JP2005331879A - Optical module, optical communications system and electronic equipment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical communication module capable of reducing signal distortion in using a multimode laser beam, as well as reducing signal quality deterioration due to positional deviation between an optical fiber and a light-emitting element, and to provide an optical communications system and electronic equipment which use the module. <P>SOLUTION: The optical module is equipped with a light-emitting element 13 that oscillates a multimode laser beam and a repeater waveguide 21, that is arranged on the optical axis between the light-emitting element 13 and a waveguide 19 through which the laser beam from the light-emitting element 13 propagates and that is designed to relay optical coupling there between. In this optical module, the repeater waveguide 21 is structured such that the core part 24 is surrounded with a clad part 26, and that a stepwise refractive index distribution is formed between the core part 24 and the clad part 26. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光通信システムに好適に用いられる光モジュール、光通信装置及び電子機器に関する。   The present invention relates to an optical module, an optical communication apparatus, and an electronic apparatus that are preferably used in an optical communication system.

近年、情報通信の高速化・大容量化の要請から、光通信システムの開発が進んでいる。
このような光通信システムにおいては、電気信号を光信号に変換する発光素子と光信号を電気信号に変換する受光素子相互間を光ファイバで接続する構成が基本となる。このような発光素子や受光素子などの光素子と光ファイバを着脱あるいは挿脱可能とするために、光素子と光ファィバとを光学的に接続するための光モジュールが利用されている。例えば、特許文献1(特開2000−349307号公報)には、基板に形成された貫通穴を利用して光素子と光ファイバとの位置決めをし得る光モジュールが開示されている。この光モジュールでは、光ファイバと光素子は、光ファイバを貫通孔を介して光素子に突き合わせることにより直接結合されている。
特開2000−349307号公報
In recent years, development of optical communication systems has been progressing due to demands for higher speed and larger capacity of information communication.
Such an optical communication system basically has a configuration in which a light emitting element that converts an electrical signal into an optical signal and a light receiving element that converts an optical signal into an electrical signal are connected by an optical fiber. An optical module for optically connecting an optical element and an optical fiber is used in order to allow the optical element such as a light emitting element and a light receiving element and an optical fiber to be attached or detached. For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-349307) discloses an optical module that can position an optical element and an optical fiber by using a through hole formed in a substrate. In this optical module, the optical fiber and the optical element are directly coupled by abutting the optical fiber with the optical element through the through hole.
JP 2000-349307 A

ところで、一般に、短距離での光伝送には、面発光型半導体レーザ(VCSEL)とマルチモード光ファイバとの組み合わせが通信速度及びコストの面から有利とされている。マルチモード光ファイバには、通常、モード分散を抑止するために分散特性が改良されたグレーデッドインデックス(GI)ファイバが使用される。GIファイバには、コア内にクラッドに近づくほど屈折率差が小さくなるような屈折率分布が形成されている。したがって、特許文献1の光通信モジュールのように面発光型半導体レーザとGIファイバを直接結合した場合、面発光型半導体レーザの放射角が大きく、面発光型半導体レーザと光ファイバとの距離が長くなると、放射角の大きな外側の光はGIファイバの中心から離れたNAの小さい部分にしか入射できなくなり、GIファイバとカップリングができなくなるという現象が生じる。ここで、面発光型半導体レーザはマルチモード発光であり、放射角が大きな光ほど高次モードで発光しており、この外側の高次モードの光がGIファイバにカップリングできなくなるので信号に歪みが生じてしまう。また、一方で、面発光型半導体レーザとGIファイバとを直接結合する場合には、面発光型半導体レーザとGIファイバの調整マージンが小さいので、位置ズレによる信号品質の劣化が著しくなる。   By the way, in general, a combination of a surface-emitting type semiconductor laser (VCSEL) and a multimode optical fiber is advantageous for optical transmission over a short distance in terms of communication speed and cost. For a multimode optical fiber, a graded index (GI) fiber with improved dispersion characteristics is usually used to suppress modal dispersion. In the GI fiber, a refractive index distribution is formed so that the refractive index difference becomes smaller in the core as it approaches the cladding. Therefore, when the surface emitting semiconductor laser and the GI fiber are directly coupled as in the optical communication module of Patent Document 1, the emission angle of the surface emitting semiconductor laser is large and the distance between the surface emitting semiconductor laser and the optical fiber is long. As a result, the outside light having a large radiation angle can enter only a portion with a small NA away from the center of the GI fiber, and the phenomenon that the coupling with the GI fiber cannot be performed occurs. Here, the surface-emitting type semiconductor laser emits multi-mode light, and light having a larger emission angle emits light in a higher-order mode, and this higher-order mode light cannot be coupled to the GI fiber, so the signal is distorted. Will occur. On the other hand, when the surface emitting semiconductor laser and the GI fiber are directly coupled, the adjustment margin between the surface emitting semiconductor laser and the GI fiber is small, so that the signal quality is significantly deteriorated due to the positional deviation.

そこで、本発明は、マルチモードのレーザ光を利用した場合の信号歪みを低減し、光ファイバと発光素子との位置ズレによる信号品質の劣化を低減し得る光通信モジュール、光通信装置及び電子機器を提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention provides an optical communication module, an optical communication apparatus, and an electronic apparatus that can reduce signal distortion when using multimode laser light and can reduce signal quality degradation due to positional deviation between an optical fiber and a light emitting element. The purpose is to provide.

上記課題を解決するために、本発明は、マルチモードのレーザ光を発振する発光素子(レーザ光源)と、前記発光素子と当該発光素子から発振されるレーザ光を伝播する導波路との光軸上に配置され、前記発光素子と前記導波路との光結合を中継する中継導波路と、を備え、前記中継導波路が、コア部がクラッド部に囲まれた構造を有し、コア部とクラッド部との間に階段状の屈折率分布が形成されている光モジュールを提供するものである。   In order to solve the above problems, the present invention provides an optical axis of a light emitting element (laser light source) that oscillates multimode laser light, and a waveguide that propagates the laser light oscillated from the light emitting element. A relay waveguide that relays optical coupling between the light emitting element and the waveguide, and the relay waveguide has a structure in which a core portion is surrounded by a cladding portion, The present invention provides an optical module in which a stepped refractive index distribution is formed between the clad portion and the clad portion.

かかる構成によれば、コア部とクラッド部との間に階段状の屈折率分布が形成された導波路を通過させることで、導波路に入射する光の角度及び入射位置を種々に変更することが可能となる。これにより、導波路への入射位置が発光素子からのレーザ光の出射角により定まっており、一定の光しか導波路と光結合し得ないような場合においても、入射位置と出射角との相関性をなくすことが可能となるので、略均一な分布の信号を伝送することが可能となる。したがって、例えば、出射角とモードに相関性があるレーザ光において、特定の出射角のモードの光のみが入射できず、伝送される信号に歪が生じる等の問題を解消し得る。また、導波路の端面における種々のモード光の入射位置がランダム化されているので、位置調整のためのマージンを大きくすることが可能となり、調整位置ズレによる信号品質の劣化を低減することが可能となる。ここで、階段状の屈折率分布とは、コア部内の屈折率n1が略均一であり、コア部の屈折率n1がクラッド部の屈折率n2より高いもの(n1>n2の関係にあるもの)をいう。   According to such a configuration, the angle and the incident position of light incident on the waveguide can be variously changed by passing the waveguide in which the stepwise refractive index distribution is formed between the core portion and the cladding portion. Is possible. As a result, the incident position to the waveguide is determined by the emission angle of the laser beam from the light emitting element, and even when only a certain amount of light can be optically coupled to the waveguide, the correlation between the incident position and the emission angle is obtained. Therefore, it is possible to transmit a signal having a substantially uniform distribution. Therefore, for example, in a laser beam having a correlation between the emission angle and the mode, only light of a specific emission angle mode cannot be incident, and problems such as distortion in the transmitted signal can be solved. In addition, since the incident positions of various mode lights on the end face of the waveguide are randomized, it is possible to increase the margin for position adjustment, and it is possible to reduce deterioration of signal quality due to misalignment of the adjustment position. It becomes. Here, the stepwise refractive index distribution means that the refractive index n1 in the core part is substantially uniform and the refractive index n1 of the core part is higher than the refractive index n2 of the cladding part (n1> n2). Say.

このような中継導波路としては、例えば、ステップインデックス型の光導波路が用いられ、例えば、ステップインデックス型マルチモード光ファイバから構成される光ファイバ片等が挙げられる。   As such a relay waveguide, for example, a step index type optical waveguide is used, and for example, an optical fiber piece composed of a step index type multimode optical fiber can be used.

本発明の他の態様は、マルチモードのレーザ光を発振する発光素子と、前記発光素子と当該発光素子から発振されるレーザ光を伝播する導波路との光軸上に配置され、前記発光素子と前記導波路との光結合を中継する光ファイバ片と、前記発光素子を搭載し、前記光ファイバ片及び前記導波路を保持する基材と、を備え、前記光ファイバ片がステップインデックス型マルチモード光ファイバから構成される光モジュールを提供するものである。   According to another aspect of the present invention, the light emitting element is disposed on an optical axis of a light emitting element that oscillates multimode laser light, and the light emitting element and a waveguide that propagates laser light oscillated from the light emitting element. And an optical fiber piece that relays optical coupling between the optical waveguide and the waveguide; and a base material that mounts the light emitting element and holds the optical fiber piece and the waveguide. An optical module composed of a mode optical fiber is provided.

かかる構成によれば、ステップインデックス型マルチモード光ファイバから構成される光ファイバ片を通過させることで、導波路に入射する光の角度及び入射位置を種々に変更することが可能となる。これにより、導波路への入射位置が発光素子からのレーザ光の出射角により定まっており、一定の光しか導波路と光結合し得ないような場合においても、このような入射位置と出射角との相関性をなくすことが可能となるので、略均一な分布の信号を伝送することが可能となる。したがって、例えば、出射角とモードに相関性があるレーザ光において、特定の出射角のモードの光のみが入射できず、伝送される信号に歪が生じる等の問題を解消し得る。また、導波路の端面における種々のモード光の入射位置がランダム化されているので、位置調整のためのマージンを大きくすることが可能となり、調整位置ズレによる信号品質の劣化を低減することが可能となる。また、単純な構造で発光素子、光ファイバ片及び導波路の位置決めを精度良く行うことが可能となる。なお、光ファイバ片及びどうは炉を保持する保持手段としては、例えば基材に設けられた貫通孔等の孔部が挙げられる。   According to such a configuration, it is possible to variously change the angle and the incident position of the light incident on the waveguide by passing the optical fiber piece composed of the step index type multimode optical fiber. As a result, the incident position to the waveguide is determined by the emission angle of the laser light from the light emitting element, and even when only a certain amount of light can be optically coupled to the waveguide, such an incident position and an emission angle. Therefore, it is possible to transmit a signal with a substantially uniform distribution. Therefore, for example, in a laser beam having a correlation between the emission angle and the mode, only light of a specific emission angle mode cannot be incident, and problems such as distortion in the transmitted signal can be solved. In addition, since the incident positions of various mode lights on the end face of the waveguide are randomized, it is possible to increase the margin for position adjustment, and it is possible to reduce deterioration of signal quality due to misalignment of the adjustment position. It becomes. Further, the light emitting element, the optical fiber piece, and the waveguide can be accurately positioned with a simple structure. Examples of the holding means for holding the optical fiber piece and the furnace include holes such as through holes provided in the base material.

前記導波路は、例えば、グレーデッドインデックス型の光導波路であり、特に、グレーデッドインデックス型マルチモード光ファイバ(以下、GIファイバともいう)であると好ましい。GIファイバは、コア内にクラッドに近づくほど屈折率差が小さくなるような屈折率分布が形成されている。したがって、特に、発光素子とGIファイバを直接結合した場合に、放射角の大きな光をカップリングすることができず、信号に歪みが生じ易くなる傾向にあるが、ステップインデックス型マルチモード光ファイバ(以下、SI光ファイバともいう)からなる光ファイバ片を中継に用いることでかかる不具合を解消することが可能である。   The waveguide is, for example, a graded index optical waveguide, and is preferably a graded index multimode optical fiber (hereinafter also referred to as GI fiber). In the GI fiber, a refractive index distribution is formed such that the refractive index difference decreases as the distance from the cladding increases in the core. Therefore, particularly when the light emitting element and the GI fiber are directly coupled, light having a large radiation angle cannot be coupled and the signal tends to be distorted. However, the step index type multimode optical fiber ( Such an inconvenience can be solved by using an optical fiber piece composed of an SI optical fiber for relaying.

前記光ファイバ片のコア径が、前記光ファイバのコア径と同じか、又は前記光ファイバのコア径よりも小さいことが好ましい。これによれば、光ファイバとのカップリング効率をより向上させることが可能となる。   It is preferable that the core diameter of the optical fiber piece is the same as or smaller than the core diameter of the optical fiber. According to this, the coupling efficiency with the optical fiber can be further improved.

前記光ファイバ片のコア径が、前記光ファイバのコア径より大きいことが好ましい。これによれば、光ファイバの位置調整マージンを大きくすることが可能となると共に、光ファイバに伝送する光量を減衰することが可能となるので、光量調整に用いられる減衰器(アッテネータ)を省略することが可能となる。   The core diameter of the optical fiber piece is preferably larger than the core diameter of the optical fiber. According to this, since it becomes possible to increase the position adjustment margin of the optical fiber and to attenuate the amount of light transmitted to the optical fiber, an attenuator (attenuator) used for light amount adjustment is omitted. It becomes possible.

前記光ファイバ片のNAが、前記光ファイバのNAより大きいことが好ましい。これによれば、光ファイバの角度マージンを拡大することが可能となる。   The NA of the optical fiber piece is preferably larger than the NA of the optical fiber. According to this, the angle margin of the optical fiber can be expanded.

前記光ファイバ片が、少なくとも一部に入射側から出射側に向けてコア径が大きくなるテーパー部位を有していることが好ましい。これによれば、光ファイバ片の入射側と出射側でNAを変えることが可能となる。よって、用途等に応じて、NAを種々に変更可能となり、設計の自由度が広がる。   It is preferable that the optical fiber piece has at least a tapered portion where the core diameter increases from the incident side toward the emission side. According to this, it is possible to change the NA on the incident side and the emission side of the optical fiber piece. Therefore, the NA can be changed in various ways according to the application and the like, and the degree of freedom in design is expanded.

前記光ファイバ片の軸長が、前記光ファイバ片の最大受光角で入射した入射光が4回以上反射し得る長さであることが好ましい。光ファイバ片の最大受光角で入射した入射光が4回以上反射し得る長さであれば、ほぼ安定な光ファイバ片と光ファイバとの結合効率が得られる。   It is preferable that the axial length of the optical fiber piece is a length that allows incident light incident at the maximum light receiving angle of the optical fiber piece to be reflected four times or more. If the incident light incident at the maximum light receiving angle of the optical fiber piece can be reflected four or more times, a substantially stable coupling efficiency between the optical fiber piece and the optical fiber can be obtained.

前記光ファイバ片のカップリング効率を縦軸とし、前記光ファイバ片の長さを横軸としてプロットした際に、前記カップリング効率と前記長さとの関係が、減衰曲線に近似される場合において、前記光ファイバ片の長手方向の長さが、前記減衰曲線が略極大値をとる長さであることが好ましい。これによれば、良好な結合効率が得られる。   When the vertical axis represents the coupling efficiency of the optical fiber piece and the horizontal axis represents the length of the optical fiber piece, when the relationship between the coupling efficiency and the length is approximated by an attenuation curve, The length of the optical fiber piece in the longitudinal direction is preferably such that the attenuation curve takes a substantially maximum value. According to this, good coupling efficiency can be obtained.

本発明の他の態様は、上記光モジュールを備えたことを特徴とする光通信装置である。これによれば、上記光モジュールを備えているので、信頼性の高い光通信装置を提供することが可能となる。   Another aspect of the present invention is an optical communication device including the above optical module. According to this, since the optical module is provided, it is possible to provide a highly reliable optical communication device.

ここで、「光通信装置(光トランシーバ)」とは、光信号の送信にかかる構成(発光素子等)と光信号の受信にかかる構成(受光素子等)の両方を含む装置のみならず、送信に係る構成のみを備える装置(いわゆる光送信モジュール)や受信に係る構成のみを備える装置(いわゆる光受信モジュール)をも含む。   Here, “optical communication device (optical transceiver)” means not only a device including both a configuration related to transmission of an optical signal (such as a light emitting element) and a configuration related to reception of an optical signal (such as a light receiving element), as well as transmission. The apparatus (so-called optical transmission module) provided only with the structure which concerns on this, and the apparatus (so-called optical reception module) provided only with the structure which concerns on reception are also included.

本発明のさらなる他の態様は、上記光モジュールを光送信モジュールとして含み、さらに、前記光ファイバ(導波路)から伝送された光信号を受信するPD(Photo Diode)等の受光素子と、前記光ファイバと前記受光素子との光結合を中継する、GIファイバから構成される光ファイバ片と、を有する光受信モジュールを含む光通信装置である。   Still another aspect of the present invention includes the optical module as an optical transmission module, and further includes a light receiving element such as a PD (Photo Diode) that receives an optical signal transmitted from the optical fiber (waveguide), and the light. An optical communication device including an optical receiving module having an optical fiber piece configured by a GI fiber that relays optical coupling between a fiber and the light receiving element.

かかる構成によれば、受信側に、GIファイバを光ファイバ片として用いているので、レーザ光の広がりが少なく、受光面積を小さくすることが可能となるので、さらなる通信の高速化を図ることが可能となる。   According to such a configuration, since the GI fiber is used as the optical fiber piece on the receiving side, the spread of the laser light is small and the light receiving area can be reduced, so that the communication speed can be further increased. It becomes possible.

本発明の他の態様は、上記光モジュールを備えた電子機器である。これによれば、信頼性の高い電子機器を提供することが可能となる。   Another aspect of the present invention is an electronic device including the optical module. According to this, it becomes possible to provide a highly reliable electronic device.

ここで、「電子機器」とは、電子回路等を用いて一定の機能を実現する機器一般をいい、その構成には特に限定はないが、例えば、パーソナルコンピュータ、PDA(携帯型情報端末装置)、電子手帳などの光を伝送媒体として外部装置等との間の情報通信を行う各種機器が挙げられる。   Here, “electronic device” means a device in general that realizes a certain function using an electronic circuit or the like, and its configuration is not particularly limited. For example, a personal computer, a PDA (portable information terminal device) In addition, various devices that perform information communication with an external device or the like using light such as an electronic notebook as a transmission medium.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光モジュールの一例を説明するための図であり、図2は、図1の部分拡大図である。図1に示すように、本実施形態の光通信モジュールは、基材11、発光素子13、光ファイバ片21、フェルール15、透光性樹脂膜16、配線膜17、封止材18を含んで構成される。この光通信モジュールと、さらに電子回路等が配置された外部基板30を含んで、光通信装置が構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of an optical module according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. As shown in FIG. 1, the optical communication module of this embodiment includes a base material 11, a light emitting element 13, an optical fiber piece 21, a ferrule 15, a translucent resin film 16, a wiring film 17, and a sealing material 18. Composed. An optical communication device is configured including the optical communication module and an external substrate 30 on which electronic circuits and the like are further arranged.

基材11は、光通信モジュールを構成する各要素を支持するものであり、光ファイバ19を挿入可能な貫通孔12を有する。この基材11は、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅等の導電性材料や、ガラス、樹脂、セラミックス等の非導電性材料など種々のものを用いて構成することができる。例えば本実施形態では、セラミックスを用いて基材11を構成する。   The base material 11 supports each element constituting the optical communication module, and has a through hole 12 into which the optical fiber 19 can be inserted. The base material 11 can be configured using various materials such as conductive materials such as stainless steel, aluminum, and copper, and non-conductive materials such as glass, resin, and ceramics. For example, in this embodiment, the base material 11 is comprised using ceramics.

貫通孔12は、光ファイバ19の周囲に設けられたフェルール15を挿入した際に、貫通孔12の内壁及び光ファイバ片21とフェルール15との間に実質的な隙間が生じない形状に形成される。これにより、貫通孔12に光ファイバ19を固定することが可能となると共に、発光素子13との位置合わせも同時に行うことが可能となる。なお、光ファイバ19にフェルール15が設けられていない場合には、当該光ファイバ19の形状に応じた貫通孔12が形成される。   The through hole 12 is formed in a shape that does not cause a substantial gap between the inner wall of the through hole 12 and the optical fiber piece 21 and the ferrule 15 when the ferrule 15 provided around the optical fiber 19 is inserted. The As a result, the optical fiber 19 can be fixed to the through-hole 12 and the alignment with the light emitting element 13 can be performed at the same time. Note that when the ferrule 15 is not provided in the optical fiber 19, the through hole 12 corresponding to the shape of the optical fiber 19 is formed.

発光素子13は、透光性樹脂膜16を介して貫通孔12上に配置されており、当該貫通孔12に挿入される光ファイバ19へ向けて複数のモードのレーザ光を含む信号光を出射する。このような発光素子13としては、例えば、面発光型半導体レーザ(VCSEL)などが用いられる。本実施形態では、VCSEL(例えば、波長850nm)を透光性樹脂膜16にフェイスダウンでフリップチップボンディングしている。発光素子13の位置決めは、貫通孔12、光ファイバ14又はフェルール15を基準になされる。   The light emitting element 13 is disposed on the through hole 12 via the translucent resin film 16 and emits signal light including a plurality of modes of laser light toward the optical fiber 19 inserted into the through hole 12. To do. As such a light emitting element 13, a surface emitting semiconductor laser (VCSEL) etc. are used, for example. In this embodiment, a VCSEL (for example, wavelength 850 nm) is flip-chip bonded to the translucent resin film 16 face down. The light emitting element 13 is positioned with reference to the through hole 12, the optical fiber 14, or the ferrule 15.

マルチモード光ファイバ(導波路)19は、複数のモードが伝播できる光ファイバであり、発光素子13から発振されたマルチモードのレーザ光を他に伝播する役割を果たす。本実施形態では、光ファイバ19として、グレーデッドインデックス(GI)型マルチモード光ファイバ(GIファイバ)を用いる。GIファイバのコア20は、中心から離れるに従って屈折率がほぼ連続的に減少し、クラッドとの境界でクラッドと同じ屈折率になるように形成されている。したがって、GIファイバはコア部20とクラッド部25との間で曲線状(2乗型)の屈折率分布を有している。   The multimode optical fiber (waveguide) 19 is an optical fiber capable of propagating a plurality of modes, and plays a role of propagating the multimode laser light oscillated from the light emitting element 13 to the other. In the present embodiment, a graded index (GI) type multimode optical fiber (GI fiber) is used as the optical fiber 19. The core 20 of the GI fiber is formed such that the refractive index decreases substantially continuously as it goes away from the center, and has the same refractive index as the cladding at the boundary with the cladding. Therefore, the GI fiber has a curved (square type) refractive index distribution between the core portion 20 and the cladding portion 25.

透光性樹脂膜16は、基材11の片面に貫通孔12全体を覆うように配置されている。発光素子13と光ファイバ19とはこの透光性樹脂膜16を介して光結合している。透光性樹脂膜16は、例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂等の光を透過する樹脂を用いて形成することができる。光透過性が良好であり、可撓性を有し、取扱いが容易であるという点からはポリイミド膜が好適に用いられる。また、透光性樹脂膜16と光ファイバ19の接合面には、両者間の隙間を無くし、光ファイバ19と透光性樹脂膜16との間の屈折率の整合を図り、光信号の散乱による光損失を防止するための、屈折率整合材(いわゆるマッチングオイル)を間に浸透させてもよい。これにより、光結合効率を高めることが可能となる。なお、屈折率整合材としては、例えば、後述するアンダーフィル材と同様の透光性を有するエポキシ樹脂などを用いることができる。また、透光性樹脂膜16にFPCを使用したときには、FPCと基板を接着する接着剤又は接着シートを屈折率整合材として使用してもよい。   The translucent resin film 16 is disposed on one surface of the base material 11 so as to cover the entire through hole 12. The light emitting element 13 and the optical fiber 19 are optically coupled through the translucent resin film 16. The translucent resin film 16 can be formed using, for example, a resin that transmits light, such as polyimide or epoxy resin. A polyimide film is preferably used from the viewpoints of good light transmission, flexibility and easy handling. Further, a gap between the two is eliminated at the joint surface between the translucent resin film 16 and the optical fiber 19, the refractive index is matched between the optical fiber 19 and the translucent resin film 16, and the optical signal is scattered. A refractive index matching material (so-called matching oil) for preventing light loss due to the above may be permeated. Thereby, the optical coupling efficiency can be increased. In addition, as a refractive index matching material, the epoxy resin etc. which have the translucency similar to the underfill material mentioned later, etc. can be used, for example. When FPC is used for the translucent resin film 16, an adhesive or an adhesive sheet that bonds the FPC and the substrate may be used as the refractive index matching material.

配線膜17は、発光素子13と外部基板30上に配置された図示しない外部の電子回路(外部回路)等との間の信号伝送を担うものであり、例えば銅などの導電体を用いて透光性樹脂膜16上に所定の形状(配線パターン)に形成されている。発光素子13の高速動作に対応するためには、透光性樹脂膜16と配線膜17とを含んで、高周波信号の伝送に適したマイクロストリップラインを構成していることが好ましい。   The wiring film 17 is responsible for signal transmission between the light emitting element 13 and an external electronic circuit (external circuit) (not shown) disposed on the external substrate 30, and is transparent using a conductor such as copper. A predetermined shape (wiring pattern) is formed on the optical resin film 16. In order to cope with the high-speed operation of the light-emitting element 13, it is preferable that a microstrip line suitable for transmitting a high-frequency signal is configured including the translucent resin film 16 and the wiring film 17.

封止材18は、必要に応じて、発光素子13を保護するために発光素子13の全体を覆うようにして透光性樹脂膜16上に形成される。このような封止材18としては、例えばエポキシ樹脂等が用いられる。
光ファイバ片21は、発光素子13と光ファイバ19との光信号の授受を中継する役割を担う。すなわち、光ファイバ片21は、発光素子13からの複数のモードを含むレーザ光を光ファイバ19に導き、両者を光結合させるものである。また、本発明で用いられる光ファイバ片21は、ステップインデックス型マルチモードファイバ(SIファイバ)から構成されており、発光素子13から発振されたレーザ光は、光ファイバ片21の中で複雑に反射を繰り返し、入射光とは異なる様々な角度や出射位置から出射されることになる。これにより、光ファイバ19端面における入射位置や入射角度も様々に変化するので、発光素子13の放射角と光ファイバ19端面における入射位置との相関関係をなくすことが可能となる。よって、入射位置とレーザ光のモードとの相関関係をなくすことができ、種々のレーザ光を満遍なく光ファイバ19に入射することが可能となる。
The sealing material 18 is formed on the translucent resin film 16 so as to cover the entire light emitting element 13 in order to protect the light emitting element 13 as necessary. As such a sealing material 18, an epoxy resin etc. are used, for example.
The optical fiber piece 21 plays a role of relaying transmission / reception of optical signals between the light emitting element 13 and the optical fiber 19. That is, the optical fiber piece 21 guides laser light including a plurality of modes from the light emitting element 13 to the optical fiber 19 and optically couples them. The optical fiber piece 21 used in the present invention is composed of a step index type multimode fiber (SI fiber), and the laser light oscillated from the light emitting element 13 is reflected in the optical fiber piece 21 in a complicated manner. Is repeated and emitted from various angles and emission positions different from the incident light. Thereby, since the incident position and incident angle on the end face of the optical fiber 19 also change variously, it is possible to eliminate the correlation between the radiation angle of the light emitting element 13 and the incident position on the end face of the optical fiber 19. Therefore, the correlation between the incident position and the mode of the laser beam can be eliminated, and various laser beams can be uniformly incident on the optical fiber 19.

なお、SIファイバは、コア部の周囲をクラッド部で覆われた構造を有しており、コア部とクラッド部との間で階段状の屈折率分布を有する。   The SI fiber has a structure in which the periphery of the core part is covered with a clad part, and has a step-like refractive index distribution between the core part and the clad part.

光ファイバ片(中継導波路)21の作用について、VCSEL(発光素子13)とGIファイバ(光ファイバ19)との光結合の観点からより詳細に説明する。   The operation of the optical fiber piece (relay waveguide) 21 will be described in more detail from the viewpoint of optical coupling between the VCSEL (light emitting element 13) and the GI fiber (optical fiber 19).

GIファイバのコア20の開口数(NA)は、中心部が最も大きく、中心から離れるに従い徐々に減少し、クラッドとの境界で0となる。例えば、コア径50μm、NA0.21(空気中では、片側12.1度)のGIファイバのNA分布は、下記式(1)のように表される。   The numerical aperture (NA) of the core 20 of the GI fiber is the largest at the center, gradually decreases with distance from the center, and becomes zero at the boundary with the cladding. For example, the NA distribution of a GI fiber having a core diameter of 50 μm and NA of 0.21 (in air, 12.1 degrees on one side) is expressed by the following formula (1).

Figure 2005331879
Figure 2005331879

VCSELとGIファイバとのダイレクトカップリング(直接結合)を行った場合、VCSELとGIファイバ間の距離によっては、放射角の大きな外側のビームがGIファイバのNAの限界を超えてしまい、光結合できない光成分が生じる場合がある(図16参照)。通常、マルチモード発振しているVCSELでは、発振モードと放射角との間に依存性があり、特定のモードは特定の角度で放射される。一般に、高次モードほど放射角が大きくなる傾向にあり、ここで、特定角度以上の放射角で放射された光が全て入射し得ないとすると、特定のモード(特に高次モード)が入射できないことになる。レーザ光の発光特性(I−L特性)は、全モードの光量の和により決定されるので、このように特定のモードが入射できないとI−L特性に歪みが生じ、その結果、伝送される光信号が歪んでしまうという不具合が生じる。   When direct coupling (direct coupling) between the VCSEL and the GI fiber is performed, depending on the distance between the VCSEL and the GI fiber, the outside beam with a large radiation angle exceeds the NA limit of the GI fiber, and optical coupling cannot be performed. A light component may be generated (see FIG. 16). Usually, in a VCSEL that oscillates in a multimode, there is a dependency between an oscillation mode and a radiation angle, and a specific mode is emitted at a specific angle. In general, the higher the mode, the larger the radiation angle tends to be. Here, if all the light emitted at a radiation angle greater than a specific angle cannot be incident, a specific mode (especially a higher mode) cannot be incident. It will be. Since the light emission characteristic (IL characteristic) of the laser beam is determined by the sum of the light amounts of all modes, if the specific mode cannot be incident in this way, the IL characteristic is distorted and transmitted as a result. There is a problem that the optical signal is distorted.

GIファイバに結合可能な放射角は、上記式(1)と下記NAの定義式(2)より求められる。   The radiation angle that can be coupled to the GI fiber is obtained from the above equation (1) and the following NA definition equation (2).

Figure 2005331879
Figure 2005331879

ここで、例えば、VCSELの放射角(開口数NA)をNA=0.25(空気中では、片側14.5度)、VCSELの発光点からGIファイバの入口(端面)までの光学距離LをL=70μm(空気中)とすると、R=12.8μm、NA=0.18(空気中では、片側10.4度)以内の光しか結合されない。また、VCSELの出射部は、例えば直径10μm程度の円形であるので、実効NAはさらに小さくなる。   Here, for example, the emission angle (numerical aperture NA) of the VCSEL is NA = 0.25 (in air, 14.5 degrees on one side), and the optical distance L from the emission point of the VCSEL to the entrance (end face) of the GI fiber is When L = 70 μm (in air), only light within R = 12.8 μm and NA = 0.18 (in air, 10.4 degrees on one side) is coupled. Further, since the emission part of the VCSEL has a circular shape with a diameter of about 10 μm, for example, the effective NA is further reduced.

ここで、VCSELとGIファイバ間で位置ズレが生じると、さらに、光結合可能な光束が限定されてしまう。したがって、VCSELとGIファイバとの位置調整にはかなりの精度が要求される。   Here, if a positional shift occurs between the VCSEL and the GI fiber, the light beam that can be optically coupled is further limited. Therefore, considerable accuracy is required for position adjustment between the VCSEL and the GI fiber.

しかし、上記のような光ファイバ片21によれば、VCSELから発せられたレーザ光がGIファイバに至る前に、各モードの光の光路を変更し、放射角と発振モードの依存性をなくすことが可能となる。したがって、ほぼ全てのモードの光を少しずつGIファイバと結合することが可能となり、モードの偏りが低減され、伝送される信号の歪みが改善されることになる。   However, according to the optical fiber piece 21 as described above, before the laser light emitted from the VCSEL reaches the GI fiber, the optical path of the light in each mode is changed to eliminate the dependency on the radiation angle and the oscillation mode. Is possible. Therefore, almost all modes of light can be coupled with the GI fiber little by little, mode deviation is reduced, and distortion of the transmitted signal is improved.

次に、基材11との関係で好ましい長さ及び配置について簡単に説明する。光ファイバ片21は、基材11の一方面(第1の面)23と他方面(第2の面)24との間の距離よりも短い軸長の断片であり、基材11の上面側23に片寄って配置される。光ファイバ片21と、挿入する光ファイバの径は略同径のものが用いられる。光ファイバ片21は、貫通孔12により位置決めされ、貫通孔12内に圧入又は接着等することにより固定される。また、光ファイバ片21は、光ファイバ19を挿脱する際の衝撃が、発光素子13に直接伝わらないようにする役割も担う。これにより、光通信モジュールの寿命を長くすることが可能となる。光ファイバ片21の周囲には、必要に応じてフェルール22が形成されていてもよい。   Next, a preferable length and arrangement in relation to the substrate 11 will be briefly described. The optical fiber piece 21 is a fragment having an axial length shorter than the distance between the one surface (first surface) 23 and the other surface (second surface) 24 of the base material 11, and the upper surface side of the base material 11. 23. The optical fiber piece 21 and the optical fiber to be inserted have substantially the same diameter. The optical fiber piece 21 is positioned by the through hole 12 and fixed by press-fitting or bonding into the through hole 12. Further, the optical fiber piece 21 also plays a role of preventing an impact upon insertion / removal of the optical fiber 19 from being directly transmitted to the light emitting element 13. Thereby, the lifetime of the optical communication module can be extended. A ferrule 22 may be formed around the optical fiber piece 21 as necessary.

光ファイバ片21の好ましい長さについて、光ファイバ19との結合効率の観点から説明する。光ファイバ片21と光ファイバ19との結合効率と、光ファイバ片21の長さとの関係について、コンピュータシュミレーションにより計算を行った。なお、計算を単純化するため、模式的に光ファイバ片21のコア部の中点を含む光ファイバ片21の軸に平行な面内を通過する光のみについて計算を行った。光ファイバ片21のコア内屈折率は1.5とし、VCSEL(発光素子13)と光ファイバ片21との間の屈折率は1.5とした。また、GIファイバ(光ファイバ19)は、コア径50μm、NA0.21とした。結果を図3〜図11に示す。   The preferable length of the optical fiber piece 21 will be described from the viewpoint of the coupling efficiency with the optical fiber 19. The relationship between the coupling efficiency between the optical fiber piece 21 and the optical fiber 19 and the length of the optical fiber piece 21 was calculated by computer simulation. In order to simplify the calculation, the calculation was performed only for light that passes through the plane parallel to the axis of the optical fiber piece 21 including the midpoint of the core portion of the optical fiber piece 21 schematically. The refractive index in the core of the optical fiber piece 21 was 1.5, and the refractive index between the VCSEL (light emitting element 13) and the optical fiber piece 21 was 1.5. The GI fiber (optical fiber 19) has a core diameter of 50 μm and NA of 0.21. The results are shown in FIGS.

図3は、計算に用いたVCSEL(発光素子13)の放射角と出力との関係を示す図である。ここで、出力(パワー)は、光量の最大値を基準とした時の相対値で示した。図3に示されるように、VCSELはリング状の放射特性を有していることがわかる。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the radiation angle of the VCSEL (light emitting element 13) used for the calculation and the output. Here, the output (power) is shown as a relative value when the maximum value of the light amount is used as a reference. As shown in FIG. 3, it can be seen that the VCSEL has a ring-like radiation characteristic.

図4は、光ファイバ片21のコア径を50μmの際の光ファイバ片21の長さと、光ファイバ片21とGIファイバとの結合効率との関係を示すグラフである。図4に示すように、光ファイバ片21の長さ(軸長)により結合効率(カップリング効率)は変動し、減衰曲線を描き、光ファイバ片21の軸長が光ファイバ片21の最大受光角で入射した入射光が4回以上反射し得る長さとなった場合に所定の結合効率に集束(安定化)する。したがって、光ファイバ片21の長さは、入射光が4回以上反射し得る長さとすれば、良好の結合効率が得られるので好ましい。なお、1回の反射に要する長さは、コア径×コアの屈折率/NA=0.05×1.5/0.21=0.357なので、4回反射では約1.43mmとなると考えられる。この減衰曲線が極大値及び極小値を示す長さの光ファイバ片21を用いた場合の各長さL(図4中のa〜f点における長さ)における放射角と相対光量の計算結果について図5〜図10に示す。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the length of the optical fiber piece 21 when the core diameter of the optical fiber piece 21 is 50 μm and the coupling efficiency between the optical fiber piece 21 and the GI fiber. As shown in FIG. 4, the coupling efficiency (coupling efficiency) varies depending on the length (axial length) of the optical fiber piece 21, draws an attenuation curve, and the axial length of the optical fiber piece 21 is the maximum light reception of the optical fiber piece 21. When the incident light incident at an angle has a length that can be reflected four times or more, the light is focused (stabilized) to a predetermined coupling efficiency. Therefore, it is preferable that the length of the optical fiber piece 21 is such that incident light can be reflected four times or more because good coupling efficiency can be obtained. Since the length required for one reflection is core diameter × core refractive index / NA = 0.05 × 1.5 / 0.21 = 0.357, it is considered to be about 1.43 mm in four reflections. It is done. Calculation results of the radiation angle and relative light quantity at each length L (length at points a to f in FIG. 4) when the optical fiber piece 21 having such a length that the attenuation curve shows the maximum value and the minimum value is used. It shows in FIGS.

図5(点aに該当)は、光ファイバ片21のコア径φ=50μm、長さL=105μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。なお、ここでL=105μmは、光学距離70μmのダイレクトカップリングに相当する。この際の結合効率は、73.6%と良好な値が得られている。   FIG. 5 (corresponding to the point a) shows the measurement result of the radiation angle and the relative light quantity when the core diameter φ of the optical fiber piece 21 is 50 μm and the length L is 105 μm. Here, L = 105 μm corresponds to direct coupling with an optical distance of 70 μm. The coupling efficiency at this time is as good as 73.6%.

図6(点bに該当)は、光ファイバ片21のコア径φ=50μm、長さL=305μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。この際の結合効率は、23.3%と低く、また、放射角約6度より大きな光についてはカップリングされておらず、信号歪が大きい。   FIG. 6 (corresponding to the point b) shows the measurement result of the radiation angle and the relative light quantity when the core diameter φ of the optical fiber piece 21 is 50 μm and the length L is 305 μm. In this case, the coupling efficiency is as low as 23.3%, and light having a radiation angle larger than about 6 degrees is not coupled, resulting in a large signal distortion.

図7(点cに該当)は、光ファイバ片21のコア径φ=50μm、長さL=425μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。この際の結合効率は、76.5%と良好な値が得られており、また、比較的大きな放射角の光までカップリングされている。   FIG. 7 (corresponding to the point c) shows the measurement results of the radiation angle and the relative light quantity when the core diameter φ of the optical fiber piece 21 is 50 μm and the length L is 425 μm. In this case, the coupling efficiency is a good value of 76.5%, and the coupling is performed up to a light having a relatively large radiation angle.

図8(点dに該当)は、光ファイバ片21のコア径φ=50μm、長さL=675μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。この際の結合効率は、49.7%と低く、また、放射角約8度より大きな光についてはカップリングされておらず、信号歪が大きい。   FIG. 8 (corresponding to the point d) shows the measurement result of the radiation angle and the relative light quantity when the core diameter φ of the optical fiber piece 21 is 50 μm and the length L is 675 μm. The coupling efficiency at this time is as low as 49.7%, and light larger than the radiation angle of about 8 degrees is not coupled, and the signal distortion is large.

図9(点eに該当)は、光ファイバ片21のコア径φ=50μm、長さL=825μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。この際の結合効率は、66%と良好な値が得られており、また、比較的大きな放射角の光までカップリングされている。   FIG. 9 (corresponding to the point e) shows the measurement result of the radiation angle and the relative light quantity when the core diameter φ of the optical fiber piece 21 is 50 μm and the length L is 825 μm. The coupling efficiency at this time is as good as 66%, and the coupling is performed up to a light having a relatively large radiation angle.

図10(点fに該当)は、光ファイバ片21のコア径φ=50μm、長さL=1500μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。この際の結合効率は、63.5%と良好であり、また、比較的大きな放射角の光までカップリングされている。   FIG. 10 (corresponding to the point f) shows the measurement result of the radiation angle and the relative light quantity when the core diameter φ of the optical fiber piece 21 is 50 μm and the length L = 1500 μm. The coupling efficiency at this time is as good as 63.5%, and the light is coupled up to a relatively large radiation angle.

また、図11は、光ファイバ片21のコア径φ=50μm、長さL=10000μm(10mm)の場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。この際の結合効率は、63.2%と良好で、また、ケラレ(光が光結合し得ない状態)も細分化されており、比較的大きな放射角の光をも含めほぼ全ての放射角の光が万遍なくカップリングされ、良好な結果が得られている。   FIG. 11 shows the measurement results of the radiation angle and relative light quantity when the optical fiber piece 21 has a core diameter φ = 50 μm and a length L = 10000 μm (10 mm). The coupling efficiency at this time is as good as 63.2%, and vignetting (the state in which light cannot be optically coupled) is also subdivided, and almost all radiation angles including relatively large radiation angles are included. The light is uniformly coupled and good results are obtained.

本実施形態によれば、SIファイバから構成される光ファイバ片21を通過させることで、導波路19としてのGIファイバに入射する光の角度及び入射位置を種々に変更することが可能となる。これにより、GIファイバへの入射位置が発光素子13からのレーザ光の出射角により定まり、一定の光しか導波路19と光結合し得ないような場合においても、このような入射位置と出射角との相関性をなくすことが可能となるので、略均一な分布の信号を伝送することが可能となる。したがって、例えば、出射角とモードに相関性があるレーザ光において、特定の出射角のモードの光のみが入射できず、伝送される信号に歪が生じる等の問題を解消し得る。また、導波路19の端面における種々のモード光の入射位置がランダム化されているので、位置調整のためのマージンを大きくすることが可能となり、調整位置ズレによる信号品質の劣化を低減することが可能となる。また、単純な構造で発光素子13、光ファイバ片21及び導波路19の位置決めを精度良く行うことが可能となる。よって、高品質で高速伝送可能な光モジュールを安価に歩留まりよく提供することが可能となる。   According to the present embodiment, it is possible to variously change the angle and the incident position of the light incident on the GI fiber as the waveguide 19 by passing the optical fiber piece 21 composed of the SI fiber. As a result, the incident position on the GI fiber is determined by the emission angle of the laser light from the light emitting element 13, and even when only a certain amount of light can be optically coupled to the waveguide 19, such an incident position and an emission angle. Therefore, it is possible to transmit a signal with a substantially uniform distribution. Therefore, for example, in a laser beam having a correlation between the emission angle and the mode, only light of a specific emission angle mode cannot be incident, and problems such as distortion in the transmitted signal can be solved. In addition, since the incident positions of various mode lights on the end face of the waveguide 19 are randomized, it is possible to increase the margin for position adjustment, and to reduce signal quality deterioration due to adjustment position deviation. It becomes possible. In addition, the light emitting element 13, the optical fiber piece 21, and the waveguide 19 can be accurately positioned with a simple structure. Accordingly, it is possible to provide an optical module capable of high-quality and high-speed transmission at a low cost and with a high yield.

なお、上記例において、光ファイバ片21のコア径は、導波路19としての光ファイバのコア径と同じ大きさであったが、これに限定されず、例えば、光ファイバ片21のコア径は、光ファイバ19のコア径よりも小さくてもよい。上記例において、NA0.21以上の光や上記(1)式の条件に当てはまらない光束は光ファイバ19とカップリングされず、クラッド部25を抜けて消滅してしまう。しかし、光ファイバ片21のコア径が光ファイバ19のコア径よりも小さければ、カップリング効率を向上させることが可能となる。   In the above example, the core diameter of the optical fiber piece 21 is the same as the core diameter of the optical fiber as the waveguide 19, but is not limited to this. For example, the core diameter of the optical fiber piece 21 is The core diameter of the optical fiber 19 may be smaller. In the above example, light with NA of 0.21 or more and luminous flux that does not satisfy the condition of the above formula (1) are not coupled with the optical fiber 19 and disappear through the cladding portion 25. However, if the core diameter of the optical fiber piece 21 is smaller than the core diameter of the optical fiber 19, the coupling efficiency can be improved.

図12に、光ファイバ片21のコア径φ=35μm、長さL=10000μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。この際の結合効率は、80.6%と非常に良好であり、また、比較的大きな放射角の光までカップリングされている。   FIG. 12 shows the measurement results of the radiation angle and relative light quantity when the core diameter φ of the optical fiber piece 21 is 35 μm and the length L is 10000 μm. In this case, the coupling efficiency is very good at 80.6%, and the light having a relatively large radiation angle is coupled.

(第2の実施形態)
第1の実施形態では、光ファイバ片21のコア径が、導波路19としての光ファイバのコア径と同じか又は小さい場合について説明した。第2の実施形態では、光ファイバ片21のコア径が、光ファイバ19のコア径より大きい場合について説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the case where the core diameter of the optical fiber piece 21 is the same as or smaller than the core diameter of the optical fiber as the waveguide 19 has been described. In the second embodiment, a case where the core diameter of the optical fiber piece 21 is larger than the core diameter of the optical fiber 19 will be described.

図13は、第2の実施形態に係る光モジュールを説明するための部分拡大図である。
VCSEL等の発光素子13の安定駆動条件では、通常、光パワーが大きく、レーザ光を直視した場合、目に危害を及ぼす場合がある。よって、例えば、光通信システムを構築する場合、使用の仕方によって通信経路上にアッテネータ(減衰器)を配置することも多い。
FIG. 13 is a partially enlarged view for explaining the optical module according to the second embodiment.
Under stable driving conditions of the light emitting element 13 such as a VCSEL, the optical power is usually large, and when the laser beam is viewed directly, there is a possibility of causing harm to the eyes. Therefore, for example, when an optical communication system is constructed, an attenuator (attenuator) is often arranged on the communication path depending on how it is used.

このような場合に、図13に示すように、光ファイバ片21のコア径を光ファイバ19のコア径よりも大きくしておくと、光ファイバ片21と光ファイバ19とのカップリング効率が下がり、光ファイバ19にカップリングされない光の分だけ伝送するレーザ光の光量を減衰させることが可能となる。光ファイバ片21から出射される出射光は、出射位置、出射方向とモードとの間に相間関係は無く、種々のモード光が種々の位置、出射角により出射されるので、カップリングロスによる信号歪みも最小限に留めることが可能であり、信号品質の安定した減衰が可能となる。   In such a case, as shown in FIG. 13, if the core diameter of the optical fiber piece 21 is made larger than the core diameter of the optical fiber 19, the coupling efficiency between the optical fiber piece 21 and the optical fiber 19 decreases. It is possible to attenuate the amount of laser light transmitted by the amount of light that is not coupled to the optical fiber 19. The outgoing light emitted from the optical fiber piece 21 has no correlation between the outgoing position, outgoing direction and mode, and various mode lights are emitted at different positions and outgoing angles. Distortion can also be kept to a minimum, and signal quality can be stably attenuated.

図14は、光ファイバ片21のコア径φ=65μm、長さL=10000μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。この際の結合効率は、48.5%と減衰されているが、図14にみられるように、ケラレ(光が光結合し得ない状態)も細分化されているので、比較的大きな放射角の光をも含めほぼ全ての放射角の光が万遍なくカップリングされており、信号形状の保存性、すなわちデータ品質に優れている。   FIG. 14 shows the measurement results of the radiation angle and relative light amount when the core diameter φ of the optical fiber piece 21 is 65 μm and the length L is 10000 μm. The coupling efficiency at this time is attenuated to 48.5%. However, as shown in FIG. 14, vignetting (state in which light cannot be optically coupled) is also subdivided, so a relatively large radiation angle. The light of almost all the radiation angles including the light of is uniformly coupled, and is excellent in the preservation of the signal shape, that is, the data quality.

また、減衰量は中継ファイバのコア径により容易に制御することが可能である。さらに、光ファイバ片21のコア径を大きくすることで、VCSEL13と光ファイバ片21、或いは光ファイバ片21と光ファイバ19の位置調整マージンを広げることが可能となる。よって、製造が容易となるので、より安価に歩留まりよく光モジュールを提供することが可能となる。   The attenuation can be easily controlled by the core diameter of the relay fiber. Furthermore, by increasing the core diameter of the optical fiber piece 21, it is possible to widen the position adjustment margin between the VCSEL 13 and the optical fiber piece 21 or between the optical fiber piece 21 and the optical fiber 19. Therefore, since it becomes easy to manufacture, it is possible to provide an optical module at a lower cost and with a higher yield.

(第3の実施形態)
図15は、第3の実施形態に係る光モジュールを説明するための部分拡大図である。
本実施形態では、図15に示すように、光ファイバ片21に発光素子13から入射されるレーザ光の入射面から出射面に向けて緩やかなテーパーを付けている。このような光ファイバ片21の一例としては、例えば入射側のコア径50μm、出射側のコア径80μm、長さ(軸長)2mmのものが挙げられる。このような形状の光ファイバ片21を用いると、光ファイバ片21内で、高NAの光は多重反射を繰り返すうちに徐々にNAが低くなり、光ファイバ19とのカップリングが可能なNAの光束となる傾向にある。本例では、NA0.25の光束は、4回反射によりNA0.19程度にまで下がり、カップリングが可能となる。
(Third embodiment)
FIG. 15 is a partially enlarged view for explaining the optical module according to the third embodiment.
In this embodiment, as shown in FIG. 15, the optical fiber piece 21 is gently tapered from the incident surface of the laser light incident from the light emitting element 13 toward the emitting surface. An example of such an optical fiber piece 21 is one having a core diameter of 50 μm on the entrance side, a core diameter of 80 μm on the exit side, and a length (axial length) of 2 mm. When the optical fiber piece 21 having such a shape is used, the NA of the high NA light gradually decreases as the multiple reflection is repeated in the optical fiber piece 21, so that the NA that can be coupled with the optical fiber 19 is reduced. It tends to be a luminous flux. In this example, the NA 0.25 luminous flux is reduced to about NA 0.19 by four reflections, and can be coupled.

このため、より高い信号歪みの改善効果が得られ、より高品質で高速な信号伝送が可能となる。また、出射側のコア径の設定により第2の実施形態と同様に光量を減衰することが可能である。なお、光ファイバ片21の入射側から出射側へのコア径の変化は、必ずしも直線的でなくてもよい。したがって、入射側から出射側に至るコア部24とクラッド部26との断面図における境界線は曲線となっていてもよい。また、光ファイバ片21の入射側から出射側へのコア径の変化は、連続的であっても断続的であってもよい。したがって、一部にテーパー部を有するものであってもよい。   For this reason, a higher signal distortion improvement effect can be obtained, and higher quality and higher speed signal transmission can be achieved. Further, the amount of light can be attenuated in the same manner as in the second embodiment by setting the core diameter on the emission side. In addition, the change of the core diameter from the incident side of the optical fiber piece 21 to the output side may not necessarily be linear. Therefore, the boundary line in the cross-sectional view of the core part 24 and the clad part 26 from the incident side to the emission side may be a curve. Moreover, the change of the core diameter from the incident side to the output side of the optical fiber piece 21 may be continuous or intermittent. Therefore, you may have a taper part in part.

(光通信装置及び電子機器)
本発明に係る光モジュールは、光通信装置(光トランシーバ)に用いて好適である。光通信装置は、上記のような光モジュールを発光モジュールとして含む他に、受信モジュールを含んでもよい。このような受信側に用いられる受信モジュールとしては、図1において発光素子13の代わりにPD(Photo Diode)等の受光素子を用い、光ファイバ片21としてSIファイバの代わりにGIファイバを用いて構成されるものが好ましい。SIファイバよりもGIファイバの方が、レーザ光の広がりが少なく、受光面積を小さくできるので、高速化に有利だからである。よって、かかる受信モジュールを用いることで、一層の高速化が可能な光通信装置を提供し得る。
(Optical communication device and electronic equipment)
The optical module according to the present invention is suitable for use in an optical communication device (optical transceiver). The optical communication device may include a receiving module in addition to the optical module as described above as a light emitting module. As a receiving module used on such a receiving side, a light receiving element such as a PD (Photo Diode) is used instead of the light emitting element 13 in FIG. 1, and a GI fiber is used as the optical fiber piece 21 instead of the SI fiber. Are preferred. This is because the GI fiber is more advantageous in increasing the speed because the spread of the laser beam is smaller and the light receiving area can be reduced than the SI fiber. Therefore, by using such a receiving module, an optical communication apparatus capable of further increasing the speed can be provided.

このような光通信装置は、例えば、パーソナルコンピュータやいわゆるPDA(携帯型情報端末装置)など、光を伝送媒体として外部装置等との間の情報通信を行う各種の電子機器に用いることが可能である。   Such an optical communication device can be used for various electronic devices that perform information communication with an external device or the like using light as a transmission medium, such as a personal computer or a so-called PDA (portable information terminal device). is there.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る光モジュールの一例を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an example of an optical module according to the first embodiment of the present invention. 図2は、図1の部分拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. 図3は、計算に用いたVCSELの放射角と出力との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the emission angle and output of the VCSEL used for the calculation. 図4は、光ファイバ片のコア径を50μmの際の光ファイバ片の長さと、光ファイバ片とGIファイバとの結合効率との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the length of the optical fiber piece when the core diameter of the optical fiber piece is 50 μm and the coupling efficiency between the optical fiber piece and the GI fiber. 図5(点aに該当)は、光ファイバ片のコア径φ=50μm、長さL=105μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。FIG. 5 (corresponding to the point a) shows the measurement results of the radiation angle and the relative light quantity when the core diameter φ = 50 μm and the length L = 105 μm of the optical fiber piece. 図6(点bに該当)は、光ファイバ片のコア径φ=50μm、長さL=305μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。FIG. 6 (corresponding to the point b) shows the measurement result of the radiation angle and the relative light quantity when the core diameter φ = 50 μm and the length L = 305 μm of the optical fiber piece. 図7(点cに該当)は、光ファイバ片のコア径φ=50μm、長さL=425μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。FIG. 7 (corresponding to the point c) shows the measurement results of the radiation angle and the relative light quantity when the core diameter φ of the optical fiber piece is 50 μm and the length L is 425 μm. 図8(点dに該当)は、光ファイバ片のコア径φ=50μm、長さL=675μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。FIG. 8 (corresponding to the point d) shows the measurement result of the radiation angle and the relative light quantity when the core diameter φ = 50 μm and the length L = 675 μm of the optical fiber piece. 図9(点eに該当)は、光ファイバ片のコア径φ=50μm、長さL=825μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。FIG. 9 (corresponding to the point e) shows the measurement result of the radiation angle and the relative light quantity when the core diameter φ of the optical fiber piece is 50 μm and the length L is 825 μm. 図10(点fに該当)は、光ファイバ片のコア径φ=50μm、長さL=1500μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。こFIG. 10 (corresponding to the point f) shows the measurement result of the radiation angle and the relative light quantity when the core diameter φ = 50 μm and the length L = 1500 μm of the optical fiber piece. This 図11は、光ファイバ片のコア径φ=50μm、長さL=10000μm(10mm)の場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。FIG. 11 shows the measurement results of the radiation angle and relative light quantity when the core diameter φ of the optical fiber piece is 50 μm and the length L is 10000 μm (10 mm). 図12は、光ファイバ片のコア径φ=35μm、長さL=10000μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。FIG. 12 shows the measurement results of the radiation angle and relative light quantity when the core diameter φ of the optical fiber piece is 35 μm and the length L is 10000 μm. 図13は、第2の実施形態に係る光モジュールを説明するための部分拡大図である。FIG. 13 is a partially enlarged view for explaining the optical module according to the second embodiment. 図14は、光ファイバ片のコア径φ=65μm、長さL=10000μmの場合の放射角と相対光量の計測結果を示す。FIG. 14 shows the measurement results of the radiation angle and relative light amount when the core diameter φ of the optical fiber piece is 65 μm and the length L is 10000 μm. 図15は、第3の実施形態に係る光モジュールを説明するための部分拡大図である。FIG. 15 is a partially enlarged view for explaining the optical module according to the third embodiment. 図16は、比較例としての従来の光モジュールを説明するための図である。FIG. 16 is a diagram for explaining a conventional optical module as a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

11・・・基材、12・・・貫通孔、13・・・発光素子、14・・・光ファイバ片、15・・・フェルール、16・・・透光性樹脂膜、17・・・配線膜、18・・・封止材、19・・・導波路(光ファイバ)、20・・・コア(部)、21・・・光ファイバ片、22・・・フェルール、23・・・上面側、24・・・コア部、25・・・クラッド部、26・・・クラッド部、30・・・外部基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Base material, 12 ... Through-hole, 13 ... Light emitting element, 14 ... Optical fiber piece, 15 ... Ferrule, 16 ... Translucent resin film, 17 ... Wiring Membrane, 18 ... Sealing material, 19 ... Waveguide (optical fiber), 20 ... Core (part), 21 ... Optical fiber piece, 22 ... Ferrule, 23 ... Upper surface side , 24 ... Core part, 25 ... Cladding part, 26 ... Cladding part, 30 ... External substrate

Claims (12)

マルチモードのレーザ光を発振する発光素子と、
前記発光素子と当該発光素子から発振されるレーザ光を伝播する導波路との光軸上に配置され、前記発光素子と前記導波路との光結合を中継する中継導波路と、
を備え、前記中継導波路が、コア部がクラッド部に囲まれた構造を有し、コア部とクラッド部との間に階段状の屈折率分布が形成されていることを特徴とする光モジュール。
A light-emitting element that oscillates multimode laser light;
A relay waveguide that is disposed on an optical axis of the light emitting element and a waveguide that propagates laser light emitted from the light emitting element, and relays optical coupling between the light emitting element and the waveguide;
An optical module, wherein the relay waveguide has a structure in which a core part is surrounded by a clad part, and a stepped refractive index distribution is formed between the core part and the clad part .
マルチモードのレーザ光を発振する発光素子と、
前記発光素子と当該発光素子から発振されるレーザ光を伝播する導波路との光軸上に配置され、前記発光素子と前記導波路との光結合を中継する光ファイバ片と、
前記光素子を搭載し、前記光ファイバ片及び前記導波路を保持する基材と、
を備え、前記光ファイバ片がステップインデックスマルチモードファイバから構成されることを特徴とする光モジュール。
A light-emitting element that oscillates multimode laser light;
An optical fiber piece disposed on the optical axis of the light emitting element and a waveguide propagating a laser beam oscillated from the light emitting element, and relaying optical coupling between the light emitting element and the waveguide;
A substrate on which the optical element is mounted and holding the optical fiber piece and the waveguide;
And the optical fiber piece is composed of a step index multimode fiber.
前記導波路が、グレーデッドインデックス型の光導波路である、請求項1又は請求項2に記載の光モジュール。   The optical module according to claim 1, wherein the waveguide is a graded index optical waveguide. 前記光ファイバが、グレーデッドインデックス型マルチモード光ファイバである、請求項3に記載の光モジュール。   The optical module according to claim 3, wherein the optical fiber is a graded index multimode optical fiber. 前記光ファイバ片のコア径が、前記光ファイバのコア径と同じか、又は前記光ファイバのコア径よりも小さい、請求項3又は請求項4に記載の光モジュール。   The optical module according to claim 3 or 4, wherein a core diameter of the optical fiber piece is the same as or smaller than a core diameter of the optical fiber. 前記光ファイバ片のコア径が、前記光ファイバのコア径より大きい、請求項3又は請求項4に記載の光モジュール。   The optical module according to claim 3 or 4, wherein a core diameter of the optical fiber piece is larger than a core diameter of the optical fiber. 前記光ファイバ片のNAが、前記光ファイバのNAより大きい、請求項3乃至6のいずれかに記載の光モジュール。   The optical module according to claim 3, wherein an NA of the optical fiber piece is larger than an NA of the optical fiber. 前記光ファイバ片が、少なくとも一部に入射側から出射側に向けてコア径が大きくなるテーパー部位を有している、請求項3乃至7のいずれかに記載の光モジュール。   The optical module according to any one of claims 3 to 7, wherein the optical fiber piece has at least a tapered portion in which a core diameter increases from an incident side toward an emission side. 前記光ファイバ片の軸長が、前記光ファイバ片の最大受光角で入射した入射光が4回以上反射し得る長さである、請求項3乃至8のいずれかに記載の光モジュール。   9. The optical module according to claim 3, wherein an axial length of the optical fiber piece is a length that allows incident light incident at a maximum light receiving angle of the optical fiber piece to be reflected four times or more. 前記光ファイバ片のカップリング効率を縦軸とし、前記光ファイバ片の長さを横軸としてプロットした際に、前記カップリング効率と前記長さとの関係が、減衰曲線に近似される場合において、前記光ファイバ片の長手方向の長さが、前記減衰曲線が略極大値をとる長さである、請求項3乃至8のいずれかに記載の光モジュール。   When the vertical axis represents the coupling efficiency of the optical fiber piece and the horizontal axis represents the length of the optical fiber piece, when the relationship between the coupling efficiency and the length is approximated by an attenuation curve, The optical module according to claim 3, wherein a length of the optical fiber piece in a longitudinal direction is a length at which the attenuation curve takes a substantially maximum value. 請求項1乃至10のいずれかに記載の光モジュールを備えたことを特徴とする光通信装置。   An optical communication apparatus comprising the optical module according to claim 1. 請求項1乃至10のいずれかに記載の光モジュールを備えたことを特徴とする電子機器。


An electronic apparatus comprising the optical module according to claim 1.


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