JP2001188150A

JP2001188150A - 光結合器

Info

Publication number: JP2001188150A
Application number: JP2000000005A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Sato; 崇広佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-01-04
Filing date: 2000-01-04
Publication date: 2001-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】光導波路と光学部品とを低接続損失にて簡便に
再現性良く接続することである。【解決手段】光結合器は、基板３上に形成された光導波
路１と、基板３に対して角度を成して光学部品３７とを
光学的に結合する光結合器である。光導波路１に、基板
３に対して角度を成して穴１ａが設けられており、穴１
ａ内には抜き差し可能に光導波路ユニット４が設けられ
ている。光導波路ユニット４は、一端では光学部品３７
と光学的に結合するべく形成され、他端には光路変換用
の少なくとも１つの斜面３８を有する。光導波路ユニッ
ト４は、穴１ａ内に挿入されて斜面３８或はその近傍部
分が穴１ａの底面と接触して所定の位置を取り、光導波
路１に斜面３８を介して光学的に結合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に作製され
た光導波路と基板に対して垂直に受発光する光デバイス
等とを光学的に接続する光結合器、それを構成する光導
波路構造などに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光インターコネクションが盛んになるに
したがい、基板上に設けられた光導波路とレーザダイオ
ードやフォトダイオードなどの光デバイスとの光接続が
重要な課題となってきた。従来は、基板上に設けられた
光導波路とレーザやフォトディテクタなどの受発光を行
う光デバイスとを結合するのに、光導波路の端面に前記
光デバイスを水平方向から直接物理的に接触させたり、
または間にレンズなどの光学素子を介入させることで、
両者を光学的に接続していた。

【０００３】或は、基板に対して垂直に受発光する光デ
バイスと基板に設けられた光導波路を結合するのに、例
えば、特開平１０−３００９６１号公報に開示された光
路変換素子の様に、基板に設けられた光導波路に４５°
ミラーを設けて光路を基板に対し垂直に曲げ、前記光デ
バイスを前記光路にアライメントさせたり或は間にレン
ズなどの光学素子を介入させることで、両者の光学的な
接続を得る方法が採られてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では受発光を行う光デバイスと光導波路間の結合効
率を最大にするために、光デバイスと光導波路とを精度
良く位置合わせする必要があった。そのため繰り返し脱
着を行うのは難しい。また、構造上、端面にて受発光す
るタイプの光デバイスには適用し易いが、面発光レーザ
などの端面以外にて受発光するタイプの光デバイスとの
接続には適用し難いという問題もある。

【０００５】また前記特開平１０−３００９６１の場合
であると、受発光を行う光デバイスと光導波路との結合
間に空気が介在してしまうために、光の発散により接続
損失が少なからず発生してしまう。

【０００６】本出願に係る発明の目的は、（１）基板上
に形成された光導波路とレーザダイオード、フォトダイ
オードなどの光デバイス、他の光導波路等の光学部品と
を低接続損失にて簡便に接続する為の光結合器、光導波
路基板、光導波路ユニット、光導波路付き光電子チップ
を提供すること、（２）光学的アライメントを再現性良
く繰り返し容易に行う為の光結合器、光導波路基板、光
導波路ユニット、光導波路付き光電子チップを提供する
こと、（３）高密度実装を可能にする為の光結合器、光
導波路基板、光導波路ユニット、光導波路付き光電子チ
ップを提供すること、（４）光導波路、受発光を行う光
デバイス等をアレイにて使用することで高速情報通信な
どにも適用できる光結合器、光導波路基板、光導波路ユ
ニット、光導波路付き光電子チップを提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為の
本発明の光結合器は、平面状の基板上に形成された基板
に平行に光を導波する第一の光導波路と、前記基板に対
して角度を成して（典型的には、垂直に）光を発光又は
受光する光学部品とを光学的に結合する光結合器であっ
て、前記第一の光導波路に、基板に対して角度を成す柱
状であって適当に形成された底面を有する穴が設けられ
ており、該穴内には抜き差し可能に第二の光導波路ユニ
ットが設けられており、該第二の光導波路ユニットは、
一端では前記光学部品と光学的に結合するべく形成さ
れ、他端には光路変換用の少なくとも１つの斜面を有
し、前記穴内に挿入されたときに該斜面或はその近傍部
分が該穴の適当形状の底面と接触して所定の位置を取
り、該第一の光導波路に該斜面を介して光路変換して光
学的に結合する様に形状決めされていることを特徴とす
る。

【０００８】この基本構成においては、前記第二の光導
波路ユニットを前記穴に抜き差しして前記斜面を介して
該ユニットの一端に結合された前記光学部品と前記第一
の光導波路とを光学的に接続するので、低接続損失で
（特に、前記斜面に高反射ミラーが形成され、前記穴の
壁面や前記第二の光導波路ユニットの外面が充分滑らか
に形成されている場合には、更に）、簡便に、再現性良
く、繰り返して光結合できる。

【０００９】以上の基本構成に基づいて以下の様な態様
が可能である。前記第二の光導波路ユニットの他端は複
数の斜面を持つ多角錐状に形成され得る。この場合、前
記第一の光導波路に作製された穴の底面は、前記第二の
光導波路ユニットの他端の形状に応じた複数の斜面を持
つ多角錐状や平面状に形成され得る。前者では、作製が
若干面倒になるが、形状が互いに合わさって接触するこ
とで、互いの光導波路がセルフアライメン卜で光結合で
きる。後者の平面状の場合でも、穴の断面が角形であれ
ば充分安定的に互いの光導波路をアライメン卜できる。

【００１０】更に、この場合、前記第一の光導波路は交
差部を有して複数形成され、前記穴は該交差部に形成さ
れている形態を取り得る。そして、前記第一の光導波路
は前記第二の光導波路ユニットの他端の多角錐の各斜面
に対応して前記交差部から伸びる様に形成され得る。こ
うして、多対１の光導波路の光結合、１対多の光導波路
の分岐が可能となる。

【００１１】前記第二の光導波路ユニットの他端は単数
の斜面を持つ形状に形成され得る。この場合、前記第一
の光導波路に作製された穴の底面は、前記第二の光導波
路ユニットの他端の形状に応じた単数の斜面を持つ形状
や平面状に形成され得る。前者では、作製が若干面倒に
なるが、形状が互いに合わさって接触することで、互い
の光導波路がセルフアライメン卜で光結合できる。後者
の平面状の場合でも、穴の断面が角形であれば充分安定
的に互いの光導波路をアライメン卜できる。

【００１２】前記第二の光導波路ユニットの他端は２つ
の斜面を持つ溝状に形成され得る。この場合、前記第一
の光導波路に作製された穴の底面は、前記第二の光導波
路ユニットの他端の形状に応じた２つの斜面を持つ山型
状や平面状に形成され得る。前者では、作製が若干面倒
になるが、形状が互いに合わさって接触することで、互
いの光導波路がセルフアライメン卜で光結合できる。後
者の平面状の場合でも、穴の断面が角形であれば充分安
定的に互いの光導波路をアライメン卜できる。

【００１３】前記第二の光導波路ユニットの他端の斜面
には高反射率のミラーが形成され得る。こうすれば、既
述した様に、更に高効率の光結合を達成できる。この高
反射率のミラーは金属または合金を蒸着またはメッキす
ることによって形成され得る。この高反射率のミラー
は、同目的の為に、前記第一の光導波路に作製された穴
の底面の斜面にも形成し得るが、これは、前記第二の光
導波路ユニットの他端の斜面に形成するよりは面倒であ
る。

【００１４】前記第二の光導波路ユニットの他端の斜面
は、前記穴内に挿入されて前記所定の位置を取ったとき
に前記平面状基板に対して４５°の角度を成す様に形成
され得る。この形態は、前記第一の光導波路と第二の光
導波路ユニットを直角を成す光路変換でもって低接続損
失で光結合する場合に、典型的に採られる形態である。

【００１５】前記第一の光導波路に形成された穴の底面
の形状と前記第二の光導波路ユニットの他端の形状は、
好ましくは、互いに合わさって接触することによって、
互いの光導波路がセルフアライメン卜によって光学的に
結合する様に形状決めされている。

【００１６】前記第二の光導波路ユニットの一端には前
記光学部品が物理的接触によって光学的に結合し得る。
これにより、更なる低接続損失の光結合が達成できる。
前記光学部品と前記第二の光導波路ユニットはレンズ
（特に、薄膜のマイクロレンズ）などの光学素子を介し
て光学的に結合し得る。

【００１７】前記第一の光導波路には、前記基板に垂直
に穴が設けられており、前記光学部品は、該基板に対し
て垂直に光を発光又は受光する形態を採り得る。これら
の光学部品には、前記基板に対して垂直に光を発光する
光デバイスである垂直共振器型面発光レーザや、前記基
板に対して垂直に光を受光する光デバイスであるフォト
ダイオードなどがある。

【００１８】前記第一の光導波路と前記第二の光導波路
ユニットは、夫々、複数の光導波路がアレイ状になって
いる形態を採り得る。この場合、前記アレイ状の第一の
光導波路の複数の光導波路は同一平面上に形成された
り、異なる平面上に形成されたりする。後者の場合、前
記アレイ状の第二の光導波路ユニットの複数の光導波路
は、前記第一の光導波路の複数の光導波路の異なる平面
レベルに応じて異なる長さ伸びて底面を形成している形
態を採り得る。また、この場合、前記光学部品は、前記
アレイ状の第二の光導波路ユニットの複数の光導波路に
対応して、アレイ状になっている形態を採り得る。これ
らの形態により、高密度実装や高速情報通信が可能とな
る。

【００１９】前記第二の光導波路ユニットと前記光学部
品は一体となって光電子チップを構成し得る。こうすれ
ば、前記第一の光導波路の穴の所に光電子チップを差し
込むのみで簡単に光電子回路を構成できる。

【００２０】前記第一の光導波路ユニットの前記穴の近
傍に、前記光学部品を含む光電子チップを固定する為の
固定手段が設けられていれば、光学部品を、対応する前
記第二の光導波路ユニットの端部に容易且つ確実に設置
できる。

【００２１】また、上記目的を達成する為の本発明の光
導波路基板は、平面状の基板上に形成された基板に平行
に光を導波する光導波路を有し、該光導波路と前記基板
に対して角度を成して光を発光又は受光する光学部品と
を光学的に結合する為の光導波路ユニットが抜き差し可
能に挿入される為に、基板に対して角度を成す柱状であ
って適当に形成された底面を有する穴が前記光導波路に
設けられており、それにより、一端では前記光学部品と
光学的に結合するべく形成され他端には光路変換用の少
なくとも１つの斜面を有する前記光導波路ユニットが前
記穴内に挿入されるときに、該斜面或はその近傍部分が
該穴の適当形状の底面と接触して該光導波路ユニットが
所定の位置を取り、前記光導波路に該斜面を介して光路
変換して光学的に結合することを特徴とする。これにつ
いても、上記した様な、より具体的な形態を採り得る。

【００２２】また、上記目的を達成する為の本発明の光
導波路ユニットは、上記した光導波路基板の前記穴内に
抜き差し可能に設けられる光導波路ユニットであって、
一端は、前記基板に対して角度を成して光を発光又は受
光する光学部品と光学的に結合し、他端は、光路変換用
の少なくとも１つの斜面を有し、前記穴内に挿入される
ときに該斜面或はその近傍部分が前記穴の適当形状の底
面と接触して所定の位置を取り、前記光導波路に該斜面
を介して光路変換して光学的に結合する様に形状決めさ
れていることを特徴とする。これについても、上記した
様な、より具体的な形態を採り得る。

【００２３】また、上記目的を達成する為の本発明の光
導波路付き光電子チップは、上記した光導波路ユニット
と前記光学部品が一体となって光電子チップを構成して
いることを特徴とする。これにより、上記した光導波路
基板と結合して、光電子回路を簡単且つ確実に構成する
ことができる。

【００２４】

【作用】本発明によれば、基板上に作製された第一の光
導波路と前記基板に対して角度を成して（典型的には、
垂直に）受発光する光デバイス等を、特別な光学的アラ
イメントや高精度保持治具などを必要とせずに、再現性
良く、繰り返し、低接続損失にて結合できる。また、高
密度実装における基板上の光導波路と光デバイス等の光
学部品との光結合にも対応でき、高速情報通信などにも
適用できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を図面を
参照しながら詳しく説明する。

【００２６】（実施例１）本発明の実施例１を図１に基
づき詳しく説明する。光導波路の光軸を含む面での断面
図である図１において、光導波路１は、基板３上に形成
されたクラッド２２の上に、光軸に垂直な断面が矩形状
のコア２を設け、そのコア２表面全体をクラッド２１で
覆った構造になっており、コア２の屈折率はクラッド２
１、２２の屈折率よりも大きくなるよう設定されてい
る。コア２とクラッド２１、２２の材料としては、ＧＰ
Ｓガラス、ＳｉＯ_２、ポリイミド、ＰＭＭＡなどのガラ
ス系やポリマー系の材料を用いるが、これに限ったもの
ではない。コア２の断面サイズは数１０μｍ程度となっ
ている。

【００２７】基板３上に作製された光導波路１には、光
導波路ユニット４の端部に整合する様な形の穴１ａが掘
られており、光導波路ユニット４がセルフアライメント
にて容易に再現性良く繰り返し光導波路１に光結合でき
る様になっている。上記穴１ａは、エッチング、物理的
切削、レーザ照射によって作製するが、方法はこれに限
ったものではない。

【００２８】また、光導波路１に掘られた穴１ａの平面
状基板３に対して垂直な壁面１ｂは高接続効率を得るた
めに、ダイヤモンドペーストによって物理的に鏡面研磨
されているが、研磨方法はこれに限ったものではない。
基板３には半導体基板、ガラス基板、電気配線基板など
を用いることができるが、これに限ったものではない。

【００２９】光結合器の役割を果たす光導波路ユニット
４において、コア３１の断面は矩形、円など様々な形が
考えられるが、光導波路１のコア２との接続効率が最も
良くなる形にする。コア３１の屈折率はクラッド３２、
３３よりも大きくなる様に材料を選択する。コア３１と
クラッド３２、３３の材料としても、ＧＰＳガラス、Ｓ
ｉＯ_２、ポリイミド、ＰＭＭＡなどのガラス系やポリマ
ー系の材料を用いたが、材料はこれに限ったものではな
い。コア３１のサイズないし径は光導波路１のコア２と
同様に数１０μｍとなっている。本実施例では、光導波
路１のコア２を矩形としたので光導波路２のコア３１も
同形状の矩形とすると、両者の光結合の効率が良くな
る。

【００３０】光導波路ユニット４の光導波路１に接続す
る側の端部には、光路変換用のマイクロミラーを備えた
傾斜端面３８がダイヤモンドカッタによる物理的切削や
エッチングなどの方法で作製されている。また、傾斜端
面３８は導波方向（光軸）に対して４５°の角度を有し
ており、最も結合効率良く光導波路１と接続できる様に
設計される。傾斜端面３８に備えられるマイクロミラー
には、例えば、真空蒸着や無電解メッキによって作製さ
れた高反射率の金属膜（Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔなど）や多層
膜ミラーなどを用いることができるが、作製方法はこれ
に限ったものではない。

【００３１】光導波路１に設けられた垂直な穴１ａの形
状は、光導波路ユニット４の外形状に対応するものであ
るので、光導波路ユニット４が着脱可能に安定的且つ確
実に光導波路１と結合できる。例えば、光導波路ユニッ
ト４の外形が四角柱の一端面を４５度斜面としたもので
あれば、穴１ａもそうした形状にするのがよい。しか
し、光導波路ユニット４を確実に所定の位置に位置決め
できるのであれば、穴１ａは４５度傾斜端面を形成しな
い四角柱状である様にもできる。穴１ａの深さは、光導
波路ユニット４を穴１ａに収めたときに、光導波路１の
コア２の延長部と光導波路ユニット４のコア３１が傾斜
端面３８上でほぼ全面的に重なる様に設定するのがよ
い。また、光導波路ユニット４については、光導波路１
のクラッド２１にコア３１のクラッド役を担わせること
ができれば、クラッド３２、３３をなくすこともでき
る。この場合、穴１ａの壁面は充分滑らかにしておく必
要がある。

【００３２】受発光を行う光デバイス３７と光導波路ユ
ニット４は、物理的接触やレンズなどの光学素子を利用
して光学的にカップリングすることができる。この光デ
バイス３７と光導波路ユニット４の接続は、光導波路１
と光導波路ユニット４を接続する前に行ってもよいし、
光導波路１と光導波路ユニット４を接続した後に行って
もよい。

【００３３】発光を行う光デバイス３７としては、Ｇａ
Ａｓ系の垂直共振器型面発光レーザが用いられる。これ
は、例えば、波長０．８５μｍ、注入電流５ｍＡ時の出
力が１０ｍｗのものである。この垂直共振器型面発光レ
ーザは、上下２０層ずつのＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓから
なる多層膜ミラーを備えており、活性層はＧａＡｓの３
重量子井戸（３ＱＷ）構造となっている。垂直共振器型
面発光レーザのビームは狭い出射角を有しているため
に、特にレンズなどの光学部品を利用しなくとも高効率
で光導波路ユニット４に光学的に接続できる。受光を行
う光デバイス３７としては、Ｓｉ系のフォトディテクタ
などがある。これ以外にも、受発光を行う光デバイスと
して、端面発光型レーザやスマートピクセルなどを用い
ることができるが、これに限ったものではない。

【００３４】（実施例２）本発明の実施例２を図２に基
づき詳しく説明する。図２の断面図において、光導波路
１は、基板３上に形成されたクラッド２２の上に断面が
矩形状のコア２を設け、そのコア２表面全体をクラッド
２１で覆った構造になっており、コア２の屈折率はクラ
ッド２１、２２よりも大きくなるよう設定されている。
コア２とクラッド２１、２２の材料としては、ＧＰＳガ
ラス、ＳｉＯ_２、ポリイミド、ＰＭＭＡなどのガラス系
やポリマー系の材料を用いるが、これに限ったものでは
ない。コア２のサイズは数１０μｍ程度となっている。
これらは実施例１と同じである。

【００３５】作製された光導波路１には、先が二又に分
かれた光導波路ユニット５の端部に整合する様な形の山
型凸部を底部に持つ穴１ｃが掘られており、光導波路ユ
ニット５がセルフアライメントにて容易に再現性良く繰
り返し結合できる様になっている。穴１ｃの底部の山型
凸部はなくても、光導波路ユニット５は穴１ｃ内に挿入
されて安定的に位置決めされ得る。上記穴１ｃはエッチ
ング、物理的切削、レーザ照射によって作製するが、方
法はこれに限ったものではない。また、光導波路１に掘
られた穴１ｃの基板３に対して垂直な壁面は高接続効率
を得るために、ダイヤモンドペーストによって物理的に
鏡面研磨されているが、研磨方法はこれに限ったもので
はない。基板３には、半導体基板、ガラス基板、電気配
線基板などを用いることができるが、これに限ったもの
ではない。

【００３６】光結合器の役割を果たす光導波路ユニット
５において、コア３４の断面は矩形、円など様々な形が
考えられるが、光導波路１に設けられた垂直な穴１ｃの
底面に作製された斜面または突起でのコア２の延長部と
の接続効率が最も良くなる形にする。コア３４の屈折率
はクラッド３５、３６よりも大きくなる様に材料を選択
する。コア３４とクラッド３５、３６の材料としては、
ＧＰＳガラス、ＳｉＯ _２、ポリイミド、ＰＭＭＡなどの
ガラス系やポリマー系の材料を用いたが、材料はこれに
限ったものではない。上記接続効率の向上の為に、左右
方向に延びるコア２と結合する先が二又に分かれたコア
３４のサイズないし径は、光導波路１のコア２の２倍程
度となっている。

【００３７】光導波路ユニット５の光導波路１に接続す
る側の二又端部には、光路変換用のマイクロミラーを備
えた２つの傾斜端面３９がダイヤモンドカッタによる物
理的切削やエッチングなどの方法で作製されている。傾
斜端面３９は導波方向に対して４５°の角度を有してお
り、最も結合効率良く光導波路１と接続できる様に設計
される。傾斜端面３９に備えられるマイクロミラーにつ
いても、実施例１で述べた通りである。

【００３８】また、穴１ｃの深さ、クラッド３５、３６
の省略可能性についても、実施例１で述べた通りであ
る。受発光を行う光デバイス３７についても、実施例１
で述べた通りである。

【００３９】（実施例３）本発明の実施例３を、構造の
断面と平面を示す図３に基づき詳しく説明する。図３に
おいて、光導波路１は、基板３上に形成されたクラッド
２２の上に断面が矩形状のコア２を設け、そのコア２表
面全体をクラッド２１で覆った構造になっており、コア
２の屈折率はクラッド２１、２２よりも大きくなるよう
設定されている。光導波路１は、図３（ｂ）に示す様
に、交差部を有して十字型に形成されている。コア２と
クラッド２１、２２の材料については、上記実施例で述
べた通りである。

【００４０】コア２のサイズは数１０μｍ程度となって
いる。作製された光導波路１には光導波路ユニット６の
端部に整合する様な形の穴１ｄが掘られており、光導波
路ユニット６がセルフアライメントにて容易に再現性良
く繰り返し結合できる様になっている。図３の例では、
光導波路ユニット６の先端部の傾斜端面４０を持つ四角
錐状凹部は材料で埋められて光導波路ユニット６は四角
柱状の外形を持つので、穴１ｄもこれに対応した四角柱
状である。しかし、光導波路ユニット６の先端部の四角
錐状凹部はそのままで、四角錐状凸部が穴１ｄの底部に
形成されてあってもよい。或は、光導波路ユニット６の
先端部の四角錐状凹部はそのままで、穴１ｄが四角柱状
であっても、光導波路ユニット６は穴１ｄ内に安定的に
挿入され得る。

【００４１】上記穴１ｄはエッチング、物理的切削、レ
ーザ照射によって作製するが、方法はこれに限ったもの
ではない。また、光導波路１に掘られた穴１ｄの基板３
に対して垂直な壁面は高接続効率を得るために、ダイヤ
モンドペーストによって物理的に鏡面研磨されている
が、研磨方法はこれに限ったものではない。基板３に
は、半導体基板、ガラス基板、電気配線基板などを用い
ることができるが、これに限ったものではない。

【００４２】また光導波路ユニット６のコア５１の断面
は正方形となっているが、これに限ったものではない。
コア５１の屈折率はクラッド５２よりも大きくなってい
る。コア５１とクラッド５２の材料についても、上記実
施例で述べた通りである。

【００４３】コア５１のサイズは光導波路１と同程度の
ものとなっている。光導波路ユニット６の光導波路１と
接続する側の端部には光路変換用のマイクロミラーを備
えた傾斜端面４０がダイヤモンドカッタによる物理的切
削やエッチングなどの方法で作製されており、この傾斜
端面は４５°の角度を有し光導波路１と光導波路ユニッ
ト６が最も結合効率良く接続される様に設計される。傾
斜端面４０に備えられるマイクロミラーについても、実
施例１で述べた通りである。

【００４４】図３の例では、傾斜端面４０は正四角錐状
の穴を形成しているが、１つの光路をｎ方向に分岐また
はｎ方向の光路を１つに束ねたいときは、図３において
の四角錐状の穴をｎ角錐状の穴にしたり、或は、光導波
路１に設けられた穴１ｄの底面に作製された突起をｎ角
錐状のものにすればよい。

【００４５】また、穴１ｄの深さ、クラッド５２の省略
可能性についても、実施例１で述べた通りである。受発
光を行う光デバイス３７についても、実施例１で述べた
通りである。

【００４６】（実施例４）図４に、上記実施例の様に基
板３上に作製された光導波路１を有する実施例４の光導
波路基板を示す。同図（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ断面図を示したものである。

【００４７】光導波路１はアレイ状に作製されており、
基板３上にクラッド２２になるポリイミドなどを平坦性
良く塗布し、このクラッド２２上に最終処理後の屈折率
がクラッド２２より大きい感光性のポリイミドなどを塗
布しフォトリソ工程及びエッチングにてコア２を作製
し、このコア２の表面を覆う様にポリイミドなどのクラ
ッド２１を塗布することで作製する。図４では複数の光
導波路１が同一平面上に形成されているが、基板３に対
して異なるレベルに多層に形成されていてもかまわな
い。コア２とクラッド２１、２２については、上記実施
例で説明した通りである。

【００４８】光導波路１にはエッチング、物理的切削、
レーザ照射などの方法によって光導波路挿入口１１、１
２及び１３が形成され、その基板３に対して垂直な壁面
は低接続損失を実現するため物理的研磨にて鏡面仕上げ
になっている。しかし、基板３の面に対し４５°の角度
を有する面は、直接、光の反射に影響しないので鏡面仕
上げされていなくてもよい。光導波路１のコア２が基板
３に対して異なるレベルに多層に形成されている場合に
は、光導波路挿入口はそれらのコア２に合わせて底面が
段状に形成される。

【００４９】これらの光導波路挿入口１１、１２、１３
に上記実施例の光導波路ユニット４、５、６や後述の実
施例の光導波路が着脱可能に挿入される。

【００５０】（実施例５）図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
は本発明の光結合器を光配線回路に適用した例を示して
いる。図５（ａ）は光配線回路全体の斜視図であり、図
５（ｂ）は光電子チップ４１の斜視図であり、図５
（ｃ）は図５（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。

【００５１】この方法では、光導波路１を持つ基板３に
対して垂直に光を導波するコア４６とクラッド４５から
成る光導波路が予め光電子チップ４１、４２、４３に備
え付けられている。まず、基板３上に図４にて作製した
光導波路１と同様の光導波路１を作製する。光導波路１
のコア２とクラッド４４の材料についは上記実施例で述
べた通りである。

【００５２】作製された光導波路１には、コア４６とク
ラッド４５から成る光導波路端部に整合する様な形の光
導波路挿入口１１が複数掘られており、コア４６とクラ
ッド４５から成る光導波路がセルフアライメントにて容
易に再現性良く繰り返し結合できる様になっている。光
導波路挿入口１１はエッチング、物理的切削、レーザ照
射によって作製するが、方法はこれに限ったものではな
い。光導波路１に掘られた光導波路挿入口１１の基板３
に対して垂直な壁面は高接続効率を得るために、ダイヤ
モンドペーストによって物理的に鏡面研磨されている
が、ＴＭＭＡ溶液によるエッチングなどにより鏡面に仕
上げることもでき、この方法に限定されるものではな
い。

【００５３】コア４６とクラッド４５から成る光導波路
の光導波路１に接続する側の端部には光路変換用のマイ
クロミラーを備えた傾斜端面５６、５７がダイヤモンド
カッタによる物理的切削やエッチングなどの方法で作製
されている。傾斜端面は４５°の角度を有しており、最
も結合効率良く光導波路１と接続できる様に設計され
る。傾斜端面５６、５７に備えられるマイクロミラーの
作製方法は上記実施例で述べた通りである。

【００５４】基板３には、例えば、電気配線が施された
基板やＳｉ−ＬＳＩ基板、ガラス基板などを用いるがこ
れに限ったものではない。光電子チップ４１、４２、４
３では、基板３上に設けられた電極や光導波路１上に形
成された電気配線から電力の供給を受ける。光は相互に
影響を与えないので、光導波路１のコア２は同一平面上
に作製されていてもよいし、多層平面上に作製されてい
てもよい。

【００５５】図５（ｂ）は図５（ａ）における光電子チ
ップ４１であり、受発光を行う光デバイス１５０、１５
１やＳｉ−ＬＳＩ４８などがパッケージ４９内に搭載さ
れている。クラッド４５とコア４６により構成される光
導波路は光電子チップ４１の３辺から垂直に伸びてお
り、パッケージ４９に物理的に固定されている。コア４
６とクラッド４５の材料については上記実施例で述べた
通りである（図５（ｂ）ではコア４６が見えるが、本当
はクラッド４５の中にあって見えない）。受発光を行う
光デバイス５０、５１についても、上記実施例で述べた
通りである。

【００５６】図５（ｃ）は図５（ｂ）におけるＢ−Ｂ断
面図であり、パッケージ４９内には、Ｓｉ−ＬＳＩ４
８、面発光レーザ１５０、フォトディテクタ１５１など
が積載されており、面発光レーザ１５０、フォトディテ
クタ１５１などの受発光を行う光デバイスはＳｉ−ＬＳ
Ｉ４８上にハンダや接着剤などの方法にて接着されてい
る。しかし、接着方法はこれに限ったものではない。ま
た、クラッド４５とコア４６からなる光導波路と、面発
光レーザ１５０、フォトディテクタ１５１などの受発光
を行う光デバイスは物理的接触によって光学的に接続さ
れているが、光導波路と光デバイス１５０、１５１との
間にレンズなどの光学素子が挿入されていてもよい。

【００５７】また、光電子チップ４１、４２、４３と光
導波路１との間で確実な接続を得るために補助的な固定
治具（ピン等）が光電子チップ４１、４２、４３もしく
は光導波路１に備えられていてもよい。この様な光結合
器を応用した例は、各々の光電子チップやＣＰＵ、メモ
リなどへ高速クロック供給する例などへ展開できる。

【００５８】（実施例６）図６（ａ）、（ｂ）は本発明
の光結合器を光配線回路に適用した他の例を示してい
る。この方法では、予め基板３に対して垂直に光を導波
するコア４６とクラッド４５から成る光導波路ユニット
１５２を、基板３に対して平行に光を導波する光導波路
１に結合して備え付けている。

【００５９】まず、基板３上に図４にて作製した光導波
路１と同様の光導波路１を作製する。光導波路１のコア
２とクラッド４４の材料については、上記実施例で述べ
た通りである。作製された光導波路１には、コア４６と
クラッド４５から成る光導波路ユニット１５２の端部に
整合する様な形の穴が掘られており、コア４６とクラッ
ド４５から成る光導波路ユニット１５２がセルフアライ
メントにて容易に結合できる様になっている。上記穴の
作製方法については、上記実施例で述べた通りである。

【００６０】基板３には、例えば、電気配線が施された
基板やＳｉ−ＬＳＩ基板、ガラス基板などを用いるが、
これに限ったものではない。光導波路１の穴には、コア
４６とクラッド４５からなる光導波路ユニット１５２が
すでに挿入されている。光導波路ユニット１５２のコア
４６とクラッド４５の材料についても、上記実施例で述
べた通りである。光導波路ユニット１５２の光路変換用
のマイクロミラーを備えた傾斜端面５６、５７の作製方
法、傾斜角度などについても、上記実施例で述べた通り
である。

【００６１】光電子チップ１５３は、光導波路ユニット
１５２上にアライメントして設置したり、前もって光導
波路１に備え付けたガイドやアタッチメントを用いて設
置するが、方法はこれに限ったものではない。光電子チ
ップ１５３は、基板３上に設けられた電極や光導波路１
上に形成された電気配線から電力の供給を受ける。光は
相互に影響を与えないので、光導波路１のコア２は同一
平面上に作製されていてもよいし、多層平面上に作製さ
れていてもよい。

【００６２】図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＢ−Ｂ断
面図であり、パッケージ５４内には、Ｓｉ−ＬＳＩ４
８、面発光レーザ１５０、フォトディテクタ１５１など
が積載されており、面発光レーザ１５０、フォトディテ
クタ１５１などの受発光を行う光デバイスはＳｉ−ＬＳ
Ｉ４８上にハンダや接着剤などの方法にて接着されてい
る。しかし接着方法はこれに限ったものではない。

【００６３】受発光を行う光デバイス１５０、１５１に
ついては、上記実施例で述べた通りである。

【００６４】クラッド４５とコア４６からなる光導波路
ユニット１５２と面発光レーザ１５０、フォトディテク
タ１５１などの受発光を行う光デバイスは物理的接触に
よって光学的に接続されるが、光導波路ユニット１５２
と光デバイスとの間にレンズなどの光学素子が挿入され
ていてもよい。また、この光学素子は光電子チップ１５
３側、光導波路ユニット１５２側のどちらに用意されて
いてもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明による光
結合器、光導波路基板、光導波路ユニット、光導波路付
き光電子チップを用いると、基板に対して角度を成して
（典型的には、垂直に）受発光する光デバイスなどと基
板に対して平行に光を導波する光導波路とを、結合効率
良く、簡便に、繰り返し、精度良く、光学的にカップリ
ングすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１である光結合器の構成を示す
断面図である。

【図２】本発明の実施例２である光結合器の構成を示す
断面図である。

【図３】本発明の実施例３である光結合器の構成の断面
と平面図を示す図である。

【図４】本発明の実施例４である光導波路基板の構成の
断面と平面図を示す図である。

【図５】本発明の実施例５である光結合器、光導波路付
き光電子チップの構成の断面と斜視図を示す図である。

【図６】本発明の実施例６である光結合器の応用例の構
成の断面と斜視図を示す図である。

【符号の説明】

１基板上の光導波路１ａ、１ｃ、１ｄ穴１ｂ穴の垂直壁面２光導波路１のコア３基板４、５、６、１５２光導波路ユニット１１、１２、１３光導波路挿入口２１、２２、４４光導波路１のクラッド３１、３４、４６、５１光導波路ユニットのコア３２、３３、３５、３６、４５、５２光導波路ユニ
ットのクラッド３７光デバイス３８、３９、４０、５６、５７傾斜端面（マイクロ
ミラー）４１、４２、４３、１５３光電子チップ４８Ｓｉ−ＬＳＩ４９、５４パッケージ１５０面発光レーザ１５１フォトディテクタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面状の基板上に形成された基板に平行に
光を導波する第一の光導波路と、前記基板に対して角度
を成して光を発光又は受光する光学部品とを光学的に結
合する光結合器であって、前記第一の光導波路に、基板
に対して角度を成す柱状であって適当に形成された底面
を有する穴が設けられており、該穴内には抜き差し可能
に第二の光導波路ユニットが設けられており、該第二の
光導波路ユニットは、一端では前記光学部品と光学的に
結合するべく形成され、他端には光路変換用の少なくと
も１つの斜面を有し、前記穴内に挿入されたときに該斜
面或はその近傍部分が該穴の適当形状の底面と接触して
所定の位置を取り、該第一の光導波路に該斜面を介して
光路変換して光学的に結合する様に形状決めされている
ことを特徴とする光結合器。
【請求項２】前記第二の光導波路ユニットの他端は複数
の斜面を持つ多角錐状に形成されている請求項１記載の
光結合器。
【請求項３】前記第一の光導波路に作製された穴の底面
は、前記第二の光導波路ユニットの他端の形状に応じた
複数の斜面を持つ多角錐状に形成されている請求項２記
載の光結合器。
【請求項４】前記第一の光導波路は交差部を有して複数
形成され、前記穴は該交差部に形成されている請求項２
又は３記載の光結合器。
【請求項５】前記第一の光導波路は前記第二の光導波路
ユニットの他端の多角錐の各斜面に対応して前記交差部
から伸びる様に形成されている請求項４記載の光結合
器。
【請求項６】前記第二の光導波路ユニットの他端は単数
の斜面を持つ形状に形成されている請求項１記載の光結
合器。
【請求項７】前記第一の光導波路に作製された穴の底面
は、前記第二の光導波路ユニットの他端の形状に応じた
単数の斜面を持つ形状に形成されている請求項６記載の
光結合器。
【請求項８】前記第二の光導波路ユニットの他端は２つ
の斜面を持つ溝状に形成されている請求項１記載の光結
合器。
【請求項９】前記第一の光導波路に作製された穴の底面
は、前記第二の光導波路ユニットの他端の形状に応じた
２つの斜面を持つ山型状に形成されている請求項８記載
の光結合器。
【請求項１０】前記第一の光導波路に作製された穴の底
面は平面状に形成されている請求項２、６又は８記載の
光結合器。
【請求項１１】前記第二の光導波路ユニットの他端の斜
面には高反射率のミラーが形成されている請求項１乃至
１０の何れかに記載の光結合器。
【請求項１２】前記高反射率のミラーは金属または合金
を蒸着またはメッキすることによって形成されている請
求項１１記載の光結合器。
【請求項１３】前記第二の光導波路ユニットの他端の斜
面は、前記穴内に挿入されて前記所定の位置を取ったと
きに前記平面状基板に対して４５°の角度を成す様に形
成されている請求項１乃至１２の何れかに記載の光結合
器。
【請求項１４】前記第一の光導波路に形成された穴の底
面の形状と前記第二の光導波路ユニットの他端の形状
は、互いに合わさって接触することによって、互いの光
導波路がセルフアライメン卜によって光学的に結合する
様に形状決めされている請求項１、３、７、９、及び１
１乃至１３の何れかに記載の光結合器。
【請求項１５】前記第二の光導波路ユニットの一端には
前記光学部品が物理的接触によって光学的に結合してい
る請求項１乃至１４の何れかに記載の光結合器。
【請求項１６】前記光学部品と前記第二の光導波路ユニ
ットはレンズなどの光学素子を介して光学的に結合して
いる請求項１５記載の光結合器。
【請求項１７】前記第一の光導波路には、前記基板に垂
直に穴が設けられており、前記光学部品は、該基板に対
して垂直に光を発光又は受光する請求項１５又は１６記
載の光結合器。
【請求項１８】前記光学部品は、前記基板に対して垂直
に光を発光する光デバイスである垂直共振器型面発光レ
ーザである請求項１７記載の光結合器。
【請求項１９】前記光学部品は、前記基板に対して垂直
に光を受光する光デバイスであるフォトダイオードであ
る請求項１７記載の光結合器。
【請求項２０】前記第一の光導波路と前記第二の光導波
路ユニットは、夫々、複数の光導波路がアレイ状になっ
ている請求項１乃至１９の何れかに記載の光結合器。
【請求項２１】前記アレイ状の第一の光導波路の複数の
光導波路は同一平面上に形成されている請求項２０記載
の光結合器。
【請求項２２】前記アレイ状の第一の光導波路の複数の
光導波路は異なる平面上に形成されている請求項２０記
載の光結合器。
【請求項２３】前記アレイ状の第二の光導波路ユニット
の複数の光導波路は、前記第一の光導波路の複数の光導
波路の異なる平面レベルに応じて異なる長さ伸びて底面
を形成している請求項２２記載の光結合器。
【請求項２４】前記光学部品は、前記アレイ状の第二の
光導波路ユニットの複数の光導波路に対応して、アレイ
状になっている請求項２０乃至２３の何れかに記載の光
結合器。
【請求項２５】前記第二の光導波路ユニットと前記光学
部品は一体となって光電子チップを構成している請求項
１乃至２４の何れかに記載の光結合器。
【請求項２６】前記第一の光導波路ユニットの前記穴の
近傍には、前記光学部品を含む光電子チップを固定する
為の固定手段が設けられている請求項１乃至２５の何れ
かに記載の光結合器。
【請求項２７】平面状の基板上に形成された基板に平行
に光を導波する光導波路を有し、該光導波路と前記基板
に対して角度を成して光を発光又は受光する光学部品と
を光学的に結合する為の光導波路ユニットが抜き差し可
能に挿入される為に、基板に対して角度を成す柱状であ
って適当に形成された底面を有する穴が前記光導波路に
設けられており、それにより、一端では前記光学部品と
光学的に結合するべく形成され他端には光路変換用の少
なくとも１つの斜面を有する前記光導波路ユニットが前
記穴内に挿入されるときに、該斜面或はその近傍部分が
該穴の適当形状の底面と接触して該光導波路ユニットが
所定の位置を取り、前記光導波路に該斜面を介して光路
変換して光学的に結合することを特徴とする光導波路基
板。
【請求項２８】請求項２７記載の光導波路基板の前記穴
内に抜き差し可能に設けられる光導波路ユニットであっ
て、一端は、前記基板に対して角度を成して光を発光又
は受光する光学部品と光学的に結合し、他端は、光路変
換用の少なくとも１つの斜面を有し、前記穴内に挿入さ
れるときに該斜面或はその近傍部分が前記穴の適当形状
の底面と接触して所定の位置を取り、前記光導波路に該
斜面を介して光路変換して光学的に結合する様に形状決
めされていることを特徴とする光導波路ユニット。
【請求項２９】請求項２８記載の光導波路ユニットと前
記光学部品が一体となって光電子チップを構成している
ことを特徴とする光導波路付き光電子チップ。