B2 true JP6872329B2 (ja) 2021-05-19

Family

ID=61280481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016174488A Expired - Fee Related JP6872329B2 (ja) 2016-09-07 2016-09-07 光ファイバ搭載光集積回路装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10488596B2 (ja)
JP (1) JP6872329B2 (ja)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6872329B2 (ja) * 2016-09-07 2021-05-19 富士通株式会社 光ファイバ搭載光集積回路装置
US11320267B2 (en) 2017-03-23 2022-05-03 Kvh Industries, Inc. Integrated optic wavemeter and method for fiber optic gyroscopes scale factor stabilization
KR20200060718A (ko) * 2017-09-15 2020-06-01 케이브이에이치 인더스트리즈, 인코포레이티드 광자 집적 회로의 도파관에 광섬유의 자기 정렬 연결을 위한 방법 및 장치
EP3864373B1 (en) 2018-10-11 2025-04-23 EMCORE Corporation Photonic integrated circuits, fiber optic gyroscopes and methods for making the same
CA3115836A1 (en) 2018-10-31 2020-05-07 Kvh Industries, Inc. Method and apparatus for control and suppression of stray light in a photonic integrated circuit
US10895687B2 (en) * 2018-10-31 2021-01-19 Corning Research & Development Corporation Alignment ferrule assemblies and connectors for evanescent optical couplers and evanescent optical couplers using same
US11353655B2 (en) 2019-05-22 2022-06-07 Kvh Industries, Inc. Integrated optical polarizer and method of making same
US10921682B1 (en) 2019-08-16 2021-02-16 Kvh Industries, Inc. Integrated optical phase modulator and method of making same
EP4022371A4 (en) 2019-09-27 2023-08-23 IPG Photonics Corporation PHOTONIC IC PACKAGE (PIC)
US11480736B2 (en) * 2020-01-09 2022-10-25 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Fiber-to-chip coupler
US11243550B2 (en) * 2020-05-29 2022-02-08 Juniper Networks, Inc. Optical-electrical device using hybrid automated testing equipment
KR102695760B1 (ko) * 2021-04-15 2024-08-19 한국과학기술원 아디아바틱 결합을 이용한 광 통신용 인터페이스 및 광섬유 테이퍼 제조 방법
WO2022249903A1 (ja) * 2021-05-24 2022-12-01 住友電気工業株式会社 光接続部品及び光接続構造
US12352571B2 (en) 2021-08-11 2025-07-08 Emcore Corporation In-situ residual intensity noise measurement method and system
WO2023211518A2 (en) 2021-11-30 2023-11-02 Emcore Corporation Multi-axis fiber optic gyroscope photonic integrated circuit for inertial measurement units and inertial navigation systems
WO2024150348A1 (ja) * 2023-01-12 2024-07-18 三菱電機株式会社 ハイブリッド光素子及びハイブリッド光素子の生産方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3228614B2 (ja) 1993-11-08 2001-11-12 京セラ株式会社 光ファイバと光導波路の接続部構造
US6516104B1 (en) 1999-06-25 2003-02-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical wiring device
JP3708369B2 (ja) 1999-06-25 2005-10-19 株式会社東芝 光配線装置、その製造方法及びその製造装置
US20040114869A1 (en) * 2001-06-15 2004-06-17 Fike Eugene E. Mode converter including tapered waveguide for optically coupling photonic devices
US7359593B2 (en) * 2003-10-09 2008-04-15 Infinera Corporation Integrated optical mode shape transformer and method of fabrication
JP5082414B2 (ja) * 2006-12-06 2012-11-28 株式会社日立製作所 光半導体装置および光導波路装置
WO2008111447A1 (ja) * 2007-03-14 2008-09-18 Nec Corporation 光導波路及びその製造方法
KR100899933B1 (ko) * 2007-09-18 2009-05-28 광주과학기술원 단일모드 ｓｏｉ 광도파로와 광섬유간 연결을 위한 모드변환기 구조
JP5259829B2 (ja) * 2009-09-28 2013-08-07 株式会社東芝 光結合装置及び光合分波装置
US8264919B2 (en) * 2010-02-25 2012-09-11 Tdk Corporation Thermal assisted magnetic recording head having spot size converter
KR20130140736A (ko) * 2010-11-22 2013-12-24 히타치가세이가부시끼가이샤 광도파로
JP5888883B2 (ja) * 2011-06-15 2016-03-22 日本オクラロ株式会社 スポットサイズ変換器、半導体光素子、及びそれらの製造方法
JP6114570B2 (ja) * 2013-02-15 2017-04-12 富士通株式会社 スポットサイズ変換器、光源、光送信器、光受信器及び光送受信器
JP6175263B2 (ja) * 2013-03-28 2017-08-02 富士通株式会社 スポットサイズ変換器、その製造方法及び光集積回路装置
CN106461873B (zh) * 2014-04-30 2021-04-20 华为技术有限公司 低损耗模转换器及其制作方法
US9563018B2 (en) * 2014-10-09 2017-02-07 International Business Machines Corporation Tapered photonic waveguide to optical fiber proximity coupler
EP3091379B1 (en) * 2015-05-05 2020-12-02 Huawei Technologies Co., Ltd. Optical coupling scheme
CN105319751B (zh) * 2015-10-21 2019-12-03 京东方科技集团股份有限公司 一种显示装置
JP2017173710A (ja) * 2016-03-25 2017-09-28 富士通株式会社 光ファイバ搭載光集積回路装置
JP6872329B2 (ja) * 2016-09-07 2021-05-19 富士通株式会社 光ファイバ搭載光集積回路装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018040925A (ja) 2018-03-15
US20180067265A1 (en) 2018-03-08
US10488596B2 (en) 2019-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6872329B2 (ja) 光ファイバ搭載光集積回路装置
JP6200642B2 (ja) 光学装置
CN211928243U (zh) 一种半导体光耦合结构和硅光集成芯片
JP5259829B2 (ja) 光結合装置及び光合分波装置
WO2014034458A1 (ja) 光モジュールと光コネクタとの接続構造
WO2014093616A1 (en) Fiber optic coupler array
US12265259B2 (en) Waveguide mode coupling
JP5319624B2 (ja) 光部品
US9575257B2 (en) Optical device, optical processing device, method for fabricating optical device
JP7024359B2 (ja) 光ファイバ接続構造
JP2017173710A (ja) 光ファイバ搭載光集積回路装置
US20160091677A1 (en) Optical signal processor and optical assembly
JP6127171B1 (ja) 偏波無依存波長フィルタ
US9500819B2 (en) Optical module
CN111801612A (zh) 光学连接部件
JP7107194B2 (ja) 光接続構造
JP5438080B2 (ja) スポットサイズ変換器
JP4349372B2 (ja) 光モジュール及び光モジュールの製造方法
KR102734233B1 (ko) 양방향 연마된 실리카 광 도파로를 이용하는 광 모듈 패키지
JP2010066474A (ja) 光学接続構造
JP2020052269A (ja) 光チップ、光集積回路及び光モジュール
JP6220246B2 (ja) 直接変調レーザ
JP6977669B2 (ja) 光モジュール
JP7370506B1 (ja) 半導体レーザモジュール、および光通信装置
US20240113500A1 (en) System and method for optical coupling

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161013

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190605

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200303

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200228

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200430

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200929

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201228

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20201228

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20210114

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20210119

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210323

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210419

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6872329

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees