JP2001330760A - Active optical connector - Google Patents

Active optical connector

Info

Publication number
JP2001330760A
JP2001330760A JP2000147545A JP2000147545A JP2001330760A JP 2001330760 A JP2001330760 A JP 2001330760A JP 2000147545 A JP2000147545 A JP 2000147545A JP 2000147545 A JP2000147545 A JP 2000147545A JP 2001330760 A JP2001330760 A JP 2001330760A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
waveguide
light
electro
active
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.)
Granted
Application number
JP2000147545A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001330760A5 (en
JP4298134B2 (en
Inventor
Hajime Sakata
肇 坂田
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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 Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2000147545A priority Critical patent/JP4298134B2/en
Publication of JP2001330760A publication Critical patent/JP2001330760A/en
Publication of JP2001330760A5 publication Critical patent/JP2001330760A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4298134B2 publication Critical patent/JP4298134B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219Mechanical 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
    • G02B6/4236Fixing or mounting methods of the aligned elements
    • G02B6/424Mounting of the optical light guide
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4246Bidirectionally operating package structures
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4274Electrical aspects

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compactly structured active optical connector having electric connecting terminals and an optical transmission line, with which electric/optic conversion is performed by connecting a signal from an electric connector to a light emitting element and with which optic/electric conversion is performed by coupling an optical signal from the optical transmission line with a light receiving element. SOLUTION: In the active optical connector, an optical waveguide 108, which is formed in a photonic crystal structure 103, is arranged adjacently to a mutual electric/optic converting element 102, and perform optical coupling between the mutual electric/optic converting element 102 and a waveguide medium 105 for optical transmission.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、クロックや管理制
御などの信号伝送、およびプロセッサ、メモリ、グラフ
ィックスなどのデータ伝送を行うためのモジュール、ケ
ーブル、コネクタなどからなる光配線装置に関するもの
で、特に、接続を電気で行い、伝送を光で行い、且つ光
波長以下の周期を有する多次元屈折率周期構造体すなわ
ちフォトニック構造体を利用したアクティブ光コネクタ
(光伝送媒体の両端のコネクタに発光素子及び/又は受
光素子及びそれの関連回路を組み込んだもの)に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical wiring device comprising modules, cables, connectors and the like for transmitting signals such as clocks and management control, and for transmitting data such as processors, memories and graphics. In particular, an active optical connector using a multi-dimensional refractive index periodic structure, ie, a photonic structure, which performs connection by electricity, performs transmission by light, and has a period equal to or less than the optical wavelength (light is emitted to connectors at both ends of an optical transmission medium). Element and / or a light receiving element and a circuit associated therewith).

【0002】光波長以下の屈折率周期を持つ誘電体多層
膜は、ミラーとして優れた特性を有する。この様な構造
は1次元フォトニック構造体と位置づけられる。これに
対し、2軸方向または3軸方向に光波長以下の屈折率周
期を持つ構造体は2次元または3次元フォトニック構造
体と呼ばれる。これらの構造体内部では、屈折率と周期
によって決定される特定の波長の光波の伝播が禁じられ
るため、導波路やフィルタ等の光機能素子への応用が期
待されている。この禁制帯をフォトニックバンドギャッ
プと呼ぶ。
[0002] A dielectric multilayer film having a refractive index period equal to or less than the light wavelength has excellent characteristics as a mirror. Such a structure is regarded as a one-dimensional photonic structure. On the other hand, a structure having a refractive index period equal to or smaller than the light wavelength in the biaxial or triaxial directions is called a two-dimensional or three-dimensional photonic structure. Since the propagation of light waves of a specific wavelength determined by the refractive index and the period is prohibited inside these structures, application to optical functional devices such as waveguides and filters is expected. This forbidden band is called a photonic band gap.

【0003】[0003]

【従来の技術】従来、回路ボードやマルチチップモジュ
ールなど実装基板の間を相互接続する配線装置としては
電気配線が専ら使われている。しかしながら、実装基板
上の搭載部品、なかでもプロセッサ、クロック発振器、
グラフィクスLSI、メモリなどからの及び/又はこれら
への信号伝送は、高速広帯域な信号を扱うため、実装上
さまざまな制限や問題が生じてきている。たとえば、以
下のような制限や問題点がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, electric wiring is exclusively used as a wiring device for interconnecting mounting boards such as a circuit board and a multi-chip module. However, the components mounted on the mounting board, especially the processor, clock oscillator,
Signal transmissions from and / or to graphics LSIs, memories, etc., deal with high-speed, wide-band signals, which poses various restrictions and problems in implementation. For example, there are the following restrictions and problems.

【0004】(1)信号伝送の遅延 電気配線では浮遊容量と抵抗の積で決まる時定数だけ信
号伝播に遅延が生じる。伝達情報の広帯域化にともな
い、信号の高周波化が進み、配線間の信号遅延が大きな
問題となっている。
(1) Delay in signal transmission In electric wiring, signal propagation is delayed by a time constant determined by the product of stray capacitance and resistance. With the increase in the bandwidth of transmitted information, the frequency of signals has been increased, and signal delay between wirings has become a major problem.

【0005】(2)伝送距離制限 高周波化にともない伝送損失が大きくなるため、伝送距
離を長くできない。
(2) Transmission Distance Limitation Transmission loss cannot be increased because transmission loss increases with higher frequencies.

【0006】(3)電磁放射の問題 クロック周波数の高周波化にともない、配線からの電磁
放射が生じやすくなる。デジタル信号であれば、その高
調波も電磁放射の要因となる。そのため、ノイズや信号
劣化、外部に対する電磁波障害も起きやすくなる。
(3) The problem of electromagnetic radiation As the clock frequency becomes higher, electromagnetic radiation from the wiring is more likely to occur. If it is a digital signal, its harmonics also cause electromagnetic radiation. For this reason, noise, signal deterioration, and electromagnetic interference to the outside are likely to occur.

【0007】(4)消費電力の問題 配線の長距離化とクロック周波数の上昇により配線容量
(線路やボンディングパッドの浮遊容量)の充放電エネル
ギが大きくなり、これが消費電力を支配する状況になっ
てきている。
(4) The problem of power consumption The wiring capacity is increased by increasing the wiring distance and increasing the clock frequency.
The charge / discharge energy of (the stray capacitance of the line or the bonding pad) has increased, and this has become a situation where power consumption is dominant.

【0008】(5)配線容積/重量の問題 インピーダンス整合や電磁閉じ込めのため、縒り線やツ
イストペアなど配線に工夫を必要とする。また、配線数
の増加にともない、実装、ケーブルの数量が増大、煩雑
化している。電気配線においては、上記制限や課題に対
して、振幅の小さい差動信号をシールド線で伝送する方
法が開発され、1Gbps程度の伝送が可能となっている。
しかし、インタフェースICやケーブルが高価であるため
使用範囲が限られ、さらにそれ以上の高速化は極めて困
難である。
(5) Problem of Wiring Volume / Weight For the purpose of impedance matching and electromagnetic confinement, it is necessary to devise wiring such as twisted wires and twisted pairs. Also, with the increase in the number of wirings, the number of mountings and cables is increasing and complicated. Regarding the electric wiring, a method for transmitting a differential signal having a small amplitude through a shield line has been developed to solve the above-mentioned limitations and problems, and transmission of about 1 Gbps is possible.
However, the range of use is limited due to the expensive interface ICs and cables, and further higher speeds are extremely difficult.

【0009】上記(1)ないし(5)に挙げた問題は、
情報の高速大容量化および処理の複雑化にともない、今
後さらに深刻さを増してくるため、電気信号で伝送を行
う限り問題は完全には解決しない。
The problems mentioned in the above (1) to (5) are as follows.
With the increasing speed of information and the complexity of processing, it will become even more serious in the future. Therefore, the problem cannot be completely solved as long as transmission is performed by electric signals.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】光を伝送手段として用
いれば、上記課題は本質的に改善される。それは、以下
の理由による。
When light is used as the transmission means, the above-mentioned problems are substantially improved. It is for the following reasons.

【0011】(1)低損失・広帯域性 光線路は吸収、反射、散乱による伝播損失はあるもの
の、インピーダンスを考慮しなければならない電気線路
とは伝送特性が異なる。伝送距離と伝送周波数はトレー
ドオフであるが、光線路は電気線路と比較していずれも
優位にある。
(1) Low-loss and wide-band characteristics Although an optical line has a propagation loss due to absorption, reflection and scattering, it has different transmission characteristics from an electric line in which impedance must be considered. Although there is a trade-off between transmission distance and transmission frequency, all optical lines are superior to electric lines.

【0012】(2)耐電磁干渉性 光は電磁誘導を生じない。電磁放射も生じない。電磁環
境の厳しい条件の下で使用されるのに適している。
(2) Electromagnetic interference resistance Light does not generate electromagnetic induction. No electromagnetic radiation occurs. Suitable for use under severe conditions of electromagnetic environment.

【0013】(3)グラウンド不要性 光子は電荷を持たず配線容量を充電する必要はない。配
線の抵抗と容量で決まる時定数による伝播遅延がなく、
線路の充放電にともなう電力消費もない。
(3) Necessity of grounding Photons have no charge and do not need to charge the wiring capacitance. There is no propagation delay due to the time constant determined by the wiring resistance and capacitance.
There is no power consumption associated with charging and discharging the line.

【0014】(4)小形・軽量 光線路を構成する誘電体あるいは高分子材料は、銅、
金、アルミなど電気配線材料に比べて軽い。同じケーブ
ルでも光ファイバは、電気ケーブルとは比較にならない
くらい小径かつ軽量になっている。
(4) Compact and lightweight The dielectric or polymer material constituting the optical line is copper,
Lighter than electrical wiring materials such as gold and aluminum. Even with the same cable, the optical fiber is so small and light that it is incomparable to an electrical cable.

【0015】従来、光伝送を行うため、光ファイバをシ
リアルインタフェースあるいはパラレルインタフェース
として、単線あるいはアレイ化したモジュールが開発さ
れている。しかしながら、光ファイバないし光導波路か
らなる光コネクタと、基板ないし装置側に実装された発
光/受光素子との光による接続には、高い精度や強い堅
牢性が要求され、コスト高、着脱劣化という問題があっ
た。
Conventionally, modules for forming single wires or arrays using optical fibers as serial interfaces or parallel interfaces have been developed for optical transmission. However, optical connection between an optical connector composed of an optical fiber or an optical waveguide and a light emitting / receiving element mounted on a substrate or a device side requires high precision and high robustness, resulting in high cost and deterioration of attachment / detachment. was there.

【0016】そこで、線路コネクタ側に電気光相互変換
素子を一体化させ、コネクタ端子を電気接続的なものに
すれば上記問題は解決する。特開平9-80360号公報で
は、CW発振の半導体レーザ(LD)の光が導かれた光変調器
に、電気コネクタなどからの電気信号が接続され、光信
号に変換されている。また、逆に光信号が光検出器(PD)
に入射され、増幅器を経て電気コネクタなどへの電気信
号に変換されている。しかしながら、LDからの出射光を
光変調器につながる光導波路に導入するため、光導波路
端面に光を結合する必要があり、レーザ光源と光導波路
端面の位置合わせおよびその安定化が難しく、コスト
高、大型化につながる。さらに、レーザ出射光を分岐し
て光変調器に導入するための光分岐路のため、素子自体
が大型化する難点があった。
The above problem can be solved by integrating an electro-optical mutual conversion element on the line connector side and making the connector terminals electrically connectable. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-80360, an electric signal from an electric connector or the like is connected to an optical modulator to which light of a CW oscillation semiconductor laser (LD) is guided and converted into an optical signal. Conversely, the optical signal is converted to a photodetector (PD).
And is converted into an electric signal to an electric connector or the like via an amplifier. However, since the light emitted from the LD is introduced into the optical waveguide leading to the optical modulator, it is necessary to couple the light to the end face of the optical waveguide, and it is difficult to align the laser light source with the end face of the optical waveguide and to stabilize the position. , Leading to an increase in size. Further, there is a problem that the device itself becomes large due to an optical branching path for branching the laser emission light and introducing it into the optical modulator.

【0017】また、1996年電子情報通信学会エレク
トロニクスソサイアティ大会、講演番号SC-5-1では、LE
Dサブモジュール、PDサブモジュール、送信回路、受信
回路を実装したアクティブ光コネクタが開示されてい
る。しかしながら、コネクタ内で光ファイバコネクタ、
電気コネクタ、各サブモジュールを実装した形態であ
り、小型化、高速化、低消費電力化などが、各部品の性
能で制限されていた。
In the 1996 IEICE Electronics Society Conference, lecture number SC-5-1, LE
An active optical connector mounting a D submodule, a PD submodule, a transmission circuit, and a reception circuit is disclosed. However, fiber optic connectors in the connector,
It is a form in which an electrical connector and each submodule are mounted, and miniaturization, high speed, low power consumption, and the like are limited by the performance of each component.

【0018】面入出射型の電気光相互変換素子と光ファ
イバを接続する構造に関しては、特開平10-223985号公
報あるいは特開平10-300961号公報において、光ファイ
バの出射端に斜め反射鏡を形成して、垂直光路変換を図
っている。しかしながら、斜め45度の切削を光接続用導
波路ないし光ファイバ端に施す必要があり、経済性、結
合性、信頼性に難があった。
Regarding the structure for connecting the surface-in / out-out type electro-optical mutual conversion element and the optical fiber, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 10-223985 or Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 10-300961 discloses an oblique reflecting mirror at the exit end of the optical fiber. It is formed to achieve vertical optical path conversion. However, it was necessary to cut the optical connection waveguide or the end of the optical fiber at an angle of 45 degrees, which was difficult in terms of economy, connectivity, and reliability.

【0019】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑みなされたものである。その目的は、光伝送路を有す
る配線装置であって、電気コネクタからの信号を発光素
子に接続することで電気から光への変換を行い、光伝送
路からの光信号を受光素子に結合することで光から電気
への変換を行う、電気接続端子および光伝送路を有する
アクティブ光コネクタを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art. The purpose is a wiring device having an optical transmission line, in which a signal from an electric connector is connected to a light emitting element to convert from electricity to light, and an optical signal from the optical transmission line is coupled to a light receiving element. It is an object of the present invention to provide an active optical connector having an electric connection terminal and an optical transmission line, which converts light into electricity.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段と作用】上記目的を達成す
る本発明のアクティブ光コネクタは、フォトニック結晶
構造体中に形成された光導波路が電気光相互変換素子に
隣接して配置され、該光導波路が電気光相互変換素子と
光伝送用導波媒体を光接続することを特徴とする。
According to the present invention, an optical waveguide formed in a photonic crystal structure is disposed adjacent to an electro-optical conversion element. The optical waveguide optically connects the electro-optical mutual conversion element and the optical transmission waveguide medium.

【0021】この本発明によるアクティブ光コネクタに
おいては、(1)回路ボードあるいはマルチチップモジ
ュールなどの間を電気コネクタを介して接続できる構造
になっているため着脱簡易で、(2)構成がコンパクト
であるのでボード、モジュールなどの上の実装スペース
の削減が実現でき、(3)任意の電気コネクタと互換性
を持たせることが可能で、(4)簡素な構造であるので
作製が容易で且つ制御性が高く、(5)作製容易である
ので低コストで、(6)高速広帯域の配線が可能で、
(7)耐電磁環境性が高い特徴を有する。
In the active optical connector according to the present invention, (1) the structure is such that a circuit board or a multi-chip module can be connected via an electrical connector, so that it is easy to attach and detach, and (2) the structure is compact. Because of this, mounting space on boards, modules, etc. can be reduced, (3) compatibility with any electrical connector can be provided, and (4) simple structure allows easy manufacture and control. (5) Low cost because it is easy to fabricate, (6) High-speed broadband wiring is possible,
(7) It has a feature of high resistance to electromagnetic environment.

【0022】上記の基本構成に基づいて、以下の如き、
より具体的な形態が可能である。前記フォトニック結晶
構造体中に形成された光導波路は、前記電気光相互変換
素子の一つである発光素子からの出射光を直角方向ない
し角度を成す方向に曲げることで前記光伝送用導波媒体
へ導入させ、且つ光伝送用導波媒体伝播光を直角方向な
いし角度を成す方向に曲げることで前記電気光相互変換
素子の一つである受光素子へ入射させる形態を採りう
る。この場合、前記光導波路は光路を光損失少なく急激
に曲げる構成も採りうるので、構成をコンパクトにでき
る。
Based on the above basic configuration, the following:
More specific forms are possible. The optical waveguide formed in the photonic crystal structure is formed by bending the light emitted from the light emitting element, which is one of the electro-optical interconversion elements, in a right angle direction or an angle direction. A mode may be adopted in which the light is guided into a medium and the light propagating in the waveguide medium for optical transmission is bent in a right angle direction or an angle direction so as to be incident on a light receiving element which is one of the electro-optical mutual conversion elements. In this case, since the optical waveguide can adopt a configuration in which the optical path is sharply bent with little light loss, the configuration can be made compact.

【0023】前記光導波路は、3次元的な屈折率周期構
造体の内部の一部に、周囲と異なる屈折率領域を設けて
成ったり、一部に欠陥部を持つ2次元周期配列された微
小球体構造体を積層することで形成されたり、2次元周
期配列された微小球体構造体から成る型を用いて形成し
た一部に欠陥部を持つ周期微小球体構造体を積層するこ
とで形成されたりする。
The optical waveguide is formed by providing a refractive index region different from the surroundings in a part of a three-dimensional periodic refractive index structure, or a two-dimensional periodic array having a defect part in a part. It is formed by laminating spherical structures, or by laminating periodic microsphere structures having a defect part in a part formed by using a mold composed of two-dimensional periodic microsphere structures. I do.

【0024】前記電気光相互変換素子に接続され外部接
続するコネクタ端子である電気端子を更に有し、前記光
伝送用導波媒体は伝送ケーブルである光ファイバである
形態も採りうる。
[0024] An electrical terminal which is a connector terminal connected to the electro-optical mutual conversion element and connected to the outside may be further provided, and the optical transmission waveguide medium may be an optical fiber which is a transmission cable.

【0025】前記電気光相互変換素子は、発光素子であ
る面発光レーザ、受光素子である面受光型の光検出器で
あったりする。
The electro-optical mutual conversion element may be a surface emitting laser which is a light emitting element, or a surface light receiving type photodetector which is a light receiving element.

【0026】前記電気光相互変換素子のうち発光素子と
隣接もしくは集積されて発光素子用駆動回路が設けられ
たり、前記電気光相互変換素子のうち受光素子と隣接も
しくは集積されて受光素子用駆動回路が設けられたりし
てもよい。
A light emitting element driving circuit is provided adjacent to or integrated with the light emitting element of the electro-optical mutual converting element, or a light receiving element driving circuit is adjacent or integrated with the light receiving element of the electro optical inter converting element. May be provided.

【0027】アクティブ光コネクタは、典型的には、ク
ロック信号、管理制御信号、及び複数のデータの伝送に
充てられる。
Active optical connectors are typically dedicated to transmitting clock signals, management control signals, and multiple data.

【0028】前記光伝送用導波媒体である光ファイバの
一端に前記フォトニック結晶構造体中に形成された光導
波路の一端が接続され該光導波路の他端に前記電気光相
互変換素子である発光素子が隣接して配置され、前記光
伝送用導波媒体である光ファイバの他端に前記フォトニ
ック結晶構造体中に形成された光導波路の一端が接続さ
れ該光導波路の他端に前記電気光相互変換素子である受
光素子が隣接して配置され、該発光素子と受光素子が該
光ファイバを介して光接続される形態も採りうる。
One end of an optical fiber formed in the photonic crystal structure is connected to one end of an optical fiber serving as the optical transmission waveguide medium, and the other end of the optical waveguide is the electro-optical mutual conversion element. A light emitting element is disposed adjacent to the optical fiber, which is the optical transmission waveguide medium, and the other end of the optical waveguide formed in the photonic crystal structure is connected to the other end of the optical fiber. A light-receiving element, which is an electro-optical mutual conversion element, may be arranged adjacently, and the light-emitting element and the light-receiving element may be optically connected via the optical fiber.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
の実施例を説明していく。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0030】(第1実施例)図1は本発明によるアクテ
ィブ光コネクタを構成する光接続構造の第1の実施例を
説明する断面図である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view for explaining a first embodiment of an optical connection structure constituting an active optical connector according to the present invention.

【0031】図1において、Si基板101上に実装された
電気光相互変換素子の一つである面発光レーザ102上
に、3次元屈折率周期構造体から成るフォトニック結晶
導波路構造103が接着されている。同じくSi基板101上に
は、光ファイバ固定用のV溝104に配列された光ファイバ
105がその端面をフォトニック結晶導波路構造103に近接
して実装されている。フォトニック結晶導波路構造103
の内部には、図1でその断面を示すように、面発光レー
ザ出射窓106からの光を光ファイバコア107へ導波して接
続するようにフォトニック結晶欠陥108が形成されてい
る。図示例では、微小球体が各層において1列ないし数
列欠いた部分が積層方向に連なってフォトニック結晶欠
陥108の導波路を成している。
In FIG. 1, a photonic crystal waveguide structure 103 composed of a three-dimensional periodic refractive index structure is bonded onto a surface emitting laser 102 which is one of electro-optical conversion elements mounted on a Si substrate 101. Have been. Similarly, on the Si substrate 101, an optical fiber arrayed in a V-groove 104 for fixing the optical fiber.
105 is mounted with its end face close to the photonic crystal waveguide structure 103. Photonic crystal waveguide structure 103
1, a photonic crystal defect 108 is formed so as to guide light from a surface emitting laser emission window 106 to an optical fiber core 107 for connection. In the illustrated example, a portion where one or several rows of microspheres are missing in each layer continues in the stacking direction to form a waveguide for the photonic crystal defect 108.

【0032】面発光レーザ102から出射した光は、フォ
トニック結晶欠陥108に沿って垂直方向から面内方向に
光路変換され、光ファイバ105に入射する。面発光レー
ザ102を面受光素子に置き換えると、光ファイバ105から
の光を面受光素子で検出できる構造となる。
The light emitted from the surface emitting laser 102 has its optical path changed from the vertical direction to the in-plane direction along the photonic crystal defect 108 and enters the optical fiber 105. When the surface emitting laser 102 is replaced with a surface light receiving element, a structure is obtained in which light from the optical fiber 105 can be detected by the surface light receiving element.

【0033】図2は上記フォトニック結晶導波路構造体
を用いたアクティブ光コネクタの一例を示している。図
2において、面発光レーザ201(図示例では4個のアレ
イ)がSi基板202上に実装されている。Si基板202には更
にホトディテクタ203(図示例では4個のアレイ)、レ
ーザ駆動回路204、光検出増幅回路205が集積されてい
る。Si基板202は、パッケージ206上に半田メッキにより
実装される。
FIG. 2 shows an example of an active optical connector using the photonic crystal waveguide structure. In FIG. 2, a surface emitting laser 201 (four arrays in the illustrated example) is mounted on a Si substrate 202. On the Si substrate 202, a photodetector 203 (four arrays in the illustrated example), a laser driving circuit 204, and a photodetection amplification circuit 205 are further integrated. The Si substrate 202 is mounted on the package 206 by solder plating.

【0034】面発光レーザ201およびホトディテクタ203
の上部からは、フォトニック結晶導波路構造体207が接
着される。フォトニック結晶導波路構造体207と接し
て、Si基板202上に同じくSiからなるV溝列208が形成さ
れている。光ファイバ209(図示例では、4本が面発光
レーザ201に接続され、4本がホトディテクタ203に接続
される)は、該SiからなるV溝列208に配列され、その端
面がフォトニック結晶導波路構造体207内のフォトニッ
ク結晶欠陥から成る各導波路と結合するように実装され
る。
Surface emitting laser 201 and photodetector 203
A photonic crystal waveguide structure 207 is bonded from above. In contact with the photonic crystal waveguide structure 207, a V groove array 208 made of Si is formed on the Si substrate 202. The optical fibers 209 (four in the illustrated example are connected to the surface-emitting laser 201 and four are connected to the photodetector 203) are arranged in a V-groove array 208 made of the Si, and the end face thereof is a photonic crystal. It is mounted so as to be coupled to each waveguide composed of photonic crystal defects in the waveguide structure 207.

【0035】Si基板202を実装するパッケージ206の外端
部には、レーザ駆動回路204への入力端子および光検出
増幅回路205からの出力端子とワイヤボンディングされ
たプラグ列210が形成されている。プラグ列210の中に
は、レーザ駆動回路204、光検出増幅回路205への電源供
給のための端子も含まれている。図2の左右両側の部分
においては、面発光レーザ201とホトディテクタ203が各
光ファイバ209で結ばれる様に、対を成す構造となって
いる。
At the outer end of the package 206 on which the Si substrate 202 is mounted, a plug row 210 wire-bonded to an input terminal to the laser drive circuit 204 and an output terminal from the photodetection amplification circuit 205 is formed. The plug array 210 also includes terminals for supplying power to the laser drive circuit 204 and the photodetection amplifier circuit 205. The left and right sides of FIG. 2 have a paired structure such that the surface emitting laser 201 and the photodetector 203 are connected by each optical fiber 209.

【0036】以上の素子は、図3に示すようにパッケー
ジに固定されてプラグコネクタ301を構成する。このよ
うに作製されたアクティブ光コネクタ302は、レセプタ
クルコネクタ303が実装された回路ボードないしマルチ
チップモジュール304間の接続に使用される。
The above elements are fixed to a package as shown in FIG. 3 to form a plug connector 301. The active optical connector 302 thus manufactured is used for connection between a circuit board or a multi-chip module 304 on which the receptacle connector 303 is mounted.

【0037】面発光レーザ201は、図4にも示すよう
に、垂直共振器構造を持つ。すなわち、高反射率(通常
99%以上)の多層反射膜402、404が活性層403を挟むよ
うに成膜されている。よく知られている様に、この構造
のために面発光レーザ201においては、活性層403で発生
する光のうち多層反射膜402、404で共振される波長の光
が増幅されて発振に至り、出射光409を生じる。
The surface emitting laser 201 has a vertical cavity structure as shown in FIG. That is, the multilayer reflective films 402 and 404 having high reflectivity (usually 99% or more) are formed so as to sandwich the active layer 403. As is well known, due to this structure, in the surface emitting laser 201, of the light generated in the active layer 403, the light of the wavelength resonated by the multilayer reflection films 402 and 404 is amplified and leads to oscillation, Emitting light 409 results.

【0038】本実施例における面発光レーザは、図4に
示すように、n-GaAs基板401上に、n-AlAs/AlGaAs 30
組からなる多層反射膜402、AlGaAsスペーサで挟みこま
れたGaAs/AlGaAs多重量子井戸からなる活性層403、p-Al
As/A1GaAs 20組からなる多層反射膜404が一回のエピ
タキシャル成長で形成されている。本実施例では、発振
波長が830nmとなるように、活性層403で決まるホト
ルミネセンス波長と、多層反射膜402、404の反射波長帯
と、多層反射膜402、404間の間隔から決まるファブリペ
ロエタロン波長とを制御している。
As shown in FIG. 4, the surface emitting laser according to the present embodiment has an n-AlAs / AlGaAs 30
A multi-layer reflective film 402 composed of a pair, an active layer 403 composed of a GaAs / AlGaAs multiple quantum well sandwiched between AlGaAs spacers, p-Al
A multilayer reflective film 404 composed of 20 pairs of As / A1GaAs is formed by one epitaxial growth. In the present embodiment, Fabry-Perot determined by the photoluminescence wavelength determined by the active layer 403, the reflection wavelength band of the multilayer reflective films 402 and 404, and the interval between the multilayer reflective films 402 and 404 so that the oscillation wavelength becomes 830 nm. It controls the etalon wavelength.

【0039】また、p側の多層反射膜404の最上部は、電
極との導通を良好にするためにp-GaAsとしている。更
に、内径10μm−φ、外径40μm−φのドーナッツ
状に活性層403下部まで反応性イオンエッチング法など
で垂直にエッチングを行う。次いで、選択的ウエットエ
ッチングで活性層403をくびらせた後、SiNxで絶縁膜405
を成膜した後、ポリイミドからなる埋め込み層406を形
成し、p−電極パターン407を形成する。更に、薄片化
したn-GaAs基板401の裏面にn−電極408を成膜したの
ち、アロイ化を行いp−電極407およびn−電極408とGaA
s層とのオーミック接触を得ている。
The uppermost portion of the p-side multilayer reflective film 404 is made of p-GaAs in order to improve conduction with the electrodes. Furthermore, etching is performed vertically to the lower portion of the active layer 403 in a donut shape having an inner diameter of 10 μm-φ and an outer diameter of 40 μm-φ by a reactive ion etching method or the like. Then, after Kubira allowed the active layer 403 by selective wet etching, the insulation at the SiN x film 405
Is formed, a buried layer 406 made of polyimide is formed, and a p-electrode pattern 407 is formed. Further, after forming an n-electrode 408 on the back surface of the thinned n-GaAs substrate 401, alloying is performed and the p-electrode 407 and the n-electrode 408 and GaAs are formed.
Ohmic contact with the s layer has been obtained.

【0040】フォトニック結晶導波路構造体207は次の
様に作製する。図5に示すように、まず、原盤となる光
波長以下の粒径を持つ金属などからなる微小球体501を
含有した懸濁液を、傾斜させたガラス基板502上に放置
する。懸濁液の表面張力と蒸発現象と粒子間の力の働き
で、微小球体501は自己組織的に周期的な稠密構造を形
成する(図5(a))。以上のように作製した平面的に配列
された微小球体501を原盤として型起こしを行う。
The photonic crystal waveguide structure 207 is manufactured as follows. As shown in FIG. 5, first, a suspension containing microspheres 501 made of a metal or the like having a particle size smaller than the light wavelength serving as a master is left on an inclined glass substrate 502. By the action of the surface tension of the suspension, the evaporation phenomenon, and the force between the particles, the microspheres 501 form a periodic dense structure in a self-organizing manner (FIG. 5 (a)). The microspheres 501 arranged as described above, which are arranged in a plane, are used as a master to perform patterning.

【0041】まず、原盤である微小球体501に金属メッ
キを行い型取りを行う。つづいて、原盤501とメッキ体
からなる型基板503の剥離を行い、型を作製する(図5
(b))。以上の如く作製した型503、504を2枚向かい合わ
せに張り合わせ、その間隙に紫外線硬化樹脂を充填し
て、プリベークを行ったのち、片側の型504を剥離する
(図5(c))。紫外線硬化樹脂からなる周期的微小球体50
5を積層することで3次元導波路構造体207が形成される
ように、各ホトマスク506にて、各層に来るべき導波路
パターンの紫外線照射507を行う(図5(d))。すなわち、
導波路コアとなる部分の樹脂が硬化されないように紫外
線照射を行う。こうして、型503についた状態で現像を
行い、所望の導波コアとなる部分のみ除去された2次元
周期微小球体508を形成する。支持基板509に、2次元周
期微小球体508を押し付け、型503から転写する(図5
(e))。以上の工程を順次行い2次元周期微小球体508を
積層していく(図5(f))。上下方向から支持基板509、51
0で挟み込むことで、3次元方向に欠陥列(光導波路)
の形成されたフォトニック結晶導波路構造体511が作製
される(図5(g))。
First, the microsphere 501 serving as the master is subjected to metal plating to perform molding. Subsequently, the master 501 and the mold substrate 503 made of a plated body are peeled off to form a mold (FIG. 5).
(b)). The two molds 503 and 504 produced as described above are bonded face to face, the gap is filled with an ultraviolet curable resin, prebaked, and then the mold 504 on one side is peeled off.
(FIG. 5 (c)). Periodic microsphere 50 made of ultraviolet curable resin
The ultraviolet irradiation 507 of the waveguide pattern to come to each layer is performed by each photomask 506 so that the three-dimensional waveguide structure 207 is formed by laminating 5 (FIG. 5D). That is,
Irradiation with ultraviolet rays is performed so that the resin in the portion that becomes the waveguide core is not cured. In this way, development is performed with the mold 503 attached, thereby forming a two-dimensional periodic microsphere 508 in which only a portion to be a desired waveguide core is removed. The two-dimensional periodic microspheres 508 are pressed against the support substrate 509 and transferred from the mold 503 (FIG. 5).
(e)). The above steps are sequentially performed, and the two-dimensional periodic microspheres 508 are stacked (FIG. 5F). Support substrates 509, 51 from top to bottom
Defect row (optical waveguide) in three dimensions by sandwiching at 0
Is formed (FIG. 5G).

【0042】型基板503を形成する為の電気メッキで
は、メッキ時間、メッキ温度を制御してメッキ層の厚さ
を容易に制御することが可能である。主な、メッキ金属
としては、単金属では、Ni、Au、Pt、Cr、Cu、Ag、Zn
等、合金では、Cu-Zn、Sn-Co、Ni-Fe、Zn-Ni等がある
が、他にも電気メッキが可能な材料であれば用いること
は可能である。また、メッキ浴にA1203、Ti02、PTFE等
の分散粒子を付加することによる分散メッキも利用でき
る。このように形成した周期的半球体メッキ層を有する
基板503上にモールドを形成する。モールドを形成する
方法としては、周期的半球体メッキ層を有する基板を向
かい合わせた中にモールド材料(樹脂、ガラスなど)を溶
融または溶解した液を塗布し、硬化する方法が用いられ
る。この時、各材料として、モールド材料とメッキ層と
の剥離性を良くするものを選ぶ。剥離することで周期的
微小球体からなるモールド505が形成できる。
In the electroplating for forming the mold substrate 503, the thickness of the plating layer can be easily controlled by controlling the plating time and the plating temperature. The main plating metals are Ni, Au, Pt, Cr, Cu, Ag, Zn
As alloys, there are Cu-Zn, Sn-Co, Ni-Fe, Zn-Ni, etc., but any other material that can be electroplated can be used. Further, dispersion plating by adding a dispersing particles such as A1 2 0 3, Ti0 2, PTFE in plating bath can also be utilized. A mold is formed on the substrate 503 having the periodic hemispherical plating layer formed as described above. As a method of forming a mold, a method in which a liquid in which a mold material (resin, glass, or the like) is melted or dissolved is applied to a substrate having a periodic hemispherical plating layer facing each other, and then cured. At this time, a material that improves the releasability between the mold material and the plating layer is selected as each material. By peeling off, a mold 505 composed of periodic microspheres can be formed.

【0043】剥離を行う方法としては、他に、犠牲層を
導入する以下の様な方法がある。型基板は電気メッキに
より形成する。その為に、周期的微小球体基板501上に
犠牲層を形成する。次に、電気メッキ用の鋳型用電極層
を形成する。この鋳型用電極層を陰極として、金属イオ
ンを含むメッキ液中で電気メッキを行い鋳型を形成す
る。この後に、犠牲層をエッチング除去し、鋳型用電極
層を有する鋳型と、周期的微小球体基板501が剥離でき
る。次に、鋳型用電極層をエッチング除去することで型
基板503が形成できる。
As another method for peeling, there is the following method for introducing a sacrificial layer. The mold substrate is formed by electroplating. For that purpose, a sacrificial layer is formed on the periodic microsphere substrate 501. Next, a mold electrode layer for electroplating is formed. Using this mold electrode layer as a cathode, electroplating is performed in a plating solution containing metal ions to form a mold. Thereafter, the sacrificial layer is removed by etching, and the mold having the mold electrode layer and the periodic microsphere substrate 501 can be separated. Next, the mold substrate 503 can be formed by etching away the mold electrode layer.

【0044】上記のフォトニック結晶導波路構造体207
において、導波路コアとなる領域には微小球体が形成さ
れていないため、光はこの欠陥領域108に沿って伝播さ
れる。欠陥領域108は電気光相互変換素子と光ファイバ
を結ぶように垂直面内で曲折している(図1参照)。以
上のように形成したフォトニック結晶導波路構造体207
を面発光レーザ201上に実装する。
The above photonic crystal waveguide structure 207
Since no microspheres are formed in the region serving as the waveguide core, light propagates along the defect region. The defect region 108 is bent in a vertical plane so as to connect the electro-optical mutual conversion element and the optical fiber (see FIG. 1). The photonic crystal waveguide structure 207 formed as described above
Is mounted on the surface emitting laser 201.

【0045】光受信側の構成も同様である。図6に概略
示すように、光ファイバ601を伝播してきた光602は、フ
ォトニック結晶導波路構造体603に導入され、方向を垂
直下方に変えられ、ホトディテクタ604の光吸収層605に
て検出される。
The same applies to the configuration on the optical receiving side. As shown schematically in FIG. 6, the light 602 that has propagated through the optical fiber 601 is introduced into the photonic crystal waveguide structure 603, the direction is changed vertically downward, and detected by the light absorption layer 605 of the photodetector 604. Is done.

【0046】以上の構成により、電気光相互変換素子の
実装されたSi基板上に、光ファイバを素子と同様に表面
実装しても、基板垂直方向に出射する面発光レーザの光
を、そのまま光ファイバヘ効率よく結合させることが可
能となる。同様に、光ファイバを伝播してくる光は面入
射型光検出器にて検出される。そのため、接続端子が一
般的な電気端子でありながら伝送を光で行える配線装置
を、極めて小型で信頼性高く構成することが可能とな
り、ボード間、モジュール間の信号・データ伝送を自由
に行うことができる。
With the above configuration, even if an optical fiber is surface-mounted on a Si substrate on which an electro-optical interconversion element is mounted in the same manner as the element, the light of the surface emitting laser emitted in the vertical direction of the substrate is not changed. It is possible to efficiently couple to the fiber. Similarly, light propagating through the optical fiber is detected by the surface incident type photodetector. Therefore, it is possible to configure a very small and highly reliable wiring device that can transmit light by using light even though the connection terminal is a general electric terminal, and freely transmit signals and data between boards and modules. Can be.

【0047】(第2実施例)図7および図8を参照し
て、本発明による第2の実施例を説明する。
(Second Embodiment) Referring to FIGS. 7 and 8, a second embodiment according to the present invention will be described.

【0048】アクティブ光コネクタにおいて、図7に示
すように、セラミック基板701上に、光ファイバ707を位
置決めし固定するSiからなるV溝702と、光の伝播方向を
変え且つ電気光相互変換素子708と光ファイバ707を効率
よく接続するフォトニック結晶導波路構造体703を支持
するSi基板704が実装されている。Si基板704上のフォト
ニック結晶導波路構造体703は、まずSi基板704上にバッ
ファ層(保護層)としてPSG(燐シリカガラス)層705を成
膜し、つづいて、一旦微小球体を配列したものから型起
こししたモールド成形用の型から作製した微小球体層を
順次積層して作製される。導波路コア709を形作る欠陥
は、第1実施例のところで説明した様に、型から微小球
体層を作製する段階で一部微小球体を形成しないことで
実現している。積層を終えた微小球体層の上部に同じく
PSGバッファ層706を形成する。
In the active optical connector, as shown in FIG. 7, a V-groove 702 made of Si for positioning and fixing an optical fiber 707 on a ceramic substrate 701, an electro-optical mutual conversion element 708 for changing the light propagation direction. A Si substrate 704 supporting a photonic crystal waveguide structure 703 for efficiently connecting the optical fiber 707 to the optical fiber 707 is mounted. As for the photonic crystal waveguide structure 703 on the Si substrate 704, first, a PSG (phosphorus silica glass) layer 705 is formed as a buffer layer (protective layer) on the Si substrate 704, and then microspheres are once arranged. It is produced by sequentially laminating microsphere layers produced from a mold for molding formed from a product. As described in the first embodiment, the defect forming the waveguide core 709 is realized by not forming a microsphere at a stage of forming a microsphere layer from a mold. Also on the top of the laminated microsphere layer
A PSG buffer layer 706 is formed.

【0049】微小球体の配列周期は、導波コア709の伝
搬方向以外に光伝搬が禁止されるようなフォトニックバ
ンドギャップが形成されるような構成となっている。そ
の周期は、実効屈折率をn0、伝播波長をλとして、概略
λ/(2 n0)程度となる。このことは他の実施例でも同じ
である。以上の素子が形成されたセラミック基板701上
に、面発光レーザ用駆動ICチップと光検出器用の増幅器
ICチップが実装されている。
The arrangement period of the microspheres is such that a photonic band gap is formed such that light propagation is prohibited in directions other than the propagation direction of the waveguide core 709. Its period is the effective refractive index n 0, the propagation wavelength lambda, a schematic λ / (2 n 0) degree. This is the same in other embodiments. A drive IC chip for a surface emitting laser and an amplifier for a photodetector are formed on a ceramic substrate 701 on which the above elements are formed.
IC chip is mounted.

【0050】このフォトニック結晶導波路構造体703に
より、光ファイバ707と光電変換チップとを光学的に接
続する。すなわち、図7に示すように、面発光レーザ70
8および光検出器(不図示)直下のフォトニック結晶導波
路構造体703中に形成した欠陥構造709により、光伝播は
面内方向から垂直方向、あるいはその逆方向に折り曲げ
られる。面発光レーザ708からの光信号は符号710で模式
的に示すように、光ファイバ707に導かれその中を伝送
する。
The optical fiber 707 and the photoelectric conversion chip are optically connected by the photonic crystal waveguide structure 703. That is, as shown in FIG.
Due to the defect structure 709 formed in the photonic crystal waveguide structure 703 immediately below the photodetector 8 (not shown) and the photodetector (not shown), the light propagation is bent from the in-plane direction to the vertical direction or vice versa. An optical signal from the surface emitting laser 708 is guided to an optical fiber 707 and transmitted through the optical fiber 707 as schematically shown by reference numeral 710.

【0051】面発光レーザ708は、Si基板711上に導電層
712、半田メッキ層713(これは導電性)を介して実装さ
れる。Si基板711、導電層712、半田メッキ層713には、
光入出射用に開口が形成されていて、光ファイバ707と
の光結合ができるようになっている。受光素子は、発光
素子の波長がO.8μm帯の場合はSiもしくはGaAsで形成
される。Si透過波長である1.3μm帯、1.55μm帯で設
計すれば、Si基板711に開口を開ける必要はなく、受光
素子はInGaAsのような材料で作製して、発光素子と同様
の手法でSi基板上に実装する。
The surface emitting laser 708 has a conductive layer on a Si substrate 711.
712, mounted via a solder plating layer 713 (which is conductive). Si substrate 711, conductive layer 712, solder plating layer 713,
An opening is formed for light input / output so that optical coupling with the optical fiber 707 can be performed. The light receiving element is formed of Si or GaAs when the wavelength of the light emitting element is in the 0.8 μm band. If it is designed in the 1.3 μm band or 1.55 μm band, which is the Si transmission wavelength, there is no need to open an opening in the Si substrate 711. Implement on top.

【0052】つづいて、面発光レーザ708をフォトニッ
ク結晶導波路構造体703上に接着剤714(たとえばエポキ
シ)を介して実装する(接着層やバッファ層について
は、第1実施例のところの基板101と電気光相互変換素
子の接着、電気光相互変換素子とフォトニック結晶導波
路構造体103の接着においても用いられる)。
Subsequently, the surface emitting laser 708 is mounted on the photonic crystal waveguide structure 703 via an adhesive 714 (for example, epoxy) (the adhesive layer and the buffer layer are the same as those of the first embodiment). It is also used for bonding between the electro-optical mutual conversion element and the electro-optical mutual conversion element and the photonic crystal waveguide structure 103).

【0053】図8は、図7で説明したアクティブ光コネ
クタ801を多層回路ボード802の接続に使用する概観を示
している。光電変換チップが実装されたプラグコネクタ
803が、ボード上のレセプタクルコネクタ804に電気的に
接続される。プロセッサ、メモリ、グラフィックLSIな
ど様々な搭載部品805が多層回路ボード802には実装され
ている。面発光レーザ、光検出器など電気光相互変換素
子を通して、高速な信号およびデータは光伝送路806上
を光にて伝送される。低周波であってもデジタル信号等
のおいては、その高調波が電磁ノイズを発生しやすいた
め、光伝送路を通して伝送することが好ましい。
FIG. 8 shows an overview of the use of the active optical connector 801 described with reference to FIG. Plug connector with photoelectric conversion chip mounted
803 is electrically connected to a receptacle connector 804 on the board. Various mounted components 805 such as a processor, a memory, and a graphic LSI are mounted on the multilayer circuit board 802. High-speed signals and data are transmitted by light on the optical transmission path 806 through an electro-optical mutual conversion element such as a surface emitting laser and a photodetector. Even in the case of a low-frequency digital signal or the like, it is preferable to transmit the digital signal through an optical transmission line because its harmonics easily generate electromagnetic noise.

【0054】(第3実施例)次に、図9を用いて本発明
による第3の実施例を説明する。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0055】面発光レーザ901と光吸収層912を持つ光検
出器902は、同一ウエハ上に結晶成長されていて、一個
おきに配置された光検出器の前面多層膜反射鏡903の
み、反射率を下げる目的でエッチングされている。層構
成は第1実施例と同様である。前面多層反射膜903上に
はコンタクト層となるp-GaAs層も結晶成長されている。
さらに、コンタクト電極904が蒸着されている。ただ
し、図9においては、n-GaAsウエハ側(後面多層膜反射
鏡911側)は省略してある。
A surface emitting laser 901 and a photodetector 902 having a light absorbing layer 912 are formed by crystal growth on the same wafer, and only the front multilayer reflector 903 of every other photodetector has a reflectance. It is etched for the purpose of lowering. The layer configuration is the same as in the first embodiment. On the front multilayer reflection film 903, a p-GaAs layer serving as a contact layer is also crystal-grown.
Further, a contact electrode 904 is deposited. However, in FIG. 9, the n-GaAs wafer side (the rear multilayer film reflecting mirror 911 side) is omitted.

【0056】フォトニック結晶導波路構造体905、906上
には、面発光レーザ901と光検出器902とが実装される位
置に、導電層(たとえばAu/Ni/Cu多層薄膜)907が成膜さ
れている。さらに、その上部に半田メッキ層(たとえばA
u/Sn共晶半田)908が成膜される。
On the photonic crystal waveguide structures 905 and 906, a conductive layer (for example, Au / Ni / Cu multilayer thin film) 907 is formed at a position where the surface emitting laser 901 and the photodetector 902 are mounted. Have been. Furthermore, a solder plating layer (for example, A
A u / Sn eutectic solder 908 is formed.

【0057】作製した面発光レーザ901と光検出器902
は、表面側を下にして、半田メッキ層908を介してp−電
極904側が光導波路構造体905、906上の導電層907に実装
される。導電層907および半田メッキ層908には、面発光
レーザ901および光検出器902のための透光窓を開けてい
る。フォトニック結晶導波路構造体905、906は、微小球
体を一層づつ周期的に配列し、積層していくことで形成
される。欠陥領域は各層で微小球体を抜くことで3次元
的に形成される。面発光レーザ901および光検出器902を
実装する直下に、フォトニック結晶の欠陥列からなる導
波路コア909、910が形成されて、これらが光ファイバと
接続されている。導波路コア909、910は、微小球体を斜
めに欠陥とすることで、斜め上下方向に光の伝播が行え
る構造となっている。
The fabricated surface emitting laser 901 and photodetector 902
The p-electrode 904 side is mounted on the conductive layer 907 on the optical waveguide structures 905 and 906 via the solder plating layer 908 with the front side down. In the conductive layer 907 and the solder plating layer 908, light transmitting windows for the surface emitting laser 901 and the photodetector 902 are opened. The photonic crystal waveguide structures 905 and 906 are formed by periodically arranging and stacking microspheres one by one. The defect region is formed three-dimensionally by removing microspheres in each layer. Waveguide cores 909 and 910 each composed of a defect row of a photonic crystal are formed immediately below the surface emitting laser 901 and the photodetector 902, and these are connected to an optical fiber. The waveguide cores 909 and 910 have a structure in which light can be propagated obliquely up and down by making the microspheres obliquely defects.

【0058】光検出器902は多層反射膜903、911で挟ま
れた共振器構造となっているため、伝播波長に強い感度
を有する。ただし、光吸収層912の前面に形成された多
層反射膜903は反射率を高くしていないため、共振波長
の帯域幅は比較的広く、面発光レーザの発振波長が多少
変動してもその感度に影響はない。以上の効果で、フォ
トニック結晶導波路構造体905、906を経た伝播光は、光
吸収層912にて検出される。
Since the photodetector 902 has a resonator structure sandwiched between the multilayer reflective films 903 and 911, it has a strong sensitivity to the propagation wavelength. However, since the multilayer reflective film 903 formed on the front surface of the light absorbing layer 912 does not have high reflectance, the bandwidth of the resonance wavelength is relatively wide, and even if the oscillation wavelength of the surface emitting laser fluctuates slightly, its sensitivity is not changed. Has no effect. With the above effect, the light propagated through the photonic crystal waveguide structures 905 and 906 is detected by the light absorption layer 912.

【0059】面発光レーザ901は動作電流がmA程度と
低いため、本実施例では、搭載部品のバッファCMOSから
の信号およびデータを、直接、面発光レーザに印加する
ことで、光伝送を行っている。さらには、多層反射膜に
よる共振器構造のおかげで光検出器902の検出感度が向
上するため、光検出器に生じた電圧変化を検出すること
で受信を行う。したがって、発光素子用駆動回路および
受光素子用増幅回路は不要となる。アクティブ光コネク
タにおける電気−光変換は面発光レーザと共振器付き光
検出器で達成されるため、アクティブ光コネクタの小型
化および省電力化を進めることができる。図10は本発
明によるアクティブ光コネクタをコンピュータ内のボー
ド間1001や、記憶装置との間1002、外部との間1003の配
線に用いた例であり、高速なディジタル信号の伝送にも
かかわらず、電磁放射ノイズの発生が低く抑えられる。
Since the surface emitting laser 901 has an operation current as low as about mA, in this embodiment, light transmission is performed by directly applying signals and data from the buffer CMOS of the mounted component to the surface emitting laser. I have. Furthermore, since the detection sensitivity of the photodetector 902 is improved by virtue of the resonator structure using the multilayer reflective film, reception is performed by detecting a voltage change generated in the photodetector. Therefore, the light emitting element driving circuit and the light receiving element amplifying circuit become unnecessary. Since the electro-optical conversion in the active optical connector is achieved by the surface emitting laser and the photodetector with the resonator, the miniaturization and power saving of the active optical connector can be promoted. FIG. 10 shows an example in which an active optical connector according to the present invention is used for wiring between a board 1001 in a computer, a storage device 1002, and an external device 1003. Generation of electromagnetic radiation noise can be suppressed low.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるアク
ティブ光コネクタを用いることにより、伝送路からの電
磁放射ノイズ発生が抑圧され、伝送路の距離にかかわら
ず、低電力での高速信号伝送が行える。また、本発明に
よれば、光ファイバなどの光伝送媒体と電気光相互変換
素子とを集積実装して、フォトニック結晶導波路構造体
を介して容易に結合可能なため、量産性に優れた高効率
なアクティブ光コネクタを作製できる。
As described above, by using the active optical connector according to the present invention, generation of electromagnetic radiation noise from the transmission line is suppressed, and high-speed signal transmission with low power can be performed regardless of the distance of the transmission line. I can do it. Further, according to the present invention, since an optical transmission medium such as an optical fiber and an electro-optical mutual conversion element are integrated and mounted, and can be easily coupled via a photonic crystal waveguide structure, excellent mass productivity is achieved. A highly efficient active optical connector can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるアクティブ光コネクタの第1実施
例を構成するフォトニック結晶導波路構造体を説明する
断面図である。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a photonic crystal waveguide structure constituting a first embodiment of an active optical connector according to the present invention.

【図2】本発明によるアクティブ光コネクタを説明する
分解斜視図である。
FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating an active optical connector according to the present invention.

【図3】本発明によるアクティブ光コネクタのボード間
配線への適用例を説明する斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view illustrating an application example of an active optical connector according to the present invention to inter-board wiring.

【図4】本発明によるアクティブ光コネクタを構成する
面発光レーザの構造例を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structural example of a surface emitting laser constituting an active optical connector according to the present invention.

【図5】本発明によるアクティブ光コネクタを構成する
フォトニック結晶導波路構造体の製造方法例を説明する
図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing a photonic crystal waveguide structure constituting an active optical connector according to the present invention.

【図6】本発明によるアクティブ光コネクタにおける受
光素子および光ファイバの結合例を説明する断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of coupling a light receiving element and an optical fiber in an active optical connector according to the present invention.

【図7】本発明によるアクティブ光コネクタの第2実施
例における発光素子および光ファイバの結合を示す断面
図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection between a light emitting device and an optical fiber in a second embodiment of the active optical connector according to the present invention.

【図8】本発明によるアクティブ光コネクタをボードの
配線に使用する他の例を説明する斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view illustrating another example in which the active optical connector according to the present invention is used for wiring a board.

【図9】本発明によるアクティブ光コネクタの第3実&#
9;施例におけるフォトニック結晶導波路構造体と、発光
素子および受光素子との結合を説明する断面図である。
FIG. 9 shows a third embodiment of the active optical connector according to the present invention.
9 is a cross-sectional view for explaining the coupling between the photonic crystal waveguide structure, the light emitting element, and the light receiving element in the example.

【図10】本発明によるアクティブ光コネクタを機器内
および機器外の配線に使用する例を説明する図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example in which the active optical connector according to the present invention is used for wiring inside and outside the device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,202,701,704,711 基板 102,201,708,901 面発光レーザ 103,207,603,703,905,906 フォトニック結晶導波
路構造体 104,208,702 V溝 105,209,601,707,806 光ファイバ 106 レーザ出射窓 107 光ファイバコア 108,709,909,910 フォトニック結晶欠陥(導波路コ
ア) 203,604,902 光検出器 204 駆動回路 205 増幅回路 206 パッケージ 210 プラグ 301,803 プラグコネクタ 302,801,1001,1002,1003 アクティブ光コネクタ 303,804 レセプタクルコネクタ 304,802 回路ボード 401 レーザ基板 402,404,903,911 多層反射膜 403 活性層 405 絶縁膜 406 埋込み層 407,408,904 電極 409 出射光 501 2次元周期微小球体の原盤 502 支持基板 504 型 505 2次元周期微小球体 506 ホトマスク 507 照射光 508 2次元フォトニック結晶構造体 509,510 支持基板 511 3次元フォトニック結晶構造体 602,710 伝播光 605,912 光吸収層 705,706 保護層(バッファ層) 712,907 導電層 713,908 半田メッキ層 714 接着層 805 搭載部品
101,202,701,704,711 Substrate 102,201,708,901 Surface emitting laser 103,207,603,703,905,906 Photonic crystal waveguide structure 104,208,702 V-groove 105,209,601,707,806 Optical fiber 106 Laser emission window 107 Optical fiber core 108,709,909,910 Photonic crystal defect (waveguide core) 203,604,902 Photodetector 204 Circuit 206 Drive circuit 205 206 210 Plug 301,803 Plug connector 302,801,1001,1002,1003 Active optical connector 303,804 Receptacle connector 304,802 Circuit board 401 Laser board 402,404,903,911 Multilayer reflective film 403 Active layer 405 Insulating film 406 Buried layer 407,408,904 Electrode 409 Emitting light 501 Two-dimensional periodic microsphere master 502 Support substrate 504 type 505 Two-dimensional periodic microsphere 506 Photomask 507 Irradiation light 508 Two-dimensional photonic crystal structure 509,510 Support substrate 511 Three-dimensional photonic crystal structure 602,710 Propagation light 605,912 Light absorption layer 705,706 Protective layer (buffer layer) 712,907 Conductive layer 713,908 solder plating layer 714 an adhesive layer 805 mounted components

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01S 5/026 G02B 6/12 N 5/183 A H01L 31/02 C Fターム(参考) 2H037 AA01 BA02 BA11 BA24 CA36 2H047 KA03 KA12 MA07 QA05 5F073 AA74 AB13 AB14 AB17 AB28 BA01 BA09 CA04 CB02 DA22 DA25 EA14 FA02 FA06 FA27 GA01 GA12 5F088 AA01 EA06 JA14 5F089 AA01 AA06 AC10 AC16 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01S 5/026 G02B 6/12 N 5/183 A H01L 31/02 C F-term (Reference) 2H037 AA01 BA02 BA11 BA24 CA36 2H047 KA03 KA12 MA07 QA05 5F073 AA74 AB13 AB14 AB17 AB28 BA01 BA09 CA04 CB02 DA22 DA25 EA14 FA02 FA06 FA27 GA01 GA12 5F088 AA01 EA06 JA14 5F089 AA01 AA06 AC10 AC16

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】フォトニック結晶構造体中に形成された光
導波路が電気光相互変換素子に隣接して配置され、該光
導波路が電気光相互変換素子と光伝送用導波媒体を光接
続することを特徴とするアクティブ光コネクタ。
An optical waveguide formed in a photonic crystal structure is disposed adjacent to an electro-optical interconversion element, and the optical waveguide optically connects the electro-optical interconversion element and a waveguide medium for optical transmission. An active optical connector, characterized in that:
【請求項2】前記フォトニック結晶構造体中に形成され
た光導波路は、前記電気光相互変換素子の一つである発
光素子からの出射光を直角方向に曲げることで前記光伝
送用導波媒体へ導入させ、且つ光伝送用導波媒体伝播光
を直角方向に曲げることで前記電気光相互変換素子の一
つである受光素子へ入射させる請求項1記載のアクティ
ブ光コネクタ。
2. An optical waveguide formed in said photonic crystal structure, said optical waveguide being formed by bending a light emitted from a light emitting element which is one of said electro-optical interconversion elements in a right angle direction. 2. The active optical connector according to claim 1, wherein the active optical connector is introduced into a medium, and the light propagating in the optical transmission waveguide medium is bent in a right angle direction so as to be incident on a light receiving element which is one of the electro-optical mutual conversion elements.
【請求項3】前記光導波路は、3次元的な屈折率周期構
造体の内部の一部に、周囲と異なる屈折率領域を設けて
成る請求項1又は2記載のアクティブ光コネクタ。
3. The active optical connector according to claim 1, wherein the optical waveguide is provided with a refractive index region different from the surroundings in a part of the three-dimensional periodic refractive index structure.
【請求項4】前記光導波路は、一部に欠陥部を持つ2次
元周期配列された微小球体構造体を積層することで形成
される請求項1、2又は3記載のアクティブ光コネク
タ。
4. The active optical connector according to claim 1, wherein said optical waveguide is formed by laminating two-dimensionally periodically arranged microsphere structures each having a defective portion in a part thereof.
【請求項5】前記光導波路は、2次元周期配列された微
小球体構造体から成る型を用いて形成した一部に欠陥部
を持つ周期微小球体構造体を積層することで形成される
請求項4記載のアクティブ光コネクタ。
5. The optical waveguide is formed by laminating a periodic microsphere structure having a defect in a part formed by using a mold composed of two-dimensionally periodically arrayed microsphere structures. 4. The active optical connector according to 4.
【請求項6】前記電気光相互変換素子に接続され外部接
続するコネクタ端子である電気端子を更に有し、前記光
伝送用導波媒体は伝送ケーブルである光ファイバである
請求項1乃至5の何れかに記載のアクティブ光コネク
タ。
6. The optical transmission waveguide medium according to claim 1, further comprising an electrical terminal which is a connector terminal connected to the electro-optical mutual conversion element and externally connected, and wherein the optical transmission waveguide medium is an optical fiber which is a transmission cable. The active optical connector according to any one of the above.
【請求項7】前記電気光相互変換素子のうち、発光素子
は面発光レーザである請求項1乃至6の何れかに記載の
アクティブ光コネクタ。
7. The active optical connector according to claim 1, wherein the light emitting element of the electro-optical mutual conversion element is a surface emitting laser.
【請求項8】前記電気光相互変換素子のうち、受光素子
は面受光型の光検出器である請求項1乃至7の何れかに
記載のアクティブ光コネクタ。
8. The active optical connector according to claim 1, wherein the light receiving element of the electro-optical mutual conversion element is a surface light receiving type photodetector.
【請求項9】前記電気光相互変換素子のうち発光素子と
隣接もしくは集積されて発光素子用駆動回路が設けられ
ている請求項1乃至8の何れかに記載のアクティブ光コ
ネクタ。
9. The active optical connector according to claim 1, further comprising a light emitting element driving circuit provided adjacent to or integrated with the light emitting element among the electro-optical mutual conversion elements.
【請求項10】前記電気光相互変換素子のうち受光素子
と隣接もしくは集積されて受光素子用駆動回路が設けら
れている請求項1乃至9の何れかに記載のアクティブ光
コネクタ。
10. The active optical connector according to claim 1, wherein a light-receiving element driving circuit is provided adjacent to or integrated with the light-receiving element in the electro-optical mutual conversion element.
【請求項11】クロック信号、管理制御信号、及び複数
のデータの伝送に充てられる請求項1乃至10の何れか
に記載のアクティブ光コネクタ。
11. The active optical connector according to claim 1, which is used for transmitting a clock signal, a management control signal, and a plurality of data.
【請求項12】前記光伝送用導波媒体である光ファイバ
の一端に前記フォトニック結晶構造体中に形成された光
導波路の一端が接続され該光導波路の他端に前記電気光
相互変換素子である発光素子が隣接して配置され、前記
光伝送用導波媒体である光ファイバの他端に前記フォト
ニック結晶構造体中に形成された光導波路の一端が接続
され該光導波路の他端に前記電気光相互変換素子である
受光素子が隣接して配置され、該発光素子と受光素子が
該光ファイバを介して光接続されている請求項1乃至1
1の何れかに記載のアクティブ光コネクタ。
12. An optical fiber as the optical transmission waveguide medium, one end of an optical waveguide formed in the photonic crystal structure is connected to one end of the optical fiber, and the electro-optical mutual conversion element is connected to the other end of the optical waveguide. A light emitting element is disposed adjacent to the optical waveguide, and one end of an optical waveguide formed in the photonic crystal structure is connected to the other end of the optical fiber serving as the optical transmission waveguide medium. 2. A light receiving element, which is the electro-optical mutual conversion element, is disposed adjacent to the light emitting element, and the light emitting element and the light receiving element are optically connected via the optical fiber.
2. The active optical connector according to claim 1.
JP2000147545A 2000-05-19 2000-05-19 Active optical connector Expired - Fee Related JP4298134B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000147545A JP4298134B2 (en) 2000-05-19 2000-05-19 Active optical connector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000147545A JP4298134B2 (en) 2000-05-19 2000-05-19 Active optical connector

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2001330760A true JP2001330760A (en) 2001-11-30
JP2001330760A5 JP2001330760A5 (en) 2007-07-05
JP4298134B2 JP4298134B2 (en) 2009-07-15

Family

ID=18653714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000147545A Expired - Fee Related JP4298134B2 (en) 2000-05-19 2000-05-19 Active optical connector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4298134B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1211530A2 (en) * 2000-11-30 2002-06-05 Japan Aviation Electronics Industry, Limited Optical coupling device with anisotropic light-guiding member
JP2004209218A (en) * 2002-12-19 2004-07-29 Sanyo Product Co Ltd Game machine
JP2006173328A (en) * 2004-12-15 2006-06-29 Seiko Epson Corp Optical element, optical module, and optical transmission apparatus
JP2008091493A (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Matsushita Electric Works Ltd Photoelectric converter
JP2008091472A (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Matsushita Electric Works Ltd Optoelectric converter

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1211530A2 (en) * 2000-11-30 2002-06-05 Japan Aviation Electronics Industry, Limited Optical coupling device with anisotropic light-guiding member
EP1211530A3 (en) * 2000-11-30 2003-05-14 Japan Aviation Electronics Industry, Limited Optical coupling device with anisotropic light-guiding member
JP2004209218A (en) * 2002-12-19 2004-07-29 Sanyo Product Co Ltd Game machine
JP2006173328A (en) * 2004-12-15 2006-06-29 Seiko Epson Corp Optical element, optical module, and optical transmission apparatus
JP2008091493A (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Matsushita Electric Works Ltd Photoelectric converter
JP2008091472A (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Matsushita Electric Works Ltd Optoelectric converter

Also Published As

Publication number Publication date
JP4298134B2 (en) 2009-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6854901B1 (en) Optical wiring device
US10436991B2 (en) Optical interconnect modules based on glass substrate with polymer waveguide
JP3728147B2 (en) Opto-electric hybrid wiring board
US6829398B2 (en) Optical waveguide apparatus
US7406229B2 (en) Optical module
US5424573A (en) Semiconductor package having optical interconnection access
US5659648A (en) Polyimide optical waveguide having electrical conductivity
JP2006091241A (en) Optoelectronic composite wiring component and electronic equipment using the same
JP2003273278A (en) Package type semiconductor device
JP2003279771A (en) Light guide device, photoelectric fusion substrate, high speed serial bus, and their manufacturing method
WO2021211618A1 (en) Optically-enhanced multichip packaging
JP3684112B2 (en) Opto-electric hybrid board, driving method thereof, and electronic circuit device using the same
JP2001042171A (en) Active optical wiring device
JP2003057468A (en) Optical element, optical waveguide device, their manufacturing method, and photoelectric hybrid substrate using them
JP2001242348A (en) Optical communication method and link
JP4298134B2 (en) Active optical connector
JP2003227951A (en) Optical waveguide device, method of manufacturing the same, and optoelectric coexisting substrate using the same
KR101246137B1 (en) Light emitting device and optical coupling module
US7136545B2 (en) Optical connector device, and optical and electrical circuit combined board using the same
JP2001042145A (en) Opto-electric wiring board
JP2003014990A (en) Optical communication module
JP3886840B2 (en) Optical path conversion device
JP2002043591A (en) Optical module
JP4659082B2 (en) Opto-electric composite wiring component and electronic device using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070521

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070521

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20081112

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081119

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090119

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: 20090408

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090415

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120424

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees