JP2005215678A - 両方向光送受信モジュール及びこれを用いた両方向光送受信パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】 製品の信頼性及び生産収率が高い平面光素子を含む両方向光送受信モジュールを提供する。
【解決手段】 両方向光送受信モジュール２１０は、サブマウント２１２と、サブマウント上に安着され、光信号を送信又は受信するための平面光素子２１３と、光信号を両方向光送受信モジュールの外部に入出力させるための光ファイバー２２２と、光ファイバーをその内部に実装し、平面光素子２１３に近接した一端部が突出された突出部を備えるスタブ２２１と、その一側面にスタブが貫通されるホール２１１ａが形成され、その基底面上にサブマウントを安着させるための支持部材２１１と、スタブを支持し、支持部材の側面に固定させるためのスタブホルダー２２３と、を含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光通信素子に関し、特に、光通信素子間の光軸整列構造に関する。

図１は、従来技術による平面光素子の構造を示す斜視図である。図１に示すように、従来の平面光素子１００は、半導体基板１０１上に、コネクタ１２０と、フォトダイオード１３０と、半導体光源１４０と、半導体光源１４０から出力される光の強度をモニタリングするための光検出器１５０と、が形成及び配置される。また、半導体基板１０１上には、フォトダイオード１３０と半導体光源１４０とのそれぞれに向けて二分岐されたＹ−ブランチ（Ｙ−ｂｒaｎｃｈ）構造の導波路１１０が形成される。

フォトダイオード１３０は、導波路１１０を通じて入力される光信号を検出する。半導体光源１４０は、予め設定された波長の光を生成し、生成された光を導波路１１０を通じて平面光素子１００の外部に出力する。

導波路１１０は、Ｙ−ブランチ構造として、二分岐された導波路が、フォトダイオード１３０と半導体光源１４０と、にそれぞれ向けられる。この平面光素子１００は、他の光学素子と光軸整列された両方向光送受信モジュール、或いは両方向光送受信パッケージの形態で作動し、また、光通信システムなどに適用可能である。

前述の両方向光送受信モジュール（図示せず）は、Ｌ字状のレンズホルダー（図示せず）上に、図１に示したような平面光素子１００が安着され、平面光素子１００の一端に対向される側面に、平面光素子１００に入出力される光をカップリングさせるためのレンズ系（図示せず）が固定されて構成される。そして、前述したレンズ系を挟んで平面光素子の他側には、平面光素子の二分岐導波路から出力される光を両方向光送受信モジュールの外部に出力させ、両方向光送受信モジュールの外部から平面光素子１００に光信号を入力させるために、光ファイバー（図示せず）のような光信号伝送媒体が設けられる。さらには、平面光素子１００上にＶ溝を形成した後に、光ファイバーを集積実装した構造、或いは光ファイバーを導波路の一端に受動整列させた構造の両方向光送受信モジュールなども提案されている。

前述した両方向光送受信パッケージは、前述した両方向光送受信モジュールをバタフライ構造のハウジングの内部に実装し、両方向光送受信モジュールから生成された光信号をその外部に出力し、外部から入力される光信号を両方向光送受信モジュールの内部に入力させる。

しかしながら、受動整列の方式は、大量生産の際にコスト面での大きな節減効果がある反面、実際の各製品間の偏差が生じることで、信頼性が低下するという問題があった。

上記背景に鑑みて、本発明の目的は、製品の信頼性及び生産収率が高い平面光素子を含む両方向光送受信モジュールの構造を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明の一の側面は、サブマウントと、前記サブマウント上に安着され、光信号を送信又は受信するための平面光素子と、を含む両方向光送受信モジュールであって、前記光信号を前記モジュールの内部に入力させ或いは前記モジュールの外部に出力させるための光ファイバーと、前記平面光素子に近接した一端部が突出された突出部を備え、前記光ファイバーを固定させるためのスタブと、前記サブマウントが安着される基底面を備え、側面に前記スタブが貫通されるホールが形成された支持部材と、前記スタブを支持し、前記支持部材の側面に固定させるためのスタブホルダーと、を含む。

また、本発明の他の一の側面による両方向光送受信パッケージは、一端を備える平面光導波路素子と、該平面光素子の一端に近接するように設けられた円錐状のスタブと、前記スタブに実装されて前記平面光導波路素子に光軸整列された光ファイバーと、を備えることによって、光信号を入出力させるための両方向光送受信モジュールと、前記両方向光送受信モジュールを実装するためのハウジングと、を具備し、前記スタブは、前記ハウジングの側面を貫通し、光信号を入出力させるための前記平面光素子の一端に対向するようにカップリングされる。

さらに、本発明の他の一の側面は、光ファイバーの一端が平面光導波路素子に近接して設けられることによって、前記光ファイバー及び前記平面光導波路素子間の両方向光通信を可能とする装置であって、前記平面光導波路素子は、互いに反対側に位置する２つの外面を備え、互いに対面する前記光ファイバーの一端と前記素子の外面の間は、スタブにより放射状に取り囲まれ、前記スタブは、スタブホルダーにより固定される。

本発明によれば、両方向光送受信モジュールのスタブがレンズホルダーで平面光素子側に突出されるように設けられることによって、光ファイバーと平面光素子の光軸整列による結合損失を最小化させ、平面光素子と光ファイバーとの整列誤差についての許容限界を向上させるなどの利点がある。

以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、関連する公知機能或いは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不要にぼかすと判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

図２は、本発明の第１の実施の形態に従う両方向光送受信モジュールの構成を示す側面図である。図２に示すように、本発明の第１の実施の形態による両方向光送受信モジュール２１０は、サブマウント２１２と、サブマウント２１２上に安着され、光信号を送信又は受信するための平面光素子２１３と、スタブ２２１と、支持部材２１１と、スタブホルダー２２３と、屈折率整合層２１４などを含む。

サブマウント２１２は、支持部材２１１の基底面上に安着され、その上面には、平面光素子２１３が安着される。平面光素子２１３は、シリコン材質などの基板上に、半導体製造工程で形成された受光又は発光の機能を遂行するための能動光素子（図示せず）を備えた構成とされることができる。また、平面光素子２１３は、前述した能動光素子に接するように二分岐された導波路（例えばＹ−ブランチ（Ｙ−ｂｒaｎｃｈ）構造のもの）を形成することによって、両方向光送受信のための構造として適用することができる。

光ファイバー２２２は、外部からの光信号を両方向光送受信モジュール２１０の内部に入力させ、或いは両方向光送受信モジュール２１０からの光信号を外部に出力させるための素子であり、スタブ２２１内に実装された状態で平面光素子２１３の一端（すなわち一の端面）に近接するように設けられる。スタブ２２１は、平面光素子２１３に近接した一端側（端部）が、円錐形に突出された形状を有する。スタブ２２１は、その円錐形の突出部が平面光素子２１３の一端面に近接するように配置されることによって、平面光素子２１３と光ファイバー２２２との間で入出力される光信号をカップリングさせるための手段を不要にする。

支持部材２１１は、基底面の一端側から直立して形成された一側面に、スタブ２２１を支持するためのホール２１１ａが、スタブ２２１の形状に対応した大きさで該側面を貫通するように形成される。支持部材２１１の基底面上には、サブマウント２１２が安着される。スタブ２２１は、その円錐形の突出部の先端がホール２１１ａを通過して平面光素子２１３の一端面に近接位置するように設けられる。スタブホルダー２２３は、スタブ２２１の側面を固定させるとともに、支持部材２１１の側面から延設されたフランジ（図２参照）に取付けられ、これにより、スタブ２２１を支持部材２１１の側面に固定させる。

屈折率整合層２１４は、エポキシ（ｅｐｏｘｙ）又はシリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ）などの物質をスタブ２２１と平面光素子２１３との間に塗布することによって、スタブ２２１の内部に実装された光ファイバー２２２と平面光素子２１３との屈折率差を最小化させるための役割を遂行する。

図３は、本発明の第２の実施の形態を説明するための図であり、両方向光送受信モジュールを実装する両方向光送受信パッケージの構造を示す平面図である。図３に示すように、両方向光送受信パッケージ３００は、両方向光送受信モジュール３１０と、両方向光送受信モジュール３１０を実装するためのハウジング３３０と、を含む。

両方向光送受信モジュール３１０は、サブマウント３１２と、支持部材３１５と、屈折率整合層３１４と、平面光素子３１３と、スタブ３２１と、光ファイバー３２２と、スタブ３２１を支持するためのスタブホルダー３２３と、を含む。

サブマウント３１２は、平面光素子３１３を支持し、平面光素子３１３は、受光又は発光の機能を遂行するための能動素子ら（図示せず）と、能動素子から入出力される光信号を分配するための二分岐導波路（例えばＹ−ブランチ（Ｙ−ｂｒaｎｃｈ）構造のもの）と、が半導体基板上に形成された構造を有する。

スタブ３２１は、図３に示すように、その先端側が円錐状の突出部となっており、この突出部が平面光素子３１３の一の端面（互いに反対側に位置する２つの外面の一方）に近接するように配置される。また、スタブ３２１の中心部には光ファイバー３２２を実装するための孔部が設けられる。光ファイバー３２２は、スタブ３２１の該孔部内に、その端部が突出部の先端位置と略面一になるように設けられることによって、スタブ３２１により放射状に取り囲まれた状態で、且つ、スタブ３２１の中心位置に軸方向に沿って実装される。光ファイバー３２２は、平面光素子３１３から入／出力される光信号を両方向光送受信パッケージ３００の外部に対して出／入力させるための媒体として、スタブ３２１に実装された状態で平面光素子３１３に近接して光軸整列される。

図４は、図３に示された両方向光送受信パッケージで要求される両方向光送受信モジュールと光ファイバーとの間の付着精度を説明するためのグラフである。ここで、図４のグラフにおけるｘ軸は、スタブ３２１と平面光素子３１３との離隔間隔を意味し、ｙ軸は、スタブ３２１と平面光素子３１３の離隔間隔による許容可能な整列誤差を示す。すなわち、平面光素子３１３とスタブ３２１との離隔間隔が広いほど許容可能な整列誤差が小さくなり、反対に、平面光素子３１３とスタブ３２１との離隔間隔が狭くなるほど許容可能な整列誤差が大きくなることが分かる。

より具体的には、平面光素子３１３とスタブ３２１との離隔間隔が０．５ｍｍを越えた場合の許容可能な整列誤差に対応する許容可能な整列角度は、２度未満であることが分かる。しかしながら、平面光素子３１３とスタブ３２１との離隔間隔が０．５ｍｍ以下である場合は、許容可能な整列角度が２度から無限大に大きくなることが分かる。

従って、本実施形態によれば、スタブ３２１と平面光素子３１３との離隔間隔を最小化させ、平面光素子３１３に近接したスタブ３２１の突出部を円錐形に形成することによって、両方向光送受信パッケージ３００の光軸整列工程を単純化させ、許容可能な整列誤差を最大化させる利点がある。

支持部材３１５は、その基底面上にサブマウント３１２を支持し、その一側にスタブ３２１が貫通するホール（図示せず）が形成される。屈折率整合層３１４は、平面光素子３１３とスタブ３２１との間に塗布されることによって、光ファイバー３２２と平面光素子３１３との屈折率差を最小化させるための役割を担う。

従来技術による平面光素子の構造を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に従う両方向光送受信モジュールの構成を示す側断面図である。 本発明の第２の実施の形態に従う両方向光送受信モジュールを実装する両方向光送受信パッケージの構造を示す平面図である。 図３に示された両方向光送受信パッケージで要求される両方向光送受信モジュールと光ファイバーの付着精度について説明するためのグラフである。

符号の説明

２１０ 両方向光送受信モジュール
２１１ 支持部材
２１１ａ ホール
２１２ サブマウント
２１３ 平面光素子
２１４ 屈折率整合層
２２１ スタブ
２２２ 光ファイバー
２２３ スタブホルダー

Claims (20)

1. サブマウントと、前記サブマウント上に安着され、光信号を送信又は受信するための平面光素子と、を含む両方向光送受信モジュールであって、
   前記光信号を前記モジュールの内部に入力させ或いは前記モジュールの外部に出力させるための光ファイバーと、
   前記平面光素子に近接した一端部が突出された突出部を備え、前記光ファイバーを固定させるためのスタブと、
   前記サブマウントが安着される基底面を備え、側面に前記スタブが貫通されるホールが形成された支持部材と、
   前記スタブを支持し、前記支持部材の側面に固定させるためのスタブホルダーと、
   を含むことを特徴とする両方向光送受信モジュール。
2. 前記突出部と前記平面光素子との間の屈折率マッチングのために形成されたエポキシ材質の屈折率整合層をさらに含むこと
   を特徴とする請求項１に記載の両方向光送受信モジュール。
3. 前記突出部と前記平面光素子との間の屈折率マッチングのために形成されたシリコン材質の屈折率整合層をさらに含むこと
   を特徴とする請求項１に記載の両方向光送受信モジュール。
4. 前記平面光素子に近接した前記突出部は、円錐形構造であること
   を特徴とする請求項１に記載の両方向光送受信モジュール。
5. 前記平面光素子は、互いに反対側にある端面を備え、円錐形構造の前記突出部は、前記平面光素子の端面に対して略平行に位置すること
   を特徴とする請求項４に記載の両方向光送受信モジュール。
6. 前記サブマウントは、シリコン基板上に形成された少なくとも一の能動素子を備えること
   を特徴とする請求項１に記載の両方向光送受信モジュール。
7. 前記サブマウントは、少なくとも一の二分岐導波路を備えること
   を特徴とする請求項１に記載の両方向光送受信モジュール。
8. 前記スタブと前記平面光導波路素子との離隔間隔は、０．５ｍｍ以下であること
   を特徴とする請求項１に記載の両方向光送受信モジュール。
9. 一端を備える平面光導波路素子と、該平面光素子の一端に近接するように設けられた円錐状のスタブと、前記スタブに実装されて前記平面光導波路素子に光軸整列された光ファイバーと、を備えることによって、光信号を入出力させるための両方向光送受信モジュールと、
   前記両方向光送受信モジュールを実装するためのハウジングと、を具備し、
   前記スタブは、前記ハウジングの側面を貫通し、光信号を入出力させるための前記平面光素子の一端に対向するようにカップリングされること
   を特徴とする両方向光送受信パッケージ。
10. 前記平面光素子を支持するためのサブマウントと、
    前記サブマウントを支持する基底面を有し、該基底面の一端側から直立する側面に前記スタブが貫通するホールが形成された支持部材と、
    前記平面光素子と、前記平面光素子に近接する前記スタブの一端との間に塗布されることによって、前記光ファイバーと前記平面光素子との屈折率差を整合させるための屈折率整合層と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の両方向光送受信パッケージ。
11. 前記サブマウントは、シリコン基板上に形成された少なくとも一の能動素子を備えること
    を特徴とする請求項１０に記載の両方向光送受信パッケージ。
12. 前記サブマウントは、少なくとも一の二分岐導波路を備えること
    を特徴とする請求項１０に記載の両方向光送受信パッケージ。
13. 前記平面光素子は、互いに反対側にある端面を備え、円錐形構造の前記突出部は、前記平面光素子の端面に対して略平行に位置すること
    を特徴とする請求項１０に記載の両方向光送受信パッケージ。
14. 前記スタブと前記平面光導波路素子との離隔間隔は、０．５ｍｍ以下であること
    を特徴とする請求項９に記載の両方向光送受信パッケージ。
15. 前記両方向光送受信モジュールは、前記突出部と前記平面光素子との間の屈折率マッチングのために形成されたエポキシ材質の屈折率整合層をさらに含むこと
    を特徴とする請求項９に記載の両方向光送受信パッケージ。
16. 前記両方向光送受信モジュールは、前記突出部と前記平面光素子との間の屈折率マッチングのために形成されたシリコン材質の屈折率整合層をさらに含むこと
    を特徴とする請求項９に記載の両方向光送受信パッケージ。
17. 光ファイバーの一端が平面光導波路素子に近接して設けられることによって、前記光ファイバー及び前記平面光導波路素子間の両方向光通信を可能とする装置であって、
    前記平面光導波路素子は、互いに反対側に位置する２つの外面を備え、前記素子の外面に対向位置する前記光ファイバーの一端は、その周囲がスタブにより放射状に取り囲まれ、前記スタブは、スタブホルダーにより固定されること
    を特徴とする両方向光通信装置。
18. 前記スタブは、前記光ファイバーの一端を中心とする円錐形構造であること
    を特徴とする請求項１７に記載の両方向光通信装置。
19. 前記スタブの突出された一端部を支持するための支持部材をさらに含むこと
    を特徴とする請求項１７に記載の両方向光通信装置。
20. 前記スタブの一端部は、円錐形構造であること
    を特徴とする請求項１９に記載の両方向光通信装置。

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