JP2001042175A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 組み立ての簡易化を図り、かつ小型化を可能
とする。 【解決手段】 基板表面２１ａの一端から形成したＶ溝
２４に光ファイバ２２を保持する。光ファイバ２２の先
端面と対向するＶ溝２４の内端傾斜面２４ａに回折レン
ズ構造２５を形成し、その回折レンズ構造２５の直上に
おいて基板表面２１ａに光素子（発光素子）２３を搭載
する。傾斜面２４ａに作り込んだ回折レンズ構造２５に
よって光ファイバ２２と光素子２３との良好な光結合効
率を得ることができ、レンズ等の部品の面倒な組み込み
作業が不要となる。また、その組み込みのためのスペー
スも不要となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は基板上に光ファイ
バと、その光ファイバと光結合する光素子とが実装され
てなる光モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５はこの種の光モジュールの従来構成
の一例を示したものであり、この例では基板１１に光フ
ァイバ１２と光素子１３とレンズ１４とが実装されてい
る。光ファイバ１２はその端部が基板１１に形成された
Ｖ溝１５に保持されており、このＶ溝１５に続いて基板
１１に形成された凹部１６にレンズ１４が配置されてい
る。

【０００３】光素子１３はこの例ではレーザダイオード
とされて基板１１の表面に搭載されており、その端面か
ら出射される出射光はレンズ１４により集光されて光フ
ァイバ１２に入射されるものとなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した例のように、
光ファイバと光素子とを光結合する光モジュールにおい
ては、良好な光結合効率を得るべく、光ファイバと光素
子との間に集光手段としてレンズを配置するといった構
成が従来採用されている。しかるに、レンズの基板への
組み込みにおいては高い位置精度が要求され、また高い
信頼性が要求されることから、組み立ては簡易ではな
く、組み立て工程の複雑化を招くものとなっており、そ
の点でコストのかかるものとなっていた。

【０００５】さらに、別部品のレンズを配置することか
ら、その配置のための所要のスペースを確保する必要が
あり、この点で光モジュールの小型化が制約を受けるも
のとなっていた。この発明の目的は上述した問題点に鑑
み、組み立てを簡易に行うことができ、さらに小型化、
低価格化を図ることができる光モジュールを提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、基板上に光ファイバと、その光ファイバと光結合す
る光素子とが実装されてなる光モジュールは、基板表面
の一端から形成されたＶ溝に光ファイバが保持され、そ
の光ファイバの先端面と対向するＶ溝の内端傾斜面に回
折レンズ構造が形成され、その回折レンズ構造の直上に
位置して基板表面に光素子が搭載される。

【０００７】請求項２の発明では請求項１の発明におい
て、基板がシリコン基板とされる。請求項３の発明では
請求項２の発明において、光ファイバは赤外光を双方向
伝送するものとされ、上記回折レンズ構造の直上に位置
する光素子が発光素子とされて、その出射光が回折レン
ズ構造により反射・集光されて光ファイバに入射される
構造とされ、シリコン基板の裏面に光学膜が形成され、
光ファイバから出射した光が上記回折レンズ構造により
屈折・集光されてシリコン基板中を伝搬し、上記光学膜
により反射されてシリコン基板表面から出射する構造と
され、そのシリコン基板表面の出射位置に受光素子が搭
載される。

【０００８】請求項４の発明では請求項３の発明におい
て、上記光学膜が波長選択フィルタとされる。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して実施例により説明する。図１は請求項１の発明の
一実施例を示したものである。この例では基板２１上に
光ファイバ２２が実装され、さらに光素子として発光素
子２３が実装されている。

【００１０】基板２１の表面２１ａには、その一端から
Ｖ溝２４が図に示したように形成されており、このＶ溝
２４に光ファイバ２２の端部が高精度にパッシブアライ
メントされて実装されている。なお、光ファイバ２２は
Ｖ溝２４に接着固定されて保持されている。基板２１に
は例えばシリコン基板が用いられる。光ファイバ２２の
先端面と対向するＶ溝２４の内端傾斜面２４ａには回折
レンズ構造２５が作り込まれており、発光素子２３はこ
の回折レンズ構造２５の直上に位置して基板表面２１ａ
に搭載されている。傾斜面２４ａが基板表面２１ａとな
す角は５４．７°とされる。

【００１１】発光素子２３はこの例では面発光型のレー
ザダイオードとされ、その発光面を下にしてパッシブア
ライメントにより実装されている。この例によれば、発
光素子２３から出射した光は回折レンズ構造２５により
反射され、かつ集光されて光ファイバ２２に入射するも
のとなっており、つまり図５に示した従来の光モジュー
ルのように別部品としてのレンズ１４を用いることな
く、この回折レンズ構造２５によって良好な光結合効率
が得られるものとなっている。図１Ｂ中、矢印は光の進
行を示す。

【００１２】図２及び３はこの回折レンズ構造２５の作
製方法の詳細を工程順に示したものであり、図２は位相
型の場合を示し、図３は振幅型の場合を示す。まず、位
相型の作製方法について図２を参照して説明する。基板
（シリコン基板）２１に異方性エッチングによりＶ溝２
４を作製する（Ａ）。この基板２１上にレジスト３１を
塗布し（Ｂ）、所要の回折レンズパターンが形成された
マスク３２を使用してレジスト３１を露光する（Ｃ）。
レジスト３１を現像し（Ｄ）、現像したレジスト３１を
マスクとして基板２１をエッチングしてＶ溝２４の内端
傾斜面２４ａに回折レンズ構造２５を形成する。形成
後、レジスト３１を除去する（Ｅ）。

【００１３】上記のような工程により、傾斜面２４ａに
回折レンズ構造２５を作り込むことができる。なお、回
折レンズ構造２５は図においては模式的に示している
が、傾斜面２４ａに例えば１０〜２０本程度の溝が同心
円をなすように形成されて構成され、その溝幅は中央で
数１０ミクロン程度、外周側でサブミクロンとされる。
振幅型の場合は図３に示したように、Ｖ溝２４が形成さ
れた基板（シリコン基板）２１にメタル膜３３を成膜し
（Ｂ）、このメタル膜３３上にレジスト３１を塗布して
（Ｃ）、マスク３４によりレジスト３１を露光する
（Ｄ）。レジスト３１を現像し（Ｅ）、現像したレジス
ト３１をマスクとしてメタル膜３３をエッチングして回
折レンズ構造２５を形成する。レジスト３１を除去する
ことにより、メタル膜３３よりなる振幅型の回折レンズ
構造２５が完成する（Ｆ）。

【００１４】回折レンズ構造２５は上述した位相型及び
振幅型のいずれでも用いることができるが、図１に示し
た光モジュールにおいてはメタル膜３３よりなる振幅型
の方が光の反射上、好ましい。なお、図１に示した光モ
ジュールは送信用光モジュールをなすものであるが、発
光素子２３に替えて受光素子を搭載すれば受信用光モジ
ュールを構成することができる。この際、受光素子とし
ては例えば面受光型のフォトダイオードが用いられる。

【００１５】次に、請求項３の発明の実施例について図
４を参照して説明する。図４において、図１と対応する
部分には同一符号を付してある。この図４に示した光モ
ジュールは双方向伝送用光モジュールをなすものであっ
て、例えば１．３／１．５５μｍＷＤＭ同時送受信光モ
ジュール等に適用できるものであり、Ｖ溝２４に保持さ
れた光ファイバ２２は赤外光を双方向伝送するものとさ
れる。

【００１６】この例では基板２１はシリコン基板とさ
れ、その裏面２１ｂにはメタル膜等よりなる反射膜２６
が成膜形成されている。シリコン基板２１の表面２１ａ
には発光素子２３と受光素子２７とが搭載される。これ
ら発光素子２３及び受光素子２７はそれぞれ面発光型レ
ーザダイオード及び面受光型フォトダイオードとされ、
発光面及び受光面がそれぞれ下にされて実装されてい
る。発光素子２３の実装位置は図１と同様、回折レンズ
構造２５の直上とされる。なお、回折レンズ構造２５は
この例では図２に示した位相型とされる。

【００１７】この図４に示した光モジュールでは、発光
素子２３から出射した光は回折レンズ構造２５により反
射・回折・集光されて光ファイバ２２に入射する。一
方、光ファイバ２２から出射した光は回折レンズ構造２
５により回折（光路変更）・集光されて図４Ｂ中、矢印
で示したようにシリコン基板２１中を伝搬する。この
際、例えば波長１．５５μｍといった赤外域の通信波長
帯の光はシリコン基板２１においてほとんど吸収され
ず、シリコン基板２１の裏面２１ｂに形成された反射膜
２６により反射されてシリコン基板表面２１ａから出射
する。受光素子２７はこの出射位置に図に示したように
実装されており、光ファイバ２２により伝送されてきた
光を受光する。

【００１８】つまり、この例によれば図１と同様、回折
レンズ構造２５がシリコン基板２１に作り込まれている
ため、レンズ等の別部品を組み込むといった面倒な作業
は不要であり、回折レンズ構造２５によって発光素子２
３と光ファイバ２２との良好な光結合効率が得られるも
のとなっている。さらに、光ファイバ２２により伝送さ
れてきた光を光導波路等を用いることなく、直接シリコ
ン基板２１中に伝搬させるものとなっており、その伝搬
光は回折レンズ構造２５によって集光される構造となっ
ているため、光導波路等を用いることなく、光ファイバ
２２と受光素子２７との間においても良好な光結合効率
を得ることができるものとなっている。

【００１９】なお、図４においてはシリコン基板裏面２
１ｂに光学膜として反射膜２６を形成しているが、反射
膜２６に替えて波長選択フィルタを成膜形成し、所定の
波長の光のみ、選択的に反射するようにしてもよい。上
述したように、例えば通信波長帯１．３μｍや１．５５
μｍではほとんど吸収されることなく、シリコン基板２
１を透過するため、光ファイバ２２から入射された光は
シリコン基板２１中を低損失で伝搬して受光素子２７に
至るが、シリコン基板２１中から空気中への入射におい
ては入射角が１６．４°以上で全反射が生じるため、臨
界角よりも小さくしたり、例えば屈折率整合剤をそれら
の間に入れたりするのが望ましい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
基板に作り込んだ回折レンズ構造により、光ファイバと
光素子との良好な光結合効率を得ることができるため、
集光手段として例えばレンズ等を基板に組み込むといっ
た面倒な組み立て作業は不要となり、よってその分組み
立てを簡易に行うことができ、かつ部品点数を削減でき
るため、光モジュールの低価格化を図ることができる。
また、組み込みのためのスペースが不要となる分、小型
化を図ることができる。

【００２１】さらに、請求項３の発明によれば、発光素
子と受光素子とが実装されてなる双方向伝送用光モジュ
ール（同時送受信光モジュール）において、受信光を直
接シリコン基板中に伝搬させ、その伝搬光は回折レンズ
構造によって集光され、かつシリコン基板に成膜した光
学膜によって反射されて受光素子に入射する構造とした
ことにより、例えば光導波路等の形成を不要とすること
ができ、よってこの点でも構成の簡略化を図ることがで
きると共に低価格化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の実施例を示す図、Ａは平面
図、Ｂは正面図、Ｃは側面図。

【図２】回折レンズ構造（位相型）の作製手順を説明す
るための模式図。

【図３】回折レンズ構造（振幅型）の作製手順を説明す
るための模式図。

【図４】請求項３の発明の実施例を示す図、Ａは平面
図、Ｂは正面図、Ｃは側面図。

【図５】光モジュールの従来構成例を示す斜視図。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA01 BA11 BA24 CA33 CA38 DA03 DA04 DA06 DA12 DA17 5F041 DA03 DA04 DC66 EE04 EE08 5F073 AB01 AB27 AB28 FA06 FA08 FA23 5F088 AA01 BB01 EA09 EA20 JA12 JA14

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に光ファイバと、その光ファイバ
   と光結合する光素子とが実装されてなる光モジュールで
   あって、 基板表面の一端から形成されたＶ溝に光ファイバが保持
   され、 その光ファイバの先端面と対向する上記Ｖ溝の内端傾斜
   面に回折レンズ構造が形成され、 その回折レンズ構造の直上に位置して上記基板表面に光
   素子が搭載されていることを特徴とする光モジュール。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光モジュールにおいて、 上記基板がシリコン基板とされていることを特徴とする
   光モジュール。
3. 【請求項３】 請求項２記載の光モジュールにおいて、 上記光ファイバは赤外光を双方向伝送するものとされ、 上記回折レンズ構造の直上に位置する光素子が発光素子
   とされて、その出射光が上記回折レンズ構造により反射
   ・集光されて上記光ファイバに入射される構造とされ、 上記シリコン基板の裏面に光学膜が形成され、 上記光ファイバから出射した光が上記回折レンズ構造に
   より屈折・集光されて上記シリコン基板中を伝搬し、上
   記光学膜により反射されて上記シリコン基板表面から出
   射する構造とされ、 そのシリコン基板表面の出射位置に受光素子が搭載され
   ていることを特徴とする光モジュール。
4. 【請求項４】 請求項３記載の光モジュールにおいて、 上記光学膜が波長選択フィルタとされていることを特徴
   とする光モジュール。