JP2001337252A - 光モジュール - Google Patents

光モジュール

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JP2001337252A JP2000161117A JP2000161117A JP2001337252A JP 2001337252 A JP2001337252 A JP 2001337252A JP 2000161117 A JP2000161117 A JP 2000161117A JP 2000161117 A JP2000161117 A JP 2000161117A JP 2001337252 A JP2001337252 A JP 2001337252A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、全く新規なレンズ機能を有す
る光導波路を備えた光モジュールを実現することにあ
る。 【解決手段】本発明は、上記目的を達成するために、光
伝搬方向である光軸をz軸、これに直交する断面で垂直
方向の軸をx軸、水平方向の軸をy軸とし、基板上に該
x軸および該y軸の原点をほぼ中心として該z軸方向に
光を伝搬するように形成されたコア部と、該コア部を囲
むクラッド層とを有する光導波路を備えた光モジュール
であって、該光導波路の有するコア部が複数個のコアで
形成され、その少なくとも1個のコアのy−z断面は略
円、略楕円またはそれらを近似した形状であるものであ
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、主として光伝送シ
ステムあるいは光交換システムに使用される光伝送モジ
ュールに係り、光伝送モジュールにおける発光素子また
は受光素子と光ファイバ、あるいは発光素子または受光
素子と光回路、光回路と光ファイバ、光スイッチやビー
ムスプリッターなどにおける光結合技術に関する。
【0002】
【従来の技術】情報伝送路の光化が進展し、各種産業の
事業所ビルのみならず、集合家屋や個別家屋にまで光フ
ァイバを用いた情報伝送が計画されている。ここでの重
要課題の1つは、言うまでもなく光伝送システムの低価
格化であり、特に末端の一般加入者に接続される光伝送
モジュールの低価格化が急務になっている。
【0003】この加入者系光伝送モジュールの大幅低コ
スト化のため、近年光ビームスポット径拡大器付き半導
体レーザの実用化が進められてきた。これは部品として
のレンズを除去するために半導体レーザにレンズ機能を
持たせたものと解釈できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この光ビームスポット
径拡大器付きレーザの作製には、コア部の出射端側膜厚
をテーパ状にするため、選択結晶成長技術が用いられて
いる。しかしながら、ビームスポット径拡大部の集積化
はレーザ自体の最適設計に影響しレーザの最適化が徹底
されない、あるいはレーザ特性に対する作製誤差の影響
が敏感になる等の新たな問題も発生している。このため
従来型レーザに対し製造歩留りが劣化し、レーザ自体の
価格を上昇させ、よって光伝送モジュールの大幅価格低
減には至っていない。
【0005】また、光ビームスポット径拡大器付きレー
ザを用いる場合においても従来と同様のレーザと光導波
路や光ファイバ等の位置合せ精度が要求され、組立の生
産性や歩留りの大幅な向上が達成できず光伝送モジュー
ル価格低減における大きな課題となっている。
【0006】さらに、アレー型半導体レーザでは光ビー
ムスポット径拡大器付きレーザの実用化そのものが未だ
達成されていない。そのため、アレー型半導体レーザを
用いた光並列伝送モジュールではマイクロレンズアレー
等のレンズの導入が必須となり、レーザと光導波路や光
ファイバ等の位置合せ精度の他、レンズについての位置
合せ精度が要求され、組立の生産性や歩留りの大幅な向
上が達成できず光伝送モジュールの低価格化を困難にし
ている。
【0007】その他、半導体レーザと光ファイバとの間
に光導波路で実現される光回路があるモジュールでは、
半導体レーザの遠視野像発散角が光ファイバのそれとほ
ぼ同等でない限り、半導体レーザと光回路、光回路と光
ファイバの間の光結合を同時に最適化することはでき
ず、それぞれの最適化は犠牲にする条件下で光回路を設
計せざるを得ない、という問題がある。あるいは、逆
に、光結合効率を優先するために、光回路を小形にする
というような課題を犠牲にする、という問題がある。
【0008】本発明は、上記した問題点を解決するもの
であり、光ビームスポット径を変換できる光導波路を備
えた全く新規な光モジュールを提供することを目的とす
るものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】光伝送モジュールは光フ
ァイバで情報を伝送するものであり、ファイバへの光結
合効率を上げることが重要である。光結合効率を上げる
ことは光ファイバの固有モードを効率良く励振すること
である。光ファイバの前段に光導波路からなる光回路が
設けられる場合にも、光導波路、光ファイバそれぞれの
固有モードを効率良く励振することが基本になる。これ
は光スイッチと光ファイバ、光合分波器と光ファイバ、
ビームスプリッタと光ファイバの間でも同じである。
【0010】従って、例えば、半導体レーザ、光導波
路、光ファイバの固有モードがそれぞれ異なる場合、こ
れら光部品(半導体レーザ、光導波路、光ファイバ)間
の光結合を上げるには、前段の光部品の固有モードを後
段の光部品の固有モードに近似的に変換するモード変換
器を挿入することが必要となる。すなわち、各光部品に
おいてそれぞれの固有モードで励振できるように、光部
品間で固有モードを変換させることが必要となる。
【0011】また、光ビームスポット変換器を光結合特
性を向上させるモード変換器として機能させるには、ビ
ームスポット径を急激に変換しないように波面を制御し
て滑らかにモード変換を行う必要がある。
【0012】そこで、本発明は、上記目的を達成するた
めに、特許請求の範囲の通りに構成した。
【0013】これらは、光導波路を形成するプロセス以
外の特殊な技術を用いることなく作製でき、波面を制御
して滑らかにモード変換を行うことができる。例えば、
セグメント状の複数個のコアを用い、コア間の間隔を調
整して実効屈折率をほば一定に保ちながら、セグメント
状のコアの幅をz軸に沿って変化させることで滑らかに
波面制御を行うことができる。
【0014】また、例えば、セグメント状のコアの幅
を、y−z断面が略円形と見なせる形状になるよう、z
軸に沿って光軸(z軸)に近いコア部は厚く、光軸から離
れるに従ってコア部を薄くすることで、屈折率の高い領
域の光の伝搬速度(位相速度)を遅くし、光軸から離れる
に従って光の伝搬速度を早くすることができる。その結
果、入射したレーザ光は、光の進行方向において光軸に
収束していくように波面が湾曲するので、前段の光部品
の固有モードを後段の光部品の固有モードに近似的に変
換することが可能となる。
【0015】一方、この入射されたレーザ光は、光軸に
向かって収束するように波面が湾曲する作用を受ける
が、コアとクラッド間の屈折率差が小さいとその屈折力
は極めて小さく、略円形状コアの数が少ない場合は入射
レーザ光のビーム径は拡大することになる。そのため、
コアの形状や数を適正化することが重要となり、これに
よってビーム径をその後光回路の導波路固有モード径ま
で小さな損失で縮小していくことが可能となる。
【0016】また、ビーム径拡大率の適正な決定が光結
合効率と軸ずれ許容度(トレランス)の両者を、あるいは
そのいずれかを他方を犠牲にすることなく大きくするた
めに重要である。例えば、後述するように、略円形状コ
アの半径やその数をパラメータにしてそれらを適正化す
ることが重要となる。
【0017】さらに、y−z断面が略円形状のセグメン
ト状のコア群と矩形形状のコア群との連結で構成するこ
とで、矩形コア群の領域においてビーム径が一定に保持
され、その状態で光軸からずれたビームが光軸に引き戻
される作用を受けるため、位置合せトレランスを向上さ
せることができる。
【0018】これによって、LD(半導体レーザ)等の発
光素子からの光が光ビームスポット可変光導波路に入射
されるとき、単一モード光導波路の固有モードに大きな
損失なく滑らかにモード変換することができる。また、
高効率な、あるいは位置ずれ許容度(トレランス)が緩和
された光結合を実現できる。
【0019】なお、入射端での大きなビーム径を縮小す
るには、凸レンズ相当の波面変換を実現しなければなら
ないので、この凸レンズ相当の変換器は入射端での大き
なビーム径のレーザ光を受光するのに必要十分な大きさ
の口径となっている。
【0020】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図を用い
て説明する。
【0021】図1は、光ビームスポット変換器を備えた
光導波路を示した図である。
【0022】y−z断面において、円形のセグメント状
コア群と矩形のセグメント状コア群との連結で構成した
場合を示してある。
【0023】図において、図示しない半導体レーザなど
からの光ビームが入射すると、その入射した光ビームは
光ビームスポット変換器11を介して光導波路14に導
かれる。ここでz軸が光ビームの進行方向となる。
【0024】光ビームスポット変換器11は、さらに光
ビームスポット径拡大幅制御部11a、光ビームスポッ
ト径保持部11b、光ビームスポット径縮小部11cか
ら構成される。
【0025】光ビームスポット径拡大幅制御部11aで
は、略円筒形状のコアを複数個備えており、その凸レン
ズ作用により伝播する光ビームスポット径の拡大幅を制
御し、光ビームがほぼ平行光となるように制御する。す
なわち、拡がろうとする光ビームを略円筒形状のコアを
用いて拡がらずに収束するように制御する。図では同一
直径の円形形状のコアを複数個配置しているが、伝播す
る光ビームのビーム径は拡大するので前段のコアの直径
以上のものを配置してもよい。光ビームスポット変換器
長を短くする観点に立てば、徐々に直径が大きくなるよ
うにコアを配置することが好ましい。
【0026】また、トレランス向上を考えると、この一
段目のコアは、入射する光ビームをガウスビームで近似
した場合、その強度がピーク強度のほぼ1/e2となる点
のビーム径以上の直径のもので構成することが好まし
い。一方、直径を大きくし過ぎると屈折力が弱まってコ
ア数を増やす必要があり、ビームスポット変換器長が長
くなってしまう。そこで、例えば、レーザの拡がり角が
約6°〜約45°(レンズ機能付き:約6°〜約15
°、レンズ機能なし:25°〜45°)、レーザからの
距離が約5〜50μmの場合、約3〜250μmの直径
のコアを配置することが好ましい。
【0027】次に、光ビームスポット径保持部11bは
矩形形状のコアを複数個備えており、光ビームスポット
径拡大幅制御部11aからの光ビームのビーム径を保持
するように構成される。コア間のギャップはほぼ一定と
なるように構成している。この光ビームスポット径保持
部11bの長さにより、例えば位置ずれによるレーザと
光導波路との光軸のずれが生じた場合であっても、伝播
する光ビームを光導波路14の光軸(Z軸)へ収束する
ように制御される。
【0028】次に、光ビームスポット径縮小部11cで
は、略円筒形状のコアを複数個備えており、その凸レン
ズ作用により光ビームスポット径保持部11bからの光
ビームを縮小して光導波路14の有するビームスポット
径に近づくように構成される。図では同一直径の円形形
状のコアを複数個配置しているが、ビーム径の縮小を許
容しているので前段のコアの直径以下のものを配置して
もよい。
【0029】なお、これまで説明した光ビームスポット
変換器11と光導波路14の備えるコアは同一材料で構
成され、そのコアの周りはクラッド12で覆われてい
る。コア11、14とクラッド12の比屈折率差は、シ
ングルモード条件からして0.2〜2.0%程度が好ましい。
特に0.3〜0.6%程度が好ましい。
【0030】以上のように構成することで、レーザから
のビームスポット径を急激に変換しないように波面を制
御して滑らかに光導波路に合わせた好適なビームスポッ
ト径に変換することができる。また、ビームスポット径
保持部を有することでトレランスを改善することがで
き、組立時の生産性を向上させることができる。なお、
結合効率を改善する観点からすると、ビームスポット径
保持部のない構成であっても良い。
【0031】ところで、本実施例における光ビームスポ
ット変換器11の主な損失はクラッド層とコア層との界
面での反射損と、周期性が強い場合の回折損等のコア層
からクラッド層に漏れていく放射損である。反射損はク
ラッドーコア間の屈折率差が小さい場合にはほとんど無
視できるから、回折損の低減が設計上の一つのポイント
になる。回折損の低減には同一形状のコア数を制限する
か、コア形状を緩やかに変えて周期性を弱めれば良い。
図3に示す光導波路は回折損を考慮した構成であるがこ
れについては後述する。
【0032】一方、クラッドとコアとの間の屈折率差を
小さくなるように構成した場合には、光ビームの伝播方
向となるy−z断面での円形形状のコア11a、11c
の屈折力が弱くなり期待するビームスポット径に変換す
ることが難しくなる。そのため、図1などに示す光導波
路では複数個のコアを用いて必要な凸レンズ作用を得る
ように構成している。
【0033】なお、図1では光ビームスポット径拡大幅
制御部11aとビームスポット径縮小部11cとをほぼ
円形状のコアを用いて構成したが、所望の凸レンズ作用
が得られるものであれば形状は問わない。光ビームが入
射もしくは出射する面に曲線もしくは曲線を近似したも
のがあれば良い。従って、ほぼ楕円形状のものであって
も良い。
【0034】図2は、上記の基本的な考え方の元にシミ
ュレーションを行い、この結果に基づいて設計された光
ビームスポット変換器を示すものである。図2(a)は断
面図、(b)はx=0でのyーz平面図である。但し(b)
は実施例がz軸に長く連続して図示できないので、途中
を切断し2列に分割して示した。
【0035】本実施例では、前述の円柱形状を折線で近
似した略円形状のセグメント状コアを用いた。一般的な
CAD技術を用いてセグメント状コアを形成するための
マスクを設計すると、図2に示すような、円柱形状を折
線で近似した略円形状のものとなる。楕円形上を形成す
る場合も同様である。また、その断面形状を緩やかに変
えながら連続コアの光導波路につないでいる。なお、本
実施例においては、コア11の屈折率N0=1.464
16、クラッド12、13の屈折率を共にN1=N2=
1.4576としている。
【0036】これは、図1に示したビームスポット径保
持部を設けないものである。すなわち、光ビームが平行
光となるように制御した後、所望のビームスポット径と
なるように縮小して光導波路へと光ビームを伝播させ
る。この場合、図1に比べてトレランスは改善されない
が、結合効率を向上させることは可能である。
【0037】また、ビームスポット径縮小部において、
光が入射する幅が小さくなるようにコアの形状を変化さ
せているが、これは伝播する光ビームに対するレンズ作
用を弱めながら、光導波路へ導くためのものである。こ
れについては、後の図3において詳細に説明する。
【0038】図3は、(a)が本発明における小形の光ビ
ームスポット変換器の第2の実施例を示すx=0でのy
−z平面図、(b)が本発明における第3の実施例を示す
x=0でのy−z平面図である。第2及び第3の実施例
は共にy−z断面が円形のセグメント状コア群と矩形の
コア群との連結で構成しているが、いずれもビームスポ
ット径保持部と、ビームスポット径縮小部との構成が図
1に示したものと異なる。
【0039】第2の実施例である(a)では円形のセグメ
ント状コアの断面形状を緩やかに変えながら連続コアの
光導波路につないでいる。すなわち、入射した光ビーム
が、ほぼ同一直径の円筒形状の4個のセグメントから成
るコア群(ビームスポット径拡大制御部)、ほぼ同一の
矩形形状の7個のセグメントと、徐々にコアのY方向の
幅を短くし、Z方向の長さを長くし、コア間のギャップ
を狭くした5個のセグメントからなるコア群(ビームス
ポット径保持部)、ほぼ同一直径の円筒形状の4個のセ
グメントと、徐々にコアのY方向の幅を短くし、Z方向
の長さを長くした5個のセグメントからなるコア群(ビ
ームスポット径縮小部)を介して光導波路に導かれるよ
うに構成されている。
【0040】ビームスポット径保持部において、矩形形
状のコアを複数個配置して周期構造とした場合、ブラッ
グ回折による損失が生じる。トレランス向上を考慮する
と、コア数を増やしたいがそれによって損失が生じてし
まう。そこで、図示するように、徐々にコアのY方向の
幅を短くし、Z方向の長さを長くし、コア間のギャップ
を狭くした5個のセグメントを配置することで、すなわ
ちコア形状を緩やかに変えて周期性を弱めることで損失
を抑制するように構成した。
【0041】また、ビームスポット径縮小部ではビーム
径を縮小させて光導波路のビーム径とほぼ同一にさせる
が、本実施例においては徐々にコアのY方向の幅を短く
し、Z方向の長さを長くした5個のセグメントを配置す
ることで、凸レンズ作用を徐々に弱めながら光導波路の
ビームスポット径へ変換するように構成した。これは強
い凸レンズ作用によって短距離間で細く絞った光ビーム
は、連続コアの光導波路が受容できるNA(開口数)以上
のビームとなり、連続コアの光導波路内においてコア外
に漏洩しやすくなり伝播時の損失となるからである。具
体的には、直径を徐々に大きくした円形状を作成し、そ
の円形状に対して光軸を中心としたY方向の幅を徐々に
短くなるように除去した形状を用いて構成している。こ
れによると単なる矩形形状にはならずに光ビームの入射
面と出射面とが曲率を有するので、凸レンズ作用を弱め
ながらビームスポット径を縮小しモード変換を実現する
ことが可能となる。
【0042】一方、第3の実施例の(b)ではビームスポ
ット縮小部において円形のセグメント状コア群から連続
コアの光導波路に直接つないでいる。すなわち、入射し
た光ビームが、ほぼ同一直径の円筒形状の4個のセグメ
ントから成るコア群(ビームスポット径拡大制御部)、
ほぼ同一の矩形形状の7個のセグメントと徐々にコアの
Y方向の幅を短くし、Z方向の長さを長くし、コア間の
ギャップを狭くした5個のセグメントからなるコア群
(ビームスポット径保持部)、ほぼ同一直径の円筒形状
の7個のセグメントからなるコア群(ビームスポット径
縮小部)を介して光導波路に導かれるように構成されて
いる。
【0043】これによっても(a)と同様の効果が得ら
れるが、光ビームスポット径縮小部の構成が異なる分、
光結合効率がやや劣る。トレランスについては(a)と同
様の改善が得られる。
【0044】図4は、第1の実施例における光ビームス
ポット変換の性能を示すもので、y−z断面における光
強度の等高線21を用いてこれを示した。同図はy軸を
約5倍に拡大してあり、z方向は300μmの長さにな
っている。
【0045】この実施例では、レーザ光として遠視野像
発散角が半値半幅で12度を仮定し、これを導波路から
20μm離して配置した場合を示している。またここで
図4(a)はレーザが光軸上にある場合、同(b)はy軸に
+2μmずらして配置した場合である。尚、レーザ光は
図の下側から入射し、上に向かって進行している。図4
(a)より光の進行とともにビーム径が緩やかに拡大し、
ほぼ一定になってから光導波路の固有モードに近づいて
いるのが分かる。すなわち、波面を制御して滑らかにモ
ード変換を行えることが分かる。なお、この計算には3
次元のFD−BPMを用いた。
【0046】図5は、本発明の第1の実施例における光
結合特性を、レーザのy方向ずれ量と結合効率との関係
として示したものである。また、従来法の直接光導波路
にレーザ光を入射させた場合を比較のため載せてある。
【0047】この図で例示したように、本発明により軸
ずれの許容量の改善が達成できた。すなわち、Y方向に
対して位置ずれがあったとしても従来例に比べて結合効
率の低下は抑制されており、例えばLD等の発光素子と
ビームスポット径変換器付きの光導波路との位置合わせ
精度の許容範囲が広がることとなる。
【0048】これは特定の条件下で計算したものである
が、例えばレーザ光の発散角が大きい場合には更に改善
効果が顕著になる。また図5は本発明の特徴の一例を例
示したにすぎず、軸ずれ許容量を従来と同程度に保った
まま結合効率を向上させる、即ち従来例の結合曲線を上
方にほぼ平行移動させるような結合特性の実施例も提供
できる。また図示してはいないが、本発明の第2、第3
の実施例においても、図5に示す第1の実施例の光結合
特性とほぼ同等の光結合特性を示し、軸ずれの許容量が
改善されている。なお、第1、第2及び第3の実施例で
は最大結合効率をほぼ一定にして軸ずれの許容量を上げ
る例を示したが、上記したように、最大結合効率を上げ
る設計も可能となる。
【0049】図6に第1、第2及び第3の実施例の製造
プロセスを示す。
【0050】本実施例に於いては、ガラスもしくはSi
(シリコン)基板の上に、石英系または有機材料を用いる
公知の光導波路作製法と同様の方法で製造する。例え
ば、Si基板55を用いた石英系の場合を説明すれば、
石英系の光導波路作製とまったく同様、CVDやEB蒸
着あるいは火炎堆積法等による石英系の膜の製膜が基本
になる。今回は、火炎堆積法による方法を示す。
【0051】まず、Si基板55の上に第2のクラッド
層53とコア層51を、原料を酸水素炎中で加熱加水分
解して得られるガラス微粒子として堆積する(工程
(a))。但し、コア層51は酸化チタンや酸化ゲルマ
ニウム等のドーパント濃度を高くしてある。
【0052】次に、ガラス微粒子膜を電気炉中で高温に
加熱してこれを透明化する(工程(b))。このガラス微
粒子の堆積と透明化は、通常クラッド層53とコア層5
1をそれぞれ個別に行うが、ここでは一括して行う場合
を示した。
【0053】続いて、コア層51のパターニングをフォ
トリソグラフィを用いて行う。即ち、レジストを塗布し
マスクパターンを転写後、所定の深さRIE(反応性イ
オンエッチング)によりエッチングしてコア51を形成
する(工程(c))。
【0054】その後、ドーパント量により屈折率を調整
した第1のクラッド層52を、ガラス微粒子として堆積
させ(工程(d))、さらに高温で加熱して透明化する
(工程(e))。石英系の材料を用いる場合には、ガラス
軟化温度や熱膨張係数の調整のために、補助的なドーパ
ントを微量添加することが多い。
【0055】このようにフォトリソグラフィを用いてコ
ア層をパターンニングするので、光導波路を含め実施例
のような形状のコアを形成することができる。また、フ
ォトリソグラフィを用いるので、図2に示すような曲線
を直線で近似したパターンニングとなる。実際には角部
は丸みを帯びる。また、光導波路とともにビームスポッ
ト変換器を形成できるので、これらの間での光軸合わせ
などの精度は容易に満足することができる。
【0056】以上のように、従来の光導波路を形成する
のと同様のフォトリソグラフィの技術を用いるので、そ
の製造は容易であり、さらにビームスポット径変換器を
製造するためだけの新たな製造工程が増えるなどのデメ
リットはない。また、ビームスポット径変換器とそれと
接続する光導波路とは、同時に形成されるのでこれらの
光軸を合わせるといった調整や組み立て作業は不要であ
る。
【0057】図7は、本発明の第4の実施例である光回
路を用いた光伝送モジュールの概念図である。本実施例
の光回路は光導波路による分岐/合流の機能を持つ光回
路であるが、その端部に光ビームスポット変換器101
が設けられている。なお、図においては光ビームスポッ
ト変換器101が設けられているエリアのみを示してお
り、実際にはこれまで実施例1〜実施例3などの光ビー
ムスポット変換器が形成されている。
【0058】光回路及び光ビームスポット変換器は、S
i(シリコン)基板55の上に、石英系または有機材料を
用いて作製する。石英系での作製法は上記した通りであ
る。Si基板55には一方の入射端側に光素子をはんだ
接続するためのメタライズ(図示していない)と、位置合
せ用のアライメントマーク(図示していない)が形成して
ある。光素子102にも位置合せ用のアライメントマー
クが予め形成してあり、これらのマークを基準にしたい
わゆるパッシブアライメント法により位置合せし、加熱
によりはんだを溶融させて光素子101を接続する。は
んだは、基板または素子のどちら側かに数μm厚蒸着し
てパターニングし、はんだ膜パターンとして形成してお
く。光ファイバは、ガラスまたはSi基板にV溝を形成
し、これに埋め込んで保護板で蓋をした光ファイバブロ
ック103を作製しておく。この光ファイバブロック1
03と、前記の光素子を搭載し光ビームスポット変換器
を形成した基板とを、パッシブまたはアクティブアライ
メント法により位置合せし、接着剤105を用いて接着
接続する。接着剤はUV硬化型でも熱硬化型でもよい
が、硬化時の変形が小さく、信頼性の高いものが望まし
いことは言うまでもない。
【0059】図8は、本発明の第5の実施例であるアレ
ー型光素子を用いた並列光伝送モジュールの概念図であ
る。Si基板55に光ビームスポット変換器201を作
成し、その後一方の入射端側に光素子をはんだ接続する
ためのメタライズ(図示していない)と、位置合せ用のア
ライメントマーク(図示していない)を形成する。光素子
202にも位置合せ用のアライメントマークを予め形成
しておき、これらのマークを基準にしたいわゆるパッシ
ブアライメント法により位置合せし、加熱によりはんだ
を溶融させて光素子201を接続する。はんだは、基板
または素子のどちら側かに数μm厚蒸着してパターニン
グし、はんだ膜パターンとして形成しておく。光ファイ
バ束203は、Si基板にV溝を形成し、これに埋め込
んで保護板(図示していない)で蓋をした光ファイバ束2
03のブロック204を作製しておく。この光ファイバ
束ブロック204と、前記の光素子を搭載し光ビームス
ポット変換器を形成した基板とを、パッシブまたはアク
ティブアライメント法により位置合せし、接着剤105
を用いて接着接続する。アクティブアライメントでは、
基本的に両端のチャンネルを使って位置合せするが、更
に中央のチャンネルを使って位置合せしてもよく、特定
の方法に限定されるものではない。
【0060】図9は、本発明の第6の実施例であるアレ
ー型光素子を用いた、第2の並列光伝送モジュールを示
す概念図である。第5の実施例と異なるのは、V溝を形
成した基板55に光ビームスポット変換器を作製し、光
素子201を搭載した点である。V溝を形成した基板を
用いるため、光ビームスポット変換器は有機材料を使用
して作製するのが容易である。光導波路用の有機材料を
用いれば、スピンコートとベークで製膜できる。但し、
V溝があるため平坦な膜を作製するのは困難なため、本
実施例ではレジストを厚く塗布し、これを基板表面まで
エッチングで除去して先ずV溝部を埋め平坦化しておい
た。V溝近傍部にはアライメントマークを形成してお
き、これを基準に光ビームスポット変換器を作製し、素
子搭載用メタライズを形成すれば、マスク合せの精度で
相互の位置精度が決まるパターニングができ、極めて効
率の高い光結合が実現できる。光素子はパッシブアライ
メントで位置合せし、はんだで接続する。その後光ファ
イバをV溝に挿入し、接着剤を塗布し保護板で蓋をする
とともにUV照射または加熱により硬化させ接着する。
モジュールとしてはさらに電気的接合をとり素子の封止
等も必要であるが、これは公知の方法を適用すればよい
ので、あるいは、本発明に直接関わらないので、説明を
省略する。
【0061】図10は、本発明の第7の実施例である並
列光伝送モジュールを用いた交換機または計算機の信号
接続を示す概念図である。大形計算機のプロセッサ間
や、プロセッサ・記憶装置間等での高速信号伝送、高密
度な信号配線の軽量化、細径化、耐ノイズ性向上等の目
的で用いられる。装置301、302には、装置間の信
号接続用基板253a、253b、253c、253d
等が内臓され、それぞれの信号接続用基板上には、複数
個の前述の並列光伝送モジュール251a等とLSI部
品252等が搭載されている。並列光伝送モジュール2
51aでは、情報は電気信号から光信号へ変換され、多
芯光コネクタ254aを介して光ファイバアレイ255
aに伝送される。装置間は、同様な光ファイバアレイを
まとめた光ファイバアレイ束256を介して信号が伝送
される。光ファイバアレイ255aに接続される他方の
装置の信号接続用基板253b上の並列光伝送モジュー
ル251bでは、光信号から電気信号へ変換され、装置
間の光による信号伝送が可能になる。
【0062】また、図示していないが、光スイッチの光
ファイバーと接続する部分や、ビームスプリッターの分
岐前の光導波路の先端部分、分岐後の各光導波路の先端
部分に前述のビームスポット径変換機能付きの光導波路
を形成することもできる。これによってもトレランスや
光結合効率の向上を実現することができる。
【0063】これまでに説明した実施例によれば、コア
形状の設計でビーム拡大率を可変できるため、例えば光
素子と光ファイバおよびその間に光導波路から成る光回
路とで構成される光モジュールでは、光回路の両端に光
素子と光ファイバ個別に最適な光ビームスポット変換器
を形成でき、光モジュールの光利用効率向上と製造の容
易化に大きな効果がある。また、製造が容易になること
から、光モジュールの低価格化に効果が大きい。
【0064】また、これまでに説明した実施例の光ビー
ムスポット変換器は、光回路や光素子を搭載する基板上
に作製できるため、光モジュールの構成が簡素で実装が
容易になり、光モジュールの低価格化にこの点からも効
果が大きい。
【0065】さらに、極めて単純なプロセスでビームス
ポット変換が可能な光ビームスポット変換器を実現で
き、選択結晶成長のような方法を必要とするものに対し
光ビームスポット変換器自体の低コスト化が可能であ
る。
【0066】さらに、セグメント状のコアで構成される
ことから、光ビームスポット変換器の小形化(素子長の
短縮)にも効果がある。
【0067】
【発明の効果】本発明によれば、光ビームスポット径を
変換できる光導波路を備えた全く新規光モジュールを実
現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光ビームスポット変換器の概略を示す
斜視図。
【図2】本発明の光ビームスポット変換器の第1の実施
例を示す断面図と平面図。
【図3】(a)は本発明の光ビームスポット変換器の第2
の実施例を示す断面図と平面図。(b)は本発明の光ビー
ムスポット変換器の第3の実施例を示す断面図と平面
図。
【図4】本発明の第1の実施例における光ビームスポッ
ト変換器の作用を示す光強度等高線図。
【図5】本発明の第1の実施例における光ビームスポッ
ト変換器の光結合特性を示す図。
【図6】本発明の光ビームスポット変換器の製造プロセ
スを説明する断面図。
【図7】本発明の第4の実施例を示す光ビームスポット
変換器付き光伝送モジュールの斜視図。
【図8】本発明の第5の実施例を示す光ビームスポット
変換器付き第1の並列光伝送モジュールの斜視図。
【図9】本発明の第6の実施例を示す光ビームスポット
変換器付き第2の並列光伝送モジュールの斜視図。
【図10】本発明の第7の実施例を説明する図。
【符号の説明】
11、51 …… コア 12、52 …… 第1のクラッド 13、53 …… 第2のクラッド 21 …… 光強度等高線 55 …… シリコン基板 101 …… 光ビームスポット変換器 102 …… 光素子 103 …… 光ファイバブロック 201 …… 光ビームスポット変換器 202 …… アレイ型光素子 203 …… 光ファイバ束 204 …… 光ファイバ束ブロック 251a、251b …… 並列光伝送モジュール 301、302 …… 装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H037 AA01 BA02 BA11 BA24 2H047 KA03 KA11 LA23 MA05 RA08 TA05 TA32 5F073 BA01 FA07 FA13 FA22 FA23 FA30

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光伝搬方向である光軸をz軸、これに直交
    する断面で垂直方向の軸をx軸、水平方向の軸をy軸と
    し、基板上に該x軸および該y軸の原点をほぼ中心とし
    て該z軸方向に光を伝搬するように形成されたコア部
    と、該コア部を囲むクラッド層とを有する光導波路を備
    えた光モジュールであって、 該光導波路の有するコア部が複数個のコアで形成され、
    その少なくとも1個のコアのy−z断面は略円、略楕円
    またはそれらを近似した形状であることを特徴とする光
    モジュール。
  2. 【請求項2】前記y−z断面が円、楕円、略円または略
    楕円と見なせる形状のコアを用いて光ビームのスポット
    径を拡大する拡大部と光ビームのスポット径を縮小する
    縮小部とを形成することを特徴とする請求項1記載の光
    モジュール。
  3. 【請求項3】前記コアのy−z断面が円、楕円、略円ま
    たは略楕円と見なせる形状の複数個のコアの他、y−z
    断面が矩形形状の複数個のコアを前記拡大部と前記縮小
    部との間に形成したことを特徴とする請求項2記載の光
    モジュール。
  4. 【請求項4】前記y−z断面が矩形形状の複数個のコア
    においてコアのy軸方向の長さを異ならせたことを特徴
    とする請求項3記載の光モジュール。
  5. 【請求項5】前記縮小部に配置された複数個のコアにお
    いてコアのy軸方向の長さを異ならせたことを特徴とす
    る請求項2または3記載の光モジュール。
  6. 【請求項6】光伝搬方向である光軸をz軸、これに直交
    する断面で垂直方向の軸をx軸、水平方向の軸をy軸と
    し、基板上に該x軸および該y軸の原点をほぼ中心とし
    て該z軸方向に光を伝搬するように形成されたコア部
    と、該コア部を囲むクラッド層とを有する光導波路を備
    えた光モジュールであって、 該光導波路の有するコア部が複数個のコアで形成され、
    その少なくとも1個のコアの有する光ビームが入射もし
    くは出射する面が曲率を有する形状であることを特徴と
    する光モジュール。
  7. 【請求項7】前記コアを用いて光ビームのスポット径を
    拡大する拡大部と光ビームのスポット径を縮小する縮小
    部とを形成することを特徴とする請求項6記載の光モジ
    ュール。
  8. 【請求項8】前記y−z断面が矩形形状の複数個のコア
    を前記拡大部と前記縮小部との間に形成したことを特徴
    とする請求項7記載の光モジュール。
  9. 【請求項9】前記y−z断面が矩形形状の複数個のコア
    においてコアのy軸方向の長さを異ならせたことを特徴
    とする請求項8記載の光モジュール。
  10. 【請求項10】前記縮小部に配置された複数個のコアに
    おいてコアのy軸方向の長さを異ならせたことを特徴と
    する請求項8または9記載の光モジュール。
  11. 【請求項11】光を伝搬するように形成されたコア部
    と、該コア部を囲むクラッド層とを有する光導波路を備
    えた光モジュールであって、 該光導波路が、入射された光ビームの有するビームスポ
    ット径を拡大して伝播する第一の領域と該第一の領域か
    らの光ビームのビームスポット径を縮小させて伝播する
    第二の領域とを有することを特徴とする光モジュール。
  12. 【請求項12】前記第一の領域と前記第二の領域との間
    に第一の領域からの光ビームのビームスポット径を保持
    するように作用する第三の領域を備えることを特徴とす
    る請求項11記載の光モジュール。
  13. 【請求項13】前記第一の領域もしくは第二の領域に位
    置するるコア部が複数個のコアで形成され、その少なく
    とも1個のコアの有する光ビームが入射もしくは出射す
    る面が曲率を有する形状であることを特徴とする請求項
    12記載の光モジュール。
  14. 【請求項14】前記第三の領域に位置するコア部が複数
    個のコアで形成され、そのコアが矩形形状であることを
    特徴とする請求項12または13記載の光モジュール。
  15. 【請求項15】前記第三の領域に位置するコア部におい
    て前記光ビームが入射するコアの幅を徐々に小さくした
    ことを特徴とする請求項14記載の光モジュール。
  16. 【請求項16】前記第二の領域に位置するコア部におい
    て前記光ビームが入射するコアの幅を徐々に小さくした
    ことを特徴とする請求項13〜15のいずれかに記載の
    光モジュール。
  17. 【請求項17】前記光モジュールが光スイッチ、光合分
    波器もしくはビームスプリッタであることを特徴とする
    請求項1〜16のいずれかに記載の光モジュール。
  18. 【請求項18】請求項1〜17のいずれかに記載の光モ
    ジュールを備えた光伝送システム。
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