JP2001337252A - 光モジュール - Google Patents
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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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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）)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000161117A JP3752965B2 (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 光モジュール |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000161117A JP3752965B2 (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 光モジュール |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001337252A true JP2001337252A (ja) | 2001-12-07 |
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Family
ID=18665190
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000161117A Expired - Fee Related JP3752965B2 (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 光モジュール |
Country Status (2)
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| WO (1) | WO2001090791A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005202405A (ja) * | 2004-01-13 | 2005-07-28 | Lucent Technol Inc | 光ファイバとプレーナ光導波路とを高密度に結合する方法及び装置 |
| JP2005292382A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Kazuyuki Hirao | 光学素子及びその製造方法並びに光学装置 |
| US8285092B2 (en) | 2007-03-20 | 2012-10-09 | Nec Corporation | Optical waveguide and spot size converter using the same |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1509792A2 (en) * | 2002-06-04 | 2005-03-02 | NKT Integration A/S | Integrated splitter with reduced losses |
Family Cites Families (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPS57198410A (en) * | 1981-06-01 | 1982-12-06 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Optical plane circuit equipped with optical coupler |
| JPS61206904U (ja) * | 1985-06-14 | 1986-12-27 | ||
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-
2000
- 2000-05-26 JP JP2000161117A patent/JP3752965B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-02-07 WO PCT/JP2001/000854 patent/WO2001090791A1/ja active Application Filing
Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2005202405A (ja) * | 2004-01-13 | 2005-07-28 | Lucent Technol Inc | 光ファイバとプレーナ光導波路とを高密度に結合する方法及び装置 |
| JP2011170368A (ja) * | 2004-01-13 | 2011-09-01 | Alcatel-Lucent Usa Inc | 光ファイバとプレーナ光導波路とを高密度に結合する方法及び装置 |
| JP2005292382A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Kazuyuki Hirao | 光学素子及びその製造方法並びに光学装置 |
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Also Published As
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