JP2002214484A - Optical element module - Google Patents

Optical element module

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JP2002214484A
JP2002214484A JP2001011516A JP2001011516A JP2002214484A JP 2002214484 A JP2002214484 A JP 2002214484A JP 2001011516 A JP2001011516 A JP 2001011516A JP 2001011516 A JP2001011516 A JP 2001011516A JP 2002214484 A JP2002214484 A JP 2002214484A
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JP
Japan
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optical element
spherical lens
optical
optical fiber
element module
Prior art date
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JP2001011516A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuya Maezawa
卓也 前沢
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Original Assignee
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize compactness and high integration. SOLUTION: On the surface of a silicon substrate 21, by anisotropic etching, a square recessed part 22 is formed and V grooves 23 and 24 are formed on one side with respect to the part 22 on two straight lines passing through the center of the square. A spherical lens 27 is arranged in the part 22, and optical fibers 28 and 29 are arranged respectively in the grooves 23 and 24. Optical elements (LD, PD) 31 and 33 are arranged at positions opposing the fibers 28 and 29 across a spherical lens 27 on the substrate 21. The single spherical lens 27 is shared by two sets of modules (the optical elements and the optical fibers).

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】この発明は光通信や光計測の
装置などに使用される光学素子モジュールに関し、特に
小型高集積化を図ることができる光学素子モジュールに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element module used for an optical communication or optical measurement device, and more particularly to an optical element module which can be miniaturized and highly integrated.

【0002】[0002]

【従来の技術】発光素子や受光素子などの光学素子と光
ファイバとの接続を行う光学素子モジュールにおいて
は、一般に1個の光学素子モジュールにおいて、1組の
光学素子と光ファイバとを接続することを基本として構
成されており、例えば発光素子と光ファイバとを接続す
る光学素子モジュールにおいては、光学的結合効率を高
めるために、それら発光素子と光ファイバとの間にレン
ズを配置し、レンズを介して接続するといった構成も採
用されている。
2. Description of the Related Art In an optical element module for connecting an optical element such as a light-emitting element or a light-receiving element to an optical fiber, it is generally necessary to connect one set of optical element and the optical fiber in one optical element module. For example, in an optical element module that connects a light emitting element and an optical fiber, a lens is disposed between the light emitting element and the optical fiber to increase the optical coupling efficiency, and the lens is There is also adopted a configuration in which the connection is made via a connection.

【0003】図2はこのような光学素子モジュールの従
来構成例を示したものであり、レーザーダイオード(L
D)11より出射した光は球レンズ12によって光ファ
イバ13のコア部に集光されて入射されるものとなって
おり、これにより高い結合効率(接続効率)が得られる
ものとなっている。なお、このようなLDモジュールに
おいては、図に示したように、通常発光光量モニタ用の
フォトダイオード(PD)14が装備されることが多
い。実装用の基板15は例えばシリコン基板とされ、光
学素子(LD,PD)11,14は高精度に形成された
アライメントマーク16で位置合わせされて、基板15
上に形成されている電極17上に半田固定され、一方球
レンズ12と光ファイバ13はシリコンの異方性エッチ
ングによって形成された加工精度の高い方形状凹部18
及びV溝19に配置されて接着固定されるものとなって
おり、これによりパッシブアライメントによる高結合効
率を実現している。なお、図中、20はボンディングワ
イヤを示す。
FIG. 2 shows an example of a conventional configuration of such an optical element module.
The light emitted from D) 11 is condensed on the core portion of the optical fiber 13 by the spherical lens 12 and is incident thereon, whereby high coupling efficiency (connection efficiency) is obtained. As shown in the figure, such an LD module is often provided with a photodiode (PD) 14 for normal light emission amount monitoring. The mounting substrate 15 is, for example, a silicon substrate, and the optical elements (LD, PD) 11 and 14 are aligned with the alignment marks 16 formed with high precision.
The ball lens 12 and the optical fiber 13 are solder-fixed on the electrode 17 formed thereon, while the spherical lens 12 and the optical fiber 13 are formed by anisotropic etching of silicon and have a highly accurate rectangular recess 18.
In addition, they are arranged in the V-groove 19 and are fixed by bonding, thereby realizing high coupling efficiency by passive alignment. In the drawing, reference numeral 20 denotes a bonding wire.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の光学素子モジュールは、発光素子や受光素子などの光
学素子と光ファイバとの接続を、1個の光学素子モジュ
ールにつき、1組を基本として構成されており、光学素
子と光ファイバとの複数組を一つのパッケージに集積す
るにしても、それぞれの組を、つまりそれぞれ独立した
複数の組を単に実装するだけのものとなっていた。この
発明の目的はこの点に鑑み、光学素子と光ファイバとの
複数組を具備する光学素子モジュールにおいて、従来構
成より高集積化を図ることができるようにした光学素子
モジュールを提供することにある。
As described above, in the conventional optical element module, the connection between the optical element such as the light emitting element and the light receiving element and the optical fiber is basically one set for each optical element module. Even if a plurality of sets of optical elements and optical fibers are integrated in one package, each set, that is, a plurality of independent sets is simply mounted. In view of the above, an object of the present invention is to provide an optical element module including a plurality of sets of optical elements and optical fibers, which can achieve higher integration than the conventional configuration. .

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明によれ
ば、球レンズの中心を通る2直線上に、それぞれ球レン
ズを挟んで光学素子と光ファイバとが対向配置される。
請求項2の発明によれば、シリコン基板の表面に異方性
エッチングにより、方形状凹部と、その方形の中心を通
る2直線上の、それぞれ方形状凹部に対する一方の側に
V溝が形成され、方形状凹部に球レンズが配置され、2
つのV溝に光ファイバがそれぞれ配置され、シリコン基
板上の、球レンズを挟んで各光ファイバと対向する位置
に光学素子がそれぞれ配置される。
According to the first aspect of the present invention, the optical element and the optical fiber are arranged on two straight lines passing through the center of the spherical lens with the spherical lens interposed therebetween.
According to the second aspect of the present invention, a rectangular recess and a V-groove are formed on one side of the rectangular recess on two straight lines passing through the center of the square by anisotropic etching on the surface of the silicon substrate. , A spherical lens is arranged in the rectangular recess,
Optical fibers are respectively arranged in the two V-grooves, and optical elements are respectively arranged on the silicon substrate at positions facing the respective optical fibers with the spherical lens interposed therebetween.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して実施例により説明する。図1はこの発明による光
学素子モジュールの一実施例の構成を示したものであ
り、この例では1個の球レンズを光学素子と光ファイバ
との複数対で共用する構成となっている。方形状の基板
21はシリコン基板とされ、その表面には方形状をなす
凹部22と2つのV溝23,24が形成されている。V
溝23,24は凹部22のなす方形の中心を通る2直線
上の、それぞれ凹部22に対する一方の側に形成されて
おり、この例では図に示したように凹部22の隣接2辺
にそれぞれ垂直に形成され、その内端はそれぞれ凹部2
2に臨むものとされている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of an optical element module according to the present invention. In this example, one spherical lens is shared by a plurality of pairs of an optical element and an optical fiber. The rectangular substrate 21 is a silicon substrate, and a rectangular concave portion 22 and two V grooves 23 and 24 are formed on the surface thereof. V
The grooves 23 and 24 are formed on one side of the recess 22 on two straight lines passing through the center of the rectangle formed by the recess 22. In this example, the grooves 23 and 24 are perpendicular to two adjacent sides of the recess 22 as shown in the drawing. And the inner ends thereof are respectively formed with recesses 2.
It is supposed to face 2.

【0007】これらV溝23,24及び凹部22はフォ
トリソグラフィによる高精度なパターン形成と、シリコ
ンの異方性エッチングの手法とにより、サブミクロンレ
ベルの寸法精度で所要の寸法に加工形成されている。一
方、凹部22の、V溝23,24が形成されている辺と
それぞれ対向する辺に近接して、基板21上には所要の
電極25と十字状をなすアライメントマーク26とが形
成されており、これら電極25及びアライメントマーク
26もフォトリソグラフィにより凹部22及びV溝2
3,24との高い位置精度をもって形成され、また形状
精度も優れたものとなっている。なお、電極25上には
厚さも含めて高精度に金錫半田が形成されている。
The V-grooves 23, 24 and the concave portion 22 are formed into required dimensions with sub-micron level dimensional accuracy by high-precision pattern formation by photolithography and anisotropic etching of silicon. . On the other hand, a required electrode 25 and a cross-shaped alignment mark 26 are formed on the substrate 21 in the vicinity of the side of the concave portion 22 opposite to the side where the V grooves 23 and 24 are formed. The electrode 25 and the alignment mark 26 are also formed by photolithography in the concave portion 22 and the V-groove 2.
It is formed with a high positional accuracy of 3, 24, and has an excellent shape accuracy. Note that gold-tin solder including the thickness is formed on the electrode 25 with high accuracy.

【0008】凹部22及び各V溝23,24にはそれぞ
れ球レンズ27及び光ファイバ28,29が配置されて
接着固定される。一方、球レンズ27を挟んで光ファイ
バ28と対向する位置にはLD31及びその発光光量モ
ニタ用のモニタPD32が配置され、球レンズ27を挟
んで光ファイバ29と対向する位置にはPD33が配置
される。これらLD31,モニタPD32及びPD33
はそれぞれアライメントマーク26で位置合わせされて
電極25上に半田固定され、ボンディングワイヤ34に
より所要の電気的接続が行われる。
A spherical lens 27 and optical fibers 28 and 29 are arranged in the concave portion 22 and the V-grooves 23 and 24, respectively, and are adhered and fixed. On the other hand, an LD 31 and a monitor PD 32 for monitoring the amount of emitted light thereof are arranged at a position facing the optical fiber 28 with the spherical lens 27 interposed therebetween, and a PD 33 is arranged at a position facing the optical fiber 29 with the spherical lens 27 interposed therebetween. You. These LD31, monitor PD32 and PD33
Are aligned by the alignment marks 26 and fixed on the electrodes 25 by soldering, and required electrical connections are made by bonding wires 34.

【0009】上記のような構成において、光ファイバ2
8,29及び球レンズ27の偏芯、LD31,モニタP
D32及びPD33の発光/受光点の偏りがそれぞれサ
ブミクロンレベルのものを使用し、所定の位置に実装す
ることで、光学素子モジュール全体として必要な高精度
パッシブアライメントが実現する。この図1に示した光
学素子モジュールによれば、光ファイバ28,球レンズ
27,LD31,モニタPD32及びそれらに付帯する
基板21,電極25,金錫半田、ボンディングワイヤ3
4が1組のLDモジュールとして機能し、同様に光ファ
イバ29,球レンズ27,PD33及びそれらに付帯す
る基板21,電極25,金錫半田、ボンディングワイヤ
34が1組のPDモジュールとして機能する。
In the above configuration, the optical fiber 2
8, 29 and eccentricity of ball lens 27, LD 31, monitor P
By using D32 and PD33 light emitting / receiving points having a submicron level deviation and mounting them at predetermined positions, a high-precision passive alignment required for the entire optical element module is realized. According to the optical element module shown in FIG. 1, the optical fiber 28, the ball lens 27, the LD 31, the monitor PD 32 and the substrate 21, the electrode 25, the gold tin solder, and the bonding wire 3 attached thereto are provided.
4 functions as a set of LD modules, and similarly, the optical fiber 29, the spherical lens 27, the PD 33, and the substrate 21, the electrodes 25, the gold tin solder, and the bonding wires 34 attached thereto function as a set of PD modules.

【0010】つまり、この例によれば1組の高結合効率
LDモジュールと1組の高結合効率PDモジュールとに
おいて、1個の球レンズを共用することにより、2組の
モジュール機能が1個のモジュール形態に集積構成され
たものとなっている。なお、この例では2組のモジュー
ルの各光学素子がLDとPDとされ、つまり発光素子と
受光素子とされているが、これに限らず例えば2組のモ
ジュールの各光学素子が共に受光素子であってもよく、
また共に発光素子であってもよい。
In other words, according to this example, one set of high coupling efficiency LD modules and one set of high coupling efficiency PD modules share one ball lens, so that two sets of module functions are integrated into one set. It is integrated in a module form. In this example, each optical element of the two modules is an LD and a PD, that is, a light emitting element and a light receiving element. However, the present invention is not limited to this. For example, each optical element of the two modules is a light receiving element. May be
Both may be light emitting elements.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
1個の球レンズを2組の光学素子と光ファイバで共用す
る構成としたことにより、2つのモジュール機能を有す
る小型高集積、高結合効率、低価格な光学素子モジュー
ルを実現することができる。また、実装基板をシリコン
基板とし、その異方性エッチングにより球レンズ実装用
の凹部及び光ファイバ実装用の2つのV溝を形成するこ
とにより、2組のモジュールを1個の基板上に高精度か
つ容易に構成できるものとなる。
As described above, according to the present invention, since one ball lens is shared by two sets of optical elements and optical fibers, a compact, high-integration, high-performance device having two module functions is provided. An optical element module with low coupling efficiency and low cost can be realized. In addition, a silicon substrate is used as a mounting substrate, and a concave portion for mounting a spherical lens and two V-grooves for mounting an optical fiber are formed by anisotropic etching, so that two sets of modules can be formed on a single substrate with high precision. And it can be easily configured.

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

【図1】この発明の一実施例を示す平面図。FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention.

【図2】従来の光学素子モジュールを示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing a conventional optical element module.

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) H01L 31/02 D Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) H01L 31/02 D

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 球レンズの中心を通る2直線上に、それ
ぞれ球レンズを挟んで光学素子と光ファイバとを対向配
置したことを特徴とする光学素子モジュール。
1. An optical element module, wherein an optical element and an optical fiber are arranged on two straight lines passing through the center of a spherical lens with the spherical lens interposed therebetween.
【請求項2】 シリコン基板の表面に異方性エッチング
により、方形状凹部と、その方形の中心を通る2直線上
の、それぞれ方形状凹部に対する一方の側にV溝を形成
し、 上記方形状凹部に球レンズを配置し、 上記2つのV溝に光ファイバをそれぞれ配置し、 上記シリコン基板上の、上記球レンズを挟んで上記各光
ファイバと対向する位置に光学素子をそれぞれ配置した
ことを特徴とする光学素子モジュール。
2. The method according to claim 1, wherein a V-groove is formed on the surface of the silicon substrate by anisotropic etching, and a V-shaped groove is formed on one side of each of the rectangular recesses on two straight lines passing through the center of the rectangular recess. A spherical lens is arranged in the concave portion, an optical fiber is arranged in each of the two V-grooves, and an optical element is arranged on the silicon substrate at a position facing each optical fiber with the spherical lens interposed therebetween. Characteristic optical element module.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8524435B2 (en) 2010-03-15 2013-09-03 Kyocera Mita Corporation Liquid developer and wet-type image forming apparatus
US20160306119A1 (en) * 2015-04-14 2016-10-20 Honeywell International Inc. Optical bench

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