JP2005173195A - 光モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 光ファイバと、波長光を受光する受光素子との光結合を効率良くさせる光モジュールおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 上下斜め方向に延びる溝が形成された誘電体基板と、前記溝の上方に空間をもって端面1c,1dが向き合わされて配置される光ファイバ1a,1bと、光硬化性樹脂4により前記溝に所定角度で固定され、特定の波長光λ1以外の波長光λ2を反射させる誘電体多層膜フィルタ2とを有し、光ファイバ1a,1bの端面1c,1dに波長光λ1,λ2を収斂させるレンズ9をそれぞれ設け、レンズ9を通った波長光λ1,λ2を収斂させて伝搬させ、誘電体多層膜フィルタ2により反射させた波長光λ2を受光素子で光結合させるようにした。
【選択図】 図2

Description

本発明は、光モジュール及びその製造方法に関し、例えば、ユビキタス通信をはじめとする情報通信処理装置などに適用されるものである。
インターネットの普及により、電話局と一般家庭との間に光ファイバを配設して双方向の高速通信を可能にする通信システムの導入が活発化しつつある。このような通信システムでは、波長の異なる信号を送信用信号及び受信用信号として用い、1本の光ファイバで双方向の通信が可能となっている。受信用信号の光波長と送信用信号の光波長とを分ける光モジュールは、局舎や家庭内に設置される。光モジュールでは、受信用信号を電気信号に変換し、送信用信号を局側まで光ファイバを通じて伝送するように構成されている。具体的には、光ファイバを横断するようにフィルタが設けられ、このフィルタにより波長の異なる信号の1方を屈折させ他方の信号を透過させることにより、波長の異なる信号を分けている(下記特許文献1、下記非特許文献1参照)。
図5及び図6に示す様に、従来の光モジュール100は、上下斜め方向に延びる溝107と溝107と直交する方向に延び光ファイバを配置するV状の溝(以下V溝と略す)103bとが上面に形成された誘電体基板103と、溝107の上方に空間をもって端面101c,101dが向き合わされて、誘電体基板103のV溝103b上に搭載される2つの光ファイバ101a,101bと、溝107に配置され、1.3μm波長光λ101以外の波長光、例えば1.55μm波長光λ102を反射する誘電体多層膜フィルタ102と、誘電体多層膜フィルタ102により反射された波長光λ102を受光領域106で受光するように配置された面型受光素子105とを有する。誘電体多層膜フィルタ102は、光の照射により硬化する光硬化性樹脂104で溝107に固定される。
上り信号光である1.3μm波長光λ101が一方側に配置される光ファイバ101aに入射されたとき、波長光λ101は光硬化性樹脂104、誘電体多層膜フィルタ102、光硬化性樹脂104を透過して、他方側に配置され、受け側である光ファイバ101bに光結合し、局側(図示せず)へ伝送される。
また、局側から伝送された下り信号光である1.55μm波長光λ102が他方側に配置される光ファイバ101bに入射されたとき、波長光λ102は誘電体多層膜フィルタ102で反射して光ファイバ101bから跳ね上げられ、面型受光素子105の受光領域106で光結合し、面型受光素子105の先に接続される家庭などへ伝送される。よって、家庭などでインターネットブラウジング情報などを受信することができる。
特開2003−222755号公報 山口章他、「樹脂パッケージを用いた小型・高信頼性光アクセスデバイス」、平成14年度第5回OEIC光コネクション技術懇談会 講演論文 平成14年12月17日開催
家庭内・外で取り扱われるデータ量は、ユビキタス通信の普及により、増加の一途をたどっている。これからも明らかなように、家庭と電話局との間に配設される光ファイバ中を伝送するデータ量も増加するので、光ファイバ中を伝送するデータの転送速度を高速化することが必要不可欠となってきている。
また、メディアコンバータをはじめとする光モジュールの価格は、市場競争もあいまって、低廉化の要求が益々高まっている。
しかし、低廉化を満たす技術であっても従来の機器構成を変更する必要があるときには、家庭内及び局舎内においてこの機器が配置されるスペースの問題、及び変更による工事に伴う工事費の問題などがあり、一旦普及した機器構成の更改を阻む要因となる。
一方、図5及び図6に示す様に、従来の機器構成では誘電体多層膜フィルタ102によって反射される波長光λ102は、光硬化性樹脂104、光ファイバ101bのクラッド101b2、及び空気層を経て面型受光素子105と光結合する。このように、波長光λ102は種々の媒体を通って伝搬すると共に、波長光λ102の伝搬距離が長くなるため、面型受光素子105と光結合するまでに、光ファイバ101bの端面101dから出射されてなる波長光λ102の出射ビームが広がり、高速化に適した小さな受光領域を持つ面型受光素子と光結合することが困難になってしまい、高速化を阻む結果となる。
出射ビームの広がりを抑えて、この出射ビームを収斂させるためには、レンズを光ファイバ101bのクラッド101b2の受光面側上部、即ち誘電体多層膜フィルタ102によって反射されてなる光行路における光ファイバ101bのクラッド101b2と面型受光素子105との間に搭載する構成となる。このような構成とした場合には、レンズを搭載するスペースを設ける必要があるため、従来の機器構成を変更しなければならない。さらに、レンズ部品のアライメント(光軸)を調整するための調整費用及びレンズ部品単体の部品コストなどが増えるので、価格の低減を阻む要因となる。
このようなことから、本発明は、光ファイバと、波長光を受光する受光素子との光結合を効率良くさせる光モジュールおよびその製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
上述した課題を解決する第1の発明に係る光モジュールは、空間をもって端面同士が向き合わされて配置される2つの光ファイバと、光硬化性樹脂により前記空間に所定の角度で固定され、特定の波長光以外の波長光を反射する光反射手段とを有し、前記光ファイバの端面に波長光を収斂させるレンズをそれぞれ設けたことを特徴とする。
上述した課題を解決する第2の発明に係る光モジュールは、第1の発明に記載される光モジュールにおいて、前記光硬化性樹脂は、紫外光が照射され硬化してなることを特徴とする。
上述した課題を解決する第3の発明に係る光モジュールは、第1の発明又は第2の発明に記載される光モジュールにおいて、前記光信号反射手段が誘電体多層膜フィルタであることを特徴とする。
上述した課題を解決する第4の発明に係る光モジュールは、2つの光ファイバと、上下斜め方向に延びる溝が上面に設けられ、当該溝の上方に空間をもって、前記2つの光ファイバの端面同士を向き合わせて搭載する誘電体基板と、前記誘電体基板に搭載された前記光ファイバの位置決めを行うファイバガイドと、前記溝に挿入され、光硬化性樹脂により当該溝に固定され、特定の波長光以外の波長光を反射する誘電体多層膜フィルタとを有し、前記光ファイバの端面に波長光を収斂させるレンズをそれぞれ設けたことを特徴とする。
上述した課題を解決する第5の発明に係る光モジュールの製造方法は、空間をもって端面同士を向き合わせて2つの光ファイバを配置し、特定の波長光以外の波長光を反射する光反射手段を前記空間に所定の角度で配置し、前記光ファイバと前記光反射手段との間に光硬化性樹脂を入れた後、前記光硬化性樹脂を硬化させる光を前記光ファイバに入射して、前記光ファイバの端面に前記光硬化性樹脂によるレンズをそれぞれ形成することを特徴とする。
上述した課題を解決する第6の発明に係る光モジュールの製造方法は、第5の発明に記載される光モジュールの製造方法において、前記光硬化性樹脂を硬化させる光は、紫外光であることを特徴とする。
第1の発明に係る光モジュールによれば、空間をもって端面同士が向き合わされて配置される2つの光ファイバと、光硬化性樹脂により前記空間に所定の角度で固定され、特定の波長光以外の波長光を反射する光反射手段とを有し、前記光ファイバの端面に波長光を収斂させるレンズをそれぞれ設けたことにより、前記光ファイバの端面から前記レンズを通った波長光は収斂され、前記波長光の広がり角を抑制して、コリメートビーム形態で伝搬するので、光ファイバと、前記光反射手段により反射された波長光を受光する受光素子との光結合を効率良くすることができる。
第2の発明に係る光モジュールによれば、第1の発明に記載される光モジュールにおいて、前記光硬化性樹脂は、紫外光が照射され硬化してなることにより、前記光ファイバに前記紫外光を入射し、前記光硬化性樹脂を硬化させて、前記光ファイバの端面にレンズを形成させることができるので、前記光ファイバに対し前記レンズの光軸の位置決めを行う必要が無く、また、前記光ファイバの端面と前記レンズの端面とを高効率で結合させることができるので、安価に製造することができる。
第3の発明に係る光モジュールによれば、第1の発明又は第2の発明に記載される光モジュールにおいて、前記光信号反射手段が誘電体多層膜フィルタであることにより、透過させる波長光に合わせて容易に製造することができるので、製造コストを抑制することができる。
第4の発明に係る光モジュールによれば、2つの光ファイバと、上下斜め方向に延びる溝が上面に設けられ、当該溝の上方に空間をもって、前記2つの光ファイバの端面同士を向き合わせて搭載する誘電体基板と、前記誘電体基板に搭載された前記光ファイバの位置決めを行うファイバガイドと、前記溝に挿入され、光硬化性樹脂により当該溝に固定され、特定の波長光以外の波長光を反射する誘電体多層膜フィルタとを有し、前記光ファイバの端面に波長光を収斂させるレンズをそれぞれ設けたことにより、前記光ファイバの端面から前記レンズを通った波長光は収斂され、前記波長光の広がり角を抑制して、コリメートビーム形態で伝搬するので、光ファイバと、前記誘電体多層膜フィルタにより反射された波長光を受光する受光素子との光結合を効率良くすることができる。
第5の発明に係る光モジュールの製造方法によれば、空間をもって端面同士を向き合わせて2つの光ファイバを配置し、特定の波長光以外の波長光を反射する光反射手段を前記空間に配置し、前記光ファイバと前記光反射手段との間に光硬化性樹脂を入れた後、前記光硬化性樹脂を硬化させる光を前記光ファイバに入射して、前記光ファイバの端面に前記光硬化性樹脂によるレンズをそれぞれ形成することにより、前記光ファイバに対し前記レンズの光軸の位置決めを行う必要が無く、前記光ファイバの端面と前記レンズの端面とを高効率で結合させることができるので、安価に製造することができる。
第6の発明に係る光モジュールの製造方法によれば、第5の発明に記載される光モジュールの製造方法において、前記光硬化性樹脂を硬化させる光は、紫外光であることにより、前記光ファイバに前記紫外光を入射し、前記光硬化性樹脂を硬化させて、前記光ファイバの端面にレンズを形成させることができるので、前記光ファイバに対し前記レンズの光軸の位置決めを行う必要が無く、また、前記光ファイバの端面と前記レンズの端面とを高効率で結合させることができるので、安価に製造することができる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図を用いて説明する。なお、本発明はこの形態に限定されるものではない。
図1は、本発明の一実施形態に係る光モジュールの斜視図、図2は、本発明の一実施形態に係る光モジュールの要部拡大平面図、図3は、本発明の一実施形態に係る光モジュールの製造工程図を示す。図4は、本発明の一実施形態に係る光モジュールの解析結果を示し、(a)はその解析座標、(b)はその屈折率差の分布、(c)は1.55μm波長光を伝搬させたときの光強度の分布図である。なお、図4では、縦軸zに光ファイバの端面からの距離、横軸xに光ファイバの端部の位置座標を示す。横軸xには、光ファイバのコアの中心位置を0μmとし、中心位置から一側側に+10μm、中心位置から他側側に−10μmの範囲が示される。
図1に示す様に、本発明の一実施形態に係る光モジュール20は、上面3aに上下斜め方向に延びる溝7と、溝7と直交する方向に延び光ファイバを配置するV状の溝(以下V溝と略す)3bとが形成された誘電体基板3を有する。溝7の上方に空間11(図3(a)参照)をもって端面1c,1d(図2参照)が向き合わされた2つの光ファイバ1a,1bは、誘電体基板3のV溝3b上に搭載される。特定の波長光以外の波長光を反射する光反射手段である誘電体多層膜フィルタ(以下、光フィルタと略す)2は、空間11を通って溝7に配置される。誘電体基板3上で各光ファイバ1a,1bのコアの位置を決めるファイバガイド8は、光ファイバ1a,1bの端面1c,1dの近傍に、且つ光ファイバ1a,1bの長手方向に沿って配置される。光フィルタ2により反射された波長光を受光領域6で受光するように、面型受光素子5は配置される。紫外光の照射により硬化する光硬化性樹脂4で、光フィルタ2は溝7内に固定される。図2に示す様に、光ファイバ1a,1bの端面1c,1dにレンズ9がそれぞれ設けられる。なお、光ファイバ1a,1bは、垂直方向に平面となる端面1c,1d(図3参照)を有する。
光フィルタ2は、図2に示す様に、1.3μm波長光λ1を透過し、1.55μm波長光λ2など波長光λ1以外の波長光を反射する。ファイバガイド8は、誘電体基板3のV溝3bに光ファイバ1a,1bのコアを精度良く配置できるものである。なお、光ファイバ1a,1bの端面1c,1dは、溝7の側壁7aの延長上を含む溝7上の空間11内に配置すれば良い。光ファイバ1aは、図4(a)に示すように、軸中心に位置し、光が伝送されるコア1a1と、その周りを覆うクラッド1a2とを有する。なお、光ファイバ1bも、光ファイバ1aと同様な構造を有し、軸中心に位置し、光が伝送されるコア1b1(図3参照)と、その周りを覆うクラッド1b2(図3参照)とを有する。V溝3bに光ファイバ1a,1bを配置すると、光ファイバ1a,1bのコア1a1,1b1の位置が、誘電体基板3の上面3aより下方となる。
1.3μm波長光λ1が一方側に配置される光ファイバ1aに入射されるとき、波長光λ1はレンズ9によって収斂され、光硬化性樹脂4、光フィルタ2、光硬化性樹脂4、及びレンズ9を伝搬して、他方側に配置される光ファイバ1bに入射される。よって、一方側に配置される光ファイバ1aと他方側に配置される光ファイバ1bとが光結合される。
1.55μm波長光λ2が他方側に配置される光ファイバ1bに入射されるとき、波長光λ2はレンズ9によって収斂され、光硬化性樹脂4を伝搬し、光フィルタ2で反射して、光硬化性樹脂4、光ファイバ1bのクラッド1b2、空気層を伝搬し、面型受光素子5の受光領域6に入射される。よって、他方側に配置される光ファイバ1bと面型受光素子5とが光結合される。
したがって、レンズ9から出射される出射ビームは、収斂されているので、受光素子5と高効率に光結合できる。また、受光領域が小さく、広帯域の受光素子に適用することがきるようになる。ファイバガイド8を用いて光ファイバ1a,1bを誘電体基板3に搭載しているため、光ファイバ1a,1bのコア1a1,1b1を容易に位置決めできる。
以下に、本発明に係る光モジュールの製造工程について、図3を用いて説明する。
最初に、図3(a)に示す様に、誘電体基板3の上面3aを例えばダイシングソー(図示せず)、反応性イオンビームエッチング(図示せず)などで加工して、この上面3aに上下斜め方向に延びる溝7を形成する。この溝7に光フィルタ2が配置されることにより、光フィルタ2が誘電体基板3上に所定の角度で配置される。次に、溝7の上方に空間11をもって端面1c,1dを向き合わせ、誘電体基板3のV溝3b上に光ファイバ1a,1bが搭載され、図示しないファイバガイドにより位置決め固定される。V溝3b上に光ファイバ1a,1bを搭載することによって、光ファイバ1a,1bのコア1c,1dの位置が誘電体基板3の上面3a(図1参照)より下方となる。
次に、図3(b)に示す様に、光フィルタ2が誘電体基板3の溝7に挿入される。次に、誘電体基板3の溝7の中に光ファイバ1a,1bのコア1a1,1b1に屈折率1.48である光硬化性樹脂4が滴下される(入れられる)。この滴下により、図3(c)に示す様に、光ファイバ1a,1bの端面1c,1dと光フィルタ2との間が光硬化性樹脂4で満たされる。
次に、図3(c)に示す様に、光ファイバ1a,1bのコア1a1,1b1を通して、紫外光A(波長:488nm)10×10-6mJが光硬化性樹脂4にそれぞれ照射される。この照射により、光ファイバ1a,1bの端面1c,1dに、光フィルタ2側に凸となるレンズ9が形成される。
次に、図3(d)に示す様に、高圧水銀ランプ10から紫外光B(波長:358nm)が光硬化性樹脂4全体に照射され、光硬化性樹脂4全体が硬化される。
図4(a)に示す光ファイバ1aの解析座標における屈折率差Δnは、図4(b)に示す様に、光ファイバ1aの端面1cから外側(図2における光フィルタ2側)に向って凸となる放物線状に分布する。放物線状に分布する屈折率差Δnは0.002毎に示され、最内側の屈折率差Δnは0.008であり、最外側の屈折率差Δnは0.000である。よって、光ファイバ1aの端面1c(図2参照)にレンズ状の屈折率変化構造が形成されていることが判る。
なお、図2に示される光ファイバ1bの端面1d近傍における屈折率差も、上記光ファイバ1aと同様に、光ファイバ1bの端面1dから外側に向って凸となる放物線状に分布する。よって、光ファイバ1bの端面1dにレンズ状の屈折率変化構造が形成される。
1.55μm波長光λ2が光ファイバの端面から出射されるとき、図4(a)に示す光ファイバ1aの解析座標における1.55μm波長光λ2の光強度は、図4(c)に示す様に、略直線状に分布する。光強度は0.1毎に示され、最内側の光強度は0.4であり、最外側の光強度は0.1である。よって、波長光λ2は光ファイバ1aの端面1cからすぐに広がるのではなく、広がり角の無い収斂されたコリメートビーム形態で伝搬されることが判る。
なお、図2に示される光ファイバ1bの端面1dから1.55μm波長光λ2が出射されるときにも、上記光ファイバ1aと同様に1.55μm波長光λ2の光強度は略直線状に分布し、波長光λ2は光ファイバ1bの端面1dからすぐに広がるのではなく、広がり角の無い収斂されたコリメートビーム形態で伝搬される。
よって、この様な形態で波長光λ2が伝搬されるので、光ファイバ1bのクラッド1b2、空気層を経て光ファイバ1bと面型受光素子5とを効率良く光結合することができる。
したがって、本発明の一実施形態に係る光モジュールによれば、光ファイバ1a,1bの端面1c,1dから出射され、レンズ9を通った波長光は収斂され、この波長光の広がり角を抑制してコリメートビーム形態で伝搬するので、光ファイバ1bと面型受光素子5とを効率良く光結合できるようになる。また、受光領域の面積が小さく、広帯域な面型受光素子に適用することができるようになる。また、光モジュールの構成を大規模に変更することなく、高速且つ安価に製造することができる。さらに、光ファイバ1a,1bに対しレンズ9の光軸の位置あわせを行う必要が無く、また、光ファイバ1a,1bの端面1c,1dとレンズ9の端面とを高効率で結合させることができるので、安価に製造することができる。
以上、本発明の一実施形態に係る光モジュールでは光反射手段として光フィルタ2を用いて説明したが、光反射手段として金属ミラー等、他の光学薄膜部品を用いても良く、上記と同様な作用効果を奏する。また、光ファイバとしてプラスチック光ファイバを用いても良い。この光ファイバの材料であるプラスチック自体は紫外光を吸収するので、可視光の照射により硬化する可視光硬化性樹脂を用いて光ファイバの端面にレンズを形成する。この場合にも、上記と同様な作用効果を奏する。
また、光反射手段として1.3μm波長光λ1を透過し、1.55μm波長光λ2を反射する光フィルタ2を用いて説明したが、透過させる波長光に合わせて光フィルタを変えても良く、この光フィルタを容易に製造することができるので、製造コストを抑制することができる。
なお、上記では、垂直方向に平面となる端面1c、1dを有する光ファイバ1a,1bを用いて説明したが、光硬化性樹脂4が光ファイバ1a,1bのコア1a1,1b1と同一な屈折率を有するときには、光ファイバ1a,1bの端面1c,1dを誘電体基板3に設けられた溝7と同じ角度をもつように傾斜させても良い。このような実施形態を有する光モジュールにおいても、上記光モジュール20と同様に、光ファイバの端面に設けられたレンズから出射し、光フィルタを透過する波長光は、端面が向き合わされて配置される光ファイバと光結合する。また、光ファイバの端面に設けられたレンズから出射し、光フィルタにより反射した波長光は、受光素子と光結合する。このような場合には、誘電体基板の上面に光ファイバを配置し、上方から上下斜め方向に光ファイバを切断し、そのまま前記誘電体基板の上面に溝を形成することができるので、作業の簡易化を図ることができる。
本発明の一実施形態に係る光モジュールの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る光モジュールの要部拡大平面図である。 本発明の一実施形態に係る光モジュールの製造工程図である。 本発明の一実施形態に係る光モジュールの解析結果を示し、(a)はその解析座標、(b)はその屈折率差の分布、(c)は1.55μm波長光を伝搬させたときの光強度の分布図である。 従来の光モジュールの側面図である。 図5におけるVI−VI矢視断面図である。
符号の説明
1 光ファイバ
2 誘電体多層膜フィルタ
3 誘電体基板
4 光硬化性樹脂
5 面型受光素子
7 溝
9 レンズ

Claims (6)

  1. 空間をもって端面同士が向き合わされて配置される2つの光ファイバと、
    光硬化性樹脂により前記空間に所定の角度で固定され、特定の波長光以外の波長光を反射する光反射手段とを有し、
    前記光ファイバの端面に波長光を収斂させるレンズをそれぞれ設けたことを特徴とする光モジュール。
  2. 前記光硬化性樹脂は、紫外光が照射され硬化してなることを特徴とする請求項1に記載される光モジュール。
  3. 前記光信号反射手段が誘電体多層膜フィルタであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載される光モジュール。
  4. 2つの光ファイバと、
    上下斜め方向に延びる溝が上面に設けられ、当該溝の上方に空間をもって、前記2つの光ファイバの端面同士を向き合わせて搭載する誘電体基板と、
    前記誘電体基板に搭載された前記光ファイバの位置決めを行うファイバガイドと、
    前記溝に挿入され、光硬化性樹脂により当該溝に固定され、特定の波長光以外の波長光を反射する誘電体多層膜フィルタとを有し、
    前記光ファイバの端面に波長光を収斂させるレンズをそれぞれ設けたことを特徴とする光モジュール。
  5. 空間をもって端面同士を向き合わせて2つの光ファイバを配置し、
    特定の波長光以外の波長光を反射する光反射手段を前記空間に所定の角度で配置し、
    前記光ファイバと前記光反射手段との間に光硬化性樹脂を入れた後、前記光硬化性樹脂を硬化させる光を前記光ファイバに入射して、前記光ファイバの端面に前記光硬化性樹脂によるレンズをそれぞれ形成することを特徴とする光モジュールの製造方法。
  6. 前記光硬化性樹脂を硬化させる光は、紫外光であることを特徴とする請求項5に記載される光モジュールの製造方法。
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